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TECHNISCHES
GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft
einen Sicherheitsmechanismus zur Verwendung in einem Elektrofahrzeug,
und insbesondere einen Sicherheitsmechanismus für eine Elektroenergieversorgungseinheit,
um Elektrizität
zu einem Antriebsmotor des Elektrofahrzeugs und zu einer Gruppe
von in dem Fahrzeug angeordneten Steuerschaltungen zu liefern.
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STAND DER TECHNIK
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(ZUSAMMENFASSUNG DES STANDES
DER TECHNIK)
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Als Alternativfahrzeug der nächsten Generation
in Hinblick auf Verbrennungsmotorfahrzeuge wie beispielsweise Benzinmotorfahrzeuge,
gewinnen Elektrofahrzeuge mit einem elektrischen Antriebsmotor Aufmerksamkeit.
Es wird behauptet, dass Elektrofahrzeuge, die saubere elektrische
Energie verwenden, die Umweltprobleme vollständig lösen können, wie beispielsweise schädliche Geräusche und
Abgase, die ungefähr
70% der Ursachen für
Umweltverschmutzung darstellen, abgegeben von Verbrennungsmotorfahrzeugen,
und dass sie zweimal oder mehr die Verfügbarkeit der Ressource von
fossilem Kraftstoff wie zum Beispiel Petroleum verlängern können.
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Das Elektrofahrzeug weist Antriebsräder auf, die
durch Stossdämpfer
vom Fahrzeugkörper
gefedert werden, auf die gleiche Weise wie ein herkömmliches
Benzinmotorautomobil, und wird durch eine Energieübertragungsvorrichtung
mit einem Elektromotor als Antriebsquelle vorwärtsbewegt. Und der Elektromotor
erhält
durch eine Elektroenergieverso-rgungseinheit gelieferte Energie.
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Somit unterscheidet sich das Elektrofahrzeug
sehr von bekannten Automobilen in Hinblick auf die Tatsache, dass
es relativ schwere Batterien aufweist. Und neue Gesichtspunkte ergeben
sich aufgrund dieser Batterien.
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Mit anderen Worten weist die Elektroenergieversorgungseinheit
zum Liefern von Elektrizität
zum Elektromotor eine Vielzahl von Speicherbatterien auf, um eine
Batterieenergieversorgungseinheit zu bilden, und besteht aus einer
Stabilitätsschaltung
zum stabilen Liefern einer Ausgabe von der Batterieenergieversorgungseinheit,
einem Elektromotor zum Antrieb, einer Motoransteuerschaltung zum
direkten Steuern der Motorumdrehung, und eine Steuerschaltung zum
Ausgeben eines Geschwindigkeitsbefehls oder eines Drehmomentbefehls
zu. der Motorantriebsschaltung. Und die motorinduzierte Energie
von dem Motor wird zu den Antriebsrädern über eine Kraftübertragung übertragen,
auf die gleiche Weise wie beim herkömmlichen Fahrzeug.
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Wie oben beschrieben, erhält das Elektrofahrzeug
die motorinduzierte Energie von einer Vielzahl von Batterien, und
die Leistungseigenschaft von schwachen Batterien wird vorrangig,
eine erwartete Reisedistanz kann nicht erreicht werden, z. B. kann das
Elektrofahrzeug nach einem temporären Anhalten beim Warten auf
Verkehrsampeln nicht gestartet werden, und somit wird eine unerwartete
Behinderung bewirkt, was eine entsprechende Gefahr ergeben kann.
Daher wurde ein Sicherheitsmechanismus für das Elektrofahrzeug gefordert,
um die jeweiligen Batterien gleichmäßig zu entladen, während sie
verwendet werden, und um eine effiziente Verwendung der Elektroenergieversorgungseinheit
zu unterstützten,
wodurch eine Distanz erhöht
wird, die das Fahrzeug fahren kann.
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Auf der anderen Seite ist es ein
Vorteil, die Batteriekapazität
soweit wie möglich
in Hinblick auf eine Erhöhung
einer Fahrstrecke zu erhöhen.
Wenn jedoch die Elektroenergieversorgungseinheit kompakt ist, und
nahe am Fahrer des Elektrofahrzeug angeordnet ist, speziell bei
einem Zweiradelektrofahrzeug, wird eine Isolation zwischen der Elektroenergieversorgungseinheit
und dem Fahrer als ein Sicherheitsmechanismus für das Elektrofahrzeug gefordert.
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Weiter werden die jeweiligen Batterien
der Elektroenergieversorgungseinheit durch eine externe Energieversorgung über ein
Ladekabel wieder aufgeladen. Es ist ziemlich gefährlich, wenn sich das Elektrofahrzeug
bewegt, während
es geladen wird, oder bewegt wird, ohne das Ladekabel unterzubringen, nachdem
ein Wiederaufladen beendet wurde. In Hinblick auf die Notwendigkeit
eines Wiederaufladens der Elektroenergieversorgungseinheit wird
eine Struktur um das Ladekabel als Sicherheitsmechanismus für das Elektrofahrzeug
gefordert.
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Wie oben beschrieben, ist die Elektroenergieversorgungseinheit
relativ schwer, und es wird ein sicheres Fahrverhalten des Fahrzeugs
gefordert, wenn beim Fahren gebremst wird. Und da es gefordert ist,
die Fahrleistung zu erhöhen,
wie oben beschrieben, ist es vorteilhaft, die Elektroenergieversorgungseinheit
mit einer regenerativen elektrischen Energie zu versorgen, die während des
Bremsens erzeugt wird. Da die Elektroenergieversorgungseinheit verwendet
wird, ist es erforderlich, als Sicherheitsmechanismus für das Elektrofahrzeug
eine regenerative Bremse und die Stabilität deren Betriebs bereitzustellen.
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Daneben kann das Gewicht der Elektroenergieversorgungseinheit
in Hinblick auf eine Gewichtsausgewogenheit nicht unberücksichtigt
bleiben, insbesondere in Verbindung mit dem elektrischen Zweiradfahrzeug.
Allgemein weist das elektrische Zweiradfahrzeug einen Hauptständer auf,
und es ist als ein Sicherheitsmechanismus für das Elektrofahrzeug gefordert,
das Fahrzeug stabil zu halten, wenn der Ständer verwendet wird, und ein
ungefedertes Gewicht von Rädern
zu vermindern, um eine Stabilität bereitzustellen,
wenn das elektrische Zweiradfahrzeug fährt.
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Da eine Treiberschaltung und ein
Ladegerät für die Elektroenergieversorgungseinheit
während
eines Aufladens und Entladens, wie oben beschrieben, Wärme erzeugen,
ist es darüber
hinaus als ein Sicherheitsmechanismus für das Elektrofahrzeug gefordert,
dass deren Position in Hinblick auf andere Vorrichtungen gewählt werden,
und dass die Batterien sicher und einfach für eine Austauschung oder andere
Zwecke abmontierbar sind.
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Allgemein ist die Batterieenergieversorgungseinheit
für die
Elektroenergieversorgungseinheit zum Liefern von Elektrizität zum Antriebsmotor eine
Kombinationsbatterieeinheit, nämlich
ein Satz von gekoppelten Batterien mit einer Vielzahl von Batterien
oder einer Vielzahl von Gruppen von Batterien, wobei jeder aus einer
Vielzahl von Batterien besteht, die in Serie miteinander verbunden
sind, und angebracht werden, um eine vorgegebene Spannung für den Antriebsmotor
bereitzustellen.
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Bei der Elektroenergieversorgungseinheit zum
Liefern von elektrischer Energie zu dem Antriebsmotor bedeutet die "Batterieenergieversorgungseinheit" einen gesamten Satz
von Batterien, die die Energiequelle bilden. Eine "Zusatzbatterie", im folgenden beschrieben,
ist eine Batterie zum Unterstützen
der Batterieenergieversorgungseinheit hinsichtlich eines Spannungsabfalls.
Und da die Batterieenergieversorgungseinheit aus einer Vielzahl von
Batterien oder einer Vielzahl von Gruppen von Batterien, in Kombination
verbunden, gebildet ist, bedeutet der "Satz von gekoppelten Batterien" eine Kombination
einer Vielzahl von einzelnen Batterien oder einer Vielzahl von einzelnen
Gruppen von Batterien, wobei jede Gruppe aus einer Vielzahl von
Batterien besteht.
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Die die Batterieenergieversorgungseinheit bildenden
Batterien weisen die folgenden Eigenschaften auf. Insbesondere,
mit dem Ablaufen von Zeit bei einer Verwendung der Batterien zur
Entladung vermindert sich die Anschlussspannung der Batterien allmählich, so
dass eine Entladekurve gebildet wird, wie in 9 gezeigt.
Und es wird die Batterieentladung gestoppt, bevor der Spannungsabfall eine
finale Entladespannung an dem führenden
Ende der Kurve erreicht, um die Batterien zu schützen. Und, wie es in 10 gezeigt ist, ist es bekannt, dass die
Entladekurveneigenschaften in Abhängigkeit von dem gezogenen
Strom abhängen,
und eine Entladezeit von dem verwendeten Strom abhängt. Demzufolge
ist eine Messeinheit für
die verbleibende Kapazität basierend
auf verschiedenen Nutzungsverfahren erforderlich, um genau eine
in den Batterie verbleibende elektrische Energiemenge anzugeben.
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Es ist bekannt, dass solche Verfahren
ein Verfahren enthalten, bei dem in Hinblick auf eine Abfallrate
der Anschlussspannung der Batterieenergieversorgungseinheit geurteilt
wird, ein Verfahren zum Beurteilen durch Addieren des Entladestroms,
und ein Verfahren zum Berechnen eines Innenwiderstands aus der Anschlussspannung
und dem Strom, und ein Vorhersagen mit Bezug auf die Erhöhung des Innenwiderstands
oder dessen Erhöhungsrate.
Solch ein Messgerät
für die
verbleibende Kapazität
ist an dem Elektrofahrzeug angebracht, um die verbleibende Kapazität in der
Batterieenergieversorgungseinheit vorherzusagen, und um eine Fahrdistanz
auf der Anzeigefläche
anzugeben, um den Fahrer des Elektrofahrzeugs zu Informieren.
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Die elektrische Energie von der Batterieenergieversorgungseinheit
ist durch eine Stabilisierungsschaltungsspannung stabilisiert, und
wird dann an jeweilig angebrachte Ausrüstungseinrichtungen geliefert,
wie beispielsweise einen Motor, über
einen Zuführer,
der nicht veranschaulicht ist. Und die zu liefernde Spannung wird
im wesentlichen für
den Motor geliefert, und auf einen relativ hohen Pegel eingestellt.
Eine Spannung von 12 V oder 24 V, erforderlich für ein Betreiben der Fahrlichter,
des Horns und der Steuerschaltung, die in dem Elektrofahrzeug angeordnet
sind, wird durch ein Umwandeln solch einer Hochspannung durch einen
Gleichspannung/Gleichspannungswandler erhalten.
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Und diese Hauptelektroenergie wird
dem Motor über
die Motoransteuerschaltung zugeführt, und
eine Effektivspannung des Motors wird durch die Choppersteuerung
der Motoransteuerschaltung erhöht
oder vermindert, um die Ausgabe des Antriebsmotors zu steuern. Ein
Tastverhältnis
der Choppersteuerung zur Erhöhung
oder Verminderung der Spannung wird durch die Steuerschaltung vorgegeben,
und die Steuerschaltung ist mit einem Beschleunigungshebel elektrisch
verbunden. Daher wird das Tastverhältnis durch die Steuerschaltung
in Abhängigkeit
von der durch den Fahrer vorgegebenen Beschleunigungshebelöffnungsstellung
bestimmt, und die Motoransteuerschaltung erhöht oder vermindert die Effektivspannung,
die an den Motor anzulegen ist, in Übereinstimmung mit dem Tastverhältnis, um den
Ausgabebetrieb des Motors in Übereinstimmung mit
der Beschleunigungshebelöffnung
zu bringen, und somit wird eine erforderliche Fahrzeugfahrgeschwindigkeit
erzielt.
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Bei der oben beschriebenen bekannten Elektroenergieversorgungseinheit
hängt jedoch
die Entladekapazität
einer jeden Batterie, die die Batterieenergieversorgungseinheit
bildet, variabel von einem individuellen Unterschied, einer Verschlechterung,
Temperaturatmosphäre
und ähnlichem
ab, und die verbleibende Kapazität
ist bei den jeweiligen Batterien von der Entladeverwendung abhängig. Und
es ist weiter bekannt, dass die Spannungsabfallrate einer Batterie
mit einer verminderten Kapazität
größer ist
als die von anderen Batterien, und ein Auftreten von nicht gleichmäßigen verbleibenden
Kapazitäten neigt
zu einer Vergrößerung.
Und aufgrund der Ungleichmäßigkeit
haben die jeweiligen Batterien ungleiche verbleibende Kapazitäten am Ende
eines Entladens, und auch wenn sie von solch einem Zustand voll
wieder aufgeladen werden, behalten die jeweiligen Batterien die
ungleichmäßige verbleibende Kapazität, somit
wird die Tendenz einer Ungleichmäßigkeit
nicht gelöst.
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Auf der anderen Seite ist die Messeinheit
für die
verbleibende Kapazität
an dem Elektrofahrzeug angeordnet, um die verbleibende Kapazität in der Batterieenergieversorgungseinheit
vorherzusagen, und um eine Fahrdistanz auf der Instrumentenanzeige
anzuzeigen, um den Fahrer des Elektrofahrzeugs wie oben beschrieben
zu informieren. Diese verbleibende Kapazität basiert jedoch auf einer
Batterie unter der Vielzahl von Batterien, die die Minimalkapazität aufweist.
Daher gab es einen Nachteil darin, dass die Ausgabe der Batterieenergieversorgungseinheit insgesamt
aufgrund der Batterie mit der Minimalkapazität unter diesen Batterien begrenzt
war. Als eine Folge kann eine Leistungsenergie von allen Batterien als
die ursprüngliche
Batterieversorgungseinheit nicht genutzt werden, und es gab eine
Tendenz dorthingehend, dass eine Fahrdistanz nicht vergrößert werden
konnte. Und aufgrund der Ungleichmäßigkeit wird eine Lade- und
Entladelast an eine bestimmte Batterie angelegt, die eine Verminderung
der Anzahl von wiederholten Ladevorgängen und Entladevorgängen zur
Folge hat. Und die Leistungseigenschaft der Batterie wird vermindert.
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Und weiter, da die Motorleistung
mit der Verminderung der durch die Batterieenergieversorgungseinheit
ausgegebenen Spannung vermindert wird, wird die Fahrleistung des
Fahrzeugs vermindert. Somit kann die Batterieausgabe nicht im Maximalausmaß genutzt
werden. Und weiter ist die Genauigkeit des Messens der verbleibenden
Kapazität der
Batterieenergieversorgungseinheit niedrig, beispielsweise wenn angezeigt
wird, dass die Batterieenergieversorgungseinheit eine kleine Größe von verbleibender
Kapazität
aufweist, kann die tatsächlich fahrbare
Distanz nicht genau herausgefunden werden. Daneben, ist es, wenn
die eingebaute Batterieenergieversorgungseinheit voll entladen ist,
notwendig, das Fahrzeug durch ein anderes Fahrzeug zu einem Ort
abzuschleppen, wo die Batterieenergieversorgungseinheit ausgetauscht
oder aufgeladen werden kann, was mühsame Bergungsarbeiten beinhaltet.
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Darüber hinaus haben Arbeiten beim
Prüfen des
Zustands der Elektroenergieversorgungseinheit und die Batterieaustauschung
den Nachteil eines höheren
Risikos, da die Elektroenergieversorgungseinheit eine höhere Spannung
aufweist. Insbesondere weist die Batterieenergieversorgungseinheit
von beispielsweise einem bekannten Elektrorollers eine Kombinationsbatterie
mit einer Vielzahl von Batterien in Serie auf, und liefert eine
Ausgangsspannung von 48 V Gleichspannung.
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Es wird darauf hingewiesen, dass
diese Spannung einer Wechselspannung von ungefähr 100 V äquivalent ist.
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Weiter ist in der US-A-5 283 513
eine Batterieladevorrichtung für
Elektrofahrzeuge mit einer Hochspannungsbatterie beschrieben, die
einen ersten Anschluss aufweist, der mit einer Hochspannungsenergieversorgungsquelle
außerhalb
des Fahrzeugs zu verbinden ist, einen zweiten Anschluss, der mit
einer Niedrigenergieversorgungsquelle außerhalb des Fahrzeugs zu verbinden
ist, einen Gleichspannung/Gleichspannungswandler zum Erhöhen der
Spannung der Niederspannungsenergiequelle auf eine Spannung, die
der Hochspannungsbatterie entspricht, und einen Schalter zum Umwechseln
der Verbinder. In einem Notfall, in dem der Empfang der elektrischen
Energie geringer als zum Fahren der notwendigen Distanz erforderlich
ist, kann das Elektrofahrzeug mit elektrischer Energie von anderen
Fahrzeugen versorgt werden, beispielsweise einem Benzinmotorfahrzeug,
mit einer Niederspannungsenergiequelle und die Batterie kann geladen
werden durch ein Umwandeln der gelieferten Spannung unter Verwendung
des Gleichspannung/Gleichspannungswandler auf eine Spannung, die
der Spannung der Hochspannungsbatterie entspricht.
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Weiter ist in der GB 2 270 807 A
ein batteriegetriebenes Elektrofahrzeug beschrieben, mit einer Fahrbatterie,
um einen Fahrmotor mit Energie zu versorgen, einer normalerweise
mit einem Hilfsmotor angetriebenen Lichtmaschine, mit Energie versorgt durch
eine Zusatzbatterie, um Batterien aufzuladen, die Zusatzeinrichtungen
wie beispielsweise das Fahrlicht mit Energie versorgen. Wenn die
Zusatzbatterie auf einem niedrigen Ladungszustand ist, kann sie
durch die Lichtmaschine aufgeladen werden, angetrieben durch den
mit der Fahrbatterie angetriebenen Hilfsmotor. Wenn die Fahrbatterie
auf einem niedrigen Ladezustand ist, kann sie durch die Lichtmaschine
wieder aufgeladen werden, angetrieben durch den durch die Zusatzbatterie
mit Energie versorgten Hilfsmotor.
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Weiter ist in der
EP 0 652 620 A1 ein Verfahren
beschrieben, um die Spannung über
Antriebsbatterien für
Elektrofahrzeuge auszugleichen, in Serie während eines Wiederaufladens
angeschlossen, und eine entsprechende Vorrichtung. Um die Spannungen
der in Serie verbundenen Batterien während eines Wiederaufladens
auszugleichen, wird die Spannung und Temperatur einer jeden Batterie
gemessen und nur die Batterie mit der niedrigsten Spannung wird
mit einem Strom höherer
Intensität
geladen. Ein Strom-Bypass wird an die anderen Batterien angelegt.
Alle Schritte werden wiederholt, bis alle Batterien die gleiche
Spannung mit Bezug auf die gemessene Temperatur erreicht haben.
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Wie oben erläutert, ist die Batterie zum
Liefern einer elektrischen Energie an den Antriebsmotor einer Kombinationsbatterie
mit einer Vielzahl von in Serie verbundenen Batterien, um eine vorgegebene Spannung
für den
Antriebsmotor zu erreichen.
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Weiter wird die Batterie mit einem
Ladekabel aufgeladen, das für
das Fahrzeug bereitgestellt wird, und mit einem Hausanschluss verbunden
wird, angepasst für
ein elektrisches Zweiradfahrzeug. Insbesondere ist der Fahrzeugkörper mit
einem Ladekabel mit einer vorgegebenen Länge bereitgestellt. Um die Batterie
wieder aufzuladen, wird das Ladekabel herausgezogen und mit einem
Hausanschluss verbunden. Wenn der Ladevorgang beendet ist, wird
das Ladekabel in dem Fahrzeugkörper
untergebracht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die in Anspruch 1 definierte Erfindung
betrifft einen Sicherheitsmechanismus für ein Elektrofahrzeug, das
einen Antriebsmotor und eine Elektroenergieversorgungseinheit zum
Ansteuern des Motors enthält.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung betrifft eine Beurteilungseinrichtung,
die den Zustand einer elektrischen Energie in Hinblick auf die Ausgangsanschlussspannungen oder
verbleibenden Kapazitäten
der jeweiligen Batterien bestimmt.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung betrifft die Beurteilungseinrichtung,
die den Beurteilungsvorgang tätigt,
oder die Steuereinrichtung, die den Auswahl- oder Verbindungsprozess
auf einer vorgegebenen Zeitbasis tätigt.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
schematisch in einer Seitenansicht die allgemeine Struktur eines
Zweiradelektrofahrzeugs, als ein Beispiel des Elektrofahrzeugs gemäß der Erfindung.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht entlang und betrachtet von Linie b-b aus 1 eines Zweiradelektrofahrzeugs,
als ein Beispiel des Elektrofahrzeugs gemäß der Erfindung.
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3 zeigt
ein Schaltblockdiagramm der allgemeinen schematischen Struktur eines
Sicherheitsmechanismus für
das Elektrofahrzeug der Erfindung.
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4 zeigt
ein Schaltblockdiagramm mit einer Datensammelvorrichtung eines Sicherheitsmechanismus
für das
Elektrofahrzeug der Erfindung.
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5 zeigt
in einem Diagramm den Zustand einer jeden Batterie der Batterieenergieversorgungseinheit,
die in Entladeverwendung ist, in Verbindung mit einem Sicherheitsmechanismus
für das
Elektrofahrzeug der Erfindung.
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BEVORZUGTES
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
ZUM AUSFÜHREN
DER ERFINDUNG
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
werden mit Bezug auf die in 1 bis 5 gezeigten Beispiele beschrieben.
Jedes Ausführungsbeispiel
wird mit Bezug auf ein Zweiradelektrofahrzeug (einschließlich eines
Rollers) als das Elektrofahrzeug beschrieben, wie in 1 und 2 gezeigt. Die grundlegende Struktur
des Zweiradelektrofahrzeugs, die hierin beschrieben wird, wird auch
in unterhalb zu beschreibenden jeweiligen Veranschaulichungen verwendet.
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Ein Zweiradelektrofahrzeug 1 hat
Räder 4, 5, die
von einem Fahrzeugkörperhauptrahmen 3 gehalten
werden, vorne und hinten am Fahrzeugkörper 2, und einen
Sitz 2a, auf dem ein Fahrer Platz nimmt, ungefähr am Zentrum
des Fahrzeugkörpers 2,
auf die gleiche Weise, wie bei einem bekannten Zweiradfahrzeug,
das durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird. Das Vorderrad 4 wird
durch einen Lenker 6 gelenkt, und das Hinterrad 5 wird
für eine
Drehung durch einen Elektromotor 7 für ein Fahren anstelle eines
Motors angetrieben. Eine Instrumententafel 8, angebracht
im Zentrum des Lenkers 6, enthält Messeinrichtungen zum Anzeigen
einer Fahrgeschwindigkeit, der verbleibenden Menge in Batterien
und ähnliches,
und verschiedene Schalter zum Betrieb von angebrachten Ausrüstungsgegenständen. Ein
Hauptschlüsselschalter 9,
der alle An-Board Ausrüstungseinrichtungen
an- oder ausschaltet, ist auf dem Fahrzeugkörper 2 unterhalb der
Anzeigetafel 8 angebracht.
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Der Hauptrahmen 3 weist
eine Elektroenergievorrichtung 10 auf, die elektrische
Energie für
einen Betrieb des Motors liefert, und, der elektrische Energie durch
den Elektromotor in mechanische Bewegung für ein Fahren umwandelt, und
eine Energieübertragungsvorrichtung 11,
die die Motorausgabe in ein geeignetes Drehmoment umwandelt und
dies effizient an das Hinterrad 5 liefert. Obwohl einiges
in der Illustration ausgelassen wurde, ist ein Beschleunigungsgriff 6a und
ein Bremshebel 6b an dem Lenker 6 angebracht,
wobei ein Bremsmechanismus und Federungen im wesentlichen die gleichen
sind, wie diese für
ein bekanntes Zweiradelektrofahrzeug verwendet werden. Und verschiedene
Betriebsschalter des Beschleunigungsgriffs 6a, des Bremshebels 6b und
des Hauptschlüsselschalters 9 sind
elektrisch mit der Elektroenergievorrichtung 10 verbunden.
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Die Elektroenergievorrichtung 10 umfasst eine
Elektroenergieeinheit 12, die ungefähr am Zentrum und auf einer
tieferen Ebene des Hauptrahmens 3 des Fahrzeugkörpers 2 angebracht
ist; eine Messeinrichtung für
eine verbleibende Kapazität 14,
eine Stabilisationsschaltung 15, und eine Steuerschaltung 16,
die am rückwärtigen Bereich
des Fahrzeugkörpers 2 befestigt
sind; und verschiedene Sensoren, die an jeweiliger An-Board Ausrüstung bereitgestellt sind.
Weiter wird eine Antriebsenergie an den Fahrmotor 7 über den
gemeinsamen Betrieb einer Gruppe geliefert, bestehend aus diesen
Vorrichtungen und Schaltungen. Eine Ladeeinrichtung 17 und
eine Motoransteuerschaltung 18 sind auf beiden jeweiligen Seiten
der Elektroenergieversorgungseinheit 12 angeordnet. Daneben
ist eine große
Wärmeabstrahlplatte 17a am
Fahrzeugkörper 2 genau
unterhalb der Ladeeinrichtung 17 und der Motoransteuerschaltung 18 bereitgestellt,
um Wärme
in die Atmosphäre
abzugeben, die erzeugt wird, wenn die jeweiligen Schaltungen 17, 18 arbeiten,
wodurch eine geeignete Wärmeabstrahlung
bewirkt wird.
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Die Elektroenergieeinheit 12 enthält eine Batterieenergieversorgungseinheit 13,
die an dem Rahmen 3 befestigt ist. Die Batterieenergieversorgungseinheit 13 weist
eine Vielzahl von Batterien 13a, 13b, 13c, 13d und
entsprechendes auf, in Serie mit einem Kabel verbunden, das einen Übertragungsverlust
von Energie verhindert, um eine vorgegebene Ausgangsleistung wie
beispielsweise 48 V für
den Motor zu erhalten. Weiter wird die Leistung von der Elektroenergieeinheit 12 durch
die Stabilisationsschaltung 15 stabilisiert, und an die
jeweilige An-Board Ausrüstung
geliefert.
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Weiter umfasst die Motoransteuerschaltung 18
zum Ansteuern des Motors hauptsächlich
eine MOS-FET Schaltung, die eine Hochgeschwindigkeitsschaltvorrichtung
darstellt. Durch die Choppersteuerung gemäß dem Schaltbetrieb der FET
Schaltung wird eine effektive an den Antriebsmotor 7 zu
liefernde Spannung zur Steuerung der Motorausgabe erhöht oder
vermindert. Und die Schaltsteuerung wird auf Grundlage eines Steuerbefehls
von der Steuerschaltung 16 entsprechend einer Beschleunigungsöffnungsstellung
durchgeführt.
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Die Steuerschaltung 16 empfängt Signale von
den an dem Beschleunigungsgriff 6a und der angebrachten
Ausrüstung
angeordneten Sensoren und umfasst einen Mikrocomputer, der Befehls-
und Betriebszustandssignale an die Motoransteuerschaltung 18 und
die Anzeigetafel 8 ausgibt.
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Der Mikrocomputer enthält einen
A/D Wandler, der eine digitale Umwandlung der jeweiligen Eingangssignale
durchführt,
einen I/O Anschluss, eine CPU, einen Speicher und ähnliches,
arbeitet in Übereinstimmung
mit dem in dem Speicher gespeicherten Programm, gemäß der Beschleunigungsöffnungsstellung,
aufgrund des Betriebs des Beschleunigungsgriffs 6a, und
Erfassungssignalen von den jeweiligen Sensoren, und gibt einen geeigneten
Betriebsbefehl wie beispielsweise ein Tasteinstellsignal oder ähnliches
an die Motoransteuerschaltung 18 aus.
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Weiter weist die Energieübertragungsvorrichtung 11 eine Übertragung 19 auf,
und wandelt die Ausgabe des Antriebsmotors 7 in ein geeignetes Drehmoment über die Übertragung
19 um, um dieses effizient an das Hinterrad 5 zu übermitteln.
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Demzufolge, wenn der Fahrer den Hauptschlüsselschalter 9 betätigt, beginnt
die Elektroenergievorrichtung 10 mit. dem Betrieb, und
elektrische Energie wird von der Elektroenergieeinheit 12 an
jeweilige An-Board Ausrüstung
geliefert, so dass das Zweiradelektrofahrzeug 1 gestartet
werden kann. Wenn der Beschleunigungsgriff 6a durch den
Fahrer betätigt
wird, gibt dann die Steuerschaltung 16 einen entsprechenden
geeigneten Steuerbefehl an die Motoransteuerschaltung 18 aus.
In Übereinstimmung mit
dem Steuerbefehl erhöht
die Motoransteuerschaltung 18 die an den Antriebsmotor 7 gelieferte elektrische
Antriebsenergie, oder vermindert diese, um die Ausgabe des Antriebsmotors
einzustellen. Weiter wird die Motorausgabe in ein geeignetes Drehmoment
umgewandelt, und durch die Übertragung 19 als
Energieübertragungsvorrichtung
zum Hinterrad 5 übertragen,
und das Zweiradelektrofahrzeug 1 fährt mit einer durch den Fahrer
erwünschten Geschwindigkeit
vorwärts.
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Ein Sicherheitsmechanismus für das Elektrofahrzeug
gemäß der Erfindung
wird detailliert mit Bezug auf die in den Zeichnungen gezeigten
Beispiele beschrieben. Der Einfachheit halber zeigen beim Beschreiben
der Erfindung die jeweiligen Zeichnungen die auf den Stand der Technik
angewendete vorliegende Erfindung.
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Wie in 3 bis 5 gezeigt, ist der Sicherheitsmechanismus
in diesem Ausführungsbeispiel
so konfiguriert, dass die Batterieenergieversorgungseinheit einen
Satz von gekoppelten Batterien umfasst, mit einer Vielzahl von in
Serie verbundenen Batterien, und so, dass er eine elektrische Energiemenge bestimmt,
die in jeder Batterie oder jeder Gruppe von Batterien, die den Satz
von gekoppelten Batterien bilden, zu irgendeinem Punkt während einer
Entladung verbleibt, und verwendet eine Batterie mit einer hohen
verbleibenden Energiemenge für
eine Versorgung von elektrischer Energie an andere Schaltungen,
um dadurch eine gleichmäßige Entladung
für die jeweiligen
Batterien bereitzustellen, um die Batterieenergieversorgungseinheit
insgesamt effizient zu nutzen. Anders gesagt weist eine Elektroenergieeinheit 21,
bereitgestellt mit einem Sicherheitsmechanismus dieses Ausführungsbeispiels,
eine Schaltung auf, wie in 3 gezeigt,
und umfasst die Batterieenergieversorgungseinheit 13, die
aus einer Vielzahl von Batterien 13a, 13b, 13c, 13d besteht,
in Serie verbunden, eine Datensammelvorrichtung 23, die
parallel mit Verbindungsleitungen dieser Batterien 13a bis 13d verbunden
ist, und eine Maximalkapazität
unter den Anschlussspannungen der jeweiligen Batterien 13a bis 13d feststellt,
eine Gruppe von Auswahlschaltern 25a bis 25h,
unter Verwendung von parallel verbundenen Transistorschaltelementen,
die beliebige der Batterien 13a bis 13d, ausgewählt basierend auf
der Maximalkapazität,
parallel zu einer Steuerstabilisationsschaltung 24 verbinden,
und eine Schaltersteuerschaltung 26, die die Verbindung
der Gruppe von Auswahlschaltern 25a bis 25h steuert.
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Wie in 4 gezeigt,
umfasst die Datensammelvorrichtung 23 einen analogen Multiplexer 27,
der aufeinanderfolgend die empfangenen Anschlussspannungen der jeweiligen
Batterien 13a bis 13d für eine Ausgabe schaltet, einen
A/D Wandler 28, der die ausgewählte Anschlussspannung in ein
digitales Signal umwandelt, und einen Mikrocomputer 29,
der in Übereinstimmung
mit dem integrierten Programm arbeitet und urteilt, in Übereinstimmung
mit dem digitalen Signal in Entsprechung zur Anschlussspannung, und
der einen vorgegebenen Steuerbefehl an die Schaltersteuerschaltung 26 ausgibt.
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Der analoge Multiplexer 27 weist
eine Vielzahl von Eingangsanschlüssen
auf, die parallel mit den Ausgangsanschlüssen der jeweiligen Batterien 13a bis 13d verbunden
sind, und einen einzelnen Ausgangsanschluss, der mit einer nachfolgenden Stufe
des A/D Wandlers 28 verbunden ist, so dass die von den
Batterien 13a bis 13d empfangenen Ausgangsspannungen
alternierend geschaltet und ausgegeben werden können. Mit anderen Worten weist der
Multiplexer 27 eine Signalleitung zum Steuern des Schaltbetriebs
auf, verbunden mit dem Mikroprozessor 29, und basierend
auf einem von dem Mikroprozessor 29 in Übereinstimmung mit dem integrierten
Programm auszugebenden Schaltsignal schaltet er alternierend sequenziell
die Anschlussspannungen der jeweiligen Batterien 13a bis 13d über die
Zeit für
eine Ausgabe auf die nachfolgende Stufe des A/D Wandlers 28.
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Weiter wandelt der A/D Wandler 28 die
eingegebene Anschlussspannung in ein digitales Signal um, mit einem
Wert, der dem Pegel der Spannung entspricht, und gibt diesen an
die nachfolgende Stufe des Mikrocomputers 28 aus.
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Daneben speichert der Mikrocomputer 29 in einem
die digitalisierten Anschlussspannungswerte der jeweiligen Batterien 13a bis 13d,
arbeitet in Übereinstimmung
mit dem integrierten Programm, sagt die elektrischen Energiemengen
vorher, die in den jeweiligen Batterien 13a bis 13d verbleiben,
vergleicht die verbleibenden Größen, und
bestimmt eine Batterie mit der maximalen verbleibenden Größe unter
den Batterien 13a bis 13d. Und weiter gibt der
Mikrocomputer 29 einen vorgegebenen Betriebsbefehl an die Schalteransteuerschaltung 26 aus,
um die Batterie (eine der Batterien 13a bis 13d)
parallel zu der Steuerstabilisationsschaltung 24 anzuschließen, die
die maximale Größe aufweist.
Mit anderen Worten werden die Auswahlschalter 25a bis 25h,
die zwischen beiden Enden der Batterie mit der größten Kapazität unter
den Batterien 13a bis 13d angeordnet sind, und die
Steuerstabilisationsschaltung 24 für eine Verbindung durch die
Schaltsteuerschaltung 26 betrieben, und die ausgewählte Batterie
wird parallel zur Steuerstabilisationsschaltung 26 verbunden,
um einen elektrischen Strom zur Steuerschaltung 16 oder ähnlichem
zu führen.
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Wenn einige der Batterien die gleiche
verbleibende Größe aufweisen,
wird eine geeignete Auswahl vorgenommen.
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Weiter kann das Programm im Mikrocomputer,
verwendet für
ein Vorhersagen der verbleibenden Kapazitäten der jeweiligen Batterien,
unter verschiedenen Verfahren allgemeiner Messeinrichtungen für verbleibende
Größen ausgewählt werden.
Mit anderen Worten wird eine Auswahl getätigt bzgl. einem Verfahren
zum Bestimmen in Hinblick auf eine Abfallrate einer Anschlussspannung,
einem Verfahren zum Bestimmen durch ein Integrieren zur Nachverfolgung eines
Energieverbrauchs, erlangt durch Multiplizieren einer Anschlussspannung
und eines Stroms, und einem Verfahren zum Vorhersagen in Hinblick
auf eine Erhöhungsrate
des Innenwiderstands durch Berechnung aus einer Anschlussspannung
und einem Strom, oder diese Verfahren können in Kombination verwendet
werden.
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Wenn ein Offenspannungserfassungsverfahren,
was eine Veränderung
der Anschlussspannung bei Entfernung der Last in Abhängigkeit
von der verbleibenden Größe verwendet,
wird die Spannung einer jeden Batterie erfasst, wenn die Last geöffnet ist,
und eine Batterie mit der höchsten
Spannung wird ausgewählt.
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Und wenn eine Entladung für eine lange
Zeitperiode fortgesetzt wird, ist das Integrierverfahren für das Innenwiderstandserfassungsverfahren
vorteilhaft. In solch einem Fall, mit einem Stromsensor, der in
den Zeichnungen nicht gezeigt ist, zum Erfassen der elektrischen
Ausgangsströme
von den Batterien, wird (1) ein integrierter elektrischer Energiewert,
erlangt durch ein Integrieren der elektrischen Energieausgabe von
den jeweiligen Batterien in Hinblick auf die Batterieströme und die
Anschlussspannungen der jeweiligen Batterien, oder (2) ein Innenwiderstandswert
verwendet, um die verbleibende Kapazität einer jeden Batterie zu berechnen,
und eine Batterie mit der größten verbleibenden
Kapazität
wird ausgewählt.
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Daneben kann ein Kapazitanzwert,
erlangt durch ein Summieren der verbleibenden Kapazitäten der
jeweiligen Batterien, und ein Restkapazitätswert, vorhergesagt aus der
Spannungsausgabe der Batterieenergieversorgungseinheit, verglichen
werden, um die Genauigkeit der Vorhersage des Restkapazitätswerts
der Batterieenergieversorgungseinheit zu verbessern.
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Nunmehr wird ein Betrieb der Elektroenergieversorgungseinheit 21 des
Elektrofahrzeugs beschrieben.
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Wie in 5 gezeigt
wird, wenn die Ausgangsanschlussspannungen und die Restkapazitäten der
jeweiligen Batterien 13a bis 13d an einem beliebigen
Punkt in der Entladeverwendung veränderlich sind, eine Batterie
mit der größten Restkapazität, z. B.
die Batterie 13c, durch die Datensammelvorrichtung 23 ausgewählt.
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In 3 werden
dann die Auswahlschalter 25d, 25g, positioniert
an dem Plus- und Minuspol der ausgewählten Batterie 13c,
angeschaltet, um die Batterie 13c parallel zur Steuerstabilisierungsschaltung 24 zu
schalten, und eine elektrische Energie von 12 V wird direkt von
der Batterie 13c an die Steuerschaltung 16 geliefert.
Und dieser Zustand wird fortgesetzt, wenn die Batterie eine Kapazität aufweist, die
größer als
die der anderen Batterien ist, und wenn deren Kapazität geringer
als die der anderen Batterien wird, wird eine Umschaltung zu einer
anderen Batterie vorgenommen. Daher wird eine Batterie mit einer
höheren
Restquantität
auch als die Energiequelle für
die Steuerschaltung verwendet, die jeweiligen Batterien werden hinsichtlich
der Kapazität
in vorgegebenen Zeitintervallen überprüft, um die
in Kombination zu verwendende Batterie zu schalten, so dass verhindert
werden kann, dass die Restkapazitäten der jeweiligen Batterien
ungleichmäßig werden,
und die jeweiligen Batterien können
für eine
Entladung gleichmäßig verwendet
werden.
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Die Zeitintervalle zum Überprüfen der
Kapazität
einer der jeweiligen Batterien können
wie erwünscht
bestimmt werden, und können
als relativ lang bestimmt werden, z. B. 5 Minuten, um ein häufiges Umschalten
zur Steuerbatterie für
kombinierte Verwendung zu verhindern. Und das Überprüfungsintervall kann kurz gemacht
werden, und das Schaltintervall kann lang gemacht werden, und diese
können
kombiniert werden, wie erwünscht.
Zusätzlich,
in dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel, werden die Zustände der
verbleibenden Kapazitäten
der jeweiligen Batterien beurteilt, jedoch kann zusätzlich zu
den jeweiligen Batterien die Restkapazität mit Bezug auf eine Gruppe
einiger Batterien beurteilt werden, nämlich den unterteilten multiplen
Batterien.
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Weiter wird zu einer Erfassung der
Anschlussspannung bei der Entfernung einer Last die Kapazitätsprüfung durchgeführt, wenn
die Lasten des Motors und der zusätzlichen Vorrichtung (Fahrlicht,
Blinker, Hupe, Klimaanlage, Radio, etc.) entfernt sind. Beispielsweise
ist das Beschleunigersignal mit dem zusätzlichen Vorrichtungsschalter
verbunden, und die Anschlussspannungen der jeweiligen Batterien
werden jedes Mal erfasst, wenn beide AUSGESCHALTET werden, und eine
Erfassung und Schaltbetriebsvorgänge
werden jedes Mal durchgeführt,
wenn das Elektrofahrzeug angehalten wird.
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Beim Integrationsverfahren oder dem
Innenwiderstandserfassungsverfahren wird, wenn ein Intervall zum
Integrieren eines elektrischen Stroms oder Leistung 0,5 Sekunden
ist, eine Auswahl jeweiliger multipler Batterien in einem Zyklus
von 0,5 Sekunden durchgeführt,
und eine Verbindung kann in geeigneten Zeitintervallen durchgeführt werden.
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Wie oben beschrieben, wird mit dem
Sicherheitsmechanismus für
das Elektrofahrzeug in diesem Ausführungsbeispiel die Restkapazität einer
jeder der "getrennten
Batterien, die den Satz von gekoppelten Batterien bilden" oder jeder der "Gruppen von Batterien,
die den Satz von gekoppelten Batterien bilden" bestimmt, um eine Batterie mit einer
größeren Kapazität für eine Versorgung
von elektrischer Energie zu anderen Schaltungen zu verwenden, so
dass eine Ungleichmäßigkeit
der Restkapazitäten
der jeweiligen Batterien vermindert werden kann, und die Batterien
gleichmäßig genutzt
werden können,
was ermöglicht,
dass die Energieversorgungseinheit insgesamt die Gesamtleistungsenergie
der jeweiligen Batterien effizient verwendet. Mit anderen Worten kann
ein Tiefentladen einer bestimmten Batterie verhindert werden, und
die für
ein einzelnes Laden verfügbare
Kapazität
kann erhöht
werden. Und da die Entladezustände
der jeweiligen Batterien gleichmäßig gemacht
werden können,
können
die geladenen Zustände
bei der Beendigung des Ladens gleichmäßig gemacht werden. Daneben
kann verhindert werden, dass ein Lade- oder Entladeverfahren ausschließlich mit
einer bestimmten Batterie durchgeführt wird, so dass die Anzahl
von wiederholten Entlade-/Ladezyklen der Batterie erhöht werden
können. Als
eine Folge, da die Sicherheitseigenschaften als Elektroenergieversorgungseinheit
verbessert werden kann, kann die fahrbare Distanz des Elektrofahrzeugs
erhöht
werden, und die gesamte Sicherheitseigenschaft kann verbessert werden.
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Dieses Ausführungsbeispiel wurde mit Bezug
auf den auf das Elektrofahrzeug angewendeten Sicherheitsmechanismus
beschrieben, ist jedoch nicht darauf beschränkt, und kann allgemein auf
elektrische Ausrüstungseinrichtungen
angewendet werden, die die kombinierte Batterie als Batterieenergieversorgungseinheit
verwenden, wie beispielsweise eine tragbare Einrichtung oder motorgetriebene Spielzeuge,
die transportabel sind.
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INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
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Die vorliegende Erfindung kann auf
allgemeine Elektrofahrzeuge wie beispielsweise einem Zweiradelektrofahrzeug
angewendet werden, und auch auf Dreirad- und Vierradfahrzeuge und
anderes.