JP2023547975A - ポータブル車両バッテリパック - Google Patents

Abstract

運転航続距離を延ばすために車載車両バッテリを再充電するためのポータブルバッテリパックに対する装置および方法が提供される。ポータブルバッテリパックは、ヒンジにより蓋に接合される基部を含むケースを含む。バッテリアレイが、基部の中に収容され、電気端子が、蓋上へと装着される。充電ケーブルが、電気端子に接続され、車両の充電ポートへとプラグで接続され得る。バッテリアレイが、並列に、直列に、または、並列および直列の組み合わせで結合され得る、多数のバッテリセルを含む。バッテリ管理システムが、バッテリアレイと結合され、バッテリアレイが安全に動作することを確実にするように構成される。電気端子が、外部電力インバータと結合され得るものであり、または、電力インバータが、ケースの中に収容され、電力バッテリパック内へと組み込まれ得る。

Description

本出願は、２０２１年６月２３日に出願された米国特許出願第１７／３５６，２４６号、ならびに、２０２０年６月２６日に出願された、および、出願番号第６３／０４４，９０８号を有する、「Ｐｏｒｔａｂｌｅ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｂａｔｔｅｒｙ Ｐａｃｋ」と表題を付けられた米国仮出願の、利益および優先権を主張するものであり、前記出願の全体は、引用により本明細書に組み込まれる。

本開示の実施形態は、一般的には、電動車両の分野に関係する。より詳しくは、本開示の実施形態は、運転航続距離を延ばすために車載車両バッテリを再充電するためのポータブル車両バッテリパックおよび方法に関係する。

電動車両は、一般的には、ガソリン動力式車両の増大する使用に起因する、環境汚染、騒音、および、原油埋蔵物の枯渇など、ガソリン動力式車両に伴う問題を解決する。したがって、電動車両は、人気を得つつあり、それらの電動車両の使用は、次第に普及した様態になりつつある。残念ながら、電動車両は、バッテリ再充電間の制限される進行航続距離、および、バッテリを再充電するために必要とされる過度の時間を含む、いくつかの欠点を有する。一般的に、現在利用可能な電動車両に対する、バッテリ再充電間の平均進行距離は、ガソリン動力式車両の運転航続距離よりかなり少ない。さらに、車両が動作不能の状態でバッテリを再充電するために数時間が必要とされ得る。

バッテリ再充電休止時間の合間の電動車両の運転航続距離を増大することは、電動車両を動作させることの望ましさを著しく増大し得る。電動車両の運転航続距離を増大することに対する１つの手法は、前もって充電され、車両に搭載されて格納され得る、ポータブルバッテリパックにより車両のバッテリを充電することによるものである。電動車両の技術に対して多くの貢献があったが、そのような車両に伴う短い進行距離問題を解決するため有意な改善が必要とされる。したがって、車両動作の間に電動車両の運転航続距離を延ばす能力をもつバッテリ再充電システムを開発することにおける継続的な関心が存する。

運転航続距離を延ばすために車載車両バッテリを再充電するためのポータブルバッテリパックに対する装置および方法が提供される。ポータブルバッテリパックは、ヒンジにより蓋に接合される基部を含むケースを含む。バッテリアレイが、基部の中に収容され、電気端子が、蓋上へと装着される。充電ケーブルが、電気端子に接続され、車両の充電ポートへとプラグで接続され得る。バッテリアレイが、並列に、直列に、または、並列および直列の組み合わせで結合され得る、多数のバッテリセルを含む。バッテリ管理システムが、バッテリアレイと結合され、バッテリアレイが安全に動作することを確実にするように構成される。電気端子が、外部電力インバータと結合され得るものであり、または、電力インバータが、ケースの中に収容され、電力バッテリパック内へと組み込まれ得る。

例示的な実施形態において、ポータブルバッテリパックは：ヒンジにより蓋に接合される基部を含むケースと；基部の中に収容されるバッテリアレイと；蓋上へと装着される電気端子とを含む。別の例示的な実施形態において、ポータブルバッテリパックは、少なくとも、バッテリアレイ内へ、およびバッテリアレイから外に進む電流を測定するように構成されるホール効果センサをさらに含む。別の例示的な実施形態において、ポータブルバッテリパックは、バッテリアレイを充放電させる間、電流および電圧などの測定される特性を表示するように構成されるＬＣＤスクリーンをさらに含む。

別の例示的な実施形態において、ＬＣＤスクリーンが、バッテリアレイ内へ、およびバッテリアレイから外に進む、電流および／または電圧を制御することを容易にするように構成される。別の例示的な実施形態において、ポータブルバッテリパックが、電動の車両に搭載されたバッテリを再充電するように構成される。別の例示的な実施形態において、ポータブルバッテリパックが、電気端子により充電されるように構成される。別の例示的な実施形態において、バッテリアレイが、並列に、直列に、または、並列および直列の組み合わせで結合される、多数のバッテリセルを含む。別の例示的な実施形態において、多数のバッテリセルが、１８６５０のサイズと、少なくとも３，０００ｍＡｈの容量とを有するリチウムイオンバッテリセルを含む。

別の例示的な実施形態において、バッテリアレイが、２００個より多いリチウムイオンバッテリセルを含む。別の例示的な実施形態において、バッテリアレイは、バッテリアレイが安全限界の中で動作することを確実にするように構成されるバッテリ管理システムと結合される。別の例示的な実施形態において、スイッチおよび電線が、電気端子と併せて、バッテリ管理システムと結合する。別の例示的な実施形態において、スイッチが、電気端子への電力をオンおよびオフに変えるように構成される。

別の例示的な実施形態において、電気端子が、正端子と負端子とを含む。別の例示的な実施形態において、電気端子が、バッテリアレイからのＤＣ電気を提供するように構成される。別の例示的な実施形態において、電気端子が、車両の充電ポートにより車載車両バッテリを再充電するために外部電力インバータと結合されるように構成される。別の例示的な実施形態において、電力インバータが、ケースの中に収容され、電力バッテリパックと統合される。別の例示的な実施形態において、ケースが、ＤＣ電力が電気端子に送られることと、ＡＣ電力が電気端子に送られることとの間で選択するためのスイッチを含む。

例示的な実施形態において、車載車両バッテリを再充電するための方法は、充電ケーブルを、充電されたポータブルバッテリパックの電気端子と結合することと；充電ケーブルを、車両の充電ポートへとプラグで接続することと；ポータブルバッテリパックをオンに変えるためにスイッチを使用することと；電気端子に送られることになるＡＣ電力を選択することと；ポータブルバッテリパックを構成するＬＣＤスクリーンにより、測定される特性を監視することと；車載車両バッテリを充電した後に充電ケーブルの接続を断つこととを含む。別の例示的な実施形態において、ＡＣ電力を選択することが、ポータブルバッテリパックを構成する電力インバータを利用することを含む。別の例示的な実施形態において、監視することが、車載車両バッテリが望ましく再充電された後、電気端子への電力をオフに変えるためにスイッチを使用することを含む。

本明細書において提供される概念の、これらおよび他の特徴が、図面、説明、および、添付される特許請求の範囲を参照して、より良好に理解され得る。

図面は、本開示の実施形態を参照するものである。

本開示による、電動の車両に搭載されたバッテリを再充電するために使用され得るポータブル車両バッテリパックの例示的な実施形態を例解する図である。 本開示による、図１のポータブル車両バッテリパックを構成するケースの中に納められ得るバッテリアレイおよびバッテリ管理システムの例示的な実施形態を例解する図である。

本開示は、様々な修正および代替形態の対象となるが、本開示の特定の実施形態が、図面において例として示されており、本明細書において詳細に説明されることになる。本発明は、開示される個別の形態に制限されないと理解されるべきであり、反対に、意図することは、本開示の趣旨および範囲の中に入る、すべての修正、等価物、および代替物を包含することである。

後に続く説明において、数多くの特定の詳細が、本開示の徹底した理解をもたらすために論述される。しかしながら、本明細書において開示される本発明は、これらの特定の詳細なしに実践され得ることが、当業者には明らかであろう。他の場合において、「第１のバッテリ」などの特定の数値的言及がなされ得る。しかしながら、特定の数値的言及は、文字通りの逐次的順序と解釈されるべきではなく、むしろ、「第１のバッテリ」は「第２のバッテリ」とは異なることを解釈されるべきである。したがって、論述される特定の詳細は、ただ単に例示的である。特定の詳細は、本開示から変動させられ、それでもなお、本開示の趣旨および範囲の中にあるように企図され得る。用語「結合される」は、構成要素に直接的に、または、別の構成要素を通して構成要素に間接的に、のいずれかで接続される、を意味すると定義される。さらに、本明細書において使用される際、何らかの数値的な値または範囲に対する、用語「約」、「近似的に」、または「実質的に」は、構成要素の一部分または集合体が、本明細書において説明されるように、それらの一部分または集合体の意図される目的のために機能することを可能とする、適した大きさの許容度を示す。

電動車両は、一般的には、ガソリン動力式車両の増大する使用に起因する、環境汚染、騒音、および、原油埋蔵物の枯渇など、ガソリン動力式車両に伴う問題を解決する。したがって、電動車両は、人気を得つつあり、それらの使用は、次第に普及した様態になりつつある。電動車両に対する欠点は、バッテリ再充電間の制限される進行航続距離、および、バッテリを再充電するために必要とされる過度の時間を含む。バッテリ再充電休止時間の合間の電動車両の運転航続距離を増大することは、電動車両を動作させることの望ましさを著しく増大し得る。電動車両の運転航続距離を増大することに対する１つの手法は、前もって充電され、車両に搭載されて格納され得る、ポータブルバッテリパックにより車両のバッテリを充電することによるものである。本明細書において開示される実施形態は、運転航続距離を延ばすために車載車両バッテリを再充電するためのポータブル車両バッテリパックおよび方法に関係する。

図１は、電動の車両に搭載されたバッテリを再充電するために使用され得るポータブル車両バッテリパック１００の例示的な実施形態を例解する。バッテリパック１００は、保護ケース１０８の中に収容されるバッテリアレイ１０４（図２を確認されたい）を含む。ケース１０８は、ヒンジ１２０により接合される基部１１２および蓋１１６を含む、硬質プラスチックの種々のケースのものであり得る。ケース１０８を構成するプラスチックは、好ましくは、一般的には、夏の数か月の間に、ロックされた車両内で遭遇される高い温度、および、冬の数か月の間にしばしば遭遇される凍り付くような温度など、極端な温度変動に耐える能力をもつ。いくつかの実施形態において、ケース１０８は、バッテリパック１００の性能を損ない得る極端な温度からバッテリアレイ１０４を保護するように、バッテリアレイ１０４に、ある程度の断熱をもたらすように構成され得る。

基部１１２は、一般的には、バッテリアレイ１０４、および、付随する回路網を格納するのに適した内部容積を含む。蓋１１６およびヒンジ１２０は、図２において示されるように、バッテリアレイ１０４にアクセスするためにケース１０８を開けることを容易にする。留め具１２４が、図１において示される閉じられた構成においてケース１０８を保持することを可能にするように構成される。いくつかの実施形態において、車両を充電する間に遭遇され得る、寒い天気および荒れ模様の天気の間、車両の中で生起する結露などの水分からバッテリアレイ１０４を有利に保護するために、ケース１０８は、耐水性であるように構成され得るものであり、留め具１２４は、ケース１０８を密閉するように構成され得る。さらに、ケース１０８は、取っ手１２８を含み得るものであり、その取っ手は、実践者が、その取っ手を掴むことによりバッテリパック１００を容易に運搬することを可能にする。

図２は、本明細書において説明されるようなケース１０８の内部の中に納められ得るバッテリアレイ１０４の例示的な実施形態を例解する。一般的に、バッテリアレイ１０４は、バッテリパック１００から受けられることを意図される電圧およびアンペア数に依存して、並列に、直列に、または、並列および直列の組み合わせで結合され得る、多数のバッテリセルを含む。例えば、１つの実施形態において、バッテリアレイ１０４は、バッテリパック１００に約２４ＶＤＣおよび約１００アンペアの出力を提供するように構成される、１８６５０のサイズと、少なくとも３，０００ｍＡｈの容量とを有する、少なくとも２００個のリチウムイオンバッテリセルを含む。しかしながら、バッテリパック１００は、１８６５０サイズのリチウムイオンバッテリセルに限定されるのではなく、むしろ、バッテリパック１００は、所望に応じて、様々なタイプおよびサイズのバッテリセルのうちの任意のもの、ならびに、様々なバッテリ化学的性質のうちの任意のものを含み得ることが理解されるべきである。さらに、ケース１０８のサイズおよび容積は、限定なしに、バッテリアレイ１０４を構成する任意のサイズおよび数のバッテリセルを収納するように選択され得ることが企図される。

図１から図２において例解される実施形態において、バッテリアレイ１０４は、バッテリ管理システム（ＢＭＳ）１３２と結合される。ＢＭＳ１３２は、一般的には、バッテリアレイ１０４が、容認可能な限度の中で安全に動作することを確実にするように構成される。例えば、いくつかの実施形態において、ＢＭＳ１３２は、全電圧、バッテリアレイ１０４を構成する個々のセルの電圧、最小および最大セル電圧、周期的タップの電圧、平均温度、個々のセルの温度、ならびに、バッテリアレイ１０４内の、および、バッテリアレイ１０４から外への電流のうちの任意のものを監視するように構成され得る。いくつかの実施形態において、ＢＭＳ１３２は、バッテリアレイ１０４の充電レベルを示すように、充電状態（ＳＯＣ）または放電深度（ＤＯＤ）を監視するように構成され得る。いくつかの実施形態において、ＢＭＳ１３２は、バッテリアレイ１０４の健康状態（ＳＯＨ）としばしば呼称される、元の容量のパーセンテージとして算出される、バッテリアレイ１０４の残存容量を監視するように構成され得る。さらに、いくつかの実施形態において、ＢＭＳ１３２は、バッテリアレイ１０４の少なくとも現在の電力使用量および温度を与えられて、規定された時間間隔の間、バッテリアレイ１０４から利用可能な電力の量を監視するようになされ得る。

図２においてさらに示されるように、バッテリパック１００は、ＢＭＳ１３２を、図１において示されるように、蓋１１６上へと装着される正端子１４４および負端子１４８と結合する、スイッチ１３６および電線１４０を含み得る。正および負端子１４４、１４８は、実践者が、バッテリパック１００から直流（ＤＣ）電気を引き出すことを可能にするように構成される。スイッチ１３６は、一般的には、実践者が、端子１４４、１４８への電力をオンおよびオフに変えることを可能にするように構成される。したがって、実践者は、適した充電ケーブルを端子１４４、１４８と結合し、ケーブルを、充電されることになる車両の充電ポートへとプラグで接続し、次いで、バッテリパック１００により車両の車載バッテリを再充電することを始めるために、スイッチ１３６を使用し得る。車載車両バッテリが望ましく再充電された後、スイッチ１３６は、充電ケーブルが、車両の充電ポート、および、バッテリパック１００の端子から取り外される前に、端子１４４、１４８への電力をオフに変えるために使用され得る。

バッテリパック１００は、正および負端子１４４、１４８により充電され得ることが企図される。いくつかの実施形態において、充電ケーブルが、端子１４４、１４８と結合され、適した充電ステーションへとプラグで接続され得る。スイッチ１３６がオンに変えられることを基に、バッテリパック１００は、車載車両バッテリを充電することと同様に充電され得る。さらに、いくつかの実施形態において、端子１４４、１４８は、車両が充電ステーションへとプラグで接続されるときに、バッテリパック１００が車載車両バッテリにより再充電されるように、車載充電ケーブルと結合され得る。そのような実施形態において、車載充電ケーブルは、バッテリパック１００の安全な充電を確実にする能力をもつバッテリ監視回路網を含むことが企図される。

図２において示される実施形態など、いくつかの実施形態において、ホール効果センサ１５２が、電線１４０と接合され、図１において示されるように、蓋１１６上へと装着されるＬＣＤスクリーン１５６と結合され得る。ホール効果センサ１５２は、少なくとも、再充電の間、バッテリパック１００内へと進む電流を測定するように、および、車載車両バッテリを充電する間、バッテリパック１００から外に進む電流を測定することのために構成され得る。察知されることになるように、ＬＣＤスクリーン１５６は、バッテリパック１００を使用する実践者に、電流および電圧などの測定される特性を表示するように構成され得る。いくつかの実施形態において、ＬＣＤスクリーン１５６は、実践者が、所望に応じて、バッテリパック１００内へと、または、バッテリパック１００から外に進む、電流および／または電圧を制御することを可能にする、回路網およびスイッチを伴って構成され得る。

いくつかの実施形態において、正および負端子１４４、１４８は、バッテリパック１００のＤＣ出力を、車両の充電ポートにより車載車両バッテリを再充電するのに適した交流（ＡＣ）に変換するように構成される外部電力インバータと結合され得る。いくつかの実施形態において、電力インバータは、電力パック１００と統合され、したがって、ケース１０８の中に収容され得る。そのような実施形態において、実践者が、ＤＣ電力が正および負端子１４４、１４８に送られることと、ＡＣ電力が正および負端子１４４、１４８に送られることとの間で選択することを可能にするスイッチが、バッテリパック１００内へと組み込まれ得る。したがって、本開示のバッテリパック１００は、電気車両バッテリを再充電することに限定されるのではなく、むしろ、バッテリパック１００は、ＡＣおよびＤＣ電気を、限定なしに、ならびに、本開示の趣旨および範囲を超えて逸脱することなく、電気車両バッテリに加えて、多種多様の電気デバイスに供給するために使用され得ることが、心に留め置かれるべきである。

本発明は、個別の変形形態、および、例解的な図によって説明されたが、当業者は、本発明が、説明された変形形態または図に限定されないことを認識することになる。加えて、上記で説明された方法およびステップが、所定の順序において発生するいくつかの事象を示す場合、当業者は、いくつかのステップの順序付けは修正され得ること、および、そのような修正は本発明の変形形態によるものであることを認識することになる。加うるに、ステップのうちのいくつかは、上記で説明されたように逐次的に行われるのは無論のこと、可能なときには並列プロセスにおいて同時的に行われ得る。本開示の趣旨の中にある、または、特許請求の範囲において見いだされる本発明と等価である、本発明の変形形態が存することである限り、本特許はそれらの変形形態もまた包含することになることが、意図するところである。したがって、本開示は、本明細書において説明された特定の実施形態によってではなく、単に、添付される特許請求の範囲の範囲によってのみ限定されると理解されるべきである。

Claims (20)

1. ヒンジにより蓋に接合される基部を含むケースと、
   基部の中に収容されるバッテリアレイと、
   蓋上へと装着される電気端子と
   を含む、ポータブルバッテリパック。
2. 少なくとも、バッテリアレイ内へ、およびバッテリアレイから外に進む電流を測定するように構成されるホール効果センサをさらに含む、請求項１に記載のポータブルバッテリパック。
3. バッテリアレイを充放電させる間、電流および電圧などの測定される特性を表示するように構成されるＬＣＤスクリーンをさらに含む、請求項１に記載のポータブルバッテリパック。
4. ＬＣＤスクリーンが、バッテリアレイ内へ、およびバッテリアレイから外に進む、電流および／または電圧を制御することを容易にするように構成される、請求項３に記載のポータブルバッテリパック。
5. ポータブルバッテリパックが、電動の車両に搭載されたバッテリを再充電するように構成される、請求項１に記載のポータブルバッテリパック。
6. ポータブルバッテリパックが、電気端子により充電されるように構成される、請求項１に記載のポータブルバッテリパック。
7. バッテリアレイが、並列に、直列に、または、並列および直列の組み合わせで結合される、多数のバッテリセルを含む、請求項１に記載のポータブルバッテリパック。
8. 多数のバッテリセルが、１８６５０のサイズと、少なくとも３，０００ｍＡｈの容量とを有するリチウムイオンバッテリセルを含む、請求項７に記載のポータブルバッテリパック。
9. バッテリアレイが、２００個より多いリチウムイオンバッテリセルを含む、請求項１に記載のポータブルバッテリパック。
10. バッテリアレイは、バッテリアレイが安全限界の中で動作することを確実にするように構成されるバッテリ管理システムと結合される、請求項１に記載のポータブルバッテリパック。
11. スイッチおよび電線が、電気端子と併せて、バッテリ管理システムと結合する、請求項１に記載のポータブルバッテリパック。
12. スイッチが、電気端子への電力をオンおよびオフに変えるように構成される、請求項１１に記載のポータブルバッテリパック。
13. 電気端子が、正端子と負端子とを含む、請求項１に記載のポータブルバッテリパック。
14. 電気端子が、バッテリアレイからのＤＣ電気を提供するように構成される、請求項１に記載のポータブルバッテリパック。
15. 電気端子が、車両の充電ポートにより車載車両バッテリを再充電するために外部電力インバータと結合されるように構成される、請求項１に記載のポータブルバッテリパック。
16. 電力インバータが、ケースの中に収容され、電力バッテリパックと統合される、請求項１に記載のポータブルバッテリパック。
17. ケースが、ＤＣ電力が電気端子に送られることと、ＡＣ電力が電気端子に送られることとの間で選択するためのスイッチを含む、請求項１６に記載のポータブルバッテリパック。
18. 車載車両バッテリを再充電するための方法であって、
    充電ケーブルを、充電されたポータブルバッテリパックの電気端子と結合することと、
    充電ケーブルを、車両の充電ポートへとプラグで接続することと、
    ポータブルバッテリパックをオンに変えるためにスイッチを使用することと、
    電気端子に送られることになるＡＣ電力を選択することと、
    ポータブルバッテリパックを構成するＬＣＤスクリーンにより、測定される特性を監視することと、
    車載車両バッテリを充電した後に充電ケーブルの接続を断つことと
    を含む、方法。
19. ＡＣ電力を選択することが、ポータブルバッテリパックを構成する電力インバータを利用することを含む、請求項１８に記載の方法。
20. 監視することが、車載車両バッテリが望ましく再充電された後、電気端子への電力をオフに変えるためにスイッチを使用することを含む、請求項１８に記載の方法。

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