【実施例】
【0015】
特定の用語は、便宜上かつ参照のためにのみ、以下の説明で使用されるが、それに限定されない。
例えば、単語「上方」、「下方」、「右方」および「左方」は、参照がなされている図面における方向に関する。
単語「内方」および「外方」は、それぞれ、配置およびその指定された部品の幾何学中心に向かうおよびその幾何学中心から遠ざかる方向に関する。
前記専門用語は、具体的に言及されている単語、それらの派生語、および類似の意味の単語を含む。
【0016】
図1および
図2を参照すると、本発明は、移動カート10に関しており、移動カート10は、患者に医療を提供するために病院または他の健康管理施設で使用され得るか、様々な種類の電動機器への移動アクセスを提供するために他の非医療環境で使用され得る。
一構成では、移動カート10は、複数の引き出し12を備えており、複数の引き出し12は、それぞれ、患者の薬物または他の医療用品を保持するように構成され得る。
引き出し12の内容物は、一人の患者に割り当てるか、または複数の患者に割り当てられ得る。
【0017】
概して、移動カート10は、ベース14、その内部区画内に引き出し12をスライド自在に支持するハウジング15、バッテリ組立体17によって電力を供給されるコンピュータ化制御システム16、および作業面18を備えている。
制御システム16は、キーボードまたは他の入力装置19と、信号パネルまたはディスプレイ20とを備えている。
信号パネル20は、情報を表示するように、タッチスクリーンの場合は別の入力装置としても機能するように、コンピュータ制御システムに動作可能に接続されている。
コンピュータ化制御システム16は、電動機器の一例を表しており、DCまたはAC電力のいずれかによって電力を供給される他の機器が備えられ得ることが、理解されるであろう。
【0018】
本発明は、改善されたバッテリ組立体17に関しており、バッテリ組立体17は、取り外し可能なバッテリ構成で提供されており、選択的なバッテリの充電および放電のための本発明の充電システムを備えている。
【0019】
図2、
図3および
図4を参照すると、バッテリ組立体17は、1以上の取り外し可能なバッテリ25を備えており、バッテリ25はそれぞれ、カート上での取り外しおよび取り付け中のバッテリ25の手動操作のためのそれぞれのハンドル26を備えている。
【0020】
バッテリ組立体17は、一対の剛性のバッテリ支持体またはホルスタ27を備えており、バッテリ支持体またはホルスタ27は、個々のバッテリが受けいれられてもよいソケットを画定している。
具体的には、バッテリ支持体27は、底部パネル28、端壁29、および側壁30によって形成されており、バッテリが、その中に形成されているポケット内で側方にスライドされることを可能にしている。
端フランジ31は、概して、バッテリが、その中への取り付けまたはドッキングの後に支持体27の外にスライドすることを防止するために、設けられている。
注目すべきは、各バッテリ25は、別々に、それ自身のそれぞれのバッテリ支持体27内で支持されており、各バッテリ25が1つずつ取り付けられ、かつまた、他のバッテリ25がカート10上の位置に残っている間に、個別に取り除かれることを、可能にしている。
バッテリ25の端面で、ハンドル26の反対側に、電気コネクタ32(
図6)が設けられており、電気コネクタ32は、カート10に取り付けられるときに、端壁29の近傍に配置される。
電気コネクタ32は、適切なケーブルコネクタによって、そこに電気ケーブル33の接続を可能にしており、
図6に示されるように、コネクタ32に取り外し可能に差し込む。
【0021】
図示されるように、バッテリ組立体17は、2つのバッテリ支持体27を備えており、そこに1以上のバッテリを支持することができる。
1つのバッテリ支持体27は、本発明を踏まえて、1つのバッテリ25のみが充電および放電のためにカート10に設けられている代替設計では、省略されてもよいことが、理解される。
【0022】
より詳細には、各バッテリ25は、相互接続されているたくさんのバッテリセルであり、安全制御部、および相互接続部を備えている。
好ましくは、各バッテリ25は、特定の帯電特性を有するリチウムイオンバッテリである。
異なるバッテリ化学的性質および異なる帯電特性を有してもよい他の種類のバッテリが、設けられてもよいことが、理解される。
【0023】
各バッテリ25は、好ましくは、プリント回路基板およびRAMによって設けられるような内部データ記憶部34を備えている。
この内部バッテリ記憶部34は、様々なシステムパラメータ上のデータを監視しかつ収集するために、コネクタ32およびセルと相互接続されている。
例えば、バッテリデータ記憶部34は、短絡の存在、バッテリ温度等を検出することができ、内部に、時間の履歴、充電および放電の活動のデータ、ならびに充電サイクルの数を記憶することができる。
本発明では、充電サイクルは、バッテリが完全充電に等しい量だけ充電される回数としてカウントされる。
100%充電まで充電される、完全に放電されているバッテリ25にとって、一回の充電は、1つの充電サイクルとしてカウントされてもよい。
部分的に放電されているバッテリにとって、バッテリ25のいくつかの再充電は、単一の充電サイクルに等しい場合がある。
【0024】
図3−
図5を参照すると、バッテリ組立体17は、また、BCS35を備えており、BCS35は、制御ユニット36のような箱を備えている。
BCS35は、取り外し可能なバッテリ25と、バッテリ25内に含まれているバッテリセルパックとを充電するためのインテリジェント制御システムである。
概して、BCS35は、示されるようなバッテリ支持体27内に据え付けられながら、バッテリ25の充電を可能にするように、かつ、バッテリ25の1つが壁取り付け型遠隔充電ステーション28(
図6)で再充電するためにカート10から取り外されることを可能にするように、開発されている。
1つのバッテリ25は、電気機器に連続的な電力を提供するために、カート10上に残っているので、BCS35は、第2バッテリ25が、独立して取り外され、必要に応じて別のバッテリ25に交換されることを可能にしている。
換言すれば、各バッテリ25は、カート10の動作に影響を与えることなく、「ホットスワップ可能」である。
BCS35は、バッテリ電力の充電および放電を制御するために、バッテリ25に取り外し可能に接続可能であり、かつまた、バッテリ25を使用する改善されたシステムおよび方法を提供するように、バッテリ25と通信している。
【0025】
より詳細には、
図5、6は、別々にBCS35を説明し(
図5)、かつ例示的な構成(
図6)において制御ユニットに接続されているバッテリ25を有するBCS35を説明している。
制御ユニット36は、内部に様々な構成要素を含んでいる外部ハウジング37を備えている。
まず、制御ユニット36は、ハウジング37の外部上でAC電力プラグ38に接続する内部AC/DC電力装置を備えている。
同様に、このプラグ38は、電源コード39に取り外し可能に接続することができ、電源コード39の自由端は、制御ユニット36に電力を供給するため、任意の従来の壁出口に差し込まれ得る壁係合可能プラグを有している。
好ましくは、この電源は、120VのAC電力であるが、電力需要および病院のような建物で利用可能な利用可能電力に応じて変えることができる。
電源は、また、オン/オフスイッチ40をハウジング外部に有している。
ハウジング37内の内部に、電源は、充電コントローラ41(
図6)にDC電力を供給する。
概して、充電コントローラ41は、1以上のバッテリ25からの電力およびデータ/信号の接続を、それにより充電/放電プロセスを制御するために終了させるプリント回路基板である。
【0026】
より詳細には、充電コントローラ41は、バッテリ25の充電および放電のサイクルを制御するプログラマブル論理を提供しており、また、バッテリ25間の電力の充電/放電サイクルを切り替えるスイッチ機能を実行する。
具体的には、充電コントローラ41は、好ましくは、電源からDC電力を受信し、第1電源ポート42および第2電源ポート43に電気的に接続する。
これは、電源ポート42および43に電気経路を選択的に提供しており、電気ケーブル33は、電源ポート42および43に差し込まれており、このようなバッテリ25の充電または放電のどちらかを許可するように、同様にバッテリ25に接続する。
【0027】
ケーブル33は、第1バッテリ25に接続する第1ケーブル44と、第2バッテリ25に接続する第2ケーブル45とを備えている。
充電コントローラ41の動作状態に応じて、ケーブル44および45は、1つずつバッテリ25に電力を供給するか、または逆に、移動カート10に電力を供給するために、バッテリ電力の放電を許可することができる。
また、ケーブル44および45は、本明細書でさらに説明されるように、内部バッテリデータ記憶部34と充電コントローラ41との間でバッテリデータの通信を可能にするデータ搬送能力を備えてもよい。
【0028】
次に、充電コントローラ41は、出口ポート46にDC電力を供給する電源出口を備えている。
出口ポート46は、そこに差し込まれている電気ケーブル47を有することができ、電気ケーブル47は、カート10上のコンピュータ化制御システム16に電力を供給する。
したがって、充電コントローラ41が放電状態に切り替えられる場合、バッテリ電力は、充電コントローラ41に、一方または他方のケーブル44または45を介して供給され、同様に、出口ポート46に、それによりカートの制御システム16に電力を供給するように供給される。
本明細書でさらに説明されるように、充電コントローラも41は、また、充電状態に切り替えられてもよく、また、カート10に電力を供給するために電源入力38から出口ポート46に電力を供給しながら、充電状態は、電力を、バッテリ25を充電するための一方の出口ポート42または43または他方に、供給する。
【0029】
所望であれば、充電コントローラ41は、オプションUSBデータポート49を備えることができ、オプションUSBデータポート49は、同様に、次に、充電コントローラ41と制御ユニット16との間のデータの通信を可能にするようにデータケーブルによって制御ユニット16に接続することができる。
例えば、カート10は、ディスプレイ20にバッテリ充電情報の表示を可能にする適切なソフトウェアを有するPCを、有してもよい。
また、充電コントローラ41は、制御ユニット16から受信した命令に応答することができる。
【0030】
さらに、信号ポート50は、充電コントローラ41とバッテリ25の内部データ記憶部34との間のデータ通信を可能にするように、電源ポート42および43を備えている。
データコネクタは、ケーブル44、45上に設けられてもよく、ケーブル44、45は、内部バッテリ記憶部34を用いて、ケーブル44および45でデータ信号線を接続する。
【0031】
他のデータポート51は、また、制御ユニット36に設けられ得る。
充電コントローラ41とデータ通信するデータポート51は、カート上の外部状況インジケータにケーブル接続され得る。
例えば、制御基板は、信号ポート51を介して充電表示の状態を提供することができる。
充電状態は、I2C信号を介してこのポート51によって通信され、カート10上の他の場所に1以上の光表示として表示されてもよい。
このようにして、充電データの状態は、バッテリから受信され得るか、充電中に充電コントローラ41によって決定され、その後、充電コントローラ41は、データポート51を介して光ディスプレイまたは他の適切なインジケータに、適切な信号を提供する。
【0032】
さらに、放電時間の特定の量が各バッテリ25に残っていることを示す信号を受信するように充電コントローラ41に接続されているデータポート52が、設けられてもよい。
このデータポート52は、カート10上の他の場所に設けられている警告灯にケーブル接続されてもよい。
【0033】
したがって、充電コントローラ41は、いくつかの充電および放電状態の間で切り替え可能であり、切り替えは、そこに記憶されているコントローラ論理によって制御されている。
1つの状態では、電源コード39が壁出口に差し込まれているときに発生する「陸電」または外部電源は、制御ユニット16に提供されてもよい。
これは、BCS制御ユニット36へAC電力を供給しており、AC電力は、このライン電力をDC電力に変換し、その後、DC電力は、充電のためにいずれかのバッテリ25に送られ、かつ、カート制御ユニット16および任意の他のカート取り付け機器に連続的に電力を供給するために、電源出口46に送られ得る。
【0034】
出口46は、充電コントローラ41から供給されるDC電力用に構成されているが、このようなAC電力がDC電力の代わりにカート機器に必要な場合、制御ユニット16は、任意に、電力を逆にAC電力に変換するためのインバータを備えてもよい。
インバータは、ハウジング37内に単に取り付けられてもよい。
より好ましくは、インバータ55は、疑似輪郭線で
図6に図式的に示されている代替構成において、ハウジング37に外的に取り付けられてもよい。
インバータ55は、ハウジング37に取り付けられ得るし、DCプラグおよび電力線56を備える。
DCプラグおよび電力線56は、DC電力を受信するように出口46に差し込み、その後、カート10による使用のために、この電力をAC電力に変換する。
所望であれば、インバータは、AC電力出口57を有することができ、あるいは、電源コード47を介して機器16に電力を供給するために、AC電力出口57およびDC電力出口58の両方を組み合わせて、有することができる。
機器16がAC電力を必要とする場合、コード47は、AC電力出口57に接続することができ、または、DCの電源が供給されている場合、機器16は、コード47を直流出口48に接続させることができる。
【0035】
代わりに、充電コントローラ41の動作について、陸電または外部電源は存在しなくてもよく、このことは、電源コード39が抜かれ、かつ、移動カート10が外部電源から取り外されている遠隔場所で使用されている場合、発生する。
外部電源が存在しない場合、充電コントローラ41は、一方のバッテリ25または他方から電力を受信するように、かつ、このバッテリ電力を、カート10に電力を供給するための出口ポート46に送るように、切り替える。
ここで再び、インバータは、また、カート10での使用のためにDCバッテリ電力をAC電力に変換することができる。
【0036】
1つのバッテリ25の電力が低くなっている場合、充電コントローラ41は、一方の放電済みバッテリ25から他方の充電済みバッテリ25に切り替える。
また、1つのバッテリ25が手動でカート10から取り外される場合、充電コントローラ41は、自動的に、このバッテリ25の取り外しを検出する。
この取り外されたバッテリ25がカートの電力のために使用されていた場合、充電コントローラ41は、自動的かつ迅速に、電力が中断されることなくカートに供給され続けるように、残りの他のバッテリ25に切り替える。
これは、バッテリ25のホットスワッピングと呼ばれている。
この点に関して、充電コントローラ41は、この目的のために、MOSFET電子スイッチを使用してもよい。
【0037】
この設計により、バッテリ25は、静的充電器28を介する充電をオフするためにそれらの支持体27から取り外されることが可能であり、かつ、カート10に組み込まれているBCS35を介して、カートに充電されることが可能である。
【0038】
このように、カート10は、2つの利用可能なバッテリ支持体27に取り付けられている1つまたは2つのバッテリ25で、動作されてもよい。
代わりに、1つのみのバッテリ支持体27が、充電コントローラ41に応答して充電および放電する単一のそれぞれのバッテリ25を取り付けるために、設けられてもよい。
バッテリ25が存在しないか、または、両方のバッテリ25が放電されているかまたは死んでいるが、陸電が設けられている場合、充電コントローラ41は、壁出口からカート10の電力を供給するために、このライン電力をカート10に送ることができる。
【0039】
より具体的には、BCS35およびその充電コントローラ41は、本発明の充電および放電方法を実装しており、バッテリ25の改善された充電および動作を提供する。
【0040】
使用において、BCS35は、電源装置が電源コード39を介して存在するかどうかを決定する。
このラインの電力の供給を検出すると、BCS35は、その電力をカート10に電力を供給するために使用し、その後、どちらのバッテリ25が充電される必要があるかを決定する。
これは、電力使用量のための第1優先事項である。
【0041】
第2優先順位として、陸電が存在しない場合、BCS35およびその充電コントローラ41は、使用するためのバッテリ25を決定する。
注目すべきは、BCS35は、好ましくは、0%までバッテリ電力を動作させないが、その代わりに、バッテリ電力が、充電コントローラ41によって、特定のバッテリ構造およびバッテリの化学的性質によって決定され得るいくつかの最小閾値より少ないものとして測定される場合、放電されているかまたは死んでいるバッテリ25を考慮する。
これは、最小バッテリの充電である。
充電コントローラ41は、ケーブル44および45を介して両方のバッテリ25に接続されており、バッテリ抵抗のような様々な方法または他の公知の方法を介して、バッテリの充電を検出することができる。
【0042】
一方のバッテリが最小残量以下である場合、その後、充電コントローラ41は、最小残量より上でより高いバッテリ残量を有する他方のバッテリ25で動作するか、または、その他方のバッテリ25を使用する。
【0043】
両方のバッテリ25が最小残量より上である場合、その後、BCS35は、より低い状態の残量を有するバッテリを使用する。
例えば、20%残量を有するバッテリ25は、30%残量を有するバッテリ25の前に使用される。
これは、一方のバッテリ25がカート10に電力を供給するために使用されている間、他方のバッテリ25によって供給される予備電力が最高電力を有することを保証する。
【0044】
使用中のバッテリ25は、その残量が最小閾値に減少するまで使用され続け、その時点で、充電コントローラ41は、他方の予備バッテリ25に切り替える。
充電コントローラ41は、また、BCS35に設けられている警告灯の使用を介して、または代わりに、任意のUSB出口ポート49を介してディスプレイ20に送信されるデータ信号を介して、1つのバッテリが現在死んでいるかまたは放電されているかを、オペレータに通知してもよい。
例えば、BCS35は、車載コンピュータ16に残量のレベルを報告してもよい。
車載コンピュータは、様々な既知のオペレーティングシステムの下で動作している場合、BCS35は、典型的なオペレーティングシステム上で見られる標準電力アイコンを介して、ユーザに充電状態を通信することができる。
また、バッテリ残量は、光ディスプレイに信号ポート51を介して通信され得る。
1時間の残量が残っている場合、この情報は、ポート52を介して警告灯に通信され得る。
さらに、各バッテリ25は、端面に任意の表示パネル59(
図3および
図4)を有してもよく、表示パネル59は、バッテリ残量および任意の他の適切な情報の視覚的表示を提供する。
【0045】
次に、充電シーケンスまたは方法について、充電履歴および他の記録されたイベントは、内部バッテリ記憶部34からBCS35に入手できる。
この情報は、また、各バッテリ25に対する充電サイクルの総数を含んでいる。
【0046】
陸電が充電のために接続されている場合、BCS35は、十分なレベルにバッテリ25を充電するのに必要な全体の充電時間を最小化するように、設計されている。
概して、BCS35は、各バッテリを総バッテリ容量の80%まで充電することに優先事項を与えており、これは、最も迅速に行われ得る。
典型的に、充電の残りの20%は、これらの種類のバッテリ25の帯電特性のため、長いプロセスである。
言い換えれば、バッテリ25の充電特性は、100%または完全充電に達するために80%を越えて残り20%を充電する場合と比較して、80%より下では、異なっている。
【0047】
より具体的には、充電時に、より高い状態の残量を有するバッテリ25がまず充電され、電力を供給されたその残量レベルは、上側充電閾値より多くはなく、他のバッテリ(A)は、この充電閾値よりも低い。
本質的に、再充電可能バッテリの1つの特徴は、バッテリ25が100%より低い上側充電閾値まで急速に再充電できることであり、その閾値で、充電の速度は遅くなる。
この上側充電閾値は、バッテリの設計および化学的性質によって決定される。
効率的な充電時間を提供するために、本発明のBCS35は、上側充電閾値より低い充電範囲において各バッテリ25を急速に充電することができ、その後続いて、両方のバッテリ25がこの上側充電閾値に到達した後に、充電閾値を越える充電を完成させるかまた完了させることができる。
【0048】
充電されているバッテリ25が、例えば、80%の上側充電閾値に到達する場合、充電コントローラ41は、他のバッテリに切り替え、必要に応じて、それを上側充電閾値まで充電する。
両方のバッテリがそれらの上側充電閾値まで充電された後、充電コントローラ41は、100%のような完全充電まで1つのバッテリ25を充電し続け、その後、他のバッテリ25を、上側充電閾値から完全充電まで、例えば80%から100%まで、充電する。
この充電シーケンスを実行する際に、BCS35は、各バッテリ25に対する上側充電閾値まで一定の充電電流を使用して迅速に充電し、その後、100%まで充電するために一定の電圧を使用してもよい。
これは、より遅い速度で発生する。
これは、両方のバッテリ25が比較的短期間でかなりの残量に到達することができ、その後、時間が許せば、各バッテリ25が完全充電を完成させられ得ることを、保証する。
【0049】
上述の充電および放電の設定が使用されるが、好適な例外がある。
この点に関して、充電コントローラ41は、最初にバッテリ記憶部34から各バッテリ25のサイクルカウントまたは充電サイクルの総カウントのデータを受信し、その後、2つのバッテリ25に対するサイクルカウントを比較する。
これは、好ましくは、陸電が接続されるかまたは表れる時点に発生する。
イベントにおいて、一方のバッテリ25のサイクルカウントが、定義されているサイクル差、例えば、800サイクル以上の差のサイクルによって、他方のバッテリ25のサイクルカウントを越え、その後、より低いサイクルカウントを有するバッテリ25が、最初に、放電および再充電の両方において使用される。
この例外は、一群のバッテリの耐用年数を延ばしかつ等しくする。
【0050】
一方または両方のバッテリ25が充電されている間に、BCS35は、また、カートの電気装置に電力を供給する。
【0051】
また、充電コントローラ41は、カートのオペレータによる使用のための他の情報を通信してもよい。
例えば、バッテリ25の挿入時に、BCS35は、データライン50を介して車載コンピュータにメッセージを送信し、挿入されただけのバッテリ25の残量状態および識別を与えてもよい。
さらに、充電コントローラ41は、カートのユーザに見える警告灯を提供することができ、警告灯は、ボード上のバッテリ25が約1時間より少ない残留使用時間を有する場合を示す。
【0052】
本発明の別の態様では、BCS35は、また、2つの割り当てられたバッテリ25、バッテリ支持体27に載せられている1つと、壁取り付け型充電器または充電ステーション28上の1つとを用いて、システムが効率的に動作することを可能にしている。
BCS35が壁出口に接続されている間、電力がBCS35に供給され、載せられている任意のバッテリ25は、それぞれの容量まで充電する。
交換は、まず壁出口に電源コード39を取り付け、その後、バッテリ支持体27と充電ステーション28との間でバッテリ25を交換することによって、実行され得る。
注目すべきことに、充電ステーション28は、同一のBCS35を用いて設計され得る。
その結果、同一の充電論理が、充電ステーションが複数のバッテリ25を充電することができるようなイベントにおいて、ステーション28で使用される。
【0053】
上述の配置において、単一のコントローラ41は、上述の論理を実装しかつバッテリ25を1つずつ充電するために、回路基板上に設けられ得る。
また、制御ユニット16は、回路基板上に2つの充電コントローラを備えてもよいことが理解される。
このことは、2つのバッテリ25を同時に充電する選択肢を提供する。
この点に関して、充電コントローラ41は、カートの機器が使用中または電源出口46から電力を引き出しているかどうかをまず決定してもよい。
例えば、カート10がオフであり、かつ無のまたは非常に少ない電力がカート機器によって充電コントローラ41から引き出されている場合、その後、両方の充電コントローラ41は、バッテリ25を同時に充電するように動作することができる。
制御ユニット16に対する電源装置は、同時のバッテリの充電のために十分な電力を供給するように、評価される。
カート10上の機器がオンに変化されたか、またはより大きな電力を引き出していた場合、その後、充電コントローラ41は、上述した論理にしたがって、1つのみのバッテリ25を充電するために、互いに連携することができる。
【0054】
本発明の特に好ましい実施形態が、例示の目的で詳細に開示されているが、部品の再配置を含む、開示された装置の変更または修正が本発明の範囲内にあることが、認識される。