TWI450469B - 充電裝置、風力發電設備、加電站、一風力發電設備之饋入單元及控制一充電裝置的方法 - Google Patents

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渥班 俄洛伊斯
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Description

充電裝置、風力發電設備、加電站、一風力發電設備之饋入單元及控制一充電裝置的方法
本發明係關於一種用於對電動車輛之電儲存器件充電之充電裝置。本發明進一步關於一種風力發電設備以及一種加電站(electric filling station)，以及風力發電設備之饋入單元的用途及一種控制一連接至一交流電壓網路之充電裝置的方法。
由於目前全球化石燃料能源短缺以及火花點火式引擎及甚至柴油機之眾所周知的低效率，電動車輛變得日益重要。就此而言，術語「電動車輛」用以特定地表示藉由藉由一電動馬達或複數個電動馬達來驅動之客車。其亦可包括所謂的混合動力車輛，混合動力車輛不僅可藉由電動馬達來移動且亦另外具有另一引擎，諸如內燃機。
此等電動車輛頻繁地將其能量儲存於電儲存器件(詳言之，電池)中。根據本發明及以下描述，術語「電儲存器件」或「電池」用以特定地表示可儲存電動車輛之該電驅動馬達或該複數個電驅動馬達之電功率的電儲存器件。在彼情形下電動車輛亦可特定地稱為電車。此等電儲存器件之儲存容量可為(例如)30kWh至50kWh，且通常為35kWh。
下文中，電儲存器件亦稱為蓄電器或簡稱為蓄電池。
詳言之，用於對該等蓄電器充電之兩種一般概念之間可存在區別。根據一種概念，在汽車上直接對蓄電器充電， 在此情況下蓄電器保持在汽車或其他電動車輛上。另一種概念提議以一經充電之蓄電器替換一經完全或部分放電之蓄電器。因此所述車輛行進至一位置，在該位置處提供處於已充電條件下之至少一相同結構的蓄電器且以彼預備之蓄電器替換經完全或部分放電之蓄電器。接著可對該經完全放電或部分剩餘之蓄電器充電，而所述電動車輛可繼續行駛。
可較佳地在諸如所謂加電站之中央位置處提供此蓄電器替換操作。因此，術語「加電站」用以表示電動車輛可接收電功率之位置。為確保相當良好之可用性，此加電站必須具有大量庫存蓄電器。若假設例如存在50個需要充電之庫存蓄電器，其中每個蓄電器之充電功率為50kW至100kW，則作為實例參考之彼加電站必須具有2.5MW至5MW之充電功率。此充電功率不僅對充電裝置本身有高要求，且亦對通向前述加電站(亦即，前述充電裝置)之供電網路(或供電網路之相應支路)的鏈路有高要求。
就此而言，應注意，在預期電動車輛之數目增加後，有必要依賴不僅一個加電站，而是分佈覆蓋大區域或目的在於向電動車輛使用者提供此情形的複數個且最佳地許多個加電站。
作為技術之一般陳述，關注以下文獻：DE 103 31 084 A1、WO 2005/008808 A2、US No 2006/0192435 A1及DE 100 08 028 A1以及Dirk Uwe Sauer之公開案，「Elektrische Energiespeicher in Hybrid- und Elektrofarhzeugen」， Seminar für Kraftfahrzeug- und Motorentechnik Berlin,2009年1月29日。
因此，本發明之目標在於提出上述問題或挑戰中之至少一種的解決方案。詳言之，本發明之目標在於提供顧及所涉及供電網路之特性的對大量蓄電器充電之有效解決方案。
根據本發明，提議根據技術方案1之充電裝置。
該充電裝置包括：一饋入單元，其用於將電能饋入至一交流電壓網路中；及一蓄電器單元或一用於連接一蓄電器單元之充電連接件，其用於對電儲存器件中之一者進行充電及/或放電。
該饋入單元包括一用於對電能進行中間儲存之直流電壓中間電路。該直流電壓中間電路具有一中間電路電壓，其中該中間電路電壓無需恆定。
此外，該饋入單元包括一反相器(亦稱為一頻率反相器或直流/交流轉換器)，該反相器經提供以用於將來自一直流電壓中間電路之直流電流或直流電壓轉換為交流電流以用於饋入至該交流電壓網路中。同樣地，該反相器經提供以用於將來自該交流電壓網路之交流電流轉換為直流電流或直流電壓以用於饋入至該直流電壓中間電路中或對該直流電壓中間電路充電。
根據本發明，可提供一具有僅一個蓄電器單元或一相應連接件之充電裝置。但出於效率原因，假設存在複數個且 特定地許多個蓄電器單元。每一蓄電器單元意欲對一電儲存器件充電及/或將其放電。就此而言，下文中術語「充電」或「放電」亦用以表示部分充電或部分放電。最終，該充電裝置應適用於各別蓄電器及任何其他邊界條件。
用於對每一所連接蓄電器充電之能量係取自該直流電壓中間網路。就此而言，應提及的是，該中間電路儲存器件自身可通常僅儲存少量能量且確切地說以一緩衝器之意義操作。
在將一蓄電器放電時，能量或放電電流適當地傳遞至該直流電壓中間網路。連接至該充電裝置之一蓄電器或許多蓄電器之放電意欲將電能或電功率饋入至該交流電壓網路中。若能量相應地存在於該蓄電器中，則其可出於不同目的而饋入至該交流電壓網路中。
一方面，有可能滿足相應能量需要。詳言之，在尖峰負載時間中考慮能量之饋入。因此，在尖峰負載時間處可簡單地將能量自該等蓄電器饋入至該交流電壓網路中以滿足需求。在此等尖峰負載時間結束時，自該交流電壓網路再次對相應蓄電器充電。
電動車輛之蓄電器之能量低於交流電壓網路中所需之常用能量位準，特定言之，用於滿足尖峰負載時間中額外之能量需求的能量位準。然而根據本發明，有可能且較佳地規定許多個蓄電器連接至一充電裝置，使得該充電裝置可具有相應大量能量或饋入功率以用於將能量饋入至該交流電壓網路中。此外，若考慮使用根據本發明之複數個且特 定地許多個充電裝置(各別許多個蓄電器連接至該等充電裝置)，則相當大量之能量及可用饋入功率可匯合。因此，若蓄電器之相應儲存容量匯合，則甚至可使得一針對尖峰負載而提供之燃氣發電站顯得多餘。
提議根據本發明之充電裝置以實現技術實施。可藉由相應蓄電器單元將一個且特定地複數個蓄電器之電能饋送至直流電壓中間電路，且將電能自反相器饋入至交流電壓網路中。
較佳地提供該充電裝置之饋入單元以用於將無效功率饋入至交流電壓網路中。因此，充電裝置有可能可藉由無效功率之饋入而額外地實現對交流電壓網路之支援。純粹作為警戒，應提及的是，此時無效功率之饋入可由於饋入具有一與饋入點處交流電壓網路中之交流電壓之相位相比而言較適當之相位的電流而受到影響。細節為熟習此項技術者所熟知且關注有關技術文獻，例如Mohan、Undeland、Robbins：Power Electronics ；John Wiley & Sons；ISBN：0-471-58408-8。如本說明書之開篇部分中已提及，本發明且詳言之其實施例係基於以下認識：隨著電動車輛相應增多，可推測所謂的加電站將增加且因此較佳地根據本發明之充電裝置將增加，在此情況下加電站將如同習知加油站地分佈覆蓋一區域。在相對於一饋入至交流電壓網路中之大能量發電機(諸如發電站)較遠距離的位置處或區域中，充電裝置支援交流電壓網路之能力則尤其有利。換言之，根據本發明之充電裝置以覆蓋一區域之方式的分佈(如可 由加電站實現)亦准許交流電壓網路之相應區域覆蓋支援。
根據本發明之充電裝置之較佳實施例提議使用風力發電設備之饋入單元。
就此而言，有利之處在於：現代風力發電設備之饋入單元現今通常已能夠將無效功率以特定目標型式饋入至交流電壓網路中。更確切地說，就交流電壓網路之業者而言，此等饋入單元亦在其他方面適用於大量需求，其通常具備FACTS能力且亦通過試驗及測試。此外，若考慮到現代風力發電設備已具有大於5MW之標稱功率，則此等饋入單元之尺寸法適用於(例如，作為充電裝置)上文作為實例提及之加電站。
此外，風力發電設備之饋入單元常具有根據本發明之充電裝置提議之結構，即使用具有反相器或直流/交流轉換器之直流電壓中間電路。因此，對於對蓄電器進行之充電及/或放電，每一蓄電器單元僅需要僅適用於風力發電設備之饋入單元的直流電壓中間電路且與其連接。就此而言，並非必須但有可能提供風力發電設備自身，亦即將上述直流電壓中間電路連接至發電機所需的所有組件，以及發電機及自身包括轉子葉片之轉子。應瞭解，適用於風力發電設備之饋入單元的變壓器亦可與根據本發明之充電裝置一起使用。
較佳地提供該饋入單元以用於將中間電路電壓控制為一可預定值。通常，取決於各別操作條件，存在中間電路電 壓之最佳值。其應儘可能低以保護所涉及之半導體組件，從而實現儘可能長的使用壽命。然而，同時必須選擇儘可能高的值以使得饋入至交流電壓網路中尤為可能。
該饋入單元較佳地經設計以用於所謂的4象限操作模式。在本發明情況下，彼表達用以表示其中可選擇性地將有效功率饋入至交流電壓網路中或自交流電壓網路獲取有效功率之操作模式。此外，可選擇性地將無效功率饋入至交流電壓網路中或自交流電壓網路獲取無效功率。可分別組合一方面之有效功率及另一方面之無效功率的兩種選項以使得相應4個象限中每一象限中的操作為可能的。應瞭解，亦可假設有效功率及/或無效功率之值在各別時間處或同時為零。
為確保此4象限操作模式，可提供例如一可確保雙向操作模式之饋入單元，即將來自直流電壓中間電路之交流電流饋入至交流電壓網路中，及在另一方向上將來自交流電壓網路之直流電流饋入至直流電壓中間電路中或將其饋送至直流電壓中間電路。
在另一實施例中，該充電裝置具有一輸入介面，該輸入介面用於輸入一用於預先判定一待饋入至交流電壓網路中或自交流電壓網路獲取之有效功率的有效功率參考值及/或用於輸入一用於預先判定一待饋入至交流電壓網路中或自交流電壓網路獲取之無效功率的無效功率參考值。因此，就此而言，規定彼有效功率參考值及/或無效功率參考值由外部預先判定。接著，該充電裝置儘可能地實施彼 (等)預設。就此而言，無效可基本上以不同方式處置該有效功率參考值及該無效功率參考值。
有效功率參考值之預設主要係關於定性指示，更具體言之，尤其關於是將有效功率饋入至交流電壓網路中或是可自其獲取有效功率。待饋入至網路中或自網路獲取之有效功率之量值顯然亦可為基本上預定的，但其亦實質上取決於所連接蓄電器之容量。較佳地將相應最大有效功率饋入至網路中或自網路獲取相應最大有效功率。
無效功率參考值亦包括關於是否將無效功率饋入至交流電壓網路中或是否自交流電壓網路獲取無效功率之資訊，然而無論在哪一態樣中，無效功率參考值可較佳地假設特定地屬於預定界限之定性值。換言之，此處逐步地預先判定該參考值。亦應注意，將無效功率饋入至網路中或自網路獲取無效功率基本上與所連接蓄電器之容量無關。
上述外部預設(關於有效功率參考值以及無效功率參考值兩者)使得可能對網路之需要作出相應反應。當存在相應功率或能量過剩時，一方面可基本上獨立地實現補償尖峰負載時間或獲取有效功率，且另一方面可同時在交流電壓網路(或其相應部分)之傳輸性質的意義上支援交流電壓網路。彼等兩個參考值之外部預設(其可例如由網路業者實行)亦使得完全可能實施耦接至交流電壓網路之複數個充電裝置的協調，且因此有特定目標並區分地影響網路條件。亦根據本發明之實施例提議此操作。
另一實施例提議至少一蓄電器單元且特定地每一蓄電器 單元電連接至直流電壓中間電路，且充電裝置且特定地該至少一蓄電器單元(較佳地所有蓄電器單元)視情況經設計以對中間電路電壓之變化不敏感。因此，與所連接蓄電器單元無關，饋入單元可以中間電路電壓之可有振幅變化的方式且因此可設定中間電路電壓之各別最佳值的方式操作。
原則上，熟習此項技術者知曉如何實現不敏感，其在此項技術之技術用語中亦稱為穩健。顯然蓄電器單元必須適用於預期變化之寬度。換言之，除介電強度或擊穿強度外，蓄電器單元必須經設計使得其在預期最低中間電壓下仍可控制充電電流，且其可在預期最大中間電路電壓下控制直流電壓中間電路之放電電流。就此而言，蓄電器單元應遵守充電定律(其亦與放電有關)。
此外，蓄電器單元在其動力學方面應與饋入單元之動力學匹配。其經實行以使得饋入單元之動力學經設定為實質上比蓄電器單元之動力學快。換言之，選擇儘可能低的饋入單元之時間常數(諸如抗流器、中間電路電容以及量測與調節結構之濾波器之致動時間及時間常數的選擇或匹配)，而選擇相應大的蓄電器單元之相應時間常數。結果，饋入單元需要具有一比蓄電器單元之主時間常數小至少10倍的主時間常數。此設計組態亦稱為階層化且避免與饋入單元及蓄電器單元有關的調節效應之不良相互影響。
根據另一實施例，提議該充電裝置包括一用於協調控制該饋入單元及該至少一蓄電器單元之網路服務功率控制單 元。作為彼目的之基礎，該網路服務功率控制單元可獲得外部預設值，諸如有效功率參考值及無效功率參考值。詳言之，有效功率參考值之實施需要饋入單元與蓄電器單元之間的匹配，且因此饋入網路之有效功率可特定地由蓄電器單元提供且隨之由直流電壓中間電路處之蓄電器提供，且由此自該網路獲取對蓄電器充電所需之有效功率。詳言之，網路服務功率偵測單元與每一蓄電器單元(詳言之，每一蓄電器單元處所提供之各別控制單元)通信，且其與一用於控制反相器或直流/交流轉換器之反相器控制單元通信。
根據另一組態，蓄電器單元或每一蓄電器單元包括一連接至直流電壓中間電路之降壓轉換器及/或一連接至直流電壓中間電路之升壓轉換器。提供該降壓轉換器以特定地根據對所連接蓄電器充電之充電定律來控制來自直流電壓中間電路之各別充電電流。相應地，提供該升壓轉換器以控制放電電流且將其饋入至直流電壓中間電路中。
因此，根據一實施例，可易於提供一其中使用風力發電設備之饋入單元的充電裝置，其中該充電裝置具有一直流電壓中間電路，且對於待並行地充電之每一蓄電器單元，一降壓轉換器及一升壓轉換器連接至該直流電壓中間電路以便分別控制充電電流及放電電流。
至少一蓄電器單元(特定地每一蓄電器單元)較佳地具有一偵測充電電流及放電電流及/或相應電壓之蓄電器控制單元。彼充電電壓基本上對應於所連接蓄電器單元處之電 壓。較佳地自彼等量測值來確定所連接蓄電器之充電條件。此外，可確定所連接蓄電器之各別充電功率及放電功率。
較佳地提供複數個蓄電器單元以用於(完全地或部分地)對各別蓄電器充電及/或將其放電。基本上提供每一蓄電器單元以用於個別地對所連接蓄電器充電或將其放電。個別充電或放電必須尤其考慮各別充電條件以及所連接蓄電器之類型。重要的是，蓄電器單元可彼此獨立地對所連接蓄電器充電或將其放電。取決於待充電或放電之各別蓄電器，適當地使用經適當地調適之蓄電器單元。然而，所有蓄電器單元經調適以連接至直流電壓中間電路。就此而言，將電功率饋入至交流電壓網路中或自該網路獲取所需功率實質上與蓄電器單元之本質無關。基本上僅需考慮充電容量。
根據另一實施例，提議提供饋入單元以連接至風力發電設備從而產生風力發電設備與直流電壓中間電路之間的電連接。尤其當使用風力發電設備之饋入單元時，其為易於具體化之特徵。彼措施使得藉由風力發電設備而自風能獲得之電能可用於對所連接蓄電器充電。否則，並非必需調適風力發電設備。舉例而言，亦可根據各別風力來調適對蓄電器之充電。類似地，可基本上以已知方式將藉由風力發電設備而產生之電功率饋入至交流電壓網路中。
該充電裝置較佳地具有一用於選擇具有或不具有一風力發電設備之操作模式及具有或不具有一蓄電器單元(或複 數個蓄電器單元)之操作模式的切換構件。因此，該切換構件可在四種操作條件之間進行選擇，其中亦可例如藉由兩個切換構件來實行實施例，即藉由一個切換構件來選擇具有或不具有風力發電設備之操作且藉由另一切換構件來選擇具有或不具有蓄電器單元之操作。在充電裝置之製造過程中，提供此切換構件之優點在於無需已知且因此無需考慮其中將使用該充電裝置之組態。其使得製造變化減少。此外，亦有可能稍後決定選擇另一操作條件。就此而言，充電裝置尤其較佳地為使用一充電連接件來連接一蓄電器單元之充電裝置。因此，甚至可在開始提供一僅用於具有風力發電設備之操作的充電裝置來將所產生之能量饋入至交流電壓網路中。稍後可視情況決定例如在風力發電設備處或在風力發電設備附近提供用於對蓄電器充電之蓄電器單元。
應指出，不具有風力發電設備且亦不具有蓄電器單元之操作條件亦可為適當的，因為其仍准許在將無效功率饋入至網路中或自網路獲取無效功率方面的網路支援。充電裝置(特定地，饋入單元)較佳地具備FACTS能力。
FACTS表示「可撓性交流傳輸系統(Flexible Alternating Current Transmission System)」。FACTS由IEEE定義為以電力電子設備及其他靜態設備為基礎之系統，其控制一或多個交流傳輸系統參數之控制以改良可控性且增強功率傳輸能力(參見「proposes terms and definitions for flexible AC transmission systems(FACTS),IEEE transactions on power delivery」，第12卷，第4期，1997年10月，第1848至1853頁)。此等FACTS性質基本上為熟習此項技術者所熟知。就此而言，以特定目標型式將無效功率饋入至交流電壓網路中或自交流電壓網路獲取無效功率為上述FACTS能力之一態樣。實施此FACTS能力之簡易可能方法涉及使用具有FACTS能力之風力發電設備之饋入單元。
此外，根據本發明，提議一用於將風力轉換為電能之風力發電設備，其包括一根據本發明之充電裝置或包括此充電裝置之組件。在一實施例中，此意謂包括風力發電設備之饋入單元的風力發電設備額外地配備有至少一蓄電器單元及/或一用於連接一蓄電器單元之充電連接件，其中可藉由該蓄電器單元及該饋入單元對連接至該蓄電器單元之蓄電器充電及/或將其放電。
根據本發明，提議一包括一根據本發明之充電裝置及/或一根據本發明之風力發電設備的加電站。此外，該加電站包括連接至該充電裝置之至少一電儲存器件。該電儲存器件較佳地為經提供以用於在充電條件下替換一電動車輛之經完全或部分放電之蓄電器的電儲存器件。換言之，經連接以用於充電操作之蓄電器不安置於一電動車輛中，但可安裝於此車輛中。
該加電站較佳地包括許多個蓄電器且經提供以用於同時對許多個蓄電器充電及/或將其放電。
此外，根據本發明，提議使用風力發電設備之饋入單元作為充電裝置之饋入單元。尤其提議用於具有耦接至饋入 單元之一或多個蓄電器單元的充電裝置中。因此，可使用首先在其所有特徵方面經提供用於風力發電設備但根據本發明而用於充電裝置之饋入單元。該饋入單元可視情況以至少提供用於連接蓄電器單元之連接件的方式經調適以用於充電裝置中。
根據本發明，亦提議一種控制一連接至一交流電壓網路之充電裝置以用於對電動車輛中之蓄電器充電及/或將其放電的方法。在彼情況下，自一控制單元或其類似者接收至少一預設資訊項，其中彼資訊預先判定是否及/或將多少有效功率饋入至該交流電壓網路中或者是否自該交流電壓網路獲取有效功率及/或獲取多少有效功率。此外，該預設資訊可另外或或者預先判定是否及/或以何種量將無效功率饋入至該交流電壓網路中或者是否及/或以何種量自該交流電壓網路獲取無效功率。始終重複地接收此預設資訊。因此，此較佳地不涉及一次性資訊項，但此資訊持續更新，其特定地自一控制台傳達至該充電裝置。在彼情況下，該控制台可供應部分地具有不同預設資訊項之複數個充電裝置。
取決於預設資訊，接著以一使得將有效功率相應地饋入至交流電壓網路中或自交流電壓網路獲取有效功率之方式及/或儘可能地根據預設資訊將無效功率饋入至交流電壓網路中及/或自交流電壓網路獲取無效功率之方式來控制該充電裝置。另外或或者，控制該充電裝置以使得所連接之蓄電器中之至少一者至少部分充電或放電。對於將有效 功率饋入至交流電壓網路中或自其獲取有效功率，與所連接蓄電器之充電及/或放電之控制相匹配為有利的。
較佳地，複數個蓄電器連接至該充電裝置，該複數個蓄電器可個別地充電或放電，詳言之，在每一情況下彼此獨立地充電或放電。取決於類型及充電條件，該獨立性實質上係關於分別遵守預先判定各別蓄電器充電或放電之性質及方式的充電定律。相反，對於是實行充電或是放電之問題，較佳地為遵照對複數個或所有所連接蓄電器之控制。因此，較佳地為對所有蓄電器充電或是將所有蓄電器放電。
然而，亦可能提供其中對一些蓄電器充電且同時將其他蓄電器放電之操作模式。
下文參考隨附圖式藉由實施例以實例方式更詳細地描述本發明。
充電裝置1實質上包括一饋入單元2及許多個蓄電器單元(或簡稱蓄電單元)4。蓄電器單元4耦接至饋入單元2以使得其間可發生能量之流動以及資訊交換。圖1以實例方式展示兩個蓄電器單元4，且指示提供了許多個(更具體言之，n個)蓄電器單元4。理論上，僅使用一個蓄電器單元4可為足夠的。
充電裝置1亦具有一直流電壓中間電路6，饋入單元2藉由該直流電壓中間電路6而能量耦接至蓄電器單元4。可藉由反相器8將來自直流電壓中間電路6之能量轉換為三相交 流電壓。連接了一抗流器10，藉由反相器8產生之三相交流電流藉由一變壓器12自該抗流器10傳遞，其中所產生之交流電壓之振幅變高。變壓器12最終連接至一交流電壓網路14。
類似地，可自交流電壓網路14獲取能量且藉由反相器8將其作為直流電流饋入至直流電壓中間電路6中。
提供一反相器控制單元16以控制反相器8從而將電能饋入至交流電壓網路14中。反相器控制單元16根據所產生電壓之頻率、相位及振幅來控制反相器8。脈衝圖案之特定預設可因而提供於反相器8中或可由反相器控制單元16預先判定。為控制反相器，反相器控制單元16需要關於所產生之交流電壓及/或交流電壓網路14之交流電壓的資訊項。為達成彼目的，提供一網路參考單元18，其在交流電壓量測位置20處量測及評估抗流器10與變壓器12之間的交流電壓且將關於該交流電壓(特定言之，關於電壓之頻率、相位及振幅)之資訊傳達至反相器控制單元16。
所量測及/或評估之資訊項亦由網路參考單元18傳輸至一網路服務功率控制單元22。
網路服務功率控制單元22實質上意欲取決於預設值來使饋入單元2與蓄電器單元4彼此協調。為達成彼目的，網路服務功率控制單元22藉由一預設路徑23接收外部預設值，特定言之，與將有效功率饋入至網路中或自網路獲取有效功率及/或將無效功率饋入至網路中或自網路獲取無效功率有關之預設。可藉由彼預設路徑23自外部位置傳輸彼等 預設值。
網路服務功率控制單元22將相應資訊項或控制命令提供至蓄電器單元4且繼而提供至蓄電器控制單元30，且亦提供至饋入單元2，特定言之，繼而提供至反相器控制單元16。
網路服務功率控制單元22亦藉由中間電路量測位置24接收與直流電壓中間電路6之電壓、電流及/或功率有關之資訊項。相應資訊項可部分地轉遞至反相器控制單元16。此外，亦考慮反相器控制單元16與中間電路量測位置24之直接連接。此外，網路服務功率控制單元22藉由網路參考單元18接收特定地與網路電壓有關之資訊項。此外，網路服務功率控制單元22亦可獲得諸如關於每一蓄電器單元(特定言之，蓄電器控制單元30)之充電條件或盛行容量的資訊項。
為考慮與待饋入至網路中之無效功率或自網路獲取之無效功率有關的預設值，需要主要或獨佔地控制饋入單元2，特定言之，反相器控制單元16。蓄電器單元4基本上不受影響。
為考慮與待饋入至網路中之有效功率或自網路獲取之有效功率有關的預設值，考慮並協調饋入單元2以及蓄電器單元4兩者為有利的或必要的。在彼情況下，亦可考慮連接至蓄電器單元4之每一電儲存器件28之可用充電容量且因此亦考慮所有可用充電容量之總和。應注意，網路服務功率控制單元22與每一蓄電器控制單元30(亦即，每一蓄 電器單元4之蓄電器控制單元30，其僅部分地指示於圖1)之間存在連接。
每一蓄電器單元4連接至直流電壓中間電路6以使得能量可自饋入單元2流動至每一蓄電器單元4或反之亦然。為達成彼目的，每一蓄電器單元4具有在下文中稱為直流轉換器26且連接至直流電壓中間電路6之升壓轉換器及降壓轉換器區塊。實際上，關於直流轉換器26，重要的是直流轉換器可控制自直流電壓中間電路6進入所述電儲存器件28之直流電流以及自電儲存器件28進入直流電壓中間電路6之直流電流兩者，而非其在典型情形下分別包括升壓轉換器及降壓轉換器。
提供一蓄電器控制單元30以控制直流轉換器26。彼蓄電器控制單元30自網路服務功率控制單元22接收控制值(特定言之，控制預設值)。特定言之，其可獲得關於是否將對各別電儲存器件28充電或將其放電或者是否既不對各別電儲存器件28充電亦不將其放電的控制預設值。
在此應注意，除所描述之信號路徑外，網路服務功率控制單元22亦可接收例如關於一或多個蓄電器之充電條件的其他資訊項。
為控制直流轉換器26，蓄電器控制單元30亦接收關於進入或來自電儲存器件28之各別充電電流或放電電流的資訊項以及關於充電電壓及電儲存器件28之電壓的資訊項。為達成彼目的，在蓄電器量測位置32處量測相應電壓及相應電流，且將其輸入蓄電器控制單元30中。現可藉由蓄電器 量測位置來偵測電壓、電流及功率。
圖1以實例方式展示兩個電儲存器件28。此處較佳使用蓄電器，且特定言之，電動車輛之鋰離子蓄電器，且相應地對其充電及/或將其放電。
提供一耦接位置34以將圖1之充電裝置耦接至一風力發電設備。藉此，風力發電設備可連接至充電裝置1之直流電壓中間電路6。就此而言，一實施例提出藉由轉子及發電機將風力轉換為交流電流，該交流電流經受整流且接著可藉由耦接位置34而傳遞至直流電壓中間電路6。
圖式2中之充電裝置實質上對應於圖1中之充電裝置1。為了更加清楚起見，圖2中參考數字之最後兩個數字或最後一個數字對應於圖1中充電裝置1之相應組件的參考數字。就此而言，關於該等相應組件的描述，亦關注圖1。
因此，充電裝置201具有一饋入單元202及許多個蓄電器單元204，然而僅以實例方式展示其中一個蓄電器單元。針對以實例方式說明之蓄電器單元204而展示之任何連接亦經提供以用於未圖示之其他蓄電器單元。其亦關注連接至蓄電器單元204之電儲存器件228。蓄電器單元204具有一直流轉換器226，該直流轉換器226包括升壓轉換器及降壓轉換器且由一蓄電器控制單元230致動。提供一蓄電器量測位置232以記錄電壓、電流及功率。
直流轉換器226藉由直流電壓中間電路206而耦接至饋入單元202且因此耦接至反相器208。藉由反相器控制單元216來實行反相器208之致動，該反相器控制單元216在中 間電路量測位置224處接收電壓、電流及/或功率。反相器208確保功率(有效功率以及無效功率兩者)自直流電壓中間電路206流動至三相交流電壓輸出端240(抗流器210及網路濾波器242連接至該三相交流電壓輸出端240)，且反之亦然。此外，在一用於電壓偵測(特定言之，網路電壓偵測)之量測位置處提供一開關244以准許中斷交流電壓網路214。藉由網路偵測器件218來實行網路電壓偵測或網路偵測操作，該網路偵測器件218之功能與圖1中充電裝置1之網路參考單元18相當。網路偵測器件218緊密耦接至一與圖1中充電裝置1之網路服務功率控制單元22相當之所謂的FACTS控制系統或控制單元222。可將FACTS控制單元222與網路偵測器件218一起看作一獨立單元，其與饋入單元202以及蓄電器單元204兩者通信。
此外，圖2中用於網路連接之充電裝置201亦將一變壓器212用於連接至交流電壓網路214。
作為一選項，圖2亦展示藉由直流電壓中間電路206而耦接至風力發電設備250。一塔狀物256得以指示之風力發電設備250亦具有一用於產生三相交流電流之發電機252，該電流藉由整流器254來整流。因此，整流器254提供電耦接及與直流電壓中間電路206之連接258。
藉由風力發電設備控制系統260實行對風力發電設備250之控制。管理面262與該風力發電設備控制系統260相關聯，其亦可將預設值提供至風力發電設備控制系統260。此等預設值亦可預先判定是否將有效功率遞送至交流電壓 網路214中或自交流電壓網路214獲取有效功率及/或是否將無效功率饋入至交流電壓網路中或自交流電壓網路獲取無效功率及以何種程度進行。可藉由風力發電設備控制系統260將相應預設值遞送至FACTS控制系統222。因此，FACTS控制系統222亦准許匹配所連接蓄電器228之放電及/或充電與將有效功率及/或無效功率饋入至交流電壓網路中及自交流電壓網路獲取有效功率及/或無效功率之程序。
1‧‧‧充電裝置
2‧‧‧饋入單元
4‧‧‧蓄電器單元
6‧‧‧直流電壓中間電路
8‧‧‧反相器
10‧‧‧抗流器
12‧‧‧變壓器
14‧‧‧交流電壓網路
16‧‧‧反相器控制單元
18‧‧‧網路參考單元
20‧‧‧交流電壓量測位置
22‧‧‧網路服務功率控制單元
23‧‧‧預設路徑
24‧‧‧中間電路量測位置
26‧‧‧直流轉換器
28‧‧‧電儲存器件
30‧‧‧蓄電器控制單元
32‧‧‧蓄電器量測位置
34‧‧‧耦接位置
201‧‧‧充電裝置
202‧‧‧饋入單元
204‧‧‧蓄電器單元
206‧‧‧直流電壓中間電路
208‧‧‧反相器
210‧‧‧抗流器
212‧‧‧變壓器
214‧‧‧交流電壓網路
216‧‧‧反相器控制單元
218‧‧‧網路偵測器件
222‧‧‧FACTS控制系統/控制單元
224‧‧‧中間電路量測位置
226‧‧‧直流轉換器
228‧‧‧蓄電器/電儲存器件
230‧‧‧蓄電器控制單元
232‧‧‧蓄電器量測位置
240‧‧‧三相交流電壓輸出端
242‧‧‧網路濾波器
244‧‧‧開關
250‧‧‧風力發電設備
252‧‧‧發電機
254‧‧‧整流器
256‧‧‧塔狀物
258‧‧‧整流器與直流電壓中間電路之連接
260‧‧‧風力發電設備控制系統
262‧‧‧管理面
圖1展示根據本發明之充電裝置之結構，及圖2展示根據本發明之充電裝置之另一結構。
201‧‧‧充電裝置
202‧‧‧饋入單元
204‧‧‧蓄電器單元
206‧‧‧直流電壓中間電路
208‧‧‧反相器
210‧‧‧抗流器
212‧‧‧變壓器
214‧‧‧交流電壓網路
216‧‧‧反相器控制單元
218‧‧‧網路偵測器件
222‧‧‧FACTS控制系統/控制單元
226‧‧‧直流轉換器
228‧‧‧蓄電器/電儲存器件
230‧‧‧蓄電器控制單元
232‧‧‧蓄電器量測位置
240‧‧‧三相交流電壓輸出端
242‧‧‧網路濾波器
244‧‧‧開關
250‧‧‧風力發電設備
252‧‧‧發電機
254‧‧‧整流器
256‧‧‧塔狀物
258‧‧‧整流器與直流電壓中間電路之連接
260‧‧‧風力發電設備控制系統
262‧‧‧管理面

Claims (18)

  1. 一種用於對電動車輛之電儲存器件(28)充電之充電裝置(1)，其包括：一饋入單元(2)，其用於將電能饋入至一交流電壓網路(14)中，其包括：一直流電壓中間電路(6)，其用於對電能進行中間儲存，該直流電壓中間電路(6)具有一中間電路電壓，及一反相器(8)，其經提供以用於將該直流電壓中間電路(6)之一直流電流或一直流電壓轉換為一交流電流以將該交流電流饋入至該交流電壓網路(14)中且用於將來自該交流電壓網路(14)之一交流電流轉換為一直流電流及/或一直流電壓以將該直流電流或該直流電壓饋入至該直流電壓中間電路(6)中，及至少一蓄電器單元(4)或用於連接一蓄電器單元(4)之至少一充電連接件，其用於自該直流電壓中間電路(6)對該等電儲存器件(28)中之一者至少部分充電或將該等電儲存器件(28)中之一者至少部分放電至該直流電壓中間電路(6)中，其中該饋入單元(2)經提供以將無效功率饋入至該交流電壓網路(14)中或自該交流電壓網路(14)獲取無效功率及其中使用一風力發電設備(250)之一饋入單元作為該饋入單元(2)。
  2. 如請求項1之充電裝置(1)，其中該饋入單元(2)經設計以用於一4象限操作模式，即，該饋入單元(2)經選擇性地 設計以將無效功率饋入至該交流電壓網路(14)中或自該交流電壓網路(14)獲取無效功率。
  3. 如請求項1或2之充電裝置(1)，其中該饋入單元(2)經設計以用於一4象限操作模式，即，該饋入單元(2)經選擇性地設計以將有效功率饋入至該交流電壓網路(14)中或自該交流電壓網路(14)獲取有效功率。
  4. 如請求項1或2之充電裝置(1)，其中該饋入單元(2)經提供以將該中間電路電壓控制為一預定值。
  5. 如請求項1或2之充電裝置(1)，包含一輸入介面，該輸入介面用於輸入一用於預先判定待饋入至該交流電壓網路(14)中或自該交流電壓網路(14)獲取之一有效功率的有效功率參考值及/或用於輸入一用於預先判定待饋入至該交流電壓網路中或自該交流電壓網路獲取之一無效功率的無效功率參考值。
  6. 如請求項1或2之充電裝置(1)，其中該至少一蓄電器單元(4)電連接至該直流電壓中間電路(6)且其中該充電裝置(1)且該至少一蓄電器單元(4)經調適以對該中間電路電壓之變化不敏感。
  7. 如請求項1或2之充電裝置(1)，其包括一網路服務功率控制單元(22)，該網路服務功率控制單元(22)用於協調對該饋入單元(2)及該至少一蓄電器單元(4)之控制。
  8. 如請求項1或2之充電裝置(1)，其中該至少一蓄電器單元(4)包含：一降壓轉換器，其連接至該直流電壓中間電路(6)以控 制一用於對該電儲存器件(28)至少部分充電之充電電流，及/或一升壓轉換器，其連接至該直流電壓中間電路(6)以控制一用於將該電儲存器件(28)至少部分放電之放電電流。
  9. 如請求項1或2之充電裝置(1)，其中至少一蓄電器單元(4)具有一蓄電器控制單元(30)，該蓄電器控制單元(30)用於控制一升壓轉換器或用於控制一降壓轉換器或用於偵測：一充電電流或放電電流，一連接至該蓄電器單元之電儲存器件之充電電壓，一充電功率或放電功率，或一連接至該蓄電器單元之電儲存器件之一充電條件。
  10. 如請求項1或2之充電裝置(1)，其中提供複數個蓄電器單元(4)，該複數個蓄電器單元(4)用於對一各別電儲存器件(28)至少部分充電或將一各別電儲存器件(28)至少部分放電。
  11. 如請求項1或2之充電裝置(1)，其中該饋入單元(2)經提供以用於連接至一風力發電設備(250)從而產生該風力發電設備(250)與該直流電壓中間電路(6)之間的一電連接。
  12. 如請求項1或2之充電裝置(1)，其中該充電裝置(1)包含一用於選擇一如下之操作模式之切換構件：具有風力發電設備且具有蓄電器單元(4)， 不具有風力發電設備且具有蓄電器單元(4)，具有風力發電設備且不具有蓄電器單元(4)，或不具有風力發電設備且不具有蓄電器單元(4)。
  13. 一種用於將風力轉換為電能之風力發電設備(250)，其包括一如請求項1或2的充電裝置(1)。
  14. 一種加電站，其包括：一如請求項13之風力發電設備(250)或一如請求項1或2的充電裝置(1)，及至少一電儲存器件(28)，其連接至該充電裝置(1)，其中提供一電儲存器件(28)以在已充電條件下交換一電動車輛之一完全或部分放電之電儲存器件(28)。
  15. 一種一風力發電設備(250)之饋入單元(202)，其係用作一充電裝置(1)之一饋入單元(2)以用於對電動車輛之電儲存器件(28)充電，其中該饋入單元(2)包括：一直流電壓中間電路(6)，其用於對電能進行中間儲存，該直流電壓中間電路(6)具有一中間電路電壓，及一反相器(8)，其經提供以用於將該直流電壓中間電路(6)之一直流電流及/或一直流電壓轉換為一交流電流以將該交流電流饋入至交流電壓網路(14)中且用於將來自該交流電壓網路(14)之一交流電流轉換為一直流電流及/或一直流電壓以將該直流電流及/或該直流電壓饋入至該直流電壓中間電路(6)中，及一或一各別蓄電器單元(4)，其耦接至該直流電壓中間 電路(6)，該蓄電器單元(4)用於自該直流電壓中間電路(6)對該等電儲存器件(28)中之一者至少部分充電及/或將該等電儲存器件(28)中之一者至少部分放電至該直流電壓中間電路(6)中。
  16. 一種控制一連接至一交流電壓網路(14)之充電裝置(1)以用於對電動車輛之電儲存器件(28)充電或將電動車輛之電儲存器件(28)放電的方法，其包括以下步驟：接收一預設資訊項以用於預先判定將有效功率饋入至該交流電壓網路(14)中或自該交流電壓網路(14)獲取有效功率或將無效功率饋入至該交流電壓網路(14)中或自該交流電壓網路(14)獲取無效功率或將有效及無效功率饋入至該交流電壓網路(14)中或自該交流電壓網路(14)獲取有效及無效功率，及取決於該預設資訊，依序控制該充電裝置(1)以將有效功率饋入至該交流電壓網路(14)中或自該交流電壓網路(14)獲取有效功率或將無效功率饋入至該交流電壓網路(14)中或自該交流電壓網路(14)獲取無效功率或將有效及無效功率饋入至該交流電壓網路(14)中或自該交流電壓網路(14)獲取有效及無效功率，或以一方式控制該充電裝置(1)，以使得取決於該預設資訊，該等電儲存器件(28)中之至少一者至少部分地充電或放電，且其中一風力發電設備(250)之一饋入單元(2)用於饋入或獲取。
  17. 如請求項16之方法，其中複數個電儲存器件(28)連接至 該充電裝置(1)，且一各別電儲存器件(28)連接至一蓄電器單元(4)，其中該等電儲存器件(28)中之每一者個別地充電或放電。
  18. 如請求項16或17之方法，其中一如請求項1或2之充電裝置(1)經控制或該充電裝置(1)耦接至一風力發電設備(250)以用於自風能產生電能，且取決於該可用風力或取決於該預設資訊，該等電儲存器件(28)中之至少一者藉由自風能產生之電能來充電。
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