(57)【要約】  本発明は、熱絶縁材料で作製された、バッテリーモジュールを取り囲む外壁と、外壁内に配置され、バッテリーが嵌合する複数のバッテリー受け部を含み、熱伝導性材料で作製されたバッテリーホルダと、バッテリーホルダに結合されており、中心開口部内に配置されている無線電力管であって、無線管に挿入され得る無線電力スティックと無線でエネルギーを交換するように構成されている、無線電力管を含む、無線電力交換器と、を含む、バッテリー駆動式照明システムのためのバッテリーパックに関する。
2017502452.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリーモジュールであって、前記バッテリーモジュールは、
熱絶縁材料で作製された、前記バッテリーモジュールを取り囲む外壁と、
前記外壁内に配置されるバッテリーホルダであって、バッテリーが嵌合する複数のバッテリー受け部を含み、熱伝導性材料で作製されたバッテリーホルダと、
中心開口部と、
当該バッテリーモジュールの前記中心開口部内に配置された熱源とを含み、
前記熱源は無線電力交換器であり、前記無線電力交換器は、前記バッテリーホルダに結合される無線電力管であって、前記中心開口部内に配置された無線電力管を含み、前記無線電力管は、前記無線管に挿入され得る無線電力スティックと無線でエネルギーを交換する、バッテリーモジュール。
【請求項２】
前記無線電力管が、前記無線電力スティックから電力を受信するため、及び前記無線電力スティックに電力を送信するための巻線を含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項３】
前記無線電力管が、前記無線電力スティックから電力を受信するための第１の巻線と、前記無線電力スティックに電力を送信するための第２の巻線と、を含む、請求項１に記載のバッテリーモジュール。
【請求項４】
前記バッテリーホルダ内の前記バッテリーの温度を検知するための温度センサを含む、請求項１乃至３の何れか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項５】
前記温度センサによって検知された温度を監視する、及び前記検知された温度に基づき前記熱源を作動させる制御部を更に含む、請求項４に記載のバッテリーモジュール。
【請求項６】
当該バッテリーモジュールが、回転軸線を中心にして配置された角柱又は円柱等の形状とされ、前記中心開口部が前記回転軸線を中心にして配置されている、請求項１乃至５の何れか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項７】
バッテリー制御部を更に含み、前記バッテリー制御部は、前記中心開口部と前記外壁との間に、前記回転軸線から半径方向に延在して、前記バッテリーホルダの基部セクションの円弧セグメントを占め、前記複数のバッテリー受け部が、前記バッテリーホルダの前記基部セクションの残りの円弧セグメントに分散される、請求項６に記載のバッテリーモジュール。
【請求項８】
複数のバッテリーモジュールが無線電力スティックの周囲に積み重ねられ得るような形状にされる、請求項１乃至７の何れか一項に記載のバッテリーモジュール。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか一項に記載のバッテリーモジュールと、負荷と電力を交換するための無線電力交換器と、を含む、バッテリーパック。
【請求項１０】
請求項１乃至８の何れか一項に記載の複数のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックであって、前記複数のバッテリーモジュールは、それぞれ、中心開口部を含み、当該バッテリーパックは、それぞれ、前記複数のバッテリーモジュールの各バッテリーモジュールの前記バッテリーホルダそれぞれに結合されており、それらの対応する中心開口部内に配置されている複数の無線電力管と、前記バッテリーモジュールの前記無線電力管に挿入され、前記複数の無線電力管と無線でエネルギーを交換する無線電力スティックと、によって形成される無線電力交換器を更に含む、バッテリーパック。
【請求項１１】
前記バッテリーモジュールによるエネルギー移送を、以下のパラメータ、すなわち、前記各バッテリーモジュールの内部温度、エネルギーハーベスタからの入力電圧、エネルギーハーベスタからの入力電流、前記バッテリーパック内における前記各バッテリーモジュールの位置、前記各バッテリーモジュールの充電の状態、の少なくとも１つに基づいて制御する電力チャネル制御部を更に含む、請求項９又は１０に記載のバッテリーパック。
【請求項１２】
前記電力チャネル制御部が、前記エネルギー移送を、前記バッテリーモジュール内に注入される熱の量に基づいて選択された効率を有する動作点へと制御する、請求項１１に記載のバッテリーパック。
【請求項１３】
照明ユニットと、
前記照明ユニットに電力を供給するための、請求項１乃至８の何れか一項に記載のバッテリーモジュール又は請求項９乃至１２の何れか一項に記載のバッテリーパックと、
前記バッテリーモジュール又は前記バッテリーパックに電力を供給するためのエネルギー源と、
を含む、照明システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バッテリーパックに関し、より具体的には、バッテリー駆動式照明システム用のバッテリーに関する。例えば、本発明は、例えば、太陽光発電型オフグリッド街路照明などの、バッテリーパックを含む太陽光発電システム用のバッテリーパックに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日、益々多くのグリッド接続型街路照明が、太陽光発電型ＯＳＬ（off−grid street lighting）とも呼ばれる太陽光発電型オフグリッド街路照明に取って代わられている。現在の太陽光発電型街路柱では、日中に採取したエネルギーを保存して夜間に使用するためにバッテリーを使用している。この目的のために最も頻繁に使用されているバッテリーのタイプは鉛バッテリー（即ちＰｂバッテリー）であるが、これはその比較的低いコストが理由である。現在のＰｂバッテリーは２年から３年の比較的短い寿命を有する。これは主に太陽光発電への適用（solar application）に起因するものであり、Ｐｂバッテリーが放電直後に再充填される場合、及び正しい充電プロファイルでは、Ｐｂバッテリーは５年までの寿命を享受することができる。しかし、太陽光発電への適用では、特にＰｂバッテリーが一部充電された状態（即ち、一部充電状態）で動作される冬には、完全な再充填のための十分な電流を必ずしも生成するわけではない。この結果、Ｐｂが、通常、２年から３年と短寿命になり、これは十分とは考えられない。バッテリー寿命は主要な差別化要因であると考えられる。
【０００３】
或いは、最適な条件下で２０年というより大幅に長い寿命を有するリチウム電池が使用されてもよい。しかし、Ｌｉイオンでも、屋外太陽光充電条件では、今度は動作下の温度が原因となって寿命を制限する。低温条件下のバッテリーの性能は、通常、２５℃のより温暖な試験条件下での性能の数分の１である。これは、低温での限定された化学動力学を示すアレニウス因子によるものである。加えて、ゼロを僅かに下回る温度で鉛酸蓄電池を使用すると電解質が凍結する。両方の場合において、緩和策は、バッテリーが尚十分な電力を放出することができるように、バッテリーの寸法を大きくすることである。
【０００４】
幾つかのバッテリー技術は氷点下の温度で充電されると劣化する。一例は、上述のＬｉイオン技術である。Ｌｉイオン技術は、そのような条件下において高電流で充電されるとリチウムめっきが生じ、非常に大きな寿命の低減が生じる。リチウムめっきに対する緩和策は、バッテリーを地下の凍結層の下、例えば１ｍに埋設することとされ得る。しかし、また、これは基礎工事のコストを付加し、リチウムめっきに関してはそれほどひどくはならないものの、バッテリーが熱的快適領域（thermal comfort zone）未満で動作される場合には、温度は寿命を制限するほど依然として十分に低くなる場合がある。別の緩和策は、バッテリーが低温の場合には充電電流を制限することであるが、充電時間が日中に限定されるため、また、曇り及び影による充電の中断を計画することはほぼ不可能なため、バッテリーは完全に充電されない場合がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、上述の課題を軽減するバッテリーモジュールを提案することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、より高い寿命を有するバッテリーモジュールを提案することである。
【０００７】
本発明の別の目的は、困難な条件にもかかわらず効率的に動作し得るバッテリーモジュールを提案することである。
【０００８】
更に本発明の別の目的は、製造が簡単且つ安価なバッテリーモジュールを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このため、本発明は、
熱絶縁材料で作製された、バッテリーモジュールを取り囲む外壁と、
外壁内に配置され、バッテリーが嵌合する複数のバッテリー受け部を含み、熱伝導性材料で作製されたバッテリーホルダと、を含むバッテリーモジュールに関する。
【００１０】
内部の熱伝導性材料と外壁の熱絶縁材料との組み合わせにより、バッテリー温度はより容易に快適範囲内に維持され得る。従って、バッテリーの寿命及び性能に対する温度の負の影響が防止され得る。特に、例えば、オフグリッド街路照明等の太陽光発電屋外照明器具のような屋外動作の場合においては、バッテリーの内部温度は氷点下の温度まで容易に低下せず、非常に高温まで過熱しない。
【００１１】
本発明の一実施形態によれば、バッテリーモジュールは中心開口部を含んでもよく、熱源がバッテリーモジュールの中心開口部内に取り付けられてもよい。従って、熱源は温度を快適範囲内に維持することができる。熱伝導性材料は、モジュールの全てのバッテリーがほぼ同じ温度になるように、バッテリーモジュール内で熱が容易に拡散されるようにする。外壁は、生成された熱をバッテリーモジュール内に保持する。熱源は、抵抗であっても電流が通るケーブルであってもよい。
【００１２】
この実施形態の１つの特定の例においては、熱源は、無線電力交換器によって形成される。無線電力交換器は、バッテリーホルダに結合され中心開口部内に配置された無線電力管を含み、無線電力管は、無線管に挿入され得る無線電力スティックと無線でエネルギーを交換するように構成されている。無線交換器における電力送信時の損失は、バッテリーモジュールを加熱するために使用される。従って、バッテリーモジュールの充電又は放電時、熱が生成され、熱伝導性バッテリーホルダによって拡散される。無線電力交換器を使用する別の利点は、配線又は接続が必要とされないことである。従って、設置がより安全且つ簡単となり、目に見える接続端子を有しないバッテリーモジュールは盗まれたり破壊されたりしにくくなる。
【００１３】
この変形形態においては、無線電力管は、無線電力スティックから電力を受信するための第１の巻線と、無線電力スティックに電力を送信するための第２の巻線と、を含んでもよい。従って、結合は、バッテリーの充電及び放電用の電圧及び電流がそれぞれの状況に適合されるように適合させてもよい。しかしながら、無線電力管は、無線電力スティックから電力を受信するため、及び無線電力スティックに電力を送信するために１つの巻線を含み得ることも可能である。電圧及び電流の適合は、バッテリーモジュール内又は外部ユニットにて行われてもよい。バッテリーモジュールのこの様式は、従って、製造がより簡単且つより安価である。
【００１４】
前述の実施形態と組み合わされてもよい本発明の別の実施形態においては、バッテリーモジュールは、バッテリーホルダ内のバッテリーの温度を検知するための温度センサを含む。このセンサにより、バッテリーモジュールの内部温度は、例えば、温度が快適領域内に戻るまでバッテリーの使用を中止する等、バッテリー寿命が危機に晒されることを回避するための措置が取られ得るように監視され得る。
【００１５】
特に、この実施形態の変形形態においては、バッテリーモジュールは、温度センサによって検知された温度を監視するように、及び検知された温度に基づき熱源を作動させるように構成された制御部を更に含む。従って、温度が減少し過ぎると、バッテリーの制御部は、それ自身で又は外部ユニットによって、熱源によるバッテリーモジュールの加熱を引き起こすことができる。例えば、熱源が無線電力交換器である場合には、制御部は無線電力交換器を介してバッテリーからの電力送信を引き起こすことができる。この放電により生じる熱損失は、バッテリーモジュールを再加熱し、従って、バッテリーの快適領域から出るのを防止する。
【００１６】
本発明のこの変形形態の更なる例においては、制御部は、更に、外部ユニットに少なくとも１つのパラメータ値を通知するように構成されている。パラメータ値は、検知された温度、バッテリーの充電の状態、少なくとも１つのバッテリーの破損を含む群の１つである。検知された温度の通知は、上述の無線電力交換器を介した電力送信のトリガーとなり得る。実際、バッテリーモジュールの充電及び放電は外部ユニットによって制御されてもよい。外部ユニットは、通知された検知温度値及び／又はバッテリーの充電の状態に基づきバッテリーモジュールを放電することを決定する。少なくとも１つのバッテリーの破損は、破損したバッテリーの交換のための技術者の介入のきっかけとなってもよい。
【００１７】
例えば、制御部は、外部ユニットに無線電力交換器を介してパラメータ値を通知するように構成されてもよい。信号が外部ユニットから取得され得るように、例えば、信号を無線電力送信の周波数へと変調すること、又は信号情報を他の手段により埋め込むことが可能である。従って、バッテリーモジュールをシステムの残部に接続するための配線又は接続は必要とされない。これにより、システムへのバッテリーモジュールのより簡単な取り付けが可能になる。
【００１８】
第１の実施形態の特定の変形形態においては、バッテリーモジュールは、回転軸線を中心にして配置された円柱形状又は角柱形状のものであり、中心開口部は回転軸線を中心にして配置されている。この特定の形状及び配置は、バッテリーホルダ内における均一且つ効率的な熱の拡散を確実にする。更に、この形状は照明用柱等の柱内における取り付けに特に良好に適合されている。柱の上に取り付けられてもよい、他の形状、例えば、円盤形状（即ち、平坦な円筒）が企図され得る。
【００１９】
本願の意味においては、角柱は、ｎ個の辺の多角形底面、平行移動した複製物（第１の面と同じ面にない）、及び２つの底面の対応する辺を結合するｎ個の他の面（必然的に全て平行四辺形）を有する多面体である。更に、用語「円柱」は、結合面によって連結された２つの曲線断面（例えば、円、楕円）によって形成される任意の体積と理解すべきである。棒形状円柱は、断面が２つの同一の円である場合の特定ケースである。
【００２０】
バッテリーを可能な限り小型に維持するために、上記変形形態の例では、バッテリーモジュールのバッテリー制御部が中心開口部と外壁との間に、回転軸線から半径方向に延在して、バッテリーホルダの基部セクションの円弧セグメントを占め、複数のバッテリー受け部が、バッテリーホルダの熱勾配が最適化されるように、バッテリーホルダの基部セクションの残りの円弧セグメント内に分散されることが提案される。
【００２１】
前述の実施形態と組み合わせられ得る本発明の別の実施形態においては、バッテリーモジュールは、無線電力スティックの周囲に複数のバッテリーモジュールが互いに積み重ねられ得るような形状にされる。従って、バッテリーモジュールは、システム内において、単独又は小型バッテリーパックの何れかで使用され得る。これは、それぞれの状況における取付者の必要に応じた使用の柔軟性を提供する一方で、この解決策を可能な限り小型に維持する。この目的のため、形状は、一方の側に、他方の側の肩部に対応する溝を含んでもよい。
【００２２】
本発明の別の態様によれば、本発明の第１の態様による１つ以上のバッテリーモジュールを含むバッテリーパックが提案される。
【００２３】
本発明のこの態様の一実施形態においては、バッテリーパックは、バッテリーモジュールによるエネルギー移送を、以下のパラメータ、つまり、各バッテリーモジュールの内部温度、エネルギーハーベスタからの入力電圧、エネルギーハーベスタからの入力電流、バッテリーパック内における各バッテリーモジュールの位置、各バッテリーモジュールの充電の状態、の少なくとも１つに基づいて制御するように適合された電力チャネル制御部を含む。
【００２４】
従って、電力チャネル制御部は、バッテリーパックのモジュールをどのように個々に充電するかを必要に応じて決定することができる。本発明の一例では、積み重ねられたバッテリーモジュールでは、バッテリーモジュールの全スタックがその最底部部分の無線電力交換器内で発生した熱から利することができるように、底部バッテリーモジュールを優先して充電することは興味深い。
【００２５】
この実施形態の更なる変形形態においては、電力チャネル制御部は、エネルギー移送の最適な効率を維持するために、以下のパラメータ、つまり、電圧、電流、周波数、の少なくとも１つを調節することによりエネルギー移送を制御するように適合されている。従って、例えば、変化する照度条件に起因する、太陽電池パネルで採取される電力レベルの変動にも関わらず、電力チャネル制御部は、バッテリーモジュールの充電又は放電時の効率レベルを、巻線内の電流の周波数、電圧及び／又は電流を調節することによって維持することができる。電力チャネル制御部が電流及び周波数を調節し、結合及び電力送信を最適点又は最適点の近辺で維持するように、例えば、充電時、電圧を公称充電電圧に維持することが好ましい。
【００２６】
別の実施形態においては、電力チャネル制御部は、エネルギー移送を、バッテリーモジュール内に注入される熱の量に基づいて選択された効率を有する動作点へと制御するように適合されている。実際、バッテリーへの熱の必要に応じて、例えば、低温条件においては、無線電力交換器における電力送信により十分な電気損を生成するようにするため、最適に僅かに満たない動作点が選択されてもよい。これら電気損はジュール効果によって熱に変換され、バッテリーが熱的快適領域内に維持されるようにする。
【００２７】
本発明のこの態様の一実施形態においては、複数のバッテリーモジュールは、それぞれ、中心開口部を含み、バッテリーモジュールは無線電力交換器を更に含み、無線電力交換器は、それぞれ、複数のバッテリーモジュールの各バッテリーモジュールのバッテリーホルダにそれぞれ結合されており、それらの対応する中心開口部内に配置されている複数の無線電力管と、バッテリーモジュールの無線電力管に挿入され、複数の無線電力管と無線でエネルギーを交換するように構成されている無線電力スティックと、によって形成される。
【００２８】
更に本発明の別の態様によれば、
照明ユニットと、
照明ユニットに電力を供給するための、本発明の第１の態様によるバッテリーモジュール又は本発明の第２の態様のバッテリーパックと、
バッテリーモジュール又はバッテリーパックに電力を供給するためのエネルギー源と、
を含む、照明システムが提案される。
【００２９】
本発明のこの態様によれば、エネルギー源は、太陽電池パネル等のエネルギーハーベスタであっても、風車ハーベスタであってもよい。電源がグリッドであり、バッテリーは電力不足の場合に予備として使用されることも可能である。そのような電力不足は、一部の発展途上国では日常的に起こり得る。バッテリーモジュールの利点のおかげで、そのような照明システムは、寒い冬のような困難な屋外条件においてさえもバッテリーの信頼性にあまり影響することなく使用され得る。
【００３０】
本発明のこれら及びその他の態様は、以下の説明に例として記載されている実施形態を参照して、及び添付の図面を参照して明らかになると共に更に説明されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】太陽光発電型照明柱である、バッテリー駆動式照明システムの一例を示す。
【図２Ａ】バッテリーモジュールの一実施形態を概略的に示す。
【図２Ｂ】バッテリーモジュールの一実施形態を概略的に示す。
【図２Ｃ】バッテリーモジュールの一実施形態を概略的に示す。
【図３】バッテリーモジュールの一実施形態の断面図を概略的に示す。
【図４Ａ】本発明の一例による底部部分及び頂部部分の配線の図である。
【図４Ｂ】第１の実施形態のバッテリーモジュールによって形成される、対応する電気回路の図である。
【図５Ａ】本発明の一例による底部部分及び頂部部分の配線の図である。
【図５Ｂ】第２の実施形態のバッテリーモジュールによって形成される、対応する電気回路の図である。
【図６】無線電力スティックが取り付けられたバッテリーモジュールの別の実施形態の上部断面図を概略的に示す。
【図７】無線電力スティックが取り付けられたバッテリーパックの側部断面図を概略的に示す。
【図８】本発明の一実施形態による照明用柱を示すブロック図である。
【図９】本発明の一実施形態によるバッテリーモジュールの側部断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態による照明用柱を示すブロック図である。
【図１１】本発明の一実施形態による屋上に設置される照明器具の図である。
【図１２Ａ】本発明の一実施形態の変形形態による照明器具の設置のステップを示す。
【図１２Ｂ】本発明の一実施形態の変形形態による照明器具の設置のステップを示す。
【図１３】本発明の別の実施形態による屋上に設置される照明器具の図である。
【図１４】本発明の別の実施形態による照明器具の設置のステップを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１は、太陽光発電型照明柱１０である、バッテリー駆動式照明システムの一例を示す。照明柱は、地面（図示せず）近傍に拡張部１３を有する柱１２によって支持される照明ユニット１１を含む。この例のシステムは、また、太陽光を使用して電力を発生するように構成された光起電力（ＰＶ：photovoltaic）パネル１４を含む。柱１２の拡張部１３の内部に、ＰＶパネル１４から受け取った電気エネルギーを貯蔵するためのバッテリーパック（図１に図示せず）が配置されてもよい。他の例では、他の種類のエネルギーが、例えば風車のような異なるハーベスタによって採取されてもよい。バッテリーパックが充電されれば、それは照明ユニット１１に電力を供給することができる。照明ユニット１１は、ＬＥＤ又は電気を使用する任意の他の照明素子を含んでもよい。バッテリーパックは柱１２内部にどこにでも格納されてもよいが、望ましくない温度勾配を回避するために好ましくは地表面上方に格納され得ることは明白であろう。
【００３３】
柱１２内部のバッテリーパックは、１つ以上のバッテリーモジュールを含んでもよい。図２Ａ、図２Ｂ及び図２Ｃは、そのようなバッテリーモジュールの一実施形態を概略的に示す。この実施形態では、図２Ａで示されるように、バッテリーモジュール２０は、外壁２１と、底部（図示せず）と、カバー２２と、を含む実質的に円筒状のハウジングを含む。モジュール２０の中心部分に、開口部２３が、上方に延出するチューブ形パイプ２４によって囲まれて配置されている。図２Ｂは、図２Ａのバッテリーモジュール２０を示すが、カバー２２が取り外されている。図２Ｃは、図２Ａのバッテリーモジュール２０を示すが、カバー２２及び壁２１が取り外されている。図２Ｃから分かるように、モジュール２０は、バッテリーセル（即ち、バッテリー）を保持するための複数の穴又は受け部２７を有する円筒形状の内部本体２６（バッテリーホルダとして機能する）を含む。この実施形態では、バッテリーセルは、中心パイプ２３と並列且つ同軸に配置されている。示されるモジュール２０は、円筒形状の柱を有する照明システムに電源を供給するのに特に好適である。モジュールの他の形状は可能であり、これは用途次第となり得ることは理解すべきである。
【００３４】
図３は、柱１２内部に配置されたバッテリーモジュール２０の一実施形態の断面を概略的に示す。示され得るように、内部本体２６は、バッテリーを配置するための複数の穴２７を含む。
【００３５】
モジュールの内部部分には、第１の温度センサ３２を含んでもよい電子モジュール３１が配置されている。第１のセンサ３２はバッテリーの温度を測定するために配置されている。電子モジュール３１は、バッテリーモジュール２０の制御部として動作し、第１のセンサ３２によって検知された温度を測定し、また、バッテリーの充電の状態を測定する。電子モジュールは、また、バッテリーセルが機能していない場合を検知する。この電子モジュールは、この例では、非常に小型のモジュールとするために、中心から半径方向に延在する（バッテリーセルの頂部に更なる厚みは必要とされない）。この内部本体２６が不均質性のため、バッテリー受け部２７は、例えばシミュレーションにより得られるように内部本体内における熱の最適な拡散となるように、非対称に配置されている。この理由のため、電子モジュールの近傍ではバッテリー受け部２７があまり離間されないことが示され得る。
【００３６】
モジュール全体のバッテリーの温度が逸脱し過ぎず、センサ３２によって測定される温度が全てのバッテリーの温度を反映するように、内部本体２６は、例えば、stanylなどの熱伝導性材料又は他の高熱伝導性材料で作製されることが好ましい。
【００３７】
バッテリーがそれらの周囲から絶縁され、より少ない熱が内部から失われるように、モジュールの外壁２１は、例えば、エーロゲル又はポリスチレンなどの熱絶縁材料で作製されることが好ましい。穴２３の周囲には、中心軸線に向かう方のバッテリーを絶縁するため、更なる絶縁チューブ３３が存在してもよい。外壁、特にその厚さは、バッテリーモジュールが動作中に直面する気候条件に応じた寸法にされてもよいことは留意されるべきである。従って、内部本体又はバッテリーホルダ２６は標準的な形状及び寸法のものであってもよいが、バッテリーモジュールは、尚、例えば、外壁２１の寸法を調節することにより状況に合わせて調整されてもよい。
【００３８】
バッテリーモジュール２０は、また、柱１２内部におけるケーブル案内用の溝３４を含む。図３の例では、第２の温度センサ３５が柱１２の外側に配置されている。第２のセンサは周囲温度とも呼ばれる外部温度を測定する。
【００３９】
バッテリーモジュールは、周囲環境からの衝撃、水、粉塵からバッテリーモジュールを保護するためのハウジング（図示せず）、例えば、耐水ハウジング又は剛性ハウジングを更に含んでもよいことは留意されるべきである。このハウジングは、例えば、バッテリーモジュールの十分な衝撃吸収及び保護を提供する成形プラスチック材料で作製されてもよい。それは、また、バッテリーの使用条件に応じた幾つかの適合試験、安全試験又は認可試験を通過するように設計されてもよい。
【００４０】
例示的なバッテリーモジュール２０内に、２４個のバッテリーセルが取り付けられ得る。ここでも、選択される接続に応じて、動作電圧及び電流に関する幾らかの柔軟性が提供される。この例によれば、バッテリーモジュール２０は、バッテリーモジュールを互いに接続するための導電リードを有する上面を有する基部セクションと、バッテリーモジュールを互いに接続するための導電リードを有する下面を有する頂部セクションと、を含む。図４Ａの例では、バッテリーセル４１を相互接続するために使用される導電ストラップ又は配線の一例が示される。この図面では、実線の（plain）接続４２は、一方の側、例えば、トップカバーの下面で使用され、バッテリーセル４１の上端部を接続する導電ストラップを示す。破線の接続４３は、他方の側、例えば、バッテリーモジュールの底部部分の上面で使用され、バッテリーセル４１の下端部を接続する導電ストラップを示す。導電ストラップは、例えば、底部部分及びバッテリーモジュールのカバーに固定されるニッケルプレートで作製されてもよい。バッテリーセル４１は、その後、それらの極性を考慮してバッテリーホルダ内に適切に配置される。
【００４１】
同等の電子スキームが図４Ｂによって示される。図４Ｂは、モジュールに、直列の１２個のバッテリーセルを含む２つの並列分岐が設けられることを示す。
【００４２】
本発明の上記例の変形形態が図５Ａ及び図５Ｂに示される。この場合、モジュールは、２４個のバッテリーセルが、直列の８つのバッテリーセルをそれぞれ含む３つの並列分岐によって接続されるように設けられる。明らかに、これらの配線スキームは例示であり、バッテリーセルを接続するために多くの代替的な解決策が選択されてもよい。
【００４３】
本発明の一実施形態によれば、中心開口部は、モジュール式となるように設計され、バッテリーセルにおいて許容可能な温度が維持されるように、例えば、中心開口部２３内に熱源が配置されてもよい。この熱源は、バッテリーモジュールが非常に低温の条件で使用される場合に特に好適である。
【００４４】
この実施形態の変形形態によれば、熱源は、図６に示されるような無線電力交換器であってもよい。この図では、図３の実施形態と類似の構造を備えたバッテリーモジュールが示される。しかしながら、前に説明したバッテリーモジュールに加えて、無線電力交換器が中心開口部２３内に配置されている。この無線電力交換器は、内部巻線６１０及びシールド６１２を含む無線電力管６１と、無線電力管６１に挿入される無線電力スティック６３と、によって形成される。無線電力スティック６３は、内部巻線６１０に対応する内部巻線６３１を含む。無線電力スティック６３は、また、無線電力スティック内部に配置された、例えば、内部配線との任意の不要な結合を防止するためのシールド（図示せず）を含んでもよい。無線電力管６１及び無線電力スティック６３の各直径は、最小限のエアギャップ６２がその間に形成され得るような程度である。
【００４５】
無線電力管６１のシールド６１２は、バッテリーセルの金属缶との不要な相互作用に起因する、無線電力交換器における結合の任意の劣化を防止する。図６のバッテリーモジュールでは、無線電力交換器は、一対の巻線６１０及び６３１のみ、つまり、バッテリーへと電力を移送するため、及びバッテリーから電力を抽出するために１つの可能な結合のみを含む。例えば、電力移送効率を、太陽パワーの変化、又は例えば、低温若しくは薄暗い光のレベルが原因となる放電負荷の変化に起因する電流及び電圧の変動に適応させるための最適化制御部及びアルゴリズムを有する無線電力チャネル制御部を実装することにより、無線での電力充電及び放電を一対のコイルによって実施することが可能である。
【００４６】
或いは、幾つかの実装形態では、１つがバッテリーモジュールにおいて電力を受信するため、もう１つがバッテリーモジュールから電力を送信するためである、２対の巻線を必要としてもよい。例えば、太陽電池パネル若しくは風車から採取されたエネルギーの変動又は放電負荷の変動に対処するため、１つのバッテリーモジュール毎に、これら２対の巻線と併せて、上で簡単に紹介した無線電力チャネル制御部を有することも可能である。この例では、各バッテリーモジュールは、送信／Ｔｘのために１つのコイル、受信／Ｒｘのために別のコイルを使用する。従って、上記システムは、充電のために別個のコイル対、放電のために別の別個の対を使用し、２つの別個の無線電力チャネルが生じる。例示的な太陽光発電型照明用途では、充電領域において、放電領域とは異なる電流を必要とすることから、これは先に開示したシステムの最適化である。そのようなシステムは、より良好な結合及びより高い効率をもたらしてもよい。
【００４７】
図７を参照すると、互いに重ね合わされた２つのバッテリーモジュール２０−１及び２０−ｎを含み、一組のバッテリーセル２７１及び２７ｎそれぞれを含むバッテリーパックの断面が示される。バッテリーパックは、バッテリーモジュール２０−１及び２０−ｎの無線電力管と、１つの無線電力スティック６３と、によって形成された無線電力交換器を含む。各無線電力管６１１−６１ｎは、一対のコイル（又は巻線）７３１−７３ｎ及び７４１−７４ｎを含む。各バッテリーモジュールにおいて、バッテリーセルを充電する際には１つの巻線７３１−７３ｎが使用され、他方の巻線７４１−７４ｎはバッテリーセルの放電のために使用される。同様に、無線電力スティック６３は、それぞれ、無線スティックの対応する巻線７３１−７３ｎに面する巻線７１１−７１ｎによって電力を各無線管に送信し（バッテリーセルの充電中）、それぞれ、対応する巻線７４１−７４ｎに面する巻線７２１−７２ｎにおいて電力を受信する（バッテリーセルの放電中）。
【００４８】
電力チャネル制御部７５が一組のワイヤ７６によって各無線電力管巻線７１１−７１ｎ、７２１−７２ｎに接続され、バッテリーモジュールへの又はバッテリーモジュールからの電力の送信を制御する。電力チャネル制御部は、また、巻線の各対（管スティック）に形成された各対応する結合の効率が常に最適であるようにするため、例えば、電圧、周波数又は電流を調節してもよい。しかしながら、内部温度が急速に低下している、又は外部温度が非常に低い場合においては、結合の１つ以上の効率を低下させることにより、より多くの熱を発生させることも有用となり得る。
【００４９】
図８は、図７を参照して記載した実施形態のバッテリーパックを含む太陽光発電型照明器具を概略的に示す。図８に示され得るように、充電フェーズ時、照度が十分である場合、太陽電池パネル１４は幾らかの電力を発生させる。この電力は直流（ＤＣ）であり、電力チャネル制御部７５に送られる。電力チャネル制御部７５は、その後、無線管６３での結合が最適であることを確実とするために、配線７６を介して送信された電力を調節することができる。電力をバッテリーモジュール２０−１及び／又は２０−ｎに、それら各々の巻線７３１−７３ｎを介して送信するために、交流が巻線７１１及び／又は７１ｎに選択的に印加される。無線管６１１−６１ｎの巻線において受信された交流は、その後、バッテリーセル２７１−２７ｎの充電のため、直流電流へと変換される。例えば、電圧の調節が必要とされる場合、電子モジュール３１１−３１ｎは受信電力を適応させる。更に、電子モジュール３１１−３１ｎは、バッテリーセル２７１−２７ｎの充電の状態又は温度センサによって測定されるそれらの内部温度等のパラメータを監視する。
【００５０】
その後、放電フェーズ時、電子モジュール３１１−３１ｎは、バッテリーセルから無線電力管６１１−６１ｎの巻線７４１−７４ｎへと電流を出力する。この電流は無線電力交換器に適した周波数を有する交流に予め変換されている。無線電力交換器の結合により、電力は無線スティック巻線７２１−７２ｎにおいて受信される。無線電力チャネル制御部７５は、無線スティック６３において負荷を適応させることによって、送信された無線電力を制御し、調節する。出力電力は、その後、負荷、ここでは照明器具に印加される。無線電力チャネル制御部は、電気効率及び熱効率を必要に応じて最大化するために、バッテリーモジュール６１１−６１ｎの任意の組み合わせを任意の順序で使用することを選択してもよい。
【００５１】
上記例では、明確にするため、２つのバッテリーモジュールのみが示されたことに留意されるべきである。しかしながら、これら実施形態に従い積み重ねられ得るバッテリーモジュールの数は２を超えてもよい。
【００５２】
上に示したように、バッテリーモジュールは互いに積み重ねられ得る。図９は、積み重ね可能なバッテリーモジュールの一例を示す。このバッテリーモジュールでは、外壁２１を形成する底部部分は、管状突出部９１を形成する肩部を含む。２つの管状突出部９１及び９２が互いに貫通できるように、この肩部９１は肩部９２に対応するような寸法にされている。同様に、無線電力管６１は、その上部に、その下部部分の凹部９３に対応する突出部９４を含む。これにより、無線電力スティックが非常に小さなエアギャップを有して管に挿入され得るように、無線管を正確な状態で位置合わせすることが可能になる。
【００５３】
実際、無線電力フィールド結合（wireless power field coupling）はＸ軸及びＹ軸及びＺ軸において作用され、コイルが良好に位置合わせされている場合に最適となる。Ｘ軸及びＹ軸は、スティックと管との間の最小限のエアスペーシングによって最適化される。Ｚ軸（図７に示される）は、送信器コイルと受信器コイルとが完全に位置合わせされることを確実にする切り欠き９３及び９４によって最適化される。
【００５４】
前述の実施形態に示されるバッテリーモジュールの利点の１つは、バッテリーパックの寸法決めが非常に簡単であるということである。別個のツールにより、特定の設備に必要とされるエネルギー（充電）の量を（負荷、電源、充電機会の頻度、充電機会が見過ごされるリスクに応じて）見積もり、必要とされるバッテリーパックのサイズ及びバッテリーリングの数を決定する。正しいサイズのバッテリースティックが選択され、全てのバッテリーリングが無線電力スティック上に積み重ねられるまで各バッテリーモジュールの穴に挿入される。配線は必要とされず、このステップで物理的な取り付けは完了される。
【００５５】
或いは、先で示したように、電力移送効率を、電源、例えば、太陽パワーの変化に起因する電流及び電圧の変動、又は例えば、薄暗さに起因し得る負荷の変動に適応させるための最適化制御部及びアルゴリズムを有する無線電力チャネル制御部を実装することにより、無線での電力充電及び放電を一対のコイルによって実施することも可能である。
【００５６】
フィールド効率（field efficiency）の控えめな計算が特定の例示的な構造に基づいて行われ、高フィールド効率が達成され得ることが実証された。説明したメカニズムは、他の生成電圧及び電流を有する他の構造でも機能することは理解されよう。
【００５７】
これらオプションの生成電圧及び電流については、以下、表に記載される。
【００５８】
無線電力バスは１５％の損失を有するものと想定される。これら損失は、表の数値に基づくと共にそれに付加され、無線電力コアを介してバッテリーリング内に熱として注入される。高フィールド効率を達成するために、バッテリーパックの電圧を無線電力システムで使用される電圧と整合させることが重要である。以下、表に記載されるように、適用例（application）が、直列Ｘセル及び並列Ｙセルの全ての可能なバッテリー構造下における典型的な電圧及び電流について分析される。この場合、図４Ａ及び図５Ａに示されるようなバッテリーセルの２４個の位置は、例えば、８Ｓ３Ｐバッテリー構造又は１２Ｓ２Ｐ構造に対応し得る。
【００５９】
【表１】
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【００６０】
この照明適用例では、電圧も電流も安定なままではない。
・充電時、電圧は光電池の温度の変動により変化し得る。電流は目下の放射照度の変動により変化し得る。
・バッテリーの放電中、電圧は減少し、電流は増加する。温度は電圧レベル及び電力を維持する能力に影響を及ぼし得る。加えて、薄暗さは、放電時にも電力レベルに影響を及ぼす。
【００６１】
結果として得られる無線電力コアは、電圧及び電流の適応性を支持するために最適化される必要がある。無線電力チャネルの予想される性能の一例として、充電使用のケース＃３がここで分析される。
【００６２】
この例では、選択されたコイル間結合は５０％と控えめである。
１．システムはバッテリーに２６．２Ｗ（３３．６ＶＤＣ＊０．７８Ａ）を充電する。無線電力コアのバッテリー側は受信コイル又は二次負荷である。電力チャネル制御部は、従って、動作点における結合の効率に関する保存データに基づき、例えば、一次側にて印加される電流及び／又は電圧及び／又は周波数に基づき、最適な動作点を探す。
２．電力チャネル制御部は、保存された補助グラフに基づき、一次電力（即ち、バッテリー内に所望の２６．２Ｗが受信されるためにシステムが発生させなければならない電力）として３０．５Ｗが必要とされることを見出す。この時点で、無線電力スティックの無線電力送信機は９．６８Ｖ及び３．１５Ａで動作する必要がある。この例では、保存された補助グラフが使用されるが、別の物も可能である。例えば、電力受信機（即ちバッテリーモジュール）は、例えば、「制御偏差」情報（より少ない／より多い電力を要求する）を電力送信機（即ち電力チャネル制御部）に送信することによって、所望の動作点（上記例では３３．６Ｖ／０．７８Ａ）へと自身で制御してもよい。電力送信機は、その周波数又は電圧を適応させることによって反応する（この場合、電圧は、電力信号のデューティサイクルを変更することによっても適応させることができる）。
【００６３】
別の実装形態では、制御部は、一組の事前設定された動作点から、効率に対する現在の需要に基づき動作点を選択する。例えば、熱への大きな需要がある場合、低効率点が選択されてもよい。逆に、電力変換のみが必要とされる場合、例えば、より温暖な状況においては、高効率点が選択されてもよい。効率的な電力送信と、バッテリーモジュールに注入される熱の量との間でバランスを取るようにトレードオフが考慮されるべきである。これは、上に示されるように、特定の状況において、システムは最適な電力移送効率を達成しようとせず、僅かにより効率的でない動作点を選択することを意味する。これは、システムがバッテリーを熱的快適領域内に維持するために幾らかの更なる熱を必要とするからである。
【００６４】
入力と出力との間の差は、バッテリーモジュールに熱として注入される電気損である。
【００６５】
注：システム概要で説明したように、無線電力チャネル制御部は、太陽パワーの変動に起因する電流及び電圧の変動に常時適応することができる。無線電力チャネル制御部は、最適な電力移送効率を達成しようとするが、システムにより必要及び可能とされる場合、最適な点から逸脱して電気損により十分な熱を発生させてもよい。
【００６６】
電力移送効率は、例えば、コイルの配置及び形式の慎重な最適化によりコイル間結合を向上させることによって、前述の例よりも大幅に高くされ得ることは留意されるべきである。７０％のより高いフィールド結合及び９５％よりも良好な生成電力移送効率を有する別の例もまた可能である。その結果、そのようなシステムは電気損がほとんど全くないが、熱注入も非常に最小限である。システムは、ａ．）十分な熱を発生させ得るが、ｂ．）また、大きな追加のエネルギー要件を回避し得る動作点において設計され得る。
【００６７】
充電及び放電用の別個のコイル対を備えたシステム内、或いは充電及び放電用の１つのコイル対があるシステム内のいずれの別個のコイル対としてであっても、放電使用のケースは同様に機能することは理解されよう。
【００６８】
本発明の実施形態によるバッテリーの利点の１つは、そのようなバッテリーが容易に大規模で製造され得ることである。
【００６９】
実際、例えば、ピックアンドプレースロボットを用いて完全に自動化された製造プロセスが設計され得る。
・無線電力コア構成要素は熱伝導体リング構成要素に挿入される。無線電力コアは同じ物理的外法寸法を有するコア構成要素の別の実装形態であるため、その配置は、更なる追加として、無線電力コイルからバッテリー管理電子機器への配線と同一である。これらワイヤは配置前に所定の位置に半田付けされる。
・バッテリー穴の丸みのある角は、バッテリーセルの簡単な配置を容易にする。
・熱伝導体内におけるバッテリーセルの配置後、ロボットは、図４Ａ又は図５Ａに示されるようなインタコネクタリードを含むコネクタディスクをバッテリーの上に置いてもよく、セル間のコネクタを溶接する。
・上部バッテリーセル接続部を溶接後、ロボットはパックを反転し、別のコネクタディスクを上（実際には熱伝導体リングの底部）に置いてもよい。セル間の底部接続部もまた、所定の位置に溶接される。
・バッテリーのプラス及びマイナスはセルからバッテリー電子機器へと相互接続される。
・電気的試験が完了した後、バッテリー導体は、構造剛性及び安全のために、バッテリーセル、バッテリー管理電子機器及び無線電力コアと共に、例えば超音波溶接によって完全に密閉されるボックス内に配置される。
・絶縁外壁が安全ボックスの上に配置される（又は安全ボックスの一部であってもよい）。
【００７０】
組み立てられたバッテリーリングは、シミュレーション試験を実施する無線電力チャネル制御部に無線電力スティックが接続されて、最終試験のために、ここで完成される。試験結果は無線電力フィールドにわたって変調されたコマンドチャネルを通じて読み取られ、分析のために保存される。
【００７１】
前述の実施形態のバッテリーモジュールでは、標準的なバッテリーセル、例えば、Ｌｉイオンセル１８６５０を使用することが可能である。
【００７２】
バッテリーセルは標準的でも、バッテリーモジュールの幾つかの特性を、設置条件に適応させるように調整することは可能である。一例においては、温度がどれほど低くなり得るかによって絶縁外壁の厚さを変えることは可能である。条件が低温になるほど絶縁壁が厚くなる。更に、例えば、無線電力管と無線電力コアとの間のエアギャップを増加することによって、無線電力交換器がより効率的でなくなるような寸法にすることは可能である。無線電力交換器の効率がより低ければ、動作中、それはより多くの熱を生成し、従って、バッテリーセルの内部温度をより容易に維持することが可能になる。この目的のため、条件が低温である場合、効率が良過ぎる無線電力交換器は十分な熱を発生しない場合がある。
【００７３】
無線電力交換器の効率を設置条件に合わせて調整するために、無線電力管については単一の直径を設計し、無線電力スティックについては幾つかの直径から１つを選択することが可能である。その逆、即ち、無線電力スティックについては１つの直径、無線電力管については種々の直径、もまた可能である。
【００７４】
最終的に、先で示したように、実装形態における電力の需要に応じて、１つのバッテリーパック内に複数のバッテリーモジュールを積み重ねることが可能である。
【００７５】
図１０に示される別のシステム構造は、柱の上部から下のバッテリーまでの直流ケーブルを、交流ケーブルと入れ替えることによって全体的なシステム効率を最適化することができる。実際、幾つかの場合では、照明ポストは例えば、幹線道路又は空港の滑走領域等の、非常に高所にあり得る。数メートルを超える交流ケーブルはより細く且つ安価になり得、直流ケーブルよりも少ない抵抗損を有する。更なる交流／直流変換は、直流／交流コンバータ１００１及び交流／直流コンバータ１００２によって動作される。従って、電力は、電源１４から電力チャネル制御部７５へと、及び電力チャネル７５と照明ユニットとの間を交流電力ケーブルで送信され得る。そのような変換は、非常に効率的な手法で実施され得る。
【００７６】
別の実施形態においては、屋上設備用に、柱の代わりに、本発明のバッテリーパックを使用することが提案される。
【００７７】
実際、照明を設置する場合、熟練の電気技師が、通常、高電圧交流電力網を導入し、それにライトを取り付ける必要がある。通常、建物内には２３０ＶＡＣ（欧州）又は１１０交流（米国）が導入される。他の国では、他の電圧が適用され得る。或いは、電力は、電力を交流に変換する光起電力設備から引き込まれ、その後、それを建物の高い（より高い）電圧電力グリッドに注入する。しかし、ランプがそれに接続される場合は更に高い電圧網が尚必要である。
【００７８】
また、高い（より高い）電圧網を含む電力ケーブル及びワイヤを、ケーブルクリップ又はパイプ（例えば、壁に刻まれ、配置される、又はコンクリート床に注ぎ込まれる、又は木製床に取り付けられる、又は完全に異なる手段によって）の何れかによって天井に取り付けることは一般的である。様々な国には、高い（より高い）電圧網を建物にどのように設置するかについての多くの可能性及び規制があるが、それは本発明にとって重要ではない。
【００７９】
この実施形態の目的は、高電圧網の設置を排除することである。本実施形態は、建物の外部で採取され、任意のケーブル接続無しに屋根を通して送られるエネルギー源を使用する。エネルギー源は、例えば、光電池を含む光起電モジュール又は風車又はエネルギーを環境から採取することができる任意の他のエネルギーハーベスタを含む。
【００８０】
従って、高電圧網のコスト全体が排除される。高電圧網の関連設置コストもまた排除される。これには高電圧網を構築するための労働力（考えられる作業は、例えば、壁を叩き割る及び破壊する、又はコンクリートを注入する若しくは床に穴を開ける前の事前設置）の大部分を含み得るため、これらコストは多額になり得る。例えば、高い天井に到達するための足場、バケット車のレンタル等などの、幾つかの高額な支持用機器はこの実施形態の設置には必要とされない。これは全体的なコスト（即ち資本的支出）を低下させる。
【００８１】
更に、高電圧は注意して取り扱われる必要があるが、これはもはや必要とされない。通常、高電圧の設置には熟練の電気技師を必要とする。高電圧網の必要がないため、それに関連する熟練の電気技師の必要、故に、より高額な人件費は必要とされない。
【００８２】
従って、本実施形態は、また、その設置が簡単且つ安全なため、熟練の労働力が不足している国での使用に非常に好適である。
【００８３】
この実施形態によれば、デバイス及びその設置方法が定義される。この実施形態では、例えば、前述の実施形態に記載したような、無線充電器スティック及び少なくとも１つの無線バッテリーを含むバッテリーパックを、例えば、ライト及び／又はファンなどの電気負荷により拡張することが提案される。充電器部分及び照明部分を含むスティック全体が屋根を通して設置される。建物の外部（屋根の上を意味する）に、スティックは、例えば、光電池又はパネル又は風車などのエネルギーハーベスタを含む。
【００８４】
従って、この実施形態によれば、無線スティックは、
−  無線管に挿入されると、無線電力管と無線でエネルギーを交換するように構成されている電力交換コイルと、
−  周囲環境からエネルギーを採取するように適合させたエネルギーハーベスタと、
−  ハーベスタによって採取されたエネルギー及び／又は電力交換コイルによって交換されたエネルギーによって電力を供給される負荷と、
を含む。
【００８５】
実際、無線スティックは、好ましくは、一端（例えば、上端部）にエネルギーハーベスタ、他端（例えば、下端部）に電気負荷を含む。従って、屋上又は壁を通じて取り付けられると、ハーベスタは周囲環境からエネルギーを採取することができ、負荷は建物内部で使用され得る（例えば、建物を照明するためのライト）。
【００８６】
無線スティックを取り付けるために、頭上保護構造（例えば、屋上）の開口部が使用され得る。このため、エネルギーハーベスタは、外部環境からエネルギーを採取するために前記頭上保護構造の上にある。スティックの底部は、電気負荷が動作することが必要とされる頭上保護構造下に配置される。前述の実施形態に記載したような、例えば、無線バッテリー等のエネルギー蓄積部は、スティックの周囲に取り付けられ得ると共に、あらゆる配線又はケーブル布線を必要としないが、これは、エネルギーハーベスタ又はエネルギー源とエネルギー蓄積部と電気負荷（例えば、ランプ）との間の接点が全て無線とされ得るからである。別の変形形態においては、エネルギー蓄積部との接続のみが無線であり、他の接続（負荷及びエネルギーハーベスタへの）は、無線電力スティックに組み込まれたワイヤによって行われ得る。これにより、設置及び動作を簡略化するデバイス及び方法を提供する。
【００８７】
この実施形態に含まれる負荷を設置するための方法は、
−  第１端部が建物の外部に向かって突出し、第２端部が建物の内部に向かって突出するように、建物の開口部を通じて無線電力スティックを設置するステップと、
−  無線電力スティックが無線バッテリーと電力を交換できるように、無線バッテリーを無線スティックに取り付けるステップと、
−  無線電力スティックの第１端部にエネルギーハーベスタを接続するステップと、
−  無線電力スティックの第２端部に負荷を接続するステップと、
を含む。
【００８８】
無線スティックは、例えば、エネルギー蓄積用のリング形状の無線バッテリーによって内側から固定され得る。重要なことに、配線又はワイヤとコネクタの接続に関連する作業の必要はない。前記スティックは屋根の上で光起電力エネルギーを採取し、屋根の下に照明を提供することができる。
【００８９】
デバイスは、建物の内部の照明の開始及び停止が所望される及び／又は必要とされる場合は、建物の内部の照明を開始及び停止してもよく、これは、センサによって自動化されることが好ましい。１つの例は、周辺光レベルが指定された特定の閾値未満に低下すると照明を開始し、周辺光レベルが別の指定された特定の閾値を超えて上昇すると照明を停止する輝度センサである。光を開始及び停止するセンサの動作は、高い（より高い）電圧２３０ＶＡＣの設備では一般的な、例えば壁に設置された、例えば照明スイッチ無しにシステムが動作することを説明するために言及される。
【００９０】
本実施形態は図１１で説明される。
【００９１】
図１１で詳細に説明すると、デバイスは幾つかの部分を含む。本発明は、電気負荷１０２に電力を供給するためにコネクタ１０１によって延長されてもよい充電器スティック１００を提供する。この電気負荷は複数のライト１０３であってもよい。スティック１００は建物の外部から内部に向かって光を案内するための光ガイド１０４と組み合わせてもよい。従って、昼間の間、例えば、ライト１０３がオフにされている時、幾らかの自然光が建物の内部に向かって案内され得る。充電器スティック１００は、送信機及び受信機対１２４が含まれる無線充電用チャネルを含む。前記無線充電用チャネルに加えて、無線電力送信機が充電器スティック１００内に配置され、受信機が無線電力コア１２２内に配置される。無線電力コア１２２は無線電力スティック１００上で摺動され、あらゆる接続ワイヤを間に設置する必要無く電力を送信する。無線電力コア１２２は、直接の及び／又は後の使用のために電力を蓄積するため、エネルギー蓄積部１２０に接続される。エネルギー蓄積部１２０には、最適な性能のために管理されるバッテリーセル１２１が実装されてもよい。エネルギー蓄積部１２０からの電力を使用するために、本発明は、送信機及び受信機対１２３が含まれる無線電力放電チャネルを実装する。無線電力充電用チャネル１２４及び無線電力放電チャネル１２３は電子機器１０６によって管理される。電子機器１０６は、充電器スティックの上部に設置されてもよく、更なる電子機器と組み合わせられてエネルギーハーベスタを制御する。エネルギーハーベスタは、１つ以上の光電池１４１を含んでもよい光起電力パネル１４０として実装されてもよい。耐水構成要素１４２が、任意のサイズ及び種類のエネルギーハーベスタを、前記スティック１００内の制御電子機器１０６に少なくとも接続することができる。光起電力エネルギーハーベスタ又は風車発電機の場合、構成要素１４２は、エネルギーハーベスタをエネルギー源に対して位置合わせするための、例えば、光電池を太陽へと向けるための方向デバイスを収容してもよい。ここで、本実施形態の設備に一般的な構成要素を参照する。例えば、トップコーティング１１２及び構造梁又は絶縁体１１３などであるが、これらに限定されない１つ以上の層を含む、例えば、屋根であってもよい保護頭上構造は、案内インターフェース１３０を受け入れるほど十分に大きな直径を持つ開口部を提供する。前記屋根には、耐水シーラント１１１が開口部の周りで位置合わせして取り付けられ、案内インターフェース１３０が開口部内に取り付けられ、開口部と保護トップカバー１１２との間に耐水シールを提供する。案内インターフェースはシーラント１１１と一体とされ得る。付加的に、保護構造１０５は、スティック１００と案内インターフェース１３０との間の狭い空間に水が入ることを防止することができる。スティックを正しい位置に固定するために、リング１３１がスティック１００の周りに取り付けられてもよい。これにより、無線電力チャネルの送信機及び受信器コイルの適切な位置合わせを確実にするのみならず、設置後、悪意のある人々に対する盗難防止具を屋根上に提供する。
【００９２】
保護頭上構造を通じたスティックの設置が図１２Ａに示される。本実施形態は、屋根に開口部（屋根にドリルで開けられても、例えば、十分且つ適切な穴を有する板などの既成の屋根部品又は他の手段を使用することにより提供してもよい）を必要とする。本発明を設置するために、以下の方法が提案される。
１．  耐水シーラント１１１を開口部の周囲に置く（これは、リングであってもペーストであっても屋根の上に取り付けられるその他の材料であってもよい）。
２．  屋根の開口部内に案内インターフェース１３０を取り付ける（屋根の上から取り付けられることが好ましいが、その代わりに、屋根の下側から取り付けられてもよい）。
３．  エネルギーハーベスタ（例えば、光起電力セル又はパネル）を充電器スティックに組み付ける。
４．  電気負荷（例えば、ランプ）を充電器スティックに組み付ける。
５．  組み立て済みのスティックを前記案内インターフェース内に入れる（好ましくは屋根の上から）。
６．  エネルギーハーベスタは周囲エネルギー源と最適に位置合わせされてもよい。
７．  任意選択的に、バッテリーリングがスティック上に取り付けられる。これにより、前記ハーベスタによって採取されるエネルギー源が利用できない時でさえも負荷を動作することが可能になる。このステップは、中心に、例えば、丸形などの開口部又はそれ以外の幾何学的開口部を有するバッテリーリングをそれが所定の位置に摺動するまでスティック上で動かすことによって実施され得る。最後のステップとして、スティックは内側から固定される（屋根を歩き、スティックを開口部から引き抜く人物による盗難から保護するため。
【００９３】
・上述のステップの別の順序は可能であり、排除されない。
・屋根の代わりに、船の甲板、又は空間の内部から空間の外部を隔てる平坦な若しくは湾曲した別の表面、例えば壁が意図され得る。
・建物の代わりに、側壁のないホール又は特定の時点に、全てが、保護頭上構造の下の空間に更なる光を必要とし得るという要件を共有するその他の建物構造が意図され得る。
・スティック１００、エネルギー蓄積部１２０の中心開口部、及び案内インターフェース１１１の中心開口部、又はトップカバー１３３を備えたボックス１３２の穴は、完全に位置合わせされ、開口部は回転軸線を中心とした角柱又は円柱のような形状とされ得る。中心開口部は回転軸線を中心に配置される。
・電気負荷は、ライト、又は例えば、ケーブルを介して接続された、例えば、ラジオ又は携帯電話などのその他の電気負荷とされ得る。
・光ガイドが実装される場合、デバイスは日中及び夜間に光を提供するが、夜間、光はエネルギー蓄積部から電力を供給されたランプから到達するが、日中、光ガイドは照明の全て又は一部を提供してもよい。
ということは理解されよう。
【００９４】
図１２Ａに記載されたステップの別の順序は可能であり、排除されないことは理解されよう。異なる順序の設置ステップが図１２Ｂに示される。この順序では、無線スティックがまず設置される（ステップ１から３）。
【００９５】
無線スティックが取り付けられると、ステップ４でバッテリーリングが固定され得る、そして、ステップ５で照明器具がスティックの下端部に取り付けられ得る。最終的に、ステップ６でエネルギーハーベスタが無線スティックの上に取り付けられる。
【００９６】
多くの場合、保護頭上構造（例えば、屋根）の下側に設置される場合はバッテリーの寿命が増加するが、これは、バッテリーが外部で動作されない場合はバッテリーの寿命が増加する傾向にあるためである。一例は、負温度下では良好に動作しないＬｉイオンバッテリーであり、バッテリーを内部に、周囲温度に有することで、更なる利点を提供してもよい。例えば、この場合、前述の実施形態に記載したようなバッテリーパック周囲の外部絶縁層は設置条件に応じて省略されてもよい。
【００９７】
しかしながら、バッテリーが外部に設置される場合、絶縁層は、バッテリーの内部温度が快適領域内に、特に、既定の臨界温度を超えて維持されることを保証するのに有用となり得る。
【００９８】
幾つかの場合においては、バッテリーを天井の上から取り付ける別の実施形態を使用することが可能となり得る。この別の実施形態は図１３に示される。ここで、この変形形態が、図１１に記載されたもう１つの例との差の観点から記載される。
【００９９】
ボックス１３２が頭上保護構造の開口部内に配置される。ボックス１３２はエネルギー蓄積モジュール１２０を保持することができる。保護トップカバー１３３はボックス１３２上に嵌合し、耐水シールを提供する。幾つかの突出部又はその他の案内手段は、エネルギー蓄積モジュール１２０の中心開口部を、トップカバー１３３及びボックス１３２内の穴と位置合わせする。スティックは前記穴内に完全に摺動することができるため、設置は完全に頭上保護構造の上部から完了できる。保護頭上構造内にスティックを設置するための方法及び図１３の別の実施形態は図１４に示される。
【０１００】
図１４に示され得るように、方法は、
１）開口部の周囲にシーラントを取り付けるステップと、
２）ボックス１３２を開口部内に配置するステップと、
３）バッテリーリング１２０を挿入し、ボックス１３２をトップカバー１３３で閉じるステップと、を含む。トップカバー１３３は無線スティックが挿入され得る開口部を含み得る。
【０１０１】
ステップ４及び５では、無線スティックは負荷及びハーベスタを含むように組み立てられ得る。
【０１０２】
ステップ６では、無線スティックはトップカバー、バッテリーリング及びボックス１３２の底壁を通して挿入される。
【０１０３】
ステップ７では、無線スティックは所定の位置に固定される。
【０１０４】
記載されるように、この実施形態は、屋根貫通（through roof）照明システム、例えば、車庫又はカーポート、庭のキャベツ類、別荘等などであるが、これらに限定されない、主要建物から離れて配置される小空間用の照明設備に適用され得る。この実施形態は、また、例えば、倉庫等などの単一在庫用建物（single stock buildings）用の照明設備のために使用され得る。
【０１０５】
本発明は図面及び前述の説明に詳細に図示され、記載されてきたが、そのような図示及び説明は例証的又は例示的であり、限定的でないとみなされるべきである。本発明はランプ又は照明器具を負荷デバイスとして有する開示された実施形態に限定されるものではない。本発明は、あらゆる種類の負荷及びあらゆる種類のエネルギーハーベスタと共に実施され得る。同様に、本発明の例はリチウムイオンベースのバッテリーに適用されるが、それはＮｉ−Ｃｄバッテリー、Ｎｉ−ＭＨバッテリーのような充電式バッテリーの他の技術に適用され得る。
【０１０６】
請求された発明の実施において、当業者には、図面、開示及び添付の特許請求の範囲の研究から、開示された実施形態の他の変形形態が理解され得ると共に実施され得る。特許請求の範囲では、「含む（comprising）」という語は他の要素又はステップを排除するものではなく、不定冠詞「a」又は「an」は複数を排除するものではない。相互に異なる従属請求項に特定の施策が列挙されるという単なる事実は、これら施策の組み合わせが効果的に使用され得ないことを示すものではない。
【０１０７】
前述の記載は、特定の本発明の実施形態を詳述する。しかしながら、前述の記載を文字でどれほど詳述しても、本発明は多くの手法で実施されてもよく、従って、開示された実施形態に限定されないことは理解されよう。本発明の特定の特徴又は態様を説明する場合、特定の専門用語の使用は、その専門用語が関連する本発明の特徴又は態様の任意の特定の特性を含むように限定されるようその専門用語が本明細書中に再定義されることを意味するものと捉えられるべきではないことに留意されたい。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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