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特表2024-515516電気バッテリーと車両システムを連結するためのインターフェース
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-04-10
(54)【発明の名称】電気バッテリーと車両システムを連結するためのインターフェース
(51)【国際特許分類】
   B60K 1/04 20190101AFI20240403BHJP
   H01M 50/249 20210101ALI20240403BHJP
   H01M 50/244 20210101ALI20240403BHJP
   H01M 50/50 20210101ALI20240403BHJP
   H01M 50/296 20210101ALI20240403BHJP
【FI】
B60K1/04 A
H01M50/249
H01M50/244 Z
H01M50/50 101
H01M50/296
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023560790
(86)(22)【出願日】2022-03-31
(85)【翻訳文提出日】2023-11-30
(86)【国際出願番号】 US2022071461
(87)【国際公開番号】W WO2022213102
(87)【国際公開日】2022-10-06
(31)【優先権主張番号】17/221,510
(32)【優先日】2021-04-02
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】521561156
【氏名又は名称】アンプル、インク.
(74)【代理人】
【識別番号】100104411
【弁理士】
【氏名又は名称】矢口 太郎
(72)【発明者】
【氏名】スリヴァスタヴァ、アンキット
(72)【発明者】
【氏名】ハッソウナ、ハレド、ワリド
(72)【発明者】
【氏名】ジェイン、ハーシュ
【テーマコード(参考)】
3D235
5H040
5H043
【Fターム(参考)】
3D235AA01
3D235BB24
3D235CC15
3D235DD35
3D235EE63
3D235FF12
3D235FF43
3D235HH02
3D235HH61
3D235HH63
5H040AA12
5H040AA36
5H040AS07
5H040AT06
5H040AY03
5H040CC57
5H040DD28
5H040DD29
5H040FF02
5H043AA12
5H043AA20
5H043BA11
5H043FA06
(57)【要約】
【要約】
バッテリモジュールを電気自動車に電気的および機械的に連結するための装置は、インターフェースプレートおよび1つまたは複数のバッテリートレイを含む。インターフェースプレートは、インターフェースプレートを自動車に電気的に連結する電気出力を含む。インターフェイスプレートはまた、電気出力に電気的に連結された電気入力を含む。バッテリートレイは、複数の交換可能なバッテリモジュールを受け入れるように構成され、インターフェースプレートに取り外し可能に機械的に連結される。
【選択図】 図5
【特許請求の範囲】
【請求項1】
取り外し可能なバッテリーモジュールを車両に電気的および機械的に連結するための装置であって、
前記車両に機械的に連結されるように構成されたインターフェースプレートであって、
前記インターフェースプレートを前記車両に電気的に連結するインターフェースプレート電気出力と、
前記インターフェースプレート電気出力に電気的に連結されたインターフェースプレート電気入力と、
を有するインターフェースプレートと、
前記取り外し可能なバッテリーモジュールを解放可能に受け入れるバッテリートレイであって、各バッテリートレイは前記インターフェースプレートに解放可能に機械的に連結され、
対応する1つまたは複数のバッテリーモジュールに解放可能に電気的に連結される1つまたは複数のバッテリーモジュールコネクターと、
前記1つまたは複数のバッテリーモジュールコネクターを前記インターフェースプレート電気入力に電気的に連結するバッテリートレイ電気出力と、
を有する、バッテリートレイと、
を有する、装置。
【請求項2】
請求項1記載の装置において、前記インターフェイスプレートおよび各バッテリートレイは、前記バッテリートレイと前記インターフェイスプレートを解除可能に機械的に連結する相補的なねじ付き締結具を含むものである、装置。
【請求項3】
請求項2記載の装置において、
前記インターフェースプレートにはさらに
第1の機械式ねじ付き締結具と、
モーターであって、各モーターは対応する第1のねじ付き締結具と機械的に連通する、モーターと、
前記モーターと電気通信するコントローラーと、を有し、
各バッテリートレイは、さらに第2のねじ付き締結具を含み、各第2のねじ付き締結具は対応する第1のねじ付き締結具と位置合わせされ、
前記コントローラは、対応する第1のねじ付き締結具を前記第2のねじ付き締結具に機械的に係合させる第1の信号を各モーターに送信し、前記コントローラは、前記対応する第1のねじ付き締結具をそれぞれの第2のねじ付き締結具から機械的に係合解除させる第2の信号を各モーターに送信するものである、装置。
【請求項4】
請求項3記載の装置において、
前記インターフェースプレートは、各モーターと電気的に通信し、前記対応する第1の機械式ねじ付き締結具が前記それぞれの第2のねじ付き締結具と係合するか係合解除されるかを制御するマイクロプロセッサを含むものである、装置。
【請求項5】
請求項3記載の装置において、前記インターフェースプレートは、歯車システムをさらに含み、各歯車システムがそれぞれのモーターの回転をそれぞれの第1の機械式コネクターの回転に機械的に変換するものである、装置。
【請求項6】
請求項3記載の装置において、前記第1の機械式コネクターは、ナットを備え、前記第2の機械式コネクターは、ボルトを備えるものである、装置。
【請求項7】
請求項1記載の装置において、各バッテリートレイは、前記バッテリートレイ上の前記対応する1つまたは複数のバッテリーモジュールを受け入れるための1つまたは複数のバッテリーモジュールの位置を定義する位置合わせペグを含むのである、装置。
【請求項8】
請求項7記載の装置において、各位置合わせペグは、第1の端部から第2の端部まで延び、前記第1の端部はバッテリートレイ上に配置され、前記第2の端部は前記第1の端部の厚さに等しい第1の厚さから前記第1の厚さより小さい第2の厚さまで先細になるものである、装置。
【請求項9】
請求項8記載の装置において、
前記第1の端部の厚さは、それぞれのバッテリーモジュールの横方向の動きを低減するように構成されているものである、装置。
【請求項10】
請求項1記載の装置において、
前記バッテリートレイ電気出力は、隣接する1つまたは複数のバッテリーモジュールの出力を前記インターフェースプレートの電気入力に電気的に連結するものである、装置。
【請求項11】
請求項1記載の装置において、
前記インターフェイスプレート電気入力は、前記インターフェイスプレート電気出力まで延びる導電性バスバーまたは導電性ワイヤに電気的に連結されるものである、装置。
【請求項12】
請求項1記載の装置において、前記インターフェースプレートは、位置表示マークを含むフランジを含み、この位置表示マークは、発光ダイオード(LED)、光反射材料、または機械検出可能なマーキングを含むものである、装置。
【請求項13】
請求項12記載の装置において、
前記インターフェースプレートは、前記発光ダイオード、光反射材料、または機械検出可能なマーキングを制御するために、前記位置表示マークと電気的に通信するマイクロプロセッサを含むものである、装置。
【請求項14】
車両に機械的に連結されるように構成されたインターフェースプレートであって、
前記インターフェースプレートを前記車両に電気的かつ機械的に連結する電気出力と、
複数の交換可能なバッテリーモジュールを保持するように構成および配置された取り外し可能なバッテリートレイ内で相補的な電気コネクターと嵌合するように構成された第1の電気コネクターを含む電気入力と、
前記電気入力を前記電気出力に電気的に連結する導電性バスバーまたは導電性ワイヤと、
を有する、インターフェースプレート。
【請求項15】
請求項14記載のインターフェースプレートにおいて、
フランジと、
前記フランジ上に配置され、制御可能な発光ダイオードを備えた位置指示マークと、
をさらに有するものである、インターフェースプレート。
【請求項16】
請求項15記載のインターフェースプレートにおいて、前記発光ダイオードを制御するために前記位置表示マークと電気通信するマイクロプロセッサをさらに有するものである、インターフェースプレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
(関連出願への相互参照)
本出願は、2021年4月2日に出願された「電気バッテリーと車両システムを接続するためのインターフェース」という名称の米国特許出願第17/221,510号に対する優先権を主張し、参照により本明細書に組み込まれる。
【0002】
本出願は、一般に、電気自動車システムおよびそのバッテリー構成要素に関する。
【背景技術】
【0003】
電気自動車(EV)、長距離電気自動車、ハイブリッド電気自動車などのさまざまなタイプの自動車には、定期的な充電が必要なエネルギー貯蔵システムが搭載されている。通常、このエネルギー貯蔵システムは、AC供給線などの電源に接続することによって充電可能である。車両の使用前または使用後に車両のエネルギー貯蔵システムを再充電することは有利かもしれないが、現在のシステムでは、車両の運転者が手動で電源ラインを車両に差し込む必要がある。このような手動操作は、車両の運転者にとって必ずしも便利ではなく、充電の機会を逃したり、その後車両の性能が低下したりする可能性がある。
【0004】
自動車は文化的に不可欠なものとなり、現代経済にとって不可欠なものとなっている。残念なことに、化石燃料(通常はこのような車両の動力として使用される)には、次のような多くの欠点があるが、これには外国の供給源は地理的に不安定な場所にあることがよくあること、そして最も問題なのは、化石燃料が汚染と気候変動を引き起こすことである。
【0005】
これらの問題に対処する1つの方法は、これらの車両の燃費を向上させることである。近年、ガソリンと電気のハイブリッド車が導入された。これは、従来の内燃の対応車に比べて消費燃料が大幅に少なく、つまり燃費が優れている。ただし、ガソリン電気ハイブリッド車は電気モーターに加えて内燃エンジンを依然として必要とするため、化石燃料の必要性が排除されるわけではない。
【0006】
この問題に対処するもう1つの方法は、バイオ燃料などの再生可能な資源燃料を使用することである。ブラジルなど他の国ではバイオ燃料は成功しているが、依然として時代遅れのバイオ燃料よりも高価である。しかし、より重要なことは、バイオ燃料は同様に温室効果ガスに寄与しており、生産量全体から分析すると、おそらくより多くの二酸化炭素排出量を残すことである。
【0007】
より一般的なアプローチは、燃料電池やバッテリーで駆動される電気モーターなど、よりクリーンなテクノロジーを使用することである。しかし、これらのクリーンテクノロジーの多くはまだ実用化されていない。例えば、燃料電池自動車はまだ開発途上であり、高価である。水素で駆動する燃料電池は、まず二原子水素(H)の化学的抽出(電気分解による)と、車両による輸送を必要とし、これは本質的に危険である。
【0008】
EV、特に航続距離の長いEVにとって最大の障害は、これまでもこれからも時代遅れのバッテリー技術である。バッテリー技術は最近少し進歩を遂げている。ただし、バッテリーは新車のコストの40%も占めている。充電式バッテリー技術は、大量生産された費用対効果の高いバッテリーがEVが長距離を走行できるほどには進歩していない。
【0009】
現在の電気化学的(充電式電池)技術では、化学的に貯蔵されたエネルギー源と比較して、同等のエネルギー密度を得ることができない。ガソリン、ディーゼル、エタノール、メタノールなどは、リチウムイオン充電式電池よりも約2桁高いエネルギー密度を持っている。したがって、典型的な完全充電された電気自動車のバッテリーでも、再充電する前に約70マイル(EPA Nissan Leaf)しか走行できない可能性がある。ハイブリッド車でない場合、走行距離は厳しい制限要因となり、近くに充電能力がない状態で立ち往生するというイメージがある。
【0010】
さらに、バッテリーの再充電には何時間もかかる場合があり、場合によっては一晩再充電する必要がある。州および地方自治体は、電気自動車の使用と普及に対する欠点(正確には障害)を軽減するために充電ステーションの必要性を認識している。電気自動車充電ステーションは、完全電気自動車、近隣電気自動車、プラグインハイブリッドなどのプラグイン電気自動車などの電気自動車の充電用の電気エネルギーを供給するインフラストラクチャの要素である。
【0011】
プラグインハイブリッド電気自動車および電気自動車の所有が拡大するにつれて、広く分散された公的にアクセス可能な充電ステーションの必要性が高まっており、その一部は家庭用の電気自動車の供給設備から利用できるものよりも高い電圧および電流での高速充電をサポートしている(EVSE)。多くの充電ステーションは、電力会社が提供する路上施設、または小売ショッピングセンターに設置され、多くの民間企業が運営するものである。これらの充電ステーションは、さまざまな充電コネクター規格に準拠した1つまたはいくつかの高耐久コネクターまたは特殊コネクターを提供する。
【0012】
残念ながら、充電ステーションはどこにでもあるわけではない。また、電流容量が高く再充電時間が短縮されるにもかかわらず、急速充電には数時間かかる場合がある。したがって、現在のEV所有者は注意深くかつ慎重に旅行を計画する必要がある。さらに、インフラの不足や車両の航続距離の不足により、単純に長距離旅行が不可能になる場合もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0013】
既存のシステムにおける長い充電時間を必要とせずに、任意の遠隔地でモジュール式バッテリパックを交換するための使いやすいシステムおよび方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【0014】
本明細書で説明される例示的な実施形態は、革新的な特徴を有しており、そのうちの単一の特徴が不可欠なわけではなく、またはその望ましい特徴に対して単独でその原因となっているわけでもない。以下の説明および図面は、本開示の特定の例示的な実装を詳細に記載しており、本開示のさまざまな原理が実行され得るいくつかの例示的な方法を示している。しかしながら、例示的な実施例は、本開示の多くの可能な実施形態を網羅するものではない。特許請求の範囲を限定することなく、有利な特徴のいくつかをここで要約する。本開示の他の目的、利点、および新規な特徴は、本発明を限定するものではなく例示することを目的とする図面と併せて考慮すると、以下の本開示の詳細な説明で明らかにされる。
【0015】
本発明の一様態は、取り外し可能なバッテリモジュールを車両に電気的および機械的に連結するための装置に関する。前記車両に機械的に連結されるように構成されたインターフェースプレートであって、前記インターフェースプレートを前記車両に電気的に連結するインターフェースプレート電気出力と、前記インターフェースプレート電気出力に電気的に連結されたインターフェースプレート電気入力と、を有するインターフェースプレートを有する。前記装置は、さらに前記取り外し可能なバッテリーモジュールを解放可能に受け入れるバッテリートレイであって、各バッテリートレイは前記インターフェースプレートに解放可能に機械的に連結され、対応する1つまたは複数のバッテリーモジュールに解放可能に電気的に連結される1つまたは複数のバッテリーモジュールコネクターと、前記1つまたは複数のバッテリーモジュールコネクターを前記インターフェースプレート電気入力に電気的に連結するバッテリートレイ電気出力と、を有する、バッテリートレイを有する。
【0016】
1つまたは複数の実施形態において、前記インターフェイスプレートおよび各バッテリートレイは、前記バッテリートレイと前記インターフェイスプレートを解除可能に機械的に連結する相補的なねじ付き締結具を含むものである。1つまたは複数の実施形態において、前記インターフェースプレートにはさらに第1の機械式ねじ付き締結具と、モーターであって、各モーターは対応する第1のねじ付き締結具と機械的に連通する、モーターと、前記モーターと電気通信するコントローラーと、を有する。1つまたは複数の実施形態において、各バッテリートレイは、さらに第2のねじ付き締結具を含み、各第2のねじ付き締結具は対応する第1のねじ付き締結具と位置合わせされる。前記コントローラは、対応する第1のねじ付き締結具を前記第2のねじ付き締結具に機械的に係合させる第1の信号を各モーターに送信し、前記コントローラは、前記対応する第1のねじ付き締結具をそれぞれの第2のねじ付き締結具から機械的に係合解除させる第2の信号を各モーターに送信するものである。
【0017】
1つまたは複数の実施形態において、前記インターフェースプレートは、各モーターと電気的に通信し、前記対応する第1の機械式ねじ付き締結具が前記それぞれの第2のねじ付き締結具と係合するか係合解除されるかを制御するマイクロプロセッサを含む。1つまたは複数の実施形態において、前記インターフェースプレートは、歯車システムをさらに含み、各歯車システムがそれぞれのモーターの回転をそれぞれの第1の機械式コネクターの回転に機械的に変換する。1つまたは複数の実施形態において、
前記第1の機械式コネクターは、ナットを備え、前記第2の機械式コネクターは、ボルトを備える。
【0018】
1つまたは複数の実施形態において、各バッテリートレイは、前記バッテリートレイ上の前記対応する1つまたは複数のバッテリーモジュールを受け入れるための1つまたは複数のバッテリーモジュールの位置を定義する位置合わせペグを含む。1つまたは複数の実施形態において、各位置合わせペグは、第1の端部から第2の端部まで延び、前記第1の端部はバッテリートレイ上に配置され、前記第2の端部は前記第1の端部の厚さに等しい第1の厚さから前記第1の厚さより小さい第2の厚さまで先細になる。1つまたは複数の実施形態において、前記第1の端部の厚さは、それぞれのバッテリーモジュールの横方向の動きを低減するように構成されている。
【0019】
1つまたは複数の実施形態において、前記バッテリートレイ電気出力は、隣接する1つまたは複数のバッテリーモジュールの出力を前記インターフェースプレートの電気入力に電気的に連結する。1つまたは複数の実施形態において、前記インターフェイスプレート電気入力は、前記インターフェイスプレート電気出力まで延びる導電性バスバーまたは導電性ワイヤに電気的に連結される。1つまたは複数の実施形態において、前記インターフェースプレートは、位置表示マークを含むフランジを含み、この位置表示マークは、発光ダイオード(LED)、光反射材料、または機械検出可能なマーキングを含む。1つまたは複数の実施形態において、前記インターフェースプレートは、前記発光ダイオード、光反射材料、または機械検出可能なマーキングを制御するために、前記位置表示マークと電気的に通信するマイクロプロセッサを含む。
【0020】
本発明の別の態様は、車両に機械的に連結されるように構成されたインターフェースプレートに関する。インターフェースプレートは、このインターフェースプレートを前記車両に電気的かつ機械的に連結する電気出力と、複数の交換可能なバッテリーモジュールを保持するように構成および配置された取り外し可能なバッテリートレイ内で相補的な電気コネクターと嵌合するように構成された第1の電気コネクターを含む電気入力と、前記電気入力を前記電気出力に電気的に連結する導電性バスバーまたは導電性ワイヤと、を有する。
【0021】
1つまたは複数の実施形態において、前記インターフェースコネクターは、フランジと、前記フランジ上に配置され、制御可能な発光ダイオードを備えた位置指示マークと、をさらに有する。1つまたは複数の実施形態において、前記インターフェースコネクターは、前記発光ダイオードを制御するために前記位置表示マークと電気通信するマイクロプロセッサをさらに有する。
【図面の簡単な説明】
【0022】
本概念の性質および利点をより完全に理解するために、添付の図面と併せて、好ましい実施形態についての以下の詳細な説明を参照する。
図1図1は、1つ以上の実施形態によるロボット支援モジュール式バッテリー交換システムの等角図である。
図2図2は、1つまたは複数の実施形態による、車両を持ち上げるための半自律型リフトシステムの例を示す。
図3図3は、1つまたは複数の実施形態による、車両のそれぞれの車輪に係合して持ち上げている図2に示す半自律型リフトシステムの下面斜視図である。
図4図4は、1つまたは複数の実施形態による、バッテリー収納コンパートメントにアクセスするために一組のリフトシステムによって持ち上げられた車両の底面図を示す。
図5図5は、1つ以上の実施形態によるバッテリー収納コンパートメントの分解斜視図である。
図6図6は、1つまたは複数の実施形態による、取り外し可能なバッテリーモジュールを備えた例示的なバッテリートレイの斜視図である。
図7図7は、1つまたは複数の実施形態による、バッテリーモジュールが取り外された例示的なバッテリートレイの斜視図である。
図8A-8C】図8A図8B、および図8Cは、1つまたは複数の実施形態による、図7に示される長さ位置合わせペグ、第1の角位置合わせペグ、および第2の角位置合わせペグの詳細図をそれぞれ示す。
図9図9は、1つまたは複数の実施形態による、バッテリーモジュールが取り外された場合の例示的なバッテリートレイの一部の拡大斜視図である。
図10図10は、1つまたは複数の実施形態による、トレイ電気コネクターの詳細図である。
図11図11は、1つ以上の実施形態による、図10に示されるトレイ電気コネクターの分解斜視図である。
図12図12は、1つまたは複数の実施形態による、インターフェースコネクターおよびトレイ電気コネクターの斜視図を示す。
図13図13は、1つまたは複数の実施形態による、ねじ付き取り付け機構の詳細図である。
図14図14は、1つまたは複数の実施形態による、図13に示されるねじ付き取り付け機構の断面図である。
図15図15は、1つまたは複数の実施形態による、図5に示されるインターフェースプレートの底部の斜視図である。
図16図16は、1つまたは複数の実施形態による、例示的なねじ付き取り付け機構の斜視図である。
図17図17は、1つまたは複数の実施形態による、1つまたは複数のねじ付き取り付け機構を含むねじ付き取り付けアセンブリの断面図である。
図18図18は、1つまたは複数の実施形態による、インターフェースプレートの上面の斜視図である。
図19図19は、1つまたは複数の実施形態による、インターフェースカバーのないインターフェースプレートの上面の斜視図である。
図20図20は、1つまたは複数の実施形態による、インターフェースカバー、コントローラボックス用のカバー、およびバスバーカバーを除いたインターフェースプレートの上面の斜視図である。
図21図21は、1つ以上の実施形態による導電性バスバーの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
図1は、1つまたは複数の実施形態によるロボット支援モジュール式バッテリ交換システム100の等角図である。ロボット支援モジュール式バッテリ交換システム100は、バッテリ交換ロボット120および移動式操作プラットフォーム130を備える。
【0024】
最も一般的な意味では、移動式操作プラットフォーム130は、バッテリを保管し、必要なときにそれらを分配し、返された空のバッテリを保管する役目を担う装置である。1つまたは複数の実施形態では、移動式操作プラットフォーム130は、放電したバッテリをその場で充電(またはバッテリテンダーに従って維持)するか、または他の実施形態では、他の場所で充電されるバッテリの輸送コンテナとして単に機能する。
【0025】
バッテリ交換ロボット120は、自律型、または移動操作プラットフォーム130からより明示的な命令コードセットを受信する自動型のいずれかである。実際には、バッテリ交換ロボット120は、相対位置感知技術140(超音波マルチラテレーション、超音波レーダー、赤外線マルチラテレーション、LiDAR、または任意の同様の技術等)を利用して、車両110に対する自身の位置を特定する。車両110上の固定点に対するその位置および移動式操作プラットフォーム130から無線で通信される命令を使用して、バッテリ交換ロボット120は、車両110の下に位置して、1つまたは複数の放電したバッテリ(例えば、1つまたは複数の放電したバッテリを含むトレイ)を取り除く、または1つまたは複数の充電済みバッテリ(例えば、1つまたは複数の充電済みバッテリを含むトレイ)を設置する。バッテリ交換ロボット120がバッテリを取り外しまたは取り付ける前に、車両110は、バッテリの取り外しおよび/または取り付けのための十分な垂直スペースを提供するために持ち上げられる。
【0026】
図2は、1つまたは複数の実施形態による、車両を持ち上げるための半自律型リフトシステム20の例を示す。各リフトシステム20は、車両110の車輪222と係合する。各車輪222は、それぞれのリフトシステム20の負荷とみなすことができる。この例では、車輪222はタイヤも含むことができ、本目的のためには、本発明の方法またはシステムは変化せず、リフトシステム20の耐荷重アーム120はタイヤ(簡略化のため、いくつかまたはすべての本例について単に車輪と呼ぶ)とも係合することができる。一実施形態では、リフトシステム20の2つの平行な耐荷重アーム220が自動車120のタイヤ/車輪222を支え、したがって荷重は、地面211から持ち上げるために2つの耐荷重アーム220の間に置かれる。
【0027】
図3は、1つまたは複数の実施形態による、車両110のそれぞれの車輪222と係合してそれを持ち上げているリフトシステム20の下面斜視図である。車輪222を上げると、車両110の本体(例えば、サスペンションシステムのバネを圧縮した後)が持ち上げられ、車両110の下面112と地面(例えば、地面211)との間のクリアランスが増加し、これによりロボット120は、車両110のバッテリー収納コンパートメント300にアクセスすることが可能になる。
【0028】
バッテリー収納コンパートメント300は、複数のボルトまたは締結具320によって所定の位置に固定できる底部カバープレート310を含み、カバー内にある機器またはバッテリにアクセスするために(例えば、機械またはサービスロボットによって)取り外すことができる。また、バッテリー収納コンパートメント300の底部にある1つまたは複数の基準マークまたは位置表示マーク330を使用して、車両110の下面112に対する位置を一般的に示すことができる。
【0029】
図4は、1つまたは複数の実施形態による、バッテリー収納コンパートメント300にアクセスするために、一組のリフトシステム20によって持ち上げられた車両110の底面図を示す。特定の例では、バッテリー収納コンパートメント300の底部の1つまたは複数の車台基準位置マーカ330は、例えば十字の形にした(ただし、他の構成も同様に可能)一対の直交する線分に配置された等間隔の一連のLED光源330aを含む。位置表示マークまたは基準マーク330は、車両110の下側の整備に関して他の機器を識別、位置特定、または(例えば、画像処理および幾何学的/三角関数の計算を通じて)所定の位置に配置するように誘導するために使用することができる。車台カメラ432は、1つまたは複数の位置決めマークまたは基準マーク330への光視線432aを使用して、車両110の下面112の整備に関して他の機器を識別、位置特定、または所定の位置に誘導することができる。位置表示マークまたは基準マーク330は、無線制御信号410を使用してサービスロボット401を誘導するために使用することができる。サービスロボット201との通信は、いくつかの実施形態ではロボット401とリフトシステム20との間で直接行うことができ、または制御信号410をサービスロボット401に送信する遠隔制御ユニットを介して行うことができる。いくつかの実施形態では、サービスロボット401はバッテリ交換ロボット120と同じであり、および/または遠隔制御ユニット400は移動式操作プラットフォーム130と同じである。
【0030】
図5は、1つまたは複数の実施形態によるバッテリー収納コンパートメント500の分解斜視図である。いくつかの実施形態では、バッテリー収納コンパートメント500は、バッテリー収納コンパートメント300の一例である。
【0031】
バッテリー収納コンパートメント500は、インターフェースプレート501および取り外し可能なバッテリートレイ502を含む。各バッテリートレイ502は、取り外し可能なバッテリーモジュール503を含み、各バッテリーモジュール503は、電気自動車に電力を供給するための1つまたは複数のバッテリー(例えば、充電式バッテリー)を含むことができる。図5には4つのバッテリートレイ502が示されているが、インターフェースプレート501は、より少ない、または追加のバッテリートレイ502を受け入れるように構成できることに留意されたい。追加または代替として、図5は、各バッテリートレイ502が4つのバッテリを含むことを示すが、他の実施形態では、バッテリートレイ502は、より少ないバッテリまたは追加のバッテリを含むことができる。インターフェイスプレート501は、第1のバッテリーモジュール503A(図示せず)を含む少なくとも第1のバッテリートレイ502と、第2のバッテリーモジュール503B(図示せず)を含む少なくとも1つの第2のバッテリートレイ502とを受け入れることができることにも留意されたい。第1のバッテリーモジュール503Aは、第1の仕様または第1の特性を有するバッテリを含むことができ、第2のバッテリーモジュール503Bは、第2の仕様または第2の特性を有するバッテリを含むことができ、第1の仕様/特性は、第2の仕様/特性と異なるか、または同じである。
【0032】
所与のバッテリートレイ502内のバッテリーモジュール503が放電または消耗した場合、バッテリートレイ502は、充電されたバッテリーモジュール503を含む交換用バッテリートレイ602と交換することができる。これにより、車両のバッテリが充電ステーションまたは自宅で完全に充電されるまで数時間待つ必要がなくなる。次いで、バッテリーモジュール503は、トレイ502内に置いたまま充電、あるいはトレイ502から取り外して別の装置を使用して充電することができる。
【0033】
図6は、1つまたは複数の実施形態によるバッテリーモジュール503を備えた例示的なバッテリートレイ502の斜視図である。バッテリートレイ502は、バッテリートレイ502の平らなトレイ表面上に配置される4つのバッテリーモジュール503を受け入れるように構成されている。外側トレイ壁600がバッテリートレイ502の周囲に延在している。ネジ付き取り付け機構610が外側トレイ壁の隅に配置されている。ねじ付き取り付け機構610は、インターフェースプレート501上に配置された相補的なねじ付き取り付け機構と嵌合するように構成されている。例えば、ねじ付き取り付け機構610は、ボルトを備え、インターフェースプレート501上に配置されたねじ付き取り付け機構は、ナットを備えることができる(またはその逆)。さらに、バッテリートレイ502は、バッテリーモジュール503をインターフェースプレート501上の対応する電気コネクターに電気的に連結する第1および第2のトレイ電気コネクター620A、620B(一般に、トレイ電気コネクター620)を含む。
【0034】
図7は、1つまたは複数の実施形態による、バッテリーモジュール503が取り外された例示的なバッテリートレイ502の斜視図である。バッテリートレイ502は、バッテリートレイ502の中央に内壁630を含み、内壁630は、対向するトレイ外壁600の中心を横切って延びて、第1および第2バッテリートレイセクション701、702を画定する。各バッテリートレイセクション701、702は、2つのバッテリーモジュール503を受け入れるように構成される。例えば、バッテリートレイセクション701は、第1および第2のバッテリーモジュール位置705、706で第1および第2のバッテリーモジュール503A、503B(図示せず)をそれぞれ受け入れるように構成される(一般に、予想される冗長性のニーズおよび/または電力レベルの要件に応じて、1つまたは複数のそのようなコネクター)。同様に、バッテリートレイセクション702は、第3および第4のバッテリーモジュール位置703、704でそれぞれ第3および第4のバッテリーモジュール503C、503D(図示せず)を受け入れるように構成される。視覚的識別マーキング710は、ロボットが各バッテリーモジュール503を配置するためのバッテリーモジュール位置703~706を識別するために、平面トレイ表面720上に配置される。
【0035】
位置合わせペグ730は、公差範囲(例えば、約1mmから約2mm)内で、直交する第1および第2の方向(例えば、バッテリートレイ502の「x」軸および「y」軸に沿って)に各バッテリーモジュール503を配置するための位置をさらに画定する。位置合わせペグ730は、長さ位置合わせペグ731、第1の角位置合わせペグ732、第2の角位置合わせペグ733、および幅位置合わせペグ734を含む。各位置合わせペグ731~734は、テーパ状の上部740を有する。
【0036】
図7は、バッテリーを保持するトレイを示す。図6は、バッテリーが挿入されたトレイを示す。図6、7は、道路走行車両で通常使用されるトレイを上から見たものです。トレイはプレートに挿入され(図5はプレートの下から見た図)、所定の位置にロックされます。図7のトレイは、その中のバッテリーを保護するための金属物体を含んでもよい。
【0037】
図8A~Cは、1つまたは複数の実施形態による、長さ位置合わせペグ731、第1の角位置合わせペグ732、および第2の角位置合わせペグ733の詳細図をそれぞれ示す。断面の厚さは、先細上部740の底部742よりも頂部741の方が小さい。いくつかの実施形態では、断面の厚さは、約1mm、約1.5mm、または約2mm(または任意の断面厚さ、または前述の値の任意の2つの値の間の断面厚さの範囲)、または先細上部740の頂部741から底部742まで増加可能である。特定の実施形態では、先細上部740の頂部741は、約3mm、約3.5mm、または約4mmの断面厚さ(または任意の断面厚さ、または前述の値の任意の2つの間の断面厚さの範囲)、また先細上部740の底部742は、約5mm、約5.5mm、または約6mm(または任意の断面厚さ、または前述の値の任意の2つの間の断面厚さ範囲)の断面厚さを有することができる。
【0038】
各位置合わせペグ731~734の先細上部740は、ロボットによってバッテリーモジュール503を配置するときに、トレイ表面720上の適切な位置(例えば、バッテリーモジュール位置703~706の1つ)にバッテリーモジュール503を位置合わせするのに役立ち得る。例えば、いくつかの実施形態では、ロボットは、直交する第1および第2の方向(例えば、トレイ表面720の「x」方向および「y」方向)に約1mm~約2mm以内でトレイ表面720上の目標位置にバッテリーモジュール503を配置することができる。位置合わせペグ731~734の先細上部740は、ロボットの配置誤差によるあらゆる位置ずれを修正することができる。
【0039】
各位置合わせペグ731~734の下部745の増加した断面厚さは、バッテリーモジュール503が平らなトレイ表面720上に配置されたときに、直交する第1および第2の方向への各バッテリーモジュール503の移動を制限するように設計される。動きを抑制することにより、車両110の走行中の振動およびバッテリーモジュール503への損傷の可能性を低減することができる。特定の実施形態では、各バッテリーモジュール503とそのそれぞれの位置合わせペグ731~734との間の距離は、バッテリーモジュール503が中心にあるとき、約0.2mm、約0.25mm、約0.3mm、約0.35mm、または約0.4mmである。したがって、各バッテリーモジュール503は、バッテリーモジュール503の対向する側の接触する位置合わせペグ731~734の間を移動するときに、直交する第1および第2の方向にこの距離の最大2倍移動することができる。
【0040】
図9は、1つまたは複数の実施形態による、バッテリーモジュール503が取り外された例示的なバッテリートレイ502の一部の拡大斜視図である。この図は、バッテリーモジュールの各位置合わせペグ731~734の位置を示しています。第1の長さ位置合わせペグ731Aは、バッテリートレイ502の内壁630の第1の側面931の近位に(例えば、隣接して、接触して、および/または対向して)配置される。同一の第2の長さ位置合わせペグ731B(図示せず)が、バッテリートレイ502の内壁630の第2の側面932の近位に(例えば、隣接して、接触して、および/または対向して)、第1の長さ位置合わせペグ731と位置合わせして配置される。各位置合わせペグ731は、それぞれの視覚的識別マーキング710の中心と位置合わせされる。
【0041】
第1の第1の角位置合わせペグ732は、第1および第2のバッテリーモジュール位置703、704の間で外壁750の近傍に配置される。第1の角位置合わせペグ732の第1の平面角932Aは、第1のバッテリーモジュール位置703に置かれた時に第1のバッテリーモジュールの角に面するように配置される。第1の角位置合わせペグ732の第2の平面角932Bは、第2のバッテリーモジュール位置704に配置されたときに第2のバッテリーモジュール503Bの角に面するように配置される。第1及び第2の平面角932A、932Bは、第1および第2のバッテリーモジュール503A、Bをトレイ表面720の「x」および「y」方向に整列させることができる(一般に、1つまたは複数のそのようなモジュールおよびそれぞれのコネクター)。
【0042】
第2の角位置合わせペグ733は、外壁750の近傍で、第1のバッテリーモジュール位置703の角に配置される。第2の角位置合わせペグ733の平面角933は、第1のバッテリーモジュール位置703に配置された時に第1のバッテリーモジュール503Aの角に面するように配置される。平面角933は、トレイ表面720の「x」および「y」方向に第1のバッテリーモジュール503Aを位置合わせすることができる。したがって、第1および第2の角位置合わせペグ732、733は、第1のバッテリーモジュール503Aの2つの角を「x」および「y」方向に整列させ、第1のバッテリーモジュール503Aを「x」および「y」方向に関して拘束するように構成および配置される。
【0043】
幅位置合わせペグ734は、第1バッテリーモジュール位置703に配置された時に、外側トレイ壁600上に配置され、第1バッテリーモジュール503Aの長さに沿って中心に配置される。幅位置合わせペグ734は、第1のバッテリーモジュール503Aをトレイ面720の「X」方向に沿って配置され、第1のバッテリーモジュール503Aを「x」方向に関して拘束することができる。
【0044】
図9はまた、バッテリーモジュール503が第1のバッテリーモジュール位置703にある時にバッテリーモジュール503にリリース可能に電気的に連結されるように構成された入力を有するバッテリーモジュールコネクター910を示す。第1および第2のバッテリーモジュール位置703、704は、第1のトレイ電気コネクター620Aに電気的に連結された出力コネクターを有する。同様に、第3および第4のバッテリーモジュール位置705、706のバッテリーモジュールコネクター910は、第2のトレイ電気コネクター620Bに電気的に連結された出力を有する。
【0045】
上記の説明は、第1のバッテリーモジュール位置703の位置合わせペグ731~734およびバッテリーモジュールコネクター910に焦点を当ててきたが、同一の位置合わせペグ731~734およびバッテリーモジュールコネクター910が各バッテリーモジュール位置 703-706のためにバッテリートレイ502に設けられることに留意されたい。
【0046】
バッテリートレイ502がインターフェースプレート501に取り付けられていない場合、バッテリーモジュール503はバッテリートレイ502から取り外すことができる。例えば、バッテリーモジュール503を(例えば、ロボットまたは手動によって)取り外して、それらを充電装置に置くことができる。あるいは、バッテリートレイ502を電源に電気的に連結して、バッテリーモジュール503を充電することもできる。バッテリーモジュール503が損傷している場合、またはバッテリーモジュール503の寿命の終わりに近づいている場合、バッテリーモジュール503をバッテリートレイ502から取り外すこともできる。人生。別の実施形態では、バッテリーモジュール503が消耗した場合、バッテリーモジュール503を取り外して、充電されたバッテリーモジュールと交換することができる。各バッテリーモジュール503は、バッテリーモジュール出力コネクターをバッテリーモジュールコネクター910から切り離す、トレイ表面720から垂直方向に持ち上げることによって取り外すことができる。
【0047】
図10は、1つまたは複数の実施形態によるトレイ電気コネクター620の詳細図である。トレイ電気コネクター620は、インターフェースプレート501内の対応する第1および第2の雄電気コネクターと嵌合するように構成された第1および第2の雌電気コネクター1001、1002を含む。各雌電気コネクター1001、1002の露出端は、テーパ部分1005を含み、これは、広い直径から狭い直径に先細り(例えば、約3mmから約2mmに先細り)、雄型電気コネクターをそれぞれの雌型電気コネクター1001、1002に位置合わせするのに役立つことができる。
【0048】
トレイ電気コネクター620は、図11に示すように、第1および第2のバネ1025を含むベース1020を含む。バネ1025により、中間部分1021および上部部分1022が横方向(例えば、xまたはy方向にトレイ電気コネクターの高さに対して直角)に最大約4.5mm、約5mm、約5.5mm、または上記のいずれか2つの間の任意の値もしくは範囲で移動することができる。
【0049】
上部1021は、図12に示されるように、インターフェースコネクター1200の第1および第2の雄型電気コネクター1201、1202に機械的に連結される、対応する機械的突起1210と嵌合するように構成されたオリフィス1100を含む。
【0050】
図13は、外側トレイ壁600の各隅に配置されたねじ付き取り付け機構610の詳細図である。ねじ付き取り付け機構610は、上部1301の広い直径から底部1302の狭い直径まで先細りになっている先細の円筒形上部1300を含む。ねじ付きボルト1310は、先細の円筒形上部1300の底部1302から延びる円筒形空洞部1320内に配置される。ねじ付きボルト1310は、図14に示すように、ばね1340に取り付けら、これは、図13の平面14-14を通ったねじ付き取り付け機構610の断面図である。ねじ付きボルト1310は、インターフェイスプレート501上の対応するねじ付き取り付け機構に配置されたねじ付きナットと係合する(またはその逆)。先細の円筒形上部1300は、ねじ付きナットがねじ付きボルト1310と係合するためにねじ付き取り付け機構610内に配置されるときに、自動位置合わせ機能を提供する。ねじ付き取り付け機構のさらなる詳細は、米国特許出願公開第2016/0369826号に開示されている。この文書は、2016年12月22日に公開された「Automated Self-Aligning Mechanical Fastener」というタイトルで、参照により本明細書に組み込まれる。
【0051】
図15は、1つまたは複数の実施形態によるインターフェースプレート501の底部1500の斜視図である。インターフェイスプレート501は、4つのそれぞれのバッテリートレイ502を受け入れるための4つのコンパートメント1510を含む。各コンパートメント1510は、その隅に、バッテリートレイ502上の相補的なねじ付き取り付け機構610と位置合わせされ、嵌合するように構成されるねじ付き取り付け機構1520を含む。例えば、バッテリートレイ502上のねじ付き取り付け機構610はボルトを含むことができ、インターフェースプレート501上のねじ付き取り付け機構1520はナットを含むことができる(またはその逆)。さらに、各コンパートメント1510は、第1および第2の雄電気コネクター1201、1202を含む2つのインターフェースコネクター1200を含む。
【0052】
インターフェイスプレート501はまた、4つのコンパートメント1510の周囲に配置されたフランジ1505を含む。基準または位置表示マーク1530は、バッテリートレイ502がコンパートメント1510内に配置されたときに見えるように、フランジ1505上に配置される。基準または位置表示マーク1530は、基準または位置表示マーク330と同じであってもよい。
【0053】
図16は、例示的なねじ付き取り付け機構1620の斜視図であり、各ねじ付き取り付け機構1520と同じであっても異なっていてもよい。ねじ付き取り付け機構1620は、モーター1622と、ナット1626を駆動して、バッテリートレイ502上の対応するボルトと係合する歯車システム1624とを含む。あるいは、モーター1622と歯車システム1624は、バッテリートレイ502上の対応するナットと係合するボルトを駆動することができる。
【0054】
図17は、1つまたは複数の実施形態による、ねじ付き取り付け機構610、1620を含むねじ付き取り付けアセンブリ1700の断面図である。ねじ付き取り付けアセンブリ1700は、同じであってもよく、またねじ付き取り付け機構1620を備えてもよい。例えば、アセンブリ1700の断面図は、図16の平面17-17を通るものであり得る。インターフェイスプレート501上のネジ付き取り付け機構1620は、バッテリートレイ502上のネジ付き取り付け機構610と係合する。具体的には、モーター1622は、歯車システム1624を駆動して、バッテリートレイ602上のねじ付き取り付け機構1620内のねじ付きボルト1310上でナット1626を回転させる。ねじ付きボルト1310上でナット1626を回転させることにより、ねじ付き取り付け機構610、1620を一緒に固定し、次に、他のねじ付き取り付け機構610、1620との組み合わせで、バッテリートレイ502をインターフェイスプレート501に固定する。
【0055】
図18は、1つまたは複数の実施形態による、インターフェースプレート501の上面1800の斜視図である。動作中、インターフェースプレート501の上面1800は、車両110の下面に対して(例えば、ボルト、ナット、または他の取り付け機構によって)固定される。カバー1510は、インターフェースプレート501の上面1800を横切って延在し、下にある電気構造を物理的に保護する。インターフェースカバー1510はガスケット1520上に配置され、下にある電気構造を保護するための防水バリアを提供する。ガスケット1520は、ネオプレン、ゴム、シリコーン、ポリクロロトリフルオロエチレン、または別の材料を含むことができる。
【0056】
緊急切断スイッチ1530は、インターフェースカバー1510に画定された穴に配置される。緊急切断スイッチ1530は、インターフェースプレート501が車両110の下側に固定される時にバッテリーモジュール503から車両110に電気的に連結されるインターフェース出力コネクター1540への電力の流れを遮断するように構成される。
【0057】
図19は、1つまたは複数の実施形態による、インターフェースカバー1510のないインターフェースプレート501の上面1800の斜視図である。この図は、電線1900がインターフェースプレート501の穴1910を通過してインターフェースコネクター1200(例えば、インターフェースコネクター1200上の第1および第2の雄型電気コネクター1201、1202)に電気的に連結することを示す。電線の各セット1900は、第1の雄電気コネクター1201に連結する第1のワイヤ(例えば、正の電流が流れる)と、第2の雄電気コネクター1202に連結する第2のワイヤ(例えば、負の電流が流れる)とを含む。各電線1900は、バスバーカバー1920の下に配置され、インターフェース出力コネクター1540に電気的に連結される導電性バスバー2000(図20、21)に電気的に連結される。
【0058】
インターフェイスプレート501の上面1800は、マイクロプロセッサと、マイクロプロセッサによって読み取り可能または実行可能な命令を含むメモリとを含むコントローラ回路を収容するコントローラボックス1930も含む。さらに、インターフェイスプレート501の上面1800は、インターフェイスプレート501を車両110の下面に固定するための取り付け穴1940を含む。
【0059】
図20は、1つまたは複数の実施形態による、インターフェースカバー1510なしのインターフェースプレート501の上面1800、コントローラーボックス用カバー1930、およびバスバーカバー1920の斜視図である。図示されるように、コントローラボックス1930は、第1、第2、および第3のマイクロプロセッサ2010、2020、2025、ならびにメモリモジュール2030を含む。メモリモジュール2030は、第1、第2、および第3のマイクロプロセッサ2010、2020、2025によって読み取り可能および/または実行可能な命令(例えば、ソフトウェア)を格納する。
【0060】
第1のマイクロプロセッサ2010は、第1のマイクロプロセッサ2010に電気的に連結されたインターフェースプレート信号出力コネクター2015を介して車両110の制御システムと電気的に通信することができる。第1のマイクロプロセッサ2010は、車両110の制御システムに、バッテリーモジュール503の仕様、バッテリーモジュール503の残存エネルギー、およびバッテリー収納コンパートメント500に関するその他のデータを送信することができる。
【0061】
第2のマイクロプロセッサ2020は、インターフェースプレート501上の各ねじ付き取り付け機構1620内のモーター1622と電気的に通信する。第2のマイクロプロセッサ2020は、バッテリートレー502上の対応するねじ付き取り付け機構と係合または係合解除するために各モーター1622にコマンドを送信する。第2のマイクロプロセッサ2020は、外部ロボット(例えば、リフトロボット20、バッテリ交換ロボット120、および/または移動作業プラットフォーム130)および/または移動式操作プラットフォーム130、及び/または外部制御システムと直接的または間接的に電気通信して、適切なコマンドをいつ送信するかを決定することができる。いくつかの実施形態では、第2のマイクロプロセッサ2020は、第1のマイクロプロセッサ2010と電気的に通信し、外部ロボット(例えば、リフトロボット20、バッテリ交換ロボット120、および/またはモバイルオペレーションプラットフォーム130)および/または外部制御システムと直接的または間接的に通信している。
【0062】
第3のマイクロプロセッサ2025は、基準マークまたは位置表示マーク1530上の光(例えば、発光ダイオード)を制御するために、基準マークまたは位置表示マーク1530と電気的に通信している。例えば、第3のマイクロプロセッサ2025は、各基準マークまたは位置表示マーク1530の光周波数、各基準マークまたは位置表示マーク1530がオンになる持続時間および/または周波数、および/または基準または位置表示マーク1530オン/オフをオン/オフするシーケンスまたはパターンを制御することができる。
【0063】
図21は、1つまたは複数の実施形態による導電性バスバー2000の斜視図である。導電性バスバー2000は、それぞれが導電性バスバー2000の第1および第2の端部2110、2120まで延びる第1および第2の導電性バー2101、2102を含む。第1の端部2110では、第1および第2の導電性バー2101、2102が、物理的に且つ電気的にインターフェース出力コネクター1540に連結される。導電性バスバー2000は、銅、アルミニウム、銀、または別の導電性材料で形成することができる。サービス切断1531は、プレートの保守中にシステム内の電圧を切断することを可能にする。いくつかの実施形態では、導電性材料(例えば、銅)は、腐食を防ぐためにニッケルまたは別の耐腐食性材料でコーティングされる。バスバー2000の一部は、エポキシ粉末または別の絶縁材料などの絶縁材料でコーティングすることができる。いくつかの実施形態では、電線1900およびインターフェース出力コネクター1540の端子と物理的および電気的に接触する位置を除いて、導電性バスバー2000のすべての表面が絶縁材料でコーティングされる。
【0064】
第1の導電性バー2101は、第1の導電性バー2101を通過する電流が所定の最大電流を超えると、車両120への電力を遮断するヒューズ回路2130に電気的に連結することができる(例えば、インターフェース出力コネクター1540を介して)。
【0065】
本発明は、上述の特定の実施形態に限定されると考えられるべきではなく、添付の特許請求の範囲に明確に記載されるように、本発明のすべての態様を網羅すると理解されるべきである。本発明が適用可能な様々な修正、同等のプロセス、および多数の構造は、本開示を検討することにより、本発明が対象とする当業者には明らかとなるであろう。特許請求の範囲は、そのような修正および均等物を網羅することを意図している。
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8A-8C】
図9
図10
図11
図12
図13
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図15
図16
図17
図18
図19
図20
図21
【国際調査報告】