WO2016150466A1 - Energiespeicheranordnung - Google Patents

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WO2016150466A1
WO2016150466A1 PCT/EP2015/055968 EP2015055968W WO2016150466A1 WO 2016150466 A1 WO2016150466 A1 WO 2016150466A1 EP 2015055968 W EP2015055968 W EP 2015055968W WO 2016150466 A1 WO2016150466 A1 WO 2016150466A1
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module
energy storage
polarity
memory module
input
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PCT/EP2015/055968
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Rodrigo Alonso Alvarez Valenzuela
Daniel BÖHME
Martin Pieschel
Ervin SPAHIC
Michael Vieth
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of AC power input into DC power output; Conversion of DC power input into AC power output
    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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    • H02M7/42—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal
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    • H02M7/48—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage

Definitions

  • the invention relates to an energy storage assembly comprises at least a series circuit with at least two series-connected sub-modules and an inductor, wherein at least one of the sub modules of one or several ⁇ rer of the series circuits includes an input module and at least one electrical energy storage exhibiting memory module ,
  • the invention has for its object to provide a Energyspei ⁇ cheran Aunt, in which the memory modules can be operated more efficiently than before. This object is achieved by a Energyspei ⁇ cheran Aunt with the features of claim 1.
  • Advantageous embodiments of the energy storage device according to the invention are specified in subclaims.
  • the invention provides that electrically connected between the input module and the memory module Umpolmodul is connected, which can be operated in a normal mode and a polarity Poles mode, the Umpolmodul in the normal operating mode, the output voltage of the input module - compared to the output voltage of the memory module - the same polarity the memory module ⁇ sets and wherein the polarity reversal module in Polarticiansumpol istsmodus the output voltage of the input module with - compared to the output voltage of the memory module - the inverse polarity rests on the memory module.
  • An essential advantage of the rectifier arrangement according to the invention is that due to the invention According to provided Umpol putkeit the memory modules can be discharged deeper than before with high discharge capacity. Due to the ever-present memory modules at the internal resistance of the discharge results in the discharging to a voltage drop across this internal resistance, which sets limits a low ⁇ discharged and discharging constant
  • double-layer capacitors can be in principle any depth and even fully discharged, but this is due to the voltage drop across the internal resistance with remo ⁇ mendem discharge current, not constant
  • the invention starts by providing the possibility of a polarity reversing mode by means of the polarity reversal module and allowing an inverse voltage to be applied from the outside and a desired, in particular constant, discharging power to be taken despite the voltage drop across the internal resistance.
  • the energy storage device comprises a stand in connection with the reversing module drive circuit which is configured such that the reversing module from the normal operation mode to the Polari ⁇ tuschsumpol istsmodus - can switch - and vice versa.
  • the drive circuit is configured to switch the polarity reversal module from the normal operating mode to the polarity polarity operating mode when the memory module is to be discharged.
  • the control circuit preferably monitors the output voltage of the memory module and switches the polarity reversal module from the normal operating mode to the polarity pole operating mode when the memory module is to be discharged and the output voltage of the memory module reaches or falls below a predetermined minimum voltage. For example, in the rticiansumpol istsmodus be switched when the output voltage ⁇ of the memory module reaches or falls below 25% of the rated voltage.
  • the polarity reversal module preferably has an H-bridge module comprising four switching units in bridge arrangement.
  • the polarity reversal module has an input-side capacitor, which buffers the intermediate circuit voltage output by the input module.
  • the polarity reversing ⁇ module preferably has at least one throttle.
  • Such Dros ⁇ sel can advantageously the current rise of un- wanted short-circuit currents limit in case of failure and so avoid component destruction.
  • the polarity reversal ⁇ module comprises both a switching module for reversing as well as a current limiting module.
  • the current limiting module is preferably electrically connected between the switching module and the storage medium ⁇ submodule.
  • the switch module preferably has a H-bridge module comprising four switch units in bridge configuration and an input-side capacitor, which buffers the output from the input module intermediate circuit voltage and is elekt ⁇ driven ge ⁇ switched between the H-bridge module and the input module.
  • the current-limiting module preferably has at least one throttle for limiting the increase in the time of current.
  • the mentioned switching units are preferably formed by semiconductor switches (eg IGBT semiconductor switches, GTO semiconductor switches or MOSFET semiconductor switches).
  • the reversing module also allows - in addition to the normal operation mode and the Polarticiansumpol istus - preferably the one ⁇ and separate input module, the memory module and / or electrically short-circuit the memory module a shutdown mode, which makes it possible.
  • a switch for example in the form of a pyrotechnic switch or a short-circuiter, for example, be connected between the two Mittenan ⁇ statements of the aforementioned H-bridge module.
  • the energy storage device is used in a single-phase or multi-phase AC voltage network.
  • the energy storage arrangement has at least one input AC voltage terminal to which an AC current can be fed, and the input module is an inverter module.
  • a reversing module is connected between the input module and the memory module that can be operated in a normal operating mode and a Polarticiansumpol istsmodus
  • the reversing module in Normalbe ⁇ operating mode the output voltage of the input module with - compared to the Output voltage of the memory module - applies the same polarity to the memory module
  • the Um- polmodul in Polarticiansumpol servessmodus the output voltage of the input module with - compared to the output voltage of the memory module - the reverse polarity applied to the memory ⁇ module
  • when unloading the memory module Umpolmodul is operated permanently or at least temporarily in the Polari ⁇ tuschsumpol istus.
  • Figure 1 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a memory device which can be used in the energy storage arrangement according to FIG. 1 and has a delta connection
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a series circuit having a plurality of submodules, which can be used in the memory device according to FIG. 2,
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a submodule that can be used in the series connection according to FIG. 3,
  • Figure 5 shows an embodiment of an input module which can be used in the sub-module according to Figure 4
  • Figure 6 shows a further exemplary embodiment of an input ⁇ module that can be ⁇ sets in the part module according to Figure 4
  • Figure 7 includes an exemplary embodiment of a reversing module that can be used in the sub-module according to Figure 4, an exemplary embodiment of a spoke pure Rich ⁇ tung, which can be used in the energy storage arrangement according to FIG 1 and a star TIC,
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a memory device, which in the energy storage arrangement according to
  • Figure 1 can be used and has a bridge circuit
  • Figure 10 shows an embodiment of a single-phase SpeI ⁇ cher adopted that can be used in a single-phase energy 'memory array.
  • FIG. 1 shows an energy storage arrangement 10 which comprises a memory device 20, a drive circuit 30, a current sensor 40 and a voltage sensor 50.
  • the memory device 20 has three input AC voltage terminals E20a, E20b and E20c, which are connected to a dreipha ⁇ sige electrical line 80. About the three-phase line 80. 20 is the memory device with a connecting bar 90 and an only schematically angedeu ⁇ ended energy distribution system 100 in conjunction.
  • the energy storage arrangement 10 according to FIG. 1 can be operated as follows, for example:
  • the drive circuit 30 measures by means of the current sensor 40 on the input side hineinflie ⁇ sequent in the storage device 20 (or out-flowing) three-phase input gear AC and Ie the voltage sensor 50, the voltage applied to the storage device 20 three-phase input ⁇ voltage and determined by these measured values, the state of the power distribution network 100. In addition, they determined on the basis of measured values, of not shown in current and / or voltage sensors within the storage device 20 be detected, the memory state of the memory device 20th
  • the drive circuit 30 determines an optimal activation of the memory device 20 in such a way that the energy distribution network 100 assumes a network state which is as optimal as possible and the memory device 20 is in a favorable memory state in which active power can be made available or recorded at any time.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a memory ⁇ device 20, which may be used in the energy storage device 10 according to FIG. 1
  • the three phases of the three-phase line 80 are indicated in FIG. 2 by the reference symbols LI, L2 and L3.
  • the storage device 20 includes three delta-connected in series circuits 200, whose series-connected Comp ⁇ components are not shown in detail for reasons of clarity in the figure.
  • 2 3 shows an embodiment for a series ⁇ circuit 200 in the memory device 20 according to figure
  • a current sensor 210 which is preferably connected to the drive circuit 30 according to FIG. 1, a multiplicity of submodules 220 and an inductance 230.
  • the current ⁇ sensor 210, the sub-modules 220 and the inductor 230 are electrically connected in series.
  • the series connection of Submodules 220 are via their input terminals E220a and E220b.
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a submodule 220 that can be used in the series circuit 200 according to FIG.
  • the sub-module 220 comprises an input module 221, which is an AC / DC (AC / DC) conversion converter module, a polarity reversal module 222, and a memory module 223.
  • the input module 221, the reversing module 222 and the Speichermo ⁇ dul 223 are cascaded arranged in series. This ⁇ be indicated that the outputs A221a and A221b of the input module 221 are connected to the inputs of the E222a and E222b Umpolmoduls 222 and the outputs A222a and A222b of the Umpolmoduls 222 to the A ⁇ gears E223a and E223b of the memory module 223rd
  • the inputs E221a and E221b the input module 221 ge ⁇ Switzerlandss Figure 4 form the inputs E220A and E220b of Operamo ⁇ duls 220 to form the series connection of the sub-modules 220 (see FIG. 3) to the inputs E221a and E221b of input modules 221 forward and downstream sub-modules 220 are connected in series (see Figure 3).
  • the memory module 223 preferably has one or more double-layer capacitors as an energy store, which are not shown in more detail in FIG. 4 for reasons of clarity.
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of an input module 221 that can be used in the submodule 220 according to FIG.
  • the input module 221 comprises two Druckelemen ⁇ te Sl and S2, to each of which a diode is connected in parallel.
  • the switching elements Sl and S2 may be, for example, semiconductor switches, for. In the form of transistors.
  • the outputs of the input module 221 are presented in Figures 4 and 5 by the reference numerals A221a and A221b and connected to the inputs of the E222a and E222b nachge ⁇ arranged Umpolmoduls 222nd
  • the control of the switching elements Sl and S2 of the matterssmo ⁇ duls 221 is preferably carried by the drive circuit 30 according to Figure 1 as a function of the current and voltage values detected in the drive circuit 30 and analyzed.
  • FIG. 6 shows a further exemplary embodiment of an input module 221 which can be used in the submodule 220 according to FIG.
  • the input module 221 comprises four switching elements Sl, S2, S3 and S4, to each of which a diode is connected in parallel.
  • the four switching elements S1 to S4 are connected in the form of an H-bridge circuit and are preferably driven by the drive circuit 30 according to FIG. 1 as a function of the current and voltage values already mentioned by the two sensors 40 and 50 and the others, but not shown in more detail, sensors are supplied.
  • the outputs of the input module 221 are characterized in the Figu ⁇ ren 4 and 6 by the reference numerals A221a and A221b and connected to the inputs of the E222a and E222b nachgeordne- Umpolmoduls th 222nd
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment of a reversing module 222 used in the supply module 220 in accordance with Figure 4 who can ⁇ .
  • the Umpolmodul 222 according to Figure 7 has four switching elements S5, S6, S7 and S8, to each of which a diode is connected in parallel.
  • the four switching elements S5, S6, S7 and S8 are interconnected in the form of an H-bridge circuit H222 whose external connections form the inputs E222a and E222b of the polarity reversal module 222.
  • H-bridge circuit H222 Connected in parallel with the H-bridge circuit H222 is a capacitor C which is thus also parallel to the input terminals ⁇ E222a and E222b of Umpolmoduls 222nd
  • the H-bridge circuit H222 and the capacitor C form a switching module 500 in the polarity reversal module 222.
  • Center connections Ml and M2 of the H-bridge circuit H222 are each connected via an inductance L, preferably in the form of a choke, to the output terminals A222a and A222b of the Umpol ⁇ module 222.
  • only one of the two center terminals M1 or M2 of the H-bridge circuit H222 can be connected to the respective output terminal A222a or A222b of the polarity reversal module 222 via an inductance L, preferably in the form of a choke.
  • the two inductors L form at the Umpolmodul 222 a current limiting module 600 for limiting the temporal
  • the output terminals A222a and A222b of the Umpolmoduls 222 are connected to the input terminals and E223a E223b of nachge ⁇ switched memory module 223 (see FIG. 4) connected.
  • the Umpolmodul 222 can by controlling the four
  • Switching elements S5, S6, S7 and S8 can be operated in a normal operating mode and a polarity polarity mode.
  • the reversing module 222 sets the output ⁇ voltage of the input module with - compared with the output voltage of the memory module 223 - the same polarity to the memory module 223.
  • the polarity reversal ⁇ module 222 may with appropriate control of the four switching elements S5, S6, S7 and S8 are operated by the drive circuit 30 as a DC converter or DC / DC controller.
  • the polarity reversal module 222 applies the output voltage of the input module 221 to the inverse, as compared to the output voltage of the memory module 223 Polarity to the memory module. Even in the polarity pump mode, the polarity reversal module 222 can be operated by the control circuit 30 as DC voltage converter or DC / DC controller with appropriate control of the four switching elements S5, S6, S7 and S8, but this is done with polarity reversal between the two connection sides.
  • the switching of the operating mode of the Umpolmoduls 222 is effected by the control of the drive circuit 30, namely by the mentioned activation of the four switching elements S5, S6, S7 and S8.
  • the drive circuit 30 switches umpol istsmodus the reversing module 222 from the normal operation mode to the polarity, when the memory module 223 is discharged, deeply discharged into ⁇ particular, should be.
  • the drive circuit 30 monitors the output voltage of the memory module 223 and switches the Um ⁇ polmodul 222 of the normal operating mode in the Polarticiansum- pol istsmodus when the memory module 223 is to be discharged and the output voltage of the memory module 223 reaches or falls below a predetermined minimum voltage.
  • the polarity reversal ⁇ module 222 allows, in addition to the normal operation mode and the polar- rticiansumpol istsmodus a shutdown mode in which the input module 221 and the memory module 223 separated ⁇ the and / or the memory module is electrically short-circuited.
  • a switch SS for example in the form of a pyrotechnic switch or a short-circuiter, for example, be connected between the two center ports Ml and M2.
  • FIG. 8 shows a further exemplary embodiment of a memory device 20 which can be used in the energy storage arrangement 10 according to FIG.
  • the number scarf ⁇ obligations 200 of the memory device 20 is not connected in a triangle, but in a star shape to form a Wire Wye tung.
  • the star point formed by the interconnection is identified in FIG. 8 by the reference symbol ST.
  • a return conductor N for example the return conductor of the three-phase line 80 according to FIG. 1, can be connected to the star point ST.
  • the structure of the series circuits 200 is not shown in detail in FIG. 8 for reasons of clarity.
  • the series ⁇ circuits 200 may, for example, the series circuits 200 of the memory device 20 according to Figure 2 correspond or be constructed, as has been explained in detail in connection with Figures 3 to 7 above in detail by way of example. Be ⁇ liens the structure of the series circuits 200 according to Figure 8, the above embodiments are thus also applicable.
  • the structure of the series circuits 200 of the memory device 20 may correspond, for example, to the structure of the series circuits 200, as explained in detail in connection with FIGS. 2 to 7 above.
  • FIG. 10 shows an embodiment for a einphasi ⁇ ge memory device 20, which connected to a series circuit 200 comprising a plurality in series, and includes in the figure 10 for reasons of clarity not shown part modules.
  • the series circuit 200 of the energy storage device 20 according to FIG. 10 may correspond in structure to the series circuits 200, as explained in detail above in connection with FIGS. 2 to 7.
  • the memory device 20 or the series circuit 200 can be connected to a single-phase AC voltage network (as shown) or alternatively to a DC voltage network, for example to a DC voltage network.
  • the input module 221 is preferably a DC / DC controller or DC / DC converter.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich unter anderem auf eine Energiespeicheranordnung (10), die zumindest eine Reihenschaltung (200) mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Teilmodulen (220) und einer Induktivität umfasst, wobei zumindest eines der Teilmodule (220) einer oder mehrerer der Reihenschaltungen (200) ein Eingangsmodul (221) und ein zumindest einen elektrischen Energiespeicher aufweisendes Speichermodul (223) umfasst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass elektrisch zwischen dem Eingangsmodul (221) und dem Speichermodul (223) ein Umpolmodul (222) geschaltet ist, das in einem Normalbetriebsmodus und einem Polaritätsumpolbetriebsmodus betrieben werden kann, wobei das Umpolmodul (222) im Normalbetriebsmodus die Ausgangsspannung des Eingangsmoduls (221) mit - verglichen mit der Ausgangsspannung des Speichermoduls (223) - derselben Polarität an das Speichermodul anlegt und wobei das Umpolmodul (222) im Polaritätsumpolbetriebsmodus die Ausgangsspannung des Eingangsmoduls (221) mit - verglichen mit der Ausgangsspannung des Speichermoduls (223) - der inversen Polarität an das Speichermodul anlegt.

Description

Beschreibung
Energiespeicheranordnung Die Erfindung bezieht sich auf eine Energiespeicheranordnung, die zumindest eine Reihenschaltung mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Teilmodulen und einer Induktivität um- fasst, wobei zumindest eines der Teilmodule einer oder mehre¬ rer der Reihenschaltungen ein Eingangsmodul und ein zumindest einen elektrischen Energiespeicher aufweisendes Speichermodul umfasst .
Eine entsprechende Energiespeicheranordnung ist in der internationalen Patentanmeldung WO 2012/156261 A2 beschrieben.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energiespei¬ cheranordnung anzugeben, bei der die Speichermodule effizienter als bisher betrieben werden können. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Energiespei¬ cheranordnung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung sind in Unteransprüchen angegeben. Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass elektrisch zwischen dem Eingangsmodul und dem Speichermodul ein Umpolmodul geschaltet ist, das in einem Normalbetriebsmodus und einem Polaritätsumpolbetriebsmodus betrieben werden kann, wobei das Umpolmodul im Normalbetriebsmodus die Ausgangsspannung des Eingangsmoduls mit - verglichen mit der Ausgangsspannung des Speichermoduls - derselben Polarität an das Speichermodul an¬ legt und wobei das Umpolmodul im Polaritätsumpolbetriebsmodus die Ausgangsspannung des Eingangsmoduls mit - verglichen mit der Ausgangsspannung des Speichermoduls - der inversen Pola- rität an das Speichermodul anlegt.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Gleichrichteranordnung ist darin zu sehen, dass sich aufgrund der erfin- dungsgemäß vorgesehenen Umpolmöglichkeit die Speichermodule tiefer als bisher mit hoher Entladeleistung entladen lassen. Aufgrund des bei Speichermodulen stets vorhandenen Innenwiderstands führt der Entladestrom beim Entladevorgang zu einem Spannungsabfall über diesem Innenwiderstand, der einem Tief¬ entladen Grenzen setzt und ein Entladen mit konstanter
Entladeleistung verhindern kann. Dies ist insbesondere bei Speichermodulen von Bedeutung, die Doppelschichtkondensatoren enthalten, denn Doppelschichtkondensatoren weisen bauartbe- dingt einen vergleichsweise hohen Innenwiderstand auf. Zwar lassen sich Doppelschichtkondensatoren prinzipiell beliebig tief und sogar vollständig entladen, jedoch ist dies aufgrund des Spannungsabfalls über dem Innenwiderstand nur mit abneh¬ mendem Entladestrom, also nicht mit konstanter
Entladeleistung, möglich. An dieser Stelle setzt die Erfindung an, indem sie mittels des Umpolmoduls die Möglichkeit eines Polaritätsumpolbetriebsmodus schafft und es erlaubt, von außen eine inverse Spannung anzulegen und trotz des Spannungsabfalls über dem Innenwiderstand eine gewünschte, insbe- sondere konstante, Entladeleistung zu entnehmen.
Als vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Energiespeicheranordnung eine mit dem Umpolmodul in Verbindung stehende Ansteuerschaltung aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass sie das Umpolmodul von dem Normalbetriebsmodus in den Polari¬ tätsumpolbetriebsmodus - und umgekehrt - schalten kann.
Vorzugsweise ist die Ansteuerschaltung derart ausgestaltet, dass sie das Umpolmodul von dem Normalbetriebsmodus in den Polaritätsumpolbetriebsmodus schaltet, wenn das Speichermodul entladen werden soll.
Bevorzugt überwacht die Ansteuerschaltung die Ausgangsspannung des Speichermoduls und schaltet das Umpolmodul von dem Normalbetriebsmodus in den Polaritätsumpolbetriebsmodus, wenn das Speichermodul entladen werden soll und die Ausgangsspannung des Speichermoduls eine vorgegebenen Minimalspannung erreicht oder unterschreitet. Beispielsweise kann in den Pola- ritätsumpolbetriebsmodus geschaltet werden, wenn die Aus¬ gangsspannung des Speichermoduls 25% der Nennspannung erreicht oder unterschreitet. Das Umpolmodul weist vorzugsweise ein H-Brückenmodul auf, das vier Schalteinheiten in Brückenanordnung umfasst.
Auch ist es vorteilhaft, wenn das Umpolmodul einen eingangs- seitigen Kondensator aufweist, der die von dem Eingangsmodul ausgegebene Zwischenkreisspannung puffert.
Zur Begrenzung des zeitlichen Stromanstiegs weist das Umpol¬ modul bevorzugt zumindest eine Drossel auf. Eine solche Dros¬ sel kann in vorteilhafter Weise den Stromanstieg von unge- wünschten Kurzschlussströmen im Fehlerfall begrenzen und so eine Komponentenzerstörung vermeiden.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Umpol¬ modul sowohl ein Umschaltmodul zur Umpolung als auch ein Strombegrenzungsmodul aufweist. Das Strombegrenzungsmodul ist bevorzugt elektrisch zwischen das Umschaltmodul und das Spei¬ chermodul geschaltet.
Das Umschaltmodul weist bevorzugt ein H-Brückenmodul auf, das vier Schalteinheiten in Brückenanordnung sowie einen ein- gangsseitigen Kondensator umfasst, der die von dem Eingangsmodul ausgegebene Zwischenkreisspannung puffert und elekt¬ risch zwischen das H-Brückenmodul und das Eingangsmodul ge¬ schaltet ist.
Das Strombegrenzungsmodul weist bevorzugt zumindest eine Drossel zur Begrenzung des zeitlichen Stromanstiegs auf.
Die erwähnten Schalteinheiten werden vorzugsweise durch Halb- leiterschalter (z. B. IGBT-Halbleiterschalter, GTO-Halblei- terschalter oder MOSFET-Halbleiterschalter) gebildet. Das Umpolmodul erlaubt darüber hinaus - zusätzlich zu dem Normalbetriebsmodus und dem Polaritätsumpolbetriebsmodus - vorzugsweise einen Abschaltmodus, der es ermöglicht, das Ein¬ gangsmodul und das Speichermodul zu trennen und/oder das Speichermodul elektrisch kurzzuschließen. Für die Realisierung eines solchen Abschaltmodus kann ein Schalter, zum Beispiel in Form eines pyrotechnischen Schalters oder eines Kurzschließers, beispielsweise zwischen die beiden Mittenan¬ schlüsse des erwähnten H-Brückenmoduls geschaltet sein.
Die bereits erwähnte Drossel zur Stromanstiegsbegrenzung und/oder das Strombegrenzungsmodul sowie der Innenwiderstand des Speichermoduls werden bei Einschalten des Schalters einen Schaden durch zu hohen Kurzschlussstrom verhindern.
Vorzugsweise wird die Energiespeicheranordnung in einem ein- oder mehrphasigen Wechselspannungsnetz eingesetzt. In diesem Falle ist es von Vorteil, wenn die Energiespeicheranordnung zumindest einen Eingangswechselspannungsanschluss aufweist, an dem ein Wechselstrom eingespeist werden kann, und es sich bei dem Eingangsmodul um ein Umrichtermodul handelt.
Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung, die zumindest eine Reihenschaltung mit mindestens zwei in Reihe geschalte¬ ten Teilmodulen und einer Induktivität umfasst, wobei zumin¬ dest eines der Teilmodule eines oder mehrerer der Reihenschaltungen ein Eingangsmodul und ein zumindest einen elekt¬ rischen Energiespeicher aufweisendes Speichermodul umfasst.
Erfindungsgemäß ist bezüglich eines solchen Verfahrens vorge¬ sehen, dass elektrisch zwischen dem Eingangsmodul und dem Speichermodul ein Umpolmodul geschaltet ist, das in einem Normalbetriebsmodus und einem Polaritätsumpolbetriebsmodus betrieben werden kann, wobei das Umpolmodul im Normalbe¬ triebsmodus die Ausgangsspannung des Eingangsmoduls mit - verglichen mit der Ausgangsspannung des Speichermoduls - derselben Polarität an das Speichermodul anlegt, wobei das Um- polmodul im Polaritätsumpolbetriebsmodus die Ausgangsspannung des Eingangsmoduls mit - verglichen mit der Ausgangsspannung des Speichermoduls - der inversen Polarität an das Speicher¬ modul anlegt, und wobei beim Entladen des Speichermoduls das Umpolmodul dauerhaft oder zumindest zeitweise in dem Polari¬ tätsumpolbetriebsmodus betrieben wird.
Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie¬ len näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
Figur 1 ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße
Energiespeicheranordnung,
Figur 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Speichereinrichtung, die bei der Energiespeicheranordnung gemäß Figur 1 eingesetzt werden kann und eine Dreieckschaltung aufweist,
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel für eine mehrere Teilmodule aufweisende Reihenschaltung, die bei der Speichereinrichtung gemäß Figur 2 eingesetzt werden kann,
Figur 4 ein Ausführungsbeispiel für ein Teilmodul, das bei der Reihenschaltung gemäß Figur 3 eingesetzt werden kann,
Figur 5 ein Ausführungsbeispiel für ein Eingangsmodul, das bei dem Teilmodul gemäß Figur 4 eingesetzt werden kann, Figur 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Eingangs¬ modul, das bei dem Teilmodul gemäß Figur 4 einge¬ setzt werden kann, Figur 7 ein Ausführungsbeispiel für ein Umpolmodul, das bei dem Teilmodul gemäß Figur 4 eingesetzt werden kann, ein Ausführungsbeispiel für eine Speichereinrich¬ tung, die bei der Energiespeicheranordnung gemäß Figur 1 eingesetzt werden kann und eine Sternschal tung aufweist,
Figur 9 ein Ausführungsbeispiel für eine Speichereinrich- tung, die bei der Energiespeicheranordnung gemäß
Figur 1 eingesetzt werden kann und eine Brückenschaltung aufweist, und
Figur 10 ein Ausführungsbeispiel für eine einphasige Spei¬ chereinrichtung, die bei einer einphasigen Energie' speicheranordnung eingesetzt werden kann.
In den Figuren werden der Übersicht halber für identische oder vergleichbare Komponenten stets dieselben Bezugszeichen verwendet .
Die Figur 1 zeigt eine Energiespeicheranordnung 10, die eine Speichereinrichtung 20, eine Ansteuerschaltung 30, einen Stromsensor 40 sowie einen Spannungssensor 50 umfasst.
Die Speichereinrichtung 20 weist drei Eingangswechselspan- nungsanschlüsse E20a, E20b und E20c auf, die an eine dreipha¬ sige elektrische Leitung 80 angeschlossen sind. Über die dreiphasige Leitung 80 steht die Speichereinrichtung 20 mit einer Anschlussschiene 90 und einem nur schematisch angedeu¬ teten Energieverteilnetz 100 in Verbindung.
Die Energiespeicheranordnung 10 gemäß Figur 1 kann beispiels weise wie folgt betrieben werden:
Die Ansteuerschaltung 30 misst mittels des Stromsensors 40 den eingangsseitig in die Speichereinrichtung 20 hineinflie¬ ßenden (oder aus dieser herausfließenden) dreiphasigen Ein- gangswechselstrom Ie und mit dem Spannungssensor 50 die an der Speichereinrichtung 20 anliegende dreiphasige Eingangs¬ spannung und bestimmt mit diesen Messwerten den Zustand des Energieverteilnetzes 100. Außerdem ermittelt sie anhand von Messwerten, die von nicht weiter gezeigten Strom- und/oder Spannungssensoren innerhalb der Speichereinrichtung 20 er- fasst werden, den Speicherzustand der Speichereinrichtung 20.
Mit Hilfe der Messwerte ermittelt die Ansteuerschaltung 30 eine optimale Ansteuerung der Speichereinrichtung 20 derart, dass das Energieverteilnetz 100 einen möglichst optimalen Netzzustand annimmt und sich die Speichereinrichtung 20 in einem günstigen Speicherzustand befindet, in dem jederzeit Wirkleistung zur Verfügung gestellt oder aufgenommen werden kann.
Die Figur 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Speicher¬ einrichtung 20, die bei der Energiespeicheranordnung 10 gemäß Figur 1 eingesetzt werden kann. Man erkennt die drei Ein- gangswechselspannungsanschlüsse E20a, E20b und E20c, die an die dreiphasige Leitung 80 gemäß Figur 1 angeschlossen sind. Die drei Phasen der dreiphasigen Leitung 80 sind in der Figur 2 mit dem Bezugszeichen LI, L2 und L3 gekennzeichnet. Die Speichereinrichtung 20 weist drei im Dreieck verschaltete Reihenschaltungen 200 auf, deren in Reihe geschaltete Kompo¬ nenten aus Gründen der Übersicht in der Figur 2 nicht näher dargestellt sind. Die Figur 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Reihen¬ schaltung 200, die bei der Speichereinrichtung 20 gemäß Figur
2 eingesetzt werden kann. Die Reihenschaltung 200 gemäß Figur
3 weist einen vorzugsweise an die Ansteuerschaltung 30 gemäß Figur 1 angeschlossenen Stromsensor 210, eine Vielzahl an Teilmodulen 220 sowie eine Induktivität 230 auf. Der Strom¬ sensor 210, die Teilmodule 220 sowie die Induktivität 230 sind elektrisch in Reihe geschaltet. Die Reihenschaltung der Teilmodule 220 erfolgt über deren Eingangsanschlüsse E220a und E220b.
Die Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Teilmodul 220, das bei der Reihenschaltung 200 gemäß Figur 3 eingesetzt werden kann. Das Teilmodul 220 umfasst ein Eingangsmodul 221, bei dem es sich um ein Umrichtermodul zur AC/DC (Wechselspan- nungs/Gleichspannungs) -Umsetzung handelt, ein Umpolmodul 222 und ein Speichermodul 223.
Das Eingangsmodul 221, das Umpolmodul 222 und das Speichermo¬ dul 223 sind kaskadiert hintereinander angeordnet. Dies be¬ deutet, dass die Ausgänge A221a und A221b des Eingangsmoduls 221 an die Eingänge E222a und E222b des Umpolmoduls 222 und die Ausgänge A222a und A222b des Umpolmoduls 222 an die Ein¬ gänge E223a und E223b des Speichermoduls 223 angeschlossen sind. Die Eingänge E221a und E221b des Eingangsmoduls 221 ge¬ mäß Figur 4 bilden die Eingänge E220a und E220b des Teilmo¬ duls 220, die zur Bildung der Reihenschaltung der Teilmodule 220 (vgl. Figur 3) mit den Eingängen E221a und E221b von Eingangsmodulen 221 vor- und nachgeordneter Teilmodule 220 in Reihe geschaltet sind (vgl. Figur 3) .
Das Speichermodul 223 weist als Energiespeicher vorzugsweise einen oder mehrere Doppelschichtkondensatoren auf, die in der Figur 4 aus Gründen der Übersicht nicht näher dargestellt sind .
Die Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Eingangsmo- dul 221, das bei dem Teilmodul 220 gemäß Figur 4 eingesetzt werden kann. Das Eingangsmodul 221 umfasst zwei Schaltelemen¬ te Sl und S2, zu denen jeweils eine Diode parallel geschaltet ist. Bei den Schaltelementen Sl und S2 kann es sich beispielsweise um Halbleiterschalter, z. B. in Form von Transis- toren, handeln. Die Ausgänge des Eingangsmoduls 221 sind in den Figuren 4 und 5 mit den Bezugszeichen A221a und A221b gekennzeichnet und an die Eingänge E222a und E222b des nachge¬ ordneten Umpolmoduls 222 angeschlossen. Die Ansteuerung der Schaltelemente Sl und S2 des Eingangsmo¬ duls 221 erfolgt vorzugsweise durch die Ansteuerschaltung 30 gemäß Figur 1 in Abhängigkeit von den Strom- und Spannungs- werten, die die Ansteuerschaltung 30 erfasst und auswertet.
Die Figur 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein Eingangsmodul 221, das bei dem Teilmodul 220 gemäß Figur 4 eingesetzt werden kann. Das Eingangsmodul 221 umfasst vier Schaltelemente Sl, S2, S3 und S4, zu denen jeweils eine Diode parallel geschaltet ist. Die vier Schaltelemente Sl bis S4 sind in Form einer H-Brückenschaltung verschaltet und werden vorzugsweise von der Ansteuerschaltung 30 gemäß Figur 1 in Abhängigkeit von den Strom- und Spannungswerten angesteuert, die von den beiden Sensoren 40 und 50 und den übrigen bereits erwähnten, aber nicht näher gezeigten, Sensoren geliefert werden. Die Ausgänge des Eingangsmoduls 221 sind in den Figu¬ ren 4 und 6 mit den Bezugszeichen A221a und A221b gekennzeichnet und an die Eingänge E222a und E222b des nachgeordne- ten Umpolmoduls 222 angeschlossen.
Die Figur 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Umpolmodul 222, das bei dem Teilmodul 220 gemäß Figur 4 eingesetzt wer¬ den kann. Das Umpolmodul 222 gemäß Figur 7 weist vier Schalt- elemente S5, S6, S7 und S8 auf, zu denen jeweils eine Diode parallel geschaltet ist. Die vier Schaltelemente S5, S6, S7 und S8 sind in Form einer H-Brückenschaltung H222 verschaltet, deren äußere Anschlüsse die Eingänge E222a und E222b des Umpolmoduls 222 bilden.
Zu der H-Brückenschaltung H222 parallel geschaltet ist ein Kondensator C, der somit ebenfalls parallel zu den Eingangs¬ anschlüssen E222a und E222b des Umpolmoduls 222 liegt. Die H-Brückenschaltung H222 und der Kondensator C bilden bei dem Umpolmodul 222 ein Umschaltmodul 500. Mittenanschlüsse Ml und M2 der H-Brückenschaltung H222 sind über jeweils eine Induktivität L, vorzugsweise in Form einer Drossel, an die Ausgangsanschlüsse A222a und A222b des Umpol¬ moduls 222 angeschlossen. Alternativ kann auch nur einer der beiden Mittenanschlüsse Ml oder M2 der H-Brückenschaltung H222 über eine Induktivität L, vorzugsweise in Form einer Drossel, an den jeweiligen Ausgangsanschluss A222a bzw. A222b des Umpolmoduls 222 angeschlossen sein. Die beiden Induktivitäten L bilden bei dem Umpolmodul 222 ein Strombegrenzungsmodul 600 zur Begrenzung des zeitlichen
Stromanstiegs .
Die Ausgangsanschlüsse A222a und A222b des Umpolmoduls 222 sind an die Eingangsanschlüsse E223a und E223b des nachge¬ schalteten Speichermoduls 223 (vgl. Figur 4) angeschlossen.
Die Ansteuerung der vier Schaltelemente S5, S6, S7 und S8 er¬ folgt vorzugsweise durch die Ansteuerschaltung 30 gemäß Figur 1 in Abhängigkeit von den Messwerten, die von den beiden Sensoren 40 und 50 und den übrigen bereits erwähnten, aber nicht näher gezeigten, Sensoren geliefert werden.
Das Umpolmodul 222 kann durch die Ansteuerung der vier
Schaltelemente S5, S6, S7 und S8 in einem Normalbetriebsmodus und einem Polaritätsumpolbetriebsmodus betrieben werden kann.
Im Normalbetriebsmodus legt das Umpolmodul 222 die Ausgangs¬ spannung des Eingangsmoduls mit - verglichen mit der Aus- gangsspannung des Speichermoduls 223 - derselben Polarität an das Speichermodul 223. Im Normalbetriebsmodus kann das Umpol¬ modul 222 bei entsprechender Ansteuerung der vier Schaltelemente S5, S6, S7 und S8 durch die Ansteuerschaltung 30 als Gleichspannungsumrichter bzw. DC/DC-Steller betrieben werden.
Im Polaritätsumpolbetriebsmodus legt das Umpolmodul 222 die Ausgangsspannung des Eingangsmoduls 221 mit - verglichen mit der Ausgangsspannung des Speichermoduls 223 - der inversen Polarität an das Speichermodul an. Auch im Polaritätsumpolbe- triebsmodus kann das Umpolmodul 222 bei entsprechender An- steuerung der vier Schaltelemente S5, S6, S7 und S8 durch die Ansteuerschaltung 30 als Gleichspannungsumrichter bzw. DC/DC- Steller betrieben werden, allerdings erfolgt dies mit Polaritätsumkehr zwischen den beiden Anschlussseiten.
Das Umschalten des Betriebsmodus des Umpolmoduls 222 erfolgt durch die Ansteuerung der Ansteuerschaltung 30, nämlich durch die erwähnte Ansteuerung der vier Schaltelemente S5, S6, S7 und S8. Vorzugsweise schaltet die Ansteuerschaltung 30 das Umpolmodul 222 von dem Normalbetriebsmodus in den Polaritäts- umpolbetriebsmodus , wenn das Speichermodul 223 entladen, ins¬ besondere tief entladen, werden soll.
Besonders bevorzugt überwacht die Ansteuerschaltung 30 die Ausgangsspannung des Speichermoduls 223 und schaltet das Um¬ polmodul 222 von dem Normalbetriebsmodus in den Polaritätsum- polbetriebsmodus , wenn das Speichermodul 223 entladen werden soll und die Ausgangsspannung des Speichermoduls 223 eine vorgegebene Minimalspannung erreicht oder unterschreitet.
Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn das Umpol¬ modul 222 zusätzlich zu dem Normalbetriebsmodus und dem Pola- ritätsumpolbetriebsmodus einen Abschaltmodus erlaubt, bei dem das Eingangsmodul 221 und das Speichermodul 223 getrennt wer¬ den und/oder das Speichermodul elektrisch kurzgeschlossen wird. Für die Realisierung eines solchen Abschaltmodus kann ein Schalter SS, zum Beispiel in Form eines pyrotechnischen Schalters oder eines Kurzschließers, beispielsweise zwischen die beiden Mittenanschlüsse Ml und M2 geschaltet sein.
Die Figur 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Speichereinrichtung 20, die bei der Energiespeicheranordnung 10 gemäß Figur 1 eingesetzt werden kann. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 sind die Reihenschal¬ tungen 200 der Speichereinrichtung 20 nicht im Dreieck verschaltet, sondern sternförmig unter Bildung einer Sternschal- tung. Der durch die Verschaltung gebildete Sternpunkt ist in der Figur 8 mit dem Bezugszeichen ST gekennzeichnet. An den Sternpunkt ST kann ein Rückleiter N, beispielsweise der Rück- leiter der dreiphasigen Leitung 80 gemäß Figur 1, angeschlos- sen werden.
Der Aufbau der Reihenschaltungen 200 ist in der Figur 8 aus Gründen der Übersicht nicht näher dargestellt. Die Reihen¬ schaltungen 200 können beispielsweise den Reihenschaltungen 200 der Speichereinrichtung 20 gemäß Figur 2 entsprechen bzw. so aufgebaut sein, wie dies im Zusammenhang mit den Figuren 3 bis 7 oben im Detail beispielhaft erläutert worden ist. Be¬ züglich des Aufbaus der Reihenschaltungen 200 gemäß Figur 8 gelten die obigen Ausführungen somit entsprechend.
Die Figur 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Speicher¬ einrichtung 20, bei der Reihenschaltungen 200, die jeweils mindestens zwei in Reihe geschaltete und aus Gründen der Übersicht in der Figur 11 nicht gezeigte Teilmodule aufwei- sen, eine Brückenschaltung 400 bilden.
Der Aufbau der Reihenschaltungen 200 der Speichereinrichtung 20 kann beispielsweise dem Aufbau der Reihenschaltungen 200 entsprechen, wie sie im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 7 oben im Detail erläutert worden sind.
Die Figur 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine einphasi¬ ge Speichereinrichtung 20, die eine Reihenschaltung 200 mit einer Vielzahl an in Reihe geschalteten und in der Figur 10 aus Gründen der Übersicht nicht weiter dargestellten Teilmodulen umfasst. Die Reihenschaltung 200 der Energiespeicheranordnung 20 gemäß Figur 10 kann von ihrem Aufbau den Reihenschaltungen 200 entsprechen, wie sie im Zusammenhang mit den Figuren 2 bis 7 oben im Detail erläutert worden sind.
Die Speichereinrichtung 20 bzw. die Reihenschaltung 200 kann an ein einphasiges Wechselspannungsnetz (wie gezeigt) oder alternativ an ein Gleichspannungsnetz, beispielsweise an ei- nen Gleichspannungskreis einer Hochspannungs-Gleichstrom- Übertragungseinrichtung (HGÜ) , angeschlossen werden. Im letztgenannten Fall handelt es sich bei dem Eingangsmodul 221 vorzugsweise um einen DC/DC-Steller bzw. Gleichspannungs/- Gleichspannungs-Umsetzer.
Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungs¬ beispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Bezugs zeichenliste
10 Energiespeicheranordnung
20 Speichereinrichtung
30 AnsteuerSchaltung
40 Stromsensor
50 Spannungssensor
60 Stromsensor
70 Spannungssensor
80 elektrische Leitung
90 Anschlussschiene
100 Energieverteilnetz
110 elektrische Gleichstromleitung
120 Gleichstromlast
200 Reihenschaltung
200a Ausgangsanschluss
200b Ausgangsanschluss
210 Stromsensor
220 Teilmodule
221 Eingangsmodul
222 Umpolmodul
223 Speichermodul
224 Gleichrichtermodul
224L Induktivität
230 Induktivität
400 BrückenSchaltung
A221a Ausgangsanschluss des Eingangsmoduls
A221b Ausgangsanschluss des Eingangsmoduls A222a Ausgangsanschluss des Umpolmoduls
A222b Ausgangsanschluss des Umpolmoduls
C Kondensator
E20a EingangsWechselspannungsanschluss
E2 Ob EingangsWechselspannungsanschluss E20c Eingangswechselspannungsanschluss
E220a Eingangsanschluss des Teilmoduls E220b Eingangsanschluss des Teilmoduls E221a Eingangsanschluss des Eingangsmoduls E221b Eingangsanschluss des Eingangsmodul
E222a Eingangsanschluss des Umpolmoduls
E222b Eingangsanschluss des Umpolmoduls
E223a Eingangsanschluss des Speichermodul E223b Eingangsanschluss des Speichermodul
H222 H-BrückenSchaltung
Ie Eingangswechselstrom
LI Phase
L2 Phase
L3 Phase
Ml Mittenanschluss
M2 Mittenanschluss
N Rückleiter
ST Sternpunkt
Sl Schaltelernent
S2 Schaltelernent
S3 Schaltelernent
S4 Schaltelernent
S5 Schaltelernent
S6 Schaltelernent
S7 Schaltelernent
S8 Schaltelernent

Claims

Patentansprüche
1. Energiespeicheranordnung (10), die zumindest eine Reihenschaltung (200) mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Teilmodulen (220) und einer Induktivität umfasst, wobei zu¬ mindest eines der Teilmodule (220) einer oder mehrerer der Reihenschaltungen (200) ein Eingangsmodul (221) und ein zumindest einen elektrischen Energiespeicher aufweisendes Speichermodul (223) umfasst,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- elektrisch zwischen dem Eingangsmodul (221) und dem Speichermodul (223) ein Umpolmodul (222) geschaltet ist, das in einem Normalbetriebsmodus und einem Polaritätsumpolbe- triebsmodus betrieben werden kann,
- wobei das Umpolmodul (222) im Normalbetriebsmodus die Aus¬ gangsspannung des Eingangsmoduls (221) mit - verglichen mit der Ausgangsspannung des Speichermoduls (223) - der¬ selben Polarität an das Speichermodul anlegt und
- wobei das Umpolmodul (222) im Polaritätsumpolbetriebsmodus die Ausgangsspannung des Eingangsmoduls (221) mit - ver¬ glichen mit der Ausgangsspannung des Speichermoduls (223)
- der inversen Polarität an das Speichermodul anlegt.
2. Energiespeicheranordnung (10) nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Energiespeicheranordnung (10) eine mit dem Umpolmodul
(222) in Verbindung stehende Ansteuerschaltung (30) aufweist, die derart ausgestaltet ist, dass sie das Umpolmodul (222) von dem Normalbetriebsmodus in den Polaritätsumpolbetriebsmo- dus schalten kann.
3. Energiespeicheranordnung (10) nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Ansteuerschaltung (30) derart ausgestaltet ist, dass sie das Umpolmodul (222) von dem Normalbetriebsmodus in den Pola¬ ritätsumpolbetriebsmodus schaltet, wenn das Speichermodul
(223) entladen werden soll.
4. Energiespeicheranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche 2-3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Ansteuerschaltung (30) die Ausgangsspannung des Speicher- moduls (223) überwacht und das Umpolmodul (222) von dem Nor¬ malbetriebsmodus in den Polaritätsumpolbetriebsmodus schal¬ tet, wenn das Speichermodul (223) entladen werden soll und die Ausgangsspannung des Speichermoduls (223) eine vorgegebe¬ nen Minimalspannung erreicht oder unterschreitet.
5. Energiespeicheranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Umpolmodul (222) ein H-Brückenmodul aufweist, das vier Schalteinheiten in Brückenanordnung umfasst.
6. Energiespeicheranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Umpolmodul (222) einen eingangsseitigen Kondensator aufweist, der die von dem Eingangsmodul (221) ausgegebene Zwi- schenkreisspannung puffert.
7. Energiespeicheranordnung (10) nach einem der voranstehen- den Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Umpolmodul (222) zumindest eine Drossel zur Begrenzung des zeitlichen Stromanstiegs aufweist.
8. Energiespeicheranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Umpolmodul (222) ein Umschaltmodul (500) zur Umpolung und ein Strombegrenzungsmodul (600) aufweist.
9. Energiespeicheranordnung (10) nach Anspruch 8,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Strombegrenzungsmodul (600) elektrisch zwischen das Um¬ schaltmodul (500) und das Speichermodul (223) geschaltet ist.
10. Energiespeicheranordnung (10) nach einem der voranstehen- den Ansprüche 8 bis 9,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Umschaltmodul (500) ein H-Brückenmodul aufweist, das vier Schalteinheiten in Brückenanordnung sowie einen eingangssei- tigen Kondensator umfasst, der die von dem Eingangsmodul (221) ausgegebene Zwischenkreisspannung puffert und elekt¬ risch zwischen das H-Brückenmodul und das Eingangsmodul (221) geschaltet ist.
11. Energiespeicheranordnung (10) nach einem der voranstehen- den Ansprüche 8 bis 10,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Strombegrenzungsmodul (600) zumindest eine Drossel zur
Begrenzung des zeitlichen Stromanstiegs aufweist.
12. Energiespeicheranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Schalteinheiten Halbleiterschalter sind.
13. Energiespeicheranordnung (10) nach einem der voranstehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Umpolmodul (222) zusätzlich zu dem Normalbetriebsmodus und dem Polaritätsumpolbetriebsmodus einen Abschaltmodus er- laubt, bei dem das Eingangsmodul (221) und das Speichermodul (223) getrennt sind und/oder das Speichermodul elektrisch kurzgeschlossen ist.
14. Verfahren zum Betreiben einer Energiespeicheranordnung (10), die zumindest eine Reihenschaltung (200) mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Teilmodulen (220) und einer Induktivität umfasst, wobei zumindest eines der Teilmodule (220) einer oder mehrerer der Reihenschaltungen (200) ein Eingangs- modul (221) und ein zumindest einen elektrischen Energiespei¬ cher aufweisendes Speichermodul (223) umfasst,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- elektrisch zwischen dem Eingangsmodul (221) und dem Spei- chermodul (223) ein Umpolmodul (222) geschaltet ist, das in einem Normalbetriebsmodus und einem Polaritätsumpolbe- triebsmodus betrieben werden kann,
- wobei das Umpolmodul (222) im Normalbetriebsmodus die Aus¬ gangsspannung des Eingangsmoduls (221) mit - verglichen mit der Ausgangsspannung des Speichermoduls (223) - der¬ selben Polarität an das Speichermodul anlegt,
- wobei das Umpolmodul (222) im Polaritätsumpolbetriebsmodus die Ausgangsspannung des Eingangsmoduls (221) mit - verglichen mit der Ausgangsspannung des Speichermoduls (223) - der inversen Polarität an das Speichermodul anlegt, und
- wobei beim Entladen des Speichermoduls das Umpolmodul
(222) dauerhaft oder zumindest zeitweise in dem Polari¬ tätsumpolbetriebsmodus betrieben wird.
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