JP2017512358A - 車両を加熱するための熱バッテリ - Google Patents

Abstract

電気自動車の構成要素を加熱するシステムおよび方法は、特に寒冷地においておよび／または冬期の間、有益でもよい。車両は、主にメインバッテリによって電力を供給されてよい。システムは、電気自動車のドライビング距離を延長するための、電解質を含む金属−空気バッテリである補助バッテリ、および、金属−空気バッテリ用の電解質ボリュームを保持するためのリザーバタンクを備えてよい。電解質は、所望の温度まで加熱されてよい。システムは、電解質ボリュームからの熱を運ぶための熱交換器をさらに含んでよい。熱は、乗客のキャビンまで運ばれることが可能である。
【選択図】図１Ａ

Description

特により冷えた場所で、従来の空調装置を用いて電気自動車を加熱することは、車両のメインバッテリに保存された電力のうちの大量を消費して、したがって、車両の移動距離をおそらく減らすだろう。内燃機関によって駆動される車両では、内燃機関の稼動中に発生する熱は、車両の他の構成要素（例えば、乗客のキャビンまたは運転席のシート）を暖めるために用いられる。車両のモータからの過剰な熱エネルギーを使用するこのオプションは、電気自動車には存在しない。

金属−空気電池は、従来技術において周知である。この種の金属−空気セルまたはバッテリは、例えば、アルミニウム、亜鉛、リチウム、ベリリウム、カルシウム、などを含んでいる金属アノード、およびガス拡散カソードを含む。バッテリにおいて電気を生じる化学反応は、水性または非水性電解質がある場合には、金属アノードの酸化である。電解質は、カソードとアノードとの間にイオンを移すために用いられる。場合によっては、アノードを被覆する反応生成物（すなわち、金属酸化物）を洗い落とすために、電解質が用いられてもよい。このように、アノードの酸化反応が連続することができて、バッテリが電気を供給することができる。

金属−空気バッテリは、潜在的に高い容量を有する。そしてそれは、それらを電気自動車用に魅力的にする。しかしながら、従来周知の金属−空気バッテリは、電気自動車に対する唯一の電力供給源として動作する充分な力がまだ欠如している。

電気自動車において使用される従来のバッテリ（例えば、リチウム・ベースのバッテリ）は、大きくて、高価で、定期的に再充電されることを必要とする限られたエネルギー源を有する。したがって、電気自動車の移動距離を制限する。最適ドライビング条件で、そして、車をドライビングすること以外のいかなる目的にもリチウム・ベースのバッテリに保存される電気エネルギーを使用せずに、テスラ・ロードスター（登録商標）の最大走行距離は、比較的大きなおよび非常に高価なリチウム・ベースのバッテリを使用して、１回の充電につき３９４ｋｍであった。バッテリに保存される電力の、車両の乗客のキャビンを暖めるかまたは冷やすためのいかなる使用も、走行距離を劇的に減らす。

金属−空気バッテリは、必要な（予備エネルギーユニットのような働きをする）ときに電気自動車の走行距離を延長するために、従来のリチウム・ベースのバッテリと組み合わされてよい。この種の金属−空気バッテリは、バッテリにおける電解質を循環させるための電解質のリザーバを保持するためのタンクを含んでよい。それによって、電解質の変質を遅らせる。

本発明のいくらかの実施形態は、電気自動車の乗客のキャビンを暖めるシステムおよび方法に関連があってもよい。車両は、主にメインバッテリによって電力を供給されてよい。システムは、電気自動車のドライビング距離を延長するための、電解質を含む金属−空気バッテリである補助バッテリ、および、金属−空気バッテリ用の電解質ボリュームを保持するためのリザーバタンクを備えてよい。電解質は、所望の温度まで加熱されてよい。システムは、電解質ボリュームからの熱を運ぶための熱交換器をさらに含んでよい。熱は、乗客のキャビンまで運ばれることが可能である。

さらにいくらかの本発明の態様は、電気自動車における構成要素を加熱するためのシステムおよび方法に関連があってもよい。電気自動車は、メインバッテリによって電力を供給されている。システムは、蓄熱液体ボリュームを保持するためのタンクであって、蓄熱液体は、所望の温度（例えば、３０〜１３０℃または５５〜９５℃）まで加熱可能でもよい、タンク、および、蓄熱液体からの熱を運ぶための熱交換器であって、熱は、電気自動車の構成要素まで運ばれることが可能でもよい、熱交換器、を含んでよい。

加熱された蓄熱液体を保持しているタンクは、熱のリザーバを保持するための熱バッテリとして使用されてよい。例えば、タンクまたはその付近に取り付けられる加熱エレメントを蓄熱液体を加熱するための都市電力網に接続することによって、車両の非走行期間（例えば、所有者のガレージでの駐車および／または一般の駐車場での駐車）中に、蓄熱液体は、加熱されてよい。加えてまたは代わりに、タンクへの熱エネルギーの速いローディングを可能にするために、例えば、ガソリン／サービスステーションにおいて、または一般の駐車場で、タンクは、加熱された蓄熱液体のリザーバからの加熱された蓄熱液体によって補充／再補充されてよい。

本発明と考えられている内容は、本明細書の末尾において特に指し示されて、明確に請求される。しかしながら、その目的、特徴および利点と共に、本発明の構成および操作方法に関しては、添付図面とともに読むときに以下の詳述を参照することで最もよく理解されてよい。

図１Ａは、本発明のいくらかの実施形態による電気自動車の構成要素を加熱するシステムの概略的ブロック図である。 図１Ｂは、本発明のいくらかの実施形態による電気自動車の１つ以上の構成要素を加熱するシステムの概略的ブロック図である。 図２Ａは、本発明のいくらかの実施形態による電気自動車の構成要素を加熱する方法のフローチャートである。 図２Ｂは、本発明のいくらかの実施形態による電気自動車の１つ以上の構成要素を加熱する方法のフローチャートである。

いうまでもなく、説明の単純さおよび明快さのために、図に示される要素は、一定の比率で必ずしも描かれたわけではない。例えば、要素のいくらかの寸法は、明確にするため他の要素と関連して誇張されてもよい。さらに、適切であるとみなされる所で、参照番号は、一致するまたは類似する要素を示すために図の中で繰り返されてもよい。

以下の詳述において、本発明の完全な理解を提供するために多数の具体的な詳細が記載される。しかしながら、本発明がこれらの具体的な詳細なしで実施されることができることは、当業者によってよく理解されている。他の例において、周知の方法、手順および構成要素は、本発明を曖昧にしないように詳述しなかった。

電気自動車のための１つの周知の電力源は、リチウム・ベースのバッテリである。そしてそれは、多くの利点を有する。それでも、リチウム・ベースのバッテリに保存される残余のエネルギー単位（例えば、ＫＷｈ）の特定のコストは、比較的高い。本発明のいくらかの態様は、（存在する）メインの再充電可能なリチウム・ベースのバッテリに、エネルギー単位の比較的安い特定のコストを有する補助的な金属−空気バッテリを加えることによって、電気的乗り物（例えば、電気自動車）の移動距離を延長するシステムに関連があってもよい。

金属−空気バッテリは、必要なときに、例えば移動中にメインバッテリの容量が予め定められた閾値（例えばその全容量の７０％未満）を下回るときに、メインバッテリを再充電するために使用されてよい。平均的な日々の移動の必要性の間（例えば、１つの再充電ポイント（例えばユーザの家）から次の再充電場所（例えば彼／彼女の仕事場所）までの６０Ｋｍのドライブ距離）、車両に完全に電力を供給するために、この配置は、比較的より小さくてより高価でないメインの再充電可能バッテリの使用を許容してもよい。より長い移動距離が必要とされるときに、補助的な金属−空気バッテリは、走行中に、メインの再充電可能バッテリを再充電するために使用されてよい。メインバッテリの容量が予め定められた閾値を下回るまで、走行の第１の部分は、メインの再充電可能バッテリだけによって電力を供給されてよい。次いで、走行の第２の部分において、補助的な金属−空気バッテリは、メインバッテリを再充電するために起動されてよい。非限定的な例示的実施形態では、移動の最初の６０のＫＭにおいて、車両の電気モータは、メインのリチウム・ベースのバッテリだけによって電力を供給されてよい。そして、さらに３００ＫＭにおいて、走行中にリチウム・ベースのバッテリが補助的なアルミニウム空気バッテリによって再充電されるにつれて、電気モータは、リチウムバッテリから電力を供給されてよい。

金属−空気バッテリに電解質を供給するための、電解質ボリューム保持用のリザーバタンクは、電気自動車において集められてよい。リザーバタンクと金属−空気バッテリセルとの間に電解質を循環させるためのポンプも、電気自動車において集められてよい。いくつかの実施形態では、タンク内の電解質のボリュームは、１０〜１０００リットル（例えば、小さい電気自動車用には２０〜５０リットル、または電気バス、電気ボートまたはより大きな乗り物（例えば船、飛行機等）用には５０〜２５０リットル）の範囲にあってよい。

この電解質ボリュームは、熱を保存するための（例えば、車両のキャビンまたは電気自動車の他の構成要素（例えば運転席シートまたはメインバッテリ（例えば、リチウムバッテリ））を加熱するための）熱バッテリとして使用されてよい。外部電源（例えば、都市電力網）により電力を供給される加熱エレメントによって、タンク内の電解質は、外部電源（例えば、都市電力網）により電力を供給される加熱エレメントによって、（例えば、車両がスタートする前、駐車時、などに）予熱されてよい。都市電力網は、３つの電源（リチウム・ベースのバッテリ、金属−空気バッテリおよび電力網）の中で最も安価である。加熱エレメントは、電解質配管系の内部またはその付近（例えば、リザーバタンクの内部またはその付近）のどこにでも配置されてよい。加えてまたは代わりに、金属−空気バッテリの金属アノードの表面上に起こっている発熱反応に起因して、電解質は、金属−空気バッテリの動作の間、加熱されてよい。アノードの酸化による熱は、電解質に伝わる。反応が進行するにつれて、電解質の温度は増加する。そして、電解質を、したがって金属空気バッテリを、稼動温度範囲に保持するために、電解質から熱を逃がすことが必要な場合がある。

予熱された電解質は、金属−空気バッテリのより良好な動作を許容してよい。金属空気バッテリは、バッテリにおける電解質が３０〜１００℃の間の温度を有するときに、最適条件で動作してよい。金属−空気バッテリの従来の動作では、バッテリにおいて起こる発熱反応は、熱源として機能して、電解質を適温まで加熱する。しかしながら、このプロセスは、それが適温に到達する前に、或る時間を必要としてよく、バッテリ動作の開始時に必要な電力量を生成するバッテリの能力を減少させてよい。したがって、いくつかの実施形態では、バッテリに電解質を導入する前にリザーバ内の電解質を所望の温度まで予熱することは、空気−金属バッテリが最適条件において稼動し始められることに結果としてなる場合がある。

加熱された電解質からの熱は、熱源を必要としている特定の用途において使用されてよい。例えば、加熱された電解質からの熱（例えば過剰な熱）は、キャビンを暖めるために熱交換器を介して乗客のキャビンに運ばれてよい。このプロセスは、寒冷地所においておよび／または（例えば、北ヨーロッパ、北アメリカ、日本、などの）冬期の間に、特に有益でもよい。従来の電気自動車では、比較的むしろ高価であるメインの電気エネルギー源（例えば、リチウムバッテリ）は、移動することおよびキャビンの快適さ（例えば、熱）の両方のために使用される。したがって、本発明のいくらかの実施形態による、加熱された電解質からの熱エネルギーを使用することは、メインのエネルギー源により提供されるエネルギーを移動距離のために確保してよい。

付加的なまたは代わりの実施形態では、電気自動車の乗客のキャビンまたは他の構成要素は、熱を蓄積している蓄熱液体を保持するためのタンクを含むシステムを用いて加熱されてよい。蓄熱液体は、所望の温度で熱を保持して、保存することが可能ないかなる液体（例えば、水、鉱物油、例えば水酸化カリウムおよび水酸化ナトリウムの溶液）であってもよい。蓄熱液体は、例えば、タンク内に位置して、外部電源（例えば電力網）によって電力を供給される加熱エレメントによって、汚水タンク（ｈｏｌｄｉｎｇ ｔａｎｋ）の内部で加熱されてよい。加えてまたは代わりに、タンクは、車両に対して外部の被加熱リザーバ（例えば、サービスステーションにある被加熱リザーバ）から加熱される蓄熱液体を充填されてよい。加熱された蓄熱液体からの熱は、熱交換器を用いて逃がされてよく、電気自動車の構成要素に運ばれてよい。

図１Ａを参照すると、それは、本発明のいくらかの実施形態による電気自動車の構成要素（例えば、電気自動車の乗客のキャビン）を加熱するシステム１０の概略的ブロック図である。システム１０は、電気自動車に位置する熱的構成要素２０（例えば、乗客のキャビン）に熱を提供してよい。システム１０は、電気モータ１１、主に電気自動車に電力を供給するためのメインの再充電可能バッテリ１２、補助的な金属−空気バッテリ１４、電解質ボリューム１７を保持するためのリザーバタンク１６、および熱交換器１９を備えてよい。電解質１７は、ポンプ１５によって補助バッテリ１４とリザーバタンク１６との間を循環されてよい。いくつかの実施形態では、リザーバタンク１６は、電解質１７を加熱するための加熱エレメント１８をタンク１６内に含んでよい。

メインバッテリ１２は、電気自動車における使用に適したいかなる商業的な再充電可能バッテリであってもよい。メインバッテリ１２は、移動で変化する要求にしたがってさまざまな出力バッファを提供するように、十分な出力および十分な出力操作柔軟性を有してよい。例えば、メインバッテリ１２は、リチウム・ベースのバッテリ（例えば、リチウムイオン、リン酸鉄リチウムまたはチタン酸リチウム）、鉛バッテリ、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）バッテリ、ニッケル鉄バッテリ等でもよい。

補助的な金属−空気バッテリ１４は、メインバッテリ１２に電気的に結合されてよく、そして、メインバッテリ１２の容量が予め定められた閾値（例えば、バッテリ１２の全容量の７０％未満）を下回ったときに、電気自動車の走行中にメインバッテリ１２を再充電するために起動されてよい。補助的な金属−空気バッテリ１４は、例えば、アルミニウム、亜鉛、リチウム、ベリリウム、カルシウム、などを含む１つ以上の材料でできている金属アノードを含んでよい。補助的な金属−空気バッテリ１４は、酸素がセルに入ることができる膜（例えば、炭素膜）を介して、周囲の空気から酸素を供給する空気カソードをさらに含んでよい。バッテリは、液相でもよくまたはゲルとしてでもよい電解質をさらに含む。水性電解質は、塩類（例えば、水溶液の良好なイオン伝導度を有していて、アルカリ溶液を形成しているＫＯＨまたはＮａＯＨ）を含んでよい。

リザーバタンク１６は、例えば、１０〜１０００リットルの電解質１７を保持するように構成されるいかなるタンクであってもよい。いくつかの実施形態では、ポンプ１５は、リザーバタンク１６と補助的な空気−金属バッテリ１４との間に電解質１７を循環させてよい。バッテリの起動および動作の間、補助的な空気−金属バッテリ１４における電解質の変質を減少させるために、この循環は、なされてよい。電解質の変質は、酸化反応および電解質への溶質の間、金属アノードの表面に形成される固体金属酸化物粒子および金属水酸化物イオンに起因する。空気−金属バッテリ１４の動作の間、アノードの酸化反応は、熱を形成してよい（すなわち、反応は発熱反応である）。電解質１７の循環は、アノードの表面から熱を運び去ることを許容してよく、したがって、稼動する動作条件を維持することを許容する。いくつかの実施形態では、タンク１６は、その周囲から絶縁されてよい。

本発明のいくらかの実施形態による、補助的な空気−金属バッテリ１４の稼動する動作条件は、温度に依存してよい。例えば、アルミニウム−空気バッテリのために、稼動温度範囲は、両者間に１０〜１００℃、そして、例えば４０〜９０℃である。アルミニウム空気セルは、０．９〜１．３ボルトの電圧で正常に動作する。所与の温度のために、電流を増加させることは、セル電圧を減少させて、腐食を増加させる。そして、電流を減少させることは、電圧を増加させて、腐食を増加させる。

いくつかの実施形態では、リザーバタンク１６は、電解質１７の熱を保存するための熱バッテリとして使用されてよい。電解質１７は、所望の温度（例えば、５５℃超）まで加熱されてよい。タンク１６の付近で、および／または、電解質１７を加熱するために外部電源を用いて電解質を循環させるのに適した配管系の近くで、タンク１６は、タンク１６の（図示するように）内側に位置する少なくとも１つの加熱エレメント１８をさらに含んでよい。加熱エレメント１８は、金属−空気バッテリ１４の外部電源（例えば、電気自動車に対して外部の電源）によって電力を供給されてよい。金属空気バッテリの外部電源の例は、メインバッテリ１２または電気自動車に対して外部の電力網でもよい。車両が駐車されるときに、加熱エレメント１８は、電力を供給されてよく、そして、電力網からメインバッテリ１２を再充電する間、電解質１７を加熱してよい。加えてまたは代わりに、補助的な金属−空気バッテリ１４において起こる発熱反応に起因して、電解質１７は、所望の温度まで加熱されてよい。いくつかの実施形態では、熱エネルギーを電解質リザーバタンクに保存するために、加熱エレメント１８は、電解質１７を加熱してよい。いくつかの実施形態では、電解質１７は、補助的な推奨された温度範囲の温度値まで加熱されてよい。

乗客のキャビンを暖めるような目的のための電力網から供給された熱エネルギーを保存することは、メインのまたは補助的なバッテリから引き出されるエネルギーによってキャビンを暖めることと比較して、より安価である。この配置は、寒冷地において使用される車両に特に適している。

加えてまたは代わりに、電解質１７は、電気自動車に対して外部に位置するリザーバまたはタンクにおいて、（例えば、加熱された電解質１７をタンク１６に満たすための指定のサービスステーションにおいて、）加熱されてよい。いくつかの実施形態では、システム１０は、タンク１７内の現在の電解質１６の温度が予め定められた閾値を（例えば、サービスステーションの電解質の温度未満に）下回ったときに、または所定時間で、電解質を交換する交換システム（例示されない）を含んでよい。交換システムは、サービスステーションに含まれるコネクタに接続するように構成されてよい。交換システムは、パイプ接続リザーバ１７および、サービスステーションのコネクタに接続される交換コネクタを含んでよい。電気自動車は、ステーションで停車してよい。そして、タンク１７内の現在の電解質１６は、所望の温度まですでに加熱された新しい新鮮な電解質と交換されてよい。

電解質１７に保存された熱は、熱交換器１９によって、リザーバタンク１６から、電気自動車に含まれる構成要素２０（例えば、乗客のキャビン）に運ばれてよい。熱交換器１９は、加熱された液体から熱を運ぶように構成されるいかなる熱交換器であってもよい。例えば、熱交換器１９は、２セット（加熱される電解質１７のための第１のセット、および、電解質１７からの熱が運ばれる液体を保持する第２のセット）のパイプを含んでよい。熱は、加熱されることを必要とする電気自動車に含まれる乗客のキャビンまたは他のいかなる構成要素２０にも運搬可能でよい。

システム１０は、１つ以上の電気モータ１１、メインバッテリ１２、補助バッテリ１４、リザーバタンク１６、ポンプ１５、熱交換器１９および乗客のキャビン２０とのアクティブ通信においてあってよいコントローラ２２をさらに備えてよい。コントローラ２２は、それぞれのユニットの稼動ステータス／条件を表す信号を受信してよい。コントローラ２２（図示せず）と接続される非一時的メモリに格納されてよく、そして、本発明の実施形態による方法および動作を行うために実行されてよいプログラムにしたがって受信信号を処理するように、コントローラ２２は、構成されてよい。コントローラ２２は、コントローラ２２が受信信号を読み取ることを可能にしてよく、そして制御命令を発行することを可能にしてよい入／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェースユニット（図示せず）を有するアクティブ通信をさらに備えてよい。コントローラ２２は、１つ以上の電気モータ１１、メインバッテリ１２、補助バッテリ１４、リザーバタンク１６、熱交換器１９、ポンプ１５、および乗客のキャビン２０を、本発明の実施形態にしたがって動作させるために制御するように構成されてよい。

図１Ｂが参照され、それは、本発明のいくらかの実施形態による電気自動車の１つ以上の構成要素を加熱するシステム１００の概略的ブロック図である。システム１００は、電気自動車において組立てられてよく、そして、蓄熱液体ボリューム１１７を保持するためのタンク１１６、および、蓄熱液体１１７から前記電気自動車の１つ以上の構成要素まで熱を運ぶための熱交換器１１９を含んでよい。１つ以上の構成要素は、例えば、乗客のキャビン１２０、運転席のシート１３０および／または電気自動車に電力を供給しているメインバッテリ１４０でもよい。システム１００は、蓄熱液体１１７を循環させるためのポンプ１１５をさらに含んでよい。いくつかの実施形態では、システム１００は、蓄熱液体１１７を加熱するための加熱エレメント１１８をさらに含んでよい。

タンク１１６は、所望の温度（例えば、５５℃）で液体を保持するように構成されるいかなるタンクであってもよい。タンク１１６は、任意の適切な絶縁材を用いてその周囲から絶縁されてよい。タンク１１６は、絶縁被覆（例えば、ポリマー被覆）でコーティングされてよいか、または周囲からタンクを絶縁するための絶縁ハウジングの内側に配置されてよい。絶縁ハウジングは、ハウジングの壁に取り付けられる絶縁材を含んでよい。タンク１１６の内壁は、蓄熱液体１１７の存在に起因して、タンクの内側部分を腐食から保護するための耐食性材料を含んでよいかまたは耐食性材料によって被覆されてよい。

蓄熱液体１１７は、熱を蓄えるように構成されるいかなる液体であってもよい。蓄熱液体１１７は、金属−空気バッテリで使用可能な電解質、水または水性溶液、油または油ベースの溶液、または他のいかなる液体であってもよい。いくらかの例示的な蓄熱液体は、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチル・グリコール、ベタイン、プロパン・ジオール、ペルフルオロポリエーテル、塩類、イオン性液体、ＴｉＯ_２のような固体粒子群、ナノ粒子、Ａｌ_２Ｏ_３を含んでよい。

タンク１１６の付近で、および／または、蓄熱液体１１７を循環させるのに適した配管系の近くで、タンク１１６は、タンク１１６の（図示するように）内側に位置する少なくとも１つの加熱エレメント１１８を含んでよい。例えば、加熱エレメント１１８は、電気自動車に対して外部の電源（例えば電力網から）によって、電力を供給されてよい。車両が駐車されるときに、加熱エレメント１１８は、電力を供給されてよく、そして、電力網からメインバッテリ１４０を再充電する間、電解質１１７を加熱してよい。加えてまたは代わりに、蓄熱液体１１７は、電気自動車に対して外部に位置するリザーバにおいて、（例えば、加熱された蓄熱液体１１７をタンク１６に満たすための指定のサービスステーションにおいて、）加熱されてよい。いくつかの実施形態では、システムは、タンク内の現在の蓄熱液体の温度が予め定められた閾値を（例えば、サービスステーションの蓄熱液体の温度未満に）下回ったときに、または所定時間で、蓄熱液体を交換する交換システム（例示されない）を含んでよい。交換システムは、サービスステーションに含まれるコネクタに接続するように構成されてよい。交換システムは、パイプ接続タンク１１７および、サービスステーションのコネクタに接続される交換コネクタを含んでよい。電気自動車は、ステーションで停車してよい。そして、タンク内の現在の蓄熱液体は、所望の温度まですでに加熱された新しい新鮮な蓄熱液体と交換されてよい。

蓄熱液体１１７に保存された熱は、熱交換器１１９を用いて液体から逃がされてよい。熱交換器１１９は、加熱された液体から熱を運ぶように構成されるいかなる熱交換器であってもよい。例えば、熱交換器１１９は、２セット（加熱される蓄熱液体１１７のための第１のセット、および、蓄熱液体１１７からの熱が運ばれる液体を保持する第２のセット）のパイプを含んでよい。いくつかの実施形態では、システム１００は、タンク１１６から熱交換器１１９まで蓄熱液体１１７を循環させるためのポンプ１１５を含んでよい。

熱交換器１１９は、電気自動車に含まれる少なくとも１つの構成要素に熱を運んでよい。例えば、乗客のキャビン１２０および／または運転席のシート１３０を加熱するために、熱は、運ばれてよい。いくつかの実施形態では、タンク１１６は、運転席のシート１３０の下に位置してよい。そして、シート１３０に直接熱を伝える。いくつかの実施形態では、熱は、メインバッテリ１４０を加熱するために運ばれてよい。メインバッテリ１４０は、電気自動車における使用に適したいかなる商業的な再充電可能バッテリであってもよい。メインバッテリ１２は、ドライバの要求にしたがってさまざまな出力バッファを提供するように、十分な出力および十分な出力操作柔軟性を有してよい。例えば、メインバッテリ１４０は、リチウム・ベースのバッテリ（例えば、リチウムイオン、リン酸鉄リチウムまたはチタン酸リチウム）、鉛バッテリ、ニッケル水素（ＮｉＭＨ）バッテリ、ニッケル鉄バッテリ等でもよい。メインバッテリ１４０は、最適な稼動温度範囲（例えば、リチウム・ベースのバッテリのための３０〜１００℃）を有してよい。熱は、最適な稼動温度範囲の温度までメインバッテリ１４０を加熱するために運ばれることができる。

システム１００は、１つ以上の液タンク１１６、熱交換器１１９、乗客のキャビン１２０、運転席のシート１３０、ポンプ１１５、およびメインバッテリ１４０とのアクティブ通信においてあってよいコントローラ１１０をさらに備えてよい。コントローラ１１０は、それぞれのユニットの稼動ステータス／条件を表す信号を受信してよい。コントローラ１１０（図示せず）と接続される非一時的メモリに格納されてよく、そして、本発明の実施形態による方法および動作を行うために実行されてよいプログラムにしたがって受信信号を処理するように、コントローラ１１０は、構成されてよい。コントローラ１１０は、コントローラ１１０が受信信号を読み取ることを可能にしてよく、そして制御命令を発行することを可能にしてよい入／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェースユニット（図示せず）を有するアクティブ通信をさらに備えてよい。コントローラ１１０は、１つ以上の液タンク１１６、熱交換器１１９、乗客のキャビン１２０、運転席のシート１３０、ポンプ１１５、およびメインバッテリ１４０を、本発明の実施形態にしたがって動作させるために制御するように構成されてよい。

いくつかの実施形態では、システム１０および１００は、追加のコントローラを各々含んでよい。追加のコントローラまたはコントローラ２２および１１０は、加熱エレメント１８または１１８および／またはポンプ１５または１１５の動作を制御してよい。電気自動車の１つ以上の構成要素（例えば、メインバッテリ１２または１４０、乗客のキャビン２０または１２０、および運転席のシート１３０）を加熱するために、追加のコントローラまたはコントローラ２２および１１０は、加熱される液体または加熱される電解液の流れを制御するように構成される１つ以上のバルブをさらに制御してよい。追加のコントローラまたはコントローラ２２および１１０は、構成要素の各々で所望の温度にしたがってシステムに含まれるさまざまなパイプにおける液体または電解質の流量を制御してよい。タンク内の液体または電解質の温度を所望の温度に加熱して、維持するために、追加のコントローラまたはコントローラ１０および１１０は、加熱エレメントの動作をさらに制御してよい。

いくつかの実施形態では、所望の温度は、ユーザから受け取られてよいか、または、車両の温度計で測定される周囲温度に基づいて決定されてよい。いくつかの実施形態では、液体または電解質の所望の温度および／または流量は、受け取られる予見された温度に関する情報に基づいて（例えば、天気予報から）、決定されてよい。情報は、無線通信を経てコントローラによって受信されてよい。いくつかの実施形態では、所望の温度は、３０〜１３０℃の間、５５〜９５℃の間、少なくとも３０℃、少なくとも５５℃またはそれ以上であってよい。

本発明のいくつかの実施形態は、加熱された蓄熱液体または加熱された電解質を電気自動車に供給するためのサービスステーションに関連してもよい。電気自動車は、バッテリ（例えば、バッテリ１２）によって電力を供給されてよくておよび／または金属空気バッテリ（例えば、バッテリ１４）を含んでよい。サービスステーションは、加熱される蓄熱液体（例えば、液体１１６）または加熱される新鮮な電解質（例えば、電解質１６）を保持するための第１のタンクを含んでよい。蓄熱液体または電解質を所望の温度（例えば、３０〜１３０℃、５５〜９５℃などの温度）に加熱するために、第１のタンクの内側に任意の加熱エレメントが配置される。いくつかの実施形態では、蓄熱液体または加熱された電解質の温度を測定するために、第１のタンクの内側に温度計が配置されてよい。

いくつかの実施形態では、サービスステーションは、使用済み蓄熱液体または使用済み電解質を保持するための第２のタンクをさらに含んでよい。いくつかの実施形態では、サービスステーションは、使用済み蓄熱液体または使用済み電解質と加熱された蓄熱液体または加熱された電解質との交換を制御するように構成されるコントローラをさらに含んでよい。いくつかの実施形態では、コントローラは、温度計から受信した読み取りにしたがって第１のタンク内に保持される液体を所望の温度に加熱するために、加熱エレメントをさらに制御してよい。

いくつかの実施形態では、サービスステーションは、電気自動車の使用済み蓄熱液体または使用済み電解質を加熱された蓄熱液体または加熱された電解質と交換するための、電気自動車に接続されるコネクタをさらに含んでよい。いくつかの実施形態では、サービスステーションは、使用済み液体または使用済み電解質を車両のタンク（例えば、タンク１７またはタンク１１７）からコネクタを介して第２のタンクにポンプで汲み出すための、そしてさらに、加熱された液体を第１のタンクからコネクタを介して車両のタンクにポンプで汲み出すための、ポンプまたは他の任意のポンピングシステムを含んでよい。ポンプまたはポンピングシステムは、コントローラによって制御されてよい。サービスステーションは、静止していてもよく、または可動性でもよい。サービスステーションは、２台以上の車両または単一の車両に含まれる２つ以上の金属−空気バッテリに同時に貢献してよい。電気自動車がサービスステーションに入るときに、または、サービスステーションが電気自動車に到達するときに、交換システムは、コネクタを介してサービスステーションに接続されてよい。

ここで図２Ａを参照すると、それは、電気自動車の構成要素（例えば、本発明のいくらかの実施形態による乗客のキャビン）を加熱する方法を表すフローチャートである。電気自動車は、リチウム・ベースのバッテリのようなメインバッテリ（例えば、バッテリ１２）によって電力を供給されてよい。そして、金属−空気バッテリのような補助的な金属−空気バッテリ（例えば、バッテリ１４）は、必要なとき（例えば、メインバッテリの容量が電気自動車の移動距離を延長するための定義可能な閾値を下回るとき）に、メインバッテリに電力を供給してよい。

ブロック２５において、方法は、金属−空気バッテリで使用可能な電解質ボリュームを含むリザーバタンクを加熱することを含んでよい。タンク内の電解質は、所望の温度（例えば、７０℃超）まで加熱されてよい。いくつかの実施形態では、リザーバタンクを加熱することは、リザーバタンク内またはリザーバタンク付近あるいは電解質配管系の近くに位置する加熱エレメントに電力を供給することによってなされてよい。加熱エレメントは、外部の電源（例えば、電力網）から電力を供給されてよい。いくつかの実施形態では、電気自動車が駐車しているときに、加熱エレメントは、外部の電源（例えば、電力網）からメインバッテリの充電中に電力を供給されてよい。いくつかの実施形態では、メインバッテリの容量が予め定められた閾値を下回るときに、方法は、電気自動車の走行中に、メインバッテリを充電するための金属−空気バッテリを起動させることを含んでよい。金属−空気バッテリの動作中、リザーバタンク内の電解質は、空気−金属バッテリにおいて起こる発熱反応によって加熱されてよい。

ブロック３０において、方法は、熱交換器（例えば、熱交換器１９）を用いて、加熱された電解質から熱を逃がすことを含んでよい。ブロック３５において、方法は、配管系（例えば、熱交換器１９に含まれる配管系）を用いて熱を乗客のキャビンへ運搬することを含んでよい。熱は、乗客のキャビン（例えば、キャビン２０）まで運搬可能でもよい。

ここで図２Ｂを参照すると、それは、本発明のいくらかの実施形態による電気自動車の構成要素を加熱する方法を表すフローチャートである。電気自動車のモータは、メインバッテリ（例えば、バッテリ１４０または１２）によって電力を供給されている。ブロック２２５において、方法は、蓄熱液体を得ることを含んでよい。蓄熱液体は、所望の温度に（例えば、５０℃〜９０℃に）加熱されてよい。蓄熱液体は、電気自動車に含まれるタンク内に保持されてよい。いくつかの実施形態では、蓄熱液体を得ることは、電気自動車に対して外部の電源（例えば、電力網）によって電力を供給される加熱エレメントを用いてタンク内の蓄熱液体を加熱することを含んでよい。

いくつかの実施形態では、蓄熱液体を得ることは、電気自動車に対して外部の外部リザーバ（例えば、補充ステーション（例えば、ガソリン／サービスステーション）にあるリザーバ）から加熱された蓄熱液体を満たすことを含んでよい。電気自動車は、ステーションで停車してよい。そして、現在タンクの蓄熱液体は、所望の温度まで加熱された新しい蓄熱液体と交換されてよい。タンク内の現在の蓄熱液体の温度が予め定められた閾値（例えば、３０℃）を下回って低下するときに、蓄熱液体は、交換されてよい。

ブロック２３０において、方法は、熱交換器（例えば、熱交換器１９または１１９）を用いて、加熱された蓄熱液体から熱を逃がすことを含んでよい。ブロック２３５において、方法は、電気自動車に含まれる少なくとも１つの構成要素に熱を運搬することを含んでよい。少なくとも１つの構成要素は、乗客のキャビン、運転席のシートおよび／またはメインバッテリであってよい。

本発明の特定の特徴が例示されて、本明細書において記載されたとはいえ、多くの改変、置換、変形、および等価物は、当業者に目下生じるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の要旨の範囲内に含まれるこれらのようなすべての改変および変形をカバーすることを意図している。

Claims (40)

1. 主にメインバッテリによって電力を供給される電気自動車における構成要素を加熱するシステムであって、
   電解質を含む金属−空気バッテリである補助バッテリ、
   前記金属−空気バッテリ用の電解質ボリュームを保持するためのリザーバタンクであって、前記電解質は、所望の温度まで加熱可能である、リザーバタンク、および、
   前記電解質から熱を運ぶための熱交換器であって、前記熱は、前記構成要素まで運ばれることが可能である、熱交換器、
   を備える、システム。
2. 前記リザーバタンク内の前記電解質を加熱するための、前記金属−空気バッテリに対して外部の電源によって電力を供給される加熱エレメントをさらに備える、請求項１に記載のシステム。
3. 前記加熱エレメントは、電気自動車に対して外部の電源によって、メインバッテリの充電中に電力を供給される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記電解質は、前記金属−空気バッテリと前記リザーバタンクとの間を循環可能であり、そして、前記金属−空気バッテリにおいて起こる発熱反応に起因して前記金属−空気バッテリの動作中に加熱可能である、請求項１に記載のシステム。
5. 前記所望の温度は、５５℃超である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のシステム。
6. 前記金属−空気バッテリは、アルミニウム−空気バッテリである、請求項１〜５のいずれか１項に記載のシステム。
7. 前記金属−空気バッテリは、前記メインバッテリに電気的に結合されて、前記電気自動車の前記メインバッテリを再充電するために起動される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のシステム。
8. 前記タンク内の目下の前記電解質の温度が予め定められた閾値を下回って低下するときに、前記電解質を交換する交換システムをさらに備える、請求項１〜７のいずれか１項に記載のシステム。
9. 前記電気自動車の前記構成要素は、乗客のキャビンである、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム。
10. 前記電気自動車の前記構成要素は、前記メインバッテリである、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム。
11. 前記電気自動車の前記構成要素は、運転席のシートである、請求項１〜８のいずれか１項に記載のシステム。
12. メインバッテリを含む電気自動車における構成要素を加熱する方法であって、
    前記電気自動車に含まれる金属−空気バッテリを用いて電解質ボリュームを含むリザーバタンクを加熱するステップであって、前記電解質は、所望の温度まで加熱されていて、前記金属−空気バッテリは、前記メインバッテリに電力を供給するために構成される、ステップ、
    熱交換器を用いて、前記加熱された電解質から熱を逃がすステップ、および、
    前記電気自動車の前記構成要素に熱を運ぶステップ、
    を含む、方法。
13. 前記リザーバタンクを加熱するステップは、加熱エレメントに電力を供給することによってであり、前記電力を供給することは、前記金属−空気バッテリに対して外部の電源によってである、請求項１２に記載の方法。
14. 前記加熱エレメントに電力を供給することは、前記電気自動車に対して外部の電源からの前記メインバッテリの充電中である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記電解質を加熱することは、前記金属−空気バッテリの動作中に前記空気−金属バッテリにおいて起こる発熱反応によってである、請求項１２に記載の方法。
16. 前記所望の温度は、５５℃超である、請求項１２〜１５のいずれか１項に記載の方法。
17. 前記金属−空気バッテリは、アルミニウム−空気バッテリである、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記メインバッテリを充電するための前記金属−空気バッテリを起動させるステップ、および、
    前記電気自動車の移動距離を延長するステップ、
    をさらに含む、請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 主にメインバッテリによって電力を供給される電気自動車における構成要素を加熱するシステムであって、
    蓄熱液体ボリュームを保持するためのタンクであって、前記蓄熱液体は、所望の温度まで加熱可能である、タンク、および、
    前記蓄熱液体から熱を運ぶための熱交換器であって、前記熱は、前記構成要素まで運ばれることが可能である、熱交換器、
    を備える、システム。
20. 前記蓄熱液体を循環させるためのポンプをさらに備える、請求項１９に記載のシステム。
21. 前記蓄熱液体を加熱するための、前記電気自動車に対して外部の電源によって電力を供給される加熱エレメントをさらに備える、請求項１９に記載のシステム。
22. 前記蓄熱液体は、前記電気自動車に対して外部の外部リザーバにおいて加熱されて、前記所望の温度で前記タンクに満たされる、請求項１９に記載のシステム。
23. 前記タンク内の目下の前記蓄熱液体の温度が予め定められた閾値を下回って低下するときに、前記蓄熱液体を交換する交換システムをさらに備える、請求項１９〜２２のいずれか１項に記載のシステム。
24. 前記所望の温度は、５５℃超である、請求項１９〜２３のいずれか１項に記載のシステム。
25. 前記電気自動車の前記構成要素は、乗客のキャビンである、請求項１９〜２４のいずれか１項に記載のシステム。
26. 前記電気自動車の前記構成要素は、前記メインバッテリである、請求項１９〜２４のいずれか１項に記載のシステム。
27. 前記電気自動車の前記構成要素は、運転席のシートである、請求項１９〜２４のいずれか１項に記載のシステム。
28. メインバッテリを含む電気自動車における１つ以上の構成要素を加熱する方法であって、
    蓄熱液体を得るステップであって、前記蓄熱液体は、所望の温度まで加熱される、ステップ、
    熱交換器を用いて、前記加熱された蓄熱液体から熱を逃がすステップ、および、
    前記１つ以上構成要素に熱を運ぶステップ、
    を含む、方法。
29. 前記蓄熱液体を得るステップは、前記電気自動車に含まれるタンク内の前記蓄熱液体を加熱することによってであり、前記タンクは、前記電気自動車に対して外部の電源によって電力を供給される加熱エレメントを含む、請求項２８に記載の方法。
30. 前記蓄熱液体を得るステップは、前記電気自動車に対して外部の外部リザーバから加熱された蓄熱液体を満たすことによってである、請求項２８に記載の方法。
31. 前記所望の温度は、５５℃超である、請求項２８〜３０のいずれか１項に記載の方法。
32. 前記電気自動車の前記構成要素は、乗客のキャビンである、請求項２８〜３０のいずれか１項に記載の方法。
33. 前記電気自動車の前記構成要素は、前記メインバッテリである、請求項２８〜３０のいずれか１項に記載の方法。
34. 前記電気自動車の前記構成要素は、運転席のシートである、請求項２８〜３０のいずれか１項に記載の方法。
35. 金属−空気バッテリを備える電気自動車に加熱された電解質を供給するためのサービスステーションであって、
    加熱された電解質を保持するための第１のタンク、
    加熱エレメント、
    使用済み電解質を保持するための第２のタンク、および、
    前記電気自動車における使用済み電解質を前記加熱された電解質と交換するための電気自動車に接続されるコネクタ、
    を備える、サービスステーション。
36. 前記使用済み電解質と前記加熱された電解質との交換を制御するように構成されるコントローラ、をさらに備える、請求項３５に記載のサービスステーション。
37. 前記第１のタンク内に位置する温度計をさらに備え、前記コントローラは、前記温度計から受信する測定に基づいて前記電解質を加熱するために前記加熱エレメントを制御するようにさらに構成される、請求項３５または３６に記載のサービスステーション。
38. バッテリによって電力を供給される電気自動車に加熱された蓄熱液体を供給するためのサービスステーションであって、
    加熱された蓄熱液体を保持するための第１のタンク、
    加熱エレメント、
    使用済み蓄熱液体を保持するための第２のタンク、および、
    電気自動車における使用済み蓄熱液体を加熱された蓄熱液体と交換するための電気自動車に接続されるコネクタ、
    を備える、サービスステーション。
39. 前記使用済み蓄熱液体と前記加熱された蓄熱液体との交換を制御するように構成されるコントローラ、をさらに備える、請求項３８に記載のサービスステーション。
40. 前記第１のタンク内に位置する温度計をさらに備え、前記コントローラは、前記温度計から受信する測定に基づいて前記蓄熱液体を加熱するために前記加熱エレメントを制御するようにさらに構成される、請求項３８または３９に記載のサービスステーション。
    
    

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