EP4214788A1 - Bipolares akkumulatorsystem - Google Patents

Bipolares akkumulatorsystem

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Publication number
EP4214788A1
EP4214788A1 EP22733333.3A EP22733333A EP4214788A1 EP 4214788 A1 EP4214788 A1 EP 4214788A1 EP 22733333 A EP22733333 A EP 22733333A EP 4214788 A1 EP4214788 A1 EP 4214788A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
accumulator
bipolar
control unit
units
unit
Prior art date
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Pending
Application number
EP22733333.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Schnakenberg
Guido Schmülling
Florian Otte
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commeo GmbH
Original Assignee
Commeo GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commeo GmbH filed Critical Commeo GmbH
Publication of EP4214788A1 publication Critical patent/EP4214788A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4207—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells for several batteries or cells simultaneously or sequentially
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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/509—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the type of connection, e.g. mixed connections
    • H01M50/51—Connection only in series
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    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/0034—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using reverse polarity correcting or protecting circuits
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    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/569—Constructional details of current conducting connections for detecting conditions inside cells or batteries, e.g. details of voltage sensing terminals

Definitions

  • the invention relates to a bipolar accumulator system.
  • Another possible designation is bipolar battery system.
  • the terms accumulator system and battery system are synonyms.
  • the accumulator system is a bipolar accumulator system, i.e. an accumulator system that simultaneously provides a positive and negative voltage, based on a common ground potential, for example +300 V and -300 V, at the corresponding external connections.
  • a bipolar accumulator system has various advantages over a conventional, unipolar accumulator system.
  • Unipolar means one-pole in relation to a zero point and a corresponding accumulator system has two external connections/external contacts (two-pole).
  • Bipolar means two poles related to a zero point and a corresponding accumulator system has three external connections/external contacts (three pole).
  • An accumulator system comprises accumulator cells, which can be combined into accumulator modules, accumulator units or the like, as well as, for example, a control and switch-off unit (SAE; or also: switch-off and control unit), sometimes referred to below for short as a control unit, in the case of lithium cells necessarily always at least a control unit and in the case of lead cells, for example, regularly also a control unit or some type of control unit.
  • SAE control and switch-off unit
  • Such a control unit which may also include distributed components, is absolutely necessary to ensure the electrical and functional safety of the accumulator system and generally to ensure the product safety of the accumulator system (US 2006/0071636 A1 shows an example in the form of the device referred to there as a controller for such a functionality; DE 10 2017 210 615 A also describes such a functionality, referred to there as a control device).
  • This necessity applies all the more to an accumulator system that includes accumulator cells in the form of lithium cells (lithium-ion accumulator cells); The latter because of the small but not entirely negligible risk of fire associated with the way in which energy is stored in such an accumulator cell, at least the risk of a release of hot and possibly combustible gases.
  • An accumulator system of the type proposed here and generally all accumulator systems come into consideration, in particular, for use as an electrical energy source in the event of a power failure or when the mains voltage is insufficient or fluctuates.
  • the accumulator system then functions, for example, as an uninterruptible power supply (UPS) - or: uninterruptible power supply (UPS) - or more generally as a backup power supply (AEV) or: emergency power system or as a component of a UPS or AEV.
  • UPS uninterruptible power supply
  • AEV backup power supply
  • an accumulator system as a UPS, AEV or the like
  • an AC voltage the respective mains AC voltage
  • the respective mains AC voltage must be simulated by means of the potentials that can be tapped in the accumulator system.
  • a unipolar battery system it is customary to regularly swap the assignment of the external connections of the inverter to the external connections of the unipolar battery system to generate an AC voltage from the two potentials provided by the battery system, as is the case, for example, with circuits in the form of so-called H-bridges or the like is known. This swapping of the allocation is subject to a great deal of loss and is therefore very inefficient.
  • a known way of obtaining a bipolar accumulator system consists in interconnecting two unipo lar accumulator systems, namely a particular serial interconnection of these unipolar accumulator systems to obtain a common zero point for the interconnection circuit.
  • the unipolar accumulator systems are interconnected with non-equal poles, i.e. plus and minus or minus and plus, and the remaining poles form the external connections of the (two-pole) interconnection, the resulting two-pole system.
  • each of the two unipolar accumulator systems usually requires its own control and disconnection unit (SAE), and in this respect there is an increased outlay on circuitry and components.
  • SAE control and disconnection unit
  • the bipolarity only arises outside of the two accumulator systems. None of the accumulator systems interconnected to obtain the bipolarity is itself bipolar. These are and will remain unipolar.
  • One object of the innovation proposed here is to propose a simple bipolar accumulator system that avoids or at least reduces the disadvantages of the prior art and, above all, also takes into account the integration idea outlined above, i.e. in particular to propose a bipolar accumulator system that is simpler and is to be integrated more cost-effectively into an overall system, for example an overall system functioning as a UPS, AEV or the like.
  • An accumulator system of the type proposed here is, in the broadest sense, a combination of two unipolar accumulator units to obtain an accumulator system that is bipolar on the output side.
  • the designation of the accumulator units included in the bipolar accumulator system is essentially a designation for differentiation.
  • Such an accumulator unit is itself essentially an accumulator system, but unipolar.
  • Each accumulator unit summarizes at least one battery module and each Akkumulatormo module comprises at least one battery cell (battery cell).
  • An accumulator cell is an individual storage element and along a hierarchy of the terms used here (accumulator system, accumulator unit, accumulator module, accumulator cell) is the systemically smallest energy storage unit.
  • the accumulator cells are preferably lithium-ion accumulator cells, in particular accumulator cells based on lithium transition metal oxides or phosphates and graphitic carbon.
  • the above problem is solved by means of a bipolar accumulator system with the features of claim 1.
  • the bipolar accumulator system comprises a first accumulator unit and a second accumulator unit as well as a control unit common to both accumulator units.
  • Each accumulator unit comprises at least one accumulator module and each accumulator module comprises at least one accumulator cell, with lithium-ion accumulator cells preferably being considered as accumulator cells.
  • the common control unit is to ensure electrical and/or functional safety of the bipolar accumulator system (e.g. electrical safety according to IEC 61010-1 or IEC 60664 or functional safety according to ISO 13849-1 or IEC 61508), in particular to monitor each of them accordingly bipolar accumulator system encompass th accumulator unit and/or the or each of them encompass th accumulator module, determined and set up.
  • Each accumulator unit is a unipolar accumulator unit and, as a dipole, has an electrically positive pole (positive pole) and an electrically negative pole (negative pole) and corresponding contacts, i.e. contacts at which the respective electrical potential can be tapped .
  • the two accumulator units are or will be connected together by means of the corresponding contacts, in particular electrically connected in series (connected in series).
  • the interconnection results in a center tap between the two interconnected accumulator units, in particular those connected in series.
  • the contacts remaining in a serial interconnection after the interconnection to the center tap are or are routed to the outside as the positive pole and negative pole of the accumulator system via the control unit for an external tap as a positive and negative external connection.
  • the center tap is or is used as the neutral pole of the accumulator system via the control unit - via the same control unit - and for an external tap as a neutral external connection.
  • the accumulator system is a bipolar accumulator system because of the three external connections that are each routed to the outside via the control unit—via the same control unit.
  • the bipolar accumulator system comprises a positive external connection, at which a relatively positive potential can be tapped, a negative external connection, at which a relatively negative potential can be tapped, and a neutral external connection, at which a relatively neutral potential can be tapped.
  • To the An inverter is preferably connected to three external terminals of the bipolar accumulator system.
  • the relatively positive potential is positive relative to the neutral potential and the relatively negative potential is negative relative to the same neutral potential.
  • the relatively positive potential is positive relative to the neutral potential and the relatively negative potential is negative relative to the same neutral potential.
  • FIG. 1 there shows a serial interconnection, leading to a center tap, of two units each designated there as a battery.
  • the center tap and the contacts remaining after the interconnection are connected to a terminal strip referred to as a terminal block in US 2006/0071636 A1.
  • the terminal strip has no function, at least no function in the way that is provided in the form of the common control unit in the innovation proposed here.
  • One advantage of the battery system proposed here is that due to the bipolarity of the battery system, a comparatively simple design of a downstream inverter or the like is possible.
  • the system manufacturer not only saves the costs that result from the omission of the second control unit that is no longer required. Above all, the system manufacturer is relieved of the otherwise necessary integration expenses (technical design or software, documentation, commercial).
  • Another advantage of the accumulator system proposed here is that in an overall system formed with such an accumulator system, for example an overall system functioning as a UPS, AEV or the like, the individual strands comprised by the accumulator system, namely the first accumulator unit and the second accumulator unit, can be started / approached individually and under the control of the common control unit.
  • the common control unit takes on additional functions that are tailored to the specific situation of the interconnection.
  • the common control unit monitors and recognizes When the individual strands are started up separately or simultaneously (activation and connection of the resulting voltage to the external connections), the control unit detects any voltage asymmetry and has appropriate means, in particular switching means, for detecting any voltage asymmetry.
  • a common control unit checks the External fault conditions that may be present separately or when starting up simultaneously, such as an external short circuit and/or input capacitances that are too high or faulty in the downstream circuit, in particular an inverter circuit, and has corresponding means, in particular circuit means, for over- Check for any pending external error conditions.
  • a not inconsiderable proportion of previously required logic can be omitted.
  • Yet another advantage of the accumulator system proposed here is that because of the precisely one control unit that is common to the two accumulator units, there is no need for communication between two otherwise necessary individual control units. Such communication is necessary for the simultaneous or quasi-simultaneous switching on and off of the accumulator units. With exactly one control unit, not only the communication and the logic and/or software or firmware required for this are omitted. It is also advantageous that monitoring of the otherwise necessary communication is no longer required.
  • the proposed bipolar accumulator system with a common control unit for the two accumulator units it comprises is particularly advantageous when lithium-ion accumulator cells are used as accumulator cells.
  • the innovation proposed here is also the use of a bipolar accumulator system as described here and below for the direct feeding of a converter system, in particular for the direct feeding of an inverter for the purpose of generating an AC voltage by means of the inverter, based on the system supplied by the bipolar accumulator electrical energy and a system with a function as an uninterruptible power supply or as a backup power supply and with a bipolar accumulator system as described here and below.
  • Fig. 2 an accumulator system
  • FIG. 3 shows an overall system formed with an accumulator system according to FIGS. 1 and 2.
  • FIG. The illustration in Figure 1 shows a simplified, schematic embodiment of the bipolar accumulator system 10 proposed here. This comprises a first accumulator unit 12 and a second accumulator unit 14.
  • the two accumulator units 12, 14 each comprise at least one accumulator module 16.
  • a symmetrical configuration is usual of the two accumulator units 12, 14, i.e. a configuration in which the two accumulator units 12, 14 each comprise the same number of accumulator modules 16, each with identical or essentially identical capacity, voltage and cell chemistry, i.e. for example one accumulator module 16 each, two accumulator modules 16 each, three accumulator modules 16 each, etc.
  • Such a symmetrical configuration is a configuration of the accumulator system 10 with electrically symmetrical accumulator units 12, 14 and an accumulator system 10 with such a configuration is an accumulator system 10 with electricity ch symmetrical accumulator units 12, 14.
  • an accumulator system 10 with electricity ch symmetrical accumulator units 12, 14. In the case of a plurality of accumulator modules 16, these are interconnected within the respective accumulator unit 12, 14.
  • the voltage values entered in the illustration in FIG. 1 are only examples and apply, for example, to the serial connection shown of two accumulator modules 16 each with a respective nominal voltage of 150 V.
  • Each accumulator unit 12, 14 is electrically dipolar and comprises a positive and a negative pole and has respective contacts 12-1, 12-2; 14-1, 14-2 up.
  • the poles/contacts of the accumulator module 16 coincide at least electrically with the poles/contacts 12-1, 12-2; 14-1, 14-2 of the respective accumulator unit 12, 14 together.
  • the accumulator modules 16 are electrically interconnected, in particular serially interconnected, on one of the accumulator modules 16 included therein. When interconnected, the contacts remaining after interconnection at least electrically form the poles/contacts 12-1, 12-2; 14-1, 14-2 of the respective accumulator unit 12, 14.
  • the two accumulator units 12, 14 included therein are also connected together.
  • the accumulator units 12, 14 are connected by means of the corresponding contacts
  • the bipolar accumulator system 10 also includes a control and switch-off unit (SAE) common to both accumulator units 12, 14, which is referred to as the control unit 20 for short below.
  • SAE control and switch-off unit
  • the external connections 22, 24, 26 are each routed to the outside via the control unit 20, i.e. they run electrically via the control unit 20. This allows - depending on the functionality of the control unit 20 - for example an automatic connection and/or switching off individual or all external connections 22, 24, 26.
  • FIG. 2 shows the accumulator system 10 according to FIG. 1, however—in the interest of clarity—with only individual reference numerals.
  • the control unit 20 is intended and set up for monitoring the battery units 12, 14 comprised by the battery system 10, namely for monitoring the battery modules 16 and/or battery cells comprised by them.
  • the accumulator modules 16 each have a basically known sensor system, namely a sensor system for detecting at least one measured current value, a sensor system for detecting at least one measured voltage value and a sensor system for detecting at least one measured temperature value.
  • the respective measured values are recorded during the operation of the accumulator system 10 and for the respective accumulator module 16 and/or for the at least one accumulator cell comprised therein. These measured values are transmitted to the control unit 20 in a manner known per se in the form of data telegrams 30, 32 via a bus comprised by the accumulator system 10, for example a CAN bus. In the representation in FIG. 2, such a bus or a comparable bus is connected by means of the symbolic representations of the data telegrams 30, 32 and pointing from an accumulator module 16 (of the or each accumulator module 16 of the accumulator units 12, 14) to the control unit 20
  • the precisely one control unit 20 included in the accumulator system 10 processes the measured values included in the data telegrams 30, 32, namely current, voltage and temperature measured values , and thus leads a central Monitoring of the battery modules 16 comprised by the two battery units 12, 14 and the battery cells in turn encompassed by it.
  • the control unit 20 monitors the accumulator modules 16 comprised by the accumulator units 12, 14 and the accumulator cells comprised by them as follows:
  • the data telegrams 30, 32 comprise measured values of the type mentioned above specified or specifiable limit values, recognizes an error situation when a limit value is violated (exceeded or fallen below) and triggers an error reaction.
  • the data telegrams 30, 32 can themselves also directly include an error message.
  • the control unit 20 evaluates this and triggers an error reaction.
  • the control unit 20 carries out a summary analysis of at least individual measured values comprised by the data telegrams 30, 32, for example a summary analysis (summation) of voltage measurement values.
  • the control unit 20 compares the sum resulting from the summary analysis with a predefined or predefinable limit value, for example a limit value specified as the expected total voltage of each individual accumulator unit 12, 14 triggers an error reaction.
  • This limit value can be or will be specified as a voltage value.
  • this can also be determined by the control unit 20, namely, for example, on the basis of a number of battery modules 16 in each battery unit 12, 14 that is or can be specified to specify the limit value, together with an expected voltage of an individual battery that is also predefined or can be specified to specify the limit value module 16.
  • a predefined or predefinable limit value for example a limit value specified as the expected total voltage of each individual accumulator unit 12, 14 triggers an error reaction.
  • This limit value can be or will be specified as a voltage value.
  • this can also be determined by the control unit 20, namely, for example, on the basis of a number of battery modules 16 in each battery unit 12, 14 that is or can be specified to specify the limit value, together with an expected voltage
  • the error reaction triggered by the control unit 20 in the event of an error situation includes switching off the accumulator system 10 and optionally the output of an error message (optical, acoustic and/or electronic, the latter for example as a data telegram to a higher-level unit).
  • the shutdown of the accumulator system 10 triggered as a fault reaction includes, for example, a shutdown of the accumulator units 12, 14 it encompasses and/or the accumulator modules 16 it in turn encompasses and/or an electrical disconnection of the accumulator units 12, 14 and/or accumulator modules 16 from a subsequent circuit, for example an inverter circuit.
  • the control unit 20 automatically carries out the actions described here (comparing, triggering, summing, switching off) and for this purpose comprises, in a manner known per se, a control program implemented in software or in software and firmware with corresponding program code instructions.
  • the illustration in Fig. 3 shows a battery system 10 of the type proposed here in a slightly modified form compared to the illustrations in Fig. 1 and Fig. 2, but is electrically equivalent, and this in an interconnection to form a system 40 referred to as the overall system 40 , for example an overall system 40 functioning as an uninterruptible power supply or as a backup power supply.
  • the overall system 40 comprises, for example, a converter system connected to the three external connections 22-26 of the accumulator system 10, shown by way of example in the form of an inverter 42 (circuit symbol in Fig. 3 according to EN 60617), or the like, in any case a circuit that is connected to all three external connections 22-26 of the bipolar accumulator system 10 is closed.
  • an AC voltage can be tapped off at its external connections 44, 46 (first external connection 44, second external connection 46), the electrical energy originating from the bipolar accumulator system 10 and the accumulator cells it comprises.
  • a bipolar accumulator system 10 with two accumulator units 12, 14, each with at least one accumulator module 16 and a common control unit 20 for both accumulator units 12, 14, is specified.
  • the two accumulator units 12, 14 are connected together by means of corresponding contacts 12-2, 14-1, in particular connected together in series.
  • the interconnection results in a center tap 18.
  • the contacts 12-1, 14-2 remaining after the interconnection are routed to the outside as the positive and negative poles and the center tap 18 as the neutral pole of the accumulator system 10 via the control unit 20.

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Abstract

Die Erfindung ist ein bipolares Akkumulatorsystem (10) mit zwei Akkumulatoreinheiten (12, 14) mit jeweils zumindest einem Akkumulatormodul (16) und einer für beide Akkumulatoreinheiten (12, 14 ) gemeinsamen Steuereinheit (20), wobei die beiden Akkumulatoreinheiten (12, 14) mittels entsprechender Kontakte (12-2, 14-1) seriell zusammengeschaltet sind und aufgrund der Zusammenschaltung ein Mittelabgriff (18) resultiert, wobei die nach der Zusammenschaltung verbleibenden Kontakte (12-1, 14-2) als positiver und negativer Pol und der Mittelabgriff (18) als neutraler Pol des Akkumulatorsystems (10) jeweils über die Steuereinheit (20) nach außen geführt sind.

Description

Beschreibung
Bipolares Akkumulatorsystem
Die Erfindung betrifft ein bipolares Akkumulatorsystem. Eine andere Bezeichnungsmöglichkeit ist bipolares Batteriesystem. Die Begriffe Akkumulatorsystem und Batteriesystem sind Syno nyme. Das Akkumulatorsystem ist ein bipolares Akkumulatorsys tem, also ein Akkumulatorsystem, das an entsprechenden Außen anschlüssen gleichzeitig eine positive und negative Spannung, bezogen auf ein gemeinsames Massepotential, zum Beispiel +300 V und -300 V, bereitstellt.
Aus der US 2006/0071636 Al, nämlich deren Figur 1, ist eine dort als battery pack bezeichnete Batterievorrichtung mit drei Abgriffen bekannt.
Ein bipolares Akkumulatorsystem hat gegenüber einem herkömm lichen, unipolaren Akkumulatorsystem diverse Vorteile. Unipolar bedeutet einpolig bezogen auf einen Nullpunkt und ein entsprechendes Akkumulatorsystem weist zwei Außenan schlüsse/Außenkontakte auf (Zweipol). Bipolar bedeutet zwei polig bezogen auf einen Nullpunkt und ein entsprechendes Ak kumulatorsystem weist drei Außenanschlüsse/Außenkontakte auf (Dreipol).
Ein Akkumulatorsystem umfasst Akkumulatorzellen, die ggf. zu Akkumulatormodulen, Akkumulatoreinheiten oder dergleichen zu sammengefasst sein können, sowie zum Beispiel eine im Folgen den mitunter kurz als Steuereinheit bezeichnete Steuer- und Abschalteinheit (SAE; oder auch: Abschalt- und Steuerein heit), bei Lithiumzellen notwendigerweise stets mindestens eine Steuereinheit und im Falle von zum Beispiel Bleizellen regelmäßig ebenfalls eine Steuereinheit oder eine Art von Steuereinheit. Eine solche ggf. auch verteilte Komponenten umfassende Steuereinheit ist zur Sicherstellung der elektri schen und funktionalen Sicherheit des Akkumulatorsystems und allgemein zur Sicherstellung der Produktsicherheit des Akku mulatorsystems zwingend notwendig (die US 2006/0071636 Al zeigt in Form der dort als Controller bezeichneten Vorrich tung ein Beispiel für eine solche Funktionalität; die DE 10 2017 210 615 A beschreibt ebenfalls eine solche Funktionali tät, dort als Steuereinrichtung bezeichnet). Diese Notwendig keit gilt umso mehr bei einem Akkumulatorsystem, das Akkumu latorzellen in Form von Lithiumzellen (Lithium-Ionen-Akkumu- latorzellen) umfasst; Letzteres aufgrund des mit der Art und Weise der Energiespeicherung in einer solchen Akkumulatorzel le bekanntlich einhergehenden, zwar geringen, aber nicht gänzlich vernachlässigbaren Brandrisikos, zumindest dem Risi ko einer Freisetzung heißer und ggf. brennbarer Gase. Man spricht dort auch von der Gefahr eines thermischen Durchge hens (engl.: thermal runaway) einer Akkumulatorzelle. Bei ei nem Akkumulatorsystem mit einer Mehrzahl von Akkumulatorzel len besteht darüber hinaus die Gefahr, dass ein thermisches Durchgehen einer Akkumulatorzelle benachbarte weitere Akkumu latorzellen betrifft und es somit zu einer potentiell gefähr lichen Kettenreaktion, zumindest zu einer erheblichen Erhö hung der Menge austretender, sehr heißer Gase, kommt. Man spricht hier von einer Propagation von Akkumulatorzelle zu Akkumulatorzelle. Daher ist eine vergleichsweise aufwendige messtechnische Überwachung jeder Akkumulatorzelle oder einer Gruppe (Zellblock) oder mehrerer Gruppen von Akkumulatorzel len notwendig. Diese Überwachung erfolgt mittels der Steuer einheit und einer Sensorik, wobei die Steuereinheit Signale der Sensorik empfängt und überwacht und ggf. Abschalt- oder Fehlerreaktionen auslöst. All dies gilt grundsätzlich für je- de mögliche Ausführungsform von Akkumulatorzellen, aber ganz besonders für Akkumulatorzellen in Form von Lithiumzellen.
Ein Akkumulatorsystem der hier vorgeschlagenen Art und allge mein grundsätzlich alle Akkumulatorsysteme kommen insbesonde re zur Verwendung als elektrische Energiequelle bei einem Spannungsausfall oder bei einer unzureichenden oder schwan kenden Netzspannung in Betracht. Das Akkumulatorsystem fun giert dann zum Beispiel als unterbrechungsfreie Stromversor gung (USV) - oder: unterbrechungsfreie Spannungsversorgung (USV) - oder allgemeiner als Ersatzstromversorgung (AEV) o- der: Netzersatzanlage oder als Komponente einer USV oder AEV.
Nahezu alle Stromnetze weltweit arbeiten mit unipolarer Wech selspannung. Ein Pol bildet den Nullpunkt und die Spannung am zweiten Pol wechselt in einer bestimmten Frequenz (üblich sind 50 Hz oder 60 Hz) zyklisch von einem positiven Maximal wert zu einem negativen Maximalwert, also zum Beispiel von etwa +220 V zu etwa -220 V.
Zur Verwendung eines Akkumulatorsystems als USV, AEV oder dergleichen muss mittels der beim Akkumulatorsystem abgreif baren Potentiale eine solche Wechselspannung - die jeweilige Netzwechselspannung - nachgebildet werden. Bei einem unipola ren Akkumulatorsystem ist es üblich, zur Erzeugung einer Wechselspannung aus den von dem Akkumulatorsystem bereitge stellten genau zwei Potentialen die Zuordnung der Außenan schlüsse des Wechselrichters zu den Außenanschlüssen des uni polaren Akkumulatorsystem regelmäßig zu tauschen, wie dies zum Beispiel von Schaltungen in Form sogenannter H-Brücken oder dergleichen bekannt ist. Dieses Vertauschen der Zuord nung ist stark verlustbehaftet und somit sehr ineffizient.
Es erfordert zudem eine vergleichsweise komplexe Schaltung und Bauteile mit hoher Spannungsfestigkeit. Stehen dagegen, wie dies bei einem bipolaren Akkumulatorsystem der Fall ist, an entsprechenden Außenanschlüssen zwei Pole und ein Null punkt zur Verfügung, ist zur Erzeugung einer Wechselspannung ein solches Vertauschen der Zuordnung nicht notwendig. Viel mehr muss nur abwechselnd einer der Pole eingeschaltet oder ausgeschaltet werden. Dies ermöglicht eine Schaltung mit we niger Verlusten und weniger Störungen und zudem eine stark vereinfachte Schaltung, weil das Nullpunktpotential als Be zugspotential für Regelungsvorgänge auf Seiten des nachfol genden Wechselrichters verwendet werden kann.
Eine bekannte Möglichkeit zum Erhalt eines bipolaren Akkumu latorsystems besteht in einer Zusammenschaltung zweier unipo larer Akkumulatorsysteme, nämlich einer insbesondere seriel len Zusammenschaltung dieser unipolaren Akkumulatorsysteme zum Erhalt eines gemeinsamen Nullpunkts für die Zusammen schaltung. Bei einer seriellen Zusammenschaltung werden die unipolaren Akkumulatorsysteme ungleichpolig zusammengeschal tet, also Plus und Minus oder Minus und Plus, und die ver bleibenden Pole bilden die Außenanschlüsse der (zweipoligen) Zusammenschaltung, des resultierenden Zweipols.
Der Nachteil einer solchen Zusammenschaltung besteht vor al lem darin, dass jedes der beiden unipolaren Akkumulatorsyste me üblicherweise eine eigene Steuer- und Abschalteinheit (SAE) benötigt und sich insofern ein erhöhter Schaltungs- und Bauteilaufwand ergibt. Zudem ergibt sich die Bipolarität erst außerhalb der beiden Akkumulatorsysteme. Keines der zum Er halt der Bipolarität zusammengeschalteten Akkumulatorsysteme ist selbst bipolar. Diese sind und bleiben unipolar.
Bei einer solchen Zusammenschaltung besteht ein weiterer, in der Praxis oftmals weitaus gravierenderer Nachteil darin, dass ein Anbieter einer solchen Zusammenschaltung (externe Zusammenschaltung zweier unipolarer Systeme zu einem bipola ren System) Hersteller der resultierenden Zusammenschaltung wird und ist und damit natürlich auch für deren elektrische und funktionale Sicherheit und allgemein für die Produktsi cherheit verantwortlich ist. Einfacher und deutlich günstiger ist es für einen Systemhersteller, der ein bipolares Akkumu latorsystem, insbesondere ein bipolares Akkumulatorsystem der hier vorgeschlagenen Art, mit einem nachgeschalteten Wechsel richter und dergleichen zum Beispiel zu einer USV, AEV oder dergleichen kombiniert, wenn diesem als Akkumulatorsystem ein fertiges und unmittelbar verwendbares, eigensicheres, bipola res Batteriesystem mit drei Außenanschlüssen zur Verfügung steht, also das bipolare Akkumulatorsystem gewissermaßen nach Art einer black box und mit einer gewährleisteten und defi nierten Funktion und Produktsicherheit zur Verfügung steht.
Eine Aufgabe der hier vorgeschlagenen Neuerung besteht darin, ein einfaches bipolares Akkumulatorsystem vorzuschlagen, das die Nachteile im Stand der Technik vermeidet oder zumindest reduziert und vor allem auch dem vorstehend skizzierten In tegrationsgedanken Rechnung trägt, also insbesondere darin, ein bipolares Akkumulatorsystem vorzuschlagen, das einfacher und kostengünstiger in ein Gesamtsystem, zum Beispiel ein als USV, AEV oder dergleichen fungierendes Gesamtsystem, zu in tegrieren ist.
Ein Akkumulatorsystem der hier vorgeschlagenen Art ist im weitesten Sinne eine Zusammenfassung zweier für sich genommen unipolarer Akkumulatoreinheiten zum Erhalt eines ausgangssei tig bipolaren Akkumulatorsystems. Die Bezeichnung der von dem bipolaren Akkumulatorsystem umfassten Akkumulatoreinheiten ist im Wesentlichen eine Bezeichnung zur Unterscheidung. Eine solche Akkumulatoreinheit ist selbst im Wesentlichen ein Ak kumulatorsystem, aber unipolar. Jede Akkumulatoreinheit um- fasst zumindest ein Akkumulatormodul und jedes Akkumulatormo dul umfasst zumindest eine Akkumulatorzelle (Akkuzelle). Eine Akkumulatorzelle ist ein einzelnes Speicherelement und ent lang einer Hierarchie der hier verwendeten Begriffe (Akkumu latorsystem, Akkumulatoreinheit, Akkumulatormodul, Akkumula torzelle) die systemisch kleinste Energiespeichereinheit.
Als Akkumulatorzellen kommen zum Beispiel sogenannte Rundzel len, Pouchzellen, prismatische Zellen und dergleichen in Be tracht. Bei den Akkumulatorzellen handelt es sich bevorzugt um Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen, insbesondere Akkumulator zellen auf Basis von Lithium-Übergangsmetalloxiden oder -phosphaten und graphitischem Kohlenstoff.
Die o.g. Aufgabe wird mittels eines bipolaren Akkumulatorsys tems mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Das bipolare Akkumulatorsystem umfasst eine erste Akkumulatoreinheit und eine zweite Akkumulatoreinheit sowie eine für beide Akkumula toreinheiten gemeinsame Steuereinheit.
Jede Akkumulatoreinheit umfasst zumindest ein Akkumulatormo dul und jedes Akkumulatormodul umfasst zumindest eine Akkumu latorzelle, wobei als Akkumulatorzellen bevorzugt Lithium- Ionen-Akkumulatorzellen in Betracht kommen.
Die gemeinsame Steuereinheit ist zur Gewährleistung einer elektrischen und/oder funktionalen Sicherheit des bipolaren Akkumulatorsystems (zum Beispiel elektrische Sicherheit gemäß IEC 61010-1 oder IEC 60664 bzw. funktionale Sicherheit gemäß ISO 13849-1 oder IEC 61508), insbesondere zur entsprechenden Überwachung jeder von dem bipolaren Akkumulatorsystem umfass ten Akkumulatoreinheit und/oder des oder jedes davon umfass ten Akkumulatormoduls, bestimmt und eingerichtet. Jede Akkumulatoreinheit ist für sich genommen eine unipolare Akkumulatoreinheit und weist als Zweipol einen elektrisch po sitiven Pol (positiver Pol) und einen elektrisch negativen Pol (negativer Pol) und entsprechende Kontakte auf, also Kon takte, an denen das jeweilige elektrische Potential abgegrif fen werden kann.
Die beiden Akkumulatoreinheiten sind oder werden mittels der entsprechenden Kontakte zusammengeschaltet, insbesondere elektrisch in Reihe geschaltet (seriell zusammengeschaltet). Aufgrund der Zusammenschaltung resultiert ein Mittelabgriff zwischen den beiden zusammengeschalteten, insbesondere in Reihe geschalteten Akkumulatoreinheiten.
Die bei einer seriellen Zusammenschaltung nach der Zusammen schaltung zum Mittelabgriff verbleibenden Kontakte sind oder werden als positiver Pol und negativer Pol des Akkumulator systems über die Steuereinheit für einen Außenabgriff als po sitiver und negativer Außenanschluss nach außen geführt.
Der Mittelabgriff ist oder wird als neutraler Pol des Akkumu latorsystems über die Steuereinheit - über dieselbe Steuer einheit - und für einen Außenabgriff als neutraler Außenan schluss nach außen geführt.
Aufgrund der drei jeweils über die Steuereinheit - über die selbe Steuereinheit - nach außen geführten Außenanschlüsse ist das Akkumulatorsystem ein bipolares Akkumulatorsystem.
Als Außenanschlüsse umfasst das bipolare Akkumulatorsystem einen positiven Außenanschluss, an dem ein relativ positives Potential abgegriffen werden kann, einen negativen Außenan schluss, an dem ein relativ negatives Potential abgegriffen werden kann, und einen neutralen Außenanschluss, an dem ein relativ neutrales Potential abgegriffen werden kann. An die drei Außenanschlüsse des bipolaren Akkumulatorsystems wird bevorzugt ein Wechselrichter angeschlossen.
Das relativ positive Potential ist positiv in Relation zu dem neutralen Potential und das relativ negative Potential ist negativ in Relation zu demselben neutralen Potential. Im Fol genden werden anstelle von „relativ positiv" und „relativ ne gativ" Kurzformen mit „positiv" bzw. „negativ" verwendet.
Bei der eingangs erwähnten US 2006/0071636 Al zeigt nur die dortige Figur 1 eine zu einem Mittelabgriff führende serielle Zusammenschaltung zweier dort jeweils als battery bezeichne- ter Einheiten. Der Mittelabgriff und die nach der Zusammen schaltung verbleibenden Kontakte sind auf eine in der US 2006/0071636 Al als terminal block bezeichnete Klemmleiste geführt. Abgesehen von der dortigen Abgreifbarkeit der je weils herangeführten Potentiale hat die Klemmleiste keine Funktion, jedenfalls keine Funktion in der Art, wie dies bei der hier vorgeschlagenen Neuerung in Form der gemeinsamen Steuereinheit vorgesehen ist.
Ein Vorteil des hier vorgeschlagenen Akkumulatorsystems be steht darin, dass aufgrund der Bipolarität des Akkumulator systems ein vergleichsweise einfacher Aufbau eines nachge schalteten Wechselrichters oder dergleichen möglich ist.
Vor allem ist für einen Systemhersteller, der zum Beispiel ein bipolares Akkumulatorsystem der hier vorgeschlagenen Art mit einem Wechselrichter oder dergleichen kombiniert, die Si tuation gegeben, dass die Zusammenschaltung zu dem bipolaren System bereits innerhalb des Systems (als Bestandteil der Funktionalität des bipolaren Akkumulatorsystems) realisiert ist, so dass das bipolare Akkumulatorsystem gewissermaßen „out of the box" (unmittelbar verwendungsbereit, insbesondere durch zum Beispiel den Hersteller oder Lieferanten geprüft und daher unmittelbar verwendungsbereit) verwendbar ist.
Der Systemhersteller spart dabei nicht nur die Kosten, die sich aufgrund des Wegfalls der nun nicht mehr benötigten zweiten Steuereinheit ergeben. Der Systemhersteller wird vor allem von ansonsten notwendigen Integrationsaufwendungen (technisch konstruktiv oder softwareseitig, dokumentatorisch, kaufmännisch) entlastet.
Ein weiterer Vorteil des hier vorgeschlagenen Akkumulatorsys tems besteht darin, dass in einem mit einem solchen Akkumula torsystem gebildeten Gesamtsystem, zum Beispiel einem als USV, AEV oder dergleichen fungierenden Gesamtsystem, die bei den von dem Akkumulatorsystem umfassten Einzelstränge, näm lich die erste Akkumulatoreinheit und die zweite Akkumulator einheit, einzeln und unter Kontrolle der gemeinsamen Steuer einheit gestartet/angefahren werden können. Die gemeinsame Steuereinheit übernimmt dabei im Gegensatz zu bekannten, sys tembedingt jeweils genau einem Strang (dem einzigen „Strang" eines einfachen unipolaren Systems) zugeordneten Steuerein heiten weitere Funktionen, welche auf die spezielle Situation der Zusammenschaltung abgestimmt sind. Beispielweise über wacht und erkennt die gemeinsame Steuereinheit beim getrenn ten oder beim gleichzeitigen Anfahren (Aktivieren und Auf schalten der resultierenden Spannung auf die Außenanschlüsse) der Einzelstränge eine eventuelle Spannungsasymmetrie und weist entsprechende Mittel, insbesondere Schaltungsmittel, zur Erkennung einer eventuellen Spannungsasymmetrie auf. Al ternativ oder zusätzlich überprüft eine solche gemeinsame Steuereinheit beim getrennten oder beim gleichzeitigen Anfah ren eventuell anstehende externe Fehlerbedingungen, wie zum Beispiel einen externen Kurzschluss und/oder zu hohe oder fehlerhafte Eingangskapazitäten der nachfolgenden Schaltung, insbesondere einer Wechselrichterschaltung, und weist ent sprechende Mittel, insbesondere Schaltungsmittel, zur Über- Prüfung eventuell anstehender externer Fehlerbedingungen auf. In einem jeweiligen Gesamtsystem, also zum Beispiel einem als USV, AEV oder dergleichen fungierenden Gesamtsystem, kann da mit ein nicht unerheblicher Anteil zuvor erforderlicher Logik (Schaltung, Firmware und/oder Software) entfallen.
Ein nochmals weiterer Vorteil des hier vorgeschlagenen Akku mulatorsystems besteht darin, dass aufgrund der genau einen, für die beiden Akkumulatoreinheiten gemeinsamen Steuereinheit eine ansonsten notwendige Kommunikation zwischen zwei ansons ten notwendigen einzelnen Steuereinheiten entfällt. Eine sol che Kommunikation ist zum gleichzeitigen oder quasi-gleich zeitigen Ein- und Ausschalten der Akkumulatoreinheiten not wendig. Bei genau einer Steuereinheit entfallen nicht nur die Kommunikation und die dafür notwendige Logik und/oder Soft oder Firmware. Vorteilhaft ist auch, dass keine Überwachung der ansonsten notwendigen Kommunikation mehr erforderlich ist.
Besonders vorteilhaft ist das vorgeschlagene bipolare Akkumu latorsystem mit einer gemeinsamen Steuereinheit für die bei den davon umfassten Akkumulatoreinheiten bei einer Verwendung von Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen als Akkumulatorzellen.
Bei Lithium-Ionen-Akkumulatorzellen ist deren Überwachung mittels einer Steuereinheit aus den eingangs skizzierten Gründen zwingend notwendig. Diese Überwachung erfolgt bei dem hier vorgeschlagenen bipolaren Akkumulatorsystem mittels der gemeinsamen Steuereinheit, also mittels genau einer Steuer einheit. Bei einem bipolaren Akkumulatorsystem mit einer ge meinsamen Steuereinheit für die beiden davon umfassten Akku mulatoreinheiten ist die notwendige messtechnische Überwa chung der Akkumulatorzellen und die dafür notwendige elektri sche und/oder elektronische Schaltung in der gemeinsamen Steuereinheit zusammengefasst. Dies vermeidet eine ansonsten notwendige doppelte Ausführung der messtechnischen Überwa chung.
Die hier vorgeschlagene Neuerung ist insgesamt auch die Ver wendung eines bipolaren Akkumulatorsystems wie hier und im Folgenden beschrieben zur direkten Speisung eines Umrichter systems, insbesondere zur direkten Speisung eines Wechsel richters zwecks Erzeugung einer Wechselspannung mittels des Wechselrichters, auf Basis der von dem bipolaren Akkumulator system gelieferten elektrischen Energie sowie ein System mit einer Funktion als unterbrechungsfreie Spannungsversorgung oder als Ersatzstromversorgung und mit einem bipolaren Akku mulatorsystem wie hier und im Folgenden beschrieben.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei verwendete Rückbeziehungen inner halb der Ansprüche weisen auf die weitere Ausbildung des Ge genstandes des in Bezug genommenen Anspruchs durch die Merk male des jeweiligen abhängigen Anspruchs hin. Sie sind nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, ge genständlichen Schutzes für die Merkmale oder Merkmalskombi nationen eines abhängigen Anspruchs zu verstehen. Des Weite ren ist im Hinblick auf eine Auslegung der Ansprüche sowie der Beschreibung bei einer näheren Konkretisierung eines Merkmals in einem abhängigen Anspruch davon auszugehen, dass eine derartige Beschränkung in den jeweils vorangehenden An sprüchen sowie einer allgemeineren Ausführungsform des gegen ständlichen bipolaren Akkumulatorsystems nicht vorhanden ist. Jede Bezugnahme in der Beschreibung auf Aspekte abhängiger Ansprüche ist demnach auch ohne speziellen Hinweis ausdrück lich als Beschreibung optionaler Merkmale zu lesen. Schließ lich ist darauf hinzuweisen, dass die mit der Anmeldung ein gereichten Patentansprüche Formulierungsvorschläge ohne Prä judiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes sind. Da speziell die Merkmale der abhängigen Ansprüche im Hinblick auf den Stand der Technik am Prioritätstag eigene und unab hängige Erfindungen bilden können, behält die Anmelderin sich vor, diese oder noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder Zeichnung offenbarte Merkmalskombinationen zum Ge genstand unabhängiger Ansprüche oder Teilungserklärungen zu machen. Sie können weiterhin auch selbständige Erfindungen enthalten, die eine von den Gegenständen der jeweils in Bezug genommenen Ansprüche unabhängige Gestaltung aufweisen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Einander entsprechende Gegen stände oder Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das Ausführungsbeispiel ist nicht als Einschränkung der Er findung zu verstehen. Vielmehr sind im Rahmen der vorliegen den Offenbarung durchaus auch Ergänzungen und Modifikationen möglich, insbesondere solche, die zum Beispiel durch Kombina tion oder Abwandlung von einzelnen in Verbindung mit den im allgemeinen oder speziellen Beschreibungsteil beschriebenen sowie in den Ansprüchen und/oder der Zeichnung enthaltenen Merkmalen oder Verfahrensschritten für den Fachmann im Hin blick auf die Lösung der Aufgabe entnehmbar sind und durch kombinierbare Merkmale im Umfang der Patentansprüche zu einem neuen Gegenstand oder zu neuen Verfahrensschritten bzw. Ver fahrensschrittfolgen führen.
Es zeigen
Fig. 1 und
Fig. 2 ein Akkumulatorsystem sowie
Fig. 3 ein mit einem Akkumulatorsystem gemäß Fig. 1 und Fig. 2 gebildetes Gesamtsystem. Die Darstellung in Figur 1 zeigt schematisch vereinfacht eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen bipolaren Akkumula torsystems 10. Dieses umfasst eine erste Akkumulatoreinheit 12 und eine zweite Akkumulatoreinheit 14. Die beiden Akkumu latoreinheiten 12, 14 umfassen jeweils zumindest ein Akkumu latormodul 16. Üblich ist eine symmetrische Konfiguration der beiden Akkumulatoreinheiten 12, 14, also eine Konfiguration, bei der die beiden Akkumulatoreinheiten 12, 14 jeweils die selbe Anzahl von Akkumulatormodulen 16 mit jeweils identi scher oder im Wesentlichen identischer Kapazität, Spannung und Zellchemie umfassen, also zum Beispiel jeweils ein Akku mulatormodul 16, jeweils zwei Akkumulatormodule 16, jeweils drei Akkumulatormodule 16 usw. Eine solche symmetrische Kon figuration ist eine Konfiguration des Akkumulatorsystems 10 mit elektrisch symmetrischen Akkumulatoreinheiten 12, 14 und ein Akkumulatorsystem 10 mit einer solchen Konfiguration ist ein Akkumulatorsystem 10 mit elektrisch symmetrischen Akkumu latoreinheiten 12, 14. Bei einer Mehrzahl von Akkumulatormo dulen 16 sind diese innerhalb der jeweiligen Akkumulatorein heit 12, 14 zusammengeschaltet. Die in der Darstellung in Fi gur 1 eingetragenen Spannungswerte sind lediglich beispiel haft und gelten zum Beispiel für die gezeigte serielle Zusam menschaltung von jeweils zwei Akkumulatormodulen 16 mit einer jeweiligen nominalen Spannung von 150 V.
Jede Akkumulatoreinheit 12, 14 ist elektrisch ein Zweipol und umfasst einen positiven und einen negativen Pol und weist entsprechende Kontakte 12-1, 12-2; 14-1, 14-2 auf. Bei einer Akkumulatoreinheit 12, 14 mit genau einem davon umfassten Ak kumulatormodul 16 fallen die Pole/Kontakte des Akkumulatormo duls 16 zumindest elektrisch mit den Polen/Kontakten 12-1, 12-2; 14-1, 14-2 der jeweiligen Akkumulatoreinheit 12, 14 zu sammen. Bei einer Akkumulatoreinheit 12, 14 mit mehr als ge- nau einem davon umfassten Akkumulatormodul 16 sind die Akku- mulatormodule 16 elektrisch zusammengeschaltet, insbesondere seriell zusammengeschaltet. Bei einer Zusammenschaltung bil den die nach der Zusammenschaltung verbleibenden Kontakte zu mindest elektrisch die Pole/Kontakte 12-1, 12-2; 14-1, 14-2 der jeweiligen Akkumulatoreinheit 12, 14.
Innerhalb des bipolaren Akkumulatorsystems 10 sind auch die beiden davon umfassten Akkumulatoreinheiten 12, 14 zusammen geschaltet. Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Akku mulatoreinheiten 12, 14 mittels der entsprechenden Kontakte
12-2, 14-1 seriell zusammengeschaltet. Aufgrund der Zusammen schaltung, hier aufgrund der seriellen Zusammenschaltung, re sultiert ein Mittelabgriff 18.
Das bipolare Akkumulatorsystem 10 umfasst des Weiteren eine für beide Akkumulatoreinheiten 12, 14 gemeinsame Steuer- und Abschalteinheit (SAE), die im Folgenden kurz als Steuerein heit 20 bezeichnet wird.
Die nach der Zusammenschaltung der Akkumulatoreinheiten 12,
14 verbleibenden Kontakte 12-1, 14-2 der Akkumulatoreinheiten 12, 14, also die nach der Zusammenschaltung der Akkumulato reinheiten 12, 14 zum Mittelabgriff 18 verbleibenden Kontakte
12-1, 14-2 der Akkumulatoreinheiten 12, 14, sind als positi ver Pol und negativer Pol des Akkumulatorsystems 10 für einen Außenabgriff als positiver und negativer Außenanschluss 22,
24 nach außen geführt. Ebenso ist der Mittelabgriff 18 als neutraler Pol des Akkumulatorsystems 10 für einen Außenab griff als neutraler Außenanschluss 26 nach außen geführt.
Die Außenanschlüsse 22, 24, 26 sind jeweils über die Steuer einheit 20 nach außen geführt, verlaufen also elektrisch über die Steuereinheit 20. Dies ermöglicht - je nach Funktionali tät der Steuereinheit 20 - zum Beispiel ein automatisches Zu- und/oder Abschalten einzelner oder aller Außenanschlüsse 22, 24, 26.
Die Darstellung in Figur 2 zeigt das Akkumulatorsystem 10 ge mäß Figur 1, allerdings - im Interesse der Übersichtlichkeit - mit nur noch einzelnen Bezugsziffern. Die Steuereinheit 20 ist zur Überwachung der von dem Akkumulatorsystem 10 umfass ten Akkumulatoreinheiten 12, 14 bestimmt und eingerichtet, nämlich zur Überwachung der von diesen umfassten Akkumulator- module 16 und/oder Akkumulatorzellen. Die Akkumulatormodule 16 weisen dafür jeweils eine grundsätzlich an sich bekannte Sensorik, nämlich eine Sensorik zur Erfassung zumindest eines Strommesswerts, eine Sensorik zur Erfassung zumindest eines Spannungsmesswerts und eine Sensorik zur Erfassung zumindest eines Temperaturmesswerts auf. Die jeweiligen Messwerte (Strommesswert(e), Spannungsmesswert(e), Temperaturmess wert (e)) werden jeweils beim Betrieb des Akkumulatorsystems 10 und für das jeweilige Akkumulatormodul 16 und/oder für die zumindest eine davon umfasste Akkumulatorzelle aufgenommen. Die Übermittlung dieser Messwerte an die Steuereinheit 20 er folgt in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise in Form von Datentelegrammen 30, 32 über einen von dem Akkumula torsystem 10 umfassten Bus, zum Beispiel einen CAN-Bus. In der Darstellung in Figur 2 ist ein solcher oder ein ver gleichbarer Bus mittels der die symbolischen Darstellungen der Datentelegramme 30, 32 einschließenden und von einem Ak kumulatormodul 16 (von dem oder jedem Akkumulatormodul 16 der Akkumulatoreinheiten 12, 14) zur Steuereinheit 20 weisenden
Pfeile symbolisiert. Die genau eine von dem Akkumulatorsystem 10 umfasste Steuereinheit 20 verarbeitet als gemeinsame Steu ereinheit 20 für die beiden von dem Akkumulatorsystem 10 um fassten Akkumulatoreinheiten 12, 14 die von den Datentele grammen 30, 32 umfassten Messwerte, nämlich Strom-, Span- nungs- und Temperaturmesswerte, und führt somit eine zentrale Überwachung der von den beiden Akkumulatoreinheiten 12, 14 umfassten Akkumulatormodule 16 und der wiederum davon umfass ten Akkumulatorzellen durch.
Vereinfacht dargestellt führt die Steuereinheit 20 für die von den Akkumulatoreinheiten 12, 14 umfassten Akkumulatormo dule 16 und die wiederum davon umfassten Akkumulatorzellen eine Überwachung wie folgt durch: Die Datentelegramme 30, 32 umfassen Messwerte der oben genannten Art. Die Steuereinheit 20 vergleicht diese zum Beispiel mit vorgegebenen oder vor- gebbaren Grenzwerten, erkennt bei einer Grenzwertverletzung (Über- oder Unterschreitung) eine Fehlersituation und löst eine Fehlerreaktion aus. Die Datentelegramme 30, 32 können selbst auch unmittelbar eine Fehlermeldung umfassen. Dann wertet die Steuereinheit 20 diese aus und löst eine Fehlerre aktion aus. Optional führt die Steuereinheit 20 eine summari sche Betrachtung zumindest einzelner von den Datentelegrammen 30, 32 umfasster Messwerte durch, zum Beispiel eine summari sche Betrachtung (Summation) von Spannungsmesswerten. Die Steuereinheit 20 vergleicht die aufgrund der summarischen Be trachtung resultierende Summe mit einem vorgegebenen oder vorgebbaren Grenzwert, zum Beispiel einem als erwartete Ge samtspannung jeder einzelnen Akkumulatoreinheit 12, 14 vorge gebenen Grenzwert, erkennt bei einer Grenzwertverletzung (z.B. Über- oder Unterschreitung) eine Fehlersituation und löst eine Fehlerreaktion aus. Dieser Grenzwert kann als Span nungswert vorgegeben sein oder werden. Alternativ kann dieser auch durch die Steuereinheit 20 ermittelt werden, nämlich zum Beispiel auf Basis einer zur Spezifikation des Grenzwerts vorgegebenen oder vorgebbaren Anzahl von Akkumulatormodulen 16 in jeder Akkumulatoreinheit 12, 14 zusammen mit einer ebenfalls zur Spezifikation des Grenzwerts vorgegebenen oder vorgebbaren erwarteten Spannung eines einzelnen Akkumulator moduls 16. Für andere Messwerte und entsprechende Grenzwerte, zum Beispiel Strom, Kapazität etc., gilt dies entsprechend und eine entsprechende Auswertung solcher anderer Messwerte ist optional zusätzlich oder alternativ möglich/vorgesehen. Die durch die Steuereinheit 20 bei einer Fehlersituation aus gelöste Fehlerreaktion umfasst eine Abschaltung des Akkumula torsystems 10 sowie optional die Ausgabe einer Fehlermeldung (optisch, akustisch und/oder elektronisch, Letzteres zum Bei spiel als Datentelegramm an eine übergeordnete Einheit). Die als Fehlerreaktion ausgelöste Abschaltung des Akkumulatorsys tems 10 umfasst zum Beispiel eine Abschaltung der davon um fassten Akkumulatoreinheiten 12, 14 und/oder der wiederum da von umfassten Akkumulatormodule 16 und/oder eine elektrische Trennung der Akkumulatoreinheiten 12, 14 und/oder Akkumula tormodule 16 von einer nachfolgenden Schaltung, zum Beispiel einer Wechselrichterschaltung. Die Steuereinheit 20 führt die hier beschriebenen Aktionen (Vergleichen, Auslösen, Summie ren, Abschalten) automatisch durch und umfasst dafür in grundsätzlich an sich bekannter Art und Weise ein in Software oder in Soft- und Firmware implementiertes Steuerprogramm mit entsprechenden Programmcodeanweisungen.
Die Darstellung in Fig. 3 zeigt in einer im Vergleich zu den Darstellungen in Fig. 1 und Fig. 2 leicht abgewandelten, aber elektrisch gleichwertigen Form ein Akkumulatorsystem 10 der hier vorgeschlagenen Art und dieses in einer Zusammenschal tung zu einem als Gesamtsystem 40 bezeichneten System 40, zum Beispiel einem als unterbrechungsfreie Spannungsversorgung oder als Ersatzstromversorgung fungierenden Gesamtsystem 40. Das Gesamtsystem 40 umfasst zum Beispiel ein an die drei Au ßenanschlüsse 22-26 des Akkumulatorsystems 10 angeschlossenes Umrichtersystem, beispielhaft gezeigt in Form eines Wechsel richters 42 (Schaltzeichen in Fig. 3 gemäß EN 60617), oder dergleichen, jedenfalls eine Schaltung, die an alle drei Au ßenanschlüsse 22-26 des bipolaren Akkumulatorsystems 10 ange- schlossen ist. Bei dem gezeigten, einen Wechselrichter 42 um fassenden Gesamtsystem 40 ist an dessen Außenanschlüssen 44, 46 (erster Außenanschluss 44, zweiter Außenanschluss 46) eine Wechselspannung abgreifbar, wobei die elektrische Energie aus dem bipolaren Akkumulatorsystem 10 und den davon umfassten Akkumulatorzellen stammt.
Obwohl die Erfindung im Detail durch das Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch das oder die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Einzelne im Vordergrund stehende Aspekte der hier eingereich- ten Beschreibung lassen sich damit kurz wie folgt zusammen fassen: Angegeben wird ein bipolares Akkumulatorsystem 10 mit zwei Akkumulatoreinheiten 12, 14 mit jeweils zumindest einem Akkumulatormodul 16 und einer für beide Akkumulatoreinheiten 12, 14 gemeinsamen Steuereinheit 20. Die beiden Akkumulator- einheiten 12, 14 sind mittels entsprechender Kontakte 12-2, 14-1 zusammengeschaltet, insbesondere seriell zusammenge schaltet. Aufgrund der Zusammenschaltung resultiert ein Mit telabgriff 18. Die nach der Zusammenschaltung verbleibenden Kontakte 12-1, 14-2 sind als positiver und negativer Pol und der Mittelabgriff 18 als neutraler Pol des Akkumulatorsystems 10 jeweils über die Steuereinheit 20 nach außen geführt. Bezugszeichenliste
10 Akkumulatorsystem
12 Akkumulatoreinheit
12-1 Kontakt
12-2 Kontakt
14 Akkumulatoreinheit
14-1 Kontakt
14-2 Kontakt
16 Akkumulatormodul
18 Mittelabgriff
20 Steuereinheit
22 (positiver) Außenanschluss
24 (negativer) Außenanschluss
26 (neutraler) Außenanschluss
28 (frei)
30 Datentelegramm
32 Datentelegramm
40 System, Gesamtsystem
42 Wechselrichter
44 (erster) Außenanschluss
46 (zweiter) Außenanschluss

Claims

Patentansprüche
1. Bipolares Akkumulatorsystem (10) mit einer ersten Akkumulatoreinheit (12) und einer zwei ten Akkumulatoreinheit (14) mit jeweils zumindest einem Akku mulatormodul (16), wobei jede Akkumulatoreinheit (12, 14) einen positiven und einen negativen Pol und entsprechende Kontakte (12-1, 12- 2; 14-1, 14-2) aufweist, wobei die beiden Akkumulatoreinheiten (12, 14) mittels der entsprechenden Kontakte (12-2, 14-1) seriell zusammenge schaltet sind und aufgrund der Zusammenschaltung ein Mittel abgriff (18) resultiert, gekennzeichnet durch eine für beide Akkumulatoreinheiten (12, 14 ) gemeinsa me, von dem bipolaren Akkumulatorsystem (10) umfasste und zur Gewährleistung einer elektrischen und/oder funktionalen Si cherheit des bipolaren Akkumulatorsystems (10) bestimmte Steuereinheit (20), wobei die nach der Zusammenschaltung der beiden Akkumu latoreinheiten (12, 14) zum Mittelabgriff (18) verbleibenden
Kontakte (12-1, 14-2) als positiver Pol und negativer Pol des Akkumulatorsystems (10) über die Steuereinheit (20) für einen Außenabgriff als positiver und negativer Außenanschluss (22, 24) nach außen geführt sind und wobei der Mittelabgriff (18) als neutraler Pol des Akku mulatorsystems (10) über die Steuereinheit (20) und für einen Außenabgriff als neutraler Außenanschluss (26) nach außen ge führt ist.
2. Bipolares Akkumulatorsystem (10) nach Anspruch 1, wobei die für die beiden Akkumulatoreinheiten (12, 14) gemeinsame Steuereinheit (20) die von den Akkumulatoreinhei ten (12, 14) umfassten Akkumulatormodule (16) überwacht und in einer Fehlersituation die Akkumulatoreinheiten (12, 14) und die davon umfassten Akkumulatormodule (16) automatisch abschaltet .
3. Bipolares Akkumulatorsystem (10) nach Anspruch 1 oder 2, mit jeweils Akkumulatormodulen (16) mit Lithium-Ionen-
Zellen.
4. Bipolares Akkumulatorsystem (10) nach Anspruch 1, 2 oder
3, mit elektrisch symmetrischen Akkumulatoreinheiten (12,
14).
5. Verwendung eines bipolaren Akkumulatorsystems (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 zur direkten Speisung eines Um richtersystems, insbesondere zur direkten Speisung eines Wechselrichters (42) zwecks Erzeugung einer Wechselspannung mittels des Wechselrichters (42), auf Basis der von dem bipo laren Akkumulatorsystem (10) gelieferten elektrischen Ener gie.
6. System (40) mit einer Funktion als unterbrechungsfreie Spannungsversorgung oder als Ersatzstromversorgung und mit einem bipolaren Akkumulatorsystem (10) nach einem der Ansprü che 1 bis 4.
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