JP2015515083A - 供給ネットワーク構成要素 - Google Patents

Abstract

【課題】移動体として柔軟に使用することができ、特に拡張可能な供給ネットワークでの使用に適した供給ネットワーク構成要素を提供する。【解決手段】供給ネットワーク（９０）の別の供給ネットワーク構成要素（９２〜９８）を接触させるための少なくとも１つの接点ユニット（１２、１４）と、少なくとも１つの機能ユニット（５５）を有する機能群（１６）と、前記少なくとも１つの接点ユニット（１２、１４）を前記機能群（１６）に結合するための少なくとも１つの結合ユニットとを備える。前記少なくとも１つの接点ユニット（１２、１４）が、供給ネットワーク（９０）の別の供給ネットワーク構成要素（９２〜９８）と通信するための通信インターフェース（３４）と、ネットワーク媒体を別の供給ネットワーク構成要素（９２〜９８）に移送するための移送インターフェース（３６）とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、ネットワーク媒体の供給ネットワークのための構成要素(supply network component)に関するものである。特に、本発明は、より多くの消費先に電気エネルギーを供給するエネルギー供給ネットワークに関するものである。特に、この場合の供給ネットワーク構成要素としては、エネルギー貯蔵器、エネルギー変換器またはエネルギー源、またはエネルギー消費先が挙げられる。

消費先に電気エネルギーを供給する電圧ネットワークにおけるエネルギー貯蔵器およびエネルギー源としての充電式バッテリが一般的に知られている。

従来のエネルギー貯蔵器としては、たとえばＭｉｃｒｏ（ＡＡＡ）、Ｍｉｇｎｏｎ（ＡＡ）、Ｂａｂｙ（Ｃ）、Ｍｏｎｏ（Ｄ）等の標準化ハウジングサイズを有し、いずれの場合にも１．５ボルトの電圧を供給するアルカリバッテリ、または９ボルトの電圧を有するブロックバッテリまたは４．５ボルトの電圧を有するフラットパックバッテリ等が挙げられる。さらには、これらのエネルギー貯蔵器に関して、ニッケル／カドミウム（ＮｉＣｄ）もしくはニッケル／金属ハイブリッド（ＮｉＭｈ）またはリチウムに基づく充電可能な変異型が存在する。

そして、このようなバッテリは、直列接続による動作電圧に関して、特定の用途に適応させることができる。既知の自動車およびバイクのバッテリの場合は、個別の接続および設計用として、異なる製造業者および品質からユーザが選択可能ないくつかの標準化形態が存在する。また、これらのバッテリによれば、ユーザまたは専門家自身がバッテリ交換を行うことができる。これらのバッテリの場合の設計者および開発者は、世界中でサービス支援が可能な国際標準規格を利用することができる。円筒状の充電式セルの場合は、充電器、充電スタンド、および用途を幅広く選択可能である。

ただし、充電式リチウムバッテリの場合は当てはまらない。ほとんどの場合は、用途および充電システムに対して個別にバッテリを適応させる必要がある。安全要求の高まりおよび火災の場合のユーザに対する潜在的な危険性によって、この種のバッテリは、取り扱いが簡単かつ単純ではなくなっている。複雑な制御なしに並列および／または直列接続を行うことはできない。また、製造業者が予め定めた限界値を考慮に入れる必要がある場合が多い。過負荷の場合は、セルの故障が発生する可能性があり、手に負えない火災が発生する可能性さえある。これにより、今日では、各用途に対して、適応充電システムを備えた専用の適応バッテリシステムを設計および構築するのが普通である。

比較的大型のバッテリ構成およびこれに応じた高いバッテリ電圧の場合は、個々のバッテリの品質に対する要求が高まっている。これは、直列接続のバッテリまたはセルの場合、個々の各セルが機能する必要があるためである。あるセルが電流を送れなくなった場合、完全充電となった場合、または完全放電なった場合は、構成全体をオフに切り替える必要がある。したがって、このようなバッテリ構成は常に、最も弱いセルおよび最も強いセルによって規定される。このため、個々のセルの品質要求は、極めて厳しいものとなる。

バッテリの寿命は、これに応じて長くなるように意図されている。ノートパソコンおよび携帯電話の場合、装置の寿命は２年が見込まれている。そして、技術は一般的に、陳腐化するものと考えられている。これは、使用するバッテリまたはセルに妥当なライフサイクルがあることを意味する。さらに、バッテリは、その価値の共有が支配的ではない。すなわち、バッテリの故障および交換部品の調達は、重要なことではない。これは、バイクおよび自動車の鉛蓄電池にも当てはまる。この場合、寿命の期間における複数回の交換は、日常的な業務である。自動車用バッテリは、統計上、乗用車およびバイク部門において、故障の最多原因である。ただし、エレクトロモビリティの場合は、寿命に関する同様の手法を受け入れられない。

如何なるセルパックにおいても、個々の各セルを同じ充電状態に維持する必要がある。鉛蓄電池、ＮｉＣｄ、およびＮｉＭｈの場合は、バッテリの過充電によりこれを実現している。その結果、すべてのセルが加熱されるものの適度に可能である。

これは、リチウムイオンセルの場合は許されない。すなわち、ある種のセルは、完全充電となったら直ちに高インピーダンスとなって、それ以上は電流を受け入れなくなる。したがって、付加的な回路によりセルを相互に整合させることが重要である。調和的に協働するセルパックを得るため、製造プロセスでは通例、個々の各セルの確認および分類を行って、同一種類のセルのみをセルパックに使用する。また、パック内の経年劣化が均一となるように、すべてのセルを同じ温度レベルに維持することが重要であるが、大型の構成または車両に分散したバッテリの場合は実現困難である。

通例、セルパックにおいて個々の不具合セルが存在する場合であっても、それらは、辛うじて機械的にのみ交換することができるか、または一切交換することができない。さらに、古いセルと新しいセルが直列に接続されている場合、パックが均一に反応するのは短時間だけ、ということも珍しくない。その結果、相互接続されたパックの個々の不具合セルを交換することによって修理することは推奨されず、実際に行われることもない。

特に移動体用途および車両の場合は、バッテリの化学組成および内部構成によってユーザの要求に応えることが関心事項である。価格、常時およびピーク出力、エネルギー含量、安全、充電時間、寿命、ならびに使用温度については、化学組成または規定の限界値の変更によって変えることができる。

一方、電動自転車の場合は、閉じたユニットとしてのみ機能する充電器とバッテリとの組み合わせが多数存在する。この場合は、直流接続をプラグコネクタとして使用する場合が多い。この場合、たとえば３６Ｖバッテリ用の充電器が２４Ｖバッテリに接続されないようにすることはできない。

今日、バッテリは、その元の容量のおよそ７０〜８０％の残留容量となったら直ちに寿命が尽きるように規定されている。この場合、バッテリの充電および放電可能容量は、サイクル数の増加に応じて直線的に低下する。このため、残留容量が８０％もあるバッテリが廃棄されてしまう事態が起こる可能性もある。これらのバッテリは、２次的にさらに利用するのが望ましい。

電動車両の場合は、バッテリのコストの割合が不釣り合いに高い。したがって、実際に必要な貯蔵容量のみを有するのが望ましいであろう。また、バッテリの補充または迅速な交換も望ましい基準である。特に乗用車およびバスの場合は、バッテリブロックを完全に交換可能なモデルが存在する。ただし、バッテリの形状およびサイズが異なるため、規格の構築は実現困難である。

ＣＡＮｏｐｅｎ（Controller Area Network）の規格に基づくいわゆる「ＥｎｅｒｇｙＢｕｓ」規格は、移動体用途におけるインテリジェント配電ネットワーク構成要素の制御および通信の基礎を成している。複数のバス参加者間で負荷調整が配分されており、エネルギー管理用の一意のマスタを規定することが不可欠である。この場合、バッテリの数は制限される。また、データ接続は、ＣＡＮバスとしてのバス形態で構成される。電力のルーティングは、一意に把握することはできない。

特許文献１には、容量が異なるバッテリの組み合わせが記載されている。特許文献２は、並列に接続された２つの充電式バッテリの使用を開示している。さらに、特許文献３は、大型の電動車両用バッテリの平衡化の可能性を開示している。特許文献４は、円筒状のハウジング形態を有するバッテリを開示している。特許文献５は、新しい適当なセル対の測定および組み合わせによって使用済みの充電式バッテリセルを用いる可能性を開示している。特許文献６は、バッテリパックの自動並列化を提案している。特許文献７は、拡張可能な自動車用バッテリを開示している。特許文献８は、エネルギー変換器およびエネルギー貯蔵器用のモジュール式システムを開示している。特許文献９は、標準部品で構成された太陽光システムを開示している。特許文献１０は、充電式バッテリの交流充電および放電を開示している。特許文献１１は、バッテリ用のモジュール式システムによる保守作業の最適化を開示している。特許文献１２は、中央制御のハイブリッドエネルギー供給を開示している。特許文献１３は、双方向直流変換器を介して接続された一部のバッテリで構成されたバッテリシステムを開示している。特許文献１４は、自動車用の自動バッテリ充電スタンドを開示している。

今日の大型多セルバッテリシステムは、多くの基本的な問題を来たしている。非常に多くのセルを用いる結果、直列に接続されるセルの数に応じて、故障の確率が直線的に上昇している。セル不具合の場合は大抵、バッテリユニット全体を交換する必要があり、コストが高くなる。

現在、自動車の場合に用いられているようなバッテリ構想の場合は、高い動作電圧が発生するが、事故の場合であっても、適当な絶縁監視によって、相応に保護する必要がある。バッテリの修理は、専門工場においてさえ通常は不可能である。消費者は通常、エネルギー貯蔵器に関して、適用製造業者と需給関係を結ぶ必要があり、その代わりとなる第２の選択肢に頼ることができない。その結果、競争は起こり得ない。特にリチウムの場合は、すべての製品または車両において、他の用途に容易に拡張および適用できない独立したバッテリ設計が行われる。設計変更の場合には、再度、開発時間および試験を経る必要がある場合が多い。バッテリ交換スタンドは、個々の車両およびバッテリタイプの場合にのみ適切に稼働させることができる。

危険が生じる潜在的な危険性は、バッテリパックのサイズに応じて増大する。リチウムバッテリは、常に危険な材料と見なされている。現在、ドイツには３つの制限が存在する。１００Ｗｈを下回るものはすべて、航空機であっても何ら問題なく輸送可能である。重量が５ｋｇを上回るパッケージを含むリチウムバッテリは、航空機で人員とともに輸送することができない。また、３５ｋｇを上回るバッテリは、航空貨物として輸送することができない。

ほとんどの用途においては、充電器とバッテリが分離不可能な組み合わせを構成している。すなわち、充電の限界値およびその調整は、充電器が実行する。ここで、この組み合わせに混乱が生じると、制御されていない過充電によって、リチウムであるために消火が困難な火災が発生する場合が多い。

バッテリパックの所要の機械的安定性は、サイズの増大に伴って相応に高くなるが、事故の状況では容易に管理できない。

バッテリが固定設置された用途の場合は、装置の製造から消費者による最初の使用までに、最長３年の期間が経過する可能性がある。これは、ほとんどのバッテリシステムの場合、深放電の結果として故障が生じることを意味する。このため、保管中にも定期的に充電を行う必要がある。したがって、バッテリの保管期間を管理できるように、適用対象とバッテリとを別々に保管および供給するのが好都合であろう。

リチウムセルの製造および組み立てに関わる非常に多くの製造業者、ならびにユーザおよび輸送業者は常に、火災の危険に曝されている。これに関連して、過去には、車両製造業者、卸売業者、自動車修理工場、フェリー、船舶、および航空機が損傷または破損を被ってきた。機械的に損傷したバッテリパックは、このような背景において、極めて危険であることが分かる。リチウムセルの場合は、数週間後であっても、火災が突然発生する可能性がある。特に、製造時に生じた汚染物質による個々のセル内の微小な短絡によって、使用の数年後であっても、火災が発生する。必要な不良品回収措置を講じる場合には、個々のバッテリの行方を追跡できない場合が多い。

今日、大型のバッテリパックは、均一に揃った個々の測定済みセルによってのみ構成することができる。個々のセルの品質要求およびパック内の均一な温度分布が長寿命動作の基準である。個々のセルまたは一部の領域を交換するための解決手段は存在しない。

国際特許出願公開第２０１２／００９２８１ Ａ１号明細書 国際特許出願公開第２０１２／００８２４４ Ａ１号明細書 国際特許出願公開第２０１１／１６３３０６ Ａ２号明細書 欧州特許出願公開第２ ３４３ ７５２ Ａ３号明細書 国際特許出願公開第２０１１／１２１７５５ Ａ１号明細書 国際特許出願公開第２０１１／０６００９６ Ａ３号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００８ ０５０４３７ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００６ ０５５８８３ Ｂ４号明細書 独国特許出願公開第１９６１５９４３ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１０ ０２７８５４ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２０１０ ０２３０４９ Ａ１号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０１６３６０３ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００６ ０４３８３１ Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０ ２００６ ０４７６５４ Ａ１号明細書

したがって、本発明は、移動体として柔軟に使用することができ、特に拡張可能な供給ネットワークでの使用に適した供給ネットワーク構成要素を提供することを目的とする。

本発明のネットワーク媒体の供給ネットワークのための構成要素は、供給ネットワークの別の供給ネットワーク構成要素を接触させるための少なくとも１つの接点ユニットと、少なくとも１つの機能ユニットを有する機能群(functional group)と、前記少なくとも１つの接点ユニットを機能群に結合するための少なくとも１つの結合ユニットとを備える。前記少なくとも１つの接点ユニットは、供給ネットワークの別の供給ネットワーク構成要素と通信するための通信インターフェース(communication interface)と、ネットワーク媒体を別の供給ネットワーク構成要素に移送するための移送インターフェースとを有する。

特に、前記ネットワーク媒体は、電気エネルギーである。ただし、たとえば水、ガス、空気、石油、熱エネルギー、またはその他のエネルギー形態を含むこともできる。

特に、前記少なくとも１つの機能ユニットは、エネルギー貯蔵器またはネットワーク媒体貯蔵器である。ただし、たとえばネットワーク媒体の供給源、消費先(consumer)、変換器、または伝導体、特にエネルギー消費先、エネルギー源、エネルギー変換器、またはエネルギー伝導体、特に電気エネルギーの場合も考えられる。

さらに、相互に並列および／または直列に接続された前記提案の供給ネットワーク構成要素を複数備えたネットワーク媒体の供給ネットワークのエネルギー貯蔵ブロックを提案する。

このように、本発明に係る供給ネットワーク構成要素としてのエネルギー消費先、エネルギー源、およびエネルギー貯蔵器が適当なインターフェースおよびプロトコルを介して通信することができ、供給ネットワーク構成要素間の電流フローおよびデータフローを一意にルーティングできるインテリジェント配電ネットワークまたはエネルギーメッシュの構成要素として、供給ネットワーク構成要素としての移動式で積み重ね可能、堅牢かつインテリジェントな標準エネルギー貯蔵器を提供可能となる。さらに、いずれの場合にも、自律的で独立した負荷調整が可能である。ネットワーク媒体と並列に設定されたデータおよび情報ネットワークは、特に同一の接点ユニットを介して協働で通信することができる。

リチウムに基づく標準エネルギー貯蔵器としてのこのような供給ネットワーク構成要素の典型的なサイズは、説明した輸送規制および危険材料規制ならびに曝露低電圧に関する規制に適応可能であって都合が良い。結果として、重量が１ｋｇ未満の１００Ｗｈのパックサイズと、外側パッケージを備える重量が最大５ｋｇのパックサイズという２つの適切なパックサイズが得られる。

動作電圧は、バッテリの定格電圧である４８Ｖの低電圧から６０Ｖのピーク電圧までの範囲とする。高電圧で同じ出力の場合は、電流が相応に小さくなっているため、エネルギー伝送の電圧は可能な限り高く選択する。

そして、供給ネットワーク構成要素に使用する機能ユニットは、セル製造業者の既知の構造サイズに極力対応させる。ここでは、直径１８ｍｍ、長さ６５ｍｍの円筒タイプ１８６５０が一般的な標準サイズである。タイプ１８６５０のセルの容量は、およそ７〜８Ｗｈである。セル数が１２個でセル重量がおよそ５００〜８００ｇの場合、エネルギー貯蔵器の総容量は、およそ８４〜９６Ｗｈとなるであろう。あるいは、３．６Ｖかつ２７Ａｈであって、３．６Ｖを４８Ｖに変換する直流変換器を有する個別のセルソリューションも考えられる。

標準化アルカリバッテリならびに移動体データおよび携帯電話ネットワークと同様に、供給ネットワーク構成要素の移動式のプラグ接続可能な標準形態であれば、エネルギー供給業者、装置製造業者、適用対象、所有者、ネットワーク事業者、およびユーザ間の等化が可能であり、この場合、大量の商品との有益な競争がもたらされる。また、前記拡張可能性によって、同一の記憶要素を備えた１００Ｗｈから数ＭＷｈの範囲のバッテリシステムが可能となる。

エネルギー貯蔵器としての供給ネットワーク構成要素は、異なる用途間で任意に交換可能である。家庭または職場においては、太陽光発電設備およびその他の電源等のエネルギー源の形態の他の供給ネットワーク構成要素とあわせて、可変のバッファ貯蔵器が用いられる可能性があり、いずれの場合にも、交換プロセスによって車両隊列にも使用することができる。個々のエネルギー貯蔵器は、分散が許可されており、前記用途において任意に分散できるとともに、共有インテリジェント配電ネットワークを構成することができる。また、連結により何ら問題なく上位構造を生成可能な異なるブロックの形成には、ツリー構造を利用することができる。企業および隊列運用者の場合には、無停電電源、電気牽引用途、緊急照明、車両隊列、車椅子、移動式園芸用具、およびコードレス手工具用の汎用の「標準充電式バッテリ」が考えられる。

たとえば交換スタンド等における多くのエネルギー貯蔵器は、ネットワーク負荷が低い場合にエネルギーを充電／貯蔵でき、ピーク負荷の場合にその一部を再度供給できるため、発電所として利用することができる。

ただし、住宅用の場合には、貯蔵器を他の用途に使用すること、または移動式エネルギーを有することが考えられる。直流（ＤＣ）／交流（ＡＣ）変換器を用いると、電動の如何なる装置も、供給ネットワーク構成要素としてのコードレス装置に変えることができる。たとえば、電気掃除機、手工具、ミキサー、撹拌装置、音楽システム、増幅器、電子計器、測定計器、コーヒーメーカー、湯沸かし器、アイロン、およびコンピュータ等が挙げられる。

別の主要な応用分野として、キャンプ用具およびボート備品がある。この場合は、供給ネットワーク構成要素としての太陽光発電設備および風力タービンによって、エネルギーを収集し、配電ネットワークに直接供給することができる。

救助作業、警察、および軍隊用の作業車両は、移動式電力への依存度を増しており、用途に応じて拡張できる均一な充電式バッテリシステムによってより柔軟かつ体系的に使用することができる多くの充電式バッテリ駆動補助器具を利用する。道路工事におけるフラッシュライトを用いた光学警報用の移動式電源または移動式の信号設備についても、均一なエネルギー貯蔵器を頼りにする可能性があろう。また、インテリジェント標準エネルギー貯蔵器のハウジングには、他のエネルギー貯蔵器および充電式バッテリシステムを装備可能であるため、将来も使い続けられる。また、航空機でも安全に輸送できる分離可能な梱包サイズが得られる。

大型のエネルギー貯蔵器は、安全に接触、作業、および運転できる小型のユニットのみで構成されている。事故または絶縁損傷の場合は、危険な高電圧が実際に発生しないようにする。ユーザまたは専門工場におけるエネルギー貯蔵器の修理は、何ら問題なく可能となる。また、サイズ、構造、および重量によって、ハウジングを安定したユニットとして設計可能である。

如何なる機械的運動も、あまり費用を掛けずに電磁変換器／発電機と組み合わせることによって、バッテリと関係したエネルギー収集器を構成することができる。小型の風力タービンや対応する発電機を備えた水車を単純に用いることによって、環境から簡単に、かつ発電機で局所的にエネルギーを収集して貯蔵することができる。

バッテリ駆動の装置は、その標準形態によって、バッテリおよび充電システムを持たない消費者にも提供および販売することができる。複数の供給ネットワーク構成要素を備えたコンテナで風力発電設備のタワーを満たすと、これらの貯蔵器がＭＷｈ領域のサイズで実現可能となり、同時に交換スタンドとして運用可能となる。

このようにして、上述の目的が完全に達成される。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、結合ユニットが、機能群を制御するための制御装置を有する可能性がある。

機能群の１つまたは複数の機能ユニットがエネルギー貯蔵器である場合、前記のような制御装置は、たとえばエネルギー管理装置として機能し、特定の充電および放電方略を実行することができる。

エネルギー貯蔵器として設計された並列接続の機能ユニットの充電および／または放電方略としては、たとえば２つの方法から選択可能である。

第１に、充電および放電時には、個々の機能ユニットを交互に切り替え可能である。その結果、容量は増やせるものの、回収可能な電力は減少する。

第２に、エネルギー貯蔵器として設計された機能ユニットが、同じ電圧レベルと並列に相互接続される可能性がある。この整合は、放電時において、電圧が最も高いエネルギー貯蔵器がオンに切り替えられ、電圧レベルが２番目に高いエネルギー貯蔵器の電圧レベルに到達するまで放電される、という事実によって実現される。このようにして、エネルギー貯蔵器は、パック内部電圧および配電ネットワーク電圧が同じレベルとなるまで順々にオンされる。充電時には、このプロセスが正反対に起こり得る。このような構成が整合して安定したら直ちに、電圧レベルは通例、充電および放電時に同じレベルを維持する。この共通の充電および放電は、経年劣化が異なるパックを用いても可能である。古いエネルギー貯蔵器は通例、内部抵抗が高い。負荷が突然変化すると、良好な方のエネルギー貯蔵器が高負荷となり、古くて弱い方のエネルギー貯蔵器がそれに応じて低負荷となる。このように、放電時には、全く異なる化学型であっても組み合わせることができる。ここで、リチウムとＮｉＭｈの組み合わせは価値があることが分かっている。この場合は、容量が異なるエネルギー貯蔵器も組み合わせ可能である。

前記に対応して、制御装置は、前記説明した方法の少なくとも一方を実行できるように設計することができる。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、前記少なくとも１つの接点ユニットが、前記接点ユニットおよび／または結合ユニットに電気エネルギーを供給する補助電圧を伝送するための補助電圧インターフェースをさらに有する可能性がある。

補助電圧は、特にネットワーク媒体がオンとなる前の通信を可能とする供給ネットワーク構成要素のマイクロコントローラが利用可能である。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、移送インターフェースが、直流の形態で電気エネルギーを伝送する可能性がある。

従来の発電所管理の場合と同様に負荷調整を可能とするため、ネットワーク媒体としての電気エネルギーの場合は、供給ネットワーク構成要素間にＤＣ電圧ネットワークを構成し、ネットワークにおける電圧調整を負荷調整として利用することを提案する。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、機能群が、それぞれリチウムセルとして設計された１２個の機能ユニットを有する可能性がある。

前記のようなシステムにおける均一な温度分布および必要なセル間平衡は、たとえばハウジング内の１２個の共通セルにのみ関連している。適用対象全体に分散したパックは、相互に影響を及ぼすことなく、他の温度を有することができる。これに対応して、適用対象の簡易的な換気により、大型のパック構成であっても空調管理することができる。また、充電スタンドにおける交換バッテリの相応な最適温度調整によって、過熱を実現することができる。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、機能群が、少なくとも１つの直流変換器を有する可能性がある。

制御装置に関連して説明した充電および放電方略においては、配電ネットワークの電圧レベルをバッテリが決定する。供給ネットワーク構成要素には、前記少なくとも１つの接点ユニットにおいて機能ユニットとシステム電圧との間の電圧の上下両者が可能であり、このため、実験用の電源ユニットと同様に、両電流方向の調整可能な電圧および電流制限が可能な直流変換器（ＤＣ／ＤＣコンバータ）をスイッチの代わりに設けることができる。これにより、正確なエネルギー配分と、個々の各供給ネットワーク構成要素の調整および制限が可能となる。このように、放電した供給ネットワーク構成要素の１０％のみを完全充電の供給ネットワーク構成要素に交換することによって、たとえば車両等のエネルギー消費先を再度使用可能とすることも考えられよう。

直流変換器の統合によって、簡易的な適応を実行可能であるとともに、個々の供給ネットワーク構成要素を配電ネットワークの動作電圧に適応させることができる。たとえば、上述の単セルソリューションの例における３．６Ｖから４８Ｖへの変換が挙げられる。このようにして、個々の供給ネットワーク構成要素間の平衡が防止されるであろう。

エネルギー貯蔵器としての供給ネットワーク構成要素と太陽光発電機等のエネルギー源またはエネルギー変換器としての供給ネットワーク構成要素との間を供給ネットワークが接続している場合、直流変換器は、電力最適化および最大電力点追跡（ＭＰＴ）すなわち太陽光発電機から最大電力を取り出すことができる電流および電圧の調整を実行することができる。異なる太陽電池サイズとエネルギー貯蔵器との間の好都合な組み合わせは、複雑な配線や高額な設置費用の必要なく容易に考えられる。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、機能群が、それぞれエネルギー貯蔵器として設計された複数の機能ユニットを有し、各エネルギー貯蔵器に個別の直流変換器が割り当てられる可能性がある。

供給ネットワーク構成要素の機能群の個々の機能ユニット間の平衡は、最終的にはこのようにして防止可能であろう。その結果、機能ユニットのレベルにおいても高い柔軟性が与えられる。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、前記供給ネットワーク構成要素が、機能群をネットワーク媒体から分離するための少なくとも１つのスイッチを備える可能性がある。

このように、各供給ネットワーク構成要素は、少なくとも１つのスイッチを一方向または両方向に流れる電流フローを自律的に遮断することができる。

エネルギー貯蔵器として設計された各供給ネットワーク構成要素は、通信インターフェースを介して解除された場合にのみエネルギーを供給する。この場合、各供給ネットワーク構成要素は、認証、互換性の識別、および物理的限界の順守の後、個々にオンまたはオフされる。

このように、各供給ネットワーク構成要素は、通信インターフェースによって、現在の供給ネットワークとの互換性を監視することにより、前記供給ネットワークとの安全な接続に対する責を負うことができる。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、前記供給ネットワーク構成要素が、機能群の物理パラメータを検出するための少なくとも１つのセンサーを備え、前記パラメータが特に、前記少なくとも１つの機能ユニットの電圧、電流、または温度である可能性がある。

このように、各供給ネットワーク構成要素は、安全関連のすべての物理パラメータを検出することによって、ユーザを保護することができる。特に、電圧、電流、および温度を監視可能であり、特に制御装置によってこれらを制限可能である。必要なすべての技術データおよび物理パラメータは、通信インターフェースを介して、供給ネットワーク構成要素間で電子的に交換することができる。

各接点ユニットは、各参加者の収集測定データに基づいて、たとえば瞬間的に流れる電流を決定して、制限を与えることができる。また、コンタクト近傍で接点ユニットの温度を測定することによって、大電流プラグにおける不具合、汚染、もしくは不良接続を決定または報告し、可能であれば、これらの経路の電流を相応に抑制することも考えられる。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、前記供給ネットワーク構成要素が、その周囲温度またはその加速度を検出するための少なくとも１つのセンサーを備える可能性がある。

供給ネットワーク構成要素は、内蔵の温度および加速度センサーによって、問題を予測的に識別および示唆することができる。そして、移送インターフェースを介したネットワーク媒体の伝送を必要に応じて遮断することができる。特に、衝撃センサーを設けることによって、考え得る損傷の発生を識別することができる。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、前記少なくとも１つの接点ユニットが、少なくとも１つの永久磁石によって機能群に接続される可能性がある。

このようにして、接点ユニットの簡易的な接続を提供することができ、また、永久磁石の保持力に打ち勝つことによって、再び解除することも容易である。さらに、特に永久磁石が接点ユニットにおいて回転対称に配置されている場合、接続の確立に特別な配向は不要である。あるいは一方で、前記少なくとも１つの接点ユニットを機能群にネジ込むか、または何か別の方法で固定接続することもできる。少なくとも１つの永久磁石による前記提案の接続を設けることによって、供給ネットワーク構成要素または２つの供給ネットワーク構成要素の各少なくとも１つの接点ユニットを相互に接続することができる。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、通信インターフェースおよび／または移送インターフェースが、回転対称に設計される可能性がある。

これにより、ユーザが接点ユニットの配向を考慮する必要なく、２つの接点ユニットを接続可能となる。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、前記少なくとも１つの接点ユニットのうちの１つの移送インターフェースが、バネ状接触ピンを用いて提供される可能性がある。

たとえばネットワーク媒体が電気エネルギーの場合は、これにより、移送インターフェースを介してネットワーク媒体を安全に伝送可能となる。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、前記少なくとも１つの接点ユニットのうちの１つの移送インターフェースが、２つのリング状同軸コンタクトによって提供される可能性がある。

一例としては、３つのコンタクトを備えた同軸形態を接点ユニットとして選択することができる。これらコンタクトのうちの２つは、大電流に対応したリング状コンタクトであって、最大６０Ａを永久に伝送することができるため、ネットワーク媒体としての電気エネルギーにより供給ネットワークの「プラスとマイナス」を構成することができる。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、前記少なくとも１つの接点ユニットの移送インターフェースが、個々のコンタクト間に絶縁ウェブを有する可能性がある。

これにより、短絡を回避しつつ移送インターフェースを介して安全な伝送を実現可能である。特に、絶縁ウェブがコンタクトから外方に突出することもさらに可能である。このようにして、ユーザが不注意でコンタクトに接触することを効果的に防止することができる。これにより、ユーザの生死に関わる危険および接触によるコンタクトの不慮の橋絡または短絡は起こらない。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、補助電圧インターフェースが、移送インターフェースと同軸に設計される可能性がある。

第３のコンタクトは、補助電圧として機能することができる。これは、特にネットワーク電圧がオンとなる前の通信を可能とするネットワークのマイクロコントローラが利用できるように、１２Ｖかつ最大２Ａである。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、通信インターフェースが、無線通信インターフェースである可能性がある。

この場合、前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、通信インターフェースが、ＲＦＩＤ通信インターフェースである可能性がある。

インテリジェント配電ネットワーク構成要素間のデータ伝送には、ＲＦＩＤ通信を選択する。これにより、供給ネットワーク構成要素の移送、分類、および保管時に、接点投入プロセスなく通信および位置決めが可能となる。ただし、ＲＦＩＤ技術では、バッテリの追加なく完全放電バッテリまたはキーシステム等の受動的な参加者から相応にデータを伝送可能であるため、複数のインテリジェント配電ネットワーク参加者を明確に管理することができる。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、前記供給ネットワーク構成要素が、少なくとも部分的に書き換え可能なメモリを備える可能性がある。

各供給ネットワーク構成要素は、一定の読み出し可能かつ部分的に書き込み可能なメモリ領域を備えることができるため、各装置を一意に識別可能である。この点については、電子的手法に基づいて、必要なすべての製品データを電子銘板に組み入れることができる。

たとえば充電サイクル数、技術的状態、または現在のユーザ等の情報項目は、中央データベースによって各充電プロセス中に決定および更新することができる。これにより、性能に応じてより負担の少ない適用対象に情報項目を伝送すべき場合または情報項目を再利用することになっている場合は、技術的にそれらを呼び出し可能となる。この場合は、エネルギー貯蔵器のオンライン査定に基づいて、レンタル、賃借、販売モデルを実装することができる。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、前記供給ネットワーク構成要素が、盗難防止保護システムの少なくとも１つの部分要素を備える可能性がある。

供給ネットワーク構成要素は、自転車等への相応の取り付けにより、機械的または電気機械的なロック機構またはロックシステムによって保護可能である。このようなロックシステムによって、別の対応する供給ネットワーク構成要素も保護することができる。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、前記供給ネットワーク構成要素が、少なくとも１つの第１の接点ユニットおよび少なくとも１つの第２の接点ユニットを備え、前記第１の接点ユニットがプラグの形態で設計され、前記第２の接点ユニットがソケットの形態で設計される可能性がある。

個々のハウジングを相互に迅速に結合および分離可能な接点ユニットが提供される。この例では、円筒形態を選択しているが、設計の観点では、既存のバッテリ規格の象徴的なものを思い起こさせる意図もある。円筒状のアルカリバッテリと同様に、２つの円筒端である円筒の底面および上面において、２つの接点ユニットにより接触を可能とする。これら２つの接点ブロックは、確実なプラグ接続のため、磁気的または機械的に相互に押し付けることができる。

上述の端部データにより、エネルギー貯蔵器、エネルギー源、およびエネルギー消費先が、任意選択としてプラグおよびケーブルのみならず個々の接点ユニットの単純なプラグ接続によって相互に組み合わされる供給ネットワーク構成要素の設計を規定可能である。この点については、一例として、１つまたは複数の直列バッテリにＡＣ／ＤＣコンバータ（電源ユニット）をプラグ接続して、充電を開始可能である。

標準的なインテリジェントエネルギー貯蔵器のハウジングには、他のエネルギー貯蔵器、エネルギー源、またはエネルギー消費先も設置可能であるか、またはインテリジェント配電ネットワークの接点ユニットを装備した態様で設置可能である。この点については、同じ設計で電源ユニット（ＡＣ／ＤＣコンバータ）がエネルギーを供給することができるか、または自動車の１２Ｖ規格に関する直流変換器との交差接続によって構成することができる。

エネルギー貯蔵器として設計された供給ネットワーク構成要素の２つの接点ユニットは、支持機能を同時に実行するハウジング内のバスバーに接続されている。この場合は、高度に自動化された製造が可能であり、外部からの機械的影響に対して収容セルが可能な限り効率的に保護されるように、内部構成の設計を実現する。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、前記供給ネットワーク構成要素が、それを一意に識別する識別ユニットを備える可能性がある。

このようにして、ネットワーク媒体の一意のルーティングが可能となる。さらに、供給ネットワーク構成要素を個別化することができ、その結果、ライフサイクル全体にわたって識別が可能である。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、前記供給ネットワーク構成要素のユーザ群への割り当てが、前記供給ネットワーク構成要素のメモリに格納される可能性がある。

そして、必要な情報および安全機能は、パックの充電スタンド、ユーザ、および所有者間のＲＦＩＤを介して調整可能であるとともに、中央課金により管理することができる交換手順において、対応するサーバーシステムにより実装可能である。ここでは、返却式ボトルシステムの場合等の課金または移動無線課金等の形態を導入することができる。

家庭における半自動式の交換可能な貯蔵器であれば、風力発電または太陽光発電設備で得られた電力を一時的に貯蔵して、充電式バッテリの交換により、家庭で車両にエネルギーを伝送することができる。当然のことながら、対応する充電スタンドを緊急電源として簡易的に利用することもできる。この場合は、返却式ボトルシステムの場合と同様に、貯蔵システムのバンドリングも考えられる。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、制御装置が、通信インターフェースの故障発生時に、機能群をネットワーク媒体から分離するように設計される可能性がある。

このように、不具合または不適切な供給ネットワーク構成要素は、供給ネットワークから簡易的に分離される。その結果、一例として、非常に多くの不具合バッテリおよびセルを有する車両であっても、使用可能な状態を維持可能である。

前記供給ネットワーク構成要素の一実施形態においては、前記供給ネットワーク構成要素が、実質的に円筒の形態のハウジングを備え、第１および第２の接点ユニットを備えており、それぞれが前記円筒の底面および上面を構成する可能性がある。

エネルギー貯蔵器としての供給ネットワーク構成要素の前記提案の円筒形態は、自動移送システムおよび移送パイプにおいて、充填および除去用の簡易的な共有開口を車両に構成可能であり、補給動作と同様に、数分で「バッテリ交換」を行うことができる。

エネルギーブロックに複数の供給構成要素を使用する場合は、様々な用途の可能性が考えられる。この場合は、当然のことながら、エネルギー貯蔵器としての複数の供給ネットワーク構成要素を組み合わせることによって、円筒状ではない設計のエネルギー貯蔵ブロックを形成することもできる。

電動のこぎり、芝刈り機、ハンマードリル、手持ち式丸のこぎり等の大型の電動工具は、エネルギー貯蔵器として設計された供給ネットワーク構成要素（１００Ｗｈ）により動作させることができる。たとえば電動自転車は、このような３つの供給ネットワーク構成要素（３００Ｗｈ）により動かすことができる。１０個の供給ネットワーク構成要素であれば、２輪車を２５ｋｍ／ｈの速度で駆動可能であろう。電動４輪車は、エネルギー貯蔵器として設計された１００個の供給ネットワーク構成要素（１０ｋＷ）により直ちに動作可能であろう。接点接続および変換器ユニットを用いれば、エネルギー貯蔵器として設計されたおよそ７００個の供給ネットワーク構成要素すなわち７０ｋＷｈを８０×１２０×１００ｃｍ寸法のいわゆるユーロパレットに収容可能であろう。４０フィート海洋コンテナの寸法を有するコンテナには、４０個のユーロパレットすなわちおよそ２８００ｋＷｈを収容可能であって、太陽光発電設備および風力発電機により、ピーク電流貯蔵器として充電可能であろう。

並列および直列に接続された供給ネットワーク構成要素の好都合な組み合わせによって、構造空間、コスト、重量、エネルギー容量、および性能に影響を及ぼすことができる。ただし、この構成によれば、搬送するエネルギー貯蔵器または貨物で車両のたとえばトランクまたは座席等の保管空間を任意選択として満たすことも考えられる。

結果として、エネルギーの重量、移送量、出力、および品質を第一にユーザ自身が決定するとともに、各使用目的に応じて変更することができる。エネルギー貯蔵器として設計された各供給ネットワーク構成要素は、２つの接点ユニットによって、大幅な費用の追加なく拡張可能である。当然のことながら、エネルギー貯蔵器として設計された供給ネットワーク構成要素は、自動車から安全に取り外して、たとえば電動自転車または芝刈り機等に適用することも考えられる。内燃機関車両の場合の従来の１２Ｖ自動車用バッテリは、２つまたは３つの供給ネットワーク構成要素を適当に適応させることによって問題なく置き換えることができる、必要に応じて、一般人が即座に交換することができる。

さらに、供給ネットワーク構成要素を制御および調整する要素または供給ネットワーク構成要素の制御装置等の要素は、通信インターフェースを介したファームウェアの書き換えによって更新できる書き換え可能または自由にプログラム可能な回路として設計される可能性がある。この場合、たとえば供給ネットワーク構成要素に対するファームウェアの書き換えは、遠隔の別の供給ネットワーク構成要素から行うことができる。

当然のことながら、上述の特徴および以下に説明する特徴は、本発明の範囲から逸脱することなく、それぞれに指定する組み合わせのみならず、他の組み合わせまたはそれらだけでも使用することができる。

本発明の実施形態は、図面に示すとともに、以下の記述においてより詳細に説明する。

供給ネットワーク構成要素の模式的な一実施形態を示す図である。 エネルギー貯蔵器として設計された供給ネットワーク構成要素の別の実施形態を示す図である。 図２の供給ネットワーク構成要素の模式断面図である。 図２の供給ネットワーク構成要素の等角分解図である。 図２の供給ネットワーク構成要素の機能ユニットを示す図である。 図２の供給ネットワーク構成要素の部分組立図である。 図２の供給ネットワーク構成要素の等角組立図である。 接点ユニットの第１の実施形態を示す図であって、図２の供給ネットワーク構成要素の第１の接点ユニットを構成することができる。 接点ユニットの第２の実施形態を示す図であって、図２の供給ネットワーク構成要素の第２の接点ユニットを構成することができる。 機能群の設計の模式図である。 複数の供給ネットワーク構成要素を備えた供給ネットワークの模式図である。 エネルギー貯蔵ブロックの実施形態を示した図である。

図１は、供給ネットワーク構成要素(supply network component)１０を模式的に示している。供給ネットワーク構成要素１０は、第１の接点ユニット１２および第２の接点ユニット１４を備えている。供給ネットワーク構成要素１０は、第１の接点ユニット１２および第２の接点ユニット１４によって、他の供給ネットワーク構成要素に接続することができる。このように相互に接続された供給ネットワーク構成要素は、供給ネットワークを構成する。供給ネットワークには、ネットワーク媒体としてガス、水、石油等を含むことができる。以下の例において、ネットワーク媒体は電気エネルギーである。

各供給ネットワーク構成要素の機能は、その機能群１６によって決まる。機能群１６は、たとえばエネルギー貯蔵器、エネルギー変換器、エネルギー源、またはエネルギー消費先として構成することができる。また、機能群１６は、いずれの場合にも、ゲートウェイとも称することができる結合ユニット１８によって、第１の接点ユニット１２および第２の接点ユニット１４に接続されている。

この場合、図示の実施形態においては、３つのネットワークが相互に並列に設定されている。第１に、ネットワーク媒体である電気エネルギーを移送するためのいわゆる「電力メッシュ」２２が挙げられる。さらに、電力メッシュ２２と並列して、データメッシュ２０が必然的に存在している。データメッシュ２０は、供給ネットワーク構成要素１０間の通信に役立つ。さらに、図示の実施形態においては、同様にデータメッシュ２０および電力メッシュ２２と並列に設定された補助電圧メッシュ２４が存在する。ただし、補助電圧メッシュ２４は、必ずしも存在する必要はないが、本実施形態においては設けており、供給ネットワーク構成要素の電気構成要素への電気エネルギーの供給に役立つ。

これらは、特に結合ユニット１８であってもよく、場合によっては、第１の接点ユニット１２および第２の接点ユニット１４の構成要素であってもよい。このように、たとえば供給ネットワーク構成要素１０が供給ネットワークの別の供給ネットワーク構成要素と互換性を有し、互換性を有するものと分類された場合にのみネットワーク媒体すなわち電気エネルギーが伝送されるようにすることもできる。

結合ユニット１８には、制御装置２６が設けられている。制御装置２６は、機能群１６を制御するのに役立つ。この場合、結合ユニット１８における制御装置２６の構成は、一例に過ぎないものと理解すべきであり、機能群１６において物理的に配置することもできる。以下に示す実施形態において、機能群１６はエネルギー貯蔵器である。この点に関して、制御装置２６は、機能群１６を充電または放電するように設計することができる。

さらに、供給ネットワーク構成要素は、識別ユニット３０を備えている。識別ユニット３０は、それ自体において、供給ネットワーク構成要素１０の一意の識別を支援する。これは、供給ネットワーク内の各供給ネットワーク構成要素１０を一意に識別するのに役立ち、３つのネットワーク２０、２２、２４における一意のルーティングが可能となる。

さらに、供給ネットワーク構成要素１０は、少なくとも部分的に書き込み可能なメモリ３２を備えている。後者においては、供給ネットワーク構成要素１０を特定のユーザに割り当てることができるとともに、供給ネットワーク構成要素１０に対する他のユーザまたは他の供給ネットワーク構成要素のアクセス権を規定することができる。また、メモリ３２には、たとえば制御装置２６が行った充電サイクルの数等、供給ネットワーク構成要素１０の状態に関する他のデータも格納できる。

接点ユニット１２、１４はそれぞれ、データメッシュ２０の別の接点ユニットとのインターフェースを提供する通信インターフェース３４を有する。

さらに、接点ユニット１２、１４はそれぞれ、電力メッシュ２２において前記説明の実施形態におけるネットワーク媒体である電気エネルギーを伝送するためのインターフェースを提供する移送インターフェース３６を有する。

さらに、図示の実施形態において、各接点ユニット１２、１４は、補助電圧メッシュ２４内の補助電圧を隣接する供給ネットワーク構成要素に伝送するのに役立つ補助電圧インターフェース３８を有する。

さらに、供給ネットワーク構成要素１０は、スイッチ３９を備えることができる。スイッチ３９は、供給ネットワーク構成要素１０によって自動的に切り替えることができ、本実施形態におけるネットワーク媒体である電気エネルギーの機能群１６に対する伝送を遮断するのに役立つ。これにより、たとえば機能群１６は、充電および放電できなくなる。また、スイッチ３９は、たとえば制御装置２６によって切り替えることができる。これにより、たとえば機能群１６が機能しなくなっている場合またはパラメータを超過する特定の事例により危険と分類されている場合は、電力メッシュ２２から機能群１６を分離可能である。

このようなパラメータは、たとえばセンサー２８によって検出することができる。当然のことながら、２つ以上のセンサー２８を設けることも可能である。センサー２８は、たとえば供給ネットワーク構成要素１０、特に機能群１６内の温度、出力、電流、電圧、または抵抗等、供給ネットワーク構成要素１０の任意の物理パラメータを検出することができる。

移送インターフェース３６および補助電圧インターフェース３８は、原理上、有線で具現化することができる。通信インターフェース３４は、有線または無線で具現化することができる。特に、通信インターフェース３４を介しては、容量性、誘導性、または光伝送が発生し得る。ただし、特に通信インターフェース３４は、ＲＦＩＤ技術によって隣接する供給ネットワーク構成要素１０と通信することが前提である。これにより、特に電力メッシュ２２および補助電圧メッシュ２４からデータメッシュ２０を電気的に分離可能である。

さらに、供給ネットワーク構成要素１０は、その動作中の盗難を防止することができる盗難防止保護システムの少なくとも１つの部分要素４１を備えることができる。

図２は、エネルギー貯蔵器として設計された供給ネットワーク構成要素１０の模式図である。同一の要素は、同じ参照符号を付して、再度の説明を行わない。供給ネットワーク構成要素１０は、円筒状の外形を有する。この円筒の境界は、底面４０、上面４２、および側面４４によって定められている。このように、底面４０、上面４２、および側面４４は、円筒すなわち供給ネットワーク構成要素１０のハウジングを構成している。

側面４４は、たとえば交換可能に設けることができる。このように、側面４４は、たとえば供給ネットワーク構成要素１０を使用するユーザに応じて異なる色にすることができる。

第１の接点ユニット１２および第２の接点ユニット１４は、円筒の底面４０および上面４２において、エネルギー貯蔵器として設計され、側面４４で包まれた機能群１６のように閉じる。このため、第１の接点ユニット１２は永久磁石４６を有し、第２の接点ユニット１４は永久磁石４７を有する。接点ユニット１２、１４は、これらの永久磁石４６、４７によって、機能群１６に嵌合することができる。ただし、接点ユニット１２、１４は、いずれの場合にも、機能群１６にネジ込まれるか、または何か別の方法で固定接続される可能性もある。これに関する代替または追加として、永久磁石４６、４７は、供給ネットワーク構成要素１０を相互接続するとともに、以下に説明するプラグ接続またはコンタクト接続を保護するのに役立つ。この点について、供給ネットワーク構成要素１０は、曲げ移動による損傷なく相互に分離することができる。特に、この嵌合は、永久磁石４６、４７のリング状構成に基づいて、接点ユニット１２、１４の任意の方向に実現することができる。さらに、接点ユニット１２、１４は、永久磁石４６、４７の保持力に打ち勝つこと、たとえば機能群１６から離れるように各接点ユニット１２、１４を曲げることによって、簡易的に機能群１６から再び解除することができる。

図示の実施形態において、接点ユニット１２、１４は、プラグ／ソケットの原理に従って設計されている。これについては、以下でより詳細に説明する。特に、第２の接点ユニット１４は、少なくとも３つのバネ状コンタクトを有している。補助電圧用のバネ状コンタクト４９が中央に形成され、補助電圧インターフェース３８を構成している。さらに、バネ状コンタクト５１、５３が形成され、バネ状コンタクト５１が正の電圧を伝達し、バネ状コンタクト５３が接地されている。バネ状コンタクト５１、５３は、第２の接点ユニット１４の移送インターフェース３６を構成している。この場合、バネ状コンタクト４９のほか、バネ状コンタクト５１およびバネ状コンタクト５３の両者は、いずれの場合にもバネ状コンタクト群として設計することができ、バネ状コンタクト群は複数の個別バネ状コンタクトを有する。このように、バネ状コンタクト群を介して伝送できる電力を増大することができる。

図３は、供給ネットワーク構成要素１０の切断線Ａ−Ａに沿った断面図である。同一の要素は、同じ参照符号を付して、再度の説明を行わない。

機能群１６において、供給ネットワーク構成要素１０は、複数の機能ユニット５５を備えている。各機能ユニット５５は、電気エネルギーを受け入れおよび貯蔵し、必要に応じて再度出力可能な充電式のリチウムイオンセルとして設計されている。機能ユニット５５は、側面４４を構成するシース要素５７に囲まれている。既に上述した通り、供給ネットワーク構成要素１０の外観の美的印象を任意に変更できるように、シース要素５７は原則として交換可能である。

原理上、第１の接点ユニット１２と第２の接点ユニット１４との間には、側面５７と平行に延び、電気エネルギーまたは電流が機能ユニット５５を通過する必要なく第１の接点ユニット１２から第２の接点ユニット１４に向かう方向およびその逆方向に電流を直接流せる長手方向のウェブ（図示せず）を設けることができる。

さらに、供給ネットワーク構成要素１０は、第１の接点ユニット１２に通信インターフェース３４を備え、第２の接点ユニット１４に制御装置２６を備えている。当然のことながら、制御装置２６および通信インターフェース３４は、これと逆に配置することもできる。さらには、各接点ユニット１２、１４が、制御ユニット２６および通信インターフェース３４の両者を有する可能性もある。通信インターフェース３４は、ＲＦＩＤ技術、特に能動的なＲＦＩＤトランスポンダによって設計され、他の供給ネットワーク構成要素１０と通信可能である。

図４は、供給ネットワーク構成要素１０の等角分解図である。この場合も、同一の要素は、同じ参照符号を付して、再度の説明を行わない。

供給ネットワーク構成要素１０の外部との境界は、シース要素５７および接点ユニット１２、１４によって定められている。ただし、機能ユニット５５は、シース要素５７内で緩やかに配置されているのではなく、機能要素をシース要素５７内に固定保持する複数の保持要素５９〜６２によって囲まれている。これにより、供給ネットワーク構成要素１０を堅牢に構成可能であって、その輸送および保管が容易になる。

図５は、機能ユニット５５をより詳細に示した部分組立図である。

全体として、供給ネットワーク構成要素１０の機能群１６は、１２個の機能ユニット５５を有している。後者は、接続ウェブ６４によって相互に接続され、特に相互直列に接続されている。当然のことながら、原理上は、他の直列接続および／または並列接続によって、機能ユニット５５の所望の電圧／容量比を得ることも考えられる。

そして、図示のように、機能ユニット５５が保持要素５９〜６２に保持されることによって、機能群１６ひいては供給ネットワーク構成要素１０が小さな円筒状に構成されている。

図６ａは、供給ネットワーク構成要素１０の別の部分組立図である。機能ユニット５５は、組み合わされた保持要素５９〜６２に保持されている。さらに、短絡を回避するため、機能ユニット５５同士の絶縁および機能群と接点ユニット１２、１４との絶縁を行う絶縁要素６６、６７、６８が設けられている。

図６ｂは、シース要素５７を省略した状態の供給ネットワーク構成要素１０の組立図である。原理上は、このようにして、供給ネットワーク構成要素１０を直ちに使用可能である。そして、シース要素５７は、外部に対して供給ネットワーク構成要素１０を遮蔽するとともに、任意に影響を受ける可能性がある美的印象を提供しているに過ぎない。さらに、シース要素５７およびその隣接要素との接続は、水密に構成することによって、内部の機能群１６を保護することができる。

さらに、シース要素５７は、点線で示す表示装置５８を有することができる。この表示装置は、たとえば充電状態等の機能群１６のパラメータをユーザに表示することができる。また、表示装置は特に、いわゆる「電子ペーパー」も考えられる。電子ペーパーは、側面全体を構成可能である。また、電子ペーパーは、たとえばＬＣＤ構成要素、特にＣｈＬＣＤ（コレステリック液晶ディスプレイ）構成要素で構成された表示装置も考えられる。また、供給ネットワーク構成要素１０には、プラグ接続またはバネ状コンタクトの１つまたは複数、たとえば通信インターフェースを介して情報を表示する表示装置が接続できる可能性もある。

図７は、第１の接点ユニット１２の詳細図である。この場合も、同一の要素は、同じ参照符号を付して、再度の説明を行わない。第１の接点ユニット１２は、「ソケット」として設計されている。したがって、第１の接点ユニット１２において補助電圧インターフェース３８を構成する嵌め合いコンタクト７０を有している。このコンタクトは、たとえば第２の接点ユニット１４等の「プラグ」として設計された接点ユニットの接触に役立てることができる。

さらに、第１の接点ユニット１２は、その移送インターフェース３６として機能する２つのリング７２、７３を有している。この場合、一方のリングは接地されている。このように、リングは、「プラグ」として設計された接点ユニットの対応するバネ状コンタクト５１、５３に接触することができる。さらに、リングとしての設計により、２つの接点ユニット１２、１４間を接続するための特定の配向に従う必要もない。

図８は、「プラグ」として設計された第２の接点ユニット１４の詳細図である。したがって、第２の接点ユニット１４のように設計された接点ユニットは、第１の接点ユニット１２のように設計された接点ユニットに対して、容易に接続可能である。対応する要素は、既知の参照符号を付して、再度の説明を行わない。

さらに、第１の接点ユニット１２および第２の接点ユニット１４の両者の場合には、ケーブルを設けることによって、図７および図８に示す標準インターフェース３４、３６、３８のほか、たとえば自動車用バッテリ等、他の標準に準じたエネルギー源またはエネルギー貯蔵器等の他の機能群との接続を提供する可能性がある。

図９は、結合ユニット１８を備えた機能群１６の一例を示している。結合ユニット１８は、データメッシュ２０、電力メッシュ２２、および補助電圧メッシュ２４と接触している。さらに、上述の通り、機能群１６は１２個の機能ユニット５５を有している。

図９に示す略語は、それぞれ以下の意味がある。「ｓｅｔｐ」は設定点の値を表し、「ａｃｔ」は実測値を表し、「ＧＷｎ」は結合ユニット１８の指数を表し、Ｕは電圧を表し、Ｉは電流を表し、Ｒは抵抗を表し、Ｗはワットを表し、「ｒａｔｅｄ」は定格値を表し、「ｍａｘ」は最大値を表し、「ｍｉｎ」は最小値を表し、ｔは温度を表し、Ｔは時間を表し、「ｐｅａｋ」はピーク値を表し、ｎ_ｃｙｃｌは充電または放電のサイクル数を表す。図示のユニットは、通常のＳＩシステムに相当する。

本明細書の導入部で既に説明した通り、機能群１６は、機能ユニット５５の充電および放電プロセスを調整する双方向直流変換器７９を有することができる。対応する信号プロファイルを図９に示す。境界条件を予め定めるパラメータは、供給ネットワーク構成要素１０または機能群１６のデータセット７７に格納することができ、これにより、双方向直流変換器７９が利用可能である。さらに、補助電圧インターフェース３８における補助電圧を補助電圧メッシュに与える第２の直流変換器８２が設けられている。

さらに、機能群１６には、その内部の実測値を測定するセンサー７５が配置されている。これらの測定値は、データメッシュ２０における転送または供給ネットワーク構成要素１０における評価ができる。一例として、これらの測定値の１つが臨界値に到達した場合は、スイッチ３９を作動することができる。

図１０は、複数の供給ネットワーク構成要素１０、９２、９４、９５、９６、９７、９８を備えた供給ネットワーク９０を一例として示している。この場合、供給ネットワーク９０は、風力発電設備の例に基づいて説明する。したがって、供給ネットワーク９０は、エネルギー源として設計された供給ネットワーク構成要素９４を備えている。これに対応して、供給ネットワーク構成要素９４は、４つの接点ユニットと、機能群としての風力タービンとを備え、この機能群はさらに、電力メッシュ２２内の風力タービンをその４つの接点に連結するためのケーブルおよび配電器を有する。いずれの場合にも、エネルギー貯蔵器として設計された前記２つの供給ネットワーク構成要素１０、９２、９５、９６、９７、９８は、供給ネットワーク構成要素９４の４つの接点のうちの３つに接続されている。このように、電力メッシュ２２は、直流で動作させることができる。エネルギー貯蔵器として設計された各供給ネットワーク構成要素１０、９２、９４、９５、９６、９７、９８は、その機能群内に、各供給ネットワーク構成要素１０、９２、９５、９６、９７、９８の各機能群に対して充電および放電を個別に調整することができる専用の直流変換器を備えている。その結果、個々の供給ネットワーク構成要素１０、９２、９５、９６、９７、９８の平衡は不要となる。このようにして、エネルギー源９４が供給するエネルギーを一時的に貯蔵するための大型のエネルギー貯蔵器を非常に簡単に利用できるようになる。さらに、供給ネットワーク９０の開放延長部１００を模式的に示している。ここには、たとえば消費先等の他の供給ネットワーク構成要素を接続することができる。

図１１は、エネルギー貯蔵ブロック１０４の実施形態を模式的に示している。

図２〜図８において説明した通りエネルギー貯蔵器として規定された供給ネットワーク構成要素１０は、同じ設計の他の供給ネットワーク構成要素と相互接続することによって、エネルギー貯蔵ブロック１０４を形成することができる。そこで、この場合は、クレート状に設計されたパックコネクタ１０５を提供可能である。この中には、複数の供給ネットワーク構成要素１０を配置することができ、自動的に直列および／または並列に相互接続される。そして、パックコネクタ１０５も、直列および／または並列に相互接続することができる。このようにして、拡張可能なエネルギー貯蔵器を提供することができる。この点については、図１０において上述した通り、たとえば風力発電設備におけるピーク電流貯蔵器として適した１ＭＷｈ超の大容量のエネルギー貯蔵器を提供することも可能である。この場合は、均一に構成された接点ユニット１２、１４により、エネルギー貯蔵器の相互接続およびパックコネクタ１０５との接続を簡易的に行うことができる。

Claims (28)

1. 供給ネットワーク（９０）の別の供給ネットワーク構成要素（９２〜９８）を接触させるための少なくとも１つの接点ユニット（１２、１４）と、少なくとも１つの機能ユニット（５５）を有する機能群（１６）と、前記少なくとも１つの接点ユニット（１２、１４）を前記機能群（１６）に結合するための少なくとも１つの結合ユニット（１８）とを備え、前記少なくとも１つの接点ユニット（１２、１４）が、前記供給ネットワーク（９０）の別の供給ネットワーク構成要素（９２〜９８）と通信するための通信インターフェース（３４）と、ネットワーク媒体を別の供給ネットワーク構成要素（９２〜９８）に移送するための移送インターフェース（３６）とを有する、ネットワーク媒体の供給ネットワーク（９０）用の供給ネットワーク構成要素（１０）。
2. 前記ネットワーク媒体が電気エネルギーであることを特徴とする、請求項１に記載の供給ネットワーク構成要素。
3. 前記少なくとも１つの機能ユニット（５５）がエネルギー貯蔵器であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の供給ネットワーク構成要素。
4. 前記結合ユニット（１８）が、前記機能群（１６）を制御するための制御装置（２６）を有することを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
5. 前記少なくとも１つの接点ユニット（１２、１４）が、前記接点ユニット（１２、１４）および／または前記結合ユニット（１８）に電気エネルギーを供給する補助電圧を伝送するための補助電圧インターフェース（３８）をさらに有することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
6. 前記移送インターフェース（３６）が、直流の形態で電気エネルギーを伝送することを特徴とする、請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
7. 前記機能群（１６）が、それぞれリチウムセルとして設計された１２個の機能ユニット（５５）を有することを特徴とする、請求項２〜請求項６のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
8. 前記機能群（１６）が、少なくとも１つの直流変換器（７９、８２）を有することを特徴とする、請求項２〜請求項７のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
9. 前記機能群（１６）が、それぞれエネルギー貯蔵器として設計された複数の機能ユニット（５５）を有し、各エネルギー貯蔵器に個別の直流変換器が割り当てられたことを特徴とする、請求項８に記載の供給ネットワーク構成要素。
10. 前記機能群（１６）を前記ネットワーク媒体から分離するための少なくとも１つのスイッチを備えたことを特徴とする、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
11. 前記機能群（１６）の物理パラメータを検出するための少なくとも１つのセンサー（７５）を備え、前記パラメータが特に、前記少なくとも１つの機能ユニット（５５）の電圧、電流、または温度であることを特徴とする、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
12. 前記供給ネットワーク構成要素の周囲温度または前記供給ネットワーク構成要素の加速度を検出するための少なくとも１つのセンサー（２８）を備えたことを特徴とする、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
13. 前記少なくとも１つの接点ユニット（１２、１４）が、少なくとも１つの永久磁石（４６、４７）によって前記機能群（１６）に接続されたことを特徴とする、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
14. 前記通信インターフェース（３４）および／または前記移送インターフェース（３６）が、回転対称に設計されたことを特徴とする、請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
15. 前記少なくとも１つの接点ユニット（１２、１４）のうちの１つの前記移送インターフェース（３６）が、バネ状接触ピン（４９、５１、５３）を用いて提供されたことを特徴とする、請求項２〜請求項１４のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
16. 前記少なくとも１つの接点ユニット（１２、１４）のうちの１つの前記移送インターフェース（３６）が、２つのリング状同軸コンタクト（５１、５３）によって提供されたことを特徴とする、請求項２〜請求項１５のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
17. 前記少なくとも１つの接点ユニット（１２、１４）の前記移送インターフェース（３６）が、個々のコンタクト（４９、５１、５３）間に絶縁ウェブを有することを特徴とする、請求項２〜請求項１６のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
18. 前記補助電圧インターフェース（４９）が、前記移送インターフェース（３６）と同軸に設計されたことを特徴とする、請求項２〜請求項１６のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
19. 前記通信インターフェース（３４）が、無線通信インターフェースであることを特徴とする、請求項１〜請求項１６のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
20. 前記通信インターフェース（３４）が、ＲＦＩＤ通信インターフェースであることを特徴とする、請求項１９に記載の供給ネットワーク構成要素。
21. 少なくとも部分的に書き換え可能なメモリ（３２）を備えたことを特徴とする、請求項１〜請求項２０のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
22. 盗難防止保護システムの少なくとも１つの部分要素（４１）を備えたことを特徴とする、請求項１〜請求項２１のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
23. 少なくとも１つの第１の接点ユニットおよび少なくとも１つの第２の接点ユニット（１２、１４）を備え、前記第１の接点ユニット（１２）がプラグの形態で設計され、前記第２の接点ユニット（１４）がソケットの形態で設計されたことを特徴とする、請求項１〜請求項２２のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
24. 前記供給ネットワーク構成要素（１０）を一意に識別する識別ユニット（３０）を備えたことを特徴とする、請求項１〜請求項２３のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
25. 前記供給ネットワーク構成要素（１０）のユーザ群への割り当てが、前記供給ネットワーク構成要素（１０）のメモリ（３２）に格納されたことを特徴とする、請求項１〜請求項２４のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
26. 前記制御装置（２６）が、前記通信インターフェース（３４）の故障発生時に、前記機能群（１６）を前記ネットワーク媒体から分離するように設計されたことを特徴とする、請求項４〜請求項２５のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
27. 実質的に円筒の形態のハウジング（４０、４２、４４）を備え、第１および第２の接点ユニット（１２、１４）を備えており、それぞれが前記円筒の底面（４０）および上面（４２）を構成することを特徴とする、請求項１〜請求項２６のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素。
28. 相互に並列および／または直列に接続された請求項１〜請求項２７のいずれか１項に記載の供給ネットワーク構成要素（１０）を複数備えた、ネットワーク媒体の供給ネットワーク（９０）用のエネルギー貯蔵ブロック（１０４）。

Images