Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines bidirektional betreibbaren Wechselrichters, der mit seinem Netzanschluss an ein

Wechselstromversorgungsnetz und mit zumindest einem Batterieanschluss an eine Flow-Batterie angeschlossen ist, wobei der Ladezustand der Flow- Batterie überwacht wird.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Batteriemanagementsystem mit einer Steuerung und einem bidirektionalen Wechselrichter, der ausgelegt ist, eine Flow-Batterie zu laden und/oder zu entladen, umfassend :

a. einen Batterieanschluss, der an eine Flow-Batterie anschließbar ist; b. eine Ladezustandsüberwachungseinheit, die geeignet ist, den

Ladezustand einer an den Batterieanschluss angeschlossenen Flow- Batterie zu detektieren und die mit der Steuerung signaltechnisch verbunden ist;

c. einen Netzanschluss, der an ein Wechselstromversorgungsnetz

anschließbar ist; d. wobei der bidirektionale Wechselrichter ausgelegt ist, in einem Ladebetriebsmodus AC-Leistung so in DC-Leistung umzuwandeln, dass am Netzanschluss eine AC-Leistung dem

Wechselstromversorgungsnetz entnommen wird und am

Batterieanschluss eine DC-Leistung zum Laden der Batterie zur Verfügung gestellt wird und in einem Entladebetriebsmodus DC- Leistung so in AC-Leistung umzuwandeln, dass am Batterieanschluss eine DC-Leistung der Flow-Batterie entnommen wird und am

Netzanschluss eine AC-Leistung ausgegeben wird.

Redox-Flow-Batterien, die beispielsweise eine Elektrolyt-Kombination von V/V, Fe/Cr oder Zn/Br verwenden, werden in zunehmendem Maße als stationäre Energiespeicher verwendet. Integriert in ein großes System aus Energieerzeugern und -Verbrauchern dienen diese zur Netzstabilisierung oder können Erzeuger- oder Lastspitzen abfangen.

Die Spannung am Anschluss einer Flow-Batterie, bzw. eines Stacks von Flow-Batterien, wobei für die vorliegende Erfindung ein Stack von Flow- Batterien gleichzusetzen ist mit einer Flow-Batterie, kann im Unterschied zu galvanischen Batterien auf 0V absinken, ohne dass die Batterie

Schaden nimmt. Insbesondere stellt eine neu aufgebaute Batterie zunächst keine Spannung an den elektrischen Klemmen zur Verfügung, sondern muss zunächst geladen (formiert) werden.

Üblicherweise haben Batteriewechselrichter eine Minimalspannung, die am DC-Ausgang (Batterieanschluss) anliegen muss, damit sie funktionieren. In den oben beschriebenen Fällen, wenn 0V an der Batterie anliegen, muss z.B. mit einer galvanischen Zelle oder einer DC-Quelle Starthilfe gegeben werden. Aufgabe der folgenden Erfindung ist es, ein Verfahren und einen

bidirektionalen Wechselrichter bereitzustellen, mit denen ein

bidirektionaler Wechselrichter bis zu 0V am Batterieanschluss betrieben werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betrieb eines bidirektional betreibbaren Wechselrichters, der mit seinem Netzanschluss an ein Wechselstromversorgungsnetz und mit zumindest einem Batterieanschluss an eine Flow-Batterie angeschlossen ist, mit den Verfahrensschritten :

a. Überwachen des Ladezustands einer Flow-Batterie;

b. Betrieb des Wechselrichters je nach Ladezustand in einen ersten oder zweiten Ladebetriebsmodus, wobei in dem ersten und zweiten Ladebetriebsmodus am Netzanschluss dem

Wechselstromversorgungsnetz AC-Leistung entnommen und am Batterieanschluss der Flow-Batterie DC-Leistung zur Verfügung gestellt wird, wobei ein maximaler am Batterieanschluss fließender Strom vorgegeben wird und

c. am ersten Ladebetriebsmodus ein betragsmäßig niedrigerer

maximaler Strom vorgegeben wird als im zweiten

Ladebetriebsmodus.

Dadurch ist es möglich, den Wechselrichter in einem Ladebetriebsmodus wie herkömmlich zu betreiben, nämlich dann, wenn eine Spannung > 0V am Batterieanschluss anliegt. In einem weiteren Ladebetriebsmodus ist es jedoch auch möglich, den Wechselrichter zu betreiben, wenn 0V am

Batterieanschluss anliegen. Es kann somit trotzdem ein Strom getrieben werden. Dadurch ist es möglich, die Flow-Batterie zu formieren und aus dem Leerlauf zu starten. Eine galvanische Zelle zum Start aus dem Leerlauf ist nicht mehr notwendig. Auch ein zusätzliches Netzteil zum Formieren der Batterie ist nicht mehr notwendig.

Gemäß einer Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass im ersten Ladebetriebsmodus der am Batterieanschluss fließende Strom gesteuert oder geregelt wird. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die

Überwachung des Ladezustands ergibt, dass die Flow-Batterie nicht geladen ist, insbesondere, wenn eine Spannung von 0V erfasst wird. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Überwachung des Ladezustands beispielsweise dadurch erfolgen kann, dass die Spannung am

Batterieanschluss überwacht wird.

Im zweiten Ladebetriebsmodus kann die am Batterieanschluss

auszugebende Leistung, den Strom oder die Spannung gesteuert werden. Dies wird vorzugsweise dann durchgeführt, wenn die

Ladezustandsüberwachung ergibt, dass am Batterieanschluss eine

Spannung > 0V anliegt.

Der erste Ladebetriebsmodus kann ausgeführt werden, wenn bei der Überwachung des Ladezustands festgestellt wird, dass die Spannung der Batterie unterhalb einer vorgegebenen Spannung liegt, insbesondere unterhalb 35V, insbesondere unterhalb 10V, insbesondere unterhalb IV, insbesondere bei 0V liegt.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Wechselrichter je nach Ladezustand der Batterie in einem ersten oder zweiten

Entladebetriebsmodus betrieben wird, wobei in dem ersten und zweiten Entladebetriebsmodus der Batterie am Batterieanschluss DC-Leistung entnommen wird und dem Wechselstromversorgungsnetz am

Netzanschluss AC-Leistung gespeist wird, wobei in einem ersten Entladebetriebsmodus ein betragsmäßig niedrigerer maximaler Strom am Batterieanschluss vorgegeben wird als im zweiten Entladebetriebsmodus. Somit kann auch ein Entladebetriebsmodus definiert werden, in dem am Batterieanschluss der angeschlossenen Batterie Strom entnommen werden kann, ohne dass eine Spannung anliegt. Die Batterie kann nahezu vollständig entladen werden und auch eine Tiefentladung im Betrieb ist möglich. Dieser Vorgang kann auch zur Reinigung der Batterie bzw. deren Membran genutzt werden.

In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem ein

Batteriemanagementsystem mit einer Steuerung und einem

bidirektionalen Wechselrichter, der ausgelegt ist, eine Flow-Batterie zu laden und/oder zu entladen, umfassend :

a. einen Batterieanschluss, der an eine Flow-Batterie anschließbar ist; b. eine Ladezustandsüberwachungseinheit, die geeignet ist, den

Ladezustand einer an den Batterieanschluss angeschlossene Flow- Batterie zu detektieren und die mit der Steuerung signaltechnisch verbunden ist;

c. einen Netzanschluss, der an ein Wechselstromversorgungsnetz

anschließbar ist;

d. wobei der bidirektionale Wechselrichter ausgelegt ist, in einem

Ladebetriebsmodus AC-Leistung so in DC-Leistung umzuwandeln, dass am Netzanschluss eine AC-Leistung dem

Wechselstromversorgungsnetz entnommen wird und am

Batterieanschluss eine DC-Leistung zum Laden der Batterie zur Verfügung gestellt wird, und in einem Entladebetriebsmodus DC- Leistung so in AC-Leistung umzuwandeln, dass am Batterieanschluss eine DC-Leistung der Flow-Batterie entnommen wird und am

Netzanschluss eine AC-Leistung ausgegeben wird, wobei e. der Wechselrichter ausgelegt ist, in wenigstens zwei

unterschiedlichen Ladebetriebsmodi zu arbeiten, wobei in einem ersten Ladebetriebsmodus ein niedrigerer maximaler Strom an den Batterieanschluss vorgegeben wird als in einem zweiten

Ladebetriebsmodus und die Steuerung ausgelegt ist, den

Wechselrichter abhängig von dem überwachten Ladezustand entweder im ersten oder im zweiten Ladebetriebsmodus zu

betreiben.

Dabei kann die Ladezustandsüberwachungseinheit als

Spannungsüberwachungseinheit ausgebildet sein und beispielsweise die Spannung am Batterieanschluss überwachen. Der bidirektionale

Wechselrichter ist somit so ausgelegt, dass er auch bei 0V am

Batterieanschluss Strom treiben oder aufnehmen kann. Dadurch ist es möglich, eine Flow-Batterie zu formieren, aus dem Leerlauf zu starten und nahezu komplett zu entladen. Der Wechselrichter kann so bis zu 0V am Batterieanschluss betrieben werden und auch gestartet werden. Ein

Wiederanfahren nach längeren Pausen ist dadurch möglich. Sämtliche Betriebsbedingungen der Flow-Batterie können mit dem Wechselrichter abgedeckt werden. Es sind keine zusätzlichen Geräte für spezielle

Betriebsbedingungen mehr notwendig. Vorzugsweise ist die Steuerung Bestandteil des Batteriewechselrichters und im Wechselrichter angeordnet. In diesem Fall kann das Batteriemanagementsystem dem

Batteriewechselrichter entsprechen. Denkbar ist jedoch auch eine

Anordnung der Steuerung außerhalb des Batteriewechselrichters.

Die Steuerung und/oder der bidirektionale Wechselrichter können

ausgelegt sein, im ersten Ladebetriebsmodus den Strom am

Batterieanschluss zu steuern oder zu regeln. Beispielsweise kann ein Strom vorgegeben werden, der am Batterieanschluss fließen soll. Dies ist insbesondere auch dann möglich, wenn am Batterieanschluss nur 0V anliegen.

Die Steuerung und/oder der bidirektionale Wechselrichter können

ausgelegt sein, im zweiten Ladebetriebsmodus die Leistung oder die Spannung am Batterieanschluss zu steuern. Insbesondere ist im zweite Ladebetriebsmodus ein Betrieb des Wechselrichters möglich, wenn eine Spannung > 0V am Batterieanschluss anliegt.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn eine Hilfsleistungsversorgung vorgesehen ist, die mit der Steuerung verbunden ist. Somit kann der Wechselrichter auch in Betrieb genommen werden, wenn am

Batterieanschluss keine Spannung anliegt. Als Hilfsleistungsversorgung kann beispielsweise eine unterbrechungsfreie Stromversorgung in Frage kommen. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die

Hilfsleistungsversorgung mit dem Netzanschluss verbunden ist.

Vorzugsweise ist die Hilfsleistungsversorgung im Wechselrichter

angeordnet bzw. Bestandteil desselben.

Alternativ oder zusätzlich kann der Wechselrichter ausgelegt sein, in wenigstens zwei unterschiedlichen Entladebetriebsmodi zu arbeiten, wobei in einem ersten Entladebetriebsmodus ein betragsmäßig niedrigerer maximaler Strom am Batterieanschluss vorgegeben wird als in einem zweiten Entladebetriebsmodus und die Steuerung ausgelegt ist, den

Wechselrichter abhängig von dem überwachten Ladezustand entweder im ersten oder im zweiten Entladebetriebsmodus zu betreiben. Insbesondere kann ein spezieller Betriebsmodus vorgesehen sein für den Fall, dass am Batterieanschluss keine Spannung anliegt. An den Batterieanschluss des Wechselrichters kann eine Flow-Batterie angeschlossen sein. Es ist anzumerken, dass nicht an jedem

Batterieanschluss des Wechselrichters gleichzeitig formiert werden muss.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 eine stark schematisierte Darstellung eines

Batteriemanagementsystems;

Fig. 2 Ausgangskennlinien eines Wechselrichters.

Die Fig. 1 zeigt ein Batteriemanagementsystem 1 mit einem

bidirektionalen Wechselrichter 2. Der bidirektionale Wechselrichter 2 umfasst einen AC/DC-Wandler 3, der mit einem Netzanschluss 4 des Wechselrichters 2 verbunden ist. An den AC/DC-Wandler sind im

gezeigten Ausführungsbeispiel 3 DC/DC-Wandler 5 bis 7 angeschlossen, die jeweils an einen Batterieanschluss 8 bis 10 des Wechselrichters 2 angeschlossen sind. An die Batterieanschlüsse 8 bis 10 ist jeweils eine Flow-Batterie 11 bis 13 angeschlossen. Die Flow-Batterien 11 bis 13 können tatsächlich als Stacks mit mehreren Flow-Batterien ausgebildet sein. An den Batterieanschlüssen 8 bis 10 sind jeweils Ladezustandsüberwachungseinheiten 14 bis 16 angeordnet, mit denen die Spannung an den Batterieanschlüssen 8 bis 10 überwacht bzw. erfasst werden kann. Dadurch wird gleichzeitig die Spannung an den Flow- Batterien 11 bis 13 und somit deren Ladezustand überwacht. Die

Ladezustandsüberwachungseinheiten 14 bis 16 sind mit einer Steuerung

17 signaltechnisch verbunden. Die Steuerung 17 ist weiterhin

signaltechnisch mit dem AC/DC-Wandler 3 und den DC/DC-Wandlern 5 bis 7 verbunden. Die Steuerung 17 wird durch eine Hilfsleistungsversorgung

18 mit Leistung versorgt. Die Hilfsleistungsversorgung 18 ist im

Ausführungsbeispiel mit dem Netzanschluss 4 verbunden.

Weiterhin umfasst das Batteriemanagementsystem 1 Elektrolyt-Tanks 20, 21. Pumpen 22, 23 können Elektrolyt aus den Elektrolyt-Tanks 20, 21 zu den Flow-Batterien 11 bis 13 pumpen. Hierfür ist ein entsprechendes Leitungssystem vorgesehen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist - um die Übersichtlichkeit zu wahren - nur das Leitungssystem gezeigt, mit dem die Flow-Batterie 11 versorgt wird. Weiterhin ist eine Messzelle 24 gezeigt, die auch zur Ladezustandsüberwachung dienen kann. Das

Batteriemanagementsystem 1 weist weiterhin eine übergeordnete

Steuerung 25 auf, mit der nicht nur der Wechselrichter 2, sondern auch beispielsweise die Pumpen 22, 23 gesteuert werden können. Die

übergeordnete Steuerung 25 könnte auch im Wechselrichter 2 angeordnet sein. Insbesondere könnte sie in der Steuerung 17 angeordnet sein.

Alternativ wäre es denkbar, die Steuerung 17 in die übergeordnete

Steuerung 25 zu integrieren. Der Wechselrichter 2 kann in mehreren Betriebsmodi betrieben werden. Dies wird anhand der Fig. 2 erläutert.

In dem in der Fig. 2 gezeigten Diagramm ist der Strom, beispielsweise am Batterieanschluss 8, auf der horizontalen Achse aufgetragen und die Spannung, ebenfalls beispielsweise am Batterieanschluss 8, auf der vertikalen Achse. Die Linie 100 zeigt die minimale Spannung am

Batterieanschluss 8 an. Es ist hier zu erkennen, dass bei einer Spannung von OV am Batterieanschluss 8 in einem ersten Ladebetriebsmodus im gezeigten Beispiel ein Strom bis zu 150 A eingestellt werden kann, wobei ein maximaler Strom von 150A vorgegeben werden kann. In diesem Betriebsmodus wird der Strom am Batterieanschluss 8 gesteuert oder geregelt.

In einem zweiten Ladebetriebsmodus kann eine am Batterieanschluss 8 auszugebende Leistung oder Spannung gesteuert werden. Dies ist beispielsweise anhand der Linien 101, 102 gezeigt. Die Linie 101 entspricht einem Dauerbetrieb„Laden", wobei im gezeigten Beispiel eine Leistung von 5,5 kW eingestellt ist. Die Linie 102 entspricht einem

Kurzbetrieb„Laden", wobei im gezeigten Beispiel eine Leistung von 16,5 kW eingestellt ist. In diesem Fall kann im gezeigten Beispiel der maximale Strom am Batterieanschluss 8 bis auf 450 A steigen. Der Maximalstrom im zweiten Ladebetriebsmodus kann ebenfalls vorgegeben werden. Im zweiten Ladebetriebsmodus wird somit ein betragsmäßig höherer maximaler Strom vorgegeben als im ersten Ladebetriebsmodus.

Bei den Betriebsmodi für positiven Strom am Batterieanschluss 8 wird am Netzanschluss 4 Wechselleistung aus dem Wechselstromversorgungsnetz entnommen, durch den Wechselrichter 2 in eine Gleichspannung

gewandelt und damit die Batterie 11 bzw. auch die Batterien 12 und 13 geladen.

In einem Entladebetriebsmodus wird den Batterien 11, 12, 13 Leistung entnommen, durch den Wechselrichter 2 in eine Wechselspannung (AC- Spannung) gewandelt und dem Wechselstromversorgungsnetz über den Netzanschluss 4 zugeführt. In einem ersten Entladebetriebsmodus ist die Spannung, wiederum beispielsweise am Batterieanschluss 8, OV. Es wird im gezeigten Beispiel ein Strom von maximal -150 A eingestellt.

Anschließend kann in einem zweiten Entladebetriebsmodus beispielsweise eine Batteriespannung von mehr als 36V am Batterieanschluss 8 anliegen. Es kann wiederum beispielsweise die Spannung oder die Leistung am Batterieanschluss 8 gesteuert werden. Gemäß der Linie 103 erfolgt ein Dauerbetrieb„Entladen" im gezeigten Beispiel bei einer Leistung von 6,6 kW. Die Linie 104 zeigt einen Kurzbetrieb„Entladen" bei einer Leistung von 19,9 kW im gezeigten Beispiel. In diesem Betrieb kann im gezeigten Beispiel ein maximaler Strom von -450 A eingestellt werden. Somit kann im ersten Entladebetriebsmodus ein betragsmäßig kleinerer Strom als im zweiten Entladebetriebsmodus eingestellt werden.