KR20150028767A - 배터리 추진식 차량 내에서 배터리를 교체하기 위한 장치와 방법 및 배터리 저장 장치 - Google Patents

배터리 추진식 차량 내에서 배터리를 교체하기 위한 장치와 방법 및 배터리 저장 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 차량(110) 내에서 배터리를 교체하기 위한 방법에 관한 것으로서, 차량에는 배터리(120, 122; 220; 320; 420; 620)를 위한 저장 공간(150; 200; 300; 400)이 제공되며, 저장 공간 내로의 개구(151; 204; 304; 404)가 차량 하부에 배열되고, 차량은 배터리를 차량으로부터 제거하고 배터리를 차량 내에 오게 하는 제1 및 제2 배터리 이송 장치(130; 140)에 대해 제1 및 제2 사전결정된 위치를 가진다. 본 발명은 상기 이송 장치들이 적어도 부분적으로 지면(100) 위와 상기 위치들 옆에 설치되며 배터리는 저장 공간으로부터 차량의 사이드 빔(112) 밑을 지나 차량의 옆과 지면 위의 각각의 위치로 형성되는 각각의 경로(121, 123)를 따라 오게 되는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 발명은 자동으로 배터리를 교체하기 위한 장치 및 차량 내에서 사용하기 위한 저장 장치에 관한 것이다.

Description

배터리 추진식 차량 내에서 배터리를 교체하기 위한 장치와 방법 및 배터리 저장 장치{DEVICE, BATTERY STORAGE DEVICE AND METHOD FOR REPLACING BATTERIES IN BATTERY POWERED VEHICLES}
본 발명은 배터리 추진식 차량 내에서 하나 또는 다수의 배터리를 교체하기 위한 방법, 뿐만 아니라 배터리를 차량 내에 수용하여 고정하기 위한 장치 및 이러한 배터리 교체 방법을 수행하기 위한 자동 장치에 관한 것이다.
예를 들어, EP 2231447 B1호에 기술된 것과 같이, 기존에 알려져 있는 차량용 전기 배터리를 교체하기 위한 시스템이 있다. 이러한 시스템에서, 검사 피트(inspection pit)에서 사용되는 것과 비슷한 램프(ramp) 위에 위치되고 난 뒤, 차량 하부에 있는 장치가 전진하고, 방전된 배터리는 밑에서부터 새로운 배터리로 교체된다. 이러한 해결책은 배터리 교체 장치가 지면 내에 매립될 필요가 있거나 및/또는 차량이 들어올려 져야 할 필요가 있는데, 이는 상기 설비가 비쌀 뿐만 아니라 상당한 공간을 필요로 하며 따라서 기존의 인프라스트럭처, 가령, 주유소에 통합하기가 어렵기 때문에 현저한 단점으로 작용한다. 게다가, 토지 등에 관한 문제점으로 인해 이러한 설비를 야외에, 특히, 개방된 공간에 설치하기가 어렵다.
게다가, EP 2340951 A2호는 차량 안에 배터리를 수용하여 고정시키기 위한 장치를 기술하고 있는데, 상기 배터리는 밑으로부터 수직 방향으로 위를 향해 차량 안에 삽입된다. 이 장치는 앞에서 언급한 EP 2231447 B1호에 기술된 것과 같은 시스템과 함께 사용될 수 있다.
또한, SE 1050656 A1호로부터 차량의 수직면에 수직 방향으로 배열된 도어를 통해 각각 배터리를 삽입하고 제거함으로써 차량 내에서 배터리를 교체하기 위한 방법이 알려져 있다. 이러한 해결책은 차량의 측면(side)이 도어를 수용하도록 구성되어야 하고 이에 따라 종종 크기가 대형이 되어야 하며 따라서 디자인 변경에 비용이 많이 드는 것을 의미한다. 게다가, 최근의 차량은 중량, 공간 용도 및 충돌 안전성에 대한 높은 요건을 충족하기 위하여 상대적으로 복잡한 사이드 빔(side beam) 구성을 포함한다. 배터리가 차량의 측면을 통해 삽입되는 경우, 종종 사이드 빔의 디자인을 변경시킬 필요가 있어서, 이에 따라 값비싸며 일반적으로, 그 외의 다른 모든 조건들이 동일한 경우, 충돌 안정성을 해치게 된다.
본 발명은 위에 기술된 문제점들을 해결하기 위한 것이다.
본 발명은 차량 내에서 배터리를 교체하기 위한 방법에 관한 것으로서, 차량에는 배터리를 위한 저장 공간이 제공되며, 저장 공간 내로의 개구(opening)가 차량 하부에 배열되고, 저장 공간 내에 설치된 배터리는 차량을 추진하게끔 사용되도록 배열되며:
a) 차량이, 제1 배터리를 차량으로부터 제거하여 차량으로부터 멀어지도록 자동 이송하기 위하여, 제1 이송 장치에 대해 제1 사전결정된 위치에 오게 되는 단계;
b) 제1 이송 장치가 제1 배터리를 차량으로부터 제거하여 차량으로부터 멀어지게 되는 단계;
c) 차량이, 제2 배터리를 차량까지 이동시켜 차량 안으로 자동 이송하기 위하여, 제1 이송 장치와 동일할 수 있는 제2 이송 장치에 대해 제1 사전결정된 위치와 똑같을 수 있는 제2 사전결정된 위치에 오게 되는 단계;
d) 제2 이송 장치가, 제2 배터리를 차량까지 이동시켜 차량 안으로 오게 되는 단계가 수행되며,
제1 및 제2 이송 장치는 각각 제1 및 제2 사전결정된 위치의 옆과 지면 위에 적어도 부분적으로 설치될 수 있게 되고, 제1 및 제2 배터리는 각각 저장 공간으로부터 차량의 사이드 빔 밑을 지나 차량의 옆과 지면 위의 각각의 위치까지 형성된 각각의 경로를 따라 차량을 제거하고 차량 안에 위치되는 것을 특징으로 한다.
게다가, 본 발명은 배터리를 위한 저장 공간이 제공된 차량 내에서 배터리를 자동으로 교체하기 위한 장치에 관한 것으로서, 저장 공간 내로의 개구가 차량 하부에 배열되고, 저장 공간 내에 설치된 배터리는 차량을 추진하게끔 사용되도록 배열되며, 상기 장치는, 차량이 상기 장치에 대해 제1 사전결정된 위치에 오게 된 뒤에 제1 배터리를 차량으로부터 제거하여 차량으로부터 멀어지도록 배열되고 차량이 상기 장치에 대해 제1 사전결정된 위치와 동일할 수 있는 제2 사전결정된 위치에 오게 된 뒤에 제2 배터리를 차량에까지 이동시켜 차량 안으로 오도록 배열되며, 상기 장치는 적어도 부분적으로 지면 위와 각각 제1 및 제2 사전결정된 위치 옆에 설치될 수 있도록 배열되고, 상기 장치는 저장 공간으로부터 차량의 사이드 빔 밑을 지나 지면 위와 차량 옆의 각각의 위치로 형성된 각각의 경로를 따라 제1 및 제2 배터리를 차량으로부터 멀어지고 차량까지 오도록 배열되는 것을 특징으로 한다.
마지막으로, 본 발명은 배터리를 수용하여 고정하도록 배열된 차량 내에서 사용하기 위한 저장 장치에 관한 것으로서, 상기 저장 장치 내에 포함된 저장 공간 내에 설치될 때 상기 배터리는 차량의 추진을 위해 사용되도록 배열되며, 상기 저장 장치는 차량의 하측면에 배열된 힌지식 도어를 포함하며, 상기 도어는 하부 방향으로 개방되고 밀폐된 위치에서 상기 개구를 덮도록 배열되며, 도어의 상부 지지 표면은 도어가 개방 위치에 있을 때 배터리를 적어도 부분적으로 지지하도록 배열되는 것을 특징으로 한다.
밑에서, 본 발명은 첨부 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 보다 상세하게 기술할 것이다:
도 1a 및 1c는 2개의 상이한 각각의 위치에 있는 차량의 개략적인 다이어그램;
도 1b 및 1d는 도 1a 및 1c에 상응하는 도면으로서 각각의 횡단면은 제거되어 도시되며;
도 2a-2c는 각각의 세 단계에서 차량 내의 저장 공간으로부터 나온 배터리의 횡단면을 개략적으로 도시된 3개의 다이어그램;
도 3a 및 3b는 각각의 두 단계에서 차량 내의 저장 공간으로부터 나온 배터리의 횡단면을 개략적으로 도시된 2개의 다이어그램;
도 4a 및 4b는 각각의 두 단계에서 차량 내의 저장 공간으로부터 나온 배터리의 횡단면을 개략적으로 도시된 2개의 다이어그램;
도 5는 차량 내의 저장 공간에 대한 도어를 도시한 도면;
도 6은 배터리용 접촉 장치를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.
도 1a 및 1c는 상응하는 부분들에 대해 동일한 도면부호를 공통으로 사용한다. 이것은 도 2a-2c; 도 3a-3b 뿐만 아니라 도 4a-4b에서도 똑같이 적용된다.
도 1a 및 1c는 제1 배터리(120)를 차량(110)으로부터 제거하여 상기 차량으로부터 멀어지도록 자동 이송하기 위하여 제1 이송 장치(130)에 대해 제1 사전결정된 위치에 있는 차량(110)을 도시한다.
도 1b 및 1d는, 이와 비슷하게, 제2 배터리(122)를 차량(110)까지 이동시켜 차량 안으로 자동 이송하기 위하여 제2 이송 장치(140)에 대해 제2 사전결정된 위치에 있는 차량(110)을 도시한다. 따라서, 제2 위치에서, 차량(110)은 제1 위치에 대해 약간 전진되어 있다.
도 1a 및 1c, 그리고, 각각, 1b 및 1d에서, 두 위치들은 상이한 위치들로 도시되며, 장치(130, 140)들도 상이한 개별적인 장치들로 도시된다. 하지만, 이 위치들은 하나이고 동일한 위치일 수 있으며, 이는 제1 위치에 있고 나면, 제2 위치에 있기 위해 차량(110)이 추가로 이동될 필요가 없다는 의미이다. 또한, 상기 경우 및 다른 경우에서, 배터리 이송을 위해 장치(130 및 140)들이 하나이며 동일한 장치일 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
각각의 두 위치들은 차량이 각각의 사전결정된 위치 주위로 특정 간격(interval) 내에 위치될 수 있으며 그 후에 장치(130, 140) 자체는 상기 간격 내에 차량이 부정확하게 위치되는 데 대해 상쇄될 수 있다는 점에서, 근사값일 수 있다(approximate). 이러한 상쇄는, 가령, 예를 들어, 알려져 있는 국부화 및 위치배열 장치, 가령, 컴퓨터 비전을 위한 알고리즘을 사용하여 처리되는 차량의 가시적 이미지에 따른 위치배열 장치를 이용하여 구현될 수 있으며, 대안으로, 레이저 스캐닝 장비 피스를 이용하여 구현될 수도 있다. 예를 들어, 차량에는 국부화를 위해 적절한 경조(high contrast)를 가진 사전결정된 마커(marker) 형태의 고정점(fixed point)이 장착될 수 있다. 예를 들어, 이러한 국부화 기기로부터, 차량이 수용할 수 있는 위치에 위치되어 있다는 응답(acknowledgement)이 배터리가 해당 차량으로부터 제거되거나 및/또는 해당 차량 내에 삽입되기 전에 대기하는 것이 바람직하다.
차량(110)에는 배터리(120, 122)를 위한 저장 공간(150)이 장착되는데, 차량(110) 하부에 저장 공간(150) 내로의 개구(151)가 배열된다. 개구(151)는 차량(110)의 바닥 플레이트(111) 내에 있는 홀(hole)로 구성되는 것이 바람직하다.
차량(110)은 적어도 부분적으로는 전기 구동되는데, 이는 저장 공간(150) 내에 설치된 배터리가 차량을 추진시키게끔 사용될 수 있도록 배열된다는 의미이다. 적절한 차량은 전기차량, 가령, 자동차, 트럭 및 버스를 포함할 뿐만 아니라 차량을 전진시키기 위한 에너지의 일부가 연료로부터 제공되는 소위 하이브리드 추진 차량도 포함한다.
저장 공간(150) 내에 설치된 배터리(120)가 적어도 부분적으로 방전될 때, 차량(110)의 사용자는 배터리(120) 교체를 위해 스테이션으로 가도록 선택한다. 스테이션은 장치(130, 140)를 포함하는 것이 바람직하다.
차량(110)이 제1 사전결정된 위치에 오도록 하고 난 후, 제1 이송 장치(130)는 경로(121)를 따라 D1 방향으로 개구(151)를 통해 차량(110)으로부터 적어도 부분적으로 방전된 배터리(120)를 제거하여 차량으로부터 멀어지도록 배열된다(도 1b 참조).
그 뒤, 차량(110)이 제2 사전결정된 위치에 오도록 하고 난 후에, 제2 이송 장치(140)는 경로(123)를 따라 D2 방향으로 제2 배터리(122)를 차량(110)까지 이동시켜 상기 차량 안으로 오게 하도록 배열되는데(도 1d 참조), 상기 제2 배터리는 완전히 충전되었으며 배터리(120)보다 적어도 더 완전히 충전된 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 제1 이송 장치(130) 및 제2 이송 장치(140)는 둘 다, 적어도 부분적으로, 바람직하게는 완전하게, 지면(100) 위와, 차량(110)이 위치되는 제1 및 제2 사전결정된 위치 옆에 설치된다. 여기서, 장치(130, 140)는 "지면 위에" 및 "사전결정된 위치 옆에" 배열되는데, 이는 상기 장치(130, 140)가 차량(110)에 대해 차량(110)의 측면에 위치된 위치로부터 주로 작동하도록, 바람직하게는, 차량으로부터 실질적으로 수평 거리에서 작동하도록 설치된 것으로 해석되어야 한다.
게다가, 두 경로(121, 123)는 저장 공간(150)으로부터 차량(110)의 사이드 빔(112) 밑을 지나 차량(110) 옆과 지면 위의 각각의 위치까지 형성된다. 이 경로(121, 123)는 저장 공간(150)으로부터 부분적으로 하부 방향으로 움직이는 것으로 형성되어 각각의 경로(121, 123)가 저장 공간의 하측면에서 사이드 빔(112)을 통과하는 것이 바람직하다. 그 후, 각각의 경로(121, 123)는 차량(110) 하부로부터 실질적으로 수평 방향으로 형성되며 배터리(120, 122)가 삽입되는 위치를 향해 형성되거나 이 위치로부터 배열되도록 형성되는 것이 바람직하다.
배터리(120, 122)가 차량(110) 밑에서 개구(151)로부터 제거되고, 사이드 빔(112) 밑에서, 그리고, 지면 위에서 차량(110)으로부터 제거되기 때문에, 이송 장치 또는 장치들(130, 140)은 지면 위에 설치될 수 있으며, 기존의 인프라스트럭처 범위 내에서 설치하는 것을 보다 어렵게 만들도록 상기 구조물들이 지면 내에 매립될 필요가 없다. 그 대신, 장치(130, 140)들은 예를 들어 기존의 주유소에서 일반적인 주행 레인 옆에 설치될 수 있는데, 차량(110)을 위한 사전결정된 위치들은 차량(110)이 주행 레인에서 적절한 위치에 정지되는 것을 의미한다.
게다가, 차량(110)의 측면, 특히, 종종 복잡한 사이드 빔 구조물은 배터리를 교체하기 위해 차량(110)의 측면에서 도어 또는 이와 비슷한 것을 수용하기 위해 임의의 더 큰 크기로 구성될 필요가 없다.
장치(130, 140)는 자체적으로 이러한 이송 장치를 위해 SE 1050656 A1호에 기술된 실시예와 비슷한 디자인, 가령, 적절한 수평 이송 평면 및 예를 들어, 흡입 컵을 포함하는 배터리와 협력하도록 배열된 결합 수단을 가질 수 있다.
따라서, 저장 공간(150)은 차량(110)의 하측면에 배열되며, 바람직하게는, 차량(110)의 바닥 플레이트(111)에 및 상기 바닥 플레이트에 연결되어 배열된다. 더욱이, 공간(150)은, 개구(151)를 제외하고는, 차량(110)의 하측면 밑에서부터 시작하여, 바람직하게는 바닥 플레이트(111)를 통해 완전히 밀폐되는 것이 바람직하며, 상기 개구는 차량(110)의 하측면과 실질적으로 일렬로 배열되며 차량의 모든 사이드 빔(112)으로부터 일정 거리에 배열되는 것이 바람직하다. 이러한 구성은 단순하며 차량의 나머지 구성, 심미성, 주행 태도 및 충돌 안정성에 끼치는 부정적인 영향이 최소가 되게 한다. 게다가, 공간(150)이 차량(110)의 내부로부터 독립적이기 때문에 차량(110)의 내부 환경에는 외부 환경에 의해 영향이 미치지 않는다. 따라서, 공간(150)이 차량(110)의 내부에 대해 실질적으로 액체가 새지 않는(liquid tight) 것이 바람직하다.
게다가, 제1 단계에서, 기존의, 바람직하게는, 비-전기 추진식 자동차가 자동차의 바닥 플레이트 내에 이러한 홀(151)을 형성함으로써 전기 추진식으로 전환되며, 예를 들어, 용접에 의해 홀(151)에 연결된 저장 공간(150)에 체결되는(fasten) 것이 바람직하다.
공간(150)은 전기 케이블 및 이와 비슷한 것을 위한 리드-스루(lead-through)를 포함할 수 있으며, 그에 따라 타이트하게 밀봉하도록 배열될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
도 2a-2c는 차량 내의 저장 공간(200)을 도시하는데, 이 저장 공간은 위에서 기술된 공간(150)과 비슷하며, 공간(200) 내의 개구(204)는 위에서 기술한 것과 같이 차량의 하측면(201) 밑에서부터 시작된다. 중력 방향(G)으로 힌지(211)를 사용하여 하부 방향으로 개방되도록 배열된 힌지식 도어(210)가, 바람직하게는, 액체가 새지 않는 방식으로 밀폐된 위치에서 개구(204)를 덮는다(cover). 따라서, 도어(210)가 밀폐될 때, 차량의 추진을 위해 배터리(220)가 설치되는 위치에서 저장 공간(200) 내에 배터리(220)를 둘러싸도록 배열된다.
도어(210)의 개방 각도를 조절하고 공간(200)과 배터리(220) 사이에서 전기 접촉부(electrical contact)를 생성하도록 충분한 가압력(pressing force)을 제공하기 위하여, 통상적이며 간결성을 위해 오직 도 2a 및 2b에만 도시되지만 도 3a-4b에 예시된 실시예들에서도 매우 잘 사용될 수 있는 전기 모터(206)가 배열되는데, 이는 밑을 참조하라. 모터(206)는 나사 타입으로 구성되는 것이 바람직하다.
게다가, 도어가 개방 위치에 있을 때, 가능하게는, 도어가 밀폐 위치에 있을 때에도, 배터리(220)를 적어도 부분적으로 지지하기 위해 도어의 상부 지지 표면(213)이 배열된다.
도 2a-4b에 예시된 바람직한 실시예에 따르면, 지지 표면(213)은 슬라이딩 표면(sliding surface)을 포함하는데, 이 슬라이딩 표면을 따라 배터리(220)가 지지 표면(213)에 대해 평행한 방향으로 슬라이딩 이동될 수 있다. 슬라이딩 표면은 롤링 베드 또는 볼 베드를 포함하며 상기 롤링 베드 또는 볼 베드는 베어링-저널 롤 또는 이와 비슷한 것 형태의 다수의 마찰-감소 장치(212)를 포함하는 것이 바람직하다. 하지만, 상기 목적을 구현할 수 있도록 하기 위해 지지 표면(213)과 배터리(220)의 하측면 사이의 마찰이 충분히 작은 한, 지지 표면(213)은 대안의 방식으로도 배열될 수 있다는 사실을 이해해야 한다. 그 외의 다른 타입의 지지 표면(213) 예에는 부드러운 금속 표면 및 테플론 표면이 포함된다.
배터리(220)는 바람직하게는 암(female) 타입의 접촉 수단(221)을 포함하는데, 상기 접촉 수단은 저장 공간(200) 내에서 상응하는 접촉 수단(203)과 결합하며 이에 따라 상기 접촉 수단과 우수한 전기 접촉을 구현하도록 배열되는데, 상기 상응하는 접촉 수단은 수(male) 타입으로 구성되고 도어(210)가 밀폐될 때 차량의 사용자가 도달하지 못하도록 배열된다. 도 2a-2c에 예시된 실시예에서, 접촉 수단(203)은 도어(210) 위에 고정 배열되고(fixedly arranged) 따라서 저장 공간(200)에 대해 회전 가능하며, 가요성 케이블(202)을 사용하여 저장 공간(200)의 벽에 연결된다. 상기 실시예에서, 두 접촉 수단(203, 221)은 지지 표면(213)에 대해 실질적으로 평행한 방향을 따라 서로 결합되도록 배열된다.
배터리(220)가 공간(200)으로부터 제거되어야 할 때, 도어(210)는 부분적으로 하부 방향으로 접혀짐으로써 개방된다. 그 결과가 도 2b에 예시되는데, 하부 방향으로 접히는 동안, 지지 표면(213)에 의해 적어도 부분적으로 지지되는 배터리(220)가 도어(210)와 함께 이동되는 것은 자명하며, 여전히 접촉 수단(221)과 결합된 상태에 있는 접촉 수단(203)에 대해서도 동일한 결과가 나온다.
게다가, 도어(210)의 개구에 연결될 때, 배터리(220)의 한 부분이 제1 이송 장치(230)의 제1 결합 장치(240)를 위해 사용가능하게 된다. 대표적인 흡입 컵(241)을 포함하는 결합 장치(240)는 배터리(220)와 결합되거나 배터리를 지지하며 지지 표면(213)을 따라 0이 아닌 수평방향 성분을 가진 방향으로 배열되는데, 이를 달리 말하면, 저장 공간(200)으로부터 거리가 떨어지며 따라서 도 1b에 관련하여 기술된 경로(121)를 따라 차량으로부터 거리가 떨어져서 적어도 부분적으로 측면에 배열된다. SE 1050656 A1호에 기술된 내용에 따르면, 이는 롤러 베드(231) 또는 이와 비슷한 것을 포함하는 이송 평면(230)을 적어도 부분적으로 이용함으로써 구현된다.
이와 관련하여, 지지 표면(213)은 도어(210)의 개방 위치에서 오직 중력(G)의 끌어당기는 힘에 의해 배터리(220)가 활주 표면을 따라 제1 결합 장치(240)가 배터리(220)와 결합되거나 배터리를 지지할 수 있는 위치로까지 하부 방향으로 슬라이딩 이동하고, 그 뒤, 위에서 기술된 이송 장치는 배터리(220)가 차량으로부터 제거될 수 있게 하도록 기울어지는 것이 바람직하다.
배터리(220)가 조절가능하지 않은 정도로 지지 표면(213)을 따라 하부 방향으로 슬라이딩 이동하는 위험이 없도록 하기 위하여, 잠금 장치(locking device)가 배열될 수 있다. 도 2a-2c에서, 상기 잠금 장치는 총알구멍 펜(bullet point pen) 내에 있는 메커니즘과 비슷한 타입의 접촉 수단(203, 221) 사이의 결합에 의해 예시되며, 상기 총알구멍은 각각 외부 방향으로 밀리고 내부 방향으로 밀려지고, 총알구멍에 대해 맞은편 쪽 위에 있는 버튼(button) 상에서 연속하여 누름으로써 그 위치에 고정된다. 달리 말하면, 접촉 수단(203, 221)은 처음에 서로 결합되어 지지 표면(213)에 대해 평행한 방향으로 함께 눌러지는데, 그 다음 함께 눌러질 때 결합이 릴리스되며 이것이 반복된다. 결합을 릴리스하기 위하여, 결합 장치(240)는 배터리(220)에 대해 특정 압력을 구현하도록 배열되며, 도 2a-2c의 좌측에서는, 결합으로부터 배터리(220)를 릴리스하기 위해 접촉 수단(203)이 사용된다. 그 뒤, 배터리(220)는 지지 표면(213)을 따라 조절 가능한 방식으로 하부 방향으로 이동되어 차량으로부터 거리가 떨어질 수 있다. 하지만, 그 외의 다른 타입의 잠금 장치, 가령, 결합 수단(240)에 의해 혹은 차량에 의해 정지되도록 배열된 도어(210) 상의 잠금 플랜지, 대안으로, 위에 배터리(220)가 오도록 결합 수단(240)이 배열되는 지지 표면(213) 위의 잠금 숄더도 사용할 수 있다는 것을 이해해야 한다. 대안으로, 결합 장치(240)는 도어(210)의 개구에 연결되어 배터리(220)를 캐치하도록 배열될 수 있으며 어떠한 특정 잠금 장치도 필요하지 않다.
도 2c는 접촉 수단(203, 221) 사이의 결합이 릴리스되며 결합 장치(240)는 배터리(220)를 이송 평면(230) 위에서 특정 거리에 오게 된 상황을 예시한다.
새로운 충전된 배터리가 저장 공간(150) 내에 설치되어야 할 때에는, 반대의 조작법이 수행된다. 위에 기술된 제2 이송 장치(140)의 제2 결합 장치는 새로운 배터리와 결합되거나 이 배터리를 지지하며, 차량 하부에서 앞에 기술된 경로(123)를 따라 도어(210)로 오게 하여 개방 위치가 되고 도어(210)의 지지 표면(213)에 의해 배터리가 적어도 부분적으로 지지되는 위치로 오게 된다. 그 뒤, 배터리는, 도 2a-2c에 대해 위에서 기술한 것과 반대 방법으로, 지지 표면(213)을 따라 0이 아닌 수평방향 성분을 가진 방향으로 저장 공간(200)을 향해 원하는 위치로 오게 되며, 그 뒤 도어가 밀폐되고 제2 배터리는 저장 공간 내에 완전히 삽입된다.
이를 위해 이송 장치는 충전된 배터리를 지지 표면(213)을 따라 상부 방향으로 밀어 배터리가 상부 방향으로 오게 되며 도어(210)가 완전히 밀폐되었을 때 저장 공간(200) 안으로 오는 위치가 되도록 배열되는 것이 바람직하다.
도 2a-2c에서, 이 위치는 도 2b예 예시된 배터리(220)를 위한 위치이며, 상기 위치에서 접촉 수단(203, 221)은 서로 결합된다. 따라서, 이송 장치에 의해 저장 장치(200)를 통해 차량과 배터리(220) 사이에는 우수한 전기 접촉이 구현되는데, 상기 이송 장치는 지지 표면(213)을 따라 차량과 배터리(220)의 각각의 접촉 수단(203, 211)이 각각 서로 접촉하는 위치로 배터리(220)를 밀고, 그 뒤, 배터리(220)를 실질적으로 동일한 방향으로 추가 거리만큼 밀며, 저장 공간(200)에 대해 배터리(220)가 움직여서 수 접촉부가 상응하는 암 접촉부와 결합됨으로써 충분한 전기 접촉이 구현된다.
도 3a 및 3b는 각각 배터리(321) 및 저장 공간(303) 위의 접촉 수단에 관한 대안의 배열사태를 예시한다. 이와는 별도로, 도 3a 및 3b는 도 2a 및 2b와 비슷하며, 도 2a-2c에서의 도면부호들은 숫자 "2"로 시작하지만 도 3a-3b에서는 숫자 "3"으로 시작되지만, 상응하는 부분들에 대해서는 동일한 도면부호를 사용한다.
도 3a에서부터 자명한 것과 같이, 차량과 배터리 위에서 각각 실질적으로 수직으로 배열된 접촉 수단(321, 303)에 의해 차량과 배터리(320) 사이에 전기 접촉이 구현되며, 배터리(320)가 지지 표면(313)에 의해 지지되고 도어(310)가 밀폐될 때 서로 우수하게 전기적으로 접촉되어, 배터리(320)는 상부 방향으로 움직여 중력 방향(G)에 대해 실질적으로 평행하게 되고 저장 공간(300) 안으로 오게 된다.
도 3b는 도어(310)가 개방되고 결합 장치(340)가 배터리(320)와 결합된 상황을 예시한다. 이 위치에서, 접촉 수단(303, 321) 사이의 결합은 릴리스되는데, 이것은 배터리(320) 위에서 단지 중력의 효과에 의해 구현되는 것이 바람직하지만 예를 들어 위에서 기술된 것에 따른 총알구멍 펜과 비슷한 장치를 사용해서도 구현될 수 있다. 도 3a 및 3b에서 멈춤 장치(305)가 도시되는데, 상기 멈춤 장치는, 충전된 배터리(320)가 차량 내에 설치될 때, 배터리(320)가 상부 방향으로 와서 저장 공간(300) 내로 오는 위치에서 지지 표면(321)을 따라 배터리(320)가 상부 방향으로 움직이는 것을 멈추도록 배열된다.
도 2a-2c에 도시된 실시예에서는, 결합 장치(240)의 실질적으로 완전히 혹은 부분적으로 수평 방향으로 움직이는 것을 이용하여 전기 접촉이 구현되며, 도3a-3c에서는, 그 후 단계에서, 완전히 또는 부분적으로 수직 방향으로 움직이는 도어(310)의 밀폐 움직임(closing motion)에 관해 예시된 것을 유의해야 한다.
도 3a 및 3b에 상응하는 도 4a 및 4b는 도 2a 및 2b에 상응하는데, 도면부호는 서로 다른 숫자로 시작하는 것을 제외하고는 동일하며, 도어(410)의 대안의 힌지식 서스펜션(hinged suspension)을 예시한다.
도 2a-3b에서, 도어(210, 310)는 자유 단부 및 힌지식 단부를 포함하는데, 자유 단부는 도어(210, 310)가 개방되는 동안 하부 방향으로 접힐 수 있으며 이에 따라 지지 표면이 경사지게 된다.
다른 한편으로, 도 4a 및 4b에서, 도어(410)는 개방 동안 도어(410)를 조절하도록 배열된 2개의 슬루잉 브래킷(411)을 포함하는 슬루잉 브래킷 시스템(slewing bracket system)을 사용하여 저장 장치(400)의 나머지 부분과 결합된다. 도어(410)는, 개방 동안, 하부 방향으로 이동될 수 있는 반면, 지지 표면은 도어의 전반적인 개방 공정 동안 실질적으로 수평 방향으로 유지된다. 이러한 구성으로 인해, 배터리(420)가 걸리는(catching) 문제가 방지되며, 이에 따라 지지 표면(413)을 가로질러 조절가능하지 않도록 슬라이딩 이동되지 않는다.
도 5는 도어(500)의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 예시한다. 상기 실시예에 따르면, 상기 도어는 적어도 부분적으로 도어(500)의 에지 주위에 형성되는, 바람직하게는, 배터리를 수용하고 건네주도록(hand over) 배열된 단부(502)를 제외하고 전체 에지를 따라 형성되는 림(501)을 포함한다. 상기 단부(502)의 맞은편에 있는 도어(500)의 단부에서, 림은 위에서 수단(305)과 비슷한 멈춤 수단으로서 기능을 수행할 수 있다. 지지 표면(505)은 저널식 롤(journalled roll) 형태의 롤링 수단(503)을 포함한다. 단부(502)에서, 도어(500)는 배터리가 차량 내에 설치되기 전에 도어(500) 위의 정확한 위치 내에 오게끔 조절하도록 배열된 넓어진 에지(504)를 포함한다. 이에 따라 이송 장치의 위치 인식 및 차량의 위치배열 동안 정밀도에 대한 요구조건이 줄어든다.
도 6은 차량 내에, 바람직하게는 저장 공간 내에 배열된 암 접촉 수단(630) 형태의, 배터리(620)를 차량에 연결하기 위한 접촉 장치(600)의 한 바람직한 실시예를 상세하게 예시한 도면으로서, 상기 암 접촉 수단은 배터리(620) 내에 배열되고 수 접촉 수단(610)과 결합되어 상기 접촉 수단에 전기적으로 연결되도록 배열된다. 개략적으로 예시된 스냅 로크(snap lock) 형태의 협력식 결합 수단(612, 633)은 위에서 기술된 결합 수단을 사용하여 특정의 서로 멀어지도록 끌어당기는 힘이 배터리에 제공될 때의 시간까지 저장 공간 내의 특정 위치에 배터리를 보유하도록 배열될 수 있음을 예시한다. 게다가, 접촉 표면(613, 632)은 각각 자체적으로 각각 단부 및 바닥을 향해 테이퍼링되도록 구성되며, 바람직하게는, 실질적으로 원뿔 형태로 구성된다. 이에 따라, 접촉 표면 위에 먼지가 있을 때 등과 같이, 도어 위의 배터리(620)의 위치가 어떤 이유로 정확하지 않는 경우에서도 전기 접촉이 개선된다.
추가로, 접촉 수단 사이의 접촉 압력을 증가시키고 이에 따라 다양한 작동 요건 하에서 전기 접촉이 개선되게 하기 위하여 접촉 수단, 암 접촉 수단 및/또는 수 접촉 수단은 스프링 장착되는(spring loaded) 것이 바람직하다.
위에서, 바람직한 실시예들이 기술되었다. 하지만, 당업자에게는, 본 발명의 원리로부터 벗어나지 않고도 위에서 기술된 실시예들에 대해 다수의 변형예들도 가능하다는 것은 명백하다.
따라서, 도 2a-4b에 예시된 도어 및 저장 공간의 구성은 단지 예일 뿐이며 본 발명의 목적을 구현하기 위하여 그 외의 다른 구성들도 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 예를 들어, 도어와 배터리는 배터리를 원하는 위치로 오도록 하기 위해 협력하는 가이드 트랙을 포함할 수 있으며, 저장 장치는 오직 부분적으로만 차량의 바닥 플레이트 위로 올라간 상태로 배열될 수 있다. 게다가, 도 3a-3b에 예시된 타입의 멈춤 수단은 각각 도 2a-2c 및 4a-4b에 예시된 실시예들과 조합하여 사용될 수도 있다.
따라서 본 발명은 위에 기술된 실시예들에만 제한되는 것이 아니라 청구항들의 범위 내에서 변형될 수도 있다.

Claims (15)

  1. 차량(110) 내에서 배터리를 교체하기 위한 방법으로서, 차량에는 배터리(120, 122; 220; 320; 420; 620)를 위한 저장 공간(150; 200; 300; 400)이 제공되며, 저장 공간 내로의 개구(151; 204; 304; 404)가 차량 하부에 배열되고, 저장 공간 내에 설치된 배터리는 차량을 추진하게끔 사용되도록 배열되며:
    a) 차량이, 제1 배터리(120)를 차량으로부터 제거하여 차량으로부터 멀어지도록 자동 이송하기 위하여, 적어도 부분적으로 지면(100) 위에 그리고 제1 사전결정된 위치 옆에 배열된 제1 이송 장치(130)에 대해 제1 사전결정된 위치에 오게 되는 단계;
    b) 제1 이송 장치가, 저장 공간으로부터 차량의 사이드 빔(112) 하부 밑을 지나 차량의 밑에 그리고 지면 위의 위치로 형성된 제1 경로(121)를 따라 제1 배터리를 차량으로부터 제거하여 차량으로부터 멀어지게 되는 단계;
    c) 차량이, 제2 배터리(122)를 차량까지 이동시켜 차량 안으로 자동 이송하기 위하여, 적어도 부분적으로 지면 위에 그리고 제2 사전결정된 위치 옆에 배열되고 제1 이송 장치와 동일할 수 있는 제2 이송 장치(140)에 대해 제1 사전결정된 위치와 똑같을 수 있는 제2 사전결정된 위치에 오게 되는 단계;
    d) 제2 이송 장치가, 지면 위와 그리고 차량 옆의 한 위치로부터 차량의 사이드 빔 하부 밑을 지나 저장 공간으로까지 형성된 제2 경로(123)를 따라 제2 배터리를 차량까지 이동시켜 차량 안으로 오게 되는 단계가 수행되는, 차량 내에서 배터리를 교체하기 위한 방법에 있어서,
    상기 b) 단계에서, 밀폐된 위치에서 개구를 덮도록 차량 하측면에 배열된 힌지식 도어(210; 310; 410; 510)가 하부 방향으로 개방되며, 상기 위치에서, 도어의 지지 표면(213; 313; 413; 505)에 의해 적어도 부분적으로 지지되는 제1 배터리의 일부분이 제1 이송 장치(130)의 결합 장치(240; 340)에 배열될 수 있고, 그 뒤, 제1 결합 장치는, b) 단계에서, 제1 배터리와 결합되거나 제 1 배터리를 지지하며, 도어의 지지 표면을 따라 0이 아닌 수평방향 성분을 가진 방향으로 배열되어 저장 공간으로부터 멀어지고 그 후에는 제1 경로를 따라 차량으로부터 멀어지도록 배열되는 것을 특징으로 하는 차량 내에서 배터리를 교체하기 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 b) 단계 및/또는 d) 단계에서, 각각의 배터리(120, 122; 220; 320; 420; 620)는 지지 표면 (213; 313; 413; 505) 내에 형성된 슬라이딩 표면을 따라 슬라이딩 이동되는 것을 특징으로 하는 차량 내에서 배터리를 교체하기 위한 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    각각의 배터리(120, 122; 220; 320; 420; 620)의 슬라이딩 이동은 롤러 베드 또는 볼 베드(212; 312; 412; 503)를 따라 수행되는 것을 특징으로 하는 차량 내에서 배터리를 교체하기 위한 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    도어(210; 310)의 개방 위치에서 지지 표면(213; 313)은 기울어져서, 중력(G)의 끌어당기는 힘에 의해 제1 배터리(220; 320)는 제1 결합 장치(240; 340)가 제1 배터리와 결합되거나 제1 배터리를 지지할 수 있는 위치로 슬라이딩 표면(212; 312)을 따라 하부 방향으로 슬라이딩 이동될 수 있으며, 그 뒤, 제1 이송 장치(130)는 제1 배터리가 차량(110)으로부터 멀어지도록 할 수 있는 것을 특징으로 하는 차량 내에서 배터리를 교체하기 위한 방법.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    d) 단계에서, 제2 이송 장치(140)의 제2 결합 장치(240;340)는 제2 배터리(122; 220; 320; 420)와 결합되거나 제2 배터리를 지지하며, 차량(110) 밑에서 경로(123)를 따라 도어(210; 310; 410; 500)로 오게 하여 개방 위치가 되고 도어의 지지 표면(213; 313; 413; 505)에 의해 제2 배터리가 적어도 부분적으로 지지되는 위치로 오게 되며, 그 뒤, 지지 표면을 따라 0이 아닌 수평방향 성분을 가진 방향으로 저장 공간(150; 200; 300; 400)을 향해 원하는 위치로 오게 되며, 그 뒤 도어가 밀폐되고 제2 배터리는 저장 공간 내에 완전히 삽입되는 것을 특징으로 하는 차량 내에서 배터리를 교체하기 위한 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    제2 이송 장치(140)는 제2 배터리(122; 220; 320; 420)를 도어(210; 310; 410; 500)의 지지 표면(213; 313; 413; 505)을 따라 상부 방향으로 밀어 제2 배터리가 상부 방향으로 오게 되며 도어가 완전히 밀폐되었을 때 저장 공간(150; 200; 300; 400) 안으로 오게 되는 것을 특징으로 하는 차량 내에서 배터리를 교체하기 위한 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    제2 이송 장치(140)에 의해 차량(110)과 제2 배터리(122; 220; 320; 420) 사이에는 전기 접촉이 구현되는데, 상기 제2 이송 장치는 지지 표면(213; 313; 413; 505)을 따라 차량과 제2 배터리의 각각의 접촉 수단(203, 221; 610, 630)이 각각 서로 접촉하는 위치로 제2 배터리를 밀고, 그 뒤, 제2 배터리를 동일한 방향으로 추가 거리만큼 밀며, 저장 공간(150; 200)에 대해 제2 배터리가 움직여서 수 접촉부(613)가 상응하는 암 접촉부(632)와 결합됨으로써 전기 접촉이 구현되는 것을 특징으로 하는 차량 내에서 배터리를 교체하기 위한 방법.
  8. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    차량과 제2 배터리의 각각의 수직으로 배열된 접촉 수단(303, 321; 403, 421; 610; 630)에 의해 차량(110)과 제2 배터리(122; 320; 420) 사이에 전기 접촉이 구현되며, 제2 배터리가 지지 표면(313; 413; 505)에 의해 지지되고 도어(310; 410; 500)가 밀폐될 때 서로 우수하게 전기적으로 접촉되어, 제2 배터리는 상부 방향으로 움직여 저장 공간(150; 300; 400) 안으로 오게 되는 것을 특징으로 하는 차량 내에서 배터리를 교체하기 위한 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    처음 단계에서 저장 공간(150; 200; 300; 400)은 개구(151; 204; 304; 404)를 제외하고는 모든 위치에서 밀폐되는 공간에 의해 구현되며, 상기 저장 공간은 상기 개구가 차량의 모든 사이드 빔(112)으로부터 일정 거리에 위치되고 차량의 하측면과 일렬로 배열되도록 차량(110)의 하측면에 배열되는 것을 특징으로 하는 차량 내에서 배터리를 교체하기 위한 방법.
  10. 배터리(120, 122; 220; 320; 420)를 위한 저장 공간(150; 200; 300; 400)이 제공된 차량(110) 내에서 배터리를 자동으로 교체하기 위한 장치(130; 140)로서, 저장 공간 내로의 개구(151; 204; 304; 404)가 차량 하부에 배열되고, 저장 공간 내에 설치된 배터리는 차량을 추진하게끔 사용되도록 배열되며, 상기 장치는, 차량이 상기 장치에 대해 제1 사전결정된 위치에 오게 된 뒤에 제1 배터리를 차량으로부터 제거하여 차량으로부터 멀어지도록 배열되고 차량이 상기 장치에 대해 제1 사전결정된 위치와 동일할 수 있는 제2 사전결정된 위치에 오게 된 뒤에 제2 배터리를 차량에까지 이동시켜 차량 안으로 오도록 배열되며, 상기 장치는 적어도 부분적으로 지면(100) 위와 각각 제1 및 제2 사전결정된 위치 옆에 설치될 수 있도록 배열되고, 상기 장치는 저장 공간으로부터 차량의 사이드 빔(112) 밑을 지나 지면 위와 차량 옆의 각각의 위치로 형성된 각각의 경로(121, 123)을 따라 제1 및 제2 배터리를 차량으로부터 멀어지고 차량까지 오도록 배열된, 차량 내에서 배터리를 자동으로 교체하기 위한 장치에 있어서,
    상기 장치의 제1 결합 장치(240; 340)는, 차량 하측면에 배열되고 하부 방향으로 개방되며 밀폐된 위치에서 개구를 덮도록 배열된 힌지식 도어(210; 310; 410; 500)가 후에 개방되게끔 배열되며, 도어의 상기 위치에서, 도어의 지지 표면(213; 313; 413; 505)의 밑으로부터 적어도 부분적으로 지지되는 제1 배터리(120; 220; 320; 420)의 일부분이 제1 배터리와 결합되거나 제 1 배터리를 지지하며, 제1 배터리를 도어의 지지 표면을 따라 0이 아닌 수평방향 성분을 가진 방향으로 배열되어 저장 공간으로부터 멀어지고 그 후에는 상기 경로를 따라 차량으로부터 멀어지도록 배열되는 것을 특징으로 하는 차량 내에서 배터리를 자동으로 교체하기 위한 장치(130; 140).
  11. 제10항에 있어서,
    자동 배터리 교체 장치의 제2 결합 장치(240; 340)는 제2 배터리(122; 220; 320; 420)와 결합되거나 제2 배터리를 지지하도록 배열되며, 차량(110) 밑에서 경로(123)를 따라 도어(210; 310; 410; 500)로 오게 하여 개방 위치가 되고, 도어의 지지 표면(213; 313; 413; 505)에 의해 제2 배터리가 지지되는 위치로 오게 되며, 그 뒤, 지지 표면을 따라 0이 아닌 수평방향 성분을 가진 방향으로 저장 공간(150; 200; 300; 400)을 향해 내부 방향으로 원하는 위치로 오게 되며, 그 위치로부터 도어가 밀폐될 때 제2 배터리는 저장 공간 내에 완전히 삽입될 수 있는 것을 특징으로 하는 차량 내에서 배터리를 자동으로 교체하기 위한 장치(130; 140).
  12. 배터리(120, 122; 220; 320; 420)를 수용하여 고정하도록 배열된 차량(110) 내에서 사용하기 위한 저장 장치로서, 상기 저장 장치 내에 포함된 저장 공간(150; 200; 300; 400) 내에 설치될 때 상기 배터리는 차량의 추진을 위해 사용되도록 배열되며, 상기 저장 장치는 차량 밑에 저장 공간 내로의 개구(151; 204; 304; 404)를 포함하는 저장 장치에 있어서,
    상기 저장 장치는 차량의 하측면에 배열된 힌지식 도어(210; 310; 410; 500)를 포함하며, 상기 도어는 하부 방향으로 개방되고 밀폐된 위치에서 상기 개구를 덮도록 배열되며, 도어의 상부 지지 표면(213; 313; 413; 505)은 도어가 개방 위치에 있을 때 배터리를 적어도 부분적으로 슬라이딩 이동가능하도록 지지하게끔 배열되는 것을 특징으로 하는 저장 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    지지 표면(213; 313; 413; 505)은 슬라이딩 표면(212; 312; 412; 503)을 포함하며, 상기 슬라이딩 표면을 따라 배터리(120; 122; 220; 320; 420)가 슬라이딩 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 저장 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    도어(210; 310; 500)는 자유 단부(502)와 힌지식 단부를 가지며, 자유 단부는 도어가 개방될 때 하부 방향으로 접힐 수 있으며 그 결과 지지 표면(213; 313; 505)이 경사지게 되는 것을 특징으로 하는 저장 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    도어(410; 500)는 슬루잉 브래킷 시스템(411)을 통해 저장 장치의 나머지 부분과 결합되며, 도어가 개방되는 동안, 도어는 하부 방향으로 이동될 수 있는 반면, 지지 표면(413; 505)은 도어의 전반적인 개방 공정 동안 수평 방향으로 유지되는 것을 특징으로 하는 저장 장치.
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