TW201718295A - 電動車電池更換系統及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種電動車電池更換系統及使用方法，該電動車電池更換系統包括控制系統，該電池更換系統還分別與該控制系統建立通訊連接的第一自走式電池模組及第二自走式電池模組，該控制系統用於控制該第一自走式電池模組從該電動車上卸下及控制該第二自走式電池模組組裝至該電動車上，該第一自走式電池模組及該第二自走式電池模組能夠在該控制系統的控制下自動行駛至指定位置。

Description

電動車電池更換系統及其使用方法
本發明涉及一種電動車電池更換系統及使用方法。
電動車的動力來源為車上的電池模組，當電池模組內電量耗盡時，必須經過充電才能繼續行駛。目前，電動車大部份藉由固定設置的充電站或充電樁對電池模組進行充電，但通常需要4~8個小時才能完全充滿，使得電動車使用起來不方便。另外，電動車亦可採用更換電池模組的方式來補充動力來源，即將電量快耗盡的電池模組從電動車上卸下，並將另一個已完成充電的電池模組換到電動車上。由於大多數電池模組安裝於汽車的底盤上，先前的更換電池模組的方式多需要將車輛行駛至特定的換電平臺上，再利用換電機構來更換電池，此種換電平臺需採用固定的場地且換電機構的結構較為複雜且對電動車的定位精度要求較高，所以，這種換電方式使用起來亦不方便。
鑒於上述情況，有必要提供一種電動車電池更換系統及使用方法，能快速為電動車更換電池，使用較為方便。
一種電動車電池更換系統，其包括控制系統，該電池更換系統還分別與該控制系統建立通訊連接的第一自走式電池模組及第二自走式電池模組，該控制系統用於控制該第一自走式電池模組從該電動車上卸下及控制該第二自走式電池模組組裝至該電動車上，該第一自走式電池模組及該第二自走式電池模組能夠在該控制系統的控制下自動行駛至指定位置。
一種電動車電池更換系統之使用方法，其包括：該控制系統啟動換電程式；該控制系統控制該第一自走式電池模組從該電動車上卸下；該第一自走式電池模組自動行進至指定位置進行充電；該第二自走式電池模組自動行進至該電動車的指定位置；該控制系統控制該第二自走式電池模組裝設至該電動車上。
該電動車電池更換系統及使用方法藉由控制系統控制該第一自走式電池模組、該第二自走式電池模組的行走與拆裝作業，所以，該電池更換系統能夠快速更換充電電池，使用較為方便。
圖1係本發明實施方式之電動車電池更換系統之結構框圖。
圖2係圖1所示之電池更換系統之結構示意圖。
圖3係圖2所示之電池更換系統中自走式電池模組之俯視圖。
圖4係圖2所示之電池更換系統中自走式電池模組之結構框圖。
請參閱圖1，本發明之電池更換系統100用於自動為電動車300更換電池。本發明之電池更換系統100包括控制系統10、第一自走式電池模組201、第二自走式電池模組203、車身高度調節模組30、電池模組固持件40及車身定位模組50。控制系統10包括換電控制模組11與充電站控制模組12。車身高度調節模組30、電池模組固持件40及車身定位模組50均與控制系統10電性連接，第一自走式電池模組201、第二自走式電池模組203與控制系統10之間建立通訊連接。通訊連接的方式例如為藍牙連接、無線網絡連接等無線通訊連接，但不限於此。
請參閱圖2，電動車300包括電動車底盤310。在圖2所示的狀態下，電量不足的第一自走式電池模組201從電動車底盤310上卸下，然後自行行進至一充電站500進行充電。已充完電之第二自走式電池模組203通常於充電站500的場所內待命，在收到換電控制模組11的換電訊號後自行行進至電動車底盤310下方並裝設到電動車300上。可見，第一自走式電池模組201、第二自走式電池模組203均能夠自動行進，從而能夠在控制系統10的控制下自動行駛至該電動車底盤310下及從該電動車底盤310下行駛至指定的充電站500。
控制系統10用於控制第一自走式電池模組201與第二自走式電池模組203的行進以及拆裝作業。控制系統10包括換電控制模組11及充電站控制模組12。換電控制模組11安裝於電動車300上，充電站控制模組12設於安裝在固定場地的充電站500中，充電站控制模組12與換電控制模組11之間建立通訊連接。控制系統10還包括一換電介面13，換電介面13用於輸入更換電池的指令，並將換電啟動訊號傳輸至換電控制模組11。充電站500包括充電座510。
換電控制模組11用於接收換電啟動訊號，並向充電站控制模組12發出換電指令訊號。換電控制模組11分別與車身高度調節模組30、電池模組固持件40及車身定位模組50電性連接，以控制車身高度調節模組30、電池模組固持件40及車身定位模組50的運作。換電控制模組11還與第一自走式電池模組201與第二自走式電池模組203建立通訊連接，用於控制電池模組固持件40將電量不足的第一自走式電池模組201從電動車上拆卸，第一自走式電池模組201接收到換電控制模組11的換電指令訊號後自動行進至充電站500，以及控制電池模組固持件40將滿電的第二自走式電池模組203裝設到電動車300上。
充電站控制模組12分別與第一自走式電池模組201與第二自走式電池模組203建立通訊連接。充電站控制模組12用於接收換電控制模組11發出的換電指令訊號並向充電站500中滿電的第二自走式電池模組203發出啟動指令，第二自走式電池模組203在接收到充電站控制模組12發出的啟動指令後自動行進至電動車300下方，充電站控制模組12在接收到換電控制模組11的換電指令訊號後向第一自走式電池模組201發出充電控制訊號，第一自走式電池模組201接收到充電站控制模組12的充電控制訊號後自動行進至充電站500中的指定位置進行充電。
車身高度調節模組30用於在換電控制模組11的控制下自動調節整個電動車300車身相對地面的高度。在拆裝第一自走式電池模組201與第二自走式電池模組203時，車身高度調節模組30能夠將車身抬高，並在拆裝第一自走式電池模組201與第二自走式電池模組203完成後將車身復位。車身高度調節模組30包括油壓懸吊系統或氣壓懸吊系統，藉由調整油壓或氣壓的方式來控制車身懸掛，從而調節車身的高度。當然車身高度調節模組30亦可為其他適於應用於汽車且可調節車身高度的驅動裝置。
在控制系統10的控制下，電池模組固持件40用於與第一自走式電池模組201及第二自走式電池模組203進行連接或分離，以將第一自走式電池模組201及第二自走式電池模組203從電動車底盤310上卸下或固定安裝於電動車底盤310上。
車身定位模組50用於感測第二自走式電池模組203是否已定位至電動車底盤310下方並對位準確，並將定位感測訊號傳輸至換電控制模組11，換電控制模組11依據該定位感測訊號來控制電池模組固持件40卡持第二自走式電池模組203。
請同時參照圖3與圖4，第二自走式電池模組203包括行走控制部21、充電電池22及自走式電池模組連接件23。
充電電池22用於與電動車300之電池控制系統(圖未示)連接，以向電動車300供電，自走式電池模組連接件23用於與電池模組固持件40配合，以將第二自走式電池模組203與電動車300連接或分離。行走控制部21包括控制單元211、驅動單元212、行駛輪213、感知單元215、定位單元216及電池單元214。驅動單元212、感知單元215、定位單元216及電池單元214均與控制單元211電性連接，行駛輪213與驅動單元212連接且在驅動單元212的帶動下轉動。
控制單元211中存儲有充電站500的場地路徑資訊，感知單元215用於發射及接收聲納測距訊號，以測量第二自走式電池模組203與電動車300或充電站500之間的距離。感知單元215將測距訊號傳輸至控制單元211，控制單元211對該測距訊號以及所存儲的場地路徑資訊進行處理，以獲得優化自走路徑，並將優化後的路徑資訊傳輸給驅動單元212。
驅動單元212用於接收控制單元211發出的驅動訊號並驅動行駛輪213運動，以實現第二自走式電池模組203按照優化後的路徑進行移動。
在本實施方式中，行駛輪213的數量為四個，分別位於第二自走式電池模組203的四個角落。相應的，驅動單元212的數量亦為四個，分別與四個行駛輪213連接。每個驅動單元212分別與控制單元211電性連接。可以理解，行駛輪213可為輪式或履帶式，驅動單元212可藉由任何驅動方式來驅動行駛輪213。
定位單元216用於測量第二自走式電池模組203與電動車底盤310或充電座510的定位誤差，並將差值傳送至控制單元211，再由控制單元211將訊號傳輸至驅動單元212，以調整行駛輪213的位置，將行駛至車身下方的第二自走式電池模組203與電動車底盤310或充電座510精確定位。
電池單元214藉由控制單元211向驅動單元212供電，以提供行駛輪213自動行駛所需的電力。
充電電池22包括充電接口221，充電接口221用於與充電站500之充電座510連接，以對第一自走式電池模組201或第二自走式電池模組203進行充電。充電電池22還包括供電接口223，用於與電動車300的電池控制系統連接，以向電動車300供電。
第一自走式電池模組201與第二自走式電池模組203的結構相同，在此不再贅述。
電池更換系統100之使用方法包括：控制系統10啟動換電程式；控制系統10控制第一自走式電池模組201從電動車300上卸下；第一自走式電池模組201自走至充電站500進行充電；第二自走式電池模組由充電站500自走至電動車300下方；控制系統10控制第二自走式電池模組203裝設至電動車300上。
具體地，駕駛者將電動車300行駛至充電站500處，藉由換電介面13輸入換電指令，換電介面13將換電訊啟動號傳送至換電控制模組11，換電控制模組11接收換電啟動訊號，並向充電站控制模組12發出換電指令訊號，同時控制車身高度調節模組30來升高車身，以及控制電池模組固持件40，將連接在車身上的電量不足的第一自走式電池模組201拆卸且釋放至地面。充電站控制模組12向第一自走式電池模組201發出充電控制訊號，第一自走式電池模組201自電動車300自動行進至充電站500進行充電。
然後，充電站控制模組12向充電站500中滿電的第二自走式電池模組203發出啟動指令。第二自走式電池模組203之感知單元215藉由發射及接收聲納測距訊號，測得距離電動車300之距離，並將訊號回饋至控制單元211，控制單元211結合儲存的場地路徑資訊與感知單元215回饋的訊號來優化路徑，然後將優化後的路徑訊息傳輸至驅動單元212，同時控制電池單元214對驅動單元212供電，行駛輪213在驅動單元212的驅動下運動，使第二自走式電池模組203自動行進至車輛下方。接著，定位單元216量測第二自走式電池模組203與車輛的定位誤差，並將誤差數值傳給控制單元211，控制單元211向驅動單元212發出驅動訊號，以驅動行駛輪213調整位置，將第二自走式電池模組203對準車身。在車身定位模組50感測到第二自走式電池模組203已定位後，向換電控制模組11發出定位訊號，換電控制模組11控制電池模組固持件40與自走式電池模組連接件23相連結，使第二自走式電池模組203與車身固定，充電電池22開始向電動車300輸送電力。然後，換電控制模組11控制車身高度調節模組30，將車身的高度復位。
可以理解，自走式電池模組連接件23可以取消，只要電池模組固持件40能夠實現與自走式電池模組連接件23固定連接即可。例如，電池模組固持件40卡持自走式電池模組20的兩端，從而將自走式電池模組20固定於電動車底盤210下方。
可以理解，車身定位模組50可以取消，當第二自走式電池模組203定位至車身下方後，由第二自走式電池模組203的定位單元216向控制單元211發出定位訊號，控制單元211將訊號傳輸至換電控制模組11，在換電控制模組11的控制下，實現電池模組固持件40與自走式電池模組連接件23的固定連接。
可以理解，行駛輪213的數量可以為一個、兩個、三個或多個。
可以理解，若車身底盤下的高度能夠允許第一自走式電池模組201及第二自走式電池模組203通過及建立與車身的連接，車身高度調節模組30可以省略。
可以理解，充電站500可以為其他指定位置的充電設施。第一自走式電池模組201及第二自走式電池模組203亦可安裝於電動車300除底盤之外的其他指定的位置。
基於安全考慮，第一自走式電池模組201及第二自走式電池模組203的自走功能僅在特定區域及車輛靜止時才能啟動。
本發明之電池更換系統100中，第一自走式電池模組201能夠自動行進至充電設施旁進行充電，第二自走式電池模組203能夠自動行進電動車300下方以便於更換，不需建置特別的換電設施，使用的局限性較小，並且換電的自動化程度較高、速度較快。另外，第一自走式電池模組201與第二自走式電池模組203中的充電電池22能夠更換為不同種類的電池，以適應不同種類電動車300的使用需求，所以，電池更換系統100的適用範圍較廣。
綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。
100‧‧‧電池更換系統
300‧‧‧電動車
310‧‧‧電動車底盤
500‧‧‧充電站
510‧‧‧充電座
10‧‧‧控制系統
30‧‧‧車身高度調節模組
40‧‧‧電池模組固持件
50‧‧‧車身定位模組
11‧‧‧換電控制模組
12‧‧‧充電站控制模組
13‧‧‧換電介面
201‧‧‧第一自走式電池模組
203‧‧‧第二自走式電池模組
21‧‧‧行走控制部
22‧‧‧充電電池
23‧‧‧自走式電池模組連接件
211‧‧‧控制單元
212‧‧‧驅動單元
213‧‧‧行駛輪
214‧‧‧電池單元
215‧‧‧感知單元
216‧‧‧定位單元
221‧‧‧充電接口
223‧‧‧供電接口
無
100‧‧‧電池更換系統
10‧‧‧控制系統
11‧‧‧換電控制模組
12‧‧‧充電站控制模組
30‧‧‧車身高度調節模組
40‧‧‧電池模組固持件
50‧‧‧車身定位模組
201‧‧‧第一自走式電池模組
203‧‧‧第二自走式電池模組

Claims (10)

  1. 一種電動車電池更換系統，用於為電動車更換電池，該電動車電池更換系統包括控制系統，其改良在於：該電池更換系統還包括分別與該控制系統建立通訊連接的第一自走式電池模組及第二自走式電池模組，該控制系統用於控制該第一自走式電池模組從該電動車上卸下及控制該第二自走式電池模組組裝至該電動車上，該第一自走式電池模組及該第二自走式電池模組能夠在該控制系統的控制下自動行駛至指定位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電動車電池更換系統，其中該電池更換系統還包括安裝於該電動車上的電池模組固持件，該電池模組固持件與該控制系統電性連接，用於在該控制系統的控制下與該第一自走式電池模組分離及與該第二自走式電池模組連接。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之電動車電池更換系統，其中該第一自走式電池模組、該第二自走式電池模組均包括自走式電池模組連接件，該自走式電池模組連接件用於與該電池模組固持件連接或分離。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電動車電池更換系統，其中該電池更換系統還包括安裝於該電動車上的車身高度調節模組，該車身高度調節模組與該控制系統電性連接，用於在該控制系統的控制下將該電動車的車身抬高或復位。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之電動車電池更換系統，其中該電池更換系統還包括安裝於該電動車上的車身定位模組，該車身定位模組與該控制系統電性連接，用於感測該第二自走式電池模組已定位至該電動車的指定位置，並將感測訊號傳輸至該控制系統。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之電動車電池更換系統，其中該控制系統包括換電控制模組及充電站控制模組，該充電站控制模組與該換電控制模組之間通訊連接，該換電控制模組用於向該第一自走式電池模組與該充電站控制模組發出換電指令訊號，該第一自走式電池模組在接收到該換電指令訊號後從該電動車上卸下並自動行進至指定位置，該第二自走式電池模組在接收到該換電指令訊號後裝設到該電動車上；該充電站控制模組用於依據該換電指令訊號控制該第二自走式電池模組自動行進至該電動車的指定位置，以及控制該第一自走式電池模組自動行進至指定位置進行充電。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之電動車電池更換系統，其中該第一自走式電池模組、該第二自走式電池模組均包括充電電池及與該充電電池組裝在一起之行走控制部，該充電電池用於向該電動車供電，該行走控制部包括控制單元、驅動單元及行駛輪，該控制單元與該控制系統通訊連接，該驅動單元與該控制單元電性連接，該行駛輪在該驅動單元的驅動下轉動，以帶動該自走式電池模組自動行進。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之電動車電池更換系統，其中該第一自走式電池模組、該第二自走式電池模組還包括定位單元，該定位單元用於測量該第一自走式電池模組或該第二自走式電池模組的定位誤差，並將差值傳送至該控制單元，再由該控制單元將訊號傳輸至該驅動單元以調整該行駛輪的位置。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之電動車電池更換系統，其中該控制單元中存儲有場地路徑資訊，該第一自走式電池模組、該第二自走式電池模組還包括感知單元，該感知單元用於發射及接收聲納測距訊號，並將該測距訊號傳輸至該控制單元，該控制單元對感知單元所傳輸的測距訊號以及所存儲的場地路徑資訊進行處理，以獲得一優化的自走路徑，並將優化後的路徑資訊傳輸給該驅動單元。
  10. 一種如申請專利範圍第1-9項任意一項所述之電動車電池更換系統之使用方法，其包括：
    該控制系統啟動換電程式；
    該控制系統控制該第一自走式電池模組從該電動車上卸下；
    該第一自走式電池模組自動行進至指定位置進行充電；
    該第二自走式電池模組自動行進至該電動車的指定位置；
    該控制系統控制該第二自走式電池模組裝設至該電動車上。
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