CN104145401A - 用于电储能器的控制模块，具有控制模块的储能单元，不间断供电装置，以及控制模块的操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制模块(2)，用于在供电线上操作的电储能器(3)，所述供电线用于多个负载的并联连接，所述控制模块包括用于连接至供电缆线的供电连接部(4)，以及用于电能累加器(3)的通过供电连接部(4)实现的受控充电和/或放电的控制单元(5)，控制模块(2)可连接至电能累加器(3)，控制模块(2)可连接至限定装置，并且控制单元(5)被设计成在连接至限定装置时执行电能累加器(3)的快速充电和/或放电。本发明还涉及该控制模块(2)的操作方法、具有电能累加器(3)和控制模块(2)的电能累加单元(1)、以及具有电能累加器(3)和该控制模块(2)的不间断供电装置(10)。

Description

用于电储能器的控制模块,具有控制模块的储能单元,不间断供电装置,以及控制模块的操作方法

本发明涉及一种控制模块，该控制模块用于在供电线上操作的电储能器，所述供电线被配置成用于多个消耗件(consumer)的并联连接，所述控制模块包括供电终端，其用于连接至供电线，并且包括控制单元，其用于通过供电终端实现的所述电储能器的受控的充电和/或放电，其中该控制模块连接至或可连接至所述电储能器。本发明还涉及一种所述控制模块的操作方法。本发明还涉及一种包括电储能器和上述控制模块的储能单元。本发明还涉及一种包括储能器和上述控制模块的不间断供电装置。

前述控制模块被用在例如储能单元中，以控制储能器的充电和/或放电，所述储能单元也被称为复合储能器。为此，控制模块包括一控制单元，该控制单元通过其所连接的供电线对储能器进行充电，并且当所述储能单元对至少一个消耗件进行操作时，所述控制单元控制所述储能器的放电。这里，控制单元对其输入和输出变量进行限定，输入和输出变量依据储能单元的使用和所使用的储能器而变。输入和输出变量包括电流和电压，所述电流和电压被施加在控制模块的供电终端上。如果储能器与控制模块独立地被配置，则控制模块可被配置成仅仅执行储能器的充电或者放电。根据储能器尺寸和类型，储能器可依据环境条件(特别是环境温度)而以不同的方式形成。

不间断供电装置还包括相应形成的控制模块。控制模块的功能实质上就是如上所述地用于储能单元，其中控制模块被配置成执行储能器的充电和放电。控制模块还被配置成在能量源不能对供电线进行供给时从储能器中提供能量以确保连接至供电线的消耗件的操作。为此，控制模块的控制单元被配置成监控供电终端上的电流和/或电压，并且在能量源发生故障时在短延时内通过供电终端将能量从储能器供给至供电线。

为了能够尽量广泛地使用储能单元，控制单元被配置成在长时间内以相对低的电流对储能器进行充电。这里，通过供电线对连接至供电线的其他消耗件提供能量。由于用于为储能器充电的低电流，防止了对供电线进行供给的能量源的过载，即使有并联连接的多个消耗件，或者消除了为了给储能器的快速充电提供大电流而需要提供大尺寸能量源这样的需求。因此，在放电时，有必要对电流和/或电压进行限定，以便防止存在多个待供应的消耗件时对储能器和控制模块的损害。

本发明的目的因此是将现有技术已知的控制模块、方法、储能单元以及不间断供电装置改进到这样的程度，即，以高的供电可靠性在任意供电线上实现储能器的快速充电，该供电线具有任意数量的并联消耗件。本发明的另一目的是将所述控制模块、方法、储能单元以及不间断供电装置改进到这样的程度，即，在放电时，以高的操作可靠性实现任意个消耗件的通用性供电。

所述目的根据本发明通过独立权利要求的技术特征来实现。本发明的有利实施例在本发明的从属权利要求中进行限定。

根据本发明，该目的通过一种控制模块来实现，该控制模块用于在供电线上操作的电储能器，所述供电线被配置成用于多个消耗件的并联连接，所述控制模块包括连接至供电线的供电终端，并且包括控制单元，该控制单元用于所述电储能器的通过供电终端实现的受控充电和/或放电，其中控制模块连接至或可连接至电储能器，并且其中控制模块可连接至限定装置，并且控制单元被配置成在控制模块连接至限定装置时执行电储能器的快速充电和/或快速放电。

本发明的目的还通过一种控制模块的操作方法来实现，该控制模块用于在供电线上操作的电储能器，该供电线被配置成用于多个消耗件的并联连接，其中控制模块连接或可连接至电储能器。所述方法包括步骤：检查控制模块与限定装置之间的连接，以及在控制模块连接至限定装置时执行储能器的快速充电和/或快速放电。

本发明的目的还通过一种储能单元来实现，该储能单元包括储能器和上述控制模块。

此外，本发明的目的还通过一种不间断供电装置来实现，该不间断供电装置包括储能器和上述控制模块，其中控制模块被配置成用于对电储能器进行充电和放电，以用于连接至供电线的至少一个电器元件的不间断供电。

因此，本发明的基本理念因此是将控制单元配置成使得其可用在标准操作模式下而无需连接至限定装置，如现有技术中已知的，而当控制模块连接至限定装置时，控制单元转换成另一种操作模式(在下文中称为快速模式)，在该模式下其执行快速充电和/或快速放电。这里，充电和放电原则上是相互独立的，使得控制模块可被配置成仅仅用于充电或放电。然而，控制模块优选地被配置成对电储能器进行充电和放电。该储能器相应地是可再充电的储能器。可替换地，也可非可再充电储能器，例如电池。在这种情况下，控制模块被限于放电功能。可以不同的方式来执行两种模式之间的切换。例如，控制模块可具有用于切换的机械或电开关，或者通过软件配置来执行该切换。根据控制模块和储能器的相应电流操作发生充电或放电。相应地，仅仅在储能器待充电或者能量是从储能器输出时执行快速充电或者快速放电。对于其余的情况，不对储能器进行充电或者放电。限定装置这里根据控制模块或者储能器的电流操作限定供电终端上的电流和/或电压。在充电过程中，最大充电电流例如由限定装置限定，以确保对供电线进行操作的能量源能可靠地操作连接至供电线的其他消耗件。这里，能量源的电流储备可用于增加充电电流以执行快速充电。在放电过程中，限定装置例如用于限定储能器的放电电流，使得该储能器或控制模块不会由于放电而被损坏或损毁。也可在储能器的放电过程中通过限定装置来限定最小电流值或电压值。在这两种操作模式中，有必要使参数彼此相适应，所述参数例如为控制单元和储能器的切换阈值或切换时间。优选地，能量源被配置为直流电源。

储能单元除了控制模块还包括储能器。依据储能器尺寸和类型，可根据环境条件(特别是环境温度)以不同的方式对储能器进行配置。储能器优选为储能单元的可更换的部件。

不间断供电装置还包括以前述方式形成的控制模块，不间断供电装置被配置成用于对储能器进行充电和放电，以便在能量源对供电线进行供给出现故障时从储能器提供能量。因此，控制模块的控制单元被配置成监控供电终端上的电流和/或电压，并且在能量源发生故障时在短延时内通过供电终端将储能器的能量供给到供电线。优选地，储能器和控制模块被配置成单独的部件。举例而言，例如在损坏的情况下或在为了执行单独充电的情况下，储能器因此可很容易地被更换。可替换地，储能器和控制模块可构成一个整体单元，这有利于该不间断供电装置的操作。

根据本发明的有利实施例，控制单元包括开关，该开关布置在供电终端与储能器之间，其中控制模块被配置成在控制模块与限定装置之间形成连接时通过闭合开关将供电终端连接至储能器，并且在该连接被撤销时通过断开开关将供电终端与储能器分离。当控制模块连接至限定装置时，所述开关使得控制单元变得实质上没发挥其功能，这是因为从供电终端形成了与储能器的直接连接。

根据本发明的有利实施例，所述开关包括机械开关，具体为继电器。这实现了开关的低损耗的可靠切换。由于操作模式的切换对时间要求并不严格，因而机械开关或继电器的切换时间大体上是不严格的。

根据本发明的有利实施例，开关包括半导体开关，该半导体开关被配置有至少一个双极性晶体管、场效应晶体管或绝缘栅双极晶体管。半导体开关特别小并且可用低的开关电流来致动。在有需要时，可以执行短的开关时间。

根据本发明的有利实施例，开关被配置为单向开关。因此，所述开关可以仅进行快速充电或快速放电。在通常操作模式下，通过控制模块与限定装置的连接还可执行相应的其他功能。

根据本发明的有利实施例，储能器为化学储能器(具体为铅电池或NiMH电池)，或者包括电容模块。这种类型的储能器是可再充电的，并且因此适用于储能单元和不间断供电装置两者。可依据使用目的根据他们的性能来选择。化学储能器通常是低成本的并且容易操作的。可替换或另外地，储能器可包括至少一个电容器，具体为电解质电容器或双层电容器。电容模块特别优选地包括多个这种类型的电容器。电容器或电容模块非常适合于快速充电或放电，而不会出现相关的老化效应。

根据本发明的另一有利实施例，控制模块包括自动致动设备，其中当控制模块连接至限定装置时发生致动，并且控制模块被配置成在致动设备致动时执行储能器的快速充电和/或快速放电。由于自动致动而确保，一旦形成与限定装置的连接，则控制模块立刻自动切换到快速模式。通过撤销连接，也就是说通过将限定装置与控制模块分离，控制模块优选地被切换回通常操作模式。因而防止了在控制模块连接至限定装置时通常操作模式的使用，这在不具有限定装置的快速充电或快速放电时发生。因此防止了由不正确的操作导致的对储能器和/或控制模块的损坏。

根据本发明的另一有利实施例，致动设备包括机械致动元件，机械致动元件被配置成通过控制模块与限定装置的连接而被机械地致动。致动元件被配置和定位成使得其能通过限定装置的对应致动器而机械地致动。

根据本发明的另一有利实施例，致动设备包括电致动元件，所述电致动元件被配置成通过控制模块与限定装置的连接而被电力致动。电致动元件可例如通过两个接触器提供，所述接触器布置在控制模块的外壁上。接触器被配置和定位成通过限定装置的对应致动器而被电力致动。举例而言，接触器在连接至限定装置时，可以与之桥接。由于两个接触器之间的导电连接的形成，控制模块可检测与限定装置的连接，并且可在两种模式之间进行切换。

根据本发明的另一有利实施例，致动设备包括数据接口，并且被配置成在控制模块(2)连接至限定装置时通过数据接口从限定装置的对应接口接收信号。限定装置与控制模块之间的连接可通过数据接口来标识(signal)。在有利的改进中，可标识限定装置的类型，使得对于多个可连接的限定装置而言，仅仅在与合适的限定装置连接时触发致动。也可相应地标识限定装置的移除。

根据本发明的有利实施例，控制单元被配置成防止储能器的深度放电。深度放电可能导致对储能器的损害，这是要避免的。在避免了深度放电的情况下，储能器具有残余能量的量，使得能继续供给控制模块。例如，对于不间断供电装置而言，可及时中断UPS操作，使得控制模块可进一步执行标识或与外部装置的通信。举例而言，控制单元转换到通常操作模式，以防止进一步的放电。

根据本发明的有利实施例，不间断供电装置包括限定装置，其中限定装置被配置成在连接至控制模块时使致动设备自动致动。这实现用以在供电线上进行有效操作的不间断供电。对于储能单元而言，原则上还可与限定装置对应地组合。

下文中将在优选实施例的基础上结合附图对本发明进行更详细地说明。

附图中：

图1是根据本发明第一实施例的储能单元的基本电路图；

图2是根据本发明第二实施例的不间断供电装置的基本电路图。

图1示出了根据本发明第一实施例所提供的储能单元1。储能单元1包括控制模块2和储能器3，储能单元1在该示例性实施例中被配置为镍氢电池。控制模块2和储能器3为储能器1的整体部分。

控制模块2被配置成用于连接至供电线(未示出)，该供电线用于多个消耗件(这里未示出)的并联连接。控制模块2包括用于连接至供电线的供电终端4。此外，控制模块2包括带有充电单元6和放电单元7的控制单元5，在本实施例中充电单元和放电单元单独地配置。充电单元6被配置成用于电能存储器3的在限定电流下通过供电终端4实现的受控的充电。放电单元7被配置成用于电能存储器3的通过供电终端4实现的受控的放电。

储能单元1可通过控制模块2连接至限定单元。控制模块2包括自动致动设备，该自动致动设备未在图1中示出并且可附接在储能单元1的壳体的任意位置处。致动设备被配置和布置成使得当控制模块2连接至限定装置时自动发生致动。为此，致动设备包括机械致动元件，该机械致动元件在连接时被限定装置的对应致动器自动地致动。

控制单元5被配置成在致动设备致动时从其用于受控的充电和放电的通常操作模式切换为快速模式，在此快速模式下其执行储能器3的快速充电和放电。控制单元5还被配置成通过监控储能器3并在合适的情况下使储能器与供电终端4分离来防止储能器3的深度放电。

控制模块2的操作方法因此确保了控制模块2与限定装置之间的连接得到检查。在另一步骤中，当控制模块2连接至限定装置时，执行快速充电和快速放电，为了达到这个目的，从通常模式切换至快速模式。

图2示出了根据本发明第二实施例的不间断供电装置10。不间断供电装置10的基本元件对应于第一实施例的储能单元1的基本元件，使得相同的附图标记用于来标注元件，并且省去重复的描述。

类似于前述的储能单元1，不间断供电装置10包括控制模块2和储能器3，两者可互连。因此，可执行不间断供电装置10的储能器3的简单替换。在本实施例中储能器3被配置为铅蓄电池。

控制模块2包括带有充电单元6和放电单元7的控制单元5，如前面参照储能单元1所描述的。另外，不间断供电装置10的控制单元5包括开关11，该开关布置在供电终端4与储能器3之间。开关11在本实施例中被配置为继电器，该继电器构成了双向机械开关。当继电器11关闭时，储能器3与供电终端4之间的沿着两个方向的电流是可能的。

在可替换实施例中，开关11包括半导体开关，该半导体开关具有至少一个双极性晶体管、场效应晶体管或绝缘栅双极晶体管(IGBT)，所述半导体开关被配置为单向开关，以便在连接至限定装置时能仅仅实现储能器3的快速充电。

类似于前述的储能单元1，不间断供电装置10的控制模块2包括致动设备，在该示例性实施例中所述致动设备包括电致动元件。致动设备包括两个电接触器，所述电接触器通过由于位于限定装置上的桥接件而实现的控制模块2与限定装置的连接而短路。致动设备从而被致动。由于该致动，控制模块2关闭开关11，并且从通常操作模式切换到快速模式。当连接被撤销时，致动设备的两个接触器的短路被相应撤销，此时控制模块2打开开关11，以便从快速模式切换到通常操作模式。

不间断供电装置10在其功能方面与储能单元1有所不同，在于用于储能器3的充电和放电的控制模块2被配置成对连接至供电线的至少一个消耗件进行不间断供电。这实现储能器3的充电或放电的快速切换，以确保对消耗件的不间断供电。

在本实施例中，控制模块2的操作方法与前述的相同。

在不间断供电装置10的可替换实施例中，不间断供电装置10包括限定装置。如前面所描述的，该限定装置被配置成用于在连接至控制模块2时使致动设备自动致动。因此，该可替换实施例的不间断供电装置10连续地在快速模式下使用。

参考标记列表

储能单元 1

控制模块 2

储能器 3

供电终端 4

控制单元 5

充电单元 6

放电单元 7

不间断供电装置 10

开关、继电器 11

Claims (15)

1.一种控制模块(2)，用于在供电线上操作的电储能器(3)，所述供电线被配置成用于多个消耗件的并联连接，所述控制模块包括：

供电终端(4)，用于连接至供电线，并且包括

控制单元(5)，用于所述电储能器(3)的通过所述供电终端(4)实现的受控的充电和/或放电，

其中，

所述控制模块(2)连接至或能连接至所述电储能器(3)，

其特征在于，

所述控制模块(2)能连接至一限定装置，并且

所述控制单元(5)被配置成在所述控制模块(2)连接至所述限定装置时执行所述储能器(3)的快速充电和/或快速放电。

2.根据权利要求1所述的控制模块(2)，其特征在于，

所述控制单元(5)包括一开关(11)，所述开关布置在所述供电终端(4)与所述储能器(3)之间，其中所述控制模块(2)被配置成当所述控制模块(2)与所述限定装置之间形成连接时通过闭合所述开关(11)将所述供电终端(4)连接至所述储能器(3)，并且所述控制模块(2)被配置成当所述控制模块(2)与所述限定装置之间的连接被撤销时通过断开所述开关(11)使所述供电终端(4)与所述储能器(3)分离。

3.根据权利要求2所述的控制模块(2)，

其特征在于，

所述开关(11)包括一机械开关，具体为一继电器。

4.根据权利要求2或3中的一项所述的控制模块(2)，

其特征在于，

所述开关(11)包括一半导体开关，所述半导体开关被配置成具有至少一个双极性晶体管、场效应晶体管或者绝缘栅双极晶体管。

5.根据权利要求4所述的控制模块(2)，

其特征在于，

所述开关(11)被配置成一单向开关。

6.根据前述权利要求中的一项所述的控制模块(2)，

其特征在于，

所述储能器(3)包括一化学储能器或者一电容模块，所述化学储能器具体为铅电池或NiMH电池。

7.根据前述权利要求中的一项所述的控制模块(2)，

其特征在于，

所述控制模块(2)包括一自动致动设备，其中在所述控制模块(2)连接至所述限定装置时发生致动，并且所述控制单元(5)被配置成在所述致动设备致动时执行所述储能器(3)的快速充电和/或快速放电。

8.根据权利要求7所述的控制模块(2)，

其特征在于，

所述致动设备包括一机械致动元件，所述机械致动元件被配置成使得所述机械致动元件通过所述控制模块(2)与所述限定装置的连接被机械地致动。

9.根据权利要求7或8中的一项所述的控制模块(2)，

其特征在于，

所述致动设备包括一电致动元件，所述电致动元件被配置成使得所述机械致动元件通过所述控制模块(2)与所述限定装置的连接被电性地致动。

10.根据权利要求7至9中的一项所述的控制模块(2)，

其特征在于，

所述致动设备包括一数据接口，并且所述致动设备被配置成在所述控制模块(2)连接至所述限定装置时通过所述接口从所述限定装置的对应接口接收一信号。

11.根据前述权利要求中的一项所述的控制模块(2)，

其特征在于，

所述控制单元(5)被配置成防止所述电储能器(3)的深度放电。

12.一种控制模块(2)的操作方法，所述控制模块用于在供电线上操作的电储能器(3)，所述供电线被配置成用于多个消耗件的并联连接，其中所述控制模块(2)连接至或能连接至所述电储能器(3)，所述操作方法包括以下步骤：

检查所述控制模块(2)与一限定装置之间的连接，以及

在所述控制模块(2)连接至所述限定装置时执行所述储能器(3)的快速充电和/或快速放电。

13.一种储能单元(1)，包括根据权利要求1至11中的一项所述的电储能器(3)以及控制模块(2)。

14.一种不间断供电装置(10)，包括根据权利要求1至11中的一项所述的电储能器(3)以及控制模块(2)，

其中，

用于所述电储能器(3)的充电和放电的所述控制模块(2)被配置成用于连接至所述供电线的至少一个消耗件的不间断供电。

15.根据权利要求14结合权利要求7所述的不间断供电装置(10)，

其特征在于，

所述不间断供电装置(10)包括一限定装置，其中所述限定装置被配置成在所述限定装置连接至所述控制模块(2)时使得所述致动设备自动致动。