電動車両にバッテリーを電気的に接続するためのシステム
接続システムは、バッテリーと電動車両との間の電気的接続およびデータ接続を容易にするように設計される。コネクタは、バッテリーと車両の最初の位置ずれを考慮する一方で依然としてバッテリーと車両間の明白な接触を確実にする位置合わせ機構と共に設計される。この位置合わせ機構は、システムの機械的な構成要素が望ましくない負荷または応力下に置かれないことを確実にするようにシステムへのコンプライアンスも導入する。接続システムは、高電圧の電気を運ぶ電源コネクタだけでなく通信信号を運ぶデータコネクタも収容する。データコネクタは、高電圧の要素に近接することによって生じる干渉を防ぐためにシールドされる。接続システムは機械的なラッチまたはロック機構を用いない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001] 開示する実施形態は、概して、取り外し可能なバッテリーパックを有する電動車両に関する。具体的には、開示する実施形態は、取り外し可能なバッテリーパックと電動車両との間に電気的接続およびデータ接続を確立するためのコネクタ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002] 車両（例えば、乗用車、トラック、航空機、船、オートバイ、自立車両、ロボット、フォークリフトトラック等）は近代経済には欠かせない一部である。しかし残念なことに、かかる車両に動力を供給するために通常用いられる石油といった化石燃料は多くの欠点があり、例えば有限の国外の石油燃料源への依存、これらの国外燃料源が多くの場合不安定な地理的位置にあること、これらの燃料は公害や気候変化をもたらすことが挙げられる。これらの問題に対処する１つの方法としては、これらの車両の燃料経済性を増加することがある。最近では、ガソリン‐電気のハイブリッド車両が導入されており、これらの車両は、従来の内燃車両よりも実質的に少ない燃料を消費する。すなわち、ガソリン‐電気のハイブリッド車両は燃料経済性がよい。しかし、ガソリン‐電気のハイブリッド車両は、電動モータに加えて内燃エンジンを依然として必要とするので、化石燃料が必要でなくなるわけではない。
【０００３】
[0003] この問題に対処する別の方法は、バイオ燃料といった再生可能資源燃料を使用することである。しかし、バイオ燃料は現在高価であり、広く商業的に利用されるになるのは何年も先のことである。
【０００４】
[0004] これらの問題に対処するさらに別の方法は、燃料電池またはバッテリーによって電力が供給される電動モータといったクリーン技術を利用することである。しかし、これらのクリーン技術の多くはまだ実用段階にない。例えば、燃料電池車両は依然として開発段階にありかつ高価である。バッテリーも高価で、車両のコストを最大で４０％増加させてしまう。同様に、充電式バッテリー技術も、大量生産されかつ費用効果的なバッテリーが長距離用に電動車両に電力を供給できるところまで進んでいない。現在のバッテリー技術は、ガソリンに匹敵するほどのエネルギー密度を提供しない。したがって、通常の完全に充電された電動車両用バッテリーを用いたとしても、電動車両は次に再充電されるまで、すなわち、所与の車両保管までに約４０マイルしか走行することができず、電動車両の走行範囲は限られている。さらに、バッテリーを再充電するのに多くの時間がかかる。例えばバッテリーを一晩再充電しなければならないことがある。通常の電動車両用バッテリーの充電時間は何時間もかかるので、長い道程には再充電という選択肢はなく、バッテリー電源式電動車両のための実行可能な「クイック燃料補給」システムおよび方法が非常に望ましい。
【０００５】
[0005] 既存技術は、再充電可能な永久バッテリーを使用する。しかし、本明細書に記載される幾つかの実施形態では、取り外し可能なバッテリーを使用する。これらの実施形態では、バッテリーと車両との間に最初から位置ずれが生じている場合に電気接続を形成することは困難となりうる。本明細書に記載されるバッテリーでは、同じ電気接続システムにおいて電力接続およびデータ接続の両方が包含される。高電圧の電力接続は、データ接続と、これらの接続が近接する場合には電磁干渉を生じさせてしまう。データ接続と電力接続とは干渉し合わないように互いから遠く離れるように移動させることができる。しかし、これらのコネクタを互いから離れるように移動させることは、２つの別個の接続組立体を作成することが必要となり、このことはコストを増大させかつシステムを複雑にしてしまう。
【０００６】
[0006] したがって、上述した欠点に対処するシステムを提供することが非常に望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
[0007] 上述した欠点を解決するために、充電スポットとバッテリー交換ステーションのネットワークが配備され、それによりＥＶ（電動車両）のユーザは自身の車両が常に充電済みで使用可能な状態に維持されることが可能となる。幾つかの実施形態は、バッテリー交換ステーションにおいて、使用消耗済みの（または部分的に放電された）バッテリーパックを完全に充電済み（または実質的に完全に充電済み）のバッテリーパックに迅速に交換するシステムおよび方法を提供する。この迅速な交換は、バッテリーを再充電するのに必要な時間よりもかなり短い時間内で行われる。したがって、長時間に及ぶバッテリー再充電時間は、バッテリーの範囲を超えて走行する電動車両のユーザにもはや関係なくなる。
【０００８】
[0008] さらに、電動車両のバッテリーを車両の初期費用から切り離すことができるので電動車両のコストを大幅に削減できる。例えばバッテリーは金融機関またはサービスプロバイダといった車両のユーザ以外の関係者によって所有されてもよい。これらのコンセプトは、本明細書に参考として組み込む、「Electronic Vehicle Network」なる名称で２００８年９月１９日に出願された米国特許出願第１２／２３４，５９１号により詳細に説明される。したがって、バッテリーは、消費者が購入する車両の一部ではなく、長い時間をかけて収益化を図るべき充電網（ＥＲＧ）インフラストラクチャの一構成要素として取り扱われうる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
[0009] 以下に、電動車両におけるバッテリーパックを取り替えるまたは交換するためのシステムおよび方法の詳細な説明を与える。幾つかの実施形態は、車両に取り付けられ、迅速に交換可能なバッテリーパックの説明を与える。
【００１０】
[0010] 幾つかの実施形態は、少なくとも部分的に電動の車両の底面に配置されるように構成されたバッテリーベイを提供する。バッテリーベイは、バッテリーパックをその中に少なくとも部分的に受容するように構成されたキャビティを画定するフレームを含む。幾つかの実施形態では、バッテリーベイのフレームは車両本体の構造の一部を形成して別個の構成要素ではない。バッテリーベイは、車両の底面によって形成される面（および／または例えば道路といった車両がその上を走行するように構成された面）に実質的に平行な軸周りに回転可能に枢軸する少なくとも１つのラッチ機構をさらに含む。ラッチ機構はキャビティ内に少なくとも部分的にバッテリーパックを保持するように構成される。幾つかの実施形態では、追加のラッチが、第１の軸に実質的に平行でありかつ第１の軸とは別個の追加の軸周りに回転可能に枢軸する。幾つかの実施形態では、この軸と追加の軸とは車両の長さに実質的に垂直である。
【００１１】
[0011] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体が、ラッチおよび追加のラッチに機械的に結合され、トランスミッション組立体はラッチおよび追加のラッチを互いに反対の回転方向に同時に回転するように構成される。幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体を駆動するために電動モータがフレームに機械的に結合される。幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は車両の外部の回転機構によって駆動されるように構成される。
【００１２】
[0012] 幾つかの実施形態は、少なくとも部分的に電動の車両の底面からバッテリーパックを取り外す方法を提供する。この方法は、車両に機械的に結合されたラッチ機構を回転して、ラッチと、少なくとも部分的に電動の車両の底面に配置されたバッテリーパックとの接触を解放することを含む。次にバッテリーパックは、車両の底面から離れるように平行移動させられる。幾つかの実施形態では、この取り外し方法には、回転の前に、第１のロック機構を機械的に係合解除することが含まれる。幾つかの実施形態では、この取り外し方法には、回転の前に、第２のロック機構を電子的に係合解除することが含まれる。幾つかの実施形態では、この取り外し方法は１分以内に行われる。
【００１３】
[0013] 幾つかの実施形態は、バッテリーパックを電動車両に結合する別の方法を提供する。この結合方法は、電動車両の底面の前部端にある第１のラッチをバッテリーパックの前部端にある第１のストライカに、かつ、電動車両の底面の後部端にある第２のラッチをバッテリーパックの後部端にある第２のストライカに実質的に同時に係合させることを含む。次にバッテリーパックは、第１および第２のラッチをそれぞれの物理的ロック位置に回転することによって、電動車両内に実質的に同時にロックされる。幾つかの実施形態では、この結合方法は、第１および第２のラッチを反対方向に回転することによって、バッテリーパックを電動車両内に実質的に同時に垂直に持ち上げることを含み、それによりバッテリーパックと係合状態となりバッテリーパックが吊り上げられる。
【００１４】
[0014] 幾つかの実施形態は、バッテリーパックを受容するためのバッテリーベイを含むバッテリーシステムを提供する。バッテリーベイは電動車両の底面にある。バッテリーベイは、バッテリーパックの前部端を電動車両の底面の前部端に機械的に結合するように構成された第１のラッチと、バッテリーパックの後部端を電動車両の底面の後部端に機械的に結合するように構成された第２のラッチとを含む。第１のラッチと第２のラッチは、実質的に同時に電動車両に対してバッテリーパックの前部端および後部端を係合状態にする、垂直に持ち上げる、およびロックすることによって、バッテリーパックを電動車両の底面に機械的に結合する。
【００１５】
[0015] 幾つかの実施形態は、電動車両の底面に機械的に結合するように構成されたバッテリーパックと、バッテリーパックの近位端を電動車両の底面の近位端に機械的に結合するように構成された第１のラッチと、バッテリーパックの遠位端を電動車両の底面の遠位端に機械的に結合するように構成された第２のラッチとを含むバッテリーシステムを提供する。第１のラッチおよび第２のラッチは、バッテリーパックを電動車両の底面に実質的に同時に機械的に結合する。
【００１６】
[0016] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイは、キャビティの第１の側部においてフレームに取り付けられるラッチを含む。バッテリーベイは、キャビティの第１の側部とは反対のキャビティの第２の側部においてフレームに取り付けられる少なくとも１つの追加のラッチをさらに含む。追加のラッチは、車両の底面によって形成される面に実質的に平行な別の軸周りに回転可能にピボットする。追加のラッチは、バッテリーパックをキャビティ内に少なくとも部分的に保持するように構成される。
【００１７】
[0017] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイのラッチは、軸周りに回転する近位端と、バッテリーパック上のバー形状のストライカと係合するように構成された、近位端から離れた遠位とを有する。幾つかの実施形態では、ラッチの遠位端はフック形状を有する。
【００１８】
[0018] 幾つかの実施形態では、フレームは車両のフレームと一体に形成される。幾つかの実施形態では、フレームは、少なくとも部分的に電動の車両に取り付けられるように構成された別個のユニットである。幾つかの実施形態では、フレームは部分的に電動の車両の前方車軸と後方車軸との間に設置される。幾つかの実施形態では、フレームは２つの長い側部と２つの短い側部とを有する実質的に矩形の開口を画定する。幾つかの実施形態では、フレームは、対応するバッテリーパックを受容するように構成された任意の形状を画定する５、６、またはそれ以上の数の側部を有する開口を画定する。幾つかの実施形態では、長い側部は車両の前部から後部に延在する軸に実質的に平行（またはほぼ平行）である軸に沿って延在する。幾つかの実施形態では、フレームは、バッテリーパックをその中に少なくとも部分的に受容するための実質的に立方形のキャビティを画定する。
【００１９】
[0019] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイは、フレームと少なくとも部分的に電動の車両との間に配置された１以上の振動ダンパを有する。
【００２０】
[0020] 幾つかの実施形態では、ラッチおよび追加のラッチはそれぞれの軸周りを反対方向に実質的に同時に回転する。幾つかの実施形態では、バッテリーパックは、ラッチが互いに向かって実質的に同時に回転すると少なくとも部分的に電動の車両と係合状態となりロックされる。幾つかの実施形態では、バッテリーパックは、ラッチが互いから離れるように実質的に同時に回転すると部分的に電動の車両との係合状態が外れロック解除される。
【００２１】
[0021] 幾つかの実施形態では、ラッチおよび追加のラッチは、実質的に同時に少なくとも部分的に電動の車両の底面からバッテリーパックを機械的に脱結合するように構成される。
【００２２】
[0022] 幾つかの実施形態では、ラッチ（またはラッチ機構）は４バーリンク機構の一部である。幾つかの実施形態では、４バーリンク機構は、ラッチ筐体と、第１の枢軸点および第２の枢軸点を含み、第１の枢軸点はラッチ筐体の近位端に枢軸可能に結合される入力リンクと、第３の枢軸点および第４の枢軸点を含むラッチと、第１のロッド端および第２のロッド端を含むカプラリンクロッドとを含む。第４のピボット点はラッチ筐体の遠位端にピボット可能に結合される。第１のロッド端は、入力リンクの第２の枢軸点に旋回可能に結合される。第２のロッド端はさらに、ラッチの第３の枢軸点に旋回可能に結合される。
【００２３】
[0023] 幾つかの実施形態では、カプラリンクロッドは、カプラリンクロッドの長さを調節するように構成された調節ボルトを含む。幾つかの実施形態では、入力リンクが第１の位置にある場合に、ラッチはバッテリーパックのストライカから機械的に脱結合するように構成される。幾つかの実施形態では、入力リンクが第２の位置にある場合に、ラッチはバッテリーパックのストライカに機械的に結合するように構成された係合位置にあり、入力リンク、カプラリンクロッド、およびフックは幾何学ロック構成にある。幾つかの実施形態では、ラッチは、車両の底面によって形成される面に実質的に垂直な軸に沿ってバッテリーパックを吊り上げるように構成される。
【００２４】
[0024] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイはバッテリーパックをさらに含み、バッテリーパックは、電気エネルギーを蓄積する少なくとも１つの充電式バッテリーセルと、その少なくとも１つの充電式バッテリーセルを少なくとも部分的に囲む筐体筐体とを含む。筐体は、ラッチと係合するように構成されたバー形状の少なくとも１つのストライカをさらに含む。
【００２５】
[0025] 幾つかの実施形態では、バッテリーパックの筐体は、その長さよりも実質的に小さい高さを有し、筐体の一部は、バッテリーパックが車両に取り付けられている場合に車両の底面における周囲空気に少なくともその一部が露出される熱交換機構を含む。幾つかの実施形態では、バッテリーパックは、車両に取り付けられている場合に、電動車両の底面の面より下に少なくとも部分的に突出する。幾つかの実施形態では、筐体の一部は、バッテリーパックが車両に取り付けられている場合に車両の底面における周囲空気に少なくともその一部が露出される熱交換機構を含む。幾つかの実施形態では、熱交換機構は、ヒートシンク、熱交換機、冷却板、およびこれらの機構の組み合わせのうち少なくとも１つから選択される。幾つかの実施形態では、熱交換機構は筐体内を通り抜けるダクトを含む冷却機構である。幾つかの実施形態では、冷却ダクトは複数のフィンを含む。幾つかの実施形態では、冷却ダクトは吸入口を含む。幾つかの実施形態では、吸入口はデブリが冷却ダクトに進入することを防ぐフィルタを含む。
【００２６】
[0026] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイはバッテリーパックをさらに含む。バッテリーパックは、車両のバッテリーベイ内のキャビティを実質的に埋めるように構成された筐体を含む。この筐体は、第１の側壁と、第１の側壁とは反対の第２の側壁と、第１の側壁に配置され、バー形状を有する少なくとも１つのストライカ（第１のストライカの中心軸が第１の側壁と平行である）と、第２の側壁に配置され、バー形状を有する少なくとも１つの第２のストライカ（第２のストライカの中心軸が第２の側壁と平行である）と、電気エネルギーを蓄積する少なくとも１つのバッテリーセルとを含む。バッテリーセルは、筐体内に少なくとも部分的に閉じ込められる。幾つかの実施形態では、バー形状のストライカは、ローラーベアリングや低摩擦表面処置といったなんらかの減摩付属物を有する。
【００２７】
[0027] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイのフレームは、バッテリーパック上の少なくとも１つの位置合わせピンと嵌合するように構成された少なくとも１つの位置合わせソケットをさらに含む。
【００２８】
[0028] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイのフレームは、バッテリーベイに結合された少なくとも１つの圧縮バネをさらに含み、この少なくとも１つの圧縮バネは、バッテリーパックがキャビティ内に少なくとも部分的に保持される場合にバッテリーベイとバッテリーパックとの間に力を生成するように構成される。
【００２９】
[0029] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は、第１のトルクバーに機械的に結合された複数のラッチをさらに含む。第１のトルクバーはラッチを作動させるように構成される。追加のラッチが第２のトルクバーに機械的に結合される。第２のトルクバーは追加のラッチを作動させるように構成される。さらに、第１のトルクバーおよび第２のトルクバーは、反対の方向に実質的に同時に回転するように構成される。幾つかの実施形態では、第１のトルクバーは、車両の前部端に最も近いバッテリーベイの側部にある。第２のトルクバーは、車両の後部端に最も近いバッテリーベイの側部にある。
【００３０】
[0030] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は、第１のウォームギアセットを介して第１のトルクバーに結合された第１のギアシャフトと、第２のウォームギアセットを介して第２のトルクバーに結合された第２のギアシャフトとをさらに含む。第１のギアシャフトおよび第２のギアシャフトは反対方向に実質的に同時に回転することによって、第１のトルクバーおよび第２ントルクバーは、第１のウォームギアセットおよび第２のウォームギアセットを介して反対方向に実質的に同時に回転させられる。幾つかの実施形態では、第１のギアシャフトは、自在継ぎ手によって接合される２つのシャフトを含む。幾つかの実施形態は、設計には左右のウォームギアセットが含まれてもよく、これは、ギアシャフトが反対方向に回転することを必要としない設計である。
【００３１】
[0031] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は、第１のギアシャフトおよび第２のギアシャフトに結合されたマイターギアセットをさらに含む。マイターギアセットは、第１および第２のギアシャフトを反対方向に同期して回転するように構成される。
【００３２】
[0032] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は、ギアレシオセットを介してマイターギアセットに結合された駆動モータをさらに含む。駆動モータは、ギアレシオセットおよびマイターギアセットを介して第１および第２のギアシャフトを反対方向に回転するように構成される。
【００３３】
[0033] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は、電動車両の底面に設置された駆動ソケットをさらに含む。このソケットは、マイターギアセットの中心ギアに結合される。ソケットの回転によってマイターギアセットが作動される。幾つかの実施形態では、駆動ソケットは非標準的な形状を有し、この非標準的な形状に対応するヘッドを有するソケットレンチを受容する。
【００３４】
[0034] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は、マイターギアセットが回転することを防ぐように構成されたマイターギアロックをさらに含む。幾つかの実施形態では、マイターギアロックはキーによって解放されるように構成される。幾つかの実施形態では、キーはマイターギアロックを物理的にロック解除する。幾つかの実施形態では、マイターギアロックはバネで荷重がかけられる。
【００３５】
[0035] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイは１以上のラッチロックをさらに含み、これらの１以上のラッチロックは、係合状態になると、少なくとも１つのラッチが回転することを防ぐように構成される。幾つかの実施形態では、ラッチロックは、１つ以上のラッチロックに結合されたロック同期バーとロック同期バーに結合されたロックアクチュエータとをさらに含む。ロック同期バーは１以上のラッチロックを作動させるように構成される。ロックアクチュエータはロック同期バーを作動させるように構成される。幾つかの実施形態では、１以上のラッチロックはロックボルトである。幾つかの実施形態では、ロックアクチュエータは、ロックアクチュエータを介してロック同期バーを作動させるように構成された電動モータに結合される。幾つかの実施形態では、ロック同期バーは、１以上のラッチロックが係合状態となるように１以上のラッチロックを第１の方向に回転するように構成され、また、ロック同期バーは、１以上のラッチロックが係合解除されるように１以上のラッチロックを第２の方向に回転するように構成される。
【００３６】
[0036] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイは１以上のラッチロックをさらに含み、これらの１以上のラッチロックは、係合状態になると、少なくとも１つのラッチが回転することを防ぐように構成される。１以上のラッチロックは、マイターギアロックが解放されて初めて係合解除するように構成される。
【００３７】
[0037] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイは、ラッチの係合位置および係合解除位置を判断するように構成されたラッチ位置インジケータをさらに含む。
【００３８】
[0038] 幾つかの実施形態では、ラッチは、機械的な結合なしで電子的に同期される。内部電動モータおよびトランスミッションを含む個々のラッチユニットがラッチ動作を行う。制御ユニットを用いて全てのラッチの動作を同期して制御する。
【００３９】
[0039] 取り外し可能なバッテリーパックの係合（結合）および係合解除（脱離（uncoupling））は、少なくとも部分的に電動の車両の寿命に亘って何度も行われうる。幾つかの実施形態では、バッテリーパックおよび車両は最大３０００サイクルの係合および係合解除に耐えるべきである。幾つかの実施形態では、構成要素は最大５０００サイクルに耐えるべきである。結合または係合状態となると、高電圧および電流がバッテリーパックと車両間に流れ、それによりバッテリーパックは電動車両に電力を供給する。幾つかの実施形態では、バッテリーパックはデータを車両に通信するための回路をさらに含む。このような「スマート」バッテリーは、バッテリー充電、バッテリーの状態、残存範囲に関する情報または他の適当な情報を車両のコンピュータシステムに提供する。これらの実施形態では、データ信号経路もバッテリーパックと車両との間に各係合において形成される。電源接続およびデータ接続が形成されるためには、バッテリーパック上の電源およびデータコンタクトと、車両上の電気およびデータコンタクトが互いに適切に位置合わせされなければならない。例えば、適切な電気的接続を形成するために、小さいデータおよび電源ピンとソケットが正確に位置合わせされるべきである。さらに、データおよび電源コネクタは互いに接触したままで、また、垂直および水平方向の衝撃および振動、衝突等といった日常の運転によって生じる厳しい要因にも耐えなければならない。
【００４０】
[0040] 本明細書に記載される接続システムは、バッテリーの取り外しおよび交換時のバッテリー側コネクタと車両側コネクタとの間に生じうる位置ずれを補償する迅速接続／切断システムを提供する。これらの実施形態は、ピンおよびソケット位置合わせ機構といった位置合わせ機構によって、バッテリーおよび車両の結合部分を適切な位置合わせ状態に動かすための構造上の柔軟性を提供する。これらの実施形態はさらに、１以上の位置ずれ軽減機構を提供する。具体的には、接続システムにおける少なくとも１つのコネクタは、バッテリーまたは車両のそれぞれに直接取り付けられた固定の搭載部分と、コネクタのデータおよび電源インターフェースを含む自由結合部分との間での移動を可能にするように設計されたカプラを含む。幾つかの実施形態では、それらの間で可能にされる移動は、水平、すなわち、車両の底面のＸ−Ｚ面に実質的に平行である。幾つかの実施形態では、可能にされる移動はさらに垂直である。幾つかの実施形態では、カプラは、位置ずれの補償を支援することに加えて、電気的およびデータ構成要素を互いに接続した状態に維持する垂直力を与えるバネを含む。これらの実施形態のうちの幾つかは、日常の運転による振動および軋みにも関わらず対応するデータおよび電源ピンとの電気的な接触を維持することが可能であり、さらに３０００サイクル以上の係合サイクルに耐えることが可能である導電性メッシュスリーブを有するデータおよび電源ソケットをさらに使用する。
【００４１】
[0041] 幾つかの実施形態では、バッテリーパックと車両との間のデータ接続は、正確な位置合わせ能力を有する同じ電気接続システム内にある。つまり、単一のバッテリー側コネクタ構成要素が、データインターフェースおよび電源インターフェースの両方を含み、単一の車両側コネクタ構成要素もデータインターフェースおよび電源インターフェースの両方を含む。同じ電気接続システム内にデータ接続と電源接続を設けることの１つの利点は、１つの電気接続システムを用いて電源インターフェースとデータインターフェースの両方を同時に位置合わせすることができるということである。しかし、データ通信導体は、高電圧または大電流導体に近接することによって生じる電磁干渉の影響を受け易い。時に電磁干渉は、任意の高電圧または大電流の導体と任意のデータまたは信号導体との間に相当な距離を維持することによって解決することができる。しかし、車両とバッテリーとの正確な位置合わせを必要とする接続点の数を最小限とする要望を考慮すると、幾つかの実施形態では、電源インターフェースおよびデータインターフェースの両方を同じコネクタシステム構成要素上に含めることが有利である。これらの実施形態では、電磁干渉を解決するためにデータ導体と電源導体との間に適切な距離を維持することは現実的ではない。その代わりに、データおよび電源の両方に単一のコネクタを用いることを可能にする一方で、データ導体が電源導体に近接することによって生じる不所望の電磁効果を防ぐためにシールド機構が設けられる。同じコネクタ構成要素上に電気コネクタとデータコネクタの両方を有する電気接続システムの実施形態では、電気接続システムはさらに、データインターフェースを、接続システムにおいて互いに近くに置かれる高電圧の電気的インターフェースによって生じる電磁干渉からシールドするシールド機構を有する。幾つかの実施形態では、データコネクタおよび電気コネクタは、互いから１インチ以内にある。他の実施形態では、電気およびデータ接続は、以下に説明される電気接続システムの位置合わせ機構のような別個の位置合わせ機構をそれぞれ有する別個の接続システム上にある。
【００４２】
[0042] 本明細書に記載される実施形態のもう１つの注目に値することは、電気接続システム自体に任意のラッチ機構がないことである。これらの実施形態は、電源インターフェースとデータインターフェースとの間の明白な接触を確実にするための追加のクランプまたはラッチ機構を必要としない。その代わりに、電気接続システムの実施形態の構成要素は、バッテリーベイにおけるラッチ機構によって互いに接触した状態に保持される。接続システムの実施形態に用いられる位置合わせ機構は、バッテリーパックおよび車両間の最初の位置ずれを補償するので、バッテリーパックを迅速に取り外し、複雑な電気コネクタをラッチするまたは位置合わせするための追加の懸念なしで車両のバッテリーベイ内に挿入することができる。さらに、ラッチ機構は、車両側コネクタとバッテリー側コネクタとの接続を維持するように適切な力でバッテリーを固定する。バッテリー交換プロセスのステップおよび複雑さを減少することによって、電動車両は毎日の使用により好都合になる。
【００４３】
[0043] 幾つかの実施形態は、少なくとも部分的に電動の車両のバッテリー用の電気接続システムを提供する。この電気接続システムは、次の通りに、車両側コネクタおよびバッテリー側コネクタと共にシールド機構を使用する。車両側コネクタは、少なくとも部分的に電動の車両の底面に永続的に取り付けられるように構成される。バッテリー側コネクタは、バッテリーパックに永続的に取り付けられるように構成される。バッテリー側コネクタは、車両側コネクタと嵌合するように構成される。バッテリー側コネクタおよび車両側コネクタはさらに、少なくとも部分的に電動の車両の底面に実質的に垂直な軸に沿って互いに取り外し可能に結合される。各電気コネクタは、電気コネクタ間で高電圧の電気を送るための高電圧インターフェースと、電気コネクタ間でデータを送るためのデータインターフェースとを含む。電気接続システムは、高電圧接続要素によって生じる電磁効果に対抗するシールド機構をさらに含む。幾つかの実施形態では、シールド機構は、データインターフェースを高電圧インターフェースから分離して、高電圧接続要素によって生じる電磁効果に対抗する。幾つかの実施形態では、シールド機構はデータインターフェースを実質的に覆う筐体を含む。幾つかの実施形態では、筐体はＬ字型である。
【００４４】
[0044] 幾つかの実施形態では、電気接続システムは、第１および第２の電気コネクタが結合される場合に、環境汚染を防ぐために第１および第２の電気コネクタ間に位置決めされたシールド機構をさらに含む。
【００４５】
[0045] 幾つかの実施形態では、高電圧インターフェースは、導電性ピンと導電性ピンを受容するためのソケットとを含む。さらに、ソケットは導電性ピンと電気的接続を形成するための導電性メッシュスリーブで作られる。同様に、幾つかの実施形態では、データインターフェースも導電性ピンとソケットとを含み、ソケットは導電性メッシュスリーブで作られる。他の実施形態では、データインターフェースは光ファイバインターフェースを含む。
【００４６】
[0046] 幾つかの実施形態では、高電圧の電気は約１００と１０００ＶＤＣの間である。他の実施形態では、高電圧の電気は約２００と８００ＶＤＣの間である。さらに他の実施形態では、高電圧の電気は約３５０と４５０ＶＤＣの間である。
【００４７】
[0047] 幾つかの実施形態は、少なくとも部分的に電動の車両のバッテリー用の電気接続システムを提供する。この電気接続システムは、車両側コネクタとバッテリー側コネクタとの位置ずれを補償するための結合機構を次の通りに使用する。電気接続システムは、第１の電気コネクタと、第２の電気コネクタと、第１および第２の電気コネクタ間の位置ずれを補償するためのカプラとを含む。第１の電気コネクタは、少なくとも部分的に電動の車両の底面に搭載されるように構成される。第１の電気コネクタは、第２の電気コネクタの第２の結合部分と嵌合するための第１の結合部分を含む。第２の電気コネクタは、バッテリーに搭載されるように構成され、また、第１の電気コネクタの第１の結合部分と嵌合するための第２の結合部分を含む。これらの間には、第１および第２の電気コネクタ間の位置ずれを補償するためのカプラがある。第１および第２の結合部分は、高電圧の電気を送るための高電圧インターフェースと、第１および第２の結合部分間でデータを送るためのデータインターフェースとを含む。幾つかの実施形態では結合部分は車両側コネクタ上にある。他の実施形態では結合部分はバッテリー側コネクタ上にある。
【００４８】
[0048] 幾つかの実施形態では、少なくとも部分的に電動の車両のバッテリー用の接続システムは、車両側コネクタとバッテリー側コネクタとの位置ずれを補償するための１以上の結合部分を次の通りに含む。第１の電気コネクタは、少なくとも部分的に電動の車両の底面に搭載されるように構成される。第１の電気コネクタは、第２の電気コネクタの第２の結合部分と嵌合するための第１の結合部分と、第１の電気コネクタを少なくとも部分的に電動の車両に取り付けるための第１の搭載部分と、第１の結合部分を第１の搭載部分に取り付けるための第１のカプラとを含む。第１のカプラは、第１の結合部分と第１の搭載部分との相対運動を可能にする。第２の電気コネクタはバッテリーに搭載されるように構成される。第２の電気コネクタは、第１の電気コネクタの第１の結合部分と嵌合するための第２の結合部分を含む。第１のカプラは、第１および第２の電気コネクタ間の位置ずれを補償する。第１および第２の結合部分は、高電圧の電気を送るための高電圧インターフェースと、第１および第２の結合部分間でデータを送るためのデータインターフェースとを含む。幾つかの実施形態では、第２の電気コネクタは、第２の電気コネクタをバッテリーに取り付けるための第２の搭載部分と、第２の結合部分を第２の搭載部分に取り付けるための第２のカプラもさらに含む。第２のカプラは、第２の結合部分と第２の搭載部分との相対運動を可能にする。第２のカプラも、第１および第２の電気コネクタ間の位置ずれを補償する。
【００４９】
[0049] 幾つかの実施形態では、第１のカプラは、第１の結合部分が、第１の搭載部分に対して垂直面および水平面において移動可能であるように構成される。幾つかの実施形態では、第１のカプラは、第１の結合部分における穴と、第１の搭載部分に堅く取り付けられ第１の結合部分における穴を通り延在するボルトとで作られる。ボルトは穴より小さい直径を有する。幾つかの実施形態では、第１のカプラは、第１の結合部分と第１の搭載部分との間に位置決めされたコイルバネをさらに含む。幾つかの実施形態では、ボルトは、このコイルバネの中心を通り延在する。
【００５０】
[0050] 幾つかの実施形態では、請求項の電気接続システムの第１の結合部分はピンとソケットとを含む。ピンとソケットは、第１および第２の結合部分間の側方の位置合わせを確実にするように構成される。幾つかの実施形態では、ソケットの内面は楕円形の断面を有するチャネルである。チャネルはピンより大きい内面を有して、チャネルの内面の一部とピンの外面の一部との間に空間を与える。
【００５１】
[0051] 上述した実施形態は、１以上の上述した欠点に対処するものである。例えば、バッテリーの電気的インターフェース構成要素と、電動車両内のその対応ベイとの位置ずれは、記載された位置合わせおよび位置ずれ補償機構によって補償される。また、高電圧電源接続によって生じる電磁干渉は、様々なシールド機構によって解決または軽減される。幾つかの実施形態では、位置ずれと電磁干渉は共に上述した特徴の組み合わせを用いて対処され、それにより、多くの交換サイクルに耐えることができるロバストなバッテリー交換システムが作られる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】[0052] 図１は、電動車両ネットワークを示す。
【図２Ａ】[0053] 図２Ａは図１の電動車両の図であって、かかる電動車両の底面図である。
【図２Ｂ】[0053] 図２Ｂは図１の電動車両の図であって、かかる電動車両の側面図である。
【図３Ａ】[0054] 図３Ａは、図１の電動車両およびバッテリーパックの底面斜視図である。
【図３Ｂ】[0054] 図３Ｂは、図１の電動車両およびバッテリーパックの底面斜視図である。
【図４】[0055] 図４は、図１〜図３のバッテリーパックの一実施形態の斜視図である。
【図５】[0056] 図５は、様々な化学モジュールまたはセルを示す図１〜図３のバッテリーパックの一実施形態の斜視図である。
【図６】[0057] 図６は、第１の冷却システムを有するバッテリーパックの一実施形態の斜視図である。
【図７】[0058] 図７は、第２の冷却システムを有するバッテリーパックの別の実施形態の底面斜視図である。
【図８】[0059] 図８は、バッテリーパックの別の実施形態の斜視図である。
【図９】[0060] 図９は、電気接続システムの斜視図である。
【図１０】[0061] 図１０は、バッテリーベイおよびバッテリーベイのトランスミッション組立体に接続されたバッテリーパックの一実施形態の斜視図である。
【図１１】[0062] 図１１は、バッテリーベイの別の実施形態の斜視図である。
【図１２】[0063] 図１２は、図１１のウォームギアセットの一実施形態の拡大斜視図（oblique view）である。
【図１３】[0064] 図１３は、図１１の第１のギアセット機構の一実施形態の拡大斜視図である。
【図１４】[0065] 図１４は、駆動ソケットの一実施形態の拡大図を含むバッテリーおよびベイの底面の拡大斜視図である。
【図１５】[0066] 図１５は、ギアロックの一実施形態の斜視図である。
【図１６】[0067] 図１６は、ギアロックの別の実施形態の斜視図である。
【図１７】[0068] 図１７は、キーホールに挿入され図１６のギアロックを解放するキーの拡大斜視図である。
【図１８】[0069] 図１８は、バッテリーパック上の位置合わせピンと嵌合するように構成された幾つかの位置合わせソケットを有するバッテリーベイの一実施形態の拡大斜視図である。
【図１９Ａ】[0070] 図１９Ａは、様々な位置にあるラッチ機構の側面図である。
【図１９Ｂ】[0070] 図１９Ｂは、様々な位置にあるラッチ機構の側面図である。
【図１９Ｃ】[0070] 図１９Ｃは、様々な位置にあるラッチ機構の側面図である。
【図２０】[0071] 図２０は、バッテリーベイのラッチロック機構の拡大斜視図である。
【図２１】[0072] 図２１は、バッテリーベイからバッテリーパックを解放するプロセスのフロー図である。
【図２２】[0073] 図２２は、バッテリーベイにバッテリーパックを係合するプロセスのフロー図である。
【図２３Ａ】[0074] 図２３Ａは、バッテリーベイのトランスミッション組立体の別の実施形態の斜視図である。
【図２３Ｂ】[0074] 図２３Ｂは、バッテリーベイのトランスミッション組立体の別の実施形態の拡大斜視図である。
【図２４Ａ】[0075] 図２４Ａは、電気接続システムの上面斜視図である。
【図２４Ｂ】[0075] 図２４Ｂは、図２４Ａの車両側コネクタの底面斜視図である。
【図２５】[0076] 図２５は、図２４Ａの電気接続システムの側面図である。
【図２６】[0077] 図２６は、図２５の線２６−２６に沿って見た電気接続システムの車両側コネクタ部分の側断面図である。
【図２７】[0078] 図２７は、図２５の線２６−２６に沿って見た電気接続システムのバッテリー側コネクタ部分の側断面図である。
【図２８】[0079] 図２８は、図２４Ａに示すデータおよび電源コネクタの幾つかの実施形態のメス側に用いられる導電性メッシュスリーブの斜視図である。
【図２９】[0080] 図２９は、図２４Ｂに示す車両側コネクタの一部の部分分解斜視図である。
【図３０】[0081] 図３０は、図２９の車両側コネクタに用いられるシールド機構の一実施例の斜視図である。
【図３１】[0082] 図３１は、図２９のシールド機構の全側部の平面図を含む。
【００５３】
[0083] 同様の参照番号は、全図にわたって対応する部分を指すものである。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
[0084] 図１は、幾つかの実施形態による電動車両ネットワーク１００を示す。電子車両ネットワーク１００は、車両１０２と、車両１０２に取り外し可能に搭載されるように構成されたバッテリーパック１０４を含む。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４は、バッテリー（例えばリチウムイオン電池、鉛‐酸電池、ニッケル水素電池等）、コンデンサ、反応セル（例えば亜鉛‐空気セル）等といった電気エネルギーを蓄積可能な任意のデバイスを含む。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４は、複数の個別のバッテリー、または、バッテリーセル／化学モジュールを含む。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４はさらに冷却機構と、車両１０２またはバッテリー交換ステーション１３４の様々な要素に接続するための機械的および電気的コネクタを含む。これらの機械的および電気的コネクタを以下にさらに詳細に説明する。
【００５５】
[0085] 幾つかの実施形態では、車両１０２は、車両の１以上の車輪を駆動する電動モータ１０３を含む。これらの実施形態では、電動モータ１０３は、バッテリーパック１０４（説明の便宜上、車両から離して図示する）からエネルギーを受け取る。車両１０２のバッテリーパック１０４は、ユーザ１１０の家１３０においてまたは１以上の充電ステーション１３２において充電されうる。例えば充電ステーション１３２は、ショッピングセンターの駐車場にあってよい。さらに、幾つかの実施形態では、車両１０２のバッテリーパック１０４は、１以上のバッテリー交換ステーション１３４において充電済みバッテリーパックと交換することができる。したがって、ユーザが車両のバッテリーの１回の充電分の範囲を超える距離を走行する場合、使用済み（または部分的に使用済み）のバッテリーを充電済みバッテリーと交換することでユーザはバッテリーが再充電されることを待つことなく走行を続けることができる。バッテリー交換ステーション１３４は、ユーザが車両１０２の使用済み（または部分的に使用済み）のバッテリーパック１０４を充電済みバッテリーパック１０４と交換することができるサービスステーションである。充電ステーション１３２は、バッテリーパック１０４が車両１０２に結合されている状態でバッテリーパック１０４を充電するためのエネルギーを供給する。ネットワーク１００のこれらの構成要素は、「Electronic Vehicle Network」なる名称で２００８年９月１８日に出願された米国特許出願第１２／２３４，５９１号により詳細に説明されるように、関連の電力およびデータネットワークに接続される。この出願の開示内容は本明細書に参考として組み込むものとする。
【００５６】
[0086] 図２Ａ〜図２Ｂは、少なくとも部分的に電動の車両１０２の側面図および底面図である。車両１０２は、その底面において車両１０２に取り付けられる取り外し可能なバッテリーパック１０４（本明細書では時に単にバッテリーとも呼ぶ）を含む。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４は実質的に平坦で、車両１０２の長さの少なくとも一部に沿って、すなわち、車両の長手Ｘ軸に沿って延在する。幾つかの実施形態では、バッテリー１０４は、車両１０２の底面の面２０４より下に突出しうる、すなわち、負のＹ軸方向に突出しうる。車両の底面から突出することは、バッテリーパック１０４の空冷に有用である。これは突出しているバッテリーパックは周囲気流に晒されることによる。図６に関連して以下に記載される空気吸入口を有する実施形態では、少なくともこれらの空気吸入口が車両１０２の底面において周囲空気に晒されて、車両１０２が前進している場合に気流を受ける。バッテリーパックが車両に組み込まれている幾つかの実施形態では、すなわち、アフターマーケットでは、バッテリーパックは車両の底面から突出しうる。
【００５７】
[0087] バッテリー１０４またはその一部が、車両１０２の底面の面２０４より下に突出する場合、それは、しかしながら、外見的にあまり好ましくない場合がある。したがって、幾つかの実施形態では、装飾用フェアリング２０２が車両に取り付けられてバッテリーパック１０４を隠すようにしてもよい。幾つかの実施形態では、装飾用フェアリング２０２はさらに滑らかな外形を作り障害を減らす。この装飾用フェアリング２０２は、車両の前部、側部、および後部のいずれかまたはすべてに搭載されてよい。
【００５８】
[0088] 図３Ａおよび図３Ｂは、図１の電動車両１０２およびバッテリーパック１０４の底面斜視図である。図３Ａは、バッテリーベイ１０８内に搭載されたバッテリーパック１０４を示す。図３Ｂは、バッテリーベイ１０８から取り外されたバッテリーパック１０４を示す。バッテリーベイ１０８は、車両１０２の底面に配置されるキャビティ３０２の外形を画定するフレーム１１８を含む。キャビティ３０２は、その中にバッテリーパック１０４を少なくとも部分的に受容するように構成される。幾つかの実施形態では、ベイフレーム１１８は、その中に実質的に立方形または矩形の平行六面体のバッテリーパック１０４を少なくとも部分的に受容するために、実質的に矩形形状を有する。幾つかの実施形態では、フレーム１０８は、図示するように、（Ｘ軸に平行である）車両１０２の長さの少なくとも一部に沿った２つの長い側部と、（Ｚ軸に平行である）車両の幅の少なくとも一部に沿った２つの短い側部とを有する。幾つかの実施形態では、フレーム１１８の長い側部は、（Ｘ軸に平行である）車両１０２の前部から後部に延在する軸と実質的に平行な軸に沿って延在する。幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８は車両１０２の後方車軸と前方車軸の間で車両フロアボードの下に設置される。
【００５９】
[0089] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８がその中に挿入されるキャビティ３０２は、従来のガソリンまたはハイブリッド車両では燃料タンクおよびマフラーによって通常占有される既存の容積を使用する。このようにすると、バッテリーパック１０４が追加されても収納および／または乗客容積に実質的に影響を与えない。幾つかの実施形態では、車両本体のフロア構造が、バッテリーパックを収容するようにボウル（basin）の形状にされる。車両の底部にまたはその付近においてバッテリーベイ１０８があることによって、バッテリーパック１０４が車両に結合されているときに、車両の質量中心または重心を下げ、それにより、車両のコーナリング、ロードホールディング、および性能が向上する。幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８は、バッテリーパック１０４を保護するために、前部または後部衝突の際にも曲がらないように設計された車両の領域内に設置される。
【００６０】
[0090] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８は内蔵式ユニットである。幾つかの実施形態では、バッテリーベイの車両フレーム（またはユニボディ）への構造上の接続は弾性振動ダンパ（図示せず）によってなされる。これによりバッテリーベイ１０８は車両フレームの自然の曲げおよびねじれに干渉しない。幾つかの実施形態では、車両フレームへの接続は、ボルトといった取り外し可能な留め具によってなされる。他の実施形態では、バッテリーベイ１０４は、溶接または他の手段によって車両に実質的に永久に搭載される。
【００６１】
[0091] バッテリーベイ１０８は、元の部品製造業者、国内安全基準、または国際安全基準によって義務付けられる荷重係数に耐えられるように設計される。幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８は、以下の荷重係数に耐えられるように設計される。
・通常の動作条件：１〜１００Ｈｚで実質的に連続的に振動しうる＋／−１．５ＧのＦｘおよびＦｚ、および＋／−４ＧのＦｙ（Ｆｘ、Ｆｙ、およびＦｚは、それぞれ、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向における力である）。幾つかの実施形態では、この条件では、バッテリーベイ１０８の塑性変形は実質的に生じない。
・例外の動作条件：実質的に連続的に振動しない＋／−１２ＧのＦｘおよびＦｚ、および＋／−８ＧのＦｙ。幾つかの実施形態では、これらの条件では、バッテリーベイ１０８の塑性変形は実質的に生じない。
・衝突条件：ＦｘおよびＦｚで＋／−３０Ｇ、＋／−２０ＧのＦｙ。
【００６２】
[0092] 幾つかの実施形態では、通常および例外の動作条件時には、バッテリーパック１０４は、実質的に振動せず、揺れ動かず、または移動しない。
【００６３】
[0093] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８と車両フレームとの機械的な接続は、車両１０２の組立て時に与えられる。つまり、バッテリーベイ１０８は、少なくとも部分的に電気的である車両１０２に取り付けられるように構成された別個のユニットである。いくつかの実施形態では、この別個のユニット形式のバッテリーベイ１０８が、ビフォーマーケットまたはアフターマーケットでハイブリッドまたは内燃エンジン車両に組み込まれる。他の実施形態では、バッテリーベイ１０８の設計は、車両１０２のフレームと一体に形成される。
【００６４】
[0094] 図４は、バッテリーパック１０４の一実施形態の斜視図である。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４はその長さ（Ｌ）より実質的に小さい高さ（ｈまたはＨ）を有する。幾つかの実施形態では、バッテリー１０４は実質的に長くかつ平らな第１の部分４０１と、第１の部分より短くかつ厚い第２の部分４０２を有する。すなわち、第１の部分４０１は第２の部分の高さ（Ｈ）よりかなり小さい高さ（ｈ）を有する。幾つかの実施形態では、第２の部分４０２は、後部乗客席の下若しくは背後、またはトランクの一部内に嵌り、したがって電動車両内の乗客の空間にあまり影響を与えないように構成されるので、大きい高さ（Ｈ）を有する。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４の容積は２００から３００リットルである。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４の重量は２００〜３００ｋｇである。
【００６５】
[0095] 幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４は、バッテリーパック内のバッテリーセル／化学モジュール（５０２、図５）の爆発を実質的に封じ込めかつ吸収するように作られる少なくとも部分的に密封された囲いである。バッテリーパック１０４の密封囲いは、埃、土、泥、水、氷、および小さい硬い物の衝突によってもたらされる損傷に実質的に耐えられる材料で作られる。好適な材料には一部のプラスチック、炭素繊維、またはポリマー等が含まれる。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４上の外部カバーによって、厳しい環境条件や湿気または燃料蒸気の侵入からバッテリーの内部構成要素を保護しかつ隔離する。
【００６６】
[0096] 幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４内のバッテリー管理システム（ＢＭＳ）４０６がバッテリーパックの充電および放電サイクルを管理する。ＢＭＳ４０６は車両搭載コンピュータと通信して、バッテリーの充電状態を報告し、危険な動作条件がある場合には警告する。幾つかの実施形態では、充電時、ＢＭＳ４０６はバッテリー充電ステーション１３２と通信する。幾つかの実施形態では、ＢＭＳ４０６は９ピンコネクタを介して車両搭載コンピュータと通信することができる。コネクタ内のピンの数はコネクタ設計に応じて異なる。幾つかの実施形態では、ＢＭＳ４０６は、バッテリーパック１０４内に設置される切替えデバイスを用いてコネクタへの電流を切断することによって電子パック１０４と車両１０２との間の電力コネクタを作動可能および作動解除することができる。幾つかの実施形態では、ＢＭＳ４０６は、充電、動作および格納時のバッテリーの安全問題の実質的にすべての面に対処する。
【００６７】
[0097] 図５は、電気エネルギーを受け取り、蓄積し、かつ放出するバッテリーパック用化学モジュール５０２を有するバッテリーパック１０４の斜視図である。これらのモジュール５０２は、バッテリーパック筐体５０４内に収容される。これらの化学モジュール５０２は、本明細書において、時に充電式バッテリーセル５０２とも呼ぶ。幾つかの実施形態では、複数の化学モジュール５０２がバッテリーパック１０４内に配置される。他の実施形態では、少なくとも１つの化学モジュール５０２が用いられる。多くの実施形態では、各化学モジュール５０２は再充電可能であるが、使い捨ての非常時用バッテリーを用いてもよい場合がありうる。化学モジュール５０２は、ＢＭＳによって設定かつ制御されるパラメータに基づいて、充電ステーション１３２において、または、バッテリー交換ステーション１３４の充電部分においてまとまって再充電される。
【００６８】
[0098] 図６は、バッテリーパック１０４が、バッテリーパック１０４からの熱を放散する冷却システムを含む一実施形態の斜視図である。幾つかの実施形態では、バッテリーパックの筐体５０４の一部は、バッテリーパック１０４が車両に取り付けられている場合に車両１０２の底面における周囲空気に少なくともその一部が露出される熱交換機構を含む。幾つかの実施形態では、熱は、モジュール５０２から、バッテリーパックの底部における熱交換機またはヒートシンクに電動される。幾つかの実施形態では、冷却システムは、バッテリーによって発生された熱をさらに放散するためにバッテリーを通り過ぎるようにラム（ram）気流を導く１以上の冷却ダクト６０２に流体連結する、外部カバーにおける開口４０４を含む。幾つかの実施形態では、冷却ダクト６０２はバッテリーパック１０４の長さ全体に延在する一方で、他の実施形態では、ダクトはモジュール５０２を最も良好に冷却するための任意の適切な経路を取る。幾つかの実施形態では、冷却ダクト６０２はバッテリーパック用モジュールからの熱を放散する熱交換機を通るように空気を導く。幾つかの実施形態では、冷却ダクト６０２はさらにその中に冷却フィン６０４を含む。幾つかの実施形態では、空冷は電気ファンによって達成される。幾つかの実施形態では、入口４０４が、車両が動作している間にダクト６０２を通るようにラム空気を導くための吸入口６０６を含む。幾つかの実施形態では、吸入口６０６は、冷却ダクト６０２内にデブリが侵入することを阻止するためのメッシュカバー６０８を含む。
【００６９】
[0099] 図７は、バッテリーパックの底面から見たバッテリーパック１０４およびバッテリーベイフレームの斜視図である。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４は、窪みまたはキャビティ７０２で構成される別の冷却システムを含む。窪み／キャビティ７０２は、車両の底部に沿って延在するバッテリーパック１０４の底面に設置されて、車両１０２の動作時に窪みまたはキャビティ上を空気が通過するように露出される。車両が停止した場合も、バッテリーによって発生された熱は、その大きい表面積と車両の底面において影に設置されることによって放散される。窪み／キャビティ７０２は、バッテリーパックの底部の全表面積を増加し、これはモジュール５０２を冷却することにさらに役立つ。幾つかの実施形態では、増加された表面積は冷却に十分であり、ダクトおよび／または熱交換機は不要である。幾つかの実施形態では、この増加された表面積は、１以上の上述した（例えば図６に記載されたフィン付き冷却ダクト、または、上述したヒートシンクおよび熱交換機といった）冷却機構と共に用いられる。
【００７０】
[00100] 幾つかの実施形態では、図６および図７に関連して上述したようなシステムといったバッテリーパック用冷却システムは、フル動力動作および／または充電プロセス時に発生される熱の大部分を放散することができる。幾つかの実施形態では、冷却システムは、３ＫＷの熱を放散することができる。バッテリーから放出される熱の正確な量は、設計ごとに異なる。幾つかの実施形態では、上述した冷却システムからの熱は、車両１０２の他の部分ではなく環境に実質的に放出される。
【００７１】
[00101] 図７はさらに、バッテリーパック１０４の底面に複数のパイロット穴７０４を有する一実施形態を示す。これらのパイロット穴７０４は、出願第６１／１６６，２３９号（「Battery Exchange Station」なる名称で２００９年４月２日に出願し、本明細書に組み込むものとする）に記載される交換デバイスプラットホーム上の位置決めピンと嵌合し、交換デバイスプラットホームとバッテリーパック１０４が適切に位置合わせすることを支援する。幾つかの実施形態では、１つのパイロット穴がある。他の実施形態では、２以上のパイロット穴がある。図７の実施形態は、バッテリー上の各ストライカの両側にパイロット穴を示す。幾つかの実施形態では、パイロット穴７０４は、バッテリーではなくバッテリーベイのフレームにあり、また、実質的に同様に機能する。すなわち、バッテリー交換動作時に交換プラットホームの適切な位置合わせを容易にする。
【００７２】
[00102] 図８は、別の実施形態であるバッテリーパック８０６の斜視図である。バッテリーパック８０６は、実質的に長くかつ平らな第１の部分４０１と、第１の部分より短くかつ厚い第２の部分と、長くかつ薄く、第１の部分４０１の長さに実質的に延在し、第１の部分４０１よりは高いが第２の部分の高さ以下の小さい高さを有する、バッテリーパックの第３の部分４０３とを有する。バッテリー１０４の第３の部分４０３は、図示するように運転席と乗客席との間に形成されたＸ方向における中心軸に沿って第１の部分４０１からＹ方向に突出する。さらに他の実施形態（図示せず）は、２つの異なる形状部分を有することなく実質的に立方形を有する。他の実施形態はより複雑な形状を有しうる。例えば幾つかの実施形態は幅広であるよりも高さがある。この一般的な形状を有する実施形態は、時に乗客空間の下ではなく乗客空間の背後に設置される。
【００７３】
[00103] 幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４は、バッテリー１０４を車両１０２のバッテリーベイ１０８と位置合わせするための１以上のピン８０２を含む。ピン８０２はさらに、バッテリーパックがバッテリーベイ１０８内に間違った方向に挿入されないようにも用いられうる。例えば、バッテリーにおけるピンとバッテリーベイにおける対応開口は互いに調整される。
【００７４】
[00104] 幾つかの実施形態では、バッテリーパック筐体５０４はさらにバー形状ストライカ１９２４を含み、これらのバー形状ストライカはバッテリーパック用筐体に堅く取り付けられ、バッテリーパック１０４の全重量を担持するように構成される。すなわち、バッテリーパックは、ストライカがバッテリーベイ１０８のラッチ１９２０（図１９Ａ）と係合する場合にストライカ１９２４から懸架されることが可能である。バッテリーパック１０４のすべてのバージョンはさらに、バッテリーパック１０４を車両１０２に迅速かつ安全に接続するおよび外すための電気コネクタ８０４（図９に関連して以下に説明される）を含む。幾つかの実施形態では、電気コネクタ８０４は、バッテリー１０４の第３の部分４０３上に設置されるが、他の実施形態では、電気コネクタはパックのどこにでも設置されてよい。
【００７５】
[00105] 図９は、電気接続システム９００の詳細な斜視図である。図９は、バッテリー電気コネクタ８０４と、対応するバッテリーベイ電気コネクタ９０２の両方を示し、これらは共に嵌合して電気接続システム９００を形成する。バッテリー電気コネクタ８０４は、ベースユニット９１６によってバッテリーパック１０４に取り付けられる。同様の取り付け機構を用いて、バッテリーベイ電気コネクタ９０２をバッテリーベイ１０８のフレーム１１８に、または、直接電動車両１０２に取り付ける。幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８とバッテリーパック１０４との間の電気的インターフェース（すなわちベイ電気コネクタ９０２とバッテリーパック電気コネクタ８０４との間の接続）は、パックと、ベイまたは車両との迅速な接続／取り外しを可能にする。
【００７６】
[00106] これらのコネクタは共に、接続の電磁力が化学モジュール／バッテリーセル５０２を干渉することを遮蔽する電気シールド９０４も含む。電気シールドは接地されうる。幾つかの実施形態では、電気シールド９０４はさらに、湿気およびデブリが電気コネクタを汚して、電気的短絡および／または発火を引き起こすことを防ぐＯリング９１３を含む。ベイ電気コネクタ９０２とバッテリーパック電気コネクタ８０４との位置合わせは、１以上のテーパー付き位置合わせピン９１２と対応位置合わせレセプタクルまたはソケット９１４によって容易にされる。幾つかの実施形態では、位置合わせピン９１２は、バッテリーパック電気コネクタ８０４上にある一方で、位置合わせソケット／レセプタクル９１４はベイ電気コネクタ９０２上にある。他の実施形態ではこの配置は入れ替えられる。幾つかの実施形態では、ピン９１２は、電気コネクタの不適切な嵌合を防ぐために互いに調整される。
【００７７】
[00107] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８とバッテリーパック１０４との間の電気接続は、２つの別個のコネクタグループを有する。第１のコネクタグループは、バッテリーパック１０４へのおよびバッテリーパック１０４からの電力用である（約４００ＶＤＣ、２００ａｍｐ）。第２のコネクタグループ９１０はデータ通信用である（５〜１２Ｖ、低電流）。幾つかの実施形態では、コネクタは９つのピンを有する。他の実施形態では、コネクタは９より多いまたは少ない数のピンを有する。
【００７８】
[00108] 幾つかの実施形態では、第１のコネクタグループは、充電機構からバッテリーパック１０４に電力を供給するための第１のコネクタ対９０６を含む。幾つかの実施形態では、充電機構は、車両１０２に接続し、（図１に示すように）バッテリーパックが車両に依然として結合されている際にバッテリーパック１０４を充電するスタンドアロンの充電ステーション１３２である。幾つかの実施形態では、充電機構は、バッテリー交換ステーション（１３４、図１）の一部に組み込まれる。バッテリー交換ステーションでは、車両１０２から取り外された消耗さ／放電されたバッテリーパック１０４が車両に挿入される前に再充電される。幾つかの実施形態では、第１のコネクタグループはさらに、バッテリーパック１０４から電動モータ１０３に電気を供給する第２のコネクタ対９０８を含む。
【００７９】
[00109] 幾つかの実施形態では、バッテリー電気コネクタ８０４および対応バッテリーベイ電気コネクタ９０２は、バッテリーベイ１０８内へとバッテリーパック１０４が平行移動することによって共に嵌合する。バッテリー電気コネクタ８０４および対応バッテリーベイ電気コネクタ９０２は共に幾らかの浮遊（flotation）を有する。すなわち、これらのコネクタは左右に数ミリメートル動くことができる。オス型コネクタ（本実施形態ではバッテリーベイ電気コネクタ９０２）が、メス型コネクタ（本実施例ではバッテリー電気コネクタ８０４）内のソケット９１４に侵入する位置合わせピン９１２を有する。ピン９１２とソケット９１４との接続は、バッテリーパック１０４のバッテリーベイ１０８内のその最終位置に平行移動する間、電気接続システム９００の２つの部分を位置合わせする。電気接続システム９００の２つの部分の浮遊によって、２つのコネクタ部分の幾らかの位置ずれ（製造および組立公差によるもの）が可能となる。
【００８０】
[00110] 幾つかの実施形態では、電気接続システム９００における電気コネクタ９０６、９０８、および９１０は、機械的な接続（すなわち、図１０および図１９に記載されるトランスミッション組立体１０００におけるラッチ機構１０１６、１０１８によってバッテリーベイ１０８内にバッテリーパック１０４をロックすること）が確立されて初めて自動的に互いに位置合わせし接続する。
【００８１】
[00111] 図１０は、バッテリーベイ１０８に接続されたバッテリーパック１０４の一実施形態の上面／側面斜視図である。本実施形態では、バッテリーパック１０４とバッテリーベイ１０８は実質的に立方形／矩形の平行六面体の形状にある。本実施形態は、第１の部分４０１の片面上にあるバッテリー電気コネクタ１０２２を含む。
【００８２】
[00112] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８は、バッテリーベイトランスミッション組立体１０００を含む。トランスミッション組立体１０００は、駆動モータ１３１０からあるいは外部／手動の回転源（例えば図１３に示す駆動ソケット１３０８内に受容されるレンチ）からの動力を伝達するギア、回転シャフト、および関連の部品のまとまりである。ラッチ機構１０１６、１０１８は図１９に関連して以下に詳細に説明される。
【００８３】
[00113] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体１０００は、第１のギアシャフト１００４および第２のギアシャフト１００６をそれぞれ反対方向に駆動する第１のギアセット１００２（例えばマイターギアセット）を含む。駆動モータ１３１０または手動回転によるＹ軸周りの回転力は、第１のギアセット１００２によって、Ｘ軸周りのギアシャフト１００４、１００６の等しくかつそれぞれ反対の回転力に変換される。第１のギアシャフト１００４は、第２のギアセット１００８（例えば第１のウォームギアセット）に取り付けられる。第２のギアシャフト１００６は、第３のギアセット１０１０（例えば第２のウォームギアセット）に取り付けられる。第２のギアセット１００８および第３のギアセット１０１０は、図１２に関連して以下により詳細に説明されるが、ギアシャフト１００４、１００６を、バッテリーベイの隅部を動力の流れが回ることを可能にするトルクバー１０１２、１０１４にそれぞれ接続する。すなわち、Ｘ軸周りのギアシャフト１００４の回転力は、ギアセット１００８によってＺ１軸周りのトルクバー１０１２の回転力に変換される一方でそれと同時に、Ｘ軸周りのギアシャフト１００６の回転力（ギアシャフト１００４の回転力と等しくかつ反対方向）は、ギアセット１０１０によって、Ｚ２軸周りのトルクバー１０１４の回転力（トルクバー１０１２の回転力と等しくかつ反対方向）に変換される。このようにして、トランスミッション組立体１０００は、トルクバー１０１２、１０１４を駆動して、等しいがそれぞれ反対方向に実質的に同時に回転する。
【００８４】
[00114] 幾つかの実施形態では、トルクバー１０１２、１０１４とギアシャフト１００４、１００６は、それぞれ、互いに直角にある。幾つかの実施形態では、トルクバー１０１２、１０１４とギアシャフト１００４、１００６は互いに鈍角を形成し、また、さらなる実施形態では、これらは互いに鋭角を形成する。本実施形態では、第２のギアセット１００８は第１のギアシャフト１００４を第１のトルクバー１０１２に接続し、第３のギアセット１０１０は第２のギアシャフト１００６を第２のトルクバー１０１４に接続する。したがって、幾つかの実施形態では、第１のギアシャフト１００４および第２のギアシャフト１００６はそれぞれ反対方向に実質的に同時に回転し、それにより、第１のトルクバー１０１２および第２のトルクバー１０１４は、第２のギアセット１００８および第３のギアセット１０１０を介して、それぞれ反対方向に実質的に同時に回転される。
【００８５】
[00115] 図１０に示す実施形態は、トルクバー１０１２、１０１４にそれぞれ取り付けられた２つのラッチ機構１０１６、１０１８を示す。これらのラッチ１０１６、１０１８は、車両の正常動作時にバッテリーパック１０４をバッテリーベイ１０８内に少なくとも部分的に保持する。
【００８６】
[00116] 幾つかの実施形態は、第１のトルクバー１０１２に結合される１以上の第１のラッチ１０１６と、第２のトルクバー１０１４に結合される１以上の第２の／追加のラッチ１０１８を含む。第１のトルクバー１０１２は第１のラッチ機構１０１６を作動させるように構成され、第２のトルクバー１０１４は第２のラッチ機構１０１８を作動させるように構成される。第１のラッチ１０１６または第２のラッチ１０１８のうちの２以上のラッチが各トルクバー１０１２、１０１４に取り付けられる場合、トルクバーは確実に複数のラッチを作動させ、したがって実質的に同時に互いに回転する。
【００８７】
[00117] 少なくとも１つのラッチロック機構１０１２によって、図２０に関連してより詳細に説明されるようにロックが係合解除されるまで、ラッチ１０１６、１０１８がバッテリーベイ１０８からバッテリー１０４を解放することが阻止される。幾つかの実施形態では、１つのラッチロック機構１０２０だけが用いられるが、他の実施形態では、少なくとも１つのラッチロック機構１０２０が各トルクバー１０１４、１０１６に取り付けられる。幾つかの実施形態では、ラッチロック１０２０は電子的に作動される一方で、他の実施形態では機械的に作動される。
【００８８】
[00118] 幾つかの実施形態では、第１のトルクバー１０１２は、車両１０２の先端に最も近いバッテリーベイ１０８の側面に設置され、第２のトルクバー１０１４は、車両の後部に最も近いバッテリーベイ１０８の側面に設置され、または、この配置は入れ替えられてもよい。トランスミッション組立体のギアセットおよび機構は、ラッチ機構１０１６、１０１８を作動させるようにトルクバー１０１２、１０１４が実質的に同じ角速度で反対方向に駆動される限り、どこに設置されてもよい。
【００８９】
[00119] 図１１は、バッテリーベイ１０８の別の実施形態の斜視図である。本実施形態も第１のギアシャフト１００４および第２のギアシャフト１００６をそれぞれ反対方向に駆動する第１のギアセット１００２（例えばマイターギアセット）を含む。しかし、本実施形態では、バッテリーベイのフレームは矩形ではない。代わりに、バッテリーベイ１０８の１つの側面に沿って、第２のギアシャフト１００６が３つの部分、第１の自在継ぎ手１１０４によって第２のギアシャフトリンク１１０６に接続される第１のギアシャフトリンク１１０２、および、第２の自在継ぎ手１１１０によって第３のギアシャフトリンク１１１２に接続される第３のギアシャフトリンク１１０８から構成される。このようにすると、第１のギアシャフト１００６は、電動車両１０２の他の構成要素を収容するために曲げられる。したがって、バッテリーベイ１０８のキャビティは、第１のギアシャフト１００６が第１のギアセット１００２から延在する単一の直線構成要素である場合よりも小さい容積を有する。
【００９０】
[00120] 図１１はさらに、各トルクバー１０１２（図１０）、１０１４の近くに設置されるトランスミッション組立体１０００内のロック同期バー１１１２を示す。各ロック同期バー１１１２はラッチロック機構１０２０に取り付けられて、図２０に対して以下に詳細に説明されるようにそのラッチ機構１０１６、１０１８が解放しないようにする。図１１はさらに、図１８により詳細に説明されるように、ラッチ１９２０の両側に設置される、ラッチ機構１０１６、１０１８内のバネ１８０６を示す。
【００９１】
[00121] なお、様々な形態のシャフトおよびギアセットを上述したが、他の実施形態では、駆動トルクは、ベルト、プーリー、スプロケット駆動チェーンといった他のタイプの駆動構成要素を用いてラッチに伝達されることが可能である。
【００９２】
[00122] 図１２は、第２のギアセット１００８および第３のギアセット１０１０の１つの実施形態を示す。幾つかの実施形態では、ギアセット１００８、１０１０は、それぞれ、ヘリカルギア１２０２およびスパーギア１２０４から構成される。幾つかの実施形態では、ヘリカルギア１２０２はウォームギアである。動作時、ギアシャフト１００４、１００６に接続されたヘリカルギア１２０２の回転が、ヘリカルギア１２１０およびスパーギア１２０４上の互いに噛み合う歯によって対応するトルクバー１０１２、１０１４を回転する。ヘリカルギア１２１０およびスパーギア１２０４上の歯の正確な数と構成は、特定の電動車両１０２に応じて異なる。例えば幾つかの実施形態では、ヘリカルギア１２０２はかなり長くて多くのねじ山を有する一方で、幾つかの実施形態では、スパーギア１２０４は多くの歯を有するかまたは完全な円を形成する。他の実施形態では、ヘリカルギア１２０２の直径は図１２に示す割合より大きい。正常動作では、ヘリカルギア１２０２は、ラッチ機構１０１６、１０１８が係合状態となるように１つの方向にスパーギア１２０４を回転し、それによりバッテリー１０４は持ち上げられてバッテリーベイ１０８内にロックされ、また、ヘリカルギア１２０２は、ラッチ機構１０１６、１０１８が係合解除するように反対方向にスパーギア１２０４を回転し、バッテリー１０４がバッテリーベイ１０８から取り外されることを可能にする。
【００９３】
[00123] 図１３は、第１のギアセット１００２の一実施形態の詳細図を示す。幾つかの実施形態では、第１のギアセット１００２はマイターギアセットである。幾つかの実施形態では、マイターギアセット１００２は、第１の外側ギア１３０４および第２の外側ギア１３０６に結合された中心ギア１３０２を含む、３つのヘリカルベベルギアを含む。中心ギア１３０２が回転すると、中心ギアは第１の外側ギア１３０４を第１の回転方向に、第２の外側ギア１３０６を、第１の回転方向とは反対の第２の回転方向に駆動する。第１の外側ギア１３０４は第１のギアシャフト１００４を駆動する一方で、第２の外側ギア１３０６は第２のギアシャフト１００６を駆動する。したがって、中心ギア１３０２の回転は、第１の外側ギア１３０４によって第１のギアシャフト１００４を第１の回転方向に駆動する一方で、同時に／同期して、第２の外側ギア１３０６によって第２のギアシャフト１００６を第２の回転方向に駆動する。幾つかの実施形態では、第１のギアセット１００２、特に中心ギア１３０２は、電動車両１０２の底面に設置された駆動ソケット１３０８の回転によって駆動される。ギア１３０８を回転させるためには、シャフトが、駆動ソケット１３０８と嵌合するように構成されたアレン（Allen）またはソケットレンチ１３１４によって機械的に回転される。幾つかの実施形態では、メス型駆動ソケット１３０８は、非標準的な形状の駆動ソケット１３０８と嵌合するようにされた特定の形状のアレンまたはソケットレンチ１３１４のみを受容することができるように独特なまたは非標準的な形状を有する。
【００９４】
[00124] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体１０００は、駆動モータギアレシオセット１３１２を介して電気駆動モータ１３１０によって駆動される。ギアレシオセット１３１２は第１のギアセット１３０２を駆動し、第１のギアセット１３０２は、第１のギアシャフト１００４および第２のギアシャフト１００６を同時に反対方向に駆動し、最終的には図１０に関連して上述したようにラッチ機構１０１６、１０１８を同時に作動させる。幾つかの実施形態では、駆動モータ１３１０はシャフト１００４、１００６を回転するように多くの状況において用いられる一方で、駆動ソケット１３０８は手動でオーバーライドする状況のためだけに用いられる。幾つかの実施形態では、駆動ソケット１３０８は、第１のギアセット１００２を駆動するために望ましい手段である。
【００９５】
[00125] 図２３Ａおよび図２３Ｂに示すように、幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体１０００は、右側のウォームギアセットである第２のギアセット１００８と、左側のウォームギアセットである第３のギアセット１０１０を包含する。右側のギアセット１００８および左側のギアセット１０１０がトランスミッション組立体１０００に用いられる場合、第１のギアシャフト１００４および第２のギアシャフト１００６は、Ｘ軸周りの反対方向に回転するように駆動される必要がない。代わりに、左右のウォームギア（１００８、１０１０）上の反対のねじ山によって、トルクバー１０１２がＺ１軸周りに、トルクバー１０１４がＺ２軸周りに（トルクバー１０１２の回転と等しく反対の方向に）駆動される。つまり、右側ウォームギア１００８上のねじ山のピッチは、左側ウォームギア１０１０上のねじ山のピッチとは反対である。したがって、第１のギアセット１００２は、図１３に示すようにマイターギアセットである必要はなく、代わりに図２３Ｂに示すより単純なギアセットである。つまり、左右のウォームギア１００８、１０１０は、第１のギアセット１００８の運動を、ウォームギアの反対のねじ山ピッチによって互いに反対の方向に変換するので、シャフト１００４、１００６は、同じ方向に回転することができ、複雑なマイターギアセットがシャフト１００４、１００６の作動点において必要でなくなる。
【００９６】
[00126] 図１４は、少なくとも部分的に電動の車両１０２の底面から見た、駆動ソケット１３０８の別の実施形態の底面斜視図を示す。幾つかの実施形態では、駆動ソケット１３０８は、バッテリーパック筐体１４００内の穴を通り近接することができる。他の実施形態では、駆動ソケット１３０８は、バッテリーベイ１０８内のキャビティ３０２の側面において近接することができる。幾つかの実施形態では、第１のギアセット１００２は、図１７に示すようにキー１６０２がキーホール１４０２に挿入されて第１のギアセット１００２をロック解除して初めてソケットレンチ１３１４によって駆動される。駆動ソケット１３０８と同様に、本実施形態では、キーホール１４０２も電動車両１０２の底面に設置され、バッテリー筐体１４００内に穴が必要となる。他の実施形態では、キーホール１４０２はバッテリーベイ１０８内にある。
【００９７】
[00127] 図１５は、（幾つかの実施形態ではマイターギアロックである）第１のギアロック１５０２の一実施形態の斜視図である。本実施形態では、図において矢印によって示されるようにキーがキーホール１４０２に挿入されると、第１のギアロック１５０２が上方向に回転し、シャフト１００４上の小型ギアから係合解除されてロック解除される。次に、第１のギアセット１００２は、中心ギア１３０２を回転するというその機能を実行することができる。中心ギアは、第１のギアシャフト１００４を第１の外側ギア１３０４によって第１の回転方向に駆動する一方で同時に、第２のギアシャフト１００６を第２の外側ギア１３０６によって（第１の回転方向とは反対の）第２の回転方向に駆動する。キーが取り外されると、第１のギアロック１５０２は下方向に回転し、シャフト１００４上の小型ギアと係合し、それをロックする。図１５に示す実施形態では、トランスミッション組立体１０００の電気駆動モータ１３１０は、第１のギアセット１００２の上方に設置され、したがって、図１３において記載されたような駆動モータギアセット１３１２を必要としない。
【００９８】
[00128] 図１６は、ギアロック１６００の第２の実施形態の斜視図である。図１６では、キー１６０２はキーホール１４０２の外側に示す。幾つかの実施形態では、キーホール１４０２は駆動ソケット１３０８の近くに設置される。幾つかの実施形態では、キー１６０２は、第１のギアセット１００２の他の構成要素を回避しつつ、以下により詳細に説明されるようにギアロック１６００の第２の実施形態を機械的に解放するための固有の非従来型の形状を有する。
【００９９】
[00129] 図１７は、キーホール１４０２に挿入され、第１のギアロック１５０２を解放するキー１６０２の詳細図である。図１７では、第１のギアロック１５０２は、モータ１３１０とギアセット１３１２との間に位置決めされる。幾つかの実施形態では、キー１６０２は、ロッキングギア１７０６から離れるようにロッキング歯１７０４でロッキングラッチ１７０２を押すことによって第１のギアロック１５０２をロック解除する。幾つかの実施形態では、ロッキングラッチ１７０２は、キー１６０２が取り外されるとすぐに、そのロック位置に付勢されるように、すなわち、ロッキングギア１０６と嵌合ように設計される。幾つかの実施形態では、バネ１７０８がロッキングラッチ１７０２に取り付けられて付勢力を与えるが、他の実施形態ではロッキングラッチ１７０２を付勢するために重力または他の機構を用いてよい。幾つかの実施形態では、キー１６０２は、バッテリー交換プロセスの間ずっと挿入された位置のままにされる。他の実施形態では、キー１６０２は、最初に第１のギアロック１５０２をロック解除するためだけに必要とされ、バッテリー交換プロセスの間ずっと定位置にある必要はない。
【０１００】
[00130] 図１５〜図１７に示す実施形態のようなキー１６０２および第１のギアロック１５０２のすべての実施形態において、第１のギアセット１００２は、キー１６０２がギアロック１５０２をロック解除するまで回転しないようにされる。したがって、シャフト１００４、１００６、トルクバー１０１２、１０１４、およびそれらの対応ラッチ機構１０１６、１０１８は、ギアロック１５０２がロック解除されない限り回転しない。さらに、幾つかの実施形態では、（図２０に関連して説明される）ラッチロック機構１０２０も、ラッチ機構１０１６、１０１８を作動させるプロセスが開始する前にロック解除されなければならない。幾つかの実施形態では、ラッチロック機構およびギアロック１５０２は互いに独立しており、トランスミッション組立体１０００が作動可能となる前に個別に／独立して解放される。幾つかの実施形態では、ラッチロック機構１０２０は電気的に作動され、ギアロック１５０２は機械的に作動され、または、その逆であってもよい。２つの別個の機構（機械的および電気的）によって２つの異なるロックを作動させることによって、車両１０２からバッテリーパック１０４の許可されていない取り外しまたは偶発的に取り外されることが阻止される。さらに、幾つかの実施形態では、あらゆるロックにはバッテリー交換プロセスの前、プロセス中、またはプロセス後の可能な故障を示すインジケータが具備される。
【０１０１】
[00131] 車両１０２に搭載されて設置されるアクチュエータが上述したロックの一方または両方を作動させる。幾つかの実施形態では、アクチュエータは、車両の内蔵型コンピュータシステムから送信される単一の５Ｖ １５ｍＡデジタル信号によって動作させられる。幾つかの実施形態では、アクチュエータは、インジケータによって過剰な電力潮流から保護される。幾つかの実施形態では、他のタイプの機械的または電気機械的アクチュエータを用いて安全ロックを取外してもよい。
【０１０２】
[00132] 図１８は、バッテリー１０４上に配置されたテーパー付き位置合わせピン８０２を受容するように構成された幾つかの位置合わせソケット／穴１８０２を有するバッテリーベイ１０８を示す。図１８は、２つの位置合わせソケット１８０２および位置合わせピン８０２を有する実施形態を示すが、幾つかの実施形態では１つの位置合わせソケット１８０２および位置合わせピン８０２しか用いない。幾つかの実施形態では、位置合わせピン８０２および位置合わせ穴は、バッテリーベイ１０８とのバッテリーパック１０４の逆行したまたは正しくない位置合わせを防ぐように互いに異なる形状となるように調整されている。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの圧縮バネ１８０６がバッテリーベイ１０８に搭載される。圧縮バネ１８０６は、バッテリーパック１０４がバッテリーベイ１０８のキャビティ３０２内に少なくとも部分的に保持されかつロックされると、バッテリーベイ１０８のフレーム１１８とバッテリーパック１０４との間に力を発生するように構成される。したがって、バネ１８０６は、運転時または他の動作時にバッテリーパック１０４とベイ１０８の垂直運動（Ｙ軸運動）を吸収する。また、圧縮バネ１０８６は、バッテリー上のストライカ１９２４に接触しているラッチ１９２０をロック位置に維持することを支援し、また、ロックがロック解除された場合にバッテリーベイ１０８からバッテリー１０４を放出することも支援する。図１８は、各ラッチ１９２０の両側に圧縮バネ１８０６を示す。ラッチの両側にある対応する圧縮バネ１８０６は、バッテリーにかかる、結果として生じる力は実質的に垂直（Ｙ軸）方向のみであるように互いにバランスをとる。他の実施形態は、より多いまたは少ない数の圧縮バネ１８０６を使用する。幾つかの実施形態では、他のタイプの弾性機械的部品を用いてラッチに予め負荷をかけておく。例えばゴム製シールがバネ１８０６の代わりに用いられる。
【０１０３】
[00133] 図１８は、３つのストライカ１９２４を有する実施形態を示す。図１８におけるストライカは他の図面に示すようにバー形状ではなく、バッテリーパック１０４自体のフレーム１１８内の丸みが付けられた切欠け部分である。他の実施形態も非バー形状を使用する。幾つかの実施形態では、ストライカは様々な形態を有する。幾つかの実施形態では、ストライカは低摩擦のソリューションを含む。低摩擦ソリューションの例としては、次に限定されないが、図１９Ａに示すように要素１９３０としてローラーベアリングまたは低摩擦コーティングが含まれる。
【０１０４】
[00134] 図１９Ａは、バッテリーベイトランスミッション組立体１０００によって使用されるラッチ機構１０１６、１０１８の一実施形態を示す。本実施形態では、ラッチ機構１０１６、１０１８は４バーリンク機構である。ラッチ機構１０１６、１０１８は、バッテリーベイのフレームに堅く取り付けられるラッチ筐体１９０２を含む。ラッチ機構はさらに、カム型入力リンク１９０４を含み、このカム型入力リンクは、固定のラッチ筐体１９０２に対して第１の枢軸点１９０６周りを、トルクバー１０１２、１０１４と共に回転／旋回するように第１の枢軸点１９０６において各トルクバーに堅く取り付けられる。トルクバーから遠い方の入力リンク１９０４の端は、第２の枢軸点１９０８において、カプラリンクロッド１９１０の第１のロッド端１９１２に回転可能に結合される。カプラリンクロッド１９１０は、第３の枢軸点１８１９においてラッチ１９２０に旋回可能に結合された、第１のロッド端１９１２から離れた第２のロッド端１９１４を有する。幾つかの実施形態では、カプラリンクロッド１９１０は、カプラリンクロッド１９１０の長さを調節するように構成された調節ボルト１９１６を含むターンバックルである。ラッチ１９２０は、ラッチ筐体１９０２の別の部分にピボット可能に接続された第４の枢軸点１９２２を有する。ラッチ１９２０は、第４の枢軸点１９２２の中心を通り延在する軸周りに旋回する。幾つかの実施形態では、ラッチが第４のピボット点１９２２おいて旋回する軸は、第１の枢軸点１９０６においてトルクバー１０１２、１０１４が回転する軸とは平行であるが別個である。ラッチは実質的に「Ｖ」字型またはフック形状であり、「Ｖ」字の頂点に第３の枢軸点１９１８がある。第４の枢軸点１９２２は、頂点から離れた「Ｖ」字の一端にある（この端は、本明細書においてラッチの近位端１９２６と呼ぶ）。「Ｖ」字のもう一端も「Ｖ」字の頂点から離れている（このもう一端は、ラッチの遠位端１９２８と呼ぶ）。ラッチの遠位端１９２８は、バッテリーパック１０４上のバー形状ストライカ１９２４と係合するように構成される。幾つかの実施形態では、ラッチ１９２０の遠位端１９２８は、図１９Ａに示すようにフック形状を有し、（図１９Ｃに示すように）ストライカと係合している場合にストライカ１９２４を載せるように構成される。フック形状の遠位端１９２８は、バッテリーを係合／受容する際に、少なくとも部分的にバッテリーベイ１０８（図３）のキャビティ内にバッテリーパック１０４を係合するおよび持ち上げる際にも有用である。ストライカ１９２４は、ローラーベアリングまたは低摩擦コーティング１９３０といった低摩擦要素を有しうる。
【０１０５】
[00135] 図１９Ａに示すように、入力リンク１９０４が解放位置にある場合、ラッチ１９２０は、バッテリーパック１０４上の対応ストライカ１９２４から機械的に係合解除となるように構成される。すなわち、入力リンク１９０４が解放位置にある場合、ラッチ１９２０はストライカ１９２４に接触しない。入力リンク１９０４は、そこに接続されたトルクバー１０１２、１０１４によって駆動／回転される。
【０１０６】
[00136] 図１９Ｂは、入力リンク１９０４が、ラッチ１９２０がバッテリーパック１０４上のストライカ１９２４と係合し始めて、バッテリーベイ１０８（図３）のキャビティ内に少なくとも僅かにバッテリーパック１０４を持ち上げ始めるように回転した中間位置を示す。
【０１０７】
[00137] 図１９Ｃに示すように、入力リンク１９０４が完全に係合した位置にある場合、ストライカ１９２４は、ラッチ１９２０のフック形状の遠位端１９２８内に載せられ、入力リンク１９０４およびカプラリンクロッド１９１０は、幾何学ロック構成にある。幾何学ロックとは、入力リンク１９０４とカプラリンクロッド１９１０が互いに垂直に位置合わせされた状態にあり、カプラインクロッド１９０１は完全に伸ばされた位置にある。つまり、入力リンク１９０４、カプラリンクロッド１９０１、および第１の枢軸点１９０６、第２の枢軸点１９１８、第３の枢軸点１９１８はすべて同じ軸に実質的に沿っている。したがって、バッテリーパック１０４の任意の移動は、いずれの枢軸点を回転することなく固定のラッチ筐体１９０２への単一軸に沿った圧縮力または張力に変換される。入力リンク１９０４およびカプラリンクロッド１９１０は幾何学ロック状態にあるので、これらは、例えば車両１０２の運転中に、バッテリー１０４がバッテリーベイ１０８から解放されることを防止する。さらに、幾何学ロック位置では、バッテリーパック１０４から車両１０２の駆動構成要素には最小限の負荷しか伝達されない。
【０１０８】
[00138] 幾つかの実施形態では、（ａ）解放と（ｂ）係合は次の通りに行われる。（ａ）バッテリーベイ１０８からのバッテリーパック１０４の解放は、トランスミッション組立体１０００を用いて、バッテリーベイ１０８上のラッチ１９２０を回転してバッテリーパック１０４上のストライカ１９２４を係合解除することによって行われ、（ｂ）バッテリーベイ１０８内への新しいバッテリーパック１０４の係合は、トランスミッション組立体１０００を用いて、バッテリーベイ１０８上のラッチ１９２０を回転してバッテリーパック１０４上のストライカ１９２４を係合状態にする、持ち上げる、およびロックすることによって行われる。幾つかの実施形態では（ａ）解放は１分以内で行われる。幾つかの実施形態では（ｂ）係合は１分以内で行われる。幾つかの実施形態では（ａ）バッテリーベイ１０８からの第１のバッテリーパック１０４の解放と、（ｂ）バッテリーベイ１０８内への第２のバッテリーパック１０４の係合の両方が１分以内で行われる。
【０１０９】
[00139] 幾つかの実施形態では、ラッチ位置インジケータを用いて、ラッチ１９２０が係合位置にあるのか係合解除位置にあるのかを測定する。幾つかの実施形態では、ラッチ位置インジケータは、ラッチ１９２０の位置を電動車両１０２内のコンピュータシステムに通信する。幾つかの実施形態では、他のインジケータをバッテリーパック１０４およびバッテリーベイ１０８全体に用いて次の要素、すなわち、第１のギアロック１５０２、ラッチロック機構１０２０、ラッチ機構１０１６、１０１８、マイターギアセット１００２、トルクバー１０１０、１０１２、ギアシャフト１００４、１００６、電気コネクタ８０４のいずれかまたはすべての機能、およびバッテリーベイ１０８内のバッテリーパック１０４の位置を確認する。幾つかの実施形態では、インジケータには、スイッチ、ホールセンサ、および／またはマイクロスイッチが含まれる。幾つかの実施形態では（位置合わせピン８０２およびラッチ機構１０１６、１０１８といった）位置合わせデバイスおよび位置インジケータによって、バッテリーパック１０４が正確にモニタリングされて、６つの異なる自由度（３度の並進および３度の回転）でバッテリーベイ１０８内に位置決めされることが可能となる。
【０１１０】
[00140] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイは、次の内部の電気的な指示、すなわち、ａ）バッテリーベイとバッテリーパック間の電気コネクタの正常／異常な接続、ｂ）バッテリーパックをバッテリーベイに留める各個別のラッチの開閉指示、ｃ）各安全ロックデバイスの開閉指示、ｄ）セクション１４において言及したユニークキーのようなデバイスの有無、ｅ）バッテリーパック周りの少なくとも３つの異なる位置においてバッテリーベイ内でのバッテリーパックの定位置／位置外れ、ｆ）バッテリーベイ内の２つの異なる位置における過剰な／非過剰な温度測定値（過剰な温度とは９０℃より高い温度でありうる）、および、ｇ）簡易解放アクチュエータにおける過剰／非過剰の動力制限、の幾つかまたはすべてを有する。
【０１１１】
[00141] 図２０は、ラッチロック機構１０２０の詳細図である。ラッチ１９２０がストライカ１９２４と係合した状態で、ラッチ機構１０１６、１０１８がそのロック構成にある場合、ラッチロック機構１０２０も係合状態にある。ラッチロック機構１０２０は、係合状態にある場合に、ラッチ機構１０１６、１０１８が回転することを防ぐように構成される。幾つかの実施形態では、ラッチロック機構１０２０は、ラッチ１９２０上の対応する歯２０１０が係合するように構成された歯付きカンチレバーロックアーム（２００２）（ロックボルトとも呼ばれる）を含む。したがって、歯付きカンチレバーロックアーム２００２は、係合状態にある場合、ラッチ１９２０が回転することを防ぐように構成される。歯付きカンチレバーロックアーム２００２はロック同期バー２００４に結合され、ロック同期バー２００４は、回転された場合に歯付きカンチレバーロックアーム２００２を係合解除するように構成される。ロック同期バー２００４はさらにロックアクチュエータ２００６にも結合され、ロックアクチュエータ２００６は同期バー２００４を回転するように構成される。幾つかの実施形態では、ロックアクチュエータ２００６は、ギアセットまたは任意の他の適切な機構を介してロック同期バー２００４を回転する電動モータ２００８を含む。幾つかの実施形態では、電動モータ２００８は電気ロックまたはロック解除信号によって始動させられる。他の実施形態では、ラッチロック機構は機械的に始動させられる。幾つかの実施形態では、電気的な始動および機械的な始動の両方が与えられ、機械的な始動は電子的に故障が生じた場合に有用である。幾つかの実施形態では、ラッチロック機構１０２０は、ギアロック１５０２（図１５に示す）が解放されて初めて係合解除されるように構成される。
【０１１２】
[00142] ロック同期バー２００４は、１以上のラッチロック１９２０がラッチ１９２０と係合するように、１以上のラッチロック２００２を第１の方向に回転するように構成される。ロック同期バー２００４はさらに、ラッチロック２００２をラッチ１９２０から係合解除するように１以上のラッチロック２００２を第２の、反対の方向に回転するように構成される。したがって、ラッチロックが、ラッチ１９２０をロック解除するために第２の方向に回転された後、ラッチは、上述した４バーリンクラッチ機構１０１６、１０１８を介するトルクバー１０１２、１０１４の回転によってストライカ１９２４から係合解除されることが可能となる。
【０１１３】
[00143] 上述した機構を用いて、電動駆動モータ１３１０によって駆動されるマイターギアセット１００２によって、ラッチ１０１６、１０１８は互いに反対に回転させられる。バッテリーベイ１０８の両側にあるラッチ１０１６、１０１８が互いに離れるように回転すると、ラッチはバッテリー１０４上の対応するストライカ１９２４を解放する。
【０１１４】
[00144] 図２１は、バッテリーベイからバッテリーパックを解放するプロセスのフロー図である。幾つかの実施形態では、解放プロセスは次の通りに行われる。第１のラッチ機構であるマイターギアロック１５０２が物理的に解放される（２１０２）。幾つかの実施形態では、この物理的な解放は、キーホール１４０２内に挿入されたキー１６０２によって行われる（２１０４）。第２のラッチ機構であるラッチロック機構１０２０が１以上のラッチ１０１６、１０１８を解放する（２１０６）。幾つかの実施形態では、ラッチロックは、電子ロック解除信号によって始動される電動モータ２００８が、ロック同期バー２００４を回転させることによってラッチロック２００２を回転させてかつその歯をラッチ１９２０の歯から係合解除するロックアクチュエータ２００６を作動させると、ロック解除される（２１０８）。マイターギアロックおよびラッチロックの両方が解放されると、バッテリー１０４はバッテリーベイ１０８から次の通りに解放される。駆動モータ１３１０がトランスミッション組立体を作動させる（２１１０）。幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は次の通りに作動させられる。駆動モータ１３１０がマイターギアセットを回転させ、マイターギアセットはギアシャフトを回転させ、ギアシャフトはウォームギアを回転させ、ウォームギアはトルクバーを回転させる（２１１２）。具体的には、駆動モータは、ギアレシオセット１３１２によってマイターギアセット１００２の中心ギア１３０２を回転させる。中心ギア１３１２が回転するに従って、中心ギアは、第１の外側ギア１３０４を第１の回転方向に、第２の外側ギア１３０６を第１の回転方向の反対の第２の回転方向に駆動する。第１の外側ギア１３０４は第１のギアシャフト１００４を第１の回転方向に駆動する一方で、第２の外側ギア１３０６は第２のギアシャフト１００６を第２の回転方向に駆動する。第１のギアシャフト１００４は第１のウォームギアセット１００８によって第１のトルクバー１０１２を回転させる。第２のギアシャフト１００６は第２のウォームギアセット１０１０によって第１のトルクバー１０１２の方向とは反対の方向に第２のトルクバー１０１４を回転させる。次に、第１のトルクバー１０１２の回転によって、少なくとも１つのラッチ１９２０が回転させられてバッテリー１０４上のストライカ１９２４が係合解除される（２１１４）。具体的には、入力リンク１９０４に結合されている第１のトルクバー１０１２が入力リンク１９０４を回転させ、入力リンクはラッチ１９２０がストライカ１９２４を係合解除するようにカプラリンクロッド１９１０を作動させる。幾つかの実施形態では、実質的に同時に、第２のトルクバー１０１４の回転によって、第２のトルクバー１０１４に結合されたラッチ機構１０１８を、第１のトルクバー１０１２に結合されたラッチ機構１０１６の方向とは反対の方向に回転させる。したがって、バッテリーベイ１０８の両側にあるラッチは互いから離れるように回転してそれぞれのストライカ１９２４を解放する（２１１６）。次に、バッテリーパックは、車両の底面から垂直に下方向に平行移動させられる。幾つかの実施形態では、バッテリーパックは、まず、バッテリーの下のプラットホーム上へと下げられ、次にこのプラットホームが下がることによってさらに下げられることによって並行移動させられる。
【０１１５】
[00145] 図２２は、バッテリーパックをバッテリーベイに係合するプロセスのフロー図である。バッテリー１０４をバッテリーベイ１０８内に少なくとも部分的に係合することは、上述と実質的に同じプロセスが関与するが、逆である。具体的には、駆動モータ１３１０がトランスミッション組立体を作動させる（２２０２）。幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は、次の通りに作動される。駆動モータ１３１０がマイターギアセットを回転させ、マイターギアセットはギアシャフトを回転させ、ギアシャフトはウォームギアを回転させ、ウォームギアはトルクバーを回転させる（２２０４）。具体的には、駆動モータ１３１０はマイターギアセット１００２の中心ギア１３０２を、ギアレシオセット１３１２によってバッテリー１０４を係合解除するために用いた方向とは反対の方向に回転する。中心ギア１３０２が回転するに従って、中心ギアは、第１の外側ギア１３０４を１つの回転方向に、第２の外側ギア１３０６を反対の方向に駆動する。第１の外側ギア１３０４は第１のギアシャフト１００４を１つの方向に駆動する一方で、第２の外側ギア１３０６は第２のギアシャフト１００６を反対の方向に駆動する。第１のギアシャフト１００４は、第１のウォームギアセット１００８によって第１のトルクバー１０１２を回転させる。第２のギアシャフト１００６は、第２のウォームギアセット１０１０によって第１のトルクバー１０１２の方向とは反対の方向に第２のトルクバー１０１４を回転させる。次に、第１のトルクバー１０１２の回転によって、少なくとも１つの第１のラッチ１９２０が回転させられてバッテリー１０４上のストライカ１２９４と係合状態にされる（２２０６）。具体的には、入力リンク１９０４に結合されている第１のトルクバー１０１２は入力リンク１９０４を回転させ、入力リンクはラッチ１９２０がストライカ１９２４と係合するようにカプラリンクロッド１９１０を作動させる。幾つかの実施形態では、第１のラッチは、車両の底面の前部端に設置される。幾つかの実施形態では、実質的に同時に、電子車両の後部端に設置された第２のラッチも同様に回転させられる（２２０８）。
【０１１６】
[00146] 係合状態になると、ストライカは、電子車両のバッテリーベイ内へと少なくとも部分的にバッテリーを垂直に持ち上げる（２２１０）。持ち上げは次の通りに行われる。実質的に同時に、第２のトルクバー１０１４の回転によって、第２のトルクバー１０１４に結合されたラッチ機構１０１８が、第１のトルクバー１０１２に結合されたラッチ機構１０１６の方向とは反対の方向に回転する。したがって、バッテリーベイ１０８の両側のラッチは互いに向かって回転し、それぞれのストライカ１９２４を実質的に同時に係合状態とし、ストライカを持ち上げる。次に、バッテリーがバッテリーベイ１０８内に固定される（２２１２）。具体的には、ラッチ１９２０は、ストライカ１９２４に引っ掛かり、ラッチがその幾何学ロック（ちょうど中心にある）位置となるまでバッテリーを持ち上げる。バッテリー１０４が係合状態となると、第１のロック機構が係合状態となる（２２１４）。具体的には、ラッチ１０１６、１０１８の４バー機構がその幾何学ロック位置となると、キー１６０２がキーホール１４０１から外され、ロッキング歯１７０４を有するロッキングラッチ１７０２がロッキングギア１７０６と係合する（２２１６）。また、第２のロック機構は、電気的に係合状態となる（２２１８）。具体的には、電子ロック解除信号によって始動される電動モータ２００８は、ロック同期バー２００４を回転させることによってラッチロック２００２を回転してかつその歯をラッチ１９２０の歯と係合させるロックアクチュエータ２００６を作動させる（２２２０）。
【０１１７】
[00147] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８は、上述した解放および係合機構が、少なくとも部分的に使用済みのバッテリー１０４を解放可能でかつそれを車両１０２の底面で少なくとも部分的に充電されたバッテリー１０４と交換可能であるように、少なくとも部分的に電動の車両１０２の底面に配置されるよう構成される。
【０１１８】
[00148] 図２１および図２２を参照して上述したように、幾つかの実施形態では、第１のラッチ機構１０１６および第２のラッチ機構１０１８は、それぞれの軸周りを反対方向に実質的に同時に回転する。幾つかの実施形態では、少なくとも２つのラッチが互いに向かって回転して、バッテリー１０４をバッテリーベイ１０８のキャビティ内に少なくとも部分的に係合状態にする、持ち上げる、かつロックする。幾つかの実施形態では、上述した少なくとも２つのラッチは、次に互いから離れるように回転してバッテリー１０４を係合解除する。同様に、バッテリーパック１０４は、第１のラッチ機構１０１６および第２のラッチ機構１０１８のラッチ１９２０が互いから実質的に同時に離れるように回転する場合、少なくとも部分的に電動の車両１０２から係合解除されるまたはロック解除される。
【０１１９】
[00149] 図２４Ａ〜図３１は、図９に関連して上述したものに追加の詳細を与える、電気接続システムの様々な実施形態を示す。図９では、電動車両１０２に接続されたバッテリーベイ電気コネクタ９０２と嵌合するように構成された、バッテリーパック１０４に接続されたバッテリー電気コネクタ８０４を含む電気接続システム９００の一実施形態を示した。図２４Ａ〜図３０Ｂは電気接続システム２４００を示す。これらの実施形態では、図９においてバッテリーベイ電気コネクタ９０２と称した要素の他の実施形態を説明するために車両側コネクタ２４０２という用語を用い、図９においてバッテリー電気コネクタ８０４と称した要素の他の実施形態を説明するためにバッテリー側コネクタ２４５２という用語を用いる。幾つかの場合においては、これらの実施形態には追加の構成要素を含むことに留意すべきである。例えば図３０および図３１に関連して説明されるシールド機構２９０２は、図９に関連して説明された電気シールド９０４とは異なるシールド機能を行う追加の要素である。さらに図９の電源コネクタ９０６および９０８とデータコネクタ９１０（ケーブルおよび接続インターフェースを含む）は、図２４Ａ〜図２７に関連してより詳細に説明され、したがって、新しい名称および番号で言及する。
【０１２０】
[00150] 図２４Ａは、車両側コネクタ２４０４およびバッテリー側コネクタ２４５２を含む電気接続システム２４００の上面斜視図である。図２４Ｂは、車両側コネクタ２４０４の底面斜視図である。バッテリー側コネクタ２４５２はバッテリーパック１０４に取り付けられ、車両側コネクタ２４０２と嵌合することによってバッテリーパック１０４を車両１０２に電気的に接続する。幾つかの実施形態では、バッテリー側コネクタ２４５２は、以下に詳細に説明されるように位置ずれを補償するための機構を有する。同様に、車両側コネクタ２４０２は車両１０２に取り付けられ、バッテリー側コネクタ２４５２と嵌合することによって車両１０２をバッテリーパック１０４に電気的に接続する。幾つかの実施形態では、車両側コネクタ２４０２は、以下に詳細に説明されるように位置ずれを補償するための機構を有する。図面に関連して説明される構成要素は「バッテリー側」または「車両側」にあると説明されるが、これらの構成要素は交換してもよいことに留意すべきである。つまり、以下に示す実施形態において「バッテリー側」と説明されるあらゆるコメントは、代替の実施形態では「車両」上に搭載されても、またその逆であってもよい。図２４Ａに示すように、バッテリー側コネクタ２４５２は、バッテリー側搭載部分２４５４とバッテリー側結合部分２４５６を含む。バッテリー側結合部分２４５６は、１以上の位置合わせソケット２４７０を含む。幾つかの実施形態では、スリーブ２４６４によって囲まれる１以上のボルト２４６２が、バッテリー側結合部分２４５６をバッテリー側搭載部分３４５４に固定する。幾つかの実施形態では、バッテリー側結合部分２４５６およびバッテリー側搭載部分２４５４は互いに堅く固定され、それにより、両構成要素はバッテリーパックに対して固定される。他の実施形態では、バッテリー側コネクタ２４５２はさらに、バッテリー側結合部分２４５６とバッテリー側搭載部分２４５４との相対運動を可能にするバッテリー側カプラ２４５８（図２７に示し、図２７に関連して詳細に説明される）を含む。これらの構成要素間の相対運動は、バッテリー側コネクタ２４５２と車両側コネクタ２４０２との潜在的な位置ずれを軽減する。
【０１２１】
[00151] バッテリー側結合部分２４５６は、１以上の電源ソケット２４８６を有するバッテリー側電源インターフェース２４６６と、１以上のデータソケット２４８８を有するバッテリー側データインターフェース２４６８を収容する。幾つかの実施形態では、バッテリー側結合部分２４５６はさらに、バッテリー側電源インターフェース２４６６およびバッテリー側データインターフェース２４６８を含むバッテリー側結合部分の一部を囲み、これらの構成要素を汚れやデブリから保護するシール機構２４７２を含む。
【０１２２】
[00152] 図２４Ａに示すように、車両側コネクタ２４０２は、車両側搭載部分２４０４、車両側結合部分２４０６、および車両側カプラ２４０８を有する。車両側結合部分２４０６は、車両側カプラ２４０８を介して車両側搭載部分２４０４に接続される。車両側カプラ２４０８は、車両側結合部分２４０６と車両側搭載部分２４０４との相対運動を可能にして、バッテリー側コネクタ２４５２と車両側コネクタ２４０２との潜在的な位置ずれを軽減し、バッテリーと車両との相対運動を吸収するように設計される。車両側コネクタ２４０２はさらに、１以上の位置合わせピン２４２０も有する
【０１２３】
[00153] 図２４Ｂは、車両側コネクタ２４０２の底面斜視図である。図２４Ｂに示すように、車両側結合部分２４０６は、１以上の電源ピン２４７６を有する車両側電源インターフェース２４１６と、１以上のデータピン２４７８を有する車両側データインターフェース２４１８を収容する。車両側結合部分２４０６は、バッテリー側結合部分２４５６（図２４Ａ）に接続して、バッテリーパック１０４を車両１０２に電気的に接続する。車両側カプラ２４０８は、１以上のボルト２４１２およびコイルバネ２４１４を含む。幾つかの実施形態では、車両側カプラ２４０８は、図２６に関連して以下に詳細に説明されるように、ボルト２４１２とコイルバネ２４１４の組み合わせを使用して、車両側結合部分２４０６と車両側搭載部分２４０４との相対運動を可能にする。
【０１２４】
[00154] 幾つかの実施形態では、車両側コネクタ２４０２を車両１０２に搭載するために用いられる車両側搭載部分２４０４は、車両１０２の底面の特定の外形に一致するように成形される。幾つかの実施形態では、車両側搭載部分２４０４は車両の底面に直接取り付けられる一方で、他の実施形態では、車両側搭載部分２４０４は、接続システム２４００の車両側コネクタ２４０２とバッテリー側コネクタ２４５２との結合を容易にする車両の任意の部分に取り付けられる。車両側搭載部分２４０２は、車両１０２に取り付けられるように構成された任意の適切なプレート、ブラケット、または他の搭載機構である。幾つかのさらなる実施形態では、車両側搭載部分２４０４は車両１０２の一部を形成する。同様に、バッテリー側搭載部分２４５４も、車両側搭載部分２４０４について上述した方法と同様の方法でバッテリー１０４に取り付けられるまたはバッテリー１０４の一部を形成するように構成される。
【０１２５】
[00155] 図２４Ａはさらに、バッテリー側結合部分２４５６の一部を囲むシール機構２４７２を示す。車両側コネクタ２４０２とバッテリー側コネクタ１４５２が結合されると、シール機構２４７２は、車両側結合部分２４０６およびバッテリー側結合部分２４５６の２つの近接面間に配置される。シール機構２４７２は、電源インターフェース２４１６、２４６６およびデータインターフェース２４１８、２４６８を含む結合部分間の領域に環境汚染物質が進入することを防ぐように設計される。車両が通常動作する環境が非常に厳しいため、シール機構２４７２は、水、埃、汚れ、煤、化学物質等といった汚染物質からコネクタの最も感度の高い要素を保護するように設計される。幾つかの実施形態では、シール機構２４７２はゴム製のＯリングである。幾つかの実施形態では、結合部分２４０６および２４５６は２以上のシール機構を使用する。幾つかの実施形態では、接続システム２４００は、追加のタイプか、他のタイプのガスケットを含むシール機構の組み合わせか、または、異物の汚染物質を除去するように設計されたスクレイピング機構を用いる。
【０１２６】
[00156] 図２４Ａに示すように、１以上のテーパー付き位置合わせピン２４２０が、車両側結合部分２４０６に搭載される。テーパー付き位置合わせピン２４２０は、車両側結合部分２４０６の面（図３ＡのＸ−Ｚ面）に垂直であり、かつ、結合部分２４０６および２４５４がそれに沿って接続される軸（図３ＡのＹ軸）に平行である。バッテリー側結合部分２４５６に搭載された１以上の位置合わせソケット２４７０は、テーパー付き位置合わせピン２４２０を受容するように構成される。幾つかの実施形態では、位置合わせソケット２４７０の開口の内側の縁は、摩擦を軽減し、位置合わせピン２４２０と位置合わせソケット２４７０との間に滑らかな接触界面を与えるために面取りされている。位置合わせピン２４２０および位置合わせソケット２４７０は、位置合わせピン２４２０が位置合わせソケット２４７０内にある場合、結合部分２４０６および２４５６とそれぞれの電源インターフェース２４１６、２４６６およびデータインターフェース２４１８、２４６８が位置合わせされるように搭載される。図２６は位置合わせピン２４２０をより詳細に示す。
【０１２７】
[00157] 幾つかの実施形態では、１以上の位置合わせソケット２４７０は、それぞれ、実質的に円柱形の断面を有する。幾つかの実施形態では、位置合わせソケット２４７０のうちの１つは、円柱形断面ではなく楕円形断面を有する。本実施形態では、楕円形の位置合わせソケット２４７０は、楕円形の長寸法が２つのテーパー付き位置合わせピン２４２０間に形成される線に平行であるように搭載される。したがって、位置合わせピン２４２０と、位置合わせソケットのチャネルの内壁との間の余剰の空間は、厳密に平行ではない位置合わせピン２４２０を収容する。このことは、位置合わせピン２４２０および位置合わせソケット２４７０にかかる可能な機械的応力を軽減する。
【０１２８】
[00158] 位置合わせピン２４２０および位置合わせソケット２４７０は、電源インターフェース２４１６、２４６６、およびデータ２４１８、２４６８インターフェースに用いられる接続要素よりもロバストでかつ耐久性がある。例示した位置合わせピン２４２０および位置合わせソケット２４７０といった位置合わせ機構を用いることによって、位置合わせ機構がなければバッテリー１０４と車両１０２との位置ずれによって電気的インターフェースに与えられてしまいうる側方荷重および曲げ荷重に、より壊れ易い電気的およびデータ構成要素ではなくて構造上の構成要素によって耐えることができる。
【０１２９】
[00159] 図２４Ａに示すように、車両側結合部分２４０６は、車両側電源インターフェース２４１６および車両側データインターフェース２４１８を収容する。同様に、バッテリー側結合部分２４５６は、バッテリー側電源インターフェース２４６６およびバッテリー側データインターフェース２４６８を収容する。車両側電源インターフェース２４１６は、バッテリー側電源インターフェース２４６６に結合すると、バッテリー１０４と車両１０２間に高電圧および電流電気的エネルギーを送る。十分な推進力を与えるために、電動車両は最大で１０００ボルトおよび最大で１０００アンペアの直流電流を必要としうる。幾つかの実施形態では、車両は最大で４００ボルトおよび２００アンペアの直流電流を必要とする。幾つかの実施形態では、高電圧の電気は約１００と１００ＶＤＣの間である。他の実施形態では、高電圧の電気は約２００と８００ＶＤＣの間である。さらに他の実施形態では、高電圧の電気は約３００と７００ＶＤＣの間である。さらに他の実施形態では、高電圧の電気は約３５０と４５０ＶＤＣの間である。車両側電源インターフェース２４１６、２４６６の特定の電圧および電流容量は、用途の特定のエネルギーのニーズに応じて異なる。例えば高性能車両は、標準車両よりも高い電圧または電流を運ぶ容量が必要となりうる。
【０１３０】
[00160] 車両結合部分２４０６の車両側電源インターフェース２４１６は、バッテリー側結合部分２４５６の電源インターフェース２４６６によって受容される導電ピンを使用する。幾つかの実施形態では、車両側電源インターフェース２４１６は２つの導電性電源ピン２４７６を含む。他の実施形態では、車両側電源インターフェース２４１６は４以上の導電性電源ピン２４７６を含む。バッテリー側電源インターフェース２４６６の内面は、バッテリー１０４と車両１０２との間の送電を容易にするために導電性である。幾つかの実施形態では、バッテリー側電源インターフェース２４６６は、図２８を参照して説明されるように、電源ピン２４７６と電気的に接触するように導電性メッシュスリーブを使用する電源ソケット２４８６を用いる。幾つかの実施形態では、バッテリー側電源インターフェース２４６６は、電源ピン２４７６と同数の電源ソケット２４８６を含む。
【０１３１】
[00161] 幾つかの実施形態では、車両側データインターフェース２４１８は１７個の導電性データピン２４７８を含む。幾つかの実施形態では、車両側データインターフェース２４１８は、９個、１５個、または２０個のデータピン２４７８を有する。幾つかの実施形態では、バッテリー側データインターフェース２４６８は、データインターフェース２４１８にあるデータピン２４７８と同数のデータソケット２４８８を使用する。幾つかの実施形態では、車両側データインターフェース２４１８は、図２８を参照して説明されるように、データピン２４７８と電気的に接触するように導電性メッシュスリーブを使用するデータソケット２４８８を用いる。データインターフェース２４１８および２４６８は、バッテリー１０４と車両１０２間を、電子通信信号を用いてデータを送信する。多くの電子通信信号がインターフェース２４１８および２４６８によってサポートされ、次に限定されないが、イーサネット（登録商標）、汎用シリアルバス、ＲＳ‐２３２、または任意の他の電気信号が含まれる。さらに、データインターフェース２４１８および２４６８は、次に限定されないが、ＴＣＰ／ＩＰ、ＣＡＮ−バス（コントロールエリアネットワーク）、または他のプロプライエタリプロトコルを含む多くの通信プロトコルをサポート可能である。幾つかの実施形態では、データインターフェース２４１８および２４６８は光学コネクタである。そのような実施形態では、データインターフェース２４１８および２４６８は、バッテリー１０４と車両１０２間でデータを送信するための導電ピンまたはソケットを必要としない。
【０１３２】
[00162] 図２５は、車両側コネクタ２４０２およびバッテリー側コネクタ２４５２の正面図である。図２５の線２６−２６は図２６および図２７に示す断面図を画定する。
【０１３３】
[00163] 図２６は、図２５に示す軸２６−２６に沿った車両側コネクタ２４０２の断面図である。図２６は、この実施形態の車両側結合部分２４０６のより詳細な図を示す。幾つかの実施形態では、車両側カプラ２４０８は、車両側搭載部分２４０４および車両側結合部分２４０６に取り付けられ、コイルバネ２４１４によって囲まれたボルト２４１２を含む。ボルト２４１２は、ボルト２４１２のシャフトの直径より大きい車両側結合部分２４０６の穴２６０２を通される。コイルバネ２４１４は、車両側搭載部分２４０４と車両側結合部分２４０６との間に位置決めされる。コイルバネ２４１４には弾性があり、車両側搭載部分２４０４と車両側結合部分２４０６との間に弾力を与える。この弾力は車両側結合部分２４０６と車両側搭載部分２４０４との間にセンタリング力を与えて、コネクタ２４０２、２４５２が結合されていない場合に、車両側結合部分２４０６を中立位置に維持する。さらに、コイルバネ２４１４の弾性構造によって、車両側結合部分２４０６が垂直方向および水平方向の両方に移動して車両側結合部分２４０６およびバッテリー側結合部分２４５６の位置合わせを支援することが可能である。コイルバネ２４１４はさらに、車両１０２の運転時の垂直方向および水平方向の衝撃および振動も吸収する。ボルトとバネの形式の車両側カプラ２４０８は、水平面（図３Ａにおいて画定されるＸ−Ｚ面）において十分な自由遊び（free play）を与え、それにより、車両側コネクタ２４０４とバッテリー側カプラ２４５２が、完全なバッテリーベイ組立体の通常の幾何公差を前提として位置合わせすることが可能となる。つまり、バッテリーベイシステムの全体精度が高い場合、車両側カプラ２４０８に求められる自由遊びは少ない。例えば＋／−３ｍｍの自由遊びが十分である。低精度のバッテリーベイシステムでは、より多くの自由遊びが必要となる。幾つかの実施形態では、ボルトとバネの形式の車両側カプラ２４０８によって、車両１０２に実質的に平行な面（図３Ａにおいて画定されるＸ−Ｚ面）における＋／−６ｍｍの移動が可能となる。幾つかの実施形態では、ボルトおよびバネの形式の車両側カプラ２４０８によって、垂直軸（図３Ａにおいて画定されるＹ軸）に沿って＋／−６ｍｍの移動が可能となる。
【０１３４】
[00164] 幾つかの実施形態では、コイルバネ２４１４はボルト２４１２を囲まず、車両側結合部分２４０６と車両側搭載部分２４０４との間の他の場所に位置決めされる。幾つかの実施形態では、車両側カプラ２４０８は、次に限定されないが、板バネ、エラストマーバネ、またはねじりバネを含む、コイルバネ以外の弾性機構を使用する。幾つかの実施形態では、車両側カプラ２４０８はより多いまたは少ない数のコイルバネおよびボルトを使用する。当業者であれば様々なバネおよび構成を用いてよいことは認識するであろう。
【０１３５】
[00165] 図２６は、テーパー付き位置合わせピン２４２０およびその搭載機構をより詳細に示す。幾つかの実施形態では、１以上のテーパー付き位置合わせピン２４２０は、車両側結合部分２４０６に堅く固定される。他の実施形態では、１以上のテーパー付き位置合わせピン２４２０は、位置合わせピン２４２０と車両側結合部分２４０６との相対運動を可能とするように図２６に示すように取り付けられる。幾つかの実施形態では、車両側カプラ２４０８は、上述したボルトおよびバネ機構だけでなく浮動ピン機構も含む。位置合わせピン２４２０用のマウントは、ピン２４２０と車両側結合部分２４０６との間で「Ｉ字形」の断面を有する中空のフランジ付きスリーブ２６０４を使用する。幾つかの実施形態では、フランジ付きスリーブ２６０４は２つのスリーブから構成され、各スリーブは組立てを容易にするように単一のフランジまたはショルダを有する。フランジ付きスリーブ２６０４のショルダまたはフランジは、車両側結合部分２４０６の面上にあり、また、車両側結合部分２４０６における穴２６０８の開口より広い。したがって、フランジは、テーパー付き位置合わせピン２４２０を、垂直方向において結合部分２４０６の面に係留した状態に維持する。フランジ付きスリーブ２６０４の外側の円柱面は穴２６０８の内径より小さく、２つの面の間に自由空間２６０６を残す。この自由空間２６０６によって、位置合わせピンが、位置合わせピン２４２０が搭載される車両側結合部分２４０６の面によって画定される面における幾らかの側方の遊びまたはその面において「浮遊する」ことが可能となる。幾つかの実施形態では、浮動ピン形式の車両側カプラ２４０８によって、車両１０２に実質的に平行な面（図３Ａにおいて画定されるＸ−Ｚ面）における＋／−１ｍｍの移動が可能となる。
【０１３６】
[00166] 図２７は、図２５に示す軸２６−２６に沿ったバッテリー側コネクタ２４５２の断面図である。バッテリー側搭載部分２４５４、バッテリー側結合部分２４５６、およびバッテリー側カプラ２４５８を含むバッテリー側コネクタ２４５２を示す。バッテリー側カプラ２４５８の一部を形成するボルト２４６２は、バッテリー側結合部分２４５６をバッテリー側搭載部分２４５４に固定する。幾つかの実施形態では、ボルト２４６２のシャフトはフランジ付きスリーブ２４６４によって囲まれる。フランジ付きスリーブ２４６４は２つのショルダまたはフランジを有し、中空の「Ｉ字形」の断面を形成する。幾つかの実施形態では、フランジ付きスリーブ２４６４は（図示するように）２つのスリーブから構成され、各スリーブは組立てを容易にするように単一のフランジまたはショルダを有する。フランジ付きスリーブ２４６４のショルダは、スリーブ２４６４がその中に着座するバッテリー側結合部分２４５６の開口より大きい直径を有する。スリーブのショルダは、バッテリー側結合部分２４５６の上面および底面に接触し、それにより、バッテリー側結合部分２４５６を（垂直方向において）バッテリー側搭載部分２４５４に係留した状態に維持する。
【０１３７】
[00167] スリーブ２４６４の外側円柱面は、バッテリー側結合部分２４５６の開口より小さい直径を有する。この構成により、バッテリー側結合部分２４５６における穴の壁と、スリーブ２４６４の円柱面との間に空間２７０２を残す。空間２７０２によって、バッテリー側結合部分２４５６がバッテリー側搭載部分２４５４に対して側方に移動することが可能となる。幾つかの実施形態では、空間２７０２によって、バッテリー側結合部分２４５６が１つの面において自由にスライドするまたは「浮遊する」ことが可能となる。幾つかの実施形態では、スライドするスリーブ形式のバッテリー側カプラ２４５８によって、車両１０２に実質的に平行な面（図３Ａにおいて画定されるＸ−Ｚ面）において＋／−１ｍｍの移動が可能となる。他の実施形態では、平面運動は接続システム２４００およびその要素の特定の搭載位置に基づいて変化する。
【０１３８】
[00168] 図２８は、バッテリー側結合部分インターフェース２４５６における、電源ソケット２４８６、データソケット２４８８のいずれか、または、電源ソケットおよびデータソケットの両方によって使用されるメッシュスリーブ２８００の一例を示す。メッシュスリーブの導電性面は、２つのリング２８０４間に位置決めされた多数の導電線２８０２から構成される。導電線２８０２は、リング２８０４の中心により形成される軸に対して斜めにリング２８０４に取り付けられる。導電線２８０２およびリング２８０４のこの構成は、共に、セミスパイラル形状の導電性メッシュスリーブ２８００を形成する。このセミスパイラル構成は、スリーブ２８００に細くなるバイアスをかけ、スリーブ２８００の内径を徐々に減少し、中間の内径２８０６が最小にされる。（車両側結合部分２４０６からの電源ピン２４７６またはデータピン２４７８といった）対応するピンは、リング２８０４より小さいが中間の内径２８０６より大きい直径を有する。したがって、ピンがスリーブ２８００内に挿入されるに従って、中間の内径２８０６付近の導電線２８０２の一部は、ピンの大きい直径に対応するように変形しなければならない。このプロセスによって、導電線２８０２がピンの表面に対して確実に堅く保持される。メッシュスリーブ２８００は、導電線２８０２がその弾性変形範囲において僅かにのみ曲がるように設計される。導電線２８０２の構成は、不適切なサイズのピンが挿入された場合に導電線が塑性変形に抵抗するようなものである。したがって、メッシュスリーブ２８００およびピンは、自身への損傷なしにまたは電気的接続の劣化無しに多くの接触サイクルに耐えることが可能である。幾つかの実施形態では、ピンおよびソケットは、３０００回以上の接続サイクルに耐えることが可能である。
【０１３９】
[00169] 図２９は、車両側結合部分２４０６の分解図であり、シールド機構２９０２を示す。シールド機構２９０２は、接続システムにおいて、データ導体を電源導体から分離しかつ隔離する。図２９は車両側結合部分２４０６のみを示すが、同様のシールド機構がバッテリー側結合部分２４５６にも用いられる。シールド機構２９０２は、データ導体およびインターフェース２４１８によって運ばれる信号を劣化しないように電磁または他の電気的干渉を防止するように特に設計される。上述したように、電動車両は、高い電圧と電流を必要とし、これは付近の電気通信信号を妨害しうる。同じコネクタ２４００上にデータと電源の接続を用いることが望まれるため、このような干渉は防がなければならない。
【０１４０】
[00170] 図３０は、車両側コネクタ２４０２およびバッテリー側コネクタ２４５２に含まれるシールド機構２９０２の斜視図である。図３１は、図３０のシールド機構２９０２のすべての側面の平面図を示す。シールド機構２９０２は、データ導体９１０およびデータインターフェース２４１８、２４６８を囲む。シールド機構２９０２は、金属、好適には電源導体および電源インターフェース２４１６、２４６６によって生成される電磁場に対抗するように設計される導電性金属材料から形成される。シールド機構２９０２の壁厚は、電磁場の強度と、電磁場に対するシールドの位置とに依存する。幾つかの実施形態では、壁厚は、電源導体によって発生される電磁干渉に依存して０．１ｍｍと５ｍｍの間である。シールド機構２９０２の通常の寸法は、データ線が収容される空間が十分あるような寸法である。幾つかの実施形態では、シールド機構２９０２は「Ｌ字形」またはエルボー形状である。幾つかの実施形態では、Ｌ字型シールド機構の具体的な寸法は、電源導体によって発生される電磁干渉の制約および周波数に依存する。上述した寸法で設計した場合、シールド機構２９０２の材料は、付近の高電圧導体によって発生される外部の電磁場に実質的に対抗する内部の電磁力を確立する。この対抗電磁場は、単に特別に設計されたシールド壁と材料の性質との相互作用によって生成される。この電磁場の生成には、正常に機能するための追加の電力または接地システムを必要としない。これは可能な限り単純でかつロバストな接続システムを用いることが望まれることを考えると特に有利である。
【０１４１】
[00171] 説明目的の上記記載は、具体的な実施形態を参照して説明してきた。しかし、上述の例示的な議論は包括的であることまたは発明を開示した形態に厳密に制限することを意図しない。上述の教示内容を鑑みて多くの修正および変形が可能である。例えば、上述した実施形態は、少なくとも部分的に電動の車両に関連して説明したが、本明細書に記載される機構は、取り外し可能なバッテリーを用いる少なくとも部分的に電動の任意の機械に使用してよい。実施形態は、本発明の原理およびその実用的な適用を最もよく説明し、それにより他の当業者が、考えられる特定の使用に適した様々な修正とともに、本発明および様々な実施形態を最大限に活用できるように選択かつ説明した。
【技術分野】
【０００１】
[0001] 開示する実施形態は、概して、取り外し可能なバッテリーパックを有する電動車両に関する。具体的には、開示する実施形態は、取り外し可能なバッテリーパックと電動車両との間に電気的接続およびデータ接続を確立するためのコネクタ機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002] 車両（例えば、乗用車、トラック、航空機、船、オートバイ、自立車両、ロボット、フォークリフトトラック等）は近代経済には欠かせない一部である。しかし残念なことに、かかる車両に動力を供給するために通常用いられる石油といった化石燃料は多くの欠点があり、例えば有限の国外の石油燃料源への依存、これらの国外燃料源が多くの場合不安定な地理的位置にあること、これらの燃料は公害や気候変化をもたらすことが挙げられる。これらの問題に対処する１つの方法としては、これらの車両の燃料経済性を増加することがある。最近では、ガソリン‐電気のハイブリッド車両が導入されており、これらの車両は、従来の内燃車両よりも実質的に少ない燃料を消費する。すなわち、ガソリン‐電気のハイブリッド車両は燃料経済性がよい。しかし、ガソリン‐電気のハイブリッド車両は、電動モータに加えて内燃エンジンを依然として必要とするので、化石燃料が必要でなくなるわけではない。
【０００３】
[0003] この問題に対処する別の方法は、バイオ燃料といった再生可能資源燃料を使用することである。しかし、バイオ燃料は現在高価であり、広く商業的に利用されるになるのは何年も先のことである。
【０００４】
[0004] これらの問題に対処するさらに別の方法は、燃料電池またはバッテリーによって電力が供給される電動モータといったクリーン技術を利用することである。しかし、これらのクリーン技術の多くはまだ実用段階にない。例えば、燃料電池車両は依然として開発段階にありかつ高価である。バッテリーも高価で、車両のコストを最大で４０％増加させてしまう。同様に、充電式バッテリー技術も、大量生産されかつ費用効果的なバッテリーが長距離用に電動車両に電力を供給できるところまで進んでいない。現在のバッテリー技術は、ガソリンに匹敵するほどのエネルギー密度を提供しない。したがって、通常の完全に充電された電動車両用バッテリーを用いたとしても、電動車両は次に再充電されるまで、すなわち、所与の車両保管までに約４０マイルしか走行することができず、電動車両の走行範囲は限られている。さらに、バッテリーを再充電するのに多くの時間がかかる。例えばバッテリーを一晩再充電しなければならないことがある。通常の電動車両用バッテリーの充電時間は何時間もかかるので、長い道程には再充電という選択肢はなく、バッテリー電源式電動車両のための実行可能な「クイック燃料補給」システムおよび方法が非常に望ましい。
【０００５】
[0005] 既存技術は、再充電可能な永久バッテリーを使用する。しかし、本明細書に記載される幾つかの実施形態では、取り外し可能なバッテリーを使用する。これらの実施形態では、バッテリーと車両との間に最初から位置ずれが生じている場合に電気接続を形成することは困難となりうる。本明細書に記載されるバッテリーでは、同じ電気接続システムにおいて電力接続およびデータ接続の両方が包含される。高電圧の電力接続は、データ接続と、これらの接続が近接する場合には電磁干渉を生じさせてしまう。データ接続と電力接続とは干渉し合わないように互いから遠く離れるように移動させることができる。しかし、これらのコネクタを互いから離れるように移動させることは、２つの別個の接続組立体を作成することが必要となり、このことはコストを増大させかつシステムを複雑にしてしまう。
【０００６】
[0006] したがって、上述した欠点に対処するシステムを提供することが非常に望まれる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
[0007] 上述した欠点を解決するために、充電スポットとバッテリー交換ステーションのネットワークが配備され、それによりＥＶ（電動車両）のユーザは自身の車両が常に充電済みで使用可能な状態に維持されることが可能となる。幾つかの実施形態は、バッテリー交換ステーションにおいて、使用消耗済みの（または部分的に放電された）バッテリーパックを完全に充電済み（または実質的に完全に充電済み）のバッテリーパックに迅速に交換するシステムおよび方法を提供する。この迅速な交換は、バッテリーを再充電するのに必要な時間よりもかなり短い時間内で行われる。したがって、長時間に及ぶバッテリー再充電時間は、バッテリーの範囲を超えて走行する電動車両のユーザにもはや関係なくなる。
【０００８】
[0008] さらに、電動車両のバッテリーを車両の初期費用から切り離すことができるので電動車両のコストを大幅に削減できる。例えばバッテリーは金融機関またはサービスプロバイダといった車両のユーザ以外の関係者によって所有されてもよい。これらのコンセプトは、本明細書に参考として組み込む、「Electronic Vehicle Network」なる名称で２００８年９月１９日に出願された米国特許出願第１２／２３４，５９１号により詳細に説明される。したがって、バッテリーは、消費者が購入する車両の一部ではなく、長い時間をかけて収益化を図るべき充電網（ＥＲＧ）インフラストラクチャの一構成要素として取り扱われうる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
[0009] 以下に、電動車両におけるバッテリーパックを取り替えるまたは交換するためのシステムおよび方法の詳細な説明を与える。幾つかの実施形態は、車両に取り付けられ、迅速に交換可能なバッテリーパックの説明を与える。
【００１０】
[0010] 幾つかの実施形態は、少なくとも部分的に電動の車両の底面に配置されるように構成されたバッテリーベイを提供する。バッテリーベイは、バッテリーパックをその中に少なくとも部分的に受容するように構成されたキャビティを画定するフレームを含む。幾つかの実施形態では、バッテリーベイのフレームは車両本体の構造の一部を形成して別個の構成要素ではない。バッテリーベイは、車両の底面によって形成される面（および／または例えば道路といった車両がその上を走行するように構成された面）に実質的に平行な軸周りに回転可能に枢軸する少なくとも１つのラッチ機構をさらに含む。ラッチ機構はキャビティ内に少なくとも部分的にバッテリーパックを保持するように構成される。幾つかの実施形態では、追加のラッチが、第１の軸に実質的に平行でありかつ第１の軸とは別個の追加の軸周りに回転可能に枢軸する。幾つかの実施形態では、この軸と追加の軸とは車両の長さに実質的に垂直である。
【００１１】
[0011] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体が、ラッチおよび追加のラッチに機械的に結合され、トランスミッション組立体はラッチおよび追加のラッチを互いに反対の回転方向に同時に回転するように構成される。幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体を駆動するために電動モータがフレームに機械的に結合される。幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は車両の外部の回転機構によって駆動されるように構成される。
【００１２】
[0012] 幾つかの実施形態は、少なくとも部分的に電動の車両の底面からバッテリーパックを取り外す方法を提供する。この方法は、車両に機械的に結合されたラッチ機構を回転して、ラッチと、少なくとも部分的に電動の車両の底面に配置されたバッテリーパックとの接触を解放することを含む。次にバッテリーパックは、車両の底面から離れるように平行移動させられる。幾つかの実施形態では、この取り外し方法には、回転の前に、第１のロック機構を機械的に係合解除することが含まれる。幾つかの実施形態では、この取り外し方法には、回転の前に、第２のロック機構を電子的に係合解除することが含まれる。幾つかの実施形態では、この取り外し方法は１分以内に行われる。
【００１３】
[0013] 幾つかの実施形態は、バッテリーパックを電動車両に結合する別の方法を提供する。この結合方法は、電動車両の底面の前部端にある第１のラッチをバッテリーパックの前部端にある第１のストライカに、かつ、電動車両の底面の後部端にある第２のラッチをバッテリーパックの後部端にある第２のストライカに実質的に同時に係合させることを含む。次にバッテリーパックは、第１および第２のラッチをそれぞれの物理的ロック位置に回転することによって、電動車両内に実質的に同時にロックされる。幾つかの実施形態では、この結合方法は、第１および第２のラッチを反対方向に回転することによって、バッテリーパックを電動車両内に実質的に同時に垂直に持ち上げることを含み、それによりバッテリーパックと係合状態となりバッテリーパックが吊り上げられる。
【００１４】
[0014] 幾つかの実施形態は、バッテリーパックを受容するためのバッテリーベイを含むバッテリーシステムを提供する。バッテリーベイは電動車両の底面にある。バッテリーベイは、バッテリーパックの前部端を電動車両の底面の前部端に機械的に結合するように構成された第１のラッチと、バッテリーパックの後部端を電動車両の底面の後部端に機械的に結合するように構成された第２のラッチとを含む。第１のラッチと第２のラッチは、実質的に同時に電動車両に対してバッテリーパックの前部端および後部端を係合状態にする、垂直に持ち上げる、およびロックすることによって、バッテリーパックを電動車両の底面に機械的に結合する。
【００１５】
[0015] 幾つかの実施形態は、電動車両の底面に機械的に結合するように構成されたバッテリーパックと、バッテリーパックの近位端を電動車両の底面の近位端に機械的に結合するように構成された第１のラッチと、バッテリーパックの遠位端を電動車両の底面の遠位端に機械的に結合するように構成された第２のラッチとを含むバッテリーシステムを提供する。第１のラッチおよび第２のラッチは、バッテリーパックを電動車両の底面に実質的に同時に機械的に結合する。
【００１６】
[0016] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイは、キャビティの第１の側部においてフレームに取り付けられるラッチを含む。バッテリーベイは、キャビティの第１の側部とは反対のキャビティの第２の側部においてフレームに取り付けられる少なくとも１つの追加のラッチをさらに含む。追加のラッチは、車両の底面によって形成される面に実質的に平行な別の軸周りに回転可能にピボットする。追加のラッチは、バッテリーパックをキャビティ内に少なくとも部分的に保持するように構成される。
【００１７】
[0017] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイのラッチは、軸周りに回転する近位端と、バッテリーパック上のバー形状のストライカと係合するように構成された、近位端から離れた遠位とを有する。幾つかの実施形態では、ラッチの遠位端はフック形状を有する。
【００１８】
[0018] 幾つかの実施形態では、フレームは車両のフレームと一体に形成される。幾つかの実施形態では、フレームは、少なくとも部分的に電動の車両に取り付けられるように構成された別個のユニットである。幾つかの実施形態では、フレームは部分的に電動の車両の前方車軸と後方車軸との間に設置される。幾つかの実施形態では、フレームは２つの長い側部と２つの短い側部とを有する実質的に矩形の開口を画定する。幾つかの実施形態では、フレームは、対応するバッテリーパックを受容するように構成された任意の形状を画定する５、６、またはそれ以上の数の側部を有する開口を画定する。幾つかの実施形態では、長い側部は車両の前部から後部に延在する軸に実質的に平行（またはほぼ平行）である軸に沿って延在する。幾つかの実施形態では、フレームは、バッテリーパックをその中に少なくとも部分的に受容するための実質的に立方形のキャビティを画定する。
【００１９】
[0019] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイは、フレームと少なくとも部分的に電動の車両との間に配置された１以上の振動ダンパを有する。
【００２０】
[0020] 幾つかの実施形態では、ラッチおよび追加のラッチはそれぞれの軸周りを反対方向に実質的に同時に回転する。幾つかの実施形態では、バッテリーパックは、ラッチが互いに向かって実質的に同時に回転すると少なくとも部分的に電動の車両と係合状態となりロックされる。幾つかの実施形態では、バッテリーパックは、ラッチが互いから離れるように実質的に同時に回転すると部分的に電動の車両との係合状態が外れロック解除される。
【００２１】
[0021] 幾つかの実施形態では、ラッチおよび追加のラッチは、実質的に同時に少なくとも部分的に電動の車両の底面からバッテリーパックを機械的に脱結合するように構成される。
【００２２】
[0022] 幾つかの実施形態では、ラッチ（またはラッチ機構）は４バーリンク機構の一部である。幾つかの実施形態では、４バーリンク機構は、ラッチ筐体と、第１の枢軸点および第２の枢軸点を含み、第１の枢軸点はラッチ筐体の近位端に枢軸可能に結合される入力リンクと、第３の枢軸点および第４の枢軸点を含むラッチと、第１のロッド端および第２のロッド端を含むカプラリンクロッドとを含む。第４のピボット点はラッチ筐体の遠位端にピボット可能に結合される。第１のロッド端は、入力リンクの第２の枢軸点に旋回可能に結合される。第２のロッド端はさらに、ラッチの第３の枢軸点に旋回可能に結合される。
【００２３】
[0023] 幾つかの実施形態では、カプラリンクロッドは、カプラリンクロッドの長さを調節するように構成された調節ボルトを含む。幾つかの実施形態では、入力リンクが第１の位置にある場合に、ラッチはバッテリーパックのストライカから機械的に脱結合するように構成される。幾つかの実施形態では、入力リンクが第２の位置にある場合に、ラッチはバッテリーパックのストライカに機械的に結合するように構成された係合位置にあり、入力リンク、カプラリンクロッド、およびフックは幾何学ロック構成にある。幾つかの実施形態では、ラッチは、車両の底面によって形成される面に実質的に垂直な軸に沿ってバッテリーパックを吊り上げるように構成される。
【００２４】
[0024] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイはバッテリーパックをさらに含み、バッテリーパックは、電気エネルギーを蓄積する少なくとも１つの充電式バッテリーセルと、その少なくとも１つの充電式バッテリーセルを少なくとも部分的に囲む筐体筐体とを含む。筐体は、ラッチと係合するように構成されたバー形状の少なくとも１つのストライカをさらに含む。
【００２５】
[0025] 幾つかの実施形態では、バッテリーパックの筐体は、その長さよりも実質的に小さい高さを有し、筐体の一部は、バッテリーパックが車両に取り付けられている場合に車両の底面における周囲空気に少なくともその一部が露出される熱交換機構を含む。幾つかの実施形態では、バッテリーパックは、車両に取り付けられている場合に、電動車両の底面の面より下に少なくとも部分的に突出する。幾つかの実施形態では、筐体の一部は、バッテリーパックが車両に取り付けられている場合に車両の底面における周囲空気に少なくともその一部が露出される熱交換機構を含む。幾つかの実施形態では、熱交換機構は、ヒートシンク、熱交換機、冷却板、およびこれらの機構の組み合わせのうち少なくとも１つから選択される。幾つかの実施形態では、熱交換機構は筐体内を通り抜けるダクトを含む冷却機構である。幾つかの実施形態では、冷却ダクトは複数のフィンを含む。幾つかの実施形態では、冷却ダクトは吸入口を含む。幾つかの実施形態では、吸入口はデブリが冷却ダクトに進入することを防ぐフィルタを含む。
【００２６】
[0026] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイはバッテリーパックをさらに含む。バッテリーパックは、車両のバッテリーベイ内のキャビティを実質的に埋めるように構成された筐体を含む。この筐体は、第１の側壁と、第１の側壁とは反対の第２の側壁と、第１の側壁に配置され、バー形状を有する少なくとも１つのストライカ（第１のストライカの中心軸が第１の側壁と平行である）と、第２の側壁に配置され、バー形状を有する少なくとも１つの第２のストライカ（第２のストライカの中心軸が第２の側壁と平行である）と、電気エネルギーを蓄積する少なくとも１つのバッテリーセルとを含む。バッテリーセルは、筐体内に少なくとも部分的に閉じ込められる。幾つかの実施形態では、バー形状のストライカは、ローラーベアリングや低摩擦表面処置といったなんらかの減摩付属物を有する。
【００２７】
[0027] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイのフレームは、バッテリーパック上の少なくとも１つの位置合わせピンと嵌合するように構成された少なくとも１つの位置合わせソケットをさらに含む。
【００２８】
[0028] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイのフレームは、バッテリーベイに結合された少なくとも１つの圧縮バネをさらに含み、この少なくとも１つの圧縮バネは、バッテリーパックがキャビティ内に少なくとも部分的に保持される場合にバッテリーベイとバッテリーパックとの間に力を生成するように構成される。
【００２９】
[0029] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は、第１のトルクバーに機械的に結合された複数のラッチをさらに含む。第１のトルクバーはラッチを作動させるように構成される。追加のラッチが第２のトルクバーに機械的に結合される。第２のトルクバーは追加のラッチを作動させるように構成される。さらに、第１のトルクバーおよび第２のトルクバーは、反対の方向に実質的に同時に回転するように構成される。幾つかの実施形態では、第１のトルクバーは、車両の前部端に最も近いバッテリーベイの側部にある。第２のトルクバーは、車両の後部端に最も近いバッテリーベイの側部にある。
【００３０】
[0030] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は、第１のウォームギアセットを介して第１のトルクバーに結合された第１のギアシャフトと、第２のウォームギアセットを介して第２のトルクバーに結合された第２のギアシャフトとをさらに含む。第１のギアシャフトおよび第２のギアシャフトは反対方向に実質的に同時に回転することによって、第１のトルクバーおよび第２ントルクバーは、第１のウォームギアセットおよび第２のウォームギアセットを介して反対方向に実質的に同時に回転させられる。幾つかの実施形態では、第１のギアシャフトは、自在継ぎ手によって接合される２つのシャフトを含む。幾つかの実施形態は、設計には左右のウォームギアセットが含まれてもよく、これは、ギアシャフトが反対方向に回転することを必要としない設計である。
【００３１】
[0031] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は、第１のギアシャフトおよび第２のギアシャフトに結合されたマイターギアセットをさらに含む。マイターギアセットは、第１および第２のギアシャフトを反対方向に同期して回転するように構成される。
【００３２】
[0032] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は、ギアレシオセットを介してマイターギアセットに結合された駆動モータをさらに含む。駆動モータは、ギアレシオセットおよびマイターギアセットを介して第１および第２のギアシャフトを反対方向に回転するように構成される。
【００３３】
[0033] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は、電動車両の底面に設置された駆動ソケットをさらに含む。このソケットは、マイターギアセットの中心ギアに結合される。ソケットの回転によってマイターギアセットが作動される。幾つかの実施形態では、駆動ソケットは非標準的な形状を有し、この非標準的な形状に対応するヘッドを有するソケットレンチを受容する。
【００３４】
[0034] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は、マイターギアセットが回転することを防ぐように構成されたマイターギアロックをさらに含む。幾つかの実施形態では、マイターギアロックはキーによって解放されるように構成される。幾つかの実施形態では、キーはマイターギアロックを物理的にロック解除する。幾つかの実施形態では、マイターギアロックはバネで荷重がかけられる。
【００３５】
[0035] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイは１以上のラッチロックをさらに含み、これらの１以上のラッチロックは、係合状態になると、少なくとも１つのラッチが回転することを防ぐように構成される。幾つかの実施形態では、ラッチロックは、１つ以上のラッチロックに結合されたロック同期バーとロック同期バーに結合されたロックアクチュエータとをさらに含む。ロック同期バーは１以上のラッチロックを作動させるように構成される。ロックアクチュエータはロック同期バーを作動させるように構成される。幾つかの実施形態では、１以上のラッチロックはロックボルトである。幾つかの実施形態では、ロックアクチュエータは、ロックアクチュエータを介してロック同期バーを作動させるように構成された電動モータに結合される。幾つかの実施形態では、ロック同期バーは、１以上のラッチロックが係合状態となるように１以上のラッチロックを第１の方向に回転するように構成され、また、ロック同期バーは、１以上のラッチロックが係合解除されるように１以上のラッチロックを第２の方向に回転するように構成される。
【００３６】
[0036] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイは１以上のラッチロックをさらに含み、これらの１以上のラッチロックは、係合状態になると、少なくとも１つのラッチが回転することを防ぐように構成される。１以上のラッチロックは、マイターギアロックが解放されて初めて係合解除するように構成される。
【００３７】
[0037] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイは、ラッチの係合位置および係合解除位置を判断するように構成されたラッチ位置インジケータをさらに含む。
【００３８】
[0038] 幾つかの実施形態では、ラッチは、機械的な結合なしで電子的に同期される。内部電動モータおよびトランスミッションを含む個々のラッチユニットがラッチ動作を行う。制御ユニットを用いて全てのラッチの動作を同期して制御する。
【００３９】
[0039] 取り外し可能なバッテリーパックの係合（結合）および係合解除（脱離（uncoupling））は、少なくとも部分的に電動の車両の寿命に亘って何度も行われうる。幾つかの実施形態では、バッテリーパックおよび車両は最大３０００サイクルの係合および係合解除に耐えるべきである。幾つかの実施形態では、構成要素は最大５０００サイクルに耐えるべきである。結合または係合状態となると、高電圧および電流がバッテリーパックと車両間に流れ、それによりバッテリーパックは電動車両に電力を供給する。幾つかの実施形態では、バッテリーパックはデータを車両に通信するための回路をさらに含む。このような「スマート」バッテリーは、バッテリー充電、バッテリーの状態、残存範囲に関する情報または他の適当な情報を車両のコンピュータシステムに提供する。これらの実施形態では、データ信号経路もバッテリーパックと車両との間に各係合において形成される。電源接続およびデータ接続が形成されるためには、バッテリーパック上の電源およびデータコンタクトと、車両上の電気およびデータコンタクトが互いに適切に位置合わせされなければならない。例えば、適切な電気的接続を形成するために、小さいデータおよび電源ピンとソケットが正確に位置合わせされるべきである。さらに、データおよび電源コネクタは互いに接触したままで、また、垂直および水平方向の衝撃および振動、衝突等といった日常の運転によって生じる厳しい要因にも耐えなければならない。
【００４０】
[0040] 本明細書に記載される接続システムは、バッテリーの取り外しおよび交換時のバッテリー側コネクタと車両側コネクタとの間に生じうる位置ずれを補償する迅速接続／切断システムを提供する。これらの実施形態は、ピンおよびソケット位置合わせ機構といった位置合わせ機構によって、バッテリーおよび車両の結合部分を適切な位置合わせ状態に動かすための構造上の柔軟性を提供する。これらの実施形態はさらに、１以上の位置ずれ軽減機構を提供する。具体的には、接続システムにおける少なくとも１つのコネクタは、バッテリーまたは車両のそれぞれに直接取り付けられた固定の搭載部分と、コネクタのデータおよび電源インターフェースを含む自由結合部分との間での移動を可能にするように設計されたカプラを含む。幾つかの実施形態では、それらの間で可能にされる移動は、水平、すなわち、車両の底面のＸ−Ｚ面に実質的に平行である。幾つかの実施形態では、可能にされる移動はさらに垂直である。幾つかの実施形態では、カプラは、位置ずれの補償を支援することに加えて、電気的およびデータ構成要素を互いに接続した状態に維持する垂直力を与えるバネを含む。これらの実施形態のうちの幾つかは、日常の運転による振動および軋みにも関わらず対応するデータおよび電源ピンとの電気的な接触を維持することが可能であり、さらに３０００サイクル以上の係合サイクルに耐えることが可能である導電性メッシュスリーブを有するデータおよび電源ソケットをさらに使用する。
【００４１】
[0041] 幾つかの実施形態では、バッテリーパックと車両との間のデータ接続は、正確な位置合わせ能力を有する同じ電気接続システム内にある。つまり、単一のバッテリー側コネクタ構成要素が、データインターフェースおよび電源インターフェースの両方を含み、単一の車両側コネクタ構成要素もデータインターフェースおよび電源インターフェースの両方を含む。同じ電気接続システム内にデータ接続と電源接続を設けることの１つの利点は、１つの電気接続システムを用いて電源インターフェースとデータインターフェースの両方を同時に位置合わせすることができるということである。しかし、データ通信導体は、高電圧または大電流導体に近接することによって生じる電磁干渉の影響を受け易い。時に電磁干渉は、任意の高電圧または大電流の導体と任意のデータまたは信号導体との間に相当な距離を維持することによって解決することができる。しかし、車両とバッテリーとの正確な位置合わせを必要とする接続点の数を最小限とする要望を考慮すると、幾つかの実施形態では、電源インターフェースおよびデータインターフェースの両方を同じコネクタシステム構成要素上に含めることが有利である。これらの実施形態では、電磁干渉を解決するためにデータ導体と電源導体との間に適切な距離を維持することは現実的ではない。その代わりに、データおよび電源の両方に単一のコネクタを用いることを可能にする一方で、データ導体が電源導体に近接することによって生じる不所望の電磁効果を防ぐためにシールド機構が設けられる。同じコネクタ構成要素上に電気コネクタとデータコネクタの両方を有する電気接続システムの実施形態では、電気接続システムはさらに、データインターフェースを、接続システムにおいて互いに近くに置かれる高電圧の電気的インターフェースによって生じる電磁干渉からシールドするシールド機構を有する。幾つかの実施形態では、データコネクタおよび電気コネクタは、互いから１インチ以内にある。他の実施形態では、電気およびデータ接続は、以下に説明される電気接続システムの位置合わせ機構のような別個の位置合わせ機構をそれぞれ有する別個の接続システム上にある。
【００４２】
[0042] 本明細書に記載される実施形態のもう１つの注目に値することは、電気接続システム自体に任意のラッチ機構がないことである。これらの実施形態は、電源インターフェースとデータインターフェースとの間の明白な接触を確実にするための追加のクランプまたはラッチ機構を必要としない。その代わりに、電気接続システムの実施形態の構成要素は、バッテリーベイにおけるラッチ機構によって互いに接触した状態に保持される。接続システムの実施形態に用いられる位置合わせ機構は、バッテリーパックおよび車両間の最初の位置ずれを補償するので、バッテリーパックを迅速に取り外し、複雑な電気コネクタをラッチするまたは位置合わせするための追加の懸念なしで車両のバッテリーベイ内に挿入することができる。さらに、ラッチ機構は、車両側コネクタとバッテリー側コネクタとの接続を維持するように適切な力でバッテリーを固定する。バッテリー交換プロセスのステップおよび複雑さを減少することによって、電動車両は毎日の使用により好都合になる。
【００４３】
[0043] 幾つかの実施形態は、少なくとも部分的に電動の車両のバッテリー用の電気接続システムを提供する。この電気接続システムは、次の通りに、車両側コネクタおよびバッテリー側コネクタと共にシールド機構を使用する。車両側コネクタは、少なくとも部分的に電動の車両の底面に永続的に取り付けられるように構成される。バッテリー側コネクタは、バッテリーパックに永続的に取り付けられるように構成される。バッテリー側コネクタは、車両側コネクタと嵌合するように構成される。バッテリー側コネクタおよび車両側コネクタはさらに、少なくとも部分的に電動の車両の底面に実質的に垂直な軸に沿って互いに取り外し可能に結合される。各電気コネクタは、電気コネクタ間で高電圧の電気を送るための高電圧インターフェースと、電気コネクタ間でデータを送るためのデータインターフェースとを含む。電気接続システムは、高電圧接続要素によって生じる電磁効果に対抗するシールド機構をさらに含む。幾つかの実施形態では、シールド機構は、データインターフェースを高電圧インターフェースから分離して、高電圧接続要素によって生じる電磁効果に対抗する。幾つかの実施形態では、シールド機構はデータインターフェースを実質的に覆う筐体を含む。幾つかの実施形態では、筐体はＬ字型である。
【００４４】
[0044] 幾つかの実施形態では、電気接続システムは、第１および第２の電気コネクタが結合される場合に、環境汚染を防ぐために第１および第２の電気コネクタ間に位置決めされたシールド機構をさらに含む。
【００４５】
[0045] 幾つかの実施形態では、高電圧インターフェースは、導電性ピンと導電性ピンを受容するためのソケットとを含む。さらに、ソケットは導電性ピンと電気的接続を形成するための導電性メッシュスリーブで作られる。同様に、幾つかの実施形態では、データインターフェースも導電性ピンとソケットとを含み、ソケットは導電性メッシュスリーブで作られる。他の実施形態では、データインターフェースは光ファイバインターフェースを含む。
【００４６】
[0046] 幾つかの実施形態では、高電圧の電気は約１００と１０００ＶＤＣの間である。他の実施形態では、高電圧の電気は約２００と８００ＶＤＣの間である。さらに他の実施形態では、高電圧の電気は約３５０と４５０ＶＤＣの間である。
【００４７】
[0047] 幾つかの実施形態は、少なくとも部分的に電動の車両のバッテリー用の電気接続システムを提供する。この電気接続システムは、車両側コネクタとバッテリー側コネクタとの位置ずれを補償するための結合機構を次の通りに使用する。電気接続システムは、第１の電気コネクタと、第２の電気コネクタと、第１および第２の電気コネクタ間の位置ずれを補償するためのカプラとを含む。第１の電気コネクタは、少なくとも部分的に電動の車両の底面に搭載されるように構成される。第１の電気コネクタは、第２の電気コネクタの第２の結合部分と嵌合するための第１の結合部分を含む。第２の電気コネクタは、バッテリーに搭載されるように構成され、また、第１の電気コネクタの第１の結合部分と嵌合するための第２の結合部分を含む。これらの間には、第１および第２の電気コネクタ間の位置ずれを補償するためのカプラがある。第１および第２の結合部分は、高電圧の電気を送るための高電圧インターフェースと、第１および第２の結合部分間でデータを送るためのデータインターフェースとを含む。幾つかの実施形態では結合部分は車両側コネクタ上にある。他の実施形態では結合部分はバッテリー側コネクタ上にある。
【００４８】
[0048] 幾つかの実施形態では、少なくとも部分的に電動の車両のバッテリー用の接続システムは、車両側コネクタとバッテリー側コネクタとの位置ずれを補償するための１以上の結合部分を次の通りに含む。第１の電気コネクタは、少なくとも部分的に電動の車両の底面に搭載されるように構成される。第１の電気コネクタは、第２の電気コネクタの第２の結合部分と嵌合するための第１の結合部分と、第１の電気コネクタを少なくとも部分的に電動の車両に取り付けるための第１の搭載部分と、第１の結合部分を第１の搭載部分に取り付けるための第１のカプラとを含む。第１のカプラは、第１の結合部分と第１の搭載部分との相対運動を可能にする。第２の電気コネクタはバッテリーに搭載されるように構成される。第２の電気コネクタは、第１の電気コネクタの第１の結合部分と嵌合するための第２の結合部分を含む。第１のカプラは、第１および第２の電気コネクタ間の位置ずれを補償する。第１および第２の結合部分は、高電圧の電気を送るための高電圧インターフェースと、第１および第２の結合部分間でデータを送るためのデータインターフェースとを含む。幾つかの実施形態では、第２の電気コネクタは、第２の電気コネクタをバッテリーに取り付けるための第２の搭載部分と、第２の結合部分を第２の搭載部分に取り付けるための第２のカプラもさらに含む。第２のカプラは、第２の結合部分と第２の搭載部分との相対運動を可能にする。第２のカプラも、第１および第２の電気コネクタ間の位置ずれを補償する。
【００４９】
[0049] 幾つかの実施形態では、第１のカプラは、第１の結合部分が、第１の搭載部分に対して垂直面および水平面において移動可能であるように構成される。幾つかの実施形態では、第１のカプラは、第１の結合部分における穴と、第１の搭載部分に堅く取り付けられ第１の結合部分における穴を通り延在するボルトとで作られる。ボルトは穴より小さい直径を有する。幾つかの実施形態では、第１のカプラは、第１の結合部分と第１の搭載部分との間に位置決めされたコイルバネをさらに含む。幾つかの実施形態では、ボルトは、このコイルバネの中心を通り延在する。
【００５０】
[0050] 幾つかの実施形態では、請求項の電気接続システムの第１の結合部分はピンとソケットとを含む。ピンとソケットは、第１および第２の結合部分間の側方の位置合わせを確実にするように構成される。幾つかの実施形態では、ソケットの内面は楕円形の断面を有するチャネルである。チャネルはピンより大きい内面を有して、チャネルの内面の一部とピンの外面の一部との間に空間を与える。
【００５１】
[0051] 上述した実施形態は、１以上の上述した欠点に対処するものである。例えば、バッテリーの電気的インターフェース構成要素と、電動車両内のその対応ベイとの位置ずれは、記載された位置合わせおよび位置ずれ補償機構によって補償される。また、高電圧電源接続によって生じる電磁干渉は、様々なシールド機構によって解決または軽減される。幾つかの実施形態では、位置ずれと電磁干渉は共に上述した特徴の組み合わせを用いて対処され、それにより、多くの交換サイクルに耐えることができるロバストなバッテリー交換システムが作られる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】[0052] 図１は、電動車両ネットワークを示す。
【図２Ａ】[0053] 図２Ａは図１の電動車両の図であって、かかる電動車両の底面図である。
【図２Ｂ】[0053] 図２Ｂは図１の電動車両の図であって、かかる電動車両の側面図である。
【図３Ａ】[0054] 図３Ａは、図１の電動車両およびバッテリーパックの底面斜視図である。
【図３Ｂ】[0054] 図３Ｂは、図１の電動車両およびバッテリーパックの底面斜視図である。
【図４】[0055] 図４は、図１〜図３のバッテリーパックの一実施形態の斜視図である。
【図５】[0056] 図５は、様々な化学モジュールまたはセルを示す図１〜図３のバッテリーパックの一実施形態の斜視図である。
【図６】[0057] 図６は、第１の冷却システムを有するバッテリーパックの一実施形態の斜視図である。
【図７】[0058] 図７は、第２の冷却システムを有するバッテリーパックの別の実施形態の底面斜視図である。
【図８】[0059] 図８は、バッテリーパックの別の実施形態の斜視図である。
【図９】[0060] 図９は、電気接続システムの斜視図である。
【図１０】[0061] 図１０は、バッテリーベイおよびバッテリーベイのトランスミッション組立体に接続されたバッテリーパックの一実施形態の斜視図である。
【図１１】[0062] 図１１は、バッテリーベイの別の実施形態の斜視図である。
【図１２】[0063] 図１２は、図１１のウォームギアセットの一実施形態の拡大斜視図（oblique view）である。
【図１３】[0064] 図１３は、図１１の第１のギアセット機構の一実施形態の拡大斜視図である。
【図１４】[0065] 図１４は、駆動ソケットの一実施形態の拡大図を含むバッテリーおよびベイの底面の拡大斜視図である。
【図１５】[0066] 図１５は、ギアロックの一実施形態の斜視図である。
【図１６】[0067] 図１６は、ギアロックの別の実施形態の斜視図である。
【図１７】[0068] 図１７は、キーホールに挿入され図１６のギアロックを解放するキーの拡大斜視図である。
【図１８】[0069] 図１８は、バッテリーパック上の位置合わせピンと嵌合するように構成された幾つかの位置合わせソケットを有するバッテリーベイの一実施形態の拡大斜視図である。
【図１９Ａ】[0070] 図１９Ａは、様々な位置にあるラッチ機構の側面図である。
【図１９Ｂ】[0070] 図１９Ｂは、様々な位置にあるラッチ機構の側面図である。
【図１９Ｃ】[0070] 図１９Ｃは、様々な位置にあるラッチ機構の側面図である。
【図２０】[0071] 図２０は、バッテリーベイのラッチロック機構の拡大斜視図である。
【図２１】[0072] 図２１は、バッテリーベイからバッテリーパックを解放するプロセスのフロー図である。
【図２２】[0073] 図２２は、バッテリーベイにバッテリーパックを係合するプロセスのフロー図である。
【図２３Ａ】[0074] 図２３Ａは、バッテリーベイのトランスミッション組立体の別の実施形態の斜視図である。
【図２３Ｂ】[0074] 図２３Ｂは、バッテリーベイのトランスミッション組立体の別の実施形態の拡大斜視図である。
【図２４Ａ】[0075] 図２４Ａは、電気接続システムの上面斜視図である。
【図２４Ｂ】[0075] 図２４Ｂは、図２４Ａの車両側コネクタの底面斜視図である。
【図２５】[0076] 図２５は、図２４Ａの電気接続システムの側面図である。
【図２６】[0077] 図２６は、図２５の線２６−２６に沿って見た電気接続システムの車両側コネクタ部分の側断面図である。
【図２７】[0078] 図２７は、図２５の線２６−２６に沿って見た電気接続システムのバッテリー側コネクタ部分の側断面図である。
【図２８】[0079] 図２８は、図２４Ａに示すデータおよび電源コネクタの幾つかの実施形態のメス側に用いられる導電性メッシュスリーブの斜視図である。
【図２９】[0080] 図２９は、図２４Ｂに示す車両側コネクタの一部の部分分解斜視図である。
【図３０】[0081] 図３０は、図２９の車両側コネクタに用いられるシールド機構の一実施例の斜視図である。
【図３１】[0082] 図３１は、図２９のシールド機構の全側部の平面図を含む。
【００５３】
[0083] 同様の参照番号は、全図にわたって対応する部分を指すものである。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
[0084] 図１は、幾つかの実施形態による電動車両ネットワーク１００を示す。電子車両ネットワーク１００は、車両１０２と、車両１０２に取り外し可能に搭載されるように構成されたバッテリーパック１０４を含む。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４は、バッテリー（例えばリチウムイオン電池、鉛‐酸電池、ニッケル水素電池等）、コンデンサ、反応セル（例えば亜鉛‐空気セル）等といった電気エネルギーを蓄積可能な任意のデバイスを含む。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４は、複数の個別のバッテリー、または、バッテリーセル／化学モジュールを含む。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４はさらに冷却機構と、車両１０２またはバッテリー交換ステーション１３４の様々な要素に接続するための機械的および電気的コネクタを含む。これらの機械的および電気的コネクタを以下にさらに詳細に説明する。
【００５５】
[0085] 幾つかの実施形態では、車両１０２は、車両の１以上の車輪を駆動する電動モータ１０３を含む。これらの実施形態では、電動モータ１０３は、バッテリーパック１０４（説明の便宜上、車両から離して図示する）からエネルギーを受け取る。車両１０２のバッテリーパック１０４は、ユーザ１１０の家１３０においてまたは１以上の充電ステーション１３２において充電されうる。例えば充電ステーション１３２は、ショッピングセンターの駐車場にあってよい。さらに、幾つかの実施形態では、車両１０２のバッテリーパック１０４は、１以上のバッテリー交換ステーション１３４において充電済みバッテリーパックと交換することができる。したがって、ユーザが車両のバッテリーの１回の充電分の範囲を超える距離を走行する場合、使用済み（または部分的に使用済み）のバッテリーを充電済みバッテリーと交換することでユーザはバッテリーが再充電されることを待つことなく走行を続けることができる。バッテリー交換ステーション１３４は、ユーザが車両１０２の使用済み（または部分的に使用済み）のバッテリーパック１０４を充電済みバッテリーパック１０４と交換することができるサービスステーションである。充電ステーション１３２は、バッテリーパック１０４が車両１０２に結合されている状態でバッテリーパック１０４を充電するためのエネルギーを供給する。ネットワーク１００のこれらの構成要素は、「Electronic Vehicle Network」なる名称で２００８年９月１８日に出願された米国特許出願第１２／２３４，５９１号により詳細に説明されるように、関連の電力およびデータネットワークに接続される。この出願の開示内容は本明細書に参考として組み込むものとする。
【００５６】
[0086] 図２Ａ〜図２Ｂは、少なくとも部分的に電動の車両１０２の側面図および底面図である。車両１０２は、その底面において車両１０２に取り付けられる取り外し可能なバッテリーパック１０４（本明細書では時に単にバッテリーとも呼ぶ）を含む。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４は実質的に平坦で、車両１０２の長さの少なくとも一部に沿って、すなわち、車両の長手Ｘ軸に沿って延在する。幾つかの実施形態では、バッテリー１０４は、車両１０２の底面の面２０４より下に突出しうる、すなわち、負のＹ軸方向に突出しうる。車両の底面から突出することは、バッテリーパック１０４の空冷に有用である。これは突出しているバッテリーパックは周囲気流に晒されることによる。図６に関連して以下に記載される空気吸入口を有する実施形態では、少なくともこれらの空気吸入口が車両１０２の底面において周囲空気に晒されて、車両１０２が前進している場合に気流を受ける。バッテリーパックが車両に組み込まれている幾つかの実施形態では、すなわち、アフターマーケットでは、バッテリーパックは車両の底面から突出しうる。
【００５７】
[0087] バッテリー１０４またはその一部が、車両１０２の底面の面２０４より下に突出する場合、それは、しかしながら、外見的にあまり好ましくない場合がある。したがって、幾つかの実施形態では、装飾用フェアリング２０２が車両に取り付けられてバッテリーパック１０４を隠すようにしてもよい。幾つかの実施形態では、装飾用フェアリング２０２はさらに滑らかな外形を作り障害を減らす。この装飾用フェアリング２０２は、車両の前部、側部、および後部のいずれかまたはすべてに搭載されてよい。
【００５８】
[0088] 図３Ａおよび図３Ｂは、図１の電動車両１０２およびバッテリーパック１０４の底面斜視図である。図３Ａは、バッテリーベイ１０８内に搭載されたバッテリーパック１０４を示す。図３Ｂは、バッテリーベイ１０８から取り外されたバッテリーパック１０４を示す。バッテリーベイ１０８は、車両１０２の底面に配置されるキャビティ３０２の外形を画定するフレーム１１８を含む。キャビティ３０２は、その中にバッテリーパック１０４を少なくとも部分的に受容するように構成される。幾つかの実施形態では、ベイフレーム１１８は、その中に実質的に立方形または矩形の平行六面体のバッテリーパック１０４を少なくとも部分的に受容するために、実質的に矩形形状を有する。幾つかの実施形態では、フレーム１０８は、図示するように、（Ｘ軸に平行である）車両１０２の長さの少なくとも一部に沿った２つの長い側部と、（Ｚ軸に平行である）車両の幅の少なくとも一部に沿った２つの短い側部とを有する。幾つかの実施形態では、フレーム１１８の長い側部は、（Ｘ軸に平行である）車両１０２の前部から後部に延在する軸と実質的に平行な軸に沿って延在する。幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８は車両１０２の後方車軸と前方車軸の間で車両フロアボードの下に設置される。
【００５９】
[0089] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８がその中に挿入されるキャビティ３０２は、従来のガソリンまたはハイブリッド車両では燃料タンクおよびマフラーによって通常占有される既存の容積を使用する。このようにすると、バッテリーパック１０４が追加されても収納および／または乗客容積に実質的に影響を与えない。幾つかの実施形態では、車両本体のフロア構造が、バッテリーパックを収容するようにボウル（basin）の形状にされる。車両の底部にまたはその付近においてバッテリーベイ１０８があることによって、バッテリーパック１０４が車両に結合されているときに、車両の質量中心または重心を下げ、それにより、車両のコーナリング、ロードホールディング、および性能が向上する。幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８は、バッテリーパック１０４を保護するために、前部または後部衝突の際にも曲がらないように設計された車両の領域内に設置される。
【００６０】
[0090] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８は内蔵式ユニットである。幾つかの実施形態では、バッテリーベイの車両フレーム（またはユニボディ）への構造上の接続は弾性振動ダンパ（図示せず）によってなされる。これによりバッテリーベイ１０８は車両フレームの自然の曲げおよびねじれに干渉しない。幾つかの実施形態では、車両フレームへの接続は、ボルトといった取り外し可能な留め具によってなされる。他の実施形態では、バッテリーベイ１０４は、溶接または他の手段によって車両に実質的に永久に搭載される。
【００６１】
[0091] バッテリーベイ１０８は、元の部品製造業者、国内安全基準、または国際安全基準によって義務付けられる荷重係数に耐えられるように設計される。幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８は、以下の荷重係数に耐えられるように設計される。
・通常の動作条件：１〜１００Ｈｚで実質的に連続的に振動しうる＋／−１．５ＧのＦｘおよびＦｚ、および＋／−４ＧのＦｙ（Ｆｘ、Ｆｙ、およびＦｚは、それぞれ、Ｘ、Ｙ、およびＺ方向における力である）。幾つかの実施形態では、この条件では、バッテリーベイ１０８の塑性変形は実質的に生じない。
・例外の動作条件：実質的に連続的に振動しない＋／−１２ＧのＦｘおよびＦｚ、および＋／−８ＧのＦｙ。幾つかの実施形態では、これらの条件では、バッテリーベイ１０８の塑性変形は実質的に生じない。
・衝突条件：ＦｘおよびＦｚで＋／−３０Ｇ、＋／−２０ＧのＦｙ。
【００６２】
[0092] 幾つかの実施形態では、通常および例外の動作条件時には、バッテリーパック１０４は、実質的に振動せず、揺れ動かず、または移動しない。
【００６３】
[0093] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８と車両フレームとの機械的な接続は、車両１０２の組立て時に与えられる。つまり、バッテリーベイ１０８は、少なくとも部分的に電気的である車両１０２に取り付けられるように構成された別個のユニットである。いくつかの実施形態では、この別個のユニット形式のバッテリーベイ１０８が、ビフォーマーケットまたはアフターマーケットでハイブリッドまたは内燃エンジン車両に組み込まれる。他の実施形態では、バッテリーベイ１０８の設計は、車両１０２のフレームと一体に形成される。
【００６４】
[0094] 図４は、バッテリーパック１０４の一実施形態の斜視図である。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４はその長さ（Ｌ）より実質的に小さい高さ（ｈまたはＨ）を有する。幾つかの実施形態では、バッテリー１０４は実質的に長くかつ平らな第１の部分４０１と、第１の部分より短くかつ厚い第２の部分４０２を有する。すなわち、第１の部分４０１は第２の部分の高さ（Ｈ）よりかなり小さい高さ（ｈ）を有する。幾つかの実施形態では、第２の部分４０２は、後部乗客席の下若しくは背後、またはトランクの一部内に嵌り、したがって電動車両内の乗客の空間にあまり影響を与えないように構成されるので、大きい高さ（Ｈ）を有する。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４の容積は２００から３００リットルである。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４の重量は２００〜３００ｋｇである。
【００６５】
[0095] 幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４は、バッテリーパック内のバッテリーセル／化学モジュール（５０２、図５）の爆発を実質的に封じ込めかつ吸収するように作られる少なくとも部分的に密封された囲いである。バッテリーパック１０４の密封囲いは、埃、土、泥、水、氷、および小さい硬い物の衝突によってもたらされる損傷に実質的に耐えられる材料で作られる。好適な材料には一部のプラスチック、炭素繊維、またはポリマー等が含まれる。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４上の外部カバーによって、厳しい環境条件や湿気または燃料蒸気の侵入からバッテリーの内部構成要素を保護しかつ隔離する。
【００６６】
[0096] 幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４内のバッテリー管理システム（ＢＭＳ）４０６がバッテリーパックの充電および放電サイクルを管理する。ＢＭＳ４０６は車両搭載コンピュータと通信して、バッテリーの充電状態を報告し、危険な動作条件がある場合には警告する。幾つかの実施形態では、充電時、ＢＭＳ４０６はバッテリー充電ステーション１３２と通信する。幾つかの実施形態では、ＢＭＳ４０６は９ピンコネクタを介して車両搭載コンピュータと通信することができる。コネクタ内のピンの数はコネクタ設計に応じて異なる。幾つかの実施形態では、ＢＭＳ４０６は、バッテリーパック１０４内に設置される切替えデバイスを用いてコネクタへの電流を切断することによって電子パック１０４と車両１０２との間の電力コネクタを作動可能および作動解除することができる。幾つかの実施形態では、ＢＭＳ４０６は、充電、動作および格納時のバッテリーの安全問題の実質的にすべての面に対処する。
【００６７】
[0097] 図５は、電気エネルギーを受け取り、蓄積し、かつ放出するバッテリーパック用化学モジュール５０２を有するバッテリーパック１０４の斜視図である。これらのモジュール５０２は、バッテリーパック筐体５０４内に収容される。これらの化学モジュール５０２は、本明細書において、時に充電式バッテリーセル５０２とも呼ぶ。幾つかの実施形態では、複数の化学モジュール５０２がバッテリーパック１０４内に配置される。他の実施形態では、少なくとも１つの化学モジュール５０２が用いられる。多くの実施形態では、各化学モジュール５０２は再充電可能であるが、使い捨ての非常時用バッテリーを用いてもよい場合がありうる。化学モジュール５０２は、ＢＭＳによって設定かつ制御されるパラメータに基づいて、充電ステーション１３２において、または、バッテリー交換ステーション１３４の充電部分においてまとまって再充電される。
【００６８】
[0098] 図６は、バッテリーパック１０４が、バッテリーパック１０４からの熱を放散する冷却システムを含む一実施形態の斜視図である。幾つかの実施形態では、バッテリーパックの筐体５０４の一部は、バッテリーパック１０４が車両に取り付けられている場合に車両１０２の底面における周囲空気に少なくともその一部が露出される熱交換機構を含む。幾つかの実施形態では、熱は、モジュール５０２から、バッテリーパックの底部における熱交換機またはヒートシンクに電動される。幾つかの実施形態では、冷却システムは、バッテリーによって発生された熱をさらに放散するためにバッテリーを通り過ぎるようにラム（ram）気流を導く１以上の冷却ダクト６０２に流体連結する、外部カバーにおける開口４０４を含む。幾つかの実施形態では、冷却ダクト６０２はバッテリーパック１０４の長さ全体に延在する一方で、他の実施形態では、ダクトはモジュール５０２を最も良好に冷却するための任意の適切な経路を取る。幾つかの実施形態では、冷却ダクト６０２はバッテリーパック用モジュールからの熱を放散する熱交換機を通るように空気を導く。幾つかの実施形態では、冷却ダクト６０２はさらにその中に冷却フィン６０４を含む。幾つかの実施形態では、空冷は電気ファンによって達成される。幾つかの実施形態では、入口４０４が、車両が動作している間にダクト６０２を通るようにラム空気を導くための吸入口６０６を含む。幾つかの実施形態では、吸入口６０６は、冷却ダクト６０２内にデブリが侵入することを阻止するためのメッシュカバー６０８を含む。
【００６９】
[0099] 図７は、バッテリーパックの底面から見たバッテリーパック１０４およびバッテリーベイフレームの斜視図である。幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４は、窪みまたはキャビティ７０２で構成される別の冷却システムを含む。窪み／キャビティ７０２は、車両の底部に沿って延在するバッテリーパック１０４の底面に設置されて、車両１０２の動作時に窪みまたはキャビティ上を空気が通過するように露出される。車両が停止した場合も、バッテリーによって発生された熱は、その大きい表面積と車両の底面において影に設置されることによって放散される。窪み／キャビティ７０２は、バッテリーパックの底部の全表面積を増加し、これはモジュール５０２を冷却することにさらに役立つ。幾つかの実施形態では、増加された表面積は冷却に十分であり、ダクトおよび／または熱交換機は不要である。幾つかの実施形態では、この増加された表面積は、１以上の上述した（例えば図６に記載されたフィン付き冷却ダクト、または、上述したヒートシンクおよび熱交換機といった）冷却機構と共に用いられる。
【００７０】
[00100] 幾つかの実施形態では、図６および図７に関連して上述したようなシステムといったバッテリーパック用冷却システムは、フル動力動作および／または充電プロセス時に発生される熱の大部分を放散することができる。幾つかの実施形態では、冷却システムは、３ＫＷの熱を放散することができる。バッテリーから放出される熱の正確な量は、設計ごとに異なる。幾つかの実施形態では、上述した冷却システムからの熱は、車両１０２の他の部分ではなく環境に実質的に放出される。
【００７１】
[00101] 図７はさらに、バッテリーパック１０４の底面に複数のパイロット穴７０４を有する一実施形態を示す。これらのパイロット穴７０４は、出願第６１／１６６，２３９号（「Battery Exchange Station」なる名称で２００９年４月２日に出願し、本明細書に組み込むものとする）に記載される交換デバイスプラットホーム上の位置決めピンと嵌合し、交換デバイスプラットホームとバッテリーパック１０４が適切に位置合わせすることを支援する。幾つかの実施形態では、１つのパイロット穴がある。他の実施形態では、２以上のパイロット穴がある。図７の実施形態は、バッテリー上の各ストライカの両側にパイロット穴を示す。幾つかの実施形態では、パイロット穴７０４は、バッテリーではなくバッテリーベイのフレームにあり、また、実質的に同様に機能する。すなわち、バッテリー交換動作時に交換プラットホームの適切な位置合わせを容易にする。
【００７２】
[00102] 図８は、別の実施形態であるバッテリーパック８０６の斜視図である。バッテリーパック８０６は、実質的に長くかつ平らな第１の部分４０１と、第１の部分より短くかつ厚い第２の部分と、長くかつ薄く、第１の部分４０１の長さに実質的に延在し、第１の部分４０１よりは高いが第２の部分の高さ以下の小さい高さを有する、バッテリーパックの第３の部分４０３とを有する。バッテリー１０４の第３の部分４０３は、図示するように運転席と乗客席との間に形成されたＸ方向における中心軸に沿って第１の部分４０１からＹ方向に突出する。さらに他の実施形態（図示せず）は、２つの異なる形状部分を有することなく実質的に立方形を有する。他の実施形態はより複雑な形状を有しうる。例えば幾つかの実施形態は幅広であるよりも高さがある。この一般的な形状を有する実施形態は、時に乗客空間の下ではなく乗客空間の背後に設置される。
【００７３】
[00103] 幾つかの実施形態では、バッテリーパック１０４は、バッテリー１０４を車両１０２のバッテリーベイ１０８と位置合わせするための１以上のピン８０２を含む。ピン８０２はさらに、バッテリーパックがバッテリーベイ１０８内に間違った方向に挿入されないようにも用いられうる。例えば、バッテリーにおけるピンとバッテリーベイにおける対応開口は互いに調整される。
【００７４】
[00104] 幾つかの実施形態では、バッテリーパック筐体５０４はさらにバー形状ストライカ１９２４を含み、これらのバー形状ストライカはバッテリーパック用筐体に堅く取り付けられ、バッテリーパック１０４の全重量を担持するように構成される。すなわち、バッテリーパックは、ストライカがバッテリーベイ１０８のラッチ１９２０（図１９Ａ）と係合する場合にストライカ１９２４から懸架されることが可能である。バッテリーパック１０４のすべてのバージョンはさらに、バッテリーパック１０４を車両１０２に迅速かつ安全に接続するおよび外すための電気コネクタ８０４（図９に関連して以下に説明される）を含む。幾つかの実施形態では、電気コネクタ８０４は、バッテリー１０４の第３の部分４０３上に設置されるが、他の実施形態では、電気コネクタはパックのどこにでも設置されてよい。
【００７５】
[00105] 図９は、電気接続システム９００の詳細な斜視図である。図９は、バッテリー電気コネクタ８０４と、対応するバッテリーベイ電気コネクタ９０２の両方を示し、これらは共に嵌合して電気接続システム９００を形成する。バッテリー電気コネクタ８０４は、ベースユニット９１６によってバッテリーパック１０４に取り付けられる。同様の取り付け機構を用いて、バッテリーベイ電気コネクタ９０２をバッテリーベイ１０８のフレーム１１８に、または、直接電動車両１０２に取り付ける。幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８とバッテリーパック１０４との間の電気的インターフェース（すなわちベイ電気コネクタ９０２とバッテリーパック電気コネクタ８０４との間の接続）は、パックと、ベイまたは車両との迅速な接続／取り外しを可能にする。
【００７６】
[00106] これらのコネクタは共に、接続の電磁力が化学モジュール／バッテリーセル５０２を干渉することを遮蔽する電気シールド９０４も含む。電気シールドは接地されうる。幾つかの実施形態では、電気シールド９０４はさらに、湿気およびデブリが電気コネクタを汚して、電気的短絡および／または発火を引き起こすことを防ぐＯリング９１３を含む。ベイ電気コネクタ９０２とバッテリーパック電気コネクタ８０４との位置合わせは、１以上のテーパー付き位置合わせピン９１２と対応位置合わせレセプタクルまたはソケット９１４によって容易にされる。幾つかの実施形態では、位置合わせピン９１２は、バッテリーパック電気コネクタ８０４上にある一方で、位置合わせソケット／レセプタクル９１４はベイ電気コネクタ９０２上にある。他の実施形態ではこの配置は入れ替えられる。幾つかの実施形態では、ピン９１２は、電気コネクタの不適切な嵌合を防ぐために互いに調整される。
【００７７】
[00107] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８とバッテリーパック１０４との間の電気接続は、２つの別個のコネクタグループを有する。第１のコネクタグループは、バッテリーパック１０４へのおよびバッテリーパック１０４からの電力用である（約４００ＶＤＣ、２００ａｍｐ）。第２のコネクタグループ９１０はデータ通信用である（５〜１２Ｖ、低電流）。幾つかの実施形態では、コネクタは９つのピンを有する。他の実施形態では、コネクタは９より多いまたは少ない数のピンを有する。
【００７８】
[00108] 幾つかの実施形態では、第１のコネクタグループは、充電機構からバッテリーパック１０４に電力を供給するための第１のコネクタ対９０６を含む。幾つかの実施形態では、充電機構は、車両１０２に接続し、（図１に示すように）バッテリーパックが車両に依然として結合されている際にバッテリーパック１０４を充電するスタンドアロンの充電ステーション１３２である。幾つかの実施形態では、充電機構は、バッテリー交換ステーション（１３４、図１）の一部に組み込まれる。バッテリー交換ステーションでは、車両１０２から取り外された消耗さ／放電されたバッテリーパック１０４が車両に挿入される前に再充電される。幾つかの実施形態では、第１のコネクタグループはさらに、バッテリーパック１０４から電動モータ１０３に電気を供給する第２のコネクタ対９０８を含む。
【００７９】
[00109] 幾つかの実施形態では、バッテリー電気コネクタ８０４および対応バッテリーベイ電気コネクタ９０２は、バッテリーベイ１０８内へとバッテリーパック１０４が平行移動することによって共に嵌合する。バッテリー電気コネクタ８０４および対応バッテリーベイ電気コネクタ９０２は共に幾らかの浮遊（flotation）を有する。すなわち、これらのコネクタは左右に数ミリメートル動くことができる。オス型コネクタ（本実施形態ではバッテリーベイ電気コネクタ９０２）が、メス型コネクタ（本実施例ではバッテリー電気コネクタ８０４）内のソケット９１４に侵入する位置合わせピン９１２を有する。ピン９１２とソケット９１４との接続は、バッテリーパック１０４のバッテリーベイ１０８内のその最終位置に平行移動する間、電気接続システム９００の２つの部分を位置合わせする。電気接続システム９００の２つの部分の浮遊によって、２つのコネクタ部分の幾らかの位置ずれ（製造および組立公差によるもの）が可能となる。
【００８０】
[00110] 幾つかの実施形態では、電気接続システム９００における電気コネクタ９０６、９０８、および９１０は、機械的な接続（すなわち、図１０および図１９に記載されるトランスミッション組立体１０００におけるラッチ機構１０１６、１０１８によってバッテリーベイ１０８内にバッテリーパック１０４をロックすること）が確立されて初めて自動的に互いに位置合わせし接続する。
【００８１】
[00111] 図１０は、バッテリーベイ１０８に接続されたバッテリーパック１０４の一実施形態の上面／側面斜視図である。本実施形態では、バッテリーパック１０４とバッテリーベイ１０８は実質的に立方形／矩形の平行六面体の形状にある。本実施形態は、第１の部分４０１の片面上にあるバッテリー電気コネクタ１０２２を含む。
【００８２】
[00112] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８は、バッテリーベイトランスミッション組立体１０００を含む。トランスミッション組立体１０００は、駆動モータ１３１０からあるいは外部／手動の回転源（例えば図１３に示す駆動ソケット１３０８内に受容されるレンチ）からの動力を伝達するギア、回転シャフト、および関連の部品のまとまりである。ラッチ機構１０１６、１０１８は図１９に関連して以下に詳細に説明される。
【００８３】
[00113] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体１０００は、第１のギアシャフト１００４および第２のギアシャフト１００６をそれぞれ反対方向に駆動する第１のギアセット１００２（例えばマイターギアセット）を含む。駆動モータ１３１０または手動回転によるＹ軸周りの回転力は、第１のギアセット１００２によって、Ｘ軸周りのギアシャフト１００４、１００６の等しくかつそれぞれ反対の回転力に変換される。第１のギアシャフト１００４は、第２のギアセット１００８（例えば第１のウォームギアセット）に取り付けられる。第２のギアシャフト１００６は、第３のギアセット１０１０（例えば第２のウォームギアセット）に取り付けられる。第２のギアセット１００８および第３のギアセット１０１０は、図１２に関連して以下により詳細に説明されるが、ギアシャフト１００４、１００６を、バッテリーベイの隅部を動力の流れが回ることを可能にするトルクバー１０１２、１０１４にそれぞれ接続する。すなわち、Ｘ軸周りのギアシャフト１００４の回転力は、ギアセット１００８によってＺ１軸周りのトルクバー１０１２の回転力に変換される一方でそれと同時に、Ｘ軸周りのギアシャフト１００６の回転力（ギアシャフト１００４の回転力と等しくかつ反対方向）は、ギアセット１０１０によって、Ｚ２軸周りのトルクバー１０１４の回転力（トルクバー１０１２の回転力と等しくかつ反対方向）に変換される。このようにして、トランスミッション組立体１０００は、トルクバー１０１２、１０１４を駆動して、等しいがそれぞれ反対方向に実質的に同時に回転する。
【００８４】
[00114] 幾つかの実施形態では、トルクバー１０１２、１０１４とギアシャフト１００４、１００６は、それぞれ、互いに直角にある。幾つかの実施形態では、トルクバー１０１２、１０１４とギアシャフト１００４、１００６は互いに鈍角を形成し、また、さらなる実施形態では、これらは互いに鋭角を形成する。本実施形態では、第２のギアセット１００８は第１のギアシャフト１００４を第１のトルクバー１０１２に接続し、第３のギアセット１０１０は第２のギアシャフト１００６を第２のトルクバー１０１４に接続する。したがって、幾つかの実施形態では、第１のギアシャフト１００４および第２のギアシャフト１００６はそれぞれ反対方向に実質的に同時に回転し、それにより、第１のトルクバー１０１２および第２のトルクバー１０１４は、第２のギアセット１００８および第３のギアセット１０１０を介して、それぞれ反対方向に実質的に同時に回転される。
【００８５】
[00115] 図１０に示す実施形態は、トルクバー１０１２、１０１４にそれぞれ取り付けられた２つのラッチ機構１０１６、１０１８を示す。これらのラッチ１０１６、１０１８は、車両の正常動作時にバッテリーパック１０４をバッテリーベイ１０８内に少なくとも部分的に保持する。
【００８６】
[00116] 幾つかの実施形態は、第１のトルクバー１０１２に結合される１以上の第１のラッチ１０１６と、第２のトルクバー１０１４に結合される１以上の第２の／追加のラッチ１０１８を含む。第１のトルクバー１０１２は第１のラッチ機構１０１６を作動させるように構成され、第２のトルクバー１０１４は第２のラッチ機構１０１８を作動させるように構成される。第１のラッチ１０１６または第２のラッチ１０１８のうちの２以上のラッチが各トルクバー１０１２、１０１４に取り付けられる場合、トルクバーは確実に複数のラッチを作動させ、したがって実質的に同時に互いに回転する。
【００８７】
[00117] 少なくとも１つのラッチロック機構１０１２によって、図２０に関連してより詳細に説明されるようにロックが係合解除されるまで、ラッチ１０１６、１０１８がバッテリーベイ１０８からバッテリー１０４を解放することが阻止される。幾つかの実施形態では、１つのラッチロック機構１０２０だけが用いられるが、他の実施形態では、少なくとも１つのラッチロック機構１０２０が各トルクバー１０１４、１０１６に取り付けられる。幾つかの実施形態では、ラッチロック１０２０は電子的に作動される一方で、他の実施形態では機械的に作動される。
【００８８】
[00118] 幾つかの実施形態では、第１のトルクバー１０１２は、車両１０２の先端に最も近いバッテリーベイ１０８の側面に設置され、第２のトルクバー１０１４は、車両の後部に最も近いバッテリーベイ１０８の側面に設置され、または、この配置は入れ替えられてもよい。トランスミッション組立体のギアセットおよび機構は、ラッチ機構１０１６、１０１８を作動させるようにトルクバー１０１２、１０１４が実質的に同じ角速度で反対方向に駆動される限り、どこに設置されてもよい。
【００８９】
[00119] 図１１は、バッテリーベイ１０８の別の実施形態の斜視図である。本実施形態も第１のギアシャフト１００４および第２のギアシャフト１００６をそれぞれ反対方向に駆動する第１のギアセット１００２（例えばマイターギアセット）を含む。しかし、本実施形態では、バッテリーベイのフレームは矩形ではない。代わりに、バッテリーベイ１０８の１つの側面に沿って、第２のギアシャフト１００６が３つの部分、第１の自在継ぎ手１１０４によって第２のギアシャフトリンク１１０６に接続される第１のギアシャフトリンク１１０２、および、第２の自在継ぎ手１１１０によって第３のギアシャフトリンク１１１２に接続される第３のギアシャフトリンク１１０８から構成される。このようにすると、第１のギアシャフト１００６は、電動車両１０２の他の構成要素を収容するために曲げられる。したがって、バッテリーベイ１０８のキャビティは、第１のギアシャフト１００６が第１のギアセット１００２から延在する単一の直線構成要素である場合よりも小さい容積を有する。
【００９０】
[00120] 図１１はさらに、各トルクバー１０１２（図１０）、１０１４の近くに設置されるトランスミッション組立体１０００内のロック同期バー１１１２を示す。各ロック同期バー１１１２はラッチロック機構１０２０に取り付けられて、図２０に対して以下に詳細に説明されるようにそのラッチ機構１０１６、１０１８が解放しないようにする。図１１はさらに、図１８により詳細に説明されるように、ラッチ１９２０の両側に設置される、ラッチ機構１０１６、１０１８内のバネ１８０６を示す。
【００９１】
[00121] なお、様々な形態のシャフトおよびギアセットを上述したが、他の実施形態では、駆動トルクは、ベルト、プーリー、スプロケット駆動チェーンといった他のタイプの駆動構成要素を用いてラッチに伝達されることが可能である。
【００９２】
[00122] 図１２は、第２のギアセット１００８および第３のギアセット１０１０の１つの実施形態を示す。幾つかの実施形態では、ギアセット１００８、１０１０は、それぞれ、ヘリカルギア１２０２およびスパーギア１２０４から構成される。幾つかの実施形態では、ヘリカルギア１２０２はウォームギアである。動作時、ギアシャフト１００４、１００６に接続されたヘリカルギア１２０２の回転が、ヘリカルギア１２１０およびスパーギア１２０４上の互いに噛み合う歯によって対応するトルクバー１０１２、１０１４を回転する。ヘリカルギア１２１０およびスパーギア１２０４上の歯の正確な数と構成は、特定の電動車両１０２に応じて異なる。例えば幾つかの実施形態では、ヘリカルギア１２０２はかなり長くて多くのねじ山を有する一方で、幾つかの実施形態では、スパーギア１２０４は多くの歯を有するかまたは完全な円を形成する。他の実施形態では、ヘリカルギア１２０２の直径は図１２に示す割合より大きい。正常動作では、ヘリカルギア１２０２は、ラッチ機構１０１６、１０１８が係合状態となるように１つの方向にスパーギア１２０４を回転し、それによりバッテリー１０４は持ち上げられてバッテリーベイ１０８内にロックされ、また、ヘリカルギア１２０２は、ラッチ機構１０１６、１０１８が係合解除するように反対方向にスパーギア１２０４を回転し、バッテリー１０４がバッテリーベイ１０８から取り外されることを可能にする。
【００９３】
[00123] 図１３は、第１のギアセット１００２の一実施形態の詳細図を示す。幾つかの実施形態では、第１のギアセット１００２はマイターギアセットである。幾つかの実施形態では、マイターギアセット１００２は、第１の外側ギア１３０４および第２の外側ギア１３０６に結合された中心ギア１３０２を含む、３つのヘリカルベベルギアを含む。中心ギア１３０２が回転すると、中心ギアは第１の外側ギア１３０４を第１の回転方向に、第２の外側ギア１３０６を、第１の回転方向とは反対の第２の回転方向に駆動する。第１の外側ギア１３０４は第１のギアシャフト１００４を駆動する一方で、第２の外側ギア１３０６は第２のギアシャフト１００６を駆動する。したがって、中心ギア１３０２の回転は、第１の外側ギア１３０４によって第１のギアシャフト１００４を第１の回転方向に駆動する一方で、同時に／同期して、第２の外側ギア１３０６によって第２のギアシャフト１００６を第２の回転方向に駆動する。幾つかの実施形態では、第１のギアセット１００２、特に中心ギア１３０２は、電動車両１０２の底面に設置された駆動ソケット１３０８の回転によって駆動される。ギア１３０８を回転させるためには、シャフトが、駆動ソケット１３０８と嵌合するように構成されたアレン（Allen）またはソケットレンチ１３１４によって機械的に回転される。幾つかの実施形態では、メス型駆動ソケット１３０８は、非標準的な形状の駆動ソケット１３０８と嵌合するようにされた特定の形状のアレンまたはソケットレンチ１３１４のみを受容することができるように独特なまたは非標準的な形状を有する。
【００９４】
[00124] 幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体１０００は、駆動モータギアレシオセット１３１２を介して電気駆動モータ１３１０によって駆動される。ギアレシオセット１３１２は第１のギアセット１３０２を駆動し、第１のギアセット１３０２は、第１のギアシャフト１００４および第２のギアシャフト１００６を同時に反対方向に駆動し、最終的には図１０に関連して上述したようにラッチ機構１０１６、１０１８を同時に作動させる。幾つかの実施形態では、駆動モータ１３１０はシャフト１００４、１００６を回転するように多くの状況において用いられる一方で、駆動ソケット１３０８は手動でオーバーライドする状況のためだけに用いられる。幾つかの実施形態では、駆動ソケット１３０８は、第１のギアセット１００２を駆動するために望ましい手段である。
【００９５】
[00125] 図２３Ａおよび図２３Ｂに示すように、幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体１０００は、右側のウォームギアセットである第２のギアセット１００８と、左側のウォームギアセットである第３のギアセット１０１０を包含する。右側のギアセット１００８および左側のギアセット１０１０がトランスミッション組立体１０００に用いられる場合、第１のギアシャフト１００４および第２のギアシャフト１００６は、Ｘ軸周りの反対方向に回転するように駆動される必要がない。代わりに、左右のウォームギア（１００８、１０１０）上の反対のねじ山によって、トルクバー１０１２がＺ１軸周りに、トルクバー１０１４がＺ２軸周りに（トルクバー１０１２の回転と等しく反対の方向に）駆動される。つまり、右側ウォームギア１００８上のねじ山のピッチは、左側ウォームギア１０１０上のねじ山のピッチとは反対である。したがって、第１のギアセット１００２は、図１３に示すようにマイターギアセットである必要はなく、代わりに図２３Ｂに示すより単純なギアセットである。つまり、左右のウォームギア１００８、１０１０は、第１のギアセット１００８の運動を、ウォームギアの反対のねじ山ピッチによって互いに反対の方向に変換するので、シャフト１００４、１００６は、同じ方向に回転することができ、複雑なマイターギアセットがシャフト１００４、１００６の作動点において必要でなくなる。
【００９６】
[00126] 図１４は、少なくとも部分的に電動の車両１０２の底面から見た、駆動ソケット１３０８の別の実施形態の底面斜視図を示す。幾つかの実施形態では、駆動ソケット１３０８は、バッテリーパック筐体１４００内の穴を通り近接することができる。他の実施形態では、駆動ソケット１３０８は、バッテリーベイ１０８内のキャビティ３０２の側面において近接することができる。幾つかの実施形態では、第１のギアセット１００２は、図１７に示すようにキー１６０２がキーホール１４０２に挿入されて第１のギアセット１００２をロック解除して初めてソケットレンチ１３１４によって駆動される。駆動ソケット１３０８と同様に、本実施形態では、キーホール１４０２も電動車両１０２の底面に設置され、バッテリー筐体１４００内に穴が必要となる。他の実施形態では、キーホール１４０２はバッテリーベイ１０８内にある。
【００９７】
[00127] 図１５は、（幾つかの実施形態ではマイターギアロックである）第１のギアロック１５０２の一実施形態の斜視図である。本実施形態では、図において矢印によって示されるようにキーがキーホール１４０２に挿入されると、第１のギアロック１５０２が上方向に回転し、シャフト１００４上の小型ギアから係合解除されてロック解除される。次に、第１のギアセット１００２は、中心ギア１３０２を回転するというその機能を実行することができる。中心ギアは、第１のギアシャフト１００４を第１の外側ギア１３０４によって第１の回転方向に駆動する一方で同時に、第２のギアシャフト１００６を第２の外側ギア１３０６によって（第１の回転方向とは反対の）第２の回転方向に駆動する。キーが取り外されると、第１のギアロック１５０２は下方向に回転し、シャフト１００４上の小型ギアと係合し、それをロックする。図１５に示す実施形態では、トランスミッション組立体１０００の電気駆動モータ１３１０は、第１のギアセット１００２の上方に設置され、したがって、図１３において記載されたような駆動モータギアセット１３１２を必要としない。
【００９８】
[00128] 図１６は、ギアロック１６００の第２の実施形態の斜視図である。図１６では、キー１６０２はキーホール１４０２の外側に示す。幾つかの実施形態では、キーホール１４０２は駆動ソケット１３０８の近くに設置される。幾つかの実施形態では、キー１６０２は、第１のギアセット１００２の他の構成要素を回避しつつ、以下により詳細に説明されるようにギアロック１６００の第２の実施形態を機械的に解放するための固有の非従来型の形状を有する。
【００９９】
[00129] 図１７は、キーホール１４０２に挿入され、第１のギアロック１５０２を解放するキー１６０２の詳細図である。図１７では、第１のギアロック１５０２は、モータ１３１０とギアセット１３１２との間に位置決めされる。幾つかの実施形態では、キー１６０２は、ロッキングギア１７０６から離れるようにロッキング歯１７０４でロッキングラッチ１７０２を押すことによって第１のギアロック１５０２をロック解除する。幾つかの実施形態では、ロッキングラッチ１７０２は、キー１６０２が取り外されるとすぐに、そのロック位置に付勢されるように、すなわち、ロッキングギア１０６と嵌合ように設計される。幾つかの実施形態では、バネ１７０８がロッキングラッチ１７０２に取り付けられて付勢力を与えるが、他の実施形態ではロッキングラッチ１７０２を付勢するために重力または他の機構を用いてよい。幾つかの実施形態では、キー１６０２は、バッテリー交換プロセスの間ずっと挿入された位置のままにされる。他の実施形態では、キー１６０２は、最初に第１のギアロック１５０２をロック解除するためだけに必要とされ、バッテリー交換プロセスの間ずっと定位置にある必要はない。
【０１００】
[00130] 図１５〜図１７に示す実施形態のようなキー１６０２および第１のギアロック１５０２のすべての実施形態において、第１のギアセット１００２は、キー１６０２がギアロック１５０２をロック解除するまで回転しないようにされる。したがって、シャフト１００４、１００６、トルクバー１０１２、１０１４、およびそれらの対応ラッチ機構１０１６、１０１８は、ギアロック１５０２がロック解除されない限り回転しない。さらに、幾つかの実施形態では、（図２０に関連して説明される）ラッチロック機構１０２０も、ラッチ機構１０１６、１０１８を作動させるプロセスが開始する前にロック解除されなければならない。幾つかの実施形態では、ラッチロック機構およびギアロック１５０２は互いに独立しており、トランスミッション組立体１０００が作動可能となる前に個別に／独立して解放される。幾つかの実施形態では、ラッチロック機構１０２０は電気的に作動され、ギアロック１５０２は機械的に作動され、または、その逆であってもよい。２つの別個の機構（機械的および電気的）によって２つの異なるロックを作動させることによって、車両１０２からバッテリーパック１０４の許可されていない取り外しまたは偶発的に取り外されることが阻止される。さらに、幾つかの実施形態では、あらゆるロックにはバッテリー交換プロセスの前、プロセス中、またはプロセス後の可能な故障を示すインジケータが具備される。
【０１０１】
[00131] 車両１０２に搭載されて設置されるアクチュエータが上述したロックの一方または両方を作動させる。幾つかの実施形態では、アクチュエータは、車両の内蔵型コンピュータシステムから送信される単一の５Ｖ １５ｍＡデジタル信号によって動作させられる。幾つかの実施形態では、アクチュエータは、インジケータによって過剰な電力潮流から保護される。幾つかの実施形態では、他のタイプの機械的または電気機械的アクチュエータを用いて安全ロックを取外してもよい。
【０１０２】
[00132] 図１８は、バッテリー１０４上に配置されたテーパー付き位置合わせピン８０２を受容するように構成された幾つかの位置合わせソケット／穴１８０２を有するバッテリーベイ１０８を示す。図１８は、２つの位置合わせソケット１８０２および位置合わせピン８０２を有する実施形態を示すが、幾つかの実施形態では１つの位置合わせソケット１８０２および位置合わせピン８０２しか用いない。幾つかの実施形態では、位置合わせピン８０２および位置合わせ穴は、バッテリーベイ１０８とのバッテリーパック１０４の逆行したまたは正しくない位置合わせを防ぐように互いに異なる形状となるように調整されている。幾つかの実施形態では、少なくとも１つの圧縮バネ１８０６がバッテリーベイ１０８に搭載される。圧縮バネ１８０６は、バッテリーパック１０４がバッテリーベイ１０８のキャビティ３０２内に少なくとも部分的に保持されかつロックされると、バッテリーベイ１０８のフレーム１１８とバッテリーパック１０４との間に力を発生するように構成される。したがって、バネ１８０６は、運転時または他の動作時にバッテリーパック１０４とベイ１０８の垂直運動（Ｙ軸運動）を吸収する。また、圧縮バネ１０８６は、バッテリー上のストライカ１９２４に接触しているラッチ１９２０をロック位置に維持することを支援し、また、ロックがロック解除された場合にバッテリーベイ１０８からバッテリー１０４を放出することも支援する。図１８は、各ラッチ１９２０の両側に圧縮バネ１８０６を示す。ラッチの両側にある対応する圧縮バネ１８０６は、バッテリーにかかる、結果として生じる力は実質的に垂直（Ｙ軸）方向のみであるように互いにバランスをとる。他の実施形態は、より多いまたは少ない数の圧縮バネ１８０６を使用する。幾つかの実施形態では、他のタイプの弾性機械的部品を用いてラッチに予め負荷をかけておく。例えばゴム製シールがバネ１８０６の代わりに用いられる。
【０１０３】
[00133] 図１８は、３つのストライカ１９２４を有する実施形態を示す。図１８におけるストライカは他の図面に示すようにバー形状ではなく、バッテリーパック１０４自体のフレーム１１８内の丸みが付けられた切欠け部分である。他の実施形態も非バー形状を使用する。幾つかの実施形態では、ストライカは様々な形態を有する。幾つかの実施形態では、ストライカは低摩擦のソリューションを含む。低摩擦ソリューションの例としては、次に限定されないが、図１９Ａに示すように要素１９３０としてローラーベアリングまたは低摩擦コーティングが含まれる。
【０１０４】
[00134] 図１９Ａは、バッテリーベイトランスミッション組立体１０００によって使用されるラッチ機構１０１６、１０１８の一実施形態を示す。本実施形態では、ラッチ機構１０１６、１０１８は４バーリンク機構である。ラッチ機構１０１６、１０１８は、バッテリーベイのフレームに堅く取り付けられるラッチ筐体１９０２を含む。ラッチ機構はさらに、カム型入力リンク１９０４を含み、このカム型入力リンクは、固定のラッチ筐体１９０２に対して第１の枢軸点１９０６周りを、トルクバー１０１２、１０１４と共に回転／旋回するように第１の枢軸点１９０６において各トルクバーに堅く取り付けられる。トルクバーから遠い方の入力リンク１９０４の端は、第２の枢軸点１９０８において、カプラリンクロッド１９１０の第１のロッド端１９１２に回転可能に結合される。カプラリンクロッド１９１０は、第３の枢軸点１８１９においてラッチ１９２０に旋回可能に結合された、第１のロッド端１９１２から離れた第２のロッド端１９１４を有する。幾つかの実施形態では、カプラリンクロッド１９１０は、カプラリンクロッド１９１０の長さを調節するように構成された調節ボルト１９１６を含むターンバックルである。ラッチ１９２０は、ラッチ筐体１９０２の別の部分にピボット可能に接続された第４の枢軸点１９２２を有する。ラッチ１９２０は、第４の枢軸点１９２２の中心を通り延在する軸周りに旋回する。幾つかの実施形態では、ラッチが第４のピボット点１９２２おいて旋回する軸は、第１の枢軸点１９０６においてトルクバー１０１２、１０１４が回転する軸とは平行であるが別個である。ラッチは実質的に「Ｖ」字型またはフック形状であり、「Ｖ」字の頂点に第３の枢軸点１９１８がある。第４の枢軸点１９２２は、頂点から離れた「Ｖ」字の一端にある（この端は、本明細書においてラッチの近位端１９２６と呼ぶ）。「Ｖ」字のもう一端も「Ｖ」字の頂点から離れている（このもう一端は、ラッチの遠位端１９２８と呼ぶ）。ラッチの遠位端１９２８は、バッテリーパック１０４上のバー形状ストライカ１９２４と係合するように構成される。幾つかの実施形態では、ラッチ１９２０の遠位端１９２８は、図１９Ａに示すようにフック形状を有し、（図１９Ｃに示すように）ストライカと係合している場合にストライカ１９２４を載せるように構成される。フック形状の遠位端１９２８は、バッテリーを係合／受容する際に、少なくとも部分的にバッテリーベイ１０８（図３）のキャビティ内にバッテリーパック１０４を係合するおよび持ち上げる際にも有用である。ストライカ１９２４は、ローラーベアリングまたは低摩擦コーティング１９３０といった低摩擦要素を有しうる。
【０１０５】
[00135] 図１９Ａに示すように、入力リンク１９０４が解放位置にある場合、ラッチ１９２０は、バッテリーパック１０４上の対応ストライカ１９２４から機械的に係合解除となるように構成される。すなわち、入力リンク１９０４が解放位置にある場合、ラッチ１９２０はストライカ１９２４に接触しない。入力リンク１９０４は、そこに接続されたトルクバー１０１２、１０１４によって駆動／回転される。
【０１０６】
[00136] 図１９Ｂは、入力リンク１９０４が、ラッチ１９２０がバッテリーパック１０４上のストライカ１９２４と係合し始めて、バッテリーベイ１０８（図３）のキャビティ内に少なくとも僅かにバッテリーパック１０４を持ち上げ始めるように回転した中間位置を示す。
【０１０７】
[00137] 図１９Ｃに示すように、入力リンク１９０４が完全に係合した位置にある場合、ストライカ１９２４は、ラッチ１９２０のフック形状の遠位端１９２８内に載せられ、入力リンク１９０４およびカプラリンクロッド１９１０は、幾何学ロック構成にある。幾何学ロックとは、入力リンク１９０４とカプラリンクロッド１９１０が互いに垂直に位置合わせされた状態にあり、カプラインクロッド１９０１は完全に伸ばされた位置にある。つまり、入力リンク１９０４、カプラリンクロッド１９０１、および第１の枢軸点１９０６、第２の枢軸点１９１８、第３の枢軸点１９１８はすべて同じ軸に実質的に沿っている。したがって、バッテリーパック１０４の任意の移動は、いずれの枢軸点を回転することなく固定のラッチ筐体１９０２への単一軸に沿った圧縮力または張力に変換される。入力リンク１９０４およびカプラリンクロッド１９１０は幾何学ロック状態にあるので、これらは、例えば車両１０２の運転中に、バッテリー１０４がバッテリーベイ１０８から解放されることを防止する。さらに、幾何学ロック位置では、バッテリーパック１０４から車両１０２の駆動構成要素には最小限の負荷しか伝達されない。
【０１０８】
[00138] 幾つかの実施形態では、（ａ）解放と（ｂ）係合は次の通りに行われる。（ａ）バッテリーベイ１０８からのバッテリーパック１０４の解放は、トランスミッション組立体１０００を用いて、バッテリーベイ１０８上のラッチ１９２０を回転してバッテリーパック１０４上のストライカ１９２４を係合解除することによって行われ、（ｂ）バッテリーベイ１０８内への新しいバッテリーパック１０４の係合は、トランスミッション組立体１０００を用いて、バッテリーベイ１０８上のラッチ１９２０を回転してバッテリーパック１０４上のストライカ１９２４を係合状態にする、持ち上げる、およびロックすることによって行われる。幾つかの実施形態では（ａ）解放は１分以内で行われる。幾つかの実施形態では（ｂ）係合は１分以内で行われる。幾つかの実施形態では（ａ）バッテリーベイ１０８からの第１のバッテリーパック１０４の解放と、（ｂ）バッテリーベイ１０８内への第２のバッテリーパック１０４の係合の両方が１分以内で行われる。
【０１０９】
[00139] 幾つかの実施形態では、ラッチ位置インジケータを用いて、ラッチ１９２０が係合位置にあるのか係合解除位置にあるのかを測定する。幾つかの実施形態では、ラッチ位置インジケータは、ラッチ１９２０の位置を電動車両１０２内のコンピュータシステムに通信する。幾つかの実施形態では、他のインジケータをバッテリーパック１０４およびバッテリーベイ１０８全体に用いて次の要素、すなわち、第１のギアロック１５０２、ラッチロック機構１０２０、ラッチ機構１０１６、１０１８、マイターギアセット１００２、トルクバー１０１０、１０１２、ギアシャフト１００４、１００６、電気コネクタ８０４のいずれかまたはすべての機能、およびバッテリーベイ１０８内のバッテリーパック１０４の位置を確認する。幾つかの実施形態では、インジケータには、スイッチ、ホールセンサ、および／またはマイクロスイッチが含まれる。幾つかの実施形態では（位置合わせピン８０２およびラッチ機構１０１６、１０１８といった）位置合わせデバイスおよび位置インジケータによって、バッテリーパック１０４が正確にモニタリングされて、６つの異なる自由度（３度の並進および３度の回転）でバッテリーベイ１０８内に位置決めされることが可能となる。
【０１１０】
[00140] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイは、次の内部の電気的な指示、すなわち、ａ）バッテリーベイとバッテリーパック間の電気コネクタの正常／異常な接続、ｂ）バッテリーパックをバッテリーベイに留める各個別のラッチの開閉指示、ｃ）各安全ロックデバイスの開閉指示、ｄ）セクション１４において言及したユニークキーのようなデバイスの有無、ｅ）バッテリーパック周りの少なくとも３つの異なる位置においてバッテリーベイ内でのバッテリーパックの定位置／位置外れ、ｆ）バッテリーベイ内の２つの異なる位置における過剰な／非過剰な温度測定値（過剰な温度とは９０℃より高い温度でありうる）、および、ｇ）簡易解放アクチュエータにおける過剰／非過剰の動力制限、の幾つかまたはすべてを有する。
【０１１１】
[00141] 図２０は、ラッチロック機構１０２０の詳細図である。ラッチ１９２０がストライカ１９２４と係合した状態で、ラッチ機構１０１６、１０１８がそのロック構成にある場合、ラッチロック機構１０２０も係合状態にある。ラッチロック機構１０２０は、係合状態にある場合に、ラッチ機構１０１６、１０１８が回転することを防ぐように構成される。幾つかの実施形態では、ラッチロック機構１０２０は、ラッチ１９２０上の対応する歯２０１０が係合するように構成された歯付きカンチレバーロックアーム（２００２）（ロックボルトとも呼ばれる）を含む。したがって、歯付きカンチレバーロックアーム２００２は、係合状態にある場合、ラッチ１９２０が回転することを防ぐように構成される。歯付きカンチレバーロックアーム２００２はロック同期バー２００４に結合され、ロック同期バー２００４は、回転された場合に歯付きカンチレバーロックアーム２００２を係合解除するように構成される。ロック同期バー２００４はさらにロックアクチュエータ２００６にも結合され、ロックアクチュエータ２００６は同期バー２００４を回転するように構成される。幾つかの実施形態では、ロックアクチュエータ２００６は、ギアセットまたは任意の他の適切な機構を介してロック同期バー２００４を回転する電動モータ２００８を含む。幾つかの実施形態では、電動モータ２００８は電気ロックまたはロック解除信号によって始動させられる。他の実施形態では、ラッチロック機構は機械的に始動させられる。幾つかの実施形態では、電気的な始動および機械的な始動の両方が与えられ、機械的な始動は電子的に故障が生じた場合に有用である。幾つかの実施形態では、ラッチロック機構１０２０は、ギアロック１５０２（図１５に示す）が解放されて初めて係合解除されるように構成される。
【０１１２】
[00142] ロック同期バー２００４は、１以上のラッチロック１９２０がラッチ１９２０と係合するように、１以上のラッチロック２００２を第１の方向に回転するように構成される。ロック同期バー２００４はさらに、ラッチロック２００２をラッチ１９２０から係合解除するように１以上のラッチロック２００２を第２の、反対の方向に回転するように構成される。したがって、ラッチロックが、ラッチ１９２０をロック解除するために第２の方向に回転された後、ラッチは、上述した４バーリンクラッチ機構１０１６、１０１８を介するトルクバー１０１２、１０１４の回転によってストライカ１９２４から係合解除されることが可能となる。
【０１１３】
[00143] 上述した機構を用いて、電動駆動モータ１３１０によって駆動されるマイターギアセット１００２によって、ラッチ１０１６、１０１８は互いに反対に回転させられる。バッテリーベイ１０８の両側にあるラッチ１０１６、１０１８が互いに離れるように回転すると、ラッチはバッテリー１０４上の対応するストライカ１９２４を解放する。
【０１１４】
[00144] 図２１は、バッテリーベイからバッテリーパックを解放するプロセスのフロー図である。幾つかの実施形態では、解放プロセスは次の通りに行われる。第１のラッチ機構であるマイターギアロック１５０２が物理的に解放される（２１０２）。幾つかの実施形態では、この物理的な解放は、キーホール１４０２内に挿入されたキー１６０２によって行われる（２１０４）。第２のラッチ機構であるラッチロック機構１０２０が１以上のラッチ１０１６、１０１８を解放する（２１０６）。幾つかの実施形態では、ラッチロックは、電子ロック解除信号によって始動される電動モータ２００８が、ロック同期バー２００４を回転させることによってラッチロック２００２を回転させてかつその歯をラッチ１９２０の歯から係合解除するロックアクチュエータ２００６を作動させると、ロック解除される（２１０８）。マイターギアロックおよびラッチロックの両方が解放されると、バッテリー１０４はバッテリーベイ１０８から次の通りに解放される。駆動モータ１３１０がトランスミッション組立体を作動させる（２１１０）。幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は次の通りに作動させられる。駆動モータ１３１０がマイターギアセットを回転させ、マイターギアセットはギアシャフトを回転させ、ギアシャフトはウォームギアを回転させ、ウォームギアはトルクバーを回転させる（２１１２）。具体的には、駆動モータは、ギアレシオセット１３１２によってマイターギアセット１００２の中心ギア１３０２を回転させる。中心ギア１３１２が回転するに従って、中心ギアは、第１の外側ギア１３０４を第１の回転方向に、第２の外側ギア１３０６を第１の回転方向の反対の第２の回転方向に駆動する。第１の外側ギア１３０４は第１のギアシャフト１００４を第１の回転方向に駆動する一方で、第２の外側ギア１３０６は第２のギアシャフト１００６を第２の回転方向に駆動する。第１のギアシャフト１００４は第１のウォームギアセット１００８によって第１のトルクバー１０１２を回転させる。第２のギアシャフト１００６は第２のウォームギアセット１０１０によって第１のトルクバー１０１２の方向とは反対の方向に第２のトルクバー１０１４を回転させる。次に、第１のトルクバー１０１２の回転によって、少なくとも１つのラッチ１９２０が回転させられてバッテリー１０４上のストライカ１９２４が係合解除される（２１１４）。具体的には、入力リンク１９０４に結合されている第１のトルクバー１０１２が入力リンク１９０４を回転させ、入力リンクはラッチ１９２０がストライカ１９２４を係合解除するようにカプラリンクロッド１９１０を作動させる。幾つかの実施形態では、実質的に同時に、第２のトルクバー１０１４の回転によって、第２のトルクバー１０１４に結合されたラッチ機構１０１８を、第１のトルクバー１０１２に結合されたラッチ機構１０１６の方向とは反対の方向に回転させる。したがって、バッテリーベイ１０８の両側にあるラッチは互いから離れるように回転してそれぞれのストライカ１９２４を解放する（２１１６）。次に、バッテリーパックは、車両の底面から垂直に下方向に平行移動させられる。幾つかの実施形態では、バッテリーパックは、まず、バッテリーの下のプラットホーム上へと下げられ、次にこのプラットホームが下がることによってさらに下げられることによって並行移動させられる。
【０１１５】
[00145] 図２２は、バッテリーパックをバッテリーベイに係合するプロセスのフロー図である。バッテリー１０４をバッテリーベイ１０８内に少なくとも部分的に係合することは、上述と実質的に同じプロセスが関与するが、逆である。具体的には、駆動モータ１３１０がトランスミッション組立体を作動させる（２２０２）。幾つかの実施形態では、トランスミッション組立体は、次の通りに作動される。駆動モータ１３１０がマイターギアセットを回転させ、マイターギアセットはギアシャフトを回転させ、ギアシャフトはウォームギアを回転させ、ウォームギアはトルクバーを回転させる（２２０４）。具体的には、駆動モータ１３１０はマイターギアセット１００２の中心ギア１３０２を、ギアレシオセット１３１２によってバッテリー１０４を係合解除するために用いた方向とは反対の方向に回転する。中心ギア１３０２が回転するに従って、中心ギアは、第１の外側ギア１３０４を１つの回転方向に、第２の外側ギア１３０６を反対の方向に駆動する。第１の外側ギア１３０４は第１のギアシャフト１００４を１つの方向に駆動する一方で、第２の外側ギア１３０６は第２のギアシャフト１００６を反対の方向に駆動する。第１のギアシャフト１００４は、第１のウォームギアセット１００８によって第１のトルクバー１０１２を回転させる。第２のギアシャフト１００６は、第２のウォームギアセット１０１０によって第１のトルクバー１０１２の方向とは反対の方向に第２のトルクバー１０１４を回転させる。次に、第１のトルクバー１０１２の回転によって、少なくとも１つの第１のラッチ１９２０が回転させられてバッテリー１０４上のストライカ１２９４と係合状態にされる（２２０６）。具体的には、入力リンク１９０４に結合されている第１のトルクバー１０１２は入力リンク１９０４を回転させ、入力リンクはラッチ１９２０がストライカ１９２４と係合するようにカプラリンクロッド１９１０を作動させる。幾つかの実施形態では、第１のラッチは、車両の底面の前部端に設置される。幾つかの実施形態では、実質的に同時に、電子車両の後部端に設置された第２のラッチも同様に回転させられる（２２０８）。
【０１１６】
[00146] 係合状態になると、ストライカは、電子車両のバッテリーベイ内へと少なくとも部分的にバッテリーを垂直に持ち上げる（２２１０）。持ち上げは次の通りに行われる。実質的に同時に、第２のトルクバー１０１４の回転によって、第２のトルクバー１０１４に結合されたラッチ機構１０１８が、第１のトルクバー１０１２に結合されたラッチ機構１０１６の方向とは反対の方向に回転する。したがって、バッテリーベイ１０８の両側のラッチは互いに向かって回転し、それぞれのストライカ１９２４を実質的に同時に係合状態とし、ストライカを持ち上げる。次に、バッテリーがバッテリーベイ１０８内に固定される（２２１２）。具体的には、ラッチ１９２０は、ストライカ１９２４に引っ掛かり、ラッチがその幾何学ロック（ちょうど中心にある）位置となるまでバッテリーを持ち上げる。バッテリー１０４が係合状態となると、第１のロック機構が係合状態となる（２２１４）。具体的には、ラッチ１０１６、１０１８の４バー機構がその幾何学ロック位置となると、キー１６０２がキーホール１４０１から外され、ロッキング歯１７０４を有するロッキングラッチ１７０２がロッキングギア１７０６と係合する（２２１６）。また、第２のロック機構は、電気的に係合状態となる（２２１８）。具体的には、電子ロック解除信号によって始動される電動モータ２００８は、ロック同期バー２００４を回転させることによってラッチロック２００２を回転してかつその歯をラッチ１９２０の歯と係合させるロックアクチュエータ２００６を作動させる（２２２０）。
【０１１７】
[00147] 幾つかの実施形態では、バッテリーベイ１０８は、上述した解放および係合機構が、少なくとも部分的に使用済みのバッテリー１０４を解放可能でかつそれを車両１０２の底面で少なくとも部分的に充電されたバッテリー１０４と交換可能であるように、少なくとも部分的に電動の車両１０２の底面に配置されるよう構成される。
【０１１８】
[00148] 図２１および図２２を参照して上述したように、幾つかの実施形態では、第１のラッチ機構１０１６および第２のラッチ機構１０１８は、それぞれの軸周りを反対方向に実質的に同時に回転する。幾つかの実施形態では、少なくとも２つのラッチが互いに向かって回転して、バッテリー１０４をバッテリーベイ１０８のキャビティ内に少なくとも部分的に係合状態にする、持ち上げる、かつロックする。幾つかの実施形態では、上述した少なくとも２つのラッチは、次に互いから離れるように回転してバッテリー１０４を係合解除する。同様に、バッテリーパック１０４は、第１のラッチ機構１０１６および第２のラッチ機構１０１８のラッチ１９２０が互いから実質的に同時に離れるように回転する場合、少なくとも部分的に電動の車両１０２から係合解除されるまたはロック解除される。
【０１１９】
[00149] 図２４Ａ〜図３１は、図９に関連して上述したものに追加の詳細を与える、電気接続システムの様々な実施形態を示す。図９では、電動車両１０２に接続されたバッテリーベイ電気コネクタ９０２と嵌合するように構成された、バッテリーパック１０４に接続されたバッテリー電気コネクタ８０４を含む電気接続システム９００の一実施形態を示した。図２４Ａ〜図３０Ｂは電気接続システム２４００を示す。これらの実施形態では、図９においてバッテリーベイ電気コネクタ９０２と称した要素の他の実施形態を説明するために車両側コネクタ２４０２という用語を用い、図９においてバッテリー電気コネクタ８０４と称した要素の他の実施形態を説明するためにバッテリー側コネクタ２４５２という用語を用いる。幾つかの場合においては、これらの実施形態には追加の構成要素を含むことに留意すべきである。例えば図３０および図３１に関連して説明されるシールド機構２９０２は、図９に関連して説明された電気シールド９０４とは異なるシールド機能を行う追加の要素である。さらに図９の電源コネクタ９０６および９０８とデータコネクタ９１０（ケーブルおよび接続インターフェースを含む）は、図２４Ａ〜図２７に関連してより詳細に説明され、したがって、新しい名称および番号で言及する。
【０１２０】
[00150] 図２４Ａは、車両側コネクタ２４０４およびバッテリー側コネクタ２４５２を含む電気接続システム２４００の上面斜視図である。図２４Ｂは、車両側コネクタ２４０４の底面斜視図である。バッテリー側コネクタ２４５２はバッテリーパック１０４に取り付けられ、車両側コネクタ２４０２と嵌合することによってバッテリーパック１０４を車両１０２に電気的に接続する。幾つかの実施形態では、バッテリー側コネクタ２４５２は、以下に詳細に説明されるように位置ずれを補償するための機構を有する。同様に、車両側コネクタ２４０２は車両１０２に取り付けられ、バッテリー側コネクタ２４５２と嵌合することによって車両１０２をバッテリーパック１０４に電気的に接続する。幾つかの実施形態では、車両側コネクタ２４０２は、以下に詳細に説明されるように位置ずれを補償するための機構を有する。図面に関連して説明される構成要素は「バッテリー側」または「車両側」にあると説明されるが、これらの構成要素は交換してもよいことに留意すべきである。つまり、以下に示す実施形態において「バッテリー側」と説明されるあらゆるコメントは、代替の実施形態では「車両」上に搭載されても、またその逆であってもよい。図２４Ａに示すように、バッテリー側コネクタ２４５２は、バッテリー側搭載部分２４５４とバッテリー側結合部分２４５６を含む。バッテリー側結合部分２４５６は、１以上の位置合わせソケット２４７０を含む。幾つかの実施形態では、スリーブ２４６４によって囲まれる１以上のボルト２４６２が、バッテリー側結合部分２４５６をバッテリー側搭載部分３４５４に固定する。幾つかの実施形態では、バッテリー側結合部分２４５６およびバッテリー側搭載部分２４５４は互いに堅く固定され、それにより、両構成要素はバッテリーパックに対して固定される。他の実施形態では、バッテリー側コネクタ２４５２はさらに、バッテリー側結合部分２４５６とバッテリー側搭載部分２４５４との相対運動を可能にするバッテリー側カプラ２４５８（図２７に示し、図２７に関連して詳細に説明される）を含む。これらの構成要素間の相対運動は、バッテリー側コネクタ２４５２と車両側コネクタ２４０２との潜在的な位置ずれを軽減する。
【０１２１】
[00151] バッテリー側結合部分２４５６は、１以上の電源ソケット２４８６を有するバッテリー側電源インターフェース２４６６と、１以上のデータソケット２４８８を有するバッテリー側データインターフェース２４６８を収容する。幾つかの実施形態では、バッテリー側結合部分２４５６はさらに、バッテリー側電源インターフェース２４６６およびバッテリー側データインターフェース２４６８を含むバッテリー側結合部分の一部を囲み、これらの構成要素を汚れやデブリから保護するシール機構２４７２を含む。
【０１２２】
[00152] 図２４Ａに示すように、車両側コネクタ２４０２は、車両側搭載部分２４０４、車両側結合部分２４０６、および車両側カプラ２４０８を有する。車両側結合部分２４０６は、車両側カプラ２４０８を介して車両側搭載部分２４０４に接続される。車両側カプラ２４０８は、車両側結合部分２４０６と車両側搭載部分２４０４との相対運動を可能にして、バッテリー側コネクタ２４５２と車両側コネクタ２４０２との潜在的な位置ずれを軽減し、バッテリーと車両との相対運動を吸収するように設計される。車両側コネクタ２４０２はさらに、１以上の位置合わせピン２４２０も有する
【０１２３】
[00153] 図２４Ｂは、車両側コネクタ２４０２の底面斜視図である。図２４Ｂに示すように、車両側結合部分２４０６は、１以上の電源ピン２４７６を有する車両側電源インターフェース２４１６と、１以上のデータピン２４７８を有する車両側データインターフェース２４１８を収容する。車両側結合部分２４０６は、バッテリー側結合部分２４５６（図２４Ａ）に接続して、バッテリーパック１０４を車両１０２に電気的に接続する。車両側カプラ２４０８は、１以上のボルト２４１２およびコイルバネ２４１４を含む。幾つかの実施形態では、車両側カプラ２４０８は、図２６に関連して以下に詳細に説明されるように、ボルト２４１２とコイルバネ２４１４の組み合わせを使用して、車両側結合部分２４０６と車両側搭載部分２４０４との相対運動を可能にする。
【０１２４】
[00154] 幾つかの実施形態では、車両側コネクタ２４０２を車両１０２に搭載するために用いられる車両側搭載部分２４０４は、車両１０２の底面の特定の外形に一致するように成形される。幾つかの実施形態では、車両側搭載部分２４０４は車両の底面に直接取り付けられる一方で、他の実施形態では、車両側搭載部分２４０４は、接続システム２４００の車両側コネクタ２４０２とバッテリー側コネクタ２４５２との結合を容易にする車両の任意の部分に取り付けられる。車両側搭載部分２４０２は、車両１０２に取り付けられるように構成された任意の適切なプレート、ブラケット、または他の搭載機構である。幾つかのさらなる実施形態では、車両側搭載部分２４０４は車両１０２の一部を形成する。同様に、バッテリー側搭載部分２４５４も、車両側搭載部分２４０４について上述した方法と同様の方法でバッテリー１０４に取り付けられるまたはバッテリー１０４の一部を形成するように構成される。
【０１２５】
[00155] 図２４Ａはさらに、バッテリー側結合部分２４５６の一部を囲むシール機構２４７２を示す。車両側コネクタ２４０２とバッテリー側コネクタ１４５２が結合されると、シール機構２４７２は、車両側結合部分２４０６およびバッテリー側結合部分２４５６の２つの近接面間に配置される。シール機構２４７２は、電源インターフェース２４１６、２４６６およびデータインターフェース２４１８、２４６８を含む結合部分間の領域に環境汚染物質が進入することを防ぐように設計される。車両が通常動作する環境が非常に厳しいため、シール機構２４７２は、水、埃、汚れ、煤、化学物質等といった汚染物質からコネクタの最も感度の高い要素を保護するように設計される。幾つかの実施形態では、シール機構２４７２はゴム製のＯリングである。幾つかの実施形態では、結合部分２４０６および２４５６は２以上のシール機構を使用する。幾つかの実施形態では、接続システム２４００は、追加のタイプか、他のタイプのガスケットを含むシール機構の組み合わせか、または、異物の汚染物質を除去するように設計されたスクレイピング機構を用いる。
【０１２６】
[00156] 図２４Ａに示すように、１以上のテーパー付き位置合わせピン２４２０が、車両側結合部分２４０６に搭載される。テーパー付き位置合わせピン２４２０は、車両側結合部分２４０６の面（図３ＡのＸ−Ｚ面）に垂直であり、かつ、結合部分２４０６および２４５４がそれに沿って接続される軸（図３ＡのＹ軸）に平行である。バッテリー側結合部分２４５６に搭載された１以上の位置合わせソケット２４７０は、テーパー付き位置合わせピン２４２０を受容するように構成される。幾つかの実施形態では、位置合わせソケット２４７０の開口の内側の縁は、摩擦を軽減し、位置合わせピン２４２０と位置合わせソケット２４７０との間に滑らかな接触界面を与えるために面取りされている。位置合わせピン２４２０および位置合わせソケット２４７０は、位置合わせピン２４２０が位置合わせソケット２４７０内にある場合、結合部分２４０６および２４５６とそれぞれの電源インターフェース２４１６、２４６６およびデータインターフェース２４１８、２４６８が位置合わせされるように搭載される。図２６は位置合わせピン２４２０をより詳細に示す。
【０１２７】
[00157] 幾つかの実施形態では、１以上の位置合わせソケット２４７０は、それぞれ、実質的に円柱形の断面を有する。幾つかの実施形態では、位置合わせソケット２４７０のうちの１つは、円柱形断面ではなく楕円形断面を有する。本実施形態では、楕円形の位置合わせソケット２４７０は、楕円形の長寸法が２つのテーパー付き位置合わせピン２４２０間に形成される線に平行であるように搭載される。したがって、位置合わせピン２４２０と、位置合わせソケットのチャネルの内壁との間の余剰の空間は、厳密に平行ではない位置合わせピン２４２０を収容する。このことは、位置合わせピン２４２０および位置合わせソケット２４７０にかかる可能な機械的応力を軽減する。
【０１２８】
[00158] 位置合わせピン２４２０および位置合わせソケット２４７０は、電源インターフェース２４１６、２４６６、およびデータ２４１８、２４６８インターフェースに用いられる接続要素よりもロバストでかつ耐久性がある。例示した位置合わせピン２４２０および位置合わせソケット２４７０といった位置合わせ機構を用いることによって、位置合わせ機構がなければバッテリー１０４と車両１０２との位置ずれによって電気的インターフェースに与えられてしまいうる側方荷重および曲げ荷重に、より壊れ易い電気的およびデータ構成要素ではなくて構造上の構成要素によって耐えることができる。
【０１２９】
[00159] 図２４Ａに示すように、車両側結合部分２４０６は、車両側電源インターフェース２４１６および車両側データインターフェース２４１８を収容する。同様に、バッテリー側結合部分２４５６は、バッテリー側電源インターフェース２４６６およびバッテリー側データインターフェース２４６８を収容する。車両側電源インターフェース２４１６は、バッテリー側電源インターフェース２４６６に結合すると、バッテリー１０４と車両１０２間に高電圧および電流電気的エネルギーを送る。十分な推進力を与えるために、電動車両は最大で１０００ボルトおよび最大で１０００アンペアの直流電流を必要としうる。幾つかの実施形態では、車両は最大で４００ボルトおよび２００アンペアの直流電流を必要とする。幾つかの実施形態では、高電圧の電気は約１００と１００ＶＤＣの間である。他の実施形態では、高電圧の電気は約２００と８００ＶＤＣの間である。さらに他の実施形態では、高電圧の電気は約３００と７００ＶＤＣの間である。さらに他の実施形態では、高電圧の電気は約３５０と４５０ＶＤＣの間である。車両側電源インターフェース２４１６、２４６６の特定の電圧および電流容量は、用途の特定のエネルギーのニーズに応じて異なる。例えば高性能車両は、標準車両よりも高い電圧または電流を運ぶ容量が必要となりうる。
【０１３０】
[00160] 車両結合部分２４０６の車両側電源インターフェース２４１６は、バッテリー側結合部分２４５６の電源インターフェース２４６６によって受容される導電ピンを使用する。幾つかの実施形態では、車両側電源インターフェース２４１６は２つの導電性電源ピン２４７６を含む。他の実施形態では、車両側電源インターフェース２４１６は４以上の導電性電源ピン２４７６を含む。バッテリー側電源インターフェース２４６６の内面は、バッテリー１０４と車両１０２との間の送電を容易にするために導電性である。幾つかの実施形態では、バッテリー側電源インターフェース２４６６は、図２８を参照して説明されるように、電源ピン２４７６と電気的に接触するように導電性メッシュスリーブを使用する電源ソケット２４８６を用いる。幾つかの実施形態では、バッテリー側電源インターフェース２４６６は、電源ピン２４７６と同数の電源ソケット２４８６を含む。
【０１３１】
[00161] 幾つかの実施形態では、車両側データインターフェース２４１８は１７個の導電性データピン２４７８を含む。幾つかの実施形態では、車両側データインターフェース２４１８は、９個、１５個、または２０個のデータピン２４７８を有する。幾つかの実施形態では、バッテリー側データインターフェース２４６８は、データインターフェース２４１８にあるデータピン２４７８と同数のデータソケット２４８８を使用する。幾つかの実施形態では、車両側データインターフェース２４１８は、図２８を参照して説明されるように、データピン２４７８と電気的に接触するように導電性メッシュスリーブを使用するデータソケット２４８８を用いる。データインターフェース２４１８および２４６８は、バッテリー１０４と車両１０２間を、電子通信信号を用いてデータを送信する。多くの電子通信信号がインターフェース２４１８および２４６８によってサポートされ、次に限定されないが、イーサネット（登録商標）、汎用シリアルバス、ＲＳ‐２３２、または任意の他の電気信号が含まれる。さらに、データインターフェース２４１８および２４６８は、次に限定されないが、ＴＣＰ／ＩＰ、ＣＡＮ−バス（コントロールエリアネットワーク）、または他のプロプライエタリプロトコルを含む多くの通信プロトコルをサポート可能である。幾つかの実施形態では、データインターフェース２４１８および２４６８は光学コネクタである。そのような実施形態では、データインターフェース２４１８および２４６８は、バッテリー１０４と車両１０２間でデータを送信するための導電ピンまたはソケットを必要としない。
【０１３２】
[00162] 図２５は、車両側コネクタ２４０２およびバッテリー側コネクタ２４５２の正面図である。図２５の線２６−２６は図２６および図２７に示す断面図を画定する。
【０１３３】
[00163] 図２６は、図２５に示す軸２６−２６に沿った車両側コネクタ２４０２の断面図である。図２６は、この実施形態の車両側結合部分２４０６のより詳細な図を示す。幾つかの実施形態では、車両側カプラ２４０８は、車両側搭載部分２４０４および車両側結合部分２４０６に取り付けられ、コイルバネ２４１４によって囲まれたボルト２４１２を含む。ボルト２４１２は、ボルト２４１２のシャフトの直径より大きい車両側結合部分２４０６の穴２６０２を通される。コイルバネ２４１４は、車両側搭載部分２４０４と車両側結合部分２４０６との間に位置決めされる。コイルバネ２４１４には弾性があり、車両側搭載部分２４０４と車両側結合部分２４０６との間に弾力を与える。この弾力は車両側結合部分２４０６と車両側搭載部分２４０４との間にセンタリング力を与えて、コネクタ２４０２、２４５２が結合されていない場合に、車両側結合部分２４０６を中立位置に維持する。さらに、コイルバネ２４１４の弾性構造によって、車両側結合部分２４０６が垂直方向および水平方向の両方に移動して車両側結合部分２４０６およびバッテリー側結合部分２４５６の位置合わせを支援することが可能である。コイルバネ２４１４はさらに、車両１０２の運転時の垂直方向および水平方向の衝撃および振動も吸収する。ボルトとバネの形式の車両側カプラ２４０８は、水平面（図３Ａにおいて画定されるＸ−Ｚ面）において十分な自由遊び（free play）を与え、それにより、車両側コネクタ２４０４とバッテリー側カプラ２４５２が、完全なバッテリーベイ組立体の通常の幾何公差を前提として位置合わせすることが可能となる。つまり、バッテリーベイシステムの全体精度が高い場合、車両側カプラ２４０８に求められる自由遊びは少ない。例えば＋／−３ｍｍの自由遊びが十分である。低精度のバッテリーベイシステムでは、より多くの自由遊びが必要となる。幾つかの実施形態では、ボルトとバネの形式の車両側カプラ２４０８によって、車両１０２に実質的に平行な面（図３Ａにおいて画定されるＸ−Ｚ面）における＋／−６ｍｍの移動が可能となる。幾つかの実施形態では、ボルトおよびバネの形式の車両側カプラ２４０８によって、垂直軸（図３Ａにおいて画定されるＹ軸）に沿って＋／−６ｍｍの移動が可能となる。
【０１３４】
[00164] 幾つかの実施形態では、コイルバネ２４１４はボルト２４１２を囲まず、車両側結合部分２４０６と車両側搭載部分２４０４との間の他の場所に位置決めされる。幾つかの実施形態では、車両側カプラ２４０８は、次に限定されないが、板バネ、エラストマーバネ、またはねじりバネを含む、コイルバネ以外の弾性機構を使用する。幾つかの実施形態では、車両側カプラ２４０８はより多いまたは少ない数のコイルバネおよびボルトを使用する。当業者であれば様々なバネおよび構成を用いてよいことは認識するであろう。
【０１３５】
[00165] 図２６は、テーパー付き位置合わせピン２４２０およびその搭載機構をより詳細に示す。幾つかの実施形態では、１以上のテーパー付き位置合わせピン２４２０は、車両側結合部分２４０６に堅く固定される。他の実施形態では、１以上のテーパー付き位置合わせピン２４２０は、位置合わせピン２４２０と車両側結合部分２４０６との相対運動を可能とするように図２６に示すように取り付けられる。幾つかの実施形態では、車両側カプラ２４０８は、上述したボルトおよびバネ機構だけでなく浮動ピン機構も含む。位置合わせピン２４２０用のマウントは、ピン２４２０と車両側結合部分２４０６との間で「Ｉ字形」の断面を有する中空のフランジ付きスリーブ２６０４を使用する。幾つかの実施形態では、フランジ付きスリーブ２６０４は２つのスリーブから構成され、各スリーブは組立てを容易にするように単一のフランジまたはショルダを有する。フランジ付きスリーブ２６０４のショルダまたはフランジは、車両側結合部分２４０６の面上にあり、また、車両側結合部分２４０６における穴２６０８の開口より広い。したがって、フランジは、テーパー付き位置合わせピン２４２０を、垂直方向において結合部分２４０６の面に係留した状態に維持する。フランジ付きスリーブ２６０４の外側の円柱面は穴２６０８の内径より小さく、２つの面の間に自由空間２６０６を残す。この自由空間２６０６によって、位置合わせピンが、位置合わせピン２４２０が搭載される車両側結合部分２４０６の面によって画定される面における幾らかの側方の遊びまたはその面において「浮遊する」ことが可能となる。幾つかの実施形態では、浮動ピン形式の車両側カプラ２４０８によって、車両１０２に実質的に平行な面（図３Ａにおいて画定されるＸ−Ｚ面）における＋／−１ｍｍの移動が可能となる。
【０１３６】
[00166] 図２７は、図２５に示す軸２６−２６に沿ったバッテリー側コネクタ２４５２の断面図である。バッテリー側搭載部分２４５４、バッテリー側結合部分２４５６、およびバッテリー側カプラ２４５８を含むバッテリー側コネクタ２４５２を示す。バッテリー側カプラ２４５８の一部を形成するボルト２４６２は、バッテリー側結合部分２４５６をバッテリー側搭載部分２４５４に固定する。幾つかの実施形態では、ボルト２４６２のシャフトはフランジ付きスリーブ２４６４によって囲まれる。フランジ付きスリーブ２４６４は２つのショルダまたはフランジを有し、中空の「Ｉ字形」の断面を形成する。幾つかの実施形態では、フランジ付きスリーブ２４６４は（図示するように）２つのスリーブから構成され、各スリーブは組立てを容易にするように単一のフランジまたはショルダを有する。フランジ付きスリーブ２４６４のショルダは、スリーブ２４６４がその中に着座するバッテリー側結合部分２４５６の開口より大きい直径を有する。スリーブのショルダは、バッテリー側結合部分２４５６の上面および底面に接触し、それにより、バッテリー側結合部分２４５６を（垂直方向において）バッテリー側搭載部分２４５４に係留した状態に維持する。
【０１３７】
[00167] スリーブ２４６４の外側円柱面は、バッテリー側結合部分２４５６の開口より小さい直径を有する。この構成により、バッテリー側結合部分２４５６における穴の壁と、スリーブ２４６４の円柱面との間に空間２７０２を残す。空間２７０２によって、バッテリー側結合部分２４５６がバッテリー側搭載部分２４５４に対して側方に移動することが可能となる。幾つかの実施形態では、空間２７０２によって、バッテリー側結合部分２４５６が１つの面において自由にスライドするまたは「浮遊する」ことが可能となる。幾つかの実施形態では、スライドするスリーブ形式のバッテリー側カプラ２４５８によって、車両１０２に実質的に平行な面（図３Ａにおいて画定されるＸ−Ｚ面）において＋／−１ｍｍの移動が可能となる。他の実施形態では、平面運動は接続システム２４００およびその要素の特定の搭載位置に基づいて変化する。
【０１３８】
[00168] 図２８は、バッテリー側結合部分インターフェース２４５６における、電源ソケット２４８６、データソケット２４８８のいずれか、または、電源ソケットおよびデータソケットの両方によって使用されるメッシュスリーブ２８００の一例を示す。メッシュスリーブの導電性面は、２つのリング２８０４間に位置決めされた多数の導電線２８０２から構成される。導電線２８０２は、リング２８０４の中心により形成される軸に対して斜めにリング２８０４に取り付けられる。導電線２８０２およびリング２８０４のこの構成は、共に、セミスパイラル形状の導電性メッシュスリーブ２８００を形成する。このセミスパイラル構成は、スリーブ２８００に細くなるバイアスをかけ、スリーブ２８００の内径を徐々に減少し、中間の内径２８０６が最小にされる。（車両側結合部分２４０６からの電源ピン２４７６またはデータピン２４７８といった）対応するピンは、リング２８０４より小さいが中間の内径２８０６より大きい直径を有する。したがって、ピンがスリーブ２８００内に挿入されるに従って、中間の内径２８０６付近の導電線２８０２の一部は、ピンの大きい直径に対応するように変形しなければならない。このプロセスによって、導電線２８０２がピンの表面に対して確実に堅く保持される。メッシュスリーブ２８００は、導電線２８０２がその弾性変形範囲において僅かにのみ曲がるように設計される。導電線２８０２の構成は、不適切なサイズのピンが挿入された場合に導電線が塑性変形に抵抗するようなものである。したがって、メッシュスリーブ２８００およびピンは、自身への損傷なしにまたは電気的接続の劣化無しに多くの接触サイクルに耐えることが可能である。幾つかの実施形態では、ピンおよびソケットは、３０００回以上の接続サイクルに耐えることが可能である。
【０１３９】
[00169] 図２９は、車両側結合部分２４０６の分解図であり、シールド機構２９０２を示す。シールド機構２９０２は、接続システムにおいて、データ導体を電源導体から分離しかつ隔離する。図２９は車両側結合部分２４０６のみを示すが、同様のシールド機構がバッテリー側結合部分２４５６にも用いられる。シールド機構２９０２は、データ導体およびインターフェース２４１８によって運ばれる信号を劣化しないように電磁または他の電気的干渉を防止するように特に設計される。上述したように、電動車両は、高い電圧と電流を必要とし、これは付近の電気通信信号を妨害しうる。同じコネクタ２４００上にデータと電源の接続を用いることが望まれるため、このような干渉は防がなければならない。
【０１４０】
[00170] 図３０は、車両側コネクタ２４０２およびバッテリー側コネクタ２４５２に含まれるシールド機構２９０２の斜視図である。図３１は、図３０のシールド機構２９０２のすべての側面の平面図を示す。シールド機構２９０２は、データ導体９１０およびデータインターフェース２４１８、２４６８を囲む。シールド機構２９０２は、金属、好適には電源導体および電源インターフェース２４１６、２４６６によって生成される電磁場に対抗するように設計される導電性金属材料から形成される。シールド機構２９０２の壁厚は、電磁場の強度と、電磁場に対するシールドの位置とに依存する。幾つかの実施形態では、壁厚は、電源導体によって発生される電磁干渉に依存して０．１ｍｍと５ｍｍの間である。シールド機構２９０２の通常の寸法は、データ線が収容される空間が十分あるような寸法である。幾つかの実施形態では、シールド機構２９０２は「Ｌ字形」またはエルボー形状である。幾つかの実施形態では、Ｌ字型シールド機構の具体的な寸法は、電源導体によって発生される電磁干渉の制約および周波数に依存する。上述した寸法で設計した場合、シールド機構２９０２の材料は、付近の高電圧導体によって発生される外部の電磁場に実質的に対抗する内部の電磁力を確立する。この対抗電磁場は、単に特別に設計されたシールド壁と材料の性質との相互作用によって生成される。この電磁場の生成には、正常に機能するための追加の電力または接地システムを必要としない。これは可能な限り単純でかつロバストな接続システムを用いることが望まれることを考えると特に有利である。
【０１４１】
[00171] 説明目的の上記記載は、具体的な実施形態を参照して説明してきた。しかし、上述の例示的な議論は包括的であることまたは発明を開示した形態に厳密に制限することを意図しない。上述の教示内容を鑑みて多くの修正および変形が可能である。例えば、上述した実施形態は、少なくとも部分的に電動の車両に関連して説明したが、本明細書に記載される機構は、取り外し可能なバッテリーを用いる少なくとも部分的に電動の任意の機械に使用してよい。実施形態は、本発明の原理およびその実用的な適用を最もよく説明し、それにより他の当業者が、考えられる特定の使用に適した様々な修正とともに、本発明および様々な実施形態を最大限に活用できるように選択かつ説明した。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも部分的に電動の車両のバッテリー用の電気接続システムであって、
少なくとも部分的に電動の車両の底面に永続的に取り付けられるように構成された第１の電気コネクタと、
バッテリーに永続的に取り付けられるように構成された第２の電気コネクタと、
を備え、
前記第１および第２の電気コネクタは、前記少なくとも部分的に電動の車両の前記底面に実質的に垂直な軸に沿って互いに取り外し可能に結合されるように構成され、
前記第１および第２の電気コネクタのそれぞれは、
前記第１および第２の電気コネクタ間で高電圧の電気を送るための高電圧インターフェースと、
前記第１および第２の電気コネクタ間でデータを送るためのデータインターフェースと、
前記１以上の高電圧接続要素によって生じる電磁効果に抗するシールド機構と、をさらに備える、
電気接続システム。
【請求項２】
前記シールド機構は、前記高電圧インターフェースから前記データインターフェースを分離して、前記１以上の高電圧接続要素によって生じる電磁効果から前記データインターフェースを保護する、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項３】
前記シールド機構は、前記データインターフェースを実質的に覆う筐体を備える、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項４】
前記筐体はＬ字型である、請求項３に記載の電気接続システム。
【請求項５】
前記電気コネクタのうちの少なくとも一方は、前記第１および第２の電気コネクタが結合される場合に、環境汚染を防ぐために前記第１および第２の電気コネクタ間に位置決めされたシール機構をさらに備える、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項６】
前記高電圧インターフェースは、
導電性ピンと、
前記導電性ピンを受容するためのソケットと、
を備え、
前記ソケットは、前記導電性ピンと電気的接続を形成するための導電性メッシュスリーブを有する、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項７】
前記データインターフェースは、
導電性ピンと、
前記導電性ピンを受容するためのソケットと、
を備え、
前記ソケットは、前記導電性ピンと電気的接続を形成するための導電性メッシュスリーブを有する、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項８】
前記データインターフェースは、光ファイバインターフェースを備える、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項９】
高電圧の電気は約１００と１０００ＶＤＣの間である、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項１０】
高電圧の電気は約２００と８００ＶＤＣの間である、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項１１】
高電圧の電気は約３５０と４５０ＶＤＣの間である、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項１２】
少なくとも部分的に電動の車両のバッテリー用の電気接続システムであって、
少なくとも部分的に電動の車両の底面に搭載されるように構成された第１の電気コネクタであって、第２の電気コネクタの第２の結合部分と嵌合するための第１の結合部分を含む、第１の電気コネクタと、
バッテリーに搭載されるように構成された前記第２の電気コネクタであって、前記第１の電気コネクタの前記第１の結合部分と嵌合するための前記第２の結合部分を含む、第２の電気コネクタと、
前記第１および第２の電気コネクタ間の位置ずれを補償するための第１のカプラと、
を備え、
前記第１および第２の結合部分は、
前記第１および第２の結合部分間で高電圧の電気を送るための高電圧インターフェースと、
前記第１および第２の結合部分間でデータを送るためのデータインターフェースと、
を備える、
電気接続システム。
【請求項１３】
少なくとも部分的に電動の車両のバッテリー用の電気接続システムであって、
少なくとも部分的に電動の車両の底面に搭載されるように構成され、第２の電気コネクタの第２の結合部分と嵌合するための第１の結合部分と、前記第１の電気コネクタを前記少なくとも部分的に電動の車両に取り付けるための第１の搭載部分と、前記第１の結合部分を前記第１の搭載部分に取り付けるための、前記第１の結合部分と前記第１の搭載部分との相対運動を可能にする第１のカプラと、を備える第１の電気コネクタと、
バッテリーに搭載されるように構成され、前記第１の電気コネクタの前記第１の結合部分と嵌合するための前記第２の結合部分を備える第２の電気コネクタと、
を備え、
前記第１のカプラは、前記第１および第２の電気コネクタ間の位置ずれを補償し、
前記第１および第２の結合部分は、
前記第１および第２の結合部分間で高電圧の電気を送るための高電圧インターフェースと、
前記第１および第２の結合部分間でデータを送るためのデータインターフェースと、
を含む、
電気接続システム。
【請求項１４】
前記第２の電気コネクタは、
前記第２の電気コネクタを前記バッテリーに取り付けるための第２の搭載部分と、
前記第２の結合部分を前記第２の搭載部分に取り付けるための第２のカプラと、
をさらに備え、
前記第２のカプラは、前記第２の結合部分と前記第２の搭載部分との相対運動を可能にし、
前記第２のカプラはさらに、前記第１および第２の電気コネクタ間の位置ずれを補償する、
電気接続システム。
【請求項１５】
前記第１のカプラは、前記第１の結合部分が、前記第１の搭載部分に対して垂直面および水平面において移動することを可能にする、請求項１３に記載の電気接続システム。
【請求項１６】
前記第１のカプラは、
前記第１の結合部分における穴と、
前記第１の搭載部分に堅く取り付けられ、前記第１の結合部分における穴を通り延在し、前記穴より小さい直径を有するボルトと、
を備える、請求項１３に記載の電気接続システム。
【請求項１７】
前記第１のカプラは、前記第１の結合部分と前記第１の搭載部分との間に位置決めされたコイルバネをさらに備える、請求項１６に記載の電気接続システム。
【請求項１８】
前記ボルトは、前記コイルバネの中心を通り延在する、請求項１７に記載の電気接続システム。
【請求項１９】
前記第１の結合部分は、外面を有するピンをさらに含み、
前記第２の結合部分は、前記ピンを受容するための内面を有するソケットをさらに含み、
前記ピンおよびソケットは、前記第１および第２の結合部分間の横断の位置合わせを確実にするように構成される、請求項１３に記載の電気接続システム。
【請求項２０】
前記ソケットの前記内面はチャネルであり、前記チャネルは前記ピンより大きい内面を有して、前記チャネルの前記内面の一部と前記ピンの前記外面の一部との間に空間を与える、請求項１９に記載の電気接続システム。
【請求項１】
少なくとも部分的に電動の車両のバッテリー用の電気接続システムであって、
少なくとも部分的に電動の車両の底面に永続的に取り付けられるように構成された第１の電気コネクタと、
バッテリーに永続的に取り付けられるように構成された第２の電気コネクタと、
を備え、
前記第１および第２の電気コネクタは、前記少なくとも部分的に電動の車両の前記底面に実質的に垂直な軸に沿って互いに取り外し可能に結合されるように構成され、
前記第１および第２の電気コネクタのそれぞれは、
前記第１および第２の電気コネクタ間で高電圧の電気を送るための高電圧インターフェースと、
前記第１および第２の電気コネクタ間でデータを送るためのデータインターフェースと、
前記１以上の高電圧接続要素によって生じる電磁効果に抗するシールド機構と、をさらに備える、
電気接続システム。
【請求項２】
前記シールド機構は、前記高電圧インターフェースから前記データインターフェースを分離して、前記１以上の高電圧接続要素によって生じる電磁効果から前記データインターフェースを保護する、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項３】
前記シールド機構は、前記データインターフェースを実質的に覆う筐体を備える、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項４】
前記筐体はＬ字型である、請求項３に記載の電気接続システム。
【請求項５】
前記電気コネクタのうちの少なくとも一方は、前記第１および第２の電気コネクタが結合される場合に、環境汚染を防ぐために前記第１および第２の電気コネクタ間に位置決めされたシール機構をさらに備える、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項６】
前記高電圧インターフェースは、
導電性ピンと、
前記導電性ピンを受容するためのソケットと、
を備え、
前記ソケットは、前記導電性ピンと電気的接続を形成するための導電性メッシュスリーブを有する、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項７】
前記データインターフェースは、
導電性ピンと、
前記導電性ピンを受容するためのソケットと、
を備え、
前記ソケットは、前記導電性ピンと電気的接続を形成するための導電性メッシュスリーブを有する、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項８】
前記データインターフェースは、光ファイバインターフェースを備える、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項９】
高電圧の電気は約１００と１０００ＶＤＣの間である、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項１０】
高電圧の電気は約２００と８００ＶＤＣの間である、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項１１】
高電圧の電気は約３５０と４５０ＶＤＣの間である、請求項１に記載の電気接続システム。
【請求項１２】
少なくとも部分的に電動の車両のバッテリー用の電気接続システムであって、
少なくとも部分的に電動の車両の底面に搭載されるように構成された第１の電気コネクタであって、第２の電気コネクタの第２の結合部分と嵌合するための第１の結合部分を含む、第１の電気コネクタと、
バッテリーに搭載されるように構成された前記第２の電気コネクタであって、前記第１の電気コネクタの前記第１の結合部分と嵌合するための前記第２の結合部分を含む、第２の電気コネクタと、
前記第１および第２の電気コネクタ間の位置ずれを補償するための第１のカプラと、
を備え、
前記第１および第２の結合部分は、
前記第１および第２の結合部分間で高電圧の電気を送るための高電圧インターフェースと、
前記第１および第２の結合部分間でデータを送るためのデータインターフェースと、
を備える、
電気接続システム。
【請求項１３】
少なくとも部分的に電動の車両のバッテリー用の電気接続システムであって、
少なくとも部分的に電動の車両の底面に搭載されるように構成され、第２の電気コネクタの第２の結合部分と嵌合するための第１の結合部分と、前記第１の電気コネクタを前記少なくとも部分的に電動の車両に取り付けるための第１の搭載部分と、前記第１の結合部分を前記第１の搭載部分に取り付けるための、前記第１の結合部分と前記第１の搭載部分との相対運動を可能にする第１のカプラと、を備える第１の電気コネクタと、
バッテリーに搭載されるように構成され、前記第１の電気コネクタの前記第１の結合部分と嵌合するための前記第２の結合部分を備える第２の電気コネクタと、
を備え、
前記第１のカプラは、前記第１および第２の電気コネクタ間の位置ずれを補償し、
前記第１および第２の結合部分は、
前記第１および第２の結合部分間で高電圧の電気を送るための高電圧インターフェースと、
前記第１および第２の結合部分間でデータを送るためのデータインターフェースと、
を含む、
電気接続システム。
【請求項１４】
前記第２の電気コネクタは、
前記第２の電気コネクタを前記バッテリーに取り付けるための第２の搭載部分と、
前記第２の結合部分を前記第２の搭載部分に取り付けるための第２のカプラと、
をさらに備え、
前記第２のカプラは、前記第２の結合部分と前記第２の搭載部分との相対運動を可能にし、
前記第２のカプラはさらに、前記第１および第２の電気コネクタ間の位置ずれを補償する、
電気接続システム。
【請求項１５】
前記第１のカプラは、前記第１の結合部分が、前記第１の搭載部分に対して垂直面および水平面において移動することを可能にする、請求項１３に記載の電気接続システム。
【請求項１６】
前記第１のカプラは、
前記第１の結合部分における穴と、
前記第１の搭載部分に堅く取り付けられ、前記第１の結合部分における穴を通り延在し、前記穴より小さい直径を有するボルトと、
を備える、請求項１３に記載の電気接続システム。
【請求項１７】
前記第１のカプラは、前記第１の結合部分と前記第１の搭載部分との間に位置決めされたコイルバネをさらに備える、請求項１６に記載の電気接続システム。
【請求項１８】
前記ボルトは、前記コイルバネの中心を通り延在する、請求項１７に記載の電気接続システム。
【請求項１９】
前記第１の結合部分は、外面を有するピンをさらに含み、
前記第２の結合部分は、前記ピンを受容するための内面を有するソケットをさらに含み、
前記ピンおよびソケットは、前記第１および第２の結合部分間の横断の位置合わせを確実にするように構成される、請求項１３に記載の電気接続システム。
【請求項２０】
前記ソケットの前記内面はチャネルであり、前記チャネルは前記ピンより大きい内面を有して、前記チャネルの前記内面の一部と前記ピンの前記外面の一部との間に空間を与える、請求項１９に記載の電気接続システム。
【図１】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図１９Ｃ】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３Ａ】
【図２３Ｂ】
【図２４Ａ】
【図２４Ｂ】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１−１】
【図３１−２】
【図３１−３】
【図３１−４】
【図３１−５】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９Ａ】
【図１９Ｂ】
【図１９Ｃ】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３Ａ】
【図２３Ｂ】
【図２４Ａ】
【図２４Ｂ】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１−１】
【図３１−２】
【図３１−３】
【図３１−４】
【図３１−５】
【公表番号】特表２０１２−５０３４７０（Ｐ２０１２−５０３４７０Ａ）
【公表日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−５２８０２１（Ｐ２０１１−５２８０２１）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５７５９４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０３３８８１
【国際公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（５０９０５８３３５）ベター プレイス ，ゲーエムベーハー (7)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年２月２日（２０１２．２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０５７５９４
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／０３３８８１
【国際公開日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【出願人】（５０９０５８３３５）ベター プレイス ，ゲーエムベーハー (7)
【Ｆターム（参考）】
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