CN1204029C - 拣选式电动车电池充电交换站 - Google Patents

Abstract

一种拣选式电动车电池充电交换站，能够针对不同电池充电时间差异性太大的限制，将整个电池交换站的电池物流的流通方式，由连续式改为断续式，整个交换站只会拣选已充好电流的电池，并将其送往更换台执行电池的更换，当电动车需要更换电池时，本发明能有效管理所更换下来的电池执行充电管理，以及使将要装上电动车的电池为电量最饱满状态的电池。

Description

拣选式电动车电池充电交换站

本发明涉及一种拣选式电动车电池充电交换站，尤指一种能利用拣选式的电池充电储放交换站，可弹性化地使用而能随时拣选最早充饱和的待用电池，以直接供应给需要更换电池的电动车使用的拣选式电动车电池充电交换站。

在传统石化能源有限以及容易造成污染的情形下，有关电能的使用已经被广泛的应用，由于使用电能不会有污染问题，并且电能不会如石化能源一般会有能源不足的严重问题，加上有关电池本身的技术或是充电技术于近日内突飞猛进，使得电动车一再被广泛地应用。

一般而言，电动车需要电池所储存的电力作为动力来源，就现今及不久的将来世界上电池技术的发展情况可知，电池的能量密度有限，也就是作为电动车的电池，其重量与体积将会很大，可能超过常人所能搬运的能力；而且一般来说车用电池是可再充电、可重复使用的二次电池，其充电时间非常长；上述电池的特性，限制了电动车的商品化，使得电动车无法取代一般内燃机车，因此有电池交换站这种习知技术的出现。

然而，一般的电池交换站中，有关电池的流动，亦即新电池由输送带进入转换台，旧电池由转换台进入输送带、旧电池经过检测台、旧电池送往储置仓充电、新电池由储置仓送往输送带等一系列流程，其整个交换站，使得电池必须一个接着一个，连续性(contiunous)地运转，如图1所示。

图1为台湾专利第86214880号电动机车电池交换工作站专利的平面示意图，其中即揭示该电池的传送为循序方式，此种方式在更换电池时，无法达到所要的电池为现在充电最饱满的情形，这是因为每一个电池的使用状况并不完全一致，且每个更换过的电池容量亦不一致，造成排在最前面的电池不一定为电量最饱满的电池，则每一次更换电池时，将有可能会换到电量不足的电池，无法达到合理更换电池的目的。

目前，国际上已知的交换站，其电池的流动也是连续式的，如图2所示，图2为美国专利第5,711,648号的“电池充电及传送系统”专利的一立体示意图，这种连续式的电池交换站在实用上存在很大问题，那就是，由于旧电池使用状况及使用时间差异很大，使得再充电时，充电饱满所需的时间差异很大，即使变更充电电压，也无法解决此种时间的差异；有时较后来的电池已经充饱和，而先来的电池却只充了一半；由于充电时间差异太大，使得已充饱和的新电池被卡在后面，而最前面的电池由于状况较差需要再继续充电数个小时，使得现有连续式的电池交换系统实用性差，有待加以改善。

另一方面，连续式的电池交换站中，电池必须布满整个电池的输送空间，不仅必须准备更多的备用电池，而且整个站的布置方式不易改变，在许多场合，例如可利用空间很窄小或要布置在流动拖车上时，难度很大。

再者，连续式的电池交换站中，电池的检测作业是在电池送往充电作业之前，必须完成，若在充电作业之中，电池出现问题时，并不能任意将不良的电池拣出，也不容易在物流中提取不良电池，这也是一个必须克服大缺点。

本发明的主要目的在于提供一种断续式的电池充电交换站，当电动车需要更换电池时，能有效管理所更换下来的电池的充电管理，使得将要装上电动车的电池为电量最饱满状态的电池。

为达到上述目的本发明采取如下措施：

本发明的一种拣选式电动车电池充电交换站，其特征包括有：

一更换台，可供容置一电动车加以定位，以作更换电池操作的工作台；

一缓冲台，设置在更换台一侧，与更换台相连接，其一侧放置电动车所卸下的旧电池，另一侧放置已经充好的电池；

一储置仓，包括有数个电池置放室，用以放置数个电动车所卸下的电池，执行检测电池与电池的充电管理；

一存取机，设置在储置仓与缓冲台之间，可将所卸下的电量耗尽的旧电池放入储置仓中，另将已经充好的电池传送至缓冲台上；

一控制台，连接更换台，控制电动车的电池卸下、装上的操作；连接缓冲台，用以控制所卸下与所欲装上的电池的输送；连接存取机，用以控制存取机将所卸下的电池放置在储置仓中充电，另将已充好的电池放置在缓冲台上。

其中，所述储置仓中的电池置放室，以矩阵方式排列，即每一电池置放室可指示出电池置放室是否为充电中或有最优先的待用电池，或是最优先的空位情形。

与现有技术相比，本发明具有如下效果：

本发明能够针对不同电池充电时间差异性太大的限制，而将整个电池交换站的电池物流的流通方式，由连续式改为断续式的流通方式，整个站只会拣选已充好电流的电池，并将其送往更换台执行电池的更换。

结合附图及实施例对本发明详细说明如下：

附图简要说明：

图1为现有技术中有关电动车电池交换工作站的平面府视图。

图2为另一现有技术中有关电动车电池交换工作站的立体示意图。

图3为本发明第一实施例的拣选式电动车电池充电交换站的使用状态立体示意图。

图4为本发明第二实施例中的一具有缓冲台功能的自动存取机的立体示意图。

图5为本发明第二实施例配合自动存取机的整体立体示意图。

图6为本发明第三实施例中机动型拣选式电动车电池充电交换站的立体示意图。

图7为本发明第四实施例中机动型拣选式电动车电池充电交换站的立体示意图。

图8为本发明第一实施例中的控制台的控制流程图。

本发明主要为一拣选式电动车电池充电交换站，针对电动车的电池充电时间差异性太大的限制，而将整个电池交换站的电池物流方式，由连续式改为断续式，整个系统只会拣选已充好的电池，并将其送往一更换台。

本发明的特征是其具有至少一个可将电动车夹持定位，并可拆装电动车的电池的更换台，至少一个可暂时存放新电池或旧电池的缓冲台，至少一个可任意存取电池的存取机，至少一个可任意领取或储放电池的储置仓，以及控制全系统作业的控制台；使得整个电池交换站能随时拣选最早充好的电池，直接供应给需要更换电池的电动车使用。

如图3所示，其为本发明第一实施例的拣选式电动车电池充电交换站实施例的立体示意图，其包括有一更换台1，可供容置一电动车a而加以定位，以执行更换电池b操作的工作台。更换台1的一侧设有一缓冲台2，缓冲台2与更换台1相连接，其一侧放置电动车a所卸下的旧电池b，另一侧放置已经充饱满的电池b。另置有一存取机3，设置在一储置仓4与缓冲台2之间，可将所卸下待充电的旧电池b放入储置仓4中，并且可将电量已经充饱和的电池b传送至缓冲台2上。

本发明中的储置仓4，包括有数个电池置放室41，电池置放室41，呈矩阵方式排列，不同于现有技术的循序排列方式，本发明的储置仓4可弹性地选择目前作优先待用的电池b。所述的数个电池置放室41用以放置数个电动车a所卸下的电池b，以执行检测电池与电池的充电管理。

本发明中另设置有一控制台5，控制台5相连接，以控制电动车a的电池卸下、装上的操作；并且连接缓冲台2，用以控制所卸下与所欲装上的电池b的输送操作。控制台5亦连接存取机3，用以控制存取机3将所卸下的电池b放置在储置仓4中充电，并且将电量已充饱的电池b放置在缓冲台2上。

在第一实施例中，所述储置仓4包括有至少一个电池检测机42，装置在电池置放室41中，可检测电池的识别码或电能状态与管理电池充电作业的功能；电池检测机可设计在储置仓架台上自由移动，这样，可使多个电池置放室共用一台电池检测机。储置仓4包括有数个指示灯43，指示灯43装置在每一电池置放室41中，可分别指示出电池置放室41是否为充电中或是最优选的待用电池，即电量最饱和的电池，或是最优先的空位等情形。储置仓4也包括有一不良品放置区44，用以放置已损坏而无法使用的电池b。

第一实施例中的存取机3包括有：一轨道31，用以置放一自走台32，自走台32能在轨道31上左右移动。自走台32装置在轨道31上，能由储置仓4的一侧水平移动至另一侧，以选择一电池置放室41。自走台32上装置有一升降台33，能在储置仓4顶端与底端之间作升降垂直运动，以选择一电池置放室41。

升降台33上设置有一存取台34，设置在升降台33的上侧，配合自走台32与升降台33的移动而选择一电池置放室41，进而对电池置放室41中存放的电池b执行存取操作；存取台34将缓冲台2上的电动车a所卸下的电池b存入储置仓4中，作电池检测与充电操作；将储置仓4中最优先待用的电池b取出，而置放在缓冲台2上，供装置电动车a中。

如图4所示，其表示本发明的第二实施例，主要以一具有一缓冲台功能的自动存取机6，取代第一实施例的缓冲台2与存取机3的装置方式，即将第一实施例的缓冲台2可以结合存取机3为一体成为一自动存取机6，使自动存取机6可同时暂存新电池以及旧电池而不会造成电池物流的混乱。

如图4所示，其为本发明第二实施例中所包括的一具有缓冲台功能的自动存取机的立体示意图，自动存取机包括：一自走台62，其设有移动装置，如滚轮622等，可以自由平面移动在更换台1与储置仓4之间，执行电池的传送，可移动选择一电池置放室41。自走台62上装置有一升降台63，能在储置仓4的顶端及底端之间作升降垂直运动，以选择一电池置放室41。升降台63一侧，装置有一存入台60，可配合自走台62的自由平面移动，进而置放由更换台1的电动车a所卸下的电池b，将电池b存入装置仓4中执行电池检测与充电操作。

同样，存入台60的上侧设置有一取出台64，装置在升降台63的一侧，配合自走台62的平面垂直移动，可选择储置仓4的最优先待用电池的电池置放室41，取出电池置放室41所存放的待用电池b，将电池b传送至更换台1上，供装置在电动车a上。

如图5所示，其为第二实施例的整体示意图，其中，自动存取机6能够取代第一实施例中的缓冲台2与存取机3的作用，可以自由移动在更换台1与储置仓4之间，以执行同时暂存新电池以及旧电池而不会造成电池物流的干涉。

如图6所示，其为本发明第三实施例的机动型拣选式电动车电池充电交换站的立体示意图。第三实施例的机动型拣选式电动车电池充电交换站，主要将第一实施例改以机动型的设置方式，即将第一实施例的整体装置，整个设置在一流动载具c上，以提供一可随时移动至某一地点的便利性，可有效提高整体电池充电管理交换系统的机动性，以方便使用。

如图6所示，流动载具c中如同第一实施例中的一样，同样设置有一更换台1，其内部可供容置一电动车a而加以定位，以执行更换电池操作的工作台；一缓冲台22，设置在更换台1的一侧，与更换台相连接，其一侧放置电动车所卸下的旧电池，另一侧放置已经充饱和的电池，缓冲台22可上下升降；一存取机3，设置在一储置仓4与缓冲台22之间，可将所卸下的电量耗尽的旧电池b放入储置仓4中，另将电量已经充饱和的电池b传送至缓冲台22上。

此外，第三实施例中的流动载具a的内部，同样设置有一储置仓4，包括有数个电池置放室41，以矩阵方式排列，用以放置数个电动车a所卸下的电池b，执行检测电池与电池的充电管理；一控制台5，连接更换台1，控制电动车a的电池卸下、装上操作，并连接缓冲台22，用以控制所卸下与所欲装上的电池的输送，又连接存取机3，用以控制存取机3将所卸下的电池放置在储置仓中充电，另将电量已充好的电池放置在缓冲台22上。

第三实施例中，各装置的说明，如更换台1、存取机3与储置仓4等与第一实施例相同，同样，控制台5亦同于第一实施例，在此不予赘述。仅有缓冲台22不同于第一实施例的缓冲台2，因为第三实施例的缓冲台22可上下升降。这是为了配合更换台1与缓冲台22设置在流动载具a的一侧门上，第三实施例中侧门为一后门24。当电动车a要更换电池时，须将流动载具a的后门24打开，并将门24下降到地上，以利于电动车a能登上更换台1，以执行电池更换。所以缓冲台22必须有上下升降功能，以传送更换电池。

另一方面，将第二实施例中，以自动存取机6取代缓冲台2与存取机3的实施方式，再加以配合第三实施例的流动载具a的使用，即组成本发明的第四实施例，然而，必须说明的是，第四实施例中仍保留了缓冲台22，即自动存取机6在第四实施例中仅仅取代了存取机3，缓冲台22仍须将所欲更换的电池作上下升降(如图7)

如图7所示，其为本发明的交换站的立体示意图。其中，流动载具c同样包括有一更换台1，可供容置一电动车a而加以定位，以执行更换电池b操作的工作台；一缓冲台22，设置在更换台1的一侧，与更换台1相连接，其一侧放置电动车a卸下的旧电池b，另一侧放置已经充好的电池，缓冲台22可上下升降；一自动存取机6，设置在一储置仓4中，另将已经充好的电池由储置仓4中传送至缓冲台22上；储置仓4包括有数个电池置放室41，用以放置复电动车a所卸下的电池b，执行检测电池与电池的充电管理。

此外，第四实施例中另包括有一控制台5，连接更换台1，以控制电动车a的电池卸下及装上操作。控制台5连接自动存取机6，用以控制将所卸下与所欲装上的电池之间的传送，将所卸下的电池放置在储置仓4中，以充电，另将电量已充好的电池由储置仓取出而放置在缓冲台22上。

另一方面，针对本发明的实际配合装置运作状态加以说明，当本发明动作时，如图3所示，其中电动车a放置在更换台1上，更换台1上有装置能将电动车a夹持定位，图3所示的轮胎夹持定位器11适用于两轮的电动机车。

接着，更换台1上的电池拆装更换器12，将会升起并拆下旧电池，旧电池经由电池输送带13送往缓冲台2暂时放置；此时存取机3已由储置仓4上取下一个排序最优先的新电池，置于存取机3的升降台33上的存取台34中，存取机3有很多式样，可为有人操控的堆高机，亦可为有固定轨道的无人搬运的堆高机，亦可为无轨道的无人搬运的堆高机，若工作范围较小时，亦可以机械手臂(机械人，ROBOT)作存取机。

之后，新电池被送住缓冲台2，同时存取机3将缓冲台2上的旧电池取走，送往储置仓4中排序最先的空电池经由电池输送带13，送至更换台1上的电池拆装更换器12，并将新电池举起至电动车上的正确位置，并使新电池扣合在电动车上，电池的正负电极与电动车的车架上的电极皆为自动衔接状态。电池装置好之后，电池拆装更换器12下降归位，同时轮胎夹持定位器11松开，使电动车得以离开更换台1。

如图3所示，缓冲台2用以暂时置放刚拆下的旧电池，故适于装设在更换台1的旁边，但是有些存取机3的型式利于设置两个以上的存取台60、64，如图4所示，其中一半数量的存取台60可做为缓冲台2使用，这样，就不必另设独立的缓冲台2了。

图3中的储置仓4最经济地使用方法是除了储放电池之外，更具有检测与充电的功能，当旧电池被放入储置仓4的空格定位之后，将会被电池检测机42进行识别记录，配合电池本身的识别装置而有不同的实施方式，一般为以光学条码或以IC晶体存储器做为每个电池的识别装置，尤其IC晶体做电池的识别装置，将可以记录电池的许多数据，因此将会普遍使用。

另外，电池检测机42会对电池进行必要的检测，一般是检测内电阻或铅酸电池的液面，对于不加水的铅酸电池而言，电解水液面下降至某一水平，为表示电池有破损漏水现象，若内电阻异常可能显示电池的电极已经蚀光或有其它状况；经过电池检测机42检测为不良品时，会被标识，并被存取机3取走，置放在不良品放置区44，等待后续处理。

电池检测机42可以为全自动作业，亦可为以人手持仪器进行操作，视自动化需求程度而定；经过检测为合格品的，将被充电而电池的正负电极与电池置放室41内的正负电极是自动衔接装置将会不同，由于电池规格不统一，故本说明书未图示电极的自动衔接装置。

充电中各种状况可能发生，常见的是电流一直很低而充不进去，或者电池瀑开电解液漏出，电池检测机42均会定时进行检测，不能再使用的电池仍会被标识处理；当电池被充满，电流将被切断，同时电池检测机42会将必要的信息记录在电池的识别装置中，例如充电时间、日期、次数、最新电压值及电阻值等；此新的电池将被控制台5排序等待使用，同时示别灯43可显示电池置放室41是否为充电中或最优先的待用电池或最优先的空位等情形。

当不能用的电池被取走处理后，管理者或操作者会补充新的电池，此补充用电池被放置在特定位置，如缓冲台2或不良品放置区44中或是存取台34上，经由控制台5，放置在排序最优先的空电池置放室41内，若为未充电的空白电池，仍会被电池检测机42进行处理。

如图8所示，其为本发明第一实施例的控制台控制流程图。如流程图所示，包括以下步骤：步骤X10：控制台5在同一时间处理电池更换台1，将电动车固持定位；步骤Y10：存取机3由储置仓4取下排序最优先的电池；步骤Z10：电池检测机42检测旧电池的的状态；步骤W10：补充新电池置放在特定地区；上述步骤为X、Y、Z及W四个部分。之后，X部份进入步骤X12：将旧电池由电动车上拆卸下来，步骤Y12：再放置新电池或旧电池在缓冲台上，接着，进行步骤X16：将新电池置于电池更换台上定位，以进行步骤X18：新电池安装在电动车上；安装好之后，进行步骤X20：电池的更换台将电动车放松开，完成电池交换作业(步骤X22)。

有关流程Y方面，在执行步骤Y12，放置新电池或旧电池在缓冲台上之后，执行步骤Y14：将旧电池置于存取机上，再进行步骤Y16：放置旧电池在排序最先的储置仓空位上，之后进入Z流程。

在Z流程中，执行步骤Z10：电池检测机检测旧电池的状态，若为合格品，则进入步骤Z12：合格品电池充电过程中检测；步骤Z14：将新电池排序(记录)并待用。若为不良品，则进行步骤Z16：存取机将不能使用的电池放置在特定地区；再后继续处理(步骤Z18)，而进入W流程。

当执行完步骤W10(补充新电池置放在特定地区)之后，执行步骤W12：新电池放置在存取机上，接着执行步骤W14：放置新电池在排序最先的储置仓空位上，再进入步骤W14：将新电池排序(记录)待用4，这样，完成整个控制流程。

本发明的电池交换站视其自动化需求程度，可进行必要的简化，或为人力操作，如检测作业，电池存取作业等；或附加更复杂的全自动化作业。其全自动化作业与现有的单一部品自动仓储相似，是以中央处理器(CPU)为核心的控制器进行操控。

综上所述，由于本发明的电池交换系统不需要连续性的电池输送作业，因此，所使用的电池数量可以减少；又因不需要连续性的电池输送带，因此整个系统的布置空间能够更具弹性，可以设置在很狭窄的空间，例如图6所示，其是本发明的电池交换站的示意图，其为被设置在以小型拖车做为流动载具的巡回式电池交换站。因此利用本发明所设计的电池交换站，不会占据昂贵的城市土地，又能做更大区域范围的服务，可提高电动车及电池交换站的商业实用性。

以上叙述是借实施例来说明本发明的结构特征，并非用于限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种拣选式电动车电池充电交换站，其特征包括有：

一更换台，可供容置一电动车加以定位，以作更换电池操作的工作台；

一缓冲台，设置在更换台一侧，与更换台相连接，其一侧放置电动车所卸下的旧电池，另一侧放置已经充好的电池；

一储置仓，包括有数个电池置放室，用以放置数个电动车所卸下的电池，执行检测电池与电池的充电管理；

一存取机，设置在储置仓与缓冲台之间，可将所卸下的电量耗尽的旧电池放入储置仓中，另将已经充好的电池传送至缓冲台上；

一控制台，连接更换台，控制电动车的电池卸下、装上的操作；连接缓冲台，用以控制所卸下与所欲装上的电池的输送；连接存取机，用以控制存取机将所卸下的电池放置在储置仓中充电，另将已充好的电池放置在缓冲台上。

2、根据权利要求1所述的电池充电交换站，其特征在于，所述储置仓中的电池置放室，以矩阵方式排列，即每一电池置放室可指示出电池置放室是否为充电中或有最优先的待用电池，或是最优先的空位情形。

3、根据权利要求1所述的电池充电交换站，其特征在于，所述储置仓还包括有电池检测机，装置在每一电池置放室中，可检测电池的电能状态与执行电池充电功能。

4、根据权利权利要求1所述的电池充电交换站，其特征在于，所述储置仓还包括有识别灯，装设在每一电池装置放室中，可分别指示出电池置放室是否为充电中或有最优先的待用电池，或是最优先的空位情形。

5、根据权利要求1所述的电池充电交换站，其特征在于，所述储置仓还包括有一用以放置已损坏电池的不良品放置区。

6、根据权利要求1所述的电池充电交换站，其特征在于，所述存取机包括有：

一轨道；

一自走台，装置在轨道上，能由所述储置仓的左侧移动至右侧，以选择一电池置放室；

一升降台，装置在自走台上，能在储置仓顶端与底端之间作升降运动，以选择一电池置放室。

一存取台，设置在升降台上，配合自走台与升降台的移动而选择一电池置放室，进而存取电池置放室所存放的电池；

存取台将缓冲台上的电动车所卸下的电池存入储置仓中，以进行电池检测与充电操作；另将储置仓中最优先待用电池取出而置放缓冲台上，供装置在所述电动车。

7、根据权利要求1所述的电池充电交换站，其特征在于，所述缓冲台及存取机的设置方式为一自动存取机取代，自动存取机设置在储置仓与更换台之间，可将所卸下的电量耗尽的旧电池放入储置仓中，另将电量已经充好电池由储置仓中传送至所述更换台上。

8、根据权利要求1所述的电池充电交换站，其特征在于，还包括一流动载具，可容整个电动车电池充电交换站，流动载具的一侧门上，容置一更换台与一缓冲台，流动载具内部空间中容置一存取机与一储置仓，流动载具可使整体交换站组合为一可机动性移动的系统，提供电动车能机动地执行更换电池操作。

9、根据权利要求7所述的电池充电交换站，其特征在于，所述自动存取机包括：

一自走台，移动在更换台与储置仓之间，执行电池的传送操作，移动选择电池置放室；

一升降台，装置在自走台上，在储置仓的顶端及底端之间作升降运动，以选择电池置放室；

一存入台，装置在升降台一侧，配合自走台的自由平面移动，可置放由更换台的电动车所卸下的电池，将电池存入储置仓中执行电池检测与充电操作；

一取出台，装置在升降台一侧，配合自走台的平面与垂直移动，可选择储置仓最优先待用电池的电池置放室，取出电池置放室所存放的待用电池，将电池传送至更换台上，以装置在电动车上。

10、根据权利要求7所述的电池充电交换站，其特征在于，还包括有一流动载具，可容置整个交换站，其中流动载具的一侧门上，容置更换台与一缓冲台，在流动载具的内部空间中容置自动存取机与储置仓，流动载具可使整体交换站，组合为一可机动性的移动系统，以供电动车能机动地执行更换电池的操作。

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