JP2024509283A - 家電製品レベルのバッテリベースのエネルギー貯蔵 - Google Patents

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Abstract

複数のレセプタクルに電力を分配するように構成された電力分配システムと、1つ又は複数の負荷源と、複数のレセプタクルのそれぞれのレセプタクル及び1つ又は複数の負荷源のそれぞれの負荷源に関連付けられた1つ又は複数のバッテリシステムを含む電力供給建物システム。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、「APPLIANCE LEVEL BATTERY-BASED ENERGY STORAGE」と題し、弁理士整理番号第0105198-034PR0号の、2021年3月11日に出願された米国仮出願第63/159,851号の非仮出願であり、その利益を主張する。本出願は、その全体がすべての目的のために、参照により本明細書に組み込まれる。
2019年、平均的な米国の家庭は、1日あたり25kWh、すなわち年間約10,000kWhの電気を使用した。(すべての空間及び給湯、車両、及び調理の電化を含む)完全な脱炭素化に必要な徹底した電化のシナリオの下では、この住宅用の電気使用量はほぼ2倍になる。再生可能エネルギーのコストが急落し続ける中、その優位性の問題はもはやコストの問題ではなく、むしろ信頼性の問題になっている。重要な課題は、電力を必要とするときに電力がない家庭がないように、時間によって変動する供給と時間によって変動する負荷のバランスをとることである。この問題は、利用可能な太陽資源が需要よりも多い一日のうちの時間と、需要が供給を上回る時間とを示す悪名高い「ダックカーブ」に明確にと示されている。80%を超える再生可能エネルギー発電の普及率を可能にするためには、かなりの量のエネルギー貯蔵が必要であることが現在、広く認識されている。貯蔵技術の均等化原価を将来に向けて予想すると、リチウムイオン電池は、貯蔵用途で主要な役割を果たすことが期待されており、最長期間の季節的貯蔵及び多年貯蔵、並びに電力網の安定化に必要とされる1秒未満の貯蔵を除くすべてにとって最も費用効果の高い選択肢である。
これらのリチウム電池パックのハードウェアコストは急落を続け(減少率の予測を上回り続け)、2020年のコストは$137/kWh(10年間で10分の1の減少)となり、信頼できる予測は現在、コストがいまや2023年までに$100/kWhなることをほのめかしている。これらの価格は、生産の拡大及び工場の設置により価格が大幅に下がった、バッテリ電気自動車(BEV)で実現されている。バッテリセルはコストの約80%を占め、残りはハードウェアの梱包(バッテリ管理システム、セル相互接続及び絶縁、並びにパッケージング)に起因する。
BEVパックのこれらの削減にも関わらず、据置蓄電池の貯蔵コストはそれほど急速に、或いはそこまで下がっていない。Teslaのパワーウォール(powerwall)は13.5kWhの貯蔵能力を含み-相当な設置コストを含まずに-ハードウェア単独で約$8,000のコスト、約600/kWhの正規化コストがかかる。家にすでに適切な電気サービスがある場合、これはわずか$2,000ほどになるであろうが、アップグレードが必要とされる場合、大幅にコストがかかる可能性があり、$7,000が代表的な数字である。これにより、貯蔵場所の総設置コストは、電気自動車のパックコストより桁違いに高い、kWhあたり約$750~$1,100になる。LGの9.3kWh RESU住宅用貯蔵ユニットの設置価格はなおさらに高く、見積の数字はkWhあたり$1,000~$1,400である。Enphase及びSonnenのユニットは共に、設置を含まず$1000/kWhになる。
実用規模の状況でも、設置コストはBEVの価格よりもかなり高い。PNNLは、2020年の電力網エネルギー貯蔵技術のコスト及び性能評価の中で、ほぼ10MWhの容量の電力網の設置に2020年に約$400/kWhがかかり、2030年まで約$300/kWhにとどまると予測されることがわかった。基本的なハードウェアコストはこれらのコストのほぼ3分の1を占め、残りは電力網の統合、制御及び通信、電力機器のサポート、並びに開発/設置に当てられた。
この市場の状況によって、リチウムイオンストレージは、太陽電池に似た軌道に置かれており、さらなる改善によっても、送達される電気のコストが大幅に変化しないほど、モジュールハードウェアコストは落ち込んだ。代わりに、設置及び許可のコスト(「ソフトコスト」)だけではなく、製造及び統合ハードウェアの改善の方がはるかに大きな影響を与えるようになった。2018年、NRELは、住宅用のPVの平均的な設置コストが$2.70/Wであったと計算したが、ハードウェアコストは、$1/W未満であった(PVモジュールのコストは$0.30/Wにすぎなかった)。太陽光発電設備のソフトコストが主要な要因になり、エネルギー省のSUNSHOT及びSETOのようなプログラムはそこに重点を置いている。同様に、設置された据置型貯蔵容量のコストを削減するために、サポートする(非セル)ハードウェアのコスト及びバッテリ貯蔵のソフトコストに積極的に対処する必要がある。
電力網、1つ又は複数のソーラーパネル、及び/又はバッテリシステムなどの様々な適切な電源から電力を取得できる建物を含む電力供給建物システムの一例を示す。 一実施形態において電力供給建物システムに関連付けることができる負荷源の例を示す。 コンロの内部構成要素、コンロのハウジング内に配置されたコンロの一体構成要素などである可能性があるバッテリシステムを含むコンロ負荷源の一例を示す。 電力分配システムの一部である場合があり、建物の壁の上及び/又は中に配置することができ、電力線から電力を受け取るように構成されたレセプタクル及びバッテリを含むことができるバッテリシステムの別の例示的な実施形態を示す。 バッテリ及びプラグ付き電源コードを有するバッテリシステムの別の例示的な実施形態を示しており、バッテリシステムは、コンロ負荷源と、電力分配システムの一部であるレセプタクルとの間に配置されたユニットである場合がある。 1つ又は複数のバッテリ、プロセッサ、メモリ、クロック、バッテリ制御システム、通信システム、インターフェース、及び電力バスを含むことができるバッテリシステムの例示的な一実施形態を示す。 ネットワークを介して動作可能に接続された3つのバッテリシステムと、バッテリサーバと、ユーザーデバイスとを含むバッテリネットワークの例示的な一実施形態を示す。 ユーザー電力プロファイルを更新する例示的な方法を示す。 電力出力を決定する例示的な方法を示す。 複数の電力共有線を介して電力を共有するように構成された3つのバッテリシステムを含むバッテリシステムセットを含む電力供給建物システムの一実施形態を示す。 第1の負荷源が第1のレセプタクルを介して回路遮断器から電力を引き出しており、第1のバッテリシステムの第1のバッテリが、回路遮断器からの電力によって充電される、例示的な実施形態の第1の状態を示す。 第2の負荷源が第2のレセプタクルを介して回路遮断器から電力を引き出しており、第2のバッテリシステムの第2のバッテリが回路遮断器からの電力によって充電される、例示的な実施形態の第2の状態を示す。 電力制御段及びバッテリを含む統合バッテリシステムを有する温水ヒータ負荷源の例示的な実施形態を示す。 複数の負荷源と結合できる複数のバッテリシステムを含むバッテリシステムブロックの一例を示しており、バッテリシステムは、バッテリシステムがヒートポンプ、電気コンロ、冷蔵庫、給湯器など、異なる形状、サイズ、及び形態を有する負荷源と結合することを可能にする様々な適切なフォームファクタを有する。 電源コードの長さに沿って、及び電源コードの長さの周りに配置され、スリーブ内に配置される複数のバッテリのバンドルを含む細長いバッテリシステムの例示的な実施形態を示す。 直列に接続され、電力分配システムのレセプタクルに差し込まれているバッテリシステムの1つによって電力分配システムから電力を少なくとも受け取っている複数のバッテリシステムの例示的な実施形態を示す。 取り外し可能なモジュール式バッテリを含む場合がある、図13に示されるバッテリシステムの例を示す。 給湯器の形状に一致する、給湯器の基部に配置された円形のバッテリシステムを有する給湯器の負荷源の一例を示す。 バッテリシステムが、冷蔵庫の基部に配置された、比較的に薄い平面的で矩形のフォームファクタを有し、電源プラグを介して電力分配システムのレセプタクルに差し込むことができる電源コードが冷蔵庫から延びている例を示す。 バッテリシステムが、冷蔵庫の基部及び後部に配置された、矩形のフォームファクタを有し、電源プラグを介して電力分配システムのレセプタクルに差し込むことができる電源コードが冷蔵庫から延びている例を示す。 バッテリシステムが、冷蔵庫の基部に近い側壁に配置された、比較的に薄い平面的で矩形のフォームファクタを有し、電源プラグを介して電力分配システムのレセプタクルに差し込むことができる電源コードが冷蔵庫から延びている例を示す。 乾燥機の形状に一致する、乾燥機の基部に配置された矩形バッテリシステムを有する乾燥機負荷源の一例を示す。 バッテリシステムが、乾燥機の基部及び側面に配置された、矩形のフォームファクタを有し、電源プラグを介して電力分配システムのレセプタクルに差し込むことができる電源コードが乾燥機から延びている例を示す。 バッテリシステムが、電源プラグを介して電力分配システムのレセプタクルに差し込むことができる電源コードを有する乾燥機に配置できる、矩形のフォームファクタを有する例を示す。 壁取り付け型バッテリシステムの斜視図を示す。 図22の壁取り付け型バッテリシステムの側面図を示す。 3000を超える家庭で1年365日にわたって夕食を調理するために使用されるエネルギーのヒストグラムを示し、この需要を満たすために必要とされるバッテリ容量を示す。 TMY3場所全体に広がる109の家の人口に対して、所与の1日のPV設備利用率対調理負荷を示す。
図は縮尺通りに描かれていないこと、及び類似した構造又は機能を持つ要素は、一般に、全図を通して説明のため同様の参照番号によって表されていることに留意されたい。また、図は、好ましい実施形態の説明を容易にすることだけを意図していることにも留意されたい。図は、説明される実施形態のすべての態様を示すものではなく、本開示の範囲を限定するものではない。
本開示は、バッテリ貯蔵場所を、家庭内の集中型設備から負荷点(エッジコンピューティングとの類推により、「エッジ」)に押し出すシステムの実施形態を説明する。このようなエネルギー貯蔵の分散モデルでは、家電製品はオンボードバッテリを備えることができ、家庭及び公共電力網に対する需要を自己管理する作業を行うことができる。バッテリシステムのいくつかの実施形態は、住宅自体に組み込むことができる。これによって、様々な実施形態では、バッテリを家電製品又は負荷源自体に統合することなく、様々な適切な家電製品又は他の負荷源の後方に貯蔵することを可能にすることができる。バッテリ装置は、壁プラグ自体の後方に、又は家電製品と壁コンセントとの間の媒介としてプラグの前方に設置され得る。
様々な例で住宅全体にバッテリ付きの複数の家電製品を有することによって、バッテリ及び家電製品が電力使用量を互いに通信する能力が提供される。例えば、家電製品1が完全に充電されるか、又は完全充電に近く、家電製品2が、電源投入によって電気負荷の一部分を引き受けることが所望される場合、回路を中断するか、又は回路に過剰に負荷をかけることなくそれが可能であるかどうかを判断するために、家電製品1に問い合わせることができる。
冷蔵庫、IHコンロ(induction stove)、温水ヒータ、及び洗濯機は、いくつかの例ではバッテリ貯蔵システムを装備できる家電製品の具体的な定義であるが、これらのみではない。電動工具は、電気が電力網からどのようにして、いつ引き出されるのかのバランスをとるために、このようなバッテリ貯蔵技術及びバッテリ管理インテリジェンスを備える場合がある。バッテリがプラグの後ろで接続される(例えば完全に)接続された家庭のいくつかの実施形態では、これは微小規模にまで下げて行うことができ、住宅の電力使用量全体を最適化する。このようなシステムは、いくつかの実施形態では、以下に詳細に説明される1つ又は複数の利点を含む様々な利点を有することができる。
例えば、図1は、電力網110、1つ又は複数のソーラーパネル115などの様々な適切な電源から電力を取得できる建物105を含む電力供給建物システム100の一例を示す。このような電力は、ヒートポンプ120、電気コンロ125、冷蔵庫130、電気自動車135、給湯器140、電気床暖房要素145など、様々な適切な負荷源200(例えば、家電製品、要素、システム、車両など)に電力を供給できる。電力線155、電気レセプタクル165に電力を提供する電気サブ要素160などを含む場合がある電力分配システム150を介してこのような負荷源200に、又はこのような負荷源200の間で電力を分配することができる。
本明細書により詳細に説明されるように、様々な実施形態では、負荷源200は、それぞれバッテリ305及び/又はバッテリシステム300に関連付けることができる(例えば、図3a、図3b、及び図3cを参照)。しかしながら、いくつかの実施形態では、電力供給建物システム100は、特定の負荷源200に直接的に関連付けられておらず、一般的に電力網110へ、電力供給建物システム100に関連付けられた負荷源200などへの分配のために電力供給建物システム100用のエネルギーを貯蔵するように構成できる、1つ又は複数の建物システムバッテリ170を含むことができる。いくつかの実施形態では、建物システムバッテリ170が存在しない場合がある。
図1は、電力供給建物システム100の1つの例示的な実施形態を示しているが、このような実施形態は、電力を供給され、バッテリ及び/又はバッテリシステムに関連付けるなどができる多種多様の負荷源200に限定的であると解釈されるべきではない。例えば、図2は、さらなる実施形態で、電力供給建物システム100に関連付けることができる負荷源200のさらなる例を示す。さらに、電力供給建物システム100の様々な実施形態は、一戸建て住宅に関連する場合があるが、さらなる実施形態が、集合住居、混合用途の建物、商業ビル、工場、空港、農場、又は他の適切な建物、構造、若しくは土地に関連する場合があることは明らかであるべきである。さらに、いくつかの実施形態は、クルーズ船、海上プラットフォーム、航空機、バスなどの車両又は構造にも適用可能である。
また、図1の例は、複数の建物105及び/又は電力供給建物システム100に電力を提供する地域電力プロバイダなど、電力網110に関連付けられた電力供給建物システム100を示しているが、さらなる実施形態では、電力供給建物システム100は、電力網110に関連付けられていないか、又は接続されていない場合がある。さらに、図1の例は、1つ又は複数のソーラーパネルから電力を取得する電力供給建物システム100を示しているが、さらなる実施形態では、風力タービン、水力タービン、地熱発電機、原子力発電システム、化学発電機若しくは燃焼発電機など、任意の適切な追加の又は代替の電力発電システム及び方法が、電力供給建物システム100の一部である可能性がある。
まず、このような手法により、エネルギー貯蔵場所は、現状よりもよりコスト効率よく住宅内に設置することができる。EVと家庭用バッテリの価格の桁違いの不一致が示すように、住宅ではなく家電製品にバッテリを工場で設置した方が、検査又は特注の電気作業が必要とされない場合があるのではるかに安価となる可能性がある。住宅所有者は、家電製品を寿命の最後に交換するので、追加の貯蔵容量は、新しい家電製品と共にデフォルトで住宅に入り、これは、様々な実施形態ではカスタマイズ又は電気工事を必要としない場合がある。このようにして、様々な例では、住宅は、需要をシフトし、標準的な技術アップグレードサイクルを介して再生エネルギーを使用してエネルギーニーズのより大きな部分を満たす能力を自然と獲得することができる-例えば、住宅所有者はどの時点でも$10,000の家庭用バッテリを購入することを選択する必要がなく、それを設置するために電気技師を雇う必要もない。
さらに、このような手法の様々な実施形態は、化石燃料の家電製品を置き換えるために必要とされる多大なアップグレードコストを排除することができる。多くの電気製品(例えば、IHレンジ及び電気乾燥機)は、専用の大容量回路を設置することを必要とするが、短期間しかその全容量を引き出すことはできない。この電気工事は、このようなアップグレードのコストを大幅に増加させ、参入にとって大きい障壁となる可能性があり、これらのより先進的な家電製品の効率の向上が提供し得るいずれの価値ある提案も無効にする可能性がある。一例として、独自のオーブンを備えた火口が4つのIH調理台は$1,000~$2,000となり、(適切な240Vの回路がすでに利用可能である幸運な場合は)住宅所有者又は総合建設請負業者によって$150~$200で設置できる。ただし、このレンジが天然ガスコンロを置き換える場合、適切な未使用の回路が正しい場所で利用できる可能性は非常に低く、必要とされる30~40アンペアの家電製品回路を設置するためのコストはほぼ$800~1,000であり、回路遮断器からコンロまでのルーティング長い又は不便である場合、さらに$380~$460が必要とされる。さらに、大部分の場合、利用可能な電気サービスは、化石燃料の使用を仮定して設計されており、この大規模な追加の回路には不十分である。この状況でサービスパネルをアップグレードすると、プロジェクトコストにさらに$1,500~$4,000が加算され、天然ガスのコンロを交換する総コストは、基本的な新しい家電製品コストよりも2倍から6倍高くなる。
様々な実施形態では、本明細書に説明される統合バッテリ又は関連バッテリ付きの家電製品は、再充電するために既存の110vの電気コンセントからわずかばかりの平均電力だけを引き出しつつ、使用中必要とされる高電流を供給できるため、電気サービスをアップグレードする必要性を排除できる。IHコンロの場合、夕食時の調理ニーズの圧倒的多数は、図1aに示される0.75~1.5kWhの統合バッテリによって満たすことができ、1年に365日にわたって3000の家庭のモデル化された夕食調理需要は、ヒストグラムに集約されている。このバッテリは、現在のEVの価格で工場で設置された場合、電化製品コストは$100~$200しか加算されず、この業界の規模によってコストは下がり続けるにつれより少なくなる。結果的に、住宅所有者がこの住宅排出源を排除するための総プロジェクトコストは、予測可能かつ低いままとなり、おもに太陽エネルギーの生産時間外で発生する夕食時の調理負荷は、再生可能エネルギーによって電力供給されるために費用効率よくシフトできる。
図24a及び図24bは、時間分解された住宅用太陽エネルギーの可能性及び住宅の調理需要をモデル化することを示している。図24aは、3000を超える家庭で、年に365日、夕食を調理するために使用されるエネルギーのヒストグラムを示しており、この需要を満たすために必要とされるバッテリ容量を示している。図24bは、TMY3場所全体に広がる109の家の人口に対する所与の1日のPV設備利用率対調理負荷を示す。需要と供給の不一致が示されている。NASA MERRA-2データセット及びNREL ResStockモデルから引き出されている。
さらに、集中型の家庭用のメインバッテリは、(IHコンロのような)多くの家電製品が内部整流を使用して電力を再びDCに変換するとしても、AC電力を供給するために大型の専用インバータを必要とする可能性がある。これらの負荷点にバッテリを設置すると、家電製品の直接的なDC電力供給が可能になり、様々な実施形態で電気コンセントからのACの引き出し量はわずかになる。システムレベルでは、様々な実施形態では、これによって電力網から引き出され、延期される電力に対する反転整流サイクルを排除することができ、屋上のソーラーアレイから電力を供給するインバータに対する電力要件を大幅に削減できる。その結果、システムコストを削減することができ、電力変換が排除されたため、効率は向上する。
また、家庭用メインバッテリに必要とされる場合がある大型バッテリパックは、多くの場合、ただ1つの不良セルによって腐敗する。対照的に、家庭用電化製品に電力を供給するために使用できる約1kWhの商品化されたパックは、集中型のバッテリよりも管理が容易である可能性があり、様々な実施形態では、故障の場合に交換しやすくなっている可能性がある。いくつかの実施形態では、バッテリ管理システム(BMS)の下でより少ないセルを有することによって、充電サイクル、機械的応力及び熱応力に対するよりよい管理、並びにより堅牢な健康診断が可能になり、より長いバッテリ寿命につながる。バッテリ管理システム及びサポートするパワーエレクトロニクスがプライスポイントとなる場合があり、その結果それらの数が増加してもコスト障壁にはならない。この手法の追加の利点として、いくつかの実施形態では、負荷貯蔵の点に使用されるより小型のバッテリパックは、プラグインEVバッテリのセカンドライフ用途により適している可能性がある-その供給は今後10年で急速に増加すると予想されている。このようなセルは、EVでの使用後も、その初期容量の70%を有し、セカンドライフ用途でさらに10年使用可能であると予想されている。
図3a、図3b、及び図3cを参照すると、1つ又は複数のバッテリ305を含むバッテリシステム300の様々な例示的な実施形態が示されている。図3a、図3b、及び図3cの例示的な実施形態では、バッテリシステム300に関連付けられているか、又は内部バッテリシステム300を有するコンロ125の負荷源が示されているが、様々な実施形態では、様々な他の適切な負荷源200を適用可能である可能性があることが明らかであるべきである。
図3aは、バッテリ305を有するバッテリシステム300の一実施形態300Aを含むコンロ125の負荷源200の一例を示す。例えば、バッテリシステム300Aは、コンロ125の内部構成要素、コンロ125のハウジング内に配置されたコンロ125の一体構成要素などである場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、バッテリシステム300A及び/又はバッテリ305の一部分は、このような部分をコンロ125から取り除くことができない、又は容易に取り除くことができないように、コンロ125の一体部分である可能性があり、コンロ125は、いくつかの例では、このような部分を含み、このような部分は、ユーザーが外部からアクセスできないようにコンロ125のハウジング内に封入されている。しかしながら、いくつかの例では、バッテリ305は、本明細書に説明されるように、取り外し可能、交換可能、及び/又はモジュラー式である場合がある。
図3aに示されるように、コンロ125は、電力分配システム150の電力レセプタクル165と結合するように構成されたプラグ315付きの電源コード310を含むことができる。例えば、電力分配システム150は、電力線155を介してレセプタクル165に電力を提供することができ、レセプタクル165は、電力線155が壁などを通っている建物105(図1)の壁に配置される。コンロ125は、コンロ125及びバッテリシステム300のバッテリ305に電力を提供できるレセプタクル165に差し込むことができ、バッテリシステム300は、本明細書に説明されるように、電力を貯蔵する、及び/又はコンロ125に電力を提供するように構成できる。
いくつかの実施形態では、1つ又は複数のバッテリ305及び/又はバッテリシステム300は、負荷源が製造される工場で負荷源200に(例えば、家電製品ハウジングに)統合される場合もあれば、負荷源のアフターサービス市場に統合される場合もある。例えば、負荷源200(例えば、家電製品)は、バッテリシステム300の適切な数量のバッテリ305及び/又は他の要素をその通常のハウジングの中に統合することを可能にするように特に設計することができる。これにより、カウンタなど、標準化された備品に家電製品を統合する方法にいかなる変更も加えずに、このような負荷源200又は家電製品を住宅内に配置することを可能にできる。様々な実施形態では、バッテリシステム300のバッテリ305及び/又は他の要素に対する電気接続は工場で行われ、家電製品の回路に完全に統合される。これにより、DC電流を利用する家電製品(例えば、IHコンロ)などの負荷源200が、高出力インバータのコストを追加することなく、1つ又は複数のバッテリ305から直接的に電力を引き出すことを可能にすることができる。
いくつかの実施形態では、バッテリは、アフターサービス市場の工場設定において負荷源(例えば、家電製品)に統合されるように設計することができる。例えば、家電製品の相手先商標製造業者ではない企業は、新しい家電製品を購入し、自社施設にバッテリシステム300を設置し、新品として家電製品を再販する。いくつかの例の改造業者(retrofitter)は、家電製品のハウジング内にバッテリシステム300の1つ又は複数のバッテリ305及び/又は要素を設置し、それらを家電製品の一体型電気系統に直接的に配線する。これは、いくつかの実施形態で、高圧接続が必要とされる場合、このような高圧接続の危険を所与として専門家によって処理されない場合、望ましい場合がある。また、IHコンロなど、負荷源200(例えば、家電製品)が、60HzのAC電流をDCに変換している内部整流回路を有するいくつかの実施形態では、いくつかの例では、(例えば、高出力反転の高価な追加を回避するために)バッテリシステム300を負荷源の内部回路に直接的に接続することが望ましい場合がある。
バッテリシステム300は、様々な適切な方法で負荷源内に配置することができる。例えば、図16、図17、及び図18は、冷蔵庫130の負荷源200内に配置されたバッテリシステム300の3つの例示的な実施形態を示す。図16は、バッテリシステム300が、冷蔵庫130の基部に配置された、比較的に薄い平面的で矩形のフォームファクタを有し、電源プラグ315を介して電力分配システム150のレセプタクル165に差し込むことができる電源コード310が冷蔵庫130から延びている例を示す。図17は、バッテリシステム300が、冷蔵庫130の基部及び後部に配置された、矩形のフォームファクタを有し、電源プラグ315を介して電力分配システム150のレセプタクル165に差し込むことができる電源コード310が冷蔵庫130から延びている例を示す。図18は、バッテリシステム300が、冷蔵庫130の基部に近い側壁に配置された、比較的に薄い平面的で矩形のフォームファクタを有し、電源プラグ315を介して電力分配システム150のレセプタクル165に差し込むことができる電源コード310が冷蔵庫130から延びている例を示す。図20は、バッテリシステム300が、乾燥機の基部及び側面に配置された、矩形のフォームファクタを有し電源プラグ315を介して電力分配システム150のレセプタクル165に差し込むことができる乾燥機から電源コード310が延びている例を示す。図21は、バッテリシステム300が、電源プラグ315を介して電力分配システム150のレセプタクル165に差し込むことができる電源コード310を有する乾燥機に配置できる、矩形のフォームファクタを有する例を示す。
図10は、電力制御段1050及びバッテリ305を含む統合バッテリシステム300を有する温水ヒータ140の負荷源200の例示的な実施形態を示す。この例では、電力制御段1050は、電力分配システム150のレセプタクル165に差し込まれることによってAC 120Vの電力を得る。電力制御段1050は、AC120V/240V電力を温水ヒータ140の負荷源200に出力するように構成でき、これは様々な例では、バッテリ305及び/又は電力分配システム150から得られる電力に基づく場合がある。バッテリ305は、動作可能に電力制御段1050に結合され、電力(例えば、直流(DC))を受け取り、電力制御段1050に提供するように構成することができる。
図3bは、バッテリ305及びレセプタクル165を有するバッテリシステム300の別の例示的な実施形態300Bを示す。例えば、バッテリシステム300Bは、電力分配システム150の一部である場合があり、建物105の壁の上及び/又は中に配置される場合があり、電力線155から電力を受け取るように構成されたレセプタクル165及びバッテリ305を含むことができる。様々な実施形態では、レセプタクル165及び/又はバッテリ305は、バッテリシステム300Bの内部構成要素、バッテリシステム300Bのハウジング内に配置されたバッテリシステム300Bの一体構成要素などである場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、レセプタクル165及び/又はバッテリ305の一部分は、このような部分をバッテリシステム300Bから取り除くことができない、又は容易に取り除くことができないように、バッテリシステム300Bの一体部分である可能性があり、バッテリシステム300Bは、いくつかの例では、このような部分を含み、このような部分は、ユーザーがレセプタクルのインターフェースプラグに加えて、外部からアクセスできないようにバッテリシステム300Bのハウジング内に封入されている。しかしながら、いくつかの例では、バッテリ305は、本明細書に説明されるように、取り外し可能、交換可能、及び/又はモジュラー式である場合がある。
図3bに示されるように、コンロ125は、バッテリシステム300Bの電力レセプタクル165と結合するように構成されたプラグ315付きの電源コード310を含むことができる。例えば、バッテリシステム300Bのバッテリ305及び/又は電力分配システム150は(電力線155を介して)レセプタクル165に電力を供給することができ、レセプタクル165は、電力線155が、コンセントと家電製品との間でなど、壁を通っている建物105(図1)に配置される。電力線115は、バッテリ305に電力を提供するように構成することができ、電力は、本明細書に説明されるようにバッテリ305によって貯蔵することができる。
いくつかの実施形態では、バッテリシステム300のバッテリ305及び要素は、足場又は裏当てのどちらかとしてなど、負荷源(例えば、家電製品)と入れ子になるように設計される。このような入れ子は、様々な例でカスタマによって行うことができる。バッテリシステム300のバッテリ305及び/又は要素は、家105の中の家電製品の形状及び意図される場所を考慮に入れることによってなど、家電製品の外部に直接的に入れ子になるように設計できる。バッテリシステム300の1つ又は複数のバッテリ305及び要素(例えば、電力制御段)は、様々な例では、家電製品と直接的に並行して配置できるようにパッケージ化される。家電製品は、バッテリシステム300に差し込むことができ、次にバッテリシステム300は壁に差し込まれる。
例えば、バッテリシステム300のバッテリ305及び/又は要素は、いくつかの実施形態では、カウンタの奥行に一致するように幅及び奥行きが多くの場合標準化されている従来の冷蔵庫の設置面積と同じか、類似するか、設置面積を超えないか、又は設置面積よりわずかに小さいサイズに作られた平板としてパッケージ化できる。いくつかの例でのこのような冷蔵庫は、薄型のバッテリパックの上部に設置され、家電製品の用途、外観、又は配置に大きな支障をきたすことなく家電製品と追加された貯蔵場所を効果的に結合するであろう。
バッテリ305及び/又はバッテリシステム300は、様々な実施形態でコンセントのフェースプレートに設置されるように設計できる。例えば、バッテリ305及び/又はバッテリシステム300は、標準的な壁コンセントに直接的に差し込む平板でパッケージ化できる。これらのプレートは、薄型となるように設計することができ、家電製品を、通常、意図されるように壁に対して押し上げることを可能にする。バッテリ305及び/バッテリシステム300は、機械の配置にほとんど変更がないように、乾燥機、冷蔵庫、又は温水ヒータなど、家電製品のすぐ後ろの壁に取り付けることができる。
例えば、図11は、複数の負荷源200と結合できる複数のバッテリシステム300を含むバッテリシステムブロック1100の一例を示しており、バッテリシステム300は、バッテリシステム300がヒートポンプ120、電気コンロ125、冷蔵庫130、給湯器140など、異なる形状、サイズ、及び形態を有する負荷源200と結合することを可能にする様々な適切なフォームファクタを有する。例えば、図11の例に示されるように、バッテリシステムブロック1100は、コンロ125の底部、冷蔵庫130の側面に結合できる、1つ又は複数の薄い平面的な矩形のバッテリシステム300を含むことができる。バッテリシステムブロック1100は、給湯器140の上部に結合できる円形の平面的なバッテリシステム300をさらに含むことができる。バッテリシステムブロック1100は、電源コードと同様に又は電源コードに加えて動作できる、バッテリシステム300の細長い実施形態1200をさらに含むことができ、これは、図11の例に示されるようにヒートポンプ120などの様々な負荷源200に結合できる。図12は、電源コード310の長さに沿って、及び電源コード310の周りに配置され、スリーブ1240内に配置されるバッテリ305の複数のバンドル1220を含む細長いバッテリシステム1200の例示的な実施形態を示す。
図3cは、バッテリ305、及びプラグ315付きの電源コード310を有するバッテリシステム300の別の例示的な実施形態300Cを示す。例えば、バッテリシステム300Cは、コンロ125の負荷源200と電力分配システム150の一部であるレセプタクル165との間に配置されたユニットである場合がある。レセプタクル165は、建物105の壁の上及び/又は中に配置することができ、電力線155から電力を受け取るように構成できる。
様々な実施形態では、バッテリ305は、バッテリシステム300Cの内部構成要素、バッテリシステム300Cのハウジング内に配置されたバッテリシステム300Cの一体構成要素などである場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、バッテリ305は、このような部分をバッテリシステム300Cから取り除くことができない、又は容易に取り除くことができないように、バッテリシステム300Cの一体部分である可能性があり、バッテリシステム300Cは、いくつかの例では、バッテリシステム300Cのハウジング内に封入されるこのような部分を含む場合がある。しかしながら、いくつかの例では、バッテリ305は、本明細書に説明されるように、取り外し可能、交換可能、及び/又はモジュラー式である場合がある。
図3cに示されるように、バッテリシステム300Cは、電力分配システム150の電力レセプタクル165と結合するように構成されたプラグ315付きの電源コード310を含むことができる。例えば、電力分配システム150は(電力線155を介して)、レセプタクル165に電力を提供することができ、レセプタクル165は、電力線155が壁などを通っている建物105(図1)の壁に配置される。レセプタクル165は、バッテリ305に電力を提供するように構成することができ、電力は、本明細書に説明されるようにバッテリ305によって貯蔵することができ、コンロ125の負荷源200に電力を供給できる。さらに、様々な実施形態では、レセプタクル165は、バッテリシステム300Cを介してコンロ125の負荷源200に電力を提供するように構成することができる。コンロ125は、電源コード310を介して直接的に、又はプラグ315若しくは他の適切な要素を介してバッテリシステム300Cに取り外し可能に差し込まれる電源コード310を介して、を含む、様々な適切な方法でバッテリシステム300Cに電気的に結合できる。
例えば、図15は、給湯器140の形状に一致する、給湯器140の基部に配置された円形のバッテリシステム300を有する給湯器140の負荷源200の一例を示す。バッテリシステム300は、第1のプラグ315A及び第1の電源コード310Aを介して電力分配システム150の壁レセプタクル165Aに差し込まれる。給湯器140の負荷源200は、第2の電源コード310B及び給湯器140の負荷源200のプラグ315Bを介してバッテリシステム300のバッテリシステムレセプタクル165Bに差し込まれる。別の例では、図19は、乾燥機の形状に一致する、乾燥機の基部に配置された矩形バッテリシステム300を有する乾燥機の負荷源200の一例を示す。バッテリシステム300は、第1のプラグ315A及び第1の電源コード310Aを介して電力分配システム150の壁レセプタクル165Aに差し込まれる。乾燥機の負荷源200は、第2の電源コード310B及び乾燥機140の負荷源200のプラグ315Bを介してバッテリシステム300のバッテリシステムレセプタクル165Bに差し込まれる。
さらに、電力供給建物システム100が、図3a、図3b、図3cに示されるバッテリシステム300の1つ又は複数を含む、任意の適切な数及びタイプのバッテリシステム300を含むことができることが明らかであるべきである。しかしながら、いくつかの例では、図3a、図3b、及び図3cに示されるそのバッテリシステム300のその1つ又は複数のうちの1つ又は複数は、具体的には存在しない場合がある。
1つの例示的な実施形態は、複数の負荷源の第1の負荷源の一体構成要素であって、複数の負荷源の第1の負荷源のハウジング内に配置された第1のバッテリシステムであって、第1の負荷源は、複数のレセプタクルの第1のレセプタクルに差し込まれた第1の電源コードを含み、第1のバッテリシステムは、第1のレセプタクルから電力を得て、貯蔵するように構成された第1のバッテリを含み、第1の負荷源は、第1のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、第1のレセプタクルから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、第1のバッテリ及び第1のレセプタクルから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、第1のバッテリシステムと、第2のバッテリ及び複数のレセプタクルの第2のレセプタクルを含む第2のバッテリシステムであって、第2のバッテリシステムは建物の壁の中に配置され、第2の負荷源は、複数のレセプタクルの第2のレセプタクルに差し込まれた第2の電源コードを含み、第2のバッテリは、電力分配システムから電力を取得して、貯蔵するように構成され、第2の負荷源は、第2のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、電力分配システムから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、第2のバッテリ及び電力分配システムから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、第2のバッテリシステムと、第3の負荷源と複数のレセプタクルの第3のレセプタクルとの間に電気的に配置された第3のバッテリシステムであって、第3のバッテリシステムが、第3のレセプタクルに差し込まれた第3の電源コードを含み、第3の負荷源が、第3の負荷源の第4のレセプタクルに差し込まれた第4の電源コードを含み、第3のバッテリシステムが、第3のレセプタクルから電力を取得して、貯蔵するように構成された第3のバッテリを含み、第3の負荷源が、第3のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、第3のバッテリシステムを介して第3のレセプタクルから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、第3のバッテリ、及び第3のバッテリシステムを介して第3のレセプタクルから取得された電力の両方によって部分的に電力供給される、第3のバッテリシステムと、を含む。
バッテリシステム300は、様々な適切な要素を含むことができる。例えば、図4は、1つ又は複数のバッテリ305と、プロセッサ410と、メモリ420と、クロック430と、バッテリ制御システム440と、通信システム450と、インターフェース460と、電力バス470とを含むことができるバッテリシステム300の1つの例示的な実施形態を示す。
例えば、いくつかの実施形態では、バッテリシステム300は、本明細書に説明される方法及びその部分を実行するように構成できるコンピューティングデバイスを含むことができる。メモリ420は、命令を格納し、プロセッサ410による実行時に、バッテリシステム300に、本明細書に説明される方法又はその部分、若しくは他の適切な機能を実行させるコンピュータ可読媒体を含むことができる。クロック430は、日付及び/又は時刻(例えば、年、月、曜日、曜日、時刻など)を決定するように構成することができ、本明細書により詳細に説明されるように、いくつかの例では、時間に基づいてバッテリ305の電力貯蔵及び/又は電力放電を構成するために使用することができる。
様々な実施形態でのバッテリ制御システム440は、プロセッサなどからの命令に基づいてバッテリ305の電力貯蔵及び/又は電力放電を制御するように構成することができる。さらに、いくつかの実施形態では、バッテリ制御システム440は、充電状態(例えば、充電又は放電されたパーセント)、バッテリ充電容量、バッテリの健康、バッテリ温度など、バッテリ305の様々な態様、特徴、又は状態を決定できる。例えば、様々な実施形態では、バッテリシステム300は、建物105の内部又は外部の温度、湿度など、環境条件を含む場合がある、バッテリ305のこのような態様、特徴、若しくは状態、又は建物システム100の他の要素の態様、特性、若しくは状態を決定するために様々な適切なセンサを含むことができる。
様々な実施形態では、通信システム450は、本明細書により詳細に説明されるように、バッテリシステム300に、1つ又は複数の通信ネットワークを介して通信することを可能にするように構成することができ、いくつかの実施形態では、通信ネットワークは、無線及び/又は有線ネットワークを含むことができ、1つ又は複数の他のバッテリシステム300、ユーザーデバイス、サーバなどのデバイスとの通信を含むことができる。
インターフェース460は、入力を受け取る、及び/又は情報を(例えば、ユーザーに)提示するように構成された様々な要素を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、インターフェースは、タッチスクリーン、キーボード、1つ又は複数のボタン、1つ又は複数のライト、スピーカ、マイク、触覚インターフェースなどを含むことができる。様々な実施形態では、インターフェース460は、バッテリシステム300を構成するため、バッテリシステム300の態様、特徴、若しくは状態を見るため、バッテリシステム300のネットワーク接続を構成するためなど、様々な目的のためにユーザーが使用することができる。
電力バス470は、1つ又は複数の電源から電力を取得する、及び/又は1つ又は複数の負荷源200に電力を提供するように構成することができる。例えば、様々な実施形態では、電力バス470は、1つ又は複数の電力レセプタクル165(例えば、図3a及び図3cを参照)若しくは電力分配システム150との他の適切なインターフェースから、又は電力網110、ソーラーパネル115などの電源から直接的に電力を取得できる。このように取得された電力は、1つ又は複数のバッテリ305を介して貯蔵される場合もあれば、バッテリシステム300に接続された1つ又は複数の負荷源200に向けることもできる。このように取得された電力は、1つ又は複数のバッテリ305を介して、又は1つ又は複数のバッテリ305をバイパスすることによって、そのような1つ又は複数の負荷源200に向けることができる。
1つ又は複数のバッテリ305は、エネルギーを貯蔵及び放出するように構成された任意の適切なシステムである場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、1つ又は複数のバッテリ305は、再充電可能な鉛酸ニッケル-カドミウム(NiCd)、ニッケル金属水素化物(NiMH)、リチウムイオン(Liイオン)、リチウムイオンポリマー(LiPo)、充電式アルカリ電池などを含む場合がある。本明細書に説明されるように、様々な実施形態における再充電可能は、複数のサイクル(例えば、5、10、50、100、500、1000、10k、100k、1M、10M、100Mなど)の間、エネルギーを貯蔵及び放出する能力を大幅に低下させることなく、エネルギーを複数回貯蔵及び放出する能力を有するとして定義できる。様々な好ましい実施形態は、電気エネルギーの化学貯蔵を含む場合があるが、さらなる実施形態では、1つ又は複数のバッテリ305は、機械的なエネルギー、圧縮流体、熱エネルギーなど、様々な適切な方法でエネルギーを貯蔵するように構成することができる。
いくつかの実施形態では、1つ又は複数のバッテリ305は、1つ又は複数のバッテリ305が拡大するか、又は置き換えられることを可能にする取り外し可能なカートリッジを含むことができるか、又はそれによって画定することができる。いくつかの例のバッテリパックは、容易に取り外すことができる小型サブパックから成り立つ場合がある。これによって、いくつかの例では、古いセル又は欠陥のあるセルの交換を可能にすることができる。さらに、いくつかの例では、このような構成によって、本明細書に説明されるように、バッテリシステム300のネットワーク内でパックサイズの微調整が可能になる。例えば、1つ又は複数のバッテリ305は、最初にサイズ設定され、予想される負荷源200と同じ場所に配置することができる。
バッテリシステム300(又は電力供給建物システム100又はバッテリネットワーク500)は、負荷源200の特定の挙動、負荷源200に関するユーザーの挙動などを監視及び学習するので、バッテリシステム300の1つ又は複数のバッテリ305のサイズが大きすぎるのか、それとも小さすぎるのかの判断を行うことができる。同様に、バッテリシステム300のネットワーク上の別のバッテリシステム300は、そのパックが大きすぎるのか、それとも小さすぎるのかを判断し得るか、又は別のデバイスが、本明細書に説明されるようにこのような判断を行い得る。いくつかの実施形態では、バッテリシステム300は、インターフェース460を介して、バッテリシステム300が、サブパック(例えば、複数のバッテリの1つ又は複数のバッテリ305)が、(例えば、電力供給建物システム100内で第1のバッテリシステム300から第2のバッテリシステム300に1つ又は複数のバッテリ305を移動させることによって)一方の負荷源200から他方の負荷源に移動されるならば、よりうまく利用されるであろうことを示すことができる。電力供給建物システム100又はバッテリネットワーク500(図5を参照)の1つ又は複数のバッテリ305の構成を決定する方法は、本明細書により詳細に説明される。
図4の例が、バッテリシステム300の例示的な実施形態にすぎないこと、及びより少ない若しくはより多くの要素を有するか、又はより多く若しくはより少ない複雑さを有するバッテリシステム300が本開示の範囲及び趣旨の範囲内にあることは明らかであるべきである。例えば、図4の要素の1つ又は複数は、いくつかの実施形態には明確に存在しない場合があるか、任意の適切な複数で存在する場合があるなどである。いくつかの実施形態では、通信システム450は存在しない場合があり、バッテリシステム300は、他のデバイスとの有線通信及び/又は無線通信に動作不能である場合がある。いくつかの実施形態では、プロセッサ410及びクロック430などの要素は存在しない場合がある。インターフェース460は、いくつかの例では、複数のインターフェース要素又は複雑なインターフェースを含む場合もあれば、いくつかの実施形態では、単純なインターフェース460である場合もあれば、存在しない場合もある。いくつかの実施形態では、バッテリシステム300のインターフェースは、ユーザーデバイス(例えば、スマートフォン、ラップトップ、ホームオートメーションシステム、又は他の適切なデバイス)などの別個のデバイスに具現化できる。さらに、バッテリシステム300は、1~5ポンド、10~30ポンド、50~100ポンド、150~500ポンド、500~1,500ポンドなどの重量であるシステムを含む、様々な適切なサイズである可能性がある。
いくつかの実施形態でどの負荷に最もよく対処するのかを目標とする際に、EIAの住宅エネルギー消費量調査のデータを調べることができる。住宅のエネルギー使用が電化されると仮定すると、全エネルギーを計算するために、現在の電気使用を家庭内で使用される天然ガス及びプロパン(該当する場合、共通に得られる性能係数を仮定して)と結合することができる。住宅用途のうち、最大の使用者(HVAC)はいずれにせよ専門的な設置を必要とし、蓄熱のより良い候補であることがわかる。他の使用者(例えば、照明)は、家庭全体の多くのデバイスに広く分散しており、いくつかの実施形態では、バッテリ統合の良好な最初のターゲットではない場合がある。残りの用途は、住宅のエネルギー使用量の全体図で重要となるほど大きく(1世帯当たり年間>100kWh)、単一の商品家電製品としてパッケージ化される。これらは、冷蔵庫、テレビ、衣類乾燥機、レンジ、冷凍庫、除湿機、電子レンジなどを含む。これらのうちで、衣類乾燥機及びIHレンジは、通常、専用の大容量240V回路を必要とするので、いくつかの実施形態では特に興味深い場合があるが、バッテリの統合(例えば、本明細書に説明されるバッテリシステム300)によって様々な実施形態で回避できる。いくつかの実施形態では、停電になるとき、又は電力網の需要が最大になるとき、又は使用時間(TOU)レートが高いときに自動的にオンに切り替わる電球に直接的に統合された(例えば、小型の)バッテリを含むことができる。
表1:最終用途別の全電化住宅エネルギーの比較。いくつかのより大きい使用者(HVAC)は、いくつかの実施形態では、専門的な設置を必要とし、蓄熱のより良い候補ではない場合がある。いくつかの実施形態では、一部の使用者は小さすぎてバッテリ統合を保証できない。表1に示される例示的な実施形態での候補者の非限定的なリストは、冷蔵庫、テレビ、衣類乾燥機、レンジ、冷凍庫、除湿機、及び電子レンジを含む。RECSからのデータ。*ResStockモデルから導出された、ピーク毎時負荷対平均毎時負荷の比率の推定値。この例示的な実施形態は、限定的であると解釈されるべきではない、又は挙げられた例示的な家電製品が様々な実施形態の一部であるか、若しくは一部ではないことの表示であると解釈されるべきではない。実際に、さらなる実施形態では、上記に、本明細書に、又はそれ以外に説明された家電製品のいずれも、いくつかの実施形態の一部である場合もあれば、一部ではない場合もあり、所与の実施形態における所与のシステム又は家電製品の包含又は除外は、様々な適切な理由又は根拠による場合がある。
家庭用調理器具の電化をケーススタディにすると、データは、住宅の調理負荷の大半が夕方の時間帯である可能性があり、これはピーク太陽光発電の時間からはるかに外れている可能性があることを示している。毎年、1,120億立方フィートの天然ガス及び2億1,100万ガロンのプロパンが調理に使用されており、それぞれ6メガトンと1.2メガトンのCO2eの排出物を表す。さらに、ガス調理は、既存の家電製品在庫の大半を占めている電気抵抗コンロと比較すると、依然として「ハイエンド」と見られているので、ガスコンロの飽和は、減少するのではなく、増加している。2009年と2015年の住宅エネルギー消費量調査を比較すると、主要な調理燃料として天然ガス又はプロパンを使用している世帯の割合は、5%増加した。住宅部門を効果的に脱炭素化するためには、この傾向を逆転させる必要がある。この傾向の炭素排出物の影響に加えて、喘息のような呼吸器疾患の炎症を含む、化石燃料調理による室内空気汚染の健康への悪影響を実証する科学的な文献が増えている。
図5を参照すると、ネットワーク530を介して動作可能に接続された3つのバッテリシステム300A、300B、300Cと、バッテリサーバ510と、ユーザーデバイス520とを含むバッテリネットワーク500の例示的な実施形態が示されている。様々な実施形態では、ネットワークは、Wi-Fi、Bluetooth(登録商標)、有線接続、セルラーネットワーク、インターネット、ローカルエリアネットワーク(LAN)、広域ネットワーク(WAN)、有線接続などを含む、様々な適切な有線ネットワーク及び/又は無線ネットワークを含むことができる。様々な実施形態では、バッテリシステム300A、300B、300Cは、通信システム450を介して、互いと、及び/又はバッテリサーバ510及びユーザーデバイス520と通信できる(図4を参照)。
いくつかの実施形態では、バッテリシステム300は、本明細書により詳細に説明されるように、バッテリサーバ510及びユーザーデバイス520の一方又は両方からデータを取得するか、バッテリサーバ510及びユーザーデバイス520の一方又は両方にデータを送信するか、又はバッテリサーバ510及びユーザーデバイス520の一方又は両方によって制御される可能性がある。いくつかの実施形態では、バッテリサーバ510及び/又はユーザーデバイス520は、バッテリネットワーク500のバッテリシステム300から離れている場合もあれば、バッテリネットワーク500のバッテリシステム300に近接する場合もある。例えば、いくつかの実施形態では、バッテリシステム300は、家の負荷源200内に配置、又は負荷源200に関連付けることができ、ユーザーデバイス520は、バッテリシステム300を個別に又は集合的に構成するために使用できる。ユーザーデバイス520は、いくつかの例ではスマートフォンである可能性があり、家の中で若しくは周りでユーザーによって使用される場合もあれば、ユーザーが家から離れているときに使用される場合もある。いくつかの例では、バッテリサーバ510は、バッテリシステム300に関するデータを格納するか、バッテリシステム300及び/又はユーザーデバイス520によって提供されるデータを格納するか、又はバッテリシステム300及び/又はユーザーデバイス520を、本明細書により詳細に説明されるように構成するように構成することができる遠隔の物理的な又はクラウドベースのサーバ又はサーバシステムである可能性がある。
図5のバッテリネットワーク500の実施形態は一例を示しているが、バッテリネットワーク500の多数の適切な追加の構成が本開示の範囲及び趣旨の範囲内にあることが明らかであるべきである。例えば、さらなる実施形態では、任意の適切な複数のバッテリシステム300は、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、50、100、1k、10k、100k、1M、5M、10M、50Mなどを含む、バッテリネットワーク500の一部である可能性がある。同様に、任意の適切な数のバッテリサーバ510及びユーザーデバイス520がある場合もあれば、バッテリサーバ510及びユーザーデバイス520の一方又は両方が存在しない場合もある。さらに、いくつかの例では、バッテリサーバ510及び/又はユーザーデバイスは、1つ又は複数のバッテリシステム300の一部である可能性があり、図5の例に示されるように別個の要素である必要はない。例えば、いくつかの実施形態では、バッテリサーバ510及びユーザーデバイス520の一方又は両方の能力、機能性、要素などを有するこのようなバッテリシステムの1つ又は複数を有する複数のバッテリシステム300のネットワークがある可能性がある。例えば、複数のバッテリシステム300のメッシュネットワークは、ネットワーク全体を制御するか、ネットワーク全体のためにデータを格納するか、又はネットワーク全体にデータを提供する中心ハブバッテリシステム300を有することができる。
様々な実施形態では、バッテリネットワーク500の所与のユーザー又は管理者に関連付けられたバッテリの異なるセットがある場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、それぞれが複数のバッテリシステム300を含む複数の別々の電力供給建物システム100(例えば、図1を参照)がある可能性があり、これらの別々の電力供給建物システム100のそれぞれは、異なるユーザー又は管理者に関連付けられ、異なるユーザー又は管理者に関連付けられた異なるユーザーデバイス520によってそれぞれ制御される場合がある。しかしながら、いくつかの実施形態では、このような別々の電力供給建物システム100のすべては、異なる電力供給建物システム100に関連付けられた異なるユーザー又は管理者のアカウントに関連付けられたデータを格納するように構成できる、同じバッテリサーバ510と通信することができる。このようなプールされたデータは、本明細書により詳細に説明されるように、ネットワーク全体、世界全体、国全体、州全体、郡全体、町全体、ブロック全体を含む、複数の異なる電力供給建物システム100を構成するか、又はそれに情報を提供するために使用できる。
家電製品に統合されたバッテリ及び本明細書に説明される家電製品に関連付けられたバッテリ(例えば、バッテリシステム300)の列挙された利点にも関わらず、様々な実施形態の説明された方式は、いくつかの例では現状大きく混乱させる可能性があり、いくつかのリスクを伴う可能性がある。例えば、使用時点のバッテリを単純に実装すると、家庭に必要とされる貯蔵の総容量が増加する場合がある。家電製品バッテリ305又は家電製品に関連するバッテリ305のサイズがエネルギー需要のパターンに適切に一致しない場合、容量の一部は未使用のままとなり、無駄な予備を生じさせる場合がある。このリスクを軽減する戦略は、以下の1つ又は複数を含む場合がある。
例えば、いくつかの実施形態におけるバッテリ305のサイズ設定は、負荷移動の推定値とフィールドでの性能との間の最良の相関を可能にするために、データ分析及び使用の予測モデルに基づくことができる。いくつかの実施形態では、このようなサイズ設定は、所与の電力供給建物システム100内での予想される使用、電力供給建物システム内の場所、地域の場所などに基づいて、所与の負荷源200内に一体的に設置される1つ又は複数のバッテリ305のサイズを決定することを含むことができる。同様に、いくつかの実施形態では、所与の負荷源200に関連付けるためのバッテリ305のサイズに対する提案をユーザーに提供することができ、提案は、負荷源200に関連付けるためのモジュール式バッテリ305のサイズに関する提案を含み得る(例えば、内部で、外部で、壁レセプタクル内でなど)。
さらに、本明細書に説明されるように、電力供給建物システム100又はバッテリネットワーク500は、それぞれの負荷源200に関連付けられた複数のバッテリシステム300を含むことができ、バッテリシステム300のそれぞれは、1つ又は複数のモジュール式バッテリ305を含む。様々な実施形態では、電力供給建物システム100又はバッテリネットワーク500は、複数のバッテリシステム300を監視し、バッテリシステム300からモジュール式バッテリ305を取り外すべきか、バッテリシステム300に追加すべきか、あるバッテリシステム300から別のバッテリシステム300に移動するべきか、取り外して、より大きい又はより小さいモジュール式バッテリ305に置き換えるべきか、取り外して、より健康なバッテリ305に置き換えるべきかなどを判断することができる。いくつかの実施形態では、このような監視は、複数のバッテリシステム300のうちの1つのバッテリシステム300によって、バッテリサーバ510によって、ユーザーデバイス520によってなど、行うことができる。
例えば、電力供給建物システム100又はバッテリネットワーク500内の複数のバッテリシステム300の複数のバッテリ305の構成を決定する方法は、複数のバッテリ305の現在の構成に関するデータを取得することを含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、バッテリシステム300に差し込まれたバッテリ305は、バッテリ305の特徴(例えば、一意のバッテリ識別子、バッテリモデル識別子など)を示す識別子を有する場合もあれば、バッテリ構成に関する情報が、ユーザーによって入力される場合もある。いくつかの実施形態では、このような構成データは、複数のバッテリシステム300の統合から直接的に取得することができ、ユーザーによって示されるユーザー電力プロファイルに格納することができるなどである。
方法は、複数のバッテリ305及び/又はバッテリシステム300の使用及び/又は性能を監視することをさらに含むことができる。例えば、このような使用及び/又は性能データはユーザー電力プロファイルに格納できる。使用及び/又は性能データ、現在のバッテリ構成、バッテリ305、バッテリシステム300、電力供給建物システム100、バッテリネットワーク500などの望ましい及び/又は望ましくない性能の特徴に基づいて、現在のバッテリ構成に変更を加えるべきかどうかの判断を行うことができる。現在のバッテリ構成に変更を加えるべきである(例えば、変更を加えることが望ましいであろう)旨の判断が行われる場合、次に(例えば、インターフェース460、ユーザーデバイス520などを介して)ユーザーに1つ又は複数の提案された変更を示すことができる。このような判断は、利用可能な追加の容量(例えば、追加のバッテリを1つ又は複数のバッテリシステム300に結合できる開放バッテリスロット)、異なるサイズのバッテリを交換する能力(例えば、より大きい及び/又はより小さいバッテリが交換されることを可能にするバッテリスロット)などに基づいて行うことができる。
例えば、電力供給建物システム100又はバッテリネットワーク500が、電力網110からの電力を使用する代わりに、1つ又は複数のバッテリ305のサイズを拡大することによって(例えば、ソーラーパネル115から)より多くの再生可能エネルギーを貯蔵及び/又は使用できるであろう旨の判断を行うことができる。いくつかの例では、バッテリシステム300の場所とは関係なく(例えば、バッテリシステムに関連付けられた負荷源200に関わりなく)電力供給建物システム100又はバッテリネットワーク500の全バッテリ貯蔵容量を増加させることが適切である場合がある。
しかしながら、いくつかの例では、バッテリシステム300の1つ又は複数のバッテリ305の容量を超えるエネルギーの量を頻繁に消費する特定の負荷源200に関連付けられたバッテリシステム300の容量を増加させることが望ましい場合がある。言い換えると、所与のバッテリシステム300で貯蔵容量を増加させると、十分な量の再生可能電力を貯蔵することが可能になり、その結果、再生可能電力が直接的に利用できないときに、その所与のバッテリシステム300に関連付けられた負荷源200を通常使用すると、その負荷源200に電力を供給するために電力網の電力を使用することが必要とならず(又はあまり必要とならず)、これはコスト及び/又は環境の観点から望ましい場合があると判断できる。
いくつかの例では、バッテリシステム300の1つ又は複数のバッテリ305のエネルギー貯蔵能力が最小限にしか使用されないか、又はめったに使用されない(例えば、バッテリ貯蔵容量の最大5%~10%がつねに使用される)ときなど、特定の負荷源200に関連付けられたバッテリシステム300の容量を減少させる判断を下すことができる。このような例では、貯蔵容量をよりよく使用できる別のバッテリシステム300に1つ又は複数のバッテリ305を再配置するか、又はバッテリシステム300の物理的なサイズを縮小することが望ましい場合があり、これは、バッテリシステム300の視認性を削減するために、又はバッテリシステム300の周りへの負荷源200(例えば、家電製品)のより望ましい配置を可能にするために望ましい場合がある。
別の例では、バッテリシステムの1つ又は複数のバッテリ305の性能が経時的に低下している旨の判断を行うことができ、これは1つ又は複数のバッテリが故障していることを示す場合があり、このような1つ又は複数のバッテリ305が(例えば、不十分な性能、火災の危険のために)交換又は取り外しのために示されることが望ましくなる場合がある。
さらなる例では、このような負荷源200がどのように使用される、又は動作するのかを所与として、所与の負荷源200に関連付けられたバッテリシステム300と結合するためには、異なるタイプのバッテリ305が望ましい場合がある旨の判断を行うことができる。例えば、所与の負荷源200が通常、高出力で短期間使用される場合、次に第1のバッテリ305を、そのような電力使用により良い性能を有する第2のバッテリと交換する判断を行うことができる。同様に、負荷源200が低電力でつねにオンである場合、第1のバッテリ305を、そのような電力使用により良い性能を有する第2のバッテリと交換する判断を行うことができる。
バッテリ構成を決定するいくつかの例は、複数のバッテリシステム300を有する電力供給建物システム100又はバッテリネットワーク500に関連する場合があるが、いくつかの実施形態では、このようなバッテリ構成の決定は、単一のバッテリシステム300のみを有する電力供給建物システム100又はバッテリネットワーク500に関連する場合もあれば、(例えば、電力供給建物システム100又はバッテリネットワーク500内に存在する他のバッテリシステム300があるかどうかに関わりなく、及びそれを認識せずに)単一のバッテリシステム300のレベルで適用される場合もある。
また、様々な実施形態は、負荷源200の典型的な使用をサポートするために長期使用のためのバッテリ構成を決定することに関連するが、いくつかの実施形態では、非典型的又は急性の電力ニーズを識別し、一時的なバッテリ構成を提案することができる。例えば、例外的な状況では、使用パターンが標準から逸脱するときに、1つ又は複数のバッテリ305を、最終用途間で(例えば、異なるバッテリシステム300間で)移動させることができる。いくつかの例では、サブパックを一方の負荷源200から他方に持ち込んで、このニーズを促進することができる。別の例では、一時的な又は非典型的な電力ニーズ(例えば、電力網停電中、より多くの調理が行われる場合がある休日中、熱波の間など)に対応するために、バッテリシステム300にバッテリ305を追加するか、又は変更されたバッテリ305を交換する提案を行うことができる。
様々な実施形態では、バッテリ305の取り外し、挿入、又は交換は、ユーザーが手作業で実行することができる。しかしながら、いくつかの実施形態は、携帯用バッテリ又はバッテリ交換によって家電製品間で電力を伝送するモバイル自律デバイスを含むことができる。
さらに、いくつかの実施形態では、オンボード又はネットワーク制御法則は、使用のパターンに適応させることができ、これにより、所与のバッテリ容量が予想される需要に適合することを可能にすることができる。さらに、様々な実施形態におけるこれらの法則は、局所的な使用時間レートに適合するように構成することができ、内密のエネルギー裁定取引を可能にする。これらの制御法則の実施は、住宅所有者の監視及び調整を可能にするベストプラクティスユーザーインターフェースを伴う、補強学習及び制御技術に基づく場合がある。例えば、図6aは、ユーザー電力データが取得されるブロック605で始まる、ユーザー電力プロファイルを更新する例示的な方法600を示す。ブロック610で、電力コストデータが取得され、ブロック615で、ユーザー電力プロファイルが更新される。方法601は、ユーザー電力プロファイルの更新を続けることができるように、ブロック605に循環して戻り、これはリアルタイムの更新又は様々な適切な間隔(例えば、数秒、数分、数時間、数日など)での周期的な更新を含む場合がある。
例えば、いくつかの実施形態では、ユーザー電力使用データは、バッテリネットワーク500の1つ又は複数のバッテリシステム300によって取得することができ、このようなデータは、バッテリシステム300、バッテリサーバ510、及びユーザーデバイス520の1つ又は複数で格納されている。このようなデータは、1つ又は複数の電力使用セッションの時刻及び持続時間、このような電力使用セッションに関連付けられた負荷源のアイデンティティ、電力使用セッションのタイプ(例えば、夕食の調理、朝食の調理、食器洗い機の運転、衣類の洗濯、衣類の乾燥、テレビの視聴、ビデオゲームコンソールの再生、コンピュータの操作、家の暖房、家の冷房など)、及びこのような電力使用セッションに関連付けられた効率又は問題(例えば、電力不足、需要を満たすために十分な電力を出力できないことなど)を含む場合がある。さらに、このようなデータは、1つ又は複数のバッテリシステム300の1つ又は複数のバッテリ305によって消費される電力、電力網エネルギー源110から消費される電力、太陽エネルギー源から消費される電力などについての情報を含む場合がある。
電力コストデータは、公共の若しくは民間のユーティリティサーバ、又はエネルギーコストデータを提供する複数の電源からデータを収集するサーバ(例えば、バッテリサーバ510)を介して直接的になど、様々な適切な電源から取得することができる。このようなデータは、エネルギーコストのリアルタイムの変化、時刻、曜日、季節などに基づいた予定されたコストの変化、を含む場合がある。このような電力コストデータは、所与のバッテリシステム300、電力供給建物システム100などが位置する場所に関連する場合がある(例えば、このようなバッテリシステム300及び/又は電力供給建物システム100が位置する場所で消費される電力のコストに影響するデータ)。さらに、いくつかの実施形態における電力コストデータは、電力網110に提供されるエネルギーに支払われる価格を含む場合があり、これは、リアルタイム、時刻、曜日、及び季節の価格を含む場合がある。
様々な実施形態では、ユーザー電力プロファイルは、1つ又は複数の電力供給建物システム100に関連付けることができ、建物レベル、バッテリシステムレベル300、バッテリレベル、負荷源レベルなどでデータを含むことができる。例えば、電力プロファイルは、1つ又は複数のバッテリ305、負荷源200、バッテリシステム300、電力網電源110、太陽光発電源115などによって使用、貯蔵、又は提供された電力に関するリアルタイムデータ及び履歴データと共に、建物105の場所、建物105内のバッテリシステム300の場所及びタイプ(複数可)を含むことができる。本明細書に説明されるように、このようなデータは、1つ又は複数のバッテリ305、バッテリシステム300、負荷源200、ソーラーエネルギー源115、電力網電源110などの健康、容量などと共に電力使用に関するデータを含む場合がある。このようなユーザー電力プロファイルは、1つ又は複数のバッテリシステム300、バッテリサーバ510、ユーザーデバイス520などを含む様々な適切な場所に格納できる。
図6bを参照すると、現在の電力使用データが取得されるブロック620、及び現在の電力出力容量データが取得されるブロック625を含む、電力出力構成を決定する例示的な方法601が示されている。ブロック630で、電力出力構成が決定され、635で、決定された出力構成が、現在の電力出力構成と異なっているかどうかの判断が行われる。異なっている場合、640で、現在の電力出力構成は(例えば、判断された出力構成に)修正される。ただし、異なっていない場合、現在の電力出力構成が645で維持される。方法601は、現在の電力出力構成が変更されるのか、それとも修正されるのかに関わりなく620に戻り、これにより、電力構成の変更が必要であるのか、望ましいのかなどの監視を可能にすることができる。このような監視は、リアルタイムであるか、又は様々な間隔で(例えば、数秒、数分、数時間、数日など)で周期的である場合がある。
いくつかの実施形態では、このような方法601は、1つ又は複数のバッテリシステム300によって個別に及び/又は別々に実行される場合もあれば、1つ又は複数のバッテリシステム300を構成するために1つ又は複数のバッテリシステム300、ユーザーデバイス520、又はバッテリサーバ510によって実行される場合もある。例えば、例示の目的で図5を使用すると、いくつかの実施形態では、バッテリシステム300A、300B、300Cのそれぞれは、独自の構成を(例えば、方法601を介して)個別に制御することができる、及び/又はバッテリシステムの1つ又は複数は、別のデバイス(例えば、別のバッテリシステム300、バッテリサーバ510、ユーザーデバイス520など)によって構成することもできる。言い換えると、いくつかの実施形態では、個別のバッテリシステム300が自己制御される場合がある、及び/又はバッテリシステム300のセットが個別に又はグループとして、別のデバイス又はバッテリシステム300の1つ(例えば、一次バッテリシステム300)によって制御される場合がある。したがって、電力使用データ及び電力出力容量データは、複数のバッテリシステム300から、又は単一のバッテリシステム300から取得することができ、これは、ネットワーク(例えば、ネットワーク530)を介したこのようなデータの通信を含む場合もあれば、含まない場合もある。
出力構成を決定することは、再生可能エネルギー源(例えば、ソーラーパネル115)の使用を最大限にするため、再生利用エネルギー源からの電力の貯蔵を最大限にするため、このような電力が低コスト又はより低コストであるときに、電力網110からの電力の貯蔵を最大限にするため、負荷源200の性能を最大限にするため、負荷源のエネルギー効率を最大限にするため、1つ又は複数のバッテリ305によるエネルギー貯蔵を最大限にするため、1つ又は複数のバッテリ305の充電時間を最小限に抑えるためなど、様々な適切な目的のためである可能性がある。例えば、いくつかの例では、より短い夜間の調理セッションは、日中に十分な太陽資源で充電された、搭載された又は関連付けられたバッテリ305によって完全にカバーすることができ、一方より長く、より要求が厳しい夜間の調理セッションはバッテリ305及び低容量コンセント(例えば、レセプタクル165)によって共同で電力を供給されるであろう。このようにして、システム及び/又はネットワークの充電及び放電の制御法則は、いくつかの例では、ユーザーの経験に影響を与えることなく、再生可能な発電電気の使用を最大限にすることができる。
様々な実施形態では、1つ又は複数のバッテリシステム300のバッテリ305は、再生可能エネルギーの適用範囲の拡大で効果的であるために、又は他の適切な目的のために家電製品の負荷シフト(例えば、24時間)を完全にカバーするようなサイズに設定される必要はない。エネルギー使用の統計に基づいて、割り当てられたバッテリ容量の小さな減少によって、オフピークの発電時間中の電力引き出しの増加を最小限にしつつ、平均的な利用が大幅に増加する可能性がある。
様々な実施形態は、単一の負荷源200にサービスを提供する単一バッテリ305及びバッテリシステム300を含むが、さらなる実施形態では、所与のバッテリ305及び/又はバッテリシステム300は、複数の負荷源200に電力を提供することができるか、1つ又は複数の他のバッテリ305及び/又はバッテリシステム300に電力を提供することができる。例えば、図7は、複数の電力共有線710を介して電力を共有するように構成された3つのバッテリシステム300A、300B、300Cを含むバッテリシステムセット705を含む電力供給建物システム100の一実施形態を示す。いくつかの実施形態では、電力共有線の一部又はすべては、単方向又は双方向である場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、第1のバッテリシステム300Aは、第2及び第3のバッテリシステム300B、300Cに電力を提供することができ、第1のバッテリシステム300Aは、第2及び第3のバッテリシステム300B、300Cから電力を受け取ることができる。ただし、いくつかの実施形態では、第1のバッテリシステム300Aは、第2の及び第3のバッテリシステム300B、300Cに電力を提供できるが、第1のバッテリシステム300Aは、第2のバッテリシステム300Bからのみ直接的に電力を受け取ることができる(ただし、第3のバッテリシステム300Cから受け取ることはできない)。しかしながら、様々な実施形態では、所与のバッテリシステム300が別の特定のバッテリシステム300から直接的に電力を受け取ることができないとしても、所与のバッテリシステム300は、別のバッテリシステム300を介して間接的にそのバッテリシステムから電力を受け取るように構成され得る。
電力共有線710を介してバッテリシステム300の間で電力を共有することは、壁の中の双方向電力共有線710を含む様々な適切な方法で、又は部屋を通して、天井の中又は上で、HVAC要素の中又は上で、床の中又は下で、地中又は地下でなど、他の適切な方法で、バッテリシステムの間に延びる電力線を介して行うことができる。
様々な実施形態では、プラグでの双方向電力変換器、及び専用の有線接続の使用を含むエッジストレージによって、家電製品間の負荷共有の戦略を可能にすることができる。例えば、感謝祭のマラソン調理セッションの間、衣類乾燥機のバッテリ容量(例えば、衣類乾燥機に関連付けられたバッテリシステム300A)は、(例えば、コンロに関連付けられたバッテリシステム300Bを介して)コンロのバッテリ容量を補足するために呼び出すことができる。さらに、衣類乾燥機のバッテリシステム300Aからの電力が枯渇し、電力網110からの電力を使用することが望ましくない場合、又は(例えば、ソーラーパネル115からの)再生可能エネルギーが時刻又は条件に基づいて利用できない場合に、コンロにさらに供給するために及び/又は夜間遅くに衣類乾燥機に電力を供給するために引き出される給湯器からのバッテリ容量(例えば、給湯器に関連付けられたバッテリシステム300C)など、他の電源からのバッテリ容量を、必要な場合に引き出すことができる。
バッテリシステムセット705内での電力共有の制御は、様々な適切な方法で行うことができる。例えば、いくつかの実施形態では、複数のバッテリシステム300は、別々の等しいノードとして機能することができ、それら自体の間で、電力の共有について交渉することができる。さらなる実施形態では、バッテリシステムセット705の1つのバッテリシステム300は、主要なバッテリシステム300である場合があり、電力共有及び/又は電力共有を制御し、バッテリサーバ510、ユーザーデバイス520などの別のデバイスによって制御される場合がある。
いくつかの実施形態では、バッテリ305は、バッテリシステム300と共に、負荷源200(例えば、家電製品)が単一の遮断器を共有することを可能にするために使用できる。これは、いくつかの実施形態では、120vの15アンペア回路、又は208v/240vの30/40/50アンペア回路であろう。例えば、図8及び図9は、電力供給建物システム100、及び電力線155を介して第1及び第2のレセプタクル165A、165Bに電力を伝達する100Aサービスに関連付けられた40A遮断器820を含む電力分配システム150を含むバッテリネットワーク500の例示的な実施形態800を示す。第1及び第2の負荷源200A、200Bは、それぞれのレセプタクル165A、165Bと結合される。第1及び第2の負荷源200A、200Bは、負荷源200A、200Bに電力を提供し、負荷源200A、200Bから電力を受け取るように構成されたそれぞれのバッテリ305A、305Bを含むそれぞれの第1のバッテリシステム300A、300Bに関連付けられる。バッテリシステム300A、300Bは、第1及び第2の負荷源200A、200B(例えば、図3aを参照)の一部であってよいが、さらなる実施形態では、他の構成が存在する場合がある(例えば、図3b及び図3cを参照)。
いくつかの実施形態では、制御アルゴリズムは、充電状態、予想される需要、潜在的なTOU節約、及び他の適切な要因などの様々な要因を使用して、いくつかの例では、両方の家電製品200が(例えば、電流引き出しをつねに遮断器820の最大定格以下に保つため、関連する条例によって可能にされた配線の安全使用のためなど)同時に共有された回路820から電力を決して引き出さないであろうことを確実にしつつ、各家電製品200が回路820を使用するために最適又は適切な時間を決定することができる。
様々な実施形態では、回路820の使用は、ピアとしてのバッテリシステム300A、300Bによって交渉され、主要なバッテリシステム300によって制御され、バッテリサーバ510、ユーザーデバイス520などによって制御される場合がある。いくつかの実施形態では、バッテリシステム300A、300B(及び/又は負荷源200A、200B)は、図8及び図9の非限定的な例に示されるようなWi-Fiネットワークなどのネットワーク530を介して互いに又は他のデバイス(例えば、バッテリサーバ510若しくはユーザーデバイス520)と通信することができる。
例えば、図8は、第1の負荷源200Aが第1のレセプタクル165Aを介して回路遮断器820から電力を引き出しており、第1のバッテリシステム300Aの第1のバッテリ305Aが、回路遮断器820からの電力によって充電される、例示的な実施形態800の第1の状態を示す。対照的に、第2の負荷源200Bは、第2のレセプタクル165Bを介して回路遮断器820から電力を引き出しておらず、第2のバッテリシステム300Bの第2のバッテリ305Bは、第2の負荷源200Bに電力を供給するために電力を放電している。
図9は、第2の負荷源200Bが第2のレセプタクル165Bを介して回路遮断器820から電力を引き出しており、第2のバッテリシステム300Bの第2のバッテリ305Bが回路遮断器820からの電力によって充電される、例示的な実施形態800の第2の状態を示す。対照的に、第1の負荷源200Aは、第1のレセプタクル165Aを介して回路遮断器820から電力を引き出しておらず、第1のバッテリシステム300Aの第1のバッテリ305Aは、第1の負荷源200Aに電力を供給するために電力を放電している。
複数の負荷源200(例えば、家電製品)が同じ回路155及び遮断器820を利用することを可能にするのと同時に、いくつかの実施形態におけるこのようなバッテリシステム制御方法は、それ以外の場合、フルサービスアップグレード(例えば、家庭用のメイン電気パネルを流れる許容電流の増加)を必要とするであろう電気家電製品の追加/使用を可能にすることができる。様々な実施形態では、任意の適切な数の家電製品200は、異なるときに同じ家庭用回路を利用して、回路の動作に電力を供給するか、又は回路のバッテリ305を充電することができ、一方いくつかの実施形態では、バッテリ305は、家電製品200の同時使用を可能にし、制御スイッチが、家電製品200が家庭用回路をつねに同時に使用することを防ぐことができる。
様々な実施形態では、バッテリ305及び/又はバッテリシステム300は、拡張するために相互に差し込むことができる。さらに、様々な例では、電力供給建物システム100又はバッテリネットワーク500はサイズに制限がなく、ネットワーク又はシステムを中断することなく新しいノード、貯蔵/負荷の組み合わせなどを追加することができる。これは、様々な例では、ネットワークの拡張を可能にする共有ネットワークプロトコルを介して行うことができる。例えば、図13は、直列に接続され、電力分配システム150のレセプタクル165に差し込まれているバッテリシステム300の1つによって電力分配システム150から電力を少なくとも受け取っている複数のバッテリシステム300の例示的な実施形態1300を示す。いくつかの実施形態では、バッテリシステム300は、様々な適切な方法で負荷源200又は他の適切なデバイスに電力を提供することができる。図14は、取り外し可能なモジュール式バッテリ305を含む場合がある、図13に示されるバッテリシステム300の一例を示す。
様々な実施形態では、バッテリ305及び/又はバッテリシステム300の完全にスケーラブルなネットワークによって、小さいネットワークを開発し、個別に拡大し、部分的に若しくは一時的に他と結合するか、又は完全に結合してより大きいネットワークを形成することが可能である。様々な実施形態のバッテリネットワーク500及び/又は電力供給建物システム100は、共有される生活状況内で個人によって作成及び制御することができる。例えば、いくつかのネットワーク接続されたバッテリ家電製品を所有している個人が、共有住宅状況で部屋に移動する場合がある。この個人は、家の中の他の人と自分のネットワークと結合して、より大きいネットワークを形成することを選ぶことができ、接続されたバッテリ305及び/又はバッテリシステム300が、共有無線ネットワークを介して、及び/又は家若しくは建物にすでに設置されている電気ネットワークを介して(例えば、図50のネットワーク530を介して)通信することを可能にする。様々な例の家電製品は、次に、電力を共有し、制約された回路空間をそれに過負荷をかけることなく共有し、それ以外の場合、住宅の電気負荷を最適化することができる。
様々な実施形態では、共有された生活環境、作業環境、又は動作環境における異なるユーザーに関連付けられた異なる電力ネットワークによって、電力コスト及び/又はクレジットを所与の各ユーザーに分配することを可能にすることができる。例えば、各ユーザーの負荷源によって消費される電力は、共有負荷源200又は架空負荷源200と共に、及び他のユーザーの電力ネットワークに提供されるか、又は他のユーザーの電力ネットワークによって使用される再生可能エネルギー源(例えば、ソーラーパネル115)によって発電される電力に対するクレジットと共に追跡することができる。
次に、これらのネットワークを結合して、アパートの建物全体、近隣、学校、大学、又は町のネットワークなど、さらに大きいネットワークを形成することができる。様々な例のネットワークプロトコルによって、所有権の理解を維持し、通常の市場でのような電力の取引を可能にしながら、貯蔵の共有及び最適化を可能にすることができる。
いくつかの例におけるこの手法の第2の潜在的なリスクは、家電製品との関連でバッテリの熱要件を効果的に管理することである可能性がある。高エネルギー密度のため、リチウムバッテリの熱暴走は、様々な例で安全上の懸念となる可能性があり、様々な例で防止する必要がある。さらに、あまり壊滅的ではないレベルでは、昇温で動作するバッテリは寿命に影響を及ぼす可能性がある。これらの要因のため、バッテリ管理システムは、統合された温度検知と熱インターロックを有することができる。したがって、様々な実施形態は、安全ではない動作温度を有する家電製品の領域又は局所的な環境からバッテリコンパートメントを隔離するための注意深い熱設計と共にこのようなバッテリ管理システムを含むことができる。例えば、様々な実施形態での熱管理のための効果的な設計戦略は、周囲環境に隣接して高アスペクト比のパックを構築することである。追加の戦略は、個々のバッテリシステム300内での家電製品のレベルで消火を組み込むことである場合がある。例えば、いくつかの実施形態では、バッテリシステム300は、バッテリ内で火災が発生しているかどうかを判断し、火災が発生している場合には、火災を消火するために、泡、液体、気体の放出、真空の生成など、消火措置を実行するように動作可能なセンサを含む消火システムを含むことができる。
第3の潜在的なリスクは、家電製品の中に直接的にバッテリを設置するための適切な安全認証を取得することと、この技術を採用するために家電製品製造メーカから十分な同意を得ることを含む。軽減戦略は、以下の1つ又は複数を含む場合がある。第1に、いくつかの実施形態は、最も効果的な家電製品ターゲットを推定し、価値ある提案を数値化するためにデータ解析及びソフトウェアモデリングを含むことができる。例えば、いくつかの例は、使用時間の電力価格、電力網の規模、及び有効にされた分散再生可能エネルギー、並びに回避された電気アップグレードコストに基づいて、各家電製品のワット時容量あたりの値の局所的な推定値を含むことができる。第2に、いくつかの実施形態は、家電製品と統合する前に、既存の家電製品と電気コンセントとの間に位置することができるハードウェアユニットを含むことができる。これらのハードウェアユニットは、現実世界の使用中に達成可能な需要反応に関して価値ある提案を検証し、ハードウェア、ネットワーキング、及び制御電子回路の堅牢性を試験することができ、バッテリが統合された家電製品と共に、バッテリ統合型家電製品との交換前の従来の家電製品と共になど、バッテリが統合された家電製品の代わりに使用することができる。第3に、様々な実施形態は、UL又は別の団体による安全認証、及び新生のENERGY STARのConnected Functionlityプログラムなどによるグリーン認証を含むことができる。
多くの具体例(例えば、図3aを参照)では、バッテリは、家電機器がコンロ、冷蔵庫、HVACシステム、衣類洗濯機、衣類乾燥機、テレビ、ゲーム機、工具、バーベキュー、照明、芝刈り機、草刈り機、掃除機、ブレンダー、ジューサー、フードプロセッサ、地下室冷凍庫、スピーカ、オーディオ機器、冷却ファン、又は他の家電製品であるかどうかに関わらず、家電製品自体の中に常駐することができる。これらのバッテリは、いくつかの例では、工場で設置され、家電製品の制御電子回路と直接的に統合され得る。他の具体例では、バッテリは、家電製品とその電源との間に設置され得る(例えば、図3cを参照)。この形態の例は、これを家電製品の後付けとして有効にするストレージが組み込まれた一般的な「延長コード」又は「電源タップ」を含む場合がある。他の例は、電力貯蔵機能付きの一般的な「壁内プラグ」を含むことができる(例えば、図3bを参照)。これは、乾式壁の後ろの間柱の間の壁に通常設置されるプラグ又はレセプタクルであるか、又はその代わりになる場合がある。例えば、一実施形態では、家の中には約50のこれらのバッテリレセプタクルがある場合があり、1kWh以上であれば、それぞれが家のほぼすべての電力貯蔵要件をカバーするであろう。
様々な実施形態では、このような家電製品の制御方式は、以下の例の1つ又は複数を含むいくつかのモードで動作し得る。第1に、このような家電製品は、推定された使用要件に基づいて、ユーザーの経験を妨げることなく、壁プラグとバッテリとの間で負荷を効果的に共有し得る。この方式は、いくつかの例で、太陽光発電設備又は他の代替エネルギー源から使用されるエネルギーを最大限にするために、又は110vのソケットから動作する大容量デバイスの使用を可能にするか、若しくは使用時間の電力レートの使用を可能にするために使用され得る。別の制御方式は、家電製品が使用されていないとき、又は近い将来使用されると予想されていないときに動作し得、家電製品は、家が後に使用するために電力網から安い電気を吸収し、貯蔵することを可能にできるエネルギー裁定取引サービスを提供する。
いくつかの例では、バッテリ統合型家電製品は、家全体のレベルでのピーク電力引き出しを最小限に抑えるために、ネットワークを通じて調整することができる。これは、無線ネットワーキング(例えば、802.11若しくはメッシュネットワーキング)、又は有線(例えば、イーサネット)を介する場合がある。第4に、いくつかの例では、バッテリ統合型家電製品は、外部配線(AC、低電圧DC、PoEなど)又は既存の配線のどちらかを通して、家電製品間の負荷共有を可能にすることができる。既存の配線は、いくつかの例では、回路遮断器から配線列を分離することができ、その上でDCを変更する/通すプラグボックスにエアギャップスイッチを追加することによって使用できる。電力はまた、DCシフトACを有する既存の配線を介して伝送できる。
様々な実施形態では、バッテリ統合型家電製品の制御方式は、以下の例の1つ又は複数を含むいくつかのレベルのデータを使用して機能し得る。第1に、制御方式は、負荷及び供給を予測するために、カレンダー及び時刻のみに依存し得る。第2に、制御方式は、履歴使用データを組み込んで、ユーザーの習慣に合わせてアルゴリズムを調整し得る。第3に、制御方式は、データが集約され、制御法則を提供するために使用される中央システムにデータを報告し得る。第4に、中央システムは、制御モードを切り替えるためにユーザー入力を受け入れ得る(例えば、ユーザーは、大量の食事を調理するためにコンロを準備するためのボタンを押すことができ、その間に、コンロは全容量まで事前に充電される、及び/又は動作中にバッテリとプラグとの間で負荷共有する)。第5に、制御方式は、電力会社からの電気料金(例えば、時間使用料金)についてのデータを使用して、電力網から最も安い電気を使用するために制御法則を調整し得る。第6に、制御方式は、利用可能な太陽電気の使用を予測及び最大限にするために、屋上のソーラーアレイからのデータを使用し得る。
追加の利点は、さらなる実施形態に従ってバッテリによって家電製品に提供され得る。例えば、多くの従来の家電製品は、壁コンセントによって提供されるピーク電力によって性能が制限されている。バッテリは、家電製品の性能を向上させるために使用できるはるかに高いピーク電力を可能にすることができる。例えば、IHコンロは、きわめて速い温度上昇、より高いピーク出力、及びより低いノイズを有する場合がある。オンデマンドの給湯は、より高い容量を有する場合があり、より高出力の貯蔵不要の給湯器を可能にする。電気ケトルはより速く沸騰させることができる。モータ付きのデバイスの場合、これらのモータは、より高いピーク電力で、及び所望の場合、壁からのACよりも最適な電圧で運転することができる。いくつかの場合、バッテリ熱管理は、家電製品性能と相乗効果がある場合がある。例えば、バッテリパックからの熱は、電気乾燥機のようなヒートポンプデバイスの性能係数を上昇させることができる。
家庭用電気システムでは、多くのコストはピーク電力に比例する可能性がある。最終用途にバッテリを設置すると、ピーク電力は減少し、したがってこれらのコストを削減することができる。ハイブリッドAC/DCシステムを可能にすることによって、バッテリ統合型家電製品はまた、インバータ及びDC/DC電圧変換を含む、より高効率のソリッドステート電力変換の使用も可能にし得る。
様々な実施形態のバッテリ統合型家電製品は、リチウム電池の熱暴走から保護するために難燃機能を提供することができ、緊急事態を警告するための火災報知機を含むことができる。バッテリパックの健康状態を監視するために、さらなるデバイス健康監視を組み込んでもよい。これは、容量監視、内部抵抗測定、又はインピーダンス分光法によって実装できる。このようなデバイスはまた、バッテリ及び電子回路を保護するために防水加工される場合もある。これらのデバイスはまた、家の電気系統に電圧調整サービスを提供することもできる。
様々な実施形態では、バッテリは、220を設置しなければならないのとは対照的に、高出力家電製品を110のレセプタクルと使用可能にすることができる。いくつかの例では、バッテリは4~24時間貯蔵を有する場合がある。
いくつかの実施形態は、部屋、家、建物、ブロック、都市、州などのリアルタイム又は履歴の使用データを取得することができる。
様々な例では、反転を最小限に抑えることが有益である場合がある(例えば、DCバス上に位置するバッテリモジュールのインバータによって、複数の反転を防ぐことができる)。
いくつかの実施形態は、(例えば、延長コード、既存の又は新規の壁内配線、イーサネットなどを介して)家電製品間で電力共有を有することができる。
いくつかの実施形態は、壁レセプタクル内、レセプタクルと家電製品との間などの他の場所にバッテリモジュールを有することができる。
いくつかの例は、バッテリモジュールを設置する場所に関するユーザーに対する提案を含むことができる。
いくつかの例は、家電製品内で一体化している又は交換可能であるバッテリモジュールを有することができる。このようなバッテリモジュールは、防水加工され、耐熱性であるなどの内蔵型ユニットとなるように構成することができ、バッテリの浅いサイクル、消火、バッテリ監視などを提供することができる。制御システムはバッテリに比較すると安価である場合があるので、制御システムを含むモジュール全体が交換可能なユニットである場合がある。
様々な例でのバッテリモジュールは、バッテリの使用を制御するために、異なるタイプのデータを取得及び使用することができる。これは、ネットワークの接続性又はシステムの複雑さに依存する場合がある。単純なバッテリモジュールは、クロック及びルックアップテーブルを単に含む場合があり、バッテリモジュールは時刻、曜日、季節などに基づいて動作する。別のより複雑なバージョンは、バッテリモジュール自体若しくはローカルバッテリモジュールのみからの使用履歴を格納し、バッテリ動作を制御するためにクロックを使用できる。別のより複雑なバージョンは、電力網からのデータへのアクセスを提供し、リモートモジュールからのデータを使用することができるなど、(例えば、インターネットへの)ネットワーク接続性を有することができる。
様々な実施形態は、上述のデータなどに基づいて使用を予測するように構成することができる。いくつかの実施形態は、ユーザー入力に基づいて動作するように構成することができる(例えば、ユーザーは、食事を調理するところであるか、又は後で若しくは後日食事を調理することを示す)。予測は、ユーザーカレンダー、ユーザー定義のスケジュールなどのデータに基づく場合がある。
いくつかの例では、家はハイブリッドAC/DCバスとして動作できる。
レセプタクル165は、いくつかの実施形態ではエアギャップブレーカを有することができ、様々なデバイスは、レセプタクルをオン/オフにすることができる(例えば、レセプタクル165と結合されたバッテリシステム300、レセプタクル165と結合していないバッテリシステム300、バッテリサーバ510、ユーザーデバイス520など)。エアギャップブレーカのこのような制御は、有線通信及び/又は無線通信(例えば、ネットワーク530)を介する場合がある。
いくつかのデバイスは、大きなランプアップ要件を有する場合があり、ローカルバッテリ305を有して、これを削減し、より速くより良い家電製品(より、速い加熱)を生じさせることができる。家電製品は、必要に応じて、電圧をダイヤルアップするように構成されて、改善された家電製品を提供することができる。他の利点は、洗濯機/乾燥機の静電気、超音波誘導からのより静かな動作、インバータの効率の向上などを含む場合がある。
具体的な例が本明細書に説明されているが、これらの例は、本開示の範囲及び趣旨の範囲内にある様々な代替実施形態及び追加の実施形態を制限すると解釈されるべきでない。例えば、本明細書に説明される1つ又は複数のバッテリに関連付けることができる家電製品、デバイス、又はシステムは、以下の表の例の1つ又は複数を含むことができる。また、住宅の例は、本明細書のいくつかの例の焦点であるが、さらなる実施形態は集合住宅の建物、商業ビル、車両などを含む場合もある。
本開示の実施形態は、以下の条項を考慮して説明できる。
1.電力供給建物システムであって、
電力網及び/又は1つ又は複数のソーラーパネルから電力を受け取る電力分配システムを有する建物であって、前記電力分配システムが、前記建物の周りの異なる場所にある複数のレセプタクルに、前記建物の周りで電力を分配する、前記の建物の壁を通る複数の電力線を備える、前記建物と、
前記建物の周りの前記異なる場所に配置された複数の負荷源であって、ヒートポンプ、電気コンロ、冷蔵庫、及び給湯器の1つ又は複数を備える前記負荷源と、
前記建物の周りの前記異なる場所に配置された複数のバッテリシステムであって、前記バッテリシステムのそれぞれが前記複数のレセプタクルの異なるそれぞれのレセプタクルに、及び前記負荷源の1つにそれぞれ関連付けられ、前記複数のバッテリシステムが、
前記複数の負荷源の第1の負荷源の一体構成要素であって、前記複数の負荷源の第1の負荷源のハウジング内に配置された第1のバッテリシステムであって、前記第1の負荷源が、前記複数のレセプタクルの第1のレセプタクルに差し込まれた第1の電源コードを備え、前記第1のバッテリシステムが、前記第1のレセプタクルから電力を取得して貯蔵するように構成された第1のバッテリを備え、前記第1の負荷源が、前記第1のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のレセプタクルから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリ及び前記第1のレセプタクルから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第1のバッテリシステムと、
第2のバッテリ及び前記複数のレセプタクルの第2のレセプタクルを含む第2のバッテリシステムであって、前記第2のバッテリシステムが前記建物の壁の中に配置され、第2の負荷源が、前記複数のレセプタクルの前記第2のレセプタクルに差し込まれた第2の電源コードを備え、前記第2のバッテリが、前記電力分配システムから電力を取得して、貯蔵するように構成され、前記第2の負荷源が、前記第2のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記電力分配システムから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第2のバッテリ及び前記電力分配システムから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第2のバッテリシステムと、
第3の負荷源と前記複数のレセプタクルの第3のレセプタクルとの間に電気的に配置された第3のバッテリシステムであって、前記第3のバッテリシステムが、前記第3のレセプタクルに差し込まれた第3の電源コードを備え、前記第3の負荷源が、前記第3の負荷源の第4のレセプタクルに差し込まれた第4の電源コードを備え、前記第3のバッテリシステムが、前記第3のレセプタクルから電力を取得して、貯蔵するように構成された第3のバッテリを備え、前記第3の負荷源が、前記第3のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第3のバッテリシステムを介して前記第3のレセプタクルから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第3のバッテリ、及び前記第3のバッテリシステムを介して前記第3のレセプタクルから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第3のバッテリシステムと、を含む、前記複数のバッテリシステムと
を備え、
前記第1の、第2の、及び第3のバッテリシステムがそれぞれ、
プロセッサと、
メモリと、
バッテリ制御システムと、
インターフェースと、
電力バスと
をさらに備える、
前記電力供給建物システム。
2.前記第1の、第2の、及び第3のバッテリシステムが、それぞれ、前記第1の、第2の、及び第3のバッテリシステムが、
無線ネットワークを介して互いに通信することと、
リモートバッテリサーバと通信することと、
少なくとも1つのユーザーデバイスと通信することと
を可能にするように構成された通信システムをさらに備える、条項1に記載の電力供給建物システム。
3.前記第1の、第2の、及び第3のバッテリシステムが、
前記第2の及び第3のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された第1のバッテリと、
前記第1の及び第3のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された前記第2のバッテリと、
前記第1の及び第2のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された前記第3のバッテリと
を含む、前記電力分配システムを介して互いと貯蔵された電力を共有するように構成された、条項1又は2に記載の電力供給建物システム。
4.前記第1の、第2の、及び第3のバッテリシステムの前記バッテリ制御システムが、それぞれ、
前記バッテリシステムに関連付けられた前記それぞれの負荷源に関連付けられた現在の電力使用データを取得し、
前記バッテリシステムの前記それぞれのバッテリの現在の電力出力容量を取得し、
前記電力網からの電気の使用よりも、前記1つ又は複数のソーラーパネルからのエネルギーの使用及び貯蔵を優先する新しい電力出力構成を決定し、
現在の電力出力構成を、前記新しい電力出力構成で置き換えて、
前記電力網からの電力の使用を停止し、
前記バッテリシステムの前記バッテリでの前記1つ又は複数のソーラーパネルから取得される電力の貯蔵を引き起こす、及び/又は前記バッテリシステムに関連付けられた前記負荷源に、前記1つ又は複数のソーラーパネルから取得される電力による電力供給を受けさせる
ように構成される、条項1~3のいずれかに記載の電力供給建物システム。
5.電力供給建物システムであって、
電力網及び1つ又は複数の再生可能電源から電力を受け取る電力分配システムを有する建物であって、前記電力分配システムが、前記建物の周りの異なる場所にある複数のレセプタクルに、前記建物の周りで電力を分配する、前記建物と、
前記建物の周りの前記異なる位置に配置された複数の負荷源と、
前記建物の周りの前記異なる場所に配置された複数のバッテリシステムであって、前記バッテリシステムのそれぞれが前記複数のレセプタクルの異なるそれぞれのレセプタクルに、及び前記負荷源の1つにそれぞれ関連付けられる、前記複数のバッテリシステムと
を備える、前記電力供給建物システム。
6.前記複数のバッテリシステムが、
前記複数の負荷源の第1の負荷源の一体構成要素であって、前記複数の負荷源の第1の負荷源のハウジング内に配置された第1のバッテリシステムであって、前記第1の負荷源が、前記複数のレセプタクルの第1のレセプタクルに差し込まれた第1の電源コードを備え、前記第1のバッテリシステムが、前記第1のレセプタクルから電力を取得及び貯蔵するように構成された第1のバッテリを備え、前記第1の負荷源が、前記第1のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のレセプタクルから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリ及び前記第1のレセプタクルから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第1のバッテリシステム
を含む、条項5に記載の電力供給建物システム。
7.前記複数のバッテリシステムが、
第1のバッテリ及び前記複数のレセプタクルの第1のレセプタクルを含む第1のバッテリシステムであって、前記第1のバッテリシステムが前記建物の壁の中に配置され、第1の負荷源が、前記複数のレセプタクルの前記第1のレセプタクルに差し込まれた第1の電源コードを備え、前記第1のバッテリが、前記電力分配システムから電力を取得して、貯蔵するように構成され、前記第1の負荷源が、前記第1のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記電力分配システムから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリ及び前記電力分配システムから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第1のバッテリシステム
を含む、条項5又は6に記載の電力供給建物システム。
8.前記複数のバッテリシステムが、
第1の負荷源と前記複数のレセプタクルの第1のレセプタクルとの間に電気的に配置された第1のバッテリシステムであって、前記第1のバッテリシステムが、前記第1のレセプタクルに差し込まれた第1の電源コードを備え、前記第1の負荷源が、前記第1の負荷源の第4のレセプタクルに差し込まれた第2の電源コードを備え、前記第1のバッテリシステムが、前記第1のレセプタクルから電力を取得して、貯蔵するように構成された第1のバッテリを備え、前記第1の負荷源が、前記第1のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリシステムを介して前記第1のレセプタクルから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリ、及び前記第1のバッテリシステムを介して前記第1のレセプタクルから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第1のバッテリシステム
を含む、条項5~7に記載の電力供給建物システム。
9.前記複数のバッテリシステムのそれぞれが、
バッテリと、
プロセッサと、
メモリと、
バッテリ制御システムと、
インターフェースと、
電力バスと
を備える、条項5~8に記載の電力供給建物システム。
10.前記バッテリシステムがそれぞれ、前記バッテリシステムが無線ネットワークを介して互いに通信することを可能にするように構成された通信システムをさらに備える、条項5~9のいずれかに記載の電力供給建物システム。
11.前記複数のバッテリシステムが、
第2の及び第3のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された第1のバッテリシステムの第1のバッテリと、
前記第1の及び第3のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された前記第2のバッテリシステムの第2のバッテリと、
前記第1の及び第2のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された前記第3のバッテリシステムの第3のバッテリと
を含む、前記電力分配システムを介して互いと貯蔵された電力を共有するように構成された前記第1の、第2の、及び第3のバッテリシステムを備える、条項5~10のいずれかに記載の電力供給建物システム。
12.前記複数のバッテリシステムの少なくとも1つのバッテリシステムが、
前記少なくとも1つのバッテリシステムに関連付けられた負荷源に関連付けられた現在の電力使用データを取得し、
前記少なくとも1つのバッテリシステムのバッテリの現在の電力出力容量を取得し、
前記電力網からの電気の使用よりも、前記1つ又は複数の再生可能エネルギー源からのエネルギーの使用及び貯蔵を優先する新しい電力出力構成を決定し、
現在の電力出力構成を、前記新しい電力出力構成で置き換えて、
前記電力網からの電力の使用を停止し、
前記少なくとも1つのバッテリシステムの前記バッテリでの前記1つ又は複数の再生可能エネルギー源から取得される電力の貯蔵を引き起こす、及び/又は前記少なくとも1つのバッテリシステムに関連付けられた前記負荷源に、前記1つ又は複数の再生可能エネルギー源の少なくとも1つから取得される電力による電力供給を受けさせる
ように構成される、条項5~11のいずれかに記載の電力供給建物システム。
13.電力供給建物システムであって、
複数のレセプタクルに電力を分配するように構成された電力分配システムと、
1つ又は複数の負荷源と、
前記複数のレセプタクルのうちのそれぞれのレセプタクルと、
前記1つ又は複数の負荷源のうちのそれぞれの負荷源と
に関連付けられた1つ又は複数のバッテリシステムと
を備える、前記電力供給建物システム。
14.前記1つ又は複数のバッテリシステムが、
前記1つ又は複数の負荷源の第1の負荷源内に配置された第1のバッテリシステムであって、前記第1の負荷源が、前記複数のレセプタクルの第1のレセプタクルに差し込まれた第1の電源コードを備え、前記第1のバッテリシステムが、前記第1のレセプタクルから電力を取得及び貯蔵するように構成された第1のバッテリを備え、前記第1の負荷源が、前記第1のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のレセプタクルから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリ及び前記第1のレセプタクルから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第1のバッテリシステム
を含む、条項13に記載の電力供給建物システム。
15.前記1つ又は複数のバッテリシステムが、
第1のバッテリ及び前記複数のレセプタクルの第1のレセプタクルを含む第1のバッテリシステムであって、前記第1のバッテリシステムが建物の壁の中に配置され、第1の負荷源が、前記複数のレセプタクルの前記第1のレセプタクルに差し込まれた第1の電源コードを備え、前記第1のバッテリが、前記電力分配システムから電力を取得して、貯蔵するように構成され、前記第1の負荷源が、前記第1のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記電力分配システムから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリ及び前記電力分配システムから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第1のバッテリシステム
を含む、条項13又は14に記載の電力供給建物システム。
16.前記1つ又は複数のバッテリシステムが、
前記第1のレセプタクルに差し込まれた第1の電源コードを備える第1のバッテリシステムであって、前記第1の負荷源が、前記第1の負荷源の第4のレセプタクルに差し込まれた第2の電源コードを備え、前記第1のバッテリシステムが、前記第1のレセプタクルから電力を取得して、貯蔵するように構成された第1のバッテリを備え、前記第1の負荷源が、前記第1のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリシステムを介して前記第1のレセプタクルから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリ、及び前記第1のバッテリシステムを介して前記第1のレセプタクルから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第1のバッテリシステム
を含む、条項13~15のいずれかに記載の電力供給建物システム。
17.前記1つ又は複数のバッテリシステムが、それぞれ、複数のバッテリシステムがネットワークを介して互いに通信することを可能にするように構成された通信システムを備える前記複数のバッテリシステムを備える、条項13~16のいずれかに記載の電力供給建物システム。
18.前記1つ又は複数のバッテリシステムが、
第2のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された第1のバッテリシステムの第1のバッテリと、
前記第1のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された前記第2のバッテリシステムの第2のバッテリと
を含む、互いと貯蔵された電力を共有するように構成された前記第1の及び第2のバッテリシステムを備える、条項13~17のいずれかに記載の電力供給建物システム。
19.前記1つ又は複数のバッテリシステムの少なくとも1つのバッテリシステムが、
前記少なくとも1つのバッテリシステムの電力出力構成を変更して、
電力網からの電力の使用を停止し、
前記少なくとも1つのバッテリシステムのバッテリでの再生可能エネルギー源エネルギー源から取得される電力の貯蔵を引き起こす、及び/又は前記少なくとも1つのバッテリシステムに関連付けられた前記負荷源に、再生可能エネルギー源から取得される電力による電力供給を受けさせる
ように構成される、条項13~18のいずれかに記載の電力供給建物システム。
説明される実施形態は、様々な修正及び代替形態が可能であり、その具体例は、図面に例として示されており、本明細書で詳細に説明されている。しかしながら、説明される実施形態は、開示される特定の形態又は方法に限定されるべきではなく、逆に、本開示は、すべての修正、均等物、及び代替物を含むことを理解されたい。さらに、所与の実施形態の要素は、その例示的な実施形態にのみ適用できると解釈されるべきではなく、したがって、1つの例示的な実施形態の要素は他の実施形態にも適用可能である可能性がある。さらに、いくつかの実施形態では、いくつかの実施形態で具体的に示される要素が、さらなる実施形態には明示的に存在しない場合がある。したがって、一例に存在する要素の記載は、このような要素が明示的に存在しないいくつかの実施形態を裏付けると解釈されるべきである。

Claims (19)

  1. 電力供給建物システムであって、
    電力網及び/又は1つ又は複数のソーラーパネルから電力を受け取る電力分配システムを有する建物であって、前記電力分配システムが、前記建物の周りの異なる場所にある複数のレセプタクルに、前記建物の周りで電力を分配する、前記の建物の壁を通る複数の電力線を備える、前記建物と、
    前記建物の周りの前記異なる場所に配置された複数の負荷源であって、ヒートポンプ、電気コンロ、冷蔵庫、及び給湯器の1つ又は複数を備える前記負荷源と、
    前記建物の周りの前記異なる場所に配置された複数のバッテリシステムであって、前記バッテリシステムのそれぞれが前記複数のレセプタクルの異なるそれぞれのレセプタクルに、及び前記負荷源の1つにそれぞれ関連付けられ、前記複数のバッテリシステムが、
    前記複数の負荷源の第1の負荷源の一体構成要素であって、前記複数の負荷源の第1の負荷源のハウジング内に配置された第1のバッテリシステムであって、前記第1の負荷源が、前記複数のレセプタクルの第1のレセプタクルに差し込まれた第1の電源コードを備え、前記第1のバッテリシステムが、前記第1のレセプタクルから電力を取得して貯蔵するように構成された第1のバッテリを備え、前記第1の負荷源が、前記第1のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のレセプタクルから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリ及び前記第1のレセプタクルから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第1のバッテリシステムと、
    第2のバッテリ及び前記複数のレセプタクルの第2のレセプタクルを含む第2のバッテリシステムであって、前記第2のバッテリシステムが前記建物の壁の中に配置され、第2の負荷源が、前記複数のレセプタクルの前記第2のレセプタクルに差し込まれた第2の電源コードを備え、前記第2のバッテリが、前記電力分配システムから電力を取得して、貯蔵するように構成され、前記第2の負荷源が、前記第2のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記電力分配システムから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第2のバッテリ及び前記電力分配システムから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第2のバッテリシステムと、
    第3の負荷源と前記複数のレセプタクルの第3のレセプタクルとの間に電気的に配置された第3のバッテリシステムであって、前記第3のバッテリシステムが、前記第3のレセプタクルに差し込まれた第3の電源コードを備え、前記第3の負荷源が、前記第3の負荷源の第4のレセプタクルに差し込まれた第4の電源コードを備え、前記第3のバッテリシステムが、前記第3のレセプタクルから電力を取得して、貯蔵するように構成された第3のバッテリを備え、前記第3の負荷源が、前記第3のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第3のバッテリシステムを介して前記第3のレセプタクルから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第3のバッテリ、及び前記第3のバッテリシステムを介して前記第3のレセプタクルから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第3のバッテリシステムと、を含む、前記複数のバッテリシステムと、を備え、
    前記第1の、第2の、及び第3のバッテリシステムがそれぞれ、
    プロセッサと、
    メモリと、
    バッテリ制御システムと、
    インターフェースと、
    電力バスと
    をさらに備える、
    前記電力供給建物システム。
  2. 前記第1の、第2の、及び第3のバッテリシステムが、それぞれ、前記第1の、第2の、及び第3のバッテリシステムが、
    無線ネットワークを介して互いに通信することと、
    リモートバッテリサーバと通信することと、
    少なくとも1つのユーザーデバイスと通信することと、
    を可能にするように構成された通信システムをさらに備える、請求項1に記載の電力供給建物システム。
  3. 前記第1の、第2の、及び第3のバッテリシステムが、
    前記第2の及び第3のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された第1のバッテリと、
    前記第1の及び第3のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された前記第2のバッテリと、
    前記第1の及び第2のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された前記第3のバッテリと、
    を含む、前記電力分配システムを介して互いと貯蔵された電力を共有するように構成された、請求項1に記載の電力供給建物システム。
  4. 前記第1の、第2の、及び第3のバッテリシステムの前記バッテリ制御システムが、それぞれ、
    前記バッテリシステムに関連付けられた前記それぞれの負荷源に関連付けられた現在の電力使用データを取得し、
    前記バッテリシステムの前記それぞれのバッテリの現在の電力出力容量を取得し、
    前記電力網からの電気の使用よりも、前記1つ又は複数のソーラーパネルからのエネルギーの使用及び貯蔵を優先する新しい電力出力構成を決定し、
    現在の電力出力構成を、前記新しい電力出力構成で置き換えて、
    前記電力網からの電力の使用を停止し、
    前記バッテリシステムの前記バッテリでの前記1つ又は複数のソーラーパネルから取得される電力の貯蔵を引き起こす、及び/又は前記バッテリシステムに関連付けられた前記負荷源に、前記1つ又は複数のソーラーパネルから取得される電力による電力供給を受けさせるように構成される、請求項1に記載の電力供給建物システム。
  5. 電力供給建物システムであって、
    電力網及び1つ又は複数の再生可能電源から電力を受け取る電力分配システムを有する建物であって、前記電力分配システムが、前記建物の周りの異なる場所にある複数のレセプタクルに、前記建物の周りで電力を分配する、前記建物と、
    前記建物の周りの前記異なる位置に配置された複数の負荷源と、
    前記建物の周りの前記異なる場所に配置された複数のバッテリシステムであって、前記バッテリシステムのそれぞれが前記複数のレセプタクルの異なるそれぞれのレセプタクルに、及び前記負荷源の1つにそれぞれ関連付けられる、前記複数のバッテリシステムと、を備える、前記電力供給建物システム。
  6. 前記複数のバッテリシステムが、
    前記複数の負荷源の第1の負荷源の一体構成要素であって、前記複数の負荷源の第1の負荷源のハウジング内に配置された第1のバッテリシステムであって、前記第1の負荷源が、前記複数のレセプタクルの第1のレセプタクルに差し込まれた第1の電源コードを備え、前記第1のバッテリシステムが、前記第1のレセプタクルから電力を取得及び貯蔵するように構成された第1のバッテリを備え、前記第1の負荷源が、前記第1のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のレセプタクルから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリ及び前記第1のレセプタクルから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第1のバッテリシステムを含む、請求項5に記載の電力供給建物システム。
  7. 前記複数のバッテリシステムが、
    第1のバッテリ及び前記複数のレセプタクルの第1のレセプタクルを含む第1のバッテリシステムであって、前記第1のバッテリシステムが前記建物の壁の中に配置され、第1の負荷源が、前記複数のレセプタクルの前記第1のレセプタクルに差し込まれた第1の電源コードを備え、前記第1のバッテリが、前記電力分配システムから電力を取得して、貯蔵するように構成され、前記第1の負荷源が、前記第1のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記電力分配システムから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリ及び前記電力分配システムから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第1のバッテリシステムを含む、請求項5に記載の電力供給建物システム。
  8. 前記複数のバッテリシステムが、
    第1の負荷源と前記複数のレセプタクルの第1のレセプタクルとの間に電気的に配置された第1のバッテリシステムであって、前記第1のバッテリシステムが、前記第1のレセプタクルに差し込まれた第1の電源コードを備え、前記第1の負荷源が、前記第1の負荷源の第4のレセプタクルに差し込まれた第2の電源コードを備え、前記第1のバッテリシステムが、前記第1のレセプタクルから電力を取得して、貯蔵するように構成された第1のバッテリを備え、前記第1の負荷源が、前記第1のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリシステムを介して前記第1のレセプタクルから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリ、及び前記第1のバッテリシステムを介して前記第1のレセプタクルから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第1のバッテリシステムを含む、請求項5に記載の電力供給建物システム。
  9. 前記複数のバッテリシステムのそれぞれが、
    バッテリと、
    プロセッサと、
    メモリと、
    バッテリ制御システムと、
    インターフェースと、
    電力バスと、
    を備える、請求項5に記載の電力供給建物システム。
  10. 前記バッテリシステムがそれぞれ、前記バッテリシステムが無線ネットワークを介して互いに通信することを可能にするように構成された通信システムをさらに備える、請求項5に記載の電力供給建物システム。
  11. 前記複数のバッテリシステムが
    第2の及び第3のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された第1のバッテリシステムの第1のバッテリと、
    前記第1の及び第3のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された前記第2のバッテリシステムの第2のバッテリと、
    前記第1の及び第2のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された前記第3のバッテリシステムの第3のバッテリと、
    を含む、前記電力分配システムを介して互いと貯蔵された電力を共有するように構成された前記第1の、第2の、及び第3のバッテリシステムを備える、請求項5に記載の電力供給建物システム。
  12. 前記複数のバッテリシステムの少なくとも1つのバッテリシステムが、
    前記少なくとも1つのバッテリシステムに関連付けられた負荷源に関連付けられた現在の電力使用データを取得し、
    前記少なくとも1つのバッテリシステムのバッテリの現在の電力出力容量を取得し、
    前記電力網からの電気の使用よりも、前記1つ又は複数の再生可能エネルギー源からのエネルギーの使用及び貯蔵を優先する新しい電力出力構成を決定し、
    現在の電力出力構成を、前記新しい電力出力構成で置き換えて、
    前記電力網からの電力の使用を停止し、
    前記少なくとも1つのバッテリシステムの前記バッテリでの前記1つ又は複数の再生可能エネルギー源から取得される電力の貯蔵を引き起こす、及び/又は前記少なくとも1つのバッテリシステムに関連付けられた前記負荷源に、前記1つ又は複数の再生可能エネルギー源の少なくとも1つから取得される電力による電力供給を受けさせるように構成される、請求項5に記載の電力供給建物システム。
  13. 電力供給建物システムであって、
    複数のレセプタクルに電力を分配するように構成された電力分配システムと、
    1つ又は複数の負荷源と、
    前記複数のレセプタクルのうちのそれぞれのレセプタクルと、
    前記1つ又は複数の負荷源のうちのそれぞれの負荷源と、
    に関連付けられた1つ又は複数のバッテリシステムと、
    を備える、前記電力供給建物システム。
  14. 前記1つ又は複数のバッテリシステムが、
    前記1つ又は複数の負荷源の第1の負荷源内に配置された第1のバッテリシステムであって、前記第1の負荷源が、前記複数のレセプタクルの第1のレセプタクルに差し込まれた第1の電源コードを備え、前記第1のバッテリシステムが、前記第1のレセプタクルから電力を取得及び貯蔵するように構成された第1のバッテリを備え、前記第1の負荷源が、前記第1のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のレセプタクルから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリ及び前記第1のレセプタクルから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第1のバッテリシステム
    を含む、請求項13に記載の電力供給建物システム。
  15. 前記1つ又は複数のバッテリシステムが、
    第1のバッテリ及び前記複数のレセプタクルの第1のレセプタクルを含む第1のバッテリシステムであって、前記第1のバッテリシステムが建物の壁の中に配置され、第1の負荷源が、前記複数のレセプタクルの前記第1のレセプタクルに差し込まれた第1の電源コードを備え、前記第1のバッテリが、前記電力分配システムから電力を取得して、貯蔵するように構成され、前記第1の負荷源が、前記第1のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記電力分配システムから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリ及び前記電力分配システムから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第1のバッテリシステムを含む、請求項13に記載の電力供給建物システム。
  16. 前記1つ又は複数のバッテリシステムが、
    前記第1のバッテリシステムが、前記第1のレセプタクルに差し込まれた第1の電源コードを備える第1のバッテリシステムであって、前記第1の負荷源が、前記第1の負荷源の第4のレセプタクルに差し込まれた第2の電源コードを備え、前記第1のバッテリシステムが、前記第1のレセプタクルから電力を取得して、貯蔵するように構成された第1のバッテリを備え、前記第1の負荷源が、前記第1のバッテリによって貯蔵された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリシステムを介して前記第1のレセプタクルから取得された電力によって完全に電力供給されるように構成され、前記第1のバッテリ、及び前記第1のバッテリシステムを介して前記第1のレセプタクルから取得された電力の両方によって部分的に電力供給されるように構成される、前記第1のバッテリシステムを含む、請求項13に記載の電力供給建物システム。
  17. 前記1つ又は複数のバッテリシステムが、それぞれ、複数のバッテリシステムがネットワークを介して互いに通信することを可能にするように構成された通信システムを備える前記複数のバッテリシステムを備える、請求項13に記載の電力供給建物システム。
  18. 前記1つ又は複数のバッテリシステムが、
    第2のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された第1のバッテリシステムの第1のバッテリと、
    前記第1のバッテリシステムに貯蔵された電力を提供するように構成された前記第2のバッテリシステムの第2のバッテリと、
    を含む、互いと貯蔵された電力を共有するように構成された前記第1の及び第2のバッテリシステムを備える、請求項13に記載の電力供給建物システム。
  19. 前記1つ又は複数のバッテリシステムの少なくとも1つのバッテリシステムが、
    前記少なくとも1つのバッテリシステムの電力出力構成を変更して、
    電力網からの電力の使用を停止し、
    前記少なくとも1つのバッテリシステムのバッテリでの再生可能エネルギー源エネルギー源から取得される電力の貯蔵を引き起こす、及び/又は前記少なくとも1つのバッテリシステムに関連付けられた前記負荷源に、再生可能エネルギー源から取得される電力による電力供給を受けさせるように構成される、請求項13に記載の電力供給建物システム。
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