(57)【要約】【課題】柔軟に拡張可能で、構成要素の高い互換性を有し、特に新興のエレクトロモビリティならびに分散（再生）エネルギー供給システムおよび貯蔵システムの供給ネットワーク構造への組み込みを可能とするネットワーク基盤構成要素を提供する。【解決手段】ネットワーク基盤構成要素(12)は、別のネットワーク基盤構成要素(12)に接続するための接点ユニット(14)と、機能群(18)を結合するための結合モジュール(16)とを備え、少なくとも供給レベル(20)において結合された機能群(18)とつながるように設計され、複数のネットワーク基盤構成要素(12)から成るネットワークによって、複数の機能群(18)を連結する自己構成ネットワークシステム(10)が生成可能となるように、供給レベル(20)および／またはデータレベル(22)において少なくとも１つの別のネットワーク基盤構成要素(12)とつながるように設計されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
別のネットワーク基盤構成要素（１２）に接続するための少なくとも１つの接点ユニット（１４）と、機能群（１８）を結合するための少なくとも１つの結合モジュール（１６）とを備え、少なくとも供給レベル（２０）において結合された機能群（１８）とつながるように設計され、複数のネットワーク基盤構成要素（１２）から成るネットワークによって、複数の機能群（１８）を連結する自己構成ネットワークシステム（１０）が生成可能となるように、少なくとも前記供給レベル（２０）および／またはデータレベル（２２）において少なくとも１つの別のネットワーク基盤構成要素（１２）とつながるように設計された、ネットワーク基盤構成要素（１２）。
【請求項２】
運用パラメータの制御、特に前記供給レベル（２０）における負荷制御を行う制御装置（３２）をさらに備えた、請求項１に記載のネットワーク基盤構成要素（１２）。
【請求項３】
前記制御装置（３２）が、特に前記供給レベル（２０）および／または前記データレベル（２２）において、前記結合された機能群（１８）の特性データを検出するようにさらに設計された、請求項２に記載のネットワーク基盤構成要素（１２）。
【請求項４】
前記制御装置（３２）が、前記制御において、少なくとも１つの別の接点ネットワーク基盤構成要素（１２）の運用パラメータを考慮に入れるように設計された、請求項２または請求項３に記載のネットワーク基盤構成要素（１２）。
【請求項５】
前記制御装置（３２）が、前記データレベル（２２）における検出した運用パラメータを少なくとも１つの別の接点ネットワーク基盤構成要素（１２）に伝達するように設計された、請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載のネットワーク基盤構成要素（１２）。
【請求項６】
少なくとも１つのセンサー要素（４２）、特に温度センサーおよび／または加速度センサーをさらに備え、前記少なくとも１つのセンサー要素（４２）が前記制御装置（３２）によりアドレスできる、請求項２〜請求項５のいずれか１項に記載のネットワーク基盤構成要素（１２）。
【請求項７】
補助エネルギーレベル（２４）、特に補助電圧レベルにおいて、少なくとも１つの別のネットワーク基盤構成要素（１２）および／または前記結合された機能群（１８）とつながるようにさらに設計された、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載のネットワーク基盤構成要素（１２）。
【請求項８】
ユーザ用の認証ユニット（８０）を備え、前記認証ユニットが特に、前記制御装置（３２）に結合された、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載のネットワーク基盤構成要素（１２）。
【請求項９】
前記制御装置（３２）がルールベースのアクセス権をユーザに与える、請求項２〜請求項８のいずれか１項に記載のネットワーク基盤構成要素（１２）。
【請求項１０】
前記制御装置（３２）が、前記結合された機能群（１８）に対する負荷制限および／または負荷切断を実行するように設計された、請求項２〜請求項９のいずれか１項に記載のネットワーク基盤構成要素（１２）。
【請求項１１】
前記データレベル（２２）における前記少なくとも１つの別のネットワーク基盤構成要素（１２）および／または前記結合された機能群（１８）との連通が、無線データ伝送、好ましくは電磁波、より好ましくはＲＦＩＤ技術によって実行される、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載のネットワーク基盤構成要素（１２）。
【請求項１２】
前記ネットワーク基盤構成要素（１２）ならびに各結合モジュール（１６）および／または各接点ユニット（１４）を一意に識別可能な識別ユニット（５２）をさらに備えた、請求項１〜請求項１１のいずれか１項に記載のネットワーク基盤構成要素（１２）。
【請求項１３】
供給レベル（２０）においてネットワーク媒体を移送するように設計された供給用分散ネットワークシステム（１０）において、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の複数の結合されたネットワーク基盤構成要素（１２）を備えた、ネットワークシステム（１０）。
【請求項１４】
前記ネットワーク媒体が電気エネルギーであり、前記供給レベル（２０）が特にＤＣ電圧ネットワークとして設計された、請求項１３に記載のネットワークシステム（１０）。
【請求項１５】
前記ネットワーク基盤構成要素（１２）が、いずれの場合にも、消費先、供給元、および／または貯蔵器として設計された少なくとも１つの機能群（１８）に結合することができる、請求項１３または請求項１４に記載のネットワークシステム（１０）。
【請求項１６】
運用パラメータおよびサービスデータの観測および検出が可能な外部監視システム（７０）に対して、少なくとも一時的に、少なくとも１つのネットワーク基盤構成要素（１２）を結合することができる、請求項１３〜請求項１５のいずれか１項に記載のネットワークシステム（１０）。
【請求項１７】
前記結合されたネットワーク基盤構成要素（１２）を接続するラインシステムをさらに備えた、請求項１３〜請求項１６のいずれか１項に記載のネットワークシステム（１０）。
【請求項１８】
前記ラインシステムが、前記ネットワーク媒体用の供給ネットワーク（４４）と、通信データ用のデータネットワーク（４６）とを備えた、請求項１７に記載のネットワークシステム（１０）。
【請求項１９】
補助エネルギーネットワーク（４８）、特に補助電圧ネットワークをさらに備えた、請求項１７または請求項１８に記載のネットワークシステム（１０）。
【請求項２０】
ネットワーク基盤構成要素（１２）と結合された機能群（１８）との間に、少なくとも１つの変換ユニット（８８）、特に電圧変換器がさらに設けられた、請求項１２〜請求項１９のいずれか１項に記載のネットワークシステム（１０）。
【請求項２１】
少なくとも１つの結合された機能群（１８）が、前記ネットワーク基盤構成要素（１２）のうちの１つの前記制御装置（３２）に供給することができる特性データ（７８）の可読表現を提供する、請求項１３〜請求項２０のいずれか１項に記載のネットワークシステム（１０）。
【請求項２２】
前記ネットワーク基盤構成要素（１２）が、前記分散ネットワークシステム（１０）全体の統合負荷制御を提供する、請求項１３〜請求項２１のいずれか１項に記載のネットワークシステム（１０）。
【請求項２３】
各ネットワーク基盤構成要素（１２）の各接点ユニット（１４）および各結合モジュール（１６）を一意に識別することができる、請求項１３〜請求項２２のいずれか１項に記載のネットワークシステム（１０）。
【請求項２４】
異なる供給ライン、特に電気エネルギー用ラインおよび熱エネルギー用ラインの組み合わせによって具現化された複数の供給レベル（２０）が設けられた、請求項１３〜請求項２３のいずれか１項に記載のネットワークシステム（１０）。
【請求項２５】
ネットワーク基盤構成要素（１２）に結合されるとともに充電式エネルギー貯蔵器（６４）として設計された複数の機能群（１８）が設けられ、貯蔵器管理を提供する、請求項１３〜請求項２４のいずれか１項に記載のネットワークシステム（１０）。
【請求項２６】
少なくとも一部が電気駆動の車両の駆動における、請求項１３〜請求項２５のいずれか１項に記載のネットワークシステム（１０）の使用。
【請求項２７】
再生エネルギー供給システムとしての、請求項１３〜請求項２５のいずれか１項に記載のネットワークシステム（１０）の使用。
【請求項２８】
ネットワーク独立の電動工具の動作における、請求項１３〜請求項２５のいずれか１項に記載のネットワークシステム（１０）の使用。
【請求項２９】
外部ネットワークに対するバッファ貯蔵器としての、請求項１３〜請求項２５のいずれか１項に記載のネットワークシステム（１０）の使用。
【請求項３０】
エネルギー貯蔵器（６４）を交換する交換スタンドとしての、請求項１３〜請求項２５のいずれか１項に記載のネットワークシステム（１０）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、別のネットワーク基盤構成要素に接続するための少なくとも１つの接点ユニットと、機能群を結合するための少なくとも１つの結合モジュールとを備え、少なくとも供給レベルにおいて、結合された機能群および少なくとも１つの別のネットワーク基盤構成要素とつながるように設計されたネットワーク基盤構成要素(network infrastructure component)に関するものである。本発明はさらに、このようなネットワーク基盤構成要素を複数備えたネットワークシステム、およびこのようなネットワークシステムの使用に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ネットワーク基盤構成要素は、その結合機能によりノードとも称するが、複数のネットワーク基盤構成要素が間接的または直接的に相互結合されたネットワークを構成可能である。この場合、複数のネットワーク基盤構成要素は、結合された少なくとも１つの機能群とつながるように設計することができる。
【０００３】
たとえばこのようにして、配電ネットワーク（いわゆるグリッドとも称する）等の供給ネットワーク（メッシュ型ネットワークまたはメッシュとも称する）を実現することができる。このような供給ネットワークは、需要に応じてネットワーク媒体（あるいは複数のネットワーク媒体）を配分するように構成することができる。ネットワークの参加者としては、たとえば発電機、送電端、受電端、消費先(consumer)、バッファ、電力貯蔵器等が挙げられる。これらは、いわゆる機能群としてネットワークシステム（ネットワーク）に結合することができる。当然のことながら、個々の機能群は、前記役割の複数を時間的に同時または交互に担うことができる。
【０００４】
特許文献１は、発電機、電力貯蔵器、ならびに消費先を管理および制御するモジュール式インターフェース装置（いわゆるスマートグリッドゲートウェイ）を備えた配電ネットワークを開示している。特許文献２は、分散した電気供給源を集約するシステムを開示している。特許文献３は、相互に結合されたエネルギー生成、貯蔵、および／または消費ユニットの制御システムおよび方法を開示している。特許文献４は、車両を配電ネットワークに結合するシステムを開示している。
【０００５】
配電ネットワークの実現には、様々な手法が知られている。一例として、公共配電ネットワークにおいては、異なる電圧レベルの異なる送電端から配電ネットワークに供給された電気エネルギーが異なる電圧レベルの消費先に供給される。消費先としては、たとえば家庭や、需要が大きく発散する大小の営利企業等が挙げられる。発電機側としても、たとえば風力発電設備、太陽光発電プラント、バイオガス設備、熱電併給プラント、水力発電プラント、大規模発電プラント、原子力発電プラント等、範囲が幅広くなることが多く、それぞれに特有の出力範囲を有し、連続的な給電または多かれ少なかれ変動を伴った給電ができる。
【０００６】
また、発電機側および消費先側の特性に合わせて、配電ネットワークには、たとえば変電所を介して相互に結合することができる異なる電圧レベルが存在する。電圧レベルとしては、たとえば超高電圧、高電圧、中電圧、および低電圧が挙げられる。発電機と消費先間の平衡を維持するには、たとえば消費に応じて容量を接続または切断することができる要素を設ける必要がある。このようなネットワーク管理は、たとえば昼夜変動または季節変動等の経験値を基準とすることができる。ただし、消費先が配電ネットワークに結合されて電力を要求する前にその需要を正確に検出することはできない。このため、自然発生的なピーク負荷を吸収するクッションを提供するには、配電ネットワークで予備電源を常に利用できるようにしておく必要がある。
【０００７】
ただし、配電ネットワークは、たとえば電動車両または充電式バッテリを備えた「ネットワーク独立」動作の工具の場合等、より小さな規模においても実現することができる。電動車両としては、たとえば電動自転車、いわゆるペデレック、純粋な電気駆動またはいわゆるハイブリッド駆動の自動車、たとえばリフティングトラックまたはフォークリフトトラック等の産業用車両等が挙げられる。ネットワーク独立の手工具は、たとえばコードレスのネジ回しまたはコードレスのドリルとして知られている。ネットワーク独立エネルギー供給用のほぼすべての既知のシステムは、いわゆるプロプライエタリシステムとして設計されている。すなわち、システムの構成要素は通常、システム固有、特に製造業者固有に設計されている。換言すれば、異なるシステムのエネルギー消費先またはエネルギー貯蔵器を相互に結合することによって、たとえば利用可能な残留エネルギーをシステム間で伝送することはできない。
【０００８】
さらに、インテリジェント配電ネットワーク（いわゆるスマートグリッド）に関しては、初期の手法が知られている。このような手法として、実際の配電ネットワークと同時にデータネットワークを構築することにより、発電機と消費先間で運用データを交換できるようにしたものがある。スマートグリッドの場合は、一例として、現在の需要の低下により電気料金が（瞬間的に）下落する場合に、住宅用技術を意図的に消費先として配電ネットワークに結合することができる。ただし、スマートグリッドシステムには、上位の中央制御構造が必要である。構造上の規定は、さらなる柔軟化の障害となる。
【０００９】
電気の伝導およびデータの伝導を一括して適用する別の例として、移動体用、特に小型移動車両用のいわゆるEnergyBus規格がある。この規格の目的は、関連するシステム構成要素の規定を与えることによって、電動車両の駆動システムをプロプライエタリから「オープン」に移行させることである。このため、たとえば製造業者間の互換性が実現されるように、エネルギー貯蔵器および充電スタンドを標準化しようとしている。
【００１０】
EnergyBus規格の場合は、充電プロセスおよび出力を制御するように設計された制御システムをエネルギー貯蔵器自体が有している。このように、EnergyBus規格の場合は、たとえば複数のエネルギー貯蔵器（バッテリ）を相互並列に結合することができる。また、EnergyBus規格に適合したシステムは、一定の限度内で拡張可能である。
【００１１】
情報技術の分野においても、（電気）エネルギーおよびデータの両者をネットワークで伝送可能な種々規格が知られている。たとえば、ユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）規格およびパワーオーバーイーサネット（登録商標）（ＰｏＥ）規格等が挙げられる。ただし、これらのシステムでは、データの伝送に対してエネルギーの伝送が弱くなる。このような規格では、エネルギー供給に実質的に役立つネットワークを構成できない。
【００１２】
電気供給およびデータ伝送用バス状ネットワークに関する他の手法は、自動化技術および車両技術において見受けられる。特に、車両分野においては、規格がほとんど確立されていない。車載ネットワークに結合された消費先の最大出力は、たとえば車両固有に大きく変動し得る。その結果、電圧降下、過負荷、ヒューズの作動、またはより広範囲にわたる車両電子機器の損傷が日常的に頻発する可能性がある。
【００１３】
エレクトロモビリティの分野においては、他の課題もある。市場への浸透が深まると、公共配電ネットワークにおいて、より顕著な変動が発生すると考えられる。これは、高い空間密度で複数の電動車両を配電ネットワークから同時に充電しようとする場合に特に当てはまる。従来の配電ネットワークの観点では、たとえば過負荷が差し迫っている場合でも他の消費先の結合を阻止することはできず、その結果、特定の状況下においては、その後生じた過負荷によりネットワークが破綻するのみである。
【００１４】
この問題を回避可能な１つの方法として、たとえば全バッテリユニットを交換式にするとともに、対応する「給電スタンド」での交換に利用できるようにしておくことが考えられる。ただし、このような手法には、電動車両の既知のバッテリユニットが原則として、車両固有または製造業者固有に設計されている、という欠点がある。
【００１５】
同様に、たとえば市販されているネットワーク独立の電動工具の場合、ある製造業者の類似装置間で交換できるのは、せいぜい充電式バッテリ程度である。原則として、製造業者間では、規格および接続特性が異なっている。
【００１６】
たとえば電動車両に必要な出力範囲を網羅できるように、バッテリユニットにおいては通常、非常に多くの（充電式バッテリ）セルが相互に結合されている。個々のセルは統計上、その寿命にわたって、故障および性能低下の可能性がある。相互直列に接続されたセルの場合は特に、個々のセルのレベルで故障または出力損失があると、バッテリユニット全体の出力損失、または故障が発生する可能性さえある。
【００１７】
消費者は、電動車両またはネットワーク独立動作可能な手工具の購入に伴い、エネルギー貯蔵器に関する単一の製造業者との強制的な関係に至ることが多い。エネルギー貯蔵器は単に、電気エネルギーを特定の方法で利用可能にすることを目的としているに過ぎない、という事実にも関わらず、非常に多くの製造業者固有の接点、形状、および類似の境界条件によって、実に多様な部品が必要となる。これには、それ相応の高い生産コストおよび物流コストが伴う。
【００１８】
製造業者の観点では、プロプライエタリなエネルギー貯蔵システムの場合、様々な不都合が生じる。エネルギー貯蔵器は、特に市場の承認を得るため、機械的負荷試験に合格しなければならない。特にリチウムイオンを用いたバッテリの場合、機械的損傷によって、火災の危険が生じる恐れがある。変異型の数が増えると、それに伴って、連続生産の適性を証明するための測定および試験の費用も増大する。
【００１９】
たとえば異なる製造業者の充電器およびバッテリユニット等、相互に電気的非互換性であるシステムが存在する場合は、機械的にも非互換性とすることによって、このような装置の不用意な結合を回避するのが望ましい場合もある。ただし、このような間接的な結合では、第１にバッテリユニットが完全に充電されず、第２に火災の危険に至る損傷がバッテリおよび装置の両者において発生し得る、という影響がある。バッテリユニットの多様な用法がさらに広がると、特定種類のバッテリの危険物としての分類も表面化してくる。この点について、たとえばリチウムイオンバッテリの場合は、その容量または重量に応じて、特に発火の危険性に焦点を当てた様々な輸送および貯蔵規則が存在する。
【００２０】
ただし、既存のエネルギー貯蔵器の前記非互換性には、たとえば製造業者、卸売業者、小売業者、さらには消費者がそれぞれの環境において、需要の観点から実際に必要とされるよりも多くのエネルギー貯蔵器を維持および使用する、という実際的な影響がある。
【００２１】
この点について、たとえば物流サービス業者は、製品固有のバッテリユニットを多数確保し、必要に応じて供給しなければならない。ただし、バッテリパックは、あまりに長い時間にわたって保管すると深放電してしまう独自の特性を有する可能性がある。これには、後々の使用時における出力損失、または全面的な不具合が伴う可能性さえある。保管寿命を維持するのに必要となる場合がある充電プロセスを用いると、物流コストひいてはシステムコストがさらに高くなってしまう。
【００２２】
最後に、前記のような実に多様な変異型および異なるバッテリユニットの非互換性は、ライフサイクルの最後においても不都合となる。第１に、バッテリパックは、需要が多くて高価な素材を含む。第２に、上述の問題は、リサイクルの場合にもやはり起こり得る。
【００２３】
一般的に、既知の電力供給ネットワーク、特にバッテリユニットを本質的に組み込んだネットワークは、様々な不都合が生じると言える。たとえばスマートグリッドネットワークまたはEnergyBusネットワーク等の高度なネットワークであっても、純粋に需要に適合した調整および制御を行うことはできない。むしろ、このようなネットワークであっても、主に上位の中央要素による制御に関して、相対的に厳しい制限を受ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２４】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／００８８９０７ Ａ１号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２００８／００５２１４５ Ａ１号明細書
【特許文献３】独国特許出願公開第１０２００９ ０４４ １６１ Ａ１号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００９／００３０７１２ Ａ１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
このような背景に対して、本発明は、柔軟に拡張可能で、構成要素の高い互換性を有し、特に新興のエレクトロモビリティならびに分散（再生）エネルギー供給システムおよび貯蔵システムの供給ネットワーク構造への組み込みの結果として生じる課題を満足することができる供給ネットワークの柔軟な構成および構造化を可能とするネットワーク基盤構成要素と、複数の前記ネットワーク基盤構成要素を備えたネットワークシステムとを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明が対処する問題は、別のネットワーク基盤構成要素に接続するための少なくとも１つの接点ユニットと、機能群を結合するための少なくとも１つの結合モジュールとを備え、少なくとも供給レベルにおいて結合された機能群と通信するように設計され、複数のネットワーク基盤構成要素から成るネットワークによって、複数の機能群を連結する自己構成ネットワークシステムが生成可能となるように、少なくとも前記供給レベルおよび／またはデータレベルにおいて少なくとも１つの別のネットワーク基盤構成要素と通信するように設計されたネットワーク基盤構成要素によって解決される。
【００２７】
本発明が対処する問題は、このようにして完全に解決される。
【００２８】
ネットワーク基盤構成要素（簡易的にノードとも称する）は、ネットワークシステム（簡易的にネットワークとも称する）における節点の機能を提供することができる。このような節点は、別の節点（ネットワーク基盤構成要素）と通信でき、これによって、ネットワークシステム全体は、自己管理または自己制御と近似または同一視できる機能を提供できる。ネットワーク基盤構成要素に結合された機能群は、前記ネットワーク基盤構成要素にのみ物理的に接続されているが、個々のネットワーク基盤構成要素が相互にデータ交換することができることから、ネットワークシステムの別のネットワーク基盤構成要素からも間接的に認識することができる。
【００２９】
機能群としては、たとえば発電機、貯蔵器、受電端、または消費先が挙げられるが、さらには（外部）ネットワークとの結合器も挙げられる。当然のことながら、たとえば一時的に消費先、貯蔵器、および／または発電機となることができる機能群等の混合形態も考えられる。
【００３０】
換言すれば、ネットワーク基盤構成要素は、ネットワークシステムの「プラグ」の機能を提供することができる。ただし、このような「プラグ」は、無分別にシステムに接続するのではなく、たとえばネットワークシステムの結合された機能群を記述できるデータを直接的または間接的に隣接するプラグと交換することができる。
【００３１】
「プラグ接続」を接点ユニットおよび結合モジュールに細分割すると、ネットワーク基盤構成要素に接続する構成要素が正確に割り当てられるようになる。ネットワークシステムの「インテリジェンス」は、各接点ユニットによって相互に接続された複数のネットワーク基盤構成要素により、ネットワーク内部で実現することができる。
【００３２】
ネットワーク基盤構成要素が運用パラメータの制御、特に前記供給レベルにおける負荷制御を行う制御装置を備えていればさらに好ましい。
【００３３】
制御装置は、供給レベルにおける結合された機能群の通信を望ましい態様で制御することができる。これには、たとえばネットワークシステムへの供給またはネットワークシステムからの引き出しを含むことができる。
【００３４】
制御装置はさらに、データレベルにおいて、別の結合されたネットワーク基盤構成要素と消費データ、容量、出力要求、出力規定等の運用パラメータを交換するように設計することができる。
【００３５】
当然のことながら、ネットワーク基盤構成要素の制御装置は、別の結合されたネットワーク基盤構成要素の制御タスクも実行することができる。あるいは、調整を目的とした相互の交換を実行することができる制御装置が（内部）制御を行うネットワーク基盤構成要素をネットワークシステムにのみ設けることも考えられる。
【００３６】
別の構成によれば、制御装置は、特に前記供給レベルおよび／または前記データレベルにおいて、前記結合された機能群の特性データを検出するようにさらに設計されている。
【００３７】
このように、ネットワーク基盤構成要素は、データレベルにおいて、結合された機能群とも通信することができる。一例として、制御装置には、機能群の識別データを供給することができる。さらに、制御装置は、負荷制御において、たとえば静的または動的な運用パラメータを考慮に入れることができる。
【００３８】
ネットワークシステムにおいて、ネットワーク基盤構成要素は、それぞれの結合された機能群の特性データに関する交換を実行することができる。これに付随して、ネットワークシステムの供給レベルにおける調整された負荷制御が生じる可能性がある。ただし、この制御は、個々のネットワーク基盤構成要素またはすべてのネットワーク基盤構成要素の分散した制御装置が実行する。
【００３９】
結果として、ネットワークシステムは、自律的に独立して制御可能である。特に、中央負荷制御を実行する上位のスーパーバイザおよび制御要素は不要である。
【００４０】
別の構成によれば、制御装置は、前記制御において、少なくとも１つの別の接点ネットワーク基盤構成要素の運用パラメータを考慮に入れるように設計されている。
【００４１】
この手段により、負荷制御用のデータベースを拡大することができる。換言すれば、ネットワーク基盤構成要素の制御装置の場合のデータ交換により、一例として、直接結合されていない遠隔機能群によるネットワークシステムの負荷が「可視化」または「模擬」できるようになる。このようにして、ネットワークシステムの分散した個々の機能群に起因する総負荷を考慮した統合負荷制御を実行することができる。オープンで柔軟かつ拡張可能な「有機」システムを実現することができる。
【００４２】
別の構成によれば、制御装置は、前記データレベルにおける検出した運用パラメータを少なくとも１つの別の接点ネットワーク基盤構成要素に伝達するように設計されている。
【００４３】
このように、それぞれの制御装置に関して「受動的」または「能動的」であり、たとえば隣接するネットワーク基盤構成要素によって制御されるか、または隣接するネットワーク基盤構成要素に対して制御の影響を及ぼすネットワーク基盤構成要素を提供することが考えられる。当然のことながら、「受動的なネットワーク基盤構成要素」または「能動的なネットワーク基盤構成要素」の分類は、プログラムのレベルで論理的にできるか、または対応する構成要素を提供することによって構造的にできる。
【００４４】
一発展形態によれば、ネットワーク基盤構成要素は、少なくとも１つのセンサー要素、特に温度センサーおよび／または加速度センサーをさらに備え、前記少なくとも１つのセンサー要素が制御装置によりアドレスできる。
【００４５】
このように、別のデータを検出して、ネットワークシステムの負荷制御に利用することができる。特に、潜在的に有害な運用条件を識別することができる。一例としては、加速度センサーによって機械的損傷を識別することができ、ネットワークシステムに影響を及ぼす作用によって、結果的な損傷を回避することができる。このように、たとえば電動車両の場合は、事故の後に自動監視放電プロセスを起動することができる。
【００４６】
温度センサーは、たとえばネットワーク基盤構成要素または結合された機能群の現在の負荷を推定可能なデータを検出することができる。さらに、温度を検出することによって周囲条件を推断可能であり、これに応じて負荷制御を適応させることができる。この点については、使用可能なバッテリ容量が周囲温度によって決まり得ることも知られている。
【００４７】
好適な一発展形態において、ネットワーク基盤構成要素は、補助エネルギーレベル、特に補助電圧レベルにおいて、少なくとも１つの別のネットワーク基盤構成要素および／または前記結合された機能群とつながるようにさらに設計されている。
【００４８】
この手段により、「ウェイクアップ機能」を実現することができる。補助電圧レベルによれば、たとえば制御装置、センサー要素、別のネットワーク基盤構成要素、および結合された機能群側の同等な構成要素に動作電圧を供給可能である。たとえばこのようにして、供給レベルにおけるネットワーク媒体の伝導前に、ネットワークシステムの特性データおよび運用パラメータを検出ならびに評価することができる。その結果、一例として、差し迫っているネットワークシステムの過負荷が実際に発生する前に、過負荷を識別することができる。これにより、ネットワークシステムの運用信頼性をさらに向上することができる。試行錯誤法では、発生の可能性がある過負荷を運用の最中に認識することはできないため、ネットワークシステムの拡張または再設定を行う必要はない。
【００４９】
別の構成によれば、ネットワーク基盤構成要素は、ユーザ用の認証ユニットを備え、前記認証ユニットが特に、前記制御装置に結合されている。
【００５０】
また、ネットワーク基盤構成要素が認証ユニットを備え、そのデータが、結合された別のネットワーク基盤構成要素の制御装置に供給されることも考えられる。
【００５１】
認証ユニットは、ロールベースまたはルールベースのアクセス制御が可能であってもよい。ネットワークシステムの運用および／またはより拡張的な入力または変更の実施は、権限を与えられたユーザグループのみができる。この点については、権限のないユーザによる他のネットワーク基盤構成要素の手動追加を防止するため、既存のネットワークシステムを「固定」することも考えられる。
【００５２】
認証は、たとえばキーベースに実行することができる。認証は、たとえばＲＦＩＤキーによって、実質的に非接触で実行するのが好ましい。
【００５３】
別の設計によれば、制御装置は、ルールベースのアクセス権をユーザに与える。
【００５４】
このように構成されたアクセス権によれば、たとえば制御装置ひいては権限を与えられたユーザによる負荷制御における手動介入が可能となる。この認証は、たとえば認証ユニットまたはネットワーク基盤構成要素に結合された機能群によって実行することができる。これには、たとえば無線または有線で結合モジュールに接続されたサーバーを含むことができる。当然のことながら、ネットワークシステムは原則として、内部自律負荷制御を有することができる。ただし、外部からの割り込み監視または制御介入を阻止するものではない。
【００５５】
別の設計によれば、制御装置は、前記結合された機能群に対する負荷制限および／または負荷切断を実行するように設計されている。
【００５６】
このように、特に取得した特性データまたは運用パラメータの評価において、「ソフトウェア保護」を実現することができる。特に、差し迫った損傷の場合、または潜在的な危険がある場合でさえ、ネットワークシステムが自動的に機能群を切断または分離できることが推奨される。
【００５７】
別の構成によれば、前記データレベルにおける前記少なくとも１つの別のネットワーク基盤構成要素および／または前記結合された機能群との通信が、無線データ伝送、好ましくは電磁波、より好ましくはＲＦＩＤ技術によって実行される。
【００５８】
一例として、機能群および／またはネットワーク基盤構成要素は、特に各接点ユニットまたは結合モジュールの領域において、それぞれの結合相手が読み出しできるＲＦＩＤトランスポンダを有することができる。トランスポンダは、たとえば能動的または受動的なトランスポンダとして構成することができる。
【００５９】
たとえばこの点について、結合する機能群のＲＦＩＤトランスポンダには、組み込まれる負荷がネットワークシステムで管理可能であるか否かをネットワーク基盤構成要素が評価できるようにする接続データおよび特性値を格納することができる。
【００６０】
さらには、接続の両側、たとえば２つのネットワーク基盤構成要素間またはネットワーク基盤構成要素と機能群間において、トランスポンダおよびリーダーをそれぞれ設けることにより、必要に応じて両方向に高値データを交換できるようにすることも考えられる。これは、たとえば複信動作または順次動作により実行することができる。
【００６１】
データレベルにおける無線通信によれば、供給レベルとデータレベルとを一貫して分離可能であり、誤った接点接続、プラグ不具合等の危険性をさらに減じることができる。当然のことながら、トランスポンダおよび／またはセンサーは、結合部に直接設置できるが、直接の（電気的）接点接続は不要である。
【００６２】
別の構成によれば、ネットワーク基盤構成要素は、ネットワーク基盤構成要素ならびに各結合モジュールおよび／または各接点ユニットを一意に識別可能な識別ユニットをさらに備えている。
【００６３】
このように、大規模な分散システムにおいて、（当初は）接続形態が未知であっても、各部分要素は一意に識別可能およびアドレス可能である。その結果、手動介入なく割り当て表またはプロトコル表を生成することができる。また、外部監視も簡素化される。
【００６４】
本発明が対処する問題はさらに、供給レベルにおいてネットワーク媒体を移送するように設計された供給用分散ネットワークシステムにおいて、前記態様のいずれかに記載の複数の結合されたネットワーク基盤構成要素を備えたネットワークシステムにより解決される。
【００６５】
原則として、ネットワーク媒体の選定に関する制約はない。ネットワーク媒体としてはたとえば電気エネルギーが挙げられ、供給レベルは、特にＤＣ電圧ネットワークとして設計することができる。特に、少なくとも一部が電気エネルギー貯蔵器、特に充電式バッテリまたはバッテリユニットによって供給されるネットワークシステムの場合は、ＤＣ電圧ネットワークが推奨される。
【００６６】
あるいは、ネットワーク媒体としては、たとえば水、ガス、圧縮空気、オイル、さらには、たとえば水蒸気もしくは温水といった熱のまたはたとえば低温の空気といった冷気等のエネルギー形態等が挙げられる。
【００６７】
ネットワークシステムは、著しい制約なく、いかなる所望の接続形態も仮想的に有することができるため都合が良い。ネットワーク基盤構成要素は、たとえば直列、リング状、メッシュ状、または混合形態で連結することができる。特に、ネットワークシステムがメッシュ型ネットワークとして具現化されていれば好ましい。すなわち、各ネットワーク基盤構成要素がその他すべてのネットワーク基盤構成要素と直接的または間接的に接続されていれば好ましい。さらには、少なくとも一部が冗長な接続が存在していると特に都合が良い。換言すれば、別のネットワーク基盤構成要素の観点から、少なくとも２つ以上の考え得る経路で任意のネットワーク基盤構成要素に到達できれば好ましい。
【００６８】
このようなネットワークシステムは、自己初期化および自己構成を高くすることができる。この能力は、「アドホック」機能とも称することができる。既知のスマートグリッドシステムとは対照的に、必須の制御用上位要素を省略することができる。結合する機能群の特性データを検出可能であれば、いわゆる「プラグアンドプレイ」機能が可能となる。動作中のネットワークシステムに対しては、悪影響、障害、または構成要素の潜在的な不具合の恐れなく、新たなネットワーク基盤構成要素および／または新たな機能群を結合することができる。
【００６９】
ネットワークシステムの一発展形態によれば、ネットワーク基盤構成要素は、いずれの場合にも、消費先、供給元、および／または貯蔵器として設計された少なくとも１つの機能群に結合することができる。
【００７０】
この結合は原則として、間接的または直接的に実行することができる。当然のことながら、ネットワーク基盤構成要素には、たとえば複数のエネルギー貯蔵器の組み合わせ等の機能群の部分構造も結合することができる。
【００７１】
当然のことながら、機能群は、時間的に同時または連続して、消費先、供給元、および／または貯蔵器の特性を有することができる。
【００７２】
機能群としては、たとえば充電式バッテリ、バッテリパック、発電機、モーター、キャパシタ（たとえばスーパーキャパシタ）、さらには監視を目的とした監視ユニット等が挙げられる。特に、消費先および供給元の両者がシステムに存在する場合は、ネットワーク媒体に関して完全な自律となることができる。ただし、当然のことながら、少なくとも１つの機能群は、ネットワークシステムを別のネットワークシステム、たとえば公共配電ネットワークに結合するように設計することができる。
【００７３】
さらに、当然のことながら、実質的に「拡張」として設計された機能群を設けることもできる。この場合は、その機能群が拡張機能も提供するのであれば特に都合が良い。これは、機能群に付随するケーブルおよび／または導体を記述した特性データを提供することによって構成することができる。特性データは、たとえば個々のネットワーク基盤構成要素および／またはネットワークシステムによるアクセスができる。このような特性データとしては、たとえば導体断面積、導体および／または絶縁の材料、長さ、熱安定性、耐化学性等が挙げられる。このように、ネットワークシステムは、たとえばライン抵抗（導体の抵抗率）、機械的安定性等の情報を取得し、これによって、制御および調整に影響を及ぼすことができる。
【００７４】
ネットワークシステムの一発展形態によれば、運用パラメータおよびサービスデータの観測および検出が可能な外部監視システムに対して、少なくとも一時的に、少なくとも１つのネットワーク基盤構成要素を結合することができる。
【００７５】
監視システムは、外部からの監視および制御を可能とすることができる。また、監視システムは、たとえばネットワークを用いて構成でき、ネットワークシステムに対する遠隔アクセスを可能とする。
【００７６】
別の設計によれば、ネットワークシステムは、前記結合されたネットワーク基盤構成要素を接続するラインシステムをさらに備えている。
【００７７】
当然のことながら、ラインは、物理的かつ構造的あるいは論理的かつ仮想的に具現化することができる。
【００７８】
前記構成の一発展形態によれば、ラインシステムは、前記ネットワーク媒体用の供給ネットワークと、通信データ用のデータネットワークとを備えている。
【００７９】
あるいは、たとえば変調によって、通信データ等をネットワーク媒体に伝送することも考えられる。
【００８０】
一発展形態によれば、ネットワークシステムは、補助エネルギーネットワーク、特に補助電圧ネットワークをさらに備えている。
【００８１】
ネットワークシステムは、ネットワーク基盤構成要素と結合された機能群との間に、少なくとも１つの変換ユニット、特に電圧変換器を備えているのが好ましい。
【００８２】
変換ユニットは、たとえばスイッチング制御装置、整流器、インバータ、変圧器等によって具現化することができる。
【００８３】
特にこのようにして、異なるネットワーク媒体を要するネットワーク基盤構成要素をネットワークシステムにおいて組み合わせることができる。これは、たとえばバッテリユニットおよび電気消費先の動作電圧に適用することができる。たとえばこのようにして、少なくとも１つの変換ユニットにより、直接結合すると損傷を招く異なる定格電圧を有するバッテリユニットで消費先に給電することができる。
【００８４】
原則として、消費先および供給元がいずれの場合にも変換ユニットによって適応可能となるように、ネットワーク媒体が実質的に一定のネットワーク電圧を有していれば好ましい。
【００８５】
別の構成によれば、ネットワークシステムの少なくとも１つの結合された機能群は、前記ネットワーク基盤構成要素のうちの１つの制御装置に供給することができる特性データの可読表現を提供する。
【００８６】
これには、たとえば、いずれの場合にも個々の機能群に格納される前記機能群の電気接続データの一覧を含むことができる。
【００８７】
好適な一構成において、ネットワーク基盤構成要素は、分散ネットワークシステム全体の統合負荷制御を提供する。
【００８８】
これには、たとえば電圧制御、電流制御、または組み合わせ制御を含むことができる。また、統合負荷制御は、供給レベルおよび／または補助電圧レベルに関連付けることができる。
【００８９】
特に、ネットワークシステムの各ネットワーク基盤構成要素の各接点ユニットおよび各結合モジュールを一意に識別することができれば好ましい。
【００９０】
さらに、たとえば特性データに格納された識別データによって、機能群自体も一意に識別することができれば好ましい。
【００９１】
ネットワークシステムの一発展形態によれば、異なる供給ライン、特に電気エネルギー用ラインおよび熱エネルギー用ラインの組み合わせによって具現化された複数の供給レベルが設けられている。
【００９２】
電気エネルギーの生成には、熱エネルギーの生成を伴うことが多い。その結果、需要に適合して、ネットワークシステムにより両エネルギー形態を配分することができる。
【００９３】
あるいは、たとえば高効率が得られる温度範囲においてネットワークシステムの消費先、エネルギー貯蔵器、またはその他の構成要素を動作させるため、供給レベルを冷媒レベルとして実装することも考えられる。この背景に対しても、ネットワーク基盤構成要素の場合には、熱センサーを設けることが推奨される場合がある。
【００９４】
別の構成によれば、ネットワークシステムの場合は、ネットワーク基盤構成要素に結合されるとともに充電式エネルギー貯蔵器として設計された複数の機能群が設けられ、前記ネットワークシステムが貯蔵器管理を提供している。
【００９５】
たとえばこの点について、可能な限り均一に、エネルギー貯蔵器に負荷を掛ける手段が考えらえる。一例として、複数のエネルギー貯蔵器の場合であっても、類似もしくは同一の充電状態または放電状態をいずれの場合にも追求することが可能である。ネットワークシステムは、たとえば特性データおよび／または寿命によって決まる性能が異なる様々なエネルギー貯蔵器を結合可能である。監視および能動的駆動を組み合わせれば、エネルギー貯蔵器から成る異種ネットワークの場合であっても、最大出力を与えることができる。
【００９６】
特に、前記態様のいずれかに記載のネットワークシステムは、少なくとも一部が電気駆動の車両の駆動に使用するのが好ましい。
【００９７】
さらに、上述のネットワークシステムのうちの１つは、再生エネルギー供給システムとして使用すると都合が良い。
【００９８】
このように、生成、貯蔵、提供、配分、および消費を含む供給チェーン全体は、統合制御により監視および制御することができる。
【００９９】
また、上述のネットワークシステムのうちの１つは、ネットワーク独立の電動工具の動作に使用することがさらに推奨される。当然のことながら、任意の種類の電動装置に対する実質的に自律した給電も実行することができる。
【０１００】
さらに、上述のネットワークシステムのうちの１つは、外部ネットワークに対するバッファ貯蔵器として使用すると都合が良い。
【０１０１】
特に、たとえば所与の外部ネットワーク電圧特性をシステム内部電圧特性に変換することができる変換ユニットが設けられている場合は、このネットワークシステムを広く使用することができる。特に、各外部ネットワークに対して、たとえば個々のネットワーク基盤構成要素または機能群（たとえばエネルギー貯蔵器等）といったシステム構成要素を狙い通りに適応させる必要はない。高い互換性を確保することができる。バッファ貯蔵器として使用すると、ネットワークでの負荷スパイクを滑らかにすることができ、供給の信頼性向上に寄与する。この点については、バッファ容量を用いることにより、料金および需要変動に応じて外部ネットワークに対するエネルギーの引き出しまたは供給を行うことができる。
【０１０２】
また、上述のネットワークシステムのうちの１つは、エネルギー貯蔵器を交換する交換スタンドとして使用するのも非常に都合が良い。
【０１０３】
ネットワークシステムは、広い限度内で拡張可能である。自己構成能力によって、エネルギー貯蔵器の「インテリジェント」管理が可能となる。ネットワークシステムは、結合されたエネルギー貯蔵器を検出して、狙い通りに充電および／または放電することができる。その結果、たとえば放電したエネルギー貯蔵器を任意のインターフェース（結合モジュール）に結合することができる。充電プロセスは、ルールベースおよび／または階層ベースに実行することができ、たとえば、特定のエネルギー貯蔵器を選択的または低優先度で充電することができる。その結果、短時間で優先的に充電したエネルギー貯蔵器をユーザに提供して、さらに使用することができる。
【０１０４】
当然のことながら、上述した本発明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。
【０１０５】
本発明のその他の特徴および利点については、図面の参照に基づく以下の複数の好適な実施形態の説明により明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】複数のネットワーク基盤構成要素を備えたネットワークシステムの簡略部分を示す模式図である。
【図２ａ】異なる接続形態のネットワークシステムの非常に簡略化した図である。
【図２ｂ】異なる接続形態のネットワークシステムの非常に簡略化した図である。
【図２ｃ】異なる接続形態のネットワークシステムの非常に簡略化した図である。
【図３】ネットワークシステムの別の簡略部分を示す模式図である。
【図４ａ】異なる構成のネットワーク基盤構成要素の簡略基本図である。
【図４ｂ】異なる構成のネットワーク基盤構成要素の簡略基本図である。
【図４ｃ】異なる構成のネットワーク基盤構成要素の簡略基本図である。
【図５】供給用ネットワークシステムの簡略模式図である。
【図６】別の供給用ネットワークシステムの簡略模式図である。
【図７】ネットワーク基盤構成要素の模式図である。
【図８】変換ユニットによりネットワーク基盤構成要素に結合された機能群の非常に簡略化した模式図である。
【図９】相互に連結された２つのネットワーク基盤構成要素の非常に簡略化した図である。
【図１０ａ】ネットワークシステムの運用パラメータに関する図である。
【図１０ｂ】ネットワークシステムの運用パラメータに関する図である。
【図１１ａ】相互に結合されるとともに機能群がいずれの場合にも結合されたネットワーク基盤構成要素を示す簡略模式図である。
【図１１ｂ】充電および放電プロセスの考え得る時間プロファイルを示す簡略図である。
【図１１ｃ】充電および放電プロセスの考え得る時間プロファイルを示す簡略図である。
【図１２ａ】特性負荷およびその複数の貯蔵要素間での分割の時間プロファイルを示す簡略図である。
【図１２ｂ】特性を図１２ａおよび図１２ｃで図式的に示すエネルギー貯蔵器の運用データブロックを示す図である。
【図１２ｃ】特性負荷およびその複数の貯蔵要素間での分割の時間プロファイルを示す簡略図である。
【発明を実施するための形態】
【０１０７】
図１は、複数のネットワーク基盤構成要素１２が結合したネットワークシステム１０の簡略模式図である。ネットワーク基盤構成要素１２ａは、模式的に示している。また、これに結合されたネットワーク基盤構成要素１２ｂおよび１２ｃは、いずれの場合にも一部のみを抜粋して描写している。
【０１０８】
ネットワーク基盤構成要素１２ａは、複数の接点ユニット１４ａ、１４ｂ、１４ｃを備えている。各接点ユニット１４ａ、１４ｂ、１４ｃは、ネットワーク基盤構成要素１２ａを別のネットワーク基盤構成要素１２に結合するように設計されている。この結合は、たとえばプラグコネクタにより直接的に実行することができる。さらに、複数のネットワーク基盤構成要素１２を連結する際に空間距離を乗り越える必要がある場合には特に、ラインコネクタ等を設けることも考えられる。たとえばラインやケーブル等の抵抗率またはその他の特性データに関する情報を取得するため、前記ラインやケーブル等がネットワークシステム１０において「既知」であれば特に都合が良い。図１の接点ユニット１４ｂは、現在のところ割り当てられていない。
【０１０９】
当然のことながら、ネットワーク基盤構成要素１２（ノードとも称する）は、構造的および／または論理的に構造化ならびに規定することができる。この点について、ネットワーク基盤構成要素１２は、たとえば異なる連結用接点接続を有するように寸法が規定され、いわゆる多方向プラグソケットまたは分電ボックスと同等なプラグインモジュールとして設計することができる。
【０１１０】
ただし、ネットワーク基盤構成要素１２の規定に際しては、全体的な幾何学形状を大きくできるように、たとえばラインやケーブル接続等を含むことも考えられる。当然のことながら、ネットワーク基盤構成要素１２は、それぞれの機能構造的な構成要素および特定の機能の提供によって実質的に特徴付けることができる。この点に関しては、ネットワーク基盤構成要素１２の外部設計のみを限定的に考慮すべきではない。特に、ネットワーク基盤構成要素１２の少なくとも１つの接点ユニット１４および少なくとも１つの結合モジュール１６は、相互にある空間距離を隔てるとともに、ネットワーク基盤構成要素１２に対して同様に割り当てられるラインによって接続することができる。これは、要素間の規定された通信が様々な規定レベル（供給レベル、データレベル、補助電圧レベル（以下でより詳しく説明する））で発生し得る、という事実によって可能となる。
【０１１１】
図１に係るネットワーク基盤構成要素１２は、機能群１８を結合する結合モジュール１６をさらに備えている。機能群１８は、部分的に図示しているに過ぎない。当然のことながら、ネットワーク基盤構成要素１２の場合は、１つまたは複数の結合モジュール１６を設けることができる。
【０１１２】
一例として、ネットワーク基盤構成要素１２ａは、供給レベル２０、データレベル２２、および任意選択として補助電圧レベル２４で通信するように設計されている。これは、たとえば供給ライン２４、データライン２６、および任意選択として補助電圧ライン２８を含むことによって実現することができる。ここでは、レベル２０、２２および２４を簡略記号（円、四角、三角）で示している。
【０１１３】
さらに、ネットワーク基盤構成要素１２ａは、少なくとも供給レベル２０において統合制御、特に負荷制御を実現することができる制御装置３２を備えることができる。
【０１１４】
複数のネットワーク基盤構成要素１２によって、柔軟に拡張可能かつ自己制御可能な態様で堅牢に動作することができるとともに高い機能信頼性で安定して動作することができるネットワークシステム１０を実現可能である。このようなネットワークシステム１０は、特に静的な供給ネットワークへの接続が必ずしも必要ではないことから、移動体用途に適している。
【０１１５】
機能群１８としては、たとえばエネルギー貯蔵器、発電機、消費先等が挙げられる。これらは、それぞれがネットワーク基盤構成要素１２に結合されており、原則として、ネットワークシステム１０において任意に配置および分布することができる。
【０１１６】
特に、ネットワークシステム１０が電気エネルギーを供給しており、特に、供給ネットワークが直流ネットワークとして設計されていれば好ましい。これに関連して、ネットワークシステム１０においては、たとえば制御装置３２により負荷制御を実現することが推奨される。負荷制御は、たとえば電圧制御として構成することができる。また、負荷制御は、たとえば個々のネットワーク基盤構成要素１２のレベルで実行することができるが、ネットワークシステム１０全体のレベルでも実行することができる。
【０１１７】
供給レベル２０とデータレベル２２とを組み合わせると、実際のネットワーク媒体（たとえば電気エネルギー）のみならず情報も伝送および配分することによって、拡張機能を提供することができる。これには、たとえば結合した機能群１８の互換性を確認するとともに、その特性データとネットワークシステム１０が提供する性能とを比較する手段を含むことができる。したがって、たとえば機能群１８を安全にネットワークシステム１０に接続することができる。一例としては、確認および調整を実行した後にのみ機能群１８を供給レベル２０に連結することを規定可能である。
【０１１８】
このようなネットワークシステム１０が所与の高い設計自由度においても自動的に自己構成することができ、特に、接続されたすべてのネットワーク基盤構成要素１２および機能群１８を判定することにより、たとえば制御を目的として、所与の境界条件および所要運用パラメータとあわせて現在のシステム構成（接続形態）を決定できると特に都合が良い。これは、通常であれば構成のためにオペレータの介入が必要となる上位の厳正な監視および制御構造を伴わずに実現することができる。
【０１１９】
これとは対照的に、ネットワークシステム１０は、いわゆるプラグアンドプレイシステムとしても動作することができる。すなわち、相対的に高い費用を掛けることなく、既存のネットワークシステム１０に新たなネットワーク基盤構成要素１２および／または新たな機能群１８を追加することができる。新たな構成要素は、自動的に識別および組み込み可能である。
【０１２０】
図２ａ、図２ｂおよび図２ｃは、一例として異なる接続形態のネットワークシステム１０ａ、１０ｂ、１０ｃを示しており、いずれの場合にも、メッシュ接続されたネットワーク基盤構成要素１２と、これらに接続された機能群１８とを備えている。
【０１２１】
図２ａは、線形構成の接続形態を示しており、シリアル接続形態とも称する。図２ｂは、リング状の接続形態を示している。最後に、図２ｃは、リング構造およびバス構造が組み合わされた混合接続形態を示している。図２ｂおよび図２ｃにおいては、図示の理由から、個々のネットワーク基盤構成要素１２および個々の機能群１８の明確な指定を省略している。たとえば、図２ａおよび図２ｃの破断線で示すように、これらの接続形態は、より大きな構造の一部と容易に考えることができる。たとえば、スター型の接続形態等、他の接続形態も考えられる。
【０１２２】
各ネットワーク基盤構成要素１２は、たとえばノードまたはルータと見なすことができる。供給レベル２０と少なくともデータレベル２２とを組み合わせると、データレベル２２によって少なくとも間接的に、供給レベル２０の構造を検出または「マッピング」可能となる。特性データおよび識別データは、たとえばルーティングプロトコルに適合する仕様に対応したいわゆるルーティング表において検出することができる。これにより、個々のネットワーク基盤構成要素１２のレベルおよびネットワークシステム１０全体の（上位）レベルの両者において、ルーティング機能を提供することができる。すなわち、たとえば電気エネルギーの制御伝導および分岐を提供することができる。
【０１２３】
図３は、図１と類似のネットワークシステム１０から抜粋したものであって、ネットワーク基盤構成要素１２ａを模式的に示している。ネットワーク基盤構成要素１２ａは、接点ユニット１４ａによって別のネットワーク基盤構成要素１２ｂに結合されるとともに、接点ユニット１４ｂによって別のネットワーク基盤構成要素１２ｃに結合されている。当然のことながら、ネットワーク基盤構成要素１２ｃ、１２ｂは、ネットワーク基盤構成要素１２ａと同様または同一に構成することができる。ネットワーク基盤構成要素１２ａはさらに、結合モジュール１６によって機能群１８に連結されている。当然のことながら、ネットワーク基盤構成要素１２ａの場合には、複数の結合モジュール１６を設けることもできる。
【０１２４】
一例として、ネットワーク基盤構成要素１２ａの制御装置３２は、異なる制御ユニット３４、３６、３８を備えている。制御ユニット３４は、供給レベル２０において生じる供給ネットワーク４４の監視、制御、および／または調整用に構成することができる。制御ユニット３６は、データレベル２２において生じるデータネットワーク４６を監視、制御、および／または調整するように設計することができる。
【０１２５】
制御ユニット３８は、（任意選択の）補助電圧レベル２４において生じる補助電圧ネットワーク４８を監視、制御、および／または調整するように設計することができる。当然のことながら、制御ユニット３４、３６および３８は、離散的、集約的な実装、または制御装置３２の同じ構成要素による実装さえ可能である。制御装置は、個別の制御ライン４０ａ、４０ｂ、４０ｃによって、供給ネットワーク４４、データネットワーク４６、および／または補助電圧ネットワーク４８への選択的なアクセスまたは介入ができる。
【０１２６】
制御ユニット３２は、少なくとも１つの接点ユニット１４および／または少なくとも１つの結合モジュール１６の構成に少なくとも一部を統合することができる。ネットワーク基盤構成要素１２の場合には、データ格納用のデータストレージユニットをさらに設けることができる。データストレージユニットは、制御装置３２との関連付けまたは結合ができる。このデータストレージユニットにより、たとえばネットワークユニット１０の現在の構成を保存して、オフ状態からの起動（再起動）を簡素化することができる。
【０１２７】
ネットワーク基盤構成要素１２ａは、たとえば周囲条件等の他の運用パラメータを検出するのに役立つ様々なセンサー要素４２をさらに備えている。この点については、たとえば突発性または痙攣性の負荷を識別するように設計された加速度センサー４２ａを設けることができる。このような負荷は、たとえば機械的損傷、落下、事故等を示すことができる。また、潜在的な危険がある場合は、このようなセンサー信号を用いて、ネットワークシステム１０に選択的に介入することができる。これには、たとえば機能群１８の意図的な切断または「廃棄」を含むことができる。
【０１２８】
センサー要素４２ａ、４２ｂ、４２ｃは、少なくとも１つの接点ユニット１４および／または少なくとも１つの結合モジュール１６とあわせて配置することができる。また、統合設計も考えられる。このように、値の検出においては、結合されたネットワーク基盤構成要素１２および／または機能群１８も考慮に入れることができる。
【０１２９】
別のセンサー要素４２ｂは、たとえば感光センサーとして構成することができる。このセンサー要素４２ｂによって、多様な機能を実現することができる。一例として、煙検知または火災検知、閉塞／開放識別、あるいは特に太陽電池として設計された機能群を含むネットワークの場合の光強度測定等を含むことができる。その他、様々な用途が考えられる。
【０１３０】
別のセンサー要素４２ｃは、たとえば温度センサーとして設計することができる。温度センサーは、たとえば周囲温度を判定することができるため、特に変動する環境条件下において動作する蓄電ユニットの場合に都合が良く、瞬間的な性能を判定可能である。その他、たとえば制御装置３２の電気的構成要素または結合された機能群１８の構成要素の監視等の使用可能性も考えられる。
【０１３１】
さらに、ネットワーク基盤構成要素１２ａは、それ自体ならびにその各接点ユニット１４ａ、１４ｂおよび／または各結合モジュール１６を一意に識別可能な識別ユニット５２を備えている。非常に多くのネットワーク基盤構成要素１２が相互に結合されている場合であっても、各部分要素が一意に識別およびアドレス可能であれば特に都合が良い。このようにして、制御および負荷制御における検出エラーおよび割り当てエラーを回避することができる。
【０１３２】
各ネットワーク基盤構成要素１２は、そのネットワークシステム１０における位置が変化しているか否か、またはシステムに他の構成要素が追加されているか否かに関わらず、一意の識別順によって識別することができる。たとえば識別データに基づいて、電流経路等の供給経路、データ経路等を識別することができるともに、ネットワークシステム１０の統合制御において認識することができる。
【０１３３】
ネットワーク基盤構成要素１２の接点ユニット１４は、ネットワーク内部リンク（接点でもある）として具現化することができる。少なくとも１つの接点ユニット１４は、規定の態様で、供給ネットワーク４４におけるネットワーク媒体の伝導、データネットワーク４６におけるデータの伝導、および補助電圧ネットワーク４８における補助電圧の伝導を行うように設計することができる。これは、各ネットワーク基盤構成要素１２に向かう方向および／またはネットワーク基盤構成要素１２から外部に向かう方向で実行することができる。また、接点ユニット１４は、インターフェースとして機能することができる。
【０１３４】
ネットワークシステム１０の拡張機能によって、起動時に一定のエネルギー需要が発生する可能性がある。補助電圧ネットワーク４８は、たとえば基本供給または初期エネルギー供給を行って、ネットワークシステムの「準備」が可能である。あるいは、ネットワーク基盤構成要素１２が１つまたは複数の場合には、たとえばバッテリ等の補助エネルギー貯蔵器を提供することによって、補助エネルギーを供給することができる可能性がある。あるいは、付随する補助電圧ライン２８によって、（物理的な）補助電圧ネットワーク４８を実現することができる。補助電圧ネットワーク４８は、たとえばおよそ５Ｖ、１２Ｖ等の低電圧および全体として低電力向けに設計することができる。また、補助電圧ネットワーク４８は、およそ１Ａの引き出し電流向けに設計することができる。
【０１３５】
データネットワーク４６は本質的に、関連する構成要素間、たとえば間接的または直接的に相互結合されたネットワーク基盤構成要素１２間の情報交換を行って、ネットワークシステム１０の制御または調整のための情報基盤を構築および提供するのに役立つ。データとしては、たとえば運用特性データ、運用パラメータ、ルーティングデータまたはプロトコルデータ、ルール、規則、権利、限界値、選択可能性、識別データ等が挙げられ、たとえば現在のネットワーク基盤構成要素１２に割り当てることができる一方、隣接するネットワーク基盤構成要素１２または結合された機能群１８にも割り当てることができる。一意の識別によって、誤った割り当てを回避するとともに、データストリームの構造化に寄与することができる。
【０１３６】
供給ネットワーク４４は、たとえば主電圧ネットワークとも称するが、原則として、たとえば既知のＡＣ２３０Ｖ（交流）等のネットワーク電圧用の既知の住宅用設備および分電システムと同等な配電器として具現化することができる。
【０１３７】
結合モジュール１６（たとえばゲートウェイとも称する）は、機能群１８への一意の移行を提供するタスクが認められている。結合モジュール１６はさらに、補助電圧を伝導し、データ接続を提供し、特にネットワーク基盤構成要素１２と機能群１８間で供給ネットワークのネットワーク媒体を交換するように設計することができる。また、結合モジュール１６はさらに、特に供給レベル２０およびデータレベル２２において、伝送する媒体の適応、制限、および制御を実現するように設計することができる。
【０１３８】
結合モジュール１６は、エネルギー消費先、発電機、貯蔵器、ならびにその他の電力およびデータネットワークへの一意の移行さらには一意に識別可能な移行を提供することができる。これは、たとえば標準化プラグシステムによって実行することができる。フローレートすなわち、たとえば引き出しまたは供給電流は、連続して記録することができる。
【０１３９】
少なくとも１つの結合モジュール１６はさらに、外部へのデータ伝送を提供するように設計することができる。すなわち、たとえばネットワークベースまたは無線技術によって、たとえばサーバー、ネットワークアプリケーション等の上位階層にデータネットワーク４６を連結するように設計することができる。
【０１４０】
ネットワークにおける個々のネットワーク基盤構成要素１２の接続および前記ネットワーク基盤構成要素に対する機能群１８の連結に関連して、特に供給ネットワーク４４およびデータネットワーク４６（さらには、必要に応じて補助電圧ネットワーク４８）の並列構造を前提とした場合に、各ネットワーク基盤構成要素１２に接続されたすべての隣接要素（すなわち、たとえば他のネットワーク基盤構成要素１２および／または他の機能群１８）は、間接的または直接的に決定することができる。
【０１４１】
図３はさらに、ネットワーク基盤構成要素１２ａの各隣接要素との結合および接続のためのインターフェース５４、５６、５８を提供することができることを一例として示している。一例として、インターフェース５４ａ、５４ｂ、５４ｃは、データネットワーク４６に割り当てられたデータインターフェースとなることができる。データインターフェース５４ａ、５４ｂ、５４ｃは、たとえば有線または無線で実現することができる。好適な一実施形態によれば、少なくとも２つのネットワーク基盤構成要素１２間のデータレベル２２における通信には、ＲＦＩＤを用いたデータインターフェース５４ａ、５４ｂ、５４ｃを使用する。ＲＦＩＤ技術であれば、たとえば受動的なトランスポンダを使用可能であるため、（少なくとも時折）専用の電源を持たないネットワーク基盤構成要素１２ともデータを交換することができる。少なくとも特性データおよび固定運用パラメータの照会は、受動的なＲＦＩＤトランスポンダによって実行することができる。
【０１４２】
一例として、各ネットワーク基盤構成要素１２は、双方向ＲＦＩＤ通信向けに設計することができる。すなわち、ネットワーク基盤構成要素１２は、たとえば接点ユニット１４または結合モジュール１６と関連して、受動的（トランスポンダ）なデータ照会および能動的（リーダー）なデータ照会の両者向けに設計することができる。したがって、ネットワーク基盤構成要素１２は、そのネットワークシステム１０における位置に応じて、（たとえば補助電圧レベル２４において）電源が確立していない場合であっても、読み出し用データを提供することができる。
【０１４３】
特に、たとえばＲＦＩＤ技術によって実現された特性データの規定が機能群１８に設けられれば好ましい。これによって、供給レベル２０における実際の連結前に、運用パラメータおよび特性データを照会可能であり、必要に応じて、確立されたネットワークシステム１０が電力に関して新たに追加する機能群１８に「対処」できるか否かを決定することができる。たとえば、これに応じて、充電電流／放電電流等を適応させることができる。さらに、追加する機能群１８は、供給レベル２０における試験および始動後にのみ連結することも考えられる。これは、たとえばハードウェアスイッチおよび／またはソフトウェアスイッチによって実行することができる。
【０１４４】
ネットワーク基盤構成要素１２に関する多様な機能、特に管理機能は、制御装置３２によって実現することができる。データに関しては、制御装置３２において、たとえば供給ネットワーク４４、データネットワーク４６、および／または補助電圧ネットワーク４８における接続用のいわゆるルーティング表（プロトコルまたは伝導表）を生成および格納可能である。さらに、制御装置３２は、データネットワーク４６のいわゆるデータゲートウェイを提供するように設計することができる。これには、たとえばプロトコルベースのデータラインおよびデータ配分を含むことができる。データ交換は、少なくとも別のネットワーク基盤構成要素１２または結合された機能群１８と発生する可能性があるものの、特に、ネットワークシステム１０全体に拡張することができる。また、データレベル２２における実質的にデジタル調整されたデータのほか、運用機能パラメータもさらに検出することができる。後者は、たとえば電流、電圧、周波数、関連する構成要素の内部抵抗、温度、出力、エネルギー変換等の変数に関する物理的測定値、動作モード、動作可能性、限界値、合計値等と関係し得る。
【０１４５】
図３はさらに、供給ネットワーク４４が延びる供給レベル２０用のスイッチング要素５６ａ、５６ｂ、５６ｃを通る様々なインターフェース５６を示している。スイッチング要素５６ａ、５６ｂ、５６ｃは、たとえばハードウェアスイッチまたはソフトウェアスイッチとして設計することができる。また、スイッチング要素５６ａ、５６ｂ、５６ｃは、たとえば制御装置３２が供給するスイッチングパルスによって、起動および／または停止が可能である。すなわち、たとえば他のネットワーク基盤構成要素１２または他の機能群１８がネットワーク基盤構成要素１２上に（物理的に）接続済みであっても、スイッチング要素５６ａ、５６ｂ、５６ｃによって電気的な分離は依然として実現することができ、たとえば過負荷の場合に潜在的な損傷を回避することができる。
【０１４６】
スイッチング要素５６ａ、５６ｂ、５６ｃは、補助電圧レベル２４においても同様に構成することができる。この場合も、ハードウェアスイッチおよび／またはソフトウェアスイッチを含むことができる。
【０１４７】
図４ａ、図４ｂ、図４ｃは、図１および図３に関連して説明した前記ネットワーク基盤構成要素１２と基本機能に関しては対応または少なくとも類似し得る３つの異なる構成のネットワーク基盤構成要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃを示している。各ネットワーク基盤構成要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、制御装置３２および識別ユニット５２を備えている。ただし、ネットワーク基盤構成要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃは、実現する接点ユニット１４および／または結合モジュール１６の数が異なる。
【０１４８】
一例として、図４ａのネットワーク基盤構成要素１２ａには、いずれの場合にも１つの接点ユニット１４および１つの結合モジュール１６を設けている。これに対して、図４ｂに係るネットワーク基盤構成要素１２ｂは、１つの結合モジュール１６および２つの接点ユニット１４ａ、１４ｂを備えている。ネットワーク基盤構成要素１２ｃは、さらに拡張したものであって、たとえば３つの結合モジュール１６ａ、１６ｂ、１６ｃおよび４つの接点ユニット１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを設けている。
【０１４９】
当然のことながら、他の設計も考えられる。特に、ネットワーク基盤構成要素１２がたとえばモジュール式に拡張可能であることも考えられる。このように、たとえば制御装置３２、識別ユニット５２、所望数の接点ユニット１４および／または結合モジュール１６等の必要な構成要素の規定の連結によって、所要機能および所要数のインターフェースを実現することができるであろう。
【０１５０】
たとえば図４ｃから明らかなように、各接点ユニット１４の供給ネットワーク４４、データネットワーク４６、および補助電圧ネットワーク４８の各接点部は、その他すべての接点ユニット１４および結合モジュール１６により、各ネットワークレベルのすべての接点部に接続されている。当然のことながら、制御装置３２は、接続、切断、および／または制御プロセスを実行できるように、この接続に対して選択的に介入することができる。
【０１５１】
好適な一実施形態によれば、供給ネットワーク４４は、たとえばＤＣ（直流）電圧、特におよそ４８ＶのＤＣ電圧で動作することができる。供給ネットワーク４４の安定性を確保できるように、少なくとも変動範囲において、たとえば４８Ｖの基準電圧に基づいて電圧を維持できるように設計された電圧制御等を用いることが推奨される。変動範囲としては、たとえば±１０％、好ましくは±５％が挙げられる。
【０１５２】
一例としては、ネットワークシステム１０全体の対応する特性値を有する（グローバルな）制御範囲を提供することが考えられる。ただし、個々のネットワーク基盤構成要素１２のレベルでの（ローカルな）制御も提供することができる。
【０１５３】
関連する構成要素での電圧の規定の制御または設定によって、たとえば充電、消費、および／または再構成を目的としたエネルギーの移動が発生する可能性がある。電流の方向は、結合された機能群１８間の潜在的な相違によって決まり得る。これにより、たとえばバッテリユニットを充電または放電しようとしているか否かが規定される。たとえば複数のバッテリユニットが存在する場合は、異なる設定点電圧レベルを用いることによって、いずれのバッテリユニットを最初に充電または放電すべきかの優先順位を決めることができる。
【０１５４】
負荷制御には、特に電流に依存した電圧低下のため、電流制限および／または内部抵抗の変更を伴う電流制御も含むことができる。
【０１５５】
別の実施形態によれば、ネットワークシステム１０の機能群１８をネットワーク基盤構成要素１２に結合するための変換ユニットを介在させることができる。この変換ユニットは、たとえば電圧変換を実行するように設計されている。たとえばこのようにして、ＡＣ電圧を要する機能群１８をＤＣ電力供給ネットワークに接続することができる。さらには、変換ユニットによって、直流に基づく機能群１８をネットワークシステム１０に結合することも考えられる。これは、機能群１８が異なる電圧レベルを要する場合すなわち、たとえば４８Ｖの定格電圧から外れた場合に当てはめてもよい。
【０１５６】
この手段は、ネットワークシステム１０を介して多様なエネルギー貯蔵器、エネルギー生成器、およびエネルギー消費先を相互に結合できる、という利点を有する。この点については、たとえばネットワークシステム１０を介して、特に電圧レベルに関して特性データが異なる様々なバッテリユニットを連結することにより、その全エネルギーまたは全容量を利用可能とすることが考えられる。
【０１５７】
図５および図６には、ネットワークシステム１０の考え得る構成を模式的に示している。
【０１５８】
図５は、主にネットワークシステム１０を用いることにより、エネルギー貯蔵器６４によって、ネットワーク独立の電動工具６２を駆動する用途を示している。これに対して、図６に係る実施形態は、複数のエネルギー貯蔵器６４を備えた風力タービン８４の形態でのエネルギー生成器の接続を示している。
【０１５９】
図５に係るネットワークシステム１０の場合は、複数のネットワーク基盤構成要素１２によって、複数の機能群１８が相互に連結されている。機能群１８は、たとえば電動工具６２によって具現化することができる。このような電動工具６２、たとえばいわゆるコードレスのネジ回しまたはドリルは、従来技術において既知である。このような装置の場合、プロプライエタリなエネルギー貯蔵システムを求めることは、不都合となる場合が多い。既知のエネルギー貯蔵システムの定格電圧としては、およそ３６Ｖが挙げられる。
【０１６０】
図５においては、図示の理由から、ブロック矢印によって抽象的に、相互に結合されたネットワーク基盤構成要素１２および機能群１８が相互連結されているように示している。当然のことながら、この結合は原則として、論理的および／または離散構造的とすることができる。特に、ネットワーク基盤構成要素１２と機能群１８間の各結合は、必ずしも（任意に）解除可能である必要はない。
【０１６１】
図５に係るネットワークシステム１０の場合は、相互に結合されたネットワーク基盤構成要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄおよび１２ｅが（エネルギー）貯蔵管理を実行する。電動工具６２が割り当てられた第１の機能群１８ａは、ネットワーク基盤構成要素１２ａに連結されている。エネルギー貯蔵器６４ａが割り当てられた別の機能群１８ｂは、ネットワーク基盤構成要素１２ｂに連結されている。エネルギー貯蔵器６４ｂが割り当てられたさらに別の機能群１８ｃは、ネットワーク基盤構成要素１２ｃに連結されている。
【０１６２】
これに対して、ネットワーク基盤構成要素１２ｄは、２つの機能群１８ｄ、１８ｅに結合されている。一例として、機能群１８ｄは、エネルギー源６６、たとえば従来の住宅用ネットワーク接続と接触している。このようなネットワーク接続６６は、たとえば供給ネットワーク４４への供給用のエネルギーを提供することができる。これ以上の機能は、通常は提供することができない。これに対して、機能群１８ｅは主に、上位要素、たとえばネットワークベースの監視システム７０とのデータ接続を可能にすることを目的としている。このため、機能群１８ｅは、二者択一的または並列的に、たとえば有線通信リンク６８ａまたは無線通信リンク６８ｂを提供することができる。これには、原則として、既知のネットワーク技術、たとえばＬＡＮ技術またはＷＬＡＮ技術を含むことができる。
【０１６３】
機能群側では、各結合ユニット７４ａ、７４ｂ、７４ｃ、７４ｄ、７４ｅをネットワーク基盤構成要素１２ａ〜１２ｄの各結合モジュール１６（たとえば図１および図３参照）に割り当てることができる。結合ユニット７４ａは、たとえばプラグとして構成することができる。結合ユニット７４は、機能群１８側の機能または装置要件に応じて、たとえば供給レベル２０、データレベル２２および補助電圧レベル２４の両者においてネットワーク基盤構成要素１２とつながるように設計することができる。ただし、レベル２０、２２、２４のうちの１つまたは２つにおいてのみつながることが可能であってもよい。この点については、一例として、データレベル２２および供給レベル２０においてライン接続が確立されるように結合ユニット７４ａを設計する。これは、たとえば結合する電動工具６２が、補助電圧レベル２４において補助電圧によりアドレス指定するようには設計されていない、という事実に帰することができる。
【０１６４】
ネットワークシステム１０または機能群１８ａに直接結合されたネットワーク基盤構成要素１２ａに関して、この状況を表す情報は、たとえば機能群１８ａの内部機能レベル７６ａに格納された特性データ７８ａに格納することができる。このような特性データとしては、識別データ、運用パラメータ、最小値および最大値等が挙げられる。特性データ７８ａは、たとえばネットワーク基盤構成要素１２ａの制御装置３２により、データレベル２２を介して照会することができる。このように、制御装置３２は、結合済みおよび／または結合予定の機能群１８ａの種類を把握することができる。同様に、たとえばエネルギー貯蔵器６４ａ、６４ｂを備えた機能群１８ｂ、１８ｃも、内部機能レベル７６ｂ、７６ｃに特性データ７８ｂ、７８ｃを維持することができ、この特性データは、ネットワーク基盤構成要素１２ｂ、１２ｃあるいはネットワークシステム１０全体によって照会および評価することができる。
【０１６５】
結合ユニット７４ｂ、７４ｃの場合に示した通り、供給レベル２０、データレベル２２、および補助電圧レベル２４という全３つのレベルにおいて、エネルギー貯蔵器６４ａ、６４ｂとの接触ができる。このように、各エネルギー貯蔵器６４ａ、６４ｂは、たとえばネットワークシステム１０の補助電圧ネットワーク４８を介して配分することができる補助電圧を提供することができる。一例として、ネットワーク基盤構成要素１２の制御装置３２には、補助電圧により動作電圧を供給することができる。
【０１６６】
また、機能群１８ｄに割り当てられたエネルギー源６６は原則として、内部機能レベル７６ｄで特性データ７８ｄを提供することができる。これは、たとえば従来の住宅用ソケットには当てはまらなくてもよい。ただし、初期の手法として、たとえば特定の運用パラメータの識別または読み出しのため、このようなエネルギー源とのインターフェースに対して、ＲＦＩＤ技術により読み出しできる特性データ７８ｄを提供するものがある。
【０１６７】
機能群１８ｅは、主にデータ交換、特に監視に役立つ。このため、供給レベル２０での機能群１８ｅとの連結は意図しない。ただし、たとえば通信リンク６８ａ、６８ｂにエネルギーを供給するため、補助電圧レベル２４において機能群１８ｅとの接触ができる。
【０１６８】
当然のことながら、機能群１８の機能レベル７６には、他の装置、特に電圧整合用の変換ユニット８８ａ、８８ｂ、８８ｃ、８８ｄを関連付けることができる。これについては、特に図８と関連して、以下でより詳しく説明する。
【０１６９】
図５に係るネットワークシステム１０は、ネットワーク基盤構成要素１２ｅとともに、主としてアクセス制御に役立つユニットをさらに備えている。このため、ネットワーク基盤構成要素１２ｅは、たとえば制御装置３２および識別ユニット５２のほか、認証ユニット８０およびアクセス管理ユニット８２をさらに備えることができる。
【０１７０】
結果として、ネットワーク基盤構成要素１２ｅの目的は主に、供給レベル２０における（第１の）ネットワーク媒体の提供ではなく、ネットワークシステム１０のアクセス制御である。認証ユニット８０は、たとえばキーシステムまたはパスワードシステムを備えることができる。特に、認証ユニット８０がリーダー、特にＲＦＩＤリーダーを備えていれば好ましい。このようなリーダーは、たとえばＲＦＩＤトランスポンダに格納されたキーデータを読み出すように設計することができる。ユーザの役割は、トランスポンダに格納されたキーに基づいて決定することができる。これに由来して、アクセス管理ユニット８２により、特定の役割をユーザに割り当てることができる。このようにして、異なる権利を異なるユーザ群に割り当てることができる。当然のことながら、図５とは異なり一例として、補助電圧レベル２４で補助エネルギーをネットワーク基盤構成要素１２ｅに供給することができる。
【０１７１】
図６に示すネットワークシステム１０は、原則として図５と類似の構成を有する。
【０１７２】
図６のネットワークシステム１０は、エネルギー生成器、たとえば風力発電設備８４を複数のエネルギー貯蔵器６４に連結するのに役立つ。エネルギー生成器８４は、機能群１８ａに割り当てられている。エネルギー貯蔵器６４は、機能群１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ、１８ｆ、１８ｇに割り当てられている。また、機能群１８は、ネットワーク基盤構成要素１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇによって、相互に連結されている。この連結としては、機能群に応じて、供給ネットワーク４４、データネットワーク４６、および／または補助電圧ネットワーク４８が挙げられる。たとえばネットワーク基盤構成要素１２ｈは、図５のネットワーク基盤構成要素１２ｅと同様に、主として認証およびアクセス管理に役立つ。
【０１７３】
当然のことながら、図６に係るネットワークシステム１０も、外部監視システムとの接続を提供できる通信リンクを有することができる（この点については、図５も参照）。
【０１７４】
図５および図６に模式的に示すモジュール構成のネットワークシステム１０は、いずれの場合にも、実際には相互に非互換性である機能群を連結可能とする。このように、特に再生エネルギーの生成および貯蔵の分野またはエレクトロモビリティの分野、ならびに一般的にはネットワーク独立動作の消費先を伴う用途においては、より高い柔軟性を提供することができる。
【０１７５】
当然のことながら、たとえば図５に係るネットワークシステムは、特にエネルギー貯蔵器６４の充電に際して、一時的にのみエネルギー源６６に接続する。
【０１７６】
さらに、ネットワークシステム１０で連結されたネットワーク基盤構成要素１２の各結合モジュール１６がその通過した電気量を記録および伝達できれば都合が良い。このようにして、たとえば課金・還付モジュールを実現することができる。
【０１７７】
上述の通り、供給レベル２０およびデータレベル２２を共通に実現することによって、ネットワークシステム１０の不都合または損傷の恐れなく、多様な発電機、エネルギー貯蔵器、および消費先を相互に連結可能である。また、データレベル２２における通信によって、接続された機能群１８の特性を決定可能であり、その結果、フローレート、総出力、容量等を検出および／または予測可能である。このように、異なる出力階級を１つの概念のみで網羅することができる。特に、このようなネットワークシステム１０は、将来的な出力の適応に対してオープンである。
【０１７８】
図５に係るネットワークシステム１０の場合、エネルギー貯蔵器６４の充電は、たとえばエネルギー源６６とネットワーク基盤構成要素１２ｄ間に介在する変換器（変換ユニット８８を参照）によって可能である。充電電流のさらなる配分は、ネットワーク基盤構成要素１２によって、ネットワーク内部で実現することができる。
【０１７９】
さらに、当然のことながら、ネットワーク基盤構成要素１２ｄが機能群１８ｄと能動的に結合されている場合は、ネットワークシステム１０の介在によって、電動工具６２が「ネットワーク連結」の態様で動作することができる。この場合は、異なる変換ユニット８８によって、たとえば（ＡＣ）ネットワーク電圧をネットワークシステム１０の定格電圧に変換した後、電動工具６２に必要な定格電圧に変換することができる。さらに、エネルギー貯蔵器６４は、専用の特定定格電圧を有することができ、それに対して、対応する変換ユニット８８を設けることができる。
【０１８０】
各ネットワーク基盤構成要素１２に提供された特定の電圧制御によって、ネットワークシステム１０全体の電流フローを制御可能である。このように、一例として、個々のエネルギー貯蔵器６４を高低いずれかの優先度で充電および／または放電することができる。これにより、実際上の様々な利点を提供することができる。したがって、たとえばネットワークシステム１０が充電式バッテリ充電スタンドとして機能する場合は、充電したエネルギー貯蔵器６４を外部での使用に供給することができる。このような用途においては、意図した優先順位付けによって、完全充電のエネルギー貯蔵器６４のみが常に交換されるようにすることができる。
【０１８１】
上述の通り、ネットワーク基盤構成要素１２の結合モジュール１６は、様々なデータを検出するように設計することができる。これには、たとえば表１に示すような考え得る物理値の選択を含むことができる。
【０１８２】
【表１】
2015515244.tif 000003
【０１８３】
表１において、「ゲートウェイ」という用語は、たとえば結合モジュール１６を表す。「ネットワーク」または「メッシュ」等の用語は、特に供給ネットワーク４４に関する。「ネットワークノード」という用語は、接点ユニット１４と同一視することができる。
【０１８４】
表１に示す設定点の値は、たとえば負荷制御の目標変数として使用することができ、たとえば許容帯域幅を指定することができる。
【０１８５】
以下の表２は、ネットワークシステム１０、個々のネットワーク基盤構成要素１２、ならびに個々の接点ユニット１４および／または結合モジュール１６の構成、動作、ならびに監視および制御に使用できる物理値を示している。
【０１８６】
【表２】
2015515244.tif 000004
【０１８７】
表２において、ノードは、たとえばネットワーク基盤構成要素１２と見なすことができる。その他の定義は、表１に関連して上述した定義に対応可能である。一例として、隣接するネットワーク基盤構成要素１２間の個々の接点ユニット１４においては、絶対値の代わりに相対的な設定点の値変化を伝達することができる。このような表現によって、必要なデータフローを最小限に抑えられる。
【０１８８】
たとえば網羅すべき電流経路に沿ったすべての所要値の検出および監視においては、必要に応じて一部の値を検出、合計、および照会することができる。このように、個々のネットワーク基盤構成要素１２の場合であっても、ネットワークシステム１０全体に関する十分な情報が存在することができる。
【０１８９】
表１ならびに表２に記載の値のネットワーク基盤構成要素１２への割り当ては、図７の模式図から収集することができる。
【０１９０】
図８は、エネルギー貯蔵器６４を有する機能群１８が結合されたネットワーク基盤構成要素１２の一実施形態を示している。機能群１８は、結合ユニット７４および機能レベル７６をさらに有する。機能レベル７６は、変換ユニット８８および補助変換器９０を備えている。補助変換器９０は、補助電圧レベル２４用の低電圧を供給するように設計することができる。
【０１９１】
これに対して、変換ユニット８８は、エネルギー貯蔵器６４が与える電圧をネットワーク基盤構成要素１２の供給レベル２０の定格電圧に変換するように設計されている。このため、変換器８８の場合には、たとえば電流制御装置（Ｉコントローラ）および／または電圧制御装置（Ｕコントローラ）を設けることができる。
【０１９２】
機能レベル７６は、たとえば電流（Ｉ）、電圧（Ｕ）、伝送出力（Ｗ）、温度（Ｔまたはｔ）等の運用特性データを検出するように設計されたセンサーユニット９２をさらに有することができる。センサーユニット９２は、たとえばデータレベル２２を介して、ネットワーク基盤構成要素１２、特にその制御装置３２とつながることができる（図８には示さず）。
【０１９３】
データレベル２２でやり取りされるデータとしては、運用データブロック９４に一例として記載した変数が挙げられる。これらの変数は、変換ユニット８８および／または補助変換器９０に供給することができる。特にこのようにして、変換ユニット８８を駆動することにより、意図した負荷制御を行うことができる。
【０１９４】
変換ユニット８８の電流制御装置は、たとえば正の電流限界値および負の電流限界値に従うように設計することができる。電圧制御装置は、所望の定格電圧を設定するように設計することができる。また、制御可能な内部抵抗（Ｒ）を設けることによって、電圧レベルにさらなる影響を及ぼすこともできる。さらに、電圧制御装置の場合には、電圧差と現在の充電状態との比率（ΔＵ／Ｗ）に基づく制御変数を設けることもできる。このような値としては、およそ２Ｖ／１００％が挙げられる。すなわち、たとえば４８Ｖの定格電圧を前提とすると、電圧は、０％充電で４７Ｖ、１００％充電で４９Ｖとなる。このように、ネットワークシステムのすべてのエネルギー貯蔵器（バッテリ）は、同じ定格電圧の場合に、連帯して設定点充電値および／または設定点放電値に到達することができる。
【０１９５】
センサーユニット９２によって決まった値は、たとえば接続されたエネルギー貯蔵器６４の残留容量の決定またはたとえば電流消費等の消費値の検出にも利用することができる。
【０１９６】
図９は、ネットワークシステム１０の相互結合された２つのネットワーク基盤構成要素１２ａ、１２ｂを非常に簡略化して示した図である。ネットワーク基盤構成要素１２ａは、機能群１８ａに結合されている。ネットワーク基盤構成要素１２ｂは、機能群１８ｂに結合されている。機能群１８ａ、１８ｂとしては、特にエネルギー貯蔵器が挙げられる。たとえばネットワーク基盤構成要素１２ａに供給された供給値は、ネットワーク基盤構成要素１２ｂに供給された供給値および考え得る過去の供給値の進展に応じて合計される。すなわち、たとえば１つおいて隣のネットワーク基盤構成要素１２が分からなくても、各ネットワーク基盤構成要素１２は、その隣接するネットワーク基盤構成要素１２の値を受け入れることによって、ネットワークシステム１０の全体機能の検出に寄与することができる。さらに、このようなネットワーク構造の場合は、キルヒホッフの法則を適用することによって、電流および電圧を決めることができる。
【０１９７】
したがって、相互に直接結合された２つのネットワーク基盤構成要素１２間の隣接関係以上の必須データを別のネットワーク基盤構成要素１２に伝送する必要はない。このようにして、伝送するデータの総量を大幅に制限することができる。ただし、ネットワークシステム１０全体の制御、特に負荷制御のための十分な情報基盤は提供することができる。
【０１９８】
制御変数を伝導するための待ち時間は容易に把握することができ、制御アルゴリズムを提供することによって、変数の考慮および／または補償ができる。
【０１９９】
図１０ａは、電圧Ｕａｃｔと充電状態ＳＯＣ間の関係に対して制御変数ΔＵ／Ｗが及ぼす影響を示したシステムの簡略図である。この場合は、符号９８が電圧軸、符号１００が充電状態軸を表している。図１０ａにおいて、比率ΔＵ／Ｗは、段階的に変化している。
【０２００】
同様に、図１０ｂは、所与の抵抗（内部抵抗）Ｒｓｅｔｐに応じた電圧Ｕａｃｔと電流Ｉａｃｔ間の関係を示している。この場合も符号９８が電圧軸を表し、電流軸は、符号１０２によって表されている。図１０ａおよび図１０ｂは、電圧制御に対する考え得る影響を示している。
【０２０１】
図１１ａ、図１１ｂ、および図１１ｃを参照すれば、ネットワークシステム１０における様々な適応プロセスを示すことができる。図１１ａに係るネットワークシステム１０は、たとえば機能群１８ａ、１８ｂにそれぞれ連結された２つのネットワーク基盤構成要素１２ａ、１２ｂを備えている。各機能群１８ａ、１８ｂは、エネルギー貯蔵器６４を有する。第１のネットワーク基盤構成要素１２ａに割り当てられたエネルギー貯蔵器は、初期状態において完全に充電されている（ＳＯＣ＝１００％）。第２のネットワーク基盤構成要素１２ｂに割り当てられたエネルギー貯蔵器６４ｂは、初期状態において完全に放電されている（ＳＯＣ＝０％）。
【０２０２】
図１１ｂは、図１１ａに係るエネルギー貯蔵器６４の充電状態間の等化プロセスの時間系列を示している。この場合は、符号１０２が電流軸Ｉを表している。時間軸は、符号１０４によって表されている。符号１０６が表す軸は、エネルギー貯蔵器６４の充電状態ＳＯＣを識別している。図１１ｂから、（正負の）電流制限（±２Ａ）が与えられていることが分かる（図１１ａの運用データブロック９４ａ、９４ｂも参照）。その結果、充電電流または放電電流の低減による２つのエネルギー貯蔵器６４間の状態等化は、特定の時間が経過した後にのみ実行される。
【０２０３】
図１１ｃは、図１１ａに係る同じ初期状態から、図１１ｂと同様に進行しているが、ここでは電荷反転が発生している。すなわち、最初に完全充電されていたエネルギー貯蔵器６４が完全に放電され、その逆も同様である。図１１ａの運用データブロック９４ａ、９４ｂから進行して、電荷反転が開始されるように設定点の規定を適応することができる。この点については、一例として、設定点電圧を適応することができる。図１１ｂに示す等化プロセスは、均一な電圧規定（ここでは、たとえば両エネルギー貯蔵器６４に対してＵｓｅｔｐ＝４８Ｖ）により開始することができる。また、図１１ｃに係る電荷反転は、等化を追求するのではなく、一方のエネルギー貯蔵器６４（ＩＤ１）を意図する通りに放電し、他方のエネルギー貯蔵器６４（ＩＤ２）を意図する通りに充電する、という異なる電圧規定により開始することができる（ここでは、ＩＤ１  Ｕｓｅｔｐ＝５０Ｖ、ＩＤ２  Ｕｓｅｔｐ＝４６Ｖ）。この場合も、電流制限（±２Ａ）を示すことができる。
【０２０４】
図１２ａおよび図１２ｃはそれぞれ、たとえば図１１ａに係る２つのエネルギー貯蔵器６４における電流配分が所与の負荷に対してどのように生じ得るかに関して時間系列が相互に対応した図を示している（図１２ａ参照）。関連する運用パラメータは、図１２ｂの運用データブロック９４ａ、９４ｂから収集することができる。図１２ｃにおいて異なるプロファイルが見られるのは、２つのエネルギー貯蔵器６４に対して異なる設定点内部抵抗値Ｒｓｅｔｐ（一方が０．２Ω、他方が０．４Ω）が予め定められている、という事実による。
【０２０５】
図１２ｃで明らかな結果として、内部抵抗Ｒｓｅｔｐが低いネットワーク基盤構成要素１２ａに割り当てられているエネルギー貯蔵器６４は、運用データブロック９４ａ、９４ｂ間の内部抵抗Ｒｓｅｔｐの関係とは反対の関係において電流を吸収し、負荷時に出力する（放電および充電する）。
【０２０６】
これは、内部抵抗Ｒｓｅｔｐの変化によって異なるエネルギー貯蔵器６４の特性が影響を受ける可能性があることを示している。一例として、エネルギー貯蔵器６４の経年劣化が進んだ場合には、内部抵抗を高く選定すると、電流フローが小さくなる可能性がある。
【０２０７】
別の実施形態によれば、ネットワークシステム１０の個々のネットワーク基盤構成要素１２またはすべてのネットワーク基盤構成要素１２に対して、異なるアクセス権、特にロールベースのアクセス権を割り当てることができる。これらのアクセス権は、たとえば供給レベル２０、データレベル２２、および／または補助電圧レベル２４に関連付けることができる。ネットワーク基盤構成要素１２の観点からは、たとえば隣接するネットワーク基盤構成要素、ゲスト、製造業者、サービス、所有者、ユーザ、ネットワーク事業者、およびユーザ群等の役割が生じ得る。その他の役割も考えられる。
【０２０８】
たとえばデータ伝送、結合モジュールデータ（ゲートウェイデータ）、供給レベル、供給ネットワーク、結合モジュールを介した供給レベルアクセス、アクセス権（アクセスごと）、ソフトウェア更新、ネットワーク値、および補助電圧等の領域においては、前記役割に対して特定のアクセス権を認めることができる。
【０２０９】
アクセス権には、たとえば間接アクセスおよび／またはパスワードもしくはログインによるアクセスを含むことができる。さらには、アクセス権を用いることによって、たとえば役割の所有者が読み出しおよび／または書き込みを許可されているか否か、ならびに、たとえば充電および／または放電が許可されているか否か、さらにはアクセス権を拡張できる隣接ノードの数の影響に至るまで判定することができる。このようにして、アクセス権を表形式で管理することができる。
【０２１０】
一例として、ネットワーク基盤構成要素１２の場合には、たとえば異なる種類の利用形態に対して特定のアクセス表を格納することができる。これは、たとえば販売、レンタル、リース、公的または私的供給等に関係し得るものであって、ネットワークシステム１０および／または機能群１８と関連付けることができる。
【０２１１】
監視システム、たとえばインターネットを用いた監視システム（図５も参照）であれば、ロールベースのアクセス権を含めて、データのロール依存生成および提供が可能である。これにより、たとえば個々のネットワーク基盤構成要素１２をネットワークベースのアプリケーションによってローカライズすることができる。このような監視を目的としたオンラインアクセスによって、ユーザおよび／または所有者は、容量、消費、出力、ならびに／または発生および／もしくは予想コストを概観することができる。
【０２１２】
このように、たとえば遠隔監視によって、損傷および／または不具合のある機能群、特に故障したエネルギー貯蔵器６４を検出することができる。
【０２１３】
然るべきスケーリングを行うことによって、複数のネットワーク基盤構成要素１２によりエネルギー貯蔵器６４を有する複数の機能群１８に連結されたネットワークシステム１０は、たとえば一般的には電動工具、電動自転車、電動スクーター、電動車両等の駆動への使用、および／または再生エネルギー生成用設備、特に太陽光発電設備および風力発電設備のピーク電流貯蔵器またはバッファ貯蔵器としての使用が可能である。エネルギーは、このように効率的に提供することができるとともに、需要に適合した態様および／または供給力によって制御された態様で提供することができる。
【０２１４】
供給レベル２０とあわせて設けられたデータレベル２２により可能となった通信によって、全体的に「安全への備え」を抑えつつネットワークを運用可能である。これは、従来のネットワークと比較して、予測不可能な負荷変動が大幅に少なくなると予想されるためである。
【０２１５】
また、システム固有のデータ交換によって、ネットワークをより効率的に適応可能であるとともに、電気エネルギーの提供と要求とがより正確に、事実上整合するように動作させることができる。
【０２１６】
前記オープンな手法によって、システムの非常に多くの（電気）エネルギー貯蔵器を組み合わせ可能であるとともに、消費先および／または発電機が利用できるようになる。このようにして、プロプライエタリな解決手段の不都合を回避することができる。
【０２１７】
また、前記オープンかつ自己構成可能な構造によって、ネットワークシステム１０を柔軟かつ用途に適合した態様で適応可能である。特に、事実上、設定費用の追加なく変更および拡張をすることができる。
【０２１８】
分散システムとしての前記構想によれば、非常に多くの小規模ユニットが相互に結合され、より首尾よく有意に用途適合される分散システムによって、著しい不都合の影響を受ける大規模な中央供給システムを置き換えることができる。特に、エネルギー貯蔵器の損傷の場合は、分散システムによって、その結果として起こる損傷を低減または完全に回避することができる。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１２ｃ】
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【国際調査報告】
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