JP2010526697A - 電動車両のアキュムレータを交換するための方法および装置ならびに電動車両 - Google Patents

Abstract

【課題】空のアキュムレータ／電池の取り外しと、複数の満タンのアキュムレータ／電池の取り付けとを迅速かつ安価に行える、電動車両のアキュムレータ／電池を交換するための方法、装置および電動車両を提供する。
【解決手段】放電状態にある複数のアキュムレータ（１，２，３）は、迅速な固定を可能にする装置によって、所定の手順で電動車両の底部から自動的に取り外され、アキュムレータ交換ステーション（５）において、完全に充電されたエネルギー状態のアキュムレータ（６，７，８）と交換される。完全に充電された状態のアキュムレータ（６，７，８）は、迅速な固定を可能にする装置によって、所定の手順で電動車両に自動的に取り付けられる。取り付けられるアキュムレータ／電池（６，７，８）の順序は、取り出されたアキュムレータ／電池（１，２，３）の順序とは別個独立に、選択装置によって手動または自動的に選択できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電動車両のアキュムレータ／電池を交換するための方法と装置に関し、特に、電動車両（具体的には、自動車）用のアキュムレータ／電池などのエネルギー貯蔵ユニットが交換され、そのエネルギー貯蔵ユニットの設計が、好ましくは迅速な交換のために標準化されているものである。

電気自動車は、多くの場合、電池などのエネルギー貯蔵ユニットを充電するために極めて長い充電時間が必要であり、その間、当該電動車両を使用することができないという欠点を抱えている。また、そのような車両は、実際の充電プロセスを通常は車両の駐車場所（自宅の車庫であってよい）で行うことが殆どであり、走行時に利用できる充電ステーション網が極めて不充分でしかないため、航続距離が限られている。

例えば、実際に最大４００ｋｍの航続距離と２１０ｋｍ／ｈを超える最高速度を有し、４秒間で０〜１００ｋｍ／ｈまで加速する、いわゆるテスラ・ロードスター（Ｔｅｓｓｌａ Ｒｏａｄｓｔｅｒ）などの電動車両が知られているが、やはり放電したアキュムレータ／電池（車両に取り外せないように設置されている）を充電するために少なくとも３．５時間という充電時間を必要とする。このような電動車両は、燃焼機関を備える従来の車両に対抗できるものの、約４００ｋｍという距離を超える移動においては、たとえ充電ステーションが存在していても、少なくとも３．５時間の充電時間の間は、１つの地点に駐車していなければならない。

しかしながら、従来の電動車両は、燃焼機関を備える従来の車両と比べて、ガソリンのエネルギー含量に関し、例えば１００ｋｍの移動にわずか１．７４リットルしか消費せず、且つＣＯ２の排出を生じない点で、決定的な利点を有している。

そのようなアキュムレータ／電池は、修理工場による交換を可能にするために、車両からの取り外し及び再装着が可能であってもよい。このために、好ましくは簡素化されたプラグ接続具が、独国実用新案第９４１２２１９号明細書（ＤＥ９４１２２１９Ｕ１）に記載されているように、車両のモータと車両の電気系と電池との間の電気的接続のために使用される。これは、ＣＡ２，２７８，４１７の主題でもある。

また、そのような電動車両の調達価格は、とりわけ車両に装着される上述のようなアキュムレータ／電池の製造コストが高いため、高価である。それら高コストの電池は、通常は寿命も短く、利用可能な車両のアキュムレータ／電池のための充電ステーション網が極めて限られているため、電池の時々刻々の充電状態に応じた好都合な時点ではなく、そのような充電ステーションが正規に存在している元々の場所へと車両を返した後に、充電が必要となる。このことは、約５００〜１０００回の充電サイクルというこれまでのアキュムレータ／電池の短い寿命をもたらす可能性がある。その結果、新しい電池を購入する必要が生じ、かなりの追加のコストを伴うことになる。

また、このような高コストのアキュムレータ／電池は、通常極めて高コストな主充電制御ユニットを、通常は電動車両の内部に組み込んで有している。

寿命の尽きたアキュムレータ／電池の交換を可能にするため、例えば特開平５−１８４００８号公報（ＪＰ０５１８４００８Ａ）が、アキュムレータ／電池の交換を簡単にするように設計された電池交換装置を示している。ここでは、しばしば、車両内のアキュムレータ／電池の受け入れ地点への電池搬送装置が設けられる。アキュムレータ／電池の車両への運搬および車両からの運搬に機能する自動ローラシステムが示されている。

独国特許第１９６４１２５４号明細書（ＤＥ１９６４１２５４Ｃ２）は、道路車両のエネルギー供給ユニットのための交換装置を開示しており、貨物車両の後部領域において、充電ステーションに対して高さ方向に車両の車台の高さを変化させることによって、アキュムレータ／電池の交換を可能にしている。これは、古い電池の取り外しを簡単にするものである。

或いは、Ｇ８８１１０５８が、トレーラ（したがってアキュムレータ／電池）の交換を簡単にするため、車両によって牽引されるトレーラ上のアキュムレータ／電池と共に駆動装置を取り付けることを提案している。このような別個のトレーラを備える車両は、操縦が難しく、望ましくない車両の全長を有する。また、別個のトレーラは、例えば別個のタイヤおよび別個の懸架装置など、更なる高コスト部品を必要とし、総重量もより大きい。

欧州特許第８６９８８７号明細書（ＥＰ０８６９８８７Ｂ１）は、車両のアキュムレータ／電池の交換および充電など、多数の電動車両を賃貸のために準備する装置を開示しており、この刊行物の目的は、主として自動スクータに向けられている。ここでは、アキュムレータ／電池が、コンテナによって自動スクータへと供給される。

ＤＥ２３６０７９５は、特定の設計におけるアキュムレータ電池を示しており、そのようなアキュムレータ電池のいくつかのプレートに、上方へと延びる接触タブが取り付けられている。

独国特許出願公開第１９５２７２１６号明細書（ＤＥ１９５２７２１６Ａ１）は、例えば交換用のアキュムレータ／電池の調達や充電など、電気エネルギーの提供に必要な全ての仕事と機能を取り扱うように設計された、アキュムレータ／電池の世界的な管理ステーション網を大まかに開示している。この刊行物は、そのような管理ステーション網がどのように実現されるのかについて、詳しい説明を提示していない。かかるステーションのためのエネルギーは、ソーラーシステムにより供給される。実際、電池の取り外しや交換用のアキュムレータ／電池の挿入が述べられているが、詳細は提示されていない。

独国特許出願公開第４２２９６８７号明細書（ＤＥ４２２９６８７Ａ１）は、車両からのアキュムレータ／電池の取り外しと再装着が可能な、電動自動車のためのアキュムレータ／電池交換ステーションを実際に示している。１台の車両に関して、空になった個々のアキュムレータ／電池の取り外し、および満タンのアキュムレータ／電池の設置が、更に詳しく説明されている。取り外された複数のアキュムレータ／電池の調整、充電、保管及び設置は、詳しく説明されていない。アキュムレータ／電池は、処理装置によって車両から取り外され、満充電状態のアキュムレータ／電池と交換される。しかしながら、電池の標準化された構成、または相補的に設計される車両の凹所については、何ら述べられていない。

独国実用新案第９４１２２１９号明細書 特開平５−１８４００８号公報 独国特許第１９６４１２５４号明細書 欧州特許第８６９８８７号明細書 独国特許出願公開第１９５２７２１６号明細書 独国特許出願公開第４２２９６８７号明細書

そこで、本発明の目的は、多数のアキュムレータ／電池の存在下において、空のアキュムレータ／電池の取り外しと、複数の満タンのアキュムレータ／電池の取り付けとを迅速かつ安価に行える、電動車両のアキュムレータ／電池を交換するための方法と装置を提供することにあり、電動車両も示される。

これは、方法に関しては請求項１の特徴によって、装置に関しては請求項８の特徴によって、車両に関しては請求項１０の特徴によって達成される。

電動車両のアキュムレータ／電池を交換するための本発明の方法では、少なくとも幾つかのグループに構成が標準化されていて少なくとも部分的に空のエネルギー状態にある複数の電池が、迅速な固定を可能にする装置によって、予め指定された順序で、好ましくは下方から、電動車両から好ましくは全自動で取り外されて取り出される。そのアキュムレータ／電池は、アキュムレータ／電池交換ステーションにて満タンのエネルギー状態のアキュムレータ／電池と自動的に交換され、次いで満タンのエネルギー状態のアキュムレータ／電池が、前記迅速な固定を可能にする装置によって、前もって決定できる順序で、電動車両へと自動的に取り付けられる。前もって決定できるアキュムレータ／電池の取り付けの順序、及び、予め指定されるアキュムレータ／電池の取り外しの順序の両者は、好ましい実施の形態によれば、前もって決定できるアキュムレータ／電池の取り付けの順序が、予め指定されるアキュムレータ／電池の取り外しの順序に一致するように、決定及び選択され得る。アキュムレータ／電池は、加えられる電流の強さに関して標準化することができる。アキュムレータ／電池は、例えばＲＦＩＤチップなどのデータユニットが取り付けられる。そのようなデータユニットは、そのアキュムレータ／電池をアキュムレータ／電池の製造者および／または所有者と対応付けることを可能にし、加えられた充電サイクルについてのデータ、古い充電状態、及び他の関連データを提供することができる。

それぞれの電池は、取り付けられたデータユニットによって、例えば実行された充電サイクルの数、それらの時間、以前に実行された保守および実行すべき保守、ならびにその時点での位置などといった更なるデータを、例えば任意の場所にあるアキュムレータ／電池の小売企業などのアキュムレータ／電池の所有者へと送信することができる。当然ながら、そのようなデータを、当該アキュムレータ／電池の所有者が、任意の時点で任意の場所において照会することも可能であり、随意により、制限付きの照会の権利をデータに関して設定することができる。

更なる実施の形態によれば、ステーションによって取り付けられ、或いはステーションによって使用されるアキュムレータ／電池の前もって決定できる順序を、取り外されるアキュムレータ／電池の予め指定される順序に関わらず、車両内、アキュムレータ／電池交換ステーション内、及び／又はアキュムレータ／電池内の選択装置によって、手動で又は自動的に選択することができる。そのような方法は、車両からの空のアキュムレータ／電池の自動的かつ別個独立の取り外し、及び満タンの電池の自動的かつ別個独立の取り付けを可能にするだけでなく、個々のアキュムレータ／電池を、時間の関数として、種々のパラメータ及び種々の選択の好みに応じた順序で提供できる個々の電池交換ステーションの効率的な作業操作網の構成を可能にする。前もって決定できる順序は、ステーションへの電動車両の到着によって決定することができる。

例えば、アキュムレータ／電池は、それらがアキュムレータ／電池交換ステーションに到着した順序で、即ち車両がステーションに進入して車両のアキュムレータ／電池が取り外された順序で、提供することができる。かかる電池交換ステーションは、タクシー乗り場と同じ原理に従って、常に最初に配置された標準化されたアキュムレータ／電池のみを取り上げ、完全に充電された状態の電池として次の車両に利用できるようにする。したがって、製造者の関数としてアキュムレータ／電池を選択することは不可能である。

そのような手順においては、車両の使用者が、例えば側方などに取り付けられた支払い端末によって、充電ステーションに、アキュムレータ／電池の来歴および／または所有者に関わらないアキュムレータ／電池に対する固定の価格と、取り外されたアキュムレータ／電池のその時点での充電状態に依存するアキュムレータ／電池を充電するために必要な電流の量の関数としての充電代金とを支払う。この場合、ステーションに保管及び配置される電池の充電プロセスも実行するステーションが、電流依存の充電代金を保持できる一方で、対照的に、アキュムレータ／電池に対する固定の代金は、関連するアキュムレータ／電池の小売業者又は製造者へと渡される。取り外されたアキュムレータ／電池に依然として存在するエネルギーの残量は、新規に取り付け又は使用される充電済みのアキュムレータ／電池のエネルギー量と相殺され、該当するのであれば既存の電力回路へと戻される。

或いは、車両の使用者又はステーションの他の者が、特定の製造者又は小売業者による特定のアキュムレータ／電池を自身の車両に取り付けることを望むことができる。これは、完全に充電された状態で提供される電池の順序を、優先権を与えられるべき特定の車両の種類及びより高額な充電料金の支払いに基づく好ましい処理の関数として変更できるという結果を有し得る。取り付けられる電池の代金は、小売業者によって設定され、この場合には、アキュムレータ／電池交換ステーション自身によっては左右されず、小売業者へと渡される。この場合、ステーション自身は、電流の量およびアキュムレータ／電池の充電ならびに交換プロセスの提供に対して費用を得る。或いは、ステーションが、提供される全ての電池に対して固定の一括請負価格を請求してもよい。

アキュムレータ／電池が、いかなる顧客もそれを使用することに興味を持たずに、ステーションにおける所定の保管時間を超えた場合には、ステーションが、予め指定できる段階にて、小売業者により設定された固定の価格を下げることができる。また、小売業者も、充電プロセスを実行するアキュムレータ／電池交換ステーションの所有下に同時にある電池に関して、全ての充電ステーションについて同じアキュムレータ／電池の一括請負価格を適用できる。

自身の所有の電池に対する選り好みを避けるために、ステーションは、全ての電池に同じ提供価格又は賃貸価格を与えることができる。また、例えばステーションを所有する企業からの電池を、好んで提供してもよい。

そのような電池交換ステーション網によれば、電動車両の内部に配置された電池を充電するためにこれまで必要であった長い充電時間を、もはや車両そのものにおいて費やす必要がなく、電池交換ステーション内で費やせばよく、その一方で、取り外された空の電池と交換で取り付けられた完全に充電された状態の別の電池によって、その電動車両を継続して走行に使用することができる。そのような交換プロセスは、例えば１〜５分間で可能である。

満タンのエネルギー状態にあるアキュムレータ／電池は、アキュムレータ／電池交換ステーションのアキュムレータ／電池の在庫から選択装置によって選択することができ、その選択装置は、データユニットおよび該当するのであれば表示ユニットと、データ交換または一方向のデータ送信を実行する。データユニットは、アキュムレータ／電池の所有者および／または製造者、これまでに受けた充電サイクル、その時点の充電状態、及び充電料金についてのデータ、ならびに同様のデータを有しつつ、それぞれのアキュムレータ／電池の内部又は表面上に取り付けられる。そのようなデータユニットは、アキュムレータ／電池に取り付けられ、自動的又は要求に基づいて車両の使用者へと、例えば現時点においてどの製造業者が当該車両の使用者が選択したステーションに完全に充電されたアキュムレータ／電池を有しているかについての情報をもたらすチップ、好ましくはＲＦＩＤチップであってよい。これに基づき、車両の使用者は、所望のアキュムレータ／電池が在庫なしの場合に、別のステーションを選ぶか否か、または別のアキュムレータ／電池を選ぶか否かを、判断することができる。また、ＲＦＩＤチップは、例えば規制された支払取引、保守の間隔及び実績の表示といった、更なる物流の仕事にも使用可能であり、アキュムレータ／電池の残り寿命についての情報をもたらすことができる。

取り外されたアキュムレータ／電池は、アキュムレータ／電池交換ステーションにおいて、適切に、自動的に放電され、且つ／または保持され、更には／或いは充電される。

標準化されたアキュムレータ／電池のための標準化された受け入れ装置を自動車に設け、その自動車をアキュムレータ／電池なしで新規に購入できるようにすることによって、例えばかつての燃焼燃料供給ステーションなどのように、そのようなアキュムレータ／電池の交換作業を好ましくは自動的に行う充電ステーション網の構築が好都合に促進される。このために、本発明によれば、そのようなアキュムレータ／電池交換ステーションが、制御ユニットが接続された自動機構を有しており、車両がステーションに進入したときに、放電済みのアキュムレータ／電池の自動的な取り外しと、充電済みのアキュムレータ／電池の取り付けを可能にしている。好都合には、そのようなアキュムレータ／電池交換ステーションに、構成が少なくとも幾つかのグループに標準化されていて少なくとも部分的に空のエネルギー状態にある複数のアキュムレータ／電池を、迅速な固定のための接続具によって、好ましくは下方から電動車両より取り外し、アキュムレータ／電池のエネルギー状態を充電するために個々の充電ステーションへとアキュムレータ／電池を順次または同時に供給するために、それらを予め指定された順序で電動車両から取り出す取り外し装置と、少なくとも部分的に満タンのエネルギー状態にある選択可能なアキュムレータ／電池を、前もって決定できる順序で好ましくは自動的に抽出するための保管品抽出装置と、好ましくは満タンのエネルギー状態にあるアキュムレータ／電池を選択可能な順序で車両に搭載するための積み込み装置とが備えられる。

好ましくは、これまでの自動車のエンジンと燃料供給ステーションとの組み合わせにおいて既に知られているものと同じ方法で、アキュムレータ／電池の時々刻々の充電及び放電状態が、アキュムレータ／電池の時々刻々の充電状態の関数として、相応に位置するステーションへと走行することができるよう、車両の運転者へと表示される。

電動自動車における迅速な固定のための接続具によるこのような着脱可能なアキュムレータ／電池の交換は、低コストを可能にするだけでなく、充電された状態のアキュムレータ／電池による車両の速やかな回復も可能にする。また、自動化された交換プロセスのために、アキュムレータ／電池の充電も実行する提供されたアキュムレータ／電池交換ステーションに、電動車両を残す必要がない。したがって、運転者は、従来の燃焼エンジンを備える自動車の給油と異なり、寒いであろう周囲へと暖かい自動車の車内を離れる必要がなく、ガソリンの臭いを吸い込んだり、手を汚したりする恐れがない。

更に、そのようなドライブスルーの交換ステーション又は供給ステーションを、例えばトランスポンダ技術による自動車及び充電プロセスの種類の自動検出や、車両の側方に位置する支払いステーションに近付いて現金又はクレジットカードなどをこの支払いステーションに挿入することなどによって、充電プロセスに対する支払いを車両の車内から行うように設計することができる。

更に、アキュムレータ／電池の総合的な交換網は、一体の電気アキュムレータ／電池を備える電動車両の高い調達コストを回避する。アキュムレータ／電池を備えずに、該当するのであれば自身の充電制御ユニットも備えずに、車両を販売することが可能であり、このことは電動車両の購入価格を大幅に下げることに繋がる。

そのような電動車両は、ＣＯ２の排出がないため環境にも優しく、パワフルであり、摩耗する部品が少ないため信頼性に富み、低い保守コストで運転することができる。エンジンからの微細粉塵による汚染は無く、騒音公害も少なくなる。

アキュムレータ／電池交換ステーションは、好都合には、アキュムレータ／電池の標準化された構成、それらの充電状態、品質、並びに／或いは故障装置の作動の関数として、満タンのエネルギー状態にあるアキュムレータ／電池の前もって定めることができ且つ選択可能な順序を決定する中央制御装置を有する。

技術的な観点においてアキュムレータ／電池の広い供給網を可能にし、アキュムレータ／電池の交換及び充電ステーション、そのようなステーション及びアキュムレータ／電池の所有者、並びに交換可能なアキュムレータ／電池を備える電動車両の持ち主にとって貴重で、広い小売りネットワークとして経済的に有益な方法が示される。

アキュムレータ／電池の収容および取り外しのための受け入れシャフトを有する電動車両が示され、標準化された構成のアキュムレータ／電池が、少なくとも部分的に標準化された構成である受け入れシャフトに収容され、そのような受け入れシャフトから取り外される。受け入れシャフトは、標準化された端子接続部、寸法、及び機械的な固定装置を有する。電動車両が、アキュムレータ／電池の構成、車両の構成または車両の種類、交換すべきアキュムレータ／電池の充電または放電状態についてのデータならびに同様のデータを送信するために、アキュムレータ／電池交換ステーション内の特定の検出部を走行するときに自動で、或いは手動で、アキュムレータ／電池交換ステーションへのデータの送信を作動させる送信装置を有している。特に、これは、構成に特有のアキュムレータ／電池の少なくとも部分的に完全に充電された状態で存在するアキュムレータ／電池との交換を登録及び実行するために、アキュムレータ／電池交換ステーションに進入する電動車両の登録を実現する。ここで、例えば交換すべきアキュムレータ／電池に関して電動車両に加えられた特定の改造や、そのようなアキュムレータ／電池の交換に対応するように事後に改修された古い車両である旨など、電動車両の個々の特徴も伝送することができる。

電動車両が今や車両内に組み込まれた主充電制御ユニットをもはや必要とせず、そのような制御ユニットがこの車両から切り離されていることから、電動車両の製造コスト、したがって電動モータを備える電動車両の販売価格を、大幅に下げることができ、放電または途中まで放電したアキュムレータ／電池の状態に対して新規に充電されたアキュムレータ／電池を供給するための時間を、大幅に短縮でき、より保守のしやすい電動車両を利用可能にすることができる。

更に、そのような方法は、充電されたアキュムレータ／電池の流通のためのインフラに投資しようと望んでいる投資家にとって経済的に有益である。電動車両のユーザに利用可能な賃貸のアキュムレータ／電池を広く提供することが保証される。これは、ステーションの所有者とアキュムレータ／電池の所有者との間に有益な関係も生み出す。

好ましくは、種々のアキュムレータ／電池の製造者を、やはり種々の購入者群が少なくとも幾つかのグループに標準化されたアキュムレータ／電池を備えている共通のシステムに組み合わせることができる。次いで、少なくとも幾つかのグループに標準化されたアキュムレータ／電池を、少なくとも幾つかのグループに標準化された種々の製造者の車両に収容することができ、迅速なエネルギーの供給という目的のために、このために用意されたアキュムレータ／電池交換ステーションにて好ましくは数分間で交換することができる。購入者群、すなわち所有者が、アキュムレータ／電池を車両の使用者に賃貸する。ステーションは、エネルギーを有するアキュムレータ／電池を、アキュムレータ／電池の製造者と所有者に関わらずに供給する。車両の使用者は、アキュムレータ／電池に対して一括の金額を支払い、これが充電ステーションによって、一対一でアキュムレータ／電池を所有する企業へと渡される。加えて、車両の使用者が、受け取ったエネルギーのコストをステーションへと支払い、ステーションがこれを保持する。車両の種類及びサイズ、並びにエネルギーの消費量の相違は、少なくとも幾つかのグループに標準化された当該車両において使用されるアキュムレータ／電池の種々のサイズと数によって補償され得る。

その利点及び特徴は、図面との連動において以下の説明に示される。

第１の実施形態における本発明の方法の概略図である。 第２の実施形態における本発明の方法の概略図である。 本発明の一実施形態によるアキュムレータ／電池の交換のための装置の部分断面の側面図である。 車両の下面の一部分の図であり、着脱式のアキュムレータ／電池がこの領域に配置されている。 アキュムレータ／電池を交換するための装置上の電動車両の後方からの概略図である。 取り外された状態及び装着された状態における様々な種類のアキュムレータ／電池の側面斜視図である。 アキュムレータ／電池を装着した電動車両の下方からの図である。 一実施形態によるアキュムレータ／電池の交換のための装置の一部分の概略図である。 接続部と固定装置とを備えたアキュムレータ／電池、及び、相補的に電動車両の床領域に形成された受け入れ凹所の一部分の図である。 アキュムレータ／電池交換ステーションの一部分の斜視概略図である。 アキュムレータ／電池交換ステーションの更なる一部分の図である。

図１は、第１の実施形態による本発明の方法を概略図にて示している。この図では、矢印４で示されるように、アキュムレータ／電池交換ステーション５に受け入れられる空のアキュムレータ／電池１，２及び３が、所定の順序で配置されている。本発明による方法の当該実施形態によれば、アキュムレータ／電池６，７及び８のための充電ステーションとしても機能するアキュムレータ／電池交換ステーション５において、それぞれの充電済みアキュムレータ／電池が、割り当てられた空のアキュムレータ／電池１，２，３がステーション５へと進入する順番と同じ順番で提供される。

矢印９で示されたそのような提供は、結果として、それらに割り当てられた空のアキュムレータ／電池１，２，３の順序と同じアキュムレータ／電池の順序を有する。これが、ステーションが特定の企業のアキュムレータ／電池を優先することがないように保証する。

図２は、本発明の方法の第２の実施形態の概略図を示している。この方法の当該実施形態によれば、異なる充電状態を有するアキュムレータ／電池１１，１２，１３が到着して、矢印１４で示されるように、特定の企業Ａのアキュムレータ／電池交換ステーション１５へと供給される。ステーション１５の所有者である企業Ａは、とりわけ自身のアキュムレータ／電池１６を充電して満充電状態で保管し、やはり満充電状態で存在するが企業Ａに属するものではない更なるアキュムレータ／電池１７及び１８を保管する。

アキュムレータ／電池１１，１２，１３が取り出された車両の使用者、並びにステーション１５の作業員又は自動制御装置の両者が、例えば特定のアキュムレータ／電池に対する所望の好みのような種々のパラメータの関数として、特定の順序で満充電状態のアキュムレータ／電池２１，２２，２３の提供１９を可能にする。例えば、自動車の使用者は、企業Ｂからの特定のアキュムレータ／電池を所望でき、これに、好ましくは支払われるべき充電料金の関数として優先度を与えることができる。或いは、異なる種類のアキュムレータ／電池に対して異なる一括請負価格を、１つのステーションにおける同じ充電料金に組み合わせることができる。

図３は、本発明の一実施形態によるアキュムレータ／電池の交換のためのアキュムレータ／電池交換ステーションを、部分断面の概略側面図にて示している。電動車両３１は、プラットフォームとして形成されたベース３９へと乗り入れている。自動車３１の受け入れシャフト３３に配置されたアキュムレータ／電池３４を取り出すために、プラットフォーム状のベースを少なくとも部分的に開くことができる。これは、両矢印４４，４５，４６で示されるように、上下又は側方へとスライドするように設計できる交換ユニット４３，４２によって行われる。

そのプラットフォーム状のベースの下方の検出装置４０が、正しい位置にある車両を検出するように機能する。

アキュムレータ／電池３４は、好ましくは、上部に、受け入れシャフト３３にアキュムレータ／電池３４を機械的に固定するためのロック用または固定用の保持部材と、電気端子接続部３６，３５とを有している。その機械的な保持部材及び電気端子部材の両者は、この場合において上部に位置し、その間隔および形状において、全ての交換式のアキュムレータ／電池４７，４８，３４について標準化されている。

自動車の床面に配置された閉鎖ハッチ３７は、アキュムレータ／電池３４の交換後に受け入れシャフト３３を再び閉じるように機能する。

多数の異なるアキュムレータ／電池４７，４９は、車両下方の下部領域にてステーションの種々の凹所または保管シャフト４８に配置され、それらの凹所に保管されており、常に凹所を満たすように自動的に補充される。

シャフト４８の底部には、後述のとおり、受け入れストラップが取り付けられている。

検出装置４０は、センサ装置の代わりとして、自由に選択できる設置位置から車両位置の光および／または音響による検出を実行することができる。

受け取り装置４２，４３または交換ユニットは、自動的に作動し、即ち放電済みのアキュムレータ／電池３４を自動車の受け入れシャフト３３から自動的に取り出した後、好ましくは充電された状態にて存在する適切なアキュムレータ／電池４９を取り上げる。

全ての交換段階、及び交換プロセスに対する支払いに関係した情報、並びに望ましいアキュムレータ／電池の存在が、表示装置４１においてユーザへと示される。

アキュムレータ／電池が取り外されるときに生じる重量の減少の際に、車両と受け入れシャフト３３の正確な位置を決定及び維持するため、固定装置３８が、車両のダンパーの領域において垂直方向の安定を達成するように機能する。このような固定は、閉鎖ハッチ３７の開放機構と一緒に作動させることができる。

地面の領域のセンサレール３２は、車両そのものを検出し、この車両に特に合わせてアキュムレータ／電池交換ステーション全体を作動させるように機能する。その結果、例えば車両の種類、したがって交換に必要なアキュムレータ／電池の種類が検出される。

電動車両に組み込まれた付加的なエネルギー貯蔵ユニット５０は、交換プロセスの最中に車両の電気系への基本的な電力供給を保証するように機能し、交換されたアキュムレータ／電池によって自動車が走行状態にあるときに充電され、或いは制動プロセスから放出されるエネルギー及び／又は太陽エネルギーによって充電される。

図４は、アキュムレータ／電池が設置された自動車の下面の一部分を、概略図にて示している。アキュムレータ／電池３４は、受け入れシャフト３３の内部に配置され、受け入れシャフト３３は、両矢印５１に沿って変位可能な閉鎖ハッチ３７によって閉じることができる。

電動車両がプラットフォーム状のベースに乗り入れて停止したときに、保護カバー３７が開かれる。交換プロセスの全体にわたって、自動車は、ダンパーの領域にて直接的又は間接的にロックされ、自動車の主たる駆動部への動力供給が中断される。このことは、アキュムレータ／電池の取り付けや取り外しの最中に、自動車が不都合にも動き得ないことを保証する。

アキュムレータ／電池は、中央に配置された固定用の保持部材６０（迅速な固定の部材として形成されている）から、取り外し装置４２，４３によって、例えばツイストロック６０へと捩じりの動きを加えることによって、取り外される。

更に、ロック用部材５６，５７，５８及び５９が、アキュムレータ／電池を自動車の車体にも接続するために、受け入れシャフト３３のフレームに沿った側面に取り付けられている。これは、アキュムレータ／電池の装着状態を検出した後に、好ましくは自動的に行われる。

その取り外し装置は、端部にてアキュムレータ／電池の受け部材５３及び５２に係合するアーム状部材を有している。

例えば賃貸サイクル当たりの賃貸コストのコスト計算、先の充電サイクルの量、および保守間隔の数を許容するために、組み込みのチップ状のデータ素子５５が、自動的に、例えばトランスポンダ技術によって、情報を所有者へと送信し、該当するのであれば、自動車についての情報を充電ステーション又はアキュムレータ／電池交換ステーションへと送信する。

また、アキュムレータ／電池３４には、ステーションと通信し、該当するのであれば車両ごとの車載の計器と通信するための、チップユニット５４が取り付けられる。

図５は、プラットフォーム状のベース上の電動車両を概略後面図にて示している。自動車３１の隣には、クレジットカード又はチェックカードによって交換プロセスに対する支払いを実行するように主として機能し、該当するのであれば作業員と通信するために機能する端末６１又は操作ユニットが配置されている。これに代えて又は加えて、地面に配置されて車両が上方を移動するときに信号を受信するセンサレール３２がチップユニット５４からの情報を正しく読み取らなかった場合には、車両識別カードを手動で挿入することができる。

図６は、考えられる多数の様々なアキュムレータ／電池を、装着された状態と取り外された状態で示している。種々の標準化されたアキュムレータ／電池の形態について、全部で３つの変種が示されている。参照番号３４ａによるタイプ１と参照番号３４ｃによるタイプ３は、例えば後部座席の背後または前部領域に装着できる直立型のアキュムレータ／電池である。参照番号３４ｂによるタイプ２は、その平たい設計ゆえに車両座席の下方の床面に装着できるアキュムレータ／電池である。

図７は、平たい形状のアキュムレータ／電池を床面に備えている自動車を下方から示している。床ハッチまたは閉鎖ハッチ３７は、取り外し装置４２，４３を中央の固定ユニット６０へとアクセスさせることができるように、開くことができる。アキュムレータ／電池は、アキュムレータ／電池を高さ方向に貫いて延びる棒状の部材によって、車両の車体へと好都合に取り付けられ、上部及び下部に、捩じることができる固定ユニット６０を有している。更に、その取り外し装置のための受け点５２，５３が、図示されている。

閉鎖ハッチ６２は、固定ユニット６０を保護するように機能する。

図８は、本発明の一実施形態によるアキュムレータ／電池交換ステーションの一部分を概略斜視図にて示している。このステーションは、例えば図示の通りに構成できる取り外し装置４２，４３を有する。取り外し装置４２，４３は、その中央に配置された解放部材６４を有するヘッドユニット６７を備えており、その解放部材６４が、相補的に設計された解放穴を有する固定部材６０に導入される。このため、解放部材６４が矢印６５，６６で示されるように捩じられることで、固定部材６０も参照番号６３で示されるように捩じられて開く。

カメラ６６は、この自動的な接続方法を、ヘッドユニット６７とアキュムレータ／電池との間の正確な嵌め合いを持って実行できるように確保するのに役立つ。

受け面７０は、アキュムレータ／電池の受け点５２，５３に係合するように機能する。このために、関節６９を持つアーム６８が配置され、これらを両矢印で示されるように任意の方向に動かすことができる。当然ながら、ヘッドユニットの全体を、その長手軸を中心にして回転させることができ、両矢印４６で示されるように上下に動かすことができる。ヘッドユニット、したがって取り外し装置の平行移動も、矢印７１で示されるように可能である。

ヘッドユニット６７が固定部材６０に取り付けられたとき、解放ユニット６４が捩じられてロックを開き、次いでヘッドユニットを下げることで、アキュムレータ／電池の下面に取り付けられたアーム６８によりアキュムレータ／電池が取り外される。

図９は、取り外されたアキュムレータ／電池３４を、車両の内部に相補的に形成された受け入れシャフト３３の一部分と共に示している。底部にて固定装置６０に接続された中央のロック用ディスク７３は、横ペグを有する。横ペグは、相応に捩じられたときに、相補的に形成された受け入れシャフトの開口７５に係合でき、更に捩じることにより受け入れシャフトとの接続固定を確保する。

標準化された端子接続部３５は、相補的に形成された接続ユニット３６に係合する。部材７２は、アキュムレータ／電池と車両との間の付加的な情報の接続、機械的な固定、冷却システムの接続制御、或いは端子接続を構成し得る。部材３５，３６は、アキュムレータ／電池に含まれるエネルギーについて、車両のモータ及び残りの機器への電力供給を確保し、これらの部材を介して、例えば制動プロセスによって放出されるエネルギーをアキュムレータ／電池に送り返して充電できるという点で、エネルギーの戻りの給送を行うことができる。

中央に配置された解放機構６０の捩じりの動きによって、側面に取り付けられた差し込みペグ７７は、アキュムレータ／電池の中央の固定部材６０が開かれるときに差し込みペグ７７が引き込まれるように、動かすことができる。これは、装着された状態のアキュムレータ／電池の更なるロックを保証する。これらの差し込みペグ７７は、対応して形成された相補的な凹所７６に係合できる。

アキュムレータ／電池の側面に取り付けられた案内レール７２は、相補的に設計された受け入れシャフト３３の案内溝７４に係合することができる。

図１０は、ステーションの一部分を図式的に示している。この部分は、放電済み状態のアキュムレータ／電池を取り外し装置４２，４３から受け取って、アキュムレータ／電池を充電ステーションユニットへと運ぶコンベアベルト７９上に置く取り外しコンベアベルト８０を有している。更に、このプロセスの最中に、保守ユニット７８が、充電済みのアキュムレータ／電池から放電済みのアキュムレータ／電池へと移される。この保守ユニットは、充電及び保管のプロセスの間ずっと、放電済みのアキュムレータ／電池に随伴し、このアキュムレータ／電池の管理の役割を果たす。これにより、アキュムレータ／電池が、その性能に関して最適な保守を受け、提供の時点までに電圧が失われることがないように確保される。

案内ユニット８０ａは、コンベアベルトを動かす役目を果たす。

図１１は、本発明によるアキュムレータ／電池交換ステーションの更なる部位を取り出して図示している。自動エレベータシステム８１，８２は、放電済みのアキュムレータ／電池をコンベアベルト７９から受け取ると同時に、保守ユニット７８をパワーレール９２へとスライドさせるように機能する。次いで、アキュムレータ／電池８７が、提供ベルト９０に既に受け取られたアキュムレータ／電池８３，８４へと積み重ねられる。移動の方向は、矢印８５，８６，８８及び８９によって示されている。

空のアキュムレータ／電池８７は、キャリア９１に配置される。

アキュムレータ／電池交換ステーションにおいて、取り外されたアキュムレータ／電池は、充電ステーション部へと運ばれ、該当するのであれば保守ステーション抽出部へと運ばれる。ここで、アキュムレータ／電池は、エネルギーで充電され、好ましくはその機能が検査され、該当するのであれば保守のために運ばれ、或いは機能不良の場合に排除される。また、保守ユニットによって、完全には放電していないアキュムレータ／電池を、最初に放電させてから充電することができ、アキュムレータ／電池の寿命にとって有用である。

各々のアキュムレータ／電池は、好ましくは賃貸することができ、放電サイクルごとに支払いを受けることができる。

このようにして、様々なステーションにてアキュムレータ／電池を簡易な方式で自動的かつ迅速に交換できる点で、電動車両について、大量の好ましくは広範囲に及ぶエネルギー供給が可能となる。

本出願の出願書類に開示される全ての特徴は、個々に又は組み合わせにおいて従来技術に対して新規である限りにおいて、本発明に不可欠なものとして要求される。

Claims (10)

1. 構成が少なくとも幾つかのグループに標準化されていて少なくとも部分的に空のエネルギー状態にある複数のアキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）が、好ましくは下方から、迅速な固定を可能にする装置によって、予め指定された順序で、自動的に電動車両から取り外されて取り出され、
   前記アキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）が、アキュムレータ／電池交換ステーション（５）にて、満タンのエネルギー状態のアキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）と自動的に交換され、その満タンのエネルギー状態のアキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）が、前記迅速な固定を可能にする装置によって、前もって決定できる順序で、電動車両に自動的に取り付けられることを特徴とする電動車両のアキュムレータ／電池の交換方法であって、
   取り付けられるアキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）の前もって決定できる順序を、取り出されたアキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）の前記予め指定された順序とは別個独立に、アキュムレータ／電池交換ステーション（５）および／またはアキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）に位置する選択装置によって、手動または自動的に選択できることを特徴とする方法。
2. 取り付けられるアキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）の前記前もって決定できる順序が、取り出されたアキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）の前記予め指定された順序に一致することを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記満タンのエネルギー状態のアキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）を、前記選択装置によって、前記アキュムレータ／電池交換ステーション（５）のアキュムレータ／電池の保管品から選択できることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 少なくとも１つのデータユニット（５５）が、アキュムレータ／電池の所有者および／または製造者、行われた充電サイクル並びにその回数および時刻、現時点の充電状態および充電価格、現在位置、実施済みまたは未実施の保守作業、ならびに同様のデータについての情報とともに、各アキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）に配置され、
   前記データユニットが、前記選択装置および／または表示ユニットへとデータを送信し、該当するのであれば前記選択装置および／または表示ユニットからデータを受信し、あるいは前記データが、アキュムレータ／電池の所有者によって走査装置で照会されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記データユニット（５５）が、チップとして形成され、好ましくはＲＦＩＤチップとして形成されていることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 前記アキュムレータ／電池交換ステーション（５）にて、前記取り出されたアキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）について、該当するのであれば、自動で放電および／または保守が行われ、特に冷却システムの保守が行われ、さらに／あるいは充電が行われることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 電動車両のアキュムレータ／電池を交換するためのアキュムレータ／電池交換ステーションであって、
   構成が少なくとも幾つかのグループに標準化されていて少なくとも部分的に空のエネルギー状態にある複数のアキュムレータ／電池を、好ましくは下方から、迅速な固定のための装置によって電動車両から取り外し、該アキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）のエネルギー状態を充電するべく個々の充電ステーションに該アキュムレータ／電池を順次または同時に割り当てるために、予め指定された順序で電動車両から取り出す取り外し装置、
   少なくとも部分的に満タンのエネルギー状態にある選択可能なアキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）を予め指定された順序で自動的に抽出するための保管品抽出装置、及び、
   満タンのエネルギー状態にあるアキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）を選択可能な順序で車両に搭載するための積み込み装置、を特徴とするアキュムレータ／電池交換ステーション。
8. 電動車両のアキュムレータ／電池を交換するためのアキュムレータ／電池交換ステーションであって、
   アキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）の標準化された構成、それらの充電状態、および／または品質の関数として、更には／或いは選択装置の作動に応じて、好ましくは満タンのエネルギー状態にあるアキュムレータ／電池の前もって定めることができる選択可能な順序を決定する中央制御装置、を特徴とするアキュムレータ／電池交換ステーション。
9. アキュムレータ／電池を備える電動車両であって、
   標準化された構成のアキュムレータ／電池（１，２，３，６，７，８，１１，１２，１３，１６，１７，１８，２１，２２，２３，３４，４７，４８，４９，８３，８４，８７）の収容と取り外しのために標準化された構成の受け入れシャフトを有し、
   アキュムレータ／電池の交換についてアキュムレータ／電池交換ステーション（５）に前記電動車両を登録して交換プロセスを開始させるために、アキュムレータ／電池交換ステーション（５）の受信装置へと送信できる、アキュムレータ／電池の構成、電動車両の種類、およびアキュムレータ／電池の現時点の充電状態についてのデータ、ならびに同様のデータを、自動的または手動でアクティベートすることを特徴とする電動車両。
10. データを送信するための送信機を有することを特徴とする請求項９に記載の電動車両。

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