(57)【要約】  車両電力交換システムは、車両が走行する地面に配置可能な少なくとも１つの電源ターミナルを含む。電力交換ターミナルは、少なくともドロップ機構又はリフト機構を備える。ドロップ機構は、その電力交換中に車両から消耗動力電池を放出するために電力交換ターミナルと関連付けられる。また、リフト機構は、電力交換中に充電済み動力電池を車両に挿入するために電力交換ターミナルと関連付けられる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両電力交換のためのシステムにおいて、
少なくとも１つの電力交換ターミナルであって、前記電力交換ターミナルが地面に配置可能であり、前記電力交換ターミナルが、車両走行面上に配置されたときに、電力交換のための車両が、電力交換中に前記電力交換ターミナルの上を走行できるように十分に低い断面を有し、前記電力交換ターミナルが、
ａ．少なくとも１つの電力交換ターミナルと関連付けられ、電力交換中に消耗動力電池を車両から放出するためのドロップ機構、又は、
ｂ．前記少なくとも１つの電力交換ターミナルと関連付けられ、電力交換中に充電済み動力電池を前記車両に挿入するためのリフト機構とを有する、車両電力交換のためのシステム。
【請求項２】
前記少なくとも１つの電力交換ターミナルが、少なくとも２つの電力交換ターミナルを含み、前記少なくとも２つのターミナルの第１のターミナルが、前記ドロップ機構を含み、前記少なくとも２つのターミナルの第２のターミナルが前記リフト機構を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも２つの電力交換ターミナルが、電力交換ストリップを構成する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
複数の前記電力交換ストリップを更に含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の電力交換ストリップが、車両電力交換のための電力交換設備を構成する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記少なくとも電力交換ターミナルと動作的に関連付けられ、前記少なくとも１つの電力交換ターミナルと電力交換を要求する前記車両との間で通信するための無線通信装置を更に含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の電力交換ターミナルが、電力交換を要求する車両から消耗動力電池を受け取るための第１のステーションであり、前記第２の電力交換ターミナルは、前記リフト機構及び充電済み交換用動力電池と関連付けられ、前記消耗パワーパックが取り外された後で前記車両内に取り付けるための第２のステーションである、請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
プロセッサが、前記第１のステーションと前記第２のステーションの間の車両の移動を制御する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記動力電池が、前記リフト機構の隣に配置されたコンテナ内に配置された、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コンテナが、更に、冷却器を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記リフト機構が、前記ブームの第１端で前記少なくとも１つの充電ターミナルに取り付けられたブームを有し、前記ブームが、前記電力交換のための車両に挿入する充電済み動力電池を受け取るための第２端を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記ブームの前記第１端が、前記少なくとも電力交換ターミナルに枢動可能に接続する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記リフト機構が、更に、前記ブームを第１の地面位置から第２のリフト位置に作動させて前記動力電池を前記電力交換のための車両内に持ち上げるための油圧シリンダを有する、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記ドロップ機構が、前記ブームの第１端で前記第１のターミナルに取り付けられたブームを有し、前記ブームが、電力交換中に前記車両から取り外す消耗動力電池を受け取るための第２端を有し、前記リフト機構が、前記ブームの第１端で前記第２のターミナルに取り付けられたブームを有し、前記ブームが、前記電力交換のための車両に挿入する充電済み動力電池を受け取るための第２端を有する、請求項２に記載のシステム。
【請求項１５】
前記ドロップ機構が、前記ブームの第１端と第２端で前記少なくとも１つのターミナルに取り付けられて前記電力交換のための車両上のロックと係合するブームを有し、前記ロックと係合することにより前記動力電池が前記車両から切り離される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記リフト機構が、前記ブームの第１端で前記少なくとも１つのターミナルに取り付けられたブームを有し、前記ブームが、前記車両の２つのロックと係合する前記交換用動力電池を支持して、それにより前記交換用電池を前記車両に挿入し、前記２つのロックによって適所に保持する第２端を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
車両電力交換方法であって、
電力交換する車両を、電力交換ストリップに沿った第１の位置で受け取るステップと、
前記第１の位置で前記車両から前記動力電池を放出することによって、前記車両から消耗動力電池を取り外すステップと、
前記電力交換ストリップに沿った第２の位置で前記車両を受け取るステップと、
前記第２の位置で交換用動力電池を前記車両に挿入するステップとを含む方法。
【請求項１８】
前記消耗動力電池を取り外すステップが、前記第１の位置と関連付けられたドロップ機構を使用して前記消耗動力電池を取り外すステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記ドロップ機構が、前記ブームの第１端で前記電力交換ストリップに取り付けられたブームを有し、前記ブームが、電力交換中に前記車両から取り外す消耗動力電池を受け取るための第２端を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記ドロップ機構は、前記車両が前記第１の位置と前記第２の位置の間を横切る地面に配置するのに十分に低い断面を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記交換用動力電池を挿入するステップは、リフト機構を使用して前記交換用動力電池を持ち上げるステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
前記リフト機構が、前記ブームの第１端で前記電力交換ストリップに取り付けられたブームを有し、前記ブームが、前記電力交換する車両に挿入する充電済み動力電池を受け取るための第２端を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記リフト機構が、前記車両が第１の位置と第２の位置の間を横切る地面に配置するのに十分に低い断面を有する、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記交換用動力電池を挿入するステップが、リフト機構を使用して前記交換用動力電池を持ち上げるステップを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記ドロップ機構と前記リフト機構は両方とも、前記車両が前記第１の位置と前記第２の位置の間を横切る地面に配置するのにそれぞれ十分に低い断面を有する、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
前記第１の位置から前記第２の位置まで移動する前記車両に電力供給する車載補助電源によって前記車両が、前記第２の位置で前記第１のステーションから受け取られる、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２０１６年１１月１４日に出願された米国仮出願第６２／４２１，７６４号の利益を要求する。
【０００２】
本発明は、バッテリなどの１つの電源を別の電源と取り換えること（即ち、交換）を限定なしに含む電源を交換するための方法及びシステムに関する。有利には、これは、電気自動車の電源の交換を含む。
【背景技術】
【０００３】
代替燃料車両はますます一般になってきている。そのような車両は、ガソリンやディーゼルなどの従来の石油以外の代替燃料源を使用する。幾つかの代替燃料源には、天然ガス、バッテリ／化学的電源、燃料電池などが含まれるがこれらに限定されない。従来の車両と同様、車両によって消費された燃料源は補充されなければならない。この結果、代替燃料車両の燃料源を補充するための様々な燃料補給、充電、再生又は他の手段が開発された。
【０００４】
多くの例でバッテリによって電力供給される代替燃料車両は、車両に搭載されたバッテリを充電する適切な充電レセプタクルに車両をプラグ接続することによって充電される。この方法に対する１つの代替は、消耗後の車両上のバッテリパックを完全に充電されたバッテリと交換することである。しかしながら、当技術分野で代替電動車両バッテリ交換を行うための現在の技術は、バッテリ交換中の車両に対応する設備のための大規模なインフラストラクチャと、一連の消耗バッテリを充電された交換用バッテリと交換するのに必要な機構とを必要とする。従って、そのようなシステムは、バッテリが消耗するたびに代替電動車両を補充する手段としての実時間バッテリ交換を可能にする段階で、経済的に実現できずかつ／又は開発されない。
【０００５】
好ましい代替燃料車両の１つの最近の進歩は、参照により本明細書に組み込まれる、２０１６年４月２２日に出願された特許文献１において提供されており、この出願は、補助電力交換装備車両のコンテナ（コンテナは、バッテリバンク、燃料電池、又は集合的に「電源」と呼ばれる他の貯蔵式電力装置などの電源を含む）内に配置された電源を含む車両の主電源を取り外し、受け取り、充電し、配置し、交換するための独特の方法及びシステムを使用する自律的リニア交換（ＡＬＥ）として知られる技術を対象としている。特許文献１の方法及びシステムでは、適切に装備された車両は、消耗電源を有するコンテナを取り外して充電済み電源を有するコンテナを挿入するために、車両に搭載されたリフト機構を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１７２６０５号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この技術は、特許文献１の方法及びシステムの発展又は代替を対象とする。電力交換のためのこの方法及びシステムでは、消耗電源を有するコンテナを取り外し、充電済み電源を有するコンテナを挿入するための機構が、特許文献１の方法及びシステムのように車両に搭載されるのではなく、適切な電力交換位置の地面上に提供され、電力交換ターミナルに取り付けられる。この機構は、特許文献１のシステムの機構と同様に動作する。従って、この開示は、この方法及びシステムの違いを強調する。したがって、同様に動作する要素は、その開示が参照によってこの開示に組み込まれるので、この開示では詳細に検討されない。
【０００８】
リフト提供機構と電力交換ターミナルは、コンクリート面などの地上に設置され、車両が、リフト、コンテナ及びターミナルの上を走行できるようにするのに十分に低い断面を有する。従って、この方法及びシステムは、リフト機構と電力交換ターミナルを地下に配置したり地面に埋め込んだりすることを必要とせず、またリフトとターミナルの配置と操作に対応するために地面破壊を必要としない。
【０００９】
より具体的には、この開示の技術を使用して、主電源（例えば、コンテナ又は他の交換可能ユニット内に配置された電動車両の駆動バッテリ）を交換できる。しかしながら、この技術は、電気自動車を含む車両によって使用される様々なタイプの電源を含む任意の電源を交換する用途に適応されうる。本発明は、前記電源、バッテリ又は燃料電池を極めて高い効率と単純さで受け取り、充電し、構成し、配備するように設計された据付型機器と、自動車設計に組み込むように意図され車両が据付型機器と相互作用することを可能にする構成要素及びモジュール式コンテナとの両方に関する。
【００１０】
１つの有利な形態において、適切な車両は、この開示で「コンテナ」と呼ばれる独立したバッテリバンク、バッテリパック、パワーパック、燃料電池を含む電池（集合的伝統的に「電源」と呼ばれ、１つ以上の電池又は個別のパワーユニットを含みうる）などを有する。また、このコンテナは、有利な実施形態では冷却器を含み、コンテナは、また、コンテナが、主駆動システム電力を車両に提供する独立型の着脱可能電源であることを可能にする他の要素を含みうる。このコンテナは、このシステムを使用して、電力が無くなったときに電力が充電されたコンテナと交換される。
【００１１】
更に、車両の主電源であるコンテナに加えて、車両は、主電源を有するコンテナとは別に、コンテナ交換中に役立つ補助電源を有すると有利である。補助電源は、消耗主電源が車両から取り外された後で、車両が第１のターミナルから第２のターミナルに移動するための電力を供給する。補助電源は、通常、回生制動及び主電源によって充電される。しかしながら、主電源（コンテナ内）と補助電源（車両内に恒久的に取り付けられた）は両方とも、車両を適切な充電コンセント／電源に差し込むことによっても充電されうる（要求によりメーカによるオプションとして）。
【００１２】
本発明は、その１つの形態において、車両電力交換のためのシステムに関する。このシステムは、少なくとも１つの電力交換ターミナルを有する。電力交換ターミナルは、地面に配備可能である。電力交換ターミナルは、車両走行面に配置されたとき、電力交換の車両が、電力交換中に電力交換ターミナルの上を走行できるように十分に低い断面を有する。電力交換ターミナルは、少なくともドロップ機構又はリフト機構を有する。ドロップ機構は、電力交換中に車両から消耗動力電池を放出するために少なくとも１つの交換ターミナルと関連付けられる。リフト機構は、電力交換中に充電済み動力電池を車両に挿入するために少なくとも１つの電力交換ターミナルと関連付けられる。
【００１３】
システムのひとつの更に有利な形態において、少なくとも１つの電力交換ターミナルが、少なくとも２つの電力交換ターミナルを含み、少なくとも２つのターミナルの最初の１つがドロップ機構を含み、少なくとも２つのターミナルの次のものがリフト機構を含む。
【００１４】
更に有利な形態において、システムは、２つ以上の電力交換ストリップを含み、電力交換ストリップは、車両電力交換用の電力交換設備を構成する。例えば、電力交換ストリップが、電力交換ターミナルの配列で構成されうる。
【００１５】
本発明は、その別の形態において、車両電力交換のための方法に関する。方法は、車両電力交換機を電力交換ストリップに沿った第１の位置で受け取ることと、第１の位置で車両から動力電池を放出することによって車両から消耗動力電池を取り外すこととを含む。次に、車両は、電力交換ストリップに沿った第２の位置で受け取られる。最後に、交換用動力電池が、第２の位置で車両に挿入される。
【００１６】
本発明は、その別の形態において、車両電力交換のためのシステムに関する。システムは、少なくとも１つの電力交換ターミナルと、電源を有し電力交換ターミナルと関連付けられた少なくとも１つのコンテナとを有する。電力交換ターミナルと電力交換を要求する車両の間で通信するための無線通信装置が、電力交換ターミナルと動作的に関連付けられる。電力交換を要求する車両の制御及び調整機能のためのプロセッサが、電力交換ターミナル及び無線通信装置と関連付けられる。このプロセッサは、車両又は電力交換ターミナルに実装されうる。
【００１７】
更に他の形態において、本発明の電力交換ターミナルは、電動リフト機構も収容する。そのような有利な形態において、リフト機構は、通信接続を介してプロセッサによって呼び出されたときに、主電源コンテナを上昇及び下降させるように活動化されうる。これを行う際、車両が電力交換ターミナルの真上の所定位置にある場合に、リフト機構は、消耗主電源を有するコンテナを車両から取り外すことができる。同様に、電力交換ターミナルに取り付けられたリフト機構が、充電済み主電源を有するコンテナを車両に挿入できる。
【００１８】
本発明の電力交換ターミナルは、更に、電力交換ターミナルが関連付けられたコンテナ上のポートと一致するポートを収容する。そのようなポートは、導電接点を含む電気コネクタ、圧縮燃料を送るための装置、又は電力交換ターミナルからコンテナ及びコンテナから電力交換ターミナルへの電力又は燃料を送ることを可能にする他の継手の形でよい。これにより、双方向接続が達成され、電力又は燃料の双方向流が抑制されない。
【００１９】
１つの更に他の形態において、少なくとも２つの電力交換ターミナルが長さ方向に隣接して配置されて、電力交換ストリップが構成されうる。次に、電力交換ストリップは、電力交換を要求する車両から電源を有する消耗コンテナを受け取るための１つのターミナルと、消耗コンテナが取り外された後でコンテナを車両に取り付けるための、充電済み電源を有する交換用コンテナを備えた少なくとも１つの付加ターミナルとを有する。
【００２０】
１つの更に有利な形態において、プロセッサと無線接続が、第１のステーションと第２のステーションの間の車両の動きを制御する。
【００２１】
代替形態において、車両によって、採用される電源は、化学的バッテリパック若しくは燃料電池パック、圧縮ガス、又は他の充電可能若しくは補充可能な電源である。
【００２２】
本発明は、その別の形態において、電力交換のための車載システムに関する。車載システムは、主に車両の移動の電力を供給するための主電源を有する着脱可能なコンテナを有する。消耗コンテナの放出、消耗パワーパックが取り外された後の車両の移動、及び充填済み又は補充済み電源を有する交換用コンテナの車両への挿入を含む、電力交換中の車両の必須機能を制御するためのコンピュータプロセッサが、車両と関連付けられる。コンテナを車両に固定しコンテナを車両から放出するためのロック機構が、コンピュータプロセッサと関連付けられる。また、電力交換シーケンスに従って車両の移動を制御し、電力交換ターミナル上のリフトの活動化を調和させて電源コンテナの取り外し又は交換を行うためのフィードバック送信ユニット及び車両制御ハードウェアが、コンピュータプロセッサと動作的に関連付けられる。
【００２３】
本発明は、その別の形態において、車両電力交換のための方法に関する。この方法は、電力交換のための車両を電力交換ストリップの入口の第１の位置に受け取ることと、電力交換中に車両機能と電力交換ターミナル機能を制御するために車両と電力交換ストリップの間の無線通信接続を確立することを含む。方法は、更に、無線通信接続を介して車両のコンピュータプロセッサに指示を通信して、消耗電源を有するコンテナを電力交換ストリップに沿った第１の位置で車両から放出することを含む。次に、車両は、電力交換ストリップに沿った第２の位置に移動される。最後に、充電済み電源を有する交換用コンテナが車両に挿入され、交換用コンテナは、電力交換ストリップの第２の位置で関連付けられる。方法は、更に他の形態において、取り外された主電源の電力を補う車両に搭載された補助電力を使用して、車両を電力交換ストリップに沿った第２の位置に移動させることを含む。
【００２４】
１つの更に他の形態において、プロセッサは、通信接続によってリフト機構を活動化させ、コンテナを車両に固定するロックを電力交換ストリップに沿った第１の位置で解除し、その結果、車両が、消耗主電源を有するコンテナを放出する。
【００２５】
この方法は、更に他の形態において、電力交換ストリップの第２の位置と関連付けられた充電済み主電源を有するコンテナを、第２の位置と関連付けられたリフト機構を活動化させることによって車両に挿入することを含む。ひとつの更に有利な形態において、リフト機構は、電力交換ターミナルに組み込まれる。
【００２６】
使用において、適合車両は、電力交換ストリップへの入口に所定の範囲で近づき、車両は、ターミナルとの無線通信を自動的に確立し、停止し、通常運転制御が中断される。この時点で、リモートサーバからの無線通信が、電力交換ストリップに沿ったどのターミナルに立ち寄り対話するかの指示を、車両の搭載プロセッサに提供する。指示を受け取った後で、車両の自律制御システムは、車両と連動し、人間対話を必要とすることなく指示された空ターミナルの上の正確な位置まで車両を運転する。次に、車両は、車載補助電源に切り替わり、無線通信によって、電力交換ターミナルのリフト機構を活動化させて上昇し、消耗主電源を有するコンテナと接触させる。次に、プロセッサは、コンテナを車両に固定するロックを解除し、再びターミナル上のリフト機構を活動化させて消耗主電源を有するコンテナを車両より低い静止位置に下降させ、車両がターミナルとコンテナの上を自由に通過することを可能にする。次に、車両は、補助電力下で、充電ストリップ上の無線及び光学的合図によって案内され、提供された指示によって指定された交換用コンテナを保持するターミナルまで移動する。次に、プロセッサは、通信接続によって、充電済み電源を有する指定ターミナル上のリフト機構を活動化させてコンテナを車両の搭載位置まで持ち上げる。次に、ロックが、コンテナを車両に固定し、プロセッサは、電力交換ターミナルのリフトを再び活動化させて、車両と固定コンテナから離し、低い静止位置に格納する。車両は、次に、補助電力から充電済み主電源に切り替わり、自律制御下で電力交換ストリップの出口まで前進する。車両が、ストリップの最後の上を通るとき、車両は自動的に停止し、自律制御を中断し、通常制御を回復させる。車両は、通常制御下で充電済み主電源を有するコンテナと共にストリップから前進でき、同時に消耗主電源を有するコンテナを充電のためにストリップ上に残す。
【００２７】
次に、本発明の好ましい実施形態を、例として添付図面を参照して述べる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明によるストリップ上にある２つのコンテナを有する自律的リニア交換（ＡＬＥ）電力交換ストリップの側面図である。
【図２】図１に示された自律的リニア交換電力交換ストリップと２つのコンテナの上面図である。
【図３】本発明によるＡＬＥ電力交換を行うために車両が所定位置に示された、図１の自律的リニア交換システムの側面図である。
【図４】図３に示された自律的リニア交換システム及び車両の上面図である。
【図５】本発明による自律的リニア交換装備車両の側面図である。
【図６】図５の線６−６に沿って得られた自律的リニア交換装備車両の上面図である。
【図７】本発明による自律的リニア交換コンテナの側面図である。
【図８】図７の線８−８に沿って得られた自律的リニア交換コンテナの上面図である。
【図９】本発明により示された油冷却器を備えた自律的リニア交換コンテナの側面図である。
【図１０】自律的リニア交換油冷却器の側面図である。図１０ａは、図１０から拡大された単一の油冷却器及び分離コアの拡大図である。
【図１１】図１０に示された自律的リニア交換油冷却器及び分離コアの上面図である。図１１ａは、図１１に示された単一の油冷却器及び分離コアの拡大図である。
【図１２】ＡＬＥターミナルの上の停止位置における交換プロセス中の自律的リニア交換装備車両の電力交換ステップを一連の側面図として示すパネルＡ−Ｆを含み、本発明の二段階電力コンテナ操作方法を示す。
【図１３】ＡＬＥ電力コンテナの端部を固定する自律的リニア交換ロック機構の側面図である。
【図１４】本発明による自律的リニア交換装備車両の前端部の側面図であり、コンテナを車両に固定するロック機構を示す。
【図１５】本発明による自律的リニア交換ロック機構の前正面図である。
【図１６】本発明による自律的リニア交換ロック機構の上面図である。
【図１７】本発明による道路の脇に沿った複数のＡＬＥ装備車両にサービス提供する自律的リニア交換プラザの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
次に図を参照し、詳細には図１〜図４を参照すると、１つの典型的形態において、システム１０などの本技術の自律的リニア交換（ＡＬＥ）が、消耗電源を有するコンテナ１７（即ち、電源が消耗した車両３０のコンテナ１７ａ、図３と図４）を、電気自動車３０などの適切に構成された車両の充電済み電源を有するコンテナ（例えば、コンテナ１７ｂ及び１７ｃ、図３と図４）と交換するために使用されうる。車両３０などの適合車両は、ＡＬＥを可能にし、したがって以下でストリップ１２と呼ばれる据付型機器の使用を可能にする独特な属性（例えば、以下の検討を参照）を有する。ストリップ１２は、消耗電源を有するコンテナを収容するための空の少なくとも１つのターミナル１２ａと直列に配置された少なくとも２つの低断面電力交換ターミナル１２ａ，１２ｂ，１２ｃからなる。ストリップ１２は、モジュール式であり、補助ターミナル１２ａ，１２ｂ，１２ｃをストリップ１２に追加し又はそこから除去することによって、その長さと、それによりコンテナ１７（充電済み電源と消耗電源の両方を含む）のその容量を容易に増減できる。
【００３０】
リフト機構は、近位端（ターミナルベース１２４に取り付けられる）に旋回点１２１を有するブーム１２０と、遠位端にターミナル１２ａ，１２ｂ，１２ｃと関連付けられたコンテナ１７の下側上の接点１３１と適合する先端１２２とを有する電力交換ターミナル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの設計に組み込まれる。このブーム１２０は、ブーム１２０とターミナルベース１２４の基部の間に位置決めされたアクチュエータ又はラム１２３によって上昇及び下降される。ラム又はアクチュエータ１２３は、車両の搭載プロセッサから受け取ったコマンドによって、電力交換シーケンスと協調して活動化される。リフト機構のブーム１２０は、極めて低い断面で、特に低い静止位置でコンテナ１７の下側の溝１３２（図７）に部分的にぴったり嵌まり、したがって、コンテナ１７とその下のブーム１２０の両方が、電力交換を実行する車両３０によって完全に駆動されうる。端子のリフト機構のブーム１２０は、また、電力交換を行う車両の独立操作を支援する光学合図及び他の静止誘導信号でマークされる。ブーム１２０と遠位端にあるブーム先端１２２は、極めて単純であり、更に、二段階上昇プロセス（後述される）によりコンテナ１７の完全な制御を維持する。
【００３１】
１つの更に他の形態において、リフト機構のブーム先端１２２近くの電気接点１３３は、コンテナ１７の電源と、コンテナ１７内の電源を充電するためのターミナル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ側の充電器又は電源との間の二方向電力接続を確立するために利用される。この単一の必要な接点は、最大幅のコンテナ１７のサイズと形状を可能にし、したがって自動車設計をほとんど制限しない。ターミナルベース１２４内に充電器及び／又は油圧ポンプがはめ込まれてもよく、そうでない場合、ターミナル１２ａ，１２ｂ，１２ｃが、電気延長ケーブル及び油圧ホース、更には動力学的制御システムによってリモートに操作されてもよい。これらの多用性と、ターミナル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ及びしたがってストリップ１２設計の単純さにより、システムは、地面破壊を必要とせず、数時間で現場で組み立てられ又は現場から除去できる。これは、コストと責任の低減によってインフラストラクチャ拡張性を最大化できるので、開発の重要ポイントである。
【００３２】
この構成の１つの重要性は、電源を有するコンテナ１７が、補助電力下で車両３０によって位置決めされ、適切なターミナル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ上に配置され、次に完全に駆動され、車両３０の左側及び右側タイヤによってまたがられ得ることである。
【００３３】
１つの代替の特定の形態において、傾斜道又は窪んだ舗装道路７は、電力交換中に電力交換端子と車両との間に十分なクリアランスを提供することが必要になる。
【００３４】
ＡＬＥシステム１０が線形で、一連のコンテナ１７（図１〜図４のコンテナ１７ｂ及び１７ｃ）が縦に並ぶように端子が離間された状態なので、車両３０は、ストリップ１２とコンテナ１７の列（例えば、コンテナ１７ｂ，１７ｃ）の上に乗り上げることができ、それにより、コンテナ１７を交換し編成するために高価な据え付けロボットオートメーションの必要がなくなる。これは、図３に関する以下の検討でより明らかになる。
【００３５】
核心となる理解は、ＡＬＥ装備車両３０自体が、幾つかの既知の先行技術が採用する高価で複雑な据付型機器に置き換わることである。次に、車両３０は、消耗電源を有するコンテナ１７（例えば、コンテナ１７ａ）を、消耗電源を充電又は燃料供給するためのストリップ１２の空ターミナル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ上に置くことができる。次に、車両３０は、ストリップ１２上に配置された一連のコンテナ１７をまたぎながら補助電源（例えば、１６ａ，１６ｂ）を使用して前進又は後退できる。最後に、車両３０は自分自身を、指示によって示されたターミナルとコンテナの上に位置決めし、充電済み電源を有するコンテナ１７（例えば、コンテナ１７ｂ）を取得する。また、ストリップ１２は、コンテナ１７から情報を収集し、自律制御下で車両３０を案内し、コンテナ１７交換を実行するために使用する近距離無線通信システム、案内マーク及びプロセッサを含む。
【００３６】
移動（車両内）ＡＬＥ機器の説明
前述したようなＡＬＥに適合するために、車両３０などの車両は、主電源を有するコンテナ１７が運転システムから切り離され車両３０から取り外されたときに運転システムに電気的に接続される車載補助電源（例えば、１６ａ，１６ｂ）を使用して移動しロボット機能を実行できなければならない。
【００３７】
この補助電源（例えば、図６の１６ａ及び１６ｂ）は、主電源（即ち、車両のコンテナ１７）が切り離された後で車両３０をストリップに沿って移動させるのに必要なエネルギーが最小なので、大きくなくてもよくかさばる必要もない。補助電源（車両から出ない）を充電する標準的な方法は、回生制動によって生成されるエネルギーによるものであるが、他の方法も使用できる。この方法を使用すると、主電源からのエネルギーが浪費されず、むしろ通常使用中に車両のブレーキがかけられるたびに補助電源が充電される。
【００３８】
有利には、車両３０は、適合性のある自律制御機器と、無線及び光学的合図によってストリップ１２から情報を受け取り処理できるコンピュータとを備える。これらの指示に応じて、コンピュータ内に記憶されたＡＬＥロジックが、取り付けられた自律制御機器及び車両３０のモータコントローラを活動化させて車両３０をストリップ１２に沿って前進又は後退させ、指示に従って適切なターミナル１２ａ，１２ｂ，１２ｃの上に停止し、線形ストリップ１２の上で車両を完全に追跡し続ける。これらの通信及び自律機能に加えて、車両３０は、更に、ストリップ１２に沿った適切な位置で、提供された指示に協調して、車両３０からコンテナ１７を獲得及び放出できるロックシステム１３４（１１ａ，１１ｂ、図１３〜図１６）を備えなければならない。車両３０がＡＬＥに適合するように設計されていない場合は、十分な地面クリアランスを達成できる多くの場合にサブフレームを準備し、それを車両３０に取り付けてＡＬＥに適合するように適応させうる。
【００３９】
次に図５と図６を参照すると、決してこの技術の限定と解釈されるべきでないが、車両３０のホイールベース内のできるだけ最も低い点に配置された平坦な矩形コンテナ１７が、ＡＬＥ設計の最良実施例であることが決定された。そのような構成は、ＡＬＥ交換を行うために最良に位置決めされた最小侵略性のコンテナ１７を可能にする。
【００４０】
ＡＬＥモジュール式電源コンテナの説明
次に図７と図８を参照すると、ＡＬＥコンテナ１７は、非ＡＬＥコンテナと区別する幾つかの重要な副構成要素から成り、薄型として、また出来るだけ基本的な平坦長方形に近くなるように設計される。ほとんどの用途では、ステアリングホイール（図示しない）に対応するために十分なクリアランスを可能にするために、平坦な矩形形状の角の幾つか又は全てを面取り１４することが必要になる。
【００４１】
コンテナ１７の構造は、構造的「脊椎」１５のまわりに設計され、脊椎１５は、長手方向の剛性を提供し、並びに車両３０の前方及び後方主ロック１３４ａ，１３４ｂを受けるための構造的バイト１８ａ，１８ｂを各端に提供する溝からなる（図５と図６を参照）。脊椎１５は、また、コンテナ１７の長さに延在し、電源モジュールを前方電気接点２１ａ、中央電気接点１３１及び後方電気接点２１ｂに接続する電気バス２０のための通路と保護を提供する。これにより、自動車メーカは、駆動力並びに追加の充電オプションに関してコンテナの前方又は後方を開発できる。中央電気接点は、押し下げ可能な保護カバー１３１ａを有し、保護カバー１３１ａは、ターミナル１２０のブーム先端１２２によって下から押されたときに、ブームの遠位端近くで接触する電気接点を露出する。これらの接点は、コンテナ１７がターミナル１２ａ，１２ｂ，１２ｃ上で低い静止位置内にある間接続される。また、電気バスは、以下の開示でより詳述されるように、コンテナ全体のセンサからデータを収集し、次にそのデータをＡＬＥ制御センターに送るデータ収集及び記憶モジュール２２を含む。
【００４２】
次に図７から図１１ａを参照すると、この特定の例の脊椎１５は、コンテナ１７用の油冷却器９を収容する。油冷却器領域は、通常、コンテナ１７の脊椎１５内の中央にあるが、コンテナ１７内のどこに配置されてもよい。冷却器９は、コンテナ１７自体と同じように、幾つかのコア９ａ〜９ｄからなるモジュール式である。各コア９ａ〜９ｄは、適合サイズのファン２５に取り付けられた小さな耐鉱油放射器２３及びマイクロポンプ２４からなる。図１０ａと図１１ａが、冷却器９が実際にコア９ａ〜９ｄからなることをよりはっきりと強調するために個別のコア９ａを示し、したがって、コンテナ１７の用途に合わせて冷却を増減するためにコア９ａ〜９ｄを追加又は削減できる。
【００４３】
冷却器９サイズは、コンテナ１７の様式の平均的使用に適合される。例えば、様式Ａコンテナ１７は、標準６コア冷却器９を備えることができ、様式Ａ−ＨＰ（High Performance）は、より高い電力消費率に対応するために１２コア冷却器９を備えうる。冷却器９の放射器２３は、通常はコンテナ１７の左側及び右側「翼」２６内に至る脊椎１５の溝耳部１５ｅ上にある入口及び出口２３ａ，２３ｂ内に設置され、鉱油又は類似の非導電性冷却剤は、解放循環系又は閉鎖循環系を使用して、小型インラインポンプ２４によって、放射器２３を介して、電源を収容する翼２６内に流れ込みうる。
【００４４】
コンテナ１７の骨組みは、また、主脊椎１５への二次構造の役割をし、またコンテナ１７の内容物を側面衝撃から保護する内向き耳部イヤ２７ｅを備えた周囲溝２７を有する。コンテナ１７は、上面が、耐油シールによって、軽量の耐水及び耐油材料（蓋２８）で覆れる。また、ストリップ１２上にある間の電源充電保守のために、パックの上部を太陽電池パネルで覆うことは有利な改造である。また、蓋２８は、上側面に沿ってストリップ１２の中心線に類似のコンテナ１７の中心線に沿って中心合わせされた色及び形状マークを有し、したがって、ストリップ１２の上にある間にコンテナ１７の上を通る車両３０は、視覚的合図によって位置合わせを維持できる。底面又はパン２９は、道路上の危険要因による突き刺しや破損に耐えるように、ステンレス鋼や炭素繊維などのより耐久性の高い材料で作成される。また、底面又はパン２９は、耐油及び耐水シールを作成するために脊椎１５及び周囲溝耳部２７ｅに封止及びリベット留めされるか他の方法で固定される。
【００４５】
電源モジュール３１は、脊椎１５及び周囲溝２７に垂直に接続され、次に隠閉され、冷却剤に漬けられ、蓋２８とパン２９によって保護される。これらのモジュール３１は、脊椎１５に追加されても脊椎１５から除去されてもよく、脊椎１５、周囲溝２７、蓋２８及びパン２９は、考えられる任意の長さでよい。冷却コア９ａは、電源コンテナ１７の性能を変更するために電力モジュール３１と交換可能に配置されてもよく、重量分散のために空所のままでもよい。これらは、第１のＡＬＥバッテリバンクコンテナ１７の詳細であり、本明細書で保護される発明の範囲の限定と理解されるべきでない。
【００４６】
二段階電力コンテナ操作の説明
次に図１２とそのパネルＡ〜Ｆを参照すると、パネルは、二段階コンテナ１７操作シーケンスの教示を支援する段階的描写である。
【００４７】
開発初期、下降及び上昇プロセス中のコンテナ１７の安定性が課題であった。コンテナ１７は、大きな平坦で重い物体であり、ターミナル１２ａ，１２ｂ，１２ｃと車両３０との間で揺れるか、ぐらつくか、縦揺れするか、捻れることがあってはならない。この特定の問題の解決策を考案するために多数の他の設計が概念化された。それらの設計のそれぞれにおける難しさは、これらの設計が、コスト増加、寿命短縮及び耐久性低下（拡張の禁止）としても理解されうる高い複雑さを必要とすることであった。低コストと長寿命は高い拡張性の重要な要素なので、単純さを保つために以下の方法が開発された。
【００４８】
パネルＡ〜Ｆは、きわめて単純なリフト機構の実現を可能にして、コンテナ１７を確実に車両３０から取り外し交換することを可能にし、従って、高価で不確実な複雑さを不要にする二段階リフト上昇及び下降プロセスを表す。パネルＡ〜Ｆは、二段階コンテナ操作プロセスを示す車両３０の電力交換プロセスに沿った一連の段階的な図である。コンテナ１７を上昇させ下降させるこの方法は、縦軸に沿った位置３３で示されたように、コンテナ１７上の接点１３１が、ターミナルベース１２４とブーム１２０の旋回点１２１との反対方向に重心から僅かにずれているだけでよい。その結果、コンテナ１７が、車両３０のロック１３４ａ，１３４ｂ若しくはターミナル１２ａのブーム１２０又はこれらの両方に常に接している二段階上昇及び下降プロセスとなる。これは、常に少なくとも３つの接点を提供し、２つの点は、コンテナ１７の端にあるバイト１８の左側と右側でピン１９（図９）に接続されたロック１３４ａ，１３４ｂの左側と右側であり、第３の点は、ブーム先端１２２とコンテナ１７の接点１３１である。
【００４９】
次にパネルＡを参照すると、最初の段階で、車両３０は、空の電力交換ターミナル１２ａの上で搭載位置にロックされたコンテナ１７を有する。
【００５０】
次にパネルＢを参照すると、ターミナル１２ａのリフト機構が活動化され、リフト機構のブーム先端１２２とコンテナ１７の接点１３１が接触された後、車両のコンテナロック１３４ａ，１３４ｂが解除される。この時点で、ブーム先端１２２がコンテナ１７の重量を支える。
【００５１】
次にパネルＣを参照すると、コンテナ１７上の接点１３１が、ブーム旋回点１２１と反対方向に中心からずれているので、コンテナ１７は、接点１３１で動揺することもでき、コンテナは、前方ロックと接触したまま後方ロックから回転して外れる。
【００５２】
次にパネルＤを参照すると、コンテナ１７の重い方の端が、リフトのブーム１２０上のベース１２４近くにあるコンテナ受台３２と接触することによって動揺作用が停止されるので、このとき、コンテナ１７は、ブーム１２０によって固定され、受台３２の左側と右側と、この場合もブーム先端１２２と３つの接点を有する。
【００５３】
次にパネルＥを参照すると、ブーム１２０とコンテナ１７が互いに固定されるので、ブーム１２０が引き続き地面に近づくとき、コンテナ１７が前方ロック１３４ａから外れ、コンテナ１７が車両３０から取り外される。
【００５４】
次にパネルＦを参照すると、コンテナ１７が、低い静止位置（ブーム１２０が完全に格納された）にある場合、重い方の近位端は、コンテナ受台３２上に載ることによって支持され、遠位端は、自由に浮遊するか、きわめて重く大きいコンテナ１７の場合には支持するために受台が使用されうる。
【００５５】
次に、車両３０は、補助電力下で、提供された指示に従って、充電済み又は燃料供給済みコンテナ１７の上の所定位置に移動し、前述されたプロセスを逆に実行してコンテナ１７を取得し適所にロックし、次に電力交換ストリップ１２から出る。
【００５６】
ロックの説明
次に図１３〜図１６を参照すると、前述したように、ロック１３４は、使用中にコンテナ１７が車両３０から外れる恐れなしに、コンテナ１７を車両３０に固定し電力交換ストリップ１２から安全に前進させるために必要である。ロック１３４は、好ましくは事前設計されたコンテナ空所１７ａの前端（１３４ａ）と後端（１３４ｂ）で車両３０に確実に取り付けられ、車両３０内のできるだけ最も低い点に位置され、コンテナ１７の取り外しと交換を可能にするために車両３０の下側からアクセス可能である。前述されたように、車両３０がＡＬＥ用に設計されていない場合は、十分な操作地面クリアランスを達成できるという条件で、ロック１３４ａ，１３４ｂが取り付けられた適応性のある骨組みが、車両３０の下側に取り付けられうる。
【００５７】
現在開示されている設計の２つの主ロック１３４ａ，１３４ｂは同一であり、ＡＬＥ適合車両３０内のコンテナ空所１７ａの前端と後端に位置決めされる。主ロック１３４ａ，１３４ｂはそれぞれ、互いに反対側に２つのラッチ３４を有し、このラッチは、コンテナ１７の前端と後端にあるバイト１８内に互いに反対側で２つのピン１９を受ける。コンテナ１７のバイト１８内のピン１９は円形であり、適所にラッチされた後、コンテナ１７の旋回点として働く。これにより、二段階上昇及び下降プロセス中、上で概説されたようなコンテナ１７の滑らかで安全な回転及び動作が可能になる。
【００５８】
各ロック１３４ａ，１３４ｂの本体は、四角い箱であり、３つの空所に分割される。左側及び右側空所１１ｄは、ピンガイドとラッチ３４を収容し、中央空所１１ｃは、ラッチアクチュエータ３５、カメラ３６、小型空気ポンプ（図示せず）、レーザレシーバ３７、及び位置データを収集しそれを車両３０内の中央処理装置に送る無線レシーバ（図示せず）を収容する（このデータによって、プロセッサ内のロジックが、車両３０内に取り付けられた制御ハードウェアに送られた信号に反応できる）。
【００５９】
ロック１３４の箱型形状は、底の方にテーパされ３８、コンテナ１７にわずかな位置ずれがあっても、ピン１９をラッチ３４の鞍部３４ｓ内に収容する適正な位置に導く。コンテナ１７が、ターミナル１２ａ，１２ｂ，１２ｃのブーム１２０によって、車両３０に対して上方に押されたとき、２つの前方及び後方ロック１３４ａ，１３４ｂが、最後の瞬間に、コンテナ１７を車両３０内の適切な搭載位置に導く。ロック１３４がコンテナ１７のバイト１８に進入するとき、バイト１８内のピン１９が、ラッチ３４をばねに逆らって押し、コンテナ１７が確実に設置され、ピン１９は、ラッチ３４の端の上を通り、ばねがラッチを閉じる。この時点で、コンテナ１７が、車両３０に確実に固定される。コンテナ１７を解放するために、リフト機構が、コンテナ１７を車両３０に押し当てなければならず、次に、プロセッサは、ラッチアクチュエータ３５を活動化させてばねに逆らって開き、コンテナ１７のバイト１８内のピン１９が、ガイド３９から自由に出てロック１３４を解除することを可能にする。
【００６０】
コンテナ１７を車両３０に固定することと、誘導フィードバックハードウェア（３６，３７）を含むことに加えて、ロック１３４の第３の重要な目的は、コンテナ１７内の主電源と車両３０の駆動システムの間の確実かつ安全な電気接続を完了することである。これは、各ロック１３４の前面の下向きプラグ４０と、これに対応する、バイト１８の前向き及び後向き面に位置された関連コンテナ１７上の上向きブーツ４２レセプタクル４１とによって達成される。コンテナ１７が、車両３０の搭載位置に押し込まれた後、プラグ４０とレセプタクル４１が接続され、ロック１３４内の空気圧縮機が、レセプタクルブーツ４２を外気圧より僅かに高い加圧状態に維持する。この方法によって、侵入水によって引き起こされる電気的短絡の危険なしに接続部を完全に浸水させることが可能になる。
【００６１】
この開示されたロックシステムの設計は、ロック１３４に収容された電力交換を完了するのに必要なだけのハードウェアを維持するものであり、それにより、メーカは、カメラや他のフィードバック機構などの他のハードウェアを車両３０上のどこにも配置し取り付ける必要がない。
【００６２】
充電及び燃料補給プラザの説明
次に図１７を参照すると、１つの有利な形態において、コンクリート駐車場やハイウェイ安全休憩エリアなどの平坦面に並列（幾何学的）に複数の電力交換ストリップ（例えば、１２ａ〜１２ｅ）が位置決めされた最も単純な形態の電力交換プラザ１５０が構成されうる。次に、プラザ１５２の一方の側に消耗電源を有する車両（例えば、３０ａ〜３０ｄ）を送り込み、それらの車両を充電済み電源を有する適切なコンテナ１７を収容した適切なストリップ（例えば、１２ｂ）に導き、交換を行った後でストリップ（例えば、１２ｂ）の反対側から送り出し、最終的にプラザ出口１５４から送り出すように自律的手順が作成されうる。また、このプロセスは、手動操作の車両３０にも適合し、その場合、車両３０は、オペレータによって、車両３０用の充電済み電源を有する適正なコンテナ１７を収容した適切なストリップ１２に運転され、次に、係合領域１５７でシステムによって係合され、そこで手動運転が中断され自律制御に入る。最後に、車両３０が電力交換を完了した後、自律制御が中断され、解放領域３０ｄで手動制御が回復される。
【００６３】
ストリップ（１２ａ〜１２ｅ）は、地域の車両電力要求に適するように編成されうる。様々なタイプの電源を有してサイズが大きく異なるコンテナ１７（例えば、コンテナ１７ｄ及び１７ｇ）が、種類別のストリップ（１２ａ〜１２ｅ）によってサービス提供されうるが、ひとつのストリップ１２は、事前設定されたパラメータ内の様々な類似のサイズと様式をサービス提供できる。この融通性の目的は、種々様々なサイズ及び様式のコンテナ１７及び電源をＡＬＥ適合にさせることである。
【００６４】
ＡＬＥデータ収集及びルーティングシステムの説明
全てのＡＬＥコンテナ１７は、温度、出力、充電インジケータ及び他の多数のメタデータ関連入力を記録し報告する多数の検出技術を実装する。また、ユニットは全て、これらのセンサからデータをタイムラインに沿って記憶するために、処理チップ、ロケータ、クロック及びメモリカードを備える。これは、電力コンテナ１７の使用の詳細履歴、その現在の状態及び充電、並びに起こりうる問題を提供する。次に、このデータは、車両３０から接続自動車ネットワークによってリモートサーバ（車両が装備している場合）にパルス化されるか、非接続自動車の場合は、コンテナ１７が任意のＡＬＥストリップに沿ったターミナルに接続された後で、データがリモートサーバにアップロードされる。次に、データが、記憶され、分析され、システムインタフェース又はＡＰＩに投影される。次に、インターネットアクセスは、世界中のコンテナ１７のネットワークから実時間データを引き出すことができる認証ユーザに利用可能にされる。次に、このデータは、スマートフォン、ＰＣ又は車両３０情報娯楽システム内のアプリケーションによって使用され、どのコンテナ１７と係合すべきかが決定されうる。トリップを完了するのに必要な電力コンテナ１７を確保するために、車両乗員によって選択されたルートを示すシステムリモートサーバへのフィードバックも使用されうる。また、実時間データがＡＬＥデータ収集システムによって提供されるネットワークを使用することによって、ＡＬＥ装備車両３０を使用する救急サービスが、救急の場合に充電済み電源への優先アクセス権を得ることができる。
【００６５】
双方向充電及び電力貯蔵の説明
有利には、ここに開示した電力交換システム１０と協力して双方向充電器又は充電器／インバータを使用して分散グリッド貯蔵を達成できる。電源を有するコンテナ１７が、端子接続１３３によって充電器に接続され、充電器が外部電源に接続されたときに、コンテナ１７は、周辺電力網のための電力貯蔵装置として使用されうる。そのような貯蔵は、非常時に、通常手段によって電力を提供できない場合に電力を提供するのに役立つ。更に、風力発電や太陽光発電などの再生可能電源は、自然に制御されたスケジュールで電力を生成するが、人間の電力消費は、大変異なるスケジュールであることが多い。本発明によって提供される分散型電力貯蔵機構は、これらの矛盾を緩和し、風力及び太陽光発電交通輸送の夢を実現できる。
【００６６】
必須電源を有する電気自動車３０について述べたが、燃料電池を使用する電源を含む他の電動車両を、この技術を使用するように適応できる。
【００６７】
更に、この方法及びシステムは、プロセスの主な機械化に車両３０自体を使用することによって実現された既知の先行技術より優れた独特の利点を有し、それによりコストが大幅に削減される。
【００６８】
以下の説明は、この方法及びシステムのよりよい理解を提供する。特許文献１の方法及びシステムとこの方法及びシステムの主な違いは、本発明のリフト機構が、リフト機構を電力交換を必要とする車両（例えば、３０）に搭載されるのではなく、各電力交換ターミナル（例えば、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）に配備されることである。
【００６９】
当業者は、また、この開示内容の教示から逸脱することなく追加の実施形態も可能であることを認識するであろう。この詳細な説明及び本明細書に開示された典型的実施形態の特定の詳細は、主に理解を明瞭にするために提供され、これらの詳細から不必要な限定がされるべきでなく、修正はこの開示を読むことで当業者に明らかになり、この開示された内容の趣旨と範囲から逸脱せず行われうる。
【符号の説明】
【００７０】
７  道路
９  冷却器
１０  ＡＬＥシステム
１２  ストリップ
１２ａ，１２ｂ，１２ｃ    電力交換ターミナル
１６ａ，１６ｂ  補助電源
１７  コンテナ
３０  車両
３１  電源モジュール
１２０  ブーム
１２２  ブーム先端
１２３  アクチュエータ
１３１  接点
１３２  溝
１３３  電気接点
１３４ａ，１３４ｂ  ロック
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2020513726.tif 000016
【図１６】
2020513726.tif 000017
【図１７】
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【国際調査報告】
2020513726.tif 000019