技术领域
[0001] 本
发明原理的实施方式涉及一种用于电动车的电池更换式充电站系统，更特别地，涉及一种用于电动车的电池更换式充电站系统，其能够带来电动车的繁荣和活
力并且以建立充电
基础设施的方式通过各种相关工业发展和国际竞争保障提升全民兴趣，其中电动车的电池能够被快速和精准以及安全地更换并且能够基于
机器人技术在任何时间和任何地点都很容易地充电。
背景技术
[0002] 作为对于人类生活和社会经济活动而言必不可少的车辆来说，其实是利
用例如
汽油等有机
能源来移动的移动装置。但是，有机能源是有限资源，并且随着时间流逝会不断耗尽，而且价格也在持续增长。
[0003] 特别地，有机能源会排放出在使用的过程中污染环境的各种废气、以及大量作为导致
全球变暖的主要因素的二
氧化
碳。因此，为了降低二氧化碳
排放量，世界各国的所有工业都在进行各种研发活动。作为一种替换方式，已经开发出了使用
电能作为
能量源的电动车。
[0004] 已开发的电动车包括纯电动车（电池动力的电动车）、具有
电动机和
发动机的混合电动车、
燃料电池电动车等等。另外，为了开展电动车的振兴和推广，能够随时、在任何地方简单地实施充电的充电设施是很重要的，因此大量对于这个方面的研究正在进行中。
[0005] 但是，与使用油（汽油、柴油等）或
天然气等的车辆不同的是，电动车由于使用了插座插入式充电的电池，所以长时间的充电对司机来说是不方便的，并且对于运营充电设施的公司而言也降低了经济效益。
[0006] 为了解决上述问题，近年来，提出一种充电技术，包括对电池进行预充电并更换充满电的电池而不是直接对电动车的电池充电的方法（下面简称为“电池更换方法”）。
[0007] 这样的电池更换方法具有以下优点：当司机需要充电而来到电池充电站时，司机可以方便地以预充电的电池来替换他们之前使用的电池并配置上该预充电电池。
[0008] 然而，当客户为了更换电池而来到充电站时，安装在电动车上的电池应当在找到与电动车的类型或者已经安装的电池的类型匹配的电池之后被隔离、取出和重新安装。由此，存在消耗大量时间的问题。此外，为了更换电池，需要能够更换电池的专业工人。由此，存在客户最终承受的更换
费用增加的问题。
发明内容
[0009] 本发明原理的实施方式提供了能够带来电动车的繁荣和活力并且以建立充电基础设施的方式通过各种相关工业发展和国际竞争保障提升全民兴趣的用于电动车的电池更换式充电站系统，其中电动车的电池能够被快速和精准以及安全地更换并且能够基于
机器人技术在任何时间和任何地点很容易地充电。
[0010] 根据本发明的一方面，提供用于电动车的电池更换式充电站系统，包括：充电型电池，安装在电动车的电池安装模
块上；充电站主体，以电动车在其中自由驶入和驶出的结构形成，且包括用于容纳电池的电池装载单元；电池更换机械手，安装在所述充电站主体中用以执行电池更换操作；以及充电站控制单元，用于控制电池更换机械手以便通过控制所述电池更换机械手来执行电池更换操作。
附图说明
[0011] 如所附附图所示，从对本发明原理的优选实施方式的更为详细的描述中，本发明前面提到的以及其他特征和优点将更为明显，在不同的视图中相似的标记指代相同的部件。附图并不必须按照比例，而是为了强调说明本发明的原理。在附图中：
[0012] 图1是用于解释根据本发明原理的实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统的方
框图；
[0013] 图2是用于解释根据本发明的实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统的示意配置图；
[0014] 图3是代表根据本发明原理的实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统的外部结构的立体图；
[0015] 图4是代表当更换根据本发明原理的实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统中的电池时的外部结构的主要部分的展开立体图；
[0016] 图5是代表当更换根据本发明原理的实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统中的电池时的内部结构的主要部分的展开立体图；
[0017] 图6和图7是解释根据本发明原理的实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统的立体图；
[0018] 图8a至图9b是解释根据本发明原理的实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统中的电池更换机械手以及电池安装模块的结构和操作的图例；以及[0019] 图10是说明根据本发明原理的实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统的
修改示例的框图。
具体实施方式
[0020] 下面将参考显示出一些实施方式的附图来更加全面地描述各种实施方式。本发明的思想可能以不同形式实施，并不应当被限制为所列出的实施方式。相反，向本领域技术人员提供这些实施方式是为了充分、完整的公开并且全面
覆盖本发明的思想。在附图中，层和区域的大小和相对大小可能被放大以示清楚。
[0021] 下面，本发明原理的特定实施方式将参考附图描述。
[0022] 图1是用于解释根据本发明原理的实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统的方框图，图2是用于解释根据本发明原理的实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统的示意配置图，图3是代表根据本发明原理的实施方式的用于电池更换式充电站系统的外部结构的立体图。
[0023] 参考图1至图3，根据本发明原理的实施方式的用于电动车200的电池更换式充电站系统可以包括安装在电动车200的电池安装模块210上的可充电电池10、存放有充满电的电池并且执行电池更换操作的充电站主体20、电池更换机械手30、信息识别单元40、以及根据从信息识别单元40中获得的信息允许通过控制所述电池更换机械手30来执行电池10更换操作的充电站控制单元50。该电池更换式充电站系统以电池更换方法的方式实施，通过该电池更换方法使得整个电池能够被更换从而基于机械手技术快速且精准地更换作为电动车的能量源的电池。
[0024] 图4是代表当更换根据本发明原理的实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统中的电池时的外部结构的主要部分的展开立体图；图5是代表根据本发明原理的实施方式用于电动车的电池更换式充电站系统中的内部结构的主要部分的展开立体图。
[0025] 所述充电站主体20为在电动车200驶入该充电站之后实际执行更换电池的操作的结构，并且该充电站主体20是以允许电动车自由地进出电池充电站的方式形成。该充电站主体20包括用于装载电池的电池装载单元70。
[0026] 另外，如图2所示，根据该实施方式的充电站主体20被配置成包括：垂直主体21，在垂直方向上延伸并直到与路面
接触；以及
水平主体22，从垂直主体21的顶部开始面向路面在水平方向上延伸。因此，在恶劣天气环境（例如下雨、下
雪等等）中也可以简单地执行电池更换操作。但是，只要电动车200能够驶入并驶出电池充电站并且可以简单地执行更换操作，并不限制充电站主体20的结构或类型。
[0027] 另外，在垂直主体21与路面之间提供有供乘客使用的平台24，并且水平主体22的底部设置有用于取出电池10的至少一个出口22a。
[0028] 特别地，充电站主体20包括保护导向件23，用于在电动车200驶入充电站时密封安装电池的电池安装模块210，从而避免更换电池10时由于外部环境的改变所引起的不良效应。根据该实施方式的保护导向件23被配置成
波纹管，在正在更换电池时，该波纹管处于面向电池安装模块210折叠的状态，电池在充电站主体20内部被安装，而在电池更换完之后，该波纹管展开到原始
位置。但是，只要在更换电池的过程中，包括所述电池在内的电池安装模块210能够得到有效地密封和保护，该保护导向件23可以以各种结构配置，没有限制。
[0029] 另外，如图3和图4中所示，保护导向件23被配置成包括：密封膜，如安装在布置在所述水平主体22底部的所述出口22a中的柔性管；以及出入口驱动单元（未图示），能够在充电站控制单元50的控制下在垂直方向上操作密封膜。
[0030] 尽管未详细示出，出入口驱动单元可以包括具有由压缩空气操作的高压筒的空气压缩单元和用于控制高压筒操作的控制
阀，或者所述出入口驱动单元可以是电作动器。
[0031] 图6和图7为解释根据本发明原理的实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统的立体图。更具体地，图6为示出堆叠式存放架类型电池装载单元的图例，图7为示出并行存放架类型电池装载单元的图例。
[0032] 电池装载单元70可以根据充电站主体20的形状进行各种配置以作为安装在充电站主体20中的装载架，从而在更换电池时存放所使用的完全充满电和完全放电后的电池10。例如，电池装载单元70可以被配置成具有包括在垂直主体21中的堆叠式存放架类型，其中多个电池被排列成在左侧和右侧形成直线，并且电池再次堆叠在多层结构中的线的上侧，如图6所示。
[0033] 此外，电池装载单元70可以被配置成具有并行存放架类型，其中多个电池10存放在水平主体的每个方向中。除此之外，其可以被配置成具有包括堆叠式存放架类型和并行存放架类型的混合存放架类型。
[0034] 此外，图6的参考标号71可以是移动推车类型装载架，其中电池在电池装载单元70上移动以便通过稍后将描述的电池弹出和装载机械手32有效地执行电池的弹出和接收过程。而且，图7的参考标号72可以是安装在并行存放架类型的电池装载单元70上的装载架。
[0035] 同时，图7的参考标号300可以是电池供应车，在放电后的电池在外部充电设备中充电并且随后充满电的电池被传送和存放时使用，参考标号301是用于升降电池的升降梯。
[0036] 可替换地，在根据所述实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统中，由于大量的放电后的电池可能被连续地更换，优选为在放电后的电池已经被充满电之后使用电池供应车传送电池。然而，充电站主体20可以包括电源充电设备，该电源充电设备自动对放电后的电池进行充电。
[0037] 信息识别单元40可以被配置成获取关于驶入充电站主体20的电动车的信息和/或关于安装在电动车上的电池的信息，也就是，类型、大小、充电状态、释放日期、充电日期等等的数据。
[0038] 信息识别单元40可以应用能够在信息识别领域使用的多种技术和设备，诸如拍摄电池图像并且将所拍摄的图像和存储的图像进行比较以决定电池的类型的图像
传感器模块，以及基于RFID技术的读取器。
[0039] 另一方面，根据本发明的原理，用于电动车的电池更换式充电站系统可以包括经由有线和/或无线通信单元执行或者中继与充电站控制单元50的通信的通信模块60。由于通信模块60可以与在电动车中提供的传输单元（未示出）通信，则通过经由与电动车的通信接收诸如电池更换预订、电动车位置、电池类型等等之类的信息并且在充电站控制单元50的控制下预先控制电池更换机械手30等等，更换操作可以被更快执行。
[0040] 图8a至图9b是解释根据本发明原理的实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统中的电池更换机械手以及电池安装模块的结构和操作的图例。更具体地，图8a和8b是解释取出放电后的电池的过程的前视图和透视图，图9a和9b是解释安装充满电后的电池的过程的前视图和透视图。
[0041] 电池更换机械手30设置在充电站主体20中用以实际执行电池的更换操作。只要更换操作能够被有效地执行，任何能够应用于各种工业领域的传送机械手都可以被采用作为电池更换机械手30而没有限制。
[0042] 例如，在该实施方式中，充电站主体20可以为近似于 的形状，包括垂直主体21和水平主体22。因此，该电池更换机械手30可以被配置成包括电池传送和安装机械手31以及电池弹出和装载机械手32，从而能够适用于充电站主体20的结构。
[0043] 所述电池传送和安装机械手31可以为将之前安装在电动车的电池安装模块210中的放电后的电池10取出、然后传送充满电后的电池并且安装到电池安装模块210上的机械手，所述充满电后的电池从所述电池装载单元70弹出。此外，电池弹出和装载机械手32可以为将存放在电池装载单元70中的充满电后的电池弹出并然后将该充满电后的电池提供给电池传送和安装机械手31、或者从电池传送和安装机械手31接收放电后的电池并然后将其装载到电池装载单元70的机械手。所述电池传送和安装机械手31和电池弹出和装载机械手32可以通过适当地布置至少一对机械手而被配置，取决于充电站主体20的大小、电池10的处理比例等等。
[0044] 所述电池传送和安装机械手31可以被配置成包括：固定轨31a，安装在充电站主体20的上部；传送轨31b，安装成能在与固定轨31a
正交的方向移动；升降轨31c，安装成能沿着传送轨31b的长度方向或者与传送轨31b的正交方向移动；以及夹持单元31d，安装在升降杆31c的底部以执行在更换电池的过程中的
锁定和解锁操作。此外，虽然固定轨31a、传送轨31b和升降杆31c在图中并没有详细显示，但是很明显地，产生动力以用于这些轨或施加动力给这些轨的驱动单元可以被包含在其中。
[0045] 同时，夹持单元31d包括安装在升降杆31的底部的
基板31d1，以及安装在基板31d1上以执行锁定和解锁操作从而锁定或解锁电池10的多个夹具31d2。此外，夹具31d2可以在基板边缘彼此面对地成对布置从而在进行向其内侧或者外侧的转动时能够勾住电池或者松开电池。此外，夹持单元31d可以包括在基板31d1内部用以驱动夹具的夹具驱动装置（未示出）。
[0046] 此外，夹具单元31d包括在基板31d1处用于松开放电后的电池的固定状态的脱夹件31d3以及用于当安装在电池安装模块210上的电池被释放时在基板31d1处
定位电池10的位置确定件31d4。
[0047] 脱夹件31d3可以在基板31d1的相对于夹具31d2的非安装部分的部分彼此面对地成对布置。当电池10被释放时，脱夹件31d3通过夹具驱动装置（未示出）以直线状态降低，如图8a和8b所示。此外，当充满电后的电池被安装时，脱夹件31d3以向外标出（title）状态（向外打开状态）降低，如图9a和9b所示。此外，位置确定件31d4执行电池在被插入在电池处形成的导向孔的上侧时被精准地放置在基板31d的底部的功能。作为参考，此后将描述的电池安装模块210的位置确定件215执行电池在被插入在电池处形成的导向孔的较低侧时被精准地放置在电池
基座上的功能。
[0048] 同时，电池安装模块210被安装在电动车的
框架（未示出）上，并且包括：电池基座211，所述电池被安置在其上，电池基座211具有电连接到电池的接头单元；多个固定单元
212，用于将电池固定到电池基座211上；以及安装模块
门213（见图2），被安装以密封电池基座211的一部分并且当更换所述电池时被开启。
[0049] 所述安装模块门213可以被配置成具有各种类型，其中安置有电池的电池基座211能够被有效地密封，并且当更换电池时开启安装模块门213以由所述夹持单元31d快速地执行更换电池的操作。
[0050] 例如，安装模块门213可以被配置成如图4所示的在电池基座211的前面和后面的方向关闭和开启的结构。另外，安装模块门213可以优选地被配置成在如图2中简单示出的保护导向件23所环绕的内部空间中关闭和开启的结构，从而当更换电池10时电池尽可能少地暴露在外部环境中。
[0051] 此外，电池安装模块210还可以包括多个位置确定件215，该位置确定件215以管脚的形式配置，从而插入形成在电池上的导向孔，以用于被定位和安装在电池基座211上的电池10。此外，电池固定单元212可以被安装在电池基座211的边缘并且被配置成包括用于固定电池的锁定钩212a和用于通过向锁定钩212a施加弹性力来维持固定状态的弹性件212b。
[0052] 此外，电池10可以以对应于电池基座211的矩形形状形成。也就是说，包括例如主体内具有对应于座槽部分214的形状的单元（cell）的充电模块被内置，并且锁定槽部分212可以被安装以用于安置且锁定于电池的边缘的锁定钩212a。
[0053] 同时，根据所述实施方式的电池弹出和装载机械手32以升降汽缸形式配置，包括升降杆32a和形成在升降杆32a的顶部的装载盘32b，如图6所示。然而，只要电池弹出和装载机械手32能够容易且精确地弹出和装载，并不限制电池弹出和装载机械手32的结构或者类型。
[0054] 图10是说明根据本发明原理的实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统的修改示例的框图。
[0055] 根据本发明原理，用于电动车的电池更换式充电站系统还可以包括用于引导电动车200驶入充电站主体20的停止位置以与电池更换位置对应的车辆停止位置导向单元80。
[0056] 例如，车辆停止位置导向单元80可以包括用于检测电动车的驶入位置的驶入检测单元（未示出），以及用于在充电站控制单元50的控制下根据驶入检测单元的检测
信号通知司机诸如当前位置、电池更换位置、移动方向、移动距离等等的位置信息的通知装置（未示出）。
[0057] 此时，通知装置可以被配置成包括至少一个显示单元（诸如通过文字、图画、图像等等显示位置信息的监控器）、声音输出单元（诸如输出
语音信号的扬声器以便司机可以通过聆听确认）以及根据位置信息闪烁以便司机可以通过灯的闪烁确认的照明单元。
[0058] 同时，根据本发明原理的用于电动车的电池更换式充电站系统还可以包括车辆移动单元90，该车辆移动单元90在电动车的停止位置与更换位置不对应时将电动车移动到更换位置。
[0059] 这种车辆移动单元90可以被配置成具有任何结构而没有限制，只要车辆移动单元安装在临近充电站主体20的路上以便当电动车的停止位置与更换位置不对应时其可以将车辆移动到预定位置。例如，车辆移动单元90可以通过选择可以以向前和向后方向传输的皮带式传送机、链式传送机以及滚轴式传送机中的任何一者被配置。
[0060] 此外，根据本发明原理的用于电动车的电池更换式充电站系统还可以包括用于存储诸如使用历史、充电历史、恢复历史等各种信息的存储单元110。由此，在从电池的制造时间到其废弃时间的时间段期间，可以使用充电站控制单元有效执行管理和监控。
[0061] 存储在存储单元110中的信息在由充电站控制单元50等处理之后可以通过经由通信模块60或者离线向车主或者司机提供附加服务而在车辆管理等中使用。
[0062] 同时，以上描述的用于电动车的电池更换式充电站系统已经基于其中电动车被配置成典型车辆的配置（诸如在公共传输中使用的总线之类）被描述。然而，诸如轿车、面包车、
卡车等的所有车辆可以被应用到用于电动车的充电站。
[0063] 下面，将概要描述根据实施方式的用于电动车的电池更换式充电站系统的操作。
[0064] 如图1所示，当在充电站中的电池更换被预订并且通过与在电动车和通信模块60中提供的发射单元（未示出）通信而输入被更换的电池类型、电动车的位置等时，充电站控制单元50可以控制电池更换机械手30从而通过处理从通信模块60接收的数据已经准备好预订类型的电池。当然，如果仅存在一种类型的电池，这一过程可以简
化成仅预订过程。
[0065] 随后，当电动车驶入充电站主体20时，信息识别单元40识别关于驶入电动车的信息，并且将信息应用到充电站控制单元50。根据这一获取的信息，充电站控制单元50可以确定电动车是否是被预订更换电池的车辆。在这种情况中，当车辆是预订车辆时，更换操作可以通过驱动电池更换机械手30和弹出预订电池来执行。即使车辆不是预订车辆，控制操作可以根据由信息识别单元40获取的信息或者司机的要求来执行。
[0066] 下面将详细描述电池的更换过程。如图2和图4所示，当电动车驶入在常规位置的充电站主体20时，在充电站控制单元50的控制下通过降低保护导向件23来密封电池安装模块210。在更换过程中，当电动车的停止位置与电池更换位置不一致时，更换操作可以在使用车辆移动单元90将电动车移动到电池更换位置中之后执行。
[0067] 此外，当电池安装模块210被保护导向件23密封时，密封电池基座211的部分的安装模块门213打开，并且其中的放电后的电池露出。此时，已经安装在电动车上的放电后的电池的取出过程首先由电池传送和安装机械手31执行。也就是说，夹持单元31d从出口22a的常规位置降低，并且放电后的电池根据传送轨31b以及升降杆31c的操作被锁定、分离和从外部取出，传送轨31b与固定轨31a一起传输，升降杆31c与传送轨31b一起升降。这种已取出的放电后的电池可以从电池传送和安装机械手31转送到弹出和装载机械手32，并且容纳和存放在电池装载单元70中。同时，用于用充电电池更换的另一传送和安装机械手31可以将从电池弹出和装载机械手32转送的充电电池安装到电池基座211上。此外，当完成充电电池的更换操作时，如图3所示，电池安装模块210可以基于安装模块门
213的闭合操作被再次密封，并且随后当密封电池安装模块210的保护导向件23被抬高时电动车处于电池更换操作全部完成的同时可以被再次驾驶的状态。
[0068] 如上所述，在根据本发明原理的用于电动车的电池更换式充电站系统中，由于提前执行了针对更换电池的预定并且可以在电动车以根据预订信息准备好对应电池（例如单一类型的电池）的状态驶入时通过机械手快速更换电池，则电池的更换操作可以在30秒的短时间内执行，在此期间在电动车被应用为公共运输装置的情况下乘客还可以乘坐在电动车中。
[0069] 在根据本发明原理的用于电动车的电池更换式充电站系统中，由于提前执行了针对更换电池的预定并且可以在电动车以根据预定信息准备好对应电池（例如单一类型的电池）的状态驶入时通过机械手快速更换电池，则电池的更换操作可以在30秒的短时间内执行，在此期间在电动车被应用为公共运输装置的情况下乘客还可以乘坐在电动车中。此外，由于所有更换操作可以由机械手自动处理，提高了便利性和安全性。
[0070] 相应地，由于能够解决可能成为电动车的繁荣和活力的主要障碍的充电基础设施的问题，则可能带来电动车的繁荣和活力并且通过各种相关工业发展和国际竞争保障来提升全民兴趣。
[0071] 前面介绍的是示例性实施方式，但并不是作为限制。虽然已经介绍了几个实施方式，但是本领域普通技术人员能够容易地意识到可能对实施方式有各种改变，而实质上不脱离新颖的教导和优点。因此，所有这样的改变都属于
权利要求书所定义的本发明的思想的范围之内。在权利要求中，装置+功能的表述意在覆盖本文描述的结构，以作为执行列举的功能，并不仅是结构上的等同并且还有等同的结构。
