(57)【要約】      （修正有）【課題】キャパシタと電池を結合したエネルギー貯蔵システム及び方法を提供する。【解決手段】第１の装置端子４８、第２の装置端子４９、第１の装置端子及び第２の装置端子との間に接続された電池３０並びに該電池と並列に接続されたキャパシタ２０を含むエネルギー貯蔵装置４００であって、整流器６３が第１の端子とキャパシタとの間に接続されている。整流器は、第１の端子からキャパシタに電流を実質的に一方向に流させるように設けられる。スイッチがキャパシタと第１の端子との間にあってもよい。電流リミッタが、第１の端子とキャパシタとの間にあってもよい。一体化された電池収容部及びキャパシタ収容部を有する収容体を含んでもよい。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の装置端子及び第２の装置端子と、
前記第１の装置端子と前記第２の装置端子との間に接続された電池と、
前記電池と並列に接続されたキャパシタと、
前記キャパシタと前記第１の装置端子との間で電気的な通信を選択的に制御するように構成された、前記キャパシタと前記第１の装置端子との間の第１のスイッチと、
前記第１の装置端子に対する外部出力の損失を検出するのに応じて、前記第１のスイッチを閉じ、且つ、前記第１のスイッチが所定の時間だけ閉じていた後に、前記第１のスイッチを開放するように構成されたコントローラとを備えている、エネルギー貯蔵装置。
【請求項２】
請求項１のエネルギー貯蔵装置において、
前記第１の装置端子と前記キャパシタとの間に接続された整流器をさらに備え、
前記整流器は、前記第１の装置端子から前記キャパシタに電流を実質的に一方向に流させるように設けられている、エネルギー貯蔵装置。
【請求項３】
請求項２のエネルギー貯蔵装置において、
前記整流器は、ダイオードを含む、エネルギー貯蔵装置。
【請求項４】
請求項１のエネルギー貯蔵装置において、
前記コントローラは、前記電池の出力電圧が閾値以下に降下した場合に、前記第１のスイッチを開放するように構成されている、エネルギー貯蔵装置。
【請求項５】
請求項１のエネルギー貯蔵装置において、
前記電池と前記第１の装置端子との間の第２のスイッチをさらに備え、
前記第２のスイッチは、前記電池と前記第１の装置端子と間で電気的な通信を選択的に制御するように構成されている、エネルギー貯蔵装置。
【請求項６】
請求項５のエネルギー貯蔵装置において、
前記コントローラは、前記第１の装置端子の電圧が第１の閾値を超えて増大した場合に、前記第１のスイッチを閉じ且つ前記第２のスイッチを開放するように構成されている、エネルギー貯蔵装置。
【請求項７】
請求項６のエネルギー貯蔵装置において、
前記コントローラは、前記キャパシタの出力電圧が第２の閾値を超えた場合に、前記第２のスイッチを閉じるように構成されている、エネルギー貯蔵装置。
【請求項８】
請求項１のエネルギー貯蔵装置において、
前記第１のスイッチは、整流器と並列である、エネルギー貯蔵装置。
【請求項９】
請求項８のエネルギー貯蔵装置において、
前記整流器と前記キャパシタとの間の第３の装置端子をさらに備え、
前記第１のスイッチは、前記第１の装置端子と前記第３の装置端子との間に配置されている、エネルギー貯蔵装置。
【請求項１０】
請求項１のエネルギー貯蔵装置において、
前記キャパシタから外部の装置へ電力を供給するように構成された第３の装置端子をさらに備え、
電流リミッタは、前記第１の装置端子と前記第３の装置端子との間にわたる、エネルギー貯蔵装置。
【請求項１１】
請求項１０のエネルギー貯蔵装置において、
前記電流リミッタは、正温度係数抵抗器及び抵抗性ブリッジのうちの少なくとも１つを有している、エネルギー貯蔵装置。
【請求項１２】
請求項８のエネルギー貯蔵装置において、
前記整流器と前記キャパシタとの間に直列に接続された電流リミッタをさらに備えている、エネルギー貯蔵装置。
【請求項１３】
請求項１２のエネルギー貯蔵装置において、
前記電流リミッタは、正温度係数抵抗器を含む、エネルギー貯蔵装置。
【請求項１４】
請求項１のエネルギー貯蔵装置において、
前記第１の装置端子と前記キャパシタとの間に配置され、且つ、前記第１の装置端子と第３の装置端子との間に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータをさらに備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
整流器と、
前記第２の装置端子と前記整流器との間に接続されたスイッチと、
前記スイッチを制御するように構成されたブーストコントローラと、
前記第１の装置端子と前記整流器との間に、前記整流器と直列に接続されたインダクタとを有している、エネルギー貯蔵装置。
【請求項１５】
請求項１４のエネルギー貯蔵装置において、
前記整流器は、第１の整流器と、前記第１の装置端子と前記第３の装置端子との間に前記第１の整流器及び前記インダクタと並列に接続された第２の整流器とをさらに有している、エネルギー貯蔵装置。
【請求項１６】
請求項１４のエネルギー貯蔵装置において、
前記インダクタは、可飽和インダクタを含む、エネルギー貯蔵装置。
【請求項１７】
請求項１のエネルギー貯蔵装置において、
一体化された電池収容部、キャパシタ収容部及び収容体蓋部を有する収容体をさらに備え、
前記電池は、前記一体化された電池収容部の中に入れられ、
前記キャパシタは、前記電池と並列に接続されると共に、前記キャパシタ収容部の中に入れられており、
前記第１の装置端子と前記第２の装置端子とは、前記収容体を通して延びている、エネルギー貯蔵装置。
【請求項１８】
第１の装置端子及び第２の装置端子と、
前記第１の装置端子と前記第２の装置端子との間に接続された電池と、
前記電池と並列に接続されたキャパシタと、
前記キャパシタと前記第１の装置端子との間で電気的な通信を選択的に制御するように構成された、前記キャパシタと前記第１の装置端子との間の第１のスイッチと、
前記電池と前記第１の装置端子と間で電気的な通信を選択的に制御するように構成された、前記電池と前記第１の装置端子との間の第２のスイッチと、
前記第１の装置端子の電圧が第１の閾値を超えて増大した場合に、前記第１のスイッチを閉じ且つ前記第２のスイッチを開放すると共に、前記キャパシタの出力電圧が第２の閾値を超えた場合に、前記第２のスイッチを閉じるように構成されたコントローラとを備えている、エネルギー貯蔵装置。
【請求項１９】
請求項１８のエネルギー貯蔵装置において、
前記第１の装置端子と前記キャパシタとの間に接続された整流器とをさらに備え、
前記整流器は、前記第１の装置端子から前記キャパシタに電流を実質的に一方向に流させるように設けられている、エネルギー貯蔵装置。
【請求項２０】
請求項１９のエネルギー貯蔵装置において、
前記整流器は、ダイオードを含む、エネルギー貯蔵装置。
【請求項２１】
請求項１８のエネルギー貯蔵装置において、
前記第１のスイッチは、整流器と並列である、エネルギー貯蔵装置。
【請求項２２】
請求項２１のエネルギー貯蔵装置において、
前記整流器と前記キャパシタとの間の第３の装置端子をさらに備え、
前記第１のスイッチは、前記第１の装置端子と前記第３の装置端子との間に配置されている、エネルギー貯蔵装置。
【請求項２３】
第１の装置端子及び第２の装置端子と、
前記第１の装置端子と前記第２の装置端子との間に接続された電池と、
前記電池と並列に接続されたキャパシタと、
前記キャパシタと前記第１の装置端子との間で電気的な通信を選択的に制御するように構成された、前記キャパシタと前記第１の装置端子との間の第１のスイッチと、
前記第１の装置端子と前記キャパシタとの間に配置され、且つ、前記第１の装置端子と第３の装置端子との間に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータとを備え、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、
第１の整流器と、
前記第２の装置端子と前記第１の整流器との間に接続された第２のスイッチと、
前記第２のスイッチを制御するように構成されたブーストコントローラと、
前記第１の装置端子と前記第１の整流器との間に、該第１の整流器と直列に接続されたインダクタと、
前記第１の装置端子と前記第３の装置端子との間に、前記第１の整流器及び前記インダクタと並列に接続された第２の整流器とを有している、エネルギー貯蔵装置。
【請求項２４】
請求項１５のエネルギー貯蔵装置において、
前記インダクタは、可飽和インダクタを含む、エネルギー貯蔵装置。
【請求項２５】
請求項２３のエネルギー貯蔵装置において、
前記第２の整流器は、前記第１の装置端子と前記キャパシタとの間に接続され、且つ、前記第１の装置端子から前記キャパシタに電流を実質的に一方向に流させるように設けられている、エネルギー貯蔵装置。
【請求項２６】
請求項２３のエネルギー貯蔵装置において、
前記第１の整流器及び前記第２の整流器のうちの少なくとも１つは、ダイオードを含む、エネルギー貯蔵装置。
【請求項２７】
請求項２３のエネルギー貯蔵装置において、
前記第１のスイッチは、前記第２の整流器と並列である、エネルギー貯蔵装置。
【請求項２８】
請求項２３のエネルギー貯蔵装置において、
前記第１のスイッチは、前記第１の装置端子と前記第３の装置端子との間に配置されている、エネルギー貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、結合されたキャパシタと電池との結合体に関し、また、そのような結合体の作製方法及び使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電池又はキャパシタを含む装置のような、多くの異なるタイプのエネルギー貯蔵システムが知られている。このような従来のエネルギー貯蔵システムは、車両のスタータのような、他の装置に電力を供給するように実現される。
【０００３】
従来の車両用の電池には、いくつかの制限がある。１つの制限は、サイクル効率に制限がある場合があり、これにより、再充電性能の低下又は所定回数の充放電サイクルを経た後に充電能力を完全に失うことすら経験する場合がある。例えば、定常的に電力から気体の動力へと調整するスタータを使用するハイブリッド車両のような、エンジンの始動及び停止を繰り返す車両に用いられる際に、電池のサイクル効率が低下する場合がある。また、電池のサイクル効率は、以下に述べるように、ある温度条件下で影響を受ける場合がある。ここで、内燃機関を伴うハイブリッド車両及び車両を参考としながら、ここに記述される実施形態は、他の車両又は車両でないシステムにも用いられる場合があることは理解されるであろう。
【０００４】
電池は、いくつかの異なった測定法を用いて評価される。例えば、コールドクランキングアンペア（ＣＣＡ）は、電池工業において、低温でエンジンを始動するための電池能力を定義するのに用いられる評価である。該評価は、新しく且つ十分に充電された１２ボルト電池において、少なくとも７．２Ｖの電圧を維持しながら、０°Ｆ（約−１７．８℃）で３０秒間供給できる電流値である。このＣＣＡの評価が高いほど、電池の始動力は大きくなる。
【０００５】
用語「ＣＡ」は、クランキングアンペアを意味し、新しく且つ十分に充電された電池の３２°Ｆ（０℃）における電流値での放電負荷に対して３０秒間連続して放電できると共に、セル当たり１．２Ｖ以上の端子電圧を維持できる記述に用いられる。加えて、用語「予備容量（ＲＣ）」は、作動していないオルタネータ又はファンベルトを持つ車両を作動させる電池能力を定義するのに用いられる用語である。該評価は、８０°Ｆ（約２６．７℃）での１２ボルト電池が２５Ａで放電できると共に、１０．５Ｖの電圧を維持できる時間（分数）である。この予備容量（余力）の評価が高いほど、オルタネータ又はファンベルトが作動しなくなるであろう車両の作動をより長くすることができる。
【発明の概要】
【０００６】
本開示に係るシステム、方法及び装置は、それぞれいくつかの革新的な態様を有しており、これらのうちのいずれの１つも単独では、ここに開示された好ましい特性の要因とはならない。
【０００７】
本開示に記載された主題の一の革新的な態様は、エネルギー貯蔵装置として実現され得る。エネルギー貯蔵装置は、第１の装置端子と第２の装置端子とを含む。エネルギー貯蔵装置は、第１の端子と第２の端子との間に接続された電池を含む。エネルギー貯蔵装置は、電池と並列に接続されたキャパシタを含む。エネルギー貯蔵装置は、第１の端子とキャパシタとの間に接続された整流器を含む。整流器は、第１の端子からキャパシタに電流を実質的に一方向に流させるように設けられる。
【０００８】
本開示に記載された主題の他の革新的な態様は、エネルギー貯蔵装置として実現され得る。エネルギー貯蔵装置は、第１の装置端子と第２の装置端子とを含む。エネルギー貯蔵装置は、第１の端子と第２の端子とを接続する電池を含む。エネルギー貯蔵装置は、電池と並列に接続されたキャパシタを含む。エネルギー貯蔵装置は、キャパシタと第１の端子との間の第１のスイッチを含む。第１のスイッチは、キャパシタと第１の端子との間の電気的な通信を選択的に制御するように設けられる。
【０００９】
本開示に記載された主題の他の革新的な態様は、エネルギー貯蔵装置として実現され得る。エネルギー貯蔵装置は、第１の装置端子と第２の装置端子とを含む。エネルギー貯蔵装置は、第１の端子と第２の端子とを接続するキャパシタを含む。エネルギー貯蔵装置は、キャパシタと並列に接続された第１の電池を含む。エネルギー貯蔵装置は、第１の電池とキャパシタとの間に並列に接続された第２の電池を含む。エネルギー貯蔵装置は、第１の電池と第２の電池との間に並列に接続された第１の整流器を含む。エネルギー貯蔵装置は、第２の端子と第１の整流器との間に接続された第２の整流器を含む。エネルギー貯蔵装置は、第１の整流器と第１の端子との間に接続された第３の整流器を含む。
【００１０】
本開示に記載された主題の他の革新的な態様は、エネルギー貯蔵装置として実現され得る。エネルギー貯蔵装置は、電源から電力を受けるように構成された第１の正極装置端子を含む。エネルギー貯蔵装置は、負極又は接地端子を構成する第２の装置端子を含む。エネルギー貯蔵装置は、第１の端子と第２の端子との間に接続された電池を含む。エネルギー貯蔵装置は、電池と並列に接続されたキャパシタを含む。エネルギー貯蔵装置は、第１の端子とキャパシタとの間にわたる電流リミッタを含み、該電流リミッタは、キャパシタが外部の装置を作動した際に、電池から引き出される電流量を低減するように設けられる。
【００１１】
本開示に記載された主題の他の革新的な態様は、自己平衡結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置として実現され得る。エネルギー貯蔵装置は、電源から電力を受けるように構成された第１の正極装置端子を含む。エネルギー貯蔵装置は、負極又は接地端子を構成する第２の装置端子を含む。エネルギー貯蔵装置は、第１の端子と第２の端子との間に直列に接続された２つ又はそれ以上の電池を有する電池バンク（電池列）を含む。エネルギー貯蔵装置は、直列に接続された２つ又はそれ以上のキャパシタを有するキャパシタバンク（キャパシタ列）を含む。キャパシタバンクは、電池バンクと並列に接続される。エネルギー貯蔵装置は、電池バンクとキャパシタバンクとの間に延びる２つ又はそれ以上の配線を含み、各配線は、キャパシタバンクにおけるキャパシタの隣接ペアと対応する間のノード（節）と接続された第１の端部と、電池の隣接ペアと対応する間のノード（節）と接続された第２の端部とを含む。
【００１２】
本開示に記載された主題の他の革新的な態様は、結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置として実現され得る。エネルギー貯蔵装置は、一体化された電池収容部、キャパシタ収容部及び収容体蓋部を有する収容体を含む。エネルギー貯蔵装置は、複数の電池電極と、一体化された電池収容部の中に直接に入れられた電解質とを含み、一体化された電池収容部の中に一体化された電池を形成するように設けられる。エネルギー貯蔵装置は、電池と並列に接続されたキャパシタを含み、キャパシタ収容部の中に入れられる。エネルギー貯蔵装置は、第１の装置端子と、収容体を通して延びる第２の装置端子とを含む。
【００１３】
本開示に記載された主題の他の革新的な態様は、結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置の製造方法として実現され得る。製造方法は、エネルギー貯蔵装置収容体を用意する工程を含み、該装置収容体は、一体化された電池収容部、キャパシタ収容部及び収容体蓋部を有する。製造方法は、複数の電池電極を電池収容部に挿入する工程を含み、各電池電極は、第１の電池セル端子と第２の電池セル端子とを有する。製造方法は、電池収容部に電解質を充填する工程を含む。製造方法は、複数の第１の電池セル端子と複数の第２の電池セル端子とを接続して、それぞれ第１の電池端子と第２の電池端子とを形成する工程を含む。製造方法は、１つ又はそれ以上のキャパシタをキャパシタ収容部に挿入する工程を含み、１つ又はそれ以上のキャパシタは、第１のキャパシタ端子と第２のキャパシタ端子とを有する。製造方法は、第１の電池端子と第１のキャパシタ端子とを接続し、且つ、第２の電池端子と第２のキャパシタ端子とを接続する工程を含む。製造方法は、電池収容部とキャパシタ収容部とを収容体蓋部によって覆う工程を含む。製造方法は、収容体を通して延びる第１の装置端子と第２の装置端子とを形成する工程を含む。
【００１４】
本開示に記載された主題の他の革新的な態様は、エネルギー貯蔵装置として実現され得る。エネルギー貯蔵装置は、エネルギー貯蔵装置収容体を含む。エネルギー貯蔵装置収容体は、電池収容部、キャパシタ収容部、並びに電池収容部及びキャパシタ収容部を覆うように構成された収容体蓋部を含む。エネルギー貯蔵装置は、電池収容部の中に配置された電池を含む。電池は、電池収容部を閉じる電池蓋部を通して延びる第１の電池端子を含む。エネルギー貯蔵装置は、キャパシタ収容部の中に配置され、且つ、電池と並列に接続されたキャパシタを含む。キャパシタは、第１のキャパシタ端子を含む。エネルギー貯蔵装置は、第１の電池端子及び第１のキャパシタ端子と電気的に接続された第１のバスバーを含む。エネルギー貯蔵装置は、エネルギー貯蔵装置収容体を通して延び、且つ、第１の電池端子及び第１のバスバーと電気的に接続されるように構成された第１の外部装置端子を含む。
【００１５】
本開示に記載された主題の他の革新的な態様は、結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置の製造方法として実現され得る。製造方法は、電池収容部、キャパシタ収容部、並びに電池収容部及びキャパシタ収容部を覆うように構成された収容体蓋部を有するエネルギー貯蔵装置収容体を用意する工程を含む。製造方法は、電池収容部の中に電池を備え付ける工程を含む。電池は、電池収容部を閉じる電池蓋部を通して延びる第１の電池端子を含む。製造方法は、キャパシタをキャパシタ収容部に挿入する工程を含む。キャパシタは、第１のキャパシタ端子を含む。製造方法は、第１のバスバーを第１の電池端子と第１のキャパシタ端子とに接続する工程を含む。製造方法は、第１の外部装置端子を、エネルギー貯蔵装置収容体を通して延ばす工程を含む。製造方法は、第１の外部装置端子を、第１の電池端子及び第１のバスバーと電気的に接続する工程を含む。
【００１６】
本開示に記載された主題の１つ又はそれ以上を実現する詳細は、以下の図面及び実施形態と共に論述する。本開示に供された例示は、主として車両システムに関して記載されてはいるものの、ここに供される概念は、エネルギー貯蔵システムが実現されるのと同等又はその範囲内において他の型のシステムに適用可能である。他の特徴、態様、及び有利な点は、明細書、図面及び特許請求の範囲から明らかとなる。以下の図面における相対的な寸法は、縮尺で描かれていないことに注意を要する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１はキャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る一実施形態を示す斜視図である。
【図２Ａ】図２Ａは２端子キャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る一実施形態を示す部分カットによる正面透視及び分解組立図である。
【図２Ｂ】図２Ｂはキャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置内に実現され得るキャパシタバンクを示す左側面透視図である。
【図３】図３は３端子キャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る一実施形態を示す部分カットによる正面透視図である。
【図４】図４はキャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る一実施形態を示す正面透視分解組立図である。
【図５】図５はキャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る他の実施形態を示す正面透視分解組立図である。
【図６Ａ】図６Ａはキャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置内に実現され得る端子とバスバーとの一実施形態を示す側面断面図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは図６Ａにおける端子とバスバーとを示す分解組立側面断面図である。
【図７】図７は可撓性バスバーを伴うキャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る一実施形態を示す側面図である。
【図８】図８は２つの外部端子を伴うキャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る一実施形態を示す概略図である。
【図９】図９は３つの外部端子及び整流器を伴うキャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る一実施形態を示す概略図である。
【図１０】図１０は整流器と直列接続された電流リミッタを伴う図９に示すキャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る一実施形態を示す概略図である。
【図１１】図１１はＤＣ／ＤＣコンバータを伴うキャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る他の実施形態を示す概略図である。
【図１２】図１２は他の実施形態に係る、図１１に示すＤＣ／ＤＣコンバータの一形態を伴うキャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置を示す概略図である。
【図１３】図１３は主整流器と並列接続されたＤＣ／ＤＣコンバータを伴う図１２に示すキャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る他の実施形態を示す概略図である。
【図１４Ａ】図１４Ａは２つのスイッチを伴う２端子型キャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る一実施形態を示す概略図である。
【図１４Ｂ】図１４Ｂは２つのスイッチを伴う２端子型キャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る他の実施形態を示す概略図である。
【図１５】図１５は１つのスイッチを伴う３端子型キャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る一実施形態を示す概略図である。
【図１６】図１６は２つの端子の間に設けられた電流リミッタを伴う３端子型キャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る一実施形態を示す概略図である。
【図１７】図１７は整流器ネットワークを伴う３端子型キャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る一実施形態を示す概略図である。
【図１８】図１８はキャパシタバンク及び電池バンクを伴う２端子型キャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置に係る一実施形態を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係るいくつかの実施形態は、キャパシタシステムと結合された電池システムを含む結合型エネルギー貯蔵装置を供するシステム及び方法に関する。いくつかの実施形態において、電池システムは１つ又はそれ以上の電池を有する場合があり、また、キャパシタシステムは１つ又はそれ以上のキャパシタを有する場合がある。キャパシタは、ウルトラキャパシタのような、また、スーパキャパシタ又は電気２重層キャパシタとして知られているような種々の技法に基づいていてもよい。ウルトラキャパシタの例は、例えば、米国特許第７７９１８６０号、第７３５２５５８号、第７３４２７７０号、第８０７２７３４号及び第７５０８５６１号に見いだすことができる。結合された電池及びウルトラキャパシタ装置の例は、例えば、米国特許出願公開第２０１２／０２３７７９９号に見いだされ、該公報は、参照されることにより、本開示の一部又はその全体にわたって考慮される。ここで、電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）又はウルトラキャパシタが参照されるが、ここに記述された各実施形態は、他のタイプのキャパシタで実現可能であり、ＥＤＬＣ又はウルトラキャパシタに限られないことは理解されるであろう。
【００１９】
一実施形態において、結合型エネルギー貯蔵装置は、容器と一体化された、１つの電池と１つのキャパシタとを含む。いくつかの実施形態において、両電極に同等の材料が使用された対称キャパシタが用いられる場合がある。いくつかの実施形態において、２つの電極に異なる材料が使用された非対称キャパシタが用いられる場合がある。他の実施形態において、結合型エネルギー貯蔵装置は、市場で利用可能な、標準的な車両の非ハイブリッド型電池（「ＯＥＭ」電池）と同等のサイズを持つ１つに一体化された容器を含む。
【００２０】
もし指定されていなければ、ここに記述される「キャパシタ」及び「電池」の単一又は複数の外形は、それぞれ単一のキャパシタ若しくは電池、又は直列若しくは並列接続されたキャパシタバンク若しくは電池バンクのような、それぞれ複数のキャパシタ若しくは電池に該当し得る。結合型エネルギー貯蔵装置における電池と結合されたキャパシタの実現は、エネルギー貯蔵用の電池のみを含むエネルギー貯蔵システムの上記した１つ又はそれ以上の制限を減らす又は緩和するのに役立ち得る。
【００２１】
例えば、キャパシタは、一般に、充放電サイクルの回数の増大に耐え得る。このため、比較が可能な電池と比べて長いサイクル寿命を有する。従って、電池と結合されるキャパシタを用いる結合型エネルギー貯蔵装置は、サイクル寿命を改善する場合があり、始動／停止用途のような、増大した充放電サイクルを伴う用途に利点を与える場合がある。
【００２２】
また、キャパシタは、一般に、電力のより効率的な放出を与え得ると共に、比較が可能な電池と比べて短い充放電時間を与え得る。このように改善されたキャパシタ効率は、一般に比較が可能な電池に関して、キャパシタのより効率的な充電の受容性と、より高い放電レート及びより速い化学的反応速度とに帰着する場合がある。また、キャパシタは、比較が可能な電池の抵抗値と比べて低い等化直列抵抗値（ＥＳＲ）を持つ場合がある。従って、ここに記載したように、キャパシタは、一般に、オルタネータが充電を止めたような電源装置の場合に電池に生じる上記のような電圧降下を経験することがない。また、同様に、キャパシタは、電池の度を過ぎた「サイクルダウン」と比べて該「サイクルダウン」の傾向が減じる。電池との結合に用いられるキャパシタは、電池の使用時に経験されるピーク電流ストレスが減じることを見いだした。
【００２３】
また、キャパシタは、一般に、電池と比べて、いくつかの温度効果を受けにくい場合がある。例えば、キャパシタは、充電を維持でき、且つ／又は低温下でより高い電圧値を保持でき、従って、同温下における比較が可能な電池若しくは高温下における比較が可能なキャパシタと比べて高い電力を放出することができる。このようなキャパシタの態様は、例えば、該キャパシタがスタータへの電力の供給に用いられた場合の車両のイグニッションシステムに改善された性能を与えることを見いだした。
【００２４】
加えて、キャパシタがオルタネータ又は他の電源から外された場合に、より高い出力電圧、又はより高い開放電圧を有し、同一条件下の比較が可能な電池と比べて負荷の下で低い電圧降下を示す。また、このようなキャパシタの電圧降下の低減は、キャパシタが車両のエネルギー貯蔵システムに用いられた場合に、クランク出力（クランク軸を回転する力）の増大、すなわち、車両のスタータのより速いクランク速度に変換することができる。キャパシタの電圧降下における上記の改善は、低温条件下において一層高められる場合がある。
【００２５】
さらに、エネルギー貯蔵装置における電池の結合に用いられるキャパシタは、（例えば、非常灯電力、スタータ又はオルタネータ電力を供給する）電池性能の低下又は失効が起きた際に、予備エネルギー源又はバックアップエネルギー源を与えることを見いだした。
【００２６】
一実施形態は、結合型エネルギー貯蔵装置における電池とウルトラキャパシタとの結合である。電池とウルトラキャパシタとは、結合型装置の中に共に多数の異なる方法で収容することができる。例えば、いくつかの実施形態は、バッテリー評議会インターナショナル（ＢＣＩ）グループサイズ３１のような、車両用電池システムにおける１つ又はそれ以上の電池と「落とし込み式」交換用の電池システムを構成する結合型電池／キャパシタ貯蔵装置を含む。もちろん、当業者は、本開示における教示を用いれば、ＢＣＩグループのような、また、さらに以下に述べるような、他のＯＥＭサイズで且つ標準型に合致するように設計された結合型キャパシタ／電池システムを創造することができる。このように、いくつかの実施形態は、ＯＥＭ電池と同等で、実質的に同一寸法の収容体、搭載の特性及び／若しくは同等の位置及び／若しくはサイズを持つ端子、並びに／又は同等の出力評価を持つ結合型電池／キャパシタ貯蔵装置を含む。例えば、いくつかの実施形態においては、電池とウルトラキャパシタとは、６Ｖ又は１２Ｖの出力を与えるように選ばれ、標準外形因子は６ボルト又は１２ボルト電池に合わせる。いくつかの実施形態においては、標準外形因子は、鉛−酸電池の標準に合わせる。いくつかの実施形態においては、電池及びウルトラキャパシタの出力値は、標準電圧評価値に合わせ、容器の外形因子は、ウルトラキャパシタを持たない従来の１つ又はそれ以上の貯蔵セルを有する電池の更新を可能とする標準外形因子に合わせる。いくつかの実施形態は、標準外形因子と適合する容器の中に、電池及び該電池と結合された少なくとも１つのウルトラキャパシタが配置されて、外部の電池端子を介して電気エネルギーを結合型ハイブリッドエネルギー貯蔵装置に供給する電池システムのようなシステムを作製する方法を含む。いくつかの実施形態は、ウルトラキャパシタを持たない１つ又はそれ以上の従来の貯蔵セルを有する電池のための標準外形因子の代わりに、容器への搭載を可能とする少なくとも１つのアダプタを伴う、ここに記述されたエネルギー貯蔵装置の組み立てを供する工程を含む。容器は、搭載されていた場所の電池用の標準外形因子よりも小さくすることができるか、又は搭載されていた場所の電池用の標準外形因子よりも異なる形状とすることができる。
【００２７】
また、ここでの記述は、結合型電池／キャパシタ装置に対する改善された性能及び制御を与えるための、種々の電気的構成部品及び配置を伴う結合型電池／キャパシタ装置に係る実施形態である。
【００２８】
＜電池／キャパシタ結合＞
図１は、ハイブリッドキャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置１０の一実施形態を示している。ハイブリッド装置１０は、１つ又はそれ以上のキャパシタ２０（例えば、ＥＤＬＣ）と１つの電池３０とを配置可能な内部キャビティを形成する容器、すなわち収容体１２を有することができる。収容体１２は、その内部キャビティを形成するための側壁部１１、蓋部１３及び底部１５を有することができる。蓋部１３は、収容体１２の残りの部分に恒久的に又は取り外し可能に取り付けられ得る。外部装置端子４８、４９は、蓋部１３に取り付け可能であり、ハイブリッド装置１０を外部システムと接続するように設定可能である。装置端子４８、４９は、標準外形因子電池のための外部電池端子と一致するようにその大きさ及び形状を形成され得る。いくつかの実施形態においては、装置１０は、ここでの実施形態のいくつかにおいて述べるように、付加的な機能を与える第３の装置端子を有することができる。各端子は、収容体１２における上面、前面及び側面の少なくとも１つから引き出すことができる。
【００２９】
装置１０は、以下の［表１］に挙げる、いずれか１つ又はそれ以上のＢＣＩグループサイズのような、標準型ＯＥＭ電池と適合する高さ（Ｈ）、幅（Ｗ）及び深さ（Ｄ）に形成され得る。
【００３０】
【表１】
2017162817.tif 000003
2017162817.tif 000004
2017162817.tif 000005
2017162817.tif 000006
【００３１】
［表1］に挙げた高さの概略の最大高さは、端子ポストを含む。幅と長さとの測定値は、通常、電池の底の締め付け用フランジを除いた、突起したフランジを含む最も広い部位の値である。長距離用大型バス、バス及び特別なトラクタ用の酷使に耐える電池のような、リストに挙げられていないＢＣＩグループサイズを含め、他のＯＥＭサイズも実現可能であることは理解されるであろう。
【００３２】
再び、図１を参照すると、ＥＤＬＣ２０は、公知のように、各ＥＤＬＣの容器２２の中に入れられた電極と電解質とを含み得る。複数のＥＤＬＣ２０は、直列に又は並列に電気的に接続可能であり、キャパシタバンクを形成する。電池３０は、公知のように、電池極板、電解質及び他の構成部品を含むように構成された内部電池キャビティを有する容器３２を含み得る。電池３０の容器３２は、蓋部３３、底部３５及び側壁部３１を含むことができ、その内部キャビティを形成する。電池３０は、ＢＣＩグループサイズのような、標準型ＯＥＭ電池であり得る。図１における実施形態は、ＥＤＬＣ２０のための容器２２及び電池３０のための容器３２をそれぞれ含むと共に、装置１０全体のための収容体１２を含むことから、付加的な収容材料及び構造を有していてもよい。
【００３３】
ここでの、いくつかの実施形態は、電池における電極板及び電解質等のような内部にある部品を、電池とＥＤＬＣパックとの双方が収容されるように設けられた収容体と組み合わせて、結合型エネルギー貯蔵装置を供する。このような実施形態は、部品数及びこのような装置に関する製造コストを削減する。加えて、いくつかの実施形態は、電池及び／又はキャパシタの増大された充電容量を持つ装置を、付加的な外部容器の中で収容前のキャパシタ及び電池の双方を機能させる、ある装置の実施形態と同等のスペースに適合させる。例えば、１つの実施形態においては、内部電池構成部品とＥＤＬＣパックとを収容した一体化容器を伴う４２Ａｈレート（級）装置は、付加的な容器の中に入れられた収容前のキャパシタ及び電池を伴う３０Ａｈレート（級）装置を覆うのに匹敵するスペースの中に適合された。また、内部電池構成部品と外部結合型エネルギー貯蔵装置収容体との間には絶縁層がないことから、一体化された電池容器は、電池からの熱伝導及び熱放散が改善される。
【００３４】
＜電池サイドのＥＤＬＣパック＞
図２Ａは、一体型キャパシタ／電池装置１００に係る一実施形態の部分カットによる正面透視及び分解組立図である。装置１００は、図１における装置１０、電池３０及びキャパシタ２０と同様の、電池１３０及びキャパシタ１２０を含み得る。キャパシタ１２０は、並列又は直列に配置された複数のキャパシタセル１２０Ａ〜１２０Ｆを含むキャパシタバンクを有し得る。キャパシタセル１２０Ａ〜１２０Ｆの個数は、変えることができ、例示の目的で６個が示されている。キャパシタセル１２０Ａ〜１２０Ｆと装置１００の他の構成要素との電気的結合は、図２Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂを参照しながら、以下でさらに説明する。
【００３５】
図２Ａの参照を続けると、装置１００は、１つ又はそれ以上の側壁１１１Ａ〜１１１Ｄ、底部１１５及び蓋部１１３を有する装置収容体１１２を含み得る。装置収容体１１２は、電池又は該電池の一部を含むように構成された内部電池キャビティ１１６を伴う電池収容部１１４を含み得る。例えば、電池収容部１１４は、図１に示した装置収容体１２と同等の、その外部容器３２を含むＯＥＭ電池のような、パッケージされた電池３０を収容するように構成され得る。このように、個別の電池は、電池収容部１１４の中に入れることができる。
【００３６】
いくつかの実施形態において、装置収容体１１２は、一体化された電池収容部１１４を形成でき、これにより、一体化された電池を収容する。例えば、内部電池キャビティ１１６は、１つ又はそれ以上の電池電極、電池セル端子及び他の電気的接続部、並びに電解質等（図示せず）の、電池の内部部品を収容するように構成され得る。しかし、図１に示したハイブリッド装置１０における全体の外部電池容器３２及び全体の外部収容体１２は要求されない。例えば、内部電池キャビティ１１６は、側壁１１１Ａ〜１１１Ｃの一部、底部１１５の一部、電池蓋部１３３、及び側壁１１１Ｂと側壁１１１Ｄとの間に延びる内部側壁１１７から形成することができる。
【００３７】
いくつかの実施形態において、内部電池キャビティ１１６は、電池収容部１１４の中の一続きの隔壁１１９により、複数のサブキャビティ１１６Ａに分割することができる。各サブキャビティ１１６Ａは電池電極を収容することができ、これにより、内部電池キャビティ１１６の中に、１つ又はそれ以上の独立した電池セルを形成する。各電池セルは、正又は負の電池セル端子（図示せず）を含み得る。これらの電池セル端子は、公知の個別のＯＥＭ電池と同様に共に電気的に接続されることができ、且つ、蓋部１３３を通して延びる内部電池端子４１、４２と電気的に導通するように配置され得る。「内部電池端子」は、エネルギー貯蔵装置収容体の中に配置された個別の電池のための外部端子として、又はここにさらに記述されるように、一体化された電池容器の中に形成された一体化された電池の電池端子として形状を定めることができる。
【００３８】
図２Ａに示した、一体化された電池収容部１１４を伴う装置１００の実施形態は、図１に示した電池容器３２における１つ又はそれ以上の側壁部３１及び底部３５を不要とすることができる場合がある。このように、装置１００は、完全且つ付加的な個別の外部電池容器を必要とされることなく、電池１３０をハイブリッドエネルギー貯蔵装置１００の装置収容体１１２の中に直接に一体化することができる。図２Ａを再度参照すると、いくつかの実施形態においては、装置１００の一体化された装置収容体１１２の全て又は一部は、一体に形成されて分割できない構成部品を含み得る。いくつかの実施形態においては、側壁１１１Ａ〜１１１Ｄ、底部１１５及び内部側壁１１７は、例えば、モールディング又は他の好適な方法により、一体に形成された一体成形構成部品であり得る。
【００３９】
装置収容体１１２は、キャパシタ１２０Ａ〜１２０Ｆを含むように構成された内部キャパシタキャビティ１２６を伴うキャパシタ収容部１２４に分割され得る。キャパシタ収容部１２４は、電池収容部１１４と水平に隣接して配置することができる。内部電池構成部品は、一般に行われているように、電池収容部１１４の内部キャビティ１１６に詰められることができ、接続されて内部電池端子を形成し且つ電池蓋部１３３で覆われるか封止され得る、上述した電池セル端子と接続することができる。キャパシタ収容部１２４には、キャパシタ１２０Ａ〜１２０Ｆを詰めることができ、さらに以下に記述するように、該キャパシタ１２０Ａ〜１２０Ｆと電池１３０との間の電気的接続がなされ得る。装置収容体１１２は、装置カバー１１３によって閉じられるか封止され得る。いくつかの実施形態においては、電池蓋部１３３は省くことができ、装置カバー１１３は、電池収容部１１４とキャパシタ収容部１２４との双方を覆うように用いることができる。
【００４０】
キャパシタキャビティ１２６は、３つの側壁１１１Ａ、１１１Ｂ及び１１１Ｄの各一部と、底部１１５の一部と、内部側壁１１７と、蓋部１１３から形成され得る。このように、側壁１１１Ａ、１１１Ｂ及び１１１Ｄと底部１１５と内部側壁１１７とは、電池収容部１１４の一部とキャパシタ収容部１２４の一部との双方を形成し得る。このように、キャパシタ収容部１２４と電池収容部１１４とは、１つ又はそれ以上の共通の側壁を共有することができる。いくつかの実施形態においては、キャパシタ１２０と電池１３０の内部構成部品とを、付加的な介在壁を用いることなく適当な場所に置かれ得る。いくつかの実施形態においては、電池１３０は、１つ又はそれ以上の側壁１１１の一部及び／又は底部１１５の一部と内部電池構成部品との間に介在する構造を採ることなく、該１つ又はそれ以上の側壁１１１の一部及び／又は底部１１５の一部の中に形成され得る。
【００４１】
電池収容部１１４とキャパシタ収容部１２４との双方を形成する１つ又はそれ以上のこれらの共通の側壁を含む装置収容体１１２の実施形態は、付加的に介在する余分な壁を用いることなく、装置１００の全体的なスペースの許容範囲（外皮）を縮小することができる。加えて、装置１００における電池及び／又はキャパシタの充電容量を増大することができ、また、装置１００の中の電池１３０からの熱伝導及び熱放散は、所定のスペースの許容範囲を拡大することができる。このような利点は、例えば、ハイブリッド装置１００が、標準型ＯＥＭ電池における所定のスペースの許容範囲と合致するように構成されている場合に有益となる。
【００４２】
装置１００のキャパシタ収容部１２４は、種々の量、大きさ、形状及び／又は方向を持つキャパシタを収容するために、ある大きさと形状とに形成することができ、また、１つの大きさ、又は１つの形状、又は１つの方向よりも多いキャパシタを収容するために、ある大きさと形状とに形成してもよい。例えば、キャパシタ収容部１２４は、拡張可能であってもよく、且つ／又はキャパシタ容量の拡張を許す余分の収容力を含むようにある大きさに形成してもよい。図２Ａに示したキャパシタ収容部１２４は、示された眺め（ビュー）に対して水平若しくは垂直に、又は（示された眺めの面の内側又は外側への）接線に沿って延びるように構成することができる。加えて、図２Ａにおいて、キャパシタ１２０Ａ〜１２０Ｆは、ほぼ水平に見えるものの、このＥＤＬＣは、１つ又はそれ以上の行若しくは列、又はそれらの組み合わせにおいて、垂直、水平及び接線の方向に配置することができる。
【００４３】
図３は一体型キャパシタ／電池装置２００の３端子型の実施形態を示す部分カットによる正面透視図である。該装置２００は、図２Ａに示す装置１００と同等ではあり得るが、付加的な機能を与える第３の装置端子５０を伴う。装置２００の機能に関するさらなる詳細と、図２Ｂ及び図３に示す配線、端子及びバスバーの構成とは、以下に与えられる。
【００４４】
＜電池上のＥＤＬＣパック＞
図４及び図５は、それぞれ、結合型キャパシタ／電池装置１００Ａ、１００Ｂの実施形態を示す正面透視分解組立図である。図４及び図５に示される実施形態は、図２Ａ〜図３に示した実施形態と１つ又はそれ以上の差異を有しつつ同等であり得る。
【００４５】
図４及び図５に示す実施形態において、電池収容部２１４は、キャパシタ収容部２２４と（上方又は下方に）垂直に近接するように構成され得る。例示の目的として、電池収容部２１４は、電池２３０がキャパシタ１２０の下方に置かれ得るように、キャパシタ収容部２２４の下方に置かれる。蓋部２１３は、キャパシタ収容部２２４を覆うか又は封止するように構成されて、該キャパシタ収容部２２４の中にキャパシタ１２０を収容する。
【００４６】
分離蓋部２３４は、電池収容部２１４とキャパシタ収容部２２４と間に置かれ得る。分離蓋部２３４は、上述（図２Ａ〜図３）した電池蓋部１３３及び内部側壁１１７の双方の２つの機能を与え得る。例えば、分離蓋部２３４は、電池収容部２１４の内部キャビティ２１６を共に覆うように構成することができ、これにより、キャパシタ収容部２２４から電池収容部２１４を分離することができる。分離蓋部２３４は、電池収容部２１４を少なくとも部分的に封止することができる。例えば、分離蓋部２３４は、電池収容部２１４の中の電池内容物を十分に封止して、なお内部からの部分的な通気をさせながらも、漏れを防止又は低減してもよい。分離蓋部２３４は、そのような封止機能を与えながら、電池収容部２１４に取り外し可能に又は恒久的に取り付けられることができる。このような実施形態は、図２Ａ〜図３に示す、電池蓋部１３３と、電池収容部１１４及びキャパシタ収容部１２４の間の側壁１１７との双方の必要性を低減し得る。電池蓋部１３３の機能と、電池構成部品２１４及びキャパシタ構成部品２２４の間のセパレータの機能とを統合することにより、装置１００Ａ、１００Ｂの分離蓋部２３４を含む実施形態は、電池及び／又はキャパシタの充電容量をさらに増大することができ、且つ、電池から所定のスペースの許容範囲への熱伝導及び熱拡散を改善することができる。
【００４７】
図４及び図５に対する参照を続けると、装置収容体２１２の側壁２１１は、電池収容部２１４の一部を形成する電池部側壁１１１Ａを含んでもよく、且つ、キャパシタ収容部２２４の一部を形成するキャパシタ部側壁１１１Ｂを含んでもよい。側壁１１１Ａ、１１１Ｂは、多くの異なる手法によって構成することができる。例えば、側壁１１１Ｂは、分離蓋部２３４に取り付け且つ上方に延ばし得る。いくつかの実施形態においては、側壁１１１Ａは、側壁１１１Ｂの中に形成された外辺部の中に挿入されるように構成された分離蓋部２３４と共に、側壁１１１Ｂから上方に延ばし得る。いくつかの実施形態においては、側壁１１１Ｂは蓋部２１３から下方に延ばすことができ、キャパシタ収容部２２４を形成し且つキャパシタ１２０を収容する。側壁１１１Ｂは、分離された構成部品となる蓋部２１３と共にキャパシタ収容部２２４を形成し得る分離部として構成することができる。これにより、ここに記述された装置収容体及びその種々の部分は、製法の多様性をもって個別に又は一体に形成され得る。
【００４８】
図４及び図５に示す実施形態は、一般にＥＤＬＣよりも濃密で、従って重くなり得る電池の場合、取り扱い等のための重量配分を改善してもよい。この場合の電池は、装置１０の全体の幅にわたってほぼ均一に分配される。いくつかの実施形態においては、電池は、キャパシタの下方に置かれて、装置１０の転倒を防止する。該装置１０は、重量配分と取り扱いをより改善する。
【００４９】
図４及び図５に示す結合型電池／キャパシタ貯蔵装置に係る実施形態において、寸法が９．３インチ（Ｌ）×６．８インチ（Ｗ）×７．０インチ（Ｈ）であるグループ７５／２５電池（１２Ｖ）を使用することができる。一体型電池は、容器のほぼ３分の２の高さを占めるように構成され得る。本実施形態においては、キャパシタは、キャパシタ収容部の中で残りが９．０インチ（Ｌ）×６．５インチ（Ｗ）×２．３インチ（Ｈ）と見積もられた容積を占め得る。本実施形態は、グループ７５／２５電池、又は記載された電圧及び寸法に限られず、また、例示的な目的に過ぎないことは理解されるであろう。
【００５０】
＜端子／バスバー＞
図６Ａ及び図６Ｂは、それぞれ、図２Ａ及び図３に示す実施形態のような、結合型電池／キャパシタ貯蔵装置の中に実現され得る電気的接続、端子及びバスバーの構成に係る実施形態を示す分解組立側面断面図である。図２Ｂは、図２Ａ及び図３による装置１００及び２００のような、キャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置の中に実現され得るキャパシタバンクを示す左側面透視図である。
【００５１】
例示の目的で、図２Ａ、図３、図６Ａ及び図６Ｂの実施形態は、横並びすなわち水平に近接した結合型電池／キャパシタ装置の文脈で示されている。しかしながら、ここで述べ、且つ図４及び図５に示した実施形態のような、上下すなわち垂直に近接した結合型電池／キャパシタ装置の端子及びバスバーの構成を使用できることは理解されるであろう。加えて、本実施形態は、一体化された電池又は個別の電池を伴うエネルギー貯蔵装置におけるバスバーの構成を使用することができる。
【００５２】
図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、キャパシタ１２０Ａ〜１２０Ｆは、それぞれキャパシタ端子１２３Ａ、１２３Ｂを含むことができ、該キャパシタ端子１２３Ａ、１２３Ｂは、互いに直列又は並列に接続されて、キャパシタバンク１２０を形成することができる。キャパシタ端子１２３Ａ、１２３Ｂは、複数のキャパシタ配線又はバスバー等と接続され得る。例示の本実施形態において、キャパシタ配線１２１Ａ〜１２１Ｅは、バンク１２０内の隣接するキャパシタにおいて、キャパシタ端子１２３Ａ、１２３Ｂの間を延びると共に、両者を電気的に接続する。例えば、配線１２１Ａ（図２Ａ）は、キャパシタ１２０Ａの端子１２３Ａをキャパシタ１２０Ｃの端子１２３Ｂと接続する等々ができる。例示の本実施形態においては、キャパシタ１２０Ａ〜１２０Ｆは、キャパシタ１２０Ａの端子１２３Ｂが第１のキャパシタバンク端子１２５を形成し、キャパシタ１２０Ｂの端子１２３Ａが第２のキャパシタバンク端子１２７を形成するように、配線１２１Ａ〜１２１Ｅは、直列に接続される。
【００５３】
図２Ａ及び図２Ｂを参照すると、結合型電池／キャパシタ装置１００は、内部電池端子４１、４２を有する２端子装置として構成され得る。電池端子４１、４２は、各端子を貫通して延びる１つ又はそれ以上の開口部４３を含み得る。開口部４３は、ブッシング（套管）又はねじを切られた開口部から構成され得る。いくつかの実施形態においては、電池端子４１、４２は、電池蓋部１３３にインサート成形され得る。内部電池構成部品は、開口部４３に固定されるように構成された内部端子ポストを含み得る。内部端子ポストは、鉛のような、好適な端子材料から構成され得る。内部端子ポストは、開口部４３に対して誘導溶接のような種々の方法により固定することができる。電池端子４１、４２における内部ねじは、以下でさらに記述するように、結合型エネルギー貯蔵装置に対する外部端子と同様に、電池をキャパシタバンク１２０との接続に用いられ得る。
【００５４】
例示の実施形態において、第１の電池端子４１は、第１のバスバー４４をキャパシタバンク１２０の第１のキャパシタバンク端子１２５と接続することができる。第１のバスバー４４は、いかなる形状又は多くの形状を取り得る。例えば、例示の実施形態においては、第１のバスバー４４は、電池１３０の側面に沿って延び、且つ電池端子４１をキャパシタバンク端子１２５（図２Ｂ）と接続する下方延伸部４４Ａを有する。上方延伸部４４Ｂは、該上方延伸部４４Ｂから第１の外部装置端子４８に延びる横延伸部４４Ｃを伴い、電池１３０の側面に沿って延び得る。第１の外部装置端子４８は、第１のバスバー４４から延伸でき、該装置１００を車両用電気システムとの接続のような第１ポイントで外部システムと接続する（例えば、図３、図６Ａ、６Ｂ及び図８〜図１８を参照。）。
【００５５】
図２Ａ及び図２Ｂを再度参照すると、第２の電池端子４２は、第２のバスバー４６をキャパシタバンク１２０の第２のキャパシタバンク端子１２７と接続することができる。第２の外部装置端子４９は、第２のバスバー４６から延伸でき、該装置１００を車両用電気システムとの正の接続のような第２ポイントで外部システムと接続する（例えば、図２Ａ、図６Ａ、６Ｂ及び図８〜図１８を参照。）。外部装置端子４８、４９は、一体型貯蔵装置１００における蓋部１１３の一部に取り付けることができる。外部装置端子４８、４９は、標準型ＯＥＭ電池における端子の実寸法と一致するように形成され得る。ここに記述された外部装置端子は、蓋部１１３、側壁１１１Ａ〜１１１Ｄ、底部１１５、又はエネルギー貯蔵装置１００の他の部分から延長し得る。
【００５６】
図３を参照すると、装置２００の３端子型実施形態は、図２Ａに示す装置１００の２端子型実施形態と同様ではあるが、第２のバスバー４６から蓋部１１３を通して延びる付加的外部端子５０を伴う。付加的な電気構成部品は、装置端子４８、４９及び５０、電池端子４１、４２、バスバー４４、４６、キャパシタ端子、又は装置２００内の付加的な機能のための他の部位のうちの１つ又はそれ以上と接続することができる。例えば、図３は、バスバー４６における部位４６Ａと部位４６Ｂとの間に置かれ得る電気構成部品５４を示している。付加的な電気構成部品及び機能を伴うハイブリッド型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置の実施形態は、図８〜図１８を参照しながら以下に記述される。
【００５７】
＜端子バスバーと外部装置端子との接続＞
図６Ａ及び図６Ｂは、外部装置端子４８、電池蓋部１３３、装置蓋部１１３、バスバー４４、及び電池端子４１の詳細を伴う装置１００の実施形態を示している。他の外部装置端子、バスバー、電池端子及びキャパシタ端子を、ここに記述された電池蓋部及び装置蓋部と接続するには，装置１００、２００を参照した他の記述のような、同様の方法を用いることができる。示されるように、外部端子４８は、装置収容体蓋部１１３を貫通すると共に端子バスバー４４を貫通して、内部電池端子４１にまで延伸することができる。
【００５８】
図６Ｂを参照すると、いくつかの実施形態においては、端子４８の突起スタッド（鋲）４８Ａは、装置蓋部１１３の開口部１３Ａを通って延伸され得る。いくつかの実施形態においては、端子スタッド４８Ａと同一の部分は、端子バスバー４４の開口部１４４内にさらに延伸され得る。いくつかの実施形態においては、端子スタッド４８Ａと同一の部分は、端子バスバー４４の開口部１４４を通過し、電池端子の上の接合部４３にさらに延伸され得る。端子スタッド４８Ａの一部は、ブッシング又はねじ結合を介して、１つ又はそれ以上の上記の開口部に固定され得る。いくつかの実施形態においては、スタッドは、キャパシタ端子の上の対応する部分に固定され得る。このような実施形態は、結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置における１つ又はそれ以上の外部端子を、該外部端子、バスバー及び内部電池端子の間の、整理された電気的且つ機械的接合として機能させることができ、これにより、エネルギー貯蔵装置の複雑さを減じることができる。
【００５９】
いくつかの実施形態は、エネルギー貯蔵装置１０の電池端子４１、４２を、外部装置端子４８、４９及び５０の位置に合わせることができる。また、外部装置端子４８、４９及び５０は、バスバー４４、４６と内部電池端子又は内部キャパシタ端子とを接続しながらも、エネルギー貯蔵装置蓋部１１３の外側から取り付けることができる。
【００６０】
電池端子４１、４２並びに／又はキャパシタ端子と外部装置端子４８、４９及び５０とのこのような位置合わせが好ましくない実施形態においては、外部装置端子４８、４９及び５０は、装置蓋部１１３を貫通して取り付けることができ、且つ電池端子４１、４２又はキャパシタ端子と直接に接続されることなく、バスバー４４、４６のうちの１つと接続され得る。
【００６１】
バスバー４４、４６は、多くの異なった方法でその経路を定めることができる。図２Ａ及び図３に示した両実施形態においては、端子バスバー４４は、電池蓋部１３３と装置蓋部１１３の間のスペースに、その経路が定められている（共に図２Ａ及び図２Ｂを参照。）。
【００６２】
図６Ａ及び図６Ｂを再度参照すると、いくつかの実施形態においては、外部装置端子４８、４９及び５０は、収容体蓋部に対して封止を与えるシール材５１を含み得る。加えて、鉛電池端子又は鉛装置外部端子とアルミニウムＥＤＬＣバスバーとの間の接続部に生じる直流電気による腐食を防ぐために、該アルミニウムバスバーの表面に錫めっきを施すか、又は電気的接続用途に作られたグリスを施すことができる。上記の構造又は方法は、ここに記載された結合型電池／キャパシタ装置の実施形態における端子とバスバーとの連結体及び部品の個数の削減を伴う、効率的な組み立てが可能となる。
【００６３】
図７は、電池端子４１とキャパシタ端子バスバー１４４との間を接続する可撓性バスバー５２を伴う結合型電池／キャパシタ装置１００の一実施形態を示す側面図である。可撓性バスバー５２は、キャパシタ２０と電池３０との間のある相対的な動きを相殺するのに十分な可撓性を与える。このような相対的な動きは、電池３０とキャパシタ２０とが結合型電池／キャパシタ装置１００の中に共に詰め込まれた場合に、より優勢となる場合がある。可撓性バスバー５２における柔軟性は、摩損及び早期故障を防ぐことができる。この柔軟性は、その構造的特性及び／又は材料によってバスバー５２に付与され得る。例えば、可撓性バスバー５２は、当業者に理解できる程度のバスバーに対する妥当な寸法及び環境条件の範囲において適当な柔軟性を持つ、銅ビード、撚り線又は網組み線のような材料から構成することができる。いくつかの実施形態においては、平板な網組み電気ケーブルを用いることができる。電気ケーブルの端部は、錫めっきし且つパンチで開孔されて一体化されたラグ（突起部）を形成することができる。いくつかの実施形態においては、バスバー５２は、該バスバー５２を撓ませ、且つ、電池３０とキャパシタ２０との間を相対的に動かす１つ又はそれ以上の曲線部５３を含み得る。
【００６４】
図８〜図１８は、図１〜図７を参照しながら上記された装置１０、１００、１００Ａ、１００Ｂ及び２００のうちの１つ又はそれ以上のような、キャパシタ／電池結合型エネルギー貯蔵装置で実現され得る電気的特徴の種々の実施形態を示す模式図である。例えば、電気的特徴は、容器内に配置され且つ電池とウルトラキャパシタとが結合された制御又は標準の回路を含む場合がある。
【００６５】
＜通常の２端子装置＞
図８は、２つの外部端子４８、４９を伴うキャパシタ／電池結合型装置３００に係る一実施形態を示す模式図である。該キャパシタ／電池結合型装置３００に模式的に示された電子機器は、ここに記述された他の２端子キャパシタ／電池結合型装置の範囲で実現することができる。端子４８は正極端子に、端子４９は負極又は接地端子となり得る。１つ又はそれ以上の装置が端子４８と端子４９との間に並列に接続され得る。例えば、例示された実施形態においては、キャパシタ２０と電池３０とが端子４８と端子４９との間に並列に接続され得る。車両の内部に配置された場合は、結合型エネルギー貯蔵装置３００は、１つ又はそれ以上の車両負荷と電気的に接続され得る。例えば、結合型装置３００は、スタータ６０又は他の車両負荷（車負荷６２として図示）と接続され得る。結合型装置３００は、また、車両が運転される差異に、オルタネータ６１のような電源装置と接続され得る。他の電源装置は、他に指定されなければ、ここに記述され、図示された実施形態のいくつかのために、オルタネータ６１に代えて又は追加して実現され得る。例えば、電気又はハイブリッド車両のための充電ステーションのような他の外部電源装置が、電池３０を充電するために装置３００と接続され得る。車負荷６２、オルタネータ６１及びスタータ６０における配置の順序及び位置は変更可能であり、結合型エネルギー貯蔵装置３００に関連する図８に示された順序は、例示的な目的にのみ供される。
【００６６】
図８における装置３００に係る実施形態は、キャパシタ２０と電池３０との双方に対してオルタネータ６１のような電源装置から充電させることができ、また、スタータ６０又は他の車負荷６２のような車両システムに電源を供給し得る。典型的な車両用途においては、電池３０とキャパシタ２０との双方は、ほぼ１２Ｖ〜１６Ｖの範囲の充電電圧、ほぼ１４．４Ｖである典型的な平均充電電圧によって充電され得る。オルタネータ６１から外される前には、一般に、電池は相応に高い状態の充電を維持する。
【００６７】
しかしながら、オルタネータ６１が遮断された又は充電源から外された後は、電池３０の充電状態は、オルタネータ６１がオフとされた時点で降下する場合がある。例えば、仮に電池３０がより古く、より寒い気候で、又はオルタネータ６１が遮断される前に十分に再充電が行われずに、（始動／停止用途のような）著しい放電がなされたなら、電池３０の容量は、その定格容量の６５％〜８５％の範囲に降下することは珍しくない。知られるように、電池容量は、多くの電池がそのコストと用途とに応じて容量に多寡があるにも拘わらず、６０Ａｈの容量を持つ典型的な電池に対して電流時（Ａｈ）で測定される。電池の電圧が、オルタネータ６１が遮断されたときに、ほぼ１２．４Ｖに降下することは珍しくない。電池がライフサイクルの終端に近い場合は、その充電値は、１１．５Ｖ以下にまで低下することすらあり得る。いくつかの場合に、電池の電圧は、オルタネータ６１が遮断されたときに、７Ｖ程度にまで降下する場合がある。電池３０におけるこれらの大きい電圧降下は、電池寿命を減らし、スタータによる信頼性のあるクランク回転の見込みを妨げ又は低減し、また、低い電池電圧に関して、ここに記述される他の問題を引き起こし得る。
【００６８】
図８に示されるように、電池３０に並列のキャパシタ２０を用意することは、電池のみのシステムにおける、これらの制限及び１つ又はそれ以上の上記した制限を緩和することが見いだされている。例えば、本発明の１つの実施形態は、キャパシタ２０と電池３０との間の双方向電流フローを許す結合型電池／キャパシタシステムである。このことは、キャパシタ２０における充電及び電圧の状態が電池３０のよりも高い場合に、キャパシタ２０が電池３０を再充電するように構成されるシステムを与える。また、キャパシタ２０のサイクル効率の増大は、該キャパシタ２０が電池３０の寿命、ひいては装置１０のライフサイクル全体を延ばすと共に、そのような機能を与えることを可能とする。実際、キャパシタ２０は、「仕事」、すなわち別のやり方で電池３０によってなされる電力要求条件を緩和することができる。さらに、キャパシタ２０の効率的な充電の受容性及び放電レート、及びそのサイクル効率は、始動／停止用途のような装置の動作中におけるいくつかの典型的な出力の急上昇及び降下を緩和することを可能とする。図８の２端子結合型エネルギー貯蔵装置３００は、例えば、落とし込み交換のような、標準型２端子ＯＥＭ電池に対してより容易に交換できるように設けられ得る。
【００６９】
２端子結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置３００に係る実施形態における電力管理特性は、電池３０とキャパシタ２０とが並列に構成され、且つ電池３０、キャパシタ２０及びスタータ６０の間を電流が自由に流れるのを許される場合に、影響を受け得る。例えば、車両が始動する事態のうちに結合型貯蔵装置３００から車両のスタータ６０に供給される電流は、電池３０及びキャパシタ２０の双方から比例して生成され、且つ電池３０の抵抗値、キャパシタ２０のＥＳＲ及びキャパシタ２０の容量値により影響を受ける。例えば、そのような構成の試験において、車両が始動する典型的な事態のうちに、電池３０は約２００Ａの電流を供給し、且つ、ウルトラキャパシタは約６００Ａの電流を寄与する。
【００７０】
さらに、キャパシタ２０と電池３０との間は電流が自由に流れるため、オルタネータ６１又は他の電源がオフ状態である場合に、キャパシタ２０の利用可能な充電量及び電圧値は、また、電池３０の利用可能なそれに関して充電値及び電圧値が平衡に向かう。このような電圧平衡は、仮にキャパシタ２０が電池３０から電気的に絶縁されている場合には、キャパシタ２０の充電及び電圧の状態よりも、一般に低くなる。例えば、上述したように、結合型装置が一定期間停止している場合、又は電池３０が十分に再充電されていない場合に、電池電圧及び充電の状態が低下する場合がある。従って、電池とキャパシタとが少なくとも部分的に電気的に絶縁される結合型電池／キャパシタ貯蔵装置に係る実施形態には、有利となる点がある場合があり、その結果、オルタネータがオフの場合に、キャパシタの電池への充電が失われることが低減され又は防止される。
【００７１】
＜３端子電流制御装置＞
図９は、図８と多くの同等の構成部品を有する結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置４００に係る一実施形態を示している。相違の１つは、図９におけるエネルギー貯蔵装置４００が、図３に示したような第３の端子５０を含み得ることである。キャパシタ／電池結合型装置４００に模式的に示された電子機器は、ここに記述された３端子キャパシタ／電池結合型装置の中に実現され得る。端子４８は、オルタネータ６１と接続されるように設けられた第１の正端子を構成し得る。端子５０は、スタータ６０と接続されるように設けられた第２の正端子を構成し得る。このような実施形態は、スタータ６０に、例えばキャパシタ２０と同一の装置３００の端子となるように電気的に設けさせることができ、且つ、オルタネータ６１に、電池３０と同一の端子となるように電気的に設けさせることができる。当然ながら、実施形態は、スタータ６０を第１の正端子と接続するだけに限られない。端子４８及び／又は端子５０は、キャパシタ又は電池と直接に接続されることから利益を得ることになる他の車負荷６２と接続されるように設けられ得る。
【００７２】
整流器６３は、オルタネータ端子４８とスタータ端子５０との間に配置することができる。整流器６３は、オルタネータ６１からの電流をキャパシタ２０に流させ、該キャパシタ２０に充電させる一方、キャパシタ２０からの端子４８及び電池３０への電流の流れを防止又は低減する。このような実施形態は、電池３０からキャパシタ２０を少なくとも部分的に電気的に絶縁することができる。従って、このようないくつかの実施形態は、また、スタータ６０を電池３０から絶縁する。整流器６３又はここに記述するいくつかの他の整流器は、ダイオード、同期型整流器、制御可能なＦＥＴのようなトランジスタ、又はこのような機能を供する他の好適な装置を含み得る。
【００７３】
スタータ６０をキャパシタ２０と同一の端子に配置し、且つ該キャパシタ２０を電池３０から（両者間で一方向のみの電流の流れを許すことにより）絶縁した実施形態は、いくつかの有利な点を与える。例えば、このような実施形態は、始動の事態の間に、生じる可能性がある電池の抵抗値による上記の影響を低減又は消失することができるので、キャパシタ２０に蓄積される電力及び電流のみをスタータ６０に実質的に与えることができる。このようなキャパシタ２０と電池３０との間の機能性を持った絶縁は、キャパシタ２０にスタータ６０のような急速又は高出力パルス装置に対して電力を供給させることができ、また、電池３０に中庸又はより長期の要求を伴う装置に対して電力を寄与させることができる。このような実施形態は、また、キャパシタ２０の充電及び電圧の状態が電池３０の上記のより低い電圧によって低下させられること、又は電圧が結合型電池／キャパシタ等化状態に達することを防止できる。上述したように、電池３０は、偶然の放電があり、不十分な再充電（例えば、始動／停止の用途）があり、又は寒冷な環境下で動作することから、望まない、より低い電圧値を持つ場合がある。そうでなければ、電池は、より低い充電の受容性により、充電がより低い状態に達する場合がある。３端子型システムにおいて整流器６３を伴う電池３０とキャパシタ２０とを少なくとも部分的に絶縁することにより、オルタネータ６１又は他の電源装置がオフ状態にされ、電池３０の受電、電圧及び容量の状態から分離された場合に、キャパシタ２０は、より高い電圧値と充電の状態とを維持することができる。従って、このような実施形態は、また、電池３０の制約のある影響を受けることなく、キャパシタ２０からスタータ６０に対してより全体的に高いエネルギーを与えることができる。
【００７４】
電池３０のキャパシタ２０及びスタータ６０からの上記の絶縁は、また、エンジンクランク（始動）中の電池３０の負荷を低減することができる。これにより、例えば、始動／停止用途の期間中の電池３０の寿命を改善することができる。従って、これらの実施形態は、車両の始動効率を改善することができ、スタータ６０にシステムが車両を始動させるための十分な電力を与えることができないという状況が生じる可能性を減らすことができる。例えば、平均的な条件において、オルタネータ６１がオフ状態とされた後に、スタータ端子５０、要するにキャパシタ２０の利用可能な放電電圧は、ほぼ１３．５Ｖ（オルタネータ電圧と整流器における電圧降下との差、すなわち、１４．２−０．７＝１３．５Ｖ）であった。同様の条件で、オルタネータ６１がオフ状態とされた後に、オルタネータ端子４８、要するに電池３０の利用可能な放電電圧は、ほぼ１２．６Ｖに降下した。
【００７５】
絶縁されたキャパシタ２０とスタータ６０とを用いることによって与えられる電圧値及び充電状態の増加は、低温下の車両の始動において、より一層高くなる。例えば、電池の電圧は、低温下で且つ負荷がかかった状態ではキャパシタの場合と比べて大きく降下する場合があり、その結果、クランク出力と効率とが低下することになる。例えば、（ほぼ−１０°Ｆ（−２３．３℃）において）約１５Ｖで充電され、且つ、５００Ａで放電された電池は、２秒間の放電により約９．５Ｖの電圧となる。比較のために、（ほぼ−１０°Ｆ（−２３．３℃）において）約１５Ｖで充電され、且つ、５００Ａで放電されたキャパシタは、放電により約１３．５Ｖの電圧となる。このように、これらの例示的な条件下では、キャパシタは、スタータに対してほぼ４Ｖの付加的な電圧を与える。今度は、このようなより高いキャパシタ電圧は、次のエンジンクランク及びより速い始動状態で、スタータのより高いクランク出力とモータ速度とを得る要因となる。このように、上記に例示した４Ｖの付加的なクランク出力は、ほぼ４０％の速いクランク速度を与えることができる。
【００７６】
低温下において、キャパシタは、他のキャパシタに関してさえも、付加的なエネルギーを貯蔵することができ、車両の始動中にキャパシタを絶縁する効果をさらに強める。例えば、キャパシタに貯蔵されたエネルギーは、Ｃを容量とし、Ｖを電圧とすると、式Ｅ＝（１／２）Ｃ×Ｖ２で定義される。従って、例えば、温度が−１０°Ｆ（−２３．３℃）で１５Ｖの典型的な車両用のオルタネータ６１の電源装置を受ける、（同一温度で）容量が４００Ｆのキャパシタは、４５ｋＪのエネルギーを蓄えることができる。これは、（同一温度で）１３．４Ｖの典型的な車両用のオルタネータ６１の電源装置を受ける、温度が１６０°Ｆ（７１．１℃）で容量が４００Ｆであり、蓄えられるエネルギーが３６ｋＪに過ぎない同等のキャパシタよりも極めて大きいエネルギーである。
【００７７】
整流器６３は、その用途に応じて、いかなる大きさのサイズにも変更され得る。標準的な車両用電池（ほぼ１２Ｖ）に用いる例において、電流が４００Ａのダイオードが使われた。しかし、電流量がほぼ３００Ａから１０００Ａの範囲で評価されたダイオードは、同様の結果を与えることが予想される。
【００７８】
図１０は、図９と多くの同等の構成部品を有する３端子結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置５００に係る他の実施形態を示している。キャパシタ／電池結合型装置５００に模式的に示された電子機器は、ここに記述された他の３端子キャパシタ／電池結合型装置の中に実現され得る。例示した実施形態において、電流リミッタ６５は、整流器６３とスタータ端子５０との間に用いられ得る。いくつかの好適な電流制限装置として、正温度係数（ＰＴＣ）サーミスタ、自己復帰型回路ブレーカ、又はバイパススイッチを伴う突入電流制限抵抗器等のようなデバイスを用いることができる。電流リミッタ６５は、整流器６３のサイズの低減のために、又は他の理由のために用いることができる。
【００７９】
電流リミッタ６５は、現れた電流が高い場合に開放されるように（従ってその抵抗値が増大するように）構成されている。例えば、このような高い電流が生じる状況は、上述したように、キャパシタ２０がスタータ６０を作動させるのに使用される場合のエンジンを始動する事態が典型的となる場合がある。増大した電流が電池３０から引き出される場合は、該電池３０の動作寿命は短くなり得る。電流リミッタ６５は、スタータ６０の作動中に、電池３０からスタータ６０への電流の引き出しを妨げるか又は減じて、電池３０の寿命を延ばす。加えて、オルタネータ端子４８から整流器６３を通してのスタータ６０への電流の引き出しが妨げられるか又は減じることにより、電流リミッタ６５は、また、増大した電流レベルから整流器６３を保護することができる。このような整流器６３に対する電流保護により、該整流器６３のサイズをより小さくすることができる。例えば、電流リミッタ６５を用いるシステムは、電流量がほぼ２５Ａから４００Ａの範囲で評価された整流器６３のサイズを低減する場合がある。より小さいダイオードは、装置１０におけるスペースの許容範囲をより小さく又は同等のサイズとする。しかし、電池及び／又はキャパシタの容量の増大を伴う。電流リミッタ６５は、ここでの他の実施形態に記述された他の整流器と直列に接続されて実現され得る。
【００８０】
図１１は、図９及び図１０と多くの同等の構成部品を有する３端子結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置６００に係る他の実施形態を示している。キャパシタ／電池結合型装置６００に模式的に示された電子機器は、ここに記述された他の３端子キャパシタ／電池結合型装置の中に実現され得る。本実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ６６は、オルタネータ端子４８とスタータ端子５０との間に配置され得る。ＤＣ／ＤＣコンバータ６６は、上記の整流器６３、ＦＥＴ６４、又は電流リミッタ６５と結合されて用いられる整流器６３と同様の電流管理機能を与える。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６６は、クランク電流の全体が電池３０へ供給されることを妨げる場合があり、また、電池３０の電圧よりも高い電圧をキャパシタ２０に充電させる場合がある。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６６は、キャパシタに、異なる環境の条件によって異なる電圧値を充電する場合がある。例えば、該キャパシタは、低温下でより高い電圧値が充電される一方、高温下でより低い電圧値が充電される場合がある。ＤＣ／ＤＣコンバータは、電池への突入電流を制御することができ、その結果、電池温度の上昇を抑える。また、ＤＣ／ＤＣコンバータは、キャパシタの電圧を規制して、過電圧状態を防ぐ。
【００８１】
図１２は、図１１に示したＤＣ／ＤＣコンバータ６６を伴う３端子結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置７００に係る他の実施形態を示している。キャパシタ／電池結合型装置７００に模式的に示された電子機器は、ここに記述された他の３端子キャパシタ／電池結合型装置の中に実現され得る。本実施形態において、ＤＣ／ＤＣコンバータ６６は、接地端子４９と整流器６３との間にＦＥＴ６４を制御するように設けられたブーストコントローラ７０を含む。他のタイプのスイッチング装置又はＦＥＴ６４より他のタイプのトランジスタで実現され得ることは理解されるであろう。ＦＥＴ６４及びブーストコントローラ７０は、整流器６３を通してキャパシタ２０に充電を供給でき、始動クランク中に電流から電池３０を絶縁しながら、キャパシタ２０に電池３０よりも高い電圧値を充電させる。
【００８２】
インダクタ７１は、オルタネータ端子４８と整流器６３との間に配置され、且つブーストコントローラ７０とＦＥＴ６４とに並列に配置され得る。インダクタ７１は、可飽和鉄心を取り巻くワイヤ又はバスバーを構成し得る。従って、インダクタ７１は、可飽和インダクタを構成し得る。インダクタ７１と整流器６３とは、始動クランク中に電流から電池３０を絶縁しながら、キャパシタ２０に電池３０よりも高い電圧値を受動的に充電し得る。例えば、キャパシタ２０の電圧値が電池３０よりも低い場合（例えば、始動の事態の後の場合）は、キャパシタ２０は、インダクタ７１及び整流器６３を通して電池電圧にまで受動的に充電され得る。インダクタ７１及び整流器６３を通した初期の充電の後に、ブーストコントローラ７０は、ＦＥＴ６４を活性化して、キャパシタ２０に電池３０よりも高い電圧値に積極的に充電させる。受動及び能動の双方の充電方法を含むことにより、より小さく且つより経済的なブーストコントローラ７０及びＦＥＴ６４で実現され得ると共に、キャパシタ２０の充電時間を削減できる。従って、図１２に示すブーストコントローラ回路は、他のＤＣ／ＤＣコンバータと同様の機能を与えることができる一方、複雑さがより低減され且つより低コストとなる。
【００８３】
図１３は、図１２と多くの同等の構成部品を有する３端子結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置８００に係る他の実施形態を示している。キャパシタ／電池結合型装置８００に模式的に示された電子機器は、ここに記述された他の３端子キャパシタ／電池結合型装置の中に実現され得る。本実施形態において、第２の整流器７３は、オルタネータ端子４８とスタータ端子５０との間に配置され、且つインダクタ７１Ａと整流器６３とに並列に配置され得る。いくつかの実施形態においては、インダクタ７１Ａは、可飽和ではない。図１３に示すブースト充電回路は、図１２に示す回路と同様の機能を与え得る。本実施形態において、整流器７３は、電池の電圧とほぼ等しい電圧を充電することができる。ブースト充電回路は、起動され且つ電池電圧を超える設定値にまでキャパシタ電圧を上昇することができる。ブースト充電回路は、（一般に図１２のインダクタ７１よりも小さい）インダクタ７１Ａ、（一般に整流器７３よりも小さい）整流器６３、ＦＥＴ６４及びブーストコントローラ７０を含み得る。ブースト充電回路は、いくつかの好適な位相幾何学的状態又は実装状態があり得る。
【００８４】
＜２端子装置−スイッチング＞
図１４Ａは、図９から図１３と多くの同等の構成部品を有する２端子結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置９００に係る他の実施形態を示している。キャパシタ／電池結合型装置９００に模式的に示された電子機器は、ここに記述された他の２端子キャパシタ／電池結合型装置の中に実現され得る。本実施形態において、第１の電子スイッチ７５は、キャパシタ２０が端子４８又はそれと結合された端子バスとの間を電気的に接続又は切断可能となるように配置され得る。第２の電子スイッチ７７は、電池３０が端子４８又はそれと結合された端子バスとの間を電気的に接続又は切断可能となるように配置され得る。装置９００は、整流器６３を含み得る。整流器６３は、スイッチ７５と並列に接続されるように配置されて、キャパシタ２０に、スイッチ７５が開放状態で充電可能とさせる一方、反対側への電流の流れを妨げる。例えば、キャパシタ２０は、スイッチ７５、７７の状態とは無関係に、オルタネータ６１から整流器６３を通して受動的に充電され得る。いくつかの実施形態においては、サーミスタのような電流リミッタは、図１０に示すように、整流器６３と直列に接続されて含まれる場合があり、これにより、整流器６３及び電池３０によって感じられる電流負荷を低減する。
【００８５】
スイッチ７５、７７は、半導体スイッチ又は機械的接触器のような、多くの好適な構成があり得る。例えば、好適な半導体スイッチは、種々のタイプのＦＥＴ又はＩＧＢＴを含む。スイッチ７５、７７は、手動又は自動的に操作されるように構成され得る。もちろん、いくつかの実施形態は、整流器６３、又は１つ若しくはそれ以上の電子スイッチ７５、７７を用いない組み合わせを採る場合がある。いくつかの実施形態においては、図１１から図１３に示すような、任意のＤＣ／ＤＣコンバータが、端子４８とキャパシタ２０との間に配置され得る。
【００８６】
スイッチ７５及び／又は７７は、充電コントローラ７４により電気的に制御され得る。ここに記述された、ある多くのコントローラは、スイッチ７５及び／又は７７を制御するのに用いることができる。例えば、充電コントローラ７４は、マイクロコントローラであり得る。これに代えて、電子スイッチ７５及び／又は７７は、ディスクリートロジック回路によって制御され得る。充電コントローラ７４は、１つ又はそれ以上の次に示す入力である、キャパシタからの検出電圧（Ｉｖｃ）、電池からの検出電圧（Ｉｖｂ）及び／又は電池出力からの検出電流（Ｉｂ）が与えられ得る。また、温度センサのような他の入力は、付加的な機能を与えるように実現される場合がある。これらの入力は、ある種々のセンサ又は環境条件を検出し且つ充電コントローラ７４に入力を与える好適な他の装置の使用を供することができる。充電コントローラ７４は、１つ又はそれ以上の次に示す出力である、スイッチ７５を制御する出力（Ｏａ）及び／又はスイッチ７７を制御する出力（Ｏｂ）が与えられ得る。上記した１つ又はそれ以上の切り換え、検出及び制御の機能は、１つ又はそれ以上の分離された又は一体化された構成部品として与えられ得る。例えば、電圧センサ及びスイッチは、１つのユニットに結合される場合があり、並びに／又はスイッチ及びマイクロコントローラは、例えば、複雑な電子機器を用いることなく、１つの入力信号の応答として直接に切り換える好適なリレーであり得る。
【００８７】
図１４Ｂは、図９から図１４Ａと多くの同等の構成部品を有する２端子結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置１０００に係る他の実施形態を示している。キャパシタ／電池結合型装置１０００に模式的に示された電子機器は、ここに記述された他の２端子キャパシタ／電池結合型装置の中に実現され得る。図１４Ｂに示す実施形態において、図１４Ａに示す実施形態と類似しているが、整流器６３のスイッチ７５、７７に対応する位置が異なっている。図１４Ｂにおいて、整流器６３は、スイッチ７７を介することなく、電池３０と接続される。図１４Ｂにおける装置１０００は、電池３０からキャパシタ２０への経路を与えることができ、このため、スイッチ７５、７７の開閉状態と無関係に、電池３０から整流器６３を通してキャパシタ２０を受動的に充電する。図１４Ｂに示すように、装置１０００は、示された電流リミッタ６５を含み得る。図１４Ｂにおけるスイッチ７５、７７の機能は、図１４Ｂ及び図１５を参照したここでの記述と同様の機能が、別なやり方でも可能である。
【００８８】
＜３端子装置−スイッチング＞
図１５は、３端子結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置１１００を除いて、図１４Ａと実質的に同等の実施形態を示している。キャパシタ／電池結合型装置１１００に模式的に示された電子機器は、ここに記述された他の３端子キャパシタ／電池結合型装置の中に実現され得る。図１５は、入力、出力及びスイッチ７７のような図１４Ａに示されるいくつかの構成部品を含んでいない。しかし、図１４Ａに参照される、ここに記述された実施形態と類似の機能を与える構成部品を設けることは可能である。
【００８９】
図１４Ａ、図１４Ｂ及び図１５に参照され記述された結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置に係る実施形態におけるスイッチング構成は、多くの異なった手法で制御されることができ、以下に例示するように、多くの異なった機能を与える。
【００９０】
＜改善された始動機能＞
本項における実施形態は、車両の始動効率を改善でき、且つ、電池３０がスタータ６０に車両を始動するための十分な電力を与えることができないという状況が起きる可能性を減らすことができる。例えば、電池３０は、偶然に放電してしまった又は不十分に充電されてしまった該電池３０が低温環境下で作動されたことから、又はこれとは別に、電池３０がより低い充電の受容性若しくはより低い容量により、充電の状態がより低い状態に達してしまったことから、望まない、より低い電圧値を持つ場合がある。例えば、始動／停止用途において、満ちるまで再充電するための十分な充電期間がなくても、電池は放電する場合がある。
【００９１】
車両のエンジンがオン状態とされたときに、スイッチ７５、７７は閉じた位置にあり得る。この動作モードにおいて、電池３０とキャパシタ２０とは、オルタネータ６１から、車両用の例示的範囲である、ほぼ１２Ｖから１６Ｖの間、すなわち約１４．４Ｖの平均電圧に充電され得る。例えば、これとは別に、オルタネータ６１又は他の電源が十分な充電電圧の供給を停止したときに、車両はオフ状態を検出し得る。いくつかの実施形態においては、車両のオフ状態は、入力Ｉｂ、Ｉｖｂ、及び／又は充電コントローラ７４への他の入力を通じて検出し得る。一旦、オルタネータ６１が、電池３０への充電電圧の供給を停止すると、電池３０の電圧は、該オルタネータ６１が停止した時点での充電の状態により、負荷の下で出力電圧が降下する場合がある。キャパシタ２０がこの電池３０のオープン回路電圧にまで放電されるのを防ぐために、例えば、スイッチ７５は、充電コントローラ７４からの出力信号Ｏａを通じて開放状態にされ得る。これにより、キャパシタ２０を電池３０及び端子４８から絶縁する。いくつかの実施形態においては、スイッチ７５は、車両がオフ状態である全期間中に開放のままであり得る。しかしながら、いくつかの実施形態は、スイッチ７５に、車両がオフ状態である一定期間に閉じさせ、ここに記述された改善された始動機能をさらに与えることは、理解されるであろう。
【００９２】
例えば、充電コントローラ７４は、検出電流Ｉｂ、エネルギー貯蔵装置９００の出力電流、出力電流の変化率（ｄＩ／ｄｔ）及び／若しくは電池３０の電圧の変化率（ｄＶ／ｄｔ）、又はこれらの組み合わせを監視することにより、スタータ６０が軸回転（クランキング）を行う事態を検出するように構成され得る。該事態が検出されたときに、スイッチ７５は、キャパシタ２０がスタータ６０に電力を供給できるように閉じられ得る。スイッチ７５が開放されていた期間中に、キャパシタ２０が、あらかじめ電池オープン回路電圧から少なくとも部分的に絶縁されていたことから、スイッチ７５が始動中に一旦閉じられると、キャパシタ２０は、スタータ６０に電池オープン回路電圧よりも高い電圧を与えることができる。キャパシタ２０による、このような高い電圧は、スタータ６０のクランク速度を増大することができ、スタータ６０が車両を始動するに関して信頼性を改善することができる。
【００９３】
例えば、上記したように、車両用途において、オルタネータ６１が作動している間に、電池３０及びキャパシタ２０の充電電圧は、ほぼ１２Ｖから１６Ｖの間の範囲となる場合があり、その平均値は、ほぼ１４．４Ｖである。オルタネータ６１が停止した後は、電池オープン回路電圧は、ほぼ１２Ｖから１３Ｖの間に降下する。スイッチ７５における上記した制御及びその充電状態を維持しようとするキャパシタの傾向により、キャパシタ２０のオープン回路電圧への降下は、電池３０のオープン回路電圧への降下よりも小さい場合がある。従って、キャパシタ２０は、オルタネータ６１の停止期間中に、電池３０のオープン回路電圧に対応する増大したオープン回路電圧を維持する場合があり、さらに、車両の始動期間中には、増大した電圧値及び始動電力を供給することができる。任意のスイッチ７７がない実施形態においては、スタータ６０がクランクを回す期間中に、スイッチ７５を閉じ且つキャパシタ２０を使用する状態において、電池３０がキャパシタ２０と並列の始動電流の一部を削減するのに寄与するであろうことに注意を要する。
【００９４】
いくつかの実施形態において、オルタネータ６１がオフ状態の場合のキャパシタ２０の電圧は、該オルタネータ６１が整流器６３により降下した電圧に基づいて作動している場合の電圧から低下している場合がある。しかしながら、いくつかの実施形態においては、「理想的なダイオード」回路が実現され得る。このような回路は、オルタネータ６１がオン状態の場合に、スイッチ７５の両端の電圧値を監視することができる。該回路は、スイッチ７５のオルタネータ６１側の電圧値が監視レベルに達したときに、スイッチ７５を閉じることができる。スイッチ７５が閉じることは、整流器６３を迂回することであり、キャパシタ２０の電圧を増大させ且つオルタネータ６１の電圧値に近づけさせる。いくつかの実施形態においては、オルタネータ６１がオフ状態で且つスイッチ７５が開放状態である場合に、キャパシタ２０は、オルタネータ６１の電圧値とほぼ同一のオープン回路電圧を維持することができる。
【００９５】
任意のスイッチ７７を含む実施形態においては、例えば、該スイッチ７７は、充電コントローラ７４により開放されることができ、これにより、電池３０から供給されている電流を切断し、従って、キャパシタ２０と電池３０とを絶縁する。例えば、スイッチ７７は、スイッチ７５が閉じられている期間中に、電池３０からキャパシタ２０を絶縁するために開放可能となり、増大したキャパシタ電圧（及び電力）のみが上記の車両の始動期間中にスタータ６０を始動させ得る。緊急事態時の点灯のような１つ又はそれ以上の車両負荷にキャパシタから電力を供給することが望まれる場合がある。スイッチ７７は、例えば、キャパシタ電圧が電池電圧とほぼ等しい場合、又は始動する事態の完了が検出された場合には、再度閉じられ得る。上記した絶縁は、エンジンの始動中に電池に対する負荷を低減し得る。これにより、例えば始動／停止用途の期間中の電池３０の寿命を改善できると共に、サイクルダウン効果を低減することができる。このような絶縁は、また、始動電流から少なくとも部分的に絶縁された電池３０と共に、キャパシタ２０からスタータ６０に対してより高いエネルギーの全体を供給することができる。
【００９６】
＜ブレーキによるエネルギーの回生＞
いくつかの実施形態、ハイブリッド車両、内燃機関を有する車両、又はスタータ６０を備えた他の車両において付加的な機能を与ることができる。例えば、いくつかの車両は、発電能力を持つ発電機を有する場合があり、これにより、車両がブレーキを掛けたときに、エネルギーを回復し且つ再生する。しかしながら、多くの電池用化学物質は、キャパシタ又はウルトラキャパシタと比べて充電の受容性が小さい。従って、電池は、このような再生ブレーキエネルギーのような受容性及び貯蔵において、キャパシタよりも効率が低い場合がある。以下の実施形態は、いくらかの又は実質的に全ての再生ブレーキエネルギーを電池に代えてキャパシタに割り当てることができ、これにより、ブレーキによる再生の効率を改善し、且つ電池がエネルギー貯蔵装置に与え得る充電の受容性に関する制限を緩和する。
【００９７】
車両のエンジンがオン状態のとき、スイッチ７５、７７は、閉じた位置に設けられ得る。この動作モード期間中に、電池３０とキャパシタ２０との双方は、オルタネータ６１によって、１２Ｖから１６Ｖの範囲の電圧値、すなわち、上記のように典型的な車両用途においては、典型的に１４．４Ｖの平均値に充電され得る。充電コントローラ７４は、オルタネータ６１により供給されるのに対応する電圧値が大きく増大することを検出することによって、再生力があるブレーキが掛かる事態が開始されたことを検出することができる。例えば、上記した典型的な車両用途においては、再生力があるブレーキが掛かる事態の期間中の平均電圧が、ほぼ１４．４Ｖから１８Ｖの間の範囲にまで増大する場合がある。しかしながら、再生力があるブレーキが掛かる事態の期間中の電圧は、再生力があるブレーキシステムが使われる電圧の制限内で、ある点まで増大する場合があることは理解されるであろう。充電コントローラ７４が、再生力があるブレーキが掛かる事態が起きていることを検出する際に、スイッチ７７は、再生力があるブレーキエネルギーをキャパシタ２０にのみ割り当てるように開放され得る。このようにキャパシタが絶縁されることは、キャパシタに獲得されるエネルギーを蓄えさせ、次の始動の事態（例えば、車両の始動／停止機能）に使用させる。これにより、車両における他の補助的な負荷（燈火、空調及び室内暖房等）に電力を与えたり、また、スイッチ７５を閉じることによって電池３０を再充電したりすることができる。いくつかの実施形態においては、キャパシタ電圧が、キャパシタ２０が充電の満状態に達したことを示す点に来ていると検出された場合に、スイッチ７５は再度開放され得る一方、スイッチ７７は閉じられ得る。これにより、キャパシタ２０はシステムから絶縁され、且つ再生力があるブレーキエネルギーは電池３０に向けられる。いくつかの実施形態においては、スイッチ７５、７７の双方は、再生力があるブレーキが掛かる事態において閉じられ得る。これにより、再生力があるブレーキエネルギーは、電池３０とキャパシタ２０との双方に割り当てられ得る。いくつかの実施形態においては、再生力があるブレーキエネルギーと電流とは、キャパシタと電池とに分けられる場合がある。
【００９８】
＜サイクルダウン効果を低減するためのキャパシタから電池への少量充電＞
いくつかの実施形態においては、車両のエンジンがオン状態である場合に、スイッチ７５、７７は、閉じた位置にある。この動作モードにおいて、電池３０とキャパシタ２０との双方は、オルタネータ６１から、１２Ｖから１６Ｖの範囲の電圧値、すなわち、１４．４Ｖの典型的な平均充電電圧値に充電され得る。いくつかの実施形態においては、充電コントローラ７４は、オルタネータ６１がもはや十分な充電電圧を供給できない場合に、車両がオフ状態であることを検出することができる。この時点で、スイッチ７５は開放可能であり、これにより、キャパシタ２０が電池３０及び該電池３０（又は端子４８）と接続された他の負荷に放電する可能性を減じるか又は妨げる。オルタネータ６１により供給される充電電圧から遮断されるよりも前に、電池３０は、通常、それ相応に高い充電状態を維持する。
【００９９】
しかしながら、オルタネータ６１が遮断されるか又は充電源として取り除かれた後は、電池３０の充電状態は、オルタネータ６１がオフ状態となった時点にまで降下する場合がある。例えば、仮に、電池３０がより古く、より寒い気候であり、又は該オルタネータ６１が遮断される前に十分に再充電されることなく、（始動／停止用途のような）極めて大きな放電がなされていたとすると、電池の容量は、その定格容量の６５％から８５％の範囲に降下することは異常ではない。知られるように、電池の容量は、多くの電池がそれらのコスト及び用途に応じて容量の多寡があるにも拘わらず、６０Ａｈの容量を持つ典型的な電池に対して電流時（Ａｈ）で測定される。また、電池電圧は、オルタネータ６１が遮断されたときに、ほぼ１２．４Ｖに降下することはまれではない。電池がライフサイクルの終端に近い場合に、充電は１１．５Ｖ以下にすら減少する場合がある。いくつかのケースにおいて、電池電圧は、オルタネータ６１が遮断された後に、７Ｖに降下する場合がある。電池におけるこれらの大きな電圧降下は、電池寿命を短くするか、又は既にそのライフサイクルの終端にいる兆候である場合がある。このようなシナリオは、信頼性あるスタータ６０の始動（クランク出力）の可能性を妨げたり減じたりし得る、又はここに記述された低い電池電圧に関する他の問題を引き起こし得る。
【０１００】
いくつかの実施形態は、電池３０がオルタネータ６１からの電力の供給を失った後に生じ得る、電池における充電、容量及び電圧の状態に関する上記の問題を補償することを助けることができる。例えば、スイッチ７５、７７が閉じられ、これにより、キャパシタ２０が電池３０にエネルギーを供給することを可能とし、且つ、すべての充電量が回復するか、以前の低い状態の充電量の一部にまで回復するか、又は電池３０のオープン回路電圧にまで回復する。このようなキャパシタ２０における電池３０への「少量充電」事象は、オルタネータ６１の遮断後のさまざまな機会に生じ得る。しかしながら、その充電電圧値に近い又はほぼ同一の電池３０の電圧値を維持し、且つ電池３０の電圧値が大きく降下する可能性を低減するように、オルタネータ６１が遮断された後、比較的に短時間（１０秒よりも短い）のうちに、スイッチ７５を閉じ且つ電池３０への少量充電を行うことは有益である場合がある。このような実施形態は、電池３０によって要求される仕事量を減らし、電池３０の消耗を減らし、電池寿命を延ばし、結合型キャパシタ／電池装置９００が用いられた車両における全体の効率を改善する。また、これらの実施形態は、動作が再開されたときに、電池３０の充電の受容性に対して明確な効果を持ち得る。加えて、電圧サイクルから要求される仕事は、電池３０に代えて、そのようなサイクルに設計されたキャパシタに転送される。電池３０が、ハイブリッド車両のような、始動／停止用途において、キャパシタ２０により少量充電がなされる場合に、該車両の燃料効率（燃費）は、電池３０の改善された効率により改善され得る。
【０１０１】
スイッチ７５が、（キャパシタ２０により電池３０に少量充電するために）閉じられる時間の長さは変わり得るが、通常は、ほぼ１時間からほぼ４時間である。少量充電は、連続的に適用可能であるが、また、間欠的にも適用可能である。例えば、少量充電は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御に適用される場合があり、電池板の中の表面鉄層を取り除くことにより、電池に、より速い充電を行わせることができる。また、少量充電は、電池に対して、車両が停止している間の１回又は所定の期間にわたる数回に適用できる場合がある。
【０１０２】
ウルトラキャパシタを用いた電池の少量充電の使用試験として、グループ３１  ＡＧＭ  鉛電池が１２．４５  ＯＣＶに「サイクルダウン」され、且つ、２ヶ月間放置された。この時点で、該電池の充電の受容性は、４５°Ｆ（７．２℃）で、１４．４Ｖ、６Ａと測定された。該電池は、５日間連続して、初期値である１４．４Ｖに充電されたウルトラキャパシタから、ほぼ均等に４つの間隔に分けられた充電を受けた。キャパシタからそのような少量充電を受けた後の該電池の新しいＯＣＶは、１２．６４Ｖと測定された。該電池が、１２．４５Ｖにまで放電されたとき、該電池の測定された充電の受容性は２８Ａであった。本試験は、少量充電に応じたサイクルダウン電池に対する充電の受容性に関する利益を証明する。ここに記述された少量充電のこのような利益を得る関連した効率は、１年間にわたる通常使用の２００Ａｈから２５０Ａｈで、ハイブリッド車両の典型的な始動／停止用途にある電池により要求される仕事量を削減する場合がある。
【０１０３】
キャパシタ２０と電池３０とにおける電圧量は、少量充電中に監視でき、これにより、少量充電がキャパシタ２０及び電池３０の電圧降下を防止し、且つスタータ６０が始動できない（約１２Ｖ）の電圧値以下にまで降下するのを防止する。仮に、少量充電中に、電圧値がこのような低い電圧値に達した場合には、充電コントローラ７４は、スイッチ７５を再開放することができ、スタータ６０を始動するためにキャパシタ２０に十分な電圧を確保することができる。
【０１０４】
図１４Ａにおけるシステムに関する上記の１つ又はそれ以上の機能は、図１４Ｂにおける他の２端子２スイッチに係る実施形態、又は図１５に示したスイッチ７５及び整流器６３のみを伴う３端子構成に付与することができる。図１４Ａ及び図１４Ｂに示した実施形態の有利な点は、それらが２端子設計であり、既成の２端子型ＯＥＭ電池とより容易に置き換えることが可能となる。しかしながら、３端子型実施形態は、より簡単な用途で、例えばスイッチ７７を設けないで、ある類似の機能を与えることができる。このような実施形態は、キャパシタ２０からの電流及び電池３０からの電流の流れを分離することができ、スタータ６０が、（スイッチ７５が開放状態にあるときに）キャパシタ２０のみからより高い電圧を受けることができる。このような実施形態は、図１４Ａに示され且つ「改善された始動機能」と題された項目に記述された実施形態と同様の利益を与えることができる。加えて、スイッチ７５は、開放位置に可動であり、再生力があるブレーキからキャパシタ２０にのみエネルギーを割り当てることができる。又は、スイッチ７５は、閉じ位置に可動であり、再生力があるブレーキからキャパシタ２０と電池３０との双方にエネルギーを割り当てることができる。これにより、図１４Ａに示され且つ「ブレーキによるエネルギーの回生」と題された項目に記述された実施形態と同様の利益を与えることができる。さらに、スイッチ７５は、閉じ位置に可動であり、キャパシタ２０が電池に少量充電をすることができ、これにより、図１４Ａに示され且つ「サイクルダウン効果を低減するためのキャパシタから電池への少量充電」と題された項目に記述された実施形態と同様の利益を与えることができる。
【０１０５】
＜抵抗性ブリッジ＞
図１６は、図９から図１５と多くの同等の構成部品を有する３端子結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置１２００に係る他の実施形態を示している。キャパシタ／電池結合型装置１２００に模式的に示された電子機器は、ここに記述された他の３端子キャパシタ／電池結合型装置の中に実現され得る。本実施形態において、電流リミッタ７６は、スタータ端子５０とオルタネータ端子４８との間に配置され得る。いくつかの実施形態においては、装置１２００は、ここに記述された他の２端子装置と同等の２端子装置を構成し得る。例えば、装置１２００は、端子４８をなくし、且つ、電流リミッタを端子５０と電池３０との間に配置し、且つ、オルタネータ６１と車負荷６２とを端子５０に接続することができる。電流リミッタ７６は、１つ又はそれ以上の抵抗器を有する抵抗性ブリッジを含み得る。電流リミッタ７６は、１つ又はそれ以上の正温度係数抵抗器、自己復帰型回路ブレーカ又は他の好適な電流制限装置を含み得る。電流リミッタ７６は、キャパシタ２０によりスタータがクランク軸を作動している期間中に、ここに記述された結合型エネルギー貯蔵装置に係る他の実施形態と同様に、電池３０への電流の引き込みを低減することができ、一方、構成部品をより少なく、より低コストで且つ信頼性を増すことができる。電流リミッタ７６の抵抗値は、電池３０の大きさ、負荷特性及び固有抵抗とキャパシタ２０のＥＳＲとに基づいた値に決められ得る。通常、電流リミッタ７６は、電池３０からの電流の引き出しを低減するという上記の利益を与えるのに十分な適当に大きいサイズとされ得る。但し、サイズが大き過ぎることにより、キャパシタの再充電レートが有効値を下回ることがないようにする必要がある。通常、電流リミッタは、システム時定数（抵抗、時、容量）が、システムが要求するピーク出力の持続期間よりもほぼ１０倍から１００倍大きいはずである。大抵の自動車用途において、電流リミッタが、装置１２００の時定数がほぼ１０秒から１０００秒の間であるべき大きさにされていることから、要求されるピーク出力は、ほぼ１秒から１０秒の間だけ持続する。いくつかの実施形態においては、装置１２００の時定数は、ほぼ１秒から１００００秒の間であり得る。例えば、定格が２０００Ｗ以上の抵抗性ブリッジは、オープン回路電圧が２８８Ｖの電池と、該電池と並列接続されたほぼ２４Ｆの容量を持つキャパシタとを含む結合型電池／キャパシタ装置の中に実現され得る。加えて、電流リミッタ７６は、図９から図１５に記述された１つ又はそれ以上の他の実施形態に実現され得る。
【０１０６】
＜整流器ネットワーク＞
図１７は、図９から図１６と多くの同等の構成部品を有する２端子結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置１３００に係る他の実施形態を示している。キャパシタ／電池結合型装置１３００に模式的に示された電子機器は、ここに記述された他の２端子キャパシタ／電池結合型装置の中に実現され得る。本実施形態において、装置１３００は、並列に接続された電池３０Ａと電池３０Ｂとの間に一続きに配置された整流器６３、７３及び７８のネットワークを含む。電池３０Ａ、３０Ｂは、ほぼ同一の定格の電圧及び容量を持ち得る。整流器６３、７３及び７８並びに電池３０Ａ及び電池３０Ｂからなるシステムは、キャパシタ２０と並列に接続され得る。
【０１０７】
図１７に示される装置１３００に係る実施形態は、図１１から図１５に示される実施形態のような、ＤＣ／ＤＣコンバータ又は切り換えシステムを含む、ここに記述された結合型装置と同様のいくつかの利益を与え得る。例えば、電池３０Ａ、３０Ｂは、キャパシタ２０が該電池３０Ａ、３０Ｂの定格電圧と同一かそれよりも低いような、あるレベルよりも低く消耗している場合に、車負荷６２に対して電力を並列に働かせることができる。キャパシタ２０は、まず、再充電中に該キャパシタ２０が電池３０Ａ、３０Ｂの定格電圧の２倍となるような、あるレベルに達するまで電力を受けることができる。続いて、受けた電力は、電池３０Ａ、３０Ｂの再充電に使われ得る。電池３０Ａ、３０Ｂの再充電は、恐らく、該電池のより高い内部抵抗値によって、より低い実行率となる。図１７における装置１３００に係る実施形態は、ソリッドステートの構成部品でのみ実現されることができ、このため、ＤＣ／ＤＣコンバータ又は切り換えシステムを伴う装置に関してより簡単となる場合がある。従って、図１７の実施形態は、信頼性がより高くなる可能性があり、ある他のハイブリッド型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置よりも低コストとなる場合がある。
【０１０８】
＜自己平衡型装置＞
図１８は、図９から図１７と多くの同等の構成部品を有する２端子結合型電池／キャパシタエネルギー貯蔵装置１４００に係る他の実施形態を示している。キャパシタ／電池結合型装置１４００に模式的に示された電子機器は、ここに記述された他の２端子キャパシタ／電池結合型装置の中に実現され得る。本実施形態において、キャパシタ２０は、直列に接続された複数のキャパシタ２０Ａ〜２０Ｆによってキャパシタバンクを構成することができ、また、電池３０は、直列に接続された複数の電池３０Ａ〜３０Ｆによって電池バンクを構成することができる。いくつかの実施形態においては、エネルギー貯蔵装置１０の中に実現されるキャパシタの個数と電池の個数とは同一にでき、これにより、以下に記述される電池とキャパシタとの間のより良い平衡を与える。複数の配線８０Ａ〜８０Ｅは、キャパシタ２０と電池３０との間に延ばし得る。各配線は、キャパシタにおける対応する隣接ペアの間の第１の端部と、電池における対応する隣接ペアの間の第２の端部とを含み得る。例えば、配線８０Ａは、キャパシタ２０Ａ、２０Ｂとの間の点と接続された第１の端部８１Ａと、電池３０Ａ、３０Ｂとの間の点と接続された第２の端部８２Ａとを含むことができ、以下、配線、電池及びキャパシタの残りも同様である。配線８０Ａ〜８０Ｅは、ワイヤ、バスバー又は他の電気的結線から構成できる。配線８０Ａ〜８０Ｅは、隣接キャパシタ及び隣接電池との間を延びる他の電気的構成部品を用いることなく、ワイヤ、バスバー又は他の電気的結線から構成できる。いくつかの実施形態において、電池及びキャパシタの個数（６個）と、配線の本数（５本）とは例示的な目的であることは、理解されるであろう。
【０１０９】
図１８に示された装置１４００に係る実施形態は、それぞれに対応するキャパシタバンク２０内の個々のキャパシタ２０Ａ〜２０Ｆの電圧に、さらに、キャパシタバンク２０全体の出力電圧に平衡を与えることができる。また、本実施形態は、それぞれに対応する電池バンク３０内の個々の電池３０Ａ〜３０Ｆの電圧に、さらに、電池バンク３０全体の出力電圧に平衡を与えることができる。このような平衡は、個々のキャパシタ及び／又は電池の間の差を減らすことができる。このような平衡は、あるキャパシタ又は電池が他のキャパシタ又は電池よりも高く若しくは低く充電されることを避けることができ、これにより、キャパシタ２０、電池３０又はハイブリッド型エネルギー貯蔵装置１４００におけるサービス寿命に影響を持つことができる。また、このような平衡は、１つ又はそれ以上の個々のキャパシタ２０Ａ〜２０Ｆ及び個々の電池３０Ａ〜３０Ｆが故障する事態において、キャパシタバンク２０の全体又は電池バンク３０の全体にわたる完全な故障を防ぐことができる。図１８における平衡回路は、スイッチ及びコントローラ等のような同様の機能を与えながら、より複雑ないくつかの平衡回路と比べて、単純で費用が掛からず、エラーに強い。
【０１１０】
＜述語の明確化＞
当業者は、ここに記述された実施に関連して記述された、種々の例示的な論理ブロック、モジュール、回路及びプロセス工程が、電子的ハードウェア、コンピュータソフトウェア、又はこれらの結合として実施される場合があることは、より正しく認識するであろう。このハードウェアとソフトウェアとの互換性を明確に例示するために、種々の例示的構成部品、ブロック、モジュール、回路及び工程は、通常、それらの機能に置き換えて上記のように記述されてきた。このような機能がハードウェア又はソフトウェアとして特定の用途及び設計の強制により実施されたか否かは、システム全体に義務を負わせる。熟練工は、おのおのの特定の用途のための種々の方法で記述された機能を実現できる場合がある。しかし、このような実施の判断は、本発明の範囲から逸脱するため、解釈してはいけない。当業者は、一部又は部分が全体よりも小さいか等しい何かを含む場合があることを認識するであろう。
【０１１１】
ここに記述された実施と関連した種々の例示的な論理ブロック、モジュール及び回路は、通常の目的のプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、プログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）若しくは他のプログラム可能論理デバイス、ディスクリートゲート若しくはトランジスタロジック、ディスクリートハードウェア構成部品、又はここに記述された機能を行うこれらのいくつかの結合として、実現又は遂行される場合がある。通常の目的のプロセッサは、マイクロプロセッサである場合がある。しかし、これに代えて、該プロセッサは、ある従来のプロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ又は状態マシンである場合がある。また、プロセッサは、コンピューティングデバイス、例えば、ＤＳＰと、マイクロプロセッサ、複数のマイクロプロセッサ、ＤＳＰコアと連結された１つ若しくはそれ以上のマイクロプロセッサ又は他のこのようなある構成との組み合わせとして実現される場合がある。
【０１１２】
ここに開示された実施と関連して記述された方法又はプロセスの工程は、ハードウェアに、若しくはプロセッサにより実行されるソフトウェアモジュールに、又はこの２つの組み合わせにより、直接に具現化される場合がある。ソフトウェアモジュールは、ＲＡＭメモリ、フラッシュメモリ、ＲＯＭメモリ、ＥＰＲＯＭメモリ、ＥＥＰＲＯＭメモリ、レジスタ、ハードディスク、着脱可能ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又は他の公知の一時的な記憶媒体に備わる場合がある。例示的なコンピュータ読み取り可能記憶媒体は、プロセッサが該コンピュータ読み取り可能記憶媒体から情報を読むことができ且つ情報を書き込むことができるような、プロセッサと結合される。これに代えて、記憶媒体は、プロセッサと一体化されていてもよい。プロセッサと記憶媒体とは、ＡＳＩＣに備わっていてもよい。該ＡＳＩＣは、ユーザ端末、カメラ又は他のデバイスに備わっていてもよい。これに代えて、プロセッサと記憶媒体とは、ユーザ端末、カメラ又は他のデバイスにディスクリート構成部品として備わっていてもよい。
【０１１３】
見出しは、種々の項目の参照となり、且つ該項目を探し出すためにここに含まれる。これらの見出しは、それに関して記述された概念の範囲を制限することを意図しない。このような概念は、明細書の全体を通して適用可能性を持つ場合がある。
【０１１４】
本システムは、以下に詳細に議論するように、種々のモジュールを有する。当業者によって理解され得るように、各モジュールは、種々のサブルーチン、プロシージャ（手続き）、定義文及びマクロから構成される。各モジュールは、典型的には、個別にコンパイルされ且つリンクされて１つの実行可能なプログラムとなる。従って、各モジュールの以下の記述は、好ましいシステムの機能を記述するのに都合良く使用される。その結果、各モジュールが受けるプロセスは、他のモジュールの１つに任意に再配分されてもよく、共に１つのモジュールに結合されてもよく、また、例えば、共有可能な動的ライブラリとして利用されてもよい。
【０１１５】
ここに記述された発明は、方法として、装置として、又はソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア若しくはこれらの組み合わせを製造するための標準のプログラム若しくは技術手法を用いた製作物として実現される場合がある。ここで使われる「製作物」という用語は、ハードウェア、又は光学記憶装置及び揮発性若しくは不揮発性記憶装置のようなコンピュータ読み込み可能媒体に実装されるコード又はロジックをいう。このようなハードウェアは、プログラム可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、複合型プログラム可能論理デバイス（ＣＰＬＤ）、プログラム可能論理アレイ（ＰＬＡ）、マイクロプロセッサ、又は他の類似の装置を含み得るが、これらに限られない。
【０１１６】
ここに記述された発明に係る実施形態は、多くの異なるソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、電気回路、コントローラ、コンピュータ（携帯型コンピュータ装置を含む）、マイクロチップ、集積回路、プリント回路基板、及び／又は他の公知若しくはここに記述されたマイクロ電子構成部品、又はこれらの組み合わせと、ここに記述された機能を与えるにふさわしい、これらと関連を持つ方法とを含み得る。加えて、キャパシタシステムを管理するための、ここに記述された機能は、いくつかの好適な電気的、機械的、気圧的、水圧的、及び／若しくは他の構成部品、及び／若しくはシステム、若しくはこれらの組み合わせ、又はこれらと関連した方法を与えることができる。
【０１１７】
開示された実施のこれより前の記述は、いかなる当業者にも、本発明の作製又は使用を可能とするように提供されている。これらの実施に対してなされる種々の変形は、これら当業者には容易に明らかとなり、また、ここに定義された包括的な原理は、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、他の実施に適用される場合がある。従って、本発明は、ここに示された実施に限られることは意図せず、ここに記述された原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲と一致されるべきである。
【０１１８】
上記の内容は、種々の実施形態に適用されるような本発明の新規な特徴を示す限りは、当業者は、種々の省略、置き換え、並びに示された装置又はプロセスにおける形態及び詳細の変更が、発明の精神から逸脱することなくなされる場合があることを理解するであろう。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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