(57)【要約】複数のバッテリで使用するための、バッテリの耐用寿命を延ばす交換器スイッチ。発電機において、第１のバッテリが電力を外部負荷に供給し、かつまた第２のバッテリを再充電するために電力を供給することができる。第１のバッテリがある電圧レベルまで消耗したとき、交換器スイッチが作動し、第２のバッテリが電力を外部負荷に供給し始めることができる。交換器スイッチは、また第２のバッテリからの電力の一部を第１のバッテリを再充電するように導く。交換器スイッチにより発電機は中断なしに電力を外部負荷に供給し続けることができる。電力源を交替させながらバッテリを使用することによって交換器スイッチはバッテリの耐用寿命を延ばすことができる。交換器スイッチの動作
2007508795.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電機内の第１のバッテリおよび第２のバッテリの使用を管理するためのシステムであって、
前記第１のバッテリからの第１の直流を受け取り、交流をスイッチに供給するために動作可能なインバータであって、前記スイッチが前記交流の第１の一部を外部負荷に導き、前記交流の第２の一部を変圧器に導くために動作可能であるインバータ、
前記変圧器から受け取った前記交流の前記第２の一部を第２の直流に変換するために動作可能な整流器、及び
前記第２の直流を前記第２のバッテリに導くために動作可能な交換器スイッチであって、前記第２の直流の方向を前記第１のバッテリに変更するためにさらに動作可能である交換器スイッチ
からなるシステム。
【請求項２】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記第１のバッテリの電圧があるレベルに到達したときに前記交換器スイッチが前記第２の直流の前記方向を前記第１のバッテリに変更するために動作可能である、システム。
【請求項３】
請求項１記載のシステムにおいて、
指定された時間に前記交換器スイッチが前記第２の直流の方向を前記第１のバッテリに変更するために動作可能である、システム。
【請求項４】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記交換器スイッチが前記第１のバッテリからの前記第１の直流を前記インバータに導くためにさらに動作可能である、システム。
【請求項５】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記交換器スイッチが、前記インバータで受け取られる前記第１の直流の供給源を前記第１のバッテリから前記第２のバッテリに変更するためにさらに動作可能である、システム。
【請求項６】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記交換器スイッチが、
少なくとも１つの静止交換器プレートであって、前記第１のバッテリの端子に結合された第１の接触プレートおよび第２の接触プレート、並びに前記第２のバッテリの端子に結合された第３の接触プレートおよび第４の接触プレートとを備える静止交換器プレート、並びに
少なくとも１つの移動交換器プレートであって、前記インバータに結合され、第１の移動接触プレートおよび第２の移動接触プレートを備える移動交換器プレート
を備える、システム。
【請求項７】
請求項６記載のシステムであって、さらに、
前記移動交換器プレートを前記静止交換器プレートの上を横に移動させるための電動機からなるシステム。
【請求項８】
請求項１記載のシステムにおいて、
前記交換器スイッチが、
前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリの電圧をモニタするために動作可能な電圧モニタリング回路、及び
前記電圧モニタリング回路に結合されたコントローラであって、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリからの直流の流れを制御するために動作可能なコントローラと
を備える、システム。
【請求項９】
第１のバッテリからの電力の供給を管理するためのシステムであって、
前記第１のバッテリからの第１の直流を受け取り、前記第１の直流をインバータに供給するために動作可能な交換器スイッチであって、前記インバータが前記第１の直流を交流に変換するために動作可能である交換器スイッチ、
前記交流の一部を整流器に導くために動作可能なスイッチであって、前記整流器が前記交流の前記一部を第２の直流に変換し、前記第２の直流を前記交換器スイッチに供給するために動作可能であるスイッチ、及び
充電のために前記交換器スイッチからの前記第２の直流を受け取るために動作可能な第２のバッテリ
からなるシステム。
【請求項１０】
請求項９記載のシステムにおいて、
前記スイッチが、前記交流の別の一部を外部負荷に導くためにさらに動作可能である、システム。
【請求項１１】
請求項９記載のシステムであって、さらに、
前記交流の電圧を上げるために動作可能な変圧器からなるシステム。
【請求項１２】
請求項９記載のシステムであって、さらに、
第３の直流を前記交換器スイッチに供給するために動作可能な第３のバッテリからなるシステム。
【請求項１３】
請求項９記載のシステムにおいて、
前記交換器スイッチが、充電のために前記第２の直流を前記第１のバッテリに供給するためにさらに動作可能である、システム。
【請求項１４】
請求項９記載のシステムにおいて、
前記交換器スイッチが、
少なくとも１つの静止交換器モジュールであって、前記第１のバッテリの端子に結合された第１の接触部および第２の接触部と、前記第２のバッテリの端子に結合された第３の接触部および第４の接触部とを備える静止交換器モジュール、及び
少なくとも１つの移動交換器モジュールであって、前記インバータに結合され、第１の移動接触部および第２の移動接触部を備える移動交換器モジュール
を備える、システム。
【請求項１５】
請求項９記載のシステムにおいて、
前記交換器スイッチが、
前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリの電圧をモニタするために動作可能な電圧モニタリング回路、及び
前記電圧モニタリング回路に結合されたコントローラであって、前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリからの直流の流れを制御するために動作可能なコントローラ
を備える、システム。
【請求項１６】
第１のバッテリおよび第２のバッテリの使用を管理する方法であって、
前記第１のバッテリからの供給源直流を交換器スイッチに供給するステップ、
前記交換器スイッチからの前記供給源直流を、前記供給源直流を交流に変換するために動作可能なインバータに供給するステップ、
前記交流の第１の一部を外部負荷に供給するステップ、
前記交流の第２の一部を変圧し、前記交流の前記第２の一部を再充電用直流に変換するために前記交流の前記第２の一部を整流するステップ、
前記再充電用直流を前記交換器スイッチに供給するステップ、及び
前記再充電用直流を前記第２のバッテリに供給するステップ
からなる方法。
【請求項１７】
請求項１６記載の方法であって、さらに、
前記第１のバッテリに対する電圧読取り値を受け取るステップ、
前記供給源直流が前記第２のバッテリから受け取られるように前記供給源直流を変更するステップ、及び
前記再充電用直流が前記第１のバッテリに供給されるように前記再充電用直流を変更するステップ
からなる方法。
【請求項１８】
請求項１６記載の方法であって、さらに、
指定された時間に基づいて前記交換器スイッチを作動させるステップ、
前記供給源直流が前記第２のバッテリから受け取られるように前記供給源直流を変更するステップ、及び
前記再充電用直流が前記第１のバッテリに供給されるように前記再充電用直流を変更するステップ
からなる方法。
【請求項１９】
請求項１６記載の方法であって、さらに、
前記交換器スイッチを作動させるステップ、
前記供給源直流が第３のバッテリから受け取られるように前記供給源直流を変更するステップ、及び
前記再充電用直流が前記第１のバッテリに供給されるように前記再充電用直流を変更するステップ
からなる方法。
【請求項２０】
第１のバッテリおよび第２のバッテリの使用を管理する方法であって、
前記第１のバッテリからの直流を交換器スイッチで受け取るステップ、
前記交換器スイッチからの前記直流を、前記直流から交流に変換するために動作可能なインバータに供給するステップ、
再充電用直流を生成するために前記交流の一部を整流するステップ、及び
前記再充電用直流を前記第２のバッテリに供給するステップ
からなる方法。
【請求項２１】
請求項２０記載の方法であって、さらに、
電圧を上げるために前記交流の前記一部を変圧するステップからなる方法。
【請求項２２】
請求項２０記載の方法であって、さらに、
前記交流の別の一部を外部負荷に供給するステップからなる方法。
【請求項２３】
請求項２０記載の方法であって、さらに、
前記第１のバッテリに対する電圧読み取り値を受け取るステップ、及び
前記直流が前記第２のバッテリから受け取られるように前記直流を変更するステップ
からなる方法。
【請求項２４】
請求項２０記載の方法であって、さらに、
前記再充電用直流を前記第１のバッテリおよび前記第２のバッテリに同時に供給するステップからなる方法。
【請求項２５】
請求項２０記載の方法であって、さらに、
前記交換器スイッチを作動させるステップ、及び
前記直流が前記第２のバッテリから受け取られるように前記直流を変更するステップ
からなる方法。
【請求項２６】
請求項２０記載の方法であって、さらに、
前記交換器スイッチを作動させるステップ、及び
前記直流が第３のバッテリから受け取られるように前記直流を変更するステップ
からなる方法。
【請求項２７】
請求項２０記載の方法であって、さらに、
前記再充電用直流の一部を前記交換器スイッチに供給するステップ、及び
前記再充電用直流の前記一部を前記第２のバッテリに供給するステップ
からなる方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電の分野に関し、より詳細には、バッテリによって供給される電力の効率的な使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
（関連出願）
本出願は、２００３年１０月８日に出願された「Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ」という名称の、Ｄａｎｉｅｌ  Ｊ．Ｋｉｌｌｉａｎを発明者であると証明する米国仮出願第６０／５０９，６８１号の優先権を主張する。米国仮出願第６０／５０９，６８１号の内容は本明細書に組み込まれる。
【０００３】
バッテリの寿命を延ばし、バッテリが供給する電力をより効率的に使用する必要性は、現在さまざまな状況において重大な問題である。この必要性が明白である適用例のいくつかにはバッテリ駆動型車両やバッテリ駆動型電子デバイスが含まれる。バッテリ電力の別の適用例は独立型または自立型発電機である。発電機はバッテリや可燃性燃料を含むさまざまな電力源で作動することができるが、本明細書でさらに説明する理由でバッテリがしばしば好まれる。発電機は、電力送電網へのアクセスが不便または利用できない遠隔地用の有用な補助電力源であるので、バッテリ電力の効率的な使用は発電機にとって特に重要である。電力送電網が故障した場合、発電機はバックアップ電力源として働くこともできる。
【０００４】
独立型発電機の一般的な一用途はトラック運送業にある。トラック運転手は、トラック運転室に電力を供給するためにアイドリング中にかなりの量のディーゼル燃料をしばしば消費する。運転室に電力を供給するためにトラックのエンジンを運転することは、不経済で、費用がかかり、環境に有害である。これらのマイナス要因に鑑みて、最近の連邦法および州法は、トラック運転手がエンジンをアイドリングしたままにできる１日当たりの時間数を制限している。その結果、トラック運転手は、トラック運転室に電力を供給するために独立型発電機などの補助電力源に頼る必要がある。バッテリの寿命を最大化するためにバッテリ電力を効率的に使用する発電機はトラック運送業にとって特に有用である。
【０００５】
独立型発電機の他の用途には、ボート上の使用、レクリエーション用車両の使用、主電力源が故障したときの補助電力源としての使用、および遠隔地における電力源としての使用が含まれる。これらの用途の多くでは、バッテリ駆動型発電機は、バッテリがより静かであり、有害な排出物質を生成しないので可燃性燃料で作動するものより好ましい。しかしながら、バッテリ駆動型発電機の欠点の１つは、バッテリの限定された寿命である。バッテリの耐用寿命を延ばすために様々な取組みがなされてきた。例えば、リチウムを使用するバッテリのように、より耐久力のあるバッテリが高度なバッテリ化学を使って造られてきた。ある用途で実行された別の解決策は多数のバッテリのアレイを単に使用することである。種々の発電用途では、負荷の要求を満たし、限定された範囲内でバッテリの寿命を延ばすために、バッテリは直列アレイまたは並列アレイのいずれかに配置される。
【０００６】
例えば、一解決策が、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ１４巻２号１９９９年６月発行の「Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ ａ Ｓｙｎｅｒｇｅｔｉｃ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｐａｃｋ  Ｄｒｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ａ Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ＡＣ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｏｔｏｒ Ｄｒｉｖｅ ｆｏｒ ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ」という名称の論文に説明されている。この論文には、バッテリ・セルの放電を制御するためにバッテリ・パックの個別のセクションをモニタしアクセスするように設計されたバッテリ・パック・システムが説明されている。このバッテリ・パック・システムは、バッテリ・パックの性能を最も弱いセルに制限するのを避けるように設計される。バッテリ・パック・システムは、バッテリ・パックの総合性能を改善するためにバッテリ再構成技法に依拠する。しかしながら、バッテリ・パック・システムは、バッテリを再充電するために外部供給源に依拠する。
【０００７】
従来技術における他の例は、特に電力を使用する車両において、バッテリを再充電するためのシステムを含む。しかしながら、これらの従来技術の解決策の多くは、バッテリを再充電するために電力の外部供給源に依拠する。これらの解決策は、バッテリ駆動型発電機などの独立型システム内のバッテリの寿命を延ばすための手段を与えない。
【０００８】
従来技術の解決策では、多数のバッテリの電力容量を効率的に管理する能力が限定される。したがって、当技術分野では、電力を供給するために使用されるバッテリの組合せの耐用寿命を延ばすための能力が必要である。詳細には、当技術分野では、バッテリの耐用寿命を延ばすために、発電機で使用されるバッテリなどのバッテリによって供給される電力をより効率的に使用するためのシステムおよび方法が必要である。第１のバッテリに電力を外部負荷に供給させ、かつまた第２のバッテリを再充電することができる切替え方法および装置が必要である。必要とされる切替え方法および装置では、指定された時間の後で第２のバッテリが電力を外部負荷に供給し、かつまた第１のバッテリを再充電することができるように、第１のバッテリと第２のバッテリとが役割を交替できることが必要である。２つより多いバッテリに対して電力供給機能および充電機能をサポートできる切替え方法および装置がさらに必要である。
【特許文献１】米国仮出願第６０／５０９，６８１号「Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  Ｒｅｇｅｎｅｒａｔｏｒ」
【非特許文献１】「Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ  ｏｆ ａ Ｓｙｎｅｒｇｅｔｉｃ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｐａｃｋ  Ｄｒｉｖｅ Ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ａ Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ ＡＣ Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｍｏｔｏｒ Ｄｒｉｖｅ ｆｏｒ ａｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｖｅｈｉｃｌｅ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎ、１４巻２号１９９９年６月
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、バッテリ電力の使用を管理するためのシステムおよび方法を提供することによって上述で明らかにした問題を解決する。切替えシステムおよび方法は複数のバッテリを使用して電力を供給することをサポートする。切替えシステムおよび方法によれば、第１のバッテリは電力を外部負荷に供給し、かつまた第２のバッテリを再充電するための電力を供給することができる。切替えシステムおよび方法によれば、指定された時間で、第１のバッテリおよび第２のバッテリが役割を交替することができる。すなわち、指定された時間で第２のバッテリは電力を外部負荷に供給し始め、かつまた第１のバッテリを再充電するために電力を供給することができる。切替えシステムおよび方法によれば、外部負荷への電力の送出を中断することなく第１のバッテリおよび第２のバッテリが役割を交替することができる。切替えシステムおよび方法によれば、２つより多いバッテリの間の切替えもサポートする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ある態様では、本発明は発電機のバッテリ電力の使用を管理するためのシステムを含む。インバータは第１のバッテリから直流を受け取り、外部負荷に供給するために直流を交流に変換する。交流の一部は、電圧を上げるための変圧器と、交流の一部を再び直流に変換するための整流器とに導かれる。整流器からの直流は交換器スイッチに供給され、その交換器スイッチは充電のために直流を第２のバッテリに給電する。
【００１１】
別の態様では、本発明は第１のバッテリからの電力の使用を管理するためのシステムを含む。交換器スイッチは第１のバッテリからの直流を、直流から交流に変換するためのインバータに供給する。スイッチは、充電用の直流に再び変換するための整流器に交流の一部を導く。交換器スイッチは整流器からの充電用直流を第２のバッテリに供給する。
【００１２】
さらなる態様では、本発明は電力機能および再充電機能を第１のバッテリから第２のバッテリに切り替える方法を含む。第１のバッテリは、電力を外部負荷に供給し、かつまた第２のバッテリを再充電するために電力を供給する。第１のバッテリが指定された電圧レベルまで消耗したとき、切替え装置が作動し、第２のバッテリが電力を外部負荷に供給し、かつまた第１のバッテリを再充電するために電力を供給し始める。
【００１３】
さらに別の態様では、本発明は第１のバッテリおよび第２のバッテリの使用を管理する方法を含む。交換器スイッチは、第１のバッテリから直流を受け取り、その直流はインバータで交流に変換される。交流の一部を整流器で充電用直流に再び変換することができる。交換器スイッチは、再充電が必要なとき充電用直流を第２のバッテリに供給する。交換器スイッチは、直流を受け取り、充電用直流を追加のバッテリに供給することもサポートできる。
【００１４】
この概要で提示した本発明およびその実施の説明は単に例示的な目的のためのものである。本発明のさまざまな態様は、開示される実施形態についての以下の詳細な説明の検討から、また図面および特許請求の範囲を参照したことによって、より明瞭に理解することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明は、複数のバッテリによって供給される電力の使用を効率的に管理するためのシステムおよび方法を対象とする。第１のバッテリはインバータに給電する交換器スイッチに直流を供給する。インバータは直流を交流に変換し、その交流を外部負荷に電力供給するために使用することができる。第２のバッテリを充電するために交流の一部の方向を変えることもできる。詳細には、方向を変えられた電流を変圧器に通し、次いで整流器で直流に変換することができる。整流された直流は交換器スイッチを通って第２のバッテリを再充電する。指定された時間または電圧レベルで、交換器スイッチは電流の流れの方向を変更する。詳細には、交換器スイッチは第２のバッテリから主電力を引き出し、再充電用電力を第１のバッテリに供給する。
【００１６】
本発明はさまざまな異なる実施形態で実施することができる。本明細書で説明する第１の例示的な実施形態では、機械式交換器スイッチに結合された２つのバッテリが使用され、その機械式交換器スイッチはある組の電気的接触部から別の組のものに横に滑動する。本発明の別の例示的な実施形態では、直流の供給源と、再充電用電力が供給されるバッテリとを制御するために電子式スイッチを使用する。これらおよび他の例示的な実施形態が以下の説明で参照されるが、当業者なら本発明がこれらの実施例に限定されないことを認識されよう。
【００１７】
図１および図２を参照すると、本発明の例示的な実施形態が示される。詳細には、図１および図２は、２つのバッテリ１および２を備える発電機１００内の機械式交換器スイッチ６５の使用を示す。図１は発電機１００の構成要素の等角図である。図２は構成要素がどのように接続されているかを見やすくするための発電機１００の構成要素の概略図である。図１および図２に示した例示的な実施形態は、一般的な家庭環境または他の小規模な環境に２０００〜６０００ワットの電力を長期間供給することができる発電機１００である。図１および図２に示した作動原理は、他の用途に適合するように変更することができる。
【００１８】
バッテリ１は交換器スイッチ６５に結合され、電力源として使用するために直流を供給する。バッテリ１の端子は、下側交換器プレート３４上のプレート４６および４９に結合される。上側交換器プレート２６が下側交換器プレート３４と接触しているとき、直流はプレート２７および２８に供給され、インバータ４５に供給される。インバータ４５はバッテリ１からの直流を交流に変換し、その交流はブレーカ３７を通され、外部負荷（図示せず）に電力供給するために供給される。図１および図２に示した例示的な実施形態では、インバータ４５からの交流はコンバータ・ボックス３６に供給され、歯車モータ３５を作動させるために使用される。歯車モータ３５は上側交換器プレート２５および２６の移動を駆動する。歯車モータ３５は、プレートを各方向に移動することに関与する２つのソレノイド５３および５４に結合される。２つのソレノイド５３および５４は２つの機械式スイッチ５１および５２に結合され、それらの機械式スイッチは上側交換器プレート２５および２６の移動の方向を交替させる。
【００１９】
図１および図２に示した例示的な実施形態では、機械式交換器スイッチ６５はタイミング・シーケンスに基づき作動する。すなわち、上側交換器プレート２５および２６が歯車モータ３５によって右に移動させられるとき、最終的にそれらはスイッチ５１を作動して、上側交換器プレート２５および２６は反対方向に（図１および図２において左に）移動し始めることになる。上側交換器プレート２５および２６がスイッチ５２を作動させるまで、上側交換器プレート２５および２６は左に移動し続け、次いで再度右の方へ移動し始めることになる。上側交換器プレート２５および２６が左右に滑動する速度が、バッテリ１が電力供給モードから再充電モードに切り替わる頻度を制御する。図１および図２において上側交換器プレート２６が左に移動するとき、直流はバッテリ２から下側交換器プレート３４上のプレート４７および４８を介してプレート２７および２８に供給される。上側交換器プレート２６が左の位置にあるとき、バッテリ２が電力を供給しており、バッテリ１は再充電モードにある。
【００２０】
本発明の他の実施形態では、異なるタイプの交換器スイッチを実施することができる。例えば、機械式交換器スイッチを、適切な接触点に滑動または回転するシリンダとして実施することができる。本発明のさらに他の実施形態では、電気式交換器スイッチを電子構成要素で実施することができる。さらに、図１および図２に示した機械式交換器スイッチはタイミング・シーケンスに基づいて作動するが、他の交換器スイッチは異なる原理に基づいて作動することができる。例えば、電気式交換器スイッチを実施する実施形態では、指定された電圧レベルによりスイッチを作動させることができる。そのような実施形態では、バッテリの電圧が指定されたレベルまで低下したとき、バッテリを電力供給モードから再充電モードに切り替えることができる。
【００２１】
再び図１および図２に示した実施形態を参照すると、インバータ４５からの交流の一部は外部負荷に電力供給するために使用されるが、交流の別の一部は変圧器１７および１８に供給される。変圧器１７および１８は制御スイッチ２４によって制御される。変圧器１７および１８は交流の電圧を上げ、その後その交流は電圧プレート２０の上にあるダイオード２１および２２に行く。直流はコネクタ２３から上側交換器プレート２５上のコネクタ２９を介してプレート４４に行く。同様に、負電荷はプレート１９から上側交換器プレート２５上のコネクタ３０を介してプレート４３に行く。上側交換器プレート２５は下側交換器プレート３３の上を横に滑動する。直流は上側交換器プレート２５上のプレート４３および４４から下側交換器プレート３３上のプレートの組に行くことができる。例えば、横移動の一方の端で、プレート４３および４４は直流をプレート４０および４１に伝導する。横移動の他方の端で、プレート４３および４４は直流をプレート３９および４２に伝導する。バッテリ１および２は上側交換器プレート２５の位置に応じて再充電用の直流を交互に受け取ることができる。中立プレート５０および３８はブレーカとして働いて、上側交換器プレート２５が横に滑動するときバッテリのうちの一方が他方のバッテリを消耗するのを防止する。
【００２２】
図１および図２に示した実施形態では、インバータ４５からの交流の別の一部は変圧器３および４に供給される。制御スイッチ１１および１２はそれぞれ変圧器４および３を制御する。変圧器３および４は交流の電圧を上げ、その後交流はダイオード５、６、１４および１５によって直流に変換される。負に荷電されたプレート９および１０はそれぞれ電荷をコネクタ１３および１６に伝導する。直流はプレート７および８とコネクタ１３および１６とから下側交換器プレート３３上にあるプレートに給電される。次いで、直流は再充電のために下側交換器プレート３３からコネクタ３１および３２を介してバッテリ１および２に給電される。図１および図２に示した実施形態は再充電用直流の２つの供給源を含む。直流は、滑動用上側交換器プレート２５から、ならびに下側交換器プレート３３に結合されているダイオード５、６、１４、および１５から下側交換器プレート３３に供給される。本発明の代替実施形態は、あるバッテリが再充電しており、同時に別のバッテリが電力を供給しているように再充電用直流の単一供給源を単に含むことができる。
【００２３】
図３は本発明の別の実施形態による例示的な電子式交換器スイッチ３００を示す。電子式交換器スイッチ３００は、図１および図２に示した機械式交換器スイッチ６５の代わりに使用することができる。基本的に、スイッチ３００の電子構成要素は機械式交換器スイッチ６５の滑動用プレートを置き換える。タイミング機構に基づく機械式交換器スイッチ６５と異なり、電子式交換器スイッチ３００はバッテリからの電圧表示値に基づいて切替えの決定を行う。本発明の代替実施形態では、電子式スイッチ３００はタイミングの原理に基づいて作動することもできる。図３に示した電子式交換器スイッチ３００は２つのバッテリのための切替えをサポートするように装備されている。発明の他の実施形態では、２つより多いバッテリの間で切り替えるために、より複雑な電子式交換器スイッチを使用することができる。
【００２４】
電子式交換器スイッチ３００は、リード線３０８、３１０、３１２、および３１５を通して２つのバッテリＢ１およびＢ２（図示せず）に結合される電圧モニタリング回路３０５を備える。電圧モニタリング回路３０５はリード線Ｗ３１７、Ｘ３２０、Ｙ３２２、およびＺ３２５を通してコントローラ３３０に結合される。コントローラ３３０は、またバッテリＢ１およびＢ２に結合され、バッテリから外部負荷への電流の流れをスイッチ３３２、３３３、３３４、および３３５を使用して制御する。スイッチ３３２、３３３、３３４、および３３５はさまざまな従来の電気構成要素を含むこともできるが、共通の一例はサイリスタである。スイッチ３３２、３３３、３３４、および３３５はリード線３３７、３３８、３３９、および３４０を通してバッテリＢ１およびＢ２に結合される。
【００２５】
電圧モニタリング回路３０５はバッテリＢ１の電圧の低下を検知すると、例えば電圧の低下が結線Ｗ３１７およびＹ３２２を介してスイッチ３３２および３３５に伝達される。スイッチ３３２および３３５はオフに切り替わり、バッテリＢ１が外部負荷に追加の電力を供給することを阻止する。スイッチ３３２および３３５がオフに切り替わる前に、結線Ｘ３２０およびＺ３２５はスイッチ３３３および３３４と通信し、それによりそれらのスイッチがオンに切り替わり、バッテリＢ２は電力を外部負荷に供給することができるようになる。図３に示されていないが、追加の切替え構成要素を追加して、電力を供給しているバッテリからの電流の一部を再充電が必要なバッテリに導くことができる。電子式交換器スイッチ３００により、バッテリＢ１およびＢ２は電力源モードと再充電モードとを交替させて両方のバッテリの寿命を延ばすことができる。
【００２６】
図４は交換器スイッチを組み込む発電機の主要構成要素の間の関係を示すブロック図である。図４は本発明の例示的な実施形態による一般化された発電機４００を示す。発電機４００は３つのバッテリ４０５、４１０、および４１５を使用するが、しかしながら３つは所要な数でなく、他の実施形態は多数のバッテリの他の組合せを採用することができる。３つのバッテリ４０５、４１０、および４１５は交換器スイッチ４２０に結合される。交換器スイッチ４２０は、バッテリが電力を供給しているか、再充電を受け取っているか、または静的であるかに応じて、バッテリの各々へのおよびそれからの電流の流れを制御する。
【００２７】
交換器スイッチ４２０は、バッテリのうちの１つからの直流を、交流に変換するためにインバータ４２５に供給する。スイッチ４３０はインバータ４２５から交流を受け取り、交流を外部負荷４３５とバッテリのうちの１つを再充電するための戻り電流とに分割する。戻り交流の電圧は変圧器４４０で上げられ、整流器４４５で直流に変換される。最終的に、交換器スイッチ４２０は直流を整流器４４５から受け取り、それをバッテリのうちの１つを再充電するために使用する。当業者なら、発電機４００は単に本発明の例示的な実施形態であり、他の実施形態は追加の構成要素を含むことができ、または図４に示したいくつかの構成要素を他の従来の電子構成要素で置き換えることができることを認識されるであろう。
【００２８】
図５は、本発明の例示的な実施形態による発電機の交換器スイッチを実現するプロセス５００を示す。プロセス５００は、ステップ５０５でバッテリ４０５が直流を交換器スイッチ４２０に供給することで開始する。交換器スイッチ４２０はバッテリ４０５から直流を受け取り、一方他のバッテリ４１０および４１５は再充電しているかまたは静的モードにある。本発明の代替実施形態では、交換器スイッチは直流を２つ以上のバッテリから受け取り、再充電用電流を２つ以上のバッテリに供給することができる。ステップ５１０で、交換器スイッチ４２０は直流をインバータ４２５に供給する。ステップ５１５で、インバータ４２５は直流を交流に変換し、交流を外部負荷４３５に供給する。本発明の一般の実施形態では、インバータは交流の約７０％を外部負荷４３５に供給し、一方３０％が再充電の目的で使用される。インバータは、外部負荷４３５と再充電部分との間で交流を分割するためにスイッチ４２０を使用することができる。
【００２９】
ステップ５２０で、変圧器４４０は再充電のための交流の一部を受け取る。ステップ５２５で、変圧器４４０は再充電用電流を増大させるため電圧を上げ、交流を整流器４４５に供給する。ステップ５３０で、整流器は交流を直流に変換し、直流を交換器スイッチ４２０に供給する。図１および図２に示したように、再充電バッテリに交換器スイッチなしで直流を直接供給することもできる。ステップ５３５で、交換器スイッチ４２０は再充電のために直流をバッテリ２  ４１０に供給する。ステップ５４０で、バッテリ２  ４１０が再充電している間、交換器スイッチ４２０はバッテリ１が電圧の低下に基づいて再充電を要求するのを検知することができる。ステップ５４５で、電力を供給しているバッテリの電圧の低下を交換器スイッチ４２０が検知した場合、交換器スイッチ４２０はバッテリ３  ４１５を電力源として切り替え、再充電のために直流をバッテリ１  ４０５に供給し始める。ステップ５４０で、電圧の低下が検知されなかった場合、例示的なプロセス５００はステップ５１０に戻り、別のバッテリが充電を必要とするまで繰り返し続けることができる。別のバッテリが充電を必要とするとき、交換器スイッチ４２０は適切な調整をすることができ、再充電されたバッテリが電力を外部負荷４３５に供給し続け、かつ同時に再充電用電力を別のバッテリに供給することができる。例示的なプロセス５００は、各バッテリが供給する電力を効率的に管理することによってバッテリの総寿命を実質的に延ばすことができる。
【００３０】
終わりに当たって、上述の例示的な実施形態で提示したように本発明は、多数のバッテリによって供給される電力を効率的に使用し管理するためのシステムおよび方法を提供する。交換器スイッチは、単一のバッテリが早く消耗しないように２つ以上のバッテリの間で交替させるように設定することができる。あるバッテリが電力を失い始めたとき、交換器スイッチは別のバッテリから電力を引き出し始めることができる。その他のバッテリが再充電用電流を第１の弱くなったバッテリに供給することもできる。交換器スイッチは２つより多いバッテリの間の切替えをサポートすることもできる。電力供給システムに交換器スイッチを組み込むことにより、バッテリ電力をより効率的に使用することによってバッテリの耐用寿命が延びる。
【００３１】
本発明は本明細書で説明した従来技術の要求を満たし、上述の目的に適合していることを理解されよう。本発明の好ましい実施形態について図示し説明したが、添付した請求の範囲およびその等価物に記載した本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、本発明にさまざまな修正および変更を行うことができることは当業者には明らかであろう。例えば、発電機の他に、本発明は、バッテリ電力に依拠する他のタイプの電気システムにおいて実施することができる。本発明は、バッテリからの電力の効率的使用を管理するためにさまざまな異なるタイプの機械式交換器スイッチおよび電気式交換器スイッチを使用するように構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の例示的な実施形態による２つのバッテリおよび交換器スイッチをもつ発電機を示す図である。
【図２】本発明の例示的な実施形態による２つのバッテリおよび交換器スイッチをもつ発電機を示す図１の図面の概略図である。
【図３】本発明の例示的な実施形態による電子式交換器スイッチを示す概略図である。
【図４】本発明の例示的な実施形態による３つのバッテリおよび交換器スイッチをもつ発電機を示す概略図である。
【図５】本発明の例示的な実施形態による交換器スイッチを作動させる方法を示す論理流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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