JP7464329B2

JP7464329B2 - 直流給電システム及びその電池モジュール充電システム

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Publication number: JP7464329B2
Application number: JP2023519327A
Authority: JP
Inventors: 曹西軍
Original assignee: 鄭州鋭電馳能科技有限公司
Priority date: 2020-10-01
Filing date: 2021-09-15
Publication date: 2024-04-09
Anticipated expiration: 2041-09-15
Also published as: JP2023542235A; US20230365025A1; WO2022068588A1; JP2024079759A; CN114274792A

Description

本発明は電源給電の分野に属し、直流給電システムに関し、特に移動機器に搭載される直流給電システムに関する。

エネルギ問題は長期にわたって人類の発展を悩ませてきた主な問題である。科学技術の発展及び人類生活水準の向上に伴い、人々は初級エネルギに対する需要が高まりつつある。現在、石油は主なエネルギとしてオートバイ、自動車、汽船、及び航空機等の各種の移動機器に動力を提供している。しかし、石油は一次エネルギとしてその貯蔵量は決まっており、石油不足は世界各国が抱えている共通問題である。また、石油製品の燃焼後に発生した二酸化炭素及び硫化物の排出も、環境汚染及び気候変動を引き起こす主な原因である。

近年、人々は車両、船舶及び飛行体の動力として石油製品に代わる新たなエネルギを探索し続けている。電気自動車の分野において、充電可能電池は動力源としてますます各大手自動車メーカーに重視されている。

しかしながら、電気自動車は、長年の発展を経て燃料自動車と比べ依然として低い市場シェア率のままである。なぜなら、電気自動車の幅広い普及を妨げるのは、電池の短い航続距離及び長い充電時間に問題がある。現在、市場に出現した各種モデルの電気自動車の航続能力は、２５０～６００キロメートルにあり、これは遠方州間旅行のユーザにとって航続不安の問題が存在する。ペースの速い旅行において、充電するには、運転者を止まらせて１時間待たせるのも、非常に耐えられないことである。同時に、充電スタンドはガソリンスタンドほど随所にあるわけではない。充電スタンドの希少、充電スタンドに出会えるか否かの不確実性により、実際的に、多くの運転者にとって航続距離が１００キロメートルないし１５０キロメートルになると、航続への心配が発生し始める。普段、自分の停車スペースに充電杭がない車所有者にとって、航続距離が１００キロメートル未満になると充電杭を探し始める。そのため、この意味では、現在の電気自動車の実際的な有効航続距離は２００～４００キロメートルに過ぎない。

タクシードライバーにとって、電気自動車をタクシーとして使用する場合、大量の時間は充電スタンド探し又は充電待ちに費やす必要があり、このいずれも乗客を載せる賃走時間を占めることになり、そのため、電気自動車はタクシー分野においても普及することが困難である。つまり、電池の航続距離の有限性及び充電の不便性は電気交通手段の普及を妨げる主な原因である。

以上の原因により、電気自動車はクリーンで効率的な新エネルギ交通手段となるものの、市場占有率が低いままであり、人々に幅広く受け入れられることが困難である。

本発明は、上記技術問題を解決するために、固定電池パックユニット及び可変電池パックユニットを備える直流給電システムを提供し、前記可変電池パックユニットは、外部に電池モジュール電極及び電池モジュールデータ交換インタフェースが備えられ、それぞれ複数の単体の電池セルを組み合わせて封止した複数の電池モジュールと、それぞれ急速に着脱できるように前記複数の電池モジュールを収容するための複数の電池取付位置を備え、各前記電池取付位置には、前記電池モジュールの前記電池モジュール電極に電気的接続されるサセプタ電極端子、及び前記電池モジュールデータ交換インタフェースに接続されるサセプタデータ交換インタフェースが設けられるサセプタと、選択スイッチ及びスイッチコントローラを備え、前記選択スイッチが、前記電池取付位置に対応して設けられ、前記スイッチコントローラの制御に基づいて前記電池取付位置に取り付けられた前記電池モジュールの使用と休止を選択する給電モード切替ブロックと、前記直流給電システムにより駆動される移動機器の電子制御ユニットと接続しデータ交換する外部データ交換ブロックと、前記外部データ交換ブロックに接続され、且つ前記スイッチコントローラに接続され、前記外部データ交換ブロックにより入力された情報に基づいて、そのうちの１つ又は複数の前記電池モジュールを動的に選択して動作状態にさせる電池制御ブロックと、を備える。

本発明の直流給電システムにおいて、前記電池制御ブロックは、該直流給電システムが複数の給電モードで作動するように前記給電モード切替ブロックを制御し、該複数の給電モードは、前記可変電池パックユニットのうちの少数個（半数以下）の前記電池モジュールのみを使用するモード、前記可変電池パックユニットのうちの多数個（半数以上）の前記電池モジュールを使用するモード、固定電池パックユニットを使用するモード及びそれらの組合せ、を含む。

本発明の直流給電システムにおいて、前記外部データ交換ブロックは、前記電子制御ユニットにより送信された給電需要データを受信し、前記給電需要データは、前記移動機器の現在路面状況データ、運転手の現在運転行為データ、車速データ、車両加速度データ、制動ペダル状態データ及び加速ペダル状態データを含む。

本発明の直流給電システムにおいて、前記給電需要データは、人工知能アルゴリズムに基づいて履歴路面状況データ及び運転手の履歴運転習慣データ、並びに現在路面状況データに対して処理を行った後のデータをさらに含む。

本発明の直流給電システムにおいて、データ記憶ブロックをさらに備え、前記電池制御ブロックは、前記複数の電池モジュールのうちの各電池モジュールの稼働状態及び使用履歴を記録することで、前記複数の電池モジュールのうちの各電池モジュールの稼働状態データ及び使用履歴データを取得し、前記データ記憶ブロックに記憶して、前記移動機器の前記電子制御ユニットの呼出しにより、各電池モジュールの稼働状態及び使用履歴を表示スクリーンに表示させる。

本発明の直流給電システムにおいて、ユーザは、表示される何らかの電池モジュールの稼働状態及び使用履歴に応じて、個人の運転好みに基づいて何らかの電池モジュールの組合せを選択使用し、選定された組合せを自己定義モードとして前記データ記憶ブロックに記憶する。

本発明の直流給電システムにおいて、ユーザは、表示される何らかの電池モジュールの稼働状態及び使用履歴に応じて、路面状況に基づいて何らかの電池モジュールの組合せを選択使用し、選定された組合せをユーザ定義モードとして前記データ記憶ブロックに記憶する。

本発明の直流給電システムにおいて、前記電池制御ブロックは、路面状況に応じて、何らかの電池モジュールの稼働状態及び使用履歴に基づいて何らかの電池モジュールの組合せを選択使用し、システム定義モードとして前記データ記憶ブロックに記憶する。

本発明の直流給電システムにおいて、前記電池制御ブロックは、何らかの電池モジュールの稼働状態及び使用履歴に応じて、運転者の習慣と結び付け、人工知能のアルゴリズムに基づいて、何らかの電池モジュールの組合せを選択使用し、ユーザに推薦して選択させ、保存するようユーザに提示する。

本発明の直流給電システムにおいて、前記電池制御ブロックは、入力された道路状況データに応じて自動的に電池給電モードを切り替え、その駆動される移動機器のセンサにより前方道路が渋滞であると検知されると、少数個の前記電池モジュールのみを使用する給電モードを選択し、駆動される移動機器のセンサにより前方道路が閑散であると検知されると、自動的に一部の前記電池モジュールと前記固定電池パックユニットとを組み合わせて使用する給電モードに切り替える。

本発明の直流給電システムにおいて、前記電池制御ブロックは、前記外部データ交換ブロックにより入力された加速ペダル状態データに応じて自動的に電池給電モードを切り替え、加速ペダルが固定時間踏み込まれたと判断した後に直ちに一部の前記電池モジュールと前記固定電池パックユニットとを組み合わせて使用する給電モードに切り替える。

本発明の直流給電システムにおいて、前記電池制御ブロックは、前記外部データ交換ブロックにより入力された車速データに応じて自動的に電池給電モードを切り替え、車速が予定速度に達したと判断すると、少数個の前記電池モジュールのみを使用する給電モードに切り替える。

本発明の直流給電システムにおいて、道路状況に応じて自動的に電池給電モードを切り替え、駆動される移動機器のセンサにより道路条件が運転者の追い越しや合流を許容すると検知されると、一部の前記電池モジュールと前記固定電池パックユニットとを組み合わせて使用する給電モードに切り替える。

本発明の直流給電システムにおいて、前記電池制御ブロックは、機械学習及び深層学習を利用し、過去の路面状況データ及びユーザの運転習慣データに基づいて、ユーザ運転嗜好に合った組合せモードを形成し、自動的に現在の電池制御に応用する。

本発明の直流給電システムにおいて、前記電池制御ブロックは、機械学習及び深層学習のモデルに基づき、過去の路面状況データ及びユーザの運転習慣データに基づいて、ユーザ運転嗜好に合った組合せモードを形成し、表示させてユーザに推薦しユーザにより選択使用される。

本発明の直流給電システムにおいて、表示スクリーンに給電システムの回路結線図を表示させ、特定の色又は図形を用いて各前記電池モジュールの稼働又は休止状態を表示する。

本発明の直流給電システムにおいて、前記移動機器は車両、航空機、又は船舶である。

本発明は、本発明の直流給電システムの前記電池モジュールに対して充電を行い、直流電源、電池取付位置、制御システム、データ交換システム及び表示システムを備え、前記電池モジュールに充電した充電電力量及び電池充電にかかった時間に基づいて、課金を行う電池モジュール充電システムをさらに開示する。

本発明の電池モジュール充電システムにおいて、複数のユニットバッテリセルからなる電池モジュールは、それぞれ自体に付随する電極により前記電池取付位置に設けられる電極に接続される。

本発明の電池モジュール充電システムにおいて、前記電池取付位置に挿入された前記電池モジュールに対して識別を行い、電池モジュールのブランド、使用履歴、余剰電量、余剰寿命及び相応する推薦価格に対して表示を行う。

本発明の電池モジュール充電システムにおいて、支払いシステムをさらに備え、ユーザは支払いシステムにより電池の充電や取引を完成させる。

本発明の直流給電システムによれば、固定電池パックユニットと可変電池パックユニットを合わせて使用し、且つ実際の場面に応じて可変電池パックユニットのうちの何らかの電池モジュールの使用と休止を選択し、固定電池パックユニットの稼働時間を減少し、可変電池パックユニットのうちの一部の電池モジュールの使用時間を増加する。且つ可変電池パックユニットのうちの電量切れの電池モジュールに対してタイムリに部分又は全部交換を行う。これにより、車両の総航続距離が増加され、航続不安が解消されるだけでなく、大型充電スタンドが希少で、充電の待ち時間が長く、充電が便利ではない等の問題も克服される。同時に運転の体験感も配慮され、動力がより強くなり、これで車両の操縦性及び安全性が向上する。

本発明の電池モジュール充電システムによれば、マンション又はオフィスエリアに配置されることで、電池モジュールに対して便利に充電を行うことができ、且つ電池の即時販売と購買を実現可能であり、車所有者が多様な方式で車両の航続を選択しやすくなる。

本発明の直流給電システムの機能構造ブロック図である。本発明の直流給電システムが低電モードにある第１の実施例の回路接続図である。本発明の直流給電システムが低電モードにある第２の実施例の回路接続図である。本発明の直流給電システムが中電モードにある第１の実施例の回路接続図である。本発明の直流給電システムが中電モードにある第２の実施例の回路接続図である。本発明の直流給電システムが高電モードにある第１の実施例の回路接続図である。本発明の直流給電システムが高電モードにある第２の実施例の回路接続図である。本発明の直流給電システムが満電モードにある回路接続図である。本発明の直流給電システムが低電モードにある第３の実施例の分流降温状態の回路接続図である。本発明の直流給電システムが高電モードにある第３の実施例の分流降温状態の回路接続図である。

１０・・・直流給電システム、１１・・・固定電池パックユニット、１２・・・可変電池パックユニット、１２１～１２Ｎ・・・電池取付位置、１３１～１３Ｎ・・・電池モジュール、１４・・・データ記憶ブロック、１５・・・外部データ交換ブロック、１６・・・電池制御ブロック、１７・・・電池データ交換ブロック、１８・・・充電制御ブロック、１９・・・充電結合ブロック、２１・・・電力使用機器、２２・・・電子制御ユニット（ＥＣＵ）、３１・・・外部充電機器、５１・・・給電モード切替ブロック、８０・・・ＡＩ機械学習ブロック、５１１～５１Ｎ、５２１、５２２、５２３・・・選択スイッチ、Ｍ１、Ｍ２・・・電動機。

本発明において、「少数」とは半数以下であり、「多数」とは半数以上であり、「低電」、「中電」、「高電」、「全電」とは、通常、該直流給電システムの出力電圧の相対高さであり、且つ１つの区間範囲を有する。以下、図面を参照しながら本発明の具体的な実施形態を説明する。

図１は本発明の直流給電システムの機能構造ブロック図である。図１に示すように、本発明の直流給電システム１０は、固定電池パックユニット１１及び可変電池パックユニット１２を備える。固定電池パックユニット１１は、複数の単体の電池セル（セル電池とも呼ばれる）を組み合わせて封止したものであり、固定の容量と出力電圧を有する。固定電池パックユニット１１の容量は、例えば６０ｋｗｈであってもよく、出力電圧は、例えば３００Ｖであってもよい。

可変電池パックユニット１１は、外部に電池モジュール電極及び電池モジュールデータ交換インタフェースを備え、それぞれ複数の単体の電池セルを組み合わせて封止した複数の電池モジュール１３１～１３Ｎと、それぞれ前記複数の電池モジュール１３１～１３Ｎを取り付けるための複数の電池取付位置１２１～１２Ｎを備え、各前記電池取付位置１２Ｉには、前記電池モジュールの前記電池モジュール電極に電気的接続されるサセプタ電極端子、及び前記電池モジュールデータ交換インタフェースに接続されるサセプタデータ交換インタフェースが設けられるサセプタ１２と、前記サセプタ１２に配置され、選択スイッチ５１１～５１Ｎ及び相応するスイッチコントローラ（図示せず）を備え、前記選択スイッチ５１１～５１Ｎが、それぞれ各前記電池取付位置１２Ｉに対応して設けられ、前記スイッチコントローラの制御に基づいて電池取付位置１２Ｉに取り付けられた電池モジュール１３Ｉの使用と休止を選択する給電モード切替ブロック５１と、直流給電システム１０により駆動される移動機器の電子制御ユニット（ＥＣＵ）と接続しデータ交換する外部データ交換ブロック１５と、外部データ交換ブロック１５に接続され、且つスイッチコントローラに接続され、外部データ交換ブロック１５により入力された情報に基づいて、そのうちの１つ又は複数の電池モジュール１３１～１３Ｌを動的に選択して動作状態にさせる電池制御ブロック１６と、を備える。

前記複数の電池モジュール１３１～１３Ｎは、それぞれ急速に着脱できるように前記複数の電池取付位置１２１～１２Ｎに取り付けられる。従来技術の係合構造、ボルトクイックロック構造等の急速着脱構造を採用することができる。

選択スイッチ５１１～５１Ｎは、パワー金属－酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＰｏｗｅｒＭｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄ－ＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＰｏｗｅｒＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）、ソリッドステートリレー、シリコン制御整流器（ＳｉｌｉｃｏｎＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＲｅｃｔｉｆｉｅｒ：ＳＣＲ）、ゲートターンオフサイリスタ（Ｇａｔｅ－Ｔｕｒｎ－ＯｆｆＴｈｙｒｉｓｔｏｒ：ＧＴＯ）等の、低電圧信号により高電圧のオン／オフを制御できる回路スイッチングデバイスを採用することができる。

電池制御ブロック１６は、中央処理装置（ＣＰＵ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、グラフィックプロセッサ（ＧＰＵ）、フィールドプログラマブル論理ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等のマイクロプロセッサシステムを採用することができる。

移動機器の電子制御ユニット（ＥＣＵ）により、移動機器に搭載された長距離レーダー、レーザレーダー、短距離レーダー、車載カメラヘッド、超音波、測位システム、ジャイロスコープ等を介して外部データを取得し、外部データ交換ブロック１５に伝送することができる。

また、充電結合ブロック１９に電圧変換回路、例えば昇圧回路を設け、可変電池パックユニット１２の電圧を昇圧変換した後に、可変電池パックユニット１２により固定電池パックユニット１１に対して充電を行ってもよい。充電制御ブロック１８の制御により、実際の状況に応じて、連続した一定の電流又は連続した一定の電圧で固定電池パックユニット１１に対して充電を行ってもよいし、パルス電流で固定電池パックユニット１１に充電してもよいし、可変電流で間欠的に固定電池パックユニット１１に対して充電を行ってもよいし、可変電圧で間欠的に固定電池パックユニット１１に対して充電を行ってもよい。これにより、固定電池パックユニット１１のサイクル寿命を最大限に向上させることができる。

各電池モジュール１３Ｉの重量は実際の需要に応じて設計することができ、例えば１０ｋｇ前後であってもよい。その充放電電圧は１２Ｖに設計されてもよく、充電容量は約３～５ｋｗｈであり、相応する航続距離は２０ｋｍ～３０ｋｍである。

本発明の直流給電システム１０において、表１に示すように、電池制御ブロック１６は、低電モードと高電モードとの間で切り替えるように該直流給電システム１０を制御可能であり、ここでの低電モードは、可変電池パックユニット１２のうちの少数個（半数以下）の電池モジュール１３Ｉのみを使用するモードであり、ここでの高電モードは、可変電池パックユニット１２のうちの少数個（半数以下）の電池モジュール１３Ｉを使用し且つ同時に固定電池パックユニット１１を使用するモードである。

さらに、表１に示すように、前記給電モードを細分化して、中電モードＭと全電モードＦを増加してもよい。電池制御ブロック１６は、低電モードＬ、中電モードＭ、高電モードＨ及び全電モードＦの間で切り替えるように該直流給電システムを制御する。同様に、低電モードＬは、可変電池パックユニット１２のうちの少数個（半数以下）の電池モジュール１３Ｉのみを使用するモードであり、高電モードは、前記可変電池パックユニットのうちの少数個（半数以下）の前記電池モジュールを使用し且つ同時に固定電池パックユニットを使用するモード（直列接続）である。また、該中電モードＭは、前記可変電池パックユニットのうちの多数個（半数以上）ないし全ての電池モジュールのみを使用するモードであり、全電モードＦは、前記可変電池パックユニット１２のうちの全ての前記電池モジュール１３１～１３Ｎを使用し且つ同時に固定電池パックユニットを使用するモード（直列接続）である。

図２には、本発明の直流給電システムが低電モードにある第１の実施例の回路接続図が示される。図２に示すように、該実施例の低電モードで２つの電池モジュールのみが動作状態にあり、出力電圧が２４Ｖである。図３には、本発明の直流給電システムが低電モードにある第２の実施例の回路接続図が示される。図３に示すように、該実施例の低電モードで８個の電池モジュールが動作状態にあり、出力電圧が９６Ｖである。

図４には、本発明の直流給電システムが中電モードにある第１の実施例の回路接続図が示される。図４に示すように、該実施例の中電モードで１２個の電池モジュールが動作状態にあり、出力電圧が１４４Ｖである。図５には、本発明の直流給電システムが中電モードにある第２の実施例の回路接続図が示される。図５に示すように、該実施例の中電モードで１８個の電池モジュールが動作状態にあり、出力電圧が２１６Ｖである。

図６には、本発明の直流給電システムが高電モードにある第１の実施例の回路接続図が示される。図６に示すように、該実施例の高電モードで４個の電池モジュールが動作状態にあり、選択スイッチ５２１～５２３の変位により、固定電池ユニット１１も給電状態にあり、総出力電圧が３４８Ｖ（３００Ｖ＋４８Ｖ）である。図７には、本発明の直流給電システムが高電モードにある第２の実施例の回路接続図が示される。図７に示すように、該実施例の高電モードで、１０個の電池モジュールが動作状態にあり、選択スイッチ５２１～５２３の変位により、固定電池ユニット１１も給電状態にあり、総出力電圧が４２０Ｖ（３００Ｖ＋１２０Ｖ）である。

図８には、本発明の直流給電システムが全電モードにある回路接続図が示される。図８に示すように、全電モードで２０個の電池モジュールが全部動作状態にあり、出力電圧が５４０Ｖである。

本発明の直流給電システム１０において、外部データ交換ブロック１５は、移動機器（車両、汽船、航空機又は飛行自動車等）の電子制御ユニット２２により送信された給電需要データを受信する。前記給電需要データは、外部データ交換ブロック１５が車両ネットワークから取得したデータであってもよい。該給電需要データは、移動機器の現在路面状況データ、運転手の現在運転行為データ、車速データ、車両加速度データ、制動ペダル状態データ及び加速ペダル状態データを含む。

また、該給電需要データは、人工知能アルゴリズムに基づいて履歴路面状況データ及び運転手の履歴運転習慣データ、並びに現在路面状況データに対して処理を行った後のデータをさらに含んでもよい。

本発明の直流給電システム１０において、好ましくは、データ記憶ブロック１４をさらに備え、電池制御ブロック１６は、複数の電池モジュール１３１～１３Ｎのうちの各電池モジュール１３Ｉの稼働状態及び使用履歴を記録することで、複数の電池モジュール１３１～１３Ｎのうちの各電池モジュール１３Ｉの稼働状態データ及び使用履歴データを取得し、データ記憶ブロック１４に記憶して、移動機器の電子制御ユニット２２の呼出しにより、各電池モジュール１３Ｉの稼働状態及び使用履歴を前記移動機器の中央表示スクリーンに表示させる。

本発明の直流給電システム１０において、前記電池制御ブロック１６は、入力された道路状況データに応じて自動的に電池給電モードを切り替え、車載センサにより前方道路が渋滞であると検知されると、少数個の前記電池モジュール１３Ｉのみを使用する給電モードを選択し、車載センサにより前方道路が閑散であると検知されると、自動的に一部の前記電池モジュール１３Ｉと前記固定電池パックユニット１１とを組み合わせて使用する給電モードに切り替える、ようになってもよい。

本発明の直流給電システム１０において、前記電池制御ブロック１６は、入力された道路状況データに応じて自動的に電池給電モードを切り替え、入力データに応じて加速ペダルが固定時間踏み込まれたと判断した後に直ちに一部の前記電池モジュール１３Ｉと前記固定電池パックユニット１１とを組み合わせて使用する給電モードに切り替える、ようになってもよい。

本発明の直流給電システム１０において、前記電池制御ブロックは、入力された道状况データに応じて自動的に電池給電モードを切り替え、入力データに応じて車速が予定速度に達したと判断すると、少数個の前記電池モジュールのみを使用する給電モードに切り替える、ようになってもよい。

本発明の直流給電システム１０において、道路状況に応じて自動的に電池給電モードを切り替え、車載センサにより道路条件が運転者の追い越しや合流を許容すると検知されると、一部の前記電池モジュールと前記固定電池パックユニットとを組み合わせて使用する給電モードに切り替える、ようになってもよい。車載センサは、超音波レーダー、レーザレーダー、ミリ波レーダー、車載カメラヘッド、及び赤外プローブであってもよい。

１つの例示として、表２には、いくつかの常用する運転モードでの給電モード切替方案及び実際の場面が示される。該方案は、システムに内蔵され、出荷時に設定され、従来技術のソフトウェア及びハードウェアを介して実現されることができる。

表２に示すように、冷間始動時に、電池制御ブロック１６は、車両が完全パワーオフ後の冷間始動であると検出すると、自動的に高電モードＨに切り替える。

発進走行段階において、全車の始動パワーオン後に、自動的に低電モードＬに切り替え、発進走行を待つ。

初回加速段階において、車両発進後に、電池制御ブロック１６は、車載センサにより検出された前方路面状況データに基づいて、前方路面状況がより高い速度での走行を許容すると判断すると、自動的に高電モードＨに切り替え、前方路面状況が混雑であり、より高い速度での走行を許容しないと判断すると、低電モードＬを保持する。

第１の定速走行段階において、電池制御ブロック１６は、現在車速データ及び車載センサにより検出された前方路面状況データに基づいて、現在車速と路面状況の許容車速とがほぼ等しいと判断すると、車両に現在車速で定速走行を保持させるように、自動的に低電モードＬに切り替える。

二回目加速段階において、電池制御ブロック１６は、現在車速データ及び車載センサにより検出された前方路面状況データに基づいて、現在車速が路面状況の許容車速よりも低いと判断すると、ユーザの増速走行に備えるように、自動的に高電モードＨに切り替える。

第２の定速走行段階において、電池制御ブロック１６は、現在車速データ及び車載センサにより検出された前方路面状況データに基づいて、現在車速と路面状況の許容車速とがほぼ等しいと判断すると、車両に現在車速で定速走行を保持させるように、低電モードＬに切り替える。

追い越し合流段階において、電池制御ブロック１６は、車載センサにより検出された隣接車線の前方路面状況データに基づいて、隣接車線の路面状況がより高い速度での走行を許容すると判断すると、ユーザの追い越し合流に備えるように、高電モードＨに切り替える。

能動的増速段階において、電池制御ブロック１６は、加速ペダルデータに基づいて、加速ペダルが特定時間踏み込まれたと判断すると、ユーザの自発的増速走行に備えるように、高電モードＨに切り替える。

受動的減速段階において、電池制御ブロック１６は、現在車速データ及び車載センサにより検出された前方路面状況データに基づいて、現在車速が路面状況の許容車速よりも高いと判断すると、車両の減速に合わせるように、低電モードＬに切り替える。また、電池制御ブロック１６は、現在車速データ及び車載センサにより検出された前方路面状況データに基づいて、前方に静止障害物があると判断すると、車両の減速に合わせるように、低電モードＬに切り替えてもよい。

能動的減速段階において、電池制御ブロック１６は、制動ペダルデータに基づいて、制動ペダルが特定時間踏み込まれたと判断すると、ユーザの減速走行又は停止に備えるように、低電モードＬに切り替える。

車待機・待ち段階において、赤信号が青に変わるのを待つとき、道路がひどく混雑するとき、緩速走行するとき、又は進んでは止まる場合、低電モードＬに切り替える。また、一時停車の場合も、低電モードＬに切り替える。

本発明の直流給電システム１０において、システムによりソフトウェア及びハードウェアを介して上記モードを実現し、実際場面でシステムにより自動的に上記運転モードを呼び出す。

本発明の直流給電システム１０において、前記電池制御ブロック１６は、機械学習及び深層学習に基づき、過去路面状況データ及びユーザの運転習慣データに基づいて、ユーザ運転嗜好に合った組合せモードを形成し、自動的に現在の電池制御に応用することができる。

本発明の直流給電システム１０において、前記電池制御ブロック１６は、機械学習及び深層学習のモデルに基づき、過去路面状況データ及びユーザの運転習慣データに基づいて、ユーザ運転嗜好に合った組合せモードを形成し、表示させてユーザに推薦しユーザにより選択使用されてもよい。

本発明の直流給電システム１０において、ユーザは、表示される何らかの電池モジュール１３Ｉ～１３Ｌの稼働状態及び使用履歴に応じて、個人の運転好みに基づいて何らかの電池モジュール１３Ｉ～１３Ｊの組合せを選択使用し、選定された組合せを自己定義モードとして前記データ記憶ブロック１４に記憶してもよい。

本発明の直流給電システム１０において、ユーザは、表示される何らかの電池モジュール１３Ｉ～１３Ｌの稼働状態及び使用履歴に応じて、路面状況に基づいて何らかの電池モジュール１３Ｉ～１３Ｌの組合せを選択使用し、選定された組合せをユーザ定義モードとして前記データ記憶ブロック１４に記憶してもよい。

本発明の直流給電システム１０において、電池制御ブロック１６は、路面状況に応じて、何らかの電池モジュール１３Ｉ～１３Ｌの稼働状態及び使用履歴に基づいて何らかの電池モジュール１３Ｉ～１３Ｌの組合せを選択使用し、システム定義モードとして前記データ記憶ブロック１４に記憶してもよい。

１つの実施例として、表３に示すように、システムは、５つの常用する運転モードを提供可能であり、ユーザにより実際場面に応じて選択する。この５つの常用する運転モードは、順調通勤モード、混雑通勤モード、近郊遊びモード、省間旅行モード、及びダイナミックレーシングカーモードを含む。無論、本発明はここに限定されず、実際場面の変化に応じて、固定電池パックユニット１１と可変電池パックユニット１２の組合せ使用によって、より多くの運転モードを提供することもできる。また、ユーザ自身により電池切替方案を組み合わせて自己定義運転モードを形成してもよい。具体的には、専用の表示スクリーン又は自動車の中央制御スクリーンに自車給電システムの回路接続図を表示させ、ユーザはスクリーンに表示された電池モジュールを表す電池マークを操作（タッチ、クリック）することにより選定を行って、特定の電池モジュールを稼働又は休止させ、これにより自分の望む給電モードを編集設計する。本発明における選択スイッチは、ソリッドステートリレー、ＩＧＢＴ等の回路スイッチを採用し、高い応答速度及び耐圧性を有し、メカニカルノイズが一切ないため、ユーザは切替過程で不便を感じることがない。システムが自動的に給電モードを切り替える過程も騒音や干渉として感じ取られにくい。

また、本発明の直流給電システム１０において、ＡＩ機械学習ブロック８０のアルゴリズムに対して設計を行うことで、機械学習技術を利用し人工知能のアルゴリズムに基づいて推薦される運転モードを提供してもよい。深層学習技術を利用しアルゴリズムそのものに対して訓練を行い、推薦されるモードの人間化程度をさらに向上させる、ようになってもよい。

本発明の直流給電システム１０において、電池制御ブロック１６は、何らかの電池モジュール１３Ｉ～１３Ｌの稼働状態及び使用履歴に応じて、運転者の習慣と結び付け、人工知能のアルゴリズムに基づいて、何らかの電池モジュール１３Ｉ～１３Ｌの組合せを選択使用し、推薦モードとして表示スクリーンに表示させ、ユーザに選択させ、保存するようユーザに提示する、ようになってもよい。

本発明の直流給電システム１０において、電池データ交換ブロック１７は、各電池の内部抵抗に対して検出を行い、内部抵抗がとある閾値を超えた電池モジュール１３Ｉについて、手動で切り離すようユーザに注意喚起する又はシステムにより自動的に切り離す電池内部抵抗検出装置をさらに備える。

本発明の直流給電システム１０において、電池データ交換ブロック１７は、各電池モジュール１３Ｉの電流に対して監視を行い、電流が特定閾値よりも低く又は高くなると、表示装置に相応的な表示を行う電流検出装置をさらに備える。

本発明の直流給電システム１０において、電池データ交換ブロック１７は、各電池モジュールの温度に対して監視を行い、とある電池モジュールの温度が特定閾値よりも高くなると、表示装置に相応的な表示を行い、手動で切り離すようユーザに注意喚起する又はシステムにより自動的に切り離す温度検出装置をさらに備える。

また、電池データ交換ブロック１７の温度検出装置により、とある電池モジュールの温度が特定閾値よりも高いと検出されると、分流降温の目的を達成するために、同じ数の電池モジュールを並列する方式により温度が高くなりすぎる電池モジュールの中を通過する電流を減少してもよい。図９は、本発明の直流給電システムが低電モードにある第３の実施例の分流降温状態の回路接続図である。図９に示すように、直列後の２つの電池モジュールに、さらに他の１組の相互直列する２つの電池モジュールを並列接続することにより、電池モジュールを流れる電流を半減することができ、これにより、発熱量が大幅に低減される。図１０は、本発明の直流給電システムが高電モードにある第３の実施例の分流降温状態の回路接続図である。図１０に示すように、直列後の２つの電池モジュールに、さらに他の１組の相互直列する２つの電池モジュールを並列接続することにより、電池モジュールを流れる電流を半減することができ、これにより、給電状態にある電池モジュールの発熱量を大幅に（約３／４）低減させることができる。好ましくは、並列に加える２組の電池モジュールの余剰電量と内部抵抗は大体相当する。

本発明の直流給電システム１０において、前記サセプタ１２は、前記温度検出装置により、とある電池モジュール１３Ｉの温度が特定閾値よりも低いと検出されると、表示装置に相応情報を表示させ、前記電池モジュール冷却装置を始動するようユーザに注意喚起する又はシステムにより自動的に前記電池モジュール冷却装置を始動する電池モジュール冷却装置をさらに備える。

本発明の直流給電システム１０において、前記サセプタ１２は、前記温度検出装置により、電池モジュール１３Ｉの温度が特定閾値よりも低いと検出されると、表示装置に相応表示を行い、前記電池モジュール加熱装置を始動して電池に対して加熱を行うようユーザに注意喚起する又はシステムにより自動的に前記電池モジュール加熱装置を始動する電池モジュール加熱装置をさらに備える。とある電池モジュール１３Ｉにより固定電池パックユニット１１に対して加熱を行い、固定電池パックユニット１１の低温性能を向上させてもよい。

本発明の直流給電システム１０において、前記電池モジュール冷却装置は、前記取付位置の間に設けられる冷却液流路サイクルシステム、又は前記サセプタ背面に取り付けられる冷却液流路サイクルシステムである。

本発明の直流給電システム１０において、固定電池ユニット１１及び／又は電池モジュール１３を構成する単体電池セルは、１８６５０型電池、２１７０型電池、４６８０型電池、ブレード電池又はソリッドステート電池等であってもよい。

本発明において、前記移動機器は、車両、航空機、又は船舶であってもよい。

本発明において、表示スクリーン（車両中央表示スクリーン又は給電システム自体の専用表示スクリーン）に、該直流給電システム１０の回路結線図を表示させ、各電池モジュールの電量及び稼働／休止状態を直感的に表示してもよい。そのうち、余剰電量は、電池の残量マークにより表示される。電池稼働／休止状態は色により表示され、例えば稼働使用中の電池は赤色に表示され、休止中の電池は灰色に表示される。これにより、電池の使用及び充電・交換の計画を合理的に立てるようユーザに注意喚起する。相応するモードは、ユーザがスクリーンをタッチすることにより選択してもよいし、音声入力により呼び出してもよい。

本発明において、前記外部データ交換ブロック１５は、車両ネットワーク、ナビゲーションソフトウェア等から関連データ、例えば路面状況情報データ、特定道路区間の制限速度データ、交通規制情報データ等を取得してもよい。

本発明は、直流電源、電池取付位置、制御システム、データ交換システム及び表示システムを備える電池モジュール充電システムであって、充電電力量及び電池充電にかかった時間に基づいて、課金を行う、電池モジュール充電システムをさらに提供する。

本発明の電池モジュール充電システムにおいて、複数のユニットバッテリセルからなる電池モジュールは、それぞれ自体に付随する電極により前記電池槽に設けられた電極に接続される。

本発明の電池モジュール充電システムにおいて、電池が挿入された前記電池槽に対して識別を行い、電池ブランド、使用履歴、余剰寿命、余剰電量及び相応する推薦価格に対して表示を行う。

以上に記載された内容は本発明の具体的な実施形態に過ぎず、しかし本発明の保護範囲はここに限定されず、当業者であれば、本発明に開示された技術範囲内で容易に想到できる変化又は置換は、いずれも本発明の特許請求の範囲の保護範囲内に含まれるべきである。

Claims

固定電池パックユニット及び可変電池パックユニットを備え、
前記可変電池パックユニットは、
外部に電池モジュール電極及び電池モジュールデータ交換インタフェースが備えられ、それぞれ複数の単体の電池セルを組み合わせて封止した複数の電池モジュールと、
それぞれ前記複数の電池モジュールを収容するための複数の電池取付位置を備え、各前記電池取付位置には、前記電池モジュールの前記電池モジュール電極に電気的接続されるサセプタ電極端子、及び前記電池モジュールデータ交換インタフェースに接続されるサセプタデータ交換インタフェースが設けられるサセプタと、
選択スイッチ及びスイッチコントローラを備え、前記選択スイッチが、前記電池取付位置に対応して設けられ、前記スイッチコントローラの制御に基づいて前記電池取付位置に取り付けられた前記電池モジュールの使用と休止を選択する給電モード切替ブロックと、
直流給電システムにより駆動される移動機器の電子制御ユニットと接続しデータ交換する外部データ交換ブロックと、
前記外部データ交換ブロックに接続され、且つ前記スイッチコントローラに接続され、前記外部データ交換ブロックにより入力されたデータに基づいて、そのうちの１つ又は複数の前記電池モジュールを動的に選択して動作状態にさせる電池制御ブロックと、を備え、
前記外部データ交換ブロックは、車両ネットワーク又は前記電子制御ユニットにより送信された給電需要データを受信し、前記給電需要データは、前記移動機器の現在路面状況データ、運転手の現在運転行為データ、車速データ、車両加速度データ、制動ペダル状態データ及び加速ペダル状態データを含み、前記現在路面状況データは車両の前方の混雑状況を示すデータである、
前記外部データ交換ブロックにより入力されたデータに基づいて、そのうちの１つ又は複数の前記電池モジュールを動的に選択して動作状態にさせることは、現在車速データ及び前記外部データ交換ブロックからの前方路面状況データに基づき、路面状況の許容車速に応じて１つ又は複数の前記電池モジュールを動的に選択して動作状態にさせることを含む、
ことを特徴とする直流給電システム。
前記電池制御ブロックは、該直流給電システムが複数の給電モードで作動するように前記給電モード切替ブロックを制御し、該複数の給電モードは、前記可変電池パックユニットのうちの少数個の前記電池モジュールのみを使用するモード、前記可変電池パックユニットのうちの多数個の前記電池モジュールを使用するモード、固定電池パックユニットを使用するモード及びそれらの組合せ、を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の直流給電システム。
前記給電需要データは、人工知能アルゴリズムに基づいて履歴路面状況データ及び運転手の履歴運転習慣データ、並びに現在路面状況データに対して処理を行った後のデータをさらに含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の直流給電システム。
データ記憶ブロックをさらに備え、前記電池制御ブロックは、前記複数の電池モジュールのうちの各電池モジュールの稼働状態及び使用履歴を記録することで、前記複数の電池モジュールのうちの各電池モジュールの稼働状態データ及び使用履歴データを取得し、前記データ記憶ブロックに記憶して、前記移動機器の前記電子制御ユニットの呼出しにより、各電池モジュールの稼働状態及び使用履歴を表示機器に表示させる、
ことを特徴とする請求項１に記載の直流給電システム。
ユーザは、表示される何らかの電池モジュールの稼働状態及び使用履歴に応じて、個人の運転好みに基づいて何らかの電池モジュールの組合せを選択使用し、選定された組合せを自己定義モードとして前記データ記憶ブロックに記憶する、
ことを特徴とする請求項４に記載の直流給電システム。
ユーザは、表示される何らかの電池モジュールの稼働状態及び使用履歴に応じて、路面状況に基づいて何らかの電池モジュールの組合せを選択使用し、選定された組合せをユーザ定義モードとして前記データ記憶ブロックに記憶する、
ことを特徴とする請求項４に記載の直流給電システム。
前記電池制御ブロックは、路面状況に応じて、何らかの電池モジュールの稼働状態及び使用履歴に基づいて何らかの電池モジュールの組合せを選択使用し、システム定義モードとして前記データ記憶ブロックに記憶する、
ことを特徴とする請求項４に記載の直流給電システム。
ＡＩ機械学習ブロックをさらに備え、前記電池制御ブロックは、何らかの電池モジュールの稼働状態及び使用履歴に応じて、運転者の習慣と結び付け、人工知能のアルゴリズムに基づいて、何らかの電池モジュールの組合せを選択使用し、ユーザに推薦して選択させ、保存するようユーザに提示する、
ことを特徴とする請求項４に記載の直流給電システム。
前記電池制御ブロックは、入力された道路状況データに応じて自動的に電池給電モードを切り替え、駆動される移動機器のセンサにより前方道路が渋滞であると検知されると、少数個の前記電池モジュールのみを使用する給電モードを選択し、駆動される移動機器のセンサにより前方道路が閑散であると検知されると、自動的に一部の前記電池モジュールと前記固定電池パックユニットとを組み合わせて使用する給電モードに切り替える、
ことを特徴とする請求項１に記載の直流給電システム。
前記電池制御ブロックは、入力された加速ペダル状態データに応じて自動的に電池給電モードを切り替え、加速ペダルが固定時間踏み込まれたと判断した後に直ちに一部の前記電池モジュールと前記固定電池パックユニットとを組み合わせて使用する給電モードに切り替える、
ことを特徴とする請求項１に記載の直流給電システム。
前記電池制御ブロックは、入力された車速データに応じて自動的に電池給電モードを切り替え、車速が予定速度に達したと判断すると、少数個の前記電池モジュールのみを使用する給電モードに切り替える、
ことを特徴とする請求項１に記載の直流給電システム。
前記電池制御ブロックは、道路状況に応じて自動的に電池給電モードを切り替え、駆動される移動機器のセンサにより道路条件が運転者の追い越しや合流を許容すると検知されると、一部の前記電池モジュールと前記固定電池パックユニットとを組み合わせて使用する給電モードに切り替える、
ことを特徴とする請求項１に記載の直流給電システム。
前記電池制御ブロックは、機械学習及び深層学習を利用し、過去の路面状況データ及びユーザの運転習慣データに基づいて、ユーザ運転嗜好に合った組合せモードを形成し、自動的に現在の電池制御に応用する、
ことを特徴とする請求項８に記載の直流給電システム。
前記電池制御ブロックは、機械学習及び深層学習のモデルを利用し、過去の路面状況データ及びユーザの運転習慣データに基づいて、ユーザ運転嗜好に合った組合せモードを形成し、表示させてユーザに推薦しユーザにより選択使用される、
ことを特徴とする請求項８に記載の直流給電システム。
表示スクリーンに給電システムの回路結線図を表示させ、特定の色又は図形を用いて各前記電池モジュールの稼働又は休止状態を表示する、
ことを特徴とする請求項１に記載の直流給電システム。
前記移動機器は、車両、航空機、又は船舶である、
ことを特徴とする請求項１に記載の直流給電システム。
請求項１に記載の直流給電システムの前記電池モジュールに対して充電を行うための電池モジュール充電システムであって、
直流電源、電池取付位置、制御システム、データ交換システム及び表示システムを備え、前記電池モジュールに充電した充電電力量及び電池充電にかかった時間に基づいて、課金を行う、
ことを特徴とする電池モジュール充電システム。
複数のユニットバッテリセルからなる前記電池モジュールは、それぞれ自体に付随する電極により前記電池取付位置に設けられる電極に接続される、
ことを特徴とする請求項１７に記載の電池モジュール充電システム。
前記電池取付位置に挿入された前記電池モジュールに対して識別を行い、電池モジュールのブランド、使用履歴、余剰電量、余剰寿命及び相応する推薦価格に対して表示を行う、
ことを特徴とする請求項１７に記載の電池モジュール充電システム。
支払いシステムをさらに備え、ユーザは支払いシステムにより電池の充電や取引を完成させる、
ことを特徴とする請求項１７に記載の電池モジュール充電システム。