CN110248830A - 用于快速电力交换的方法和系统 - Google Patents

Abstract

用于车辆电力交换的系统，包括至少一个可在供车辆行驶的地面上自由使用的电力终端。所述电力交换终端具有至少一个撤卸机构或提升机构。所述撤卸机构与电力交换终端相关联，用于在电力交换过程中从车辆上卸除已耗尽的电池。所述提升机构也与电力交换终端相关联，用于在电力交换过程中将已充电电池插入车辆。

Description

用于快速电力交换的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请通过引用且构成本申请一部分而享有于2016年11月14日提交的美国临时申请No.62/421764的权益。

技术领域

本发明涉及一种用于交换电源的方法和系统，该电源包括但不限于替换，即，例如电池之类的一组电源更换另一组电源。有利的是，还包括电动车电源的交换。

背景技术

替代燃油车正变得越来越流行。这种车辆使用可替代燃料源，而不是传统的例如汽油和柴油之类的石油类原料。一些可替代燃料源包括但不限于天然气体、电池/化学电气源、燃料电池等。与传统车辆一样，必须补充车辆所消耗的燃料源。这导致了开发各种用于补充替代燃油车的燃料源的加油、充电、再生或其他方法。

在许多情况下，由电池供电的替代燃油车，通过将车辆插入合适的充电插座进行充电，对车辆上的电池进行充电。对该方法的替代方法是在车辆上的电池组耗尽后采用满电的电池来替换。然而，在本领域中用于完成可替代通电车辆的电池更换的当前技术要求机构有大量基础设施，以便在电池交换过程中能够兼容车辆，还需要能够用于将已经充了电的电池来替换一些已耗尽的电池所需的设施。因此，这种系统在经济上不可行和/或处于允许实时电池更换阶段的开发，作为一种每次电池耗尽时的可替代充电车辆的方法。

在申请人于2004年4月22日所提交的共同未决国际专利申请PCTJS16/29011('011)中提供了兼容可替代燃油车辆的一项最新进展，通过引用结合为本文的一部分，并称之为自主线性交换(Autonomous Linear Exchange,ALE)技术，该技术使用了一种卸除、接收、充电、部署和更换车辆主电源的独特方法和系统，包括辅助通电交换配备车辆的蓄电池箱中的电源(其中，蓄电池箱包括电源，例如：电池组、燃料电池或其它蓄能设备，统称为“电源”)。在'011方法和系统中，一辆装有适当装备的车辆具备一个设置在车辆上的提升机构，用于卸除电量耗尽的蓄电池箱并插入电量满的蓄电池箱。

发明内容

本技术是针对'011方法和系统的改进或补充。在用于电力交换的本方法和系统中，提供了卸除电量耗尽的蓄电池箱并插入充电电源的蓄电池箱的机构，并将其安装在有合适电力交换位置的地面上，安装到电力交换终端，而不是安装在'011方法和系统中所述车辆上。该机构的运行与'011系统中机构的运行相似。因此，本申请将突出本方法和系统的差异。因此，在本申请中没有详细讨论具有类似操作的项目，因为该申请已通过引用成为本文的一部分。

提升机构和电力交换终端可以安装在地面上，例如具有足够低平面的混凝土的地坪上，以允许车辆在提升机构蓄电池箱和终端上行驶。因此，本方法和系统不需要将提升机构和电力交换终端部署在嵌入在地面中的地下，也不需要爆破地层以适应提升机构和终端的放置和运行。

更具体地说，本申请的技术可被用于交换主电源，例如置于蓄电池箱或其它可替换装置中的电动车的驱动电池。然而，该技术也可以用于交换任何电源，包括电动车在内的车辆所使用的各种类型的电源。本发明属于被设计用于以非常高效和简单的方式来接收、充电、组织和部署所述电源、电池或燃料电池的固定设备以及用于整合到车辆设计以使得车辆能与固定设备相交互的组件和模块化蓄电池箱。

在一个有利形式中，合适车辆具有电池组、电池包、电源组、电池，包括燃料电池等(统称为“电源”，可以包括一个或多个电池或离散的电池单元)，可自主包含在本申请中所称的“蓄电池箱”。在一个有利实施例中，该蓄电池箱还包括冷却器，蓄电池箱也可以包括允许蓄电池箱成为可向车辆提供主驱动系统电力的独立的、可移动电源的其他元件。就是这个蓄电池箱，当能量耗尽时，它会被用来交换一个使用当前系统充电的蓄电池箱。

此外，除了作为车辆主电源的蓄电池箱外，车辆还将有利地具有一个辅助电源，它与主电源的蓄电池箱相分离，用于在蓄电池箱交换过程中起辅助作用。。在已耗尽的主电源从车辆上卸除后，辅助电源供电，以使车辆从第一终端移动到第二终端。辅助电源通常由再生制动和主电源充电。但是，主电源(在蓄电池箱中)和辅助电源(永久安装在车辆中)还可以通过将车辆插入合适的充电插座/电源进行充电(如制造商有所需，则可作为备选)。

本发明的一个形式涉及一种车辆电力交换的系统。该系统具有至少一个电力交换终端。电力交换终端可在地面上自由使用的。电力交换终端具有足够低的轮廓，以致当设置在车辆驱动平面上时，在电力交换过程中，需要电力交换的车辆可行使通过电力交换终端。电力交换终端具有至少一个撤卸机构或提升机构。撤卸机构与至少一个交换终端相关联，用于在其电力交换过程中从车辆上卸除已耗尽的电池。提升机构与至少一个电力交换终端相关联，用于在电力交换过程中将已充电电池插入车辆。

在系统的一个进一步有利形式中，至少一个电力交换终端包括至少两个电力交换终端，至少两个终端中的第一终端包括撤卸机构，至少两个终端中的第二终端包括提升机构。

在一个进一步有利形式中，所述系统包括两个或多个电力交换带，且该电力交换带形成用于车辆电力交换的电力交换设施。例如，电力交换带可设置在电力交换终端阵列中。

本发明的另一种形式涉及一种用于车辆电力交换的方法。该方法包括沿电力交换带在第一位置接收车辆电力交换并通过在第一位置从车辆卸除电池来从车辆取下已耗尽电池。接着，沿着电力交换带的第二位置接收车辆。最后，将更换电池插入在第二位置的车辆中。

本发明的另一种形式涉及一种用于车辆电力交换的系统。该系统具有至少一个电力交换终端以及至少一个具有电源且与电力交换终端相关联的蓄电池箱。无线通讯设备可操作地与电力交换终端相关联，用于在电力交换终端和要求电力交换的车辆之间通信。处理器与电力交换终端和无线通讯设备相关联，用于控制和协调需要电力交换的车辆的功能。该处理器可以安装在车辆或电力交换终端中。

在另一形式中，本发明的电力交换终端还将包括动力提升机构。在这种有利形式中，当被处理器通过通讯连接调用时，可以启动提升机构，以提高和降低主电源蓄电池箱。在该实施过程中，如车辆位于电力交换终端的正上方位置，提升机构可以从车辆卸除具有已耗尽主电源的蓄电池箱。同样，安装到电力交换终端的提升机构也可以将具有已充电的主电源的蓄电池箱插入车辆中。

本发明的电力交换终端还附加包括与电力交换终端所关联的且与蓄电池箱上端口相匹配的端口。该端口可以是包括导电接触点的电气连接器的形式，一种用于传送压缩燃油或其它联接装置的设备，其中联接装置允许将电力或燃料从电力交换终端传送到蓄电池箱以及从蓄电池箱传送到电力交换终端。由此实现双向连接，且电力或燃油的双向流动不受限制。

在另一形式中，至少两个电力交换终端可以沿长度侧相邻接放置，以形成电力交换带。然后，电力交换带具有一个用于接收具有来自要求电力交换的车辆的电源的已耗尽蓄电池箱的终端和至少一个具有已充电电源的更换蓄电池箱的附加终端，该附加终端用于在将已耗尽蓄电池箱卸除后再将充电的电源蓄电池箱安装到车辆中。

在另一有利形式中，处理器和无线连接控制着车辆在第一站和第二站之间的移动。

在替代形式中，根据车辆，所使用的电源是化学电池包或燃料电池包、压缩气体或其它可再充电或可再填充的电源。

本发明的另一种形式涉及一种用于电力交换的车载系统。所述车载系统具有带有主电源的可拆卸蓄电池箱，主要用于为车辆的移动提供电力。计算机处理器与车辆相关联，用于在电力交换过程中控制车辆的必要功能，包括卸除已耗尽的蓄电池箱、在卸除已耗尽的电池包之后移动车辆、以及将已充电或已充满电的更换蓄电池箱插入车辆中。锁定机构与计算机处理器相关联，用于将蓄电池箱固定到车辆上以及从车辆上卸除蓄电池箱。反馈发送单元和车辆控制硬件也通过操作与计算机处理器相关联，用于通过电力交换的次序控制车辆的移动，以及协调电力交换终端上提升机构的启动，以执行电源蓄电池箱的卸除或更换。

本发明的另一种形式涉及一种车辆电力交换的方法。该方法包括在电力交换带入口处的第一位置处接收用于电力交换的车辆，并在车辆和电力交换带之间建立无线通信连接，以在电力交换过程中控制车辆功能和电力交换终端功能。该方法进一步包括通过无线通讯连接将指令传送到车辆的计算机处理器，以沿着电力交换带在第一位置卸除车辆已耗尽电源的蓄电池箱。然后，将车辆沿着电力交换带移至第二位置。最后，将已充电电源的更换蓄电池箱插入车辆，其中更换蓄电池箱与电力交换带的第二位置相关联。该方法的另一形式包括使用辅助车载电力，作为卸除的主电源电力的辅助，将车辆沿着电力交换带移至第二位置。

在另一形式中，处理器通过通讯连接来启动提升机构，并沿电力交换带在第一位置处释放将蓄电池箱固定于车辆上的锁具，使得车辆卸除已耗尽的主电源的蓄电池箱。

本方法的另一形式包括通过启动与第二位置相关联的提升机构，将具有与电力交换带的第二位置相关联的已充电主电源的蓄电池箱插入到车辆中。在另一有利形式中，提升机构被并入电力交换终端中。

在使用中，兼容车辆在预定范围接近电力交换带的入口，车辆将与终端自动建立无线通讯，进而停止，并且正常的驾驶控制将被暂停。此时，来自远程服务器的无线通讯为沿着电力交换带终端的车载处理器提供指令以停止和交互。一旦收到指令，车辆的自主控制系统可在不需要人机交互的情况下驱动车辆进入到指示空置终端的精确位置。然后，车辆切换到车载辅助电源，并通过无线通讯来启动电力交换终端的提升机构，以提升和接触具有已耗尽主电源的蓄电池箱。然后，处理器释放将蓄电池箱固定在车辆上的锁具，并再次启动在终端上的提升机构，以将具有已耗尽主电源的蓄电池箱撤卸至车辆下方的低静止位置，允许车辆自由通过终端和蓄电池箱。然后，在充电带上的无线和光信号的引导下，车辆在辅助电力下移动至持有由所提供指令指定的更换蓄电池箱的终端。然后，处理器通过通讯连接来启动具有已充电电源的指定终端上的提升机构，以将蓄电池箱提升到车辆的放置位置。然后，锁具将蓄电池箱固定在车辆上，处理器再次启动电力交换终端的提升，使其从车辆和固定的蓄电池箱缩回至低静止位置。然后，车辆从辅助电力切换到已充电的主电源并在自主控制下行驶至电源交换带的出口。当车辆经过电力交换带的末端，它会自动停止，暂停自主控制，并恢复正常的控制。然后，车辆能够在具有已充电主电源的蓄电池箱的正常控制下从电力交换带出发，同时将电力交换带上具有已耗尽主电源的蓄电池箱进行充电。

附图说明

通过示例和参考附图描述本发明的优选实施例，其中：

图1是根据本发明的在电力交换带上具有两个蓄电池箱的自主线性交换(ALE)电力交换带的侧视图。

图2是图1中所示的自主线性交换电力交换带和两个蓄电池箱的俯视图。

图3是图1所示的自主线性交换系统的侧视图，显示了车辆可以在位置上实施根据本发明的ALE电力交换。

图4是图3中所示的自主线性交换系统和车辆的俯视图。

图5是根据本发明的装备自主线性交换的车辆的侧视图。

图6是沿图5的线6-6截取的装备自主线性交换的车辆的俯视图。

图7是根据本发明的自主线性交换蓄电池箱的侧视图。

图8是沿图7的线8-8截取的自主线性交换蓄电池箱的俯视图。

图9是根据本发明的具有油冷器的自主线性交换蓄电池箱的侧视图。

图10是自主线性交换油冷器的侧视图。图10a是图10中所示放大的单个油冷器和隔离锥的放大图。

图11是图10中所示的自主线性交换油冷器和绝缘线芯的俯视图。图11a是图11中所示单个油冷器和绝缘线芯的放大图。

图12包括板A-F，其示出了装备自主线性交换的车辆的电力交换步骤，作为ALE终端在停止位置上交换过程中板A-F中的一系列侧视图，示出了本发明的两阶段蓄电池箱操纵方法。

图13是固定ALE蓄电池箱端部的自主线性交换锁定机构的侧视图。

图14是根据本发明的装备自主线性交换的车辆前端的侧视图，揭示了将蓄电池箱固定到车辆的锁定机构。

图15是根据本发明的自主线性交换锁定机构的正视图。

图16是根据本发明的自主线性交换锁定机构的俯视图。

图17是根据本发明的沿道路一侧服务多个ALE装备车辆的自主线性交换广场的透视图。

具体实施方式

固定ALE设备的描述

参考附图，尤其是图1-4，在一个示例性形式中，本技术的自主线性交换(ALE)，例如系统10，可被用于将例如电动车辆30的合适配置车辆的已充电电源的蓄电池箱(例如：图3和4所示的蓄电池箱17b和17c)替换具有已耗尽电源的蓄电池箱17(例如：图3和4所示的车辆30的蓄电池箱17a，其中电源已耗尽)。兼容车辆，例如车辆30，可具有启动ALE以及使用固定设备(下文称为电力交换带12)的独特属性(见下文)。电力交换带12包括至少两个串联放置的低轮廓的电力交换终端12a、12b、12c，其中至少一个终端12a是空置的，用于接收已耗尽电源的蓄电池箱。电力交换带12是模块化的，允许通过向电力交换带12增加或从电力交换带12减去补充终端12a、12b、12c而简单地增加或减少电力交换带12的长度及其蓄电池箱17的容量(包括已充电电源的蓄电池箱和已耗尽电源的蓄电池箱)。

将提升机构整合到具有支臂120和尖端122的电力交换终端12a、12b、12c的设计中，其中支臂120在近端处(在近端安装到终端座124)具有枢轴点121，尖端122与和远端处的终端12a、12b、12c相关联的蓄电池箱17下方的接触点131相兼容。支臂120通过置于支臂120和终端座124底部之间的致动器或活塞123来升高或降低。活塞或致动器123可通过从车载处理器接收到的指令以及与电力交换顺序协调进行激活。提升机构的支臂120具有非常低的轮廓，且部分折入在低静止位置处的蓄电池箱17下面的凹槽132中(图7)，这样蓄电池箱17和其下方的支臂120都可以通过进行电力交换的车辆30能够完全驱动。终端的提升机构的支臂120还标有光信号和其他固定引导信号，这些信号有助于进行电力交换车辆的自主运行。远端处的支臂120和支臂-尖端122都非常简单，但由于两阶段提升过程而对蓄电池箱17保持完美控制(解释见下文)。

在一个其它形式中，使用靠近提升机构支臂-尖端122的电气接触133，在蓄电池箱17的电源和充电器之间建立双向电力连接，或在终端12a、12b、12c上供电以对蓄电池箱17中的电源再充电。这种必要接触的单点满足各种可能的尺寸和形状的蓄电池箱17，因此对汽车设计的限制非常小。可以将充电器和/或液压泵安装在终端底座124内，另外，可以通过电气延长电缆和液压软管甚至动力控制系统来实施远程操作终端12a、12b、12c。由于终端12a、12b、12c的多功能性和简单性，以及电源交换带12的设计，系统不需要开挖地面，可以在数小时内于现场组装或拆除。这是工程的关键点，因为成本降低和责任风险的减少，可以实现最大基础架构的可扩展性。

该配置的一个重要性在于具有电源的蓄电池箱17可通过辅助电池下的车辆30固定并放置在适当的终端12a、12b、12c上，且启动车辆，使其可左右侧胎完全跨越通过。

在一个替代特定形式中，设置斜坡或凹陷路面7是必要的，以在电力交换过程中在电力交换终端和车辆之间提供足够的间隙。

由于ALE系统10是线性的，且终端相互间隔，以在端到端之间形成一排蓄电池箱17(图1-4所示的蓄电池箱17b和17c)，车辆30能够驶过电力交换带12和一排蓄电池箱17(例如蓄电池箱17b、17c)，这可消除用于交换和组织蓄电池箱17的昂贵固定机器人自动化的需要。通过参考图3，在下文讨论中明显可见。

核心理解是，装备车辆30的ALE本身取代了一些现有技术可能部署的昂贵且复杂的固定设备。随后，车辆30能够在电力交换带12的空置终端12a、12b、12c上放置具有已耗尽电源的蓄电池箱17(例如：蓄电池箱17a)，用于对已耗尽的电源进行充电或补充燃油。然后，可以使用辅助电源(例如16a、16b)向前或向后移动车辆30，同时跨越驶过设置在电力交换带12上的一排蓄电池箱17。最后，车辆30自身位于由指令指定的终端和蓄电池箱的上方，且恢复已充电电源的蓄电池箱17(例如：蓄电池箱17b)。电力交换带12还包括短程无线通讯系统、引导标记和处理器，使用处理器从蓄电池箱17收集信息，在自主控制下引导车辆30，以及执行蓄电池箱17的更换。

移动(车载)ALE设备的描述

如上所述，为了与ALE兼容，例如车辆30等车辆必须能够通过使用车载辅助电源(例如16a、16b)进行移动和操作机器人的功能，当具有主电源的蓄电池箱17与驾驶系统断开且从车辆30卸除时，车载辅助电源与驾驶系统的电气连接。

该辅助电源(例如图6所示16a和16b)不需要过大或笨重，因为一旦主电源断开，车辆30沿着电力交换带移动所需的能源(即车辆的蓄电池箱17)是最小的。对没有离开车辆的辅助电源进行充电的标准方法，是通过再生制动所形成的能量，但是，也可以使用其它方法。使用这种方法不会浪费来自主电源的能量，而在正常使用过程中每当车辆进行制动时都会对辅助电源进行充电。

有利的是，车辆30配备有兼容的自主控制设备和能够通过无线和光信号接收和处理来自电力交换带12的信息的计算机。根据这些指令，存储在计算机内的ALE逻辑，通过激活已安装的自主控制设备和车辆30电机控制器来响应，以使车辆沿着电力交换带12向前或向后移动，并根据指令在相应终端12a、12b、12c上停止，并转向以保持车辆在线性电力交换带12上的完美追踪。除了这些通信和自主特征外，车辆30还必须配置有锁定系统134(图13-16所示11a、11b)，其中所述锁定系统通过结合所提供的指令，在沿着电源交换带12的相应位置上能够将蓄电池箱17固定到车辆上及从中卸除。如果车辆30的设计不与ALE相兼容，则在许多情况下可以准备子框架，考虑到可以实现合适的离地净高，并能够配置到车辆30，以使其适合与ALE相兼容。

参考图5和图6，尽管旨在不以任何方式限制该技术，但已确定，在可能最低点的车辆30轴距内的扁平矩形蓄电池箱17是ALE设计的最佳实践。这种配置允许最小侵入蓄电池箱17，蓄电池箱17被更好地固定以实施ALE交换。

ALE模块电源蓄电池箱的描述

参考图7和8，ALE蓄电池箱17由数个将其与非ALE蓄电池箱相区分的关键子部件所组成，且被设计成具有较低轮廓、轻质，且尽可能为基本扁平的矩形。大多数应用需要将扁平矩形部分或全部角进行倒角14处理，以允许提供足够空间来容纳方向盘(所图所示)。

蓄电池箱17的结构围绕结构性“突棘”15被设计，其中突棘包括一个具有纵向刚度的通道，且在车辆前后主锁具134a、134b接收的每个末端上提供结构性咬合18a、18b(见图5和6)。突棘15还在蓄电池箱17长度侧上为电源模块与前21a、中心131和后部21b电气接触点相连接的电气母线20提供通道和保护。这允许汽车制造商可以进入驱动力的蓄电池箱的前部或后部以及其它充电选项。中央电气触点具有一个可按压的保护盖131a，当通过终端120的支臂-尖端122从下方按压时，可以显示与支臂远端靠近触点的电气触点相匹配。当蓄电池箱17位于低静止位置的终端12a、12b、12c上时，可以连接触点。电气母线还包括数据采集和存储模块22，用于收集来自整个蓄电池箱的传感器的数据并将这些数据传输至ALE控制中心，如本发明下文所详细说明。

参见图7-11a，该特定示例的突棘15还容纳用于蓄电池箱17的油冷器9。油冷器区域通常居中且位于蓄电池箱17的突棘15之中，但也可以定位在蓄电池箱17内的任何位置。油冷器9，与蓄电池箱17相类似，本身是模块化的，由多个核芯9a-9d组成。每个核芯9a-9d由一个小型矿物耐油散热器23和安装到尺寸匹配电扇25上的一个微型泵24组成。图10a和11a示出了一个离散核芯9a，以更清楚地强调油冷器9实际上由核芯9a-9d组成，因此可以添加或减少核芯9a-9d，以增加和减少与蓄电池箱17应用相一致的冷却。

油冷器9的尺寸与蓄电池箱17款式的平均使用相匹配。例如，A型蓄电池箱17可能具有标准六芯油冷器9，且A型-HP(高性能)可以具有12芯油冷器9，以支持更高的电力消耗率。油冷器9的散热器23与通常位于突棘15通道耳状物15e上的入口和出口端口23a、23b接通，其中通道耳状物15e通向蓄电池箱17的左侧和右侧的“翼部”26，矿物油或类似非导电冷却剂能够流动穿过散热器23、并流入包括电源的翼部26中，使用开环系统或通过小型管道泵24的闭环循环系统。

蓄电池箱17框架还包括具有面向内侧27e耳状物的周边通道27，用作主突棘15的第二结构，也可以为蓄电池箱17内容物来自侧面冲击的保护。蓄电池箱17顶部涂有轻质防水和防油材料，设置有具有油密封的盖子28。这有利于适合在置于电力交换带12上时拨开具有光电板的电池包顶部进行电源充电维护。盖子28还沿着上表面露出颜色和形状标记，且沿蓄电池箱17中心线居中，与电力交换带12的中心线相类似，这样在蓄电池箱17位于电力交换带12上时，穿过蓄电池箱17的车辆30能够通过视觉线索保持成直线。底部表面或盘29由更耐用的材料制成，例如不锈钢或碳纤维，以抵抗来自道路上的危险所导致的刺穿或损坏。还应对其进行密封和铆接或以其他方式固定到突棘15和周边通道耳状物27e上，以形成油封和水封。

电源模块31以垂直方式连接到突棘15和周边通道27，随后隐蔽在冷却剂浴中，被盖子28和盘29保护。这些模块31可以从突棘15中进行增加或减少，突棘15、周边通道27、盖子28和盘29可以是任何长度。可以将冷却芯9a与电力模块31互换放置，以改变电源蓄电池箱17的性能，或为重量分配的目的预留空间。这些都是第一ALE电池组蓄电池箱17的细节，不可理解为这是对本文保护发明范围的限制。

两阶段供电蓄电池箱操作的描述

参考图12及其板A-F，板进行逐步描述，以提供两阶段蓄电池箱17操纵顺序的教学辅助。

在开发的早期，应该注意到，在降低和提升过程中蓄电池箱17的稳定性是一个挑战。作为体型大且扁平重物的蓄电池箱17，不能在终端12a、12b、12c和车辆30之间摆动、摇晃、倾斜或扭动。许多其它概念化的设计都是旨在解决该特定问题。这些设计中的每个设计的难点在于，需要增加复杂性，也可被理解为增加的成本、更短的寿命和更低耐久性(可扩展性禁止)。由于低成本和长寿命是高可扩展性的关键因素，因此，开发了以下方法，以保持简单性。

板A-F描述了两阶段提升机构的升降过程，以允许极其简单提升机构的实施，以实现蓄电池箱17从车辆中的可靠卸除以及于车辆30中的可靠置换，这样消除了昂贵且不可靠的复杂性的需要。板A-F是沿车辆30的电力交换过程的一系列逐步视图，其示出了两阶段蓄电池箱的操作过程。提升和降低蓄电池箱17的本方法，仅需要蓄电池箱17上的接触点131与确定为沿纵轴位置33中的支臂120的枢轴点121和终端座124相对方向上的重心稍微偏离。结果是两阶段提升和降低过程，其中蓄电池箱17一直与车辆30的锁具134a、134b或终端12a的支臂120或两者相接触。这始终提供了至少三个接触点，其中有两个点位于与在蓄电池箱17末端的咬合部18左右侧上销19(图9)相连接的锁具134a、134b的左右侧，第三个点是支臂-尖端122和蓄电池箱17的接触点131。

参考板A，在第一步，车辆30具有锁定在空的电力交换终端12a上方的行驶位置的蓄电池箱17。

参考板B，激活了终端12a的提升机构，一旦在提升机构的支臂-尖端122和蓄电池箱17的接触点131之间有接触，车辆的蓄电池箱锁134a、134b就会释放。此时，支臂-尖端122将承受蓄电池箱17的重量。

参考板C，因为蓄电池箱17上的接触点131在支臂枢轴121相对方向上偏离中心，并且蓄电池箱17也能够在接触点131处摇摆，蓄电池箱旋转后脱离后锁具，同时只有与前锁具相接触。

参考板D，由于在与蓄电池箱支架32相接触的蓄电池箱17较重端的作用下，实现晃动效果的停止，其中蓄电池箱支架32位于靠近底部124的提升机构的支臂120上，蓄电池箱17此时与支臂120形成刚性机构，与支架32的左侧和右侧有三个接触点，并且再一次在支臂-尖端122上。

参考板E，因为支臂120和蓄电池箱17彼此形成刚性机构，当支臂120继续朝向地面时，蓄电池箱17从前锁具134a离开，从而将蓄电池箱17从车辆30卸下。

参考板F，一旦蓄电池箱17处于低静止位置(其中支臂120完全缩回)，较重近端通过放置在蓄电池箱支架32上而获得支撑，且远端自由浮动或者可使用支架，以在非常重且大型蓄电池箱17的情况下对其提供支撑。

然后，车辆30根据所提供的指令在辅助电源下在已充电或加燃料的蓄电池箱17上方的位置上进行移动，并颠倒上述过程以对其进行恢复、锁定到适当位置，然后退出电力交换带12。

锁具的描述

参考图13-16，如上所述，锁具134是必不可少的，以将蓄电池箱17固定到车辆30，并允许它从电力交换带12安全地进行，不用担心在使用时蓄电池箱17脱离车辆30。将锁具134牢固地安装在车辆30上，优选地在预先设计的蓄电池箱腔17的前部(134a)和后部(134b)端部，其中锁具134置于车辆30内可能的最低点处，且可从车辆30的下部进入，以允许蓄电池箱17的卸除和更换。如前所述，在车辆30非设计用于ALE的情况下，可以将配置锁具134a、134b的自适应框架安装到车辆30的下方，只要达到足够的操作离地净高。

现在公开的设计的两个主锁具134a、134b是相同的，且置于ALE兼容车辆30内的蓄电池箱腔17a的前端和后端处。它们每个均包括两个彼此相对的闩锁34，其中闩锁接收蓄电池箱17的前端和后端处咬合部18内彼此相对的两个销19。在蓄电池箱17的咬合部18内的销19为圆形，且一旦锁定到位，可用作蓄电池箱17的枢轴点。这允许在两阶段提升和降低过程中按上述内容实现蓄电池箱17的平稳和安全的旋转和移动。

每个锁具134a、134b的主体是一个矩形盒子，分成三个腔体。左侧和右侧腔体11d包括销引导件和闩锁34，中心腔体11c包括闩锁致动器35a、照相机36、小型空气泵(未示出)、激光接收器37和收集定位信息并将其发送给车辆30的中央处理器的无线电接收器(未示出)(该数据允许处理器内的逻辑装置可以对发送给安装在车辆30中所的控制硬件的信号作出反应)。

盒状锁具134，朝向底部呈锥形38，以将蓄电池箱17的任何轻微错位引导到正确位置，用于将销19接收到闩锁34的鞍座34s中。当蓄电池箱17通过终端12a、12b、12c的支臂120被向上相对车辆30挤压时，两个前锁和后锁134a、134b在最后的移动中将其引导至车辆30内的相应放置位置。当锁具134进入蓄电池箱17的咬合部18时，咬合部18中的销19相对弹簧压缩闩锁34，当蓄电池箱17牢固固定时，销19穿过闩锁34的末端，弹簧压缩闭合。此时，蓄电池箱17被牢固固定在车辆30上。为了松开蓄电池箱17，提升机构必须将蓄电池箱17相对车辆30挤压，随后处理器将启动闩锁执行器35，以相对弹簧打开闩锁执行器，并允许蓄电池箱17的咬合部18中的销19自由穿出导轨39并脱离锁具134。

除了将蓄电池箱17固定到车辆30以及包括引导反馈硬件(36，37)外，锁具134的第三个关键目的是完成在蓄电池箱17主电源和车辆30驾驶系统之间可靠安全的电气连接。这可通过向下指向每个锁具134正面的插头40，向上匹配位于咬合部18的正面和后面上的相关蓄电池箱17上的指向引导42的插座41的匹配来实现。一旦将蓄电池箱17挤压入车辆30的放置位置中，插头40和插座41相连接，锁具134内的空气压缩机使得插座引导42的压力略大于外部大气压力。通过这种方法，可以完全浸没式连接，而不会出现浸水而引起电气短路的危险。

本申请的锁定系统的设计，旨在配置完成锁具134中包括电源交换所必须的硬件，这样，制造商不需要在车辆30上放置和安装其他硬件，例如，摄像机或其它反馈机构。

充电或加油广场的描述

参考图17，在一个有利的形式中，电力交换广场150可以最简单的形式建设，具有并行(几何)设置在平面上的多个电力交换带(例如12a-12e)，例如在混凝土停车场或公路安全休息区。然后，可以创建自主布线，以在广场152一侧为已耗尽电源的车辆供能(例如：30a-30d)，引导它们到包括具有已充电电源的合适的蓄电池箱17的合适的电力交换带(例如12b)，然后一旦执行交换，引导它们从电力交换带(例如：12b)另一侧流出，并最终从广场出口154出来。该过程也与手动操作车辆30相互兼容，其中手动操作车辆可由操作人员驾驶至包括用于车辆30的已充电电源的正确的蓄电池箱17的合适的电源交换带12，然后由系统在接合区域157结合，在该区域停止手动驱动并实现自主控制。最后，一旦车辆30完成电力交换，停止自主控制并在撤卸区域30d恢复手动控制。

可将电力交换带(12a-12e)组合以适应区域的车辆电力需求。可以通过按类别指定的电力交换带(12a-12e)，对具有不同类型电源的不同尺寸的蓄电池箱17(例如蓄电池箱17d和17g)进行维修，但一个电力交换带12可以服务预设参数范围内的各种类似尺寸和款式。这种灵活性的目的是确保各种尺寸和类型的蓄电池箱17和电源为ALE兼容的。

ALE数据采集和布线系统的描述

所有ALE蓄电池箱17将结合多种传感技术，用于记录和报告温度、输出、充电指标以及许多其它元数据的相关输入。该装置还可配备处理芯片、定位器、时钟和内存卡，以沿着时间轴存储来自这些传感器的数据。这为蓄电池箱17的使用、当前状态、充电以及可能存在的任何问题提供详细的历史信息。如果车辆这样配备了，这些数据可通过连接的车辆网络从车辆30脉冲发送至远程服务器，或者在未连接车辆的情况下，一旦蓄电池箱17沿任何ALE电力交换带与终端相连接，则数据被上传到远程服务器。随后，数据被存储、被分析、并被投影到系统接口或API。随后，网络访问提供给可以从全球蓄电池箱17网络中提取的实时数据的授权用户。随后，这些数据可以被在智能电话、PC或车辆30信息娱乐系统内的应用程序使用，以确定应该使用哪个蓄电池箱17。还可以使用指示由车辆拥用者选择的路线的系统远程服务器的反馈，保留完成行程所必需的蓄电池箱17。使用这种由ALE数据采集系统所提供的实时数据的网络，还可以实现使用ALE配备的车辆30的紧急服务，以在紧急情况下优先获得已充电的电源。

双向充电和电力存储的描述

有利的是，双向充电器或充电器/换流器可与目前公开的电力交换系统10配合使用，以实现分散的网格存储。当具有电源的蓄电池箱17通过终端连接133连接充电器，以及充电器与外部电源相连接时，可用作用于周围电网的电力存储设备。在紧急情况下，这种存储是有用的，以在电力不能通过正常方式提供的情况下提供电力。此外，例如风能和太阳能的可再生电源，可以按照自然控制的时间表发电，而人类电力消耗通常是在一个非常不同的时间表上。由本发明提供的分散式电力存储可以缓解这些不一致，使得风能和太阳能传输的梦想成为现实。

虽然描述了配置必要电源的电动车，但其它动力车，包括使用燃料电池的车辆也可以使用这种技术。

另外，与使用车辆本身实现的现有已知技术相比，本发明的方法和系统具有独特的优点，因为该过程主体机械化明显降低了成本。

以下描述提供了对本发明的方法和系统的更好理解。在'011方法和系统与本发明的方法和系统之间的主要区别在于，在每个电力交换终端(例如12a、12b、12c)都设置了本发明的提升机构，而不是只在需要电力交换的车辆(例如：30)上设置提升机构。

本领域普通技术人员将认识到，在不偏离本公开主题的教导的情况下，还可以实施其它实施例。这里公开的示例性实施例的详细描述，尤其是具体细节，主要是为了清晰的理解，并且没有任何不必要的限制是可以理解的，对于本领域技术人员来说，在阅读本公开时变型将变得显而易见，并且在不偏离本公开主题的精神和披露范围的情况下，可做出这些变型。

Claims (26)

1.一种用于车辆电力交换的系统，所述系统包括：

至少一个电力交换终端，所述电力交换终端可在地面上自由使用，所述电力交换终端具有足够低的轮廓，以致当设置在车辆驱动平面上时，在电力交换过程中，电力交换的车辆能够行驶通过电力交换终端，所述电力交换终端包括：

a.撤卸机构，与至少一个电力交换终端相关联，用于在其电力交换过程中从车辆上卸除已耗尽的电池；或

b.提升机构，与至少一个电力交换终端相关联，用于在电力交换过程中将已充电电池插入车辆。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个电力交换终端包括至少两个电力交换终端，至少两个终端中的第一终端包括所述撤卸机构，至少两个终端中的第二终端包括所述提升机构。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述至少两个电力交换终端形成电力交换带。

4.根据权利要求3所述的系统，还包括两个或多个电力交换带。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述两个或多个电力交换带形成用于车辆电力交换的电力交换设施。

6.根据权利要求1所述的系统，还包括操作性地与至少电力交换终端相关联的无线通讯设备，用于在至少一个电力交换终端和要求电力交换的车辆之间通讯。

7.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一电力交换终端是第一站，用于接收来自要求电力交换的车辆的已耗尽的电池，所述第二电力交换终端是第二站，与所述提升机构以及在卸除已耗尽电池之后安装在车辆中的已充电的更换电池相关联。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述处理器控制着车辆在第一站和第二站之间的移动。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电池设置在与所述提升机构相邻的蓄电池箱中。

10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述蓄电池箱还包括冷却器。

11.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述提升机构包括在支臂,所述支臂的第一末端处连接有至少一个充电终端，且所述支臂具有第二末端，用于接收已充电的电池，以便插入车辆用于电力交换。

12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述支臂的第一末端枢转地连接到至少电力交换终端。

13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述提升机构还包括液压缸，用于将所述支臂从第一地面位置驱使到第二提升位置，第二提升位置完成将电池提升到车辆上用于电力交换。

14.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述撤卸机构包括支臂，所述支臂的第一末端处连接有所述第一终端，所述支臂具有第二末端，用于接收在电力交换过程中从车辆中卸下的已耗尽电池；以及，

所述提升机构包括在支臂，所述支臂第一末端处连接在所述第二终端，所述支臂具有第二末端，用于接收用于电力交换而插入车辆中的已充电电池。

15.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述撤卸机构包括支臂，所述支臂的第一末端连接有至少一个终端，且所述支臂的第二末端与车辆锁具结合用于电力交换，锁具的结合使电池脱离车辆。

16.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述提升机构包括支臂，所述支臂的第一末端处连接有至少一个终端，所述支臂具有支持更换电池的第二末端，用于接合车辆的两个锁具，以将替换电池插入车辆中，并通过两个锁具固定在适当位置。

17.一种用于车辆电力交换的方法，该方法包括：

在沿着电力交换带的第一位置处接收用于电力交换的车辆；

通过在第一位置处释放车辆的电池来卸下车辆已耗尽的电池；

在沿着电力交换带的第二位置处接收车辆；以及，

在第二位置处将更换电池插入车辆中。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述卸下已耗尽的电池包括使用与第一位置相关联的撤卸机构来卸下已耗尽的电池。

19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述撤卸机构包括支臂，所述支臂的第一末端处连接有电力交换带，所述支臂具有第二末端，用于接收在电力交换过程中从车辆上卸下的已耗尽的电池。

20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述撤卸机构具有用于放置在地面上的足够低的轮廓，车辆能在第一位置和第二位置之间横穿驶过。

21.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述插入更换电池包括使用提升机构来提升更换电池。

22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述提升机构包括支臂，所述支臂的第一末端处连接在电力交换带，所述支臂具有第二末端，用于接收插入车辆用于电力交换的已充电电池。

23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，所述提升机构具有用于放置在地面上的足够低的轮廓，车辆能在第一位置和第二位置之间横穿驶过。

24.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述插入更换电池包括使用提升机构来提升更换电池。

25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述撤卸机构和提升机构都具有用于放置在地面上的各自足够低的轮廓，车辆能在第一位置和第二位置之间横穿驶过。

26.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述车辆通过车载辅助电源从第一站接收在第二位置处，其中车载辅助电源为车辆从第一位置移动至第二位置供电。