(57)【要約】電気エネルギを貯蔵しかつ異なる電力レベルで駆動モータに電気エネルギを供給するための電気エネルギ貯蔵装置が開示される。電気エネルギ貯蔵装置は電力バッテリに接続されたエネルギバッテリを有している。エネルギバッテリは電力バッテリより高いエネルギ密度を有している。しかしながら、電力バッテリは異なる電力量で電動機へ電力を供給することができ、それによってモータが必要とされるとき十分な電力および電流を有することを保証する。電力バッテリはエネルギ貯蔵バッテリによって連続して充電される。この方法において、電力バッテリはエネルギバッテリから受容された電気エネルギを一時的に貯蔵し、かつモータによって要求されるような異なる電力量で電気エネルギを供給する。エネルギ貯蔵装置は両方のバッテリを充電するために外部電源に着脱可能に接続されることができる。両方のバッテリはバッテリの充電および寿命特性を最適にするように独立して充電され得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる量で電力を引き出す駆動モータへ電力を供給するための電源装置において、
電気エネルギを蓄えるための第１エネルギ密度を有する第１の充電可能なエネルギバッテリ；
電気エネルギを蓄え、かつ異なる量で電動機へ電力を供給するための、前記第１エネルギ密度より少ない第２エネルギ密度を有する第２の充電可能な電力バッテリ；
前記エネルギバッテリからの電気エネルギにより前記電力バッテリの実質上連続の充電を制御することができるバッテリコントローラ；を備え、そして
前記エネルギバッテリに蓄えられた電気エネルギが前記電力バッテリを介して、かつ異なる量で前記電動機に供給されることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記バッテリコントローラが前記エネルギバッテリから前記電力バッテリへの第１の接続を通過する前記電気エネルギを制御することによって前記電力バッテリの実質上連続の充電を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第１の接続に沿って設けられたスイッチ；を備え、そして
前記コントローラが前記第１の接続に沿って設けられたスイッチを制御することによって前記電力バッテリの実質上連続の充電を制御することを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記エネルギバッテリが非水性リチウムイオンバッテリ、リチウム空気バッテリおよびポリマリチウムイオンバッテリからなっているグループから選択されたリチウムを基本にするバッテリであり、そして前記電力バッテリが鉛−酸バッテリであることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記エネルギバッテリが非水性ポリマリチウムバッテリパックであることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項６】
前記電源装置がケーシングを有しかつこのケーシングの１部分が前記非水性ポリマリチウムバッテリパックによって占有されることを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
電気負荷に供給される電気エネルギを蓄えるためのエネルギ貯蔵装置において、
第１エネルギ密度を有しかつ外部の電源に電気的に接続された充電可能なバッテリ；
前記第１エネルギ密度より少ない第２エネルギ密度を有して、第２のバッテリが前記第１のバッテリに電気的に接続され、かつ前記負荷に電気的に接続された充電可能な電気装置；を備え、
作動の間中、前記充電可能な電気装置が前記負荷に接続され、かつ前記バッテリが前記充電可能な電気装置を実質上連続して充電していながら電気エネルギを前記負荷に供給し；そして
前記バッテリが所望のごとく充電するために前記外部の電源に周期的に接続されることを特徴とするエネルギ貯蔵装置。
【請求項８】
前記充電可能なバッテリが非水性リチウムイオンバッテリ、ポリマリチウムイオンバッテリおよびナトリウム−イオウバッテリからなっているグループから選択されることを特徴とする請求項７に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項９】
前記充電可能な電気装置が高率リチウムバッテリ、リチウムイオンバッテリ、高率ニッケル水性バッテリ、鉛−酸バッテリ、ニッケル合金ハイブリッドバッテリ、ニッケル金属バッテリおよびニッケルカドミウムバッテリからなっているグループから選択されることを特徴とする請求項７に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１０】
前記充電可能なバッテリがエネルギ充電可能なバッテリを備え、そして前記充電可能な電気装置が前記エネルギ充電可能なバッテリを実質上連続的に充電するための電力充電可能なバッテリを備えていることを特徴とする請求項７に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１１】
さらに、前記エネルギバッテリからの電気エネルギにより前記電力バッテリの実質上連続的な充電を制御するためのバッテリコントローラを備えていることを特徴とする請求項１０に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１２】
さらに、前記エネルギバッテリから前記電力バッテリへの電気エネルギの少なくとも１部分がそれを通って流れるスイッチを備え；そして
前記バッテリコントローラが前記エネルギバッテリからの前記電力バッテリの実質上連続の充電を制御することを特徴とする請求項１１に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１３】
前記エネルギバッテリがリチウム基礎のバッテリであり、そして前記電力バッテリが鉛−酸バッテリであることを特徴とする請求項１０に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１４】
前記エネルギバッテリが非水性ポリマリチウムバッテリパックであり；そして前記エネルギ貯蔵装置がケーシングを有し、かつこのケーシングの１部分が前記非水性ポリマリチウムバッテリパックによって占有されることを特徴とする請求項１３に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１５】
前記エネルギバッテリに蓄えられた電気エネルギが前記電力バッテリを通って前記電気負荷に供給され、かつ前記電力バッテリが前記電気負荷によって所望される電力量、電流および電圧で前記電気負荷に電気エネルギを供給するように選択されることを特徴とする請求項１０に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１６】
前記電力バッテリが充電のために外部の電源に電気的に接続可能であり；そして
前記電力バッテリが、前記エネルギバッテリが充電を所望するとき、充電のために前記外部電源に電気的に接続可能であることを特徴とする請求項１０に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１７】
前記エネルギバッテリおよび前記電力バッテリが充電器によって前記外部電源に接続されることを特徴とする請求項１６に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１８】
前記電気負荷は、前記エネルギ貯蔵装置が収容される車両の駆動モータであり；そして
前記エネルギバッテリが、前記車両が動いている間中を含めて、前記電力バッテリを実質上連続的に充電することを特徴とする請求項１６に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１９】
前記外部電源は静止しており；そして
前記エネルギバッテリが、前記車両が静止していながら充電されることを特徴とする請求項１８に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項２０】
異なる量で電力を引き出す電気負荷用の電気エネルギ貯蔵方法において、
第１エネルギ密度を有する充電可能なエネルギバッテリを充電し；
前記第１エネルギ密度より少ない、第２エネルギ密度を有する充電可能な電力バッテリを充電し；
異なる量で前記電力バッテリから前記電気負荷へ電気エネルギを供給し；
前記エネルギバッテリにより前記電力バッテリを充電することを特徴とする電気エネルギ貯蔵方法。
【請求項２１】
前記エネルギバッテリにより前記電力バッテリを充電することが、バッテリコントローラによって制御されるスイッチを介して前記第１のエネルギバッテリにより前記電力バッテリを実質上連続的に充電することを含んでいることを特徴とする請求項２０に記載の電気エネルギ貯蔵方法。
【請求項２２】
前記電気負荷が車両の駆動モータであり、そして前記充電可能なエネルギバッテリおよび前記充電可能な電力バッテリが前記車両に収容されることを特徴とする請求項２０に記載の電気エネルギ貯蔵方法。
【請求項２３】
前記第１の充電可能なエネルギバッテリのエネルギ容量がしきい値以下に降下するとき、外部の固定電源から、前記第１の充電可能なエネルギバッテリを周期的に充電することを含んでいることを特徴とする請求項２２に記載の電気エネルギ貯蔵方法。
【請求項２４】
前記充電可能なエネルギバッテリが非水性リチウムイオンバッテリ、リチウム空気バッテリ、ポリマリチウムイオンバッテリ、およびナトリウム−イオウバッテリからなるグループから選択され；そして
前記充電可能な電力バッテリが鉛−酸バッテリ、高率リチウムバッテリ、リチウムイオンバッテリ、高率ニッケル水性バッテリ、ニッケル金属バッテリ、ニッケル合金ハイブリッド支持バッテリおよびニッケルカドミウムバッテリからなっているグループから選択されることを特徴とする請求項２０に記載の電気エネルギ貯蔵方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギを蓄えかつ異なる電力量で電気負荷へ電気エネルギを供給するための装置、デバイスおよび方法に関するものである。とくに、本発明は車両を駆動するのに利用される電動機またはエンジンなどの電気負荷に可変電力量を供給するためにハイブリッドバッテリを利用する装置、デバイスおよび方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電気駆動モータのような電気的負荷を駆動するために電気エネルギを蓄え、かつ供給するための種々の方法が提案されている。例えば、鉛−酸、ニッケルカドミウム（Ｎｉ−Ｃｄ）およびニッケル金属ハイブリッド（Ｎｉ−ＭＨ）を含む種々のバッテリが電気車両を駆動するために従来使用されていた。しかしながら、それぞれのバッテリは独特な利点および欠点を有している。
【０００３】
例えば、鉛−酸バッテリはそれらが所望されるとき高い電力バーストを供給することができるという利点を有している。そのうえ、鉛−酸バッテリは、車両の電動機およびエンジンなどの電気的負荷を加速および駆動するのに十分な大電流を供給することができる。しかしながら、鉛−酸バッテリは、ワット−時間／リットル（Ｗ−ｈ／ｌ）として表現され、測定されるエネルギ密度が低いという欠点、すなわち単位容量当たりに供給されるエネルギが低いという欠点がある。同様に、鉛−酸バッテリでは、ワット−時間／キログラム（Ｗ−ｈ／ｋｇ）として表現される比エネルギが比較的低い、すなわち比較的大きな質量がかなりの量のエネルギを蓄えるのに必要とされる。
【０００４】
それに反して、例えば、ダス・グプタ等に公布された、米国特許第６，１５９，６３５号明細書に開示されたように、リチウム金属または合金、および非水性の充電可能なリチウムイオンバッテリからなる陽極または負の電極を有しているリチウムバッテリのようなリチウムを基礎にしたバッテリは、鉛またはニッケルを基礎にした電気化学的電池より高いエネルギ密度および比エネルギ特性を有している。留意されるべきことは、幾つかの非水性の充電可能なリチウムイオンバッテリは、ポリマ層で包装されかつ密封され、そしてリチウムイオンを伝導するポリマ電解質を有するために、ポリマリチウムバッテリとして言及されるということである。他方で、リチウムを基礎にしたバッテリは、かかるリチウムを基礎にした電池の固有の高いインピーダンスのために、大きな電力バースト、とくに、高い電流密度を供給することができない。さらに、劣化を防止するために、リチウムを基礎にした電池は−２０°Ｃないし最大７０°Ｃの許容し得る温度でバッテリを維持するために熱管理技術を必要とする。リチウムイオン電池の電力バーストは、適切に管理されないならば、電池を劣化させ得るようなより大きな量の熱エネルギを一般に発生する。
【０００５】
電気車両において、高いエネルギ密度を有し、その結果最小の容量ならびに高い比エネルギがエネルギ貯蔵装置によって占有され、またその結果最小の重量で車両に搬送されるエネルギ貯蔵装置を有することが望ましい。しかしながら、また、大きな電力バーストを供給することができるエネルギ貯蔵装置を有することが望ましい。とくに、電力のバーストは静止摩擦および静止時の電気的に駆動される車両の慣性、ならびに加速に関して克服することが一般に要求される。留意されることは、より高い電流を供給し得るように充電可能なリチウムバッテリを再設計する試みがなされているが、これはかかるバッテリ装置自身の低い比エネルギおよび低いエネルギ密度に通じてしまうということである。
【０００６】
従来、幾つかの異なるエネルギ貯蔵装置が大きな電力バーストを供給する高エネルギ貯蔵装置として提案されている。例えば、両方ともナイトウの米国特許第５，７８０，９８０号および米国特許第５，８０８，４４８号明細書は、鉛−酸バッテリに接続された燃料電池を含む直流電源を有する電気自動車の駆動システムを開示している。燃料電池は作動の間中、安定した出力を発生しかつ電気的負荷の電力量が低いとき自動車へ電力を供給する。電気的負荷の電力量が増加するとき、電力は鉛−酸バッテリによって、ならびに燃料電池によって供給される。ナイトウは、また、燃料電池が、鉛−酸バッテリの充電が指定された値以下であるとき鉛−酸バッテリを充電することを開示している。しかしながら、ナイトウは、燃料電池を作動するための流体反応物が車両の容器で運ばれねばならないという欠点をこうむっている。これは装置の比エネルギ能力を非常に減少する。また、ナイトウは燃料電池および鉛−酸バッテリからのエネルギの供給を許容する複雑な電気回路を開示している。
【０００７】
エレクトロクロミック眼鏡に使用されるような、マイクロエレクトロニクス分野におけるような、非常に小さい負荷に関して、リチウム／チオニルクロライドおよび鉛−酸ハイブリッドバッテリが提案されている。例えば、カルマンの米国特許第５，９００，７２０号および同第５，４５５，６３７号は、充電不能である一次リチウム／チオニルクロライドバッテリセルおよび二次密封鉛−酸バッテリを含んでいるマイクロエレクトロニック回路に給電するハイブリッドバッテリを使用することを開示している。一次および二次バッテリは、カルマンの場合において、エレクトロクロミック眼鏡の低電力マイクロエレクトロニック回路である負荷に給電する。一次バッテリはまた、順次二次バッテリを周期的に充電することができるコントローラに給電する。しかしながら、カルマンは一次リチウム／チオニルクロライドバッテリが充電されることを開示してない。また、カルマン装置は比較的低い合計エネルギを出力するように小さく設計されており、より大きい負荷に利用されることができない。
【０００８】
また、コンデンサが、例えば、ジェオル社（Ｊｅｏｌ  Ｌｔｄ）の欧州出願第０５６４１４９Ａ２号に開示されたように従来使用されている。しかしながら、この出願に開示されたように、コンデンサは印加された電圧に非常に敏感で、コンデンサに印加された電圧が定格の電圧を超えるならば、その場合にコンデンサの容量は即座に減少され、漏洩電流が増加する。このため、欧州出願第０５６４１４９Ａ２号はコンデンサの充電を制限するための制御回路を詳細に開示するが、バッテリの用途またバッテリの制御方法に関しては開示してない。
【０００９】
したがって、可変電力要求を有する大きな負荷とともに使用するための比較的高いエネルギ密度および比較的高い比エネルギを有する有効なエネルギ貯蔵装置が当該技術において必要である。さらに、エネルギ密度が重要な考慮すべき事柄である一方、また、バッテリが車両内にどのように収容されるかを考慮することが必要である。言い換えれば、バッテリを含む装置の有効容量、その有効容量は個々のセルの容量よりむしろバッテリを収納するのに必要とされる合計容量を意味しているが、が検討されねばならない。出力が予め定めたレベル以下に降下した後のシステムの充電についてさらなる検討がなされるべきである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の目的は、従来技術の欠点を少なくとも部分的に克服することにある。加えて、本発明の目的は、熱的に管理可能な方法において大きな電力バーストを供給することができながら、電気車両のような比較的大きな負荷状況において使用するための、かつ好ましくは高い比エネルギおよびエネルギ密度を有する有効なエネルギ貯蔵装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
したがって、１つの態様において、本発明は、異なる量で電力を引き出す駆動モータへ電力を供給するための電源装置において、電気エネルギを蓄えるための第１エネルギ密度を有する第１の充電可能なエネルギバッテリ；電気エネルギを蓄えかつ異なる量で電動機へ電力を供給するための、前記第１エネルギ密度より少ない、第２エネルギ密度を有する第２の充電可能な電力バッテリ；前記エネルギバッテリからの電気エネルギにより前記電力バッテリの実質上連続の充電を制御するためのバッテリコントローラ；を備え、そして前記エネルギバッテリに蓄えられた電気エネルギが前記電力バッテリを介して、かつ異なる量で前記電動機に供給される電源装置を提供する。
【００１２】
他の態様において、本発明は、電気負荷に供給される電気エネルギを蓄えるためのエネルギ貯蔵装置において、第１エネルギ密度を有しかつ外部の電源に電気的に接続された第１の充電可能なバッテリ；前記第１エネルギ密度より少ない第２エネルギ密度を有する第２の充電可能なバッテリを有しており、前記第２のバッテリが前記第１バッテリに電気的に接続可能かつ前記負荷に電気的に接続可能であり；作動の間中、前記第２のバッテリが前記負荷に接続され、かつ前記第１のバッテリが前記第２のバッテリを連続して充電していながら前記負荷に電気エネルギを供給し；そして前記バッテリが所望のごとく充電するために前記外部の電源に周期的に接続されるエネルギ貯蔵装置を提供する。
【００１３】
さらに、他の態様において、本発明は、電気負荷に供給されるような電気エネルギを蓄えるためのエネルギ貯蔵装置において、第１エネルギ密度を有しかつ外部の電源に電気的に接続可能な充電可能なバッテリ；前記第１エネルギ密度より少ない第２エネルギ密度を有して、第２バッテリが前記第１バッテリに電気的に接続可能かつ前記負荷に電気的に接続可能である電気装置；を備え、作動の間中、前記充電可能な電気装置が前記負荷に接続され、かつ前記バッテリが前記充電可能な電気装置を実質上連続して充電していながら電気エネルギを前記負荷に供給し；そして前記バッテリが所望のごとく充電するために前記外部の電源に周期的に接続されるエネルギ貯蔵装置を提供する。
【００１４】
さらに他の態様において、本発明は、異なる量で電力を引き出す電気負荷用の電気エネルギ貯蔵方法において、第１エネルギ密度を有する第１の充電可能なエネルギバッテリを充電し；前記第１エネルギ密度より少ない、第２エネルギ密度を有する第２の充電可能な電力バッテリを充電し；異なる量で前記第２の電力バッテリから前記電気負荷へ電気エネルギを供給し；そして前記第１のエネルギバッテリにより前記第２の電力バッテリを充電することからなる電気エネルギ貯蔵方法を提供する。
【００１５】
本発明の１つの利点は、エネルギバッテリが車両に通常使用される普通の鉛−酸バッテリにすることができるということである。この方法において、鉛−酸バッテリは十分な電力バーストを、および十分な電流を提供することにより、車両の電動機のような可変電力要求を有する電気的負荷を駆動する。しかしながら、エネルギバッテリは、好ましくは、高いエネルギ密度および高い比エネルギを有するリチウムを基礎にした電池またはバッテリである。したがって、電力バッテリを連続して充電するエネルギバッテリを有することによって、電力バッテリはその最適な充電レベル近くに維持されることができ、そのため電力バッテリの寿命は改善される。さらに、その最適な充電レベル近傍に電力バッテリを有することにより、電力バッテリのエネルギ発生能力が維持されることができ、かつエネルギが可変量で負荷に供給されることができ、それによって負荷の電力要求をより容易に満足させる。しかしながら、本発明のエネルギ供給システムの主要なエネルギ貯蔵部分は高いエネルギ密度および比エネルギを有するエネルギバッテリに属するので、比較的僅かな余分の容量および重量も車両にほとんど付加されない。
【００１６】
さらに他の実施の形態の１つにおいて、リチウムバッテリは、固形ポリマおよび有機液体、リチウムイオンを通す電解質を有し、プラスチックカバー内に封入されまたは包まれかつ密封される非水性の、充電可能なリチウムイオンバッテリを含むポリマリチウムバッテリである。かかるポリマリチウムイオンバッテリは特別な形状または形で製造され、かつ他の方法では車両内に残された空間を占有し得る適切な形状に成形され得る。この方法において、エネルギ貯蔵装置の有効な容量は、空間がエネルギバッテリのまわりでほとんど無駄にされなくすることを保証することによって、減少され得る。
【００１７】
本発明のさらに他の利点は、エネルギ貯蔵装置の両方のバッテリが充電され得るということである。上述されたように、エネルギバッテリは電力バッテリを実質上連続して充電している。しかしながら、所望されるとき、エネルギバッテリは、また、外部電源に接続されることによって充電され得る。この方法において、エネルギ貯蔵装置は連続使用のために容易に再生されることができ、かつ流体反応物の追加またはバッテリの交換を必要としない。さらに、好適な実施の形態において、電力バッテリはエネルギバッテリが充電されているとき外部電源から充電され得て充電効率を改善する。
【００１８】
本発明のさらに他の利点は、鉛−酸バッテリが利用されるため、現存するエネルギ再生技術が使用され得るということである。とくに、制動中に発生したエネルギは車両が停止したとき、鉛−酸バッテリのエネルギレベルを元通りにするために利用されることができる。この方法はしばしば回生制動として言及される。
【００１９】
或る負荷が偶発的なまたは周期的なエネルギのバーストを要求すると、幾つかの充電源がときどき利用可能なエネルギのバーストを行なうことができる。車両の回生制動はかかる「バースト型」充電源の例である。エネルギ貯蔵装置が高い量で充電を許容することができるならば、これらのエネルギのバーストは効率的に受容され得る。本発明の利点は、偶発的なまたは周期的な電力のバーストが、エネルギバッテリによって効率的に受容され得ないか、またはエネルギバッテリを損傷するかもしれない量で電力バッテリを急速に充電するのに使用され得るということである。続いて起こる重い負荷は電力バッテリから直接この「バースト型」充電源からエネルギを使用することができる。あるいはまた、電力バッテリはより長い時間周期にわたってより低い量でエネルギバッテリを充電するのに使用され得る。エネルギのいずれのルートが特定の使用に最も有効であるかは、もちろん、電気負荷の時間に依存するエネルギの需要およびエネルギ貯蔵装置の特定用途により変化する。
【００２０】
本発明のさらに他の態様は本発明および本発明の好適な実施の形態を示す以下の詳細な説明および図面を読むとき明らかとなる
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本書で上述されたように、本発明の１つの好適な実施の形態において、電力バッテリに接続されるエネルギバッテリを含んでいるエネルギ貯蔵装置が設けられる。エネルギバッテリは、多量のエネルギを容易にかつ十分に貯蔵することができるように高エネルギ密度および高比エネルギを有している。エネルギバッテリは、また、外部電源から充電可能である。エネルギバッテリは比較的安定なエネルギ出力を設けることができるが、比較的低い電流レベルを有する。言い換えれば、エネルギバッテリは多量の質量を有しまたは多量の空間を占有することなしに、多量のエネルギを効率的に貯蔵する主要な機能を実施するが、高いまたは可変電流レベルまたは可変電力出力レベルを設けることができない。
【００２２】
それに反して、電力バッテリは可変電力出力を有しかつ短い高電流パルスを供給することができるように設計される。例えば、電力バッテリは車両を駆動するのに利用される電動機またはエンジンの電力要求のような電気的負荷によって必要とされる短い高電流パルスで高い電力のバーストを供給することができる。しかしながら、電力バッテリは高エネルギ密度および高比エネルギを有しないことがある。とくに、電力バッテリは充電可能でありかつエネルギバッテリによってかつ任意に外部電源によって充電されることができる。
【００２３】
作動時には、電力バッテリは、エネルギバッテリによって連続的に充電されていながら電気的負荷の可変電流および電力要求に対応する。この方法において、電気貯蔵装置は、電力バッテリのため、電気的負荷によって要求されるような可変電力量ならびに高い電流のバーストをさらに供給しながら、エネルギバッテリのため高エネルギ密度および高比エネルギを有するハイブリッドバッテリを提供する。
【００２４】
電気貯蔵装置は、また、エネルギバッテリ、ならびに電力バッテリの配置、充電および作動するためのコントローラを含んでいる。このコントローラは、また、電力バッテリの過充電およびエネルギバッテリの過熱を防止することによって、両方の寿命を維持するためにエネルギバッテリおよび電力バッテリの充電および作動を調整する。コントローラは、また、エネルギバッテリから電力バッテリへの、ならびに電力バッテリから電気的負荷への電圧および電流の流れを指示する機器パネルを任意に組み込んでいる。コントローラはまた、警報または警告装置などによって、エネルギバッテリの充電が発生し得るように最低の許容し得るエネルギバッテリの潜在レベルのアプローチを任意に指示する。エネルギバッテリと任意の電力バッテリは外部電源から充電されることができる。コントローラはまた、外部電源からエネルギバッテリ、または電力バッテリの充電を調整することができる。
【００２５】
図１は、本発明の１つの実施の形態によるエネルギ貯蔵装置１５を利用する、参照番号１０によって総括的に示される、電気システムを示す。図１に示されるように、システム１０は、図１でモータ１００として示されるような負荷に接続されるエネルギ貯蔵装置１５を含んでいる。
【００２６】
また図１に示されるように、エネルギ貯蔵装置１５は２つの充電可能なバッテリ２０，３０を含んでいる。第１バッテリはエネルギバッテリ２０でありかつ第２バッテリは電力バッテリ３０である。
【００２７】
同様に図１に示されるように、エネルギバッテリ２０は第１接続２１を介して電力バッテリ３０に接続される。電力バッテリ３０は順次、この実施の形態においては電動機１００である電気的負荷に第２接続２２を介して接続される。作動の間中、電力バッテリ３０はモータ１００を駆動するために第２接続２２を介して電気エネルギを供給し、かつエネルギバッテリ２０は電力バッテリ３０を実質上連続して充電するために第１接続２１を介して電気エネルギを供給する。
【００２８】
電力バッテリ３０は第２電圧Ｖ−２および第２電流Ｉ−２で第２接続２２を介してモータ１００に電力を供給する。理解されることは、第２電圧Ｖ−２および第２電流Ｉ−２がモータ１００の要求に依存して異なる量で電流および電力のバーストを供給するような電力バッテリ３０を許容するように変化するということである。したがって、電力バッテリ３０は、電気的負荷の電力量、ならびに電流Ｉ−２および電圧Ｖ−２の要求を満足するように選択されかつ設計される。
【００２９】
電気的負荷がモータ１００である実施の形態において、モータ１００は、例えば、７５と５００アンペアの間で作動する９６ボルトモータにすることができる。この場合に、電力バッテリ３０が少なくとも５キロワットアワーの能力またはそれ以上を有することが便利でかつ好ましい。鉛−酸バッテリ３０は、短い高電流パルスでの高い電力のバーストがモータ１００に供給され得るのが好適である。しかしながら、ニッケル金属またはニッケル合金ハイブリッド支持バッテリまたはニッケルカドミウムバッテリなどの他の高い電力バッテリが、また鉛−酸バッテリに代えて使用され得る。
【００３０】
幾つかの実施の形態において、装置１５は、バッテリに加えて、充電可能な電気貯蔵装置を含むことができる。
【００３１】
それに反して、エネルギバッテリ２０は多量の電気エネルギを貯蔵するように設計される。そこで、エネルギバッテリ２０は、好ましくは比較的高い、さらに好ましくは電力バッテリ３０のエネルギ密度より高い、エネルギ密度を有している。この方法において、エネルギバッテリ２０は多量の電気エネルギを効率的に貯蔵することができる。さらに、電力バッテリ３０はモータ１００の可変の電力要求を満足するように選択されるため、エネルギバッテリ２０はモータ１００の電力要求に関することなく選択されることができる。むしろ、エネルギバッテリ２０の原理的関連は、エネルギバッテリ２０が、電力バッテリ３０の電力発生能力が維持され得るように電力バッテリ３０を実質上連続して充電するために、望ましいレベルで、かつ適切な電圧および電流で電気エネルギを効率的に貯蔵しかつ供給することができるということである。
【００３２】
好適な実施の形態において、エネルギバッテリ２０はリチウムバッテリであるが、この機能を可能にする他のいずれのバッテリも使用され得る。より好ましくは、非水性の充電可能なリチウムイオンバッテリがエネルギバッテリ２０として利用される。
【００３３】
他の好適な実施の形態において、非水性の充電可能なリチウムイオンバッテリは種々の形状に成形可能であるポリマリチウムイオンバッテリにすることができる。この方法において、割り当てられた空間を占有するようにポリマリチウムバッテリを成形することはエネルギ貯蔵装置１５の実際の容量を減らし得る。さらに、ポリマリチウムイオンバッテリは、車両の他の構成要素または車体部品間の空間のような他の方法では未使用の空間を占有するように成形され得る。さらに他の好適な実施の形態において、ポリマリチウムイオンバッテリ全体として装置１５のケーシングまたはハウジングとして作用するように成形されることができ、それによってさらにエネルギ貯蔵装置１５の実際の容量を減らし得る。
【００３４】
第１接続２１の第１電流Ｉ−１および第１電圧Ｖ−１はエネルギバッテリ２０および電力バッテリ３０の最適な寿命を設けるように選択される。例えば、第１電流Ｉ−１は、エネルギバッテリ２０による熱発生のようなエネルギバッテリ２０上の不利益な作用を最小にするように好ましくは選択される。第１電流Ｉ−１はまた、電力バッテリ３０を連続して充電し、かつそれによって電力バッテリ３０の電力発生能力を維持し、ならびにエネルギバッテリ２０および電力バッテリ３０の長期間の要求を満足するような望ましいレベルで抑制された高いエネルギを設けるように好ましくは選択される。したがって、寿命に関して好適であるのは、第１電圧Ｖ−１および第１電流Ｉ−１が、エネルギバッテリ２０から電力バッテリ３０に搬送されている電力がモータ１００によって電力バッテリ３０のエネルギ要求を満たすのに十分であり、また、エネルギバッテリ２０の温度作用が減少されるように比較的低いように選択されるということである。
【００３５】
さらにそのうえ、電力バッテリ３０が鉛−酸バッテリ３０である場合に、長い寿命はその最高充電レベル近傍に鉛−酸バッテリ３０を保持することによって得られることができる。これは、エネルギバッテリ２０が電力バッテリ３０を実質上連続して充電するように電力バッテリ３０へ第１電流Ｉ−１の実質上連続の流れを有することによって好適な実施の形態で達成される。第１電流Ｉ−１を比較的低くすることによって、エネルギ伝送量は、それに対応して低いが、エネルギバッテリ２０からの電気エネルギにより電力バッテリ３０を実質上連続して充電することに占められ得る。
【００３６】
バッテリ２０，３０間の電流の流れおよび電気エネルギを制御するために、電気エネルギ貯蔵装置１５は、また、コントローラ６０を含んでいる。このコントローラ６０は、エネルギバッテリ２０から電力バッテリ３０への電力の流れを調整するために、バッテリ２０，３０、ならびに第１接続２１に接続される。
【００３７】
また、図１に示したように、回生制動システム９０は第５接続２５を介して電力バッテリ３０に接続される。車両が制動している一方、回生制動システム９０は、当該技術において知られるように、移動している車両からの運動エネルギを電気エネルギに変換する。回生制動システム９０は第５電流Ｉ−５および第５電圧Ｖ−５で第５接続２５を介して好ましくは電力バッテリ３０にこの取り戻された電気エネルギを供給する。
【００３８】
コントローラ６０は、スイッチ２６を介して、第１電流Ｉ−１および第１電圧Ｖ−１を制御することによって第１接続２１上のエネルギの流れを制御する。例えば、スイッチ２６を開閉するコントローラによって、コントローラ６０はバッテリからバッテリへのエネルギの流れを制御することができる。当該技術において知られていることは、この型のスイッチ２６が迅速に作動することができ、かつコンデンサ、インダクタ、および電気の流れの制御が比較的高い効率で達成され得るような他の構成要素を含むことができるということである。例えば、電気エネルギがより高い電圧源からより低い電圧受容体に流れるとき、スイッチ２６は「バック」モードにおいて作動すると言われる。電源の電圧が受容体の電圧より低いならば、スイッチ２６は「ブースト」モードにおいて作動すると言われる。これらのモードの一方または他方（またはいずれか）において作動するスイッチ設計は当該技術において知られており、したがってここでは詳細には議論されない。
【００３９】
好適な実施の形態において、エネルギバッテリ２０は、エネルギバッテリ２０の有効容量が終りにあるときでも、その電圧が、電力バッテリ３０の電圧よりも一般に幾らか高いように構成される。この方法において、スイッチ２６は、コストおよび効率のためには好ましいが、エネルギバッテリ２０から電力バッテリ３０へ単一方向であるようにエネルギの流れを制限してしまうバックモードにおいて常に作動するように設計されることができる。この制限により、回生制動の電力のサージが電力バッテリ３０に供給されるように期待されるときに、電力バッテリ３０は好ましくは過充電になることなくこのエネルギを受容するのに十分低い容量状態にあり、かつ負荷特性は好ましくはこの状態を電力バッテリ３０によってエネルギバッテリ２０を充電する必要のない状態に維持させる。エネルギ貯蔵装置１５が電気自動車に使用されるとき、回生制動システム９０によって戻されたエネルギはほとんど加速のために以前に供給されたエネルギより低い。それゆえ、回生制動システムからの電力の最大のバーストを調節するために電力バッテリ３０内の充電容量の状態を維持することが一般に可能である。
【００４０】
他の実施の形態において、スイッチ２６は、例えば、電力バッテリ３０が回生制動システム９０によって過充電にされるならば、エネルギバッテリ２０を充電するように電力バッテリ３０にさせて、バックおよびブーストモードで作動することができる。
【００４１】
図１は、また、外部電源８から貯蔵装置１５を充電するのに使用される充電器５０を示している。この充電器５０はコネクタ１６、１７、１８を介してエネルギ貯蔵装置１５に接続可能である。
【００４２】
好適な実施の形態において、エネルギ貯蔵装置１５は車両（図示せず）の電動機１００に電力を供給するのに使用される。装置１５は車両内に収容される。エネルギバッテリ２０は、車両が動いているときでも同様に、実質上連続して電力バッテリ３０を充電する。
【００４３】
これらの外部電源８は一般に固定されるので、装置１５の再充電は車両が静止しているとき一般に生じる。この場合に、充電器５０は固定位置に配置されることができかつ水力発電（水素）本線（ハイドロ・メインズ）のような外部電源８からエネルギ貯蔵装置１５の再生用電力を供給する。
【００４４】
コネクタ１６および１８はエネルギバッテリ２０および電力バッテリ３０へ個別に充電器５０からエネルギを供給する。図１に示したように、充電器５０は、この実施の形態において非水性リチウムイオンバッテリ２０であるエネルギバッテリ２０へ、コネクタ１６によって形成された第３接続２３を介して電力を供給する。第３接続２３はエネルギバッテリ２０の充電特性を満足させるように選択された第３電圧Ｖ−３および第３電流Ｉ−３で電力を供給する。同様に、充電器５０はコネクタ１８によって形成された、第４接続２４を介して電力バッテリ３０に電力を供給する。第４接続２４は電力バッテリ３０の充電特性を満足させるように選択された第４電圧Ｖ−４および第４電流Ｉ−４で電力を供給する。この方法において、充電器５０はエネルギバッテリ２０および電力バッテリ３０の両方を同時に充電することができる。
【００４５】
コントローラ６０は接続１７を介して充電器５０に接続され、電圧Ｖ−３およびＶ−４、および電流Ｉ−３およびＩ−４を制御することができる。コントローラ６０は、電圧Ｖ−３およびＶ−４および電流Ｉ−３およびＩ−４を制御し、バッテリ２０，３０が効率的にかつ損傷なしに充電されるのを保証する。
【００４６】
エネルギバッテリ２０は、大きなエネルギ貯蔵および作動能力を有するため、充電するのにより多くの時間を必要とする可能性があり、コントローラ６０が一般にまず電力バッテリ３０の充電を停止する結果を生じる。また、理解されることは、少なくとも電力バッテリ３０がエネルギバッテリ２０によって充電され得るため、充電器５０に電力バッテリ３０を充電させる必要がないということである。言い換えれば、１つの実施の形態において、エネルギバッテリ２０のみが充電器５０を介して外部電源８によって充電され、かつエネルギバッテリ２０は次いで電力バッテリ３０を充電する。この実施の形態において、コネクタ１８および第４接続２４、ならびに第４接続２４の電圧Ｖ−４および電流Ｉ−４用の関連する制御回路は必要とされず、それによって全体のコストを低減する。しかしながら、充電器５０から直接電力バッテリ３０へコネクタ１８および第４接続２４を有することは、両方のバッテリ２０，３０を同時に充電させ、かつそれゆえ装置１５の全体の充電時間を減少するので、一般に好適である。
【００４７】
図２Ａは電力バッテリ３０の放電時間をプロットしているグラフを示している。図２に示されるように、この好適な実施の形態において鉛−酸バッテリ３０である電力バッテリ３０の容量は、モータ１００によって要求されている急激な電力のバースト２１０に対応して段階的に減少する。急激な電力のバースト２１０は、例えば、慣性、車両が静止しているときの静止摩擦を克服するのに、また加速のために必要とされる。しかしながら、これらの最初のバースト２１０がいったん発生すると、リチウムバッテリ２０が電力バッテリ３０を連続して充電しているため、電力バッテリ３０がモータ１００に電力を供給しているとしても、電力は増加し始める。言い換えれば、最初のバースト２１０が発生した後、モータ１００がかなり安定した速度で車両を動かすような安定した状態で作動している場合には、非水性のリチウムバッテリ２０は、電力バッテリ３０がモータ１００にエネルギを供給するより大きなレベルで電力バッテリ３０を充電しているはずである。この方法において、電力バッテリ３０の容量は安定した状態でモータ１００にエネルギを供給するときでさえ増加し得る。
【００４８】
図２Ａに文字「Ｒ」が付された点において、鉛−酸バッテリ３０を含んでいる装置１５は、充電器５０によって固定の外部電源８から充電される。参照番号２５０によって図２Ａに示される、充電の間中、鉛−酸バッテリ３０はその電力が増加するように固定の外部電源８から充電器５０によって充電される。
【００４９】
固定の外部電源８から充電の間において、電力バッテリ３０は非水性のリチウムイオンエネルギバッテリ２０によって実質上連続して充電され得る。この連続充電は、図２Ａの参照番号２２０によって示される一時的な安定水準まで鉛−酸バッテリ３０の容量を増加する。これらの安定水準２２０は、リチウムイオンバッテリ２０によって連続して充電されながら低い電力レベルでモータ１００に電力付与する鉛−酸バッテリ３０に相当する。言い換えれば、これらの安定水準２２０は、エネルギがエネルギバッテリ２０から電力バッテリ３０を通って、モータ１００に本質的に流れている安定した状態レベルを示している。図示されないが、これらの安定水準２２０は、また、鉛−酸バッテリ３０の全部、すなわち１００％容量レベルに向かって上方に傾斜されることができる。これは、エネルギバッテリ２０がモータ１００に電力供給するのに必要とされる電力レベル以上を供給しており、またその特定の時点でモータ１００の電力量より大きい量で電力バッテリ３０を充電していることを示している。
【００５０】
図２Ｂは時間に関するリチウムイオンエネルギバッテリ２０の容量を示している。図２Ｂに示されるように、エネルギバッテリ２０の容量は時間に関してかなり一定に減少する。エネルギバッテリ２０の容量が、電力バッテリ３０の急激な電力バースト２１０に対応して、下降２１２を有する一方で、これらは、少なくともエネルギバッテリ２０が高い量でエネルギを伝送するように設計されないため、電力バッテリ３０の容量の下降ほど急激ではない。同様に、図２Ｂに示されるように、エネルギバッテリ２０は電力バッテリ３０の安定水準２２０に対応する電力の急勾配の減少がより少ない。これはモータ１００へより低い電力レベルで電気エネルギを供給している電力バッテリ３０を表している。
【００５１】
時間に関して、鉛−酸バッテリ３０の容量が、図２Ａに示したように、減少することは明らかである。図２Ａに文字「Ｒ」が付された点において、エネルギバッテリ２０を含んでいる装置１５が充電される。エネルギバッテリ２０の充電は参照番号２５１によって図２Ｂに示される。図２Ａに示したように、充電の間中、エネルギバッテリ２０の容量は全容量近傍までまたは全容量まで徐々に増加する。
【００５２】
装置１５は、エネルギバッテリ２０の容量が文字「Ｌ」でマークされた図２Ｂの下方点線によって示されたしきい値以下に降下したとき、一般には充電される。電力バッテリ３０の容量が機器パネル上に示され、および／または警報機を始動させ得る一方、エネルギバッテリ２０の容量は装置１５が充電されるときを決定することの主たる要因である。装置１５はエネルギバッテリ２０の容量がこのしきい値に近づいているかまたはこのしきい値にあることを指示するために警報機および／または機器パネル（図示せず）を含んでいる。このことは、例えば、文字「Ｒ」が付与された点によって図２Ｂにおいて示される。図２Ａおよび２Ｂは、電力バッテリ３０およびエネルギバッテリ２０の容量がほぼ同時に下方しきい値に達することを示している。理解されることは、これが必ずしもそうでなくてもよく、むしろエネルギバッテリ２０の容量は装置１５の充電時を決定する主たる要因となるということである。また、理解されることは、両バッテリ２０，３０用の下方しきい値がエネルギバッテリ２０および／または電力バッテリ３０に対する損傷または劣化を回避するように選択されるということである。
【００５３】
したがって、上述されたようなエネルギ貯蔵装置１５を使用するとき、エネルギは高いエネルギ密度のエネルギバッテリ２０からより低いエネルギ密度の電力バッテリ３０に、次いでモータ１００である電気的負荷に供給されることができる。この方法において、より低いエネルギ密度の電力バッテリ３０はモータ１００によって要求される量でエネルギを供給するためにエネルギバッテリ２０からエネルギを本質的に一時的に貯蔵する。高いエネルギバッテリ２０は車両用の電気エネルギを効率的に貯蔵する。
【００５４】
通常の鉛−酸エネルギ貯蔵装置を有する車両および本発明のエネルギ貯蔵装置１５を有する車両の比較例が本発明をさらに説明するために以下に示される。
【００５５】
まず、９６ボルトＤＣモータを備えた従来の変換された電気車両（スズキモータ／ＲＥＶコンサルティング）は合計５２３ｋｇの重量で、かつ２２５リッターの容量を占有し、かつ２３．４キロワットアワーの２０時間で通常の能力を有する１６個の高品質６ボルト鉛バッテリ（トロージャン−商標）の単列接続のバンクを備えていた。重量および容量はバッテリ自体のものであり、バッテリを取り付け、収容および冷却するのに使用される支持構造およびハウジングの重量および容量を含まない。性能は満足し得るものであったが、車両走行距離はおよそ７０キロメータ／充電に制限された。６０ｋｍ／ｈの一定速度での車両による平均モータ電流はおよそ４０アンペアであった。かくして、このバッテリの公称能力の充分半分以下が利用されることができた。ピークモータ電流は加速の間中４４０アンペアであった。
【００５６】
次に車両の動力システムが図１に略示されたような本発明の実施の形態にしたがって電力バッテリ３０およびエネルギバッテリ２０によって再現された。電力バッテリ３０は９６ボルトの公称電圧と直列接続において８個の１２ボルト自動車の鉛バッテリ（インターステート−商標）からなった。これらのバッテリは能力に関して使用限度が定められないが、５２５アンペアのクランキング定格電流および４２０アンペアの冷間クランキング定格電流を有している。このバッテリの最大電圧は全充電でおよそ１１０ボルトであった。エネルギバッテリは、各々が１１．４アンペア時間能力、４アンペアの最大定格電流可能性および３．６５ボルトの公称電圧（カナダ、トロントのエレクトロヴァヤによって製造された）である４８０個のリチウムイオンポリマ電池の直列／並列配置からなった。グループ内の１２個の並列電池および直列の４０グループにより、バッテリはおよそ１６０ボルトの最大全充電電圧および約１２０ボルトで放電されるとき最小電圧を有した。
【００５７】
鉛電力バッテリ３０およびリチウムエネルギバッテリ２０が１１５キロヘルツで作動しておりかつ約９０％の効率を供給しているバックモードスイッチと接続された。スイッチコントローラ６０は、電力バッテリ３０が７５％容量に降下したときエネルギバッテリ２０（電力バッテリ３０を充電する）から４０Ａの電流の流れを許容しかつ電力バッテリ３０が８０％充電容量に達したとき電流の流れを停止するように設定された。エネルギバッテリ２０は２０アンペアの最大定格電流を有する２２０ボルト単相６０Ｈｚ電源を使用する外部電源８から充電されることができかつ当該技術において知られているような単巻き変圧器、整流器、およびフィルタを使用して制御された。エネルギバッテリ２０の充電の間中、電圧は充電電流が１８アンペア以下に維持されるように制御され、かつ電池グループ電圧は、電池グループ電圧が４．２０ボルトを常に超えないように充電の終り近傍で慎重に監視された。
【００５８】
作動において、モータへの電流は急速な加速の間中最大３８５アンペアに達した。回生制動の間中、電力バッテリに戻っている電流は最大１１２アンペアに達したが、急な停止中数秒のみであった。代表的な運転の間中の平均のモータ電流は４０アンペアより幾らか少なかった。電力バッテリは容易に高電流パルスを供給し、かつ非常に僅かな過電圧も無く回生制動パルスを受容した。完全に充電されたとき、車両はエネルギバッテリが充電を要求した後およそ１８０ｋｍを運転することができた。車両の性能は繰り返しの充電および使用後も劣化は見られなかった。
【００５９】
エネルギバッテリ２０の重量は１０３ｋｇで、一方電力バッテリは、合計およそ２１０ｋｇに関して、１０５ｋｇの重さであった。エネルギバッテリによって占有された容量は５０リッターかつ電力バッテリのそれは、合計１１０リッターに関して、６０リッターであった。繰り返しになるが、これらの重量および容量はより軽量およびより小型のバッテリシステムのため改良されたシステムにおいて、軽量かつより小さくすることができる取り付け、収容および冷却システムを含まない。
【００６０】
かくして、本発明の組み合わせまたはハイブリッドバッテリ貯蔵装置１５はそれが取って代わった従来の単一バンクバッテリより非常に軽量、非常に小型かつ非常に有効であった。この例におけるエネルギバッテリ２０は４８アンペアの定格電流（各々４アンペアで１２個の並列電池／グループ）を有しかつ電力バッテリ３０によって供給されかつモータ１００によって要求される３８５アンペア加速パルスを恐らく供給できなかった。しかしながら、通常の単一バンクバッテリによって示されたような、電力バッテリ３０は非常に重くかつ大きかった。かくして、本発明の貯蔵装置１５は従来の単一バンクバッテリを超えて幾つかの利点を提供した。
【００６１】
本発明のバッテリ貯蔵装置１５のさらに他の利点は２つのバッテリ２０，３０の配置の柔軟性によって示される。高い電流パルスを供給している電力バッテリ３０は、好ましくは、高価で、重くかつ抵抗を有する配線の長さを最小にするようにモータの近傍に配置される。元の従来の車両において、その大きな大きさおよび重量のためモータの近傍にバッテリ全体を配置することはできないためにケーブルが追加され、それゆえ追加のコストおよび合計重量が必要となった。再現された車両において、電力バッテリ３０は、第２接続２２に沿って重くかつ高価なケーブルに関係するコストおよび重量を減少するようにモータ１００の近傍に置かれた。しかしながら、その比較的低い電流を有するエネルギバッテリ２０は電力バッテリ３０への第１接続２１に関してより軽量および安価なケーブルを使用することができ、したがって重くかつ高価なケーブルの必要なしに、モータ１００、および電力バッテリ３０から離れて配置されることができる。
【００６２】
理解されることは、本発明はエネルギバッテリ２０が非水性のリチウムイオンバッテリである好適な実施の形態に関して説明される一方、エネルギバッテリ２０はこの型のバッテリに限定されないということである。むしろ、例えば、ナトリウム−硫黄バッテリ、リチウム−空気バッテリまたは化学的同等物などの電力バッテリのエネルギ密度より大きなエネルギ密度を有するあらゆる型のバッテリが使用され得る。好適な実施の形態の１つにおいて、エネルギバッテリ２０は種々の形状に成形され得るポリマリチウムイオンバッテリを含み、それによってエネルギ貯蔵装置１５の有効な容量を減少する。
【００６３】
同様に、本発明は鉛−酸バッテリ３０を含んでいる電力バッテリ３０に関して説明されたが、本発明はこれに制限されない。むしろ、リチウムバッテリなどのエネルギバッテリ２０によって充電されることができ、かつ負荷１００によって要求されるような異なる量で電気エネルギを供給することができるあらゆる型の電力バッテリ３０が、例えば、高い量のリチウムまたはリチウムイオンバッテリおよび高い量のニッケル水性バッテリなどが利用されることができる。
【００６４】
理解されることは、用語「電池」および「バッテリ」は、１つのバッテリが複数の電池から成るような一般的な意味を有するとしても、ここでは交換可能に使用されるということである。このことは、エネルギバッテリ２０と電力バッテリ３０の両方が、複数のバッテリもしくは電池であることを反映している。
【００６５】
また、理解されることは、本発明は、図１に示されるように、明瞭にするために除去され、装置１５を作動するために当該技術において知られるフィルタ、コンデンサ、インダクタおよびセンサを含んでいる他の装置および構成要素を含むことができるということである。
【００６６】
理解されることは、本発明の種々の特徴が本発明の実施の形態の１つまたは他に関連して説明されたけれども、本発明の種々の特徴および実施の形態はここで説明されたような本発明の他の特徴および実施の形態に関連して組み合わされるかまたは使用されることができる。
【００６７】
この開示は本発明の幾つかの好適な実施の形態を説明したけれども、理解されるべきことは、本発明がこれらの特定の実施の形態に制限されないということである。むしろ、本発明は本書で説明された特別な実施の形態および特徴の機能的、電気的または機械的な同等物であるすべての実施の形態を含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の１つの実施の形態による電気貯蔵装置を含んでいる電気システムを示す図
【図２】時間に対して鉛−酸電力バッテリの放電をプロットしているグラフ（Ａ）、と時間に対して非水性の充電可能なリチウムエネルギバッテリパックの放電をプロットしているグラフ（Ｂ）を示す図
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年7月21日(2003.7.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異なる量で電力を引き出す駆動モータへ電力を供給するための電源装置において、
電気エネルギを蓄えるための第１エネルギ密度を有する第１の充電可能なエネルギバッテリ；
電気エネルギを蓄え、かつ異なる量で電動機へ電力を供給するための、前記第１エネルギ密度より少ない第２エネルギ密度を有する第２の充電可能な電力バッテリ；
前記エネルギバッテリからの電気エネルギにより前記電力バッテリの実質上連続の充電を制御することができるバッテリコントローラ；を備え、そして
前記エネルギバッテリに蓄えられた電気エネルギが前記電力バッテリを介して、かつ異なる量で前記電動機に供給されることを特徴とする電源装置。
【請求項２】
前記バッテリコントローラが前記エネルギバッテリから前記電力バッテリへの第１の接続を通過する前記電気エネルギを制御することによって前記電力バッテリの実質上連続の充電を制御することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第１の接続に沿って設けられたスイッチ；を備え、そして
前記コントローラが前記第１の接続に沿って設けられたスイッチを制御することによって前記電力バッテリの実質上連続の充電を制御することを特徴とする請求項２に記載の電源装置。
【請求項４】
前記エネルギバッテリが非水性リチウムイオンバッテリ、リチウム空気バッテリおよびポリマリチウムイオンバッテリからなっているグループから選択されたリチウムを基本にするバッテリであり、そして前記電力バッテリが鉛−酸バッテリであることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記エネルギバッテリが非水性ポリマリチウムバッテリパックであることを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
【請求項６】
前記電源装置がケーシングを有しかつこのケーシングの１部分が前記非水性ポリマリチウムバッテリパックによって占有されることを特徴とする請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
電気負荷に供給される電気エネルギを蓄えるためのエネルギ貯蔵装置において、
第１エネルギ密度を有しかつ外部の電源に電気的に接続された充電可能なバッテリ；
前記第１エネルギ密度より少ない第２エネルギ密度を有して、第２のバッテリが前記第１のバッテリに電気的に接続され、かつ前記負荷に電気的に接続された充電可能な電気装置；を備え、
作動の間中、前記充電可能な電気装置が前記負荷に接続され、かつ前記バッテリが前記充電可能な電気装置を実質上連続して充電していながら電気エネルギを前記負荷に供給し；そして
前記バッテリが所望のごとく充電するために前記外部の電源に周期的に接続されることを特徴とするエネルギ貯蔵装置。
【請求項８】
前記充電可能なバッテリが非水性リチウムイオンバッテリ、ポリマリチウムイオンバッテリおよびナトリウム−イオウバッテリからなっているグループから選択されることを特徴とする請求項７に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項９】
前記充電可能な電気装置が高率リチウムバッテリ、リチウムイオンバッテリ、高率ニッケル水性バッテリ、鉛−酸バッテリ、ニッケル合金ハイブリッドバッテリ、ニッケル金属バッテリおよびニッケルカドミウムバッテリからなっているグループから選択されることを特徴とする請求項７に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１０】
前記充電可能なバッテリがエネルギ充電可能なバッテリを備え、そして前記充電可能な電気装置が前記エネルギ充電可能なバッテリを実質上連続的に充電するための電力充電可能なバッテリを備えていることを特徴とする請求項７に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１１】
さらに、前記エネルギバッテリからの電気エネルギにより前記電力バッテリの実質上連続的な充電を制御するためのバッテリコントローラを備えていることを特徴とする請求項１０に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１２】
さらに、前記エネルギバッテリから前記電力バッテリへの電気エネルギの少なくとも１部分がそれを通って流れるスイッチを備え；そして
前記バッテリコントローラが前記エネルギバッテリからの前記電力バッテリの実質上連続の充電を制御することを特徴とする請求項１１に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１３】
前記エネルギバッテリがリチウム基礎のバッテリであり、そして前記電力バッテリが鉛−酸バッテリであることを特徴とする請求項１０に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１４】
前記エネルギバッテリが非水性ポリマリチウムバッテリパックであり；そして前記エネルギ貯蔵装置がケーシングを有し、かつこのケーシングの１部分が前記非水性ポリマリチウムバッテリパックによって占有されることを特徴とする請求項１３に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１５】
前記エネルギバッテリに蓄えられた電気エネルギが前記電力バッテリを通って前記電気負荷に供給され、かつ前記電力バッテリが前記電気負荷によって所望される電力量、電流および電圧で前記電気負荷に電気エネルギを供給するように選択されることを特徴とする請求項１０に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１６】
前記電力バッテリが充電のために外部の電源に電気的に接続可能であり；そして
前記電力バッテリが、前記エネルギバッテリが充電を所望するとき、充電のために前記外部電源に電気的に接続可能であることを特徴とする請求項１０に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１７】
前記エネルギバッテリおよび前記電力バッテリが充電器によって前記外部電源に接続されることを特徴とする請求項１６に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１８】
前記電気負荷は、前記エネルギ貯蔵装置が収容される車両の駆動モータであり；そして
前記エネルギバッテリが、前記車両が動いている間中を含めて、前記電力バッテリを実質上連続的に充電することを特徴とする請求項１６に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項１９】
前記外部電源は静止しており；そして
前記エネルギバッテリが、前記車両が静止していながら充電されることを特徴とする請求項１８に記載のエネルギ貯蔵装置。
【請求項２０】
異なる量で電力を引き出す電気負荷用の電気エネルギ貯蔵方法において、
第１エネルギ密度を有する充電可能なエネルギバッテリを充電し；
前記第１エネルギ密度より少ない、第２エネルギ密度を有する充電可能な電力バッテリを充電し；
異なる量で前記電力バッテリから前記電気負荷へ電気エネルギを供給し；
前記エネルギバッテリにより前記電力バッテリを充電することを特徴とする電気エネルギ貯蔵方法。
【請求項２１】
前記エネルギバッテリにより前記電力バッテリを充電することが、バッテリコントローラによって制御されるスイッチを介して前記第１のエネルギバッテリにより前記電力バッテリを実質上連続的に充電することを含んでいることを特徴とする請求項２０に記載の電気エネルギ貯蔵方法。
【請求項２２】
前記電気負荷が車両の駆動モータであり、そして前記充電可能なエネルギバッテリおよび前記充電可能な電力バッテリが前記車両に収容されることを特徴とする請求項２０に記載の電気エネルギ貯蔵方法。
【請求項２３】
前記第１の充電可能なエネルギバッテリのエネルギ容量がしきい値以下に降下するとき、外部の固定電源から、前記第１の充電可能なエネルギバッテリを周期的に充電することを含んでいることを特徴とする請求項２２に記載の電気エネルギ貯蔵方法。
【請求項２４】
前記充電可能なエネルギバッテリが非水性リチウムイオンバッテリ、リチウム空気バッテリ、ポリマリチウムイオンバッテリ、およびナトリウム−イオウバッテリからなるグループから選択され；そして
前記充電可能な電力バッテリが鉛−酸バッテリ、高率リチウムバッテリ、リチウムイオンバッテリ、高率ニッケル水性バッテリ、ニッケル金属バッテリ、ニッケル合金ハイブリッド支持バッテリおよびニッケルカドミウムバッテリからなっているグループから選択されることを特徴とする請求項２０に記載の電気エネルギ貯蔵方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
また、コンデンサが、例えば、ジェオル社（Ｊｅｏｌ  Ｌｔｄ）の欧州出願第０５６４１４９Ａ２号に開示されたように従来使用されている。しかしながら、この出願に開示されたように、コンデンサは印加された電圧に非常に敏感で、コンデンサに印加された電圧が定格の電圧を超えるならば、その場合にコンデンサの容量は即座に減少され、漏洩電流が増加する。このため、欧州出願第０５６４１４９Ａ２号はコンデンサの充電を制限するための制御回路を詳細に開示するが、バッテリの用途またバッテリの制御方法に関しては開示してない。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
さらに、他の態様において、本発明は、電気負荷に供給されるような電気エネルギを蓄えるためのエネルギ貯蔵装置において、第１エネルギ密度を有しかつ外部の電源に電気的に接続可能な充電可能なバッテリ；前記第１エネルギ密度より少ない第２エネルギ密度を有して、第２バッテリが前記第１バッテリに電気的に接続可能かつ前記負荷に電気的に接続可能である電気装置；を備え、作動の間中、前記充電可能な電気装置が前記負荷に接続され、かつ前記バッテリが前記充電可能な電気装置を実質上連続して充電していながら電気エネルギを前記負荷に供給し；そして前記バッテリが所望のごとく充電するために前記外部の電源に周期的に接続されるエネルギ貯蔵装置を提供する。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３０】
幾つかの実施の形態において、装置１５は、バッテリに加えて、充電可能な電気貯蔵装置を含むことができる。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６３】
同様に、本発明は鉛−酸バッテリ３０を含んでいる電力バッテリ３０に関して説明されたが、本発明はこれに制限されない。むしろ、リチウムバッテリなどのエネルギバッテリ２０によって充電されることができ、かつ負荷１００によって要求されるような異なる量で電気エネルギを供給することができるあらゆる型の電力バッテリ３０が、例えば、高い量のリチウムまたはリチウムイオンバッテリおよび高い量のニッケル水性バッテリなどが利用されることができる。




【国際調査報告】
2004530398.tif 000037
2004530398.tif 000038
2004530398.tif 000039