特許 6644883 ハイブリッドパワーパック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6644883

(24)【登録日】2020年1月10日

(45)【発行日】2020年2月12日

(54)【発明の名称】ハイブリッドパワーパック

(51)【国際特許分類】

   H02J 7/00 20060101AFI20200130BHJP

   H02J 7/02 20160101ALI20200130BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20200130BHJP

   H01M 10/48 20060101ALI20200130BHJP

【ＦＩ】

   H02J7/00 B

   H02J7/02 H

   H01M10/44 P

   H01M10/48 P

【請求項の数】19

【全頁数】30

(21)【出願番号】特願2018-520037(P2018-520037)

(86)(22)【出願日】2015年8月11日

(65)【公表番号】特表2018-523965(P2018-523965A)

(43)【公表日】2018年8月23日

(86)【国際出願番号】IB2015056108

(87)【国際公開番号】WO2017009692

(87)【国際公開日】20170119

【審査請求日】2018年8月8日

(31)【優先権主張番号】2626/MUM/2015

(32)【優先日】2015年7月10日

(33)【優先権主張国】IN

(73)【特許権者】

【識別番号】518008208

【氏名又は名称】ロエラ ヘマント カラムチャンド

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＨＥＲＡ， Ｈｅｍａｎｔ Ｋａｒａｍｃｈａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100121083

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 宏義

(74)【代理人】

【識別番号】100138391

【弁理士】

【氏名又は名称】天田 昌行

(74)【代理人】

【識別番号】100132067

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 喜雅

(74)【代理人】

【識別番号】100137903

【弁理士】

【氏名又は名称】菅野 亨

(72)【発明者】

【氏名】ロエラ ヘマント カラムチャンド

【審査官】 高野 誠治

(56)【参考文献】

【文献】 特表２０１５−５１８２３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２５０６４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３２８６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１６０６３８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１０−１１４９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５３３９５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１９５３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３６６１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１１３５８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−３０４１１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００２／００００７８５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０３１４０２３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１２−１４３０９１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００ − ７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４ − ７／３６

Ｈ０１Ｍ １０／４２ −１０／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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と、
前記バッテリー管理システムと接続した入出力ポートと、
前記入出力ポート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、全二重スイッチを介して前記入出力ポートと連結されており、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、前記全二重スイッチと連携され、前記第一ストレージコンポーネント、前記第二ストレージコンポーネント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、前記入出力ポートに接続した負荷に供給するコントローラと、
を具備するハイブリッドパワーパック。

【請求項2】

前記第一ストレージコンポーネントが複数のセルを含む請求項１に記載のハイブリッドパワーパック。

【請求項3】

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を含む請求項１に記載のハイブリッドパワーパック。

【請求項4】

前記バッテリー管理システム及び前記コントローラは第一の特定用途向け集積回路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。

【請求項5】

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を含む請求項２に記載のハイブリッドパワーパック。

【請求項6】

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を含む請求項３に記載のハイブリッドパワーパック。

【請求項7】

前記第一ストレージコンポーネントは複数のセルであり、
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、及び前記コンデンサーバンク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を含み、
前記バッテリー管理システム、前記コントローラ、前記セル均衡回路及び前記コンデンサー均衡回路が第二の特定用途向け集積回路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。

【請求項8】

アース端子並びに前記アース端子、前記入出力ポート及び前記コントローラに接続された一極トランジスタを含む請求項１に記載のハイブリッドパワーパック。

【請求項9】

前記全二重スイッチは充電／放電回路、コンパレータ、ツェナーダイオードレギュレータ、スイッチング素子、並びにコンデンサー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。

【請求項10】

前記セル均衡回路は、セル制御回路及びセル均衡コントローラを含む請求項５に記載のハイブリッドパワーパック。

【請求項11】

第一ＡＣ信号を生成するように構成された素子を含み、前記素子が増幅器と整流器を経由して入出力ポート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。

【請求項12】

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。

【請求項13】

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。

【請求項14】

持続的なＤＣ電力を生成するＡＣ電源に接続されるとともに前記入出力ポートに接続された第一ＡＣ／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。

【請求項15】

持続的なＤＣ電力の生成用のＤＣ電源に接続されるとともに前記入出力ポートに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。

【請求項16】

無線周波数を取得するように構成されたアンテナと、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と、前記第二ＡＣ信号の増幅用ＲＦ増幅器と、前記第二ＡＣ信号をＤＣ信号に変換する第二ＡＣ／ＤＣ変換器と、を含み、前記第二ＡＣ／ＤＣ変換器は前記入出力ポートに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。

【請求項17】

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信号に変換する電力整流器と、を含み、前記電力整流器は前記入出力ポートに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。

【請求項18】

前記バッテリー管理システム、前記コントローラ及び前記セル均衡回路が第四の特定用途向け集積回路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。

【請求項19】

前記バッテリー管理システム、前記コントローラ、前記コンデンサー均衡回路が第三の特定用途向け集積回路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。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はハイブリッドパワーパックに関する。
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。）

【背景技術】

【0002】

鉛蓄電池セルは電気自動車、車両、ソーラーシステム、インバーターや無停電電源等の広範な用途に応用されている。鉛蓄電池セルの製造工程で鉛蓄電池セルの硬化を適正に行わないセルの負極が損耗し始める。さらに、鉛蓄電池セルの過充電や充電不足により鉛蓄電池セルの極板も損耗し始める。従来、鉛蓄電池セルは濃縮硫酸や鉛をはじめとする有害化学物質を使用してきた。濃縮硫酸は致死事故にも及ぶ危険がある二酸化硫黄の煙を発生する。さらに、鉛蓄電池セルで使用している鉛は鉛中毒に至る場合がある粒子を放出する。
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。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

車両のクランクを回すために必要なこうした超コンデンサーは比較的高価であり、故障しやすいほか、比較的自然放電量が多い。米国特許８３８４３６０が提案する車両始動／クランク回転用の超コンデンサーは出力が持続しない。米国特許８３８４３６０が提案する電源は従来型鉛蓄電池かＶＲＬＡである。これらのバッテリーには鉛蓄電池セルに関して指摘されているのと同じ欠点がある。

【0004】

従って、以下の機能を持つハイブリッドパワーパックが必要であることが認識されている。
・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。

【0005】

本発明の一つの目的はＤＣ電力を持続的に提供することである。高放電電流を提供することが本発明のもう一つの目的である。本発明のさらに別の目的は複数のセルとコンデンサーの過放電を制限することである。本発明のさらにもう一つの目的は高価でなく、比較的寿命が長く、安全で頑丈な環境を害さないハイブリッドパワーパックを提供することである。本発明のその他の目的と優位性は本発明の範囲をこれに限定することは意図されていない付随する図面を参照しつつ読むと以下の説明からさらに明らかとなる。

【課題を解決するための手段】

【0006】

ハイブリッドパワーパックに関連する構想を以下に紹介する。以下の内容は本発明の本質的特長を特定するものでも、本発明の範囲を規定し限定することも意図していない。

【0007】

本発明のハイブリッドパワーパックの実施形態は、第一ＤＣ出力電圧と第一ＤＣ出力電流を発生する第一ストレージコンポーネントと、第一ストレージコンポーネントに第一半二重スイッチを介して結合されており第一ストレージコンポーネント用充電経路となるバッテリー管理システムと、バッテリー管理システムに接続された入出力ポートと、入出力ポートを第一ストレージコンポーネントと結合して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と、第二ＤＣ出力電圧と第二ＤＣ出力電流を発生する第二ストレージコンポーネントであって第二ストレージコンポーネントが入出力ポートと全二重スイッチによって接続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及び放電経路となる、バッテリー管理システムと連動するコントローラと、入出力ポートに接続された負荷を提供する全二重スイッチと入出力ポートと、第一ストレージコンポーネントか第二ストレージコンポーネントか両方のストレージコンポーネントから同時に選択的に持続されるＤＣ電力と、から構成される。

【0008】

本発明のハイブリッドパワーパックは、第一ストレージコンポーネントとして複数のセルと、第二ストレージコンポーネントとしてのコンデンサーバンクと、バッテリー管理システムと、セル均衡回路と、コンデンサー均衡回路と、全二重スイッチと、一極トランジスタと、入出力ポートと、コントローラと、第一半二重スイッチと、第二半二重スイッチと、から構成される。セル均衡回路はセル制御回路とセル均衡コントローラから構成される。セル均衡回路はセルの電荷、電力、電圧のうち少なくとも１つを等化するために使用される。コンデンサー均衡回路はコンデンサーバンクの電荷、電力、電圧のうち少なくとも１つを等化するために使用される。全二重スイッチには充電／放電回路、コンパレータ、ツェナーダイオードレギュレータ、スイッチング素子、モニター、及びコンデンサーのコントロールユニットを格納している。

【0009】

本発明のハイブリッドパワーパックのさらに別の実施形態によると、ハイブリッドパワーパックにバッテリー管理システムとコントローラを第一の特定用途向け集積回路に統合したものを含む。

【0010】

本発明のハイブリッドパワーパックのさらに別の実施形態によると、ハイブリッドパワーパックにバッテリー管理システム、コントローラ、セル均衡回路、及びコンデンサー均衡回路を第二の特定用途向け集積回路に統合したものを含む。

【0011】

本発明のハイブリッドパワーパックのさらに別の実施形態によると、ハイブリッドパワーパックにバッテリー管理システム、コントローラ、及びコンデンサー均衡回路を第三の特定用途向け集積回路に統合したものを含む。

【0012】

本発明のハイブリッドパワーパックのさらに別の実施形態によると、ハイブリッドパワーパックにバッテリー管理システム、コントローラ、及びセル均衡回路を第四の特定用途向け集積回路に統合したものを含む。

【0013】

本発明のハイブリッドパワーパックのさらに別の実施形態によると、ハイブリッドパワーパックは第一ＡＣ信号を生成するためのフェライトコアに巻き付けたコイル、第一ＡＣ信号の増幅用増幅器、及び第一ＡＣ信号をＤＣ信号に変換するための整流器を含むことができる。

【0014】

本発明のハイブリッドパワーパックのさらに別の実施形態によると、ハイブリッドパワーパックは持続的なＤＣ電力の生成用ＡＣ電源に接続可能な第一ＡＣ／ＤＣ変換器を含むことができる。

【0015】

本発明のハイブリッドパワーパックのさらに別の実施形態によると、ハイブリッドパワーパックは持続的なＤＣ電力の生成用ソーラーセル、及び燃料電池等のＤＣ電源と接続可能なステップアップＤＣ／ＤＣ変換器を含むことができる。

【0016】

本発明のハイブリッドパワーパックのさらに別の実施形態によると、ハイブリッドパワーパックは無線周波数を取得するように構成されたアンテナ、取得した周波数から第二ＡＣ信号を生成するためのＲＦレシーバーモジュール、第二ＡＣ信号の増幅用ＲＦ増幅器、及び前記第二ＡＣ信号をＤＣ信号に変換するための第二ＡＣ／ＤＣ変換器を含むことができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

本発明のハイブリッドパワーパックの実施形態を添付図面を参照しつつ説明する。

【図1】本発明の実施形態に従うハイブリッドパワーパック用筐体を図解したものである。

【図2】本発明の第一実施形態に従うハイブリッドパワーパックのブロック図を示す。

【図3】図２のハイブリッドパワーパックに関して、本発明の一実施形態によるバッテリー管理システムのブロック図を示す。

【図4】図２のハイブリッドパワーパックに関して、本発明の一実施形態によるステップダウンＤＣ／ＤＣ変換器の回路図である。

【図5】図２のハイブリッドパワーパックに関して、本発明の一実施形態によるセル均衡回路の回路図である。

【図6】図２のハイブリッドパワーパックに関して、本発明の一実施形態による全二重スイッチのブロック図を示す。

【図7】図２のハイブリッドパワーパックに関して、本発明の一実施形態によるコントローラのブロック図を示す。

【図8】本発明の第二実施形態に則したハイブリッドパワーパックのブロック図を示す。

【図9】本発明の第三実施形態によるハイブリッドパワーパックのブロック図を示す。

【図10】本発明の第四実施形態によるハイブリッドパワーパックのブロック図を示す。

【図11】本発明の第五実施形態によるハイブリッドパワーパックのブロック図を示す。

【図12】本発明の第六実施形態によるハイブリッドパワーパックのブロック図を示す。

【図13】本発明の第七実施形態によるハイブリッドパワーパックのブロック図を示す。

【図14】本発明の第八実施形態によるハイブリッドパワーパックのブロック図を示す。

【図15】本発明の第九実施形態によるハイブリッドパワーパックのブロック図を示す。

【図16】本発明の第十実施形態によるハイブリッドパワーパックのブロック図を示す。

【図17】本発明の第十一実施形態によるハイブリッドパワーパックのブロック図を示す。

【図18】本発明の第十二実施形態によるハイブリッドパワーパックのブロック図を示す。

【図19】本発明の第十三実施形態によるハイブリッドパワーパックのブロック図を示す。

【図20】本発明の第十四実施形態によるハイブリッドパワーパックのブロック図を示す。

【図21】本発明の第十五実施形態によるハイブリッドパワーパックのブロック図を示す。

【図22】本発明の実施形態のうち任意のものによるハイブリッドパワーパックの充電用ブロック図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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。
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。

【0019】

ここにいうシステムは本発明の固有の実施形態に限定されない。さらに、各システムの構成要素は、本発明に記述されているその他の構成要素からは独立的かつ別個に実装可能である。各コンポーネントを他のコンポーネントと組み合わせて使用することができる。

【0020】

本発明はハイブリッドパワーパックに関する。ハイブリッドパワーパックは複数のストレージコンポーネント、複数の電源、複数の電子部品、コントローラ、バッテリー管理システム、及びセル均衡回路からなる。
さらに、本発明は単一の特定用途向け集積回路（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。

【0021】

本発明の持つ以上の及びその他の優位性を以下に図を参照しつつ詳しく説明する。
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。

【0022】

図２は本発明の第一実施形態によるハイブリッドパワーパック（２００）のブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（２００）は第一ストレージコンポーネントとしての複数のセル（２２０）、第二ストレージコンポーネントとしてのコンデンサーバンク（２２２）、バッテリー管理システム（２０２）、セル均衡回路（２１４）、コンデンサー均衡回路（２０８）、全二重スイッチ（２１０）、一極トランジスタ（２１６）、入出力ポート（２１８）、コントローラ（２１２）、第一半二重スイッチ（２０４）、及び第二半二重スイッチ（２０６）から成る。バッテリー管理システム（２０２）は入力ポートと出力ポートを含む。バッテリー管理システムの入力ポートは入出力ポート（２１８）に接続されている。バッテリー管理システム（２０２）の出力ポートは第一半二重スイッチ（２０４）の陽極端子に接続されている。第一半二重スイッチ（２０４）の陰極は複数セル（２２０）の正極に接続されている。セル（２２０）の正極は第二半二重スイッチ（２０６）の陽極端子に接続されている。第二半二重スイッチ（２０６）の陰極は入出力ポート（２１８）に接続されている。コンデンサーバンク（２２２）は全二重スイッチ（２１０）に接続され、全二重スイッチ（２１０）は入出力ポート（２１８）に接続されている。一極トランジスタ（２１６）のドレン端子は入出力ポート（２１８）に接続されている。一極トランジスタ（２１６）のソース端子はアース端子に接続されている。コントローラ（２１２）はセル均衡回路（２１４）、コンデンサー均衡回路（２０８）、バッテリー管理システム（２０２）、全二重スイッチ（２１０）、一極トランジスタ（２１６）のゲート端子と連携している。

【0023】

本発明の第一実施形態では、セル（２２０）用充電電流は入出力ポート（２１８）からバッテリー管理システム（２０２）へ流れ、さらに、バッテリー管理システム（２０２）から第一半二重スイッチ（２０４）経由でセル正極へ向かう。

【0024】

本発明の第一実施形態においては、セル（２２０）の放電電流はセル正極から第二半二重スイッチ（２０６）を経由して入出力ポート（２１８）へ流れる。

【0025】

本発明の第一実施形態において、コンデンサーバンク（２２２）用充電電流は入出力ポート（２１８）から全二重スイッチ（２１０）へ、さらに、全二重スイッチ（２１０）からコンデンサーバンク（２２２）へ流れる。

【0026】

本発明の第一実施形態において、コンデンサーバンク（２２２）の放電電流はコンデンサーバンク（２２２）から全二重スイッチ（２１０）へ、さらに、全二重スイッチ（２１０）から入出力ポート（２１８）へ流れる。

【0027】

本発明に従い、コントローラ（２１２）はセル（２２０）の電荷（ＳＯＣ）状態をバッテリー管理システム（２０２）から読み取る。さらに、コントローラ（２１２）は全二重スイッチ（２１０）からコンデンサーバンク（２２２）の電荷（ＳＯＣ）状態を読み取る。コントローラ（２１２）はセルのＳＯＣとコンデンサーバンクのＳＯＣに基づいて電荷アルゴリズムの状態を実行し、セルの電荷（ＥＯＣ）とコンデンサーバンク（２２２）のＥＯＣの終了時点を決定する。さらに、コントローラ（２１２）は、更新されたセルＳＯＣをバッテリー管理システム（２０２）から、コンデンサーバンク（２２２）の更新されたＳＯＣを全二重スイッチ（２１０）から所定時間間隔で読み取るように予定組されている。この所定時間間隔はセルＳＯＣとコンデンサーバンクＳＯＣに基づいて決定される。コントローラ（２１２）は、更新されたセルＳＯＣが決定されたセルＥＯＣと等しく、更新されたコンデンサーバンクのＳＯＣが決定されたコンデンサーバンクのＥＯＣと等しいとき、一極トランジスタ（２１６）のゲート端子をオンにし、セル（２２０）とコンデンサーバンク（２２２）をアース端子から切断する。こうして、セルをアース端子から切断することによって、コントローラ（２１２）と一極トランジスタはセルとコンデンサーバンク用の過放電制御と絶縁を提供する。さらに、コントローラ（２１２）はセル（２２０）、コンデンサーバンク（２２２）またはこれら両者を同時に選択して電力を負荷に印加するように構成されている。負荷は入出力ポート（２１８）に接続される。コントローラ（２１２）はセルＳＯＣ（充電状態）とコンデンサーバンクＳＯＣ（充電状態）に基づいてセル（２２０）、コンデンサーバンク（２２２）またはこれら両者を同時に選択するソース選択アルゴリズムを実行する。

【0028】

本発明に従い、第一ストレージコンポーネントは複数のセル（２２０）を含む。複数セル（２２０）はフローセル、バナジウム還元セル、臭化亜鉛セル、燃料電池、鉛蓄電池セル、ＶＲＬＡセル、リチウムイオンセル、ＡＧＭセル、ゲルセル、リチウムイオンポリマーセル、溶融塩セル、ニッケルカドミウムセル、ナトリウムイオンセル、超イオンセル、銀亜鉛セル、塩化亜鉛セル、グラフェンセル、ナトリウムハロゲン化金属セル、珪素セル、ハイブリッドセル、亜鉛炭素セル、その他全てのセルを含むことができる。セルは高電圧用途用に直列接続され、高電流用途には並列接続される。典型的に、１２Ｖが必要な車載用途には、３個のセルを直列に接続する。

【0029】

本発明に従い、第二ストレージコンポーネントはコンデンサーバンク（２２２）を含む。コンデンサーバンク（２２２）は複数のコンデンサーを含む。コンデンサーにはセラミックコンデンサー、薄膜コンデンサー、ペーパーコンデンサー、アルミニウム電解コンデンサー、タンタル電解コンデンサー、スーパーコンデンサー、雲母コンデンサー、ガラスコンデンサー、超コンデンサー、真空コンデンサー、ハイブリッドコンデンサー、珪素コンデンサー、リチウムコンデンサー、グラフェンコンデンサー、その他全てのコンデンサーを含んでよい。コンデンサーは高電圧用途には直列接続される。

【0030】

本発明に従い、一極トランジスタ（２１６）はＭＯＳＦＥＴまたはＦＥＴ、ＪＦＥＴ、ＩＧＢＴ、ＵＪＴ、ＮＭＯＳトランジスタ、ＰＭＯＳトランジスタ、ＣＭＯＳトランジスタのいずれかであってよい。一つの実施形態において、一極トランジスタ（２１６）はＭＯＳＦＥＴである。ＭＯＳＦＥＴのゲート端子はコントローラ（２１２）によって制御される。ＭＯＳＦＥＴのドレン端子は入出力ポート（２１８）に接続される。ＭＯＳＦＥＴのソース端子はアース端子に接続される。さらに、ＭＯＳＦＥＴはコントローラ（２１２）から受信する作動信号によりハイブリッドパワーパック（１００）のアース端子接続を切断する。作動信号の値が０ボルトなら、ハイブリッドパワーパック（１００）はアース端子から切断され、作動信号の値が５ボルトなら、ハイブリッドパワーパック（１００）はアース端子に接続される。

【0031】

本発明に従い、出力ポート（２１８）はバッテリー管理システム（２０２）によって制御される。バッテリー管理システム（２０２）はモード選択信号をコントローラ（２１２）から受け取る。コントローラ（２１２）はモード選択アルゴリズムを実行して入力モードか出力モードを決定してモード選択信号を生成する。入出力ポート（２１８）は１ポートか２ポートまたはそれ以上のポートであってよい。

【0032】

本発明に従い、セル均衡回路（２１４）はセルに接続される。セル均衡回路はバッテリー管理システム（２０２）と連携している。セル均衡回路（２１４）はセルの電荷か電力、電圧のうち少なくとも一つを等化する。

【0033】

本発明に従い、コンデンサー均衡回路（２０８）はコンデンサーバンク（２２２）に接続される。コンデンサーバンク（２２２）は複数のコンデンサーを含む。コンデンサー均衡回路（２０８）はコントローラ（２１２）と連携している。コンデンサー均衡回路（２０８）はコンデンサーの電荷か電力、電圧のうち少なくとも一つを等化する。

【0034】

本発明に従い、第一半二重スイッチ（２０４）はダイオード、ダイオードとして機能するＭＯＳＦＥＴ、ダイオードとして機能するＢＪＴ、またはダイオードとして機能するＳＣＲまたはその他任意の半二重スイッチングデバイスであってよい。

【0035】

本発明に従い、第二半二重スイッチ（２０６）はダイオード、ダイオードとして機能するＭＯＳＦＥＴ、ダイオードとして機能するＢＪＴ、またはダイオードとして機能するＳＣＲまたはその他任意の半二重スイッチングデバイスであってよい。第二半二重スイッチは高放電電流用の経路となる。

【0036】

図３は本発明の一実施形態による図２のハイブリッドパワーパック（２００）用バッテリー管理システム（２０２）のブロック図を示す。バッテリー管理システム（２０２）は電源モジュール（ＰＭ）（３０２）、ＰＭ（３０４）用モニターとコントロールユニット、セル（３１２）用モニターとコントロールユニット、ＢＭＳコントローラ（３０６）、複数の通信ポート（３０８）、バッテリーステータスディスプレイモジュール（３１８）、非過渡レポジトリ（３１６）、過渡レポジトリ（３１４）、基盤実装診断モジュール（３２０）を含む。電源モジュール（３０２）はステップダウンＤＣ／ＤＣ変換器（４００）、チャージャー回路を含む。チャージャー回路はセルを円滑に充電する。ＰＭ（３０４）用モニターとコントロールユニットはＰＭ（３０２）の異なる点において電流と電圧をモニターする。さらに、ＰＭ（３０４）のモニターとコントロールユニットはＢＭＳコントローラ（３０６）から受信するコマンド信号に基づいてステップダウンＤＣ／ＤＣ変換器（４００）とチャージャー回路を制御する。ＰＭ（３０２）の出力は第一半二重スイッチ（２０４）を経由してセル（２２０）と直結されている。セル（３１２）用モニターとコントロールユニットは電圧、電流、電荷（ＳＯＣ）の状態、電荷の最大点（ＴＯＣ）、健康状態（ＳＯＨ）、温度等のセル関連変数を測定する。さらに、セル（３１２）用モニターとコントロールユニットは測定値をＢＭＳコントローラ（３０６）へ伝送する。通信ポート（３０８）は外部プログラムをバッテリー管理システム（２０２）に外付けコンピュータを経由してダウンロードするために使用される。さらに、通信ポート（３０８）は外部電子環境との通信に使用される。バッテリーステータスディスプレイ（３１８）はセル低電圧ステータスを示す一個の発光ダイオード（ＬＥＤ）を含んでもよい。バッテリーステータスディスプレイ（３１８）はＳＯＣとセル状態を含むセルステータスを示すセルか液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のＳＯＣを示すＬＥＤ列を含んでもよい。基盤実装診断回路（３２０）はバッテリー管理システム（２０２）の試験用診断故障コードを含む。ＢＭＳコントローラ（３０６）は以下の機能を実行する：充電中のＰＭ（３０２）電圧と電流特性の制御、セル電荷等化のために個々のセルの追加充電、故障やアラーム状態の続く限りセルの絶縁、短絡保護、極性逆転の保護、コントローラ（２１２）との連動、ＰＭ（３０４）用モニターとコントロールユニット、セル（３１２）用モニターとコントロールユニット、バッテリーステータスディスプレイ（３１８）、通信ポート（３０８）、基盤実装診断回路（３２０）の制御。

【0037】

図４は図２のハイブリッドパワーパック（２００）に関して、本発明の一実施形態によるステップダウンＤＣ／ＤＣ変換器（４００）の回路図である。ＤＣ／ＤＣ変換器はバッテリー管理システム（２０２）に搭載されている。ステップダウンＤＣ／ＤＣ変換器（４００）はスイッチングネットワーク（４０２）、誘導子（４０４）、コンデンサー（４０６）を含む。ステップダウンＤＣ／ＤＣ変換器（４００）の入力ポートはハイブリッドパワーパック（１００）の入出力ポート（２１８）に接続されている。ステップダウンＤＣ／ＤＣ変換器（４００）の出力ポート（４０８）はチャージャー回路の入力ポートに接続される。スイッチングネットワーク（４０２）はＢＪＴトランジスタ、ＭＯＳトランジスタ、ＳＣＲ、ＩＧＢＴその他任意の半導体スイッチングデバイスを含んでもよい。スイッチングネットワーク（４０２）はＰＭ（３０４）用モニターとコントロールユニットによって制御される。スイッチングネットワーク（４０２）がオフのとき、ステップダウンＤＣ／ＤＣ変換器（４００）の電流は０である。スイッチングネットワーク（４０２）がオンのとき、電流が流れ始め、誘導子（４０４）は端子全体に逆の符号の電圧を印加する。誘導子（４０４）における電圧降下はステップダウンＤＣ／ＤＣ変換器（４００）の入力ポートにおける入力電圧をその分削減するので、ステップダウンＤＣ／ＤＣ変換器（４００）の出力端子（４０８）における正味電圧を下げる。

【0038】

図５は図２のハイブリッドパワーパック（２００）に関して、本発明の一実施形態によるセル均衡回路（２１４）の回路図である。セル均衡とはセルに印加されている電荷（電圧か電力）を等化することによりセルの残量を延ばすように弱いセルを補う手法である。典型的に、図５はＭセルを使用するセル均衡回路を示す。Ｍの値は整数値であってよい。セル均衡回路（２１４）はセル制御回路（５２０）、セル均衡コントローラ（５２２）を含む。セル制御回路（５２０）は複数のＭＯＳＦＥＴ、複数のダイオード、複数のコンデンサー、複数の誘導子を含む。典型的に、図５に示すように、セルＭ（５０２）はコンデンサーＣＭ（５０６）と並列に接続され、コンデンサーＣＭ（５０６）はダイオードＤＭ（５１０）、誘導子ＬＭ（５１４）の直列ブロックと並列に接続され、ダイオードＤＭ（５１０）はＭＯＳＦＥＴＭ（５１６）と並列に接続されている。さらに、セルＭ−１（５０４）はＭ（５０２）と直列に接続されセル、コンデンサーＣＭ（５０８）はコンデンサーＣＭ（５０６）と直列に接続され、ダイオードＤＭ−１（５１２）はダイオードＤＭ（５１０）と直列に接続され、ＭＯＳＦＥＴＭ−１（５１８）はＭＯＳＦＥＴＭ（５１６）と直列に接続されている。さらに、同様の構成を残りのセルについても反復する。ＭＯＳＦＥＴＭ（５１６）とＭＯＳＦＥＴＭ−１（５１８）のゲートはセル均衡コントローラ（５２２）によって制御される。セル均衡コントローラ（５２２）はセル電圧をモニターする。セル均衡コントローラ（５２２）はセル均衡制御アルゴリズムを実行する。セル均衡制御アルゴリズムが、セルＭ（５０２）はその電力をセルＭ−１（５０４）に供給すべきことを検出すると、セル均衡コントローラ（５２２）はＭＯＳＦＥＴＭ（５１６）をオンにする。セルＭ（５０２）の電圧は誘導子ＬＭ（５１４）に印加され、誘導子電流が線形的に増加する。セル電荷はセルＭ（５０２）から誘導子ＬＭ（５１４）へ移転する。ＭＯＳＦＥＴＭ（５１６）はセル均衡コントローラ（５２２）によってオフにされ誘導子ＬＭ（５１４）に蓄積された電力は最大値に達する。ダイオードＤＭ‐１（５１２）は前向きバイアスがあり、セルＭ‐１（５０４）のセル負電圧が誘導子ＬＭ（５１４）に印加され、このため誘導子電流が下がり、誘導子ＬＭ（５１４）に蓄積された電力がセルＭ−１（５０４）に印加される。

【0039】

図６は、図２のハイブリッドパワーパック（１００）に関して、本発明の一実施形態による全二重スイッチ（２１０）のブロック図を示す。全二重スイッチ（２１０）はコンパレータ（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）、充電／放電回路（６１２）、コンデンサー（６１４）用モニターとコントロールユニットを含む。コンデンサー（６１４）用モニターとコントロールユニットは電圧、電流、電荷（ＳＯＣ）の状態、電荷（ＴＯＣ）の最大点、健康状態（ＳＯＨ）、温度等のコンデンサー関連の異なる変数を計測する。コンデンサー（６１４）用モニターとコントロールユニットはコントローラ（２ｉ２）と接続されており、コンデンサーの瞬時電圧信号（６０２）を生成する。さらにコンデンサー（６１４）用モニターとコントロールユニットはコンデンサー用閾値電圧レベルをコントローラ（２ｉ２）から受け、コンデンサー用閾値電圧レベルを示す信号（６０４）を生成する。コンパレータ（６０６）はコンデンサーの瞬時電圧レベルを示す信号（６０２）をコンデンサー（６０４）の閾値電圧レベルを示す信号（６０４）と比較する。コンパレータ（６０６）はオープンループ構成のオペアンプＩＣ（例えばＴｅｘＡｓ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＩＣ ７４１）であってよい。コンパレータ（６０６）の出力電圧はツェナーダイオードレギュレータ（６０８）によって制御されて制御された出力電圧を生成する。制御された出力電圧は２個の電圧レベル（０Ｖと５Ｖ）がある。制御された出力電圧は閉じた開閉器としてスイッチング素子（６１０）のスイッチングを制御し、単一の入出力ポート（２１８）をコンデンサー（２２２）と接続するか開いた開閉器として単一入出力ポート（２１８）をコンデンサー（２２２）から切断する。スイッチング素子はデジタルＩＣ（例えばＴｅｘＡｓ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＩＣ ７４３２）か継電器またはＭＯＳトランジスタまたはバイポーラトランジスタまたはその他任意のスイッチング半導体デバイスであってよい。

【0040】

図７は図２のハイブリッドパワーパック（２００）用の本発明の一実施形態によるコントローラ（２１２）のブロック図を示す。コントローラ（２１２）はプログラム実行区画とレジスター処理区画を含む。プログラム実行区画はプログラムメモリー（７０２）、指令レジスター（７０４）、指令復号素子（７０６）、タイミングと制御およびレジスター選択モジュール（７１８）、プログラムカウンター（７２０）、スタック（７２２）を含む。レジスター処理区画は特別機能レジスター（７１４）、ポートレジスター（７１２）、データレジスター（７１０）、算術・論理素子（ＡＬＵ）（７１６）、データバス（７０８）を含む。さらに、コントローラ（２１２）はアドレスバス、アドレス復号論理回路、複数の制御信号も含む。アドレスバスはタイミングと制御、レジスター選択モジュール（７１８）と連結されている。アドレス復号論理回路はタイミングと制御、レジスター選択モジュール（７１８）の中にある。制御信号はタイミングと制御、レジスター選択モジュール（７１８）と連結されている。コントローラ（２１２）はＰＩＣマイクロコントローラかＡＲＭプロセッサかデュアルコアプロセッサかＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）かＡＶＲマイクロコントローラであってよい。

【0041】

図８は本発明の第二実施形態によるハイブリッドパワーパック（８００）のブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（８００）はバッテリー管理システム（８０２）、第一の特定用途向け集積回路（８４０）としての１ブロックに統合されたコントローラ（８１２）、第一ストレージコンポーネントとしての複数セル（８２０）、第二ストレージコンポーネントとしてのコンデンサーバンク（８２２）、セル均衡回路（８１４）、コンデンサー均衡回路（８０８）、全二重スイッチ（８１０）、入出力ポート（８１８）、一極トランジスタ（８１６）、第一半二重スイッチ（８０４）、本発明の第二実施形態による第二半二重スイッチ（８０６）を含む。さらに、第一の特定用途向け集積回路（８４０）は入力ポートと出力ポートから成る。第一の特定用途向け集積回路（８４０）入力ポートは入出力ポート（８１８）に接続されている。第一の特定用途向け集積回路（８４０）の出力ポートは第一半二重スイッチ（８０４）の陽極端子に接続されている。第一半二重スイッチ（８０４）の陰極は複数セル（８２０）の正極に接続されている。セル（８２０）の正極は第二半二重スイッチ（８０６）の陽極端子に接続されている。第二半二重スイッチ（８０６）の陰極は入出力ポート（８１８）に接続されている。コンデンサーバンク（８２２）は全二重スイッチ（８１０）に接続され、全二重スイッチ（８１０）は入出力ポート（８１８）に接続されている。一極トランジスタ（８１６）のドレン端子は入出力ポート（８１８）に接続されている。一極トランジスタ（８１６）のソース端子はアース端子に接続されている。第一の特定用途向け集積回路（８０２）はセル均衡回路（８１４）、コンデンサー均衡回路（８０８）、全二重スイッチ（８１０）、一極トランジスタ（８１６）のゲート端子と連携している。第一の特定用途向け集積回路（８４０）はセル（８２０）、コンデンサーバンク（８２２）またはこれら両者を同時に選択して電力を負荷に供給するように構成されている。負荷は入出力ポート（８１８）に接続される。

【0042】

本発明の第二実施形態において、セル（８２０）用充電電流は入出力ポート（８１８）から第一の特定用途向け集積回路（８４０）へ、さらに、第一の特定用途向け集積回路（８４０）からセルの正極へ第一半二重スイッチ（８０４）を経由して流れる。

【0043】

本発明の第二実施形態において、セル（８２０）の放電電流はセルの正極から第二半二重スイッチ（８０６）の入出力ポート（８１８）へ流れる。

【0044】

本発明の第二実施形態において、コンデンサーバンク（８２２）用充電電流は入出力ポート（８１８）から全二重スイッチ（８１０）へ、さらに、全二重スイッチ（８１０）からコンデンサーバンク（８２２）へ流れる。

【0045】

本発明の第二実施形態において、コンデンサーバンク（８２２）の放電電流はコンデンサーバンク（８２２）から全二重スイッチ（８１０）へ、さらに、全二重スイッチ（８１０）から入出力ポート（８１８）へ流れる。

【0046】

図９は本発明の第三実施形態によるハイブリッドパワーパック（９００）のブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（９００）はバッテリー管理システム（９０２）、コントローラ（９１２）、コンデンサー均衡回路（９０８）、第二の特定用途向け集積回路（９４０）として１ブロックに統合されたセル均衡回路（９１４）、第一ストレージコンポーネントとしての複数セル（９２０）、第二ストレージコンポーネントとしてのコンデンサーバンク（９２２）、全二重スイッチ（９１０）、入出力ポート（９１８）、一極トランジスタ（９１６）、第一半二重スイッチ（９０４）、本発明の第三実施形態による第二半二重スイッチ（９０６）を含む。さらに、第二の特定用途向け集積回路（９０２）は入力ポートと出力ポートから成る。第二の特定用途向け集積回路（９０２）の入力ポートは入出力ポート（９１８）に接続されている。第二の特定用途向け集積回路（９０２）の出力ポートは第一半二重スイッチ（９０４）の陽極端子に接続されている。第一半二重スイッチ（９０４）の陰極は複数セル（９２０）の正極に接続されている。セル（９２０）の正極は第二半二重スイッチ（９０６）の陽極端子に接続されている。第二半二重スイッチ（９０６）の陰極は入出力ポート（９１８）に接続されている。コンデンサーバンク（９２２）は全二重スイッチ（９１０）に接続され、全二重スイッチ（９１０）は入出力ポート（９１８）に接続されている。一極トランジスタ（９１６）のドレン端子は入出力ポート（９１８）に接続されている。一極トランジスタ（９１６）のソース端子はアース端子に接続されている。第二の特定用途向け集積回路（９０２）は全二重スイッチ（９１０）との一極トランジスタ（９１６）ゲート端子と連携している。第二の特定用途向け集積回路（９４０）はセル（９２０）、コンデンサーバンク（９２２）またはこれら両者を同時に選択して電力を負荷に供給するように構成されている。負荷は入出力ポート（９１８）に接続される。

【0047】

本発明の第三実施形態において、セル（９２０）用充電電流は入出力ポート（９１８）から第二の特定用途向け集積回路（９４０）へ、さらに、第二の特定用途向け集積回路（９４０）からセルの正極へ第一半二重スイッチ（９０４）を経由して流れる。

【0048】

本発明の第三実施形態において、セル（９２０）の放電電流はセルの正極から第二半二重スイッチ（９０６）の入出力ポート（９１８）へ流れる。

【0049】

本発明の第三実施形態において、コンデンサーバンク（９２２）用充電電流は入出力ポート（９１８）から全二重スイッチ（９１０）へ、さらに、全二重スイッチ（９１０）からコンデンサーバンク（９２２）へ流れる。

【0050】

本発明の第三実施形態において、コンデンサーバンク（９２２）の放電電流はコンデンサーバンク（９２２）から全二重スイッチ（９１０）へ、さらに、全二重スイッチ（９１０）から入出力ポート（２１８）へ流れる。

【0051】

図１０は本発明の第四実施形態によるハイブリッドパワーパック（１０００）のブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（１０００）は第一ストレージコンポーネントとしての複数セル（１０２０）、第二ストレージコンポーネントとしてのコンデンサーバンク（１０２２）、バッテリー管理システム（１００２）、セル均衡回路（１０１４）、コンデンサー均衡回路（１００８）、コントローラ（１０１２）、一極トランジスタ（１０１６）、入出力ポート（１０１８）、第一半二重スイッチ（１００４）、本発明の第四実施形態による第二半二重スイッチ（１００６）を含む。バッテリー管理システム（１００２）は入力ポートと出力ポートを含む。バッテリー管理システム（１００２）の入力ポートは入出力ポート（１０１８）に接続されている。バッテリー管理システム（１００２）の出力ポートは第一半二重スイッチ（１００４）の陽極端子に接続されている。第一半二重スイッチ（１００４）の陰極は複数セル（１０２０）の正極に接続されている。セル（１０２０）の正極は第二半二重スイッチ（１００６）の陽極端子に接続されている。第二半二重スイッチ（１００６）の陰極は入出力ポート（１０１８）に接続されている。コンデンサーバンク（１０２２）は入出力ポート（１０１８）に接続されている。一極トランジスタ（１０１６）のドレン端子は入出力ポート（１０１８）に接続されている。一極トランジスタ（１０１６）のソース端子はアース端子に接続されている。コントローラ（１０１２）はセル均衡回路（１０１４）、コンデンサー均衡回路（１００８）、バッテリー管理システム（１００２）、一極トランジスタ（１０１６）のゲート端子と連携している。コントローラ（１０１２）はセル（１０２０）、コンデンサーバンク（１０２２）またはこれら両者を同時に選択して電力を負荷に印加するように構成されている。負荷は入出力ポート（１０１８）に接続される。

【0052】

本発明の第四実施形態において、セル（１０２０）用充電電流は入出力ポート（１０１８）からバッテリー管理システム（１００２）へ、さらに、バッテリー管理システム（１００２）から第一半二重スイッチ（１００４）を経由してセルの正極へ流れる。

【0053】

本発明の第四実施形態において、セル（１０２０）の放電電流はセルの正極から第二半二重スイッチ（１００６）の入出力ポート（１０１８）へ流れる。

【0054】

本発明の第四実施形態において、コンデンサーバンク（１０２２）用充電電流は入出力ポート（１０１８）からコンデンサーバンク（１０２２）へ流れる。

【0055】

本発明の第四実施形態において、コンデンサーバンク（１０２２）の放電電流はコンデンサーバンク（１０２２）から入出力ポート（１０１８）へ流れる。

【0056】

図１１は本発明の第五実施形態によるハイブリッドパワーパック（１１００）のブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（１１００）はバッテリー管理システム（１１０２）、第一の特定用途向け集積回路（１１４０）としての１ブロックに統合されたコントローラ（１１１２）、第一ストレージコンポーネントとしての複数セル（１１２０）、第二ストレージコンポーネントとしてのコンデンサーバンク（１１２２）、セル均衡回路（１１１４）、コンデンサー均衡回路（１１０８）、入出力ポート（１１１８）、一極トランジスタ（１１１６）、第一半二重スイッチ（１１０４）、本発明の第五実施形態による第二半二重スイッチ（１１０６）を含む。さらに、第一の特定用途向け集積回路（１１４０）は入力ポートと出力ポートから成る。第一の特定用途向け集積回路（１１４０）入力ポートは入出力ポート（１１１８）に接続されている。第一の特定用途向け集積回路（１１４０）の出力ポートは第一半二重スイッチ（１１０４）の陽極端子に接続されている。第一半二重スイッチ（１１０４）の陰極は複数セル（１１２０）の正極に接続されている。セル（１１２０）の正極は第二半二重スイッチ（１１０６）の陽極端子に接続されている。第二半二重スイッチ（１１０６）の陰極は入出力ポート（１１１８）に接続されている。コンデンサーバンク（１１２２）は全二重スイッチ（１１１０）に接続され、全二重スイッチ（１１１０）は入出力ポート（１１１８）に接続されている。一極トランジスタ（１１１６）のドレン端子は入出力ポート（１１１８）に接続されている。一極トランジスタ（１１１６）のソース端子はアース端子に接続されている。第一の特定用途向け集積回路（１１４０）はセル均衡回路（１１１４）、コンデンサー均衡回路（１１０８）、一極トランジスタ（１１１６）のゲート端子と連携している。第一の特定用途向け集積回路（１１４０）はセル（１１２０）、コンデンサーバンク（１１２２）またはこれら両者を同時に選択して電力を負荷に供給するように構成されている。負荷は入出力ポート（１１１８）に接続される。

【0057】

本発明の第五実施形態において、セル（１１２０）用充電電流は入出力ポート（１１１８）から第一の特定用途向け集積回路（１１４０）へ、さらに、第一の特定用途向け集積回路（１１４０）から第一半二重スイッチ（１１０４）を経由してセルの正極へ流れる。

【0058】

本発明の第五実施形態において、セル（１１２０）の放電電流はセルの正極から第二半二重スイッチ（１１０６）の入出力ポート（１１１８）へ流れる。

【0059】

本発明の第五実施形態において、コンデンサーバンク（１１２２）用充電電流は入出力ポート（１１１８）からコンデンサーバンク（１１２２）へ流れる。

【0060】

本発明の第五実施形態において、コンデンサーバンク（１１２２）の放電電流はコンデンサーバンク（１１２２）から入出力ポート（１１１８）へ流れる。

【0061】

図１２は本発明の第六実施形態によるハイブリッドパワーパック（１２００）のブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（１２００）はバッテリー管理システム（１２０２）、コントローラ（１２１２）、コンデンサー均衡回路（１２０８）、第二の特定用途向け集積回路（１２４０）としての１ブロックに統合されたセル均衡回路（１２１４）、第一ストレージコンポーネントとしての複数セル（１２２０）、第二ストレージコンポーネントとしてのコンデンサーバンク（１２２２）、入出力ポート（１２１８）、一極トランジスタ（１２１６）、第一半二重スイッチ（１２０４）、本発明の第六実施形態による第二半二重スイッチ（１２０６）を含む。さらに、第二の特定用途向け集積回路（１２０２）は入力ポートと出力ポートから成る。第二の特定用途向け集積回路（１２４０）の入力ポートは入出力ポート（１２１８）に接続されている。第二の特定用途向け集積回路（１２４０）の出力ポートは第一半二重スイッチ（１２０４）の陽極端子に接続されている。第一半二重スイッチ（１２０４）の陰極は複数セル（１２２０）の正極に接続されている。セル（１２２０）の正極は第二半二重スイッチ（１２０６）の陽極端子に接続されている。第二半二重スイッチ（１２０６）の陰極は入出力ポート（１２１８）に接続されている。コンデンサーバンク（１２２２）は入出力ポート（１２１８）に接続されている。一極トランジスタ（１２１６）のドレン端子は入出力ポート（１２１８）に接続されている。一極トランジスタ（１２１６）のソース端子はアース端子に接続されている。第二の特定用途向け集積回路（１２４０）は一極トランジスタ（１２１６）のゲート端子と連携している。第二の特定用途向け集積回路（１２４０）はセル（１２２０）、コンデンサーバンク（１２２２）またはこれら両者を同時に選択して電力を負荷に供給するように構成されている。負荷は入出力ポート（１２１８）に接続される。

【0062】

本発明の第六実施形態において、セル（１２２０）用充電電流は入出力ポート（１２１８）から第二の特定用途向け集積回路（１２４０）へ、さらに、第二の特定用途向け集積回路（１２４０）から第一半二重スイッチ（１２０４）を経由してセルの正極へ流れる。

【0063】

本発明の第六実施形態において、セル（１２２０）の放電電流はセルの正極から第二半二重スイッチ（１２０６）の入出力ポート（１２１８）へ流れる。

【0064】

本発明の第六実施形態において、コンデンサーバンク（１２２２）用充電電流は入出力ポート（１２１８）からコンデンサーバンク（１２２２）ヘ流れる。

【0065】

本発明の第六実施形態において、コンデンサーバンク（１２２２）の放電電流はコンデンサーバンク（１２２２）から入出力ポート（２１８）へ流れる。

【0066】

図１３は本発明の第七実施形態によるハイブリッドパワーパック（１３００）のブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（１３００）は第一ストレージコンポーネントとしての複数のセル（１３０２）、第二ストレージコンポーネントとしてのコンデンサーバンク（１３２２）、第一電源／ソースとしてのコイルを巻いたフェライトコア（１３２６）、増幅器（１３２８）、整流器（１３３０）、コイルを巻いたフェライトコア（１３３２）用制御回路、コントローラ（１３１２）、バッテリー管理システム（１３０２）、セル均衡回路（１３１４）、コンデンサー均衡回路（１３０８）、入出力ポート（１３１８）、一極トランジスタ（１３１６）、全二重スイッチ（１３１０）、第一半二重スイッチ（１３０４）、本発明の第七実施形態による第二半二重スイッチ（１３０６）を含む。バッテリー管理システム（１３０２）は入力ポートと出力ポートを含む。バッテリー管理システムの入力ポートは入出力ポート（１３１８）に接続されている。バッテリー管理システム（１３０２）の出力ポートは第一半二重スイッチ（１３０４）の陽極端子に接続されている。第一半二重スイッチ（１３０４）の陰極は複数セル（１３２０）の正極に接続されている。セル（１３２０）の正極は第二半二重スイッチ（１３０６）の陽極端子に接続されている。第二半二重スイッチ（１３０６）の陰極は入出力ポート（１３１８）に接続されている。コンデンサーバンク（１３２２）は全二重スイッチ（１３１０）に接続され、全二重スイッチ（１３１０）は入出力ポート（１３１８）に接続されている。コイルを巻いたフェライトコア（１３２６）は増幅器（１３２８）に接続され、増幅器（１３２８）は整流器（１３３０）に接続され、整流器（１３３０）は入出力ポート（１３１８）に接続されている。一極トランジスタ（１３１６）のドレン端子は入出力ポート（１３１８）に接続されている。一極トランジスタ（１３１６）のソース端子はアース端子に接続されている。コントローラ（１３１２）はセル均衡回路（１３１４）、コンデンサー均衡回路（１３０８）、バッテリー管理システム（１３０２）、全二重スイッチ（１３１０）、コイルを巻いたフェライトコア（１３３２）用制御回路、一極トランジスタ（１３１６）のゲート端子と連携している。コントローラ（１３１２）はセル（１３２０）、コンデンサーバンク（１３２２）、コイルを巻いたフェライトコア（１３２６）かこれらの組合せを選択して電力を負荷に印加するように構成されている。負荷は入出力ポート（１３１８）に接続される。

【0067】

本発明の第七実施形態では、セル（１３２０）用充電電流は入出力ポート（１３１８）からバッテリー管理システム（１３０２）へ流れ、さらに、バッテリー管理システム（１３０２）から第一半二重スイッチ（１３０４）経由でセル正極へ向かう。

【0068】

本発明の第七実施形態において、セル（１３２０）の放電電流はセルの正極から第二半二重スイッチ（１３０６）を経由して入出力ポート（１３１８）へ流れる。

【0069】

本発明の第七実施形態において、コンデンサーバンク（１３２２）用充電電流は入出力ポート（１３１８）から全二重スイッチ（１３１０）へ、さらに、全二重スイッチ（１３１０）からコンデンサーバンク（１３２２）へ流れる。

【0070】

本発明の第七実施形態において、コンデンサーバンク（１３２２）の放電電流はコンデンサーバンク（１３２２）から全二重スイッチ（１３１０）へさらに、全二重スイッチ（１３１０）から入出力ポート（１３１８）へ流れる。

【0071】

本発明に従い、コイルを巻いたフェライトコア（１３２６）を第一電源／ソースとしてハイブリッドパワーパック（１３００）に電力を供給する。コイルを巻いたフェライトコア（１３２６）はトランス、コイルの巻線かコイルを巻いた電磁コアであってよい。典型的に、コイルを巻いたフェライトコア（１３２６）はコイルとマグネットコアを含む。コイルは普通のプラスチックボビンか軟質のフェライトマグネットかマグネットコアに巻かれている。コイルを巻いたフェライトコアは第一ＡＣ信号を生成する。コイルを巻いたフェライトコア（１３２６）で生成される第一ＡＣ信号は増幅器（１３２８）によって増幅され、増幅された第一ＡＣ信号を生成する。増幅された第一ＡＣ信号は整流器（１３３０）によって安定的ＤＣ信号に変換される。整流器（１３３０）はブリッジ整流器か全波整流器であってよい。コイルを巻いたフェライトコア（１３２６）用制御回路はＡＣ信号レベル検出器と利得制御回路を含む。ＡＣ信号レベル検出器はコイルを巻いたフェライトコアから出る第一ＡＣ信号の電流／電圧レベルを検出する。検出されたレベルに基づいてコイルを巻いたフェライトコア（１３３２）用制御回路は利得制御回路を制御する。利得制御回路は増幅器（１３２８）の利得を制御する利得制御信号を生成する。さらに、利得制御回路はコントローラ（１３１２）と連携している。

【0072】

図１４は本発明の第八実施形態によるハイブリッドパワーパック（１４００）のブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（１４００）はバッテリー管理システム（１４０２）、第一の特定用途向け集積回路（１４４０）としての１ブロックに統合されたコントローラ（１４１２）、第一ストレージコンポーネントとしての複数セル（１４２０）、第二ストレージコンポーネントとしてのコンデンサーバンク（１４２２）、第一電源としてのコイルを巻いたフェライトコア（１４２６）、増幅器（１４２８）、整流器（１４３０）、コイルを巻いたフェライトコア用制御回路（１４３２）、セル均衡回路（１４１４）、コンデンサー均衡回路（１４０８）、全二重スイッチ（１４１０）、入出力ポート（１４１８）、一極トランジスタ（１４１６）、第一半二重スイッチ（１４０４）、本発明の第八実施形態による第二半二重スイッチ（１４０６）を含む。さらに、第一の特定用途向け集積回路（１４０２）は入力ポートと出力ポートから成る。第一の特定用途向け集積回路（１４４０）入力ポートは入出力ポート（１４１８）に接続されている。第一の特定用途向け集積回路（１４４０）の出力ポートは第一半二重スイッチ（１４０４）の陽極端子に接続されている。第一半二重スイッチ（１４０４）の陰極は複数セル（１４２０）の正極に接続されている。セル（１４２０）の正極は第二半二重スイッチ（１４０６）の陽極端子に接続されている。第二半二重スイッチ（１４０６）の陰極は入出力ポート（１４１８）に接続されている。コンデンサーバンク（１４２２）は全二重スイッチ（１４１０）に接続され、全二重スイッチ（１４１０）は入出力ポート（１４１８）に接続されている。コイルを巻いたフェライトコア（１４２６）は増幅器（１４２８）に接続され、増幅器（１４２８）は整流器（１４３０）に接続され、整流器（１４３０）は入出力ポート（１４１８）に接続されている。一極トランジスタ（１４１６）のドレン端子は入出力ポート（１４１８）に接続されている。一極トランジスタ（１４１６）のソース端子はアース端子に接続されている。第一の特定用途向け集積回路（１４４０）はセル均衡回路（２１４）、コンデンサー均衡回路（１４０８）、全二重スイッチ（１４１０）、コイルを巻いたフェライトコア（１４３２）用制御回路、一極トランジスタ（１４１６）のゲート端子と連携している。第一の特定用途向け集積回路（１４４０）はセル（１４２０）、コンデンサーバンク（１４２２）、コイルを巻いたフェライトコア（１４２６）かこれらの組合せを選択し、電力を負荷に供給するように構成されている。負荷は入出力ポート（１４１８）に接続される。

【0073】

本発明の第八実施形態において、セル（１４２０）用充電電流は入出力ポート（１４１８）から第一の特定用途向け集積回路（１４４０）へ、さらに、第一の特定用途向け集積回路（１４４０）からセルの正極へ第一半二重スイッチ（１４０４）を経由して流れる。

【0074】

本発明の第八実施形態において、セル（１４２０）の放電電流はセルの正極から第二半二重スイッチ（１４０６）の入出力ポート（１４１８）へ流れる。

【0075】

本発明の第八実施形態において、コンデンサーバンク（１４２２）用充電電流は入出力ポート（１４１８）から全二重スイッチ（１４１０）へ、さらに、全二重スイッチ（１４１０）からコンデンサーバンク（１４２２）へ流れる。

【0076】

本発明の第八実施形態において、コンデンサーバンク（１４２２）の放電電流はコンデンサーバンク（１４２２）から全二重スイッチ（１４１０）へ、さらに、全二重スイッチ（１４１０）から入出力ポート（１４１８）へ流れる。

【0077】

図１５は本発明の第九実施形態によるハイブリッドパワーパック（１５００）のブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（１５００）はバッテリー管理システム（１５０２）、コントローラ（１５１２）、コンデンサー均衡回路（１５０８）、第二の特定用途向け集積回路（１５４０）の１ブロックに統合されたセル均衡回路（１５１４）、第一ストレージコンポーネントとしての複数セル（１５２０）、第二ストレージコンポーネントとしてのコンデンサーバンク（１５２２）、第一電源としてのコイルを巻いたフェライトコア（１５２６）、増幅器（１５２８）、整流器（１５３０）、コイルを巻いたフェライトコア（１５３２）用制御回、全二重スイッチ（１５１０）、入出力ポート（１５１８）、一極トランジスタ（１５１６）、第一半二重スイッチ（１５０４）、本発明の第九実施形態による第二半二重スイッチ（１５０６）を含む。さらに、第二の特定用途向け集積回路（１５４０）は入力ポートと出力ポートから成る。第二の特定用途向け集積回路（１５４０）の入力ポートは入出力ポート（１５１８）に接続されている。第二の特定用途向け集積回路（１５４０）の出力ポートは第一半二重スイッチ（１５０４）の陽極端子に接続されている。第一半二重スイッチ（１５０４）の陰極は複数セル（１５２０）の正極に接続されている。セル正極は第二半二重スイッチ（１５０６）の陽極端子に接続されている。第二半二重スイッチ（１５０６）の陰極は入出力ポート（１５１８）に接続されている。コンデンサーバンク（１５２２）は全二重スイッチ（１５１０）に接続され、全二重スイッチ（１５１０）は入出力ポート（１５１８）に接続されている。コイルを巻いたフェライトコア（１５２６）は増幅器（１５２８）に接続され、増幅器（１５２８）は整流器（１５３０）に接続され、整流器（１５３０）は入出力ポート（１５１８）に接続されている。一極トランジスタ（１５１６）のドレン端子は入出力ポート（１５１８）に接続されている。一極トランジスタ（１５１６）のソース端子はアース端子に接続されている。第二の特定用途向け集積回路（１５４０）が全二重スイッチ（１５１０）、コイルを巻いたフェライトコア（１５３２）用制御回路、一極トランジスタ（１５１６）のゲート端子と連携している。第二の特定用途向け集積回路（１５４０）はセル（１５２０）、コンデンサーバンク（１５２２）、コイルを巻いたフェライトコア（１５２６）かこれらの組合せを選択し、電力を負荷に供給するように構成されている。負荷は入出力ポート（１５１８）に接続される。

【0078】

本発明の第九実施形態において、セル（１５２０）用充電電流は入出力ポート（１５１８）から第二の特定用途向け集積回路（１５４０）へ、さらに、第二の特定用途向け集積回路（１５４０）から第一半二重スイッチ（１５０４）を経由してセルの正極へ流れる。

【0079】

本発明の第九実施形態において、セル（１５２０）の放電電流はセルの正極から第二半二重スイッチ（１５０６）の入出力ポート（１５１８）へ流れる。

【0080】

本発明の第九実施形態において、コンデンサーバンク（１５２２）用充電電流は入出力ポート（１５１８）から全二重スイッチ（１５１０）へ、さらに、全二重スイッチ（１５１０）からコンデンサーバンク（１５２２）へ流れる。

【0081】

本発明の第九実施形態において、コンデンサーバンク（１５２２）の放電電流はコンデンサーバンク（１５２２）から全二重スイッチ（１５１０）へ、さらに、全二重スイッチ（１５１０）から入出力ポート（１５１８）へ流れる。

【0082】

図１６は本発明.の第十実施形態によるハイブリッドパワーパック（１６００）のブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（１６００）は第一ストレージコンポーネント、第二ストレージコンポーネント、バッテリー管理システム（１６０２）、コンデンサー均衡回路（１６０８）、コントローラ（１６１２）、全二重スイッチ（１６１０）、入出力ポート（１６１８）、一極トランジスタ（１６１６）、第一半二重スイッチ（１６０４）、本発明.の第十実施形態による第二半二重スイッチ（１６０６）を含む。第一ストレージコンポーネントは複数のコンデンサー（１６２２）を含む。第二ストレージコンポーネントは複数のコンデンサー（１６２２）を含む。バッテリー管理システム（１６０２）は入力ポートと出力ポートを含む。バッテリー管理システムの入力ポートは入出力ポート（１６１８）に接続されている。バッテリー管理システム（１６０２）の出力ポートは第一半二重スイッチ（１６０４）の陽極端子に接続されている。第一半二重スイッチ（１６０４）の陰極は第一ストレージコンポーネントの正極と接続されている。第一ストレージコンポーネントの正極は第二半二重スイッチ（１６０６）の陽極端子に接続されている。第二半二重スイッチ（１６０６）の陰極は入出力ポート（１６１８）に接続されている。第二ストレージコンポーネントは全二重スイッチ（１６１０）に接続されており、全二重スイッチ（１６１０）は入出力ポート（１６１８）に接続されている。一極トランジスタ（１６１６）のドレン端子は入出力ポート（１６１８）に接続されている。一極トランジスタ（１６１６）のソース端子はアース端子に接続されている。コントローラ（１６１２）はコンデンサー均衡回路（１６０８）、バッテリー管理システム（１６０２）、全二重スイッチ（１６１０）、一極トランジスタ（１６１６）のゲート端子と連携している。コントローラ（１６１２）は第一ストレージコンポーネント、第二ストレージコンポーネントかこれらの組合せを選択し、電力を負荷に供給するように構成されている。負荷は入出力ポート（１６１８）に接続される。

【0083】

本発明の第十実施形態において、第一ストレージコンポーネント用充電電流は入出力ポート（１６１８）からバッテリー管理システム（１６０２）へ、さらに、バッテリー管理システム（１６０２）から第一半二重スイッチ（１６０４）を経由して第一ストレージコンポーネントの正極へ流れる。

【0084】

本発明の第十実施形態において、第一ストレージコンポーネントの放電電流は第一ストレージコンポーネントの正極から第二半二重スイッチ（１６０６）を経由して入出力ポート（１６１８）へ流れる。

【0085】

本発明の第十実施形態において、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（１６１８）から全二重スイッチ（１６１０）へ、さらに、全二重スイッチ（１６１０）から第二ストレージコンポーネント（１６２２）へ流れる。

【0086】

本発明の第十実施形態において、第二ストレージコンポーネントの放電電流は第二ストレージコンポーネントから全二重スイッチ（１６１０）へ、さらに、全二重スイッチ（１６１０）から入出力ポート（１６１８）へ流れる。

【0087】

図１７は本発明の第十一実施形態によるハイブリッドパワーパック（１７００）のブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（１７００）はバッテリー管理システム（１７０２）、コントローラ（１７１２）、第三の特定用途向け集積回路（１７４０）としての１ブロックに統合したコンデンサー均衡回路（１７０８）、複数のコンデンサー（１７２２）としての第一ストレージコンポーネント、複数のコンデンサー（１７２２）としての第二ストレージコンポーネント、第一電源としてのコイルを巻いたフェライトコア（１７２６）、増幅器（１７２８）、整流器（１７３０）、コイルを巻いたフェライトコア（１７３２）用制御回路、全二重スイッチ（１７１０）、入出力ポート（１７１８）、一極トランジスタ（１７１６）、第一半二重スイッチ（１７０４）、本発明の第十一実施形態による第二半二重スイッチ（１７０６）を含む。第三の特定用途向け集積回路（１７４０）は入力ポートと出力ポートから成る。第三の特定用途向け集積回路（１７４０）の入力ポートは入出力ポート（１７１８）に接続されている。第三の特定用途向け集積回路（１７４０）の出力ポートは第一半二重スイッチ（１７０４）の陽極端子に接続されている。第一半二重スイッチ（１７０４）の陰極は第一ストレージコンポーネントの正極と接続されている。第一ストレージコンポーネントの正極は第二半二重スイッチ（１７０６）の陽極端子に接続されている。第二半二重スイッチ（１７０６）の陰極は入出力ポート（１７１８）に接続されている。第二ストレージコンポーネントは全二重スイッチ（１７１０）に接続されており、全二重スイッチ（１７１０）は入出力ポート（１７１８）に接続されている。一極トランジスタ（１７１６）のドレン端子は入出力ポート（１７１８）に接続されている。一極トランジスタ（１７１６）のソース端子はアース端子に接続されている。第三の特定用途向け集積回路（１７４０）は全二重スイッチ（１７１０）との一極トランジスタ（１７１６）ゲート端子と連携している。第三の特定用途向け集積回路（１７４０）は第一ストレージコンポーネント、第二ストレージコンポーネント、コイルを巻いたフェライトコア（１７２６）かこれらの組合せを選択し、電力を負荷に供給するように構成されている。負荷は入出力ポート（１７１８）に接続される。

【0088】

本発明の第十一実施形態において、第一ストレージコンポーネント用充電電流は入出力ポート（１７１８）からバッテリー管理システム（１７４０）へ、さらに、バッテリー管理システム（１７４０）から第一半二重スイッチ（１７０４）を経由して第一ストレージコンポーネントの正極へ流れる。

【0089】

本発明の第十一実施形態において、第一ストレージコンポーネントの放電電流は第一ストレージコンポーネントの正極から第二半二重スイッチ（１７０６）を経由して入出力ポート（１７１８）へ流れる。

【0090】

本発明の第十一実施形態において、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（１７１８）から全二重スイッチ（１７１０）へ、さらに、全二重スイッチ（１７１０）から第二ストレージコンポーネント（１７２２）へ流れる。

【0091】

本発明の第十一実施形態において、第二ストレージコンポーネントの放電電流は第二ストレージコンポーネントから全二重スイッチ（１７１０）へ、さらに、全二重スイッチ（１７１０）から入出力ポート（１７１８）へ流れる。

【0092】

図１８は本発明.の第十二実施形態によるハイブリッドパワーパック（１８００）のブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（１８００）は複数のセル（１８２０）としての第一ストレージコンポーネント、複数のセル（１８２０）としての第二ストレージコンポーネント、バッテリー管理システム（１８０２）、セル均衡回路（１８１４）、入出力ポート（１８１８）、一極トランジスタ（１８１６）、コントローラ（１８１２）、第一半二重スイッチ（１８０４）、本発明の第十実施形態による第二半二重スイッチ（１８０６）を含む。バッテリー管理システム（１８０２）は入力ポートと出力ポートを含む。バッテリー管理システムの入力ポートは入出力ポート（１８１８）に接続されている。バッテリー管理システム（１８０２）の出力ポートは第一半二重スイッチ（１８０４）の陽極端子に接続されている。第一半二重スイッチ（１８０４）の陰極は第一ストレージコンポーネントの正極と接続されている。第一ストレージコンポーネントの正極は第二半二重スイッチ（１８０６）の陽極端子に接続されている。第二半二重スイッチ（１８０６）の陰極は入出力ポート（１８１８）に接続されている。第二ストレージコンポーネントは入出力ポート（１８１８）に接続されている。一極トランジスタ（１８１６）のドレン端子は入出力ポート（１８１８）に接続されている。一極トランジスタ（１８１６）のソース端子はアース端子に接続されている。コントローラ（１８１２）はセル均衡回路（１８１４）、バッテリー管理システム（１８０２）、一極トランジスタ（１８１６）のゲート端子と連携している。中央コントローラ（１８１２）は第一ストレージコンポーネント、第二ストレージコンポーネントかこれらの組合せを選択し、電力を負荷に供給するように構成されている。負荷は入出力ポート（１８１８）に接続される。

【0093】

本発明の第十二実施形態において、第一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）からバッテリー管理システム（１８０２）へ、さらに、バッテリー管理システム（１８０２）から第一半二重スイッチ（１８０４）を経由して第一ストレージコンポーネントの正極へ流れる。

【0094】

本発明の第十二実施形態において、第一ストレージコンポーネントの放電電流は第一ストレージコンポーネントの正極から第二半二重スイッチ（１８０６）を経由して入出力ポート（１８１８）へ流れる。
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。

【0095】

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の放電電流は第二ストレージコンポーネントから入出力ポート（１８１８）へ流れる。

【0096】

図１９は本発明の第十三実施形態によるハイブリッドパワーパック（１９００）のブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（１９００）はバッテリー管理システム（１９０２）、コントローラ（１９１２）、第四の特定用途向け集積回路（１９４０）としての１ブロックに統合したセル均衡回路（１９１４）、複数のセル（１９２０）としての第一ストレージコンポーネント、複数のセル（１９２０）としての第二ストレージコンポーネント、第一電源としてのコイルを巻いたフェライトコア（１９２６）、増幅器（１９２８）、整流器（１９３０）、コイルを巻いたフェライトコア（１９３２）用制御回路、入出力ポート（１９１８）、一極トランジスタ（１９１６）、第一半二重スイッチ（１９０４）、本発明の第十三実施形態による第二半二重スイッチ（１９０６）を含む。第四の特定用途向け集積回路（１９４０）は入力ポートと出力ポートから成る。第四の特定用途向け集積回路（１９４０）の入力ポートは入出力ポート（１９１８）に接続されている。第四の特定用途向け集積回路（１９４０）の出力ポートは第一半二重スイッチ（１９０４）の陽極端子に接続されている。第一半二重スイッチ（１９０４）の陰極は第一ストレージコンポーネントの正極と接続されている。第一ストレージコンポーネントの正極は第二半二重スイッチ（１９０６）の陽極端子に接続されている。第二半二重スイッチ（１９０６）の陰極は入出力ポート（１９１８）に接続されている。第二ストレージコンポーネントは入出力ポート（１９１８）に接続されている。一極トランジスタ（１９１６）のドレン端子は入出力ポート（１９１８）に接続されている。一極トランジスタ（１９１６）のソース端子はアース端子に接続されている。第四の特定用途向け集積回路（１９４０）は一極トランジスタ（１９１６）のゲート端子と連携している。第四の特定用途向け集積回路（１９４０）は第一ストレージコンポーネント、第二ストレージコンポーネント、コイルを巻いたフェライトコア（１９２６）かこれらの組合せを選択し、電力を負荷に供給するように構成されている。負荷は入出力ポート（１９１８）に接続される。

【0097】

本発明の第十三実施形態において、第一ストレージコンポーネント用充電電流は入出力ポート（１９１８）から第四の特定用途向け集積回路（１９４０）へ、さらに、第四の特定用途向け集積回路（１９４０）から第一半二重スイッチ（１９０４）を経由して第一ストレージコンポーネントの正極へ流れる。

【0098】

本発明の第十三実施形態において、第一ストレージコンポーネントの放電電流は第一ストレージコンポーネントの正極から第二半二重スイッチ（１９０６）を経由して入出力ポート（１９１８）へ流れる。

【0099】

本発明の第十三実施形態において、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（１９１８）から第二ストレージコンポーネント（１９２２）へ流れる。

【0100】

本発明の第十三実施形態において、第二ストレージコンポーネントの放電電流は第二ストレージコンポーネントから入出力ポート（１９１８）へ流れる。

【0101】

図２０は本発明の第十四実施形態によるハイブリッドパワーパック（２０００）のブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（２０００）は第一ストレージコンポーネントとしての複数セル（２０２０）、第二ストレージコンポーネントとしてのコンデンサーバンク（２０２２）、ＡＣ電源（２０４２）に接続された第一ＡＣ／ＤＣ変換器（２０４４）、バッテリー管理システム（２００２）、セル均衡回路（２０１４）、コントローラ（２０１２）、コンデンサー均衡回路（２００８）、全二重スイッチ（２０１０）、入出力ポート（２０１８）、一極トランジスタ（２０１６）、第一半二重スイッチ（２００４）、本発明の第十四実施形態による第二半二重スイッチ（２００６）を含む。コントローラ（２０１２）はセル（２０２０）、コンデンサーバンク（２０２２）、ＡＣ電源（２０４２）かこれらの組合せを選択し、電力を負荷に供給するように構成されている。負荷は入出力ポート（２０１８）に接続される。

【0102】

本発明に従い、ＡＣ電源（２０４２）を第二電源／ソースとしてハイブリッドパワーパック（２０００）に電力を供給する。第一ＡＣ／ＤＣ変換器（２０４４）はＡＣ電源（２０４２）に接続され持続的なＤＣ電力を生成する。

【0103】

図２１は本発明の第十五実施形態によるハイブリッドパワーパック（２１００）のブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（２１００）は第一ストレージコンポーネントとしての複数セル（２１２０）、第二ストレージコンポーネントとしてのコンデンサーバンク（２１２２）、アンテナ（２１４６）、ＲＦレシーバーモジュール（２１４８）、ＲＦ増幅器（２１５０）、第二ＡＣ／ＤＣ変換器（２１５２）、バッテリー管理システム（２１０２）、セル均衡回路（２１１４）、コンデンサー均衡回路（２１０８）、コントローラ（２１１２）、全二重スイッチ（２１１０）、入出力ポート（２１１８）、一極トランジスタ（２１１６）、第一半二重スイッチ（２１０４）、本発明の第十五実施形態による第二半二重スイッチ（２１０６）を含む。アンテナ（２１４６）は無線周波数を取得するように構成されている。ＲＦレシーバーモジュール（２１４８）はアンテナ（２１４６）に接続されている。ＲＦレシーバーモジュール（２１４８）は第二ＡＣ信号を前記の取得した無線周波数を生成するように構成されている。ＲＦ増幅器（２１５０）はＲＦレシーバーモジュール（２１４８）に接続されている。ＲＦ増幅器（２１５０）は前記の第二ＡＣ信号を増幅するように構成されている。第二ＡＣ／ＤＣ変換器（２１５２）はＲＦ増幅器（２１５０）に接続されている。第二ＡＣ／ＤＣ変換器（２１５２）は前記の第二ＡＣ信号をＤＣ信号に変換する。アンテナ（２１４６）、ＲＦレシーバーモジュール（２１４８）、ＲＦ増幅器（２１５０）、第二ＡＣ／ＤＣ変換器（２１５２）からなるブロックは第三電源／供給部として機能する。コントローラ（２１１２）はセル（２１２０）、コンデンサーバンク（２１２２）、第三電源／供給部かこれらの組合せを選択し、電力を負荷に供給するように構成されている。負荷は入出力ポート（２１１８）に接続される。

【0104】

本発明に従い、ハイブリッドパワーパックは持続的なＤＣ電力の生成用ソーラーセル（太陽光発電セル）、燃料電池等の第四電源（ＤＣ電源）に接続されたステップアップＤＣ／ＤＣ変換器を含んでもよい。
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。

【0105】

本発明に従い、第一電源供給部、第二電源供給部、第三電源供給部、第四電源供給部、第五電源を単独でまたは組合せてハイブリッドパワーパックに電力を供給するように使用することができる。

【0106】

本発明に従い、磁気モーターに基づく磁気モーターとホイールがハイブリッドパワーパックに電力を供給してもよい。

【0107】

図２２は本発明の実施形態のうち任意のものによるハイブリッドパワーパック（２２００）の充電用ブロック図を示す。ハイブリッドパワーパック（２２００）の充電用ブロック図はスイッチ（２２５２）、オルタネータ（２２５４）、第三ＡＣ／ＤＣ変換器（２２５６）、入出力ポート（２２１８）、ポート制御回路、電線Ａ−Ａ１、電線Ｂ−Ｂ１を含む。スイッチ（２２５２）はオルタネータ（２２５４）に接続され、オルタネータ（２２５４）は第三ＡＣ／ＤＣ変換器（２２５６）に接続され、第三ＡＣ／ＤＣ変換器（２２５６）はハイブリッドパワーパック（２２００）に接続されている。ハイブリッドパワーパック（２２００）は正極（１１２）、負極（１１４）を含む。通常の動作状態において（電圧範囲１２〜１８ボルト）、ハイブリッドパワーパックの正極（１１２）は制御回路（２２１６）の正極（２２５８）と接続され、ハイブリッドパワーパック（２２００）の負極（１１４）は制御回路（２２１６）の負極に接続され、ハイブリッドパワーパック（２２００）の入出力ポート（２２１８）はポート制御回路と一対の全二重電線から成る。ポート制御回路は制御回路（２２１６）のバッテリー管理システムと連携している。通常の動作範囲において（電圧範囲１２〜１８ボルト等）、ポート制御回路はハイブリッドパワーパック（２２００）の正極（１１２）を電線Ｂ-Ｂ１により制御回路の正極（２２５８）と、またハイブリッドパワーパック（２２００）の負極（１１４）を制御回路（２２１６）の負極と接続する。ハイブリッドパワーパック（２２００）の正極（１１２）でポート制御回路により検出された電圧が閾値電圧より低い場合、ポート制御回路はハイブリッドパワーパックの正極（１１２）を制御回路の正極（２２５８）から、ハイブリッドパワーパック（２２００）の負極（１１４）を制御回路（２２６０）の負極から切断し、電線Ａ‐Ａ１を制御回路（２２５８）の正極と接続する。さらに、ハイブリッドパワーパック（２２００）の正極（１１２）における電圧が閾値電圧以上であれば、電線Ａ‐Ａ１は制御回路の正極（２２５８）から完全に切断され、電線Ｂ‐Ｂ１は制御回路の正極に接続される。さらに、閾値電圧はバッテリー管理システムにより設定される。

【0108】

一つの作業事例において、本発明のハイブリッドパワーパックと従来型バッテリーを異なる車両の燃料パイプの後で試験し、オルタネータフューズを取り外し、車両がクランク駆動の試行に従って始動しないようにする。表１は従来型バッテリーの実験的性能パラメータとハイブリッドパワーパックの実験的性能パラメータを比較したものである。実験的性能パラメータはメインエジンカットオフトングテスターを使用して測定した。実験的性能パラメータはクランク作動の平均放電電流、クランク作動試行回数、車両のクランク作動に必要な容量である。クランク作動試行回数とはフル充電したセル／パックによって充電を補完せずに対応可能なクランク作動試行回数である。ハイブリッドパワーパックは４０回のクランク作動試行を可能にするが、先行技術によるバッテリーでは平均して１５回のクランク作動試行しか可能ではない。１５回のクランク作動試行後は先行技術によるバッテリーはクランク作動試行が不可能な充電値に落ちる。

【表1】

【0109】

第二作業事例において、容量１０００Ｆ以上の超コンデンサーはバッテリーと連結されており、３０Ａ等の低電流出力を持つバッテリーであって米国特許８３８４３６０において提案されているものと同様である。この種の電源は車載オルタネータから急速充電に依存する。オルタネータ接続に支障があれば、クランク作動二回試行後に電源は故障する一方、本発明のハイブリッドパックは同一条件において３０回以上の試行に耐える。

【0110】

加速充電放電テストにおいて次回再充電までの１回充電を１サイクルと見なす。先行技術によるバッテリーＥｘｉｄｅ（ＤＩＮ８８）は６５２サイクル、同様なＡｍｒｏｎ（ＡＡＭ−ＧＯ−０００−９０ＡＨ）は６６０サイクルまでに耐えたが、本発明のハイブリッドパワーパックは第一テストで６６４８サイクル、第二テストで６３９６サイクルに耐えた。さらに、先行技術によるバッテリーパックは少なくともある程度のメンテナンスが必要である。本発明のハイブリッドパワーパックを１４カ月間試験したところ、車両（Ｃｒｕｚｅ、２．２Ｌエンジン）を２２０００ｋｍ以上運転した後、まだ始動に十分な電力を維持しており、音楽システムやライト等車載電装系統に関して、試験中一貫してメンテナンス不要であった、但し接点端子のクリーニング（グリース除去や塵芥の除去）は必要であった。

【0111】

技術進歩：本発明により提供されるハイブリッドパワーパックが持つ技術優位性には以下のことの提供を含む。
・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

【0112】

本発明の特定の特長を相当強調してきたが、異なる修正を行うことができ、また、本発明の原理から乖離することなく、優先実施形態には多くの変更が可能である。本発明または優先実施形態の特質を修正できることは本発明分野の専門的技能を有する者には明らかであって、この際、以上の説明的事項が単に本発明を説明するためのものであり、限定的なものとして解釈されてはならないことを明確に理解する必要がある。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】