JP2012500166A

JP2012500166A - エレベータの電力システムにおける複数の供給源からの電力の管理

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Publication number: JP2012500166A
Application number: JP2011522947A
Authority: JP
Inventors: オッジアーヌ，ステラ，エム．; ブラスコ，ウラディミール; ソーントン，ロバート，ケー．; ヴェロネージ，ウィリアム，エー．; チェン，リー
Original assignee: Otis Elevator Co
Current assignee: Otis Elevator Co
Priority date: 2008-08-15
Filing date: 2008-08-15
Publication date: 2012-01-05
Also published as: EP2326586A1; BRPI0823032A2; EP2326586B1; EP2573033B1; CN102123927B; RU2495813C2; ES2492715T3; CN102123927A; EP2573033A1; KR20110042359A; US20110147130A1; HK1159590A1; WO2010019126A1; ES2401600T3; US8590672B2; RU2011102346A; KR101242537B1

Abstract

エレベータの巻上モータ１２、１次電源２０および電気エネルギ貯蔵（ＥＥＳ）システム３２を有したエレベータシステムにおいて、電力が管理される。エレベータの巻上モータの電力要求が判断され、電気エネルギ貯蔵システムの充電状態（ＳＯＣ）が決定される。巻上モータ、１次電源および電気エネルギ貯蔵システムの間の電力が、巻上モータの電力要求および電気エネルギ貯蔵システムの充電状態に基づいて制御される。

Description

本発明は、電力システムに関し、特に、エレベータシステムの電力要求に取り組むために、複数の供給源から電力を管理するシステムに関する。

なお、本発明の関連出願として、ＳｔｅｌｌａＭ．Ｏｇｇｉａｎｕ、ＲｏｂｅｒｔＫ．Ｔｈｏｒｎｔｏｎ、ＶｌａｄｉｍｉｒＢｌａｓｋｏ、ＷｉｌｌｉａｍＡ．Ｖｅｒｏｎｅｓｉ、ＬｅｉＣｈｅｎ、ＤａｒｙｌＪ．Ｍａｒｖｉｎによってオーチス・エレベータ・カンパニーから、米国で本願の基礎出願と同日に出願された「ＭａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆＰｏｗｅｒｆｒｏｍＭｕｌｔｉｐｌｅＳｏｕｒｃｅｓｉｎａｎＥｌｅｖａｔｏｒＰｏｗｅｒＳｙｓｔｅｍ」という題名の米国特許出願がある。

エレベータを作動するための電力要求は、外部（例えば、商用電力）から生成された電力が用いられる正（力行）と、モータが発電機として電気を生成するようにエレベータの負荷がモータを駆動する負（回生）との間の範囲内で変化する。一般に、発電機として電気を生成するようにモータを使用することは、回生と呼ばれている。通常のシステムでは、回生エネルギがエレベータシステムの他の構成要素へ供給されないか、もしくは商用電力網に戻されない場合には、回生エネルギは、ダイナミックブレーキ抵抗または他の負荷を介して放散される。この構成では、電力条件がピークに達しているとき（例えば、２つ以上のモータが同時に起動するとき、または要求が高い期間の間）でさえも商用電力がエレベータシステムへ電力を供給するという要求の全てが残されたままである。したがって、商用電力から電力を供給するエレベータシステムの構成要素の大きさは、コストを増加させるとともに空間を必要とし得るピーク時の電力要求に適応するような大きさとする必要がある。また、回生エネルギが放散されない場合は、電力システムの効率が低下する。

さらに、エレベータドライブシステムは、一般に、電源からの特定の入力電圧範囲にわたって作動するように設計されている。ドライブの構成要素は、電源が設計入力電圧範囲にある間、ドライブを連続して作動させることが可能な定格電圧および定格電流を有している。通常のシステムでは、商用電圧が低下したときに、エレベータシステムが故障する。また、通常のシステムでは、商用電源の停電が生じたとき、または電力の質が乏しい条件にあるときに、エレベータは、電源が公称運転に戻るまでエレベータ昇降路内の階床間で立ち往生する。

エレベータドライブシステムは、２次電源を組み込むことができ、該２次電源は、電力要求が正の期間の間には、エレベータの巻上モータへ補助的な電力を供給し、電力要求がゼロまたは負の期間の間には、商用電源および／またはエレベータの巻上モータから電力を貯蔵するように制御される。例えば、田島（Ｔａｊｉｍａ）等によって出願された特許文献１において、電力貯蔵装置と、充電目標値（例えば、時刻に基づいた充電値）に基づいて電力貯蔵装置の充電および放電の動作を制御するためのコントローラとを有したエレベータドライブシステムが説明されている。しかし、この形式のコントローラは、エレベータドライブシステムの将来のエネルギ要求を判断する直接的な方法を提供しておらず、電力貯蔵装置の充電上限値および充電下限値を制御していない。

米国特許第６，４３１，３２３号明細書

本発明は、エレベータの巻上モータ、１次電源および電気エネルギ貯蔵（ＥＥＳ）システムを有したエレベータシステムのエネルギの管理に関する。エレベータの巻上モータの電力要求が判断され、電気エネルギ貯蔵システムの充電状態（ＳＯＣ）が決定される。巻上モータ、１次電源および電気エネルギ貯蔵システムの間で交換される電力が、巻上モータの電力要求および電気エネルギ貯蔵システムの充電状態に基づいて制御される。

複数の供給源から電力を管理するためのコントローラを有したエレベータの電力システムを概略的に示した図である。１次電源および電気エネルギ貯蔵システムが取り組むエレベータの巻上モータの要求の割合を制御するための電気エネルギ貯蔵（ＥＥＳ）システム用コントローラのブロック図である。エレベータの巻上モータ、１次電源および電気エネルギ貯蔵（ＥＥＳ）システムの間で交換される電力を管理するためのプロセスを示したフローチャートである。電気エネルギ貯蔵システムの充電状態（ＳＯＣ）の関数として、電気エネルギ貯蔵システムが取り組む電力要求の割合を示したグラフである。

図１には、電力システム１０が概略的に示されており、該電力システム１０は、１次電源２０、電力コンバータ２２、電力バス２４、平滑コンデンサ２６、電力インバータ２８、電圧調整器３０、電気エネルギ貯蔵（ＥＥＳ）システム３２、電気エネルギ貯蔵システム用コントローラ３４およびドライブコントローラ３６を備えている。電力コンバータ２２、電力バス２４、平滑コンデンサ２６および電力インバータ２８は、回生ドライブ２９内に含まれている。１次電源２０は、電力会社、例えば、商用電源とすることができる。電気エネルギ貯蔵システム３２は、電気エネルギを貯蔵することができる１つの装置および複数の装置を備えている。エレベータ１４は、ロープ４４を介して巻上モータ１２に接続されたエレベータかご４０およびカウンタウエイト４２を備えている。また、エレベータ１４は、エレベータかご４０の荷重の重さを測定するようにドライブコントローラ３６に接続されたロードセンサ４６を備えている。

本明細書において説明されるように、エレベータの巻上モータ１２の（正または負の）電力要求と、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態と、商用電力網の仕様との関数として、エレベータの巻上モータ１２、１次電源２０および／または電気エネルギ貯蔵システム３２の間で交換される電力を制御するように、電力システム１０は構成されている。例えば、エレベータの巻上モータ１２の電力要求が正であるときには、電力システム１０は、電力要求の大きさおよび電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態の関数である割合で、１次電源２０および電気エネルギ貯蔵システム３２から巻上モータ１２を駆動する。他の例として、エレベータの巻上モータ１２の電力要求が負であるときには、電力システム１０は、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態の関数である割合で、エレベータの巻上モータ１２によって生成される電力を１次電源２０および電気エネルギ貯蔵システム３２へ供給する。また、電力システム１０は、エレベータの巻上モータ１２の電力要求がほぼゼロのときに１次電力２０と電気エネルギ貯蔵システム３２との間の電力の供給を制御し、１次電源２０の停電が生じたときに、電気エネルギ貯蔵システム３２とエレベータの巻上モータ１２との間の電力の供給を制御する。

電力コンバータ２２および電力インバータ２８は、電力バス２４によって接続されている。平滑コンデンサ２６は、電力バス２４の間に接続されている。１次電源２０は、電力コンバータ２２へ電力を供給する。電力コンバータ２２は、１次電源２０からの三相交流電力を直流電力へ変換するように作動可能な三相電力コンバータである。１つの実施例では、電力コンバータ２２は、並列に接続されたトランジスタ５０およびダイオード５２を有した複数の電力トランジスタ回路を備えている。トランジスタ５０の各々は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）とすることができる。トランジスタ５０の各々の制御電極（つまり、ゲートまたはベース）は、ドライブコントローラ３６に接続されている。ドライブコントローラ３６は、１次電源２０からの三相交流電力を直流出力電力へ変換するように、電力トランジスタ回路を制御する。直流出力電力は、電力コンバータ２２によって電力バス２４に供給される。平滑コンデンサ２６は、電力コンバータ２２によって直流電力バス２４に供給された整流電力を平滑化する。１次電源２０は三相交流電源として示されているが、電力システム１０は、単相交流電源および直流電源を含むがこれらに限定されない任意の形式の電源から電力を受けるように適合することができる。

また、電力コンバータ２２の電力トランジスタ回路は、電力バス２４上の電力を変換し、１次電源２０へ供給することもできる。１つの実施例では、ドライブコントローラ３６は、電力コンバータ２２のトランジスタ５０を周期的に切り替えて、１次電源２０へ三相交流電力信号を供給するためのゲートパルスを生成するのに、パルス幅変調（ＰＷＭ）を用いる。この回生構成により、１次電源２０の要求が減少する。

電力インバータ２８は、電力バス２４からの直流電力を三相交流電力へ変換するように作動可能な三相電力インバータである。電力インバータ２８は、並列に接続されたトランジスタ５４およびダイオード５６を有した複数の電力トランジスタ回路を備えている。トランジスタ５４の各々は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）とすることができる。トランジスタ５４の各々の制御電極（つまり、ゲートまたはベース）は、ドライブコントローラ３６に接続されており、該ドライブコントローラ３６は、電力バス２４上の直流電力を三相交流出力電力へ変換するように電力トランジスタ回路を制御する。三相交流電力は、電力インバータ２８の出力部から巻上モータ１２へ供給される。１つの実施例では、ドライブコントローラ３６は、電力インバータ２８のトランジスタ５４を周期的に切り替えて、三相交流電力信号を巻上モータ１２へ供給するためのゲートパルスを生成するのに、パルス幅変調を用いる。ドライブコントローラ３６は、トランジスタ５４へのゲートパルスの周波数、位相および大きさを調整することにより、エレベータ１４の移動速度および移動方向を変えることができる。

さらに、電力インバータ２８の電力トランジスタ回路は、エレベータ１４が巻上モータ１２を駆動する際に発生する電力を整流するように作動可能である。例えば、巻上モータ１２が電力を発生させている場合、ドライブコントローラ３６は、電力インバータ２８のトランジスタ５４を制御して、発生した電力を整流し直流電力バス２４へ供給することができる。平滑コンデンサ２６は、電力インバータ２８によって電力バス２４に供給された整流電力を平滑化する。直流電力バス２４上の回生電力は、上述したように、電気エネルギ貯蔵システム３２の電気エネルギ貯蔵構成要素を再充電するか、もしくは１次電源２０へ戻すように使用され得る。

巻上モータ１２は、エレベータかご４０とカウンタウエイト４２との間で移動速度および移動方向を制御する。巻上モータ１２を駆動するのに必要な電力は、エレベータ１４の加速度および方向、ならびにエレベータかご４０の荷重で変わる。例えば、エレベータかご４０が加速されつつあり、荷重がカウンタウエイト４２の重量よりも重い状態（つまり、重荷重）で上昇するか、または荷重がカウンタウエイト４２の重量よりも軽い状態（つまり、軽荷重）で下降する場合に、巻上モータ１２を駆動するのに電力が必要となる。この場合、巻上モータ１２の電力要求は、正である。エレベータかご４０が重荷重で下降しているか、または軽荷重で上昇している場合、エレベータかご４０は巻上モータ１２を駆動し、エネルギを回生する。この電力要求が負の場合には、巻上モータ１２は、交流電力を生成し、この電力は、ドライブコントローラ３６の制御のもとに電力インバータ２８によって直流電力へと変換される。上述したように、この変換された直流電力は、１次電源２０へ戻されるか、電気エネルギ貯蔵システム３２を再充電するか、および／または電力バス２４の間に接続されたダイナミックブレーキ抵抗で放散され得る。エレベータ１４が着床しつつあるか、または荷重のバランスがとれた状態で一定の速度で走行している場合、電力量をより少なくすることができる。巻上モータ１２が駆動せず、電力を生成していない場合は、巻上モータ１２の電力要求は、ほぼゼロである。

１つの巻上モータ１２が電力システム１０に接続されて示されているが、電力システム１０が複数の巻上モータ１２に電力を供給するように変更可能であることに留意されたい。例えば、複数の巻上モータ１２に電力を供給するように電力バス２４の間に複数の電力インバータ２８を並列に接続することができる。また、電気エネルギ貯蔵システム３６が直流電力バス２４に接続されて示されているが、代替的に、電力コンバータ２２の三相入力部の１つの相（ｐｈａｓｅ）に電気エネルギ貯蔵システム３２を接続することもできる。

電気エネルギ貯蔵システム３２は、電気エネルギを貯蔵することができる直列または並列に接続された１つまたは複数の装置を備えることができる。ある実施例では、電気エネルギ貯蔵システム３２は、対称または非対称のスーパキャパシタを含む少なくとも１つのスーパキャパシタを備えている。他の実施例では、電気エネルギ貯蔵システム３２は、少なくとも１つの２次電池または再充電可能な電池を備えており、該電池は、ニッケルカドミウム（ＮｉＣｄ）電池、鉛蓄電池、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）電池、リチウムイオン（Ｌｉ−ｉｏｎ）電池、リチウムイオンポリマ（Ｌｉ−Ｐｏｌｙ）電池、鉄電極（ｉｒｏｎｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）電池、ニッケル亜鉛電池、亜鉛／アルカリ／二酸化マンガン・電池、亜鉛臭素電池、バナジウムフロー電池およびナトリウム硫黄電池を備えることができる。他の実施例では、エネルギを貯蔵するために、他の形式の電気的または機械的装置、例えば、フライホイールを使用することができる。電気エネルギ貯蔵システム３２は、１つの形式の貯蔵装置または貯蔵装置の組み合わせを備えることができる。

電力システム１０は、１次電源２０および電気エネルギ貯蔵システム３２の双方を用いて巻上モータ１２の電力要求に取り組む。これにより、１次電源２０の全体的な電力要求を減少させ、１次電源２０から電力システム１０へ電力を供給するための構成要素（例えば、電力コンバータ２２）の大きさ（および、結果としてコスト）を減少させることができる。さらに、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態の関数として、電気エネルギ貯蔵システム３２によって供給される電力の割合（ｓｈａｒｅ）を制御することにより、電気エネルギ貯蔵システム３２の寿命が延長される。さらに、電力システム１０は、電気エネルギ貯蔵システム３２へ電力を供給し、または電気エネルギ貯蔵システム３２から電力を供給して巻上モータ１２の要求に取り組むことにより、１次電源２０が停電した後の救助をもたらし、点検作業を拡張することができる。

図２には、１次電源２０および電気エネルギ貯蔵システム３２が取り組むエレベータの巻上モータ１２の要求の割合を制御するための電気エネルギ貯蔵システム用コントローラ３４のブロック図である。電気エネルギ貯蔵システム用コントローラ３４は、エネルギ管理モジュール６０、電流制限モジュール６２および充電状態（ＳＯＣ）推定器（ｅｓｔｉｍａｔｏｒ）６４を備えている。回生ドライブ２９は、電圧調整器３０へ電力バス電圧信号Ｖ_dcを供給し、電圧調整器３０は、入力として参照電圧信号Ｖ_{dc ref}を受ける。電圧調整器３０は、エネルギ管理モジュール６０へ参照電流信号Ｉ_{dc ref}を供給し、エネルギ管理モジュール６０は、入力として参照充電状態信号ＳＯＣ_refを受ける。エネルギ管理モジュール６０は、電流制限モジュール６２へ電流信号Ｉ_EES ^a、Ｉ_grid ^aを供給し、電流制限モジュール６２は、エネルギ管理モジュール６０へ電流信号Ｉ_EES ^b、Ｉ_grid ^bをフィードバックする。充電状態推定器６４は、電気エネルギ貯蔵システム３２から温度信号Ｔ_EES、電流信号Ｉ_EES、電圧信号Ｖ_EESを受け、エネルギ管理モジュール６０へ電気エネルギ貯蔵のシステム充電状態信号ＳＯＣを供給する。電流制限モジュール６２は、ドライブコントローラ３６へ電気エネルギ貯蔵システムの参照電流信号Ｉ_{EES ref}および１次電源の参照電流信号Ｉ_{grid ref}を供給する。

図３には、エレベータの巻上モータ１２、１次電源２０および電気エネルギ貯蔵システム３２の間で交換される電力を管理するためのプロセスを表したフローチャートが示されている。エレベータ１４が作動するときには、エレベータの巻上モータ１２の電力要求が判断される（ステップ７０）。ある実施例では、電圧調整器３０は、巻上モータ１２の電力要求が正、負またはアイドルであるかを判断するために電力バス２４の電圧Ｖ_dcを測定する。他の実施例では、ドライブコントローラ３６は、巻上モータ１２の電力要求を判断するために（ロードセンサ４６を用いて）エレベータかご４０の荷重の重さを測定する。別の実施例では、電力要求を計算するために、瞬時のトルクおよび到達加速度の直接的または間接的な推定値が、望ましい加速度の値と比較される。

次に、充電状態推定モジュール６４は、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態を推定する（ステップ７２）。電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態は、電気エネルギ貯蔵システム３２の電圧Ｖ_EES、電流Ｉ_EESおよび温度Ｔ_EESのいずれかまたは全てに基づいて推定される。充電状態推定モジュール６４への入力として受けられる上記のパラメータは、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態を推定するために用いられる。電気エネルギ貯蔵システム３２の推定された充電状態に関連した信号は、エネルギ管理モジュール６０へ供給される。

次に、巻上モータ１２、１次電源２０および電気エネルギ貯蔵システム３２の間で交換される電力は、巻上モータ１２の電力要求および電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態に基づいて制御される（ステップ７４）。電圧調整器３０は、取り組むのに必要な巻上モータ１２の電力要求を画定するために、電力バス２４の電圧Ｖ_dcに基づいた電力バス参照電流信号Ｉ_{dc ref}と、電力バス参照電圧信号Ｖ_{dc ref}とを生成する。巻上モータ１２の電力要求が正または負の場合には、エネルギ管理モジュール６０は、１次電源２０および電気エネルギ貯蔵システム３２の各々が取り組む巻上モータの電力要求の割合を決定する。１次電源２０および電気エネルギ貯蔵システム３２が取り組む電力要求の割合を決定するためにエネルギ管理モジュール６０によって用いられるアルゴリズムが、より詳細に後述される。エネルギ管理モジュール６０は、電気エネルギ貯蔵システム３２および１次電源２０の各々が取り組むべき電力要求の割合に関連した参照電流信号Ｉ_EES ^a、Ｉ_grid ^aを生成し、電流制限モジュール６２へこれらの信号を供給する。電流制限モジュール６２は、参照電流信号Ｉ_EES ^a、Ｉ_grid ^aが、電気エネルギ貯蔵システム３２および１次電源２０の各々に対して設定された電流閾値よりも高いかを判断する。参照電流信号が電流閾値よりも高い場合には、電流制限モジュール６２は、電気エネルギ貯蔵システム３２および１次電源２０の各々に対して、電流閾値以下となる参照電流信号を再び計算し、参照電流信号Ｉ_EES ^b、Ｉ_grid ^bとして供給する。また、エネルギ管理モジュール６０が、電流閾値よりも低い参照電流信号Ｉ_EES ^a、Ｉ_grid ^aを供給する場合には、電気エネルギ貯蔵システム３２および１次電源２０の各々の電力供給の割合に関連した参照電流信号Ｉ_{EES ref}、Ｉ_{grid ref}が、ドライブコントローラ３６へ供給される。電力バス参照電流信号Ｉ_{dc ref}によって画定された巻上モータ１２の電力要求は、参照電流信号Ｉ_{EES ref}と参照電流信号Ｉ_{grid ref}とを完全に組み合わせることによって取り組まれる。次に、ドライブコントローラ３６は、参照電流信号Ｉ_{EES ref}、Ｉ_{grid ref}の各々の割合で電気エネルギ貯蔵システム３２および１次電源２０を用いて巻上モータ１２の電力要求に取り組むように、回生ドライブ２９および電気エネルギ貯蔵システム用コントローラ３４を制御する。特に、電気エネルギ貯蔵システム３２は、信号Ｉ_{EES ref}／Ｉ_{dc ref}として示された巻上モータの電力要求の割合に取り組み、１次電源２０は、信号Ｉ_{grid ref}／Ｉ_{dc ref}として示された巻上モータの電力要求の割合に取り組む。

上述したように、エネルギ管理モジュール６０は、エレベータの巻上モータ１２の電力要求に取り組むために、電気エネルギ貯蔵システム３２および１次電源２０の寄与の割合（ｃｏｎｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ）を計算する。巻上モータの電力要求が正の場合には、エネルギ管理モジュール６０は、最初に、電力バス参照電流信号Ｉ_{dc ref}の大きさに基づいて、電力要求が最小閾値よりも低いかを判断する。電力要求が最小閾値以下の場合には、エネルギ管理モジュール６０は、１次電源２０が電力供給全てに取り組むための参照電流信号Ｉ_EES ^a、Ｉ_grid ^aを生成する。これにより、１次電源２０の引き込みを最小にしながら、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電が維持される。

電力要求が最小閾値よりも高い通常の状態では、エネルギ管理モジュール６０は、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態に基づいて、１次電源２０および電気エネルギ貯蔵システム３２の各々によって供給される電力の割合を計算する。電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態は、充電状態範囲内に充電状態を維持するように制御される。ある実施例では、電気エネルギ貯蔵システム３２が取り組むエレベータの巻上モータ１２の全電力要求は、充電状態が減少するにつれてより低くなる。電気エネルギ貯蔵システム３２の変動する充電制限値を制御することによって、電気エネルギ貯蔵システム３２の寿命が延長される。

図４には、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態の関数として、電気エネルギ貯蔵システム３２が取り組む電力要求の割合を表したグラフが示されている。図４では、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態は、最小充電状態ＳＯＣ_minと最大充電状態ＳＯＣ_maxとの間に維持されている。図４には、例として、最小充電状態ＳＯＣ_minが約２３％の容量として示されており、最大充電状態ＳＯＣ_maxが約８２％の容量として示されている。エネルギ管理モジュール６０は、範囲の下限値（Ｐ_{EES min}）において電気エネルギ貯蔵システム３２から巻上モータ１２へ約６０％の電力を供給するための信号を送信する。電気エネルギ貯蔵システム３２によって供給される割合は、範囲の上限値（Ｐ_{EES max}）へ向かって直線的に変化し、範囲の上限値において、エネルギ管理モジュール６０は、電気エネルギ貯蔵システム３２から巻上モータ１２へ約８０％の電力を供給するための信号を送信する。ＳＯＣ_min、ＳＯＣ_max、Ｐ_{EES min}、Ｐ_{EES max}の設定は、図４のこれらの表示の各々に隣接した矢印によって示されているように、電力システム１０の性能を最適化するように調整され得る。

巻上モータ１２の電力要求が正である場合に、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態が最小充電状態ＳＯＣ_minよりも下に低下したときには、エネルギ管理モジュール６０は、電気エネルギ貯蔵システム３２が再充電されるまで、電力全てを１次電源２０が供給するための信号を送信することができる。このときに、１次電源２０から電力を引き込むことによって生じる電源への影響を最小化するために、巻上モータ１２の電力要求を減少するようにエレベータかご４０の速度を調整することができる。

巻上モータ１２の電力要求が負である場合には、同様のアルゴリズムが、巻上モータ１２から１次電源２０および電気エネルギ貯蔵システム３２へ回生電力を戻すように用いられる。つまり、回生電力は、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態の関数である割合で１次電源２０および電気エネルギ貯蔵システム３２へ戻される。電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態が最小閾充電状態以下である場合には、エネルギ管理モジュール６０は、巻上モータ１２からの回生エネルギ全てを電気エネルギ貯蔵システム３２へ貯蔵するための信号を生成する。最小閾充電状態は、図４に示した最小充電状態ＳＯＣ_minと同じになることがあり、もしくはこれと異なることもある。例えば、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態を最小充電状態ＳＯＣ_minよりも下に確実に低下させないために、最小充電状態ＳＯＣ_minに到達する前に電気エネルギ貯蔵システム３２に回生エネルギ全てを貯蔵し始めることが望ましい。

電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態が最大閾充電状態以上である場合には、エネルギ管理モジュール６０は、巻上モータ１２からの回生エネルギ全てを１次電源２０へ供給するための信号を生成する。最大閾充電状態は、図４に示した最大充電状態ＳＯＣ_maxと同じになることがあり、もしくはこれと異なることもある。例えば、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態を最大充電状態ＳＯＣ_maxよりも確実に超過させないように、最大充電状態ＳＯＣ_maxに到達する前に１次電源２０へ回生電力全てを供給し始めることが望ましい。このときに、１次電源２０へ電力を供給することにより生じる電源への影響を最小化するために、巻上モータ１２の電力要求を減少するようにエレベータかご４０の速度を調整することができる。

電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態が最小閾充電状態と最大閾充電状態との間にある場合には、エネルギ管理モジュール６０は、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態の関数である割合で、１次電源２０および電気エネルギ貯蔵システム３２の双方へ回生電力を供給するための信号を生成する。ある実施例では、充電状態が最大閾充電状態に近いときよりも、最小閾充電状態に近いときの方が、回生電力のより多くの部分が電気エネルギ貯蔵システム３２へ供給される。

巻上モータ１２の電力要求がほぼゼロである場合（即ち、巻上モータ１２が駆動せず、電力を回生していないとき）には、エネルギ管理モジュール６０は、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態を監視し、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態の関数として、１次電源２０が電気エネルギ貯蔵システム３２へ電力を供給するための信号を生成する。ある実施例では、１次電源２０によって電気エネルギ貯蔵システム３２へ供給される電力は、式１によって決定される。

ここで、「ＳＯＣ_min」および「ＳＯＣ_max」は、電気エネルギ貯蔵システム３２を維持する充電状態範囲を画定し、「Ｐ_{grid max idle}」は、電力要求がほぼゼロの場合に１次電源２０から引き込むことができる最大の電力を示している。したがって、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態がＳＯＣ_max以上である場合には、電力は、１次電源２０から電気エネルギ貯蔵システム３２へ供給されない。

１次電源２０の停電が生じた場合には、電気エネルギ貯蔵システム３２は、巻上モータ１２の要求全てに取り組む。エネルギ管理モジュール６０は、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態を監視し、充電状態が救助作業最小閾充電状態よりも高くなる正の要求の期間の間、巻上モータ１２を駆動するのに必要なエネルギ全てを電気エネルギ貯蔵システム３２が供給するための信号を生成する。例えば、電気エネルギ貯蔵システム３２は、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態が約２０％の充電状態容量よりも高い限り巻上モータ１２を駆動することができる。さらに、エネルギ管理モジュール６０は、充電状態が救助作業最大閾充電状態よりも低くなる負の要求の期間の間、巻上モータ１２によって生成されるエネルギ全てを電気エネルギ貯蔵システム３２が貯蔵するための信号を生成する。例えば、電気エネルギ貯蔵システム３２は、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態が約９０％の充電状態容量よりも低い限り巻上モータ１２によって生成されるエネルギ全てを貯蔵することができる。電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態が救助作業最大閾充電状態よりも高い場合には、巻上モータ１２によって生成される付加的な電力を、ダイナミックブレーキ抵抗等によって放散させることができ、もしくはエレベータを停止させることができる。１次電源２０の停電中に、電気エネルギ貯蔵システム３２が作動する充電状態範囲を制御することによって、電気エネルギ貯蔵システム３２の寿命が延長される。

代替的な実施例では、エネルギ管理モジュール６０は、設定電力供給割合に基づいて、１次電源２０および電気エネルギ貯蔵システム３２の各々が取り組む巻上モータの電力要求の割合を制御する。本実施例では、エネルギ管理モジュール６０は、１次電源２０が巻上モータ１２の電力要求の設定割合に取り組み、電気エネルギ貯蔵システム３２が巻上モータの電力要求の残余の設定割合に取り組むための信号を生成する。この設定割合は、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態に関係なく維持されるが、電力システム１０の性能を最適化するように調整され得る。

巻上モータの電力要求が正の期間の間には、１次電源２０は、巻上モータ１２を駆動するように設定割合に応じた電力を供給し、電気エネルギ貯蔵システム３２は、要求を満足するのに必要な残余の電力を供給する。１次電源２０から電力を供給する構成要素の大きさをさらに制御するために、エネルギ管理モジュール６０によって最大電力閾値を増加させることができる。ここで、この最大電力閾値とは、エレベータの巻上モータの要求が正である期間の間、１次電源２０から供給される最大の電力量を画定するものである。

巻上モータの電力要求が負の期間の間には、巻上モータ１２によって生成される設定割合に応じた電力が、１次電源２０へ供給される。巻上モータ１２によって生成される残余の電力が、電気エネルギ貯蔵システム３２へ供給される。電気エネルギ貯蔵システム用コントローラ３４は、電気エネルギ貯蔵システム３２内に貯蔵する回生電力の量を決定する際に、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態を考慮することができる。例えば、電気エネルギ貯蔵システム３２を維持する充電状態範囲の上限に充電状態が接近しているときには、例えば、ダイナミックブレーキ抵抗において電力を放散させることによって、直流バス電力２４上で回生電力の一部を放散させることができる。

巻上モータ１２の電力要求がほぼゼロ（つまり、巻上モータ１２がアイドル状態にある）の場合には、エネルギ管理モジュール６０は、１次電源２０が電気エネルギ貯蔵システム３２を再充電するための信号を生成する。１次電源２０によって電気エネルギ貯蔵システム３２へ供給される電力量は、上記の式１によって示されるような電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態の関数とすることができる。

１次電源２０の停電中には、電気エネルギ貯蔵システム３２は、巻上モータ１２の電力要求全てに取り組む。したがって、巻上モータ１２の電力要求が正の場合には、電気エネルギ貯蔵システム３２は、要求全てを満たすように電力を供給し、巻上モータ１２の電力要求が負の場合には、巻上モータ１２によって生成される電力全てを貯蔵する。上述した実施例と同様に、電気エネルギ貯蔵システム３２は、該電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態が一定の範囲内にあるときに、電気エネルギ貯蔵システム３２の充電状態の関数として巻上モータの電力要求に取り組むように制御され得る。

以上のことを要約すると、本発明は、エレベータの巻上モータ、１次電源および電気エネルギ貯蔵（ＥＥＳ）システムを有したエレベータシステムの電力の管理に関する。エレベータの巻上モータの電力要求が判断され、電気エネルギ貯蔵システムの充電状態（ＳＯＣ）が測定される。巻上モータ、１次電源および電気エネルギ貯蔵システムの間で交換される電力が、巻上モータの電力要求および電気エネルギ貯蔵システムの充電状態に基づいて制御される。１次電源が取り組む電力要求の量を制御することによって、１次電源から電力を供給する電力システムの構成要素の大きさおよびコストを減少させることができる。さらに、電気エネルギ貯蔵システムの充電状態範囲を制御することによって、電気エネルギ貯蔵システムの寿命を延長することができる。

本発明の好ましい実施例を説明したが、当業者であれば、本発明の真意および範囲を逸脱することなく、形態および詳細に関して変更が可能であることを理解するであろう。

Claims

エレベータの巻上モータ、１次電源および電気エネルギ貯蔵（ＥＥＳ）システムを有したエレベータシステムの電力を管理する方法であって、
前記エレベータの巻上モータの電力要求を判断するステップと、
前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態（ＳＯＣ）を決定するステップと、
前記巻上モータの電力要求および前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態に基づいて、前記巻上モータ、前記１次電源および前記電気エネルギ貯蔵システムの間で交換される電力を制御するステップと、
を含む方法。
前記エレベータの巻上モータの電力要求が正であるときに、前記制御するステップは、
前記電力要求が最小閾電力要求以下である場合に、前記１次電源のみから前記巻上モータへ電力を供給し、
前記電力要求が前記最小閾電力要求よりも高い場合に、前記１次電源および前記電気エネルギ貯蔵システムから供給される電力の割合が前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態の関数となるように、前記１次電源および前記電気エネルギ貯蔵システムの双方から前記巻上モータへ電力を供給することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が充電状態範囲外であり、前記電力要求が前記最小閾電力要求よりも高い場合に、前記巻上モータの作動が、前記電力要求を修正するように調整されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
前記エレベータの巻上モータの電力要求が負であるときに、前記制御するステップは、
前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が最小閾充電状態よりも低い場合に、前記エレベータの巻上モータによって生成されるエネルギ全てを前記電気エネルギ貯蔵システムに貯蔵し、
前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が最大閾充電状態よりも高い場合に、前記エレベータの巻上モータによって生成されるエネルギ全てを前記１次電源へ供給し、
前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が前記最小閾充電状態と前記最大閾充電状態との間にある場合に、前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態の関数である割合で、前記１次電源と前記電気エネルギ貯蔵システムとの間で、前記エレベータの巻上モータによって生成されるエネルギを分配することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記エレベータの巻上モータの電力要求がほぼゼロのときに、前記制御するステップは、
前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が最大閾充電状態よりも低い場合に、前記１次電源から前記電気エネルギ貯蔵システムへエネルギを貯蔵することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
１次電源の停電時に、前記電力要求が正であり、かつ前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が最小閾充電状態よりも高い場合には、前記電気エネルギ貯蔵システムが前記エレベータの巻上モータを駆動し、前記電力要求が負であり、かつ前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が最大閾充電状態よりも低い場合に、前記電気エネルギ貯蔵システムが前記エレベータの巻上モータから電力を貯蔵することを特徴とする請求項１に記載の方法。
前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態（ＳＯＣ）を決定するステップは、前記電気エネルギ貯蔵システムの電流、電圧および温度の少なくとも１つを測定することを含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
エレベータの巻上モータと、１次電源と、回生ドライブに接続された電気エネルギ貯蔵（ＥＥＳ）システムとを有したエレベータシステムの電力を管理するシステムであって、
前記エレベータの巻上モータの電力要求を判断するように適合された第１の回路と、
前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態（ＳＯＣ）を決定するように適合された第２の回路と、
前記巻上モータ、前記１次電源および前記電気エネルギ貯蔵システムの間で交換される電力を制御するために、前記巻上モータの電力要求および前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態に基づいて前記回生ドライブを制御するように作動可能な制御モジュールと、
を備えたシステム。
前記エレベータの巻上モータの電力要求が正であるときに、（１）前記電力要求が最小閾電力要求以下である場合に、前記１次電源のみから前記巻上モータへ電力を供給するように、または（２）前記電力要求が前記最小閾電力要求よりも高い場合に、前記１次電源および前記電気エネルギ貯蔵システムから供給される電力の割合が前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態の関数となるように、前記１次電源および前記電気エネルギ貯蔵システムの双方から前記巻上モータへ電力を供給するように、前記制御モジュールは、前記回生ドライブを制御することを特徴とする請求項８に記載のシステム。
前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が充電状態範囲外であり、前記電力要求が前記最小閾電力要求よりも高い場合に、前記巻上モータの作動が、前記電力要求を修正するように調整されることを特徴とする請求項９に記載のシステム。
前記エレベータの巻上モータの電力要求が負であるときに、（１）前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が最小閾充電状態よりも低い場合に、前記エレベータの巻上モータによって生成されるエネルギ全てを前記電気エネルギ貯蔵システムに貯蔵するように、または（２）前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が最大閾充電状態よりも高い場合に、前記エレベータの巻上モータによって生成されるエネルギ全てを前記１次電源へ供給するように、もしくは（３）前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が前記最小閾充電状態と前記最大閾充電状態との間にある場合に、前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態の関数である割合で、前記１次電源と前記電気エネルギ貯蔵システムとの間で、前記エレベータの巻上モータによって生成されるエネルギを分配するように、前記制御モジュールは、前記回生ドライブを制御することを特徴とする請求項８に記載のシステム。
前記エレベータの巻上モータの電力要求がほぼゼロのときに、前記制御モジュールは、前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が最大閾充電状態よりも低い場合に、前記１次電源から前記電気エネルギ貯蔵システムへエネルギを貯蔵するように前記回生ドライブを制御することを特徴とする請求項８に記載のシステム。
１次電源の停電時に、前記電力要求が正であり、かつ前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が最小閾充電状態よりも高い場合には、前記制御モジュールが前記エレベータの巻上モータを駆動するように前記電気エネルギ貯蔵システムを制御し、前記電力要求が負であり、かつ前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が最大閾充電状態よりも低い場合には、前記制御モジュールが前記エレベータの巻上モータから電力を貯蔵するように前記電気エネルギ貯蔵システムをさらに制御することを特徴とする請求項８に記載のシステム。
前記第２の回路は、前記電気エネルギ貯蔵システムの電流、電圧および温度の少なくとも１つの関数として充電状態を決定することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
エレベータの巻上モータ、１次電源および電気エネルギ貯蔵（ＥＥＳ）システムを有したエレベータシステムの電力を管理する方法であって、
前記巻上モータの電力要求が正であるときに、前記１次電源および前記電気エネルギ貯蔵システムから供給される電力の割合が、前記巻上モータの電力要求の大きさと、前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態（ＳＯＣ）との関数となるように、前記１次電源および前記電気エネルギ貯蔵システムから前記巻上モータへ電力を供給するステップと、
前記巻上モータの電力要求が負であるときに、前記巻上モータの電力要求および前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態の関数である割合で、前記１次電源と前記電気エネルギ貯蔵システムとの間で、前記エレベータの巻上モータによって生成されるエネルギを分配するステップと、
を含む方法。
前記供給するステップは、前記電力要求が最小閾電力要求以下である場合に、前記１次電源のみから前記巻上モータへ電力を供給することを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記分配するステップは、
前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が最小閾充電状態よりも低い場合に、前記エレベータの巻上モータによって生成されるエネルギ全てを前記電気エネルギ貯蔵システムへ貯蔵し、
前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が最大閾充電状態よりも高い場合に、前記エレベータの巻上モータによって生成されるエネルギ全てを前記１次電源へ供給することを含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記巻上モータの電力要求がほぼゼロであり、かつ前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が最大閾充電状態よりも低い場合に、前記１次電源から前記電気エネルギ貯蔵システムへエネルギを貯蔵するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記１次電源の停電時に、前記方法は、
前記電力要求が正であり、かつ前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が最小閾充電状態よりも高い場合に、前記電気エネルギ貯蔵システムを用いて前記巻上モータを駆動するステップと、
前記電力要求が負であり、かつ前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態が最大閾充電状態よりも低い場合に、前記エレベータの巻上モータから前記電気エネルギ貯蔵システムへ電力を貯蔵するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
前記電気エネルギ貯蔵システムの充電状態は、該電気エネルギ貯蔵システムの電流、電圧および温度の少なくとも１つの関数として決定されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。