用於電應急能量儲存裝置充電的方法
2023-05-15 09:39:31 1
用於電應急能量儲存裝置充電的方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於電力用戶(2)的電應急能量儲存裝置(1)充電的方法。根據本發明實現用於電應急能量儲存裝置(1)充電的方法，該方法考慮到應急能量儲存裝置的老化並將其減小到最小程度，該方法包括以下步驟：預測電力用戶(2)的能量需求EB，確定能量儲存裝置(1)的電容量C及能量儲存裝置(1)的內電阻Ri，計算充電電壓UL，其中，通過這樣的方法計算充電電壓UL，在考慮到特別是在內電阻Ri處損耗的情況下，為了滿足預測的能量需求EB，在該充電電壓UL下儲存在應急能量儲存裝置(1)中的能量剛好足夠，並且對應急能量儲存裝置(1)充電及放電直到計算的充電電壓UL。
【專利說明】用於電應急能量儲存裝置充電的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及用於電力用戶的電應急能量儲存裝置充電的方法。
【背景技術】
[0002] 為電力用戶進行電能供應的應急能量儲存裝置已經應用在很多領域。通常，需要 應急能量供應的電力用戶與安全相關。這種與安全相關的電力用戶的例子包括，特別是載 人電梯中的發動機或在風能裝置（Windenergieanlage)中的變槳系統。
[0003] 當外部電網失效，例如可能出現建築物火災，在沒有外電網提供能量的情況下，要 求載人電梯可以駛向最近的樓層，然後打開電梯的門，由此，可將電梯中的人員帶到安全的 地方。
[0004] 通常，現代的風能裝置配備了電力變槳系統，每個轉子葉片（Rotorblatt)具有至 少一個稱為變槳發動機的電機。通過旋轉葉片圍繞其縱軸的旋轉，這類變槳系統調整旋轉 葉片相對於風的位置，並且經常唯一安全的可能是將風能裝置的轉子帶到靜止狀態。由此 出現，變槳系統將旋轉葉片旋轉到所述旗臶位置（Fahnenstellung)上，並且在沒有驅動的 情況下，通過風力使轉子進入靜止狀態。變槳系統的能量供應通常通過電網（Netz)完成， 在該電網中，風能裝置也輸送產生的電流。例如，電網出現故障時可能引發危險的情況，即 隨著風力的增大，風能裝置的轉子的旋轉速度會超出允許的最高值，因此，風能裝置或在其 附近的人可能受到傷害。
【發明內容】
[0005] (一）要解決的技術問題
[0006] 為了能夠避免在電力故障中的這樣的危險狀況，在沒有通過外部電網向變槳系統 提供能量的情況下，旋轉葉片必須可移動到旗臶位置上。對此，根據現有技術可知，變槳系 統具備一個或多個應急能量儲存裝置，該應急能量儲存裝置在電力故障中保證變槳系統的 能量供應及由此保證變槳系統的執行能力，至少可以將轉動葉片帶到安全的旗臶位置。
[0007] 在通過應急能量儲存裝置提供電能時存在的問題是，通常，應急能量儲存裝置會 經受老化過程。也就是，應急能量儲存裝置經過某一使用壽命後不再滿足像最初那樣相同 的性能參數。特別地，在應急能量儲存裝置中，隨著時間的變化，最大可存儲能量下降。其他 涉及的性能參數可能是電壓或最大功率。老化過程的速度及幅度將通過其他的參數確定， 如為應急能量儲存裝置充電的環境溫度和電壓。
[0008] 為了滿足截至到所選時間段終點時的期望的性能參數，即到應急能量儲存裝置的 使用壽命的結束，並且因此，例如，為了保證風能裝置的安全，在現有技術狀態下這樣確定 應急能量儲存裝置的容量，使性能參數在一開始選擇的時間段內遠超出期望的性能參數， 這樣，即使由於老化性能參數下降，期望的性能參數依然可以在選擇的時間段結束時得到 滿足。通過必要的應急能量儲存裝置的超量設計（Oberdimensionierung ),會相應地增加 費用。特別地，在風能裝置中，最大可存儲能量的性能參數會超量設計。此外，應急能量儲 存裝置在風能裝置的運行中這樣進行充電，即在每個時間點，始終在應急能量儲存裝置中 儲存最大可能的能量額。這樣可以確保始終在應急能量儲存裝置中儲存足夠的能量。
[0009] (二）技術方案
[0010] 至此，本發明的目的是確定用於電應急能量儲存裝置的充電方法，該方法考慮到 應急能量儲存裝置的老化並將其減至最小。
[0011] 基於此前的發明目的，通過描述獲得解決電子的應急能量儲存裝置的充電的方 法。該方法包括下列步驟：
[0012] 預測電力用戶的能量需求Eb。
[0013] 確定應急能量儲存裝置的電容量C及應急能量儲存裝置的內電阻Ri。
[0014] 計算充電電壓隊，從而計算充電電壓隊，使得在考慮到特別是在內電阻氏出現損 耗的情況下，在所述充電電壓隊下儲存在所述應急能量儲存裝置（1)中的能量E。的預測的 能量需求^正好滿足所述預測的能量需求^，並且，為所述應急能量儲存裝置（1)充電或 放電，直到所述計算的充電電壓隊。
[0015] 預測能量需求EB描述了能量，該能量是電力用戶是為了在應急狀態下，例如，在停 電的時候，完成必要的工作所必須的。
[0016] 預測消耗體的能量需求^可以是在簡單的情況下的絕對的能量用量。根據本發明 可以以不同方式預測能量需求^。例如，預測可以包括，將能量需求E B假設為常數值。可 選的，預測可以依據模型，例如，假設隨著應急能量儲存裝置的或電力用戶的老化，能量需 求E B線性增長。
[0017] 此外，在應急情況下的擴展能量需求EB的時間區間至少可以分成兩個時間間隔， 其中，對於在每個這樣的時間間隔內，預測出絕對的能量用量。擴展能量需求E B的時間區間 可以分成任意多個時間間隔，其中，對於每個時間間隔預測絕對的能量用量。特別地，時間 間隔可以無限短。在本發明的其他設計方案中，特別地，能量需求E B的預測結果是連續的 時間函數，該函數表示在能量需求eb擴展的時間區間的每個時間點的當前的能量需求e b。
[0018] 為了滿足特定的目的，能量需求EB對應電力用戶的能量需要。在升降電梯中的電 力用戶的例子中有以下目的，沒有外電網提供能量的情況下，可以到達鄰近的樓層，並且打 開電梯門。例如，在風能裝置中存在以下目的，一個或多個旋轉葉片，特別是所有的旋轉葉 片，在沒有來自風力的能量供應的情況下，可以旋轉到旗臶位置上。
[0019] 確定應急能量儲存裝置的電容量C及應急能量儲存裝置的內電阻氏可以通過不 同的方式實現。一種方法是，應急能量儲存裝置通過電阻進行短時間地放電，然後，測試電 壓和放電電流。由此可以重新計算應急能量儲存裝置的電容量C及應急能量儲存裝置的內 電阻Ri。一種可選的確定應急能量儲存裝置的電容量C及應急能量儲存裝置的內電阻Ri的 方法在於，應急能量儲存裝置的電容量C及應急能量儲存裝置的內電阻氏通過模型估算。 例如，這種模型可以存在以下假設，應急能量儲存裝置的電容量C隨時間線性下降和/或應 急能量儲存裝置的內電阻氏隨時間線性增加。該模型的複雜性可以明顯的升高，並且可以 考慮多個參數的線性或非線性的影響，例如，充電/放電周期的次數，充電電壓隊，充電電 流/放電電流，溫度等。例如，考慮到溫度的模型可以根據應急能量儲存裝置的電容q之 前的測量值，由此確定應急能量儲存裝置的當前電容量C，從而根據已知的溫度T與電容量 C(T)的關係計算當前的應急能量儲存裝置的當前電容量C。在此，"C(T)"表示的意思是電 容量C是關於溫度T的函數。這樣的模型允許用於應急能量儲存裝置的內電阻Ri的類似轉 換。在最後兩個提到的模型中，既需要之前測量的應急能量儲存裝置的電容量C_i及應急能 量儲存裝置的內電阻時的測試溫度T，也要在確定當前的應急能量儲存裝置的電容量 C及應急能量儲存裝置的內電阻氏時的測試溫度T。溫度T既可以是應急能量儲存裝置的 溫度，也可以是容器的內部溫度，應急能量儲存裝置設置在該容器內部，或者利用周圍環境 溫度。此外，應急能量儲存裝置的內電阻氏可以通過模型確定並且應急能量儲存裝置的電 容量C通過測量確定，反之亦然。
[0020] 提供充電電壓隊的充電單元可用於應急能量儲存裝置的充電，該充電裝置提供充 電電壓。例如，該充電裝置可以通過整流器構成，該整流器將供應網絡的交流電整流成具有 電壓的直流電，該電壓對應於充電電壓隊。
[0021] 如果計算的充電電壓隊低於當前的應急能量儲存裝置的電壓U，應急能量儲存裝 置放電。例如，可以這樣實現，在應急能量儲存裝置上僅設置充電電壓隊，並且通過自動放 電應急能量儲存裝置達到預期的充電電壓隊。可選的是，應急能量儲存裝置可以主動地放 電，由於例如外部電阻應用到應急能量儲存裝置，直到充電電壓隊。
[0022] 由此，充電電壓隊及儲存在應急能量儲存裝置中的能量^適應於預測的能量需求 EB，實現更長的應急能量儲存裝置壽命。
[0023] 根據本發明，代替應急能量儲存裝置在其壽命期間以最大充電電壓UUmax充電的情 況，該應急能量儲存裝置每次僅僅以特殊時刻所需的充電電壓隊進行充電，通常該充電電 壓要比最大的充電電壓U u_低。通過與現有技術相比，更低的充電電壓會減緩應急能量儲 存裝置的老化進程，因為，老化進程相當大程度依賴於充電電壓隊的大小。為了將之前的 應急能量儲存裝置變得更小，即特別地採用較小的電容量C，可以藉助於根據本發明的方法 使得使用壽命延長，由此，明顯降低用於應急能量儲存裝置的費用。
[0024] 根據本發明的有利的改進方案，通過負載電流曲線I(t)及負載電阻心或通過負 載電流曲線I(t)及負載電壓曲線
【權利要求】
1?一種用於電力用戶（2)的電應急能量儲存裝置（1)充電的方法， 其特徵在於， 所述方法包括以下步驟： 預測所述電力用戶（2)的能量需求Eb， 確定所述應急能量儲存裝置（1)的電容量C及所述應急能量儲存裝置（1)的內電阻氏， 這樣計算充電電壓隊，其方法是，在考慮到損耗特別是在內電阻氏損耗的情況下，在所 述充電電壓隊下儲存在所述應急能量儲存裝置（1)中的能量E。正好滿足所述預測的能量 需求EB並且， 為所述應急能量儲存裝置（1)充電或放電，直到所述計算的充電電壓隊。
2. 根據權利要求1所述的用於電應急能量儲存裝置（1)充電的方法，其特徵在於，所述 預測的能量需求EB被表達為負載電流曲線I (t)及負載電阻&，或負載電流曲線I (t)及負 載電壓曲線&或負載電阻&及負載電壓曲線
3. 根據權利要求2所述的用於電應急能量儲存裝置（1)充電的方法，其特徵在於，在所 述充電電壓隊下存儲在所述應急能量儲存裝置（1)中的所述能量E。被假定為，在由所述預 測的能量需求EB表示的所述負載電流曲線I(t)下的所述應急能量儲存裝置（1)的內電阻 氏的損失與在所述負載電流曲線I (t)下的由所述應急能量儲存裝置（1)供應的電能之和。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的用於電應急能量儲存裝置（1)充電的方法，其 特徵在於，所述應急能量儲存裝置（1)是電容器，特別地，是一個超級電容器。
5. 根據權利要求4所述的用於電應急能量儲存裝置（1)充電的方法，其特徵在於，在計 算所述充電電壓隊中，被考慮到作為儲存在應急能量儲存裝置（1)中的在充電電壓隊的能 量只是部分能量ET，這樣，所述部分能量ET是對應於在所述充電壓電隊下儲存在所述電容 器中的能量與在下限電壓下的所述電容器的能量差值的能量。
6. 根據權利要求1至5中任一項所述的用於電應急能量儲存裝置（1)充電的方法，其 特徵在於，安全校正函數（4)被加到所述預測的能量需求^和/或所述預測的能量需求^ 乘以安全校正函數（4)。
7. 根據權利要求1至6中任一項所述的用於電應急能量儲存裝置（1)充電的方法，其 特徵在於，所述計算的充電電壓隊增加一常數值和/或乘以安全係數。
8. 根據權利要求1至7中任一項所述的用於電應急能量儲存裝置（1)充電的方法，其 特徵在於，進行負載測試並且所述預測的能量需求EB至少部分地基於所述負載測試的結 果。
9. 根據權利要求1至8中任一項所述的用於電應急能量儲存裝置（1)充電的方法，其 特徵在於，作為所述計算的充電電壓隊和/或所述預測的能量需求EB和/或所述確定的電 容量C和/或所述確定的內電阻氏的函數來輸出狀態信號。
10. 根據權利要求9所述的用於電應急能量儲存裝置（1)充電的方法，其特徵在於，當 所述計算的充電電壓隊不大於第一臨界值時，貝U輸出第一狀態信號。
11. 根據權利要求9或10所述的用於電應急能量儲存裝置（1)充電的方法，其特徵在 於，當所述計算的充電電壓隊大於第一臨界值並且不大於第二臨界值時，則輸出第二狀態 信號。
12. 根據權利要求9至11中任一項所述的用於電應急能量儲存裝置（1)充電的方法， 其特徵在於，當所述計算的充電電壓隊大於第二臨界值並且不大於第三臨界值時，則輸出 第二狀態號。
13. 根據權利要求9至12中任一項所述的用於電應急能量儲存裝置（1)充電的方法， 其特徵在於，當所述計算的充電電壓隊大於第三臨界值時，則輸出第四狀態信號，藉此所述 第三臨界值為最大允許充電電壓UUmax。
14. 根據權利要求1至13中任一項所述的用於電應急能量儲存裝置（1)充電的方法， 其特徵在於，如果所述計算的充電電壓隊大於所述最大允許充電電壓Uu_，則將所述計算 的充電電壓隊降低至最大允許充電電壓UUmax。
15. -種用於執行根據前述權利要求中任一項所述方法的程序結構的電腦程式產 品。
【文檔編號】H02J15/00GK104283252SQ201410322912
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年7月8日 優先權日:2013年7月8日
【發明者】託拜厄斯·羅斯曼, 雷·奧佩, 比約恩·施賴納 申請人:穆格翁納股份有限公司