TWI479719B - Battery charging and switching automation system - Google Patents

Description

電池充電與交換自動化系統

本發明係關於一種電池充電與交換自動化系統，尤指一種可有效達到節省人工之電池充電與交換自動化系統。

節能減碳之環保概念近年來日益盛行，不論是日常的食衣住行，各方面皆以環保之概念發展新技術，特別是運用天然能源(如太陽能、風力、水力等)之技術更蓬勃發展。而「行」的方面，交通工具亦逐步朝低污染甚至無污染之設計演進，例如前述四大新興智慧型產業中的智慧電動車，乃採用電池電力作為動力來源而非傳統燃燒汽、柴油之引擎。

電動車行駛一段距離後電池之電力會逐漸降低而需補充電力，一般電動車充電之方式大概有：直接插接市電充電，或者以一沖飽之電池進行更換。由於前者會耗去車主寶貴時間，故以後者較具有實用價值。

由上述可知，替換電池之供應商必須建立一套能夠盡量節省成本之電池充電系統，特別是能夠在人力需求方面盡量降低，如此才能幫助推廣電動車輛之普及，達到環保之目的。

本發明之主要目的係在提供一種電池充電與交換自動化系統，俾能在節省人力基礎下，持續而進行電池充電以及收取之動作。

為達成上述目的，本發明之電池充電與交換自動化系統，包括一移動載具、一電池置放座、一升降台、一轉動臂、一電池預備座及一致動機構。上述電池置放座是樞設於移動載具上，電池置放座包括有以其樞轉軸為界位於相反側之一電連接端與一開放端，電連接端設有一電連接電極。

上述轉動臂是樞設於升降台上，轉動臂樞轉於一收取位置與一送出位置之間。轉動臂包括有一充電端與一開放端，在充電端設有一充電電極。上述電池預備座是傾斜地設置於升降台上，並包括有一開放端。

上述致動機構是設於升降台上，致動機構選擇式壓抵電池置放座之該開放端，使電池置放座方位改變。當轉動臂位於收取位置時係呈傾斜，且電池置放座之開放端受壓抵而轉動至對應朝向轉動臂之開放端，用以提供一待充電電池自移動載具送往轉動臂之充電電極之軌道路徑。當轉動臂位於送出位置時係呈傾斜，且轉動臂之開放端係對應朝向電池預備座之開放端，用以提供一已充飽電池自轉動臂送往電池置放座儲存放置之軌道路徑。

藉由本發明之系統設計，以低廉之建置成本即可獲得電池充電與交換之自動化功效，有助於推展電動車之普及化。

本發明之自動化系統可更包括一流體動力裝置分別連接於轉動臂與升降台，用以強制轉動轉動臂。自動化系統亦可更包括一止擋暨釋放機構，設置於與電池預備座之開放端相對之另一端，以止擋或放行承載於電池預備座上之已充飽電池。

上述流體動力裝置可為一液壓缸，以提供較大施力。致動機構可包括一流體動力裝置與一搖擺塊，其中流體動力裝置選擇式抵頂搖擺塊一端，使搖擺塊轉動而壓抵或釋放電池置放座之開放端，但當然也可以是其它常見動力裝置，例如馬達式致動裝置。

上述止擋暨釋放機構可為一直線伸縮機構，但當然也可以是其它運動類型之機構，例如一轉動桿。上述移動載具可為一可程式控制台車，以方便設定運送路線。

參考圖1，為一較佳實施例之電池充電與交換自動化系統示意圖。圖中示出一用於電池之充電與交換自動化系統，主要包括一移動載具10與一充電站20。移動載具10負責運送從電動車輛卸下之一待充電池到上述充電站20旁，本實施例中係為一可程式化台車，其無需人力駕駛，而是依據內建程式自動行走。

需特別說明的是，本實施例在自動化系統內進行充電與交換操作之實體對象，乃一規格化之電池單元32與一治具箱31所構成之一充電系統電池模組30，如圖5所示。由於目前規格化電池單元32為電池電極321在單側之設計，故特別再配合以兩側各有一外接電極311,312之一治具箱31，使規格化電池單元32能在本發明之系統內順利充電與運送。

一電池置放座11可樞轉地設置於移動載具10上，如圖1所示，電池置放座11依樞轉軸12而轉動，如同一蹺蹺板結構。此外，電池置放座11包括有以其樞轉軸12為界、位於相反側之一電連接端111與一開放端112，電連接端111設有一電連接電極13，開放端112則供充電系統電池模組30自電池置放座11離開。

升降台21可進行抬升與下降之運動，且圖中位於頂部之安裝支架211也屬於升降台21之一部份。一轉動臂22樞設於升降台21之安裝支架211上，樞轉於一收取位置與一送出位置之間。轉動臂22包括有一充電端221與一開放端222，其中於充電端221設有一充電電極23。在此，轉動臂22之轉動是利用一流體動力裝置26如液壓缸來達成，流體動力裝置26分別連接於轉動臂22與升降台21，藉由液壓缸之伸縮動作得以強制轉動轉動臂22。

另外，在靠近轉動臂22之開放端222之一側，還設有一輔助運道29以及一電池預備座24，二者皆固定在升降台21之安裝支架211上。特別地，電池預備座24與輔助運道29皆是傾斜地設置，但傾斜方向相反。

電池預備座24包括有一開放端241，負責接收充電系統電池模組30，而在與開放端241相對之另一端旁則設有一止擋暨釋放機構27，用於止擋已充飽之充電系統電池模組30使其定位。在此，止擋暨釋放機構27是安裝在升降台21之一直線伸縮機構，但當然也可以是安裝在電池預備座24上，且也不限於直線伸縮機構，其它例如轉動式機構也能達到同樣目的。

一致動機構25設於升降台21上，可選擇式壓抵電池置放座11之開放端112使電池置放座11轉動、改變方位。如圖6所示，本例中，致動機構25包括一流體動力裝置251(如液壓缸)與一搖擺塊252。搖擺塊252樞設在升降台21之安裝支架211上，以其轉動軸X為界包括有位於相反兩端之一受驅端252a與一驅動端252b。藉由流體動力裝置251的伸縮運動而選擇式抵頂搖擺塊252之受驅端252a，使搖擺塊252轉動並以其驅動端252b壓抵或釋放電池置放座11之開放端112。

參考圖7，前述升降台21、充電電極23、致動機構25、流體動力裝置26以及止擋暨釋放機構27皆電性連接於一控制器41，藉以受控制器41控制而於適當時機作出對應之動作。但當然也可設計成不同裝置是透過各自之控制器來進行動作控制。

以下將配合圖1至圖4之自動化系統於不同階段之圖式來說明本發明自動化系統之運作。首先參考圖1、圖5與圖6，把從電動車輛卸下之待充電池單元32裝入治具箱31，使電池電極321耦合於治具箱31內之一內電極313，整體構成一待充之充電系統電池模組30。然後將待充之充電系統電池模組30放到安裝在移動載具10之電池置放座11上，此時，因特別設計使得當充電系統電池模組30以其中一外接電極311耦合於電連接電極13時，整個電池置放座11是呈傾斜，也恰好避免充電系統電池模組30掉出。值得一提的是，仍帶有些許殘餘電力之充電系統電池模組30也可在此作為移動載具10之電力源。

當移動載具10載運著充電系統電池模組30抵達充電站旁時，致動機構25作動以頂推搖擺塊252之受驅端252a。搖擺塊252因而受驅轉動並以其驅動端252b壓抵電池置放座11之開放端112，如圖1虛線所示。此階段升降台21是處於下降後之狀態，而轉動臂22位於收取位置且呈傾斜，轉動臂22此時方位是以其開放端222朝向輔助運道29與電池置放座11之開放端112，亦即轉動臂22與輔助運道29大致呈一直線。

參考圖2與圖5。當搖擺塊252壓抵電池置放座11使電池置放座11轉動並改變方位，充電系統電池模組30便因重力作用而開始下滑。充電系統電池模組30滑離電池置放座11後，經輔助運道29抵達轉動臂22，並沿轉動臂22繼續移動直到充電系統電池模組30以其外接電極312耦合於充電電極23而開始進行充電。

當然，若將電池置放座11之開放端112再向外延伸而更靠近於轉動臂22之開放端222，則不須架設輔助運道29也可以實現讓充電系統電池模組30順利從電池置放座11滑移到轉動臂22。

參考圖3與圖5。一旦充電系統電池模組30耦合於充電電極23，升降台21便抬升，直至使電池預備座24與電池置放座11大致呈一直線。然後驅動止擋暨釋放機構27使其從止擋模式變換到釋放模式，一已充之充電系統電池模組40因失去止擋而藉由重力從電池預備座24下滑進入電池置放座11，且充電系統電池模組40同樣電耦合於電連接電極13，可對移動載具10供電。此階段，轉動臂22同樣保持位於收取位置以免充電系統電池模組30跳脫充電狀態甚至掉落。

參考圖4與圖5。最後，當充電系統電池模組30已充電完畢，便利用流體動力裝置26拉動轉動臂22使轉動臂22轉動至送出位置，此時轉動臂22之開放端222係對應朝向電池預備座24之開放端241，轉動臂22與電池預備座24大致呈一直線。如此，已充飽之充電系統電池模組30藉由重力而從轉動臂22下滑進入電池預備座24，並被變換到止擋模式之止擋暨釋放機構27止擋住，作為下一次電池更換程序之用。當然，升降台21於此階段也開始下降至如圖1之位置。

雖上述實施例是以電池單元配合治具箱為例說明，但不限於此。例如，在電池單元本身設計成於兩側皆有電池電極的場合中，便不須使用治具箱就可順利進行與前述相同的各種操作。系統中供充電系統電池模組30移動之載體如電池置放座11、輔助運道29、轉動臂22及電池預備座24較佳為具有滾輪式承載面，使充電系統電池模組30之移動更為容易。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

10．．．移動載具

11．．．電池置放座

111．．．電連接端

112,222,241．．．開放端

12．．．樞轉軸

13．．．電連接電極

20．．．充電站

21．．．升降台

211．．．安裝支架

22．．．轉動臂

221．．．充電端

23．．．充電電極

24．．．電池預備座

25．．．致動機構

252．．．搖擺塊

252a．．．受驅端

252b．．．驅動端

26,251．．．流體動力裝置

27．．．止擋暨釋放機構

29．．．輔助運道

30,40．．．充電系統電池模組

31．．．治具箱

311,312．．．外接電極

313．．．內電極

32．．．電池單元

321．．．電池電極

41．．．控制器

X．．．轉動軸

圖1係本發明一較佳實施例之電池充電與交換自動化系統示意圖。

圖2係本發明一較佳實施例之待充電池送入充電站作動示意圖。

圖3係本發明一較佳實施例之已充電池送入載具作動示意圖。

圖4係本發明一較佳實施例之充電站內已充電池存放作動示意圖。

圖5係圖1之充電系統電池模組分解圖。

圖6係圖1之致動機構局部放大圖。

圖7係本發明一較佳實施例之電子控制方塊圖。

10．．．移動載具

11．．．電池置放座

111．．．電連接端

112,222,241．．．開放端

12．．．樞轉軸

13．．．電連接電極

20．．．充電站

21．．．升降台

211．．．安裝支架

22．．．轉動臂

221．．．充電端

23．．．充電電極

24．．．電池預備座

25．．．致動機構

26．．．流體動力裝置

27．．．止擋暨釋放機構

29．．．輔助運道

30,40．．．充電系統電池模組

Claims (7)

1. 一種電池充電與交換自動化系統，包括：一移動載具；一電池置放座，樞設於該移動載具上，該電池置放座包括有以其樞轉軸為界位於相反側之一電連接端與一開放端，該電連接端設有一電連接電極；一升降台；一轉動臂，樞設於該升降台上而樞轉於一收取位置與一送出位置之間，包括有一充電端與一開放端，該充電端設有一充電電極；一電池預備座，傾斜地設置於該升降台上，包括有一開放端；以及一致動機構，設於該升降台上，選擇式壓抵該電池置放座之該開放端；其中，當該轉動臂位於該收取位置時係呈傾斜，且該電池置放座之該開放端受壓抵而轉動至對應朝向該轉動臂之該開放端；當該轉動臂位於該送出位置時係呈傾斜，且該轉動臂之該開放端係對應朝向該電池預備座之該開放端。
2. 如申請專利範圍第1項所述之自動化系統，更包括一流體動力裝置分別連接於該轉動臂與該升降台，用以強制轉動該轉動臂。
3. 如申請專利範圍第2項所述之自動化系統，其中，該流體動力裝置為一液壓缸。
4. 如申請專利範圍第1項所述之自動化系統，其中，該致動機構包括一流體動力裝置與一搖擺塊，該流體動力裝置選擇式抵頂該搖擺塊一端，使該搖擺塊轉動而壓抵或釋放該電池置放座之該開放端。
5. 如申請專利範圍第1項所述之自動化系統，更包括一止擋暨釋放機構，設置於與該電池預備座之該開放端相對之另一端。
6. 如申請專利範圍第5項所述之自動化系統，其中，該止擋暨釋放機構係一直線伸縮機構。
7. 如申請專利範圍第1項所述之自動化系統，其中，該移動載具為一可程式控制台車。