(57)【要約】      （修正有）【課題】三次元的に相互接続した電池を有する集積電源電池を提供する。【解決手段】集積電源電池は、バッテリーパックをなすよう、直列および並列形式に接続した個別のバッテリー電池５０を複数個有する。バッテリーパック１２５は、低抵抗のリード線による接続線で制御回路に接続する。電池は、個別の構成バッテリーのブロックを複数個を有する。第１複合コネクタは、第１ブロックにおけるすべての電池のプラス端子を相互接続し、また隣接する第２ブロックにおけるすべての電池のマイナス端子にも接続する。第２複合コネクタは、第１ブロックにおけるすべての電池のマイナス端子を相互接続し、また第３ブロックにおけるすべての電池のプラス端子にも接続する。複合プラスリード線コネクタは、一組の端子セット、および他の一組の端子セットに接続した複合マイナスリード線コネクタを、入力回路１４０および出力回路１５０に接続する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積電源電池において、
それぞれ個別の構成要素としてのバッテリーよりなる複数個の電池ブロックであって、各電池ブロックは少なくとも1行に配列したバッテリーを有し、各バッテリーはプラス端子およびマイナス端子を持ち、それぞれ所定行内では同じ向きに配列し、各電池の全てのプラス端子を互いに隣接して位置決めし、また全てのマイナス端子を互いに隣接して位置決めした、該複数個の電池ブロックと、
少なくとも１個の電池ブロックにおける全てのプラス端子を、互いに結合し、かつ隣接する電池ブロックにおける全てのマイナス端子にも結合する、複合コネクタと
を備えた、集積電源電池。
【請求項２】
請求項１記載の集積電源電池において、さらに、電池の前記少なくとも１個の電池ブロックに結合した少なくとも第１リード線コネクタを備え、この第１リード線コネクタは前記電池の少なくとも１個の電池ブロックにおける少なくともすべてのマイナス端子に結合し、前記第１リード線コネクタは、端子接続部分およびリード線接続部分を有し、このリード線接続部分は、長さを有し、またこのリード線接続部分に結合した、リード線相互接続部を有するものとした、集積電源電池。
【請求項３】
請求項１記載の集積電源電池において、前記リード線相互接続部は、前記リード線接続部分の長さにほぼ合致する長さの導電ワイヤを有し、この導電ワイヤを前記リード線接続部分にはんだ付けした、集積電源電池。
【請求項４】
請求項３記載の集積電源電池において、さらに、前記少なくとも隣接する電池ブロックに結合した第２リード線コネクタを備え、第２リード線コネクタは、前記少なくとも１個の電池ブロックの少なくとも全てのプラス端子に結合した、集積電源電池。
【請求項５】
請求項１記載の集積電源電池において、前記複合コネクタをニッケルプレートとした集積電源電池。
【請求項６】
請求項１記載の集積電源電池において、前記個別の構成要素としてのバッテリーを、１ミリボルト以内に合致した検査済みの電圧を持つリチウムイオン電源電池とした、集積電源電池。
【請求項７】
集積電源電池において、
それぞれ個別の構成要素としてのバッテリーよりなる複数個の電池ブロックであって、各バッテリーはプラス端子およびマイナス端子を有し、所定ブロック内では、各電池の全てのプラス端子を互いに隣接するよう位置決めし、また全てのマイナス端子を互いに隣接するよう位置決めして同一の向きとなるよう配列した、該複数個の電池ブロックと、
第１電池ブロック内の全てのプラス端子を、互いに結合し、また隣接する第２電池ブロック内の全てのマイナス端子にも結合する、第１複合コネクタと、
前記第１電池ブロック内の全てのマイナス端子を、互いに結合し、また隣接する第３電池ブロック内の全てのプラス端子にも結合する、第２複合コネクタと、
前記第２電池ブロック内の全てのプラス端子を、互いに結合し、またプラスの電気的リード線にも結合する複合プラスリード線コネクタと、
前記第３電池ブロック内の全てのプラス端子を、互いに結合し、またマイナスの電気的リード線にも結合する複合マイナスリード線コネクタと
を備えた集積電源電池。
【請求項８】
請求項７記載の集積電源電池において、さらに、入力回路および出力回路を備え、前記入力回路を、前記プラスの電気的リード線および前記マイナスの電気的リード線に結合し、前記出力回路を、前記マイナスの電気的リード線および前記プラスの電気的リード線に結合した、集積電源電池。
【請求項９】
請求項８記載の集積電源電池において、前記入力回路は２個の入力リード線を有し、前記出力回路は２個の出力リード線を有する、集積電源電池。
【請求項１０】
請求項８記載の集積電源電池において、さらに、少なくとも１個の組み合わせ入力／出力回路を備え、この入力／出力回路は２個の電気的入力／出力リード線を有する、集積電源電池。
【請求項１１】
請求項１０記載の集積電源電池において、前記各複合コネクタは、ニッケルプレートとした、集積電源電池。
【請求項１２】
請求項１１記載の集積電源電池において、さらに、前記プラスリード線と複合プラスリード線コネクタとの間におけるリード線相互接続部を備え、このリード線相互接続部は、前記複合プラスリード線コネクタの長さにほぼ合致する長さの導電ワイヤを有し、この導電ワイヤを前記複合プラスリード線コネクタにはんだ付けした、集積電源電池。
【請求項１３】
請求項１１記載の集積電源電池において、さらに、前記マイナスリード線と複合マイナスリード線コネクタとの間におけるリード線相互接続部を備え、このリード線相互接続部は、前記複合マイナスリー線ドコネクタの長さにほぼ合致する長さの導電ワイヤを有し、この導電ワイヤを前記複合マイナスリード線コネクタにはんだ付けした、集積電源電池。
【請求項１４】
請求項7記載の集積電源電池において、前記個別の構成としてのバッテリーを、１ミリボルト以内に合致した検査済みの電圧を持つリチウムイオン電源電池とした、集積電源電池。
【請求項１５】
集積電源電池システムにおいて、
第１集積電源電池を備え、この第１集積電源電池は、
それぞれ個別の構成要素としてのバッテリーよりなる複数個の第１電池ブロックであって、各バッテリーはプラス端子およびマイナス端子を有し、所定ブロック内では、各電池の全てのプラス端子を互いに隣接するよう位置決めし、また全てのマイナス端子を互いに隣接するよう位置決めして同一の向きとなるよう配列し、各電池ブロックは１個またはそれ以上の電池の行を有する、該複数個の第１電池ブロックと、
前記第１電池ブロック内の全てのプラス端子を、互いに結合し、また隣接する第２電池ブロック内の全てのマイナス端子にも結合する、第１複合コネクタと、
前記第１電池ブロック内のマイナス端子を、互いに結合し、また隣接する第３電池ブロック内の全てのプラス端子にも結合する、第２複合コネクタと、
前記第２電池ブロック内の全てのプラス端子を、互いに結合し、またプラスの電気的リード線にも結合する、第１複合プラスリード線コネクタと、
前記第３電池ブロック内の全てのプラス端子を、互いに結合し、またマイナスの電気的リード線にも結合する、第１複合マイナスリード線コネクタと、
前記プラスとマイナスの電気的リード線に結合し、第１プラス入力リード線および第２プラス入力リード線を有する、第１入力回路と、
前記プラスとマイナスの電気的リード線に結合し、また第１プラス出力リード線および第２プラス出力リード線を有する、第１出力回路と、
を有するものとし、
前記集積電源電池システムは、さらに第２集積電源電池を備え、この第２集積電源電池は、それぞれ個別の構成要素としてのバッテリーよりなる複数個の第２電池ブロックと、
第４電池ブロック内の全てのプラス端子を、互いに結合し、また隣接する第５電池ブロック内の全てのマイナス端子にも結合する、第３複合コネクタと、
前記第３電池ブロック内の全てのマイナス端子を、互いに結合し、また隣接する第６電池ブロック内の全てのプラス端子にも結合する、第４複合コネクタと、
前記第２電池ブロック内の全てのプラス端子を、互いに結合し、またプラスの電気的リード線にも結合する、第２複合プラスリード線コネクタと、
前記第３電池ブロック内の全てのプラス端子を、互いに結合し、またマイナスの電気的リード線にも結合する、第２複合マイナスリード線コネクタと、
前記プラスおよびマイナスの電気的リード線に結合し、また第３プラス入力リード線および第４プラス入力リード線を有する、第２入力回路と、
前記プラスおよびマイナスの電気的リード線に結合し、また第３プラス出力リード線および第４プラス出力リード線を有する、第２出力回路と
を有するものとした、集積電源電池システム。
【請求項１６】
請求項１５記載の集積電源電池システムにおいて、前記第１および第２の集積電源電池を相互接続するために、前記第１、第２、第３および第４のプラス入力リード線を、前記第１、第２、第３および第４のプラス出力リード線に相互接続した、集積電源電池システム。
【請求項１７】
請求項１５記載の集積電源電池システムにおいて、さらに、複数個の集積電源電池を備え、これら複数個の集積電源電池のそれぞれは、同一の構成形態とし、また少なくとも第１入力リード線および第２入力リード線、ならびに第１出力リード線および第２出力リード線を有し、前記複数個の集積電源電池を相互接続して、各集積電源電池の貯蔵容量に複数個の集積電源電池の個数を掛け合わせた貯蔵容量に等しい容量を持つ電力貯蔵システムを形成する、集積電源電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
エネルギーに対する需要が高まると、効率的な電力貯蔵は、代替的な輸送（移動）手段およびエネルギー技術に重要な意味を持つようになる。
【背景技術】
【０００２】
大規模電力貯蔵の１つの解決策としては、構成要素（コンポーネント）としてのバッテリーを多数有するバッテリーパックの使用がある。このようなパックの１つとしては、特許文献１（米国特許第６，４６５，９８６号）に記載されたものがあり、この特許文献１は、個別の構成要素（コンポーネント）バッテリーをＸ個の列およびＹ個の行を有する二次元的バッテリーネットワークをなす形態に配列したものを示している。ネットワーク内の各列を電気的に直列接続して、１個のバッテリーのストリングを形成するＹ個のバッテリーを有する。つぎに、Ｘ個の列における各列またはストリングを、並列接続し、電気的に並列接続したＸ個の列よりなるバッテリーのネットワークを形成し、Ｘ個の各列は、直列接続したＹ個のバッテリーを有する。最終的に、個別の構成要素としてのバッテリーは、それぞれ複合相互接続形態に構成し、この場合、個別の構成要素としてのバッテリーは、同一行における全ての隣接する個別の構成要素としてのバッテリーに、並列接続する。
【０００３】
二次元配列は十分な電流導通容量を持つ導体によって結合する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，４６５，９８６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、三次元的に相互接続した電池を有する集積電源電池を提供する。この集積電源電池に、直列および並列形式で接続された個別のバッテリー電池を複数個有し、バッテリーパックを形成する。このバッテリーパックを、低抵抗のリード線接続部により制御回路に結合する。バッテリー相互接続および制御回路と組み合わせたリード線による構造が、集積電源電池の同時の充放電を可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
１つの実施形態において、電池は、それぞれ個別の構成要素としてのバッテリーよりなる電池ブロックを複数個有し、各バッテリーはプラス端子およびマイナス端子を持つ。第１複合コネクタは、第１電池ブロック内の全てのプラス端子を、互いに結合させ、また隣接する第２電池ブロック内の全てのマイナス端子にも結合させる。第２複合コネクタは、第１電池ブロック内の全てのマイナス端子を、互いに結合させ、また隣接する第３電池ブロック内の全てのプラス端子にも結合させる。複合プラスリード線コネクタは、一組の端子セットを入力回路および出力回路に結合し、複合マイナスリード線コネクタは他の一組の端子セットを入力回路および出力回路に結合する。
【０００７】
この要約は、以下の詳細な説明でさらに述べる概念の抽出を単純化した形で紹介するために行うものである。この要約は特許請求の範囲で請求される主題の重要な特色や本質的特色を特定しようと意図されたものではなく、また、特許請求の範囲で請求される主題の範囲を限定するための補助として使用されることを意図したのでもない。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の上述した特徴および目的は、添付図面につき説明する実施形態から明らかになるであろう。図面において、同一参照符号を同一の要素に付して説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明による集積電源電池の平面図であり、図２Ａに示すような頂面図を、この平面図に示す。
【図２Ａ】集積電源電池１００に使用する複数個の個別バッテリー電池の頂面図である。
【図２Ｂ】集積電源電池１００に使用する複数個の個別バッテリー電池の底面図である。
【図３】図３は本発明による、バッテリーパックとして接続した三次元的接続構成を示す説明図である。
【図４】図４は本発明に使用した入力回路および出力回路の概略図である。
【図５】本発明技術による複数個の個別バッテリーを導体コネクタに接続する状態を示す斜視図である。
【図６】本発明による複数個の個別バッテリーを導体コネクタに接続する状態を示す斜視図である。
【図７】本発明によるバッテリーパックのはんだ付け方法を示す斜視図である。
【図８】本発明によるバッテリーパックのはんだ付け方法を示す斜視図である。
【図９】本発明による２個の集積電源電池間における相互接続の全体を示す説明図である。
【図１０】集積電源電池システムにおける電池の数と抵抗/インピーダンスとの関係を表わすグラフである。
【図１１】集積電源電池システムにおける電池の数対機能不全電池および有効存続電池のパーセンテージの関係を表わすグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
三次元的に相互接続した構成要素としてのバッテリー電池を有する集積電源電池を設ける。集積電源電池には、バッテリーパックをなすよう、直列および並列形式に接続した個別バッテリー電池を複数個有する。バッテリーパックは、低抵抗のリード線接続によりで制御回路に接続する。バッテリーの相互接続の構造、および制御回路に関連するリード線により、集積電源電池の充電および放電を同時に行うことを可能にする。
【００１１】
図１は本発明技術により形成した集積電源電池１００の平面図である。集積電源電池１００は、複数個の個別バッテリー電池５０を有し、各バッテリー電池５０は本明細書に記載の相互接続構成で配列する。各バッテリー電池５０はプラスのノードとマイナスのノードを有する。図１、２Ａ、と２Ｂに示すように、集積した電池５０は行または複数の行１０５として配列することができ、行１０５における各電池５０は同一電気極性の向きになるよう配列する。少なくとも１つの実施形態では、電池５０の２個の行１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃは、２個の行１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ内の電池５０がそれぞれ同一電気極性の向きとなるように配列する。電池５０のこれらの構成を、ブロック１１０ａ、ブロック１１０ｂ、ブロック１１０ｃと称する。特定のブロック１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃにおける行１０５における電池５０の数の特別な個数配列は、任意の異なる数に変更することができる。図１に示すように、各ブロック１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃを電池５０の２×７のブロックとし、電池５０は、電池５０の全てのプラス端子が順次互いに隣接し、電池50の全てのマイナス端子が順次互いに隣接するように配列する。
【００１２】
集積電源電池１００をハウジング１２３に収容し、ハウジング１２３はバッテリーパック１２５を収容する第１領域１２５ａと、電子機器および入力/出力リード線を収容する第２領域１３５ａにより構成する。
【００１３】
図１には、入力回路１４０、出力回路１５０、およびヒューズまたはブレーカー１６０をも示す。バッテリーパック１２５は、電池５０の任意な個数のブロック１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ、任意な個数の接続プレート１０２，１０４，１０６，１０８（複合相互接続導体プレート１０３，１０５，１０７，１０９は底面に存在するが、図１の平面図では見えない）、プラス端子を接続するプラスリード線１８０、およびマイナス端子を接続するマイナスリード線１８５を有する。図１，２Ａおよび２Ｂに示すように、プラスリード線180を接続プレート１０２に接続し、マイナスリード線１８５を接続プレート１０９（図１には示されていない）に接続する。結合プレートは、電子機器および入力/出力リード線に結合するために使用する接続部であり、また複合的な相互接続部である。結合プレートは多くの形状および寸法にすることができる。結合プレートに使用することができる形状のタイプとしては、以下のものに限定するものではないが、プレート、湾曲平面、チューブ、円筒対、球体がある。接続プレート１０３〜１０８はブロック相互を互いに接続し、結合プレート１０２，１０９は、リード線１８０，１８５および/または電子機器にそれぞれ結合する。プレート１０２〜１０９は集合的に複合相互接続部として知られる。
【００１４】
プラスリード線１８０を、ヒューズまたは回路ブレーカー１６０と、入力回路１４０および出力回路１５０のプラス入力端子とに接続する。マイナスリード線１８５を、入力回路１４０のマイナス端子、および出力回路１５０のマイナス端子に接続する。多数の温度ヒューズ１７２を集積電池の隣接するブロック間に設け、入力回路および出力回路に接続する。端子ヒューズ１７２は、バッテリーパックが保持される周囲温度の上昇する場合に、集積電源電池システムに対する過加熱およびカットオフ電圧から保護する。各集積電源電池１００は、２個の入力リード線１４２，１４４、および２個の出力リード線１５２，１５４を有する。
【００１５】
本発明によれば、三次元的相互接続を、個々のブロック１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ間、ならびに電子機器および/またはリード間に、接続プレート１０３〜１０８、および結合プレート１０２，１０９によって設ける。この接続は、電池間に多数の並列接続を生じ、個々の互いに隣接するブロックにおける全てのプラス接続部と全てのマイナス接続部との間に導電性接続を生ずる。この特徴は、個別の電池における均衡性を１ミリボルト以内にするのを助成する。各電池は、例えば、約３．７８ボルトの出力電圧をもつ５ｃＭリチウムイオン電池である。当然、他のタイプの電池を使用して、本発明に基づく、他のタイプの三次元配置にすることができる。
【００１６】
頂面図を示す図２Ａ、底面図を示す図２Ｂは隣接するブロック１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ間の直列接続を示す。各１つおきのブロックを直列状態で隣接するブロックに接続し、この場合、二次元平面が、集合的に電気的な電池の三次元相互接続を生ずる。すなわち、図２Ａに示す或るブロック１１０ｂにおける全ての電池のマイナス端子を、図２Ａに示す隣接するブロック１１０ｃのプラス端子に接続するとともに、図２Ｂに示すブロック１１０ｂにおける電池のプラス端子を、図２Ｂに示す隣接するブロック１１０ａのマイナス端子に接続する。このことを、ブロック１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃによって示す。ブロック１１０ｂは、（図２Ａに示すように）導体１０４によってブロック１１０ｃのプラス端子を接続したマイナス端子を有し、また（図２Ｂに示すように）導体１０３によってブロック１１０ａに接続したプラス端子を有する。
【００１７】
図３は、隣接するブロックまたは電池のパッケージ間における接続の三次元的特徴を示す。３個の電池ブロックまたは電池パッケージ１，２および３を図３に示す。複数の複合相互接続導体プレートを電池の頂部を底部に使用して、各電池のプラス端子とマイナス端子との間における三次元接続を形成する。以下に説明するように、各導体プレート１０２〜１０９は、厚さ０．１２７ｍｍ（０．００５インチ）の、１／８硬質ニッケル２０１の金属プレートにより構成する。図１〜３に示すように、隣接する電池ブロック１１０における各電池の隣接する陽極および陰極を三次元的に接続する。すなわち、ニッケルプレートのために、隣接する電池ブロックにおける各陽極と陰極との間に導電性経路が存在する。同様に、全ての陽極を互いに接続し、全ての陰極を互いに接続する。
【００１８】
ニッケル陽極プレートまたは複合相互接続を、各電池における溶接リード線および各ニッケル接続部の増大した接続面積に組み合わせて使用することにより、各集積した電池ブロックに対して、より低い抵抗およびインピーダンスを与える。ニッケルプレートに溶接すべきリード線の面積を最大化することによって、抵抗は最小化され、これにより、発熱を大幅に回避し、この発熱はバッテリーの長時間にわたる充電および放電、大電流フロー、またはその双方から生ずる。ニッケルプレートとリードの溶接の詳細なプロセスを、以下に説明する。
【００１９】
この複合接続は、特許文献１（米国特許第６，４６５，９８６号）に記載の接続とは区別される。この米国特許においては、個別の導体によって形成した接続の二次元的配置を生ずる。複合接続は本発明の信頼性および冗長性を改善し、個別電池の電圧バランス（均衡性）を一層精密にすることを可能にする。（米国特許第６，４６５，９８６号における２．５ｍＶに比べて１ｍＶ）
【００２０】
図４は、入力回路１４０および出力回路１５０の概略図である。入力基板１４０および出力基板１５０は、単独の集積回路基板として実装することができる。一つの実施形態においては、入力基板または出力基板は、基板におけるそれらのコンポーネントを単独の集積回路基板に装着しないことにより実施することもできる。各回路１４０，１５０は、２個の電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を使用する。ＦＥＴＱ１およびＱ１Ａを低カットオフ側に、ＦＥＴＱ３およびＱ３Ａを高カットオフ側に設ける。ＦＥＴの数および／または電力品質は、どちらの側にも増加させることができ、集積電源電池システムの各側に流れることができるＦＥＴの多量の電流および／または電力品質を支援することができる。
【００２１】
回路が入力基板または出力基板として動作するとき、いつでも一度に単に２個のＦＥＴのみ動作する。全てのデバイスを単独の同一基板に装着し、この基板が入力または出力として作用するとき、他の２個のＦＥＴは基板の使われていない部分に電流が流れないように阻止するダイオードとして作用する。これらＦＥＴは従来通りの向きで使用されていないが、それらはダイオードとして作用し、それによって基板に熱を発生させる。電流が基板内で増大するにつれて、２個の使用されていないＦＥＴが比例的にさらなる熱を生み、それはそのシステムにとって有害なものとなり得る。したがって、専用の入力基板または出力基板がこの問題を避けるために使用されているときは、デバイスは単独の同一基板に装着しない。
【００２２】
入力基板はバッテリーパックに加わる電圧を制限して過充電を防止するとともに、一方、出力基板は電圧リード線への出力をカットオフして、バッテリーパックの完全な放電を防止する。
【００２３】
出力基板のコンポーネントとしてキャパシタＣ１があり、このキャパシタＣ１はバッテリーパックＢＴ１の信号をフィルタ処理し、安定的な電圧を維持する。ＦＥＴＱ１およびＱ１ＡはパワーＦＥＴであり、トランジスタＱ２，Ｑ４およびＱ５からの信号に基づいて出力をオン・オフする。Ｑ２は、この基板下流側のものを全てオン状態にし、また、バッテリーからの出力電圧が、Ｄ１およびＲ２が低い側用に決定した値よりも低すぎるときにオフ状態にする。抵抗Ｒ１は電流をトランジスタＱ２に電流を供給する。ダイオードＤ１は、Ｒ２，Ｑ２およびＤ５と関連して、そのシステムの電圧限界をセットするよう作動する。一実施形態において、低電圧出力は２４ボルトでカットオフされる。入力は２９ボルトでカットオフされる。レジスタＲ２はＤ１と共に、出力段の電圧レベルをセットするよう作動する。ＦＥＴＱ５は、出力ＦＥＴＱ１およびＱ１Ａをオン状態にし（ターンオンし）、急激なターンオンを可能にする。
【００２４】
トランジスタＱ４，Ｑ５、抵抗Ｒ１２およびキャパシタＣ２は出力ＦＥＴＱ１およびＱ１Ａを保護し、また低レベルの電圧での急激なカットオフを防止するよう機能する。抵抗Ｒ５，Ｒ９およびＲ８は、外部からの弱電流がＦＥＴＱ１およびＱ１Ａに流入するのを、フィルタ処理して防止する。この電力はＱ４，Ｑ５，Ｒ１２およびＣ２によって接地する。ダイオードＤ６は出力スパイクの保護を行う。バッテリーオン／オフスイッチ、バッテリー熱保護スイッチ、およびヒートシンク（基板熱保護）スイッチは、すべてマイナス端子ラインにおける安全装置である。
【００２５】
入力基板のコンポーネントとしては、光遮断器ＩＳＯ１ならびに関連コンポーネントＲ１６，Ｃ３，Ｄ１０およびＲ１７がある。光遮断器および関連のコンポーネントは高電圧入力を認識し、入力基板のＦＥＴＱ３，Ｑ３Ａに信号を送る。レジスタＲ１０およびＲ１１は、印加電圧に対するフィルタとして作用する。ダイオートＤ３は、レジスタＲ４、ダイオードＤ２、および抵抗Ｒ６と共に、急激なスタートを可能にする。ダイオードＤ７およびＤ８を使用して、入力基板を高電圧にセットする。より多くのコンポーネントを付加して、入力基板の高電圧設定を正確に調節することができる。
【００２６】
完全にデバイスを装着した基板は、本発明に特有の融通性をもたらすことに留意されたい。図１および図２に示す実施形態では、それぞれ２個の入力および２個の出力を有する２個の専用の基板を示す。しかし、任意な個数の入力または出力リードを集積電源電池に使用して、１個またはそれ以上の専用の（デバイスを装着していない）入力または出力基板、または完全にデバイスを装着した入力／出力基板を設けることができる。図４に示すような完全にデバイスを装着した基板が利用できる場合、追加のリード線は入力セグメント、または出力セグメントのいずれとしても使用することができる。任意な個数の入力基板、出力基板、および任意な個数のリード線対を個別バッテリーパック１２５に利用して、電源電池形成により大きな融通性を与えることができる。
【００２７】
上述したように、相互接続ブロックを形成するための導体プレートを個別電池に結合すること、およびリード線をブロックアセンブリに接続することは、集積電源電池に対して多くの特有の利点を与える。まず、バッテリーパック１２５のアセンブリは、個別バッテリー電池５０を電圧に応じて整合させる。このことは、最高の性能および完全な均衡性を保証し、これはバッテリーパック１２５内で全ての電池に対して１ミリボルト以内の均衡性を有するためである。プレート１０２〜１０９により生ずる複合相互接続によれば、この均衡性（バランス）を動作中電池間で維持されることを保証する。
【００２８】
一つの実施形態では、全てのバッテリーパック１２５を３．７８ボルトの電圧を持つ電池５０により構成する。本明細書に記載の実施形態では、各行につき７個の電池により構成した１４個の行を利用する。他の組み合わせ、他の行数および各行あたり他の電池個数を利用することができる。７個の電池５０を有する各行は、全体的に、フィラメントテープ７２０（図７参照）のような固定機構を使用して固定する。ブロック内の電池を固定するのに他の方法を利用することができる。全ての電池は、ブロック１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃにおける各行および列内で、プラスおよびマイナス端子を同一の向きにし、また平面図で見て正方形または六角形のパッキングとなるよう整列させる。７個の電池を互いに固定する各行を、つぎに固定機構を用いて隣接する行に固定することができ、隣接するブロックを同様にして互いに固定することができる。
【００２９】
バッテリーパック１２５の構築は、電圧が整合した電池ブロック１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃを形成することから始まる。図示の実施形態では、このようなブロックを７個形成する。この後これらブロックを、図１および図２に示すように、交互の端子配列を交互にして互いに結合する。温度ヒューズ１７２は、バッテリーパック１２５におけるブロック１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃ間、または２個のブロックの組み合わせ間に、配置することができる。一つ実施形態では、３個の温度ヒューズが利用し、図１に示した位置にヒューズを配置する。温度ヒューズは、隣接する電池グループ間にで、隣接する行間の隙間でヒューズが必要とする空間が最小となり、電池の行間に密に嵌合できるよう位置決めする。
【００３０】
全てのブロック１１０ａ，１１０ｂ，１１０ｃを配列した後、ブロックの相互接続を、複合相互接続導電プレートを使用して行う。各導電プレート１０２〜１０９は、ニッケル、ニッケル複合材、または他の金属製プレートロールにより構成し、１．２７ｍｍ（0.005インチ）の厚さ、１／８の硬度を有するものとする。プレートはプレートと結合すべき電池５０との間でエネルギーが最も高速で移動することを確実にするような寸法にする。
【００３１】
リード線接続プレート構成する２個のプレートを、図５および図６に示すように折り曲げ、プラスリード線結合部およびマイナスリード線結合部を、それぞれバッテリーパック１２５用に形成する。各結合プレート１０２，１０９は、幅Ｗの結合領域１０２ａ，１０９ａを有する。２個の結合プレートの主な違いは、端子/リード線結合部分１０２ｂ，１０９ｂの長さである。端子/リード線結合部分１０２ｂ，１０９ｂにより、接続リード線を、バッテリーパック収納容器１２５ａ内の異なる物理的位置に配置することを可能にする。
【００３２】
図７および図８は、結合プレート１０２に溶接すべき結合リード線１８５のうちの１個を接続する状況を示す。各リード線は、８個の１２ゲージＡＷＧ規格のワイヤであり、絶縁体７１０に覆われた種々の長さのワイヤにより構成する。ワイヤから絶縁体を剥ぎ取り、裸ワイヤ７１２を露出させる。一つの実施形態では、結合領域１０２ａ，１０９ａは、３１．７５ｍｍ（１-1/4インチ）の幅、１０３．１９ｍｍ（４-1/16インチ）の長さを有するものとする。このような実施例で、１０１．６ｍｍ（４インチ）のリード線の裸ワイヤ７１２を利用して、電気的リード線１８０，１８５として結合プレート１０２，１０９に接続する。裸ワイヤ部分は結合プレート１０２の長さとほぼ等しいということを認識されたい。裸の部分は、結合領域１０２ａを対角線方向に横切るように配置する場合、増大することに留意されたい。
【００３３】
随意的に、各裸のワイヤ７１０は撚りを入れ、ワイヤの裸部分の剛性および導電性を向上する。接続は、果たされる、ワイヤ７１２の裸部分を接続領域にはんだ付けすることによって行う。はんだ付けの前に、フラックスを導電ワイヤ７１２の剥ぎ取り端部に塗布する。その後、５０％スズおよび５０％鉛からなる、はんだ棒を溶融し、ワイヤの裸部分７１２を溶融はんだ内に浸ける。つぎに、導電リード線のワイヤをニッケルプレートに押し付け、少量のフラックスを導電プレート１０２または１０９の接続部分１０２ｂまたは１０９ｂの頂端縁に個々に塗布する。裸ワイヤ７１２は接続部分１０２ｂまたは１０９ｂに隣接して配置し、また少量のはんだを使用して、接続部分の長さにわたって裸ワイヤ712を溶融はんだに浸漬し、はんだとともに裸ワイヤをコネクタ１０２または１０９にはんだ付けする。一つの実施形態では、はんだ付けはワイヤの絶縁端部の付近から始まり、裸のワイヤ７１２の完全に露出した端部まで処理する。はんだは、その後、初期的にはんだ付けした部分上に再び塗布して、接続の剛性を確実にする。はんだ付け接続は、図８に示すように、バッテリーパックを流れる電圧に対して減少した抵抗を生ずる。
【００３４】
電気的リード線を結合プレート１０２，１０９に接続した後、各接続プレート１０２〜１０９を、バッテリーパック１２５における電池の各接点に電気的にスポット溶接する。全てのコネクタを各電池に溶接した後、バッテリーパックのリード線１８０，１８５に入力回路および出力回路を設け、集積電源電池の他のコンポーネントをハウジングケース１２３に取り付ける。一例として、領域１３５ａおよび１２５ａを画定する金属ケース利用することができる。
【００３５】
図９は第１電源電池１０１ａと第２電源電池１０１ｂとの間の相互接続を示す。この図面に示すように、２個の異なる電池１０１ａ，１０１ｂの入力リード線および出力リード線を直列に交差結合することができる。電池１０１ａの入力リード線を充電器９０２に結合するとともに、出力リード線をスイッチ９０４に結合する。一定の充放電が同時に起こり得る場合、本発明の特別な態様によれば、電池を様々な結合形態にして結合し、多数の集積電源電池の用途をもたらすことができる。多数の異なる形態の選択肢（オプション）が利用可能である。集積電池の異なる組み合わせによれば、ＤＣ−ＤＣコンバータの利用を回避できる。例えば、２８ボルト直流ＰＶシステムは４個の集積電源電池システムを充電し、またインバータ装置に５６ボルトの直流でエネルギーを供給することができる。このことは、４個の集積電源電池を入力側として全て並列接続状態に配列し、また出力側としてＮ個のシリーズ（直列部分）を２個並列に接続する配列によって行う。いくつかの異なる集積電源電池のための様々な入力と出力の組み合わせを示す表を以下に挙げる。
【表１】
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【００３６】
Ｘ個の集積電源電池を配列する組み合わせの数は、((X/2)+1)2として表わされる（ただし、偶数個の集積電源電池とする）。代案として、集積電源電池が「平方数」の個数ある場合（偶数個の電池１００よりなる行列のシリーズに形成する）、ｎ2 として表わすことができる（ｎ＝因数、電池の平方数、すなわち、２，４，９，１６，２５）。
【００３７】
本発明に利用する相互接続システムの結果として、集積エネルギーシステムの抵抗およびインピーダンスは、エネルギー電池または電池の等価集合、および並行に配列したシリーズの数が増加するにつれて減少する。この結果、単独電池のみを有する等価容量のエネルギーシステムよりも低い抵抗およびインピーダンスを有する多重電池構成の集積エネルギーシステムが得ることができる。
【００３８】
図１０は、並列接続した電池個数に対する、集積電池１００の抵抗を対数（log）プロットしたグラフを示す。本発明によれば、抵抗加熱による損出が少なく、熱損出を最小化したことによる電池のより長い寿命、ならびに電池のより長い寿命による、より高い信頼性およびより長い故障間平均間隔が得られる。さらに、隣接する電池間での故障は、システム内の他の電池によって吸収される。
【００３９】
図１１は、集積エネルギーシステムの有効残存率、およびこの有効残存率が並列接続に配列した電池個数の増加とともにどのように増加するかを示す。並列接続で配列したいかなる個数の電池に関しても、一回の故障発生後における集積電源電池１００の個別電池５０の有効生存率は、電池の数が増加するにしたがって改善される。並列接続で配列したいかなる個数の電池に関してはも、集積エネルギーシステムの故障発生率は全体として減少する。システム内の電池５０が故障するときでも、集積電池１００のシステムは低電流および同一電位で作動し続け、ただし、より多数の電池からの抵抗/インピーダンスの並列配列に関与する救済率は減ずる。
【００４０】
本発明の要旨を、特別な構造上の特徴および/または方法論的実施形態につき説明したが、添付の特許請求の範囲に定義した要旨は、必ずしも上述の具体的な特徴または実施形態に限定するものではないことを理解されたい。むしろ、上述の具体的特徴や実施形態は特許請求の範囲を実施する際の例示として示したものである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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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１０】
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【図１１】
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【外国語明細書】
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