用于电动车辆或混合动力车辆的牵引电池的半自动交换站

本发明涉及一种用于牵引电池的半自动交换站。特别地，本发明应用于 电动车辆或混合动力车辆。

当今电动车辆、特别是使用锂离子电池(Li-离子)作为牵引电池的那些 电动车辆仍然具有在任何情况下都小于大部分热力车辆自主性的有限自主 性。这是本发明旨在解决的一个问题。

为了克服这个自主性问题，自19世纪末期，就已经在美国安置了用于电 动出租车的电池交换站。David A.Kirsch于2000年出版的题为“The electric  vehicle and the burden of History(电动车辆和历史负担)”的作品中描述了这 些最早的“电池交换站”。出租车的驾驶室首先被抬升以便与由车轮支撑的 一个平台分开，该平台本身支撑电动机及其电池。然后，已放电的电池本身 被抬升，并且一个已再充电的电池被放在其适当位置。所有这些沉重的装卸 操作涉及到若干个操作者的协助，这些操作者使用车间起重机或块式和滑轮 式举升设备来抬升和寄存该出租车的驾驶室和电池。这些最早的站的主要缺 点是缺乏自动化，这使得交换电池所需要的时间是可变的，非常依赖于可供 使用的操作者的数量和经验。这是本发明旨在解决的又一个问题。

为了解决这个涉及交换时间的问题，已经提出了快速交换站，例如在于 1997年3月18日公布的专利US 5,612,606所描述的站，从而使电动车辆的电 池交换时间变得基本上等于用于加注热力车辆的燃料箱的时间。这种快速站 允许快速交换电动车辆的电池，该电动车辆包括可以从该车辆下方移除的一 个牵引电池。该站包括用于使车辆相对于用于举升该电池的装置对齐的装 置，这些装置包括允许首先在车辆下方接触电池的粗糙的举升装置以及允许 将该电池精确地定位在该车辆下方的更精细的举升装置。这种快速站还包括 用于在举升区与一个再充电区之间沿一个方向或另一个方向移动这些电池的 装置。这种完全自动化的快速交换站的主要缺点是其非常高的安装和维护成 本。事实上，这些成本使得该站在经济上难以建立，特别是在汽车行业受到 限制的发展中国家或新兴国家。这是因为在这些国家中机动车辆(无论是热 力式的还是电动式的)的使用仍然受限于人口集中的区域。这样的站可能仅 在具有非常广泛的汽车行业的发达国家中以合理的期限收回成本。再次地， 这是本发明旨在解决的一个问题。

本发明的一个目的特别是要限制交换站的安装和维护成本，以便它可以 在发展中国家和新兴国家中以一种有利的方式使用。为此目的，本发明的主 要概念是提供一种用于电池的半自动电池交换站，该电池可以从车辆的下方 被移除和只需要一位操作者的干预。为此目的，本发明涉及一种允许一个操 作者用已再充电的牵引电池交换电动车辆或混合动力车辆的已放电的牵引电 池的设备。该设备在一个交换区包括：用于使该车辆在一个相对关于该车辆 的横向方向的参考尺寸处对齐的装置；用于使该车辆在一个相对关于该车辆 的纵向方向的参考尺寸处对齐的装置；用于举升该车辆的装置，该装置允许 该车辆上升或下降；用于使该车辆以一个相对竖直方向的参考位置固定不动 的装置；允许将该用于使该已放电的电池从该车辆解锁的或将该已再充电的 电池锁定到该车辆上的装置上升或下降的举升装置。用于使该车辆以一个相 对竖直方向的参考位置固定不动的该装置以及允许将该用于使该已放电的电 池从该车辆解锁的或将该已再充电的电池锁定到该车辆上的装置上升或下降 的举升装置是被安排在一个交换车上，该交换车能够由该操作者安置在该车 辆的下方。该设备进一步包括装卸装置，该装卸装置允许该操作者在该交换 区与一个充电区之间运输该已放电的电池和/或在该充电区与该交换区之间运 输该已再充电的电池。

例如，该装卸装置可以包括一个叉式装卸车。

有利地，该设备可以包括用于建议该操作者在该车辆下方的什么地方安 置该交换车的装置。

有利地，该用于使该车辆以一个相对竖直方向的参考位置固定不动的装 置可以包括多个控制元件，这些控制元件能够被多个引导元件和多个支撑元 件接纳，这些引导元件和支撑元件被安排在该车辆的车身的下方。

有利地，允许将该用于使该已放电的电池从该车辆解锁的或将该已再充 电的电池锁定到该车辆上的装置上升或下降的该举升装置可以包括一个举升 台。

有利地，用于使该车辆在一个相对关于该车辆的纵向方向的参考尺寸处 对齐的该装置可以包括至少一对滚轮，该至少一对的滚轮的旋转轴线被定向 在关于该车辆的横向方向上，这对滚轮能够接纳该车辆的一个车轮并且使其 停止。

有利地，用于使该车辆在一个相对关于该车辆的横向方向的参考尺寸处 对齐的该装置可以包括两个引导滑轨和两组滚轮，这些引导滑轨被安排成使 得它们之中的至少一个对在所述两个滑轨之间行进的一个车轮施加一个反作 用力，这些滚轮的旋转轴线可以被定向在关于该车辆的纵向方向上，其中这 两组滚轮各自能够接纳在行进中的该车辆的同一轮系的两个车轮之中的一 个，所述两个车轮中的一个车轮在这两个引导滑轨之间行进，这两组滚轮中 的每一组都允许其接纳的车轮在施加到所述两个引导滑轨之间行进的车轮上 的反作用力的作用下沿一个关于该车辆的横向方向滑动直到一个相对该横向 方向的参考尺寸。

有利地，用于举升该车辆的该装置可以包括一个举升平台，该举升平台 包括至少两个柱状物。

本发明还涉及一种允许一个操作者从电动车辆或混合动力车辆移除已放 电的牵引电池并且对其充电的方法。该方法包括使该车辆在一个相对关于该 车辆的横向方向的参考尺寸处对齐的一个步骤。该方法还包括使该车辆在一 个相对关于该车辆的纵向方向的参考尺寸处对齐的一个步骤。该方法还包括 使用举升装置举升该车辆的一个步骤。该方法还包括使用该举升装置使该车 辆下降以便使该车辆与用于使该车辆以一个相对竖直方向的参考位置固定不 动的装置相协作的一个步骤。该方法还包括使用举升装置来抬升用于使该已 放电的电池解锁的装置的一个步骤。该方法还包括使用该解锁装置来使该已 放电的电池解锁的一个步骤的一个步骤。该方法进一步包括该操作者在该车 辆的下方放置一个交换车的一个步骤，该交换车支撑用于使该车辆以一个相 对竖直方向的参考位置固定不动的该装置并且支撑用于举升使该已放电的电 池解锁的装置的该装置；以及由该操作者使用装卸装置将该已放电的电池朝 向一个充电区运输的一个步骤。

本发明还涉及一种允许一个操作者将已再充电的牵引电池安置到电动车 辆或混合动力车辆上的方法。该方法包括从一个充电区运输该已再充电的电 池的一个步骤，以便将该电池放置在用于锁定所述电池的装置上。该方法还 包括使用举升装置来抬升用于锁定该已再充电的电池的装置和所述电池的一 个步骤。该方法还包括使用该锁定装置来锁定该已再充电的电池的一个步 骤。该方法还包括使用该举升装置使该锁定装置下降的一个步骤。该方法还 包括使用该举升装置抬升该车辆以便从用于使该车辆以一个相对竖直方向的 参考位置固定不动的装置释放该车辆的一个步骤。该方法还包括使用该举升 装置使该车辆下降的一个步骤。该方法进一步包括撤回一个交换车的一个步 骤，该交换车被该操作者安排在该车辆的下方，这个交换车支撑用于使该车 辆以一个相对竖直方向的参考位置固定不动的该装置并且支撑用于举升使得 该已充电的电池锁定的装置的该装置。由该操作者实施使用装卸装置来运输 该电池的步骤。

本发明还具有的主要优点是，它不需要其单个操作者具有特定的资格， 该操作者可以是在使用根据本发明的一个交换站方面培训仅几个小时的。这 被认为在发展中或新兴国家中是特别有利的，其中求职的劳动力在大多数情 况下很少具有资格证书或完全没有。最后，特别是根据本发明的交换站在这 些国家中的任一个中从来不会破坏就业。这是因为，已经聘用的维护人员必 须重新训练成为一个根据本发明的交换站操作员，或者必须聘用一个操作 者。

通过参照附图从以下说明部分中将理解本发明的其他特征和优点，在附 图中：

-图1和图2是一个根据本发明的站的一个实例的总体示意图；

-图3a、3b、3c、4a、4b、4c、5a、5b和5c是根据本发明的方法的一个 示例性实施例的轮廓示意图。

图1和图2是根据本发明的一个交换站的一个实例的示意图，该交换站 包括一个存储区1以便接纳四个充电站11、12、13和14，该存储区基本上是 6米宽7米长的，这些充电站能够给对应的四个牵引电池111、112、113和 114同时再充电。该交换站还包括一个交换区2，该交换区基本上具有一台机 动车辆3的表面积，该机动车辆的已放电的电池113可以从下方移除。在交 换区2中安排了一个举升平台21，该举升平台包括两个柱状物211和213， 每个柱状物都具有彼此相反的两个举升臂。一个叉式装卸车115允许例如在 交换区2与充电站13之间以一个方向或以另一个方向运输电池113以及其他 电池111、112和114中的任一个。

两组滚轮221各自能够在车辆3向后行进时首先接纳该车辆的两个后车 轮之中的一个，所述两个后车轮之中的一个在两个引导滑轨220之间行进， 这两组滚轮的旋转轴线被定向在一个关于车辆3的纵向方向X上。这两个引 导滑轨220被安排成使得其中至少一个滑轨对在这两个滑轨220之间行进的 车轮施加一个反作用力。这两组滚轮221因此允许这些后车轮在这个反作用 力的作用下在一个关于车辆3的横向方向Y上滑动直到一个相对方向Y的参 考尺寸。这两个引导滑轨220实际上与这两组滚轮221协作以便形成一个 “滚动相关器(rolling correlator)”类型的装置。这两组滚轮221能够其次接 纳车辆3的这些前车轮并且能够使这些车轮以相同的方式在相对方向Y的这 个参考尺寸处对齐直到车辆3停止，一旦两对旋转轴线取向在相对于车辆3 的横向方向Y上的滚轮219各自接纳并且支撑车辆3的这些后车轮之中的一 个，就在一个相对关于所述车辆3的纵向方向X的参考尺寸处自动停止该车 辆的前进。

一旦该车辆3已经以方向Y和X上的一个参考位置固定不动，举升平台 21通过其柱状物211和213来举升车辆3，这些柱状物的举升臂可以被支撑 在车辆3下方的支撑区例如千斤顶支撑区上。

在一个安装在三个车轮上的交换车26已经滚动到车辆3的下方之后，该 举升平台使车辆3下降，该车辆被放置在由交换车26支撑的四个控制元件25 上，安排在车辆3的车身下方的多个引导和支撑元件接纳这些控制元件25以 便使车辆3以一个相对竖直方向Z的参考尺寸固定在一个基本上水平的位置 中。由于这些引导和支撑元件被安排在车辆3的车身下方，因此它们在这些 呈现的图中是不可见的。在这些呈现的示例性实施例中，叉式装卸车115允 许将已放电的电池113放置在一个工具23上或者将其从这个工具23上移 除。工具23是允许将这些电池111、112、113和114锁定到车辆3上或者从 该车辆解锁的一个专用工具。该工具由一个举升台24支撑，该举升台也由交 换车26支撑。

图3a、3b、3c、4a、4b、4c、5a、5b和5c展示了根据本发明的用于交 换车辆3的电池的方法的一个实例。

如图3a中示出的，车辆3首先向后移动以便在这些引导滑轨220之间顺 序地移动该车辆的后左车轮和前左车轮，从而该车辆的两个后车轮和两个前 车轮在这些组的滚轮221上沿方向Y顺序地滑动直到该相对Y的参考位置。 然后，这对滚轮219通过车辆3的这两个后车轮来使该车辆自动停止在该相 对X的参考尺寸处。然后，该举升平台21将车辆3举升到允许一个操作者 (在这些图中未展示)将交换车26设定成处于运动模式的一个高度，以便例 如在该车辆3的下方将该交换车移动到喷涂在地面上的多个标记所建议的一 个位置。例如，这些标记可以建议交换车26的每一个车轮的位置。然后，如 图3b中展示的，举升平台21使车辆3下降直到四个控制元件25抵靠被定位 在车辆3下方的这些引导和支撑元件(这些引导和支撑元件在这些图中是不 可见的)，由此使车辆3在一个相对方向Z的参考尺寸处固定在一个基本上 水平的位置中。然后，如图3c中展示的，举升台24举升工具23直到该工具 被放置抵靠被安排在电池113下方的多个引导和支撑元件，这些最近的引导 和支撑元件同样在这些图中未被展示，在根据本发明的这个呈现的示例性实 施例中电池113是安装在车辆3上的几乎放完电的电池。然后，如图4a中建 议的，使用工具23的多个自动解锁机构以便从车辆3释放电池113，这些机 构不是本申请的主题。例如在由同一申请人提交的国际申请WO 2011/058256 A1中给出了工具23的多个实施例。然后，如图4b中展示的，举升台24使支 撑电池113的工具23下降。然后，如图4c中展示的，叉式装卸车115将支撑 已放电的电池113的工具23从举升台24移除。然后，如图5a中建议的，叉 式装卸车115返回，这次支撑已再充电的电池114的工具23以便将该电池放 置在该举升台24上。然后，如图5b中展示的，举升台24举升支撑电池114 的工具23直到电池114被移动至抵靠车辆3下方的多个引导、支撑以及锁定 元件，这些最后的元件同样在这些图中未被展示。如图5b中建议的，然后使 用工具23的多个自动锁定机构以便使电池114与车辆3相连，这些机构不是 本申请的主题。然后，举升台24使工具23下降，举升平台21举升车辆3以 便从这些控制元件25释放该车辆，从而操作者可以通过将交换车26设定成 处于运动模式而手动地取出该交换车。如图5c所建议的，举升平台21使车 辆3再次下降到地面上，该车辆3能够以最大的自主性离开该交换站。