[发明专利]模块化电池提供动力的系统和方法

说明书

提供一种为电动车辆和其他设备提供动力的系统和方法。在某些方面，电动车辆由一组模块化电池模块提供动力，这些电池模块在耗尽时可移除，并可根据需要独立地更换为新鲜的充电模块。确定所需的总电池容量允许使用安装在车辆或机器中的所有可能的电池模块或其子集来操作该车辆或机器。还描述机器人更换模块和在电池模块维护站处进行维护。

相关申请的交叉引用

本申请要求获得2019年6月28日提交的题为“Modular Electric Battery-Powered Systems and Methods”的美国临时申请第62/868352号的优先权，该申请由此通过引用纳入。

技术领域

本申请涉及为电动车辆提供动力和操作电动车辆，诸如由可充电电池提供动力的电机驱动的电动汽车。

背景技术

电动汽车、高尔夫球车、叉车和类似机器有时由电池提供动力的电动马达驱动。这些传统的电动车辆动力单元包括可充电的单体电池单元。当车辆储存的电能不足或耗尽时，操作者将车辆开到充电站(私人或公共)，并将车辆充电系统连接到补充电源，诸如高压或低压交流电源。一旦车辆的电池被充电完，车辆就可以重新投入使用。

图1表示根据现有技术的常规电动车辆100。车辆100由外部电力供应或充电站110提供维护，并携带相当大的电能储存单元或电池120，被封装在位于车辆底盘的下部处或下部附近的密封外壳中，以降低汽车的重心。电池120具有电气接口、插头、端口、插孔或类似构件102，车辆/电池可以通过其接受来自充电站110的电能。充电站110通过插入充电口102的导电充电电缆112提供电压和/或电流，以补充电池120中的已用能量。来自电池120的动力通过电气总线106提供给车辆中的电气负载，诸如用于为传动系140提供动力的(各)电气驱动马达130。电池120是整个车辆架构中的永久且重要的部件，通常不是为了让车辆的使用者能够接触到或维修，而且通常是紧密密封并封闭于在正常操作中不被设计为移除或维修的永久性的壳体中。

由于像汽车、卡车或公共汽车这样的车辆需要大量的能量来操作，因此需要大型电力存储单元(例如电池)来存储和提供所需的安培小时，以便在两次充电之间实际使用这种车辆。制造商意识到消费者对电动汽车传统上有限的操作航程(operating range)的担忧，已经在设计和成本限制内为其电动车辆配备尽可能多的电池容量。目前的电动车辆携带大量的电池单元，可以提供最小限度的性能(航程)，以实现商业上的可行性。这种电池体积大、价格高、重量大，特别是由于电池中使用的核心材料包括重金属、导体和其他高密度的部件。

电动汽车装载大型和重型电池单元的行业战略有几个缺点，抵消它们的航程优势。例如，典型的电动汽车电池单元需要相对较长的时间才能正常充电，尽管有些人试图对电池进行“快速充电”，这需要非常昂贵的充电站，并可能降低电池的长期性能。此外，电动汽车中的大型和重型电池意味着，由于电池单元本身的自重，需要大量的能量来运输汽车的电池。在电动汽车内运输电池所需的能量通常是能量的浪费，这在一定程度上违背运行电动汽车的环境优点，因为给汽车电池充电的电能通常是从遥远的地方通过电网运输的，而且会受到线路损耗和其他低效率的影响。此外，典型的电动汽车的电池单元是汽车中最大和最昂贵的部件之一。如果电池损坏或需要维修，则整个汽车在维修过程中就会停止使用，这可能需要从汽车上移除单体电池单元，通常涉及大量的成本和努力来移除、维修和/或更换。

本公开描述并要求保护电动车辆及其电池的系统和方法。

发明内容

此处描述的示例性实施方式具有创新的特征，其中没有单一特征是不可或缺的，或者是对其理想属性的唯一责任。下面的描述和附图详细阐述本公开的某些说明性实施方式，这些方案表明可以实施本公开的各种原则的几种示例性方式。然而，这些说明性的实施例并没有穷尽本公开的许多可能的实施方式。在不限制权利要求范围的情况下，现在将对一些有利的特征进行总结。本发明的其他目的、优点和新颖的特征将在以下对本发明的详细描述中结合附图来考虑，附图旨在说明而不是限制本发明。