用于在电化学蓄能器中存储能量的方法和设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及根据权利要求1和4的前序部分的用于在电化学蓄能器中存储电能的方法和设备。
【背景技术】
[0002]为了保证可持续能量供应，归因于风动力设备和太阳能动力设备的数量的增加，可再生能源的量上升。由于为了提供恒定电网电压和电网频率，当前能量分配网络的控制会被带有旋转发电机的常规动力设备(当从风动力设备和太阳能动力设备供应的能量将足以给连接至能量分配网络的消耗器件供电时，传统动力设备也保持和能量分配网络连接)影响，因此风动力设备和太阳能动力设备必须被节流，以便限制在能量供应中可再生能量所贡献的份额。为了除去这个限制，需要用于在电能分配网络中存储能量和控制电网的系统，该系统不但能够执行电网控制任务和由此允许关闭传统动力设备，并且当从风和太阳提供的能量不够给连接至能量分配网络的消耗器件供电时，还能够向能量分配网络馈送足够量的能量。
[0003]对于能量存储，优选地在这类系统中使用电化学能量存储系统一一因为电化学能量存储系统电力的快速可用性；在电化学方面基本通过C率(即功率和能量的比率)来区分电力可用性。这些区别主要因为带有多种电极组合的不同的蓄电池技术，例如铅酸蓄电池、基于钠的高温电池、锂蓄电池、氧化还原液流电池等等。然而，由于电化学蓄能器的各制造商的设计和制造方法不同，即使对于相似的电池化学性也能有相当大的差别。
[0004]此外，电化学能量存储系统在第二特征方面有不同，例如所述第二特征如老化行为、循环稳定性、循环深度、自身消耗、自放电和其它方面。
[0005]又一基本电技术方面是DC电压侧输出电压以及电化学能量存储系统的充电状态和放电状态之间的电压变化。诸如功率、电压和电压变化等的电化学特征需要并且为电力电子器件(DC/DC换流器和DC/AC换流器)提供了许多拓扑连接可能性。
[0006]为了最优地满足整个系统的电技术要求，理想的是组合多种具有不同C率的电化学能量存储系统。然而，这也导致电力电子器件的许多不同拓扑。
[0007]例如，从DE10018943A1可了解带有光电池发电机的光电池离网型系统，光电池发电机一边通过适配变压器和双向位置控制器与电池连接，一边通过单机逆变器在输出侧提供AC电压。这里的能量管理由控制调节装置实现。
[0008]从EP1986306A1可了解供电系统，其中由光电池系统产生的能量被存储在数个存储电池单元中，存储电池单元的下游提供有逆变器，该逆变器用于将供电系统耦接至AC电压能量分配网络。通过控制单元控制单个存储电池到能量分配网络的连接。
[0009]从US2011/0291606A1可了解带有管理系统的能量存储系统，该能量存储系统包括两个DC/DC-换流器、逆变器、控制单元和电池管理系统。
[0010]从AT509888A4可了解用于控制电蓄能器的方法，电蓄能器由数个电池单元(电池组)组成，每个电池单元均采用开关滞后与DC/DC换流器连接。为了优化效率，个别的电蓄能器可选择性地接通或断开，其中由于采用不同切换点来参数化DC/DC换流器的切换滞后，实现了不同开关滞后。此外，还提供了依赖于单个蓄能器或整个系统的SOC (荷电状态)和SOH(健康状态)，由中央控制器提供的电蓄能器的放电和充电曲线的动态适应。
[0011]在由很多电蓄能器组成的整个系统中，特别地在可通过另外包括空间上远程的电蓄能器来扩展系统的情况下，存在以下问题:中央控制单元必须了解每个电蓄能器的具体属性，并且在控制蓄能器和整个系统的荷电状态时必须考虑到每个电蓄能器的具体属性，这将导致在中央控制单元的编程上的巨大花费，并且导致整个系统极易失效。
[0012]从参考书AtcittyS[等人]:Summary of State-of-the-Art Power Convers1nSystems for Energy Storage Applicat1ns (用于能量存储应用的最先进的动力转换的概要)(SANDIA报告SAND98-2019，1998年9月)可了解带有串联或并联连接的逆变器和DC/DC换流器的多个电力电子换流器系统的汇编，电力电子换流器系统与控制单元双向连接，并且一方面连接至能量存储单元，另一方面连接至电能供应网络或AC电压负载。
[0013]然而，当整个系统由多个单个的换流器系统组成时或当通过包括额外的换流器系统来扩展这类整个系统时，也会发生这样的问题:为了保持整个系统的指定的荷电状态以及单个蓄能器的容量，单个换流器系统的控制单元必须和中央控制单元连接，而中央控制单元必须了解换流器系统的具体属性并在控制能量存储系统和整个系统的荷电状态时必须考虑到换流器系统的具体属性，这增加了编程花费和使整个系统更易失效，并且导致对蓄能器的有效寿命的限制。
【发明内容】
[0014]本发明的根本目的是提供一种如上所述的用于在电化学蓄能器中存储电能，以及与如上所述的电能分配网络交换电能的方法和设备。该方法和设备确保使用带有统一的通信接口的不同电化学蓄能器，并提供电力电子器件和电化学蓄能器的不同拓扑的使用，其中不依赖于混合动力设备中的电化学蓄能器分别采用的技术和电力电子器件的拓扑。
[0015]根据本发明，这个目标通过具有权利要求1的特征的方法解决。
[0016]根据本发明的方案提供了一种用于在电化学蓄能器中存储电能并且与电能分配网络交换电能的方法，通过抽象拓扑和蓄电池具体属性，该方法确保使用带有统一通信接口的不同电化学蓄能器，并且提供电力电子器件和电化学蓄能器的不同拓扑的使用，而不依赖于电化学蓄能器分别采用的技术，从而混合动力设备能够由具有不同的配置但是在电能供应网络的耦合点处以及在通信接口处的行为相同的存储单元或模块构成，以构成高级电池动力设备管理系统。
[0017]通过将电化学蓄能器以及电力电子系统的拓扑的具体数据和特征转换成针对电能供应网络的特定的数据和特征:
[0018]-控制问题被转换了，以使并行操作并且分散控制的逆变器能够实现需要的电气行为，
[0019]-提供了混合动力设备(即配备有具有不同电池技术的电池，例如钠电池、锂离子电池、基于钒氧化还原液流的蓄电池或燃料电池)的适合的操作概念，并且
[0020]-构建了统一的或抽象的通信接口，这允许操作和描述多种电池和电池动力设备，而不依赖于具体技术设计变体。
[0021]优选地，电化学蓄能器以及电力电子系统的拓扑的具体数据和特征在抽象的AC电池中被组合，并被转换成电能分配网络的数据和特征，其中通过AC电池管理器控制、监视和调节AC电池。
[0022]所述AC电池通过转换表征所使用的电池技术的量，将诸如充电电流和放电电流、容量、荷电状态等的表征所述电池技术的量描述成与所述电能分配网络的诸如当前可用功率和最大可提供的功率、当前可吸收能量和当前可释放能量等的定量关系。
[0023]通过提供与DC电池相反的称为AC电池的基础模块，为整个系统提供统一的控制接口，这为使用不同拓扑的电力电子器件和具有不同技术的电化学蓄能器创建了先决条件。
[0024]基于抽象电池模型连同电池动力设备管理器，AC电池管理器的抽象功能或电池具体功能性的分割构建了优化操作。具有统一的能量相关行为的AC电池提供了这样的动力设备管理器的设计:其能够在不同的电池技术下完成它的任务，例如作为混合动力设备，其中不要求具体技术适配。
[0025]AC电池的限定包含相同或不同的电力电子系统(例如逆变器、换流器和DC/DC换流器)拓扑和包括燃料电池的DC电池，DC电池具有相同或不同化学和/或物理属性，并且在它们的公共耦合点以及与它们有关的与高级电池动力设备管理系统的通信接口处显示了相同行为，AC电池的限定提供了由很多AC电池组成的整个系统的简单控制，最小化了整个系统因每个单个AC电池的荷电状态(S0C)和健康状态(S0H)限定的控制和检测引起的易失效性，和通过包括相同AC电池(甚至当AC电池相互远离布置时)来简单扩展整个系统，以及单个AC电池的随意更换，而不需要在耦合点处发生改变。
[0026]—种用于在电化学蓄能器中存储电能以及用于通过电力电子系统与电能分配网络交换电能的设备，电力电子系统将电化学蓄能器与电能分配网络连接，所述设备的特点是至少一个基础模块(AC电池)包括:
[0027]-电化学能量存储模块，电化学能量存储模块包括具有相同化学和/或物理属性的直流电池(DC电池)，