JP2016520280A - 並列に接続された複数のバッテリーを含む電源の外部短絡からの保護 - Google Patents

Abstract

本発明は、電気設備（１）に関し、電気設備（１）は、遮断容量ＰｄＣ及びトリップ電流Ｉｓを持つ回路遮断器（５）と、電流を測定する電流計（４）と、並列に接続されたバッテリー（３）を有し、前記回路遮断器に直列に接続された直流電圧源と、を有し、並列に接続されたバッテリーの短絡電流の合計は、回路遮断器（５）の遮断容量ＰｄＣよりも高く、複数のバッテリーは、バッテリーと回路遮断器との間の接続を開放可能な各スイッチ（３１０）を有し、また、電気設備（１）は、回路遮断器（５）に流れる電流がトリップ電流Ｉｓよりも高いことを検出するように構成されると共に、トリップ電流Ｉｓよりも高く、遮断容量ＰｄＣよりも低い電流を回路遮断器（５）を介して加えるために、複数のスイッチ（３１０）の開放を制御するように構成される制御回路（２）を有する。【選択図】図１

Description

本発明は、高電力の直流電圧源に関し、特に、並列に接続された電気化学アキュムレータパワーバッテリーを組み込んだ電圧源に関する。これらは、例えば、公共交通機関（バス又はトロリーバス）の分野や、再生可能エネルギー貯蔵の分野や、海運運航又は火力発電所若しくはデータセンター用の予備電源の分野で使用することができる。

このタイプのアプリケーションに必要な電圧レベルは、頻繁に数百ボルトを超える。多くの場合、このタイプの電圧源は、限られたウェイトとボリュームとの組み合わせでも十分なエネルギー貯蔵容量があるために好まれている、リチウムイオンタイプの電気化学アキュムレータをベースにしている。リチウムイオンリン酸鉄（ＬｉＦｅＰＯ４）のアキュムレータの分野の技術は、高レベルな本質安全の見地から、わずかに低いエネルギー貯蔵密度を犠牲にして、十分な開発が行われている。

電気化学アキュムレータは、慣習的に、次のような指標の定格電圧を持つ：

リチウムイオンリン酸鉄（ＬｉＦｅＰＯ４）技術の場合は、３．３Ｖ

コバルト酸化物に基づくリチウムイオン技術の場合は、４．２Ｖ

そのため、所望の電圧レベルを実現するためには、非常に多くの電気化学アキュムレータが直列に接続される。大容量を実現するためには、非常に多くの電気化学アキュムレータが並列に配置される。多くのアキュムレータの組み合わせは、アキュムレータバッテリーとして記載される。

あるアプリケーションにおいては、配備される電力は１００ｋＷｈを超える。例えば、バス駆動用に２００ｋＷｈ、再生可能エネルギー生成装置に関連する貯蔵施設用に１００ｋＷｈと数ＭＷｈの間、火力発電所又はＩＴ環境における予備貯蔵施設用に１００ｋＷｈ超、といった電力が貯蔵バッテリーに配備される可能性がある。そのため、単一のユニットで非常に大容量の電圧源を製造して輸送するのは、（特にスペースの点で）複雑であり、危険である。こうした理由から、電圧源は、慣習的に、単独の容量が５０ｋＷｈよりも低い、多くのバッテリーに分割されている。多くのバッテリーは、電圧源の定格電圧及び／又は容量に要求される設計定格に従って、並列に及び／又は直列に接続され、それによって、製造及び輸送が容易になっている。

バッテリー、特にリチウムイオンタイプのアキュムレータを使用するものは、非常に低い内部抵抗を持つ。そのため、電圧源の端子での短絡（典型的には、電気設備（electrical installation）における短絡）の場合、バッテリーが供給すべき電流は、非常に高い値に達する可能性がある。高電力のアプリケーションの場合、電気設備及び電気的負荷を短絡から保護するために、電気機械的回路遮断器が使用される。このタイプの回路遮断器は、限られた遮断容量を持つ。遮断容量が３０ｋＡを超える電気機械的回路遮断器は非常に高価である。そのうえ、市販の電気機械的回路遮断器の遮断容量は、現在１００ｋＡに制限されている。外部短絡の場合、バッテリーは、電気機械的回路遮断器の遮断容量を超える電流を供給するか、又は、非常に高価な電気機械的回路遮断器を使用することになる。そのため、電気保護規格のコンプライアンスを維持しつつ、このタイプの直流電圧源を使用する設備を実現することは困難である。

そのうえ、バッテリーによって電気設備に供給される短絡電流は、電気機械的回路遮断器のトリップ及び開放を可能とするために十分なものでなければならない。

文献ＥＰ０８１０７１０には、電圧源及び電気的負荷を有する電力供給システムが開示されている。半導体スイッチは電圧源の１極と電気的負荷との間に接続される。半導体スイッチの出力は電流源に接続される。電気的負荷は、中間にある安全スイッチを介することなく、電流源に直接接続される。そのスイッチは、そのスイッチの出力での電流の数値測定に基づいてマイクロコントローラによって制御される。

文献ＷＯ２０１１／０７６２５７には、短絡保護機能を設けたバッテリーが開示されている。そのバッテリーは、直列に接続された要素を有しており、各要素は、半導体スイッチを組み込んでいる。コマンド回路は後段を制御するための半導体スイッチに接続される。

文献ＷＯ２０１２／１７１９１７には、バッテリーモジュールを安全に接続するためのシステムが開示されている。各バッテリー要素は、２個の端子及び多くの電気化学セルを有し、２個の極の間に電圧を加える。また、そのモジュールは、第１及び第２の極の間に直列に接続された第１及び第２のスイッチを組み込んだ安全装置を有する。第１のスイッチは、通常は閉塞しているタイプであり、第２のスイッチは、通常は開放しているタイプである。通常は開放しているスイッチは、第１の極及び第１の端子の選択的な相互接続／アイソレーション用に構成されている。通常は閉塞しているスイッチは、第１及び第２の端子の選択的な相互接続／アイソレーション用に構成されている。通常は閉塞しているスイッチ用の制御信号は、電気化学セルによって加えられた電圧である。

本発明は、これらの問題の１つ以上を解決することを目的とする。本発明は、添付の特許請求の範囲で定義されるように、特に電気設備に関するものである。

本発明のさらなる特徴及び利点は、提示された方法によって及び限定された方法によらずに、添付図面を参照して、以降の記載によって明らかになるであろう。

本発明による電気設備の第１の実施形態を示す概略図である。 本発明による電気設備の第２の実施形態を示す概略図である。 本発明による電気設備用の電気化学アキュムレータバッテリーの変形を示す概略図である。 図３に示されたバッテリーの電圧降圧器（voltage reducer）用の整流回路の第１の変形である。 図３に示されたバッテリーの電圧降圧器用の整流回路の第２の変形である。 バッテリー用の制御スイッチの第１の変形の概略図を示す。 バッテリー用の制御スイッチの第２の変形の概略図を示す。 バッテリー用の制御スイッチの第３の変形の概略図を示す。 バッテリー用の制御スイッチの第４の変形の概略図を示す。 本発明による電気設備用の電気化学アキュムレータバッテリーの他の変形を示す概略図である。 本発明による電気設備用の電気化学アキュムレータバッテリーの他の変形を示す概略図である。 本発明による電気設備での使用に適した回路遮断器の例のトリップ図の例である。

本発明は、並列に接続された電気化学アキュムレータバッテリーを有する直流電圧源を組み込んだ電気設備を提案し、直流電圧源は、遮断容量がバッテリーの短絡電流の合計よりも低い回路遮断器に直列に接続される。回路遮断器における電流がトリップ電流を超えることを検出することによって、バッテリーを回路遮断器に接続するそれぞれのスイッチの開放が開始され、回路遮断器を介して加えられる電流は、トリップ電流を超えて、遮断容量よりも低くなる。

そのため、直流電圧源の外部の短絡を非常に短時間で検出することが可能になると共に、回路遮断器における電流を、トリップを保証するために十分に高く、かつ、開放を保証するために十分に低くなるように維持することが可能になる。このようにして、回路遮断器は、短絡が発生した場合の回路の開放（及び、開放による誘導エネルギーの吸収）、回路の物理的な遮断、及び、ユーザが故障状態を検証するための設備の提供などの安全機能を継続して提供する。並列に接続されたバッテリーの短絡電流の合計よりも低い遮断容量を持つ回路遮断器を使用して、電気設備の操作安全性を保証しても良い。そのため、既存の回路遮断器又は低コストの回路遮断器を使用して、高電力の電気設備を実現することが可能になる。電気設備用の簡易構造（straightforward architecture）は維持しても良い。さらに、メインの回路遮断器の低レートのダウン回路（lower rating down-circuit）の回路遮断器の選択性は維持される。

図１は、本発明による電気設備１の第１の実施形態を示す概略図である。電気設備１は、回路遮断器５と、回路遮断器５に直列に接続された負荷６と、を有する。また、電気設備１は、回路遮断器５及び負荷６に流れる電流を測定するための電流計４を有する。また、電気設備１は、直流電圧源を有する。直流電圧源は、並列に電気的に接続された（独立モジュールの形式の）バッテリー３の組み合わせを有する。直流電圧源は、例えば、良く知られている電力接続手段によって、回路遮断器５及び負荷６に直列に接続される。

回路遮断器５は、遮断容量ＰｄＣ及びトリップ電流Ｉｓを持つ。例えば、回路遮断器５のトリップ電流Ｉｓは、短絡に対する電気設備１の迅速な応答を保証するために、１００ｍｓ未満の持続時間（duration）内に短絡トリップが発生するようにしても良い。

電気設備１においては、バッテリー３の短絡電流の合計は、回路遮断器５の遮断容量ＰｄＣよりも大きい。並列に接続されるｎ個のバッテリー３を、インデックスｉによって指定する場合、バッテリーｉの短絡電流はＩｃｃ_ｉによって指定される。そして、遮断容量ＰｄＣは、次の不等式を満たす：

本発明は、少なくとも１０個のバッテリー３が並列に接続される場合に特に有利である。また、本発明は、バッテリー３が、比較的低い内部抵抗を持ち、かつ、その結果、高い短絡電流を持つリチウムイオンタイプである場合に、特に有利である。

簡素化のために、ｎ個のバッテリー３の組み合わせは、同じ短絡電流Ｉｃｃであると仮定する。そのため、電気設備は、ＰｄＣ＜ｎ＊Ｉｃｃという関係を満たす。

そのため、全てのバッテリーが回路遮断器５に短絡電流を供給した場合は、回路遮断器５の開放を保証することはできなかった。バッテリー３の短絡電流は、これらの端子の間にゼロ抵抗で供給可能な最大電流に対応するため、この電流は、上記バッテリー３の内部インピーダンスによってのみ制限される。

本発明は、バッテリー３の組み合わせによって供給可能な電流が、回路遮断器５の遮断容量を十分に超える場合に特に有利である。そのため、本発明は、次の関係を満たす場合に特に有利である：

各バッテリー３は、直列に及び／又は並列に接続された電気化学アキュムレータ３００の組み合わせを有する。図１に示される変形においては、並列に接続されたバッテリー３のそれぞれは、制御スイッチ３１０を有する。バッテリー３の制御スイッチ３１０は、バッテリー３の端子の間に、アキュムレータ３００の組み合わせに直列に接続される。そのため、スイッチ３１０は、バッテリー３と回路遮断器５との接続を開放することができる。

また、電気設備１は制御回路２を有する。制御回路２は、負荷６への電力供給用の通常動作モードにおいて、スイッチ３１０を閉塞位置に維持するように構成される。制御回路２は、ある動作条件下では、あるスイッチ３１０を開放するように構成される。電流計４によって測定された電流を基に、制御回路２は、回路遮断器５に流れる電流がトリップ電流Ｉｓを超えているかを検出し、それから短絡動作モードに切り替えるであろう。

短絡モードにおいては、制御回路２は、回路遮断器５に流れる電流（並列に接続されたバッテリー３によって供給された電流の合計）が次の不等式を満たすことを保証するために、多くのスイッチ３１０を開放し、他のスイッチ３１０を閉塞するように動作する：

スイッチ３１０が閉塞したままのバッテリー３は、短絡電流の値まで上がる可能性がある電流を供給する。そのため、このタイプの制御機能は、バッテリー３が、メンテナンスで回路遮断器５の開放を開始することを保証するために十分に高く、かつ、回路遮断器５が開放可能であることを保証するために十分に低い電流を供給することを確保する。回路遮断器５は、遮断容量がバッテリー３の短絡電流の合計よりも高いままになるような特性（dimensioned）であり、そのスイッチ３１０は、短絡動作モードへの次の切り替えのために閉塞したままとなる。スイッチ３１０は、それらのバッテリー３の短絡電流を電位的に供給するように、有利には、短絡の最大持続時間の間、パルスモード電流が上記短絡電流と等しくなるような特性（dimensioned）である。

トリップ電流Ｉｓの超過を検出する場合の回路２による簡易制御においては、以下が継続して維持される；
・ｘ個のスイッチ３１０を開放
・（ｎ−ｘ）個のスイッチ３１０を閉塞

しかし、トリップ電流Ｉｓの超過を検出した場合に、ｘ個のスイッチ３１０の開放及び（ｎ−ｘ）個のスイッチの閉塞を維持しながら、回路２が、開閉するスイッチ３１０の変更を実行する可能性がある。

また、ある数のスイッチ３１０における障害の許容範囲は、システムのナチュラルな冗長性によって同時に適合させる可能性があるため、以下のようにする：
・多くのバッテリー３を並列に接続する
・設計マージンは、回路遮断器５の遮断容量とバッテリー３の短絡電流の合計との間を維持し、そのスイッチ３１０は閉塞したままとする。

一例によれば、それぞれが５ｋＡの短絡電流を持つ１００個のバッテリー３が並列に接続される。そのため、バッテリー３の短絡電流の合計は５００ｋＡになる。電気設備１は、１００ｋＡの遮断容量ＰｄＣを持つ回路遮断器５を有しているため、この遮断容量はバッテリー３の短絡電流の合計よりも低い。制御回路２は、短絡モードに切り替える場合、例えば、９０個のスイッチ３１０の開放と、１０個のスイッチ３１０の閉塞と、を開始する。そのため、回路遮断器５に流れる可能性がある最大短絡電流は５０ｋＡであり、この最大短絡電流は遮断容量ＰｄＣよりも低い。また、この最大短絡電流は、回路遮断器５のトリップ電流よりも高い。

短絡によって遮断容量を超える電流が回路遮断器５に誘導される前に、スイッチ３１０の開放を完了する必要がある。バッテリー３の内部インダクタンスが数μＨのオーダーで、電気設備１の残りのインダクタンスが数μＨから数十μＨの範囲にある場合、短絡電流の立ち上がり時間は、電気設備上で１０μｓから数百μｓの範囲になる可能性がある。この時間内に開放可能なスイッチ３１０の例は、以下で詳細に説明される。

図２は、本発明による電気設備１の第２の実施形態を示す概略図である。設備１は、第１の実施形態と同じ構造を使用するが、バッテリーの構造及び回路２の制御モードが第１の実施形態とは異なっている。第１の実施形態におけるバッテリー３は、並列に接続された複数のバッテリー３Ａ及び少なくとも１個のバッテリー３Ｂに置き換えられている。

各バッテリー３Ａは、直列に及び／又は並列に接続された電気化学アキュムレータ３００の組み合わせを有する。バッテリー３Ａのそれぞれは、制御スイッチ３１０を備える。バッテリー３Ａの制御スイッチ３１０は、上記バッテリー３Ａの端子の間に、アキュムレータ３００の組み合わせに直列に接続される。そのため、スイッチ３１０は、バッテリー３Ａと回路遮断器５との間の接続を開放することができる。

各バッテリー３Ｂは、その端子間に、直列に及び／又は並列に接続された電気化学アキュムレータ３００の組み合わせを有する。各バッテリー３Ｂは、自身と回路遮断器５との間の接続を開放するためのいかなる制御スイッチも有さない。

バッテリー３Ａ及び３Ｂの短絡電流の合計は、回路遮断器５の遮断容量ＰｄＣよりも大きい。

制御回路２は、負荷６への電力供給用の通常動作モードにおいて、バッテリー３Ａのスイッチ３１０を閉塞位置に維持するように構成される。制御回路２は、電流計４によって測定された電流が、回路遮断器５のトリップ電流Ｉｓを超えている場合、短絡モードに切り替えるように構成される。短絡モードにおいて、制御回路２は、バッテリー３Ａのスイッチ３１０を開放する。そして、バッテリー３Ｂのみが、回路遮断器５に流す電流を供給するであろう。

短絡モードにおいて、バッテリー３Ａ及びバッテリー３Ｂの数を適切に分配するには、回路遮断器５に流れる電流は、次の不等式を満たす：

第２の実施形態においては、短絡モードにおいて、バッテリー３Ａが、ほぼ即座に開放するように設計されているので、スイッチ３１０に流れる電流は、その開放前の非常に短い時間では、短絡電流よりも低い。そのため、スイッチ３１０は、通常電流がそれらのバッテリーの短絡電流よりも十分に低くなるような特性（dimensioned）でも良い。そのうえ、バッテリー３Ｂはスイッチ３１０を有さないので、第２の実施形態におけるバッテリー３Ａ及び３Ｂのコストは（特に、スイッチ３１０の特性（dimensioning）及び冷却の観点で）制限される。

図３は、スイッチ３１０を備えるバッテリー３の変形を示す概略図である。このバッテリー３は、直列に接続された第１の電気化学アキュムレータ３０１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３７と、を有する。別の直流電圧源がコンバータ３７の入力に接続される。この場合、上記別の直流電圧源は、第２の電気化学アキュムレータ３０２を有する。コンバータ３７の出力は、電気化学アキュムレータ３０１に電気的に直列に接続される。

このタイプのバッテリー３は、その電圧を、並列に接続されている他のバッテリーの電圧に適合させることができる。このタイプのバッテリーは、それらが（充電状態、製造ばらつきの違い、又は、経年数の違いの観点で）異なる特性である場合に、特に有利である。また、このタイプのバッテリー３は、その電圧を、低下損失、最適コスト、及びボリューム要求に適合させることができる。実際に、電気化学アキュムレータ３０２の電圧のみが変換されるだけであり、その定格電圧は、典型的には、電気化学アキュムレータ３０１の定格電圧の５倍よりも少なくとも低い。

この場合、コンバータ３７は、スイッチ３２１及び３２２とインダクタンス３５０の使用をベースとする。スイッチ３２１及び３２２は、直列に接続されて、制御回路３３０によって制御される。インダクタンス３５０は、バッテリー３の出力端子と、スイッチ３２１及び３２２の間の接続点と、の間に接続される。インダクタンス３５０は、スイッチ３１０を介して、スイッチ３２１及び３２２の間の接続点に接続される。電流計３４０は、スイッチ３１０及びインダクタンス３５０に流れる電流を測定する。スイッチ３１０は、接続点とバッテリー３の出力端子との間の直列接続上の任意な位置に配置しても良い。電気化学アキュムレータ３０２の組み合わせは、それぞれ、スイッチ３２１及びスイッチ３２２を介して、接続点に接続される。

スイッチ３２１の周期的閉塞比率は、制御回路３３０によって定義され、αで表される。制御回路３３０は、スイッチ３２２用の周期的閉塞比率（１−α）を定義する。良く知られているように、制御回路は、スイッチ３２１を開放位置に、スイッチ３２２を閉塞位置に、同時に維持し、その逆もまた同様である。制御回路３３０は、バッテリー３の必要な出力電圧の機能として、周期的比率αの値を定義する。

そのため、コンバータ３７は、アキュムレータ３０２が放電モードである場合は、電圧降圧器（voltage reducer）として作動し、アキュムレータ３０２が充電モードである場合は、電圧昇圧装置（voltage step-up device）として作動する。

コンバータ３７の別の変形として、特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１２／０７２６０７で詳細に述べられたようなものなどを使用しても良い。

インダクタンス３５０は、短絡の場合に、電流の上昇を遅らせることができる。飽和状態を回避するためには、インダクタンス３５０は、有利には空心インダクタンスであろう。

バッテリーの取り扱い及び製造を容易にするために、電気化学アキュムレータ３０２及び電気化学アキュムレータ３０１は、電気的に直列に接続して、独立モジュールの形式で構成するのが良い。

コンバータ３７のスイッチ３２１及び３２２は、好ましくは、通常は開放しているタイプである。図４は、コンバータ３７での使用に適したスイッチ３２１及び３２２の第１の例を示している。この場合、スイッチ３２１及び３２２は、直列に接続されたｎチャネルＭＯＳトランジスタである。

スイッチ３１０の機能用の導通／カットオフ要素として、異なるタイプのトランジスタを使用しても良い。トランジスタの使用は、特に、回路遮断器５に流れる電流が遮断容量に達する前に、スイッチ３１０が十分に急速な開放速度になることの実現を可能にする。バッテリーが限られた電力を供給する場合、損失は、（損失が実質的に電流の二乗に比例する）ＭＯＳＦＥＴタイプの過度の特性（over-dimensioned）のトランジスタを使用することによって限定されるであろう。バッテリーが高電力を供給することが要求される場合、損失は、（損失が実質的に電流に比例する）ＩＧＢＴタイプのトランジスタの使用によって限定されるであろう。図６は、スイッチ３１０としての使用に適したトランジスタ３１２の第１の例を、逆並列ダイオード３１１と共に示している。

スイッチ３１０が、図５に示される変形のように、単一の導通ＭＯＳトランジスタを組み込む場合、後段は内在する寄生ダイオードとなり、そのカソードはトランジスタ３２１及び３２２の間の接続点に接続され、それによって、トランジスタ３２１の寄生ダイオードのアノードに接続される。並列に接続された別のバッテリー３が高出力電圧を出力した場合、その開放が指示された場合でさえも、逆方向電流がトランジスタ３２１に流れるであろうというリスクがある。

スイッチ３１０が、図６に示される変形のように、逆並列ダイオードと共に単一の導通ＩＧＢＴトランジスタを組み込む場合、ダイオード３１１のカソードは、トランジスタ３２１及び３２２の間の接続点に接続され、それによって、トランジスタ３２１の寄生ダイオードのアノードに接続される。その開放が指示された場合でさえも、逆方向電流がトランジスタ３２１に流れるであろうというリスクがある。

この問題に対する第１の解決方法は、バッテリー３の（例えば接触器（contactor）による）デカップリングにある可能性があり、そこでは、それぞれの電圧レベルが同じ範囲内にはない。この問題に対する別の解決方法は、図７〜図９に示されるように、他のタイプのスイッチ３１０を使用することにある可能性がある。

図７に示される変形におけるスイッチ３１０は、２個のｎチャネルＭＯＳトランジスタ３１３及び３１４を有し、これらは頭尾に配置され、これらのゲートは制御回路２によって制御される。そのため、このタイプのスイッチ３１０は、通常動作における伝導損失を犠牲にして、逆方向電圧保護機能を提供する。また、この解決方法は、負荷６から回復されたエネルギー、又は、並列に接続された高電圧のバッテリーによって回復されたエネルギーを使用する電気化学アキュムレータ３０１の再充電制御を可能にする。

負荷６から発生した電流によるアキュムレータ３０１の再充電がない場合、例えば、バッテリー３が別の再充電装置を備える場合、図８及び図９に示されるスイッチ３１０の変形を使用しても良い。図８に示される変形においては、スイッチ３１０は、ダイオード３１６に直列に接続されたＩＧＢＴ３１５（これはバイポーラトランジスタに置き換えても良い）を有する。図９に示される変形においては、スイッチ３１０は、ダイオード３１６に直列に接続されたｎチャネルＭＯＳトランジスタ３１７を有する。上記ダイオード３１６のカソードはバッテリー３の高電圧端子に接続される。そのため、これらの変形の両方のスイッチ３１０は、逆方向電圧保護機能を提供する。

スイッチ３１０は、開放により、直列に接続された漂遊インダクタンスのエネルギーを消散することが要求される。この消散を容易にするために、スイッチ３１０の整流速度を制限しても良いし、又は、スイッチ３１０は、並列に接続されたそれぞれのピークリミッタ、例えばツェナーダイオードを備えても良い。

図１０は、本発明による電気設備１の第３の実施形態の実現のために設計された、バッテリー３の別の変形を示す概略図である。図１０に示される変形は、アノードがバッテリー３の低電圧端子に接続され、カソードがインダクタンス３５０とスイッチ３１０との間の接続点に接続されるダイオード３６０を有する点でのみ、図３に示される変形と区別される。ダイオード３６０は、フリーホイールダイオード機能を有する。図３に示される変形のように、電流計３４０は、インダクタンス３５０に流れる電流を測定する。

短絡がある場合、制御回路３３０は、電流計３４０によって電流の立ち上がりを検出する。次に、制御回路３３０は、インダクタンス３５０に流れる電流を規制するために、パルス幅変調でスイッチを制御する。スイッチ３１０の開放段階の間は、フリーホイールダイオード３６０は導通する。短絡モードにおいて、並列に接続されたｎ個のバッテリー３の（ｎ−１）個のスイッチ３１０を、開放位置に維持しても良い。また、短絡モードにおいて、（ｎ−ｘ−１）個のスイッチを、開放位置に維持し、ｘ個のスイッチ３１０を、閉塞位置に維持しても良い。最後のスイッチ３１０の開放は、インダクタンス３５０に流れ、それによって回路遮断器５に流れる電流の規則を可能にする周期的比率で、その制御回路３３０又は制御回路２によって開始される。インダクタンス３５０に流れる電流は、例えば、制御回路３３０によって、回路遮断器５に流れる電流が遮断容量よりも低くなることを保証するレベルに維持される。また、インダクタンス３５０に流れる電流は、回路遮断器５に流れる電流がトリップ電流を超えることを保証するレベルに維持される。このようにして、回路遮断器に流れる電流は、トリップ電流に関連して、制御されたレベルで規制されても良い。回路遮断器５のトリップに必要な正確な電流を維持することによって、繰り返される短絡に対応して耐用年数が拡張される。

図１１は、本発明による電気設備１の第３の実施形態の実現のために設計された、バッテリー３の別の変形を示す概略図である。図１１に示される変形は、コンバータ構造３７がない点で、図１０に示される変形と区別される。図１０に示される変形のように、この変形は、バッテリー３によって供給される電流の規制によって、及び、他のバッテリー３の多くのスイッチ３１０を開放位置で維持することによって、回路遮断器５に流れる電流の規則を可能にする。

回路遮断器５は、例えば、熱磁気的回路遮断器又は電気的回路遮断器である。電気的回路遮断器は以下を備える：
・回路遮断器に流れる電流を測定するための電流計
・回路遮断器の端子間を開放するための電気機械的要素
・電流計の電流測定の処理、及び、電流測定に応じて電気機械的要素についての開放コマンドの生成のための電気回路

図１２は、このタイプの電気的回路遮断器のトリップ図の例を示している。この場合、電気的回路遮断器は、３個のトリップ閾値を備える：

・大きさ（magnitude）は限られているが持続時間が長い（典型的には、数十秒と数分との間の）電流過負荷用の第１のトリップ閾値Ｉｎ。このトリップ閾値は、熱磁気的回路遮断器の熱トリップ閾値に類似している。
・比較的高い大きさで持続時間が平均的な（典型的には、１００ｍｓと数秒との間）電流過負荷用の第２のトリップ閾値Ｉｃｒ。このトリップ閾値は、熱磁気的回路遮断器の磁気トリップ閾値に類似している。
・実質的に瞬時の検出、及び、上記検出から１００ｍｓ未満内の開放を伴う、完全短絡用の第３のトリップ閾値Ｉｓｉ。

回路遮断器５の第１のトリップ閾値は、開放比率が低い回路遮断器をダウン回路（down-circuit）と区別するために、遅延しても良く、それによって、電気回路の選択性が保証される。

制御回路２及び並列に接続されたバッテリーは、回路遮断器５の完全な機能性を保つために、短絡モードにおいて、第３のトリップ閾値を超える電流を供給するように構成されても良い。

Claims (13)

1. 遮断容量ＰｄＣ及びトリップ電流Ｉｓを持つ回路遮断器（５）と、
   前記回路遮断器に流れる電流を測定するための電流計（４）と、
   並列に接続された電気化学アキュムレータバッテリー（３）を有し、前記回路遮断器に直列に接続された直流電圧源と、
   を有する電気設備（１）であって、
   並列に接続された前記バッテリーの短絡電流の合計は、前記回路遮断器（５）の前記遮断容量ＰｄＣよりも大きく、複数の前記バッテリーは、前記バッテリーと前記回路遮断器との間の接続を開放可能な各スイッチ（３１０）を有し、
   前記電気設備は、前記回路遮断器（５）に流れる、前記トリップ電流Ｉｓを超える電流を検出するように構成されると共に、前記検出をした場合、前記回路遮断器（５）に流れる電流が、前記トリップ電流Ｉｓを超え、前記遮断容量ＰｄＣよりも低くなることを保証するために、複数の前記スイッチ（３１０）の開放を制御するように構成される制御回路（２）を有することを特徴とする、電気設備（１）。
2. 並列に接続された前記バッテリー（３）のそれぞれが、前記各スイッチ（３１０）の１個を有する、請求項１に記載の電気設備（１）。
3. 並列に接続された前記バッテリー（３）の半分未満が、前記各スイッチ（３１０）の１個を有する、請求項１に記載の電気設備（１）。
4. 前記バッテリー（３）の１個が、前記各スイッチ（３１０）に流れる電流を測定するための電流計を有すると共に、前記スイッチに流れる電流を最大短絡電流よりも低いレベルに規制するために、前記スイッチの開放を制御するための制御回路（３３０）を有する、前記請求項のいずれか１項に記載の電気設備。
5. 前記回路遮断器（５）の前記トリップ電流Ｉｓが、１００ｍｓ未満の持続時間の短絡用のトリップ電流である、前記請求項のいずれか１項に記載の電気設備（１）。
6. 並列に接続された少なくとも１０個の前記バッテリー（３）を有する、前記請求項のいずれか１項に記載の電気設備（１）。
7. 並列に接続されたｎ個の前記バッテリー（３）を有し、前記バッテリー（３）のそれぞれの短絡電流をＩｃｃ_ｉとした場合、前記回路遮断器（５）の前記遮断容量ＰｄＣは、前記バッテリーの短絡電流の合計
   の３倍よりも少なくとも低い、前記請求項のいずれか１項に記載の電気設備（１）。
8. 前記スイッチ（３１０）のそれぞれが、前記各バッテリーによって供給された電流が流れるトランジスタ（３１２）を組み込む、前記請求項のいずれか１項に記載の電気設備。
9. 前記バッテリー（３）のそれぞれが、直列に接続された電気化学アキュムレータの第１の組み合わせと、直列に接続された電気化学アキュムレータの第２の組み合わせと、を有し、また、前記電気設備が、その出力電圧が電気化学アキュムレータ（３０１）の前記第１の組み合わせに直列に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ（３７）を有し、電気化学アキュムレータ（３０２）の前記第２の組み合わせが、前記コンバータ（３７）の入力インターフェースに電位差を加える、前記請求項のいずれか１項に記載の電気設備（１）。
10. 前記コンバータ（３７）が、電気化学アキュムレータ（３０２）の前記第２の組み合わせの放電の間、電圧降圧構造を構成する、請求項９に記載の電気設備（１）。
11. 前記電圧降圧構造が、直列に接続され、電気化学アキュムレータ（３０２）の前記第２の組み合わせの電位差が加えられた端子に接続された、２個の制御スイッチ（３２１，３２２）を有する降圧型スイッチングレギュレータを組み込み、
    前記コンバータ（３７）が、
    前記バッテリーの前記各スイッチ（３１０）の第１の端子と前記直流電圧源の第１の出力端子との間に接続されたインダクタンス（３５０）と、
    前記直流電圧源の第２の出力端子と前記各スイッチの前記第１の端子との間に接続されたフリーホイールダイオード（３６０）と、
    を組み込み、
    前記各スイッチ（３１０）の第２の端子が、前記電圧降圧構造の前記制御スイッチ（３２１，３２２）の間の接続点に接続される、請求項１０に記載の電気設備（１）。
12. 前記各スイッチが、前記第１の端子から、前記２個の制御スイッチ（３２１，３２２）の間の前記接続点に流れる電流を遮断するための少なくとも１個の要素（３１６）を有する、請求項１１に記載の電気設備。
13. 前記回路遮断器（５）が、少なくとも５ｋＡと同等の遮断容量を持つ、前記請求項のいずれか１項に記載の電気設備。