CN103998303A - 用于更换电动或混合动力车辆的牵引电池的半自动台站 - Google Patents

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Abstract

本发明尤其涉及一种允许操作员将电动或混合动力车辆(3)的放电后的牵引电池(113)更换为经再充电的牵引电池(114)的方法和设备。该设备包括一个凹坑，该凹坑中装有用于提升该车辆的提升装置(21)，该提升装置包括用于使该车辆以一个相对于该车辆的纵向方向(X)的参考位置固定不动的装置(219)以及用于使该车辆以一个相对于该车辆的横向方向(Y)的参考位置固定不动的装置(219，220，221)。该设备还包括用于使该车辆以一个相对于竖直方向(Z)的参考位置固定不动的装置、以及允许将用于使得该放电后的电池从车辆上解锁或将经再充电的电池锁定到车辆上的装置升高和降低的升降装置(24)。

Description

用于更换电动或混合动力车辆的牵引电池的半自动台站
本发明涉及用于更换牵引电池的半自动台站。本发明具体适用于电动或混合动力车辆。
当前的电动车辆、特别是使用锂离子(Li离子)电池作为牵引电池的那些车辆，仍具有有限的里程，在任何情况下都显著低于带有内燃发动机的大部分车辆的里程。这是本发明提出要解决的一个问题。
带着解决里程问题这个目的，在19世纪末期在美国安装了用于台车的电池更换台站。这些非常早的电池更换台站在David A.Kirsch的于2000年出版的题为《电动车辆及历史负担》[The electric vehicle and the burden of History]的著作中进行了描述。首先台车的驾驶室被升高以便与支撑在车轮上的一个平台分离，该平台本身携带了电动马达及其电池。然后放电后的电池本身被升高并且一个经再充电的电池被装配在位。所有这些繁重的处理操作需要若干操作员的介入，这些操作员使用车间起重机类型的升降装置或一个滑轮组来升降并移除台车的驾驶室和这些电池。这些第一批台站的主要缺点是欠缺自动化，使得更换一个电池所必须的时间是根据可用的操作员的数目和经验而高度可变的。这是本发明提出要解决的另一个问题。
带着解决更换时间问题这个目的，已经提出了快速更换台站，例如在1997年3月18日公开的专利US5,612,606中描述的台站，使得电动车辆的电池更换时间变得与加注带有内燃发动机的车辆的燃料箱的时间基本上相同。这种快速台站允许快速更换电动车辆的电池，包括从车辆下方可移除的牵引电池。它包括用于将该车辆相对于升降电池的装置对齐的装置，这些装置包括允许该电池初始地接近车辆下方的起重装置、以及允许在车辆下方对电池进行精确定位的更精细升降装置。这种快速台站还包括用于使这些电池在升降区域与再充电区域之间沿一个方向或另一个方向移动的装置。这种完全自动化的快速更换台站的一个主要缺点是安装和维护成本非常高。实际上，这些成本使得该台站在经济上不受重视，特别是在发展中国家或者在车队有限的新兴国家。在这些国家，非常大比例的人口仍保留使用带有内燃发动机的或电动的机动车辆。这样的台站不能在合理的时间内贬值，除非在车队非常普遍的发达国家。这是本发明提出要解决的另一个问题。
本发明的目的具体是限制更换台站的安装和维护成本，而使得它可以在发展中国家和新兴国家有利地使用。为做到这点，本发明的指导原理是创造一种用于更换从车辆下方可移除的电池的半自动台站，该台站不需要一个以上的操作员介入。为此，本发明的目的是一种允许操作员用一个经再充电的牵引电池更换一个电动或混合动力车辆的放电后电池的设备。该设备包括一个凹坑，在该凹坑中安排有允许车辆被升高或降低的车辆升降装置。该升降装置包括用于使该车辆相对于该车辆的纵向方向在一个参考位置固定不动的装置、以及用于使该车辆相对于该车辆的横向方向(Y)在一个参考位置固定不动的装置。在该凹坑中还安排了用于使该车辆相对于竖直方向在一个参考位置固定不动的装置、以及允许对用于将放电后电池从车辆上解锁或将经再充电的电池锁定到车辆上的装置进行升高和降低的升降装置。在该凹坑外，该设备包括用于使该车辆触及该车辆升降装置的装置。在该凹坑外，该设备还包括允许操作员将放电后电池在该凹坑的顶部与一个充电区域之间输送和/或将经再充电的电池在该充电区域与该凹坑的顶部之间输送的操纵装置。
有利地，该凹坑可以具有小于或等于1.5米的深度。
例如，该升降装置可以包括一个升降斜面，该升降斜面包括多个柱以及能够在车辆停车时支撑该车辆的两个水平支撑斜面。
有利地，用于使车辆相对于该车辆的纵向方向在一个参考位置固定不动的该装置可以包括至少一对带套筒的辊，这些辊的旋转轴是沿着该车辆的横向方向定向的，这些辊能够在该车辆的后车轮在这两个水平支撑斜面之一上滚动时接纳并阻挡该后车轮。
有利地，用于使车辆相对于该车辆的横向方向在一个参考位置固定不动的该装置可以包括：这对带套筒的辊；一个手动对准杆，这个杆可以包括被安排成用于在该车辆的横向方向上拉动该车辆的一个拉手；以及沿着该车辆的纵向方向安排的一个针对这些车轮内侧上的支撑止挡件；以及多个辊，这些辊的旋转轴可以沿着该车辆的纵向方向定向，这些辊能够接纳该车辆的这些前车轮。
有利地，用于使车辆相对于竖直方向在一个参考位置固定不动的该装置可以包括多个引导元件，这些引导元件能够被安排在该车辆的车身下方的多个引导与支撑元件所接纳。
有利地，允许对用于将放电后电池从车辆上解锁或将经再充电的电池锁定到车辆上的装置进行升高和降低的该升降装置可以包括一个升降平台。
有利地，用于使该车辆触及该车辆升降装置的装置可以包括两个倾斜的触及斜面。
有利地，该操纵装置可以包括一个叉车。
本发明的目的还有一种允许操作员从电动或混合动力车辆上移除一个放电后电池并且将其放好以充电的方法。该方法包括使该车辆触及允许对所述车辆进行升高或降低的升降装置的一个步骤，该升降装置被安排在一个凹坑中。该方法还包括使该车辆升降装置上的该车辆以一个相对于该车辆的纵向方向的参考位置并且以一个相对于该车辆的横向方向的参考位置固定不动的一个步骤。该方法还包括通过该升降装置来降低该车辆以便使该车辆与用于使该车辆以一个相对于竖直方向的参考位置固定不动的该装置相配合的一个步骤。该方法还包括通过升降装置来将该用于使得放电后电池解锁的装置升高的一个步骤。该方法还包括通过该解锁装置来使得放电后的电池解锁的一个步骤。该方法还包括当所述解锁装置支撑着所述电池时通过该升降装置来将该用于使得放电后的电池解锁的装置下降到与该凹坑的顶部基本上齐平的高度的一个步骤。该方法还包括由操作员使用操纵装置来将该放电后的电池在该凹坑的顶部与一个充电区域之间进行输送的一个步骤。
本发明的目的还有一种允许操作员将经再充电的牵引电池安装在电动或混合动力车辆中的方法。该方法包括将经再充电的电池在一个充电区域与一个凹坑之间进行输送的一个步骤，在该凹坑中安排了允许升高或降低该车辆的升降装置。该方法还包括通过同样安排在该凹坑中的升降装置来将该用于使得经再充电的电池锁定的装置以及所述电池升高的一个步骤，该锁定装置也被安排在该凹坑(2)中。该方法还包括通过该锁定装置来锁定该经再充电的电池的一个步骤。该方法还包括通过该升降装置来降低该锁定装置的一个步骤。该方法还包括通过该升降装置来将该车辆升高以便将该车辆从用于使该车辆相对于竖直方向在一个参考位置固定不动的该装置上释放的一个步骤。该方法还包括该车辆撤离该升降装置的一个步骤。该输送电池的步骤是由操作员使用操纵装置来进行的，以便实质性地在该凹坑上方输送电池。
本发明具有另一个主要优点，即它不需要其唯一操作员的任何特别能力，这个操作员可以是仅在使用根据本发明的更换台站方面受训几个小时的。这在寻求雇佣的劳动力一般资质差或完全无技能的发展中国家或新兴国家中证明是特别有利的。最后并且总而言之，根据本发明的更换台站绝不在任何这样的国家中取代雇佣。实际上，已经雇佣的泵操作员仅需要重新培训成为根据本发明的更换台站操作员，或者必须重新招募一个操作员。
本发明的其他特性和优点将从下文中关于附图的说明中显现，在附图中：
-图1和图2通过总体的图解绘图示出了根据本发明的台站的一个实例，
-图3a、3b、3c、3d、4a、4b、4c、4d、5a、5b、5c、5d、6a、6b、6c和6d通过图解的轮廓描绘示出了根据本发明的方法的一个示例性实施例。
图1和图2图解地示出了根据本发明的更换台站的一个实例，该更换台站包括为基本上6米宽且7米长的一个储存区域1，这个储存区域接纳了四个充电台站11、12、13和14，这些充电台站可以同时对应地对四个牵引电池111、112、113和114进行再充电。该更换台站还包括邻近于储存区域1的一个凹坑2，该凹坑2为基本上4米宽5米长的，以用于接纳一个升降斜面21，该升降斜面具体包括四个柱211、212、213和214以及两个水平支撑斜面215和216，这些水平支撑斜面能够在机动车辆3停车时支撑该机动车辆，该机动车辆的放电后的电池113可以从下方移除。例如，一个叉车115允许将电池113以及其他电池111、112和114中的任何一者在凹坑2与充电站13之间沿着一个方向或另一个方向进行输送。有利地，凹坑2具有最大1.5米的小深度，这允许显著减小该台站的安装成本。升降斜面21的柱211、212、213和214仅有其一半高度被放置在凹坑2中，并且当升降斜面21处于高位置时，车辆3仅与地面相距1.5与2米之间。在升降斜面21的这个高位置中，车辆3经由两个倾斜的触及斜面217和218(分别能够在车辆3移动时支撑该车辆)可触及这些水平的支撑斜面215和216。水平的支撑斜面215和216各自装配有一对辊219，这些辊的旋转轴是沿着横向于车辆3的一个方向Y定向的。这些辊对219各自能够接纳并且支撑车辆3的这些后车轮，以便在相对于车辆3的纵向方向X的一个参考位置中自动停止该车辆在斜面215和216上的前进。这些辊219是带套筒的辊，即，它们是可移动地安装在其对应旋转轴上，这些轴比这些辊本身更长以便允许这些辊对219以及它们所支撑的车辆3在方向Y上的移动。因此，当经由一个手动对准杆220在Y方向上向车辆3施加力时，车辆3在Y方向上被带动，其中该手动对准杆包括安排在Y方向上的一个手动拉手以及安排在X方向上的针对车轮内侧的一个支撑止挡件。旋转轴沿X方向定向的这些辊221能够接纳车辆3的这些前车轮并且允许它们在Y方向上滑动直到一个参考位置。在升降斜面21的低位置中，车辆3停放在由安排在凹坑2的基底中的一个台车26所支撑的四个引导元件25上，这些引导元件25被安排在车辆3的车身下方的多个引导与支撑元件所接纳以便使车辆3相对于竖直方向Z在一个基本上水平的参考位置中固定不动。由于这些引导与支撑元件被安排在车辆3的车身下方，它们在这个图中是不可见的。在此实施例中，叉车115允许在一个工具23上移除电池111、112、113或114或者升降这个工具23。工具23是一个专用工具，用于允许对车辆3的电池111、112、113或114进行锁定或解锁。它被一个升降平台24支撑，该升降平台本身由安排在凹坑2的基底中的台车26支撑。工具23和升降平台24被安排在台车26上，使得它们在升降斜面21处于低位置时可以经过水平的支撑斜面215与216之间。
图3a、3b、3c、3d、4a、4b、4c、4d、5a、5b、5c、5d、6a、6b、6c和6d示出了根据本发明的用于更换车辆3的电池的方法的一个实例。
如图3a中所示，车辆3首先倒车到这些倾斜的触及斜面217和218上。然后如图3b所示，该车辆触及这些支撑斜面215和216，在这里这些辊对219自动将该车辆阻挡在相对于X方向的参考位置中。然后一个操作员(在这些图中未示出)手动地拉动该对准杆220的拉手，然后该拉手的止挡件几乎同时搁置在车辆3的左前车轮的内侧以及左后车轮的内侧上，于是该车辆在这些辊对219的套筒机构上并且在这些辊221上滑动，然后以相对于Y方向的参考位置固定不动。然后如图3c所示，升降斜面21将车辆3降低，直到这四个引导元件25变得抵靠在位于车辆3下方的这些引导与支撑元件上(这些引导与支撑元件在这些图中没有示出)，因此使车辆3以相对于Z方向的一个基本上水平的参考位置固定不动。然后如图4a所示，该升降平台24提升工具23，直到该工具变得抵靠在安排在电池113下方的这些引导与支撑元件上(这些引导与支撑元件在这些图中也没有示出)，其中在根据本发明的方法的此示例性实施例中电池113是安装在车辆3上的一个几乎放完电的电池。然后如图4b所示，使用用于工具23的多个自动解锁机构(这些机构不形成本申请的主题)来将电池113从车辆3释放。例如在由本申请人提交的国际申请WO2011/058256A1中给出了工具23的多个示例性实施例。然后如图4c所示，升降平台24将支撑着电池113的工具23降低，直到工具23基本上处于地面。然后如图5a所示，叉车115将放电后的电池113从工具23上移除。然后如图5b所示，叉车115取来经再充电的电池114并且将其放在工具23上。然后如图5c所示，升降平台24将支撑着电池114的工具23升高，直到电池114变得抵靠在位于车辆3下方的这些引导、支撑与锁定元件上，这些元件在这些图中没有示出。然后如图6a所示，使用工具23的多个自动锁定机构(这些机构不形成本申请的主题)来将电池114连接到车辆3上。然后如图6b所示，升降平台24再次将工具23降低到基本上处于地面并且升降斜面21将车辆3升高以便使支撑斜面215和216到达触及斜面217和218的高度。最后，如图6c所示，车辆3从触及斜面217和218上下来并且在带有最大里程的情况下离开该更换台站。

Claims (11)

1.一种允许操作员将电动或混合动力车辆(3)的放电后的牵引电池(113)更换为经再充电的牵引电池(114)的设备，该设备包括：
-一个凹坑(2)，该凹坑中安排有：
○允许将该车辆升高或降低的车辆升降装置(21)，该升降装置包括：
■使该车辆以一个相对于该车辆的纵向方向(X)的参考位置固定不动的装置(219)；
■使该车辆以一个相对于该车辆的横向方向(Y)的参考位置固定不动的装置(219，220，221)；
○使该车辆以一个相对于竖直方向(Z)的参考位置固定不动的装置；
○允许将用于使得该放电后的电池(113)从该车辆上解锁或者将该经再充电的电池(114)锁定到该车辆上的装置(23)升高和降低的升降装置(24)；
-在该凹坑外的用于使该车辆触及该车辆升降装置(21)的装置(217，218)；
该设备的特征在于，在该凹坑外该设备还包括允许该操作员将放电后的电池(113)在该凹坑(2)的顶部与一个充电区域(1)之间输送和/或将该经再充电的电池(114)在该充电区域与该凹坑的顶部之间输送的操纵装置(115)。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该凹坑具有小于或等于1.5米的深度。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该升降装置(21)包括一个升降斜面，该升降斜面包括：
-多个柱(211，212，213，214)；
-能够在该车辆(3)停车时支撑该车辆的两个水平的支撑斜面(215，216)。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，该用于使车辆以一个相对于该车辆的纵向方向(X)的参考位置固定不动的装置(219)包括至少一对带套筒的辊，这些辊的旋转轴是沿着该车辆的横向方向(Y)定向的，这些辊能够在该车辆(3)的后车轮在这两个水平的支撑斜面(215，216)之一上滚动时接纳并阻挡该后车轮。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于，该用于使车辆以一个相对于该车辆的横向方向(Y)的参考位置固定不动的装置(219，220，221)包括：
-该对带套筒的辊；
-一个手动对准杆，该手动对准杆包括：
○被安排成用于在该车辆的横向方向(Y)上拉动该车辆的一个拉手；
○沿着该车辆的纵向方向(X)安排的针对这些车轮内侧的一个支撑止挡件；
-多个辊，这些辊的旋转轴是沿着该车辆的纵向方向(X)定向的，这些辊能够接纳该车辆(3)的这些前车轮。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，用于使该车辆相对于竖直方向(Z)在一个参考位置固定不动的该装置包括多个引导元件(25)，这些引导元件能够被安排在该车辆(3)的车身下方的多个引导与支撑元件所接纳。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，允许将用于使得该放电后的电池(113)从该车辆上解锁或者将该经再充电的电池(114)锁定到该车辆上的装置(23)升高和降低的该升降装置(24)包括一个升降平台。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，用于使该车辆触及该车辆升降装置(21)的该装置(217，218)包括两个倾斜的触及斜面。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于，该操纵装置(115)包括一个叉车。
10.一种允许操作员从电动或混合动力车辆(3)上移除放电后的牵引电池(113)并将其放好以充电的方法，该方法包括：
-使该车辆触及允许将所述车辆升高或降低的升降装置(21)的一个步骤，该升降装置被安排在一个凹坑(2)中；
-使该车辆升降装置(21)上的该车辆以一个相对于该车辆的纵向方向(X)的参考位置并且以一个相对于该车辆的横向方向(Y)的参考位置固定不动的一个步骤；
-通过该升降装置(21)来降低该车辆以便使该车辆与该用于使该车辆以一个相对于竖直方向(Z)的参考位置固定不动的装置相配合的一个步骤；
-通过升降装置(24)来将该用于使得放电后的电池(113)解锁的装置(23)升高的一个步骤；
-通过该解锁装置(23)来将该放电后的电池(113)解锁的一个步骤；
该方法的特征在于，该方法还包括：
-当所述解锁装置(23)支撑着所述电池(113)时通过该升降装置(24)来将该用于使得该放电后的电池(113)解锁的装置(23)下降到与该凹坑的顶部基本上齐平的高度的一个步骤；
-由该操作员使用操纵装置(115)来将该放电后的电池(113)在该凹坑(2)的顶部与一个充电区域(1)之间进行输送的一个步骤。
11.一种允许操作员将一个经再充电的牵引电池(114)安装在电动或混合动力车辆(3)中的方法，该方法包括：
-将该经再充电的电池(114)在一个充电区域(1)与一个凹坑(2)之间进行输送的一个步骤，在该凹坑中安排了允许升高和降低该车辆的升降装置(21)；
-通过同样安排在该凹坑(2)中的该升降装置(24)来升高以下各项的一个步骤：
○用于使得该经再充电的电池(114)锁定的装置(23)，该装置也被安排在该凹坑(2)中；以及
○所述电池(114)；
-通过该锁定装置(23)来使得该经再充电的电池(114)锁定的一个步骤；
-通过该升降装置(24)来降低该锁定装置(23)的一个步骤；
-通过该升降装置(21)来升高该车辆以便将该车辆从该用于使所述车辆以一个相对于竖直方向(Z)的参考位置固定不动的装置上释放的一个步骤；
-该车辆撤离该升降装置(21)的一个步骤；
该方法的特征在于：
-该输送电池的步骤是由操作员使用操纵装置(115)来进行的，以便实质性地在该凹坑(2)上方输送电池。
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