Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Betriebs Vorbereitung eines Notenergiespeichers mit wenigstens einem Energiespeicherelement, wobei der Notenergiespeicher zur Bereitstellung von elektrischer Notenergie für wenigstens einen Energieverbraucher ausgestaltet ist, wobei die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL und/oder die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung P _MAX bestimmt wird und die Betriebsbereitschaft festgestellt wird, sobald die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL einen festlegbaren Mindestenergiewert erreicht hat und/oder die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung P _MAX einen festlegbaren Mindestleistungswert erreicht hat.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Betriebs Vorbereitung eines Pitchsystems für eine Windenergieanlage, wobei das Pitchsystem wenigstens einen Notenergiespeicher mit wenigstens einem Energiespeicherelement aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Computerprogrammprodukt mit Programminstruktionen zur Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahren. Die Erfindung betrifft ferner ein Pitchsystem für eine Windenergieanlage, wobei das Pitchsystem wenigstens einen Notenergiespeicher mit wenigstens einem Energiespeicherelement aufweist. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Windenergieanlage mit einem derartigen Pitchsystem. Notenergiespeicher zur Energieversorgung von Energieverbrauchern mit elektrischer Energie finden in vielen Bereichen Anwendung. In der Regel sind die mit Notenergie zu versorgenden Energieverbraucher sicherheitsrelevant. Beispiele für derartige sicherheitsrelevante Energieverbraucher sind insbesondere Motoren in Personenfahrstühlen oder das Pitchsystem in einer Windenergieanlage.

Bei Ausfall des externen Netzes, wie es zum Beispiel bei einem Gebäudebrand vorkommen kann, ist es erforderlich das Personenfahrstühle ohne die vom externen Netz bereitgestellte Energie in der Lage sind zum nächstgelegenen Stockwerk zu fahren und die Türen zu öffnen, damit in dem Fahrstuhl befindliche Personen sich in Sicherheit bringen können.

Moderne Windenergieanlagen sind in der Regel mit elektrischen Pitchsystemen ausgestattet, die je Rotorblatt wenigstens einen als Pitchmotor bezeichneten Elektromotor aufweisen. Durch Rotation der Rotorblätter um ihre jeweilige Längsachse regeln derartige Pitchsysteme die Stellung der Rotorblätter zum Wind und sind häufig die einzige sichere Möglichkeit den Rotor einer Windenergieanlage zum Stillstand zu bringen. Dies geschieht dadurch, dass das Pitchsystem die Rotorblätter in die so genannte Fahnenstellung dreht und der Rotor mangels Antrieb durch den Wind zum Stillstand kommt. Die Energieversorgung des Pitchsystems erfolgt üblicherweise durch das Netz, in das die Windenergieanlage auch den erzeugten Strom einspeist. Bei Netzausfall kann sich eine Gefahrensituation beispielsweise dadurch ergeben, dass bei Zunahme des Windes die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors der Windenergieanlage einen zulässigen Höchstwert überschreitet und die Windenergieanlage oder in der Nähe befindliche Personen infolgedessen Schaden nehmen könnten. Um eine derartige Gefahrensituation auch bei Netzausfall abwenden zu können, müssen die Rotorblätter auch ohne die Energieversorgung des Pitchsystems durch das externe Netz in die Fahnenstellung verfahrbar sein. Hierzu ist aus dem Stand der Technik bekannt das Pitchsystem mit einem oder mehreren Notenergiespeichern auszustatten, die bei Netzausfall die Energieversorgung des Pitchsystems und somit die Einsatzfähigkeit des Pitchsystems gewährleisten, zumindest bis die Rotorblätter in die sichere Fahnenstellung gebracht worden sind.

Um die beschriebenen Maßnahmen während einer Notsituation ohne Energieversorgung durch das Netz durchführen zu können, muss der Energieverbraucher dem Notenergiespeicher eine Mindestenergiemenge und/oder eine Mindestleistung entnehmen können.

Bei der Entnahme von Energie aus einem Notenergiespeicher treten stets Verluste Ev auf, die im Wesentlichen auf den Innenwiderstand R, des Notenergiespeichers zurückgehen. Folglich ist die in dem Notenergiespeicher gespeicherte Energie Ec gleich der Summe der Verluste Ev und der entnehmbaren Energie EL:

Das heißt die entnehmbare Energie EL ist die Energie, die nach Abzug der unvermeidlichen Verluste Ev effektiv dem Energieverbraucher zur Verfügung gestellt werden kann.

Die entnehmbare Energie EL hängt von dem angenommen Laststromverlauf I(t) während einer Notsituation ab, wobei der Laststromverlauf I(t) den Strom angibt, der dem Notenergiespeicher in einer Notsituation vom Energieverbraucher entnommen wird. Die entnehmbare Energie EL lässt sich somit näherungsweise als die Differenz aus der gespeicherten Energie Ec und dem Zeitintegral des Produktes des Innenwiderstands R, und dem Quadrat des Laststromverlaufs I(t) angeben:

Die Grenzen des Integrals sind wiederum der Startzeitpunkt to ab dem der Energieverbraucher in einer Notsituation Energie aus dem Notenergiespeicher entnimmt und der Endzeitpunkt ti ab dem der Energieverbraucher keine Energie mehr aus dem Notenergiespeicher entnimmt. Die Näherung bei dieser Berechnung besteht darin, dass andere Verluste, als die am Innenwiderstand R, des Notenergiespeichers anfallenden, vernachlässigt werden.

Zur Bestimmung der entnehmbaren Energie EL sind somit lediglich die im Notenergiespeicher gespeicherte Energie, der Innenwiderstand R, und der angenommenen Laststromverlauf I(t) notwendig. Die Bestimmung der entnehmbaren Energie EL des Notenergiespeichers und des Innenwiderstandes Ri des Notenergiespeichers kann auf unterschiedliche Art erfolgen. Eine Methode ist das kurzzeitige Laden des Notenergiespeichers über einen gewissen Zeitraum und die Messung der Spannungsdifferenz vor und nach dem kurzzeitigen Laden und die Messung des Ladestroms. Hieraus wiederum können die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL und der Innenwiderstandes R, des Notenergiespeichers berechnet werden. Der Vorteil der Messung der entnehmbaren Energie über einen Ladevorgang hat gegenüber einer Messung der entnehmbaren Energie über einen Entladevorgang den Vorteil dass bei gleichem Aufwand die Methode der Messung über den Ladevorgang die Kapazität des Notenergiespeichers erhöht, statt sie zu verringern.

Die dem Notenergiespeicher entnehmbare Leistung ist eine Funktion des Innenwiderstands R,. Die entnehmbare Leistung ist am größten, wenn der Lastwiderstand RL dem Innenwiderstand R, entspricht. Hierdurch ist die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung P _max definiert. Die entnehmbare Spitzenleistung P _max ist proportional zum Kehrwert des Innenwiderstands R,: p max i ₎

i

Insbesondere Windenergieanlagen und die in ihnen verwendeten Notenergiespeicher können extremen Temperaturen ausgesetzt sein. Innerhalb von Windenergieanlagen führen besonders niedrige Temperaturen zu Problemen. Beispiele hierfür sind die Bildung von Reif oder Tauwasser, welches bei elektrischen Einrichtungen naturgemäß problematisch ist. Die elektrischen Einrichtungen können durch niedrige Temperaturen aber nicht nur indirekt, wie zum Beispiel über Tauwasser, sondern auch direkt beeinträchtigt werden. So kann insbesondere die bei leistungselektronischen Bauteilen übliche Erwärmung zu starken Temperaturdifferenzen innerhalb der elektronischen Einrichtungen führen, wodurch mechanische Spannungen verursacht werden, die beispielsweise Lötstellen schädigen können.

Auch die Energiespeicherelemente in den Notenergiespeichern werden durch niedrige Temperaturen wesentlich beeinflusst. Die meisten heutzutage verwendeten Energiespeicherelemente zeigen eine starke Erhöhung des Innenwiderstands R, mit abnehmender Temperatur. Da ein höherer Innenwiderstand R, höhere Verluste Ev bedeutet, ist somit die einem Notenergiespeicher bei einer niedrigen Temperatur entnehmbare Energie EL deutlich kleiner als die bei einer höheren Temperatur entnehmbare Energie EL. Das Gleiche gilt für die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung

Pmax. Um eine ausreichende den Notenergiespeichern entnehmbare Energie EL ZU gewährleisten, wird im Stand der Technik die Luft der Schaltschränke, in denen sich die Notenergiespeicher befinden, durch Heizlüfter erwärmt, bevor eine kalte Windenergieanlage in Betrieb geht. Sobald die Luft eine voreingestellte Temperatur, zum Beispiel 5 °C, erreicht hat, wird über einen Thermoschalter ein Signal ausgegeben, der die Betriebsbereitschaft des Notenergiespeichers signalisiert. Dieser Aufwärmprozess ist relativ zeitaufwändig und verzögert somit die Inbetriebnahme einer Windenergieanlage erheblich. Ferner besteht einige Unsicherheit über die tatsächlich entnehmbare Energie EL, da die Lufttemperatur nicht unbedingt eine zuverlässige Aussage über die Temperatur, insbesondere die Kerntemperatur, der Energiespeicherelemente zulässt. Daher wird häufig mit Sicherheitsaufschlägen gearbeitet. Zum Beispiel wird das Signal, das die Betriebsbereitschaft signalisiert erst bei einer Lufttemperatur im Schaltschrank von 10 statt bei 5 °C ausgegeben. Das Erreichen einer Temperatur von 10 °C im Schaltschrank garantiert jedoch noch nicht, dass auch der Notenergiespeicher diese Temperatur, oder zumindest eine Temperatur angenommen hat, bei welcher er zuverlässig funktioniert, beziehungsweise die erforderliche Mindestenergie bzw. einen entsprechend niedrigen Innenwiderstand erreicht hat, da die Erwärmung des Notenergiespeichers der Erwärmung des Schaltschranks natürlicherweise zeitverzögert folgt. Die Einkalkulierung entsprechender Sicherheitsmargen verzögert die Inbetriebnahme der Windenergieanalage weiter, was Verluste für den Betreiber der Windenergieanlage durch deren längeren Stillstand bedeutet. Gravierendere Auswirkungen wären zu befürchten, wenn die entnehmbare Energie EL anhand der Lufttemperatur zu hoch eingeschätzt würde und die Windenergieanlage in Betrieb genommen werden würde, obwohl die entnehmbare Energie EL nicht für eine Notfahrt der Rotorblätter in die Fahnenstellung ausreichte. Fiele in diesem Fall das Netz aus, blieben während einer Notfahrt die Rotorblätter zumindest teilweise im Wind stehen, wodurch bei aufkommenden starken Wind die Windenergieanlage in eine Überdrehzahl ginge und zerstört werden könnte. Damit ist es die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Betriebs Vorbereitung eines Notenergiespeichers, ein Verfahren zur Betriebs Vorbereitung eines Pitchsystems für eine Windenergieanlage und ein Compute rogrammprodukt anzugeben, die auch bei niedriger Ausgangstemperatur des Notenergiespeichers anwendbar sind, sowie ein Pitchsystem und eine Windenergieanlage anzugeben, die auch bei niedriger Ausgangstemperatur schnell und sicher betriebsbereit sind.

Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe ist ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren zur Betriebs Vorbereitung eines Notenergiespeichers dadurch gelöst, dass der Notenergiespeicher über eine Entladeeinrichtung entladen wird um die beim Entladen des Notenergiespeichers an dessen Innenwiderstand R, anfallende Wärme zum Erwärmen des Notenergiespeichers zu nutzen.

Die Erfindung macht sich den ansonsten nachteiligen Effekts des steigenden Innenwiderstandes R, bei niedrigen Temperaturen zu Nutze, um durch ein Entladen des Notenergiespeichers den Notenergiespeicher von innen zu erwärmen. Durch die Erwärmung des Notenergiespeichers verringert sich der Innenwiderstand R,. Da der Innenwiderstand R, für einen wesentlichen Teil der Verluste Ev verantwortlich ist, verringern sich diese ebenfalls mit Erwärmung des Notenergiespeichers. Entsprechend nimmt die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung P _max durch die Verringerung des Innenwiderstands R, zu.

Hierbei kann die Erwärmung des Notenergiespeichers in Abhängigkeit von einer gemessenen Temperatur erfolgen, zum Beispiel der Außentemperatur der Anlage oder der Temperatur innerhalb eines Gehäuses, in der auch der Notenergiespeicher untergebracht ist. An Stelle zu warten, bis der Notenergiespeicher durch externe Wärmequellen, wie zum Beispiel einen Heizlüfter aufgewärmt wird, kann der Notenergiespeicher ausschließlich bzw. auch zusätzlich von Innen erwärmt werden. Alternativ oder zusätzlich zu einer Temperaturmessung kann der Innenwiderstand Ri des Notenergiespeichers bestimmt werden, und die Erwärmung des Notenergiespeichers vom Unterschreiten eines für den Innenwiderstand R, des Notenergiespeichers vorgegebenen Grenzwertes abhängig gemacht werden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine physikalischen Größe, die eine Aussage über die Kerntemperatur des einen Energiespeicherelements oder der mehreren Energiespeicherelemente des Notenergiespeichers zulässt, gemessen wird, die Kerntemperatur auf Grundlage der physikalischen Größe oder der physikalischen Größen berechnet wird und das Entladen des Notenergiespeichers mindestens solange erfolgt, bis die Kerntemperatur einen festlegbaren Temperaturschwellwert erreicht hat. Dies bietet gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Methode die Lufttemperatur zu bestimmen, eine deutlich aussagekräftigere Möglichkeit zur Temperaturbestimmung. Die Betriebsbereitschaft gilt hierbei erst dann als festgestellt, wenn der Temperaturschwellwert erreicht wird, das heißt die Inbetriebnahme des Notenergiespeichers kann erst dann erfolgen. Alternativ kann der Notenergiespeicher zur Betriebs Vorbereitung grundsätzlich immer für eine feste Zeitspanne entladen werden, wobei die Zeitspanne so gewählt ist, dass eine ausreichende Erwärmung des Notenergiespeichers sichergestellt ist. Die gewählte Zeitspanne ist hierbei von den Kenndaten des Notenergiespeichers abhängig.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass bei der Berechnung der Kerntemperatur Alterungseffekte des Notenergiespeichers, die den Zusammenhang zwischen der physikalischen Größe oder den physikalischen Größen und der Kerntemperatur verändern, berücksichtigt werden. Der Zusammenhang zwischen der physikalischen Größe oder den physikalischen Größen und der Kerntemperatur kann sich mit der Zeit und/oder mit der Anzahl der Lade/Entladezyklen des Notenergiespeichers verändern. Die Art und der Umfang dieser Veränderungen ist häufig bekannt und kann somit bei der Berechnung der Kerntemperatur berücksichtigt werden, wodurch sich die Genauigkeit der Berechnung auch bei gealterten Notenergiespeichern aufrechterhalten lässt.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die physikalische Größe oder die physikalischen Größen die Kapazität C des Notenergiespeichers und/oder den Innenwiderstand R, des Notenergiespeichers umfassen. Wie bereits beschreiben zeigt der Innenwiderstand R, eine deutliche Temperaturabhängigkeit, somit kann ausgehend vom Innenwiderstand R, auf die Temperatur des Notenergiespeichers bzw. der Energiespeicherelemente geschlossen werden. Darüber hinaus ist auch die Kapazität C temperaturabhängig und kann auf analoge Weise zur Bestimmung der Temperatur des Notenergiespeichers bzw. der Energiespeicherelemente herangezogen werden.

Besonders bevorzugt wird während des Entladens die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL und/oder die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung P _max kontinuierlich bestimmt. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Notenergiespeicher nur soweit wie nötig entladen wird. Je nach den konkreten Gegebenheiten kann durch den Entladevorgang der Notenergiespeicher bereits soweit erwärmt sein, dass bereits ohne erneute Aufladung ausreichend Restenergie/Restleistung für einen Notbetrieb zur Verfügung steht. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt dass der Betriebszustand in der kürzest möglichen Zeit erreicht wird. Alternativ kann das Entladen des Notenergiespeichers für einen vorbestimmten Zeitraum erfolgen, oder bis eine vorbestimmte Energiemenge dem Notenergiespeicher entnommen worden ist.

Vorzugsweise wird der Notenergiespeicher über die Entladeeinrichtung mit einem Lastwiderstand RL belastet, der kleiner als der Innenwiderstand R, des Notenergiespeichers ist, insbesondere höchstens halb so groß wie der Innenwiderstand R, ist, besonders bevorzugt höchstens zehn Prozent des Innenwiderstands R, beträgt. Auf diese Weise wird der Großteil der dem Notenergiespeicher beim Entladen entnommenen Energie am Innenwiderstand Ri in Wärme umgewandelt.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Notenergiespeicher geladen wird, wenn die erneute Bestimmung zum Ergebnis hatte, dass die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL einen festlegbaren Mindestenergiewert nicht erreicht hat und/oder die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung P _max einen festlegbaren Mindestleistungswert nicht erreicht. Für den Fall, dass durch das Entladen des Notenergiespeichers alleine nicht die notwendige Mindestenergie und/oder nicht die notwendige Mindestleistung erreicht werden, kann durch einfaches Laden des Notenergiespeichers dieses Ziel bzw. diese Ziele dennoch erreicht werden. Der Notenergiespeicher kann zum Beispiel für einen vorbestimmten Zeitraum, mit einer vorbestimmten Energiemenge oder bis zu einem vorbestimmten Level geladen werden, wobei das Level insbesondere mindestens 80 %, vorzugsweise mindestens 90 % und besonders bevorzugt mindestens 95 % der maximal im Notenergiespeicher speicherbaren Energiemenge beträgt.

Sofern der Notenergiespeicher zu Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens nur eine sehr geringe Energiemenge enthält oder sogar vollständig entladen ist, ist es vorteilhaft, den Notenergiespeicher zunächst zu Laden, um das darauffolgende Entladen des Notenergiespeichers zu ermöglichen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass vor dem Entladen des Notenergiespeichers der Notenergiespeicher nur um den Betrag geladen wird, der notwendig ist, dass nach dem Entladen des Notenergiespeichers zum Zwecke der Erwärmung des Notenergiespeichers wenigstens so viel Restenergie vorhanden ist, dass die Betriebsbereitschaft erreicht ist. Zum Laden des Notenergiespeichers ist vorzugsweise eine Ladeeinrichtung vorgesehen.

Die Ladeeinrichtung kann zum Beispiel durch einen Gleichrichter gebildet werden, der den Wechselstrom eines Versorgungsnetzes in einen Gleichstrom gleichrichtet. Insbesondere kann die Ladeeinrichtung auch durch den Energieverbraucher selbst gebildet werden, wenn dieser beispielsweise einen Motor aufweist, der auch als Generator betreibbar ist und durch den Energie in den Notenergiespeicher speisbar ist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Laden des Notenergiespeichers höchstens mit dem maximal zulässigen Ladestrom des Notenergiespeichers erfolgt. Durch diese Strombegrenzung wird der Notenergiespeicher vor Überlastungen geschützt und die Lebensdauer des Notenergiespeichers erhöht.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Entladeeinrichtung den einen Energieverbraucher oder wenigstens einen der Energieverbraucher umfasst. Somit kann der eine Energieverbraucher oder wenigstens einer der Energieverbraucher als Lastwiderstand fungieren über den der Notenergiespeicher entladen werden kann. Hierdurch kann auf einen separaten Lastwiderstand, der lediglich dem Entladen des Notenergiespeichers dient, verzichtet werden. Wenn der Energieverbraucher beispielsweise ein Elektromotor eines Pitchsystems ist, kann bei dem Entladen des Notenergiespeichers über den Elektromotor nicht nur der Notenergiespeicher erwärmt werden, sondern gleichzeitig auch der Elektromotor erwärmt und somit auf den bevorstehenden Betrieb vorbereitet werden. Ist ferner ein Bremswiderstand, auch Bremschopper genannt, vorhanden, der der Dissipation überschüssiger Energie dient, kann auch dieser Bremswiderstand als Lastwiderstand fungieren.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Entladeeinrichtung wenigstens einen Heizwiderstand aufweist, deren Abwärme wiederum zum direkten oder indirekten Heizen des Notenergiespeichers verwendet wird. Der Heizwiderstand kann beispielsweise in unmittelbare Nähe des Notenergiespeichers angeordnet sein, im direkten Kontakt mit dem Notenergiespeicher stehen oder gleichzeitig als Heizwiderstand eines Heizlüfters fungieren. Hierdurch wird nicht nur die beim Entladen des Notenergiespeichers am Innenwiderstand anfallende Wärme zum Erwärmen des Notenergiespeichers genutzt, sondern auch die in der Entladeeinrichtung in Wärme umgewandelte elektrische Leistung.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Energiespeicherelemente Kondensatoren, insbesondere Ultrakondensatoren aufweisen. Die Notenergiespeicher können sowohl eine einzelne Kondensatorzelle als auch eine Parallelschaltung und/oder Reihenschaltung von mehreren Kondensatorzellen aufweisen. Die Kapazität C des Notenergiespeichers bezeichnet bei mehreren miteinander verschalteten Kondensatorzellen somit die resultierende Gesamtkapazität C der miteinander verschalteten Kondensatorzellen.

Der Begriff Ultrakondensatoren umfasst elektrochemische Kondensatoren, die sowohl eine Doppelschichtkapazität als auch eine Pseudokapazität aufweisen. Teilweise wird auch der Begriff Superkondensatoren verwendet. Je nachdem welche der beiden Kapazitäten überwiegt, werden die Ultrakondensatoren in eine von drei Familien eingeordnet. Als Doppelschichtkondensatoren oder EDLC (electric double-layer capacitor) werden Ultrakondensatoren bezeichnet, bei denen die Doppelschichtkapazität überwiegt. Als Pseudokondensatoren werden Ultrakondensatoren bezeichnet, bei denen die Pseudokapazität überwiegt. Als Hybridkondensatoren werden Ultrakondensatoren bezeichnet, bei denen die Doppelschichtkapazität und die Pseudokapazität in etwa gleichem Maße zur Gesamtkapazität C des Ultrakondensators beitragen. Der Einfluss der Temperatur auf den Innenwiderstand R, ist bei Kondensatoren besonders deutlich und ist zumeist am stärksten bei Temperaturen von unter 0 °C.

Die Bestimmung der Kapazität C des Notenergiespeichers kann ebenso wie die Bestimmung des Innenwiderstandes R, des Notenergiespeichers durch das kurzzeitige Entladen des Notenergiespeichers über einen Widerstand und die Messung der Spannung und des Entladestroms erfolgen.

Die in dem Notenergiespeicher gespeicherte Energie Ec ergibt sich somit zu:

E _c =-CU

c 2

Die in diese Berechnung einfließende Ladespannung UL ist ebenfalls durch einfachste Messungen bestimmbar. Die entnehmbare Energie EL lässt sich demnach gemäß der eingangs beschriebenen Näherung wie folgt berechnen:

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Entladestrom auf einen Höchstwert begrenzt wird, wobei insbesondere der Höchstwert ein Wert kleiner oder gleich der maximal zulässigen Verlustleistung der Entladeeinrichtung gewählt ist. Auf diese Weise wird die Entladeeinrichtung vor Überlastungen geschützt.

Bei noch kaltem Notenergiespeicher kann insbesondere dessen Innenwiderstand R, so hoch sein, dass zu Beginn des Entladevorgangs der Entladestrom so gering ist, dass eine Überbelastung zunächst ausgeschlossen ist. Mit sich erwärmenden Notenergiespeicher und dem damit verbundenen Absinken des Innenwiderstands R, des Notenergiespeichers kann dann mit der Zeit der Entladestrom jedoch so groß werden, dass die Verlustleistung an dem, beziehungsweise den Lastwiderständen, wie der Motorwicklung des Pitchmotors und/oder dem Bremschopper zu groß wird. Diese Lastwiderstände sind ursprünglich ja für einen anderen Zweck und somit für andere Belastungen dimensioniert worden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Begrenzung des Entladestroms durch eine Pulsweitenmodulation erfolgt, wobei insbesondere der Spitzenentladestrom auf den maximal zulässigen Pulsstrom des Stromkreises umfassend den Notenergiespeicher und die Entladeeinrichtung beschränkt wird. Der Entladestrom ist hierbei die über mehrere Pulse gemittelte resultierende Stromstärke. Der Spitzenentladestrom bezeichnet die maximale Stromstärke, den ein einzelner Puls der Pulsweitenmodulation erreicht. Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe ist ausgehend von dem eingangs beschriebenen Verfahren zur Betriebs Vorbereitung eines Pitchsystems für eine Windenergieanlage dadurch gelöst, dass eines der zuvor beschriebenen Verfahren auf den einen Notenergiespeicher oder wenigstens einen der Notenergiespeicher des Pitchsystems angewendet wird. Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe ist ausgehend von dem eingangs beschriebenen Pitchsystem dadurch gelöst, dass das Pitchsystem zur Ausführung des vorgenannten Verfahrens ausgestaltet ist. Die zuvor hergeleitete und aufgezeigte Aufgabe ist ausgehend von der eingangs beschriebenen Windenergieanlage dadurch gelöst, dass die Windenergieanlage ein derartiges Pitchsystem umfasst.

Die Ausführung der einzelnen Verfahrensschritte der erfindungsgemäßen Verfahren kann zum Beispiel durch ein Computerprogramm erfolgen, welches auf einem Speichermedium, wie zum Beispiel einem Halbleiterspeicher, einem magnetischen Speicher oder einem optischen Speicher, gespeichert ist und durch eine Steuerung seinrichtung verarbeitet wird.

Im Einzelnen gibt es nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Verfahren zur Betriebs Vorbereitung eines Notenergiespeichers auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche sowie auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung verwiesen.

In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 schematisch den Zusammenhang zwischen der Temperatur T eines Energiespeicherelements und seinem Innenwiderstand R,,

Fig. 2 ein Ablauf diagram einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 3 schematisch einen Teil eines erfindungsgemäßen Pitchsystems.

Fig. 1 zeigt schematisch den Zusammenhang zwischen der Temperatur T eines Energiespeicherelements und seinem Innenwiderstand R,. Hierzu ist in dem Diagramm der Fig. 1 auf der Abszisse die Temperatur T und auf der Ordinate der Innenwiderstand R, eines beispielhaften Energiespeicherelements aufgetragen. Es ist deutlich zu erkennen, dass bei Unterschreiten einer gewissen Temperatur T der Innenwiderstand R, stark ansteigt. Die Temperatur T, ab der der Innenwiderstand R, stark ansteigt, ist vom Typ des Energiespeicherelements abhängig. Für Ultrakondensatoren liegt diese Temperatur T häufig im Bereich um 0, je nach Bautyp ist aber der Innwiderstand unter Umständen auch schon ab -15 °C ausreichend um einen sicheren Notbetrieb zu ermöglichen. Die Temperatur hängt somit von den Eigenschaften des gewählten Notenergiespeichers und der sonstigen Dimensionierung des Pitchantriebs ab und sollte daher für jeden Bautyp individuell gewählt werden.

Fig. 2 zeigt anhand eines Ablauf diagramms eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Start (S) des Verfahrens wird zunächst der Notenergiespeicher geladen (L), um sicherzustellen, dass ausreichend Energie für die weiteren Verfahrensschritte im Notenergiespeicher gespeichert ist. Dieser Verfahrensschritt kann insbesondere dann wegfallen, wenn davon ausgegangen werden kann, dass bereits ausreichend Energie für die weiteren Verfahrensschritte im Notenergiespeicher, zum Beispiel aus einer vorangegangenen Inbetriebnahme gespeichert ist, und die Anlage nach nur einer kurzen Unterbrechung, zum Beispiel nach Wartungsarbeiten wieder in Betrieb genommen wird.

Im nächsten Schritt wird die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL und/oder die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung P _MAX bestimmt (B). Die Bestimmung der dem Notenergiespeicher entnehmbaren Spitzenleistung P _MAX kann vorzugsweise durch Methoden vorgenommen werden, die eine totale Entladung des Notenergiespeichers nicht erforderlich machen. Bei Kondensatoren als Notenergiespeicher besteht im Gegensatz zu chemischen Notenergiespeichern, wie zum Beispiel Bleisäureakkumulatoren, ein direkter Zusammenhang zwischen Spannungsdifferenz zu Beginn und am Ende eines partiellen Entladevorgangs und der entnommenen Leistung, so dass schon aus einer Entladezeit beziehungsweise Ladezeit von wenigen Sekunden zuverlässig auf die gespeicherte Restenergie geschlossen werden kann. Da der Notenergiespeicher nur für wenige Sekunden mit dem Entladestrom belastet wurde, kann bei einer Messung über den Entladevorgang durchaus noch genügend Restenergie vorhanden sein, die ein erneutes Aufladen nicht unmittelbar erforderlich machen. Vorzugsweise erfolgt die Kapazitätsbestimmung jedoch über einen Ladevorgang so dass dem Notenergiespeicher Energie zugeführt wird an Stelle dem Notenergiespeicher Energie zu entziehen.

Wenn die Bestimmung (B) der dem Notenergiespeicher entnehmbaren Energie EL und/oder die dem Notenergiespeicher entnehmbaren Spitzenleistung P _MAX zum Ergebnis hat, dass die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL einen festlegbaren Mindestenergiewert erreicht hat und/oder die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung P _MAX einen festlegbaren Mindestleistungswert erreicht hat, dann wird bereits die Betriebsbereitschaft festgestellt (X) und insbesondere ein Signal an eine übergeordnete Steuerungseinrichtung ausgegeben, wobei das Signal die Betriebsbereitschaft signalisiert.

Wenn die Bestimmung (B) zum Ergebnis hatte, dass die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL einen festlegbaren Mindestenergiewert nicht erreicht hat und/oder die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung P _MAX einen festlegbaren Mindestleistungswert nicht erreicht hat, dann wird zunächst der Notenergiespeicher über eine Entladeeinrichtung zum Erwärmen des Notenergiespeichers über seinen Innenwiderstand R, entladen (E). Hierauf wird die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL und/oder die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung P _MAX erneut bestimmt (B). Diese Vorgehens weise wärmt den Notenergiespeicher auf, unabhängig davon, ob der Notenergiespeicher eine zu niedrige Temperatur aufweist oder nicht. Dieses Verfahren kann immer dann angewandt werden, wenn durch die Kenndaten des Notenergiespeichers sichergestellt ist, dass sich der Notenergiespeicher durch eine einmalige Entladung nicht überhitzen kann. Dies ist immer dann der Fall wenn der Lastwiderstand hoch genug ist um den Entladestrom derart zu begrenzen, dass eine Überhitzung des Notenergiespeichers ausgeschlossen ist. Wird zum Beispiel als Entladewiderstand der sogenannte Brems-chopper gewählt, dann ist der Brems-chopper nicht nur selbst auf diese Belastung natürlicherweise ausgelegt, sondern verhindert mit einem Widerstand von typischerweise 10 Ohm, wie er für einen Motor von 7kW üblich ist, eine Überlastung des Notenergiespeichers, ohne dass es hierzu zusätzlicher Maßnahmen bedarf.

Alternativ kann vor einer Entscheidung ob der Notenergiespeicher zur Erwärmung des Notenergiespeichers (1) über dessen Innenwiderstand R, zunächst entladen werden soll, oder gleich mit der Aufladung, ohne vorhergehende Entladung begonnen werden soll, diese Entscheidung vom Unterschreiten einer gemessenen Temperatur, beispielsweise der Temperatur innerhalb des Gehäuses, in der der Notenergiespeicher (1) untergebracht ist, und/oder des Innenwiderstands R, des Notenergiespeichers (1) abhängig gemacht werden.

Üblicherweise ist zwischen einem Netzanschluss und den Motoren ein Umrichter vorgesehen, welcher beispielsweise eine Zwischenkreisspannung von 420 Volt bereitstellt. In diesem Fall ist der Notenergiespeicher üblicherweise primärseitig am Wechselrichter angeordnet, während die Motoren, und damit die potentiellen Lastwiderstände sekundärseitig am Wechselrichter angeschlossen sind. Zur Zeit der Anmeldung erhältliche Superkondensatoren weisen zum Beispiel bei einer Temperatur von -40°C einen Innenwiderstand von 0,08 Ohm auf. Bei einem Pitchmotor für eine Leistung von 7 kW beträgt der Widerstand der Wicklung typischerweise 0,2 Ohm. Wird die Bank aus Superkondensatoren mit der Wicklung des Pitchmotors belastet würde sich zu Beginn der Entladung des -40°C kalten Notenergiespeichers ungefähr eine Entladestrom von 150 Ampere an Stelle der für die Kondensatoren zulässigen 30 Ampere einstellen. Durch eine Pulsweitenmodulierung mit Anfangs 20%, z.B. Zuschalten des Lastwiderstands für eine Taktperiode des Umrichters und eine Wartezeit von vier Taktperioden bis zur nächsten Einschaltperiode kann der Entladestrom im Mittel auf 30 Ampere begrenzt werden. Bei einer typischen Anwendung kann die Schaltfrequenz des Umrichters beispielweise 8KHz betragen, so dass die Wicklung des Pitchmotors anfangs beispielsweise wechselweise für 125 Mikro Sekunden zugeschaltet wird und dann für eine Zeitdauer von 500 Mikro Sekunden von der Notenergieeinrichtung getrennt wird.

Auf Grund einer typischen Wärmekapazität einer Superkondensatorzelle von 60 Ws/K und einem typischen Wärmewiderstand von 11 KAV kann bei einem mittleren Entladestrom von 30 Ampere die Kerntemperatur der Superkondensatoren innerhalb von 1000 Sekunden um ca. 30 K, also auf eine Betriebstemperatur von -15°C angehoben werden. Bei dem in diesem Ausführungsbeispiel gewählten Kondensatortyp kann das System bei dieser Temperatur dann in Betrieb gehen da die Zelle weitestgehend ihre ursprüngliche Kapazität sowie einen ausreichend geringen Innenwiderstand erreicht hat.

Alternativ kann die erneute Bestimmung (B) auch kontinuierlich während des Entladens (E) erfolgen, so dass das die beiden Verfahrensschritte im Wesentlichen parallel ablaufen. Wenn die erneute Bestimmung (B) zum Ergebnis hat, dass die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL einen festlegbaren Mindestenergiewert erreicht hat und/oder die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung P _MAX einen festlegbaren Mindestleistungswert erreicht hat, dann wird die Betriebsbereitschaft festgestellt (X) und insbesondere ein Signal an eine übergeordnete Steuerungseinrichtung ausgegeben, wobei das Signal die Betriebsbereitschaft signalisiert. Wenn die erneute Bestimmung (B) zum Ergebnis hatte, dass die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL einen festlegbaren Mindestenergiewert nicht erreicht hat und/oder die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung P _MAX einen festlegbaren Mindestleistungswert nicht erreicht hat, wird der Notenergiespeicher geladen (L). Das Laden (L) kann zum Beispiel solange erfolgen bis der Notenergiespeicher zu 90 % geladen ist. Danach wird die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL und/oder die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung P _MAX erneut bestimmt (B).

Die durch die Schritte L, B, E und B gebildete Schleife wird solange durchlaufen, bis eine der Bestimmungen (B) zum Ergebnis hat, dass die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL einen festlegbaren Mindestenergiewert erreicht hat und/oder die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung P _MAX einen festlegbaren Mindestleistungswert erreicht hat. Alternativ kann die Schleife nach einer vorgegebenen maximalen Anzahl von Durchgängen unterbrochen und ein Fehlersignal an eine Steuerungseinrichtung ausgegeben werden. So kann beispielsweise, wenn nach einhundert Schleifendurchgängen der Notenergiespeicher nicht über die geforderte Mindestenergie verfügt daraus geschlossen werden, dass der Notenergiespeicher das Ende seiner Lebensdauer erreicht hat. Mit dem Fehlersignal kann dann ein Techniker informiert werden, der den Austausch des Notenergiespeichers vornehmen muss, bevor die Anlage wieder in betrieb gehen darf.

Wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Beispiel in einem Anwendungsbereich angewendet, in dem lediglich die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL relevant ist und die dem Notenergiespeicher entnehmbare Spitzenleistung P _MAX keine Rolle spielt, wird bei der Bestimmung (B) auch nur die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL bestimmt (B) und die Betriebsbereitschaft festgestellt (X), sobald die dem Notenergiespeicher entnehmbare Energie EL den festgelegten Mindestenergiewert erreicht hat.

In Fig. 3 ist schematisch ein Teil eines erfindungsgemäßen Pitchsystems dargestellt. Der Notenergiespeicher (1) weiset eine Mehrzahl an Energiespeicherelementen (2) auf, die in der Figur durch die Schaltzeichen mehrerer Kondensatoren veranschaulicht werden. Der Notenergiespeicher (1) ist zur Bereitstellung von elektrischer Notenergie für einen Energieverbraucher (3) mit diesem verbunden. Ferner ist der Notenergiespeicher (1) noch mit einer Entladeeinrichtung (4) und einer Ladeeinrichtung (5) verbunden. Über die Entladeeinrichtung (4) kann der Notenergiespeicher (1) zur Erwärmung entladen werden. Die Ladeeinrichtung (5) dient dem Laden des Notenergiespeichers (1). Zusätzlich ist eine Steuerung seinrichtung (6) vorgesehen, die dazu eingerichtet ist Programminstruktionen zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu verarbeiten. Hierzu kann ein Computerprogramm mit entsprechenden Programminstruktionen in einem Datenspeicher der Steuerung seinrichtung (6) gespeichert sein. Die Steuerung seinrichtung (6) ist über Signalleitungen mit den übrigen Komponenten zum Austausch von Steuersignalen verbunden. Zur Übersichtlichkeit sind die in der Fig. 3 dargestellten Komponenten separat dargestellt. Im Rahmen der Erfindung können zwei oder mehr Komponenten auch in einem Bauteil zusammengefasst sein. Ein einzelnes Bauteil kann auch die Aufgaben mehrerer Komponenten übernehmen. So kann zum Beispiel ein elektrischer Motor gleichzeitig den Energieverbraucher (3), die Entladeeinrichtung (4) und im generatorischen Betrieb sogar die Ladeeinrichtung (5) bilden.

Bezugszeichenliste

1 Notenergiespeicher

2 Energiespeicherelement

3 Energieverbraucher

4 Entladeeinrichtung

5 Ladeeinrichtung

6 Steuerungseinrichtung