JP2017529042A - 運転するための緊急用エネルギー貯蔵装置を調製する方法 - Google Patents

Abstract

運転をするための少なくとも１つのエネルギー貯蔵素子を有する、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスを調製するための方法であって、これにより、この緊急用エネルギー貯蔵装置が、少なくとも１つのエネルギー消費器に緊急用電気エネルギーを供給するよう設計されており、これにより緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出すことができるエネルギー（Ｅ_Ｌ）及び／又は緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出すことができるピーク出力（Ｐ_ｍａｘ）が決定され、緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出すことができるエネルギー（Ｅ_Ｌ）及び／又は緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出すことができるピーク出力（Ｐ_ｍａｘ）が、定義可能な最小エネルギー値に到達すると直ぐに、運転準備が確立される、方法が記載され、示されている。緊急用エネルギー貯蔵装置が、放電用デバイスを介して放電され、内部抵抗率（Ｒ_ｉ）において発生する熱が、緊急用エネルギー貯蔵デバイスを加熱するために使用される、運転を行うための緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスを調製する方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、運転を行うための、少なくとも１つのエネルギー貯蔵素子を持たせるための、緊急用エネルギー貯蔵装置を調製するための方法であって、これにより、この緊急用エネルギー貯蔵装置が、少なくとも１つのエネルギー消費器のために緊急用電気エネルギーを供給するよう設計されており、これにより緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出すことができるエネルギーＥ_Ｌ及び／又は緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出すことができるピーク出力Ｐ_ｍａｘが決定され、緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出すことができるエネルギーＥ_Ｌ及び／又は緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出すことができるピーク出力Ｐ_ｍａｘが定義された最小出力値に到達すると直ぐに、運転準備が確立される、方法に関する。

本発明はさらに、運転を行うための風力タービンシステム向けピッチシステムを調製する方法であって、これにより、該ピッチシステムが、少なくとも１つのエネルギー貯蔵素子を備えた少なくとも１つの緊急用エネルギー貯蔵装置を有する、方法に関する。本発明は、さらに、本発明による方法を実行するために、プログラム指示書を含むコンピュータプログラム製品に関する。本発明はさらに、風力タービンシステム向けピッチシステムであって、これにより、該ピッチシステムが、少なくとも１つのエネルギー貯蔵素子を備えた少なくとも１つの緊急用エネルギー貯蔵装置を有する、方法に関する。本発明は、さらに、こうしたピッチシステムを有する風力タービンシステムに関する。

電気エネルギーをエネルギー消費器のエネルギーを供給するための緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスが、多くの分野において使用されている。通常、エネルギー消費器に供給する緊急用エネルギーは、安全面に関連するものである。安全面に関連するエネルギー消費器のこうしたタイプの例には、特に、エレベーターにおけるモータ又は風力タービンシステムにおけるピッチシステムがある。

たとえば、建物の火災において発生し得る外部グリッドの不具合が存在するとき、エレベーターは、外部グリッドにより供給されるエネルギーを使用しないで、次の階まで動いてドアを開放し、エレベーター内に現在いる人を安全に導くことができることが必要である。

現代の風力タービンシステムは、通常、電気ピッチシステムを装備しており、このピッチシステムは、ピッチモータとして特徴づけられる、動翼１つあたり少なくとも１つの電気モータを有する。こうしたピッチシステムは、それらの個々の縦軸の回りを動翼が回転することにより、風に対して動翼の位置を調節し、多くの場合、風力タービンシステムのロータを停止に導くための唯一の安全選択肢となっている。これは、ピッチシステムが、風による稼働、停止の存在下で、いわゆるベーンの位置にある動翼、及びロータを回転させるので起こる。ピッチシステムのエネルギー供給は、通常、グリッドを介して行われ、風力タービンシステムは、発生した電流をこのグリッドにやはり供給している。グリッドの不具合がある場合、たとえば、風の増加により、危険な状況となるおそれがあり、この場合、風力タービンシステムのロータの回転速度が許容可能な最大値を超過し、風力タービンシステムが損害を受けるか、又は周囲の人々が結果として負傷する。

こうしたタイプの危険な状況を防止するために、グリッドの不具合がある場合でさえも、外部グリッドによるピッチシステムのエネルギー供給がない場合でさえも、動翼はやはり、ベーンの位置に可動でなければならない。この目的のため、グリッドの不具合がある場合、少なくとも動翼が安全なベーンの位置に配置されるまで、ピッチシステムのエネルギー供給、すなわちピッチシステムの使用能力を確保する１つ又は複数の緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスを装備したピッチシステムが、当分野の従来技術から公知である。

グリッドによるエネルギー供給のない緊急状況の間に、記載されている手段を実行可能とするためには、エネルギー消費器は、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスからの最小エネルギー量及び／又は最小出力を引き出すことができなければならない。

緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスからエネルギーを取り出している間に、緊急用エネルギー貯蔵装置の内部抵抗率Ｒ_ｉに本質的に関連する、損失Ｅ_Ｖが常に存在している。その結果、緊急用エネルギー貯蔵装置に貯蔵されているエネルギーＥ_Ｃは、損失Ｅ_Ｖと取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌとの合計に等しい：
Ｅ_Ｃ＝Ｅ_Ｖ＋Ｅ_Ｌ

このことは、取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌは、不可避な損失Ｅ_Ｖを割り引いた後に、エネルギー消費器に有効に供給され得るエネルギーであることを意味する。

取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌは、緊急状況の間の想定される負荷電流曲線Ｉ（ｔ）に依存しており、この場合、この負荷電流曲線Ｉ（ｔ）は、緊急状況にあるエネルギー消費器により緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出される電流を指す。したがって、取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌは、貯蔵されているエネルギーＥ_Ｃと、内部抵抗率Ｒ_ｉと負荷電流曲線Ｉ（ｔ）の二乗の積の時間積分との差として、ほぼ明記され得る。

緊急状況において、積分区間、順に、エネルギー消費器が緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスからエネルギーを取り出す、開始時間ｔ_０、及びエネルギー消費器が緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスからいかなるエネルギーももはや取り出すことができない最終時間ｔ_１。この計算の概数は、無視される緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスの内部抵抗率Ｒ_ｉにおいて発生するもの以外の損失からなる。

取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌを決定するためには、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスに貯蔵されているこうした唯一のエネルギー、内部抵抗率Ｒ_ｉ、及び想定される負荷電流曲線Ｉ（ｔ）が必要である。緊急用エネルギー貯蔵装置の取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌ及び緊急用エネルギー貯蔵装置の内部抵抗率Ｒ_ｉの決定は、さまざまな方法で行うことができる。方法の１つは、ある特定の時間枠に緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスに短期の負荷をかけること、及びこの短期負荷の前後の電位差を測定すること、及び充電電流を測定することである。緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌ及び緊急用エネルギー貯蔵装置の内部抵抗率Ｒ_ｉは、これから計算される。放電過程を介して取り出し可能なエネルギーの測定と比較した、充電過程を介して取り出し可能なエネルギーを測定する利点は、充電過程を介して測定する方法が、同じレベルの複雑さを伴って緊急用エネルギー貯蔵装置の能力を低減させる代わりに、その能力を向上させるという利点を有することである。

緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能な出力は、内部抵抗率Ｒ_ｉの関数である。取り出し可能な出力は、その負荷抵抗率Ｒ_Ｌが、内部抵抗率Ｒ_ｉに相当するときに最大となる。これにより、緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘが定義される。取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘは、その内部抵抗率Ｒ_ｉの逆数に比例する。

特に、風力タービンシステム、及び本明細書で使用される緊急用エネルギー貯蔵装置は、極端な温度にさらされ得る。低温は、特に、風力タービンシステム内部に問題をもたらす。この例は、霜又は結露の形成であり、これは、電気機器に当然ながら問題となる。電気機器は、低温によって間接的に影響を受けるおそれがあるばかりでなく、たとえば結露からも間接的に影響を受けるおそれがある。こうして、特に、電源用部品に典型的な加熱により、電子デバイス内部に大きな温度差がもたらされるおそれがあり、これにより、たとえば、はんだ付けされた点を損傷するおそれのある機械応力が引き起こされる。

緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスにおける緊急用貯蔵素子はやはり、低温によって本質的に影響を受ける。今日のところ、通常、使用されているエネルギー貯蔵素子は、温度が上昇するにつれて、内部抵抗率Ｒ_ｉの大きな上昇を示す。内部抵抗率Ｒ_ｉがより高いと、損失Ｅ_ｖがより大きくなることを意味するので、低温における緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌは、より高い温度で取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌよりもかなり少ない。同じことが、緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘに当てはまる。

従来技術では、緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能な十分なエネルギーＥ_Ｌを確保するため、緊急用エネルギー貯蔵装置が位置しているスイッチボックス中の空気を加熱用ファンによって加熱した後、冷却風力タービンシステムが運転を開始する。空気が現在の温度、たとえば５℃に到達すると直ぐに、熱スイッチによって、緊急用エネルギー貯蔵装置の運転準備が整ったことを示す信号が生成される。このウオームアップ過程は、比較的時間がかかり、したがって、風力タービンシステムの運転準備をかなり遅延させる。さらに、空気温度は、温度、特にエネルギー貯蔵素子のコア温度に関してなされる信頼のおける命令を必ずしも可能にしないので、実際に除去可能なエネルギーＥ_Ｌに関して、わずかな不確実性が存在する。したがって、運転は、安全域でかなり頻繁に行われる。たとえば、運転準備が整ったことを示す信号は、スイッチボックス内の空気温度が５の代わりに１０℃になるまで発生しない。しかし、１０℃の温度の到達及びスイッチボックスは、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスの加熱が、当然ながら、時間の遅延を伴うスイッチボックスの加熱に続くので、緊急用エネルギー貯蔵装置がやはり、この温度、若しくは少なくとも確実に機能する温度を想定すること、又は必要な最小エネルギー若しくは対応して低い抵抗率に到達することを保証するものではない。計算における対応する安全域を組み入れると、風力タービンシステムの起動がさらに遅延し、このことは、休止時間がより長いため、風力タービンシステムの運転に損失があることを意味する。取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌが、空気温度によってあまりにも高いと見積もられた場合、一層深刻な影響が懸念され、動翼の緊急運転のためにベーンの位置に到達しない場合でさえも、風力タービンシステムが運転に入った。この場合に、グリッドが故障すると、動翼は、緊急の間、少なくとも一部、風の中に留まり、これにより、この風力タービンシステムは、強風の場合には速度超過に入り、損傷を受けるおそれがある。

したがって、本発明の目的は、運転を行うための緊急用エネルギー貯蔵装置を調製するための方法、運転を行うための風力タービンシステム用のピッチシステムを調製する方法、及び緊急用エネルギー貯蔵装置の低い開始温度で使用することも可能なコンピュータプログラム製品、並びに低い開始温度でさえも、迅速かつ安全で、運転面で容易でもある、ピッチシステム及び風力タービンシステムを提供することである。

以前に導き出されかつ示された目的は、緊急用エネルギー貯蔵装置の放電中に内部抵抗率Ｒ_ｉにおいて発生する熱を使用するため、緊急用エネルギー貯蔵装置が、放電用デバイスを介して放電され、緊急用エネルギー貯蔵装置を加熱するという点で、運転を行うための緊急用エネルギー貯蔵装置を調製するための、以前に記載されている方法から始めて実現される。

本発明は、緊急用エネルギー貯蔵装置の放電によって内部から緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスを加熱するため、低温において内部抵抗率Ｒ_ｉを増加させる、特に不利な作用を使用する。緊急用エネルギー貯蔵装置を加熱することによって、内部抵抗率Ｒ_ｉは低下する。内部抵抗率Ｒ_ｉは、損失Ｅ_Ｖの実質的な一部の一因となるので、日も、同様に、緊急用エネルギー貯蔵装置を加熱するにつれて、低下するであろう。したがって、緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘは、内部抵抗率Ｒ_ｉが低下するために向上する。

ここでの緊急用エネルギー貯蔵装置の加熱は、測定温度、たとえば、システムの外側温度又は緊急用エネルギー貯蔵装置も収容されているハウジング内部の温度の関数として行うことができる。緊急用エネルギー貯蔵装置が、加熱用ファンなどの外部熱源により加熱されるまで待機する代わりに、この緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスがもっぱら、又は追加として内部からさえも加熱され得る。代替として、又は温度測定に加えて、緊急用エネルギー貯蔵装置の内部抵抗率Ｒ_ｉを決定することができ、緊急用エネルギー貯蔵装置の加熱は、緊急用エネルギー貯蔵装置の内部抵抗率Ｒ_ｉに対して指定されている境界の閾値が低下するのに応じて決定することができる。

本発明の有利な実施形態では、エネルギー貯蔵素子又は緊急用エネルギー貯蔵装置の複数のエネルギー貯蔵素子のコア温度に関してなされた命令を可能にする、少なくとも１つの物理変数が測定されることが提供される。コア温度は、１つ又は複数の物理変数、及び少なくともコア温度が定義可能な温度閾値に到達するまで行われる緊急用エネルギー貯蔵装置の放電に基づいて計算される。従来技術からの空気温度を決定する方法と比べると、このことは、温度決定に対するかなり一層意味の深い選択肢を意味する。次に、この場合の運転準備は、温度閾値が到達するまで指定されるとは見なされず、すなわち、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスの起動を次に行うことができる。

或いは、緊急用エネルギー貯蔵装置は、固定した時間枠に対して、本質的に常に放電されることができ、これにより、この時間枠は、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスの十分な加熱が確保されるよう選択される。この選択された時間枠は、ここでは、緊急用エネルギー貯蔵装置のパラメータに依存する。

本発明のさらに有利な実施形態によれば、コア温度を計算する際に、１つ又は複数の物理変数とコア温度との間の関連性を変化させる、緊急用エネルギー貯蔵装置の経年経過作用が考慮されることを提供する。１つ又は複数の物理変数とコア温度との間の関連性は、経時的に、及び／又は緊急用エネルギー貯蔵装置の充電／放電サイクル数と共に変化し得る。これらの変化のタイプ及び範囲は、一般的に公知であり、したがって、コア温度の計算に考慮することができ、これにより、この計算の精度は、経年経過した緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスの場合でさえも、やはり維持され得る。

本発明のとりわけ有利な実施形態では、１つ又は複数の物理変数が、緊急用エネルギー貯蔵装置の静電容量Ｃ、及び／又は緊急用エネルギー貯蔵装置の内部抵抗率Ｒ_ｉを含むことが提供される。以前に記載されているとおり、内部抵抗率Ｒ_ｉは、かなりの温度依存性を示す。したがって、内部抵抗率Ｒ_ｉから始めて、緊急用エネルギー貯蔵装置又はエネルギー貯蔵素子の温度を推定することができる。さらに、静電容量Ｃは温度依存性でもあり、緊急用エネルギー貯蔵装置又はエネルギー貯蔵素子の温度を決定する同様の方法で適用することができる。

とりわけ好ましくは、放電中に緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌ及び／又は緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘが連続的に決定される。これにより、緊急用エネルギー貯蔵装置が、必要な範囲までしか放電されないことが確実になるであろう。特定の環境に応じて、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスは、放電過程によって、十分な残留エネルギー／残留出力が繰り返し充電なしに緊急運転に利用可能な程度まで、加熱され得る。この測定により、最も短い可能な時間で、運転状態が実現されることが確保される。或いは、緊急用エネルギー貯蔵装置の放電は、あらかじめ定義された時間枠の間、又はあらかじめ定義されたエネルギー量が、緊急用エネルギー貯蔵装置から引き出されるまで行うことができる。

好ましくは、緊急用エネルギー貯蔵装置は、負荷抵抗率Ｒ_Ｌを有する放電用デバイスを介して負荷がかけられ、この負荷抵抗率は、緊急用エネルギー貯蔵装置の内部抵抗率Ｒ_ｉ未満である、特に、内部抵抗率Ｒ_ｉの半分以下である、又はとりわけ好ましくは、内部抵抗率Ｒ_ｉの１０％以下である。このように、放電中に緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出されるエネルギーの大部分は、内部抵抗率Ｒ_ｉにおいて熱に変換される。

本発明の有利なさらなる実施形態によれば、緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌが、定義可能な最小エネルギー値に到達しない、及び／又は緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘが定義可能な最小出力値に到達しないという結果を再決定が有するとき、緊急用エネルギー貯蔵装置が充電されることが提供される。必要な最小エネルギー及び／又は必要な最小出力が、緊急用エネルギー貯蔵装置の放電によってだけでは実現され得ない場合、この１つ又は複数の目標値は、依然として、緊急用エネルギー貯蔵装置の単純な充電によって実現され得る。緊急用エネルギー貯蔵装置は、たとえば、あらかじめ定義された時間枠の間、あらかじめ定義されたエネルギー量で又はあらかじめ定義されたレベルまで充電されることができ、これにより、このレベルは、とりわけ、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスにおいて貯蔵され得る最大エネルギー量の少なくとも８０％、又は好ましくは少なくとも９０％、とりわけ好ましくは少なくとも９５％となる。

緊急用エネルギー貯蔵装置が、本発明による方法の開始において、非常に少ないエネルギー量しか有さないか、又は完全に放電さえされている場合、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスを引き続き放電することを可能とするよう、緊急用エネルギー貯蔵装置を充電するのが有利である。本発明の有利な実施形態は、運転準備が実現するのと少なくとも同じ残留エネルギーが存在するよう緊急用エネルギー貯蔵装置を加熱するため、緊急用エネルギー貯蔵装置を放電する前に、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスは、緊急用エネルギー貯蔵装置の放電後に必要とされる量しか充電されないことを特徴としている。緊急用エネルギー貯蔵装置を充電するために、充電用デバイスが好ましくは提供される。

この充電用デバイスは、たとえば、直流電流において供給用グリッドの交流電流を整流する整流器によって形成することができる。特に、充電用デバイスはまた、たとえば、発生器としてやはり運転され得るモータであって、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイス中のエネルギーによって供給されるモータを有する場合、エネルギー消費器それ自体によってやはり形成され得る。

本発明のとりわけ有利なさらなる実施形態によれば、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスの充電は、緊急用エネルギー貯蔵装置の最大許容充電電流以下で行われることが提供される。この電流の制限により、緊急用エネルギー貯蔵装置は、過重負荷から保護され、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスの耐用年数が増加する。

本発明の好ましい実施形態では、放電用デバイスが、エネルギー消費器又はエネルギー消費器の少なくとも１つを含むことが提供される。したがって、１つのエネルギー消費器、又はエネルギー消費器の少なくとも１つは、緊急用エネルギー貯蔵装置がそれを介して放電され得る、負荷抵抗器として機能することができる。このことは、緊急用エネルギー貯蔵装置を放電するだけしか働かない、個別の負荷抵抗器を使用しないですむことができることを意味する。エネルギー消費器がピッチシステムの電気モータである場合、たとえば、緊急用エネルギー貯蔵装置は、緊急用エネルギー貯蔵装置の放電の間に電気モータを介して加熱され得るばかりでなく、同時に電気モータもまた加熱され、こうして、運転を引き延ばすよう準備される。ブレーキチョッパーとも称される、過剰エネルギーを消散させる働きをする制動抵抗器が存在する場合、前記制動抵抗器はまた、負荷抵抗器としても機能することができる。

本発明のさらに好ましい実施形態では、放電用デバイスが、少なくとも１つの熱抵抗器を有しており、その廃熱が、ひいては、緊急用エネルギー貯蔵装置を直接又は間接的に加熱するために使用される。発熱抵抗器を、たとえば、緊急用エネルギー貯蔵装置の真横に配列することができる、緊急用エネルギー貯蔵装置と直接、接触することができる、又は加熱用ファンの加熱抵抗器として同時に機能する。このように、緊急用エネルギー貯蔵装置の放電中に、内部抵抗器において発生する熱を使用して、緊急用エネルギー貯蔵装置を加熱するばかりでなく、電気出力が放電用デバイスにおいて熱にも変換される。

本発明のさらに好ましい実施形態によれば、エネルギー貯蔵素子が、キャパシタ、とりわけウルトラキャパシタを有することが提供される。緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスは、個々のキャパシタセル、並びに並列回路及び／又は直列回路の複数のキャパシタセルを有することができる。したがって、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスの静電容量Ｃは、互いに接続されている複数のキャパシタセルが存在する場合、接続されているキャパシタセルの結果として得られる全静電容量Ｃを特徴としている。

ウルトラキャパシタという用語は、二重層静電容量、及び疑似静電容量を有する電気化学キャパシタを含む。ときとして、スーパーキャパシタという用語が使用される。２つのキャパシタのどちらが優先されるかに応じて、ウルトラキャパシタは、３つのファミリーの１つに分類される。ウルトラキャパシタは、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）として特徴づけられ、この場合、二重層静電容量が優先する。疑似容量が優先するウルトラキャパシタは、疑似キャパシタとして特徴づけられる。二重層静電容量及び疑似静電容量が、ほぼ同じ程度にウルトラキャパシタの合計静電容量Ｃに寄与するウルトラキャパシタは、ハイブリッドキャパシタと特徴づけられる。内部抵抗率Ｒ_ｉに及ぼす温度の影響は、とりわけ、キャパシタにとってとりわけ大きく、通常、０℃未満の温度で最も強力となる。

緊急用エネルギー貯蔵装置の静電容量Ｃは、ちょうど、抵抗率によって緊急用エネルギー貯蔵装置の短期間放電による緊急用エネルギー貯蔵装置の内部抵抗率Ｒ_ｉ、並びに電圧及び放電電流の測定値として決定することができる。

したがって、緊急用エネルギー貯蔵装置において貯蔵されるエネルギーＥ_Ｃは、という結果となる。

この計算値に影響を及ぼす充電圧Ｕ_Ｌは、同様に、最も単純な測定によって定義可能である。したがって、取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌは、以下のとおり、以前に記載されている概算値を用いて計算され得る。

さらに、放電電流が最大値に限定される場合、特に、最大値が、放電用デバイスの最大許容可能な損失出力未満の値であるか、又はそれに等しくなるよう選択される場合、有利となる。このように、放電用デバイスが、過重負荷から保護される。

冷却緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスの場合、その内部抵抗率Ｒ_ｉは、特にかなり高くなり得るので、放電過程の開始時は、放電電流は、かなり低くなるので、過重負荷が初期に排除される。次に、緊急用エネルギー貯蔵装置を温めて、それに関連する緊急用エネルギー貯蔵装置の内部抵抗率Ｒ_ｉが低下するにつれて、放電電流は経時的にかなり多くなるので、ピッチモータ及び／又はブレーキチョッパーのモータ巻き線などの負荷抵抗率又は抵抗率での損失出力があまりにも多い。これらの負荷抵抗率は、元々、さまざまな目的のためのものであり、したがって、さまざまな負荷に対して寸法が設けられている（dimensioned）。本発明の別の好ましいさらなる実施形態によれば、パルス幅変調により、放電電流の制限が行われ、これにより、ピーク放電電流が、緊急用エネルギー貯蔵装置及び放電用デバイスを含む電流回路の最大許容可能なパルス電流に制限されることが提供される。放電電流は、この場合、複数のパルスにわたり得られた電流強度を平均したものである。ピーク放電電流は、パルス幅変調の単一パルスに到達する最大電流強度を特徴としている。

以前に記載されている方法の１つが、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスの１つ、又は少なくともピッチシステムの緊急用エネルギー貯蔵装置の１つに適用されるので、以前に導き出されかつ示されている目的は、風力タービンシステム用のピッチシステムの運転準備のための、以前に記載されている方法から始めて実現される。ピッチシステムは、上記の方法を実行するよう設計されているので、以前に導き出されかつ示されている目的が実現されて、以前に記載されているピッチシステムから始まる。風力タービンシステムは、こうしたピッチシステムを含むので、以前に導き出されかつ示されている目的が実現されて、以前に記載されている風力タービンシステムから始まる。

本発明による方法の個々の方法工程の実行は、たとえば、コンピュータプログラムにより行うことができ、このプログラムは、半導体記憶、磁気記憶又は光学記憶などの記憶媒体に記憶され、制御機構により処理される。

次に、詳細には、運転用の緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスを調製するための、本発明による方法を設計し、かつさらに開発するための複数の選択肢が存在している。このため、請求項１に依存する特許請求の範囲、及びその後に図面を参照しながら本発明の好ましい例示的な実施形態の詳細説明が参照される。

図面が以下に示されている：
エネルギー貯蔵素子の温度Ｔとその内部抵抗率Ｒ_ｉとの間の接続を概略的に示している。 本発明による方法の好ましい実施形態のフロー図を示している。 本発明によるピッチシステムの一部を概略的に示している。

図１は、エネルギー貯蔵素子の温度Ｔとその内部抵抗率Ｒ_ｉとの間の接続を概略的に示している図である。この目的のため、温度Ｔがｘ軸に適用されており、例示的なエネルギー貯蔵装置デバイスの内部抵抗率Ｒ_ｉは、ｙ軸及び図１の概略図に適用されている。温度Ｔがある値未満に落ち込むと、内部抵抗率Ｒ_ｉがかなり高くなることが明確に示されている。内部抵抗率Ｒ_ｉがかなり高くなる温度Ｔは、エネルギー貯蔵装置デバイスのタイプに依存する。ウルトラキャパシタの場合、この温度Ｔは、０の範囲にあることが多い。しかし、そのタイプに応じて、ある環境下での内部抵抗率は、確実な緊急運転を可能にするため、−１５℃での開始でさえも十分である。したがって、この温度は、選択された緊急用エネルギー貯蔵装置及びピッチドライブの他の寸法取りの特性に依存し、したがって、いかなるタイプにも個々に選択されるべきである。

図２は、本発明による方法の好ましい実施形態のフロー図を示している。本方法の開始（Ｓ）後、十分なエネルギーが、緊急用エネルギー貯蔵装置におけるその後の方法工程のために貯蔵されるのを確実とするため、最初に、緊急用エネルギー貯蔵装置に充電（Ｌ）される。十分なエネルギーが、たとえば、以前の開始から、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスにおけるその後の方法工程のために既に貯蔵されており、かつこのシステムが、短時間の中断、たとえば保守作業の直後に運転に戻るのを確実とされ得ると、前記方法工程は、特に、省略され得る。

次の工程において、緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌ及び／又は緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘが決定される（Ｂ）。緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘの決定は、好ましくは、緊急用エネルギー貯蔵装置の全放電を必要としない方法によって好ましくは行うことができる。緊急用エネルギー貯蔵装置として使用されるキャパシタの場合、鉛蓄電池などの化学的緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスとは対照的に、部分的な放電過程の開始時及び終了時との電圧差と、貯蔵された残留エネルギーが、数秒の放電時間又は充電時間から単に信頼性高く推定され得るよう取り出された出力との間に直接的な関係が存在している。緊急用エネルギー貯蔵装置は、放電電流内の数秒間しか負荷がかからないので、放電過程を介する測定時に再度新しく充電を必要としないほど十分な又はそれを超える残留エネルギーが依然として存在し得る。しかし、好ましくは、静電容量の決定は、充電過程により行われ、その結果、エネルギーは、緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出す代わりに、緊急用エネルギー貯蔵装置に供給される。

緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出されたエネルギーＥ_Ｌ及び／又は緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘの決定（Ｂ）が、定義可能な最小エネルギー値を実現する緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌ及び／又は定義可能な最小エネルギー値を実現する緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘの結果である場合、運転準備が決定（Ｘ）され、信号が優先された制御デバイスへと生成され、これによりこの信号が、運転準備が整ったことを示す。

決定（Ｂ）が、定義可能な最小エネルギー値を実現しない緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌ及び／又は定義可能な最小出力値を実現しない緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘとなる場合、その内部抵抗率Ｒ_ｉにより緊急用エネルギー貯蔵装置を温めるために、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスは、最初に、放電用デバイスにより放電される（Ｅ）。この後に、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスから取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌ及び／又は緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘが、再度、決定される（Ｂ）。この手順は、緊急用エネルギー貯蔵装置が低温を有するか否かに関わらず、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスを加熱する。この手順は、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスが１回の放電のために過熱することができないことを、緊急用エネルギー貯蔵装置のパラメータが信頼性高く示していると、常に、適用され得る。これは、常に、緊急用エネルギー貯蔵装置の過熱が排除されるよう、放電電流を制限するために、負荷抵抗率が十分に高い場合である。たとえば、いわゆる、ブレーキチョッパーが放電用抵抗器として選択される場合、このブレーキチョッパーは、それ自体、当然ながら、この負荷向けに構成されているばかりでなく、７ｋＷのモータに対して慣用的な通常、１０オームの抵抗率の場合、追加的な尺度を必要としないで、緊急用エネルギー貯蔵装置の過重負荷も防止する。

或いは、その内部抵抗率Ｒ_ｉにより、緊急用エネルギー貯蔵装置（１）を加熱するために、緊急用エネルギー貯蔵装置を最初に放電すべきかどうか、又は以前の放電なしに充電するのと同じ時間で開始すべきかどうかの決定前に、前記決定は、測定温度未満、たとえば、緊急用エネルギー貯蔵装置（１）が収容されているハウジング内部の温度未満に落ち込む温度、及び／又は緊急用エネルギー貯蔵装置デバイス（１）の内部抵抗率Ｒ_ｉに応じて行われ得る。

通常、たとえば、４２０Ｖの中間電気回路電圧をもたらす、グリッド接続とモータとの間に変換器が提供される。この場合、緊急用エネルギー貯蔵装置は、通常、一次側のインバータ上に配列されている一方、モータ、及びしたがって潜在的な負荷抵抗器が、二次側のインバータに接続されている。この適用時間に得ることが可能なスーパーキャパシタは、たとえば、−４０℃の温度において、０．０８オームの内部抵抗率を有する。７ｋＷの出力の場合のピッチモータを用いると、巻き線の抵抗率は、通常、０．２オームである。ピッチモータの巻き線を有するスーパーキャパシタを含むバンクに負荷がかけられる場合、約１５０Ａの放電電流が、キャパシタの場合の許容可能な３０Ａの設定の代わりに、−４０℃の冷却緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスの放電の開始時に設定される。この放電電流は、２０％で開始するパルス幅変調、たとえば、次のスイッチオンまでの変換器のサイクル期間及び４サイクル期間の待ち時間の負荷抵抗器のスイッチオンに基づいて、平均３０Ａに制限され得、典型的な用途の場合、変換器のスイッチング周波数が、たとえば代替法では１２５μｓの間、ピッチモータの巻き線がスイッチオンとなり、次に、５００μｓの時間の間、緊急用エネルギーデバイスから接続が切られるよう、たとえば８ｋＨｚとすることができる。

６０Ｗｓ／Ｋのスーパーキャパシタセル、及び１１Ｋ／Ｗの典型的な加熱抵抗率という典型的な加熱容量に基づくと、３０Ａの放電電流を伴うスーパーキャパシタのコア温度は、約３０Ｋ、すなわち１０００秒以内に−１５℃の運転温度まで引き上げることができる。この例示的な実施形態において選択されるキャパシタのタイプを用いると、次に、このシステムは、セルがかなりの程度、その元々の静電容量及び十分に低い内部抵抗率を達成するので、運転に入ることができる。

或いは、再決定（Ｂ）は放電（Ｅ）の間に連続して行うことができ、その結果、２つの方法工程が本質的に平行して行われる。再決定（Ｂ）が、定義可能な最小エネルギー値を実現する緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出されるエネルギーＥ_Ｌ及び／又は定義可能な最小エネルギー値を実現する緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘとなる場合、運転準備が整ったことが決定（Ｘ）され、特に、信号が優先された制御デバイスへと生成され、これによりこの信号が運転準備が整ったことを示す。

再決定（Ｂ）が、定義可能な最小エネルギー値を実現しない緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌ及び／又は定義可能な最小出力値を実現しない緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘとなる場合、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイスが充電される（Ｌ）。この充電（Ｌ）は、たとえば、緊急用エネルギー貯蔵装置が９０％充電されるまで行うことができる。続いて、緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌ及び／又は緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘが、再度決定される（Ｂ）。

これらの工程Ｌ、Ｂ、Ｅ及びＢにより形成されるループは、決定（Ｂ）の１つが、定義可能な最小エネルギー値を実現する緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌ及び／又は定義可能な最小出力値を実現する緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘとなるまで、実行が継続するであろう。或いは、このループは、定義された最大の実行数の後、及びエラー信号が制御デバイスに生成された後に中断され得る。したがって、１００ループを実行した後、緊急用エネルギー貯蔵装置が必要な最小エネルギーを有していないとき、たとえば、緊急用エネルギー貯蔵装置がその耐用年数の終わりに到達したと結論づけることができる。エラー信号の場合、システムが運転に戻る前に、緊急用エネルギー貯蔵装置を置き換えなければならない技術者に知らされ得る。

本発明による方法が、たとえば、緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能な唯一のエネルギーＥ_Ｌが関連し、緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘが、いかなる役割も果たさない用途領域において使用される場合、緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌが指定された最小エネルギー値に到達すると直ぐに、緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能な唯一のエネルギーＥ_Ｌが決定され（Ｂ）、運転準備が整ったと決定される（Ｘ）。

図３は、本発明によるピッチシステムの一部を概略的に示している。緊急用エネルギー貯蔵装置デバイス（１）は、図中の複数のキャパシタの回路の記号によって詳細に示されている複数のエネルギー貯蔵素子（２）を有する。緊急用エネルギー貯蔵装置デバイス（１）は、エネルギー消費器（３）のために緊急用電気エネルギーを供給するためにこれに接続されている。さらに、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイス（１）は、放電用デバイス（４）及び充電用デバイス（５）に依然として接続されている。緊急用エネルギー貯蔵装置（１）は、放電用デバイス（４）を介して、加熱するために放電され得る。充電用デバイス（５）を使用して、緊急用エネルギー貯蔵装置デバイス（１）を充電する。さらに、本発明による方法を実行するための処理プログラム指示書向けに設定されている、制御デバイス（６）が提供される。この目的のため、対応するプログラム指示書を含むコンピュータプログラムが、制御デバイス（６）のデータ記憶中に記憶することができる。制御デバイス（６）は、信号ラインを介して、制御信号を交換するための、残りの部品に接続されている。簡潔にする目的で、この部品が図３に個別に示されている。本発明の範囲内では、２つ以上の部品がやはり、１つの組立体に組み入れられてもよい。単一部品もまた、複数の部品の役割を引き受けることもできる。すなわち、電気モータが、発電機運転における、エネルギー消費器（３）、放電用デバイス（４）、及び充電用デバイス（５）さえも同時に形成することができる。

Claims (15)

1. 運転をするための少なくとも１つのエネルギー貯蔵素子（２）を有する、緊急用エネルギー貯蔵装置（１）を調製するための方法であって、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）が、少なくとも１つのエネルギー消費器（３）に緊急用電気エネルギーを供給するよう設計されており、これにより前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）から取り出すことができるエネルギーＥ_Ｌ及び／又は前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）から取り出すことができるピーク出力Ｐ_ｍａｘが決定され、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）から取り出すことができる前記エネルギーＥ_Ｌ及び／又は前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）から取り出すことができるピーク出力Ｐ_ｍａｘが、定義可能な最小出力値に到達すると直ぐに、運転準備が確立され、
   前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）を加熱するため緊急用エネルギー貯蔵装置（１）を放電している間に、内部抵抗率Ｒ_ｉにおいて発生する熱を使用するために、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）が、放電用デバイス（４）を介して放電されることを特徴とする、方法。
2. 請求項１に記載の、運転を行うための緊急用エネルギー貯蔵装置（１）を調製する方法であって、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）を加熱するために、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）を放電した後の、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）から取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌ及び／又は前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘが再度、決定されること、及び前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）から取り出し可能な前記エネルギーＥ_Ｌ及び／又は前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘの再決定が、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）から取り出し可能な前記エネルギーＥ_Ｌが、定義可能な最小エネルギー値に到達しない、かつ／又は前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘが定義可能な最小出力値に到達しないという結果を有すると、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）が再充電されることを特徴とする、方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載の、運転を行うための緊急用エネルギー貯蔵装置（１）を調製する方法であって、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）の放電過程が、指定した時間枠の間に行われること、又は前記時間枠が、各放電過程の個々の場合に応じて再決定されることを特徴とする方法。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の、運転を行うための緊急用エネルギー貯蔵装置デバイス（１）を調製する方法であって、前記緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌ及び／又は前記緊急用エネルギー貯蔵装置から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘの決定が、放電中に連続して決定されることを特徴とする、方法。
5. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の、運転を行うための緊急用エネルギー貯蔵装置（１）を調製する方法であって、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）の放電後に、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）から取り出し可能なエネルギーＥ_Ｌ及び／又は前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）から取り出し可能なピーク出力Ｐ_ｍａｘが、運転準備が整ったことを決定するのに十分となるような量、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）の放電前に、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）が充電されることを特徴とする、方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の、運転を行うための緊急用エネルギー貯蔵装置（１）を調製する方法であって、前記放電用デバイス（４）が、エネルギー消費器（３）の１つ又は前記エネルギー消費器（３）の少なくとも１つを含むことを特徴とする、方法。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の、運転を行うための緊急用エネルギー貯蔵装置デバイス（１）を調製する方法であって、パルス幅変調により放電電流が行われ、これにより、特に、ピーク放電電流が、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）及び前記放電用デバイス（４）を含む電流回路の最大許容可能なパルス電流に制限されることを特徴とする、方法。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の、運転を行うための緊急用エネルギー貯蔵装置デバイス（１）を調製する方法であって、エネルギー貯蔵素子（２）又は前記緊急用エネルギー貯蔵装置デバイス（１）の複数のエネルギー貯蔵素子（２）のコア温度に関してなされた命令を可能にする少なくとも１つの物理変数が測定されるので、前記コア温度が、前記１つ又は複数の物理変数に基づいて計算され、かつ前記緊急用エネルギー貯蔵装置デバイス（１）の放電が、少なくとも前記コア温度が定義可能な温度域値に到達するまで行われることを特徴とする、方法。
9. 請求項８に記載の、運転を行うための緊急用エネルギー貯蔵装置（１）を調製する方法であって、１つ又は複数の物理変数と前記コア温度との間の関係を変化させる、コア温度の計算値、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）の経年経過作用を特徴とする、方法。
10. 請求項８又は９のどちらかに記載の、運転を行うための緊急用エネルギー貯蔵装置デバイス（１）を調製する方法であって、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）の静電容量Ｃ及び／又は前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）の内部抵抗率Ｒ_ｉを含む、１つ又は複数の物理変数を特徴とする、方法。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の、運転を行うための緊急用エネルギー貯蔵装置（１）を調製する方法であって、キャパシタ、特に、ウルトラキャパシタを有する、前記エネルギー貯蔵素子（２）を特徴とする、方法。
12. 運転を行うための風力タービンシステム向けピッチシステムを調製する方法であって、前記ピッチシステムが、少なくとも１つのエネルギー貯蔵素子（２）を有する少なくとも１つの緊急用エネルギー貯蔵装置（１）を有しており、
    前記請求項１〜１１のいずれかに記載の方法が、前記緊急用エネルギー貯蔵装置（１）、又は前記ピッチシステムの少なくとも１つの前記緊急用エネルギー貯蔵装置デバイス（１）に適用されることを特徴とする、方法。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法を実行するための、プログラム命令を含むコンピュータプログラム製品。
14. 運転を行うための風力タービンシステム向けピッチシステムであって、前記ピッチシステムが、少なくとも１つのエネルギー貯蔵素子（２）を有する少なくとも１つの緊急用エネルギー貯蔵装置（１）を有しており、
    前記ピッチシステムが、請求項１２に記載の方法を実行するよう設計される、ピッチシステム。
15. 請求項１４に記載のピッチシステムを有する風力タービンシステム。

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