JPWO2018187330A5 - - Google Patents

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本発明は、一般的に電池などエネルギー貯蔵装置に関し、より具体的には熱調節装置一体型エネルギー貯蔵装置に関する。 The present invention relates generally to energy storage devices, such as batteries, and more particularly to energy storage devices with integrated thermal regulators.

電池およびその他エネルギー貯蔵装置は将来的な使用を目的としたエネルギー貯蔵のためにしばしば使用される。太陽または風力エネルギーといった再生可能エネルギーの観点から、送電可能または使用可能になるまでエネルギーを貯蔵するために電池などのエネルギー貯蔵装置を使用することが一般的である。従来のエネルギー貯蔵装置の設置には、煩雑さ、加熱、位置およびサイズ制約、その他問題または上記の組み合わせを含む問題を伴うことがある。 Batteries and other energy storage devices are often used to store energy for future use. From the perspective of renewable energy such as solar or wind energy, it is common to use energy storage devices such as batteries to store energy until it can be transmitted or used. Installation of conventional energy storage devices may involve problems including complexity, heating, location and size constraints, other problems or a combination of the above.

しばしば、従来のエネルギー貯蔵装置は屋内および温度調節された環境でうまく作動することができるが、屋根搭載型ソーラーパネルのような高温(または低温)環境に設置された場合は、低い性能、短い寿命、不十分な性能および高いリスクレベルという弱点がある。さらに、エネルギー生成とエネルギー貯蔵との距離の最小化を図るために屋内に設置する場合、貴重な家屋敷を占有してしまう。特に、エネルギー貯蔵装置は構造物の大部分を占有し、他の用途に利用可能な空間を削減してしまう。 Conventional energy storage devices can often operate well indoors and in climate-controlled environments, but when installed in hot (or cold) environments, such as roof-mounted solar panels, suffer from poor performance and short lifespans. , suffer from poor performance and high risk levels. Moreover, when installed indoors to minimize the distance between energy generation and energy storage, it occupies valuable residential space. In particular, the energy storage device occupies a large portion of the structure, reducing the space available for other uses.

下記特許文献1はバッテリーケース及び車両に関する文献である。係る文献には、動作中のバッテリーの温度を低下させるための能動部品を有する車両システムが開示されている(段落0033参照)。Patent Document 1 below is a document relating to a battery case and a vehicle. This document discloses a vehicle system with active components for reducing the temperature of the battery during operation (see paragraph 0033).

下記特許文献2には、排気により熱源の周りに断熱ジャケットを形成する閉じられた領域(closed volume)を有し、その領域内の圧力を制御する制御ガスを吸収・放出するゲッター材料を使用する可変圧力断熱ジャケットが開示されている(例えば要約参照)。US Pat. No. 6,200,000 describes the use of a getter material that has a closed volume that forms an insulating jacket around a heat source by evacuation and that absorbs and releases a control gas that controls the pressure within that volume. A variable pressure insulation jacket is disclosed (see, eg, abstract).

下記特許文献3には、充電電流や放電電流による熱または周辺温度によりバッテリーが過熱すること防ぐ蓄熱ユニットを内蔵する手動工具ケースが開示されている(段落0016参照)。Patent Literature 3 listed below discloses a manual tool case that incorporates a heat storage unit that prevents the battery from overheating due to heat from charging or discharging current or ambient temperature (see paragraph 0016).

下記特許文献4には、熱損失を防ぐためにセルの周囲に断熱材を使用した電気化学セル(硫黄電池)が開示されている(要約参照)。US Pat. No. 6,200,000 discloses an electrochemical cell (sulphur battery) that uses insulation around the cell to prevent heat loss (see abstract).

下記特許文献5には、モールド体11であるエンクロージャ内のバッテリー2を含むバッテリーパックが開示されている。また特許文献5には、エンクロージャ内の、バッテリー2の周りに設けられ、バッテリーからの漏出を防ぐブロック層12、及び、ブロック層12とモールド体11内面との間の温度上昇抑制層13が開示されている(例えば、要約、図1-3、段落0018、0028-0032参照)。Patent Literature 5 listed below discloses a battery pack that includes a battery 2 within an enclosure that is a molded body 11 . Patent Document 5 discloses a block layer 12 provided around the battery 2 in the enclosure to prevent leakage from the battery, and a temperature rise suppression layer 13 between the block layer 12 and the inner surface of the mold body 11. (see, eg, Abstract, Figures 1-3, paragraphs 0018, 0028-0032).

下記特許文献6には、臓器、ワクチン、抗体など、温度に敏感な物の輸送や保存のための、改良された断熱真空パネル、その断熱真空パネルの製造方法、その断熱真空パネルを使用したポータブル冷蔵庫や保存容器が開示されている(列1行12-18参照)。特許文献6はさらに、「相変化材料を含む」断熱真空パネルを開示している(列1行19-22参照)。特許文献6は、冷蔵ユニット内部のエバポレータが熱を吸収してその熱を相変化材料に蓄えること、温度に敏感な荷物の輸送の間、温度を5-8℃に長時間維持するため、一部の相変化材料を凍らせて真空パネルにより断熱された他の容器に配置してもよいことが開示されている(列4行46-57参照)。Patent Document 6 below describes an improved heat insulating vacuum panel for transportation and storage of temperature sensitive objects such as organs, vaccines, antibodies, etc., a method for manufacturing the heat insulating vacuum panel, and a portable using the heat insulating vacuum panel. A refrigerator or storage container is disclosed (see column 1, rows 12-18). US Pat. No. 6,200,000 further discloses an insulating vacuum panel "comprising a phase change material" (see column 1, lines 19-22). US Pat. No. 6,200,000 discloses that an evaporator inside a refrigeration unit absorbs heat and stores it in a phase change material, maintaining the temperature at 5-8° C. for an extended period of time during transportation of temperature-sensitive cargo. It is disclosed that some phase change material may be frozen and placed in another container insulated by vacuum panels (see column 4, lines 46-57).

下記特許文献7には、バッテリーのヒートシンクを液状冷却剤に浸して熱エネルギーを伝達する車両用バッテリー温度制御システムが開示されている(例えば要約参照)。液状冷却剤はチャンバと熱交換器とを循環する(段落0022参照)。U.S. Pat. No. 6,200,000 discloses a vehicle battery temperature control system in which the heat sink of the battery is immersed in a liquid coolant to transfer thermal energy (see, eg, Abstract). A liquid coolant circulates through the chamber and the heat exchanger (see paragraph 0022).

国際公開第2013/061132号(A2)パンフレットInternational Publication No. 2013/061132 (A2) pamphlet 米国特許第5347816号明細書U.S. Pat. No. 5,347,816 米国特許出願公開第2014/0327396(A1)号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2014/0327396 (A1) 米国特許第4329407号明細書U.S. Pat. No. 4,329,407 米国特許出願公開第2011/0159341(A1)号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2011/0159341 (A1) 米国特許第6192703号明細書U.S. Pat. No. 6,192,703 米国特許出願公開第2012/0003515(A1)号明細書U.S. Patent Application Publication No. 2012/0003515 (A1)

ある実施形態おいて、熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置は、複数のエネルギー貯蔵構成部品(電池など)と、一体型温度調節システムを有する。一体型温度調節システムは、熱を緩衝するよう構成されたハウジング、熱を放散するため温度変化に対して相を変化させるよう構成された相変化材料、熱を選択的に放散または氷点下温度から保護する複数の熱構造を有する。複数の熱構造は、受動冷却構造、能動冷却構造、断熱パネルまたはハウジング、反射被膜、能動加熱構造あるいはこれら組み合わせを含んでもよい。 In some embodiments, the thermally regulated modular energy storage device has multiple energy storage components (such as batteries) and an integrated temperature regulation system. The integrated temperature regulation system includes a housing configured to buffer heat, a phase change material configured to change phase in response to temperature changes to dissipate heat, selectively dissipate heat or protect against sub-zero temperatures. It has multiple thermal structures that The multiple thermal structures may include passive cooling structures, active cooling structures, insulating panels or housings, reflective coatings, active heating structures, or combinations thereof.

ある実施形態において、装置は、領域を画定する一つ以上の断熱パネルおよび領域内の相変化材料(PCM)を有してもよい。さらに装置は、領域内に伸延する近位部、領域外に伸延する遠位部、および近位端および遠位端の間の中間部を有する少なくとも一つの一方向ヒートパイプを有してもよい。ある特定の実施形態において、遠位部は近位部に対して高くてもよい。ある態様において、装置は、熱を放散するよう構成された複数の熱フィンを含む熱シンクをさらに含んでもよい。この場合、熱シンクは少なくとも一つの一方向ヒートパイプの遠位端に連結される。少なくとも一つの態様において、一方向ヒートパイプは、周囲温度が温度閾値を超えると作動し、周囲温度が温度閾値を下回ると不作動状態を維持してもよい。 In some embodiments, the apparatus may have one or more insulation panels defining regions and phase change material (PCM) within the regions. Additionally, the device may have at least one unidirectional heat pipe having a proximal portion extending into the region, a distal portion extending out of the region, and an intermediate portion between the proximal and distal ends. . In certain embodiments, the distal portion may be taller than the proximal portion. In some aspects, the device may further include a heat sink including a plurality of heat fins configured to dissipate heat. In this case, the heat sink is coupled to the distal end of at least one unidirectional heat pipe. In at least one aspect, the one-way heat pipe may be activated when the ambient temperature exceeds the temperature threshold and remain deactivated when the ambient temperature is below the temperature threshold.

別の実施形態において、装置は、電気構成部品および電気構成部品の周りに配置された相変化材料(PCM)を有してもよい。PCMは既定の温度範囲を超えると溶けるよう構成されてもよい。さらに装置は、PCMと電気構成部品を収容する大きさの領域を画定するよう配置された複数の真空断熱パネルを有してもよい。複数の真空断熱パネルは、断熱、耐火および物理的構造を提供するよう構成されてもよい。少なくとも一つの態様において、さらに装置は、領域内に伸延する近位端、遠位端および近位端と遠位端の間の中間部を有する一方向ヒートパイプ有してもよい。 In another embodiment, the device may have an electrical component and a phase change material (PCM) disposed around the electrical component. The PCM may be configured to melt above a predetermined temperature range. Additionally, the apparatus may have a plurality of vacuum insulation panels arranged to define an area sized to house the PCM and electrical components. A plurality of vacuum insulation panels may be configured to provide insulation, fire resistance and physical structure. In at least one embodiment, the device may further include a one-way heat pipe having a proximal end extending into the region, a distal end and an intermediate portion between the proximal and distal ends.

さらに別の実施形態において、装置は、領域を画定するハウジング、領域の内周周りに配置された複数の真空断熱パネル、領域内の電気構成部品および領域内および電気構成部品周りの相変化材料(PCM)を有してもよい。さらに装置は、領域内に伸延する近位端、領域から離れるように伸延する遠位端および熱整流機能を提供する物理的特徴を有する中間部を有してもよい。 In yet another embodiment, the apparatus includes a housing defining an area, a plurality of vacuum insulation panels disposed around the inner perimeter of the area, electrical components within the area and a phase change material within and around the electrical components ( PCM). Additionally, the device may have a proximal end extending into the region, a distal end extending away from the region, and an intermediate portion having physical features that provide heat rectification.

図1Aは、本発明のある実施形態による熱調節装置一体型エネルギー貯蔵装置のブロック図を示す。 図1Bは、本発明のある実施形態による図1Aのエネルギー貯蔵装置に使用可能な真空断熱パネルのブロック図を示す。 図1Cは、本発明のある実施形態による電荷貯蔵構成部品ホルダーを有する熱調節装置一体型エネルギー貯蔵装置のブロック図を示す。FIG. 1A shows a block diagram of an integrated thermal modulator energy storage device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1B shows a block diagram of a vacuum insulation panel that can be used in the energy storage device of FIG. 1A according to some embodiments of the invention. FIG. 1C shows a block diagram of an integrated thermal modulator energy storage device with a charge storage component holder according to an embodiment of the present invention.

図2は、本発明のある実施形態による図1Cの電荷貯蔵部品ホルダーの部分的透視図を示す。FIG. 2 shows a partial perspective view of the charge storage component holder of FIG. 1C according to some embodiments of the present invention.

図3は、本発明のある実施形態による熱調節装置一体型エネルギー貯蔵装置を有する熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置の透視図を示す。FIG. 3 shows a perspective view of a thermally regulated modular energy storage device having an integrated thermal modulator energy storage device according to an embodiment of the present invention.

図4Aは、図3の熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置のハウジングの土台部の側面透視図を示す。 図4Bは、電池部分組立品を支持するよう構成された支持レールを有する図4Aの土台部の上面図を示す。4A shows a side perspective view of the base portion of the housing of the thermally regulated modular energy storage device of FIG. 3. FIG. FIG. 4B shows a top view of the base portion of FIG. 4A with support rails configured to support the battery subassembly.

図5Aは、本発明のある実施形態による一体型熱調節装置を有する装置の別の実施形態のブロック図を示す。 図5Bは、本発明のある実施形態による一体型熱調節装置を有する装置のさらに別の実施形態のブロック図を示す。FIG. 5A shows a block diagram of another embodiment of an apparatus having an integrated thermal conditioner according to an embodiment of the invention. FIG. 5B shows a block diagram of yet another embodiment of an apparatus having an integrated thermal conditioner according to an embodiment of the invention.

図6Aは、本発明のある実施形態によるヒートパイプおよび熱シンクを含む一体型熱調節装置を有する装置のブロック図を示す。 図6Bは、本発明のある実施形態によるヒートパイプおよび熱シンクを含む一体型熱調節装置を有する装置の別の実施形態のブロック図を示す。FIG. 6A shows a block diagram of an apparatus having an integrated thermal conditioning device including heat pipes and heat sinks according to some embodiments of the present invention. FIG. 6B shows a block diagram of another embodiment of an apparatus having an integrated thermal conditioning device including heat pipes and heat sinks according to certain embodiments of the present invention.

図7は、本発明のある実施形態による太陽電池パネルおよび熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置を有するシステムを示す。FIG. 7 shows a system with solar panels and thermally regulated modular energy storage according to an embodiment of the invention.

図8は、本発明のある実施形態による、モジュール式エネルギー貯蔵装置制御システムの電機システムを有する図7のシステムのブロック図を示す。FIG. 8 shows a block diagram of the system of FIG. 7 with the electrical system of the modular energy storage device control system, according to an embodiment of the invention.

図9は、本発明のある実施形態による熱調節装置一体型モジュール式エネルギー貯蔵装置の設置応用の例を示す。FIG. 9 illustrates an example of an installation application of a modular energy storage device with integrated thermal conditioner according to an embodiment of the present invention.

以下の説明において、同じ参照数字を、同じまたは類似の要素を示すため、様々な実施形態において使用する。 In the following description, the same reference numerals are used in various embodiments to denote the same or similar elements.

以下の説明は例示的な実施形態のみであり、本発明の範囲、応用または構成を制限するものではない。むしろ、以下の説明は、様々な実施形態を実施するための便宜的な説明を提供することを意図している。本発明の範囲を逸脱しない限り、実施形態において、構成部品要素、その機能、その配置またはこれらの組み合わせに様々な変更を適用してもよい。本明細書の説明は、異なる形状、構成部品、エネルギー生成機構などに採用されるよう適用してもよく、本発明の範囲内にあると理解される。したがって、本明細書の詳細な説明は説明のみを目的とし、制限を加えるものではない。 The following description is of exemplary embodiments only and is not intended to limit the scope, application or configuration of the invention. Rather, the following description is intended to provide a convenient description for implementing various embodiments. Various changes may be made in the embodiments in terms of component elements, their function, their arrangement or combinations thereof without departing from the scope of the invention. It is understood that the description herein may be adapted to employ different shapes, components, energy generating mechanisms, etc., and are within the scope of the invention. Accordingly, the detailed description herein is for the purpose of illustration only and is not limiting.

以下の説明は、電子構成部品を周辺環境から断熱もしながら、一つ以上の電子構成部品により生成される熱を調節または放散させるよう構成することができる熱調節のための組立部品を含む電子装置の実施形態である。電子構成部品は、回路、電荷貯蔵構成部品(蓄電池など)または作動中に熱を生成できるその他電子構成部品を含む。さらに、装置は自動車、太陽装置、電子装置など様々な状況で使用してもよい。 The following description describes an electronic device that includes an assembly for thermal regulation that can be configured to regulate or dissipate heat generated by one or more electronic components while also insulating the electronic components from the surrounding environment. is an embodiment of Electronic components include circuits, charge storage components (such as batteries), or other electronic components that can generate heat during operation. Additionally, the device may be used in a variety of contexts such as automobiles, solar devices, electronic devices, and the like.

ある実施形態において、装置は、構造を提供するとともに周辺環境から断熱を提供できる、一つ以上の真空断熱パネル(VIP)などの断熱層を有してもよい。さらに装置は、相変化材料(PCM)および熱放散のためにPCMと協働するよう構成される一方向熱ポンプを有してもよい。一方向熱ポンプは、周辺温度が閾値温度を超えると熱を放散するよう作動するとともに、周辺温度が閾値温度を下回ると無作動状態を維持するよう構成される一つ以上のヒートパイプを有してもよい。 In some embodiments, the device may have insulating layers, such as one or more vacuum insulation panels (VIP), that provide structure and can provide insulation from the surrounding environment. Additionally, the device may comprise a phase change material (PCM) and a unidirectional heat pump configured to cooperate with the PCM for heat dissipation. A unidirectional heat pump has one or more heat pipes configured to operate to dissipate heat when the ambient temperature exceeds a threshold temperature and remain inactive when the ambient temperature falls below the threshold temperature. may

ある実施形態において、PCM材料は、装置が使用される環境により選択できる相変化閾値温度を有してもよい。一方向熱ポンプは、PCM内に伸延するまたはPCMと接触する近位部、断熱層の外部に伸延する遠位部および近位部と遠位部の間に延在する中間部を有するチューブまたはヒートパイプを有してもよい。ある実施形態によると、チューブまたはヒートパイプは、VIPの外側に捻じれまたは屈曲部を有してもよい。この場合、捻じれまたは屈曲部は、熱整流として作動するため、チューブまたはヒートパイプを流量や熱放散に対して一方向にする。捻じれまたは屈曲はヒートパイプの中間部の一部であってもよい。例として、チューブまたはヒートパイプの遠位端は熱放散のために一つ以上の熱フィンに連結されてもよい。ある実施形態において、電子構成部品(電池、回路、別の構成部品またはこれらの組み合わせなど)は、PCM内に位置してもよい。その他の実施形態も可能である。 In some embodiments, the PCM material may have a phase change threshold temperature that can be selected depending on the environment in which the device is used. A unidirectional heat pump is a tube having a proximal portion extending into or in contact with the PCM, a distal portion extending outside the insulating layer and an intermediate portion extending between the proximal and distal portions, or It may have a heat pipe. According to some embodiments, the tube or heat pipe may have a twist or bend on the outside of the VIP. In this case, the twist or bend acts as a heat rectifier, making the tube or heat pipe unidirectional for flow and heat dissipation. The twist or bend may be part of the middle section of the heat pipe. By way of example, the distal end of a tube or heat pipe may be connected to one or more heat fins for heat dissipation. In some embodiments, electronic components (such as batteries, circuits, other components, or combinations thereof) may be located within the PCM. Other embodiments are also possible.

ヒートパイプを有する装置、一体型熱シンクを有する装置など、装置のいくつかの異なる構造的構成が可能であると理解されるべきである。以下の説明において、熱管理構成部品は、充電中または使用中に熱を生成できる一つまたは複数の電池などの電荷貯蔵要素から熱を放散するよう構成されてもよい。さらに、装置は、PCMと電子構成部品の断熱および構造的支持の両方を提供するよう構成された一つ以上の断熱パネルを有すると理解される。氷点下温度環境では、PCMと電子構成部品の温度を電子構成部品の作動温度範囲内に維持するよう一つ以上の断熱パネルが協働してもよい。例えば図1に関して以下に説明するある実施形態において、断熱パネルは電子構成部品に関連するパッケージングの外側にあり、およびPCM材料を固定するよう構成されたハウジングの外側にあってもよい。 It should be understood that several different structural configurations of the device are possible, such as devices with heat pipes, devices with integrated heat sinks, and the like. In the following discussion, a thermal management component may be configured to dissipate heat from a charge storage element, such as one or more batteries, that may generate heat during charging or use. Further, the apparatus is understood to have one or more insulation panels configured to provide both insulation and structural support for the PCM and electronic components. In sub-zero temperature environments, one or more insulating panels may cooperate to maintain the temperature of the PCM and electronic components within the operating temperature range of the electronic components. For example, in certain embodiments described below with respect to FIG. 1, the insulation panel is outside the packaging associated with the electronic component and may be outside the housing configured to secure the PCM material.

図1は、本発明のある実施形態による熱調節装置一体型エネルギー貯蔵装置100のブロック図を示す。エネルギー貯蔵装置100は一つ以上の電荷貯蔵要素(電池など)を含むエネルギー貯蔵構成部品102を有してもよい。図示される例において、電荷貯蔵構成部品102の構造的および電気的分離の両方を提供できるエネルギー貯蔵構成部品102は略長方形パッケージ104を含んでもよい。 FIG. 1 illustrates a block diagram of an integrated thermal modulator energy storage device 100 according to one embodiment of the present invention. Energy storage device 100 may have an energy storage component 102 that includes one or more charge storage elements (such as batteries). In the illustrated example, energy storage component 102 may include generally rectangular package 104 that can provide both structural and electrical isolation of charge storage component 102 .

さらにエネルギー貯蔵装置100は、エネルギー貯蔵構成部品102のパッケージ104に接触する相変化材料(PCM)106を含んでもよい。さらに、PCM106はハウジング108に固定されてもよい。ハウジング108を周辺環境から断熱するために複数の真空パネル110はハウジング108の周囲に配置してもよい。図示した実施例において、真空パネル110は、第1パネル110A、第2パネル110B、第3パネル110Cおよび第4パネル110Dを有してもよい。第5および第6パネルは図示しないが、長方形角柱形状の全6面を包囲するよう配置されると理解されるものとする。その他の形状やその他の実施形態も可能である。 Additionally, energy storage device 100 may include phase change material (PCM) 106 in contact with package 104 of energy storage component 102 . Additionally, PCM 106 may be secured to housing 108 . A plurality of vacuum panels 110 may be positioned around the housing 108 to insulate the housing 108 from the surrounding environment. In the illustrated embodiment, the vacuum panel 110 may have a first panel 110A, a second panel 110B, a third panel 110C and a fourth panel 110D. The fifth and sixth panels are not shown, but should be understood to be arranged to enclose all six sides of the rectangular prism shape. Other shapes and other embodiments are possible.

ハウジング108は、相変化材料(PCM)106および一つ以上のエネルギー貯蔵構成部品102を有する領域を画定するものと理解される。一つ以上の貯蔵構成部品102は、電池、蓄圧器、容量性素子、その他エネルギー貯蔵装置またはこれらの組み合わせを含んでもよい。各エネルギー貯蔵構成部品102は、エネルギー貯蔵機構(化学物質、電荷貯蔵プレートなど)およびパッケージング(金属皮膜あるいはその他材料)を含んでもよい。例えば、標準リチウムイオン電池は、電池パッケージング内に含まれるリチウムイオン化学物質電荷貯蔵材料(エネルギー貯蔵機構)を含んでもよい。電池パッケージングは物質的構造(侵入防止)、熱伝導、電気分離および電気相互接続端子を提供する。別の実施形態において、エネルギー貯蔵構成部品102に加えまたは代えて電子構成部品はPCM106に含まれてもよい。その他の実施形態も可能である。 Housing 108 is understood to define an area having phase change material (PCM) 106 and one or more energy storage components 102 . One or more storage components 102 may include batteries, accumulators, capacitive elements, other energy storage devices, or combinations thereof. Each energy storage component 102 may include an energy storage mechanism (chemicals, charge storage plate, etc.) and packaging (metal film or other material). For example, a standard lithium-ion battery may include a lithium-ion chemical charge storage material (energy storage mechanism) contained within the battery packaging. Battery packaging provides physical structure (intrusion protection), heat conduction, electrical isolation and electrical interconnection terminals. In another embodiment, electronic components may be included in PCM 106 in addition to or in place of energy storage component 102 . Other embodiments are also possible.

図示する実施形態において、ハウジング108は、装置の構造を提供するよう構成された断熱または中温材料から形成されてもよい。ハウジング108はPCM106を固定し、PCM106から熱を放散するよう構成されてもよい。さらに、エネルギー貯蔵装置100はエネルギー貯蔵構成部品102とPCM106の間のドライ接点を可能にする。そして、ハウジング108(あるいは別の構造)がエネルギー貯蔵構成部品102を固定し一貫した空間および位置を維持する。ある実施形態において、ハウジング108に加え、装置100は、少なくとも一次元において一貫した空間を維持するようお互いに固定できる圧迫プレート(図示しない)をハウジング108内に有してもよい。これにより、一つ以上のエネルギー貯蔵構成部品102からの熱によりPCM106が溶け流れた場合にPCM106を制御された方向に流すことができる。 In the illustrated embodiment, housing 108 may be formed from an insulating or moderate temperature material configured to provide structure for the device. Housing 108 may be configured to secure PCM 106 and to dissipate heat from PCM 106 . Additionally, energy storage device 100 allows for dry contact between energy storage component 102 and PCM 106 . A housing 108 (or another structure) then secures the energy storage component 102 to maintain a consistent space and position. In some embodiments, in addition to housing 108, device 100 may have compression plates (not shown) within housing 108 that may be secured together to maintain a consistent spacing in at least one dimension. This allows the PCM 106 to flow in a controlled direction when heat from one or more energy storage components 102 causes the PCM 106 to melt and flow.

図示する実施形態において、断熱パネル110はハウジング108の外側にある。断熱パネル110は、多孔質セラミック構造あるいは熱伝導を阻止可能なその他材料からなる心材を囲む薄膜被覆を含む真空断熱パネルでもよい。ある実施形態において、ハウジング108は真空断熱パネル100から形成してもよい。 In the illustrated embodiment, insulation panel 110 is outside housing 108 . Insulation panel 110 may be a vacuum insulation panel that includes a thin film coating surrounding a core of porous ceramic structure or other material capable of inhibiting heat conduction. In some embodiments, housing 108 may be formed from vacuum insulation panel 100 .

図1Bは、本発明のある実施形態による図1Aのエネルギー貯蔵装置に使用できる真空断熱パネル(VIP)のブロック図である。図示した実施例において、VIP110は、金属膜など薄膜材料114で包囲された心材112を有してもよい。心材112は多孔質セラミック構造あるいはその他材料から形成されてもよい。好ましくは、薄膜材料114は心材112の周りを包囲し、VIP110を製作する際の真空処理中に側面と端部を密封してもよい。 FIG. 1B is a block diagram of a vacuum insulation panel (VIP) that can be used in the energy storage device of FIG. 1A according to some embodiments of the invention. In the illustrated embodiment, the VIP 110 may have a core 112 surrounded by a thin film material 114, such as a metal film. Core 112 may be formed from a porous ceramic structure or other material. Preferably, thin film material 114 may be wrapped around core material 112 to seal the sides and edges during vacuum processing in fabricating VIP 110 .

図1Cは、本発明のある実施形態による、電荷貯蔵構成部品ホルダー122を有する熱調節装置一体型エネルギー貯蔵装置120のブロック図である。この実施例において、電荷貯蔵構成部品ホルダー122は複数の電荷貯蔵構成部品102の空間を確保および維持するよう構成されてもよい。ある実施例では、電荷貯蔵構成部品ホルダー122(少なくともPCM106が融点に達したとき)は、PCM106がホルダー122内に流入または通過することを可能にし、電荷貯蔵構成部品102との接触を確立する。ある実施形態において、VIP110は、ハウジング108の外表面に連結されてもよい。別の実施形態において、ハウジング108は一つ以上のVIP110から形成される。その他の実施形態も可能である、 FIG. 1C is a block diagram of an integrated thermal modulator energy storage device 120 having a charge storage component holder 122, according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, charge storage component holder 122 may be configured to reserve and maintain space for multiple charge storage components 102 . In one embodiment, charge storage component holder 122 (at least when PCM 106 reaches its melting point) allows PCM 106 to flow into or pass through holder 122 and establish contact with charge storage component 102 . In some embodiments, VIP 110 may be coupled to the outer surface of housing 108 . In another embodiment, housing 108 is formed from one or more VIPs 110 . Other embodiments are also possible,

図2は、本発明のある実施形態による、図1Cの電荷貯蔵構成部品ホルダー122の部分的透視図である。図示した実施例において、電荷貯蔵構成部品ホルダー122は略長方形形状を有し、エネルギー貯蔵構成部品102を収容するよう構成された複数の開口部を含む。電荷貯蔵構成部品ホルダー122は、複数の孔を有してもよく、PCM106および複数のエネルギー貯蔵構成部品102を固定するよう構成されるとともにPCM106がエネルギー貯蔵構成部品102に接触できるよう構成された織布から形成されてもよい。ある実施形態において、電荷貯蔵構成部品ホルダー122は、一貫した空間を維持するようエネルギー貯蔵構成部品102を収容する大きさに形成された開口部202を有してもよい。 FIG. 2 is a partial perspective view of charge storage component holder 122 of FIG. 1C, according to one embodiment of the present invention. In the illustrated embodiment, charge storage component holder 122 has a generally rectangular shape and includes a plurality of openings configured to receive energy storage component 102 . Charge storage component holder 122 may have a plurality of holes and a woven fabric configured to secure PCM 106 and multiple energy storage components 102 and to allow PCM 106 to contact energy storage component 102 . It may be formed from cloth. In some embodiments, the charge storage component holder 122 may have an opening 202 sized to accommodate the energy storage component 102 to maintain a consistent spacing.

実施形態によって、電荷貯蔵構成部品ホルダー122は含めても省略してもよいものと理解される。さらに、エネルギー貯蔵構成部品102のパッケージングの形状により、およびハウジング108またはVIP110により提供される領域の形状および大きさにより、ホルダー122のその他形状または構成を使用してもよい。 It is understood that the charge storage component holder 122 may or may not be included, depending on the embodiment. Additionally, other shapes or configurations of holder 122 may be used, depending on the shape of the packaging of energy storage component 102 and depending on the shape and size of the area provided by housing 108 or VIP 110 .

図1A-2の実施形態はエネルギー貯蔵構成部品102(電池など)を有する装置に関するが、その他の実施形態も可能である。実施例において、装置はエネルギー貯蔵構成部品102に加えまたはその代わりに回路を有してもよい。さらに、図1A-2に関する上述の実施形態は、単体で、あるいは複数のエネルギー貯蔵装置と共に使用してもよい。図1A-2の一つ以上のエネルギー貯蔵装置を有する熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置の一つの可能な実施形態を、図3を参照し後述する。 Although the embodiment of Figures 1A-2 relates to a device having an energy storage component 102 (such as a battery), other embodiments are possible. In some embodiments, the device may have circuitry in addition to or instead of the energy storage component 102 . Further, the embodiments described above with respect to FIGS. 1A-2 may be used singly or with multiple energy storage devices. One possible embodiment of a thermally regulated modular energy storage device having one or more energy storage devices of FIGS. 1A-2 is described below with reference to FIG.

図3は、本発明のある実施形態による、熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置300の透視図を示す。熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置300は、カバー部304に連結する土台部302を有してもよい。土台部302およびカバー部304は、図1A-2に関して上述したエネルギー貯蔵装置などの複数のエネルギー貯蔵装置を収容するための領域サイズを画定するよう協働してもよい。熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置300は、熱シンク306の複数の熱フィンを更に含んでもよく、熱フィンは、ヒートパイプまたはチューブなど一つ以上の伝熱要素により複数のエネルギー貯蔵装置のそれぞれに連結されてもよい。 FIG. 3 shows a perspective view of a thermally regulated modular energy storage device 300, according to an embodiment of the invention. Thermally regulated modular energy storage device 300 may have a base portion 302 that connects to a cover portion 304 . Base portion 302 and cover portion 304 may cooperate to define an area size for accommodating multiple energy storage devices, such as the energy storage devices described above with respect to FIGS. 1A-2. The thermally regulated modular energy storage device 300 may further include a plurality of heat fins of the heat sink 306, which are connected to each of the plurality of energy storage devices by one or more heat transfer elements such as heat pipes or tubes. may be concatenated.

ある特定の実施形態において、一つ以上の伝熱要素のそれぞれは、PCM106から熱シンク306の複数の熱フィンの少なくとも一つに熱を逃がすよう構成される、蒸留水やアセトンなどの液体を充填した部分的真空管またはヒートパイプを含んでもよい。熱シンク306を通る周辺気流または能動的気流は、ヒートパイプから熱を逃し、熱を放散する。作動中、エネルギー貯蔵構成部品102が加熱すると、PCM106は溶けて流れ出し、エネルギー貯蔵構成部品102から熱を一つ以上の伝熱要素および熱シンク306に伝達する。熱シンク306の複数の熱フィンのそれぞれは、熱放散を促進するようフィンおよび隣接するフィンの間の空気の流れを可能にするよう構成されてもよい。 In certain embodiments, each of the one or more heat transfer elements is filled with a liquid, such as distilled water or acetone, configured to conduct heat from the PCM 106 to at least one of the plurality of heat fins of the heat sink 306. It may also include a partial vacuum tube or heat pipe. Ambient or active airflow through the heat sink 306 draws heat away from the heat pipes to dissipate the heat. In operation, as energy storage component 102 heats up, PCM 106 melts and flows, transferring heat from energy storage component 102 to one or more heat transfer elements and heat sinks 306 . Each of the plurality of heat fins of heat sink 306 may be configured to allow airflow between the fin and adjacent fins to facilitate heat dissipation.

熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置300は、図1Aまたは図1Cに示す複数のエネルギー貯蔵装置100または120を有してもよい。熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置300は、装置300の温度が所定の温度範囲内に維持されるよう制御するよう構成されてもよい。特に、エネルギー貯蔵構成部品102の温度が上昇するにつれ、PCM106は溶け流れ、エネルギー貯蔵構成部品102から熱を逃がす。さらに、一つ以上のヒートパイプは、PCM106から熱を逃がし、熱シンク306に熱を伝達しさらに熱を放散させるよう構成してもよい。ある実施形態において、ヒートパイプまたはチューブは、装置が水平に配置されても、重力アシスト一方向熱流量を提供するよう捻じったり屈曲させてもよい。あるいは、ヒートパイプまたはチューブは、流体の流れを第1方向(PCM106へ向かう)へ規制するとともに流体を第2方向(PCM106から離れる)へ流れるように構成されたベンチュリ管、バルブ、またはその他構造を含んでもよい。 A thermally regulated modular energy storage device 300 may have multiple energy storage devices 100 or 120 as shown in FIG. 1A or 1C. Thermally regulated modular energy storage device 300 may be configured to control the temperature of device 300 to be maintained within a predetermined temperature range. Specifically, as the temperature of energy storage component 102 increases, PCM 106 melts and flows, drawing heat away from energy storage component 102 . Additionally, one or more heat pipes may be configured to conduct heat away from the PCM 106 and transfer the heat to the heat sink 306 for further heat dissipation. In some embodiments, the heat pipes or tubes may be twisted or bent to provide gravity-assisted unidirectional heat flow even if the device is oriented horizontally. Alternatively, the heat pipes or tubes may be venturi tubes, valves, or other structures configured to restrict fluid flow in a first direction (towards PCM 106) and allow fluid to flow in a second direction (away from PCM 106). may contain.

熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置300は、エネルギー貯蔵構成部品102および関連する熱管理構成部品を固定するよう構成されるハウジング302および304を有してもよい。特定の実装において、ハウジングの土台部302は、約3mmの厚さを有してもよい。カバー部304は約2mmの厚さを有してもよい。 Thermally regulated modular energy storage device 300 may have housings 302 and 304 configured to secure energy storage component 102 and associated thermal management components. In certain implementations, the housing base portion 302 may have a thickness of about 3 mm. Cover portion 304 may have a thickness of about 2 mm.

ある実施形態において、複数のエネルギー貯蔵構成部品102およびPCM106は、厚さ約6mmの上面板と厚さ約2mmの下面板の間に固定されてもよい。上面板および下面板は、クランプ力を付加するバネ付ネジにより相互に固定されてもよい。ある実施形態において、PCM106は土台部302、カバー部304、および上面板および下面板およびエネルギー貯蔵構成部品102の間の空間を埋める。 In one embodiment, multiple energy storage components 102 and PCMs 106 may be secured between a top plate approximately 6 mm thick and a bottom plate approximately 2 mm thick. The top and bottom plates may be secured together by spring-loaded screws that apply a clamping force. In one embodiment, PCM 106 fills the space between base portion 302 , cover portion 304 , and top and bottom plates and energy storage component 102 .

ある実施形態において、複数の流体充填チューブは、上面板に連結または一体化されてもよく、熱整流部を介して熱シンク306に連結されてもよい。これは、装置が水平に配置された状態でも重力アシスト一方向熱流量を提供するよう、複数の流体充填チューブそれぞれの第1水平部および第2水平部の間に伸延する屈曲または捻じれ部として実施される。 In some embodiments, multiple fluid-filled tubes may be coupled or integral to the top plate and may be coupled to the heat sink 306 via heat rectifiers. This is done as a bend or twist extending between the first and second horizontal portions of each of the plurality of fluid-filled tubes to provide gravity-assisted unidirectional heat flow even with the device oriented horizontally. be implemented.

さらに、熱を維持するよう構成される一つ以上の真空断熱パネルはハウジング内に含まれてもよい。周辺温度が所定閾値を超える場合、ヒートパイプはPCM106から熱を逃がすよう作動し、熱シンク306を介して熱を放散させてもよい。周辺温度が所定閾値を下回る場合、ヒートパイプは熱を装置内に維持するよう無作動になってもよい。特定の実施例において、温度閾値は流体の構成およびヒートパイプ内の流体圧に基づき構成されてもよい。特定の実施例において、周辺温度が閾値温度を超える場合、ヒートパイプを通って蒸気が上昇してもよい。周辺温度が閾値温度と同じまたは下回る場合、蒸気は上昇しない。その他実施形態も可能である。 Additionally, one or more vacuum insulation panels configured to retain heat may be included within the housing. When the ambient temperature exceeds a predetermined threshold, the heat pipes may operate to draw heat away from the PCM 106 and dissipate the heat through the heat sink 306 . When the ambient temperature is below a predetermined threshold, the heat pipes may be deactivated to keep heat within the device. In certain embodiments, the temperature threshold may be configured based on fluid composition and fluid pressure within the heat pipe. In certain embodiments, steam may rise through the heat pipe when the ambient temperature exceeds the threshold temperature. If the ambient temperature is at or below the threshold temperature, the steam will not rise. Other embodiments are also possible.

図4Aは、本発明のある実施形態による図3の熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置300のハウジングの土台部302の側面透視図である。土台部302は、第1側面402、第2側面404、第3側面406、第4側面408および下面410を有する。第3側面406は、隣接側面404および408よりわずかに短いため、ヒートパイプまたはチューブが熱シンク306に伸延するよう空間を与える。土台部302はカバー304と協働し、図1Aの装置100または図1Cの装置120など複数の装置を固定する大きさに領域を画定してもよい。 FIG. 4A is a side perspective view of the base portion 302 of the housing of the thermally regulated modular energy storage device 300 of FIG. 3 according to one embodiment of the present invention. The base portion 302 has a first side 402 , a second side 404 , a third side 406 , a fourth side 408 and a bottom side 410 . Third side 406 is slightly shorter than adjacent sides 404 and 408 to provide space for the heat pipe or tube to extend to heat sink 306 . Base portion 302 may cooperate with cover 304 to define an area sized to secure a plurality of devices, such as device 100 of FIG. 1A or device 120 of FIG. 1C.

図4Bは、電池部分組立品を支持するよう構成された支持レール422を有する図4Aの土台部302の上面図420を示す。支持レール422は、土台部302の内部表面と図1Aの装置100または図1Cの装置120との間に空間を提供する。 FIG. 4B shows a top view 420 of the base portion 302 of FIG. 4A with support rails 422 configured to support the battery subassembly. Support rails 422 provide space between the inner surface of base portion 302 and device 100 of FIG. 1A or device 120 of FIG. 1C.

図5Aは、本発明のある実施形態による一体型熱調節装置を有する装置500の別の実施形態のブロック図を示す。図示した実施例において、装置500はPCM106およびPCM106内の電子構成部品506を収容する大きさの領域を画定するハウジング502を含んでもよい。この実施例において、装置500は、ハウジング502の一つを除く全側面周りに複数の断熱パネル510をさらに含んでもよい。断熱パネル510は図1Aおよび図1BのVIP110の実施形態であってもよい。ハウジング502の一つの側面は、熱放散のための複数の熱フィンを含む熱シンク504を有してもよい。 FIG. 5A shows a block diagram of another embodiment of an apparatus 500 having an integrated thermal conditioner according to an embodiment of the invention. In the illustrated embodiment, device 500 may include housing 502 defining an area sized to house PCM 106 and electronic components 506 within PCM 106 . In this embodiment, apparatus 500 may further include a plurality of insulating panels 510 around all but one side of housing 502 . Insulation panel 510 may be an embodiment of VIP 110 of FIGS. 1A and 1B. One side of housing 502 may have a heat sink 504 that includes multiple heat fins for heat dissipation.

図5Bは、本発明のある実施形態による一体型熱調節装置を有する装置520のさらに別の実施形態のブロック図を示す。図示した実施例において、装置520は、図1Aおよび図1BのVIP110などの断熱材から形成されるハウジング521を有する。ハウジング521は、PCM106および電子構成部品506(電気回路、電荷貯蔵構成部品またはその組み合わせなど)を収容し固定する領域を画定してもよい。装置520は、VIP110を通って領域内に伸延しPCM106と接触する近位部524を有してもよい。ヒートパイプ522は遠位部(図6Aおよび6Bに示す)および中間部526をさらに含んでもよい。 FIG. 5B shows a block diagram of yet another embodiment of a device 520 having an integrated thermal conditioner according to some embodiments of the invention. In the illustrated embodiment, the device 520 has a housing 521 formed from an insulating material such as the VIP 110 of Figures 1A and 1B. Housing 521 may define an area that houses and secures PCM 106 and electronic components 506 (such as electrical circuitry, charge storage components, or combinations thereof). Device 520 may have a proximal portion 524 that extends through VIP 110 into the region and contacts PCM 106 . Heat pipe 522 may further include a distal portion (shown in FIGS. 6A and 6B) and an intermediate portion 526 .

図示した実施例において、装置520は、領域を画定するのに協働できるVIP110から形成されるハウジング521を含んでもよい。ヒートパイプ522の近位部524は、ハウジング521の側壁を通ってPCM106内に伸延してもよい。ヒートパイプ522の中間部526は、ヒートパイプ522を一方向にするよう作用する上向き屈曲528を含んでもよい。 In the illustrated embodiment, the device 520 may include a housing 521 formed from the VIP 110 cooperable to define a region. A proximal portion 524 of heat pipe 522 may extend through the sidewall of housing 521 and into PCM 106 . A middle portion 526 of heat pipe 522 may include an upward bend 528 that acts to orient heat pipe 522 .

ある実施形態において、上向き屈曲528はヒートパイプ522の遠位端を近位端524より高い高さに上昇させるのに十分である。ある一つの特定の実施形態において、上向き屈曲528は約90度の角度を有してもよい。別の特定の実施形態において、上向き屈曲528は15~50度の弧角を有してもよい。その他の実施形態も可能である。 In some embodiments, upward bend 528 is sufficient to raise the distal end of heat pipe 522 to a higher height than proximal end 524 . In one particular embodiment, upward bend 528 may have an angle of approximately 90 degrees. In another particular embodiment, upward bend 528 may have an arc angle of 15-50 degrees. Other embodiments are also possible.

図6Aは、本発明のある実施形態によるヒートパイプ522および熱シンク306を含む一体型熱調節装置を有する装置600のブロック図を示す。装置600は、VIP110A、110B、110Cおよび110Dなどの複数の断熱パネルを固定する大きさの領域を画定するハウジング108を有してもよい。さらに、領域は上板612、下板614および留具616を収容する大きさである。ある実施形態において、留具616は、上板612を下板614に固定するよう構成された複数のバネ付きネジの一つであってもよい。これにより、上板612と下板614との間のPCM106が圧縮される。電子構成部品506はPCM106内に位置してもよい。 FIG. 6A shows a block diagram of a device 600 having an integrated thermal conditioning device including a heat pipe 522 and a heat sink 306 according to some embodiments of the invention. Apparatus 600 may have a housing 108 defining an area sized to secure a plurality of insulation panels such as VIPs 110A, 110B, 110C and 110D. Additionally, the area is sized to accommodate top plate 612 , bottom plate 614 and fasteners 616 . In some embodiments, fastener 616 may be one of a plurality of spring-loaded screws configured to secure top plate 612 to bottom plate 614 . This compresses the PCM 106 between the top plate 612 and the bottom plate 614 . Electronic components 506 may be located within PCM 106 .

ヒートパイプ522は、PCM106内または上板612内に画定される溝内に伸延する近位部524を有してもよい。ヒートパイプ522は、熱シンク306に連結する遠位部602をさらに有してもよく、近位部524と遠位部602の間に延在する中間部526を有してもよい。中間部526は、遠位部602の高さが近位部524に対して高くなるよう調節するよう構成された上向き屈曲608および下向き屈曲610を有してもよい。 Heat pipe 522 may have a proximal portion 524 that extends into a groove defined within PCM 106 or within top plate 612 . Heat pipe 522 may further have a distal portion 602 that couples to heat sink 306 and may have an intermediate portion 526 extending between proximal portion 524 and distal portion 602 . Middle section 526 may have upward bends 608 and downward bends 610 configured to adjust the height of distal section 602 to be higher relative to proximal section 524 .

図示した実施例において、VIP604などの断熱パネルは遠位部602に位置してもよく、カバー部606はVIP604に連結してもよい。その他の実施形態において、VIP604は遠位部602から省略してもよく、あるいは、カバー部606はVIP断熱材を含んでもよい。その他の実施形態も可能である。 In the illustrated example, an insulation panel such as VIP 604 may be located at distal portion 602 and cover portion 606 may be coupled to VIP 604 . In other embodiments, VIP 604 may be omitted from distal portion 602, or cover portion 606 may include VIP insulation. Other embodiments are also possible.

図6Bは、本発明のある実施形態によるヒートパイプおよび熱シンクを含む一体型熱調節装置を有する装置620の別の実施形態のブロック図を示す。装置620は、断熱材から形成されるハウジング621を有してもよい。特定の実施例において、ハウジング621は一つ以上のVIP110から形成されてもよい。ハウジング621は上板612、下板614、留具616、PCM106、電子構成部品506およびヒートパイプ522の少なくとも一部を収容する大きさの領域を画定してもよい。ヒートパイプ522は、VIPハウジング110を通ってPCM106内に、または上面板612の溝内を伸延する近位端524を含んでもよい。ヒートパイプ522は、熱シンク306に連結された遠位部602および近位部524と遠位部602の間に延在する中間部526をさらに含んでもよい。中間部526は、遠位部602を近位部524に対して上昇させるよう協働する屈曲608および610を含んでもよい。 FIG. 6B shows a block diagram of another embodiment of a device 620 having an integrated thermal conditioning device including heat pipes and heat sinks according to some embodiments of the present invention. Device 620 may have a housing 621 formed from a thermally insulating material. In certain embodiments, housing 621 may be formed from one or more VIPs 110 . Housing 621 may define an area sized to accommodate at least a portion of top plate 612 , bottom plate 614 , fasteners 616 , PCM 106 , electronic components 506 and heat pipes 522 . A heat pipe 522 may include a proximal end 524 that extends through the VIP housing 110 into the PCM 106 or into a groove in the top plate 612 . Heat pipe 522 may further include a distal portion 602 coupled to heat sink 306 and an intermediate portion 526 extending between proximal portion 524 and distal portion 602 . Middle portion 526 may include bends 608 and 610 that cooperate to raise distal portion 602 relative to proximal portion 524 .

電子装置の熱調節は、太陽電池パネル、内燃機関エンジンまたは電気自動車、高性能処理回路など様々な状況に対して提供できると理解されるべきである。さらに、熱調節は装置を選択された動作温度範囲内に維持することができるため、装置を過熱や極低温から保護できる。図3-6Bの装置を利用する一つの可能な実施例は、図7について後述する太陽電池パネル設置の後ろに利用できる。 It should be appreciated that thermal regulation of electronic devices can be provided for a variety of situations, such as solar panels, internal combustion engines or electric vehicles, high performance processing circuits, and the like. In addition, thermal regulation can maintain the device within a selected operating temperature range, thereby protecting the device from overheating and cryogenic temperatures. One possible embodiment utilizing the apparatus of FIGS. 3-6B can be utilized after solar panel installation as described below with respect to FIG.

図7は、本発明のある実施形態による太陽電池パネルおよび熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置を有するシステム700を示す。システム700は、太陽電池パネル702に電気的に連結されるモジュール式エネルギー貯蔵装置704とともに動作するよう構成される太陽電池パネル702を含んでもよい。モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、図3-6Bのモジュール式エネルギー貯蔵装置の実施形態であってもよく、図1Aまたは図1Cの電荷貯蔵装置100または120を含んでもよい。 FIG. 7 shows a system 700 with solar panels and thermally regulated modular energy storage according to an embodiment of the invention. The system 700 may include a solar panel 702 configured to operate with a modular energy storage device 704 electrically coupled to the solar panel 702 . Modular energy storage device 704 may be an embodiment of the modular energy storage device of FIGS. 3-6B and may include charge storage device 100 or 120 of FIGS. 1A or 1C.

ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、既存の太陽光発電(PV)太陽電池パネルフレームまたはレールに搭載してもよい。モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、太陽電池パネル702に使用されるのと同じ搭載レールに搭載してもよい。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、エアギャップが太陽電池パネル702とモジュール式エネルギー貯蔵装置704との間に存在するよう太陽電池パネル702に隣接して搭載してもよい。 In some embodiments, modular energy storage device 704 may be mounted on existing photovoltaic (PV) solar panel frames or rails. Modular energy storage device 704 may be mounted on the same mounting rails used for solar panels 702 . In some embodiments, modular energy storage device 704 may be mounted adjacent to solar panel 702 such that an air gap exists between solar panel 702 and modular energy storage device 704 .

ある特定の実施において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の寸法は11インチ×19インチ×3インチであってもよい。ある実施形態において、エアギャップは太陽電池パネル702の対流冷却を促進し、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の太陽電池パネル702からの熱的分離を提供する。 In one particular implementation, the dimensions of modular energy storage device 704 may be 11 inches by 19 inches by 3 inches. In some embodiments, the air gap facilitates convective cooling of the solar panel 702 and provides thermal isolation of the modular energy storage device 704 from the solar panel 702 .

ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の搭載は調節可能である。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704は「横長」または「縦長」方向に搭載してもよい。さらに、モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、太陽電池パネル702よりある距離下に別途搭載してもよい。 In some embodiments, the mounting of modular energy storage device 704 is adjustable. In some embodiments, modular energy storage device 704 may be mounted in a "landscape" or "portrait" orientation. Additionally, the modular energy storage device 704 may be separately mounted some distance below the solar panel 702 .

モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、直列回路構成および/または並列回路構成用に構成してもよいと理解されるべきである。モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、相互に電気的に連結され、送電網に任意的に連結され、より大型で拡張性のあるエネルギー貯蔵システムを形成してもよい。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、屋内に設置され、熱調節のために様々な機構を有してもよい。 It should be understood that modular energy storage device 704 may be configured for series and/or parallel circuit configurations. Modular energy storage devices 704 may be electrically coupled together and optionally coupled to a power grid to form a larger, more scalable energy storage system. In some embodiments, modular energy storage device 704 may be installed indoors and have various mechanisms for thermal regulation.

図示した実施例において、エネルギー貯蔵装置704は、ハウジングの外側表面に熱反射被覆706を有する。ある実施形態において、熱反射被覆706は、被膜表面から太陽放射の90%以上を放射または反射することで伝熱を低減できる。ある実施形態において、熱反射被覆706は、例えば光を両面受光型太陽電池パネルに向かって放射または反射させることにより、太陽電池パネル702からのエネルギー生成を増幅するよう構成してもよい。 In the illustrated embodiment, energy storage device 704 has a heat reflective coating 706 on the outer surface of the housing. In some embodiments, the heat reflective coating 706 can reduce heat transfer by radiating or reflecting 90% or more of the solar radiation from the coating surface. In some embodiments, heat reflective coating 706 may be configured to amplify energy production from solar panel 702, for example, by radiating or reflecting light toward a bifacial solar panel.

熱反射被覆706に加え、モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、熱界面709により分離されたエネルギー貯蔵構成部品102およびPCM106を含んでもよい。ある実施形態において、エネルギー貯蔵装置704は、電気ヒーター708、冷却回路711、熱シンク306、任意的に一つ以上の空気移動器710および712(ファン、ベアリングなし空気移動器、またはその他種類の空気移動器など)を有してもよい。さらに、エネルギー貯蔵装置704は複数のVIP110を含んでもよい。 In addition to heat reflective coating 706 , modular energy storage device 704 may include energy storage component 102 and PCM 106 separated by thermal interface 709 . In some embodiments, the energy storage device 704 includes an electric heater 708, a cooling circuit 711, a heat sink 306, and optionally one or more air movers 710 and 712 (fans, bearingless air movers, or other types of air mover, etc.). Additionally, energy storage device 704 may include multiple VIPs 110 .

ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の熱調節機構は、ベアリングなし空気移動器710よび712を含んでもよい。ある実施形態において、ベアリングなし空気移動器710よび712は、一つ以上の合成ジェット発生器、一つ以上の静電流体加速器、または別の種類の空気移動器を含んでもよい。ある実施形態において、ベアリングなし空気移動器は2-4メーター/秒に達する空気流量を発生できる。ある特定の実施形態において、空気の強制移動はモジュール式エネルギー貯蔵装置704周りの空気温度を低下できる。さらに、太陽電池パネル702およびモジュール式エネルギー貯蔵装置704の効率および寿命は、それぞれの平均的動作温度を低下させることにより向上できる。 In some embodiments, the thermal regulation mechanism of modular energy storage device 704 may include bearingless air movers 710 and 712 . In some embodiments, bearingless air movers 710 and 712 may include one or more synthetic jet generators, one or more electrostatic fluid accelerators, or another type of air mover. In some embodiments, the bearingless air mover can generate airflows reaching 2-4 meters/second. In certain embodiments, forced air movement can reduce the air temperature around modular energy storage device 704 . Additionally, the efficiency and life of the solar panel 702 and modular energy storage device 704 can be improved by lowering their respective average operating temperatures.

ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の熱調節機構は、VIP110を含んでもよい。少なくとも部分的に熱交換率は熱伝導率によるので、熱伝導率の低下は大気とエネルギー貯蔵装置704との間の熱交換率を低下しうる。ある実施形態において、VIP110は約15のR値を有してもよい。さらにある実施形態において、VIP110は、モジュール式エネルギー貯蔵装置704に対して難燃性障壁を提供できる。VIP110は、モジュール式エネルギー貯蔵装置704のエネルギー貯蔵構成部品102を実質的に包囲してもよく、ある実施形態において、一つ以上の熱調節機構も包囲してもよい。ある実施形態において、VIP110は気密室内に封入されてもよく、これにより、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の予測寿命を向上できる。ある実施形態において、VIP110は、例えば真空シールが劣化し始めた場合など経時的な断熱性能の低下を収容できるよう構成されてもよい。 In some embodiments, the thermal regulation mechanism of modular energy storage device 704 may include VIP 110 . Since the heat exchange rate depends at least in part on the thermal conductivity, a reduction in thermal conductivity can reduce the heat exchange rate between the atmosphere and the energy storage device 704 . In some embodiments, VIP 110 may have an R value of approximately fifteen. Additionally, in some embodiments, VIP 110 can provide a flame retardant barrier to modular energy storage device 704 . VIP 110 may substantially enclose energy storage component 102 of modular energy storage device 704, and in some embodiments may also enclose one or more thermal regulation mechanisms. In some embodiments, VIP 110 may be enclosed within an airtight chamber, which may improve the life expectancy of modular energy storage device 704 . In some embodiments, the VIP 110 may be configured to accommodate degradation of thermal insulation performance over time, such as when the vacuum seal begins to deteriorate.

ある実施形態において、熱調節機構は、PCM106を使用した受動熱緩衝を含んでもよい。PCM106は、熱という形で大量のエネルギーを貯蔵および放出することのできる、高い融解熱の物質でもよい。PCM106は、固液相変化の温度、単位体積あたりのエネルギー密度、または別の好適な特徴に基づき選択してもよい。ある実施形態において、PCM106は、実質的に有機材料やパラフィン、その他材料またはこれら組み合わせから構成されてもよい。ある実施形態において、PCM106は、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の性能基準に基づき選択してもよい。例えば、PCM106は、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の最低動作温度より高い下限値およびモジュール式エネルギー貯蔵装置704の最大動作温度より低い上限値を有する温度範囲から選択してもよい。 In some embodiments, the thermal regulation mechanism may include passive thermal dampening using PCM 106 . PCM 106 may be a high heat of fusion material capable of storing and releasing large amounts of energy in the form of heat. The PCM 106 may be selected based on solid-liquid phase change temperature, energy density per unit volume, or another suitable characteristic. In some embodiments, PCM 106 may consist essentially of organic materials, paraffin, other materials, or combinations thereof. In some embodiments, PCM 106 may be selected based on the performance criteria of modular energy storage device 704 . For example, PCM 106 may be selected from a temperature range that has a lower limit above the lowest operating temperature of modular energy storage device 704 and an upper limit below the maximum operating temperature of modular energy storage device 704 .

ある実施形態において、PCM106は華氏32-78度の温度範囲を維持することができる。図示した実施例において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704内のエネルギー貯蔵構成部品102を包囲する。PCM106の寸法およびパラメータは、少なくとも部分的に、エネルギー貯蔵構成部品102の動作パラメータまたは周辺温度プロファイルに基づいて選択できる。ある実施形態において、PCM106は、有機ポリマー内にカプセル化されてもよいし、グラファイトポリマー内にマイクロカプセル化されてもよい。ある実施形態において、グラファイトポリマーはPCM106の体積を通して高導電性のある漏れのない作動を確実にする。ある実施形態において、カプセル化有機ポリマーは伝熱を促進できる。 In one embodiment, the PCM 106 can maintain a temperature range of 32-78 degrees Fahrenheit. In the illustrated example, energy storage component 102 is enclosed within modular energy storage device 704 . The dimensions and parameters of PCM 106 may be selected based, at least in part, on the operating parameters or ambient temperature profile of energy storage component 102 . In some embodiments, the PCM 106 may be encapsulated within an organic polymer or microencapsulated within a graphite polymer. In certain embodiments, the graphite polymer ensures highly conductive, leak-free operation through the volume of PCM 106 . In some embodiments, the encapsulating organic polymer can facilitate heat transfer.

ある実施形態において、PCM106は、熱を吸収し溶解するため、熱エネルギーを液相に貯蔵する。PCM106は、周辺温度が既定の閾値を下回ると貯蔵エネルギーを放散できる。ある実施形態において、PCM106からエネルギーを放散することにより、エネルギー貯蔵装置704内の温度を中和する。ある実施形態において、PCM106は、日中はエネルギーを貯蔵し、後続の夜にエネルギーを遮断する。 In some embodiments, the PCM 106 stores thermal energy in the liquid phase as it absorbs heat and melts. The PCM 106 can dissipate stored energy when the ambient temperature drops below a predetermined threshold. In some embodiments, dissipating energy from the PCM 106 neutralizes the temperature within the energy storage device 704 . In some embodiments, the PCM 106 stores energy during the day and shuts off energy on subsequent nights.

ある実施形態において、受動-能動型熱調節システムは、受動要素(PCM106やヒートパイプなど)を含んでもよく、空気移動器710および712などの能動要素を含んでもよい。受動-能動型熱調節システムは、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の全体エネルギー消費量を低減してもよく、これにより寿命と効率が向上される。 In some embodiments, a passive-active thermal regulation system may include passive elements (such as PCM 106 and heat pipes) and may include active elements such as air movers 710 and 712 . A passive-active thermal regulation system may reduce the overall energy consumption of the modular energy storage device 704, thereby improving longevity and efficiency.

ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、リチウムイオン電池などの一つ以上のエネルギー貯蔵構成部品102を含んでもよい。エネルギー貯蔵構成部品102は、約750ワットアワー(Wh)のエネルギー貯蔵容量を有してもよい。 In some embodiments, modular energy storage device 704 may include one or more energy storage components 102, such as lithium-ion batteries. Energy storage component 102 may have an energy storage capacity of approximately 750 watt hours (Wh).

ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置の回路502は、使用電池の種類に依存しない制御回路を有してもよい。回路502は、一つ以上の充電率、放電率、充電状態、健康パラメータ、残存寿命および温度調節システムのうちの一つ以上を監視および制御するよう構成されたスマート電池管理システムを含んでもよい。ある実施形態において、スマート電池管理システムは、電荷貯蔵装置を選択した温度範囲に維持することができる。 In some embodiments, modular energy storage device circuitry 502 may have control circuitry that is independent of the type of battery used. Circuitry 502 may include a smart battery management system configured to monitor and control one or more of one or more charge rate, discharge rate, state of charge, health parameters, remaining life and temperature regulation system. In some embodiments, the smart battery management system can maintain the charge storage device within a selected temperature range.

ある特定の実施形態において、エネルギー貯蔵構成部品102は、熱事象時に特定の電池を隔離するのに役立つ膨張材で被膜されてもよい。ある実施形態において、膨張材は熱事象を空間的に限定する。ある実施形態において、熱事象を空間的に限定することにより、熱事象の複合化を低減し、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の安全性を向上させる。 In certain embodiments, the energy storage component 102 may be coated with an intumescent material that helps isolate certain batteries during thermal events. In some embodiments, the intumescent material spatially confines the thermal event. In some embodiments, spatially confining thermal events reduces compounding of thermal events and improves the safety of modular energy storage device 704 .

エネルギー貯蔵装置704は、PCM106および電荷貯蔵装置102のうち一つ以上から冷却回路711に熱を伝導するよう構成された一つ以上の熱流界面を有してもよい。ある実施形態において、熱界面は、有機ポリマー、グラファイト、グラフェン、その他被膜あるいはこれらの組み合わせの被膜を使用する。ある実施形態において、熱界面709は、一つ以上の被膜を含む高伝導金属板を有してもよい。ある実施形態において、熱界面709は140-500W/mKの熱伝導率を有してもよい。ある実施形態において、熱界面709は、複数のヒートパイプの近位端を介し冷却回路に熱的結合される溝504を含む高伝導金属板であってもよい上面板402として実装してもよい。熱界面709は熱を分配し、またエネルギー貯蔵構成部品102およびPCM106から熱を伝達する。 Energy storage device 704 may have one or more heat flow interfaces configured to conduct heat from one or more of PCM 106 and charge storage device 102 to cooling circuit 711 . In some embodiments, the thermal interface uses coatings of organic polymers, graphite, graphene, other coatings, or combinations thereof. In some embodiments, thermal interface 709 may comprise a highly conductive metal plate with one or more coatings. In some embodiments, thermal interface 709 may have a thermal conductivity of 140-500 W/mK. In some embodiments, thermal interface 709 may be implemented as top plate 402, which may be a highly conductive metal plate containing grooves 504 that are thermally coupled to the cooling circuit via the proximal ends of a plurality of heat pipes. . Thermal interface 709 distributes and transfers heat from energy storage component 102 and PCM 106 .

ある実施形態において、熱調節機構は、一つ以上のヒートパイプを有する冷却回路711を含んでもよい。ある実施形態において、熱回路711は、芯なし熱サイフォンを含んでもよい。冷却回路711は、約摂氏15度より高い作動温度を有してもよい。ヒートパイプは、メタノール、蒸留水、又は他の流体を作動液として利用してよい。ヒートパイプは熱界面709、上面カバー402内の溝504、PCM106またはこれらの組み合わせに連結されてもよい。 In some embodiments, the thermal regulation mechanism may include a cooling circuit 711 having one or more heat pipes. In some embodiments, thermal circuit 711 may include a coreless thermosiphon. Cooling circuit 711 may have an operating temperature of greater than about 15 degrees Celsius. Heat pipes may utilize methanol, distilled water, or other fluids as the working fluid. A heat pipe may be coupled to the thermal interface 709, the groove 504 in the top cover 402, the PCM 106, or a combination thereof.

ある実施形態において、ヒートパイプは、略一方向の熱流を確実にするよう構成してもよい。実施例において、ヒートパイプは、モジュール式エネルギー貯蔵装置704(または図3-10の300)の内部から外部へ熱を流すことを可能にする。ある実施形態において、ヒートパイプの遠位端を近位端(近位端はPCM106の内部または接触している)より高くしてモジュール式エネルギー貯蔵装置を斜めに配置することにより、重力アシストヒートパイプはモジュール式エネルギー貯蔵装置704(または図3-10の300)の外部からの逆流を低減する。ある実施形態において、低減された逆流により、モジュール式エネルギー貯蔵装置704(または図3-6Bのエネルギー装置)の効率が向上する。さらに、ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704は作動用機械的部品または励起液体を含まなくてもよい。 In some embodiments, the heat pipes may be configured to ensure substantially unidirectional heat flow. In an embodiment, heat pipes allow heat to flow from the interior of modular energy storage device 704 (or 300 in FIGS. 3-10) to the exterior. In one embodiment, the modular energy storage device is placed at an angle with the distal end of the heat pipe higher than the proximal end (the proximal end is in or against the PCM 106), thereby creating a gravity-assisted heat pipe. reduces backflow from outside the modular energy storage device 704 (or 300 in FIGS. 3-10). In some embodiments, reduced backflow improves the efficiency of modular energy storage device 704 (or the energy device of FIGS. 3-6B). Further, in some embodiments, modular energy storage device 704 may not include mechanical components for actuation or energized liquids.

作動において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の周辺大気の温度がモジュール式エネルギー貯蔵装置704の内部の温度より低い場合、熱はモジュール式エネルギー貯蔵装置704から遮断されてもよい。熱は、冷却回路711(または図3-6Bの装置のカバー部304、中間部526および熱シンク306)を介して遮断されてもよい。ある実施形態において、ヒートパイプ配列のコンデンサー側は、熱シンク306に取り付けられることにより、自然対流に基づく熱除去を可能にする。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、複数の冷却回路711を含んでもよい。モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、複数の熱シンク306を含んでもよい。さらに、冷却回路711の数量、配置、形状、角度あるいは導電率のうち一つ以上は、モジュール式エネルギー貯蔵装置704のために選択された最終形状および冷却率のうち一つ以上に少なくとも部分的に基づいてもよい。 In operation, heat may be shut off from the modular energy storage device 704 when the temperature of the atmosphere surrounding the modular energy storage device 704 is lower than the temperature inside the modular energy storage device 704 . Heat may be blocked via cooling circuit 711 (or cover portion 304, middle portion 526 and heat sink 306 of the device of FIGS. 3-6B). In one embodiment, the condenser side of the heat pipe array is attached to a heat sink 306 to allow heat removal based on natural convection. In some embodiments, modular energy storage device 704 may include multiple cooling circuits 711 . Modular energy storage device 704 may include multiple heat sinks 306 . Additionally, one or more of the number, placement, shape, angle or conductivity of cooling circuits 711 may at least partially conform to one or more of the final shape and cooling rate selected for modular energy storage device 704 . may be based.

ある実施形態において、熱調節機構は、熱シンク306上の周辺気流を増加できる圧電型ファンまたは合成ジェット空気移動器として実装される空気移動器710および712を含んでもよい。ある実施形態において、圧電型ファンと合成ジェット送風機の組み合わせは、気流を強化するために使用してもよい。周辺大気の流量を増加することにより、モジュール式エネルギー貯蔵装置704および太陽電池パネル702の効率向上のために貯蔵装置704の近くに搭載されるモジュール式エネルギー貯蔵装置704および太陽電池パネル702の遮断率を増加させることができる。したがって、圧電型ファンまたは合成ジェット空気移動器の選択は、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の設計および性能仕様に基づいてもよい。ある実施形態において、電磁駆動絞り型合成ジェットまたは圧電型ファンは、屋外耐久性を向上させ、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の効率を向上できる。 In some embodiments, the thermal regulation mechanism may include air movers 710 and 712 implemented as piezoelectric fans or synthetic jet air movers that can increase the ambient airflow over heat sink 306 . In some embodiments, a combination of piezoelectric fans and synthetic jet blowers may be used to enhance airflow. Blockage rate of modular energy storage devices 704 and solar panels 702 mounted near storage devices 704 for increased efficiency of modular energy storage devices 704 and solar panels 702 by increasing ambient air flow can be increased. Therefore, the choice of piezoelectric fan or synthetic jet air mover may be based on modular energy storage device 704 design and performance specifications. In some embodiments, electromagnetically driven throttled synthetic jets or piezoelectric fans can improve outdoor durability and improve efficiency of the modular energy storage device 704 .

さらに、磁駆動絞り型合成ジェットまたは圧電型ファンは、熱シンクのフィン306の自浄効果を可能にする。さらに、圧電型ファンおよび合成ジェット送風機の使用により、熱シンク306の熱遮断フィンのサイズ低減が可能になる。ある実施形態において、一つ以上の熱調節機構の設計は、コアンダ効果、大気または流体引き込み、あるいはその他環境的または物理的流量パラメータの恩恵を受けてもよい。 In addition, magnetically driven throttled synthetic jets or piezoelectric fans enable a self-cleaning effect of the heat sink fins 306 . Additionally, the use of piezoelectric fans and synthetic jet blowers allows for a reduction in the size of the thermal isolation fins of heat sink 306 . In some embodiments, the design of one or more thermal regulation mechanisms may benefit from the Coanda effect, atmospheric or fluid entrainment, or other environmental or physical flow parameters.

上述の説明では装置から熱を放散させるようヒートパイプ、PCM106および熱シンク306を使用した受動熱遮断に主に焦点をあてたが、熱遮断を促進するために一つ以上の能動構成部品を利用することも可能である。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、ヒートパイプ配列から熱シンクに熱を伝達できる熱電気熱ポンプを含んでもよい。ある実施形態において、熱シンクはヒートパイプ配列に取り付けられた熱シンクとは異なってもよく、複数のヒートパイプおよび熱シンクを使用してもよい。再び述べるが、ヒートパイプおよび熱シンクの数量、位置、設計、あるいは最終形状のうち一つ以上は、モジュール式エネルギー貯蔵装置が要求する冷却率に基づく。 Although the above description has primarily focused on passive thermal isolation using heat pipes, PCM 106 and heat sink 306 to dissipate heat from the device, one or more active components may be utilized to facilitate thermal isolation. It is also possible to In some embodiments, modular energy storage device 704 may include a thermoelectric heat pump capable of transferring heat from a heat pipe array to a heat sink. In some embodiments, the heat sink may be different than the heat sink attached to the heat pipe array, and multiple heat pipes and heat sinks may be used. Again, one or more of the number, location, design, or final shape of the heat pipes and heat sinks is based on the cooling rate required by the modular energy storage device.

ある特定の実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、例えば様々な電圧やワット数の24、36、60、72または96電池モジュールなど市販の太陽電池パネル電池モジュールとともに作動するよう設計されてもよい。モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、例えばマルチコンタクト4mm径(MC4)コネクタまたはその他コネクタまたは端子など既存の正端子および負端子を使用して太陽電池パネル702およびその他モジュール式エネルギー貯蔵装置704に接続されてもよい。モジュール式エネルギー貯蔵装置704の出力は、一つ以上のマイクロインバーターに電気的に接続されるよう、直流結合(DC)を介して他のモジュール式エネルギー貯蔵装置704に直列または並列構成にて数珠繋ぎで電気的に連結されるよう、または交流(AC)結合を介して他のモジュール式エネルギー貯蔵装置704に数珠繋ぎで電気的に連結されるよう、構成されてもよい。交流結合は同期マイクロインバーターを使用して実施してもよい。 In certain embodiments, the modular energy storage device 704 may be designed to work with commercially available solar panel battery modules such as 24, 36, 60, 72 or 96 battery modules of various voltages and wattages. good. Modular energy storage devices 704 are connected to solar panels 702 and other modular energy storage devices 704 using existing positive and negative terminals, such as multi-contact 4mm diameter (MC4) connectors or other connectors or terminals. good too. The output of the modular energy storage device 704 may be chained in a series or parallel configuration to other modular energy storage devices 704 via direct current coupling (DC) so as to be electrically connected to one or more microinverters. It may be configured to be electrically coupled, or to be electrically coupled in a daisy-chain to other modular energy storage devices 704 via alternating current (AC) coupling. AC coupling may be implemented using a synchronous microinverter.

モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、モジュール式かつ拡張可能であってもよいと理解されるべきである。追加のモジュール式エネルギー貯蔵装置704は、エネルギー貯蔵容量を拡大するために既存システム700に追加してもよい。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704は住宅用設置、商業用設置、公益事業用設置、またはこれら組み合わせのために構成される。 It should be appreciated that modular energy storage device 704 may be modular and expandable. Additional modular energy storage devices 704 may be added to existing system 700 to expand energy storage capacity. In some embodiments, modular energy storage device 704 is configured for residential installations, commercial installations, utility installations, or a combination thereof.

図示した実施例において、モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、自己完結型であってもよい内部または電気ヒーター708を含んでもよい。制御回路または電池管理システムは、電気ヒーター708を制御するよう構成してもよい。電気ヒーター708は、エネルギー貯蔵構成部品102の動作温度を理想的な範囲に維持するためエネルギー貯蔵構成部品102を予備加熱するよう構成してもよい。ある実施形態において、エネルギー貯蔵構成部品102の能動および受動熱調節の組み合わせにより、華氏150度までの周辺条件下で通常作動および温度を最大8時間華氏80度程度に維持できる。 In the illustrated example, modular energy storage device 704 may include an internal or electric heater 708, which may be self-contained. A control circuit or battery management system may be configured to control the electric heater 708 . Electric heater 708 may be configured to preheat energy storage component 102 to maintain the operating temperature of energy storage component 102 within an ideal range. In certain embodiments, the combination of active and passive thermal regulation of the energy storage component 102 allows normal operation and temperature to be maintained at around 80 degrees Fahrenheit for up to 8 hours under ambient conditions up to 150 degrees Fahrenheit.

モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、エネルギー貯蔵構成部品102および複数の熱調節機構を有してもよい。エネルギー貯蔵構成部品102は、放出および充電率、充電状態、正常状態または残存寿命を監視および制御するスマート電池管理システムを含んでもよい。さらにスマート電池管理システムは、電池を好適な温度範囲に維持するため温度調節システムを監視および制御してもよい。エネルギー貯蔵構成部品102は、例えば熱暴走などの熱事象時に特定の電池を隔離するよう構成された膨張材で被膜されてもよい。膨張材は、熱事象を隣接する電池に広がるのを防止または制限し熱事象を空間的に制限するため、エネルギー貯蔵構成部品102および全体的なモジュール式エネルギー貯蔵装置704の安全性を向上する。 Modular energy storage device 704 may have energy storage component 102 and multiple thermal regulation mechanisms. The energy storage component 102 may include a smart battery management system that monitors and controls discharge and charge rate, state of charge, health or remaining life. Additionally, the smart battery management system may monitor and control the temperature regulation system to maintain the battery within a preferred temperature range. Energy storage component 102 may be coated with an intumescent material configured to isolate a particular battery during a thermal event, such as thermal runaway. The intumescent material improves the safety of the energy storage component 102 and the overall modular energy storage device 704 by preventing or limiting the spread of thermal events to adjacent cells and spatially confining thermal events.

反射被膜706は、熱放射を介してエネルギー貯蔵構成部品102に侵入する熱量を低減させるようモジュール式エネルギー貯蔵装置704の外部に塗布してもよい。ベアリングなし空気移動器710は、例えば太陽電池(PV)モジュール702およびモジュール式エネルギー貯蔵装置704の間で、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の外部近くの熱風を移動させることによりモジュール式エネルギー貯蔵装置704の周辺空気の温度を低下できる。VIP110は、エネルギー貯蔵構成部品102およびPCM106の周りに難燃性障壁を形成してもよい。VIP110は、狭い空間制約において高R断熱値を実現できる。 Reflective coating 706 may be applied to the exterior of modular energy storage device 704 to reduce the amount of heat that enters energy storage component 102 via thermal radiation. The bearingless air mover 710 moves hot air near the exterior of the modular energy storage device 704, for example, between the photovoltaic (PV) modules 702 and the modular energy storage device 704. The temperature of the surrounding air can be lowered. VIP 110 may form a flame retardant barrier around energy storage component 102 and PCM 106 . VIP 110 can achieve high R insulation values in tight space constraints.

PCM106は、追加の能動温度制御なしに、受動温度緩衝を使用し、エネルギー貯蔵構成部品102の温度を適切な範囲に維持する。PCM106は、PCM106の大部分が完全に溶解するまで温度範囲を一定に保ちながら、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の外部から、ならびにエネルギー貯蔵構成部品102および関連するパワーエレクトロニクスから流れる熱を吸収できる。 The PCM 106 uses passive temperature buffering to maintain the temperature of the energy storage component 102 within the proper range without additional active temperature control. The PCM 106 can absorb heat flowing from outside the modular energy storage device 704 and from the energy storage components 102 and associated power electronics while maintaining a constant temperature range until most of the PCM 106 is completely melted.

熱界面709は、PCM106およびエネルギー貯蔵構成部品102の両方から冷却回路711に熱を伝達するよう構成されてもよい。熱界面709は、冷却回路711に溝が熱伝導的に接続された高伝導金属板上にグラファイトまたはグラフェンの被膜を使用してもよい。冷却回路711は、モジュール式エネルギー貯蔵装置704から周辺空気への略一方向熱流を確実にするため、熱界面709に接続された芯なし熱サイフォンヒートパイプまたはその複数を含んでもよい。冷却回路711の重力アシストヒートパイプは、周辺空気からモジュール式エネルギー貯蔵装置704への熱逆流を大幅に低減できる。冷却回路711は、周辺空気からヒートパイプ外部を介してモジュール式エネルギー貯蔵装置704の内部へ熱が伝達することを低減できる断熱的部分を有するよう構成できる。 Thermal interface 709 may be configured to transfer heat from both PCM 106 and energy storage component 102 to cooling circuit 711 . The thermal interface 709 may use a graphite or graphene coating on a highly conductive metal plate with grooves thermally conductively connected to the cooling circuit 711 . Cooling circuit 711 may include a coreless thermosiphon heat pipe or pipes connected to thermal interface 709 to ensure substantially unidirectional heat flow from modular energy storage device 704 to the surrounding air. The gravity-assisted heat pipes of cooling circuit 711 can significantly reduce heat backflow from ambient air to modular energy storage device 704 . The cooling circuit 711 can be configured with an adiabatic portion that can reduce heat transfer from the ambient air through the heat pipe exterior to the interior of the modular energy storage device 704 .

自然対流熱遮断溝714は、モジュール式エネルギー貯蔵装置704の内部から引き出された熱を熱シンク306により周辺空気に伝達する。自然対流熱遮断溝714の片側は冷却回路711に連結されてもよい。能動冷却熱遮断溝716は、冷却回路711を熱界面によって熱ポンプ装置718に連結できる。熱界面は、冷却回路711のコンデンサー部の温度が冷却回路711が熱を送り出すのに十分低いことを確実にする。 Natural convection heat shield grooves 714 transfer heat drawn from the interior of modular energy storage device 704 by heat sink 306 to the surrounding air. One side of the natural convection heat blocking groove 714 may be connected to the cooling circuit 711 . Active cooling thermal isolation grooves 716 may couple cooling circuit 711 to heat pumping device 718 by a thermal interface. The thermal interface ensures that the temperature of the condenser section of cooling circuit 711 is sufficiently low for cooling circuit 711 to deliver heat.

圧電ファン712は、熱シンク306上で空気を移動させ、熱遮断率を向上させる。熱電熱ポンプ718は、周辺空気温度がシステム冷却要件に対し十分低い時、冷却回路711から熱シンク306へ熱を伝達するよう構成される。モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、太陽電池モジュール702に電気的に連結される。モジュール式エネルギー貯蔵装置704は、PVパネル702とモジュール式エネルギー貯蔵装置704の間に空隙が維持されるよう、太陽電池モジュールまたはパネル702が搭載された調節型レールマウント上に搭載されてもよい。 Piezoelectric fan 712 moves air over heat sink 306 to improve the heat rejection rate. Thermoelectric heat pump 718 is configured to transfer heat from cooling circuit 711 to heat sink 306 when the ambient air temperature is sufficiently low for system cooling requirements. Modular energy storage device 704 is electrically coupled to solar module 702 . The modular energy storage device 704 may be mounted on adjustable rail mounts on which the solar modules or panels 702 are mounted such that an air gap is maintained between the PV panel 702 and the modular energy storage device 704 .

電気ヒーター708は、モジュール式エネルギー貯蔵装置704、特にエネルギー貯蔵構成部品102の制御加熱のために構成されてもよい。エネルギー貯蔵構成部品102を予備加熱するために電気ヒーター708を採用することで、エネルギー貯蔵構成部品102は理想の作動温度範囲内に維持される。 Electric heater 708 may be configured for controlled heating of modular energy storage device 704 , particularly energy storage component 102 . By employing electric heater 708 to preheat energy storage component 102, energy storage component 102 is maintained within an ideal operating temperature range.

ある実施形態において、温度調節システムは、例えばベアリングなし空気移動器710および圧電ファン712などの様々な熱調節機構の動作を制御するよう構成してもよい。温度調節システム、電池管理システム、および電池充電システムは、PVパネル702のDC出力、エネルギー貯蔵構成部品102のDC出力、グリッド接続からのAC入力、または例えば発電機など外部電源からのAC出力など複数の電源から電力を引き出すよう構成してもよい。 In some embodiments, the temperature regulation system may be configured to control the operation of various thermal regulation mechanisms such as the bearingless air mover 710 and the piezoelectric fan 712, for example. The temperature control system, the battery management system, and the battery charging system can be multiple, such as the DC output of the PV panel 702, the DC output of the energy storage component 102, the AC input from a grid connection, or the AC output from an external power source such as a generator. may be configured to draw power from a power source.

図8は、別の実施形態によるモジュール式エネルギー貯蔵装置800のブロック図を示す。DC電力は太陽電池パネル802により生成され、PVパネル802から、DC-ACインバーター810または整流器およびDC電池充電器806のどちらかへ電力を直接伝送するよう構成された最大電力点追従(MPPT)DC-DCコンバーター804へ伝送される。さらに、DC-ACインバーター810は、整流器およびDC電池充電器806に対し電力を入出力するよう構成してもよい。整流器およびDC電池充電器806は、制御システム812の電池管理モジュールにより制御される電荷貯蔵装置808に電力を伝送するよう構成してもよい。電池管理モジュールは、電荷貯蔵装置808の放出率および充電率、充電状態、正常状態、残存寿命を制御できる。ACグリッドタイ電池充電器814は、電荷貯蔵装置808と電力線830およびグリッド伝送スイッチ828を含むAC電力分配システム816との間で電力を伝送するよう構成されてもよい。 FIG. 8 shows a block diagram of a modular energy storage device 800 according to another embodiment. DC power is generated by a solar panel 802 and a maximum power point tracking (MPPT) DC configured to transfer power directly from the PV panel 802 to either a DC-AC inverter 810 or a rectifier and DC battery charger 806. - transmitted to the DC converter 804; Additionally, the DC-AC inverter 810 may be configured to input power to and output power from the rectifier and DC battery charger 806 . Rectifier and DC battery charger 806 may be configured to transmit power to charge storage device 808 controlled by the battery management module of control system 812 . The battery management module can control the charge storage device 808 discharge and charge rate, state of charge, state of health, and remaining life. AC grid tie battery charger 814 may be configured to transfer power between charge storage device 808 and AC power distribution system 816 including power line 830 and grid transfer switch 828 .

監視制御ユニットまたは制御システム812は、DC-ACインバーター810、ACグリッドタイ電池充電器814、AC電力分配システム816の分岐を監視してもよい。装置800は、様々な電子構成部品の温度を調節するよう温度管理構成部品またはハードウェア818および能動温度管理器820を含んでもよい。MPPT DC-DCコンバーター804、DC-ACインバーター810、電池管理器(管理システム812の一部であってもよい)、制御システム812、ACグリッドタイ電池充電器814、および受動-能動型熱管理構成部品818および能動温度管理器820は、データを内部で送受信し、ネットワーク824(インターネットなど)経由でデータを送信先装置へPLC/Wi-Fiゲートウェイ822を介して任意に送受信するよう構成されてもよい。 A supervisory control unit or control system 812 may monitor the branches of the DC-AC inverter 810 , the AC grid tie battery charger 814 , and the AC power distribution system 816 . Device 800 may include thermal management components or hardware 818 and active thermal manager 820 to regulate the temperature of various electronic components. MPPT DC-DC converter 804, DC-AC inverter 810, battery manager (which may be part of management system 812), control system 812, AC grid tie battery charger 814, and passive-active thermal management configuration. Component 818 and active thermal manager 820 may be configured to send and receive data internally and optionally send and receive data over network 824 (such as the Internet) to destination devices through PLC/Wi-Fi gateway 822. good.

図9は、モジュール式エネルギー貯蔵装置908が屋根904と屋上PVパネル902との間に設置される別の実施形態によるモジュール式エネルギー貯蔵装置908を示す。モジュール式エネルギー貯蔵装置908は、屋上PVパネルのマウントまたはレールシステム906に調節可能に搭載してもよい。 FIG. 9 shows a modular energy storage device 908 according to another embodiment in which the modular energy storage device 908 is installed between the roof 904 and the rooftop PV panels 902 . The modular energy storage device 908 may be adjustably mounted to a rooftop PV panel mount or rail system 906 .

本明細書では熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置の実施形態について説明しているが、PCM106を使用した受動冷却技術、VIP110、および熱シンク306付きヒートパイプは、個数に関わらず周知のあるいは今後開発されるエネルギー源、電池、回路またはその他類似の装置に簡単に使用できる。ある実施形態において、電池管理システムは、エネルギー貯蔵構成部品102のDC出力、グリッド接続からのAC入力、マイクロインバーターからのAC出力またはこれらの組み合わせなど複数の電源から電力を引き出すよう構成してもよい。 Although thermally regulated modular energy storage device embodiments are described herein, any number of passive cooling techniques using PCM 106, VIP 110, and heat pipes with heat sinks 306 are known or later developed. energy source, battery, circuit or other similar device. In some embodiments, the battery management system may be configured to draw power from multiple power sources, such as the DC output of the energy storage component 102, AC input from a grid connection, AC output from a microinverter, or a combination thereof. .

ある実施形態において、温度調節システムはPVパネル902のDC出力、エネルギー貯蔵構成部品102のDC出力、グリッド接続からのAC入力、マイクロインバーターからのAC出力またはこれらの組み合わせから電力を引き出す。ある実施形態において、温度調節システムは、PVパネル902のDC出力、エネルギー貯蔵構成部品102のDC出力、グリッド接続からのAC入力、マイクロインバーターからのAC出力、代替エネルギー源(例えばガスまたはディーゼル発電機または燃料電池など)またはこれらの組み合わせから電力を引き出す。 In some embodiments, the climate control system draws power from the DC output of the PV panel 902, the DC output of the energy storage component 102, the AC input from the grid connection, the AC output from the microinverter, or a combination thereof. In some embodiments, the temperature control system uses the DC output of the PV panel 902, the DC output of the energy storage component 102, the AC input from a grid connection, the AC output from a microinverter, alternative energy sources (e.g. gas or diesel generators). or fuel cells) or a combination thereof.

ある実施形態において、電池充電システムは、PVパネル902のDC出力、エネルギー貯蔵構成部品102のDC出力、グリッド接続からのAC入力、マイクロインバーターからのAC出力、代替エネルギー源(例えばガスまたはディーゼル発電機または燃料電池など)またはこれらの組み合わせから電力を引き出す。 In some embodiments, the battery charging system uses a DC output from the PV panel 902, a DC output from the energy storage component 102, an AC input from a grid connection, an AC output from a microinverter, an alternative energy source (e.g., gas or diesel generator). or fuel cells) or a combination thereof.

ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置は、データネットワークに伝達可能に連結されるよう構成されてもよい。モジュール式エネルギー貯蔵装置は、ネットワーク経由で受信した制御信号に基づき遠隔的に制御してもよい。 In some embodiments, the modular energy storage device may be configured to be communicatively coupled to a data network. Modular energy storage devices may be remotely controlled based on control signals received over a network.

ある実施形態において、温度調節システムは、自己学習型の熱管理モジュールを含んでもよい。ある実施形態において、熱管理モジュールは、地理的位置、システム使用、周辺温度、天候条件、その他情報またはこれらの組み合わせに基づく過去データを使用してもよい。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置は「ナノグリッド」を促進する。高額なグリッド接続費、公共インフラストラクチャー不足、観念的な動機または様々な理由から、従来のグリッドタイシステムから独立した、またはその補足として、エネルギー生成システムを希望する人もいるだろう。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置は、グリッド接続の状況に関わらずエネルギー貯蔵と使用を促進するよう切替スイッチ(図8の切替スイッチ828)に接続されてもよい。ある実施形態において、PVパネル配列などのモジュール式エネルギー貯蔵装置は、グリッドタイ接続から独立したモジュール式エネルギー貯蔵装置とともに使用してもよい。ある実施形態において、複数のエネルギー生成システムおよびモジュール式エネルギー貯蔵装置は、モジュール式エネルギー貯蔵装置の一つに局所的に制御されるとともにデータネットワークを通して遠隔的に制御できる局在分布ネットワークに電気的に連結されてもよい。 In some embodiments, the temperature regulation system may include a self-learning thermal management module. In some embodiments, the thermal management module may use historical data based on geographic location, system usage, ambient temperature, weather conditions, other information, or combinations thereof. In some embodiments, a modular energy storage device facilitates a "nanogrid." Due to high grid connection costs, lack of public infrastructure, ideological motives or a variety of other reasons, one may desire an energy generation system that is independent of or supplements traditional grid-tied systems. In some embodiments, the modular energy storage devices may be connected to a changeover switch (changeover switch 828 in FIG. 8) to facilitate energy storage and use regardless of grid connection status. In some embodiments, modular energy storage devices such as PV panel arrays may be used with modular energy storage devices independent of grid tie connections. In some embodiments, the plurality of energy generation systems and modular energy storage devices are electrically connected to a local distribution network that can be locally controlled by one of the modular energy storage devices and remotely controlled through a data network. may be concatenated.

ある使用例において、難民キャンプなど一時的な居住では、様々なコミュニケーション、加熱、調理、または浄水機器に電力が必要となる。従来の電力システムは設置不可能な場合があり、発電機は騒音、予算または健康的配慮から継続的に運転させるのに望ましくない場合がある。その代わり、居住管理者は、モジュール式エネルギー貯蔵装置をパネルの後ろに安全に搭載した状態で、PVパネルまたは配列をいかなる支持構造の上にも設置することができる。これらエネルギー生成装置やモジュール式エネルギー貯蔵装置は、構造ごとに使用できる、または局在分布ネットワークに接続できる。 In some use cases, temporary settlements such as refugee camps require power for various communication, heating, cooking, or water purification appliances. Conventional power systems may not be installable and generators may be undesirable for continuous operation due to noise, budget or health considerations. Instead, residential managers can install PV panels or arrays on top of any support structure, with modular energy storage devices safely mounted behind the panels. These energy generators and modular energy storage devices can be used per structure or connected in a localized distribution network.

別の使用例では、市は現在提供されている再生可能エネルギー助成金の財政的見返りの向上を望んでいる。モジュール式エネルギー貯蔵装置は、エネルギー貯蔵システムの設置費および設置スペースを、例えば既存の太陽電池パネルの後ろに設置することで、削減する。モジュール式エネルギー貯蔵装置を追加することにより、市は再生可能エネルギー環境発電システムおよびエネルギー貯蔵システムを低所得層にも経済的利用可能にすることができる。このシステムは、環境発電システムをすでに設置している者にも最適である。なぜなら、既存システムにモジュール式エネルギー貯蔵システムを後付けする費用は、同様の性能を有するその他のエネルギー貯蔵ソリューションに比べ実質的に安価で複雑ではないからである。さらに、必要な設置スペースの削減(エネルギー貯蔵モジュールを太陽電池パネルの後ろに配置することによる)は、住居に対し人数の多い大家族の人口におけるモジュール式エネルギー貯蔵装置の好適性を向上できる。市は高い利用率から向上できるだけでなく、電力事業はモジュール式エネルギー貯蔵装置のリアルタイムのデータ収集および広範ネットワーク管理の恩恵を受けることができる。市がこのような設置に対する財政的インセンティブを提供する能力があるかに関わらず、モジュール式エネルギー貯蔵装置は電池価格の低下を活用することなく設置費を約40%削減できる。 In another use case, the city wants to improve the financial return on renewable energy subsidies currently offered. Modular energy storage devices reduce installation costs and installation space for energy storage systems, for example, by installing them behind existing solar panels. By adding modular energy storage, the city can make renewable energy harvesting and energy storage systems economically accessible to low-income residents. This system is also ideal for those who already have an energy harvesting system installed. This is because the cost of retrofitting an existing system with a modular energy storage system is substantially cheaper and less complex than other energy storage solutions of similar performance. Furthermore, the reduction in required installation space (by locating the energy storage module behind the solar panels) can increase the suitability of modular energy storage devices in large family populations with large numbers of people in the home. Not only can cities improve from high utilization rates, but utilities can benefit from real-time data collection and extensive network management of modular energy storage devices. Regardless of the city's ability to provide financial incentives for such installations, modular energy storage can reduce installation costs by approximately 40% without taking advantage of falling battery prices.

さらに別の使用例において、市は、広範な非常時電力分配システムを維持することにより、非常時対策を向上することを望んでいる。複数のモジュールエネルギー貯蔵装置、グリッドタイ接続およびゲートウェイ制御器(GWC)を一体化することで既存伝送網を使用でき、電力を優先目的地に送ることができる。同様に、GWCは、選択的にグリッドからエネルギーを貯蔵またはグリッドへエネルギーを放出するなど、エネルギー需要とエネルギー生成のバランスを保つ助けとなる。 In yet another use case, a city wishes to improve its emergency preparedness by maintaining an extensive emergency power distribution system. By integrating multiple modular energy storage devices, grid tie connections and gateway controllers (GWCs), existing transmission networks can be used to direct power to priority destinations. Similarly, GWCs help balance energy demand and energy production, such as selectively storing energy from or releasing energy to the grid.

別の使用例において、自給式呼吸器(SCBA)使用者は、SCBAの寿命を向上させたいと望んでいる。モジュール式エネルギー貯蔵装置の設計は、SCBAへの使用のために、所望の性能基準または寿命、重量、大きさ、熱あるいは化学反応などの環境要因に基づき最適化できる。モジュール式エネルギー貯蔵装置の受動熱調節は、危険環境で長時間安全に働くことを可能にできるため、作業着の着脱を減らし、効率を向上させる。 In another use case, self-contained breathing apparatus (SCBA) users wish to improve the longevity of their SCBA. Modular energy storage device designs can be optimized for use in SCBAs based on desired performance criteria or environmental factors such as life, weight, size, heat or chemical reactions. Passive thermal regulation of modular energy storage devices can enable workers to work safely in hazardous environments for extended periods of time, thus reducing dressing and undressing and increasing efficiency.

さらに別の使用例において、高温環境にいる機動部隊は、燃料を常時補充するという制約なしに、コミュニケーションおよび安全システムにエネルギーを供給することを望んでいる。環境発電システムおよびモジュール式エネルギー貯蔵装置は、日中は余分なエネルギーを貯蔵するとともに夜間はコミュニケーションおよび安全システムへの電力供給に使用するよう、車両に取り付けることができる。 In yet another use case, a task force in a hot environment desires to power its communication and safety systems without the constraint of constant replenishment of fuel. Energy harvesting systems and modular energy storage devices can be installed in vehicles to store excess energy during the day and use it to power communication and safety systems at night.

別の使用例において、惑星の宇宙探査機または基地は寿命が長く信頼性のある環境発電および電荷貯蔵を必要としている。従来の電力システムは、核電池に頼っていたが、エネルギー貯蔵システムを温度範囲内に維持するのに要するエネルギーがより小さいならば、再生可能エネルギー環境発電システムがより実施可能である。モジュール式エネルギー貯蔵装置は、探査機または基地に連結することができ、エネルギーを捕獲し貯蔵するよう構成してもよい。このような装置の設計および性能は、異なる周辺温度範囲、大気成分、明暗周期(「日」/「夜」)、または地球圏外環境における温度調節に影響するその他要素を活用するよう変更できる。 In another use case, a planetary spacecraft or station requires long-life, reliable energy harvesting and charge storage. Traditional power systems have relied on nuclear batteries, but renewable energy harvesting systems are more viable if less energy is required to maintain the energy storage system within a temperature range. A modular energy storage device may be coupled to the spacecraft or base and may be configured to capture and store energy. The design and performance of such devices can be varied to take advantage of different ambient temperature ranges, atmospheric composition, light-dark cycles ("day"/"night"), or other factors that affect temperature regulation in extraterrestrial environments.

さらに別の使用例において、モジュール式エネルギー貯蔵装置は、高価なグリッド拡張の代替として「箱に収まる電力会社」としての役割を果たす。レベニュー・グレード・メーターを織り込むことにより、モジュール式エネルギー貯蔵装置は、新住宅団地や遠隔地において再生可能電力を供給するための公益事業のプラットフォームとしての役割を果たすことができる。モジュール式エネルギー貯蔵装置の設計パラメータは、異なる地域の現地の電力要件の電圧および周波数に対応できるよう変更できる。グリッド拡張が高価で分配エネルギー資源の投資利益率が低い地域において、モジュール式エネルギー貯蔵装置は特に大きな影響を与える。 In yet another use case, the modular energy storage device serves as a "power utility in a box" alternative to expensive grid extensions. By incorporating a revenue grade meter, modular energy storage can serve as a utility platform for supplying renewable power in new residential complexes and remote areas. The design parameters of the modular energy storage device can be changed to accommodate the voltage and frequency of local power requirements in different regions. In regions where grid expansion is expensive and the return on investment of distributed energy resources is low, modular energy storage has a particularly large impact.

本発明は好適な実施形態に関連して説明したが、当業者は本発明の範囲を逸脱することなく形式上および詳細に変更してもよいと認識する。
Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, workers skilled in the art will recognize that changes may be made in form and detail without departing from the scope of the invention.

Claims (17)

領域を画定する一つ以上の真空断熱パネルと、
前記領域内にある、有機材料を含む相変化材料(PCM)と、
前記相変化材料に熱接触する、一又は複数の回路、若しくは、リチウムイオン電池を含む一又は複数の電荷貯蔵部品と、
前記領域内に伸延する近位部、前記領域の外部に伸延する遠位部、および前記近位部と前記遠位部との間の中間部を含み、前記中間部は、重力アシストにより前記近位部から前記遠位部への一方向の熱流を生じさせる上向きの屈曲部を有する、少なくとも一つのヒートパイプと、
前記一又は複数の真空断熱パネル、前記相変化材料、前記一又は複数の回路又は電荷貯蔵部品、及び前記ヒートパイプのその少なくとも一部を保持できる大きさのハウジングと、を備え、
前記相変化材料は、その溶解温度の下限値が前記一又は複数の回路又は電荷貯蔵部品の最低動作温度よりも高くなるように、かつその上限値が前記一又は複数の回路又は電荷貯蔵部品の最大動作温度よりも低くなるように、前記一又は複数の回路又は電荷貯蔵部品の動作パラメータ又は周辺温度プロファイルに基づいて選択され、
前記一又は複数の真空断熱パネル、前記相変化材料、及び前記少なくとも一つのヒートパイプが協働し、受動的な熱緩衝を構成することにより、前記一又は複数の回路又は電荷貯蔵部品が過熱から保護される、装置。
one or more vacuum insulation panels defining an area;
a phase change material (PCM) comprising an organic material within the region;
one or more charge storage components, including one or more circuits or lithium ion batteries, in thermal contact with the phase change material;
a proximal portion extending into said region, a distal portion extending outside said region, and an intermediate portion between said proximal portion and said distal portion , said intermediate portion being gravity-assisted said at least one heat pipe having an upward bend that produces unidirectional heat flow from a proximal portion to the distal portion ;
a housing sized to hold the one or more vacuum insulation panels, the phase change material, the one or more circuitry or charge storage components, and at least a portion thereof of the heat pipe;
The phase change material has a lower melting temperature limit higher than the lowest operating temperature of the one or more circuits or charge storage components and an upper limit melting temperature of the one or more circuits or charge storage components. selected based on operating parameters or an ambient temperature profile of the one or more circuits or charge storage components to be less than a maximum operating temperature;
The one or more vacuum insulation panels, the phase change material, and the at least one heat pipe cooperate to provide passive thermal buffering to protect the one or more circuits or charge storage components from overheating. Protected, equipment.
請求項1に記載の装置において、
前記少なくとも一つのヒートパイプの前記遠位部が前記近位部に対し高くなる、装置。
2. The apparatus of claim 1, wherein
The apparatus of claim 1, wherein the distal portion of the at least one heat pipe is elevated relative to the proximal portion.
請求項1に記載の装置において、
前記ヒートパイプは、その一部が、蒸留水、メタノール、又はアセトンのいずれかを有する流体に満たされており、
を放散させるよう、前記少なくとも一つのヒートパイプ内で前記近位部から前記中間部を通って前記遠位部に向かって蒸気となった前記流体が上昇する、
装置。
2. The apparatus of claim 1, wherein
the heat pipe is partially filled with a fluid comprising either distilled water, methanol, or acetone;
the fluid rises in vapor within the at least one heat pipe from the proximal portion through the intermediate portion toward the distal portion to dissipate heat ;
Device.
請求項1に記載の装置において、
熱を放散させるよう構成される複数の熱フィンを含む熱シンクをさらに含み、前記熱シンクは前記少なくとも一つのヒートパイプの前記遠位部に連結される、装置。
2. The apparatus of claim 1, wherein
The apparatus further comprising a heat sink including a plurality of heat fins configured to dissipate heat, said heat sink coupled to said distal portion of said at least one heat pipe .
請求項1に記載の装置において、
前記少なくとも一つのヒートパイプの前記近位部を固定するよう構成される複数の溝を含む、領域内の金属板を、さらに含む、装置。
2. The apparatus of claim 1, wherein
The apparatus further comprising a metal plate in an area including a plurality of grooves configured to secure the proximal portion of the at least one heat pipe .
請求項1に記載の装置において、
前記相変化材料は有機材料含む、装置。
2. The apparatus of claim 1, wherein
The device , wherein the phase change material comprises an organic material.
請求項1に記載の装置において、
前記一つ以上の真空断熱パネルのそれぞれは、真空領域を画定する薄膜材料と前記真空領域内に配置された心材とを含む、装置。
2. The apparatus of claim 1, wherein
The apparatus of claim 1, wherein each of the one or more vacuum insulation panels includes a thin film material defining a vacuum region and a core disposed within the vacuum region.
請求項7に記載の装置において、
前記心材は多孔質セラミック構造を有する、装置。
8. A device according to claim 7, wherein
The apparatus of claim 1, wherein the core material has a porous ceramic structure.
請求項1に記載の装置において、
前記近位部から前記遠位部への前記上向きの屈曲部は、少なくとも90度の弧角を有する、装置。
2. The apparatus of claim 1, wherein
The apparatus of claim 1, wherein said upward bend from said proximal portion to said distal portion has an arc angle of at least 90 degrees .
電子構成部品と、
前記電子構成部品の周りに配置されるとともに、所定の温度範囲で溶解するよう構成される相変化材料(PCM)と、
前記PCMおよび前記電子構成部品を収容する大きさの領域を画定するよう配置される複数の真空断熱パネルであって、断熱性、難燃性および物理的構造を提供するよう構成される前記複数の真空断熱パネルと、
前記領域内に伸延する近位部、前記領域の外部に伸延する遠位部、および前記近位部と前記遠位部との間の中間部を含む、少なくとも一つのヒートパイプと、
前記複数の真空断熱パネル、前記PCM、前記電子構成部品、及び前記ヒートパイプのその少なくとも一部を保持できる大きさのハウジングと、を備え、
前記PCMは、その溶解温度の下限値が前記電子構成部品の最低動作温度よりも高くなるように、かつその上限値が前記電子構成部品の最大動作温度よりも低くなるように、前記電子構成部品の動作パラメータ又は周辺温度プロファイルに基づいて選択され、
前記複数の真空断熱パネル、前記PCM、及び前記少なくとも一つのヒートパイプが協働し、受動的な熱緩衝を構成することにより、前記電子構成部品が過熱から保護される、装置。
an electronic component;
a phase change material (PCM) disposed about the electronic component and configured to melt at a predetermined temperature range;
a plurality of vacuum insulation panels arranged to define an area sized to house said PCM and said electronic components, said plurality of vacuum insulation panels configured to provide thermal insulation, flame retardancy and physical structure; a vacuum insulation panel;
at least one heat pipe comprising a proximal portion extending into the region, a distal portion extending outside the region, and an intermediate portion between the proximal and distal portions;
a housing sized to hold the plurality of vacuum insulation panels, the PCM, the electronic components, and at least a portion thereof of the heat pipes;
The PCM has a lower melt temperature that is higher than a minimum operating temperature of the electronic component and an upper melt temperature that is lower than a maximum operating temperature of the electronic component. is selected based on the operating parameters or ambient temperature profile of
The apparatus of claim 1, wherein the plurality of vacuum insulation panels, the PCM, and the at least one heat pipe cooperate to provide a passive thermal buffer to protect the electronic component from overheating .
請求項10に記載の装置において、
前記遠位部は前記近位部に対して高くなっている、装置。
11. The device of claim 10 , wherein
The device, wherein the distal portion is elevated relative to the proximal portion.
請求項10に記載の装置において、
熱を拡散するよう構成される複数の熱フィンを有する熱シンクをさらに含み、
前記熱シンクは前記少なくとも一つのヒートパイプの前記遠位部に連結する、装置。
11. The device of claim 10 , wherein
further comprising a heat sink having a plurality of heat fins configured to spread heat;
The apparatus of claim 1, wherein the heat sink connects to the distal portion of the at least one heat pipe .
請求項10に記載の装置において、
周辺温度が温度閾値を超えるまたは同等の場合、熱を放散させるよう、前記少なくとも一つのヒートパイプ内で前記近位部から前記中間部を通って前記遠位部に向かって蒸気が上昇し、
前記周辺温度が温度閾値を下回る場合、前記少なくとも一つのヒートパイプ内で蒸気が上昇しない、装置。
11. The device of claim 10 , wherein
when the ambient temperature exceeds or equals a temperature threshold, steam rises within the at least one heat pipe from the proximal section through the intermediate section toward the distal section to dissipate heat;
The apparatus of claim 1, wherein steam does not rise within the at least one heat pipe when the ambient temperature is below a temperature threshold.
請求項10に記載の装置において、
前記少なくとも一つのヒートパイプの前記近位部を固定するよう構成される複数の溝を含む領域内の上面板をさらに含む、装置。
11. The device of claim 10 , wherein
The apparatus further comprising a top plate in an area including a plurality of grooves configured to secure the proximal portion of the at least one heat pipe .
請求項10に記載の装置において、
前記PCMは有機材料または無機材料の少なくとも一つを含む、装置。
11. The device of claim 10 , wherein
The device, wherein the PCM comprises at least one of an organic material or an inorganic material.
請求項10に記載の装置において、
前記真空断熱パネルは真空領域を画定する薄膜材料と前記真空領域内の心材とを含み、前記心材は多孔質セラミック構造を有する、装置。
11. The device of claim 10 , wherein
The apparatus of claim 1, wherein the vacuum insulation panel includes a thin film material defining a vacuum region and a core within the vacuum region, the core having a porous ceramic structure.
請求項1に記載の装置において、2. The apparatus of claim 1, wherein
前記少なくとも一つのヒートパイプは、前記近位部が第1の高さにあり、前記遠位部が第2の高さにある、装置。The apparatus of claim 1, wherein the at least one heat pipe has a proximal portion at a first height and a distal portion at a second height.
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