Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung eines elektrischen Wechselspannungsnetzes,

wobei eine momentane Frequenz einer Wechselspannung im

Wechselspannungsnetz überwacht wird, und

wobei während ersten Zeiten, in denen die momentane Frequenz unter einem ersten Sollwert liegt, zusätzlicher Strom in das Wechselspannungsnetz eingespeist wird, und während zweiten Zeiten, in denen die momentane Frequenz über einem zweiten Sollwert liegt, zusätzlicher Strom aus dem Wechselspannungsnetz entnommen wird. Elektrische Energie wird in den meisten Ländern der Erde über

Wechselspannungsnetze bereitgestellt, beim Endverbraucher meist mit einer Nennspannung von 110-240 V und einer Sollfrequenz von 50-60Hz. Eine Schwierigkeit ist es dabei, die die Stromerzeugung und den Stromverbrauch im Gleichgewicht zu halten. Wird mehr Strom erzeugt bzw. in das

Wechselspannungsnetz eingespeist als verbraucht bzw. aus dem

Wechselspannungsnetz entnommen wird, steigt die momentane Frequenz gegenüber der Sollfrequenz an. Wird mehr Strom verbraucht bzw. aus dem Wechselspannungsnetz entnommen als erzeugt bzw. in das

Wechselspannungsnetz eingespeist wird, sinkt die momentane Frequenz gegenüber der Soilfrequenz ab.

Wenn die momentane Frequenz zu stark von der Sollfrequenz abweicht, können auf verschiedenen Zeitskalen Maßnahmen getroffen werden, um das Gleichgewicht zwischen Stromerzeugung und Stromverbrauch wieder herzusteilen. Im Wesentlichen beruhen diese darauf, die Kraftwerksleistung von stromeinspeisenden Kraftwerken zu erhöhen oder abzusenken, oder auch Verbraucher wie Nachtspeicheröfen zuzuschalten oder abzuschalten.

Besonders nützlich für die Frequenzstabilisierung sind

Pumpspeicherkraftwerke, die sowohl dazu eingesetzt werden können, Strom einzuspeisen oder Strom zu verbrauchen.

Ein Überblick über die Frequenzstabilisierung ist aus dem Wikipedia-Artikel „Regelleistung (Stromnetz)", abgerufen am 17.6.2015, zu entnehmen.

Grundlagen zur Leistungsentnahme aus einem Netz und Leistungseinspeisung in ein Netz sind beispielsweise beschrieben in P. Bastian et al., Fachkunde Elektrotechnik, 26. Aufl., Verlag Europa Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2008, S. 52, 134, 135.

In der DE 10 2011 055 231 A1 ist ein Verfahren zur Bereitstellung von

Regelleistung für ein Stromnetz beschrieben. Ein Energiespeicher, der als Akkumulator ausgebildet sein kann, nimmt nach Bedarf Energie aus dem Stromnetz auf oder führt Energie dem Stromnetz zu. Die Regelleistung wird in Abhängigkeit von einer Frequenzabweichung von einem Sollwert einer

Netzfrequenz bestimmt.

Die Bereitstellung von Regelleistung ist aufwändig und teuer. Durch die verstärkte Nutzung regenerativer Energien, insbesondere Windenergie und Solarenergie, und insbesondere deren vorrangige Einspeisung in das

öffentliche Wechselstromnetz in Deutschland, hat sich der Bedarf an

Regelleistung erhöht.

Aus Gründen der Luftreinhaltung und des Klimaschutzes hat in letzter Zeit Elektromobilität an Bedeutung gewonnen. Elektrofahrzeuge werden mit

Elektromotoren zusätzlich oder anstelle von Verbrennungsmotoren

ausgestattet, die aus einer Traktionsbatterie bespeist werden, die mit dem Elektrofahrzeug mitgeführt wird. Ebenfalls sind Anhänger für Elektrofahrzeuge bekannt geworden, die eine Batterie mitführen, um die Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs während der Fahrt zu entlasten oder nachzuladen und so die Reichweite des Elektrofahrzeugs zu erhöhen. Ein solcher Anhänger wird auch als Range-Extender-Anhänger bezeichnet. Die Traktionsbatterien der

Elektrofahrzeuge oder auch die Speicherbatterien eines Range-Extender- Anhängers werden zwischen Fahrten zum Nachladen üblicherweise an das öffentliche Wechselspannungsnetz angeschlossen.

Batterien können grundsätzlich als Stromquellen (beim Entladen der Batterie) und als Stromverbraucher (beim Aufladen der Batterie) agieren. Die Nutzung von Batterien zur Stabilisierung eines Wechselstromnetzes ist jedoch schwierig, da die Spannungslage einer Batterie im allgemeinen nur für eine

Stromentnahme aus dem Wechselspannungsnetz oder aber für eine

Stromeinspeisung in das Wechselspannungsnetz, nicht aber für beides günstig ist. Eine Änderung der Spannung der Batterie, etwa über einen DC/DC- Wandler, eine Umwandlung in eine Wechselspannung über einen Inverter und eine Transformation der Spannung über einen mehrspuligen Transformator ist apparativ recht aufwändig. Zudem ist die Spannungslage einer Batterie durch den Ladezustand und Alterungseffekte veränderlich, was die Nutzung zur Stabilisierung des Wechseispannungsnetzes weiter erschwert.

Die DE 10 2008 006 332 A1 beschreibt einen Anhänger-Range-Extender, der eine in einen Anhänger integrierte Stromversorgungseinheit aufweist. Die Stromversorgungseinheit kann dabei insbesondere aus einem Akkumulatoren- Satz bestehen. In einem Stationärbetrieb wird eine Nutzung als dezentraler Puffer für Angebots- und Nachfrageungleichgewichte im Stromnetz

vorgeschlagen.

Die DE 10 2012 011 960 A1 schlägt einen Range-Extender-Anhänger vor, dessen Batterie wahlweise auf einen DC/DC-Wandler oder einen

bidirektionalen inverter schaltbar ist. Mit dem bidirektionalen Inverter kann die Aufladung der Batterie aus dem Stromnetz erfolgen, oder auch bei Bedarf Energie wieder in das Stromnetz eingespeist werden.

In der DE 10 2012 015 099 A1 werden Ladestationen für Range-Extender- Anhänger vorgeschlagen, wobei eine Steuerung auch eine Einspeisung von Energie aus den Range-Extender-Anhängern in das Stromnetz mittels bidirektionaler Inverter ermöglicht.

Aus der US 2011/0254373 A1 ist eine Vorrichtung zur Umwandlung von DC- Spannung in AC-Spannung bekannt geworden. Eine Reihe von DC- Spannungsquellen, etwa Batterien, ist über erste Leistungsschalter in unterschiedlicher Anzahl seriell verschaltbar. Über zweite und dritte

Leistungsschalter kann jeweils ein Ort zwischen DC-Spannungsquellen auf einen Bus geschaltet werden. Über vierte Leistungsschalter in einer H-Brücke kann die Polarität der der Busse gegenüber zwei Ausgangsanschlüssen invertiert werden. Mittels einer Steuervorrichtung kann eine gestufte

Wechseispannung an den Ausgangsanschlüssen erzeugt werden. Die

Vorrichtung dient einer lokalen Bereitstellung von Wechselspannung für Verbraucher. Die DC-Stromquellen können an einer Wechselstromquelle nachgeladen werden.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Möglichkeit zur Stabilisierung eines elektrischen Wechselspannungsnetzes aufzuzeigen, insbesondere wobei auch für andere Zwecke eingesetzte Batterien, etwa Speicherbatterien für Photovoltaikstrom, Traktionsbatterien in

Elektrofahrzeugen oder Speicherbatterien von Range-Extender-Anhängern für Elektrofahrzeuge, genutzt werden können.

Kurze Beschreibung der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, das dadurch gekennzeichnet ist, dass zur Stabilisierung des elektrischen Wechselspannungsnetzes eine Pufferbatterie, die mehrere, unterschiedlich verschaltbare Akkumodule aufweist, eingesetzt wird, wobei

- während der ersten Zeiten zumindest zeitweise in einem ersten

Betriebsmodus die Akkumodule so verschaltet sind, dass eine Spannungslage der Pufferbatterie über der momentanen Spannung des

Wechselspannungsnetzes gehalten wird und zusätzlicher Strom aus der Pufferbatterie in das Wechselspannungsnetz eingespeist wird, und

- während der zweiten Zeiten zumindest zeitweise in einem zweiten

Betriebsmodus die Akkumodule so verschaltet sind, dass die Spannungslage der Pufferbatterie unter der momentanen Spannung des

Wechselspannungsnetzes gehalten wird und zusätzlicher Strom aus dem Wechselspannungsnetz in die Pufferbatterie eingespeist wird,

wobei eine maximale Spannungslage der Pufferbatterie während des ersten Betriebsmodus größer ist als eine maximale Spannungslage der Pufferbatterie während des zweiten Betriebsmodus.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, die

Spannungslage einer Pufferbatterie, das ist der Betrag der momentanen, zwischen zwei Anschlusspolen der Pufferbatterie herrschenden Spannung, durch eine Änderung der Verschaltung von Akkumodulen der Pufferbatterie zu verändern. Dadurch ist es möglich, die Pufferbatterie an eine momentane Aufgabe im Rahmen einer Frequenzstabilisierung, etwa eine Stromeinspeisung in das Wechselspannungsnetz im ersten Betriebsmodus oder Stromentnahme aus dem Wechselspannungsnetz im zweiten Betriebsmodus, anzupassen.

Erfindungsgemäß wird im ersten Betriebsmodus eine größere maximale Spannungslage eingesetzt als im zweiten Betriebsmodus, um im ersten Betriebsmodus die für eine Stromeinspeisung erforderliche, hohe Spannung (im Vergleich zur Wechselspannung des Wechselspannungsnetzes) bereitstellen zu können, und im zweiten Betriebsmodus die für eine

Stromentnahme ausreichend niedrigere Spannung (im Vergleich zur

Wechselspannung des Wechselspannungsnetzes) bereitstellen zu können.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass während der gesamten (oder zumindest wenigstens 75% der) ersten Zeiten die Akkumodule in dem ersten

Betriebsmodus so verschaltet sind, dass eine Spannungslage der

Pufferbatterie über der momentanen Spannung des Wechselspannungsnetzes gehalten wird, und/oder dass während der gesamten (oder zumindest wenigstens 75% der) zweiten Zeiten die Akkumodule in dem zweiten

Betriebsmodus so verschaltet sind, dass die Spannungslage der Pufferbatterie unter der momentanen Spannung des Wechselspannungsnetzes gehalten wird. Die Spannungslage der Pufferbatterie wird typischerweise während des ersten Betriebsmodus und/oder des zweiten Betriebsmodus verändert {durch Ändern der Verschaltung der einzelnen Akkumodule), insbesondere um den

sinusförmigen Verlauf der Wechselspannung des Wechselspannungsnetzes näherungsweise nachzubilden.

Im Rahmen der Erfindung kann die Pufferbatterie im Allgemeinen ohne weitere Spannungstransformation an das zu stabilisierende elektrische

Wechseispannungsnetz angeschlossen werden. Insbesondere ist in der Regel kein Trafo oder herkömmlicher DC/AC-Wandler oder herkömmlicher DC/DC- Wandler erforderlich.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die momentane

Frequenz des Wechselspannungsnetzes lokal am Ort der Pufferbatterie (etwa über ein Spannungsmessgerät eines Einspeisereglers der Pufferbatterie) überwacht werden, und mit der so ermittelten momentanen Frequenz kann durch Vergleich mit dem ersten und zweiten Sollwert lokal entschieden werden, welchen Zustand (inaktiv, erster Betriebsmodus/Einspeisen, zweiter

Betriebsmodus/Laden) die Pufferbatterie einnimmt (lokale Zustandssteuerung). Dieses Vorgehen ist besonders für die Bereitstellung von Primärregelleistung durch die Pufferbatterie geeignet. Ebenso ist es möglich, die momentane Frequenz des Wechselspannungsnetzes entfernt vom Ort der Pufferbatterie in einem Kontrollzentrum zu überwachen, etwa durch den Betreiber des

Wechselspannungsnetzes. Im Kontrollzentrum wird dann mittels des ersten und zweiten Sollwerts entschieden, ob und welche Regelleistung benötigt wird, und gegebenenfalls wird ein entsprechender Steuerbefehl zur Pufferbatterie (oder auch einer Vielzahl von Pufferbatterien, gegebenenfalls über eine

Vermittlungszentrale) übermittelt, etwa über eine Internetverbindung

(Zustandsteuerung über externen Steuerbefehl). Die Pufferbatterie geht dann gemäß dem externen Steuerbefehl in den angeforderten Zustand (inaktiv, erster Betriebsmodus/Einspeisen, zweiter Betriebsmodus/Laden) über. Dieses Vorgehen ist besonders für die Bereitstellung von Sekundärregelleistung und Minutenreserve geeignet. Grundsätzlich ist die erfindungsgemäße Nutzung der Pufferbatterie zur Netzstabilisierung auf keine bestimmten Zeitskalen beschränkt.

Ein einzelnes Akkumodul der Pufferbatterie kann eine oder mehrere Akkuzellen umfassen, wobei die Akkuzellen in einer Reihenschaltung, Parallelschaltung oder einer kombinierten Parallel-/Reihenschaltung angeordnet sein können. Die Akkumodule der Pufferbatterie sind wiederaufladbar und speichern elektrische Energie insbesondere auf elektrochemische Weise. Insbesondere können die Akkumodule bzw. deren Akkuzellen als Lithium-Ionen-Akkus ausgebildet sein.

Die Akkumodule können erfindungsgemäß unterschiedlich verschaltet werden, insbesondere wobei eine Anzahl von in Reihe geschalteten Akkumodulen variiert werden kann. Einzelne Verschaltungszustände können die Akkumodule oder einen Teil der Akkumodule in einer Reihenschaltung, einer

Parallelschaltung oder in einer kombinierten Parallel-/Reihenschaltung verschalten.

Das Wechselspannungsnetz ist typischerweise ein öffentliches

Wechselspannungsnetz, insbesondere ein Niederspannungsnetz mit einer Nennspannung (Effektivspannung) von 110-240 V, bevorzugt höchstens 1000 V, und 50-60 Hz Frequenz. In der Regel ist der erste Soliwert maximal 0,1 %, und typischerweise 0,02%, unter einer Sollfrequenz des

Wechselspannungsnetzes, und der zweite Sollwert maximal 0,1 %,

typischerweise 0,02%, über der Sollfrequenz des Wechselspannungsnetzes; insbesondere kann erfindungsgemäß eine Stromeinspeisung unterhalb von 49,99 Hz und eine Stromentnahme oberhalb von 50,01 Hz bei einer

So!lfrequenz von 50 Hz erfolgen. Alternativ können der erste Sollwert und der zweite Sollwert auch identisch {entsprechend der Solifrequenz) gewählt werden, um auch kleinste Frequenzschwankungen anzugehen.

Bevorzugt wird im Rahmen der Erfindung der Stromfluss zwischen

Pufferbatterie und Wechselspannungsnetz überwacht und begrenzt, etwa durch Pulsen des fließenden Stroms mittels leistungselektronischer

Schalteinrichtungen, um die Pufferbatterie nicht zu überlasten.

Man beachte weiterhin, dass die Spannungslage der Pufferbatterie und die momentane Spannung des Wechselspannungsnetzes hier betragsmäßig betrachtet bzw. verglichen werden. Die (momentane) Spannungslage der Pufferbatterie ist eine Funktion der Anzahl der in Serie verschalteten

Akkumodule, weiterhin eine Funktion des Ladezustands der Akkumodule (State of Charge, SOC) und weiterhin eine Funktion des Alterungszustands der Akkumodule (State of Health, SOH).

Bevorzugte Varianten der Erfindung

Bei einer bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in dem ersten Betriebsmodus eine maximale Anzahl von in Serie geschalteten

Akkumodulen größer ist als in dem zweiten Betriebsmodus. Dadurch kann auf einfache Weise eine höhere maximale Spannungslage im ersten

Betriebsmodus eingerichtet werden als im zweiten Betriebsmodus. Man beachte, dass sich die Anzahl der in Serie geschalteten Akkumodule im ersten und/oder zweiten Betriebsmodus ändern kann. Für die Bestimmung der Anzahl von in Serie verschalteten Akkumodulen wird eine Gruppe von parallel zueinander geschalteten Akkumodulen, die Teil einer Serienschaltung ist, wie ein Akkumodul gezählt.

Bei einer Variante umfasst die Pufferbatterie zwei Akkumodule, die zumindest zeitweise in dem ersten Betriebsmodus in Serie und in dem zweiten

Betriebsmodus parallel verschaltet sind. Dadurch kann die Spannungslage der Gesamtheit dieser zwei Akkumodule um einen Faktor zwei verändert werden. Eine momentane Spannung des Wechselspannungsnetzes zwischen diesen beiden Spannungslagen der Akkumodule kann somit je nach Verschaltung der Akkumodule zu einer Stromeinspeisung in das Wechselspannungsnetz (bei beiden Akkumodulen in Serie) oder zur Stromentnahme (bei beiden

Akkumodule parallel) genutzt werden.

Besonders bevorzugt ist eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei im ersten Betriebsmodus und/oder im zweiten Betriebsmodus eine Anzahl von in Serie geschalteten Akkumoduien periodisch erhöht und reduziert wird, insbesondere sukzessive erhöht und reduziert wird, um mit der

Spannungslage der Pufferbatterie einen Verlauf der momentanen Spannung des Wechselspannungsnetzes näherungsweise nachzubilden. Dadurch können Verzerrungen in der (stabilisierten) Wechselspannung des

Wechseispannungsnetzes reduziert werden. Die Periodendauer der

Spannungslage der Pufferbatterie entspricht der Periodendauer der zu stabilisierenden Wechselspannung. Typischerweise wird in jeder Periode die Anzahl von in Serie geschalteten Akkumoduien zumindest zwischen 1 und 3, bevorzugt zumindest zwischen 1 und 4, besonders bevorzugt zumindest zwischen 1 und 8 verändert.

Bei einer bevorzugten Variante ist im ersten Betriebsmodus und/oder im zweiten Betriebsmodus die Spannungslage der Pufferbatterie mit der

Wechselspannung des Wechselspannungsnetzes ohne Phasenversatz synchronisiert. Dadurch wird die Einbringung einer Blindleistung in das

Wechselspannungsnetz vermieden. Die Spannungslage der Pufferbatterie ändert sich in dieser Variante typischerweise zeitlich symmetrisch bezüglich des Scheitelpunkts der Wechselspannung. Eine Synchronisierung mit dem Wechselspannungsnetz kann durch eine zeitaufgelöste Messung der

Spannung (insbesondere Nulldurchgang, Spitzenwerte) des

Wechselspannungsnetzes und/oder des zusätzlichen Stroms zwischen Wechselspannungsnetz und Pufferbatterie, und entsprechendes

phasenrichtiges Verschalten bzw. Aufschalten der Pufferbatterie erfolgen.

Bei einer anderen Variante ist im ersten Betriebsmodus und/oder im zweiten Betriebsmodus ein Phasenversatz der Spannungs!age der Pufferbatterie gegenüber der Wechselspannung des Wechselspannungsnetzes eingerichtet. Durch den Phasenversatz kann gezielt eine Blindleistung in das

Wechselspannungsnetz durch die Pufferbatterie eingebracht werden, insbesondere um die Bündleistung eines Verbrauchers am

Wechselspannungsnetz auszugleichen. Ein typischer Phasenversatz der Spannungslage der Pufferbatterie zur Blindleistungskompensation beträgt 1/20 ^* π/2 oder mehr.

Vorteilhaft ist auch eine Variante, bei der in dem ersten Betriebsmodus und/oder in dem zweiten Betriebsmodus eine Anzahl von in Serie geschalteten Akkumodulen mit der doppelten Frequenz des Wechselspannungsnetzes einen jeweiligen Maximalwert erreicht. Entsprechend werden beide Halbwellen bei der Netzstabilisierung verwendet, was Verzerrungen in der stabilisierten

Wechsefspannung vermeidet. Typischerweise wird die Polung der

Pufferbatterie jeweils nach einer halben Phase der Wechselspannung des Wechselspannungsnetzes gewechselt, insbesondere indem die Anschlusspole umgekehrt auf mit den Polen der Akkumodule verbundenen

Stromsammeischienen geschaltet werden.

Bevorzugt ist eine Variante, die vorsieht, dass im ersten Betriebsmodus und/oder im zweiten Betriebsmodus der Verlauf der Spannungslage der Pufferbatterie durch Ändern der Verschaltung der Akkumodule so eingestellt wird, dass betragsmäßig eine Differenz der Spannungslage der Pufferbatterie und der momentanen Spannung des Wechselspannungsnetzes maximal 25%, bevorzugt maximal 20%, einer Scheitelspannung der Wechselspannung des Wechselspannungsnetzes beträgt. Diese relativ genaue Nachbildung vermeidet in einem hohen Maße Verzerrungen in der (stabilisierten) Wechselspannung des Wechselspannungsnetzes. Zusätzlich kann eine betragsmäßige

Mindestdifferenz von Spannungslage der Pufferbatterie und momentaner Spannung des Wechselspannungsnetzes vorgesehen sein, etwa wenigstens 5% der Scheitelspannung des Wechselspannungsnetzes, um einen

ausreichenden Stromfluss sicherzustellen. Eine typische Scheiteispannung des Wechselspannungsnetzes liegt zwischen 100 V und 400 V. Falls die

Pufferbatterie zumindest zeitweise auch Verbraucher mit Strom versorgt, ist es vorteilhaft, die Spannungsdifferenz im zweiten Betriebsmodus größer zu wählen als im ersten Betriebsmodus, um (im Mittel) die Pufferbatterie aus dem Wechselspannungsnetz nachzuladen, wenn ein Überangebot an Strom im Wechselspannungsnetz vorhanden ist.

Vorteilhaft ist auch eine Variante, bei der in dem ersten Betriebsmodus zumindest zeitweise nur eine Teilmenge der Akkumodule zum Einspeisen von zusätzlichem Strom in das Wechselspannungsnetz benutzt wird,

insbesondere wobei zeitlich nacheinander unterschiedliche Teilmengen der Akkumodule zum Einspeisen von zusätzlichem Strom in das

Wechselspannungsnetz benutzt werden.

Ebenso vorteilhaft ist eine Variante, bei der in dem zweiten Betriebsmodus zumindest zeitweise nur eine Teilmenge der Akkumodule zum Entnehmen von zusätzlichem Strom aus dem Wechselspannungsnetz benutzt wird,

insbesondere wobei zeitlich nacheinander unterschiedliche Teilmengen der Akkumodule zum Entnehmen von zusätzlichem Strom aus dem

Wechselspannungsnetz benutzt werden. Durch die Bildung von Teilmengen kann die Spannungslage der Pufferbatterie gezielt variiert werden. Weiterhin können einzelne Akkumodule geschont oder defekte Akkumodule außen vor gelassen werden. Durch die Nutzung unterschiedlicher Teilmengen zeitlich nacheinander kann eine gleichmäßige Belastung der Akkumodule eingerichtet werden; typischerweise werden die genutzten (und ungenutzten) Akkumodule zyklisch variiert.

Besonders bevorzugt ist eine Weiterentwicklung der beiden vorgenannten Varianten, bei der ein momentaner Zustand, insbesondere Ladezustand oder Alterungszustand, der einzelnen Akkumodule überwacht wird, und dass der momentane Zustand der einzelnen Akkumodule bei der Verschaltung der Akkumodule während des ersten und/oder zweiten Betriebsmodus

berücksichtigt wird, insbesondere indem einzelne Akkumodule vorrangig oder nachrangig bei der Zusammenstellung von Teilmengen berücksichtigt werden. Dadurch kann die Pufferbatterie besonders zuverlässig genutzt werden, insbesondere auch wenn einzelne Akkumodule nicht oder nur eingeschränkt betriebsbereit sind. Insbesondere kann die Spannungslage der einzelnen Akkumodule berücksichtigt werden, um eine gewünschte Spannungslage der Pufferbatterie insgesamt zuverlässig einzustellen. Vorteilhafter weise kann bei weitgehender Entladung der Akkumodule oder gealterten Akkumodulen die Zahl der in Serie geschalteten Akkumodule im Vergleich zu voll geladenen Akkumodulen oder neuen Akkumodulen erhöht werden, um eine bestimmte Spannungslage der Pufferbatterie zu erreichen.

Bevorzugt ist auch eine Variante, bei der das Wechselspannungsnetz ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz ist, und dass die drei Phasen des dreiphasigen Wechselspannungsnetzes gleichzeitig, insbesondere unabhängig voneinander, mittels der Pufferbatterie stabilisiert werden. Dadurch kann eine Verbesserung der Stabilisierung des Wechselspannungsnetzes erfolgen;

Schieflagen zwischen den drei Phasen werden vermieden. Die drei Phasen können in Sternschaltung oder Dreieckschaltung (Scheitelwert der

Wechselspannung 560 V, Effektivspannung 400 V) angebunden werden. Für jede der drei Phasen kann ein Teilbereich der Akkumodule gebildet werden, der dieser Phase fest zugeordnet ist; alternativ können auch dieselben Akkumodule gleichzeitig oder zeitlich nacheinander durch unterschiedliche Phasen genutzt werden, insbesondere zyklisch. Bei einer vorteilhaften Variante ist vorgesehen, dass mehrere Pufferbatterien gleichzeitig zur Stabilisierung des Wechselspannungsnetzes eingesetzt werden, und dass die Pufferbatterien an unterschiedlichen Netzankoppeiorten an das Wechselspannungsnetz angekoppelt sind. Dadurch können auf einfache Weise auch größere Stabilisierungseffekte im Wechseispannungsnetz erzielt werden. Auch können Pufferbatterien, die ihren Standort häufig wechseln, wie Traktionsbatterien in Elektrofahrzeugen oder Speicherbatterien von Range-Extender-Anhängern, nach einen„Einchecken" am jeweiligen Standort genutzt werden.

Vorteilhaft ist auch eine Variante, bei der während des ersten und/oder zweiten Betriebsmodus und/oder im Wechsel mit dem ersten und/oder zweiten

Betriebsmodus ein oder mehrere Verbraucher aus der Pufferbatterie mit Strom, insbesondere Wechselstrom, versorgt werden. Dadurch kann ein Verbraucher, wie beispielsweise ein Haushaltsgerät, (vorübergehend) ohne das

Wechselspannungsnetz betrieben werden, oder auch ein Verbraucher mit einem stärkeren Strom als über das Wechselspannungsnetz erhältlich versorgt werden. Insbesondere kann als Verbraucher die Batterie eines Fahrzeugs, bevorzugt Elektrofahrzeugs oder Range-Extender-Anhängers für ein

Elektrofahrzeug, zu deren Nachladung angeschlossen sein, insbesondere für eine Schnellladung (bei einer Stromstärke von typischerweise 100 A oder mehr, bei ca. 400 V Ladeendspannung der Fahrzeugbatterie).

Erfindungsgemäßes Pufferbatteriesystem

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Pufferbatteriesystem, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der

vorhergehenden Ansprüche, umfassend eine Pufferbatterie,

das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Pufferbatterie mehrere Akkumodule umfasst, dass weiterhin Verschaltmitte! und eine elektronische Steuereinrichtung zur Einstellung der Verschaltmittel vorhanden sind, und dass mit den Verschaltmitteln die Akkumodule in unterschiedlicher Weise zueinander verschaltet werden können, so dass durch Verändern der

Verschaltung der Akkumodule eine Spannungslage der Pufferbatterie verändert werden kann. Mit dem erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystem kann die Spannungslage der Pufferbatterie an eine jeweilige derzeitige Aufgabe der Pufferbatterie angepasst werden, und insbesondere bei einem Wechsel der Aufgabe der Pufferbatterie die Spannungslage geändert werden. Ebenso kann während einer Aufgabe die Spannungslage verändert werden, um die

Pufferbatterie einer zu verarbeitenden, veränderlichen elektrischen Spannung anzupassen. Insbesondere kann die Pufferbatterie zur Entnahme von Strom aus einem Wechselspannungsnetz zumindest zeitweise auf eine

Spannungslage unterhalb der momentanen Spannung des

Wechselspannungsnetzes eingestellt werden. Ebenso kann die Pufferbatterie zur Einspeisung von Strom in ein Wechselspannungsnetz zumindest zeitweise auf eine Spannungslage oberhalb der momentanen Spannung des

Wechselspannungsnetzes eingestellt werden. Damit ist die Pufferbatterie für eine Stabilisierung eines Wechselspannungsnetzes gut geeignet.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Pufferbatteriesystems, bei der die elektronische Steuereinrichtung und die Verschaltmittel dazu ausgebildet sind, mit der Spannungslage der

Pufferbatterie einen periodischen, sinusförmigen Verlauf einer

Wechselspannung näherungsweise nachzubilden, wobei eine Anzahl von in Serie geschalteten Akkumodulen periodisch sukzessive erhöht und wieder reduziert wird,

insbesondere wobei je Halbwelle der Wechselspannung sukzessive wenigstens drei, bevorzugt wenigstens vier, besonders bevorzugt wenigstens acht,

Akkumodule nacheinander zugeschaltet und wieder weggeschaltet werden. Die nachgebildete Wechselspannung entspricht typischerweise dem Verlauf der Wechselspannung in einem zu stabilisierenden Wechselspannungsnetz, wobei zur Stromentnahme aus dem Wechsetspannungsnetz die Spannungslage der Pufferbatterie zumindest zeitweise unter der momentanen Wechselspannung des Wechselspannungsnetzes liegt, und zur Stromeinspeisung in das

Wechselspannungsnetz die Spannungslage der Pufferbatterie zumindest zeitweise über der momentanen Wechselspannung des

Wechselspannungsnetzes liegt. Ebenso kann mit dem Pufferbatteriesystem„off grid" (separat, entkoppelt vom Wechselspannungsnetz) die nachgebildete Wechselspannung bereitgestellt werden, um einen oder mehrere Verbraucher netzunabhängig mit Wechselstrom zu versorgen. Die Frequenz der

nachzubildenden Wechselspannung und der nachgebildeten

Wechselspannung sind grundsätzlich gleich. Durch den treppenförmigen Verlauf der Spannungslage der Pufferbatterie kann die sinusförmige

Wechselspannung recht genau nachgebildet werden, insbesondere im

Vergleich zu einer einfachen, gepulsten Rechteckspannung. Dadurch kann Blindleistung reduziert werden, insbesondere bei der Netzstabilisierung.

Ebenso wird die Kompatibilität mit angeschlossenen Verbrauchern verbessert. Nach einer Halbwelle werden die Anschlusspole der Pufferbatterie

typischerweise umgepolt, so dass beide Halbwellen einer Penodendauer nachgebildet werden können. Die Frequenz der nachgebildeten

Wechselspannung liegt typischerweise bei 50-60 Hz, und die Spitzenspannung beträgt typischerweise zwischen 00 V und 400V bzw. die Effektivspannung beträgt typischerweise zwischen 110 V und 240 V. Die Verschaltmittel sind bevorzugt mit 1 kHz oder schneller schaltbar, d.h. ein Akkumodul (oder eine Gruppe von Akkumodulen) kann innerhalb von 1 ms oder schneller zu- und wieder abgeschaltet werden; besonders bevorzugt sind die Verschaltmittel mit 10 kHz oder schneller schaltbar. Bevorzugt erfolgt eine Nachbildung des Verlaufs der momentanen Spannung des Wechselspannungsnetzes in einer Weise, dass die Abweichung der (momentanen) Spannungslage der

Pufferbatterie von der momentanen Spannung (oder Sollspannung) des

Wechselspannungsnetzes maximal 40%, bevorzugt maximal 25%, besonders bevorzugt maximal 20%, bezogen auf die Scheitelspannung des

Wechselspannungsnetzes, beträgt.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die

elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet, die Anzahl von in Serie geschalteten Akkumodulen jeweils um eins zu ändern, sobald sich seit der letzten Änderung der Anzahl

- die nachzubildende Wechselspannung um die Spannungslage eines

Akkumoduls geändert hat,

- oder die nachzubildende Wechselspannung nach Durchlaufen eines

Extremwerts wieder zu ihrem Wert bei der letzten Änderung der Anzahl zurückgekehrt ist. Dadurch kann auf einfache Weise eine recht genaue Nachbildung einer Wechselspannung, etwa in einem zu stabilisierenden Wechselspannungsnetz, erfolgen.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen

Pufferbatteriesystems sieht vor, dass das Pufferbatteriesystem wenigstens ein Paar von Anschlusspolen, bevorzugt drei Paare von Anschlusspolen, umfasst, wobei jeder Anschlusspol über wenigstens eine leistungseiektronische

Schalteinrichtung mit der Pufferbatterie verbunden ist, und dass die

elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die

leistungselektronischen Schalteinrichtungen der Anschlusspole zu öffnen und zu schließen, insbesondere zur phasenrichtigen Ankopplung an das

Wechselspannungsnetz und/oder zur Einstellung oder Begrenzung des Stromflusses. Mit einem Paar von Anschlusspolen kann die Pufferbatterie an ein einphasiges Wechselspannungsnetz angeschlossen werden. Mit drei Anschlusspolen oder auch drei Paaren von Anschlusspolen ist ein Anschluss an ein dreiphasiges Wechselspannungsnetz, insbesondere in Dreieck- oder Sternschaltung, möglich. Mit den leistungselektronischen Schalteinrichtungen kann der Stromfluss zwischen der Pufferbatterie und dem an den

Anschlusspolen angeschlossenen Wechselspannungsnetz (oder einem anderen Verbraucher) auf einfach einzurichtende und einfach zu steuernde Weise schnell freigegeben oder gesperrt werden, insbesondere auch mehrfach innerhalb einer Phase einer typischen Wechselspannung {mit einer Frequenz von 50-60 Hz).

Bevorzugt ist eine Weiterbildung dieser Ausführungsform, die vorsieht, dass jedes Paar von Anschlusspolen ein Spannungsmessgerät aufweist, mit dem die Spannung zwischen den Anschlusspolen zeitaufgelöst messbar ist, und/oder dass jedes Paar von Anschlusspolen ein Strommessgerät aufweist, mit dem der Strom durch das Paar von Anschlusspolen zeitaufgelöst messbar ist. Die Messsignale des Spannungsmessgeräts und/oder des Strommessgeräts werden an die Steuereinrichtung weitergeleitet, die diese Messsignale auswertet, um die leistungselektronischen Schalteinrichtungen und/oder die Verschaltmittel phasenrichtig anzusteuern. Insbesondere können mit dem Spannungsmessgerät die Frequenz und/oder die Phasenlage einer

angeschlossenen Wechselspannung eines zu stabilisierenden

Wechselspannungsnetzes bestimmt werden. Mit dem Strommessgerät kann insbesondere überwacht werden, ob ein maximaler Ladestrom oder maximaler Entladestrom (im Mittel oder auch in der Spitze) der Pufferbatterie eingehalten wird, um die Pufferbatterie bzw. deren Akkumodule vor einer Beschädigung zu schützen.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung ist jeder Anschlusspol des

Pufferbatteriesystems jeweils über zwei leistungselektronische

Schalteinrichtungen wahlweise mit unterschiedlichen Polen der Akkumodule verbindbar. Dadurch kann die Polung der an dem Paar von Anschlusspolen anliegenden Spannung der Pufferbatterie umgekehrt werden. Entsprechend können beide Halbwellen einer Wechselspannung erzeugt oder nachgebildet werden. Gleichnamige Pole der Akkumodule sind typischerweise jeweils auf einer Stromsammeischiene zusammenschaltbar, und jeder Anschlusspol ist über die zwei leistungselektronischen Schalteinrichtungen wahlweise mit zwei Stromsammeischienen (für jeden Pol) verbindbar.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform, bei der die Verschaltmittel eine Vielzahl leistungselektronischer Schaiteinrichtungen umfassen,

und dass die elektronische Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, die leistungselektronischen Schalteinrichtungen der Verschaltmittel zu öffnen und zu schließen, um eine Verschaitung der Akkumodule einzurichten, und gegebenenfalls auch eine Auswahl aktiver Akkumodule zu treffen. Mittels der leistungselektronischen Schalteinrichtungen ist ein einfaches und schnelles Umschalten der Verschaitung (und insbesondere der Spannungslage) der Pufferbatterie möglich, insbesondere auch mehrfach während einer

Periodendauer. Dies erlaubt es, eine für eine jeweilige Anwendung passende Verschaitung der Akkumodule oder der ausgewählten Akkumodule

einzurichten. Die ausgewählten Akkumodule können grundsätzlich

parallel oder in Serie verschaltet werden. Auch kombinierte Parallel-Serien- Schaltungen sind möglich.

Eine bevorzugte Weiterentwicklung dieser Ausführungsform sieht vor, dass die Pufferbatterie wenigstens einen Schaltring, bevorzugt drei Schaltringe, umfasst, wobei jeder Schaltring wenigstens drei, bevorzugt wenigstens fünf, besonders bevorzugt wenigstens zehn, Akkumodule umfasst, wobei zwischen zwei benachbarten Akkumodulen eines Schaltrings jeweils eine

leistungselektronische Schalteinrichtung zur Verbindung gegengleicher Pole der benachbarten Akkumodule angeordnet ist, und wobei die Pole jedes

Akkumoduls eines Schaltrings einzeln über leistungselektronische

Schalteinrichtungen mit Anschlusspolen des Pufferbatteriesystems verbindbar sind. Dadurch können benachbarte Akkumodule des Schaltrings in beliebiger Anzahl (bis hin zur Gesamtzahl der Akkumodule des Schaltrings) in Serie verschaltet werden, wobei die Auswahl der in Serie verschalteten Akkumodule auf Wunsch über den Schaltring verschoben werden kann, insbesondere um alle Akkumodule des Schaltrings gleichmäßig zu belasten. Durch die Anordnung der Akkumoduie in dem Schaltring ist dabei ein durchgängiges Umlaufen („rollieren") der in Serie verschalteten Akkumodule möglich. Dazu kann jeweils an einem Ende der Serienschaltung ein Akkumodul weggeschaltet werden, während an dem anderen Ende der Serienschaltung ein Akkumodul hinzugeschaltet wird.

Eine Weiterentwicklung hierzu sieht vor, dass das Pufferbatteriesystem drei Paare von Anschlusspolen umfasst, und dass die Pufferbatterie drei

Schaltringe umfasst, die dieselben Akkumodule umfassen, wobei für jeden Schaltring die Pole jedes Akkumoduls einzeln über leistungselektronische Schalteinrichtungen mit den Anschlusspolen eines dem jeweiligen Schaltring zugeordneten Paars von Anschlusspolen des Pufferbatteriesystems verbindbar sind. In diesem Fall können über die drei Schaltringe unabhängig voneinander drei verschiedene Spannungslagen erzeugt werden und jeweils an ein Paar Stromsammeischienen übergeben werden. Jeder Pol eines Akkumoduls ist über leistungselektronische Schalteinrichtungen an drei Stromsammeischienen angeschlossen. Mit diesem Aufbau können drei Phasen eines

Wechselspannungsnetzes jeweils über einen Anschlusspol an das

Pufferbatteriesystem angeschlossen werden, insbesondere zur Stabilisierung. Die drei Phasen können dabei dieselben Akkumodule nutzen, wodurch der Aufbau besonders kompakt ist.

Eine alternative Weiterentwicklung sieht vor, dass das Pufferbatteriesystem drei Paare von Anschlusspolen umfasst, und dass die Pufferbatterie drei

Schaltringe umfasst, die jeweils unterschiedliche Akkumodule umfassen, wobei für jeden Schaltring die Pole jedes Akkumoduls einzeln über

leistungselektronische Schalteinrichtungen mit den Anschlusspolen eines dem jeweiligen Schaitring zugeordneten Paars von Anschlusspolen des

Pufferbatteriesystems verbind bar sind. Auch in diesem Fall können über die drei Schaltringe unabhängig voneinander drei verschiedene Spannungslagen erzeugt werden und jeweils an ein Paar Stromsammeischienen übergeben werden. Jeder Pol eines Akkumoduls eines Schaltrings über eine

leistungselektronische Schalteinrichtung an eine Stromsammeischiene für diesen Schaltring angeschlossen. Mit diesem Aufbau können ebenfalls drei Phasen eines Wechselspannungsnetzes jeweils über einen Anschlusspol an das Pufferbatteriesystem angeschlossen werden, insbesondere zur

Stabilisierung. Die drei Phasen nutzen dabei Akkumodule aus verschiedenen Schaltringen, also unterschiedliche Akkumodule, was die Koordinierung der Verschaltmittel vereinfacht.

Eine andere Weiterentwicklung sieht vor, dass das Pufferbatteriesystem drei Paare von Anschlusspolen umfasst, dass die Pufferbatterie lediglich einen Schaltring umfasst, und dass die Pole jedes Akkumoduls des Schaltrings einzeln über drei Sätze von leistungselektronischen Schalteinrichtungen mit jedem der drei Paare von Anschlusspolen des Pufferbatteriesystems

verbindbar sind. In diesem Fall können mit dem Schaltring und den drei Sätzen von leistungselektronischen Schalteinrichtungen wiederum drei

Spannungslagen erzeugt und jeweils an ein Paar von Stromsammeischienen übergeben werden, wobei die drei Spannungslagen jedoch in Summe maximal der Spannungslage aller Akkumodule des Schaltrings in Serie entspricht. Auch mit diesem Aufbau können drei Phasen eines Wechselspannungsnetzes jeweils über ein Paar von Anschlusspolen an das Pufferbatteriesystem angeschlossen werden, insbesondere zur Stabilisierung. Für die drei Phasen können dabei Serienschaltungen von Akkumodulen im selben Schaltring gebildet und genutzt werden, wodurch die Akkumodule sehr effizient genutzt werden.

In einer anderen Weiterentwicklung ist vorgesehen, dass das

Pufferbatteriesystem drei Anschlusspole aufweist, dass die Pufferbatterie lediglich einen Schaltring umfasst, und dass die Pole jedes Akkumoduls des Schaltrings einzeln über drei Sätze von leistungselektronischen

Schalteinrichtungen zweimal mit jedem der Anschlusspole des Pufferbattenesystems verbind bar sind. Diese Ausführungsform ist für den Anschluss von drei Phasen eines dreiphasigen Wechselstromnetzes in

Dreieckschaltung vorgesehen, insbesondere zur Stabilisierung des

Wechselspannungsnetzes. Mit dem Schaltring und den drei Sätzen von leistungselektronischen Schalteinrichtungen können wiederum drei

Spannungslagen erzeugt und jeweils an ein Paar von Stromsammeischienen übergeben werden, wobei die drei Spannungslagen jedoch in Summe maximal der Spannungslage aller Akkumodule des Schaltrings in Serie entspricht. Jeder Anschlusspol wird an zwei der sechs Stromsammeischienen angeschlossen, die zu unterschiedlichen Spannungslagen bzw. Serienschaitungen gehören, und jeder Anschlusspol hat eine andere Paarung der Serienschaltungen aufgeschaltet. Die Akkumodule können auch hier sehr effizient genutzt werden.

Vorteilhaft ist weiterhin eine Weiterbildung, bei der eine oder mehrere der leistungselektronischen Schalteinrichtungen jeweils eine erste Schalteinheit aufweisen, die jeweils mindestens ein Halbleiter-Schaltelement, insbesondere einen MOSFET oder IGBT, umfasst. Mit Halbleiter-Schaltelementen ist ein besonders schnelles und verschieißfreies Schalten auch bei großen Strömen und Spannungen möglich. Weiterhin sind dazu nur geringe Steuerspannungen nötig. Besonders vorteilhaft können MOSFETs oder IGBTs verwendet werden, die Schaltfrequenzen von einigen kHz, etwa 5 kHz oder mehr, bevorzugt 10 kHz oder mehr, besonders bevorzugt 20 kHz oder mehr, ermöglichen.

Bevorzugt können Halbleiter-Schaltelemente verwendet werden, die eine Sperrspannung von wenigstens 600 V aufweisen

Vorteilhafter Weise umfassen eine oder mehrere der leistungselektronischen Schalteinrichtungen zusätzlich zur ersten Schalteinheit jeweils eine zweite Schalteinheit in Serie geschaltet zur ersten Schaiteinheit, wobei die zweite Schalteinheit jeweils mindestens ein Halbleiter-Schaltelement, insbesondere einen MOSFET oder IGBT, umfasst. Durch die in Serie zur ersten Schalteinheit geschaltete zweite Schalteinheit wird die Betriebssicherheit des

Pufferbatteriesystems verbessert. Falls in der ersten Schalteinheit oder in der zweiten Schalteinheit eine der leistungselektronischen Schalteinrichtungen niederohmig versagt (Kurzschiuss), kann die jeweils andere Schalteinheit den Stromfluss durch die leistungselektronische Schalteinrichtung dennoch unterbrechen und damit die Sicherheit des Pufferbatteriesystems

gewährleisten.

Bei einer anderen Weiterbildung umfassen die erste und/oder die zweite Schalteinheit jeweils mehrere, bevorzugt wenigstens vier, besonders bevorzugt wenigstens acht, parallel zueinander geschaltete Halbleiter-Schaltelemente. Dadurch kann die mögliche Stromstärke, die mit den Schalteinheiten geschaltet werden kann, erhöht werden. Der Durchgangswiderstand der jeweiligen

Schalteinheit wird gesenkt, wenn diese in einen leitenden Zustand geschaltet ist. Die Verlustleistung in der jeweiligen Schalteinheit kann damit (im Vergleich zu einem einzelnen Halbleiter-Schaltelement) auf den der Anzahl der parallel geschalteten Halbleiter-Schaltelemente entsprechenden Bruchteil gesenkt werden. Die einzelnen Halbleiter-Schaltelemente weisen im leitenden Zustand vorzugsweise einen Durchgangswiderstand von höchstens 20 Milliohm, besonders bevorzugt höchstens 10 Milliohm, auf. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn durch die Schalteinheiten Ströme von bis zu 250 A oder auch bis zu 400 A fließen.

Bevorzugt ist weiterhin eine Weiterbildung, bei der eine oder mehrere der leistungselektronischen Schalteinrichtungen zusätzlich zur ersten Schalteinheit jeweils ein mechanisches Relais in Serie geschaltet zur ersten Schalteinheit umfassen. Dadurch kann die Betriebssicherheit des Pufferbatteriesystems durch eine galvanische Trennung weiter verbessert werden, insbesondere wenn das Pufferbatteriesystem über längere Zeit abgeschaltet wird, etwa für eine Reparatur. Das mechanische Relais richtet in einem geöffneten

Schaltzustand eine mechanische Unterbrechung eines Stromleitpfades durch die jeweilige leistungselektronische Schalteinrichtung ein. Weiterhin können Hybridschalter bestehend aus einer Parallelschaltung eines Relais und einer leistungselektronischen Schalteinrichtung eingesetzt werden.

Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Akkumodule jeweils eine maximale Spannungslage von unter 60 V aufweisen, und dass alle

leistungselektronischen Schalteinrichtungen so ausgebildet sind, dass diese in einem Steuerspannungslosen Zustand sperren. Bei einer Spannungslage von unter 60 V je Akkumodul kann auf diverse Sicherheitsvorkehrungen, etwa einen Berührschutz für Anschlusskontakte der Akkumodule, verzichtet werden

(Kleinspannungsbereich). Indem die leistungselektronischen

Schalteinrichtungen in einen sperrenden Zustand übergehen, wenn keine Steuerspannung an ihnen anliegt, wird sichergestellt, dass nicht unbeabsichtigt, etwa während der Lagerung des Pufferbatteriesystems in Zeiten der

Nichtbenutzung, mehrere Akkumodule zusammengeschaltet werden und/oder ein Akkumodul oder mehrere Akkumodule mit den Anschlusspolen des

Pufferbatteriesystems verbunden werden. Dadurch wird die

Verwendungssicherheit weiter verbessert. Eine typische maximale

Spannungslage (Ladeschlusspannung) eines Akkumoduls beträgt 48 V.

Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, bei der alle Akkumodule der

Pufferbatterie gleichartig ausgebildet sind. Dies vereinfacht den Aufbau des Pufferbatteriesystems und die Steuerung der Verschaltung der Akkumoduie.

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt auch ein Fahrzeug,

insbesondere Elektrofahrzeug oder Range-Extender-Anhänger für ein

Elektrofahrzeug, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Fahrzeug ein erfindungsgemäßes Pufferbatteriesystem umfasst. Das Pufferbatteriesystem kann während der Fahrt im Elektrofahrzeug als Traktionsbatterie

(Hochvoltbatterie) dienen, bzw. als Speicherbatterie eines Range-Extender- Anhängers die Reichweite eines unterstützten Elektrofahrzeugs erhöhen. Die erfindungsgemäße Umschaltbarkeit der Spannungslage der Pufferbatterie erlaubt zusätzlich eine Anpassung an andere Aufgaben, etwa die Stabilisierung eines angeschlossenen Wechselspannungsnetzes oder die Versorgung eines Verbrauchers mit Wechselstrom, insbesondere im geparkten Zustand. Die Anordnung der Pufferbatterie auf einem Fahrzeug erlaubt eine besonders flexible Nutzung, insbesondere eine einfache Verbringung zu einem lokalen Netzanschluss oder einem immobilen Verbraucher. Zudem weist die

Traktionsbatterie eines Elektrofahrzugs oder auch die Speicherbatterie eines Range-Extender-Anhängers eine hohe Kapazität (meist 20 kWh oder mehr) auf, so dass ein spürbarer Stabilisierungsbeitrag auch in einem typischen öffentlichen Wechselspannungsnetz geleistet werden kann.

Erfindungsgemäße Verwendungen des Pufferbatteriesystems

In den Rahmen der vorliegenden Erfindung fällt weiterhin die Verwendung eines oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems oder Fahrzeugs, wobei das Pufferbatteriesystem zumindest zeitweise in einem oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren und/oder zur Versorgung eines oder mehrerer Verbraucher mit Strom, insbesondere Wechselstrom, eingesetzt wird. Die erfindungsgemäße veränderliche Verschaltung der Akkumodule ermöglicht eine Anpassung der Spannungslage an eine jeweilige Aufgabe, was insbesondere bei der Stabilisierung eines Wechselspannungsnetzes oder der lokalen Versorgung von Verbrauchern („inselbetrieb") eingesetzt werden kann. Insbesondere können Netzstabilisierung und Versorgung von Verbrauchern im zeitlichen Wechsel oder auch gleichzeitig („hybrider Betrieb") erfolgen. Hierfür kann es nützlich sein, für die Netzstabilisierung und die Versorgung des oder der Verbraucher separate Sätze von Verschaltmitteln und Anschlusspolen vorzusehen.

Bei einer Variante der erfindungsgemäßen Verwendung ist vorgesehen, dass mehrere Pufferbatteriesysteme an unterschiedlichen Netzankoppelorten im Wechselspannungsnetz verteilt angekoppelt sind und jeweils zumindest zeitweise in einem oben beschriebenen, erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Durch Nutzung einer Vielzahl von Pufferbatteriesystemen kann die Stabilisierung des Wechselspannungsnetzes entsprechend verbessert werden. Die unterschiedlichen Netzeinkoppelorte der Pufferbatteriesysteme beeinträchtigen die Stabilisierungsfunktion nicht. Die Frequenzüberwachung kann dabei direkt im erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystem erfolgen und die Zustandssteuerung auslösen (Zustände: erster Betriebsmodus/Einspeisen, zweiter Betriebsmodus/Laden, Inaktiv). Eine zentrale Koordination von verschiedenen Pufferbatteriesystemen ist hierfür nicht nötig, da diese jeweils autark die Netzstabilisierungsfunktion betreiben können. Die

Zustandssteuerung kann alternativ auch zentral beim

Übertragungsnetzbetreiber erfolgen. In diesem Fall wird die Schaltung des Zustands (erster Betriebsmodus/Einspeisen, zweiter Betriebsmodus/Laden, Inaktiv) des Pufferbatteriesystems über einen externen Steuerbefehl ausgelöst, der von einer externen Zentrale erhalten wird. Dies ist typischerweise der Fall, wenn die Regelleistung vom Übertragungsnetzbetreiber über Anforderung gebucht wird.

Schließlich ist eine Variante vorteilhaft, bei der in einem geparkten Zustand des Fahrzeugs das Pufferbattenesystem an ein Wechselspannungsnetz

angeschlossen wird und das Pufferbatteriesystem zur Stabilisierung des Wechselspannungsnetzes gemäß einem oben beschriebenen,

erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt wird,

insbesondere wobei während der Fahrt des Fahrzeugs das Fahrzeug oder ein Zugfahrzeug, an das das Fahrzeug angehängt ist, aus der Pufferbatterie mit Fahrstrom versorgt wird.

Insbesondere wenn die Pufferbatterien als Traktionsbatterien von

Eiektrofahrzeugen oder als Speicherbatterien von Range-Extender-Anhängern für Elektrofahrzeuge eingesetzt sind, kann im Versorgungsgebiet eines

Wechselspannungsnetzes eine Vielzahl von Pufferbatterien zur Verfügung gestellt werden. Während eine Pufferbatterie für eine Fahrt benötigt wird, nimmt sie (zeitweise) an der Stabilisierungsfunktion nicht teil. Nach einer Fahrt muss die Pufferbatterie in der Regel ohnehin zum Nachladen an eine Stromquelle, in der Regel das öffentliche Wechselspannungsnetz, angeschlossen werden. Da die erfindungsgemäße Stabilisierungsfunktion grundsätzlich keine externe Infrastruktur (vom Netzanschluss, etwa einer Steckdose, abgesehen) benötigt, kann dann ohne Mehraufwand an der Stabilisierungsfunktion für das öffentliche Wechselspannungsnetz teilgenommen werden. Man beachte, dass für eine Netzstabilisierung über Stromentnahme die Pufferbatterie noch nicht vollständig aufgeladen sein darf, und für eine Netzstabilisierung über Stromeinspeisung die Pufferbatterie noch nicht vollständig entladen sein darf.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die

Schilderung der Erfindung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Übersicht über Spannungsverhältnisse an einer Pufferbatterie im Rahmen einer ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Pufferbatterie lediglich zwei Akkumodule verschaltet;

Fig. 2 eine schematische Übersicht über Spannungsverhältnisse an einer Pufferbatterie im Rahmen einer zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Pufferbatterie zehn Akkumodule verschaltet und eine Wechselspannung treppenförmig nachgebildet wird;

Fig. 3a einen schematischen Schaltplan einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems, mit zehn Akkumodulen in einem Schaltring und einem Paar von Anschlusspolen;

Fig. 3b ein schematischer Schaltplan einer leistungselektronischen

Schalteinrichtung für das Pufferbatteriesystem von Fig. 3a; einen schematischen Schaitpian einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems, mit zehn Akkumoduien, die jeweils zu drei Schaltringen gehören und drei Paaren von Anschlusspolen; Fig. 5 einen schematischen Schaltplan einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems, mit 27

Akkumodulen, die auf drei Schaltringe verteilt sind, und drei Paaren von Anschlusspolen;

Fig. 6 einen schematischen Schaltplan einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems, mit 16

Akkumodulen in einem Schaltring und drei Paaren von Anschlusspoien;

Fig. 7a eine schematische Ansicht eines Elektrofahrzeugs mit einem

erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystem, im geparkten Zustand; eine schematische Ansicht des Elektrofahrzeugs von Fig. 7a, während der Fahrt; eine schematische Ansicht eines Range-Extender-Anhängers mit einem erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystem, im geparkten Zustand; eine schematische Ansicht des Range-Extender-Anhängers von Fig. 7c, während der Fahrt, gezogen von einem Elektroauto; eine schematische Ansicht einer Ladesäule, umfassend ein erfindungsgemäßes Pufferbatteriesystem, zum Laden eines Elektrofahrzeugs;

Fig. 7f eine schematische Ansicht eines Wohnhauses mit einem

erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystem und einer Photovoltaikanlage; Fig. 8 eine schematische Ansicht eines Wechselspannungsnetzes, in welchem Fahrzeuge mit erfindungsgemäßen

Pufferbattehesystemen an unterschiedlichen Orten zur

Stabilisierung des Wechselspannungsnetzes angekoppelt sind;

Fig. 9 einen schematischen Schaltplan einer fünften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems, mit 24

Akkumodulen in einem Schalt ng und drei Anschlusspolen.

Fig. 1 illustriert in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf verschiedener elektrischer Spannungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Stabilisierung eines Wechselspannungsnetzes, in einer ersten Variante.

An ein erfindungsgemäßes Pufferbatteriesystem (nicht dargestellt) ist ein zu stabilisierendes Wechselspannungsnetz angeschlossen. Die (momentane) Wechselspannung 100 des Wechselspannungsnetzes hat über die Zeit t (nach rechts aufgetragen) einen sinusförmigen Verlauf, mit einer positiven Halbwelle 110 zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, und einer negativen Halbwelle 20 zwischen den Zeitpunkten t2 und t3. Zu den Zeiten t1 , t2 und t3 finden jeweils Nuüdurchgänge der Wechselspannung 100 statt. Man beachte, dass sich die Wechselspannung 100 periodisch fortsetzt, wobei zur Vereinfachung jedoch nur eine Periodendauer T dargestellt ist.

Die Periodendauer T kann beispielsweise aus dem zeitlichen Abstand übernächst aufeinanderfolgender Nulldurchgänge (hier t1 und t3) mit einem Spannungsmessgerät (Voltmeter) bestimmt werden. Aus der (momentanen) Periodendauer T kann die (momentane) Frequenz f der Wechselspannung 100 bestimmt werden zu f = 1/T. Die Wechselspannung hat hier eine Sol!frequenz von 50 Hz und eine

Effektivspannung von 240 V (was den Parametern des öffentlichen

Stromnetzes in Mitteleuropa entspricht), bzw. eine Scheitelspannung

(Spitzenspannung) 105 von ca. 338 V.

Wenn die momentane Frequenz unter einen ersten Sollwert von hier 49,99 Hz absinkt, erfolgt ein Eingriff zur Stabilisierung, indem zusätzlicher Strom (über die bisherige Kraftwerksleistung hinaus) in das Wechselspannungsnetz eingespeist wird.

Im Rahmen der Erfindung wird hierfür eine Pufferbatterie eingesetzt, die in der hier dargestellten Variante zwei Akkumodule mit einer maximalen

Spannungslage oder Nennspannung (Ladeschlussspannung) von ca. 190 V aufweist. Für die Einspeisung von zusätzlichem Strom in das

Wechselspannungsnetz werden in einem ersten Betriebsmodus die beiden Akkumodule in Serie geschaltet, so dass die Pufferbatterie insgesamt eine Spannungslage 01 von ca. 380 V aufweist. Da die Anzahl der seriellen Akkumodule von zwei im ersten Betriebsmodus (von Alterungs- und

Entladungseffekten abgesehen) konstant bleibt, ist stellen die 380 V auch die maximale Spannungslage der Pufferbatterie 103 im ersten Betriebsmodus dar.

Die Pufferbatterie wird hier während der ersten Halbwelle 110 zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 in einem Zeitintervall D1 , das hier 1/4 einer

Periodendauer T entspricht, auf das Wechselspannungsnetz geschaltet. Da die Spannungslage 101 über der momentanen Spannung der Wechselspannung 100 liegt, fließt Strom aus der Pufferbatterie in das Wechselspannungsnetz. Während der Zeiten von t1 bis t4 und von t5 bis t2 ist die Pufferbatterie hier vom Wechselspannungsnetz entkoppelt. Die Zeitpunkte t4 und t5 haben den gleichen Abstand von dem Zeitpunkt t6, an dem die Wechselspannung 100 ihren Maximalwert hat. Man beachte, dass zur Schonung der Akkumodule zwischen 14 und t5 der Stromfluss wiederholt kurzzeitig unterbrochen werden kann (gepulster Strom).

Während der Dauer der zweiten Halbwelle 120 wird die Ankopplung des Wechselspannungsnetzes an die Pufferbatterie umgepolt. Mittels der

Pufferbatterie kann dann wiederum mit einer Spannungslage 101 , die höher ist als die momentane Spannung der Wechselspannung in der umgepolten zweite Halbwelle 120a, Strom in das Wechselspannungsnetz eingespeist werden. Ansonsten verläuft die Stabilisierung während der zweiten Halbwelle 120 analog zur ersten Halbwelle 110.

Wenn die momentane Frequenz der Wechselspannung 100 über einen zweiten Sollwert von hier 50,01 Hz ansteigt, erfolgt ein Eingriff zur Stabilisierung, indem zusätzlicher Strom (über die bisherige Verbraucherleistung hinaus) aus dem Wechselspannungsnetz entnommen wird.

Für eine Entnahme von Strom aus dem Wechselspannungsnetz werden die hier zwei Akkumodule der Pufferbatterie in einem zweiten Betriebsmodus parallel zueinander geschaltet. Die Pufferbatterie weist dann insgesamt eine Spannungslage 102 von ca. 90 V auf. Da die Verschaltung der Akkumodule im zweiten Betriebsmodus nicht verändert wird, stellen (von Alterungs- und Entladungseffekten abgesehen) diese 190 V auch die maximale

Spannungslage 104 der Pufferbatterie 103 im zweiten Betriebsmodus dar.

Die Pufferbatterie wird hier während der ersten Halbwelle 110 zwischen den Zeitpunkten t7 und t8 in einem Zeitintervall D2, das hier etwa 1/8 einer

Periodendauer T entspricht, auf das Wechselspannungsnetz geschaltet. Da die Spannungslage 102 unter der momentanen Spannung der Wechselspannung 100 liegt, fließt Strom aus dem Wechselspannungsnetz in die Pufferbatterie. Man beachte, dass zur Schonung der Akkumodule zwischen t7 und t8 der Stromfluss wiederholt kurzzeitig unterbrochen werden kann (gepulster Strom). Während der Zeiten von t1 bis t7 und von t8 bis t2 ist die Pufferbatterie hier vom Wechselspannungsnetz entkoppelt. Die Zeitpunkte t7 und t8 haben den gleichen Abstand von dem Zeitpunkt t6, an dem die Wechselspannung 100 ihren Maximalwert hat.

Während der Dauer der zweiten Halbwelle 120 wird die Ankopplung des Wechselspannungsnetzes an die Pufferbatterie wiederum umgepolt. Mittels der Pufferbatterie kann dann wiederum mit einer Spannungslage 102, die niedriger ist als die momentane Spannung der Wechselspannung in der umgepolten zweite Halbwelle 120a, Strom aus dem Wechselspannungsnetz entnommen werden. Ansonsten verläuft die Stabilisierung während der zweiten Halbwelle 20 analog zur ersten Halbweile 1 0.

Falls gewünscht, kann das Anlegen der Pufferbatterie auch mit einem

Phasenversatz 130 gegenüber der Wechselspannung 100 erfolgen. Wird mit dem Anlegen der Pufferbatterie erst zum Zeitpunkt t7\ der etwas später als t7 liegt, begonnen, und zum Zeitpunkt t8', der etwas später als t8 liegt, aufgehört, ergibt sich eine Asymmetrie der Zeitpunkte t7' und t8' bezüglich des Zeitpunkts t6 des Erreichens der Scheitelspannung 105 der Wechselspannung 100.

Dadurch wird eine Blindleistung dem Wechselspannungsnetz aufgeprägt. Dies kann zur Korrektur der Blindleitung von am Wechselspannungsnetz

angeschlossenen Verbrauchern genutzt werden.

Die in Fig. 1 gezeigte erste Variante der Stabilisierung des

Wechselspannungsnetzes mittels großen und kleinen Rechteckpulsen ist besonders einfach und erfordert nur wenige Verschaltmittel bzw.

leistungselektronische Schalteinrichtungen.

Die Fig. 2 illustriert in einem Diagramm eine zweite Variante des

erfindungsgemäßen Verfahrens zur Stabilisierung eines

Wechselspannungsnetzes. Die Parameter des Wechselspannungsnetzes entsprechen den zu Fig. 1 vorgestellten Parametern, so dass im Folgenden nur auf die Unterscheide bezüglich der eingesetzten Pufferbatterie und deren Verschaltung eingegangen wird.

Die für die Stabilisierung zur Verfügung stehende Pufferbatterie weist hier zehn Akkumodule auf, die jeweils eine Nennspannung von 38 V aufweisen. Eine beliebige Anzahl dieser Akkumoduie kann in Serie zueinander verschaltet und auf das Wechselspannungsnetz geschaltet werden.

Um im ersten Betriebsmodus Strom in das Wechselspannungsnetz

einzuspeisen, wird eine treppenförmig verlaufende Spannungslage 101 eingesetzt. Zu Beginn der ersten Halbwelle 110 der Wechselspannung 100, also wenn die momentane Spannung der Wechselspannung bei t1„null" beträgt, sind zwei Akkumodule in Serie verschaltet (entsprechend 76 V).

Sobald die momentane Wechselspannung sich um die Spannungslage eines Akkumoduls (also 38 V) erhöht hat, hier bei t9, wird ein weiteres Akkumodul der Serienschaltung hinzugefügt, so dass ab da drei Akkumodule in Serie

geschaltet sind, entsprechend einer Spannungslage von 114 V, und so fort. Bei t10 hat die momentane Wechselspannung 100 das 8-fache der Spannungslage eines Akkumoduls erreicht, und zehn Akkumodule sind ab da in Serie

geschaltet (maximale Spannungslage 103 von 380 V). Die momentane

Wechselspannung erreicht sodann bei t6 ihr Maximum bei 338 V, nicht mehr aber das 9-fache der Spannungslage eines Akkumoduls (342 V). In diesem Fall wird die Anzahl der Akkumodule der Serienschaltung wieder um ein Akkumodui reduziert, wenn die momentane Spannung wieder den Wert bei der letzten Anzahländerung erreicht. Bei t11 ist die momentane Wechselspannung 100 wieder auf das 8-fache der Spannungslage eines Akkumoduls abgesunken, und die Anzahl der Akkumodule in der Serienschaltung wird entsprechend auf neun reduziert. Sodann erfolgt eine Reduktion der Anzahl der Akkumodule in der Serienschaltung wieder, wenn die momentane Wechselspannung 100 um die Spannungslage eines einzelnen Akkumoduls abgefallen ist, hier bei t12, wenn die momentane Wechselspannung 100 auf die 7-fache Spannungsiage eines Akkumoduls abgefallen ist, und so fort.

Durch dieses Vorgehen wird sichergestellt, dass die Spannungslage 101 der Pufferbatterie stets um das 1- bis 2-fache der Spannungslage eines

Akkumoduls über der momentanen Spannung 100 der Wechselspannung liegt, so dass über die gesamte Halbwelle 1 0 Strom in das Wechselspannungsnetz eingespeist werden kann. Die Spannungsdifferenz bleibt dabei aber begrenzt, so dass eine übermäßige Belastung der Akkumodule vermieden wird. In der gezeigten Variante beträgt die Spannungsdifferenz zwischen der

Spannungslage 101 der Pufferbatterie und der Wechselspannung 100 stets zwischen 11 ,2% und 22,5%, bezogen auf die Scheitelspannung 105 der Wechselspannung 100 bei t6. In dieser Variante ist während der Halbwelle 110 über 100% der Zeit eine Stromeinspeisung geschaltet. Man beachte, dass zur Schonung der Akkumodule zwischen der Stromfluss wiederholt kurzzeitig unterbrochen werden kann (gepulster Strom).

Während der zweiten Halbwelle 120 erfolgt wiederum ein umgepolter

Anschluss der Wechselspannung 100 an die Pufferbatterie, so dass auch über die umgepolte Halbwelle 120a eine Stromeinspeisung mit einer (betragsmäßig) größeren Spannungslage 101 der Pufferbatterie erfolgen kann.

Durch den an die Wechselspannung 100 angenäherten Verlauf der

Spannungslage der Pufferbatterie wird das Einbringen von

Spannungsverzerrungen (insbesondere hochfrequenter Störungen) in das Wechselspannungsnetz minimiert.

Um im zweiten Betriebsmodus Strom aus dem Wechselspannungsnetz zu entnehmen, wird eine ebenfalls treppenförmig verlaufende Spannungslage 102 eingesetzt. Solange die Wechselspannung 100 kleiner ist als die zweifache Spannungslage eines einzelnen Akkumoduls, hier zwischen t1 und t13, bleibt die Pufferbatterie vom Wechselspannungsnetz entkoppelt. Wenn die

Wechselspannung die doppelte Spannungslage (hier 76 V) eines Akkumoduls erreicht hat, wird ein erstes Akkumodul auf die Wechselspannung geschaltet, entsprechend einer Spannungslage von 38 V. Sobald die momentane

Wechselspannung 100 sich um die Spannungslage eines Akkumoduls (also um 38 V auf insgesamt 114 V) erhöht hat, hier bei t14, wird ein weiteres Akkumodul in Serie hinzugefügt, so dass ab da zwei Akkumodule in Serie geschaltet sind, entsprechend einer Spannungslage von 76 V, und so fort. Bei t10 hat die momentane Wechselspannung 100 das 8-fache der Spannungslage eines Akkumoduls erreicht, und sieben Akkumodule sind ab da in Serie geschaltet (maximale Spannungslage 104 bei 266 V). Die momentane Wechselspannung 100 erreicht sodann bei t6 ihr Maximum von 338 V, nicht mehr aber das 9- fache der Spannungslage eines Akkumoduls (342 V). Nun wird die Anzahl der Akkumodule der Senenschaltung wieder um ein Akkumodul reduziert, wenn die momentane Spannung 100 wieder den Wert bei der letzten Anzahländerung erreicht. Bei t11 ist die momentane Wechselspannung 100 wieder auf das 8- fache der Spannungslage eines Akkumoduis abgesunken, und die Anzahl der Akkumodule in der Serienschaltung wird auf sechs reduziert. Sodann erfolgt eine Reduktion der Anzahl der Akkumodule in der Serienschaltung wieder, wenn die momentane Spannung 100 um die Spannungslage eines einzelnen Akkumoduls abgefallen ist, hier bei t12, wenn die momentane

Wechselspannung 100 auf die 7-fache Spannungslage eines Akkumoduls abgefallen ist, und so fort. Wenn bei t15 die Wechselspannung unter die doppelte Spannungslage eines einzelnen Akkumoduls fällt, wird die

Pufferbatterie vom Wechselspannungsnetz getrennt.

Durch dieses Vorgehen wird sichergestellt, dass die Spannungslage 102 der Pufferbatterie, während sie an das Wechselspannungsnetz angeschlossen ist (in der ersten Halbwelle 1 0 zwischen t13 und t15), um das 1- bis 2-fache der Spannungslage eines Akkumoduls unter der momentanen Spannung 100 des Wechselspannungsnetzes liegt, so dass in dieser Zeit Strom in das Wechselspannungsnetz eingespeist werden kann. Die Spannungsdifferenz bleibt dabei wiederum begrenzt, so dass eine übermäßige Belastung der Akkumodule vermieden wird. In der gezeigten Variante beträgt die

Spannungsdifferenz zwischen der Spannungslage 101 der Pufferbatterie und der Wechselspannung 100 wiederum stets zwischen 11 ,2% und 22,5%, bezogen auf die Scheitelspannung 105 der Wechselspannung 100 bei t6. Man beachte, dass während der ersten Halbwelle 110 in dieser Variante über ca. 85% der Zeit eine Stromentnahme geschaltet ist. Man beachte, dass zur Schonung der Akkumodule zwischen t13 und t15 der Stromfluss wiederholt kurzzeitig unterbrochen werden kann (gepulster Strom).

Während der zweiten Halbwelle 120 erfolgt wiederum ein umgepolter

Anschluss der Wechselspannung 100 an die Pufferbatterie, so dass auch über die umgepolte Halbwelle 120a in analoger Weise eine Stromeinspeisung mit einer (betragsmäßig) kleinere Spannungslage 101 der Pufferbatterie erfolgen kann.

Die Fig. 3a zeigt einen schematischen Schaltplan einer ersten

Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems 2. Das Pufferbatteriesystem 2 umfasst eine Pufferbatterie 4 mit hier zehn gleichartigen Akkumodulen 6.1 bis 6.10, beispielsweise mit einer maximalen Spannungslage von jeweils 38 V (vgl. Fig. 2) oder 48 V.

Die Akkumodule 6.1 bis 6.10 sind in einem Schaltring 38 angeordnet.

Gegengleiche Pole 40a, 40b benachbarter Akkumodule 6.1 bis 6.10 des Schaltrings 38 sind über leistungselektronische Schaiteinrichtungen 42 miteinander elektrisch verbindbar. So ist beispielsweise der Pluspol 40a des Akkumoduls 6.2 über eine leistungselektronische Schalteinrichtung 42 mit dem Minuspol 40b des Akkumoduls 6.3 verbindbar, und der Piuspol 6.3 des

Akkumoduls 6.3 ist über eine leistungselektronische Schalteinrichtung mit dem Minuspol des Akkumoduls 6.4 verbindbar. Man beachte, dass die Akkumodule 6.10 und 6.1 im Schaltring 38 ebenfalls benachbart sind, vgl. die Stromleitung 11 mit der leistungselektronischen Schalteinrichtung 42. Zur Vereinfachung sind hier und im Folgenden die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 42 als einfache Schalter dargestellt.

Die Pole 40a, 40b der Akkumodule 6 sind hier weiterhin über

leistungselektronische Schalteinrichtungen 44 mit Stromsammeischienen 46, 47 verbindbar. Dabei sind die Pluspole 40a der Akkumodule 6.1 bis 6.10 (rechtsseitig am jeweiligen Akkumodul 6.1 bis 6.10) jeweils einzeln auf die obere Stromsammeischiene 46, und die Minuspole 40b sind jeweils einzeln auf die untere Stromsammeischiene 47 schaltbar.

Die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 42, 44 bilden dabei

Verschaltmittel 10 für die Akkumodule 6.1 bis 6.10 aus.

Das Pufferbatteräesystem 2 verfügt weiterhin über ein Paar von Anschlusspolen 16a, 16b, insbesondere zur Verbindung mit einem zu stabilisierenden

Wechselspannungsnetz. Die Anschlusspole 16a, 16b sind über einen

Einspeiseregler 17 mit der Pufferbatterie 4 verbunden.

Jede der Stromsammeischienen 46, 47 ist jeweils über zwei

leistungselektronische Schalteinrichtungen 18.1 bis 18.4 wahlweise mit den Anschlusspolen 16a, 16b des Pufferbatteriesystems 2 verbindbar. Für das Paar von Anschlusspolen 16a, 16b ist also ein Satz 19 von vier

ieistungselektronischen Steuereinrichtungen 18.1-18.4 (mit zugehörigen

Stromleitungen) zur Verbindung mit den Stromsammeischienen 46, 47 eingerichtet. Der linksseitige Anschlusspol 16a ist über die

leistungselektronische Schalteinrichtung 18.3 mit der (negativpoligen) unteren Stromsammeischiene 47 verbindbar, und über die leistungselektronische Schalteinrichtung 18.2 mit der (positivpoligen) oberen Stromsammeischiene 46 verbindbar. Der rechtsseitige Anschlusspol 16b ist über die leistungselektronische Schalteinrichtung 18.1 mit der (negativpotigen) unteren Stromsammeischiene 47 verbindbar, und über die leistungselektronische Schalteinrichtung 18.4 mit der (positivpoligen) oberen Stromsammeischiene 46 verbindbar. Es kann somit ein jeder Pol 40a, 40b eines jeden Akkumoduls 6.1- 6.10 wahlweise mit jedem der Anschlusspole 16a, 16b verbunden werden.

Die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18.1 bis 18.4, 42, 44 werden von einer elektronischen Steuereinrichtung 12 angesteuert, um die

leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18.1 bis 18.4, 42, 44 zu öffnen oder zu schließen. Zur Überwachung eines Betriebszustandes des

Pufferbatteriesystems 2 ist hier zwischen dem Anschlusspol 16b und jeder der beiden Stromsammeischienen 46, 47 jeweils ein Strommessgerät

{Amperemeter) 26 angeordnet. Weiterhin ist hier zwischen den Anschlusspolen 16a, 16b ein Spannungsmessgerät (Voltmeter) 50 angeordnet. Die

elektronische Steuereinrichtung 12 kann die Messwerte der Strommessgeräte 26 und des Spannungsmessgeräts 50 heranziehen, um über die

leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18.1 bis 18.4, 42, 44 den Betrieb des Pufferbatteriesystems 2 zu steuern.

In der dargestellten Schaltstellung wurden von der elektronischen

Steuereinrichtung zwei Akkumodule 6.1 und 6.2 ausgewählt und in Serie verschaltet (vgl. den geschlossenen leistungselektronischen Schalter 42 zwischen den Akkumodulen 6.1 und 6.2). Die Akkumodule 6.1 , 6.2 sind über zwei der leistungselektronischen Schalteinrichtungen 44 (vgl. die

geschlossenen Schalteinrichtungen 44 an den äußeren Polen der

Serienschaitung der Akkumodule 6.1 bis 6.2) mit den Stromsammeischienen 46, 47 verbunden. Die restlichen Akkumodule 6.3 bis 6.10 sind nicht

miteinander verschaltet und auch nicht auf die Stromsammeischienen 46, 47 geschaltet. Man beachte, dass durch den Schaltring 38 beliebige untereinander benachbarte Akkumodule 6.1-6.10 („Teilsegmente des Schaltrings") für eine Serienschaltung ausgewählt und auf die Stromsammeischiene 46, 47 geschaltet werden können; insbesondere können unter Beibehaltung der Spannungslage der Pufferbatterie auch die aufgeschalteten Akkumodule rollierend verändert („durch rotiert") werden, um eine gleichmäßige Belastung der Akkumodule („Moduibalancing") zu erhalten.

In der dargestellten Schaltstellung ist der linksseitige Anschlusspol 16a mit der den Plus-Polen 40a der Akkumodule 6.1 bis 6.10 zugeordneten

Stromsammeischiene 46 verbunden; der rechtsseitige Anschlusspol 16b ist mit der den Minus-Polen 40b der Akkumodule 6.1 bis 6.10 zugeordneten

Stromsammeischiene 47 verbunden. Wahlweise kann über die

leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18.1 bis 18.4 auch eine Umkehr der Polverschaltung eingerichtet werden, hier indem alle

leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18.1 bis 18.4 umgeschaltet werden. Dadurch ist es grundsätzlich möglich, die eingestellte Spannungslage der Pufferbatterie positiv oder negativ auf die Anschlusspolen 16a, 16b zu schalten.

Durch sukzessives Hinzu- und Wegschalten von einzelnen Akkumodulen 6.1 bis 6. 0 zu den in Serie verschalteten Akkumodulen 6.1 bis 6. 0 und eine Umkehr der Polverschaltung durch die leistungselektronischen

Schalteinrichtungen 18.1 bis 18.4 kann mit der Spannungslage des

Pufferbatteriesystems 2 ein sinusförmiger Verlauf einer Wechselspannung an den Anschlusspolen 16a, 16b näherungsweise nachgebildet werden. Die Verschaltmittel 10, der Einspeiseregler 17 und die elektronische

Steuereinrichtung 12 haben dann die Funktion eines AC-DC-Wandlers.

Dies kann dazu genutzt werden, ein angeschlossenes Wechselspannungsnetz zu stabilisieren (vgl. hierzu auch Fig. 2). Es ist aber auch möglich, einen Verbraucher (etwa ein Haushaltsgerät) mit Wechselstrom zu versorgen. Eine Versorgung von Verbrauchern aus der Pufferbatterie 4 erfolgt bevorzugt, wenn im zur Verfügung stehenden Wechselspannungsnetz ein Unterangebot an Strom herrscht. Ebenso ist es möglich, die Akkumodule 6.1-6.10 der

Pufferbatterie 4 an einem Wechselspannungsnetz zu laden, ohne dass dabei ein Gleichrichter oder Transformator verwendet wird. Durch das Nachführen der Spannungslage des Pufferbatteriesystems 2 kann nahezu durchgängig wenigstens ein Akkumodul 6.1-6.10 geladen werden. Ein Laden der

Pufferbatterie 4 aus dem Wechselspannungsnetz erfolgt bevorzugt, wenn in dem Wechseispannungsnetz ein Überangebot an Strom herrscht.

Die Fig. 3b zeigt einen schematischen Schaltplan einer leistungselektronischen Schalteinrichtung 18.1-18.4, 42, 44 des Pufferbatteriesystems von Fig. 3a.

Die leistungseiektronische Schalteinrichtung 18.1-18.4, 42, 44 weist hier eine erste Schalteinheit 52 auf. Die erste Schalteinheit 52 umfasst hier acht zueinander parallel geschaltete Halbleiter-Schaltelemente 20. Weiterhin weist die leistungselektronische Schalteinrichtung 18.1 -18.4, 42, 44 hier eine zweite Schalteinheit 54 auf, die in Serie zu der ersten Schalteinheit 52 geschaltet ist. Die zweite Schalteinheit 54 umfasst hier ebenfalls acht zueinander parallel geschaltete Halbleiter-Schaltelemente 20. Durch die Serienschaltung der ersten und zweiten Schalteinheit 52, 54 kann ein ungewolltes Durchschaltens bei einem niederohmigen Versagen eines einzelnen Halbleiter-Schaltelements 20 verhindert werden.

Ferner weist die leistungselektronische Schalteinrichtung 18.1-18.4, 42, 44 hier ein mechanisches Relais 56 auf. Das mechanische Relais 56 ist in Serie zu der ersten Schalteinheit 52 und der zweiten Schalteinheit 54 geschaltet. Die leistungselektronische Schalteinrichtung 18.1-18.4, 42, 44 ist hier somit als ein Hybridschalter ausgelegt, der eine galvanische Trennung einrichten kann. Im Abschaltfall trennen die Halbleiter-Schaltelemente 20 sofort und mit geringer bauartbedingter Verzögerung das Relais 56. Das Relais 56 ist lediglich auf die Stromtragfähigkeit auszulegen, da eine Trennung des Stromflusses durch die Halbleiter-Schalteiemente 20 erbracht wird. Die Halbeiter-Schaltelemente 20 der ersten Schalteinheit 52 und der zweiten Schalteinheit 54 sind hier als MOSFETs ausgebildet. Die Halbeiter- Schaitelemente 20 gehen hier in einen sperrenden Zustand über, wenn keine Steuerspannung an ihnen anliegt. Ebenso sperrt das mechanische Relais 56, wenn keine Steuerspannung an ihm anliegt. Das mechanische Relais 56 nimmt dazu eine mechanische Unterbrechung eines Stromleitpfades 58 vor. Durch die Serienschaltung der selbsttätig unterbrechenden Halbleiter-Schaltelemente 20 und des mechanischen Relais 56 kann die Betriebssicherheit des

Pufferbatteriesystems erhöht werden, da ein unerwünschtes Aufschalten von Akkumodulen auf Anschlusspole des Pufferbatteriesystems vermieden wird.

Die Halbleiter-Schaltelemente 20 der ersten Schalteinheit 52 und der zweiten Schalteinheit 54 können von der elektronischen Steuereinrichtung (nicht dargestellt) mit einer geringen Zeitverzögerung, typischerweise von 0,5 ms bis 2,0 ms, geschaltet werden. Dies hat Vorteile im Bereich der Ansteuerung. Es ist dann nur in überlappenden Zeiträumen ein Stromfluss möglich. Die

Steuerspannung, um die Halbleiter-Schaltelemente 20 und das mechanische Relais 56 in einen leitenden Zustand zu schalten, kann beispielsweise 5 V betragen.

Alternativ zur gezeigten Ausführungsform kann bei allen oder einigen

leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18.1-18.4, 42, 44 auch ein mechanisches Relais 56 weggelassen werden, etwa bei den

leistungselektronischen Schalteinrichtungen 42, 44 {vgl. Fig. 3a). Ebenso kann, je nach Anwendungsfall, auch eine geringere oder höhere Anzahl von

Halbleiter-Schaltelementen 20 in den Schalteinheiten 52, 54, insbesondere nur jeweils ein Halbleiter-Schaltelement 20, vorgesehen sein. Die Fig. 4 illustriert eine zweite Ausführungsforrn eines erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystems 2. Es werden im Folgenden vor allem die Unterschiede zur Bauform von Fig. 3a erläutert.

Das Pufferbatteriesystem 2 ist hier mit drei Paaren von Anschlusspolen 16a-16f ausgestattet. Das erste Paar von Anschlusspolen 16a, 16b ist für eine erste Phase, das zweite Paar von Anschlusspolen 16c, 16d ist für eine zweite Phase, und das dritte Paar von Anschlusspolen 16e, 16f ist für eine dritte Phase eines dreiphasigen Wechselspannungsnetzes vorgesehen.

Die Pufferbatterie 4 umfasst hier wiederum zehn Akkumodule 6.1 bis 6.10. In der Pufferbatterie 4 sind drei Schaltringe 38.1 , 38.2, 38.3 eingerichtet, wobei die Akkumodule 6.1 bis 6.10 in dieser Ausführungsform jeweils zu allen drei Schaitringen 38.1 , 38.2, 38.3 gehören. Jeder Schaltring 38.1-38.3 umfasst einen Satz leistungselektronische Schalteinrichtungen 42.1 , 42.2, 42.3, mit denen gegengleiche Pole benachbarter Akkumodule 6.1 bis 6.10 elektrisch verbunden werden können. In der gezeigten Ausführungsform ist weiterhin für jeden Schaltring 38.1-38.3 ein Satz leistungselektronische Schalteinrichtungen

44.1 , 44.2, 44.3 vorgesehen, mit denen jeweils die Pluspole der Akkumodule 6.1 bis 6.10 einzeln auf eine obere Stromsammeischiene 46.1 , 46.2, 46.3. und die Minuspole der Akkumodule 6.1 bis 6.10 einzeln auf eine untere

Stromsammeischiene 47.1 , 47.2, 47.3 geschaltet werden können. Jedem Schaltring 38.1 bis 38.3 ist dabei eine eigene obere Stromsammeischiene 46.1 ,

46.2, 46.3 und eine eigene untere Stromsammeischiene 47.1 , 47.2, 47.3 zugeordnet.

Entsprechend kann an den Stromsammeischienen 46.1-46.3, 47.1-47.3 eines jeweiligen zugeordneten Schaltrings 38.1-38.3 entsprechend den in diesem Schaltring 38.1 bis 38.3 in Serie verschalteten Akkumoduien 6.1 bis 6.10 eine eigene Spannungslage eingerichtet werden. Im ersten Schaltring 38.1 sind hier die Akkumodule 6.1 bis 6.8 in Serie verschaltet, im zweiten Schaltring 38.2 sind die Akkumodule 6.4 bis 6,7 in Serie verschaltet, und im dritten Schaltring 38.3 sind die Akkumodule 6.8 bis 6.1 in Serie verschaltet; die jeweils übrigen

Akkumodule sind bezüglich des jeweiligen Schaltrings 38.1 - 38.3 elektrisch abgetrennt.

Mittels des Einspeisereglers 17 sind die Stromsammeischienen 46.1 , 47.1 des zugeordneten ersten Schaltrings 38.1 über einen ersten Satz 19.1 von leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18.1 bis 18,4 mit den

Anschlusspolen 16a, 16b verbindbar, wobei über die Schaltstellung der leistungselektronischen Schatteinrichtungen 18.1 bis 18.4 die Polung an den Anschlusspolen 16a, 16b wählbar ist. Entsprechend sind die

Stromsammeischienen 46.2, 47.2 des zugeordneten zweiten Schaltrings 38.2 über einen Satz 19.2 von leistungselektronischen Schaltelementen mit den Anschlusspolen 16c, 16d verbindbar, und die Stromsammeischienen 46,3, 47.3 des zugeordneten dritten Schaltrings 38.3 sind über einen Satz 19.3 von leistungselektronischen Schaltelementen mit den Anschlusspolen 6e, 16f verbindbar. In der gezeigten Schaltstellung sind die Anschlusspole 6a, 6d, 16f positiv geschaltet, und die Anschlusspoie 16b, 16c, 16e negativ geschaltet. Für jedes Paar von Anschlusspolen 16a-16f ist ein eigener Satz von

Strommessgeräten 26 und Voltmetern 50 im Einspeiseregler 17 vorgesehen.

Die elektronische Steuereinrichtung 12 kann hier die Spannungsverhältnisse aller drei an den Anschlusspolen 16a-16f angeschlossenen Phasen eines Wechselspannungsnetzes zeitaufgelöst verfolgen und an den einzelnen Phasen eine unabhängige Stabilisierung durch Stromeinspeisung in das Netz oder Stromentnahme aus dem Netz vorsehen, wobei für jedes Paar von Anschlusspolen bzw. jede Phase eine eigene Spannungslage der Pufferbatterie eingerichtet werden kann. Die Programmierung elektronische Schalteinrichtung 12 gestattet in dieser Ausführungsform die Zuweisung eines Akkumoduls zu bis zu zwei Serienschaltungen (in zwei Schaltringen 38.1-38.3). Dadurch kann hier mit den zehn Akkumodulen 6.1-6.10 eine Verschaltung realisiert werden, in der die Scha!tringe 38.1 , 38.2, 38.3 in Summe sechzehn Akkumodule gleichzeitig einsetzen. Bevorzugt werden die nur einfach verwendete Akkumoduie (in der gezeigten Schaltstellung gerade die Akkumodule 6.2, 6.3, 6.9, 6.10) zyklisch durchvariiert, um die Akkumodule 6.1 -6.10 im zeitlichen Mittel gleich zu belasten.

Man beachte, dass in der gezeigten Ausführungsform die Pole 16b, 16d, 16f zusammengeschaltet sind, und daher das Pufferbatteriesystem 2 für eine Sternschaltung der drei Phasen eingerichtet ist.

In der Fig. 5 ist eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

Pufferbatteriesystems 4 dargestellt. Es werden im Folgenden vor allem die Unterschiede zur Bauform von Fig. 3a erläutert.

Das Pufferbatteriesystem 2 ist hier mit drei Paaren von Anschlusspolen 16a-16f ausgestattet. Das erste Paar von Anschlusspolen 16a, 16b ist für eine erste Phase, das zweite Paar von Anschlusspolen 16c, 16d ist für eine zweite Phase, und das dritte Paar von Anschlusspolen 16e, 16f ist für eine dritte Phase eines dreiphasigen Wechselspannungsnetzes vorgesehen.

Das Pufferbatteriesystem 2 weist hier im Wesentlichen drei Untersysteme 141 , 142, 143 auf, die jeweils entsprechend dem Pufferbatteriesystem von Fig. 3a aufgebaut sind.

Das Untersystem 141 weist hier neuen Akkumodule 6.1 bis 6.9 in einem ersten Schaltring 38.1 auf, so dass über leistungselektronische Schalteinrichtungen 42 gegengleiche Pole benachbarter Akkumodule 6.1 bis 6.9 elektrisch verbunden werden können, wobei auch die Akkumodute 6.9 und 6.1 schaltungstechnisch benachbart sind. Über leistungselektronische Schalteinrichtungen 44 können die Pole der Akkumodule 6.1 bis 6.9 einzeln auf eine obere

Stromsammeischiene 46 und eine untere Stromsammeischiene 47 geschaltet werden. Uber einen Satz 19 leistungselektronsicher Schaltelemente kann die Spannungslage von den Stromsammeischienen 46, 47 in einer wählbaren Polung auf die Anschlusspole 16a, 16b geschaltet werden.

Entsprechend können die Akkumodule 6.10 bis 6.18 von den Anschlusspolen 16c, 16d genutzt werden, und die Akkumodule 6.19 bis 6.27 mit den

Anschlusspolen 16e, 6f genutzt werden.

Die elektronische Steuereinrichtung 12 kann hier die Spannungsverhältnisse aller drei an den Anschlusspolen 16a- 6f angeschlossenen Phasen eines Wechselspannungsnetzes zeitaufgelöst verfolgen und an den einzelnen

Phasen eine unabhängige Stabilisierung durch Stromeinspeisung in das Netz oder Stromentnahme aus dem Netz vorsehen, wobei für jedes Paar von

Anschlusspolen 16a-16f bzw. jede Phase eine eigene Spannungslage des jeweiligen Untersystems 141-143 der Pufferbatterie 4 eingerichtet werden kann.

In dieser Ausführungsform können die Akkumodule 6.1 bis 6.27 zweitweise entlastet werden, da die Akkumodule 6.1-6.27 jeweils einer festen Phase des Wechselspannungsnetzes zugeordnet sind, und während der Periodendauer dieser Phase die Wechselspannung betragsmäßig variiert, so dass zeitweise weniger Akkumodule 6.1-6.27 gebraucht werden, um die Wechselspannung nachzubilden. In der gezeigten Schaitstellung sind die Akkumodule 6.1 bis 6.8 (nicht aber 6.9) im ersten Untersystem 141 , weiter die Akkumodule 6.14 bis 6.17 (nicht aber 6.18, 6.10-6.13) im zweiten Untersystem 142, und weiter die Akkumodule 6.25-6.19 (nicht aber 6.20-6.24) im dritten Untersystem 143 im Einsatz (bzw. an einer Serienschaltung beteiligt). Bevorzugt werden die nicht eingesetzten Akkumodule zyklisch durchvariiert, um alle Akkumodule 6.1-6.27 im zeitlichen Mittel gleich zu belasten. Man beachte, dass in der gezeigten Ausführungsform die Poie 16b, 16d, 16f als„Neutralleiter" zusammengeschaltet werden können, um eine

Sternschaltung der drei Phasen einzurichten.

Fig. 6 zeigt eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

Pufferbatteriesystems 2, welches in großen Teilen der zweiten

Ausführungsform von Fig. 4 entspricht. Es werden daher nur die wesentlichen Unterschiede hierzu erläutert.

Das Pufferbatteriesystem 2 ist hier mit drei Paaren von Anschlusspolen 16a-16f ausgestattet. Das erste Paar von Anschlusspolen 16a, 16b ist für eine erste Phase, das zweite Paar von Anschlusspolen 16c, 16d ist für eine zweite Phase, und das dritte Paar von Anschlusspolen 16e, 16f ist für eine dritte Phase eines dreiphasigen Wechselspannungsnetzes vorgesehen.

Die Pufferbatterie 4 weist hier sechzehn Akkumodule 6.1 bis 6.16 auf, die in einem einzigen Schaltring 38 integriert sind. Mittels leistungselektronischer Schalteinrichtungen 42 können dabei die gegengleichen Pole benachbarter Akkumodule 6.1 bis 6.16 elektrisch verbunden werden, wobei

schaltungstechnisch auch die Akkumodule 6.16 und 6.1 benachbart sind.

In der gezeigten Ausführungsform sind weiterhin für den Schaitring 38 drei Sätze von leistungselektronischen Schalteinrichtungen 44.1 , 44.2, 44.3 vorgesehen, mit denen jeweils die Pluspole der Akkumodule 6.1 bis 6.16 einzeln auf eine zugehörige obere Stromsammeischiene 46.1 , 46.2, 46.3. und die Minuspole der Akkumodule 6.1 bis 6.16 einzeln auf eine zugehörige untere Stromsammeischiene 47.1 , 47.2, 47.3 schaltbar sind.

Dadurch ist es möglich, mittels des Schaltrings 38 bis zu drei

Serienschaltungen von Akkumodulen 6.1 bis 6.16 einzurichten, wobei jedes Akkumodul 6.1-6.16 zu maximal einer Serienschaltung gehören kann, und diese drei Serienschaltungen einzeln auf die Stromsammelschienen 46.1-46.3 und 47.1-47.3 zu schalten. Die einzelnen Serienschaltungen werden dabei von offenen leistungselektronischen Schalteinrichtungen 42 im Schaltring 38 separiert. In der gezeigten Schaltstellung bilden die Akkumodule 6.1 bis 6.8 eine Serienschaltung, die auf die Stromsammelschienen 46.1 und 47.1 geschaltet ist. Weiterhin bilden die Akkumodule 6.9 bis 6.12 eine

Serienschaltung, die auf die Stromsammelschienen 46.2 und 47.2 geschaltet ist. Die Akkumodule 6.13 bis 6.16 bilden schließlich eine Serienschaltung, die auf die Stromsammelschienen 46.3 und 47.3 geschaltet ist. Diese

Schaltstellung passt für eine Sternschaltung der drei Phasen, wobei die

Wechselspannung der ersten Phase der Anschlusspole 16a, 16b am

Scheitelpunkt ist.

Mittels des Einspeisereglers 17 können, wie bereits beschrieben, die

Spannungslagen von den Stromsammelschienen 46.1-46.3 und 47.1-47.3 auf die zugeordneten Anschlusspole 16a-16f über die Sätze 19.1 , 9.2, 9.3 von leistungselektronischen Schalteinrichtungen mit einer gewünschten Polung abgegriffen werden.

Fig. 7a zeigt schematisch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 200, hier ein Elektrofahrzeug 201 , das mit einem erftndungsgemäßen Pufferbatteriesystem 2 ausstattet ist. Die Pufferbatterie des Pufferbatteriesystems 2 bildet die

Traktionsbatterie des Elektrofahrzeugs 201.

Im geparkten Zustand wird das Pufferbatteriesystem 2 an das öffentliche Wechseispannungsnetz, hier über eine Steckdose 202 des Wohnhauses 203 des Fahrzeughalters, angeschlossen. Währenddessen kann nicht nur die Pufferbatterie geladen werden, sondern auch mit dem Pufferbatteriesystem 2 das öffentliche Wechselspannungsnetz stabilisiert werden. Während der Fahrt des Elektrofahrzeugs 201 , vgl. Fig.7b, versorgt die Pufferbatterie des Pufferbatteriesystems 2 als Traktionsbatterie einen elektrischen Fahrantrieb des Elektrofahrzeugs 201 mit Strom. Der Fahrantrieb stellt insofern einen Verbraucher dar, der aus der Pufferbatterie des

Pufferbatteriesystems 2 zeitweise mit Strom versorgt wird.

Fig. 7c zeigt schematisch ein Fahrzeug 200, nämlich einen Range-Extender- Anhänger 204 für ein Elektrofahrzeug, der mit einem erfindungsgemäßen Pufferbatteriesystem 2 ausstattet ist. Die Pufferbatterie des

Pufferbatteriesystems 2 bildet die Speicherbatterie des Range-Extender- Anhängers 204.

Im geparkten Zustand wird das Pufferbatteriesystem 2 an das öffentliche Wechselspannungsnetz, hier über eine Steckdose 202 des Wohnhauses 203 des Fahrzeughalters, angeschlossen. Währenddessen kann nicht nur die Pufferbatterie geladen werden, sondern auch mit dem Pufferbatteriesystem 2 das öffentliche Wechselspannungsnetz stabilisiert werden.

Während der Fahrt des Range-Extender-Anhängers 204, vgl. Fig.7d, versorgt die Pufferbatterie des Pufferbatteriesystems 2 als Speicherbatterie einen elektrischen Fahrantrieb eines Elektrofahrzeugs 205 über eine Energieleitung 206 mit Strom; das Elektrofahrzeug 205 zieht dabei als Zugfahrzeug 209 den Range-Extender-Anhänger 204. Alternativ oder zusätzlich kann während der Fahrt auch aus der Pufferbatterie des Pufferbatteriesystems 2 des Range- Extender-Anhängers 204 die Traktionsbatterie 207 des Elektrofahrzeugs 205 aufgeladen werden. Das Fahrzeug 205, bzw. dessen Fahrantrieb und

Traktionsbatterie, 207 stellt insofern einen Verbraucher 208 dar, der aus der Pufferbatterie des Pufferbatteriesystems 2 zeitweise mit Strom versorgt wird. Ein Aufladen der Traktionsbatterie 207 des Elektrofahrzeugs 205 aus der Pufferbatterie des Pufferbatteriesystems 2 des Range-Extender-Anhängers 204 kann darüber hinaus auch in einem geparkten Zustand erfolgen.

Fig. 7e zeigt schematisch eine Ladesäule 210 (ortsfeste Ladestation) für ein Elektrofahrzeug 205. Die Ladesäule 210 weist ein erfindungsgemäßes

Pufferbatteriesystem 2 auf. Das Pufferbatteriesystem 2 ist an ein öffentliches Wechselspannungsnetz 300 angeschlossen, das mittels des

Pufferbatteriesystems 2 zeitweise stabilisiert wird, und aus dem bei Bedarf die Pufferbatterie des Pufferbatteriesystems 2 nachgeladen wird.

Wenn ein Elektrofahrzeug 205 an der Ladesäule 2 0 abgestellt wird, kann dieses über eine Energieleitung 206 und eine Steckdose 202 an das

Pufferbatteriesystem 2 angeschlossen werden, um die Traktionsbatterie 207 des Elektrofahrzeugs 205 durch Schnelliadung aus der Pufferbatterie aufzuladen; die Traktionsbatterie 207 ist dann ein Verbraucher 208 von Strom. Das Pufferbatteriesystem 2 kann dabei eine höhere Ladeleistung zur

Verfügung stellen als bei einer direkten Ladung der Traktionsbatterie 207 aus dem Wechselspannungsnetz 300 aufgrund des lokalen Stromanschlusses möglich wäre.

Man beachte, dass die Ladesäule 210 öffentlich zugänglich sein kann, oder auch ein Privathaushalt eine Ladesäule 2 0 für sich allein (etwa in einer PKW- Garage) aufstellen kann.

Fig. 7f zeigt ein Wohnhaus 203, in welchem ein erfindungsgemäßes

Pufferbatteriesystem 2 angeordnet ist. Das Pufferbatteriesystem 2 ist mit einer Photovoltaikanlage 21 1 verbunden, die bei Sonnenschein die Pufferbatterie des Pufferbatteriesystems 2 auflädt. Im Wohnhaus 203 befinden sich ein oder mehrere Verbraucher 208, beispielsweise eine Waschmaschine 212, die aus dem Pufferbatteriesystem 2 mit Wechselstrom versorgt werden können. Das Pufferbatteriesystem 2 ist weiterhin an ein öffentliches Wechselspannungsnetz 300 angeschlossen, das mittels des Pufferbatteriesystems 2 zeitweise stabilisiert wird.

Die Fig. 8 zeigt ein öffentliches Wechselspannungsnetz 300 in einer

schematischen Übersicht. In dem Wechselspannungsnetz 300 sind eine Vielzahl von Verbrauchern 301 , wie etwa gewerbliche und private Gebäude, und wenigstens ein Stromerzeuger 302, etwa ein Kraftwerk, miteinander verbunden. Die Verbraucher 301 entnehmen Strom aus dem

Wechselspannungsnetz 300, und der wenigstens eine Stromerzeuger 302 speist eine näherungsweise gleiche Menge Strom in das

Wechselspannungsnetz 300 ein.

Erfindungsgemäß werden nun an unterschiedlichen Orten im

Wechselspannungsnetz 300 erfindungsgemäße Pufferbatteriesysteme 2, etwa angeordnet in Fahrzeugen 200 (etwa Elektrofahrzeugen oder Range-Extend erAnhängern), an das Wechselspannungsnetz 300 zur Stabilisierung des

Wechselspannungsnetzes 300 angekoppelt. Bevorzugt ermitteln die

Pufferbatteriesysteme 2 jeweils selbsttätig und autark den Stabilisierungsbedarf des Wechselspannungsnetzes 300, und speisen entsprechend zusätzlichen Strom in das Wechselspannungsnetz 300 ein oder entnehmen zusätzlichen Strom aus dem Wechselspannungsnetz 300. Alternativ können die

Pufferbatteriesysteme 2 auch von einem Kontrollzentrum, das beispielsweise am Kraftwerk angeordnet ist und einen Regelleitungsbedarf ermittelt,

Weisungen für Stabilisierungsmaßnahmen erhalten und umsetzen.

Die Fig. 9 zeigt eine fünfte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen

Pufferbatteriesystems 2, ähnlich zur Ausführungsform von Fig. 6, so dass nachfolgend vor allem die wesentlichen Unterschiede erläutert werden. Das Pufferbatteriesystem 2 ist hier mit drei Anschlusspolen 16a-16c

ausgestattet. Die Anschlusspole 16a-16c sind für einen Anschluss eines dreiphasigen Wechselspannungsnetzes in Dreieckschaltung vorgesehen.

Die Pufferbatterie 4 weist hier vierundzwanzig Akkumodule 6.1 bis 6.24 auf, die in einem einzigen Schaltring 38 integriert sind. Mittels leistungselektronischer Schalteinrichtungen 42 können dabei die gegengleichen Pole 40a, 40b benachbarter Akkumodule 6.1 bis 6.24 elektrisch verbunden werden, wobei schaltungstechnisch auch die Akkumodule 6.24 und 6.1 benachbart sind.

In der gezeigten Ausführungsform sind drei Sätze von leistungselektronischen Schalteinrichtungen 44.1 , 44.2, 44.3 vorgesehen, mit denen jeweils die

(rechtsseitigen) Pluspole 40a der Akkumodule 6.1 bis 6.24 einzeln auf eine zugehörige obere Stromsammeischiene 46.1 , 46.2, 46.3, und die (linksseitigen) Minuspole 40b der Akkumoduie 6.1 bis 6.24 einzeln auf eine zugehörige untere Stromsammeischiene 47.1 , 47.2, 47.3 schaltbar sind.

Dadurch ist es möglich, mittels des Schaltrings 38 bis zu drei

Serienschaltungen von Akkumodulen 6.1 bis 6.16 einzurichten, wobei jedes Akkumodul 6.1-6.16 zu maximal einer Serienschaltung gehören kann, und diese drei Serienschaltungen einzeln auf die Stromsammeischienen 46.1-46.3 und 47.1-47.3 zu schalten. Die einzelnen Serienschaltungen werden dabei von offenen leistungselektronischen Schalteinrichtungen 42 im Schaltring 38 separiert. In der gezeigten Schaltstellung bilden die Akkumoduie 6.1 bis 6.12 eine Serienschaltung, die auf die Stromsammeischienen 46.1 und 47.1 geschaltet ist. Weiterhin bilden die Akkumoduie 6.13 bis 6.18 eine

Serienschaltung, die auf die Stromsammeischienen 46.2 und 47.2 geschaltet ist. Die Akkumoduie 6.19 bis 6.24 bilden schließlich eine Serienschaltung, die auf die Stromsammeischienen 46.3 und 47.3 geschaltet ist. Mittels des Einspeisereglers 17 können die Stromsammeischienen 46.1-46.3 und 47.1-47.3 auf die Anschlusspole 16a-16c geschaltet werden. Jeder Anschlusspol 16a-16c kann dabei mit zwei der oberen Stromsammeischienen 46.1-46.3 und zwei der unteren Stromsammeischienen 47-1-47.2 verbunden werden. Jeder Anschlusspol 6a-16c ist dabei mit einer anderen Paarung von oberen Stromsammeischienen 46.1-46.3 verbindbar. Ebenso ist jeder

Anschlusspol 16a-16c mit einer anderen Paarung von unteren

Stromsammeischienen 47.1-47.3 verbindbar. In der gezeigten Ausführungsform ist der Anschlusspol 16a mit den Stromsammeischiene 46.1 , 46.3, 47.1 und 47.3 verbindbar; der Anschlusspol 16b ist mit den Stromsammeischiene 46.1 , 46.2, 47.1 und 47.2 verbindbar. Schließlich ist der Anschiusspol 16c mit den Stromsammeischienen 46.2, 46.3, 47.2 und 47.3 verbindbar.

Die Verbindungen zwischen den drei Anschlusspolen 16a-16c und den

Stromsammeischienen 46.1-46.3 und 47.1-47.3 können über drei Sätze 19.1- 19.3 von leistungselektronischen Schalteinrichtungen einzeln geöffnet und geschlossen werden. Der Satz 19.1 für den Anschlusspol 16a umfasst beispielsweise die leistungselektronischen Schalteinrichtungen 18.1-18.4.

In der gezeigten Schaltstellung sind auf den Anschlusspol 16a die Minuspole der Serienschaltungen 6.1-6.12 und 6.19-6.24 geschaltet, weiter auf den Anschlusspol 16b die Pluspole der Serienschaltungen 6.1-6.12 und 6.13-6.18, und weiter auf den Anschlusspol 16c der Minuspol der Serienschaltung 6.13- 6.18 und der Pluspol der Serienschaltung 6.19-6.24.

Die Spannungsverhäitnisse an den Anschlusspolen 16a-16c bzw. im

Einspeiseregler 17 können mit Spannungsmessgeräten 50 zeitaufgelöst überwacht werden. Die Stromflüsse zur Pufferbatterie 4 bzw. im

Einspeiseregler 17 können mit Strommessgeräten 26 zeitaufgelöst überwacht werden.