(57)【要約】  インバータ装置（１）は、ＤＣ電圧リンク（６）をロードするためにＤＣ発電機（２）からのＤＣ電力を受領する入力段（３）と、ＤＣ電圧リンク（６）に接続され、ＡＣ電力を電力グリッドに供給するＤＣ／ＡＣコンバータ（８）と、バッテリ（１３）をＤＣ電圧リンク（６）からロードし、かつ、ＤＣ電圧リンク（６）をバッテリ（１３）からロードするための双方向接続（１１）と、ＤＣ／ＡＣコンバータ（８）および双方向接続（１１）を動作させるコントローラ（１７）と、を含む。コントローラ（１７）は、少なくとも充電状態に関する作動データ（１９）と、バッテリ（１３）の安全状態を表示する安全データ（２０）と、を含むバッテリ（１３）関連のパラメータの現在値を、バッテリモニタリング部（１８）から受領する。コントローラ（１７）は、双方向接続（１１）を動作させる際に、作動データ（１９）を考慮して、安全データ（２０）により命令される。 【選択図】図１
2016506710.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータ装置（１）であって、
−  ＤＣ電圧リンク（６）と、
−  前記ＤＣ電圧（６）リンクに接続され、前記ＤＣ電圧リンク（６）をロードするためにＤＣ電力をＤＣ発電機（２）から受領するように構成された入力段（３）と、
−  前記ＤＣ電圧リンク（６）に接続され、ＡＣ電力を電力グリッド（９）に供給するように構成されたＤＣ／ＡＣコンバータ（８）と、
−  バッテリ（１３）を前記ＤＣ電圧リンク（６）に接続するように構成され、前記バッテリ（１３）を前記ＤＣ電圧リンク（６）からロードするように構成され、かつ、前記ＤＣ電圧リンク（６）を前記バッテリ（１３）からロードするように構成された双方向接続（１１）と、
−  前記ＤＣ／ＡＣコンバータ（８）を動作させるように構成され、かつ、前記バッテリ（１３）関連のパラメータの現在値に応じて前記双方向接続（１１）を動作させるように構成されたコントローラ（１７）と、
を備えるインバータ装置（１）において、
−  前記コントローラ（１７）が、前記バッテリ（１３）関連の前記パラメータの前記現在値を、前記バッテリ（１３）に連結されたバッテリモニタリング部（１８）から受領するように構成されたインターフェース（２１）に接続されることと、
−  前記バッテリモニタリング部（１８）によって発行され、前記インターフェース（２１）によって受領された前記バッテリ（１３）関連の前記パラメータが、少なくとも前記バッテリ（１３）の充電状態に関する作動データ（１９）および前記バッテリ（１３）の安全状態を表示する安全データ（２０）を含むことと、
−  前記コントローラ（１７）が、前記双方向接続（１１）を動作させる際に前記作動データを考慮するように構成されることと、
−  前記コントローラ（１７）が、前記双方向接続（１１）を動作させる際に前記安全データ（２０）により命令されるように構成されることと、
を特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項２】
請求項１に記載のインバータ装置（１）において、前記インターフェース（２１）が、前記作動データ（１９）および前記安全データ（２０）を受領するための別個のインターフェース部（２２、２３）を備えることを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項３】
請求項２に記載のインバータ装置（１）において、前記作動データ（１９）および前記安全データ（２０）用の前記インターフェース部（２２、２３）が、異なっていることを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項４】
請求項２または３に記載のインバータ装置（１）において、前記作動データ（１９）用の前記インターフェース部（２２）が、ＣＡＮバスインターフェース部を含むこと、および／または前記安全データ（２０）用の前記インターフェース部（２３）が、ハードウェア信号を受領するように構成されることを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか１項に記載のインバータ装置（１）において、前記コントローラ（１７）が、所定の安全レベル範囲内の信号レベルで、および／または所定の安全周波数範囲内の信号繰返し数で、前記バッテリ（１３）の安全を表示するだけの安全信号（２４）として、前記安全データ（１９）を受領するように構成されることを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項６】
請求項５に記載のインバータ装置（１）において、前記コントローラ（１７）が、前記インターフェース（２１）を介して、前記安全信号（２４）を前記バッテリモニタリング部（１８）に伝達するように構成されることを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項７】
請求項６に記載のインバータ装置（１）において、前記コントローラ（１７）が、前記所定の安全レベル範囲外の信号レベルで、および／または前記所定の安全周波数範囲外の信号繰返し数で、前記安全信号（２４）を伝達するように構成されることを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のインバータ装置（１）において、前記コントローラ（１７）が、前記作動データ（１９）および前記安全データ（２０）を処理するための異なるコントローラ部（３０および２９）を備えることを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項９】
請求項８に記載のインバータ装置（１）において、前記作動データ（１９）用の前記コントローラ部（３０）が、自由にプログラム可能なコントローラ部であることと、前記安全データ（２０）用の前記コントローラ部（２９）が、固定的にプログラムされたコントローラ部であることとを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項１０】
請求項９に記載のインバータ装置（１）において、前記作動データ（１９）用の前記コントローラ部（３０）が、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）を含むことと、前記安全データ（２０）用の前記コントローラ部（２９）が、書き換え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）を含むこととを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のインバータ装置（１）において、前記作動データ（１９）が、少なくとも前記バッテリモニタリング部（１８）を起動している間に、または前記コントローラ（１７）によって要求された際に、バッテリおよびバッテリモニタリング部識別データを含むことを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項１２】
請求項１１に記載のインバータ装置（１）において、前記バッテリおよびバッテリモニタリング部識別データが、バッテリモニタリング部のソフトウェアバージョン情報を含むことを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載のインバータ装置（１）において、前記バッテリおよびバッテリモニタリング部識別データが、前記バッテリ（１３）および前記バッテリモニタリング部（１８）が前記インバータ装置（１）と適合していることを表示している場合に限り、前記バッテリ（１３）を前記ＤＣ電圧リンク（６）からロードするために、または前記ＤＣ電圧リンク（６）を前記バッテリ（１３）からロードするために、前記コントローラ（１７）が、前記双方向接続（１１）を動作させることを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載のインバータ装置（１）において、前記双方向接続（１１）が、前記コントローラ（１７）によって動作される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ（１２）を備えることを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のインバータ装置（１）において、前記双方向接続（１１）が、前記コントローラ（１７）によって動作される、少なくとも１つの電気式遮断スイッチ（Ｓ１、Ｓ２）および少なくとも１つの機械式遮断スイッチ（１５、Ｓ３、Ｓ４）を備えることを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項１６】
請求項１５に記載のインバータ装置（１）において、前記コントローラ（１７）によって動作される前記少なくとも１つの機械式遮断スイッチ（Ｓ３、Ｓ４）が、ＡＣプリントリレーを備えることを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載のインバータ装置（１）において、前記バッテリ（１３）が、前記インバータ装置を取り囲むハウジング内に配置されることを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項１８】
請求項１７に記載のインバータ装置（１）において、前記バッテリが、前記バッテリモニタリング部（１８）を含む交換可能なバッテリモジュールの一部であることを特徴とするインバータ装置（１）。
【請求項１９】
−  ＤＣ電圧リンク（６）と、
−  前記ＤＣ電圧（６）リンクに接続された入力段（３）と、
−  前記ＤＣ電圧リンク（６）に接続されたＤＣ／ＡＣコンバータ（８）と、
−  前記ＤＣ電圧リンク（６）に接続された双方向接続（１１）と、
を含むインバータ装置（１）を動作させる方法であって、
−  前記入力段（３）にＤＣ発電機（２）を接続し、前記ＤＣ発電機（２）から受け取ったＤＣ電力を用いて前記ＤＣ電圧リンク（６）をロードするステップと、
−  前記ＤＣ／ＡＣコンバータ（８）を動作させて、ＡＣ電力を電力グリッド（９）に供給するステップと、
−  前記双方向接続（１１）を介してバッテリ（１３）を前記ＤＣ電圧リンク（６）に接続するステップと、
−  前記バッテリ（１３）関連のパラメータの現在値に応じて、前記双方向接続（１１）を動作させて前記バッテリ（１３）を前記ＤＣ電圧リンク（６）からロードするか、または前記ＤＣ電圧リンク（６）を前記バッテリ（１３）からロードするステップと、
を含む方法において、
−前記バッテリ（１３）関連の前記パラメータの前記現在値を、前記バッテリ（１３）に連結されたバッテリモニタリング部（１８）から受領することであって、受領された前記バッテリ（１３）関連の前記パラメータが少なくとも前記バッテリ（１３）の充電状態に関する作動データ（１９）および前記バッテリ（１３）の安全状態を表示する安全データ（２０）を含む、受領することと、
−  前記双方向接続（１１）を動作させる際に前記作動データを考慮することと、
−  前記双方向接続（１１）を動作させる際に前記安全データ（２０）による命令に従うことと、
を特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記作動データ（１９）および前記安全データ（２０）を、別個のインターフェース部（２２、２３）を介して受領することを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項１９または２０に記載の方法において、前記作動データ（１９）および前記安全データ（２０）を、異なるインターフェース部（２２、２３）を介して受領することを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項２０または２１に記載の方法において、所定の安全レベル範囲内の信号レベルで、および／または所定の安全周波数範囲内の信号繰返し数で、前記バッテリ（１３）の安全を表示するだけの安全信号（２４）として、前記安全データ（１９）を受領することを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項２２に記載の方法において、前記安全信号（２４）を前記バッテリモニタリング部（１８）に伝達することを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、前記所定の安全レベル範囲外の信号レベルで、および／または前記所定の安全周波数範囲外の信号繰返し数で、前記安全信号（２４）を伝達することを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項１９〜２３のいずれか１項に記載の方法において、異なるコントローラ部（３０および２９）で、前記作動データ（１９）および前記安全データ（２０）を処理することを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項１９〜２５のいずれか１項に記載の方法において、前記作動データ（１９）に含まれるバッテリおよびバッテリモニタリング部識別データが、前記バッテリ（１３）および前記バッテリモニタリング部（１８）が前記インバータ装置（１）と適合していることを表示している場合に限り、前記バッテリ（１３）を前記ＤＣ電圧リンク（６）からロードするために、または前記ＤＣ電圧リンク（６）を前記バッテリ（１３）からロードするために、前記双方向接続（１１）を動作させることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インバータ装置に関する。特に、本発明は、再生可能なエネルギー源からの電力を変換するためのインバータ装置であって、その機能が電気エネルギーをバッテリに貯蔵する能力によって増強されるインバータ装置に関する。さらに、本発明は、そのようなインバータ装置を動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バッテリは、例えば、現時点では電力グリッドに必要でない、ＤＣ発電機からの電力を貯蔵したり、電力グリッドに必要であるが、現時点ではＤＣ発電機から入手可能でない電力を供給したりするために使用することができる。そのような状況は、発電機が太陽光発電機または風力電気機械であるときに特に起こり得る。発電機による電力の生成が、天候条件および、（太陽光発電機の場合には）太陽高度に左右されるからである。
【０００３】
しかしながら、バッテリの貯蔵容量には限界がある。したがって、充放電を行う際には、バッテリの充電状態（ＳＯＣ：ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ）を考慮しなければならない。バッテリの電圧をモニタリングすることでこれを行ってもよい。しかしながら、この電圧は、バッテリ関連のパラメータのうちの１つを表わしているにすぎない。これらの関連するパラメータには、現時点でのバッテリ温度、現時点での最大もしくは最小ロード電流または最大もしくは最小充電電流、現時点での最大もしくは最小アンロード電流または最大もしくは最小放電電流および、バッテリの長期的な分解過程の指標である、いわゆる「健康状態（ＳＯＨ：ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｈｅａｌｔｈ）」もまた含まれる。
【０００４】
Ｊｏｈｎ  Ｗｙｎｎｅ：“Ａｋｋｕｓ  ａｕｆ  ｄｅｎ  Ｚａｈｎ  ｇｅｆｕｅｈｌｔ”（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｌｅｋｔｒｏｎｉｋｎｅｔ．ｄｅ／ｐｏｗｅｒ／ｔｅｃｈｎｉｋ−ｋｎｏｗ−ｈｏｗ／ｂａｔｔｅｒｉｅｎａｋｋｕｓ／ａｒｔｉｃｌｅ／２７１２３／０／Ａｋｋｕｓ＿ａｕｆ＿ｄｅｎ＿Ｚａｈｎ＿ｇｅｆｕｅｈｌｔ／）は、太陽光発電機がＤＣ／ＤＣコンバータに接続されている太陽光発電所を開示している。ＤＣ／ＤＣコンバータは、ＡＣ電力を電力グリッドに供給するＡＣ／ＣＤコンバータに接続される。太陽光発電機からの電気エネルギーをバッファリングするバッテリスタックが、ＤＣ／ＤＣコンバータをＡＣ／ＤＣコンバータに接続する２つのラインの間に設けられる。バッテリスタックのバッテリは、２つの独立したモニタリングシステムによってモニタリングされる。ＤＣ／ＤＣコンバータおよびＡＣ／ＤＣコンバータの両方を調節するコントローラは、バッテリセル状態をモニタリングシステムから受領する。
【０００５】
国際公開第２００９／０６６８８０  Ａ２号パンフレットは、互いに直列に接続された複数のバッテリセルまたはユニットモジュールを含む高出力、大容量バッテリモジュールを開示している。過充電、過放電および過電流からバッテリセルを保護するためのバッテリ管理システム（ＢＭＳ：ｂａｔｔｅｒｙ  ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  ｓｙｓｔｅｍ）が提供される。ＢＭＳは、バッテリモジュールの動作を検知し制御する。バッテリモジュール組立体の異常が検知されると、ＢＭＳは、電源スイッチ部をオフになるように切り換えて、バッテリモジュールの充放電動作が中断されるようにする。この中断は、バッテリモジュールが接続されているあらゆる装置に対して大きな影響を有する。
【０００６】
バッテリを、インバータ装置にさらに強力に組み込むことが強く求められている。
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、ＤＣ電圧リンクと、ＤＣ電圧リンクに接続され、ＤＣ電圧リンクをロードするためにＤＣ電力をＤＣ発電機から受領するように構成された入力段と、ＤＣ電圧リンクに接続され、ＡＣ電力を電力グリッドに供給するように構成されたＤＣ／ＡＣコンバータと、バッテリをＤＣ電圧リンクに接続するように構成され、バッテリをＤＣ電圧リンクからロードするように構成され、かつ、ＤＣ電圧リンクをバッテリからロードするように構成された双方向接続と、を備えるインバータ装置に関する。インバータ装置は、ＤＣ／ＡＣコンバータおよび双方向接続を動作させるように構成されたコントローラをさらに備える。コントローラは、バッテリ関連のパラメータの現在値を、バッテリに連結されたバッテリモニタリング部から受領するように構成されたインターフェースに接続される。バッテリモニタリング部によって発行され、インターフェースによって受領されたバッテリ関連のパラメータはいずれも、少なくともバッテリの充電状態に関する作動データおよびバッテリの安全状態を表示する安全データを含む。コントローラは、双方向接続を動作させる際に作動データを考慮するという点、双方向接続を動作させる際に安全データにより命令されるという点において、バッテリ関連のパラメータの現在値に応じて双方向接続を動作させる。
【０００８】
さらに、本発明は、ＤＣ電圧リンクと、ＤＣ電圧リンクに接続された入力段と、ＤＣ電圧リンクに接続されたＤＣ／ＡＣコンバータと、ＤＣ電圧リンクに接続された双方向接続と、を含むインバータ装置を動作させる方法に関する。この方法は、ＤＣ発電機を入力段に接続し、ＤＣ発電機から受け取ったＤＣ電力を用いてＤＣ電圧リンクをロードするステップと、ＤＣ／ＡＣコンバータを動作させて、ＡＣ電力を電力グリッドに供給するステップと、双方向接続を介してバッテリをＤＣ電圧リンク（６）に接続するステップと、バッテリ関連のパラメータの現在値に応じて、双方向接続を動作させて、バッテリをＤＣ電圧リンクからロードするか、またはＤＣ電圧リンクをバッテリからロードするステップと、を含む。さらに、この方法は、バッテリ関連のパラメータの現在値を、バッテリに連結されたバッテリモニタリング部から受領することとであって、受領されたバッテリ関連のパラメータが少なくともバッテリの充電状態に関する作動データおよびバッテリの安全状態を表示する安全データを含む、受領することと、双方向接続を動作させる際に作動データを考慮することと、双方向接続を動作させる際に安全データによる命令に従うことと、を含む。
【０００９】
本発明の他の特徴および利点が、以下の図面および詳細な説明を検討すると、当業者には明確になるであろう。このような追加の特徴および利点がすべて、本明細書において、特許請求の範囲により規定されるように、本発明の範囲に含まれることが意図される。
【００１０】
本発明を、添付の図面を参照しながら記述し、説明する。図面中の構成要素は必ずしも縮尺どおりではなく、むしろ、本発明の原理を明確に示すことに重きが置かれている。図面では、同様の参照番号は、複数の図全体にわたって対応する部分を指す。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１の実施形態によるインバータ装置の概略回路図である。
【図２】図２は、図１によるインバータ装置のコントローラと、このインバータ装置に接続されたバッテリのバッテリ管理部との間の通信の詳細を示す。
【図３】図３は、別の実施形態によるインバータ装置の概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明のインバータ装置は、インバータ装置に接続されたバッテリを安全に動作させるために必要な機能をすべて組み込むように構成されている。したがって、バッテリを備えるバッテリモジュールを簡素に保つことができる。特に、バッテリモジュールでは電気式スイッチも機械式スイッチも不要である。
【００１３】
本発明によれば、インバータ装置は、バッテリモジュールのバッテリに連結されたバッテリモニタリング部と協働することにより、この組み込みが可能になる。バッテリモニタリング部は、インバータ装置のコントローラにあらゆるバッテリ関連のパラメータの現在値を提供する。バッテリモニタリング部は、例えば、バッテリの温度や、個々のバッテリセル電圧などの、任意の他の関連するパラメータを測定する。バッテリモニタリング部は、バッテリの現時点の状態で許可な最大もしくは最小ロード電流または最大もしくは最小アンロード電流を導出してもまたよい。さらに、バッテリのＳＯＣおよびＳＯＨを算出してもよい。しかしながら、バッテリモニタリング部は、それ自体が許容範囲内にあるバッテリ関連のパラメータの現在値を維持するようにする必要はない。これは、バッテリ関連のパラメータに応じてインバータのコントローラによって行われる。
【００１４】
本発明によれば、インバータ装置のコントローラは、少なくともバッテリの充電状態に関する作動データを考慮し、それに応じて双方向接続を動作させる。これらの作動データは、例えば、ＤＣ発電機によって現時点で供給される電力、またはインバータ装置に接続された電力グリッドに要求される電力などの他のデータとともにコントローラによって考慮される。しかしながら、安全対策として、コントローラがバッテリモニタリング部から受領するバッテリ関連のパラメータは、バッテリの安全状態を表示する安全データもまた含んでいる。これらの安全データは、単にコントローラによって考慮されるだけではない。むしろコントローラは、双方向接続を動作させる際に安全データにより命令される。これは特に、コントローラが双方向接続のさらなる動作を停止し、双方向接続の適切なスイッチを開くことによってバッテリを切断するように命令されることを意味する。これらの動作は、他の電源からの任意のデータとは独立して安全データにより命令されるコントローラによって実行されることになる。安全データが双方向接続の動作に対して直接影響を及ぼすので、実際にバッテリモジュールを、簡素に保つことができ、バッテリモジュール自体に、例えば安全に遮断するためのスイッチなどがなくてもよい。
【００１５】
本発明によるインバータ装置のコントローラが受領する種類の異なるデータおよびその異なる関連度は、作動データおよび安全データを受領するための別個のインターフェース部によって反映されてもよい。さらに、これらのインターフェース部は異なっていてもよい。１つの実施形態では、作動データ用のインターフェース部は、ＣＡＮバスインターフェース部を含んでいる。本発明によるインバータ装置の同じ実施形態または別の実施形態では、安全データ用のインターフェース部は、ハードウェア信号を受領するように構成されている。本明細書における用語「ハードウェア信号」は、ソフトウェア翻訳を必要とせずにハードウェアレベルで処理することが可能な２つの異なる状態のみを備える信号のことを指す。例えば、これらの２つの状態は、２つの異なる電圧レベルである。または、トグルハードウェア信号の場合には、これらの２つの状態は、その信号が存在する状態と、存在しない状態であってもよい。
【００１６】
本発明によるインバータ装置のさらに詳細な実施形態では、コントローラは、所定の安全レベル範囲内の信号レベルで、および／または所定の安全周波数範囲内の信号繰返し数で、バッテリの安全を表示するだけの安全信号として、安全データを受領するように構成されている。したがって、例えば、安全信号は、安全閾値レベル値を下回る信号レベルでは、および／または安全閾値周波数値を下回る信号繰返し数では安全を表示しなくてもよい。安全信号が安全範囲内にある限り、コントローラは通常通りに双方向接続を動作させる。安全信号がもはやバッテリの安全を表示しなくなると直ちに、双方向接続の動作が中断され、バッテリが切断される。
【００１７】
安全信号は、コントローラによって供給され、インターフェースを介してバッテリモニタリング部に伝達されてもよい。またインターフェースは、バッテリが安全な場合に限り、安全信号の元々の信号レベルで、および／または安全信号の元々の信号繰返し数で、安全信号をコントローラに返送するように構成されてもよい。この実施形態では、コントローラによって供給されるような安全信号は、すでに「バッテリが安全である信号」としてみなされる。しかしながら、好ましい実施形態では、コントローラによって供給されるような安全信号は、まだ安全なバッテリを表示していない。この実施形態では、バッテリモジュール全体が適切に機能している場合に限り、安全信号が、コントローラに返送される前にモニタリング部によって「バッテリが安全である信号」に変換される。安全信号のそのような変換には、適切に機能しているモニタリング部による動作を要する。したがって、短絡によって供給されない場合がある。安全信号の変換は、例えば、信号レベルを変更して安全信号を安全レベル範囲内にすること、および／または信号繰返し数を２倍して安全信号を安全周波数範囲にすることで構成されてもよい。
【００１８】
作動データおよび安全データを受領するための異なるインターフェース部に加えて、インバータ装置は、作動データおよび安全データを処理するための異なるコントローラ部を備えてもよい。１つの実施形態では、作動データ用のコントローラ部は、自由にプログラム可能なコントローラ部であってもよいが、安全データ用のコントローラ部は、固定的にプログラムされたコントローラ部であってもよい。自由にプログラム可能なコントローラ部のプログラミングを変更して、双方向接続を動作させる際に多種多様な目的を満たすようにコントローラを適合させてもよい。そのような目的は、例えば、ＰＶ発電機によって生成された電力の局所的な消費を最適化することであってもよいし、給電料金が最も高い時間に公共の電力グリッドでエネルギーを供給することであってもよいし、接続されている公共の電力グリッドのグリッド安定性を補助することであってもよい。
【００１９】
自由にプログラムされたコントローラ部とは対照的に、固定的にプログラムされた安全データ用のコントローラ部は、操作することができないので、安全機能が誤って動作停止されるおそれはない。
【００２０】
さらに詳細な実施形態では、作動データ用のコントローラ部は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ：ｄｉｇｉｔａｌ  ｓｉｇｎａｌ  ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を含み、安全データ用のコントローラ部は、書き換え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ：ｆｉｅｌｄ  ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ｇａｔｅ  ａｒｒａｙ）を含んでいる。
【００２１】
バッテリモニタリング部によって提供される作動データは、バッテリおよびバッテリモニタリング部識別データを含んでもまたよい。これらのデータは、少なくともバッテリモニタリング部を起動している間および／または本発明によるインバータ装置のコントローラによって要求された際に、バッテリモニタリング部によって発行されてもよい。特に、バッテリおよびバッテリモニタリング部識別データは、バッテリモニタリング部のソフトウェアバージョン情報を含んでもよい。この識別データは、既定の手順によって、識別データが検証されるように処理されてもよい。全体として、バッテリおよびバッテリモニタリング部識別データは、作動データを考慮して、コントローラが双方向接続を適切に動作させることが可能かどうかを表示する。したがって、バッテリおよびバッテリモニタリング部識別データが、バッテリおよびバッテリモニタリング部がインバータ装置と適合していることを表示している場合に限り、バッテリをＤＣ電圧リンクからロードするために、またはＤＣ電圧リンクをバッテリからロードするために、コントローラは双方向接続を動作させてもよい。
【００２２】
しかしながら、安全データは、特定のバッテリもしくはバッテリモニタリング部、またはバッテリモニタリング部のソフトウェアバージョンに左右されない。バッテリモニタリング部に伝達された安全信号が返送され、返送された安全信号が、バッテリの安全を表示している場合に限り、本発明によるインバータ装置のコントローラは、双方向接続を動作させる。
【００２３】
１つの実施形態では、双方向接続は、コントローラによって動作される双方向ＤＣ／ＤＣコンバータを備える。同じ実施形態または別の実施形態では、双方向接続は、コントローラによって動作される電気式遮断スイッチおよび機械式遮断スイッチを備える。コントローラによって動作される機械式遮断スイッチは、ＡＣプリントリレーを備えてもよい。電気式遮断スイッチと組み合わせると、簡素でコスト効率の良いＡＣプリントリレーは、バッテリが安全でない場合に限り、バッテリを永続的に遮断するのに十分事足りる。障害電流が生じた場合には、障害電流は、遮断ヒューズによって安全に中断される。遮断ヒューズは、コントローラまたはバッテリモジュールに含まれてもよい。
【００２４】
バッテリモニタリング部から作動データを受領するためのインターフェース部は、インバータ装置のコントローラとバッテリモニタリング部との間の双方向通信を可能にするように構成されてもよい。この双方向通信は、特定の作動データに対するリクエストをコントローラからバッテリモニタリング部まで送るのに役立つだけではない。双方向インターフェース部を、バッテリモニタリング部のプログラミングまたはバッテリモニタリング部のソフトウェア更新のために使用してもまたよい。これは、バッテリモニタリング部の全体的な外部通信が、双方向インターフェース部を介して、すなわちインバータ装置のコントローラによって起こり得るということを意味する。これは、バッテリモニタリング部およびバッテリを非常に簡素に保つことを可能にするさらなる態様である。
【００２５】
バッテリおよびバッテリモニタリング部を備えるバッテリモジュールは、本発明のインバータ装置のハウジングの内部あるいは外部に配置されてもよい。これは、例えば、バッテリのサイズによって決めてもよい。
【００２６】
バッテリは、複数のバッテリセルを備えてもよい。また、インバータ装置は、それぞれが１つのバッテリを同一のＤＣ電圧リンクまたは別個のＤＣ電圧リンクに接続するように構成された、２つ以上の双方向接続を有してもよい。
【００２７】
本発明のインバータ装置と、バッテリモジュールとをひとまとめにすると、安全要素をインバータ装置内で多重使用するので、構成部品数が減少する。さらなるメリットは、実装密度がさらに高くなり、その結果、ハウジングのデザインがコンパクトになり、組み合わされた設備の取り付けが容易になることである。したがって、本発明のインバータ装置は、コンパクトかつコストを節約するデザインのバッテリを備えるインバータを提供する。
【００２８】
ここで図面をさらに詳細に参照すると、図１は、インバータ装置１を概略的に図示している。ＤＣ発電機２が、インバータ装置１の入力段３に接続されている。ＤＣ発電機２は、ここでは太陽光発電機４である。入力段３は、ＤＣ発電機２からのＤＣ電力を用いて、少なくとも１つのキャパシタ７を備えるＤＣ電圧リンク６をロードするＤＣ／ＤＣコンバータ５を含む。インバータ装置１のＤＣ／ＡＣコンバータ８は、ＤＣ電圧リンク６からのＤＣ電力をＡＣ電力に変換し、このＡＣ電力を外部の電力グリッド９に供給する。さらに、バッテリモジュール１０は、インバータ装置１の双方向接続１１を介してＤＣ電圧リンク６に接続される。双方向接続１１は、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を含み、必要に応じて、ＤＣ電力を用いてバッテリモジュール１０のバッテリ１３をＤＣ電圧リンク６からロードするか、またはＤＣ電力を用いてＤＣ電圧リンク６をバッテリ１３からロードするか、のいずれかの役割を果たす。双方向接続１１は、遮断ヒューズ１４と、機械式遮断スイッチ１５と、バッテリ１３の電圧を測定する電圧計と、をさらに備える。電圧計１６によって測定された電圧は、インバータ装置１のコントローラ１７によって考慮される。すなわち、コントローラ１７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２を、とりわけ電圧計１６によって測定された電圧に応じて動作させる。コントローラ１７は、ＤＣ／ＡＣコンバータ８およびＤＣ／ＤＣコンバータ５も動作させる。このことは特に、コントローラ１７が、コンバータ５、８、１２のすべてのスイッチに制御信号を提供することを意味する。コントローラ１４はまた、遮断スイッチ１５を動作させて、バッテリ１３を双方向接続１１から遮断することにより、インバータ装置１からも遮断する。双方向接続１１を動作させた結果、バッテリをロードするためにバッテリ１３に電流が流れるか、またはＤＣ電圧リンク６をロードするためにバッテリ１３から電流が流れるので、この動作を行う際に、バッテリ１３によって供給される電圧がコントローラ１７によって考慮されなければならないが、これに加えて、さらなる関連するパラメータがある。これらのパラメータには、例えば、バッテリ１３の温度や、バッテリ１３からの、もしくはバッテリ１３への現時点での最小電流または最大電流や、バッテリ１３の両端の現時点での最大許容電圧または最小許容電圧が含まれる。これらのパラメータの現在値は、バッテリモジュール１０のバッテリモニタリング部１８によって提供される。バッテリモニタリング部１８は、これらの現在値を、一方では作動データ１９として提供し、他方では安全データ２０として提供する。作動データ１９は、少なくともバッテリ１３の充電状態に関する。また、作動データ１９は、コントローラ１７で実行されている制御プログラムに応じて他のデータとともにインバータ装置１のコントローラ１７によって考慮される。安全データ２０は、バッテリ１３の安全状態をコントローラ１７に表示する。バッテリ１３が少しでも安全な状態でないと、バッテリ１３がインバータ１から絶対確実に遮断されるようにするために、安全データ２０は、コントローラ１７に自由度を与えずに、この遮断を行うための必要な措置を直接講じるようにコントローラ１７に命令する。コントローラ１７がバッテリモニタリング部１８と通信するのに経由するインターフェース２１は、バッテリモニタリング部１８によって別々に伝達された作動データ１９および安全データ２０を受領するための専用のインターフェース部２２および２３を備える。さらに、安全データ２０は、コントローラ１７からインターフェース部２３を経由してバッテリモニタリング部１８に転送される安全信号２４に基づく。バッテリモニタリング部１８が適切に動作し、バッテリモニタリング部１８によってモニタリングされたバッテリ１３が安全である場合に限り、バッテリモニタリング部１８は、安全信号を変換すること、すなわち安全信号を例えばそのレベルおよび／または周波数に関して変更し、変換された安全信号を安全データ１９として返送することができる。バッテリ１３が安全でない場合には、バッテリモニタリング部１８は、たとえ安全信号２４を返送するとしても、安全信号２４を、何らかの不具合があり、たとえバッテリ１３がインバータ装置１にすでに接続されていたとしても、バッテリ１３をインバータ装置１から切断しなければならないことをコントローラ１７に表示する、その元々の信号レベルおよび周波数で返送する。少なくとも、双方向接続１１は、それ以上通常通りに動作を行ってはならない。しかしながら、双方向接続１１は、例えば、バッテリ電圧が過度に高くなり、危険なバッテリ過充電状態を表示している場合には、バッテリ１３を安全に放電するために動作を行ってもよい。あるいはバッテリ電圧が過度に低くなり、危険なバッテリ過放電状態を表示している場合には、安全にバッテリ１３をロードするために動作を行ってもよい。これらの方法で危険な状態が段階的に縮小され、バッテリを安全な状態に戻してインバータ装置またはバッテリモジュールの外部サービスを必要とする故障が回避される。
【００２９】
インターフェース部２２は、コントローラ１７とバッテリモニタリング部１８との間の双方向通信もまた可能にする。したがって、コントローラ１７は、ある一定のパラメータの現在値に対するリクエスト２５を、バッテリモニタリング部１８に送ることができる。あるいは、リクエスト２５をプログラミングするために、ソフトウェアをバッテリモニタリング部１８に転送することもできる。したがって、バッテリモニタリング部１８およびバッテリモジュール１０全体は、インバータ装置１に接続されて、インバータ装置１と通信するだけであってもよい。一方、インバータ装置１のコントローラ１７は、コントローラ１７を例えば、インターネットに接続するさらなるインターフェース２６を介して外部に通信することが可能であってもまたよい。
【００３０】
図２は、安全データ２０および作動データ１９が、インターフェース２１の異なるインターフェース部２２および２３、（これらはリクエスト２５および作動データ１９を処理するためのＣＡＮバスインターフェース装置、および安全信号２４をバッテリモニタリング部１８に転送してコントローラ１７に安全データ２０を返送するインターフェース部２３であってもよい）を介して転送されることだけでなく、これらのデータが、バッテリモニタリング部１８およびコントローラ１７の別個の構成部品によっても処理されることを示す。バッテリモニタリング部１８は、互いに通信し、かつ、冗長システムを提供する２つの別個のチップ２７および２８を備えてもよい。これにより、すべてが適切に作動している場合に限り、安全データ２０が、バッテリモジュールの安全を表示する。安全データ２０は、コントローラ１７の、固定的にプログラムされたコントローラ部２９によって処理される。コントローラ部２９は、安全信号２４を転送してもまたよい。リクエスト２５が送られ、コントローラ１７の、自由にプログラム可能なコントローラ部３０によって作動データ１９が受領される。コントローラ部３０は、これらのデータおよび他のデータに基づき、図１による機械式スイッチ１５に対するだけでなくコンバータ５、８および１２の様々なスイッチに対するドライバ信号３１をドライバ３２に供給する。しかしながら、ドライバ信号３１は、バッテリの安全状態に応じてコントローラ部２９によって選択的に転送される。安全でない場合には、少なくとも図１によるＤＣ／ＤＣコンバータ１２の動作が停止され、図１によるスイッチ１５は、もはや閉じられておらず開かれている。
【００３１】
図３は、インバータ装置１の別の実施形態を示し、双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２に関してさらに詳細に示している。電圧計１６、コントローラ１７、バッテリモニタリング部１８、ならびにインターフェース２１および２６は、この実施形態でも存在するが、ここでは示されていない。双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ１２は、バッテリ１３をロードするためのスイッチＳ１およびダイオードＤ１を含むバックコンバータ３３と、ＤＣ電圧リンク６をバッテリ１３からロードするためのダイオードＤ２およびスイッチＳ２を含む昇圧コンバータ３４と、を備える。２つのコンバータ３３および３４は、共通のインダクタＬ１を共有し、ＤＣ電圧リンク６のキャパシタ７およびさらなるキャパシタ３５を使用する。キャパシタ３５は、第２のインダクタＬ２とともに、コンバータ３３および３４と、バッテリ１３と、の間のフィルタとしての役割も果たす。スイッチ１５は、ここでは、２つの機械式スイッチＳ３およびＳ４からなる。これらのスイッチは、プリントＡＣリレーであり、バッテリ１３をローディングするか、あるいはＤＣ電圧リンク６をバッテリ１３からローティングするかで、それぞれバックコンバータ３３と昇圧コンバータ３４との間で選択を行うのに使用される。しかしながら、ＡＣリレーＳ３およびＳ４は流れている電流を遮断する必要はない。これは、ＡＣリレーＳ４が閉じられると、スイッチＳ１を開くことにより行われ、ＡＣリレーＳ３が閉じられると、昇圧コンバータ３４の昇圧動作により流れているにすぎない、バッテリ１３からＤＣ電圧リンク６への電流を停止させてＳ２のパルス動作を中断させることにより行われる。このように、バッテリモニタリング部からの安全データによって命令されれば、コントローラ（図３では図示せず）は、スイッチＳ１からＳ４を使用してバッテリ１３を遮断してもまたよい。いかなる障害電流が生じても、ヒューズ１４によって中断される。
【００３２】
本発明の趣旨および原理から実質的に逸脱することなく、本発明の好ましい実施形態に多くの変更および修正が行われてもよい。このような修正形態および変更形態はすべて、以下の特許請求の範囲により規定されるように、本明細書において、本発明の範囲内に含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００３３】
１  インバータ装置
２  ＤＣ発電機
３  入力段
４  太陽光発電機
５  ＤＣ／ＤＣコンバータ
６  ＤＣ電圧リンク
７  キャパシタ
８  ＤＣ／ＡＣコンバータ
９  電力グリッド
１０  バッテリモジュール
１１  双方向接続
１２  双方向ＤＣ／ＤＣコンバータ
１３  バッテリ
１４  ヒューズ
１５  スイッチ
１６  電圧計
１７  コントローラ
１８  バッテリモニタリング部
１９  作動データ
２０  安全データ
２１  インターフェース
２２  インターフェース部
２３  インターフェース部
２４  安全信号
２５  リクエスト
２６  インターフェース
２７  チップ
２８  チップ
２９  コントローラ部
３０  コントローラ部
３１  ドライバ信号
３２  ドライバ
３３  バックコンバータ
３４  昇圧コンバータ
３５  キャパシタ
Ｌ１  インダクタ
Ｌ２  インダクタ
Ｓ１  スイッチ
Ｓ２  スイッチ
Ｓ３  スイッチ
Ｓ４  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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