KR20190097015A - 신속한 전원 교환 방법 및 시스템 - Google Patents

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제이슨 아렌스
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아트모 오토 파워 엘엘씨
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Abstract

차량 전원 교환 시스템은 차량이 주행하는 지표면에 배치될 수 있는 적어도 하나의 전원 터미널을 포함한다. 전원 터미널은 적어도 드롭 메커니즘 또는 리프트 메커니즘을 갖는다. 드롭 메커니즘은 전원 교환 동안, 소모된 파워 셀을 차량에서 방출하기 위한 전원 교환 터미널에 결합된다. 리프트 메커니즘은 전원 교환 동안, 충전된 파워 셀을 차량에 삽입하기 위한 전원 교환 터미널에 결합된다.

Description

신속한 전원 교환 방법 및 시스템
관련 출원의 교차 참조
본원은 2016년 11월 14일 출원된 미국 가출원 제62/421,764호의 이익을 주장하며, 본원에 참고로 포함된다.
본 발명은 전원을 교환하기 위한 방법 및 시스템에 관한 것으로서, 배터리와 같은 하나의 전원 장치를 다른 전원 장치로 교체, 즉, 교환하는 단계를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 바람직하게, 이는 전기 자동차의 전원의 교환을 포함한다.
대체 연료 차량이 점차 보급되어 가고 있다. 이러한 차량은 가솔린 및 디젤과 같은 기존의 석유보다는 대체 연료원을 사용한다. 일부 대체 연료원은 천연 가스, 배터리/화학 전원, 연료 전지 등을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 기존 차량과 마찬가지로, 차량에 의해 소비되는 연료원은 보충되어야 한다. 이는 다양한 연료 보급(refueling), 재충전(recharging), 재생(regeneration) 또는 대체 연료 차량을 위한 연료원을 보충하기 위한 그 밖의 수단의 개발로 이어져왔다.
배터리에 의해 작동되는 대체 연료 차량은 많은 경우에 차량에 탑재된 배터리를 재충전하는 적절한 재충전 소켓에 차량을 연결하여 재충전된다. 이 방법에 대한 한 가지 대안은 차량의 배터리 팩(battery pack)이 소모된 후 이들을 완전히 충전된 배터리로 이들 배터리 팩을 교체하는 것이다. 그러나, 현장에서 대체 동력 차량 배터리 교체를 달성하기 위한 현재의 기술은, 배터리 교환 동안 차량을 수용하기 위한 설비 및 소모된 일련의 배터리를 충전된 교체용 배터리로 대체하기 위해 필요한 메커니즘의 측면에서 상당한 기반 시설을 필요로 한다. 따라서, 이러한 시스템은 대체 동력 차량의 배터리가 소모될 때마다 연료를 보급하기 수단으로서 실시간 배터리 교체를 가능하게 하는 단계에서는 경제적으로 실현 가능하지 않고 및/또는 개발되지 않는다.
대체 연료 차량을 수용하는 한 가지 가장 최근의 진보는, 보조 전원 교환(auxiliary powered exchange)이 장착된 차량의 컨테이너(이 컨테이너는 배터리 뱅크, 연료 전지 또는 집합적으로 "전원"이라고 하는 그 밖의 저장된 전력 장치와 같은 전원을 포함한다) 내에 배치된 전원을 포함하는, 차량의 주 전원을 제거하고, 수용하고, 충전하고, 배치하며 교체하기 위한 고유한 방법 및 시스템을 사용하는 자율 선형 교환(Autonomous Linear Exchange, ALE)이라고 알려진 기술에 대한, 2016년4월22일 출원되고 본원에 참고로 포함된, 본 출원인의 공동 계류 중인 국제 특허 출원 제PCT/US 16/29011호('011)에 제시되어 있다. '011의 방법 및 시스템에서, 적절하게 장착된 차량은 소모된 전원을 갖는 컨테이너를 제거하고 충전된 전원을 갖는 컨테이너를 삽입하기 위해 차량에 배치된 리프트 메커니즘(lift mechanism)을 갖는다.
본 기술은 '011의 방법 및 시스템에 대한 진보 또는 대안에 관한 것이다. 본 전원 교환 방법 및 시스템에서, 소모된 전원을 갖는 컨테이너를 제거하고 충전된 전원을 갖는 컨테이너를 삽입하기 위한 메커니즘은, '011의 방법 및 시스템에서와 같이 차량 자체에 탑재되기보다는 전원 교환 터미널(power exchange terminal)에 장착된 적절한 전원 교환 위치의 지면에 제공된다. 본 메커니즘은 '011 시스템의 메커니즘과 유사하게 작동한다. 따라서, 본 개시는 본 방법 및 시스템의 차이를 강조한다. 유사하게 작동하는 사항은 따라서 해당 개시가 본 개시에 참고로 포함되었으므로 본 개시에서 상세히 논의되지 않는다.
리프트 메커니즘과 전원 교환 터미널은 차량이 리프트, 컨테이너 및 터미널 위로 주행할 수 있도록 충분히 낮은 프로파일을 갖는, 콘크리트 표면과 같은 지면 높이에 설치될 수 있다. 따라서, 본 방법 및 시스템은 리프트 메커니즘과 전원 교환 터미널이 지하에 배치되거나, 지면 내에 내장될 것을 요구하지 않고, 리프트와 터미널의 배치 및 작동을 수용하기 위해 지면을 부수는 것을 요구하지 않는다.
더욱 구체적으로, 본 개시의 기술은 주 전원, 예를 들어, 컨테이너 또는 다른 교체 가능한 장치에 배치되는, 전동 차량의 구동 배터리를 교환하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 이 기술은 전기 자동차를 포함하는 차량에 의해 사용되는 다양한 유형의 전원을 포함하는 임의의 전원을 교환하는 데 사용하기 위해 구성될 수 있다. 본 발명은 상기한 전원, 배터리 또는 연료 전지를 매우 효율적이고 단순하게 수용하고, 충전하고, 구성하며 배치하도록 설계된 고정식 장비뿐만 아니라 차량이 고정식 장비와 상호 작용할 수 있도록 하는, 자동차 설계에 통합되도록 구성된 구성 부품 및 모듈식 컨테이너 모두에 관한 것이다.
한 가지 바람직한 형태에서, 적절한 차량은 연료 전지 등을 포함하는 배터리 뱅크(battery bank), 배터리 팩, 파워 팩(power pack), 전지(cell)(집합적으로 총칭하여, 하나 이상의 전지 또는 별개의 전력 장치를 포함할 수 있는 "전원(power source)"이라 함)이 자체에 내장되는, 본 개시에서 지칭하는 "컨테이너"를 포함한다. 또한, 이 컨테이너는 바람직한 실시형태에서 쿨러(cooler)를 포함하고, 컨테이너는 컨테이너가 차량에 메인 구동 시스템 전력을 제공하고, 자체에 내장되는 이동식 전원이 되도록 하는 그 밖의 요소를 또한 포함할 수 있다. 이 컨테이너는 전력이 소모되면, 본 시스템을 사용하여, 전력이 충전된 컨테이너와 교환되는 컨테이너이다.
또한, 차량용 주 전원인 컨테이너 외에도, 차량은 바람직하게 컨테이너 교환 동안 지원하는, 주 전원을 갖는 컨테이너와는 다른 보조 전원을 또한 갖는다. 보조 전원은, 소모된 주 전원이 차량에서 제거된 후, 제 1 터미널로부터 제 2 터미널로의 차량의 이동에 동력을 공급한다. 보조 전원은 일반적으로 회생 제동(regenerative braking)과 주 전원에 의해 재충전된다. 그러나, 적절한 충전용 콘센트/소스에 차량을 연결하여 (컨테이너 내의) 주 전원과 (차량에 영구적으로 장착된) 보조 전원 모두가 (제조업체가 원하는 경우 옵션으로서) 재충전될 수도 있다.
본 발명은 한 가지 형태에서 차량 전원 교환 시스템에 관한 것이다. 이 시스템은 적어도 하나의 전원 교환 터미널을 갖는다. 전원 교환 터미널은 지표면에 배치될 수 있다. 전원 교환 터미널은 차량 주행 표면에 배치될 때 전원 교환을 위한 차량이 전원 교환 동안 전원 교환 터미널 위로 주행할 수 있도록 충분히 낮은 프로파일을 갖는다. 전원 교환 터미널은 적어도 하나의 드롭 메커니즘(drop mechanism) 또는 리프트 메커니즘(lift mechanism)을 갖는다. 드롭 메커니즘은 전원 교환 동안, 소모된 파워 셀을 차량에서 방출하기 위한 적어도 하나의 교환 터미널에 결합된다. 리프트 메커니즘은 전원 교환 동안, 충전된 파워 셀을 차량에 삽입하기 위한 적어도 하나의 전원 교환 터미널에 결합된다.
시스템의 하나의 또 다른 바람직한 형태에서, 적어도 하나의 전원 교환 터미널은 적어도 두 개의 전원 교환 터미널을 포함하고, 적어도 두 개의 터미널 중 제 1 터미널은 드롭 메커니즘을 포함하고 적어도 두 개의 터미널 중 제 2 터미널은 리프트 메커니즘을 포함한다.
또 다른 바람직한 형태에서, 시스템은 두 개 이상의 전원 교환 스트립(power exchange strip)을 포함하고, 이들 전원 교환 스트립은 차량 전원 교환을 위한 전원 교환 설비를 형성한다. 예를 들어, 전원 교환 스트립은 전원 교환 터미널의 어레이로 배열될 수 있다.
본 발명은 또 다른 형태에서 차량 전원 교환 방법에 관한 것이다. 방법은 전원 교환 스트립을 따라 제 1 위치에서 차량 전원 교환을 수용하는 단계 및 제 1 위치에서 파워 셀을 차량에서 방출함으로써 차량에서 소모된 파워 셀을 제거하는 단계를 포함한다. 이후, 차량은 전원 교환 스트립을 따라 제 2 위치에 수용된다. 마지막으로, 교체용 파워 셀이 제 2 위치에서 차량에 삽입된다.
본 발명은 또 다른 형태에서 차량 전원 교환 시스템에 관한 것이다. 시스템은 적어도 하나의 전원 교환 터미널, 및 전원을 갖고 전원 교환 터미널에 결합된 적어도 하나의 컨테이너를 갖는다. 전원 교환 터미널 및 전원 교환을 요구하는 차량 사이의 통신을 위해 무선 통신 장치가 전원 교환 스트립에 작동 가능하게 결합된다. 전원 교환을 요구하는 차량의 기능을 제어하고 조정하기 위해 프로세서가 적어도 전원 교환 터미널과 무선 통신 장치에 결합된다. 이 프로세서는 차량 또는 전원 교환 터미널에 장착될 수 있다.
또 다른 형태에서, 본 발명의 전원 교환 터미널은 또한 전동 리프트 메커니즘을 포함할 수 있다. 이러한 바람직한 형태에서, 리프트 메커니즘은 통신 연결을 통해 프로세서의 요청을 받으면 주 전원 컨테이너를 상승 및 하강시키도록 작동될 수 있다. 이렇게 함으로써, 차량이 전원 교환 터미널의 바로 위의 위치에 있는 경우, 리프트 메커니즘은 소모된 주 전원을 갖는 컨테이너를 차량에서 제거할 수 있다. 마찬가지로, 전원 교환 터미널에 장착된 리프트 메커니즘은 충전된 주 전원을 갖는 컨테이너를 차량에 삽입할 수 있다.
본 발명의 전원 교환 터미널은 전원 교환 터미널이 결합된 컨테이너 상의 포트와 일치하는 포트를 더 포함할 수 있다. 이러한 포트는 전도성 접점을 포함하는 전기 커넥터, 압축 연료를 이송하기 위한 장치, 또는 전력 또는 연료를 전원 교환 터미널로부터 컨테이너로 그리고 컨테이너로부터 전원 교환 터미널로 전달할 수 있는 다른 커플링 형태일 수 있다. 따라서 양방향 연결이 달성되고, 전력 또는 연료의 양방향 흐름이 방해 받지 않는다.
하나의 또 다른 형태에서, 적어도 두 개의 전원 교환 터미널이 길이 방향으로 인접하여 배치되어 전원 교환 스트립을 형성할 수 있다. 전원 교환 스트립은 이후 전원 교환을 요구하는 차량으로부터 소모된 전원을 갖는 컨테이너를 수용하기 위한 하나의 터미널, 및 소모된 컨테이너가 제거된 후 차량에 컨테이너를 설치하기 위해 충전된 전원을 갖는 교체용 컨테이너를 갖는 적어도 하나의 추가 터미널을 갖는다.
하나의 또 다른 바람직한 형태에서, 프로세서와 무선 접속은 제 1 스테이션과 제 2 스테이션 사이에서 차량의 이동을 제어한다.
대안적인 형태에서, 차량에 따라, 사용되는 전원은 화학 전지 팩 또는 연료 전지 팩, 압축 가스 또는 다른 재충전 가능한 또는 리필 가능한 전원이다.
본 발명은 또 다른 형태에서 전원 교환을 위한 탑재형(on-board) 차량 시스템에 관한 것이다. 탑재형 차량 시스템은 주로 차량의 이동에 동력을 공급하기 위한 주 전원을 구비한 이동식 컨테이너를 갖는다. 소모된 컨테이너의 방출, 소모된 파워 팩이 제거된 후의 차량의 이동 및 충전된 또는 연료가 보급된 전원을 갖는 교체용 컨테이너의 차량 내 삽입을 포함하는 전원 교환 동안 차량의 필수 기능을 제어하기 위한 컴퓨터 프로세서가 차량에 결합된다. 컨테이너를 차량에 고정하고 컨테이너를 차량에서 방출하기 위해 잠금 메커니즘(locking mechanism)이 컴퓨터 프로세서에 결합된다. 전원 교환 순서에 따라 차량의 이동을 제어하고, 전원 교환 터미널 상의 리프트의 작동을 조화시켜 전원 컨테이너의 제거 또는 교체를 수행하기 위해 피드백 전송 장치 및 차량 제어 하드웨어가 또한 컴퓨터 프로세서에 작동 가능하게 결합된다.
본 발명은 또 다른 형태에서 차량 전원 교환 방법에 관한 것이다. 방법은 전원 교환 스트립의 입구의 제 1 위치에서 전원 교환을 위한 차량을 수용하는 단계, 및 전원 교환 동안 차량 기능과 전원 교환 터미널 기능을 제어하기 위해 차량과 전원 교환 스트립 사이에 무선 통신 연결을 설정하는 단계를 포함한다. 방법은 무선 통신 연결을 통해 차량의 컴퓨터 프로세서에 명령을 전달하여 전원 교환 스트립을 따라 제 1 위치에서 소모된 전원을 갖는 컨테이너를 차량에서 방출하는 단계를 더 포함한다. 차량은 이후 전원 교환 스트립을 따라 제 2 위치로 이동된다. 마지막으로, 충전된 전원을 갖는 교체용 컨테이너가 차량에 삽입되며, 여기서 교체용 컨테이너는 전원 교환 스트립의 제 2 위치에서 결합된다. 또 다른 형태에서 방법은 제거된 주 전원의 전력을 보충하면서, 차량에 탑재된 보조 전원을 사용하여 전원 교환 스트립을 따라 제 2 위치로 차량을 이동시키는 단계를 포함한다.
하나의 또 다른 형태에서, 프로세서는 통신 연결을 통해 리프트 메커니즘을 작동시키고 전원 교환 스트립을 따라 제 1 위치에서 컨테이너를 차량에 고정하는 잠금장치(lock)를 해제하고, 그 결과 차량은 소모된 주 전원을 갖는 컨테이너를 방출한다.
또 다른 형태에서 본 방법은 제 2 위치에 결합된 리프트 메커니즘을 작동시킴으로써 전원 교환 스트립의 제 2 위치에 결합된, 충전된 주 전원을 갖는 컨테이너를 차량에 삽입하는 단계를 포함한다. 하나의 또 다른 바람직한 형태에서, 리프트 메커니즘은 전원 교환 터미널에 통합된다.
사용시, 호환 가능한 차량이 전원 교환 스트립의 입구에 접근하면, 소정의 범위에서, 차량은 자동으로 터미널과의 무선 통신을 설정하고, 정지하게 되며, 정상 운전 제어가 중지될 것이다. 이때 원격 서버로부터 무선 통신은, 전원 교환 스트립을 따라 어느 터미널에 정지하여 상호 작용할지에 관한 명령을 차량의 탑재형 프로세서에 제공할 것이다. 명령이 수신되면, 차량의 자율 제어 시스템은 사람의 개입을 필요로 하지 않고 지시된 빈 터미널 위의 정확한 위치로 차량을 결합하고 구동시킨다. 차량은 이후 탑재형 보조 전원으로 전환하고, 무선 통신을 통해 전원 교환 터미널의 리프트 메커니즘을 작동시켜 소모된 주 전원을 갖는 컨테이너를 들어올리고 이와 접촉한다. 프로세서는 이후 컨테이너를 차량에 고정하는 잠금장치를 해제하고, 터미널 상의 리프트 장치를 다시 작동시켜 소모된 주 전원을 갖는 컨테이너를 차량 아래의 낮은 휴지 위치로 내려, 차량이 터미널과 컨테이너 위를 자유롭게 통과할 수 있게 한다. 차량은 이후, 충전 스트립 상에서 무선 및 광학 신호로 안내되는 보조 전원 하에, 제공된 명령에 의해 지정된 교체용 컨테이너를 보유하고 있는 터미널로 이동한다. 프로세서는 이후, 통신 연결을 통해, 충전된 전원을 갖는 지정된 터미널 상의 리프트 메커니즘을 작동시켜 컨테이너를 차량의 장착 위치로 들어올린다. 잠금장치는 이후 차량에 컨테이너를 고정하고, 프로세서는 전원 교환 터미널의 리프트를 다시 한번 작동시켜 이를 차량 및 고정된 컨테이너로부터 낮은 휴지 위치로 후퇴시킨다. 차량은 이후 보조 전원에서 충전된 주 전원으로 전환하고 자율 제어 하에 전원 교환 스트립의 출구로 진행한다. 차량이 스트립의 맨 끝을 통과하면, 자동으로 정지하고 자율 제어를 중지하며 정상 제어를 복원한다. 차량은 이후, 충전을 위해 스트립 상에 소모된 주 전원을 갖는 컨테이너를 남겨놓은 상태에서, 충전된 주 전원을 갖는 컨테이너를 이용하여 정상 제어 하에 스트립으로부터 나아갈 수 있다.
이제 본 발명의 바람직한 실시형태를 첨부된 도면을 예로서 참조하여 설명한다, 도면에서:
도 1은 본 발명에 따른 스트립 상에 놓인 두 개의 컨테이너를 갖는 자율 선형 교환(ALE) 전원 교환 스트립의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 자율 선형 교환 전원 교환 스트립 및 두 개의 컨테이너의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 ALE 전원 교환을 수행하기 위한 위치에 있는 차량과 함께 도시된 도 1의 자율 선형 교환 시스템의 측면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 자율 선형 교환 시스템 및 차량의 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 자율 선형 교환이 장착된 차량의 측면도이다.
도 6은 도 5의 라인 6-6을 따라 취한 자율 선형 교환이 장착된 차량의 평면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 자율 선형 교환 컨테이너의 측면도이다.
도 8은 도 7의 라인 8-8을 따라 취한 자율 선형 교환 컨테이너의 평면도이다.
도 9는 본 발명에 따라 개시된 오일 쿨러를 구비한 자율 선형 컨테이너의 측면도이다.
도 10은 자율 선형 교환 오일 쿨러의 측면도이다. 도 10a는 도 10에서 확대된 단일 오일 쿨러 및 분리된 코어의 확대도이다.
도 11은 도 10에 도시된 자율 선형 교환 오일 쿨러 및 분리된 코어의 평면도이다. 도 11a는 도 11에 도시된 단일 오일 쿨러 및 분리된 코어의 확대도이다.
도 12는 본 발명의 2단계(two-stage) 전원 컨테이너 조작 방법을 보여주는, ALE 터미널 상의 정지된 위치에서 교환 과정 동안의 패널 A내지 패널 F의 일련의 측면도로서 자율 선형 교환이 장착된 차량의 전원 교환 단계를 도시하는 패널 A 내지 패널 F를 포함한다.
도 13은 ALE 전원 컨테이너의 단부를 고정하는 자율 선형 교환 잠금 메커니즘의 측면도이다.
도 14는 컨테이너를 차량에 고정하는 잠금 메커니즘을 개시하는, 본 발명에 따른 자율 선형 교환이 장착된 차량의 전방 단부의 측면도이다.
도 15는 본 발명에 따른 자율 선형 교환 잠금 메커니즘의 정면도이다.
도 16은 본 발명에 따른 자율 선형 교환 잠금 메커니즘의 평면도이다.
도 17은 본 발명에 따라 도로의 측면을 따라 다수의 ALE가 장착된 차량을 서비스하는 자율 선형 교환 광장의 사시도이다.
이제 도면을 참조하면, 특히 도 1 내지 도 4를 참조하면, 하나의 예시적인 형태에서, 시스템(10)과 같은 본 기술의 자율 선형 교환(ALE)은 소모된 전원을 갖는 컨테이너(17)(즉, 도 3 및 도 4에서 전원이 소모된 차량의 컨테이너(17a))를 전기 자동차(30)와 같은 적절히 구성된 차량의 충전된 전원을 갖는 컨테이너(예를 들어, 도 3 및 도 4의 컨테이너(17b 및 17c))와 교환하기 위해 사용될 수 있다. 차량(30)과 같은 호환 가능한 차량은, ALE를 가능하게 하고 따라서 이하 스트립(12)이라고 하는 고정식 장비의 사용을 가능하게 하는 독특한 특성(예를 들어, 뒤이은 논의를 참조)을 가질 것이다. 스트립(12)은 직렬로 배치된 적어도 두 개의 로우 프로파일(low profile) 전원 교환 터미널(12a, 12b, 12c)로 구성되고, 적어도 하나의 터미널(12a)은 소모된 전원을 갖는 컨테이너를 수용하기 위해 비어 있다. 스트립(12)은 모듈식이며, 이의 길이 및 이에 따라 컨테이너(17)(충전된 전원을 갖는 컨테이너 및 소모된 전원을 갖는 컨테이너 모두)의 용량이, 스트립(12)에 대해 보조 터미널(12a, 12b, 12c)를 추가하거나 또는 삭제함으로써 용이하게 증가 또는 감소될 수 있다.
리프트 메커니즘은 전원 교환 터미널(12a, 12b, 12c)의 설계에 통합되는데, 각각의 전원 교환 터미널은 근위 단부(터미널 베이스(124)에 장착되는 곳)에 있는 피봇 포인트(pivot point, 121) 및 원위 단부에서 터미널(12a, 12b, 12c)과 결합되는 컨테이너(17)의 밑면 상의 컨택 포인트(131)와 호환되는 팁(tip 122)을 구비한 붐(boom, 120)을 갖는다. 이 붐(120)은 붐(120)과 터미널 베이스(124)의 베이스 사이에 배치되는 액추에이터(actuator) 또는 램(ram, 123)에 의해 상승 및 하강한다. 램 또는 액추에이터(123)는 차량의 탑재형 프로세서로부터 수신된 명령에 의해 그리고 전원 교환 순서에 따라 작동된다. 리프트 메커니즘의 붐(120)은 매우 낮은 프로파일을 가지며, 낮은 휴지 위치에서 컨테이너(17)의 밑면 상의 홈(132)(도 7) 내에 부분적으로 삽입되고, 따라서 컨테이너(17)와 그 아래의 붐(120) 모두는 전원 교환을 수행하고 있는 차량(30)에 의해 완전히 구동될 수 있다. 터미널의 리프트 메커니즘의 붐(120)에는 광학 신호 및 전원 교환을 수행하고 있는 차량의 자율적인 작동을 돕는 정지 안내 신호가 또한 표시된다. 원위 단부에서의 붐(120)과 붐-팁(122)은 매우 간단하지만 2단계 승강 과정(아래에서 설명됨)으로 인해 컨테이너(17)의 완벽한 제어를 유지한다.
하나의 또 다른 형태에서, 리프트 메커니즘의 붐-팁(122) 부근의 전기 접점(133)은 컨테이너(17)의 전원과 충전기 또는 컨테이너(17) 내의 전원을 재충전하기 위한 터미널(12a, 12b, 12c side) 측의 전원 장치 사이에 양방향 전원 연결을 확립하기 위해 이용된다. 필요한 접점의 이 단일 지점은 가능한 가장 넓은 범위의 컨테이너(17) 크기 및 모양을 허용하고, 따라서 자동차 설계에 제한을 거의 두지 않는다. 충전기 및/또는 유압 펌프가 터미널 베이스(124) 내에 장착될 수 있고, 그렇지 않으면 터미널(12a, 12b, 12c)은 전기 연장 케이블 및 유압 호스, 또는 심지어 운동 제어 시스템을 통해 원격 조작될 수 있다. 이러한 융통성 및 터미널(12a, 12b, 12c)과 스트립(12) 설계의 단순함으로 인해 시스템은 지면 파괴가 필요하지 않으며 몇 시간 내에 현장에서 조립되거나 제거될 수 있다. 이는 줄어든 비용과 법적 책임으로 인해 기반 시설 확장성을 극대화할 수 있으므로 엔지니어링의 핵심 포인트이다.
본 구성의 한 가지 중요한 점은 전원을 갖는 컨테이너(17)가 보조 전원 하에 차량(30)에 의해 배치되고, 적절한 터미널(12a, 12b, 12c) 상에 배치된 후, 차량(30)의 좌측 및 우측 타이어에 완전히 걸쳐서 구동될 수 있다는 점이다.
하나의 대안적인 특정 형태에서, 전원 교환 동안 전원 교환 터미널과 차량 사이에 적절한 간격을 제공하기 위해 경사로 또는 오목한 포장도로(7)가 필요할 수 있다.
ALE 시스템(10)은 선형이며, 컨테이너(17)(도 1 내지 도 4의 컨테이너(17b 및 17c))의 라인을 형성하도록 터미널이 일렬로 이격되어 있기 때문에, 차량(30)은 스트립(12) 및 일련의 컨테이너(17)(예를 들어, 컨테이너(17b, 17c)) 위를 주행할 수 있고, 이는 컨테이너(17)를 교환하고 정리하기 위한 고가의 고정식 로봇 자동화의 필요성을 제거한다. 이는 도 3을 참고로 뒤이은 논의에서 더욱 명백해질 것이다.
핵심적인 이해는 ALE가 장착된 차량(30) 그 자체가 일부 종래 기술이 사용할 수 있는 고가의 복잡한 고정식 장비를 대체한다는 것이다. 차량(30)은 이후 소모된 전원을 충전하거나 연료를 공급하기 위해 스트립(12)의 빈 터미널(12a, 12b, 12c) 상에 소모된 전원을 갖는 컨테이너(17)(예를 들어, 컨테이너(17a))를 내려놓을 수 있다. 차량(30)은 이후 스트립(12) 상에 배치된 컨테이너(17)의 라인을 가로지르면서, 보조 전원(예를 들어, 16a, 16b)을 사용하여 전진 또는 후진할 수 있다. 마지막으로, 차량(30)은 명령에 의해 지정된 터미널과 컨테이너 상에 위치하고, 충전된 전원을 갖는 컨테이너(17)(예를 들어, 컨테이너(17b))를 회수한다. 스트립(12)은 또한 단거리 무선 통신 시스템, 유도 표시(guidance marking), 및 컨테이너(17)로부터 정보를 수집하고, 자율 제어 하에서 차량(30)을 안내하고, 컨테이너(17) 교환을 수행하기 위해 사용되는 프로세서를 포함한다.
이동식 (차량 내) ALE 장비에 대한 설명
상기한 바와 같이, ALE와 호환 가능하도록, 차량(30)과 같은 차량은, 주 전원을 갖는 컨테이너(17)가 구동 시스템으로부터 분리되어 차량(30)에서 제거될 때, 구동 시스템에 전기적으로 연결된 탑재형 보조 전원(예를 들어, 16a, 16b)을 사용하여 이동하고 로봇 기능을 수행할 수 있어야 한다.
이러한 보조 전원(예를 들어, 도 6의 16a및 16b)은, 주 전원(즉, 차량의 컨테이너(17))이 분리되었을 때 스트립을 따라 차량(30)을 이동시키기 위해 필요한 에너지가 최소이기 때문에 대형이거나 부피가 클 필요는 없다. 차량을 떠나지 않는 보조 전원을 충전하는 표준 방법은 회생 제동을 통해 생성된 에너지를 통하는 것이지만 다른 방법도 사용할 수 있다. 이 방법을 사용하면 주 전원에서 에너지를 낭비하지 않고 대신 정상적인 사용시 차량의 브레이크가 적용될 때마다 보조 전원을 충전한다.
바람직하게, 차량(30)은 무선 및 광학 신호를 통해 스트립(12)으로부터 정보를 수신하고 처리할 수 있는 호환 가능한 자율 제어 장비 및 컴퓨터를 구비한다. 이들 명령으로부터, 컴퓨터 내에 저장된 ALE 논리 회로는 설치된 자율 제어 장비와 차량(30)의 모터 제어기를 작동시켜 스트립(12)을 따라 차량(30)을 전진 또는 후진시키고, 명령에 따라 적절한 터미널(12a, 12b, 12c) 상에 정지시키고, 선형 스트립(12) 상에서 완벽하게 차량을 유지시키도록 조종하는 것으로 응답할 것이다. 이러한 통신 및 자율 특징 외에도, 차량(30)에는 스트립(12)을 따라 그리고 제공된 명령에 따라 적절한 위치에서 차량(30)에 대해 컨테이너(17)를 고정하고 해제할 수 있는 잠금 시스템(134)(도 13 내지 도 16의 11a, 11b)을 더 장착되어야 한다. 차량(30)이 ALE와 호환되도록 설계되지 않은 경우, 충분한 지면 간격이 달성될 수 있는 점을 고려하여, 많은 경우 서브-프레임이 준비되어 차량(30)에 장착됨으로써 ALE와 호환되도록 차량을 개조할 수 있다.
이제 도 5 및 도 6을 참조하면, 어떠한 방식으로든지 이 기술에 대한 제한으로 인식되는 것은 아니지만, 차량(30)의 차축 거리 내에 위치한 평평한 직사각형 컨테이너(17)가 가능한 가장 낮은 지점에서 있는 것이 ALE 설계의 최상의 실행 방안인 것으로 확인되었다. 이러한 구성은 ALE 교환을 수행하기에 가장 좋은 위치에 있는 최소 침습성 컨테이너(17)를 제공한다.
ALE 모듈식 전원 컨테이너에 대한 설명
이제 도 7 및 도 8을 참조하면, ALE 컨테이너(17)는 비-ALE 컨테이너와 구별되는 몇 개의 주요 하위 구성 요소로 이루어지며, 가능한 한 로우 프로파일, 경량 및 기본적으로 평평한 직사각형에 가깝게 설계된다. 대부분의 응용은 스티어링 휠(미도시)을 수용하기 위한 적절한 간격을 제공하기 위해 평평한 직사각형 형상의 모서리의 일부 또는 전부가 모따기(chamfered, 14)될 것을 요구할 것이다.
컨테이너(17)의 구조는, 길이 방향의 강성을 제공할 뿐만 아니라 차량의 전방 및 후방 주 잠금장치(134a, 134b)(도 5 및 도 6 참조)를 수용하기 위해 각각의 단부에 구조적 바이트(structural bite, 18a, 18b)를 제공하는 채널로 구성되는 구조적 "척추"(15) 주위에 설계된다). 척추(15)는 또한, 컨테이너(17)의 길이를 따라 이어지고, 전원 모듈을 전방(21a), 중앙(131) 및 후방(21b) 전기 접점에 연결하는 전기 버스(20)에 대한 통로 및 보호를 제공한다. 이를 통해 자동차 제조업체는 추가 충전 옵션뿐만 아니라 구동력을 위해 컨테이너의 전면 또는 후면을 이용할 수 있다. 중앙 전기 접점은 터미널(120)의 붐-팁(122)에 의해 아래에서 눌려질 때 붐의 원위 단부 근처의 접점과 일치하는 전기 접점을 드러내는, 눌려질 수 있는 보호 커버(131a)를 갖는다. 이들 접점은 컨테이너(17)가 낮은 휴지 위치에서 터미널(12a, 12b, 12c) 상에 있는 동안 연결된다. 전기 버스는 또한, 컨테이너 전체의 센서로부터 데이터를 수집한 후 뒤이은 개시에서 더 논의되는 ALE 제어 센터에 데이터를 전송하는 데이터 수집 및 저장 모듈(22)을 포함한다.
이제, 도 7 내지 도 11a를 참조하면, 이 특정 예의 척추(15)는 또한 컨테이너(17)용 오일 쿨러(9)를 수용한다. 오일 쿨러 영역은 일반적으로 중심에 놓이고 컨테이너(17)의 척추(15) 내에 위치하지만 컨테이너(17) 내의 모든 위치에 배치될 수 있다. 쿨러(9)는 컨테이너(17) 그 자체와 마찬가지로 다수의 코어(9a 내지 9d)로 구성된 모듈식이다. 각각의 코어(9a 내지 9d)는 크기가 일치하는 전기 팬(25)에 장착된 소형의 광물유 저항성 라디에이터(23) 및 마이크로 펌프(24)로 구성된다. 도 10a 및 도 11a는 쿨러(9)가 실제로 코어(9a 내지 9d)로 구성됨으로써 코어(9a 내지 9d)가 컨테이너(17)의 적용에 일치하는 냉각을 증가 또는 감소시키도록 추가 또는 삭제될 수 있다는 것을 더욱 명확하게 강조하기 위해 개별 코어(9a)를 도시하고 있다.
쿨러(9)의 크기는 컨테이너(17)의 스타일의 평균 사용량과 일치한다. 예를 들어, 스타일-A 컨테이너(17)는 표준6-코어 쿨러(9)를 가질 수 있고, 스타일 A-HP(high performance, 고성능)는 높은 전력 소비율을 지원하는 12-코어 쿨러(9)를 가질 수 있다. 쿨러(9)의 라디에이터(23)는 일반적으로 컨테이너(17)의 좌우측 "날개"(26)로 이어지는 척추(15) 채널 귀(ear, 15e) 상에 위치한 입구 및 출구 포트(23a, 23b)로 연결되며, 광물유 또는 유사한 비-전도성 냉각제가 개방형 순환 시스템 또는 소형 인라인 펌프(24)를 통한 폐쇄 순환 시스템을 사용하여 라디에이터(23)를 가로질러 그리고 전원을 포함하는 날개(26)로 유동할 수 있다.
컨테이너(17) 프레임워크는 또한 주 척추(15)에 대해 이차 구조로 작용하고 또한 측면 충돌로부터 컨테이너(17)의 내용물에 대한 보호를 제공하는, 내면을 향하는 귀(28e)를 갖는 주변 채널(27)을 포함한다. 컨테이너(17)는 경량의 물 및 오일 저항성 재료인 뚜껑(28)으로 상부가 덮이고, 오일 차단 밀봉을 갖는다. 스트립(12) 상에 놓여있는 동안 전원 충전 유지를 위한 광전지 패널로 팩의 상부를 덮는 것이 또한 유리한 적응이다. 뚜껑(28)은 또한 상면을 따라 그리고 스트립(12)의 중심선과 유사한 컨테이너(17)의 중심선을 따라 중심에 위치한 컬러 및 형상 표시를 드러냄으로써, 스트립(12) 상에 놓여있는 동안 컨테이너(17)를 통과하는 차량이 시각적 신호를 통해 정렬을 유지할 수 있다. 바닥면 또는 팬(29)은 도로 상의 위험으로부터의 펑크 또는 손상을 방지하기 위해 스테인리스 강 또는 탄소 섬유와 같은 더욱 내구성 있는 재료로 제조된다. 또한 오일 및 방수 밀봉을 생성하기 위해 척추(15) 및 주변 채널의 귀(27e)에 밀봉되고 리벳으로 고정되거나 또는 다른 방법으로 고정되어야 한다.
전원 모듈(31)은 척추(15) 및 주변 채널(27)에 수직으로 연결된 후 숨겨지고, 냉각제에 잠기며, 뚜껑(28)과 팬(29)에 의해 보호된다. 이들 모듈(31)은 척추(15)에 대해 추가되거나 삭제될 수 있고, 척추(15), 주변 채널(27), 뚜껑(28) 및 팬(29)은 가능한 모든 길이를 가질 수 있다. 냉각 코어(9a)는 전원 컨테이너(17)의 성능을 변경하기 위해 전원 모듈(31)과 교체 가능하게 배치되거나, 중량 분배 목적으로 빈 공간이 남겨질 수 있다. 이들은 제 1 ALE 배터리 뱅크 컨테이너(17)의 세부 사항이며 본원에서 보호되는 본 발명의 범위에 대한 제한으로서 이해되어서는 안 된다.
2 단계 전원 컨테이너 조작에 대한 설명
이제 도 12 및 이의 패널 A내지 패널 F를 참조하면, 패널은 2단계 컨테이너(17) 조작 순서의 교시를 돕기 위한 단계별 묘사이다.
개발 초기에는, 하강 및 승강 과정 동안 컨테이너(17)의 안정화가 하나의 과제였다. 크고 평평하고 무거운 물건인 컨테이너(17)는 터미널(12a, 12b, 12c)과 차량(30) 사이에 있을 때 결코 흔들리거나, 뒤뚱거리거나, 요동치거나, 비틀어져서는 안 된다. 이러한 특정 문제에 대한 해결책을 찾기 위해 많은 다른 설계가 개념화되었다. 이러한 각각의 설계에서의 어려움은 추가 비용, 짧은 수명, 및 낮은 내구성(확장성 불가)로 이해될 수 있는 추가 복잡성을 필요로 한다는 것이었다. 저비용과 긴 수명이 높은 확장성의 핵심 요소이므로, 단순성을 유지하기 위해 다음과 같은 방법이 개발되었다.
패널 A내지 패널 F는, 차량(30)에 대한 컨테이너(17)의 신뢰성 있는 제거 및 교체를 달성함으로써, 비용이 많이 들고 신뢰할 수 없는 복잡성을 제거할 수 있는 매우 간단한 리프트 메커니즘의 구현을 제공하는 2단계 승강 및 하강 과정을 도시하고 있다. 패널 A 내지 패널 F는 2단계 컨테이너 조작 과정을 보여주는 차량(30)의 전원 교환 과정을 따른 일련의 단계별 도면이다. 컨테이너(17)를 들어올리고 내리는 본 방법은 컨테이너(17) 상의 접촉점(131)이, 길이 방향 축을 따른 위치(33)에서 확인되는 바와 같이, 터미널 베이스(124) 및 붐(120)의 피봇 포인트(121)의 반대 방향으로 약간 무게 중심을 벗어나는 것만을 요구한다. 결과는 컨테이너(17)가 차량(30)의 잠금장치(134a, 134b) 또는 터미널(12a)의 붐(120) 또는 둘 모두와 항상 접촉하는 2단계 승강 및 하강 과정이다. 이는 항상 최소한 세 개의 접촉점을 제공하며, 두 개의 접촉점은 컨테이너(17) 단부의 바이트(18)의 좌우측에 있는 핀(19)에 연결된 잠금장치(134a, 134b)의 좌우측이고, 세 번째 접촉점은 붐-팁(122) 및 컨테이너(17)의 접촉점(131)이다.
이제 패널 A를 참조하면, 제 1 단계에서, 차량(30)은 비어있는 전원 교환 터미널(12a) 위의 장착 위치에 고정된 컨테이너(17)를 갖는다.
이제 패널 B를 참조하면, 터미널(12a)의 리프트 메커니즘이 작동되고, 리프트 메커니즘의 붐-팁(122)과 컨테이너(17)의 접촉점(131) 사이에 접촉이 이루어지고 나면, 차량의 컨테이너 잠금장치(134a, 134b)가 해제된다. 이때, 붐-팁(122)은 컨테이너(17)의 중량을 지탱할 것이다.
이제 패널 C를 참조하면, 컨테이너(17) 상의 접촉점(131)이 붐 피봇 포인트(121)의 반대 방향으로 중심을 벗어나 있고, 컨테이너(17)가 접촉점(131)에서 흔들릴 수도 있기 때문에, 컨테이너는 전방 잠금장치와 접촉한 상태에서 후방 잠금장치에서 벗어나 회전한다.
이제 패널 D를 참조하면, 이러한 흔들리는 효과의 정지는 베이스(124) 근처의 리프트의 붐(120) 위에 위치하는 컨테이너 받침대(rest, 32)와 접촉하는 컨테이너의 무거운 단부에 의해 달성되기 때문에, 컨테이너(17)는 이제 받침대(32)의 좌우측 그리고 다시 한번 붐-팁(122)에서의 세 개의 접촉점을 갖고 붐(120)과 함께 흔들리지 않는다.
이제 패널 E를 참조하면, 붐(120)과 컨테이너(17)가 이제 서로 흔들리지 않기 때문에, 붐(120)이 지면을 향해 계속 나아감에 따라, 컨테이너(17)는 전방 잠금장치(134a)에서 떨어지고, 컨테이너(17)는 이제 차량(30)에서 제거된다.
이제 패널 F를 참조하면, 컨테이너(17)가 낮은 휴지 위치(붐(120)이 완전히 수축된 상태)에 있을 때, 무거운 근위 단부는 컨테이너 받침대(32) 상에 놓여짐으로써 지지되고, 원위 단부는 자유롭게 움직이거나, 매우 무겁고 큰 컨테이너(17)의 경우에는 이를 지지하기 위해 받침대가 사용될 수 있다.
차량(30)은, 제공된 명령에 따라, 충전되거나 연료가 채워진 컨테이너(17) 상의 위치로 보조 전원 하에 이동하고, 상기한 과정을 거꾸로 하여 컨테이너를 회수하고, 이를 제자리에 고정한 후, 전원 교환 스트립(12)을 빠져 나간다.
잠금장치에 대한 설명
이제 도 13 내지 도 16을 참조하면, 상기한 바와 같이, 컨테이너(17)를 차량(30)에 고정하고, 사용 중에 컨테이너가 차량(30)에서 분리될 우려 없이 전원 교환 스트립(12)에서 계속 진행할 수 있게 하기 위해 잠금장치(134)가 필요하다. 잠금장치(134)는, 차량(30) 내에 가능한 가장 낮은 지점에 위치하고 컨테이너(17)의 제거와 교체를 위해 차량(30)의 밑면에서 접근 가능한 사전에 설계된 컨테이너 공동(cavity, 17a)의 전방(134a) 단부와 후방(134b) 단부에서 컨테이너(17)에 단단히 장착되는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이, 차량(30)이 ALE용으로 설계되지 않은 경우, 잠금장치(134a, 134b)가 장착된 적응형 프레임이 차량(30)의 밑면에 장착될 수 있고, 적절한 작동 지면 간격이 달성될 수 있다.
현재 개시된 설계의 두 개의 주 잠금장치(134a, 134b)는 동일하고, ALE 호환 차량(30) 내의 컨테이너 공동(17a)의 전방 단부 및 후방 단부에 위치한다. 이들 각각은, 컨테이너(17)의 전방 및 후방 단부의 바이트(18) 내에서 서로 대향하는 두 개의 핀(19)을 수용하는 서로 대향하는 두 개의 래치(latch, 34)를 포함한다. 컨테이너(17)의 바이트(18) 내의 핀(19)은 둥글고, 제자리에 걸리고 나면 컨테이너(17)에 대한 피봇 포인트로서 작용한다. 이는 2단계 승강 및 하강 과정 동안, 위에서 설명한 바와 같이, 컨테이너(17)의 부드럽고 확실한 회전과 이동을 제공한다.
각각의 잠금장치(134a, 134b)의 몸체는 직사각형 박스이며 세 개의 공동으로 분할된다. 좌우측 공동(11d)은 핀 가이드와 래치(34)를 포함하고, 중앙 공동(11c)은 래치 액추에이터(35)와, 카메라(36)와, 소형 공기 펌프(미도시)와, 레이저 수신기(37), 및 위치 데이터(이 데이터는 프로세서 내의 논리 회로가 차량(30)에 설치된 제어 하드웨어에 전송된 신호와 반응하도록 함)를 수집하고 이를 차량(30)의 중앙 프로세서에 전송하는 무선 수신기(미도시)를 포함한다.
잠금장치(134)의 박스 형상은, 래치(34)의 새들(saddle, 34s)에 핀(19)을 수용하기 위한 정확한 위치로 컨테이너(17)의 약간의 오정렬을 안내하기 위해 바닥 쪽으로 폭이 가늘어진다(38). 컨테이너가 터미널(12a, 12b, 12c)의 붐(120)에 의해 차량(30)에 대해 위쪽으로 가압되면, 두 개의 전방 및 후방 잠금장치(134a, 134b)가 마지막 순간에 이를 차량(30) 내의 적절한 장착 위치로 안내한다. 잠금장치(134)가 컨테이너(17)의 바이트(18) 내로 진행함에 따라, 바이트(18) 내의 핀(19)은 스프링에 대해 래치(35)을 압축하고, 컨테이너(17)가 단단히 안착되면, 핀(19)은 래치(34)의 단부를 통과하고, 스프링은 이들을 닫는다. 이때, 컨테이너(17)는 차량(30)에 단단히 고정된다. 컨테이너(17)를 방출하기 위해, 리프트 메커니즘은 컨테이너(17)를 차량(30)에 대해 가압해야 하고, 프로세서는 래치 액추에이터(35)를 작동시켜 스프링에 대해 개방시키고, 컨테이너(17)의 바이트(18) 내의 핀(19)이 가이드(39)로부터 자유롭게 빠져 나와 잠금장치(134)로부터 벗어나게 한다.
컨테이너(17)를 차량(30)에 고정하고 안내 피드백 하드웨어(36, 37)를 포함하는 것 외에도, 잠금장치(134)의 세 번째 주요 목적은(17) 컨테이너(17) 내의 주 전원과 차량(30)의 구동 시스템 사이에 신뢰성 있고 안전한 전기 연결을 완성하는 것이다. 이는 각각의 잠금장치(134)의 전면에 있는 하향 플러그(40) 및 바이트(18)의 전방 및 후방 대향면에 배치된 관련 컨테이너(17) 상의 일치하는 상향 부티드(booted, 42) 리셉터클(41)에 의해 달성된다. 컨테이너(17)가 차량(30)의 장착 위치로 가압되고 나면, 플러그(40)와 리셉터클(41)이 연결되고, 잠금장치(134) 내의 공기 압축기는 리셉터클 부트(42)를 외부 대기압보다 약간 높게 가압한다. 이 방법은 침투성 물에 의해 유발되는 전기 단락의 위험 없이 연결이 완전히 잠길 수 있게 한다.
현재 개시된 잠금 시스템의 설계는 잠금장치(134)에 포함된 전원 교환을 완료하는 데 필요한 만큼의 하드웨어를 유지하도록 구성되고, 따라서 카메라 또는 다른 피드백 메커니즘과 같은 그 어떠한 하드웨어도 제조업체에 의해 차량(30)의 다른 위치에 배치 및 장착되어서는 안 된다.
충전 또는 연료 보급 광장에 대한 설명
이제 도 17을 참조하면, 한 가지 바람직한 형태에서, 전원 교환 광장(150)은 콘크리트 주차장 또는 고속도로 안전 휴게 공간과 같은 평평한 표면 상에 (기하학적으로) 평행하게 배치된 다수의 전원 교환 스트립(예를 들어, 12a 내지 12e)을 갖는 가장 단순한 형태로 구성될 수 있다. 이후, 자율적 라우팅(autonomous routing)을 형성하여 소모된 전원을 갖는 차량(예를 들어, 30a 내지 30d)을 광장(152)의 한쪽으로 유입시키고, 충전된 전원을 갖는 적절한 컨테이너(17)를 포함하는 적절한 스트립(예를 들어, 12b)으로 차량을 안내한 후, 교환이 수행되고 마지막으로 광장 출구(135) 밖으로 나가면 스트립(예를 들어, 12b)의 반대편으로 차량을 안내한다. 이 과정은 수동 작동 차량(30)과도 호환될 수 있고, 이 경우, 차량은 충전된 전원을 갖는 올바른 컨테이너(17)를 포함하는 적절한 스트립(12)으로 조작자에 의해 안내될 수 있고, 이어서 수동 운전이 중지되고 자율 제어가 이루어지는 체결 영역(157)에서 시스템에 의해 체결될 수 있다. 마지막으로, 차량(30)이 전원 교환을 완료하면, 자율 제어가 중지되고, 수동 제어가 분리 영역(30d)에서 복원된다.
스트립(12a 내지 12e)은 해당 지역의 차량 전원 요구 사항에 맞게 구성될 수 있다. 다양한 유형의 전원을 갖는 매우 다양한 크기의 컨테이너(17)(예를 들어, 17d 및 17g)가 카테고리-특정 스트립(12a 내지 12e)에 의해 서비스를 받을 수 있지만, 하나의 스트립(12)이 미리 설정된 파라미터 내에서 다양한 유사한 크기 및 스타일에 서비스를 제공할 수 있다. 이러한 유연성의 목적은 매우 다양한 크기와 스타일의 컨테이너(17) 및 전원이 ALE와 호환되도록 하기 위한 것이다.
ALE 데이터 수집 및 라우팅 시스템에 대한 설명
모든 ALE 컨테이너(17)는 온도, 출력, 충전 표시기 및 다른 많은 메타-데이터 관련 입력을 기록하고 보고하는 다수의 감지 기술을 포함할 수 있다. 장치들 모두는 또한 타임라인을 따라 이들 센서로부터의 데이터를 저장하기 위해 처리 칩(processing chip), 클럭(clock) 및 메모리 카드를 구비할 수 있다. 이는 전원 컨테이너(17)의 사용, 현재 상태 및 요금뿐만 아니라 발생할 수 있는 모든 문제에 대한 자세한 내역을 제공한다. 이 데이터는 차량에 장착된 경우 연결된 차량 네트워크를 통해 차량(30)으로부터 원격 서버로 전송되거나, 또는 연결되지 않은 차량의 경우, 컨테이너(17)가ALE 스트립을 따라 터미널에 연결되고 나면 데이터는 원격 서버로 업로드된다. 이후, 데이터는 저장되고 분석되며 시스템 인터페이스 또는 API에 투영된다. 승인된 사용자는 인터넷 액세스를 사용할 수 있고 이후 전세계적인 컨테이너(17) 네트워크에서 실시간 데이터를 가져올 수 있다. 이 데이터는 스마트폰, PC 또는 차량 인포테인먼트 시스템(infotainment system) 내의 애플리케이션에 의해 사용되어 체결되어야 할 컨테이너(17)를 결정할 수 있다. 또한 차량 사용자가 선택한 경로를 나타내는, 시스템 원격 서버에 대한 피드백을 사용하여 여행을 완료하기 위해 필요한 전원 컨테이너(17)를 예약할 수 있다. 이러한 네트워크를 ALE 데이터 수집 시스템이 제공하는 실시간 데이터와 함께 사용하면, ALE가 장착된 차량(30)을 사용하는 응급 서비스가 비상시에 충전된 전원에 우선 순위로 액세스할 수 있게 된다.
양방향 충전 및 전력 저장장치에 대한 설명
바람직하게, 분산형 그리드 저장장치를 달성하기 위해 현재 개시된 전원 교환 시스템(10)과 협력하여 양방향 충전기 또는 충전기/인버터가 사용될 수 있다. 전원을 갖는 컨테이너(17)가 터미널 연결부(133)를 통해 충전기에 연결되고, 외부 전원 장치에 연결된 충전기에 연결되면, 이들은 주변 그리드의 전력 저장 장치로 사용될 수 있다. 이러한 저장장치는 일반적인 수단에 의해 전력을 공급할 수 없는 경우 응급 상황에서 전력을 공급하는 데 유용하다. 또한, 풍력 및 태양력과 같은 재생 가능한 전원은 자연적으로 제어되는 일정으로 전력을 생산하지만, 사람의 전력 소비는 종종 매우 다른 일정으로 이루어진다. 본 발명에 의해 제공되는 분산형 전력 저장장치는 이러한 불일치를 완충할 수 있으며, 풍력 및 태양력 수송의 꿈이 실현될 수 있게 한다.
필요한 전원을 갖춘 전기 자동차(30)가 설명되었지만, 연료 전지를 사용하는 차량을 포함하는 그 밖의 전원 차량이 이 기술을 사용하도록 구성될 수 있다.
또한, 본 방법 및 시스템은 차량(30) 자체를 프로세스의 주요 기계화로 사용함으로써 실현되는 종래의 공지된 기술에 비해 독특한 장점을 가지며, 이로써 비용을 상당히 낮춘다.
다음의 설명은 본 방법 및 시스템의 더 나은 이해를 제공한다. '011의 방법 및 시스템과 본 방법 및 시스템 사이의 가장 큰 차이점은, 본 발명의 리프트 메커니즘이 전원 교환을 필요로 하는 차량(예를 들어, 30)에 탑재되기보다는 각각의 전원 교환 터미널(예를 들어, 12a, 12b, 12c)에 배치되는 것이다.
본 기술 분야의 숙련자는 현재 개시된 주제의 교시를 벗어나지 않고 부가적인 실시형태가 또한 가능하다는 것을 인식할 것이다. 이 상세한 설명, 및 특히 본 명세서에 개시된 예시적인 실시형태의 특정 세부 사항은 주로 이해의 명료성을 위해 주어지며, 본 개시 내용을 읽을 때 본 기술 분야의 숙련자에게 수정이 명백할 것이며 현재 개시된 주제의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있기 때문에 불필요한 제한이 이로부터 이해되어서는 안 된다.

Claims (26)

  1. 차량 전원 교환 시스템에 있어서, 상기 시스템은,
    적어도 하나의 전원 교환 터미널을 포함하고, 전원 교환 터미널은 지표면에 배치될 수 있고, 전원 교환 터미널은 차량 주행 표면에 배치될 때 전원 교환을 위한 차량이 전원 교환 동안 전원 교환 터미널 위로 주행할 수 있도록 충분히 낮은 프로파일을 갖고, 전원 교환 터미널은,
    a. 전원 교환 동안, 소모된 파워 셀을 차량에서 방출하기 위한 적어도 하나의 전원 교환 터미널에 결합되는 드롭 메커니즘, 또는
    b. 전원 교환 동안, 충전된 파워 셀을 차량에 삽입하기 위한 적어도 하나의 전원 교환 터미널에 결합되는 리프트 메커니즘을 포함하는, 차량 전원 교환 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 전원 교환 터미널은 적어도 두 개의 전원 교환 터미널을 포함하고, 적어도 두 개의 터미널 중 제 1 터미널은 드롭 메커니즘을 포함하고 적어도 두 개의 터미널 중 제 2 터미널은 리프트 메커니즘을 포함하는, 차량 전원 교환 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    적어도 두 개의 전원 교환 터미널은 전원 교환 스트립을 형성하는, 차량 전원 교환 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    형성되는 두 개 이상의 전원 교환 스트립을 더 포함하는 차량 전원 교환 시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    두 개 이상의 전원 교환 스트립은 차량 전원 교환용 전원 교환 설비를 형성하는, 차량 전원 교환 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 전원 교환 터미널 및 전원 교환을 요구하는 차량 사이의 통신을 위해 적어도 하나의 전원 교환 터미널에 작동 가능하게 결합되는 무선 통신 장치를 더 포함하는 차량 전원 교환 시스템.
  7. 제 2 항에 있어서,
    제 1 전원 교환 터미널은 전원 교환을 요구하는 차량으로부터 소모된 파워 셀을 수용하기 위한 제 1 스테이션이고, 제 2 전원 교환 터미널은 소모된 파워 팩이 제거된 후 차량에 설치하기 위한 충전된 교체용 파워 셀과 리프트 메커니즘에 결합된 제 2 스테이션인, 차량 전원 교환 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    프로세서가 제 1 스테이션과 제 2 스테이션 사이에서의 차량의 이동을 제어하는, 차량 전원 교환 시스템.
  9. 제 1 항에 있어서,
    파워 셀은 리프트 메커니즘 가까이 배치된 컨테이너 내에 배치되는, 차량 전원 교환 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    컨테이너는 쿨러를 더 포함하는, 차량 전원 교환 시스템.
  11. 제 1 항에 있어서,
    리프트 메커니즘은 붐의 제 1 단부에서 적어도 하나의 충전 터미널에 부착된 붐을 포함하고, 붐은 전원 교환을 위한 차량에 삽입하기 위한 충전된 파워 셀을 수용하기 위한 제 2 단부를 갖는, 차량 전원 교환 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    붐의 제 1 단부는 적어도 하나의 전원 교환 터미널에 선회 가능하게 연결되는, 차량 전원 교환 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    리프트 메커니즘은 제 1 지면 위치로부터, 전원 교환을 위한 차량 내로 파워 셀을 들어올리는 제 2 리프트 위치로 붐을 작동시키기 위한 유압 실린더를 더 포함하는, 차량 전원 교환 시스템.
  14. 제 2 항에 있어서,
    드롭 메커니즘은 붐의 제 1단부에서 제 1 터미널에 부착된 붐을 포함하고, 붐은 전원 교환 동안 차량에서 제거하기 위한 소모된 파워 셀을 수용하기 위한 제 2 단부를 갖고, 및
    리프트 메커니즘은 붐의 제 1단부에서 제 2 터미널에 부착된 붐을 포함하고, 붐은 전원 교환을 위한 차량에 삽입하기 위한 충전된 파워 셀을 수용하기 위한 제 2 단부를 갖는, 차량 전원 교환 시스템.
  15. 제 1 항에 있어서,
    드롭 메커니즘은 붐의 제 1단부에서 적어도 하나의 터미널에 부착된 붐을 포함하고, 붐은 전원 교환을 위한 차량에 잠금장치를 체결하기 위한 제 2 단부를 갖고, 잠금장치의 체결은 차량에서 파워 셀을 분리하는, 차량 전원 교환 시스템.
  16. 제 1 항에 있어서,
    리프트 메커니즘은 붐의 제 1 단부에서 적어도 하나의 터미널에 부착된 붐을 포함하고, 붐은 교체용 파워 셀을 지지하기 위한 그리고 차량의 두 개의 잠금장치를 체결함으로써 차량에 교체용 파워 셀을 삽입하고 두 개의 잠금장치를 통해 제자리에 유지하기 위한 제 2 단부를 갖는, 차량 전원 교환 시스템.
  17. 차량 전원 교환 방법에 있어서, 상기 방법은,
    전원 교환 스트립을 따른 제 1 위치에서 전원 교환을 위한 차량을 수용하는 단계와;
    제 1 위치에서 파워 셀을 차량에서 방출함으로써 차량에서 소모된 파워 셀을 제거하는 단계와;
    전원 교환 스트립을 따른 제 2 위치에서 차량을 수용하는 단계; 및
    제 2 위치에서 차량에 교체용 파워 셀을 삽입하는 단계를 포함하는, 차량 전원 교환 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    소모된 파워 셀을 제거하는 단계는 제 1 위치에 결합된 드롭 메커니즘을 사용하여 소모된 파워 셀을 제거하는 단계를 포함하는, 차량 전원 교환 방법.
  19. 제 17 항에 있어서,
    드롭 메커니즘은 붐의 제 1 단부에서 전원 교환 스트립에 부착된 붐을 포함하고, 붐은 전원 교환 동안 차량에서 제거하기 위한 소모된 파워 셀을 수용하기 위한 제 2 단부를 갖는, 차량 전원 교환 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    드롭 메커니즘은 제 1 위치와 제 2 위치 사이를 차량이 횡단하는 지표면에 배치되기 위한 충분히 낮은 프로파일을 갖는, 차량 전원 교환 방법.
  21. 제 12 항에 있어서,
    교체용 파워 셀을 삽입하는 단계는 리프트 메커니즘을 사용하여 교체용 파워 셀을 들어올리는 단계를 포함하는, 차량 전원 교환 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    리프트 메커니즘은 붐의 제 1 단부에서 전원 교환 스트립에 부착된 붐을 포함하고, 붐은 전원 교환을 위한 차량에 삽입하기 위한 충전된 파워 셀을 수용하기 위한 제 2 단부를 갖는, 차량 전원 교환 방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    리프트 메커니즘은 제 1 위치와 제 2 위치 사이를 차량이 횡단하는 지표면에 배치되기 위한 충분히 낮은 프로파일을 갖는, 차량 전원 교환 방법.
  24. 제 17 항에 있어서,
    교체용 파워 셀을 삽입하는 단계는 리프트 메커니즘을 사용하여 교체용 파워 셀을 들어올리는 단계를 포함하는, 차량 전원 교환 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    드롭 메커니즘과 리프트 메커니즘 모두는 각각 제 1 위치와 제 2 위치 사이를 차량이 횡단하는 지표면에 배치되기 위한 충분히 낮은 프로파일을 갖는, 차량 전원 교환 방법.
  26. 제 17 항에 있어서,
    차량은 제 1 위치에서 제 2 위치로 차량이 이동하도록 동력을 공급하는 탑재형 보조 전원을 통해 제 1 스테이션으로부터 제 2 위치에 수용되는, 차량 전원 교환 방법.
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