用于优化负载的电力供应架构的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于优化负载的电力供应架构的方法。更具体地，本发明涉及包括多个能量存储源的电力供应，该电力供应在术语上也称为“混合电力供应”。
[0002 ] “混合电力供应”被理解为包括多个能量存储源的电力供应，例如与超级电容器组相关联的电池或与燃料电池相关联的电池。
[0003]本发明具有在许多领域中的应用以及可以被用于飞行器、卫星或宇宙飞船。
【背景技术】
[0004]存在使用混合电力供应来用于对负载供电的若干已知设备。这些设备特别地存在于电动巴士和有轨电车中，或者存在于电动汽车或混合动力汽车中。这些设备采用互补能量存储源，例如电池和超级电容器组。现有技术特别地包括描述了该类型设备的专利N0.FR2947006。
[0005]使用多个能量存储源允许在高负载需求时将一个能量存储源用作补充源。当负载需求低于主源的生产容量时，该补充源随后由主源进行再充电。
[0006]这些混合电力供应因此允许对主能量存储源的必需功率进行限制以及对电力供应的总量进行限制。然而，对于给定的电力供应，与保留利用诸如电池这样的单个电源的简单解决方案相比，偏向于使用复杂的多源架构并非总是恰当的。因此，开发基于混合电力供应的新的电力供应架构是存在风险的，其中该混合电力供应可能被证实与先前的架构相比更加笨重且较不高效。
【发明内容】
[0007]本发明意在通过提出一种使得能够预测该风险的方法来解决该问题。
[0008]为此，根据第一方面，本发明涉及一种用于优化负载的电力供应架构的方法，该方法包括以下步骤:确定任务分布图，该任务分布图的数据取决于负载随时间所需的功率;定义用于混合的候选能量存储源;将特征性能t吴型与每个能量存储源相关联;确定能够以最小质量生成任务分布图的能量存储源的配对;以及在潜在的能量存储源的配对之中确定具有最小质量的配对。
[0009]本发明因此允许利用有限数目的变量来识别具有最优性能的能量存储源的配对。本发明允许相对于第一能量存储源来限制第二能量存储源的使用。此外，第二能量存储源的功率使用分布图可以预测在负载需求小于第一能量存储源的生产容量时由第一能量存储源对第二能量存储源进行再充电的阶段。
[0010]根据一个实施方式，每个特征性能模型与Ragone图对应，该Ragone图根据每单位质量的能量存储源提供的供给功率给出能够由能量存储源提供的总能量。该实施方式允许简单地获取特征性能模型，这是因为Ragone图通常是由能量存储源生产商来提供的。
[0011]根据一个实施方式，确定能够以最小质量生成任务分布图的能量存储源的配对的步骤包括以下子步骤:针对用于混合的候选能量存储源的每个配对，确定能量存储源在Ragone图上的工作点，其中该工作点能够生成任务分布图且使两个能量存储源的总质量最小化。该实施方式允许获知每个能量存储源的工作点以及也允许获知与Ragone图的工作点相关的每个能量存储源的质量。
[0012]根据一个实施方式，该方法还包括将所确定的配对的质量与现有架构中的能量源的质量进行比较的步骤。该实施方式允许对质量方面的期望增益进行预测，从而使得能够判定是否适于修改现有架构。
[0013]根据一个实施方式，该方法包括以下步骤:定义用于混合的候选电力转换器;根据可用的电力转换器而确定能够以最小质量生成任务分布图的能量存储源的配对；以及根据所确定的配对来确定电力转换器。该实施方式允许整合在对电力供应架构的优化中可用的电力转换器的列表。
[0014]根据一个实施方式，定义混合的候选能量存储源的步骤提出了电池、超级电容器或燃料电池类型的能量存储源。该实施方式允许预先选择特别适于混合的能量存储源。电池优选地用作主源，而超级电容器组用作补充源。
[0015]根据一个实施方式，该方法还包括显示所确定的配对中的能量存储源以及所确定的配对中的能量存储源的功率使用分布图的步骤。
[0016]根据第二方面，本发明涉及一种通过根据本发明的方法而被优化的负载的电力供应架构。
【附图说明】
[0017]参考附图，通过阅读下文中对本发明的实施方式的仅作为说明的描述，将更好地理解本发明，其中:
[0018]?图1是负载的电力供应架构的示意图；
[0019]?图2是说明根据本发明的用于优化电力供应架构的方法的流程图；
[0020]?图3是本发明的方法的输入和输出的示意图；以及
[0021]?图4示出了优化的电力供应架构。
【具体实施方式】
[0022]图1示出了负载11的电力供应架构10。通过两个能量存储源13，14来完成负载11随时间所需的功率Pchg(t)。第一能量存储源13与递送功率Pbat(t)的电池组对应，而第二能量存储源14与递送功率Psc(t)的超级电容器组对应。作为变型，可以在不更改本发明的情况下对这些能量存储源进行改变。负载11与任意致动器例如伺服控制作动筒对应。
[0023]该架构10通过图2中描述的优化方法来被优化。在第一步骤中，方法在步骤20中确定任务分布图16，该任务分布图的数据取决于负载11随时间t所需的功率Pchg(t)。这种任务分布图16的示例在图3中示出。实践中，这种任务分布图16是通过针对负载11随时间t所需的功率Pchg(t)而进行多组测试来确定的。所记录的测量中的最不利时刻被级联和采样以形成任务分布图16。样本的离散化使得能够改变任务分布图16的精确度。
[0024]然后在步骤21中定义用于混合的候选能量存储源13，14，以及在步骤22中将每个源与诸如Ragone模型这样的特征性能模型相关联。Ragone模型根据每单位质量的能量存储源13，14提供的供给功率Pspec.bat，Pspec.sc给出能够由能量存储源13，14提供的总能量Espec.bat，Espec.sc。图3不出了 电池Bat.A、Bat.B、Bat.C和Bat.D的四个Ragone模型以及超级电容器组Sc.A和Sc.B的两个Ragone模型。这些Ragone图通常由制造商来提供。用于混合的候选能量存储源13，14优选地是电池、超级电容器或燃料电池。
[0025]在所定义21的能量存储源13，14之中，方法在步骤24中确定适于混合且能够以最小质量得到任务分布图16的配对。针对用于混合的候选能量存储源13，14的每个配对，以及针对能量存储源13，14的Ragone图上的每个工作点，该方法确立规划问题，求解该规划问题以确定使混合电力供应的质量最小化的能量存储源13，14的使用分布图。
[0026]在步骤25中通过寻找具有最小质量的配对来在潜在的配对之中确定配对18。在图3中所示的示例中，能量存储源13，14是电池Bat.D和超级电容器组Sc.b。工作点通过叉形记号来表示。方法还包括将所确定的配对18的质量Mal im与现有架构中的能量源的质量进行比较26的步骤。工作点允许对能够实现所述任务分布图的能量存储源13，14定义分布图32，33。对第一能量存储源13的使用分布图32施加较小的变化，而第二能量存储源14的使用分布图33具有较大的变化。因此，第一能量存储源13是主能量源，而第二能量存储源14是允许减轻负载11所需的功率Pchg(t)的较大变化的补充能量源。
[0027]除对能量存储源13，14进行选择之外，本发明的方法允许对用于混合动力的候选电力转换器38，39的列表进行整合。步骤23在于对这些电力转换器38，39进行定义，且在步骤24中根据这些电力转换器38，39来确定能量存储源13，14的配对。在图3所示的示例中，提供了转换器的多个功率系数 Pspec.dcdc.bat、Pspec.dcdc.sc 和Pspec.dcdc.chg。在步骤 27中根据所选择的配对18来确定电力转换器38，39。
[0028]步骤28在于显示所确定的配对18中的能量存储源13，14，以及所确定的配对18中的能量存储源13，14的功率的使用分布图32，33。
[0029]本发明因此允许定义负载11的优化电力供应架构10。图4示出了负载11的优化电力供应架构10。计算装置40借助于两个控制装置Cbat (t)和Csc (t)来控制能够定义由能量存储元件13，14所递送的功率Pbat (t)和Psc(t)的两个转换器38，39。根据负载11随时间七所需的功率Pchg(t)以及能量存储源13，14的使用分布图32，33来调整控制装置0^40和(:％⑴。
【主权项】
1.一种用于优化负载(11)的电力供应架构(10)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: -确定(20)任务分布图(16)，该任务分布图的数据取决于所述负载随时间(t)所需的功率(Pchg(t)); -在电池、超级电容器或燃料电池类型的能量存储源(13，14)之中，定义(21)用于混合的候选能量存储源(13，14); -将特征性能模型与每个能量存储源(13，14)相关联(22); -确定(24)能够以最小质量生成所述任务分布图(16)的能量存储源(I3，14)的配对；以及 -在所述能量存储源(13，14)的潜在配对之中确定(25)具有最小质量的配对(18)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个特征性能模型与Ragone图对应，所述Ragone图根据每单位质量的所述能量存储源(13，14)提供的供给功率(Pspec.bat，Pspec.sc)给出能够由所述能量存储源(13，14)提供的总能量(Espec.bat，Espec.sc)。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定(24)能够以最小质量生成任务分布图(16)的能量存储源(13，14)的配对的步骤包括以下子步骤:针对用于混合的候选能量存储源(13，14)的每个配对，确定所述能量存储源(13，14)在Ragone图上的工作点，其中所述工作点能够生成所述任务分布图(16)且能够使两个能量存储源(13，14)的总质量最小化。4.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，其特征在于，其包括将所确定的配对(18)的质量与现有架构中的能量源的质量进行比较(26)的步骤。5.根据权利要求1至4中的一项所述的方法，其特征在于，其包括以下步骤: -定义(23)用于混合的候选电力转换器(38，39); -根据可用的电力转换器(38，39)来确定(24)能够以最小质量生成任务分布图(16)的能量存储源(13，14)的配对；以及 -根据所确定的配对(18)来确定(27)电力转换器(38，39)。6.根据权利要求1至5中的一项所述的方法，其特征在于，其包括显示(28)所确定的配对(I8)中的能量存储源(13，14)以及所确定的配对(I8)中的能量存储源(13，14)的功率使用分布图(32，33)的步骤。
【专利摘要】本发明涉及一种用于优化负载的电力供应架构的方法，该方法包括以下步骤：确定任务分布图(16)，该任务分布图的数据取决于负载随时间所需的功率；定义用于混合的能量存储源；将特征性能模型与每个能量存储源相关联；确定能够以最小质量生成任务分布图的能量存储源的配对；以及在能量存储源的潜在配对之中确定具有最小质量的配对。
【IPC分类】H01M10/00, H02J7/00, H02J3/00, H02M3/00
【公开号】CN105594091
【申请号】CN201480054193
【发明人】伯努瓦·弗勒里, 格雷戈尔·马西奥, 皮埃尔-贝特朗·朗斯勒韦, 朱利安·拉贝
【申请人】空客集团有限公司, 空中客车防务和空间公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2014年9月30日
【公告号】WO2015044439A1