JP5528435B2

JP5528435B2 - 多目的携帯型貯蔵および供給システム

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Publication number: JP5528435B2
Application number: JP2011511727A
Authority: JP
Inventors: チャン、チュン−チエ; ペイ−フアリー、オリヴィア
Original assignee: チャン、チュン−チエ; ペイ−フアリー、オリヴィア
Priority date: 2008-05-30
Filing date: 2009-05-21
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2029-05-21
Also published as: KR101333597B1; HK1155564A1; EP2281332A1; US7839019B2; JP2011522510A; EP2281332A4; WO2009146287A1; CN102113192B; CN102113192A; RU2444105C1; CA2724285C; KR20110016942A; US20090296442A1; CA2724285A1

Description

本発明は、多種多様なコードレス用途および不休の無停電電源用途に好適な携帯型電力を貯蔵および供給するシステムに関する。

本発明は、多目的携帯型電力を貯蔵および供給するシステムである。従来、電源は通常、特定の用途に特定されている。例えば、無停電電源（ＵＰＳ）は、バックアップ電力を目的として使用されるに過ぎず、パワーバンクは通常、いくつかのＤＣデバイスなどに電力供給するために使用される。ＵＰＳ、携帯型ＡＣ電源およびグリッドＡＣ電源、安定化ＤＣ電源またはさらに光電池および風力タービンなどの再生可能なエネルギー源を使用するシステムの再充電を可能にする携帯型ＤＣ電源として作用し得る電源システムはない。本発明のバッテリーモジュールの拡張性が、多くの用途および必要性に応じて使用されているシステムのフレキシビリティをさらに高める。多様な充電源と放電形態を可能にする機構、インバーター、１つまたは複数のバッテリーモジュールとソーラーパネル間の互換性の設計、およびさらにシステム一体化の独自の設計全てを合わせて、多種多様な用途に同時に適用可能なエネルギー貯蔵および供給システムを可能にする。

本発明の電力を貯蔵および供給するシステムは、インバーターおよび並列接続される数を増加し得る多数のバッテリーモジュールからなる。この電力を貯蔵および供給するシステムは、バッテリーモジュールの充電用のＡＣおよびＤＣ電源を可能にし、同時にバッテリーモジュールを放電する場合にＡＣおよびＤＣ電力を可能にする。この電力を貯蔵および供給するシステムは、コードレス芝刈り機、掃除機、車両のバッテリージャンパー、無停電電源（ＵＰＳ）、およびさらにはソーラーパネル用貯蔵デバイスなどの全ての携帯用用途に理想的な電源となり得る。インバーター、バッテリーモジュールユニットの設計および機能、ならびにインバーターと並列接続されるバッテリーモジュールの一体化の方法について以下で詳細に説明する。

本発明の目的は、ＡＣおよびＤＣのいずれかの形態の電源に対応するＡＣおよびＤＣ形態のエネルギーを供給する一携帯型電力を貯蔵および供給するシステムを提供することである。バッテリーモジュールの拡張性およびＡＣ／ＤＣ出力能によりコードレスデバイスおよびさらには不休のＵＰＳシステムを含む多種多様な用途に適用可能な一システムが可能となる。

同時に、または個別にＡＣまたはＤＣ電源のいずれかを用いて再充電することができる携帯型電力を貯蔵および供給するシステム。このシステムは、ＡＣまたはＤＣ電源のいずれかを必要とする多種多様な用途に適合するよう設計されている。バッテリーモジュールの拡張性、バッテリーモジュールのＤＣ出力の種類および構成、ならびにインバーター内にあるＡＣ出力がシステムをフレキシブルにし、同時に多種多様な用途に適用可能にしている。インバーター、複数のバッテリーモジュールおよび複数の再生可能なエネルギー源を含むシステムの適用性および拡張性に適合するよう提案された要件および機能について、さらに説明および例示する。

インバーターの設計および機能を示す図である。ＡＣおよびＤＣ双方の形態において充電および放電され得る携帯型電力を貯蔵および供給するシステムを示す図である。拡張性を有するバッテリーモジュールの設計図である。コントローラー、リレー、熱センサー（またはヒューズ）およびバッテリーモジュールの出力配置の構成図である。ＡＣデバイス用のエネルギー源として使用するシステムの構成図である。ＡＣデバイスにより放電され、グリッドＡＣ電源により再充電されるシステムの構成図である。ＡＣデバイスにより放電され、ＤＣ（ソーラーパネル）電源により再充電されるシステムの構成図である。ＡＣデバイスにより放電され、同時にＡＣおよびＤＣ（ソーラーパネル）電源により再充電されるシステムの構成図である。ＤＣデバイスにより放電され、グリッドＡＣ電源により再充電されるシステムの構成図である。ＤＣデバイスにより放電され、ＤＣ（ソーラーパネル）電源により再充電されるシステムの構成図である。ＤＣデバイスにより放電され、同時にＡＣおよびＤＣ（ソーラーパネル）電源により再充電されるシステムの構成図である。ＡＣおよびＤＣデバイスにより放電され、同時にＡＣおよびＤＣ（ソーラーパネル）電源により再充電されるシステムの構成図である。

インバーター
従来、無停電電源（ＵＰＳ）システムは、ＡＣグリッド電源を、バッテリーを再充電するＤＣ電源に変換するインバーターを備える。従来のＵＰＳシステム用途では、外部ＤＣ電源の（例えば、ソーラーパネル）の入力が可能でないため、従来のＵＰＳ用のインバーターの設計は、本発明の多目的携帯型電力貯蔵および供給システムに比べ簡易なものである。本発明において開示されるように、バッテリーモジュールに取り付けられるようになっている、スタンドアロン型のインバーターにより、一システムを多種多様なコードレス用途に適用可能にすることが可能となる。インバーターの設計が図１に示される。図１に示されるインバーターの複数の機能には、１）グリッドＡＣ電源（１１０／２２０Ｖ）の低電圧ＤＣ電力（例えば、１４．６Ｖ）への変換、２）ＤＣ電源（例えば、１２〜１４Ｖ）のＡＣデバイス用高電圧ＡＣ電力（例えば、１１０／２２０Ｖ）への変圧、３）複数のバッテリーモジュールの再充電がある。本発明において開示されたシステムは、再生可能な電源（例えば、ソーラーパネルまたは風力タービン）およびリチウムイオンバッテリー（好ましくはリン酸鉄リチウム系）を容易に利用できるため、本発明のインバーター用に設定されたロジックおよび条件は、簡易な条件で取り扱われる従来のインバーターとかなり異なる。本発明で利用されるロジックおよび条件の詳細について以下に説明する。

１章、グリッド電力が接続される場合
１．ＡＣ（１１０／２２０Ｖ）グリッド電源が接続される場合、ＡＣ（１１０／２２０Ｖ）出力はバッテリー電源をバイパスする。それは、ＡＣグリッド電力供給が接続可能になるとすぐに、ＡＣ電力出力のエネルギー源がバッテリーからグリッド電力供給に切替えられることを意味する。

２．ＡＣ（１１０／２２０Ｖ）グリッド電源が接続される場合、バッテリー（バッテリーモジュール）が再充電される。最大電流が設定され、制御される。最終的なフロート充電電圧もＶ_Hとして設定され、制御される。

３．バッテリー電圧の検出により予備設定の上限電圧を超える（通常、Ｖ_H’と呼ばれるフロート充電電圧をわずかに超える）場合、バッテリー機能を充電するＡＣ（１１０／２２０Ｖ）グリッド電源は、再開動作（ＡＣグリッド電源への再プラグイン）が行われるまで停止される。この機能は、ＤＣ電源の電圧がインバーターの（バッテリーモジュールへの）充電電圧を超える場合に、インバーターを損傷させる外部ＤＣ電源（例えば、ソーラーパネル）から充電しているインバーターを保護するために特別に設計されている。

４．インバーター用の過充電保護機能：バッテリー電圧がインバーターＶ_H"の最大耐電圧（例えば、１３Ｖのバッテリーシステムに接続されたインバーター用の耐久性１６Ｖ）を超える場合、インバーターＡＣ出力は、電圧がインバーターの耐電圧に低下するまで機能しない。繰り返すが、これは、ソーラーパネル電源が利用可能である場合の要件に適合する機能である。

２章、グリッド電力が接続されない場合
１．グリッド電源が利用可能でない場合、（バッテリーＶ_Lに接続する側から検出される）ＤＣ電圧下限に達するまでインバーターのＡＣ出力末端が作動する。これは、グリッドＡＣ電源が利用可能でない場合にバッテリーモジュールからのエネルギーを消費し始めることを意味する。

２．インバーターがＤＣ（バッテリーエネルギー）をＡＣに変換している間にインバーターがグリッドＡＣ電源に接続される場合、インバーターに接続されているデバイスの稼動は、バイパス機能およびバッテリー機能の再充電を行うインバーターの動作による影響を受けない（１章のポイント１および２を参照）。

３．バッテリー電圧は、インバーターＶ_Lにより設定される電圧下限に達すると、バッテリーが予備設定の電圧上限Ｖ_L’に達するまで出力される可能性はない。この機能は、バッテリー再充電を適切に行うことなく、短時間のうちに、再度バッテリーが過放電される可能性を防ぐものである。この環境下において、ソーラーパネルなどのＤＣ電源のみまたはグリッドＡＣ電源が、電源としてバッテリーを使用するインバーターの正常機能を復帰させることができる。

バッテリーモジュール
１章バッテリーモジュールの制御部品
貯蔵システムを特徴付ける「保守の簡易さ（低コスト）」を高め、「（広範囲のソーラーシステムまたはさらに風力システムを可能にする）フレキシビリティ」に適合するため、セル保護コントローラーを各バッテリーモジュールの内部に設置する。コントローラーは、直列接続された各バッテリーの電圧を監視する。コントローラーが、一旦、直列接続されているバッテリーの低電圧（Ｖ_BL）または高電圧（Ｖ_BH）を検出すると、コントローラーは、リレーを使用して電力入力／出力を遮断する信号を送る。過充電状態下において、リレーは、低電圧（Ｖ_BH’）に達するまで開放される。それに対して、過放電状態下において、リレーは、「再開」ボタンが手動で押され（または単にバッテリーモジュールを交換する）まで開放される。過放電状態の間、異常状態に対する注意を促すための電子音またはＬＥＤの点滅信号が発生し得る。一般に、インバーターは、バッテリーモジュールからエネルギー供給を遮断し、その後バッテリーモジュール内にある各バッテリーが低バッテリー状態（Ｖ_BL）に達する。本発明において、リチウムイオンバッテリーのリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅｘＰｙＯｚ）型が好ましいバッテリー型である。複数のリン酸鉄リチウムバッテリーの使用で、電圧上限設定（Ｖ_BH）は、４．０Ｖであることが好ましく、電圧下限設定（Ｖ_BL）は２．０Ｖであることが好ましい。一般に、このような限界は、インバーターが稼動時には到達されない（すなわち、インバーターがＶ_HおよびＶ_Lに達した後、Ｖ_BHおよびＶ_BHが適合される）。各バッテリーモジュールに内蔵されているコントローラーは２つの主要な機能を備える：（１）１つのバッテリーモジュールは直列構成の４つのバッテリーからなるものと仮定し、バッテリーモジュールは、（図２に示されるように、全てのモジュールが並列接続されるため他のバッテリーモジュールと同じ）１３．４Ｖに維持されるものと仮定する。バッテリーの１つの内部的にショートする（バッテリー自体の内部でショートする）と、直列のバッテリーの１つの電圧低下によりリレーの「開放」が誘引され、そうして、他のバッテリーモジュール（１３．４Ｖで維持されたもの）がバッテリー内部に欠陥のあるもの（モジュール）を充電しないようにする。（２）電子音機能を使用して、使用者は電子音の発生頻度を判断することでバッテリーモジュールの保全について認識することができる。

２章バッテリーモジュールの機能および接続
図３に示されるように、バッテリーモジュールは、各バッテリーモジュールの前壁に位置づけられる複数のタブを通して物理的に接続される。並列接続される場合、タブはバッテリーを保持するよう設計される。これは、２つのバッテリーモジュールが接続される場合、たった１つのバッテリーモジュールとして保持され得ることを意味する。タブは別として、各バッテリーモジュールに設計されたコンセントには２種類ある。１つ目は、車両バッテリーをジャンプするなどの特に大量の電流使用のために設計されている。この種のコンセントは、各バッテリーモジュールの上部に設置される。２つ目のコンセントは、バッテリーモジュールの上部または側部に置かれている２つの小さな穴として示されるように、特にバッテリーモジュールの充電および放電用に設計されている（図３参照）。２つ目のコンセントの複数の機能および設計について以下に説明する。

１．これらのコンセントはＤＣ電力供給に使用される。例えば、携帯型芝刈り機、掃除機および他の家電用電化製品などのコードレス電化製品に使用されることができる。

２．これらのコンセントは、バッテリーモジュールを充電するために使用され得る。インバーターを使用してバッテリーモジュールを充電する間、これらのコンセントは、現在のバッテリーモジュールを第２のバッテリーモジュールとして考えた場合、第１のバッテリーモジュール（またはインバーター）および第３のバッテリーモジュールに接続するために使用されることができる。ケーブルを使用して接続されるこれらのコンセントは、バッテリーモジュールの並列充電を可能にする。モジュールの１つが故障し、またはバッテリー遮断状態に達する場合、他のバッテリーモジュールは、充電されていないバッテリーに影響されることなく、依然として適切に充電されることに注目すべきである。これらのコンセントの詳細な構造については、図４に示される。

３．図４に示されるように、１つの熱センサーがリレーの一端に設置される。この熱センサーはリレーの「開放」または「接続」を制御する。高温の間、リレーは温度が正常に低下するまで開放される。この機能は特に、モジュールの１つが正常に使用するために取り出される場合および充電のために他のモジュールに戻して接続される場合のために設計されている。大きな電流が見込まれ得るものは、相対的に空のバッテリーモジュールとすることができる。さらに、この機能は、次で説明されるように、再生可能なエネルギー入力をさらに限定することはない。

４．これらのコンセントは、ソーラーパネルに取り付けられることができる。ソーラーパネルの種類および規格は、熱センサーがリレー開放を誘引しない限り限定されない。２型のコンセントが全体を占める場合、ソーラーパネルは１型のコンセントに取り付けられることができることに注目すべきである。

一体化システム
以下に示す実施例では、２５０Ｗのインバーター、容量２０Ａｈの１３．２Ｖのバッテリーモジュールおよびピーク電力が７５Ｗのソーラーパネルを使用する。前節で記載されたように、インバーターは予備設定Ｖ_H＝１４．６、Ｖ_H’＝１４．７およびＶ_H"＝１６．０、Ｖ_L＝１１、Ｖ_L’＝１２．５で制御される。バッテリーモジュールも前記のように、予備設定Ｖ_BH＝４．０、Ｖ_BH’＝３．５、Ｖ_BL＝２．０で機能し、制御される。バッテリーからの限界電流は１５Ａであり、インバーターからの限界電流は２．５Ａ（ＡＣ、１１０Ｖ）である。

実施例１．ＡＣ放電、ＡＣおよびＤＣ電源を用いた再充電
本実施例において、システム構成が図５（ａ）に示される。システムを放電している間、低電圧の遮断は、１１Ｖに設定されているインバーターにより制御される。このシステム構成は、キャンプ、ラップトップ用電源などの電化製品のＡＣ電源が必要とされる場合に適している。

ケースＩ．インバーター遮断限界に達する前のＡＣ放電とＡＣ充電
図５（ｂ）に示されるように、ＡＣ放電が完了する前に、ＡＣグリッド電源が供給される場合、電源がバッテリーからグリッド電源に切替わる間、ＡＣデバイス機能は影響を受けない。その間に、グリッドＡＣ電力が存在する場合、バッテリーモジュールは再充電状態下にある。１４．６Ｖの電圧上限に達するまでシステムは充電下にある。

ケース２．インバーターの遮断限界に達した後のＡＣ放電とＡＣ充電
繰り返すが、図５（ｂ）で構成されているように、ＡＣ放電が完了すると、この時出力電力がインバーターの電圧下限（１１Ｖ）により休止される。ＡＣグリッドの電源が供給される場合、ＡＣデバイス機能は、グリッド由来の電源により再開される。その間、グリッドＡＣ電力が存在する場合、バッテリーモジュールは、再充電状態下にある。１４．６Ｖの電圧上限に達するまでシステムは充電下にある。Ｖ_L’が（１２．５Ｖに）達する前にグリッドＡＣ電力が切断されるような状態になると、バッテリーモジュールの急速な過放電を生じ得るバッテリーへの充電不足によりＡＣデバイスの稼動が休止される。

ケース３．インバーターの遮断限界に達する前のＡＣ放電とＤＣ充電
図５（ｃ）に示されるように、ＡＣ放電が完了する前にＤＣ電源が供給される場合、ＡＣデバイス機能はＤＣ電力入力に影響を受けない。しかし、過充電状態に（バッテリーのいずれかが４．０Ｖ以上に）達する場合、バッテリーリレーは、バッテリー電圧がＶ_BH’＝３．５Ｖに低下する（リレー接続）まで開放される。一方で、ソーラーパネルの電圧がＶ_H"（１６．０Ｖ）を超える場合、デバイスへのインバーターＡＣ出力は、電圧がＶ_H"以下に低下するまで停止される。

ケース４．インバーターの遮断限界に達した後のＡＣ放電とＤＣ充電
繰り返すが、図５（ｃ）で構成されるように、ＡＣ放電が完了すると、この時出力電力がインバーターの電圧下限（１１Ｖ）により休止される。この時ＤＣ電源が供給される場合、ＡＣデバイス機能は、バッテリー電圧が高い予備設定の電圧のＶ_L’＝１２．５Ｖを超えるまで再開されない。過充電状態が（複数のバッテリーのいずれかが４．０Ｖ以上に）達する場合、バッテリーリレーは、バッテリー電圧がＶ_BH’＝３．５Ｖの低電圧に低下する（リレー接続）まで開放される。一方で、ソーラーパネルの電圧がＶ_H"（１６．０Ｖ）を超える場合、デバイスへのインバーターＡＣ出力は、電圧がＶ_H"以下に低下するまで停止される。

ケース５．インバーターの遮断限界に達する前のＡＣ放電とＡＣおよびＤＣ双方の充電
図５（ｄ）に示されるように、ＡＣ放電が完了する前に、ＡＣおよびＤＣ双方の電源が供給される場合、ＡＣデバイスがグリッドＡＣ電力により電力供給され、バッテリーモジュールもグリッドＡＣ電力およびソーラーパネルの双方により再充電される。しかし、バッテリー過充電状態に（バッテリーのいずれかが４．０Ｖ以上に）達する場合、バッテリーリレーは、バッテリー電圧が３．５Ｖの低電圧に低下する（リレー接続）まで開放される。バッテリー過充電状態の間、バッテリーモジュールの電圧は、バッテリー電圧（Ｖ_H、１４．６Ｖ）を再充電するためのインバーターの電圧上限より高くなる可能性があり、インバーターを損傷する恐れがある。このような状態下において、バッテリーモジュール機能に再充電するインバーターは、（Ｖ_H’、１４．７Ｖに適合する場合）再プラグイン動作が行われるまで機能されない。一方で、ソーラーパネルの電圧が、電圧がＶ_H"（１６．０Ｖ）を超えるまで増加し続ける場合、デバイスへのインバーターＡＣ出力は、電圧がＶ_H"以下に低下するまで停止される。しかし、グリッドＡＣ電源が存在するので、依然としてＡＣ出力が作動するが、バッテリーモジュールからのエネルギー源は機能されない。

ケース６．インバーターの遮断限界に達した後のＡＣ放電とＡＣおよびＤＣ双方の充電
繰り返すが、図５（ｄ）で構成されるように、ＡＣ放電が完了すると、この時出力電力はインバーターの電圧下限（１１Ｖ）により休止される。この時ＡＣおよびＤＣ双方の電源が供給される場合、ＡＣデバイスがグリッドＡＣ電力を消費し始め、バッテリーモジュールもグリッドＡＣ電力およびソーラーパネルの双方で再充電される。Ｖ_L’が（１２．５Ｖに）達する前にグリッドＡＣ電力が切断されるような状態になると、バッテリーモジュールの急速な過放電を生じ得るバッテリーへの充電不足によりＡＣデバイスの稼動が休止される。繰り返すが、（複数のバッテリーのいずれかが４．０Ｖ以上の）ＤＣ電源によりバッテリー過充電状態に達する場合、同じ極限状態が生じる。このような状況下において、バッテリーモジュールの電圧がインバーターを損傷する恐れのあるインバーターの再充電電圧上限（Ｖ_H、１４．６Ｖ）より高くなり得る。このような状態下において、バッテリーモジュール機能に再充電するインバーターは、再プラグイン動作が行われるまで機能しない。さらに、ソーラーパネルの電圧が、電圧がＶ_H"（１６．０Ｖ）を超えるまで増加し続ける場合、デバイスへのインバーターＡＣ出力は、電圧がＶ_H"以下に低下するまで停止される。しかし、グリッドＡＣ電源が存在するので、依然としてＡＣ出力は作動するが、バッテリーモジュールからのエネルギー源は機能されない。

実施例２．ＤＣ放電、ＡＣおよびＤＣ電源を用いた再充電
本実施例において、図３に示されるシステム構成は、バッテリーモジュールが１つしかない場合にＤＣ電源として十分である。システムを放電する間、低電圧遮断は、Ｖ_BL＝２．０となるよう設定されるバッテリーモジュールで制御される。このスタンドアロン型バッテリーモジュールは、ＤＣ電源が必要とされる場合のＤＣ掃除機、芝刈り機、車両のバッテリージャンパーなどのコードレス電化製品に適している。

ケースＩ．バッテリーモジュールの遮断限界に達する前のＤＣ放電とＡＣ充電
ＤＣ放電が完了する前に、図６（ａ）に示されるように、バッテリーモジュールがシステムに設置され、ＡＣグリッド電源が供給される場合、バッテリーモジュールは、ＡＣグリッド電源と同時に早期で利用されなかった別のバッテリーモジュールの双方からの充電が不十分となる。この充電プロセスは、インバーターの電圧上限（Ｖ_H、１４．６Ｖ）に達するまで進められる。この再充電プロセス中、充電電流があまりに大きいので充電しているバッテリーモジュールの加熱を生じる場合、充電しているバッテリーモジュールのリレーは、図４に示される熱センサー／スイッチを使用して開放／接続を機能させる。充電プロセス中、低電圧バッテリーモジュールが過熱していることが検出されるけれども、この充電プロセスの間、ＤＣデバイス機能は影響を受けない。これは、他のバッテリーモジュールがＤＣデバイスに電力供給するＤＣ電源として依然として動作するためである。

ケース２．バッテリーモジュールの遮断限界に達した後のＤＣ放電とＡＣ充電
ＤＣ放電が完了すると、この時出力電力は、バッテリーモジュールの電圧下限（Ｖ_BL＝２．０Ｖ）により休止される。図６（ａ）に示されるように、バッテリーモジュールがシステム内に設置され、ＡＣグリッド電源が供給される場合、バッテリーモジュールは再開ボタンが手動で押されるまで機能しない。この時バッテリーモジュールは、ＡＣグリッド電源と同時に早期で利用されなかった別のバッテリーモジュールの双方からの充電が不十分となる。この充電プロセスは、インバーターの電圧上限（Ｖ_H、１４．６Ｖ）に達するまで進められる。この再充電プロセス中、充電電流があまりに大きいので充電しているバッテリーモジュールの加熱を生じる場合、充電しているバッテリーモジュールのリレーは、図４に示される熱センサー／スイッチを使用して開放／接続を機能させる。充電プロセス中、低電圧バッテリーモジュールが過熱していることが検出されるけれども、この充電プロセスの間、ＤＣデバイス機能は影響を受けない。これは、他のバッテリーモジュールがＤＣデバイスに電力供給するＤＣ電源として依然として作用するためである。

ケース３．バッテリーモジュールの遮断限界に達する前のＤＣ放電とＤＣ充電
ＤＣ放電が完了する前に、図６（ｂ）に示されるように、バッテリーモジュールがシステム内に設置され、ＤＣ電源が供給される場合、バッテリーモジュールは、ＤＣ電源と同時に早期で利用されなかった別のバッテリーモジュールの双方からの充電が不十分となる。この充電プロセスは、バッテリーモジュールの電圧上限（Ｖ_BH、４．０Ｖ）に達するまで進められる。この再充電プロセス中、充電電流があまりに大きいので充電しているバッテリーモジュールの加熱を生じる場合、充電しているバッテリーモジュールのリレーは、図４に示される熱センサー／スイッチを使用して開放／接続を機能させる。充電プロセス中、低電圧バッテリーモジュールが過熱していることが検出されるけれども、この充電プロセスの間、ＤＣデバイス機能は影響を受けない。これは、他のバッテリーモジュールまたはソーラーパネルがＤＣデバイスに電力供給するＤＣ電源として依然として作用するためである。それに加え、全てのバッテリーリレーは全て開放され、依然としてソーラーパネルからのＤＣ電源入力が作動する場合、（ソーラーパネルに接続した）電圧が別のインバーター限界Ｖ"＝１６Ｖを超えることが可能になる。このような環境下において、インバーターＡＣ出力機能（バッテリーモジュール由来の供給源）は、電圧がＶ"以下に低下するまで機能されない。

ケース４．バッテリーモジュールの遮断限界に達した後のＤＣ放電とＤＣ充電
ＤＣ放電が完了すると、この時出力電力は、バッテリーモジュールの電圧下限（Ｖ_BL＝２．０Ｖ）により休止される。図６（ｂ）に示されるように、バッテリーモジュールがシステム内に設置され、ＤＣ電源が供給される場合、バッテリーモジュールは再開ボタンが手動で押されるまで機能しない。この時バッテリーモジュールは、ＤＣ電源と同時に早期で利用されなかった別のバッテリーモジュールの双方からの充電が不十分となる。この充電プロセスは、バッテリーモジュールの電圧上限（Ｖ_BH、４．０Ｖ）に達するまで進められる。この再充電プロセス中、充電電流があまりに大きいので充電しているバッテリーモジュールの加熱を生じる場合、充電しているバッテリーモジュールのリレーは、図４に示される熱センサー／スイッチを使用して開放／接続を機能させる。充電プロセス中、低電圧バッテリーモジュールが過熱していることが検出されるけれども、この充電プロセスの間、ＤＣデバイス機能は影響を受けない。これは、他のバッテリーモジュールまたはソーラーパネルがＤＣデバイスに電力供給するＤＣ電源として依然として作用するためである。それに加え、全てのバッテリーリレーは全て開放され、依然としてソーラーパネルからのＤＣ電源入力が作動する場合、（ソーラーパネルに接続した）電圧が別のインバーター限界Ｖ"＝１６Ｖを超えることが可能になる。このような環境下において、インバーターＡＣ出力機能（バッテリーモジュール由来の供給源）は、電圧がＶ"以下に低下するまで機能されない。

ケース５．バッテリーモジュールの遮断限界に達する前のＤＣ放電とＡＣおよびＤＣ双方の充電
ＤＣ放電が完了すると、図６（ｃ）に示されるように、バッテリーモジュールがシステム内に設置され、ＡＣおよびＤＣ双方の電源が同時に供給される場合、バッテリーモジュールは、インバーター、ＤＣ電源、同時に早期で利用されなかった別のバッテリーモジュールからの充電が不十分となる。この充電プロセスは、バッテリーモジュールの電圧上限（Ｖ_BH、４．０Ｖ）に達するまで進められ、次いでバッテリー電圧が３．５Ｖの低電圧に低下（リレー接続）するまでバッテリーリレーが開放される。バッテリーの過充電プロセス中、バッテリーモジュールの電圧は、バッテリー電圧（Ｖ_H、１４．６Ｖ）を再充電するインバーターの電圧上限より高くなる可能性があり、インバーターを損傷する恐れがある。このような条件下において、バッテリーモジュール機能に再充電するインバーターは、（ＶＨ’、１４．７Ｖに適合する場合）再プラグイン動作が行われるまで機能されない。それに加え、全てのバッテリーリレーが全て開放され、依然としてソーラーパネル由来のＤＣ電源入力が依然として作動する場合、（ソーラーパネルに接続した）電圧が別のインバーター限界Ｖ"＝１６Ｖを超えることが可能となる。このような環境下において、インバーターＡＣ出力機能（バッテリーモジュール由来の供給源）は、電圧がＶ"以下に低下するまで機能されない。しかし、グリッドＡＣ電源が存在するので、ＡＣ出力は依然として作動するが、バッテリーモジュールからのエネルギー源は機能されない。

この再充電プロセス全体にわたり、充電電流があまりに大きいので充電しているバッテリーモジュールの加熱を生じる場合、充電しているバッテリーモジュールのリレーは、図４に示される熱センサー／スイッチを使用して開放／接続を機能させる。充電プロセス中、低電圧バッテリーモジュールが過熱していることが検出されるけれども、この充電プロセスの間、ＤＣデバイス機能は影響を受けない。これは、他のバッテリーモジュール、ソーラーパネルまたはインバーター電力がＤＣデバイスに電力供給するＤＣ電源として依然として作用するためである。

ケース６．バッテリーモジュールの遮断限界に達した後のＤＣ放電とＡＣおよびＤＣ双方の充電
ＤＣ放電が完了すると、この時出力電力は、バッテリー電圧下限（Ｖ_BL＝２．０Ｖ）により休止される。バッテリーモジュールがシステム内に設置され、図６（ｃ）に示されるように、同時にＡＣおよびＤＣ双方の電源が供給される場合、バッテリーモジュールは再開ボタンが手動で押されるまで機能しない。この時インバーター、ＤＣ電源と同時に早期で利用されなかった別のバッテリーモジュールからの充電は不十分となる。この充電プロセスは、バッテリーモジュールの電圧上限（Ｖ_BH、４．０Ｖ）に達するまで進められ、次いでバッテリー電圧が３．５Ｖの低電圧に低下（リレー接続）するまでバッテリーリレーが開放される。バッテリーの過充電プロセス中、バッテリーモジュールの電圧は、インバーターを損傷する恐れのあるようなバッテリー電圧（Ｖ_H、１４．６Ｖ）を再充電するインバーターの電圧上限より高くなる可能性がある。このような条件下において、バッテリーモジュール機能に再充電するインバーターは、再プラグイン動作が行われるまで、（Ｖ_H’、１４．７Ｖに適合する場合）機能されない。それに加え、全てのバッテリーリレーが全て開放され、依然としてソーラーパネル由来のＤＣ電源入力が依然として作動する場合、（ソーラーパネルに接続した）電圧が別のインバーター限界Ｖ"＝１６Ｖを超えることが可能となる。このような環境下において、インバーターＡＣ出力機能（バッテリーモジュール由来の供給源）は、電圧がＶ"以下に低下するまで機能されない。しかし、グリッドＡＣ電源が存在するので、ＡＣ出力は依然として作動するが、バッテリーモジュールからのエネルギー源は機能されない。

実施例３．バッテリーモジュールの遮断限界に達した後のＡＣ／ＤＣ放電とＡＣ／ＤＣ充電
本発明の実施例において、最も複雑な例の１つを分析する。この例は、ＡＣおよびＤＣデバイスの同時放電であり、バッテリーモジュールの複雑な放電である。システム全体の構成が図７に示される。ＡＣおよびＤＣデバイスは全て図７に示されるようにシステムに接続される場合、ＡＣデバイスははじめにインバーターにより遮断され、次いでＤＣデバイスがバッテリーモジュールにより遮断される。このような状態下において、ＡＣおよびＤＣ双方の電源が供給される場合、ＡＣデバイスはグリッドＡＣ電力により電力供給され、バッテリーモジュールは、グリッドＡＣ電力およびソーラーパネル双方で再充電される。低電圧遮断に適合するバッテリーモジュールのリレーの１つ（または放電の大きさにより全て）が正常に充電される前に手動で再開されることに注目すべきである。バッテリーモジュールのリレーが再開される場合、バッテリーモジュールはインバーターおよびＤＣ電源からの充電が不充分となる。全てのバッテリーモジュールは放電プロセスの間、平衡が保たれるので、他のバッテリーモジュールからくる充電電流は見込まれない。この充電プロセスは、バッテリーモジュールの電圧上限（Ｖ_BH、４．０Ｖ）に達するまで進み、次いで、バッテリー電圧が低電圧の３．５Ｖに低下（リレー接続）するまでバッテリーリレーは開放される。バッテリー過充電プロセス中、バッテリーモジュールの電圧は、インバーターを損傷する恐れのあるようなバッテリー電圧（Ｖ_H、１４．６Ｖ）を再充電するためのインバーターの電圧上限よりすでに高くなっている可能性がある。このような条件下において、バッテリーモジュール機能に再充電するインバーターは、（Ｖ_H’、１４．７Ｖに適合する場合）再プラグイン動作が行われるまで機能されない。それに加え、全てのバッテリーリレーが全て開放され、なおソーラーパネルからのＤＣ電源入力が依然として作動する場合、（ソーラーパネルに接続される）電圧が別のインバーター限界Ｖ"＝１６Ｖを超えることが可能となる。このような環境下において、インバーターＡＣ出力機能（バッテリーモジュール由来の供給源）は、電圧がＶ"以下に低下するまで機能されない。しかし、グリッドＡＣ電源が存在するので、ＡＣ出力は依然として作動するが、バッテリーモジュールからのエネルギー源は機能されない。

この再充電プロセス全体にわたり、充電電流があまりに大きいので、充電されているバッテリーモジュールの過熱を生じる可能性がある場合、充電されているバッテリーモジュールのリレーは、図４に示される熱センサー／スイッチを使用する開放／接続を機能させる。ＡＣおよびＤＣ双方の電源が存在するので、この充電プロセスの間、ＤＣデバイス機能は影響を受けない。再充電するためのＡＣ電力が過充電状態（＞１４．７Ｖ）により機能されなくても、依然としてソーラーパネルは、ソーラーエネルギー供給が弱くなる（電圧の低下）までエネルギーを提供し、最終的にバッテリーモジュールが過充電されないようにする。それゆえ、バッテリーモジュールは通常、ＤＣデバイスへの電力供給として（リレー接続を用いて）動作することができる。ＡＣデバイスの場合、グリッドＡＣ電源が存在する限り、上記の充電プロセス全体を通して電源の問題はない。一旦、ＡＣグリッド電源が切断されると、ＡＣデバイスは、バッテリーモジュール電圧がＶ_L’（１２．５Ｖ）以下となるまで、再度、バッテリーモジュールのエネルギー源に依存し、ＡＣデバイス稼動はバッテリーモジュールの急速な過放電を生じ得るバッテリーへの充電不足のため休止される。

実施例４．ＵＰＳシステム
本実施例において、独自のＡＣ電化製品の１つを分析する。本発明のＵＰＳ機能の利用は、ＤＣ入力が可能であるため従来のＵＰＳ機能と異なる。グリッドＡＣ電源が夜間に切れることが想定でき、バッテリーモジュールはデフォルトと同じく電源として動作する。バッテリーモジュールは、太陽光充電が供給されて２日目まで夜間の電力利用が持続可能である場合、不休のＵＰＳの結果としてＡＣデバイスの稼動が継続される。本作用機構は、実施例１で分析された「インバーターの遮断限界に達する前のＡＣ放電とＡＣおよびＤＣ双方の充電」のケースとして前章で説明されている（図５（ｄ）を参照）。従来のＵＰＳと比較した実際の不休のＵＰＳは本発明のインバーターおよびバッテリーモジュールを使用して構成されることができる。

Claims

ＡＣ充電のための入力端子、
再生可能なエネルギー源から電気エネルギーを入力できるＤＣ充電のための入力端子、
ＡＣ放電のための出力端子、
ＤＣ放電のための出力端子、
前記充電のための入力端子および前記放電のための出力端子に電気的に接続される少なくとも１つのバッテリーモジュール、
該バッテリーモジュールに電気的に接続されるインバーター、および、
２つ以上の充電のための入力端子と少なくとも１つの放電のための出力端子とを同時に、または、２つ以上の放電のための出力端子と少なくとも１つの充電のための入力端子とを同時に操作する制御手段を有し、
前記インバーターが、
該インバーターに接続されたＡＣ電力グリッドからのＡＣ電力の利用が可能な場合にバイパスされ、
前記バッテリーモジュールを充電するために上限電圧（Ｖ _H ）で前記バッテリーモジュールにＤＣ電力を供給し、
Ｖ _H ’が、前記バッテリーモジュールを再充電する間に、充電されることから前記インバーターを保護する電圧であり、バッテリーモジュール電圧（Ｖ）≧（Ｖ _H ’）の場合に前記バッテリーモジュールを再充電するＤＣ電力の供給を休止し、
Ｖ _H "が、高いＤＣ電圧入力による損傷から前記インバーターを保護する電圧であり、バッテリーモジュール電圧（Ｖ）≧（ＶＨ"）の場合にデバイスへのＡＣ電力の供給を休止し、
Ｖ _L が前記インバーターの電圧下限であり、バッテリーモジュール電圧（Ｖ）＜（Ｖ _L ）となるまで前記バッテリーモジュールの放電を可能にし、
一旦、（Ｖ）＜（Ｖ _L ）の状態が、より早い放電において起こると、Ｖ _L ’が前記インバーターの通常の動作電圧範囲内であるとき、バッテリーモジュール電圧（Ｖ）が（Ｖ）＞（Ｖ _L ’）に戻る場合に前記バッテリーモジュールのさらなる放電を可能にするよう制御され、
各バッテリーモジュールは、
直列接続された複数のバッテリーセル、
直列接続された各バッテリーセルをモニターするコントローラー、
過電流または過熱が生じる場合に前記インバーターから前記バッテリーモジュールを切断する電流または温度ヒューズ、
バッテリーセルの電圧（Ｖ）＞高バッテリー電圧（Ｖ _BH ）である場合に前記インバーターから前記バッテリーモジュールを切断し、Ｖ _BH ’が前記バッテリーの通常の動作電圧範囲内になる（Ｖ）＜（Ｖ _BH ’）の場合に前記インバーターに前記バッテリーモジュールを再接続する手段、
バッテリーセルの電圧（Ｖ）＜低バッテリー電圧（Ｖ _BL ）である場合に前記インバーターから前記バッテリーモジュールを切断する手段を含み、
前記バッテリーモジュールが過充電または過放電状態のときに、該バッテリーモジュールが前記充電のための入力端子および／または前記放電のための出力端子との電気的接続を遮断するように制御される携帯型の電力貯蔵および供給システム。
並列接続された複数のバッテリーモジュールを有し、前記バッテリーモジュールの全てが実質的に同様の電気特性を有する請求項１記載の携帯型の電力貯蔵および供給システム。
さらに、バッテリーセルの電圧（Ｖ）＜（Ｖ_BL）の場合に視覚的または聴覚的信号を提供する手段を含む請求項１記載の携帯型の電力貯蔵および供給システム。
前記インバーターおよび１つまたは２つ以上のバッテリーモジュールが該インバーターおよびバッテリーモジュールを合わせて保持するためタブを使用して接続される請求項１記載の携帯型の電力貯蔵および供給システム。
ＤＣ放電のための出力端子が自動車用バッテリージャンパーケーブルを収容する端末およびＤＣ電気プラグを収容するコンセントを含む請求項１記載の携帯型の電力貯蔵および供給システム。
各バッテリーモジュールがリン酸鉄リチウムバッテリーセルを含む請求項１記載の携帯型の電力貯蔵および供給システム。
各バッテリーモジュールが前記インバーターへの前記電気的接続のためのリレーを制御する少なくとも１つのコントローラーを含む請求項１記載の携帯型の電力貯蔵および供給システム。
高温または高電流状態である場合に各バッテリーモジュールが前記インバーターへの前記電気的接続を切断するコントローラーへの信号を提供するセンサーを含む請求項１記載の携帯型の電力貯蔵および供給システム。
並列接続された複数のバッテリーモジュールを有し、前記バッテリーモジュールの全てが実質的に同様な物理的特性を有する請求項１記載の携帯型の電力貯蔵および供給システム。
各バッテリーモジュールがＤＣエネルギーを提供する前記システムから分離可能な請求項１記載の携帯型の電力貯蔵および供給システム。
各バッテリーモジュールが自動車用バッテリージャンパーケーブルを収容する端末およびＤＣ電気プラグを収容するコンセントを含む請求項１０記載の携帯型の電力貯蔵および供給システム。
前記システムが不休のＵＰＳとして使用される請求項１記載の携帯型の電力貯蔵および供給システム。