(57)【要約】  本発明は、電気エネルギ供給ユニットのための制御部であって、電気エネルギ供給ユニットの第１のエネルギ貯蔵部の第１の充てんレベルが伝送され得る第１の充てんレベル入力部を備えている制御部に関する。さらに、制御部は、さらなる電気エネルギ供給ユニットの随意によるさらなるエネルギ貯蔵部のさらなる充てんレベルが伝送され得るさらなる充てんレベル入力部を備える。さらに、制御部は、第１の充てんレベルおよび／またはさらなる充てんレベルを考慮しつつ公称交流電圧を決定するように設計された公称交流電圧決定部を備える。加えて、制御部は、公称交流電圧を電気エネルギ供給ユニットの交流電圧発生部へと伝送することができる公称交流電圧出力部を備える。電気エネルギ供給ユニットが、本発明による制御部と、第１のエネルギ貯蔵部と、第１および第２の端子を有する交流電圧発生部とを備える。
2019518416.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）であって、
ａ）前記電気エネルギ供給ユニット（１）の第１のエネルギ貯蔵部（４０）の第１の充てんレベル（４１）が伝送され得る第１の充てんレベル入力部（１１）と、
ｂ）さらなる電気エネルギ供給ユニット（１０１）の随意によるさらなるエネルギ貯蔵部（１４０）のさらなる充てんレベル（１４１）が伝送され得るさらなる充てんレベル入力部（１２）と、
ｃ）前記第１の充てんレベル（４１）および／または前記さらなる充てんレベル（１４１）を考慮して公称交流電圧（１４）を決定するように設計された公称交流電圧決定部（１３）と、
ｄ）前記公称交流電圧（１４）を前記電気エネルギ供給ユニット（１）の交流電圧発生部（５０）へと伝送することができる公称交流電圧出力部（１５）と
を備える、電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項２】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、前記第１の充てんレベル（４１）および／または前記さらなる充てんレベル（１４１）を考慮して前記公称交流電圧（１４）の公称周波数（１６）を決定するように設計され、さらには／あるいは当該コントローラ（１０）は、前記さらなる電気エネルギ供給ユニット（１０１）のさらなる交流電圧発生部（１５０）におけるさらなる交流電圧（１５４）のさらなる周波数（１５５）から、前記さらなるエネルギ貯蔵部（１４０）の前記さらなる充てんレベル（１４１）を決定するように設計されている、請求項１に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項３】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、前記公称周波数（１６）が、
ａ）前記さらなる電気エネルギ供給ユニット（１０１）が電気的に導通する様相で前記電気エネルギ供給ユニット（１）へと接続されている場合に、前記さらなる周波数（１５５）に基本的に対応し、
ｂ）そうでない場合に、基本的に前記第１の充てんレベル（４１）を考慮して決定される
ように構成されている、請求項２に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項４】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、前記公称周波数（１６）が、
ａ）前記さらなる電気エネルギ供給ユニット（１０１）が電気的に導通する様相で前記電気エネルギ供給ユニット（１）へと接続されており、前記さらなる充てんレベル（１４１）が前記充てんレベル（４１）を上回る場合に、前記さらなる周波数（１５５）に基本的に対応し、
ｂ）そうでない場合に、基本的に前記第１の充てんレベル（４１）を考慮して決定される
ように構成されている、請求項２または３に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項５】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、前記公称周波数（１６）が前記第１の充てんレベル（４１）につれて一貫して高くなるように、前記第１の充てんレベル（４１）を考慮することができる、請求項２〜４のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項６】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、前記公称周波数（１６）が少なくとも一領域において前記第１の充てんレベル（４１）に線形に依存するように、前記第１の充てんレベル（４１）を考慮することができる、請求項２〜５のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項７】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、前記公称周波数（１６）が０％の第１の充てんレベル（４１）において定格周波数の８２％〜９８％、とくには前記定格周波数の８４％〜９６％、とくには前記定格周波数の８６％〜９４％、とくには前記定格周波数の８８％〜９２％、またはとくには前記定格周波数の９０％〜９１％の領域内の値をとることができるように、前記第１の充てんレベル（４１）を考慮することができ、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの具体的な定格周波数が当てはまる、請求項２〜６のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項８】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、前記公称周波数（１６）が１００％の第１の充てんレベル（４１）において定格周波数に基本的に対応するように、前記第１の充てんレベル（４１）を考慮することができ、前記定格周波数は、具体的には５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであってよい、請求項２〜７のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項９】
前記電気エネルギ供給ユニット（１）の電気エネルギ供給源（８０）のための最大電力調節部（１７）をさらに備える、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項１０】
ａ）電気エネルギ供給源（８０）の余剰電力（８１）が伝送され得る余剰電力入力部（１８）
をさらに備え、
前記公称交流電圧決定部（１３）は、１００％の第１の充てんレベル（４１）において、前記公称周波数（１６）を前記余剰電力（８１）に対して決定するようにさらに構成されている、請求項２〜９のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項１１】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、前記公称周波数（１６）が前記余剰電力（８１）につれて一貫して高くなるように、前記第１の充てんレベル（４１）を考慮することができる、請求項１０に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項１２】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、前記公称周波数（１６）が少なくとも一領域において前記余剰電力（８１）に線形に依存するように、前記第１の充てんレベル（４１）を考慮することができる、請求項１０または１１に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項１３】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、１００％の第１の充てんレベル（４１）において前記公称周波数（１６）が、
ａ）前記余剰電力（８１）がゼロに等しい場合に、定格周波数に基本的に対応し、あるいは
ｂ）前記余剰電力（８１）が最大である場合に、前記定格周波数の１００％を超えかつ１０４％までの値をとることができる
ように、前記第１の充てんレベル（４１）を考慮することができ、
前記定格周波数は、具体的には５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであってよい、請求項１０〜１２のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項１４】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、充てんレベル差（２０）に対して前記公称交流電圧（１４）の公称ｒ．ｍ．ｓ．値（１９）を決定するようにさらに設計され、前記充てんレベル差（２０）は、前記第１の充てんレベルから前記さらなる充てんレベルを差し引くことによって計算される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項１５】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、前記充てんレベル差（２０）が定常状態においてゼロへと収束するように、前記公称交流電圧（１４）の前記公称ｒ．ｍ．ｓ．値（１９）を調節するようにさらに設計されている、請求項１４に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項１６】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、前記交流電圧発生部（５０）からの電流出力に従って前記公称交流電圧（１４）の前記公称ｒ．ｍ．ｓ．値（１９）を決定するようにさらに設計されている、請求項１４または１５に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項１７】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、前記交流電圧発生部（５０）において過電圧が生じる場合に、少なくとも１つの公称交流電圧サイクルにおいて前記公称交流電圧（１４）をゼロに設定するようにさらに構成されている、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項１８】
ａ）前記電気エネルギ供給ユニット（１）に接続された負荷の負荷電力（２２）が伝送され得る負荷電力入力部（２１）
をさらに備え、とくには
ｂ）前記電気エネルギ供給ユニット（１）の前記交流電圧発生部（５０）によってもたらされる発生部電力（２４）が伝送され得る発生部電力入力部（２３）
をさらに備え、
前記公称交流電圧決定部（１３）は、
ｃ）前記第１の充てんレベル（４１）が前記さらなる充てんレベル（１４１）よりも高い場合に、前記発生部電力（２４）が前記負荷電力（２２）よりも大きくなり、
ｄ）前記第１の充てんレベル（４１）が前記さらなる充てんレベル（１４１）よりも低い場合に、前記発生部電力（２４）が前記負荷電力（２２）よりも小さくなり、
ｅ）前記第１の充てんレベル（４１）が前記さらなる充てんレベル（１４１）に対応する場合に、前記発生部電力（２４）が前記負荷電力（２２）に等しくなる
ように前記公称ｒ．ｍ．ｓ．値（１９）を決定するようにさらに構成されている、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項１９】
ａ）前記電気エネルギ供給ユニット（１）から前記さらなる電気エネルギ供給ユニット（１０１）へと流れる交換電力（２６）が伝送され得る交換電力入力部（２５）
をさらに備え、とくには
ｂ）前記電気エネルギ供給ユニット（１）と前記さらなる電気エネルギ供給ユニット（１０１）との間の導電性の接続を確立させるように設計された回路遮断器（２７）
をさらに備え、
前記回路遮断器（２７）は、
ｉ）前記交換電力（２６）がゼロよりも小さく、前記第１の充てんレベル（４１）が第１の所定の充てんレベルしきい値（２８）以下である場合、および
ｉｉ）前記交換電力（２６）がゼロよりも大きく、前記第１の充てんレベル（４１）が第２の所定の充てんレベルしきい値（２９）以下である場合
に、前記導電性の接続を遮断するように設計されている、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項２０】
前記電気エネルギ供給ユニット（１）と前記さらなる電気エネルギ供給ユニット（１０１）との間の前記導電性の接続が前記回路遮断器（２７）によって遮断された場合に警報信号を発生させるように設計された視覚および／または音インジケータ（３６）をさらに備える、請求項１９に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項２１】
前記回路遮断器（２７）は、前記第１の所定の充てんレベルしきい値（２８）が前記第２の所定の充てんレベルしきい値（２９）よりも大きくなるように構成されている、請求項１９または２０に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項２２】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、電気供給ネットワークのネットワーク周波数に対応する公称周波数（１６）を決定するように設計され、前記電気エネルギ供給ユニット（１）は、電気的に導通する様相で前記電気供給ネットワークに接続されている、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項２３】
前記電気エネルギ供給ユニット（１）の動作データを記憶するためのデータメモリ（３０）をさらに備える、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項２４】
第１の見込み充てんレベル（４２）および／またはさらなる見込み充てんレベル（１４２）を予測するための予測ユニット（３１）をさらに備える、請求項１〜２３のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項２５】
前記第１の見込み充てんレベル（４２）および／または前記さらなる見込み充てんレベル（１４２）を予測するための前記予測ユニット（３１）は、前記データメモリ（３０）からの動作データを使用する、請求項２４に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項２６】
動作データ、とくにはデータメモリ（３０）からの動作データを、外部のデータベースおよび／または外部のコンピュータへと伝送するための伝送ユニット（３２）をさらに備える、請求項１〜２５のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項２７】
前記公称交流電圧決定部（１３）は、第１の見込み充てんレベル（４２）および／またはさらなる見込み充てんレベル（１４２）を考慮して前記公称交流電圧（１４）を決定するようにさらに構成されている、請求項１〜２６のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）のためのコントローラ（１０）。
【請求項２８】
ａ）請求項１〜２７のいずれか一項に記載のコントローラ（１０）と、
ｂ）第１のエネルギ貯蔵部（４０）と、
ｃ）第１の端子（５１）および第２の端子（５２）を有する交流電圧発生部（５０）と
を備えており、
前記第１の端子（５２）は、電気的に導通する様相で前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）に接続され、前記交流電圧発生部（５０）は、前記第２の端子（５２）に公称交流電圧（１４）に対応する交流電圧（５４）を生成するように設計されている、電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項２９】
前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）は、基本的にＤＣ電圧である電圧をとることができる、請求項２８に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項３０】
前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）は、電気化学式のエネルギ貯蔵部である、請求項２８または２９に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項３１】
前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）は、燃料電池である、請求項２８〜３０のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項３２】
前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）は、充電式である、請求項２８〜３１のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項３３】
前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）は、リチウムイオン、リチウムポリマー、リチウムマンガン、リン酸鉄リチウム、リチウム−空気、チタン酸リチウム、リチウム硫黄、Ｎａ−ＮｉＣｌ、Ｎａ−Ｓ、Ｎａイオン、Ｎｉ−Ｃｄ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｈ２、Ｎｉ−ＭＨ、Ｎｉ−ＺＮ、および／または鉛酸型の１つ以上の一次電池を備える、請求項２８〜３２のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項３４】
前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）は、メンテナンスフリーおよび／またはローメンテナンス鉛酸蓄電池である、請求項２８〜３３のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項３５】
前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）は、３〜２４個の間、とくには４、６、８、１０、１２、または２０個の直列接続された一次電池を備える、請求項３０〜３４のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項３６】
前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）の第１の充てんレベル（４１）を決定するための充てんレベル検出部（４５）をさらに備える、請求項２８〜３５のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項３７】
前記充てんレベル検出部（４５）は、前記第１の充てんレベル（４１）の決定時に、前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）の１つ以上の動作データ変数を考慮するように構成されている、請求項３６に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項３８】
前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）の動作データを、以下のグループ、すなわち前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）の電圧、前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）の電流バランス、前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）の温度、前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）の内部抵抗、および／または前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）の電解質濃度から選択することができる、請求項３７に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項３９】
前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）に電気的に導通する様相で接続することができる電気エネルギ供給源（８０）をさらに備える、請求項２８〜３８のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項４０】
前記電気エネルギ供給源（８０）は、基本的にＤＣ電圧である電圧を運搬および／または生成することができる、請求項３９に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項４１】
前記電気エネルギ供給源（８０）を、再生可能エネルギを使用して動作させることができる、請求項３９または４０に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項４２】
前記再生可能エネルギを、以下のグループ、すなわち太陽光発電、風力発電、水力発電、潮力発電、地熱発電、および／またはバイオエネルギから選択することができる、請求項４１に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項４３】
前記電気エネルギ供給源（８０）は、光起電太陽光パネルである、請求項３９〜４２のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項４４】
入力側において前記電気エネルギ供給源（８０）へと電気的に接続され、出力側において前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）へと電気的に接続された電圧コンバータ（９０）をさらに備える、請求項３９〜４３のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項４５】
前記電圧コンバータ（９０）は、ＤＣ電圧コンバータである、請求項４０および４４に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項４６】
前記電圧コンバータ（９０）は、前記電気エネルギ供給源（８０）によってもたらすことができる供給源容量が最大値を達成できるように構成されている、請求項４４または４５に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項４７】
前記交流電圧発生部（５０）は、前記第１の端子（５１）から前記第２の端子（５２）への一方向性のエネルギ束のために専ら構成されている、請求項２８〜４６のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項４８】
前記交流電圧発生部（５０）は、ＤＣ−ＡＣ電圧コンバータである、請求項２８〜４７のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項４９】
前記ＤＣ−ＡＣ電圧コンバータは、昇圧コンバータ（６０）を備える、請求項４８に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項５０】
前記ＤＣ−ＡＣ電圧コンバータは、変圧器を有するインバータ（６１）を備える、請求項４８または４９に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項５１】
前記第２の端子（５２）を負荷へと接続することができる、請求項２８〜５０のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項５２】
入力側において電気供給ネットワークへと接続可能であり、出力側において前記第１のエネルギ貯蔵部（４０）へと接続される充電装置（４３）をさらに備える、請求項２８〜５１のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項５３】
入力側において前記交流電圧発生部（５０）の前記第２の端子（５２）へと接続可能である充電装置（４３）を備える、請求項２８〜５２のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項５４】
定格容量を当該電気エネルギ供給ユニット上で利用することができる場合の前記交流電圧（５４）が定格電圧の９０〜９８％の領域内、とくには定格電圧の９０〜９５％の領域内、さらにとくには定格電圧の９０〜９２％の領域内にあるような大きさの内部抵抗をさらに備える、請求項２８〜５３のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項５５】
積み重ね可能なハウジング（９５）をさらに備える、請求項２８〜５４のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）。
【請求項５６】
請求項２８〜５５のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）と、少なくとも１つのさらなる電気エネルギ供給ユニット（１０１）とを備えており、前記電気エネルギ供給ユニット（１）および前記さらなる電気エネルギ供給ユニット（１０１）は、電気的に導通する様相で互いに相互接続され、とくには前記さらなる電気エネルギ供給ユニット（１０１）は、請求項２５〜５０のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニットである、電気エネルギ供給システム（２）。
【請求項５７】
前記電気エネルギ供給ユニット（１）および前記さらなる電気エネルギ供給ユニット（１０１）は、並列に互いに電気的に相互接続される、請求項５６に記載の電気エネルギ供給システム（２）。
【請求項５８】
請求項２８〜５５のいずれか一項に記載の電気エネルギ供給ユニット（１）を制御するための方法であって、以下のステップ、すなわち
ａ）前記電気エネルギ供給ユニット（１）の第１のエネルギ貯蔵部（４０）の第１の充てんレベル（４１）および／またはさらなる電気エネルギ供給ユニット（１０１）のさらなるエネルギ貯蔵部（１４０）のさらなる充てんレベル（１４１）を考慮して公称交流電圧（１４）を決定するステップと、
ｂ）前記公称交流電圧（１４）を前記電気エネルギ供給ユニット（１）の交流電圧発生部（５０）へと伝送するステップと
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギ供給ユニットのためのコントローラ、および電気エネルギ供給ユニットに関する。さらに、本発明は、電気エネルギ供給システム、および電気エネルギ供給ユニットを制御するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現時点において、１０億人を超える人々が、電気エネルギを利用する機会を持つことなく生活している。予測できる範囲の将来においてさえも、これらの人々の７０％は、公共の電力供給ネットワーク（マクログリッド）を利用する機会を享受することがないと考えられる。これは、一方では、該当の人々の経済発展ならびに教育および健康を妨げる。他方では、公共の電力供給ネットワークから独立して供給することができる電気エネルギについて、需要が増している。
【０００３】
この目的のための種々の解決策が、現在の市場で入手可能である。例えば、ディーゼル発電機が入手可能であるが、これらは運転に費用がかさみ、多くの場合に、不適切な保守が理由で、信頼性が低いと考えられる。小規模の太陽光設備も知られており、これらは私的な使用には適するが、容量範囲が限られ、寿命も短く、拡張に向けた設計になっていない。また、用途ごとのやり方で構成されたアイランドシステム（マイクログリッド）も、市場において入手可能である。一般に、専門家でなければ設置を行うことができないという事実ゆえに、アイランドシステム全体の調達コストが高いことが不都合である。さらに、この形式のアイランドシステムは、柔軟性に乏しく、拡張の可能性が限られている。多くの場合、新旧のアイランドシステムを互いに組み合わせることは不可能であり、あるいはかなりの費用によらなければ組み合わせることができない。アイランドシステムは、一般に、拡張の場合にプログラム変更または調整が必要である中央コントローラを特徴とする。ただ１つの重要な構成要素が故障すると、システム全体が使用不能になる可能性がある。さらに、多くの場合に、アイランドシステムにおいて使用されているバッテリのすべてを確実に同じ充電状態にすることも、不可能である。上述の欠点の一部を克服するこの形式のアイランドシステムが、電気エネルギの安定した生成のための装置および方法を開示する欧州特許出願公開第２８２７４６７号明細書から知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】欧州特許出願公開第２８２７４６７号明細書
【発明の概要】
【０００５】
本発明の目的は、先行技術に対する改善を達成すること、および先行技術の欠点を少なくとも或る程度除去することである。具体的には、本発明は、最適な信頼性、使用における柔軟性、および／または拡張の可能性をもたらす電気エネルギ供給ユニットの提供および運転を可能にすることを意図する。好ましくは、電気エネルギ供給ユニットの費用対効果の高い運転および維持も可能でなければならない。
【０００６】
この目的の達成は、請求項１の特徴によって定められる。本発明によれば、電気エネルギ供給ユニットのためのコントローラが、電気エネルギ供給ユニットの第１のエネルギ貯蔵部の第１の充てんレベルが伝送され得る第１の充てんレベル入力部を備える。さらに、コントローラは、さらなる電気エネルギ供給ユニットの随意によるさらなるエネルギ貯蔵部のさらなる充てんレベルが伝送され得るさらなる充てんレベル入力部を備える。さらに、コントローラは、第１の充てんレベルおよび／またはさらなる充てんレベルを考慮して公称交流電圧を決定するように設計された公称交流電圧決定部を備える。さらに、コントローラは、公称交流電圧を電気エネルギ供給ユニットの交流電圧発生部へと伝送することができる公称交流電圧出力部を備える。
【０００７】
コントローラは、本質的に、入力変数に従って１つ以上の出力変数をもたらすデバイスとして理解されるべきである。本発明によるコントローラは、所望の時間変動を示すように外乱の影響を最小限にし、さらには／あるいは外乱を支配するために、調節部をさらに備えることができる。
【０００８】
コントローラは、制御および調節機能の実行のために、１つ以上のマイクロコントローラを備えることができる。
【０００９】
充てんレベルは、エネルギ貯蔵部に貯蔵されたエネルギ、すなわちエネルギ貯蔵部内の利用可能なエネルギを意味する。したがって、利用可能なエネルギは、負荷の時間特性に依存する可能性がある。結果として、充てんレベルは、負荷、とりわけ将来の負荷にも依存する可能性がある。また、充てんレベルを、利用可能なエネルギを満杯のエネルギ貯蔵部の最大エネルギに対して関連付ける相対変数として表すこともできる。この場合、満杯のエネルギ貯蔵部は、１００％の充てんレベルを有し、空のエネルギ貯蔵部は、０％の充てんレベルを有する。
【００１０】
具体的には、充てんレベルは、エネルギ貯蔵部に貯蔵された電荷、すなわち利用可能な電荷を意味することができる。この場合に、利用可能な電荷を満杯のエネルギ貯蔵部の最大電荷に対して関連付ける充てんレベルの相対的表現をもたらすことができる。
【００１１】
公称交流電圧は、電気エネルギ供給ユニットによってもたらすことができる交流電圧の時間特性として理解され、公称交流電圧は、実際の交流電圧の絶対的な大きさから相違し得る。公称交流電圧の時間特性を、周波数、ｒ．ｍ．ｓ．値、およびゼロ交差時点によって表すことができる。以下では、等しい周波数は、等しいゼロ交差にも関連すると仮定する。
【００１２】
「伝送され得る」という用語を、例えば第１のエネルギ貯蔵部の第１の充てんレベルなどの電気エネルギ供給ユニットの必要な動作データを本発明によるコントローラへと伝送することができるように、本発明によるコントローラが、稼働時に、本発明による電気エネルギ供給ユニットに接続され、あるいは本発明による電気エネルギ供給ユニットに接続可能であると理解すべきである。さらに、さらなる電気エネルギ供給ユニットを、電気的に導通する様相で電気エネルギ供給ユニットに接続することができ、例えばさらなるエネルギ供給ユニットのさらなるエネルギ貯蔵部のさらなる充てんレベルなどのさらなる電気エネルギ供給ユニットからの動作データも、本発明によるコントローラへと伝送することができる。実際の伝送の目的のために、例えば、有線ベースの伝送方法および／または無線の伝送方法を含むすべての既知の伝送方法を考慮することができる。
【００１３】
本発明によるコントローラは、さらなる電気エネルギ供給ユニットに電気的に導通する様相で接続された電気エネルギ供給ユニットを、例えばさらなる充てんレベルなどのさらなる電気エネルギ供給ユニットのさらなるコントローラ上の動作変数を考慮して制御することができる。本発明によるコントローラによれば、中央コントローラによらずに、複数の電気エネルギ供給ユニットからなるネットワークを制御することが可能である。したがって、１つのコントローラの故障は、該当の電気エネルギ供給ユニットの故障を引き起こすにとどまり、すべての電気エネルギ供給ユニット、すなわちネットワーク全体の故障につながることがない。したがって、信頼性の高いエネルギ供給を保証することができる。ネットワークの拡張または縮小、すなわちネットワークに対する電気エネルギ供給ユニットの追加または除去の場合に、残りのコントローラの変更は不要であり、したがって残りのすべてのコントローラは、依然として稼働を続けることができる。ネットワークの局地的な拡張を、任意の場所で容易に行うことができる。コントローラまたは電気エネルギ供給ユニットを公共の電気供給ネットワークに接続する必要がないため、コントローラおよび電気エネルギ供給ユニットを、きわめて柔軟かつ実用的な様相で普遍的に使用することができる。具体的には、本発明によるコントローラを有する電気エネルギ供給ユニットは、費用対効果の高いやり方での稼働および維持も可能であることがさらに示されている。
【００１４】
コントローラの一実施形態において、公称交流電圧決定部は、第１の充てんレベルおよび／またはさらなる充てんレベルを考慮して公称交流電圧の公称周波数を決定するように設計され、さらには／あるいはコントローラは、さらなる電気エネルギ供給ユニットのさらなる交流電圧発生部におけるさらなる交流電圧のさらなる周波数から、さらなるエネルギ貯蔵部のさらなる充てんレベルを決定するように設計される。
【００１５】
この実施形態は、例えば、さらなる電気エネルギ供給ユニットのさらなるエネルギ貯蔵部のさらなる充てんレベルをコントローラへと伝送するために、電気エネルギ供給ユニットの交流電圧の周波数を使用することができるという利点を有する。コントローラは、さらなる電気エネルギ供給ユニットのさらなる交流電圧のさらなる周波数から、さらなる電気エネルギ供給ユニットのさらなる充てんレベルを推定することもできる。電気エネルギ供給ユニットの間の電力ケーブル以外は、追加の信号またはデータ線は不要であり、無線伝送リンクも不要である。
【００１６】
コントローラのさらなる実施形態において、公称交流電圧決定部は、さらなる電気エネルギ供給ユニットが電気的に導通する様相で電気エネルギ供給ユニットに接続される場合に、公称周波数が基本的にさらなる周波数に対応するように構成される。そうでない場合、公称周波数は、基本的に第１の充てんレベルを考慮して決定される。
【００１７】
この実施形態は、両方の電気エネルギ供給ユニットが電気的に導通する様相で相互接続されている場合に、コントローラが、電気エネルギ供給ユニットの交流電圧をさらなる電気エネルギ供給ユニットの交流電圧に同期させることができるという利点を有する。さらなる電気エネルギ供給ユニットが接続されていない場合、コントローラは、公称周波数によって、電気エネルギ供給ユニットの第１のエネルギ貯蔵部の第１の充てんレベルを接続された負荷に伝送することができる。特定の負荷は、電気エネルギ供給ユニットの交流電圧の周波数を使用して、自身のオフまたはオンを実行することができる。このようにして、コントローラは、電気エネルギ供給ユニットのエネルギ使用の最適化のための便宜を負荷に提供する。
【００１８】
コントローラのさらなる実施形態において、公称交流電圧決定部は、さらなる電気エネルギ供給ユニットが電気的に導通する様相で電気エネルギ供給ユニットに接続される場合、およびさらなる充てんレベルが充てんレベルを上回る場合に、公称周波数が基本的にさらなる周波数に対応するように構成される。そうでない場合、公称周波数は、基本的に第１の充てんレベルを考慮して決定される。
【００１９】
したがって、２つの電気エネルギ供給ユニットが電気的に導通する様相で互いに接続されている場合、２つのコントローラのうち、充てんレベルがより高い電気エネルギ供給ユニットのコントローラが、交流電圧の公称周波数を指図し、２つのコントローラのうち、充てんレベルがより低い電気エネルギ供給ユニットのコントローラは、このようにして指図される公称周波数に従う。３つ以上のエネルギ供給ユニットが電気的に導通する様相で相互接続されている場合も、同様である。したがって、コントローラは、２つ以上の電気的に相互接続された電気エネルギ供給ユニットの最高の充てんレベルの値を、交流電圧の対応する公称周波数の形態で、他のすべてのコントローラへと通信することができ、電気的に相互接続された電気エネルギ供給ユニットに接続された負荷にも通信することができる。
【００２０】
あるいは、２つのコントローラのうち、充てんレベルがより低い電気エネルギ供給ユニットのコントローラが、交流電圧の公称周波数を指図してもよく、２つのコントローラのうち、充てんレベルがより高い電気エネルギ供給ユニットのコントローラは、このようにして指図される公称周波数に従う。
【００２１】
コントローラの特定の実施形態において、公称交流電圧決定部は、公称周波数が第１の充てんレベルにつれて一貫して高くなるように、第１の充てんレベルを考慮することができる。
【００２２】
したがって、コントローラは、一般に配電網の負荷につれて一貫して低下する交流電圧周波数で動作する他のマクログリッドまたはマイクログリッドとの電気エネルギ供給ユニットの互換性を確立させることができる。したがって、配電網の高負荷は、低い第１の充てんレベルに対応し、配電網の低負荷は、高い第１の充てんレベルに対応する。これは、既存のマイクログリッドを本発明によるコントローラを組み込んだ電気エネルギ供給ユニットを含むように拡張する場合に、とくに好都合である。
【００２３】
コントローラのさらなる特定の実施形態において、公称交流電圧決定部は、公称周波数が少なくとも一領域において第１の充てんレベルに線形に依存するように、第１の充てんレベルを考慮することができる。
【００２４】
この実施形態は、実施がとくに容易であるという利点を有する。
【００２５】
コントローラの別の実施形態において、公称交流電圧決定部は、公称周波数が０％の第１の充てんレベルにおいて定格周波数の８２％〜９８％、とくには定格周波数の８４％〜９６％、とくには定格周波数の８６％〜９４％、とくには定格周波数の８８％〜９２％、またはとくには定格周波数の９０％〜９１％の領域内の値をとることができるように、第１の充てんレベルを考慮することができ、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの具体的な定格周波数が当てはまる。
【００２６】
定格周波数を、例えば通常動作時のマクログリッドに当てはまる周波数と理解すべきである。欧州において、定格周波数は通常は５０Ｈｚであり、北米において、定格周波数は６０Ｈｚである。
【００２７】
このようにして、複数の異なるマクロおよびマイクログリッドとの互換性が達成される。
【００２８】
コントローラのまたさらなる実施形態において、公称交流電圧決定部は、公称周波数が１００％の第１の充てんレベルにおいて定格周波数に基本的に対応するように、第１の充てんレベルを考慮することができ、定格周波数は、具体的には５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであってよい。
【００２９】
このようにして、複数の異なるマクロおよびマイクログリッドとの互換性が、とくには５０Ｈｚおよび／または６０Ｈｚの定格周波数を有するマクロおよびマイクログリッドについて達成される。
【００３０】
コントローラのまたさらなる実施形態において、コントローラは、電気エネルギ供給ユニットの電気エネルギ供給源のための最大電力調節部を備えることができる。
【００３１】
最大電力調節部は、最大可能電力を電気エネルギ供給源から取り出すことができるように電気エネルギ供給源の電気負荷を調整することができるデバイスである。この種の調節部は、それ自体は当業者にとって公知であると考えられる。
【００３２】
したがって、コントローラによって、第１のエネルギ貯蔵部をできるだけ迅速に充電すること、または第１のエネルギ貯蔵部の負荷を最小にすることを達成することができ、負荷への供給は、エネルギ供給源の最大供給源容量の場合に、第１のエネルギ貯蔵部よりもむしろ基本的にエネルギ供給源から行われる。
【００３３】
最大電力調節部が、最大可能容量が電気エネルギ供給源から取り出されるように電気エネルギ供給源の電気負荷を調整することは、絶対に必要というわけではない。最大電力調節部が、最大可能容量未満が電気エネルギ供給源から取り出され、あるいはいかなる容量も電気エネルギ供給源から取り出されないように、電気エネルギ供給源の電気負荷を調整する動作状態も可能である。
【００３４】
特定の実施形態において、コントローラは、電気エネルギ供給源からの余剰電力が伝送され得る余剰電力入力部をさらに備える。したがって、公称交流電圧決定部は、１００％の第１の充てんレベルの場合に余剰電力に対して公称周波数を決定するようにさらに構成される。
【００３５】
余剰電力は、電気エネルギ供給源の最大潜在容量から、もたらされた実際の電力出力を差し引いたものとして理解されるべきである。余剰電力を、相対的な観点から表すことも可能である。１００％の余剰電力は、適切な負荷の場合に電力出力が可能であっても、エネルギ供給源からの電力出力がゼロであることを意味する。
【００３６】
したがって、コントローラは、余剰電力が利用可能である旨の情報を電気エネルギ供給ユニットの負荷へと伝送することができる。例えば低温貯蔵部や、例えば井戸からより高い場所にあるリザーバへと水を汲み上げる水ポンプなど、時間は重要でないがエネルギ消費が比較的大きい特定の負荷は、この情報を使用して、余剰電力が利用できる場合に作動を実行することができる。したがって、コントローラは、電気エネルギ供給ユニットからのエネルギの最適な使用のためのさらなる選択肢を提供する。
【００３７】
コントローラの特定の実施形態において、公称交流電圧決定部は、公称周波数が余剰電力につれて一貫して高くなるように、第１の充てんレベルを考慮することができる。
【００３８】
このようにして、さらなるマクロおよびマイクログリッドとの互換性が達成される。
【００３９】
コントローラのさらなる特定の実施形態において、公称交流電圧決定部は、公称周波数が少なくとも一領域において余剰電力に線形に依存するように、第１の充てんレベルを考慮することができる。
【００４０】
この実施形態は、実施がきわめて容易であるという利点を有する。
【００４１】
コントローラのさらなる実施形態において、公称交流電圧決定部は、余剰電力がゼロに等しい場合に、公称周波数が１００％の第１の充てんレベルの場合に定格周波数に基本的に対応するように、第１の充てんレベルを考慮することができる。あるいは、余剰電力が最大である場合に、公称周波数は、１００％の第１の充てんレベルの場合に、定格周波数の１００％を超えかつ１０４％までの値をとることができる。具体的には、定格周波数は、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであってよい。
【００４２】
このようにして、さらなる異なるマクロおよびマイクログリッドとの互換性が達成される。
【００４３】
コントローラのまたさらなる実施形態において、公称交流電圧決定部は、充てんレベル差に対して公称交流電圧の公称ｒ．ｍ．ｓ．値を決定するようにさらに設計される。充てんレベル差は、第１の充てんレベルからさらなる充てんレベルを差し引くことによって計算される。
【００４４】
とくには電気的に導通する様相で相互接続された電気エネルギ供給ユニットにおいて、充てんレベル差は、基本的に望ましくなく、できる限り回避されなければならない。この充てんレベル差を左右できるように、電気エネルギ供給ユニットの交流電圧の公称ｒ．ｍ．ｓ．値が、中間ステップにおいて最初に決定される。交流電圧の公称ｒ．ｍ．ｓ．値を、いくつかのやり方で変化させることができる。例えば、公称交流電圧の半波の開始を遅らせ、もしくは進めること、ならびに／あるいは半波の終わりを遅らせ、もしくは進めることが可能である。例えば、振幅を変化させることも可能である。交流電圧のパルス幅変調を有する電気エネルギ供給ユニットにおいては、パルス幅を変化させることが可能である。したがって、コントローラは、充てんレベル差を左右することを可能にするために、中間変数、すなわち交流電圧の公称ｒ．ｍ．ｓ．値をもたらす。さらに、この「公称ｒ．ｍ．ｓ．値」という中間変数によって、充てんレベル差に対するきわめて迅速な応答が可能である。５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの通常の定格周波数において、半波の継続時間は、基本的に１０ｍｓまたは８．３ｍｓであり、すなわち公称ｒ．ｍ．ｓ．値は、１０ｍｓまたは８．３ｍｓごとに変更可能である。アイランドシステムが慣習的に１日（２４時間）の過程において完全な充電−放電サイクルを完了させると仮定すると、充てんレベル差の著しい変化は一般に数分を占める。
【００４５】
コントローラの好ましい実施形態において、公称交流電圧決定部は、充てんレベル差がゼロに向かって収束するように、公称交流電圧の公称ｒ．ｍ．ｓ．値を調節するようにさらに設計される。
【００４６】
したがって、種々の電気エネルギ供給ユニットのネットワーク内の個々のエネルギ貯蔵部が、定常状態において、等しい充てんレベルをとることが達成される。次いで、これは、すべてのエネルギ貯蔵部が、理想的にはすべてが同時にゼロの充てんレベルを達成することを考えれば、最適に使用されることを意味する。さらに、電気エネルギ供給ユニット、とくにはエネルギ貯蔵部が、同一の周期的負荷を被り、したがって基本的に同じ経年劣化を被る。次いで、これは、電気エネルギ供給ユニットの寿命を同時に尽きるように計画でき、結果として、すべての電気エネルギ供給ユニットまたはその個々の構成要素を同時に交換できるため、電気エネルギ供給ユニットの保守を簡単にする。
【００４７】
好都合には、公称交流電圧決定部を、充てんレベル差がゼロに向かって収束するように、公称交流電圧の公称ｒ．ｍ．ｓ．値を制御するように構成することができる。公称交流電圧の公称ｒ．ｍ．ｓ．値の制御を、交流電圧発生部の第２の端子の交流電圧を測定することなく、とくには交流電圧発生部の第２の端子の交流電圧のｒ．ｍ．ｓ．値を測定することなく、達成することができる。
【００４８】
コントローラの好ましい実施形態において、公称交流電圧決定部は、交流電圧発生部からの電流出力に従って公称交流電圧の公称ｒ．ｍ．ｓ．値を決定するようにさらに構成される。
【００４９】
したがって、交流電圧発生部の電流出力を、充てんレベル差に対して調節または制御することができる。
【００５０】
交流電圧発生部の電流出力は、好ましくは交流電圧発生部の第２の端子を通って流れる。
【００５１】
コントローラの好ましい実施形態において、公称交流電圧決定部は、交流電圧発生部において過電圧が生じる場合に、少なくとも１つの公称交流電圧サイクルにおいて公称交流電圧をゼロに設定するようにさらに構成される。
【００５２】
これは、例えば、電気エネルギ供給ユニット上の負荷遮断の場合に、交流電圧発生部がもたらす電流を直ちに断つことができ、さらには／あるいは１つ以上の公称交流電圧サイクルの所与の時間間隔の経過後に限って再び投入できるという利点を有する。
【００５３】
好都合には、電圧を、交流電圧発生部内の中間回路上で測定することができる。これにより、交流電圧発生部の交流電圧の測定を省略することができる。
【００５４】
コントローラのさらなる好ましい実施形態において、公称交流電圧決定部は、電気エネルギ供給ユニットに接続された負荷の負荷電力が伝送され得る負荷電力入力部をさらに備える。さらに、公称交流電圧決定部は、とくには、電気エネルギ供給ユニットの交流電圧発生部によってもたらされる発生部電力が伝送され得る発生部電力入力部をさらに備える。公称交流電圧決定部は、第１の充てんレベルがさらなる充てんレベルよりも高い場合に、発生部電力が負荷電力よりも大きくなるように公称ｒ．ｍ．ｓ．値を決定するようにさらに構成される。さらに、公称交流電圧決定部は、第１の充てんレベルがさらなる充てんレベルよりも低い場合に、発生部電力が負荷電力よりも小さくなるように公称ｒ．ｍ．ｓ．値を決定するようにさらに構成される。さらに、公称交流電圧決定部は、第１の充てんレベルがさらなる充てんレベルに対応する場合に、発生部電力が負荷電力に等しくなるように公称ｒ．ｍ．ｓ．値を決定するようにさらに構成される。
【００５５】
コントローラは、さらなる電気エネルギ供給ユニットがさらなる充てんレベルに応じて負荷を切り離し、あるいは追加の負荷を受け入れるように、電気エネルギ供給ユニットを制御することができる。例えば、電気エネルギ供給ユニット間の負荷の分配を、例えば経年劣化があまり進んでいない状態であるという理由でエネルギ貯蔵部の容量がより大きい電気エネルギ供給ユニットが、エネルギ貯蔵部の容量がより小さい電気エネルギ供給ユニットよりも大きな負荷を引き受けるように、進めることができる。
【００５６】
このようにして、電気的に導通する様相で相互接続された種々の電気エネルギ供給ユニット間の負荷の分配が達成され、その結果、すべての充てんレベルが時が経つにつれてバランスする。
【００５７】
さらなる実施形態において、コントローラは、電気エネルギ供給ユニットからさらなる電気エネルギ供給ユニットへと流れる交換電力が伝送され得る交換電力入力部をさらに備える。さらに、コントローラは、とくには、電気エネルギ供給ユニットとさらなる電気エネルギ供給ユニットとの間の導電性の接続を確立させるように設計された回路遮断器をさらに備え、回路遮断器は、交換電力がゼロよりも小さく、第１の充てんレベルが第１の所定の充てんレベルしきい値以下である場合、または交換電力がゼロよりも大きく、第１の充てんレベルが第２の所定の充てんレベルしきい値以下である場合に、導電性の接続を遮断するように設計される。
【００５８】
この実施形態は、電気エネルギ供給ユニット、とくにはそのエネルギ貯蔵部について、さまざまな保護の選択肢が利用可能であるという利点を有する。第１に、この実施形態は、枯渇的な放電に対する保護を提供する。第２に、第１の充てんレベルしきい値に達し、あるいは第１の充てんレベルしきい値を下回るように、さらなる電気エネルギ供給ユニットが長期にわたって電気エネルギ供給ユニットから電力を引き出す場合に、負荷がさらなる電気エネルギ供給ユニットに関して保護される。
【００５９】
さらなる利点は、さらなる電気エネルギ供給ユニットが例えば電気エネルギ供給ユニット上の不良な負荷に対して保護されるさらなる電気エネルギ供給ユニットのための保護の選択肢によって構成される。
【００６０】
故障が解消されると、回路遮断器を手動で再び閉じることができ、あるいはコントローラによる再閉路のために解除することができる。
【００６１】
さらなる実施形態において、コントローラは、電気エネルギ供給ユニットとさらなる電気エネルギ供給ユニットとの間の導電性の接続が回路遮断器によって遮断された場合に警報信号を発生させるように設計された視覚および／または音インジケータをさらに備える。
【００６２】
この視覚および／または音インジケータによれば、運転者が、保護トリップが作用したコントローラをきわめて容易に特定することができる。したがって、運転者による故障の特定および故障の除去が支援される。
【００６３】
さらなる実施形態において、回路遮断器は、第１の所定の充てんレベルしきい値が第２の所定の充てんレベルしきい値よりも大きくなるように構成される。
【００６４】
したがって、さらなる電気エネルギ供給ユニットのネットワークの保護が、さらなる電気エネルギ供給ユニットのネットワークに対する電気エネルギ供給ユニットの保護よりも電気エネルギ供給ユニットのより高い第１の充てんレベルで展開されることが達成される。
【００６５】
さらなる実施形態において、公称交流電圧決定部は、公共の電気供給ネットワークのネットワーク周波数に対応する公称周波数を決定するように設計され、電気エネルギ供給ユニットは、電気的に導通する様相で公共の電気供給ネットワークに接続されている。
【００６６】
本発明によるコントローラは、公共の電気供給システム（マクログリッド）への接続がない電気エネルギ供給ユニットを制御することができるが、電気エネルギ供給ユニットの公共の電気供給システムとの接続および同期は可能である。したがって、例えば、第１のエネルギ貯蔵部の第１の充てんレベルを上げるために、追加の電気エネルギを供給することが可能である。あるいは、電気エネルギ供給ユニットは、公共の電気供給ネットワークへとエネルギをもたらすことができる。電気エネルギ供給ユニットの公共の電気供給ネットワークへの接続は、公共の電気供給ネットワークから電気エネルギ供給ユニットへの電力の流れ、または反対の流れが可能であるように実行される。
【００６７】
さらなる実施形態において、コントローラは、電気エネルギ供給ユニットの動作データを記憶するためのデータメモリをさらに備える。
【００６８】
エネルギ供給ユニットの動作データは、例えば、供給源容量、余剰電力、第１の充てんレベル、負荷電力、交換電力、および／または発生部電力など、電気エネルギ供給ユニットの個々の構成要素についてのデータを含むことができる。さらに、エネルギ供給ユニットの動作データは、さらなる電気エネルギ供給ユニットによってコントローラへと伝送されるさらなる充てんレベルを含むことができる。
【００６９】
供給源容量は、電気エネルギ供給ユニットの電気エネルギ供給源によってもたらされる実際の電力である。
【００７０】
データメモリは、記憶した動作データのその後の評価またはさらなる応用を可能にする。これは、制御の最適化に関して有利である。
【００７１】
好都合な実施形態において、コントローラは、第１の見込み充てんレベルおよび／またはさらなる見込み充てんレベルの予測のための予測ユニットをさらに備える。
【００７２】
第１の見込み充てんレベルおよび／またはさらなる見込み充てんレベルを知ることで、以下で示されるように、本発明によるコントローラの動作にさらなる最適化を適用することができる。
【００７３】
コントローラのさらなる好都合な実施形態において、予測ユニットは、第１の見込み充てんレベルおよび／またはさらなる見込み充てんレベルの予測のために、データメモリからの動作データを使用する。
【００７４】
具体的には、一貫して繰り返される動作パターンの場合に、第１の見込み充てんレベルを予測するために、メモリに保存された過去の動作データを用いることが好都合である。これにより、きわめて高い精度および信頼性を達成することができる。データメモリからの動作データの使用に関して、例えばニューラルネットワークなどの学習アルゴリズムを使用することもできる。
【００７５】
コントローラを、所定の負荷パターンを認識し、公称周波数の決定においてこれらのパターンを考慮するように構成することもできる。
【００７６】
さらなる実施形態において、コントローラは、動作データ、とくにはデータメモリからの動作データを、外部のデータベースおよび／または外部のコンピュータへと伝送するための伝送ユニットをさらに備える。
【００７７】
外部のデータベースおよび／または外部のコンピュータへの動作データの伝送は、コンピュータおよび／またはデータベースが例えば請求書の作成を含む動作データのさらなる評価および／またはさらなる処理を実行することができるという利点を提供する。
【００７８】
コントローラのとくに好都合な実施形態において、公称交流電圧決定部は、第１の見込み充てんレベルおよび／またはさらなる見込み充てんレベルを考慮して公称交流電圧を決定するようにさらに構成される。
【００７９】
このようにして、現在の充てんレベルよりもむしろ予測による見込み充てんレベルが電気エネルギ供給ユニットの制御のために採用されるので、電気エネルギ供給ユニットの第１のエネルギ貯蔵部の容量の利用が改善される。
【００８０】
本発明のさらなる態様は、本発明によるコントローラと、第１のエネルギ貯蔵部と、第１の端子および第２の端子を有する交流電圧発生部とを備える電気エネルギ供給ユニットに関する。交流電圧発生部の第１の端子は、電気的に導通する様相で第１のエネルギ貯蔵部へと接続される。交流電圧発生部は、第２の端子に公称交流電圧に対応する交流電圧を生成するように設計される。
【００８１】
エネルギ貯蔵部は、電気エネルギの貯蔵部として理解されるべきである。
【００８２】
交流電圧発生部は、交流電圧を発生させることができる任意のコンバータとして理解されるべきである。
【００８３】
交流電圧の定格値は、例えば、１２０Ｖ／６０Ｈｚおよび／または２３０Ｖ／５０Ｈｚであってよい。
【００８４】
交流電圧発生部の連続出力は、１Ｗ〜１ＭＷの範囲内、具体的には１０Ｗ〜１０ＫＷ、とくには１００Ｗ〜５００Ｗ、さらにとくには２００Ｗ〜３００Ｗであってよい。
【００８５】
公共の電気供給ネットワーク（マクログリッド）への接続がない場合でも、本発明による電気エネルギ供給ユニットは、公共の電気供給ネットワークからの交流電圧に基本的に対応する交流電圧をもたらすことができる。
【００８６】
本発明による電気エネルギ供給ユニットは、たとえ専門家でなくても簡単に設置することが可能である。さらに、電気エネルギ供給ユニットを、交流電圧側で、例えば第２の端子において、電気的に導通する様相で１つ以上のさらなる電気エネルギ供給ユニットへと、並列接続された電気エネルギ供給ユニットのネットワークを構成できるように接続することができる。これは、単一の電気エネルギ供給ユニットから任意の所望の無制限の数の電気エネルギ供給ユニットまで、必要に応じてネットワークを拡張できることを意味する。
【００８７】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、第１のエネルギ貯蔵部は、本質的にＤＣ電圧である電圧をとることができる。
【００８８】
これは、やはりＤＣ電圧で動作する電気エネルギ供給ユニットの他の構成要素との相互作用を簡単にすることができる。
【００８９】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、第１のエネルギ貯蔵部は、電気化学式のエネルギ貯蔵部である。
【００９０】
電気化学式のエネルギ貯蔵部は、最も幅広いさまざまな用途の条件に合わせて多数が市販されており、したがって経済的に有利なやり方で電気エネルギ供給ユニットに使用することができる。
【００９１】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、第１のエネルギ貯蔵部は、燃料電池である。
【００９２】
燃料電池は環境にやさしく、一般にメンテナンスフリーであるため、電気エネルギ供給ユニットに好都合に使用することができる。燃料電池の稼働に必要な燃料が利用可能であれば、１００％の第１の充てんレベルをとることも可能である。
【００９３】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、第１のエネルギ貯蔵部は、充電式である。
【００９４】
これは、電気エネルギ供給ユニットがエネルギ供給源を備え、その電気エネルギを第１のエネルギ貯蔵部に貯蔵できる場合に、とくに有利である。
【００９５】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、第１のエネルギ貯蔵部は、リチウムイオン、リチウムポリマー、リチウムマンガン、リン酸鉄リチウム、リチウム−空気、チタン酸リチウム、リチウム硫黄、Ｎａ−ＮｉＣｌ、Ｎａ−Ｓ、Ｎａイオン、Ｎｉ−Ｃｄ、Ｎｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｈ２、Ｎｉ−ＭＨ、Ｎｉ−ＺＮ、および／または鉛酸型の１つ以上の一次電池を備える。
【００９６】
上述した種類の一次電池は、大量に製造され、経済的に魅力的であるため、好都合に使用することができる。
【００９７】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、第１のエネルギ貯蔵部は、メンテナンスフリーおよび／またはローメンテナンス鉛酸蓄電池である。
【００９８】
鉛酸蓄電池は、きわめて大量に、とくには周期的な負荷に向けた変種を含む多数の変種にて製造されているため、本発明による電気エネルギ供給ユニットにおいてきわめて好都合に使用することができる。さらに、鉛酸蓄電池については、その仕様がきわめて単刀直入であり、交換用の鉛酸蓄電池が容易に入手可能であるように、規格が存在する。
【００９９】
例えばＶＲＬＡ（ｖａｌｖｅ  ｒｅｇｕｌａｔｅｄ  ｌｅａｄ  ａｃｉｄ）式の制御弁式鉛酸蓄電池および／またはＳＬＡ（ｓｅａｌｅｄ  ｌｅａｄ  ａｃｉｄ）式の密閉形鉛酸蓄電池など、メンテナンスフリーまたはローメンテナンスの鉛酸蓄電池の使用により、電気エネルギ供給ユニットの保守費用がさらに低減される。
【０１００】
ＯＰｚＳ電極を有する鉛酸蓄電池が、寿命が比較的長く、したがって費用効率がきわめて高いため、使用可能である。
【０１０１】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、第１のエネルギ貯蔵部は、３〜２４個の範囲の数、とくには４、６、８、１０、１２、または２０個の直列接続された一次電池を備える。
【０１０２】
これにより、電圧を交流電圧発生部および／または電気エネルギ供給源の要件に適合させることが可能になる。
【０１０３】
さらなる実施形態において、電気エネルギ供給ユニットは、第１のエネルギ貯蔵部の第１の充てんレベルを決定するための充てんレベル検出部をさらに備えることができる。
【０１０４】
このようにして、電気エネルギ供給ユニットを、別の経路または別のやり方による第１の充てんレベルの通信から独立させることができる。種々のエネルギ貯蔵部のための充てんレベル検出部、とくには鉛酸蓄電池のための充てんレベル検出部が、知られている。
【０１０５】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、充てんレベル検出部は、第１の充てんレベルの決定時に、第１のエネルギ貯蔵部の１つ以上の動作データ変数を考慮するように構成される。
【０１０６】
このようにして、充てんレベル検出部の精度を向上させることができる。
【０１０７】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態においては、第１のエネルギ貯蔵部の動作データを、以下のグループ、すなわち第１のエネルギ貯蔵部の電圧、第１のエネルギ貯蔵部の電流バランス、第１のエネルギ貯蔵部の温度、第１のエネルギ貯蔵部の内部抵抗、および／または第１のエネルギ貯蔵部の電解質濃度から選択することが可能である。
【０１０８】
充てんレベル検出部は、第１のエネルギ貯蔵部の上述の動作データを考慮する場合、精度をさらに向上させることができる。
【０１０９】
さらなる実施形態において、電気エネルギ供給ユニットは、第１のエネルギ貯蔵部に電気的に導通する様相で接続することができる電気エネルギ供給源をさらに備える。
【０１１０】
エネルギ供給源によって、電気エネルギ供給ユニットによる電気エネルギの供給時間を延ばすことができる。
【０１１１】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、電気エネルギ供給源は、基本的にＤＣ電圧である電圧を運搬および／または生成することができる。
【０１１２】
これは、やはりＤＣ電圧で動作する電気エネルギ供給ユニットの他の構成要素との相互作用を簡単にすることができる。
【０１１３】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態においては、電気エネルギ供給源を再生可能エネルギを使用して動作させることができる。
【０１１４】
したがって、エネルギ供給源、したがって電気エネルギ供給ユニットも、例えば化石燃料の存在および／または供給とは無関係である。
【０１１５】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態においては、再生可能エネルギを、以下のグループ、すなわち太陽光発電、風力発電、水力発電、潮力発電、地熱発電、および／またはバイオエネルギから選択することができる。
【０１１６】
再生可能エネルギの上述のグループは、良好な利用可能性を示し、したがって本発明による電気エネルギ供給ユニットの電気エネルギ供給源によって好都合に使用することができる。
【０１１７】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、電気エネルギ供給源は、光起電太陽光パネルである。
【０１１８】
光起電太陽光パネルは、多種多様な型式で市販されており、魅力的な価格であり、耐久性があり、メンテナンスフリーである。
【０１１９】
さらなる実施形態において、電気エネルギ供給ユニットは、入力側において電気エネルギ供給源へと電気的に接続され、出力側において第１のエネルギ貯蔵部へと電気的に接続される電圧コンバータをさらに備える。
【０１２０】
このようにして、第１のエネルギ貯蔵部の電圧に対する電気エネルギ供給源の電圧の調整を、達成することができる。さらに、電圧コンバータによって、例えば、電気エネルギ供給源の作動点を設定することができる。
【０１２１】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、電圧コンバータは、ＤＣ電圧コンバータである。
【０１２２】
これは、やはりＤＣ電圧で動作する電気エネルギ供給ユニットの他の構成要素との相互作用を簡単にすることができる。
【０１２３】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、電圧コンバータは、電気エネルギ供給源によってもたらすことができる供給源容量が最大値を達成できるように構成される。
【０１２４】
したがって、例えばコントローラの最大電力調節部が電圧コンバータを制御および／または調節する場合に、電気エネルギ供給源によってもたらすことができる供給源容量は、その最大値を達成することができる。
【０１２５】
したがって、最大供給源容量が利用可能である場合に負荷への供給が基本的に第１のエネルギ貯蔵部よりもむしろエネルギ供給源によって行われることに鑑み、第１のエネルギ貯蔵部をできるだけ迅速に充電すること、または第１のエネルギ貯蔵部の負荷を最小にすることを達成することができる。
【０１２６】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、交流電圧発生部は、専ら第１の端子から第２の端子への一方向性のエネルギ束のために構成される。
【０１２７】
したがって、交流電圧発生部の単純かつ費用効率の高い製造が可能である。
【０１２８】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、交流電圧発生部は、ＤＣ−ＡＣ電圧コンバータである。
【０１２９】
したがって、交流電圧発生部のきわめて単純かつ費用効率の高い製造が可能である。
【０１３０】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、ＤＣ−ＡＣ電圧コンバータは、昇圧コンバータを備える。
【０１３１】
昇圧コンバータは、ＤＣ電圧を高めるためのデバイスであり、ブーストコンバータとも呼ばれる。
【０１３２】
第１のエネルギ貯蔵部の電圧および／または交流電圧発生部における交流電圧の変動を、相応に補償することができる。
【０１３３】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、ＤＣ−ＡＣ電圧コンバータは、変圧器を有するインバータを備える。
【０１３４】
このようにして、一方では電気エネルギ供給源と第１のエネルギ貯蔵部との間の電気的絶縁を保証でき、他方では交流電圧発生部の第２の端子の交流電圧を保証することができるため、電気エネルギ供給ユニットの安全性に寄与することができる。
【０１３５】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態においては、第２の端子を負荷へと接続することができる。
【０１３６】
１つ以上の負荷を電気エネルギ供給ユニットに直接接続することができ、これは、電気エネルギ供給ユニットを原理的に分散配置でき、すなわち負荷のすぐ近くに配置できるため、実用的であるばかりでなく、設置の複雑さも低減する。
【０１３７】
さらなる実施形態において、電気エネルギ供給ユニットは、入力側において電気供給ネットワークへと接続可能であり、出力側において第１のエネルギ貯蔵部へと接続される充電装置をさらに備える。
【０１３８】
充電装置は、公共の電気供給ネットワークが電気エネルギ供給ユニットに接続されている限りにおいて、第１のエネルギ貯蔵部を、エネルギ供給源からだけでなく、公共の電気供給ネットワークからも充電できるという利点を提供する。
【０１３９】
電気エネルギ供給ユニットのさらなる実施形態において、充電装置は、入力側において交流電圧発生部（５０）の第２の端子へと接続可能である。
【０１４０】
さらに後述されるように、電気エネルギ供給ユニットが電気的に導電する様相でさらなる電気エネルギ供給ユニットに接続されることで、アイランドネットワークが構成される場合には、充電装置は、アイランドネットワークから電気エネルギを引き出してこのエネルギを第１のエネルギ貯蔵部へと注入でき、結果として第１の充てんレベルを高めることができる。引き出されたエネルギに対応する量のエネルギを、例えばさらなる電気エネルギ供給ユニットからアイランドネットワークへと注入することができる。このように注入されるエネルギは、さらなる電気エネルギ供給ユニットの電気エネルギ供給源、または例えばさらなる電気エネルギ供給ユニットに接続された公共の電気供給ネットワークから由来することができる。したがって、たとえ電気エネルギ供給ユニットが専用の電気エネルギ供給源へのアクセスを持たない場合でも、電気エネルギ供給ユニットの第１のエネルギ貯蔵部の第１の充てんレベルを高めることが可能である。
【０１４１】
さらなる実施形態において、電気エネルギ供給ユニットは、定格容量を電気エネルギ供給ユニット上で利用することができる場合の交流電圧が定格電圧の９０〜９８％の領域内、とくには定格電圧の９０〜９５％の領域内、さらにとくには定格電圧の９０〜９２％の領域内にあるような大きさの内部抵抗をさらに備える。
【０１４２】
これにより、電気的に導通する様相で互いに相互接続された複数の電気エネルギ供給ユニット間の受動的な負荷分散が可能になる。同時に、例えば定格電圧の±１０％のマージンなど、適用規格で定義された電圧範囲への準拠が保たれる。
【０１４３】
内部抵抗を、例えば交流電圧のｒ．ｍ．ｓ．値が交流電圧発生部の電流出力に対して制御されるように模擬することができる。これは、たとえ第２の端子において観察される内部抵抗が比較的大きくても、電気エネルギ供給ユニットの効率がきわめて高い点で好都合である。
【０１４４】
さらなる実施形態において、電気エネルギ供給ユニットは、積み重ね可能なハウジングをさらに備える。
【０１４５】
したがって、本発明による複数の電気エネルギ供給ユニットを、きわめて簡単かつ省スペースのやり方で１つの場所に設置し、あるいは立ち上げることが可能である。
【０１４６】
具体的には、ハウジングは、下面および／または上面の領域に構造的特徴を備え、とくには少なくとも１つの突起、凹部、および／または切り欠きを備える。下面は、具体的には、とくには水平な向きをとるエネルギ供給ユニットのハウジングの固定表面である。上面は、典型的には、下面と同一平面上の位置に配置されるハウジングの面である。
【０１４７】
この種の構造的特徴は、地面におけるハウジングの滑りを防止することができる。さらに、複数の電気エネルギ供給ユニットの確実な積み重ねを達成することができる。
【０１４８】
とくに好ましい構成において、ハウジングの下面は少なくとも１つの構造的特徴を備え、上面は少なくとも１つのさらなる構造的特徴を備える。好都合には、下面の少なくとも１つの構造的特徴は、上面の少なくとも１つの構造的特徴に対して相補的な態様で構成される。具体的には、２つの電気エネルギ供給ユニットを積み重ねるとき、電気エネルギ供給ユニットのハウジングの上面の例えば突起などの少なくとも１つの構造的特徴は、さらなる電気エネルギ供給ユニットのハウジングの下面の例えば凹部などの少なくとも１つの構造的特徴と係合する。
【０１４９】
したがって、電気エネルギ供給ユニットをきわめて確固かつ安定な様相で積み重ねることができる。
【０１５０】
さらに、本発明は、本発明による電気エネルギ供給ユニットと、本発明による少なくとも１つのさらなる電気エネルギ供給ユニットとを備えており、電気エネルギ供給ユニットおよびさらなる電気エネルギ供給ユニットは、電気的に導通する様相で互いに相互接続されている電気エネルギ供給システムに関する。具体的には、さらなる電気エネルギ供給ユニットは、本発明による電気エネルギ供給ユニットである。
【０１５１】
本発明による電気エネルギ供給システムにおいては、事前の用途ごとの設計を必要とすることなく、任意の所望のアイランドシステム（マイクログリッド）を構成することができる。本発明による電気エネルギ供給システムによって構成されるアイランドシステムは、不必要に高い投資コストを回避できるように、必要に応じた拡張が可能である。本発明による電気エネルギ供給ユニットの追加による拡張のたびに、既存のすべての電気エネルギ供給ユニットは使用可能なままである。したがって、各々の拡張を、分散的なやり方で任意の所望の場所に組み込むことができる。また、当初は別々に運転されるアイランドシステムを、好ましい後の時点において相互接続することができ、したがって、より大きなアイランドシステムを構成するように組み合わせることが可能である。このようにして、あらゆる点で、本発明によるアイランドシステムまたは電気エネルギ供給システムは、きわめて柔軟性があり、費用効果が高い。さらに、電気エネルギ供給システムの１つの電気エネルギ供給ユニットが故障しても、電気エネルギ供給システム全体の故障につながることはなく、したがってきわめて高い信頼性および可用性を達成することができる。
【０１５２】
電気エネルギ供給システムの電気エネルギ供給ユニットを、電気エネルギ供給ユニットの交流電圧発生部の第２の端子を介して電気的に導通する様相で接続することができる。
【０１５３】
電気エネルギ供給システムのさらなる実施形態において、電気エネルギ供給ユニットおよびさらなる電気エネルギ供給ユニットは、並列に互いに電気的に相互接続される。
【０１５４】
したがって、本発明による電気エネルギ供給システムの設置は、きわめて容易である。
【０１５５】
本発明のさらなる目的は、本発明の電気エネルギ供給ユニットを制御するための方法であって、以下のステップ、すなわちａ）電気エネルギ供給ユニットの第１のエネルギ貯蔵部の第１の充てんレベルおよび／またはさらなる電気エネルギ供給ユニットのさらなるエネルギ貯蔵部のさらなる充てんレベルを考慮して公称交流電圧を決定するステップと、ｂ）公称交流電圧を電気エネルギ供給ユニットの交流電圧発生部へと伝送するステップとを含む方法である。
【０１５６】
コントローラおよび電気エネルギ供給ユニットは、とくには上述したように定められる。具体的には、本発明による方法において、コントローラおよび電気エネルギ供給ユニットの動作の態様に関連して説明したステップおよび／または機能が実行される。
【０１５７】
電気エネルギ供給ユニットを制御するための本発明による方法によって、中央コントローラが存在しなくても、複数の電気エネルギ供給ユニットを制御することが可能である。
【０１５８】
本発明の実施形態のさらなる好都合な形態および特徴の組み合わせは、以下の詳細な説明および特許請求の範囲の全体から明らかになる。
【０１５９】
例示的な実施形態の説明に使用される図面は、以下のとおりである。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【図１】本発明によるコントローラを示している。
【図２】公称周波数の第１の充てんレベルに対する関係を示している。
【図３】公称周波数の余剰電力に対する関係を示している。
【図４】公称ｒ．ｍ．ｓ．値の充てんレベル差に対する関係を示している。
【図５】さらなるコントローラを示している。
【図６】本発明による電気エネルギ供給ユニットを示している。
【図７】第１の拡張された電気エネルギ供給ユニットを示している。
【図８】第２の拡張された電気エネルギ供給ユニットを示している。
【図８Ａ】図８の実施形態に対して、充電装置の入力側電力リンクが交流電圧発生部の第２の端子に接続されている相違例を示している。
【図９】昇圧コンバータと変圧器を有するインバータとを備える交流電圧発生部を示している。
【図１０】電気エネルギ供給システムを示している。
【図１１】電気エネルギ供給ユニットのハウジングを示している。
【０１６１】
原則として、同一の構成要素は、図面において同じ参照番号によって識別される。
【発明を実施するための形態】
【０１６２】
図１は、電気エネルギ供給ユニットのための本発明によるコントローラ１０を示している。稼働時に、コントローラ１０は、コントローラ１０から電気エネルギ供給ユニットへと動作データを伝送することが可能であり、その逆も可能であるように、信号接続によって電気エネルギ供給ユニットに接続される。コントローラ１０の電気エネルギ供給ユニットとの信号接続は、データ信号伝送機能の要件を超える量の電気エネルギを伝送するようには設計されていない。コントローラ１０の電気エネルギ供給ユニットとの信号接続を、信号線の形態で構成することができ、あるいは光または無線で実行することができる。コントローラ１０は、稼働時に電気エネルギ供給ユニットの第１のエネルギ貯蔵部の第１の充てんレベル４１が伝送される第１の充てんレベル入力部１１を備える。さらなる電気エネルギ供給ユニットの随意によるさらなるエネルギ貯蔵部のさらなる充てんレベル１４１が、コントローラ１０のさらなる充てんレベル入力部１２へと伝送される。さらに、コントローラ１０は、公称交流電圧出力部１５を有する公称交流電圧決定部１３を備える。コントローラ１０の両方の入力部、すなわち第１の充てんレベル入力部１１およびさらなる充てんレベル入力部１２は、公称交流電圧決定部１３に接続されている。稼働時に、公称交流電圧出力部１５は、公称交流電圧決定部１３によって決定された公称交流電圧１４が電気エネルギ供給ユニットの交流電圧発生部へと伝送されるように、電気エネルギ供給ユニットの交流電圧発生部に接続される。公称交流電圧決定部１３は、第１の充てんレベル４１および／またはさらなる充てんレベル１４１を考慮して、公称交流電圧１４を決定する。稼働時に、交流電圧発生部は、公称交流電圧１４に対応する交流電圧を発生させ、そのような交流電圧を、例えば電気エネルギ供給ユニットに接続された負荷にとって利用可能にする。
【０１６３】
図２は、公称交流電圧決定部１３が、第１の充てんレベル４１に対する公称交流電圧１４の公称周波数１６を決定する動作状態における一実施形態を示している。図２は、５０Ｈｚの定格周波数における例示的な値を示している。６０Ｈｚの定格周波数（図示せず）に関しては、この５０Ｈｚについての例示的な値から、例えば線形なやり方で、値を外挿することが可能である。５０Ｈｚの定格周波数および０％の第１の充てんレベルにおいて、公称交流電圧決定部１３は、４５．５Ｈｚの公称周波数１６を有する公称交流電圧１４を決定する。１００％の第１充てんレベル４１において、公称交流電圧決定部１３は、定格周波数に対応する５０Ｈｚの公称周波数１６を有する公称交流電圧１４を決定する。公称周波数１６は、第１の充てんレベル４１に対して一定かつ線形なやり方で高くなる。
【０１６４】
図３は、公称交流電圧決定部１３が、１００％の充てんレベルにおいて、余剰電力８１に対する公称交流電圧１４の公称周波数１６を決定する動作状態における一実施形態を示している。図３は、５０Ｈｚの定格周波数における例示的な値を示している。６０Ｈｚの定格周波数（図示せず）においては、この５０Ｈｚについての例示的な値から、例えば線形なやり方で、値を外挿することが可能である。５０Ｈｚの定格周波数および０％の余剰電力８１において、公称交流電圧決定部１３は、定格周波数に対応する５０Ｈｚの公称周波数１６を有する公称交流電圧１４を決定する。１００％の余剰電力８１において、公称交流電圧決定部１３は、５２Ｈｚの公称周波数１６を有する公称交流電圧１４を決定する。公称周波数１６は、余剰電力８１に対して一定かつ線形なやり方で高くなる。
【０１６５】
図２に示した第１の充てんレベル４１に対する公称周波数１６の関係、および（１００％の充てんレベルにおける）図３に示した余剰電力８１に対する公称周波数１６の関係は、具体的には、本発明によるコントローラ１０を有する電気エネルギ供給ユニットが、稼働時に、負荷のみに接続され、さらなる電気エネルギ供給ユニットには接続されておらず、公共の電力供給ネットワークにも接続されていない場合に、公称交流電圧決定部１３によって使用される。この動作状態において、公称交流電圧１４の公称ｒ．ｍ．ｓ．値は、電気エネルギ供給ユニットによってもたらされる容量が電気エネルギ供給ユニットへと接続される負荷の容量に基本的に対応するように、公称交流電圧決定部１３によって決定される。
【０１６６】
コントローラ１０と電気エネルギ供給ユニットとの間の信号接続とは反対に、電気エネルギ供給ユニットと電気エネルギ供給ユニットに接続された負荷との間の導電性の接続は、電気エネルギの伝送用に設計された電力リンクである。同様に、電気エネルギ供給ユニットとさらなる電気エネルギ供給ユニットとの間、または電気エネルギ供給ユニット全般の間の接続は、常に電力リンクである。電力リンクを、エネルギの伝送に加えて、データ信号の伝送にも使用することができる。
【０１６７】
さらに、さらなる電気エネルギ供給ユニットが存在する場合、２つの電気エネルギ供給ユニットの２つのエネルギ貯蔵部は、必ずしも同じ充てんレベルをとらなくてもよい。電気エネルギ供給ユニットの第１のエネルギ貯蔵部の第１の充てんレベル４１は、さらなる電気エネルギ供給ユニットのさらなるエネルギ貯蔵部のさらなる充てんレベル１４１と異なっていてもよい。したがって、２つの公称交流電圧決定部が、２つの電気エネルギ供給ユニットについて異なる公称周波数を決定することができ、例えば、電気エネルギ供給ユニットのコントローラ１０の公称交流電圧決定部１３が、さらなる電気エネルギ供給ユニットのさらなる公称周波数とは異なる公称周波数１６を決定する。異なる公称周波数で動作するそのような電気エネルギ供給ユニットが、例えば並列回路の形態で、電気的に導通する様相で相互接続されたならば、望ましくない動作状態が生じると考えられる。これを回避するために、一方の電気エネルギ供給ユニットが、他方の電気エネルギ供給ユニットに同期される。例えば、コントローラ１０は、さらなる電気エネルギ供給ユニットのさらなる交流電圧発生部のさらなる交流電圧のさらなる周波数から、さらなるエネルギ貯蔵部のさらなる充てんレベルを決定するように構成される。この目的のために、電気エネルギ供給ユニットのコントローラ１０は、信号接続を介してさらなる電気エネルギ供給ユニットのさらなる交流電圧発生部のさらなる交流電圧に接続される。しかしながら、この時点で、電気エネルギ供給ユニットの交流電圧発生部の交流電圧は、望ましくない動作状態が防止されるように、電力リンクを介してさらなる電気エネルギ供給ユニットのさらなる交流電圧発生部のさらなる交流電圧にまだ接続されていない。公称交流電圧決定部１３は、今やさらなる充てんレベル１４１に対して公称周波数１６を決定する。結果として、電気エネルギ供給ユニットは、今やさらなる電気エネルギ供給ユニットのさらなる交流電圧のさらなる周波数と基本的に一致する周波数で交流電圧を生成する。やはり今や、２つの交流電圧発生部の２つの交流電圧を、望ましくない動作状態を発生させることなく、例えば並列回路の形態で、電力リンクを介して電気的に導通する様相で互いに相互接続することが可能である。
【０１６８】
あらゆる時点において、本発明によるコントローラ１０は、交流電圧のゼロ交差が、同じ周波数で同時に発生することを保証する。
【０１６９】
図４は、公称交流電圧１４の公称ｒ．ｍ．ｓ．値１９が、第１の充てんレベル４１からさらなる充てんレベル１４１を引き算して計算される充てんレベル差２０に対して決定される動作状態における一実施形態を示している。この動作状態は、電気エネルギ供給ユニットがさらなる電気エネルギ供給ユニットに、例えば電気エネルギ供給ユニットとさらなる電気エネルギ供給ユニットとの並列回路構成の形態で、電力リンクを介して電気的に導通する様相で接続される場合に生じ得る。充てんレベル差２０がゼロに等しい特定の場合（図４における軸の交点）においては、公称交流電圧の公称ｒ．ｍ．ｓ．値１９が、上述したように、電気エネルギ供給ユニットからの電力の出力がそれぞれの電気エネルギ供給ユニットに接続された負荷を基本的に担当するように決定される。充てんレベル差２０が正の値をとる場合、すなわち第１の充てんレベル４１がさらなる充てんレベル１４１よりも大きい場合、電気エネルギ供給ユニットの公称交流電圧の公称ｒ．ｍ．ｓ．値１９が増やされ（図４の右半分）、負荷に変化がないならば、さらなる電気エネルギ供給ユニットのさらなる公称交流電圧のさらなる公称ｒ．ｍ．ｓ．値が対応して減らされる（図４の左半分を参照）。結果として、より高い充てんレベルを有する電気エネルギ供給ユニットの負荷が増大する一方で、より低い充てんレベルを有する電気エネルギ供給ユニットから負荷が軽減される。電気エネルギ供給ユニットの挙動は、「相互支援的」である。これにより、両方の充てんレベルが等しくなるような時点まで、第１の（高い方の）充てんレベル４１がより速く低下する一方で、さらなる（低い方の）充てんレベル１４１は、よりゆっくりと低下し、あるいは全く低下せず、場合によっては上昇する。したがって、充てんレベル差は、最終的にゼロに達するまで、時間とともに減少する。このように、さらなるエネルギ供給ユニットのさらなるコントローラは、あたかも負荷にのみ接続されており、さらなるエネルギ供給ユニットには接続されていないかのように動作し、さらなる充てんレベル１４１に従ってさらなる公称周波数を変化させる。これは、時間とともに、充てんレベル、すなわち第１の充てんレベル４１およびさらなる充てんレベル１４１が等しくなるだけでなく、公称周波数、すなわち第１の公称周波数１６およびさらなる公称周波数も等しくなることを意味する。
【０１７０】
図５は、最大電力調節部１７を有する本発明によるコントローラ１０の一実施形態を示している。電気エネルギ供給ユニットの電気エネルギ供給源から、稼働時に、実際の供給源容量８２が、コントローラ１０の構成要素実供給源容量入力部３３を介して最大電力調節部１７へと伝送される。最大電力調節部１７は、エネルギ供給源によってもたらされる供給源容量がその最大値を達成するように、コントローラ１０の構成要素公称供給源容量出力部３４における公称供給源容量８３を変化させる。電気エネルギ供給源に応じて、最大電力調節部１７の公称供給源容量出力部３４を、信号接続を介して電気エネルギ供給ユニットの電圧コンバータへと接続することができ、電圧コンバータは、電気エネルギ供給源の最大供給源容量のための必要な電圧および電流を設定することができる。
【０１７１】
図５は、余剰電力８１を公称交流電圧発生部１３へと伝送できるように、信号接続を介して公称交流電圧発生部１３に接続された余剰電力入力部１８を有しているコントローラ１０の一実施形態をさらに示している。
【０１７２】
特定の実施形態においては、余剰電力８１を、最大電力調節部１７によって決定し、破線の形態の余剰電力信号接続３５によって示されているように、最大電力調節部１７によって公称交流電圧発生部１３へと伝送することができる。最大電力調節部１７が、公称供給源容量出力部３４における公称供給源容量を、エネルギ供給源によってもたらされる供給源容量が最大可能容量に対応せず、むしろより小さい容量に対応するように調節する場合、余剰電力が生じる可能性がある。
【０１７３】
図５は、負荷電力２２を公称交流電圧発生部１３へと伝送できるように、公称交流電圧発生部１３に接続された負荷電力入力部２１を有しているコントローラ１０の一実施形態をさらに示している。コントローラ１０は、発生部電力２４を公称交流電圧発生部１３へと伝送できるように、公称交流電圧発生部１３に接続された発生部電力入力部２３をさらに備える。
【０１７４】
図５は、公称周波数１６および公称ｒ．ｍ．ｓ．値１９を有する公称交流電圧１４を公称交流電圧出力部１５において利用することができるコントローラ１０の一実施形態をさらに示している。
【０１７５】
さらに、図５は、交換電力２６を回路遮断器２７へと伝送できるように、信号接続を介して回路遮断器２７（開状態で示されている）に接続された交換電力入力部２５を有するコントローラ１０の一実施形態を示している。同様に、第１の所定の充てんレベルしきい値２８および第２の所定の充てんレベルしきい値２９を、回路遮断器２７に伝送することができる。回路遮断器２７は、電気エネルギ供給ユニットとさらなる電気エネルギ供給ユニット（図示されていないが、オンの状態）との間の電力リンク（太線で示されている）を構成することができる。回路遮断器２７が閉じている状態で、電気エネルギ供給ユニットがさらなる電気エネルギ供給ユニットから電気交換電力２６を取り出し、それでもなお第１の充てんレベル４１が低下して、第１の所定の充てんレベルしきい値２８に達し、あるいは第１の所定の充てんレベルしきい値２８を下回る場合、電気エネルギ供給ユニットにおける負荷の不良が想定され、回路遮断器２７がトリップする。これは、さらなる電気エネルギ供給ユニットの不必要なさらなる負荷を回避するために、電気エネルギ供給ユニットが犠牲にされることを意味する。回路遮断器２７が閉じている状態で、電気エネルギ供給ユニットがさらなる電気エネルギ供給ユニットへと電気交換電力２６をもたらし、第１の充てんレベル４１が低下して、第２の所定の充てんレベルしきい値２９に達し、あるいは第２の所定の充てんレベルしきい値２９を下回る場合、さらなる電気エネルギ供給ユニットにおける負荷の不良が想定され、回路遮断器２７がトリップする。これは、さらなる電気エネルギ供給ユニットからの不必要なさらなる負荷を防止するために、電気エネルギ供給ユニットが自身を保護することを意味する。
【０１７６】
さらなる実施形態においては、図５に示されるように、上述のエラー状態をインジケータ３６によって表すことができ、インジケータ３６は、例えば、とくにはＬＥＤなどの点滅光、緑色から黄色または赤色への光の色変化、ならびに／あるいは例えばピー音などの音響信号によって、視覚および／または音による警報信号を生成する。
【０１７７】
エラー状態がユーザによって解消されると、回路遮断器２７を再び閉じることができるように、当該ユーザがコントローラ１０に確認を入力することができる。
【０１７８】
図５は、データメモリ３０、予測ユニット３１、および／または伝送ユニット３２を有するコントローラ１０の実施形態をさらに示している。データメモリ３０、予測ユニット３１、および／または伝送ユニット３２は、従来からのデバイスであってよい。データメモリは、公称交流電圧決定部１３へととくには信号接続を介して接続され、動作データへとアクセスし、動作データの記憶を可能にする。伝送ユニット３２は、データメモリへととくには信号接続を介して接続される。予測ユニット３１は、データメモリへととくには信号接続を介して接続され、第１の見込み充てんレベル４２を公称交流電圧決定部１３へともたらす。
【０１７９】
図６は、本発明による電気エネルギ供給ユニット１を示している。例えばＶＲＬＡ式の制御弁式鉛酸蓄電池である第１のエネルギ貯蔵部４０が、電気的に導通する様相で交流電圧発生部５０の第１の端子５１へと電力リンク（太線で示されている）を介して接続される。本発明によるコントローラ１０の公称交流電圧出力部１５が、交流電圧発生部５０へと信号接続（細線で示されている）を介して接続され、交流電圧発生部５０は、公称交流電圧１４に従って交流電圧５４を第２の端子５２へともたらし、第２の端子５２には、負荷（図示せず）またはさらなるエネルギ供給ユニット（図示せず）を電力リンク（太線で示されている）を介して接続することができる。
【０１８０】
第１のエネルギ貯蔵部４０を、第１の充てんレベル４１をコントローラ１０に伝送するように構成することができる。
【０１８１】
随意によるさらなる充てんレベル１４１を、例えば、さらなる電気エネルギ供給ユニットから伝送ユニット３２（図５を参照）によってコントローラ１０の公称交流電圧決定部１３（図５を参照）へと伝送することができる。
【０１８２】
図７は、充てんレベル検出部４５を有する電気エネルギ供給ユニット１の一実施形態を示している。信号接続（細線で示されている）を介して、充てんレベル検出部４５は、エネルギ貯蔵部４０から動作データを入手し、コントローラ１０へと伝送される第１の充てんレベル４１を決定することができる。
【０１８３】
図７は、例えば光起電太陽光パネルである電気エネルギ供給源８０を有している電気エネルギ供給ユニットの一実施形態をさらに示している。電気エネルギ供給源８０は、電力リンク（太線で示されている）を介して第１のエネルギ貯蔵部４０に接続されている。
【０１８４】
図８は、エネルギ供給源と第１のエネルギ貯蔵部４０との間に配置され、信号接続を介してコントローラ１０の最大電力調節部１７（図５を参照）に接続され得る電圧コンバータ９０を有する電気エネルギ供給ユニット１の一実施形態を示している。
【０１８５】
図８は、一方側において電力リンク（太線で示されている）を介して第１のエネルギ貯蔵部４０に接続され、他方側において電力リンク（太線で示されている）を介して公共の電気供給ネットワークに接続された充電装置４３を有する電気エネルギ供給ユニットの一実施形態をさらに示している。
【０１８６】
図８Ａに示される実施形態は、充電装置４３の入力側電力リンク（太線で示されている）が交流電圧発生部５０の第２の端子５２に接続されている点においてのみ、図８に示した実施形態から相違する。さらに、公共の電気供給ネットワークが第２の端子５２に接続されている場合、充電装置４３も、第２の端子を介して公共の電気供給ネットワークに接続される。
【０１８７】
図９は、昇圧コンバータと、変圧器を有するインバータとを備える交流電圧発生部の一実施形態を示している。
【０１８８】
エネルギ供給ユニット１は、例えば、全体がハウジングに収容され、ハウジングは、ソケット差し込み口およびジャックなどの対応する外部からアクセス可能なプラグインコネクタを有する。
【０１８９】
図１０は、本発明による電気エネルギ供給ユニット１と、本発明によるさらなるエネルギ供給ユニット１０１とを備える電気エネルギ供給システム２の一実施形態を示している。両方のエネルギ供給ユニット１、１０１は、例えば並列回路構成の形態で、電気的に導通する様相で電力リンクを介して接続される。さらなる電気エネルギ供給ユニット１０１の本発明によるさらなるコントローラ１１０は、実施形態の種々の形態にて図５に示したコントローラ１０と同一であってよい。図１０では、場所の関係で、さらなるコントローラ１１０におけるさらなる電気エネルギ供給ユニット１０１のさらなる見込み充てんレベル１４２が示されているが、図５に示した詳細な関係は示されていない。
【０１９０】
図１１は、電気エネルギ供給源を除く電気エネルギ供給ユニットのすべての構成要素が収容される積み重ね可能な直方体ハウジング９５の一実施形態を示している。具体的には、下面９７の領域において、ハウジングは、２つの直方体形状の凹部９８を備える。上面９６には、凹部９８に一致する突起９９が設けられている。ハウジングは、図示されていないがソケット差し込み口およびジャックの形態の電力端子をさらに備える。
【０１９１】
本発明の文脈において、実施形態の上述の形態を、所望に応じて変更することができる。
【０１９２】
例えば、図１０に示したエネルギ供給システム２を、３つ以上の電気エネルギ供給ユニットで構成してもよく、さらには／あるいは異なる電気エネルギ供給ユニットで構成してもよい。第１のエネルギ貯蔵部４０を、複数の異なっていてもよいエネルギ貯蔵部で構成してもよい。例えば、アキュムレータと燃料電池とを組み合わせて、エネルギ貯蔵部を構成することができる。
【０１９３】
また、単一の電気エネルギ供給源８０よりもむしろ、複数の異なっていてもよいエネルギ供給源を設けることも考えられる。したがって、例えば、エネルギ生成の気象条件への依存を軽減するために、光起電太陽光パネルを風力タービンと組み合わせることができる。
【０１９４】
要約すると、本発明によるコントローラが、電気エネルギ供給ユニットのきわめて好都合かつ適切な制御を可能にすることを、認めることができる。この種のコントローラを有するエネルギ供給ユニットは、複雑な設置または較正作業を必要とせずに、簡単かつ柔軟なやり方で相互に組み合わせることが可能である。これにより、公共の電力供給ネットワークとは独立に利用可能にすることができ、変化する要件に柔軟なやり方で適合させることができる単純かつ安全な電気エネルギ供給を提供することが可能になる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図８Ａ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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