(57)【要約】  幾つかの実施形態において、システムが、多エネルギー貯蔵セルを共に機械的に連結するためのベルトを含んでおり、多エネルギー貯蔵セルは少なくとも第１および第２のエネルギー貯蔵パックへ分類され、各エネルギー貯蔵パックが少なくとも１つのエネルギー貯蔵セルを含み、第１のエネルギー貯蔵パックの少なくとも１つのエネルギー貯蔵セルが第２のエネルギー貯蔵パックの少なくとも１つのエネルギー貯蔵セルと異なるエネルギー貯蔵特性を有する。同システムは、エネルギー貯蔵パックを受容し、受容したエネルギー貯蔵パックと電気装置との間の電気接続を確立するための動作域と、多エネルギー貯蔵セルを共に移動させ、それによって動作域に第１のエネルギー貯蔵パックを配列して電気装置との電気接続を確立するように動作可能なアクチュエータとを更に含む。
2021530088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに枢動可能に連結される機械的に接続された電池の電池ベルトを摺動可能に受容するように構成される１つまたは複数のダクトリンクの第１の組を有し、前記１つまたは複数のダクトリンクの第１の組の各ダクトリンクが、前記電池ベルトの１つまたは複数の電池を収容するための、かつ前記収容された電池との電気接続を確立するためのチャンバを画定し、前記１つまたは複数のダクトリンクの第１の組の前記ダクトリンクが共に電気接続され、それによってその中に収容された電池を共に接続し、第１の動作域を確立する、ダクト
を備えるシステム。
【請求項２】
前記ダクトが、
前記電池ベルトを摺動可能に受容するように構成される１つまたは複数のダクトリンクの第２の組を更に備え、前記１つまたは複数のダクトリンクの第２の組の各ダクトリンクが、前記電池ベルトの１つまたは複数の電池を収容するための、かつ前記収容された電池との電気接続を確立するためのチャンバを画定し、前記１つまたは複数のダクトリンクの第２の組の前記ダクトリンクが共に電気接続され、それによってその中に収容された電池を共に接続し、第２の動作域を確立する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の動作域がその中の前記電池の直列接続を確立し、前記第２の動作域がその中の前記電池の直列接続を確立し、前記第１の動作域が前記第２の動作域と並列に接続される、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の動作域がその中の前記電池の並列接続を確立し、前記第２の動作域がその中の前記電池の並列接続を確立し、前記第１の動作域が前記第２の動作域と直列に接続される、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記動作域を画定する電極を有する一対の対向するプレートを更に備える、請求項１または２に記載のシステム。
【請求項６】
前記ダクトが、前記電池ベルトの電池が電気的に負荷をかけられない休止域を更に備える、請求項１から５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１または第２の動作域の一方に電気接続される電池放電器、および前記第１または第２の動作域の他方に電気結合される電池充電器を更に備える、請求項２から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記ダクト内の前記電池ベルトの電池を選択的に移動させるためのアクチュエータを更に備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
電気自動車、電池充電器、および前記電池の１つまたは複数と関連したパラメータのセンサの１つまたは複数から受信される入力に基づいて前記アクチュエータを作動させるためのコントローラを更に備え、前記パラメータが、温度、電圧、電流、電力、充電状態、劣化状態、充電深度、内部抵抗および自己放電の１つまたは複数から選択される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラが、動作域内の不良電池を示すパラメータを検出するように、および前記不良電池が前記動作域外になるまで前記アクチュエータを作動させて前記電池ベルトを進めるように構成される、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記電池ベルトから１つまたは複数の電池を脱着するための交換器を更に備え、前記交換器が、少なくとも１つの脱着された電池を交換電池と交換するように構成される、請求項１から９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記電池が少なくとも第１および第２のエネルギー貯蔵パックへ分類され、各エネルギー貯蔵パックが少なくとも１つのエネルギー貯蔵セルを含み、前記第１のエネルギー貯蔵パックの前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵セルが前記第２のエネルギー貯蔵パックの前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵セルと異なるエネルギー貯蔵特性を有し、前記コントローラが、前記第１または第２のエネルギー貯蔵パックの前記少なくとも１つのエネルギー貯蔵セルの前記エネルギー貯蔵特性に基づいて前記アクチュエータを作動させて前記動作域または前記交換器に前記ベルトの前記電池を配列し、前記エネルギー貯蔵特性が、充電状態、劣化状態、所与の用途に対する放電深度、容量、サイズ、密度、化学、形式、フォームファクタ、質量、材料、電圧、エネルギー密度、電力密度、ピーク電力、機能状態、内部抵抗、自己放電、効率、現在温度、周囲温度、熱質量、湿度、大気圧、時刻／時節、それが接続されることになる負荷もしくは充電器の特性、Ｃレート能力または充放電率の１つまたは複数に関する、請求項８から１１のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１３】
前記電池ベルトが、
前記電池ベルトを形成するために共に連結可能な１つまたは複数の電池ベルトリンクを備え、各電池ベルトリンクが、
電池を保持するための手段と、
前記電池ベルトリンクを連続する電池ベルトリンクに機械的に接続するための手段とを含み、前記電池ベルトリンクを連続する電池ベルトリンクに機械的に接続するための前記手段が、前記電池ベルトリンクが前記連続する電池ベルトリンクに関して枢動可能であるように枢動可能である、
請求項１から１２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１４】
第１および第２のセルを有する電池を動作させるための方法であって、
前記第１および第２のセルを時間差が設けられた異なる充電／放電サイクルで動作させ、各サイクルが充電フェーズに続く冷却期間および放電フェーズに続く冷却期間を含む、ステップを含み、動作させるステップが、モータを使用してフライホイールを回転させることを含む、
方法。
【請求項１５】
前記第１および第２のセルが、充電状態、劣化状態、所与の用途に対する放電深度、容量、サイズ、密度、化学、形式、フォームファクタ、質量、材料、電圧、エネルギー密度、電力密度、ピーク電力、機能状態、内部抵抗、自己放電、効率、現在温度、周囲温度、熱質量、湿度、大気圧、時刻／時節、それが接続されることになる負荷もしくは充電器の特性、Ｃレート能力または充放電率の１つまたは複数に関する異なるエネルギー貯蔵特性を有する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記フライホイールを回転させることが、前記フライホイールを静止状態から回すこと、または前記フライホイールの回転を上げることを含む、請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
電池ベルトによって共に直線配置に機械的に連結される複数の電池を配備するためのシステムであって、
第１の位置と、
第２の位置と、
前記第１および第２の位置にそれぞれ配列される第１および第２のダクトであり、各ダクトが第１の出力を持つ第１の動作域を有し、各ダクトが、直線方向に延び、前記ダクト内への前記電池ベルトの直線運動を通じて、前記第１の動作域へ前記電池ベルトの前記電池を受容するように構成され、それによって前記第１の出力と前記動作域内の電池との間の電気接続を確立する複数のチャンバを有する、ダクトとを備え、
前記電池ベルトが、前記電池ベルトの前記電池によって互いに枢動可能に接続される複数の順次配置されたリンクを含む、
システム。
【請求項１８】
前記第１の位置が、前記第１のダクトの前記第１の動作域の前記出力に結合される電池充電器を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１の位置が、前記第１のダクトの前記第１の動作域の前記出力に結合される車両駆動系統を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第１または第２のダクトの少なくとも一方が、休止域または第２の出力を持つ第２の動作域の少なくとも一方を含む、請求項１７から１９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第１または第２のダクトの少なくとも一方の前記第１の動作域へ／から電池を選択的に移動させるためのアクチュエータ
を更に備える、請求項１７から２０のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記アクチュエータを作動させるためのコントローラを更に含む、請求項２１に記載のシステム。
【請求項２３】
前記コントローラが、電気自動車、電池充電器、および前記電池の１つまたは複数と関連したパラメータのセンサの１つまたは複数から受信される入力に基づいて前記アクチュエータを作動させ、前記パラメータが、温度、電圧、電流および電力の１つまたは複数から選択される、請求項２２に記載のシステム。
【請求項２４】
前記電池ベルトから電池を脱着するための交換器を更に含む、請求項１７から２２のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２５】
前記交換器が、前記脱着された電池を交換電池と交換するように構成される、請求項２４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記電池の脱着が前記電池ベルトを分割する、請求項２４または２５に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第１のダクトと同じ位置に配列される追加のダクトを更に備え、前記追加のダクトが追加の出力を持つ追加の動作域を有し、前記追加の動作域が前記追加の出力と前記追加の動作域内の電池との間の電気接続を確立し、前記第１の動作域がその中の前記電池の直列接続を確立し、前記追加の動作域がその中の前記電池の直列接続を確立し、前記第１の動作域が前記追加の動作域と並列に接続される、請求項１７から２６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第１のダクトと同じ位置に配列される追加のダクトを更に備え、前記追加のダクトが追加の出力を持つ追加の動作域を有し、前記追加の動作域が前記追加の出力と前記追加の動作域内の電池との間の電気接続を確立し、前記第１の動作域がその中の前記電池の並列接続を確立し、前記追加の動作域がその中の前記電池の並列接続を確立し、前記第１の動作域が前記追加の動作域と直列に接続される、請求項１７から２６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項２９】
第１の組の電池によって互いに枢動可能に接続される複数の順次配置されたリンク有する第１の電池ベルトを使用して前記第１の組の電池を共に機械的に連結するステップと、
前記第１の電池ベルトを電池ダクトが延びる直線方向にある前記電池ダクト内へ送り込み、それによって前記ダクトの動作域に前記第１の電池ベルトの電池を搬送し、前記動作域内の電池と前記動作域の第１の出力との間の電気接続を確立する、ステップと
を含む、電池を配備するための方法。
【請求項３０】
アクチュエータを使用して前記第１のベルトを駆動するステップを更に含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
コントローラを使用して、
前記動作域からアクセス域までのステップ数を記憶するステップと、
前記動作域における異例に低い電圧を検出するステップと、
前記動作域内の電圧が前記異例に低い電圧から回復されるまで前記アクチュエータを使用して前記動作域内の前記第１の電池ベルトを進めるステップと、
前記アクチュエータを使用して前記第１の電池ベルトを前記記憶したステップ数進めるステップと
を更に含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記第１の電池ベルトが前記ダクト内へ送り込まれているのと同時に前記ダクトから第２の電池ベルトを引き出すステップを更に含む、請求項２９から３１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３３】
アクチュエータを使用して前記第１および第２のベルトを同時に駆動するステップを更に含む、請求項３２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１８年７月３日出願の米国仮特許出願第６２／６９３，７２１号からの優先権を主張するものであり、２０１８年９月２８日に出願の米国特許出願第１６／１４６，７７７号の一部継続出願である、２０１８年１１月１６日に出願の米国特許出願第１６／１９３，１８０号の継続出願である、２０１９年４月１日出願の米国特許出願第１６／３７１，２７５号の一部継続出願であり、かつ米国特許法第１１９条および第１２０条ならびに米国特許規則１．７８（ａ）の下でこれらの出願からの利益を主張するものであり、それらの全ての内容が参照により全体として本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本開示は、概して、例えば車両などの電気装置に給電するために使用可能な携帯用電池パックの形態の、エネルギー貯蔵に関する。
【背景技術】
【０００３】
現行の再充電電池システムは充電サイクルおよび放電サイクルを伴う。あまりに多くの電流が単位エネルギーセルから引き出されて、エネルギーインタフェースおよび個々のセルの過熱を引き起こすのを防止する、熱調節または他の電流フロー制御措置の必要がある。加えて、図１を参照すると、電池を充電することとその使用（電池を放電すること）との間の他に、使用と電池を再び充電できるときとの間に、冷却期間の必要がある。急速充電または放電は特に、ことのほか電池を過熱させる傾向があり得る。冷却期間を融通できなれば、電池セルへの永久損傷または想定される火災もしくは爆発になり得る。このサイクルに関する難点は、それが充電の最中であるときに、または即時使用のための即時充電が所望されるときに電池の使用を必要とするユーザ要求によって、それが中断され得ることである。いかなる追加の熱排出（発熱）も、充電とは対照的にエネルギーの損失および廃熱になる。例示的なケースが電気自動車であり、放電期間は、足踏みペダルが踏まれてモータに電力を印加すると、運転者が足踏みペダルを放し、ブレーキをかけて回生制動を開始するときに、充電期間によって急に中断され、結局次いでブレーキを放し、再びペダルを踏んで、モータに電力を印加して再び放電を開始する、などとなる。
【０００４】
加えて、現行の電池システムは、個々のセルの充電レベルの差に、または単一セルに関する何らかの欠陥もしくは問題に見舞われる。欠陥は、局在化された化学的もしくは機械的破壊もしくは過熱、充電レベル差、または製造欠陥からであり得る。例えば、セルのアレイ内の単一セルの充電がアレイ内のセルの残りより低いとき、アレイは、アレイ内の最低のセルのレベルまでしか充電できず、事実上アレイ全体の有効電位を単一セルのそれに制限している。図２は、放電中の電池、このケースでは３つ、のアレイまたはバンクがアレイ内の最低レベルのセル（セル１）の充電量しか放電できない様子を示す。一旦セル１が消耗されると放電中（図面の右側）のセル２および３は放電し続けることができないので、それらには使用不可能な充電が残る。
【０００５】
全アレイを調整するための方法があるが、これらの方法は、セルの完全な放電を伴う放電および充電サイクルを追加し、時間と共にアレイ全体に損耗を課して、その有効寿命を短縮させる。これらの理由で、単一セルまたは多セルの選択的脱着または交換の必要がある。
【０００６】
既存の電池システムの汎用性に関する問題もある。電池パックは、たとえ内部的に多くが同じ単位セル電池に基づくとしても、互いと互換でない個々の仕様に合わせて組み上げられた、種々の形状およびサイズがあり種々の電圧を有する。これらの電池パックがもはや有効充電を保持せず、本質的にそれらの実効寿命の終わりに達すると、それらは処分される。これらの電池を含むパックは、交換されればパックを運用に戻すであろう１つまたは２つのセルの状況にたびたび見舞われるだけである。欠陥セルを交換すれば、パックを有効運用に戻し、こうして有効寿命を有意に延ばすことができるであろう。加えて、これらのパックの効果が少ないセルを、それらの全容量を必要としない、要求の少ない応用例に使用できる。これらの解決策の両方とも、電池システムの寿命を延ばし、かつ廃棄量を有意に削減するであろう。
【０００７】
現行の車両電池システムは電池パックの迅速な取替えを許容しない。これにより、車両がプラグイン充電器を活用することを必要とする。これらのシステムに対する充電は、冷却、充電、冷却および放電サイクルのために数時間を要する。車両の電池パックの有効距離より長い走行で運転する、または充電サイクルの最中に即時使用を必要とするユーザが電池パックに過度の要求を課す。これは、過熱することおよび潜在的に火災に至ることからの電池パックへの損傷に至り得る。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書に記載されるように、電池のアレイが、アレイの簡単な取扱いおよび操作ならびに個々のセルの選択取替えおよび交換を可能にする柔軟なサーペンタインベルト配置に共に機械的に連結される。これらの連結された電池の全体、またはその部分集合がバンクとして共に電気接続されて電力の選択可能な単位を提供できる。
【０００９】
本明細書に記載される配置の一部の利点は、トラック、フォークリフト、航空機、船舶（潜水艦を含む）、列車、ホバークラフト、モータバイクなど、既存の電気自動車の航続距離を延ばすこと、エネルギーパックの迅速な取替えを提供する中古車両への改造を提供することが、ガソリンスタンドにおいてガソリンを給油することに類似して、選択肢になること、調整および火災安全のためにパック内の個々のセルを選択的に取り替えることができること、ならびに車両火災を防止するためにエネルギーユニット（セル）の迅速な投荷を提供することを含む。他の利点は柔軟な応用例を含む：家庭用予備電力（例えば、住宅の壁に嵌合する）および携帯用電力ユニット。ホースまたはダクトを通すことができる所はどこでも、迅速に交換可能かつ単位セルにまで運用可能である電池パックを同様に収容するように適合できる。トラック、スクータ、自動二輪車、ゴルフカート、全地形および戦務車両、二輪車、ホバーボード、海中システム、ドローン、水中個人推進システム、ボート、データセンタ、管理設備、無停電電源、ならびに軍事システムが、この解決策の潜在的受益物の例である。
【００１０】
電池パックを取り扱うのが簡単であるので、本明細書に記載される配置により、多くの他の市場および選択肢を広げる。電池は、太陽電力もしくは他の電力源から充電できる、または日中使用のために電力会社系統から夜間に割引料金で充電できる。充電容量が一定数の電池に制限される場合、電池は充電のために部分集合に分類でき、全ての電池が充電されるまで一度に１つの部分集合が充電される。１つの応用例が、風車またはウインドファームまたは他の電力源の現地などの、第１の設備に電池パックを輸送し、そこで電池パックを一度に完全に、または上述したように部分集合毎に充電し、次いでそれを、個々の車両などの第２の設備に、または顧客受取りもしくは使用のためにスタンドに配送することである。個人が、自分の家において電池パックを充電し、他人に／とパックを売却／交換できる。家庭における個々の充電器の産業全体が、配電系統の必要およびコストを排除できる。これにより、僻地もしくは発展途上国のため、軍部による使用のためおよび災害救助のための分散型エネルギーソリューションを提供できるであろう。それは、有線配電系統要件のない再生可能エネルギー分配ソリューションを提供する。地域社会が、太陽、水力、風力および他のエネルギー源を利用してエネルギーユニットを充電し、それらを使用のために個人および家族に分配して、家電システム、冷凍、電気自動車または医療機器を運転できる。
【００１１】
幾つかの実施形態において、追加の単一のセルまたは一組のセルが電池パックに追加される。追加のセルは、既存の電池内の主たる一組のセルとは異なるサイクルで充電、冷却および放電できる。その原理は、電池の一部のセルに対して異なる充電サイクルを使用することであり、その結果、全てのセルが同時に充放電していることはなく、したがって電池における熱サイクルを低減させる。各実施形態は、種々のサイクルで充電／冷却／放電する多数のセルに拡張されて、より効果的な使用を許容し、熱損失および損傷を防止できる。
【００１２】
幾つかの実施形態において、システムが、多エネルギー貯蔵セルを共に機械的に連結するためのベルトを含んでおり、多エネルギー貯蔵セルは少なくとも第１および第２のエネルギー貯蔵パックへ分類され、各エネルギー貯蔵パックが少なくとも１つのエネルギー貯蔵セルを含み、その上第１のエネルギー貯蔵パックの少なくとも１つのエネルギー貯蔵セルが第２のエネルギー貯蔵パックの少なくとも１つのエネルギー貯蔵セルと異なるエネルギー貯蔵特性を有する。同システムは、エネルギー貯蔵パックを受容し、受容したエネルギー貯蔵パックと電気装置との間の電気接続を確立するための動作域と、多エネルギー貯蔵セルを共に移動させ、それによって動作域に第１のエネルギー貯蔵パックを配列して電気装置との電気接続を確立するように動作可能なアクチュエータとを更に含む。
【００１３】
幾つかの実施形態において、方法が、多エネルギー貯蔵セルを共に機械的に連結するステップを含んでおり、多エネルギー貯蔵セルは少なくとも第１および第２のエネルギー貯蔵パックへ分類され、各エネルギー貯蔵パックが少なくとも１つのエネルギー貯蔵セルを含み、第１のエネルギー貯蔵パックの少なくとも１つのエネルギー貯蔵セルが第２のエネルギー貯蔵パックの少なくとも１つのエネルギー貯蔵セルと異なるエネルギー貯蔵特性を有する。同方法は、エネルギー貯蔵パックを受容し、受容したエネルギー貯蔵パックと電気装置との間の電気接続を確立するための動作域を設けるステップと、アクチュエータを使用して、機械的に連結した多エネルギー貯蔵セルを共に移動させ、それによって動作域に第１のエネルギー貯蔵パックを配列して電気装置との電気接続を確立するステップとを更に含む。
【００１４】
幾つかの実施形態において、電池システムが、第１および第２のセルを有する電池と、電池の各充電または放電サイクルに対して、充電または放電のために一度に第１または第２のセルの一方だけを選択するためのコントローラとを含む。
【００１５】
幾つかの実施形態において、第１および第２のセルを有する電池を動作させるための方法が、第１および第２のセルを時間差が設けられた異なる充電／放電サイクルで動作させ、各サイクルが各充電フェーズに続く冷却期間および各放電フェーズに続く冷却期間を含む、ステップを含む。
【００１６】
添付図面は、本明細書に組み込まれて、その一部を構成するが、実施形態の１つまたは複数の例を例示し、実施形態例の記述と共に、実施形態の原理および実装例を説明する役目を果たす。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】電池充電／冷却／放電／冷却サイクル図である。
【図２】従来の電池のアレイの充放電に対する制限を示す図である。
【図３】標準的な従来の電池の図である。
【図４】一部の実施形態に従う１つまたは複数の電池１０を共に直線的に機械的に連結するための柔軟で分割可能な電池ベルト１６の側面斜視図である。
【図４Ａ】幾つかの実施形態に従うコイル状電池ベルトの上平面図である。
【図５】幾つかの実施形態に従う電池ベルトのリンクの種々の実施形態を示す図である。
【図６】幾つかの実施形態に従う電池ベルトのリンクの種々の実施形態を示す図である。
【図７】一部の実施形態に従う電池ダクトの側面図である。
【図７Ａ】幾つかの実施形態に従う２つのダクトリンクの詳細の図である。
【図７Ｂ】幾つかの実施形態に従うダクトのリンクの動作の電気的表現の図である。
【図７Ｃ】幾つかの実施形態に従う電池と良好な電気接触を維持する装備を示す略図である。
【図７Ｄ】幾つかの実施形態に従う順に逆にされた電池の方向を示す概要図である。
【図８】幾つかの実施形態に従うダクトの動作域に直列接続電池を配備するためのシステムの概要図である。
【図９】幾つかの実施形態に従う電池バンクから分数出力または多重動作域を生成することによって電池を配備するためのシステムを示す概要図である。
【図９Ａ】幾つかの実施形態に従うダクトリンクの主要面の分割可能領域を示す概要図である。
【図１０】一部の実施形態に従う迅速電池取替能力を提供する、電池を配備するためのシステムの概略図である。
【図１１】一部の実施形態に従う分数出力ならびに多重動作および／または休止域を伴う迅速電池取替能力を提供する、電池を配備するためのシステムの変形列を示す概略図である。
【図１１Ａ】幾つかの実施形態に従うダクトの「ジッパー」構成の上面図である。
【図１２】幾つかの実施形態に従う配備システムに使用するための電池制御システムを示す一般図である。
【図１２Ａ】４つの５電池群が使用される、幾つかの実施形態に従う配備システムに使用するための電池制御システムの一般図を示す変形列の図である。
【図１３】幾つかの実施形態に従う性能の低下した電池の検出、送りおよび交換のための手順を示す概略図である。
【図１４】一部の実施形態に従う電池配備システムにおけるアクセス域に配列され得る自動電池交換器６４の概要図である。
【図１５】幾つかの実施形態に従う、並列接続電池バンクおよび電池バンクの並列／直列組合せの電気系統図である。
【図１６】幾つかの実施形態に従う組合せ直列／並列配置の電気系統図である。
【図１７】一部の実施形態に従う電池配備システムに使用するための電池管理システムの概要図である。
【図１８】モータおよびフライホイールとの種々の電池のバンクの使用を示すブロック図である。
【図１９Ａ】幾つかの実施形態に従う電池パックのビン配置を示す図である。
【図１９Ｂ】幾つかの実施形態に従う電池パックのビン配置を示す図である。
【図１９Ｃ】幾つかの実施形態に従う電池パックのビン配置を示す図である。
【図２０】幾つかの実施形態に従う、コイルが一対のプレート間に配列される電池パックのコイル状配置を示す図である。
【図２１】幾つかの実施形態に従う、コイルが回転可能な軸周りに配列される二重コイル配置を示す図である。
【図２２】幾つかの実施形態に従う、概して行われることになるタスクに電池を適合させるためのプロセスを例示するフロー図である。
【図２３Ａ】幾つかの実施形態に従う種々の充電／冷却／放電／冷却サイクルを伴うセルを提供するための手法を例示する概要図である。
【図２３Ｂ】幾つかの実施形態に従う種々の充電／冷却／放電／冷却サイクルを伴うセルを提供するための手法を例示する概要図である。
【図２３Ｃ】幾つかの実施形態に従う種々の充電／冷却／放電／冷却サイクルを伴うセルを提供するための手法を例示する概要図である。
【図２４】幾つかの実施形態に従う別々の充電／冷却／放電／冷却サイクルを通して電池のセルを循環させる概念の一般的な例示の図である。
【図２５】充電レベルの説明を描く図である。
【図２６】幾つかの実施形態に従うセルを接続するためのマンハッタンレイアウトを示す図である。
【図２７】幾つかの実施形態に従う、電流が流れる別々のチャネルの他に、セルが同時に充電も放電もできる所を通る流路を通すことができることを許容する、充放電のために別々のＶｄｄおよびグランドを伴うより密なレイアウトを示す図である。
【図２８】幾つかの実施形態に従う放電後かつ充電前のおよび放電（使用）前の充電後の冷却サイクルを許容する、セルを充放電するための方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の記述は例示的であるにすぎず、いかなる形であれ限定的であるとは意図されない。他の実施形態は、本開示の恩恵を得る当業者の念頭に容易に浮かぶであろう。添付図面に例示されるような実施形態例の実装例に詳細な参照がなされることになる。図面および以下の記述を通して同じまたは類似の項目を指すために可能な限り同じ参照指示子が使用されることになる。
【００１９】
後続の実施形態例の記述において、「１つの実施形態」、「一実施形態」、「一実施形態例」、「幾つかの実施形態」などへの参照は、記載される実施形態が特定の特徴、構造または特性を含み得るが、あらゆる実施形態が必ずしもその特定の特徴、構造または特性を含み得るわけではないことを示す。その上、そのような文句が必ずしも同じ実施形態を指しているわけでもない。更に、特定の特徴、構造または特性が一実施形態に関連して記載されるとき、明記されるか否かにかかわらず、他の実施形態に関連してそのような特徴、構造または特性を達成することが当業者の知識の範囲内であると思われる。用語「例証的」は、本明細書に使用されると、「一例、事例または例示としての役目を果たす」ことを意味する。「例証的」として本明細書に記載されるいかなる実施形態も、必ずしも他の実施形態に比べて好適または有利と解釈されることになるわけではない。
【００２０】
明瞭さのために、本明細書に記載される実装例の規定の特徴の全てが図示および記載されるわけではない。いずれのそのような実際の実装例の開発においても、応用および事業関連の制約の遵守などの、開発者の具体的な目標を達成するために、多数の実装特有の決定がなされなければならないこと、ならびにこれらの具体的な目標が１つの実装例毎におよび１人の開発者毎に異なるであろうことが認識されるであろう。その上、そのような開発努力が複雑かつ時間浪費であり得るが、にもかかわらず本開示の恩恵を得る当業者にとっては通常の技術作業であろうことが認識されるであろう。
【００２１】
この記述の目的で、用語電池「パック」、「アレイ」または「バンク」は、一組の、充電、放電または両方のために共に接続され得る、１つまたは複数の個々の電池もしくはコンデンサ、または、より一般に、エネルギー貯蔵セルもしくはユニットを指すことになる。各個々の電池は「セル」とも称され得る。その上、各電池またはセルは、再充電または一回使用の化学電池または他のエネルギー貯蔵デバイスを説明すると理解されるであろう。再充電または一回使用の化学電池の例は、様々なサイズおよびフォームファクタの、ならびに様々な電力容量および、電力、電圧および電流の点から定義される評価のリチウムイオンおよびニッケルカドミウム電池を含むが、これらに限定されない。１つのフォームファクタ例が図３に図示されており、実質的に円筒状の従来の電池１０が正端子１２および負端子１４を有する。電池の具体例には、１８６５０パナソニック電池等、Ａサイズ、ＡＡサイズ、ＡＡＡサイズ、Ｃサイズ、Ｄサイズ電池などを含む。より一般に、しかしながら、用語、電池またはセルは、いずれのエネルギーまたは電荷貯蔵デバイスも指すと理解されることになり、なかでも、コンデンサおよびスーパーキャパシタを含む。
【００２２】
図４は、一部の実施形態に従う１つまたは複数の電池１０を共に直線的に機械的に連結するための柔軟で分割可能な電池ベルト１６の側面図である。ベルト１６は、それら自体に保持される電池１０によって互いに結合される複数のベルトリンク１８を備える。図面中の電池１０ａなど、２つのリンク間にある電池の脱着は、その接合部において２つの分離した電池ベルトセグメント１６ａおよび１６ｂへのベルト１６の分割になる。適所にあるとき、各電池１０は、２つの連続したベルトリンク１８間の機械的接続を形成する。このように形成された接続は柔軟であり、２つの連続したベルトリンク１８が連結する電池周りに、限られた程度に枢動可能であり、全体として柔軟なサーペンタイン電池ベルト配置になる。そのような柔軟性は、例えば図４Ａに見られるように、電池ベルトをコイル状にすることを、またはそれを、コンパクト性、取扱いもしくは梱包しやすさ、ならびに異なる形状の容器およびダクトとの適合を達成するＳ形状もしくは任意の他の形状に構成することを、改善された熱交換（冷却のため）を、または無数の他の利点を可能にする。
【００２３】
図５および図６は、電池ベルト１６などのベルトのリンクの種々の実施形態を示す。図５において、リンク１８はリング型リンクであり、一方側が単一のリング１８ａを備え、他方側が二重の、軸方向に整列されたリング１８ｂを備える。リングは、双頭矢印によって示されるようにリング内の適所に脱着可能に摺動可能である電池１０を収容するようにサイズ設定される。電池がリング内の適所に維持されることを保証するために、一部の実施形態において限定締まりばめが利用されてよい。１つのベルトリンクのリング１８ａが、次の連続したベルトリンクの２つのリング１８ｂ間に、軸方向に整列して嵌合して、それら自体の間に介在される電池によって共に結合される一連のリンクを形成する。図６において、リンク２０がＣクランプ型リンクであり、一方側が単一のＣクランプ２０ａを備え、他方側が二重の、軸方向に整列されたＣクランプ２０ｂを備える。各Ｃクランプの開口２２は電池２０の直径より小さく、Ｃクランプ２０ａおよび２０ｂは、電池１０の脱着性を、図５の双頭矢印の方式で軸方向に加えて、図６に双頭矢印によって示されるように側方へ可能にするのに十分柔軟である材料から作られる。ここでも、１つのベルトリンクのリング２０ａが、次の連続したベルトリンクの２つのリング２０ｂ間に、軸方向に整列して嵌合して、それら自体の間に介在される電池によって共に結合される一連のリンクを形成する。もちろん、中の電池の存在にかかわらず共に連結されるリンクを持つ電池ベルトを提供することも企図され、その場合には、電池が脱着されたときでも電池ベルトは分割されないことになる。
【００２４】
図７は、一部の実施形態に従う電池ダクト２４の側面図である。電池ダクト２４は方向Ｌに直線的に延び、その中に電池ベルト１６を収容して、電池ベルトの運動を、双頭矢印Ｄによって示されるように、直線方向にも制約する。このように、電池ベルト１６は、任意の所望の程度に電池ダクト２４から挿入および脱着でき、その中の電池は、以下に詳述されるように、いずれの方向にも順次送るまたはステップ駆動することができる。
【００２５】
電池ダクト２４は個々の電池ダクトリンク２６を備えており、各ダクトリンクが、その中の電池の支持のために１：１比率ベースで１つの電池１０に実質的に相当するように寸法設定される。他の比率も企図され、例えばリンク当たり２つ以上の電池となる。２つのダクトリンク２６が、その一方が電池１０を含んで、図７Ａにより詳細に示される。概して、各ダクトリンク２６は、概して全てが中に電池ダクトチャンバを画定するように配置される対向する第１および第２の主要側面２８および３０ならびに対向する第１および第２の副次側面３２および３４を含む。電池の軸方向Ａ−Ａを考慮すると、第１および第２の主要側面２８および３０は概して軸方向Ａ−Ａの平行面にあり、そして第１および第２の副次側面３２および３４は概して軸方向Ａ−Ａの横断面にある。電池ダクトチャンバは形状が直方体であるのを示されるが、円筒、角柱等といった他の形状も企図され、そのようなチャンバを画定する側面はそれに応じて、本明細書に記載されるものと異なって構成されることになる。摩擦を低減させて、チャンバを通る電池の移動を促進する摩擦スライダ、例えばレールなどの、またはチャンバ内の適所に電池を保持するために、戻り止め、ばね、クランプ等などの、部品（図示せず）も設けることができる。加えて、ダクト２４内の電池を冷却するための手段、例えば冷却流体回路、冷却フィンおよびヒートシンクなど、を設けることができる。加えて、ダクト埋込センサを含む温度管理システムを設けることができる。
【００２６】
一連のダクトリンク２６は、電池ベルト１６が電池ダクト２４へ挿入されると、本明細書において動作群と称され得る、電池１０の１つまたは複数の選択群の間に電気接続を確立するように構成される。その接続は、充電もしくは放電のために、または試験のために動作群の電池を電気的にアクセスできる集合「出力」を提供する。その接続は直列または並列でよいが、但し簡潔さおよび明瞭さのために記述の焦点は主に直列接続であることになる。用語「放電」は、例えば電気自動車のモータに、または動作のために電力を必要とする任意のデバイスもしくは部品に電力を提供する電池の使用を示すために使用される。
【００２７】
動作群の直列接続を確立するために、各ダクトリンク２６の副次側面３２および３４または副次側面の内方部分は、ダクトリンク内の電池の正負端子に電気接触するように設計される。副次側面３２および３４またはその関連部分は、したがって、電池端子に接触するように動作可能な導電性材料から作られる。主要側面３０またはその一部分も導電性材料から作られ、１つのダクトリンク２６の副次側面３２の導電部分と一連における次のダクトリンクの副次側面３４の導電部分との間の電気接続を提供する役目を果たす。この理由で、主要側面３０は本明細書において電極と称されてよく、主に機械的支持を提供する非導電性主要側面２８と区別される。この構成の電気的表現が図７Ｂに示されており、ダクトリンクによって一連の電池間に導電路が確立される。２つの連続した電池ＡおよびＢが表現されており、主要側面３０に相当する電極によって直列に接続される。ノードｎ１およびｎ２は、それぞれ副次側面３２および３４に相当する。
【００２８】
それらの電気的および機械的機能に加えて、幾つかの実施形態において、側面２８、３０、３２および３４の一部または全部が、ダクト２４に全体として柔軟な性質を与えるのに十分柔軟であり、その結果、以下に見られるように、それはコンパクトなコイル状および他の形状を呈することができる。他の実施形態において、ダクト２４の全体構造は剛性があり、ダクトリンク２６およびそれらの互いの接続は柔軟性がない。図７Ｃに図示されるように、電池との良好な電気接触を維持する装備を設けることができ、導電性板ばね型の接点３５が電池に向けてバイアスをかけて、電池の両正負端子が副次側面、またはその３７など、少なくとも導電部分と接触していることを保証する。もちろん、ダクト内での動作のために電池ベルト１６の電池１０の直列接続を形成することは、幾つもの仕方で成し遂げることができる。例えば、電池方向は、図７Ｄに図示されるように、交互に逆にすることができ、ダクトリンク２６ａおよびそれらの側面の導電性および柔軟性がそれに応じて調整される。
【００２９】
上に記載したように、ダクト２４の効果は、各電池の正端子を一連における次の電池の負端子に接続することによって、および各電池の負端子を一連における前の電池の正端子に接続することによって、ベルト１６内の電池１０の直列接続を確立することである。これの概略図が図８に提供されており、概してベルト１６の電池１０を、例えばそれらを充電または放電するために配備するためのシステムを示す。ダクト２４は、Ａ〜Ｊと指定される１０個の３．７Ｖ電池１０の直列接続を確立する。結果的な１０セル直列接続電池バンク３６は接続またはタップＰ１およびＮ１において３７ボルトの出力電圧を有しており、これは総称的に出力と称されてよい。単に例として、４つのそのような３７ボルトバンクが直列接続で示されており、結果として１４８Ｖ電池パック３８になる。このように接続された４つのバンクは、単一の４０リンクダクト２４内に配列される４つの１０セル電池ベルト１６、または直列に接続される４つの対応する１０リンクダクト２４内に配列される４つの１０セル電池ベルト１６から構成できる。
【００３０】
図９は、電池バンクから分数出力または多重動作域を生成することによって電池を配備するためのシステムを示す。特に、直列接続電池Ａ〜Ｊの１０セルバンクが１０リンクダクト２４内に配列されるが、リンクの１つ２６がその電極３０において電気的ギャップまたは不連続４０を有する。図９Ａを参照すると、不連続は、例えば電極３０の予め形成された部分もしくは領域４０ａが除去される、またはその他非導電性にされるときに、ユーザによって選択的に確立できる。ダクト２４におけるリンクの各々は、ユーザによる選択的脱着のためにそのような予め形成された領域を有することができる。図９Ａにおいて領域４０ａを画定する点線は、不連続を確立するための導電材料の脱着を容易にするミシン目を表現できる。図９に戻り、電気タップＰ２およびＮ２が設けられており、不連続４０と共に動作して、２つの別々の電源を得る：３セル電源４２（電池Ａ〜Ｃ）、タップＰ１〜Ｎ２において３．７Ｖ×３＝１１．１Ｖの出力を有する；および７セル電源４４（電池Ｄ〜Ｊ）、タップＰ２〜Ｎ１において３．７Ｖ×７＝２５．９Ｖの出力を有する。
【００３１】
図１０は、一部の実施形態に従う迅速電池取替能力を提供する、電池を配備するためのシステムの概略図である。電池ダクト２４がコイル状構成で示され、Ｎ個の電池の容量を有する。一方または両方のアクチュエータ４６および４８が、この例ではいずれの方向にも回転できるスプロケットであり、電動駆動体として動作して同時に交換電池ベルトを送り込む一方で、古い電池ベルトを引き出す。交換および古いベルトは前記したようなものであり、各々がＮ個の電池を有し、そのため３．７Ｖ電池の場合、Ｎ個の電池を持つ電池ベルトが完全に挿入されるときのＰ３〜Ｎ３ノードにおける電圧出力は３．７＊Ｎボルトである。電池ベルトは、ダクト２４外であるときはビン５０に記憶できる。ダクト２４はアクチュエータ４６および４８から分離可能な部品でよく、そのためダクトは１つの設備、例えば充電スタンドまたは電気自動車において配列されてよく、アクチュエータはそこに、電池ベルト取替えを行う目的でオペレータによって持ってこられ、次いで設備から脱着される。幾つかの実施形態において、一方または両方のアクチュエータ４６および４８がモータ（図示せず）によって給電される。幾つかの他の実施形態において、いずれのアクチュエータもモータによって給電されず、アクチュエータは自由回転するように装着される。後者の構成におけるダクト２４を通る電池ベルト運動は、例えば古いベルトを引っ張り、新たな交換ベルトが、上記したように、連結する電池またはリンクによって古いベルトに連結できるためか、一方または両方のアクチュエータ４６、４８の、交換ベルトに係合してダクト２４へその運動を伝達する動作のためか、新たな交換ベルトの引込みを引き起こすことによって、オペレータによって給電される。
【００３２】
図１０の迅速取替構成は、例えばダクト２４が配列される充電スタンドなどの設備における、現場の電池ベルトの交換を可能にし、その結果、消耗電池の交換ベルトがＰ３〜Ｎ３ノードを通じた充電のために挿入でき、そして新しい電池を持つ充電済み（「古い」）ベルトを、例えば迅速取替システムが同様に装備され得るが、その出力ノードが車両の駆動系統に接続される電気自動車（図示せず）などの第２の設備での、使用のために引き出すことができる。車両は、任意の適切な電力抽出方式（例えば直列、並列、分数等）で接続できる、コイルまたは他の構成の、多重のそのような迅速取替システムを有し得る。幾つかの実施形態において、「ジッパー」形態を有するようにダクトを構成し、それによって図１１Ａに示されるように、それが２つの長手方向の半体３３ａおよび３３ｂへ分離可能かつ再接続可能であることによって、迅速な取替えを更に果たすことができる。そのような構成は、ダクトからの電池ベルトの急速解放を可能にする。ダクトリンクには、互いに係脱する適切な締結具（図示せず）が設けられて、ジッパーのような性能を可能にすることができる。
【００３３】
図１１は、幾つかの実施形態に従うコイル状分数出力構成を有する、電池を配備するためのシステムである。電池ベルト１６は「エンドレス」構成を有し、上記したように共に機械的に連結される総計Ｂ個の電池を含む。ベルト１６は、同じく上記したように、各々電池チャンバを画定するＮ個のダクトリンクを有するダクト２４に収容される。総電池の数Ｂは余剰電池量ＢＥだけダクトリンクの数Ｎを超える。すなわち、
ＢＥ＝Ｂ−Ｎ
余剰電池ＢＥはアクセス領域５２を占める。この領域内の電池がダクト２４の外であるので、それらはよりアクセス可能であり、かつ例えばそれらが故障したまたはそれらの性能が低下しているとき、簡単に交換できる。単に個々の電池を図５に記載されるように軸方向に、または図６に記載されるように側方へベルトの外に摺動させ、それを逆の方式で新たな電池と交換することによって、電池交換はこの領域内で実装できる。電池監視および交換が下により詳細に述べられる。
【００３４】
図１１に示されるようなダクト２４は電気的に２つのセグメント２４ａおよび２４ｂから構成されており、これらは、図９に記載されるようにダクトリンク２６におけるギャップ４０などの不連続によって互いから絶縁される。この結果、３０個のセルＡ〜ＤＤの第１の電池バンク５４（１１１ボルト）および３４個のセルＥＥ〜ＬＬＬの第２の電池バンク５６（１２５．８ボルト）になる。２つのバンクは、各々それぞれノードＰ４〜Ｎ４およびＰ５〜Ｎ５において動作のために接続可能であり、用途に応じて充電または放電を独立しておよび／または同時に経験できる。この方式で動作のために接続される電池の総数は、ＢＯと称され、３０＋３４＝６４である。ダクト２４のダクトリンク（および対応するチャンバ）の数Ｍは動作電池の数ＢＯ＝６４を超える。このダクトリンクの余剰は
ＭＥ＝Ｍ−ＢＯ
として表現できる。余剰ダクトリンクＭＥは、例えば電池の一部分を冷却するために、電池を休止モードで待機させるために使用できる一方で、バンク５４および／または５６内のそれらは充電および／または放電のために活用されている（動作モード）。電池は、このようにダクト２４内の適所にモータアクチュエータ５８によって循環でき、これは、１つまたは複数の電池温度もしくは他のパラメータセンサ、タイマー、またはフィードバックを提供しアクチュエータの回転をトリガするための他のデバイス（図示せず）に結合できる。電池ベルト１６の電池がモータアクチュエータ５８の動作を通じてダクト２４内で送られるべきである位置の数を決定するために論理および位置エンコーダ（図示せず）を設けることができる。ダクト２４はアクチュエータ５８から分離可能な部品でよく、そのためダクトは１つの設備、例えば充電スタンドまたは電気自動車において配列されてよく、アクチュエータ５８はそこに、電池ベルト取替えを行う目的でオペレータによって持ってこられ、次いで設備から脱着される。取替えはアクセス域５２における電池１０の１つの脱着を伴うが、電池ベルト１６を分割し、図１０に関連して上記した方式でのその脱着および交換を可能にする。
【００３５】
配備システムに使用するための電池制御システムを示す一般図が図１２に概略的に提供される。コントローラ６０が、フィードバック情報および他の入力を受信し、論理を実装するためのプロセッサ６２を含むことができ、コントローラがそれに応じてアクチュエータ５８を作動させる。コントローラ内のメモリ６３が、以下に更に詳述されるように、ベルト１６の移動を追跡するために、および中の位置またはチャンバを追跡するために使用できる様々な動作情報を記憶できる。温度、電圧、電流、電力などに関する様々なパラメータに対する受容閾値もメモリ６３に記憶できる。アクチュエータ５８は、サイクルおよび用途に応じて、双方向に回転可能である。破線が、１つまたは複数の独立した電池バンクの一部として、動作のために接続される一組の電池ＢＯを包含する活動または動作域を描写する一方で、活動域外の残りの電池ＢＲは、例えば冷却サイクルのために、休止域内で休止している。動作は、電池を、例えば限られた充電器容量の場合には、電池の全体が充電されるまで一度に１つの部分群を充電するための充電システムへの、または車両の電気モータなどを含む駆動系統などの放電システムへの接続を伴うことができる。適当な時間、感知温度、または充電／放電レベル、電力、電流、電圧、または任意の他の適切な送りパラメータにより、コントローラは、休止電池を動作モードへ（活動域へ）移動させ、かつ動作電池を休止モードへ（活動域から）移動させるために、アクチュエータ５８を作動させて電池の全てまたは一部を送る。動作電池と休止電池の比がこの例では１（ＢＯ／ＢＲ＝１０／１０＝１）であるのが示されるのに対して、１より大きいまたは小さい他の比が企図される。上述したように、コントローラ６０にフィードバック情報を提供する温度管理システムの一部として、ダクト２４に埋め込まれたセンサを設けることができる。
【００３６】
図１２Ａの変形列では、４つの５電池群が達成される：２つの休止群ＢＲ１およびＢＲ２、１つの充電動作群ＢＯ１、ならびに１つの放電動作群ＢＯ２。アクチュエータ５８は、コントローラ６０によって作動されて、ｎ分毎にＳ場所に、またはその群のいずれかにおけるいずれか１つもしくは複数の電池の温度が規定の閾値に達する度に、または放電電池レベル（電圧、電流）もしくは充電電池レベルが規定の閾値に達する度に、またはこれらおよび他の要因のいずれかの組合せに基づいて、電池を送ることができる。加えて、システムが設置される所に応じて、コントローラ６０は、電池充電器から、またはシステムが配列される車両のコントローラから入力を受信し、この入力に応答して電池送りを行うことができる。送り数Ｓは、０より大きい任意の整数であることができる。図１２Ａの例では、５場所送りが電池構成を反転させて、全ての動作電池を休止位置にかつ全ての休止電池を動作位置に置く。これは１８０度位相シフトと称されてよい。異なる度数の位相シフトも企図される。９０度位相シフトが半分の動作電池を休止位置にかつ半分の休止電池を動作位置に置くことになる、などである。
【００３７】
本明細書に記載される配置において、充電または放電のために電池１０が配備されるタップ点に対するそれらの移動度が、電池パック内のセルへの応力および損耗を均一化して、それらの有効寿命を増大させる際に重要な利点をもたらす。特に、従来の電池パックでは、セルの位置は物理的にも電気的にも静的である。セルが経験する電流束（放電時に引込みおよび充電時にその逆）ならびに熱流束（充放電時に発熱）が回路内のそれらの位置の関数として異なるので、或る位置に（例えば電池パックの端に、充電／放電のためのタップ点に）あるものは、動作の間、別の位置における（例えばパックの中心における）ものとは異なる熱、化学および機械的応力を経験することになる。同様に、パックにおいて利用される冷却システム（周囲冷却を含む）に対するセルの物理的位置も異なることになり、そのため熱交換器システムが利用されるときでも、その冷却はおそらく不均一であり、例えばその入口においてその出口より冷却されるが、一部のセルが他より冷却から恩恵を得なくなる。従来のシステムにおける物理的および電気的位置のこの静止は、個々のセルの偏損耗ならびにセルおよび電池パックの早期破壊になる。本明細書に記載される動的配置はこれらの問題を回避して、パックにおける応力位置（熱、電気的、機械的、化学）が常に同じ電池によって占拠されるのでなく、それらがこれらの位置へ／から回転されるにつれて電池によって共有されるように電池を回転させることによって損耗均一化を提供する。
【００３８】
幾つかの実施形態の追加の利点が、故障したまたは性能の低下した電池の簡単な脱着および交換である。そのような電池を検出することは個々の電池試験ベースで行うことができ、コントローラ６０（図１２）が、温度、電圧、電流および他のセンサが装備されるアクセス域５２を通してベルト１６の電池を循環でき、そして或る基準を達成できない電池が交換される。一部の実施形態において、電池の直列接続バンクに関しては、バンク内の１つまたは複数の電池の故障は、具体的な故障した電池を識別することがなければバンク全体にわたるゼロ電圧をもたらすことになる。そのようなシナリオにおいて故障電池を識別する単純な手法が図１３に関して記載される。電池ベルト１６の故障した電池１０Ｆは、コントローラ６０（図１２）によってダクト２４を通して順次ステップ駆動されて活動動作域Ａに入る（図面中の上の図）。動作域Ａは、故障した電池１０Ｆが内部にある限り、異例に低い（ゼロ）電圧を呈する。この異例に低い電圧、または内部の不良電池を示す、区域Ａに関する任意の他のパラメータが、コントローラ６０において適切なアルゴリズムによって、またはコントローラ６０に出力を提供するセンサによって感知できる。電池ベルト１６の右への３回の送り（図面中の下の図）またはステップ後に、故障した電池は区域Ａを脱することになり、区域Ａの電圧（または他の適切なパラメータ）は３７Ｖに回復されるであろう。この３回目の送りにおいて、３７Ｖへの電圧の回復のため、問題のある電池の素性がコントローラに知られるようになり、次いでこの電池を交換を要するものとして登録する。そのように電池を登録することは、単に電池チャンバもしくは位置を、欠陥電池を含むものとしてメモリ６３において追跡すること、またはベルト位置を追跡すること、などを意味することができる。コントローラ１６は次いで、手動でまたは以下に更に詳述されるように交換器によってか、登録された欠陥電池（１０Ｆ）が交換のためにアクセス域に達するまで電池ベルト１６を進めることができる。コントローラ６０は、区域Ａの端からアクセス域までの距離Ｘをステップ数で知っており、この例では１５ステップまたは位置である。そのような距離Ｘはメモリ６３に予め記憶される。コントローラ６０は、電池ベルトを１５ステップ進めて、電池１０Ｆをアクセス域に搬送する。
【００３９】
図１４は、一部の実施形態に従う電池配備システムにおけるアクセス域に配列され得る自動電池交換器６４の概要図である。交換器は、新電池貯蔵器６６および消耗電池貯蔵器６８を含む。電池ベルト１６がコントローラ６０の制御下で交換器を通してステップ駆動されるにつれて、交換用に指定された電池１０Ｆが新しい交換電池１０Ｒとの整列に達する。次いで押し棒７０が作動されて、交換電池１０Ｒを押し込んでベルト１６内の電池１０Ｆの位置を占めさせ、かつ電池１０Ｆをベルトから完全に押し出して消耗電池貯蔵器６８へ押し込む。一部の実施形態において、押し棒７０は、交換電池をその場所へ押し込むことなく、ベルト内の電池に作用するだけである。このように、電池がベルト１６から脱着され、ベルトは上記した方式で自動的に分割される。一部の実施形態において、ベルト１６上の電池が進むにつれて、それらの温度、電圧または電流などのパラメータを検出するために、センサ６９が、例えば交換器６４に含まれる。センサ出力は、上記したようにコントローラ６０へのフィードバックとして提供される。
【００４０】
幾つかの実施形態において、一方または両方の貯蔵器６６および６８が、例えばコントローラ６０などのコントローラの制御下で、いずれの方向（円形矢印によって示される）にも回転可能である。貯蔵器６６の回転は、ベルト１６への挿入のための適所への電池１０の選択的配置を可能にする。例えば、第１の交換電池が棒７０の作用によってベルト内の位置へ挿入された後、貯蔵器６６が回転されて第２の交換電池をベルトへの挿入のための適所に配置する。ベルト１６はもちろん、第２の交換電池を受容する必要がある新たな位置に任意のステップ数（１または複数）送られる。次いで押し棒７０が再び作動され、第２の交換電池がベルト内の適所へ押し込まれて、ベルト内のその位置に既にある電池を交換する。同様に、貯蔵器６８の回転は、交換されている電池を受容するための貯蔵器内の空スロットの選択的配置を可能にする。
【００４１】
幾つかの実施形態において、再充電の代わりに、電池は、それらの充電状態または他の要因に基づいて、単独でまたはパック全体もしくはベルト全体として交換処分され、新しい電池と交換できる。交換処分されるものはまだ他のタスクのために十分な充電を保持し、それらが受ける充電サイクル回数を削減し得る。電池セルはそれらの寿命時間中に一定数の充電サイクルを有するだけであるので、したがってそれらを不必要に再充電することを回避することが有利であり得る。例えば、一部の状況では、電気自動車の所有者が自分の電池を自宅で、職場で、毎日不必要に充電し得る。彼らが３００マイルの航続距離を有し、そして職場へ往復５０マイル運転する場合、たとえ彼らが明日おそらく５０マイルしか運転しないとしても、それでも彼らは電池を再充電するかもしれない。彼らは充電サイクルを不必要に費やしている。所有者が電池を交換処分するオプションを有すれば、航続距離についての心配は対処され、所有者は、いつ充電するのが賢明であるかに関してより良好な決定を下す。
【００４２】
その上、幾つかの実施形態において、夜間に適切に電池を交換処分する中央リースサービス、または中央サービスによって運営されるコンディショニングセンタでは、僅かに放電された電池は、最大保証航続距離を有する必要がない別の車両に設置でき、サービス側は、それらの電池への１回の充電サイクルまたは数回の充電サイクルを省くことができる。コンディショニングセンタについては以下により詳細に述べられる。
【００４３】
電池配備システムの幾つかの実施形態において、並列電池接続、または並列および直列電池接続の組合せが企図される。直列接続では、電池バンクの総電圧は個々の電圧の倍数であり、並列配置では、バンク内の電池の数にかかわらず、電池バンクにわたる総電圧は同じであるが、電流は個々の電池電流の倍数である。並列バンクが図１５に示されており、各々定格が３．７Ｖおよび２２００ｍＡｈｒ（ミリアンペア時間）の１０個の電池が接続されて３．７Ｖおよび２２Ａｈｒの電源を得る。組合せ並列／直列配置が図１５の下部に示されており、３つの並列バンクＡ〜Ｃが互いと直列に接続される。バンクが各々１０個のセルを有するが、各バンク内のセル数は異なることができ、バンク毎に変化できる。組合せ直列／並列配置が図１６に示される。直列接続バンク７２は、各々定格が３．７Ｖの電圧および２２００ｍＡｈの電流の１００個の電池から成る。バンク７２の全定格は３７０ボルトで２２００ｍＡｈである。７０個のこれらのバンク７２を並列に接続することで、定格が３７０ボルトで１５４Ａｈである電源７４を得る。
【００４４】
一部の実施形態に従う電池配備システムに使用するための電池管理システムが図１７に概略的に示される。電池１０の６つのベルト１６の各々が対応するダクト２４内に示される。６つのダクトの各々が中の１０個の電池の直列接続を確立する。ダクトは共に並列に接続されて、例えば電気自動車を駆動するための、または電池を充電するための充電器への接続ための、組合せ直列並列接続出力を提供する。代替構成では、６つのダクト２４の１つまたは複数がその他に接続されず、その結果、異なる独立した電気回路が確立される。そのような代替配置は、電池の一部の「ホットスワップ」を可能にしており、一部の電池が交換処分できる一方で、他は接続されて、例えばモータを駆動するようにまたは充電されるように動作し続ける。
【００４５】
コントローラ６０は、上記したように、６つのベルト内の電池を冷却のために休止域を通して、または充放電のために動作域を通して循環させるために、６つの対応するアクチュエータ５８を互いと独立させて駆動する。多重動作域が存在してよく、各々充電、放電または試験装置または部品への電気接続を確立する役目を果たす。これらの装置または部品の一部は、例えば、モータ、充電器、コンプレッサ、ヒータ、送風機、他の電池バンク、インバータ、タイミング装置、コントローラ、ソレノイド、レーダ、カメラ、ロータ、誘導性負荷、容量性負荷、ファン、フライホイール、熱電クーラ、熱電対、センサ、ＨＶＡＣ、電動発電機、アクチュエータ、太陽光装置、風力装置、ライト、パワーエレクトロニクス、電気器具などであることができる。コントローラ６０は、例えば感知された温度、電圧、電流および他のパラメータに基づいて、必要に応じてベルト１６内の電池を選択的に交換するために、６つの対応する交換器６４も互いと独立させて駆動する。センサ６９（図１４）からのフィードバックがコントローラ６０に提供されて、アクチュエータ５８および交換器６４に対するその意思決定および制御を支援できる。図１７の組合せ直列並列接続の利点は、それが個々のベルト１６の各々内の直列接続電池の迅速な取替えを可能にする一方で、同時にベルト１６の互いへの高電流並列接続を可能にするということである。
【００４６】
最大容量に対する電池放電（または充電）の尺度がＣレートである。１Ｃで、１００Ａｈｒ電池は１時間の間１００アンペアの電流を放電する。０．５Ｃでは、１００Ａｈｒ電池は２時間の間５０アンペアの電流を放電して合計で１００Ａｈｒとなる。４Ｃでは、１００Ａｈｒ電池は１５分間４００アンペアの電流を放電して合計で１００Ａｈｒとなる、などである。Ｃレートが高いほど、電池に課される要求が多く、損耗が大きく、電池の全体寿命が短い。
【００４７】
公称で、大抵の電池は、損耗および応力を最小化して寿命を増大させるために、僅か０．５Ｃで充電または放電されるべきである。加えて、電池は、１Ｃ以上の放電率または充電率を必要とする性能用途のための電源電池として使用されるために、劣化状態（ＳＯＨ）と称される、それらの当初の充電状態の約８０％であるべきである。約６０％劣化状態を下回る電池は、＜０．５Ｃの充電／放電率で使用されるべきである。加えて、充電／放電間隔を段階ステップさせ、モータコントローラに使用されるものと同様のパルス充電器またはスイッチ放電器を使用する方法が想定される。ＳＯＨは、概して、内部抵抗、容量、電圧、自己放電、充電を受け入れる電池の能力、および電池がその時点で完了した充放電サイクルの総数の尺度である。別の用語、放電深度は、所与の用途に対してどのくらいのセルまたはパックエネルギーが使用されるであろうかであり、例えばリチウムイオンに関しては公称で２０％と９０％の間である。リチウムイオン電池は、それらが摂氏２５度を下回ると、深刻な充放電問題に見舞われることが留意されるべきである。
【００４８】
本明細書に開示される配置は、電力パック内の電池のための公称Ｃレートを維持するために使用できる。例えば、電池ベルトには、種々のエネルギー貯蔵特性（Ｃレートなどの）を有し、予想電流放電（または充電）需要の関数として動作域へ選択的に切り替えられる電池（または、より一般に、エネルギー貯蔵デバイス）が装填できる。貯蔵デバイスのエネルギー貯蔵特性は固定されてもされなくてもよく、その現在の充電状態、劣化状態、所与の用途に対する放電深度、その容量、サイズ、密度、化学（内部電解質）、形式、フォームファクタ、質量、材料、電圧（開回路および使用）、エネルギー密度、電力密度、ピーク電力（充電／放電）、機能状態（充放電時の内部遷移）、内部抵抗、自己放電、効率、現在温度、周囲（外部）温度、熱質量、湿度、大気圧、時刻／時節（エネルギーコスト）、それが接続されることになる負荷または充電器の特性（インピーダンス、インダクタンス、容量等）、Ｃレート能力または充放電率、などを含むがこれらに限定されない、多くの要因に由来する。例えば、リチウム、水銀、リチウムイオン（リチウムコバルト酸化物、マンガン酸リチウム、リン酸鉄リチウム、リチウムポリマー、リチウムニッケルマンガンコバルト）、およびＮｉＭＨ、ニッケルカドミウム、アルカリ、鉛蓄電池等といった、異なる種類の電池が異なるエネルギー貯蔵特性を有し、同じ種類の電池さえ、例えばそれらの形式、温度などに応じて、異なる特性を有し得る。
【００４９】
車両コンテキストでは、アクチュエータ５８およびコントローラ６０の動作によるダクト内の電池ベルトの運動を通じて電池送りをトリガするために、交通信号灯または駐車場からの加速などの、高需要状況が使用され得る。電池送りは、モータに結合される動作域に或る種類の電池、例えば高定格電池を配置して、必要電力を提供するものである。高定格電池は、０．５Ｃで放電されるときでも十分な加速電力を提供するために使用され得る一方で、低定格電池は、同じ電力を提供するために０．５Ｃを上回る有害なレートで動作される必要がある。
【００５０】
反対に、また例示的に車両コンテキストでは、より多くの従来の電池を高速充電器の損傷を与える高電流から救うために、スーパーキャパシタまたは急速充電電池のバンクを急速充電のために動作域へ送ることができる。同様に、回生制動などの、或る状況では、さもなければ低定格電池にまたはより最近まで放電されていて加熱され得るもしくはその他不適切であり得るものに損傷を与え得る電流サージを受容するために、休止していたものなど、またはスーパーキャパシタなど、一部の電池を動作域へ送ることができる。
【００５１】
別の例示的な例では、寒冷気候を考慮すると、外が寒いときに、電池ベルト内の他のリチウムイオン電池がそれらの最適使用温度範囲にまで暖機するまでモータに給電するために、リチウム（リチウムイオンとは対照的に）電池またはより低い温度で十分に機能する他の種類のエネルギーデバイスを動作域へ送ることができる。より一般に、電池ベルト内の電池レイアウト全体を、所与の日もしくは季節に特定の気候もしくは性能要件のために、または或る運転条件もしくは地形のために選ぶことができる。電池パック全体またはその部分の交換処分は、したがって、上に述べた迅速電池取替能力を使用して日常または季節ベースで行うことができる。
【００５２】
動作域への／からの電池送りは、例えば感知された運転および気象状況、地形（山、平地等）に応答してユーザまたはシステムによって選択可能であり得る経済的配慮に基づいても実施できる。車両では、性能のために新品の電池の１つのエリアまたはバンクをおよび巡航のために中古の電池の１つのエリアを使用することに対する許容がなされ得る。電池合剤も、運転者の一般的な使用法に基づいて変更され得る。こうして、合剤は、運転者に彼らの運転のために最適の費用／性能を提供し得る。
【００５３】
費用または経済的要因が電池の下取り価格に結び付けられ得るが、ストレスの多い条件（例えば、より高いＣレート）で動作される電池が、時間と共により迅速にそれらの下取り価値を失う。オペレータは、コントローラ６０が追求する目標として最高価値保存を設定でき、上に詳述したように、この目標を求めるアルゴリズムにより、コントローラの出力が、外部温度、充放電率、電池型、電池年数などといった要因に応じてダクトの異なる動作および休止域へ電池ベルトの電池を送るのを誘導することになる。
【００５４】
幾つかの実施形態において、電池所有者は、電池応力を低減させて寿命を増大させる行為および行動に対して財政的に奨励および報酬を受けることができる。電池充電スタンドは、顧客自身の電池を充電するまたはそれらを交換電池と交換処分するために使用できるが、手数料または交換処分された電池に対する払戻しを、電池の種類−Ｓｏｎｙ（商標）、Ｓａｍｓｕｎｇ（商標）、不明ブランド等、劣化状態（性能）９０％、８０％、７０％等、電流充電レベル（運転者または顧客がそれらを放電／充電した）７０％、５０％等、に基づかせるコンディショニングセンタとして動作させることもできる。コンディショニングセンタが請求する価格はこれらおよび他の要因に基づき、コンディショニングセンタに寄ることに先立って、ユーザに見積りを提供できる。コンディショニングセンタは次いで、ユーザの車から電池が交換処分された後で、それらを試験し得るが、次いで請求書を口座から自動的に電子的に引き落とすことができる。
【００５５】
費用が基づく要因は、電池ベルト内の電池を適切に接続される動作域に送ることによってそれらが結合した試験システムによって車両上で判定できる。車両内の試験システムは、実条件下で−電池の応用使用下でその試験を行う。幾つかの実施形態において、電池は、或る最適電池バンク特性および全体性能プロファイルを達成するために、試験結果に基づいて個々に充電／放電できる。これはコンディショニングセンタにおいて、または最適に装備された車両上でさえ行うことができる。従来は電池の大抵の試験が研究室において行われるのに対して、本明細書に記載される配置においては試験は、電池が特定の地域および気候の特定の階級のユーザに関して特定の電池の合剤を伴って特定の車両において使用中である間に行うことができる。このデータは、コンディショニングセンタの他に、電池および車両会社にとって非常に有益であり得る。
【００５６】
コンディショニングセンタにおいて運転者は、自分の現在の走行がどうなりそうであるか（長い、山地、寒い）に基づいて自分が望む電池合剤を選ぶことができる。次に、これは、彼らのＧｏｏｇｌｅ  Ｍａｐｓ目的地または他の遠隔測定情報に基づいて彼らのために決定され得る。幾つかの実施形態において、電池は、運転者に特有の彼らの運転習慣、経歴、経路および他の要因についてわかっていることに基づいて異なるタイプの運転者間で交換できる。例えば、或る運転者が自分の経路または運転中の道路で電池に重負荷をかける一方で、別の運転者が気軽なハイウェイ運転者であれば、電池を所有してそれらをこれらの運転者にリースしている者は誰でも、彼らがどのようにしてそれらを最も長く持たせる、または応力を最も少なくすることができるか、などに基づいて、誰がどの電池を得るかを選ぶことができる。
【００５７】
幾つかの実施形態において、車両運転者には、自分の運転が電池状態にどのように作用するかに関して自分の車中でリアルタイム情報を与えることができる。運転者は、自分の運転および充電習慣に関して自分で対策を取って、自分の費用／性能比を改善できる。例えば、運転者は、電池を完全にはまたは或るレベルを下回って切らさないことによって、充電を速やかに完了してお金を節約し得る。彼らは、次いでコンディショニングセンタにおいて低費用で報われ得る。上記した動作および休止域への／からの選択的送りの他に、電池応力および損耗を低減させる措置が機械的手段を含むことができる。１つの例が、エネルギーを貯蔵するためのフライホイールである。図１８を参照しつつ、フライホイール１１に停止から給電するために、或る種類の電池、電池定格、電池状態（例えば休止から）または他のエネルギー貯蔵特性を持つ第１の電池バンク（Ａ１）を動作域へ送ることができる一方で、エネルギー需要がより低い、既に回っているフライホイールの回転を維持するために、別の種類の電池または電池定格または電池状態または他のエネルギー貯蔵特性の異なる電池バンク（バンクＡ２）を動作域へ送ることができる。フライホイールは、所望により車両を迅速に加速するために有用であり、このタキシングタスクを行わなければならないことから電池を救うことができる。したがって、エネルギー貯蔵デバイス（フライホイール、または同様に、スーパーキャパシタなど）は、迅速または緊急加速におけるなどの高電流放電を必要とする状況で使用するために充電される。このように、電池は、＜０．５Ｃの放電率を維持することができる一方で、まだ必要に応じて付加的な突然の電力を提供する。＜０．５Ｃの放電率を維持することは有意に電池の寿命を増大させる。図１８の例では、車両の電気モータ１３は、＜０．５Ｃの電流が維持できる、巡航のためにバンクＢの電池によって駆動される。停止した位置からの初期加速のために、しかしながら、電池は、フライホイール１１をゆっくり回して、できるだけ小電流を引き込む小型補助モータ１５に給電できる。停止した位置から加速が必要とされると、主駆動（駆動軸）への初期プッシュおよびトルクは、電気モータでなくフライホイールからとられる。フライホイールは、その運動量／慣性を使用して、停止した位置から車を進ませることができる。制動するとき、フライホイールが制動システム１７によって回されて、例えば交通信号灯が変化して車が停止から再び移動する準備ができるまで、この運動量をフライホイールに維持できる。
【００５８】
加えて、他の動作によりシステムにフライホイール１１を回させることも可能である。例えば、方向指示器を作動させることにより、加速を必要とする車線変更に備えてフライホイールを回すようシステムに命じることができる。これは、車線変更ならびにランプおよび合流からのハイウェイへの進入のために活用され得る。運転者は、フライホイールを回すことをトリガする前に、アクセラレータへの軽いタップのような追加の動作を学習することもあり得る。幾つかの実施形態において、多重フライホイールを配備できる。例えば車両における３フライホイール配置において、１つのフライホイールが使用中であることができ、１つは回されている状態にあることができ、１つは既に回されて所定のｒｐｍに維持できる。これらの３つのシナリオの各々に対する電力要件は、０．５Ｃ以下で動作される電池を使用して満足できる。システムは、３つのフライホイール間で切り替わって負荷をとることができ、次のフライホイールが回っている一方で、その他のものは減速している。また、幾つかの実施形態において、フライホイールは加算的に使用でき、電力の極度の上昇のために２つまたは３つのフライホイールを一度に係合できる。フライホイールは種々の部品に専用であることもでき、例えば各車輪のために１つもしくは複数、または空気調和コンプレッサもしくは車両の任意の他の重負荷品目などを運転するために１つもしくは複数、などである。
【００５９】
電池パックの電池の配置は多くの種々の形態をとることができる。例えば、図１０に戻って、ビン５０は、図１９Ａおよび図１９Ｂに示されるように、それ自体に電池ベルト１６の電池１０との接続を確立するための接点が設けられ、そしてこのように携帯用電力パックとしての役目を果たすことができる。帯状電極５１Ａおよび５１Ｂが、一列の電池の正ノードをその列の並列電気接続のために共に接続するそのような接点の１つの例である。そのような配置では、ダクトを不要とすることができることが留意されるべきである。スペーサ５３（図１９Ｃ）を、電池を適所に保持するために、かつ空気冷却を許容するために、または中に冷却手段（図示せず）を収容するために任意選択で設けることができる
【００６０】
別の電池配置が図２０に示されており、２つの対向するプレート５５（平面図には１つだけが示される）間に電池がコイル状にされる。プレートは、電池ベルトのコイル形状に実質的に適合するために円形であるのを示されるが、折り重ねられた電池ベルトおよびプレートの任意の他の形状が企図される。プレート５５はセクタ５７へ分割されてよく、その一部は、例えば上記したように１つまたは複数の動作域および休止範囲の形態の電気接続を確立するために、パックと称されてよい、電池の部分集合の間に所望の接続を作るのに適切な電極パターン５９を有する。２つの休止範囲例が図面中に４９で表される。そのような配置は、プレート５５および電極パターン５９を使用して電池ベルト１６を支持し電池間の電気接続を提供して、ダクトの必要を不要とする。パターン５９の一部分がプレート５５において径方向に延びて、電池ベルト１６内で順番でない電池を共に接続できることが留意されるべきである。
【００６１】
図２１に描かれる別の配置において、コイル状電池ベルト１６は中央軸６１周りに巻回できる。２つのそのような軸が描かれており、その一方または両方が回転手段（例えばモータ、ハンドクランク）（図示せず）に結合されて、巻回のための原動力を提供してよい。一方または両方のコイル内の電池は、上記した方式で電気接続のためにプレート５５（図２０）間に配列されてよい。コイル間の領域６３が休止域として動作できる。
【００６２】
図２２は、概して行われることになるタスクに電池を適合させるためのプロセスを例示するフロー図である。幾つかの実施形態に従い、このプロセスは、単独でまたは他のモジュール（図示せず）と併せて、コントローラ６０によって行われる。１９で、行われることになるタスクが決定される。タスクは、電池のバンクを充電、放電または試験することを伴い得る（「バンク」が１つまたは複数のエネルギー貯蔵デバイスを意味し、任意の従来の電池、またはスーパーキャパシタなどであり得ることが理解されるはずである）。タスクは、上記したもののいずれかであることができ、試験、緩速充電、急速充電、巡航のためにメインモータに給電するための放電、急加速のためにメインモータに給電するための放電、フライホイールを駆動するための放電、フライホイールを駆動するために補助モータに給電するための放電、などを含むがこれらに限定されない。
【００６３】
２１で、１９で決定されたタスクを行うために適切な電気接続を実施するために適切である１つまたは複数の動作域が特定される。例えば、タスクが電池急速充電を行うことであれば、急速充電器に電気接続される動作域が特定される。タスクが補助モータに給電することであれば、補助モータに電気接続される動作域が特定される、など。
【００６４】
２３で、タスクのために適切な電池バンクが特定される。例えば、タスクが加速のためにメインモータに給電することであれば、そのような電力サージのために最適であり、十分に充電および冷却されており、いかなる悪影響も回避するのに適当な状態にある電池ベルト内の電池が特定される。
【００６５】
２５で、特定された適切な電池バンクが適切な動作域内の適所へ送られる。これは、特定された適切な電池バンクを動作域に配置するのに適切なステップ数の電池ベルト１６を送れというコントローラ６０からアクチュエータ５８への命令によって行われる。
【００６６】
２７で、送りが完了しているかどうか判定がなされる。ＹＥＳであればプロセスは終了し、ＮＯであれば２５への復帰が実施されて、送りが継続する。
【００６７】
図２３Ａ〜図２３Ｃは、種々の充電／冷却／放電／冷却（必ずしもその順であるわけではない）サイクルを伴うセルを提供するための手法を例示する概要図である。これは、上記した配置を使用して実装でき、ベルト１６のセル１０が種々の動作域へコントローラ６０によって送られて、非同期でそれらの充電、放電および冷却を実施する。１つの実施形態例において、コントローラ６０は、一対のセルを有する電池の各充電または放電サイクルに対して、充電または放電のために一度にセルの一方だけを選択する。幾つかの実施形態において、第１および第２のセルを有する電池を動作させるための方法が、第１および第２のセルを時間差が設けられた異なる充電／放電サイクルで動作させ、各サイクルが各充電フェーズに続く冷却期間および各放電フェーズに続く冷却期間を含む、ステップを含む。
【００６８】
図２３Ａにおいて、電池３１が既存のセル群Ａ（３つのセル）を有しており、そこにセル群（１つのセル）が追加される。追加のセル群Ｂは、既存のセル群Ａのセルとは異なるサイクルで充電、冷却および放電できる。セル群Ｂの追加は、セル群Ａなどの既存の構成の迅速な再設計により現行のシステムへの負荷を軽減して熱損失および損傷を防止することを可能にする。
【００６９】
図２３Ｂにおいて、異なる実施形態を示しており、電池３１は部分群Ａ１およびＡ２へ分割される。群Ａ１では、既存のセルの２つが１つの充電／冷却／放電サイクルに置かれ、群Ａ２では、第３の既存のセルが異なるサイクルに変更されて、例えば熱損失および損傷を防止する。
【００７０】
図２３Ｃにおいて、電池３１の３つのセルの各々は、それぞれＡ１’、Ａ２’およびＡ３’と指定されており、その他のものと異なる、それ自身の充電／冷却／放電サイクルに置かれて、例えば熱損失および損傷を防止する。
【００７１】
図２３Ａ〜図２３Ｃの配置の背後の原理は、電池の一部のセルに対して異なる充電サイクルを使用することであり、その結果、全てのセルが同時に充放電していることはなく、したがって電池における熱サイクルを低減させる。各実施形態は、種々のサイクルで充電／冷却／放電する多数のセルに拡張されて、より効果的な使用を許容し、熱損失および損傷を防止できる。
【００７２】
別々の充電／冷却／放電／冷却サイクルを通して電池のセルを循環させる概念の一般的な例示が図２４に例示される。これを詳述すると、各セルが多セルから構成されており、これらが多セルから構成されており、単位セルレベルまで同じである。セルは多次元の大規模アレイに配置できる。
【００７３】
各セルレベルは、可能性としては必要ならば単位セルにまで、別に充電される。これは必要とされないが、付加回路網は費用が法外であり得、より高いセルレベルで制御される充電で十分であろう。制御深度のレベルは開発中に決定できる。
【００７４】
図２５は、充電レベルの説明を描く。セルは個々に充電するため、セルへの３／４充電とは、図面の左側に見られるように、その全体セルを構成する内部セルの３／４が各々個々に完全に充電されるときである。これは、図面の右側に見られるように、内部セルの各々を３／４まで充電することと混同されてはならない。
【００７５】
図２６および図２７は、単位セルに対する可能なレイアウトを示す。図２６は、コンピュータチップ設計に使用される、Ｖｄｄ（電源）およびグランドを伴うマンハッタンレイアウトを示す。図２７は、電流が流れる別々のチャネルの他に、セルが同時に充電も放電もできる所を通る流路を通すことができることを許容する、充放電のために別々のＶｄｄおよびグランドを伴うより密なレイアウトを示す。
【００７６】
上述したように、幾つかの実施形態において、放電後かつ充電前のおよび放電（使用）前の充電後の冷却サイクルを許容する、セルを充放電する方法が提供され、図２８に例示される。冷却−＞充電−＞冷却−＞放電−＞冷却−＞充電等である。ユーザ要求増につれて、この設計は、電池内部の全てのセルが同時に充電または放電しているわけではないことを保証するので、それらは異なる状態にあることになり、電池の全体温度を低下させ、火災または爆発に至る破局破壊の可能性を低減させる。
【００７７】
実施形態および応用例が図示および記載されたが、本明細書に開示される発明概念から逸脱することなく、上述したより更に多くの変更例が可能であることが本開示の恩恵を得る当業者にとって明らかであろう。本発明は、したがって、上記記述に基づいて限定されるものではない。
【符号の説明】
【００７８】
１０、１０ａ  電池
１０Ｆ  故障電池
１０Ｒ  交換電池
１１  フライホイール
１２  正端子
１３  電気モータ
１４  負端子
１５  小型補助モータ
１６  電池ベルト
１６ａ、１６ｂ  電池ベルトセグメント
１７  制動システム
１８  ベルトリンク
１８ａ、１８ｂ  リング
２０  ベルトリンク
２０ａ、２０ｂ  Ｃクランプ
２２  開口
２４  電池ダクト
２４ａ、２４ｂ  セグメント
２６、２６ａ  電池ダクトリンク
２８、３０  主要側面
３１  電池
３２、３４  副次側面
３３ａ、３３ｂ  半体
３６  電池バンク
３８  電池パック
４０  不連続
４０ａ  領域
４２、４４  電源
４６、４８  アクチュエータ
４９  休止範囲
５０  ビン
５１Ａ、５１Ｂ  帯状電極
５２  アクセス域
５３  スペーサ
５４  電池バンク
５５  プレート
５６  電池バンク
５７  セクタ
５８  モータアクチュエータ
５９  電極パターン
６０  コントローラ
６１  中央軸
６２  プロセッサ
６３  メモリ
６３  領域
６４  自動電池交換器
６６  新電池貯蔵器
６８  消耗電池貯蔵器
６９  センサ
７０  押し棒
７２  直列接続バンク
７４  電源
【図１】
2021530088.tif 000003
【図２】
2021530088.tif 000004
【図３】
2021530088.tif 000005
【図４】
2021530088.tif 000006
【図４Ａ】
2021530088.tif 000007
【図５】
2021530088.tif 000008
【図６】
2021530088.tif 000009
【図７】
2021530088.tif 000010
【図７Ａ】
2021530088.tif 000011
【図７Ｂ】
2021530088.tif 000012
【図７Ｃ】
2021530088.tif 000013
【図７Ｄ】
2021530088.tif 000014
【図８】
2021530088.tif 000015
【図９】
2021530088.tif 000016
【図９Ａ】
2021530088.tif 000017
【図１０】
2021530088.tif 000018
【図１１】
2021530088.tif 000019
【図１１Ａ】
2021530088.tif 000020
【図１２】
2021530088.tif 000021
【図１２Ａ】
2021530088.tif 000022
【図１３】
2021530088.tif 000023
【図１４】
2021530088.tif 000024
【図１５】
2021530088.tif 000025
【図１６】
2021530088.tif 000026
【図１７】
2021530088.tif 000027
【図１８】
2021530088.tif 000028
【図１９Ａ】
2021530088.tif 000029
【図１９Ｂ】
2021530088.tif 000030
【図１９Ｃ】
2021530088.tif 000031
【図２０】
2021530088.tif 000032
【図２１】
2021530088.tif 000033
【図２２】
2021530088.tif 000034
【図２３Ａ】
2021530088.tif 000035
【図２３Ｂ】
2021530088.tif 000036
【図２３Ｃ】
2021530088.tif 000037
【図２４】
2021530088.tif 000038
【図２５】
2021530088.tif 000039
【図２６】
2021530088.tif 000040
【図２７】
2021530088.tif 000041
【図２８】
2021530088.tif 000042
【国際調査報告】
2021530088.tif 000043
2021530088.tif 000044
2021530088.tif 000045
2021530088.tif 000046