Die Erfindung betrifft ein Energiespeichersystem mit einem ersten

Spannungswandler, der an ein Stromversorgungsnetz anschließbar ist, einem an den ersten Spannungswandler angeschlossenen Zwischenkreis sowie zumindest einem zweiten und einem dritten Spannungswandler, die an den Zwischenkreis angeschlossen sind, wobei an den zweiten und an den dritten Spannungswandler jeweils zumindest ein Energiespeicher anschließbar ist.

Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steigern der Effizienz eines Energiespeichersystems mit einem Zwischenkreis sowie zumindest zwei Spannungswandlern, die an einen Zwischenkreis angeschlossen sind, wobei an jeden Spannungswandler zumindest ein Energiespeicher anschließbar ist. Alternativenergien gewinnen immer mehr an Bedeutung . Problematisch an Alternativenergien, wie z.B. Solarenergie oder Windkraft, ist, dass die Zeiten der Energieerzeugung nicht beeinflussbar sind und überschüssige Energie zwischengespeichert werden muss, so dass sie zu Zeiten verfügbar ist, in denen keine Energie erzeugt werden kann. Es ist daher notwendig, Energiespeichersysteme einzusetzen. Energiespeichersysteme sind jedoch mit Verlusten behaftet, die vermieden werden sollten.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein

Energiespeichersystem und ein Verfahren zum Speichern von Energie bereitzustellen, mit denen die Energieeffizienz gesteigert werden kann.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein

Energiespeichersystem mit einem ersten Spannungswandler, der an ein Stromversorgungsnetz anschließbar ist, einem an den ersten

Spannungswandler angeschlossenen Zwischenkreis sowie zumindest einem zweiten und einem dritten Spannungswandler, die an einen

Zwischenkreis angeschlossen sind, wobei an den zweiten und an den dritten Spannungswandler jeweils zumindest ein Energiespeicher anschließbar ist, wobei das Energiespeichersystem eine Steuerung aufweist, die mit dem zweiten und dritten Spannungswandler verbunden und eingerichtet ist, den zweiten und dritten Spannungswandler

hinsichtlich ihrer Leistungsflussrichtung zu steuern, insbesondere eingerichtet ist, zeitgleich die Leistungsflussrichtung in dem zweiten Spannungswandler in umgekehrte Richtung wie die Leistungsflussrichtung in dem dritten Spannungswandler zu steuern. Durch diese Maßnahme ist es nicht nur möglich, Energie von einem Energieerzeuger in einen

Energiespeicher und anschließend von dem Energiespeicher in ein

Stromversorgungsnetz zu transferieren, sondern es ist auch möglich, Energie von einem Energiespeicher in einen anderen Energiespeicher innerhalb des Energiespeichersystems zu transferieren. Dies kann energetisch sinnvoll sein. Verluste können dadurch wesentlich reduziert werden. Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße

Energiespeichersystem einen solchen Energietransfer in jedem

Betriebszustand des Gesamtsystems.

Bei den Energiespeichern kann es sich um klassische Batterien oder um elektrochemische oder physikalische Membranen handeln. Beispielsweise können als Energiespeicher Flussbatterien (Redox Flow Zellen) vorgesehen sein.

Die Steuerung kann dabei eingerichtet sein, den zweiten und dritten Spannungswandler derart anzusteuern, dass Energie vom

Energiespeicheranschluss des zweiten Spannungswandlers zum

Energiespeicheranschluss des dritten Spannungswandlers geleitet wird. Dabei wird die Energie vom Energiespeicheranschluss des zweiten

Spannungswandlers über den Zwischenkreis zum

Energiespeicheranschluss des dritten Spannungswandlers geleitet.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Steuerung eingerichtet ist, die Spannung am zweiten und dritten Spannungswandler zu überwachen, insbesondere die Spannungen an den Energiespeicheranschlüssen der Spannungswandler. Dadurch kann erkannt werden, ob Energie von einem Energiespeicher, der an einen der Spannungswandler angeschlossen ist, an einen Energiespeicher übertragen werden soll, der an den zweiten Spannungswandler angeschlossen ist.

Weiterhin kann die Steuerung eingerichtet sein, den Ladestatus bzw.

Ladezustand der anschließbaren Energiespeicher zu ermitteln. Auch diese Information kann hilfreich sein, um zu entscheiden, ob einer der Energiespeicher mit der Energie des anderen Energiespeichers geladen werden soll .

Die Steuerung kann weiterhin eingerichtet sein, die Spannungswandler hinsichtlich ihrer Leistung zu steuern. Dadurch kann der Speicherzustand bzw. Ladezustand der anschließbaren Energiespeicher gesteuert werden.

Die Steuerung kann weiterhin mit dem ersten Spannungswandler verbunden sein und eingerichtet sein, den ersten Spannungswandler hinsichtlich seiner Leistungsflussrichtung zu steuern. Somit kann durch die Steuerung beeinflusst werden, ob Energie aus dem Energiespeichersystem über den ersten Spannungswandler an das Stromversorgungsnetz transferiert wird oder ob umgekehrt die anschließbaren Energiespeicher des Energiespeichersystems über den ersten Spannungswandler mit dem Stromversorgungsnetz verbunden werden, so dass Energie aus dem Stromversorgungsnetz in den anschließbaren Energiespeichern

gespeichert wird .

Der erste Spannungswandler kann netzgeführt oder selbstgeführt sein. Ein netzgeführter erster Spannungswandler ist vorteilhaft, wenn das

Stromversorgungsnetz ein öffentliches Stromnetz oder ein Netz mit einer direkt gekoppelten drehenden Maschine ist. Ein selbstgeführter erster Spannungswandler ist vorteilhaft, wenn das Stromversorgungsnetz ein Inselbetrieb ohne direkt gekoppelte drehende Maschinen ist.

Um die Verluste gering zu halten, kann der erste Spannungswandler abschaltbar sein. Insbesondere kann die Steuerung eingerichtet sein, um den ersten Spannungswandler abzuschalten, während der zweite und dritte Spannungswandler weiter laufen und Energie von einem

Energiespeicher zum anderen transferieren. Somit kann innerhalb des Energiespeichersystems Energien transferiert werden, um die

Energieeffizienz des Energiespeichersystems zu steigern, ohne dass dabei Energie aufgewendet wird, um den ersten Spannungswandler zu betreiben oder gar Energie über den ersten Spannungswandler an das

Stromversorgungsnetz gegeben wird.

Es können gleichartige oder verschiedenartige Energiespeicher an das Energiespeichersystem anschließbar sein. Beispielsweise können

herkömmliche Akkumulatoren, Flussbatterien (Redox Flow Zellen) oder andere elektrochemische/physikalische Membranen zum Einsatz kommen. Diese unterschiedlichen Energiespeicher können parallel an das

erfindungsgemäße Energiespeichersystem anschließbar sein oder das Energiespeichersystem kann an nur eine Art eines Energiespeichers, beispielsweise nur an Flussbatterien, angeschlossen sein.

Die Steuerung kann ausgelegt sein, eine Vielzahl von Flussbatterien, die alle an einem gemeinsamen Paar von Elektrolyten angeschlossen sind, und an das Energiespeichersystem anschließbar sind, zu laden und entladen. Ein solches System kann sehr energieeffizient arbeiten.

Die Steuerung kann ausgelegt sein, eine Vielzahl von Flussbatterien und zumindest ein weiteren Energiespeicher anderer Art zu laden und entladen. Als Energiespeicher anderer Art kann z.B. ein Bleiakkumulator vorgesehen sein. Die Steuerung kann ausgelegt sein, mit einem

Energiespeicher anderer Art die Flussbatterien hochzufahren, auch wenn die Flussbatterien selbst zu wenig Ladung aufweisen, um von selbst wieder starten zu können.

Der erste Spannungswandler kann als bidirektionaler Wechselrichter und/oder der zweite und dritte Spannungswandler können als bidirektionale DC/DC Wandler ausgebildet sein. Insbesondere kann der erste Spannungswandler als bidirektionaler AC/DC Wandler ausgebildet sein. Durch den bidirektionalen AC/DC Wandler ist es möglich, Energie aus einem ein- oder mehrphasigen Stromversorgungsnetz zu entnehmen und dem Zwischenkreis zuzuführen oder Energie aus den Energiespeichern über den Zwischenkreis zu entnehmen und in das ein- oder mehrphasige Stromversorgungsnetz einzuspeisen.

Wenn die DC/DC Wandler bidirektional ausgeführt sind, kann Energie aus den Energiespeichern in den Zwischenkreis übertragen werden und kann auch Energie aus dem Zwischenkreis in die Energiespeicher transferiert werden.

Der zweite und der dritte Spannungswandler können potential getrennt sein. Dadurch kann sichergestellt werden, dass ein Energietransfer zwischen zwei Energiespeichern ausschließlich über die Spannungswandler erfolgt.

Im zweiten und im dritten Spannungswandler können Übertrager

(Transformatoren) vorgesehen sein. Damit kann eine hohe

Zwischenkreisspannung energieeffizient erreicht werden.

Die Zwischenkreisspannung kann zwischen 700V und 1500V betragen. Die Zwischenkreisspannung kann um den Faktor 10 oder höher als die Spannung an den anschließbaren Energiespeichern sein. Dann kann auch der erste Spannungswandler die Energie sehr effizient umwandeln und kostengünstig realisiert werden. Insbesondere braucht er nicht potential getrennt ausgelegt werden. Außerdem fließt in dem Zwischenkreis nur ein vergleichsweise geringer Strom gegenüber dem Strom, der bei einer Zwischenkreisspannung bei z.B. 48 V fließen würde. Somit verringern sich die Kupferverluste. Zudem wird weniger Kupfer benötigt, was die Kosten des Energiespeichersystems gering hält.

Der erste Spannungswandler kann potential getrennt sein.

Der erste Spannungswandler kann zum Anschluss an ein einphasiges oder mehrphasiges, insbesondere dreiphasiges, Stromversorgungsnetz ausgelegt sein.

Jeder Spannungswandler kann als resonanter Spannungswandler ausgelegt sein. Auf diese Weise kann Energie sehr effizient umgewandelt werden.

Die Steuerung kann als selbstlernende Steuerung ausgebildet sein.

Insbesondere kann die Steuerung so ausgelegt sein, dass sie lernt, je nach Tagesstrombedarf oder Zyklus einzelne Energiespeicher leer zu fahren bzw. wieder aufzuladen.

Die Steuerung kann eine Kommunikationsverbindung mit einem so genannten„Intelligenten Stromnetz" aufweisen. Der Begriff„Intelligentes Stromnetz" (smart grid) umfasst die kommunikative Vernetzung und Steuerung von Stromerzeugern, Speichern, elektrischen Verbrauchern und Netzbetriebsmitteln in Energieübertragungs- und -Verteilungsnetzen der Elektrizitätsversorgung . Eine solche Steuerung kann auch in einem

Inselstromnetz vorteilhaft sein. Eine solche Steuerung kann auch in einem Quasi-Inselstromnetz vorteilhaft sein. Ein Quasi-Inselstromnetz weist einen Anschluss an das öffentliche Stromnetz auf, nutzt diesen aber gesteuert. So kann elektrische Energie dann gespeichert werden, wenn sie im öffentlichen Stromnetz billig ist und dann dem Quasi-Inselstromnetz zur Verfügung gestellt werden. Wenn die elektrische Energie im öffentlichen Stromnetz teurer ist, kann ein Transfer von Energie von den Energiespeichern in das Quasi-Inselstromnetz erfolgen. Außerdem kann die Energie auch dann dem öffentlichen Stromnetz zur Verfügung gestellt werden, wenn die Energie im öffentlichen Stromnetz teuer verkauft werden kann. Das Energiespeichersystem ist besonders dafür ausgelegt, Überkapazitäten im öffentlichen Stromnetz in den anschließbaren

Energiespeichern zu puffern und bei erhöhtem Energiebedarf in dem öffentlichen Stromnetz zur Verfügung zu stellen. Dies kann mit einem beschriebenen Energiespeichersystem außerordentlich schnell und effizient erfolgen.

In den Rahmen der Erfindung fällt außerdem eine

Energiespeichersystemanordnung mit mehreren erfindungsgemäßen Energiespeichersystemen, wobei die Energiespeichersysteme eine gemeinsame Steuerung aufweisen. Dadurch ist es möglich, zunächst einen Energietransfer zwischen den Energiespeichern innerhalb eines

Energiespeichersystems durchzuführen, um Verluste gering zu halten. Anschließend ist es möglich, einen Energietransfer zwischen den

Energiespeichersystemen durchzuführen, um somit weiterhin Verluste zu reduzieren. Insbesondere können die Verluste auf einen Energiespeicher reduziert werden. Durch die gemeinsame Steuerung ist es möglich, sowohl den Energiefluss zwischen den einzelnen Energiespeichern als auch zwischen den Energiespeichersystemen zu optimieren.

Diese eine gemeinsame Steuerung kann als eine Master-Steuerung in einem Energiespeichersystem realisiert sein. Die Master-Steuerung kann dann mit den Steuerungen der anderen Energiespeichersysteme

verbunden sein, die dann als Slave-Steuerungen ausgebildet sind. In einer solchen Energiespeichersystemanordnung kann die

Zwischenkreisspannung von zwei Energiespeichersystemen verbindbar oder verbunden sein. Dann kann die Energie sehr energiesparend von Energiespeichern verschiedener Energiespeichersysteme umgeladen werden.

Weiterhin fällt in den Rahmen der Erfindung ein Verfahren zum Steigern der Energieeffizienz eines Energiespeichersystems mit einem

Zwischenkreis sowie zumindest zwei Spannungswandlern, die an den Zwischenkreis angeschlossen sind, wobei an jeden Spannungswandler zumindest ein Energiespeicher anschließbar ist, wobei die

Spannungswandler hinsichtlich ihrer Leistungsflussrichtung gesteuert werden, insbesondere zeitgleich die Leistungsflussrichtung in dem einen Leistungswandler in umgekehrter Richtung wie die Leistungsflussrichtung in dem anderen Spannungswandler gesteuert wird . Durch dieses

Verfahren ist es möglich, Energie von einem Energiespeicher über

Spannungswandler und Zwischenkreis in einen anderen Energiespeicher zu transferieren. Dadurch kann die Energieeffizienz eines

Energiespeichersystems erhöht werden.

Das Energiespeichersystem kann einen weiteren Spannungswandler aufweisen, der an den Zwischenkreis angeschlossen ist, wobei ein

Energietransfer von zumindest einem Energiespeicher über einen der ersten beiden Spannungswandler und den Zwischenkreis zu dem weiteren Spannungswandler oder umgekehrt durchgeführt wird. Dadurch ist es möglich, Energie aus einem Energiespeicher an ein Stromversorgungsnetz zu transferieren, das an einen weiteren Spannungswandler angeschlossen ist. Außerdem ist es möglich, Energie aus dem Stromversorgungsnetz an einen Energiespeicher zu transferieren und dort zu speichern. Die Leistung der Spannungswandler kann gesteuert werden. Insbesondere kann die Leistung der Spannungswandler so gesteuert werden, dass Energieverluste gering gehalten werden. Zu diesem Zweck kann auch vorgesehen sein, dass der Ladezustand der Energiespeicher überwacht wird .

Weiterhin ist es bezüglich der Energieeffizienz günstig, wenn der weitere Spannungswandler abgeschaltet wird, während die beiden ersten

Spannungswandler weiterlaufen und Energie von einem Energiespeicher zum anderen Energiespeicher transferieren.

Energetisch kann es günstig sein, anstatt mehrere Energiespeicher in einem teilweise geladenen Zustand vorzuhalten, einen Energiespeicher vollständig zu entleeren, insbesondere dadurch zu entleeren, dass die in ihm gespeicherte Energie einem anderen Energiespeicher zugeführt wird.

Es kann zunächst ein Energietransfer zwischen zumindest zwei

Energiespeichern des Energiespeichersystems durchgeführt werden und anschließend kann ein Energietransfer zwischen zumindest zwei

Energiespeichersystemen durchgeführt werden. Somit kann die

Energieeffizienz des gesamten Systems verbessert werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird nachfolgend mit Bezug zu den Figuren der Bezeichnung näher erläutert. Es zeigen :

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Energiespeichersystems;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Energiespeichersystemanordnung.

Die Figur 1 zeigt ein Energiespeichersystem 1, welches einen ersten Spannungswandler 2 aufweist, der an ein ein- oder mehrphasiges

Stromversorgungsnetz 3 anschließbar ist. Der erste Spannungswandler 2 kann als insbesondere bidirektionaler AC/DC Wandler ausgebildet sein. Er ist an einen Zwischenkreis 4 angeschlossen, an den wiederum ein zweiter und ein dritter Spannungswandler 5, 6 angeschlossen sind. Die

Spannungswandler 5, 6 können beispielsweise als insbesondere

bidirektionale DC/DC Wandler ausgebildet sein. Es können mehr als die zwei dargestellten Spannungswandler 5, 6 an den Zwischenkreis 4 angeschlossen sein. Die Spannungswandler 5, 6 sind jeweils an einen oder mehrere Energiespeicher 7 bis 10 anschließbar, wobei im gezeigten

Ausführungsbeispiel der Spannungswandler 5 an den Energiespeicher 7 und der Spannungswandler 6 an die Energiespeicher 8 bis 10

angeschlossen ist. Die Energiespeicher 8 bis 10 könnten auch parallel an den Spannungswandler 6 angeschlossen werden.

Weiterhin weist das Energiespeichersystem 1 eine Steuerung 11 auf, die sowohl mit dem ersten Spannungswandler 2 als auch mit den

Spannungswandlern 5, 6 verbunden ist und eingerichtet ist, diese zu steuern. Insbesondere ist die Steuerung 11 eingerichtet, den

Leistungsfluss, insbesondere die Richtung des Leistungsflusses, in den Spannungswandlern 5, 6 zu steuern. Dabei kann die Steuerung 11 die Spannungswandler 5, 6 so ansteuern, dass beispielsweise Energie aus dem Energiespeicher 7 über den Spannungswandler 5, den Zwischenkreis 4 und den Spannungswandler 6 in den Energiespeicher 8 transferiert wird oder umgekehrt. Während dieses Transfers kann die Steuerung 11 den Spannungswandler 2 abschalten. Weiterhin kann die Steuerung 11 die Spannungswandler 2, 5, 6 so ansteuern, dass ein Leistungsfluss von dem Stromversorgungsnetz 3 über den Spannungswandler 2, den

Zwischenkreis 4 und die Spannungswandler 5, 6 in die Energiespeicher 7 bis 10 erfolgt. Die Steuerung kann dabei auch nur einen der

Spannungswandler 5, 6 ansteuern, so dass beispielsweise nur ein

Energietransfer in den Energiespeicher 7 erfolgt. Weiterhin kann die Steuerung 11 den Leistungsfluss so steuern, dass beispielsweise Energie, die im Energiespeicher 7 gespeichert ist, über den Spannungswandler 5, den Zwischenkreis 4 und den Spannungswandler 2 in das

Stromversorgungsnetz 3 eingespeist wird .

Dadurch, dass der Spannungswandler 2 abschaltbar ist und ein

Energietransfer zwischen den Energiespeichern 7 bis 10 ermöglicht wird, kann die Energieeffizienz des Energiespeichersystems 1 gesteigert werden.

Ausweislich der Figur 2 sind mehrere Energiespeichersysteme 1, die entsprechend dem Energiespeichersystem 1 der Figur 1 ausgebildet sind, an eine gemeinsame Steuerung 12 angeschlossen. Dabei können die Steuerung 12 und die Steuerung 11 vereint sein. Durch die Anordnung der Figur 2, die eine Energiespeichersystemanordnung 20 darstellt, ist es möglich, zunächst die Energiespeichersysteme 1 hinsichtlich der

Verlustleistung zu optimieren, indem beispielsweise ein oder mehrere Energiespeicher 7 bis 10 geleert werden, insbesondere deren Energie in einen oder mehrere der anderen Energiespeicher 7 bis 10 umgeladen wird . Anschließend kann auch noch Energie von einem der

Energiespeichersysteme 1 in das andere Energiespeichersystem 1 transferiert werden, um Verluste gering zu halten.