用于太阳能动力电梯设备的能量管理系统的制作方法
【专利摘要】用于将电梯设备(2)连接到替代能源(4)的能量管理系统(1)集成关于优化能量使用的各种操作模式。能量管理系统(1)基于各种参数中的至少一个预定参数选择性地执行这些模式。能量管理系统(1)具有处理器(22)和连接到处理器(22)以从处理器(22)接收控制信号的切换组件(24)。在处理参数中的至少一个时，处理器(22)选择电梯设备(2)的多个操作模式(F1-F6)中的一个并产生作为选择的操作模式的功能的控制信号以经由切换组件(24)使能量从切换组件(24)的多个输入部中的一个流动到切换组件(24)的输出部。
【专利说明】用于太阳能动力电梯设备的能量管理系统
【技术领域】
[0001]这里所述的发明的各种实施例总体涉及电梯设备，具体地涉及联接到诸如光电系统的可选电能源的设备。更具体地，本发明的这些实施例涉及用于这种电梯设备的能量管理系统。此外，这些实施例涉及操作联接到可选电能源的电梯设备的方法。
【背景技术】
[0002]在建筑物的设计阶段，建筑物拥有者和建筑师需要判定是否要将电梯设备安装在建筑物中。在该过程期间，建筑物拥有者和建筑师越来越多地考虑诸如电梯设备的能量消耗、环境友好和总运行费的参数。在一些国家中，由于断电可能会关闭电梯设备，从而使得在断电期间电梯设备不可用，因此公共电网的可靠性是另外一个参数。
[0003]已知解决这些顾虑中的一些的多种方法。例如，JP4-272073公开了一种“清洁”电梯系统，所述电梯系统具有给电池充电的太阳能电池。电池提供用于驱动电梯系统的电动机的能量。另外，电池吸收由当用作发电机时的电动机提供的再生能量。
[0004]此外，CN101544332描述了一种由可切换电源提供动力的电梯系统。该电梯系统具有工业电源、电源输入识别接口、智能电源控制器、电源输出识别接口、电梯驱动控制器、太阳能发电装置和能量储存装置。太阳能发电装置与电源输入识别接口和能量储存装置连接；以及能量储存装置与电源输入识别接口和电梯驱动控制器连接。电梯通过由太阳能发电装置供应的备用电源提供动力，其中能量储存装置储存电能以确保电梯在工业电源被切断的情况下正常运行
[0005]即使这些方法解决了建筑物拥有者和建筑师越来越多地考虑的参数中的一些，但是这些方法是单独的方法并因此提供对各种情况的有限灵活性和适应性。因此，需要一种提高灵活性和适应性的替换方法。因此，这里公开的这种替换方法的各种实施例涉及一种能量管理系统，其中关于能量使用的优化的各种操作模式被集成，并且所述能量管理系统基于各种参数中的至少一个预定参数选择性地执行这些模式。
【发明内容】
[0006]本发明的一方面是一种用于连接到替代能源的电梯设备的能量管理系统，其中能量管理系统包括处理器和切换组件。处理器具有用于连接到电能储存装置以获得指示电能储存装置的充电状态的参数的第一输入部、用于连接到替代能源以获得指示可从替代能源获得的电力的参数的第二输入部、用于连接到电网以获得指示电网的状态的参数的第三输入部、和用于连接到电梯设备的控制器以获得指示电梯设备的操作的参数的第四输入部。切换组件连接到处理器以从处理器接收控制信号，并具有用于连接到电能储存装置的第一输入部、用于连接到替代能源的第二输入部和用于连接到电网的第三输入部。切换组件具有用于将电梯设备的驱动电动机连接到电能储存装置、替代能源和电网中的一个的输出部。处理器被构造成处理参数中的至少一个以选择电梯设备的多个操作模式中的一个并产生作为选择的操作模式的功能的控制信号以使能量从切换组件的多个输入部中的一个流动到切换组件的输出部。
[0007]本发明的另一方面是一种系统，所述系统包括具有驱动电动机和电梯控制器的电梯设备、连接到电能储存装置的替代能源和能量管理系统，该能量管理系统具有处理器和连接到处理器以从处理器接收控制信号的切换组件。处理器具有用于连接到电能储存装置以获得指示电能储存装置的充电状态的参数的第一输入部、用于连接到替代能源以获得指示可从替代能源获得的电力的参数的第二输入部、用于连接到电网以获得指示电网的状态的参数的第三输入部、和用于连接到电梯设备的控制器以获得指示电梯设备的操作的参数的第四输入部。切换组件具有用于连接到电能储存装置的第一输入部、用于连接到替代能源的第二输入部、用于连接到电网的第三输入部和用于将电梯设备的驱动电动机连接到电能储存装置、替代能源和电网中的一个的输出部。处理器被构造成处理参数中的至少一个以选择电梯设备的多个操作模式中的一个并产生作为选择的操作模式的功能的控制信号以使能量从切换组件的多个输入部中的一个流动到切换组件的输出部。
[0008]此外，本发明的一方面是一种管理用于电梯设备的能量的方法。所述方法处理包括指示电能储存装置的充电状态的参数、指示可从替代能源获得的电力的参数、指示电网的状态的参数、和指示电梯设备的操作的参数的组中的至少一个参数。响应于所述处理，所述方法选择电梯设备的多个操作模式中的一个，并且为切换组件产生作为选择的操作模式的功能的控制信号以使能量从切换组件的多个端口中的一个流动到切换组件的另一个端□。
[0009]在一些实施例中，以上系统或能量管理系统可以没有用于连接到电网的输入部。在这种实施例中，电梯设备仅被提供来自替代能源或电能储存装置(电池系统)或替代能源和电能储存装置两者的能量。
[0010]一个优点在于能量管理系统可以经由指示电梯设备的操作的参数检测到电梯设备的驱动电动机处于再生模式下，并然后可以控制切换组件以允许能量从切换组件的输出部流动到切换组件的第一输入部和第三输入部中的一个。然而，要认识的是这种再生模式是任选的并且可以不必存在于所有实施例中。
[0011]另一个优点在于能量管理系统可以至少经由指示可从替代能源获得的电力的参数检测到可获得过剩的替代能量，并且然后控制切换组件以允许能量从切换组件的第二输入部流动到第三输入部，使得替代能量被反馈到电网。这也可以是任选特征并且可以不必存在于所有实施例中。
[0012]又一个优点在于能量管理系统可以经由指示电梯设备的操作的参数检测到电梯设备处于备用模式下，并然后可以控制切换组件以将来自切换组件的第一输入部和第二输入部中的一个的能量供应给电梯控制器。
[0013]在一个实施例中，所述系统具有连接在能量管理系统与电能储存装置之间的电压转换器。电压转换器被构造成将经由直流链路提供的预定电压转换成适于电能储存装置的预定电压的电压，和/或将电能储存装置的预定电压转换成直流链路的预定电压。有利地，电压转换可以是单向或双向的。
[0014]有利地，关于电网的种类的灵活性由充电装置(例如，电池充电器)提供。充电装置连接到电能储存装置和电网以通过来自电网的能量给电能储存装置充电，其中电网是单向电网或三相电网。【专利附图】
【附图说明】
[0015]表示本发明特点的新颖特征和方法步骤在以下权利要求中给出。然而，在结合附图阅读随后的详细说明时通过参照随后的详细说明最好地理解本发明本身及其它特征和优点，其中:
[0016]图1示意性地显示建筑物中的电梯设备的一个实施例的示例性能量管理系统的相互作用和功能；
[0017]图2示意性地显示相对于状态和能量流能量管理系统与外围实体的相互作用；
[0018]图3是在备用操作期间使用太阳能的系统的示意性概述；
[0019]图4是使用太阳能并允许再生能量反馈到电池系统的基于电网的系统的示意性概述；
[0020]图5是使用太阳能并允许再生能量反馈到电池系统的没有电网的系统的示意性概述；
[0021]图6是将来自替代能量源的能量供给到电网的系统的示意性概述；
[0022]图7示意性地显示DC / DC转换器的一个实施例；
[0023]图8示意性地显示建筑物中的电梯设备的一个实施例，其中电池系统和DC / DC转换器位于建筑物的顶部上；以及
[0024]图9a、9b、9c示出了显示在显示装置上的符号和象形图的各种示例。
【具体实施方式】
[0025]图1示意性地显示安装在建筑物5中的电梯设备2的能量管理系统I的相互作用和功能。能量管理系统I联接到替代能源4和电网6，例如，三相400伏(3X400V)系统。简短地，能量管理系统I被构造成选择多个操作模式中的一个以操作电梯设备2，其中所述多个操作模式作为各种参数(例如，替代能源4的状态、电网6的状态、电梯设备的操作参数、日期和时间、预定义程序)的函数通过函数或功能F1-F6限定。能量管理系统I因此允许操作模式的灵活和动态设置，这例如使得能量消耗和总运行费被优化并提高电梯设备2的可用性。
[0026]为了便于说明，能量管理系统I在图1中被示出，以及在以下附图中，能量管理系统I与电梯设备2分离和连接到电梯设备2。然而，要认识的是能量管理系统I通常是电梯设备2的一部分；能量管理系统I可以是电梯设备2的控制系统的一体(中心)部分，或者能量管理系统I可以是控制系统的分散部分。进一步地，一些功能可以与电梯设备2的其它硬件或软件构件共享，或者可以由其它硬件或软件构件提供，只要能够确保能量管理系统I的整体功能(即，管理电梯设备2内的能量)即可。
[0027]图1的示例性电梯设备2服务(例如，三个)建筑物5的楼层10，并包括轿厢8、控制系统14、具有驱动电动机12的驱动装置、楼层终端16和轿厢终端20。至少一个悬挂介质18将轿厢8连接到驱动装置。驱动装置被构造成驱动悬挂介质18以使轿厢8沿着电梯井或竖井上下移动。在一个实施例中，电梯设备I是牵引型电梯，即，联接到驱动电动机12的驱动绳轮通过驱动绳轮与悬挂介质18之问的牵引作用在悬挂介质18上。在该实施例中，悬挂介质18用作悬挂牵引介质。[0028]在一个实施例中，悬挂介质4具有皮带型结构，在该皮带型结构中，由金属材料制成的多个绳索完全或部分地嵌入在弹性体涂层中。所述结构具有横截面，所述横截面的宽度长于其高度。这种悬挂介质18的表面可以是平坦的或具有纵向沟槽。在具有这种横截面的悬挂介质18的另一个实施例中，由诸如聚芳基酰胺纤维的非金属材料制成的绳索被完全或部分地嵌入在弹性体材料。在又一个实施例中，悬挂介质18可以具有圆形结构，在该圆形结构中，由金属或非金属材料制成的各个绳被拧成绳索。这种圆形悬挂介质可以不被包裹或被包裹有弹性体材料。
[0029]要认识的是能量管理系统I的应用不局限于特定类型的电梯设备2或悬挂介质18。例如，本领域的普通技术人员将认识到这里所述的能量管理系统I不仅可以与牵引型电梯、与圆形或扁平悬挂介质18 —起使用，还可以与诸如液压电梯的其它类型的电梯一起使用。
[0030]在这里所述的各种实施例中，替代能源4包括位于建筑物5的屋顶5a上的光电系统。光电系统具有预定数量的太阳能电池。这些太阳能电池作为太阳能电池板4a在市场上可买到，其中每一个太阳能电池板4a具有一定的额定电压或电功率。如果期望高电功率，则多个太阳能电池板可以联接在一起。太阳能电池板通常布置在建筑物的屋顶5a上，但是可以位于其它位置，例如建筑物墙壁或甚至远离建筑物。要认识的是也可以使用其它替代(电)能源，例如当风使转子转动时产生电能的风力发电机。
[0031]所需的太阳能电池板的数量作为建筑物操作者或建筑师对电梯设备2限定的具有不同使用模式的要求(例如，每小时最大行驶次数、停机/楼层数量、以及住宅或商业建筑物)的函数或功能被选择。由太阳能电池板产生的电能被供应给例如在大约24V与48V之间、优选地24V或48V的电池系统(图2中的电池系统26)并储存在所述电池系统中。电池系统是电能储存装置的一个示例。本领域的技术人员将认识到其它电压也是可以的。电池系统可以包括一个或多个单独的电池，所述多个单独的电池串联连接，使得电池系统的总电压是各个电池的电压的总和。能量管理系统I连接到电池系统，确定可用电能，计算下一次行驶所需的能量，以及确定电池系统是否可以提供用于下一次行驶所需的能量。在电池系统的能量太低的情况下，消息“太阳能再充电”被显示，或者正常模式(即，来自电网6的电力)被恢复。
[0032]进一步地，太阳能电池板4a的数量还取决于建筑物5的地理位置。要认识的是对于每一个地理位置可获得或确定提供例如每月以及每年阳光充足日的平均数以及基于月份的太阳强度的气象数据。地理位置与气象数据结合确定将太阳能电池板4a定位在屋顶5a上的角度和方位。太阳能电池板4a的角度和方位可以在一天和一年里跟踪太阳的位置。然而，对于大多数设备来说，以固定角度和方位定位太阳能电池板4a并添加一个或多个另外的太阳能电池板4a以确保太阳能电池板4a在一年中提供充分的能量，这可能就足够了并且更加经济。
[0033]图2示意性地显示能量管理系统I与外围实体的相互作用。外围实体包括电网6、驱动电动机12、替代能源4、电梯控制器14和电池26 (或电池系统)。图2示意性地所示的相互作用包括相对于关于这些实体的状态信息S1-S5的各种数据交换以及能量经由能量路径E1-E5的路由或路径选择(routing)。
[0034]能量管理系统I包括处理器22和切换/转换设备24 (还被称为切换组件)。处理器22通过信号线CTRL连接到切换/转换设备24以控制切换/转换设备24。处理器22从电梯控制器14获得状态信息S1、从电网6获得状态信息S2、从电池26获得状态信息S3、以及从替代能源4获得状态信息S4。如图2中所示，电梯控制器14与驱动装置12相互作用以从驱动装置12获得状态信息S5。切换/转换设备24经由能量路径El连接到电池26，经由能量路径E2连接到电网6，经由能量路径E4连接到替代能源4，以及经由能量路径E5连接到驱动装置12。另外的能量路径E3将替代能源4连接到电池26。
[0035]参照图1和图2，在能量管理系统I中定义以下功能F1-F6并由能量管理系统I执行以下功能F1-F6。在功能Fl (“备用”)中，能量管理系统I确定电梯设备2处于备用模式下，即，例如，在低流量或运输量时间段或夜间期间，轿厢8没有移动并且等待乘客请求行进。当备用模式在电梯设备中是明确限定的模式时，该信息经由状态线路SI由电梯控制器14提供。在备用模式期间，能量消耗最小，这是因为能量仅用于诸如给电子电路提供电力或对楼层(landing)操作面板的照明的基本功能，而并不是用于给驱动装置12提供电力。
[0036]进一步地，能量管理系统I经由状态线路S3和/或S4获得指示可从电池系统26和/或替代能源4 /太阳能电池板4a获得的能量的另外的状态信息。如果可获得这种能量，则能量管理系统I在功能Fl中使电梯设备2经由能量路径El从电池系统26或经由能量路径E4直接从替代能源4获得备用模式下所需的能量。在白天期间，例如，替代能源4为备用模式下的电梯设备2完全供应能量。另外，在不需要所有产生的能量来操作电梯设备2的情况下，替代能源4经由能量路径E3给电池26充电。
[0037]在夜间期间，或在没有或低日照时间段期间，电池系统26经由能量路径El和E5给电梯设备2供应能量。如所述的，替代能源4在白天期间经由太阳能电池板4a给电池系统26充电。在电池系统26供应能量的情况下，不使用来自电网6的电力。在来自电网6的能量消耗为OW的情况下，电梯设备2在备用模式下获得等级A或更高等级A+++能量消耗额定值。在用于各种能量消耗设备的传统的等级A— G能量消耗额定值系统(例如，参见EUDirective2010 / 30 / EU)中，等级A或A+++能量消耗额定值是最高可能的额定值。例如，如果大约50W的能量消耗实现等级A额定值，则备用模式下的OW能量消耗将实现等级A+++额定值。
[0038]能量管理系统I选择用于在紧急情况下操作电梯设备2的功能F2( “备用/紧急电力”)。例如，在电网6的电力失效的情况下，电网6的状态信息S2改变以指示这种电力失效。系统的处理器22检测到所述变化，将所述变化解释为电力失效并启动切换/转换设备24以将能量路径从能量路径E2改变到能量路径El或E4，从而经由能量路径E5为驱动电动机12提供能量以保持电梯设备2运行。
[0039]在电力失效的情况下，电梯设备2自动切换到“太阳能模式”，从而仍然允许使用电梯设备2。为了进一步提高电梯设备2的可用性(例如，持续较长时间段)，可以例如通过断开(楼层)指示器、减小轿厢8内的照明、减小轿厢8在电梯井内行进的额定速度、减小电梯设备的最大有效载重量、减小每小时的行驶次数来选择性地降低电梯设备2的性能，和/或如果电梯设备2包括一组电梯，则可仅操作所述一组电梯中的一个电梯，或对于每一次行驶仅操作提供所述一组电梯的最优化能量消耗的电梯来选择性地降低电梯设备2的性能。功能F2可以尤其适用于电力频繁中断的国家。
[0040]降低可用性或性能对于乘客很可能是明显的。如果储能较低，则为了通知乘客降低可用性或性能的理由，任选的音频或影像消息、显示器或指示器可以设置在轿厢8内部或设置在每一个楼层处，从而指示例如“依靠太阳能运行”或“电池再充电”或类似指示。以下参照图8描述关于通信信息的更多细节。
[0041]即使可从电网6获得能量，能量管理系统I选择用于在(临时)太阳能模式下操作电梯设备2的功能F3( “临时太阳能模式”)。在太阳能模式下，仅通过太阳能为电梯设备2提供电力。选择太阳能模式的目的是例如当运输量较低时节约电能，或例如在电力更昂贵时的时间期间降低操作成本、或这些目的的组合。
[0042]当运输量较低时或在电力更昂贵的时间期间可以例如通过建筑物操作者手动选择太阳能模式，或可以自动选择太阳能模式。在一个实施例中，在电梯控制器14处发生模式选择。因此，能量管理系统I经由状态信息SI检测任何模式选择并基于状态信息S3和S4将能量路径从E2改变到El或E4。
[0043]当电梯设备2在太阳能模式下操作时，电梯控制器14可以被构造成改变电梯的轿厢8的移动速度和/或加速度。例如，移动速度可以适应轿厢8中的负载以优化能量消耗。进一步地，当可用能量较低时，可以减小最大容许负载；负载减小可以被称为“太阳能过载”并将此指示给乘客，如参照图8所述。参见图5和图6，当在发电机模式下运行时，该模式可以与能量回收结合。
[0044]能量管理系统I可以在没有连接到电网6的电梯设备2中被实施。在这种情况下，能量管理系统I选择功能F4(“永久太阳能模式”)并仅通过太阳能作为主能源操作电梯设备2。关于评价状态信息S1、S3和S4的主要操作和相应能量路径E1、E3和E4的选择如参照功能F1-F3所描述的一样。
[0045]能量管理系统I可以进一步在将由太阳能电池板产生的能量反馈到电网6的电梯设备2中被实施。因此，如果能量管理系统I确定电梯设备的能量消耗低于由太阳能电池板当前提供的能量，则能量管理系统I选择功能F5( “太阳能返回电网”)。太阳能电池板因此产生可以被反馈到电网的剩余能量。例如如经由状态信息SI指示的当电梯设备2不被使用(备用)或运输量较低时可以存在这种情况。
[0046]功能F5特别是为了与具有功率因数(PF)为I的再生驱动装置(这种驱动装置被称为PFl动力驱动装置)结合，这是因为它允许充分利用PFl电力或功率。PFl驱动装置的电力或功率被形成为用于电梯设备2的峰值再生电力或功率，并且通常每天仅几分钟在这种电力或功率下被使用。这种PFl电力或功率的开发允许用户以非常低的成本支付太阳能发电。
[0047]在一个实施例中，能量管理系统I可以根据功能F6( “电网电力”)操作电梯设备
2。例如，当替代能源4不可获得或不期望时，该功能F6可以是默认模式。替代能源4例如在维修、更换或保养期间可能不能获得。在一个实施例中，状态信息S1、S3和S4指示这种不可利用性。在另一个实施例中，可以在能量管理系统I处手动设置功能F6以盖写或改写或忽略任何状态信息S1、S3和S4。
[0048]图3显示了在电梯设备2的备用操作期间根据功能Fl使用太阳能的示例性系统的示意性概述。在图3中，处理器22和控制器14被显示为连接到驱动电动机12的能量管理系统I的一部分。然而，要认识的是功能性“处理器”或“控制器”被物理地实施的位置是无关的。能量管理系统I连接到电网6和电池系统26，所述电池系统26进一步连接到替代能源4。电网6是提供3X400V的3相系统。电池系统26提供在大约24V与大约48V之间的电压。在一个实施例中，电池系统26提供大约24V的电压。在另一个实施例中，电池系统26提供大约48V的电压。
[0049]如以上关于功能Fl所述，如果能量管理系统I经由控制器14确定电梯设备2处于备用模式下，则能量管理系统I经由处理器22使电梯设备2经由能量路径El从电池系统26获得所需的能量(如图3所示)或经由能量路径E4直接从替代能源4获得所需的能量。
[0050]在替代能源4不足以给电池系统26充电以为电梯设备2提供充足的电力的情况下(例如，在有限日照持续时间或强度(例如，在冬天)的时间段期间)，可以设置任选的电池充电器28。电池充电器28连接在电网6与电池系统26之间。在图3中，电池系统26是任选的这一事实通过虚线表示。电池充电器28的功率消耗可以限于最大50W以在备用期间保持电梯设备2的等级A能量额定值。
[0051]另一任选部件是经由用于DC电压的链路32 (以下简称DC链路)连接在能量管理系统I与电池系统26之间的(单向的)DC / DC转换器30 (也在图3中通过虚线显示)。当电梯设备2( S卩，电梯设备2的驱动电动机12)执行再生行程(trip)时可以应用该部件。在这种情况下，DC链路32将大约560V的电压供给DC / DC转换器30。DC / DC转换器30使用大约560V的输入电压输出被供给电池系统26的例如大约24V的电压。
[0052]DC / DC转换器的各种结构通常在电子电路设计的领域中是公知的。DC / DC转换器可以被构造成为单向转换器或被构造为双向转换器，其中双向转换器也可以用作单向转换器。双向DC / DC转换器的一个不例是允许能量从第一端口(例如,输入端或输入部)流动到第二端口(例如，输出端或输出部)并允许能量沿相反的方向(即，从第二端口到第一端口)流动的分离式Pi转换器。这种转换器使用受控开关将能量周期地储存在线圈和电容器中以使DC电压平稳。以下参照图7描述DC / DC转换器的另一个实施例。
[0053]图4是可以使用来自电网6或替代能源4的能量并允许再生能量反馈到电池系统26的示例性系统的示意性概述。在这里被视为能量管理系统I的一部分的电子电路34，38经由DC链路32连接到电网6、驱动电动机12和双向DC / DC转换器30a。DC / DC转换器30a进一步连接到电池系统26，所述电池系统26连接到替代能源4。在图4中没有显示处理器22或控制器14，然而，要认识的是这些部件仍然存在于电梯设备2中并如上所述执行其各自的功能。
[0054]如图4中所示，在从电池系统26到能量管理系统I的方向上，DC / DC转换器30a将由电池系统26提供的(24V)电压转换成输入到能量管理系统I的大约560V的电压。在相反的方向上，DC / DC转换器30a将由能量管理系统I提供的(560V)电压转换成将被供给电池系统26的大约24V的电压。
[0055]驱动电动机12是包括驱动器/控制器电路(34，38)的变频驱动系统的一个部件。驱动器/控制器电路(34，38)包括诸如具有反并联二极管的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的固态电子电力转换装置，其中晶体管用作开关。为了示例性目的，驱动器/控制器电路(34，38)在图4中是能量管理系统I的一部分；在可选的示例中，驱动器/控制器电路(34，38)可以是驱动电动机12的一部分。驱动电动机12是三相感应电动机并连接到驱动器/控制器电路，所述驱动器/控制器电路输出用于驱动电动机12的驱动信号。如电梯驱动装置领域所公知的，驱动电动机12的旋转速度取决于驱动信号的频率；驱动信号频率的变化导致电动机的旋转速度的变化。
[0056]三相(3X400V)电网6连接到驱动器/控制器电路的三相整流电路38。整流电路38是为每一相输出预定电压的脉动DC信号的全波二极管电桥。这些DC信号给电容器40充电以达到大约560V的DC电压。电容器40被充电所达到的DC电压通常被称为“DC链路”。驱动器/控制器电路的转换切换电路34连接到驱动电动机12并将DC信号转换成(三相)驱动所述驱动电动机12的准正弦AC信号。
[0057]在图4的实施例中，转换切换电路34包括由与电容器40并联连接的三个支路(每一相一个)形成的装置。每一个支路具有串联的两个开关26，例如，以下简称为IGBT36的绝缘栅双极晶体管，每一个都具有反并联二极管。在支路的两个串联IGBT36之间，存在与驱动电动机12的连接。每一个开关/ IGBT36由控制IGBT36以预定频率切换的激励极(driver stage) 36a(在图4中仅示出两个)控制以产生用于驱动该驱动电动机12的3相正弦信号。
[0058]图5是被构造成主要使用来自替代能源4的能量操作电梯设备2并且允许再生能量反馈到电池系统26的示例性系统的示意性概述。所述系统包括如参照图4所述的那样连接并操作的替代能源4、电池系统26和双向DC / DC转换器30a。图5的系统与图4的系统的不同在于能量管理系统I没有直接连接到电网。因此，能量管理系统I包括转换切换电路34和电容器40，而不包括图4所示的整流电路38。
[0059]由于可能会有储存在电池系统26中的能量不足以操作电梯设备2的时间，因此电池系统26连接到任选的电池充电器28。电池充电器28连接到单相230V电网6a和电池系统26。电池充电器28如关于图3所述的那样操作，要认识的是230V电压是示例性的，并且具体国家的公共电网(电力网)可以提供不同的电压。
[0060]有利地，图5所示的系统不需要三相400V电网。相反，单相230V电网足以为电池充电器28提供电力。在工业化国家中，住宅和商业建筑通常连接到提供这种230V系统的公共电网，而对三相400V系统的使用或接入并不总是被普遍提供，根本不可能被提供或仅以额外的费用被提供。然而，图5的系统允许电梯设备2甚至经由单相230V电网操作，即，通过给电池系统26充电的电池充电器28操作，所述电池系统26然后给电梯设备2提供电力。即使替代能源4不可用，电梯设备2也可以再次经由单相230V电网6a通过电池系统26和电池充电器28被提供电力。
[0061]此外，有利的是系统在高峰耗电量时间期间通过驱动电动机12从电池系统26获取能量，而不是从电网获取能量。这就是单相230V电网足够的另一个原因。由于不需要提供对三相400V电网的使用或接入，因此操作成本从而被进一步降低。
[0062]图6是被构造成使用来自替代能源4的能量操作电梯设备2并允许反馈由替代能源4产生的能量的示例性系统的示意性概述。所述系统包括替代能源4、电池系统26和单向DC / DC转换器30b。如图6中所示，DC / DC转换器30b将由电池系统26提供的(24V)电压转换成经由DC链路32输入到能量管理系统I的大约560V的电压。能量管理系统I连接到电网6和驱动电动机12。
[0063]能量管理系统I具有连接到电网6的转换切换电路38a和连接到驱动电动机12的转换切换电路34a。DC链路电路40a连接在转换切换电路38a与34a之间。在所示的实施例中，DC链路电路40包括两个串联电容器和两个串联电阻器形成的并联装置。这些电路的操作如下:
[0064]-如果能量管理系统I在太阳能模式(例如，功能F2、F3和F4)下操作电梯设备2，则DC / DC转换器30b将大约560V的DC电压输出到DC链路32，并且转换切换电路34a将DC电压转换成三相驱动信号以驱动驱动电动机12。
[0065]-如果能量管理系统I在太阳能反馈到电网的模式(功能F5)下操作电梯设备2，则DC / DC转换器30b将大约560V的DC电压输出到DC链路32，并且转换切换电路38a将DC电压转换成反馈到电网6的三相电压(3X400V)。
[0066]-如果能量管理系统I在电网模式(功能F6)下操作电梯设备2，则转换切换电路38a用作输出随后由转换切换电路34转换回到AC电压的DC电压的整流电路(比较图4中的整流电路38)，如关于图4所述。
[0067]电子电路34a、38、40a是使用由驱动电动机12产生的再生能量并将所述能量反馈给电网6的电梯设备的一部分。有利地，这种电梯设备可以被修改从而不仅将再生能量反馈给电网6，而且将由替代能源4产生的能量反馈给电网6。例如，建筑物所有者可能希望使用太阳能为建筑物提供电能(例如，用于加热/冷却或电梯目的)。如果安装太阳能系统，则以最小的额外成本增加的益处在于如果不是所有产生的太阳能用于建筑物则由太阳能系统产生的能量被反馈给电网6的能力。
[0068]图7是图5的示例性系统，即，被构造成主要使用来自替代能源4的能量操作电梯设备2并且允许再生能量反馈到电池系统26的系统的更详细的示意性概述。所述系统包括替代能源4(在图7中被显示为用于光电系统(太阳能电池板)的PV)、电池系统26、电池充电器28、双向DC / DC转换器30a、DC链路32和能量管理系统I。太阳能电池板接口4a (在图7中被示出为用于最大功率点跟踪器的MPPT)连接在替代能源4与电池系统26之间。太阳能电池板接口 4a的使用是优选的；太阳能电池板接口 4a可以用于优化太阳能电池板的发电效率。太阳能电池板接口 4a是在市场上可买到的；太阳能电池板接口是电子电路，该电子电路具有DC / DC转换器，该DC / DC转换器通过将施加到替代能源4的最佳DC电压转换成给电池系统26充电所需的较低DC电压来优化替代能源4与电池系统26之间的匹配。
[0069]太阳能电池板接口 4a连接到控制系统22a以从控制系统22a接收指示是否从替代能源4(太阳能电池板)获得最大能量的信号，或接收指示在电池系统26已经被充满电的情况下减小的量的信号。在一个实施例中，太阳能电池板接口 4a被集成到能量管理系统I中以进一步获得关于管理能量的所有功能的更高程度的集成；这例如导致关于空间需求和成本的优化。
[0070]能量管理系统I控制电池充电器28、太阳能电池板接口 4a(如果存在)、DC / DC转换器30a，并接收来自DC链路32和电池系统26的输入。为了便于说明，能量管理系统I的控制和驱动功能性被显示为标记为控制系统22a和电动机驱动装置(转换器)12a的方框。控制系统22a对应于图3所示的处理器22的功能，而电动机驱动装置(转换器)12a对应于图5和图6所示的转换器34，34a的功能。
[0071]DC / DC转换器30a连接在电池系统26与DC链路32之间，并从控制系统22a接收控制信号。这些控制信号根据预定顺序控制DC / DC转换器30a的(MOSFET)开关31a_31d、35a-35d以能够进行电压转换。进一步地，DC / DC转换器30a包括变压器33b和电感器33a，其中第一组开关31a-31d在变压器33b的一侧，而第二组开关35a_35d在变压器33b的另一侧。在每一组中，两个子组的串联连接的开关彼此并联连接并连接到端子端口。
[0072]DC / DC转换器30a被构造成在住宅电梯设备的情况下用于大约6kW或对于商业或中高层的电梯设备应用来说用于大约12kW或更大。简短地，从电池系统26的角度来看，开关31a-31d将(低)DC电池电压转换成预定频率(例如，大约IOOkHz)的AC电压。变压器33b将AC电压转换成相同预定频率的较高的AC电压。与例如IGBT开关相比，DC /DC转换器30a中使用的MOSFET开关允许更快的切换，使得变压器33b的尺寸在较低频率下较小。开关35a-35d将AC电压转换成给DC链路32的电容器40充电的DC电压(例如，560V)。进一步地，变压器33b使在变压器33b的任一侧的DC电压彼此完全隔离。
[0073]控制系统22a测量DC / DC转换器30a的两侧的DC电压并相应地控制MOSFET开关以输送适量能量。因此，DC链路32的电压被保持在额定值。
[0074]电池充电器28包括整流器28a，该整流器28a将来自电网6的AC电压转换成给两个串联连接的电容器28b充电的DC电压。两个串联连接的开关28c (半导体开关)与串联连接的电容器28b并联连接。电感器28d的一个端子连接到连接开关28c的线，而另一个端子连接到电池系统28和太阳能电池板接口 4a。控制线4a连接到连接两个电容器28b的线并连接到太阳能电池板接口 4a。
[0075]进一步地，电池充电器28被设计成给串联连接的多个单独的电池充电。在该过程期间，电池充电器28控制电池充电的平衡，这是因为在给定时间，不是所有电池可以具有相同的充电状态。在这种情况下，电池充电器28将充电电流与具有高于其它电池的电荷或充电状态的电池切断。
[0076]在一个实施例中，电池系统26连接到电梯控制器14，使得电梯控制器14由电池系统26提供电力。在该实施例中，不再需要与230V电网的连接。
[0077]图8示意性地显示建筑物5中的电梯设备2的一个实施例，其中电池系统26和DC / DC转换器30 (30a，30b)位于建筑物5的屋顶5a上。然而，要认识的是在另一个实施例中可以仅电池系统26和DC / DC转换器30 (30a，30b)中的一个位于屋顶5a上。在一个实施例中，电池系统26或DC / DC转换器30 (30a，30b)或电池系统26和DC / DC转换器30 (30a, 30b)两者紧邻太阳能电池板放置，例如放置在太阳能电池板下方。太阳能电池板因而用作保护这些部件免于天气或环境条件的罩或保护装置。如果期望对这种条件的额外或更好的保护，则可以设置紧邻屋顶5a上的太阳能电池板定位的单独的结构(柜体或盒)以容纳电池系统26和/或DC / DC转换器30 (30a, 30b)。
[0078]要认识的是将电池系统或DC / DC转换器30 (30a, 30b)或电池系统和DC / DC转换器30 (30a，30b)两者放置在屋顶5a上的构思可应用于使用太阳能电池板给电梯设备提供电力的任何系统。这种系统可以使用或可以不使用如这里所述的能量管理系统。
[0079]有利地，电池系统26或DC / DC转换器30 (30a，30b)或电池系统26和DC / DC转换器30 (30a，30b)两者不需要位于建筑物5内部，例如位于电梯井中。不需要在建筑物5内部为电池系统26或DC / DC转换器30 (30a，30b)保留空间。这提供了例如当设计用于特定建筑物5的电梯设备2时更大的灵活性，这是因为不需要考虑电池系统26和/或DC / DC转换器30 (30a，30b)的空间要求。基于电梯设备2的特定结构(例如，能量需求、站/楼层数量、住宅或商业建筑等)，电池系统26或DC / DC转换器30 (30a，30b)可以相对较大，但是屋顶5a通常具有足够的空间将任意尺寸的电池系统26和/或DC / DC转换器30 (30a，30b)放置成靠近太阳能电池板。
[0080]此外，将电池系统26和/或DC / DC转换器30 (30a, 30b)定位成紧邻或邻近替代能源4(太阳能电池板)最小化太阳能电池板与电池系统26之间以及电池系统26与DC /DC转换器30 (30a，30b)之间的传输路径的长度(即，电缆长度)。因此减小了功率损失。
[0081]电梯设备2可以被构造成将关于电梯设备2的通常或当前操作模式或参数的信息传送给建筑物操作者或所有者、电梯维修与保养人员、建筑物承租人或来访者、或电梯使用者/乘客、或其组合。例如，一些建筑物操作者或所有者可能希望通过表明电梯设备2由太阳能例如通常或仅临时提供电力传播环境或“绿色”图像。也可以表明使用太阳能对电梯用户的CO2覆盖区减小的影响。
[0082]例如可以通过照明开/关指示器、监视器或(影像)显示器进行操作模式或参数的显示。参照图1和图8，电梯设备2已经具有楼层终端16和轿厢终端20。除了其传统的功能之外，这些终端16，20可以被构造成显示操作模式或参数。在可选的实施例中，与这些终端16，20分离的专用指示器、监视器或显示器可以设置在例如所有楼层或仅选定的楼层(例如，门厅)和/或轿厢8内部。图8显示了具有与终端16，20分离的显示装置42的实施例，一个显示装置42设置在轿厢8内部，而另一个显示装置42设置在楼层10中的一个上。然而，要认识的是显示装置42也可以设置在电梯设备2或建筑物5内的其它位置处。
[0083]监视器或(影像)显示器(终端16，20的一部分或作为诸如显示装置42的单独部件)是有利的，这是因为所述监视器或(影像)显示器与多媒体内容、气象信息等结合提供用于显示关于操作模式的信息的更多选项，例如，图表、多级菜单。这种信息的示例是:例如以行程次数表示的电池系统26中的剩余能量、由太阳能电池板4提供的电力的实际百分t匕、由太阳能电池板产生的实际电力(例如，照射水平)、由驱动电动机13产生的实际(再生)电力、“太阳能过载”和/或例如电梯速度下降或轿厢光昏暗的原因。
[0084]图9a、9b和9c示出了显示在显示装置42上的符号和象形图的各种示例。在图9a中，在风格化太阳作为背景的情况下，显示了三个象形图44、46和48，且每一个表示电梯设备2的参数或替代能源4的参数。象形图44表示太阳能电池板的当前照度百分比，例如99%。象形图46表示可以通过储存在电池系统26中的能量进行的行程次数，例如40次。象形图48表示太阳能使用与电网使用的比值的百分比，例如，太阳能供应80%的能量而电网供应20%的能量。
[0085]如上所述，能量管理系统I可以在临时或永久太阳能模式(F3，F4)下操作电梯设备。在这些模式中，可以显示如图9b所示的象形图以指示电梯设备2仅基于太阳能运行，可以显示图9c所示的象形图以指示电梯设备2以混合模式运行。
[0086]要认识的是更多或更少的象形图或不同象形图可以显示在显示装置42上。进一步地，除了这些象形图之外或作为这些象形图的替代方案，也可以显示字母数字文本。
[0087]要认识的是已经公开了完全满足之前这里所述的目的、意图和优点的用于电梯设备的能量管理系统。例如，能量管理系统集成各种操作模式并基于预定参数选择性地执行这些模式。能量管理系统提供允许电梯设备在各种不同环境和经济条件下操作和使用的提高的灵活性。例如，这允许电梯设备的供应者在某一段(例如，住宅、中高层)的每一个电梯设备中使用能量管理系统，而不管具体的国家或其气候条件。在具有大量日照天数(例如，印度)的国家中，能量管理系统可以在使用或接入或不使用或接入电网以及在反馈产生的电(太阳能或再生能量)或不反馈产生的电的情况下例如在永久太阳能模式下操作电梯设备。另一方面，在北欧国家，能量管理系统可以仅在备用时间期间通过太阳能操作电梯设备。要认识的是能量管理系统是“智能的”，即，考虑到上述各种状态信息，能量管理系统被编程或安排以选择适当的模式。
【权利要求】
1.一种用于连接到替代能源(4)的电梯设备(2)的能量管理系统(1)，包括: 处理器(22)，所述处理器具有用于连接到电能储存装置(26)以获得指示所述电能储存装置(26)的充电状态的参数的第一输入部、用于连接到所述替代能源(4)以获得指示可从所述替代能源(4)获得的电力的参数的第二输入部、用于连接到电网(6)以获得指示所述电网(6)的状态的参数的第三输入部、和用于连接到所述电梯设备(2)的控制器(14)以获得指示所述电梯设备(2)的操作的参数的第四输入部；和 切换组件(24)，所述切换组件连接到所述处理器(22)以从所述处理器(22)接收控制信号，所述切换组件(24)具有用于连接到所述电能储存装置(26)的第一端口、用于连接到所述替代能源(4)的第二端口、用于连接到所述电网(6)的第三端口和用于将所述电梯设备(2)的驱动电动机(12)连接到所述电能储存装置(26)、所述替代能源(4)和所述电网(6)中的一个的第四端口， 其中所述处理器(22)被构造成处理参数中的至少一个以选择所述电梯设备(2)的多个操作模式(F1-F6)中的一个并产生作为选择的所述操作模式的功能的控制信号以使能量从所述切换组件(24)的多个端口中的一个流动到所述切换组件(24)的另一个端口。
2.根据权利要求1所述的能量管理系统，其中，所述处理器(22)进一步被构造成经由指示所述电梯设备(2)的操作的参数检测所述电梯设备(2)的驱动电动机(12)处于再生模式下，并控制切换组件(24)以允许能量从所述切换组件(24)的第四端口流动到所述第一端口和所述第三端口中的一个。
3.根据权利要求1或 2所述的能量管理系统，其中，所述处理器(22)进一步被构造成至少经由指示可从所述替代能源(4)获得的电力的参数检测可获得剩余的替代能量，并且控制所述切换组件(24)以允许能量从所述切换组件(24)的第二端口流动到所述第三端口，使得替代能量被反馈到所述电网(6)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的能量管理系统，其中，所述处理器(22)进一步被构造成经由指示所述电梯设备(2)的操作的参数检测电梯设备(2)处于备用模式，并且控制切换组件(24)以将来自所述切换组件(24)的第一端口和第二端口中的一个的能量供应到所述电梯控制器(14)。
5.一种系统,包括: 电梯设备(2)，所述电梯设备具有驱动电动机(12)和电梯控制器(14)； 替代能源(4)，所述替代能源连接到电能储存装置(26);和 能量管理系统(I)，所述能量管理系统包括处理器(22)和连接到所述处理器(22)以接收来自所述处理器(22)的控制信号的切换组件(24)， 其中所述处理器(22)具有用于连接到电能储存装置(26)以获得指示所述电能储存装置(26)的充电状态的参数的第一输入部、用于连接到所述替代能源(4)以获得指示可从所述替代能源(4)获得的电力的参数的第二输入部、用于连接到电网(6)以获得指示所述电网(6)的状态的参数的第三输入部和连接到所述电梯设备(2)的控制器(14)以获得指示所述电梯设备(2)的操作的参数的第四输入部， 其中所述切换组件(24)具有用于连接到所述电能储存装置(26)的第一端口、用于连接到所述替代能源(4)的第二端口、用于连接到所述电网(6)的第三端口和用于将所述电梯设备⑵的驱动电动机(12)连接到所述电能储存装置(26)、所述替代能源(4)和所述电网(6)中的一个的第四端口 ；以及 其中所述处理器(22)被构造成处理参数中的至少一个以选择所述电梯设备(2)的多个操作模式(F1-F6)中的一个并产生作为选择的所述操作模式的功能的控制信号以使能量从所述切换组件(24)的多个端口中的一个流动到所述切换组件(24)的另一个端口。
6.根据权利要求5所述的系统，还包括连接在所述能量管理系统(I)与所述电能储存装置(26)之间的电压转换器(30，30a)，其中所述电压转换器(30，30a)被构造成将经由直流链路(32)提供的预定电压转换成适于所述电能储存装置(26)的预定电压的电压，和/或将所述电能储存装置(26)的预定电压转换成所述直流链路(32)的预定电压。
7.根据权利要求5或6所述的系统，还包括充电装置(28)，所述充电装置连接到所述电能储存装置(26)和所述电网(6，6a)以通过来自所述电网(6a，6a)的能量给所述电能储存装置(26)充电，其中所述电网是单相电网(6a)或三相电网(6)。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述替代能源(4)、所述电压转换器(30，30a)和所述电能储存装置(26)位于建筑物(5)的屋顶(5a)上。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述电压转换器(30，30a)和所述电能储存装置(26)紧邻所述替代能源(4)定位。
10.一种管理用于电梯设备(2)的能量的方法，包括以下步骤: 处理组中的至少一个参数,该组包括指示电能储存装置(26)的充电状态的参数、指示可从替代能源(4)获得的电力的参数、指示电网(6)的状态的参数、和指示电梯设备(2)的操作的参数；· 响应于所述处理选择所述电梯设备(2)的多个操作模式(F1-F6)中的一个；以及 为切换组件(24)产生作为选择的所述操作模式的功能的控制信号以使能量从所述切换组件(24)的多个端口中的一个流动到所述切换组件(24)的另一个端口。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤: 经由指示所述电梯设备(2)的操作的参数检测所述电梯设备(2)的驱动电动机(12)处于再生模式下，并且控制切换组件(24)以允许能量从所述切换组件(24)的第四端口流动到所述第一端口和所述第三端口中的一个。
12.根据权利要求10或11所述的方法，还包括以下步骤: 至少经由指示可从所述替代能源(4)获得的电力的参数检测可获得剩余的替代能源，并且控制所述切换组件(24)以允许能量从所述切换组件(24)的第二端口流动到第三端口，使得替代能量被反馈到所述电网(6)。
13.根据权利要求10或12所述的方法，还包括以下步骤: 经由指示所述电梯设备(2)的操作的参数检测所述电梯设备(2)处于备用模式，并且控制所述切换组件(24)以将来自所述切换组件(24)的第一端口和第二端口中的一个的能量供应给所述电梯控制器(14)。
【文档编号】B66B1/30GK103582604SQ201280010244
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年3月7日 优先权日:2011年3月18日
【发明者】埃里克·罗西格诺尔 申请人:因温特奥股份公司