CN105684258A

CN105684258A - 电自主套件以及管理方法

Info

Publication number: CN105684258A
Application number: CN201480059606.0A
Authority: CN
Inventors: J·科林; C·塞林; Y·勒帕旺; J·卡龙; P-L·艾蒂安; V·弗洛里蒙; K·桑穆达; A·瓦莱
Original assignee: Batscap SA
Current assignee: Batscap SA
Priority date: 2013-10-04
Filing date: 2014-10-03
Publication date: 2016-06-15
Anticipated expiration: 2034-10-03
Also published as: JP2016532420A; US10056760B2; FR3011699A1; US20160248258A1; WO2015049381A1; KR20160065865A; FR3011699B1; ES2711400T3; HK1226198A1; EP3053243B1; EP3053243A1; CN105684258B; JP6377149B2; CA2926143A1

Abstract

本发明的主题为一种能够电自主的套件(10)，所述套件(10)包括来自以下元件中的待供电元件(12、20)：-建筑(12)，其包括至少一个由至少一个墙壁和一个屋顶限定的房间，以及-电力分配终端(20)，其位于建筑外并且包括用于连接至少一个外部电设备的连接装置，所述套件包括用于对所述元件供电的装置，该用于对所述元件供电的装置包括：-用于基于自然能源来产生能量的装置(16)，-用于存储能量的装置(56)，-用于将存储装置和/或能量产生装置与待供电的元件互连的装置(58、62、64)，该套件还包括：-用于测量与存储在能量存储装置的至少一部分中的能量有关的至少一个参数的装置(72)，以及-用于依据测量装置所获得的值来控制互连装置的装置(66、68、67)，使得如果存储在存储装置的至少一部分中的能量小于阈值，则禁止向除了建筑之外的所述元件中的至少一个(20)供电。

Description

电自主套件以及管理方法

技术领域

本发明的目标为，能够电自主的套件，这样的套件包括至少一个建筑。

背景技术

电自主的建筑是已知的。实际上，由于基于自然能源(太阳能、风能等)来产生能量的装置具有越来越好的性能，这样的建筑已被研发了多年。这样的建筑一般包括，用于存储所产生的能量的装置。

然而，这些建筑一般位于能够接入电网的位置，这样，这些建筑在其自身的发电装置不够用时，仍能够获得电满足。

本发明寻求设计这样的套件，该套件可以布置在不存在电储备的环境中，从而能够向本地居民提供最低限度的满足。

与这样的套件有关的一个困难是：具体取决于不受居民需求控制的气候条件，可用的电能很可能是有限的。

因此，在本发明的范围内，寻求完善这样的一种套件：其在可能的情况下向居民提供最大的电满足，同时在必要的时候管理并节约能量。

发明内容

为此目的，本发明的客体为这样的能够电自主的套件，其包括待被供电的元件，所述元件包括：

-建筑，其包括至少一个至少由墙壁和屋顶限定的房间，以及

-电力分配终端，其位于建筑外并且包括连接装置，所述连接装置用于连接至少一个外部电设备，

所述套件包括用于对所述元件供电的装置，该用于对所述元件供电的装置包括：

-用于利用自然能源产生能量的装置，

-用于存储能量的装置，

-用于将存储装置和/或能量产生装置与待供电的元件互连的装置，

该套件还包括：

-用于测量至少一个与存储在能量存储装置的至少一部分中的能量有关的参数的装置，以及

-用于根据测量装置所获得的值来控制互连装置的装置，以使得如果存储在存储装置的至少一部分中的能量小于阈值，则禁止向除了所述建筑以外的元件中的至少一个供应电力。

从而，根据本发明的套件使得能够将配备有全部所需物品的集体建筑(例如，学校或药房)设置在隔离区域以改善社区的生活，并且并且在条件允许的情况下能够向该建筑添加电力终端，该电力终端允许建筑外的人能够时常利用由该套件产生的能量来使用电设备。

然而，只有在可用的电能足以向建筑供应能量时，才向该电力终端供应电力。从而，确保始终满足套件的基本功能，并且在发电条件良好时允许实现补充功能。

这样的套件非常有益，因为其能够更好地管理社区可用的电能。

根据本发明的套件还可以包括下述列表的特性中的一个或者多个：

-用于存储能量的装置包括并联的多个能量存储组件，测量装置能够测量与存储在每个存储组件中的能量有关的参数。该套件优选进一步包括，用于确定存储在多个组件或全部组件中的能量的装置。从而，利用并联的两个不同的能量存储组件能够提高电网的安全性，并且使得建筑能够更好地接入电力。实际上，如果组件中的一个不再正常地工作，则在这样的情况下可以利用另一个组件(其他组件)来至少向所述装置供电以执行最基本的功能，同时等待对有缺陷的组件进行维修，

-存储装置包括至少一个电池模块，尤其是锂金属聚合物类型的电池，在这种类型的电池中，电极为固态形式。该类型的电池具有很长的寿命和改善了的安全性，实际上是尤其有益的。

-该套件包括多个子套件，每个子套件包括用于产生能量的装置的不同子组，并且如果适用的话，每个子套件包括能量存储装置的不同子组；每个子套件优选地电连接至至少另一个套件没有供电的至少一个待供电的元件或待供电的元件的一部分。一个子套件可以例如连接至建筑的一部分，另一个子套件连接至所述建筑的另一部分。子套件还可以连接至公共的待供电的元件(这些元件中的每个具有除了建筑之外的不同的待供电的元件)，例如分配终端。还可以设想，子套件中的每一个连接至不同的待供电的元件，

-至少两个子套件分别电连接至建筑的不同的部分，子套件中的至少一个还连接至除了建筑之外的至少另一个待供电的元件，所述子套件(或者每个子套件)包括：

·用于将所述子套件的存储装置和/或能量产生装置与待供电的元件互连的装置；

·用于测量与存储在所述子套件的能量存储装置中的能量有关的至少一个参数的装置，以及

·用于依据测量装置所获得的值来控制互连装置的装置，使得如果存储在所述子套件的存储装置中的能量小于阈值，则禁止向除了建筑之外的连接至所述子套件的元件中的至少一个供应电力。

-至少一个安全互连装置被配置为，使得在该装置被激活时，来自第一子套件的能量产生装置的能量供应属于第二子套件的待供电的元件或元件的一部分。安全互连装置尤其能够电连接一个子套件的充电器与两个子套件的存储装置，或电连接一个子套件的存储装置与属于两个子套件的待供电的元件或待供电的元件中的一部分，

-该套件还包括除了建筑之外的多个待供电的元件以及用于测量至少一个关于这些待供电的元件中的每一个所需的能量的参数的装置、以及用于基于所述测量装置所获得的值来确定在除了建筑之外的元件之中的禁止向其供电的元件的装置。从而，能够禁止或停止向非优先的元件供电，而这些非优先的元件是最大耗电元件，

-当认为所存储的能量小于阈值时，可以根据元件对于社区的有用程度而按预定顺序交替地断开这些元件，

-能量产生装置包括至少一个光伏电池板，所述至少一个光伏电池板能够将太阳辐射转化为电能。这些能量产生装置还可以包括风力涡轮机、水力涡轮机等。能量产生的装置还可以包括串联和/或并联的产生相同属性或不同属性的能量的多种元件。

-光伏电池板中的至少一个(优选为全部的光伏电池板)布置在建筑的屋顶上，以避免使用额外的结构，并且使这些电池板的曝光最大化，同时还仍能避免故意破坏或非故意损坏。建筑尤其包括单一斜度的屋顶，而且取向(依据半球而向南或向北)被选择为使光伏电池板的工作最优化，

-光伏电池板的(尤其是屋顶的)表面面积被选择为，使得光伏电池板可以对于24小时不间断地向建筑供应电力。换言之，电池板可以在一个光照日内供应多于60kWh，尤其是大约80kWh。因此，电池板的平面的表面面积(尤其是屋顶的平面的表面面积)大于100m²，尤其大于120m²，

-在能量产生装置的下游布置了、尤其是在能量产生装置与用于存储能量的装置之间插置了至少一个包括电源转换器的充电器。该充电器包括尤其在产生DC电流的光伏电池板下游的DC转换器，或者例如在产生AC电流的风力涡轮机的下游的AC/DC转换器。充电器优选包括MPPT(最大功率点跟踪)特性。该操作的目的为，寻找由光伏电池板形成的能量产生装置的最大功率点；这是因为这些功率是非线性的，其含义为，对于相同的日照，通过这些电池板传送的功率依据所选的电压而不同。充电器可以布置在一个电池板、或串联和/或并联布置的多个电池板的输出处，

-在能量产生装置与待供电的元件之间、尤其是在能量存储装置的输出处布置了DC/AC转换器(或逆变器)，以便将存储在能量存储装置中的直流形式的电流转换为以交流形式分送的电流，可能存在于该建筑中的商用电设备适用于这种交流电流。这些转换器可以尤其布置的能量存储组件中的每个的输出处，

-能量产生装置兼顾连接至能量存储装置以及直接连接至待供电的元件中的至少一个，并且尤其连接至建筑。实际上，这能够直接满足建筑的需求，而不会产生不必要的能量损失(在能量存储装置充电和放电时必然出现的损失、乃至最小损失)。在该方式中，所产生的能量也立即可用，

-该套件还可用连接至另一个应急电源装置，例如发电机组或分配电网，所述应急电源装置被设计为向待供电的元件中的至少一个和/或能量存储装置供电。在套件包括这样的应急电源装置的情况下，该套件可以包括整流器(该整流器至少插置在电源装置与能量存储装置之间)，或者包括至少一个能够在这些装置中(作为DC电流)存储从电源装置获得的能量(作为AC电流)的存储组件，

-电力分配终端包括用于检测终端的连接装置处的电设备的存在的连接检测装置，以及用于依据检测装置而控制插置在终端与能量存储装置之间的互连装置的控制装置。从而，能够确保电力分配终端的安全性：如果没有设备连接到终端，则没有电流在该终端中流通，

-该终端可以包括识别模块和/或支付模块。尤其使用诸如RFID、条形码或磁条卡的卡(其可以由个人识别码加强)的识别模块确保了该服务仅由授权成员使用。使用支付模块的任何人(或希望使用支付模块的任何人)也可以使用终端。这样的模块尤其是使用银行卡或预付卡或者使用硬币或钞票收集器的常规支付模块。在该情况下，控制装置可以依据识别和/或支付模块来控制插置在终端与能量存储装置之间的互连装置。电能实际上仅仅在已被识别的用户连接了设备或用户已经支付了该服务时才传送。或者，终端可以包括能够在关闭位置和打开位置之间移动的访问装置，所述关闭位置禁止对连接装置的访问，所述打开位置允许对连接装置自由访问，终端还包括用于依据识别和/或支付装置来控制访问装置的控制装置。在终端包括支付模块的情况下，其还可以包括用于供应到连接装置中的每一个的能量计量器，该计量器与支付装置交互，使得这两个构件中的一个控制互连装置，从而在预付的总量被耗尽后终止电力的传送。当然，该终端也可以是自由访问的。

-对于连接装置中的电流的访问或连接装置中的电流的传送还可以依据与在能量存储装置的输出处测量的功率有关的参数来进行控制。换言之，该套件包括用于依据与能量存储装置中的可用能量有关的参数来控制关于终端的至少一个连接装置的互连或访问装置的装置。在该方式下，如果检测到能量存储组件接近其限制充电水平，则不允许向新的外部设备传送电流。

-该套件的另一个待供电的元件是水处理单元，例如水净化元件和/或海水脱盐单元。当然，可以向该套件添加其他元件或相同属性的多种元件。水处理元件尤其包括流体输出通道，该流体输出通道连接至建筑并且被设计为向建筑供应水。所述流体输出通道还可以连接至流体分配终端，所述流体分配终端位于建筑的外部并且包括用于传送流体的装置(例如水龙头)。则，除了电力以外，还可以向所有成员供应水。

-流体分配终端还可以包括识别和/或支付模块，并且可能包括能够在关闭位置和打开位置之间移动的访问装置，所述关闭位置禁止对传送装置的访问，所述打开位置允许对输出装置自由访问，流体分配终端还可以包括用于依据识别模块和/或支付装置来控制访问装置的控制装置。类似电力分配终端，然后水分配终端仅允许得到授权的人或希望支付的人访问，这避免了稀缺物的浪费，

-该套件可以包括用于打开和关闭至少一个流体通道的装置，例如至少一个阀，所述套件还可以包括用于依据至少一个参数来控制打开和关闭的装置，使得当参数值在特定的阈值范围之外时，仅向建筑供应水。该参数可以尤其是建筑所需的水的流速(如果该流速大于阈值，则拒绝对终端的访问)或者经处理的可用水量(如果该水量小于阈值，则拒绝对终端的访问)。

本发明的目标还在于一种用于管理能够电自主的套件的方法，所述套件包括待供电的元件，所述待供电的元件包括：

-建筑，其包括至少一个至少由墙壁和一个屋顶限定的房间，以及

-用于利用自然能源产生能量的装置，

-用于存储能量的装置，

所述方法包括下列步骤：

-测量与能量存储装置的至少一部分中的可用能量有关的至少一个参数，以及

-依据测量值来控制互连装置，使得如果存储装置的至少一部分中的可用能量小于阈值，则禁止向除了建筑之外的待供电的元件中的至少一个供电。

附图说明

现在，将使用附图来描述根据本发明的套件的非限制性实施方案，在附图中：

-图1是根据本发明的特定实施方案的套件的示意图，

-图2是根据本发明的一个实施方案的套件的电布置的简化示意图，

-图3是在图2的电路中实施的控制方法的图，

-图4是根据图2的实施方案的套件的变型的电布置的简化示意图，

-图5是根据本发明的另一个实施方案的套件的电布置的简化示意图，

-图6是在图5的电路中实施的控制方法的图。

具体实施方式

在图1中，显示了根据本发明的一个实施方案的套件10。该套件首先包括建筑12，该建筑12一般设计为用作该建筑所处的社区中的公共服务建筑，例如药房或学校。该建筑包括屋顶14，在屋顶14上设置有光伏电池板16，所述光伏电池板16被设计为将太阳辐射转化为电能。为了将光伏电池板收集的能量最大化，屋顶14包括单一的斜度，并且，在北半球是朝南的而在南半球是朝北的。屋顶14的倾斜可以基于该套件所处的区域来进行设计，以使得电池板的效率最大化。

除了建筑12，该套件还包括连接至建筑12的电力分配终端20。该终端包括多个连接装置22，所述多个连接装置22使得诸如电话充电器、计算机等的外部设备能够连接至该终端。图中显示了三个用于连接装置的位置。这些连接装置中的每一个都位于壳体中，翻盖24盖住了该壳体，所述翻盖可以在关闭位置与打开位置之间旋转移动；在关闭位置下，翻盖禁止接入连接装置，而在打开位置下，翻盖允许接入这些连接装置。该翻盖可以被锁在关闭位置，尤其是使用磁锁装置锁在关闭位置。优选地，壳体具有足够大的尺寸以使得外部设备能够插入其中，并且确保安全性，避免这些设备在连接至终端期间被偷盗。

电力分配终端20还包括用户通信界面26，该用户通信界面尤其包括屏幕以及数据入口键盘。其还包括识别模块28A(条形码或RFID读取器)以及支付模块28B(例如，用于银行卡支付的常规模块)。该界面26允许用户与该终端进行交互，以便能够访问电力分配服务。

该套件还包括水处理单元30，该水处理单元也电连接至建筑12。该水处理单元能够对该套件附近的非饮用水进行净化或脱盐。水处理单元包括蓄水池32和水输出通道34、36，所述蓄水池32能够存储经净化的水，所述水输出通道34、36一方面连入建筑12以向其供水，另一方面连向水分配终端38，所述水分配终端38包括用于供应水的装置(例如水龙头39)，并且使得该套件所处的社区的成员在必要时也向自身供应水。该套件还包括控制阀40，该控制阀40位于蓄水池32与流体供应装置39之间，允许或禁止流体在该通道中通过。

可以基于与处理单元有关的参数来对阀40进行控制，所述参数尤其为蓄水池中可用水的量，从而，如果该量小于阈值，则关闭阀，且水只能被分配到建筑12。然而，如果该量大于阈值，则该阀允许水自由访问分配至水龙头39。因此，水被保护为优先供应建筑。

水处理单元30呈现为是自由访问的，从而使得水龙头39可以访问整个社区。但是应当注意，该水龙头可以与针对电力分配终端而描述的识别和支付装置联接，以使得对此终端的访问是选择性的。相反，电力分配终端可以是自由访问的。

现在，将借助图2来描述如同本发明的电自主套件的电自主套件的工作。为了不会不必要地使说明书和相关示意图复杂化，我们在示意图上仅显示了建筑12和电力分配终端20。

如同已经说明的，用于向所描述的不同的元件供电的、尤其是向建筑12以及电力分配终端20供电的电能是由光伏电池板16(所述光伏电池板16尤其设置在建筑的屋顶上)产生的，图中显示了并联连接的两个示例性的光伏电池板。

在电池板16的下游布置了尤其包括DC转换器52的充电器50，该充电器50连接至这两个电池板。DC转换器能够将所产生的能量调整为适于该套件使用的能量。优选地，该充电器是MPPT(最大功率点跟踪)充电器，意味着其选择了这样的电压：在该电压下，电池板必须工作以产生最大功率；这些电池板构成非线性发电机，其含义为，对于相同的日照，这些电池板所传送的功率依据其工作电压而不同。

这样的MPPT工作的非限制性工作模式包括：

◆测量电池板对于固定的输出电压U1所传送的功率P1，

◆在一定时间后，施加稍大于U1的第二电压U2，并且测量对应的功率P2，以及

◆如果P2大于P1，则尝试施加更大的电压(如果P2小于P1，则尝试施加更小的电压)。

从而，充电器不断地对光伏电池板的终端的电压进行调整，以接近最大功率点。

在该充电器的输出处，有并联的两个支路。第一支路包括逆变器54，建筑12和终端20并联连接在该逆变器的下游。在逆变器54与分配终端20之间，该套件还包括互连装置64，所述互连装置包括开关，并且使得电流能够传送或不传送至电力分配终端20，所述电力分配终端被认为是不需要优先供电的。该支路能够直接向建筑12供电，还可能向终端供电以利用从光伏电池板16获得的能量来实时地满足该终端的需求。逆变器54能够将产生的DC电流的电能转换为电套件通常使用的AC电流的电能。

第二支路包括能量存储装置56，其包括电池模块，所述电池模块一般包括串联的多个电池单元。在常规上，每个基本电池单元包括阳极和阴极以及电解质，其中电解质使得化合物能够在两个电极之间传递，从而使得在电池单元中发生氧化-还原反应。电池优选为锂电池，尤其是锂金属聚合物电池，其电解质在电池不工作时为固态。实际上，这样的电池模块在安全性和寿命方面尤其有益。

在电池的下游，第二支路还包括互连装置58，所述互连装置58包括开关和逆变器60。在该逆变器的下游，该支路一方面并联连接至建筑12，另一方面并联连接至电力分配终端20。在逆变器60与分配终端20之间，该套件还包括互连装置62，所述互连装置62包括开关并且使得电流能够通过电池模块传送或不传送至电力分配终端20。

该电路还包括分别用于互连装置58、64、62的控制装置66、67和68。这些控制装置能够根据在电路中测量的、或在建筑或终端的其他区域测量的参数来控制开关的关闭和打开(从而允许或禁止电流传送至相应的支路)。

该电路还包括测量装置70、72，所述测量装置70、72能够分别测量充电器50的第一输出支路中的电流以及电池的输出处所容许的放电电流，这能够获得关于电池的充电以及其仍可供应的能量的信息。这些测量装置70、72能够与这些开关58、64、62中的每一个的控制装置66、67、68进行通信，所述控制装置66、67、68参考由这些测量装置提供的数据而对所述开关进行控制。更具体而言，测量装置70被设计为与开关58的控制装置66通信，而测量装置72能够与开关58、64、62的控制装置66、67、68通信。当然，测量装置70可以集成在MPPT充电器50中，而测量装置72可以集成在电池模块56中。

这样的套件能够最佳地对可用电能进行管理。从而，在充电器50的输出处，电能仅仅发送到建筑以响应即刻的电需求。可用能量的剩余部分存储在电池中。除非有过剩的能量，否则不向终端20供应能量，因为该终端20被认为不具有优先权。

现在，将借助图3来具体描述该第一实施方案的套件的工作方法100。

该电路的第一支路中的电流的强度利用装置70来实时地测量，并且在步骤102期间，将在该支路中测量的强度I₇₀与阈值I_S70进行比较。该比较是通过与测量装置70通信的计算单元73(例如微处理器)的方式来执行的。应当注意，阈值强度I_S70可以具有固定值，或者可以具有与一个或多个待被供电的元件所需的电力或电路中所测量到的强度(尤其是，连向建筑12的支路中所测量到的强度)有关的值。

当认为太阳能电池板传送的电流不再足以向建筑供应电力时，即当测量出在第一支路中的电流小于阈值I_S70时，则计算单元73将这一结果传达给开关58的控制装置66(所述计算单元连接至该控制装置)，这些装置在步骤104中控制开关58关闭，以使得来自电池的能量能够向建筑12供应电力。然后，处于“充电”模式的电池模块56改为“放电”模式。在相反的情况下，控制装置在步骤106中被命令使得开关58保持打开。作为变型，也可以测量在电池的上游的第二电流支路中的电流，并且在电池58的上游的支路中的电流为零时立即关闭开关58，这表明，太阳能电池板所产生的全部能量都已经用于向建筑供电。

然后(分别在步骤108、110)，验证是否已经检测到用户曾试图将一个设备连接至电力分配终端。分别在步骤112、114期间，如果没有检测到连接，则命令开关(58和/或62和/或64)打开，使得终端被供电。

另一方面，如果检测到了连接，则在两种情况下，分别在步骤116、118期间，验证由装置72测量的电池的输出处所容许的放电强度I₇₂是否大于特定的阈值I_S72(尤其是3.0V)。该强度使得能够推断出电池充电的水平，因此，电池中所存储的已知能量和阈值强度从而对应于电池中所存储的能量的阈值。如果情况并非如此，则分别在步骤120、122中，命令控制装置68将开关62打开，并且可能将开关64打开。然而，如果情况的确如此，则认为该套件存储了一整天向建筑供电的足够能量，并且所存储的能量可以用于终端。

在电池已经有必要向建筑供电的情况下，在步骤126中，还要验证逆变器54的支路中的强度I₇₀是否大于第二阈值I_B70(其中所述第二阈值大于第一阈值I_S70)。如果确是如此，则在步骤128中，将该支路用于向终端供电，并且利用装置67命令开关64关闭。如果情况相反，则必须使用电池模块来向终端20供电。在步骤130期间，利用控制装置66、68来命令开关58、62关闭。电池从“充电”模式改为“放电”模式。在步骤130中，还可以命令开关64关闭以避免任何能量损失。

该方法依据测量装置所测量的值而持续执行，所述测量装置所测量的值被实时地发送至计算模块73。

图4显示了根据本发明的套件的电路的变型。相同的电构件显示为相同的附图标记。

从该图中可以看出，该套件包括完全相同、这里称为半电网10A、10B的两个子套件，所述两个子套件还与图2所描述的套件完全相同。这两个半电网10A、10B中的每一个包括至少一个光伏电池板16、充电器50A-50B、通过逆变器54A-54B连接至待被供电的元件的第一支路、以及包括电池模块56A-56B的第二支路，其中所述第二支路也通过逆变器60A-60B连接至待被供电的元件。

这两个子套件的电构件的不同之处在于，一个子套件的构件不属于另一个子套件。

相对于图2中的套件以及半电网10A、10B中的每一个的区别在于，每个半电网10A、10B向建筑12的电网的不同的部分12A、12B供电。

两个半电网中的每一个还包括互连装置58A、62A、64A；58B、62B、64B，测量装置70A、72A；70B、72B，以及用于互连装置的控制装置66A、67A、68A；66B、67B、68B，所述控制装置仅仅依据在该半电网中得到的测量值来控制与该半电网相关联的互连装置。从而，两个半电网无需通信，并且可以彼此完全独立，这会带来安全性的提高。

然而，也应当注意，该两个半电网通过横向支路连接，所述横向支路包括安全开关75，所述安全开关连接两个电池模块56A、56B。该开关可以在半电网中的一个失效时手动地激活。在该情况下，在充电器中的一个失效的情况下，两个电池串联，并且在这两个电池处于“充电”模式时，这两个电池可以由相同的半电网的光伏电池板充电。如果电池中的一个失效，则由于该开关，在电池处于“放电”模式下时，也可以利用存储在这些电池模块中的仅仅一个中的能量来向整个建筑供电。当然，也可以依据不同的测量参数来自动地控制开关75，而不是手动地控制。

我们在图5中显示了根据本发明的套件的另一个实施方案。相同的电构件显示为相同的附图标记。

在该图中显示了，光伏电池板16可以以多种形式布置在充电器50的上游。我们在图中显示了三个充电器50A、50B和50C，充电器50A与两个电池板串联，这两个电池板与另一个电池板并联连接。充电器50B自己连接至单个的电池板，而充电器50C连接至如同图2一样的并联连接的两个电池板。然而优选的是，该套件是对称的，其含义是，每个充电器连接至相同数量和布置的电池板。

图5的电路还包括两个电池模块56A、56B，而不是图2中的单个电池模块。这些电池模块位于并联的电支路。具体而言，第一电池模块56A位于充电器50A的下游，而第二电池模块56B位于充电器50B和50C的下游。电池模块56A、56B实际上可以连接至任何数量的并联的充电器。和前述一样，优选的是，套件是对称的，并且电池模块中的每一个连接至相同数量的充电器。

同样，两个电池模块从不同的光伏电池板接收能量。这能够生成两个可以协同工作(交替工作或同时工作)的半电网，并且能够提高电网的安全性，这是由于如果一个电池模块或相关联的充电器不能正常地工作，则该套件仍可以由包括第二电池模块的并联电网来供电。

如同参考图2所述的一样，在每个电池模块的下游布置了开关式的互连装置58A、58B以及逆变器60A、60B。还如同图2中一样的是，包括电池模块的每个电支路连接至待供电的元件，此处为并联布置的建筑12、电力分配终端20以及水处理单元30。互连装置62A、62B布置在各自的电支路上，所述电支路被设计为连接分配终端20与处理单元30。

不同于图2中的描述，应当注意，在本示例中，电能并非直接从光伏电池板引向待供电的元件。该配置虽然是有益的，但是实际上不是必选的。在另一方面，该电路包括额外的电支路，所述额外的电支路连接至该套件潜在地可访问的电网80。也可以将该套件连接至发电机组，而不是电网。

电网80一方面连接至待供电的元件12、20、30，另一方面通过两个其他支路而连接至电池模块中的每一个56A、56B。这些将电网连接至电池模块的支路中的每一个还包括整流器82A、82B(例如，作为使得来自电网的AC电流变为能够存储于存储装置56A、56B中的DC电流的AC/DC转换器的整流器)以及分别包括开关的互连装置84A、84B。在连接至电网的该电支路中还布置了互连装置86，用于将电网与待供电的元件12、20、30连接或断开。

与图2中一样，这些开关中的每一个关联了控制装置。控制装置66A、66B与开关58A、58B中的每一个相关联，而控制装置68A、68B与开关62A、62B相关联。控制装置88A、88B和90分别与开关84A、84B和86相关联。

除了用于测量通向建筑的电支路中的强度的测量装置74，以及尤其用于测量有关分配终端20和处理单元30的各自的电支路中的强度的测量装置76A、76B，该电路还包括测量装置72A、72B，所述测量装置72A、72B尤其用于测量电池模块中的每一个的输出处的强度。

现在将借助图5阐释根据本实施方案的该套件的电路的功能。开关62A、62B、82A、82B、86默认是打开的。

在上述电路中，电池模块中的每一个的输出处所容许的放电电流也是实时测量的。

在方法200中，我们通过确定哪个电池模块包含最多的可用能量而开始。该步骤是这样执行的，在步骤201，比较电池模块56A、56B中的每一个的输出处的放电强度I_72A、I_72B。该操作利用测量装置72A、72B来执行。依据该比较步骤201的结果，分别在步骤203、205中，命令电池模块56A、56B中保存着最多能量(即，具有最高的放电强度)的输出处的开关58A、58B关闭。与关闭的开关相关联的电池模块然后进入“放电”模式，并且致力于对元件供电，而其他模块保持“充电”模式并且存储由光伏电池板16产生的能量。

在步骤202中，利用与测量装置通信的计算模块92，然后确定两个电池模块中的可用能量E₅₆和充电的水平。然后在步骤204中，将所述数据E₅₆与阈值E_S56进行比较。然后根据该数据而控制不同的开关。控制装置66A、66B、68A、68B、88A、88B、90实际上是与计算模块通信的。如果确定在两个电池模块中都存在足够的能量，则在步骤206中，关闭开关62A、62B，而已确定的开关58A、58B保持关闭，并且与电网有关的开关84A、84B、86保持打开以使得电网从该套件断开。该操作不是必选的，在该套件启动时进行充电和放电的电池模块可以永远是相同的一个，或者在每次启动时交换这些电池模块的角色。

当与存储在两个电池两者中的能量有关的参数低过该阈值E_S56时，则在步骤208中，从装置76A、76B获得强度测量结果I_76A和I_76B，以比较并确定元件20、30中的哪一个消耗了最多的能量。然后，基于比较的结果，分别在步骤210或212中命令消耗了最多的能量的支路的开关62A、62B打开。或者，也可以在不对两个支路中的强度进行测量的情况下，自动地控制被认为是具有较低优先级的开关(尤其是62A)的断开。

然后，可以等待特定的时间T，以能够使得电池模块有足够的时间使其自身再充电。在该时间(例如1小时)结束时，分别在步骤214和216中，再次将全部电池中存储的能量E₅₆(其利用测量装置72A和72B获得)与阈值E_S56进行比较。如果两个电池模块两者中可用的能量仍然不足，则分别在步骤218、220，控制装置68A、68B命令仍然关闭的其他开关62A、62B打开。这里，在再次验证可用的能量E₅₆是否大于阈值能量E_S56之前，再次留出等待时段T。如果情况并非如此，则开关62A、62B保持打开。否则，这两个开关关闭。

还可以考虑，如果参数E₅₆小于第二阈值(所述第二阈值称为临界值E_C56并且小于阈值E_S56)，则命令电网连接到套件，并且命令开关84A、84B、86以及开关62A、62B关闭(可选步骤207)。然后，开关58A和58B打开，以确保电池模块在可选步骤组209期间得到最佳的充电。在等待时段T之后，再次比较可用能量E₅₆与临界值。如果可用能量回到临界值之上，则使该方法重新初始化。否则，使该电路按照原样保持另一个时段T。

当然，描述的仅仅是该套件以及相关联的操作过程的两个实施方案。还存在着许多其他的实施方案。例如，该套件可以包括单个电池模块以及到电网的连接的组合。其还可以包括形成单个电网或几个独立电网、并且与电力分配电网联接的多个电池模块。

该套件的电路当然不限于上述的形式。充电器、电池板或电池模块的数量不限于上述的数量。同样地，待供电的元件的数量和类型不限于上述的数量和类型。电联接还可以不同于上述的形式：例如，在电路包括两个并联的电池模块的情况下，每个电池可以连接至一个尤其需要供电的元件。即使优选的是两个电池交替地工作，但是这两个电池也可以连接至相同的逆变器。

该方法不限于上述方法。各个步骤可以按照不同的顺序执行，阈值也可以不同，测量的参数也可以不同。还可以处理其他的值和其他条件。

现在将简要地描述电力分配终端的操作。

如前所述，电力分配终端包括连接至外部设备的不同的连接装置22。在不工作时，开关62A或开关62、64是打开的，这意味着终端与电路断开。当用户希望连接到终端时，终端要求用户通过展示识别装置(磁、RFID或条形码卡)并且可能通过输入识别码来提供身份证明。如果正确识别了该用户，则终端给予该用户连接外部设备的权限。如果情况不是如此，则终端要求用户尤其通过在支付模块中插入卡来进行支付。在提供了卡之后，则给予用户取电的权限。如果没有提供卡或者卡是无效的，则该过程在此处终止。

如果获得了权限，则终端与该套件的计算装置式的装置92通信，以验证与电池的能量有关并且利用装置72、72A、72B测量的参数。如果该参数小于阈值，则向用户表明，该用户已经得到了正确的识别，但是目前不能取电。然而，如果该参数大于阈值，则该终端对连接装置中的一个的翻盖24的锁定装置进行控制，以使得用户可以插入与他/她的设备有关的电源插头，尤其是将他/她的设备插入至壳体。

当终端检测到外部设备的插头连接至连接装置时，全部的条件终于得到了满足，并且该终端命令控制装置68、68A关闭开关62、62A，并且将终端连接到该套件。

然后，关闭翻盖的磁锁装置，以避免该设备位于壳体内部以及第三方访问该连接装置。为了取回其设备，用户可以再次证明自己或者呈现其银行卡，而终端将通过停用该磁锁装置而允许翻盖打开。一旦计量器指示所支付的能量已经耗尽，则可以停止电流的传送。

显然，该终端不限于上述的形式。尤其是，该终端可以不具备任何上述的安全措施和识别或支付装置，或者仅具有其中的几种。

还应当注意，还可以类似于管理电力分配终端的访问一样来管理对水分配终端38的访问。

上述对本发明的描述显然仅仅是以示例的方式进行的，而不排除任何在权利要求书的范围内的变化形式。

Claims

1.一种能够电自主的套件(10)，包括待供电的元件(12、20、30)，所述待供电的元件包括：

-建筑(12)，其包括至少一个至少由墙壁和屋顶(14)限定的房间，以及

-电力分配终端(20)，其位于建筑外并且包括连接装置(22)，所述连接装置用于连接至少一个外部电设备，

-用于利用自然能源产生能量的装置(16)，

-用于存储能量的装置(56；56A、56B)，

-用于将存储装置和/或能量产生装置与待供电的元件互连的装置(58、62、64；58A、58B、62A、62B)，

该套件还包括：

-用于测量至少一个与存储在能量存储装置的至少一部分中的能量有关的参数(I₇₂；I_72A、I_72B)的装置(72；72A、72B)，以及

-用于依据测量装置所获得的值来控制互连装置的装置(66、68、67；66A、66B、68A、68B)，使得如果存储在存储装置的至少一部分中的能量小于阈值，则禁止向所述元件中除了所述建筑以外的至少一个(20、30)供应电力。

2.根据前一项权利要求所述的套件，其中，能量存储装置包括并联的多个能量存储组件(56A、56B)，测量装置(72A、72B)能够测量与存储在每个存储组件中的能量有关的参数，所述套件尤其包括用于确定存储在多个组件或全部组件中的能量的装置(92)。

3.根据在前权利要求中的任一项所述的套件，包括多个子套件(10A；10B)，每个子套件包括能量产生装置的不同子组，并且如果适用的话，每个子套件包括能量存储装置(56A；56B)的不同子组；每个子套件电连接至没有被至少另一个套件供电的至少一个元件或元件的一部分(12A；12B)。

4.根据前一项权利要求所述的套件，其中，至少两个子套件(10A；10B)分别电连接至建筑的不同的部分(12A；12B)，子套件中的至少一个还连接至除了建筑之外的至少另一个待供电的元件(20)，所述子套件包括：

-用于将所述子套件的存储装置和/或能量产生装置与待供电的元件(12A、12B、20)互连的装置(58A、58B、62A、62B)；

-用于测量与存储在所述子套件的能量存储装置中的能量有关的至少一个参数的装置(72A、72B)，以及

-用于依据由测量装置获得的值来控制互连装置的装置(66A、66B、68A、68B)，使得如果存储在所述子套件的存储装置中的能量小于阈值，则禁止向除了建筑之外的连接至所述子套件的元件(20、30)中的至少一个供应电力。

5.根据前一项权利要求所述的套件，其中，至少一个安全互连装置(75)被配置为，使得在该装置(75)被激活时，来自第一子套件的能量产生装置的能量供应属于第二子套件的元件或元件的一部分。

6.根据在前权利要求中的任一项所述的套件，包括除了建筑(12)之外的多个待供电的元件(20、30)、用于测量与待供电的元件中的每一个所需的能量有关的至少一个参数(I_76A、I_76B)的装置(76A、76B)、以及用于依据所述测量装置所获得的值来确定除了建筑之外的元件当中的禁止向其供应电力的元件的装置(92)。

7.根据在前权利要求中的任一项所述的套件，其中，能量产生装置包括至少一个光伏电池板(16)，所述至少一个光伏电池板(16)能够将太阳辐射转化为电能。

8.根据前一项权利要求所述的套件，其中，光伏电池板(16)的表面面积、并且尤其是屋顶(14)的表面面积大于100m²，并且可以在一个日照日内供应多于60kWh，使得光伏电池板能够在24小时内不间断地向建筑(12)供电。

9.根据在前权利要求中的任一项所述的套件，其中，在能量产生装置(16)的下游布置了、尤其是在能量产生装置(16)与能量存储装置(56；56A、56B)之间插置了至少一个包括DC转换器(52)的充电器(50；50A、50B、50C)。

10.根据在前权利要求中的任一项所述的套件，其中，在能量产生装置(16)与待供电的元件(12、20、30)之间、尤其是在能量存储装置(56；56A、56B)的输出处布置了DC/AC转换器(54、60；54A、54B、60A、60B)。

11.根据在前权利要求中的任一项所述的套件，其中，能量产生装置(16)兼顾连接至能量存储装置(56；56A、56B)以及直接连接至待供电的元件(12、20；12A、12B、20)中的至少一个，尤其是连接至建筑。

12.根据在前权利要求中的任一项所述的套件，其还连接至应急电源装置，例如发电机组或电力分配电网(80)，所述应急电源装置被设计为向元件中的至少一个供电和/或至少部分地向能量存储装置供电。

13.根据在前权利要求中的任一项所述的套件，其中，所述电力分配终端(20)包括用于检测终端的连接装置(22)处的电设备的存在的连接检测装置，以及用于依据检测装置而控制插置在终端与能量存储装置之间的互连装置(58、62、64；58A、58B、62A)的控制装置(66、67、68；66A、66B、68A)。

14.根据在前权利要求中的任一项所述的套件，其中，所述终端包括识别模块(28A)和/或支付模块(28B)。

15.根据前一项权利要求所述的套件，其中，控制装置(67、68；68A)依据识别和/或支付模块来控制插置在终端与能量存储装置之间的互连装置(62、64；62A)。

16.根据权利要求14和15中的任一项所述的套件，其中，所述终端包括能够在关闭位置和打开位置之间移动的访问装置(24)，所述关闭位置禁止对连接装置(22)的访问，所述打开位置允许对连接装置自由访问，所述终端还包括用于依据识别模块和/或支付模块来控制访问装置的控制装置。

17.根据权利要求13至16中的任一项所述的套件，包括用于依据与能量存储装置的至少一部分中可用的能量有关的参数来相对于终端的至少一个连接装置(22)而控制互连(62、64；62A)或访问装置的控制装置(67、68；68A)。

18.根据在前权利要求中的任一项所述的套件，其中，所述套件的另一个待供电的元件是水处理单元(30)，例如水净化和/或海水脱盐元件。

19.根据前一项权利要求所述的套件，其中，所述水处理元件包括流体输出通道(34、36)，所述流体输出通道(34、36)连接至建筑(12)并且被设计为向建筑供应水，并且/或者连接至位于建筑外的流体分配终端(38)，所述流体分配终端(38)包括流体传送装置，例如水龙头(39)。

20.根据前一项权利要求所述的套件，其中，所述流体分配终端包括识别模块和/或支付模块，并且可能地包括能够在关闭位置和打开位置之间移动的访问装置，所述关闭位置禁止对传送装置的访问，所述打开位置允许对传送装置自由访问，所述流体分配终端还包括用于依据识别模块和/或支付模块的工作来控制访问装置的控制装置。

21.根据权利要求19或20所述的套件，包括用于至少一个流体通道(34)的打开和关闭装置(40)，例如至少一个阀，所述套件还包括用于依据至少一个参数来控制打开和关闭装置的装置，使得当参数的值处于特定的阈值范围之外时，仅向建筑供应水。

22.一种用于管理能够电自主的套件(10)的方法(100；200)，所述套件包括待供电的元件(12、20、30)，所述待供电的元件包括：

-建筑(12)，其包括至少一个至少由墙壁和屋顶限定的房间，以及

-电力分配终端(20)，其位于建筑外并且包括连接装置，所述连接装置用于连接至少一个外部电设备，

所述套件包括用于所述元件的供电装置，该用于所述元件的供电装置包括：

-用于利用自然能源产生能量的装置(16)，

-用于存储能量的装置(56；56A、56B)，

所述方法包括下列步骤：

-测量与能量存储装置的至少一部分中可用的能量有关的至少一个参数，以及

-依据测量值来命令(120、122；210、212、218、220)互连装置(58、62、64；58A、58B、62A、62B)，使得如果存储装置的至少一部分中可用的能量小于阈值，则禁止向除了建筑之外的所述元件中的至少一个供电。