CN103359076B - 电动汽车的电池更换系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车的电池更换系统及方法，其被配置成维护具有不同大小和不同几何尺寸的各类汽车，并被配置成更换各类汽车的电池，所述电池具有不同大小和不同几何尺寸，利用电池更换车道来支撑汽车并使汽车移动至或移动穿过所述电池更换系统。

Description

电动汽车的电池更换系统及方法

技术领域

公开的实施例总体涉及一种电动汽车的电池更换系统以及使用该电池更换系统的方法。

背景技术

以电池为主电源的电动汽车通常需要进行电池维护，通过在合适的电池充电接口给电池充电或通过用新电池更换电量耗尽的电池来给这些电池充电。尽管电池充电接口在方便接近汽车的各个位置都随处可行(例如，用户住所、停车场、购物中心、办公楼等)，但更换电动汽车的电池仍然需要专用机械和基础设施。出于这个目的，电池更换站被设计成允许快速、有效地维护需要更换电池的电动汽车。

下面将简要描述从专利文献获知的各种电池更换站解决方案。

专利号为6,014,597的美国专利描述了一种分布式电池更换网，所述分布式电池更换网通过道路车道中设置并由盖板遮盖的地下机器人电池更换器采用紧急停车来维护电动汽车，所述盖板被配置成水平移动，从而允许从汽车下方接近汽车的电池。

专利公开案FR2737694描述了一种电站，所述电站被设计成利用活动夹持、存储及充电模块的组合来更换汽车的电池。本公开案中描述的电站被设计成取出废电池并利用机器人夹持器将新电池置于汽车中，所述机器人夹持器被配置成从汽车的侧面(即，相对于汽车横向)接近并取出/更换汽车的电池。

专利公开案GB1,377,729描述了一种电动汽车的可更换电池托盘，所述电池托盘被构造成形成汽车底部的一部分的可拆卸容器。电池托盘容纳电池组并被设计成可连接至汽车的底侧。在该公开案中，通过使汽车移动至设有滚子组的电池托盘降低并沿人行道方向滑动的升降平台上方的位置来更换电池。然后将充电电池平台传送至升降平台，提升到汽车中，并通过螺栓固定在汽车上。

在WO2010/033883中描述的电池更换站中，利用多个传送系统沿车道使被维护的汽车在站的更换车道上移动，所述车道被配置成将汽车定位在包括滑动门的交换站中，所述滑动门被配置成从汽车的底侧接近汽车的电池。

发明内容

在某些实施例中，本发明涉及一种电池更换系统，所述电池更换系统与电池维护站相关联并被配置成维护具有不同大小和不同几何尺寸的各类汽车。在某些实施例中，所述电池更换系统还被配置成更换具有不同大小和不同几何尺寸的各类电池。出于这个目的，电池更换车道在本发明中用于支撑汽车并使汽车移动至或移动穿过所述电池更换系统，并被配置成允许各类汽车在其上方通过。采用专门设计的可调工具来允许更换具有不同大小和几何尺寸的许多种电池。

所述电池更换车道可以包括细长支撑平台，所述支撑平台具有在车道一端限定汽车入口并在车道另一端限定汽车出口的两个端部。相应地，被维护的汽车可以通过汽车入口接近电池更换车道，在进行维护之后，通过车道的汽车出口离开电池更换车道。

应注意，所述电池更换车道及其相关传送系统可以是电池维护站的共用车道的一部分(例如，必不可少的一部分)，而所述电池维护站可以包括若干子站，其中的一个或多个子站与所述电池更换系统相关联。例如，所述电池维护站包括通常位于所述电池更换系统上游的清洁子站以及限定汽车“处于”不同类型的服务之间的汽车等候区的一个或多个子站。在转让给本申请的受让人并通过引用并入本文的WO2010/033883及WO2010/033881中描述了包括若干子站的电池维护站。

所述电池更换车道包括电池更换开口部，所述电池更换开口部位于车道的入口和出口之间，并被配置成允许具有不同大小和不同几何尺寸的各类电池通过。所述电池更换开口部还被配置成允许电池更换工具从位于汽车支撑平台下的维护井(本文中也被称为空腔)接近正在维护的汽车的底面。所述更换工具被配置成拆卸安装在汽车中的电池，将所述电池降到维护井中，通过更换开口部从维护井升起新电池并将所述新电池安装在被维护的汽车中。在本发明的某些实施例中，所述汽车支撑平台沿地面延伸，并且所述电池更换系统的电池更换工具及相关设备位于地下。

活动盖的装置可以设置在更换/支撑平台中，所述更换/支撑平台被配置成且可操作用于通过可控地使活动盖滑动来遮盖更换开口部的一部分以便遮盖或暴露所述电池更换开口部的一部分或整个区域，由此限定其中的更换孔口。活动盖的这种装置可以被配置成允许限定不同更换孔口大小的电池更换开口部中存在多个开口部状态，例如全封闭状态，多个部分打开状态及全开状态。通过这种方法，所述车道的电池更换开口部可以由所述系统可控地进行调整以便维护具有不同大小和几何尺寸的多个类型的汽车，并更换具有不同大小和几何尺寸的许多种不同电池。例如，可以使一个或多个活动盖滑动以便通过暴露或遮盖适用于具有一定大小和形状的某个电池穿过的一定数量的更换开口部面积来限定某个更换开口部。

在某些实施例中，可控地调整更换孔口的位置以便于更换电池。例如，所述系统可以被配置成使一个或多个活动盖滑动以便精确定位更换孔口在被维护的汽车中的电池的位置下方的位置。通过这种方法，所述系统可以被配置成根据正在维护的汽车的类型(例如，基于汽车的尺寸、电池在被维护的汽车中的确切位置和/或汽车中使用的电池的大小和形状)来调整更换孔口的大小和位置。

在某些实施例中，所述系统被配置成使一个或多个活动盖滑动以便基于以下项中的至少一项来调整所述车道的更换开口部中形成的更换孔口的位置和大小：正在维护的汽车的类型、被维护的汽车在更换开口部上方的位置和方向以及正在更换的电池的类型。

为此，根据某些实施例的电池更换系统包括电池更换车道，所述电池更换车道包括限定电池更换车道各端的汽车入口和汽车出口的细长更换平台，所述更换平台具有位于入口和出口之间的电池更换开口部并且活动盖的装置被配置成可控地遮盖或暴露更换开口部的一部分或整个区域。

在可能的实施例中，所述活动盖装置包括可滑动安装在所述电池更换开口部的前侧(面向出口)和/或后侧(面向入口)上的一个或多个纵向活动盖。当远离所述更换开口部的中心纵向滑动时，所述纵向活动盖可以被配置成纵向滑动(平行于更换平台的轴)，以便暴露电池更换开口部的一部分，并且当朝所述更换开口部的中心纵向滑动时，可以被配置成逐渐遮盖所述开口部的一部分。

所述活动盖装置可以包括滑动安装在所述电池更换开口部的横向侧的一个或多个横向活动盖。所述横向活动盖可以滑动安装在所述更换开口部横向侧的更换平台中。所述横向活动盖可以被配置成沿基本上垂直于更换平台的轴的方向滑动，以便在远离更换开口部的中心横向滑动时暴露出电池更换开口部的一部分，并在朝更换开口部的中心横向滑动时逐渐遮盖所述开口部的一部分。

在可能的实施例中，一个或多个活动盖包括低摩擦滚子、滑板或传送橡胶板，从而在不移动汽车的情况下允许活动盖在定位在其上的车轮下方滑动，由此允许以最佳方式来调整更换孔口的大小/形状和位置，并同时将汽车牢固支撑在更换车道上。

在某些可能的实施例中，所述电池更换车道包括汽车停靠部、更换部、脱离部，这些部件被配置成方便进行本发明的电池更换程序。所述汽车停靠部是更换车道的区域，进入更换车道的被维护的汽车在这个区域连接至传送系统，在电池更换过程中，所述传送系统被配置成可控地使所述汽车沿所述更换车道移动。所述电池更换部是包括更换开口部的车道的一部分，被维护的汽车利用传送系统定位在所述更换开口部上方以便支持电池更换。在更换被维护的汽车的电池之后，所述传送系统使汽车移动至车道的脱离部，汽车在脱离部中与车道分离，让汽车通过车道的出口离开更换车道。

更换/支撑平台由此可以包括具有夹持组件的汽车传送系统，所述夹持组件被配置成将汽车(其适当部分)夹持于停靠部，使汽车转移/平移至更换部，此后使汽车转移至脱离部并与所述脱离部分离。在某些实施例中，所述传送系统被配置成连接至/夹持所述汽车的前轮。为此，可以使用两对活动杆，这两对活动杆分别位于所述车道的相对侧，每个杆可沿车道的纵轴和横轴移动，并且还可能绕车道的轴旋转，例如，每对的杆可沿车道的纵轴移动并且第一和第二对可沿横轴/横向轴移动。更具体地，每对的杆可以设置在几乎与更换平台的平面平行的平面中，并且被配置成同时相对于更换平台向上移动或向下移动，和/或沿人行道方向(垂直于更换车道/平台的纵轴)横向移动，例如，移入或移出更换平台。

在被维护的汽车通过汽车入口进入更换车道之前，所述传送系统可以被配置成使这两对活动杆从更换平台收回来(即，沿人行道方向向外移动)。一旦被维护的汽车停在车道的停靠部，所述传送系统就对这两对活动杆的位置进行调整以便将所述活动杆定位在所述汽车的前轮附近。所述传送系统进一步调整每对的杆之间的距离以便呈现出适于容纳位于其间的车轮的至少一部分的间隙，例如，活动杆之间的间隙可以被调整为大于或等于前轮的直径。然后使这两对活动杆朝汽车的前轮方向横向进入车道以便定位每对杆的活动杆，使得所述汽车的每个前轮都由一对活动杆约束，即，在每对杆中，将一个活动杆置于汽车前面，将另一个活动杆置于汽车后面。然后使每对的杆朝向彼此移动(即，沿基本上平行于更换车道的轴的方向)，直至所述杆接触位于其间的前轮。

在某些实施例中，一旦移动杆与汽车的前轮接合，就可将传送系统连接至汽车。在这种状态下，所述传送系统可以沿更换车道来回移动并在车道的各个部分之间转移汽车的位置。活动杆可以被配置成绕它们的轴旋转，从而在所述汽车正沿车道移动时使所连接的车轮旋转。

例如，所述传送系统可以使汽车移动至更换部并将所述汽车定位在所述更换开口部的上方，在更换所述汽车的电池之后，使所述汽车移动至脱离部，所述汽车在脱离部中通过使每对的杆沿相反方向(即，沿基本上平行于车道的轴的方向)远离彼此移动而与所述传送系统分离，以便在汽车的前轮上方脱离接触，此后通过将所述对或杆横向(例如，沿基本上垂直于车道的轴的方向)缩回到车道区域之外的人行道上来清除车道上方的通道。

在某些实施例中，被维护的汽车通过汽车入口进入电池更换车道，在接近电池更换车道的汽车停靠部时，抓住所述汽车并通过传送系统将所述汽车转移到车道的电池更换部。在车道的电池更换部中，将被维护的汽车放置在活动盖装置上方，所述活动盖装置被配置成在更换开口部中限定合适的更换孔口，便于更换汽车的电池。更换孔口的尺寸和位置由活动盖装置限定以使设置在车道的电池更换部下方的维护井中的电池更换工具从所述汽车的底侧接近并更换汽车的电池。

在完成电池更换过程之后，活动盖进入全封闭状态或允许的部分封闭状态，维护井上方的开口部在此等状态下被完全封闭或被部分封闭。在使活动盖装置变成封闭状态之后，所述传送系统使被维护的汽车移动至车道的脱离部，所述汽车在脱离部与所述传送系统脱离，从而允许被维护的汽车离开更换车道，并允许另一辆汽车进入所述车道进行维护。

在某些实施例中，在实现传送系统与汽车的连接之后，两对活动杆同时向上移动以便将汽车的前侧提升到更换车道的表面之上。可控地提升被维护的汽车的前侧允许电池更换系统调整被维护的汽车的方向，从而便于使用更换工具并使所述更换工具与汽车的电池接合。另外，由于大多数电动汽车采用了前轮致动器设计，因此将前轮提升到更换车道的表面之上可防止用户在电池更换过程中不正确地、故意地驾驶更换车道上方的汽车，这可能会对汽车和/或电池更换系统造成损坏。因此，希望对所述传送系统的活动杆进行配置以绕它们的轴旋转，从而允许所连接的车轮旋转，并同时由传送系统夹持。通过这种方法，如果汽车的用户在电池更换过程中激活了车轮致动系统，则所述前轮和移动杆在不失去汽车上方的传送系统的夹持作用的情况下将自由旋转，从而防止用户在电池更换过程中驾驶更换车道上方的汽车。

在一个方面，本申请涉及一种用于维护电动汽车的电池更换系统。所述电池更换系统包括被配置成保持并移动其上方的汽车的支撑车道。在可能的实施例中，所述支撑车道包括：细长电池更换平台，具有适用于在其上方支撑并移动不同大小和几何尺寸的汽车的长度和宽度；电池更换开口部，设置在所述电池更换平台中以允许定位在所述更换开口部上方的被维护的汽车的电池通过所述开口部；以及活动盖装置，安装成相对于所述电池更换开口部进行可控滑动移动以便改变由所述开口部限定的孔口，从而调整孔口在所述开口部中的位置以及所述孔口的大小中的至少一个。

所述车道可以包括所述平台一端的入口以及所述平台相反端的出口，并且所述更换开口部可以位于所述入口和出口之间，例如差不多位于细长更换平台的中心。

更换孔口的位置和/或大小可以基于以下项中的至少一项来确定：汽车在更换开口部上方的位置、汽车在更换开口部上方的方向(调向)、汽车的类型以及汽车中电池的类型。

任选地，所述活动盖装置包括一个或多个活动盖。例如，所述活动盖装置可以包括至少一对活动盖，其中每对的盖在所述电池更换开口部上方滑动移动(例如，可朝向或远离彼此移动)。在这方面，所述盖可以包括横向活动盖和/或纵向活动盖，所述横向活动盖被配置成相对于细长平台的纵轴横向移动，所述纵向活动盖被配置成相对于细长平台的纵轴纵向移动。

在可能的实施例中，所述活动盖装置包括被配置成朝向或远离彼此移动的至少一对横向活动盖。可供选择地或另外地，所述活动盖装置可以包括被配置成朝向或远离彼此移动的至少一对纵向活动盖。

根据某些实施例，所述电池更换系统包括汽车传送系统，所述汽车传送系统包括被配置成接合位于入口附近的汽车并使所述汽车在所述更换平台上方移动的夹持组件。所述传送系统可以被配置成相对于所述更换开口部沿预定方向将所述汽车放置在所述更换开口部上方以便允许通过电池更换工具进行电池更换。在某些申请中，所述汽车传送系统被配置成在所述汽车到达所述出口时使所述汽车与所述夹持组件分离。

任选地，所述夹持组件被配置成连接至所述汽车的一个或两个前轮。例如，所述夹持组件可以包括分别设置在所述更换平台的相对侧上的两对活动杆。所述的两对杆可以被配置成通过在车轮的两侧(前侧和后侧)建立与车轮的连接来夹持所述汽车的车轮。所述杆可以几乎垂直于车轮的径向平面，所述杆通过该径向平面与所述车轮接合。所述的两对杆还可以被配置成相对于所述更换平台向上移动或向下移动并由此提升或降低所述汽车的至少一部分。

在某些实施例中，所述活动盖装置被配置成调整所述汽车相对于所述车道的方向。

在另一个方面，本申请涉及一种用于维护具有电池的汽车的方法，所述方法包括：

将所述汽车带到更换开口部上方的位置，从而允许从电池更换系统接近所述汽车的底面；

可控地改变所述开口部的几何形状以便将所述开口部中的更换孔口的大小和位置调整到与汽车的底面处的预定位置对齐。

在某些实施例中，所述方法包括将所述汽车放置在被设置在支撑所述汽车的车道的更换平台中的更换开口部上方，并可控地移动所述更换平台的活动盖装置，由此调整所述更换开口部中的更换孔口的大小和位置以允许存在于(residing)所述车道下方的空腔中的设备通过孔口接近汽车的电池；由此允许使用所述设备通过所述更换孔口来维护汽车。

可控移动可以以接收表示汽车的类型及电池的类型中的至少一个的数据为基础，其中所述调整至少部分基于所述数据，例如基于汽车在更换开口部上方的位置和汽车在更换开口部上方的方向中的至少一个。

附图说明

为了理解本发明并了解如何在实践中执行本发明，现在参考附图仅通过非限定性的实例来描述实施例，其中相同的参考编号用于识别具有相同或相似功能的元件或行为，其中：

图1A-1D示意性地示出了本申请的电池更换系统的可能实施例，其中图1A-1C分别示出了系统的更换平台的透视图、顶视图及底视图，图1D是更换系统的剖视图；

图2A-2F示意性地示出了根据某些实施例的传送系统及将被维护的汽车定位在电池更换车道的电池更换部上方的步骤，其中图2A示出了被维护的汽车接近电池更换车道时的传送系统，图2B示出了使传送系统前进以约束被维护的汽车的前轮，图2C和图2D示出了传送系统夹持被维护的汽车的前轮，图2E示出了传送系统提升汽车的前侧，图2F示出了使被维护的汽车定位在车道的电池更换部上方；

图3A及图3B示意性地示出了维护井的结构和功能，其中图3A是示出了电池更换工具设置在维护井中的电池更换车道的透视图，图3B是维护井的顶视图；

图4是举例说明根据可能的实施例的电池更换过程的流程图。

应注意，图中举例说明的实施例并不意味着是按比例的并呈现图的形式以便于理解和描述。

具体实施方式

在某些实施例中，本发明涉及一种电池更换系统及方法，所述电池更换系统及方法适用于电池维护站更换各类电动汽车的电池。更具体地，本发明提供了一种与电池更换系统相关联的车道的新颖配置。为此，所述电池更换系统的车道被设计用于支撑具有不同外部尺寸和/或形状，并且可采用具有不同大小、不同形状、不同形状因数及在被维护的电动汽车中处于不同相对位置的不同类型的电池的多种类型的电动汽车。所述车道由此被设计用于提供适于利用电池更换工具简化电池更换过程的可调电池更换平台，并允许对采用不同类型的电池的许多种汽车进行维护。所述电池更换系统的车道由此被设计成满足在被维护的汽车的电池舱(电池部位)与(电池更换工具的)电池更换部位之间提供适当对齐所需的预定精度要求，并且还被设计成维持较高的安全标准。

一般情况下，本发明的电池更换系统除其他部件外还包括电池更换车道(在文中简称更换车道或支撑车道或车道)，所述电池更换车道用于相对于与电池更换工具相关联的维护井装置保持/夹持并移动汽车。通常，所述车道位于维护井装置上方的平面内。电池更换工具的构造和操作不会形成本发明的一部分，因此除了注意以下项之外不需要具体描述：所述电池更换工具被配置成选择性地执行以下操作：将电池从被维护的汽车下方拆卸下来，将所拆卸的电池降到维护井中，从维护井提升新电池(例如，完全充电或部分充电的)并将所述新电池带至与被维护的汽车中的电池舱接合。在相同受让人的共同待决的以色列专利申请No.218870中描述了此电池更换工具。

图1A-1D示意性地示出了本发明的某些可能实施例的电池更换车道10。所述电池更换车道10包括细长更换平台10r，细长更换平台10r在车道10一端具有汽车入口10e，在车道10另一端具有汽车出口10p。所述更换平台10r包括位于平台10r的入口10e和出口10p之间，例如差不多位于更换平台10r中心的电池更换开口部10n。所述更换平台10r还可以包括支撑件10s，所述支撑件10s固定连接至平台10r的底面以便将所述平台锚固/接合并稳定在位于更换开口部10n下方并可通过所述更换开口部10n接近的维护井18(图1D中所示)上方。

参照图1B，可以将所述车道10划分为位于车道入口10e附近的停靠部10d、位于出口10q附近的脱离部10q以及位于其间的电池更换部10x。如下文详述，车道10的停靠部10d用于将被维护的汽车40连接至电池更换系统的传送系统，电池更换部10x是更换汽车40(图1D中所示)电池的地方，汽车40在脱离部10q处与传送系统分离，从而允许被维护的汽车的用户通过出口10p离开车道10。

更换平台10r还可以包括在穿过车道10的过程中供车轮(大体上表示为41)在上面滚动的一条或多条轮轨11a、11b。轮轨11a、11b可以包括用于增强汽车40的车轮41和轮轨11a、11b之间的摩擦的摩擦增强元件，比如钢筋、雕刻的几何图案或摩擦增强层的一个或多个涂层。

更换平台10r的更换部10x包括被配置成允许具有不同大小和不同几何尺寸的不同类型的电池穿过的更换开口部10n。更特别的是，所述更换开口部10n被配置成允许位于更换平台10r下方的维护井18中的更换工具35(图1D中所示)通过所述更换开口部接近定位在更换开口部10n上方的被维护的汽车40的电池40b(如图2A中所见)。更换工具35被配置成拆卸汽车40的电池40b、通过更换开口部10n将所述分离的电池降到维护井18中、通过更换开口部10n从维护井18向上提升新电池40c、并将新电池40c连接到被维护的汽车40上。

活动盖的装置，大体上表示为14，可用在更换平台10r中以限定要在电池更换过程中使用的更换孔口10a，便于电池进入或离开维护井18。更特别的是，所述活动盖14被配置成通过遮盖和/或暴露出更换开口部10n的一部分来调整更换孔口10a的位置、大小和形状。通过这种方法，所述更换系统可以根据以下项中的至少一项来调整更换孔口10a的位置、大小和形状：正在维护的汽车40的类型；被维护的汽车40的方向；被维护的汽车40在更换开口部10n上方的位置；以及需要更换的电池40b的类型。

例如，在某些汽车40中，电池差不多位于汽车底面的中心，在这些情况下，可以对所述活动盖14进行调整以限定位于汽车40中心下方并具有适于被维护的汽车中使用的特定电池类型通过的大小和形状的更换孔口10a。类似地，在某些类型的汽车40中，其中安装有电池的电池舱40b位于汽车的后部，相应地，在这些情况下由活动盖14限定的更换孔口10a将位于被维护的汽车40的相应后部下方，并呈现出供其中所用的特定电池类型通过的合适大小和形状。

在本发明的某些可能实施例中，所述活动盖装置14包括沿更换平台10r的细长轴(‘y’轴)可滑动安装在相对侧上的一对纵向活动盖14e、14p。在该实例中，所述纵向活动盖包括面向出口10p的前活动盖14p和面向入口10e的后活动盖14e。纵向活动盖14e、14p被配置成限定沿更换车道10r的长度的更换孔口的位置，并通过调整前活动盖14p和后活动盖14e之间获得的间隙13g来限定更换孔口的长度。通过这种方法，可以对更换孔口10a沿着更换平台10r的轴(‘y’轴)的长度和相对位置进行调整以免延伸超过被维护的汽车的长度，从而防止形成更换开口部10n的不安全的用户可接近部分。

在本发明的某些可能实施例中，所述活动盖装置14包括可滑动安装在更换平台10r的相对横向侧上的一对横向活动盖14r、14f。在该实例中，所述横向活动盖包括右侧活动盖14r和左侧活动盖14f。横向活动盖14r、14f被配置成限定更换孔口10a的横向位置，即，绕更换平台的轴线左移还是右移，还是对中，并通过调整右侧活动盖14r和左侧活动盖14f之间获得的间隙16g(参见图1B)来限定更换孔口的宽度。通过这种方法，通过对横向活动盖14r、14f进行调整，所述电池更换系统可以根据被维护的汽车和/或待更换电池的不同宽度来限定适配的更换孔口10a，从而确保更换孔口10a的宽度允许对被维护的汽车40的电池舱中的电池40b进行完全访问，同时保证被维护的汽车40的车轮41不会翻转到更换开口部10n中。

所述横向活动盖14r、14f可以包括在盖的边缘处向上突出的竖直限位器13w(如图1A中所见)。所述竖直限位器13w可以用于利用安装在竖直限位器13w上的压力传感器(未示出)限定横向活动盖14r、14f移动的中止点，所述压力传感器被配置成竖直限位器13w在横向缩回所述盖的过程中与被维护的汽车40的车轮41之一接触时发送指示。所述竖直限位器13w可以被配置成抵靠被维护的汽车40的车轮41的侧面并感测正确的中止点，还被配置成充当汽车40的车轮41的机械阻挡层以防止车轮翻转到更换开口部10n中。所述横向活动盖14r、14f各自均可包括一个或多个传送系统(未示出)，所述传送系统被配置成便于活动盖横向滑动，并同时具有位于其上方的汽车40的车轮41，如公开号为WO2010/033883的国际专利中所述，该专利的公开内容通过引用并入本文。

在某些实施例中，所述横向活动盖装置14被配置成通过使纵向活动盖14e、14p彼此相对地滑动直至相对侧邻接为止，并使横向活动盖14r、14f彼此相对地滑动直至相对侧抵靠纵向活动盖的各侧为止来封闭所述更换开口部10n。

图2A-2F示意性地示出了传送系统44，所述传送系统44被配置成使被维护的汽车40移动穿过更换车道10的各部。在本发明的可能实施例中，传送系统44包括夹持组件，所述夹持组件被配置成在汽车进入车道10的停靠部10d时连接至被维护的汽车40的前轮41a。然后使被维护的汽车40移动至更换部10x并定位在更换开口部10n上方，在更换被维护的汽车40的电池40b之后，使所述汽车移动至脱离部10q并与所述夹持组件分离。电池更换过程还可以包括调整电池更换孔口10a的位置和形状并调整被维护的汽车40的方向以使所述汽车与更换开口部和/或更换工具对齐的步骤，如上文和下文所述。

例如，所述传送系统44可以包括两对活动杆44r，这两对活动杆位于车道10的相对侧并被配置成与汽车40的前轮41a接触并连接。如图2A-2C所示，每对活动杆44r都可以与活动托盘44p连接，所述活动托盘44p被配置成横向移入或移出(用带箭头的线44t表示)所述更换车道10(沿‘x’轴的方向)。所述活动杆44r可以滑动连接至活动托盘44p，从而允许所述活动杆朝向彼此或远离彼此移动(用带箭头的线44i表示-沿‘y’轴的方向)。通过这种方法，可以利用计算机控制(例如，控制单元-未示出)对每对杆44r之间的间隙进行调整。首先，如图2A所示，所述活动杆44r缩回到车道的侧面中，即，以便撤回对更换车道10的障碍，从而允许汽车40接近(access)所述更换平台10r。

一旦被维护的汽车40接近车道10的停靠部10d并跨过某个点(例如，可以利用压力传感器11p或可供选择地或另外地，可以利用光学传感器进行感测，所述压力传感器11p安装在更换平台中并被配置成响应于由车轮施加在其上的压力而发出信号，所述光学传感器被配置成在所述的某个点上感测停靠部中是否有汽车)，这两对活动杆44r就沿垂直于车道轴的方向(沿‘x’轴的方向)朝汽车40向内移动。任选地，活动放置在车道上的杆/板(未示出)可以用于防止驾驶员将车向前驶入车道，远离停靠部区域。可以配设有光学传感器或声波传感器(未示出)的所述传送系统，可以使所述传送系统沿更换车道移动直至传感器检测到车轮为止。所述传送系统然后停止，如图2B所示，使这两对活动杆44r向内移入车道(用带箭头的线44t表示)直至在汽车40的前轮41a的两侧引入所述活动杆为止。在这个阶段，被维护的汽车40的后轮41b可以留在更换平台10之外。

一旦这两对活动杆44r被充分引入以在前轮的前侧和后侧约束前轮41a，则杆44r的向内移动就被阻止。接下来，如图2C所示，通过使每对杆的杆44r朝向彼此移动(用带箭头的线44i表示)来逐渐缩小每对杆44r之间的间隙直至它们抓住前后侧的车轮41a为止。在本发明的可能实施例中，在活动杆44r抓住前轮41a之后，在进行电池更换过程时利用传送系统44使汽车沿更换车道10移动。所述活动杆44r可以被配置成允许这些活动杆绕它们的轴线旋转以便于前轮41a的旋转，并同时使所述汽车沿车道10移动。

每对杆的活动杆44r停止朝向彼此收缩的点根据由所述杆44r感测到的、由于所接触的车轮(及其相关联的传送系统)施加的压力导致的反压力来进行感测，和/或事先由计算机控制系统(未示出)根据汽车40类型的识别来确定。关于汽车40的信息可以基于识别关于汽车用户的信息来获得(例如，借助RFID技术，利用用户的手机、蓝牙设备或任何其他汽车远程信息处理设备)。汽车40和/或其用户的识别可以利用转让给相同受让人的申请号为61/560,120的美国临时专利申请中描述的任意技术来执行，该专利申请的公开内容通过引用并入本文。

车轮41a上所述活动杆44r与车轮接触的点对不同车轮大小来说是不同的并允许利用进一步限制开口跨度的杆44r来支撑具有宽直径的车轮。

在本发明的某些实施例中，向上升起这两对活动杆44r(沿‘z’轴方向)，从而将汽车40的前轮41a提升到更换平台10r的表面之上，如图2D-2F所示(用箭头44w表示)。在该实例中，将汽车40的前轮提升到更换平台10r的表面之上的预定高度(例如，0.1-150cm，或任选大约2-5cm)，然后通过传送系统44使所述前轮沿更换车道移动(在图2E中用箭头44q表示)。任选地，在所述传送系统开始移动汽车之前，缩回在停靠部用于停止汽车运动的可伸缩杆/板，从而允许汽车通过车道。

将前轮41a提升到更换平台10r的表面之上提供了安全措施，以防止驾驶员在电池更换车道10上驾车，同时禁止驾驶员在电池更换过程中驾车。因为当前使用的电动汽车设计通常采用前轮致动系统，所以可以实现该目的，以便只需要提升前轮41a来防止汽车40在电池更换过程中前后驱动。

在本发明的某些可能实施例中，传送系统44被配置成抓住汽车40的前轮41a并在不提升前轮41a的情况下使所述汽车在电池更换车道10上方移动。这种方法更适用于更换站必须只为一种类型的汽车提供服务，并且所述传送系统不需要调整自身大小以适应汽车的不同大小的情况。

可以通过使所述杆44r沿车道的长度向前移动来使所述汽车40驶入车道10，或可以通过使所述杆44r沿车道的长度向后移动来使所述汽车40缩回。当所述汽车40正确定位在更换开口部10n上方的电池更换部10x中时，这两对活动杆44r停止沿更换平台移动，其中所述电动汽车40的电池40b正好位于电池更换车道10的维护井18上方。

在某些实施例中，活动杆44r停止向前移动的确切位置由正在维护的电动汽车的类型以及电池40b在汽车结构中的相对位置(例如，可以将电池放置在后部上或车轮之间)决定。

一旦将汽车40适当放置在更换开口部上方，所述活动盖装置14就操作用于限定合适的更换孔口10a，从而允许利用电池更换模块/更换工具35将汽车40中安装的电池降到维护井18中，然后从维护井18提升新电池40c并将所述新电池40c安装在被维护的汽车40中。公开号为WO2010/033881的国际专利中描述了适于从汽车的底侧更换电池的电动汽车及电池组配置，该专利的公开内容通过引用并入本文。

图4是举例说明根据某些可能的实施例的电池更换过程的流程图。该流程图示出了由更换车道执行的功能的具体但非限制的实例(结合电池更换系统的其他部件，比如电池更换工具的功能)，所述更换车道被配置成维护不同类型的汽车和/或不同类型的电池。在该实例中，该过程的可选步骤用虚线框和带箭头的虚线表示。通常，当所述汽车40接近更换车道10并进入停靠部10d时，电池更换过程开始于步骤S2。如图4所示，在汽车40进入更换车道10之前，或者在电池更换过程的各个阶段，可以执行接收关于汽车40的类型和/或关于待更换的电池40b的信息的可选步骤S1。

在进入停靠部10d之后，在步骤S3中，所述传送系统44连接至汽车40，在步骤S4中，使所述汽车沿维护车道10移动至更换部10x。任选地，在步骤S5中，对汽车的竖直和/或角方向进行调整以便使汽车的电池(电池舱)40b与更换开口部和/或更换工具适当对齐。在本发明的某些可能实施例中，利用横向活动盖14r、14f对被维护的汽车40的方向进行调整。

在某些实施例中，对汽车的方向进行调整以便正确定位所述汽车并使所述汽车与车道上的某个参考点大致对齐。例如，所述传送系统可以定位所述汽车并使所述汽车沿‘x’方向大致对齐。然后可以使活动盖横向移动，以便大致沿‘y’(横向)方向定位所述汽车。如果这些车轮不在移动盖上，则可以在车道中使用导轨来使车轮横向移动并沿横向方向对齐。通过这种方法，可以使汽车沿‘x’和‘y’方向大致对齐并角偏离(angular yaw)(绕‘z’轴旋转)。在某些可能的实施例中，还可以利用顶起单元(未示出)来提升汽车，以便使所述汽车与电池更换模块沿‘z’轴方向对齐并且横摇和纵摇(in roll and pitch)(绕‘x’和y’轴旋转)。

例如，所述更换车道可以被配置成将汽车40定位在更换开口部10n上方，以便将后轮41b放置在横向活动盖14r、14f上方。通过这种方法，当活动盖14r、14f横向移动并横向(沿‘x’轴)竖直地平移后轮40b时，汽车40的方向可以与车道10对齐，而前轮41a的位置利用前轮上方的传送系统44的夹持作用固定限定。

一旦所述汽车40适当定位在更换开口部10n上方，在步骤S6中，驱动所述活动盖装置14以限定合适的更换孔口10a，在步骤S7中，便于更换工具35通过该孔口接近汽车的电池40b并拆卸所述电池40b，在步骤S8中，将所拆卸的电池40b降到维护井18中，在步骤S9中，从维护井18提升新电池40c并将所述新电池安装在汽车40中。在步骤S8中或在该步骤之后，从维护井中转移所拆卸的电池以便进行存储和充电。

参照图3A，在某些实施例中，在电池更换过程中，在维护井18内侧使用机器人传送器(robotic conveyer)37。电池更换工具35可拆卸地连接至机器人传送器37，所述机器人传送器37被配置成连接至可接近地放置在维护井18中设置的更换工具存储室34中的各种不同的更换工具。相应地，在本发明的某些实施例中，所述电池更换系统被配置成识别正在维护的汽车的类型和/或待更换的电池的类型，并相应从更换工具存储室34中选择合适的电池更换工具并将所述电池更换工具安装到机器人传送器37上。

所述机器人传送器37被配置成沿轨道35r移动，所述轨道35r设置在各个不同位置之间的维护井18中，从而允许进入维护井18的不同区域。例如，所述机器人传送器37可以被配置成移动至电池临时存储位置，以便进入用于存储从被维护的汽车40上拆卸下来的一个或多个电池40b的临时电池存储室33。所述机器人传送器37还可以被配置成移动至用于收集要安装在被维护的汽车40中的新电池40c的电池收集位置，以及用于更换汽车电池的更换开口部10n下方的区域中的电池更换位置。

例如，如图3B所示，维护井18可以设置为限定所述机器人传送器37在操作过程中可以定位的多个区域，如下所述：

-电池更换区37x，被维护的汽车40的电池40b在这个区域被拆卸下来并放置在汽车下方的更换工具35上；

-电池收集区37c，在这个区域中，从存储机器人传送系统(未示出)中拾起新电池；

-与临时电池存储室33相邻的电池存储区37s，在从被维护的汽车40上拆下电池40b之后，所述机器人传送器37可以定位在这个区域，以便放置所拆卸的电池40b，从而存放到临时电池存储室33中；以及

-工具更换区37t，所述机器人传送器37可以定位在这个区域以便当需要某个更换工具来与某种类型的电池40b交接时就利用更换工具存储室34中存储的另一个合适的更换工具来替换所述更换工具35。

所述机器人传送器37可以被配置成具有提升和降低能力(即，沿‘z’轴)，以便通过更换开口部10n向上提升新电池，或降低从被维护的汽车40上拆卸下来的电池40b。所述机器人传送器37还被配置成支撑更换工具存储室34中设置(例如，在货架上)的多个工具。

任选地，机器人传送器37被配置成移动穿过维护井18内侧的各个位置沿单个轨道设置，或设置在呈交叉布置的两个轴上方。

参照图4，在将新电池40c安装到汽车40中之后，在步骤S10中，使活动盖装置14变成全封闭状态或部分封闭状态以便大致遮盖所述电池更换开口部10n。在步骤S11中，利用传送系统44使被维护的汽车40移动至脱离部10q，在步骤S12中，使汽车与传送系统44分离，以便在步骤S13中使被维护的汽车40撤出更换车道。

在本发明的可能实施例中，所述电池更换系统包括电池存储设备(未示出)。所述电池存储设备可以具有被设计成通用的模块化结构，所述模块化结构可以包括活动货架，所述活动货架可以设置成符合不同的电池高度和宽度。

例如，所述电池存储设备可以被构造成包括多个隔断(例如，被构造成形成金属框架)，其中所述隔断通常大于汽车中所用的典型电池的大小。该结构中的每个隔断都可以通过放置横架来进行分割以便形成符合特定电池的特定高度的空间。另外地或可供选择地，可以将水平杆(未示出)置于此等隔断中以便沿竖直轴线对所述隔断进行分割并允许将一个以上的电池置于竖直轴线上。所有货架都可以被配置成容纳特定类型的电池并包括用于特定电池的机械接口、电气接口、热(冷却)接口。可以替换所述货架，使得所有存储室都可以容纳不同数量、不同类型的电池。通过这种方法，本发明的更换系统的电池存储设备可以被配置成支撑适用于维护许多种电动汽车的多个不同类型的电池。

本发明的电池更换系统的更换车道与控制系统相关联/可连接至所述控制系统(通过电线或无线信号传输)，这里没有具体示出这种情况。所述控制系统通常是一种计算机系统，包括有预编程用于结合电池更换工具以及电池维护站的其它子站的操作来控制所述车道的操作的各种控制器工具(硬件/软件)。同样，如上所述，所述控制系统包括识别系统，所述识别系统被配置成识别正在维护的汽车的类型以及电池的类型(在同一汽车可以利用不同类型的电池进行操作的情况下)。所述识别系统可视情况而定直接或通过中央控制器与车道相关控制器工具连通。相应地，所述控制系统运行以控制更换车道的操作，并控制电池更换系统的电池存储机器人传送器(未示出)从存储架上获取合适的电池(其与被维护的汽车的类型相匹配)并将合适的电池运输至电池更换工具(即，其相关联的电池更换机器人传送器37)，然后所述电池更换工具将所述电池带到汽车中的电池舱，如上文所述。

所述控制系统可以包括一个或多个处理器以及存储器，所述存储器用于存储数据以及由一个或多个处理器执行的程序以便执行上述电池更换系统的一部分或全部功能和操作。例如，控制单元可以被配置成利用传感器来运行更换车道以便识别汽车是否进入车道的停靠部，激活传送系统以夹持汽车并使所述汽车移动至车道的更换部，驱动活动盖以限定合适的更换孔口，驱动机器人传送器和更换工具以拆卸汽车中的电池，将所述电池放置在临时存储室中，收集新电池并使所述新电池与被维护的汽车中的电池舱接合。在本发明的可能实施例中，所述控制单元还被配置成利用被维护的汽车的车载计算机和/或利用管理为电动汽车的用户提供的电池维护(例如，更换和/或充电)的服务提供商的控制中心传输数据(例如，汽车的类型和/或其中所用的电池的类型)。

上文讨论的各个特征可以任选地彼此组合。例如，在本发明的可能实施例中，所述更换车道可以只包括具有更换开口部的更换平台以及活动盖装置。在本发明的其他示例性实施例中，所述更换车道可以被配置成只包括具有更换开口部的更换平台以及传送系统。本发明的实施例可以采用不同的活动盖装置，例如，单个活动盖可以用于对更换开口部的大小和位置进行调整。或者，活动盖装置可以只包括一对活动盖(例如，纵向活动盖或横向活动盖)。

在本发明的某些实施例中，所述维护井可以是与位于地面上或地面上方的更换车道相关联的地下结构。或者，所述车道的更换平台可以是升降平台并且可以将维护井中使用的各种设备(例如，更换工具、机器人传送器、收费站及电池存储室)放置在地面上或地面上方以及更换车道下方以便执行如上所述的相同操作。

当然，提供上述实例和描述仅出于说明目的，并不意味着以此限制本发明。如技术人员所理解的，可以通过各种方式利用上述内容中的一项以上的技术来实现本发明，但全部都不会超出本发明的范围。

Claims (25)

1.一种电动汽车的电池更换系统，所述系统包括被配置成保持并移动汽车的支撑车道，所述支撑车道包括：

细长电池更换平台，具有适用于在其上方支撑并移动不同大小和几何尺寸的汽车的长度和宽度；

电池更换开口部，位于所述电池更换平台中以允许定位在所述开口部上方的被维护的汽车的电池通过所述开口部；以及

活动盖装置，安装成相对于所述电池更换开口部进行可控滑动移动；所述活动盖装置包括至少一对活动盖，每对的活动盖在所述电池更换开口部上方可滑动地移动，以便改变由所述开口部限定的孔口，从而调整所述孔口在所述开口部中的位置以及所述孔口的大小中的至少一个。

2.根据权利要求1所述的电池更换系统，其中所述车道包括所述平台一端的入口以及所述平台相反端的出口，所述更换开口部位于所述入口和出口之间。

3.根据权利要求1或2所述的电池更换系统，其中所述更换孔口的位置基于以下项中的至少一项确定：

汽车在更换开口部上方的位置；

汽车在更换开口部上方的方向；

汽车的类型；以及

汽车中电池的类型。

4.根据权利要求1或2所述的电池更换系统，其中所述更换孔口的大小基于以下项中的至少一项确定：

汽车在更换开口部上方的位置；

汽车在更换开口部上方的方向；

汽车的类型；以及

汽车中电池的类型。

5.根据权利要求1所述的电池更换系统，其中所述活动盖装置包括一个或多个活动盖。

6.根据权利要求1所述的电池更换系统，其中每对的活动盖可朝向或远离彼此移动。

7.根据权利要求6所述的电池更换系统，其中所述活动盖包括相对于细长平台纵轴的横向活动盖。

8.根据权利要求6或7所述的电池更换系统，包括相对于细长平台纵轴的纵向活动盖。

9.根据权利要求2所述的电池更换系统，进一步包括汽车传送系统，所述汽车传送系统包括被配置成接合位于所述入口附近的汽车并使所述汽车在所述更换平台上方移动的夹持组件。

10.根据权利要求9所述的电池更换系统，其中所述传送系统被配置成相对于所述开口部沿预定方向将所述汽车放置在所述更换开口部上方以便允许通过电池更换工具进行电池更换。

11.根据权利要求9所述的电池更换系统，其中所述汽车传送系统被配置成在所述汽车到达所述出口时使所述汽车与所述夹持组件分离。

12.根据权利要求9所述的电池更换系统，其中所述夹持组件被配置成连接至所述汽车的前轮。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的电池更换系统，其中所述夹持组件包括分别设置在所述更换平台的相对侧上的两对活动杆。

14.根据权利要求13所述的电池更换系统，其中所述的两对活动杆被配置成通过在车轮的两侧建立与车轮的连接来夹持所述汽车的车轮。

15.根据权利要求14所述的电池更换系统，其中所述的两对活动杆被配置成相对于所述更换平台向上移动或向下移动并由此提升或降低所述汽车的至少一部分。

16.根据权利要求1所述的电池更换系统，其中所述活动盖装置被配置成调整所述汽车相对于所述车道的方向。

17.一种用于电动汽车的电池更换系统的方法，所述方法包括：

将所述汽车带到更换开口部上方的位置，从而允许从电池更换系统接近所述汽车的底面；

可控地改变所述开口部的几何形状以便将所述开口部中的更换孔口的大小和位置调整到与所述汽车的底面处的预定位置对齐。

18.根据权利要求17所述的方法，包括将所述汽车放置在被设置在支撑所述汽车的车道的更换平台中的更换开口部上方，并可控地移动所述更换平台的活动盖装置，由此调整所述更换开口部中的更换孔口的大小和位置以允许存在于所述车道下方的空腔中的设备通过孔口接近所述汽车的电池；由此允许使用所述设备通过所述更换孔口来维护所述汽车。

19.根据权利要求17所述的方法，包括接收表示汽车的类型及电池的类型中的至少一个的数据，其中所述调整至少部分基于所述数据。

20.根据权利要求17所述的方法，其中所述调整至少部分基于汽车在更换开口部上方的位置和汽车在更换开口部上方的方向中的至少一个。

21.根据权利要求18所述的方法，其中所述汽车的放置包括在放置汽车之前利用被设置在车道中的夹持组件夹持汽车的至少一个前轮。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述夹持包括将汽车的所述至少一个前轮提升到车道表面之上。

23.根据权利要求18所述的方法，其中所述放置包括将汽车的至少一个后轮放置在所述活动盖装置的活动盖上。

24.根据权利要求23所述的方法，进一步包括通过沿基本上垂直于车道的纵轴的方向移动活动盖来调整所述汽车相对于所述开口部的方向。

25.根据权利要求17至24中任一项所述的方法，进一步包括：

使用被设置在车道下方的设备来使电池脱离汽车的电池舱；

通过更换孔口将电池降到空腔中；

通过更换孔口从空腔中升起新电池；以及

将所述新电池带至与汽车的电池舱接合。