JP2002533042A - 複合的相互接続を有するバッテリネットワーク - Google Patents

複合的相互接続を有するバッテリネットワーク

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Abstract

(57)【要約】 バッテリ作動システムは、複合的な直列並列接続で構成された個々の要素バッテリの配列を含み、ネットワークを形成する。個々の要素バッテリからなる配列は、Ｘ列およびＹ行を有する２次元のバッテリネットワークを備えて構成されている。ネットワークの各列は、電気的に直列接続されてバッテリのストリングを形成するＹ個のバッテリを含む。そして個々のＸ列またはストリングは更に、電気的に互いに並列接続され、並列に互いに接続されたバッテリからなるＸ列のネットワークを生成し、Ｘ列はそれぞれ、相互に直列接続されたＹ個のバッテリを有する。最後に、各個体要素バッテリは更に、複合的な相互接続で構成され、各個体要素バッテリは、同じ行にあるすべての隣接する個体要素バッテリと並列に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】
発明の分野 本発明は、一般的には、エネルギー蓄積システム、特に複合的接続を有するバ
ッテリネットワークに関するものである。 発明の背景 車両の動力として、ガソリンに代えて電気を使用することが知られてから長い
年月が経つ一方、電気自動車（EV）は、近年、ますます人気となり始めている。
例えば、1996年12月には、ゼネラルモータース社のEV1電気自動車がデビューし
た。 EVの全体的な性能に関する最も重要な部分の１つは、エネルギー蓄積システム
であり、これは自動車を作動するのに必要な動力を供給する。EV用の典型的なエ
ネルギー蓄積システムは、１つまたはそれ以上のバッテリを有するバッテリパッ
クを含み、それらバッテリは一定の構成で電気的に相互に接続されて所望の性能
特性を提供する。殆どの従来技術によるEVエネルギー蓄積システムは、EVに必要
な動力を提供する高電圧、高電流方式であることに焦点を絞っている。これら従
来技術の試みの裏にある基本的な前提は、EVを所望の速度で走らせる動力を供給
するためには、相当に高い電流レベルが必要であるということである。例えばEV
1は、312ボルトの有効電圧および約16.3kWの蓄積容量を確保するため、１つの直
列ストリングにおいて相互に電気的に接続された、26個のバルブ調整式鉛蓄電池
（VRLA）モジュールからなるバッテリパックを含む。 図１に示すように、他の同様の従来技術アプローチでは、１つの直列な列４に
おいて、複数の一体的な要素バッテリ２が接続され、いくつかのそのような列４
が列の各端部で並列に接続され、所望の総パック電圧に到達させている。 また、１つの直列ストリングとして相互に接続された要素バッテリを含むバッ
テリパックの性能は、そのストリング中で最も弱いバッテリによって、放電およ
び再充電の両方の間中、制約を受ける。放電中は、バッテリパック全体の電流送
出容量は、ストリング中で最低容量の個体要素バッテリの容量に制限される。同
様に、バッテリパックの充電中は、最低容量の個体要素バッテリが最初に飽和充
電状態に達し、バッテリパック全体の再充電を制限する。 更に、かかるバッテリパック内の最低容量の個体要素バッテリは、放電サイク
ルごとに過放電し、充電サイクルごとに過充電される。これら両方の状況は、バ
ッテリ容量とサイクル寿命とに損失を与えている。したがって、１つの直列スト
リングで構成されるバッテリパックの通常のサイクルは、固有に不安定な状態と
なり、最低の要素バッテリは更に弱ってゆく傾向にあり、これらの要素の故障、
更にはバッテリパック全体の故障へと収束する。 その上、EV1バッテリパックは直列接続された個々の個体要素バッテリを通し
て高レベルの電流を流す。その結果、作動中に、高い放電深度（DOD）が必要と
なり、個体要素バッテリおよびバッテリパック全体のサイクル寿命に有害な影響
を及ぼす。 従来技術のバッテリパックに関する作動上の欠点に加えて、いくつかの重大な
構造上の欠点も存在する。例えば、EV1バッテリパックの重量は1175ポンドであ
り、したがって、EVの重量全体における相当の部分を占め、再充電を必要とする
前に車両の潜在力範囲に負の影響を与える。 したがって、エネルギー蓄積システムの改善の必要があり、特に、EV用の改善
されたバッテリ作動システムが必要である。 発明の要旨 本発明は、したがって、上述の欠点を解消すべく設計されたEV用の改善された
バッテリ作動システムを提供する。個体要素バッテリからなる配列は、複合的な
直列並列接続で接続され、バッテリネットワークを形成する。本発明によれば、
バッテリネットワークは、個体バッテリからなる２次元または３次元構成の配列
で形成される。形成されたバッテリネットワークは、直列接続された十分な個体
バッテリを含むため、個々のノードのバッテリの直列電圧は、合計すると、所望
のバッテリパッケージ全体の電圧となる。また、形成されたバッテリネットワー
クは、したがって、並列接続された十分な個体バッテリを含むため、個々のノー
ドのバッテリからなる並列接続は、電流送出容量を合計すると、所望のバッテリ
パッケージ全体の電流送出容量となる。 ある実施例では、個体バッテリ要素からなるＸおよびＹの２次元配列は、各ノ
ードのバッテリを、その配列においてその最も近くに隣接したノードと、直列お
よび並列接続の両方で、導体によって接続することにより、形成されている。個
体要素バッテリからなる配列は、Ｘ列およびＹ行を有する２次元のバッテリネッ
トワークをなすように構成される。ネットワークの各列は、電気的に直列接続さ
れバッテリのストリングを形成するＹ個のバッテリを含む。個々のＸ列またはス
トリングは、したがって、更に、電気的に互いに並列接続され、並列に互いに接
続されたバッテリからなるＸ列のネットワークを生成し、個々のＸ列は、相互に
直列接続されたＹ個のバッテリを有する。最後に、個々の個体要素バッテリは更
に、複合的な相互接続で構成され、個々の個体要素バッテリは、同じ行にあるす
べての隣接する個体要素バッテリと並列に接続される。 本発明によるこれらの、またはその他の特徴および利点は、添付図面を考慮す
るとともに下記の詳細な説明を参照することにより、よりよく理解できる。 詳細な説明 図２は本発明によるバッテリ作動システム10を概略的に示す。ここに示された
実施例では、バッテリ作動システム10は、複合的な直列並列接続で構成されてネ
ットワークを形成する個体要素バッテリ12からなる配列を含む。具体的には、個
体要素バッテリ12からなる配列は、Ｘ列およびＹ行を有する２次元のバッテリネ
ットワークをなすように構成されている。ネットワークの各列は、電気的に直列
接続されてバッテリのストリング14を形成するＹ個のバッテリを含む（図3A）。
そして個々のＸ列またはストリングは更に、電気的に互いに並列接続され、並列
に互いに接続されたバッテリからなるＸ列のネットワークを生成し、個々のＸ列
は、相互に直列接続されたＹ個のバッテリ12を有する（図3B）。最後に、個々の
個体要素バッテリは更に、複合的な相互接続16で構成され、個々の個体要素バッ
テリ12は、同じ行にあるすべての隣接する個体要素バッテリと並列に接続される
（図3C）。 バッテリネットワークにおける直列、並列および複合的な接続は、いかなる適
切な手段で作ってもよく、ある実施例では機械的な接続は、十分な電流容量を有
する導体を用いて作られる。 ネットワークにおける複数の個体要素バッテリは、ネットワーク全体の所望の
特性および個体要素バッテリの特性を奏する要素である。ある列において直列接
続された複数のバッテリは、所望の総電圧および個体要素バッテリ電圧を奏する
要素である。バッテリネットワークの各列は、直列に接続され、その列の個々の
個体要素バッテリの出力電圧の合計と等しい出力電圧を生成する、Ｙ個のバッテ
リを含む。例えば、24Vのバッテリパックを２つの12V、12Aのバッテリを用いて
生成するためには、それら２つのバッテリは直列に接続して24A、12Aのバッテリ
パックを生成する。 同様に、並列に接続された複数の列は、所望の総電流および個体要素バッテリ
の電流送出容量を奏する要素である。バッテリネットワークのＸ列は並列に接続
され、個々のストリングを流れる電流の合計と等しい出力電流を生成する。例え
ば、24Aのバッテリパックを２つの12V、12Aのバッテリを用いて生成するために
は、それら２つのバッテリは並列に接続して12V、24Aのバッテリパックを生成す
る。 ここで図４を参照すると、本発明によるバッテリネットワークが示されていて
、列またはストリングの数であるＸが３であり、行または各ストリングにおける
個体要素バッテリの数であるＹが３である。言い換えれば、バッテリネットワー
クはそれぞれ３個のバッテリが３列に配置された９個のバッテリからなる配列で
構成されている。簡単のため、列は左から右へ向かって列Ａ〜Ｃで指定し、行は
上から下に向かって行１〜３で指定する。これらの指定により、各個体要素バッ
テリは、ネットワークにおけるバッテリ位置の列および行を決定する一組の座標
を用い、参照可能である。例えば、バッテリ18は、ネットワークの列Ａおよび行
１におけるその位置を指定する（Ａ，１）として参照可能である。同様に、バッ
テリ20は、ネットワークの列Ａおよび行３におけるその位置を指定する（Ａ，３
）として参照可能であり、バッテリ22は、ネットワークの列Ｃおよび行２におけ
るその位置を指定する（Ｃ，２）として参照可能である。 更に図４を参照し、バッテリネットワークの電気的接続について詳細に説明す
る。列Ａでは、バッテリ（Ａ，１）の正極22はバッテリ（Ａ，２）の負極24に直
列接続され、バッテリ（Ａ，２）の正極28はバッテリ（Ａ，３）の負極30に電気
的に直列接続されている。列Ｂでは、バッテリ（Ｂ，１）の正極32はバッテリ（
Ｂ，２）の負極34に電気的に直列接続され、バッテリ（Ｂ，３）の正極36はバッ
テリ（Ｂ，３）の負極38に電気的に直列接続されている。列Ｃでは、バッテリ（
Ｃ，１）の正極40はバッテリ（Ｃ，２）の負極42に電気的に直列接続され、バッ
テリ（Ｂ，２）の正極44はバッテリ（Ｂ，３）の負極46に電気的に直列接続され
ている。なお、行１のバッテリの負極48、50、52は、互いに電気的に並列接続さ
れ、バッテリネットワーク全体の負端子54をなしていて、行３のすべてのバッテ
リの正極56、58、60は、互いに電気的に並列接続されていて、バッテリネットワ
ーク全体の正端子62をなしている。 ネットワークはまた、複合的な相互接続16を含む。行１では、バッテリ（Ａ，
１）の正極22は、バッテリ（Ｂ，１）の正極32と電気的に並列接続され、バッテ
リ（Ｂ，１）の正極32は、バッテリ（Ｃ，１）の正極40と電気的に並列接続され
ている。行２では、バッテリ（Ａ，２）の負極24は、バッテリ（Ｂ，２）の負極
34と電気的に並列接続され、バッテリ（Ｂ，２）の負極34は、バッテリ（Ｃ，２
）の負極42と電気的に並列接続されている。また、バッテリ（Ａ，２）の正極28
は、バッテリ（Ｂ，２）の正極36と電気的に並列接続され、バッテリ（Ｂ，２）
の正極36は、バッテリ（Ｃ，２）の正極44と電気的に並列接続されている。行３
では、バッテリ（Ａ，３）の負極30は、バッテリ（Ｂ，３）の負極38と電気的に
並列接続され、バッテリ（Ｂ，３）の負極38は、バッテリ（Ｃ，３）の負極46と
電気的に並列接続されている。 本発明によるバッテリネットワークの１つの実施例を図５に示し、ここでは、
列またはストリングの数であるＸが４であり、行または各ストリングにおける個
体要素バッテリの数であるＹが10である。更に具体的には、40個の個体要素バッ
テリ12からなる配列は、それぞれ複合的な直列並列接続を有する10個のバッテリ
からなる４本のストリングによるネットワークに構成されている。 図３および図４に示したバッテリネットワークの唯一の相違点は、個体要素バ
ッテリの数であり、ネットワークにおける行および列の数である。他のすべての
点で、２つのネットワークは、機能的、構造的および作動的に同じである。上述
のように、図５に示すバッテリネットワークは、配列内の各個体要素バッテリを
、配列内のすべての隣接する個体要素バッテリと直列および並列接続で接続する
ことによって構成されている。この配列の各列は、その列内の各個体要素バッテ
リの正極を、その列内の隣接する個体要素バッテリの負極に接続することにより
、構成されている。配列内の各行は、その行内の各個体要素バッテリの正極を、
その行内の隣接する個体要素バッテリの正極に接続し、その行内の各個体要素バ
ッテリの負極を、その行内の隣接する個体要素バッテリの負極に接続することに
より、構成されている。 図５に示したバッテリネットワークの本実施例は、ネットワーク内の個体要素
バッテリとして、鉛蓄電池を使用している。より具体的には、本実施例は、「MF
G、SUPPLER、LOCATION、PART NUMBER」から得られるものなどの、非遮断性電源
（UPS）バッテリを使用している。UPSバッテリは、12Ahの容量を有する12Vバッ
テリであり、したがって、（12V X 12A）144Wの電力を生成可能である。これら
のバッテリ40個からなる配列は、図５に示すように、互いに、複合的な直列並列
接続によって接続されていて、その結果、120V（10個の直列の12Vバッテリ）、4
8A（バッテリからなる並列な４本の12Aストリング）のバッテリパックとなる。
最終的なパックは、したがって、（120V X 48A）5.76kWの電力を生成可能である
。ここに述べたバッテリ作動システムの実施例は120V、48Aのバッテリパックで
あるが、バッテリパックは、本発明の範囲内で、変更可能に構成し、様々な定格
および／または容量を有するよう、実現すべきである。例えば、重量および大き
さをを節約し、エネルギーを増大させるため、様々な定格を有するリチウムイオ
ンバッテリまたはリチウムイオン固形重合体バッテリを使用してよい。 当業者によれば、上述の複合的な直列並列接続を有するバッテリパックを構成
するために用いる特殊な方法は、最終的なバッテリパックの性能には影響しない
ことも理解される。図６はバッテリネットワークの他の実施例を示し、これは本
発明の原理に従って構成されていて、複合的な直列並列接続によって構成された
40個の個体要素バッテリを有する。このネットワークは効果的には10個の直列な
バッテリからなる４本のストリングを含み、各ストリングは、物理的に半分に分
割され、方向が反転されていて、バッテリパック全体の正端子64および負端子68
はパックの同一側にある。 また、図６に示すバッテリネットワークにおける複合的な相互接続66は、各個
体要素バッテリ12の正極から、隣接する行および隣接する列の個体要素バッテリ
の隣接する負極に走っている。例えば、ある複合的な相互接続は、バッテリ70（
Ａ，２）の正極68とバッテリ74（Ｂ，３）の負極72との間に配されている。同様
に、ある複合的な相互接続は、バッテリ80（Ｂ，７）の正極78とバッテリ84（Ｃ
，８）の負極82との間に配されている。 図６に示すバッテリネットワークに存在するこれらの構造的な相違点にも拘わ
らず、最終的なバッテリネットワークは機能的および作動的に、図５に示すネッ
トワークと同一である。更に具体的には、ネットワーク内の各個体要素バッテリ
の負極は、ネットワークの隣接する行における個体要素バッテリの隣接する正極
に、作動的に直列接続されていて、ネットワークのそれと同一の行における個体
要素バッテリの隣接する負極に、作動的に並列接続されている。各個体要素バッ
テリの正極は、ネットワークの隣接する行における個体要素バッテリの隣接する
負極に、作動的に直列接続されていて、ネットワークのそれと同一の行における
個体要素バッテリの隣接する正極に、作動的に並列接続されている。 個体バッテリの複合的な接続は、バッテリ型式に依存せず、自動平衡可能で、
安定性が高く、故障許容性のあるバッテリネットワークを生成する。 上述のバッテリネットワークの重要な利点の１つは、バッテリ型式に依存しな
いということである。言い換えれば、同一の全般的な利点が、ネットワークにお
ける個体要素バッテリとして用いられるバッテリの個々の型式に拘わらず、獲得
できる。例えば、上述のように、個体要素バッテリとして、現在は鉛蓄電池が使
用されている。しかし、バッテリ技術が進歩するにつれて、リチウムイオン、ニ
ッケル−鉄、ニッケル−カドミウム、ニッケル−水素、ニッケル−亜鉛、塩化亜
鉛、臭化亜鉛、亜鉛−空気、またはリチウムイオン固形重合体バッテリなど、他
の型式のバッテリに変更して、ネットワークにおける個体要素バッテリとして使
用してもよい。 使用における他の利点は、例えば、鉛蓄電池に代わるリチウムイオンバッテリ
が、バッテリの特定のエネルギーを著しく増大させることである。特定のエネル
ギーとは、特定の放電速度のためにバッテリがその重量の単位キログラムあたり
に蓄積可能なワット時（Wh）で測定したエネルギーの総量であり、バッテリパッ
クがEVに提供可能な作動範囲または距離を決定する重要な要因である。従来の鉛
蓄電池における特定のエネルギーは、約24Wh/kgから約50Wh/kgの範囲にある。こ
れと比較して、リチウムイオンバッテリにおける特定のエネルギーは、約500Wh/
kgである。したがって、リチウムイオンバッテリを個体要素バッテリとして用い
たバッテリネットワークから得られる最終的な範囲は、従来の鉛蓄電池を用いた
ネットワークから得られる範囲の約10倍になる。 また、本発明によるバッテリネットワークは、高電圧バッテリパックの最も一
般的な構成方法における、上述の根本的で固有の弱点に取り組んでいる。すなわ
ち複数の大きくて一体的なバッテリを直列に接続して所望の総パック電圧を生成
している。複合的な直列および並列接続で構成された本発明によるバッテリネッ
トワークは、基本的に、個体要素バッテリの故障と、個体要素バッテリ容量の差
異とに対する安定性が高い。 図3Cの複合的な相互接続16によれば、仮に、ネットワークにおける１つまたは
それ以上の個体バッテリが故障すると、故障したバッテリに対応する列の電流は
、故障したバッテリの周囲を、他の列を通って流れる。実際には、故障したバッ
テリは、ネットワークの総出力電流または出力電圧に影響を与えることなく、余
剰となる。結果として、バッテリネットワークは、ネットワーク全体が故障する
可能性が低い、故障に対する許容性のあるネットワークとなる。バッテリネット
ワーク全体の故障率は、個体要素バッテリの故障率と、バッテリネットワークの
幾何学的配列とに基づいて計算可能である。 図７に示すデータはＸ x Ｙのバッテリ配列について計算されていて、ここで
Ｘは並列接続の要素（すなわち列数）を表し、Ｙは直列接続の要素（すなわち行
数）を表す。個体要素バッテリの故障率は、１／Ｙとされる。この分析の目的上
、故障は、開路状態となってしまうほどの壊滅的なバッテリ故障を表す。これら
の前提条件が与えられると、故障率が１／Ｙであるため、バッテリ配列の各直列
要素または列は、平均的に、故障した１つの要素バッテリを含むこととなる。バ
ッテリパック全体の故障は、すべての要素バッテリの故障が、バッテリ配列にお
ける１つの並列要素または行に含まれる場合に生じる。この場合、バッテリネッ
トワークを充電または再充電しても、電流は流れない。 Ｘ x Ｙのバッテリ配列について、要素バッテリの故障の総数は、ＸＹ（１／
Ｙ）＝Ｘとなる。この配列におけるバッテリ故障の組み合わせの総数は、（ＸＹ
！）／（ＸＹ−Ｘ）！である。パック全体の故障を引き起こすバッテリ故障の組
合せの総数は、すべての故障がバッテリ配列の１つの並列要素または行において
生じている場合の故障の組合せ数と等しく、Ｘ！Ｙとなる。したがって、バッテ
リパック全体の故障の可能性は、（Ｘ！Ｙ）／（ＸＹ！）／（ＸＹ−Ｘ）！であ
る。 図７に示すデータの分析は、本発明のバッテリネットワークの幾何学的配列の
利点を表す。Ｙのすべての値について、Ｘ＝１のとき、パック全体の故障率は10
0％である。これらの計算では故障率が１／Ｙとされているため、１つのバッテ
リのストリングは、常に１つの故障した要素バッテリを含み、パック全体が故障
する。しかし、Ｙの値が１より大きい場合、パック全体の故障率は、Ｘの値の増
加に伴って、急激に小さくなる。並列要素（Ｘ）を値３またはそれ以上に増加さ
せると、パック全体の故障の可能性は、１より大きいＹのすべての値について、
10％またはそれ以下に減少する。 例えば、10個の直列なバッテリからなる１つのストリングについてのネットワ
ーク故障率は、バッテリ故障率を１／Ｙとすれば、100％となる。ネットワーク
におけるストリングの数を増やし、本発明の複合的な直列並列接続による２本の
ストリングとすると、ネットワーク故障率は、約５％に減少する。仮にストリン
グの数を更に増やし、複合的な直列並列接続による３本および４本のストリング
とした場合、結果としてのネットワーク故障率は、それぞれ約0.2％および0.01
％に減少する。固定容量のバッテリパック内で並列度を増加することにより、パ
ックの信頼性は劇的に増大する。バッテリパックの容量は全体で、むろん、個体
要素バッテリ故障によって減少するが、１つの線形直列ストリング（Ｘ＝１）の
場合は、ゼロにはならない。バッテリパックを構成する上での並列化の費用は、
バッテリパックにおける複合的な直列／並列相互接続の増加数となる。これらの
接続は、十分な電流容量を有する導体を用いた簡易な機械的接続である。機械的
な相互接続は、個体要素バッテリより格段に信頼性が高く、かかる複合的な相互
接続の故障率は、本来のバッテリ故障率より格段に低い。当業者には、図７に示
す分析の結果は、１／Ｙ以外の個体要素バッテリ故障率にも適用できることが分
かる。 更に、上述の複合的な直列並列構造を有するバッテリネットワークは、自動平
衡可能である。一般的に、２個またはそれ以上のバッテリが並列に接続されると
、それらは自動的に、それらの有効な出力電圧に対して、それら自身を平衡化す
る。したがって、電圧が不均衡な複数の個体要素バッテリが、図3Cの複合的な相
互接続16を用いて、上述の複合的な直列並列構造で接続される場合、不均衡な個
体要素バッテリは、自動的にそれら自身を平衡化する。 本発明のこの自動平衡の利点は、多大の実用的な重要性を有する。なぜなら、
通常、個体バッテリの電圧間には、実質的な不均衡があるからである。例えば、
12VのUPSバッテリは、供給者から受け取った際、電圧について、300〜400mV程度
の不均衡を生じ得る。結果として、個体要素バッテリのいずれも、提供する電圧
を約12.8〜13.2Vから読み取ることとなる。しかし、個体バッテリが一旦、本発
明の複合的な直列並列構造によって相互に接続されると、それらは、約2.5ミリ
ボルト以内で、自動的に互いを平衡化する。ネットワーク内の個体要素バッテリ
の自己平衡化特性により、いずれか１つのバッテリがランダムに降格する危険が
除去され、したがってバッテリパック全体のサイクル寿命を著しく増大する。 複合的な相互接続および自己平衡化から得られる他の著しい利点は、バッテリ
パックが、低電流のエネルギー源として、効果的に作動可能となることである。
高電圧、高電流の従来技術によるバッテリパックと比較すると、複合的な直列並
列バッテリネットワークの１つの実施例は、約20Aで作動する120V、48Aのシステ
ムである。結果として、４本のストリングのネットワークでは、平均的には、わ
ずかに5A程度が各ストリングを通って流される。バッテリネットワークの低電流
条件は、バッテリによって行われる放電深度を減少させ、したがって、ネットワ
ーク内の個体要素バッテリのサイクル寿命、およびバッテリパック全体のサイク
ル寿命を伸ばす。本発明のバッテリパックの現在の実施例は、1000サイクルを越
えるサイクル寿命を示していて、これは従来技術のシステムより著しく高い。 更に、バッテリネットワークのモジュール構造により、使用上の特定の条件に
基づいて、ネットワークの容量を提供するエネルギーを選択的に最適化可能であ
る。特定の使用によっては、追加の個体要素バッテリを各ストリングに加えるこ
とができ、更に／またはバッテリからなる追加のストリングをネットワークに加
えることができる。例えば、仮にバッテリ作動システムが電気式の全地形型自動
車（ATV）用のエネルギー源として使用可能である場合、バッテリネットワーク
は、複合的な直列並列接続で構成されたバッテリからなる、わずか２本のストリ
ングを必要とするのみである。一方、バッテリ作動システムが、電気式のゴルフ
カートなどの、より厳しい条件の利用におけるエネルギー源として使用可能であ
る場合、バッテリネットワークは、電気自動車用に、バッテリからなる４本のス
トリング、および場合によっては８本のストリングを含んでよい。 上述のバッテリ作動システムの更なる他の利点は、システムの著しい減量であ
る。例えば、図５に示すもののごとく、本発明により構成された40個の個体要素
バッテリを含むバッテリパックは、わずかに約576ポンドであり、EV1バッテリパ
ックの重量の半分以下である。 本発明を実施例を示して説明したが、当業者によれば、本発明概念から離れる
ことなく、多くの改変が可能であることは明らかである。例えば、本発明は２次
元のバッテリのネットワークとして説明し図示したが、当業者によれば、Ｘ列お
よびＹ行を有する２次元のネットワークは、Ｘ列、Ｙ行およびＺレベルを有する
個体要素バッテリの３次元のネットワークにおいて、Ｚが１である場合の下位概
念であることが分かる。したがって、容易に明らかなことは、複合的な直列並列
相互接続で構成された多くの２次元バッテリネットワークは、各ネットワークが
他のネットワークに対して積み重ねられまたは多層化され、３次元バッテリネッ
トワークを形成するようにも構成可能であることである。したがって、本発明は
具体的に述べたもの以外にも実施可能であることが理解できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術のバッテリネットワークを示す概略図である。
【図２】 本発明によるバッテリネットワークであって、個体要素バッテリからなる配列
がＸ列およびＹ行を有するネットワークで構成されている概略図である。
【図３Ａ】 図２のバッテリネットワークにおけるストリングの１つであって、複数の個体
要素バッテリが直列に接続されている概略図である。
【図３Ｂ】 図3Aのバッテリネットワークであって、更に、複数のストリングが並列に接続
された並列接続で構成されていて、複数のストリングはそれぞれ、直列接続され
た複数の個体要素バッテリで構成されている概略図である。
【図３Ｃ】 図3Bのバッテリネットワークであって、更に、複合的な相互接続で構成され、
各個体要素バッテリは、ネットワーク内のすべての隣接する個体要素バッテリと
直列および並列接続で接続されている概略図である。
【図４】 図２のバッテリネットワークであって、９個の個体要素バッテリが３列３行を
有するネットワークとして構成されている概略図である。
【図５】 図２のバッテリネットワークであって、40個の個体要素バッテリが４列10行を
有するネットワークとして構成されている概略図である。
【図６】 図５のバッテリネットワークの他の実施例を示す図である。
【図７】 図２のバッテリネットワークの様々なＸおよびＹの値におけるバッテリパック
故障率を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複合的な直列並列接続で構成された複数の個体要素バッテリ
    を有するバッテリの相互接続ネットワークにおいて、該ネットワークは、 並列に接続された複数の個体要素バッテリを各行が有する複数の行の個体要素
    バッテリと、 前記複数の行の個体要素バッテリに相互接続された複数の列の個体要素バッテ
    リとを含み、各列は直列に接続された複数の個体要素バッテリを有し、該ネット
    ワークにおける前記複数の個体要素バッテリはそれぞれ、同一の列の隣接する個
    体要素バッテリに電気的に直列に接続され、同一の行の隣接する個体要素バッテ
    リに電気的に並列に接続されることを特徴とするバッテリの相互接続ネットワー
    ク。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のバッテリの相互接続ネットワークにおいて
    、前記複数の個体要素バッテリはそれぞれ正極および負極を含み、前記複数の列
    のそれぞれについて、該列の複数の個体要素バッテリのそれぞれの正極は、同一
    の列の隣接する個体要素バッテリの負極に直列に接続されることを特徴とするバ
    ッテリの相互接続ネットワーク。
  3. 【請求項３】 請求項２に記載のバッテリの相互接続ネットワークにおいて
    、前記複数の行のそれぞれについて、該行の複数の個体要素バッテリのそれぞれ
    の正極は、同一の行の隣接する個体要素バッテリの正極に並列に接続されること
    を特徴とするバッテリの相互接続ネットワーク。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載のバッテリの相互接続ネットワークにおいて
    、該ネットワークの故障率は約10％より低いことを特徴とするバッテリの相互接
    続ネットワーク。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載のバッテリの相互接続ネットワークにおいて
    、該ネットワークの故障率は約５％より低いことを特徴とするバッテリの相互接
    続ネットワーク。
  6. 【請求項６】 請求項１に記載のバッテリの相互接続ネットワークにおいて
    、該ネットワークの故障率は約１％より低いことを特徴とするバッテリの相互接
    続ネットワーク。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載のバッテリの相互接続ネットワークにおいて
    、前記個体要素バッテリが前記複合的な直列並列接続で構成された直後、該ネッ
    トワークの個体要素バッテリのいずれか１つの電圧は、該ネットワークの他のす
    べての個体要素バッテリの電圧と、約10ミリボルト以内で均衡することを特徴と
    するバッテリの相互接続ネットワーク。
  8. 【請求項８】 請求項７に記載のバッテリの相互接続ネットワークにおいて
    、前記個体要素バッテリが前記複合的な直列並列接続で構成された直後、該ネッ
    トワークの個体要素バッテリのいずれか１つの電圧は、該ネットワークの他のす
    べての個体要素バッテリの電圧と、約４ミリボルト以内で均衡することを特徴と
    するバッテリの相互接続ネットワーク。
  9. 【請求項９】 請求項１に記載のバッテリの相互接続ネットワークにおいて
    、該ネットワークは、約110ボルトから約200ボルトの範囲の電圧を提供するよう
    に構成されていることを特徴とするバッテリの相互接続ネットワーク。
  10. 【請求項１０】 請求項９に記載のバッテリの相互接続ネットワークにおい
    て、該ネットワークは、約120ボルトを提供するように構成されていることを特
    徴とするバッテリの相互接続ネットワーク。
  11. 【請求項１１】 請求項１に記載のバッテリの相互接続ネットワークにおい
    て、前記複数の個体要素バッテリのうち少なくともいくつかは、リチウムイオン
    バッテリであることを特徴とするバッテリの相互接続ネットワーク。
  12. 【請求項１２】 請求項１に記載のバッテリの相互接続ネットワークにおい
    て、該ネットワークは更に、電気的に相互に接続されバッテリによる３次元のネ
    ットワークを提供する、複数のバッテリの相互接続ネットワークを含むことを特
    徴とするバッテリの相互接続ネットワーク。
  13. 【請求項１３】 電気自動車用故障許容バッテリパックにおいて、該バッテ
    リパックは、 個体要素バッテリからなる配列を含み、該個体要素バッテリはそれぞれ正極お
    よび負極を有し、 前記個体要素バッテリからなる配列は、複合的な直列並列接続で構成されて複
    数の列および複数の行を有するネットワークをなし、 前記複数の列はそれぞれ、列の各個体要素バッテリの正極が同一の列の隣接す
    る個体要素バッテリの負極に直列に接続されるように、電気的に互いに直列に接
    続された個体要素バッテリを含み、 前記複数の列はそれぞれ、他の列と電気的に互いに並列に接続され、 前記複数の行のそれぞれでは、各個体要素バッテリは、同一の行のすべての隣
    接する個体要素バッテリと電気的に互いに並列に接続されていて、該行の各個体
    要素バッテリの正極が同一の行の隣接するすべての個体要素バッテリの正極に並
    列に接続され、該行の各個体要素バッテリの負極が同一の行の隣接するすべての
    個体要素バッテリの負極に並列に接続されていることを特徴とする電気自動車用
    故障許容バッテリパック。
  14. 【請求項１４】 電気自動車用の複数の個体要素バッテリの相互接続方法に
    おいて、該方法は、 前記複数の個体要素バッテリの部分集合を直列に接続して複数の列のバッテリ
    を形成し、該複数の列のバッテリの各列ごとに、前記直列に接続された複数の個
    体要素バッテリの部分集合を所有させる工程と、 前記複数の列のバッテリを並列に接続してバッテリの列およびバッテリの行か
    らなるネットワークを形成する工程と、 該ネットワークの各個体要素バッテリを複合的な相互接続で構成し、各個体要
    素バッテリを、同一の行のバッテリにおけるすべての隣接する個体要素バッテリ
    と並列に接続する工程とを含むことを特徴とする電気自動車用の複数の個体要素
    バッテリの相互接続方法。
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