JP7370458B2 - 制御装置、制御装置を含む電力システム、電力システムを動作させる方法、および電力システムを含む乗り物 - Google Patents

Description

本発明の種々の態様は、乗り物用の電力システム、電力システムを動作させる方法、電力システム用のバッテリー制御装置、および電力システムを含む乗り物に関する。

電気スクーターのような乗り物は、電力を提供するためのバッテリーと、モーターの電力およびバッテリーの個別の放電を制御し、さらに、バッテリーの充電を制御するための電気回路と、を含む。複数のバッテリーが使用される場合、複数のバッテリーは、互いに異なる充電状態を有し得る。全てのバッテリーが放電モードにあるとき、電流は、１つのバッテリーから他のバッテリーに流れ得る。これは、エネルギーを無駄に消費し、バッテリーの使用寿命を減少させることに繋がる。

したがって、上述の課題に対するソリューションを提供することが望まれている。

本発明の第１の態様は、電動車両（electric vehicle）用の電力システムに関する。

様々な実施形態によれば、電力システムは、第１のアキュムレーターを備える第１のバッテリーユニットと、第２のアキュムレーターを備える第２のバッテリーユニットと、を含んでいてもよい。電力システムは、第１の充電経路、第２の充電経路、および第３の充電経路を備えるバッテリー制御装置をさらに含んでもよく、さらに、第１の放電経路、第２の放電経路、および第３の放電経路をさらに含んでもよい。第１の充電電流経路および第１の放電電流経路は、第１のバッテリーユニットに接続されていてもよい。第２の充電電流経路および第２の放電電流経路は、第２のバッテリーユニットに接続されていてもよい。第３の充電電流経路および第３の放電電流経路は、乗り物の電気制御システムに接続されてもよい。バッテリー制御装置は、第１の放電電流経路と第３の放電電流経路との間に第１の電力スイッチをさらに含んでいてもよい。バッテリー制御装置は、第２の放電電流経路と第３の放電電流経路との間に第２の電力スイッチを、さらに含んでいてもよい。バッテリー制御装置は、第１のバッテリーユニット内の第１のアキュムレーターの状態、および／または、第２のバッテリーユニット内の第２のアキュムレーターの状態に基づいて、第１の電力スイッチおよび第２の電力スイッチを設定するよう構成された制御ユニットをさらに含んでいてもよい。第１のバッテリーユニットは、交換可能なバッテリーユニットであってもよい。第２のバッテリーユニットは、交換可能なバッテリーユニットであってもよい。

様々な実施形態によれば、制御ユニットは、第１のアキュムレーターおよび第２のアキュムレーターの充電挙動（charging behaviour）を調整(regulate)するよう構成された論理回路を備えていてもよい。

様々な実施形態によれば、論理回路は、充電の際、第１のアキュムレーターおよび第２のアキュムレーター間における、より低い充電状態、および、より高い充電状態を判別するように構成されてもよい。論理回路は、充電の際、第１のバッテリーユニットおよび第２のバッテリーユニットのうち、より低い充電状態を有するバッテリーユニットに、充電有効コマンドを送信するよう構成されていていてもよい。論理回路は、充電の際、より高い充電状態とより低い充電状態との差が、所定の充電しきい値（例えば、０．５％の充電差、または最大公称充電値の０．５％）よりも低い場合、第１のバッテリーユニットおよび第２のバッテリーユニットのうち、より高い充電状態を有するバッテリーユニットに、充電有効コマンドを送信するよう構成されていてもよい。

様々な実施形態によれば、制御ユニットは、放電の際、第１のアキュムレーターおよび第２のアキュムレーター間における、より低い充電状態、および、より高い充電状態を判別するよう構成されていてもよい。論理回路は、放電の際、第１のアキュムレーターおよび第２のアキュムレーターのうち、より高い充電状態を有する１つに対応する第１の電力スイッチおよび第２の電力スイッチのうちの１つを閉状態にするよう構成されていてもよい。論理回路は、放電の際、より高い充電状態とより低い充電状態との差が所定の放電しきい値（例えば、０．５％の充電差、または最大公称充電値の０．５％）よりも高い場合、第１のアキュムレーターおよび第２のアキュムレーターのうち、前記より低い充電状態を有する１つに対応する第１の電力スイッチおよび第２の電力スイッチのうちの１つを開状態にするよう構成されていてもよい。

様々な実施形態によれば、論理回路は、電気制御システムから停止コマンドを受信し、さらに、停止コマンドを受信した際に、第１の電力スイッチおよび第２の電力スイッチのそれぞれを開状態に設定するよう、さらに構成されていてもよい。

様々な実施形態によれば、制御ユニットは、第１のダイオードを介した第１の放電電流経路、および／または、第２のダイオードを介した第２の放電電流経路を介して、電力供給されてもよい。

様々な実施形態によれば、第１の電力スイッチおよび／または第２の電力スイッチは、ソリッドステートスイッチまたはＭＯＳトランジスタである。

様々な実施形態によれば、第１のバッテリーおよび第２のバッテリーのそれぞれは、交換可能なバッテリーユニットであってもよい。

様々な実施形態によれば、第１のバッテリーユニットは、第１のアキュムレーターと第１の充電電流経路との間に第１の内部充電スイッチを備えていてもよく、さらに、第１のアキュムレーターと第１の放電電流経路との間に第１の内部放電スイッチを備えていてもよい。

様々な実施形態によれば、第２のバッテリーユニットは、第２のアキュムレーターと第２の充電電流経路との間に第２の内部充電スイッチを備えていてもよく、さらに、第２のアキュムレーターと第２の放電電流経路との間に第２の内部放電スイッチを備えていてもよい。

様々な実施形態によれば、制御ユニットは、第１のバッテリーユニットおよび第２のバッテリーユニットの第１の内部充電スイッチおよび第２の内部充電スイッチ、並びに、第１の放電スイッチおよび第２の放電スイッチを、例えば、閉状態または開状態に設定するよう構成されてもよい。

本発明の第２の態様は、様々な実施形態に係る、電力システムを動作させる方法に関する。

様々な実施形態によれば、電力システムを動作させる方法は、充電動作モードまたは放電動作モードに従って、第１の電力スイッチおよび第２の電力スイッチを設定する工程を含んでいてもよい。

様々な実施形態によれば、本方法は、電気制御システムが充電している際、第１のバッテリーユニットの第１のアキュムレーターおよび第２のバッテリーユニットの第２のアキュムレーター間における、より低い充電状態、および、より高い充電状態を判別する工程を含んでいてもよい。

様々な実施形態によれば、本方法は、電気制御システムが充電している際、第１のバッテリーユニットおよび第２のバッテリーユニットのうち、より低い充電状態を有するバッテリーユニットに、充電有効コマンドを送信する工程を含んでいてもよい。

様々な実施形態によれば、本方法は、電気制御システムが充電している際、より高い充電状態とより低い充電状態の差が所定の充電しきい値よりも低い場合、第１のバッテリーユニットおよび第２のバッテリーユニットのうち、より高い充電状態を有するバッテリーユニットに、充電有効コマンドを送信する工程を含んでいてもよい。

様々な実施形態によれば、本方法は、電気制御システムが放電している際、第１のバッテリーユニットの第１のアキュムレーターおよび第２のバッテリーユニットの第２のアキュムレーター間における、より低い充電状態、および、より高い充電状態を判別する工程を含んでいてもよい。

様々な実施形態によれば、本方法は、電気制御システムが放電している際、第１のアキュムレーターおよび第２のアキュムレーターのうち、より高い充電状態を有する１つに対応する第１の電力スイッチおよび第２の電力スイッチのうちの１つを閉状態にする工程を含んでいてもよい。

様々な実施形態によれば、本方法は、電気制御システムが放電している際、より高い充電状態とより低い充電状態の差が所定の放電しきい値よりも高い場合、第１のアキュムレーターおよび第２のアキュムレーターのうち、より低い充電状態を有する１つに対応する第１の電力スイッチおよび第２の電力スイッチのうちの１つを開状態にする工程を含んでいてもよい。

本発明の第３の態様は、本明細書に記載されるような電力システム用のバッテリー制御装置に関し、例えば、第１のアキュムレーターを備える第１のバッテリーユニットと、第２のアキュムレーターを備える第２のバッテリーユニットと、を含む電力システム用のバッテリー制御装置に関する。バッテリー制御装置は、第１のバッテリーユニットに接続可能な第１の充電電流経路および第１の放電電流経路を備えていてもよい。バッテリー制御装置は、第２のバッテリーユニットに接続可能な第２の充電電流経路および第２の放電電流経路を備えていてもよい。バッテリー制御装置は、電動車両の電気制御システムとの接続のための第３の充電電流経路および第３の放電電流経路を備えていてもよい。バッテリー制御装置は、第１の放電電流経路と第３の放電電流経路との間に第１の電力スイッチを備えていてもよい。バッテリー制御装置は、第２の放電電流経路と第３の放電電流経路との間に第２の電力スイッチを備えていてもよい。バッテリー制御装置は、第１のバッテリーユニット内の第１のアキュムレーターの状態、および／または、第２のバッテリーユニット内の第２のアキュムレーターの状態に基づいて、第１の電力スイッチおよび第２の電力スイッチを設定するよう構成された制御ユニットを備えていてもよい。

様々な実施形態によれば、制御ユニットは、第１のバッテリーユニットおよび第２のバッテリーユニットの第１の内部充電スイッチおよび第２の内部充電スイッチ、並びに、第１の放電スイッチおよび第２の放電スイッチを設定するように構成されていてもよい。

本発明の第４の態様は、本明細書において記述されたような電力システムを備える乗り物に関する。

様々な実施形態によれば、乗り物は、電気制御システムに電気的に結合された電気モーターをさらに含んでいてもよい。

様々な実施形態によれば、乗り物は、電気スクーターであってもよい。

非限定的な実施例および以下の添付の図面と共に、詳細な説明を参照することにより、本発明がより良く理解されるであろう。
図１は、様々な実施形態に係る、充電モードにおける電力システムの概略図を示す。 図２は、様々な実施形態に係る、放電モードにおける電力システムの概略図を示す。 図３は、様々な実施形態に係る、充電モードで電力システムを動作させる方法のフローチャートを示す図である。 図４は、様々な実施形態に係る、放電モードで電力システムを動作させる方法のフローチャートを示す図である。 図５は、様々の実施形態に係る、バッテリー制御装置の概略図を示す。 図６は、様々な実施形態に係る、バッテリーユニットの概略図を示す 。 図７は、様々な実施形態に係る、電気スクーターの概略図を示す。

以下の詳細な説明は、説明のため、本発明が実施され得る特定の詳細および実施形態を示す添付の図面を参照する。これらの実施形態は、本分野における当業者が本発明を実施することを可能にするよう十分詳細に記述される。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態を利用することができ、さらに、構造上および論理上の変更を行うことができる。いくつかの実施形態は、新しい実施形態を形成するために１つまたは複数の他の実施形態と組み合わせることができるので、様々な実施形態は、必ずしも相互に排他的ではない。

電力システム、動作させる方法、バッテリー制御装置、または乗り物のうちの１つに関して説明した実施形態は、他の電力システム、動作させる方法、バッテリー制御装置、または乗り物にも同様に有効である。

実施形態に関連して説明される特徴は、他の実施形態における同一または類似の特徴に対応しても適用可能である。実施形態に関連して説明される特徴は、これらの他の実施形態において明示的に記述されていなくても、他の実施形態に対応して適用可能であり得る。さらに、実施形態の記述における特徴について説明したような追加および／または組み合わせおよび／または代替は、他の実施形態における同一または類似の特徴に対応して適用可能である。

様々な実施形態の説明では、特徴または要素に関して使用される冠詞「a」、「an」および「the」は、特徴または要素のうちの１つまたは複数への参照を含む。

本明細書で使用される用語「および／または」は、関連する列挙された項目のうちの１つまたは複数の任意の組合せおよびすべての組合せを含む

本明細書で使用される表現「充電状態」は、電圧を指すことができる。例えば、バッテリーの電圧は、バッテリーの充電状態を示すことができ、および／または、バッテリーの充電状態に比例することができる。電圧を測定すること以外の、充電状態を判別するための他の方法もまた、実施され得る。充電状態の差は、絶対値であってもよい。

様々な実施形態によれば、論理回路の詳細は、制御ユニット１２０が論理回路を備えているので、制御ユニット１２０にも適用される。論理回路は、例えば、ハードウェアおよび／またはソフトウェアにおけるデジタル論理、例えば、マイクロコントローラを用いて実装されてもよい。したがって、制御ユニット１２０は、マイクロコントローラを備えていてもよい。

図１は、様々な実施形態に係る、充電モードにおける電力システム１０の概略図を示す。図２は、様々な実施形態に係る、放電モードにおける電力システム１０の概略図を示す。図１および図２に示す電力システム１０は、第１のアキュムレーター（accumulator：蓄電池）２２０を備える第１のバッテリーユニット２０と、第２のアキュムレーター３２０を備える第２のバッテリーユニット３０と、を備えていてもよい。第１および第２のバッテリーユニット２０、３０の少なくとも１つは、交換可能なバッテリーユニットであってもよい。電力システム１０は、さらに、バッテリー制御装置１００を備えていてもよい。バッテリー制御装置１００は、第１のバッテリーユニット２０に接続された第１の充電電流経路１０１Ｃおよび第１の放電電流経路１０１Ｄを備えていてもよい。バッテリー制御装置１００は、さらに、第２のバッテリーユニット３０に接続された第２の充電電流経路１０２Ｃおよび第２の放電電流経路１０２Ｄを備えていてもよい。

バッテリー制御装置１００は、さらに、電動車両３００の電気制御システム４０との接続のための第３の充電電流経路１０３Ｃおよび第３の放電電流経路１０３Ｄを備えていてもよい。第１の電力スイッチ１１１は、第１の放電電流経路１０１Ｄと第３の放電電流経路１０３Ｄとの間に設けられてもよい。第２の電力スイッチ１１２は、第２の放電電流経路１０２Ｄと第３の放電電流経路１０３Ｄとの間に設けられてもよい。第１の電力スイッチ１１１および第２の電力スイッチ１１２は、バッテリー制御部１００に含まれていてもよい。

様々な実施形態によれば、第３の充電電流経路１０３Ｃは、例えば、銅等の金属配線又はワイヤーを介して、第１の充電電流経路１０１Ｃおよび第２の充電電流経路１０２Ｃに導電結合することができる。いくつかの実施形態において、第１の充電電流経路１０１Ｃに結合された第３の充電電流経路１０３Ｃを含む経路は、スイッチング素子を含んでいなくてもよい。また、第２の充電電流路１０２Ｃに結合された第３充電電流路１０３Ｃを含む経路も、スイッチング素子を含んでいなくてもよい。

バッテリー制御装置１００は、さらに、第１の電力スイッチ１１１および第２の電力スイッチ１１２を独立して設定するよう構成された制御ユニット１２０を備えていてもよい。例えば、第１の電力スイッチ１１１および第２の電力スイッチ１１２のそれぞれは、開状態（open）または閉状態（closed）に設定され得る。第１の電力スイッチ１１１および第２の電力スイッチ１１２は、第１のバッテリーユニット２０内の第１のアキュムレーター２２０の状態、および／または、第２のバッテリーユニット３０内の第２のアキュムレーター３２０の状態に基づいて、制御ユニット１２０によって設定され得る。

様々な実施形態によれば、制御ユニット１２０は、第１のアキュムレーター２２０および第２のアキュムレーター３２０の充電挙動を調整（regulate）するよう構成された論理回路を含んでいてもよい。

様々な実施形態によれば、論理回路は、充電の際、第１のアキュムレーター２２０および第２のアキュムレーター３２０間における、より低い充電状態（lower charge state）、および、より高い充電状態(higher charge state)を判別するよう構成されていてもよい。論理回路は、さらに、（i）充電の際、第１および第２のバッテリーユニットのうち、より低い充電状態を有するバッテリーユニットに、充電有効コマンド（charge enable command）を送信するよう構成されていてもよい。論理回路は、さらに、（ii）充電の際、より高い充電状態とより低い充電状態との差が、所定の充電しきい値よりも低い場合に、第１および第２のバッテリーユニットのうち、より高い充電状態を有するバッテリーユニットに、充電有効コマンドを送信するよう構成されていてもよい。充電有効コマンドは、各バッテリーユニットが充電されることを可能とすることができる。例えば、充電有効コマンドは、それぞれのバッテリーユニットが充電されることを可能とすることができる。例えば、充電有効コマンドは、それぞれの内部バッテリーユニットスイッチ（例えば、第１の内部充電スイッチまたは第２の内部充電スイッチ）を閉状態にすることによって、各バッテリーユニットを、充電モードにすることができる。工程（ii）は、工程（i）の後に実行されることが好ましい。工程（i）の後、論理回路は、より高い充電状態とより低い充電状態との差を連続的にモニタリングし、この差を、所定の充電しきい値と比較してもよい。

図１および図３を参照し、説明のため、アキュムレーターの充電が必要とされ、そのため、論理回路が、充電モードで構成されることを想定する。この実施例を説明するため、第１のアキュムレーター２２０が、より低い充電状態（Ｃ_Ｂ１）を有し、第２のアキュムレーター３２０が、より高い充電状態（Ｃ_Ｂ２）を有していると仮定する（しかしながら、これは、この逆の態様であってもよい）。論理回路は、第１のアキュムレーター２２０および第２のアキュムレーター２３０間における、より低い充電状態（Ｃ_Ｂ１）、および、より高い充電状態（Ｃ_Ｂ２）を判別し（（Ｃ_Ｂ１＞Ｃ_Ｂ２）？）、さらに、より低い充電状態（Ｃ_Ｂ１）のアキュムレーター２２０を特定することができる。より低い充電状態（Ｃ_Ｂ１）であるか、より高い充電状態（Ｃ_Ｂ２）であるかを判別するために、論理回路は、第１のアキュムレーター２２０および第２のアキュムレーター３２０の充電状態（Ｃ_Ｂ１、Ｃ_Ｂ２）を、例えば、連続的にモニタリングしてもよい。次に、論理回路は、充電有効コマンドＣＥ１を、第１のアキュムレーター２２０（すなわち、より低い充電状態Ｃ_Ｂ１のアキュムレーター）を備えるユニットである第１のバッテリーユニット２０に送信することができる。これ以降、第１のアキュムレーター２２０は、充電中となる。

論理回路は、第１のアキュムレーター２２０および第２のアキュムレーター３２０ーの充電状態（Ｃ_Ｂ１、Ｃ_Ｂ２）を、例えば、連続的にモニタリングし続けることができる。より高い充電状態（Ｃ_Ｂ２）とより低い充電状態（Ｃ_Ｂ１）との差（｜Ｃ_Ｂ１－Ｃ_Ｂ２｜）が、所定の充電しきい値（Ｃ_ｔｈ）よりも低い場合、論理回路は、第１および第２のバッテリーユニットのうち、高い充電状態を有するバッテリーユニットに、充電有効コマンドＣＥ２を送信してもよい。この場合、論理回路は、第２のアキュムレーター３２０を備えるユニットである第２のバッテリーユニット３０に、充電有効コマンドＣＥ２送信してもよい。これ以降、第１のアキュムレーター２２０及び第２のアキュムレーター３２０は、いずれも充電中となる。このプロセスは、充電が必要とされる限り、繰り返えされてもよい。充電は、充電が完了するまで実行されてもよいし、例えば、電力システム１０への充電電力の供給が遮断された場合などに、中断されてもよい。図３に示されるフローチャートは、説明の目的のために提供されるものである。図３に示されるフローチャートは、例えば、論理回路が、ＣＥ２を送信する代わりに、冗長であったとしても、ＣＥ１およびＣＥ２を送信、すなわち、ＣＥ１を再アサートとするよう異なる態様で実装された場合であっても、同一または類似の効果を提供することができる。

図２および図４を参照し、説明のため、アキュムレーターの放電が必要とされ、したがって、論理回路が、放電モードで構成されることを想定する。放電モードは、例えば、乗り物を動かすための電気モーターが組み込まれている場合等の、バッテリーユニットを電源として有し、負荷（load）を電気的に駆動する必要がある場合のものであってもよい。実施例を説明するため、第１のアキュムレーター２２０がより高い充電状態（Ｃ_Ｂ１）を有し、第２のアキュムレーター３２０がより低い充電状態（Ｃ_Ｂ２）を有すると仮定する（しかしながら、これは逆の態様であってもよい）。いくつかの実施形態では、初期状態において、第１の電力スイッチ１１１および第２の電力スイッチ１１２の両方が、閉状態とされていてもよい。種々の実施形態によれば、論理回路は、第１のアキュムレーター２２０および第２のアキュムレーター２３０間における、より低いチャージ状態（Ｃ_Ｂ１）、および、より高いチャージ状態（Ｃ_Ｂ２）を判別し（Ｃ_Ｂ１＞Ｃ_Ｂ２）？）、さらに、より高いチャージ状態（Ｃ_Ｂ１）の第１のアキュムレーター２２０を特定することができる。より高い充電状態（ＣＢ１）であるか、より低い充電状態（Ｃ_Ｂ２）であるかを判別するため、論理回路は、第１のアキュムレーター２２０および第２のアキュムレーター３２０の充電状態（Ｃ_Ｂ１、Ｃ_Ｂ２）を、例えば、連続的にモニタリングしてもよい。その後、第１バッテリーユニット２０に含まれるアキュムレーターである第１アキュムレーター２２０（すなわち、より高い充電状態Ｃ_Ｂ１のアキュムレーター）を放電させるために、論理回路は、第１の電力スイッチ１１１を閉じてもよい。これ以降、第１のアキュムレーター２２０は、負荷が提供された際に、放電中となる。

論理回路は、第１のアキュムレーター２２０ーおよび第２のアキュムレーター３２０の充電状態（Ｃ_Ｂ１、Ｃ_Ｂ２）を、例えば、連続的にモニタリングし続けてもよい。より高い充電状態（Ｃ_Ｂ１）とより低い充電状態（Ｃ_Ｂ２）との差（｜Ｃ_Ｂ１－Ｃ_Ｂ２｜）が、所定の放電しきい値（ＤＣ_ｔｈ）よりも高い場合、論理回路は、第１のアキュムレーター２２０および第２のアキュムレーター３２０のより低い充電状態を有する１つに対応する、第１の電力スイッチ１１１および第２の電力スイッチ１１２のうちの１つ（この場合、第２の電力スイッチ１１２）を開状態とすることができる。これ以降、第１のアキュムレーター２２０は、放電中となり、第２のアキュムレーター３２０は、放電していない。これにより、放電アンバランス（discharge imbalance）を回避することができる。このプロセスは、放電が必要とされる限り、繰り返されてもよい。図４に示されるフローチャートは、説明のために、提供されるものである。図４に示されるフローチャートは、同一または類似の効果を提供するよう、異なる態様で実装されてもよい。

以下の記述において、初期状況が説明される。初期状況では、第１のバッテリーユニット２０が、様々な実施形態に係るバッテリー制御１００に差し込まれ（plugged in）、それによって、バッテリー制御装置１００に接続され、さらに、第２のバッテリーユニット３０がバッテリー制御部１００に差し込まれ、それによって、バッテリー制御装置１００に接続される。

第１のバッテリーユニット２０が差し込まれると、電気制御システム４０および第１のバッテリーユニット２０のそれぞれは、バッテリーが、スクーター内に存在することを検出することができる。第１のバッテリーユニット２０は、任意の内部放電回路を開き、さらに、バッテリー制御装置１００には、例えば、それぞれのダイオード（図５参照）を介して、電力供給がされることになる。このとき、電気制御システム４０は、依然として、電源オフであってもよい。第２バッテリーユニット３０が挿入された後、バッテリー制御装置１００は、第１バッテリーユニット２０の充電状態と、第２バッテリーユニット３０の充電状態とを比較し、その後、第１バッテリーユニット２０内の第１アキュムレーターの状態、および／または、第２バッテリーユニット３０内の第２アキュムレーターの状態に基づいて、第１電力スイッチ１１および第２電力スイッチ１１２を設定する。したがって、バッテリー制御装置１００は、第１および第２の電力スイッチ１１１、１１２の一方または双方を、オンにするかどうかを決定する。

第１のバッテリーユニット２０が、自身の集積放電回路（例えば、第１の放電スイッチ）をオンにした後、第１のバッテリーユニット２０は、バッテリー制御装置１００との通信を試みる。通信が正常である場合、第１のバッテリーユニット２０は、出力を維持し続ける。通信にエラーが発生した場合、例えば、タイムアウトエラーが発生した場合（例えば、通信が確立されていない場合）、第１のバッテリーユニット２０は、出力をオフにする。

第２のバッテリーユニット３０が差し込まれると、上述した第１のバッテリーユニット２０と同様に、第２のバッテリーユニット３０は、自身の放電回路（例えば、第２の放電スイッチ）を、例えば、同時にオンにしてもよい。２つのダイオードが設けられている場合（図５参照）、これらダイオードによって、バッテリー制御装置１００には、第１および第２のバッテリーユニットによって供給される電圧によって、絶えることなく（constantly）、電力供給されることになる。

以下、様々な実施形態に係る、第１のバッテリーユニット２０および第２のバッテリーユニット３０が新しいバッテリーユニット（例えば、充電されたバッテリーユニット）と交換される状況について説明する。

電気制御システム４０は、バッテリー制御装置１００を制御して、第１および第２の電力スイッチ１１１、１１２をオフにし、その後、電気制御システム４０の電源がオフにされてもよい。電気制御システム４０は、それに応じて適切に構成されてもよい。

バッテリー制御装置１００は、第１のバッテリーユニット２０および第２のバッテリーユニット３０を制御して、第１および第２の放電スイッチ２１１、３１１（３１１は図示せず）を、オフ（例えば開状態）にして、出力を停止することができる。これにより、ユーザーは、第１および第２のバッテリーユニット２０、３０を、それぞれ用のレセプタクルから取り外すことができる。

ユーザーは、新しい（例えば、完全に充電された）第１のバッテリーユニットおよび第２のバッテリーユニットを、それぞれ用のレセプタクル内に挿入し、さらに、放電の手順を開始することができ、その後、システムの電源がオンになる。

交換操作の前に、システムの電源がオフになり、さらに、第１および第２のバッテリーユニットの出力が遮断されるため、バッテリーの電力を遮断しない他のソリューションよりも、交換操作がより安全になる。

システム全体が電源オフになる前に、最初に、交換操作が、オペレータによって実行される場合において、例えば、ユーザーは、システムが電源オンのままである間に、バッテリーユニットのうちの１つを取り外すが、システムの安定性は、依然として、バッテリー制御装置１００によって保証され得る。例えば、バッテリー制御装置１００の電源がオンにされた際、第１および第２のバッテリーユニット２０、３０は、共に、通常出力状態にある。ユーザーまたはオペレータが、バッテリーユニットのうちの１つを引き抜くと、バッテリー制御装置１００は、バッテリーユニットの取り外しを検出し、第１および第２の電力スイッチ（１１１または１１２）のうちの対応する１つをオフにする。様々な実施形態によれば、バッテリー制御装置１００は、バッテリーユニットの取り外しを検出し、第１および第２の電力スイッチ（１１１または１１２）のうちの対応する１つをオフにするように構成されていてもよい。

また、第１および第２のバッテリーユニット２０、３０のそれぞれは、それらが引き出されたことを検出してもよく、すなわち、放電を停止するためのコマンドを事前に受信することなく、取り外されたことを検出してもよく、その後、例えば、バッテリー制御装置１００との通信が再度確立されるまで、放電をオフにしてもよい。様々な実施形態によれば、第１および第２のバッテリーユニット２０、３０のそれぞれは、これに応じて適切に構成されてもよい。

この時点で（バッテリーユニットの一方の不適切な取り外しの後）、バッテリー制御装置１００および電気制御システム４０には、他方のバッテリーユニットから、依然として、電力供給される。他方のバッテリーユニットも引き出されると、バッテリー制御装置１００および電気制御システム４０の電源がオフになる。直前に取り外されたバッテリーユニットの電源それ自体も、同様にオフにされる。したがって、前述した操作手順により、電気制御システム４０が損傷することはない。また、バッテリー制御部１００および電気制御システム４０の電力供給は分離されているので、特定の状況または意図的な操作において、バッテリー制御部１００は、第１および第２の電力スイッチ１１１、１１２の両方をオフ（開状態）にして、電気制御システム４０の電源をオフにすることができる。したがって、この状態では、乗り物（例えば、電気スクーター）が停止モードにあるとき、バッテリー制御装置１００は、電気制御システム４０の電源を自動的にオフにすることができる一方、第１のバッテリーユニット２０および第２のバッテリーユニット３０は、両方とも、出力を正常に保つことができ、これにより、システム全体は、より多くの電力を節約することができ、安全性が高められる。

様々な実施形態によれば、論理回路は、電気制御システム４０から停止コマンドを受信し、停止コマンドを受信すると、第１の電力スイッチ１１１および第２の電力スイッチ１１２のそれぞれを、開状態に設定するよう、さらに構成されてもよい。

この論理によって、バッテリー交換操作の前に、最初に、電気制御システム４０の電源をオフにする必要がなくなる。したがって、システムの安定性を向上させると共に、操作がより容易かつ安全となる。

以下の記述において、第１および第２のバッテリーユニットのうちの１つ（２０または３０）のみが、新しいバッテリーユニット（例えば、充電されたバッテリーユニット）と交換される状況が説明される。

第１および第２のバッテリーユニット２０、３０の一方が、それ自身用のレセプタクルから取り外されると（例えば、バッテリー制御部１００からとの接続が解除されると）、バッテリー制御部１００は、取り外しを検出し、関連付けられた電力スイッチ（１１１または１１２）をオフ（開状態）にし、接続解除されたバッテリーは、同様に、自身の出力を遮断することができる。

通常の交換操作においては、新しいバッテリーユニットが挿入される前に、バッテリーユニット２０、３０の双方を取り外す必要がある。第１および第２のバッテリーユニット（２０または３０）の一方のみが、新しいバッテリーユニット（例えば、完全に充電されたバッテリーユニット）と交換される場合、新しいバッテリーは、取り外されたバッテリーよりも高い充電状態を有し、さらに、残されたバッテリーユニット（取り外されなかったバッテリーユニット）の充電状態よりも高い充電状態を有する。

ダイオード（図５参照）によって、バッテリー制御装置１００への電力供給は、（より高い電力レベルの）新しいバッテリーに自動的に切り替わることになる。

残されたバッテリーユニットは、より低い充電状態を有するので、バッテリー制御装置１００は、残されたバッテリーユニットに関連付けられた電力スイッチ（１１１または１１２）をオフ（開状態）にする。その後、バッテリー制御装置１００は、新たに挿入されたバッテリーユニットに関連付けられた他方の電力スイッチ（１１２または１１１）をオン（閉状態）し、残されたバッテリーユニットから、新たなバッテリーユニットへの電力供給の切り替え処理を完了する。

様々な実施形態によれば、電気制御システム４０および／またはバッテリー制御部１００は、第１および第２のバッテリーユニット２０、３０のうちの１つが（バッテリー制御部１００との間で）接続解除および再接続されたことを検出し、さらに、乗り物（例えば電気スクーター）がライドモード（ride mode）にある場合、再接続されたバッテリーユニットの放電を再度有効にしないようにするよう、さらに構成されてもよい。再接続されたバッテリーユニットに対応する電力スイッチを開状態に維持にすることによって、再接続されたバッテリーユニットの放電を再度有効にしないようにするようことができる。いくつかの実施形態では、第１のバッテリーユニット２０と第２のバッテリーユニット３０との間に電圧差が存在していたとしても、再接続されたバッテリーユニットが、再度有効にされなくともよい。これは、例えば、ライドモードで乗り物を動作させる間における、さらなる安全性を提供する。ライドモードが非アクティブ化されると、電気制御システム４０および／またはバッテリー制御装置１００は、例えば、図３および図４を参照して説明したように、通常動作モードに戻ってもよい。

図５は、様々な実施形態に係る電動車両の電力システム１０用のバッテリー制御装置１００の概略図を示す。バッテリー制御装置１００は、第１のバッテリーユニットに接続可能な第１の充電電流経路１０１Ｃおよび第１の放電電流経路１０１Ｄを備えていてもよい。バッテリー制御装置１００は、さらに、第２のバッテリーユニット３０に接続可能な第２の充電電流経路１０２Ｃおよび第２の放電電流経路１０２Ｄを備えていてもよい。バッテリー制御装置１００は、さらに、電動車両３００の電気制御システム４０との接続のための第３の充電電流経路１０３および第３の放電電流経路１０３Ｄを備えていてもよい。バッテリー制御装置１００は、さらに、第１の放電電流経路１０１Ｄと第３の放電電流経路１０３Ｄとの間に第１の電力スイッチ１１１を備えていてもよい。バッテリー制御装置１００は、さらに、第２の放電電流経路１０２Ｄと第３の放電電流経路１０３Ｄとの間に第２の電力スイッチ１１２を備えていてもよい。バッテリー制御装置１００は、さらに、第１のバッテリーユニット２０内の第１のアキュムレーターの状態、および／または、第２のバッテリーユニット３０内の第２のアキュムレーターの状態に基づいて、第１の電力スイッチ１１１および第２の電力スイッチ１１２を設定するように構成された制御ユニット１２０を備えていてもよい。制御ユニット１２０は、第１のバッテリーユニット２０および第２のバッテリーユニット３０の第１の内部充電スイッチおよび第２の内部充電スイッチ、並びに、第１のバッテリーユニット２０および第２のバッテリーユニット３０の第１の放電スイッチ２１１および第２の放電スイッチ３１１（３１１は図示せず）を設定するように構成されていてもよい（図６参照）。

種々の実施形態によれば、図６に示されるように、制御ユニット１２０は、第１の放電電流回路１０１Ｄを経由し、さらに、第１のダイオードを介して、第１のバッテリーユニット２０によって（例えば、第１のアキュムレーター２２０によって）電力供給され、および／または、第２の放電電流経路１０２Ｄを経由し、さらに、第２のダイオードを介して、第２のバッテリーユニット３０によって（例えば、第２のアキュムレーター２３０によって）電力供給され得る。これら放電電流経路とこれらダイオードとの間の電気的接続は、理解を容易にするために、破線で表されている。

様々な実施形態によれば、第１の電力スイッチ１１１および／または第２の電力スイッチ１１２は、ソリッドステートスイッチであり、任意選択的に、ＭＯＳトランジスタである。

図６は、バッテリーユニットの略図を示しており、第１および第２のバッテリーユニット２０、３０のそれぞれは、同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。１つの実施例では、バッテリーユニット２０、３０の双方が、同じ公称容量を有する。様々な実施形態によれば、第１のバッテリーユニット２０および第２のバッテリーユニット３０のそれぞれは、交換可能なバッテリーユニットであってもよい。例えば、第１のバッテリーユニット２０および第２のバッテリーユニット３０の双方が、交換可能なバッテリーユニットであってもよい。第１のバッテリーユニット２０は、説明の目的のために、端子Ｃ＋、Ｐ＋、Ｐ－、４８５Ａ、４８５Ｂ、およびＤＥＴを有するものとして表されるコネクタを有している。Ｃ＋端子は、充電端子である。Ｐ＋端子およびＰ－端子は、正および負の電力端子（power terminals）である。ＤＥＴは、検出ライン（detection line）を表す。４８５Ａおよび４８５Ｂは、例えば、ＲＳ-４８５用の通信端子であるが、本発明は、これに限定されず、他の物理層および／または通信プロトコルが使用されてもよい。制御ユニット１２０は、バッテリーユニット２０、３０のコネクタと互換性のあるコネクタ（図５参照）を有していてもよい。

制御ユニット１２０は、乗り物の電気制御システム４０との接続のために、前述のような類似の端子部を有するコネクタを有していてもよい。しかしながら、コネクタは、図示されたものとは異なっていてもよく、互いに異なっていてもよい。いくつかの実施形態では、制御ユニット１２０の３つのコネクタすべてが、同じ種類の端子を有する。これにより、制御ユニット１２０を、例えば、電気制御システム４０が、バッテリーユニット２０、３０に事前に直接接続されている既存のシステムに、組み込むことができる。

いくつかの実施形態において、第１のバッテリーユニット２０は、第１のアキュムレーター２２０と第１の充電電流経路１０１Ｃとの間に第１の内部充電スイッチ２１１を備えていてもよく、さらに、第１のアキュムレーター２２０と第１の放電経路１０１Ｄとの間に第１の内部放電スイッチ２１２を備えていてもよい。また、第２のバッテリーユニット３０は、第２のアキュムレーターと第２の充電電流経路との間に第２の内部充電スイッチを備えていてもよく、さらに、第２のアキュムレーターと第２の放電経路との間に第２の内部放電スイッチを備えていてもよい。制御ユニット１２０は、第１および第２のバッテリーユニットの第１および第２の内部充電スイッチ、並びに、第１および第２の放電スイッチを、例えば、閉状態にすることによって放電を可能とし、または、開状態にすることにより各アキュムレーターの放電を無効にするように、設定するよう構成されていてもよい。

本発明の１つの態様は、電気制御システム４０を含む電力システム１０を含む電動車両３００、バッテリー制御装置１００に関し、第１および／または第２のバッテリーユニット２０、３０用のレセプタクルをさらに備えていてもよい。電動車両３００は、様々な実施形態に係る、第１および／または第２のバッテリーユニット２０、３０をさらに備えていてもよい。このような乗り物の例を、図７に示す。電動車両３００は、電気制御システム４０に電気的に結合された電気モーターを備えていてもよい。例えば、電動車両３００は、電気スクーターであってもよい。

Claims (14)

1. 電動車両（３００）用の電力システム（１０）であって、
   第１のアキュムレーターを備える第１のバッテリーユニット（２０）と、
   第２のアキュムレーターを備える第２のバッテリーユニット（３０）と、
   バッテリー制御装置（１００）と、
   前記バッテリー制御装置（１００）を制御する電気制御システム（４０）とを含み、
   前記バッテリー制御装置（１００）は、
   前記第１のバッテリーユニット（２０）に接続された第１の充電電流経路（１０１Ｃ）および第１の放電電流経路（１０１Ｄ）と、
   前記第２のバッテリーユニット（３０）に接続された第２の充電電流経路（１０２Ｃ）および第２の放電電流経路（１０２Ｄ）と、
   前記電動車両（３００）の前記電気制御システム（４０）との接続のための第３の充電電流経路（１０３Ｃ）および第３の放電電流経路（１０３Ｄ）と、
   前記第１の放電電流経路（１０１Ｄ）と前記第３の放電電流経路（１０３Ｄ）との間の第１の電力スイッチ（１１１）と、
   前記第２の放電電流経路（１０２Ｄ）と前記第３の放電電流経路（１０３Ｄ）との間の第２の電力スイッチ（１１２）と、
   前記第１のバッテリーユニット（２０）内の前記第１のアキュムレーターの状態、および／または、前記第２のバッテリーユニット（３０）内の前記第２のアキュムレーターの状態に基づいて、前記第１の電力スイッチ（１１１）および前記第２の電力スイッチ（１１２）を設定するよう構成された制御ユニット（１２０）と、を含み、
   前記第１のバッテリーユニット（２０）および前記第２のバッテリーユニット（３０）の少なくとも１つは、交換可能なバッテリーユニットであり、
   前記バッテリー制御装置（１００）および前記電気制御システム（４０）の電力供給は、分離されていることを特徴とする電力システム（１０）。
2. 前記制御ユニット（１２０）は、前記第１のアキュムレーターおよび前記第２のアキュムレーターの充電挙動を調整するよう構成された論理回路を含む請求項１に記載の電力システム（１０）。
3. 前記論理回路は、充電の際、
   前記第１のアキュムレーターおよび前記第２のアキュムレーター間における、より低い充電状態、および、より高い充電状態を判別し、
   前記第１のバッテリーユニットおよび前記第２のバッテリーユニットのうち、前記より低い充電状態を有するバッテリーユニットに、充電有効コマンドを送信し、
   前記より高い充電状態と前記より低い充電状態との差が、所定の充電しきい値よりも低い場合、前記第１のバッテリーユニットおよび前記第２のバッテリーユニットのうち、前記より高い充電状態を有するバッテリーユニットに、充電有効コマンドを送信する、よう構成されている請求項２に記載の電力システム（１０）。
4. 前記制御ユニット（１２０）は、放電の際、
   前記第１のアキュムレーターおよび前記第２のアキュムレーター間における、より低い充電状態、および、より高い充電状態を判別し、
   前記第１のアキュムレーターおよび前記第２のアキュムレーターのうち、前記より高い充電状態を有する１つに対応する前記第１の電力スイッチ（１１１）および前記第２の電力スイッチ（１１２）のうちの１つを閉状態にし、
   前記より高い充電状態と前記より低い充電状態との差が所定の放電しきい値よりも高い場合、前記第１のアキュムレーターおよび前記第２のアキュムレーターのうち、前記より低い充電状態を有するアキュムレーターの放電を遮断するために、前記第１の電力スイッチ（１１１）および前記第２の電力スイッチ（１１２）のうちの対応する１つを開状態にする、よう構成されている請求項１ないし３のいずれかに記載の電力システム（１０）。
5. 前記論理回路は、前記電気制御システム（４０）から停止コマンドを受信し、さらに、前記停止コマンドを受信した際に、前記第１の電力スイッチ（１１１）および前記第２の電力スイッチ（１１２）のそれぞれを開状態に設定するよう、さらに構成されている請求項２または３に記載の電力システム（１０）。
6. 前記制御ユニットは、第１のダイオードを介した前記第１の放電電流経路（１０１Ｄ）、および／または、第２のダイオードを介した前記第２の放電電流経路（１０２Ｄ）を介して、電力供給される請求項１ないし５のいずれかに記載の電力システム（１０）。
7. 前記第１の電力スイッチおよび／または前記第２の電力スイッチは、ソリッドステートスイッチまたはＭＯＳトランジスタである請求項１ないし６のいずれかに記載の電力システム（１０）。
8. 前記第１のバッテリーユニット（２０）および前記第２のバッテリーユニット（３０）のそれぞれは、交換可能なバッテリーユニットである請求項１ないし７のいずれかに記載の電力システム（１０）。
9. 前記第１のバッテリーユニット（２０）は、前記第１のアキュムレーターと前記第１の充電電流経路（１０１Ｃ）との間に第１の内部充電スイッチ（２１１）を備えており、さらに、前記第１のアキュムレーターと前記第１の放電電流経路（１０１Ｄ）との間に第１の内部放電スイッチ（２１２）を備えており、
   前記第２のバッテリーユニット（３０）は、前記第２のアキュムレーターと前記第２の充電電流経路（１０２Ｃ）との間に第２の内部充電スイッチを備えており、さらに、前記第２のアキュムレーターと前記第２の放電電流経路（１０２Ｄ）との間に第２の内部放電スイッチを備えており、
   前記制御ユニット（１２０）は、前記第１のバッテリーユニット（２０）および前記第２のバッテリーユニット（３０）の前記第１の内部充電スイッチおよび前記第２の内部充電スイッチ、および／または、前記第１の内部放電スイッチおよび前記第２の内部放電スイッチを設定するよう、構成されている請求項１ないし８のいずれかに記載の電力システム（１０）。
10. 請求項１ないし９のいずれかに記載の前記電力システムを動作させる方法であって、
    前記第１の電力スイッチ（１１１）および前記第２の電力スイッチ（１１２）を設定する工程を含み、
    前記第１の電力スイッチ（１１１）および前記第２の電力スイッチ（１１２）を設定する前記工程は、
    前記電気制御システム（４０）が充電している際、
    前記第１のバッテリーユニット（２０）の前記第１のアキュムレーターおよび前記第２のバッテリーユニット（３０）の前記第２のアキュムレーター間における、より低い充電状態、および、より高い充電状態を判別する工程と、
    前記第１のバッテリーユニット（２０）および前記第２のバッテリーユニット（３０）のうち、前記より低い充電状態を有するバッテリーユニットに、充電有効コマンドを送信する工程と、
    前記より高い充電状態と前記より低い充電状態の差が所定の充電しきい値よりも低い場合、前記第１のバッテリーユニット（２０）および前記第２のバッテリーユニット（３０）のうち、前記より高い充電状態を有するバッテリーユニットに、充電有効コマンドを送信する工程と、を含み、さらに、
    前記電気制御システム（４０）が放電している際、
    前記第１のバッテリーユニット（２０）の前記第１のアキュムレーターおよび前記第２のバッテリーユニット（３０）の前記第２のアキュムレーター間における、より低い充電状態、および、より高い充電状態を判別する工程と、
    前記第１のアキュムレーターおよび前記第２のアキュムレーターのうち、前記より高い充電状態を有するアキュムレーターを放電させるために、前記第１の電力スイッチ（１１１）および前記第２の電力スイッチ（１１２）のうちの対応する１つを閉状態にする工程と、
    前記より高い充電状態と前記より低い充電状態の差が所定の放電しきい値よりも高い場合、前記第１のアキュムレーターおよび前記第２のアキュムレーターのうち、前記より低い充電状態を有するアキュムレーターの放電を遮断するために、前記第１の電力スイッチ（１１１）および前記第２の電力スイッチ（１１２）のうちの対応する電力スイッチを開状態にする工程と、を含むことを特徴とする電力システムを動作させる方法。
11. 電動車両（３００）の電力システム（１０）用のバッテリー制御装置（１００）であって、
    前記電力システム（１０）は、第１のアキュムレーターを備える第１のバッテリーユニット（２０）と、第２のアキュムレーターを備える第２のバッテリーユニット（３０）と、前記バッテリー制御装置（１００）と、前記バッテリー制御装置（１００）を制御する電気制御システム（４０）とを含み、
    前記バッテリー制御装置（１００）は、
    前記第１のバッテリーユニット（２０）に接続可能な第１の充電電流経路（１０１Ｃ）および第１の放電電流経路（１０１Ｄ）と、
    前記第２のバッテリーユニット（３０）に接続可能な第２の充電電流経路（１０２Ｃ）および第２の放電電流経路（１０２Ｄ）と、
    前記電動車両（３００）の前記電気制御システム（４０）との接続のための第３の充電電流経路（１０３Ｃ）および第３の放電電流経路（１０３Ｄ）と、
    前記第１の放電電流経路（１０１Ｄ）と前記第３の放電電流経路（１０３Ｄ）との間の第１の電力スイッチ（１１１）と、
    前記第２の放電電流経路（１０２Ｄ）と前記第３の放電電流経路（１０３Ｄ）との間の第２の電力スイッチ（１１２）と、
    前記第１のバッテリーユニット（２０）内の前記第１のアキュムレーターの状態、および／または、前記第２のバッテリーユニット（３０）内の前記第２のアキュムレーターの状態に基づいて、前記第１の電力スイッチ（１１１）および前記第２の電力スイッチ（１１２）を設定するよう構成された制御ユニット（１２０）と、を含み、
    前記制御ユニット（１２０）は、前記第１のバッテリーユニット（２０）および前記第２のバッテリーユニット（３０）の第１の内部充電スイッチ（３１１Ｃ）および第２の内部充電スイッチ（３１２Ｃ）、並びに、前記第１のバッテリーユニット（２０）および前記第２のバッテリーユニット（３０）の第１の放電スイッチおよび第２の放電スイッチを設定するよう構成され、
    前記バッテリー制御装置（１００）および前記電気制御システム（４０）の電力供給は、分離されていることを特徴とするバッテリー制御装置（１００）。
12. 請求項１ないし９のいずれかに記載の前記電力システム（１０）を含むことを特徴とする乗り物（３００）。
13. 前記電気制御システム（４０）に電気的に結合された電気モーターをさらに含む請求項１２に記載の乗り物（３００）。
14. 前記乗り物（３００）は、電気スクーターである請求項１３に記載の乗り物（３００）。