用于电应急能量储存装置充电的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于电力用户(2)的电应急能量储存装置(1)充电的方法。根据本发明实现用于电应急能量储存装置(1)充电的方法，该方法考虑到应急能量储存装置的老化并将其减小到最小程度，该方法包括以下步骤：预测电力用户(2)的能量需求EB，确定能量储存装置(1)的电容量C及能量储存装置(1)的内电阻Ri，计算充电电压UL，其中，通过这样的方法计算充电电压UL，在考虑到特别是在内电阻Ri处损耗的情况下，为了满足预测的能量需求EB，在该充电电压UL下储存在应急能量储存装置(1)中的能量刚好足够，并且对应急能量储存装置(1)充电及放电直到计算的充电电压UL。
【专利说明】用于电应急能量储存装置充电的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于电力用户的电应急能量储存装置充电的方法。
【背景技术】
[0002] 为电力用户进行电能供应的应急能量储存装置已经应用在很多领域。通常，需要 应急能量供应的电力用户与安全相关。这种与安全相关的电力用户的例子包括，特别是载 人电梯中的发动机或在风能装置（Windenergieanlage)中的变桨系统。
[0003] 当外部电网失效，例如可能出现建筑物火灾，在没有外电网提供能量的情况下，要 求载人电梯可以驶向最近的楼层，然后打开电梯的门，由此，可将电梯中的人员带到安全的 地方。
[0004] 通常，现代的风能装置配备了电力变桨系统，每个转子叶片（Rotorblatt)具有至 少一个称为变桨发动机的电机。通过旋转叶片围绕其纵轴的旋转，这类变桨系统调整旋转 叶片相对于风的位置，并且经常唯一安全的可能是将风能装置的转子带到静止状态。由此 出现，变桨系统将旋转叶片旋转到所述旗臶位置（Fahnenstellung)上，并且在没有驱动的 情况下，通过风力使转子进入静止状态。变桨系统的能量供应通常通过电网（Netz)完成， 在该电网中，风能装置也输送产生的电流。例如，电网出现故障时可能引发危险的情况，即 随着风力的增大，风能装置的转子的旋转速度会超出允许的最高值，因此，风能装置或在其 附近的人可能受到伤害。
【发明内容】
[0005] (一）要解决的技术问题
[0006] 为了能够避免在电力故障中的这样的危险状况，在没有通过外部电网向变桨系统 提供能量的情况下，旋转叶片必须可移动到旗臶位置上。对此，根据现有技术可知，变桨系 统具备一个或多个应急能量储存装置，该应急能量储存装置在电力故障中保证变桨系统的 能量供应及由此保证变桨系统的执行能力，至少可以将转动叶片带到安全的旗臶位置。
[0007] 在通过应急能量储存装置提供电能时存在的问题是，通常，应急能量储存装置会 经受老化过程。也就是，应急能量储存装置经过某一使用寿命后不再满足像最初那样相同 的性能参数。特别地，在应急能量储存装置中，随着时间的变化，最大可存储能量下降。其他 涉及的性能参数可能是电压或最大功率。老化过程的速度及幅度将通过其他的参数确定， 如为应急能量储存装置充电的环境温度和电压。
[0008] 为了满足截至到所选时间段终点时的期望的性能参数，即到应急能量储存装置的 使用寿命的结束，并且因此，例如，为了保证风能装置的安全，在现有技术状态下这样确定 应急能量储存装置的容量，使性能参数在一开始选择的时间段内远超出期望的性能参数， 这样，即使由于老化性能参数下降，期望的性能参数依然可以在选择的时间段结束时得到 满足。通过必要的应急能量储存装置的超量设计（Oberdimensionierung ),会相应地增加 费用。特别地，在风能装置中，最大可存储能量的性能参数会超量设计。此外，应急能量储 存装置在风能装置的运行中这样进行充电，即在每个时间点，始终在应急能量储存装置中 储存最大可能的能量额。这样可以确保始终在应急能量储存装置中储存足够的能量。
[0009] (二）技术方案
[0010] 至此，本发明的目的是确定用于电应急能量储存装置的充电方法，该方法考虑到 应急能量储存装置的老化并将其减至最小。
[0011] 基于此前的发明目的，通过描述获得解决电子的应急能量储存装置的充电的方 法。该方法包括下列步骤：
[0012] 预测电力用户的能量需求Eb。
[0013] 确定应急能量储存装置的电容量C及应急能量储存装置的内电阻Ri。
[0014] 计算充电电压队，从而计算充电电压队，使得在考虑到特别是在内电阻氏出现损 耗的情况下，在所述充电电压队下储存在所述应急能量储存装置（1)中的能量E。的预测的 能量需求^正好满足所述预测的能量需求^，并且，为所述应急能量储存装置（1)充电或 放电，直到所述计算的充电电压队。
[0015] 预测能量需求EB描述了能量，该能量是电力用户是为了在应急状态下，例如，在停 电的时候，完成必要的工作所必须的。
[0016] 预测消耗体的能量需求^可以是在简单的情况下的绝对的能量用量。根据本发明 可以以不同方式预测能量需求^。例如，预测可以包括，将能量需求E B假设为常数值。可 选的，预测可以依据模型，例如，假设随着应急能量储存装置的或电力用户的老化，能量需 求E B线性增长。
[0017] 此外，在应急情况下的扩展能量需求EB的时间区间至少可以分成两个时间间隔， 其中，对于在每个这样的时间间隔内，预测出绝对的能量用量。扩展能量需求E B的时间区间 可以分成任意多个时间间隔，其中，对于每个时间间隔预测绝对的能量用量。特别地，时间 间隔可以无限短。在本发明的其他设计方案中，特别地，能量需求E B的预测结果是连续的 时间函数，该函数表示在能量需求eb扩展的时间区间的每个时间点的当前的能量需求e b。
[0018] 为了满足特定的目的，能量需求EB对应电力用户的能量需要。在升降电梯中的电 力用户的例子中有以下目的，没有外电网提供能量的情况下，可以到达邻近的楼层，并且打 开电梯门。例如，在风能装置中存在以下目的，一个或多个旋转叶片，特别是所有的旋转叶 片，在没有来自风力的能量供应的情况下，可以旋转到旗臶位置上。
[0019] 确定应急能量储存装置的电容量C及应急能量储存装置的内电阻氏可以通过不 同的方式实现。一种方法是，应急能量储存装置通过电阻进行短时间地放电，然后，测试电 压和放电电流。由此可以重新计算应急能量储存装置的电容量C及应急能量储存装置的内 电阻Ri。一种可选的确定应急能量储存装置的电容量C及应急能量储存装置的内电阻Ri的 方法在于，应急能量储存装置的电容量C及应急能量储存装置的内电阻氏通过模型估算。 例如，这种模型可以存在以下假设，应急能量储存装置的电容量C随时间线性下降和/或应 急能量储存装置的内电阻氏随时间线性增加。该模型的复杂性可以明显的升高，并且可以 考虑多个参数的线性或非线性的影响，例如，充电/放电周期的次数，充电电压队，充电电 流/放电电流，温度等。例如，考虑到温度的模型可以根据应急能量储存装置的电容q之 前的测量值，由此确定应急能量储存装置的当前电容量C，从而根据已知的温度T与电容量 C(T)的关系计算当前的应急能量储存装置的当前电容量C。在此，"C(T)"表示的意思是电 容量C是关于温度T的函数。这样的模型允许用于应急能量储存装置的内电阻Ri的类似转 换。在最后两个提到的模型中，既需要之前测量的应急能量储存装置的电容量C_i及应急能 量储存装置的内电阻时的测试温度T，也要在确定当前的应急能量储存装置的电容量 C及应急能量储存装置的内电阻氏时的测试温度T。温度T既可以是应急能量储存装置的 温度，也可以是容器的内部温度，应急能量储存装置设置在该容器内部，或者利用周围环境 温度。此外，应急能量储存装置的内电阻氏可以通过模型确定并且应急能量储存装置的电 容量C通过测量确定，反之亦然。
[0020] 提供充电电压队的充电单元可用于应急能量储存装置的充电，该充电装置提供充 电电压。例如，该充电装置可以通过整流器构成，该整流器将供应网络的交流电整流成具有 电压的直流电，该电压对应于充电电压队。
[0021] 如果计算的充电电压队低于当前的应急能量储存装置的电压U，应急能量储存装 置放电。例如，可以这样实现，在应急能量储存装置上仅设置充电电压队，并且通过自动放 电应急能量储存装置达到预期的充电电压队。可选的是，应急能量储存装置可以主动地放 电，由于例如外部电阻应用到应急能量储存装置，直到充电电压队。
[0022] 由此，充电电压队及储存在应急能量储存装置中的能量^适应于预测的能量需求 EB，实现更长的应急能量储存装置寿命。
[0023] 根据本发明，代替应急能量储存装置在其寿命期间以最大充电电压UUmax充电的情 况，该应急能量储存装置每次仅仅以特殊时刻所需的充电电压队进行充电，通常该充电电 压要比最大的充电电压U u_低。通过与现有技术相比，更低的充电电压会减缓应急能量储 存装置的老化进程，因为，老化进程相当大程度依赖于充电电压队的大小。为了将之前的 应急能量储存装置变得更小，即特别地采用较小的电容量C，可以借助于根据本发明的方法 使得使用寿命延长，由此，明显降低用于应急能量储存装置的费用。
[0024] 根据本发明的有利的改进方案，通过负载电流曲线I(t)及负载电阻心或通过负 载电流曲线I(t)及负载电压曲线
【权利要求】
1?一种用于电力用户（2)的电应急能量储存装置（1)充电的方法， 其特征在于， 所述方法包括以下步骤： 预测所述电力用户（2)的能量需求Eb， 确定所述应急能量储存装置（1)的电容量C及所述应急能量储存装置（1)的内电阻氏， 这样计算充电电压队，其方法是，在考虑到损耗特别是在内电阻氏损耗的情况下，在所 述充电电压队下储存在所述应急能量储存装置（1)中的能量E。正好满足所述预测的能量 需求EB并且， 为所述应急能量储存装置（1)充电或放电，直到所述计算的充电电压队。
2. 根据权利要求1所述的用于电应急能量储存装置（1)充电的方法，其特征在于，所述 预测的能量需求EB被表达为负载电流曲线I (t)及负载电阻&，或负载电流曲线I (t)及负 载电压曲线&或负载电阻&及负载电压曲线
3. 根据权利要求2所述的用于电应急能量储存装置（1)充电的方法，其特征在于，在所 述充电电压队下存储在所述应急能量储存装置（1)中的所述能量E。被假定为，在由所述预 测的能量需求EB表示的所述负载电流曲线I(t)下的所述应急能量储存装置（1)的内电阻 氏的损失与在所述负载电流曲线I (t)下的由所述应急能量储存装置（1)供应的电能之和。
4. 根据权利要求1至3中任一项所述的用于电应急能量储存装置（1)充电的方法，其 特征在于，所述应急能量储存装置（1)是电容器，特别地，是一个超级电容器。
5. 根据权利要求4所述的用于电应急能量储存装置（1)充电的方法，其特征在于，在计 算所述充电电压队中，被考虑到作为储存在应急能量储存装置（1)中的在充电电压队的能 量只是部分能量ET，这样，所述部分能量ET是对应于在所述充电压电队下储存在所述电容 器中的能量与在下限电压下的所述电容器的能量差值的能量。
6. 根据权利要求1至5中任一项所述的用于电应急能量储存装置（1)充电的方法，其 特征在于，安全校正函数（4)被加到所述预测的能量需求^和/或所述预测的能量需求^ 乘以安全校正函数（4)。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的用于电应急能量储存装置（1)充电的方法，其 特征在于，所述计算的充电电压队增加一常数值和/或乘以安全系数。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的用于电应急能量储存装置（1)充电的方法，其 特征在于，进行负载测试并且所述预测的能量需求EB至少部分地基于所述负载测试的结 果。
9. 根据权利要求1至8中任一项所述的用于电应急能量储存装置（1)充电的方法，其 特征在于，作为所述计算的充电电压队和/或所述预测的能量需求EB和/或所述确定的电 容量C和/或所述确定的内电阻氏的函数来输出状态信号。
10. 根据权利要求9所述的用于电应急能量储存装置（1)充电的方法，其特征在于，当 所述计算的充电电压队不大于第一临界值时，贝U输出第一状态信号。
11. 根据权利要求9或10所述的用于电应急能量储存装置（1)充电的方法，其特征在 于，当所述计算的充电电压队大于第一临界值并且不大于第二临界值时，则输出第二状态 信号。
12. 根据权利要求9至11中任一项所述的用于电应急能量储存装置（1)充电的方法， 其特征在于，当所述计算的充电电压队大于第二临界值并且不大于第三临界值时，则输出 第二状态号。
13. 根据权利要求9至12中任一项所述的用于电应急能量储存装置（1)充电的方法， 其特征在于，当所述计算的充电电压队大于第三临界值时，则输出第四状态信号，借此所述 第三临界值为最大允许充电电压UUmax。
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的用于电应急能量储存装置（1)充电的方法， 其特征在于，如果所述计算的充电电压队大于所述最大允许充电电压Uu_，则将所述计算 的充电电压队降低至最大允许充电电压UUmax。
15. -种用于执行根据前述权利要求中任一项所述方法的程序结构的计算机程序产 品。
【文档编号】H02J15/00GK104283252SQ201410322912
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年7月8日 优先权日:2013年7月8日
【发明者】托拜厄斯·罗斯曼, 雷·奥佩, 比约恩·施赖纳 申请人:穆格翁纳股份有限公司