(57)【要約】  電池増強システムおよびその方法を開示する。これは、具体的には、電気自動車またはハイブリッド車の増強のために設計されている。このシステムは、補助電力システムと車両の電気モータ電池との間で作動的に接続された変換手段を備え、この変換手段は、補助電力システムからの出力信号を変換して変換信号にする。変換信号は、電気モータ電池の出力電圧を補い、この電圧が所定のレベルを下回って降下することを防止し、したがって、電気モータ電池への損傷を防止する。このシステムはさらに、主電源によって、または電気自動車／ハイブリッド車の補助電力システムを介して充電することができる外部電池を使用することができるため、車両を、プラグイン対応のハイブリッド車／電気自動車に変えることができる。電池増強システムを設置すると、このシステムは、ハイブリッド車または電気自動車のパワーを向上させ、新規または中古の電気モータ電池の耐用寿命を延ばし、車両の燃料経済性をも改善する。【選択図】図１
2014502486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの変換手段を備える電池増強システムにおいて、前記変換手段が、使用時に補助電力システムに結合されて、前記補助電力システムからの出力信号を受信するように構成され、前記変換手段が、前記補助電力システムからの前記出力信号を変換して変換信号にすることができ、前記変換手段がさらに、使用時に電池または電池回路に結合されて、前記変換信号を前記電池に供給して、それにより前記電池を補うように構成され、前記電池を補うことにより、前記電池の出力信号が所定のレベルを下回って降下するのを防止し、したがって前記電池への損傷を防止することを特徴とする、電池増強システム。
【請求項２】
前記電池増強システムが、ハイブリッド車または電気自動車で使用するための電池増強システムであり、前記補助電力システムが、オルタネータ、コンバータ、または、たとえば、内燃機関、回生ブレーキング・システム、１つもしくは複数の電池、電動発電機、ソーラー／風力発電機、もしくは他の手段によって電力供給される他の電力変換手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の電池増強システム。
【請求項３】
請求項２に記載の電池増強システムにおいて、前記電池が、前記車両の電気モータ電池であることを特徴とする電池増強システム。
【請求項４】
請求項１に記載の電池増強システムにおいて、前記電池増強システムが、工業用の電池群で使用するための電池増強システムであり、前記補助電力システムが、オルタネータ、コンバータ、または、電源もしくは他の電力源によって電力供給される他の電力変換手段であることを特徴とする電池増強システム。
【請求項５】
請求項３に記載の電池増強システムにおいて、前記変換手段が反転手段および整流手段を備え、前記反転手段が、前記補助電力システムからの前記出力信号をＡＣ信号に変換し、前記整流手段が、前記ＡＣ信号を整流して前記変換信号にし、前記変換信号がＤＣ変換信号であることを特徴とする電池増強システム。
【請求項６】
請求項３に記載の電池増強システムにおいて、特に、前記車両の前記電気モータへの要求が過酷な期間において前記電気モータ電池がストレスの下にあるとき、前記変換信号によって、前記電気モータ電池の出力電圧が所定のレベルを下回って降下するのを防止することを特徴とする電池増強システム。
【請求項７】
請求項３に記載の電池増強システムにおいて、前記システムがさらに、前記車両の前記補助電力システムに結合された充電貯蔵手段を備えることを特徴とする電池増強システム。
【請求項８】
請求項７に記載の電池増強システムにおいて、前記充電貯蔵手段がまた、前記充電貯蔵手段を電源コンセントに接続して、ＡＣ電源またはソーラー充電など他の外部電源を介して充電できるようにする充電ユニットに結合されることを特徴とする電池増強システム。
【請求項９】
請求項７に記載の電池増強システムにおいて、前記充電貯蔵手段は、前記充電貯蔵手段が前記車両の補助電力システムから連続して充電されるよう、前記補助充電システムに結合されることを特徴とする電池増強システム。
【請求項１０】
請求項７に記載の電池増強システムにおいて、前記充電貯蔵手段が、１つまたは複数の１２Ｖ（もしくは２４Ｖ）の鉛蓄電池、リチウム・イオン電池、または他のタイプの電池であることを特徴とする電池増強システム。
【請求項１１】
請求項７に記載の電池増強システムにおいて、前記充電貯蔵手段が、出力信号を前記変換手段に供給することができ、前記システムが、前記変換手段に供給すべき出力信号を選択するための切替え手段を備え、前記出力信号が前記補助電力システム、前記充電貯蔵手段またはその両方から選択されることを特徴とする電池増強システム。
【請求項１２】
請求項５に記載の電池増強システムにおいて、前記補助電力システムからの前記出力信号が、たとえば１２Ｖ（または２４Ｖ）のＤＣ信号であり、前記変換手段が、前記１２Ｖ（または２４Ｖ）のＤＣ信号を、前記電気モータ電池の電圧に対応するＤＣ電圧信号に変換することを特徴とする電池増強システム。
【請求項１３】
請求項５に記載の電池増強システムにおいて、前記整流手段が、１つまたは複数のダイオード整流器、コンデンサ、および抵抗器を備えることを特徴とする電池増強システム。
【請求項１４】
請求項６に記載の電池増強システムにおいて、前記電気モータ電池がストレスの下にあるときでさえ、前記変換信号により、前記電気モータ電池の前記出力電圧が所定のレベルを下回って降下することが防止され、前記所定のレベルが、各タイプの電気モータ電池に固有の値、たとえば２８０ＶＤＣであることを特徴とする電池増強システム。
【請求項１５】
請求項３に記載の電池増強システムにおいて、前記電池増強システムが、前記車両の動作中に前記電気モータ電池とともに「常に動作している」構成にあることを特徴とする電池増強システム。
【請求項１６】
請求項３に記載の電池増強システムにおいて、前記電池増強システムが、前記システムが設置された車両、特に電気モータ電池が弱いと疑われる車両に、増大した動力および／または燃料節約の改善をもたらすことを特徴とする電池増強システム。
【請求項１７】
請求項３に記載の電池増強システムにおいて、前記電池増強システムが、全てのハイブリッド車および／または電気自動車、特にトヨタ・プリウス（第１世代のＮＨＷ１０、第２世代のＮＨＷ１１、および第３世代のＮＨＷ２０）、ホンダ・インサイト・ハイブリッド、ならびにホンダ・シビック・ハイブリッドに設置することができることを特徴とする電池増強システム。
【請求項１８】
請求項３に記載の電池増強システムにおいて、前記電池増強システムが、遠隔スイッチまたは前記車両のイグニション・スイッチによってオン／オフされ、その結果、前記システムは、前記車両が始動または停止するのと同時にオン／オフすることを特徴とする電池増強システム。
【請求項１９】
請求項１に記載の電池増強システムにおいて、前記電池増強システムがさらに、前記変換手段に結合された１つまたは複数のサーミスタを備えており、前記変換手段からの電流出力を制限して、前記変換手段が過負荷になるのを防止することを特徴とする電池増強システム。
【請求項２０】
少なくとも１つの変換手段を有するハイブリッド車または電気自動車において、前記変換手段が、前記車両の補助電力システムに作動的に接続され、前記変換手段が、前記補助電力システムからの出力信号を変換して変換信号にし、前記変換信号が、前記車両の電気モータ電池に供給され、前記変換信号が、前記電気モータ電池の出力電圧を補い、前記変換信号で前記電気モータ電池の出力電圧を補うことにより、前記電気モータ電池の出力電圧が所定のレベルを下回って降下するのを防止し、したがって前記電気モータ電池への損傷を防止することを特徴とする、ハイブリッド車または電気自動車。
【請求項２１】
車両内で使用するための装置において、前記装置が、使用時に前記車両の補助電力システムに結合されて、前記補助電力システムからの出力信号を受信するように構成され、前記装置が、前記補助電力システムからの前記出力信号を変換して変換信号にすることができ、前記装置がさらに、使用時に電気モータ電池または前記車両の電池回路に結合されて、前記変換信号を前記電気モータ電池に供給して、それにより前記電気モータ電池を補うように構成され、前記電気モータ電池を補うことにより、前記電気モータ電池の出力信号が所定のレベルを下回って降下するのを防止し、したがって前記電気モータ電池への損傷を防止することを特徴とする、装置。
【請求項２２】
電池を増強するための電池増強方法において、
−補助電力システムからの出力信号を、変換手段を介して変換して変換信号にするステップと、
−前記変換信号を前記電池または電池回路に供給し、それにより前記電池の出力電圧を補うステップとを含み、
その結果、前記電池の出力電圧を前記変換信号で補うステップにより、前記電池の出力電圧が所定のレベルを下回って降下することを防止し、したがって前記電池への損傷を防止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、前記方法が、前記補助電力システムと前記電池または電池回路との間に変換手段を接続する予備ステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項２２に記載の方法において、前記方法が、車両の電池を増強するためのものであることを特徴とする方法。
【請求項２５】
請求項２２に記載の方法において、前記変換手段が、反転手段および整流手段を備えることを特徴とする方法。
【請求項２６】
請求項２５に記載の方法において、前記変換手段を介して前記出力信号を変換する前記ステップが、前記反転手段が前記出力電圧をＡＣ信号に変換するステップと、前記整流手段が前記ＡＣ信号をＤＣ変換信号に変換するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２７】
ハイブリッド車または電気自動車用の電池増強システムにおいて、前記システムが、少なくとも１つの変換手段を備え、前記変換手段を、使用時に補助電力システムと前記車両の電気モータ電池との間に接続することができ、前記変換手段が、使用時に前記補助電力システムからの出力信号を変換して変換信号にして、前記変換信号を前記電気モータ電池に供給し、それにより、前記電気モータ電池の前記出力電圧を補い、したがって、前記電気モータ電池の前記出力電圧が所定の値を下回って降下することを防止し、前記電気モータ電池のセルへの損傷を防止することができることを特徴とする、電池増強システム。
【請求項２８】
ハイブリッド車または電気自動車用の増設キットにおいて、前記増設キットが、少なくとも１つの変換手段を有し、前記変換手段を、使用時に補助電力システムと前記車両の電気モータ電池との間に接続することができ、前記変換手段が、使用時に前記補助電力システムからの出力信号を変換して変換信号にして、前記変換信号を前記電気モータ電池に供給し、それにより、前記電気モータ電池の前記出力電圧を補い、したがって、前記電気モータ電池の前記出力電圧が所定の値を下回って降下することを防止し、前記電気モータ電池のセルへの損傷を防止することができることを特徴とする、増設キット。
【請求項２９】
少なくとも１つの変換手段を備える電池増強システムにおいて、前記変換手段が、補助電力システムに作動的に接続され、前記変換手段が、前記補助電力システムからの出力信号を変換して変換信号にして、前記変換信号が、電池の出力電圧を補い、前記電池の出力電圧を前記変換信号で補うことにより、前記電池の出力電圧が所定のレベルを下回って降下することを防止し、したがって前記電池が損傷するのを防止することを特徴とする、電池増強システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池の増強に関する。より詳細には、本発明は、電池を増強するための電池増強システムおよびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関、電気モータ、および他の駆動手段を動力とする自動車が知られている。ハイブリッド車は、このような駆動手段を組み合わせて駆動される。たとえば、トヨタ・プリウスは、内燃機関と電気モータの両方で駆動される。
【０００３】
ハイブリッド車は、そのドライブ・トレインのレイアウトに従って、シリーズ・ハイブリッド車またはパラレル・ハイブリッド車のいずれかとして分類される。内燃機関（ＩＣＥ）と電気モータの両方がドライブ・トレインを直接駆動するハイブリッド車は、パラレル・ハイブリッドとして知られており、レンジ・エクステンダとして発電機を使用する電気自動車は、シリーズ・ハイブリッドとして知られている。
【０００４】
パラレル・ハイブリッド車およびシリーズ・ハイブリッド車では、車両の主電池は、先行技術１の図に示すように、ＩＣＥによって回転するオルタネータすなわち発電機を介して充電される。
【０００５】
先行技術１には、典型的なハイブリッド車の構成が示してあり、ここでは電気モータが主ハイブリッド電池によって駆動され、このハイブリッド電池がＩＣＥによって駆動される発電機によって充電される。車両のコンピュータ（図示せず）は、いつ電気モータを使用するか、および／または、いつＩＣＥを使用して車両を駆動するかを決定する。車両はまた、ライト、ラジオ、ワイパーなど車両の電気構成部品に電力を供給する、補助の１２Ｖ（または２４Ｖ）の電池を有している。この１２Ｖ（または２４Ｖ）の補助電池は、追加のオルタネータまたはコンバータを介して充電される。
【０００６】
先行技術１Ａには、ハイブリッド車の代替構成が示してある。この構成では、電気モータは、車両の主ハイブリッド電池を充電する発電機としての役割も果たす。電動発電機の出力が、ＡＣ−ＤＣインバータとそれに続く一連のリレーを通過し、これが、必要なときに電池の充電を可能にする。電動発電機はまた、ＤＣ−ＤＣコンバータを介して補助電池に電力を供給する。この構成では、補助電池を充電するための別個のオルタネータが欠けており、主ハイブリッド電池の充電出力を共用することに留意されたい。電動発電機、ＩＣＥ、および主ハイブリッド電池の動作は、図示した１つまたは複数のＥＣＵユニットによって制御される。
【０００７】
ハイブリッド車に関する問題を理解するには、消費者がハイブリッド車を購入する理由を初めに明らかにしておくことが重要である。理由の１つは、ハイブリッド車が環境に配慮されており、「環境に優しい（ｇｒｅｅｎ）」車両と考えられているからである。これが理由で、同等のガソリン車より５倍もコストアップすることになっても、消費者は新規のハイブリッド車に関連する余分なコストを進んで支払う。
【０００８】
従来型のガソリン駆動の車両と比較して、ハイブリッド車が使用するガソリンは少ないという事実により、消費者は燃料コストを節約することができるようになる。これが、ほとんどの人々がハイブリッド車を購入するまさしく主な理由である。これは、特に中古のハイブリッド車について当てはまるが、それというのも、５年以上使用してきたハイブリッド車は通常、新規ハイブリッド車のコストのごく一部分で売れるので、平均的な消費者にとって入手可能なものになるからである。
【０００９】
消費者がハイブリッド車を購入するさらなる理由は、ハイブリッド車に伴う維持コストが比較的低いことである。ハイブリッド車は、機械的に非常に信頼性が高く、ハイブリッド車のほとんどの所有者は、車両の維持に費やす時間と金銭が非常に少ないという事実を確認することができる。ハイブリッド車はまた、動作が極めて滑らかで静かであり、この車両は、正しく動作しているときには、静かで、反応がよく、運転していて楽しい。
【００１０】
他の任意の技術と同様、ハイブリッド車はまた、潜在的な消費者を思いとどまらせることがあるいくつかの欠点も有する。ハイブリッド車に関連する高コストは、この技術の主な欠点の１つである。新車のハイブリッド車のコストは、６５，０００ニュージーランド・ドルにもなることがある。
【００１１】
ハイブリッド車の電池の信頼性も、ハイブリッド車の潜在的な消費者の主な関心事である。５年以上の中古ハイブリッド車は、電池の問題に直面する可能性が高く、通常は車両の価値を超えるコストになることがあるハイブリッド電池を置き換える必要が生じることになる。たとえば、１９９８年のトヨタ・プリウス・ハイブリッドのコストは約４，０００ニュージーランド・ドルであるが、交換電池の値段は１２，０００ニュージーランド・ドルを超える。２００１年のトヨタ・プリウス・ハイブリッドのコストは約８，０００ドルであるが、その交換電池の値段は６，０００ドルを超える。これはまた、ハイブリッド車の既存所有者の関心事である。ハイブリッド車を５年以上使用してきた所有者は、常に、電池交換の高いコストを心配することになる。電池が故障の兆しを見せ始めると、車両は、信頼性が非常に低くなり、しばしば動作が完全に停止することになる。電池パックが弱くなり始めると、ハイブリッド車での出力不足が顕著である。
【００１２】
ハイブリッド車の主電池パック（普通はニッケル金属水素（ＮｉＭＨ）電池）は、直列に配置され相互接続された複数の電池サブパック（セル）から構成される。この主電池パックの耐用年数は、ほぼ８年〜１０年である。これらの電池は置き換えるのに高額の費用がかかり、前述の通り、先に述べた車両の価値全体を超えるコストになることもある。現在、ハイブリッド車の製造業者は、ハイブリッド車の電池をその耐用寿命の最後に置き換えることを推奨している。本発明者が知る限り、製造業者が中古電池を再使用または再調整しょうとする試みは現在まではない。
【００１３】
２００５年から、本発明者は、電池再調整のビジネスに関わってきたが、主に、自動車の始動用途およびディープサイクル用途に使用するための鉛蓄電池に関するものである。２００７年に、本発明者は、トヨタ・プリウス用のハイブリッド電池パックの再調整を開始した。
【００１４】
本発明者は、自分自身の方法および手順を使用して、ハイブリッド車の電池の再調整および再構築を試みた。現在まで、本発明者は、３００個を超える電池パックの再調整と再構築をおこなってきたが、注文の中には遠く英国からきたものもある。
【００１５】
したがって、本発明者は、この分野での専門家として認識されており、第１世代のトヨタ・プリウス（ＮＨＷ１０−１９９７〜２０００年）の電池パックを再調整する唯一の人間である。
【００１６】
一般に、サブパック内のセルのうち１つまたは複数のセルが、充電量を保持して放出することができなくなり、場合によってはストレスの下で逆充電の状態に至ると、ハイブリッド車の電池パックは故障する（注：トヨタ・プリウスの電池では、直列に接続された４０個のサブパック内に１２０個のセルが存在する）。これにより、最大充電電圧を得ることができるものと誤解すべきではない。充電下で故障している電池は、依然として正しい端子電圧を得て、完全に充電されているように見えることがある。しかし、負荷がかかると、わずかな充電量が急速に放出され、その結果、電池電圧が急速に変化して、電池が完全放電または「電池切れ（ｆｌａｔ）」になるので、電圧が急速に降下することになる。
【００１７】
再調整プロセスの一部として、本発明者は、電池のサブパックを１００アンペアの負荷に意図的に曝して、このサブパックが、再調整されて再構築された電池パックにおいて再使用可能かどうか判定する。しかし、これら極限の試験プロセスを使用する場合でも、再構築された電池は、本発明者が提供する１年の保証期間内で依然として故障し、保証の下で電池を修理している間に、電池によっては２度以上故障して、本発明者に損失が生じる。
【００１８】
再構築され再調整された電池パックが故障するには、いくつかの理由がある。主な理由は、電池を再構築するのに使用されるサブパックの故障である。車両の所有者が、特にヒルクライム中に激しく加速させることによって、既に弱っている電池パックを酷使することにより、電池パックの故障が生じることもある。整備不良、スパーク・プラグ、空気流量計、プラグイン・コイル、酸素センサなどの不可欠な構成部品の損耗によるＩＣＥでの出力損失は、ハイブリッド電池の故障にもつながることがある。一般に、サブパックは、負荷を扱うその容量を超えてストレスが加わるときに故障する。しかし、再調整された電池の故障の原因が、発明者の制御によるものであったとしても、発明者は、財務上の著しい損失をもたらす自身の保証を、依然として遂行しなければならなかった。
【００１９】
再調整された電池パックの故障により、発明者は、電池のサブパックが永久に故障しないようにする方法を見つけるか、またはハイブリッド電池パックを再調整する仕事を一切断らなければならない立場に置かれた。
【００２０】
発明者は、ハイブリッド電池が永久に故障しないようにする方法を発明する際、いくつかの問題を克服しなければならなかった。克服すべき主な問題は、電池のサブパックに、普通の運転状態および極限の運転状態で必要な負荷を扱うための能力を超えてストレスが加わらないようにすることであった。さらに、提案された方法は、必要なときにはハイブリッド電池パックに対するサポートを提供しなければならなかった。すなわち、この方法は「常に利用可能で動作している」ものでなければならなかった。この方法はまた、これらの機能を実行するために十分な充電量を供給できなければならなかった。
【００２１】
提案された解決策はまた、頑強で信頼性が高く、小さくてコンパクトであり、ハイブリッド車に容易に組み立てて設置され、消費者が無理なく買えるものである必要があった。
【００２２】
発明者は、ハイブリッド電池に関する上記問題に取り組むための（老朽化していくハイブリッド電池パックをサポートするための製品または方法の形での）いかなる試みもなされてきていないことを確信しているが、それは主に、ハイブリッド電池パックを商業ベースで再調整する人が誰もいなかったからである。したがって、必要性が全く生じなかった。現在実施できることといえば、故障した電池パックを新規の電池パックに置き換えることであった。
【００２３】
ハイブリッド車に纏わるほとんどの開発が、主に、車両におけるプラグイン・システムを提供することに関するものであったが、それというのも、製造業者が、その発売モデルへこの機能を導入するのが遅かったからである。
【００２４】
米国企業Ｅｎｇｉｎｅｒ  Ｉｎｃ．（先行技術２を参照）によって開発された先行技術の一実装形態により、主ハイブリッド電池と並列に接続された第２の電池パックが導入された。
【００２５】
先行技術２に示すように、第２の電池パックは、全電圧が４８ＶＤＣになる４×１２Ｖ（または同様の）ディープサイクルの電池であり、この４８ＶＤＣは、次いで、ＤＣ−ＤＣコンバータを使用して約３１０ＶＤＣにまで変換される。第２の電池パックは、家庭の電源コンセントに接続することによって再充電される。これにより、ハイブリッド車は限定的なプラグイン車両になるが、このハイブリッド車は、短距離（２０〜３０ｋｍ）において、かつ、ある速度（毎時５０ｋｍ）を下回る場合にのみ電気モードで駆動される。このシステムの下では、プラグイン電池パックは、その残量がなくなると、車両動作において一切の役割を果たさなくなり、車両はその元の状態に戻る。
【００２６】
以来、トヨタは、プラグイン対応のプリウス（２０１０）モデルを発売している。これらモデルは、家庭の電源給電ラインから充電できる予備電池を使用する。電気モードの下での航続距離は依然として制限されている。
【００２７】
この領域で開発が遅いのは、主として電池のコストと長距離運転に十分なエネルギーを貯蔵する能力とに起因する。電気自動車は、依然として航続距離が最大６０ｋｍに制限されており、短距離の移動にしか適さない。
【００２８】
米国特許出願公開第２０１０／００３３１３２号明細書
電池の電子制御ユニット（ＥＣＵ）から提供される電池の状態情報を使用して、ハイブリッド車の電池の過充電／過放電を防止する制御システムを開示している。制御装置は、ハイブリッド車のモータおよびＩＣＥに動作コマンドを送り、その結果、ハイブリッド車の電池は、いかなるときでも過充電または過放電にはならない。このシステムは、電池ＥＣＵソフトウェアによって計算された入力および出力にかなり依存しており、電圧、電流、または温度など検知されたパラメータにエラーがあると、制御システムに歪みを生じることがある。さらに、この制御システムは、個々のハイブリッド電池サブパックが車両の激しい加速など過酷な運転状態で使用されるとき、それに補給電力を供給するのに、いかなる補助電力源（２次電池パックまたは補助充電システムなど）も使用しない。したがって、ハイブリッド電池に追加の電力補給がないので、個々のサブパックは、依然として弱くなり、最後には故障することがある。前述の通り制御システムによって電池の過放電が防止されたとしても、過放電限界を下回って電池の電圧が降下すると、車両は電力が不足し、より多くの燃料を使用することになる。さらに、この制御システムでは、性能を改善し、既に弱まったまたは再調整されたハイブリッド電池の故障を防止する方法が提供されない。
【００２９】
米国特許出願公開第２０１０／０２４１３７６号明細書
ＥＣＵが実行する計算に基づく所定の限界を超えてハイブリッド電池が放電することを防止するための、ソフトウェアおよび／またはハードウェアを実装したハイブリッド車用のＥＣＵを開示する。ＥＣＵによってモータおよびＩＣＥが制御され、その結果、電池の過放電が防止される。前述の通り、過酷な運転状態の下で個々の電池サブパックが使用されるとき、ＥＣＵにより、補助電力源（外部電池パックまたは補助充電システムなど）がこれら個々の電池サブパックに補給電力を供給できるようにはならない。電池サブパックの故障を防止できないこと、および既に弱っているまたは再調整されたハイブリッド電池に対する支援がないことが、この開示の弱みとして確認することができる。
【００３０】
既知の技術の欠点および限界のうちいくつかを改善する、電池増強システムおよびその方法を提供すること、または、少なくとも、ハイブリッド車、電気自動車、もしくは他の車両を保護するための有用な選択肢を社会に提供することが、本発明の目的である。
【発明の概要】
【００３１】
一態様では、本発明は、少なくとも１つの変換手段を備える電池増強システムであって、この変換手段が、使用時に補助電力システムに結合されて、補助電力システムからの出力信号を受信するように構成され、この変換手段が、補助電力システムからの出力信号を変換して変換信号にすることができ、この変換手段がさらに、使用時に電池または電池回路に結合されて、変換信号を電池に供給して、それにより電池を補うように構成され、電池を補うことにより、電池の出力信号が所定のレベルを下回って降下するのを防止し、したがって電池への損傷を防止する、電池増強システムに関する。
【００３２】
好ましくは、この電池増強システムは、ハイブリッド車または電気自動車で使用するための電池増強システムであり、補助電力システムは、オルタネータ、コンバータ、または、たとえば、内燃機関、回生ブレーキング・システム、１つもしくは複数の電池、電動発電機、ソーラー／風力発電機、もしくは他の手段によって電力供給される他の電力変換手段を備える。
【００３３】
好ましくは、電池は、車両の電気モータ電池である。
【００３４】
好ましくは、この電池増強システムは、工業用の電池群で使用するための電池増強システムであり、補助電力システムは、オルタネータ、コンバータ、または、電源もしくは他の電力源によって電力供給される他の電力変換手段である。
【００３５】
好ましくは、変換手段は反転手段および整流手段を備え、この反転手段は、補助電力システムからの出力信号をＡＣ信号に変換し、整流手段は、ＡＣ信号を整流して変換信号にし、この変換信号はＤＣ変換信号である。
【００３６】
好ましくは、特に、車両の電気モータへの要求が過酷な期間において電気モータ電池がストレスの下にあるとき、この変換信号によって、電気モータ電池の出力電圧が所定のレベルを下回って降下するのを防止する。
【００３７】
好ましくは、このシステムはさらに、車両の補助電力システムに結合された充電貯蔵手段を備える。
【００３８】
好ましくは、充電貯蔵手段はまた、この充電貯蔵手段を電源コンセントに接続して、ＡＣ電源またはソーラー充電など他の外部電源を介して充電できるようにする充電ユニットに結合される。
【００３９】
好ましくは、充電貯蔵手段は、この充電貯蔵手段が車両の補助電力システムから連続して充電されるよう、補助充電システムに結合される。
【００４０】
好ましくは、充電貯蔵手段は、１つまたは複数の１２Ｖ（もしくは２４Ｖ）の鉛蓄電池、リチウム・イオン電池、または他のタイプの電池である。
【００４１】
好ましくは、充電貯蔵手段は、出力信号を変換手段に供給することができ、このシステムは、変換手段に供給すべき出力信号を選択するための切替え手段を備え、この出力信号は補助電力システム、充電貯蔵手段またはその両方から選択される。
【００４２】
好ましくは、補助電力システムからの出力信号は、１２Ｖ（または２４Ｖ）のＤＣ信号であり、変換手段は、この１２Ｖ（または２４Ｖ）のＤＣ信号を、電気モータ電池の電圧に対応するＤＣ電圧信号に変換する。
【００４３】
好ましくは、整流手段は、１つまたは複数のダイオード整流器、コンデンサ、および電流制限抵抗器を備える。
【００４４】
好ましくは、電気モータ電池がストレスの下にあるときでさえ、変換信号により、電気モータ電池の出力電圧が所定のレベルを下回って降下することが防止される。この所定のレベルとは、各タイプの電気モータ電池に固有の値、たとえば２８０Ｖである。
【００４５】
好ましくは、電池増強システムは、車両の動作中に電気モータ電池とともに「常に動作している」構成にある。
【００４６】
好ましくは、電池増強システムは、このシステムが設置された車両、特に電気モータ電池が弱いと疑われる車両に、増大した動力および／または燃料節約の改善をもたらす。
【００４７】
好ましくは、電池増強システムは、全てのハイブリッド車および／または電気自動車、特にトヨタ・プリウス（第１世代のＮＨＷ１０、第２世代のＮＨＷ１１、および第３世代のＮＨＷ２０）、ホンダ・インサイト・ハイブリッド、ならびにホンダ・シビック・ハイブリッドに設置することができる。
【００４８】
好ましくは、電池増強システムは、遠隔スイッチまたは車両のイグニション・スイッチによってオン／オフされ、その結果、このシステムは、車両が始動または停止するのと同時にオン／オフする。
【００４９】
好ましくは、電池増強システムはさらに、変換手段に結合された１つまたは複数のサーミスタを備えており、変換手段からの電流出力を制限して、変換手段が過負荷になるのを防止する。
【００５０】
別の一態様では、本発明は、少なくとも１つの変換手段を有するハイブリッド車または電気自動車であって、この変換手段が、車両の補助電力システムに作動的に接続され、この変換手段が、補助電力システムからの出力信号を変換して変換信号にし、この変換信号が、車両の電気モータ電池に供給され、この変換信号が、電気モータ電池の出力電圧を補い、変換信号で電気モータ電池の出力電圧を補うことにより、電気モータ電池の出力電圧が所定のレベルを下回って降下するのを防止し、したがって電気モータ電池への損傷を防止する、ハイブリッド車または電気自動車に関する。
【００５１】
さらなる一態様では、本発明は、車両内で使用するための装置であって、この装置が、使用時に車両の補助電力システムに結合されて、補助電力システムからの出力信号を受信するように構成され、この装置が、補助電力システムからの出力信号を変換して変換信号にすることができ、この装置がさらに、使用時に電気モータ電池または車両の電池回路に結合されて、変換信号を電気モータ電池に供給して、それにより電気モータ電池を補うように構成され、電気モータ電池を補うことにより、電気モータ電池の出力信号が所定のレベルを下回って降下するのを防止し、したがって電気モータ電池への損傷を防止する、装置に関する。
【００５２】
別の一態様では、本発明は、電池を増強するための電池増強方法であって、
−補助電力システムからの出力信号を、変換手段を介して変換して変換信号にするステップと、
−この変換信号を電池または電池回路に供給し、それにより電池の出力電圧を補うステップとを含み、
その結果、電池の出力電圧を変換信号で補うステップにより、電池の出力電圧が所定のレベルを下回って降下することを防止し、したがって電池への損傷を防止する、方法に関する。
【００５３】
好ましくは、この方法は、補助電力システムと電池または電池回路との間に変換手段を接続する予備ステップを含む。
【００５４】
好ましくは、この方法は、車両の電池を増強するためのものである。
【００５５】
好ましくは、変換手段は、反転手段および整流手段を備える。
【００５６】
好ましくは、変換手段を介して出力信号を変換するステップは、反転手段が出力電圧をＡＣ信号に変換するステップと、整流手段がこのＡＣ信号をＤＣ変換信号に変換するステップとを含む。
【００５７】
別の一態様では、本発明は、ハイブリッド車または電気自動車用の電池増強システムであって、このシステムが、少なくとも１つの変換手段を備え、この変換手段を、使用時に補助電力システムと車両の電気モータ電池との間に接続することができ、変換手段が、使用時に補助電力システムからの出力信号を変換して変換信号にして、この変換信号を電気モータ電池に供給し、それにより、電気モータ電池の出力電圧を補い、したがって、電気モータ電池の出力電圧が所定の値を下回って降下することを防止し、電気モータ電池の電池セルへの損傷を防止することができる、電池増強システムに関する。
【００５８】
別の一態様では、本発明は、ハイブリッド車または電気自動車用の増設キットであって、この増設キットが、少なくとも１つの変換手段を有し、この変換手段を、使用時に補助電力システムと車両の電気モータ電池との間に接続することができ、変換手段が、使用時に補助電力システムからの出力信号を変換して変換信号にして、この変換信号を電気モータ電池に供給し、それにより、電気モータ電池の出力電圧を補い、したがって、電気モータ電池の出力電圧が所定の値を下回って降下することを防止し、電気モータ電池の電池セルへの損傷を防止することができる、増設キットに関する。
【００５９】
さらなる一態様では、本発明は、少なくとも１つの変換手段を備える電池増強システムであって、この変換手段が、補助電力システムに作動的に接続され、この変換手段が、補助電力システムからの出力信号を変換して変換信号にして、この変換信号が、電池の出力電圧を補い、電池の出力電圧を変換信号で補うことにより、電池の出力電圧が所定のレベルを下回って降下することを防止し、したがって電池が損傷するのを防止する、電池増強システムに関する。
【００６０】
本発明はまた、本出願の明細において、個別的もしくは集合的に言及され、または示された部品、要素、および特徴、ならびに、これらの部品、要素、もしくは特徴のうち任意の２つ以上のいずれかまたは全てにあるといってもよく、既知の均等物を有する具体的な整数値が本明細書において言及される場合、このような均等物は、個別に説明たかのように、本明細書に組み込まれるものと見なされる。
【００６１】
上記の態様およびその他の態様は、その新規の態様全てにおいて考えるべきであり、以下の説明から明らかになるが、添付図面を参照して単に例として提示することになる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明の好ましい第１の実施形態による、ハイブリッド駆動車両に実装された電池増強システムの純粋な形態の図である。
【図１Ａ】図１Ａは、ハイブリッド車の代替構成において実装された電池増強システムを示す図である。
【図２】図２は、電池増強システムの変換手段をクローズアップしたブロック図である。
【図３】図３は、電池増強システムを設置した状態および設置しない状態でハイブリッド車を使用して実行されるトライアル中の、電気モータ電池の電圧出力と時間との関係を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の好ましい別の実施形態による、外部電池を組み込むプラグイン機能を有する電池増強システムの代替実施形態の図である。
【図５】図５は、電池増強システムの変換手段の代替ブロック図である。
【図６】図６は、工業用の電池群に対して使用される場合の、電池増強システムの代替実施形態の図である。
【図７】図７は、先行技術を表す図である。
【図８】図８は、先行技術を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００６３】
以下の説明は、本発明の好ましい実施形態、すなわち電池増強システムおよびその方法について、本発明を説明することになる。これらの好ましい実施形態は、本発明を純粋に例示するだけなので、本発明はそれらには決して限定されず、本発明の範囲から逸脱することなく、実現可能な変形形態および修正形態が容易に明らかになろう。
【００６４】
実施例１
図１には、電池増強システムの純粋な形態が示してあり、ここで、変換手段１０１が、トヨタ・プリウスなどの典型的な電気／ガソリンのハイブリッド車のドライブ・トレインに接続される。前述の通り、ハイブリッド車の電気モータ電池１０３（ハイブリッド電池または電池とも呼ぶ）は、車両の電気モータ１０５に電力を供給する。電気モータ電池１０３は、次に、発電機すなわちオルタネータ１０９を介して車両の内燃機関（ＩＣＥ）１０７によって充電される。車両はまた、照明、ラジオ、ワイパーなど車両の電気システムに電力を供給する補助電池１１３を充電するための、別個の補助電力システム１１１を備える。この電池１１３は通常、１２Ｖ（または２４Ｖ）の自動車用鉛蓄電池であり、補助電力システム１１１の出力は、電池電圧（すなわち、１２Ｖまたは２４Ｖ）に一致する。
【００６５】
図１の例では、補助電力システムは、車両のＩＣＥ１０７によって回転するオルタネータ１１１である。しかし、電気のみの車両では（また、ハイブリッド車によっては）、補助電力システム１１１は、回生ブレーキング・システムによって電力供給されるオルタネータ／コンバータであり、この回生ブレーキングでは、車両の制動力を使用して、エネルギーを生成し、補助電池１１３を充電する。車両によっては、オルタネータ／コンバータ１１１は、回生ブレーキング・システムとＩＣＥ１０７の両方によって電力供給される。本明細書に記載の電池増強システムは、これらまたは他の任意のタイプの補助電力システムの両方を装備した車両に適用することができる。
【００６６】
図１Ａには、ハイブリッド車の代替構成において設置された電池増強システムが示してある。先行技術１Ａで前述したように、この構成の電気モータ１０５はまた、ＡＣ−ＤＣインバータ１１９を介して車両の電気モータ電池１０３を充電する発電機として働く。電気モータ／発電機１０５はさらに、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１１を介して補助電池１１３に充電信号を供給する。図１と対照的に、この構成での補助電力システムは、コンバータ１１１である。前述の通り、補助電力システムは、オルタネータ、コンバータ、または車両の他の任意の補助電力システムとすることができる。１つまたは複数のＥＣＵ１２１、１２３、およびリレー１２７が、電池１０３、１１３両方の動作および充電を制御する。
【００６７】
電池増強システムの変換手段１０１（商用目的で発明者が「Ｐｏｗｅｒ  Ｊｏｃｋｅｙ」と名付けた）は、補助電力システム１１１とハイブリッド車または電気自動車の電気モータ電池１０３との間に接続される。図１および図１Ａに示すように、本発明の好ましい実施形態では、変換手段１０１は、反転手段１１５および整流手段１１７を備えており、図２でより明確に図示してある。変換手段１０１は、「装置１０１」とも呼ばれる。
【００６８】
図２には、電池増強システムの変換手段／装置１０１をクローズアップした図が示してある。補助電力システム１１１からの入力が、反転手段１１５に接続される。反転手段は、１２Ｖ（または２４Ｖ）の電圧源を２３０ＶのＡＣ電圧信号に変換することができる、１つまたは複数のＤＣ−ＡＣ電力インバータであることが好ましい。あるいは、インバータは、市場で容易に入手可能な部品を使用して、電池増強システムで使用するために特注することができる。この場合、インバータのＡＣ出力信号は、車両の電気モータ電池の電圧を補うように事前設定された値（ＶＡＣ）である。好ましい実施形態では、使用されるインバータは、定格値１０００ワット（バージョン２では２５００ワット）であるが、以下に述べるように、互いに組み合わされて高い電力出力を供給する複数のインバータを使用することができる。インバータは、単相ＡＣ信号を出力し、この信号が整流手段１１７に供給される。インバータは、単相または３相のＡＣ電圧信号を出力し、この実施形態では、設計上の選択として単相出力を使用する。
【００６９】
整流手段１１７は、少なくとも１つの整流器２０１を備える。ダイオードブリッジ全波整流器２０１は、インバータ１１５からの単相ＡＣ信号をＤＣ信号に変換する。ＤＣ信号は、電気モータ電池１０３の電圧に等しい（または実質的に等しい）ことが好ましく、この例では、ほぼ３１０Ｖである。しかし、ＤＣ信号は、電気モータ電池の電圧値に必ずしも等しくなる必要はなく、以下でさらに説明するように、このシステムが使用される具体的な車両の電気モータ電池１０３を適切に補う、他の任意の値とすることができる。
【００７０】
整流手段１１７はまた、少なくとも１つの平滑コンデンサ２０３および少なくとも１つの保護抵抗器２０５を備える。平滑コンデンサは、整流器２０１の電圧出力からのリップルを低減させるために使用され、抵抗器は出力電流を制限する。１００μＦの平滑コンデンサおよび２．２オームの電流制限抵抗器が、図２のプロトタイプ装置１０１に備えられていた。
【００７１】
トライアル結果
初めに、装置１０１のいくつかのプロトタイプが発明者によって組み立てられ、弱くて故障しやすい電池を有する車両も含まれる５つの異なるトライアル車両でテストされた。
【００７２】
第１のプロトタイプは、電気モータ電池が弱い１９９８年のトヨタ・プリウスのテスト車両に並列に搭載された。この車両は、パワーがより大きいことが観察され、プロトタイプ装置１０１が設置された状態で加速も円滑であった（タイム・トライアル中に、ほぼ８秒で０〜６０ｋｍ／時を達成した）。しかし、電池が急速に劣化し、装置１０１が電池から切り離されたとき、車両内でパワー損失が発生した。発明者は、運転を続けるために、装置１０１を停止させて再連結しなければならなかった。
【００７３】
第２のプロトタイプは、電池の故障が疑われる、２００１年のトヨタ・プリウスの第２世代のテスト車両に搭載された。第２世代のプリウスの車両は、移動距離にわたって燃料経済性を計算するオンボード・コンピュータを備えていた。このシステムを使用した場合、１０ｋｍ走行において、燃料経済性で１０％の改善が見られた。
【００７４】
第３のプロトタイプは、電池のセルが放電しきっている、１９９９年のトヨタ・プリウスのテスト車両に搭載された。このテスト走行は、険しいヒルクライムのある高速道路の一区間で、発明者がおこなった。発明者は、毎時９７ｋｍの速度においてフルスロットルで坂を登る、このテスト走行を何とか完遂した。車両に取り付けられた装置１０１がなかったら、これが可能にならなかったはずである。
【００７５】
第４のプロトタイプは、電池が非常に良好な、第３世代のトヨタ・プリウスに搭載された。このテスト走行は、電池増強システムによって、新しい電池を備えるハイブリッド車の燃料経済性も改善できるかどうかチェックするために実行された。高速道路を運転しているときには燃料経済性に変化がなかったが、街中の運転では、燃料経済性に２０％の改善が見られた。より具体的には、装置１０１がない場合、車両の燃料経済性の測定値は、街中の運転において３０．８ｋｍ／Ｌであり、装置１０１をオンにしたときには、燃料経済性が３６．５Ｋｍ／Ｌにまで改善した。したがって、このテスト走行では、この装置により、新しい電池を備えた車両に対して（燃料経済性ついての）改善がもたらされ、電池が弱っている車両で使用することだけに有益なわけではないことも分かった。
【００７６】
第５のプロトタイプは、トヨタ・エスティマ・ハイブリッド車に搭載された。高速道路の３３ｋｍ区間で燃料経済性テストを実行した。トヨタ・エスティマは、装置がない場合には１２．９ｋｍ／Ｌであり、装置をオンにして高速道路の同じ区間でテスト走行を繰り返すと、このエスティマは、１４．８Ｋｍ／Ｌを達成した。これにより、電池増強システムによって、高速道路を運転しているときでも、装置が搭載された車両の燃料経済性が改善することが分かる。
【００７７】
後半のトライアルにおいて、トヨタ・エスティマには、車両の補助電力システムと電気モータ電池の間に並列に接続された２つの装置が取り付けられた。これにより、車両の燃料経済性がさらに改善した。車両に接続された装置／変換手段の数が増えるにつれて、性能と燃料経済性の両方がますます改善することが分かった。これは、複数の装置によって、車両が、より長い期間において電気モードで機能し、したがって車両のＩＣＥの使用を減らしたことに起因する。
【００７８】
続いて、図１および図２に示した変換手段／装置１０１を、シリーズ１・トヨタ・プリウス・ハイブリッド車（本明細書では以下で「テスト・プリウス」と呼ぶ）に直列に搭載して、追加トライアルが実行された。後続のトライアル結果は、Ｐｒｏｇｒｅｓｓｉｖｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ＮＺ  Ｌｉｍｉｔｅｄによって記録され、完全に分析された。図３には、電池増強システムが車両に搭載されていない状態および搭載された状態での、使用時の電気モータ電池の電圧出力を測定することによって得られたトライアル結果が示してある。電圧は、現実世界の動的な運転状態下での電気モータ電池および変換手段／装置の電圧出力を測定する高電圧検知回路を備える、マイクロプロセッサ・ベースのデータ収集システムを接続することによって測定された。
【００７９】
テスト・プリウスの電気モータ電池は、そのときどきの運転モードに応じて出力電圧が広範囲に変動する、既に弱った電池であった。電気モータ電池が、ＩＣＥから、または回生ブレーキングの下で充電されると、この電池は、初めに３１０ＶＤＣの最大値まで充電された。休止状態から急加速して坂を登ると、電池は２５０ＶＤＣまで急速に放電した。こうした挙動は、大量の充電を貯蔵できなくなった電気モータ電池には典型的なものである。結果として、車両は、休止状態からの加速が弱くなり、動的な性能に劣ることになる。
【００８０】
図３に示した電圧（ボルト）対時間（秒）のグラフ上に、電気モータ電池の出力電圧がプロットしてある。前述の通り、変換手段／装置１０１を用いることなくテスト／プリウスが動作しているとき、出力電圧は、ほぼ２５０ＶＤＣにまで急速に降下し、このとき車両は、１０秒付近でトライアルに向けての過酷な加速状態の下にあった（曲線３０１参照）。この突然の電圧降下により、加速が弱くなり、車両の挙動が鈍くなった。１７秒付近で車両のＥＣＵによってＩＣＥが自動的に再始動したとき、電圧はほぼ３００ＶＤＣまで回復して、電池からの電力不足を補償した。
【００８１】
次に、図１に示すように、変換手段／倒置１０１をテスト・プリウスに取り付けた。１０秒付近での過酷な加速の下で電池の電圧降下がはるかに小さく（曲線３０３参照）、通常、負荷状態においてほんの２８０ＶＤＣまでしか降下しないことがここで明らかであった。通常約２アンペアの測定可能な電流が、これらの状態の下で、変換手段から電気モータ電池に流れた。ＩＣＥの再始動がＥＣＵによって２６秒付近まで遅延したが（曲線３０５参照）、それというのも、装置１０１が、この期間中、十分な電力で電池を補っていたからであることも分かった。
【００８２】
結果として、休止状態から急加速して坂を登る状態の下で、変換手段／装置１０１が、充電分を電気モータ電池に移動させるとともに、電池が深放電領域に移行するのを防止することもできると考えられる。
【００８３】
図１、図２、および図３を参照して前のテスト結果を見ると、電池増強システムの動作の技術的な態様を全体的に説明していることが分かる。要するに、電池増強システムの装置１０１は、ハイブリッド車または電気自動車の１２Ｖ（または２４Ｖ）の補助電力システムから電力を取り出し、これを使用して、ブースト電圧を得て、次いでこのブースト電圧を使用して、電気モータ電池に補給充電を加えることができる。
【００８４】
直感的な論理だけを用いて、本発明で開示された電池増強システムは動作することがないと結論づけられることもある。電気モータのパワー出力が３３，０００ワットであるとき、増強システムから加えられる電力量（すなわち、実施例１では１０００ワット）が少なすぎて、何ら著しい効果がない場合、これが特に明らかである。さらに、電池増強システムが車両自体の補助電力システム１１１を使用するということは、より多くの燃料を非効率な形で使用し、その結果、燃料消費が多くなると予想されることを意味する。しかし、発明者は、このシステムが動作する方式は直感に反していると確信する。ハイブリッド電池の再調整の仕事に携わった経験がなければ、このシステムが機能する方式が、以下で説明するように明らかになることはない。
【００８５】
図３の結果グラフから、変換手段／装置１０１のブースト電圧出力が、風力発電機と同様の電気モータ電池電圧にまで「引き下げられる」ことが分かる。電圧におけるこの差によって、どれほどの追加電力がシステムから供給されるのかが決定されるように思われる。この効果は、パルス状に見え、電池には有益であるが、それというのも、このシステムがないと弱い電池サブパックが故障することになる場合に電力補給が最も不可欠なとき、電力補給が生じるからである。
【００８６】
導電媒体で物理的に連結されている電気システムの２つの部分は、この導電媒体が完全でない場合を除いて、互いに異なる電圧では存在できない。すなわち、この導電媒体が電気抵抗を有する場合である。この場合、電気モータ電池の電圧は、電流制限抵抗器２０５により、変換手段の整流器２０１およびコンデンサ２０３によって供給される電圧から分離される。整流ダイオード２０１の阻止動作により、エネルギーは電気モータ電池からインバータ１１５に流れることができず、したがって、出力コンデンサ２０３が、抵抗器２０５を介して、電気モータ電池と同じ電位まで充電される。
【００８７】
電気モータ電池の電圧が、インバータ出力１１５の電圧を下回って降下すると（電池が過酷な加速によってストレスの下にあるとき）、それにより、電流がインバータ１１５から出力抵抗器２０５を介して、電気モータ電池まで流れることになり、それにより、インバータ出力１１５に等しくなるよう電池電圧を上げるという逆効果を有することになる。電池の電圧降下が大きいほど、インバータ１１５から電池に流れようとする電力が多くなるはずである。実際、インバータ１１５から利用可能な電力、およびインバータ１１５と電池の間の回路インピーダンス、具体的には２．２オームの抵抗器によって、これが制限されている。
【００８８】
図３の結果グラフから、電池増強システムの変換手段１０１が接続されていない場合、電気モータ電池の電圧が、より低いレベルにまで降下することも分かる。極性反転に至るまで電池のセルが完全放電すると、セルに永久的な損傷が生じる可能性があることが一般に認められている。電池の各セル間の容量のわずかな差によって、１つのセルが他のセルに先立って完全に放電するような、直列でのセルの共通構成において、この状況が発生する。これが起きると、良好なセルが、放電したセルを逆向きに駆動し始め、これにより、各セルに永久的な損傷を生じることがある。電池内の各セルが互いに異なる温度にある場合に、低電圧の閾値カットアウトが採用されているときでも、極性反転による不可逆的な損傷が、電気モータ電池においては特に危険である。これは、ＮｉＭＨセルの容量が、このセルが冷却されるにつれて著しく低下するからである。この結果、相対的に冷たいセルの負荷の下では、電圧が相対的に低くなる。本発明の電池増強システムによって、電池の各セルが同じ程度にまで放電するようになるという事実により、ハイブリッド車または電気自動車の電池を保護することができる。
【００８９】
電池増強システムの変換手段１０１は、電気モータ電池が、その相対的に低い劣化限界（各タイプのハイブリッド電池に固有の所定のレベル）を下回って降下することを防止する。テスト・プリウスの電池の完全放電電圧は、２７３ＶＤＣの電池公称電圧、またはその電圧をわずかに下回る電圧になると予想される。電池増強システムの変換手段は、最も低く見積もって、２８０ＶＤＣ以上の電圧を維持し、この電圧は、この相対的に低い所定のレベルを上回る。
【００９０】
「Ｐｏｗｅｒ  Ｊｏｃｋｅｙ」は、本発明の電池増強システムの変換手段／「装置」１０１に与えられた商品名であるが、それというのも、これが、１０００ｋｇの動物（車両）を制御する５０ｋｇの騎手（装置）だからである。「Ｐｏｗｅｒ  Ｊｏｃｋｅｙ」は、高々１ｋＷの電力（実施例１に記載のプロトタイプにおいて）を出力するだけであるが、３３ｋＷの電力で動作する電気モータを制御する。
【００９１】
開示されたプロトタイプの電池増強システムは、２つの動作段階を含む。第１の段階は、ベース電圧サポート段階である。この機能は、前述の通り、２３０ボルトのＡＣを出力する、１２ボルト１０００Ｗのインバータ１１５によって実行される。この段階により、システムの最低ＡＣ電圧が（プロトタイプにおいては）確実に２３０ボルトになる。この最低電圧において、各サブパックは、所定の電圧（実施例１のプロトタイプの場合は６ボルト）を下回って降下することが防止され、それにより、前述の通り、過度の放電およびサブパックの故障が防止される。
【００９２】
第２の段階は、電圧ブースト段階である。プロトタイプでは、この機能は、整流手段１１７（すなわち、整流器２０１）によって実行され、この整流手段は、電圧を整流して３１０ボルトＤＣに昇圧する。電圧出力は、２８０ボルト〜３１０ボルトＤＣの間で変化し、電気モータ電池の電圧のサポートに「乗り出す」ことになる。この特徴により、車両の電気モータに、もう少し多い電力が供給される。このシステムを使用することの総合的な結果は、ＩＣＥをその効率的な動作範囲内で快適に維持し、それによって、より大きいパワーと燃料節約が得られることである。
【００９３】
本発明の際立つ特徴は、前述の通り、その電力を車両自体の（１２Ｖ）の補助電力システムから取り出すことである。これにより、装置は、外部電池のいかなる支援も必要とせず、独立して動作することが可能になるが、それというのも、１２ボルトの補助電力システムは、車両が動作しているときはいつでも常にすぐ利用可能であり、したがって、電池増強システムは「常に利用可能で動作している」からである。
【００９４】
発明者が以下で示すように、本発明に記載の電池増強システムには、いくつかの利点がある。最も顕著な利点は、電気モータがより効率的に使用されることによって、車両のパワーが全体的に増大することである。このシステムはまた、ここで最良の効率的な範囲内で両者が動作しているとき、ＩＣＥがより力強いものになるのに寄与している。
【００９５】
このシステムの別の顕著な利点は、パワーを追加で補給することにより、車両の燃料経済性がよくなることである。車両は、電気モータと連動することがより多くなる。ＩＣＥは、非効率になる低ｒｐｍ範囲では、機能しなくてもよい。したがって、車両の加速が滑らかで迅速になる。
【００９６】
電池増強システムは、負荷の下でサブパックが損傷を受けることになる臨界的な閾値（低い方の劣化限界値）を下回って電池電圧が降下することを防止することにより、故障から電気モータ電池サブパックを保護する。このシステムにより、弱ったまたは損傷を受けた電気モータ電池でさえ、テスト・プリウスで良好に動作することができるようになるが、それというのも、このシステムが提供する補給電圧により、車両コンピュータが錯覚して、良好な電池を使用するときと同様に電池電圧全体が普通の状態にあると認識する。ベースの動作電圧を保持することにより、電気モータが、テスト・プリウスのドライブ・トレインとの連動を解除しないよう防止した。
【００９７】
車両自体の補助電力システムからの電力を使用することで、電池増強システムは、車両が動作している間、確実にいつでも機能するようになる。
【００９８】
設計の簡潔さ、およびその製造において品質の高い構成部品を使用することで、電池増強システムは、確実に頑強になり信頼性が高くなる。この電池増強システムはまた、小さくコンパクトであり、スペースをほとんど占めない車両のトランクに容易に取り付けられる。
【００９９】
電池増強システムの変換手段１０１は、電気モータ電池および車両の補助電力システムの接続することが必要になるだけなので、設置は簡潔であり、（設置は専門家がおこなうことを推奨するが）車両の所有者がおこなうことができる。専門家が設置する場合でも、その簡潔さによって、設置コストは安くなる。
【０１００】
変換手段／装置１０１のコストは低い。新規の電気モータ電池に置き換えるコストのごく一部であり、電池を再調整するコストよりも安くなる。この装置を設置すると、車両の所有者は、その使用している電池内の損傷したセルだけを置き換えるよう選択することができ、電池を完全に再調整サービスよりも安い。
【０１０１】
このシステムが新規の車両に設置されるとき、または新規の電池パックとともに設置されるとき、電池の寿命を延ばすことになるが、それというのも、電池は、前述の通り放電深度（ＤＯＤ）が比較的浅くなるからである。電池増強システムが設置されると、ハイブリッド電池は、車両の寿命がくるまで持ちこたえることができるが、それは単に、サブパックの損傷が生じるポイントを超えて、所有者が偶然または故意に電池にストレスを加えることはあり得ないからであると考えられる。
【０１０２】
空気流量計やプラグ・オン・コイル（ｐｌｕｇｓ  ｏｎ  ｃｏｉｌｓ）など、車両の高価なサービス可能部品は、効率が少しでも劣化すると交換しなければならない。交換しないで放置しておくと、ＩＣＥはパワーを失い、珊瑚には電気モータ電池の故障につながることあるが、それというのも、電気モータにかかる負荷が重くなるからである。しかし、電池増強システムを設置すると、これらの高価な部品をより長期間使用することができ、保守費用の低減につながる。
【０１０３】
消費者がハイブリッド車を購入するのは、燃料を節約でき、それにより環境にとって有益でもあるからである。前述の通り、消費者の唯一の関心事は、ハイブリッド電池交換のコストおよび古くなった電池の信頼性であるはずである。これらの関心事は、電池増強システムを使用すると、完全に払拭される。
【０１０４】
ハイブリッド車の信頼性への確信が増えれば、これらの車両の再販価値が増大し、さらに多くの人々がハイブリッド車および電気自動車への乗換えを選択することになる。このことはさらに、経済的に著しい節約となり、また環境にも有益となることを意味する。
【０１０５】
実施例２
図４には、充電貯蔵手段、すなわち１つまたは複数の外部電池４０１が、リレー切替え回路４０３を使用して電池増強システムに組み込まれている、本発明の一代替実施形態が示してある。リレー切替え回路４０３は、スイッチを用いて手動で、またはマイクロコントローラおよびセンサ（図示せず）を使用して自動的に制御される。リレーは、車両の１２Ｖ補助電力システム１１１から電力供給されることが好ましい。リレー切替え回路により、変換手段／装置１０１への入力が、車両のユーザが望むように、または運転状態に適切になるように選択できるようになる。入力は、車両の補助電力システム１１１からの（Ａ）入力（前の実施形態の場合）、または外部電池４０１からの（Ｂ）入力、または補助電力システムおよび外部電池からの（Ａ＋Ｂ）の組合せ入力から選択される。
【０１０６】
外部電池４０１の目的は、電池増強システムが装備された車両に、プラグイン機能を提供することである。これは、１つまたは複数の１２Ｖ（または２４Ｖ）の市販の鉛蓄電池または軽量のリチウム・イオン電池のいずれかであることが好ましい。しかし、以下に説明するように、他の任意のタイプおよび電圧の電池をシステムに組み込むことができる。外部電池４０１は、１２Ｖ（または２４Ｖ）の充電ユニット４０５に結合されて、２３０ＶのＡＣ電源または他の任意の適切な電源、たとえばソーラー／風力発電機から外部電池を充電できるようにする。１２Ｖ（または２４Ｖ）の外部電池はまた、充電レギュレータ（図示せず）を使用して、車両の１２Ｖ（または２４Ｖ）の補助電力システム１１１から充電される。これにより、「移動中」に電池を充電できるようになり、結果として、外部電池４０１は、常にハイブリッド車のパワー・トレインの一部になる。これは、電池パックを使い果たしたときに第２の電池がもはや車両のパワー・トレインの一部ではなかった、先行技術のシステム（たとえば、先行技術２）より有利である。
【０１０７】
車両の１２Ｖ（または２４Ｖ）の補助電池１１３は、（実施例２での）本発明の変換手段／装置１０１への入力を設けないことに留意されたい。この電池は、図に示すように、車両の補助電力システム１１１から直接充電される。この電池は、たとえば、ダイオード、ヒューズ、または抵抗器などの保護手段４０７を、電池１１３と補助電力システム１１１の間に配置することにより、電池増強システムに電力を供給することが防止されている。このようにして、前述の通り、補助電池１１３は、車両の電気システムに電力供給するためだけに使用され、電池増強システムとは分離されている。
【０１０８】
外部電池４０１を電池増強システムに組み込むことにより、プラグイン機能を備えた車両が実現する。以下に述べるように、この特徴は、市販されている他のプラグイン・システムとは異なるように機能する。
【０１０９】
先行技術のセクションで前述した通り、様々な製造業者が、ハイブリッド車のプラグイン機能を実現するためのシステムを設計してきた。拡張ハイブリッド電池貯蔵システムでは、車両のエネルギー貯蔵能力を増大させることにより、電気モータ電池は電源から充電することができ、効果的に燃料の使用を抑える。代替の先行技術のプラグイン設計では、車両自体の電気モータ電池の前に、外部の第１使用電池が使用される。ＤＣ−ＤＣコンバータによって、車両の電気モータ電池の最高動作電圧をわずかに上回る値にまで、外部の第１使用電池の電圧出力を増大させることによって、これが実行される。外部の第１使用電池は通常４８ボルトであり、電源から充電されるが、充電を使い果たすと、車両動作においてさらに役割を果たすことはない。
【０１１０】
実施例２に記載のプラグイン・システム（図４）と前述の先行技術の設計との差は、第１使用の拡張貯蔵プラグイン・システムを使用する先行技術のシステムとは異なり、実施例２に開示されたプラグイン・システムが、車両の電気モータ電池のサポートにおいて電圧に「乗る」ことにより、車両の電気モータ電池のサポートにおいて動作することである。
【０１１１】
外部電池４０１を設置することにより、電池増強システムは、２つの電源、すなわち１０００ワットまでの電力を供給する車両の補助電力システム１１１と、２５００ワットまでの電力を供給する外部電池４０１自体とを備えることになる。さらに、切替えリレー・ユニット４０３は、上記２つの電源を使用するシステムのために適切なパワー入力を選択するための、３つのパワー入力選択肢を車両の運転者に提供する。それらは、車両の補助電力システムのみからパワーを供給する入力Ａ、外部電池４０１のみからパワーを供給する入力Ｂ、および前述の両方の電源からパワーを供給する入力Ａ＋Ｂである。
【０１１２】
この例で使用される外部電池４０１の電圧は、車両の補助電力システム１１１の電圧（すなわち１２Ｖ／２４Ｖ）に等しく、このことは、電源で外部電池４０１を充電するのに加えて、車両自体の補助電力システム１１１によって充電できることを意味する。これにより、外部電池４０１でのパワー（入力Ｂ）が、要求に応じて利用可能になる。
【０１１３】
発明者が以下で示すように、この例に記述したプラグイン・システムには、いくつかの利点がある。ＩＣＥの使用が低減するにつれて、車両の燃料経済性が改善する。さらに、外部電池４０１のパワーは必要なときのみ使用され、このことは、充電と充電の間の比較的長い期間において動作することを意味する。外部電池４０１は車両自体の補助電力システムから充電され、これにより、車両の動作中は「常に動作する」構成になる。すなわち、外部電池は、電気モータ電池を補給するための電圧信号を供給できなくなるポイントにまで、使い果たした状態には決してならない。プラグイン・システムは、ディープサイクルの鉛蓄電池１つだけで使用することができ、このことは、追加の外部電池４０１を収容するのに、低い設置コストおよび最小のトランク空間が必要となることを意味する。切替えユニット４０３および電源充電ユニット４０５は、変換手段１０１のケーシングに組み込まれる。したがって、追加のトランク空間は、外部電池４０１用以外には必要とされない。外部電池４０１として鉛蓄電池を使用することは、購入コストおよび設置コストを低く抑えることを意味する。
【０１１４】
実施例３
図５には、変換手段／装置１０１の代替実施形態のブロック図が示してある。
【０１１５】
このブロック図には、車両のイグニション・スイッチを示すスイッチ５０３が組み込まれている。これにより、システムは、車両の鍵が「オン」の位置（または、車両によっては「スタート位置」）にあるときはいつでもオンになり、車両がオフになると、自動的にオフにすることができるようになる。あるいは、スイッチ５０３は遠隔オン／オフ・スイッチであり、車両の内部、好ましくは運転者の利便性にためにダッシュ・ボード内に配線される。
【０１１６】
インバータ１１５は、車両の補助電力システム１１１から供給される１２ＶＤＣの信号を、適切なＡＣ電圧（図５にはＸＸＸ  ＶＡＣと示してある）に変換するために使用され、その結果、整流器２０１でのＤＣ電圧出力が、車両の電気モータ電池の電圧を補う。システムが設置される具体的な車両の電気モータ電池に応じて、１２ＶＤＣを任意の必要なＡＣ電圧に変換するように、このインバータを特別に設計することができる。
【０１１７】
図５にはまた、少なくとも１つの平滑コンデンサ５０５および少なくとも１つの保護抵抗器５０７が示してある。平滑コンデンサは、整流器２０１の電圧出力からのリップルを低減させるために使用され、抵抗器は出力電流を制限する。４７００μＦ／４５０Ｖの平滑コンデンサおよび２．２オームの電流制限抵抗器が、電池増強システムの初期のトライアルにおいて備えられていた。コンデンサ５０５は、より容易にシステムを車両に集積化できるようにする、サイズがより小さいスーパー・キャパシタとすることもできる。
【０１１８】
インバータ１１５はさらに、過負荷保護回路（図示せず）を組み込んでおり、この回路は、その最大容量を超える電流引込みを電池１０３が要求する場合に、インバータ１１５を自動的にオフにする。たとえば、システムが設置された車両が、過酷な加速を含む状況で駆動されるとき、これが潜在的に生じることもある。たとえば、この例で使用される１０００Ｗのインバータ１１５では、４アンペアを超える電流がインバータ１１５から引かれる場合、このインバータは保護回路によって自動的にオフになり、インバータの過負荷が防止される。保護回路は普通、インバータ１１５に組み込まれるか、または任意の先行技術の過負荷保護回路から，当業者によって設計することができる。
【０１１９】
初期のプロトタイプでは、インバータ１１５の過負荷が生じると、ユーザは、設置済みの車両のトランク内に配置されたインバータのリセット・ボタンを押すことによって、インバータ１１５を手動でリセットすることが求められた。しかし、発明者は、インバータ１１５出力（および／または整流器１１７の出力）において１つまたは複数のサーミスタ（図示せず）を組み込むことによって、この問題を克服したが、これにより、インバータが過負荷になる度にそのインバータをリセットしなくてもよいようになる。サーミスタはインバータの電流出力を制限し、激しく加速する期間には、インバータがただちにオフにされ、インバータのリセットを防止し、その後自動的に再スタートする。したがって、過負荷になる度にインバータ１１５をリセットする必要がなくなる。
【０１２０】
この例では、サーミスタは、整流手段１１７の電圧出力に接続される。電流出力が４Ａを超える場合、サーミスタは、インバータがリセットすることを防止し、インバータは自動的にオフになる。サーミスタの推奨定格は１０オームである（６Ａ）。
【０１２１】
実施例４
図６には、電池増強システムを使用して工業用の電池群６０３の電圧出力を補う、本発明のさらなる代替実施形態が示してある。電池群６０３は、工業用機械６０５の１つまたは複数の電気モータに電力供給し、電源充電システム６０７を介して充電される。電池群の出力を補うために変換手段／装置が接続されて、電池群の各セルが、前の実施例で説明したその相対的に低い劣化レベルを下回って降下するのを防止し、したがって、実施例１〜３に記述した動作と同じ概念が、この実施例に適用される。
【０１２２】
電池増強システムは、補助電力システム６１１からの電力を必要とし、この補助電力システムは、電源、または２次電池もしくはディーゼル発電機など他の電力源とすることができる。補助電力システム６１１は、インバータ１１５および装置１０１の整流手段１１７に要求電力を供給し、その結果、電池群の個々の電池が、たとえば高いｒｐｍで動作する旋盤、ドリル、またはフライス盤などの工業用機械といった重い負荷を駆動するのに使用されるときに損傷しないようになっている。したがって、工業用の電池群で電池増強システムを使用すると、ハイブリッド車電池でこのシステムを使用するときと同様の利点が得られる。
【０１２３】
電池群で使用するための、本発明の電池増強システムの動作における構成要素の値および電圧値は、電池群のそれぞれに特有の電圧出力に依存し、システムが設置される電池群の出力電圧に対して、前の実施例の値をスケーリングすることによって容易に決定することができる。
【０１２４】
好ましい実施形態の利点
変換手段／装置１０１は、非電池タイプに特有であり、リチウム金属水素化物、リン酸第一鉄など任意のタイプの電池群で動作することになる。これは、車両からの補助電力供給を利用して、電気モータ電池の端子電圧が、車両の電池管理システムの遮断レベルを上回るようにする。
【０１２５】
本発明の好ましい実施形態での電池増強システムの変換手段のＤＣ出力信号は、ベース電圧（最も低い電圧）が２８０Ｖであり、最大３１０Ｖであり、このＤＣ出力電圧は、この範囲内のハイブリッド電池の出力電圧と同期して常に変化する。このことは、ハイブリッド電池の出力電圧が、常に２８０Ｖを下回って降下しないようになっていることを意味する。背景技術のセクションに記載の通り、ハイブリッド電池のうち最も弱いサブパックは普通、ストレスの下で電圧がある一定の臨界点を下回ると故障する。ハイブリッド電池の電圧を２８０Ｖを超えて維持することにより、ストレス状態の下でも、これらサブパックは、この臨界値（たとえば、各サブパックにおいて最低６ボルト）に達しないようになり、したがって、電池は故障から安全に保護される。このようにして、本発明の電池増強システムによって、ハイブリッド電池の故障が防止される。２８０Ｖのベース電圧および３１０Ｖの最大電圧は、発明者のトライアル車両（すなわち、トヨタ・プリウス・シリーズ１／２）にのみ適用されるものであり、電池のタイプ、製作車両、およびシステムで使用される構成部品のモデルまたはタイプに応じて変えてもよいことに留意されたい。
【０１２６】
さらに、ハイブリッド車両のＮｉＭＨハイブリッド電池は５００サイクルまで使用することができるが、それというのも、この電池は、その放電深度（ＤＯＤ）定格を下回って放電することが決してないからであり、耐用寿命はほぼ８〜１０年になる。電池増強システムを使用すると、電池の放電がはるかに浅くなり、したがって、このシステムによって、電池の耐用寿命がさらに何年も延びる。
【０１２７】
このシステムは、発明者のトヨタ・プリウスＭＫ１トライアル車両に設置された。これらハイブリッド車での最も重要なドライブ・トレインは、電気モータ駆動である。これにより、低エンド・トルクを実現し、内燃機関は、電気モータ・システムがないと機能することができない。低エンド・トルクが十分に存在しないとき（すなわち、ハイブリッド電池の故障）、電気モータが切り離され、内燃機関が高回転になるが、それというのも、モータは車両を前進させることができないからである。このシステムにより、ハイブリッド電池の電圧出力を補い、この電圧が前述の低い値にまで降下しないよう防止することにより、低エンド・トルクが電気モータから常に利用可能になることが確実である。したがって、このシステムにより、車両の電気モータが最大限に動作し、内燃機関が果たしている役割を低減させ、電気モータのパワー出力を増大させ、車両の燃料消費を低減させることがさらに確実になる。
【０１２８】
本発明の電池増強システムにより、この状態が改善され、弱ったハイブリッド電池でも耐用寿命が延びる。２つのセルが弱っている主ハイブリッド電池を有するトヨタ・プリウスで、発明者がトライアルをおこなった。車両は、低パワー／電池故障の警告ライトをダッシュ・ボード上に示していた（三角形のシンボルおよびカメのシンボル）。このシステムが設置されると、車は、とてつもない量のパワーおよび加速を手に入れ、システムが設置される前よりも性能が向上することが示された。トライアルでは、低パワー／電池故障（カメ）のダッシュ・ボードのアイコンが現れて、電池容量レベル・メータが黄色になっても、発明者は、加速し、１００ＫＰＨの速度を維持して登坂することができた。後に、電池増強システムの変換手段が車両から切り離されると、ハイブリッド電池は、急速に故障し、内燃機関が高速回転することで補償し始めた。
【０１２９】
本発明で開示する電池増強システムは、先行技術のシステムより廉価である。コストは、インバータ、整流ユニット（整流器、コンデンサ、および抵抗器）、ならびに設置に関わるものだけである。図４の代替実施形態では、（充電および切替えのアセンブリを含む）任意選択の外部電池を含めると、コストがわずかに上昇する。さらに前述の通り、システムが機能するのに任意選択の外部電池を有することは不可欠ではなく、電池増強システムのコストがさらに低減する。
【０１３０】
複数の電池がないことで、設置した結果として車両に加わる重量も低減する。車両の電子装置の重量は、（先行技術でおこなっていた）複数の電池を有する場合の重量と比較して、最小限に抑えられている。したがって、このシステムを使用することにより、重量が減るので、先行技術を使用する場合よりも燃料効率が改善するはずである。複数の電池がないことで、トランクの占有空間の量が減り、車両のハイブリッド電池の上部にシステム全体を設置することができる。したがって、本発明で開示したシステムは、車両のスペア・ホイールに手を伸ばすことを妨げるものではなく、車両ユーザのために十分なトランク空間を残している。
【０１３１】
本発明の電池増強システムは、車両自体の補助電力システム（１２／２４Ｖ）を使用して、システムの入力電力を提供する。これにより、図４に示す任意選択の外部電池（１２／２４Ｖ）４０１を使用しなくても、車両が動作している間、システムは「常に動作する」ことができるようになる（すなわち、車両が動作している限り、このシステムは、車両の電気モータ電池を補給することを決して止めない）。
【０１３２】
さらに、図４の本発明の代替実施形態では、任意選択の外部電池は、車両の補助電力システムによって、「移動中」常に充電される。このことは、外部電池が決して完全には流れ出さず、電池増強システムが常に車両のパワー・トレインの一部分であり、主ハイブリッド電池の電圧をいつでも増強することを意味する。前述の通り、一旦流れ出すと、２次電池パックが車両のパワー・トレインの一部分ではなくなる先行技術のシステムとは対照的である。
【０１３３】
さらには、外部電池が完全に流れ出してしまわないよう防止することで、外部電池４０１の耐用寿命が延びる。
【０１３４】
先行技術とは異なり、本発明の電池増強システムは、いかなるときでも車両の主ハイブリッド電池を充電することはない。このシステムは、プラグイン充電システムよりも電池支援システムとして働き、主ハイブリッド電池と「並行して」働くように設計されている。これは、既存の主ハイブリッド電池と並列に配置された２次ハイブリッド電池と考えることができる。
【０１３５】
この明細書に開示されている電池増強システムは、先行技術を上回る新規性と発明性を有するが、それというのも、先行技術のシステムは、老朽化し弱っているハイブリッド電池を再調整しまたは再使用するという課題を扱わないからである。（前述のＥｎｇｉｎｅｒ  ｓｙｓｔｅｍでの技術を含む）先行技術では、主ハイブリッド電池が故障すると（すなわち、サブパックのうち１つまたは複数が充電を維持できなくなると）、この電池は製造業者が推奨するように廃棄された。発明者は、（本人が知る限りでは）ニュージーランドにおいてハイブリッド車電池の再調整に関わっている唯一の人間であり、したがって、ハイブリッド電池の故障の原因に直接取り組むことにより何年にもわたってこれらのタイプの電池を再調整してきた自身の経験を元に、このシステムを発明することができた。
【０１３６】
ハイブリッド車電池は置き換えるのが高価であり、したがって、トヨタ・プリウスなどのハイブリッド車の電池が故障すると、車両はくず金属用に売られることになる。ハイブリッド電池が機能しないと、車両は機能することができず、使い物にならなくなる。電池の再調整は任意選択であるが、故障は依然として切迫している。しかしこのシステムを使用することにより、弱った電池を搭載した車両の寿命でも、確実に延ばすことができ、老朽化した車両がさらに何年間も使用できるようになる。したがって、このシステムを使用すると、老朽化した車両の再販価値が上昇し、時期尚早に車両が廃棄されるのを防止する。
【０１３７】
ハイブリッド／電気車の電池、および／または車両の耐用寿命を延ばすことは、環境にとってもよいことである。これにより、新規または置換えの、ハイブリッド電池および車両を製造する際に、天然資源およびエネルギーの使用が低減する。さらに、これにより、ハイブリッド電池および車両の廃棄によって引き起こされる汚染が低減するので、環境に優しいと考えることができる。
【０１３８】
本発明の電池増強システムは、グリーン・カーをレンタルするコンセプトなど、収益性の高い独立ビジネス・モデルを実行可能なものにする有効化技術である。現在、中古のハイブリッド車は、安いが信頼性が低い。しかし、電池増強システムを設置すると、一群の老朽化したハイブリッド車（人気の高い８シートのトヨタ・エスティマなど）を使用して、高い利益の出るレンタカー・ビジネスを作ることができる。
【０１３９】
変形形態
前述の通り、開示した電池増強システムは、電気／ガソリン車での使用に限定されることはなく、直列および／または並列のハイブリッド車、ならびに電気だけの車両を含め、他のハイブリッド車で使用することができる。例としては、回生ブレーキングを使用して車両の補助電池を充電するハイブリッド車／電気自動車がある。回生ブレーキング・システム（ＲＢＳ）を使用する車両では、補助オルタネータ／コンバータの充電出力が、図１に示すインバータ１１５、または図４のリレー切替えユニット４０３に直接接続される。電池増強システムの変換手段の出力が、前述の通り、車両の主ハイブリッド車電池または主電気自動車電池に接続される。このシステムの他の全ての態様は、電気／ガソリン車両と同様に得られる類似の結果と同じである。
【０１４０】
図４に示す実施例２では、外部電池４０１は、車両にプラグインの選択肢を提供するための補助電力システム１１１と一体化するのに適した、任意のタイプおよび電圧とすることができる。電池の電圧は、車両の補助電力システムの電圧と一致していなければならず、前述の通り、通常は１２Ｖ／２４Ｖである。電池４０１は、例で述べた通り鉛蓄電池であるが、新たに出現する電池技術から得られる、１つまたは複数の軽量、長期間、高容量の電池とすることもできる。例としては、リチウム・イオン電池およびリチウム・イオン・ポリマー（ＬｉＰｏ）電池が含まれる。
【０１４１】
図４の任意選択の外部（１２／２４Ｖ）電池４０１は、システムの「プラグイン」動作用の電力貯蔵手段として使用され、前述の通り、ＡＣ電源および車両自体の補助電力システムから充電される。代替実施形態では、任意選択の外部電池は、ソーラー・パネル、風力発電機、追加のオルタネータ、熱交換器など、車両に組み込まれたまたは取り付けられた他の発電手段から充電することもできる。これらの代替発電手段は、普通知られている先行技術の充電方法を使用するシステムに組み込むことができる。風力発電機をシステムに組み込む１つの実現可能な方法は、車両のスポイラ内に発電機を組み込むことである。
【０１４２】
図４に示す本発明の代替実施形態では、前述の通り、リレー切替えユニット４０３が入力Ａ、Ｂ、またはＡ＋Ｂを選択する。入力ＡおよびＢでは、リレー切替えユニットは、電流制限抵抗器またはヒューズ（図示せず）を組み込んだ。電流制限抵抗器／ヒューズを使用して、補助電力システム１１１および／または外部電池４０１に損傷をもたらす可能性のある過剰な電流が、入力Ａ／Ｂから流れ出すことを防止する。これらの安全抵抗器により、車両の補助電力システムから供給される最大電流入力（入力Ａ）が１００Ａに制限され、外部電池から供給される最大電流入力（入力Ｂ）が２００Ａに制限される。したがって、この例では、入力ＡとＢの両方が選択されているとき、変換手段／装置１０１への最大電流入力は３００Ａである。しかし、最大電流アンペア値は、具体的なシステムおよびこのシステムが設置される車両に応じて変化することがある。さらに、安全抵抗器／ヒューズの位置を変えてもよく、リレー・ユニット、インバータ、または整流ユニットの出力内、またはその出力において、入力ＡおよびＢに配置することができる。
【０１４３】
このシステムは、ヒューズ、抵抗器、保護ダイオード（たとえば、ダイオード／ヒューズ４０７）など、さらなる保護手段を備えており、過電流状態からの安全性を提供し、いかなる電流も偶発的に逆向きに流れないよう防止する。
【０１４４】
さらに、図４の実施形態に関連して、入力Ｂは、代替実装形態によっては（外部電池４０１からの）システムへの入力として使用しなくてもよく、車両の補助電力システム１１１から外部電池を充電できるようにするだけの充電接続部でもよい。したがって実施形態によっては、これは、システムに寄与する「常時オン」の状態には必ずしもなくてよい。
【０１４５】
変換手段／装置１０１（反転手段１１５＋整流手段１１７）は、組み合わせて１つにして、よりコンパクトなユニットとして製造することができ、車両内に容易に設置できるようにして、使用空間を低減する。さらに、本発明の電池増強システムは、任意のタイプの変換手段を組み込みことができ、前述の実施形態に開示された反転手段１１５および整流手段１１７に限定されることはない。たとえば変換手段は、たとえば、トランス、ＤＣ−ＤＣコンバータ、または機械式変換ユニットなど電力変換の他の手段を備えることができ、この機械式変換ユニットは、ＤＣモータ、オルタネータ、および、ハイブリッド電池電圧を補って、この電圧が危険なまでに低い値に降下しないよう防止する整流器を備える。
【０１４６】
反転手段１１５は、１２ＶＤＣ−２３０ＶＡＣ（または、他の要求ＡＣ値）のインバータであり、前述の通り、最大電力出力は１０００Ｗである。しかし、要求に応じて、電気モータ電池１０３に多かれ少なかれ電力を供給できるようにするシステムでは、比較的高いまたは低い電力／電圧出力容量（たとえば２５００Ｗ）のインバータを使用することができる。インバータのＡＣ出力電圧は、前述の通り、システムが設置される車両の具体的な電気モータ電池の電圧に従って選択される。さらに、複数のインバータを互いに並列に接続して、インバータ手段１１５の電力出力全体をさらに増大させることができる。
【０１４７】
このシステムは、市場にある全ての既存のハイブリッド車に後付けすることができる。さらに、このシステムは、新規に製造される全てのハイブリッド車モデルに組み込まれる、車両設計の一部分と考えるべきである。したがって、このシステムは、新車での任意選択の（または強制的な）機能として、製造工場で組み込むことができ、また所有者／第三者が設置するスタンドアロンのアフターマーケットのキットとして販売することもできる。
【０１４８】
この電池増強システムは、トヨタ・プリウスなどのハイブリッド車に適用されるものとして説明してあるが、システムの動作電圧値にわずかな修正を加えることで、ホンダ・インサイトやホンダ・シビックなど、他のハイブリッド車にも適用することができる。たとえば、ホンダ・インサイトの主ハイブリッド電池は、プリウス・ハイブリッド電池のサブパックの数の半分しか使用しておらず、したがって、電池増強システムの全ての値が半分にスケールダウンしている。すなわち、インバータ出力が半分の１２０Ｖになり、電池を補うＰｏｗｅｒ  Ｊｏｃｋｅｙ出力も半分になる。しかし、このシステムは、前述の通り、全ての車両において同じ原理の下で動作する。
【０１４９】
「主ハイブリッド電池」という用語は、ハイブリッド車、電気自動車、または他のタイプの車両の主電気モータを動かすのに使用される、１つまたは複数の電池を指す。
【０１５０】
「電気モータ電池」という用語は、電気モータに電力供給するのに使用される、任意の電池または一群の電池を指す。例としては、ハイブリッド車または電気自動車の電気モータに電力供給する、この車両の主電池が含まれ、旋盤、ドリル、またはフライス盤など、電気モータを組み込んでいる工業用機械に電力供給するのに使用される任意の電池または電池群も含まれる。この用語は、上記の「主ハイブリッド電池」の定義を包含している。
【０１５１】
「補助電力システム」という用語は、前述の通り、車両の１２Ｖ／２４Ｖ補助電池充電システムを指す。ハイブリッド車において、補助電力システムは普通、たとえばＩＣＥ、電気モータ発電機、および／もしくは回生ブレーキング・システムによって電力供給される、オルタネータ、発電機、またはコンバータ（図１／１Ａ参照）であり、通常は１２Ｖ／２４Ｖの鉛蓄電池である補助電池も含み、その両方を使用して、ライト、ワイパー、ラジオなど、車両の補助装置に電力供給する。「補助電力システム」という用語は、電池／充電システムには限定されず、ハイブリッド車または電気自動車の任意の電源システムも包含し、車両の（主電気モータ電池を充電する）主電力／充電システムに加えて存在する。さらに、補助電力システムは、電気モータ電池を直接充電する電力／充電システムから得ることができ（たとえば、図１Ａ参照）、または代替的に、別個の電源システムでもよい。
【０１５２】
車両によっては、補助電力システムは、必ずしも車両の補助装置に電力供給しなくてもよく、本発明の電池増強システムに電力供給するために車両に特に組み込まれた任意の電力システムが含まれる。これには、電気モータ電池の電圧を補うために、車両製造業者または第三者によって設計された任意の代替の電力システムおよび／または充電システムが含まれ、これらのシステムには、回生ブレーキング・システム、ソーラー／風力発電機、ＡＣ電源を介して充電される１つもしくは複数の電池、または、他の電源（たとえば、燃料電池、ソーラー・パネル、車両の電気モータ電池など）もしくは他のタイプの代替発電システムが含まれる。さらに、これは、任意の電圧値の電源システムを包含しており、よく見かける１２Ｖ／２４Ｖの車両補助充電システムには必ずしも限定されない
【０１５３】
「補助電力システム」という用語は、車両の電力および／または充電システムには限定されない。実施例４で述べたように。「補助電力システム」は、工業用の電池群を増強するために使用される、本発明に記載の電池増強システムに電力供給するのに使用される任意の工業用の電源をも指す。したがって、これは、負荷（たとえば、電気モータ）の動作中に生じるセルの損傷を防止することによって電池を増強するのに使用される、任意の電源をも広く包含する。
【０１５４】
「変換手段」および「装置」という用語は、区別せずに使用される。
【０１５５】
「電池回路」という用語、および特許請求の範囲で定義された「使用時に電池または電池回路に結合されるように構成される」というフレーズは、変換手段が、電池に直接結合されるか、または、変換手段が電圧信号を電池に供給できるようにする車両の回路の任意の部分に結合されるかを示すのに使用される。ハイブリッド車または電気自動車では、この回路は、リレー回路、ヒューズ盤、または、電池の端子と直接もしくは間接に接続されている他の任意のワイヤ／ケーブル／回路でもよい。
【０１５６】
本明細書の説明全体を通して、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という語、および、「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」や「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」など、この語の変形表現は、他の付加物、構成要素、整数、またはステップを除外するものではない。
【０１５７】
前述したことは、本発明の説明に役立つ実例として挙げてきたが、当業者には明らかになるはずの、このような全ておよび他の修正形態およびそれに対する変形形態は、以上に記述した本発明の広い範囲および領域に含まれると見なされることがもちろん理解されよう。
【図１】
2014502486.tif 000003
【図１Ａ】
2014502486.tif 000004
【図２】
2014502486.tif 000005
【図３】
2014502486.tif 000006
【図４】
2014502486.tif 000007
【図５】
2014502486.tif 000008
【図６】
2014502486.tif 000009
【図７】
2014502486.tif 000010
【図８】
2014502486.tif 000011
【国際調査報告】
2014502486.tif 000012
2014502486.tif 000013
2014502486.tif 000014