特表 2024-507340 フェイルセーフバッテリ蓄電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-02-19

(54)【発明の名称】フェイルセーフバッテリ蓄電システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20240209BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20240209BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20240209BHJP

【ＦＩ】

H02J7/00 Y

H02J7/00 302C

H02J7/02 F

H01M10/48 P

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023548944

(86)(22)【出願日】2022-02-11

(85)【翻訳文提出日】2023-09-21

(86)【国際出願番号】 EP2022053342

(87)【国際公開番号】W WO2022171784

(87)【国際公開日】2022-08-18

(31)【優先権主張番号】21156838.1

(32)【優先日】2021-02-12

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523307055

【氏名又は名称】ステイブル エナジー ゲー・エム・ベー・ハー

【氏名又は名称原語表記】ＳＴＡＢＬ Ｅｎｅｒｇｙ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｂａｉｅｒｂｒｕｎｎｅｒ Ｓｔｒａｓｓｅ ３０， ８１３７９ Ｍｕｅｎｃｈｅｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】アートゥア ズィンガー

【テーマコード（参考）】

5G503

5H030

【Ｆターム（参考）】

5G503AA01

5G503BA02

5G503BB01

5G503CA11

5G503CB11

5G503DA18

5G503EA05

5G503EA08

5H030AS08

5H030FF22

5H030FF41

5H030FF42

5H030FF43

5H030FF44

5H030FF52

(57)【要約】

フェイルセーフバッテリ蓄電システムは、バッテリモジュールの複数のストリングを有する。それぞれのストリング内でバッテリモジュールは直列接続されており、ストリングは並列接続されている。複数の期間にわたり、バッテリモジュールの異なる組み合わせは、バッテリが接続されて接続状態にあり、この間に残りのバッテリモジュールは開状態にあり、これにより、電力状態がより高いバッテリモジュールは、電力状態がより低いバッテリモジュールよりも接続状態にある時間が長くなる。さらに、複数の期間にわたり、ストリングの異なる組み合わせは、接続状態にあり、この間に残りのストリングは開状態にあり、これにより、バッテリモジュールの電力状態がより高いストリングは、電力状態がより低いストリングよりも接続状態にある長い時間が長くなる。バッテリ蓄電システムにより、故障したバッテリモジュールはバイパス状態にされ、かつ／または故障したストリングは開状態にされる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリモジュール（２００）の複数のストリング（１１０，１２０，１３０）を有するフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）であって、
それぞれのストリング（１１０，１２０，１３０）は、直列接続された複数のバッテリモジュール（２００）を有し、
それぞれのストリング（１１０，１２０，１３０）は、第１バッテリシステムコネクタ（１４１）と第２バッテリシステムコネクタ（１４２）との間で別のストリング（１１０，１２０，１３０）に接続されており、
それぞれのバッテリモジュール（２００）には少なくとも、
バッテリ（２１０）と、
前記第１バッテリシステムコネクタ（１４１）と前記第２バッテリシステムコネクタ（１４２）との間で、前記バッテリ（２００）を接続するかまた切り離すように構成された直列スイッチ（２２０）と、
閉じている場合、前記第１バッテリシステムコネクタ（１４１）と前記第２バッテリシステムコネクタ（１４２）との間で、前記バッテリモジュール（２００）をバイパスするように構成された並列スイッチ（２３０）と、が含まれており、
それぞれのバッテリモジュール（２００）は、次に対して、すなわち、
前記直列スイッチ（２２０）が開いておりかつ前記並列スイッチ（２３０）が閉じている接続状態と、
前記直列スイッチ（２２０）が開いておりかつ前記並列スイッチ（２３０）が閉じているバイパス状態と、
前記直列スイッチ（２２０）および前記並列スイッチ（２３０）が開いている開状態と、に対して構成可能であり、
それぞれのストリング（１１０，１２０，１３０）は、次に対して、すなわち、
前記ストリングの少なくとも１つのバッテリモジュール（２００）が接続状態にありかつ残りの前記バッテリモジュール（２００）がバイパス状態にある接続状態と、
少なくとも１つのバッテリモジュールが開状態にある開状態とに対して構成可能である、フェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）において、
前記バッテリ蓄電システム（１００）は、少なくとも１つのストリング（１１０，１２０，１３０）内で、複数の期間にわたり、接続状態に対し、残りの前記バッテリモジュール（２００）がバイパス状態にある間に、バッテリモジュール（２００）の異なる組み合わせを選択し、これにより、前記バッテリ蓄電システム（１００）の放電中、電力状態がより高い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つは、電力状態がより低い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長く、かつ／または前記バッテリ蓄電システム（１００）の充電中、電力状態がより低い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つは、電力状態がより高い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長く、
前記バッテリ蓄電システム（１００）は、複数の期間にわたり、接続状態に対し、残りの前記ストリング（１１０，１２０，１３０）が開状態にある間に、前記ストリング（１１０，１２０，１３０）の異なる組み合わせを選択し、これにより、前記バッテリ蓄電システム（１００）の放電中、バッテリモジュール（２００）の電力状態がより高い前記ストリング（１１０，１２０，１３０）は、前記バッテリモジュール（２００）の電力状態がより低い前記ストリング（１１０，１２０，１３０）の少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長く、かつ／または前記バッテリ蓄電システム（１００）の放電中、バッテリモジュール（２００）の電力状態がより低い前記ストリング（１１０，１２０，１３０）の少なくとも１つは、バッテリモジュール（２００）の電力状態がより高い前記ストリング（１１０，１２０，１３０）の少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長く、
前記バッテリ蓄電システム（１００）は、故障したバッテリモジュール（２００）をバイパス状態にし、かつ／または故障したストリング（１１０，１２０，１３０）を開状態にするように構成されている、ことを特徴とする、フェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項2】

バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つのストリング（１１０）を有するフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）であって、
少なくとも１つの前記ストリング（１１０）は、直列接続された複数のバッテリモジュール（２００）を有し、
第１バッテリシステムコネクタ（１４１）と第２バッテリシステムコネクタ（１４２）との間に接続されており、
それぞれのバッテリモジュール（２００）には少なくとも、
バッテリ（２１０）と、
前記第１バッテリシステムコネクタ（１４１）と前記第２バッテリシステムコネクタ（１４２）との間で、前記バッテリ（２００）を接続するかまた切り離すように構成された直列スイッチ（２２０）と、
閉じている場合、前記第１バッテリシステムコネクタ（１４１）と前記第２バッテリシステムコネクタ（１４２）との間で、前記バッテリモジュール（２００）をバイパスするように構成された並列スイッチ（２３０）と、が含まれており、
それぞれのバッテリモジュール（２００）は、次に対して、すなわち、
前記直列スイッチ（２２０）が開いておりかつ前記並列スイッチ（２３０）が閉じている接続状態と、
前記直列スイッチ（２２０）が開いておりかつ前記並列スイッチ（２３０）が閉じているバイパス状態と、
前記直列スイッチ（２２０）および前記並列スイッチ（２３０）が開いている開状態と、に対して構成可能である、フェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）において、
前記バッテリ蓄電システム（１００）は、少なくとも１つの前記ストリング（１１０）内で、複数の期間にわたり、接続状態に対し、残りの前記バッテリモジュール（２００）がバイパス状態にある間に、バッテリモジュール（２００）の異なる組み合わせを選択し、これにより、前記バッテリ蓄電システム（１００）の放電中、電力状態がより高い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つは、電力状態がより低い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長く、前記バッテリ蓄電システム（１００）の充電中、電力状態がより低い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つは、電力状態がより高いバッテリモジュール（２００）の少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長く、かつ／または前記バッテリ蓄電システム（１００）の充電中、電力状態がより低い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つは、電力状態がより高いバッテリモジュール（２００）の少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長く、
前記バッテリ蓄電システム（１００）は、故障したバッテリモジュール（２００）をバイパス状態にし、かつ／または故障したストリング（１１０，１２０，１３０）を開状態にするように構成されている、ことを特徴とする、フェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項3】

前記バッテリ蓄電システム（１００）は、ＤＣ電圧の出力および／または入力のために構成されている、ことを特徴とする、請求項１または２記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項4】

複数の前記ストリング（１１０，１２０，１３０）の少なくとも１つには、前記ストリングの前記バッテリモジュール（２００）に直列接続されたインダクタ（１１９，１２９，１３９）が含まれる、ことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項5】

複数の前記ストリング（１１０，１２０，１３０）の少なくとも１つには、前記ストリングに並列接続されるダイオード（１１８，１２８，１３８）が含まれており、これにより、前記ダイオード（１１８，１２８，１３８）は前記ストリングの通常の出力電圧では導通しない、ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項6】

前記第１バッテリシステムコネクタ（１４１）と前記第２バッテリシステムコネクタ（１４２）との間に負荷および／または電源が接続されている、ことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項7】

前記バッテリ蓄電システム（１００）は、故障したバッテリモジュール（２００）をバイパス状態にし、かつ／または故障したストリング（１１０，１２０，１３０）を開状態にするように構成されている、ことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項8】

前記バッテリ蓄電システム（１００）は、故障状態がもはや存在しなくなった後、故障したバッテリモジュール（２００）および／または故障したストリング（１１０，１２０，１３０）を通常動作に戻すように構成されている、ことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項9】

前記バッテリモジュール（２００）の前記電力状態には、充電状態、最大電流容量、電圧、温度、健康状態またはこれらの組み合わせの少なくとも１つが含まれる、ことを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項10】

前記バッテリモジュールには、前記バッテリモジュールの電力供給容量および／または充電容量が、所定の量だけ、同じ前記ストリングにおける別の前記モジュールの平均容量を下回って、または所定の閾値を下回って低下した場合かつ／または前記バッテリモジュールが、同じ前記ストリングにおける別の前記モジュールよりも高い温度または低い健康状態を有する場合、故障状態が割り当てられる、ことを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項11】

少なくとも１つのバッテリモジュール（２００）には、少なくとも１つの別のスイッチが含まれており、少なくとも１つの前記バッテリモジュールの前記スイッチはさらに、バッテリセルもしくはバッテリモジュールの並列スイッチングまたはバッテリセルの極性逆転の少なくとも１つに対して構成可能である、ことを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項12】

前記フェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）は、少なくとも１つの故障したバッテリモジュール（２００）に起因して公称出力電圧を維持するために、使用できない第１ストリングの出力電圧の値に残りの前記ストリングの電圧を適合するように構成されている、ことを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項13】

請求項１から１２までのいずれか１項記載の２つのフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）を含む３相フェイルセーフバッテリ蓄電システムにおいて、
第１相コネクタ（３１１）と第２相コネクタ（３１２）との間には、第１フェイルセーフバッテリ蓄電システム（３２１，３２２）が接続されており、
前記第２相コネクタ（３１２）と第３相コネクタ（３１３）との間に、第２フェイルセーフバッテリ蓄電システム（３２３，３２４）が接続されている、ことを特徴とする、３相フェイルセーフバッテリ蓄電システム。

【請求項14】

バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つのストリング（１１０）を有するフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）を動作させる方法であって、前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも２つは、それぞれのストリング内で直列接続されており、
前記方法には、次のステップ、すなわち、
少なくとも１つの前記ストリング（１１０）内で、複数の期間にわたり、前記バッテリモジュールの前記バッテリ（２１０）が直列接続されている接続状態に対し、残りの前記バッテリモジュール（２００）が、切り離されたバッテリ（２１０）によってバイバス状態にある間に、バッテリモジュール（２００）の異なる組み合わせを選択するステップが含まれる、ことを特徴とする、方法。

【請求項15】

バッテリモジュール（２００）の複数のストリング（１１０，１２０，１３０）を有するフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）を動作させる方法であって、前記ストリングは、並列接続されており、前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも２つは、それぞれのストリング内で直列接続されており、
前記方法には、次のステップ、すなわち、
それぞれのストリング（１１０，１２０，１３０）内で、複数の期間にわたり、前記バッテリモジュールの前記バッテリ（２１０）が直列接続されている接続状態に対し、残りの前記バッテリモジュール（２００）が、切り離されたバッテリ（２１０）によってバイパス状態にある間に、バッテリモジュール（２００）の異なる組み合わせを選択するステップと、
複数の期間にわたり、前記ストリング（１１０，１２０，１３０）が並列接続されている接続状態に対し、残りの前記ストリング（１１０，１２０，１３０）が開状態において切断されている間に、前記ストリング（１１０，１２０，１３０）の異なる組み合わせを選択するステップと、を有する、ことを特徴とする、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の技術分野
本発明は、航空宇宙技術のような重要な用途のためのフェイルセーフバッテリ蓄電システムに関する。フェイルセーフバッテリ蓄電システムより、１つまたは複数のバッテリモジュールが故障した場合であっても電力の供給が維持される。

【0002】

関連技術の説明
装置の機能安全性は、例えば、全ての産業に適用可能な国際標準ＩＥＣ６１５０８によって定められている。この規格により、それぞれの安全機能について達成すべき目標を提供する４つの安全度水準（ＳＩＬ：safety integrity level）が定められている。

【表1】

【0003】

類似の規格は、例えば、自動車装置について（ＩＳＯ ２６２６２（ＡＳＩＬ））および航空宇宙装置（ＤＯ１７８Ｂ）について存在する。

【0004】

特に、航空宇宙用途については、バッテリ蓄電装置は、最高水準の要件（ＳＩＬ ４、ＡＳＩＬ Ａ、ＤＡＬ Ａ）を満たさなければならないことがある。ほとんどの場合、バッテリ蓄電システムには、直列接続可能な複数のバッテリセルが含まれていてよい。直列接続されたシステムにおいて１つのバッテリセルに故障が発生すると、システム全体が故障してしまう。したがって、このようなシステムは、単一のバッテリセルよりも著しく高い故障率を有する。

【0005】

米国特許出願公開第２０１３／０２３４６６７号明細書には、それぞれのバッテリ管理ユニットにバッテリセル、絶縁素子およびバイパス素子が含まれているバッテリ管理システムが開示されている。これにより、個々のバッテリセルを活性化または切り離すことができる。

【0006】

米国特許出願公開第２０１４／００４９２３０号明細書には、複数のバッテリをスイッチングすることによってＡＣ信号を生成するためのマルチレベルコンバータトポロジが開示されている。

【0007】

発明の概要
本発明が解決しようとする課題は、信頼性が高くかつ故障率が低いバッテリおよびバッテリ蓄電システムを提供することである。このようなバッテリおよびバッテリ蓄電システムは、航空宇宙用途に使用できる可能性がある。

【0008】

上述の課題の解決手段は、独立請求項に記載されている。従属請求項は、本発明のさらなる改良に関する。

【0009】

１つの実施形態では、バッテリ蓄電システムには、複数のバッテリモジュールが含まれており、それぞれのモジュールには、閉じたときに、（接続状態と称される）別のバッテリおよび／またはモジュールにモジュールのバッテリを直列接続するように構成されたスイッチが含まれている。直列スイッチであってよいスイッチはまた、開いたときに、別のバッテリおよび／またはモジュールからバッテリを切り離すように構成されてもよい。閉じたときに、バッテリモジュールをバイパスするための並列スイッチが、バッテリモジュールに設けられていてもよい。この状態をバイパス状態と称する。両方のスイッチが開いている場合、バッテリモジュールは開状態にある。さらなるスイッチング状態を提供することができるより多くの個数のスイッチが存在してよい。バッテリには、１つまたは複数のバッテリセルが含まれていてよい。高電力用途に対しては、より高い電圧を得るために、バッテリセルのグループを（例えば、ハードワイヤードで）直列接続することができる。

【0010】

整数Ｎ個（ただしＮ≧２）のモジュールがストリングに接続され、整数Ｍ個（ただしＭ≧２）のストリングが一緒に接続される。個々のストリングは、個別の個数Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，…のモジュールを有していてよい。これらのストリングは、並列回路によって一緒に接続可能である。ストリングには、電流分布を改善するために、かつ／またはストリング間を流れる不所望の電流を回避するために、インダクタおよび／またはダイオードが含まれていてよい。電流はストリングの接続状態と開状態との間のパルス幅変調（ＰＷＭ）スイッチングによって制御可能であるため、インダクタにより、ストリングの電流制御を改善することができる。またインダクタには、十分な長さの接続ケーブルが含まれていてもよい。バッテリ蓄電システムは、負荷にＤＣ電圧を供給するように構成されていてよい。バッテリ蓄電システムはまた、接続状態のバッテリモジュールの個数の変更するスイッチングにより、正弦波または別の任意の波形を近似することにより、ＡＣ電圧を供給するように構成されていてもよい。

【0011】

ストリングは、そのバッテリモジュールのバランシングを行うように構成可能である。通常、ストリング内のバッテリモジュールの個数Ｎは、このストリングがその公称出力電圧よりも高い出力電圧を供給できるように選択される。したがって、通常、全てのバッテリモジュールがそれぞれ公称出力電圧を供給する必要はなく、全てのバッテリモジュールが接続状態にあるわけではない。残りのバッテリモジュールは、バイパス状態にあり、電力を供給しないため、接続されたバッテリモジュールのバッテリのみが放電されるのに対し、バイパス状態にあるモジュールのバッテリの充電量は維持される。時間と共にバッテリモジュールのバランシングを行うために、ストリングにおけるバッテリモジュールは、異なる状態に、例えば、接続状態からバイパス状態に、またはバイパス状態から接続状態に構成可能であり、これにより、全てのバッテリは、共通の電力状態、例えば、充電状態に放電される。バッテリ蓄電システムは、ストリング内で、複数の期間および／または時間区間にわたり、接続状態に対し、残りのバッテリモジュールがバイパス状態にある間に、バッテリモジュールの異なる組み合わせを選択するように構成可能である。バッテリ蓄電システムの放電中、電力状態がより高いバッテリモジュールの少なくとも１つは、電力状態がより低いバッテリモジュールの少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長くなり得る。

【0012】

基本的に、ストリングのバッテリモジュールが充電される場合も同じことが当てはまる。この際には、全てのバッテリモジュールが類似または同じ電力状態を有するように、バッテリモジュールの状態は随時交換可能である。バッテリ蓄電システムの充電中、電力状態がより低いバッテリモジュールの少なくとも１つは、電力状態がより高いバッテリモジュールの少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長くなり得る。

【0013】

電力状態は、バッテリまたはバッテリモジュールの供給可能な電力の指標であってよく、これには、充電状態、最大電流容量、電圧、温度、健康状態またはこれらの組み合わせの少なくとも１つが含まれていてよい。

【0014】

バッテリモジュールが、故障しているか、不良であるかまたは使用不能であると考えられる場合、これをバイパスすることにより、充電または電力供給に使用されるモジュールからこれを除外することができる。スイッチングは、固定周波数または適応型周波数で行われてよい。

【0015】

さらに、ストリング間のバランシングを行うことができる。これは、ストリング内でのバッテリモジュール間のバランシングに類似しているが、より高いレベルのストリングにおいて行われる。ストリングは、接続状態または開状態になるように構成可能である。開状態は、バッテリモジュールの少なくとも１つが開状態にあり、これにより、電流がストリングを通って流れないことがないような状態であってよい。ストリング間の開状態および接続状態の分配は、全てのストリングが、それらのバッテリモジュールの類似または同じ電力状態を有するように制御可能である。電力状態がより高いストリングは、電力状態がより低いストリングに比べて、より長い接続状態間隔を有していてよい。バッテリ蓄電システムは、複数の期間および／または時間区間にわたり、接続状態に対し、残りのストリングが開状態にある間に、ストリングの異なる組み合わせを選択するように構成可能である。バッテリ蓄電システムの放電中、バッテリモジュールの電力状態がより高いストリングの少なくとも１つは、バッテリモジュールの電力状態がより低いストリングよりも接続状態にある時間が長くなり得る。さらに、電力状態がより高いストリングは、充電状態がより低いストリングと比較して、より多くの電流を供給するように構成可能である。ストリングがインダクタを含む場合、電流は、ストリングの接続状態および開状態により、パルス幅変調（ＰＷＭ）によって制御可能である。充電中、電力状態がより低いストリングは、電力状態がより高いストリングに比べて、接続状態にある期間が長くなり得る。また充電電流もＰＷＭによって制御されてもよい。

【0016】

バッテリ蓄電システムの放電中、バッテリモジュールの電力状態がより低いストリングの少なくとも１つは、バッテリモジュールの電力状態がより高いストリングの少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長くなり得る。ストリングの電力状態は、バッテリモジュールの電力状態を足し合わせることによって特定可能である。ＳＯＨ、電圧または容量のようなバッテリ特性を考慮することができる電力状態の重み付けがあってよい。

【0017】

ストリングのバランシングおよび／またはストリング内のバッテリモジュールのバランシングは、上述のようにバッテリモジュールの電力状態に依存し得る。これはまた、温度であってよい動作状態のような別のパラメータに依存してもよい。例えば、より温度が高いバッテリモジュールは、より長いバイパス状態を有してもよいか、またはより温度が高いストリングは、温度がより低いバッテリモジュールまたはストリングと比較して、より長い開状態を有してよく、これにより、これらのバッテリモジュールは、時間と共に冷却可能である。

【0018】

本明細書で開示されるバッテリモジュールおよびストリングのバランシングは、先を見越して行われるバランシングと見なすことができる。というのは、このバランシングは、アンバランスなストリングまたはバッテリモジュールを時間と共にバランス状態に移行させることができるか、またはこのバランシングにより、極めて小さなアンバランスであってもストリングまたはバッテリモジュールは反応し得るために、これらがアンバランスになることが防止され得るからである。このバランシングは、バッテリモジュールおよびストリングの全負荷下で実行可能であり、バランシングのためのアイドル時間を一切必要としない。さらに、このタイプのバランシングは、従来技術から公知の抵抗性の、またはエネルギ散逸的なバランシングのようなバランシング損失をまったく生じない。このようなバランシングにより、信頼性および可用性が向上する。バッテリ蓄電システムの完全なバランス状態では、全てのバッテリモジュールは、それらが同一である場合、同じ電力状態を有することができる。異なるバッテリモジュールを用いる場合、全てのバッテリモジュールは、最大達成可能な電力状態を有することができ、この最大達成可能な電力状態は、それぞれのバッテリモジュールの能力およびバッテリ蓄電システムの全体的な充電状態によって決定することできる。バランスのとれたバッテリモジュールを用いる場合、故障したバッテリモジュールを別の任意のモジュールと交換することが容易になり得る。

【0019】

本明細書で開示されるバランシングは、異なるバッテリモジュールの組み合わせで、例えば、バッテリサイズおよび／またはタイプが異なるバッテリモジュールだけでなく、または異なるストリングで、例えば容量が異なりかつ／または定格電流が異なるバッテリモジュールの組み合わせで動作する。このことは、フェイルセーフシステムにとって極めて重要である。例えば、同一のバッテリモジュールが使用されるバッテリ蓄電システムでは、１つまたは複数のバッテリモジュールが、時間と共に故障する可能性がある。故障したバッテリモジュールを有するストリングでは、故障したバッテリモジュールは、永続的に、またはその故障状態の持続時間の間、バイパス状態に設定可能である。ストリングは、残りのモジュールの直列接続に基づいて、その公称出力電圧を供給し続けることになる。ストリングが故障した場合、このストリングは、永続的に、またはその故障状態の持続時間の間、バイパス状態に設定可能である。バランシング処理は、上述のように残りのバッテリモジュールおよび／またはストリングを用いて継続されることになる。バッテリモジュールの電力供給容量および／または充電容量が、所定の量だけ、同じストリング内の別のモジュールの平均容量を下回って、またはバッテリモジュールが、同じストリング内の別のモジュールよりも高い温度または低い健康状態を有する場合、バッテリモジュールは故障していると見なすことができる。例えば、公称容量の５０％を有するモジュールは故障していると見なすことができる。温度または健康状態のような別の故障判定基準があってよい。完全に故障していないこのような容量の小さいバッテリモジュールが引き続いて使用可能である緊急モードが設けられていてよい。

【0020】

以下では、上で概説したバッテリ蓄電システムの利点を１つの実施例によって示す。バッテリシステムには、それぞれ４００Ｖおよび１００Ａに対して構成可能である４つのストリングが含まれていてよい。それぞれのストリングは、それぞれ５０Ｖの電圧を供給する最小８つのバッテリモジュールを有していてよい。それぞれのストリングに付加的なモジュールが設けられている場合、ストリングは、１つのモジュールが故障した場合、バッテリモジュール間で、先を見越したその内部的なバランシングを維持しながら完全な電力を供給可能である。２つのバッテリモジュールが故障した場合、または１つの実施形態により、１つの付加的なバッテリモジュールだけがストリングに設けられており、ストリングの１つのバッテリモジュールが故障した場合、このストリングは、引き続いて最大電力を供給できるが、内部的なバランシングを継続できず、これにより、ストリングにおけるバッテリモジュールの劣化が時間と共に生じ得る。第１の故障により、従来技術から公知のストリングは、公称出力電圧をもはや供給できないため、切り離さなければならないのに対し、ストリング内で完全な動作を維持できることは重要である。例えば航空機では、バッテリモジュールが故障し、ストリングが引き続いて全電力を供給できるが、バランシングが行われない場合、飛行を安全に終了させることができ、欠陥のあるバッテリモジュールは、バランシング能力の欠如に起因してストリングの性能が低下する前に交換可能である。

【0021】

別のバッテリモジュールが故障して、ストリングがその公称出力電圧を供給できない第２の故障の場合、従来技術によれば、このようなストリングは、別のストリングから切り離されなければならない。本明細書で開示されるバッテリ蓄電システムでは、欠陥のあるストリングは、４００Ｖの代わりに７×５０Ｖ＝３５０Ｖであり得る、低減された出力電圧を供給するために使用されることになる。別の３つのストリングも、同様に３５０Ｖをそれぞれ供給するように構成可能であり、これにより、全体のシステム電圧はわずかに低下するが、全体的な電流供給能力は維持される。

【0022】

まとめると、１つのストリング当たりに１つの付加的なバッテリモジュールを有する実施形態では、第１の故障ケースにおいて利用可能な電力は、低下せず、４×４００Ｖ×１００Ａ＝１６０ｋＷを維持する。第２の故障ケースでは、異なるストリングにおいて故障が発生した場合、引き続いて低下はなく、また同じストリングにおいて故障が発生した場合、利用可能な電力は、４×３５０Ｖ×１００Ａ＝１４０ｋＷである。４００Ｖおよび１００Ａにおいて残りの３つのストリングだけで動作する従来技術による同等のシステムにより、３×４００Ｖ×１００Ａ＝１２０ｋＷだけが供給可能である。別のストリングにおける第２の故障ケースでは、最大電力は２×４００Ｖ×１００Ａ＝８０ｋＷとなる。

【0023】

したがって、本明細書で開示されるバッテリ蓄電システムにより、バッテリモジュールの少なくとも第１の故障および第２の故障の間、より大きな出力電力が供給可能である。

【0024】

それぞれのバッテリモジュールが１００Ａｈの容量を有すると仮定すると、全体システムは１６０ｋＷの容量を有する。本発明のシステムにおいて１つの故障が発生すると、１つのバッテリモジュールの容量が失われる（５０Ｖ×１００Ａｈ＝５ｋＷｈ）。ゆえに、使用可能な容量は、１５５ｋＷｈに減少してしまうことになる。同等のシステムでは、ストリング全体または４０ｋＷｈが失われることになり、結果として、１２０ｋＷｈだけが残る。欠陥のある第２のモジュールは、（どのストリングにおいて第２の故障が発生するのかに関係なく）本発明のシステムでは５ｋＷｈの別の容量低下につながることになるのに対し、同等のシステムは、（すでにバイパスされたストリングでは、モジュールは使用されていないため、別のバッテリモジュールが故障しないものと仮定して）別のストリングまたはここでも４０ｋＷｈが失われることになる。これらの値を以下の表にまとめる。

【表2】

【0025】

相対電力および相対容量は、完全動作状態についてのものである。

【0026】

例えば、ストリングの、またはストリング内の１つもしくは複数のバッテリモジュールの比較的高い温度によって生じ得る減少された電流供給能力をストリングが有する場合、このストリングにおける負荷を低減させるために、このストリングの接続状態の持続時間を短縮することができる。温度が比較的高い場合、このストリングは冷却され、別のストリングと同じ接続状態時間に戻ることができる。

【0027】

１つの実施形態では、インダクタがストリングに直列接続され、これにより、ストリングの出力電流がインダクタを通って流れる。インダクタは、ストリングに含まれていてよい。バッテリ蓄電システムのそれぞれのストリングには、インダクタが含まれていてよい。インダクタを流れる電流は、次式により、すなわち

【数1】

によって与えられ、インダクタを流れる電流は、インダクタの両端の電圧が高くなるのに伴って増大し、時間と共に電圧が印加される。このことは、ストリングの出力電流を制御するために使用可能である。この動作は、バックコンバータに匹敵し得る。１つの実施形態では、このバックコンバータは、固有のスイッチを必要としない。なぜならば、スイッチはすでにストリングおよびそれらのバッテリモジュールの一部であるからである。

【0028】

ストリングの出力電圧がバッテリ蓄電システムの出力電圧よりも高い限り、電流は、インダクタを通ってバッテリ蓄電システムの出力部に流れることができ、ストリングに戻ることはない。これにより、ストリング間を流れる不所望な電流が回避される。例えば、ストリングを充電するために電流が必要とされる場合、例えば、その直列接続におけるバッテリモジュールの個数を少なくすることにより、電流がバッテリモジュールに流れることができるように、ストリング出力電圧をより低い値に設定しなければならない。ここでも同様に、接続状態とバイパス状態との間でバッテリモジュールを、またはストリング全体を開状態にスイッチングすることによって電流を制御することができる。

【0029】

ストリングに直列接続されたインダクタを有する実施形態では、スイッチング方式をわずかに変更することができる。第１の変更は、タイミングであってよい。なぜならば負荷に異なる電流を供給できるからである。さらに、ストリングはまず、インダクタの両端に電圧を供給して、インダクタを通る電流を増大させるために接続状態にあってよい。電流が最大値に達すると、ストリングは、バイパス状態または開状態のいずれかにされる。バイパス状態では、インダクタを流れる電流が急速に減少するように、インダクタは全負荷電圧が反転される。開状態では、インダクタは依然として電流の流れを維持しようと試み、ストリング電圧に対して逆方向の電圧を供給することになり、この電流は、ストリングの両端に設けられたダイオードを通って、またはストリング内の寄生ダイオードを通って流れることができる。このこともまた、インダクタを流れる電流を急速に減少させる。インダクタを流れる電流が必ずしも０まで減少されなくてもよい所定の時間後、ストリングは、接続状態に対し、インダクタに正の電圧を供給し、電流の流れを再び増大させるように構成可能である。このサイクルは連続して反復可能である。

【0030】

モジュールを制御するために、それぞれのモジュールには、モジュールコントローラが含まれていてよい。モジュールコントローラは、モジュールのスイッチを制御することができる。モジュールコントローラは、バッテリと直列接続された直列スイッチを制御することができ、またモジュールの第１モジュールコネクタと第２モジュールコネクタとの間に接続される並列スイッチを制御することができ、これにより、モジュールのバイパス状態が提供される。モジュールコントローラはさらに、動作条件を測定し、コンポーネントまたはバッテリモジュールの状態を検出するための測定手段を有していてよい。このような状態は、直列スイッチおよび／または並列スイッチのスイッチング状態、バッテリ温度および／またはスイッチ温度のような温度であってよい。バッテリモジュールコントローラはさらに、バッテリまたはバッテリモジュールの電力状態を特定するための手段を有していてよい。このような電力状態は、バッテリまたはバッテリモジュールの供給可能な電力の指標であってよく、これには、充電状態、最大電流容量、電圧、電流、温度、健康状態またはこれらの組み合わせの少なくとも１つが含まれていてよい。

【0031】

本明細書では、「バッテリ」という語は、バッテリモジュールのバッテリに使用される。このようなバッテリには、複数のバッテリセルが含まれていてよい。このようなバッテリセルは、モジュールコントローラにより、個別にまたはグループで監視可能である。モジュールコントローラは、例えば、独立して動作する２つのモジュールコントローラを含む冗長構成を有していてよい。さらに、モジュールコントローラは、マスタコントローラおよび／または別のバッテリモジュールのさらなるモジュールコントローラと通信するために制御バスに接続可能である。制御バスは、２つの物理的な制御バス構造または通信手段を含む冗長的なものであってよい。マスタコントローラはまた、２つ以上のコントローラを含む冗長コントローラであってもよい。例えば、２つのコントローラはまた、独立した制御バスシステムによって、マスタコントローラと通信するように構成されていてもよい。モジュールコントローラは、互いに通信し、バッテリ蓄電システムの制御を調整するように構成されていてよい。モジュールコントローラおよび／またはマスタコントローラにより、コントローラ構造が形成される。

【0032】

マスタコントローラおよびモジュールコントローラは、モジュールを連続して監視するように構成可能である。バッテリモジュールが故障した場合、バッテリモジュールはバイパス状態に設定可能である。モジュールが、前に過熱によって故障した場合に、例えば冷却によって回復すれば、このモジュールは再び多重化スキームに加わるように構成可能である。

【0033】

１つの実施形態では、バッテリ蓄電システムのストリングは、次のように構成されている。すなわち、ストリングには、全てのバッテリがその最小動作電圧（Ｖ_ｍｉｎ）にある場合に、公称出力電圧を供給するのに十分である少なくともＮ_ｍｉｎ個のバッテリが含まれていてよい。満充電されたバッテリによると、ストリングの出力電圧は、満充電されたバッテリ（Ｖ_ｍａｘ）の電圧のＮ倍であってよい。ストリングにおけるバッテリモジュールの個数に依存して、Ｎ×（Ｖ_ｍａｘ－Ｖ_ｍｉｎ）がバッテリモジュールの電圧の約半分よりも大きい場合には、バッテリモジュールの少なくとも１つは、出力電圧を下げるためにバイパス状態にされてよい。そうでない場合には、ストリングの出力電圧はやや高くなる。ストリングと直列にインダクタが設けられている場合、接続状態とバイパス状態との間でストリングを連続してスイッチングすることにより、比較的高い出力電圧を下げることができる。択一的には、バッテリ蓄電システムの負荷は、異なる出力電圧を許容するように構成可能である。

【0034】

１つの実施形態では、バッテリモジュールに異なるスイッチ構成が設けられていてよい。上述のハーフブリッジ回路、ＡＣ出力を供給するように構成可能なフルブリッジ（Ｈブリッジ）、またはマルチレベルコンバータの別の任意の既知のトポロジが設けられていてよい。複数のトポロジが存在し、これらのトポロジにより、バッテリモジュール出力電圧を反転させることができ（例えばＨブリッジトポロジ）、または個々のバッテリモジュールを並列接続させることができる（例えばバッテリモジュールに付加的なコネクタを有するダブルＨブリッジトポロジ）。これによってさらに、可用性および信頼性を向上させることができる。欠点は、比較的高価でありかつスペースを必要とするスイッチの個数が多いことである。本明細書で開示される実施形態は、最小で２つのスイッチを必要とし、したがって安価かつ小型に構成可能である。

【0035】

１つの実施形態では、バッテリシステムは、３相ＡＣシステムとして構成されている。第１相コネクタと第２のコネクタとの間には、第１フェイルセーフバッテリ蓄電システムが接続可能であり、第２相コネクタと第３相コネクタとの間には、第２フェイルセーフバッテリ蓄電システムが接続可能である。

【0036】

１つの実施形態では、バッテリシステムは、３相グリッドまたは負荷に接続されており、３×Ｍ個のストリング（ただしＭ＞１である）を含む。ＤＣ負荷について上で定めたのと同じ利点が当てはまる。この実施形態では、バッテリモジュールの故障によって、バッテリ蓄電システムの容量と、３相グリッドの特定の相に接続されたストリングの電力とがわずかに減少するだけである。非対称電流注入が許容される場合、別のストリングにより、その１つのストリングにおける電力の損失が補償可能である。従来技術では、バッテリモジュールの故障は、結果として、３相バッテリシステム全体を停止させてしまうことになる。

【0037】

１つの実施形態では、改善されたフェイルセーフティを備えた三相グリッドを形成するための最小数のストリングは４である（３×Ｍではなく２＊Ｍ、ただしＭ＞１）。この場合のトポロジは、次の通りである。すなわち、相グリッドＡ接続点－１＊Ｍ個の並列のストリング、相グリッドＢ接続点－１＊Ｍ個の並列のストリング－相グリッド相接続点である。グリッドの３相は、インダクタを介してグリッド接続点Ａ，ＢまたはＣに接続可能である。それぞれのストリングは、１つまたは複数のインダクタに直列接続可能である。

【0038】

バッテリモジュールは、任意のコンポーネント、モジュールコントローラおよび／またはマスタコントローラとの通信が故障した場合に、スイッチが安全状態に移行するように構成可能である。このような安全状態は、バッテリが接続されておらずまたモジュールが電力を全く供給していないにもかかわらず、バッテリモジュールを介してなお電流を流すことを可能にするバイパス状態であってよい。バイパス状態にある単一のモジュールにより、ストリングの別のモジュールはなお電力を供給可能である。

【0039】

１つの実施形態では、バッテリ蓄電システムの動作パラメータをロギングしかつ／または調べるための手段を設けることができる。コンポーネントのパラメータ、とりわけバッテリおよび／またはバッテリセルのパラメータは、監視および／またはロギング可能である。これにより、信頼性および／または必要とされるメンテナンスが予測可能になり得る。

【0040】

１つの実施形態では、バッテリ蓄電システムは、公称値よりも、より低い出力電圧および／もしくはより高い出力電圧、および／またはより小さい電流および／もしくはより大きい電流、および／またはより小さな電力および／もしくはより大きな電力を供給するように構成可能である。例えば、航空機には、離陸中にはより大きな電力が要求され得るのに対し、水平飛行中にはより小さな電力が供給可能である。特に、離陸するためには出力電圧は、ストリングの最大の正の出力電圧に設定可能であるのに対し、この出力電圧は、水平飛行に対してはより低いレベル、例えば、公称値の７５％に低減可能であり、これにより、航空機のエンジンは、より高い効率で動作可能である。

【0041】

１つの実施形態では、複数の異なるバッテリが使用可能である。ストリング内でのバッテリの動的なスイッチングと、ストリング間のスイッチングとに起因して、バッテリモジュールの個々のバッテリの電圧は、このバッテリが必要な電流を供給できる限り、重要ではない。これにより、異なるタイプのバッテリを組み合わせることが可能になり得る。また、古いバッテリは、システムにおいて新しいバッテリまたは交換したバッテリと組み合わせ可能である。したがって、単一のバッテリモジュールにおける単一のバッテリが故障した場合、このバッテリモジュールだけを交換する必要がある。通常、複数のバッテリが一緒に整合されるため、従来技術では必要とされ得るストリング全体を交換する必要はない。ストリングにおけるバッテリが、公称電流であって、ストリングがこれに対して設計されている公称電流を供給できない場合であっても、このストリングは、より小さな電流で動作可能であるのに対し、別のストリングは、より大きな電流によってこれを補償することができる。定格電流がより小さいストリングの容量が、定格電流がより大きいストリングの容量と同程度である場合、ストリングのオン時間は相応に修正可能であり、これにより、定格電流がより小さいストリングは、定格電流がより大きいストリングと比べてより長いオン時間を有する。

【0042】

バッテリモジュールには、本明細書でさらに説明するように、少なくとも１つのバッテリおよびスイッチが含まれていてよい。バッテリモジュールはさらに、これを完全に封入することができるハウジングを有していてよい。これにより、バッテリモジュールのコンポーネントを周囲の影響から保護することが可能となり得る。バッテリモジュールにはさらに、バッテリ温度および／もしくはスイッチ温度のような温度、ハウジング圧力、バッテリ圧力、周囲圧力のような圧力、電圧および／または電流を検出するためのセンサに接続可能なバッテリ管理システムが含まれていてよい。バッテリモジュールには、冷却装置および／または冷却媒体、例えば冷却流体または冷却ガスを導くための手段が含まれていてよい。１つの実施例では、バッテリモジュールは、直列接続された８個～１６個のバッテリセルに基づいてよい２４Ｖ～６０Ｖの範囲の電圧を有していてよい。さらに、定格電流を増大させるために複数のバッテリセルが並列接続されていてよい。ここでは、わかりやすくするために、バッテリモジュールにおける状態、例えばバッテリの充電の状態に言及する場合もバッテリモジュールに言及する。バッテリモジュールはまた、より高い電圧またはより低い電圧を有してもよい。

【0043】

それぞれのストリングには、直列接続された任意の個数のサブストリングが含まれていてよい。サブストリングは、ストリングと同じ構造を有することができ、コントローラ、インダクタおよび／またはダイオードを含んでいてよい。

【0044】

本明細書で使用される「コネクタ」という語は、バッテリモジュールおよび／またはストリングを接続および／または切り離すように構成可能な物理コネクタに関連していてよい。またこの語は、プリント回路板上のトレースのような導電接続部を指すこともでき、これは必ずしも、切り離すように構成されなければならないわけではない。むしろ、このようなコネクタは、回路の境界を定める回路図内のコネクタのようなものである。

【0045】

１つの方法は、バッテリモジュールの少なくとも１つのストリングを含むフェイルセーフバッテリ蓄電システムを動作させることに関し、ここではバッテリモジュールの少なくとも２つが、少なくとも１つのストリング内で直列接続されている。バッテリ蓄電システムにはまた、本明細書で開示されるバッテリ蓄電システムの任意の実施形態も含まれていてよい。

【0046】

この方法には、少なくとも１つのストリング内で、複数の期間にわたり、バッテリに接続されている状態に対して、バッテリモジュールの異なる組み合わせを選択するステップが含まれている。バッテリモジュールが接続された状態では、これらは直列接続されている。さらに、残りのバッテリモジュールは、バッテリが切り離されてバイパス状態にある。

【0047】

別の方法は、バッテリモジュールの複数のストリングを含むフェイルセーフバッテリ蓄電システムを動作させることに関し、ストリングは並列に接続され、バッテリモジュールの少なくとも２つは、それぞれのストリング内で直列接続されている。バッテリ蓄電システムにはまた、本明細書で開示されるバッテリ蓄電システムの任意の実施形態も含まれていてよい。

【0048】

この方法には、それぞれのストリング内で、複数の時間にわたり、バッテリと接続される状態に対し、バッテリモジュールの異なる組み合わせを選択するステップが含まれている。バッテリモジュールが接続された状態では、これらは直列接続されている。さらに、残りのバッテリモジュールは、バッテリが切り離されてバイパス状態にある。

【0049】

別のステップでは、複数の期間にわたり、ストリングが並列接続されている接続状態に対し、ストリングの異なる組み合わせを選択する。さらに、残りのバッテリモジュールは、開状態において切り離される。

【0050】

方法ステップは個別に、または任意の順序で反復可能である。これらのステップはまた同時に実行可能である。

【0051】

図面の説明
以下では、一般的な発明概念を限定することなく、図面を参照し、実施形態の複数の実施例について、例として本発明を説明する。

【図面の簡単な説明】

【0052】

【図1】１つの実施形態の回路図である。

【図2】バッテリ蓄電システムのブロック図である。

【図3】バッテリモジュールの詳細を示す図である。

【図4】バッテリモジュールの開いたスイッチング状態の詳細を示す図である。

【図5】バッテリモジュールの接続されたスイッチング状態を示す図である。

【図6】バッテリモジュールのバイパススイッチング状態を示す図である。

【図7】多重接続されたストリングを示す図である。

【図8】３相システムを示す図である。

【図9】バッテリ蓄電システムの低負荷におけるスイッチング状態遷移図である。

【図10】より高い負荷条件下でのスイッチング状態を示す図である。

【図11】ストリング間のバランシングを有するスイッチング図である。

【図12】１つの実施形態におけるストリングの出力電流を示す図である。

【図13】方法の流れ図である。

【0053】

図１には、バッテリ蓄電システム１００の１つの実施形態の回路図が示されている。バッテリ蓄電システム１００には、バッテリモジュールの複数のストリングが含まれている。この図には、並列接続された３つのストリング１１０，１２０，１３０が示されている。また２つのストリングまたはより多くの任意の個数のストリングが設けられていてもよい。

【0054】

バッテリモジュールから成るそれぞれのストリング１１０，１２０，１３０には、直列接続可能な複数のバッテリモジュールが含まれている。この実施例では、例示的に３つのバッテリモジュールが示されている。この代わりに、少なくとも２つのバッテリモジュールおよび任意のより多くの個数のバッテリモジュールが設けられていてよい。それぞれのバッテリモジュールには、少なくとも１つのバッテリと、バッテリを切り離すための１つのスイッチと、バッテリモジュールをブリッジするための別のスイッチとが含まれていてよい。この図では、第１ストリング１１０には、直列接続された３つのバッテリモジュール１１１，１１２，１１３が含まれている。第１ストリングは、第１バッテリモジュール１１１に接続された第１コネクタ１１４と、この実施形態では第３バッテリモジュール１１３であるこのストリングの最後のバッテリモジュールに接続された第２コネクタ１１５とを有していてよい。同じことは第２ストリング１２０にも当てはまり、第２ストリング１２０には、バッテリモジュール１２１，１２２および１２３が含まれており、これらは、第２ストリングの第１コネクタ１２４と、第２ストリングの第２コネクタ１２５とに接続されている。第３ストリング１３０には、バッテリモジュール１３１，１３２および１３３が含まれており、これらは、第３ストリングの第１コネクタ１３４および第３ストリング第２のコネクタ１３５に接続されている。

【0055】

第１コネクタ１１４，１２４および１３４は、共通の第１バッテリ蓄電システムコネクタに一緒に接続可能である。さらに、第２コネクタ１１５，１２５および１３５も第２バッテリシステムのコネクタ１４２に一緒に接続可能である。この実施形態では、バッテリ蓄電システム１００は、第１バッテリシステムコネクタ１４１および第２システムバッテリコネクタ１４２において電力を供給することができる。バッテリ蓄電システム１００はまた、これらのコネクタを介して充電可能でもある。

【0056】

それぞれのストリングは、任意の個数のバッテリを直列接続することにより、異なる出力電圧を供給するように構成可能である。バッテリが接続されていない場合、出力電圧はゼロであってよい。少なくとも１つのバッテリモジュールが開状態にある場合には、高インピーダンスであってもよい。

【0057】

図２には、バッテリ蓄電システム１００のブロック図が示されている。個々のバッテリモジュールはブロックとして示されている。さらに、制御手段が示されている。第１ストリングコントローラ１６１は、制御バス１６４を介して、第１ストリングのバッテリモジュール１１１，１１２および１１３を制御することができる。ストリングの個々のバッテリモジュールは、バッテリモジュールのスイッチング状態に応じて可変の電位になり得るため、バスに対して絶縁されていければならない。これは、バッテリモジュールにおける絶縁バスカプラによって行うことができる。択一的には、個々の絶縁バスラインをストリングコントローラとストリングのバッテリモジュールとの間に設けることができる。

【0058】

第２ストリングは、第２制御バス１６５を介して第２ストリングコントローラ１６２によって制御され、第３ストリングは、第３制御バス１６６を介して第３ストリングコントローラ１６３によって制御される。

【0059】

ストリングコントローラは、マスタ制御バス１６７を介してマスタコントローラ１６０によって制御可能である。択一的には、マスタコントローラおよびストリングコントローラの機能を含む単一のコントローラを設けることができる。独立して動作することができ、さらに自律的に動作することができる複数の個別のストリングコントローラにより、システムの信頼性を向上させることができる。マスタコントローラが故障してしまうような場合、個々のストリングコントローラは、以前の構成または標準的なフェイルセーフ構成に戻ることがある。モジュールコントローラおよび／またはマスタコントローラにより、コントローラ構造が形成される。

【0060】

またバックアップマスタ制御バス１７７を介して、ストリングコントローラと通信可能なバックアップマスタコントローラ１７０が設けられていてもよい。またストリング内にはバックアップストリングコントローラおよび／またはバックアップ制御バスが設けられていてもよい。

【0061】

図３には、バッテリモジュール２００の詳細が示されている。前に示した個別のバッテリモジュール１１１～１１３，１２１～１２３および１３１～１３３のそれぞれは、同じまたは類似の構造を有してよい。バッテリモジュール２００には、バッテリ２１０が含まれていてよい。このようなバッテリは、電気的なＤＣ電力の任意の供給源であってよい。通常、このようなバッテリは、ＬｉＰｏ、ＬｉＦｅ、Ｌｉイオン、ＮｉＣｄ、ＮｉＭＨのような再充電可能な技術に基づいていてよい。これにはまた、燃料電池が含まれていてもよい。バッテリモジュール２００にはさらに、直列スイッチ２２０が含まれていてよく、この直列スイッチ２２０は、バッテリに直列接続可能であり、またこのバッテリを接続するか、またはこのバッテリが別のバッテリから切り離される切断状態を提供するためにこのバッテリを切断するように構成可能である。直列スイッチ２２０が閉じていると、バッテリは接続状態になる。バッテリ２１０は、直列スイッチ２２０と共に、第１モジュールコネクタ２４０と第２モジュールコネクタ２５０との間に接続可能である。図示した実施形態では、バッテリの正極（＋）は第２モジュールコネクタ２５０に接続されているのに対し、バッテリの負極（－）は第１モジュールコネクタ２４０に接続されている。さらに、第１モジュールコネクタ２４０と第２モジュールコネクタ２５０との間に同様に接続可能な並列スイッチ２３０が設けられていてよい。並列スイッチ２３０は、本明細書においてバイパス状態と称される閉状態において、第１モジュールコネクタ２４０と第２モジュールコネクタ２５０との間に短絡を形成するように構成可能である。並列スイッチ２３０が閉じていると、バッテリの短絡を回避するために直列スイッチ２２０が開き得る。バッテリモジュール２００はさらに、直列スイッチ２２０および並列スイッチ２３０が開いている開状態を形成するように構成可能である。このような状態では、電流は、バッテリモジュールを流れることができず、したがってバッテリモジュールが組み込まれたストリングを流れることができない。このことは、バッテリ蓄電システムにおいてこのストリングが、別のストリングから切断されることを意味する。

【0062】

まとめると、バッテリ蓄電システム１００の３つの異なる状態、すなわち、接続状態、バイパス状態および開状態が存在し得る。

【0063】

スイッチを制御するために、モジュールコントローラ２６０を設けることができる。このモジュールコントローラ２６０は、直列スイッチ制御ライン２６１を介して直列スイッチ２２０を制御することができる。これはさらに、並列スイッチ制御ライン２６２によって、並列スイッチ２３０を制御することができる。バッテリ温度、バッテリ電圧、バッテリ電流、または充電状態もしくは健康状態のようなバッテリパラメータを受け取るためのバッテリ信号ラインまたはバス２６３を設けることもできる。これらのパラメータに基づき、モジュールコントローラによってスイッチを制御することができる。

【0064】

モジュールコントローラ２６０は、バスコネクタ２７０によってストリングコントローラの制御バスに接続可能である。モジュールコントローラは、ストリングコントローラから、スイッチを制御するための命令を受け取ることができ、またストリングコントローラにスイッチおよび／またはバッテリのステータス情報を転送することができる。

【0065】

図４には、バッテリモジュールの開いたスイッチング状態が詳細に示されている。直列スイッチ２２０および並列スイッチ２３０は開いている。

【0066】

図５には、バッテリモジュールの接続されたスイッチング状態が詳細に示されている。直列スイッチ２２０は閉じており、並列スイッチ２３０は開いている。これにより、バッテリが放電される場合、電流は方向２８１に流れることができる。バッテリを充電するために、電流は、反対の方向に流れている。

【0067】

図６には、バッテリモジュールのバイパススイッチング状態が詳細に示されている。直列スイッチ２２０は開いており、並列スイッチ２３０は閉じている。これにより、電流は方向２８２またはこれと逆方向に流れることができる。

【0068】

図７には、多重接続されたストリングが示されている。この図では、複数のストリング１１０，１２０および１３０はそれぞれ、第１コネクタ１１４，１２４，１３４によって第１バッテリシステムコネクタ１４１に接続されている。これらはさらに、インダクタ１１９，１２９，１３９を介し、第２コネクタ１１５，１２５，１３５によって第２バッテリシステムコネクタ１４２に接続されている。インダクタは、ストリングに含まれていてよい。第１バッテリシステムコネクタ１４１および第２バッテリシステムコネクタ１４２に接続された負荷および／または電源１９０を設けることができる。図７では、図１および図２の単純な並列接続と比較して、インダクタが、それぞれのストリングの第２コネクタに直列接続されている。この実施形態でも、バッテリモジュールの少なくとも２つのストリングが設けられていてよく、また任意のより多くの個数のこのようなストリングが設けられていてよい。

【0069】

インダクタにより、複数のストリングの並列接続が単純化される。複数のストリングがこのようなインダクタなしに接続されており、かつこれらのストリング上のモジュール電圧の一部がわずかにだけ異なる場合、ストリング間に大電流が流れ、第１バッテリシステムコネクタ１４１と第２バッテリシステムコネクタ１４２との間に接続可能な負荷には流れない可能性がある。インダクタがあれば、インダクタを流れる電流は、インダクタの両端の電圧の時間積分の関数である。したがって、インダクタを流れる電流の時間区間を制限することにより、インダクタを流れる電流を制限することができる。これに応じて、導体における電圧をパルス化することによって電流を制御することができ、さらに、個々のストリング間に大電流が流れることを回避することができる。しかしながら必要であれば、定められた電流がストリング間で流れるように、ストリングのスイッチングを行うことができる。このことは、バッテリ蓄電システムの低負荷状態中に低充電レベルを有し得るストリングを充電するために有効になることがあり、これにより、このストリングは、高負荷状態下でフルの出力電流を供給することができる。

【0070】

さらに、それぞれのストリングに対して逆平行にダイオード１１８，１２８，１３８が設けられていてよく、これにより、ダイオードは、ストリングの通常の出力電圧によって導通しない。ダイオードはまた、ストリングに組み込み可能である。ダイオードは、ストリングによって通常の出力電圧が供給される場合にこのダイオードが通常、導通するように接続可能である。ストリングが開状態になった後、インダクタにおける電圧が反転した場合、このようなダイオードにより、ストリングを保護することができる。基本的には、ＭＯＳＦＥＴまたは類似の半導体が使用される場合、ストリングのバッテリモジュールは、寄生ダイオードによってそれ自体を保護する。この寄生ダイオードは、ストリングに対して並列ダイオードと同じ作用を有し得る。ストリングに対して並列なストリングは、ＭＯＳＦＥＴのより多くの個数の寄生ダイオードよりも高速でありかつより低い順方向電圧を有し得るという利点を有する。

【0071】

図８には、３相フェイルセーフバッテリ蓄電システムが示されている。これは、３相コネクタ３１１，３１２，３１３によって接続されている。第１相コネクタ３１１と第２相コネクタ３１２との間には、ストリング３２１，３２２を含む第１フェイルセーフバッテリ蓄電システムが接続可能である。さらに、第２相コネクタ３１２と第３相コネクタ３１３との間には、第２フェイルセーフバッテリ蓄電システムが接続可能である。機能は基本的に同じであり、バランシングおよび／またはスイッチングは、それぞれのフェイルセーフバッテリ蓄電システム内で実行される。それぞれのフェイルセーフバッテリ蓄電システムには、少なくとも２つのストリングが含まれていてよい。

【0072】

図９には、バッテリ蓄電システム１００の低負荷時における単純な多重化方式のスイッチング状態遷移図が示されている。スイッチング図は、並列回路で一緒に接続されている、バッテリモジュールの４つのストリングを有するバッテリ蓄電システムに基づいている。この特定の実施形態にインダクタは使用可能であるが必須ではない。この図には、それぞれのストリングのスイッチング状態が示されているのに対し、曲線５１１には、第１ストリングのスイッチング状態が示されており、曲線５１２には、第２ストリングの状態が示されており、曲線５１３には、第３ストリングの状態が示されており、曲線５１４には、第４ストリングの状態が示されている。ローレベルはストリングの開状態を示し、ハイレベルは接続状態を示す。

【0073】

区間５２１では、第４ストリング５１４だけが接続状態にあり、別のストリングは開状態にある。したがって、第４ストリングだけが、第２バッテリシステムコネクタ１４２と第１バッテリシステムコネクタ１４１との間の出力部に電圧および電流を供給している。次の区間５２２では、第３ストリングだけが接続状態にあるのに対し、別のストリングはバイパス状態にある。このシーケンスは、第２ストリングだけが接続状態にある区間５２３と、第４ストリングだけが接続状態にある区間５２４とによって継続される。区間５２４の後、このシーケンスは間隔５２１で再び開始される。

【0074】

この図に示したように、一時点にただ１つのストリングだけが、接続状態にあり、したがってその出力部に電圧および／または電流を供給する。例えば、同じ個数のバッテリモジュールが接続状態になるように、バッテリモジュールのスイッチを構成することにより、全てのストリングを同じ電圧に設定することができる。ストリング内でバランシングを行うために、接続状態にあるバッテリモジュールは変更可能である。このような変更は、ストリングの状態を変更するときに行うことができるが、ストリングが接続状態にある時間の間にも行うことできる。

【0075】

ストリングスイッチングの任意のシーケンスまたはランダムなシーケンスが設けられていてよい。このことは、別の全ての図についても当てはまる。

【0076】

図１０には、より高い負荷条件下でのスイッチング状態が示されている。この図では、負荷により大きな電流を供給するために、常に３つのストリングが同時に接続状態にある。この実施形態では、ストリングに対する直列インダクタは、個々のストリング間で大電流を回避するためにより重要である。この図には、それぞれのストリングのスイッチング状態が示されているのに対し、曲線６１１には、第１ストリングのスイッチング状態が示されており、曲線６１２には、第２ストリングの状態が示されており、曲線６１３には、第３ストリングの状態が示されており、曲線６１４には、第４ストリングの状態が示されている。ローレベルはストリングの開状態を示し、ハイレベルは接続状態を示す。

【0077】

この図では、時間区間６２１において、曲線６１１によって示されているように、第１ストリングはバイパス状態にある。区間６２２では第２ストリングがバイパス状態に切り換えられ、区間６２３では第３ストリングがバイパス状態に切り換えられ、区間６２４では第４ストリングがバイパス状態に切り換えられる。一時点にただ１つのストリングだけがバイパス状態になるのに対し、別のストリングは接続状態にあり、電力を供給する。別の任意の組み合わせが設けられていてよく、例えば、２つのストリングが同時に接続状態にあり、この際に別のストリングはバイパス状態にある。このような組み合わせはまた、随時変更可能である。

【0078】

図１１には、ストリング間のバランシングを有するスイッチング図が示されている。このスイッチング図は、高負荷条件を有する前のスイッチング図に相当する。この図には、それぞれのストリングのスイッチング状態が示されているのに対し、曲線７１１には、第１ストリングのスイッチング状態が示されており、曲線７１２には、第２ストリングの状態が示されており、曲線７１３には、第３ストリングの状態が示されており、曲線７１４には、第４ストリングの状態が示されている。ローレベルはストリングの開状態を示し、ハイレベルは接続状態を示す。

【0079】

この図では、時間区間７２１では第４ストリングがバイパス状態にあり、区間７２２では第３ストリングがバイパス状態にあり、間隔７２３では第２ストリングがバイパス状態にあり、間隔７２４では第１ストリングはバイパス状態にある。この図では、区間７２４の時間は別の区間の時間よりも著しく短い。このことが意味するのは、第１ストリングがより長いオン時間を有することである。したがって、第１ストリングのバッテリは、別のバッテリよりも多く放電されることになる。このような構成は、第１ストリングのバッテリにおける充電量が、別のストリングのバッテリにおける充電量よりも多い場合に有効になり得る。オン時間のこのような適合は、ストリングの現在の充電状態に従って、それぞれのストリングについて行うことができる。これらの時間の調整は、マスタコントローラによって行うことができる。

【0080】

図１２には、３つのストリングと、ストリングの間にインダクタとを備えた、１つの実施形態におけるストリングの出力電流が示されている。この図には、それぞれのストリングのスイッチング状態が示されているのに対し、曲線８１１には第１ストリングのスイッチング状態が示されており、曲線８１２には第２ストリングの状態が示されており、曲線８１３には第３ストリングの状態が示されている。ローレベルはストリングの開状態を示し、ハイレベルは接続状態を示す。

【0081】

この図では、第１ストリングは、曲線８１１に従い、間隔８２４においてバイパス状態にある。第２ストリングは、曲線８１２に従い、区間８２２においてバイパス状態にあり、また第３ストリングは、曲線８１３に従い、区間８２６においてバイパス状態にある。別の全ての時間において、ストリングは接続状態にある。

【0082】

出力図８１４では、曲線８１５により、第１ストリングの出力電流が示されている。バイパス状態８２４に続き、状態８２５では、第１ストリングが接続状態に切り換えられる。この接続状態は、区間８２５，８２６，８２１，８２２および８２３にわたって維持される。これらの区間の間、ストリングの電圧は、ストリングに接続されたインダクタにおいて維持され、このインダクタにより、曲線８１５によって示したように電流が増加する。第１ストリングがバイパス状態にある間隔８２４の間、インダクタを流れる電流は、これが増大したときよりも急速に減少する。区間８２５において第１ストリングが接続状態に切り換えられた後、電流は再び増加する。同じことは、第２ストリングの電流８１６および第３ストリングの電流８１７にも当てはまる。第２バッテリシステムコネクタ１４２および第１バッテリシステムコネクタ１４１において、ストリングの電流は足し合わされ、したがって、この多重化方式により、単一のストリングの個々の電流よりもリップルの小さな全体電流が供給される。

【0083】

図１３には、方法の流れ図が示されている。この方法は、４１１で始まる。第１ステップ４１２は、それぞれのストリング（１１０，１２０，１３０）内で、複数の期間にわたり、バッテリモジュールのバッテリ２１０が直列接続されている接続状態に対し、残りのバッテリモジュール２００が、切り離されたバッテリ２１０によってバイパス状態にある間に、バッテリモジュール２００の異なる組み合わせを選択することである。

【0084】

第２ステップ４１３は、複数の期間にわたり、ストリングが並列接続にある接続状態に対し、残りのストリング１１０，１２０，１３０が開状態において切断されている間に、ストリング１１０，１２０，１３０の異なる組み合わせを選択することである。この方法は、ステップ４１４において終了する。

【0085】

第１方法ステップおよび第２方法ステップは個別にまたは任意の順序で反復可能である。これらのステップはまた同時に実行可能である。

【符号の説明】

【0086】

１００ バッテリ蓄電システム
１１０ 第１ストリング
１１１～１１３ 第１ストリングのバッテリモジュール
１１４ 第１ストリングの第１コネクタ
１１５ 第１ストリングの第２コネクタ
１１８ 第１ダイオード
１１９ 第１インダクタ
１２０ 第２ストリング
１２１～１２３ 第２ストリングのバッテリモジュール
１２４ 第２ストリングの第１コネクタ
１２５ 第２ストリングの第２コネクタ
１２８ 第２ダイオード
１２９ 第２インダクタ
１３０ 第３ストリング
１３１～１３３ 第３ストリングのバッテリモジュール
１３４ 第３ストリングの第１コネクタ
１３５ 第３ストリングの第２コネクタ
１３８ 第３ダイオード
１３９ 第３インダクタ
１４１ 第１バッテリシステムコネクタ
１４２ 第２バッテリシステムコネクタ
１５０ 通信バス
１６０ マスタコントローラ
１６１ 第１ストリングコントローラ
１６２ 第２ストリングコントローラ
１６３ 第３ストリングコントローラ
１６４ 第１制御バス
１６５ 第２制御バス
１６６ 第３制御バス
１６７ マスタ制御バス
１７０ バックアップマスタコントローラ
１７７ バックアップマスタ制御バス
１９０ 負荷または電力源
２００ バッテリモジュール
２１０ バッテリ
２２０ 直列スイッチ
２３０ 並列スイッチ
２４０ 第１モジュールコネクタ
２５０ 第２モジュールコネクタ
２６０ モジュールコントローラ
２６１ 直列スイッチ制御ライン
２６２ 並列スイッチ制御ライン
２６３ バッテリ信号ライン
２７０ バスコネクタ
２８１ 電流方向－バッテリ接続状態
２８２ 電流方向－短絡
３００ ３相システム
３１１～３１３ ３相コネクタ
３２１～３２４ ３相システムにおけるストリング
４１１～４１４ 方法ステップ
５１１～５１４ ４つの並列ストリングのスイッチング状態
５２１～５２４ 時間区間
６１１～６１４ 負荷の高い４つの接続ストリングのスイッチング状態
６２１～６２４ 時間区間
７１１～７１４ ストリングがバランシングされた４つの接続ストリングのスイッチング状態
７２１～７２４ 時間区間
８１１～８１４ ３つの接続ストリングのスイッチング状態
８１４ 出力電流図
８１５ 第１ストリングの出力電流
８１６ 第２ストリングの出力電流
８１７ 第３ストリングの出力電流
８２１～８２６ 時間区間
８１５ 第１ストリングのストリング電流
８１６ 第２ストリングのストリング電流
８１７ 第３ストリングのストリング電流

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【手続補正書】

【提出日】2023-12-01

【手続補正1】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７３

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0073】

区間５２１では、第４ストリング５１４だけが接続状態にあり、別のストリングは開状態にある。したがって、第４ストリングだけが、第２バッテリシステムコネクタ１４２と第１バッテリシステムコネクタ１４１との間の出力部に電圧および電流を供給している。次の区間５２２では、第３ストリングだけが接続状態にあるのに対し、別のストリングはバイパス状態にある。このシーケンスは、第２ストリングだけが接続状態にある区間５２３と、第２ストリングだけが接続状態にある区間５２４とによって継続される。区間５２４の後、このシーケンスは間隔５２１で再び開始される。

【手続補正2】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００８６

【補正方法】変更

【補正の内容】

【0086】

１００ バッテリ蓄電システム
１１０ 第１ストリング
１１１～１１３ 第１ストリングのバッテリモジュール
１１４ 第１ストリングの第１コネクタ
１１５ 第１ストリングの第２コネクタ
１１８ 第１ダイオード
１１９ 第１インダクタ
１２０ 第２ストリング
１２１～１２３ 第２ストリングのバッテリモジュール
１２４ 第２ストリングの第１コネクタ
１２５ 第２ストリングの第２コネクタ
１２８ 第２ダイオード
１２９ 第２インダクタ
１３０ 第３ストリング
１３１～１３３ 第３ストリングのバッテリモジュール
１３４ 第３ストリングの第１コネクタ
１３５ 第３ストリングの第２コネクタ
１３８ 第３ダイオード
１３９ 第３インダクタ
１４１ 第１バッテリシステムコネクタ
１４２ 第２バッテリシステムコネクタ
１６０ マスタコントローラ
１６１ 第１ストリングコントローラ
１６２ 第２ストリングコントローラ
１６３ 第３ストリングコントローラ
１６４ 第１制御バス
１６５ 第２制御バス
１６６ 第３制御バス
１６７ マスタ制御バス
１７０ バックアップマスタコントローラ
１７７ バックアップマスタ制御バス
１９０ 負荷または電力源
２００ バッテリモジュール
２１０ バッテリ
２２０ 直列スイッチ
２３０ 並列スイッチ
２４０ 第１モジュールコネクタ
２５０ 第２モジュールコネクタ
２６０ モジュールコントローラ
２６１ 直列スイッチ制御ライン
２６２ 並列スイッチ制御ライン
２６３ バッテリ信号ライン
２７０ バスコネクタ
２８１ 電流方向－バッテリ接続状態
２８２ 電流方向－短絡
３００ ３相システム
３１１～３１３ ３相コネクタ
３２１～３２４ ３相システムにおけるストリング
４１１～４１４ 方法ステップ
５１１～５１４ ４つの並列ストリングのスイッチング状態
５２１～５２４ 時間区間
６１１～６１４ 負荷の高い４つの接続ストリングのスイッチング状態
６２１～６２４ 時間区間
７１１～７１４ ストリングがバランシングされた４つの接続ストリングのスイッチング状態
７２１～７２４ 時間区間
８１１～８１４ ３つの接続ストリングのスイッチング状態
８１４ 出力電流図
８１５ 第１ストリングの出力電流
８１６ 第２ストリングの出力電流
８１７ 第３ストリングの出力電流
８２１～８２６ 時間区間

【手続補正3】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バッテリモジュール（２００）の複数のストリング（１１０，１２０，１３０）を有するフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）であって、
それぞれのストリング（１１０，１２０，１３０）は、直列接続された複数のバッテリモジュール（２００）を有し、
それぞれのストリング（１１０，１２０，１３０）は、第１バッテリシステムコネクタ（１４１）と第２バッテリシステムコネクタ（１４２）との間で別のストリング（１１０，１２０，１３０）に接続されており、
それぞれのバッテリモジュール（２００）には少なくとも、
バッテリ（２１０）と、
前記第１バッテリシステムコネクタ（１４１）と前記第２バッテリシステムコネクタ（１４２）との間で、前記バッテリ（２００）を接続するかまた切り離すように構成された直列スイッチ（２２０）と、
閉じている場合、前記第１バッテリシステムコネクタ（１４１）と前記第２バッテリシステムコネクタ（１４２）との間で、前記バッテリモジュール（２００）をバイパスするように構成された並列スイッチ（２３０）と、が含まれており、
それぞれのバッテリモジュール（２００）は、次に対して、すなわち、
前記直列スイッチ（２２０）が閉じておりかつ前記並列スイッチ（２３０）が開いている接続状態と、
前記直列スイッチ（２２０）が開いておりかつ前記並列スイッチ（２３０）が閉じているバイパス状態と、
前記直列スイッチ（２２０）および前記並列スイッチ（２３０）が開いている開状態と、に対して構成可能であり、
それぞれのストリング（１１０，１２０，１３０）は、次に対して、すなわち、
前記ストリングの少なくとも１つのバッテリモジュール（２００）が接続状態にありかつ残りの前記バッテリモジュール（２００）がバイパス状態にある接続状態と、
少なくとも１つのバッテリモジュールが開状態にある開状態とに対して構成可能である、フェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）において、
前記バッテリ蓄電システム（１００）は、少なくとも１つのストリング（１１０，１２０，１３０）内で、複数の期間にわたり、接続状態に対し、残りの前記バッテリモジュール（２００）がバイパス状態にある間に、バッテリモジュール（２００）の異なる組み合わせを選択し、これにより、前記バッテリ蓄電システム（１００）の放電中、電力状態がより高い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つは、電力状態がより低い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長く、かつ／または前記バッテリ蓄電システム（１００）の充電中、電力状態がより低い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つは、電力状態がより高い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長く、
前記バッテリ蓄電システム（１００）は、複数の期間にわたり、接続状態に対し、残りの前記ストリング（１１０，１２０，１３０）が開状態にある間に、前記ストリング（１１０，１２０，１３０）の異なる組み合わせを選択し、これにより、前記バッテリ蓄電システム（１００）の放電中、バッテリモジュール（２００）の電力状態がより高い前記ストリング（１１０，１２０，１３０）は、前記バッテリモジュール（２００）の電力状態がより低い前記ストリング（１１０，１２０，１３０）の少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長く、かつ／または前記バッテリ蓄電システム（１００）の充電中、バッテリモジュール（２００）の電力状態がより低い前記ストリング（１１０，１２０，１３０）の少なくとも１つは、バッテリモジュール（２００）の電力状態がより高い前記ストリング（１１０，１２０，１３０）の少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長く、
前記バッテリ蓄電システム（１００）は、故障したバッテリモジュール（２００）をバイパス状態にし、かつ／または故障したストリング（１１０，１２０，１３０）を開状態にするように構成されている、ことを特徴とする、フェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項2】

バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つのストリング（１１０）を有するフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）であって、
少なくとも１つの前記ストリング（１１０）は、直列接続された複数のバッテリモジュール（２００）を有し、
第１バッテリシステムコネクタ（１４１）と第２バッテリシステムコネクタ（１４２）との間に接続されており、
それぞれのバッテリモジュール（２００）には少なくとも、
バッテリ（２１０）と、
前記第１バッテリシステムコネクタ（１４１）と前記第２バッテリシステムコネクタ（１４２）との間で、前記バッテリ（２００）を接続するかまた切り離すように構成された直列スイッチ（２２０）と、
閉じている場合、前記第１バッテリシステムコネクタ（１４１）と前記第２バッテリシステムコネクタ（１４２）との間で、前記バッテリモジュール（２００）をバイパスするように構成された並列スイッチ（２３０）と、が含まれており、
それぞれのバッテリモジュール（２００）は、次に対して、すなわち、
前記直列スイッチ（２２０）が閉じておりかつ前記並列スイッチ（２３０）が開いている接続状態と、
前記直列スイッチ（２２０）が開いておりかつ前記並列スイッチ（２３０）が閉じているバイパス状態と、
前記直列スイッチ（２２０）および前記並列スイッチ（２３０）が開いている開状態と、に対して構成可能である、フェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）において、
前記バッテリ蓄電システム（１００）は、少なくとも１つの前記ストリング（１１０）内で、複数の期間にわたり、接続状態に対し、残りの前記バッテリモジュール（２００）がバイパス状態にある間に、バッテリモジュール（２００）の異なる組み合わせを選択し、これにより、前記バッテリ蓄電システム（１００）の放電中、電力状態がより高い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つは、電力状態がより低い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長く、前記バッテリ蓄電システム（１００）の充電中、電力状態がより低い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つは、電力状態がより高いバッテリモジュール（２００）の少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長く、かつ／または前記バッテリ蓄電システム（１００）の充電中、電力状態がより低い前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つは、電力状態がより高いバッテリモジュール（２００）の少なくとも１つよりも接続状態にある時間が長く、
前記バッテリ蓄電システム（１００）は、故障したバッテリモジュール（２００）をバイパス状態にし、かつ／または故障したストリング（１１０，１２０，１３０）を開状態にするように構成されている、ことを特徴とする、フェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項3】

前記バッテリ蓄電システム（１００）は、ＤＣ電圧の出力および／または入力のために構成されている、ことを特徴とする、請求項１または２記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項4】

複数の前記ストリング（１１０，１２０，１３０）の少なくとも１つには、前記ストリングの前記バッテリモジュール（２００）に直列接続されたインダクタ（１１９，１２９，１３９）が含まれる、ことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項5】

複数の前記ストリング（１１０，１２０，１３０）の少なくとも１つには、前記ストリングに並列接続されるダイオード（１１８，１２８，１３８）が含まれており、これにより、前記ダイオード（１１８，１２８，１３８）は前記ストリングの通常の出力電圧では導通しない、ことを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項6】

前記第１バッテリシステムコネクタ（１４１）と前記第２バッテリシステムコネクタ（１４２）との間に負荷および／または電源が接続されている、ことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項7】

前記バッテリ蓄電システム（１００）は、故障したバッテリモジュール（２００）をバイパス状態にし、かつ／または故障したストリング（１１０，１２０，１３０）を開状態にするように構成されている、ことを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項8】

前記バッテリ蓄電システム（１００）は、故障状態がもはや存在しなくなった後、故障したバッテリモジュール（２００）および／または故障したストリング（１１０，１２０，１３０）を通常動作に戻すように構成されている、ことを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項9】

前記バッテリモジュール（２００）の前記電力状態には、充電状態、最大電流容量、電圧、温度、健康状態またはこれらの組み合わせの少なくとも１つが含まれる、ことを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項10】

前記バッテリモジュールには、前記バッテリモジュールの電力供給容量および／または充電容量が、所定の量だけ、同じ前記ストリングにおける別の前記モジュールの平均容量を下回って、または所定の閾値を下回って低下した場合かつ／または前記バッテリモジュールが、同じ前記ストリングにおける別の前記モジュールよりも高い温度または低い健康状態を有する場合、故障状態が割り当てられる、ことを特徴とする、請求項１から９までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項11】

少なくとも１つのバッテリモジュール（２００）には、少なくとも１つの別のスイッチが含まれており、少なくとも１つの前記バッテリモジュールの前記スイッチはさらに、バッテリセルもしくはバッテリモジュールの並列スイッチングまたはバッテリセルの極性逆転の少なくとも１つに対して構成可能である、ことを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項12】

前記フェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）は、少なくとも１つの故障したバッテリモジュール（２００）に起因して公称出力電圧を維持するために、使用できない第１ストリングの出力電圧の値に残りの前記ストリングの電圧を適合するように構成されている、ことを特徴とする、請求項１から１１までのいずれか１項記載のフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）。

【請求項13】

請求項１から１２までのいずれか１項記載の２つのフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）を含む３相フェイルセーフバッテリ蓄電システムにおいて、
第１相コネクタ（３１１）と第２相コネクタ（３１２）との間には、第１フェイルセーフバッテリ蓄電システム（３２１，３２２）が接続されており、
前記第２相コネクタ（３１２）と第３相コネクタ（３１３）との間に、第２フェイルセーフバッテリ蓄電システム（３２３，３２４）が接続されている、ことを特徴とする、３相フェイルセーフバッテリ蓄電システム。

【請求項14】

バッテリモジュール（２００）の少なくとも１つのストリング（１１０）を有するフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）を動作させる方法であって、前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも２つは、それぞれのストリング内で直列接続されており、
前記方法には、次のステップ、すなわち、
少なくとも１つの前記ストリング（１１０）内で、複数の期間にわたり、前記バッテリモジュールの前記バッテリ（２１０）が直列接続されている接続状態に対し、残りの前記バッテリモジュール（２００）が、切り離されたバッテリ（２１０）によってバイバス状態にある間に、バッテリモジュール（２００）の異なる組み合わせを選択するステップが含まれる、ことを特徴とする、方法。

【請求項15】

バッテリモジュール（２００）の複数のストリング（１１０，１２０，１３０）を有するフェイルセーフバッテリ蓄電システム（１００）を動作させる方法であって、前記ストリングは、並列接続されており、前記バッテリモジュール（２００）の少なくとも２つは、それぞれのストリング内で直列接続されており、
前記方法には、次のステップ、すなわち、
それぞれのストリング（１１０，１２０，１３０）内で、複数の期間にわたり、前記バッテリモジュールの前記バッテリ（２１０）が直列接続されている接続状態に対し、残りの前記バッテリモジュール（２００）が、切り離されたバッテリ（２１０）によってバイパス状態にある間に、バッテリモジュール（２００）の異なる組み合わせを選択するステップと、
複数の期間にわたり、前記ストリング（１１０，１２０，１３０）が並列接続されている接続状態に対し、残りの前記ストリング（１１０，１２０，１３０）が開状態において切断されている間に、前記ストリング（１１０，１２０，１３０）の異なる組み合わせを選択するステップと、を有する、ことを特徴とする、方法。

【手続補正4】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図2】

【手続補正5】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図７

【補正方法】変更

【補正の内容】

【図7】

【国際調査報告】