CN103998302B - 用于电动车辆或混合动力车辆的牵引电池的半自动交换站 - Google Patents

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Abstract

在此披露了一种用已再充电的牵引电池(114)交换电动车辆或混合动力车辆(3)的已放电的牵引电池(113)的设备和方法。该设备包括用于使该车辆在一个相对横向于该车辆的方向(Y)的参考尺寸处对齐的装置(220，221)，用于使该车辆在一个相对纵向于该车辆的方向(X)的参考尺寸处对齐的装置(219)，用于抬升和降低该车辆的车辆举升装置(21)，用于使该车辆相对竖直方向固定不动的装置(25)，以及用于抬升或降低使该电池从该车辆解锁的或将该电池锁定到该车辆上的装置(23)的举升装置。该设备进一步包括用于运输这些电池的装卸装置(115)。

Description

用于电动车辆或混合动力车辆的牵引电池的半自动交换站
技术领域
本发明涉及一种用于牵引电池的半自动交换站。特别地，本发明应用于电动车辆或混合动力车辆。
背景技术
当今电动车辆、特别是使用锂离子电池(Li-离子)作为牵引电池的那些电动车辆仍然具有在任何情况下都小于大部分热力车辆自主性的有限自主性。这是本发明旨在解决的一个问题。
为了克服这个自主性问题，自19世纪末期，就已经在美国安置了用于电动出租车的电池交换站。David A.Kirsch于2000年出版的题为“The electric vehicle and theburden of History(电动车辆和历史负担)”的作品中描述了这些最早的“电池交换站”。出租车的驾驶室首先被抬升以便与由车轮支撑的一个平台分开，该平台本身支撑电动机及其电池。然后，已放电的电池本身被抬升，并且一个已再充电的电池被放在其适当位置。所有这些沉重的装卸操作涉及到若干个操作者的协助，这些操作者使用车间起重机或块式和滑轮式举升设备来抬升和寄存该出租车的驾驶室和电池。这些最早的站的主要缺点是缺乏自动化，这使得交换电池所需要的时间是可变的，非常依赖于可供使用的操作者的数量和经验。这是本发明旨在解决的又一个问题。
为了解决这个涉及交换时间的问题，已经提出了快速交换站，例如在于1997年3月18日公布的专利US 5,612,606所描述的站，从而使电动车辆的电池交换时间变得基本上等于用于加注热力车辆的燃料箱的时间。这种快速站允许快速交换电动车辆的电池，该电动车辆包括可以从该车辆下方移除的一个牵引电池。该站包括用于使车辆相对于用于举升该电池的装置对齐的装置，这些装置包括允许首先在车辆下方接触电池的粗糙的举升装置以及允许将该电池精确地定位在该车辆下方的更精细的举升装置。这种快速站还包括用于在举升区与一个再充电区之间沿一个方向或另一个方向移动这些电池的装置。这种完全自动化的快速交换站的主要缺点是其非常高的安装和维护成本。事实上，这些成本使得该站在经济上难以建立，特别是在汽车行业受到限制的发展中国家或新兴国家。这是因为在这些国家中机动车辆(无论是热力式的还是电动式的)的使用仍然受限于人口集中的区域。这样的站可能仅在具有非常广泛的汽车行业的发达国家中以合理的期限收回成本。再次地，这是本发明旨在解决的一个问题。
发明内容
本发明的一个目的特别是要限制交换站的安装和维护成本，以便它可以在发展中国家和新兴国家中以一种有利的方式使用。为此目的，本发明的主要概念是提供一种用于电池的半自动电池交换站，该电池可以从车辆的下方被移除和只需要一位操作者的干预。为此目的，本发明涉及一种允许一个操作者用已再充电的牵引电池交换电动车辆或混合动力车辆的已放电的牵引电池的设备。该设备在一个交换区包括：用于使该车辆在一个相对关于该车辆的横向方向的参考尺寸处对齐的装置；用于使该车辆在一个相对关于该车辆的纵向方向的参考尺寸处对齐的装置；用于举升该车辆的装置，该装置允许该车辆上升或下降；用于使该车辆以一个相对竖直方向的参考位置固定不动的装置；允许将该用于使该已放电的牵引电池从该车辆解锁的或将该已再充电的牵引电池锁定到该车辆上的装置上升或下降的举升装置。用于使该车辆以一个相对竖直方向的参考位置固定不动的该装置以及允许将该用于使该已放电的牵引电池从该车辆解锁的或将该已再充电的牵引电池锁定到该车辆上的装置上升或下降的举升装置是被安排在一个交换车上，该交换车能够由该操作者安置在该车辆的下方。该设备进一步包括装卸装置，该装卸装置允许该操作者在该交换区与一个充电区之间运输该已放电的牵引电池和/或在该充电区与该交换区之间运输该已再充电的牵引电池。
例如，该装卸装置可以包括一个叉式装卸车。
有利地，该设备可以包括用于建议该操作者在该车辆下方的什么地方安置该交换车的装置。
有利地，该用于使该车辆以一个相对竖直方向的参考位置固定不动的装置可以包括多个控制元件，这些控制元件能够被多个引导元件和多个支撑元件接纳，这些引导元件和支撑元件被安排在该车辆的车身的下方。
有利地，允许将该用于使该已放电的牵引电池从该车辆解锁的或将该已再充电的牵引电池锁定到该车辆上的装置上升或下降的该举升装置可以包括一个举升台。
有利地，用于使该车辆在一个相对关于该车辆的纵向方向的参考尺寸处对齐的该装置可以包括至少一对滚轮，该至少一对的滚轮的旋转轴线被定向在关于该车辆的横向方向上，这对滚轮能够接纳该车辆的一个车轮并且使其停止。
有利地，用于使该车辆在一个相对关于该车辆的横向方向的参考尺寸处对齐的该装置可以包括两个引导滑轨和两组滚轮，这些引导滑轨被安排成使得它们之中的至少一个对在所述两个滑轨之间行进的一个车轮施加一个反作用力，这些滚轮的旋转轴线可以被定向在关于该车辆的纵向方向上，其中这两组滚轮各自能够接纳在行进中的该车辆的同一轮系的两个车轮之中的一个，所述两个车轮中的一个车轮在这两个引导滑轨之间行进，这两组滚轮中的每一组都允许其接纳的车轮在施加到所述两个引导滑轨之间行进的车轮上的反作用力的作用下沿一个关于该车辆的横向方向滑动直到一个相对该横向方向的参考尺寸。
有利地，用于举升该车辆的该装置可以包括一个举升平台，该举升平台包括至少两个柱状物。
本发明还涉及一种允许一个操作者从电动车辆或混合动力车辆移除已放电的牵引电池并且对其充电的方法。该方法包括使该车辆在一个相对关于该车辆的横向方向的参考尺寸处对齐的一个步骤。该方法还包括使该车辆在一个相对关于该车辆的纵向方向的参考尺寸处对齐的一个步骤。该方法还包括使用举升装置举升该车辆的一个步骤。该方法还包括使用该举升装置使该车辆下降以便使该车辆与用于使该车辆以一个相对竖直方向的参考位置固定不动的装置相协作的一个步骤。该方法还包括使用举升装置来抬升用于使该已放电的牵引电池解锁的装置的一个步骤。该方法还包括使用该解锁装置来使该已放电的牵引电池解锁的一个步骤的一个步骤。该方法进一步包括该操作者在该车辆的下方放置一个交换车的一个步骤，该交换车支撑用于使该车辆以一个相对竖直方向的参考位置固定不动的该装置并且支撑用于举升使该已放电的牵引电池解锁的装置的该装置；以及由该操作者使用装卸装置将该已放电的牵引电池朝向一个充电区运输的一个步骤。
本发明还涉及一种允许一个操作者将已再充电的牵引电池安置到电动车辆或混合动力车辆上的方法。该方法包括从一个充电区运输该已再充电的牵引电池的一个步骤，以便将该牵引电池放置在用于锁定所述牵引电池的装置上。该方法还包括使用举升装置来抬升用于锁定该已再充电的牵引电池的装置和所述牵引电池的一个步骤。该方法还包括使用该锁定装置来锁定该已再充电的牵引电池的一个步骤。该方法还包括使用该举升装置使该锁定装置下降的一个步骤。该方法还包括使用该举升装置抬升该车辆以便从用于使该车辆以一个相对竖直方向的参考位置固定不动的装置释放该车辆的一个步骤。该方法还包括使用该举升装置使该车辆下降的一个步骤。该方法进一步包括撤回一个交换车的一个步骤，该交换车被该操作者安排在该车辆的下方，这个交换车支撑用于使该车辆以一个相对竖直方向的参考位置固定不动的该装置并且支撑用于举升使得该已充电的牵引电池锁定的装置的该装置。由该操作者实施使用装卸装置来运输该牵引电池的步骤。
本发明还具有的主要优点是，它不需要其单个操作者具有特定的资格，该操作者可以是在使用根据本发明的一个交换站方面培训仅几个小时的。这被认为在发展中或新兴国家中是特别有利的，其中求职的劳动力在大多数情况下很少具有资格证书或完全没有。最后，特别是根据本发明的交换站在这些国家中的任一个中从来不会破坏就业。这是因为，已经聘用的维护人员必须重新训练成为一个根据本发明的交换站操作员，或者必须聘用一个操作者。
附图说明
通过参照附图从以下说明部分中将理解本发明的其他特征和优点，在附图中：
-图1和图2是一个根据本发明的站的一个实例的总体示意图；
-图3a、3b、3c、4a、4b、4c、5a、5b和5c是根据本发明的方法的一个示例性实施例的轮廓示意图。
具体实施方式
图1和图2是根据本发明的一个交换站的一个实例的示意图，该交换站包括一个存储区1以便接纳四个充电站11、12、13和14，该存储区基本上是6米宽7米长的，这些充电站能够给对应的四个牵引电池111、112、113和114同时再充电。该交换站还包括一个交换区2，该交换区基本上具有一台机动车辆3的表面积，该机动车辆的已放电的牵引电池113可以从下方移除。在交换区2中安排了一个举升平台21，该举升平台包括两个柱状物211和213，每个柱状物都具有彼此相反的两个举升臂。一个叉式装卸车115允许例如在交换区2与充电站13之间以一个方向或以另一个方向运输牵引电池113以及其他牵引电池111、112和114中的任一个。
两组滚轮221各自能够在车辆3向后行进时首先接纳该车辆的两个后车轮之中的一个，所述两个后车轮之中的一个在两个引导滑轨220之间行进，这两组滚轮的旋转轴线被定向在一个关于车辆3的纵向方向X上。这两个引导滑轨220被安排成使得其中至少一个滑轨对在这两个滑轨220之间行进的车轮施加一个反作用力。这两组滚轮221因此允许这些后车轮在这个反作用力的作用下在一个关于车辆3的横向方向Y上滑动直到一个相对方向Y的参考尺寸。这两个引导滑轨220实际上与这两组滚轮221协作以便形成一个“滚动相关器(rolling correlator)”类型的装置。这两组滚轮221能够其次接纳车辆3的这些前车轮并且能够使这些车轮以相同的方式在相对方向Y的这个参考尺寸处对齐直到车辆3停止，一旦两对旋转轴线取向在相对于车辆3的横向方向Y上的滚轮219各自接纳并且支撑车辆3的这些后车轮之中的一个，就在一个相对关于所述车辆3的纵向方向X的参考尺寸处自动停止该车辆的前进。
一旦该车辆3已经以方向Y和X上的一个参考位置固定不动，举升平台21通过其柱状物211和213来举升车辆3，这些柱状物的举升臂可以被支撑在车辆3下方的支撑区例如千斤顶支撑区上。
在一个安装在三个车轮上的交换车26已经滚动到车辆3的下方之后，该举升平台使车辆3下降，该车辆被放置在由交换车26支撑的四个控制元件25上，安排在车辆3的车身下方的多个引导和支撑元件接纳这些控制元件25以便使车辆3以一个相对竖直方向Z的参考尺寸固定在一个基本上水平的位置中。由于这些引导和支撑元件被安排在车辆3的车身下方，因此它们在这些呈现的图中是不可见的。在这些呈现的示例性实施例中，叉式装卸车115允许将已放电的牵引电池113放置在一个工具23上或者将其从这个工具23上移除。工具23是允许将这些牵引电池111、112、113和114锁定到车辆3上或者从该车辆解锁的一个专用工具。该工具由一个举升台24支撑，该举升台也由交换车26支撑。
图3a、3b、3c、4a、4b、4c、5a、5b和5c展示了根据本发明的用于交换车辆3的牵引电池的方法的一个实例。
如图3a中示出的，车辆3首先向后移动以便在这些引导滑轨220之间顺序地移动该车辆的后左车轮和前左车轮，从而该车辆的两个后车轮和两个前车轮在这些组的滚轮221上沿方向Y顺序地滑动直到该相对Y的参考位置。然后，这对滚轮219通过车辆3的这两个后车轮来使该车辆自动停止在该相对X的参考尺寸处。然后，该举升平台21将车辆3举升到允许一个操作者(在这些图中未展示)将交换车26设定成处于运动模式的一个高度，以便例如在该车辆3的下方将该交换车移动到喷涂在地面上的多个标记所建议的一个位置。例如，这些标记可以建议交换车26的每一个车轮的位置。然后，如图3b中展示的，举升平台21使车辆3下降直到四个控制元件25抵靠被定位在车辆3下方的这些引导和支撑元件(这些引导和支撑元件在这些图中是不可见的)，由此使车辆3在一个相对方向Z的参考尺寸处固定在一个基本上水平的位置中。然后，如图3c中展示的，举升台24举升工具23直到该工具被放置抵靠被安排在牵引电池113下方的多个引导和支撑元件，这些最近的引导和支撑元件同样在这些图中未被展示，在根据本发明的这个呈现的示例性实施例中牵引电池113是安装在车辆3上的几乎放完电的牵引电池。然后，如图4a中建议的，使用工具23的多个自动解锁机构以便从车辆3释放牵引电池113，这些机构不是本申请的主题。例如在由同一申请人提交的国际申请WO 2011/058256 A1中给出了工具23的多个实施例。然后，如图4b中展示的，举升台24使支撑牵引电池113的工具23下降。然后，如图4c中展示的，叉式装卸车115将支撑已放电的牵引电池113的工具23从举升台24移除。然后，如图5a中建议的，叉式装卸车115返回，这次支撑已再充电的牵引电池114的工具23以便将该牵引电池放置在该举升台24上。然后，如图5b中展示的，举升台24举升支撑牵引电池114的工具23直到牵引电池114被移动至抵靠车辆3下方的多个引导、支撑以及锁定元件，这些最后的元件同样在这些图中未被展示。如图5b中建议的，然后使用工具23的多个自动锁定机构以便使牵引电池114与车辆3相连，这些机构不是本申请的主题。然后，举升台24使工具23下降，举升平台21举升车辆3以便从这些控制元件25释放该车辆，从而操作者可以通过将交换车26设定成处于运动模式而手动地取出该交换车。如图5c所建议的，举升平台21使车辆3再次下降到地面上，该车辆3能够以最大的自主性离开该交换站。

Claims (9)

1.一种允许一个操作者用已再充电的牵引电池(114)交换电动车辆或混合动力车辆(3)的已放电的牵引电池(113)的设备，其中该设备在一个交换区(2)包括：
-用于使该车辆在一个相对关于该车辆的横向方向(Y)的参考尺寸处对齐的装置；
-用于使该车辆在一个相对关于该车辆的纵向方向(X)的参考尺寸处对齐的装置；
-用于举升该车辆的装置，它允许该车辆上升或下降；
-用于使该车辆以一个相对竖直方向(Z)的参考位置固定不动的装置；
-允许将用于使该已放电的牵引电池(113)从该车辆解锁的或将该已再充电的牵引电池(114)锁定到该车辆上的装置上升或下降的举升装置；
该设备的特征在于：
-用于使该车辆以一个相对竖直方向(Z)的参考位置固定不动的该装置以及允许将用于使该已放电的牵引电池从该车辆解锁的或将该已再充电的牵引电池锁定到该车辆上的装置上升或下降的该举升装置是被安排在一个交换车(26)上，该交换车能够由该操作者安置在该车辆(3)的下方；
-该设备包括装卸装置，该装卸装置允许该操作者在该交换区(2)与一个充电区(1)之间运输该已放电的牵引电池(113)和/或在该充电区与该交换区之间运输该已再充电的牵引电池(114)，
-用于使该车辆在一个相对关于该车辆(3)的横向方向(Y)的参考尺寸处对齐的该装置包括两个引导滑轨(220)和两组滚轮(221)，这些引导滑轨被安排成使得它们之中的至少一个对在所述两个引导滑轨之间行进的一个车轮施加一个反作用力，这些滚轮的旋转轴线被定向在关于该车辆(3)的纵向方向(X)上，其中这两组滚轮各自能够接纳在行进中的该车辆(3)的同一轮系的两个车轮之中的一个，所述两个车轮中的一个在这两个引导滑轨(220)之间行进，这两组滚轮(221)中的每一组都允许其接纳的车轮在施加到所述两个引导滑轨之间行进的车轮上的反作用力的作用下沿一个关于该车辆的横向方向(Y)滑动直到一个相对该横向方向(Y)的参考尺寸。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该装卸装置包括一个叉式装卸车(115)。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备包括用于建议该操作者在该车辆(3)下方的什么地方安置该交换车(26)的装置。
4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，用于使该车辆以一个相对竖直方向(Z)的参考位置固定不动的该装置包括多个控制元件(25)，这些控制元件能够被多个引导元件和多个支撑元件接纳，这些引导元件和支撑元件被安排在该车辆(3)的车身的下方。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，允许将用于使该已放电的牵引电池(113)从该车辆解锁的或将该已再充电的牵引电池(114)锁定到该车辆上的装置上升或下降的该举升装置包括一个举升台(24)。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，用于使该车辆在一个相对关于该车辆的纵向方向(X)的参考尺寸处对齐的该装置包括至少一对滚轮，该至少一对滚轮的旋转轴线被定向在关于该车辆的横向方向(Y)上，这对滚轮能够接纳该车辆(3)的一个车轮并且使其停止。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，用于举升该车辆(3)的该装置包括一个举升平台，该举升平台包括至少两个柱状物(211，213)。
8.一种允许一个操作者从电动车辆或混合动力车辆(3)移除已放电的牵引电池(113)并且对其充电的方法，其中该方法包括：
-使该车辆在一个相对关于该车辆的横向方向(Y)的参考尺寸处对齐的一个步骤，其中，将两个引导滑轨(220)安排成使得它们之中的至少一个对在所述两个引导滑轨之间行进的一个车轮施加一个反作用力，将两组滚轮(221)的旋转轴线定向在关于该车辆(3)的纵向方向(X)上，其中这两组滚轮各自能够接纳在行进中的该车辆(3)的同一轮系的两个车轮之中的一个，所述两个车轮中的一个在这两个引导滑轨(220)之间行进，这两组滚轮(221)中的每一组都允许其接纳的车轮在施加到所述两个引导滑轨之间行进的车轮上的反作用力的作用下沿一个关于该车辆的横向方向(Y)滑动直到一个相对该横向方向(Y)的参考尺寸；
-使该车辆在一个相对关于该车辆的纵向方向(X)的参考尺寸处对齐的一个步骤；
-使用举升装置举升该车辆(3)的一个步骤；
-使用该举升装置使该车辆下降以便使该车辆与用于使该车辆以一个相对竖直方向(Z)的参考位置固定不动的装置相协作的一个步骤；
-使用举升装置来抬升用于使该已放电的牵引电池(113)解锁的装置的一个步骤；
-使用该解锁装置来使该已放电的牵引电池(113)解锁的一个步骤；
该方法的特征在于，该方法进一步包括：
-该操作者在该车辆(3)的下方放置一个交换车(26)的一个步骤，该交换车支撑用于使该车辆以一个相对竖直方向(Z)的参考位置固定不动的该装置并且支撑用于举升使该已放电的牵引电池(113)解锁的装置的该装置；
-由该操作者使用装卸装置将该已放电的牵引电池(113)朝向一个充电区(1)运输的一个步骤。
9.一种允许一个操作者利用根据权利要求1所述的设备将已再充电的牵引电池(114)安置到电动车辆或混合动力车辆(3)上的方法，其中该方法包括：
-从一个充电区(1)运输该已再充电的牵引电池(114)的一个步骤，以便将该牵引电池放置在用于锁定所述牵引电池的装置上；
-使用举升装置来抬升用于锁定该已再充电的牵引电池(114)的装置以及所述牵引电池(114)的一个步骤；
-使用该锁定装置来锁定该已再充电的牵引电池(114)的一个步骤；
-使用该举升装置使该锁定装置下降的一个步骤；
-使用该举升装置抬升该车辆以便从用于使该车辆以一个相对竖直方向(Z)的参考位置固定不动的装置释放该车辆的一个步骤；
-使用该举升装置来使该车辆(3)下降的一个步骤；
该方法的特征在于：
-该方法进一步包括撤回一个交换车(26)的一个步骤，该交换车被该操作者安排在该车辆(3)的下方，这个交换车支撑用于使该车辆以一个相对竖直方向(Z)的参考位置固定不动的该装置并且支撑用于举升锁定该已充电的牵引电池(114)的装置的该装置；
-由该操作者使用装卸装置来实施的运输该牵引电池的步骤。
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