KR101433704B1 - 전력 공급 유닛, 육상 차량, 육상 차량에 포함된 전력 공급 유닛의 교환 방법 및 교환소 - Google Patents

전력 공급 유닛, 육상 차량, 육상 차량에 포함된 전력 공급 유닛의 교환 방법 및 교환소 Download PDF

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Abstract

본 발명은 재충전가능한 전기 전력저장부(3) 및 충전소(29)의 제1코일 및 제2코일(9) 사이에 에너지 전달을 유도하기 위해 제1코일(28)과 연결되는 제2코일(9)을 가지며, 육상 차량(26), 특히 차 바퀴로 움직이는 차량의 탑재된 전기 시스템(8)에 공급하기 위한 전력 공급 유닛(1;21), 육상 차량, 육상 차량에 포함된 전력 공급 유닛의 교환 방법 및 교환소에 관한 것이다. 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명한 것으로서, 본 발명은 전력 공급 유닛(1;21)과 탑재된 시스템(8) 사이에 전력 전달을 위해 육상 차량(26)에 배치된 상대 연결 요소(7;24)에 연결되는 연결 요소(6;23)를 가지며 교환가능한 완전 유닛으로 설계되는 전력 공급 유닛(1;21)과, 상응하는 육상 차량, 육상 차량에 포함된 전력 공급 유닛의 상응하는 교환 방법 및 상응하는 교환소에 의해 차량에서 전기 전력저장부 및 제2코일의 배치 시 공간을 절감하고, 육상 차량에서 전기 전력저장부를 충전하며, 전기 전력저장부를 신속하게 교환할 수 있다.

Description

전력 공급 유닛, 육상 차량, 육상 차량에 포함된 전력 공급 유닛의 교환 방법 및 교환소{ENERGY SUPPLY UNIT, LAND VEHICLE, REPLACEMENT STATION AND METHOD FOR REPLACING AN ENERGY SUPPLY UNIT CONTAINED IN A LAND VEHICLE}
본 발명은 청구항 1의 전문에 따른 전력 공급 유닛, 청구항 11의 전문에 따른 육상 차량, 육상 차량에 포함된 전력 공급 유닛의 교환 방법 및 교환소에 관한 것이다.
주지된 육상 차량, 특히 자동차와 같이 차 바퀴로 작동되는 차량의 경우에, 전기 모터를 추가적이거나 단독의 추진 모터로 사용하도록 제안하는 것이 증가하고 있다. 이러한 전기 에너지를 전기 모터에 공급하기 위해, 차 바퀴로 움직이는 차량, 또한 간단히 말해서 다음과 같이 언급되는 차량은 재충전가능한 차량 배터리의 형태로 재충전가능한 전기 전력저장부를 가진다. 종래의 연료 구동 육상 차량의 경우에 차량 배터리는 차량의 추진에 의해 방전되어, 연료를 재주입하여야 하는데, 즉 시간이 어느 정도 지나면 전기적으로 재충전해야 한다. 이 경우, 종래기술의 상태에서는 전력저장부를 즉시 충전할 수 있는 다수의 다른 방안을 제공한다. 그러나, 기한이 알려져 있는 전기 전력저장부, 특히 재충전가능한 배터리 또는 축전기의 경우 전력저장부를 완전히 충전하는데 걸리는 평균 충전 시간이 수시간 걸리고, 따라서 연료탱크에 연료 또는 가스 연료를 주입하는 시간보다 휠씬 더 오래 걸린다. 그러나, 사용자가 몇 분 이내에 연료를 주입하는데 익숙해져 있어서, 상기한 문제는 오로지 전기 추진 모터만을 장착하는데 커다란 장애가 된다.
방전된 차량 배터리를 충전된 차량 배터리로 교체하는 것과 관련하여 상기한 문제점을 해결하기 위한 방안들이 이미 존재한다. 그러나, 차량이 상응하는 배터리 교환소로부터 방전된 차량 배터리로 인해 정지 거리에 다다르게 되면, 방전된 차량 배터리의 교체가 차량의 엄청난 하중으로 인해 즉각 이루어질 수 없다. 반면에 연료 구동 차량의 경우 필요하다면 가장 가까운 주유소까지 운전하는데 필요한 연료가 주유소에서 차량으로 이동식 연료통에 의해 운반될 수 있지만, 차량 배터리가 수십 킬로그램으로 무게가 많이 나가는 경우에는 이것도 불가능하다. 이경우에, 차량이 견인 트럭에 의해 가장 가까운 배터리 교환소까지 견인되어야 한다.
차량 배터리를 재충전하기 위한 다른 방안을 제안하면, 차량 배터리는 충전소의 지상에 배치된 제1코일과 차량의 하측에 배치된 제2코일에 의해 전자기 유도로 충전될 수 있다. 상기 충전소는 예를 들면 소유주 차량의 집에 있는 차고 또는 공공 주차장에 제공될 수 있고, 그 곳에서 차량은 충전시간이 수 분 걸리는 간단한 충전 작업에 의해 부분적으로 충전되거나 충전시간이 수 시간 걸리는 충전 작업에 의해 완전히 충전될 수 있다. 그러나, 차량 배터리 및 제2코일 둘 다 차량에서 상대적으로 많은 공간을 차지하여, 둘 다 차량 외측으로부터 용이하게 접근가능하여야 하지만-즉 차량 배터리는 단순하고 신속한 교체가 이루어지고, 제2코일은 제1코일과 전기적 유도작용에 의한 연결이 양호하여야 하지만-특히 소형 또는 중형 차량의 경우에 차량 하측의 이용가능한 공간은 제2코일 및 교체가능한 차량 배터리를 수용하기에 부족하다. 이것은 두 가지 해결방안의 조합을 방해하고, 또한 종래기술의 상태에서 잘 알려져 있지 않다.
독일공개특허 DE 10 2007 054 396 A1은 배터리의 측면 벽면에 위치한 나선형 도체의 배치를 가지는 주지된 차량에 관한 것이다. 배터리를 충전하기 위해 충전장치는 충전장치의 나선형 도체 배치와 충분한 연결을 확보하기 위해 배터리의 측면 벽면에 가능한 가깝게 배치되어야 한다. 배터리가 차량 모터의 구획에 장착되는 경우에 거기에 제한된 설치공간으로 인해 모터 구획의 바깥에서 충전장치의 나선형 도체 배치 위치를 유도하는 것이 불가능해진다. 그 결과 나선형 도체 배치의 자기적 연결이 어려워진다.
독일공개특허 DE 24 10 102 A1은 배터리로 구동되는 차량의 배터리 교환장치에 관한 것으로서, 교체 트롤리(TROLLEY)가 배터리를 모으거나 배출시키는 기능을 하고, 상기 트롤리는 수직방향에서 교환 위치에 고정된 차량을 향하여 운전방향으로 이동할 수 있다. DE 694 25 511 T2는 교체가능한 차량 배터리가 차량으로 삽입되고나 차량의 측면에서 밖으로 인출될 수 있는 배터리 충전 및 이송 시스템에 관한 것이다. 상기 주지된 장치에 의하면 둘 다 측면에서 삽입함으로 인해 교환 장치는 더 많은 공간이 필요하고, 더우기 안전 장치가 구비되어 배터리를 교체하는 동안에 차량의 측면 공간에서 걷을 수 있는 공간을 가로막는 단점이 있다.
US 5 998 963 A는 전기 차량의 배터리 충전 및 교환소에 관한 것이다. 이 충전 및 교환소에 의하면 배터리가 배터리를 충전하기 위한 충전소와 접촉하여 전기적으로 연결되어야 한다.
따라서, 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 발명한 것으로서, 차량에서 전력저장부와 제2코일의 배치공간을 축소할 수 있고, 육상 차량의 전력저장부를 충전 및 전력저장부를 신속하게 교환할 수 있는 육상 차량의 차량 전기 시스템을 공급하기 위한 전력 공급 유닛, 육상 차량, 육상 차량에 포함된 전력 공급 유닛의 교환 방법 및 교환소를 제공하는데 근본적인 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 청구항 1을 특징으로 하는 전력 공급 유닛, 청구항 11을 특징으로 하는 육상 차량, 및 청구항 18 및 청구항 22을 각각 특징으로 하는 육상 차량에 포함된 전력 공급 유닛의 교환 방법 및 교환소를 포함한다. 본 발명의 이로운 구현예 및 유리한 효과는 첨부된 청구항에 개시되어 있다.
본 발명에 따른 초기에 지명된 전력 공급 유닛은 전력 공급 유닛과 차량 전기 시스템 사이에 에너지 전달을 위해 육상 차량에 배치된 상대 연결 요소와 연결하는 연결 요소를 가지며 교환가능한 완전 유닛의 형태로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이 경우 전력 공급 유닛을 수용하고 전력 공급 유닛의 연결요소와 연결되는 상대 연결 요소를 가지도록 설계된 것을 특징으로 하는 초기에 지명된 육상 차량에 전력 공급 유닛을 용이하게 삽입 및 인출할 수 있다. 상기 전력 공급 유닛은 또한 전력 공급 유닛을 제거하지 않고 충전소에서 간단하거나 적절한 충전 작업에 의해 육상 차량을 충전시키는 것이 가능하다. 게다가, 방전된 경우에 본 발명에 따른 전력 공급 유닛에 의하면 본 발명에 따른 교환소에서 다른 완전 충전된 전력 공급 유닛으로 신속한 교환을 할 수 있다. 이 경우 충전하는 동안 여기까지 필요한 육상 차량의 긴 정지 시간 및 이와 관련된 대기 시간을 피할 수 있다. 교환가능한 완전 유닛 내에서 제2코일 및 전력저장부를 통합하는 경우에 또한 편리함과 비접촉에 의해 본 발명에 따른 교환소에서 전력 공급 유닛에 포함된 전력저장부의 충전시 대부분의 위험요소를 제거할 수 있다. 게다가, 본 발명은 교환소에서 전력 공급 유닛의 전력저장부를 충전시키기 위해 충전장치와의 어떠한 접촉도 피함으로써, 교환소에서 전력 공급 유닛의 교환을 완전 자동 방식으로 수행되도록 할 수 있다.
바람직한 일 실시예에서 전력 공급 유닛은 육상 차량의 차량 전기 시스템 제2코일과 같이 구현된 상대 연결 요소와 차량 전기 시스템 제1코일 사이에 에너지 전달을 유도하기 위해 차량 전기 시스템 제1코일을 연결요소로 가질 수 있다. 차량의 외측에 배치된 제1코일에서 전력 공급 유닛으로의 에너지 전달과, 전력 공급 유닛에서 차량 전기 시스템으로의 에너지 전달이 전기 유도, 즉 비접촉식으로 수행됨에 따라, 전력 공급 유닛과 충전 장치 또는 차량 전기 시스템 사이에 에너지를 전달함에 있어서 어떠한 종류의 기계적인 접촉도 필요가 없다. 따라서, 전력 공급 유닛은 완전히 밀봉된 완전 유닛으로 구현되어, 먼지, 수분 또는 다른 물질이 전력 공급 유닛으로 침투하는 것을 안전하게 방지할 수 있다. 게다가, 전기적인 접촉을 사람 또는 물건의 접촉으로부터 보호하기 위해 다른 보호수단이 필요없다. 상기한 전력 공급 유닛은 어떠한 기계적인 이동 부품도 요구하지 않기 때문에, 이것을 위해 이동의 용이함을 정기적으로 확인할 필요가 없고, 기계적인 이동부품의 정기적인 용이함을 제거할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예는 육상 차량에 구비되는 적어도 하나의 상대 연결 요소와 신속하게 기계적으로 연결하는 적어도 하나의 연결요소를 가질 수 있다. 이경우 전력 공급 유닛을 차량에 단순하고 신속한 방식으로 안전하게 연결하고, 차량에서 신속하고 단순한 방식으로 장착될 수 있다. 이로 인해 전력 공급 유닛의 자동 교환을 확보하는 것이 용이하다. 이를 위해, 상기 전력 공급 유닛을 육상 차량에 삽입하는 경우에 이롭게도 적어도 하나의 포지셔닝(Positioning)요소는 본 발명에 따른 육상 차량에 배치된 적어도 하나의 상대 포지셔닝 요소와의 연결을 위해 제공되어, 연결요소 또는 요소들 및 상대 연결요소 또는 요소들을 서로에 대하여 용이하고 정확하게 위치시킬 수 있다.
교환소의 스토어에 고정된 제2전력 공급 유닛에 의해 본 발명에 따른 육상 차량에 포함되는 제1전력 공급 유닛을 교체하기 위한 본 발명에 따른 교환소는 제1전력 공급 유닛을 육상 차량으로부터 인출하고, 제1전력 공급 유닛을 스토어로 이송 및 제2전력 공급 유닛을 스토어에서 교환장치로 이송하기 위한 이송장치로 제1전력 공급 유닛을 이송하기 위해 땅 속에 배치된 교환 장치를 가진다. 이 경우 전력 공급 유닛의 신속한 교환에 의해 연료 구동 육상 차량에 연료 주입하는 시간과 거의 동일한 시간이 걸린다.
방전된 전력 공급 유닛을 육상 차량에서 탈거하여 신속하고 용이하게 재충전하기 위해, 유익하게도 교환소의 스토어는 하나 이상의 수용부를 가지며, 상기 수용부에 저장된 전력 공급 유닛의 제2코일과 충전 제1코일 사이에 에너지 전달을 유도하기 위해 각 수용부는 충전 제1코일을 가진다.
교환에 유리한 공간을 절감하는 실시예에서 교환 장치는 전력 공급 유닛을 이동가능하게 수직방향으로 지지하며, 2 트랙 육상 차량의 두 트랙 사이에 형성되는 웅덩이에 배치되는 승강장치를 가질 수 있다. 이 경우 차량의 하측에 배치된 전력 공급 유닛을 신속하고 안전하게 탈거할 수 있다. 게다가, 상기 교체가 지하에서 이루어져서 지상 공간이 크게 필요 없다. 이것은 연료를 주입하기 위한 주유소가 지상으로 추가 공간이 필요 없는 교환소로 전환될 수 있음을 의미한다. 종래의 주유소의 지하에 배치된 커다란 탱크를 제거하여야 하기 때문에, 터파기 작업이 또한 구역 내에서 존재한다.
바람직한 일실시예에서, 제어장치는 전력 공급 유닛의 자동 교환을 위해 제공되어 작업 인원 및 위험을 최소화화고, 존재하는 작업인원을 가능한 한 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 제2전력 공급 유닛에 의해 육상 차량에 포함된 제1전력 공급 유닛을 교체하는 방법은 a) 교환장치의 교환 영역에 육상 차량을 위치시키는 단계, b) 교환장치에 의해 제1전력 공급 유닛을 연결하는 단계, c) 상기 제1전력 공급 유닛과 육상 차량 사이에 기계적인 연결부를 개방시키는 단계, d) 상기 제1전력 공급 유닛을 육상 차량으로부터 교환장치로 탈거하는 단계, e) 사전에, 동시에, 또는 나중에 상기 제1전력 공급 유닛을 교환 영역 밖으로 이송하는 단계, f) 충전 장치에 제2전력 공급 유닛을 로딩(loading)하는 단계, g) 동시에 또는 나중에 상기 제2전력 공급 유닛을 교환 장치로 육상 차량에 피팅(fitting)하는 단계, h) 상기 제2전력 공급 유닛과 육상 차량 사이에 기계적 연결을 발생시키는 단계,를 포함하여 이루어진다. 이 경우에 전력 공급 유닛의 교체를 신속하고 용이하게 수행되고, 상기 방법의 유익한 실시예에서 적어도 b) 내지 h) 단계는 자동화될 수 있다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였는바, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
도 1은 부분적으로 개구되며 본 발명에 따른 전력 공급 유닛의 제1실시예를 보여주는 개략도
도 2는 부분적으로 개구되며 본 발명에 따른 전력 공급 유닛의 제2실시예를 보여주는 개략도
도 3은 본 발명에 따른 육상 차량에서 본 발명에 따른 전력 공급 유닛의 충전 작업을 설명하기 위한 개략도
도 4a 내지 도 4h는 본 발명에 따른 육상차량에 포함된 전력 공급 유닛을 교체하기 위한 방법의 다른 단계 동안에 본 발명에 따른 교환소를 설명하기 위한 개략도
도 5는 도 4a)에서 교환소의 상세도
도 1은 본 발명에 따른 전력 공급 유닛(1)의 일 실시예를 보여주고, 본 발명의 더 나은 이해를 돕기 위해 부분 단면을 보여주는 것으로서 전력 공급 유닛(1)은 밀봉된 박스 형태의 하우징(2)을 포함한다. 하우징(2)은 바람직하게 내산성이 있는 재료로 만들어져 하우징(2) 내부에 포함된 전력저장부(3)가 손상될 경우에 유독성의 배터리 산 또는 증기가 노출되는 것을 방지할 수 있도록 되어 있다. 상기 하우징(2)은 또한 도면에 나타낸 형태와 다른 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 전력저장부(3)는 재충전가능한 제1배터리(3a) 및 제2배터리(3b)로 구성되고, 각각은 양극 터미널(+)과 음극 터미널(-)을 가진다. 이것들 대신에 다른 전력저장부가 전기 전력을 저장하기 위해 사용될 수 있고, 예를 들면 소위 슈퍼캡 또는 재충전가능한 배터리와 슈퍼캡의 조합이 사용될 수 있다. 전력저장부(3)로부터 원하는 공급 전압을 제공하기 위해 제1배터리(3a)의 음극 터미널(-)이 일련의 리드선(4)을 통해 제2배터리(3b)의 양극 터미널(+)에 연결되어 있다. 제1배터리(3a)의 양극 터미널(+)과 제2배터리(3b)의 음극 터미널(-)로부터 연결리드선(5+,5-)이 접촉 커넥터(6)의 형태에서 연결 요소에 연결되어 있다. 도 1에서 접촉커넥터의 접촉은 도 1에서만 표시된 차량 전기 시스템(8)과 접촉하는 차량 전기 시스템 커넥터(7)의 형태에서 상대 연결 요소에 전기적 유도 방식으로 연결되어 있다. 따라서, 전력이 전력저장부(3)와 차량 전기 시스템(8) 사이에 전달될 수 있다.
차량 외측으로부터 전력저장부(3)에 충전하고자 할 경우에, 본 발명은 하우징(2)에 고정되거나 통합된 제2코일(9)을 제공하고, 본 발명의 경우에 자기 자신의 캐스트 코일 포머(10)(cast coil former) 내부에 삽입되어 있다. 코일 포머(10)는 제2코일(9)에 직접 연결되어 있다. 제2코일(9)은 전력연결부(11)를 통해 컨트롤러 또는 정류기(12)와 연결되어 있다. 본 발명의 경우에서 보여지는 제2코일(9)은 단일의 원형으로 배치되지만, 다른 형태 또는 복수의 제2코일(9)을 제공할 수 있다.
정류기(12)의 양극 출력은 양극 충전 리드선(14)을 통해 제1배터리(3a)의 양극 터미널(+)과 연결되고, 정류기(12)의 음극 출력은 음극 충전 리드선(14)을 통해 제2배터리(3b)의 음극 터미널(-)과 전기유도방식으로 연결되어 있다. 제2코일(9)에 의해 교류 전압 및 교류 전류의 형태로 공급되는 전력은 전력저장부(3)와 정류기(12)를 가지는 차량 전기 시스템(8)에서 요구되는 직류 전압 및 직류 전류로 변환된다. 이러한 종류의 컨트롤러 또는 정류기(12)의 작동방법 및 설계는 잘 알려져 있다.
게다가, 전력 공급 유닛(1)은 통신 인터페이스(15)와 배터리 관리 시스템(16)을 포함하고, 이것의 둘 다는 순환 관통 공급 리드선(17)을 통해 정류기(12)에 의해 필요한 공급 전압으로 공급된다.
통신 인터페이스(15)는 통신 리드선(18)을 통해 제2코일(9)과 연결되어, 예를 들면 전력 전달 신호 상으로 변조된 통신 신호를 평가할 수 있다. 이것은 전력 공급 유닛(1)이 제2코일(9)을 통해 외부로부터 어드레스되도록 한다. 동일한 방식으로 통신 인터페이스(15)는 전력 공급 유닛(1)으로부터 혹은 차량 전기 시스템(8)으로부터 필요할 경우에 제2코일(9)을 통해 반대방향으로 외측으로 데이터를 전송할 수 있다.
배터리 관리 시스템(16)은 4개의 배터리 관리 리드선(19)에 의해 전력저장부(3)의 배터리의 양극 및 음극 터미널(+,-)과 연결되어, 배터리의 충전상태를 모니터하고, 필요에 따라 배터리의 충전 및 방전을 제어한다. 정류기(12), 통신 인터페이스(15) 및 배터리 관리 시스템(16)은 서로 연결되어 데이터를 송수신하고, 예를 들면 배터리 관리 시스템(16)은 정류기(12)로부터 배터리로의 전력 공급을 제어할 수 있다. 반대로, 이것은 통신 인터페이스(15)가 전력 공급 유닛(1)에서 결정된 데이터를 전달하고, 차량 전기 시스템(8)에서 필요할 경우에 예를 들면 전력 요구 충전 상태 및 전력 저장부와 전력 공급 유닛(1)의 파라미터에 대한 정보를 제공하기 위해 전기 유도로 외부에 전달한다.
전력 공급 유닛(1)을 육상 차량(26)에 안전하게 고정하기 위해, 2개의 커플링 요소가 하우징(2)에 배치된 자루(20)(lug) 형태로 제공되어 하우징(2) 위에 돌출되어 있다. 상기 자루(20)는 육상 차량(26)의 오목한 홈에 채용되고, 오목한 홈에서 이동하는 핀 형태의 상대 커플링 요소가 자루(20)를 통해 자동적으로 이동하여 모든 작동 상태에서 전력 공급 유닛(1)을 육상 차량(26)에 안전하게 고정될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전력 공급 유닛(21)의 다른 실시예는 차량 전기 시스템(8)으로의 전력 전달 연결 특성 측면에서만 도 1의 전력 공급 유닛(1)과 차이가 있고, 이러한 차이가 나는 이유를 설명하면 다음과 같다. 따라서 동일한 요소는 상기한 참조부호와 동일하게 지시된다.
도 1에서 전력 공급 유닛(1)의 실시예와 반대로, 도 2에 따른 전력 공급 유닛(21)에서 연결 리드선은 상응하는 차량 전기 시스템(8) 연결부와 접촉하기 위해 전기적인 유도로 연결되지 않고 인버터(22)로 연결된다. 인버터(22)는 전력 저장부에 의해 공급되는 직류 전압 및 직류 전류를 교류 전압 및 교류 전류로 변화하여 연결요소와 같이 그것의 출력부와 연결되는 차량 전기 시스템 제1코일(23)에 공급할 수 있다. 이것은 차량 전기 시스템(8)의 제2코일(9)의 형태로 상대 연결요소에 에너지 유도로 전달하여 전력을 차량 전기 시스템(8)에 공급한다. 이를 위해, 차량 측에서 정류기(25)가 차량 전기 시스템(8)의 제2코일(9)과 차량 전기 시스템(8) 사이에 연결되고, 상기 정류기(25)는 코일 장치를 통해 전달되는 교류 전압 및 전압을 다시 차량 전기 시스템(8)에서 필요한 직류 전압 및 전류로 변환한다.
이것은 전력 공급 유닛(21)이 완전하게 케이스에 삽입될 수 있도록 어떤 종류의 전기적인 접촉도 더 이상 필요하지 않는다는 것을 의미한다. 따라서, 기계적으로 활성화된 요소가 없고, 이것은 유지보수가 매우 용이함을 의미하여 유지보수 간격이 연장될 수 있다. 게다가, 사람이나 물건이 도 1의 실시예의 접촉 커넥터(6)와 접촉을 통해 안전사고가 발생할 염려가 없어서 접촉 커넥터(6)의 상응하는 보호가 필요 없다. 이것은 차량 전기 시스템 제1코일(23), 차량 전기 시스템 제2코일(24), 인버터(22) 및 정류기(25)의 추가로 인해 증가된 비용이 정당화됨을 의미한다. 상기한 배치로 인해 발생될 에너지 손실은 오늘날 정류기(25) 및 인버터(22)의 고효율에 따른 허용가능한 한계 내에서 존재한다.
도 3은 본 발명에 따른 전력 공급 유닛(1)이 본 발명에 따른 육상 차량(26)의 하측(27)에 장착된 모습을 보여준다. 육상 차량(26)은 설치된 상태에 있는 전력 공급 유닛(1)의 전력저장부(3)를 충전하기 위한 충전소(29)의 제1코일 위에 위치한다.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 다른 단계별로 본 발명에 따른 교환소를 도식적으로 표시하고, 이를 기초로 하여 육상 차량(26)에 배치된 제1전력 공급 유닛(1)을 교환하기 위한 본 발명에 따른 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 4a)의 왼쪽에서 거의 완전히 방전된 전력 공급 유닛(1)을 가지며 교환소로 달리고 있는 차량을 보여준다. 만약 상기 차량이 긴 대기시간 없이 한층 더 운전되면 전력 공급 유닛(1)은 교환소에서 신속하게 충전될 수 있음에 틀림없다. 도 5는 도 4a)의 충전소(29)를 확대한 모습을 보여준다.
충전소(29)는 차량의 트랙 아래에 웅덩이에 배치되고 가위 레버가 배치된 형태로 이루어지는 충전 장치와 같이 충전영역 아래에 배치된 리프팅 장치를 보여준다. 도 4에 도시하지는 않았지만 유압 구동에 의해 가위 레버의 배치를 도 4a의 위치에서 연장된 도 4b의 위치로 상승시킨다. 그 자체로는 알려진 다른 적절한 구동은 또한 유압 구동 장소에서 사용될 수 있다. 상기 교환소에서 본 발명에 따른 복수의 전력 공급 유닛(32 내지 36)은 스토어(31)에 저장되고, 제1코일을 충전하며 관련된 수용부에서 충전된다. 각 전력 공급 유닛(1,32 내지 36)용 충전 제1코일(1",32" 내지 36")을 가지는 수용부(1',32' 내지 36')는 도 5의 실시예에 의해 상세하게 도시된다. 도 4에서 비워진 상태로 도시된 전력 공급 유닛(32,36)이 방전되어 재충전되어야 하지만, 전력 공급 유닛(33-35)은 충전되어 즉시 교환가능하다. 충전된 전력 공급 유닛(32-35)이 연장된 기간 동안 저장될 경우에 이것들은 가끔 적절한 충전 제1코일(32" 내지 35")에 의해 재충전되어야 한다.
차량이 교환장치(30)의 교환영역으로 운전되어 도 4a)의 중간에 보인 바와 같이 위치되고, 교환 장치가 아래에서 전력 공급 유닛(1)으로 상승하여 도 4b)에서 다음 전력 공급 유닛(1)과 접촉된다. 그 다음, 전력 공급 유닛(1)과 육상 차량(26) 사이의 기계적 연결부가 개구되고, 교환장치(30)에 의해 고정된다. 그 다음, 교환 장치는 도 4b)에 도시된 위치에서 도 4c)에 도시된 위치로 하강한다. 교환 장치의 하강은 운전에 의해 혹은 전력 공급 유닛(1)의 하중에 의해 발생할 수 있다.
또한, 도 4c)에 보인 바와 같이 전력 공급 유닛(32,36)은 막간의 시간이 지난 후 반만 재충전되어 있다. 그 다음, 전력 공급 유닛(1)은 교환장치(30)로부터 배출되어 도시되지 않은 이송장치, 예를 들면 컨베어 벨트에 의해 도 4d)의 스토어(31)에서 좌측 상단에 위치한 자유 위치로 이송된다. 거기서 전력 공급 유닛(1)은 충전 제1코일(1")을 가지는 수용부(1')에 배치되어(도 5 참조), 전력 공급 유닛(1)의 제2코일(9)로 에너지의 전달을 유도할 수 있다. 전력 공급 유닛(1)이 제 위치에 배치되자마자 충전이 자동으로 시작된다.
그 다음, 전력 공급 유닛(35)은 이송장치에 의해 스토어(31)에서 교환장치(30)로 이송되어 도 4e)에서 교환장치(30) 위에 배치된다. 교환 속도를 더 빠르게 하기 위해, 육상 차량(26)이 운전되거나 운전되는 동안에 또는 전력 공급 유닛(35)이 육상 차량(26)에서 배출되는 동안에 완전히 충전된 전력 공급 유닛(35)이 교환장치(30)로 이동되어 준비 위치로 배치될 수 있다. 예를 들면, 육상 차량(26)이 운전되어 도달하기 전 혹은 운전되는 동안에 완전히 충전된 전력 공급 유닛(35)이 육상 차량(26)으로부터 수신된 요구 신호를 기초로 교환장치(30)에서 이롭게도 준비될 수 있다. 게다가, 교환장치(30)는 예를 들면 두 개의 리프팅 장치로 설치되어, 방전된 전력 공급 유닛(1)이 육상 차량(26)에서 배출된 후 충전된 전력 공급 유닛(35)이 즉시 육상 차량(26)으로 삽입되고, 방전된 전력 공급 유닛(1)은 오로지 뒤쪽으로 이송되어 전력 공급 유닛(1,35)의 교체를 가능한 한 신속하게 할 수 있다.
그 다음, 전력 공급 유닛(35)은 교환 장치(30)상에서 육상 차량(26)으로 상승하여 도 4f)에서 육상 차량(26)에 맞게 끼워진다. 이어서, 전력 공급 유닛(35)은 자신의 커플링 요소와 육상 차량(26)의 상응하는 상대 커플링 요소에 의해 육상 차량(26)에 확고하게 연결된다. 계속해서, 도 4g)의 중간에 도시한 바와 같이 교환장치(30)는 낮은 위치로 복귀하고, 육상 차량(26)은 전력 공급 유닛(35)이 완전히 충전된 상태로 교환소의 밖으로 운전된다.
전력 공급 유닛(1)의 교환이 도 4에서 보여준 실시예에서 완전히 자동으로 이루어진다는 사실에서 보면, 상술한 교환 작동에 의해 통상 연료로 구동되는 육상 차량(26)에 연료 주입하는 작업은 더 이상 필요 없다. 본 발명에 따른 전력 공급 유닛(1)의 특정한 설계를 통해 육상 차량(26)으로부터 전력 공급 유닛(1)이 신속한 교환 및 제거될 뿐만 아니라 추가적인 작업 또는 전기적 접촉이 필요 없다.

Claims (26)

  1. 재충전가능한 전기 전력저장부(3) 및 충전소(29)의 제1코일 및 제2코일(9) 사이에 에너지 전달을 유도하기 위해 제1코일(28)과 연결되는 제2코일(9)을 가지며, 육상 차량(26)의 차량 전기 시스템(8)에 공급하기 위한 전력 공급 유닛(1;21)에 있어서,
    전력 공급 유닛(1;21)과 차량 전기 시스템(8) 사이에 전력 전달을 위해 육상 차량(26)에 배치된 상대 연결 요소(7;24)에 연결되는 연결 요소(6;23)를 갖는 교환가능한 완전 유닛의 형태를 이루며,
    상기 연결 요소는 차량 전기 시스템 제1코일(23)과 차량 전기 시스템 제2코일(24) 형태인 상대 연결 요소 사이에 에너지 전달을 유도하기 위한 차량 전기 시스템 제1코일(23)인 것을 특징으로 하는 전력 공급 유닛(1;21).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 전력저장부(3)가 제공되고, 제2코일(9)이 하우징(2)에 제공되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 유닛(1;21).
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 육상 차량(26)에 제공되는 적어도 하나의 상대 커플링 요소와 신속한 기계적 연결을 위해 적어도 하나의 커플링 요소(20)를 가지는 것을 특징으로 하는 전력 공급 유닛(1;21).
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 커플링 요소는 하우징(2)으로부터 돌출된 자루(20)(lug) 및/또는 자루(20)를 둘러싸는 방식으로 하우징(2)의 오목한 홈에 배치된 핀에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력 공급 유닛(1;21).
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 육상 차량(26)에 배치된 적어도 하나의 상대 포지셔닝 요소에 연결하기 위한 적어도 하나의 포지셔닝 요소를 가지는 것을 특징으로 하는 전력 공급 유닛(1;21).
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 전력저장부(3)는 하우징(2)에 배치된 정류기(12)를 통해 제2코일(9)과 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 유닛(1;21).
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제2코일(9), 전력저장부(3), 전력저장부(3)의 충전 및 방전 작용, 및/또는 전력 공급 유닛에 제공되는 다른 요소를 모니터링 및/또는 제어하는 컨트롤 유닛(14)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 유닛(1;21).
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 청구항 1에 있어서, 차량 전기 시스템 제1코일(23)은 인버터(22)를 통해 전력저장부(3)와 연결되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 유닛(1;21).
  11. 차량 전기 시스템(8)을 가지는 육상 차량(26)에 있어서, 제1항에 따른 전력 공급 유닛(1;21)을 수용할 수 있도록 설계되고, 전력 공급 유닛(1;21)의 연결 요소(6,23)와 연결하기 위해 상대 연결 요소(7,24)를 가지며,
    상기 상대 연결 요소는 차량 전기 시스템 제2코일(24)과 차량 전기 시스템 제1코일(23)의 형태인 연결 요소 사이에 에너지 전달을 유도하기 위한 차량 전기 시스템 제2코일(24)인 것을 특징으로 하는 육상 차량(26).
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 전력 공급 유닛(1;21)의 적어도 하나의 연결 요소(20)와 신속하게 기계적으로 연결하기 위해 적어도 하나의 상대 연결 요소를 가지는 것을 특징으로 하는 육상 차량(26).
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 상대 연결 요소는 기계적 연결을 개방 및 배출시킬 수 있도록 작동되는 것을 특징으로 하는 육상 차량(26).
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 전력 공급 유닛(1;21)의 적어도 하나의 포지셔닝 요소에 연결하기 위해 적어도 하나의 상대 포지셔닝 요소를 가지는 것을 특징으로 하는 육상 차량(26).
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 청구항 11에 있어서, 상기 차량 전기 시스템 제2코일(24)은 차량 전기 시스템 정류기(25)를 통해 차량 전기 시스템(8)에 연결되는 것을 특징으로 하는 육상 차량(26).
  18. 육상 차량(26)으로부터 제1전력 공급 유닛(1)을 탈거하고, 상기 제1전력 공급 유닛(1)을 스토어(31)로 이송하거나 제2전력 공급 유닛(35)을 스토어(31)로부터 교환장치(30)로 이송하기 위한 이송장치로 제1전력 공급 유닛(1)을 운반하기 위해 땅(ground)에 배치된 교환장치(30)를 가지며, 교환소의 스토어(31)(store)에 고정된 청구항 1에 따른 전력 공급 유닛인 제2전력 공급 유닛(35)에 의해 육상 차량(26)에 포함된 청구항 1에 따른 또 다른 전력 공급 유닛인 제1전력 공급 유닛(1)을 교체하기 위한 교환소.
  19. 청구항 18에 있어서, 상기 스토어(31)에는 충전 제1코일(1",32" 내지 36")을 가지는 적어도 하나의 수용부(1',32' 내지 36')가 구비되고, 상기 충전 제1코일(1",32" 내지 36")과 상기 수용부(1',32' 내지 36')에 저장된 전력 공급 유닛(1,32-36)의 제2코일(9,32"-36") 사이에 에너지 전달을 유도할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 교환소.
  20. 청구항 18에 있어서, 상기 교환장치(30)는 전력 공급 유닛(1;21)을 수직방향으로 이동가능하게 지지하고, 투-트랙(two-track) 육상 차량(26)의 두 트랙 사이에 형성되는 웅덩이 안에 배치되는 승강장치를 가지는 것을 특징으로 하는 교환소.
  21. 청구항 18에 있어서, 상기 교환소(29)에서 육상 차량(26)의 전력 공급 유닛(1;21)을 자동으로 교환하기 위해 제공되는 제어장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 교환소.
  22. a) 교환장치(30)의 교환 영역에 육상 차량(26)을 위치시키는 단계,
    b) 교환장치(30)에 의해 제1전력 공급 유닛(1)을 연결하는 단계,
    c) 상기 제1전력 공급 유닛(1)과 육상 차량(26) 사이에 기계적인 연결부를 개방시키는 단계,
    d) 상기 제1전력 공급 유닛(1)을 육상 차량(26)으로부터 교환장치(30)로 탈거하는 단계,
    e) e)단계에 앞서, 또는 e) 단계 동안, 또는 e)단계 이후, 상기 제1전력 공급 유닛(1)을 교환 영역 밖으로 이송하는 단계,
    f) 충전 장치에 제2전력 공급 유닛(35)을 로딩(loading)하는 단계,
    g) g)단계에 동안, 또는 g)단계 이후, 상기 제2전력 공급 유닛(35)을 교환 장치로 육상 차량(26)에 피팅(fitting)하는 단계,
    h) 상기 제2전력 공급 유닛(35)과 육상 차량(26) 사이에 기계적 연결을 발생시키는 단계,
    로 이루어지며, 교환소에서 육상 차량(26)에 포함되는 청구항 1에 따른 제1전력 공급 유닛(1)을 청구항 1에 따른 제2전력 공급 유닛(35)으로 교체하는 전력 공급 유닛의 교체방법.
  23. 청구항 22에 있어서, 상기 제1전력 공급 유닛(1)의 전력저장부(3)는 부분적으로 또는 완전히 방전되고, 제2전력 공급 유닛(35)의 전력저장부(3)는 완전히 충전된 것을 특징으로 하는 전력 공급 유닛의 교체방법.
  24. 청구항 22에 있어서, 적어도 상기 b) 단계 내지 h) 단계는 자동으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전력 공급 유닛의 교체방법.
  25. 청구항 22에 있어서, 상기 제1전력 공급 유닛(1)과 육상 차량(26) 사이에 전기적인 또는 전기유도로 작동되는 연결은 c) 단계 이전에, c) 단계 동안 또는 c) 단계 이후로 즉시 분리되는 것을 특징으로 하는 전력 공급 유닛의 교체방법.
  26. 청구항 22에 있어서, 상기 제2전력 공급 유닛(35)과 육상 차량(26) 사이에 전기적인 또는 전기유도로 작동되는 연결은 h) 단계 동안 또는 h) 단계 이후로 즉시 발생하는 것을 특징으로 하는 전력 공급 유닛의 교체방법.
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