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DE102023134569A1 - Redox flow battery system and method of operation - Google Patents

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Publication number
DE102023134569A1
DE102023134569A1 DE102023134569.9A DE102023134569A DE102023134569A1 DE 102023134569 A1 DE102023134569 A1 DE 102023134569A1 DE 102023134569 A DE102023134569 A DE 102023134569A DE 102023134569 A1 DE102023134569 A1 DE 102023134569A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
battery module
battery
unit
converter
redox flow
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
DE102023134569.9A
Other languages
German (de)
Inventor
Yifeng Li
Philipp Mester
Bernd Lauter
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.)
Liva Power Management Systems De GmbH
Original Assignee
LIVA Power Management Systems 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 LIVA Power Management Systems GmbH filed Critical LIVA Power Management Systems GmbH
Priority to DE102023134569.9A priority Critical patent/DE102023134569A1/en
Priority to PCT/EP2024/082948 priority patent/WO2025108979A1/en
Publication of DE102023134569A1 publication Critical patent/DE102023134569A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • H02J7/54
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Redox-Flow Batterie-System und Verfahren zum Betrieb, wobei das Verfahren zum Betrieb die Zuverlässigkeit und die Verfügbarkeit des Redox-Flow Batterie-System erhöht.

Figure DE102023134569A1_0000
The invention relates to a redox flow battery system and method for operating it, wherein the method for operating it increases the reliability and availability of the redox flow battery system.
Figure DE102023134569A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Redox-Flow Batterie-System und Verfahren zum Betrieb, wobei das Verfahren zum Betrieb die Zuverlässigkeit und die Verfügbarkeit des Redox-Flow Batterie-System erhöht.The invention relates to a redox flow battery system and method for operating it, wherein the method for operating it increases the reliability and availability of the redox flow battery system.

Betrachtungen zum Stand der Technik:Considerations on the state of the art:

DE10 2020 108068 A1 und DE10 2020 108053 A1 :
Die genannten Dokumente zeigen ein Redox-Flow-Batterie-System (RFBS) umfassend wenigstens zwei Batteriemodule (1), einen bidirektionalen Umrichter (7) und eine Steuereinrichtung (8), wobei die Batteriemodule (1) in Serie geschaltet und mit dem Umrichter (7) verbunden sind, und wobei jedes Batteriemodul (1) eine Zellanordnung (2) mit einer Vielzahl von Redox-Flow-Zellen und eine Tankeinrichtung (3) zum Speichern von Elektrolyt und zur Versorgung der Zellanordnung (2) mit Elektrolyt umfasst, und wobei das Batterie-System für jedes Batteriemodul (1) einen Gleichspannungswandler (17) umfasst, wobei jeweils ein Anschluss von jedem Gleichspannungswandler (17) mit jeweils einem Batteriemodul (1) verbunden, und ein zweiter Anschluss von jedem Gleichspannungswandler (17) mit einem gemeinsamen Gleichstrombus verbunden ist, und wobei das Batterie-System einen weiteren Umrichter (16) umfasst, welcher mit dem Gleichstrombus verbunden ist, und wobei die Steuereinrichtung (8) so mit dem weiteren Umrichter (16) und mit den Gleichspannungswandlern (17) verbunden ist, dass die Steuereinrichtung (8) den weiteren Umrichter (16) und die Gleichspannungswandler (17) steuern kann (siehe insbesondere die 6 und 7 der genannten Dokumente).
DE10 2020 108068 A1 and DE10 2020 108053 A1 :
The documents mentioned show a redox flow battery system (RFBS) comprising at least two battery modules (1), a bidirectional converter (7) and a control device (8), wherein the battery modules (1) are connected in series and to the converter (7), and wherein each battery module (1) comprises a cell arrangement (2) with a plurality of redox flow cells and a tank device (3) for storing electrolyte and for supplying the cell arrangement (2) with electrolyte, and wherein the battery system comprises a DC-DC converter (17) for each battery module (1), wherein one connection of each DC-DC converter (17) is connected to a respective battery module (1), and a second connection of each DC-DC converter (17) is connected to a common DC bus, and wherein the battery system comprises a further converter (16) which is connected to the DC bus, and wherein the control device (8) is thus connected to the further converter (16) and to the DC-DC converters (17) is connected, that the control device (8) can control the further converter (16) and the DC-DC converters (17) (see in particular the 6 and 7 of the documents mentioned).

Nachteile und Einschränkungen des zitierten Standes der Technik: Redox-Flow-Batterie-System die aus einer Serienschaltung einer Vielzahl von Batteriemodulen hergestellt werden, unterliegen der Notwendigkeit, dass die Verfügbarkeit des RFBS durch die Funktionsfähigkeit aller Batteriemodule definiert wird. Aus diesem Grund kommt in vielen dieser Systeme Schalter zum Einsatz (siehe (9) und (10) in zitierten Stand der Technik) deren Zweck ein Bypass von einzelnen Batterie Modulen ist. Eine der Hauptursachen für Defekte in einzelnen Batteriemodulen ist die Lebensdauer und Unzuverlässigkeit der Verschaltung der elektronischen Komponenten (z.B. der Umrichter (16) und die Gleichspannungswandler (17) in den zitierten Dokumenten). Zusätzlich unterliegen die oben genannten Bypass-Schalter (9) und (10) einer hohen Belastung durch Kurzschlussströme und damit einer erhöhten Ausfallrate. Zusätzlich bringt die Ausführung nach dem Stand der Technik den Nachteil, dass beim Ausfall des Umrichters (16) in der Verbindung des gemeinsamen Gleichstrombus, Schadensbilder entstehen die Ausfälle bei mehreren der Gleichspannungswandlern (17) verursachen und damit trotz einer Ausführung mit Bypass-Schaltern (9) und (10) in einem Ausfall des gesamten RFBS resultieren. Bei den im Stand der Technik offenbarten RFBS kann es durch die räumliche Ausprägung in Kombination mit einer geringen Spannungsebene in einem räumlich sehr verteilten gemeinsamen Gleichstrombus dazu führen, dass in solchen RFBS zusätzliche elektrische Verluste entstehen, welche die Effizienz verringern, oder dieselben durch große Kabelquerschnitte vermieden werden müssen, was jedoch in erhöhten Kosten für das so ausgebildete RFBS resultiert.Disadvantages and limitations of the cited prior art: Redox flow battery systems constructed from a series connection of a large number of battery modules require that the availability of the RFBS be defined by the functionality of all battery modules. For this reason, many of these systems use switches (see (9) and (10) in the cited prior art) whose purpose is to bypass individual battery modules. One of the main causes of defects in individual battery modules is the lifetime and unreliability of the interconnection of the electronic components (e.g., the inverter (16) and the DC-DC converters (17) in the cited documents). In addition, the above-mentioned bypass switches (9) and (10) are subject to high loads from short-circuit currents and thus an increased failure rate. In addition, the prior art design has the disadvantage that if the converter (16) fails in the connection of the common DC bus, damage patterns arise that cause failures in several of the DC-DC converters (17) and thus result in a failure of the entire RFBS despite a design with bypass switches (9) and (10). In the RFBS disclosed in the prior art, the spatial characteristics in combination with a low voltage level in a spatially very distributed common DC bus can lead to additional electrical losses occurring in such RFBS, which reduce efficiency, or these losses must be avoided by using large cable cross-sections, which, however, results in increased costs for the RFBS designed in this way.

US 2023126285 A und DE 10 2020 108053 A1 :
Die zitierten Schriften offenbaren das folgende Verfahren zur Verringerung von während des Ladens und Entladens des Batterie-Systems auftretenden Ungleichgewichten umfassend wenigstens einen der folgenden Schritte:

  • • Beim Laden des Batterie-Systems werden die Gleichspannungswandler 17 durch die Steuereinrichtung 8 zur Verringerung des Unterschieds eines ersten und zweiten Batteriemoduls hinsichtlich einer Regelgröße so angesteuert, dass ein Gleichspannungswandler 17 so viel elektrische Energie auf den Gleichstrombus überträgt, dass dadurch eines der beiden Batteriemodule weniger schnell geladen wird als das andere Batteriemodul.
  • • Beim Entladen des Batterie-Systems werden die Gleichspannungswandler 17 durch die Steuereinrichtung 8 zur Verringerung des Unterschieds eines ersten und zweiten Batteriemoduls 1 hinsichtlich einer Regelgröße so angesteuert, dass ein Gleichspannungswandler 17 so viel elektrische Energie vom Gleichstrombus abführt, dass dadurch eines der beiden Batteriemodule weniger schnell entladen wird als das andere Batteriemodul.
US 2023126285 A and DE 10 2020 108053 A1 :
The cited documents disclose the following method for reducing imbalances occurring during charging and discharging of the battery system, comprising at least one of the following steps:
  • • When charging the battery system, the DC-DC converters 17 are controlled by the control device 8 to reduce the difference between a first and second battery module with regard to a controlled variable in such a way that a DC-DC converter 17 transfers so much electrical energy to the DC bus that one of the two battery modules is charged less quickly than the other battery module.
  • • When discharging the battery system, the DC-DC converters 17 are controlled by the control device 8 to reduce the difference between a first and second battery module 1 with regard to a controlled variable in such a way that a DC-DC converter 17 dissipates so much electrical energy from the DC bus that one of the two battery modules is discharged less quickly than the other battery module.

Die offenbarte Anordnung ermöglicht außerdem, jedenfalls wenn der Umrichter 16 über einen separaten Netzanschluss verfügt, dass derselbe den Umrichter 7 beim Laden bzw. Entladen der Batteriemodule unterstützt. Das ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Umrichter 7 an seine Leistungsgrenzen stößt. Da diese Unterstützung durch die Gleichspannungswandler 17 auch selektiv für jedes Batteriemodul geschehen kann, kann dies natürlich auch für das Balancing verwendet werden. Dieser Mechanismus zu einem beschleunigten Laden bzw. Entladen der „langsamen“ Module.The disclosed arrangement also allows, at least when the converter 16 has a separate grid connection, for the converter 7 to support the charging or discharging of the battery modules. This is particularly advantageous when the converter 7 reaches its performance limits. Since this support can also be provided selectively for each battery module by the DC-DC converters 17, it can of course also be used for balancing. This mechanism leads to accelerated charging or discharging of the "slow" modules.

Nachteile und Einschränkungen des zitierten Standes der Technik:

  • Es ergeben sich die gleichen Nachteile und Einschränkungen wie oben gezeigt, insbesondere zur räumlichen Ausbreitung, der Fehleranfälligkeit und Verluste des gemeinsamen Gleichstrombusses. Und zusätzlich können in dieser Ausführungsform einzelne Batteriemodule im Falle eines Problems bei den Umrichter 16 oder bei den Gleichspannungswandlern 17 nur durch die Bypass-Schalter 9 oder 10 deaktiviert werden. Ein weiterer Nachteil dieser Ausführung ist die Tatsache, dass man für die Ausgleichslogik nur dann drei vorteilhafte Zustände erreichen kann, wenn die DC/DC-Wandler 17 bidirektional ausgeführt werden.
Disadvantages and limitations of the cited prior art:
  • The same disadvantages and limitations as outlined above arise, particularly regarding spatial spread, susceptibility to faults, and losses of the common DC bus. Additionally, in this embodiment, individual battery modules can only be deactivated by the bypass switches 9 or 10 in the event of a problem with the inverters 16 or the DC-DC converters 17. A further disadvantage of this design is the fact that three advantageous states for the balancing logic can only be achieved if the DC/DC converters 17 are bidirectional.

WO 2022033750 A1 :
Diese Schrift offenbart ein Verfahren zum Betrieb eines Vanadium Redox-Flow-Batterie-System, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: S1: Verbinden wenigstens eines Batteriemoduls (1) mit einem Umrichter (6, 7); S2: Einspeisung eines Stroms in das wenigstens eine Batteriemodul (1), welches im Schritt S1 mit dem Umrichter (6, 7) verbunden worden ist, so lange bis wenigstens ein Teil des zu diesem Batteriemoduls (1) gehörigen Elektrolyten einen Ladezustand erreicht, der wenigstens so hoch wie ein vordefinierter Schwellwert ist; S3: Ansteuerung der ersten und zweiten Schalter (9, 10) so, dass sich alle Batteriemodule (1) in einer Serienschaltung befinden, welche mit dem bidirektionalen Umrichter (6) verbunden ist; S4: Einspeisung eines Stroms in die Serienschaltung aus Schritt S3, wobei in allen Batteriemodulen (1) Elektrolyt gefördert wird (siehe insbesondere die 3 und 4).
WO 2022033750 A1 :
This document discloses a method for operating a vanadium redox flow battery system, the method comprising the following steps: S1: Connecting at least one battery module (1) to a converter (6, 7); S2: Feeding a current into the at least one battery module (1) which has been connected to the converter (6, 7) in step S1, until at least a portion of the electrolyte belonging to this battery module (1) reaches a state of charge which is at least as high as a predefined threshold value; S3: Controlling the first and second switches (9, 10) such that all battery modules (1) are in a series circuit which is connected to the bidirectional converter (6); S4: Feeding a current into the series circuit from step S3, wherein electrolyte is pumped into all battery modules (1) (see in particular the 3 and 4 ).

Nachteile und Einschränkungen des zitierten Sandes der Technik:

  • Der Umrichter 7 kann nicht vollumfänglich flexibel eingesetzt werden, weil die Schalter 11 und 12 nur dazu benutzt werden können, den Umrichter mit einem oder mehreren Batteriemodulen 1 zu verbinden oder zu trennen. Es ist jedoch nicht möglich den Umrichter 7 gleichzeitig zum Laden und Entladen für die jeweiligen Batteriemodulen 1 zu nutzen.
Disadvantages and limitations of the cited sand technique:
  • The converter 7 cannot be used with complete flexibility because switches 11 and 12 can only be used to connect or disconnect the converter to one or more battery modules 1. However, it is not possible to use the converter 7 to charge and discharge the respective battery modules 1 simultaneously.

DE 10 2017 222979 A1 :
Diese Schrift offenbart eine Ausgleichseinheit, die Spannungen von mehreren elektrischen Speicherzellen abgleicht; und eine Elektrizitätssende-/-empfangseinheit, die ohne Abschalten oder Umschalten einer elektrischen Verbindung zwischen (a) den mehreren elektrischen Speicherzellen und (b-1) einer Last, die elektrische Energie der mehreren elektrischen Speicherzellen verwendet, oder (b-2) einer Ladevorrichtung, die die mehreren elektrischen Speicherzellen auflädt, (i) elektrische Energie der mehreren elektrischen Speicherzellen zu einer externen Anordnung sendet, die von der Last und der Ladevorrichtung verschieden ist, oder (ii) elektrische Energie empfängt, die den mehreren elektrischen Speicherzellen von der externen Anordnung zugeführt wird.
DE 10 2017 222979 A1 :
This document discloses an equalization unit that equalizes voltages of a plurality of electric storage cells; and an electricity transmission/reception unit that, without turning off or switching an electrical connection between (a) the plurality of electric storage cells and (b-1) a load that uses electric power of the plurality of electric storage cells or (b-2) a charging device that charges the plurality of electric storage cells, (i) transmits electric power of the plurality of electric storage cells to an external device different from the load and the charging device, or (ii) receives electric power supplied to the plurality of electric storage cells from the external device.

Die Elektrizitätssende-/-empfangseinheit zeigt einen isolierten bidirektionalen Gleichspannungswandler.The electricity transmitting/receiving unit shows an isolated bidirectional DC-DC converter.

Nachteile und Einschränkungen des zitierten Standes der Technik:

  • Die zitierte Schrift offenbart, wie die oben genannten Schriften, Ausführungsformen, die durch eine Abhängigkeit/Kopplung der Ausgleich-Korrektur-Einheit 220 und/oder der Schutzeinheit 230 und/oder des Gleichspannungswandlers 330, zu einer Reduzierung der Verfügbarkeit des RFBS führen können.
Disadvantages and limitations of the cited prior art:
  • The cited document, like the above-mentioned documents, discloses embodiments that can lead to a reduction in the availability of the RFBS due to a dependency/coupling of the compensation correction unit 220 and/or the protection unit 230 and/or the DC-DC converter 330.

Die Funktionsfähigkeit aller Batteriemodule definiert auch hier die Verfügbarkeit der in Serie geschalteten Batterie. Auch hier bietet der Stand der Technik keine geeignete Möglichkeit, die Verfügbarkeit zu erhöhen und wichtige Funktionen zur Herstellung der Betriebsfähigkeit und dem Erhalt der Betriebsfähigkeit zu ermöglichen.Here, too, the functionality of all battery modules determines the availability of the series-connected battery. Here, too, the current state of the art does not offer a suitable way to increase availability and enable important functions for establishing and maintaining operational capability.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, Redox-Flow Batterie-System und Verfahren zum Betrieb desselben anzugeben, welche eine hohe Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit aufweisen.The object of the invention is to provide a redox flow battery system and a method for operating the same which have a high level of reliability and availability.

Die Aufgabe der Erfindung ist es insbesondere die Probleme und Einschränkungen aus dem Stand der Technik zu beseitigen und die Verfügbarkeit eines RFBS zu erhöhen. Dies wird erfindungsgemäß durch eine dezentrale und verbesserte Ausgleicheinheit erreicht, die in der Lage ist, den Erhalt der Betriebsfähigkeit und die Wiederherstellung der Betriebsfähigkeit zu ermöglichen. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Anordnung die Außerinbetriebnahme einzelner Batteriemodule, was den Service des RFBS unterstützt. Zusätzlich kann die erfindungsgemäße Anordnung zur Wiederherstellung der Leistungsfähig eines Batteriemodus genutzt werden.The object of the invention is, in particular, to eliminate the problems and limitations of the prior art and to increase the availability of an RFBS. This is achieved according to the invention by a decentralized and improved balancing unit capable of maintaining and restoring operational capability. Furthermore, the arrangement according to the invention enables the decommissioning of individual battery modules, which supports the servicing of the RFBS. In addition, the arrangement according to the invention can be used to restore the performance of a battery mode.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung und ein Verfahren entsprechend den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by an embodiment and a method according to the independent claims. Further advantageous embodiments of the present invention can be found in the subclaims.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

  • 1: Batteriemodul
  • 2: Erfindungsgemäßes Redox-Flow Batterie-System
  • 3: Erfindungsgemäße Ausgleichseinheit
  • 4: Schalteinrichtung in einer ersten Ausführungsform
  • 5: Schalteinrichtung in einer weiteren Ausführungsform
  • 6: Schalteinrichtung in einer weiteren Ausführungsform
  • 7: Schalteinrichtung in einer weiteren Ausführungsform
The invention is explained below with reference to the figures. The figures show in detail:
  • 1 : Battery module
  • 2 : Inventive redox flow battery system
  • 3 : Compensation unit according to the invention
  • 4 : Switching device in a first embodiment
  • 5 : Switching device in a further embodiment
  • 6 : Switching device in a further embodiment
  • 7 : Switching device in a further embodiment

1 zeigt ein Batteriemodul, welches mit 1 bezeichnet ist. Es umfasst eine Zellanordnung, welche mit 2 bezeichnet ist, eine Tankeinrichtung zur Speicherung von Elektrolytflüssigkeit, welche mit 3 bezeichnet ist, eine optionale Messeinrichtung zur Bestimmung der Leerlaufspannung, welche mit 4 bezeichnet ist, und eine optionale Messeinrichtung zur Bestimmung der Klemmenspannung, welche mit 5 bezeichnet ist. Das Batteriemodul umfasst in der Regel Hilfssysteme, welche durch das Rechteck mit der Bezeichnung 6 angedeutet sind. Außerdem umfasst das Batteriemodul 1 Pumpen zur Versorgung der Zellanordnung 2 mit Elektrolytflüssigkeit aus der Tankeinrichtung 3. 1 shows a battery module, designated 1. It comprises a cell arrangement, designated 2, a tank device for storing electrolyte fluid, designated 3, an optional measuring device for determining the open-circuit voltage, designated 4, and an optional measuring device for determining the terminal voltage, designated 5. The battery module generally comprises auxiliary systems, which are indicated by the rectangle designated 6. In addition, the battery module 1 comprises pumps for supplying the cell arrangement 2 with electrolyte fluid from the tank device 3.

2 zeigt ein erfindungsgemäßes Redox-Flow Batterie-System in schematischer Darstellung. Das Batterie-System umfasst wenigstens zwei Batteriemodule, von denen eines mit 1 bezeichnet ist, einen bidirektionalen Wechselrichter (engl. bidirectional power conversion system - PCS), welcher mit 7 bezeichnet ist, und eine Steuereinrichtung, welche mit 8 bezeichnet ist. Zur besseren Unterscheidung mit anderen Umrichtern (siehe unten) des Batterie-Systems, wird der bidirektionale Wechselrichter im Folgenden als „Hauptumrichter“ bezeichnet. Die Batteriemodule 1 sind in Serie geschaltet und mit dem Hauptumrichter 7 verbunden. In 2 sind vier Batteriemodule dargestellt, wobei die gestrichelten Linien in der Serien-Schaltung eine beliebige Anzahl von weiteren Modulen andeuten sollen. Der Hauptumrichter 7 übernimmt die Anbindung des Batterie-Systems an das Netz oder an ein übergeordnetes elektrisches System. Optional kann das Batterie-System für jedes Batteriemodul 1 einen Bypass-Schalter umfassen, welcher in 2 mit 9 bezeichnet ist. Die Bypass-Schalter 9 sind parallel zu den zugehörigen Batteriemodulen 1 angeordnet und können u.a. zum Balancing verwendet werden (siehe z.B. die DE 10 2022 109 193 B3 ). Sie können aber auch dazu verwendet werden, ein Batteriemodul 1, welches einen Fehler aufweist, dauerhaft aus der Serienschaltung des Batterie-Systems herauszuschalten und somit die Verfügbarkeit des Batterie-Systems als Ganzes auch beim Ausfall eines Batteriemoduls 1 (oder einiger wenige Batteriemodule 1) zu gewährleisten. 2 shows a schematic representation of a redox flow battery system according to the invention. The battery system comprises at least two battery modules, one of which is designated 1, a bidirectional power conversion system (PCS), designated 7, and a control device, designated 8. To better distinguish it from other converters (see below) of the battery system, the bidirectional inverter is referred to below as the "main converter." The battery modules 1 are connected in series and to the main converter 7. In 2 Four battery modules are shown, with the dashed lines in the series circuit indicating any number of additional modules. The main converter 7 connects the battery system to the grid or to a higher-level electrical system. Optionally, the battery system can include a bypass switch for each battery module 1, which 2 is designated 9. The bypass switches 9 are arranged parallel to the associated battery modules 1 and can be used for balancing, among other things (see e.g. the DE 10 2022 109 193 B3 ). However, they can also be used to permanently disconnect a battery module 1 that has a fault from the series connection of the battery system and thus ensure the availability of the battery system as a whole even in the event of the failure of one battery module 1 (or a few battery modules 1).

Das Redox-Flow Batterie-System umfasst ferner eine Ausgleichseinheit, welche mit 60 bezeichnet ist. Die Ausgleichseinheit 60 kann einem einzelnen Batteriemodul (1) zugeordnet werden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird in der nur eine Ausgleichseinheit 60 dargestellt, welche dem ganz links dargestellten Batteriemodul 1 zugeordnet ist. In einem erfindungsgemäßen Redox-Flow Batterie-System ist vorzugsweise jedem Batteriemodul 1 eine separate Ausgleichseinheit 60 zugeordnet. Es ist jedoch auch denkbar, dass nicht jedem Batteriemodul 1 eine separate Ausgleichseinheit 60 zugeordnet ist. Im Allgemeinen ist wenigstens zwei Batteriemodulen 1 jeweils eine separate Ausgleichseinheit 60 zugeordnet.The redox flow battery system further comprises a balancing unit, which is designated 60. The balancing unit 60 can be assigned to a single battery module (1). For reasons of clarity, Only one balancing unit 60 is shown, which is assigned to the battery module 1 shown on the far left. In a redox flow battery system according to the invention, a separate balancing unit 60 is preferably assigned to each battery module 1. However, it is also conceivable that not each battery module 1 is assigned a separate balancing unit 60. In general, at least two battery modules 1 are each assigned a separate balancing unit 60.

Die Speisung der Ausgleichseinheit 60 erfolgt dabei durch eine Energieversorgungseinheit 30, die in einer bevorzugten Variante der Erfindung als Wechselspannungsnetz ausgebildet ist. In weiteren Ausführungsformen kann die Energieversorgungseinheit 30 als unterbrechungsfreie Versorgung ausgebildet sein, die Fehler und temporäre Störungen im Wechselspannungsnetz zeitweise kompensiert und damit die Verfügbarkeit weiter erhöht. Der vorteilhafte Nutzen der unterbrechungsfreien Stromversorgungen, die als elektrische Quelle für die Hilfssysteme 6 in den Batteriemodulen 1, für die Hilfssysteme des Hauptumrichters 7 und für die Steuereinrichtung 8 genutzt werden kann, ist die Ertüchtigung des RFBS für einen netzunabhängigen Betrieb. Dies ist besonders vorteilhaft, falls die Redox-Flow Batterie-System zum Zweck der Netzstabilisierung, zum Betrieb eines Inselnetzes oder zur Wiederherstellung des öffentlichen Netzes (Schwarzstart) genutzt werden soll.The balancing unit 60 is powered by a power supply unit 30, which in a preferred variant of the invention is designed as an AC voltage network. In further embodiments, the power supply unit 30 can be designed as an uninterruptible power supply that temporarily compensates for faults and temporary disturbances in the AC voltage network and thus further increases availability. The advantageous benefit of the uninterruptible power supplies, which can be used as an electrical source for the auxiliary systems 6 in the battery modules 1, for the auxiliary systems of the main converter 7, and for the control device 8, is the upgrading of the RFBS for grid-independent operation. This is particularly advantageous if the redox flow battery system is to be used for the purpose of grid stabilization, for operating an island grid, or for restoring the public grid (black start).

Eine Möglichkeit, um die unterbrechungsfreie Stromversorgung zu ermöglichen, ist die Verwendung von Back-up-Systemen, wie Dieselgeneratoren, Batterien oder Kondensatoren. Diese Systeme können bei Unterspannungen oder Stromausfällen die notwendige Energie liefern, um die Energieversorgungseinheit 30 und damit das Batteriekraftwerk wieder in Betrieb zu nehmen. So wird sichergestellt, dass die Stromversorgung auch bei unvorhergesehenen Ereignissen stabil bleibt. Diese Backup-Systeme haben je nach Ausführung unterschiedliche Spannungsformen als Wechselspannung oder Gleichspannung. In einer vorteilhaften Ausführung wird der Umrichter 20 in derselben Spannungsform ausgeführt, die durch die unterbrechungsfreie Stromversorgung durch die Energieversorgungseinheit 30 bereitgestellt wird. Im Falle einer Wechselspannung wird der Umrichter 20 als AC-DC ausgeführt, im Falle einer Gleichspannung wird der Umrichter 20 als DC-DC ausgeführt.One way to enable an uninterruptible power supply is to use backup systems, such as diesel generators, batteries, or capacitors. In the event of undervoltages or power outages, these systems can supply the necessary energy to restart the power supply unit 30 and thus the battery power plant. This ensures that the power supply remains stable even in the event of unforeseen events. Depending on their design, these backup systems have different voltage waveforms, such as alternating voltage or direct voltage. In an advantageous embodiment, the converter 20 is implemented with the same voltage waveform that is provided by the uninterruptible power supply via the power supply unit 30. In the case of alternating voltage, the converter 20 is implemented as an AC-DC voltage; in the case of direct voltage, the converter 20 is implemented as a DC-DC voltage.

Ein weiterer Vorteil einer Ausführung der Energieversorgungseinheit 30 als unterbrechungsfreie Stromversorgung ist die Möglichkeit, durch einen vergleichsweise kleinen Energieeinsatz, das Spannungsniveau in der Zellanordnung 2, bei deaktiviertem Durchfluss aus der Tankeinrichtung 3, auf ein Niveau anzuhaben bei der der Hauptumrichter 7 aktiviert und aktiv an der Netzstabilisierung teilnehmen kann.A further advantage of designing the power supply unit 30 as an uninterruptible power supply is the possibility of using a comparatively small amount of energy to Voltage level in the cell arrangement 2, with deactivated flow from the tank device 3, to a level at which the main converter 7 is activated and can actively participate in the grid stabilization.

Die Ausgleichseinheit 60 umfasst ferner eine Schutz- und Isolationseinheit, welche mit 40 bezeichnet ist, einen Umrichter, welcher mit 20 bezeichnet ist, und eine Einheit zur Erhöhung der Verfügbarkeit, welche mit 50 bezeichnet ist. Dabei ist die Schutz- und Isolationseinheit als optional zu betrachten. Die Energieversorgungseinheit 30 kann durch die Schutz- und Isolationseinheit 40 vom Potential des Batteriemoduls 1 getrennt werden.The balancing unit 60 further comprises a protection and isolation unit, designated by 40, a converter, designated by 20, and a unit for increasing availability, designated by 50. The protection and isolation unit is considered optional. The power supply unit 30 can be isolated from the potential of the battery module 1 by the protection and isolation unit 40.

Die Steuereinrichtung 8 ist so ausgebildet, dass dieselbe die Ausgleichseinheiten 60, die Pumpen in den Batteriemodulen 1, den Hauptumrichter 7 und eventuell vorhandene Bypass-Schalter 9 steuern kann.The control device 8 is designed so that it can control the balancing units 60, the pumps in the battery modules 1, the main converter 7 and any bypass switches 9 that may be present.

Die Einheit zur Erhöhung der Verfügbarkeit 50 dient dem Zweck die Verfügbarkeit des Batteriemoduls 1 zu erhöhen. Dies wird im Zusammenhang mit den 3 bis 7 näher erläutert.The unit for increasing availability 50 serves the purpose of increasing the availability of the battery module 1. This is done in connection with the 3 to 7 explained in more detail.

3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgleichseinheit 60. Damit die Schutz- und Isolationseinheit 40 die Energieversorgungseinheit 30 vom Potential des Batteriemoduls 1 trennen kann, umfasst die Schutz- und Isolationseinheit 40 eine Schutzeinheit, welche mit 41 bezeichnet ist, und welche z.B. mittels geeigneter Schalter die Energieversorgungseinheit 30 vom Umrichter 20 trennen kann. Außerdem kann die Schutzeinheit 41 eine Vorbeschaltung zur Entlastung der Energieversorgungseinheit 30 vor temporär hohen Einschaltströmen umfassen, welche von der Ausgleichseinheit 60 verursacht werden können. Optional kann die Schutz- und Isolationseinheit 40 eine Isolationseinheit umfassen, welche mit 42 bezeichnet ist. Diese kann dann zum Einsatz kommen, wenn das Batteriesystem 1 in der Netzform eines IT-Systems (Isolé Terre) betrieben wird, bei der keine galvanische Verbindung zwischen aktiven Leitern und geerdeten Teilen des Batteriesystems 1 besteht. In diesem Fall wird innerhalb der Schutz- und Isolationseinheit 40 die Isolationseinheit 42 genutzt, um das Potential des Batteriemodul 1 und der Energieversorgungseinheit 30 voneinander zu isolieren. 3 shows a compensation unit 60 according to the invention. So that the protection and isolation unit 40 can separate the power supply unit 30 from the potential of the battery module 1, the protection and isolation unit 40 comprises a protection unit, which is designated by 41 and which can, for example, by means of suitable switches, separate the power supply unit 30 from the converter 20. In addition, the protection unit 41 can comprise a pre-circuit to relieve the power supply unit 30 from temporarily high inrush currents, which can be caused by the compensation unit 60. Optionally, the protection and isolation unit 40 can comprise an isolation unit, which is designated by 42. This can be used when the battery system 1 is operated in the network form of an IT system (Isolé Terre), in which there is no galvanic connection between active conductors and grounded parts of the battery system 1. In this case, the isolation unit 42 is used within the protection and isolation unit 40 to isolate the potential of the battery module 1 and the power supply unit 30 from each other.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Schutzeinheit 41 durch ein allpoliges Relais realisiert und/oder durch einen passiven Schaltkreis der hohe Einschaltströme beim Aktivieren und Deaktivieren der Ausgleichseinheit 60 dämpft.In a preferred embodiment of the invention, the protection unit 41 is realized by an all-pole relay and/or by a passive circuit that dampens high inrush currents when activating and deactivating the compensation unit 60.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Isolationseinheit 42 durch einen Trenntransformator, z.B. in der Ausführungsform eines Ringkerntransformators umgesetzt. Weitere Ausführungsformen sind dabei möglich und können z.B. bei unterschiedlichen Spannungen oder Netzformen vorteilhaft sein.In a preferred embodiment of the invention, the isolation unit 42 is implemented by an isolation transformer, e.g., in the form of a toroidal transformer. Further embodiments are possible and may be advantageous, for example, for different voltages or network configurations.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Schutz- und Isolationseinheit 40 komplett entfallen.In a further embodiment, the protection and insulation unit 40 can be completely omitted.

Der Umrichter 20 ermöglicht ein Verfahren zur Verringerung von während des Ladens und Entladens des Batterie-Systems auftretenden Ungleichgewichten. Dabei kann der Umrichter Uni- oder Bidirektional ausgeführt sein. Der Umrichter 20 kann eingesetzt werden, um einen Spannungsaufbau im Batteriemoduls 1 zu beschleunigen oder zu verzögern oder nicht zu beeinflussen. In einer bevorzugten Ausführungsform können einzelne oder alle Bestandteile der Schutz- und Isolationseinheit 40 im Umrichter 20 auf der Eingangs- oder Ausgangsseite integriert sein. Der Umrichter 20 ist in der Lage, diese Beeinflussung additiv zu einer äußeren Ladung oder Entladung des Batterie-Systems (und damit der Batteriemodule 1) durch den Hauptumrichter 7 durchzuführen. The converter 20 enables a method for reducing imbalances that occur during charging and discharging of the battery system. The converter can be unidirectional or bidirectional. The converter 20 can be used to accelerate or delay a voltage build-up in the battery module 1, or to leave it unaffected. In a preferred embodiment, individual or all components of the protection and insulation unit 40 can be integrated into the converter 20 on the input or output side. The converter 20 is capable of exerting this influence in addition to an external charging or discharging of the battery system (and thus the battery modules 1) by the main converter 7.

Die Ausführung des Umrichters 20 als uni- oder bidirektionaler Umrichter erlaubt die Wiederherstellung der Betriebsfähigkeit bei einer erstmaligen Inbetriebsetzung oder nach einer Entladung zu Servicezwecken. In diesem Fall wird der Spannungsaufbau im Batteriemoduls 1 durch die jeweilige Ausgleichseinheit 60 und die Energieversorgungseinheit 30 bereitgestellt.The design of the converter 20 as a unidirectional or bidirectional converter allows for restoration of operational capability during initial commissioning or after discharge for service purposes. In this case, the voltage buildup in the battery module 1 is provided by the respective equalization unit 60 and the power supply unit 30.

Die Ausführung des Umrichters 20 als bidirektionaler Umrichter erlaubt, es dem betreffenden Batteriemodul 1 einen Zustand einzuprägen, der eine Außerinbetriebnahme z.B. beim Service unterstützt. In diesem Fall wird der Spannungsabbau im betreffenden Batteriemodul 1 durch die Ausgleichseinheit 60 und die Energieversorgungseinheit 30 bewerkstelligt.The design of the converter 20 as a bidirectional converter allows the respective battery module 1 to be assigned a state that supports decommissioning, e.g., during servicing. In this case, the voltage reduction in the respective battery module 1 is accomplished by the balancing unit 60 and the power supply unit 30.

Die Ausführung des Umrichters 20 als bidirektionaler Umrichter erlaubt es weiterhin, die Wiederherstellung der Leistungsfähigkeit eines Batteriemodul 1 durch die Ausgleichseinheit (60) und die Energieversorgungseinheit 30 zu bewerkstelligen, indem der Spannungsabbau ausschließlich durch die Ausgleichseinheit 60 oder im Zusammenspiel mit der äußeren Entladung über den bidirektionalen Hauptumrichter 7 zu einer Umkehr der Spannung in einem Batteriemodul 1 eingesetzt wird.The design of the converter 20 as a bidirectional converter further allows the performance of a battery module 1 to be restored by the equalization unit (60) and the energy supply unit 30 by using the voltage reduction exclusively by the equalization unit 60 or in conjunction with the external discharge via the bidirectional main converter 7 to reverse the voltage in a battery module 1.

Die Einheit zur Erhöhung der Verfügbarkeit 50 dient wie gesagt dem Zweck, die Verfügbarkeit des Batteriemoduls 1 zu erhöhen. Dazu umfasst die Einheit zur Erhöhung der Verfügbarkeit 50 eine integrierte Schalteinrichtung, welche mit 52 bezeichnet ist. Mit Hilfe der integrierten Schalteinrichtung 52, kann das betreffende Batteriemodul 1 von Beeinflussungen durch die Ausgleichseinheit 60 entkoppelt werden. Dazu umfasst eine integrierte Schalteinrichtung 52 wenigstens einen Schalter, durch den eine beliebige der beiden DC-Verbindungen zum Batteriemodul 1 getrennt werden können.The unit for increasing availability 50 serves, as already mentioned, the purpose of increasing the availability of the battery module 1. For this purpose, the The availability-enhancing unit 50 includes an integrated switching device, designated 52. With the aid of the integrated switching device 52, the respective battery module 1 can be decoupled from influences by the balancing unit 60. For this purpose, an integrated switching device 52 comprises at least one switch, by means of which any of the two DC connections to the battery module 1 can be disconnected.

4 zeigt eine erste Ausführungsform der integrierten Schalteinrichtung 52. Die gezeigte integrierte Schalteinrichtung 52 umfasst dazu einen Schalter, welcher mit 53 bezeichnet ist. Mit dem Schalter 53 kann eine der beiden DC-Verbindungen zum Batteriemodul 1 unterbrochen werden. 4 shows a first embodiment of the integrated switching device 52. The integrated switching device 52 shown comprises a switch, which is designated 53. With the switch 53, one of the two DC connections to the battery module 1 can be interrupted.

5 zeigt eine weitere Ausführungsform der integrierten Schalteinrichtung 52. Die dargestellte integrierte Schalteinrichtung 52 umfasst dazu zwei Schalter, welche mit 54 und 55 bezeichnet sind. Mit den Schaltern 54 und 55 können beide DC-Verbindungen zum Batteriemodul 1 getrennt werden. 5 shows a further embodiment of the integrated switching device 52. The illustrated integrated switching device 52 comprises two switches, designated 54 and 55. Both DC connections to the battery module 1 can be disconnected using switches 54 and 55.

Die 6 und 7 zeigen zwei weitere besonders vorteilhafte Ausführungsformen der integrierten Schalteinrichtung 52. Zusätzlich zur Trennung der Ausgleichseinheit 60 von dem betreffenden Batteriemodul 1 ermöglichen die beiden Ausführungsformen eine Änderung der Polarität der Ausgleichseinheit 60 in Bezug auf das betreffende Batteriemodul 1.The 6 and 7 show two further particularly advantageous embodiments of the integrated switching device 52. In addition to the separation of the balancing unit 60 from the respective battery module 1, the two embodiments enable a change in the polarity of the balancing unit 60 with respect to the respective battery module 1.

Dazu umfasst die in 6 dargestellte Ausführungsform zwei gekoppelte Schalter, welche mit 54a und 55b bezeichnet sind, und welche jeweils drei Schaltzustände aufweisen. Im in 6 dargestellten Schaltzustand ergibt sich eine erste Polarität (die Leitungen werden einfach durchgeführt). Im zweiten Schaltzustand werden die beiden Schalter 54a und 55b auf den mittleren Kontakt geschaltet (neutrale Position), wodurch die Ausgleichseinheit 60 vom betreffenden Batteriemodul 1 getrennt wird. Im dritten Schaltzustand werden die Schalter 54a und 55b auf den unteren Kontakt geschaltet, wodurch die Polarität gegenüber dem in 6 dargestellten Schaltzustand umgekehrt wird.This includes the 6 illustrated embodiment comprises two coupled switches, designated 54a and 55b, each having three switching states. In 6 The switching state shown results in a first polarity (the lines are simply passed through). In the second switching state, the two switches 54a and 55b are switched to the middle contact (neutral position), whereby the balancing unit 60 is separated from the respective battery module 1. In the third switching state, the switches 54a and 55b are switched to the lower contact, whereby the polarity is reversed from the 6 shown switching state is reversed.

Dieselbe Funktionalität weist die in 7 dargestellte Ausführungsform auf. Die dargestellte integrierten Schalteinrichtung 52 umfasst dazu vier Schalter, welche mit 56, 57, 58 und 59 bezeichnet sind. Jeweils zwei Schalter sind miteinander gekoppelt. Werden beide Schalterpaare geöffnet, dann wird die Ausgleichseinheit 60 vom betreffenden Batteriemodul 1 getrennt. Durch wechselweises Öffnen und Schließen der beiden Schalterpaare kann die Polarität beeinflusst werden.The same functionality has the 7 The illustrated embodiment. The integrated switching device 52 comprises four switches, designated 56, 57, 58, and 59. Two switches are coupled to each other. If both pairs of switches are opened, the balancing unit 60 is separated from the respective battery module 1. The polarity can be influenced by alternately opening and closing the two pairs of switches.

Diese besonders vorteilhaften Ausführungsformen mit der Möglichkeit, die Polarität der Ausgleichseinheit 60 zu wechseln, erlauben es, für den Umrichter 20 einen unidirektionalen Umrichter zu verwenden. Dadurch kann der Umrichter 20 dazu verwendet werden, dem Batteriemodul 1 einen Zustand einzuprägen, der eine Außerinbetriebnahme z.B. beim Service ermöglicht. In diesem Fall wird der Spannungsabbau im betreffenden Batteriemodul 1 durch die Ausgleichseinheit 60 und die Energieversorgungseinheit 30 bereitgestellt. Außerdem kann der Umrichter 20 dazu verwendet werden, die Wiederherstellung der Leistungsfähig des betreffenden Batteriemoduls 1 durch die Ausgleichseinheit 60 und die Energieversorgungseinheit 30 zur bewerkstelligen, indem der Spannungsabbau ausschließlich durch die Ausgleichseinheit 60 oder im Zusammenspiel mit dem äußeren Abbau der Spannung durch den Hauptumrichter 7 zur Umkehr der Spannung im betreffenden Batteriemodul 1 eingesetzt wird.These particularly advantageous embodiments, with the option of reversing the polarity of the balancing unit 60, allow the use of a unidirectional converter for the converter 20. As a result, the converter 20 can be used to imprint a state on the battery module 1 that enables decommissioning, e.g., during servicing. In this case, the voltage reduction in the respective battery module 1 is provided by the balancing unit 60 and the energy supply unit 30. Furthermore, the converter 20 can be used to restore the performance of the respective battery module 1 by the balancing unit 60 and the energy supply unit 30, by using the voltage reduction exclusively by the balancing unit 60 or in conjunction with the external voltage reduction by the main converter 7 to reverse the voltage in the respective battery module 1.

Des Weiteren kann auch die native Funktion der Ausgleichseinheit 60 dazu eingesetzt werden, einen Spannungsaufbau im betreffenden Batteriemodul 1 zu beschleunigen oder zu verzögern oder nicht zu beeinflussen. Die genannten drei Zustände können dabei durch die Nutzung eines unidirektionalen Umrichters 20 und einer Schalteinrichtung 52 mit Umpolfunktionalität umgesetzt werden. Die Steuereinheit 8 kann in diesem Fall die Polarität der Ausgleichseinheit 60 in Abhängigkeit vom gewünschten Zustand (Spannungsaufbau des betreffenden Batteriemoduls 1 beschleunigen oder verzögern) und vom aktuellen Betriebszustand des RFBS (Laden oder Entladen) anpassen, um mit einem unidirektionalen Umrichter 20 die gewünschte Funktion umzusetzen. Ohne die Schalteinrichtung 52 mit Polaritätswechsler wäre hierfür stets ein bidirektionaler Umrichter 20 nötig, der eine geringere Verfügbarkeit, eine höhere Ausfallwahrscheinlichkeit und höhere Kosten mit sich bringt.Furthermore, the native function of the balancing unit 60 can also be used to accelerate or delay, or not influence, a voltage build-up in the respective battery module 1. The three aforementioned states can be implemented by using a unidirectional converter 20 and a switching device 52 with polarity reversal functionality. In this case, the control unit 8 can adjust the polarity of the balancing unit 60 depending on the desired state (accelerating or delaying the voltage build-up of the respective battery module 1) and the current operating state of the RFBS (charging or discharging) in order to implement the desired function with a unidirectional converter 20. Without the switching device 52 with polarity reversal, a bidirectional converter 20 would always be necessary, which entails lower availability, a higher probability of failure, and higher costs.

Die oben benannten Ausführungsformen der Schalteinrichtung 52 könnten bei fehlerhafter Ansteuerung oder Fehler in den Schaltern zu Störungen der Ausgleichseinheit 60 und/oder des betreffenden Batteriemoduls 1 führen. Die Einheit zur Erhöhung der Verfügbarkeit 50 kann zur Vermeidung der genannten Probleme, um eine Schutzeinrichtung erweitert werden, welche in 3 mit 51 bezeichnet ist und welche durch aktive oder passive elektronische Bauteile den Schutz vor Verpolung oder eine erzwungene Stromumkehr am Ausgang des Umrichters 20 verhindert. The above-mentioned embodiments of the switching device 52 could lead to malfunctions of the balancing unit 60 and/or the respective battery module 1 in the event of faulty control or errors in the switches. The unit for increasing the availability 50 can be extended to avoid the problems mentioned by a protective device, which in 3 designated 51 and which, through active or passive electronic components, prevents protection against reverse polarity or forced current reversal at the output of the converter 20.

Damit ein Redox-Flow-Batterie-System, die oben kurz angedeuteten und im Folgenden detailliert ausgeführten Verfahrensschritte automatisiert auszuführen kann, umfasst es ein Computersystem. Der Begriff Computersystem bezeichnet alle Einrichtungen, die geeignet sind, die beschriebenen Verfahrensschritte automatisiert durchzuführen, insbesondere auch besonders dafür entwickelte Speicherprogrammierbare Steuerungen, ICs oder Mikrocontroller, sowie ASICs (ASIC: application specific integrated circuit). Dabei kann die Steuereinrichtung 8 selbst ein geeignetes Computersystem umfassen. Alternativ kann das Computersystem auch eine separate Einrichtung darstellen oder Teil einer separaten Einrichtung sein. Die vorliegende Anmeldung ist auch auf ein Computerprogramm gerichtet, welches Befehle umfasst, die bewirken, dass das Batterie-System die oben beschriebenen Verfahrensschritte ausführt. Außerdem ist die vorliegende Anmeldung auf ein computerlesbares Medium gerichtet, auf dem ein solches Computerprogramm gespeichert ist.In order for a redox flow battery system to be able to automatically carry out the process steps briefly outlined above and detailed below, it includes a computer system. The term computer system refers to all devices suitable for automatically carrying out the described process steps, in particular especially programmable logic controllers, ICs or microcontrollers, as well as ASICs (ASIC: application specific integrated circuit) specially developed for this purpose. The control device 8 itself can comprise a suitable computer system. Alternatively, the computer system can also represent a separate device or be part of a separate device. The present application is also directed to a computer program comprising instructions that cause the battery system to carry out the method steps described above. Furthermore, the present application is directed to a computer-readable medium on which such a computer program is stored.

Beschreibung der mit dem erfindungsgemäßen Batterie-System möglichen Verfahren:Description of the processes possible with the battery system according to the invention:

Erhöhung der Verfügbarkeit:Increase availability:

Bei einem Fehler in mindestens einem der Ausgleichseinheiten 60 kann es zu einer negativen Beeinflussung des zugehörigen Batteriemoduls 1 kommen. Um dies zu verhindern und so die Verfügbarkeit des Batterie-Systems insgesamt zu erhöhen, wird die betreffende Ausgleichseinheit im Fehlerfall vom zugehörigen Batteriemodul 1 elektrisch getrennt.A fault in at least one of the balancing units 60 may negatively affect the associated battery module 1. To prevent this and thus increase the availability of the battery system as a whole, the balancing unit in question is electrically disconnected from the associated battery module 1 in the event of a fault.

Die Trennung der Batteriemodule 1 oder der Zellanordnungen 2 vom unidirektionalen oder bidirektionalen Umrichter 20 kann mit Hilfe der Schalteinrichtung 52 bewerkstelligt werden, indem einer der folgenden Schritte ausgeführt wird:

  • - Öffnen des Schalters 53 in einer Ein-Schalter-Konfiguration, wie in dargestellt.
  • - Öffnen mindestens eines Schalters 54 oder 55 in einer Zwei-Schalter-Konfiguration, wie in dargestellt
  • - Verschieben mindestens eines Schalters 54a oder 55b in eine neutrale Position in einer Konfiguration mit zwei Schaltern (mit neutralen Positionen), wie in dargestellt.
  • - Öffnen aller Schalter 56, 57, 58 und 59 in einer Konfiguration mit vier Schaltern, wie in dargestellt.
The separation of the battery modules 1 or the cell assemblies 2 from the unidirectional or bidirectional converter 20 can be accomplished with the aid of the switching device 52 by performing one of the following steps:
  • - Opening switch 53 in a one-switch configuration, as in shown.
  • - Opening at least one switch 54 or 55 in a two-switch configuration, as in shown
  • - Moving at least one switch 54a or 55b to a neutral position in a configuration with two switches (with neutral positions), as in shown.
  • - Opening all switches 56, 57, 58 and 59 in a four-switch configuration, as in shown.

Initialisierung oder Wiederherstellung der Betriebsfähigkeit nach einer erstmaligen Inbetriebsetzung oder nach einer Entladung:Initialization or restoration of operational capability after initial commissioning or after discharge:

Die Initialisierung der Batteriemodule 1 mit einem unidirektionalen oder bidirektionalen Umrichter 20 kann mit einer Schalteinrichtung 52 erfolgen, indem einer der folgenden Schritte ausgeführt wird:

  • - Schließen des Schalters 53 in einer Ein-Schalter-Konfiguration, wie in dargestellt, und Anlegen einer Ladeleistung an das Batteriemodul 1 (insbesondere an die Zellanordnung 2) mit laufenden Pumpen zur Durchführung der Erstladung des Batteriemoduls 1 und ohne laufende Pumpen zur Durchführung der Erstladung der Zellanordnung 2.
  • - Schließen der beiden Schalter 54 und 55 in einer Konfiguration mit zwei Schaltern, wie in dargestellt, und Anlegen einer Ladeleistung an das Batteriemodul 1 (insbesondere an die Zellanordnung 2) mit laufenden Pumpen, um eine Anfangsladung des Batteriemoduls 1 durchzuführen, und ohne laufende Pumpen, um eine Anfangsladung der Zellanordnung 2 durchzuführen.
  • - Schalten der beiden Schalter 54a und 55b in die erste Position in einer Zwei-Schalter-Konfiguration, wie in dargestellt, und anlegen einer Ladeleistung an das Batteriemodul 1 (insbesondere an die Zellanordnung 2), wobei die Pumpen laufen, um eine Erstladung des Batteriemoduls 1 durchzuführen, und ohne, dass die Pumpen laufen, um eine Erstladung der Zellanordnung 2 durchzuführen.
  • - Schließen der beiden Schalter 57 und 58 in einer Konfiguration mit vier Schaltern, wie in dargestellt, und Anlegen einer Ladeleistung an das Batteriemodul 1 (insbesondere an die Zellanordnung 2) mit laufenden Pumpen, um eine Anfangsladung des Batteriemoduls 1 durchzuführen, und ohne laufende Pumpen, um eine Anfangsladung der Zellanordnung 2 durchzuführen.
The initialization of the battery modules 1 with a unidirectional or bidirectional converter 20 can be carried out with a switching device 52 by performing one of the following steps:
  • - Closing switch 53 in a one-switch configuration, as in shown, and applying a charging power to the battery module 1 (in particular to the cell arrangement 2) with running pumps to carry out the initial charge of the battery module 1 and without running pumps to carry out the initial charge of the cell arrangement 2.
  • - Closing the two switches 54 and 55 in a two-switch configuration, as in shown, and applying a charging power to the battery module 1 (in particular to the cell arrangement 2) with running pumps in order to carry out an initial charge of the battery module 1, and without running pumps in order to carry out an initial charge of the cell arrangement 2.
  • - Switching the two switches 54a and 55b to the first position in a two-switch configuration, as in shown, and applying a charging power to the battery module 1 (in particular to the cell arrangement 2), with the pumps running to carry out an initial charge of the battery module 1, and without the pumps running to carry out an initial charge of the cell arrangement 2.
  • - Closing the two switches 57 and 58 in a four-switch configuration, as in shown, and applying a charging power to the battery module 1 (in particular to the cell arrangement 2) with running pumps in order to carry out an initial charge of the battery module 1, and without running pumps in order to carry out an initial charge of the cell arrangement 2.

De-Initialisierung oder Bereitstellung eines Zustands der eine Außerinbetriebnahme z.B. beim Service unterstützt:De-initialization or provision of a state that supports decommissioning, e.g. during service:

Die De-Initialisierung des betreffenden Batteriemoduls 1 oder der Zellanordnung 2 unter Verwendung eines bidirektionalen Umrichters 20 kann mit einer Schalteinrichtung 52 erreicht werden, indem einer der folgenden Schritte ausgeführt wird:

  • - Schließen des Schalters 53 in einer Ein-Schalter-Konfiguration, wie in dargestellt, und Anlegen einer Entladeleistung an das Batteriemodul 1 (insbesondere an den Zellanordnung 2) mit laufenden Pumpen, um die De-Initialisierung des Batteriemoduls 1 durchzuführen, und ohne laufende Pumpen, um die De-Initialisierung der Zellanordnung 2 durchzuführen.
  • - Schließen beider Schalter 54 und 55 in einer Konfiguration mit zwei Schaltern, wie in dargestellt, und Anlegen einer Entladeleistung an das Batteriemodul 1 (insbesondere an die Zellanordnung 2) mit laufenden Pumpen, um eine De-Initialisierung des Batteriemoduls 1 durchzuführen, und ohne laufende Pumpen, um eine De-Initialisierung der Zellanordnung 2 durchzuführen.
  • - Schalten der beiden Schalter 54a und 55b in eine erste Position in einer Konfiguration mit zwei Schaltern, wie in dargestellt, und Anlegen einer Entladeleistung an das Batteriemodul 1 (insbesondere an die Zellanordnung 2), wobei die Pumpen laufen, um eine De-Initialisierung des Batteriemoduls 1 durchzuführen, und ohne, dass die Pumpen laufen, um eine De-Initialisierung der Zellanordnung (2) durchzuführen.
  • - Schließen der beiden Schalter 57 und 58 in einer Konfiguration mit vier Schaltern, wie in dargestellt, und Anlegen einer Entladeleistung an das Batteriemodul 1 (insbesondere an der Zellanordnung 2) bei laufenden Pumpen, um eine De-Initialisierung des Batteriemodul 1 durchzuführen, und ohne laufende Pumpen, um eine De-Initialisierung der Zellanordnung 2 durchzuführen.
The de-initialization of the respective battery module 1 or cell assembly 2 using a bidirectional converter 20 can be achieved with a switching device 52 by performing one of the following steps:
  • - Closing switch 53 in a one-switch configuration, as in shown, and applying a discharge power to the battery module 1 (in particular to the cell assembly 2) with running pumps to perform the deinitialization of the battery module 1, and without running pumps to perform the deinitialization of the cell assembly 2.
  • - Closing both switches 54 and 55 in a two-switch configuration, as in shown, and applying a discharge power to the battery module 1 (in particular to the cell arrangement 2) with running pumps in order to de-initialize the battery module 1, and without running pumps, to de-initialize cell array 2.
  • - Switching the two switches 54a and 55b to a first position in a two-switch configuration as shown in shown, and applying a discharge power to the battery module 1 (in particular to the cell arrangement 2) with the pumps running to perform a deinitialization of the battery module 1, and without the pumps running to perform a deinitialization of the cell arrangement (2).
  • - Closing the two switches 57 and 58 in a four-switch configuration, as in shown, and applying a discharge power to the battery module 1 (in particular to the cell arrangement 2) with the pumps running in order to de-initialize the battery module 1, and without the pumps running in order to de-initialize the cell arrangement 2.

Die De-Initialisierung des betreffenden Batteriemoduls 1 oder der Zellanordnung 2 mit einem unidirektionalen oder bidirektionalen (nur die Ladefunktion unterstützenden) Umrichter 20 kann mit einer Schalteinrichtung 52 erreicht werden, indem einer der folgenden Schritte ausgeführt wird:

  • - Umschalten der beiden Schalter 54a und 55b auf eine dritte Position in einer Zwei-Schalter-Konfiguration, wie in dargestellt, und Anlegen einer Ladeleistung an das Batteriemodul 1 (insbesondere an die Zellanordnung 2) mit laufenden Pumpen, um die De-Initialisierung des Batteriemoduls 1 durchzuführen, und ohne laufende Pumpen, um die De-Initialisierung der Zellanordnung 2 durchzuführen. In diesem Fall ist eine Verpolungsschutzschaltung 51 erforderlich.
  • - Schließen der beiden Schalter 56 und 59 in einer Konfiguration mit vier Schaltern, wie in dargestellt, und Anlegen einer Ladespannung an das Batteriemodul 1 (insbesondere an die Zellanordnung 2), wobei die Pumpen zur Durchführung der De-Initialisierung des Batteriemoduls 1 laufen und die Pumpen zur Durchführung der De-Initialisierung der Zellanordnung 2 nicht laufen. In diesem Fall ist eine Verpolungsschutzschaltung 51 erforderlich.
The de-initialization of the respective battery module 1 or cell arrangement 2 with a unidirectional or bidirectional (only supporting the charging function) converter 20 can be achieved with a switching device 52 by performing one of the following steps:
  • - Switching the two switches 54a and 55b to a third position in a two-switch configuration, as in shown, and applying a charging power to the battery module 1 (in particular to the cell assembly 2) with pumps running to perform the deinitialization of the battery module 1, and without pumps running to perform the deinitialization of the cell assembly 2. In this case, a reverse polarity protection circuit 51 is required.
  • - Closing the two switches 56 and 59 in a four-switch configuration, as in shown, and applying a charging voltage to the battery module 1 (in particular to the cell assembly 2), wherein the pumps for performing the deinitialization of the battery module 1 are running and the pumps for performing the deinitialization of the cell assembly 2 are not running. In this case, a reverse polarity protection circuit 51 is required.

Verringerung von während dem Laden und Entladen eines Redox-Flow-Batterie-Systems auftretenden Ungleichgewichten:Reducing imbalances occurring during charging and discharging of a redox flow battery system:

Der Ausgleich des Ladezustands (SOC) einer Gruppe von Modulen, die in einer String-Konfiguration verbunden sind, kann durch die Verwendung eines bidirektionalen Umrichters 20 zusammen mit einer Schalteinrichtung 52 erreicht werden, indem einer der folgenden Schritte ausgeführt wird:

  • - Schließen des Schalters 53 in einer Ein-Schalter-Konfiguration wie in dargestellt und Anlegen einer Lade- oder Entladeleistung an das Batteriemodul 1.
  • - Schließen der beiden Schalter 54 und 55 in einer Konfiguration mit zwei Schaltern, wie in dargestellt, und Anlegen einer Lade- oder Entladeleistung an das Batteriemodul 1.
  • - Schalten der beiden Schalter 54a und 55b in eine erste Position in einer Zwei-Schalter-Konfiguration, wie in dargestellt, und Anlegen einer Lade- oder Entladeleistung an das Batteriemodul 1.
  • - Schließen der beiden Schalter 57 und 58 in einer Konfiguration mit vier Schaltern, wie in dargestellt, und Anlegen einer Lade- oder Entladeleistung an das Batteriemodul 1.
Balancing the state of charge (SOC) of a group of modules connected in a string configuration can be achieved by using a bidirectional inverter 20 together with a switching device 52 by performing one of the following steps:
  • - Closing switch 53 in a one-switch configuration as in shown and applying a charging or discharging power to the battery module 1.
  • - Closing the two switches 54 and 55 in a two-switch configuration, as in shown, and applying a charging or discharging power to the battery module 1.
  • - Switching the two switches 54a and 55b to a first position in a two-switch configuration, as in shown, and applying a charging or discharging power to the battery module 1.
  • - Closing the two switches 57 and 58 in a four-switch configuration, as in shown, and applying a charging or discharging power to the battery module 1.

Außerdem kann der Ausgleich des Ladezustands (SOC) einer Gruppe von Modulen, die in einer String-Konfiguration verbunden sind, durch Verwendung eines unidirektionalen oder bidirektionalen (nur die Ladefunktion unterstützenden) Umrichters 20 zusammen mit einer Schalteinrichtungen 52 erreicht werden, indem einer der folgenden Schritte ausgeführt wird:

  • - Umschalten beider Schalter 54a und 55b auf eine dritte Position in einer Zwei-Schalter-Konfiguration, wie in dargestellt, und Anlegen einer Ladeleistung an das Batteriemodul 1. In diesem Fall ist eine Verpolungsschutzschaltung 51 erforderlich.
  • - In einer Konfiguration mit vier Schaltern, wie in dargestellt, Schließen beider Schalter 56 und 59 und Anlegen einer Ladespannung an das Batteriemodul 1. In diesem Fall ist eine Verpolungsschutzschaltung 51 erforderlich.
In addition, balancing the state of charge (SOC) of a group of modules connected in a string configuration can be achieved by using a unidirectional or bidirectional (supporting only the charging function) inverter 20 together with a switching device 52 by performing one of the following steps:
  • - Switching both switches 54a and 55b to a third position in a two-switch configuration, as in shown, and applying a charging power to the battery module 1. In this case, a reverse polarity protection circuit 51 is required.
  • - In a four-switch configuration, as in shown, closing both switches 56 and 59 and applying a charging voltage to the battery module 1. In this case, a reverse polarity protection circuit 51 is required.

Wiederherstellung der Leistungsfähigkeit eines Batteriemoduls 1:Restoring the performance of a battery module 1:

Die Umkehrung der Polarität der Zellanordnung 2 kann für die Erholung der Zellalterung von Vorteil sein, indem die Zellanordnung 2 mit einer negativen Spannung geladen wird. Dies kann durch Verwendung eines unidirektionalen oder bidirektionalen (nur die Ladefunktion unterstützenden) Umrichters 20 zusammen mit der Schalteinrichtungen 52 und eines Batteriemoduls 1 erreicht werden, indem einer der folgenden Schritte ausgeführt wird:

  • - Umschalten beider Schalter 54a und 55b auf Position 3 in einer Zwei-Schalter-Konfiguration, wie in dargestellt, Anpassen der Drehzahl der Pumpen, um einen reduzierten oder keinen Durchfluss durch die Zellanordnung 2 einzustellen, und Anlegen einer Ladeleistung an das Batteriemodul 1. In diesem Fall ist eine Verpolungsschutzschaltung 51 erforderlich.
  • - In einer Konfiguration mit vier Schaltern, wie in dargestellt, Schließen der beiden Schalter 56 und 59, Anpassen der Drehzahl der Pumpen, um einen reduzierten oder keinen Durchfluss durch die Zellanordnung 2 einzustellen, und Versorgung dss Batteriemoduls 1 mit einer Ladeleistung. In diesem Fall ist eine Verpolungsschutzschaltung 51 erforderlich.
Reversing the polarity of the cell array 2 can be beneficial for cell aging recovery by charging the cell array 2 with a negative voltage. This can be achieved by using a unidirectional or bidirectional (supporting only the charging function) inverter 20 together with the switching device 52 and a battery module 1 by performing one of the following steps:
  • - Switching both switches 54a and 55b to position 3 in a two-switch configuration, as in shown, adjusting the speed of the pumps to achieve reduced or no flow through the cell arrangement 2 and applying a charging power to the battery module 1. In this case, a reverse polarity protection circuit 51 is required.
  • - In a four-switch configuration, as in shown, closing the two switches 56 and 59, adjusting the speed of the pumps to achieve a reduced or no flow through the cell array 2, and supplying the battery module 1 with a charging power. In this case, a reverse polarity protection circuit 51 is required.

Trennen des betreffenden Batteriemoduls 1 von der Ausgleichseinheit 60:Disconnecting the relevant battery module 1 from the balancing unit 60:

Die Trennung des betreffenden Batteriemodul 1 bzw. der zugehörigen Zellanordnung (2) vom unidirektionalen oder bidirektionalen Umrichter 20 mit Hilfe der Schalteinrichtungen (52) wird erreicht, indem einer der folgenden Schritte ausgeführt wird:

  • - Öffnen des Schalters 53 in einer Ein-Schalter-Konfiguration, wie in dargestellt.
  • - Öffnen mindestens eines Schalters 54 oder 55 in einer Zwei-Schalter-Konfiguration, wie in dargestellt
  • - Verschieben mindestens eines Schalters 54a oder 55b in eine neutrale Position in einer Konfiguration mit zwei Schaltern (mit neutralen Positionen), wie in dargestellt.
  • - Öffnen aller Schalter 56, 57, 58 und 59 in einer Konfiguration mit vier Schaltern, wie in dargestellt.
The separation of the respective battery module 1 or the associated cell arrangement (2) from the unidirectional or bidirectional converter 20 by means of the switching devices (52) is achieved by carrying out one of the following steps:
  • - Opening switch 53 in a one-switch configuration, as in shown.
  • - Opening at least one switch 54 or 55 in a two-switch configuration, as in shown
  • - Moving at least one switch 54a or 55b to a neutral position in a configuration with two switches (with neutral positions), as in shown.
  • - Opening all switches 56, 57, 58 and 59 in a four-switch configuration, as in shown.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
BatteriemodulBattery module
22
ZellanordnungCell arrangement
33
TankeinrichtungTank facility
44
Messeinrichtung zur Bestimmung der LeerlaufspannungMeasuring device for determining the open circuit voltage
55
Messeinrichtung zur Bestimmung der KlemmenspannungMeasuring device for determining the terminal voltage
66
Hilfssysteme im BatteriemodulAuxiliary systems in the battery module
77
Bidirektionaler Wechselrichter / HauptumrichterBidirectional inverter / main converter
88
SteuereinheitControl unit
99
Bypass-SchalterBypass switch
2020
AC-DC-UmrichterAC-DC converter
3030
EnergieversorgungseinheitPower supply unit
4040
Schutz- und IsolationseinheitProtection and insulation unit
4141
SchutzeinheitProtection unit
4242
IsolationseinheitIsolation unit
5050
Einheit zur Erhöhung der VerfügbarkeitUnit to increase availability
5151
VerpolungsschutzschaltungReverse polarity protection circuit
5252
Schalteinrichtungswitching device
5353
SchalterSwitch
5454
SchalterSwitch
54a54a
SchalterSwitch
5555
SchalterSwitch
55b55b
SchalterSwitch
5656
SchalterSwitch
5757
SchalterSwitch
5858
SchalterSwitch
5959
SchalterSwitch
6060
Ausgleichseinheitbalancing unit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (18)

Redox-Flow-Batterie-System umfassend wenigstens zwei Batteriemodule (1), einen Hauptumrichter (7), eine Energieversorgungseinheit (30) und eine Steuereinrichtung (8), wobei die Batteriemodule (1) in Serie geschaltet und mit dem Hauptumrichter (7) verbunden sind, und wobei jedes Batteriemodul (1) eine Zellanordnung (2) mit einer Vielzahl von Redox-Flow-Zellen und eine Tankeinrichtung (3) zum Speichern von Elektrolytflüssigkeit und Pumpen zur Versorgung der Zellanordnung (2) mit Elektrolytflüssigkeit umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterie-System für wenigstens zwei Batteriemodule (1) jeweils eine Ausgleichseinheit (60) umfasst, und wobei jeweils ein Anschluss von jeder Ausgleicheinheit (60) mit dem zugehörigen Batteriemodul (1) verbunden ist, und ein zweiter Anschluss von jeder Ausgleichseinheit (60) mit der Energieversorgungseinheit (30) verbunden ist, und wobei jede Ausgleichseinheit (60) einen Umrichter (20) und eine Einheit zur Erhöhung der Verfügbarkeit (50) umfasst, und wobei die Einheit zur Erhöhung der Verfügbarkeit (50) auf einer ersten Seite mit dem Umrichter (20) und auf einer zweiten Seite mit dem zugehörigen Batteriemodul (1) verbunden ist, und wobei die Steuereinrichtung (8) so ausgebildet ist, dass dieselbe die Ausgleichseinheiten (60), die Pumpen in den Batteriemodulen (1) und den Hauptumrichter (7) steuern kann.Redox flow battery system comprising at least two battery modules (1), a main converter (7), a power supply unit (30) and a control device (8), wherein the battery modules (1) are connected in series and to the main converter (7), and wherein each battery module (1) comprises a cell arrangement (2) with a plurality of redox flow cells and a tank device (3) for storing electrolyte fluid and pumps for supplying the cell arrangement (2) with electrolyte fluid, characterized in that the battery system comprises a balancing unit (60) for at least two battery modules (1), and wherein one connection of each balancing unit (60) is connected to the associated battery module (1), and a second connection of each balancing unit (60) is connected to the power supply unit (30), and wherein each balancing unit (60) comprises a converter (20) and a unit for increasing availability (50), and wherein the unit for increasing availability (50) is connected on a first side to the converter (20) and on a second side to the associated battery module (1), and wherein the control device (8) is designed such that it can control the balancing units (60), the pumps in the battery modules (1) and the main converter (7). Redox-Flow-Batterie-System nach Anspruch 1, wobei die Umrichter (20) bidirektional oder unidirektional ausgeführt sind und über Gleich- oder Wechselspannung mit der Energieversorgungseinheit (30) verbunden sind, und wobei die Einheiten zur Erhöhung der Verfügbarkeit (50) jeweils eine Schalteinrichtung (52) umfassen, und wobei jede Schalteinrichtung wenigstens einen Schalter (53, 54, 55, 54a, 55b, 56, 57, 58, 59) umfasst.Redox flow battery system according to Claim 1 , wherein the converters (20) are bidirectional or unidirectional and are connected to the energy supply unit (30) via direct or alternating voltage, and wherein the units for increasing the availability (50) each comprise a switching device (52), and wherein each switching device comprises at least one switch (53, 54, 55, 54a, 55b, 56, 57, 58, 59). Redox-Flow-Batterie-System nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Energieversorgungseinheit (30) als unterbrechungsfreie Versorgung ausgebildet ist, und wobei jedes Batteriemodul (1) Hilfssysteme (6) umfasst, und wobei der Hauptumrichter (7) Hilfssysteme umfasst, und wobei die Hilfssysteme (6) der Batteriemodule (1) und die Hilfssysteme des Hauptumrichters (7) und die Steuereinrichtung (8) durch die Energieversorgungseinheit (30) mit elektrischer Energie versorgt werden.Redox flow battery system according to Claim 1 or 2 , wherein the energy supply unit (30) is designed as an uninterruptible supply, and wherein each battery module (1) comprises auxiliary systems (6), and wherein the main converter (7) comprises auxiliary systems, and wherein the auxiliary systems (6) of the battery modules (1) and the auxiliary systems of the main converter (7) and the control device (8) are supplied with electrical energy by the energy supply unit (30). Redox-Flow-Batterie-System einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Energieversorgungseinheit (30) eine Wechselspannung bereitstellt, und wobei die Umrichter (20) als AC-DC-Umrichter ausgebildet sind.Redox flow battery system one of the Claims 1 until 3 , wherein the power supply unit (30) provides an alternating voltage, and wherein the converters (20) are designed as AC-DC converters. Redox-Flow-Batterie-System einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Energieversorgungseinheit (30) eine Gleichspannung bereitstellt, und wobei die Umrichter (20) als DC-DC-Umrichter ausgebildet sind.Redox flow battery system one of the Claims 1 until 3 , wherein the power supply unit (30) provides a DC voltage, and wherein the converters (20) are designed as DC-DC converters. Redox-Flow-Batterie-System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei jede Ausgleichseinheit (60) eine Schutz- und Isolationseinheit (40) umfasst, welche so ausgebildet ist, dass dieselbe das Potential der Energieversorgungseinheit (30) von dem Potential des zugehörigen Batteriemoduls (1) galvanisch trennt.Redox flow battery system according to one of the preceding claims, wherein each balancing unit (60) comprises a protection and insulation unit (40) which is designed such that it galvanically separates the potential of the energy supply unit (30) from the potential of the associated battery module (1). Redox-Flow-Batterie-System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei jede Schalteinrichtung (52) wenigstens zwei Schalter (54, 55, 54a, 55b, 56, 57, 58, 59) umfasst.Redox flow battery system according to one of the Claims 2 until 6 , wherein each switching device (52) comprises at least two switches (54, 55, 54a, 55b, 56, 57, 58, 59). Redox-Flow-Batterie-System nach Anspruch 7, wobei die Umrichter (20) unidirektional ausgeführt sind und über Gleich- oder Wechselspannung mit der Energieversorgungseinheit (30) verbunden sind.Redox flow battery system according to Claim 7 , wherein the converters (20) are unidirectional and are connected to the power supply unit (30) via direct or alternating voltage. Redox-Flow-Batterie-System nach Anspruch 8, wobei jede Schalteinrichtung (52) so ausgeführt ist, dass dieselbe die Polarität der Ausgleichseinheit (60) bezüglich des zugehörigen Batteriemoduls (1) wechseln kann, und wobei jede Einheit zur Erhöhung der Verfügbarkeit (50) eine Schutzeinrichtung (51) umfasst, welche so ausgebildet ist, dass dieselbe den zugehörigen Umrichter (20) vor unzulässigen Polaritätszuständen schützen kann.Redox flow battery system according to Claim 8 , wherein each switching device (52) is designed such that it can change the polarity of the balancing unit (60) with respect to the associated battery module (1), and wherein each unit for increasing availability (50) comprises a protective device (51) which is designed such that it can protect the associated converter (20) from inadmissible polarity states. Redox-Flow-Batterie-System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Batterie-System für jedes Batteriemodul (1) einen Bypass-Schalter (9) umfasst, wobei der erste Schalter (9) jeweils parallel zu dem zugehörigen Batteriemodul (1) angeordnet ist, und wobei die Steuereinrichtung (8) mit jedem der Bypass-Schalter (9) so verbunden ist, dass dieselbe die jeweilige Schalterstellung der Bypass-Schalter (9) bestimmen kann, um die Batteriemodule (1) in die Serien-Schaltung hinein- oder aus der Serien-Schaltung herauszuschalten.Redox flow battery system according to one of the preceding claims, wherein the battery system comprises a bypass switch (9) for each battery module (1), wherein the first switch (9) is arranged in parallel with the associated battery module (1), and wherein the control device (8) is connected to each of the bypass switches (9) in such a way that it can determine the respective switch position of the bypass switches (9) in order to switch the battery modules (1) into or out of the series circuit. Verfahren zur Erhöhung der Verfügbarkeit der Batteriemodule (1) in einem Redox-Flow-Batterie-System gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, welches bei mindestens einem Fehler in mindestens einem der Ausgleichseinheiten (60), mindestens einen Schalter (53, 54, 55, 54a, 55b, 56, 57, 58, 59) der zum betroffenen Batteriemodul (1) gehörigen Schalteinrichtung (52) ansteuert, um eine weitere Beeinflussung des betroffenen Batteriemoduls (1) durch Trennen der Verbindung zwischen der zugehörigen Ausgleichseinheit (60) und dem betroffenen Batteriemodul (1) zu unterbinden.Method for increasing the availability of the battery modules (1) in a redox flow battery system according to one of the Claims 2 until 8 which, in the event of at least one fault in at least one of the balancing units (60), controls at least one switch (53, 54, 55, 54a, 55b, 56, 57, 58, 59) of the switching device (52) belonging to the affected battery module (1) in order to prevent further influencing of the affected battery module (1) by separating the connection between the associated balancing unit (60) and the affected battery module (1). Verfahren zur Verringerung von während des Ladens und Entladens eines Redox-Flow-Batterie-Systems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 auftretenden Ungleichgewichten, wobei die Steuereinrichtung (8) die Ausgleichseinheiten (60) und den Hauptumrichter (7) steuern kann, und wobei das Verfahren wenigstens einen der folgenden Schritte umfasst: - Beim Laden des Batterie-Systems wird eine Ausgleichseinheit (60) durch die Steuereinrichtung (8) zur Verringerung des Unterschieds eines ersten und zweiten Batteriemoduls (1) hinsichtlich einer Regelgröße so angesteuert, dass mindestens ein Umrichter (20) so viel elektrische Energie an ein Batteriemodul (1) überträgt, dass dadurch eines der beiden Batteriemodule (1) weniger schnell geladen wird als das andere Batteriemodul (1); - Beim Entladen des Batterie-Systems wird eine Ausgleichseinheit (60) durch die Steuereinrichtung (8) zur Verringerung des Unterschieds eines ersten und zweiten Batteriemoduls (1) hinsichtlich einer Regelgröße so angesteuert, dass ein mindestens ein Umrichter (20) ) so viel elektrische Energie von einem Batteriemodul (1) abführt, dass dadurch eines der beiden Batteriemodule (1) weniger schnell entladen wird als das andere Batteriemodul.Method for reducing during charging and discharging of a redox flow battery system according to one of the Claims 1 until 8 on occurring imbalances, wherein the control device (8) can control the balancing units (60) and the main converter (7), and wherein the method comprises at least one of the following steps: - When charging the battery system, a balancing unit (60) is controlled by the control device (8) to reduce the difference between a first and a second battery module (1) with regard to a controlled variable in such a way that at least one converter (20) transfers so much electrical energy to a battery module (1) that one of the two battery modules (1) is charged less quickly than the other battery module (1); - When discharging the battery system, a balancing unit (60) is controlled by the control device (8) to reduce the difference between a first and a second battery module (1) with regard to a controlled variable in such a way that at least one converter (20) dissipates so much electrical energy from a battery module (1) that one of the two battery modules (1) is discharged less quickly than the other battery module. Verfahren zur Verringerung von während des Ladens und Entladens eines Redox-Flow-Batterie-Systems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 auftretenden Ungleichgewichten, dass die Steuereinrichtung (8) den Ausgleichseinheit (60) und bidirektionalen Hauptumrichter (7) steuern kann, und wobei das Verfahren wenigstens einen der folgenden Schritte umfasst: - Beim Laden des Batterie-Systems wird eine Ausgleichseinheit (60) durch die Steuereinrichtung (8) zur Verringerung des Unterschieds eines ersten und zweiten Batteriemoduls (1) hinsichtlich einer Regelgröße so angesteuert, dass mindestens ein Umrichter (20) so viel elektrische Energie an ein Batteriemodul (1) abführt, dass dadurch eines der beiden Batteriemodule (1) schneller geladen wird als das andere Batteriemodul (1); - Beim Entladen des Batterie-Systems wird eine Ausgleichseinheit (60) durch die Steuereinrichtung (8) zur Verringerung des Unterschieds eines ersten und zweiten Batteriemoduls (1) hinsichtlich einer Regelgröße so angesteuert, dass ein mindestens ein Umrichter (20) so viel elektrische Energie an mindestens einer Schnittstelle zum Batteriemodul (1) überträgt, dass dadurch eines der beiden Batteriemodule (1) schneller entladen wird als das andere Batteriemodul (1).Method for reducing during charging and discharging of a redox flow battery system according to one of the Claims 1 until 8 occurring imbalances, that the control device (8) can control the balancing unit (60) and bidirectional main converter (7), and wherein the method comprises at least one of the following steps: - When charging the battery system, a balancing unit (60) is controlled by the control device (8) to reduce the difference between a first and second battery module (1) with regard to a controlled variable in such a way that at least one converter (20) transfers so much electrical energy to a battery module (1) that one of the two battery modules (1) is charged faster than the other battery module (1); - When discharging the battery system, a balancing unit (60) is controlled by the control device (8) to reduce the difference between a first and second battery module (1) with regard to a controlled variable in such a way that at least one converter (20) transfers so much electrical energy to at least one interface to the battery module (1) that one of the two battery modules (1) is discharged faster than the other battery module (1). Verfahren nach 12 und 13, wobei die die Steuereinrichtung (8) die Ausgleichseinheit (60) und den bidirektionalen Umrichter (7) so steuern kann, dass die Steuereinrichtung (8) mindestens eine Einheit zur Erhöhung der Verfügbarkeit (50) mit der Schalteinrichtung (52) ansteuert, dass durch den Wechsel der Polarität der Ausgleichseinheit (60), die Energie nicht zur Energieversorgungseinheit (30) abgeführt wird, sondern im Batteriemodul (1) verbleibt.Method according to 12 and 13, wherein the control device (8) can control the balancing unit (60) and the bidirectional converter (7) in such a way that the control device (8) controls at least one unit for increasing the availability (50) with the switching device (52) such that by changing the polarity of the balancing unit (60), the energy is not discharged to the energy supply unit (30) but remains in the battery module (1). Verfahren nach einem der 11 bis 14 Ansprüche wobei die die Steuereinrichtung (8) die Ausgleichseinheiten (60), den Hauptumrichter (7) und den Elektrolyttransfer in den Batteriemodulen (1) von der Tankeinrichtung (3) zur Zellanordnung (2) steuern kann, und wobei in jedem Batteriemodul (1) durch die Ausgleichseinheit (60) allein oder in Zusammenwirken mit dem Hauptumrichter (7) die Zellanordnung (2) entladen werden kann, wobei ein Elektrolyttransfer oder kein Elektrolyttransfer zur Zellanordnung (2) vorliegen kann und durch die Entladung der Zellanordnung (2) resultierende Spannungslevel an der betreffenden Zellanordnung in mindestens einem Batteriemodul (1) eine Außerinbetriebnahme oder einen Service unterstützt.Method according to one of claims 11 to 14, wherein the control device (8) can control the equalization units (60), the main converter (7) and the electrolyte transfer in the battery modules (1) from the tank device (3) to the cell arrangement (2), and wherein in each battery module (1) the cell arrangement (2) can be discharged by the equalization unit (60) alone or in cooperation with the main converter (7), wherein there can be an electrolyte transfer to the cell arrangement (2) or no electrolyte transfer, and the voltage level at the relevant cell arrangement in at least one battery module (1) resulting from the discharge of the cell arrangement (2) supports decommissioning or servicing. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche wobei die die Steuereinrichtung (8) die Ausgleichseinheiten (60), den Hauptumrichter (7) und den Elektrolyttransfer in den Batteriemodulen (1) von der Tankeinrichtung (3) zur Zellanordnung (2) steuern kann, und wobei in jedem Batteriemodul (1) in einem Zustand in dem das Spannungspotential der betreffenden Zellanordnung (2) zu gering für eine Aktivierung des Hauptumrichters (7) ist, die betreffende Zellanordnung (2) durch die zugehörige Ausgleichseinheit (60) allein geladen wird, wobei ein Elektrolyttransfer oder kein Elektrolyttransfer zur Zellanordnung (2) vorliegen kann und bis sich mindestens ein Spannungsniveau einstellt das die Aktivierung des Hauptumrichters (7) erlaubt.Method according to one of the preceding claims, wherein the control device (8) can control the equalization units (60), the main converter (7) and the electrolyte transfer in the battery modules (1) from the tank device (3) to the cell arrangement (2), and wherein in each battery module (1), in a state in which the voltage potential of the cell arrangement (2) in question is too low for activation of the main converter (7), the cell arrangement (2) in question is charged by the associated equalization unit (60) alone, wherein there may or may not be an electrolyte transfer to the cell arrangement (2) and until at least one voltage level is reached which allows activation of the main converter (7). Verfahren zur Wiederherstellung der Leistungsfähigkeit eines Batteriemoduls (1) eines Redox-Flow-Batterie-Systems gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Steuereinrichtung (8) den Hauptumrichter (7), die Batteriemodule (1) und/oder die Ausgleichseinheiten (60) so steuern kann, dass während des Entladevorgangs des Redox-Flow-Batterie-Systems, in mindestens einem Batteriemodul (1) eine Umkehr der Spannung erfolgt.Method for restoring the performance of a battery module (1) of a redox flow battery system according to one of the Claims 1 until 10 , wherein the control device (8) can control the main converter (7), the battery modules (1) and/or the balancing units (60) in such a way that during the discharge process of the redox flow battery system, the voltage is reversed in at least one battery module (1). Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei die Steuereinrichtung (8) die Ausgleichseinheiten (60) und den Hauptumrichter (7) so steuern kann, dass die Steuereinrichtung (8) mindestens eine Einheit zur Erhöhung der Verfügbarkeit (50) mit der der zugehörigen Schalteinrichtung (52) so ansteuert, dass durch den Wechsel der Polarität der Ausgleichseinheit (60) in den Ausgleichseinheiten (60) jeweils ein unidirektionaler Umrichter (20) für den Spannungsaufbau und -abbau der zugehörigen Batteriemodule (1) genutzt werden kann.Method according to one of the Claims 11 until 17 , wherein the control device (8) can control the balancing units (60) and the main converter (7) in such a way that the control device (8) controls at least one unit for increasing the availability (50) with that of the associated switching device (52) in such a way that by changing the polarity of the balancing unit (60) in the balancing units (60) in each case a unidirectional converter (20) can be used for the voltage build-up and reduction of the associated battery modules (1).
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