CN103359078B - 用于电池更换站的车辆对准系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于服务电动车(EV)的电池更换系统及方法。该电池更换系统包括车道模块，所述车道模块包括一个或多个车辆对准工具，每个所述车辆对准工具配置为用于接合位于车道上的EV，以相对于所述电池更换系统的电池更换柱对准所述EV。所述电池更换系统还包括中间对准工具，所述中间对准工具配置为与所述EV或将要安装至所述EV中的电池，和/或与所述EV和电池托架进行中间连接，从而提供它们之间的精确定位。

Description

用于电池更换站的车辆对准系统
技术领域
本发明涉及用于电动车辆的电池(更换)站(BSS)。具体地，本发明涉及通过BSS的电池更换系统(BES)来更换电动车辆的牵引电池的技术。
背景技术
电池更换站(BSS)通常设计成允许电动和/或混合动力车辆的牵引电池的快速替换(这里通常可互换地称为车辆或电动车)。电动车牵引电池的开关优选地在几分钟的范围之内执行，以便在BSS中提供车辆的高成本效益和高通过量，并为车辆用户提供良好的服务。通常地，电池更换过程是一个自动化过程，在这个过程中很少或没有车辆用户的干预。利用自动化过程为由于车辆用户/驾驶者的意想不到的动作可能导致易于延误的多个车辆的电池更换提供了可靠性和快速周转性。
发明内容
用于多种电动车辆(EV)的电池更换过程通常需要从EV中去除报废的或部分报废的电池，并在具有较高充电状态的备用电池的位置进行接合和锁定。安装在EV中的电池的去除的执行通常是利用专门特别设计的系统/设备来从所述EV中断开电池。当EV相对于这些电池更换设备/模块(BSM)处于严格的对准(位置和定向)，通常在1毫米或更小的位置对准和大约0.2°的角度对准量级时，就实现了这种BSM的恰当操作。BSM设备一般在竖直方向上移动(上升/下降)以便从EV中取回电池。所述BSM设备与EV车体的精确接合需要对所述EV进行精确定位和定向。
执行电池更换过程时，EV应位于所述平台/车道上，并在EV所位于的所述平台/车道上进行对准。对准应相对于电池更换柱来执行，位于电池更换柱处，BSM系统具有足够的精确度以允许EV电池被更换。在某些情况下，EV的对准应当在它所位于的平台/车道上的所有6个自由度(EV相对于X、Y、Z轴的位置和滚转、俯仰和偏转定向)上执行。在某些情况下，这些BSM在水平面上也可以移动，以允许它来运输电池到和从并不是紧接着位于EV下方的保持位置处，以及用于对不同类型的Ev来调节它的位置。BSM可与允许其在水平平面内移动的平移系统相关联。
在这里所公开的BSS对准技术提供了一种用于在EV和电池更换站之间进行对准的系统和方法。当驾驶者驾驶他的车辆进入BSS中时，所述车辆通常尚未很好地与BSS对准。BSS的车道系统包括至少两个单独的在车道的不同位置上操作的用于对准车辆的对准器/工具(alignment aids/utilities)，以及可以在车辆和BSM之间连接并在它们之间提供精确对准和连接的中间对准工具。
例如，第一对准器(例如被动对准器)可以根据本发明来配置以影响EV的“相关性”，所述EV的“相关性”提供EV的横向(Y)偏移和偏转。第二对准器(例如主动对准器)可以根据本发明来配置以便与车辆接合，以提供EV横向(Y)偏移和偏转的更精确的相关性，以及EV沿着车道的纵向方向(例如，相对于X轴)的精确定位。通常，在此阶段获得EV的几厘米数量级(例如，误差不超过±1.5厘米)的精密错位误差。额外的对准工具(中间对准工具)适用于从下方接合EV并连接到在EV中的配准器(连接构件)，从而使所述的额外的对准工具与EV对准/配准到1毫米或更小的精确度之内。一旦在BSS系统和EV之间的对准达到期望值时，就可以启动电池更换过程。例如通过使用EV中的一组布置在中间对准工具上的连接构件(例如配准/对准销)和一组相应的互补连接构件(例如配准槽)就实现了精确对准。
这种中间对准工具还配置带有第二组连接构件(例如配准销)，通过所述第二组连接构件，电池更换设备(BSM系统)或电池可以以超过1毫米的精确度与中间对准工具进行对准。为此，所述BSM设备和/或电池也可以与相应的互补连接构件相关联(例如配准槽)。
在本发明的一些实施例中，所述BSM设备设置在可偏移的/可调节地移动的(例如“浮动”)的平台上，所述平台允许BSM充分自由地在几厘米(例如，约15毫米)的精密程度上移动到每个水平方向(即在X-Y平面内)上。这有利于BSM相对于中间对准工具进行精确对准。
在某些情况下，所述BSM设备安装在水平平移系统(输送机)上，所述水平平移系统与相对适度的定位精确度(例如几厘米的精确度)相关联。在水平平移系统上承载BSM设备的“浮动”平台可以配置为使得BSM设备相对于中间对准工具的精确对准具有比由水平平移系统提供的要高的水平精确度。可使用该部件省去高精确度和复杂的水平平移系统的需要。
因此，根据本发明的广义方面提供了一种用于服务多种电动车辆(EV)的电池更换站(BSS)的车辆对准系统。所述BSS包括车辆车道模块，所述车辆对准系统包括：一个或多个车辆对准工具，每一个都配置成用于接合位于车道上的EV，以相对于BSS的电池更换柱对准EV。所述一个或多个车辆对准工具包含一个或多个主动对准模块，所述主动对准模块布置在所述电池更换柱的附近，并配置且可操作地进行致动以与所述电动车辆相接合，从而提供所述电动车辆相对于所述电池更换柱的精密定位和对准。另外，所述电池更换站包括中间对准工具，所述中间对准工具配置为与所述EV或将要安装在所述EV上的电池中的任一个、或与所述EV和电池托架中间地连接，从而提供它们之间的精确对准。
具体地，所述中间对准工具可以配置成并可操作地中间连接在所述EV、和EV中将要更换的电池和用于承载EV中将要更换的电池的电池托架件中的至少一个之间。在这里应当注意，短语“EV中将要更换的电池”应当理解为涉及将要从EV中去除的电池和/或将要被安装至EV中的电池中的任一个。
根据本发明的一些实施例，所述BSS的车辆对准工具包括一个或多个被动对准模块(例如路线相关器)，所述被动对准模块沿着BSS车道布置，并且被配置为，当EV通过车道朝向电池更换柱进行平移/传送时，用于与所述EV进行被动地接合。所述被动对准模块布置为诸如来引导所述车辆的路线，来相对于电池更换柱定位和对准所述车辆。例如，所述被动对准模块可包括一个或多个固定地安装在所述车道上的棒，所述棒用于与EV的轮子相接合以便引导EV朝向电池更换柱移动，并提供EV相对于电池更换柱的适度的横向对准和适度的偏转定向。
具体地，在本发明的一些实施例中，所述棒包括沿着车道的移动方向以漏斗的形状布置的两个或多个棒/金属杆，从而它们将EV的轮子引导到BSS车道的轮胎通道(轮胎车道/通路)中。所述棒可被布置在车道中以便从EV的轮子的外侧和/或从内侧与轮子相接合。
优选地，在本发明的一些实施例中，被动对准模块配置成提供适度的横向对准，具有从EV相对于电池更换柱的完美对准的横向位置不超过几厘米的偏差。被动对准模块也可以配置成提供适度的偏转定向，具有从EV相对于电池更换柱的完美对准的偏转定向不超过几度(例如不超过1度)的偏差。
根据本发明的一些实施例，所述车辆对准工具包括一个或多个布置在BSS的电池更换柱附近的主动对准模块。所述主动对准模块配置为且可操作地被驱动以便与所述EV相接合，从而提供所述EV相对于电池更换柱的精确定位和对准。应当注意的是，主动对准模块可包括一个或多个液压、电动或气动的驱动系统。
例如，在一些实施例中，主动对准模块包括一个或多个侧对准模块(sidealignment module)，所述侧对准模块配置且可操作地用于与EV的一个或多个轮子横向接合，从而相对于电池更换柱横向对准所述EV。此外，在某些情况下，所述一个或多个侧对准模块也配置且可操作地用于相对于电池更换柱对EV的偏转定向进行定向。具体地，该侧对准模块可包括例如一个或多个侧推动杆。
根据本发明的一些实施例，所述车辆对准工具包括一个或多个提升模块，所述提升模块适用于从下方与EV的车体相接合，并提升车辆的车体，以便相对于电池更换柱对准EV，这是通过调节下述至少一项实现的：(i)所述EV的竖直位置；(ii)所述EV的俯仰定向和(ii)EV的滚转定向。
所述提升模块可包括例如至少两个千斤顶，所述千斤顶配置且可操作地用于与EV下侧的至少两个相应的固定区域相接合以提升所述EV。可选的，所述中间对准工具也配置且可操作地用于与EV下侧的至少第三固定区域相接合以提升所述EV。所述中间对准工具因此也用作第三千斤顶，来支持和提升所述EV。可选地或另外地，所述一个或多个提升模块包括至少三个千斤顶，所述至少三个千斤顶配置且可操作地用于与在EV下侧的至少三个相应固定区域相接合。在这些实施例中，所述中间对准工具可以是或可以不是用作这些千斤顶中的一个。
根据本发明的一些实施例，所述车辆对准工具包括至少一个车辆平移系统(例如车辆传送器)。所述平移系统配置且可操作地用于沿着所述车道传送EV，并相对于电池更换柱纵向对准地定位车辆。所述车辆平移/传送系统可以配置用于与位于车道一侧的EV的轮子相接合，或与位于车道两侧的车辆轮子相接合。一般来说，车辆平移/传送系统配置为与所述EV的至少一个轮子相接合。
根据本发明的一些实施例，BSS包括对准控制器，所述对准控制器可与一个或多个主动对准模块相连接，并配置且可操作地按照预定的顺序操作车辆平移系统相对于电池更换柱纵向对准所述车辆。具体地，所述对准控制器可以配置且可操作地用于按顺序地操作所述车辆平移系统以纵向对准所述车辆，然后操作一个或多个侧对准模块以横向地并相对于车辆的偏转对准所述车辆，接着来操作一个或多个提升模块，以在竖直、俯仰、滚转定向上的对EV进行定位和定向，从而相对于电池更换柱对准车辆。进一步进行所述车辆的对准(即按照上述预定顺序)，所述对准控制器可以配置且可操作地用于操作中间对准工具与所述EV相接合。
为此，所述对准控制器和主动对准模块(以及可能还有被动对准模块)配置且可操作地用于提供车辆相对于电池更换柱的六个自由度的对准和定向。所述主动对准模块可以配置且可操作地用于所述EV相对于电池更换柱的精密定位，具有从所述EV相对于电池更换柱的的完美对准的纵向和横向位置不超过几毫米的偏差(例如不超过15毫米)。所述主动对准模块还可以配置且可操作地用于提供所述EV的精密定向，具有在EV相对于电池更换柱的偏转定向上不超过1-2度的偏差。所述主动对准模块还可以配置且可操作地用于提供所述EV的精密对准，具有在EV相对于电池更换柱的俯仰和滚转定向上不超过1-2度的偏差。
根据本发明的一些实施例，所述BSS包括一个或多个沿着车道定位的轮胎滑块模块，所述轮胎滑块模块配置且可操作地使得所述EV的一个或多个轮胎进行横向滑动，从而便利了EV相对于电池更换柱的横向对准。所述轮胎滑块模块可以包括例如多个平行于车道的纵向方向对准的并被布置成平行阵列的滚筒，所述平行阵列容纳在BSS车道的轮胎通路的一个或多个部分内。这提供并使得车辆轮胎在轮胎通道的这些部分上进行横向滑动。可选地或另外地，所述轮胎滑块模块可以包括容纳在轮胎通路的一个或多个部分内的轮胎传送系统，用于使得车辆轮胎在这些部分上横向滑动。
具体地，在某些情况下，所述一个或多个轮胎滑块模块的位置(即这些部分)可以根据其它被动对准模块(例如，被动和/或主动横向对准模块)的横向对准操作的位置进行选择/布置。此外，在一些实施例中，BSS包括层门系统(floor door system)，所述层门系统包括有至少一个封闭所述BSS的电池更换工具/点的滑动层门。在这些实施例中，一个或多个轮胎滑块模块可装备在所述至少一个滑动层门上，以便允许所述门在EV轮子的下面滑动，同时还支撑EV。
根据本发明的一些实施例，所述中间对准工具包括配置为用于与装备在EV上的一组互补初级连接构件相连接的一组初级连接构件。所述中间对准工具还包括一组次级连接构件，所述一组次级连接构件配置为用于与装备在EV中将要更换的电池上和用于承载该电池的电池托架中的至少一个上的一组互补次级连接构件相连接。
典型地，一组初级连接和所述一组次级连接中的每一个包括至少两个连接构件。所述一组初级连接构件和所述一组次级连接构件组中的任何一组都可包括锥形配准销。因此，将要与锥形配准销相连接的一组互补连接构件可包括互补配准槽。可选地或另外地，所述一组初级连接构件和所述一组次级连接构件组中的任何一组中的连接构件都可包括配准槽。因此，将要与配准槽相连接的一组互补连接构件可包括互补锥形配准销。
根据本发明的一些实施例，所述中间对准工具配置成与所述EV和EV中将要更换的电池进行中间连接。在这些实施例中，通常，所述中间对准工具包括配置且可操作地用于承载所述电池的电池托架。具体地，在一些情况下，所述中间对准工具还包括电池更换模块(例如电池夹持器)，所述电池更换模块配置且可操作地用于与电池锁定机构相接合，所述电池锁定机构与所述EV和所述电池中的至少一个相关联，用于从所述EV中释放电池和/或将电池连到所述EV。
根据本发明的一些实施例，所述中间对准工具配置成与所述EV和电池托架进行中间连接，所述电池托架反过来配置且可操作地用于至少承载所述电池。所述电池托架可例如包括电池更换模块，所述电池更换模块配置且可操作地用于与电池锁定机构相接合，所述电池锁定机构与所述EV和所述电池中的至少一个相关联，以便从所述EV中释放电池和/或将电池连到所述EV。
根据本发明的一些实施例，所述中间对准工具安装在可移动(“可漂浮”)的平台上，允许它进行水平移动因而接近它能够进行配准(例如，与所述EV连接/接合)的对准位置。可选地或另外地，所述BSM设备也可以安装在可移动(“可漂浮”)的平台上，允许它进行水平移动并到达相对于所述EV和/或相对于中间对准工具的对准位置。
根据本发明的另一广义方面，提供了一种用于对准至少部分电动车辆的方法。本发明的方法包括：沿着车道朝向位于车道上的电池更换柱纵向地平移车辆，并相对于所述电池更换柱纵向地对准所述车辆。引导所述车辆的一个或多个轮子通过车辆平移的车道中的指定通路。引导所述轮子包括：提供一个或多个沿着通路横向定位的路线相关器，并且使得所述车辆与所述路线相关器相接合，同时，响应于与所述路线相关器的接合，所述车辆的至少两个轮子定位在轮子滑块上，所述轮子滑块能够使所述轮子进行横向移动，从而提供了至少作为车辆相对于电池更换柱的适度横向对准。然后，当车辆相对于电池更换柱进行纵向和横向对准时，将中间对准工具与所述EV和下列至少之一进行接合：将要替换的EV电池和用于承载EV电池的电池托架，以获得它们之间的精确配准。
在一些实施例中，所述方法还包括：操作一个或多个主动对准工具对车辆相对于电池更换柱进行精密对准精确度的主动对准。在中间对准工具接合之前，和当车辆相对于电池更换柱至少适度地纵向和横向对准时，通常进行该主动对准工具的操作。
因此，本发明提供了用于EV相对于BSS的电池更换模块进行精确对准的新技术。该技术采用了几个对准阶段，包括被动和/或主动对准阶段和配准阶段，在所述被动和/或主动对准阶段，所述车辆相对于所述BSS的电池更换柱进行对准，在配准阶段，提供了中间对准工具来配准所述车辆与所述BSS的电池更换模块。本领域的普通技术人员将容易理解，在不脱离本发明的范围内本文所公开的技术可以进行各种修改。
附图说明
为了理解本发明和了解在实际中如何可以实施，现只通过非限制性示例并参照附图来描述一些实施例，附图中：
图1A至图1D示出了一种在BSS中的用于EV的对准和配准的对准系统100和一种操作该对准系统100的方法100。
图2A是根据本发明进行配置用于在EV和电池托架之间进行中间连接的中间对准工具的示意图。
图2B是图2A中的中间对准工具的操作方法的流程图。
图3A是根据本发明进行配置用于在EV和电池之间进行中间连接的中间对准工具的示意图；以及
图3B是图3A中的中间对准工具的操作方法的流程图。
具体实施方式
一起参照图1A至1D，图1A至1D示意性地说明了一种在BBS中的用于EV的对准和配准的对准系统100，以及操作所述对准系统100的方法200。图1A是对准系统100的框图，而图1B和1D更详细地示出了所述对准系统的车辆对准工具120以及中间对准工具110的实施例。图1C示出了由对准控制器所实施的用于操作所述对准系统100以对准EV(位置和定向)的方法流程图。
所述对准系统100配置为采用多个对准阶段来进行操作，来对进入BSS车道的EV相对于电池更换模块(BSM)进行精确配准的定位，所述电池更换模块(BSM)可操作地用于更换EV中按照预定的相对于其定位和定向而放置的电池。
该电池更换模块(BSM)公开在例如名称为“电池更换模块”并于2012年3月27日提交的申请号为218870的共同未决的以色列专利申请中，并通过援引并入本文。还需要注意的是，例如在名称为“用于电动车辆的电池更换系统和方法”并于2012年3月29日提交的申请号为218924的共同未决的以色列专利申请中也公开了其电池更换站和/或电池模块的实例，并通过援引并入本文，本发明的系统可与之结合以提供精密/精确的车辆对准。
对准系统100包括一个或多个车辆对准工具120，这些对准工具布置在BBS的车道模块150中，并配置用于与位于车道150中的EV相接合，以相对于BSS的电池更换柱160来对准所述EV。另外，对准系统100包括中间对准工具110，该对准工具配置用于在位于电池更换柱160处的EV和EV中将要更换(例如，安装或拆除)的电池、或者是适于承载所述电池的电池托架模块之间提供中间连接(对准和/或配准)。所述中间对准工具110配置且可操作地用于在EV和电池/电池托架170之间提供精确配准(对准)，精确度不超过1毫米。
为此，本发明的对准系统100可以配置且可操作地用于允许EV驾驶者几乎不关注EV相对于BSS车道150的横向(Y)定位以及偏转定向的精确度的情况下接近BSS车道150。这允许车辆在通过BSS时快速通过，并防止在EV的驾驶者需要驾驶他们的车辆来相对于车道进行相对精确地定位的情况下可能出现的延误。另一方面，相当于用于替换它们电池的BSM设备，本发明的对准系统提供了EV的快速且精确的定位(例如小于1毫米)。
例如，EV可以接近车道，它相对于车道150的横向定位在几十厘米(例如，+/-20厘米)的范围内，它相对于车道150的纵向方向/轴线的偏转定向的偏差高达约10度(例如±10°)。对准系统100包括多个对准阶段，当车辆在所述车道150内时，进行这些对准阶段以便相对于电池更换柱160对车辆进行多达6个自由度(例如纵向、横向和垂直定位和滚转、俯仰和偏转定向)的对准(例如，位置和定向)，同时提供精密的准确度。通过所述对准阶段获得的精密的对准精确度与多个偏差有关，即，在横向和纵向的EV的位置处与车辆期望的/适合的定位不超过几厘米(优选不超过1厘米的精确度)的偏差和相对于所述车辆的偏转与车辆期望的/适合的定向不超过1度(即在±1°的范围内)的偏差、以及在它的俯仰和滚转中不超过2度(即，在±2°的范围内)的偏差。
在这点上，应当了解的是，术语EV的纵向(X)和横向(Y)以及竖向(Z)定位对应于车辆沿着车道150相对于EV通过车道150(纵向-X)的运动方向的位置，水平方向垂直地穿过纵向方向(横向-Y)而竖直方向Z垂直于X方向和Y方向。因此，偏转、俯仰和滚转的定向角在此指的是它们的常规含义。在图1B中示意性地示出了BSS轴X、Y和Z以及所述车辆的偏转、俯仰和滚转定向。为了提供BSS中EV的快速且容易的对准，车辆对准工具120可包括沿着车道150布置的主动对准模块121和被动对准模块125。就此而言，当它朝着电池更换柱160通过车道进行传送(驾驶/拖拽)，以便相对于电池更换柱定位和对准EV时，被动对准模块121可包括被动/静态对准构件(即路线相关器)，所述被动/静态对准构件布置在车道150内，固定地连接到车道，并且配置为被动地与EV相接合。主动对准模块125包括对准模块/构件，这些模块或构件主动地被驱动以对准(定位和定向)EV。通常，被动对准模块布置在车道内的位于电池更换柱160前面的区域中，以便当车辆传送到那里时，提供EV相对于电池更换柱160的适度对准。由路线相关器提供的适度对准的精确度可以随不同的EV类型和尺寸而变化。在某些情况下(例如对于某些类型的EV)，路线相关器可以提供相对于横向轴Y的10厘米数量级的横向定位精确度，以及相对于偏转定向角度的几度数量级的定向精确度。然后，操作位于电池更换柱160附近的主动对准模块125，以提供EV相对于柱160的精密对准。该精密对准的精确度可以在几厘米的量级。通常，在该阶段，沿着每个轴(轴X,Y和Z)，车辆定位相对于它应该位于的期望位置的偏差都不超过±1.5厘米。此外，在这个阶段，在每个定向角(偏转、俯仰和滚转)上，车辆恰当定向的偏差一般不超过几度(优选不超过1度)。最后，当EV精密地对准在所述电池更换柱160处/上时，操作电池更换柱160的中间对准工具110来接合和配准EV，从而提供EV相对于其中将要更换的电池和/或用于更换EV的电池的电池托架的精确对准。
就此而言，所述对准系统100可包括对准控制器130，所述对准控制器130可连接到所述对准系统100的一个或多个主动对准模块125上，并且配置且可操作地用于按照预定顺序操作所述主动对准模块125相对于所述电池更换柱对准所述车辆。所述对准控制器130也可以连接到电池更换柱160的中间对准工具110上。启动主动对准模块125的预定顺序后，对准控制器(130)可以配置且可操作地用于操作中间对准工具110，以接合和配准位于电池更换柱160处的EV，从而开始所述电池更换程序。对准控制器130可以是计算机化的系统，包括存储器134和处理器132，存储器134用于至少存储控制器操作的操作指令，处理器132用于执行这些指令，并生成及时地操作主动对准模块125以及可能还有中间对准工具110的操作指令(数据/信号)。可选或另外地，对准控制器130可以包括控制电路136(模拟和/或数字电路)，所述控制电路136适用于用来按顺序地执行对准操作和/或程序。参考图1C，下面更详细地讨论控制器130在对准EV中的操作。
如上所述，所述车辆对准工具120可包括被动对准模块121，所述被动对准模块为通过车道150传送的EV提供相对于至少某些位置和方向自由度的适度对准。在本实例中，被动对准模块包括特别是斜坡形的轮胎通路(车辆轮胎在其上直立/滚转的轮胎路径)124和沿车道固定地安装的一个或多个侧棒123(即路线相关器；例如金属杆)，所述轮胎通路124配置为适度地调节EV的俯仰和竖直位置，所述EV正接近轮胎通路并通过轮胎通路传送到所述电池更换柱160，所述侧棒123的高度适用于与通过通路124传送的EV的轮子/轮胎相接合，以便引导所述轮子朝着电池更换柱160运动。
所述侧棒123，它们的形状和布置配置为引导EV的轮子，诸如当EV到达电池更换柱160时，提供所述EV的适度的横向对准以及适度的偏转定向。在本实施例中，两个侧棒123沿着车道150的推进方向布置成漏斗的形式，以引导EV的轮子沿着车道150的轮胎通路124运动，在电池更换柱160的附近处，所述车道150的宽度变窄。这提供了EV的不超过几厘米的适度横向对准。侧棒123的适度的偏转定向对准与完美对准的偏转定向的偏差多达1度。即，所述侧棒123可以从大约10度左右的偏转错位到大约0.6-1度的偏转错位对准车辆。
此处，示出了侧棒123，它们配置并布置在所述车道内，用于从所述EV的轮子的里/内侧与它们接合。然而，应当该理解的是，侧棒123或者它们中的一些也可以配置并布置用于从所述EV的轮子的表/外侧与它们接合。而且，所述侧棒可以仅布置在所述轮胎通路124中仅仅一个的附近。
根据本发明的一些实施例，所述横向对准模块(即被动和/或主动横向对准模块，例如，侧棒123)或者它们中的一些，与多个轮子/轮胎滑块模块122相关联，这些滑块模块也是被动对准工具121的一部分。所述轮子滑块模块122沿所述车道定位，并且配置且可操作地用来使得所述EV的一个或多个轮胎能够进行横向滑动，从而便利了所述EV相对于电池更换柱160的横向对准。这里，轮子滑块模块122中的两个容纳在侧棒123具有漏斗状的区域处的轮胎通路124中，所述侧棒123可在EV的轮子上施加力来推动它们横向地朝向恰当的横向位置。这两个轮子滑块模块配置成能够使得EV轮胎进行低摩擦横向运动，从而有利于所述EV的横向对准。
在本实施例中，轮胎滑块模块122包括多个转动滚筒，所述转动滚筒平行于所述车道150的纵向方向X对准，并且布置成平行阵列，所述平行阵列容纳在每个轮胎通路124的至少一部分中。为了使得安置于其上的车辆轮胎能够进行平滑的横向滑动，通过适当的轴承，轮胎滑块模块122的滚筒安装在轮胎滑块模块122的支架上。应当注意的是，在本发明的其它实施例中，轮子/轮胎滑动件122或它们中的一些可以使用其它技术实现，以允许所述轮子进行低摩擦的横向移动。例如，这些轮胎滑动件可以利用根据任何合适的低摩擦传送技术的轮胎传送系统来实现。
根据本发明的一些实施例，一对侧棒(杆)123从轮胎通路124中的至少一个的侧端开始布置。所述一对侧棒123之间的间隙随着EV通过车道的运动方向而变窄，以只比EV的轮胎略宽的间隙而结束。可能的是，两个这样的侧棒123被放置在两个轮胎通路124上，它们之间的距离与EV轮胎之间的横向间隙相配合。在一些情况下，在每对侧棒123之间有两组滑块模块122，使得EV轮胎驱动/传送在滑块模块122上并且在每对的侧棒123之间。所述侧棒迫使EV来进行对准，因为它们之间的间隙变窄了。滑块模块122允许轮胎在Y轴上低摩擦地滑动。由于前轮胎和后轮胎驱动在侧棒123之间，所以EV在Y和Yaw上进行了对准，并且由于轮胎通路124的平坦表面，在某种程度上，EV在Z轴上也进行了对准，这些是相对于俯仰和滚转定向的对准。成对的侧棒123之间的间隙通常高于EV轮胎的宽度，因为侧棒123通常可设计成适应不同的轮胎尺寸和轮胎的不同充气度，并适应所述车辆的制造公差。可选地，在本发明的一些实施例中，侧棒123也设计成可以适应不同EV类型的通道。因此，该步骤可用作EV对准的第一阶段，因为在该阶段中获得的精确度可能低于电池更换过程需要的期望精确度。然而，这个阶段便于EV驾驶者可以在有很明显错位的情况下接近车道，而不需要要求重新操控他们的EV。
如上所述，本发明的车辆对准工具120还可以包括沿着车道150布置的主动对准模块125。具体地，在本发明的本实施方案中，在车道150中布置了几个主动对准模块，以提供EV的精密的纵向、横向和竖向定位以及在柱160附近的EV的精密的偏转、俯仰和滚转定向。
主动对准模块125包括纵向对准模块126，所述纵向对准模块126配置且可操作地以大约几厘米的适度精确度来调节EV相对于电池更换柱160的纵向位置。纵向对准模块126包括至少一个车辆平移系统140(例如车辆传送器)，平移系统140配置且可操作地用来沿着车道150、或沿着电池更换柱160的区域中的车道150的至少一(些)部分来传送所述EV，并且用至少适度的纵向对准来相对于电池更换柱160定位EV。所述车辆传送器系统140可以从车道150两侧或者从它的一侧容纳，用于与位于车道150的一侧或两侧的EV的一个或多个轮子相接合。通常，车辆传送器/平移系统140与EV的其中一个轮子相接合已经足够来将所述EV传送和纵向定位在电池更换柱160附近。但是配置为与多于一个轮子相接合的所述车辆传送器可以提供改善的稳定性且更加耐用。
在本实施例中，以下将说明适用于从车道150的两侧来与EV的两个轮子相接合的车辆传送器系统140。所述传送器包括轮子接合组件144，该组件配置且可操作地来接合和抓住并可能略微地提升所述EV的轮子。轮子接合组件144的安装是为了进行沿导轨142的滑动运动，并且所述轮子接合组件144连接到致动组件146上，所述致动组件146提供轮子接合组件144沿所述导轨的可控的致动和纵向定位。所述对准控制器130可连接到所述轮子接合组件144和致动组件146上，并配置且可操作地来驱动轮子接合组件144抓住EV的轮子并操作所述致动组件146使其朝着相对于电池更换柱160的预定的纵向位置传送EV。
所述致动组件146可以在恰当的纵向位置处停止(具有相对于电池更换柱160的适度的精确度)。例如，一个或多个开关和/或传感器可以沿车道150布置在预定位置处，用于当EV到达期望的纵向位置时，为对准控制器130和/或致动组件146提供适当的控制指令。可选或另外地，所述致动组件146的类型可以是这样，即能够接收来自所述对准控制器130的控制信号，所述控制信号指示了它应该停止的精确的纵向定位位置。
另外，主动对准模块125包括一个或多个主动横向对准模块127(图中仅示出了一个)。除了所述被动横向对准模块123(侧杆)外，这些都在本实施例中得以实施，并且它们适用于改进EV在电池更换柱160处的横向定位和偏转。当EV恰当地纵向定位在电池更换柱160处时，所述主动横向/侧对准模块127配置且可操作用来与EV的一个或多个轮子进行横向接合。所述一个或多个侧对准模块127包括一个或多个侧推动杆，所述侧推动杆可从所述车道150的侧面(或从所述车道150的中心)可控地横向延伸，以接合和推动EV的轮子，并相对于电池更换柱160横向地定位这些轮子。为此，在本实施例中，当EV相对于电池更换柱160处于恰当的纵向位置时，与上述的那些相类似的两个轮子滑块122就布置在EV轮子的下面，从而当启动主动侧对准模块127时，有利于EV轮子的低摩擦横向运动。应当注意的是，所述一个或多个侧对准模块122也可配置且可操作地在偏转定向中相对于电池更换柱160定向EV。
主动横向对准模块127的主动侧推动杆一般可与合适的致动组件(未示出)相连接，所述致动组件可操作地用于在车道150中横向地延伸所述杆。控制器130可连接到所述致动组件上，并配置且可操作地用于操作这些致动组件来延伸所述杆到需要的横向长度，在所述需要的横向长度处，EV相对于电池更换柱160恰当地(精密地)进行了对准，且精确度不超过几厘米(优选不超过1厘米)。为此，所述致动组件的类型可以是这样的，即能够在某种程度上接收关于它们应该驱动到的长度的精确指令，或者控制系统或致动器它们本身就与传感器或开关相关联，传感器或开关恰当地布置在车道中用于当EV到达期望的横向位置时进行感测。在后一种情况下，所述传感器/开关的输出可以输送到控制器或输送到所述致动器以在期望的横向位置处停止它们的操作。
优选地，为了提供EV相对于电池更换柱160的竖直的定位和对准，主动对准模块125包括布置在车道150中的预定位置(所述预定位置可以是固定的或可控地可变的位置，这可以进行调节以适应不同类型的EV)的一个或多个主动竖直对准提升模块128(例如千斤顶)。提升模块128适用于从所述车道150竖直地延伸，并从下方与位于电池更换柱160(在该处进行了恰当的横向和纵向对准)处的EV的主体相接合，以升起所述EV的主体。通常，使用至少三个提升模块128可操作地用于与EV下侧的至少三个相应的固定区域相接合。这允许提升EV来以精密的精确度(例如，以高度上的几厘米或更少的精确度和在俯仰和滚转上的1-2度的精确度)调整它的竖直位置以及它的俯仰和滚转角。而且，这里，可以使用合适的传感器/开关装置来控制所述千斤顶/起重机的停止位置，在该位置处，可获得期望的竖直位置和/或俯仰和滚转定向，所述传感器/开关装置可连接到对准控制器130和/或千斤顶的致动组件上。可选地或另外，所述千斤顶的停止位置可由对准控制器130来控制，所述对准控制器130采用具有合适的致动组件的千斤顶，所述致动组件配置且可操作地用于接收来自控制器130的精确的致动指令，以及用于实施这些指令以使千斤顶升至期望位置。
应当注意的是，根据本发明的一些实施例，如图1D所示，中间对准工具110配置且可操作地用作主动对准模块125的起重机/千斤顶，并适用于从下方与EV的固定区域(例如，与参考点)垂直接合以提升EV。在这些实施例中，主动对准模块125可以仅包括两个附加的千斤顶，用来与在EV下侧的附加的两个固定区域相接合。
关于上述主动对准模块125的致动组件(例如，126、127和128中任何一个)，应当理解的是，这些都可以使用任何合适的致动技术来实现。例如所述致动组件或它们中的一些可以通过电动机和齿轮系统来实现，和/或通过利用液压或气压致动系统来实现。
如上所述，根据本发明的一些实施例，对准控制器130配置且可操作地用于按照预定顺序来操作所述主动对准模块125相对于电池更换柱对准EV。图1C为流程图，示出了方法200的顺序的方法步骤，所述方法200由对准控制器130所实施，所述对准控制器130用于相对于电池更换柱160对准EV。在该示例中，在第一对准步骤210中，对准控制器130操作纵向对准模块126(例如车辆传送器系统140)，以调节EV相对于电池更换柱160的纵向定位。如果所述系统包括诸如上述的那些被动对准模块121，则也可以在这个阶段实现EV的一定程度的横向定位和偏转定向。接下来，在接下来的步骤220中，对准控制器130对布置在电池更换柱160附近的所述一个或多个横向/侧对准模块127进行操作，由此更精确地调整了EV相对于车道150的横向和偏转位置。然后，任选地，在步骤230中，对准控制器130操作所述一个或多个提升模块128来在垂直方向中对EV进行定位和定向，并相对于俯仰和滚转定向对EV进行定向。
为此，所述对准控制器130和主动对准模块125配置并可操作地用于提供EV相对于电池更换柱的六个自由度的对准和定向。具体地，对准控制器130和主动对准模块125都配置并可操作地来提供EV相对于电池更换柱的适度定位，这种适度定位在纵向方向和横向方向上不超过几厘米。在某些情况下，对准控制器130和主动对准模块125配置来提供这种在纵向和横向方向上不超过几毫米的精确定位。而且，通过对准控制器130和主动对准模块125实现的EV偏转角的精密定向提供了从车辆的完美对准偏转定向达0.2度偏差的偏转定向精确度。并且所实现的相对于这些轴线的俯仰和滚转定向从车辆完美对准方向的偏差通常不超过0.2度。
应当理解的是，根据本发明的一些实施例，主动对准模块125以及对准控制器130配置并可操作地用于对准不同类型的EV，这些EV可能具有不同的尺寸、形状和规格。为此，BSS系统可以包括用于识别接近车道150的EV类型的识别系统。对准控制器130可响应于指示位于车道上的EV类型的指令(数据/信号)，从而操作对准模块125来对准具体类型的EV。具体地，纵向对准模块126(车辆输送机)输送EV的长度可以根据EV的类型进行调整。因此，根据将要相对于电池更换柱160对准在期望位置和方向上的EV类型，横向对准模块127(推动杆)的延伸程度以及竖直对准模块128(千斤顶)的延伸程度可以通过对准控制器130进行调整。
在该阶段，当EV与电池更换柱160精密地对准时，对准控制器130(或可能是电池更换系统的另一控制器)配置并可操作地用于通过操作/提升中间对准工具110与EV接合来执行精确对准和配准步骤240。这在EV和将要在那里进行更换的电池之间或在EV和适用于承载和更换EV电池的电池托架118(例如，包括电池更换设备(BSW))之间提供了最终对准和配准。应当注意的是，在电池托架控制器接收到表示EV相对于电池更换柱160恰当对准的控制信号之后，该步骤可以由对准控制器130或电池托架控制器来执行。
根据本发明的一些实施例，所述BSS包括层门系统，所述层门系统包括一个或多个层门(例如，滑动层门)，所述层门封闭着BSS的电池更换柱160的电池更换点164，BSS的电池更换工具就位于所述电池更换点164处。
应当注意的是，如上所述的前述步骤240，覆盖电池更换点164的层门162应该由合适的控制器例如130或其它来打开。为此，在一个或多个层门是滑动门的情况下，至少一个或多个滑动层门上装备有一个或多个轮胎滑块模块122，从而能够进行下面中的至少一项：当EV的一个或多个轮子立于滑动层门上时，横向对准EV；当一个或多个EV的轮子位于其上时，能够打开层门。
图1D示意性地说明了根据本发明的一些实施例的BSS中的对准系统100的中间对准工具110。如图所示，中间对准工具110包括一组初级连接构件112和一组次级连接构件114，该组初级连接构件112配置成与EV上装备的一组互补初级连接构件(未示出)相连接，该组次级连接构件114配置成与一组互补次级连接构件114A相连接。所述次级互补连接构件114A可装备在EV中将要更换(即，将要安装/拆卸)的电池(未示出)上，和/或它们可安装/装备在电池托架118上，所述电池托架118可以是BSS的电池更换模块(BSM)的一部分。
通常，如图所示，该组初级连接构件112和次级连接构件114包括锥形配准销，所述锥形配准销适合于装配在相应的互补初级和次级(如，114A)连接构件中，所述互补初级和次级连接构件分别形成并布置为EV中的互补初级槽和电池/电池托架118中的互补次级槽(如，114A)。然而应当理解的是，可选地或另外地，尽管它们的互补连接构件(如，114A)实现为锥形销，但是至少某些对准连接构件(初级112和/或次级114)可以通过槽来实现。此外，在本发明的其它实施例中，可以使用其它类型的连接构件和互补连接构件。
根据本发明的一些实施例，至少某些初级锥形配准销的半径可根据车辆对准工具120进行的EV相对于纵向和横向方向的定位中所获得的准确精确度来进行选择。这意味着当执行上述方法200的步骤240来提升中间对准工具110从而与EV接合时，锥形初级销112迫使中间对准工具110和EV相对于彼此达到几毫米或更小数量级的精确对准，通常在它们的纵向和横向位置处它们之间的错位不超过1毫米。
关于这一点，应该注意的是，至少某些次级锥形配准销的半径可根据电池/电池托架118由中间对准工具110接收的期望精确度来进行选择。这使得当中间对准工具110与电池/电池托架118接合时，锥形次级销114迫使它们之间的精确对准达到几毫米或更小的数量级，且通常在电池/电池托架118和中间对准工具110的纵向和横向位置之间的错位不超过1毫米。
根据本发明的一些实施例，该组初级连接构件112包括至少两个连接构件(例如，锥形销)。这样能够实现中间对准工具110相对于车辆在EV的X-Y位置和偏转定向上的对准/配准。因此，该组次级连接构件包括至少两个连接构件(例如，锥形销)，以使得能够实现中间对准工具110相对于电池/电池托架118的X-Y位置和偏转定向上的对准/配准。
此外，根据本发明的一些实施例，中间对准工具110可以可移动地安装在提供中间对准工具110水平(X-Y)运动的可浮动平台上。水平运动的范围通常选择为由车辆对准工具120进行的EV相对于纵向和横向定位所获得的精密精确度的数量级内。即，通常，水平X-Y运动是在几毫米且不超过1厘米的数量级内。例如，这可以通过在可浮动/可移动平台/托架(未具体示出)上容纳/安装对准工具110来实现，从而允许这种精确的X-Y运动。所述可浮动平台可以是例如安装在球轴承中的平台，带有运动限制器来限制其在期望的水平X-Y运动范围内的运动。
具体地，根据本发明，可浮动/可移动机构/平台可以包括装备有至少三个设置在表面上的运动限制器(即，圆形限制器)的第一平台/表面，以及一组一个或多个孔。至少三个金属球布置在该平台上，使得它们的运动限制在至少三个运动限制器上。托架结构(例如，电池托架118)包括一组与平台中的孔相对应的销，所述托架结构放置于布置在平台中相应的孔内的这组销上。托架结构上的销的半径和平台上的孔的半径之间的差异限制了球在平台上的运动。因此，托架结构相对于平台的某些运动是可能的，而所述托架也可以配置成用于承载大的重量，例如EV电池(例如，大约400千克)。应当理解的是，在一些实施例中，运动限制器可以布置在托架结构的底部表面。而且，所述销可以装备在平台表面上，与此同时所述孔形成在托架结构上。
通常，中间对准工具110也与上升/提升工具119相关联，所述上升/提升工具119配置并可操作地用于竖直升起和降下中间对准工具110，并且分别使中间对准工具110与位于其上且具有精确对准的EV相接合或脱离。当中间对准工具110和匹配于EV的互补初级连接构件的该组初级连接构件112相关联时，中间对准工具110与EV的接合在它们之间提供了空间配准。
现在共同参照图2A和图2B，它们示意性地示出了中间对准工具110，根据本发明的实施例，该中间对准工具110配置为中间地并且可拆卸地连接在EV和电池托架118之间，所述电池托架118配置并可操作地来承载EV中将要替换(安装/拆卸)的电池。在该实施例中，中间对准工具110还包括电池托架118，该电池托架118配置并可操作地来承载EV中将要更换的(多个)电池。这里，所示出的电池托架118从对准工具110脱离。电池托架118与电池更换模块(BSM)191相关联，所述电池更换模块(BSM)191配置并可操作地用于与EV的电池锁定机构和/或电池的电池锁定机构相接合。电池更换模块(BSM)191配置并可操作地用于激活/驱动电池锁定机构，从而释放安装在EV上的电池，或连接/锁定用于安装至EV的由电池托架118所承载的电池。
应当注意的是，本实施例中的中间对准工具110可以包括如上参照图1D所述的中间对准工具110的所有特征和元件，例如包括连接构件112和114的初级和次级组，上升/提升工具119，以及此处由192所表示的可移动平台。这些元件的特定配置和操作与如上参照图1D所述的元件类似，因此不再重复。然而，此处应当注意的是，中间对准工具110的可移动平台由上升/提升工具119的竖直导轨193来实现，这允许了承载初级连接构件112和次级连接构件114的臂件/支架111的某些运动。所述臂件/支架111通过一组提供一定运动自由度的弹簧连接到竖直导轨193，因此可以稍微移动以对准初级连接构件/销与EV的互补连接构件(孔/槽)。该对准提供了1毫米或更多的精确度。而且，这里，中间对准工具的次级组连接构件(销)114朝向下方。在该实施例中，各种类型的电池托架118都可以附接/连接到中间对准工具110。因此，不同类型的电池托架可用于更换不同EV类型的电池。所示的电池托架118由独立的上升工具194来承载，该独立上升工具194与中间对准工具110分离。电池托架118包括该组互补次级连接构件114A，该组互补次级连接构件根据中间对准工具110的次级连接构件114的布置而进行布置，并且配置成与其精确的空间配准相配合。本实施例中包括两个这样的次级连接构件114和两个这样的互补次级连接构件114A。此外，电池托架118可安装在可浮动平台195上，所述可浮动平台195允许电池托架118相对于其上升工具194进行X-Y运动，从而有利于电池托架118的平滑接合/连接。因此，当电池托架118的上升工具194升高到某位置时，一组销114(次级连接构件)就与电池托架118的锥形孔(互补次级连接构件)114A相接合，当电池托架118在上升工具194上浮动时，电池托架118可以移动一定的长度。这允许电池托架118与中间对准工具110对准，且具有1毫米或更多的精确度。参照图2B，通过流程图300示出了本实施例的中间对准工具110用于更换EV的电池的操作方法。更具体地，在上述方法200的步骤240的操作期间，方法300提供了图2A的实施例中所采取步骤的详细描述。方法300可由图1A和图1B中的对准控制器130来执行，因此，下面参考对准控制器130来描述方法300。
因此，在方法300的步骤310中，对准控制器130操作以驱动上升/提升工具119而升高中间对准工具110与EV接合。中间对准工具110的初级连接构件112连接到EV中的它们的互补连接构件(未示出)，从而实现了中间对准工具110和EV之间的空间配准。为此，可浮动平台192为中间对准工具110的定位提供了一些灵活性，从而有利于EV的初级连接构件112和它们的互补初级构件(未示出)之间进行平滑接合。
应当注意的是，在本发明的该实施例中，在整个电池替换过程中，中间对准工具110都保持与EV相连接。因此，在本发明的一些实施例中，中间对准工具110和与其连接在一起的上升/提升工具119配置成作为如上参照图1A至1C所述的主动竖直对准组件128的一个千斤顶来操作。在这种实施例中，方法300的步骤310可以与图1C中方法200的步骤240的操作同时执行，从而来提升并对准EV。
在步骤320中，对准控制器130操作以驱动电池托架118的上升/提升工具194而使电池托架118和中间对准工具110相接合。当升起时，对准工具110的次级连接构件114与电池托架118的互补次级连接构件114A相接合。电池托架的可浮动平台195能够实现平滑接合/连接。在该阶段，BSM模块191也与容纳在EV和电池中的任一个或两个上的电池锁定机构相接合。为此，应当理解的是，在本发明的一些实施例中，BSM模块191和/或电池托架模块118可以包括另一组与电池的互补配准构件相接合的连接构件196(即，配准销/槽)。还有一些BSM的销或螺丝刀刀具，它们起到与电池锁相接合的作用，也可以用作连接/配准元件以将BSM连接到EV和电池中的任一个。
在步骤330中，操作BSM模块191(如螺丝刀刀具)，来解锁和释放安装在EV上的电池。此时，电池由电池托架118承载。在步骤340中，操作对准控制器130以将上升/提升工具194驱动至其上带有电池的电池托架118处。
在步骤350中，托架上的电池进行了替换(例如由具有较高电荷水平的电池)。可通过任何合适的技术执行步骤350，以更换托架上的电池。在电池的替换过程中，托架上放置的新电池的连接/配准元件可与装备在BSM模块191和/或电池托架118上的额外的连接构件相接合/连接。从而这使得新电池变得与电池托架118在空间上配准。
在步骤360中，对准控制器130操作以驱动上升/提升工具194来提升其上带有新电池的电池托架118，使其朝向仍与EV接合的中间对准工具110。该步骤的操作与步骤320的操作有些类似，只是该步骤中电池已经由电池托架118承载并与之配准。在随后的步骤370中，操作BSM模块191(如螺丝刀刀具)以将电池连接并锁定到EV(将电池安装在其上)。
在步骤380、390中，对准控制器130频繁操作以驱动上升/提升工具194、119来降下电池托架118和中间对准工具110，从而使它们与EV脱离。在该阶段，EV电池已经被替换。可以降下/释放上述的其它对准工具如千斤顶(图1B中的128)，并且可以将车辆从车道(图1B中的150)中释放出来。
现在，共同参考图3A和图3B，它们示意性地示出了一种中间对准工具110，根据本发明的实施例，所述中间对准工具110配置成将要中间连接在EV和EV中将要更换(安装/拆卸)的电池之间。在该实施例中，中间对准工具110也包括电池托架118，该电池托架118配置并可操作地用于承载EV中将要替换的电池。在本发明的一些实施例中，电池托架118与电池更换模块(BSM)191相关联或包括电池更换模块(BSM)191，所述电池更换模块(BSM)191配置并可操作地用于接合与EV或EV的电池相关联的电池锁定机构。所述电池更换模块(BSM)191配置并可操作地用于激活/驱动电池锁定机构，从而释放安装在EV上的电池，或连接/锁定用于安装至EV的由电池托架118所承载的电池。
应当注意的是，本实施例中的中间对准工具110可包括如上所述参照图1D的中间对准工具110的所有部件和元件，例如包括初级和次级组连接构件112、114、上升/提升工具119、以及在该图中用192所表示的可浮动平台。这些元件的特定配置和操作和如上参照图1D所述的元件类似，因此不再重复。
现在，参看图3B，通过流程图400示出了本实施例的中间对准工具110用于替换EV的电池的操作方法。更具体地，方法400，是在上述方法200的步骤240期间本发明实施例中所执行步骤的更详细的描述。方法400可以例如通过以上描述的对准控制器130结合图1A和1B来执行。相应地，下面描述了由图1A、1B所示的对准控制器130执行的方法400。
因此，在方法400的步骤410中，对准控制器130操作以驱动上升/提升工具119来升起中间对准工具110以与EV接合。中间对准工具110的初级连接构件112连接到EV中它们的互补连接构件(未示出)，从而实现中间对准工具110和EV之间的空间配准。为此，可浮动平台192允许中间对准工具110的某些定位，从而有利于连接构件和它们的互补构件的平滑接合。在步骤410中，对准工具110的次级连接构件114也与电池上的它们的互补次级连接构件(未示出)相接合。应当注意的是，BSM模块191也与容纳在EV和电池中任一个上的电池锁定机构相接合。为此，应当理解的是，在本发明的一些实施例中，BSM模块191与中间对准模块110集成为一体，从而初级和/或次级连接构件，或它们中的某些，实际上可以是BSM的部分并驻留在其上。例如，BSM的螺丝刀刀具的一些销，它们起到与电池锁相接合的作用，可以作为中间对准工具110的初级和/或次级连接构件。
在步骤420中，操作BSM模块191(如它的(多个)螺丝刀刀具)，以解锁和释放安装在EV上的电池。此时，电池由电池托架118承载。在步骤430中，对准控制器130操作以驱动上升/提升工具119，从而降下其上带有电池的中间对准工具110。
在步骤440中，托架上的电池可以被替换(例如用具有较高电荷水平的电池)。步骤440可通过任何合适的技术进行，以替换托架上的电池。在替换过程中，托架上放置的新电池的互补次级连接构件与中间对准工具110的次级连接构件相接合，从而使新电池变得与中间对准工具110在空间上配准。执行步骤450，从而朝向其上带有新电池的EV提升中间对准工具110。
该步骤的操作与步骤410的操作有些类似，只是在该步骤中电池已经由中间对准工具110承载并配准。在随后的步骤460中，操作BSM模块191(如它的(多个)螺丝刀刀具)，以将电池连接并锁定到EV上(在其上安装电池)，并且，在步骤470中，对准控制器130操作以驱动上升/提升工具119并降低中间对准工具110使其与EV脱离。在该阶段中，EV电池已经被替换。可以降下/释放上述的其它对准工具如千斤顶(图1B中的128)，并可将车辆从车道(图1B中的150)中释放。

Claims (41)

1.一种用于服务电动车辆的电池更换站的车辆对准系统，该电池更换站包含车道模块，所述车辆对准系统包括一个或多个车辆对准工具以及中间对准工具，每个所述车辆对准工具配置成用于与位于车道上的电动车辆相接合，以便相对于所述电池更换站的电池更换柱对所述电动车辆进行对准，其中，所述一个或多个车辆对准工具包含一个或多个主动对准模块，所述主动对准模块布置在所述电池更换柱的附近，并配置且可操作地进行致动以与所述电动车辆相接合，从而提供所述电动车辆相对于所述电池更换柱的精密定位和对准；所述中间对准工具配置成与所述电动车辆和将要安装至所述电动车辆中的电池、或与所述电动车辆和电池托架进行中间连接，从而提供它们之间的精确配准。
2.根据权利要求1所述的车辆对准系统，其中，所述车辆对准工具包含一个或多个被动对准模块，所述被动对准模块沿着所述车道布置，并配置成当所述电动车辆在所述车道上朝着所述电池更换柱平移时被动地与所述电动车辆相接合，由此相对于电池更换柱对所述车辆进行定位和对准。
3.根据权利要求2所述的车辆对准系统，其中，所述被动对准模块包含一个或多个固定地安装在所述车道上的棒，所述棒用于接合所述电动车辆的轮子，以便引导所述电动车辆朝着所述电池更换柱进行运动，从而提供所述电动车辆相对于电池更换柱的适度的横向对准和适度的偏转定向。
4.根据权利要求3所述的车辆对准系统，其中，所述棒包含至少两个沿着所述车道的运动方向以漏斗形式布置的棒，以将所述电动车辆的所述轮子引导到所述车道的轮胎通道。
5.根据权利要求3或4所述的车辆对准系统，其中，所述棒中的一个或多个是布置在所述车道内的，以便从所述电动车辆的所述轮子的外侧与所述轮子相接合。
6.根据权利要求3或4所述的车辆对准系统，其中，所述棒中的一个或多个是布置在所述车道内的，以便从所述电动车辆的所述轮子的内侧与所述轮子相接合。
7.根据权利要求3或4所述的车辆对准系统，其中，所述适度的横向对准不超过±1.5厘米。
8.根据权利要求3或4所述的车辆对准系统，其中，所述适度的偏转定向不超过1度。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的车辆对准系统，其中，所述一个或多个主动对准模块包含一个或多个侧对准模块，所述的一个或多个侧对准模块配置且可操作地与所述电动车辆的一个或多个轮子横向地相接合，以便相对于所述电池更换柱横向地对准所述电动车辆。
10.根据权利要求9所述的车辆对准系统，其中，所述一个或多个侧对准模块配置且可操作地在所述偏转定向的方向上相对于所述电池更换柱对所述电动车辆进行定向。
11.根据权利要求9所述的车辆对准系统，其中，所述一个或多个侧对准模块包括一个或多个侧推动杆。
12.根据权利要求9所述的车辆对准系统，其中，所述一个或多个主动对准模块包含一个或多个提升模块，所述一个或多个提升模块适合于从下方与所述电动车辆的主体相接合，以升高所述车辆的所述主体，以便调节所述主体相对于所述的电池更换柱的竖直位置、俯仰定向和滚转定向中的至少一个。
13.根据权利要求12所述的车辆对准系统，其中，所述一个或多个提升模块包含至少两个千斤顶，所述至少两个千斤顶配置且可操作地与所述电动车辆的下侧的至少两个相应的固定区域相接合，以提升所述电动车辆，其中，所述中间对准工具配置且可操作地用于与所述电动车辆的下侧的至少一个第三固定区域相接合，以提升所述电动车辆。
14.根据权利要求12所述的车辆对准系统，其中，所述一个或多个提升模块包含至少三个千斤顶，所述至少三个千斤顶配置且可操作地与所述电动车辆的下侧的至少三个相应的固定区域相接合，以提升所述电动车辆。
15.根据权利要求1至4中任一项所述的车辆对准系统，其中，包含至少一个车辆平移系统的所述一个或多个主动对准模块配置且可操作地用于沿着所述车道平移所述电动车辆，以便相对于所述电池更换柱纵向对准地定位所述车辆。
16.根据权利要求15所述的车辆对准系统，其中，所述至少一个车辆平移系统容纳在所述车道内，以与位于所述车道的一侧或两侧的所述电动车辆的所述轮子相接合。
17.根据权利要求15所述的车辆对准系统，其中，所述至少一个车辆传送器系统配置为与所述电动车辆的所述轮子中的至少一个相接合。
18.根据权利要求1至4中任一项所述的车辆对准系统，该车辆对准系统包含对准控制器，所述对准控制器能够连接到所述一个或多个主动对准模块，并配置且可操作地用于按照预定的顺序操作所述主动对准模块，以相对于所述电池更换柱对准所述车辆。
19.根据权利要求18所述的车辆对准系统，该车辆对准系统包含：
(a)车辆平移系统，所述车辆平移系统适于相对于所述电池更换柱纵向对准地定位所述车辆；
(b)一个或多个侧对准模块，所述一个或多个侧对准模块适于调整所述电动车辆相对于所述电池更换柱的横向对准和偏转定向中的至少一个；以及
(c)一个或多个提升模块，所述一个或多个提升模块适于调整所述电动车辆相对于所述电池更换柱的竖直位置、俯仰定向和滚转定向中的至少一个；
其中，所述对准控制器配置且可操作地用于按顺序地操作所述车辆平移系统、所述一个或多个侧对准模块和所述一个或多个提升模块，以相对于所述电池更换柱对所述电动车辆进行定位和定向。
20.根据权利要求19所述的车辆对准系统，其中，所述对准控制器和所述主动对准模块配置且可操作地用于提供所述车辆相对于所述电池更换柱的六自由度的对准和定向。
21.根据权利要求18所述的车辆对准系统，其中，按照预定顺序，所述对准控制器配置且可操作地用于操作所述中间对准工具与所述电动车辆相接合。
22.根据权利要求1至4中任一项所述的车辆对准系统，其中，所述一个或多个主动对准模块包括至少一个液压、电动和气动致动系统。
23.根据权利要求1至4中任一项所述的车辆对准系统，其中，所述主动对准模块配置且可操作地用于提供所述电动车辆相对于所述电池更换柱在纵向和横向方向上不超过±1.5厘米的精密定位。
24.根据权利要求1至4中任一项所述的车辆对准系统，其中，在所述电动车辆相对于所述电池更换柱的所述偏转定向中，所述主动对准模块配置且可操作地用于提供所述电动车辆相对于所述电池更换柱的不超过1至2度的精密对准。
25.根据权利要求1至4中任一项所述的车辆对准系统，其中，在所述电动车辆相对于所述电池更换柱的俯仰定向和滚转定向中，所述主动对准模块配置且可操作地用于提供所述电动车辆相对于所述电池更换柱不超过1至2度的精密对准。
26.根据权利要求1至4中任一项所述的车辆对准系统，该车辆对准系统包含一个或多个轮胎滑块模块，所述一个或多个轮胎滑块模块沿着所述车道定位，并配置且可操作地用于使所述电动车辆的一个或多个轮胎能够进行横向滑动运动，从而便于所述电动车辆相对于所述电池更换柱进行横向对准。
27.根据权利要求26所述的车辆对准系统，其中，所述轮胎滑块模块中的至少一个包含多个转动滚筒，所述多个转动滚筒平行于所述车道的纵向方向对准，并布置成平行阵列，所述平行阵列容纳在所述车道的轮胎通道的至少一个部分中，从而使得车辆轮胎能够在所述轮胎通道的所述部分处横向滑动。
28.根据权利要求26所述的车辆对准系统，其中，所述轮胎滑块模块中的至少一个包含轮胎传送器系统，所述轮胎传送器系统容纳在所述车道的轮胎通道的至少一个部分中，从而使得车辆轮胎能够在所述轮胎通道的所述部分处横向滑动。
29.根据权利要求26所述的车辆对准系统，其中，所述对准模块包含至少一个被动对准模块；根据所述至少一个被动对准模块的横向对准操作的位置，所述轮胎滑块模块中的至少一个的位置布置在所述车道内。
30.根据权利要求26所述的车辆对准系统，其中，所述对准模块包含提供所述电动车辆相对于所述电池更换柱的横向对准的至少一个主动对准模块；根据所述至少一个主动对准模块的横向对准操作的位置，所述至少一个轮胎滑动模块的位置布置在所述车道内。
31.根据权利要求30所述的车辆对准系统，其中，该车辆对准系统包含层门系统，所述层门系统包括封闭所述电池更换站的电池更换工具的至少一个滑动层门；所述至少一个轮胎滑块模块装备在所述至少一个滑动层门上。
32.根据权利要求1所述的车辆对准系统，其中，所述中间对准工具包含一组初级连接构件和一组次级连接构件，所述一组初级连接构件配置为用于与装备在所述电动车辆上的一组互补初级连接构件相连接，所述一组次级连接构件配置为用于与一组互补次级连接构件相连接，所述一组互补次级连接构件装备在所述电动车辆中将要更换的所述电池和所述电池托架中的至少一个上。
33.根据权利要求32所述的车辆对准系统，其中，所述一组初级连接和所述一组次级连接中的每一个包含至少两个构件。
34.根据权利要求32所述的车辆对准系统，其中，所述一组初级连接构件和所述一组次级连接构件中至少一组的连接构件包含锥形配准销，并且至少一个对应的一组互补连接构件包含配准槽。
35.根据权利要求32所述的车辆对准系统，其中，所述一组初级连接构件和所述一组次级连接构件中至少一组的连接构件包含配准槽，并且至少一个对应的一组互补连接构件包含锥形配准销。
36.根据权利要求32至35中任一项所述的车辆对准系统，其中，所述中间对准工具配置为与所述电动车辆和所述电动车辆中将要更换的所述电池进行中间连接；所述中间对准工具配置且可操作地用于承载所述电池。
37.根据权利要求36所述的车辆对准系统，其中，所述中间对准工具包含电池更换模块，所述电池更换模块配置且可操作地用于与电池锁定机构相接合，所述电池锁定机构与所述电动车辆和所述电池中的至少一个相关联，以用于将所述电池从所述电动车辆中释放和/或将所述电池附接到所述电动车辆中。
38.根据权利要求32至35中任一项所述的车辆对准系统，其中，所述中间对准工具配置为与所述电动车辆和电池托架进行中间连接，所述电池托架配置且可操作地用于至少承载所述电池。
39.根据权利要求38所述的车辆对准系统，其中，所述电池托架包含电池更换模块，所述电池更换模块配置且可操作地用于与电池锁定机构相接合，所述电池锁定机构与所述电动车辆和所述电池中的至少一个相关联，以用于将所述电池从所述电动车辆中释放和/或将所述电池附接到所述电动车辆中。
40.一种用于至少部分的电动车辆的对准方法，该方法包含：
沿着车道朝向沿着所述车道定位的电池更换柱纵向地平移所述车辆，并相对于所述电池更换柱纵向地对准所述车辆；
在所述平移过程中，引导所述车辆的一个或多个轮子通过在所述车道内的指定通路，所述引导包含：提供沿着所述通路横向定位的路线相关器，并且使所述车辆能够与所述路线相关器接合，同时所述车辆的至少两个轮子定位在轮子滑块上，所述轮子滑块能够使所述轮子响应于所述接合进行横向运动，由此提供了所述车辆相对于所述电池更换柱的横向对准；以及
当所述车辆相对于所述电池更换柱纵向和横向地对准时，接合中间对准工具以中间地连接在所述电动车辆和下列至少一个之间：将要替换的电动车辆电池和用于承载所述电动车辆电池的电池托架，从而提供它们之间的精确对准。
41.根据权利要求40所述的方法，包含：在所述中间对准工具进行所述接合之前，操作一个或多个主动对准工具以主动地接合和对准所述车辆，从而提供所述车辆相对于所述电池更换柱的精密对准。
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