TWI722453B - 可攜式模組化能量儲存 - Google Patents

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Abstract

在某些實施例中，一種系統包含一帶體，用以將複數個儲能單體電池機械生連接在一起，其中該複數個儲能單體電池被分組成至少一第一儲能組與一第二儲能組，每一個儲能組包含至少一儲能單體電池，該第一儲能組之至少一儲能單體電池與該第二儲能組之至少一儲能單體電池具有不同的儲能特性。該系統更進一步包含一操作區，用以接收一儲能組，並在所接收的儲能組及一電氣設備之間建立一電性連接，以及一致動器，其可操作以將複數個儲能單體電池一起移動，從而將第一儲能組設置在該操作區中，以建立與該電氣設備的電性連接。

Description

可攜式模組化能量儲存
本發明揭露有關儲能，例如用於如車輛的電氣設備供電的可攜式電池組的形式。
目前的可充電電池系統涉及充電循環及放電循環。需要熱調節或其他電流控制措施，其防止從單元能量單體電池汲取過多電流，導致能量界面和單個單體電池過熱。另外，請參考第一圖，需要在對電流充電及其使用（電池放電）之間以及使用和再次對電池充電之間的冷卻期間。特別是快速充電或放電特別容易使電池過熱。如果不能適應冷卻期，能會導致電池永久損壞或可能引起火災或***。該循環的困難在於它可能被用戶需求中斷，需要在充電過程中使用電池，或者需要立即充電以立即使用。與充電相反，任何額外的熱放電(加熱)都會導致能量和廢熱的損失。示例性的情況是電動車輛，其中當腳踏板被按壓以向電動機供電時，當駕駛員釋放腳踏板並施加刹車以啟動再生刹車時，然後，只有鬆開刹車，再次踩踏板以向電動機通電並再次開始放電，依此類推。
另外，目前電池系統遭受到單個單體電池充電水平的差異，或受到單個單體電池的任何缺陷或問題的困擾。 該缺陷可能是由於局部化學（localized chemical）或機械故障或過熱，充電準位差異或製造缺陷引起的。 例如，當一個單體電池陣列中單個單體電池的充電低於該陣列中其餘單個單體電池的充電時，該陣列只能充電到陣列中最低單個單體電池的電量，實際上限制了整個陣列到單個單體電池的可用電勢。 第二圖顯示了陣列或電池組如何放電（在這種情況下為三個）只能在陣列中最低層級的電池（單體電池1）中放電。 單體電池2和單體電池3放電時（圖的右側）剩餘有無法使用的電荷，因為一旦單體電池1耗盡，它們將無法繼續放電。
有一些方法可以調整整個陣列，但這些方法增加了包含完全放電的放電與充電的循環，隨著時間的流逝，這會磨損整個陣列，從而縮短其使用壽命。 由於這些原因，需要選擇性地去除或更換單個單體電池或多個單體電池。
現有電池系統的多功能性也存在問題。 電池組具有不同的形狀和大小，並具有不同的電壓，這些電池組是根據互不相容的個別規格製造的，即使內部許多電池組是基於相同的單元單體電池。當這些電池組不再保存有用的充電時，實際上已經達到其使用壽命，則將其丟棄。 裝有這些電池的電池組通常只遭受一兩個單體電池狀態的困擾，如果更換電池，電池組將恢復使用狀態。 更換有缺陷的單體電池可以使電池組恢復有用的服務，從而大大延長了使用壽命。 另外，這些電池組效率較低的電池可用於要求不高的應用，這些應用不需要它們的全部容量。 這兩種解決方案都將延長電池系統的壽命並顯著減少浪費。
目前的車輛電池系統不允許快速更換電池組。 這要求車輛使用***式充電器。 這些系統的充電需要幾個小時才能完成冷卻、充電、冷卻和放電循環。 在比車輛電池組有效範圍更長的行程中行駛的使用者，或者需要在充電循環中間立即使用的用戶，對電池組提出了過高的需求。 這可能會因過熱而損壞電池組，並可能引起火災。
如本文所述，電池組以可撓性的蛇形帶佈置機械地連結在一起，其允許容易地操縱和控制該陣列，以及選擇性地更換和替換單個單體電池。 這些連結的電池的整體或其子集可以作為電池組電連接在一起，以提供可選的功率值（denominations of power）。
本文所述的配置的一些優點包括擴展現有電動車輛的範圍，諸如卡車、推高車（forklifts）、飛機、水運工具（包括潛水艇）、火車、氣墊船（hover crafts）、摩托車等；以及就像在加油站抽氣一樣，對二手車進行翻新以提供快速更換的能量組成為一種選擇；有選擇地更換電池組中的單個單體電池以進行調理和防火的能力；並迅速拋棄能量單元（單體電池）以防止車輛起火。 其他優勢包括靈活的應用：家庭備用電源（例如，可安裝在房屋牆壁上）和可攜式電源。 可以運行軟管或導管的任何地方都可以類似地容納一個電池組，該電池組可以快速更換並可以維修至單元單體電池。 卡車、踏板車、摩托車、高爾夫球車、所有地形和戰術車輛，自行車、氣墊船、海底系統、無人機、水下個人推進系統、輪船、資料中心、政府機構、不斷電供應系統和軍事系統都是該解決方案的潛在受益者。
由於電池組易於操作，因此本文所述的配置開拓了許多其他市場和選擇。 電池可以通過太陽能或其他電源充電，或者在夜間以公用事業網的折扣價充電，以供白天使用。 在將充電容量限制為一定數量的電池的情況下，可以將電池分組為子集進行充電，一次充電一個子集，直到所有電池都充電完畢。 一種應用是將電池組運輸到第一台設備，例如風車或風力發電場或其他動力源，在那裡對電池組立即進行整體充電，或者按上述子集的方式進行充電，然後將其交付到第二個裝置，例如單個車輛或到站以供客戶取貨或使用。 個人可以在家中為電池組充電，並與他人出售/交換電池組。 家用個人充電器的整個行業可以消除配電系統的需求和成本。這可以為農村地區或發展中國家提供分散式能源解決方案，供軍隊使用和救災。 它提供了可再生能源分配解決方案，而無需有線分配系統。 當地社區可以利用太陽、水、風和其他能源為能源單位充電，並將其分配給個人和家庭，以運行家庭電氣系統、製冷、電動車輛或醫療設備。
在某些實施例中，附加的單體電池或電池組被添加到電池組。 可以以與現有電池中的主要電池組不同的周期對額外的電池進行充電，冷卻和放電。 原理是對電池的某些電池單元使用不同的充電循環，以使所有電池單元不會同時充電和放電，從而減少了電池中的熱循環。 每個實施例可以擴展到在不同循環上充電/冷卻/放電的大量電池，以允許更有效地使用並防止熱損失和損壞。
在某些實施例中，一種系統包括用於將多個儲能單體電池機械地連接在一起的帶體，其中該複數個儲能單體電池被分組成至少一第一儲能組與一第二儲能組，每一個儲能組包含至少一儲能單體電池，該第一儲能組之至少一儲能單體電池與該第二儲能組之至少一儲能單體電池具有不同的儲能特性。 該系統還包括用以接收一儲能組，並在所接收的儲能組及一電氣設備之間建立一電性連接的操作區域，以及致動器，可操作以將複數個儲能單體電池一起移動，從而將第一儲能組設置在該操作區中，以建立與該電氣設備的電性連接。
在某些實施例中，一種方法包括將複數個儲能單體電池機械性連接在一起，其中該複數個儲能單體電池被分組成至少一第一儲能組與一第二儲能組，每一個儲能組包含至少一儲能單體電池，該第一儲能組之至少一儲能單體電池與該第二儲能組之至少一儲能單體電池具有不同的儲能特性。 該方法還包括提供用以接收一儲能組，並在所接收的儲能組及一電氣設備之間建立一電性連接的操作區域，以及使用一致動器將複數個儲能單體電池一起移動，從而將第一儲能組設置在該操作區中，以建立與該電氣設備的電性連接。
在某些實施例中，電池系統包括具有第一單體電池與一第二單體電池，以及用於在該電池的每個充電或放電循環中，一次僅選擇該第一單體電池或該第二單體電池的其中一個進行充電或放電的控制器 。
在某些實施例中，一種用於操作具有一第一單體電池與一第二單體電池之電池的方法，包括在時間錯開之不同的充電/放電循環中操作該第一單體電池與該第二單體電池，每個循環包括緊接在充電階段後的一冷卻期及緊接在放電階段後的一冷卻期。
以下描述僅是說明性的，而絕非旨在進行限制。 受益於本公開的其他實施例將容易地向本領域普通技術人員提出。 將詳細參考如附圖中所示的示例實施例的實施方式。 在整個附圖和以下描述中，將盡可能地使用相同的參考標記來指代相同或相似的項目。
在隨後的示例實施例的描述中，對“一個實施例”，“一個實施例”，“示例實施例”，“某些實施例”等的引用指示所描述的實施例可以包括特定的特徵，結構或特徵，但是每個實施例可能不一定包括特定的特徵，結構或特徵。而且，這樣的短語不一定指代相同的實施例。此外，當結合實施例描述特定的特徵，結構或特性時，可以認為結合其他實施例來實現這種特徵，結構或特性在本領域技術人員的知識範圍內。沒有明確描述。當在本文中使用時，術語“示例性”是指“用作示例，實例或說明”。在本文中被描述為“示例性”的任何實施例不必被解釋為比其他實施例優選或有利。
為了清楚起見，並未示出和描述本文描述的實施方式的所有常規特徵。 應當理解，在任何這樣的實際實現的開發中，必須做出許多特定於實現的決定，以實現開發人員的特定目標，例如遵守與應用程序和業務相關的約束，並且這些特定目標將有所不同。 從一個實現到另一個，再從一個開發者到另一個。 此外，將意識到，這樣的開發工作可能是複雜且耗時的，但是對於受益於本公開的本領域普通技術人員而言，仍將是工程的例行工作。
為了描述的目的，電池術語“組（pack）”，“陣列”或“組（bank）”將指一組一個或複數個單獨的電池或電容器，或更一般地，係指儲能單體電池或單元，其可以連接在一起以進行充電、放電或兩者同時進行。 每個單獨的電池也可以稱為“單體電池”。 此外，每個電池或單體電池應被理解為描述可充電或一次性化學電池（single-use chemical battery）或其他儲能裝置。 可再充電或一次性化學電池的示例包括但不限於各種尺寸和形狀係數（form factors）以及各種功率容量和功率額定值（如功率，電壓和電流所定義）的鋰離子和鎳鎘電池。 在第三圖中顯示一個示例形狀係數，其中一實質上圓柱形的習知電池10具有正極端子12和負極端子14。 電池的具體示例包括18650 松下（Panasonic）電池等，例如A尺寸，AA尺寸，AAA尺寸，C尺寸，D尺寸電池等。 然而，更一般而言，電池術語或單體電池將被理解為是指任何能量或電荷儲存裝置（charge storage device），並且尤其包括電容器和超級電容器。
第四圖係顯示根據一些實施例的用於以線性方式將一個或多個電池10機械地連結在一起的軟性可分離電池帶16的側視圖。 帶體16包括複數個帶體鏈結（belt links）18，這些帶體鏈結18透過彼此連接保持在電池10中。 移除兩個鏈結之間的電池（例如圖中的電池10a）會導致在該連接處將帶體16切成兩個分離的電池帶體段16a和16b。 當在就定位時，每個電池10在兩個連續的帶體鏈結18之間形成一機械連接。 這樣形成的連接是撓性的，兩個連續的帶體鏈結18可在有限的範圍內圍繞連接的電池樞轉，從而形成整體撓性的蛇形電池帶體佈置。 這種撓性允許捲繞電池帶體，例如圖4A所示，或者將其配置為S形或其他任何形狀，以實現緊密度，易於處理或包裝，並符合不同形狀的容器和導管，改善了熱交換（用於冷卻）或其他許多優點。
第五圖與第六圖係顯示諸如電池帶體16之帶體的鏈結之不同實施例。 在第五圖中，鏈結18是環形鏈結，其中一側包括單個環18a，而另一側包括兩個軸向對齊的環18b。 環的尺寸適於容納電池10，該電池可移動地滑至環中的適當位置，如雙向箭頭所示。 在一些實施例中，可以採用限定的干涉配合以確保電池在環中保持在適當的位置。 一個帶體鏈結的一環18a軸向對齊地裝配在下一個連續的帶體鏈結的兩個環18b之間，以形成一系列的鏈結，這些鏈結透過***在它們之間的電池連接在一起。 在第六圖中，鏈結20是C型夾式鏈結（C-clamp type link），其中一側包括一C型夾式20a，而另一側包括兩個軸向對齊的C型夾式20b。 每個C型夾式的開口22小於電池20的直徑，並且C型夾式20a和20b由撓性的材料所製成，以足夠允許電池10從側面移出，如第六圖中的雙箭頭所示。除了在軸向上以圖6的雙向箭頭的方式之外，。同樣，一個帶體鏈結的一環20a軸向對齊地裝配在下一個連續的帶體鏈結的兩個環20b之間，以形成一系列的鏈結，該鏈結透過***在它們之間的電池連接在一起。 當然，也可以考慮提供一種電池帶體，其具有連接在一起的鏈結，而不管其中是否存在電池，在這種情況下，即使將電池移除，也不會切斷電池帶體。
第七圖係顯示根據一些實施例的電池導管24的側視圖。電池導管24沿著方向L的線性延伸，並且在其中容納電池帶體16，如雙頭箭頭D所示，將電池帶體的運動也限制在線性方向上。以此方式，可以將電池帶體16以任何所需的程度從電池導管24中***或取出，並且在電池帶體中的電池沿任一方向順序地移動或步進。
電池導管24包括單獨的電池導管鏈結26，每個導管鏈結的尺寸實質上以一對一的比例對應於一個電池10，以將電池支撐在其中。 還可以考慮其他尺寸比例，例如每個鏈結有兩個或更多電池。 在第七A圖中更詳細地示出了兩個導管鏈結26，其中一個包含一電池10。 通常，每個導管鏈結26包括相對的第一和第二主側面28和30，以及相對的第一和第二次側面32和34，通常由它們設置以界定在其中的電池-導管腔室。 考慮到電池的軸向AA，第一和第二主側面28和30通常在與軸向A-A平行的平面中，並且第一和第二次側面32和34通常在與軸向A-A的橫向的平面中。雖然電池-導管腔室顯示為長方體形狀，但是也可以考慮其他形狀，例如圓柱體、角柱體等，並且此種側面所界定的腔室將與本文所述的不同。諸如摩擦滑件的部件（未示出），例如軌道，以減少摩擦並促進電池通過腔室的移動；也可以提供用於將電池固定在腔室中的固定裝置，例如棘爪（detens）、彈簧、夾具等。 另外，可以提供用於冷卻導管24中的電池便利的方法，例如冷卻流體回路，散熱片和散熱器等。 另外，可以提供包括管道-嵌入式感測器的溫度管理系統。
當將電池帶體16***電池導管24中時，構成導管鏈結26的排序，以便在一選擇組或多組電池之間建立電性連接，在此可將其稱為操作組。 該連接提供了一個共同的“輸出”，透過該“輸出”可以電性存取操作組的電池以進行充電或放電或測試。 該連接可以是串聯或並聯的，雖為了簡潔和清楚起見，本揭露的重點將主要是串聯連接。 術語“放電”用於指示使用電池來向例如電動車輛的電動機或需要操作電力的任何裝置或部件提供電力。
為了建立一操作組的一串聯連接，每個導管鏈結26的次側面32和34或次側面的內部被設計成與該導管鏈結中的電池的正極端子和負極端子電接觸。 因此，次側面32和34或其相關部分由可操作的導電材料製成，以接觸電池端子。主側面30或其一部分也由導電材料製成，並且用於在一個導管鏈結26的次側面32的導電部分與在一排序中的下一個導管鏈結的次側面34的導電部分之間提供電連接。排序中的下一個導管鏈結。 為此，主側面30在本文中可以被稱為電極，以與主要提供機械支撐的非導電主側28有所區隔。 在第7B圖中顯示這種結構的電氣表示，其中在一排序電池之間透過導管鏈結建立了導電路徑。 顯示兩個連續的電池A和B，其透過與主側面30對應的電極串聯連接。節點n1和n2分別對應於次側面32和34。
在某些實施例中，除了它們的電氣和機械功能之外，側面28、30、32和34中的一些或全部為撓性以足夠以賦予導管24整體可撓性，使其可以呈現緊密的捲繞形狀和其他形狀如下所示。 在其他實施例中，導管24的整體結構是硬性的，並且導管鏈結26及其彼此之間的連接是非撓性的。 如第七C圖所示，可以提供措施以保持與電池的良好電接觸。，其中導電的板簧型（leaf-spring type）觸點35向電池施加偏壓，以確保電池的正極端子和負極端子均與次側面或至少其導電部分（例如其37）接觸。 當然，用於在導管中操作，以形成電池帶體的電池的一串聯連接可以多種方式實現可。 例如，可以交替地顛倒電池的方向，如第七D圖所示，並相應地調節導管鏈結26a及其側面的導電性和撓性。
如上文所述，導管24的作用是透過將每個電池的正極端子按排序連接到下一個電池的負極端子，以建立帶體16中的電池10的串聯連接；且透過將每個電池的負極端子按排序連接到前一個電池的正極端子。 在第八圖中提供了對此的示意圖。其總體上顯示用於展開帶體16的電池10以例如對其進行充電或放電的系統。 一導管24建立了十個3.7V電池10的串聯連接，標為A-J。所形成的10單體電池串聯電池組36在連接或分接頭P1和N1上具有37伏的輸出電壓，可以統稱為輸出。 僅作為示例，顯示四個其37伏電池組的串聯連接，從而產生了148伏的電池組38。 如此連接的四個電池組可以由設置在單個40-鏈結導管24中的四個10-單體電池帶體16組成，或者由設置在四個對應的串聯的10-鏈結導管24中的四個10-單體電池帶體16組成。
第九圖顯示用於透過從電池組產生部分的輸出或複數個操作區域來部署電池的系統。 特別地，將串聯連接的電池A-J的10-單體電池組設置在10-鏈結導管24中，但是其中一個鏈結26在其電極30處具有電間隙或不連續性40。 參考第九A圖，不連續性可以由用戶選擇性地建立，例如當電極30的預定形成的部分或區域40a被移除或者以其他方式使其不導電時。 導管24中的每個鏈結可以具有這樣的預定形成的區域，以供使用者選擇性地移除。 在第九A圖中虛線定義區域40a可以代表穿孔，有助於移除導電材料以建立不連續性。 返回參考第九圖，提供電氣分接頭P2和N2，其與不連續性40一起運作，產生兩個單獨的電源：3-單體電源42（電池A-C），在分接頭P1-N2上處具有3.7 伏×3 = 11.1 伏的輸出;以及7-單體電源44（電池D-J），在分接頭P2-N1處具有3.7伏×7 ＝ 25.9伏的輸出。
第十圖顯示用於部署電池的系統的示意圖，其根據一些實施例，該系統提供快速的電池更換能力。 電池導管24以捲繞配置示出，並且具有N個電池的容量。 在該示例中，一或兩個致動器46和48皆為鏈輪，其可沿任一方向旋轉，作為動力驅動器運作，以同時饋送替換的電池帶體，同時取出舊的電池帶體。 替換帶體和舊帶體如前所述，每個帶體都有N個電池，如3.7 伏電池，當完全***具有N個電池的電池帶體時，P3-N3節點的輸出電壓為3.7 * N伏。 當電池帶體在導管24外部時，其可以存儲在箱50中。 導管24與致動器46和48可以是分離的部件，使得導管可以設置在一個設備上，例如充電站或電動車輛，以使操作者將致動器帶到該設備上進行電池帶體更換之目的，然後從設備中取出。在某些實施例中，一個或兩個致動器46和48由電動機（未顯示）驅動（powered）。 在某些其他實施例中，致動器都不由電動機驅動，並且致動器被安裝成可自由旋轉。 電池帶體在最後一結構中透過導管24作動，係藉由操作員提供驅動，例如透過拉動舊帶體，這會導致新更換帶體的拉入，這是因為其可以透過連接電池或如上所述的鏈結連接到舊帶體，或者由於一個或兩個致動器46、48的作用，該致動器46、48接合更換帶體並推動該更換帶體作動進入到導管24中。
第十圖之快速更換結構允許在現場更換電池帶體，例如在設置有導管24的充電站等設備處，以致於可以***一塊耗盡的電池更換帶體，以便透過P3-N3節點進行充電，並且可以提取帶有新的電池之已充電（“舊”）帶體，以供使用，例如在電動車輛（未顯示）的第二設備中使用，該設備可能類似地配備有快速更換系統，但其輸出節點連接到車輛的驅動系統。 車輛可以具有捲繞（coil）或其他構造的複數種快速更換系統，其可以以任何合適的功率提取（power extraction）方式（例如串聯、並聯、部分（fractional）等）連接。在某些實施例中，透過將導管配置成具有“拉鍊”形式，可以進一步實現快速更換，由此該導管可分離並且可重新連接成兩個縱向半部33a和33b，如第11A圖所示。 如此的構造能夠將電池帶體從導管快速釋放。導管鏈結可以設置有合適的緊固件（未顯示），該緊固件彼此接合和脫離以實現相似拉鍊的性能。
第十一圖係顯示根據某些實施例的一種用於部署電池具有捲繞部分輸出配置的系統。 電池帶體16具有“環形”構造，並且包括如上所述的機械連接在一起的B個總數電池。 帶體16容納在導管24中，該帶體具有N個導管鏈結，每個導管鏈結定義一電池腔室，如上所述。 電池總數B超出導管鏈結數N的數量為多餘電池量BE 。即， BE ＝ B-N 多餘的電池BE 在存取區域52中佔有全部比例。 因為該區域中的電池在導管24的外部，所以其更易於存取，並且可以容易地更換，例如在發生故障或性能不佳時。 可以透過過簡單地將單獨的電池軸向地從帶體中滑出以在該區域中進行電池更換，如第五圖所示，或如第六圖所示其將單獨的電池橫向地從帶體中滑出，然後以相反的方式更換新電池。 電池監控和更換將在下文中詳細討論。
如第十一圖中所示的導管24係由兩個部分24a和24b電氣組成，這兩個部分透過不連續性彼此隔離，例如第九圖中圖10所示的導管鏈結26中的間隙40 這導致第一電池組54具有30個A-DD電池單體（111伏）；且第二個電池組56具有34個EE-LLL電池單體（125.8伏）。 此兩電池組，每個電池組分別可連接以在節點P4-N4和P5-N5上操作，且其可以根據應用獨立和/或同時進行充電或放電。 以這種方式連接以進行操作的電池總數為30 + 34 = 64，稱為BO 。 導管24的導管鏈結（和相應的腔室）的數量M超過了操作電池的數量BO ＝ 64。 多餘的導管鏈結可表示為 ME = M-BO 多餘的導管鏈結ME 可用於在靜止模式下將電池保持在待機狀態，例如用於冷卻一部分電池，而將電池組54和/或56中的電池用於充電和/或放電（操作模式）。因此，可以透過電動致動器58將電池循環到導管24中的位置，該電動致動器可以與一個或多個電池溫度或其他參數感測器、計時器或其他裝置（未顯示）耦合，以提供反饋並觸發電池的旋轉。可以提供邏輯和位置編碼器（未顯示），並透過電動致動器58的作用，以確電池帶16的電池應在導管24中應移動的位置數。 導管24可以是與致動器58可分離的部件，使得導管可以設置在一個設備上，例如充電站或電動車輛，以使操作者將致動器58帶到該設備上以執行電池帶體更換的目的，然後從設備中取出。 更換將需要在存取區域52處移除電池10之一，從而切斷電池帶體16，並使得能夠以上面所述結合第十圖的方式移除和更換電池帶體16。
在第十二圖中示意性地顯示用於部署系統中的電池控制系統的一般視圖。 控制器60可以包括處理器62，用於接收反饋資訊和其他輸入並實現邏輯，其中控制器相應地啟動致動器58。 控制器中的記憶體63可存儲各種操作資訊，這些資訊可用於跟蹤帶體16的運動並跟蹤帶體中的位置或腔室，如下文進一步詳述。亦可以與溫度、電壓、電流、功率等有關的各種參數的可接受閾值存儲在記憶體63中。 致動器58可根據週期和應用雙向旋轉。 虛線描繪了環繞一組電池BO 的活動區域或操作區域，該些區域被連接，以作為一個或多個獨立電池組的一部分進行操作，而活動區域之外的其餘電池BR 在靜止區域中處於靜止狀態，用於例如冷卻循環。操作可能需要連接到一個充電系統，以便為電池充電，例如，在充電器容量有限的情況下，一次充電一個子組，直到對整個電池充滿電為止；或連接到一放電系統，例如包括車輛電動馬達的驅動系統等。 在適當的時間，感測到的溫度或充電/放電位準、功率、電流、電壓或任何其他適當的移動參數下，控制器啟動致動器58來移動元所有或部分電池，以將靜止的電池移至操作模式（進入活動區域），然後將操作電池移至靜止模式（離開活動區域）。 儘管在此實施例中，操作電池與靜止電池的比率顯示為1（BO / BR = 10/10 = 1），但可以考慮其他大於或小於1的比率。 如上所述，可以將嵌入導管24中的感測器作為溫度管理系統的一部分來提供，該溫度管理系統向控制器60提供反饋資訊。
在第十二A圖的變化例子中，實現了四個5-電池分組：兩個靜止群組BR1 和BR2 ；一個充電操作群組BO1 ；及一個放電操作群組BO2 。 致動器58可以由控制器60致動，以每n分鐘或者每當任何一組中的一個或多個電池的溫度達到規定的閾值時，或者每當放電電池位準（電壓、電流）或充電電池位準達到規定的閾值，或基於這些和其他因素的任意組合來移動電池S的位置。 另外，根據系統的安裝位置，控制器60可以從電池充電器或從其中佈置有系統的車輛的控制器接收輸入，並且回應於該輸入來執行電池移位。 移位數S可以是大於零的任何整數。 在第十二A圖的示例中，五位置的移位將顛倒電池配置，將所有操作電池置於靜止位置，而所有靜止電池置於運行位置。這可以稱為180度相位移位。 也可以考慮不同度數的相位移位。 90度相位移位會將一半操作電池置於靜止位置，一半靜止電池置於運行位置，依此類推。
在本文所述的安排中，電池10相對於其被部署用於充電或放電的分接點的移動性在平衡電池組中的電池單體上的應力和磨損以及延長其使用壽命方面具有重要的優勢。特別地，在常規電池組中，電池單體的位置在物理上和電氣上都是靜態的。 由於電池單體所經受的電流通量（放電時消耗，充電時相反）和熱通量（充電和放電時的熱）根據其在電路中位置的不同而有所不同，因此在操作期間，處於一個位置（例如在電池邊緣，在充電/放電分接點）與另一個位置的電池單體將承受（例如，電池組中心）不同的熱、化學和機械應力。 同樣，電池單體相對於電池組中使用的冷卻系統（包括環境冷卻）的物理位置也將有所不同，因此，即使使用熱交換器系統，其冷卻也可能會不均勻，例如在其入口處的冷卻要多於出口處的冷卻，某些電池單體從冷卻中將比其他電池單體受益較少。常規系統中物理和電氣位置的這種滯留導致單體電池的不均勻磨損以及電池和電池組的過早故障。 本文所述的動態設置消除了這些問題，透過旋轉電池來提供磨損均衡，從而使得電池組中的應力位置（熱、電、機械、化學）非一直由同一電池佔據，而是隨著電池旋轉進出這些位置時共同承擔。
某些實施例的另一個優點是容易取出和更換故障或性能不佳的電池。 可以在單個電池測試的基礎上完成對此類電池的檢測，其中控制器60（如第十二圖所示）可以使帶體16的電池循環透過配備有溫度、電壓、電流和其他感測器的存取區域52，以及那些不符合特定條件的電池將被更換。 在一些實施例中，對於串聯連接的電池組，該組中的一個或多個電池的故障將在整個電池組上產生零電壓，而不識別特定的故障電池。 參考第十三圖描述在這種情況下識別故障電池的簡單方法。 電池帶體16發生故障的電池10F 被控制器60（如第十二圖所示）順次步進通過導管24，並進入活動的操作區域A（圖中的上圖）。只要故障電池10F 在其內，操作區A就會顯示出異常低的電壓（零）。可以透過控制器60中的適當演算法或透過將感測器的輸出提供給控制器60來感測此異常低電壓或與區域A有關的任何其他參數。 在電池帶體16向右移動三個位置（圖中的下圖）或步進之後，發生故障的電池將離開區域A，區域A的電壓（或其他合適的參數）將恢復為37伏。在第三次移位時，由於電壓恢復到37伏，因此控制器知道了損壞的電池的標識，然後控制器將該電池註冊為需要更換的電池。 這樣註冊電池可以僅意味著在記憶體63中跟蹤電池室或位置以容納有缺陷的電池，或者跟蹤帶體位置，依此類推。 然後，控制器16可以使電池帶體16前進，直到所記錄的有缺陷的電池（10F ）手動地或通過交換器到達存取區域以進行更換，如下文進一步詳述。控制器60知道從區域A的末端到存取區域的距離X（以步長為單位），在該示例中，距離X是十五個步長或位置。 這樣的距離X被預先存儲在記憶體63中。 控制器60使電池帶體前進十五步，以將電池10F 輸送到存取區域。
第十四圖係顯示一自動電池交換器64的示意圖，根據一些實施例可以設置在電池部署系統中的存取區域中。 交換器包括一個最新的電池儲存器66和一個耗盡的電池儲存器68。 當電池帶體16在控制器60的控制下步進通過交換器時，已經指定用於更換的電池10F 與新的更換電池10R 對準。然後，致動一推桿70，迫使更換電池10R 佔據電池帶體16中電池10F 在帶體16中的位置，並迫使電池10F 完全脫離帶體並進入耗盡的電池儲存器68。 在一些實施例中，推桿70僅作用於帶體中的電池上，而沒有將更換電池推入其位置。 這樣，從帶體16上取下電池，並以上述方式自動切斷帶體。 在一些實施例中，例如感測器69包括在交換器64中，用於檢測電池通過帶體16時的參數，例如溫度、電壓或電流。如上所述，將感測器輸出作為反饋提供給控制器60。
在某些實施例中，例如在控制器的控制下， 如控制器60，一個或兩個儲存器66和68可沿任一方向（由圓形箭頭示出）旋轉。 儲存器66的旋轉使得能夠選擇性地將電池10放置在適當的位置以***帶體16中。 例如，在透過推桿70的作用將第一更換電池***帶體中的位置之後，旋轉儲存器66以將第二更換電池放置在用於***帶體中的位置。 當然，帶體16被移動了任何數量的步長（一個或多個）到需要接收第二更換電池的新位置。 然後再次致動推桿70，並且將第二更換電池推入帶體中的位置，從而替換已經在帶體中該位置的電池。 同樣地，儲存器68的旋轉使得能夠有選擇地將空槽放置在儲存器中以容納被更換的電池。
在某些實施例中，代替再充電，可以基於電池的充電狀態或其他因素而將電池單獨地或作為整個電池組或整個帶體換掉，並更換為新電池。那些被更換掉的電池仍可以為其他任務提供足夠的電量，從而減少了其要執行的充電循環數。由於電池在其壽命中僅具有一定數量的充電循環，因此避免不必要地對其充電可能是有利的。例如，在某些情況下，電動車的擁有者可以不必要地每天在家裡，在工作中為他/她的電池充電。如果他們的行駛距離是300英里，上下班開車要行駛50英里，即使明天他們可能只行駛50英里，他們仍然可以給電池充電。它們不必要地延長了充電循環。如果擁有者可以選擇更換電池，則可以解決里程焦慮（range anxiety），並且擁有者可以決定何時才可以充電。
此外，在某些實施例中，可以在夜間至中央租賃服務處，或由中央服務機構運營的處理中心交換電池，這些稍微放電的電池可以放置在另一輛不需要保證最大範圍，並且該服務可以節省電池的充電循環或數個充電循環。 該處理中心將在下面更詳細地討論。
在電池部署系統的某些實施例中，設想了並聯電池連接或並聯和串聯電池連接的組合。 在串聯時，電池組的總電壓是各個電壓的倍數；在並聯配置中，不管電池組中的電池數量如何，電池組上的總電壓都是相同的，但是電流是單個電池電流的倍數。 在第十五圖中顯示並聯組，其中連接10個電池，每個電池的額定電壓為3.7 伏和2200 mAhr（毫安小時），以產生3.7 V和22 Ahr的電源。 在第十五圖的下部顯示組合並聯/串聯的配置，其中三個並聯組A-C彼此串聯連接。 雖然每個組有十個單體電池，但是每個組中的單體電池數可以不同，並且該單體電池數從組到組間也可以變化。在第十六圖顯示組合串聯/並聯的配置。 串聯組72由100個電池組成，每個電池的額定電壓為3.7 V，且電流為2200 mAh。在2200 mAh時，組64的總額定值為370伏。這些組72中的70個串聯連接產生在154Ah下額定為370伏的電源74。
在第十七圖中顯示根據一些實施例的用於電池部署系統中的電池管理系統。  電池10的六個帶體16中的每一個都顯示在相應的導管24中。 六個導管中的每一個在其中建立十個電池的串聯連接。 導管並聯連接在一起以提供組合的串聯-並聯連接輸出，例如用於驅動電動車輛，或用於連接至充電器以給電池充電。 在另一種配置中，六個導管24中的一個或多個不與其他導管相連，因此建立了不同的獨立電路。 這樣的替代配置允許一些電池的“熱交換”，其中一些電池可以被交換出來，而其他電池繼續被連接和操作，例如以驅動電動機或被充電。
控制器60彼此獨立地驅動六個對應的致動器58，以便使六個帶體中的電池循環透過靜止區域以進行冷卻，或透過用於充電和放電的操作區域，如上所述。 可以存在多個操作區，每個操作區用於建立一與充電、放電或測試裝置或組件的電連接。這些設備或組件中的某些可以是例如電動機、充電器、壓縮機、加熱器、鼓風機、其他電池組、變流器(inverters)、計時設備、控制器、螺線管、雷達、攝像機、轉子、感應負載、電容負載、風扇、飛輪，熱電冷卻器(thermo-electric coolers)、熱電偶、感測器、暖通空調（HVAC）、電動發電機、致動器、太陽能設備、風力設備、燈具，電力電子設備、電器等。控制器60還彼此獨立地驅動六個對應的交換器64，以便例如根據感測到的溫度、電壓、電流和其他參數，於需要時選擇性地更換帶體16中的電池。 可以將來自感測器69（如第十四圖）的反饋提供給控制器60，以幫助其決策和控制致動器58和交換器64。 第十七圖的組合串聯-並聯連接的優點在於，其允許快速地更換每個單獨的帶體16中的串聯電池，且同時使帶體16彼此之間實現高電流並聯連接。
相對於最大容量的電池放電（或充電）的量度為充放電率（C-rate）。 在1C時，一個100Ahr的電池在1小時會放電100安培的電流。 在0.5C時，該100Ahr電池在2小時會放電50安培電流，總計100Ahr。 在4C時，該100Ahr電池在15分鐘內放電400安培的電流，總計100Ahr，依此類推。 C率越高，對電池的需求越多，磨損越大，電池的整體壽命越短。
名義上，大多數電池應在不超過0.5C的溫度下充電或放電，將磨損和壓力最小化並延長使用壽命。 此外，電池應處於其原始充電狀態的80％左右（稱為健康狀態（SOH）），以便用作要求放電速率或充電速率為1C或更高的性能應用的動力電池。 低於60％的健康狀態的電池應使用充電/放電速率>0.5C的電池。 另外，逐步增加充電/放電間隔並且使用與電動機控制器中使用的相似的脈衝式充電器或開關式放電器的方法。SOH通常用於衡量內部電阻、容量、電壓、自我放電、電池接受電荷的能力以及該時間點電池已完成的充放電循環總數。另一個術語，放電深度，即特定應用將使用多少電池或電池組能量-例如，對於鋰離子而言，名義上介於20％到90％之間。應該注意的是，鋰離子電池低於攝氏25度時，會遭受嚴重的充電和放電問題。
本文公開的配置可以用於維持電源組中的電池的C率。例如，電池帶可以裝載電池（或更一般地，能量儲存設備），其具有不同能量存儲特性（例如C速率）並根據預期的電流放電（或充電）需求選擇地切換到操作區域。儲存設備的能量儲存特性可以是固定的，也可以是不固定的，其源於許多因素，包括但不限於其當前的充電狀態、健康狀態、特定應用的放電深度、容量、尺寸、密度、化學性質（內部電解質）、形式、形狀係數、質量、材料、電壓（開路和工作狀態）、能量密度、功率密度、峰值功率（充電/放電）、功能狀態（充電和放電時的內部瞬變）、內部電阻、自我放電、效率、當前溫度、環境（外部）溫度、熱質量、濕度、大氣壓力、一天的時間/一年的時間（能源成本），將要連接之負載或充電器的特性（阻抗、電感、電容等）、C速率能力或充放電速率等。例如，不同類型的電池，例如鋰、汞、鋰離子（鋰鈷氧化物、錳酸鋰（lithium manganate）、磷酸鐵鋰（Lithium iron phosphate）、鋰聚合物，鋰鎳錳鈷（lithium nickel manganese cobalt））和鎳氫、鎳鎘、鹼性、鉛酸電池等具有不同的能量儲存特性，甚至相同類型的電池也可以具有不同的特性，例如取決於它們的形式、溫度等。
在一車輛環境中，諸如交通信號燈或停車位加速的高需求狀況可經由致動器58和透過控制器60透過導管中的電池帶體的運動來觸發電池移動。電池移位會將一種例如高容量電池（high-rated batteries）放置在與電動機耦合的操作區域中，以提供所需的功率。即使在0.5C的溫度下放電，高容量的電池也可用於提供足夠的加速功率，而低容量的電池將需要以大於0.5C的有危害速率操作，以提供相同的功率。
相反地，並且也以車輛為例，可以將一組超級電容器或快速充電電池移至用於快速充電的操作區域中，以使更多的習知電池免於遭受快速充電器破壞性高電流的影響。同樣，在某些情況下，例如再生制動（regenerative braking），某些電池，如靜止的電池或超級電容器的電池，可以移入操作區域以接收電流突波（current surge），否則可能會損壞低容量的電池或那些最近放電的電池並且可能被加熱或其他不適的問題。
在另一個說明性示例中，考慮到較冷的氣候，可以將在較低溫度下表現良好的鋰電池（與鋰離子電池相反）或其他類型的能量設備轉換為可操作區域，以便在電動機變冷時為電動機供電，直到電池帶體中的其他鋰離子電池變暖到其最佳使用溫度範圍。更一般而言，可以根據特定日期或季節的特定氣候或性能要求，或某些駕駛條件或地形，來選擇電池帶體中的整個電池佈局。因此，整個電池組或其部分的交換可以使用上文討論的快速電池交換能力在每天或根據季節性上進行。
電池移入和移出操作區域也可以基於用戶或系統可以選擇的經濟考慮因素來實現，例如響應於所感測到的駕駛和天氣狀況、地形（山脈、平地等）。在車輛中，可以允許使用一個區域或一組全新電池來表現，而使用一個區域的舊電池來緩慢巡行（cruising）。電池的混合（battery mix）也可以根據駕駛員的常用習慣進行更改。 透過這樣的方式，該混合可以為駕駛員在駕駛車輛時提供最佳的成本/性能值（cost/performance）。
成本或經濟因素可能與電池的折舊價值（trade-in value）相關聯，其中在更高的壓力條件（例如，較高的C速率）下操作的電池隨著時間的流逝而更快地失去其折舊價值。操作者可以設置保存最大值作為控制器60追求的目標，而實現該目標的演算法將根據電池帶體的電池移動到導管的不同操作區域和靜止區域中來引導控制器的輸出。如上所述，這些因素包括外部溫度、充電和放電率、電池類型、電池壽命等。
在某些實施例中，電池擁有者可以因減少電池壓力和增加壽命的動作和行為而受到經濟上的激勵和獎勵。電池充電站可用於為客戶自己的電池充電或將其更換為備用電池，也可作為調節中心（conditioning centers）運行，以其充電為基礎，或為換出的電池提供折扣，具體取決於：電池類型– 索尼™， 三星™，未知品牌等；健康狀態（效能）90％，80％，70％等；當前的充電位準（駕駛員或顧客已將其放電/充電）70％，50％等。調節中心的價格基於這些因素和其他因素，並且可以在進入調節中心前向用戶提供估算值。從用戶的汽車中取出電池後，調節中心可以測試電池，然後此帳單可以自動從帳戶中以電子方式借記。
成本所基於的因素可以取決於車輛上，其藉由將電池在電池帶體中移動到適當連接的操作區域以將電池耦合到該測試系統。車輛中的測試系統會在實際條件下-在使用電池的情況下進行測試。在某些實施例中，可以基於測試結果對電池進行單獨的充電/放電，以實現某些最佳的電池組特性和總體性能曲線。這可以在調節中心完成，甚至可以在配備適當的車輛上完成。儘管習知上電池的大多數測試是在實驗室中進行的，但是在本文所述的配置中，電池可以在特定車輛中使用的情況下進行測試，該特定車輛具有在特定區域和氣候下具有特定類別用戶的特定混合電池。該數據對於調節中心以及電池和車輛公司而言非常有價值。
駕駛員在調節中心可以根據他們當前的行程（長途，多山，寒冷）選擇他們想要的電池混合。反過來，可以根據他們的Google 地圖目的地或其他遙測資訊（telemetry information）作決定。在某些實施例中，可以基於有關他們的駕駛習慣、歷史、路線以及特定於他們的其他因素，在不同類型的駕駛員之間交換電池。例如，如果一個駕駛員在其行駛路線或駕駛方式上給電池施加了沉重的負擔，而另一位駕駛員則是輕鬆的高速公路駕駛員-無論何人擁有電池並將其出租給這些駕駛員，則可以根據駕駛員來選擇哪個電池 如何使他們持續最長的時間，或承受最小的壓力，等等。
在某些實施例中，可以向汽車駕駛員提供關於他們的駕駛如何影響電池狀況的實時提示。駕駛員可以按照自己的駕駛和充電習慣自行採取措施，以提高成本/性能值。例如，駕駛員可以透過不完全耗盡電池或將電池電量耗盡到一定水平以下來更快地充電並節省金錢。然後可以在調節中心以較低的費用獲得獎勵。除了選擇性地移入和移出上述操作區和靜止區之外，減少電池壓力和磨損的措施還可以包括機械裝置。一個示例是用於儲存能量的飛輪。參考第十八圖所示，具有一種電池或電池電量（battery rating）或電池狀態（例如，從靜止狀態）或其他能量儲存特性的第一電池組（A1），該第一電池組（A1）可以移動至操作區域以使飛輪11從靜止狀態通電；而另一種電池或電池電量或電池狀態或其他儲能特性的不同電池組（A2組）可以移動至操作區域，以維持已經旋轉的飛輪的自旋，其能量需求較低。飛輪在需要時可用於快速加速車輛，從而使電池免於必須執行此繁重的任務。因此，能量儲存裝置（飛輪、或相同地，超級電容器或類似的等）被充電以用於需要大電流放電的情況，例如在快速或緊急加速中。以這種方式，電池能夠保持＜0.5C的放電速率，同時在必要時仍提供增加的突然功率（sudden power）。維持>0.5C的放電速率可顯著提高電池的使用壽命。在第十八圖的示例中，車輛的電動機13由電池組B的電池驅動，以進行緩慢巡行，其中可以保持>0.5C的電流。但是，對於從停止位置開始的初始加速，電池可以為小型輔助電動機15供電，該輔助電動機15緩慢地使飛輪11旋轉，以盡可能汲取很小的電流。當需要從停止位置加速時，對主驅動器（驅動軸）的初始推力和扭矩取自飛輪，而不是電動機。飛輪可以利用其動量/慣性使汽車從停止位置行駛。當刹車時，飛輪可以通過刹車系統17旋轉，並在飛輪中保持該動量，直到例如交通信號燈改變並且汽車準備從停止位置再次移動。
另外，可能有其他動作導致系統也使飛輪11旋轉。例如，接合轉向信號可以告訴系統旋轉飛輪，為需要加速的變道做好準備。這將用於變道和從坡道和合併處進入高速公路。 駕駛員還可以事先學習其他操作，例如輕按油門以觸發飛輪旋轉。在某些實施例中，可以部署多個飛輪。例如，在車輛中的三飛輪配置中，一個飛輪可以使用；而一個飛輪可能處於被旋轉的狀態；且一個飛輪可能已經旋轉並保持在預定的轉速。使用在0.5C或更低溫度下運行的電池，可以滿足這三種情況中每種情況的功率要求。系統可以在三個飛輪之間切換以承擔負載，因此下一個飛輪在旋轉，而其他飛輪在燃燒（burning down）。同樣，在某些實施例中，飛輪可以附加地使用-兩個或三個飛輪可以同時嚙合，以實現最大的動力提升。 飛輪也可以專用於不同的組件-例如，每個飛輪的一或多個，或者用於一或多個運行空調壓縮機或車輛的任何其他重載物品，等等。
電池組的電池的配置可以採取許多不同的形式。例如，返回參考第十圖所示，該箱50本身可以設置有用於與電池帶體16的電池10建立連接的觸點，並且以此方式用作可攜式電源組，如第十九A圖與第十九B圖所示，帶狀電極51A和51B如接觸件的一個示例，其將一行電池的正節點連接在一起，以用於該行的並聯電連接。應當注意，在這種配置中，可以省去導管。 能選擇地提供墊片53（如第十九C圖所示）以將電池保持在適當的位置，並允許空氣冷卻或在其中容納冷卻裝置（未顯示）。
在第二十圖中顯示另一種電池配置，其中電池繞在兩個相對的板55之間（在平面圖中僅示出一個）。所顯示的板是圓形的，以基本符合電池帶的捲繞形狀，但是可以考慮可折疊的電池帶和板的任何其他形狀。板55可以被劃分成扇區57，其中一些扇區具有合適的電極圖案59，以在電池的子集之間建立期望的連接，該電池的子集可以被稱為電池組，例如以以下形式建立電連接：如上所述的一個或多個操作區域和休息區（rest areas）。在附圖中以49表示了兩個示例性的休息區。這種配置省去了使用板55和電極圖案59來支撐電池帶體16並提供電池之間的電連接的導管的需要。應當注意，圖案59的各部分可以在板55中徑向地延伸，從而將在電池帶16中可能不是連續順序的電池連接在一起。
在第二十一圖顯示另一種配置，可以將捲繞的電池帶體16纏繞在中心軸61上。顯示兩個這樣的軸，其中一個或兩個都可以連接至旋轉裝置（例如，馬達、手動曲柄）（未顯示），以提供用於纏繞的動力。可以將一個或兩個捲繞中的電池設置在板55（如第二十圖所示）之間，以上述方式進行電連接。 該捲繞之間的區域63可以用作靜止區域。
第二十二圖顯示通常用於使電池與要執行的任務匹配的流程圖。 根據某些實施例，該流程由控制器60單獨或與其他模組（未顯示）結合執行。 在步驟19，確定要執行的任務。 該任務可能需要對一組電池進行充電、放電或測試（應理解為“組”是指一個或多個能量儲存設備，其可以是任何習知電池或超級電容器等）。該任務可以是上述任何任務，包括但不限於測試、慢速充電、快速充電、為緩慢巡行提供主電動機動力的放電、為快速加速提供主電動機動力的放電、為飛輪提供動力的放電、為輔助電機動力提供飛輪動力的放電。
在步驟21，識別出適合於實現執行步驟19所確定的任務之電連接的一個或多個操作區域。例如，如果任務是執行電池快速充電，則該操作區域為 識別出電氣連接到快速充電器。 如果任務是為輔助電動機供電，則將識別與輔助電動機電氣連接的操作區域，依此類推。
在23步驟，識別用於任務的合適的電池組被確定。 例如，如果任務是為主電動機提供動力以使其加速，則電池帶體中的電池最適合此電源突波（power surge），並且應進行充分充電和冷卻，並在適當的條件下避免任何有害的操作 效果。
在步驟25，將識別出的合適的電池組移入合適的操作區域中的位置。 藉由從控制器60到致動器58的指令來執行，以將電池帶體16移動適當數量的步長，以將識別出的合適的電池組放置在操作區域中。
在步驟27，確定移位是否完成。 如果是，則過程結束； 如果否，則返回到步驟25，並且繼續進行移位。
第二十三A圖至第二十三C圖係顯示用於為電池提供不同的充電/冷卻/放電/冷卻（不一定按該順序）循環的方法的示意圖。 這可以使用上述所揭示的配置來實現，其中帶體16的電池10被控制器60移動到不同的操作區域中以非同步地實現它們的充電、放電和冷卻。 在一個示例實施例中，針對具有一對電池中的每一電池的充電或放電循環，該控制器60一次僅選擇對一個電池用於充電或放電。在某些實施例中，一種用於操作具有第一單體電池和第二單體電池之電池的方法，包括在時間錯開之不同的充電/放電循環中操作該第一單體電池與該第二單體電池，其中每個循環包括緊接在充電階段後的一冷卻期及緊接在放電階段後的一冷卻期。
在第二十三A圖中，顯示電池31具有現有的單體電池群組A（三個單體電池），在單體電池群組A上增加了一個單體電池群組（一個單體電池）。 該附加單體電池群組B可以在與現有單體電池群組A不同的循環中進行充電、冷卻和放電。附加單體電池群組B可以快速重新設計現有配置（例如單體電池群組A），從而減輕當前系統上的負載，以防止熱損失和損壞。
在第二十三B圖中，顯示出不同的實施例，並且電池31被分為子群組A1和A2。在群組A1中，將兩個現有單體電池置於一個充電/冷卻/放電循環中；且在群組A2中，將第三個現有單體電池更改為不同的循環，例如，以防止熱量損失和損壞。
在第二十三圖中，電池31的三個單體電池中的每一個，分別表示為A1'、A2'和A3'，分別放置在其自身的充電/冷卻/放電循環上，彼此不同，以例如防止熱損失和損壞。
第二十三A圖至第二十三C圖的配置背後的原理是對電池的某些單體電池使用不同的充電循環，以使所有單體電池不會同時進行充電和放電，從而減少了電池的熱循環。 每個實施例可以擴展到針對大量的單體池在不同循環上充電/冷卻/放電，以允許更有效地使用並防止熱損失和損壞。
在第二十四圖中揭示透過單獨的充電/冷卻/放電/冷卻循環來說明電池之單體電池的循環概念。 在此基礎上擴展，每個單體電池都是由單體電池組所組成，而這些單體電池組又由單體電池組所組成，一直到形成單元單體電池層級。該單體電池組可以配置成許多尺寸的大陣列。
每個單體電池層級被分別充電，如果需要，可將其充電至單元單體電池。這不是必需的，因為增加的線路可能產生過高的成本，並且將充電控制在較高的單體電池層級就足夠了。控制層級的深度可以在開發過程中決定。
第二十五圖25顯示出充電位準的說明。如圖中左側所示，每個單體電池分別充電，因此構成整個單體電池的3/4個內部單體電池中的每個單獨充滿電時，將在一個單體電池上充電3/4。如圖中右側所示，這與將每個內部單體電池充電至3/4不會混淆。
第二十六圖與第二十七圖顯示單位單體電池可能的佈局。第二十六圖顯示在電腦晶片設計中使用的具有Vdd（電源）和接地的曼哈頓佈局。第二十七圖顯示出更密集的佈局，其具有用於充電和放電的單獨的Vdd和接地，以允許有單獨的通道來運行電流以及通過通道的能力，在該通道中單體電池可以同時被充電和放電。放電後的冷卻循環和充電之前
如上所述，在某些實施例中，提供了一種對電池進行充電和放電的方法，其允許在放電之後和充電之前以及在放電之前的充電之後（使用）進行冷卻循環。如第二十八圖所示。冷卻->充電->冷卻->放電->冷卻->充電等。隨著用戶需求的增加，此設計可確保並非電池中的所有電池都同時充電或放電，因此它們將處於在不同的狀態下，降低了電池的整體溫度，並減少了導致火災或***的災難性故障的可能性。
儘管已經顯示和描述了實施例與應用，但是受益於本公開的本領域技術人員將顯而易見的是，在不脫離本文公開的發明構思的情況下，可以進行比上述更多的修改。 因此，本發明不受限於以上描述。
10:電池 16:電池帶體 18:鏈結 18a:環 18b:環 20:鏈結 20a:C式夾式 24:電池導管 26:電池導管鏈結 30:主側面 60:控制器 62:處理器 63:記憶體
被併入本說明書並構成本說明書的一部分的附圖示顯示實施例的一個或多個示例，並且與示例實施例的描述一起用於解釋實施例的原理和實施方式。
第一圖係顯示電池的充電/冷卻/放電/冷卻循環圖。
第二圖係顯示習知電池組的充放電限制的圖。
第三圖係顯示標準常規之電池圖。
第四圖係顯示根據一些實施例的用於以線性方式將一或多個電池10機械地連接在一起的柔性可切斷電池帶16的側視圖。
第四A圖係顯示根據某些實施例的捲繞的電池帶的俯視圖。
第五圖和第六圖係顯示根據某些實施例的電池帶鏈結的不同實施例。
第七圖係顯示一些實施例的電池導管的側視圖。
第七A圖是根據某些實施例的兩個導管鏈結的詳細的視圖。
第七B圖係根據某些實施例的導管的鏈路的操作的電氣表示。
第七C圖係顯示根據某些實施例的保持與電池的良好電接觸的裝置的示意圖。
第七D圖係顯示根據某些實施例的順序顛倒的電池取向的示意圖。
第八圖顯示根據某些實施例的用於在管道的操作區域中部署串聯連接的電池的系統的示意圖。
第九圖顯示根據某些實施例的用於通過從電池組產生分數輸出或多個操作區域來部署電池的系統的示意圖。
第九A圖顯示根據某些實施例的導管連接件的主表面的可分割區域的示意圖。
第十圖顯示根據一些實施例的用於提供快速電池更換能力的用於部署電池的系統的示意圖。
第十一圖顯示根據一些實施例的用於部署電池的系統的變型的示意圖。
第十一A圖顯示根據某些實施例的導管的“拉鍊”構造的俯視圖。
第十二圖顯示根據某些實施例的用於部署系統中的電池控制系統的概圖。
第十二A圖顯示第十二圖實施例之的變化圖。
第十三圖顯示根據某些實施例的用於檢測、移位和更換性能不佳的電池的過程的示意圖。
第十四圖顯示根據一些實施例的可以設置在電池部署系統中的存取區域中的自動電池交換器64的示意圖。
第十五圖顯示根據某些實施例的並聯的電池組和電池組的並聯/串聯組合的電氣示意圖。
第十六圖顯示根據某些實施例的組合串聯/並聯佈置的電氣示意圖。
第十七圖顯示根據一些實施例的用於電池部署系統中的電池管理系統的示意圖。
第十八圖顯示將不同的電池組與電動機和飛輪一起使用的框圖。
第十九A圖至第十九C圖顯示根據某些實施例的電池組的箱配置圖。
第二十圖顯示根據某些實施例的電池組的捲繞配置圖。
第二十一圖顯示根據某些實施例的雙捲繞配置，其中捲撓可旋轉軸佈置。
第二十二圖顯示根據某些實施例的通常用於使電池與要執行的任務匹配的過程的流程圖。
第二十三A圖至第二十三C圖是顯示根據某些實施例的用於為電池提供不同的充電/冷卻/放電/冷卻循環的方法的示意圖。
第二十四圖顯示根據某些實施例的通過單獨的充電/冷卻/放電/冷卻循環來循環電池的電池單元的概念的總體圖示。
第二十五圖顯示充電位準的示意圖。
第二十六圖顯示根據某些實施例的用於連接單體電池的曼哈頓佈局；
第二十七圖顯示單位單體電池的佈局。
第二十八圖顯示根據某些實施例的用於給電池充電和放電的方法的流程圖。
10:電池
60:控制器
62:處理器
63:記憶體

Claims (30)

  1. 一種可攜式模組化能量儲存之系統，包含：一帶體，用以將複數個儲能單體電池機械性連接在一起，其中該複數個儲能單體電池被分組成至少一第一儲能組與一第二儲能組，每一個儲能組包含至少一儲能單體電池，該第一儲能組之至少一儲能單體電池與該第二儲能組之至少一儲能單體電池具有不同的儲能特性；一操作區，用以接收一儲能組，並在所接收的儲能組及一電氣設備之間建立一電性連接；以及一致動器，其可操作以將複數個儲能單體電池一起移動，從而將第一儲能組設置在該操作區中，以建立與該電氣設備的電性連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該儲能特性與充電狀態、健康狀態、特定應用的放電深度、容量、尺寸、密度、化學物質、形式、形狀係數、質量、材質、電壓、能量密度、功率密度、峰值功率、功能狀態、內部電阻、自我放電、效率、目前溫度、環境溫度、熱質量、濕度、大氣壓力、一天的時間/一年的時間、將要連接之負載或充電器的特性、充放電率能力(C rate capability)或充電及放電速率(charge and discharge rate)中之一或多項有關。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該致動器更進一步可操作以將複數個儲能單體電池一起移動，從而將第一儲能組在該操作區中更換為第二儲能組。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該電氣設備是一耦合到一飛輪之電動機。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之系統，其中該電氣設備為一電池充電器。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更進一步包含一靜止區，該致動器可進一步操作以將複數個儲能單體電池一起移動，從而將第一儲能組放置於該靜止區中。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更進一步包含一額外操作區，該致動器可操作以將複數個儲能單體電池一起移動，從而將第一儲能組放置於該額外操作區中。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更進一步包含一額外操作區，該致動器可操作以將複數個儲能單體電池一起移動，從而將第一儲能組放置於該額外操作區中以及將第二儲能組放置在該第一操作區中。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之系統，更進一步包含一控制器，用於致動該致動器。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之系統，其中該控制器基於接收由一電動車輛、電池充電器及關聯於一或多個儲能單體電池參數的一偵測器其中一或多者的輸入，以致動該致動器，該參數選自溫度、電壓、電流及功率其中的一或多者。
  11. 一種可攜式模組化能量儲存之方法，包含：將複數個儲能單體電池機械性連接在一起，其中該複數個儲能單體電池被分組成至少一第一儲能組與一第二儲能組，每一個儲能組包含至少一儲能單體電池，該第一儲能組之至少一儲能單體電池與該第二儲能組之至少一儲能單體電池具有不同的儲能特性； 提供一操作區，用以接收一儲能組，並在所接收的儲能組及一電氣設備之間建立一電性連接；以及使用一致動器，將複數個儲能單體電池一起移動，從而將第一儲能組設置在該操作區中，以建立與該電氣設備的電性連接。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該儲能特性與充電狀態、健康狀態、特定應用的放電深度、容量、尺寸、密度、化學物質、形式、形狀係數、質量、材質、電壓、能量密度、功率密度、峰值功率、功能狀態、內部電阻、自我放電、效率、目前溫度、環境溫度、熱質量、濕度、大氣壓力、一天的時間/一年的時間、將要連接之負載或充電器的特性、充放電率能力(C rate capability)或充電及放電速率(charge and discharge rate)中之一或多項有關。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，進一步包含使用該致動器以將複數個儲能單體電池一起移動，從而將第一儲能組在該操作區中更換為第二儲能組。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該電氣設備是一耦合到一飛輪之電動機。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其中該電氣設備為一電池充電器。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之方法，進一步包含：提供一靜止區；以及使用該致動器以將複數個儲能單體電池一起移動，從而將第一儲能組放置於該靜止區中。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之方法，進一步包含：提供一額外操作區；以及使用該致動器以將複數個儲能單體電池一起移動，從而將第一儲能組放置於該額外操作區中。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之方法，進一步包含：提供一額外操作區；以及使用該致動器以將複數個儲能單體電池一起移動，從而將第一儲能組放置於該額外操作區中以及將第二儲能組放置在該第一操作區中。
  19. 如申請專利範圍第11項所述之方法，進一步包含使用一控制器，用於致動該致動器。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該控制器基於接收一電動車輛、電池充電器及關聯於一或多個儲能單體電池參數的偵測器其中一或多者的輸入，以致動該致動器，該參數選自溫度、電壓、電流及功率其中的一或多者。
  21. 一種電池系統，包含：一電池，具有第一單體電池與一第二單體電池；以及一控制器，用於在該電池的每個充電或放電循環中，一次僅選擇該第一單體電池或該第二單體電池的其中一個進行充電或放電。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之電池系統，其中該第一單體電池與該第二單體電池具有不同的儲能特性，該儲能特性與充電狀態、健康狀態、特定應用的放電深度、容量、尺寸、密度、化學物質、形式、形狀係數、質量、材質、電壓、能量密度、功率密度、峰值功率、功能狀態、內 部電阻、自我放電、效率、目前溫度、環境溫度、熱質量、濕度、大氣壓力、一天的時間/一年的時間、將要連接之負載或充電器的特性、充放電率能力(C rate capability)或充電及放電速率(charge and discharge rate)中之一或多項有關。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之電池系統，更進一步包含：一電池帶體，用以將該第一單體電池與該第二單體電池機械性連接在一起；以及一致動器，耦接至該電池帶體，用於基於來自控制器的命令將該第一單體電池與該第二單體電池選擇性地移動至不同的操作區中，以進行前述充電或放電。
  24. 如申請專利範圍第21項所述之電池系統，更進一步包含一對相對板，該相對板具有電極，以定義前述操作區。
  25. 如申請專利範圍第21項所述之電池系統，進一步包含一導管，以定義前述操作區，該導管具有可緃向分離成兩半的一拉鍊式結構。
  26. 一種用於操作具有一第一單體電池與一第二單體電池之電池的方法，該方法包含：在時間錯開之不同的充電/放電循環中操作該第一單體電池與該第二單體電池，每個循環包括緊接在充電階段後的一冷卻期及緊接在放電階段後的一冷卻期。
  27. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該第一單體電池與該第二單體電池具有不同的儲能特性，該儲能特性與充電狀態、健康狀態、特定應用的放電深度、容量、尺寸、密度、化學物質、形式、形狀係數、質 量、材質、電壓、能量密度、功率密度、峰值功率、功能狀態、內部電阻、自我放電、效率、目前溫度、環境溫度、熱質量、濕度、大氣壓力、一天的時間/一年的時間、將要連接之負載或充電器的特性、充放電率能力(C rate capability)或充電及放電速率(charge and discharge rate)中之一或多項有關。
  28. 如申請專利範圍第27項之方法，其中該操作包含使用一電動機使一飛輪從一靜止狀態旋轉起來。
  29. 如申請專利範圍第27項之方法，其中該操作包含使用一電動機加速飛輪旋轉。
  30. 如申請專利範圍第26項之方法，其中該第一單體電池與該第二單體電池分別連接到不同的充電路徑與放電路徑。
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