[发明专利]用于储存对起动和调整电气系统有用的能量的储存系统

说明书

技术领域

本发明被包括在能量蓄积和利用设备的技术领域中，其可用于运动设备中、或者由于别的原因冗余地用于电气系统中，在更少的时间内、即以高功率传送所述能量，从而，所述能量能够用于例如起动和调整电气系统，起动和调整电气系统的特征是在很短时间内需要大量的能量。该系统还能够在短时间跨度内、即以高功率吸收所述能量。

背景技术

在电气系统中的能量的蓄积是非常重要的，因为借助其应用优化了起动过程，以便由此减少该过程的功率消耗。

因此认为借助能量储存系统优化起动过程将带来相当大的经济方面和环境方面的节省。

以高能量和功率密度以及高输出的方式储存能量是当前正在进行的研究的主要领域中的一个。寻求的是借助尽可能低的重量和体积尽最大可能地蓄积能量，以及适合于每个应用的装载和卸载时间。

现今存在的最常见的储存系统如下：

液流电池（再生的燃料电池），其中可逆的燃料电池借助于当电解质流动通过电池的膜时发生的电化学反应储存以及释放电。

可再充电电池，其包括高温NaS电池以及锂离子（Li-ion）电池，其中，高温NaS电池包含由固体陶瓷电解质隔离的液体硫和钠，锂离子（Li-ion）电池包含由包含锂盐的电解质隔离的金属氧化物和碳元素。

超级电容器，其包括两个相反极性的电极，所述两个电极由电解质隔离，在每个电极板的表面上储存等量的相反电荷，并且在放电过程中产生电流。

氢储存，据此，将水电解为以压缩状态储存的氢（和氧），并且当需要时，借助燃料电池或发动机使用氢产生能量。

还有一种借助使用由合成物制造的盘簧的弹性能量蓄积系统，如在专利申请EP-A-2097655（弹性动力能量蓄积器-调整器）中所描述的，其与电力风力发电机、车辆和无间断电力供应系统有关。

大部分的电气系统中存在有在起动过程中的高消耗的缺点。

例如，起动电机通常需要消耗大量的电能，以及额外地需要不得不产生大的扭矩来克服处于待用状态的马达中的抗性惯性，这在所述期间消耗了数倍的名义工作强度并导致马达变得过热。存在带有下降的电压的起动系统，例如星形三角起动器、自耦变压器起动器、一次电路电阻（primary resistance）起动器或软起动器。虽然所述系统允许改进前面提到的问题，但结果不是最好的，引入这些正在制造中的系统所增加的是低输出、高消耗、电动马达劣化、控制困难和过高的成本。

另一个例子是大型电力设施的应急发电系统：从切断电力时直至起动备用发电机经过了很小的时间，在这段时间里没有电力供应。这在医院、机场等处可能成为巨大的缺陷。能够在短时间内供应小量的能量并且不会在起动马达时有无用的能量消耗的系统可以解决该缺陷。

同样的情况发生在例如车辆中：通常，由于整个质量的必要的加速度，故而在起动过程中大量的能量是必要的。此外，如果车辆是电动的，对于用于起动马达的更大量的能量的需要与这个效果相结合。

促成解决这些问题也使得改进电流能量调整系统成为可能，电流能量调整系统当在与它们相连的系统中缺少能量时向其提供能量，并且当与它们相连的系统中存在过剩能量时它们从其上吸收能量：例如描述的简单和低成本的系统，其能够在短时间内、即以高功率传送和吸收在工业意义上显著量的能量，在调整方面具有即时的和有利的应用。

通过使用制造为带有高的弹性能量吸收和传送能力的盘簧（例如，聚合物基体和碳、玻璃纤维增强材料等的合成物等，当然下面还会提供更多的示例），对于相当大的转数，传输高的机械扭矩是可能的。这允许在起动的必要条件下提供能量。

上述的能量蓄积系统具有缺陷，例如高成本、不理想的能量效率、有限的操作安全性和/或相当短的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于通过一种用于储存对起动和调整电气系统有用的能量的储存系统克服上面描述的现有技术领域中的缺陷，该系统包括：

能量储存设备，该能量储存设备包括至少一个盘簧，该至少一个盘簧容置在壳体中并设置在旋转轴中，以便当旋转轴在张紧盘簧的第一加载方向上旋转时储存机械能，并且当旋转轴在与第一方向相反的使盘簧卸载的第二方向上旋转时释放储存在盘簧中的机械能；

加载装置，该加载装置用以将由马达产生的机械能传送至能量储存设备；

已储存能量的卸载装置，该已储存能量的卸载装置用以将储存在能量储存设备中的能量传输至发电装置；以及

控制装置，该控制装置一方面与加载装置连接、与卸载装置连接以及与储存设备连接，另一方面与控制系统连接；