JP2018523965A - ハイブリッドパワーパック - Google Patents
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Abstract
Description
以下に本明細書で使用される用語の定義を説明する。
本明細書に使用する用語「ハイブリッドパワーパック」は限定することなくセル、コンデンサー、コントローラ、電子部品、又は電気回路を含むパックを意味する。
本明細書に使用する用語「ストレージコンポーネント」は限定することなくバッテリーセル、コンデンサー等の電荷ストレージコンポーネントを意味する。
本明細書に使用する用語「超コンデンサー」は限定することなく容量1000ファラデーを超す高容量電気化学式コンデンサーを意味する。
本明細書に使用する用語「放電電流」は限定することなくストレージコンポーネントから回路上の負荷に供給される電流を意味する。
本明細書に使用する用語「入出力部」は限定することなく全二重ポートを意味する。
本明細書に使用する用語「放電経路」は限定することなく電流がストレージコンポーネントから負荷へまたはその他のコンポーネントへ流れる経路を意味する。
本明細書に使用する用語「充電経路」は限定することなく電流が入力源からストレージコンポーネントへ流れる経路を意味する。
本明細書に使用する用語「SOC」(充電状態)は限定することなくストレージコンポーネントの中にある最大可能な電荷/エネルギーの百分率を意味する。
本明細書に使用する用語「SOH」(健康状態)は限定することなくストレージコンポーネントの全般的状態と新品ストレージコンポーネントを基準にした特定性能を発揮できる能力を表す「尺度」を意味する。
本明細書に使用する用語「EOC」(電荷終了)は限定することなくストレージコンポーネントの中にある最小電荷/エネルギーを意味する。(ストレージコンポーネントの全定格容量の10%を一般的には指す。)
従来技術のパックではときとして電気回路をセルに並置していた。米国特許8384360は変換器、コントローラ、超コンデンサー、バッテリーからなるハイブリッドバッテリーパックを開示している。米国特許8384360で開示されているパックは車載専用の構成である。米国特許8384360に提案されているように、超コンデンサーは電流を供給して車両のクランクを回す。車両クランクを回すために必要な超コンデンサーは静電容量が1000ファラデーを超す。
・高放電電流を提供し、
・二酸化硫黄の煙と鉛から放出される粒子から環境を保護し、
・DC電力を持続的に提供し、
・比較的静電容量が高いコンデンサーを使用せずに車両を始動/クランクを回すことができ、
・過放電を制限する。
別段の具体的表記がなされていない限り、以下の説明より明らかなように、本発明を一貫して、「受け取る」「決定する」や「分析する」あるいは「抽出する」等同様の表記は、コントローラのレジスター及びメモリー内部の物理的(電子的)数量として表されるデータを操作し、コントローラのメモリーやレジスターの中で物理量として同様に表される他のデータに転換するコントローラの動作とプロセスを指すものである。
さらに、本発明は単一の用途専用集積回路(ASIC)に複数のコンポーネントを統合することに関する。
さらに、本発明は持続的な電力を負荷に供給するためのハイブリッドパワーパックに関する。
さらに、本発明はセルやコンデンサー等のストレージコンポーネントに円滑な充電を可能にするハイブリッドパワーパックに関する。
図1は本発明の一実施形態によるハイブリッドパワーパック(100)用筐体を示す。ハイブリッドパワーパック用筐体はPP(ポリプロピレン)やABS(アクリロニトリルブタジエンスチレン)、PPCPを使用して設計することができる。ABSは概して有害性が低い素材であり、健康に対するリスクはほとんどない。筐体は間仕切り(104)で2室に分割されている。間仕切り(104)はプラスチック素材を使用するものとして設計されている。第一コンパートメントは制御回路コンパートメント(108)である。制御回路コンパートメント(108)は制御回路(116)を含む。第二コンパートメントはストレージコンパートメント(110)である。ストレージコンパートメント(110)は複数のストレージコンポーネントを含む。制御回路コンパートメント(108)はヒートシンクコンポーネントも含む。ヒートシンクコンポーネントは制御回路コンパートメント(108)から来る熱を筐体の外へ放散する。コンパートメントは二重壁である。各コンパートメントは防水加工されており、その内壁を覆い尽くす断熱材(102)が外部の熱のストレージコンパートメントと制御回路の機能への影響を防止する。典型的に、内壁を覆う素材はエポキシ樹脂その他の断熱素材を使用する。クーラントを通す管をストレージコンパートメントに追加することができる。さらに、コンパートメントは二十壁である。制御回路コンパートメント(108)は換気用の複数の穴(106)を含む。ハイブリッドパワーパック(100)は正極(112)、負極(114)を含む。正極(112)は制御回路の正極に接続され、負極(114)は制御回路の負極に接続される。さらに、ストレージコンポーネントは制御回路と接続されている。ストレージコンポーネントは複数のセルを含む。ストレージコンポーネントはコンデンサーバンクをも含む。制御回路は概して、バッテリー管理システム(BMS)、セル均衡回路、第一半二重スイッチ、第二半二重スイッチ、コンデンサー均衡回路、入出力ポート、アース端子、コントローラ、全二重スイッチ、及び一極トランジスタから成る。
本発明の第十二実施形態において、第二ストレージコンポーネント用充電電流は入出力ポート(1818)から第二ストレージコンポーネントへ流れる。
本発明に従い、永久磁石に基づく冷却ファンから得られるエネルギーを第五電源/ソースとして使用し、ハイブリッドパワーパックに電力を供給することもできる。永久磁石に基づく冷却ファンは第三AC信号を生成し、電力増幅器は前記第三AC信号を増幅し、電力整流器は前記第三AC信号をDC信号に変換する。
・高放電電流
・持続的DC電力
・短絡保護
・極性逆転保護
・車両の円滑な始動
・車両、ソーラ―システム、電気通信ステーションへのDC電力
・複数セルの過放電制限
Claims (19)
- 第一DC出力電圧と第一DC出力電流を生成する第一ストレージコンポーネントと、
前記第一ストレージコンポーネントと第一半二重スイッチ(204)を介して接続されて前記第一ストレージコンポーネントへの充電経路を提供するバッテリー管理システム(202)と、
前記バッテリー管理システム(202)と接続した入出力ポート(218)と、
前記入出力ポート(218)と前記第一ストレージコンポーネントを接続し前記第一ストレージコンポーネントに放電経路を提供する第二半二重スイッチ(206)と、
第二DC出力電圧と第二DC出力電流を生成する第二ストレージコンポーネントであって、全二重スイッチ(210)を介して前記入出力ポート(218)と連結されており、第二ストレージコンポーネント用の充電経路と放電経路を提供する第二ストレージコンポーネントと、
前記バッテリー管理システム(202)、前記全二重スイッチ(210)及び前記入出力ポート(218)と連携して、前記第一ストレージコンポーネントから、前記第二ストレージコンポーネントから、又はこれら両方のストレージコンポーネントから同時に、持続的DC電力を、前記入出力ポート(218)に接続した負荷に供給するコントローラ(212)と、
を具備するハイブリッドパワーパック。 - 前記第一ストレージコンポーネントが複数のセル(220)を含む請求項1に記載のハイブリッドパワーパック。
- 前記第二ストレージコンポーネントは複数のコンデンサーから成るコンデンサーバンク(222)を含む請求項1に記載のハイブリッドパワーパック。
- 前記バッテリー管理システム(802)及び前記コントローラ(812)は第一応用に固有の集積回路(840)に統合されている請求項1に記載のハイブリッドパワーパック。
- 前記セルの電荷、電力及び電圧のうち少なくとも1つを等化するためのセル均衡回路(214)を含む請求項2に記載のハイブリッドパワーパック。
- 前記コンデンサーバンクの電荷、電力及び電圧のうち少なくとも一つを等化するコンデンサー均衡回路(208)を含む請求項3に記載のハイブリッドパワーパック。
- 前記第一ストレージコンポーネントは複数のセル(920)であり、
前記第二ストレージコンポーネントはコンデンサーバンク(922)であり、
前記セルの電荷、電力又は電圧を等化するセル均衡回路(914)、及び前記コンデンサーバンク(922)のコンデンサーの電荷、電力又は電圧を等化するコンデンサー均衡回路(908)を含み、
前記バッテリー管理システム(902)、前記コントローラ(912)、前記セル均衡回路(914)及び前記コンデンサー均衡回路(908)が第二応用に固有の集積回路(940)に統合されている請求項1に記載のハイブリッドパワーパック。 - アース端子、前記アース端子に接続された一極トランジスタ(216)、入出力ポート及びコントローラを含む請求項1に記載のハイブリッドパワーパック。
- 前記全二重スイッチ(210)は充電/放電回路(612)、コンパレータ(606)、ツェナーダイオードレギュレータ(608)、スイッチング素子(610)、並びにコンデンサー(614)用モニター及びコントロールユニットを具備する請求項1に記載のハイブリッドパワーパック。
- 前記セル均衡回路は、セル制御回路(520)及びセル均衡コントローラ(522)を含む請求項5に記載のハイブリッドパワーパック。
- 第一AC信号を生成するように構成された素子を含み、前記素子が増幅器(1328)と整流器(1330)を経由して入出力ポート(1318)と接続されている請求項1に記載のハイブリッドパワーパック。
- 前記第一AC信号を生成するように構成されている前記素子はコイルを巻いたフェライトコア(1326)等のコイルを巻いたコアである請求項11に記載のハイブリッドパワーパック。
- 前記第一AC信号の電圧/電流レベルを検知するためであり、検出された電圧/電流レベルに基づいて増幅器(1328)の利得を制御するように構成されている、コイルを巻いたフェライトコア(1332)用制御回路を含む請求項12に記載のハイブリッドパワーパック。
- 持続的なDC電力を生成するAC電源(2042)と接続された第一AC/DC変換器(2044)を含む請求項1に記載のハイブリッドパワーパック。
- 持続的なDC電力の生成用ソーラーセルや燃料電池等のDC電源と接続されたステップアップDC/DC変換器を含む請求項1に記載のハイブリッドパワーパック。
- 無線周波数を取得するように構成されたアンテナ(2146)と、取得された無線周波数をもとに第二AC信号を生成するためのRFレシーバーモジュール(2148)と、前記第二AC信号の増幅用RF増幅器(2150)と、前記第二AC信号をDC信号に変換する第二AC/DC変換器(2152)と、を含む請求項1に記載のハイブリッドパワーパック。
- 第三AC信号を生成するための永久磁石に基づく冷却ファンと、前記第三AC信号の増幅用パワー増幅器と、前記第三AC信号をDC信号に変換するパワー整流器と、を含む請求項1に記載のハイブリッドパワーパック。
- 前記バッテリー管理システム(1902)、前記コントローラ(1912)及び前記セル均衡回路(1914)が第四応用に固有の集積回路(1940)に統合されている請求項5に記載のハイブリッドパワーパック。
- 前記バッテリー管理システム(1702)、前記コントローラ(1712)、前記コンデンサー均衡回路(1708)が第三応用に固有の集積回路(1740)に統合されている請求項6に記載のハイブリッドパワーパック。
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