特許 6209085 電気装置の内蔵式ハイブリッド電源システム、およびこれを管理するユニットおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6209085

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】電気装置の内蔵式ハイブリッド電源システム、およびこれを管理するユニットおよび方法

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20170925BHJP

   H01M 8/00 20160101ALI20170925BHJP

   H01M 8/04858 20160101ALI20170925BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALI20170925BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20170925BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 B

   H01M8/00 A

   H01M8/04 P

   H01M8/06 R

   H01M8/04 J

   H02J7/00 303E

【請求項の数】15

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2013-558379(P2013-558379)

(86)(22)【出願日】2012年3月9日

(65)【公表番号】特表2014-514898(P2014-514898A)

(43)【公表日】2014年6月19日

(86)【国際出願番号】EP2012054091

(87)【国際公開番号】WO2012123350

(87)【国際公開日】20120920

【審査請求日】2015年3月2日

(31)【優先権主張番号】1152219

(32)【優先日】2011年3月17日

(33)【優先権主張国】FR

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】515137141

【氏名又は名称】ポイディアン

(74)【代理人】

【識別番号】110000659

【氏名又は名称】特許業務法人広江アソシエイツ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ムニエール，エリク

(72)【発明者】

【氏名】ブルジェ，ジャン−マリ

(72)【発明者】

【氏名】ド ジェンティーレ，マリオン

【審査官】 赤穂 嘉紀

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００９／００７６６６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０２０７１６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０２２７２７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−２３６７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−０７５３８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０１Ｍ ８／００

Ｈ０１Ｍ ８／０４

Ｈ０１Ｍ ８／０４８５８

Ｈ０１Ｍ ８／０６０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気機器（５）の給電の連続性を管理するための方法であって、前記方法は、電力貯蔵モジュール（３）および気体燃料電気化学的発電ユニットに依存し、
前記電気機器（５）の前記給電は、断続電源（６）によって優先的に提供されることを特徴とし、かつ前記方法は、
前記電源の電力（Ｐ６）が前記機器（５）の動作電力（Ｐ５）を超過し、かつ前記電力貯蔵モジュール（３）の電力（Ｐ３）がフル充電しきい値である第１の電力しきい値（Ｐ３Ｍ）にある場合に、前記電気化学的発電ユニット（４）において燃料を生成しかつ貯蔵するために、前記電源（６）によって、前記機器（５）、前記電力貯蔵モジュール（３）および前記電気化学的発電ユニット（４）に給電するステップ（Ｅ２−Ｅ３−Ｅ４）と、
前記電力貯蔵モジュールの前記電力（Ｐ３）が放電しきい値であり且つ前記第１のしきい値より低い第２の電力しきい値（Ｐ３ｍ）になると直ちに、かつ前記電気化学的発電ユニットにより充電される前記電力貯蔵モジュールの電力が前記第１の電力しきい値（Ｐ３Ｍ）に達するまで、前記電気化学的発電ユニット（４）内の燃料を減らし（Ｅ７−Ｅ８−Ｅ９）、前記電気化学的発電ユニットによって前記機器（５）に給電し（Ｅ７−ＥＣ）かつ前記電気化学的発電ユニットによって前記電力貯蔵モジュール（３）を充電する（Ｅ７）ステップと、
前記電源の電力（Ｐ６）が前記機器（５）の前記動作電力（Ｐ５）を超過しかつ前記電力貯蔵モジュールの電力（Ｐ３）が前記第１および第２の電力しきい値（Ｐ３Ｍ、Ｐ３ｍ）の範囲に含まれる場合に、前記電源（６）によって前記機器（５）に給電し（Ｅ３−ＥＣ）かつ前記断続電源（６）によって前記電力貯蔵モジュール（３）を充電する（Ｅ３）ステップと、
前記断続電源（６）の前記電力（Ｐ６）が前記機器（５）の前記動作電力（Ｐ５）より低くかつ前記電力貯蔵モジュールの前記電力（Ｐ３）が前記第１および第２の電力しきい値（Ｐ３Ｍ、Ｐ３ｍ）の範囲に含まれる場合に、少なくとも前記電力貯蔵モジュール（３）によって前記機器（５）に給電する（Ｅ６−ＥＣ）ことより成るステップと、を含むことを特徴とする方法。

【請求項2】

前記機器の給電と同時的に、前記電気化学的発電ユニット（４）の前記給電を前記電力貯蔵モジュール（３）の充電の関数として管理するためにユニット（２）に給電する（ＥＣ）ことを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記電気化学的発電ユニット（４）において、
電解設備（４１）が前記電源（６）によって給電されると、前記電解設備（４１）によって燃料を生成し（Ｅ４）、かつ前記生成された燃料を貯蔵タンク（４２）内に貯蔵することと、
前記電力貯蔵モジュールの電力が前記第２の電力しきい値になれば直ちに、かつ電池によって給電される前記電力貯蔵モジュールの電力が前記第１の電力しきい値に達するまで、燃料電池セル（４０）内の前記貯蔵タンク（４２）から燃料を減らすこと（Ｅ７）より成るステップを含む、請求項１または請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記燃料は水素であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれかの請求項に記載の方法。

【請求項5】

水素の貯蔵を低減する（Ｅ７）間に、外気（４７Ｅ）からの蒸気（４７Ｐ）を凝縮水（４３ＥＣ）に凝縮すること（Ｅ８）を含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記水素を貯蔵すること（Ｅ４）は、合金により水素を吸着して水素化物を形成することを含み、かつ前記凝縮（Ｅ８）は、結果的に、蒸気（４７Ｅ）で充填された空気の熱を前記水素化物の合金への吸熱反応へ伝達することを特徴とする請求項５に記載の方法。

【請求項7】

断続電源（６）によって優先的に給電されることが可能な電気機器（５）の給電の連続性を管理するための管理ユニット（２）であって、前記機器は、電力貯蔵モジュール（３）および気体燃料電気化学的発電ユニット（４）によってさらに給電されることが可能であり、
前記管理ユニット（２）は、
前記電源が前記機器（５）の動作電力（Ｐ５）を超える電力（Ｐ６）を有することができ、かつ前記電力貯蔵モジュール（３）の電力（Ｐ３）が少なくともフル充電しきい値である第１の電力しきい値（Ｐ３Ｍ）に等しい電力を有することができる場合に、前記電気化学的発電ユニット（４）内で燃料を生成しかつ貯蔵するように、前記電源（６）によって、前記機器（５）、前記電力貯蔵モジュール（３）および前記電気化学的発電ユニット（４）に給電する（Ｅ４）ための手段（２０、２１−２４）と、
前記電力貯蔵モジュールが放電しきい値であり且つ前記第１のしきい値より低い第２の電力しきい値（Ｐ３ｍ）に等しい電力（Ｐ３）を有することができると直ちに、かつ前記電気化学的発電ユニット（４）により充電される前記電力貯蔵モジュールが前記第１の電力しきい値（Ｐ３Ｍ）に達することができるまで、前記電気化学的発電ユニット（４）内の燃料を減らし、前記電気化学的発電ユニットによって前記機器（５）に給電しかつ前記電気化学的発電ユニットによって前記電力貯蔵モジュール（３）を充電するための手段（２０、２３−２４、４６ＥＶ）と、
前記電力貯蔵モジュールが前記第２の電力しきい値（Ｐ３ｍ）に等しい電力（Ｐ３）を有することができると直ちに、かつ前記電気化学的発電ユニットにより充電される前記電力貯蔵モジュールが第１の電力しきい値（Ｐ３Ｍ）に達することができるまで、および前記断続電源（６）が前記機器（５）の動作電力（Ｐ５）より低い電力（Ｐ６）を有することができ、かつ前記電力貯蔵モジュールが前記第１および第２の電力しきい値（Ｐ３Ｍ、Ｐ３ｍ）間の範囲内の電力を有することができる場合に、少なくとも前記電力貯蔵モジュール（３）は前記機器（５）に給電できるように、前記機器（５）に給電しかつ前記電力貯蔵モジュール（３）を充電する電気化学的発電ユニット（４）と、
を備えることを特徴とする、管理ユニット（２）。

【請求項8】

前記電源（６）および前記電気化学的発電ユニット（４）へ接続されるスイッチ（２１、２３）と、前記電力貯蔵モジュール（３）、前記機器（５）および前記電気化学的発電ユニット（４）へ接続される電流変換器（２２、２４）と、制御手段（２０）であって、前記電力貯蔵モジュールが前記第２の電力しきい値（Ｐ３ｍ）に等しい電力を有することができると直ちに、かつ前記電気化学的発電ユニットにより充電される前記電力貯蔵モジュールが前記第１の電力しきい値（Ｐ３Ｍ）に達することができるまで前記機器（５）および前記電力貯蔵モジュール（３）に給電するように、かつ前記断続電源（６）が前記機器（５）の動作電力（Ｐ５）より低い電力（Ｐ６）を有することができ、かつ前記電力貯蔵モジュールが前記第１および第２の電力しきい値（Ｐ３Ｍ、Ｐ３ｍ）間の範囲内の電力を有することができる場合に、少なくとも前記電力貯蔵モジュール（３）は前記機器（５）に給電できるように、前記スイッチおよび変換器を制御することができる制御手段（２０）とを備えることを特徴とする請求項７に記載の管理ユニット。

【請求項9】

請求項７または請求項８に記載の前記管理ユニット（２）の制御下で機器（５）に給電するためのシステム（１）であって、前記システムは、前記断続電源（６）と、前記電力貯蔵モジュール（３）と、前記気体燃料電気化学的発電ユニット（４）とを備え、前記断続電源は再生可能エネルギー源（６１、６２）であることを特徴とするシステム（１）。

【請求項10】

請求項７または請求項８に記載の前記管理ユニット（２）の制御下で機器材料（５）に給電するためのシステム（１）であって、前記システムは、前記電力貯蔵モジュール（３）と、前記気体燃料電気化学的発電ユニット（４）とを備え、前記断続電源（６）は配電網であることを特徴とするシステム（１）。

【請求項11】

前記電気化学的発電ユニット（４）は、前記電力貯蔵モジュールが前記第２の電力しきい値（Ｐ３ｍ）に等しい電力（Ｐ３）を有することができると直ちに、かつ前記電気化学的発電ユニットにより充電される前記電力貯蔵モジュールが第１の電力しきい値（Ｐ３Ｍ）に達することができるまで、前記機器（５）に給電しかつ前記電力貯蔵モジュールを充電するための燃料電池セル（４０）と、前記電源が前記機器（５）の前記動作電力（Ｐ５）を超える電力（Ｐ６）を有することができ、かつ前記電力貯蔵モジュール（３）が少なくとも第１の電力しきい値（Ｐ３Ｍ）に等しい電力（Ｐ３）を有することができる場合に、燃料を生成するための電解設備（４１）と、前記電解設備により生成される燃料を貯蔵するためと、バッテリ内の貯蔵燃料を減らすための貯蔵タンク（４２）とを備える、請求項９または請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記燃料は水素であることを特徴とする請求項１１に記載のシステム。

【請求項13】

前記電気化学的発電ユニット（４）は、前記セル（４０）内の前記貯蔵タンク（４２）から水素を減らす間に、外気（４７Ｅ）からの蒸気を凝縮水（４３ＥＣ）に凝縮するための凝集器（４３）と、貯蔵水素を減らす間に凝縮水（４３ＥＣ）を集めるためと、前記電解設備（４１）が前記電源（６）により給電されることが可能である場合に、前記凝縮水（４３ＥＣ）を前記電解設備（４１）へ供給するための水タンク−取水器（４４）とを備えることを特徴とする請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記凝集器（４３）は、前記セル（４０）により供給される蒸気（４７Ｐ）を凝縮することができる、請求項１３に記載のシステム。

【請求項15】

電気機器（５）の給電の連続性を管理するための管理ユニット（２）内に実装されることが可能なコンピュータプログラムであって、前記プログラムは、前記プログラムが前記管理ユニット内で実行されると請求項１から請求項６までに記載の方法のステップを実装する命令を含むことを特徴とするコンピュータプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電気機器材料のための自立ハイブリッド給電システムに関し、具体的には、携帯電話網の基地局としての電気通信局に関する。本給電システムは、運搬可能であってもよい。

【背景技術】

【0002】

現時点で、電気通信オペレータは、配電網が装備されていない国々および地域において、携帯電話のための電気通信網を実装することを要求されている。このような電気通信網における局は、その電力消費について自立的であるべきであり、かつ世話を要しないものであるべきである。その自立性に加えて、自然災害時または紛争時の救助隊用に、かつ／または孤立したエリアにおいて使用される場合、局は、移動性、利用可能性および保護要件を満たすべきであり、かつ貧困地域において利用できるようにするために製造コストは低いものであるべきである。

【0003】

既知の自立ハイブリッド給電システムは、このような要件の一部しか満たしていない。これらは、概して、電気を生成する再生可能エネルギー源と、相対的自立性を保証する蓄電モジュールと、電気通信局の比較的永続的な給電を保証する電気制御ユニットとを備える。

【0004】

再生可能エネルギー源は、ほとんどがハイブリッドであって、風力発電機および太陽光発電パネル等の再生可能エネルギー電池を備える。このようなソリューションには、欠点が含まれる。例えば、その頂部で電気通信局を支持する、高すぎる風力タービンポールは、可搬性でなく、局へのアクセスはほぼ不可能である。別の例によれば、多くの風力発電所および／または大きすぎる、または多すぎる太陽光パネルは、可搬性の給電システムに不適である。

【0005】

蓄電モジュールは、サイズおよび重量が過剰であるという欠点を有する鉛酸バッテリ（鉛蓄電池）を備える可能性もあり、「シェルタ」等の可搬ボックス内でのその保護を困難にする。さらに、バッテリは、給電システムが据え付けられる場所の温度が上昇するにつれて熱の下で膨らむ傾向があり、その寿命は低減する。

【0006】

蓄電モジュールは、ほとんどの場合、ディーゼル発電機または燃料電池セルである可能性もある発電プラントに関連づけられる。この発電プラントは、再生可能エネルギーが、例えば、数日に渡って、夜間を含む無風および／または日差しのない間で不十分であることに起因する電池の放電を克服している。発電機は、騒がしく、環境に有害な煙を生成しかつ燃料が高価である。これは、頻繁な保全を必要とし、かつ盗難される可能性もある燃料を含む導管の設置を包含する。

【0007】

発電機のこれらの欠点を克服するために、発電機は、給電の連続性に関与する燃料電池（fuel cell）によって置換されることも可能である。電池の燃料は、メタノールまたは水素であることも可能である。メタノール燃料電池セルにおいて、メタノールは、セル（電池、隔室、cell）に供給する水素を生成するように再生され、二酸化炭素ガスが廃棄される。メタノールは、現地で生成されることができず、よって貯蔵されて詰め替えられなければならない。同様に、水素燃料電池（hydrogen cell, 以下、水素セルともいう）の水素も、詰め替えるために高圧下でシリンダ内に貯蔵されなければならない。

【0008】

水素は、燃料補給を回避するように、水電解を介して定期的に生成されることも可能である。このような場合、電解設備により生成される水素は、超高圧下で圧縮されかつ現場においてシリンダ(円筒容器)内に貯蔵されなければならず、可搬式給電システムとは相容れない重く複雑かつ高価な手段を要する。さらに、高圧水素の貯蔵に対する規制は限定的であって、水素の貯蔵は、例えば、注意を払うことによって保証されなければならない。給水源は、電解設備を稼働する現場に設けられなければならない。

【0009】

シリンダ内に水素を貯蔵する際の欠点を克服するために、最近では、可逆水素化反応を基礎とする水素貯蔵タンクが開発されている。しかしながら、このタイプの水素燃料電池、電解設備および水素貯蔵タンクを備える電気化学的発電ユニットは、電解設備に関して水自立性ではない。

【0010】

これら全ての給電システムにおいて、燃料電池セルを備える発電ユニットは、高コストであり、数千時間の寿命および低収量を有する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

本発明の目的は、断続電源（間欠的な電源）により等しく給電されることが可能な電気機器の給電システム、電力貯蔵モジュールおよび気体燃料電気化学的発電ユニットを、機器の給電に利用する電気化学的発電ユニットを可能な限り少なくして、これにより燃料電気化学的発電ユニットの寿命および給電システムの自立性を高め、かつその保全を低減するように、自動的に管理することにある。

【課題を解決するための手段】

【0012】

この目的に沿って、電気機器材料の給電の連続性を管理するための、電力貯蔵モジュールおよび気体燃料電気化学的発電ユニットに依存する方法は、前記電気機器の給電が断続電源によって優先的に提供されることを特徴とし、かつ本方法が、
電源電力が機器の動作電力を超過しかつ電力貯蔵モジュールがフル充電しきい値等の第１の電力しきい値にある場合、電気化学的発電ユニットにおいて燃料を生成しかつ貯蔵するために、機器電源によって、電力貯蔵モジュールおよび電気化学的発電ユニットに給電するステップと、
電力貯蔵モジュールの電力が第１のしきい値より低い第２の電力しきい値になると直ちに、かつ電気化学的発電ユニットにより充電される電力貯蔵モジュールが第１の電力しきい値に達するまで、電気化学的発電ユニット内の燃料を減らし、電気化学的発電ユニットによって機器に給電しかつ電気化学的発電ユニットによって電力貯蔵モジュールを充電するステップとを含むことを特徴とする。

【0013】

本発明によれば、電気化学的発電ユニットは、格別の二重条件が満たされかつこれが機器の動作電力を超える断続電源電力、および少なくともフル充電しきい値等の第１の電力しきい値に等しい電力貯蔵モジュールの電力に一致する場合にのみ、燃料を生成しかつ貯蔵する。電気化学的発電ユニットは、１つの格別な条件が満たされ、かつこれが放電しきい値等の第２の電力しきい値に達している少なくとも１つのバッテリを備える電力貯蔵モジュールの電力に一致する場合にのみ直ちに起動される。これらの２つの条件は、機器に給電するために、燃料電気化学的発電ユニットを可能な限り少なく、かつ断続電源および電力貯蔵モジュールを可能な限り頻繁に利用することを可能にする。実際に、発電ユニットに包含される燃料電池セルの寿命は、それが送出する電力とは独立していて電池の起動−停止の回数に依存するのに対して、電力貯蔵モジュールに包含されるバッテリは、充放電サイクルの回数が極めて多い場合でも、数年に至る長寿命を有する。また、上述の条件は、給電システムの、具体的には電気化学的発電ユニットの保全頻度も減らす。

【0014】

断続電源は、再生可能エネルギーデバイスであっても、低信頼性の配電網であってもよい。

【0015】

上述の２ステップの補充として、本発明による前記管理する方法は、さらに、電力貯蔵モジュールが第２の電力しきい値に到達していない限りにおいて、かつ電気化学的発電ユニットに貯蔵されるエネルギーを利用することなく実行されるべき下記のステップ、即ち、
電源電力が機器の動作電力を超過しかつ電力貯蔵モジュールの電力が第１および第２の電力しきい値の間に含まれる場合に、電源によって機器を給電しかつ断続電源によって電力貯蔵モジュールを充電することと、
断続電源電力が機器の動作電力より低くかつ電力貯蔵モジュールの電力が第１および第２の電力しきい値の間に含まれる場合に、少なくとも電力貯蔵モジュールによって機器に給電することより成るステップを含む。

【0016】

上述の第２のステップにおいて、少なくとも電力貯蔵モジュールによる機器の給電は、機器が、電力貯蔵モジュールおよび断続電源の双方によって給電されてもよく、または、２つの次の条件が満たされれば、即ち断続電源電力が機器の動作電力より低く、よってゼロである場合もあり、かつ電力貯蔵モジュールの電力が第２のしきい値より高い、即ち２つの電力しきい値の間に含まれていれば、電力貯蔵モジュールのみによって給電されてもよいことを意味する。

【0017】

機器の給電の連続性を管理することは、電気化学的発電ユニットの給電を電力貯蔵モジュールの充電の関数として管理するための管理ユニットによって自動的に実行されてもよい。この場合、給電システムの自立性を保持するために、管理ユニットの給電は、機器の給電と同時的であり、機器および管理ユニットは、給電の連続性が保証されるべきシステムの充電を行なう。

【0018】

電気化学的発電ユニットは、単独であっても、電力貯蔵モジュールの容量およびその所望される再充電速度の関数としてさらに多い別の電気化学的発電ユニットにより完成されてもよい。例えば水素燃料電池セルである燃料電池セルを用いる、本発明のある具体的な実施形態によれば、各電気化学的発電ユニットにおいて、
電解設備が電源によって給電されると、電解設備によって燃料を発生し、かつ生成された燃料を貯蔵タンク内に貯蔵することと、
電力貯蔵モジュールの電力が第２の電力しきい値になれば直ちに、かつセルによって給電される電力貯蔵モジュールの電力が第１の電力しきい値に達するまで、燃料電池セル内の貯蔵タンクから燃料を減らすことから成るステップが提供されてもよい。

【0019】

本発明の別の特徴によれば、電解設備へ供給されるべき水の自立性は、水素の貯蔵が減らされる間の外気からの蒸気の凝縮水への凝縮によって保証される。水素の貯蔵は、水素化物を形成するための合金による水素の吸着を含んでもよく、かつ凝縮は、蒸気を充填される空気における熱が水素化物から合金への吸熱反応へ伝達されることから結果的に生じてもよい。

【0020】

また、本発明は、断続電源によって優先的に給電されることが可能な電気機器材料の給電の連続性を管理するための管理ユニットにも関し、前記機器は、電力貯蔵モジュールおよび気体燃料電気化学的発電ユニットによってさらに給電されることが可能である。管理ユニットは、上述の格別の条件に関連して、下記の手段、即ち、
電源が機器の動作電力を超える電力を有することができ、かつ電力貯蔵モジュールの電力が少なくとも第１の電力しきい値に等しい電力を有することができる場合に、電気化学的発電ユニット内で燃料を生成しかつ貯蔵するように、電源によって、機器、電力貯蔵モジュールおよび電気化学的発電ユニットに給電するための手段と、
電力貯蔵モジュールが第１のしきい値より低い第２の電力しきい値に等しい電力を有することができると直ちに、かつ電気化学的発電ユニットにより充電される電力貯蔵モジュールが第１の電力しきい値に達することができるまで、電気化学的発電ユニット内の燃料を減らし、電気化学的発電ユニットによって機器に給電しかつ電気化学的発電ユニットによって電力貯蔵モジュールを充電するための手段とを備えることを特徴とする。

【0021】

これらの手段の関数（機能、function）がプログラム可能コントローラ型の制御手段によって制御されるために、管理ユニットは、電源および電気化学的発電ユニットへ接続されるスイッチと、電力貯蔵モジュール、機器および電気化学的発電ユニットへ接続される電流変換器とを備えてもよい。制御手段は、電力貯蔵モジュールが第２の電力しきい値に等しい電力を有することができると直ちに、かつ電気化学的発電ユニットにより充電される電力貯蔵モジュールが第１の電力しきい値に達することができるまで、電気化学的発電ユニットが機器および電力貯蔵モジュールに給電できるように、かつ断続電源が機器の動作電力より低い電力を有することができ、かつ電力貯蔵モジュールが第１および第２の電力しきい値の間に含まれる電力を有することができるときに、少なくとも電力貯蔵モジュールが機器に給電できるように、スイッチおよび変換器を制御できてもよい。

【0022】

様々な電力の測定値に依存する可能性がある上述の条件を満たすために、本発明による管理ユニットは、さらに、電源により供給される電力を測定するための手段と、電気化学的発電ユニットが電力貯蔵モジュールを充電できる場合に、電気化学的発電ユニットにより供給される電力を測定するための手段と、電気化学的発電ユニットに含まれる電解設備の供給電圧を導くための手段と、機器の動作電力を測定するための手段と、電力貯蔵モジュールの電力を測定するための手段とを備えてもよい。

【0023】

また、本発明は、本発明による管理ユニットの制御下で電気機器材料に給電するためのシステムにも関する。本システムは、断続電源と、電力貯蔵モジュールと、気体燃料電気化学的発電ユニットとを備え、かつ断続電源が１つまたは複数の風力発電機および／または１つまたは複数の太陽光発電パネルを備えることができる再生可能エネルギー源であることを特徴とする。

【0024】

別の実施形態によれば、本システムは、電力貯蔵モジュールと、気体燃料電気化学的発電ユニットとを備え、かつ断続電源が配電網であることを特徴とする。このような実施形態では、本システムは、分配網がオフに切換される場合、または分配網により送出される電力が機器の給電用としては異常に低すぎる場合の非常給電システムとして動作する。

【0025】

これら二つの実施形態において、給電システムは、電気、燃料および水において完全に自立性であり、無音であり、汚染性でなくかつモジュール化可能であってもよく、少なくとも約１５年の寿命を有し、かつほとんど保全を必要としない場合がある。

【0026】

システムの寿命を延ばすために、電力貯蔵モジュールは、少なくとも１つのリチウムイオン電池を備えてもよい。

【0027】

電気化学的発電ユニットが燃料電池セルを備える場合、燃料電池セルは、電力貯蔵モジュールが第２の電力しきい値に等しい電力を有することができると直ちに、かつ電気化学的発電ユニットにより充電される電力貯蔵モジュールが第１の電力しきい値に達することができるまで、機器に給電しかつ電力貯蔵モジュールを充電することができる。電気化学的発電ユニットが、さらに、電源が機器の動作電力を超える電力を有することができかつ電力貯蔵モジュールが少なくとも第１の電力しきい値に等しい電力を有することができるときに燃料を生成するための電解設備、および電解設備により生成される燃料を貯蔵しかつセル内の燃料を減らすための貯蔵タンクも備えている場合、燃料補給は不要である。

【0028】

燃料が水素であれば、電気化学的発電ユニットは、セル内の貯蔵タンクから水素を減らす間に外気からの蒸気を凝縮水に凝縮（凝集）するための凝集器（condencer,コンデンサ）と、水素を減らす間に凝縮水を集め、かつ電解設備が電源により給電されることが可能である場合に凝縮水を電解設備へ供給するための集水タンクとを備えてもよい。システムの設置場所の気候条件に依存して、凝集器は、セルにより供給される蒸気を凝縮することができる場合がある。

【0029】

最後に、本発明は、本発明による管理ユニット内に実装されることが可能であるコンピュータプログラムに関する。本プログラムは、管理ユニット内で本プログラムが実行されると本発明の方法を実装する命令を備えることを特徴とする。

【0030】

本発明の追加の特徴および優位点は、添付の図面を参照して非限定的な例として行う本発明の幾つかの実施形態に関する以下の説明を読めば、容易に明らかとなるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】図１は、本発明による給電システムを示す概略ブロック図である。

【図2】図２は、システムに含まれる気体燃料電気化学的発電ユニットを示す略ブロック図である。

【図3】図３は、本発明による給電を管理するための方法のアルゴリズムを示す。

【発明を実施するための形態】

【0032】

図１を参照すると、本発明による給電システム１は、給電管理ユニット２と、電力貯蔵モジュール３と、例えば２つの電気化学的発電ユニットである少なくとも１つの気体燃料電気化学的発電ユニット４とを備える。システム１は、電気機器材料５へ電力を供給し、かつ断続電源６へ接続されるように適合化される。

【0033】

電気機器５は、給電システムの充電として動作し、かつ例えば、携帯端末のエミッタおよび受信器において動作する電気通信局である。機器５は、給電システム１によって、機器により提供されるサービスの関数として変わる動作電力Ｐ５を永続的に供給される。例えば、機器は、電力貯蔵モジュール３の出口における公称電圧に一致する４８Ｖの連続電圧下で給電される。

【0034】

以後参照していく図１に示されている第１の使用法によれば、断続電源６は、例えば風力モジュールと、太陽エネルギーモジュールとを備える再生可能エネルギーデバイスである。風力モジュールは、例えば、図１における実施形態による断続的交流三相出口電流または断続的直流電流を発生するための少なくとも１つの風力発電機６１を備える。太陽エネルギーモジュールは、少なくとも１つの太陽光発電パネル６２を備える。例えば、２つ、または３つの太陽光発電パネル６２が、並列してユニット２へ接続される。太陽光パネルは、断続的直流電流を生成する。

【0035】

全世界的に、電源６は、システム１の設置場所の地理的位置の関数として変わる再生可能電力Ｐ６を供給することができる。

【0036】

電力貯蔵モジュール３は、バッテリ３１を備え、かつ例えば、４８Ｖの公称電圧を有する。バッテリは、例えばリチウムイオン型であって、多くの充放電サイクル向けに数年の寿命を提供する。バッテリの容量は、機器５に永続的に給電する場合に、充放電サイクルが約２４時間を要する類のものである。これらのバッテリは、放電電力と称される最小充電電力Ｐ３ｍからフル充電電力と称される最大充電電力Ｐ３Ｍまでの範囲の永続的に測定される電力Ｐ３を送出する。バッテリは、システム１が設置される場所において、風および／または太陽光が十分にある期間では電源６によって充電され、かつ風および／または太陽光がない期間ではバッファとして作用し、よって、電力Ｐ３が放電電力Ｐ３ｍに達していない限り機器５に電力を供給する。放電電力Ｐ３ｍは、管理ユニット２および機器５に給電するに足るものであり、かつ以下に記述する前記給電システム１を管理するための方法サイクルに従って電気化学的発電ユニット４内のセルを始動させるに足るものである。約２４時間を超える、かつ１０日を超えて長期に渡る場合もある風および太陽光がない期間中、電気化学的発電ユニット４は、バッテリ３１を迅速に、典型的には約３時間で再充電するために、電力Ｐ３が放電電力Ｐ３ｍに達する度毎に管理ユニット２によって起動される。ユニット４もまた、バッテリが再充電されている間の、またはバッテリが不十分である場合の機器５の電力供給を保証する。

【0037】

図１に示されているような給電システムの実施形態によれば、２つの電気化学的発電ユニット４は同一であり、燃料として水素を有する。以下、そのうちの一方について、図２を参照して説明する。

【0038】

各電気化学的発電ユニット４は、モジュールとして、水素燃料電池４０（水素セル４０）と、電解設備４１と、水素貯蔵タンク４２と、凝集器４３と、水タンク−取水器４４と、浄水器４５とを備える。あるいは、水素貯蔵タンク、凝集器、水タンク−取水器および浄水器は両ユニット４に共通であって、各々が個々の電解設備４１および個々の水素燃料電池４０を備える。

【0039】

水素燃料電池４０は、例えば、ＰＥＭ（「プロトン交換膜」）技術を基礎とする。二水素としての水素は、セルの陽極４０Ａにおいて酸化されるべく、水素貯蔵モジュール４２から、管理ユニット２の管理下でソレノイドバルブ４６ＥＶが開放されているライン４６を介して放出される。したがって、周囲空気から到来する酸素は、セル４０の出口において電流を供給するために、セルの陰極４０Ｃ上でイオン交換によって還元され、かつ、空気は、代替例によれば、凝集器４３と接続されることが可能なライン４７Ｐにおいて蒸気で充填される。作動中、水素燃料電池４０は、電気機器５の作動に必要な電力Ｐ５より遙かに高い電力を迅速に供給する。

【0040】

管理ユニット２の制御下で、電解設備４１は、電源６によって電気を供給され、かつ取水器４４により、管理ユニット２の制御下で開かれるソレノイドバルブ４８ＥＶを有するライン４８を介して、かつ浄水器４５を介して水を供給される。電解設備は、集められて浄化された水を酸素と水素に分解するように、低圧および低温で作動する。酸素は、電解設備の陽極４１Ａにおいて、空気中へ逃げる。電解設備の陰極４１Ｃでは、低圧下で水素が生成され、管理ユニット２の制御下で開かれるソレノイドバルブ４９ＥＶを有するライン４９を介してタンク４２に貯蔵される。例えば、電解設備４１は小型であり、高分子膜ＰＥＭとして固体電解質を備える。水の電気分解は、水素貯蔵タンク４２が満たされるまでの電気分解の持続時間およびソレノイドバルブ４８ＥＶおよび４９ＥＶの開放を管理する管理ユニット２の出口における電気の供給により、電解設備４１内でトリガされる。

【0041】

水素貯蔵タンク４２および蒸気凝集器４３は、好ましくは少なくとも１つの容器の形式を有する。

【0042】

タンク４２は、ボックス４２Ｃを含み、これらは、円筒形式を有してもよくかつ例示された実施形態によれば垂直に積層されている。各ボックス４２Ｃは、電解設備４１の陰極４１Ｃにより生成される水素を直に貯蔵するためにライン４９へ接続される貯蔵入口４２Ｓと、水素をセル４０の陽極４０Ａへ向かって直に減らすためにライン４６へ接続される貯蔵低減用出口４２Ｄとを有する。あるいは、入口４２Ｓおよび出口４２Ｄは、ボックスの単一の貯蔵用／貯蔵低減用マウスとして合わされてもよい。

【0043】

凝集器４３は、例えば中空の金属カラムの形式を有し、前記カラムは、高位部分に、発電ユニット外部の周囲空気４７Ｅを受け入れるための吸気入口４３ＡＥ、および下位部分に、外部への排気出口４３Ｓおよび水タンク−取水器４４へと方向づけられる凝縮水回収出口４３ＥＣを有する。凝集器４３は、強制対流システムおよび熱交換器を含む。対流システムは、例えば、管理ユニット２によって制御されかつ高位部分において吸気口４３ＡＥの先に配置される電気ファン４３Ｖを備える。熱交換器は、例えば、換気空気と接触するように凝集器４３の内部へと配向されるフィンと、凝集器および貯蔵タンク４２のボックス４２Ｃに共通する、例えばグラファイト内に作られる伝熱性の壁を構成するベースとを有する放熱器４３Ｒの形式を有する。

【0044】

水タンク−取水器４４は、凝集器４３により生成される凝縮水４３ＥＣを重力によって集めるための容器を備える。場合により、取水器４４は、雨水４４ｐを集める。取水器４４は、そのソレノイド４８ＥＶが給水のために管理ユニット２の制御下で開かれるライン４８を介して浄水器４５へ、かつ電解設備４１が貯蔵されるべき水素を生成するために断続電源６によって給電される場合には、電解設備４１へ接続される。浄水器４５は、集められる水を、電解設備４１により要求される水質に適合するように浄化する。

【0045】

水素貯蔵タンク４２は、電解設備４１により生成される水素を直に貯蔵し、かつ水素をエネルギーベクトルとして水素燃料電池４０へ直に供給する。タンク４２は、電解設備４１によって典型的には約１０バールである低圧で生成される水素を、ライン４９において管理ユニット２の制御下で開かれるソレノイドバルブ４９ＥＶを介して充填される。タンク４２内の各ボックス４２Ｃは、放熱器４３Ｒのベースに接触して、ランタンとニッケルの合金等の希土類および金属ベース合金を含む。

【0046】

水素の貯蔵が発熱性となる時点で、高可逆性質量吸着容量を有する合金は、電解設備４１により生成される水素を吸収して水素化物ＬａＮｉ_５Ｈ_６等の水素化物基質を形成し、熱は外部へ放出される。生成される水素のこの直接的貯蔵は、気体または液体水素をシリンダ内に貯蔵する場合のように水素の数百バールの圧縮を基礎とせず、よって極めて高いエネルギー収量を有する。

【0047】

水素化反応は可逆性であることから、タンク４２は、貯蔵された水素を、吸熱反応が水素化物を合金と水素とに変換する時点で凝集器４３内に入れられる空気４７Ｅにより供給される熱の伝達による脱着を介して減らす。水素は、より低い貯蔵低減圧力下で、かつより高い温度下で、管理ユニット２によりソレノイドバルブ４６ＥＶが開かれた放出ライン４６を介して減らされる。数バールである貯蔵低減圧力は、水素貯蔵圧力より低く、かつ大気圧より略高く、セル４０の圧力に一致する。金属は、次に、水素化物状態から、生成される水素を再び貯蔵する用意が整ったそのもとの状態に移る。水素の貯蔵を減らすために、ファン４３Ｖは、管理ユニット２によって、脱着に必要な熱量がかなり湿った外気４７Ｅにより供給されるように始動される。ファン４３Ｖによって例えば流量約１ｍ^３／秒で凝集器４３内へ押しやられる空気４３Ｆは、放熱器４３Ｒのフィンに接触して冷たくなり、これから水素化物は、吸熱性の貯蔵水素低減に必要な熱を取りこむ。

【0048】

凝集器内へ押しやられる空気４３Ｆが放熱器４３Ｒを介する水素化物との熱交換の間に冷却される間、空気温度は、凝縮水が凍結温度に達して凍結することなく、空気の露点温度より高い温度約１゜Ｃに移り、飽和蒸気は、取水器４４により回収され得る液体の水４３ＥＣに変換される。管理ユニット２内のコントローラ２０は、放熱器４３Ｒの表面温度が０゜Ｃに達しないことを確認するように、凝集器４３内の温度計へ接続される。

【0049】

タンク４２および凝集器４３は、凝集器が浄水器４５を介して電解設備へ十分な水を供給するような、かつ電解設備が貯蔵のために十分な水素を供給するような大きさにされ、よって、セル４０は迅速に、機器５に給電しながら、典型的には数時間で再充電されるべきバッテリ３１へ電力を供給する。バッテリ３１は、管理ユニット２の制御下で周期的に、セル４０によって迅速に充電され、かつ風がなく太陽光のない長期間、例えば約１０日間、よって断続電源６が不活性である間、機器５に給電すべくゆっくりと放電する。バッテリが放電電力Ｐ３ｍからフル充電電力Ｐ３Ｍまで再充電される間、貯蔵タンク４２により引き出される熱量は、セルの作動に必要な水素を生成するために電解設備が必要とする水量を超過する。例えば、水素の貯蔵が減らされる間、僅か約６０分以内で約３リットルの凝縮水が生成される場合があり、これが、電解設備によって、水素３．７５Ｎｍ^３（標準立方メートル）の生成に使用される。４ｋＷのセルが３時間で消費する水素は、約１１Ｎｍ^３であって、凝縮水約９リットルの生成、並びにバッテリを迅速に再充電するための１２ｋＷｈの生成を可能にする。

【0050】

あるいは、システム１の設置場所での湿度測定および／または気温が低すぎる、または低くなり過ぎれば、貯蔵低減の間に外気４７Ｅにより供給されてタンク４２により放熱器４３Ｒを介して引き出されるべき熱は、貯蔵低減時に稼働中であるセル４０内で化学反応により放出される、蒸気を充填された熱気４７Ｐ（熱い空気、Hot air）の流れで補充されてもよい。このような代替例において、蒸気を充填された熱気４７Ｐは、セル４０からラインを介して凝集器４３のファン４３Ｖより前の取込みインプット４３ＡＰへ至る。水素燃料電池４０の稼働により生成される蒸気は、電解設備４１により生成されるタンク４２内の水素の供給がセル４０によるバッテリ３１の再充電に必要な電気の生成にとって十分であるに足る凝縮水４３ＥＣを供給しない。この代替例では、ユニット４の毎年の保全時に再生可能な水の供給が用意されてもよい。

【0051】

図１に戻ると、管理ユニット２は、セントラルコントローラ２０（中央制御器２０）の周りに編成され、さらに、スイッチ２１および２３と、電流変換器２２および２４と、セントラルコントローラ２０へ接続される充電コントローラ２５とを備える。各変換器２２、２４の出口は、４８ボルトのバイファイラバス２６によって、または配電バーによって、管理ユニットに含まれる部材２０から２５までへ、電力貯蔵モジュール３へ、電気機器５へ、かつ電気化学的発電ユニット４へ接続される。各電流変換器２２、２４は、風力発電機６１および太陽光パネル６２の出口における交流または直流電流に適応されるようにプログラム可能であり、かつ、機器５の、バッテリ３１の、かつユニット４における電解設備４１の電流消費量を調整するようにセントラルコントローラ２０によって導かれる充電調整器を含む。変換器２２および２４の数は、各々風力発電機６１および太陽光パネル６２の最大電力に依存する。

【0052】

給電システムを周期的に管理するためのこの方法は、主としてコントローラ２０内にコンピュータプログラムとして実装される。コントローラ２０は、機器５およびユニット２内に包含される部材の給電の連続性を自動的に保全し、断続電源６によって、または電気化学的発電ユニット４によってバッテリ３１の充電を提供して、断続電源６が過剰な電力を生成するとバッテリ３１に電力を貯蔵し、かつ好ましくは、システム１が機器５を構成する電気通信局によって動作およびアラーム状態の信号を再送信することを監視する。

【0053】

風力発電機６１の出口端子は、各々、風力発電機６１の出口における断続電流を４８Ｖの公称連続電圧下で直流電流に変換するために、二状態の第１のスイッチ２１によって変換器２２の入口へ接続される。

【0054】

太陽光発電パネル６２の出口端子は、各々、パネル６２の出口における断続電流を公称連続電圧下で直流電流に変換するために、四状態の第２のスイッチ２３の第１の入口によって変換器２４の入口へ接続される。ユニット４内の水素燃料電池４０の出口は、各々、水素燃料電池の出口における可変直流電流を公称連続電圧下で直流電流に変換するために、２つのスイッチ２３の第２の入口によって変換器２４の入口へ接続される。

【0055】

スイッチ２１および２３は、コントローラ２０によって制御される状態を有する。スイッチ２１および２３の第１の状態において、風力発電機６１および太陽光パネル６２は、風および太陽光が十分である一期間中に、機器５に給電し、かつ場合により１つまたは２つのバッテリ３１を充電し、または水素を生成するように電解設備４１に給電する。前記２つのスイッチ２３の第２の状態において、水素燃料電池４０は、機器５の給電を保全しながらバッテリ３１を迅速に再充電する。各変換器２２、２４は、それらの入口における可変性の電流および電圧に適応するための電子アダプタと、出口電圧安定器とを備える。各変換器２２、２４は、その出口電流を測定し、かつセントラルコントローラ２０により、バッテリの充電に際してフル充電電圧まで、例えばバス２６によってバッテリ３１へ印加される出口電圧を変えるために測定される出口電流の関数として制御される。したがって、コントローラ２０は、変換器の出口における電力を確立し、かつ一方で風力発電機６１の、かつ太陽光発電パネル６２の出口電力、延ては電源６の出口電力Ｐ６を、かつもう一方で水素燃料電池４０の出口電力、延ては電気化学的発電ユニット４の出口電力Ｐ４を評価する。

【0056】

さらに保護された代替例によれば、スイッチ２１、２２は、スイッチの第２の出口を、セントラルコントローラ２０の制御下で変換器２２、２４の欠陥品により置換されることを意図する非常用変換器２Ｓへ接続するための追加的な状態を含んでもよい。例えば、強風または強い日差しの期間中に出口電力が異常に低ければ、その変換器には欠陥がある。この目的に沿って、コントローラ２０は、システム１の場所における風力および光の流れを測定しかつ監視するために、風速計および光度計（不図示）へ接続される。

【0057】

変換器２２および２４に包含される充電調整器によるセントラルコントローラ２０は、バッテリ３１の充電電圧を制御する。図１に示されているような実施形態によれば、両バッテリ３１に渡って接続されるリレー回路２７は、コントローラ２０によって、バッテリの充電を放電電力Ｐ３ｍとフル充電電力Ｐ３Ｍとの間に保全しながらバッテリ３１を過充電および重放電から保護し、かつ電源６またはセル４０によってバッテリを再充電するための高電流を保証するように制御される。あるいは、リレー回路は省略され、バッテリ自体が、過充電および重放電からの保護を保証する電子回路を備える。

【0058】

両バッテリ３１間には、充電コントローラ２５が接続され、両バッテリ３１に渡って測定される電圧および電流である充電電力Ｐ３をセントラルコントローラ２０へ伝達する。あるいは、充電コントローラ２５は、バッテリ内に包含される電子ユニットへ統合される。

【0059】

また、セントラルコントローラ２０は、後述するような管理方法の間、セル４０の作動時、および電解設備４１の作動時に、各々ソレノイドバルブ４６ＥＶおよびファン４３Ｖ、およびソレノイドバルブ４８ＥＶおよび４９ＥＶも制御する。またコントローラ２０は、断続電源６および各電気化学的発電ユニット４の作動を監視するために、風速計、光度計、流量計、マノメータ、温度計等の様々な測定デバイスＡＭ（不図示）へも接続される。

【0060】

図１および図２に関する先の説明から明らかであるように、本発明の給電システム１は、幾つかの小型でほとんど嵩張らない、接続可能なモジュールであってもよく、よって、孤立した場所またはアクセスがほぼ不可能な場所に、または自然災害後または紛争時の人民救助任務中に設置されるべくヘリコプタで輸送されることが可能であってもよい。さらに、本システムは、僅か年一回の保全で１５年の寿命を有するように設計される。

【0061】

本発明による給電のための周期的管理方法は、水素燃料電池４０およびバッテリ３１が著しく異なる寿命および動作特性を有するという観察を基礎とする。典型的には、リチウムイオン電池３１は、約１５年より長い寿命を有し、かつ、その差がバッテリの重放電と過充電との差の約６０％に相当する電力Ｐ３ｍとＰ３Ｍとの間の少なくとも７０００回の充放電サイクルに耐えることができる。水素燃料電池４０は、最小電力から最大電力までの範囲の電力を供給するように適合化され、かつ、送出する電力に関わらず、約５０００時間の寿命を有していて、例えば、４８Ｖの電圧下では、セルにより供給される電流は２０Ａから１００Ａまでの範囲に及ぶ。送出する電力から独立している水素燃料電池の寿命は、約１０００回より多い、その起動−停止の回数に依存する。

【0062】

水素燃料電池４０を節約し、かつこれによりセル起動の利用を可能な限り延長するために、セルは、バッテリが完全に放電されて、その放電しきい値Ｐ３ｍに達する場合にのみ起動され、かつセルは、バッテリが充電されるとき、または放電されているときには、機器５の作動に必要な電力Ｐ５を絶対に直に供給しない。別段で述べれば、機器５の供給の電気的連続性は、断続電源６が機器５を作動させるに足る電力を供給すれば、断続電源６によって、または電源６が単独で機器５を動作させるには不十分な電力を供給するのであれば、電力貯蔵モジュール３および電源６によって、または電源６がそれ以上電力を供給せず、かつバッテリにおいて利用可能な電力が放電電力Ｐ３ｍに達していなければ、電力貯蔵モジュール３のみによって、コントローラ２０の制御下で優先的に保全される。最後の方策として、バッテリの放電電力Ｐ３ｍに達すると、水素燃料電池４０は、それらの最大電力を生成するように起動され、共に両バッテリ３１を迅速にフル充電電力Ｐ３Ｍまで充電して機器５の作動に必要な電力を保証する。リチウムイオン電池３１は、約１０時間の再充電持続時間を要する他のバッテリ、例えば鉛酸バッテリに比較すると、極めて迅速に、約３時間以内で再充電される。バッテリが充電されると直ちに、水素燃料電池４０は停止され、かつゆっくりと放電するバッテリ３１は、場合により、電源６と共に機器５の給電を保証する。これにより、セル４０の起動の累積持続時間は、バッテリが単独で、または電源６と共に機器５の作動を実装することができる限り低減される。

【0063】

例えば、容量４８０Ａｈｒ、および最小および最大電流２４０Ａおよび４８０Ａに一致する放電電力Ｐ３ｍおよびフル充電電力Ｐ３Ｍ、即ち（４８０−２４０）／２０＝１２時間の放電および自立性持続時間、を有するバッテリ３１と共に、機器５へ直流充電電流２０Ａを永続的に供給するために、機器用電流２０Ａとバッテリ充電用電流１００−２０＝８０Ａとに分散される最大電流１００Ａに一致する最大電力Ｐ４を有する水素燃料電池４０は、２４０／８０＝３時間に渡ってバッテリを充電し、１２＋３＝１５時間の放電／充電サイクルに対応する。セルが一年に１１１回使用されるとすると、給電システム１の寿命は、約半年を超える寿命を有するセルの場合で、５０００／（１１１ｘ３）＝１５年である。

【0064】

次に、図３を参照すると、本発明による周期的管理の方法は、主としてコントローラ２０内で実行されるステップＥ１からＥ１０までを含む。最初に、システム１を設置した時点で、バッテリ３１がフル充電され、かつシステムが始動されると直ちに、断続電源６がスイッチ２１および２３および変換器２２および２４を介して電気機器５へ接続され、かつ、機器５の作動に必要な電力を、バッテリ３１の寄与により、またはその寄与なしに供給する。

【0065】

本明細書に記載しているように、永続的な測定ステップＥＭにおいて、セントラルコントローラ２０は、太陽光パネル６２により供給される電力Ｐ６２またはセル４０により供給されるＰ４を変換器２４の入力において測定される電流の関数として評価し、かつ風力発電機６１により供給される電力Ｐ６１を当該発電機のロータ回転数の関数として、かつ延ては、電源６により供給される電力Ｐ６＝Ｐ６１＋Ｐ６２を評価する。コントローラ２０は、バッテリの充電に際して水素を生成するために断続電源６により供給される利用可能電力の関数として変わる、電解設備４１の供給電圧Ｖ４１を制御する。コントローラ２０は、バッテリの充電に際して電解設備４１の電圧ランプを制御するために、機器５およびバッテリ３１が利用可能な電力およびこれらによって消費される電流、よって、機器５およびユニット２の作動に必要な電力Ｐ５、および充電コントローラ２５を介するバッテリの電力Ｐ３を永続的に評価する。コントローラ２０は、測定デバイスＡＭから、物理的大きさの測定値を永続的に受信する。

【0066】

機器５および管理ユニット２は、給電の連続性のステップＥＣにおいて述べるように、それらの作動に必要な電力を変換器２２および２４の出口を介し、バス２６を介して永続的に受け取る。前記必要な電力は、以後、包括的に、調整器２５により永続的に測定されかつ調整器２５によりコントローラ２０へ通知される充電電力Ｐ５と称する。永続的に、という言い回しは、測定が１秒の約数十分の１の超短周期で実行されることを意味する。

【0067】

ステップＥ１において、コントローラ２０は、断続電源６により供給される測定された電力Ｐ６を充電電力Ｐ５と比較する。風および／または日差しが豊富な期間中に電源６が高電力を供給する結果として、電力Ｐ６が充電電力Ｐ５を超えていれば、コントローラ２０は、利用可能な過剰電力Ｐ６−Ｐ５をバッテリの充電用に、または水素の製造用に割り当てる評定を下す。ステップＥ２において、コントローラ２０は、バッテリ３１の電力Ｐ３を、そのフル充電電力Ｐ３Ｍと比較する。Ｐ３＜Ｐ３Ｍであって、機器５およびユニット２がバッテリのインピーダンスより低いインピーダンスを示していれば、断続電源６により供給される電力Ｐ６は、機器５およびユニット２の給電用に優先的に使用され、バッテリ３１は、ステップＥ３において、バッテリがそのフル充電電力Ｐ３Ｍに達するまで電源６により供給される過剰電力Ｐ６−Ｐ５を蓄積する。バッテリがそのフル充電電力Ｐ３Ｍを有する、ステップＥ２とは反対の事例では、コントローラ２０は、過剰電力Ｐ６−Ｐ５もまた電解設備４１の給電用に使用され、よってその陰極４１ＣがステップＥ４において貯蔵タンク４２内に貯蔵される水素を生成するように、電解設備４１の供給電圧Ｖ４１を制御する。このような場合、コントローラ２０は、生成される水素がライン４９を介してタンク４２内に貯蔵されていく限り、ソレノイドバルブ４９ＥＶの開放も制御する。

【0068】

ステップＥ１に戻って、電源６により供給される電力Ｐ６の測定値が機器５およびユニット２に必要な充電電力Ｐ５を供給するには不十分であり、ゼロですらあれば、コントローラ２０は、バッテリ３１の電力Ｐ３をその放電しきい値Ｐ３ｍと比較し、または、代替例によれば、ステップＥ５において包含される電子ユニットにより伝達される電力Ｐ３の測定値を回復させる。バッテリの充電Ｐ３が十分でなければ、機器５およびユニット２は、ステップＥ６において、バッテリ３１からの抽出分が追加される電源６による供給電力を供給される。これにより、先のステップＥ１からＥ６までの間、機器５およびユニット２は、バッテリの電力Ｐ３が放電しきい値Ｐ３ｍより高値に留まる限り、電源６および／またはバッテリ３１によって給電される。

【0069】

ステップＥ５において、バッテリ３１が、風および日差しの少ない期間、さらには風および日差しが全くない期間の後に放電されて、Ｐ３＝Ｐ３ｍに相当する事態となれば、コントローラ２０は、ファン４３Ｖを始動して、タンク４２がライン４６を介してセル４０の陽極４０Ａへと貯蔵水素を減らし、ステップＥ７においてセルが起動されるようにソレノイドバルブ４６ＥＶの開放を制御する。コントローラ２０は、変換器がバス２６を介してバッテリ３１を、セルにより生成される電力の過剰分Ｐ４−Ｐ５でフル充電電力Ｐ３Ｍまで極めて迅速に充電するように、スイッチ２３を制御して水素燃料電池４０の出口を変換器２４へ接続する。機器５およびユニット２の作動に必要な電力Ｐ５は、バッテリおよび機器５の電流消費量の関数として変わる水素量を吸収するセル４０により発生される電力Ｐ４から抽出される。

【0070】

ステップＥ７と同時的なステップＥ８では、ファン４３Ｖの作動により、外気４７Ｅが凝集器４３内へ押しやられ、放熱器４３Ｒ上へと流れる。放熱器４３Ｒは、換気される外気４７Ｅの熱を捕捉し、かつこれを、セル４０の作動に必要な水素を減らすべく水素化物を合金と水素とに変換する吸熱脱着の間に、貯蔵タンク４２のボックス４２Ｃ内の水素化物へ伝達する。放熱器４３Ｒを介する熱交換は、外気４７Ｅの蒸気を、タンク−取水器４４に集められる凝縮水４３ＥＣに凝縮する。上述の代替例によれば、作動する水素燃料電池４０により放出される熱気４７Ｐ内の蒸気も、水４３ＥＣに凝縮される。ステップＥ７およびＥ８と同時的に、ステップＥ９において、コントローラ２０は、充電コントローラ２５によって通知されるバッテリ３１、またはバッテリ内に包含される電子ユニットの再充電の進捗状況を監視する。

【0071】

ステップＥ９において、バッテリ３１がそのフル充電電力Ｐ３Ｍに達すると直ちに、コントローラ２０は、ステップＥ１０において、ファン４３Ｖを停止し、かつソレノイドバルブ４６ＥＶを閉止してセル４０を停止し、かつ太陽光パネル６２の出口を変換器２４へ接続するようにスイッチ２３を制御する。ステップＥ１０の後、ステップＥ４およびＥ６の後と同様に、コントローラ４０は、本方法のステップＥ１へと戻り、よって機器５およびユニット２は、ステップＥ２からステップＥ４までにおいて断続電源６により、またはステップＥ６において少なくともバッテリ３１により、優先的に給電される。

【0072】

ステップＥ７の代替例によれば、コントローラ２０は、スイッチ２１も制御して、バッテリ３１がフル充電電力Ｐ３Ｍに達するまで風力発電機６１および変換器２２を切断する。

【0073】

第２の用法によれば、断続電源６は、風力発電機６１および太陽光パネル６２に代わるローカル配電網であり、かつシステム１は、ローカル配電網に欠陥が生じた場合の非常用発電機として作用する。この第２の用法の場合、配電網は、スイッチ２１および／または２３を介して変換器２２および／または２４へ接続される。変換器は、コントローラ２０によって構成される。電気機器５および管理ユニット２の給電を管理する方法は、先に述べたものと同様である。ステップＥ１からステップＥ４までにおいては、配電網が電力を供給する限り、機器５および管理ユニット２は、必要であれば、ステップＥ４において電解設備４１により水素を生成するために動作可能な配電網により給電される。配電網がオフに切換されると直ちに、バッテリ３１は、ステップＥ６において、当該配電網を中継する。配電網のオフ切換が、ステップＥ５において、バッテリの電力Ｐ３が放電しきい値Ｐ３ｍに達するまで発生すれば、バッテリは、ステップＥ７からステップＥ１０までにおいて、セル４０の起動を介して再充電される。

【0074】

ローカル配電網の故障は、多少なりとも頻繁な故障によって生じ得るが、暴風、地震または津波等の自然災害の結果として生じるネットワークの損傷にも起因し得る。

【0075】

電気機器５が電気通信局である場合、その給電が管理ユニット２により管理される局は、断続電源６の状態如何に関わらず、約１０連続日を超える間の携帯端末との通信を不連続なしに保証する。例えば、携帯端末は、公共安全サービスのための専門家グループのそれであって、地上無線通信網に編成されている。電気通信局が、孤立した場所に、例えばほとんどアクセスが不可能な山の頂に設置されていれば、本発明による管理ユニット２は、断続電源が機器用電力を生成しない場合、または機器用として十分な電力を生成しない場合に、局の稼働を連続する数日に渡って維持することを可能にする。具体的には、断続電源が配電網である場合、システム１は、損傷した配電網を修繕する保全チームの関与を数日延ばすことを可能にする。

【0076】

他のアプリケーションによれば、電気機器５は、例えば井戸から水を汲み上げるためのポンプ等の電気モータ、または監視システムである。

【0077】

記述している発明は、断続電源によって優先的に給電される電気機器材料の給電の連続性を保証するための方法および給電管理ユニットに関する。ある実装によれば、本発明による方法のステップは、管理ユニットに、具体的には管理ユニット２のコントローラ２０に組み込まれるコンピュータプログラムの命令によって決定される。本発明の管理ユニット内に実装されることが可能なプログラムは、前記プログラムが、実行されているプログラムを介してその作動が次に制御される管理ユニット内で実行されると、本発明による方法のステップを達成するプログラム命令を含む。

【0078】

結果的に、本発明は、本発明を実装するように適応される、コンピュータ読取り可能記録媒体およびデータを処理するための任意のデバイス上に、またはこれらの内部に記録されるコンピュータプログラムを含むコンピュータプログラムにも適用される。このプログラムは、任意のプログラミング言語を用いてもよく、かつソースコード、オブジェクトコードまたは部分的にコンパイルされた形式等のソースコードとオブジェクトコードとの間の中間コードの形式、または本発明による方法を実装するための所望される他の任意の形式であってもよい。プログラムは、基地局において、インターネット等の通信網を介してダウンロードされてもよい。

【0079】

記録媒体は、プログラムを蓄えることができる任意のエンティティまたはデバイスであってもよい。例えば、媒体は、本発明によるコンピュータプログラムが記録される、例えばＣＤ ＲＯＭまたはマイクロ電子回路のＲＯＭであるＲＯＭ等の貯蔵媒体、またはＵＳＢキー、または磁気記録媒体、例えばフロッピー（登録商標）ディスクまたはハードドライブをも備えてもよい。

【図1】

【図2】

【図3】