JP7160895B2 - 熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般的に電池などエネルギー貯蔵装置に関し、より具体的には熱調節装置一体型エネルギー貯蔵装置に関する。

電池およびその他エネルギー貯蔵装置は将来的な使用を目的としたエネルギー貯蔵のためにしばしば使用される。太陽または風力エネルギーといった再生可能エネルギーの観点から、送電可能または使用可能になるまでエネルギーを貯蔵するために電池などのエネルギー貯蔵装置を使用することが一般的である。従来のエネルギー貯蔵装置の設置には、煩雑さ、加熱、位置およびサイズ制約、その他問題または上記の組み合わせを含む問題を伴うことがある。

しばしば、従来のエネルギー貯蔵装置は屋内および温度調節された環境でうまく作動することができるが、屋根搭載型ソーラーパネルのような高温（または低温）環境に設置された場合は、低い性能、短い寿命、不十分な性能および高いリスクレベルという弱点がある。さらに、エネルギー生成とエネルギー貯蔵との距離の最小化を図るために屋内に設置する場合、貴重な家屋敷を占有してしまう。特に、エネルギー貯蔵装置は構造物の大部分を占有し、他の用途に利用可能な空間を削減してしまう。

下記特許文献１はバッテリーケース及び車両に関する文献である。係る文献には、動作中のバッテリーの温度を低下させるための能動部品を有する車両システムが開示されている（段落００３３参照）。

下記特許文献２には、排気により熱源の周りに断熱ジャケットを形成する閉じられた領域（closed volume）を有し、その領域内の圧力を制御する制御ガスを吸収・放出するゲッター材料を使用する可変圧力断熱ジャケットが開示されている（例えば要約参照）。

下記特許文献３には、充電電流や放電電流による熱または周辺温度によりバッテリーが過熱すること防ぐ蓄熱ユニットを内蔵する手動工具ケースが開示されている（段落００１６参照）。

下記特許文献４には、熱損失を防ぐためにセルの周囲に断熱材を使用した電気化学セル（硫黄電池）が開示されている（要約参照）。

下記特許文献５には、モールド体１１であるエンクロージャ内のバッテリー２を含むバッテリーパックが開示されている。また特許文献５には、エンクロージャ内の、バッテリー２の周りに設けられ、バッテリーからの漏出を防ぐブロック層１２、及び、ブロック層１２とモールド体１１内面との間の温度上昇抑制層１３が開示されている（例えば、要約、図１－３、段落００１８、００２８－００３２参照）。

下記特許文献６には、臓器、ワクチン、抗体など、温度に敏感な物の輸送や保存のための、改良された断熱真空パネル、その断熱真空パネルの製造方法、その断熱真空パネルを使用したポータブル冷蔵庫や保存容器が開示されている（列１行１２－１８参照）。特許文献６はさらに、「相変化材料を含む」断熱真空パネルを開示している（列１行１９－２２参照）。特許文献６は、冷蔵ユニット内部のエバポレータが熱を吸収してその熱を相変化材料に蓄えること、温度に敏感な荷物の輸送の間、温度を５－８℃に長時間維持するため、一部の相変化材料を凍らせて真空パネルにより断熱された他の容器に配置してもよいことが開示されている（列４行４６－５７参照）。

下記特許文献７には、バッテリーのヒートシンクを液状冷却剤に浸して熱エネルギーを伝達する車両用バッテリー温度制御システムが開示されている（例えば要約参照）。液状冷却剤はチャンバと熱交換器とを循環する（段落００２２参照）。

国際公開第２０１３／０６１１３２号（Ａ２）パンフレット 米国特許第５３４７８１６号明細書 米国特許出願公開第２０１４／０３２７３９６（Ａ１）号明細書 米国特許第４３２９４０７号明細書 米国特許出願公開第２０１１／０１５９３４１（Ａ１）号明細書 米国特許第６１９２７０３号明細書 米国特許出願公開第２０１２／０００３５１５（Ａ１）号明細書

ある実施形態おいて、熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置は、複数のエネルギー貯蔵構成部品（電池など）と、一体型温度調節システムを有する。一体型温度調節システムは、熱を緩衝するよう構成されたハウジング、熱を放散するため温度変化に対して相を変化させるよう構成された相変化材料、熱を選択的に放散または氷点下温度から保護する複数の熱構造を有する。複数の熱構造は、受動冷却構造、能動冷却構造、断熱パネルまたはハウジング、反射被膜、能動加熱構造あるいはこれら組み合わせを含んでもよい。

ある実施形態において、装置は、領域を画定する一つ以上の断熱パネルおよび領域内の相変化材料（ＰＣＭ）を有してもよい。さらに装置は、領域内に伸延する近位部、領域外に伸延する遠位部、および近位端および遠位端の間の中間部を有する少なくとも一つの一方向ヒートパイプを有してもよい。ある特定の実施形態において、遠位部は近位部に対して高くてもよい。ある態様において、装置は、熱を放散するよう構成された複数の熱フィンを含む熱シンクをさらに含んでもよい。この場合、熱シンクは少なくとも一つの一方向ヒートパイプの遠位端に連結される。少なくとも一つの態様において、一方向ヒートパイプは、周囲温度が温度閾値を超えると作動し、周囲温度が温度閾値を下回ると不作動状態を維持してもよい。

別の実施形態において、装置は、電気構成部品および電気構成部品の周りに配置された相変化材料（ＰＣＭ）を有してもよい。ＰＣＭは既定の温度範囲を超えると溶けるよう構成されてもよい。さらに装置は、ＰＣＭと電気構成部品を収容する大きさの領域を画定するよう配置された複数の真空断熱パネルを有してもよい。複数の真空断熱パネルは、断熱、耐火および物理的構造を提供するよう構成されてもよい。少なくとも一つの態様において、さらに装置は、領域内に伸延する近位端、遠位端および近位端と遠位端の間の中間部を有する一方向ヒートパイプ有してもよい。

さらに別の実施形態において、装置は、領域を画定するハウジング、領域の内周周りに配置された複数の真空断熱パネル、領域内の電気構成部品および領域内および電気構成部品周りの相変化材料（ＰＣＭ）を有してもよい。さらに装置は、領域内に伸延する近位端、領域から離れるように伸延する遠位端および熱整流機能を提供する物理的特徴を有する中間部を有してもよい。

図１Aは、本発明のある実施形態による熱調節装置一体型エネルギー貯蔵装置のブロック図を示す。 図１Ｂは、本発明のある実施形態による図１Ａのエネルギー貯蔵装置に使用可能な真空断熱パネルのブロック図を示す。 図１Ｃは、本発明のある実施形態による電荷貯蔵構成部品ホルダーを有する熱調節装置一体型エネルギー貯蔵装置のブロック図を示す。

図２は、本発明のある実施形態による図１Ｃの電荷貯蔵部品ホルダーの部分的透視図を示す。

図３は、本発明のある実施形態による熱調節装置一体型エネルギー貯蔵装置を有する熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置の透視図を示す。

図４Ａは、図3の熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置のハウジングの土台部の側面透視図を示す。 図４Ｂは、電池部分組立品を支持するよう構成された支持レールを有する図４Ａの土台部の上面図を示す。

図５Ａは、本発明のある実施形態による一体型熱調節装置を有する装置の別の実施形態のブロック図を示す。 図５Ｂは、本発明のある実施形態による一体型熱調節装置を有する装置のさらに別の実施形態のブロック図を示す。

図６Ａは、本発明のある実施形態によるヒートパイプおよび熱シンクを含む一体型熱調節装置を有する装置のブロック図を示す。 図６Bは、本発明のある実施形態によるヒートパイプおよび熱シンクを含む一体型熱調節装置を有する装置の別の実施形態のブロック図を示す。

図７は、本発明のある実施形態による太陽電池パネルおよび熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置を有するシステムを示す。

図８は、本発明のある実施形態による、モジュール式エネルギー貯蔵装置制御システムの電機システムを有する図７のシステムのブロック図を示す。

図９は、本発明のある実施形態による熱調節装置一体型モジュール式エネルギー貯蔵装置の設置応用の例を示す。

以下の説明において、同じ参照数字を、同じまたは類似の要素を示すため、様々な実施形態において使用する。

以下の説明は例示的な実施形態のみであり、本発明の範囲、応用または構成を制限するものではない。むしろ、以下の説明は、様々な実施形態を実施するための便宜的な説明を提供することを意図している。本発明の範囲を逸脱しない限り、実施形態において、構成部品要素、その機能、その配置またはこれらの組み合わせに様々な変更を適用してもよい。本明細書の説明は、異なる形状、構成部品、エネルギー生成機構などに採用されるよう適用してもよく、本発明の範囲内にあると理解される。したがって、本明細書の詳細な説明は説明のみを目的とし、制限を加えるものではない。

以下の説明は、電子構成部品を周辺環境から断熱もしながら、一つ以上の電子構成部品により生成される熱を調節または放散させるよう構成することができる熱調節のための組立部品を含む電子装置の実施形態である。電子構成部品は、回路、電荷貯蔵構成部品（蓄電池など）または作動中に熱を生成できるその他電子構成部品を含む。さらに、装置は自動車、太陽装置、電子装置など様々な状況で使用してもよい。

ある実施形態において、装置は、構造を提供するとともに周辺環境から断熱を提供できる、一つ以上の真空断熱パネル（ＶＩＰ）などの断熱層を有してもよい。さらに装置は、相変化材料（ＰＣＭ）および熱放散のためにＰＣＭと協働するよう構成される一方向熱ポンプを有してもよい。一方向熱ポンプは、周辺温度が閾値温度を超えると熱を放散するよう作動するとともに、周辺温度が閾値温度を下回ると無作動状態を維持するよう構成される一つ以上のヒートパイプを有してもよい。

ある実施形態において、ＰＣＭ材料は、装置が使用される環境により選択できる相変化閾値温度を有してもよい。一方向熱ポンプは、ＰＣＭ内に伸延するまたはＰＣＭと接触する近位部、断熱層の外部に伸延する遠位部および近位部と遠位部の間に延在する中間部を有するチューブまたはヒートパイプを有してもよい。ある実施形態によると、チューブまたはヒートパイプは、ＶＩＰの外側に捻じれまたは屈曲部を有してもよい。この場合、捻じれまたは屈曲部は、熱整流として作動するため、チューブまたはヒートパイプを流量や熱放散に対して一方向にする。捻じれまたは屈曲はヒートパイプの中間部の一部であってもよい。例として、チューブまたはヒートパイプの遠位端は熱放散のために一つ以上の熱フィンに連結されてもよい。ある実施形態において、電子構成部品（電池、回路、別の構成部品またはこれらの組み合わせなど）は、ＰＣＭ内に位置してもよい。その他の実施形態も可能である。

ヒートパイプを有する装置、一体型熱シンクを有する装置など、装置のいくつかの異なる構造的構成が可能であると理解されるべきである。以下の説明において、熱管理構成部品は、充電中または使用中に熱を生成できる一つまたは複数の電池などの電荷貯蔵要素から熱を放散するよう構成されてもよい。さらに、装置は、ＰＣＭと電子構成部品の断熱および構造的支持の両方を提供するよう構成された一つ以上の断熱パネルを有すると理解される。氷点下温度環境では、ＰＣＭと電子構成部品の温度を電子構成部品の作動温度範囲内に維持するよう一つ以上の断熱パネルが協働してもよい。例えば図１に関して以下に説明するある実施形態において、断熱パネルは電子構成部品に関連するパッケージングの外側にあり、およびＰＣＭ材料を固定するよう構成されたハウジングの外側にあってもよい。

図１は、本発明のある実施形態による熱調節装置一体型エネルギー貯蔵装置１００のブロック図を示す。エネルギー貯蔵装置１００は一つ以上の電荷貯蔵要素（電池など）を含むエネルギー貯蔵構成部品１０２を有してもよい。図示される例において、電荷貯蔵構成部品１０２の構造的および電気的分離の両方を提供できるエネルギー貯蔵構成部品１０２は略長方形パッケージ１０４を含んでもよい。

さらにエネルギー貯蔵装置１００は、エネルギー貯蔵構成部品１０２のパッケージ１０４に接触する相変化材料（ＰＣＭ）１０６を含んでもよい。さらに、ＰＣＭ１０６はハウジング１０８に固定されてもよい。ハウジング１０８を周辺環境から断熱するために複数の真空パネル１１０はハウジング１０８の周囲に配置してもよい。図示した実施例において、真空パネル１１０は、第１パネル１１０A、第２パネル１１０B、第３パネル１１０Cおよび第４パネル１１０Dを有してもよい。第５および第６パネルは図示しないが、長方形角柱形状の全６面を包囲するよう配置されると理解されるものとする。その他の形状やその他の実施形態も可能である。

ハウジング１０８は、相変化材料（ＰＣＭ）１０６および一つ以上のエネルギー貯蔵構成部品１０２を有する領域を画定するものと理解される。一つ以上の貯蔵構成部品１０２は、電池、蓄圧器、容量性素子、その他エネルギー貯蔵装置またはこれらの組み合わせを含んでもよい。各エネルギー貯蔵構成部品１０２は、エネルギー貯蔵機構（化学物質、電荷貯蔵プレートなど）およびパッケージング（金属皮膜あるいはその他材料）を含んでもよい。例えば、標準リチウムイオン電池は、電池パッケージング内に含まれるリチウムイオン化学物質電荷貯蔵材料（エネルギー貯蔵機構）を含んでもよい。電池パッケージングは物質的構造（侵入防止）、熱伝導、電気分離および電気相互接続端子を提供する。別の実施形態において、エネルギー貯蔵構成部品１０２に加えまたは代えて電子構成部品はＰＣＭ１０６に含まれてもよい。その他の実施形態も可能である。

図示する実施形態において、ハウジング１０８は、装置の構造を提供するよう構成された断熱または中温材料から形成されてもよい。ハウジング１０８はＰＣＭ１０６を固定し、ＰＣＭ１０６から熱を放散するよう構成されてもよい。さらに、エネルギー貯蔵装置１００はエネルギー貯蔵構成部品１０２とＰＣＭ１０６の間のドライ接点を可能にする。そして、ハウジング１０８（あるいは別の構造）がエネルギー貯蔵構成部品１０２を固定し一貫した空間および位置を維持する。ある実施形態において、ハウジング１０８に加え、装置１００は、少なくとも一次元において一貫した空間を維持するようお互いに固定できる圧迫プレート（図示しない）をハウジング１０８内に有してもよい。これにより、一つ以上のエネルギー貯蔵構成部品１０２からの熱によりＰＣＭ１０６が溶け流れた場合にＰＣＭ１０６を制御された方向に流すことができる。

図示する実施形態において、断熱パネル１１０はハウジング１０８の外側にある。断熱パネル１１０は、多孔質セラミック構造あるいは熱伝導を阻止可能なその他材料からなる心材を囲む薄膜被覆を含む真空断熱パネルでもよい。ある実施形態において、ハウジング１０８は真空断熱パネル１００から形成してもよい。

図１Ｂは、本発明のある実施形態による図１Ａのエネルギー貯蔵装置に使用できる真空断熱パネル（ＶＩＰ）のブロック図である。図示した実施例において、ＶＩＰ110は、金属膜など薄膜材料１１４で包囲された心材１１２を有してもよい。心材１１２は多孔質セラミック構造あるいはその他材料から形成されてもよい。好ましくは、薄膜材料１１４は心材１１２の周りを包囲し、ＶＩＰ１１０を製作する際の真空処理中に側面と端部を密封してもよい。

図１Ｃは、本発明のある実施形態による、電荷貯蔵構成部品ホルダー１２２を有する熱調節装置一体型エネルギー貯蔵装置１２０のブロック図である。この実施例において、電荷貯蔵構成部品ホルダー１２２は複数の電荷貯蔵構成部品１０２の空間を確保および維持するよう構成されてもよい。ある実施例では、電荷貯蔵構成部品ホルダー１２２（少なくともＰＣＭ１０６が融点に達したとき）は、ＰＣＭ１０６がホルダー１２２内に流入または通過することを可能にし、電荷貯蔵構成部品１０２との接触を確立する。ある実施形態において、ＶＩＰ１１０は、ハウジング１０８の外表面に連結されてもよい。別の実施形態において、ハウジング１０８は一つ以上のＶＩＰ１１０から形成される。その他の実施形態も可能である、

図２は、本発明のある実施形態による、図１Ｃの電荷貯蔵構成部品ホルダー１２２の部分的透視図である。図示した実施例において、電荷貯蔵構成部品ホルダー１２２は略長方形形状を有し、エネルギー貯蔵構成部品１０２を収容するよう構成された複数の開口部を含む。電荷貯蔵構成部品ホルダー１２２は、複数の孔を有してもよく、ＰＣＭ１０６および複数のエネルギー貯蔵構成部品１０２を固定するよう構成されるとともにＰＣＭ１０６がエネルギー貯蔵構成部品１０２に接触できるよう構成された織布から形成されてもよい。ある実施形態において、電荷貯蔵構成部品ホルダー１２２は、一貫した空間を維持するようエネルギー貯蔵構成部品１０２を収容する大きさに形成された開口部２０２を有してもよい。

実施形態によって、電荷貯蔵構成部品ホルダー１２２は含めても省略してもよいものと理解される。さらに、エネルギー貯蔵構成部品１０２のパッケージングの形状により、およびハウジング１０８またはＶＩＰ１１０により提供される領域の形状および大きさにより、ホルダー１２２のその他形状または構成を使用してもよい。

図１Ａ－２の実施形態はエネルギー貯蔵構成部品１０２（電池など）を有する装置に関するが、その他の実施形態も可能である。実施例において、装置はエネルギー貯蔵構成部品１０２に加えまたはその代わりに回路を有してもよい。さらに、図１Ａ－２に関する上述の実施形態は、単体で、あるいは複数のエネルギー貯蔵装置と共に使用してもよい。図１Ａ－２の一つ以上のエネルギー貯蔵装置を有する熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置の一つの可能な実施形態を、図３を参照し後述する。

図３は、本発明のある実施形態による、熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置３００の透視図を示す。熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置３００は、カバー部３０４に連結する土台部３０２を有してもよい。土台部３０２およびカバー部３０４は、図１Ａ－２に関して上述したエネルギー貯蔵装置などの複数のエネルギー貯蔵装置を収容するための領域サイズを画定するよう協働してもよい。熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置３００は、熱シンク３０６の複数の熱フィンを更に含んでもよく、熱フィンは、ヒートパイプまたはチューブなど一つ以上の伝熱要素により複数のエネルギー貯蔵装置のそれぞれに連結されてもよい。

ある特定の実施形態において、一つ以上の伝熱要素のそれぞれは、ＰＣＭ１０６から熱シンク３０６の複数の熱フィンの少なくとも一つに熱を逃がすよう構成される、蒸留水やアセトンなどの液体を充填した部分的真空管またはヒートパイプを含んでもよい。熱シンク３０６を通る周辺気流または能動的気流は、ヒートパイプから熱を逃し、熱を放散する。作動中、エネルギー貯蔵構成部品１０２が加熱すると、ＰＣＭ１０６は溶けて流れ出し、エネルギー貯蔵構成部品１０２から熱を一つ以上の伝熱要素および熱シンク３０６に伝達する。熱シンク３０６の複数の熱フィンのそれぞれは、熱放散を促進するようフィンおよび隣接するフィンの間の空気の流れを可能にするよう構成されてもよい。

熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置３００は、図１Ａまたは図１Ｃに示す複数のエネルギー貯蔵装置１００または１２０を有してもよい。熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置３００は、装置３００の温度が所定の温度範囲内に維持されるよう制御するよう構成されてもよい。特に、エネルギー貯蔵構成部品１０２の温度が上昇するにつれ、ＰＣＭ１０６は溶け流れ、エネルギー貯蔵構成部品１０２から熱を逃がす。さらに、一つ以上のヒートパイプは、ＰＣＭ１０６から熱を逃がし、熱シンク３０６に熱を伝達しさらに熱を放散させるよう構成してもよい。ある実施形態において、ヒートパイプまたはチューブは、装置が水平に配置されても、重力アシスト一方向熱流量を提供するよう捻じったり屈曲させてもよい。あるいは、ヒートパイプまたはチューブは、流体の流れを第１方向（ＰＣＭ１０６へ向かう）へ規制するとともに流体を第２方向（ＰＣＭ１０６から離れる）へ流れるように構成されたベンチュリ管、バルブ、またはその他構造を含んでもよい。

熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置３００は、エネルギー貯蔵構成部品１０２および関連する熱管理構成部品を固定するよう構成されるハウジング３０２および３０４を有してもよい。特定の実装において、ハウジングの土台部３０２は、約3mmの厚さを有してもよい。カバー部３０４は約2mmの厚さを有してもよい。

ある実施形態において、複数のエネルギー貯蔵構成部品１０２およびＰＣＭ１０６は、厚さ約６mmの上面板と厚さ約2mmの下面板の間に固定されてもよい。上面板および下面板は、クランプ力を付加するバネ付ネジにより相互に固定されてもよい。ある実施形態において、ＰＣＭ１０６は土台部３０２、カバー部３０４、および上面板および下面板およびエネルギー貯蔵構成部品１０２の間の空間を埋める。

ある実施形態において、複数の流体充填チューブは、上面板に連結または一体化されてもよく、熱整流部を介して熱シンク３０６に連結されてもよい。これは、装置が水平に配置された状態でも重力アシスト一方向熱流量を提供するよう、複数の流体充填チューブそれぞれの第１水平部および第２水平部の間に伸延する屈曲または捻じれ部として実施される。

さらに、熱を維持するよう構成される一つ以上の真空断熱パネルはハウジング内に含まれてもよい。周辺温度が所定閾値を超える場合、ヒートパイプはＰＣＭ１０６から熱を逃がすよう作動し、熱シンク３０６を介して熱を放散させてもよい。周辺温度が所定閾値を下回る場合、ヒートパイプは熱を装置内に維持するよう無作動になってもよい。特定の実施例において、温度閾値は流体の構成およびヒートパイプ内の流体圧に基づき構成されてもよい。特定の実施例において、周辺温度が閾値温度を超える場合、ヒートパイプを通って蒸気が上昇してもよい。周辺温度が閾値温度と同じまたは下回る場合、蒸気は上昇しない。その他実施形態も可能である。

図４Ａは、本発明のある実施形態による図３の熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置３００のハウジングの土台部３０２の側面透視図である。土台部３０２は、第１側面４０２、第２側面４０４、第３側面４０６、第４側面４０８および下面４１０を有する。第３側面４０６は、隣接側面４０４および４０８よりわずかに短いため、ヒートパイプまたはチューブが熱シンク３０６に伸延するよう空間を与える。土台部３０２はカバー３０４と協働し、図１Ａの装置１００または図１Ｃの装置１２０など複数の装置を固定する大きさに領域を画定してもよい。

図４Ｂは、電池部分組立品を支持するよう構成された支持レール４２２を有する図４Ａの土台部３０２の上面図４２０を示す。支持レール４２２は、土台部３０２の内部表面と図１Ａの装置１００または図１Ｃの装置１２０との間に空間を提供する。

図５Ａは、本発明のある実施形態による一体型熱調節装置を有する装置５００の別の実施形態のブロック図を示す。図示した実施例において、装置５００はＰＣＭ１０６およびＰＣＭ１０６内の電子構成部品５０６を収容する大きさの領域を画定するハウジング５０２を含んでもよい。この実施例において、装置５００は、ハウジング５０２の一つを除く全側面周りに複数の断熱パネル５１０をさらに含んでもよい。断熱パネル５１０は図１Ａおよび図１ＢのＶＩＰ110の実施形態であってもよい。ハウジング５０２の一つの側面は、熱放散のための複数の熱フィンを含む熱シンク５０４を有してもよい。

図５Ｂは、本発明のある実施形態による一体型熱調節装置を有する装置５２０のさらに別の実施形態のブロック図を示す。図示した実施例において、装置５２０は、図１Ａおよび図１ＢのＶＩＰ１１０などの断熱材から形成されるハウジング５２１を有する。ハウジング５２１は、ＰＣＭ106および電子構成部品５０６（電気回路、電荷貯蔵構成部品またはその組み合わせなど）を収容し固定する領域を画定してもよい。装置５２０は、ＶＩＰ１１０を通って領域内に伸延しＰＣＭ１０６と接触する近位部５２４を有してもよい。ヒートパイプ５２２は遠位部（図６Ａおよび６Bに示す）および中間部５２６をさらに含んでもよい。

図示した実施例において、装置５２０は、領域を画定するのに協働できるＶＩＰ１１０から形成されるハウジング５２１を含んでもよい。ヒートパイプ５２２の近位部５２４は、ハウジング５２１の側壁を通ってＰＣＭ１０６内に伸延してもよい。ヒートパイプ５２２の中間部５２６は、ヒートパイプ５２２を一方向にするよう作用する上向き屈曲５２８を含んでもよい。

ある実施形態において、上向き屈曲５２８はヒートパイプ５２２の遠位端を近位端５２４より高い高さに上昇させるのに十分である。ある一つの特定の実施形態において、上向き屈曲５２８は約９０度の角度を有してもよい。別の特定の実施形態において、上向き屈曲５２８は１５～５０度の弧角を有してもよい。その他の実施形態も可能である。

図６Ａは、本発明のある実施形態によるヒートパイプ５２２および熱シンク３０６を含む一体型熱調節装置を有する装置６００のブロック図を示す。装置６００は、ＶＩＰ１１０A、１１０B、１１０Cおよび１１０Dなどの複数の断熱パネルを固定する大きさの領域を画定するハウジング１０８を有してもよい。さらに、領域は上板６１２、下板６１４および留具６１６を収容する大きさである。ある実施形態において、留具６１６は、上板６１２を下板６１４に固定するよう構成された複数のバネ付きネジの一つであってもよい。これにより、上板６１２と下板６１４との間のＰＣＭ１０６が圧縮される。電子構成部品５０６はＰＣＭ１０６内に位置してもよい。

ヒートパイプ５２２は、ＰＣＭ１０６内または上板６１２内に画定される溝内に伸延する近位部５２４を有してもよい。ヒートパイプ５２２は、熱シンク３０６に連結する遠位部６０２をさらに有してもよく、近位部５２４と遠位部６０２の間に延在する中間部５２６を有してもよい。中間部５２６は、遠位部６０２の高さが近位部５２４に対して高くなるよう調節するよう構成された上向き屈曲６０８および下向き屈曲６１０を有してもよい。

図示した実施例において、ＶＩＰ６０４などの断熱パネルは遠位部６０２に位置してもよく、カバー部６０６はＶＩＰ６０４に連結してもよい。その他の実施形態において、ＶＩＰ６０４は遠位部６０２から省略してもよく、あるいは、カバー部６０６はＶＩＰ断熱材を含んでもよい。その他の実施形態も可能である。

図６Bは、本発明のある実施形態によるヒートパイプおよび熱シンクを含む一体型熱調節装置を有する装置６２０の別の実施形態のブロック図を示す。装置６２０は、断熱材から形成されるハウジング６２１を有してもよい。特定の実施例において、ハウジング６２１は一つ以上のＶＩＰ１１０から形成されてもよい。ハウジング６２１は上板６１２、下板６１４、留具６１６、ＰＣＭ１０６、電子構成部品５０６およびヒートパイプ５２２の少なくとも一部を収容する大きさの領域を画定してもよい。ヒートパイプ５２２は、ＶＩＰハウジング１１０を通ってＰＣＭ１０６内に、または上面板６１２の溝内を伸延する近位端５２４を含んでもよい。ヒートパイプ５２２は、熱シンク３０６に連結された遠位部６０２および近位部５２４と遠位部６０２の間に延在する中間部５２６をさらに含んでもよい。中間部５２６は、遠位部６０２を近位部５２４に対して上昇させるよう協働する屈曲６０８および６１０を含んでもよい。

電子装置の熱調節は、太陽電池パネル、内燃機関エンジンまたは電気自動車、高性能処理回路など様々な状況に対して提供できると理解されるべきである。さらに、熱調節は装置を選択された動作温度範囲内に維持することができるため、装置を過熱や極低温から保護できる。図３－６Bの装置を利用する一つの可能な実施例は、図７について後述する太陽電池パネル設置の後ろに利用できる。

図７は、本発明のある実施形態による太陽電池パネルおよび熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置を有するシステム７００を示す。システム７００は、太陽電池パネル７０２に電気的に連結されるモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４とともに動作するよう構成される太陽電池パネル７０２を含んでもよい。モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、図３－６Bのモジュール式エネルギー貯蔵装置の実施形態であってもよく、図１Ａまたは図１Ｃの電荷貯蔵装置１００または１２０を含んでもよい。

ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、既存の太陽光発電（ＰＶ）太陽電池パネルフレームまたはレールに搭載してもよい。モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、太陽電池パネル７０２に使用されるのと同じ搭載レールに搭載してもよい。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、エアギャップが太陽電池パネル７０２とモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４との間に存在するよう太陽電池パネル７０２に隣接して搭載してもよい。

ある特定の実施において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の寸法は１１インチ×１９インチ×３インチであってもよい。ある実施形態において、エアギャップは太陽電池パネル７０２の対流冷却を促進し、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の太陽電池パネル７０２からの熱的分離を提供する。

ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の搭載は調節可能である。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は「横長」または「縦長」方向に搭載してもよい。さらに、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、太陽電池パネル７０２よりある距離下に別途搭載してもよい。

モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、直列回路構成および／または並列回路構成用に構成してもよいと理解されるべきである。モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、相互に電気的に連結され、送電網に任意的に連結され、より大型で拡張性のあるエネルギー貯蔵システムを形成してもよい。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、屋内に設置され、熱調節のために様々な機構を有してもよい。

図示した実施例において、エネルギー貯蔵装置７０４は、ハウジングの外側表面に熱反射被覆７０６を有する。ある実施形態において、熱反射被覆７０６は、被膜表面から太陽放射の９０％以上を放射または反射することで伝熱を低減できる。ある実施形態において、熱反射被覆７０６は、例えば光を両面受光型太陽電池パネルに向かって放射または反射させることにより、太陽電池パネル７０２からのエネルギー生成を増幅するよう構成してもよい。

熱反射被覆７０６に加え、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、熱界面７０９により分離されたエネルギー貯蔵構成部品１０２およびＰＣＭ１０６を含んでもよい。ある実施形態において、エネルギー貯蔵装置７０４は、電気ヒーター７０８、冷却回路７１１、熱シンク３０６、任意的に一つ以上の空気移動器７１０および７１２（ファン、ベアリングなし空気移動器、またはその他種類の空気移動器など）を有してもよい。さらに、エネルギー貯蔵装置７０４は複数のＶＩＰ１１０を含んでもよい。

ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の熱調節機構は、ベアリングなし空気移動器７１０よび７１２を含んでもよい。ある実施形態において、ベアリングなし空気移動器７１０よび７１２は、一つ以上の合成ジェット発生器、一つ以上の静電流体加速器、または別の種類の空気移動器を含んでもよい。ある実施形態において、ベアリングなし空気移動器は２－４メーター／秒に達する空気流量を発生できる。ある特定の実施形態において、空気の強制移動はモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４周りの空気温度を低下できる。さらに、太陽電池パネル７０２およびモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の効率および寿命は、それぞれの平均的動作温度を低下させることにより向上できる。

ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の熱調節機構は、ＶＩＰ１１０を含んでもよい。少なくとも部分的に熱交換率は熱伝導率によるので、熱伝導率の低下は大気とエネルギー貯蔵装置７０４との間の熱交換率を低下しうる。ある実施形態において、ＶＩＰ１１０は約１５のR値を有してもよい。さらにある実施形態において、ＶＩＰ１１０は、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４に対して難燃性障壁を提供できる。ＶＩＰ１１０は、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４のエネルギー貯蔵構成部品１０２を実質的に包囲してもよく、ある実施形態において、一つ以上の熱調節機構も包囲してもよい。ある実施形態において、ＶＩＰ１１０は気密室内に封入されてもよく、これにより、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の予測寿命を向上できる。ある実施形態において、ＶＩＰ１１０は、例えば真空シールが劣化し始めた場合など経時的な断熱性能の低下を収容できるよう構成されてもよい。

ある実施形態において、熱調節機構は、ＰＣＭ１０６を使用した受動熱緩衝を含んでもよい。ＰＣＭ１０６は、熱という形で大量のエネルギーを貯蔵および放出することのできる、高い融解熱の物質でもよい。ＰＣＭ１０６は、固液相変化の温度、単位体積あたりのエネルギー密度、または別の好適な特徴に基づき選択してもよい。ある実施形態において、ＰＣＭ１０６は、実質的に有機材料やパラフィン、その他材料またはこれら組み合わせから構成されてもよい。ある実施形態において、ＰＣＭ１０６は、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の性能基準に基づき選択してもよい。例えば、ＰＣＭ１０６は、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の最低動作温度より高い下限値およびモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の最大動作温度より低い上限値を有する温度範囲から選択してもよい。

ある実施形態において、ＰＣＭ１０６は華氏３２－７８度の温度範囲を維持することができる。図示した実施例において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４内のエネルギー貯蔵構成部品１０２を包囲する。ＰＣＭ１０６の寸法およびパラメータは、少なくとも部分的に、エネルギー貯蔵構成部品１０２の動作パラメータまたは周辺温度プロファイルに基づいて選択できる。ある実施形態において、ＰＣＭ１０６は、有機ポリマー内にカプセル化されてもよいし、グラファイトポリマー内にマイクロカプセル化されてもよい。ある実施形態において、グラファイトポリマーはＰＣＭ１０６の体積を通して高導電性のある漏れのない作動を確実にする。ある実施形態において、カプセル化有機ポリマーは伝熱を促進できる。

ある実施形態において、ＰＣＭ１０６は、熱を吸収し溶解するため、熱エネルギーを液相に貯蔵する。ＰＣＭ１０６は、周辺温度が既定の閾値を下回ると貯蔵エネルギーを放散できる。ある実施形態において、ＰＣＭ106からエネルギーを放散することにより、エネルギー貯蔵装置７０４内の温度を中和する。ある実施形態において、ＰＣＭ１０６は、日中はエネルギーを貯蔵し、後続の夜にエネルギーを遮断する。

ある実施形態において、受動－能動型熱調節システムは、受動要素（ＰＣＭ１０６やヒートパイプなど）を含んでもよく、空気移動器７１０および７１２などの能動要素を含んでもよい。受動－能動型熱調節システムは、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の全体エネルギー消費量を低減してもよく、これにより寿命と効率が向上される。

ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、リチウムイオン電池などの一つ以上のエネルギー貯蔵構成部品１０２を含んでもよい。エネルギー貯蔵構成部品１０２は、約７５０ワットアワー（Wh）のエネルギー貯蔵容量を有してもよい。

ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置の回路５０２は、使用電池の種類に依存しない制御回路を有してもよい。回路５０２は、一つ以上の充電率、放電率、充電状態、健康パラメータ、残存寿命および温度調節システムのうちの一つ以上を監視および制御するよう構成されたスマート電池管理システムを含んでもよい。ある実施形態において、スマート電池管理システムは、電荷貯蔵装置を選択した温度範囲に維持することができる。

ある特定の実施形態において、エネルギー貯蔵構成部品１０２は、熱事象時に特定の電池を隔離するのに役立つ膨張材で被膜されてもよい。ある実施形態において、膨張材は熱事象を空間的に限定する。ある実施形態において、熱事象を空間的に限定することにより、熱事象の複合化を低減し、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の安全性を向上させる。

エネルギー貯蔵装置７０４は、ＰＣＭ１０６および電荷貯蔵装置１０２のうち一つ以上から冷却回路７１１に熱を伝導するよう構成された一つ以上の熱流界面を有してもよい。ある実施形態において、熱界面は、有機ポリマー、グラファイト、グラフェン、その他被膜あるいはこれらの組み合わせの被膜を使用する。ある実施形態において、熱界面７０９は、一つ以上の被膜を含む高伝導金属板を有してもよい。ある実施形態において、熱界面７０９は１４０－５００W／ｍKの熱伝導率を有してもよい。ある実施形態において、熱界面７０９は、複数のヒートパイプの近位端を介し冷却回路に熱的結合される溝５０４を含む高伝導金属板であってもよい上面板４０２として実装してもよい。熱界面７０９は熱を分配し、またエネルギー貯蔵構成部品１０２およびＰＣＭ１０６から熱を伝達する。

ある実施形態において、熱調節機構は、一つ以上のヒートパイプを有する冷却回路７１１を含んでもよい。ある実施形態において、熱回路７１１は、芯なし熱サイフォンを含んでもよい。冷却回路７１１は、約摂氏１５度より高い作動温度を有してもよい。ヒートパイプは、メタノール、蒸留水、又は他の流体を作動液として利用してよい。ヒートパイプは熱界面７０９、上面カバー４０２内の溝５０４、ＰＣＭ１０６またはこれらの組み合わせに連結されてもよい。

ある実施形態において、ヒートパイプは、略一方向の熱流を確実にするよう構成してもよい。実施例において、ヒートパイプは、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４（または図３－１０の３００）の内部から外部へ熱を流すことを可能にする。ある実施形態において、ヒートパイプの遠位端を近位端（近位端はＰＣＭ１０６の内部または接触している）より高くしてモジュール式エネルギー貯蔵装置を斜めに配置することにより、重力アシストヒートパイプはモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４（または図３－１０の３００）の外部からの逆流を低減する。ある実施形態において、低減された逆流により、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４（または図３－６Bのエネルギー装置）の効率が向上する。さらに、ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は作動用機械的部品または励起液体を含まなくてもよい。

作動において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の周辺大気の温度がモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の内部の温度より低い場合、熱はモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４から遮断されてもよい。熱は、冷却回路７１１（または図３－６Bの装置のカバー部３０４、中間部５２６および熱シンク３０６）を介して遮断されてもよい。ある実施形態において、ヒートパイプ配列のコンデンサー側は、熱シンク３０６に取り付けられることにより、自然対流に基づく熱除去を可能にする。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、複数の冷却回路７１１を含んでもよい。モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、複数の熱シンク３０６を含んでもよい。さらに、冷却回路７１１の数量、配置、形状、角度あるいは導電率のうち一つ以上は、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４のために選択された最終形状および冷却率のうち一つ以上に少なくとも部分的に基づいてもよい。

ある実施形態において、熱調節機構は、熱シンク３０６上の周辺気流を増加できる圧電型ファンまたは合成ジェット空気移動器として実装される空気移動器７１０および７１２を含んでもよい。ある実施形態において、圧電型ファンと合成ジェット送風機の組み合わせは、気流を強化するために使用してもよい。周辺大気の流量を増加することにより、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４および太陽電池パネル７０２の効率向上のために貯蔵装置７０４の近くに搭載されるモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４および太陽電池パネル７０２の遮断率を増加させることができる。したがって、圧電型ファンまたは合成ジェット空気移動器の選択は、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の設計および性能仕様に基づいてもよい。ある実施形態において、電磁駆動絞り型合成ジェットまたは圧電型ファンは、屋外耐久性を向上させ、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の効率を向上できる。

さらに、磁駆動絞り型合成ジェットまたは圧電型ファンは、熱シンクのフィン３０６の自浄効果を可能にする。さらに、圧電型ファンおよび合成ジェット送風機の使用により、熱シンク３０６の熱遮断フィンのサイズ低減が可能になる。ある実施形態において、一つ以上の熱調節機構の設計は、コアンダ効果、大気または流体引き込み、あるいはその他環境的または物理的流量パラメータの恩恵を受けてもよい。

上述の説明では装置から熱を放散させるようヒートパイプ、ＰＣＭ１０６および熱シンク３０６を使用した受動熱遮断に主に焦点をあてたが、熱遮断を促進するために一つ以上の能動構成部品を利用することも可能である。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、ヒートパイプ配列から熱シンクに熱を伝達できる熱電気熱ポンプを含んでもよい。ある実施形態において、熱シンクはヒートパイプ配列に取り付けられた熱シンクとは異なってもよく、複数のヒートパイプおよび熱シンクを使用してもよい。再び述べるが、ヒートパイプおよび熱シンクの数量、位置、設計、あるいは最終形状のうち一つ以上は、モジュール式エネルギー貯蔵装置が要求する冷却率に基づく。

ある特定の実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、例えば様々な電圧やワット数の２４、３６、６０、７２または９６電池モジュールなど市販の太陽電池パネル電池モジュールとともに作動するよう設計されてもよい。モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、例えばマルチコンタクト４mm径（ＭＣ４）コネクタまたはその他コネクタまたは端子など既存の正端子および負端子を使用して太陽電池パネル７０２およびその他モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４に接続されてもよい。モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の出力は、一つ以上のマイクロインバーターに電気的に接続されるよう、直流結合（ＤＣ）を介して他のモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４に直列または並列構成にて数珠繋ぎで電気的に連結されるよう、または交流（ＡＣ）結合を介して他のモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４に数珠繋ぎで電気的に連結されるよう、構成されてもよい。交流結合は同期マイクロインバーターを使用して実施してもよい。

モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、モジュール式かつ拡張可能であってもよいと理解されるべきである。追加のモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、エネルギー貯蔵容量を拡大するために既存システム７００に追加してもよい。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は住宅用設置、商業用設置、公益事業用設置、またはこれら組み合わせのために構成される。

図示した実施例において、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、自己完結型であってもよい内部または電気ヒーター７０８を含んでもよい。制御回路または電池管理システムは、電気ヒーター７０８を制御するよう構成してもよい。電気ヒーター７０８は、エネルギー貯蔵構成部品１０２の動作温度を理想的な範囲に維持するためエネルギー貯蔵構成部品１０２を予備加熱するよう構成してもよい。ある実施形態において、エネルギー貯蔵構成部品１０２の能動および受動熱調節の組み合わせにより、華氏１５０度までの周辺条件下で通常作動および温度を最大８時間華氏８０度程度に維持できる。

モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、エネルギー貯蔵構成部品１０２および複数の熱調節機構を有してもよい。エネルギー貯蔵構成部品１０２は、放出および充電率、充電状態、正常状態または残存寿命を監視および制御するスマート電池管理システムを含んでもよい。さらにスマート電池管理システムは、電池を好適な温度範囲に維持するため温度調節システムを監視および制御してもよい。エネルギー貯蔵構成部品１０２は、例えば熱暴走などの熱事象時に特定の電池を隔離するよう構成された膨張材で被膜されてもよい。膨張材は、熱事象を隣接する電池に広がるのを防止または制限し熱事象を空間的に制限するため、エネルギー貯蔵構成部品１０２および全体的なモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の安全性を向上する。

反射被膜７０６は、熱放射を介してエネルギー貯蔵構成部品１０２に侵入する熱量を低減させるようモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の外部に塗布してもよい。ベアリングなし空気移動器７１０は、例えば太陽電池（ＰＶ）モジュール７０２およびモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の間で、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の外部近くの熱風を移動させることによりモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の周辺空気の温度を低下できる。ＶＩＰ110は、エネルギー貯蔵構成部品１０２およびＰＣＭ１０６の周りに難燃性障壁を形成してもよい。ＶＩＰ１１０は、狭い空間制約において高R断熱値を実現できる。

ＰＣＭ１０６は、追加の能動温度制御なしに、受動温度緩衝を使用し、エネルギー貯蔵構成部品１０２の温度を適切な範囲に維持する。ＰＣＭ１０６は、ＰＣＭ１０６の大部分が完全に溶解するまで温度範囲を一定に保ちながら、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の外部から、ならびにエネルギー貯蔵構成部品１０２および関連するパワーエレクトロニクスから流れる熱を吸収できる。

熱界面７０９は、ＰＣＭ１０６およびエネルギー貯蔵構成部品１０２の両方から冷却回路７１１に熱を伝達するよう構成されてもよい。熱界面７０９は、冷却回路７１１に溝が熱伝導的に接続された高伝導金属板上にグラファイトまたはグラフェンの被膜を使用してもよい。冷却回路７１１は、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４から周辺空気への略一方向熱流を確実にするため、熱界面７０９に接続された芯なし熱サイフォンヒートパイプまたはその複数を含んでもよい。冷却回路７１１の重力アシストヒートパイプは、周辺空気からモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４への熱逆流を大幅に低減できる。冷却回路７１１は、周辺空気からヒートパイプ外部を介してモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の内部へ熱が伝達することを低減できる断熱的部分を有するよう構成できる。

自然対流熱遮断溝７１４は、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の内部から引き出された熱を熱シンク３０６により周辺空気に伝達する。自然対流熱遮断溝７１４の片側は冷却回路７１１に連結されてもよい。能動冷却熱遮断溝７１６は、冷却回路７１１を熱界面によって熱ポンプ装置７１８に連結できる。熱界面は、冷却回路７１１のコンデンサー部の温度が冷却回路７１１が熱を送り出すのに十分低いことを確実にする。

圧電ファン７１２は、熱シンク３０６上で空気を移動させ、熱遮断率を向上させる。熱電熱ポンプ７１８は、周辺空気温度がシステム冷却要件に対し十分低い時、冷却回路７１１から熱シンク３０６へ熱を伝達するよう構成される。モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、太陽電池モジュール７０２に電気的に連結される。モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４は、ＰＶパネル７０２とモジュール式エネルギー貯蔵装置７０４の間に空隙が維持されるよう、太陽電池モジュールまたはパネル７０２が搭載された調節型レールマウント上に搭載されてもよい。

電気ヒーター７０８は、モジュール式エネルギー貯蔵装置７０４、特にエネルギー貯蔵構成部品１０２の制御加熱のために構成されてもよい。エネルギー貯蔵構成部品１０２を予備加熱するために電気ヒーター７０８を採用することで、エネルギー貯蔵構成部品１０２は理想の作動温度範囲内に維持される。

ある実施形態において、温度調節システムは、例えばベアリングなし空気移動器７１０および圧電ファン７１２などの様々な熱調節機構の動作を制御するよう構成してもよい。温度調節システム、電池管理システム、および電池充電システムは、ＰＶパネル７０２のＤＣ出力、エネルギー貯蔵構成部品１０２のＤＣ出力、グリッド接続からのＡＣ入力、または例えば発電機など外部電源からのＡＣ出力など複数の電源から電力を引き出すよう構成してもよい。

図８は、別の実施形態によるモジュール式エネルギー貯蔵装置８００のブロック図を示す。ＤＣ電力は太陽電池パネル８０２により生成され、ＰＶパネル８０２から、ＤＣ-ＡＣインバーター８１０または整流器およびＤＣ電池充電器８０６のどちらかへ電力を直接伝送するよう構成された最大電力点追従（ＭＰＰＴ）ＤＣ－ＤＣコンバーター８０４へ伝送される。さらに、ＤＣ-ＡＣインバーター８１０は、整流器およびＤＣ電池充電器８０６に対し電力を入出力するよう構成してもよい。整流器およびＤＣ電池充電器８０６は、制御システム８１２の電池管理モジュールにより制御される電荷貯蔵装置８０８に電力を伝送するよう構成してもよい。電池管理モジュールは、電荷貯蔵装置８０８の放出率および充電率、充電状態、正常状態、残存寿命を制御できる。ＡＣグリッドタイ電池充電器８１４は、電荷貯蔵装置８０８と電力線８３０およびグリッド伝送スイッチ８２８を含むＡＣ電力分配システム８１６との間で電力を伝送するよう構成されてもよい。

監視制御ユニットまたは制御システム８１２は、ＤＣ-ＡＣインバーター８１０、ＡＣグリッドタイ電池充電器８１４、ＡＣ電力分配システム８１６の分岐を監視してもよい。装置８００は、様々な電子構成部品の温度を調節するよう温度管理構成部品またはハードウェア８１８および能動温度管理器８２０を含んでもよい。ＭＰＰＴ ＤＣ－ＤＣコンバーター８０４、ＤＣ-ＡＣインバーター８１０、電池管理器（管理システム８１２の一部であってもよい）、制御システム８１２、ＡＣグリッドタイ電池充電器８１４、および受動－能動型熱管理構成部品８１８および能動温度管理器８２０は、データを内部で送受信し、ネットワーク８２４（インターネットなど）経由でデータを送信先装置へＰＬＣ/Ｗｉ－Ｆｉゲートウェイ８２２を介して任意に送受信するよう構成されてもよい。

図９は、モジュール式エネルギー貯蔵装置９０８が屋根９０４と屋上ＰＶパネル９０２との間に設置される別の実施形態によるモジュール式エネルギー貯蔵装置９０８を示す。モジュール式エネルギー貯蔵装置９０８は、屋上ＰＶパネルのマウントまたはレールシステム９０６に調節可能に搭載してもよい。

本明細書では熱調節型モジュール式エネルギー貯蔵装置の実施形態について説明しているが、ＰＣＭ１０６を使用した受動冷却技術、ＶＩＰ１１０、および熱シンク３０６付きヒートパイプは、個数に関わらず周知のあるいは今後開発されるエネルギー源、電池、回路またはその他類似の装置に簡単に使用できる。ある実施形態において、電池管理システムは、エネルギー貯蔵構成部品１０２のＤＣ出力、グリッド接続からのＡＣ入力、マイクロインバーターからのＡＣ出力またはこれらの組み合わせなど複数の電源から電力を引き出すよう構成してもよい。

ある実施形態において、温度調節システムはＰＶパネル９０２のＤＣ出力、エネルギー貯蔵構成部品１０２のＤＣ出力、グリッド接続からのＡＣ入力、マイクロインバーターからのＡＣ出力またはこれらの組み合わせから電力を引き出す。ある実施形態において、温度調節システムは、ＰＶパネル９０２のＤＣ出力、エネルギー貯蔵構成部品１０２のＤＣ出力、グリッド接続からのＡＣ入力、マイクロインバーターからのＡＣ出力、代替エネルギー源（例えばガスまたはディーゼル発電機または燃料電池など）またはこれらの組み合わせから電力を引き出す。

ある実施形態において、電池充電システムは、ＰＶパネル９０２のＤＣ出力、エネルギー貯蔵構成部品１０２のＤＣ出力、グリッド接続からのＡＣ入力、マイクロインバーターからのＡＣ出力、代替エネルギー源（例えばガスまたはディーゼル発電機または燃料電池など）またはこれらの組み合わせから電力を引き出す。

ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置は、データネットワークに伝達可能に連結されるよう構成されてもよい。モジュール式エネルギー貯蔵装置は、ネットワーク経由で受信した制御信号に基づき遠隔的に制御してもよい。

ある実施形態において、温度調節システムは、自己学習型の熱管理モジュールを含んでもよい。ある実施形態において、熱管理モジュールは、地理的位置、システム使用、周辺温度、天候条件、その他情報またはこれらの組み合わせに基づく過去データを使用してもよい。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置は「ナノグリッド」を促進する。高額なグリッド接続費、公共インフラストラクチャー不足、観念的な動機または様々な理由から、従来のグリッドタイシステムから独立した、またはその補足として、エネルギー生成システムを希望する人もいるだろう。ある実施形態において、モジュール式エネルギー貯蔵装置は、グリッド接続の状況に関わらずエネルギー貯蔵と使用を促進するよう切替スイッチ（図８の切替スイッチ８２８）に接続されてもよい。ある実施形態において、ＰＶパネル配列などのモジュール式エネルギー貯蔵装置は、グリッドタイ接続から独立したモジュール式エネルギー貯蔵装置とともに使用してもよい。ある実施形態において、複数のエネルギー生成システムおよびモジュール式エネルギー貯蔵装置は、モジュール式エネルギー貯蔵装置の一つに局所的に制御されるとともにデータネットワークを通して遠隔的に制御できる局在分布ネットワークに電気的に連結されてもよい。

ある使用例において、難民キャンプなど一時的な居住では、様々なコミュニケーション、加熱、調理、または浄水機器に電力が必要となる。従来の電力システムは設置不可能な場合があり、発電機は騒音、予算または健康的配慮から継続的に運転させるのに望ましくない場合がある。その代わり、居住管理者は、モジュール式エネルギー貯蔵装置をパネルの後ろに安全に搭載した状態で、ＰＶパネルまたは配列をいかなる支持構造の上にも設置することができる。これらエネルギー生成装置やモジュール式エネルギー貯蔵装置は、構造ごとに使用できる、または局在分布ネットワークに接続できる。

別の使用例では、市は現在提供されている再生可能エネルギー助成金の財政的見返りの向上を望んでいる。モジュール式エネルギー貯蔵装置は、エネルギー貯蔵システムの設置費および設置スペースを、例えば既存の太陽電池パネルの後ろに設置することで、削減する。モジュール式エネルギー貯蔵装置を追加することにより、市は再生可能エネルギー環境発電システムおよびエネルギー貯蔵システムを低所得層にも経済的利用可能にすることができる。このシステムは、環境発電システムをすでに設置している者にも最適である。なぜなら、既存システムにモジュール式エネルギー貯蔵システムを後付けする費用は、同様の性能を有するその他のエネルギー貯蔵ソリューションに比べ実質的に安価で複雑ではないからである。さらに、必要な設置スペースの削減（エネルギー貯蔵モジュールを太陽電池パネルの後ろに配置することによる）は、住居に対し人数の多い大家族の人口におけるモジュール式エネルギー貯蔵装置の好適性を向上できる。市は高い利用率から向上できるだけでなく、電力事業はモジュール式エネルギー貯蔵装置のリアルタイムのデータ収集および広範ネットワーク管理の恩恵を受けることができる。市がこのような設置に対する財政的インセンティブを提供する能力があるかに関わらず、モジュール式エネルギー貯蔵装置は電池価格の低下を活用することなく設置費を約４０％削減できる。

さらに別の使用例において、市は、広範な非常時電力分配システムを維持することにより、非常時対策を向上することを望んでいる。複数のモジュールエネルギー貯蔵装置、グリッドタイ接続およびゲートウェイ制御器（ＧＷＣ）を一体化することで既存伝送網を使用でき、電力を優先目的地に送ることができる。同様に、ＧＷＣは、選択的にグリッドからエネルギーを貯蔵またはグリッドへエネルギーを放出するなど、エネルギー需要とエネルギー生成のバランスを保つ助けとなる。

別の使用例において、自給式呼吸器（ＳＣＢＡ）使用者は、ＳＣＢＡの寿命を向上させたいと望んでいる。モジュール式エネルギー貯蔵装置の設計は、ＳＣＢＡへの使用のために、所望の性能基準または寿命、重量、大きさ、熱あるいは化学反応などの環境要因に基づき最適化できる。モジュール式エネルギー貯蔵装置の受動熱調節は、危険環境で長時間安全に働くことを可能にできるため、作業着の着脱を減らし、効率を向上させる。

さらに別の使用例において、高温環境にいる機動部隊は、燃料を常時補充するという制約なしに、コミュニケーションおよび安全システムにエネルギーを供給することを望んでいる。環境発電システムおよびモジュール式エネルギー貯蔵装置は、日中は余分なエネルギーを貯蔵するとともに夜間はコミュニケーションおよび安全システムへの電力供給に使用するよう、車両に取り付けることができる。

別の使用例において、惑星の宇宙探査機または基地は寿命が長く信頼性のある環境発電および電荷貯蔵を必要としている。従来の電力システムは、核電池に頼っていたが、エネルギー貯蔵システムを温度範囲内に維持するのに要するエネルギーがより小さいならば、再生可能エネルギー環境発電システムがより実施可能である。モジュール式エネルギー貯蔵装置は、探査機または基地に連結することができ、エネルギーを捕獲し貯蔵するよう構成してもよい。このような装置の設計および性能は、異なる周辺温度範囲、大気成分、明暗周期（「日」／「夜」）、または地球圏外環境における温度調節に影響するその他要素を活用するよう変更できる。

さらに別の使用例において、モジュール式エネルギー貯蔵装置は、高価なグリッド拡張の代替として「箱に収まる電力会社」としての役割を果たす。レベニュー・グレード・メーターを織り込むことにより、モジュール式エネルギー貯蔵装置は、新住宅団地や遠隔地において再生可能電力を供給するための公益事業のプラットフォームとしての役割を果たすことができる。モジュール式エネルギー貯蔵装置の設計パラメータは、異なる地域の現地の電力要件の電圧および周波数に対応できるよう変更できる。グリッド拡張が高価で分配エネルギー資源の投資利益率が低い地域において、モジュール式エネルギー貯蔵装置は特に大きな影響を与える。

本発明は好適な実施形態に関連して説明したが、当業者は本発明の範囲を逸脱することなく形式上および詳細に変更してもよいと認識する。

Claims (17)

1. 領域を画定する一つ以上の真空断熱パネルと、
   前記領域内にある、有機材料を含む相変化材料（ＰＣＭ）と、
   前記相変化材料に熱接触する、一又は複数の回路、若しくは、リチウムイオン電池を含む一又は複数の電荷貯蔵部品と、
   前記領域内に伸延する近位部、前記領域の外部に伸延する遠位部、および前記近位部と前記遠位部との間の中間部を含み、前記中間部は、重力アシストにより前記近位部から前記遠位部への一方向の熱流を生じさせる上向きの屈曲部を有する、少なくとも一つのヒートパイプと、
   前記一又は複数の真空断熱パネル、前記相変化材料、前記一又は複数の回路又は電荷貯蔵部品、及び前記ヒートパイプのその少なくとも一部を保持できる大きさのハウジングと、を備え、
   前記相変化材料は、その溶解温度の下限値が前記一又は複数の回路又は電荷貯蔵部品の最低動作温度よりも高くなるように、かつその上限値が前記一又は複数の回路又は電荷貯蔵部品の最大動作温度よりも低くなるように、前記一又は複数の回路又は電荷貯蔵部品の動作パラメータ又は周辺温度プロファイルに基づいて選択され、
   前記一又は複数の真空断熱パネル、前記相変化材料、及び前記少なくとも一つのヒートパイプが協働し、受動的な熱緩衝を構成することにより、前記一又は複数の回路又は電荷貯蔵部品が過熱から保護される、装置。
2. 請求項１に記載の装置において、
   前記少なくとも一つのヒートパイプの前記遠位部が前記近位部に対し高くなる、装置。
3. 請求項１に記載の装置において、
   前記ヒートパイプは、その一部が、蒸留水、メタノール、又はアセトンのいずれかを有する流体に満たされており、
   熱を放散させるよう、前記少なくとも一つのヒートパイプ内で前記近位部から前記中間部を通って前記遠位部に向かって蒸気となった前記流体が上昇する、
   装置。
4. 請求項１に記載の装置において、
   熱を放散させるよう構成される複数の熱フィンを含む熱シンクをさらに含み、前記熱シンクは前記少なくとも一つのヒートパイプの前記遠位部に連結される、装置。
5. 請求項１に記載の装置において、
   前記少なくとも一つのヒートパイプの前記近位部を固定するよう構成される複数の溝を含む、領域内の金属板を、さらに含む、装置。
6. 請求項１に記載の装置において、
   前記相変化材料は有機材料を含む、装置。
7. 請求項１に記載の装置において、
   前記一つ以上の真空断熱パネルのそれぞれは、真空領域を画定する薄膜材料と前記真空領域内に配置された心材とを含む、装置。
8. 請求項７に記載の装置において、
   前記心材は多孔質セラミック構造を有する、装置。
9. 請求項１に記載の装置において、
   前記近位部から前記遠位部への前記上向きの屈曲部は、少なくとも９０度の弧角を有する、装置。
10. 電子構成部品と、
    前記電子構成部品の周りに配置されるとともに、所定の温度範囲で溶解するよう構成される相変化材料（ＰＣＭ）と、
    前記ＰＣＭおよび前記電子構成部品を収容する大きさの領域を画定するよう配置される複数の真空断熱パネルであって、断熱性、難燃性および物理的構造を提供するよう構成される前記複数の真空断熱パネルと、
    前記領域内に伸延する近位部、前記領域の外部に伸延する遠位部、および前記近位部と前記遠位部との間の中間部を含む、少なくとも一つのヒートパイプと、
    前記複数の真空断熱パネル、前記ＰＣＭ、前記電子構成部品、及び前記ヒートパイプのその少なくとも一部を保持できる大きさのハウジングと、を備え、
    前記ＰＣＭは、その溶解温度の下限値が前記電子構成部品の最低動作温度よりも高くなるように、かつその上限値が前記電子構成部品の最大動作温度よりも低くなるように、前記電子構成部品の動作パラメータ又は周辺温度プロファイルに基づいて選択され、
    前記複数の真空断熱パネル、前記ＰＣＭ、及び前記少なくとも一つのヒートパイプが協働し、受動的な熱緩衝を構成することにより、前記電子構成部品が過熱から保護される、装置。
11. 請求項１０に記載の装置において、
    前記遠位部は前記近位部に対して高くなっている、装置。
12. 請求項１０に記載の装置において、
    熱を拡散するよう構成される複数の熱フィンを有する熱シンクをさらに含み、
    前記熱シンクは前記少なくとも一つのヒートパイプの前記遠位部に連結する、装置。
13. 請求項１０に記載の装置において、
    周辺温度が温度閾値を超えるまたは同等の場合、熱を放散させるよう、前記少なくとも一つのヒートパイプ内で前記近位部から前記中間部を通って前記遠位部に向かって蒸気が上昇し、
    前記周辺温度が温度閾値を下回る場合、前記少なくとも一つのヒートパイプ内で蒸気が上昇しない、装置。
14. 請求項１０に記載の装置において、
    前記少なくとも一つのヒートパイプの前記近位部を固定するよう構成される複数の溝を含む領域内の上面板をさらに含む、装置。
15. 請求項１０に記載の装置において、
    前記ＰＣＭは有機材料または無機材料の少なくとも一つを含む、装置。
16. 請求項１０に記載の装置において、
    前記真空断熱パネルは真空領域を画定する薄膜材料と前記真空領域内の心材とを含み、前記心材は多孔質セラミック構造を有する、装置。
17. 請求項１に記載の装置において、
    前記少なくとも一つのヒートパイプは、前記近位部が第１の高さにあり、前記遠位部が第２の高さにある、装置。
    

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