能量存儲的製作方法
2023-04-24 07:18:26
能量存儲的製作方法
【專利摘要】一種通過響應於指示隨時間變化的電能的未來價格的價格數據和通過對能量存儲裝置進行充電和放電引起的能量損耗而對能量存儲裝置進行充電和放電來控制電能的存儲的方法，該方法包括：通過將定價數據中的局部最低價格的下一次出現選擇作為候選充電時機或將定價數據中的局部最高價格的下一次出現選擇作為候選放電時機來檢測關於定價數據的交替的候選充電和放電時機；如果那個候選充電或放電時機與定價數據中的另一個隨後價格之間的價格差異至少足以補償由對所述能量存儲裝置進行充電和放電引起的能量損耗，則批准候選充電或放電時機；以及分別在批准的充電和放電時機時對能量存儲裝置進行充電和放電。
【專利說明】能量存儲
[0001] 相關申請的交叉引用
[0002] 本申請要求於2012年3月30日向歐洲專利局提交的EP12162695. 6的在先提交 日的權益，通過引用將其全部內容結合於本文中。
【技術領域】
[0003] 本公開涉及能量存儲。
【背景技術】
[0004] 本文中所提供的"【背景技術】"描述以對本公開的背景作一般性說明為目的。就其 描述程度而言，描述在【背景技術】部分的、目前署名的發明人的工作以及申請時未另限定為 現有技術資格的說明方面，既沒有明確地也沒有隱含地承認作為與本發明的相對的現有技 術。
[0005] 隨著電池組價格的降低、電池組容量的增加以及將不可預知性引進到能量產生的 可再生能源的增長，用於電網的電池組存儲變為用於電網平衡的一個越來越值得注意的可 替換方式。在此使用的術語"電網平衡（gridbalancing)"指的是盡力將電網的消耗需求 與生產能力或與電網相關的供給能力相關聯的持續需求，並且"電網（grid) "被用作用於供 電網絡的通用術語。
[0006] 通常，針對電網的使用量圖案（usagepattern)在24小時時段的期間會顯著改 變。夜間的使用量通常低於正常工作日期間。在日間的時間段內，在與工業活動時間和工 人休息時間以及與諸如烹飪晚餐的非工作活動的典型時間有關的消耗圖案中會存在明顯 的峰（peak)和谷（trough)。
[0007] 在消耗圖案中的這個變化的一個影響在於與任何特定時間時的電力供給相關聯 的價格。價格變化與預期需求總體上成反比關係，使得電力在高需求的時間（或更確切地 是在高需求的預期時間）較貴並且在較低需求的預期時間較便宜。
[0008] 價格變化具有對電網的操作的不同影響。首先，為大宗用戶在較低需求的時間汲 取電力提供獎勵。所以如果工廠能夠在夜間操作，其電費會顯著低於在日間等效操作所使 用的電費。其次，為發電公司在較高需求的時間提供額外發電能力提供獎勵。
[0009] 價格體系（pricingstructure)總體上是通過電力供應商與諸如經銷商的大宗用 戶之間的相互作用而預先設定的。例如，存在諸如拍賣的日常交互，其設定在下一個日曆上 的一天或24小時時段或下星期期間的不同時間時針對電力供應所徵收的價格。然後這些 價格可向市場公布使得消費者和供應商可基於所公開的與時間相關的價格體系採取它們 認為適宜的任何行動。
[0010] 更複雜的電網平衡設置適用於可再生能源。通常，在許多國家存在強有力的政府 獎勵以增加或保持諸如太陽能、風能或波浪發電的所謂可再生能源的發電能力。儘管這些 可再生能源在降低非可再生碳資源的使用方面具有許多優點，但它們存在任何時間提供電 力的量均取決於處於電力公司控制之外的自然環境方面上的缺點。例如，太陽會走到雲的 後面或者風會變弱，這些都會導致來自太陽能或風能產生的電力的量相對突然減少。所以 對於日間的時間來說，當依賴可再生能源時，電力發電機需要將以下事實構建至定價模型 中，即在突發的臨時通知下需要可替換的供電電源。
[0011] 為解決這兩方面的需要，已提出從電網中存儲電力並且隨後在特定需要的時間釋 放到電網。多種技術可用於以這種方式存儲電力。在一個實例中，可使用一個或多個可充 電電池組。在其他實例中，可採用機械能存儲，例如通過將巨大的飛輪連接至發動機/發電 機結構，或者通過將水從較低點抽到較高點使得當從較高點釋放水時其可驅動渦輪進行發 電。
【發明內容】
[0012] 本公開提供了一種通過響應指示隨時間過去的電能的未來價格（futureprice) 的定價數據和由充電與放電能量存儲裝置所引起的能量損耗而對能量存儲裝置進行充電 和放電來控制電能存儲的方法，該方法包括 ：
[0013] 通過將定價數據中的局部最低價（locallyminimumprice)的下一次出現選擇作 為候選（candidate)充電時機或將價格數據中的局部最高價（locallymaximumprice)的 下一次出現選擇作為候選放電時機來檢測關於定價數據的交替的候選充電與放電時機； [0014] 如果候選充電或放電時機與定價數據中的另一個隨後價格之間的價格差異至少 足以補償由對能量存儲裝置進行充電和放電所引起的能量損耗，則批准（validate)候選 充電或放電時機；以及
[0015] 分別在批准的充電和放電時機時對能量存儲裝置進行充電和放電。
[0016] 本公開認識到電池組存儲操作可由價格機制觸發，其中當電力便宜（或"乾淨的 (clean)"，術語"乾淨的"和"汙濁的（dirty)"與產生電力的環境和/或碳消耗有關）時進 行充電並且當電力較貴（或"汙濁的"）時進行放電。
[0017] 然而創建從預測的（或之前拍賣的）價格表規劃正確的充電與放電時間的算法不 是簡單的任務。實施方式至少可緩解這個問題。作為輸入，方法的實施方式採用未來電力 價格（隨時間變化）的價格表和電池組系統的往返效率。作為輸出，方法的實施方式可提 供何時對電池組進行充電和何時對電池組進行放電的時間列表。
[0018] 這個技術的有效性不限於電池組；其還可以用於各種存儲系統，包括（例如）利用 旋轉主體（mass)的轉動能量進行存儲。其還可用於其他基於價格的採購系統。
[0019] 已經通過總體介紹的方式提供了前述段落，但不旨在限制以上權利要求的範圍。 通過參照以下結合附圖所做的詳細描述，可更好地理解所描述的實施方式和另外的優點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 當結合附圖考慮時，通過參照以下示例性實施方式的詳細描述，本發明更全面的 理解及容易獲得的本發明伴隨的優點將會變得更容易獲得，在附圖中：
[0021] 圖1示意性示出了包括能量存儲裝置的電網的一部分；
[0022] 圖2示意性示出了具有能量存儲裝置的電力發電機；
[0023] 圖3示意性示出了具有能量存儲裝置的電力消費者；
[0024] 圖4示意性示出了能量存儲裝置；
[0025] 圖5a和圖5b示意性示出了圖4的裝置的一方面的更詳細的細節；
[0026] 圖6示意性示出了充電/放電控制器；
[0027] 圖7示意性示出了機械能存儲；
[0028] 圖8至圖10示意性示出了根據使用中的充電、存儲和放電系統的"往返 (round-trip) "效率的公開的價格體系內的實例充電和放電次數；
[0029] 圖11是示出了充電/放電控制器的操作的示意性流程圖；以及
[0030] 圖12至圖16示意性示出了使用圖11的流程圖制定的充電與放電判定。
【具體實施方式】
[0031] 通過介紹的方式，將首先描述用於存儲和釋放電網電力的基於電池組的系統。這 樣的布置通常包括：
[0032]a)電池組充電器，其將市電電壓（諸如230伏特（V)的交流電（AC))轉換成較低 的（例如，48V)直流（DC)電壓
[0033] b)電池組（battery)
[0034]c)諸如所謂的併網逆變器（grid-tiedinverter)的逆變器，其將來自電池組的 DC電壓轉換回市電電壓（例如，230V的AC電壓），或更籠統地說，轉換成高於電池組電壓的 電壓。
[0035] 所有的這三個特徵會導致能量損耗並且因此可被認為是呈現特定效率。系統的總 效率被稱作為"往返"效率，用於指示其表示將輸入到充電/放電系統中的能量的量與從系 統中恢復的能量的量聯繫在一起的單個的效率圖。往返效率在經濟上影響其是否適合於執 行充電/放電周期。
[0036] 可從該系統的初步評估中得知針對特定系統的往返效率，例如在製造或裝配後進 行測試時。可替換地，往返效率可通過系統本身進行測量，例如，諸如一天一次、或者每個充 電/放電周期一次的周而復始。在這種情況下，系統可應用已知的技術測量在充電過程中 提供至系統的能量的量和放電過程中從系統中釋放的能量的量。
[0037] 如所提及的，往返效率Eff是諸如在市電電壓下測量的充電/存儲/放電系統的 總效率。例如，如果用於對電池組進行充電的電力的系統消耗lkWh(千瓦時），那麼可傳遞 回到電網的的能量的真實量不是lkWh，而是lkWhXEff。
[0038] 例如，在具有85%的往返效率的系統中，這意味著對於lkWh的能量輸入，輸送回 電網的能量應該是：
[0039]lkffhXO. 85 = 0. 85kffh
[0040] 以另一種方式看，對於輸送回電網的每一個lkWh的能量，系統必須消耗lkW/Eff 以提供電池組中的必要的充電量以便將lkWh輸送回電網。
[0041] 因此，在輸送lkWh至電網的充電/放電周期中能量損耗的量是（lkWh/Eff)-lkWh
[0042] 令：
[0043] Pc=在對電池組進行充電時支付lkWh的電價
[0044]PD =在電池組放電時接收lkWh的電價
[0045] 那麼，當將lkWh輸送回電網時損耗的電力的成本是：
[0046]成本=((1/Eff)-1) ?Pc
[0047] 由此，遵循其進行充電和放電僅在經濟上是有意義的，如果：
[0048]PD-Pc>((l/Eff)-1) *PC
[0049] 或者簡單地：
[0050]PD>PC/Eff
[0051] 將在下文中論述根據充電/存儲/放電效率來選擇充電與放電次數的技術。
[0052] 圖1示意性地示出了包括能量存儲裝置的電力網的一部分。
[0053] 顯然地，真實的電力網是複雜的網絡。所以為使示圖簡單起見，圖1僅示出了單個 的電力發電機10,單個的電力消費者20、連結發電機10與消費者20的輸電線30以及連接 至輸電線30的能量存儲40。如所提及的，可以理解的是真實的電網可包括許多不同的發電 機、大量的消費者和連結發電機和消費者的潛在複雜的輸電線的集合，有時在發電機與消 費者之間插入所謂的配電器。然而，與實施方式有關的一般原理可參考在圖1中示出的簡 化的電網布置來描述。
[0054] 在操作中，發電機10以基本能級將電力經由傳輸線路30提供給消費者20。然而， 在可替換的模式中，能量存儲40可將由發電機10生成的一些電能存儲在諸如一個或多個 電池組的電力存儲布置中。例如，能量存儲40可在消費者20的低需求時存儲由發電機10 生成的電力，其可以依次由發電機10所設定的低定價反映出來。在消費者20的高需求時 間，並且因此是高電價的時間，能量存儲40例如可通過對電池組進行放電或部分地放電並 且將由放電操作所釋放的能量提供到傳輸線路30來將能量釋放至電網。釋放的能量至少 可在提供消費者20的瞬時需要中用於補充從發電機10輸出的電力。
[0055] 在圖1中，能量存儲40被示出為連接至依次表示至電網的連接的傳輸線路30的 獨立系統。在圖2和圖3中示出了不同的布置。具體地，圖2示意性地示出了具有能量存 儲裝置的電力發電機，並且圖3示意性地示出了具有能量存儲裝置的電力消費者。
[0056] 首先參照圖2,發電機10'具有相關聯的能量存儲40'。這意味著發電機10'可 控制能量存儲40'並使用其作為發電處理的一部分。在任何時刻，由發電機10'供應至傳 輸線路30的電力可來源於諸如渦輪機或太陽能電池板的發電裝置或者可從能量存儲裝置 40'先前存儲的能量得到。
[0057] 在圖3中，消費者20'具有相關聯的能量存儲40"。使用這個布置，在任何時刻，消 費者可將能量提供給用於存儲的能量存儲40"，或者從由能量存儲40"保留的存儲能量提 取能量。
[0058] 事實上，圖1至圖3的布置之間的差異更多的在於語義上而非真正意義上。在許多 方面，能量存儲的物理上的定位無關緊要，或者至少物理位置可以是與其班組控制（party controls)、能量存儲的使用費用和益處不相關的。例如，圖1中的能量存儲40可處於發電 機10的組織運轉、消費者或第三方的控制下。參照圖2,儘管能量存儲40'被示出為直接連 接至發電機10'，但其不必與發電機10'位於一處，而是可以是在發電機10'的控制下的遠 程設備。在圖3中，即使能量存儲40"位於消費者的處所，但仍不意味著其處於消費者的控 制下。例如，能量存儲40"可被實施為家庭消費者的電錶布置的一部分，以便在電力發電機 或配電公司的控制下運行作用，以設置用於平衡其中消費者單獨的電力消耗的輸出的峰和 谷和/或通過在一天的便宜時間存儲電力並且在一天的較昂貴的時間將其送回到電網（或 者到消費者）來產生收益（和/或允許更低的用戶價目表）。實際上，能量存儲40"可位於 消費者的處所，但事實上具有至電網的直接連接，被示意性示出為虛線50。
[0059] 在一些情形下，在大量的"損耗"能量被釋放為熱量的意義上，實際上可以至少被 部分減輕由於能量存儲的充電-存儲-放電操作中的低效率所導致的能量損耗，並且這個 熱量可被用於幫助在其上適合能量存儲的位置處進行空間加熱或水加熱。如果情況是這樣 的，那麼該位置原則上可以針對從能量存儲中的損耗貢獻的熱量開帳單或者付費。這樣的 費用可用於抵消與能量存儲中的系統損耗有關的低效率。
[0060] 因此，可以看出在能量存儲的定位和控制方面可以有許多不同的選擇。還將理解 的是不同規模的裝置適合於不同的用途。例如，對於諸如圖3的存儲器40"的能量存儲，其 位於消費者的處所，期望裝置本身在物理上被合理地緊湊化，例如不大於小的手提箱。使用 當前的電池組技術，這將會將存儲能量的能力限制在幾kWh的量。另一方面，諸如與發電機 相關聯的存儲器40'的能量存儲在物理尺寸和存儲能力兩者上會是相當大的。然而，不論 是哪種情況，用於選擇何時對能量存儲進行充電和何時對能量存儲進行放電的算法或做判 定的過程從屬於相同的總體原則。
[0061] 圖4示意性示出了能量存儲裝置，並且圖5示意性示出了裝置的一部分的更詳細 的細節。
[0062] 參照圖4,能量存儲裝置包括可訪問數據存儲120的充電/放電控制器100,該數 據存儲120例如通過網際網路數據連接130存儲從諸如配電公司的定價數據的來源中檢索的 定價數據的時間順序。充電/放電控制器100根據數據存儲120中存儲的定價數據來控制 能量存儲140的充電或放電。能量存儲140可通過一個或多個電連接110連接到電網（或 可根據在圖1至圖3的示意性表示的連接到傳輸線路30)。注意，圖4中的所有的項可從 電網或另一電源接收它們的運行電力（operationpower),而與以下事實無關，即能量存儲 140可連接到電網以存儲來自電網的能量和向電網提供能量。
[0063] 圖5a提供了能量存儲140的更詳細的示意性實例。諸如鋰離子電池的次級電子 電池150的陣列以串聯/並聯布置而相互連接，以便在所要求的操作電壓下設置一個或多 個電池。電池組被連接至電池管理系統（BMS) 170、逆變器190和充電器180。
[0064] 例如，如果每個電池具有比方說3V的額定工作電壓，並且系統作為一個整體具有 所需要的比方說48V的工作電壓，然後電池可被布置為並聯連接的電池組160的組，每個電 池組包括串聯連接的16個電池150的鏈。
[0065] 電池管理系統（BMS) 170計算每個電池組中的電量並且保持對單獨的電池電壓的 追蹤，使得BMS170可將是否需要臨時停止充電或放電的消息發信號給充電/放電控制器 100以避免電池之間的充電狀態的失衡。BMS170通常還將電池組端子電壓、估計的電量、 電池序列號和/或可能的其他數據作為數據信號傳遞到充電/放電控制器100。
[0066] 充電器180從電網接收電能，例如，在表示提供給在該國家中家庭消費者使用的 額定電壓的所謂的"市電"電壓下接收來自電網的電能。例如，市電電壓可以是230V或 240V，且可以低到110V。一般來說，市電電力被提供為AC電力，然而電池150以DC方式運 行。所以，充電器180具有三個主要功能：其將市電電壓下調到電池組160的工作電壓，其 相對市電電壓的任何改變使下調的電壓是穩定的，並且即使在其輸入是AC信號的情況下， 其提供平穩的輸出電壓。
[0067]逆變器190提供與充電器180的功能大體相反的功能。逆變器190從電池組160 接收DC電壓並且將其轉換成（通常較高的）輸出AC電壓。例如，逆變器190可從電池組 160接收48V的DC供電並且使用已知的逆變器技術將其轉換成輸出AC市電電壓。逆變器 190的輸出被送回至電網和/或至消費者用於本地使用。
[0068] 充電器180和逆變器190在充電/放電控制器100的控制下操作，以便在由充電 /放電控制器1〇〇設定的充電時間或放電時間是開始運行。
[0069] 圖5b示意性示出了不同的實例布置，其中開關172控制由電池組160構成的電力 存儲是否被連接至充電器180、逆變器190或者是否既不被連接至充電器180也不被連接至 逆變器190。開關在充電/放電控制器100的控制下進行操作。如上所述，開關170的功能 可包括發送數據到充電/放電控制器100,以便指示電池組160的充電的當前狀態。這個特 徵是可選擇的；在一些實施方式中，充電/放電控制器100可基於由表示最近充電和放電周 期的充電/放電控制器100所保留的信息來分析得出電池組160的充電狀態。然而，在可 替換的方式中，開關170可包括檢測器，該檢測器例如通過在空負荷或者測試負荷情況下 監測它們的輸出電壓來檢測電池組160的當前充電狀態。
[0070] 圖6示意性示出了充電/放電控制器100的更詳細的細節。圖6的環境是圖5a 的布置，雖然技術人員將認識到相似的布置可應用於圖5b的系統。
[0071] 如上所述，充電/放電控制器100例如經由控制接口 240控制BMS170、充電器180 和逆變器190的操作。充電/放電控制器100包括：微處理器（CPU) 200 ;存儲器210,諸如 機器可讀非臨時性存儲介質（例如，只讀存儲器、永久隨機存取存儲器、磁碟介質或光碟介 質），用於存儲程序代碼以控制充電/放電控制器100的操作，並且其還可以包括用於臨時 存儲在由CPU200所執行的計算中所使用的數據的工作存儲器；輸入/輸出接口 220 ;用於 與數據存儲120接口連接的數據存儲接口 230 ;以及控制接口 240,在CPU200的控制下操 作並且其傳遞控制信號以控制BMS170、充電器180和逆變器190的操作。充電/放電控制 器100的各種組件通過總線布置250連接在一起。
[0072] 在操作中，CPU200執行存儲在存儲器210中的程序代碼以經由數據存儲接口 230 訪問定價信息。在至少一些實施方式中，CPU200還訪問指示出電池組160的當前充電狀 態的數據，該數據（如上所述）例如可經由控制接口 240從BMS170訪問。可替換地，CPU 200可基於先前執行的充電和放電周期得出電池組160的當前充電狀態的分析的指示。基 於這些數據，CPU200設定下一次充電或放電周期的時間，可能在情況可以是，在那時控制 控制接口 240以視情況操作充電器180或逆變器190來設置充電周期或放電周期。一般地 說，如果電池組的電量多於50%，那麼下一個周期正常將是放電周期。如果電池組當前電量 少於50%，那麼由CPU200設定的下一個周期正常將是充電周期。
[0073] 輸入/輸出接口 220使用一個外部裝置或多個外部裝置提供數據連接。例如，充 電/放電控制器1〇〇可與發電機或配電公司進行交互，使得發電機或配電公司可（例如）支 配某個充電或放電操作，否則這些操作將由CPU200來規劃。在另一個布置中，輸入/輸出 接口 220可將數據輸出至本地用戶，例如以表示諸如下一次計劃的充電和放電周期和/或 電池組160的當前充電狀態的數據顯示的形式提供給本地消費者。
[0074] 在更多的可能中，目前被描述為由CPU200執行的一些功能實際上可遠程執行， 使得充電或放電周期的定時是使用如下描述的算法進行設定，而算法是在遠程位置處執行 而非本地充電/放電控制器。然後利用輸入/輸出接口 220將定時數據傳輸至本地充電/ 放電控制器100,以由CPU200和控制接口 240來實施。
[0075] 圖7示意性示出了機械能存儲的一個實例，包括通過配電軸310連接至電動機/ 發電機布置320的飛輪300。這裡，應注意在有些情況下，電動機可"反向地"操作，以便當 通過機械旋轉的動力源驅動時起到電力發電機的作用。所以在當前實例中，當期望對設備 進行"充電"時，就是說使用圖7的系統存儲能量，電動機/發電機320起到電動機的作用 以轉動的方式驅動飛輪300。當電力從電動機/發電機320斷開時，飛輪300繼續旋轉。當 電動機/發電機320既不起到電動機也不起到發電機的作用時可設置離合器裝置330以將 軸310從電動機/發電機320斷開。通過這麼做，離合器裝置330可減少隨著時間推移在 系統中的機械損耗。
[0076] -般來說，由電動機/發電機320提供的機械驅動力被移除之後，巨大的飛輪300 可繼續旋轉很長時間。這通過以旋轉的動能的形式存儲能量來提供能量存儲。系統可通過 使用離合器裝置330連接至旋轉的300來"放電"（或者換言之將存儲的能量取回作為電 能）至電動機/發電機320,然後其作為發電機以產生輸出電力。
[0077] 儘管可採取減少圖7的系統中的機械損耗的步驟，但將顯而易見的是大多數情況 下飛輪300將逐漸減慢。同樣，如果圖5的電池組160被放置足夠長的時間，那麼它們會逐 漸地自放電。這個特性不是對於所有的能量存儲系統都是成立的，例如，包括將水從較低水 平抽到較高水平的系統不會受到任何與時間相關的能量損耗。但是對於確實具有存儲的能 量的衰變量的實例系統來說，將在下面論述具體的因素。
[0078] 在詳細論述用於選擇針對對能量存儲裝置進行充電和放電的次數的算法之前，將 論述定價數據和設備效率的一般方面。
[0079] 圖8至圖10示意性示出了根據使用中的充電、存儲和放電系統的效率在公開的價 格體系內的進行充電和放電次數的實例。
[0080] 在這些實例中使用的定價數據包括數據的時間順序並且涉及一個實例市場中的 九天的時段，並且包括取決於一天時間的傳輸與分配成本。每個圖表的水平軸從1月1日 開始直到1月9日結束，並且每個圖表的垂直軸涉及任意的成本比例。三個單獨的圖表涉 及不同的系統效率（如上所述的Eff)。由符號" + "表示在其上選擇充電周期的時間位置並 且由符號"X"表示在其上選擇的放電周期的時間位置。
[0081] 在圖8中，系統效率是95%。這裡，即使當價格變化受限時（例如，在實例數據中 的1月1日），使得根據經濟概念而頻繁地充電和放電，有時為每天兩次。
[0082] 在圖9中，系統效率被認為是75%。這裡，當價格變化在某種程度上平穩時，在工 作日期間每天充電和放電一次是有意義的而非在周末期間（例如，1月7/8日）。可以看出 工作日（在這個實例中）每天存在兩個截然不同的價格峰，但是在75%的效率下局部最小 值（那些峰之間的下沉）不足以深到允許額外的充電和放電周期。這是因為由於充電、存 儲和放電導致的損耗使得由當電力較便宜時進行充電並且當電力較貴時進行放電所取得 的利潤不足以超過與損耗相關聯的成本。
[0083] 這個情況在65 %的效率下更為顯著（圖10)，此時使得在經濟意義上充電和放電 能量存儲是相對較少發生。
[0084] 下面將參照圖11論述用於充電/放電控制器100的操作的算法的實例。將參考 對一個或多個電池組（諸如電池組160)進行充電來描述該算法，但是當然可以應用於諸如 圖7的機械系統的其他能量存儲布置。該算法提供通過響應於指示隨時間變化的電能的 未來價格的定價數據和由充電和放電能量存儲設備所引起的能量損耗（例如，由效率測量 Eff指示）而對能量存儲裝置進行充電和放電來控制電能存儲的方法。這樣的能量存儲裝 置可以如上所述而形成。
[0085] 所論述的算法將檢查n個價格樣本的數據組並且給出特定的往返效率Eff，其將 返回理想的充電和放電次數的列表。操作具有複雜度為〇(n)的算法意味著數據組的規模 加倍，則處理時間加倍。
[0086] 充電和放電次數被檢測為交替的時機，使得充電時機緊隨放電時機之後，並且放 電時機緊隨充電時機之後。最初，該時機被檢測作為候選，然後將這些候選時機使用如下所 述的方法進行"批准"。候選時機的批准意味著通過算法的當前執行將那個時機確定或設定 為不會進一步改變的時機並且其是視情況而使能量存儲裝置於其上進行充電或放電的時 機。
[0087] 首先，在步驟400中，CPU200確定算法是否需要首先尋找價格最小值（即，用於 對電池組進行充電）或尋找價格最大值（即，用於對電池組進行放電）作為第一時機。在 一些實施方式中，這可能取決於當前電池組電量是否大於或小於50%。所以，如果當前電量 水平小於50%，那麼下一個周期應當對電池組進行充電，然而如果當前電量大於50%，那 麼下一個周期應當對電池組進行放電。然而，當然可以使用除50%以外的閾值，諸如40% 或60%。同樣，在一些實施方式中，可使用更複雜的方法來設定閾值而不是簡單的預先設定 閾值，下面將描述這種可選的方法。
[0088] 如果電池通過步驟400被認為是在被"放電"，那麼在步驟410中第一周期被設定 為充電周期。如果步驟400認為電池通過施加閾值而被"放電"，那麼控制改為進行到步驟 420,在其中第一周期被設定為放電周期。這兩個結果之間的差異是步驟410將下一個動作 限定為識別針對充電的最低價格，然而步驟420將下一個動作限定為識別針對放電的最高 價格。
[0089] 在步驟430中，CPU200訪問數據存儲120中的定價數據並且將第一可用成本要 素（價格）初始地設定為充電或放電的候選。
[0090] 在步驟440中，CPU200檢測在價格數據中是否存在更多的成本數據要素（價格） 是可用的。如果不是，那麼在步驟450中處理結束並且返回全部選擇的或批准的充電和放 電次數，使得根據返回的次數設定能量存儲裝置的充電和放電操作。
[0091] 然而，假設更多的價格是可用的，控制進行到步驟460,在其中考慮下一個成本數 據要素（價格）。在步驟470中，執行測試以檢測是否重新考慮的要素比充電或放電的當候 選更好。這裡，術語"更好（better)"意味著重新考慮的成本數據要素的價格低於當前候選 (用於充電）或高於當前候選（用於放電）。如果重新考慮的成本數據要素實際上比當候選 更好，那麼在步驟480中，由重新考慮的成本數據要素代替候選並且控制返回到步驟440。 [0092] 以這種方式，在定價數據的時間序列中，局部最低價格的下一次出現被選擇作為 候選充電時機或者局部最高價格的下一次出現被選擇作為候選放電時機。應注意，繼續應 用這個測試直至批准了候選時機，使得批准候選充電或放電時機包括：在批准那個候選時 機的後面的價格之前，檢測由與那個候選時機有關的定價數據所指示的那個時機時的價格 是否表示相應的最低價格或最高價格。如果不是，則在批准候選時機的後面的價格之前，由 相應的最低價格或最高價格來代替該候選時機。
[0093] 在步驟470中，如果新的要素不比當前的候選更好，那麼控制進行到步驟480,在 該步驟中進行比較，以檢測與新的要素相關聯的成本（價格）是否取得候選的收益，或者是 否至少足以補償由充電和放電能量存儲裝置所引起的能量損耗。這個過程被稱作"批准"或 確認候選時機。
[0094] 具體地，將測試應用到基於新的要素的下一次放電時間或充電時間給出的當前系 統效率在充電候選時進行充電或者在放電候選時進行放電是否是有利可圖的。應用測試是 否是PD>PC/Eff。如果是這樣，那麼在步驟490中批准充電候選或放電候選並且現在處理為 "充電判定（chargedecision)"。
[0095] 如果步驟480中的測試結果是錯誤的，那麼控制回到步驟460使得可以考慮新的 成本數據要素。然而，如果步驟480中的測試結果是正確的，那麼在步驟490中當候選被選 擇或被批准作為充電或放電時間，並且考慮中的當前成本數據要素被設定作為下一個候選 時間和價格。在步驟500中，搜索被轉換使得如果先前搜索的是充電候選，那麼新搜索的是 放電候選，或者如果先前搜索的是放電候選，那麼新搜索的是充電候選。再次，控制返回到 步驟440。
[0096] 應注意在實施方式中，對局部最小值的搜索和那個最小值的批准沒有被處理為兩 個單獨的操作的序列。而是算法連續地搜索最小值並且如果發現更好的最小值則更新當候 選，同時搜索足夠高的隨後價格以批准候選最小值。因此，一流的供電（elegantpower)的 一個方面和現有算法的簡單性在於以下事實：同時發生對那個最小值（並且由此成為候選 最大值）的最小值搜索和最大值搜索兩者的批准。
[0097] 然後，一旦已設定所有批准的充電和放電時機，能量存儲裝置分別在那些時機進 行充電和放電。如上所述，這發生在充電/放電控制器100的控制下。
[0098] 如上所述的步驟可通過充電/放電控制器來執行，並且具體地，通過充電/放電控 制器的CPU200執行，因此其起到檢測交替的候選充電和放電時機的檢測器的作用、批准 候選充電或放電時機的批准器的作用以及控制能量存儲裝置的充電或放電的充電控制器 的作用。
[0099] 圖12至圖16示意性地示出了這個過程中的步驟。圖12示意性地示出了識別為 第一局部最小值的充電候選時間600,在從當前時間（橫軸的左手端）的上升時間順序中評 定。通過重複應用步驟460、470、480、440直至在步驟470中的測試結果是負值來識別局部 最小值。
[0100] 然後應用步驟480。直至發現批准局部最小值600的最大值，（在步驟470中）檢 查每個新的成本數據要素以檢測是否其比當前候選更好（更低，在這種情況下）。在這個搜 索過程中，在定價數據中識別新的較低定價的最小值，因此現在這個時間（610,圖13)被作 為充電候選進行對待。
[0101] 繼續應用步驟480以找到最大值，該最大值將允許相對於候選充電時間610有利 的操作。最終，檢測成本數據要素620(圖14)，對於成本數據要素，給出的當前系統效率在 充電候選時間進行充電和在當前數據要素時間進行放電都是有利可圖的。應用測試是否是 PD>PC/Eff。如果是這樣，那麼批准充電候選610並且現在步驟490中將其作為"充電判定" 進行對待。還是在步驟490中，提供成功的批准的成本數據要素（要素620)變為新的放電 候選。
[0102] 在每個迭代檢查下一個成本數據要素是否是更好的（更高的定價）放電候選時搜 索繼續，並且如果不是，則成本數據要素是否批准當前放電候選（在步驟480中的測試）。 在通過進行到步驟480的測試之前的步驟470識別新的、較高定價的放電候選630 (圖15)。
[0103] 圖16示出了可進行通過識別有利的操作的下一個時機（成本數據要素640)來批 準這個放電候選630。批准程包括通過再次測試是否PD>PC/Eff檢查放電候選和充電候選 之間的可達到的價格差異為正（就是說，放電充電周期將要成為有利可圖的），其中PD表示 在放電時機時的價格，P。表示在充電時機時的價格，並且Eff表示能量存儲裝置的充電和放 電的效率，使得Eff等於放電時重新取得的能量與充電時輸入的能量的比率。如果是這樣， 放電候選630被批准為放電判定並且（在步驟490和500中）要素640變為下一個充電候 選等等。
[0104] 現在將描述算法的進一步推導。
[0105] 如上所述的算法的版本將僅輸出理想的充電和放電時間或者瞬間，而沒有將充電 和放電採用某個非零時間量納入考慮，在該時間量期間價格可改變。
[0106] 因此可使用算法的延伸，其將使用諸如在預定時長（窗口）上價格的滑動窗口平 均值的時間平均值，窗口大小（時間）是預測的充電和放電持續時間，其可以被設定為預定 時長。
[0107] 同樣，應注意鋰離子電池組（作為電池組160的實例）通常是使用恆定電流相位 充電的，後面是恆定電壓相位。這意味著由充電過程取得的電力將在接近充電結束時減少。
[0108] 因此，可修改算法以使用具有電力價格而不是滑動窗口平均值的充電功率的卷積 (convolutionproduct)。換言之，批准處理可被操作為將電力消耗的成本對充電周期的時 間進行積分，以檢測與充電時機相關聯的價格。可對放電時機釋放的能量應用相似的處理。 這將會導致考慮以下情況的充電/放電判定，該情況為接近充電時間結束使用的電力少於 充電時間開始時的電力。
[0109] 如果：
[0110] p(t)是時間t時的充電或放電（負數）電力。
[0111] pc(t)是時間t時的電力消耗價格。
[0112] PD(t)是時間t時的電力產生價格。
[0113] 那麼：
[0114]
【權利要求】
1. 一種通過響應於定價數據和由於對能量存儲裝置進行充電和放電引起的能量損耗 而對所述能量存儲裝置進行充電和放電來控制電能存儲的方法，所述定價數據指示隨時間 變化的電能的未來價格，所述方法包括： 通過將所述定價數據中的局部最低價格的下一次出現選擇作為候選充電時機或者將 所述定價數據中的局部最高價格的下一次出現選擇作為候選放電時機，來檢測關於所述定 價數據的交替的所述候選充電時機和所述候選放電時機； 如果候選充電時機或候選放電時機與所述定價數據中的另一個隨後價格之間的價格 差異至少足以補償由於對所述能量存儲裝置進行充電和放電引起的能量損耗，則批准該候 選充電時機或該候選放電時機；以及 分別在批准的充電時機和放電時機時對所述能量存儲裝置進行充電和放電。
2. 根據權利要求1所述的方法，其中，批准所述候選充電時機或者所述候選放電時機 的步驟包括：檢測與該候選時機有關的所述定價數據是否表示在批准該候選時機的後面的 價格之前的相應的最低價格或最高價格，如果不是，則由在批准該候選時機的後面的價格 之前的相應的最低價格或最高價格來代替所述候選充電時機或所述候選放電時機。
3. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述批准步驟檢測是否： PD>PC/Eff, 其中，Pd表示在放電時機時的價格，P。表示在充電時機時的價格，並且Eff表示所述能 量存儲裝置的充電和放電的效率，使得Eff等於在放電時重新得到的能量與在充電時輸入 的能量的比率。
4. 根據權利要求1所述的方法，其中，由所述檢測步驟和所述批准步驟使用的所述定 價數據表示在預定時長上的所述定價數據的時間平均值。
5. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述批准步驟能夠操作為將電力消耗的成本對 充電周期的時間進行積分，以檢測與充電時機相關聯的價格。
6. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述批准步驟能夠被操作為根據從上次充電時 機起過去的時間來應用與充電的能量存儲裝置有關的隨時間變化的能量損耗。
7. 根據權利要求1所述的方法，包括以下步驟： 根據所述能量存儲裝置的當前充電狀態來確定第一時機是否應當是充電時機或放電 時機。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中，所述確定步驟包括將所述當前充電狀態的測量 量與閾值量進行比較。
9. 根據權利要求8所述的方法，包括以下步驟： 根據所述定價數據改變閾值。
10. -種計算機軟體，當通過計算機執行所述計算機軟體時使所述計算機執行根據權 利要求1所述的方法。
11. 一種存儲介質，所述存儲介質存儲根據權利要求10所述的計算機軟體。
12. -種通過對能量存儲裝置進行充電和放電來控制電能存儲的能量存儲控制器，所 述控制器響應於指示隨時間變化的電能的未來價格的定價數據和由於對所述能量存儲裝 置進行充電和放電引起的能量損耗，所述控制器包括： 檢測器，被配置為通過將所述定價數據中的局部最低價格的下一次出現選擇作為候選 充電時機或者將所述定價數據中的局部最高價格的下一次出現選擇作為候選放電時機，來 檢測關於所述定價數據的交替的所述候選充電時機和所述候選放電時機； 批准器，被配置為如果候選充電時機或者候選放電時機與所述定價數據中的另一個隨 後價格之間的價格差異至少足以補償由於對所述能量存儲裝置進行充電和放電引起的能 量損耗，批准該候選充電時機或該候選放電時機；以及 充電控制器，能夠操作為分別在批准的充電時機和放電時機時對所述能量存儲裝置進 行充電和放電。
13. -種能量存儲設備，包括： 能量存儲裝置；以及 根據權利要求12所述的能量存儲控制器，用於控制所述能量存儲裝置的能量存儲。
14. 根據權利要求13所述的設備，其中，所述能量存儲裝置包括一個或多個電池組。
15. 根據權利要求14所述的設備，包括逆變器，所述逆變器用於產生高於所述電池組 電壓的輸出電壓。
16. 根據權利要求13所述的設備，其中，所述能量存儲裝置包括能移動主體，所述能移 動主體具有用於驅動所述能移動主體的電動機和用於從所述能移動主體的運動生成電力 的發電機。
17. -種電力消耗計量器，包括根據權利要求12的設備。
【文檔編號】H02J3/32GK104321943SQ201380028488
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2013年3月19日 優先權日:2012年3月30日
【發明者】揚·斯波爾仁, 克里斯多福·拉瑟福德 申請人:索尼公司, 索尼歐洲有限公司