CN102039876A - 电动车快速换装动力电池的系统及方法 - Google Patents

电动车快速换装动力电池的系统及方法 Download PDF

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CN102039876A CN2009101794638A CN200910179463A CN102039876A CN 102039876 A CN102039876 A CN 102039876A CN 2009101794638 A CN2009101794638 A CN 2009101794638A CN 200910179463 A CN200910179463 A CN 200910179463A CN 102039876 A CN102039876 A CN 102039876A
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Abstract

本发明公开了一种电动车快速换装动力电池的系统及方法，包括架空式电动起重机、遥控式电池组吊架；电池组吊架以复索式与其上方的起重机相连；电池组吊架下方可经由转动式锁栓与动力电池箱的锁座相结合；利用起重机吊起电池组吊架使电池组高于电动车的车顶已启开的舱盖的动力电池舱，将已充电的动力电池的一动力电池箱装入车顶的动力电池舱内、或将车上已放电的动力电池组吊起移送至待充电区以便充电；使电动车的动力电池的装卸达到机械化，自动化的功能，可使电动车的电池换装与一般大客车加油一样的时间，简便安全又快速。

Description

电动车快速换装动力电池的系统及方法
技术领域
本发明涉及换装动力电池的系统及方法，尤其是有关使电动车快速换装动力电池的系统及方法。
背景技术
电动车是节能减碳最环保的明日之星，世界各国莫不谒尽全力研发，特别是针对排碳最严重、耗油量最多、燥音也最大、最受属目的环境污染源的大客车。
如今，国产电动大客车的开发已接近完成，相信不久即可问世；但大客车营运的周边的配套措施，似乎仍未付诸实施，例如电动大客车的充电站或电池交换站，正如一般汽、柴油动大大客车所需要的加油站一样，必须齐备，如此电动大客车才能上路。
一般大客车特别是城市公共汽车，政府及业者均要求低底板结构，以方便乘客快速上、下车，尤其是年长、年幼、妇孺及残疾者，因此大客车的底板以下空间十分有限，如将动力电池装于车底，势必散布各处，欲将此等多个动力电池串联成电动车所需电力，必将造成电池联机及充电、换电池等诸多困难，很容易滋生故障机率，且容易被路上的积水喷溅或被撞击导致电池受损，若因此引发事故首当其冲的动是乘客，其后果不堪设想。
另一方面，电池放电后的电力补充因需大电流及长时间充电，若使电动大客车长时间等候充电，将会影响营运成本，且需很大的停车空间，因此将动力电池存置车上的车载充电方式并不理想。采取更换电池方式，将已放电的电池组卸下，再装上已充电的电池组比较可行，不过采用此一方式则面临沉重的电池组拆卸及安装及搬运，接线、保养检修等困难。
电动车的动力电池组轻者数百公斤，重者数千公斤，非一般人力或简单装卸机具可进行吊卸与搬运，通常需用起重机或堆高机才能搬上搬下或运送。
例如中国台湾专利I268885揭示一种电动公用汽车系统，其装卸装置为机械臂结构，包括平移平台、卡式电池组托盘、使卡式电池组托盘沿平移平台所在平面的垂直方向举升的举升装置、平移平台的行走轨道和设置在平移平台底面的轨道轮；机械臂还包括旋转平台、旋转机构及旋转平台的驱动装置；旋转平台设置于平移平台上；举升装置还包括两组升降臂及驱动装置组成的升降系统；机械臂与充电站的充电架均设置于充电站地面下。当电动公用汽车返回充电站时，机械臂的一组升降臂预先取出即将返场的电动公用汽车所对应的卡式电池组，并平行移动至电动公用汽车相应的停车位等待；电动公用汽车定位后，另一组升降臂将已用完电的卡式电池组取出并下降至该号电池组相应层位后，将已取出充足电的卡式电池组的那组升降臂升至电动公用汽车电池腔位，并将电池组推入；另一组升降臂取下的使用过的电池组放回其对应层位。
上述中国台湾专利的电池组装卸装置十分复杂，且在电动公用汽车的下方狭窄的空间进行电池组的装卸作业，也十分不方便操作者的操作观察及更换电池组的作业。
综观该系统仍以动力电池放置于车底盘的电动车为主，动力电池的装入与卸下分向车辆的左右侧或车底下方，其作业繁复窒碍难行，实际作业仍有未达之处。
发明内容
为了更方便及快速的使电动车换装动力电池，而提出本发明。
本发明的主要目的，是提供一种电动车快速换装动力电池的系统及方法，利用架空式的起重机及遥控式的电池组吊架，进行动力电池箱的装卸作业，卸下装于电动车的车顶的动力电池舱内放电后的电池总成、或将已充好电的电池总成装入动力电池舱内，使电动车的动力电池的装卸达到机械化，自动化的功能。
本发明的另一目的，是提供一种电动车快速换装动力电池的系统及方法，使电动车的动力电池的换装能与一般大客车加油一样的时间，简便安全又经济又快速。
一种电动车快速换装动力电池的系统，用以将装有已充电的动力电池的一动力电池箱装入电动车的车顶的可启开舱盖的动力电池舱内，或将装有已放电的动力电池的另一动力电池箱由该动力电池舱内移出，包括：
一电池组吊架，设有一吊架主体，该吊架主体的四个角隅分别结合一锁栓；该等锁栓分别对应于该动力电池箱的四个角隅的一锁座；该等锁栓用以分别扣合或脱离该等锁座，使该电池组吊架结合或脱离该动力电池箱；
一起重机；
多个吊索；该等吊索的上端分别与该起重机相连结，该等吊索的下端分别与该电池组吊架相连结；该等吊索的长度是保持该电池组吊架呈水平状态者；
其中该起重机用以吊起及带动该电池组吊架高于该已启开舱盖的动力电池舱，使该电池组吊架带动该装有已充电的动力电池的动力电池箱装入该动力电池舱内、或使该电池组吊架下降结合该装有已放电的动力电池的另一动力电池箱，然后升起使该动力电池箱移出该动力电池舱。
一种电动车快速换装动力电池的方法，用以将装有已充电的动力电池的一动力电池箱装入电动车的车顶的可启开舱盖的动力电池舱内，或将装有已放电的动力电池的另一动力电池箱由该动力电池舱内移出者，包括如下步骤：
(a)将电动车驶进指定位置；
(b)使该电动车的车顶的动力电池舱的舱盖向外掀开，使置于该电池舱内的装有已放电的动力电池的另一动力电池箱完全呈现；
(c)移动一结合一电池组吊架的起重机至该另一动力电池箱的上方，并降下该电池组吊架；使该电池组吊架的多个锁栓分别扣合该多个锁座；
(d)使该起重机及该电池组吊架吊起该另一动力电池箱并移至该电动车一外侧边的待充电区。
所述的电动车快速换装动力电池的方法，该步骤(d)之后包括如下步骤：
(e)移动该起重机及该电池组吊架至位于该电动车的另一外侧边，使该电池组吊架吊起指定的装有已充电的动力电池的一动力电池箱；
(f)使电池组吊架移至该电动车的上方，然后降下该动力电池箱，使该动力电池箱置于该动力电池舱内；
(g)移开该起重机及该电池组吊架，并将该动力电池舱的舱盖关合，以完成更换动力电池的作业；
其中该步骤(c)中的该电池组吊架的多个锁栓是经由该另一动力电池箱的多个导引板的导引分别滑入该另一动力电池箱的多个锁座；再以遥控器控制或手动控制其中之一分别控制该多个锁栓转过90度，使该多个锁栓分别扣合该多个锁座。
一种电动车快速换装动力电池的方法，是用以将装有已充电的动力电池的一动力电池箱装入电动车的车顶的可启开舱盖的动力电池舱内，或将装有已放电的动力电池的另一动力电池箱由该动力电池舱内移出，包括如下步骤：
(a)将电动车驶进指定位置；
(b)使该电动车的车顶的动力电池舱的舱盖向外掀开；
(c)移动一结合一电池组吊架的起重机至位于该电动车的另一外侧边，使该电池组吊架吊起指定的装有已充电的动力电池的一动力电池箱；
(d)使电池组吊架移至该电动车的上方，然后降下该装有已充电的动力电池的动力电池箱，使该动力电池箱置于该动力电池舱内；
(e)移开该起重机及该电池组吊架，并将该动力电池舱的舱盖关合，以完成装入动力电池的作业。
本发明的其它目的、功效，请参阅图式及实施例，详细说明如下。
附图说明
图1为配合本发明电动车快速换装动力电池的系统及方法的电动车的外观示意图；
图2为本配合发明电动车快速换装动力电池的系统及方法的动力电池舱及电池总成的外观示意图；
图3为本发明电动车快速换装动力电池的系统的示意图；
图4为本发明电池组吊架的示意图；
图5为本发明电动伸缩杆与锁栓的示意图；
图6为本发明锁栓的一侧视的示意图；
图7为本发明锁栓的另一侧视的示意图；
图8为本发明锁栓伸入锁座内的示意图；
图9为本发明锁栓扣合锁座的示意图；
图10为本发明电动车快速换装动力电池的方法的流程图。
【主要元件符号说明】
1电动车快速换装动力电池的系统
10电动车
11车顶       20动力电池舱
21舱盖       211盖板
22空调风口   23电动伸缩杆
24受电座     30电池总成
31动力电池   32动力电池箱
321锁座      322锁栓导引板
323长形孔    33供电座
40起重机     50电池组吊架
500吊架主体  501吊耳
51锁栓       511锁栓吊头
52旋臂       53电动伸缩杆
54遥控器     55电缆
56整流器     57锁栓控制器
58蓄电池     59吊索
591吊环
具体实施方式
本系统乃根据前述的电动大客车营运的实际需求而研发，用以解决电动大客车的动力电池配置，电池的充电、更换动力电池组的装卸等困难及其所衍生的安全问题。
如图1、图2、图3所示，本发明电动车快速换装动力电池的系统1，是配合申请人另案申请专利的设置于电动(大客)车10的车顶11的可遥控式启开舱盖21的动力电池舱20，如图1、图2所示，及另案申请专利的动力电池箱32，如图2所示；将电动(大客)车10的多个动力电池31组合成一个或数个电池组，并装置于特制的动力电池箱32构成的电池总成(Battery Package)30，然后将电池总成30装置于动力电池舱20内，如图1、图2所示。通过充电站或电池交换站或电池组仓库内所设置的架空式起重机(Overhead Crane)40及遥控式的电池组吊架(Lifting Spreader)50，进行动力电池箱32的装卸作业，卸下电动车10的动力电池舱20内的放电或故障待检修的电池总成30、或将已充好电的电池总成30装入电动车10的动力电池舱20内，如图3所示，使电动大客车动力电池的装卸达到机械化，自动化的目的，并使动力电池的换装能与一般大客车加油一样的时间，简便安全经济又快速。
装卸及搬运动力电池箱32，可视作业需要配备堆高机，平板托车、滑轮输送机(Roller Conveyer)或垫板托车(Pallet Jack)等其它配合机具。
如图1、图2所示，动力电池舱20位于电动车10的车顶11，其结构与车顶11呈一体；动力电池舱20上方设有遥控启闭的舱盖21，舱盖21分成左、右两舱盖板211，此舱盖21为隔热材制成，以电动伸缩杆23控制两舱盖板211的开启与关闭；动力电池舱20的两侧设有空调的风口22，可帮助动力电池舱20降温；动力电池舱20内设有受电座24。
如图1、图2、图3、图4所示，动力电池箱32是以金属焊制，容纳电动车所需的多个动力电池31形成电池总成30。动力电池箱32提供动力电池31的防潮、散热、防震、缓冲、绝缘及紧固的功能。动力电池箱32的四个角隅均设有锁座321及锁栓导引板322，使电池组吊架50的锁栓51，如图4所示，能迅速又准确地与锁座321结合；动力电池箱32的侧边装有电力输出的供电座33，以便与动力电池舱20的受电座24接合，将电能提供给电动车10使用。
如图3所示，架空式移动起重机40，一般俗称天车，可沿架空轨道作纵向及横向移动，可遥控或载人操作，且具适当的起重能力。起重机40的架空高度高于电动车10上方约2公尺以上，使吊起的电池总成30能越过已开启的动力电池舱20的左、右两舱盖板211。
如图2-图7所示，电池组吊架(Lifting Spreader)50类似一般的货柜吊架，其大小配合动力电池箱32的尺寸。电池组吊架50的吊架主体500为“I”型或“H”型结构，是以矩型钢管或圆型钢管制成，吊架主体500的四个角隅各结合一组电控旋转的锁栓51(Twist lock)及相连结的电动伸缩杆53，以快速与动力电池箱32的锁座321结合或脱离。锁栓51的旋臂52与电动伸缩杆53连接如图5所示；锁栓51的下端具有前后向呈三角形锁栓吊头511，如图6所示；锁栓吊头511的左右向呈扁平弧形，如图7所示；锁栓吊头511三角形部分的大小与动力电池箱32的锁座321的长方型孔323相配合。以遥控器54控制电动伸缩杆53的伸缩；当电动伸缩杆53缩短时，可带动锁栓51的施臂52到“A”的位置，可使锁栓吊头511呈扁平弧形的方向平行长形孔323，进而可使锁栓吊头511呈扁平弧形的方向顺着长形孔323的方向伸入长形孔323内，如图8所示；当电动伸缩杆53伸长时，可推动锁栓51的施臂52到“B”的位置，锁栓51即转过90度，使锁栓吊头511呈三角形部分刚好卡住于锁座321的上缘，而使锁栓吊头511呈三角形部分卡止于长形孔323内，如图9所示，使锁栓51扣合动力电池箱32的锁座321，电池组吊架50与动力电池箱32因而结合，此时起重机40即可吊起动力电池箱32。
当伸缩电动杆53再缩短时，锁栓51的旋臂52再被拉至“A”位置，锁栓51即转回90度，使锁栓吊头511呈扁平弧形的方向平行长形孔323，此时如将电池组吊架50吊起，电池组吊架50的锁栓51即可脱离与动力电池箱的锁座321，换言之，若电池组吊架50被吊起，动力电池箱32则留于原处。
本发明电池组吊架50所需的电源供应系统(Power Supply System)可为一般的交流电源(AC Power)电源或直流电源(DC power)。吊架主体500结合整流器56、锁栓控制器57及蓄电池58。如使用交流电源(AC Power)，则由电动起重机(Overhead Crane)40经由电缆转盘(Cable reel)的电缆55供应，电缆55电连结整流器56以将交流电转成直流电(DC power)再经过锁栓控制器57及遥控器54操控电动伸缩杆53的伸缩及锁栓51的转动。
若不使用交流电源亦可使用由蓄电池58供应的直流电源。使用直流电的操作方式与交流电同，即用遥控器54操控锁栓控制器57以操控电动伸缩杆53的伸缩，使电池组吊架50的锁栓51随之转动，使电池组吊架50与动力电池箱32结合或分离。
电池组吊架50的四个端点各有一个吊耳501以与吊索(Wire Ropes)59的吊环591相结合；吊索59的上端与电动架空式起重机40相连，吊索59的长度应能保持电池组吊架50呈水平状态，以利动力电池箱32的吊进或吊出电动车10的动力电池舱20的作业。如充电站或电池交换站内，欲行电池换装的电动车辆的停车位置未依所指定的轨道停放，或地面未设置导向轨道，则位于电池组吊架50与起重机40间应加装一组遥控电动转盘，以控制吊架50的方向使与电动车10的动力电池箱32平行，才能快速装卸电池总成30。
如图3、图4、图10所示，本发明电动车快速换装动力电池的方法，是用以将装有已充电的动力电池的一动力电池箱32装入电动车10的车顶的可启开舱盖21的动力电池舱20内，或将装有已放电的动力电池的另一动力电池箱32由该动力电池舱20内移出者包括(A)卸下已放电的电池总成30及(B)装上已充电的电池总成30两大步骤中至少一者；
其中(A)卸下已放电的电池总成30，包括如下步骤：
(a1)将电动(大客)车10驶进充电站或电池交换仓库的指定位置或架空式起重机40的电池组吊架50的下方；
(a2)使电动车10的车顶11的动力电池舱20的舱盖21的左、右舱盖板211向外掀开，使电池总成30完全呈现；
(a3)移动架空式起重机40至电池总成30上方，并降下电池组吊架50；电池组吊架50的锁栓51经由一动力电池箱32的导引板323滑入动力电池箱32的锁座321；再以遥控器54或手动控制电池组吊架50的锁栓51转过90度，与动力电池箱32的锁座321扣合；
(a4)吊起电池总成30移至位于电动(大客)车10一外侧边的″电池待充电区B″；然后使锁栓51转回90度，再使锁栓51与锁座321分离，放下电池总成30，以备充电；
其中(B)装上已充电的电池总成30，包括如下步骤：
(b1)移动架空式起重机30至位于电动(大客)车10的另一外侧边“电池已充电区A”，使电池组吊架50吊起指定的已充电的电池总成30；
(b2)使电池组吊架50移至电动车10的上方，然后降下电池总成30，置于动力电池舱20内，此时另一动力电池箱32侧边的供电座33正好与位于动力电池舱20相对位置的受电座24自动滑触相接合，即可进行供电；(b3)移开架空式起重机40及电池组吊架50，并将动力电池舱20的左、右舱盖板211关合，即完成更换动力电池的作业。
本发明的方法不限于上述两大步骤的叙述，更包括说明书中叙述的相关技术。应用本发明的方法的全部作业时间，估计在5分钟以内，与一般汽、柴油动力的车辆加油时间相近，不仅省时、省力方便又安全。
本发明方法中的(B)装上已充电的电池总成30的步骤，如电动车10的车顶11的动力电池舱20内尚未装有电池总成30时，则在步骤(b1)的前可进一步包括如下步骤：
(c1)将电动(大客)车10驶进充电站或电池交换仓库的指定位置或架空式起重机40的电池组吊架50的下方；
(c2)使电动车10的车顶11的动力电池舱20的舱盖21的左、右舱盖板211向外掀开。
然后进行后续的前述步骤(b1)至(b3)，以将装有已充电的动力电池的动力电池箱32装入电动车10的车顶的动力电池舱20内，即完成装入动力电池的作业。
本发明提供起重机吊装动力电池组所需的电池组吊架，其主要特色为防止动力电池箱因被吊起而变形，引起动力电池因受挤压而变形，并以电控锁栓控制电池组吊架与动力电池箱的结合与脱离，使动力电池的交换达到机械化、自动化，从而快速将已充电的动力电池装上车，或将已放电的动力电池从车上卸下，使电动车的动力电池的换装能与一般大客车加油一样的时间，简便安全又快速，使配合车辆电动化所需的动力电池充电或电池交换作业能帮助电动车辆顺利营运。
以上所记载，仅为利用本发明技术内容的实施例，任何熟悉本顶技艺者运用本发明所为的修饰、变化，皆属本发明主张的专利范围，而不限于实施例所揭示。

Claims (10)

1.一种电动车快速换装动力电池的系统，用以将装有已充电的动力电池的一动力电池箱装入电动车的车顶的可启开舱盖的动力电池舱内，或将装有已放电的动力电池的另一动力电池箱由该动力电池舱内移出，包括：
一电池组吊架，设有一吊架主体，该吊架主体的四个角隅分别结合一锁栓；该等锁栓分别对应于该动力电池箱的四个角隅的一锁座；该等锁栓用以分别扣合或脱离该等锁座，使该电池组吊架结合或脱离该动力电池箱；
一起重机；
多个吊索；该等吊索的上端分别与该起重机相连结，该等吊索的下端分别与该电池组吊架相连结；该等吊索的长度是保持该电池组吊架呈水平状态者；
其中该起重机用以吊起及带动该电池组吊架高于该已启开舱盖的动力电池舱，使该电池组吊架带动该装有已充电的动力电池的动力电池箱装入该动力电池舱内、或使该电池组吊架下降结合该装有已放电的动力电池的另一动力电池箱，然后升起使该动力电池箱移出该动力电池舱。
2.如权利要求1所述的电动车快速换装动力电池的系统，其特征在于，该锁栓的下端具有锁栓吊头，该锁栓吊头的前后向呈三角形而左右向呈扁平弧形；当该锁栓吊头呈扁平弧形的方向平行该锁座的一长形孔，即可使该锁栓吊头伸入该长形孔内，再使该锁栓转过90度时，该锁栓吊头呈三角形部分刚好卡住于该锁座的上缘，而使该锁栓吊头呈三角形部分卡止于该长形孔内，使该锁栓扣合该锁座；当该锁栓转回90度时，即可使该锁栓吊头伸出该长形孔，使该锁栓脱离该锁座。
3.如权利要求2所述的电动车快速换装动力电池的系统，其特征在于，该吊架主体结合对应于该锁栓的电动伸缩杆；该锁栓设有连结该电动伸缩杆的旋臂；当该电动伸缩杆伸长时可带动该旋臂而使该锁栓转过90度；当该电动伸缩杆缩短时可带动该旋臂而使该锁栓该锁栓转回90度。
4.如权利要求3所述的电动车快速换装动力电池的系统，其特征在于，进一步包括一遥控器，该遥控器用以控制该电动伸缩杆的伸缩。
5.如权利要求4所述的电动车快速换装动力电池的系统，其特征在于，该吊架主体为“I”型或“H”型结构其中之一；该吊架主体是以矩型钢管或圆型钢管其中之一者制成；该起重机是一架空式的电动起重机，可沿已架设的架空轨道纵向或横向移动并能同时作升降作业。
6.如权利要求1至5中任一项所述的电动车快速换装动力电池的系统，其特征在于，该吊架主体结合整流器、锁栓控制器；一交流电源由该电动起重机经由一电缆转盘的电缆供应，该电缆连结该整流器以将交流电转成直流电再经过该锁栓控制器操控该电动伸缩杆的伸缩及该锁栓的转动。
7.如权利要求1至5中任一项所述的电动车快速换装动力电池的系统，其特征在于，该吊架主体结合蓄电池、锁栓控制器；该蓄电池提供直流电经过该锁栓控制器操控该电动伸缩杆的伸缩及该锁栓的转动。
8.一种电动车快速换装动力电池的方法，用以将装有已充电的动力电池的一动力电池箱装入电动车的车顶的可启开舱盖的动力电池舱内，或将装有已放电的动力电池的另一动力电池箱由该动力电池舱内移出者，包括如下步骤：
(a)将电动车驶进指定位置；
(b)使该电动车的车顶的动力电池舱的舱盖向外掀开，使置于该电池舱内的装有已放电的动力电池的另一动力电池箱完全呈现；
(c)移动一结合一电池组吊架的起重机至该另一动力电池箱的上方，并降下该电池组吊架；使该电池组吊架的多个锁栓分别扣合该多个锁座；
(d)使该起重机及该电池组吊架吊起该另一动力电池箱并移至该电动车一外侧边的待充电区。
9.如权利要求8所述的电动车快速换装动力电池的方法，其特征在于该步骤(d)之后包括如下步骤：
(e)移动该起重机及该电池组吊架至位于该电动车的另一外侧边，使该电池组吊架吊起指定的装有已充电的动力电池的一动力电池箱；
(f)使该电池组吊架移至该电动车的上方，然后降下该动力电池箱，使该动力电池箱置于该动力电池舱内；
(g)移开该起重机及该电池组吊架，并将该动力电池舱的舱盖关合，以完成更换动力电池的作业；
其中该步骤(c)中的该电池组吊架的多个锁栓是经由该另一动力电池箱的多个导引板的导引分别滑入该另一动力电池箱的多个锁座；再以遥控器控制或手动控制其中之一分别控制该多个锁栓转过90度，使该多个锁栓分别扣合该多个锁座。
10.一种电动车快速换装动力电池的方法，是用以将装有已充电的动力电池的一动力电池箱装入电动车的车顶的可启开舱盖的动力电池舱内，或将装有已放电的动力电池的另一动力电池箱由该动力电池舱内移出，包括如下步骤：
(a)将电动车驶进指定位置；
(b)使该电动车的车顶的动力电池舱的舱盖向外掀开；
(c)移动一结合一电池组吊架的起重机至位于该电动车的另一外侧边，使该电池组吊架吊起指定的装有已充电的动力电池的一动力电池箱；
(d)使该电池组吊架移至该电动车的上方，然后降下该装有已充电的动力电池的动力电池箱，使该动力电池箱置于该动力电池舱内；
(e)移开该起重机及该电池组吊架，并将该动力电池舱的舱盖关合，以完成装入动力电池的作业。
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