(57)【要約】  流動電解液電池システムおよび流動電解液電池システムを保守する方法が提供される。流動電解液電池システムは電源バスと、保守バスと、電源バスまたは保守バスに切換可能に接続される複数の流動電解液電池とを含む。双方向コンバータは保守バスと電源バスとを接続し、双方向コンバータは保守バスと電源バス間の正の電位差を生成する昇圧モードと、保守バスと電源バス間の負の電位差を生成する降圧モードとを含む。
2015532082.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源バスと、
保守バスと、
前記電源バスまたは前記保守バスに切換可能に接続される複数の流動電解液電池と、
前記保守バスと前記電源バスとを接続する双方向コンバータと、
を含む流動電解液電池システムであって、
前記双方向コンバータが前記保守バスと前記電源バス間の正の電位差を生成する昇圧モードと、前記保守バスと前記電源バス間の負の電位差を生成する降圧モードとを含む流動電解液電池システム。
【請求項２】
前記電源バスに接続されて、前記電源バスの直流（ＤＣ）と外部電力ネットワークの交流（ＡＣ）間を変換する双方向インバータをさらに含む
請求項１の流動電解液電池システム。
【請求項３】
コントローラをさらに含む請求項１の流動電解液電池システムであって、
前記コントローラが、前記複数の流動電解液電池のうちの何れか１つの測定値を受信するセンサと、前記システムのコンポーネントを調整する少なくとも１つの出力とを備え、前記出力が前記受信した測定値に応じて制御される、流動電解液電池システム。
【請求項４】
前記測定値が前記複数の流動電解液電池のうちの何れか１つの電圧と抵抗の少なくとも一方を含む請求項３の流動電解液電池システム。
【請求項５】
前記測定値が前記複数の流動電解液電池の各電池の電圧と抵抗の少なくとも一方を含む請求項４の流動電解液電池システム。
【請求項６】
前記システムのコンポーネントが、スイッチ、前記電池のポンプ、前記双方向コンバータのうちの１つを含む請求項３の流動電解液電池システム。
【請求項７】
前記コントローラが、前記センサ及び前記出力に接続されるプロセッサと、前記プロセッサに接続され、保守手順を実行するために前記プロセッサによって実行可能なプログラムコードを含むメモリと、をさらに含む請求項３の流動電解液電池システム。
【請求項８】
前記保守手順が、
複数の亜鉛臭素電池のうちの何れか１つがフル充電されたことを判定することと、
前記電源バスから前記電池を切断し、前記電池の亜鉛ポンプと臭素ポンプをオフにすることと、
前記電池が前記電源バスから切断されている間、前記亜鉛ポンプを周期的に動作させることと、
再充電のために前記電池を前記電源バスに周期的に再接続し、前記亜鉛ポンプと前記臭素ポンプが再充電中にオンにされることと、
を含む請求項７の流動電解液電池システム。
【請求項９】
前記保守手順が、
電池を前記保守バスに接続することと、
第１の閾値基準に達するまで前記電池を放電することと、
第２の閾値基準に達するまで前記電池を短絡させることと、
前記電池を再充電することと、
前記電池を前記電源バスに接続することと、
を含む請求項７の流動電解液電池システム。
【請求項１０】
前記保守手順が前記電池の充電レベル（ＳｏＣ）を平衡化することを含み、
前記平衡化することは、
前記複数の流動電解液電池のうち、前記電源バスに接続される第１の電池の第１のＳｏＣを判定することと、
前記複数の流動電解液電池のうち、前記電源バスに接続される第２の電池の第２のＳｏＣを判定することであって、前記第１のＳｏＣが前記第２のＳｏＣよりも高い、判定することと、
前記第１の電池を前記保守バスに接続し、前記第１の電池を放電すること、および前記第２の電池を前記保守バスに接続して、前記第２の電池を充電すること、のうちの一方を実行することと、
によって行われる請求項７の流動電解液電池システム。
【請求項１１】
流動電解液電池システムの保守方法であって、前記流動電解液電池システムが複数の亜鉛臭素電池を含み、前記複数の亜鉛臭素電池のそれぞれが電源バスと保守バスに切換可能に接続される方法において、
前記複数の亜鉛臭素電池のうちの何れか１つがフル充電されたことを判定することと、
前記電源バスから前記電池を切断し、前記電池の亜鉛ポンプと臭素ポンプをオフにすることと、
前記電池が前記電源バスから切断されている間、前記亜鉛ポンプを周期的に動作させることと、
再充電中に前記亜鉛ポンプと前記臭素ポンプをオンにすることを含め、再充電のために前記電池を前記電源バスに周期的に再接続することと、
を含む方法。
【請求項１２】
前記電池を前記保守バスに接続することと、
第１の閾値基準に達するまで前記電池を放電することと、
第２の閾値基準に達するまで前記電池を短絡させることと、
前記電池を再充電することと、
前記電池を前記電源バスに再接続することと、
をさらに含む請求項１１の方法。
【請求項１３】
前記電池を放電することが、直流（ＤＣ）−ＤＣコンバータによって前記保守バスと前記電源バス間の正の電位差を生成することを含む請求項１２の方法。
【請求項１４】
前記電池が定電流で放電される請求項１２の方法。
【請求項１５】
前記定電流が電極の平方センチメートル当たり約５０ミリアンペアである請求項１４の方法。
【請求項１６】
前記第１の閾値基準が前記電池の両端間でセル毎に約０．０５ボルトである請求項１２の方法。
【請求項１７】
前記第２の閾値基準が前記電池の両端間で約３０分間維持される約０ボルトである請求項１２の方法。
【請求項１８】
前記電池を再充電することが、前記保守バスを用いて前記電池を充電することを含む請求項１２の方法。
【請求項１９】
前記電池を再充電することが、直流（ＤＣ）−ＤＣコンバータによって前記保守バスと前記電源バス間の負の電位差を生成することと、前記電池を特定ＳｏＣまで充電することとを含む請求項１８の方法。
【請求項２０】
前記特定ＳｏＣが前記電源バス上の別の電池のＳｏＣを含む請求項１９の方法。
【請求項２１】
前記電池を再充電することが、前記電源バスを用いて前記電池を充電することを含む請求項１２の方法。
【請求項２２】
前記複数の亜鉛臭素電池のうち、前記電源バスに接続される第１の電池の第１のＳｏＣを判定することと、
前記複数の亜鉛臭素電池のうち、前記電源バスに接続される第２の電池の第２のＳｏＣを判定することであって、前記第１のＳｏＣが前記第２のＳｏＣよりも高い、判定することと、
前記第１の電池を前記保守バスに接続し、前記第１の電池を放電すること、および前記第２の電池を前記保守バスに接続して、前記第２の電池を充電すること、のうちの一方を実行することと、
をさらに含む請求項１１の方法。
【請求項２３】
電源バスと、
保守バスと、
前記電源バスまたは前記保守バスに切換可能に接続される複数の流動電解液電池と、
前記保守バスと前記電源バスを接続する電力コンバータと、
を含む流動電解液電池システムであって、
前記電力コンバータが、前記保守バスに接続される電池が充電されるように前記電源バスと前記保守バス間の電位差を生成すべく構成可能である流動電解液電池システム。
【請求項２４】
前記電力コンバータが、外部電力ネットワークの交流または前記電源バスの直流を前記保守バスの直流に変換するように構成可能であり、電気負荷を使用して、前記保守バスに接続される電池を放電する請求項２３の流動電解液電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流動電解液電池に関する。特に、限定はしないが、本発明は複数の流動電解液電池を含む電池保守バスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛臭素電池、亜鉛塩素電池、バナジウムフロー電池などの流動電解液電池は、独立型電源システムやグリッド接続システムにおいて益々一般的になりつつある。流動電解液電池の有効寿命は深放電用途の影響を受けず、流動電解液電池のエネルギー対重量比が鉛蓄電池よりも最大６倍高い。
【０００３】
鉛蓄電池などの流動電解液電池は、個々のセルの総電圧よりも高い総電圧を生成するセルのスタックから成る。しかし、鉛蓄電池とは異なり、流動電解液電池のセルは電解液循環路を通って流体接続される。
【０００４】
図１のフロー図は、従来技術に係る基本的亜鉛臭素流動電解液電池１００を示す。亜鉛臭素電池１００は負の電解液循環路１０５と独立した正の電解液循環路１１０とを含む。負の電解液循環路１０５は活性化学物質として亜鉛イオンを含み、正の電解液循環路１１０は活性化学物質として臭素イオンを含む。亜鉛臭素電池１００は負の電解液ポンプ１１５、正の電解液ポンプ１２０、負の亜鉛電解液（陽極液）タンク１２５、正の臭素電解液（陰極液）タンク１３０も含む。
【０００５】
高電圧を得るため、亜鉛臭素電池１００は、両極構造で接続されるセルのスタックをさらに備える。たとえば、電池１３５は、両極電極板１５５と微孔性隔離板１６５とを含むハーフセル１４０、１４５を備える。亜鉛臭素電池１００は、コレクタ電極板１６０に正極端、別のコレクタ電極板１５０に負極端を有する。
【０００６】
ハーフセル１４５などの正のハーフセルでの充電中の化学反応は、以下の式で説明することができる。
２Ｂｒ−→Ｂｒ２＋２ｅ−    式１
よって、臭素が正の電解液循環路１１０と流体連通するハーフセルで形成され、次いで正の臭素電解液タンク１３０に保管される。ハーフセル１４０などの負のハーフセルでの充電中の化学反応は、以下の式で説明することができる。
【０００７】
Ｚｎ２＋＋２ｅ−→Ｚｎ    式２
よって、金属亜鉛層１７０が、負の電解液循環路１０５と接触するコレクタ電極板１５０上に形成される。ハーフセル１４０、１４５の放電中の化学反応は、式１と式２の逆である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来技術の亜鉛臭素電池１００が抱える問題は定期的な保守を必要とすることであり、この定期保守中、電池１００が使用不能であることが多い。
たとえば、亜鉛臭素電池１００を定期的に取り外す、すなわち、０ボルトまで完全に放電して取り外し、その後、亜鉛臭素電池１００を再充電して効率性を維持することが好ましい。この取外し工程中、残りの沈着した金属亜鉛はすべて残りの溶解した臭素と共に化学反応によって取り除かれ、総電池電圧は０ボルトまで低下する。この工程は、電池端子を０ボルトまで電気的に放電する、あるいは短絡させることによって加速させてもよい。
【０００９】
同様に、亜鉛臭素電池１００は、取外し中に電力を供給できないために、予定外の停電用のバックアップ電源として使用される状況には特に適さない。
本発明のいくつかの実施形態の目的は、消費者に上述の従来技術を超える改良および利点を提供する、および／または従来技術の１つ以上の上記欠点を克服および緩和する、および／または有効な市販の選択肢を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１側面によると、本発明は、
電源バスと、
保守バスと、
電源バスまたは保守バスに切換可能に接続される複数の流動電解液電池と、
保守バスと電源バスとを接続する双方向コンバータと、
を含む流動電解液電池システムであって、
双方向コンバータが保守バスと電源バス間の正の電位差を生成する昇圧モードと、保守バスと電源バス間の負の電位差を生成する降圧モードとを含む流動電解液電池システムに帰する。
【００１１】
好ましくは、該システムは、電源バスに接続され、電源バスの直流（ＤＣ）と外部電力ネットワークの交流（ＡＣ）間を変換する双方向インバータをさらに含む。
好ましくは、該システムはコントローラをさらに含み、該コントローラは、
複数の流動電解液電池のうちの何れか１つの測定値を受信するセンサと、
システムのコンポーネントを調整する少なくとも１つの出力と、
を含み、
出力は受信した測定値に応じて制御される。
【００１２】
好ましくは、測定値は、複数の流動電解液電池のうちの何れか１つの電圧と抵抗の少なくとも一方を含む。より好ましくは、測定値は、複数の流動電解液電池の各電池の電圧と抵抗の少なくとも一方を含む。
【００１３】
好ましくは、システムのコンポーネントは、スイッチ、電池のポンプ、双方向コンバータのうちの１つを含む。
好ましくは、コントローラは、
センサと出力に接続されるプロセッサと、
プロセッサに接続され、保守手順を実行するためにプロセッサによって実行可能なプログラムコードを含むメモリと、
をさらに含む。
【００１４】
好ましくは、保守手順は、
複数の亜鉛臭素電池のうちの１つの電池がフル充電されたことを判定することと、
電源バスから電池を切断し、電池の亜鉛ポンプと臭素ポンプをオフにすることと、
電池が電源バスから切断されている間、亜鉛ポンプを周期的に動作させることと、
再充電中に亜鉛ポンプと臭素ポンプをオンにすることを含め、再充電中に電池を電源バスに周期的に再接続することと、
を含む。
【００１５】
好ましくは、保守手順は、
電池と保守バスを接続することと、
第１の閾値基準に達するまで電池を放電することと、
第２の閾値基準に達するまで電池を短絡させることと、
電池を再充電することと、
電池を電源バスに再接続することと、
を含む。
【００１６】
好ましくは、保守手順が前記電池の前記充電レベル（ＳｏＣ）を平衡化することを含み、前記平衡化することは、
複数の亜鉛臭素電池のうち、電源バスに接続される第１の電池の第１のＳｏＣを判定し、
複数の亜鉛臭素電池のうち、電源バスに接続される第２の電池の第２のＳｏＣを判定することであって、第１のＳｏＣが第２のＳｏＣよりも高い、判定することと、
第１の電池を保守バスに接続して第１の電池を放電すること、および第２の電池を保守バスに接続して第２の電池を充電すること、の一方を実行することと、
によって電池の充電レベル（ＳｏＣ）を平衡化することを含む。
【００１７】
別の側面によると、本発明は、流動電解液電池システムを保守する方法であって、流動電解液電池システムが複数の亜鉛臭素電池を含み、複数の亜鉛臭素電池がそれぞれ切換可能に電源バスと保守バスに接続され、該方法が、
複数の亜鉛臭素電池のうちの１つの電池がフル充電されたことを判定することと、
電源バスから電池を切断し、電池の亜鉛ポンプと臭素ポンプをオフにすることと、
電池が電源バスから切断されている間、亜鉛ポンプを周期的に動作させることと、
再充電中に亜鉛ポンプと臭素ポンプをオンにすることを含め、電池を電源バスに周期的に再接続することと、
を含む方法に帰する。
【００１８】
好ましくは、該方法は、
電池と保守バスを接続することと、
第１の閾値基準に達するまで電池を放電することと、
第２の閾値基準に達するまで電池を短絡させることと、
電池を再充電することと、
電池を電源バスに再接続することと、
をさらに含む。
【００１９】
好ましくは、電池を放電することは、保守バスと電源バス間の正の電位差を直流（ＤＣ）−ＤＣコンバータによって生成することを備える。
好ましくは、電池は定電流で放電される。より好ましくは、定電流は電極の平方センチメートル当たり約５０ミリアンペアである。
【００２０】
好ましくは、第１の閾値基準は、電池の両端間でセル毎に約０．０５ボルトである。
好ましくは、第２の閾値基準は、電池の両端間で約３０分間維持される約０ボルトである。
【００２１】
好ましくは、電池は保守バスで再充電される。
好ましくは、電池を再充電することは、直流（ＤＣ）−ＤＣコンバータによって保守バスと電源バス間で特定ＳｏＣまで負の電位差を生成することを含む。
【００２２】
好ましくは、特定ＳｏＣは電源バス上の別の電池のＳｏＣを含む。
もしくは、電池は電源バスで充電される。
好ましくは、該方法は、
複数の亜鉛臭素電池のうち、電源バスに接続される第１の電池の第１のＳｏＣを判定することと、
複数の亜鉛臭素電池のうち、電源バスに接続される第２の電池の第２のＳｏＣを判定することであって、第１のＳｏＣが第２のＳｏＣよりも高い、判定することと、
第１の電池を保守バスに接続して第１の電池を放電すること、および
第２の電池を保守バスに接続して第２の電池を充電すること、
の一方を実行することと、
を含む。
【００２３】
別の側面によると、本発明は、
電源バスと、
保守バスと、
電源バスまたは保守バスに切換可能に接続される複数の流動電解液電池と、
保守バスと電源バスを接続する電力コンバータと、
を含む流動電解液電池システムであって、
電力コンバータが、保守バスに接続される電池が充電されるように電源バスと保守バス間の電位差を生成すべく構成可能である流動電解液電池システムに帰する。
【００２４】
好ましくは、電力コンバータは、外部電力ネットワークの交流または電源バスの直流を保守バスの直流に変換するように構成可能であり、電気負荷を使用して、保守バスに接続される電池を放電する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
本発明の理解を助け、当業者が本発明を実行に移せるように、本発明の好適な実施形態を添付図面を参照して単に例示のために以下説明する。
【図１】従来技術に係る基本的亜鉛臭素流動電解液電池を示す図である。
【図２】本発明の１実施形態に係る電池システムを示す図である。
【図３】本発明の１実施形態に係る電池システムを示す図である。
【図４】本発明の１実施形態に係る充電保守の方法を示す図である。
【図５】本発明の１実施形態に係る電池の保守方法を示す図である。
【図６】本発明の１実施形態に係る電池間の平衡化方法を示す図である。
【図７】本発明の１実施形態に係るコントローラを示す図である。
【００２６】
当業者であれば、図面に示されるようなコンポーネントのレイアウトからわずかに逸脱しても、本発明の開示される実施形態の適切な機能は阻害されないことを認識するであろう。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施形態は、流動電解液システムおよび方法を備える。本発明の構成要素は図面中、簡潔に概略化して示すことで、本発明の実施形態を理解するのに必要である具体的な細部のみを示し、本明細書に鑑み当業者にとって自明となる余分な細部により本開示を混乱させるのを防ぐ。
【００２８】
本特許明細書では、第１と第２、左と右、前と後、上と下などの形容詞は、必ずしもその形容詞によって説明される特定の相対的位置や順序を必須とせずに、ある要素または方法ステップを別の要素または方法ステップと区別するためだけに使用する。「備える」や「含む」といった表現は、排他的な要素または方法ステップのセットを定義するために使用されるのではない。逆に、このような表現は、本発明の特定の実施形態に含まれる最小限の要素または方法ステップを定義するに過ぎない。
【００２９】
本明細書における従来技術の言及は、従来技術が一般知識の一部を成すという認識または何らかの形の示唆ではなく、そのように解釈すべきでもない。
１側面によると、本発明は、電源バスと、保守バスと、電源バスまたは保守バスに切換可能に接続される複数の流動電解液電池と、保守バスと電源バスを接続する双方向コンバータとを含む流動電解液電池システムであって、双方向コンバータが保守バスと電源バス間の正の電位差を生成する昇圧モードと、保守バスと電源バス間の負の電位差を生成する降圧モードとを含む流動電解液電池システムに帰する。
【００３０】
本発明の特定の実施形態の利点は、電池システムの他の部品に影響を及ぼさずに電池システムの部品の保守を実行できる点にある。たとえば、電池システムは、１つの電池が取り外されている間も動作を継続することができる。システムは、すべての電池が同一充電レベルにある平衡状態を維持することができる。あるいは、電池システム全体を停止せずに電池を試験することができる（たとえば、容量試験）。特定の実施形態は完全自動保守、エラー検出、エラー処理を可能にする。さらに、いくつかの電池はこれらの特徴を共有できるので、各電池の個々の電子機器のコストと複雑性が回避される。
【００３１】
図２は、本発明の１実施形態に係る電池システム２００を示す。
電池システム２００は複数の亜鉛臭素電池２０５を含み、各電池はスイッチ２１５と双方向電源直流（ＤＣ）バス２２０を介して双方向インバータ２１０に切換可能に接続される。
【００３２】
各スイッチ２１５は、複数の亜鉛臭素電池２０５のうちの亜鉛臭素電池２０５を、双方向電源ＤＣバス２２０と双方向保守ＤＣバス２２５に接続させ、双方向電源ＤＣバス２２０と双方向保守ＤＣバス２２５の両方から切断させることができる。
【００３３】
双方向ＤＣバス２２０は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２３０を介して双方向保守ＤＣバス２２５に接続される。
通常動作では、複数の亜鉛臭素電池２０５がスイッチ２１５を介して双方向ＤＣバス２２０に接続される。その後、亜鉛臭素電池２０５は双方向ＤＣバス２２０から切断して、双方向保守ＤＣバス２２５に接続して、双方向ＤＣバス２２０上の残りの亜鉛臭素電池２０５とは関係なく１つ以上の動作を実行することができる。
【００３４】
たとえば、複数の亜鉛臭素電池２０５のうち第１の亜鉛臭素電池２０５を双方向保守ＤＣバス２２５に接続し、複数の亜鉛臭素電池２０５の残りの電池２０５を双方向ＤＣバス２２０に接続することができる。残りの電池２０５がたとえば、双方向ＤＣバス２２０から電力を受け取る、すなわち充電されている一方で、第１の亜鉛臭素電池２０５は放電されて、保守手順の一環として取り外される。
【００３５】
複数の亜鉛臭素電池２０５のうち１つまたはそれ以上の亜鉛臭素電池２０５は、いつでも双方向保守ＤＣバス２２５に接続することができる。双方向保守ＤＣバス２２５によって運ばれる電流は、双方向ＤＣバス２２０を通常伝達される電流よりもずっと低い可能性があり、ＤＣ−ＤＣコンバータ２３０の最大電流定格に応じて制御してもよい。
【００３６】
双方向ＤＣバス２２０で実行できる動作は、たとえば、充電、放電、フロート（充電保守）動作などである。双方向保守ＤＣバス２２５で実行できる動作は、たとえば、充電、放電、フロート動作などに加えて、放電と取り外しの加速、充電平衡化、健全性状態の測定、直列抵抗、較正などの特別な動作も含む。
【００３７】
双方向保守ＤＣバス２２５上の電池２０５は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２３０を調節することによって充放電させることができる。双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２３０は双方向保守ＤＣバス２２５と双方向ＤＣバス２２０間の正の電位差を生成する昇圧モードと、双方向保守ＤＣバス２２５と双方向ＤＣバス２２０間の負の電位差を生成する降圧モードとを含む。当業者であれば、いくつかの実施形態において、充電器や抵抗負荷などのその他の等価なハードウェアを双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２３０の代わりに使用できることを理解するであろう。
【００３８】
双方向保守ＤＣバス２２５と双方向ＤＣバス２２０間の正の電位差を生成することによって、双方向ＤＣバス２２０上の電池２０５は双方向保守ＤＣバス２２５上の電池２０５によって充電される。同様に、双方向保守ＤＣバス２２５と双方向ＤＣバス２２０間の負の電位差を生成することによって、双方向保守ＤＣバス２２５上の電池は双方向ＤＣバス２２０上の電池によって充電される。したがって、充電ステップと放電ステップを、外部電源や電力網との接続を必ずしも必要とせずに効率的に実行することができる。
【００３９】
図３は、本発明の１実施形態に係る電池システム３００を示す。
電池システム３００は図２の電池システム２００と同様、複数の亜鉛臭素電池２０５、双方向インバータ２１０、複数のスイッチ２１５、双方向電源ＤＣバス２２０、双方向保守ＤＣバス２２５、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２３０を含む。
【００４０】
電池システム３００は、システム３００の動作を制御するコントローラ３０５をさらに含む。
コントローラ３０５は、たとえば、複数の亜鉛臭素電池２０５のそれぞれの電圧と抵抗、スタック温度、タンク温度、周辺空気温度、漏れ検出を測定する複数のセンサ３１０と、システム３００の１つ以上の側面を制御する複数の出力３１５ａ〜ｅとを含む。
【００４１】
複数の出力３１５ａ〜ｅは、亜鉛臭素電池２０５の亜鉛ポンプ３５０を制御する亜鉛ポンプコントローラ３１５ａ、亜鉛臭素電池２０５の臭素ポンプ３５５を制御する臭素ポンプコントローラ３１５ｂ、亜鉛臭素電池２０５と対応するスイッチ２１５を制御するスイッチコントローラ３１５ｃ、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２３０を制御するＤＣ−ＤＣコントローラ３１５ｄ、双方向インバータ２１０を制御するインバータコントローラ３１５ｅを含む。
【００４２】
コントローラ３０５は、後述するように保守および保護特徴などのいくつかの特徴を有する。
コントローラ３０５は、複数のセンサ３１０を使用して対応電圧を監視し、インバータコントローラ３１５ｅを介して双方向インバータ２１０を調節することによって過充電および／または過放電から亜鉛臭素電池２０５を保護する。もしくは、あるいはさらに、亜鉛臭素電池２０５はスイッチコントローラ３１５ｃによって双方向電源ＤＣバス２２０に追加する、あるいは双方向電源ＤＣバス２２０から切り離すことができる。
【００４３】
コントローラ３０５は、充電保守のためにも使用される。フル充電された亜鉛臭素電池２０５は、スイッチコントローラ３１５ｃを使用して双方向電源ＤＣバス２２０から切断される。亜鉛ポンプ３５０と臭素ポンプ３５５は、亜鉛ポンプコントローラ３１５ａと臭素ポンプコントローラ３１５ｂを用いてオフにされる。亜鉛ポンプおよび／または臭素ポンプ３５０は、フロート動作中、亜鉛ポンプコントローラ３１５ａを用いて定期的にオンにされる。また、コントローラ３０５は、スイッチコントローラ３１５ｃを用いて短時間の充電サイクルのために亜鉛臭素電池２０５を双方向電源ＤＣバス２２０に周期的に接続して、亜鉛臭素電池２０５が充電を維持するのを助ける。通常、亜鉛ポンプ３５０は周期的充電サイクルよりも高頻度で周期的にオンオフされる。
【００４４】
すべての亜鉛臭素電池２０５は、充電されると、スイッチコントローラ３１５ｃを用いて双方向電源ＤＣバス２２０から切断され得る。電池の電力が必要とされる場合、１つ以上の亜鉛臭素電池２０５がスイッチコントローラ３１５ｃを用いて双方向電源ＤＣバス２２０に再接続され、放電させることができる。
【００４５】
図４は、本発明の１実施形態に係る充電保守の方法４００を示す。
ステップ４０５で、複数の亜鉛臭素電池２０５の電池２０５がフル充電されたと判定される。
【００４６】
ステップ４１０で、電池２０５が双方向電源ＤＣバス２２０から切断され、亜鉛ポンプ３５０と臭素ポンプ３５５がオフにされる。
ステップ４１５で、亜鉛ポンプ３５０が、遅延後短時間オンにされる。ステップ４１５はある回数繰り返して、亜鉛ポンプ３５０を周期的に動作させることができる。当業者によって容易に理解されるように、亜鉛ポンプ３５０は特に周期的に動作する必要はなく、その代わりに電池またはシステム入力の数に応じて準ランダムなスケジュールで動作させることができる。
【００４７】
ステップ４２０で、電池２０５は、再充電のために双方向電源ＤＣバス２２０に再接続される。
ステップ４０５〜４２０は、電池２０５が必要とされるまで任意回数繰り返すことができる。
【００４８】
コントローラ３０５は、亜鉛臭素電池２０５の取外し機能を提供するためにも使用され、この機能はシステム３００をシャットダウンしなくても果たすことができる。
亜鉛臭素電池２０５はスイッチコントローラ３１５ｃを用いて双方向電源ＤＣバス２２０から切断され、双方向保守電源ＤＣバス２２５に接続される。その後、亜鉛臭素電池２０５は、亜鉛臭素電池２０５の電圧が低閾値に達するまで、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２３０を介してたとえば５０アンペアの定電流モードで双方向電源ＤＣバス２２０上に放電される。
【００４９】
定電流の別の例は、電極１平方センチメートル当たり５０ミリアンペアである。この低閾値の１例は１ボルトである。低閾値の別の例は、亜鉛臭素電池２０５のセル１つ当たり０．０５ボルトである。
【００５０】
次いで、亜鉛臭素電池２０５は、０ボルト／０アンペアがたとえば３０分間維持されるまで短絡させられる。
次に、亜鉛臭素電池２０５は双方向電源ＤＣバス２２０に再度接続され充電され得る、あるいは双方向保守ＤＣバス２２５上で充電され得る。
【００５１】
図５は、本発明の１実施形態に係る電池２０５の保守方法５００を示す。
ステップ５０５で、複数の亜鉛臭素電池２０５のうちの電池２０５が双方向保守電源ＤＣバス２２５に接続される。
【００５２】
ステップ５１０で、第１の閾値基準が満たされるまで電池２０５が放電される。第１の閾値基準の１例は電池２０５の両端間で測定される１ボルトである。電池２０５の放電は、保守電源ＤＣバス２２５から双方向電源ＤＣバス２２０までの電圧低下を生成するように双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２３０を調節することによって実行することができる。
【００５３】
ステップ５１５で、第２の閾値基準が満たされるまで電池２０５が短絡させられる。第２の閾値基準の１例は３０分間で電池２０５の両端間で０Ｖである。
ステップ５２０で、電池２０５は他の電池のレベルまたはフル充電レベル（ＳｏＣ）まで再充電される。電池２０５の放電は、保守電源ＤＣバス２２５から電源ＤＣバス２２０までの電圧上昇を生成するように双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２３０を調節することによって実行することができる。
【００５４】
ステップ５２５で、電池２０５が双方向電源ＤＣバス２２０に再接続され、再使用することができる。
コントローラ３０５は、複数の亜鉛臭素電池２０５間の充電平衡化も提供する。コントローラ３０５は、各亜鉛臭素電池２０５の電圧またはＳｏＣを測定し、他の電池２０５の電圧またはＳｏＣと比較して不均衡か否かを判定する。たとえば、第１の亜鉛臭素電池２０５と第２の亜鉛臭素電池２０５間の電圧差が閾値よりも大きい場合に不均衡と判定することができる。
【００５５】
いつ何時でも、亜鉛臭素電池２０５が双方向電源ＤＣバス２２０に接続される他の亜鉛臭素電池２０５よりも高いか低い電圧を有する場合、スイッチコントローラ３１５ｃを用いて双方向電源ＤＣバス２２０から切断し、双方向保守ＤＣバス２２５に接続することができる。
【００５６】
双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２３０は、次にその亜鉛臭素電池２０５が、双方向電源ＤＣバス２２０に接続される他の亜鉛臭素電池２０５と同一の電圧まで充電または放電されるように構成される。
【００５７】
図６は、本発明の１実施形態に係る電池間の平衡化方法６００を示す。
ステップ６０５で、複数の亜鉛臭素電池２０５のうち第１の電池２０５の第１の電圧が判定される。第１の電池は電源バスに接続される。
【００５８】
ステップ６１０で、複数の亜鉛臭素電池２０５のうち第２の電池２０５の第２の電圧が決定され、第１の電圧は第２の電圧よりも高い。
ステップ６１５で、第１の電池２０５が双方向保守ＤＣバス２２５に接続され、放電される。ステップ６２０で、第２の電池が双方向保守ＤＣバス２２５に接続され、充電される。ステップ６１５またはステップ６２０のいずれかが、第１の電池２０５と第２の電池２０５が同様の電圧を有するまで実行される。
【００５９】
当業者には容易に理解されるように、該方法を複数の電池を含むシステムに適用することができる。この場合、第１の電池２０５または第２の電池２０５のいずれかが複数の電池２０５の平均を備えることができる。
【００６０】
健全性測定は、システム３００の動作にほぼ影響を及ぼさずに亜鉛臭素電池２０５上で実行することができる。これは、双方向電源ＤＣバス２２０から亜鉛臭素電池２０５を切断し、双方向保守ＤＣバス２２５上の健全性測定を行うことによって実行される。
【００６１】
亜鉛臭素電池２０５は、双方向ＤＣ−ＤＣコンバータ２３０を調節することによって選択された電流および電圧で充放電させることができる。もしくは、あるいはさらに、亜鉛臭素電池２０５で直列抵抗測定を行ってもよい。たとえば、ある範囲の充電状態で、ある範囲全体の電流（たとえば、−５０〜＋５０アンペア）を電池２０５に印加し、対応する電圧を測定することができる。これらの測定値を基に、電池２０５の広範な動作範囲にわたる直列抵抗マップを算出することができる。このマップは各種電池コンポーネントの健全性または摩耗状態を示すこともできる。
【００６２】
もしくは、あるいはさらに、亜鉛臭素電池２０５のＤＣ効率を査定するために、亜鉛臭素電池２０５で較正サイクルを実行することができる。たとえば、標準的な充電／放電サイクルは、電池の健全性および摩耗の状態を示す最適な指標の１つである。このようなサイクルは、効率性の測定データを提供し、さらに、電池の各種コンポーネント（セパレータ、臭素電極、亜鉛電極など）の状態に関する指標を提供することができる。
【００６３】
健全性測定中、他の亜鉛臭素電池２０５は通常動作も引き続き行うため、システム３００の動作はほぼ影響を受けない。
健全性測定の完了後、亜鉛臭素電池２０５は双方向保守ＤＣバス２２５から切断され、双方向電源ＤＣバス２２０に再接続されるか、あるいは点検のため双方向保守ＤＣバス２２５と双方向電源ＤＣバス２２０の両方から切断されたままとする。
【００６４】
図７は本発明の１実施形態に係るコントローラ７００を示す。コントローラ７００は図３のコントローラ３０５と同一または類似のものにすることができ、図４の方法４００と図５の方法５００はコントローラ７００を用いて実行することができる。
【００６５】
コントローラ７００は、中央プロセッサ７０２、システムメモリ７０４、システムメモリ７０４と中央プロセッサ７０２の接続を含め、各種システムコンポーネントを接続するシステムバス７０６を含む。システムバス７０６は、様々なバスアーキテクチャのいずれかを使用するメモリバスまたはメモリコントローラ、周辺バス、ローカルバスなどのいくつかの種類のバス構造をとることができる。システムメモリ７０４の構造は当業者にとって十分既知であり、読出し専用メモリ（ＲＯＭ）に記憶される基本入力／出力システム（ＢＩＯＳ）と、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）に記憶されるオペレーティングシステム、アプリケーションプログラム、プログラムデータなどの１つ以上のプログラムモジュールとを含んでよい。
【００６６】
コントローラ７００は、データを読み書きするための各種インタフェースユニットおよびドライブも含むことができる。データはたとえば、第１および第２の閾値基準、複数の亜鉛臭素電池２０５の詳細、またはその他任意の適切なデータを含むことができる。
【００６７】
具体的には、コントローラ７００はハードディスクインタフェース７０８と脱着可能メモリインタフェース７１０を含み、ハードディスクドライブ７１２と脱着可能メモリドライブ７１４をそれぞれシステムバス７０６に接続する。単独のハードディスクドライブ７１２と単独の脱着可能メモリドライブ７１４が例示のために図示されているが、演算装置７００は単独のメモリまたはいくつかの類似のドライブを含むことができると理解される。
【００６８】
コントローラ７００は、装置またはセンサをシステムバス８０６に接続する追加インタフェースを含んでもよい。図７は、装置またはセンサをシステムバス７０６に接続するのに使用することができるユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）インタフェース７１８を示す。たとえば、ＩＥＥＥ１３９４インタフェース７２０を使用して追加装置を演算装置７００に接続してもよい。追加装置の例はスイッチ２１５またはスイッチコントローラであり、センサの例は電圧センサと温度センサである。
【００６９】
演算装置７００は、サーバ、ルータ、ネットワークパーソナルコンピュータ、ピア装置、またはその他の共通ネットワークノード、無線電話または無線携帯情報端末などの１つ以上の遠隔コンピュータまたはその他の装置への論理接続を用いて、ネットワーク環境で動作することができる。コントローラ７００は、システムバス７０６をローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）７２４に接続するネットワークインタフェース７２２を含む。演算装置は、たとえばシリアルポートインタフェース７２６に接続されるモデムユニットまたはＬＡＮ７２４を介してインターネットなどの広域ネットワーク（ＷＡＮ）によってアクセスすることもできる。これは、たとえば、コントローラ７００が更新可能である、あるいはコントローラ７００によってデータが入手可能である場合に有効である。
【００７０】
画像および／または映像をＬＡＮ７２４、ＷＡＮ、またはそれらの組み合わせを用いて送信することができる。
なお、図示および記載するネットワーク通信は例であり、コンピュータ間の通信リンクを確立するその他の方法も利用可能である。ＴＣＰ／ＩＰ、フレームリレー、イーサネット（登録商標）、ＦＴＰ、ＨＴＴＰなどの周知の各種プロトコルのいずれかが存在すると推定され、コントローラ７００は、ユーザがたとえばウェブベースのサーバからデータを検索できるように構成されたクライアント−サーバにおいて動作することができる。
【００７１】
コントローラ７００の動作は、様々な異なるプログラムモジュールによって制御することができる。プログラムモジュールはたとえばルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、特定のタスクを実行する、あるいは特定の抽象的データ種を実現するデータ構造などである。さらに、本発明は、ハンドヘルド装置、マルチプロセッサシステム、マイクロプロセッサベースのまたはプログラム可能な家電、ネットワークＰＣ、ミニコンピュータ、メインフレームコンピュータ、携帯情報端末などのその他のコンピュータシステム構成を用いて実現することができる。さらに、本発明は、通信ネットワークを通じてリンクされる遠隔処理装置によってタスクを実行する分散演算環境において実現することもできる。分散演算環境では、プログラムモジュールは局所および遠隔メモリ記憶装置の両方に配置することができる。
【００７２】
要約すると、本発明の特定の実施形態の利点は、電池システムの他の部品に影響を及ぼさずに電池システム２００、３００の部品の保守を実行できる点にある。特定の実施形態は完全自動保守、エラー検出、エラー処理を可能にする。さらに、いくつかの電池モジュールはこれらの特徴を共有できるため、各電池の個々の電子機器のコストと複雑性を要さない。
【００７３】
本発明の各種実施形態の上述の説明は、当業者に対する説明のために提示する。本発明を網羅する、あるいは単独の開示される実施形態に限定することを目的としていない。上述したように、本発明の多数の代替および変形は上記教示の当業者にとって自明となる。したがって、いくつかの代替の実施形態を具体的に説明しているが、他の実施形態も当業者にとって自明であり、比較的容易に開発されるであろう。したがって、本特許明細書は本文書に記載の本発明のすべての代替、変更、変形、および上述の発明の精神と範囲に属するその他の実施形態を包含することを目的とする。
【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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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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