用于电池供电设备的模块化电池组件

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2018年5月4日提交的美国申请62/667,209号的权益，其内容通过引用整体并入本文中。

背景技术

本申请总体上涉及室内和室外动力设备领域，特别是电池供电的室内和室外动力设备领域。

发明概述

本发明的一个实施方案涉及一种电池组件。电池组件包括：电池组，其具有电池组壳体；上部模块化壳体部分，其被连接至位于电池组壳体的第一末端的电池组壳体；下部模块化壳体部分，其被连接至位于电池组壳体的第二末端的电池组壳体。电池组件还包括：手柄，其形成为上部模块化壳体部分的一部分；多个电池单元，其位于电池组壳体内；配合部件，其包括电连接至多个电池单元的多个端口，并且其被构造为通过端口从多个电池单元供电。配合部件还被构造为选择性地将电池组件与动力设备和充电站中的至少一个的插座（receptacle）连接。配合部件位于第一模块化壳体部分上。

本发明的另一个实施方案涉及一种电池充电系统。电池充电系统包括具有多个插座的充电站和多个电池组件。多个电池组件中的每一个包括：壳体，其包括手柄；多个电池单元，其位于壳体内；以及配合部件，其与壳体一体形成。配合部件被构造为选择性地将电池组件与充电站的插座连接，并且包括电连接至多个电池单元的多个端口，并且被构造为从充电站接收电力来对多个电池单元充电。手柄包括被构造为选择性地使电池组件与充电站的多个插座脱离的可移动构件。

本发明的另一个实施方案涉及一种电池组件。电池组件包括壳体，该壳体包含第一部分、第二部分和将第一部分连接至第二部分的第三部分，其中第二部分与第一部分相对。电池组件还包括：手柄，其位于第一部分上方；多个电池单元，其位于壳体内；配合部件，其包括电连接至多个电池单元的多个端口，并且被构造为通过端口从多个电池单元供电，并且被构造为选择性地将电池组件与动力设备和充电站中的至少一个的插座连接。配合部件位于壳体的第一部分上。

附图说明

从以下结合附图的详细描述中，本公开将变得更加充分地被理解，其中：

图1是根据示例性实施方案的割草机的透视图；

图2是根据示例性实施方案的用于各种类型的室内和室外动力设备的电池组件的透视图；

图3是图2的电池组件的一部分的透视图；

图4是图2的电池组件的一部分的透视图；

图5是包括多个图2的电池组件的集成电池系统的透视图；

图6是包括多个图2的电池组件的机架充电系统的透视图；

图7是包括多个图2的电池组件的台式充电系统的透视图；

图8是具有充电线的图2的电池组件的透视图；

图9是室外动力设备的用户界面的一部分的透视图；

图10是图10的用户界面的正视图；

图11是根据示例性实施方案的在移动设备和图2的电池之间的通信系统的透视图；

图12是根据示例性实施方案的灯塔的正视图；

图13是根据示例性实施方案的背包式鼓风机的透视图；

图14是根据示例性实施方案的发电机的透视图；

图15是移动设备的用户界面的透视图；

图16是移动设备的用户界面的透视图；以及

图17是使用图2的电池的各种室内和室外动力设备的透视图。

详细描述

在转向详细说明示例性实施方案的附图之前，应当理解，本申请不限于说明书中阐述的或在附图中示出的细节或方法。还应该理解，术语仅出于描述的目的，而不应该被认为是限制性的。

参照图1，示出了根据示例性实施方案的割草机10形式的室外动力设备。割草机10包括可移动的和可更换的电池组件100，该电池组件为与旋转工具（例如割草机10的甲板14中的刀片、螺旋钻、锯、尖齿、钻、泵、或其他旋转工具）连接的电动机（未示出）提供电力。如图所示，割草机10还包括轮子16和向后延伸的手柄18，该手柄设计为由在割草机10后面行走的操作者推动。本文所述的电池组件100还允许电力动力设备在室内使用。电池组件100可以与各种类型的室内和室外动力设备以及便携式工地现场设备一起使用。室外动力设备包括割草机、乘坐式拖拉机、除雪机、高压清洗机、分蘖机（tillers）、劈木机、零转弯割草机（zero-turn radius mowers）、手扶式割草机、乘坐式割草机、立式割草机、路面表面制备设备、工业车辆（例如叉车）、多功能车、商用草皮设备（例如鼓风机）、真空吸尘器、碎屑装载机、交播机、电动耙、通风装置、草皮切割机（sod cutter）、灌木割草机（brush mower）、便携式发电机等。室内动力设备包括地板砂光机、地板缓冲器和抛光机、真空吸尘器等。便携式工地现场设备包括便携式灯塔、移动式工业加热器和便携式灯架。

参照图2，示出了根据示例性实施方案的电池组件100。电池组件100是可移除的和可充电的。电池组件100被配置为插入（例如下降、降低、放置）到与一件设备和/或充电站一体的接收器中。电池组件100可以垂直地、水平地和以任何角度安装到设备中。如下所述，电池组件100包括电池组105和可选的一个或多个模块化部分。电池组105是锂离子电池。但是，可以考虑其他类型的电池，例如镍-镉（NiCD）、铅酸、镍金属氢化物（NiMH）、锂聚合物等。电池组件100产生大约48伏（V）的电压和1500瓦时（Wh）的能量。可以想到，也可以使用其他尺寸的电池组件。电池组105包括位于其中的一个或多个电池单元。电池组件100也是可热插拔的（hot-swappable），这意味着可以将耗尽的电池组件100更换为新的电池组件100，而无需完全关闭连接设备的电源。这样，消除了电池组件100更换之间的停机时间。

如本文中进一步描述的，操作者可以在不使用工具的情况下将电池组件100从设备上移除，并使用充电站对其进行充电。以这种方式，操作者可以使用具有足够电量的第二可再充电电池来给设备供电，同时允许第一电池再充电。另外，电池组件100可以被用在各种类型的设备上，包括室内的、室外的和便携式工地现场设备。由于其在设备之间的一致性，电池组件100也可以被用作租赁系统的一部分，传统地出租设备的租赁公司也可以出租要在此类设备上使用的电池组件100。操作者可以租用电池组件100来在其可能拥有和/或租用的各种类型的设备上使用，然后根据需要将电池组件100退还给其他操作者使用。

仍然参考图2，电池组105包括上部150、下部155、左侧160和右侧165。电池组件100还包括与电池组105的上部150相连的上部模块化部分115，以及在左侧160和右侧165的每一个上连接至电池组105的下部155的下部模块化部分120、125。上部模块化部分115和下部模块化部分120、125使用紧固件180（例如螺栓、螺钉）连接至电池组105。在其他实施方案中，使用卡扣配合（snap fit）将模块化部分115、120、125连接至电池组105。下部模块化部分120、125为电池组105提供保护，并起到吸收或限制电池组105掉落时等所承受的力的作用。在一些实施方案中，电池组件100可以不包括上部模块化部分115和/或下部模块化部分120、125，并且可以被永久地安装至设备。上部模块化部分115和下部模块化部分120、125是可互换的和可定制的，使得操作者可以基于与电池组件100一起使用的设备的类型或品牌和型号来选择不同的设计和/或颜色。

参照图2-4，上部模块化部分115包括壳体117和从壳体延伸的手柄110。壳体117包围电池组105的上部150。壳体117包括位于电池组105的右侧165附近的配合部件140。配合部件140包括开口170，该开口具有一个或多个位于其中的端口175。端口175被配置为与充电站（例如，图6-8中的充电系统200、400）上的充电连接器（未示出）配合。端口175电连接至电池组105内的电池单元。配合部件140被配置为通过端口175从电池单元供应电力，并且选择性地将电池组件100与动力设备和充电站中的至少一个的插座连接。配合部件140还包括锁143（例如闩锁、夹子），该锁被配置为将电池组件100与充电站和/或设备上的相应部件连接和分离（例如锁定和解锁）。

手柄110包括外表面111和比外表面111更靠近电池组105定位的内表面113。内表面113包括可移动构件135，该可移动构件被配置为可以由操作者操作来从充电站和/或设备解锁电池组件100。当被按下时，可移动构件135朝着内表面113向内移动并且使锁143移出与充电站和/或设备上的相应部件的接合。以此方式，当操作者抓住手柄110时，操作者可以同时并且用同一只手容易地按下可移动构件135来使电池组件100与设备或充电站脱离。

参照图3，电池组105还包括散热器145，该散热器形成在其中靠近电池组105的上部150。散热器145通过将电池组105产生的热量传递至流体介质（例如空气），然后将热量从电池组105消散，来调节电池组105的温度。如图3所示，散热器145是冷板散热器，但是也可以使用其他形式的散热器。

参照图5，可以在集成电池系统190中使用多个电池组件100。集成电池系统190可以在需要比一个电池组件100提供的电池功率更多的设备上使用。集成电池系统190包括多个电池插座191，每个电池插座具有开口193。电池插座191包括部分壁189，该部分壁包括突起187。电池组105包括形成在下部155附近的一个或多个狭槽185（例如狭缝、缝隙）。狭槽185被配置为与集成电池系统190上的突起187（例如凸片）接合。狭槽185和突起187被配置为彼此接合并且将电池组105对准到每个插座191中。电池组件100滑入每个电池插座191中（例如，每个狭槽185容纳突起187），并通过配合部件140和端口175通过形成在电池插座191中的中间连接器195连接至中央电源线197。中央电源线197可以被连接至充电站。

参照图6，示出了根据一个实施方案的机架充电器系统200。机架充电器系统200包括机架205和一个或多个具有电池插座225的充电接收器220。将一个或多个电池组件100插入电池插座225中来进行充电。当插入时，电池组件100电连接至充电接收器220（例如，通过图4中所示的端口175），该充电接收器电连接至公共电力电源，例如电线210直接接入壁式插座215。在一些实施方案中，充电接收器220可以被配置为根据需要与多种类型的公共电力一起工作。例如，充电接收器220可以被连接至120VAC服务、240VAC服务、或者甚至480VAC服务，从而允许多个电池被充电。机架充电系统200可以包括功率转换器，来将公共电力转换为给一个或多个电池组件100充电所需的适当电压和电流水平。机架充电系统200可以进一步包括一个或多个控制器，该控制器被配置为确保对由机架充电器系统200接收的所有电池组件100进行适当的充电。当操作者和/或员工希望移除电池组件100之一时，其抓住电池组件100的手柄110，接合（例如挤压、推入）可移动构件135，使锁143（图1）移出与电池插座225的接合，然后通过将电池组件100滑出插座225来移除电池组件100。电池组件100还可以包括显示电池电量水平的视觉指示器等。使用机架充电器系统200，电池组件100将在大约1小时内充满电。

参照图7，示出了根据示例性实施方案的台式充电系统400。台式充电器系统400包括具有多个电池插座425的插座壳体405。将一个或多个电池组件100插入电池插座425中来进行充电。当插入时，电池组件100电连接至电池插座425（例如，通过图4中所示的端口175），该电池插座电连接至公共电力电源，例如电线410直接接入壁式插座415。当操作者和/或员工希望移除电池组件100之一时，其抓住电池组件100的手柄110，接合（例如按下、挤压、推入）可移动构件135（图2），使锁143（图2）移出与电池插座425的接合，然后通过将电池组件100滑出插座425来移除电池组件100。每个电池组件100包括显示电池电量水平以及其他电池健康标志的视觉指示器或显示器420。视觉指示器或显示器420可以针对电池电量的不同水平显示不同的颜色。例如，视觉指示器或显示器420可以使用红色表示电池未完全充电，而使用绿色表示电池已完全充电。使用台式充电器系统400，电池组件100将在大约1小时内充满电。

在一些实施方案中，机架充电器系统200和/或台式充电器系统400在给多个电池组件100充电时按顺序充电。按顺序充电包括在不同的时间对不同的电池组件100充电，使得并不是所有的电池组件100都被同时充电，从而不会导致公共服务系统过载。按顺序充电可以通过监控所有连接的电池组件100的充电水平来确定哪些电池组件100需要比其他电池组件充电更多，并且在关闭可能已经充满电的电池组件100的电源时对那些组件100进行充电。

参照图8，示出了根据一个实施方案的与电池组件100一起使用的便携式充电器192。便携式充电器192接入端口175和壁式插座来向电池组件100提供充电。使用便携式充电器192，电池组件100将在大约4小时内充满电。

除上述充电系统外，电池组件100还可以在插入使用电池组件100的设备或工具上时进行充电。用户可以使电池组件100保持插入状态，并将设备或工具接入插座来为电池组件100充电。在该实施方案中，充电系统被包括在工具或设备中，使得不需要外部充电器。

参照图9-11，示出了割草机500和割草机500的用户界面520。用户界面520包括开关525（例如杆、旋钮、按钮等）。开关525可以在电池组件100未电连接至割草机500的构件的断开位置和电池组件100电连接至构件的接通位置之间旋转。如图11所示，电池组件100可通信地连接至移动设备600。电池组件100将各种电池数据和设备数据传送到移动设备600来进行显示。

参照图11，在一些实施方案中，电池组件100被连接至网络510。在一些实施方案中，操作员和/或员工通过移动设备600（例如智能电话、手提计算机、台式计算机、平板计算机等）使用网络510与电池组件100通信。因此，一个或多个移动设备600也被连接至网络510。

在一些实施方案中，电池组件100包括网络接口。在一些设置中，网络接口包括在多个数据通信通道上进行通信所必需的硬件和逻辑电路。例如，网络接口可以包括Wi-Fi接口、蜂窝式调制解调器、蓝牙收发器、蓝牙信标、RFID收发器、NFC收发器或其组合。网络接口促进与电池组件100（以及因此使用电池组件100的设备（例如割草机500））之间的数据通信。

网络510可以促进各种组合的电池组件100和移动设备600之间的数据通信。在一些设置中，网络510包括蜂窝式收发器。在另一设置中，网络510包括因特网。在又一设置中，网络510包括局域网或广域网。网络510可以通过短距离和/或长距离通信技术协助，包括蓝牙收发器、蓝牙信标、RFID收发器、NFC收发器、Wi-Fi收发器、蜂窝式收发器、有线网络连接等。照此，在一个实施方案中，移动设备600与电池组件100之间的通信可以通过电池组件100上的RFID和Wi-Fi连接来协助并连接至基于云的系统。在另一个实施方案中，通信仅通过Wi-Fi协助并连接至基于云的系统。在另一个实施方案中，通信仅通过蜂窝式收发器协助并连接至基于云的系统。在又一个实施方案中，通信通过蓝牙和蜂窝式收发器协助并连接至基于云的系统。在又一个实施方案中，通信可以通过基于云的系统来协助并连接至基于云的系统，并且可以与自动售货系统一起使用，客户或操作员可以与该自动售货系统交互以租用电池组件100。在所有这样的实施方案中，第三方（例如消费者和/或租赁公司）可以访问基于云的系统。

电池组件100可以包括一个或多个电路，所述一个或多个电路被配置为监控电池组件100或与电池组件100一起使用的设备的其他方面的状态。电路可以进一步被配置为监控电池的状态来预测电池能够启动的次数。例如，电路可以监控电池的充电状态、用于启动和运行设备所消耗的平均功率量、和/或设备的其他特性（例如运行状态、RPM等）。用于启动设备的平均功率量和/或设备的特性可以通过将电池组件100连接至接收器的一个或多个终端传送到电路。然后，可以在与电池一体形成的显示器（例如图7中所示的显示器420）或在其他地方提供的显示器（例如在控制面板或用户界面上）上示出电池组件100能够启动的次数。电池组件100能够启动的次数也可以传送至移动设备600，并显示在移动设备600的用户界面上。可以基于设备的特性来计算电池组件100能够启动的次数，例如，对于一种类型的室外动力设备（例如高压清洗机），具有特定电量的电池可能能够执行比另一种类型的室外动力设备（例如割草机）更多次的启动。

电路可以进一步被配置为通过与传感器和监控装置（例如液位传感器、温度传感器、压力传感器、计时器等）通信来监控设备的其他特性。电路可以将与从传感器和监控设备接收的信息有关的数据输出到显示器，例如与电池组件100一体形成的显示器420（图7）或在移动设备600的用户界面上显示的显示器。因此，显示器可以将与设备和电池组件100有关的各种操作数据传送至设备的用户。例如，电路可以将例如运行时间、电池电量或电池温度的信息输出到显示器。另外，电路可以通过来自温度传感器的输入来监控电池组件100的温度。如果电池温度对于电池的正常使用而言太低，则可以使用温度监控来警告用户（例如通过显示器420、移动设备600的用户界面）。使用电池组件100为这些电路供电可以在设备启动之前向用户提供信息（例如电池温度、电池充电水平），从而可以在尝试启动设备之前解决任何问题。

参照图12，示出了显示用户界面610的移动设备600。用户界面610显示从电池组件100远程接收的数据。在其他数据中，用户界面610显示与电池运行时间、电池健康状况和电池位置（例如使用电池组件100上的全球定位系统）有关的信息。用户界面610可以允许员工和/或操作者远程锁定电池组件100，使得电池组件100将不运行提供电力。以这种方式，如果确定盗窃可能已经发生，则可以跟踪并关闭电池组件100。另外，通过使用远程跟踪和操作，租赁公司的员工可以在租赁期届满时锁定电池组件100。然后，可以通过操作者自己的移动设备上的应用程序提示电池组件100的操作者是否要延长租赁期限，并且可以远程进行租赁。通过与操作者的移动设备上显示的应用程序进行交互，操作者还可以抢先延长租赁期限，将通知发送给租赁公司和/或租赁公司的员工。

参照图13，示出了显示另一用户界面620的移动设备600。用户界面620显示电池组件的充电和健康数据。租赁服务的操作者或员工可以使用用户界面620来跟踪多个电池组件100上的电池充电水平，来确定哪个电池组件100可以充满电，从而准备使用和/或出租。另外，可以基于与电池组件100相关的各种参数（例如健康状态（SoH）、充电状态（SoC）、电池上的电量等）为某些设备选择电池组件100。例如，与实际使用需要充满电的电池的设备相比，需要较少的电池电量的设备可以使用较少电量的电池组件100。出租公司可以跟踪电池组件100的电量，以根据操作者希望对哪种设备使用电池组件100来确定是否将特定的电池组件100出租给客户。用户界面620还可以显示其他健康特性，例如哪些电池组件100可能无法正确充电。

在一些实施方案中，用户可以到达租赁公司之前使用他们的移动设备预订电池组件100。到达租赁公司后，通过他们的移动设备上的显示器将用户定向到合适的电池组件100（例如特定的电池组件100）。例如，移动设备可以显示租赁公司商店的地图并指示电池组件100在商店内的位置。移动设备可以另外地或替代地显示指示电池组件100位于商店的哪一部分的文本。一旦找到合适的电池组件100，则用户可以使用他们的移动设备（例如通过NFC、蓝牙等）与电池组件100通信来进行登记借出程序。通过使用移动设备进行登记借出电池组件100，移动设备信息（例如由移动设备发送的唯一代码等）被传送到电池组件100，并且用户通过他们的移动设备被验证。电池组件100保持锁定状态，直到验证用户身份并登记借出电池组件100。

参照图14，示出了电池组件100在灯塔700上使用。电池组件100可以定位在灯塔700的基座中。因此，灯塔700可以容易地被运输用于在建筑工地等处使用。参照图15，示出了电池组件100在背包式鼓风机800上使用。电池组件100定位在背包式鼓风机800的背包部分内，使得操作者在使用鼓风机800时将电池组件100背在他或她的背上。因此，鼓风机800易于运输。参照图16，示出了三个电池组件100与发电机900一起使用。这样，电池组件100可以被用于为发电机900供电，并且操作者可以将设备和/或其他电气设备接入发电机900中来为远离电网的此类设备供电。

参考图17，示出了可以使用一个或多个电池组件100的各种类型的设备。如图所示，电池组件100可以与各种类型的室内和室外动力设备以及便携式工地现场设备一起使用。此类设备的实施例是地板砂光机、地板缓冲器和抛光机、水泥辊、机动清洗机、真空吸尘器、交播机、清扫器、草皮切割机、灌木割草机、便携式发电机、加热器等。

尽管本说明书包含许多具体的实施方式细节，但是这些细节不应该被解释为对所要求保护的范围的限制，而应视为对具体实施方式的具体特征的描述。在单独实施的上下文中，本说明书中描述的某些特征也可以在单个实施方式中组合实施。相反，在单个实施方式的上下文中描述的各种特征也可以分别在多个实施方式中或在任何合适的子组合中实施。此外，尽管上文可能将特征描述为以某些组合形式起作用，甚至最初是这样声明的，但是在某些情况下，可以从组合中分离所要求保护的组合的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以针对子组合或子组合的变体。

应该理解的是，尽管在上文的描述中使用了例如“合适的”或“适当的”之类的词语表示这样描述的功能可能更合适，但是它们可能不是必需的，并且可以预期缺少它们的实施方案在本发明的范围内，该范围由所附权利要求限定。在阅读权利要求书，意图是当使用例如“一”、“一个”或“至少一个”之类的词语时，无意将权利要求限制为仅一个，除非在权利要求书中有相反的明确说明。

应当注意的是，本公开的某些段落可以参考例如与侧面和末端等相关的“第一”和“第二”的术语，用于识别或区别一个与另一个或其他。这些术语并非旨在仅在时间上或根据顺序关联实体（例如，第一侧和第二侧），尽管在某些情况下，这些实体可以包括这样的关系。这些术语也不限制可以在系统或环境中运行的可能实体（例如，侧面或末端）的数量。

如本文所用，术语“联接”和“连接”等是指两个构件彼此直接或间接地接合。这种接合可以是固定的（例如永久的）或可移动的（例如可移除的或可释放的）。这种接合可以通过两个构件或两个构件和任何附加的中间构件与彼此一体形成为单个整体或者两个构件或两个构件和任何附加的中间构件与彼此连接来实现。

如本文所使用的，术语“电路”可以包括被构造为执行本文所描述的功能的硬件。在一些实施方案中，每个各自的“电路”可以包括用于配置硬件来执行本文描述的功能的机器可读介质。该电路可以体现为一个或多个电路构件，包括但不限于处理电路、网络接口、外围设备、输入设备、输出设备、传感器等。在一些实施方案中，电路可以采取一个或多个模拟电路、电子电路（例如集成电路（IC）、分立电路、系统级芯片（SOC）电路等）、电信电路、混合电路以及任何其他类型的“电路”的形式。在这方面，“电路”可以包括用于实现或促进实现本文所述的操作的任何类型的构件。例如，本文所述的电路可以包括一个或多个晶体管、逻辑门（例如NAND、AND、NOR、OR、XOR、NOT、XNOR等）、电阻器、多路复用器、寄存器、电容器、电感器、二极管、配线等）。

“电路”还可以包括可通信地连接至一个或多个存储器或存储设备的一个或多个处理器。就这一点而言，一个或多个处理器可以执行存储在存储器中的指令，或者可以执行另外一个或多个处理器可访问的指令。在一些实施方案中，可以以各种方式实施一个或多个处理器。可以以足以执行至少本文所述的操作的方式来构造一个或多个处理器。在一些实施方案中，一个或多个处理器可以由多个电路共享（例如，电路A和电路B可以包含或共享相同的处理器，在一些示例实施方案中，该处理器可以执行通过存储器的不同区域存储或以其他方式访问的指令）。替代地或另外地，一个或多个处理器可以被构造为独立于一个或多个协处理器来执行或以其他方式执行某些操作。在其他示例实施方案中，两个或更多处理器可以经由总线（bus）连接来实现独立、并行、流水式或多线程指令执行。每个处理器可以被实施为一个或多个通用处理器、特殊应用集成电路（ASIC）、现场可编程逻辑门阵列（FPGA）、数字信号处理器（DSP）或其他合适的电子数据处理组件，这些构件被构造为执行由存储器提供的指令。一个或多个处理器可以采取单核处理器、多核处理器（例如双核处理器、三核处理器、四核处理器等）、微处理器等的形式。在一些实施方案中，一个或多个处理器可以在设备的外部，例如，一个或多个处理器可以是远程处理器（例如，基于云的处理器）。替代地或另外地，一个或多个处理器可以在设备内部和/或本地。就这一点而言，给定的电路或其构件可以被本地（例如，作为本地服务器、本地计算系统等的一部分）或远程（例如作为远程服务器（例如基于云的服务器）的一部分）设置。为此，本文描述的“电路”可以包括分布在一个或多个位置上的构件。