JP2022526703A - 逆極性保護電池モジュール - Google Patents

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Abstract

Figure 2022526703000001
本開示は電池モジュールを外部電源(250)又は負荷(350)に接続するための第１充電端子(203)及び第２充電端子(204)を含む電池モジュール(300)に関する。電池モジュールは最大充電電圧並びに第１端子(201)及び第２端子(202)を有する電池セル装置(210)を含む。第１端子は第１充電端子に接続される。電池モジュールは電池セル装置の第２端子と第２充電端子)の間に接続された第１スイッチング装置を含むスイッチング装置を含む。第１スイッチング装置は電池モジュールを放電するために電流通過状態に切り替わる。電池モジュールはスイッチ装置の動作を制御するコントローラ(220)を含む。第１及び第２充電端子で外部電源の逆極性接続が検出されるとコントローラは第１スイッチング装置を動作させて電流阻止状態に切り替える。第１スイッチング装置は電池セル装置の最大充電電圧の少なくとも２倍の阻止電圧を有する。
【選択図】 図３

Description

本開示は、充電可能な電池モジュールに関する。特に、本開示は、電池モジュール、例えば無線通信基地局において予備力電源として機能する電池モジュールの逆特性保護に関する。
充電式電池は、色々な環境で、例えば、電気自動車、又は、移動体通信のための基地局等の固定装置の予備力電源で使用される。充電式電池は、電極及び電解物を含む電気化学的ユニットである一群のセル（又はセル集合）を含む。充電式電池セルの一例はリチウムイオン（Li-ion）をベースにしたセルであり得る。多くの場合、ラインパワー（又はメインパワー）等を通じて主電力源を利用できるきには、電池のセルを迅速かつ効率的に充電することが望ましい。この目的のために、例えば、電池パック又は電池モジュールの形態の電池は、典型的にはメインパワー又は充電器等の外部電源に接続され得る。
電池モジュールの適切な充電のために、電池モジュールの端子は同じ電気極性を有する電源の端子に接続されるべきである。しかしながら、反対の電気極性の端子が互いに接続されるように、電源と電池モジュールとの誤った接続が確立される危険が常にある。このような逆極性接続は電池モジュールのセルに相当な損傷を発生させる。したがって、電池モジュールはこのような逆極性接続から保護されるべきである。
例えば、逆極性保護は、電池モジュールの端子間に接続されたダイオードの使用により得られ得る。電池モジュールの端子（terminals）での電力の逆（又は誤った）極性接続の場合には、ダイオードは電池モジュールの端子を一斉に短絡し、それによって電池モジュールのセルを保護する。しかしながら、ダイオードは、特に高電力の用途において、過熱をこうむ得り、そしてそれはまた電池モジュールの製造を複雑にし得る。言い換えれば、改善された解決策はまだ必要である。
本開示の目的は、上記の懸念の少なくともいくつかを対処する技術を提供することである。以下で明らかになるこの目的及び他の目的は、独立請求項で規定される電池モジュールによって達成される。好ましい実施形態は従属請求項で規定される。
いつかの実施形態によれば、電池モジュールを外部電源又は負荷に接続するための第１の充電端子及び第２の充電端子を具備する電池モジュールが提供される。電池モジュールは、最大充電電圧を有する電池セル装置（battery cell arrangement）と、第１の端子及び第２の端子とを具備し、第１の端子は第１の充電端子に接続されている。電池モジュールはまたスイッチ装置（switch arrangement）及びスイッチ装置の動作をコントロールするように構成されたコントローラを具備する。
スイッチ装置は、電池セル装置の第２の端子と第２の充電端子との間に接続された少なくとも第１のスイッチング装置を含む。第１のスイッチング装置は、電池モジュールを放電するために電流通過状態に切り替わるように動作可能であり、それによって負荷に電力を供給する。
コントローラは、第１及び第２の充電端子で外部電源の逆極性接続が検出されると、第１のスイッチング装置を電流阻止状態で動作させるように構成されている。第１のスイッチング装置は、電池セル装置の最大充電電圧の少なくとも２倍以上の阻止電圧を有する。
本実施形態において、コントローラ（電池モジュールのマネジメントシステムともいわれ得る）は、第１のスイッチング装置が（ｉ）電池モジュールの第１及び第２の充電端子で外部電源の逆極性接続が検出されると電流阻止モードになり、そして、（ｉｉ）電池モジュールを放電するために電流通過モードになるように、スイッチ装置を動作させるように構成されている。言い換えれば、第１のスイッチング装置は二つの個別の機能を有する。第１のスイッチング装置は、負荷に電力を供給する必要があるときに、（例えば、充電モードから）放電モードに切り替わるためのスイッチとして働くだけではなく、逆極性接続が検出されると電池モジュールを保護するための保護装置（又は保護部品）としても機能する。
逆極性接続に対する保護部品としてのその機能に関しては、第１のスイッチング装置は、電池セル装置の最大充電電圧の少なくとも２倍の阻止電圧を有する。阻止電圧は、例えば、トランジスタの場合にはアバランシェ体制（avalanche regime）に到達するという理由で電流が伝導する前に、逆バイアス条件下で第１のスイッチング装置が阻止できる電圧を表す。阻止電圧はまた絶縁破壊電圧（breakdown voltage）ともいわれ得る。より具体的には、第１のスイッチング装置は、電源の逆極性接続があるときに電池セル装置の第２の端子と第２の放電端子との間に印加される電圧を耐えるように設計される。
電池セル装置の最大充電電圧Ｖｍａｘは、電池セル装置が損傷される前に電池セル装置に充電され得る最大電圧電を指す（又は対応する）。このような最大充電電圧はセルのタイプ及びセルの配列に依存し得る。最大充電電圧Ｖｍａｘは、セルに関しての供給者仕様書（supplier specifications）から決定され得る。説明のため、本開示はそのような具体例には限定されないが、最大充電電圧Ｖｍａｘは６０Ｖと同じであり得る。そのような仕様を有する電池モジュール、すなわち、６０Ｖの最大充電電圧Ｖｍａｘで特徴付けられる電池セル装置をもつ電池モジュールを充電するために、電池モジュールは、電池セル装置の最大充電電圧Ｖｍａｘ、すなわち、本例では６０Ｖと等しいか又はわずかにより高い公称電圧を供給する電力源又は充電器に接続され得る。
いかなる保護装置又は保護機構がない場合、このような電力源又は充電器を電池モジュールの充電端子に接続することは、＋６０Ｖ電池と並列に－６０Ｖ電池を接続することに等しい。
次に、電池（片側に電池セル装置及び反対側に電力源／充電器）の各々は、それらの電圧レベルを等しくするために他方の電池中にできるかぎり流れるように試みるであろう。電力源（又は充電器）から電池セル装置に供給された電力は電池セル装置で熱として損失される必要があるであろう。これは電池セル装置のセル（cells）を損傷し得え、そしてそれによって、特に、例えばＬｉイオンをベースとするやや低い内部抵抗を有するセルを持つ電池モジュールを劣化させる。
ここで、電池モジュールの第１及び第２の充電端子間に接続されたダイオード等の個別の保護装置を用いるよりも、主要な機能が電池モジュールを充電モードと放電モードとの間で切り替わる第１のスイッチング装置は、最大充電電圧の２倍を耐えるように設計され得り、そによって逆極性接続の場合において電流が電池セル装置を通って流れることを防止することが実現される。
上で述べたとおり、逆極性接続が検出されると（又は逆極性接続の可能性を示している入力信号が受信されると）に、電池モジュールのコントローラは第１のスイッチング装置を電流阻止状態で動作させるように構成される。これは、第１のスイッチング装置中に電流が流れないように第１のスイッチング装置は動作されることを意味する。逆極性接続下では、電池セル装置の第２の端子と第２の充電端子との間に配置された第１のスイッチング装置は、最大電流電圧Ｖｍａｘの２倍の逆バイアス、つまり、本例によれば、第１のスイッチング装置で印加される－１２０Ｖに対応する、電力源によって印加される電圧及び電池モジュールの最大充電電圧に晒されるだろう。第１のスイッチング装置が電池セル装置の最大充電電圧の少なくとも２倍に等しい逆電圧に耐えるように第１のスイッチング装置を設計することにより、第１のスイッチング装置は如何なる電流も電池セル装置中に流れないように防止でき、それによってたとえ電力源又は充電器が第１及び第２の充電端子に誤って接続されたとしても電池モジュールを損傷から保護する（又は少なくとも制限する）。
第１のスイッチング装置の二重機能は、電池モジュールのより複雑ではない回路を可能とする。特に、逆極性保護は、この特定の目的のために部品を追加せずに得ることができる。したがって、これはまたは電池モジュールの製造プロセスを容易にする。
本実施形態は、特に高電力の用途のために過熱に晒され得る、保護装置としてのダイオードの使用を必要としないということでも有益である。
いくつかの用途では、電池モジュールは別の電池モジュールに並列に接続される必要があり得ることが理解できるであろう。本実施形態による電池モジュールを用いて、異極性の端子（terminals of opposite polarities）が二つの電池モジュール間に接続される場合にも保護は提供される。動作の原理及び／又は保護機構はまるで電力源が電池モジュールに誤って接続されたかとのと同じである。
本願において、電流通過状態（又は電流通過モード）は、電流が第１のスイッチング装置を通過し得る第１のスイッチング装置の動作の状態を意味する。電流通過状態は、例えば、閉じているスイッチ又はトランジスタ（つまり、電流がスイッチを通過し得るか、又はスイッチが電気的に伝導している）によって代表され得る。
同様に、電流阻止状態（又は電流阻止モード）は、全く電流、又は、少なくともほとんど全く電流が第１のスイッチング装置を通過し得ない第１のスイッチング装置の動作の状態を意味する。これは一般にスイッチング装置に印加された電圧がその阻止電圧（blocking voltage）よりも低いスイッチング装置の状態状態に対応する。これは逆バイアス条件下のトランジスの場合に対応し得る。阻止電流状態は、例えば、オープンであるスイッチ又はトランジスタ（つまり、電流がスイッチを全く通過し得ない）によって代表され得る。
一般に、本開示においては、互いに接続された二つの端子又は二つの部品は、直接的に互いに接続されているか、又は、間接的に互いに接続されていることを理解されたい。端子又は部品は、例えば、一つまたは複数の他の部品を介して互いに接続し得る。
負荷は、例えば、無線通信基地局の通信モジュールであり得る。
更に、本開示においては、電池セル装置は、リチウム及び／又はリチウムイオンを具備し得ることを理解されたい。電池セル装置は、例えば、少なくとも一つのリチウムイオンをベースとする電池又はセルであり得る。しかしながら、本開示の実施形態は当該技術には限定されず、他の電気化学に基づいた他の充電可能なセルが用いられ得る。
一実施異形態によれば、スイッチ装置の第１のスイッチング装置は、（ある）定格電圧及び阻止電圧を有するトランジスタであり得り、阻止電圧はトランジスタの定格電圧に対応し得る。
第１のスイッチング装置は、例えば、並列に接続された任意選択（optional）のダイオード付きの金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり得る。並列に接続された任意選択のダイオードの目的はトランジスタを保護することである。そのダイオードはフリーホイーリングダイードと称され得る。いくつかの実施形態においては、第１のスイッチング装置はリレースイッチ又は別のタイプのトランジスタであり得る。
ＭＯＳＦＥＴの定格電圧は、電流阻止状態つまり逆バイアス状態で動作するＭＯＳＦＥＴがアバランシェモードに入る前に耐え得る最大電圧つまり逆バイアス下でトランジスタが電流を流し始める前の最大電圧を示す得える。
一実施形態によれば、コントローラは、電池モジュールのセンサによって提供される入力信号に応えて、スイッチ装置の動作をコントローラするように構成され得る。コントローラは、例えば、電池モジュールのセンサから提供される信号の検出又は受信があると、電流通過状態と電流阻止状態との間で切り替えるように、その逆に切り替えるように第１のスイッチングを動作させるように構成されている。第１のシナリオでは、負荷に電力を供給するために、つまり、電池セル装置を放電するために、コントローラが第１のスイッチング装置を電流通過モードで動作させるように、負荷が第１及び第２の充電端子で接続されていることを入力信号は示し得る。第２のシナリオでは、電池セル装置を介して電流が流れることを防ぐために、コントローラが第１のスイッチング装置を電流阻止モードで動作させるように、充電器の第１及び第２の充電端子での逆極性接続の発生（又は少なくとも可能性）を入力信号は示し得る。したがって、コントローラは、第１のスイッチング装置に二重機能を提供するために、第１のスイッチング装置を管理するように構成される。
電池モジュールは、第１及び第２の充電端子で電源の逆極性接続の発生の検出にささげられた一つまたは複数のセンサが装備され得る。
一実施形態によれば、センサは第１のスイッチング装置に直列に接続された抵抗を含み得り、そして、入力信号は（上記抵抗上での）しきい値を超える電圧及び／又は電流の少なくとも一つを含む。本実施形態はセンサとしての抵抗の使用に頼っているが、他のタイプのセンサは用いられ得る。抵抗は抵抗器であり得るが、他の電気部品の内部抵抗でもあり得る。
しきい値を超える抵抗上での（例えば電圧を計測することで検出された）電流の増加は、この電流を止めるための保護機構を始動するであろう。特に、コントローラ（又は他の保護回路）は、電流が流れを止めるように、第１のスイッチング装置を電流阻止モードに切り替えるように構成され得る。
したがって、抵抗は、電池モジュールが外部電源又は他の電池モジュールに誤って接続されてしまっていることを示す第１のセンサであり得る。このシナリオでは、もし第１のスイッチング装置が伝導していると（つまり、電流通過状態であると）、抵抗で電流の増加が発生する。
コントローラは、それから、スイッチ装置を動作させてもよく、そして、特に、センサから受信した入力に信号に基づいて（電流通過状態に切り替わるように）第１のスイッチング装置を動作させてもよい。
一実施形態によれば、センサは、第１の充電端子と第２の充電端子との間に接続されたオプトカプラ（又はフォトカプラー又は光遮断器）を含んでいてもよい。第１の充電端子と第２の充電端子との間に接続されたオプトカプラは、もし電力供給装置が第１及び第２の切り替え端子端子に誤って接続されたならば、光を発光するダイオードに基づいたものでよい。オプトカプラ内での光の検出は、それから、電池モジュール付きの電力供給装置の間違った接続の発生をコントローラに指示又は確認してもよい。オプトカプラを介した検出は、スイッチング装置が阻止モードのときに行われてもよいことを理解されたい。
直列接続した抵抗で電流の増加が検出された場合、オプトカプラは、外部電源への電池モジュールの間違った接続が理由で電流の増加が起こったどうかを検証するために用い得る。
センサの一例としてオプトカプラが開示されているが、第１及び第２の充電端子で逆極性接続の発生を検出するために適合された他の任意のセンサを使用し得る。したがって、センサは、一般に、第１及び第２の充電端子間の逆極性接続の発生を検出するように構成されたセンサであると呼ばれ得る。
一実施形態によれば、コントローラは、回路内に配置された一つ又は複数のセンサからの入力信号に基づいて、第１及び第２の充電端子で外部電源の逆極性接続の発生を判定するように構成され得る。例えば、もし抵抗を含んでいるセンサからの入力信号がしきい値を超えるならば、コントローラは第１及び第２の充電端子で外部電源が誤って接続されたと判断し得え、そしてそれはしたがって電池セル装置を損なうことを防止するために第１のスイッチ装置を電流阻止モードに切り替え得る。
一実施形態によれば、第１のスイッチング装置は、最大充電電圧の少なくとも２．５倍の阻止電圧を持ち得る。本実施形態は、より広い範囲の保護を提供できる点で有益である。阻止電圧は、例えば、最大充電電流の三（３）倍を示す。より大きな阻止電圧は、第１のスイッチング装置によって提供される保護の動作範囲に関しての安全要因を増加する。このようなより大きな定格電圧は、電池セル装置を充電するために実際に必要とされるよりも高い公称電圧（つまり、Ｖｍａｘよりも高い公称電圧）を有する外部電源の逆極性接続から電池セル装置を保護することを更に可能する。
上記では逆極性接続の場合における電池モジュールの保護について説明してきたが、以下では、外部電源が電池モジュールに正しく接続された場合に、電池モジュールを充電する（又は放電する）ために、どのように電池モジュールを動作させることができるかについて説明する。この目的のために、電池モジュールは、直流から直流への（ＤＣ－ＤＣ）コンバータに基づいた電流制限装置が備えられ得る。
一実施形態によれば、電池モジュールは、第２の充電端子に接続された第１の入力端子と、電池セル装置の第１の端子に接続された出力端子とを有する、ＤＣ－ＤＣコンバータを更に含み得る。第１のスイッチング装置は、電池セル装置の第２の端子とコンバータの第２の入力端子との間に接続され得る。スイッチ装置は、コンバータの第１の入力端子と第２の入力端子との間に接続された第２のスイッチング装置を含み得る。第２のスイッチング装置はコンバータをバイパスするように動作可能でもよい。特に、第２のスイッチング装置が電流通過モードのときに、コンバータはバイパスされてもよい。
コンバータは、例えば、ステップアップコンバータ（ブーストコンバータとも呼ばれる）又はフライバックコンバータに基づいたものでよい。
コンバータは、特に、コンバータの入力端子での入力電圧をコンバータの出力端子での出力電圧に変換するように適合され得り、出力電圧は入力電圧よりも高い。
一実施形態によれば、コントローラは電池モジュールを動作させるように構成され得り、そして特にスイッチ装置を先の実施形態で既に記載した逆極性接続モードに加えて複数の動作モードの少なくとも一つで動作させるように構成され得る。
放電モードでは、第１のスイッチング装置及び第２のスイッチング装置の両方は、電池セル装置が放電され、そして、電池セル装置の第１及び第２の放電端子に接続された負荷に電力が供給されるように、電流通過モードにあり得る。第１の放電モードでは、第１のスイッチング装置及び第２のスイッチング装置の両方は、電池セル装置が第１及び第２の充電端子に接続された電力源（又は充電器）によって充電され得るように、電流阻止モードであり得る。第１の充電モードでは、電池セル装置に流れる電流が制限されるという意味で電流制限条件下で充電が行われるように、電流のいくらかはＤＣ－ＤＣコンバータを通って流れるであろう。第２の充電モードでは、第１のスイッチング装置は電流阻止状態内にあり、そして、第２のスイッチング装置は電流通過状態にある。第２の充電モードは、電流制限なしで充電が行われるようにＤＣ－ＤＣコンバータがバイパスされる状況に対応する
一実施形態によれば、コントローラは、電池セル装置の充電レベルが最小充電電圧未満であると検出されると、電流阻止状態に切り替えるようにスイッチ装置の第１のスイッチング装置を動作させ、電流阻止状態に切り替えように第２のスイッチング装置を動作させるように構成され得る。電池セル装置での充電レベル（又は充電電圧）が最小充電電圧を下回るっているどうかの検出により、コントローラは、電池セル装置を電池セルの過剰放電によって引き起こされる損傷から保護することができる。
このような損傷は、電池セル装置の寿命、及び、電池セル装置の充電サイクル毎に完全に充電される能力に、影響を与え得る。コントローラによる電池セル装置での充電レベルが最小充電電圧未満かどうかの検出は、電池セル装置に置かれた一つ又は複数のセンサから受信した入力信号に基づき得る。
上述のように、ＤＣ－ＤＣコンバータは、電圧が第１及び第２の充電端子に印加されたときに、そして、コントローラが電池モジュールを第１の充電モードで動作させるように構成されているときに、電池セル装置の充電電流を制限するために接続され得る。
ＤＣ－ＤＣコンバータが接続される（又は結合される）手段は、電圧が第１及び第２の充電端子に印加され、そして、第２のスイッチング装置が電流阻止状態で動作されるときに、外部電力源から電池セル装置に提供される電流の制限を可能とする。電池セル装置の第２の端子と第２の充電端子との間を通過する電流は、コンバータの入力端子を通過することを許可された電流によって、制限され得る。
ＤＣ－ＤＣコンバータを含んでいる本実施形態は、電池セル装置を損傷し及び／又はその性能を劣化するリスクがある高すぎる充電電流の充電条件下の電池モジュールの保護を提供する。充電電流を制限することは充電中の電池セル装置を保護するために役立つ。コンバータによって提供された充電電流制限は、例えば、電池セル装置の寿命を延ばし得る。
外部電源が電池セル装置に電圧を提供するときに、電池セル装置の充電電流が、少なくともコンバータの入力端子に提供された（又は入力端子を通過している）電流とコンバータの出力端子に提供された（又は出力端子を通過している）電流との合計に対応するように、コンバータは構成され得る。電池セル装置の充電電流は、例えば、コンバータの入力端子に提供された電流とコンバータの出力端子に提供された電流との合計であり（又は合計と同じ値をとり）得る。
外部電源が電池セル装置に電圧を提供するときに、第１及び第２の充電端子に印加された電圧が、少なくとも電池セル装置とコンバータの入力端子との間で分割（分配）されるように、コンバータは構成され得る。放電端子に印加された電圧は、例えば、電池セル装置及びコンバータの入力端子よりも多くの部品間で分配され得ることが理解されるだろう。
一実施形態によれば、コントローラは、電流制限条件下の充電電池モジュールの検出に応えて、コンバータをバイパスしないように第２のスイッチング装置を電流阻止状態で動作させるように構成され得る。
一実施形態によれば、電流制限条件下の電池モジュールを充電する条件は、（ｉ）電池セル装置の充電電流がしきい値を超える、（ｉｉ）電池セル装置で温度がしきい値を超える、（ｉｉｉ）電池セル装置内のセルで電圧がしきい値を超える、及び（ｉｖ）電池セル装置内のセルで電圧がしきい値未満である。この目的のため、電池モジュールは、例えば、電池セル装置の一つ又は複数のセルに置かれた温度センサ等の異なるタイプのセンサが装備され得る。
検出条件（detected condition）は、電池セル装置が高充電電流に対して弱いことをコントローラに示し得る。電流制限条件下の電池モジュールを充電することは、電池セル装置を損傷するリスクが低減されるので適当であり得る。セルであるしきい値を超える電圧が検出されると、例えば、セルが過充電を取る危険があることを示し得る。セルで別のしきい値よりも下の電圧が検出されると、例えば、セルのインピーダンスが低く、そして、セルが高充電電流に対して弱いことを示し得る。
本開示の更なる実施形態によれば、通信モジュールと、通信モジュールに電力を供給するために通信モジュールを主電力源に接続するために構成されたコネクタと、前述の実施形態のうちのいずれかで規定された電池モジュールとを具備する無線通信基地局が提供される。電池モジュールは予備電力源として通信モジュールに接続され得る。
通信モジュールは、例えば、一つ又は複数のアンテナを用いる無線通信に適用され得る。基地局は、例えば、ベーストランシーバ基地局（ＢＴＳ）、ノードＢ又はエボルブドノード（Evolved Node）Ｂ（ｅＮＢ）である得る。
電池モジュールのコントローラは、もし主電力源を利用できなければ（つまり、通信モジュールに電力を供給できなければ）、コントローラは通信モジュールに電力を供給するために電池モジュールの電池セル装置を放電モードでコントロールするように構成され得る。コントローラは電池モジュールのスイッチ装置を通じて電池セル装置のコントロールを行い得る。コントローラは、例えば、電池マネジメントシステム（ＢＭＳ）であり得る。
電池モジュールのコントローラ（例えばＢＭＳ）は、もし主電力源を利用でき、そして、電池モジュールの第１及び第２の充電端子に適切に接続されている（つまり、通信モジュールに電力を供給できる）なら、コントローラは主電力源を用いて電池モジュールの電池セル装置を充電モードでコントロールするように構成され得る。
しかしながら、もし主電力源が電池モジュールの第１及び第２の充電端子に適切に接続されていなければ、コントローラは、第１のスイッチング装置を電流阻止モードに切り替えるように構成され、それによって電池セル装置を充電する可能性を不能にする。誤った接続が確立されてしまっていると電池モジュールの使用者に通知するために、コントローラから警告（例えば、音、視覚信号又はディスプレイメッセージの形式）が送られ得る。
主電力源は直流電力源又は交流電力源であり得る。もし主電力源が交流電力源であるならば、基地局は、例えば、電池モジュールを充電するための直流電流が供給し得るようにアンテナ電流を整流するための整流器を具備し得る。
なお、上記の実施形態で列挙された特徴の全ての可能な組合せを用いた他の実施形態も想定され得る。したがって、本開示はここに言及された特徴の全ての可能な組合せについても関連する。ここに記載された任意の実施形態は、ここに記載された他の実施形態と組み合わせられ得り、そして本開示は特徴の全ての組み合わせに関連する
上記並びに本発明の追加の目的、特徴及び利点は、本開示の実施形態の以下の例示的かつ非限定的な詳細な説明を通じてよりよく理解されるであろう。添付の図面が参照されるであろう。
図１は実施径に係る移動体通信基地局の概要を図示する。 図２はダイオードが外部電力源の逆極性接続から電池セル装置を保護する電池モジュールを示す。 図３は外部電力源の逆極性接続から電池セル装置を保護する二重機能がある第１のスイッチング装置を含む電池モジュールを示す。 図４は電池セル装置の一例を図示する。 図５は図４に示された電池セル装置等の電池セル装置の電池セルを図示する。 図６は図１に示された基地局に用いる一実施形態に係る電池モジュールの概要である。 図７は、一実施形態による、ＤＣ－ＤＣコンバータ及び第２のスイッチング装置が装備された電池モジュールの一実施形態を図示する。 図に示されているように、要素および領域のサイズは、説明の目的で誇張され得り、したがって、実施形態の一般的な構造を説明するために提供される。同様の参照番号は、全体を通して同様の要素を指している。
例示的な実施形態は、現在好ましい実施形態が示されている添付の図面を参照して、以下でより完全に説明される。しかしながら、本発明は、多くの異なる形態で具体化され得り、ここに説明された実施形態に限定されると解釈されるべきではなく、むしろ、これらの実施形態は、完璧性および完全性のために提供され、本発明の範囲を当業者に十分に伝える。
図１は、一実施形態に係る移動体通信基地局１００の概要である。基地局１００は、例えば、ベーストランシーバ基地局（ＢＴＳ）、ノードＢ又はエボルブドノードＢ（ｅＮＢ）である得る。
基地局１００は、通信モジュール１１０、コネクタ１２０及び１３０、及び電池モジュール１４０（又は電池パック、又は電池回路）を具備する。コネクタ１２０及び１３０は、通信モジュール１１０に電力を供給するたの主電力源１５０に通信モジュール１１０を接続すために配列されている。主電力源１５０は、例えば、アンテナ電流電力源等のライン電力（又は主電力）、又は一つ又は複数のソーラーパネル等の直流電力源であり得る。もし主電源１５０が交流電流電力源であるならば、基地局１００は、例えば、通信モジュール１１０及び／又は電池モジュール１４０に直流電流を供給するための一つ又は複数の整流器１６０を具備する。
通信モジュール１１０は一つ又は複数のアンテナ１７０を通じて無線通信を行うように適合されている。無線通信は、例えば、ラジオ周波数領域内の信号を介して実行され得る。
主電力源１５０が一時的に利用できない場合に予備電力源としての電池モジュール１４０は電池モジュール１４０に接続されている。主電力源１５０を利用できる限りは、それは、通信モジュール１１０に電力を供給し、そして、電池モジュール１４０を充電するために使用し得る。もし、例えば、地区内の一般的な停電によって又は局部破壊（local failure）によって電力源を利用できなくなったら、電池モジュール１４０は通信モジュール１１０に電力を供給するために使用される。電池モジュール１４０はそれが放電しているまで又は主電力源１５０が再び利用できるまで電力源として使用され得る。
基地局１００内の電池モジュール１４０の取付で、電池モジュール１４０の端子は主電力源１５０の端子、又は、同じ電気極性を有する（負端子が互いに接続され、及び、正端子が互いに接続される）場合には、むしろ整流器１６０に接続されるべきである。しかしながら、逆極性接続が行われる危険は常にあり、それはひいては電池モジュールに対して有害になるであろう。電池モジュールを逆極性接続から保護する解決策が必要である。
図２を参酌して、ダイオードが逆極性接続に対する保護装置として用いられる電池モジュールについて説明する。
図２は、電池セル装置２１０、電力源２５０が接続され得る第１の充電端子２０３及び第２の充電端子２０４を有する電池モジュール２００を示す。説明のために、第１の充電端子２０３は電池セル装置２１０の陽極に接続され、そして、第２の充電端子２０４は電池セル装置２１０の陰極に接続されている。
電力源２５０は陰極の第１の端子２５１及び陽極の第２の端子２５２を有し得る。図２に例示されるように、逆極性接続は、電力源２５０の第１の端子２５１が電池モジュールの第１の端子２０３に接続され、そして、電力源２５０の第２の端子２５２が電池モジュールの第２の端子２０４に接続されると確立し得る。
図２に示される電池モジュール２００は、電流阻止状態と電流通過状態との間を切り替えるためのコントローラ２２０は例えばマネジメントシステム（ＢＭＳ）によってコントロールされる、第１のスイッチング装置２４０例えばダイオードが並列に接続されたトランジスタを含む。第１のスイッチング装置２４０は、典型的には、（ｉ）電池セル装置２１０が外部電源２５０（それが正しく接続された場合）によって充電され得る充電モードから、（ｉｉ）例えば負荷（図２には示されない）に電力を供給するために、電池セル装置２１０が放電され得る放電モードに切り替えるために用いられる。充電モードでは、第１のスイッチング装置２４０は電流阻止状態であり得るのに対し、放電モードでは、第１のスイッチング装置２４０は電流通過モードであり得る。電池セル装置２１０は、図２に示されるなど、充電端子２０３，２０４での外部電力源２５０の逆極性接続から電池セル装置２１０を保護するための、第１の充電端子２０３と第２の充電端子２０４との間に配置されたダイオード２３０をも含む。
図２に示される電池モジュール２００では、外部電力源２５０の逆極性接続の発生においては、ダイオード（又は短絡回路）は、電池セル装置２１０が外部電力源に接続されていることを感じないように、第１の充電端子２０３を第２の充電端子２０４に接続する。
しかしながら、このような解決策はダイオード２３０の分離（separate）の必要を要求し、それによって電池モジュールの製造が複雑になる。また、特に高電力用途において、ダイオード２３０は過熱をこうむる。したがって、他の解決策の必要がある。
図３を参酌して、本開示の一実施形態に係る電池モジュールが開示される。
図３は、第１の充電端子２０３と第２の充電端子２０４との間のダイードを含まないことを除いて、図２を参酌して説明した電池モジュール２００の構造／回路と同等か又は少なくともそれに基づく電池モジュール３００を示す。更に、第１のスイッチング装置３４０は、電池セル装置の最大充電電圧の少なくとも２倍以上の阻止電圧を有するスイッチング装置である。第１のスイッチング装置は、例えば、ダイオードが並列に接続されたＭＯＳＦＥＴであり得る。
図２を参酌して説明した第１のスイッチング装置２４０と比べると、図３に示された第１のスイッチング装置３４０は二重機能を有する。更に具体的に言うと、第１のスイッチング装置３４０は、（ｉ）電池セル装置２１０を放電し、それによって第１の充電端子２０３と第２の充電端子２０４との間に接続された負荷３００に電力を提供する電流通過状態するための電流通過状態で、又は（ｉｉ）電流阻止状態で、例えば、外部電力現２５０が第１及び第２の充電端子２０３及び２０４に誤って接続された場合、動作され得る。
ＭＯＳＦＥＴの定格電圧、つまり、逆バイアス条件下のＭＯＳＦＥＴ３４０によって阻止できる最大電圧は、電池セル装置２１０の最大放電電圧の少なくとも２倍であり得る。
このような条件では、第１のスイッチング装置又はＭＯＳＦＥＴ３４０は、電池セル装置２１０を通って流れる如何なる電流を阻止（又は少なくとも制限）できるであろう。特に、外部電力源２５０が、６０Ｖの最大充電電圧を有する電池セル装置を充電するのに適切な６０Ｖの公称電圧を提供するように設計されたとすると、電力源２５０が電池モジュール３００の第１及び第２の充電端子２０３及び２０４に誤って接続された場合には、電池セル装置２１０の第１の端子２０２と電池モジュール３００の第２の充電端子２０４との間に－１２０Ｖの電圧が印加されることを理解されたい。阻止電圧が電池セル装置の最大充電電圧の少なくとも２倍で設計された第１のスイッチング装置３４０は、それがコントローラ２２０によってコントロールされて電流阻止状態であるときに、そのような電圧を耐えるだろう。
図３は、第１の充電端子２０３と第２の充電端子２０４との間に接続されたオプトカプラを含むセンサ３３０を更に示す。センサ３３０は、第１及び第２の充電端子で逆極性接続の発生を検出又は検証するために用いられ得る。次に、センサ３３０は、電池モジュール３４０のコントローラに信号を伝えるように構成され得る。オプトカプラ３３０を用いた計測は第１のスイッチング装置３４０が電流阻止モードのときに可能であり得る。
第１のスイッチング装置が電流通過モードのとき、充電端子２０３及び２０４での外部電力源２５０の逆極性接続の発生中においては、回路を通過する電圧及び／又は電流は、抵抗３３５で検出され得る。もし電流がしきい値を超えるならば、コントローラ２２０は第１のスイッチング装置２４０を電流阻止モードで動作させるように決定するであろう。次に、オプトカプラ３３０は、第１及び第２の充電端子での電力源（又は別の電池モジュール）の逆極性接続のために電流の増加が発生したことを検証するために用いられ得る。
いくつかの実施形態では、第１のスイッチング装置３４０の定格電圧は、電池セル装置２１０の最大充電電圧の少なくとも２．５倍でもあり得る。本例では、第１のスイッチング装置３４０の定格電圧は少なくとも１５０Ｖであり得る。よりいっそう高い定格電圧を有する第１のスイッチング装置を用いることは、電池セル装置２１０を逆極性接続から効果的に保護し得る動作範囲を拡大する。更に、これは、本事例の９０Ｖなどのように、よりいっそう高い定格電圧を有する外部電力源の逆極性接続の場合においても電池モジュールを保護することを可能とする
図４を参酌して、電池セルモジュールの一例が説明される。
図４は、所望の出力電圧、所望の出力電流容量及び／又は所望のエネルギー蓄積能力を得るために直列及び／又は並列に接続（又は結合）された複数の電池セル２１１を具備する電池セル装置２１０の一例を示す。実施形態は、単一のセル２１１を具備する電池セル装置２１０も想定され得る。
図５を参酌して、電池セルの一例が説明される。
図５は、高さｈ及び直径ｄの円筒形電池などの電池セル２１１の一例を示す。一例として、電池セル２１１の高さｈは６５ｍｍであり得り、そして、直径ｄは１８ｍｍであり得る。電池セル２１１の電圧は、例えば、２．２Ｖ－３．７Ｖの範囲内であり得る。個々のセル２１１は、例えば長方形であり得る単一の電池セル装置２１０を形成するように積み重ねられ得る。実施形態は、長方形の形状など円筒形とは異なる形状を有することも想定され得る。
電池セル２１１は、例えば、リチウム（Ｌｉ）イオンを具備し得る。電池セル２１１は、例えば、Ｌｉイオンをベースにしたセルであり得り、しかし他の電池技術を用いられ得る。
一例として、電池セル装置２１０は並列に接続されたセル２１１のＰストリング（P strings）を含み得り、各ストリングは直列に接続されたＳセル２１１を具備する。整数Ｐは電池セルモジュール２１０の適切な出力電圧を提供するように選択され得る。整数Ｓは電池セルモジュール２１０が適切な出力電流を提供するように選択され得る。
図６を参酌して、本開示に係る電池モジュールの実施形態が説明される。
図６は、電池モジュール６００の概要であり、これは、例えば、図１から図５を参照して先の実施形態で説明された電池モジュールと同等であり得るか、又は、少なくともそれに基づくものでもあり得る。
電池モジュール６００は、電力を蓄えるように構成された電池セル装置２１０（又は電池）を含む。入力／出力部６１０は、電池セル装置２１０の充電期間中に電池モジュール６００に入力電圧を供給し、そして、電池セル装置２１０の放電期間中に電池モジュール６００から出力電力を供給する。直流から直流へのコンバータを含んでいる充電電流制限装置６２０は、必要であれば、電池セル装置２１０を充電するときの充電電流を制限するために、回路内に配置され得る。
コントローラ又はＢＭＳ２２０は、電池セル装置２１０（及び／又は電池モジョール６００の他の部分）をモニタする。コントローラ２２０は、例えば、第１及び第２の充電端子で電力源の逆極性接続の発生を検出するために、第１及び第２の充電端子に、又は、第１及び第２の充電端子間に配置されたセンサによって供給された信号をモニタし得る。コントローラは、電池セル装置２１０の充電電流又は温度、又は電池セル装置２１０内の電池セルでの電圧についての情報を提供する、他のセンサをもモニタするように構成され得る。
次に、コントローラ（ＢＭＳ）２２０は、電池セル装置２１０が適切に充電又は放電されるように、入力／出力部６１０及び充電電流制限器をコントロールするように構成され得る。もし充電期間中に電池セル間の不均衡が検出されたなら、コントローラ（ＢＭＳ）２２０は、充電電流制限器６２０をアクティブにすることによって、この不均衡を平衡にし、充電電流を制限することを試み、又は、電池セル装置２１０を保護するために電池セル装置２１０の充電を中断することさえも試み得る。好ましくない条件が検出されたときに充電を完全に中断するよりもむしろ、完全に充電された電池セル装置２１０を得るために充電電流制限モードで充電を続けることができることが有利であり得る。これは以下においてより詳細に説明されるだろう。
また、もし電池モジュール６００の入力／出力部６１０の端子で電力源の逆極性接続が検出されたなら、先の実施形態で説明したように、コントローラ２２０は回路のスイッチング装置を電流阻止モードに切り替えるように構成され得る。
図７を参照して、本開示の実施形態による電池モジュール７００が説明される。以下にこのような電池モジュールの動作もより詳細に説明される。
図７は、充電電流制限装置及び多数のセンサをも含むことを除いて、図３を参酌して説明した電池モジュールと同等であり得るか、又は、少なくともそれに基づくものであり得る電池モジュール７００の概要を示す。
本例では、外部電力源２５０は図１を参酌して説明した基地局１００に電力を供給する主電力源１５０であり得る。もし主電力源１５０が交流電力源であるならば、図１を参酌して説明した整流器１６０は電池モジュール７００の充電端子２０３及び２０４に直流電流を供給し得る。
直流から直流への電力コンバータ（ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ）７１０は、二つの入力端子７１１及び７１２及び二つの出力端子７１３及び７１４を有する。ＤＣ－ＤＣ電力コンバータは、その入力端子７１１及び７１２に印加された電圧Ｕ３を、その出力端子７１３及び７１４でより高い電圧に変換（又はステップアップ）するように構成される。ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ７１０は、例えば、ステップアップコンバータ７１０（ブーストコンバータとも呼ばれる）又はフライバックコンバータであり得る。ＤＣ－ＤＣ電力コンバータ７１０は、例えば、スイッチモード（switched-mode）電力源（ＳＭＰＳ）であり得る。
電池セル装置２１０の第１の端子２０１は第１の充電端子２０３に接続される。コンバータ７１０の入力端子７１１（つまり、コンバータ７１０の入力／供給側に入る電流が通過する入力端子７１１）は電池セル装置２１０の第２の端子２０２に接続され、そしてコンバータ７１０の他の入力端子７１２（つまり、コンバータ７１０の入力／供給側を出て行く電流が通過する端子７１２）は第２の接続端子２０４に接続されている。コンバータ７１０の出力端子７１３（つまり、コンバータ７１０の出力／負荷側を出て行く電流が通過する端子７１３）は電池セル装置２１０の第１の端子２０１に接続され、そしてコンバータ７１０の他の出力端子７１４（つまり、コンバータの出力／負荷側に入る電流が通過する端子７１４）に接続されている。
コンバータ７１０及びその接続の目的は、電池セル装置２１０の第１の端子で充電電流が必要であれば制限することである。言い換えれば、コンバータ７１０は図６を参酌して説明した充電電流制限器６２０として動作する。
電池モジュール７００は、コンバータ７１０をバイパスするために配置された第１のスイッチング装置３４０及び第２のスイッチング装置７８０を含むスイッチ装置をも具備する。コントローラ（ＢＭＳ）２２０は、第１のスイッチング装置３４０及び第２のスイッチング装置７８０の各々を電流通過状態及び電流阻止状態のうちのどちらかで動作させるために、スイッチ装置をコントロールするように構成されている。コントローラ（ＢＭＳ）２２０は、少なくとも以下のモードでスイッチ装置を動作させることができる。
放電モードでは、コントローラ（ＢＭＳ）２２０は、電流通過状態に切り替えるために、第１のスイッチング装置３４０及び第２のスイッチング装置７８０を動作させる。このようなモードは、電池セル装置２１０が、電池モジュール７００の第１及び第２の充電端子２０３及び２０４に接続された負荷３５０に電力を供給することを可能とする。
第１及び第２の充電端子２０３及び２０４での外部電力源２５０の逆極性接続の発生においては、コントローラ（ＢＭＳ）２２０は、（図３に関して説明したように）電池セル装置２１０を如何なる損傷から保護するために、電流阻止状態に遷移するように第１のスイッチング装置３４０を動作させる。コントローラ（ＢＭＳ）２２０は、電圧又は電流がしきい値を超えることを示す抵抗を含んでいるセンサ７０から受信した入力信号に基づいて、このような電流阻止状態への第１のスイッチング装置３４０の遷移をコントロールし得る。
電池モジュール７００は、例えば、第１及び第２のスイッチング端子で逆極性接続の発生を検出するように適合されたオプトカプラ等の別のセンサ３３０をも含み得る。
しかしながら、もし（図７などに示すように）外部電力源２５０が正確に接続されているならば、コントローラ２２０は、電圧Ｕ１が第１及び第２の充電端子２０３及び２０４に印加されたときに、以下の充電モードの一つの中でスイッチ装置を動作させ得る。
第１の充電モードでは、コントローラ（ＢＭＳ）２２０は、電流阻止状態に切り替えるために、第１のスイッチング装置３４０及び第２のスイッチング装置７８０の両方を動作させる。コントローラ（ＢＭＳ）２２０は、充電電流制限がいつ必要なるかを検出するために電池セル装置２１０をモニタし得る。もし、コントローラ（ＢＭＳ）２２０によって、電池セル２１での高すぎる充電電流、高すぎる温度又はある電圧レベルなどのある条件が電池セル装置２１０で検出されたならば、コントローラ（ＢＭＳ）２２０は、充電流阻止状態に切り替えるように第２のスイッチング装置７８０をコントロールし得え、その結果として電電流制限を行うためにコンバータ７１０が活性化される。
第２の充電モードでは、コントローラ（ＢＭＳ）２２０は、ＤＣ－ＤＣコンバータ７１０がバイパスされるように、電流阻止状態に切り替えるために第１のスイッチング装置３４０を動作させ、電流通過状態に切り替えるために第２のスイッチング装置７８０を動作させる。このようなモードは、外部電力源２５０が、電池セル装置２１０を充電するために電池セル装置２１０に電力を供給することを可能にする。このモードでは、コンバータ７１０はバイパスされ、そして、充電電流は充電電流制限には晒されない。その代わりとして、充電電流は、電力源２５０と、電池セル装置２１０のインピーダンスとに依存する。電力を節約するためにそれがバイパスされたときにコンバータ７１０は完全にスイッチが切られ得る。
コントローラ（ＢＭＳ）２２０は、電池モジュール１４０内に具備された異なるセンサから受信された入力信号に基づいて、電流通過状態と電流阻止状態との間における第１のスイッチング装置３４０及び第２のスイッチング装置７８０の遷移をコントロールする。電池セル装置２１０での電圧Ｕ、充電電流Ｉ（例えば抵抗器７５０上の電圧を計測することで得られる）、及び／又は温度Ｔ（例えば温度センサ７５０で計測される）は、第１のスイッチング装置３４０及び第２のスイッチング装置７８０をコントロールするための入力としてコントローラ（ＢＭＳ）２２０によって使用され得る。電力を節約するためにそれが必要ではないときは、コンバータ７１０のスイッチを切る（又はコンバータ７１０を停止する）ために、コントローラ（ＢＭＳ）２２０はコントロール信号７２１をも提供し得る。コントローラ（ＢＭＳ）２２０は、充電電流制限がもはや必要ではないときを示すコントロール信号７２１をもコンバータ７１０から受信し得るので、第２のスイッチング装置７８０はコンバータ７１０をバイパスするようにコントロールされ得る。
電流源２５０（又は主電力源１５０）を利用できかつ正しく接続されている限りは、電池セル装置２１０が充電される電流制限（第２の充電モードに対応している）なしで、電池モジュール１４０は充電モードであり得る。しかしながら、もし充電電流１４がしきい値を超えているとコントローラ（ＢＭＳ）２２０によって検出されたならば、コントローラ（ＢＭＳ）２２０は、電池セル装置２１０上の電圧がコンバータ７１０と電池セルモジュール２１０との間で分配されるように、スイッチング装置をコントロールし得え、それによって電流制限がある第１の充電モードに遷移する。もしコンバータ７１０の入力端子７１１及び７１２上の電圧がしきい値よりも下に降下したならば、コンバータ７１０は、コンバータ７１０がバイパスされるように電流通過状態に遷移するように第２のスイッチング装置７８０をコントロールし、それによって電池モジュール７００は充電電流制限なしで第２の充電モードに再び遷移する。
図７に示される実施形態に更に言及すると、ＤＣ－ＤＣコンバータについての更なる詳細及び代替、電池モジュール内のその可能な接続及びその機能は、同一の出願人による国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１６／０６３１４４に記載されたタイプのものとなり得る。したがって、国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２０１６／０６３１４４の内容はそっくりそのまま本明細書内に組み込まれる。
本発明は決して上述の好ましい実施形態に限定されないことが理解されるだろう。それどころか、添付の特許請求の範囲内で多くの修正および変形が可能である。例えば、電池モジュールは無線通信基地局の文脈で説明されてきたが、電池モジュールの部品の電圧レベル、電力レベルなどが適切に選択されている限り、電池モジュールは多かれ少なかれ充電式電池によって電力が供給される任意の装置又はシステムで使用され得る。例えば、電池モジュールは、電気通信インフラストラクチャのコアサイトまたはスイッチサイトで使用され得る。上記の特定の電圧レベル、電流レベル及び電力レベルは例であり、本開示の実施形態は、多かれ少なかれ任意の電圧レベル、電力レベルなどについて想定され得ることも理解されるだろう。
上記で説明された回路は、例えば、説明された物の他に追加の構成要素を含み得ることも理解されるだろう。
また、開示された実施形態への変形は、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の研究から、請求された発明を実施する当業者によって理解及び達成できる。特許請求の範囲において、単語“具備すること（comprising）”は他の要素又はステップを除外せず、そして不定冠詞“一つ（ａ）”又は“一つ（ａｎ）”は複数を除外しない。本開示で言及される機能ユニット間のタスクの分割は、必ずしも物理ユニットへの分割に対応するわけではない、それどころか、一つの物理コンポーネントは複数の機能を有し得り、そして一つのタスクは連携した複数の物理的な部品によって分散した仕方て実行され得る。ある手段が相互に異なる従属請求項で引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせは役立つように用いることができないことを示してはいない。請求項におけるどのような参照数字も、範囲を限定するように解釈されるべきでない。
また、開示された実施形態への変形は、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の研究から、請求された発明を実施する当業者によって理解及び達成できる。特許請求の範囲において、単語“具備すること（comprising）”は他の要素又はステップを除外せず、そして不定冠詞“一つ（ａ）”又は“一つ（ａｎ）”は複数を除外しない。本開示で言及される機能ユニット間のタスクの分割は、必ずしも物理ユニットへの分割に対応するわけではない、それどころか、一つの物理コンポーネントは複数の機能を有し得り、そして一つのタスクは連携した複数の物理的な部品によって分散した仕方て実行され得る。ある手段が相互に異なる従属請求項で引用されているという単なる事実は、これらの手段の組み合わせは役立つように用いることができないことを示してはいない。請求項におけるどのような参照数字も、範囲を限定するように解釈されるべきでない。
［付記１］
電池モジュールを外部電源（２５０）又は負荷（３５０）に接続するための第１の充電端子（２０３）及び第２の充電端子（２０４）と、
最大充電電圧を有し、及び、第１の端子（２０１）及び第２の端子（２０２）を有し、前記第１の端子は前記第１の充電端子に接続されている電池セル装置（２１０）と、
前記電池セル装置の前記第２の端子と前記第２の充電端子との間に接続された少なくとも第１のスイッチング装置（２４０）を含み、前記第１のスイッチング装置は前記電池モジュールを放電するために電流通過状態に切り替わるように動作可能であるスイッチ装置と、
前記スイッチ装置の動作をコントロールするように構成され、前記第１及び第２の充電端子で前記外部電源の逆極性接続が検出されると、前記第１のスイッチング装置を電流阻止状態に切り替えるように動作するように構成されるコントローラ（２００）と、
を具備し、
前記第１のスイッチング装置は、前記電池セル装置の前記最大充電電圧の少なくとも２倍以上の阻止電圧を有する、電池モジュール（３００）。
［付記２］
前記第１のスイッチング装置は定格電圧を有するトランジスタであり、かつ前記阻止電圧は前記トランジスタの定格電圧である、付記１に記載の電池モジュール。
［付記３］
前記コントローラは、前記電池モジュールのセンサによって供給される入力信号に応答して前記スイッチ装置の動作を制御するように構成された、付記１又は２に記載の電池モジュール。
［付記４］
前記センサは前記第１のスイッチング装置に直列に接続された抵抗（３３５）を含み、かつ前記入力信号は少なくともしきい値を超える電圧及び／又は電流の一方を含む、付記３に記載の電池モジュール。
［付記５］
前記センサは、前記第１の充電端子と前記第２の充電端子との間に接続されたオプトカプラ（３３０）を含む、付記３又は４に記載の電池モジュール。
［付記６］
前記コントローラは、前記入力信号に基づいて、前記外部電源の前記第１及び第２の充電端子で逆極性接続の前記発生を判定するように構成されている、付記３－５のいずれか一つに記載の電池モジュール。
［付記７］
前記第１のスイッチング装置は、前記最大放電電圧の少なくとも２．５倍の阻止電圧を有する、前記先行する付記のいずれか一つに記載の電池モジュール。
［付記８］
前記第２の充電端子に接続された第１の入力端子（７１２）と、前記電池セル装置の前記第１の端子に接続された出力端子（７１３）とを有する直流から直流へのコンバータ（７１０）を更に含み、
前記第１のスイッチング装置は、前記電池セル装置の前記第２の端子と前記コンバータの第２の入力端子との間に接続され、
前記スイッチ装置は、前記コンバータの前記第１の入力端子と前記第２の入力端子との間に接続された第２のスイッチング装置（７４０）を含み、前記第２のスイッチング装置は前記コンバータをバイパスするように動作可能である、前記先行する付記のいずれか一つに記載の電池モジュール。
［付記９］
前記コントローラは、
前記第１のスイッチング装置が電流通過状態であり、かつ前記第２のスイッチング装置が電流通過状態である放電モード、
前記第１のスイッチング装置が電流阻止状態であり、かつ前記第２のスイッチング装置が電流阻止状態である第１の充電モード、及び
前記第１のスイッチング装置が電流阻止状態であり、かつ前記第２のスイッチング装置が電流通過状態である第２の充電モードの少なくとも一つで前記電池モジュールを動作するように構成されている、付記８に記載の電池モジュール。
［付記１０］
前記コントローラは、バッテリセル構成の充電レベルが最小充電電圧未満であると検出されると、前記スイッチ装置の前記第１のスイッチング装置を電流阻止状態に切り替え、かつ、前記第２のスイッチング装置を電流通過状態に切り替えるように動作可能に構成されている、付記８－９のいずれか一つに記載の電池モジュール。
［付記１１］
前記コンバータは、前記コンバータの前記入力端子での入力電圧を前記コンバータの前記出力端子での出力電圧に変換するように適合され、前記出力電圧は前記入力電圧よりも高い、付記８－１０のいずれか一つに記載の電池モジュール。
［付記１２］
前記コンバータは前記第１及び第２の充電端子に電圧が印加されたときに前記電池セル装置の充電電圧を制限するように適合され、及び、前記コントローラは前記第１の充電モードで前記電池モジュールを動作するように適合されている、付記９－１１のいずれか一つに記載の電池モジュール。
［付記１３］
前記コントローラは、電流制限条件下で前記電池モジュールを充電するための条件の検出に応答して、前記コンバータをバイパスしないために、前記第２のスイッチング装置を電流阻止状態に切り替えるように動作可能に構成されている、付記８－１２のいずれか一つに記載の電池モジュール。
［付記１４］
前記条件は、
しきい値を超える前記電池セル装置の充電電流、
しきい値を超える前記電池セル装置での温度、
しきい値を超える前記電池セル装置内のセルでの電圧、及び
しきい値未満の前記電池セル装置内のセルでの電圧
の少なくとも一つを含む、付記１３に記載の電池モジュール。
［付記１５］
通信モジュールと、
前記通信モジュールに電力を供給する主電源に前記通信モジュールを接続するために構成されたコネクタと、
前記先行する付記のいずれか一つによって規定される電池モジュールであって、予備電力源として前記通信モジュールに接続されている電池モジュールと、
を具備する、無線通信基地局。

Claims (15)

  1. 電池モジュールを外部電源（２５０）又は負荷（３５０）に接続するための第１の充電端子（２０３）及び第２の充電端子（２０４）と、
    最大充電電圧を有し、及び、第１の端子（２０１）及び第２の端子（２０２）を有し、前記第１の端子は前記第１の充電端子に接続されている電池セル装置（２１０）と、
    前記電池セル装置の前記第２の端子と前記第２の充電端子との間に接続された少なくとも第１のスイッチング装置（２４０）を含み、前記第１のスイッチング装置は前記電池モジュールを放電するために電流通過状態に切り替わるように動作可能であるスイッチ装置と、
    前記スイッチ装置の動作をコントロールするように構成され、前記第１及び第２の充電端子で前記外部電源の逆極性接続が検出されると、前記第１のスイッチング装置を電流阻止状態に切り替えるように動作するように構成されるコントローラ（２００）と、
    を具備し、
    前記第１のスイッチング装置は、前記電池セル装置の前記最大充電電圧の少なくとも２倍以上の阻止電圧を有する、電池モジュール（３００）。
  2. 前記第１のスイッチング装置は定格電圧を有するトランジスタであり、かつ前記阻止電圧は前記トランジスタの定格電圧である、請求項１に記載の電池モジュール。
  3. 前記コントローラは、前記電池モジュールのセンサによって供給される入力信号に応答して前記スイッチ装置の動作を制御するように構成された、請求項１又は２に記載の電池モジュール。
  4. 前記センサは前記第１のスイッチング装置に直列に接続された抵抗（３３５）を含み、かつ前記入力信号は少なくともしきい値を超える電圧及び／又は電流の一方を含む、請求項３に記載の電池モジュール。
  5. 前記センサは、前記第１の充電端子と前記第２の充電端子との間に接続されたオプトカプラ（３３０）を含む、請求項３又は４に記載の電池モジュール。
  6. 前記コントローラは、前記入力信号に基づいて、前記外部電源の前記第１及び第２の充電端子で逆極性接続の前記発生を判定するように構成されている、請求項３－５のいずれか一つに記載の電池モジュール。
  7. 前記第１のスイッチング装置は、前記最大放電電圧の少なくとも２．５倍の阻止電圧を有する、前記先行する請求項のいずれか一つに記載の電池モジュール。
  8. 前記第２の充電端子に接続された第１の入力端子（７１２）と、前記電池セル装置の前記第１の端子に接続された出力端子（７１３）とを有する直流から直流へのコンバータ（７１０）を更に含み、
    前記第１のスイッチング装置は、前記電池セル装置の前記第２の端子と前記コンバータの第２の入力端子との間に接続され、
    前記スイッチ装置は、前記コンバータの前記第１の入力端子と前記第２の入力端子との間に接続された第２のスイッチング装置（７４０）を含み、前記第２のスイッチング装置は前記コンバータをバイパスするように動作可能である、前記先行する請求項のいずれか一つに記載の電池モジュール。
  9. 前記コントローラは、
    前記第１のスイッチング装置が電流通過状態であり、かつ前記第２のスイッチング装置が電流通過状態である放電モード、
    前記第１のスイッチング装置が電流阻止状態であり、かつ前記第２のスイッチング装置が電流阻止状態である第１の充電モード、及び
    前記第１のスイッチング装置が電流阻止状態であり、かつ前記第２のスイッチング装置が電流通過状態である第２の充電モードの少なくとも一つで前記電池モジュールを動作するように構成されている、請求項８に記載の電池モジュール。
  10. 前記コントローラは、バッテリセル構成の充電レベルが最小充電電圧未満であると検出されると、前記スイッチ装置の前記第１のスイッチング装置を電流阻止状態に切り替え、かつ、前記第２のスイッチング装置を電流通過状態に切り替えるように動作可能に構成されている、請求項８－９のいずれか一つに記載の電池モジュール。
  11. 前記コンバータは、前記コンバータの前記入力端子での入力電圧を前記コンバータの前記出力端子での出力電圧に変換するように適合され、前記出力電圧は前記入力電圧よりも高い、請求項８－１０のいずれか一つに記載の電池モジュール。
  12. 前記コンバータは前記第１及び第２の充電端子に電圧が印加されたときに前記電池セル装置の充電電圧を制限するように適合され、及び、前記コントローラは前記第１の充電モードで前記電池モジュールを動作するように適合されている、請求項９－１１のいずれか一つに記載の電池モジュール。
  13. 前記コントローラは、電流制限条件下で前記電池モジュールを充電するための条件の検出に応答して、前記コンバータをバイパスしないために、前記第２のスイッチング装置を電流阻止状態に切り替えるように動作可能に構成されている、請求項８－１２のいずれか一つに記載の電池モジュール。
  14. 前記条件は、
    しきい値を超える前記電池セル装置の充電電流、
    しきい値を超える前記電池セル装置での温度、
    しきい値を超える前記電池セル装置内のセルでの電圧、及び
    しきい値未満の前記電池セル装置内のセルでの電圧
    の少なくとも一つを含む、請求項１３に記載の電池モジュール。
  15. 通信モジュールと、
    前記通信モジュールに電力を供給する主電源に前記通信モジュールを接続するために構成されたコネクタと、
    前記先行する請求項のいずれか一つによって規定される電池モジュールであって、予備電力源として前記通信モジュールに接続されている電池モジュールと、
    を具備する、無線通信基地局。
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