KR102657656B1 - 배터리 어셈블리를 위한 장착 및 분리 시스템 - Google Patents

Abstract

배터리 어셈블리를 위한 장착 및 분리 시스템이 개시되어 있다. 이 시스템은 배터리 어셈블리에 배치된 배터리 팩에 의해 전력공급되는 전기 차량의 온보드에 위치될 수 있다. 이 시스템은 배터리 어셈블리를 상승 및 하강시키는데 사용될 수 있는 한 쌍의 4-바아 연결부를 포함한다. 각각의 4-바아 연결부는 상이한 수직 위치들을 가진 한 쌍의 후크들을 포함한다. 후크들은 배터리 어셈블리상에 배치된 수평 장착 바아들을 파지하도록 위치된다. 수직으로 배치된 후크들을 사용하면, 배터리를 흔들림없이 상승 및 하강시킬 수 있음을 보장해준다.

Description

배터리 어셈블리를 위한 장착 및 분리 시스템

(관련 출원에 대한 교차 참조)

본 PCT 출원은 2018 년 2 월 28 일에 출원된 미국 실용 출원 제 15/908,799 호를 우선권 주장하며, 상기 실용 출원은 그 전체가 본원에 참조에 의해 포함된다.

본 발명은 일반적으로 채굴 차량 (mining vehicles) 에 관한 것이다.

채굴 작업시에 재료를 제거하고 운반하기 위해 다양한 유형의 채굴 차량들이 사용될 수 있다. 한 가지 유형의 차량, 운반 트럭이 사용될 수도 있다. 기존의 운반 트럭은 디젤 동력식 엔진으로 작동할 수도 있다.

디젤 동력식 운반 트럭은 상이한 운반 용량들 (hauling capacities) 을 가질 수 있다. 일부 트럭은 35 메트릭톤 이상의 운반 용량을 가질 수도 있다.

전기 차량들은 배터리로 전력공급되는 하나 이상의 전기 모터로 작동할 수 있다. 자동차 및 기타 종류의 차량과 같은 전기 차량의 배터리는 대형이고 무거울 수도 있다. 배터리를 제거하는 것은, 크레인들, 리프트들 또는 기타 시스템들과 같은 외부 기반시설을 필요로 할 수도 있다.

채굴 차량의 다양한 실시형태들이 개시되어 있다. 실시형태들은 디젤 동력식이 아닌 배터리 동력식인 채굴 차량들을 제공한다.

일 양태에서, 배터리 팩을 가진 배터리 어셈블리를 위한 배터리 장착 및 분리 시스템은, 작동가능한 어셈블리 및 작동가능한 어셈블리를 이동시키기 위한 액추에이터, 및 작동가능한 어셈블리상의 결합 구성요소를 포함한다. 결합 구성요소는 제 1 후크 및 제 2 후크를 포함하고, 제 1 후크 및 제 2 후크는 배터리 어셈블리와 결합하도록 구성된다. 제 1 후크는 결합 구성요소상의 제 1 수직 위치를 가지고, 제 2 후크는 결합 구성요소상의 제 2 수직 위치를 가진다. 제 1 수직 위치는 제 2 수직 위치와 실질적으로 상이하다.

다른 양태에서, 배터리 교체 (swapping) 시스템은, 작동가능한 어셈블리 및 작동가능한 어셈블리를 이동시키기 위한 액추에이터 및 작동가능한 어셈블리상의 결합 구성요소를 갖춘 배터리 장착 및 분리 시스템을 포함한다. 결합 구성요소는 제 1 후크 및 제 1 후크 아래에 배치된 제 2 후크를 포함한다. 시스템은 또한 배터리 팩을 유지하기 위한 외부 케이싱, 제 1 유지 요소 및 제 1 유지 요소 아래에 배치된 제 2 유지 요소를 가진 배터리 케이지를 포함한다. 제 1 후크는 배터리 케이지의 제 1 유지 요소와 결합하도록 구성되고, 제 2 후크는 배터리 케이지의 제 2 유지 요소와 결합하도록 구성된다.

다른 양태에서, 전기 차량은 전기 차량에 전력공급하기 위한 배터리 팩을 유지할 수 있는 배터리 케이지 및 배터리 케이지를 상승 및 하강시키기 위한 온보드 배터리 장착 및 분리 시스템을 포함한다. 배터리 장착 및 분리 시스템은 4-바아 연결부를 더 포함한다. 4-바아 연결부는 배터리 케이지와 결합하기 위한 후크를 포함한다.

본 발명의 다른 시스템들, 방법들, 특징들 및 장점들은 이하의 도면 및 상세한 설명을 검토하면 당업자에게 명백하거나 명백해질 것이다. 이러한 모든 추가적인 시스템들, 방법들, 특징들 및 장점들은 이러한 설명 및 요약에 포함되고, 본 발명의 범위 내에 있으며, 이하의 청구범위에 의해 보호되도록 의도된다.

본 발명은 이하의 도면 및 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있다. 도면들에서의 구성요소들은 반드시 축적대로 아니며, 대신 본 발명의 원리들을 설명할 때 강조된다. 더욱이, 도면들에서, 동일한 도면부호는 다른 도면들 전체에 걸쳐 대응하는 부분들을 지칭한다.

도 1 은 채굴 차량의 일 실시형태의 개략도를 도시한다.
도 2 는 채굴 차량의 일 실시형태의 개략적인 측면도를 도시한다.
도 3 은 일 실시형태에 따른 채굴 차량의 다양한 내부 구성요소들의 개략도를 도시한다.
도 4 는 채굴 차량의 일 실시형태의 개략적인 측면도이다.
도 5 는 채굴 차량의 일 실시형태의 개략적인 후방도이다.
도 6 은 회전 위치에서 채굴 차량의 일 실시형태의 개략적인 평면도이다.
도 7 은 차량의 엔벌로프 용적이 개략적으로 표시된 채굴 차량의 일 실시형태의 개략도이다.
도 8 은 배터리 어셈블리가 없는 채굴 차량의 일 실시형태의 개략도이다.
도 9 ~ 도 11 은 다양한 운반 용량들을 가진 채굴 차량들의 여러 가지 실시형태들의 개략도들이다.
도 12 는 채굴 차량들의 여러 가지 다른 실시형태들에 대한 치수들의 표의 개략도이다.
도 13 은 여러 가지 채굴 차량들에 대한 비적재 (unloaded) 중량 및 운반 중량을 나타내는 차트의 일 실시형태의 개략도이다.
도 14 는 여러 가지 채굴 차량들에 대한 전력을 나타내는 차트의 일 실시형태의 개략도이다.
도 15 는 여러 가지 채굴 차량들에 대한 전력 대 중량비를 나타내는 차트의 일 실시형태의 개략도이다.
도 16 은 배터리 팩들을 교체하기 위한 위치에 접근하는 차량의 일 실시형태의 개략도이다.
도 17 은 일 실시형태에 따라서 미리 결정된 위치를 향해 이동하는 차량의 개략도이다.
도 18 은 일 실시형태에 따라서 차량의 배터리 팩들로부터 분리되는 한 세트의 전력 케이블들의 개략도이다.
도 19 ~ 도 20 은 일 실시형태에 따라서 지면으로 하강되는 배터리 어셈블리의 개략도들이다.
도 21 은 일 실시형태에 따라서 분리된 배터리 어셈블리로부터 후진하는 차량의 개략도이다.
도 22 는 일 실시형태에 따라서 제 1 위치에서부터 충전된 배터리 어셈블리 근방의 제 2 위치로 이동하는 차량의 개략도이다.
도 23 은 일 실시형태에 따라서 배터리 어셈블리와 장착 시스템을 정렬시키는 단계의 개략도이다.
도 24 ~ 도 25 는 일 실시형태에 따라서 차량으로 상승되어 장착되는 배터리 어셈블리의 개략도들이다.
도 26 은 일 실시형태에 따라서 배터리 어셈블리의 배터리 팩들에 재부착되는 한 세트의 전력 케이블들의 일 실시형태의 개략도이다.
도 27 은 일 실시형태에 따라서 배터리 교체 프로세스가 실시된 영역으로부터 후진하는 차량의 개략도이다.
도 28 은 일 실시형태에 따라서 전기 차량에서 배터리들을 교체하기 위한 프로세스의 개략도이다.
도 29 는 배터리 어셈블리의 일 실시형태의 개략적인 등축도이다.
도 30 은 배터리 어셈블리의 일 실시형태의 개략적인 등축 분해도이다.
도 31 은 배터리 어셈블리의 일 실시형태의 개략적인 후방도이다.
도 32 는 일 실시형태에 따라서 장착 및 분리 시스템을 갖는 차량의 전방 단부의 개략적인 등축도이다.
도 33 은 연결 어셈블리의 일 실시형태의 개략적인 등축도이다.
도 34 ~ 도 38 은 일 실시형태에 따라서 연결 어셈블리의 이동 범위의 개략적인 측면도이다.
도 39 는 일 실시형태에 따라서 배터리 어셈블리상의 장착 시스템 및 장착 바아들 사이의 대응관계의 개략적인 등축도이다.
도 40 ~ 도 45 는 일 실시형태에 따라서 연결 어셈블리를 사용하여 배터리 어셈블리를 상승시키는 프로세스의 개략적인 측면도들이다.
도 46 ~ 도 48 은 배터리를 이동시키기 위한 시스템의 다른 실시형태의 개략도이다.
도 49 는 일 실시형태에 따라서 배터리 어셈블리의 상이한 적재 위치 및 차량의 개략도이다.
도 50 은 일 실시형태에 따라서 배터리 어셈블리를 위한 정렬 및 고정 시스템을 갖는 차량의 전방 단부의 개략도이다.
도 51 ~ 도 52 는 일 실시형태에 따라서 정렬 부분 및 고정 메카니즘을 갖는 수용 부재의 개략도들이다.
도 53 ~ 도 54 는 일 실시형태에 따라서 차량 섀시상의 제자리에 고정되는 배터리 어셈블리의 수평 장착 바아들의 개략도들이다.
도 55 ~ 도 56 은 일 실시형태에 따라서 차량 섀시상의 제자리에 고정되는 배터리 어셈블리의 수직 장착 바아들의 개략도들이다.
도 57 ~ 도 58 은 일 실시형태에 따라서 한 세트의 수용 부재들에 의해 수직 방향으로 자동 정렬되는 배터리 어셈블리의 개략도들이다.
도 59 ~ 도 60 은 한 세트의 수용 부재들에 의해 수평 방향으로 자동 정렬되는 배터리 어셈블리의 개략도들이다.
도 61 은 일 실시형태에 따라서 배터리 어셈블리를 위한 정렬 및 고정 시스템의 다른 실시형태이다.
도 62 는 일 실시형태에 따라서 배터리 어셈블리와 차량 섀시 사이의 물리적 연결을 도시한 차량의 개략적 측면도이다.

채굴 차량의 개요

실시형태들은 차량에 관한 것이다. 이 차량은 배출이 없는 전기 차량이고, 종래의 디젤 엔진 대신에 차량에 전력공급하기 위해 배터리만 사용한다. 차량은 채굴 작업에 사용될 수도 있다. 실시형태들은 전력만을 사용하여 적어도 40 메트릭톤의 운반 용량을 가진 운반 트럭에 전력공급할 수 있게 하는 다양한 제공물들 (provisions) 을 포함한다.

본원에 설명된 차량은 지하 광산과 같은 연속 작업 환경에서 작동하도록 설계된 고강도 (heavy duty) 산업용 전기 차량이다. 지하 광산 환경에 대한 개요와 지하 광산용 전기 차량들 및 전력 시스템들에 대한 일반적인 설명은, "System And Method For Providing Power To A Mining Operation" 명칭으로 2016 년 4 월 20 일에 출원된 공동 계류중인 출원 번호 제 15/133,478 호에 개시되어 있고, 그 전체 내용이 본원에 참조된다. 전기 채굴 차량들은 팩 하우징에 포함된 다수의 배터리 모듈들로 구성된 적어도 하나의 고강도 고전력 배터리 팩으로 전력공급된다. 각각의 모듈은 다수의 전지들로 구성된다. 모듈들에는 작동 센서들의 어레이가 장착될 수 있고 센서들로부터의 데이터를 별도의 유지보수 네트워크에 제공하기 위해 전자 구성요소들이 제공될 수 있다. 센서들은 온도 센서들, 타이밍 디바이스들, 충전 레벨 감지 디바이스들 및 모듈 성능 및 모듈 성능 이력에 관한 정확한 실시간 데이터를 운영 센터에 제공하는데 사용될 수 있는 다른 모니터링 디바이스들을 포함할 수 있다. 이러한 유형의 배터리 팩들 및 관련 데이터 생성 및 모니터링에 대한 자세한 내용은, "Module Backbone System" 이라는 명칭으로 2014 년 9 월 23 일에 출원된 공동 계류중인 출원번호 제 14/494,138 호; "System and Method for Battery Pack Charging and Remote Access" 라는 명칭으로 2014 년 10 월 31 일에 출원된 출원번호 제 14/529,853 호; "Module Maintenance System" 이라는 명칭으로 2015 년 5 월 26 일에 출원된 출원번호 제 14/721,726 호에서 알 수 있고, 그 전체 내용은 본원에 참조된다.

명확성을 위해 다음의 용어들이 상세한 설명 및 명세서에 사용될 수도 있다. "운반 용량" 또는 간단하게 용량은 차량의 베드에 유지되어 운반할 수 있는 재료의 양을 특성화하는데 사용된다. 운반 용량은 또한 "운광 용량 (tramming capacity)" 으로 지칭될 수도 있다.

도 1 은 차량 (100) 의 개략적인 등축도를 도시한다. 도 2 는 차량 (100) 의 개략적인 측면도이다. 도 1 ~ 도 2 를 참조하면, 차량 (100) 은 프레임 (101) (또는 섀시), 한 세트의 휠들 (110) 및 베드 (112) 로 구성될 수도 있다. 베드 (112) 는 프레임 (101) 과 결합될 수 있고 하강 위치 (도 1 에 도시됨) 와 상승 위치 (도 2 에 도시됨) 사이에서 경사질 수 있다.

참고로, 차량 (100) 은 또한 전방 단부 (90), 후방 단부 (92), 제 1 측면 (94) 및 제 2 측면 (96) 을 갖는 것을 특징으로 한다 (도 1 참조).

차량 (100) 에는 또한 한 명 이상의 조작자들을 수용하기 위한 운전실 (116) 과 같은 다양한 표준 차량 제공물들이 제공된다.

일부 실시형태들에서, 차량 (100) 은 제 1 프레임 부분 (122) 및 제 2 프레임 부분 (124) 으로 분할될 수 있다 (도 2 참조). 제 1 프레임 부분 (122) 은 운전실 (116) 과 관련된 전방 부분일 수 있다. 제 2 프레임 부분 (124) 은 베드 (112) 와 관련된 후방 부분일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 기계적 연결부 (125) 는 제 1 프레임 부분 (122) 및 제 2 프레임 부분 (124) 을 연결하여, 두 부분들이 서로에 대해 이동 (예를 들어, 스위블 또는 선회) 할 수 있다.

도 3 은 여러 개의 내부 구성요소들이 보이는 차량 (100) 의 개략도이다. 차량 (100) 은 또한 하나 이상의 배터리들로 전력공급되는 하나 이상의 전기 모터들을 포함하는 추진 시스템을 포함한다. 일부 실시형태들에서, 차량 (100) 은 각각의 휠들 쌍에 전력공급하기 위한 적어도 2 개의 전기 모터들을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 차량 (100) 은 4 개의 전기 모터들을 포함할 수 있고, 각각의 모터는 4 개의 휠들 중 하나에 독립적으로 전력공급한다. 도 3 의 실시형태에서, 차량 (100) 은 일괄적으로 모터들 세트 (188) 로 지칭되는, 제 1 전기 모터 (180), 제 2 전기 모터 (182), 제 3 전기 모터 (184) 및 제 4 전기 모터 (186) 를 포함한다. 설명을 위해, 모터들 세트 (188) 에서 각각의 모터의 대략적인 위치는 개략적으로만 도시된다. 각각의 모터의 정확한 위치는 일 실시형태에서 다른 실시형태로 변할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

일 실시형태에서, 차량 (100) 의 전기 모터들은, 약 2000 뉴턴·미터의 결합된 연속 토크로 작동한다. 다른 실시형태에서, 차량 (100) 의 전기 모터들은 약 1500 ~ 2500 뉴턴·미터 범위의 결합된 연속 토크로 작동할 수도 있다.

일 실시형태에서, 차량 (100) 의 전기 모터는 440 킬로와트 (590 마력) 의 결합된 연속 전력 및 560 킬로와트 (750 마력) 의 결합된 피크 전력으로 작동한다. 다른 실시형태들에서, 차량 (100) 의 전기 모터들은 대략 400 ~ 500 킬로와트 범위의 결합된 연속 전력으로 작동할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 차량 (100) 의 전기 모터들은 대략 500 ~ 600 킬로와트 범위의 결합된 피크 전력으로 작동할 수도 있다.

일부 실시형태들에는 또한 보조 모터 (비도시) 가 장착될 수도 있다. 일부 경우에, 보조 모터는 대략 700 뉴턴·미터의 연속 토크로 작동할 수도 있다. 일부 경우에, 보조 모터는 125 킬로와트 (167 마력) 의 결합된 전력으로 작동할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 보조 모터는 배터리들을 장착 및 분리하는데 사용될 수 있는 기계 시스템과 같은 차량 (100) 의 다른 서브 시스템들을 구동하는데 사용될 수도 있다. 선택적으로, 다른 실시형태들에서 보조 모터는 사용되지 않을 수도 있다.

실시형태들은 모터들 세트 (188) 및/또는 보조 모터에 전력공급하기 위해 하나 이상의 배터리들을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "배터리 팩" 은 일반적으로 고강도 팩 하우징내의 다수의 배터리 모듈들을 지칭한다. 각각의 모듈은 다수의 배터리 전지들로 구성된다. 이런 방식으로, 배터리 팩은 또한 개별 배터리 전지들의 집합체를 지칭한다. 배터리 전지들 및 이에 따른 모듈들은, 이전에 참조된 계류중인 특허출원에 기재된 바와 같이 기능적으로 함께 상호연결된다.

다른 실시형태들에서, 배터리 팩은 임의의 적절한 종류의 배터리 전지를 포함할 수 있다. 배터리 전지들의 예들로서는 커패시터들, 울트라 커패시터들 및 전기 화학 전지들을 포함한다. 전기화학 전지들의 예들로서는 일차 (예를 들어, 일회용) 및 이차 (예를 들어, 재충전가능) 를 포함한다. 이차 전기화학 전지들의 예들로서는 납산, 밸브 조절 납산 (VRLA), 겔, 흡수 유리 매트 (AGM), 니켈-카드뮴 (NiCd), 니켈-아연 (NiZn), 니켈 금속 수소화물 (NiMH), 리튬-이온 (Li-ion) 등을 포함한다. 배터리 전지는 다양한 전압 레벨들을 가질 수 있다. 특히, 일부 경우에, 배터리 팩내의 2 개의 상이한 배터리 전지들이 상이한 전압 레벨들을 가질 수 있다. 유사하게, 배터리 전지는 다양한 에너지 용량 레벨들을 가질 수 있다. 특히, 일부 경우에, 배터리 팩내의 2 개의 상이한 배터리 전지들이 상이한 용량 레벨들을 가질 수 있다.

일부 경우에, 다수의 배터리 팩들을 사용하는 것이 바람직할 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "배터리 팩 어셈블리" 또는 간단하게 "배터리 어셈블리" 는 한 세트의 2 개 이상의 배터리 팩들을 지칭한다. 일부 실시형태들에서, 배터리 어셈블리는 또한 별도의 배터리 팩들을 함께 유지하기 위한 케이지 또는 유사한 컨테이너를 포함할 수도 있다.

도 1 ~ 도 3 에 도시된 바와 같이, 차량 (100) 은 일차 배터리 어셈블리 (104) 로 구성된다. 일부 실시형태들에서, 일차 배터리 어셈블리 (104) 는 차량 (100) 의 전방 단부 (90) 및 제 2 측면 (96) 에 위치될 수도 있다. 특히, 일차 배터리 어셈블리 (104) 는 차량 (100) 의 전방 단부 (90) 및 제 1 측면 (94) 에 위치되는 운전실 (116) 에 인접하게 배치될 수도 있다.

차량 (100) 은 또한 보조 배터리 팩 (105) 을 포함할 수도 있다. 보조 배터리 팩 (105) 은 일차 배터리 어셈블리 (104) 와 별개의 위치에 배치될 수도 있다. 도 3 에 잘 도시된 바와 같이, 보조 배터리 팩 (105) 은 차량 (100) 의 내부에 배치될 수도 있다. 차량 (100) 의 내부는 차량의 외부 표면들 내부에 배치된 영역일 수도 있다 (도 7 을 참조하여 후술됨). 일부 경우에, 보조 배터리 팩 (105) 은 보조 배터리 팩 (105) 을 유지하도록 설계된 프레임 (101) 의 구획부에 배치될 수 있다. 후술되는 바와 같이, 보조 배터리 팩 (105) 은, 일차 배터리 어셈블리가 교체되는 동안 차량 (100) 에 전력공급하는데 사용될 수도 있다. 보조 배터리 팩 (105) 은 또한 "운광 배터리" 로 지칭될 수도 있다.

도 1 ~ 도 2 에 도시된 바와 같이, 배터리 어셈블리 (104) 는 차량 (100) 의 외부에 노출된다. 구체적으로는, 하나 이상의 배터리 팩들을 포함하는 하우징 (즉, 배터리 케이지 (210)) 의 다양한 외부 표면은 차량 (100) 의 외부의 일부를 포함할 수도 있다. 반대로, 보조 배터리 팩 (105) 은 내부 배터리이고 차량 (100) 의 섀시내에 유지된다.

배터리 어셈블리 (104) 는 차량 (100) 에 제거가능하게 부착될 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "제거가능하게 부착" 은 함께 결합되지만 하나 또는 다른 구성요소를 파괴하지 않고 분리될 수 있는 2 개의 구성요소들을 의미한다. 즉, 구성요소들은 서로 비파괴적으로 분리될 수 있다. "제거가능한 부착" 의 예시적인 양식 (modalities) 으로는, 제거가능한 체결구들, 래치들, 고정부들, 후크들, 자기 연결부들 뿐만 아니라 다른 종류의 연결부들을 사용하여 형성된 연결부를 포함한다.

보조 배터리 팩 (105) 은 차량 (100) 에 "고정적으로 부착" 될 수도 있다. 즉, 보조 배터리 팩 (105) 은 차량 (100) 의 일부를 분해할 필요없이 그리고/또는 하나 이상의 부품들을 파괴하지 않고 차량 (100) 으로부터 분리될 수 없다.

도 1 ~ 도 3 에 도시된 실시형태에서, 일차 배터리 어셈블리 (104) 는 2 개의 배터리 팩들을 포함한다. 이들은 제 1 배터리 팩 (200) 및 제 2 배터리 팩 (202) (도 3 참조) 을 포함한다. 제 1 배터리 팩 (200) 및 제 2 배터리 팩 (202) 은 적층 배열체로 배치될 수 있는데, 제 1 배터리 팩 (200) 은 제 2 배터리 팩 (202) 위에 배치된다. 더욱이, 일부 실시형태들에서, 제 1 배터리 팩 (200) 및 제 2 배터리 팩 (202) 은 배터리 케이지 (210) 내에 유지된다.

일부 실시형태들에서, 일차 배터리 어셈블리 (104) 는 대략 340 ~ 360 킬로와트시 전력 (kilowatt hours of power) 을 제공할 수도 있다. 일부 경우에, 제 1 배터리 팩 (200) 및 제 2 배터리 팩 (202) 각각은 대략 170 ~ 180 킬로와트시 전력을 제공할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 보조 배터리 어셈블리 (105) 는 대략 40 ~ 50 킬로와트시 전력을 제공할 수도 있다.

일부 실시형태들에서, 일차 배터리 어셈블리 (104) 의 각각의 배터리 팩은 상이한 모터들 세트 (및 이에 따라서 상이한 휠들 세트) 에 전력공급할 수도 있다. 일부 경우에, 각각의 배터리 팩은 특정 액슬 (예를 들어, 전방 액슬 또는 후방 액슬) 상의 한 쌍의 모터들에 전력공급할 수도 있다. 도 3 에 도시된 일 실시형태에서, 제 1 배터리 팩 (200) 은 전력 케이블 (215) 을 통하여 전방 액슬 어셈블리 (216) 상의 구성요소에 연결될 수도 있다. 보다 구체적으로, 제 1 배터리 팩 (200) 은 전방 휠들 세트에 전력공급하기 위해 제 1 전기 모터 (180) 및 제 2 전기 모터 (182) 모두에 전력을 제공할 수도 있다. 마찬가지로, 제 2 배터리 팩 (202) 은 전력 케이블 (217) 을 통하여 후방 액슬 어셈블리 (217) 의 구성요소들에 연결될 수도 있다. 보다 구체적으로, 제 2 배터리 팩 (202) 은 후방 휠들 세트에 전력공급하기 위해 제 3 전기 모터 (184) 및 제 4 전기 모터 (186) 모두에 전력을 제공할 수도 있다. 별도의 배터리 팩들을 사용하여 전방 및 후방 액슬들에 전력공급함으로써, 단일 소스에 전달해야 하는 필요 전력량을 줄일 수 있다. 이렇게 하면 관리하기 더 쉽고 그리고/또는 고장 가능성이 적은 더 작은 전력 케이블들 (또는 정격 전류가 낮은 케이블들) 을 사용할 수도 있다.

실시형태들은 하나 이상의 배터리 팩들을 장착 및 분리하기 위한 시스템을 포함할 수 있다. 도 2 에 도시된 실시형태에서, 차량 (100) 은 온보드 장착 및 분리 시스템 (250) 을 포함할 수도 있다. 장착 및 분리 시스템 (250) 은 일차 배터리 어셈블리 (104) 를 상승 및 하강시키는데 필요한 모든 필수 구성요소들을 포함할 수도 있다. 장착 및 분리 시스템 (250) 의 세부사항은, 아래에서 더 상세하게 설명되고 그리고 예를 들어 도 32 ~ 도 45 에 도시된다.

도 4 ~ 도 15 및 첨부된 설명은 크기, 중량, 용량 및 전력을 포함하는, 차량 (100) 의 전체 사양과 관련된 특징들을 개시한다.

실시형태들은 유사한 크기의 디젤 동력식 차량에 필적할만한 운반 용량을 가진 배출 제로의 전기 차량을 제공할 수도 있다.

차량의 형태 인자 (form factor) 를 설명할 때, 이러한 설명은 차량의 전체 길이, 전체 폭 및 전체 높이 뿐만 아니라 다양한 기타 치수들을 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 전체 길이는 차량의 최전방 위치와 차량의 최후방 위치 사이의 거리를 지칭한다. 일부 경우에, 최전방 위치는 운전실 또는 배터리 어셈블리에 위치될 수도 있다. 전체 폭은 차량의 양측 사이의 거리를 지칭하며 양측을 따라서 "가장 외부" 위치에서 측정된다. 전체 높이는 차량의 가장 낮은 지점 (일반적으로 휠들의 바닥) 과 차량의 가장 높은 지점 사이의 거리를 지칭한다.

이러한 차량 치수들 각각은 차량 (100) 의 축선 또는 방향에 대응할 수 있다. 즉, 차량 (100) 의 전체 길이는 차량 (100) 의 길이 방향 (또는 축선) 을 따라 취해질 수도 있다. 차량 (100) 의 전체 폭은 차량 (100) 의 폭 방향 (또는 축선) 을 따라 취해질 수도 있다. 또한, 차량 (100) 의 전체 높이는 차량 (100) 의 높이 방향 (또는 축선) 을 따라 취해질 수도 있다.

도 4 는 다양한 치수들을 설명하기 위한 목적으로 차량 (100) 의 측면 개략도 (제 1 측면 (94) 에서 본) 를 도시한다. 차량 (100) 은 지상에서 차량 (100) 의 대략 가장 높은 지점까지 수직으로 측정된 전체 높이 (300) 를 가진다. 일 실시형태에서, 전체 높이 (300) 는 대략 2,206 밀리미터의 값을 가진다. 다른 실시형태들에서, 전체 높이 (300) 는 대략 1,500 ~ 2,500 mm 범위의 임의의 값을 가질 수 있다. 도 4 에 도시된 예시적인 실시형태에서, 전체 높이 (300) 는 휠들에서부터 베드 (112) 의 상단까지 또는 운전실 (116) 의 상단까지 측정될 수 있음을 알 수 있는데, 두 구성요소들의 상단이 대략 유사한 수평면에 놓이기 때문이다.

차량 (100) 은 프레임 (101) 의 최후방 위치로부터 프레임 (101) 의 최전방 위치까지 측정된 전체 길이 (302) 를 가진다. 일 실시형태에서, 전체 길이 (302) 는 대략 10,175 mm 의 값을 가진다. 다른 실시형태들에서, 전체 길이 (302) 는 대략 9,000 ~ 12,000 mm 범위의 임의의 값을 가질 수 있다.

도 4 에 도시된 바와 같이, 차량 (100) 의 전체 길이는 전방 오버행 길이 (310), 휠베이스 길이 (312) 및 후방 오버행 길이 (314) 로 분리될 수 있다. 구체적으로, 휠베이스 길이 (312) 는 전방 휠들 (320) 의 중심과 후방 휠들 (322) 의 중심 사이에서 측정된다. 전방 오버행 길이 (310) 는 전방 휠들 (320) 의 중심으로부터 차량 (100) 의 최전방 위치 (즉, 운전실 (116) 의 최전방 위치) 까지 측정된다. 후방 오버행 길이 (314) 는 후방 휠들 (322) 의 중심으로부터 베드 (112) 의 최후방 위치까지 측정된다. 일 실시형태에서, 전방 오버행 길이 (310) 는 대략 3,429 mm 의 값을 가지고, 휠베이스 길이 (312) 는 대략 5,000 mm 의 값을 가지며, 후방 오버행 길이 (314) 는 대략 1,746 mm 의 값을 가진다. 물론, 다른 실시형태들에서, 이러한 값들은 휠베이스 길이, 프레임의 전방 및/또는 후방 부분의 길이 또는 베드의 크기 및/또는 연장에 대한 바람직한 수정을 수용하도록 변경될 수 있다. 더욱이, 전체 길이가 상이한 실시형태들에서 조정됨에 따라, 전방 오버행 길이 (310), 휠베이스 길이 (312) 및 후방 오버행 길이 (314) 의 값들이 그에 따라서 변할 수 있음을 이해할 수도 있다.

도 2 및 도 4 를 참조하면, 베드 (112) 의 높이는 작동 위치에 따라 변할 수도 있다. 예를 들어, 완전히 하강된 상태에서, 베드 (112) 의 최상부 위치는 지면으로부터 측정했을 때 하강된 베드 높이 (330) 를 가진다. 일 실시형태에서, 하강된 베드 높이 (330) 는 차량 (100) 의 전체 높이 (300) 와 대략 동일한 값 (즉, 대략 2,200 mm) 을 가진다. 완전히 상승된 상태에서, 베드 (112) 의 최상부 위치는 지면으로부터 측정했을 때 상승된 베드 높이 (332) 를 가진다. 일 실시형태에서, 상승된 베드 높이 (332) 는 대략 5,389 mm 의 값을 가진다. 더욱이, 일부 경우에, 상승된 베드 높이 (332) 는 베드 (112) 가 차량 (100) 의 수평면과 각도 (339) 를 형성하는 베드 (112) 의 위치에 대응한다. 일부 경우에, 각도 (339) 는 대략 70 도의 값을 가진다.

도 2 및 도 4 에 도시된 바와 같이, 차량 (100) 은 휠들의 바닥과 프레임 (101) 의 밑면 사이의 수직 거리로 규정되는 간극 높이 (335) 를 가질 수도 있다. 일부 경우에, 간극 높이 (335) 는 또한 도 4 에 도시된 바와 같이 베드 (112) 의 가장 낮은 부분의 높이에 대응할 수도 있다. 일 실시형태에서, 간극 높이 (335) 는 대략 323 mm (또는 12.7 인치) 의 값을 가진다. 다른 실시형태들에서, 간극 높이 (335) 는 대략 275 mm ~ 325 mm 의 범위일 수 있다.

도 5 는 차량 (100) 의 후방도를 도시한다. 차량 (100) 은 전체 폭 (340) 을 가진다. 일 실시형태에서, 전체 폭 (340) 은 대략 3,353 mm 의 값을 가진다. 다른 실시형태들에서, 전체 폭 (340) 은 대략 3,000 ~ 4,000 mm 범위의 임의의 값을 가질 수 있다.

도 6 은 회전 위치에서 차량 (100) 의 개략도이다. 특히, 제 1 프레임 부분 (122) 은 각도 (370) 에서 제 2 프레임 부분 (124) 에 대해 각을 이룬다. 일 실시형태에서, 각도 (370) 는 대략 45 도의 값을 가진다. 다른 실시형태들에서, 각도 (370) 는 대략 35 ~ 55 도 범위의 임의의 값을 가질 수 있다. 추가로, 내부 회전 경로는 반경 (372) 을 가진다. 외부 회전 경로는 반경 (374) 을 가진다. 일 실시형태에서, 반경 (372) 은 대략 4,363 mm 의 값을 가진다. 또한, 일 실시형태에서, 반경 (374) 은 대략 9,065 mm 의 값을 가진다. 물론, 각도 (370), 반경 (372) 및/또는 반경 (374) 중 임의의 것은 다른 실시형태들에서 차량의 길이 및/또는 폭이 변경되고 그리고/또는 다른 특징들 (예를 들어, 제 1 프레임 부분 (122) 과 제 2 프레임 부분 (124) 사이의 기계적 연결) 이 수정됨에 따라 변할 수 있다.

차량 (100) 의 설계는 다른 운반 트럭들에 비해 개선된 가시성을 향상시킬 수도 있다. 도 4 를 참조하면, 운전실 (116) 은 차량 (100) 의 최전방 에지 (319) 에 매우 근접하게 위치된다. 이는, 운전실 (116) 의 탑승자가 운전실 (116) 의 전방 창 (123) 로부터의 시야에 거의 제한이 없음을 의미한다 (도 1 참조). 이렇게 향상된 가시선은 배터리 교체가 필요할 때 운전자가 지면에서 배터리 어셈블리를 더 잘 볼 수 있도록 도와준다.

차량 (100) 은 차량의 형태 인자의 2 차원 및 3 차원 표현인 엔벌로프 뿐만 아니라 풋프린트 (footprint) 를 특징으로 할 수도 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "차량 풋프린트 면적" 은 차량의 전체 길이 및 전체 폭의 곱과 동일하다. 추가로, "차량 엔벌로프 용적" 은 차량 풋프린트 면적과 차량의 전체 높이의 곱과 동일하다.

도 7 에 도시된 바와 같이, 차량 (100) 은 차량 풋프린트 면적 (500) 을 가진다. 차량 (100) 은 또한 차량 엔벨로프 용적 (502) 을 가진다. 일 실시형태에서, 차량 풋프린트 면적 (500) 은 대략 34 ㎡ 의 값을 가진다. 유사하게, 차량 엔벌로프 용적 (502) 은 대략 75 ㎡ 의 값을 가진다. 물론, 다른 실시형태들에서, 차량 (100) 의 전체 길이, 전체 폭 또는 전체 높이 중 하나 이상을 변경함으로써 풋프린트 면적 및 엔벌로프 용적 모두가 변할 수도 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 차량 풋프린트 면적은 대략 32 ~ 36 ㎡ 범위의 임의의 값을 가질 수도 있다. 또한, 차량 엔벌로프 용적은 대략 70 ~ 80 ㎡ 범위의 임의의 값을 가질 수도 있다.

참고로, 차량 (100) 은 외부 표면을 갖는 것을 특징으로 할 수도 있다. 외부 표면은 전방 외부 표면 (610) 및 측면 외부 표면 (612) 을 포함한다.

도 7 에 도시된 바와 같이, 배터리 어셈블리 (104) 는 차량 (100) 의 전방 코너에 배치된다. 구체적으로, 배터리 어셈블리 (104) 의 외부 케이지 (601) (즉, 하우징) 는 운전실 (116) 이 배치되는 제 2 전방 코너 (604) 반대편의 제 1 전방 코너 (602) 상에 배치된다. 더욱이, 차량 (100) 에 장착된 배터리 어셈블리 (104) 에 의해, 이 배터리 어셈블리 (104) 는 차량 (100) 의 전방 표면 (610) 뿐만 아니라 제 1 측면 (612) (즉, 운전실 (116) 에 인접한 제 2 측면 (614) 의 반대편 표면) 모두의 일부를 형성한다. 구체적으로, 케이지 (601) 의 전방 벽 (620) 은 전방 외부 표면 (610) 의 일부를 형성하고, 케이지 (601) 의 제 1 측벽 (622) 은 측면 외부 표면 (614) 의 일부를 형성한다.

추가로, 배터리 어셈블리 (104) 는 차량 (100) 의 상부 외부 표면 (616) 의 일부를 형성한다. 구체적으로, 케이지 (601) 의 상부 또는 벽 (624) 은 상부 외부 표면 (616) 의 일부를 형성한다. 또한, 일부 경우에, 케이지 (601) 의 바닥 부분 또는 벽 (626) 은 차량 (100) 의 바닥 외부 표면의 일부를 형성한다 (도 7 에서 보이지 않음).

배터리 어셈블리 (104) 가 분리될 때, 도 8 에 도시된 바와 같이, 운전실 (116) 에 인접한 차량 (100) 의 전방 표면 (610) 을 따라 큰 공간 (630) 또는 운전실이 형성될 수도 있다. 더욱이, 차량 (100) 의 전방 단부는, 운전실 (116) 이 이제 차량 섀시의 나머지로부터 분리되어 전방으로 연장되는 L 형의 기하학적 형상을 가질 수도 있다. 따라서, 배터리 어셈블리가 차량 (100) 에서 제거되면, 배터리 어셈블리의 벽들이 장착될 때 차량의 외부 표면의 일부를 형성하기 때문에, 그 외부 표면의 기하학적 형상이 변경된다.

차량 (100) 의 외부에 일차 전지 어셈블리를 배치함으로써, 배터리가 내부에 위치된 전기 차량들에 비해 배터리의 장착 및 분리가 더 용이할 수도 있다. 더욱이, 배터리 케이지는 배터리 팩들을 담기 위한 구조적 지지부를 동시에 제공할 뿐만 아니라 차량의 외부에 구조적 지지부를 제공할 수 있다.

차량 (100) 의 형태 인자, 중량 및 기타 특성을 상황에 맞추기 위해 여러 개의 벤치마크 차량들이 고려된다. 이는 비교적 더 높은 용량 (39 메트릭톤) 을 가진 지상 트럭 및 비교적 더 낮은 용량 (30 메트릭톤) 의 지하 트럭을 포함한다.

도 9 ~ 도 11 은 차량 (100) (도 9), 차량 (700) (도 10) 및 차량 (800) (도 11) 및 이들의 대응하는 운반 중량을 각각 도시한다. 추가로, 도 12 에서의 표는 이러한 차량들의 다양한 치수들을 도시한다. 차량 (100) 을 도 9 ~ 도 12 에서의 벤치마크 차량 (700) 및 벤치마크 차량 (800) 과 비교하여 볼 수 있는 바와 같이, 차량 (100) 은 이 2 개의 디젤 차량들과 필적가능한 크기 및 운반 용량을 가진다. 즉, 차량 (100) 이 배출이 없는 전기 트럭이더라도, 유사한 크기의 디젤 차량들의 운반 용량을 여전히 달성할 수 있다.

벤치마크 차량 (700) 은 지하로 이동할 수 있는 채굴 차량을 나타내기 위한 것이다. 도 12 의 표에 도시된 바와 같이, 벤치마크 차량 (700) 은 차량 (100) 과 유사한 전체 형태 인자를 가질 수도 있다. 구체적으로, 도 12 에 도시된 바와 같이, 벤치마크 차량 (700) 은 10,118 mm 의 길이, 2,690 mm 의 폭 및 2,547 mm 의 높이를 가질 수도 있다. 이러한 비교적 작은 형태 인자, 특히 전체 높이는 벤치마크 차량 (700) 이 채굴 터널을 통하여 적재물을 운반할 수 있도록 한다. 벤치마크 차량 (700) 과 유사한 사양을 가진 채굴 차량의 예로서는 Caterpillar AD30 지하 채굴 트럭이 있다.

벤치마크 차량 (800) 은 차량 (100) 과 유사한 운반 용량을 가진 채굴 차량을 나타내기 위한 것이다. 특히, 벤치마크 차량 (800) 은 39 메트릭톤의 운반 용량을 가진다. 벤치마크 차량 (800) 과 유사한 사양을 가진 채굴 차량의 예로서는 Volve A40G 관절식 운반 트럭이 있다.

도 12 의 표에 도시된 바와 같이, 벤치마크 차량 (800) 은 차량 (100) 보다 약간 더 큰 형태 인자를 가질 수도 있다. 구체적으로, 도 12 에 도시된 바와 같이, 벤치마크 차량 (800) 은 11,263 mm 의 길이, 3,403 mm 의 폭 및 3,132 mm 의 높이를 가질 수도 있다.

차량 (100) 의 전력 대 중량비를 이해하기 위해, 중량 및 전력의 비교가 도 13 ~ 도 14 에서 이루어진다. 도 13 은 3 대의 운반 트럭들의 중량들을 나타내는 차트의 개략도이다. 참고로, 각 차량의 운반 중량은 비적재 작동 중량 옆에 표시된다. 여기서, 운반 중량은 운반 용량이 (용적 대신에) 중량으로 측정될 때 운반 능력과 동일하다. 도 13 에 도시된 바와 같이, 벤치마크 차량 (700) 은 대략 28.9 메트릭톤의 비적재 중량을 가진다. 벤치마크 차량 (700) 은 대략 30 메트릭톤의 운반 중량을 가진다. 벤치마크 차량 (800) 은 대략 29.8 메트릭톤의 비적재 중량을 가진다. 벤치마크 차량 (800) 은 대략 39 메트릭톤의 운반 중량을 가진다.

도 13 에 도시된 바와 같이, 차량 (100) 은 대략 45.4 메트릭톤의 비적재 중량을 가진다. 차량 (100) 은 대략 40 메트릭톤의 운반 중량을 가진다. 따라서, 차량 (100) 은 벤치마크 차량 (700) 및 벤치마크 차량 (800) 둘 다보다 실질적으로 더 무거운 것으로 보인다.

차량의 중량이 증가함에 따라, 전력이 증가하지 않으면 핸들링이 힘들 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 벤치마크 차량에 비해 차량 (100) 의 증가된 중량은 전체 전력의 증가를 수반한다.

도 14 는 다양한 차량들에 의해 생성되는 전력을 나타내는 개략도이다. 전술한 바와 같이, 차량 (100) 의 일 실시형태는 대략 400 ~ 500 킬로와트 범위의 연속 전력으로 작동하는 한 세트의 전기 모터를 포함한다. 일부 경우에, 차량 (100) 은 대략 500 ~ 600 킬로와트 범위의 피크 전력으로 작동할 수도 있다. 반대로, 30 메트릭톤의 운반 용량을 가진 벤치마크 차량 (700) 은 305 킬로와트의 피크 전력으로만 작동할 수도 있다. 추가로, 39 메트릭톤의 운반 용량을 가진 벤치마크 차량 (800) 은 350 킬로와트의 피크 전력으로만 작동할 수도 있다.

도 15 는 여러 개의 차량들의 전력 대 중량비를 나타내는 차트의 개략도이다. 도 15 에 도시된 바와 같이, 차량 (100) 은 미터 입방체당 약 0.012 킬로그램의 전력 대 중량비를 가진다. 차량 (700) 은 미터 입방체당 약 0.010 킬로그램의 전력 대 중량비를 가진다. 차량 (800) 은 미터 입방체당 약 0.012 킬로그램의 전력 대 중량비를 가진다. 따라서, 이러한 차량들은 차량 대 중량비가 거의 유사하다는 것을 알 수 있다. 다른 벤치마크 차량들 보다 상당히 무거움에도 불구하고, 차량 (100) 은 필적가능한 전력 대 중량비로 표시된 바과 유사한 구동 성능을 가질 수 있다.

배터리 교체 프로세스

방전된 배터리들을 완전히 충전된 배터리로 효율적으로 교체할 수 있는 시스템을 갖추어 차량들이 재충전을 기다리는 장시간 동안 유휴 상태 (idle) 가 되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

전기 차량의 배터리들을 교체하기 위한 일부 시스템에는 상당한 기반시설이 필요할 수 있다. 전기 차량들용 배터리들이 크고 무거워지는 경향이 있기 때문에, 배터리들을 교체하기 위한 시스템은 크레인, 지게차, 적재 램프, 팔레트 또는 배터리들을 차량으로 그리고 차량으로부터 상승, 하강 그리고 운반하기 위한 기타 구성요소들을 포함할 수 있다. 광산 (예를 들어, 지하 샤프트들) 에는 공간이 매우 제한되어 있기 때문에, 필요한 기반시설의 양을 제한하는 배터리 교체 시스템을 가지는 것이 바람직하다.

일부 실시형태들은 소위 "제로 기반시설" 배터리 교체 시스템을 활용할 수 있다. 이러한 제로 기반시설 시스템에 대해 필요한 것은, 방전된 배터리들을 하역하고 완전히 충전된 배터리들을 다시 적재하기 위해 "공간 및 오염 (dirt)" 이다.

일부 실시형태들에서, 차량 (100) 은 방전된 배터리들을 분리하고 광산 지면상의 완전히 충전된 배터리들을 장착하는데 필요한 모든 제공물들로 구성된다. 이러한 제공물들은 일차 배터리 어셈블리 (104) 를 위한 장착 및 분리 시스템 (250) 을 포함할 수 있다. 이러한 제공물들은 또한 일차 배터리 어셈블리 (104) 가 분리되었을 때 차량 (100) 에 전력공급하는데 사용되는 별도의 "운광" 배터리 (즉, 보조 배터리 팩 (105)) 를 포함할 수 있다.

도 16 ~ 도 27 은 채굴 차량에서 방전된 배터리 팩들을 가진 배터리 어셈블리를 충전된 배터리 팩들을 가진 다른 배터리 어셈블리로 교체하는 프로세스의 개략도를 도시한다.

도 16 에 도시된 바와 같이, 차량 (100) 은 광산 지역에서 이동하고 있다. 설명을 목적으로, 차량 (100) 의 작동 상태에 관한 정보를 제공할 수 있는 디스플레이 스크린 (2000) 이 도시된다. 차량 (100) 의 일부 실시형태들이 디스플레이를 제공할 수 있지만, 다른 실시형태들은 디스플레이를 포함하지 않을 수 있음을 이해할 수 있다. 또 다른 실시형태들은 상이한 종류의 정보를 보여주는 디스플레이를 포함할 수도 있다. 더욱이, 또 다른 실시형태들은 조작자에게 차량 (100) 의 작동 상태에 관한 정보를 제공하기 위해 임의의 다른 종류의 표시기들 (빛, 소리 등) 을 이용할 수 있다.

디스플레이 스크린 (2000) 은 배터리 충전 섹션 (2002) 을 포함한다. 배터리 충전 섹션 (2002) 은 일차 배터리 어셈블리 (104) 를 포함하는 배터리 팩들에 대한 충전 레벨을 나타내는 제 1 충전 표시기 (2004) 를 포함할 수도 있다. 배터리 충전 섹션 (2002) 은 또한 보조 배터리 팩 (105) 에 대한 충전 레벨을 나타내는 제 2 충전 표시기 (2006) 를 포함할 수도 있다.

디스플레이 스크린 (2000) 은 또한 전력 흐름 섹션 (2010) 을 포함할 수도 있다. 전력 흐름 섹션 (2010) 은 차량 (100) 및 추진 시스템과 관련된 일부 구성요소들의 개략도를 제공할 수도 있다. 전력 흐름 섹션 (2010) 은 제 1 배터리 팩 (200), 제 2 배터리 팩 (202) 및 보조 배터리 팩 (105) 의 개략도를 포함할 수도 있다. 더욱이, 전력 흐름 섹션 (2010) 은 어느 배터리 팩들이 현재 차량에 전력공급하는지를 나타내는 개략적인 전력 흐름 라인 (2020) 을 포함할 수 있다. 설명의 목적으로, 전력 흐름 라인 (2020) 은 차량 (100) 의 4 개의 휠들 각각으로 흐르는 것으로 도시되어 있다. 하지만, 실제로 하나 이상의 배터리 팩들로부터 4 개의 전기 모터들 (즉, 도 3 에 도시된 모터 세트 (188)) 각각으로 전력 흐름이 통과하는 것을 알 수 있다. 그런 다음, 각각의 모터는 해당 휠을 구동한다.

도 16 에 도시된 바와 같이, 제 1 충전 표시기 (2004) 는 일차 배터리 어셈블리 (104) 의 배터리 팩들이 낮은 충전을 가짐을 나타낸다. 이를 개선하기 위해, 차량 (100) 의 조작자는 완전히 충전된 배터리 어셈블리 (2040) (즉, 완전히 충전된 배터리 팩들을 가진 어셈블리) 가 배치되는 개방 영역을 향해 차량 (100) 을 이동시키고 있다. 하지만, 새로운 배터리 어셈블리를 장착하기 전에, 차량 (100) 은 충전된 배터리 어셈블리 (2040) 에 인접한 위치 (2032) 로 이동한다. 위치 (2032) 에서, 차량 (100) 은 방전된 배터리 어셈블리 (104) 를 자동으로 분리할 수 있다.

도 17 은 일차 배터리 어셈블리 (104) 를 분리 또는 "드롭 오프 (dropping off)" 하기 위해 미리 결정된 위치 (2032) 에 접근하는 차량 (100) 의 개략도를 도시한다. 참고로, 개략적인 선은, 일차 배터리 어셈블리 (104) 가 원하는 위치에서 분리됨을 보장하도록 차량 (100) 이 위치되어야 하는 대략적인 정지 지점 (2034) (예를 들어, 차량 (100) 의 최전방 단부) 을 나타낸다. 기반시설이 없는 완전히 개방된 영역과 같은 일부 경우에, 일차 배터리 어셈블리 (104) 를 분리하기 전에 차량 (100) 이 위치할 정확한 위치를 식별하는 것이 필요하지 않을 수 있다. 하지만, 배터리 어셈블리가 팔레트 또는 다른 국부적인 구조물 (예를 들어, 충전 베이 (charging bay) 또는 스테이션의 일부) 에 드롭 오프될 수 있는 일부 다른 실시형태들에서, 배터리 어셈블리를 분리하기 전에 차량 (100) 을 정확한 위치 (및 정확한 방향) 에 위치시킬 필요가 있을 수 있다.

도 18 에서, 차량 (100) 은 정지 지점 (2034) 에 위치하여 일차 배터리 어셈블리 (104) 가 분리될 수 있는 것으로 보인다. 배터리를 분리하기 전에, 1 차 배터리 어셈블리 (104) 와 차량 (100) 의 다른 구성요소들 사이의 하나 이상의 물리적 연결부들이 분리될 수도 있다. 예를 들어, 도 18 은 배터리 어셈블리 (104) 의 배터리 팩 (200) 으로부터 분리되는 단일 전기 케이블 (2050) 의 개략적 확대도를 포함한다. 마찬가지로, 전기 케이블 (2052) 이 배터리 팩 (202) 으로부터 분리된 것으로 도시되어 있다.

예시적인 실시형태에서, 일차 배터리 어셈블리 (104) 의 각각의 배터리 팩은 차량 (100) 의 하나 이상의 전기 회로들로부터 분리될 수 있다. 이러한 전기 회로들은 하나 이상의 배터리들과 하나 이상의 모터들 사이에 전력을 지향시키는 회로들일 수 있다. 일 실시형태에서, 각각의 배터리 팩은 적어도 하나의 케이블에 의해 하나 이상의 전기 회로들에 연결된다. 따라서, 각각의 배터리 팩을 전기적으로 분리하려면 하나 이상의 케이블들을 분리해야 한다.

예시적인 실시형태에서, 각각의 배터리 팩은 또한 배터리들과 차량 (100) 사이에서 유체를 흐르게 하는 튜브들에 연결될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들은 배터리들을 통해 냉각을 위해 오일들을 사용할 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 배터리 팩들상의 하나 이상의 유체 포트들에 연결되는 튜브들은 또한 배터리 어셈블리를 분리하기 전에 분리되어야 한다. 대안으로, 다른 실시형태들에서, 유체 냉각에 사용되는 튜브들은 배터리 팩들이 분리될 때만 부착될 수 있다 (예를 들어, 충전 중에 냉각될 수 있음).

다른 실시형태들에서, 케이블들 및/또는 튜브들의 분리는 수동으로 또는 자동으로 수행될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 일차 배터리 어셈블리를 분리하기 전에, 차량 조작자는 운전실에서 나와 일차 배터리 어셈블리를 가진 차량의 다른 쪽까지 걸어갈 수 있다. 그 후에, 조작자는 전기 케이블들 뿐만 아니라 유체 튜브들을 수동으로 분리할 수 있다. 대안으로, 일부 다른 실시형태들에서 전기 연결부 (및/또는 유체 연결부) 가 자동으로 분리될 수 있음을 이해할 수 있다.

배터리 어셈블리 (104) 와 차량 (100) 사이에 필요한 분리가 이루어지면, 배터리 어셈블리 (104) 가 분리될 수 있다. 도 19 ~ 도 20 은 장착 및 분리 시스템 (250) 을 사용하여 일차 배터리 어셈블리 (104) 를 분리할 시 연속적인 단계들을 도시한다. 특히, 배터리 어셈블리 (104) 는 도 19 에 부분적으로 하강된 위치 (2070) 에 도시된다. 또한, 배터리 어셈블리 (104) 는 도 20 에 완전 하강된 위치 (2062) 에 도시된다.

도 19 ~ 도 20 에 도시된 바와 같이, 배터리 어셈블리 (104) 는 장착 및 분리 시스템 (250) 의 연결 어셈블리를 사용하여 하강된다. 사용될 수 있는 연결 어셈블리들의 특정 설계는 이하에서 보다 상세하게 설명되고 예를 들어 도 32 에 도시되어 있다.

배터리 어셈블리 (104) 가 분리 전에 차량 (100) 의 임의의 모터들로부터 분리되어야 하기 때문에, 장착 및 분리 시스템 (250) 은 보조 배터리 팩 (105) 으로부터의 전력을 필요로 할 수 있다. 즉, 연결 어셈블리 (252) 또는 장착 및 분리 시스템 (250) 의 다른 구성요소들을 작동시키는데 필요한 임의의 전력은 보조 배터리 팩 (105) 에 의해 공급될 수도 있다.

대안적인 실시형태에서, 배터리 어셈블리 (104) 가 지면으로 하강되면 전기 케이블들이 차량 (100) 으로부터 나와 연장되도록 설계될 수 있음을 상정할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 전기 케이블들은 분리가 발생할 때 일차 배터리 어셈블리 (104) 의 배터리 팩들에 부착되어 유지될 수 있다. 따라서, 제 1 배터리 팩 (200) 및/또는 제 2 배터리 팩 (202) 으로부터의 전력이 장착 및 분리 시스템 (250) 에 전력공급하는데 사용될 수 있음을 상정할 수 있다.

일부 실시형태들에서, 일차 배터리 어셈블리 (104) 가 하강된 후, 조작자는 재충전을 위해 하나 또는 두 개의 배터리 팩들을 연결하는 옵션을 가질 수도 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 하나 이상의 긴 충전 케이블들이 위치 (2032) 근방에서 발견될 수도 있다 (도 18 참조). 충전 케이블들은 광산의 다른 곳 (또는 심지어 광산 외부) 에 있는 전원에 연결될 수 있다.

다른 실시형태에서, 배터리 교체는 하나 이상의 재충전 스테이션들에 인접해서 수행할 수 있다. 이러한 실시형태들에서, 배터리는 재충전 스테이션에 바로 인접한 위치에서 분리될 수도 있다.

또 다른 실시형태들에서, 배터리들은 교체 장소에서 재충전될 수 없지만 충전을 위해 다른 위치로 이동될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서 작업자 중 승무원은 방전된 배터리들을 광산 전체에서 수집하여 이 배터리들을 충전 제공물이 제공되는 광산 내부 (또는 외부) 의 다른 위치로 가져올 수 있다. 그 다음에 이러한 동일한 승무원은 최근 충전된 배터리들을 운반 트럭이나 기타 전기 채굴 차량이 작동할 것으로 예상되는 광산 전체의 위치들에 전달할 수 있다.

도 21 에서, 차량 (100) 은 배터리 어셈블리 (104) 로부터 후진하는 것으로 도시된다. 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 장착 및 분리 시스템 (250) 은 배터리 어셈블리 (104) 가 가장 낮은 위치로 이동되면 배터리 어셈블리 (104) 로부터 자동으로 분리되도록 구성될 수 있다. 특히, 조작자가 장착 및 분리 시스템 (250) 으로부터 배터리 어셈블리 (104) 를 수동으로 분리할 필요가 없다. 이는 작업자가 프로세스 전반에 걸쳐 운전실에 들어오고 나가야하는 회수를 줄임으로써 교체 프로세스 동안 시간을 절약하는데 도움을 줄 수도 있다.

도 22 에서, 차량 (100) 은 방전된 배터리 어셈블리 (104) 에 인접한 제 1 위치 (2032) 로부터 완전히 충전된 배터리 어셈블리 (2040) 에 인접한 제 2 위치 (2033) 로 이동하는 것으로 도시되어 있다. 차량 (100) 이 제 1 위치와 제 2 위치 사이를 이동할 때, 디스플레이 스크린 (2000) 은 차량 (100) 이 보조 배터리 팩 (105) 에 의해 전력공급되고 있음을 표시한다. 이는 제 2 충전 표시기 (2006) 에 도시된 낮은 충전 레벨 (도 16 에 도시된 충전 레벨과 비교) 로 표시된다. 또한, 전력 흐름 섹션 (2010) 은 보조 배터리 팩 (105) 에서 휠들로 (각각의 휠에 인접하게 배치된 전기 모터를 통해) 전력이 흐르고 있음을 명시적으로 보여준다.

도 22 에 도시된 실시형태에서는 4 개의 휠들 모두에 흐르는 전력을 도시하고 있지만, 일부 실시형태들에서 보조 배터리 팩 (105) 은 휠들의 일부에만 전력을 제공할 수도 있다. 일 실시형태에서, 보조 배터리 팩 (105) 은 전방 휠들에만 전력을 제공할 수도 있다. 다른 실시형태에서, 보조 배터리 팩 (105) 은 후방 휠들에만 전력을 제공할 수도 있다. 따라서, 일부 경우에, 배터리들을 교체하는 동안 차량 (100) 은 전방 휠 구동부 또는 후방 휠 구동부로 작동할 수도 있다.

도 23 은 완전히 충전된 배터리 어셈블리 (2040) 에 접근하는 차량 (100) 의 개략도를 도시한다. 일부 실시형태들에서, 차량 (100) 은 차량 (100) 과 배터리 어셈블리 (2040) 를 정렬하는데 도움을 주는 제공물들을 포함할 수도 있다. 일 실시형태에서, 차량 (100) 은 장착 및 분리 시스템 (250) 상에 또는 그 근방에 배치된 하나 이상의 카메라들을 포함할 수 있다. 차량 (100) 이 접근함에 따라, 조작자는 장착 및 분리 시스템 (250) 을 배터리 어셈블리 (2040) 와 정렬시키는데 도움을 주도록 비디오 피드의 디스플레이를 볼 수도 있다.

도 23 을 참조하면, 제 2 디스플레이 스크린 (2100) 의 개략도가 도시되어 있다. 디스플레이 스크린 (2100) 은, 예를 들어 장착 및 분리 시스템 (250) 의 일부에 배치될 수 있는 장착 카메라로부터의 뷰를 디스플레이할 수도 있다.

일부 실시형태들은 배터리 어셈블리에 표시 또는 다른 시각적 표시기들을 통합할 수 있다. 이러한 표시는 비디오 피드에서 볼 수 있어서 조작자가 차량이 적절하게 정렬되었 때를 결정하는데 도움이 된다. 도 23 의 실시형태에서, 배터리 어셈블리 (2040) 의 후방측은 배터리 어셈블리 (2040) 의 상단 및 하단 각각에 제 1 물리적 표시 (2105) 및 제 2 물리적 표시 (2107) 로 구성될 수도 있다. 제 1 가상 표시 (2110) 및 제 2 가상 표시 (2111) 를 포함하는 한 세트의 가상 표시가 배터리 어셈블리 (2040) 의 비디오 이미지에 중첩된다. 운전자가 배터리 어셈블리 (2040) 에 근접해짐에 따라, 가상 표시 (2110) 및 가상 표시 (2111) 가 각각 물리적 표시 (2105) 및 물리적 표시 (2107) 에 정렬되도록 운전자는 차량 (100) 을 조종하려고 할 수 있다. 이는 운전자가 장착 및 분리 시스템 (250) 의 구성요소들을 배터리 어셈블리 (2040) 의 대응하는 특징물들 (파지할 수 있는 바아들과 같은) 과 정확하게 정렬시키는 것을 도울 수 있다.

도 24 는 충전된 배터리 어셈블리 (2040) 가 배치되는 제 2 위치 (2033) 에서 정지된 차량 (100) 의 개략도를 도시한다. 차량 (100) 은 장착 및 분리 시스템 (250) 이 충전된 배터리 어셈블리 (2040) 와 접촉하도록 위치된다.

도 25 는 충전된 배터리 어셈블리 (2040) 가 장착 및 분리 시스템 (250) 에 의해 지면에서 상승될 때 차량 (100) 의 개략도를 도시한다. 마지막으로, 도 26 에 도시된 바와 같이, 배터리 어셈블리 (2040) 는 최종 장착 위치로 상승된다. 이 지점에서, 조작자는 배터리 어셈블리 (2040) 의 배터리 팩들과 전기 케이블들 및/또는 다른 물리적 연결부들을 재연결할 수도 있다. 도 26 에 도시된 바와 같이, 케이블 (2050) 및 케이블 (2052) 은 각각 배터리 어셈블리 (2040) 의 배터리 팩 (2060) 및 배터리 팩 (2062) 과 수동으로 재연결된다.

대안적인 실시형태에서, 배터리 어셈블리 (2040) 가 지면상에 배치되는 동안 전기 케이블들이 차량 (100) 으로부터 연장되도록 설계될 수 있음을 상정할 수 있다. 이러한 실시형태에서, 전기 케이블들은 차량 (100) 에 배터리 어셈블리 (2040) 를 장착하기 전에 배터리 어셈블리 (2040) 의 배터리 팩들에 부착될 수 있다. 이에 따라서, 제 1 배터리 팩 (2060) 및 제 2 배터리 팩 (2062) 으로부터의 전력이 장착 및 분리 시스템 (250) 에 전력공급하는데 사용될 수 있음을 상정할 수 있다.

도 27 은 완전히 충전된 일차 배터리 어셈블리를 가진 제 2 위치 (2033) 로부터 멀리 주행되는 (후진되는) 차량 (100) 의 개략도를 도시한다. 디스플레이 스크린 (2000) 의 전력 흐름 섹션 (2010) 에 도시된 바와 같이, 일차 배터리 어셈블리 (2040) 의 배터리 팩 (2060) 및 배터리 팩 (2062) 은 차량 (100) 의 이동에 전력공급하고 있고 보조 배터리 팩은 더 이상 사용되지 않는다.

차량 (100) 은 이제 현재의 일차 배터리 어셈블리가 충전된 상태로 유지되는 한 광산의 내부 (또는 외부) 의 재료를 운반하는데로 되돌아갈 수 있다. 현재 배터리 어셈블리가 완전히 (또는 거의 완전히) 방전되면, 차량 (100) 은 방전된 배터리를 완전히 충전된 배터리로 교체하는 이러한 동일한 프로세스를 반복할 수도 있다.

도 28 은 전술한 단계들에 따라서 배터리 교체를 위한 프로세스를 도시하는 순서도이다. 일부 실시형태들에서, 이러한 단계들 중 일부는 선택적일 수도 있음을 이해할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 추가적인 단계들을 포함할 수도 있다.

제 1 단계 (2300) 동안, 제 1 배터리 어셈블리를 포함하는 하나 이상의 교체가능한 배터리 팩들을 갖는 차량은 제 1 위치로 이동할 수도 있다. 일부 경우에, 제 1 위치는 하나 이상의 충전된 배터리 팩들을 포함하는 제 2 배터리 어셈블리가 배치된 제 2 위치에 인접할 수도 있다.

제 2 단계 (2302) 에서, 제 1 배터리 어셈블리의 하나 이상의 배터리 팩들이 차량으로부터 분리될 수 있다. 이는 전력 케이블들을 분리시키는 것을 포함할 수 있다. 일부 경우에, 전력 케이블들은 수동으로 분리될 수 있다. 다른 경우에, 전력 케이블들은 자동으로 분리될 수 있다.

제 3 단계 (2304) 에서, 제 1 배터리 어셈블리는 온보드 장착 및 분리 시스템을 사용하여 차량으로부터 분리될 수 있다. 일부 경우에, 이는 하나 이상의 래치들 뿐만 아니라 유압 작동식 연결 어셈블리를 포함할 수 있다. 특히, 일부 경우에, 차량에 대하여 제 1 배터리 어셈블리를 제자리에 유지하고 있는 래치들은 해제될 수 있고 연결 어셈블리는 제 1 배터리 어셈블리를 지면으로 하강시키는데 사용될 수 있다. 일부 경우에, 배터리 어셈블리가 지면에 배치되면 연결 시스템이 제 1 배터리 어셈블리로부터 자동으로 분리된다.

제 4 단계 (2306) 에서, 차량은 제 1 배터리 어셈블리로부터 멀리 이동하고 제 2 배터리 어셈블리가 위치한 제 2 위치로 이동할 수 있다. 이 시간 동안, 차량은 항상 차량에 온보드된 보조 배터리로부터 전력을 사용하여 작동할 수 있다.

제 5 단계 (2308) 에서, 차량은 제 2 배터리 어셈블리에 접근하여 제 2 배터리 어셈블리와 장착 및 분리 시스템 사이에 접촉할 수 있다. 일부 경우에, 비디오 피드를 사용하여 장착 및 분리 시스템을 제 2 배터리 어셈블리와 적절하게 정렬시키는데 보조할 수 있다. 일부 경우에, 배터리 어셈블리는 정렬을 용이하게 하기 위해 표시가 제공될 수 있다. 다른 경우에, 비디오 피드는 배터리 어셈블리의 부품들과 정렬되도록 하나 이상의 표시 (가능하다면 배터리상의 다른 물리적 표시) 를 투영할 수 있다.

제 6 단계 (2310) 에서, 장착 및 분리 시스템은 제 2 배터리 어셈블리를 위로 상승시키고 이를 차량상의 제위치에 고정시키는데 사용될 수 있다. 일부 경우에, 제 2 배터리 어셈블리가 최고 위치로 상승되면, 배터리 어셈블리의 하나 이상의 부분들은 배터리 어셈블리를 제자리에 고정시키기 위해 장착 및 분리 시스템의 하나 이상의 래치들에 의해 파지될 수 있다.

제 7 단계 (2312) 에서, 제 2 배터리 어셈블리가 차량에 장착되면, 임의의 전력 케이블들이 제 2 배터리 어셈블리의 배터리 팩들과 재연결될 수 있다. 이 지점에서, 차량은 보조 배터리 보다는 오히려 이차 배터리 어셈블리에 의해 전력공급될 수 있다.

일부 실시형태들에서, 배터리 교체는 하나 이상의 고정된 위치들 (예를 들어, 광산내의 위치들) 에서 실시할 수 있다. 이러한 경우에, 조작자는 이러한 위치의 지도 또는 목록을 가지고 있을 수 있으며, 일차 배터리 어셈블리를 교체해야 할 때, 조작자는 가장 근접한 알려진 교체 위치로 차량을 운전할 수 있다. 다른 실시형태들에서, 특히 광산 작업이 주로 광산의 일부 지역에 위치하지만 다른 지역에 위치하지 않는 차량으로 전개됨에 따라 배터리 교체 위치가 변경될 수 있다. 또 다른 실시형태들에서, 배터리 교체는 필요에 따라 발생할 수 있다. 즉, 조작자가 배터리 어셈블리가 낮은 충전임을 알게 되면, 관리인에게 전화하여 완전히 충전된 배터리 어셈블리를 가까운 위치로 전달하도록 요청할 수 있다.

본 실시형태들은 비적재 차량과의 배터리 교체를 도시한다. 하지만, 이러한 동일한 배터리 교체 프로세스는 트럭의 베드에 재료가 적재되어 있는 동안 실시할 수 있음을 알 수 있다.

실시형태들은 보조 배터리 팩을 재충전하기 위한 제공물들을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 보조 배터리 팩은 일차 배터리 어셈블리의 하나 이상의 모듈들에 연결된 온보드 변환기를 통해 충전될 수 있다. 일 실시형태에서, 온보드 600V ~ 300V DC/DC 변환기가 사용될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 보조 배터리 팩은 외부 소스에 의해 재충전될 수 있다. 이러한 경우에, 보조 배터리 팩은 하루가 끝날 때 (또는 트럭의 다른 작동 주기) 에 재충전될 수 있다.

배터리 장착 및 분리

도 29 ~ 도 31 은 예시적인 배터리 어셈블리 (3000) 의 개략도를 도시한다. 배터리 어셈블리 (3000) 는 배터리 어셈블리 (104) (및 배터리 어셈블리 (2040)) 와 일부 제공물들을 공유할 수 있다. 하지만, 다른 실시형태들에서, 배터리 어셈블리의 이하의 특징들 중 일부는 선택적일 수 있음을 이해할 수 있다.

도 29 ~ 도 30 을 참조하면, 배터리 어셈블리 (3000) 는 배터리 케이지 (3002), 제 1 배터리 팩 (3004) 및 제 2 배터리 팩 (3006) 으로 구성된다. 각각의 배터리 팩은 하나 이상의 배터리 셀들을 더 추가할 수 있다.

배터리 케이지 (3002) 는 제 1 배터리 팩 (3004) 및 제 2 배터리 팩 (3006) 을 유지하고 보호하는데 사용될 수 있다. 이를 위해, 배터리 케이지 (3002) 는 제 1 배터리 팩 (3004) 및 제 2 배터리 팩 (3006) 각각을 수용하도록 크기결정 및 치수결정될 수 있다. 도 29 ~ 도 30 에 도시된 실시형태들에서, 배터리 케이지 (3002) 는 적층 구성으로 2 개의 배터리 팩들을 유지할 수 있는 내부 공동을 가진 비교적 얇은 외부 케이싱으로서 구성된다. 특히, 배터리 케이지 (3002) 는 각각의 배터리 팩의 수평 풋프린트보다 약간 더 큰 수평 풋프린트를 가진다. 배터리 케이지 (3002) 는 또한 제 1 배터리 팩 (3004) 및 제 2 배터리 팩 (3006) 의 결합된 높이보다 약간 더 큰 수직 높이를 가진다.

도 30 에 도시된 바와 같이, 배터리 케이지 (3002) 는 상부 케이지 부분 (3010) 및 하부 케이지 부분 (3012) 을 포함하여 분리될 수 있는 2 개의 분리된 부품들로 구성된다. 상부 케이지 부분 (3010) 은 제 1 배터리 팩 (3004) 을 수용하도록 크기결정 및 치수결정된다. 하부 케이지 부분 (3012) 은 제 2 배터리 팩 (3006) 을 수용하도록 크기결정 및 치수결정된다. 상부 케이지 부분 (3010) 및 하부 케이지 부분 (3012) 은 당업계에 알려진 임의의 종류의 체결구들을 사용하여 부착될 수 있다.

배터리 케이지 (3002) 는 장착 및 분리를 용이하게 하는 제공물들을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들은 장착을 용이하게 하도록 구성된 하나 이상의 수평 바아들을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들은 장착을 용이하게 하도록 구성된 하나 이상의 수직 바아들을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들은 장착을 용이하게 하도록 수평 및 수직 바아들의 조합을 포함할 수 있다.

도 29 ~ 도 31 에 도시된 바와 같이, 배터리 케이지 (3002) 는 상부 수평 장착 바아 (3022) 및 하부 수평 장착 바아 (3024) 를 포함하는 한 세트의 수평 장착 바아들을 포함한다.

각각의 수평 장착 바아는 배터리 케이지 (3002) 의 후방측 (3015) 으로부터 약간 후방으로 돌출된다. 더욱이, 수평 장착 바아들은 두 세트의 수직 배향 브라켓들 (3030) 에 의해 유지된다. 이러한 수직 배향 브라켓들 (3030) 은 수평 장착 바아들의 대향 단부들에 위치된다. 각각의 브라켓들 쌍은 고정된 거리만큼 이격될 수 있다. 예로서, 제 1 수직 배향 브라켓 (3031) 및 제 2 수직 배향 브라켓 (3032) 은 거리 (3040) 만큼 이격된다 (도 31 참조). 이러한 구성은 각각의 수평 바아를 장착 및 분리 시스템으로 파지할 수 있는 별도의 섹션들로 분리된다. 구체적으로, 상부 수평 장착 바아 (3022) 는 제 1 단부 세그먼트 (3050), 중간 세그먼트 (3052) 및 제 2 단부 세그먼트 (3054) 로 분리된다. 마찬가지로, 하부 수평 장착 바아 (3024) 는 제 1 단부 세그먼트 (3060), 중간 세그먼트 (3062) 및 제 2 단부 세그먼트 (3064) 로 분리된다.

일부 실시형태들은 하나 이상의 수직 바아들을 포함할 수 있다. 도 29 ~ 도 31 에 도시된 바와 같이, 배터리 케이지 (3002) 는 한 세트의 수직 장착 바아들을 포함한다. 특히, 배터리 케이지 (3002) 는 제 1 수직 장착 바아 (3072) 및 제 2 수직 장착 바아 (3074) 를 포함한다.

각각의 수직 장착 바아는 하부 케이지 부분 (3012) 의 하부측으로부터 상부 케이지 부분 (3010) 의 하부측으로 연장된다. 더욱이, 수직 장착 바아들은 배터리 케이지 (3002) 의 대향하는 후방 코너들에 배치된다. 따라서, 일부 경우에, 각각의 수직 장착 바아는 또한 수직으로 인가된 부하 하에서 배터리 케이지 (3002) 에 약간의 강도를 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 경우에, 유사한 수직 배향 바아들은 또한 구조적 지지를 보조하기 위해 배터리 케이지 (3002) 의 전방 코너들 중 하나 또는 모두에 위치될 수도 있다.

수평 바아들 및 수직 바아들 모두는 적어도 3 가지 방식으로 장착을 용이하게 할 수 있음을 이해할 수 있다. 첫째, 배터리 어셈블리를 상승 및/또는 하강시키는데 보조하도록 장착 및 분리 시스템의 구성요소들로 어느 유형의 바아를 파지할 수 있다. 둘째, 어느 유형의 바아는 장착 및 분리 시스템의 해당 구성요소 (예를 들어, 배터리 케이지를 수평 및/또는 수직 방향으로 자동적으로 정렬하는데 보조할 수 있는 V 형상의 블록) 와 상호작용하여 수평 및/또는 수직 정렬을 용이하게 할 수 있다. 셋째, 어느 유형의 바아는 예를 들어 하나 이상의 래치들 또는 기타 고정 메카니즘을 사용하여 제자리에 고정될 수 있다. 상이한 실시형태들에서 수평 및 수직 바아들은 상이한 기능 (예를 들어, 상승, 정렬 및 래칭을 위한 수평 바아들 및 상승은 아닌 정렬 및 래칭을 위한 수직 바아들) 을 달성하는데 사용될 수 있음을 이해할 수 있다.

도 29 ~ 도 31 에 도시된 본 실시형태에서, 수평 장착 바아 (3020) 세트는 배터리 케이지 (3002) 를 상승/하강, 배터리 케이지 (3002) 를 정렬 및 (예를 들어, 바아들을 파지하는 래치들을 사용하여) 배터리 케이지 (3002) 를 제자리에 고정하기 위한 접촉 지점으로서 기능할 수 있다. 반대로, 수직 장착 바아들 (3070) 세트는 배터리 케이지 (3002) 를 상승/하강시키는 동안 접촉 지점으로 사용되지 않을 수 있지만, (예를 들어, 바아들을 파지하는 래치들 사용하여) 배터리 케이지 (3002) 를 제자리에 정렬 및/또는 고정을 용이하게 하는데 사용될 수 있다.

배터리 케이지 (3002) 는 주로 전방면, 상부면, 하부면 및 측면에서 폐쇄될 수 있다. 하지만, 배터리 케이지 (3002) 는 후방측 (3015) (및 측면의 일부) 에서 부분적으로 개방될 수 있어서, 배터리 팩들의 연결 포트 또는 다른 제공물들이 노출될 수 있다.

일부 실시형태들은 고르지 않은 지면에서 배터리를 슬라이딩시키는 것을 용이하게 하는 제공물들을 포함할 수 있다. 도 31 에 잘 도시된 바와 같이, 배터리 케이지 (3002) 는 슬라이딩을 용이하게 하기 위해 둥근 코너들 (3007) 을 갖는 하부면 (3005) 을 가질 수 있다.

배터리 케이지 (3002) 는 제 1 배터리 팩 (3004) 및 제 2 배터리 팩 (3006) 을 유지하고 보호하도록 설계된다. 이를 위해, 배터리 케이지 (3002) 는 주로 후방측 (3015) 의 부착 지점들을 따라서 운반 트럭에 고정되는 동안 충분한 강도를 갖도록 구성된다.

다른 실시형태들에서, 배터리 케이지 (3002) 를 위한 재료는 다양할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 배터리 케이지 (3002) 는 금속 또는 금속 합금을 포함하는 재료로 구성된다. 일부 실시형태들에서, 배터리 케이지 (3002) 는 차량 (100) 의 섀시 (예를 들어, 프레임 (101)) 에 사용되는 재료와 유사한 재료로 구성된다.

각각의 배터리 팩은 전기 케이블들을 수용하기 위한 하나 이상의 포트들로 구성될 수 있다. 도 31 에 도시된 바와 같이, 제 1 배터리 팩 (3004) 은 전기 케이블을 연결하기 위한 포트 (3090) 를 포함한다. 제 2 배터리 팩 (3006) 은 전기 케이블을 연결하기 위한 포트 (3092) 를 포함한다. 이러한 포트들은 배터리 어셈블리 (3000) 가 차량에 장착될 때 각각의 배터리 팩을 차량의 하나 이상의 회로들에 연결하는데 사용될 수 있다. 이러한 포트들은 또한 배터리 어셈블리를 차량에서 분리할 때 각각의 배터리 팩을 충전 소스에 연결하는데 사용될 수 있다. 하지만, 다른 실시형태들에서, 각각의 배터리 팩은 배터리 팩을 차량의 전기 회로에 연결하기 위한 포트 및 배터리 팩을 충전하기 위한 별도의 포트를 포함하는 2 개 이상의 전기 포트들을 포함할 수 있다.

각각의 배터리 팩은 또한 하나 이상의 밸브들 또는 유체 포트들 구성되어 배터리 팩들을 냉각시키기 위해 오일 또는 기타 유체의 유동을 용이하게 할 수 있다. 도 31 에서, 제 1 배터리 팩 (3004) 은 한 세트의 유체 포트들 (3096) 을 포함한다. 또한, 제 2 배터리 팩 (3006) 은 한 세트의 유체 부분들 (3098) 을 포함한다.

도 32 는 전방 단부 (90) 에서 차량 (100) 의 일부의 개략도를 도시한다. 도 32 에 도시된 바와 같이, 장착 및 분리 시스템 (250) 은 캡 (116) 에 인접한 전방 단부 (90) 에 배치된다. 장착 및 분리 시스템 (250) 은 한 쌍의 연결 어셈블리들 (3100) 을 포함한다. 구체적으로는, 장착 및 분리 시스템 (250) 은 제 1 연결 어셈블리 (3102) 및 제 1 연결 어셈블리 (3102) 로부터 이격된 제 2 연결 어셈블리 (3104) 를 포함한다.

각각의 연결 어셈블리는 적어도 하나의 유압 실린더에 의해 작동된다. 구체적으로는, 제 1 연결 어셈블리 (3102) 는 제 1 유압 실린더 (3110) 에 의해 작동된다. 제 2 연결 어셈블리 (3104) 는 제 2 유압 실린더 (3112) 에 의해 작동된다.

장착 및 분리 시스템 (250) 은 또한 배터리 어셈블리를 차량 (100) 상의 제자리에 고정하기 위한 제공물들을 포함할 수 있다. 장착 및 분리 시스템 (250) 은 차량 (100) 상의 제자리에 배터리 어셈블리를 고정하는데 사용될 수 있는 한 세트의 수용 부재들 (3199) 을 포함한다.

도 33 은 제 1 연결 어셈블리 (3102) (간단하게 연결 어셈블리 (3102) 라고도 함), 유압 실린더 (3110) 및 다른 구조 요소 (3111) 의 분해 등축도이다. 구조 요소 (3111) 의 제 1 단부는 유압 실린더 (3110) 의 실린더 배럴 (3114) 에 선회가능하게 연결될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 구조 요소 (3111) 의 제 2 단부는 차량 (100) 의 다른 부분에 부착될 수 있다. 일부 실시형태들에서, 구조 요소 (3111) 의 제 2 단부는 연결 어셈블리 (3102) 의 링크들 중 하나에 고정될 수 있다.

연결 어셈블리 (3102) 는 4-바아 연결부일 수 있다. 즉, 연결 어셈블리 (3102) 는, 루프로 배열되어 연결되고 4 개의 회전 조인트들에 의해 서로 연결된 4 개의 링크들을 포함한다. 보다 구체적으로, 연결 어셈블리 (3102) 는 링크들이 평행 평면에서 이동하도록 제한되기 때문에 평면형 4-바아 연결부일 수 있다.

연결 어셈블리 (3102) 는 그라운드 (ground) 링크 (3121) (고정 링크 또는 프레임이라고도 함), 상부 그라운디드 (grounded) 링크 (3122), 하부 그라운디드 링크 (3123) 및 플로팅 링크 (3124) 를 포함하는 4 개의 링크들을 포함한다. 도 32 에 도시된 바와 같이, 그라운드 링크 (3121) 는 차량 (100) 상의 대략 수직 위치에 고정될 수 있다. 플로팅 링크 (3124) 는 그라운드 링크 (3121) 와 대략 평행하게 유지된다 (즉, 대략 수직 방향으로 배향됨). 상부 그라운디드 링크 (3122) 및 하부 그라운디드 링크 (3123) 의 배향은 연결부가 작동됨에 따라 변할 수 있다.

플로팅 링크 (3124) 는 제 1 후크 (3140) 및 제 2 후크 (3142) 를 포함한다. 제 1 후크 (3140) 및 제 2 후크 (3142) 는 플로팅 링크 (3124) 로부터 전방으로 연장되어, 차량 (100) 상에 배치될 때, 후크들이 연결 어셈블리 (3102) 의 최전방 부분들일 수 있다. 제 1 후크 (3140) 는 제 2 후크 (3142) 위에 배치될 수 있다. 즉, 제 1 후크 (3140) 와 제 2 후크 (3142) 는 상이한 수직 위치들을 가질 수 있다. 제 1 후크 (3140) 는 상부 그라운디드 링크 (3122) 와 플로팅 링크 (3124) 사이의 선회 조인트 (3147) 바로 아래에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 제 2 후크 (3142) 는 하부 그라운디드 링크 (3123) 와 플로팅 링크 (3124) 사이의 선회 조인트 (3149) 바로 아래에 배치될 수 있다.

각각의 후크는, 연결 어셈블리 (3102) 가 제 2 연결 어셈블리 (3104) 와 함께 배터리 케이지와 결합하고 그리고 이를 상승 (또는 하강) 시키도록 배터리 케이지상의 대응 부품들을 수용하도록 형상화되고 설계된다. 예를 들어, 제 1 후크 (3140) 는 상부 수평 장착 바아 (3022) 의 세그먼트를 수용하도록 크기결정 및 형상화될 수 있다. 제 2 후크 (3142) 는 하부 수평 장착 바아 (3024) 의 세그먼트를 수용하도록 크기결정 및 형상화될 수 있다.

연결 어셈블리 (3102) 는 유압 실린더 (3110) 의 피스톤 로드 (3115) 에 의해 작동된다. 구체적으로, 피스톤 로드 (3115) 의 단부는 상부 그라운디드 링크 (3122) 의 단부 (3129) 와 선회가능하게 결합될 수 있다. 단부 (3129) 는 그라운드 링크 (3121) 에 연결된 상부 그라운디드 링크 (3122) 의 단부일 수 있다. 따라서, 피스톤 로드 (3115) 가 실린더 배럴 (3114) 로부터 연장됨에 따라, 상부 그라운디드 링크 (3122) 의 단부 (3129) 는 하방으로 밀리고 그리고 상부 그라운디드 링크 (3122) 를 상방으로 경사지도록 작용하여 플로팅 링크 (3124) 가 상방으로 상승된다. 마찬가지로, 피스톤 로드 (3115) 가 실린더 배럴 (3114) 내에서 수축함에 따라, 상부 그라운디드 링크 (3122) 의 단부 (3129) 는 위로 밀리고 그리고 상부 그라운디드 링크 (3122) 를 하방으로 경사지도록 작용하여 플로팅 링크 (3124) 가 하강된다. 연결 어셈블리 (3102) 의 구성 때문에, 하부 그라운디드 링크 (3124) 는 액추에이터 (유압 실린더 (3110) 처럼) 와 직접 접촉하지 않을 수 있더라도 작동 중에 상부 그라운디드 링크 (3122) 와 유사한 방식으로 이동한다.

현재의 실시형태가 연결 어셈블리들을 포함하지만, 다른 실시형태들에서 다른 기계적 어셈블리들이 배터리 어셈블리들을 상승 및 하강시키는데 사용될 수 있음을 이해할 수 있다. 보다 광범위하게는, 배터리 장착 및 분리 시스템은 작동가능한 어셈블리 및 작동가능한 어셈블리를 이동하기 위한 액추에이터 (예를 들어, 연결 어셈블리 및 유압 실린더) 를 포함할 수 있다. 이 시스템은 작동가능한 어셈블리의 결합 구성요소 (예를 들어, 플로팅 링크) 를 더 포함할 수 있다. 결합 구성요소는, 작동가능한 어셈블리가 작동되면, 배터리 어셈블리가 상승 또는 하강될 수 있도록 배터리 어셈블리와 결합하기 위한 적어도 2 개의 수직으로 이격된 후크들을 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 "후크" 는 특정 크기 또는 기하학적 형상으로 제한되도록 의도되지 않음을 또한 이해할 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 후크는 다른 요소들을 유지하거나, 잡거나, 다르게 결합할 목적으로 만곡되거나 구부러지는 임의의 피스의 재료 (예를 들어, 금속) 을 지칭한다.

도 34 ~ 도 38 은 연결 어셈블리 (3102) 의 이동 범위의 개략도를 도시한다. 명확성을 위해, 플로팅 링크 (3124) 의 전체 위치 뿐만 아니라 전체 위치의 수직 및 수평 구성요소들을 참조한다. 위치의 수직 구성요소는 구조 요소 (3111) 와 같이 고정된 수직 위치를 갖는 요소에 대해 상대적으로 취해질 수 있다. 마찬가지로, 위치의 수평 구성요소는 그라운드 링크 (3121) 와 같이 고정된 수직 위치를 가진 요소에 대해 상대적으로 취해질 수 있다.

처음에, 도 34 에 도시된 바와 같이, 연결 어셈블리 (3102) 는 제 1 수직 위치 및 제 1 수평 위치에 대응하는 제 1 위치에 배치되는 것으로 보인다. 이러한 제 1 위치에서, 플로팅 링크 (3124) 는 그 이동 범위에서 최저 수직 위치에 있다. 또한, 상부 그라운디드 링크 (3122) 및 하부 그라운디드 링크 (3123) 는 하방으로 경사진다.

도 35 는 제 2 수직 위치 및 제 2 수평 위치에 대응하는 제 2 위치에 있는 연결 어셈블리 (3102) 를 도시한다. 이러한 제 2 위치에서, 상부 그라운디드 링크 (3122) 및 하부 그라운디드 링크 (3123) 는 둘 다 대략 수평이다 (이에 따라서, 플로팅 링크 (3124) 에 대략 수직이다). 도 34 와 비교하여 알 수 있는 바와 같이, 플로팅 링크 (3124) 는 상방으로 이동하였다. 플로팅 링크 (3124) 는 또한 전방으로 약간의 작은 이동 (예를 들어, 그라운드 링크 (3121) 로부터 멀리) 을 달성하였다. 플로팅 링크 (3124) 의 전방으로의 이러한 초기의 스위프 (sweep) 는, 이하에서 보다 상세하게 설명되는 바와 같이, 배터리 어셈블리와의 적절한 결합을 보장하는데 도움을 줄 수 있다.

도 36 은 제 3 수직 위치 및 제 3 수평 위치에 대응하는 제 3 위치에 있는 연결 어셈블리 (3102) 를 도시한다. 이 제 3 위치에서, 상부 그라운디드 링크 (3122) 및 하부 그라운디드 링크 (3123) 는, 플로팅 링크 (3124) 가 위로 상승되도록, 모두 상방으로 경사져 있다. 도 35 의 제 2 위치와 비교하여, 플로팅 링크 (3124) 는 수평 방향으로 비교적 덜 이동하면서 주로 수직 방향으로 상승하였다. 이는, 배터리 어셈블리를 차량상에 올리는데 사용되는 에너지가 지면에서 상승될 때 광범위한 수평 이동을 통해 배터리 어셈블리를 또한 이동시킬 때 에너지를 소비하는 대신에 주로 수직 상승에 사용됨을 보장하는데 도움을 준다.

도 37 은 제 4 수직 위치 및 제 4 수평 위치에 대응하는 제 4 위치에 있는 연결 어셈블리 (3102) 를 도시한다. 이 제 4 위치에서, 상부 그라운디드 링크 (3122) 및 하부 그라운디드 링크 (3123) 는 도 36 에 도시된 제 3 위치에서의 배향에 비하여 더 심하게 위로 경사진다. 제 3 위치에서 이러한 제 4 위치로 이동할 때, 플로팅 링크 (3124) 는 수평 이동을 역전시키기 시작하여 이제 그라운드 링크 (3121) (및 또한 차량 (100)) 를 향해 역 이동하고 있다. 더욱이, 제 3 위치와 제 4 위치 사이의 수직 이동의 속도는 수평 이동의 속도보다 낮다.

도 38 은 제 5 수직 위치 및 제 5 수평 위치에 대응하는 제 5 마지막 위치에 있는 연결 어셈블리 (3102) 를 도시한다. 이 제 5 위치에서, 상부 그라운디드 링크 (3122) 및 하부 그라운디드 링크 (3123) 는 그 배향에서 거의 수직이다. 또한, 플로팅 링크 (3124) 는 그라운드 링크 (3121) 에 직접 인접하여 (가능하면 접촉하여) 배치된다. 도 37 의 제 4 위치와 제 5 위치 사이에서, 플로팅 링크 (3124) 의 거의 모든 이동이 수직 운동을 최소화하면서 수평 방향으로 지향된다. 이는 배터리 어셈블리가 고정 메카니즘 (예를 들어 래치들) 에 접촉하고 결합하기에 충분한 수평 운동량 (momentum) 을 가짐을 보장하는데 도움을 준다.

전술한 설명은 제 1 연결 어셈블리 (3102) 에 관한 것이지만, 제 2 연결 어셈블리 (3104) 에 유사한 제공물들을 적용할 수 있음을 이해할 수 있다. 더욱이, 제 1 연결 어셈블리 (3102) 및 제 2 연결 어셈블리 (3104) 는 배터리 어셈블리가 차량으로부터 상승 또는 하강될 때 실질적으로 동일한 이동을 겪고 부하를 공유하면서, 서로 평행하게 작용하도록 구성된다.

도 39 는 차량 (100) 의 전방 단부 (90) 및 분리된 배터리 어셈블리 (3000) 의 개략도이다. 도 39 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 장착 및 분리 시스템 (250) 의 각각의 후크는 배터리 케이지 (3002) 의 수평 장착 바아들 중 하나에 대응할 수 있다. 즉, 각각의 후크는 이러한 2 개의 바아들 중 하나를 파지하도록 구성될 수 있다.

제 1 연결 어셈블리 (3102) 의 제 1 후크 (3140) 는 상부 수평 장착 바아 (3022) 와 결합하도록 위치된다. 마찬가지로, 제 2 연결 어셈블리 (3104) 의 제 1 후크 (3180) 는 상부 수평 장착 바아 (3022) 와 결합하도록 위치된다. 제 1 연결 어셈블리 (3102) 의 제 2 후크 (3142) 는 하부 수평 장착 바아 (3022) 와 결합하도록 위치된다. 마찬가지로, 제 2 연결 어셈블리 (3104) 의 제 2 후크 (3182) 는 하부 수평 장착 바아 (3024) 와 결합하도록 위치된다. 이러한 구성은 장착 및 분리 시스템 (250) 과 배터리 어셈블리 (3000) 사이에 4 개의 결합 지점들을 제공한다.

일반적으로, 각각의 후크는 해당 수평 바아의 임의의 세그먼트를 파지할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 후크들은 상부 수평 장착 바아 (3022) 의 중간 세그먼트 (3052) 및 하부 수평 장착 바아 (3024) 의 중간 세그먼트 (3062) 와 같은 바아의 중간 세그먼트를 파지하는 것이 바람직할 수 있다 (도 31 참조). 다른 실시형태들에서, 후크가 바아의 단부 세그먼트들을 파지하는 것이 바람직할 수 있다. 이는 상부 수평 장착 바아 (3022) 의 제 1 단부 세그먼트 (3050) 및 제 2 단부 세그먼트 (3054) 를 포함한다. 이는 또한 하부 수평 장착 바아 (3024) 의 제 1 단부 세그먼트 (3060) 및 제 2 단부 세그먼트 (3064) 를 포함한다.

도 40 ~ 도 45 는 배터리 어셈블리를 장착하는 프로세스의 개략도를 도시한다. 명확성을 위해, 제 1 연결 어셈블리 (3102) 만이 도 40 ~ 도 45 에 도시되어 있지만, 제 2 연결 어셈블리 (3104) 가 제 1 연결 어셈블리 (3102) 와 함께 실질적으로 동일한 방식으로 작동할 수 있음을 이해할 수 있다. 더욱이, 배터리 어셈블리 (3000) 의 일부는 가상으로 도시되어, 상부 수평 장착 바아 (3022) 및 하부 수평 장착 바아 (3024) 의 섹션을 이러한 프로세스 동안 볼 수 있다.

초기에, 도 40 에 도시된 바와 같이, 배터리 어셈블리 (3000) 는 지표면 (3200) 상에 배치된다. 차량 (100) 이 배터리 어셈블리 (3000) 에 접근함에 따라 (예를 들어, 도 23 에 도시된 바와 같이), 연결 어셈블리 (3102) 는 하강 위치에 있을 수 있다. 구체적으로, 연결 어셈블리 (3102) 는, 제 1 후크 (3140) 가 상부 수평 장착 바아 (3022) 보다 충분히 낮고 그리하여 제 2 후크 (3142) 가 하부 수평 장착 바아 (3024) 보다 충분히 낮은 위치로 하강될 수 있다. 이는, 후크들이 배터리 케이지 (3002) 의 후방 측면 (3015) 과 접촉할 때 (도 41 에 도시된 바와 같이), 제 1 후크 (3140) 및 제 2 후크 (3142) 가 장착 바아들 바로 아래의 위치로 이동될 수 있도록 보장한다.

제 1 후크 (3140) 및 제 2 후크 (3142) 가 배터리 케이지 (3002) 와 접촉하면, 유압 실린더 (3110) 는 도 42 에 도시된 바와 같이 연결 어셈블리 (3102) 를 작동시킬 수 있다. 전술한 바와 같이, 최저 위치에서 시작할 때, 연결 어셈블리 (3102) 는 이동하여, 플로팅 링크 (3124) 가 동시에 위로 이동하기 시작함에 따라 수평 방향으로 약간 전방으로 이동한다. 이러한 약간의 전방 수평 이동은, 제 1 후크 (3140) 및 제 2 후크 (3142) 를 배터리 케이지 (3002) 내로 추가로 가압하는 효과를 가질 수 있다. 일부 경우에, 이러한 힘은 배터리 케이지 (3002) (또는 대안으로 차량 (100)) 가 수평 방향으로 약간 변위되거나 약간 경사지게 한다 (도 42 에 도시된 바와 같이). 하지만, 이러한 전방 이동은 제 1 후크 (3140) 및 제 2 후크 (3142) 가 상부 수평 장착 바아 (3022) 및 하부 수평 장착 바아 (3024) 와 완전히 결합하는 것을 보장하기 위한 것이다.

시스템이 도 42 에 도시된 바와 같이 장착 바아 연결부와 적절하게 결합함으로써, 연결 어셈블리 (3102) 는 플로팅 링크 (3124) 가 도 43 에 도시된 바와 같이 주로 수직 방향으로 이동함에 따라서 계속 이동할 수 있다. 플로팅 링크 (3124) 가 더 상방으로 이동함에 따라, 배터리 어셈블리 (3000) 는 지표면 (3200) 에서 상승된다.

결국, 도 44 ~ 도 45 에 도시된 바와 같이, 연결 어셈블리 (3102) 의 이동은 배터리 어셈블리 (3000) 가 주로 후방 방향으로 병진이동되도록 한다. 이는 배터리 어셈블리 (3000) 가 고정 메카니즘 (예를 들어, 래치들) 에 의해 제자리에 결합되고 고정되도록 충분한 후방 운동량을 갖도록 보장하는데 도움이 된다.

플로팅 링크 (3120) 의 상이한 수직 위치에서 후크들을 사용하는 것은 배터리 어셈블리 (3000) 의 안정성 및 적절한 적재를 보장하는데 도움이 된다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 구체적으로, 상부 후크 세트 (연결 어셈블리들 둘 다에 걸쳐) 및 하부 후크 세트 둘 다를 사용하면, 상승 프로세스 기간 동안 배터리 어셈블리를 실질적으로 일정한 배향으로 유지하는데 도움이 된다. 예를 들어, 도 40 에 도시된 바와 같이, 배터리 케이지 (3002) 의 중심 수직 축선 (3210) 은 배터리 케이지 (3002) 와 결합하기 전에 플로팅 링크 (3120) (즉, 플로팅 링크 (3120) 의 중심 수직 축선 (3212)) 와 대략 평행하다. 배터리 케이지 (3002) 가 도 42 의 최저 위치와 도 45 의 최고 위치 사이의 수평 방향 및 수직 방향 둘 다로 상승 및 이동됨에 따라, 배터리 케이지 (3002) 는 실질적으로 일정한 배향을 유지한다. 즉, 중심 수직 축선 (3210) 은 플로팅 링크 (3120) 와 실질적으로 평행하게 유지된다. 이의 또 다른 방법은, 상승 프로세스 동안 배터리 케이지 (3002) 가 결코 경사지거나 기울어지지 않는다는 것이다. 이는 배터리 어셈블리 (3000) 의 원하지 않는 흔들림이 발생하지 않도록 보장하는데 도움이 되는데, 이러한 흔들림이 상승 메카니즘의 효율을 감소시키고 또한 배터리 어셈블리 (3000) 와 임의의 고정 메카니즘 사이의 정렬을 더 어렵게 만들 수 있기 때문이다.

전술하고 그리고 도 40 ~ 도 45 에 도시된 프로세스가 배터리 어셈블리 (3000) 를 차량 (100) 으로부터 지표면 (3200) 까지 하강시키도록 역전될 수 있음을 이해할 수 있다. 배터리 어셈블리 (3000) 가 지표면 (3200) 까지 하강되면, 연결 어셈블리 (3102) 는 제 1 후크 (3140) 및 제 2 후크 (3142) 가 상부 수평 장착 바아 (3022) 및 하부 수평 장착 바아 (3024) 와 분리될 만큼 충분히 낮아질 때까지 하강될 수 있다. 후크들이 분리되면, 차량 (100) 은 배터리 어셈블리 (3000) 로부터 후진되어 다른 배터리 어셈블리가 장착될 수 있는 위치로 이동할 수 있다 (예를 들어, 도 21 에 도시된 바와 같이).

도 46 ~ 도 48 은 배터리들을 상승시키고 하강시키기 위한 시스템의 대안적인 실시형태의 개략도를 도시한다. 도 46 에서, 배터리 (3300) 는 초기에 상승된 플랫폼 (3302) 상에 배치된다. 연결 어셈블리 (3304) 는 배터리 (3300) 의 상부 중심 부분을 상승된 플랫폼 (3302) 에 연결시킨다. 연결 어셈블리 (3304) 가 회전 및 연장됨에 따라, 배터리 (3300) 는 도 47 ~ 도 48 에 도시된 바와 같이 플랫폼 (3302) 으로부터 상승되고 플랫폼 (3302) 으로부터 떨어진 위치로 하강된다. 하지만, 도 47 에 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 배터리 (3300) 는 배터리가 단일 수직 위치에서만 결합하는 작용으로 인해 하강될 때 흔들리거나 스윙될 수 있다.

광산 환경에서, 지표면이 평평하지 않을 수 있다. 즉, 차량이 배터리 어셈블리를 장착하거나 분리하려고 할 때, 배터리가 상승되는 (또는 하강되는) 지면의 패치는 차량의 휠이 위치되는 지면의 패치에 대하여 약간 높거나 낮을 수 있다. 차량의 일부 실시형태들은 배터리들이 평평하지 않은 지면에 장착 또는 분리될 수 있도록 보장하는 제공물들을 포함할 수 있다.

도 49 는 차량의 장착 및 분리 시스템 (250) 의 적재 엔벨로프를 특성화하기 위한 목적으로 차량 (100) 의 일부의 개략도를 도시한다. 여기서, 차량 (100) 의 휠들은 지면 (3402) 의 패치 위에 놓여 있다. 지면 (3402) 의 패치 높이는 참조를 위해 지면 (3403) 으로 간주된다. 예시적인 실시형태에서, 장착 및 분리 시스템 (250) 은 지면 (3404) 의 상승된 패치로부터 떨어져 배터리 어셈블리 (3410) 를 적재할 수 있다. 지면 (3404) 의 패치는 높이 (3420) 만큼 지면 레벨 (3403) 로부터 상승될 수 있다. 추가로, 장착 및 분리 시스템 (250) 은 지면 (3406) 의 함몰된 패치로부터 배터리 어셈블리 (3411) 를 적재할 수 있다. 지면 (3406) 의 패치는 높이 (3422) 만큼 지면 레벨 (3403) 아래로 함몰될 수 있다. 설명을 위해, 지면 (3404) 의 상승된 패치 및 지면 (3406) 의 함몰된 패치가 서로 인접하여 도시되어 있다.

지면 (3406) 의 함몰된 패치와 지면 (3404) 의 상승된 패치 사이의 전체 수직 거리는 장착 및 분리 시스템 (250) 의 "적재 엔벨로프" 라고 한다. 이 거리는 도 49 에서 적재 엔벨로프 (3424) 에 의해 표시되고 높이 (3420) 와 높이 (3422) 의 합과 같다.

적재 엔벨로프의 크기는 장착 및 분리 시스템 (250) 의 연결 어셈블리의 이동 범위 뿐만 아니라 지면 레벨로부터 이러한 어셈블리들의 상대 높이에 의해 결정될 수 있다. 최저 적재 위치는, 지면 레벨에 대하여, 각각의 연결 어셈블리상의 후크가 얼마나 낮을 수 있는지에 따라 제한되며, 이는 후크들이 처음 배터리 케이지에 결합할 때 배터리 케이지의 수평 장착 바아보다 낮아야 하기 때문이다. 일부 경우에, 최고 적재 위치는, 연결 어셈블리들이 후방으로 후퇴하기 시작하여 수평 장착 바아들에 결합하지 않을 수 있는 (지면 레벨에 대한) 높이에 의해 제한된다.

다른 실시형태들에서, 최저 적재 위치, 최고 적재 위치 및 전체 적재 엔벨로프의 값들은 변할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 최저 적재 위치는 대략 지면 레벨 아래로 6 인치 ~ 10 인치의 범위 (전방 휠들이 배치되는 지면의 높이에 의해 규정됨) 로 변할 수 있다. 일 실시형태에서, 최저 적재 위치는 지면 레벨 아래로 대략 8 인치의 값을 가진다. 일부 실시형태들에서, 최고 적재 위치는 지면 레벨 위로 대략 2 인치 ~ 4 인치의 범위에서 변할 수 있다. 일 실시형태에서, 최고 적재 위치는 지면 레벨 위로 대략 2.75 인치의 값을 가진다.

일부 실시형태들에서 장착 및 분리 시스템은 8 ~ 10 킬로그램 중량의 배터리 어셈블리를 상승시키는데 충분히 강할 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 각각의 연결 어셈블리의 구성요소들은 이러한 제약을 염두에 두고 설계될 수 있음을 알 수 있다.

배터리 자동 정렬 및 고정 시스템

전술한 바와 같이, 장착 및 분리 시스템 (250) 이 배터리 어셈블리를 차량상의 원하는 위치로 상승시키면, 일부 메카니즘은 배터리 어셈블리를 차량의 제자리에 고정하는데 사용될 수 있다. 추가로, 일부 실시형태들에서, 장착 및 분리 시스템은 또한 배터리 어셈블리의 정렬을 돕는 제공물들을 포함할 수 있다. 이러한 제공물들은 배터리 어셈블리가 하나 이상의 고정 메카니즘 (예를 들어, 래치들) 에 의해 적절하게 결합하도록 보장하도록 배터리 어셈블리를 미리 결정된 위치로 안내하는 자동 정렬 구성요소들을 포함할 수 있다.

도 50 은 차량 (100) 의 전방 단부의 개략적인 등축도이다. 도 50 을 참조하면, 장착 및 분리 시스템 (250) 은, 집합적으로 정렬 및 고정 시스템의 구성요소들로 지칭될 수 있는 자율 정렬 특징물 (features) 및 고정 특징물 둘 다를 포함할 수 있다.

차량 (100) 은 복수의 수용 부재들을 포함할 수 있다. 수용 부재는 장착 바아 또는 배터리 케이지의 다른 장착 요소를 수용하고 유지하도록 구성된 임의의 구성요소일 수 있다. 일부 실시형태들에서, 수용 부재는 장착 바아 또는 다른 요소를 제자리에 안내하기 위한 정렬 부분을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 수용 부재는 또한 장착 바아 또는 다른 요소를 제자리에 고정하기 위한 고정 메카니즘을 포함할 수 있다. 대안으로, 다른 실시형태들에서, 수용 부재는 고정 메카니즘을 포함할 수 있지만 정렬 부분은 포함하지 않을 수 있다.

구체적으로, 도 50 에서, 차량 (100) 은 제 1 수용 부재 (4011), 제 2 수용 부재 (4012), 제 3 수용 부재 (4013), 제 4 수용 부재 (4014), 제 5 수용 부재 (4015), 제 6 수용 부재 (4016), 제 7 수용 부재 (4017) 및 제 8 수용 부재 (4018) 을 포함하고, 이들은 집합적으로 복수의 수용 부재들 (4010) 로 지칭될 수 있다. 설명을 위해, 수용 부재들은 도 50 에 개략적으로 도시되어 있다.

복수의 수용 부재들 (4010) 은 배터리 어셈블리상의 수평 장착 바아와 결합하도록 구성된 한 세트의 수용 부재들 및 배터리 어셈블리상의 수직 장착 바아들과 결합하도록 구성된 다른 세트의 수용 부재들로 분리될 수 있다. 구체적으로, 제 1 수용 부재 (4011), 제 2 수용 부재 (4012), 제 3 수용 부재 (4013) 및 제 4 수용 부재 (4014) 는 수평 장착 바아들과 결합하도록 구성된 제 1 세트의 수용 부재들 (4020) 을 집합적으로 포함한다. 추가로, 제 5 수용 부재 (4015), 제 6 수용 부재 (4016), 제 7 수용 부재 (4017) 및 제 8 수용 부재 (4018) 는 수직 장착 바아들과 결합하도록 구성된 제 2 세트의 수용 부재들 (4030) 을 집합적으로 포함한다.

제 1 세트의 수용 부재들 (4020) 은 수평 방향에 대해 제 1 연결 어셈블리 (3102) 와 제 2 연결 어셈블리 (3104) 사이에서 차량 (100) 에 배치될 수 있다. 더욱이, 제 1 세트의 수용 부재 (4020) 는 상부 세트의 수용 부재들 (4022) (제 1 수용 부재 (4011) 및 제 2 수용 부재 (4012) 포함)) 및 하부 세트의 수용 부재들 (4024) (제 3 수용 부재 (4013) 및 제 4 수용 부재 (4014) 포함) 로 배열될 수 있다. 상부 세트의 수용 부재들 (4022) 은 공통 수직 위치를 가지고 배터리 어셈블리 (3000) 의 상부 수평 장착 바아 (3022) 와 결합할 수 있다. 하부 세트의 수용 부재들 (4024) 은 상부 세트의 수용 부재들 (4022) 아래에 있는 공통 수직 위치를 가진다. 하부 세트의 수용 부재들 (4024) 은 배터리 어셈블리 (3000) 의 하부 수평 장착 바아 (3024) 와 결합할 수 있다.

제 1 세트의 수용 부재들 (4020) 은 모두 공통 배향을 가질 수 있다. 구체적으로, 각각의 수용 부재는 그 길이 방향이 수직 방향과 정렬되어 배향된다. 이러한 배향은 각각의 수용 부재의 개구가 배터리 어셈블리로부터 수평 배향 바아에 의해 결합될 수 있도록 보장한다.

제 2 세트의 수용 부재들 (4030) 은 차량 (100) 에 배치될 수 있다. 구체적으로, 제 5 수용 부재 (4015) 및 제 6 수용 부재 (4016) 는 제 1 연결 어셈블리 (3102) 에 인접하게 배치될 수 있지만, 제 7 수용 부재 (4017) 및 제 8 수용 부재 (4018) 는 제 2 연결 어셈블리 (3104) 에 인접하게 배치될 수 있다. 하지만, 연결부들 사이에 그리고 이 연결부들의 내부 측면들에 인접하게 배치된 제 1 세트의 수용부재들 (4020) 과는 달리, 제 2 세트의 수용 부재들 (4030) 의 수용 부재들은 연결부들의 외향 측면들에 인접하게 배치된다.

제 2 세트의 수용 부재들 (4030) 은 모두 공통 배향을 가질 수 있다. 구체적으로, 각각의 수용 부재는 그 길이 방향이 폭 방향과 정렬되어 배향된다. 이러한 배향은 각각의 수용 부재의 개구가 배터리 어셈블리로부터 수직 배향 바아에 의해 결합될 수 있도록 보장한다.

도 51 ~ 도 52 는 본 시스템과 함께 사용될 수 있는 예시적인 수용 부재 (4400) 의 개략도를 도시한다. 구체적으로, 도 51 은 개방 위치에서 수용 부재 (4400) 의 개략적인 등축도인 반면, 도 52 는 폐쇄 위치에서 수용 부재 (4400) 의 개략적인 등축도이다.

수용 부재 (4400) 는 외부 하우징 (4402) 및 내부 고정 부재 (4404) 를 포함할 수 있다. 내부 고정 부재 (4404) 는 외부 하우징 (4402) 의 수용 공동 (4406) 내에 배치된다. 더욱이, 내부 고정 부재 (4404) 는 수용 공동 (4406) 내에서 선회할 수 있다.

외부 하우징 (4402) 은 수용 공동 (4406) 의 경계를 형성하는 베이스 부분 (4420) 및 상승된 측벽들 (4422) 을 포함한다. 측벽들 (4422) 은 측벽들 (4422) 이 수용 부재 (4400) 의 단부들에서 가장 높고 수용 부재 (4400) 의 중심에서 가장 낮도록 베이스 부분 (4420) 을 향해 경사질 수 있다. 즉, 측벽들 (4422) 은 수용 부재 (4400) 의 일 측면상의 제 1 노치 (4424) 및 수용 부재 (4400) 의 제 2 측면상의 제 2 노치 (4426) 를 포함할 수 있다.

내부 고정 부재 (4404) 는 개방 측면 (4410) 을 갖는 개방 루프 또는 후크형 형상을 가질 수 있다. 내부 고정 부재 (4404) 가 회전되어 개방 측면 (4410) 이 제 1 노치 (4424) 및 제 2 노치 (4426) 에 인접하게 위치될 때, 수용 부재 (4400) 는 도 51 에 도시된 바와 같이 "개방" 위치에 있다. 이러한 개방 위치에서, 장착 바아의 섹션은 제 1 노치 (4424) 와 제 2 노치 (4426) 사이 또한 내부 고정 부재 (4404) 의 개방 측면 (4410) 내에 배치될 수 있다. 또한, 개방 위치에서, 장착 바아 (4450) 가 수용 부재 (4400) 로부터 제거될 수 있다.

내부 고정 부재 (4404) 가 회전되어 개방 측면 (4410) 이 베이스 부분 (4420) 내에 배치될 때, 수용 부재 (4400) 는 도 52 에 도시된 바와 같이 폐쇄 위치에 있다. 폐쇄 위치에서, 장착 바아의 섹션은 내부 고정 부재 (4404) 와 외부 하우징 (4402) 의 부분 사이에 고정될 수 있다. 장착 바아와 수용 부재 구성요소들 사이의 인장에 따라서, 장착 바아는 외부 하우징 (4402) 의 내부 고정 부재 (4404) 와 베이스 부분 (4420) 사이에 형성된 갭을 통해 슬라이딩할 수 있거나 슬라이딩하지 않을 수 있다.

일부 실시형태들에서, 수용 부재 (4400) 는 유압에 의해 전력공급될 수 있다. 예를 들어, 일 실시형태에서, 수용 부재 (4400) 는 유압 래치일 수 있다. 다른 실시형태들에서, 수용 부재 (4400) 는 스프링 장착식 수용 부재일 수 있다. 또 다른 실시형태들에서, 수용 부재 (4400) 는 요소를 제자리에 고정시키는데 사용될 수 있는 임의의 추가적인 기계적 구성요소들 (예를 들어, 연결부) 을 사용하여 작동될 수 있다.

일부 실시형태들에서, 수용 부재는 개방 위치에서 편향될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 수용 부재는 폐쇄 위치에서 편향될 수 있다. 또 다른 실시형태들에서, 수용 부재는 개방 위치 또는 폐쇄 위치에서 편향되지 않을 수도 있다.

수용 부재 (4400) 는 장착 및 분리 시스템 (250) 과 함께 사용될 수 있는 유형의 수용 부재의 예시적인 실시형태만을 의도한 것을 이해할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 제 1 세트의 수용 부재 (4220) 및/또는 제 2 세트의 수용 부재 (4230) 내의 수용 부재들 중 하나 이상은 수용 부재 (4400) 와 유사한 제공물들로 구성될 수 있다. 즉, 본 실시형태들의 수용 부재들 중 하나 이상은 수용 부재의 중심을 향해 경사지는 측벽들 뿐만 아니라 장착 바아 주위에서 개방 및 폐쇄하도록 회전, 선회 또는 달리 작동하는 내부 고정 부재를 포함할 수 있다.

도 53 ~ 도 54 는 배터리 어셈블리 (3000) 가 제 1 세트의 수용 부재 (4020) 를 향해 상승됨에 따라 제 1 세트의 수용 부재 (4020) 가 상부 수평 장착 바아 (3022) 및 하부 수평 장착 바아 (3024) 와 결합하는 방법을 도시한다. 구체적으로, 도 53 에 도시된 바와 같이, 연결 어셈블리들은 배터리 어셈블리 (3000) 를 제 1 세트의 수용 부재들 (4020) 을 향해 위로 상승시키는 작용을 할 수 있다. 도 54 에 도시된 바와 같이, 상부 수평 장착 바아 (3022) 및 하부 수평 장착 바아 (3024) 가 대응하는 한 쌍의 수용 부재들 내에 배치됨에 따라, 수용 부재들은 자동으로 폐쇄되어 배터리 어셈블리 (3000) 를 차량 (100) 의 제자리에 고정시킨다. 즉, 제 1 수용 부재 (4111) 및 제 2 수용 부재 (4112) 는 상부 수평 장착 바아 (3022) 주위에서 결합하고 폐쇄된다. 구체적으로, 제 1 수용 부재 (4111) 의 내부 고정 부재 (4080) 는 상부 수평 장착 바아 (3022) 주위에서 폐쇄되고, 제 3 수용 부재 (4113) 의 내부 고정 부재 (4082) 는 하부 수평 장착 바아 (3024) 주변에서 폐쇄된다. 또한, 제 3 수용 부재 (4113) 및 제 4 수용 부재 (4114) (도 53 ~ 도 54 에서 보이지 않음) 는 하부 수평 장착 바아 (3024) 주위에서 결합하고 폐쇄된다.

도 55 ~ 도 56 은 배터리 어셈블리 (3000) 가 제 2 세트의 수용 부재 (4030) 를 향해 수평으로 밀려짐에 따라 제 2 세트의 수용 부재 (4030) 가 상부 수평 장착 바아 (3022) 및 하부 수평 장착 바아 (3024) 와 결합하는 방법을 도시한다. 배터리 어셈블리 (3000) 및 차량 (100) 상의 대응하는 수용 부재들의 측면 개략도를 도시하는 도 53 ~ 도 54 와 반대로, 도 55 ~ 도 56 은 배터리 어셈블리 (3000) 및 대응하는 수용 부재들의 평면도를 도시한다.

도 55 에 도시된 바와 같이, 연결 어셈블리들은 배터리 어셈블리 (3000) 를 제 2 세트의 수용 부재들 (4030) 을 향해 위로 상승시키는 작용을 할 수 있다. 도 56 에 도시된 바와 같이, 제 1 수직 장착 바아 (3072) 및 제 2 수직 장착 바아 (3074) 가 대응하는 한 쌍의 수용 부재들 내에 배치됨에 따라, 수용 부재들은 자동으로 폐쇄되어 배터리 어셈블리 (3000) 를 차량 (100) 의 제자리에 고정시킨다. 즉, 제 5 수용 부재 (4115) 는 제 2 수직 장착 바아 (3064) 주위에서 결합하고 폐쇄된다. 또한, 제 7 수용 부재 (4117) 는 제 1 수직 장착 바아 (3072) 주위에서 결합 및 폐쇄된다. 구체적으로, 제 5 수용 부재 (4115) 의 내부 고정 부재 (4090) 는 제 2 수직 장착 바아 (3074) 주위에서 폐쇄되고, 제 7 수용 부재 (4117) 의 내부 고정 부재 (4092) 는 제 1 수직 장착 바아 (3072) 주변에서 폐쇄된다. 이 도면에 도시되지 않았지만, 제 6 수용 부재 (4116) 는 또한 제 1 수직 장착 바아 (3072) 주위에서 결합하고 폐쇄할 수 있다. 그리고 제 8 수용 부재 (4018) 는 또한 제 2 수직 장착 바아 (3074) 주위에서 결합하고 폐쇄될 수 있다.

도 53 ~ 도 56 은 배터리 어셈블리를 제자리에 고정함으로써 차량 섀시에 배터리 어셈블리를 장착하는 프로세스를 도시하고 있지만, 분리 중에 역 프로세스가 사용될 수 있음을 이해할 수 있다. 즉, 배터리 어셈블리를 분리하기 위해, 배터리 어셈블리가 해제될 수 있도록 장착 바아들 주위에 폐쇄된 임의의 고정 메카니즘이 개방될 수 있다. 배터리 어셈블리가 해제되면, 연결부는 배터리 어셈블리가 지면으로 하강되도록 작동될 수 있다.

실시형태들은 차량에 장착될 때 배터리 어셈블리의 자율 정렬을 위한 제공물들을 포함할 수 있다. 일부 실시형태들에서, 자율 정렬은 단일 방향 (예를 들어, 차량에 대한 수직 정렬) 으로 실시될 수 있다. 다른 실시형태들에서, 자율 정렬은 2 개 이상의 방향들에서 동시에 발생할 수 있다 (예를 들어, 수평 정렬 및 수직 정렬).

도 57 ~ 도 58 은 수직 방향에 대하여 정렬되는 배터리 어셈블리의 개략도들을 도시한다. 구체적으로, 도 57 ~ 도 58 은 배터리 어셈블리 (3000) 와 결합할 때 제 1 수용 부재 (4111) 및 제 3 수용 부재 (4113) 를 포함하는 차량 (100) 의 일부 구성요소들의 측면 개략도를 도시한다.

초기에, 도 57 에 도시된 바와 같이, 배터리 어셈블리 (3000) 는 제 1 수용 부재 (4111) 및 제 3 수용 부재 (4113) 와 오정렬된다. 상부 수평 장착 바아 (3022) 및 하부 수평 장착 바아 (3024) 가 각각 제 1 수용 부재 (4111) 및 제 3 수용 부재 (4113) 와 접촉함에 따라, 바아들의 이동은 수용 부재들의 중심 영역을 향해 아래로 배향된다. 예를 들어, 상부 수평 장착 바아 (3022) 가 제 1 수용 부재 (4111) 의 경사면 (4170) 에 대하여 가압됨에 따라, 상부 수평 장착 바아 (3022) 가 제 1 수용 부재 (4111) 의 중심 영역 (4172) 에 접근함에 따라 하방으로 슬라이딩할 수 있다. 마찬가지로, 하부 수평 장착 바아 (3024) 가 제 3 수용 부재 (4113) 의 경사면 (4174) 에 대하여 가압됨에 따라, 하부 수평 장착 바아 (3024) 가 제 3 수용 부재 (4113) 의 중심 영역 (4176) 에 접근함에 따라 하방으로 슬라이딩할 수 있다.

도 58 에서, 제 1 수용 부재 (4111) 및 제 3 수용 부재 (4113) 는 배터리 어셈블리 (3000) 가 수직 위치에 대하여 적절하게 정렬될 때까지 계속된다. 이 지점에서, 고정 메카니즘은 배터리 어셈블리 (3000) 를 차량 섀시에 고정하기 위해 각각 상부 수평 장착 바아 (3022) 및 하부 수평 장착 바아 (3024) 주위에서 폐쇄할 수 있다.

도 57 ~ 도 58 은 배터리 어셈블리 (3000) 가 필요한 최종 정렬 위치보다 더 높은 수직 위치를 가질 때의 자율 정렬 프로세스를 도시하고 있지만, 배터리 어셈블리 (3000) 가 최종 정렬 위치보다 낮은 수직 위치를 가질 때 유사한 프로세스가 실시됨을 이해할 수 있다.

도 59 ~ 도 60 은 차량 (100) 의 수평 방향 (구체적으로, 폭 방향) 에 대하여 정렬되는 배터리 어셈블리의 개략도를 도시한다. 구체적으로, 도 59 ~ 도 60 은 배터리 어셈블리 (3000) 와 결합할 때 제 5 수용 부재 (4115) 및 제 7 수용 부재 (4117) 를 포함하는 차량 (100) 의 일부 구성요소들의 측면 개략도를 도시한다.

초기에, 도 59 에 도시된 바와 같이, 배터리 어셈블리 (3000) 는 제 5 수용 부재 (4115) 및 제 7 수용 부재 (4117) 와 오정렬된다. 구체적으로, 배터리 어셈블리 (3000) 는 원하는 정렬 경계면 (4300) 에 대하여 수직 방향으로의 오프셋 (4310) 에 의해 수평으로 변위된다.

제 1 수직 장착 바아 (3072) 및 제 2 수직 장착 바아 (3074) 가 각각 제 7 수용 부재 (4117) 및 제 5 수용 부재 (4115) 와 접촉함에 따라, 바아들의 이동은 수용 부재들의 중심 영역을 향해 수평으로 배향된다. 예를 들어, 제 2 수직 장착 바아 (3074) 가 제 5 수용 부재 (4115) 의 경사면 (4180) 에 대하여 가압됨에 따라, 제 2 수직 장착 바아 (3074) 가 제 5 수용 부재 (4115) 의 중심 영역 (4182) 에 접근함에 따라 수평으로 슬라이딩할 수 있다. 마찬가지로, 제 1 수직 장착 바아 (3072) 가 제 7 수용 부재 (4117) 의 경사면 (4184) 에 대하여 가압됨에 따라, 제 1 수직 장착 바아 (3072) 가 제 7 수용 부재 (4117) 의 중심 영역 (4186) 에 접근함에 따라 수평으로 슬라이딩할 수 있다.

도 60 에서, 제 5 수용 부재 (4115) 및 제 7 수용 부재 (4117) 는 배터리 어셈블리 (3000) 가 수평 위치에 대하여 적절하게 정렬될 때까지 계속된다. 이 지점에서, 고정 메카니즘은 배터리 어셈블리 (3000) 를 차량 섀시에 고정하기 위해 각각 제 1 수직 장착 바아 (3072) 및 제 2 수직 장착 바아 (3074) 주위에서 폐쇄할 수 있다. 대안으로, 일부 다른 실시형태들에서, 제 5 수용 부재 (4115) 및 제 7 수용 부재 (4117) 는 고정 메카니즘을 포함하지 않을 수 있다.

도 59 ~ 도 60 은 배터리 어셈블리 (3000) 가 필요한 최종 정렬 위치로부터 제 1 방향 (예를 들어, 좌측 방향) 으로 수평으로 변위될 때의 자율 정렬 프로세스를 도시하고 있지만, 배터리 어셈블리 (3000) 가 최종 정렬 위치로부터 제 2 방향 (예를 들어, 우측 방향) 으로 수평으로 변위될 때 유사한 프로세스가 실시될 수 있음을 이해할 수 있다.

전술한 바와 같이, 배터리 어셈블리상의 수평 및/또는 수직 바아들이, 배터리 어셈블리를 상승시키고 그리고 한 세트의 수용 부재들을 향해 이를 당기는 연결부들에 의해 차량을 향해 수평으로 밀려짐으로써, 배터리 어셈블리의 정렬이 실시된다. 수직 또는 수평 방향으로 배터리 어셈블리의 임의의 오정렬은, 적절한 정렬 위치를 향해 배터리 어셈블리의 수직 위치 및 수평 위치를 지향하도록 작용하는 수용 부재들의 경사진 측벽들에 의해 자율적으로 보정될 수 있다. 그 후, 적절한 정렬은, 수평 장착 바아들 (및/또는 수직 장착 바아들) 을 제자리에 고정시켜 배터리 케이지를 차량 섀시상에 제자리에 고정할 수 있음을 보장해 준다.

다른 실시형태들에서, 수직 위치 및 수평 위치에서의 공차는 변할 수 있다. 즉, 배터리 케이지가 한 세트의 수용 부재들에 가까워짐에 따라 수평 방향 또는 수직 방향으로 오정렬될 수 있는 정도는 다양할 수 있다. 일반적으로, 공차는 각각의 수용 부재의 치수 뿐만 아니라 장착 바아들을 중앙 정렬 위치쪽으로 안내하도록 의도된 측벽들의 특정 기하학적 형상을 포함하는 다양한 요인들에 의해 결정될 수 있다.

일부 실시형태들에서, 하나 이상의 수용 부재들은 선택적일 수 있음을 이해할 수 있다. 일부 다른 실시형태들에서, 예를 들어, 제 2 세트의 수용 부재들 (4030) 은 정렬 부재로 대체될 수 있다. (선택적으로) 바아를 제자리에 고정하기 위한 제공물들을 포함할 수 있는 수용 부재들과는 반대로, 정렬 부재들은 정렬을 돕도록만 구성될 수 있지만 고정을 돕도록 구성될 수 없다.

도 61 은 배터리 어셈블리의 수직 정렬 장착 바아들과 결합하기 위한 수용 부재들이 없는 차량 (100) 의 대안적인 실시형태이다. 대신에, 차량 (100) 은 차량 (100) 의 섀시에 부착된 한 세트의 정렬 부재 (4502) 를 포함한다. 정렬 부재들 (4502) 세트는 제 1 정렬 부재 (4511), 제 2 정렬 부재 (4512), 제 3 정렬 부재 (4513) 및 제 4 정렬 부재 (4514) 를 포함한다.

제 1 정렬 부재 (4511) 는 V 형상의 절취부를 가진 재료 블록을 포함한다. 이는 중심 위치에서 만나는 대향하는 경사면들을 형성한다. 전술한 수용 부재들의 경사면들과 마찬가지로, 정렬 부재들의 경사면들은 수직 장착 바아들을 수평 방향에 대하여 중심 정렬 위치로 미는 작용을 한다. 제 2 정렬 부재 (4512), 제 3 정렬 부재 (4513) 및 제 4 정렬 부재 (4514) 는 모두 제 1 정렬 부재 (4511) 와 유사한 기하학적 형상들을 갖는 것으로 보인다.

도 61 에서, 수평 장착 바아들을 고정하기 위한 한 세트의 수용 부재들 (4560) 이 또한 도시되어 있다. 수용 부재들 (4560) 세트는 제 1 수용 부재 (4561), 제 2 수용 부재 (4562), 제 3 수용 부재 (4563) 및 제 4 수용 부재 (4564) 를 포함한다.

수용 부재들 (4560) 세트는 도 51 ~ 도 52 에 도시된 수용 부재와 약간 상이한 디자인을 가질 수 있다. 여기에 도시된 수용 부재들은 배터리 어셈블리상의 수평 장착 바아에 사용될 수 있는 알려진 모든 유형의 고정 메카니즘과 연관될 수 있다. 일부 경우에, 수용 부재들 (4560) 세트는 유압식으로 작동되는 고정 메카니즘을 포함할 수 있다.

이러한 구성을 사용하여, 수용 부재들이 수직 방향에 대하여 배터리 어셈블리를 정렬함에 따라, 정렬 부재들은 수평 방향에 대하여 배터리 어셈블리를 정렬하는 것을 돕기 위해 사용될 수 있다. 더욱이, 수용 부재들은 배터리 어셈블리를 제자리에 고정하기 위한 고정 메카니즘을 포함할 수 있다.

수용 부재들 및 정렬 부재들 모두는 볼록한 개구를 포함하는 것으로 볼 수 있다. 각각의 개구는 수용 방향과 연관될 수 있다. 수용 방향은 볼록한 개구 내에 수용될 수 있는 세장형 부재의 배향과 연관된다. 예를 들어, 도 51 을 다시 참조하면, 수용 부재 (4400) 의 수용 방향은 노치 (4424) 와 노치 (4426) 사이에서 연장되는 방향이고, 이 방향은 장착 바아 (4450) 와 평행하다.

도 61 에 도시된 바와 같이, 정렬 부재들 (예를 들어, 정렬 부재 (4511) 및 정렬 부재 (4512)) 및 수용 부재들 (예를 들어, 수용 부재들 (4561) 및 수용 부재 (4562)) 은 평행하지 않은 수용 방향들을 가진다. 구체적으로는, 정렬 부재들 및 수용 부재들의 수용 방향 (즉, 볼록한 개구들의 배향들) 은 서로에 대하여 대략 수직인 것으로 보인다.

본 실시형태들은 배터리 어셈블리를 차량에 배치할 뿐만 아니라 배터리 케이지를 차량의 섀시와 통합한 장착 및 분리 시스템을 제공한다. 이는, 작동가능한 어셈블리에 의해 배터리 케이지를 특정 위치로 상승시켰을 때 배터리 케이지를 포획하는 미리 탑재된 고정 메카니즘을 사용하여 수행된다.

도 62 는 차량 (100) 의 섀시 (4600) 에 장착된 배터리 어셈블리 (3000) 를 갖는 차량 (100) 의 실시형태의 개략도이다. 구체적으로는, 제 1 수용 부재 (4602) 및 제 2 수용 부재 (4604) 는 섀시 (4600) 에 고정된다. 더욱이, 제 1 수용 부재 (4602) 및 제 2 수용 부재 (4604) 는 각각 상부 수평 장착 바아 (3022) 및 하부 수평 장착 바아 (3024) 에 고정된다. 이러한 측면도에는 도시되지 않았지만, 배터리 어셈블리 (3000) 는 또한 수평 장착 바아들과 결합하는 추가 수용 부재들을 통하여 및/또는 배터리 어셈블리 (3000) 의 제 1 수직 장착 바아 (3072) 및/또는 제 2 수직 장착 바아 (3074) 와 결합하는 추가 수용 부재들 (또는 정렬 부재들) 을 통하여 섀시 (4600) 에 연결될 수 있다.

한 세트의 수용 부재들과 함께 배터리 어셈블리 (3000) 를 제자리에 고정함으로써, 배터리 어셈블리 (3000) 는 섀시 (4600) 에 대하여 이동할 수 없다. 이는, 배터리 어셈블리 (3000) 와 차량 (100) 의 섀시 (4600) 사이의 기계적 연결의 임의의 느슨함을 최소화하여 임의의 외부 힘들이 인가될 때 적절한 부하 전달을 달성하는데 도움을 준다.

예를 들어, 도 62 는 전방 충격력 (4610) 이 배터리 케이지 (3002) 의 전방측 (3009) 에 인가되는 예시적인 상황을 도시한다. 배터리 어셈블리 (3000) 가 미리 탑재된 고정 메카니즘을 사용하여 고정되었기 때문에, 이러한 힘들은 부착 지점에서 발생하는 임의의 구조적 결함없이 수용 부재 (4602) 및 수용 부재 (4604) 를 통하여 배터리 케이지 (3002) 로부터 섀시 (4600) 로 전달될 수 있다.

본 발명의 다양한 실시형태들이 설명되었지만, 이러한 설명은 제한하기보다는 예시적인 것으로 의도되며, 본 발명의 범위 내에 있는 더 많은 실시형태 및 구현이 가능하다는 것이 당업자에게 명백할 것이다. 임의의 실시형태의 임의의 요소는, 특별하게 제외된 경우를 제외하고 임의의 다른 실시형태의 다른 요소로 대체되거나 다른 실시형태에 추가될 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그의 등가물의 견지를 제외하고는 제한되지 않는다. 또한, 첨부된 청구범위의 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능하다.

Claims (20)

1. 배터리 팩을 가진 배터리 어셈블리를 위한 배터리 장착 및 분리 시스템으로서,
   상기 배터리 장착 및 분리 시스템은,
   작동가능한 어셈블리 및 상기 작동가능한 어셈블리를 이동시키기 위한 액추에이터를 포함하고,
   상기 작동가능한 어셈블리는 그라운드 (ground) 링크, 상부 그라운디드 (grounded) 링크, 하부 그라운디드 링크 및 결합 구성요소를 포함하고,
   상기 상부 그라운디드 링크의 제 1 단부는 제 1 회전 조인트에서 상기 그라운드 링크에 연결되고, 상기 상부 그라운디드 링크의 제 2 단부는 제 2 회전 조인트에서 상기 결합 구성요소에 연결되고,
   상기 하부 그라운디드 링크의 제 1 단부는 제 3 회전 조인트에서 상기 그라운드 링크에 연결되고, 상기 하부 그라운디드 링크의 제 2 단부는 제 4 회전 조인트에서 상기 결합 구성요소에 연결되고,
   상기 결합 구성요소는 제 1 후크 및 제 2 후크를 포함하고,
   상기 제 1 후크 및 상기 제 2 후크는 상기 배터리 어셈블리와 결합하도록 구성되며,
   상기 제 1 후크는 상기 결합 구성요소상의 제 1 수직 위치를 가지고,
   상기 제 2 후크는 상기 결합 구성요소상의 제 2 수직 위치를 가지며,
   상기 제 1 수직 위치는 상기 제 2 수직 위치와 실질적으로 상이한, 배터리 장착 및 분리 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 후크는 상기 배터리 어셈블리상의 제 1 요소와 결합하도록 구성되고, 상기 제 2 후크는 상기 배터리 어셈블리상의 제 2 요소와 결합하도록 구성되며, 상기 제 2 요소는 상기 제 1 요소의 아래에 배치되는, 배터리 장착 및 분리 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 작동가능한 어셈블리는 4-바아 연결 어셈블리이고, 상기 결합 구성요소는 플로팅 링크인, 배터리 장착 및 분리 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 후크는 상기 제 2 회전 조인트보다 수직으로 낮게 배치되는, 배터리 장착 및 분리 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 2 후크는 상기 제 4 회전 조인트보다 수직으로 낮게 배치되는, 배터리 장착 및 분리 시스템.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 4-바아 연결 어셈블리는 제 1 4-바아 연결 어셈블리이고,
   상기 배터리 장착 및 분리 시스템은 제 2 4-바아 연결 어셈블리를 포함하고, 상기 제 2 4-바아 연결 어셈블리는 제 3 후크 및 제 4 후크를 갖는 제 2 플로팅 링크를 포함하고,
   상기 제 2 4-바아 연결 어셈블리는 상기 제 1 4-바아 연결 어셈블리로부터 이격되며,
   상기 제 3 후크는 상기 제 1 후크와 실질적으로 동일한 수직 위치를 가지고, 상기 제 4 후크는 상기 제 2 후크와 실질적으로 동일한 수직 위치를 가지는, 배터리 장착 및 분리 시스템.
7. 배터리 교체 (swapping) 시스템으로서,
   배터리 장착 및 분리 시스템과 배터리 케이지를 포함하고,
   상기 배터리 장착 및 분리 시스템은,
   작동가능한 어셈블리 및 상기 작동가능한 어셈블리를 이동시키기 위한 액추에이터를 더 포함하고,
   상기 작동가능한 어셈블리는 그라운드 (ground) 링크, 상부 그라운디드 (grounded) 링크, 하부 그라운디드 링크 및 결합 구성요소를 포함하고,
   상기 상부 그라운디드 링크의 제 1 단부는 제 1 회전 조인트에서 상기 그라운드 링크에 연결되고, 상기 상부 그라운디드 링크의 제 2 단부는 제 2 회전 조인트에서 상기 결합 구성요소에 연결되고,
   상기 하부 그라운디드 링크의 제 1 단부는 제 3 회전 조인트에서 상기 그라운드 링크에 연결되고, 상기 하부 그라운디드 링크의 제 2 단부는 제 4 회전 조인트에서 상기 결합 구성요소에 연결되고,
   상기 결합 구성요소는 제 1 후크 및 상기 제 1 후크 아래에 배치된 제 2 후크를 포함하며,
   상기 배터리 케이지는,
   배터리 팩을 유지하기 위한 외부 케이싱,
   제 1 유지 요소 및 상기 제 1 유지 요소 아래에 배치된 제 2 유지 요소를 더 포함하고,
   상기 제 1 후크는 상기 배터리 케이지의 상기 제 1 유지 요소와 결합하도록 구성되고, 상기 제 2 후크는 상기 배터리 케이지의 상기 제 2 유지 요소와 결합하도록 구성되는, 배터리 교체 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 1 유지 요소는 제 1 수평 바아이고, 상기 제 2 유지 요소는 제 2 수평 바아인, 배터리 교체 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 배터리 장착 및 분리 시스템은 제 2 작동가능한 어셈블리 및 상기 제 2 작동가능한 어셈블리의 제 2 결합 구성요소를 포함하고,
   상기 제 2 결합 구성요소는 상기 배터리 케이지의 상기 제 1 수평 바아와 결합하기 위한 제 3 후크를 포함하고,
   상기 제 2 결합 구성요소는 상기 배터리 케이지의 상기 제 2 수평 바아와 결합하기 위한 제 4 후크를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 배터리 장착 및 분리 시스템은, 상기 배터리 케이지가 상기 작동가능한 어셈블리 및 상기 제 2 작동가능한 어셈블리에 의해 상승 및 하강함에 따라 4 개의 접촉 지점들에서 상기 배터리 케이지와 접촉하는, 배터리 교체 시스템.
11. 제 9 항에 있어서,
    상기 작동가능한 어셈블리는 4-바아 연결부이고, 상기 제 2 작동가능한 어셈블리는 또한 4-바아 연결부인, 배터리 교체 시스템.
12. 제 7 항에 있어서,
    상기 배터리 케이지는 2 개의 배터리 팩들을 유지하도록 구성되는, 배터리 교체 시스템.
13. 제 7 항에 있어서,
    상기 배터리 교체 시스템은 제 2 배터리 케이지를 포함하고, 상기 제 2 배터리 케이지는 제 2 배터리 팩을 유지하기 위한 제 2 외부 케이싱을 더 포함하며,
    상기 제 2 배터리 케이지는 제 3 유지 요소 및 제 4 유지 요소를 포함하고,
    상기 제 1 후크는 상기 제 3 유지 요소와 결합하도록 구성되며,
    상기 제 2 후크는 상기 제 4 유지 요소와 결합하도록 구성되는, 배터리 교체 시스템.
14. 전기 차량으로서,
    상기 전기 차량에 전력공급하기 위한 배터리 팩을 유지할 수 있는 배터리 케이지,
    상기 배터리 케이지를 상승 및 하강시키기 위한 온보드 배터리 장착 및 분리 시스템을 포함하고,
    상기 배터리 장착 및 분리 시스템은 4-바아 연결부를 더 포함하며,
    상기 4-바아 연결부는 그라운드 (ground) 링크, 상부 그라운디드 (grounded) 링크, 하부 그라운디드 링크 및 결합 구성요소를 포함하고,
    상기 상부 그라운디드 링크의 제 1 단부는 제 1 회전 조인트에서 상기 그라운드 링크에 연결되고, 상기 상부 그라운디드 링크의 제 2 단부는 제 2 회전 조인트에서 상기 결합 구성요소에 연결되고,
    상기 하부 그라운디드 링크의 제 1 단부는 제 3 회전 조인트에서 상기 그라운드 링크에 연결되고, 상기 하부 그라운디드 링크의 제 2 단부는 제 4 회전 조인트에서 상기 결합 구성요소에 연결되고,
    상기 결합 구성요소는 제 1 후크 및 상기 배터리 케이지와 결합하기 위한 상기 제 1 후크의 아래에 배치된 제 2 후크를 포함하는, 전기 차량.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 결합 구성요소는 플로팅 링크이고, 상기 제 1 후크 및 상기 제 2 후크는 상기 플로팅 링크의 상이한 수직 위치들에 장착되는, 전기 차량.
16. 제 14 항에 있어서,
    상기 4-바아 연결부는 유압식으로 작동되는, 전기 차량.
17. 제 14 항에 있어서,
    상기 4-바아 연결부는 제 1 위치로 이동될 수 있고, 상기 4-바아 연결부는 제 2 위치로 이동될 수 있으며, 상기 제 2 위치는 상기 제 1 위치보다 수직으로 더 높고,
    상기 배터리 케이지는 상기 4-바아 연결부가 상기 제 1 위치에서 시작하여 상기 배터리 케이지를 위로 상승시킬 때 장착될 수 있으며,
    상기 배터리 케이지는 상기 4-바아 연결부가 상기 제 2 위치에서 시작하여 상기 배터리 케이지를 아래로 하강시킬 때 분리될 수 있는, 전기 차량.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치 사이의 수직 거리는 대략 15 cm 내지 30 cm 의 값을 가지는, 전기 차량.
19. 제 14 항에 있어서,
    상기 4-바아 연결부는 제 1 4-바아 연결부이고,
    상기 배터리 장착 및 분리 시스템은 상기 제 1 4-바아 연결부로부터 이격된 제 2 4-바아 연결부를 포함하는, 전기 차량.
20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 2 4-바아 연결부는 상기 제 2 4-바아 연결부의 제 2 플로팅 링크의 상이한 수직 위치들에 장착된 2 개의 후크들을 포함하는, 전기 차량.

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