knestronX · LPDC Plattform

Batteriewechselrichter aus drei Modulen

Die Low-Power-DC-Plattform (LPDC Plattform) verbindet das 230-VAC-Netz mit Batterien von 12 bis 65 VDC. AC/DC-Wandler, galvanische Trennung und bidirektionaler DC/DC-Wandler sind eigenständige Module mit je 3,6 kW. Sie lassen sich frei kombinieren und parallel schalten.

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230 VACNetz, Generator

AFEAC/DC

380 VDC

ISOgalvanische Trennung

70 VDC

DCDDC/DC

12–65 VDCBatterie, PV, Last

Energiefluss in beide Richtungen: laden aus Netz oder Generator, entladen ins Netz oder ins eigene Inselnetz.

3,6 kW

Nennleistung je Modul

5,8 kW

Spitzenleistung für 3 Sekunden

70 VDC

Zwischenkreis unter der 120-VDC-Grenze für SELV und PELV

12–65 VDC

Batteriespannung einstellbar

Die Module

Ein Strang, drei Aufgaben

Jedes Modul arbeitet bidirektional und hängt am internen CAN-Bus. Ein übergeordneter Master steuert Betriebsarten und Sollwerte.

AFE AC/DC-Wandlung

Active Front End zwischen 230-VAC-Netz und 380-VDC-Zwischenkreis. Als PFC-Gleichrichter lädt es aus Netz oder Generator, als Wechselrichter speist es zurück oder bildet ein eigenes Netz.

Eingangsstrom 6, 10 oder 16 A begrenzbar 3 Module zu Drehstrom 120° Netzbildender Betrieb Laden an der Ladesäule (CP/PP)

Überwachung: Überlast, Kurzschluss, Temperatur, Unter- und Überspannung

Kenngröße AC-Seite DC-Seite Spannung 230 VAC ±10 % 380 VDC Nennleistung 3,6 kW 3,6 kW Spitzenleistung (3 s) 5,4 kW 5,4 kW Nennstrom 16 A 10 A Spitzenstrom (3 s) 24 A 15 A

ISO Galvanische Trennung

Isolierter, bidirektionaler DC/DC-Wandler von 380 VDC auf 70 VDC. Er trennt den Hochvolt-Zwischenkreis sicher von der Kleinspannungsseite.

Isolationsfestigkeit 2 kV Isolationsfestigkeit 4 kV

Mit 70 VDC bleibt der Bus unter der Grenze von 120 VDC und lässt sich als SELV oder PELV ausführen.

Überwachung: Überlast, Kurzschluss, Temperatur

Kenngröße HV-Seite LV-Seite Spannung 380 VDC 70 VDC Nennleistung 3,6 kW 3,6 kW Spitzenleistung (3 s) 5,4 kW 5,8 kW Nennstrom 10 A 52 A Spitzenstrom (3 s) 15 A 83 A

DCD DC/DC-Wandlung

Bidirektionaler DC/DC-Wandler zwischen 70-VDC-Bus und Batterie, PV-Modul oder DC-Last. Die Ausgangsspannung ist zwischen 12 und 65 VDC einstellbar.

CAN zum Batteriemanagement Modbus für DTU und Monitoring MPPT für PV-Eingang

Dauerleistung bei 60 A Batteriestrom

12 V

720 W

24 V

1,44 kW

36 V

2,16 kW

48 V

2,88 kW

60 V

3,6 kW

Kenngröße Bus-Seite Batterie-Seite Spannung 70 VDC 12–65 VDC Nennleistung 3,6 kW 3,6 kW Spitzenleistung (3 s) 5,8 kW 5,8 kW Nennstrom 52 A 60 A Spitzenstrom (3 s) 83 A 105 A

Überwachung: Überlast, Kurzschluss, Temperatur, Unter- und Überspannung

Skalierung

Mehr Leistung mit mehr Modulen

An drei Stellen lässt sich unabhängig voneinander erweitern. So entsteht aus denselben Modulen ein kleiner Einphasenspeicher oder ein dreiphasiges System im zweistelligen Kilowattbereich.

AC-Seite

AFE parallel

Mehr Leistung je Phase oder zusätzliche 230-VAC-Anschlüsse. Drei AFE bilden über den Sync-Bus ein Drehstromnetz mit 120° Phasenversatz.

Trennstelle

ISO parallel

Jedes weitere ISO-Modul erhöht die Leistung, die zwischen Hochvolt- und Kleinspannungsseite übertragen wird.

DC-Seite

Ein DCD je Batterie

Am 70-VDC-Bus arbeiten so viele DCD, wie Batterien, PV-Module oder DC-Lasten angeschlossen sind, auch mit unterschiedlichen Spannungen.

21,6 kW

Rechenbeispiel: zwei AFE je Phase, drei Phasen. 6 × 3,6 kW ergeben 21,6 kW Nennleistung dreiphasig.

Anwendungen

Wo die LPDC Plattform arbeitet

Batteriewechselrichter

Speicher am 230-VAC-Netz laden und entladen. Bei 48-V-Batterien teilen sich zwei DCD die Leistung, ab 60 V reicht einer.

3,6 kW einphasig 10,8 kW mit drei Strängen dreiphasig

USV für Rechenzentren

Online-USV mit Doppelwandlung: Ein AFE richtet das Netz auf 380 VDC gleich, ein zweiter AFE bildet daraus das Netz für die Server. Die Batterie hängt über ISO und DCD am Zwischenkreis und übernimmt bei Netzausfall, ohne dass umgeschaltet wird. Racks mit 48-V-Gleichspannung versorgt ein DCD direkt.

Online Doppelwandlung, Batterie am Zwischenkreis 48 VDC Rackversorgung über DCD

Generator Booster

Der AFE arbeitet parallel zum Generator und speist aus der Batterie zu. Lastspitzen deckt der Speicher, in Schwachlastzeiten lädt der Generator nach.

Konfigurationsbeispiel mit 27 kW ansehen

5,4 → 16,2 kW Generator 3 × 1,8 kW plus 3 × 3,6 kW aus der Batterie

Notstromversorgung

Fällt das Netz aus, öffnet die Netztrennung und der AFE bildet aus der Batterie das Netz für den Notstromkreis. Die Batteriekapazität bestimmt die Überbrückungszeit.

1~ oder 3~ netzbildend, dreiphasig mit drei synchronisierten AFE

PV-Speicher

PV-Module hängen über einen DCD mit MPPT direkt am 70-VDC-Bus und laden die Batterie, ohne den Umweg über das Wechselstromnetz.

MPPT Option für den DCD

Laden an der Ladesäule

Der AFE wertet Control Pilot und Proximity Pilot aus. So lädt das System seine Batterie auch an einer Wallbox oder öffentlichen Ladesäule, zum Beispiel als mobiler Speicher.

CP / PP Option für den AFE, Eingangsstrom 6, 10 oder 16 A

Weitere Einsatzbereiche

Batterie-Prüfstand

Der DCD lädt und entlädt Batteriemodule von 12 bis 65 V. Die Energie fließt über den AFE ins Netz zurück, statt in Lastwiderständen verheizt zu werden.

12–65 V Prüflinge, Energie wird rückgespeist

Bordnetze

Für Sonderfahrzeuge, Boote und Wohnmobile: Aus Landstrom entsteht über die galvanische Trennung ein Bordnetz mit Batteriepuffer. Mehrere DCD versorgen verschiedene Spannungsebenen.

12 / 24 / 48 V aus Landstrom, galvanisch getrennt

Funkstandorte

Gepufferte 48-VDC-Versorgung für Funk- und Netztechnik. Mit PV über einen DCD mit MPPT auch an abgelegenen Standorten.

48 VDC aus Netz, Batterie und PV

Lastspitzen kappen

Der Speicher deckt Leistungsspitzen von Maschinen oder Kühlanlagen und senkt so die Bezugsleistung am Netzanschluss.

6 / 10 / 16 A Eingangsstrom des AFE begrenzbar

Second-Life-Speicher

Gebrauchte Batteriepacks mit unterschiedlichen Spannungen arbeiten je an einem eigenen DCD am gemeinsamen 70-VDC-Bus.

1 DCD je Batteriepack

Mobiler Strom

Für Baustelle und Veranstaltung: Der Speicher lädt an der Ladesäule und versorgt vor Ort als Inselnetz, leise und ohne Abgase.

CP / PP laden, vor Ort netzbildend

Konfigurationsbeispiel

Generator-Unterstützung mit 27 kW

Ein Generator mit 3 × 1,8 kW versorgt Verbraucher, deren Lastspitzen weit darüber liegen. Sechs Stränge der LPDC Plattform heben die verfügbare Leistung auf 27 kW dreiphasig. Eine PV-Anlage lädt den Speicher zusätzlich.

Schaltbild seitlich verschieben, um alle Module zu sehen.

Warum getrennte Zwischenkreise? Jeder AFE arbeitet zwischen Außenleiter und Neutralleiter. Würde man die Zwischenkreise aller Phasen zusammenschalten, wären die Phasen über die AFE miteinander verbunden. Deshalb hat jede Phase ihren eigenen 380-VDC-Zwischenkreis. Erst hinter der galvanischen Trennung im ISO-Modul laufen alle Stränge auf dem gemeinsamen 70-VDC-Bus zusammen.

5,4 kW

Generator, 3 × 1,8 kW

+21,6 kW

aus Batterie und PV über sechs AFE, für 3 Sekunden bis 32,4 kW

27 kW

Nennleistung dreiphasig für die Verbraucher

Stückliste

Modul Anzahl Aufgabe AFE 6 Zwei je Phase parallel zum Generator, über den Sync-Bus synchronisiert ISO 6 Zwei je Phase: verbinden den Zwischenkreis der Phase mit dem gemeinsamen 70-VDC-Bus, zusammen 6 × 3,6 kW DCD 8 Batterie 48 V: 8 × 2,88 kW bei 60 A, rund 23 kW für 21,6 kW Bedarf DCD mit MPPT 1 PV-Module am 70-VDC-Bus Master 1 Betriebsarten und Sollwerte für alle Module über CAN

Betriebszustände

Schwachlast

Der Generator deckt die Last. Mit dem Überschuss laden die AFE die Batterie.

Lastspitze

Die AFE speisen aus der Batterie zu. Der Generator bleibt im Nennbereich.

Sonne

Die PV-Module laden über den DCD mit MPPT direkt am 70-VDC-Bus.

Generator aus

Die AFE bilden das Netz aus Batterie und PV allein.

Summe der Nennwerte. Die Auslegung richtet sich nach Lastprofil, Generator und Batterie.

Schnittstellen

Vernetzt über CAN

Schnittstelle Modul Zweck CAN intern alle Vernetzung und Steuerung der Module CAN Batterie DCD Daten des Batteriemanagements Modbus DCD, Option Anbindung an DTU und Monitoring Sync-Bus AFE Phasenlage bei Parallel- und Drehstrombetrieb CP / PP AFE, Option Laden an der Ladesäule 24 VDC alle Steuerspannung

Bauraum

Kompakter Strang

AFE

150 × 200
× 80 mm

ISO

150 × 320
× 100 mm

DCD

150 × 160
× 40 mm

Ein Strang: AFE + ISO + DCD 320 × 370 × 120 mm

Zwei Stränge nebeneinander 640 × 370 × 120 mm

Maße aus der Konzeptphase, Änderungen in der Entwicklung möglich.

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Batterie­wechselrichter aus drei Modulen