电池交换系统的制作方法

本发明涉及用于电动汽车(包括混合动力汽车)的电池交换系统。

背景技术：

电动汽车需要特殊的电源管理。当电池已放电时，必须对其进行充电或者更换。充电过程可以对汽车使用者造成相当长时间的延迟，或者因为充电站入口在街上，所以充电过程会不方便。首先必须卸下已放电的电池，然后必须安装已充满电的电池。现有电池交换系统需要精确地校准汽车以及适当的升降装置。例如，us5612606所述的现有电池交换系统的整个过程对时间要求高，而且需要昂贵的设备。

技术实现要素：

本发明的一个目的是弥补这些不足。

为此目的，根据一个实施例，本发明提出用于电池供电的电动车辆的一种电池交换系统，包括：

-可互换的电池块；

-电池基座，所述电池基座被限定在电动车辆底面，且向下开口，所述电池基座适于容纳电池块，以便当从电动车辆下面提升该电池时，通过垂直安装进行电气和机械连接，当所述电池块电气和机械连接到电池基座时，所述电池块处于相对于电动车辆而言在水平面中限定预定的参考位置；

-电池提升装置，用于在电动车辆下面提升电池块；

特征在于，电池块和电池基座具有导引装置，所述导引装置适于相互配合，以便当提升电池块以安装在电池基座中时，朝参考位置水平地引导电池块，

而且特征还在于，当提升电池块以安装在电池基座中并且朝参考位置对其进行水平引导时，电池提升装置适于使电池块相对于电动车辆水平地自由移动。

由于这些配置，电池块和电池基座的安装通过非常简单且廉价的方式进行机械引导，这样能够利用更简单的不太精确的定位系统在电动车辆下面定位。

在根据本发明的电池交换系统的各个实施例中，可以额外求助以下设置中的一项和/或其它项：

-所述导引装置包括至少一个坡口形状的凸起部分以及至少一个适于容纳所述坡口形状的凸起部分的凹入部分，所述坡口形状的凸起部分和凹入部分中的一个属于电池块，另一个属于电池基座；

-电池块具有包括周壁的外部罩壳，所述至少一个坡口形状的凸起部分属于所述周壁；

-所述周壁具有形成所述至少一个坡口形状的凸起部分的金字塔状部分；

-所述至少一个坡口形状的凸起部分至少是锥形螺栓；

-所述电池块按照第一水平方向纵向延伸，而且所述至少一个坡口形状的凸起部分至少按照基本上垂直于所述第一水平方向的第二水平方向逐渐缩减；

-所述导引装置包括至少一个凸起部分以及适于容纳所述凸起部分的至少一个漏斗形凹入部分，所述凸起部分和漏斗形凹入部分中的一个属于电池块，另一个属于电池基座；

-电池基座具有包括内部周壁的内部罩壳，所述至少一个坡口形状的凹入部分属于所述内部周壁；

-所述内部周壁具有形成所述至少一个坡口形状的凹入部分的内部的金字塔状部分；

-所述至少一个坡口形状的凹入部分至少是锥孔；

-所述电池块按照第一水平方向纵向延伸，所述至少一个坡口形状的凹入部分至少按照基本上垂直于所述第一水平方向的第二水平方向逐渐缩减；

-所述导引装置包括滑动面，所述滑动面适于在彼此上滑动，以便朝参考位置水平引导电池块；

-所述导引装置分别包括至少一个辊子以及锥形表面，所述辊子在所述锥形表面上滚动，以便朝参考位置水平引导电池块；

-当提升电池块以安装在电池基座中并且朝参考位置对其进行水平引导时，电池提升装置适于相对于电动车辆自由地水平移动；

-电池提升装置包括用于支撑电池块的平台以及用于升降平台的提升组件，所述电池块可在平台上自由地水平移动；

-所述电池块可以在平台上水平滑动；

-所述电池块滚动地支撑在平台上；

-所述平台具有辊子；

-所述电池块按照第一方向滚动地支撑在平台上，所述辊子按照基本上垂直于第一方向的第二个方向延伸，并且使电池块能够按照第二方向自由滑动；

-电池交换系统进一步包括电池交换站，所述电池交换站包括：

车道，电动车辆可以在所述车道上按照第一水平方向前进；

提升道，提升装置可以沿着所述提升道按照基本上垂直于第一方向的第二方向移动，所述提升道在车道下面，

其中，车道具有开口，当提升电池块以便安装在电池基座中时，该开口适于供电池块自由穿过，所述开口与提升道相对应；

-车道包括至少一个轮阻挡装置，适于把电动车辆阻挡在适于电池交换的预定位置；

-电池交换系统进一步包括调整机构，用于按照平行于车道的方向调整阻挡装置的位置；

-电池交换系统进一步包括读取器和控制单元，所述读取器适于读取与电动车辆相关的信息支持，所述控制单元适于根据所示信息控制调整机构；

-电池提升装置可相对于车辆水平移动，电池交换系统进一步包括：

至少一个位置传感器，适于检测电池块相对于电池基座是否正确定位，以便朝电池基座提升电池块；

控制系统，适于根据从所述位置传感器接收的信息相对于车辆移动提升装置。

-电池提升装置包括：

用于支撑已充电的电池块的第一平台，

用于升降第一平台的第一个提升组件，

用于支撑已放电的电池块的第二平台，

用于升降第二个平台的第二个提升组件；

-所述导引装置适于在最大幅度内相对于电动车辆基本上水平地移动电池块，所述最大幅度大于1厘米，优选地大于3厘米，更优选地大于5厘米，例如在3至15厘米之间，尤其是在3至10厘米之间；

-电池块至少在所述最大幅度内基本上水平地自由移动(例如，可自由移动地支撑在属于电池提升装置的平台上)。

在一个实施例中，本发明涉及到在各种类型电动汽车中可用的通用电池块及其在车辆底盘的中央控制台的安装、电池更换过程以及电池更换系统。本发明的一个优点展现为具有合适形状的电池块，使之能够以低成本快速更换电动车辆中的电池。

电池块可由合适形状的壳体或外部罩壳构成，相连的电池单元设置在其中。壳体的形状可以是具有矩形底的截棱锥。电池块在圆周支架上的壳体侧面上可具有孔，用于插入机械锁。壳体在上侧可具有电连接器端子，在下侧可具有位置传感器。位置传感器可位于壳体底座的几何中心，并且例如可以通过无源晶体或镜子构成。电池块可具有锥形面，优选具有滑动面。电池块可进一步包括数据传输连接器。

电池块可固定在属于电动车辆的电池盒或电池基座中，这样，利用电池盒的机械锁固定壳体上部，电池底部可以与底盘平面重叠。

电池盒可具有相应形状，以便安装电池块，并且可将所述电池盒牢固地并入车辆底盘的中央通道中，所以下部与底盘下边缘齐平。电池壳体的前后轴正好位于电动汽车的前后轴中。

电池盒可连接到备用电源，所述电池盒可包括与控制单元进行无线通信的装置、电气连接器、用于附接电池的机械锁以及至少一个位置传感器。车辆中央通道中电池的一个优点是车辆支撑结构变化最小。

电池盒至少在横向侧可具有滑动面，从而有助于把电池插入电池盒中。例如，滑动面可具有集成的珠或硅树脂辊子。机械锁可以是斜口弹簧锁，通过弹簧把所述斜口弹簧锁与机电驱动器相连。位置传感器可以是压力传感器。可以设置无线通信装置，适于把传感器信号传递到控制单元、接收通信以及处理来自控制单元的命令。电池盒可进一步包括数据传输的连接器以及防潮防尘的外围密封装置。

在一个特殊实施例中，电池更换系统可包括斜坡、用于运输电池的小车(或电池提升装置)以及控制单元。系统可有利地包括连接到控制单元的智能卡读取器。

小车把电池块从充电存储器运动到车辆下面的位置。可通过其自身电力驱动小车，而且小车可具有位置传感器以及与控制单元进行通信的装置。小车可设置有具有升降装置(或升降组件)的两个纵向台(或平台)，一个用于已充电的电池，另一个用于已放电的电池。例如，位置传感器可以是红外辐射源或激光源。每个升降装置都可以包括通过其动力(例如，通过压缩机)驱动的活塞或千斤顶。两个台都具有滑动面，以便有助于电池块在台上移动，例如，通过具有硅树脂辊子、珠或轴承的金属框架形成所述台。已放电的电池台优选具有一种漏斗型斜面(锥形面)，这样使之能够调整已放电的电池的位置。斜面优选具有滑动面。

控制单元可以是计算机，所述计算机提供与小车以及车辆电池盒的通信，优选还与斜坡(或者更普遍而言，车道)以及所述读卡器通信。控制单元处理来自小车和电池壳体的位置传感器的信号，并且控制车辆下的小车的水平移动。控制单元还控制小车的升降装置的运动以及机械锁的移动。控制单元与小车、斜坡和/或读卡器的通信可以是直接(有线)通信或无线通信，控制单元与车辆电池盒的通信是无线通信。

斜坡可具有装有压力传感器的前轮锁定机构(阻挡装置)。取代斜坡，车道还可以是道路平面中的平台的形式，所述平台沿着车辆纵轴有开口，或者车道包括用于提升车辆的液压提升平台。优选可以按照前后方向调整前轮锁定机构，并将其连接到控制单元。可以根据车辆类型按照纵向调整锁定机构的位置。前轮锁定机构可以是托架。

电池交换过程包括把已充电的电池从充电存储器运输到车辆的电池盒中，以及把已放电的电池从车辆电池盒运输到充电存储器中。

电池交换过程可涉及到以下步骤：

1)车辆进入斜坡，并且将其前轮锁定在锁定机构中，

2)带有已充电的电池小车从垂直于车辆纵轴的方向到达车辆下面，基于小车与已放电的电池的位置传感器对齐，小车停止，

3)小车提升已放电的电池的纵向台，并将其推向已放电的电池，以便激活电池盒的(压力、位置)传感器，由此促使从电池孔移除机械锁，随后从电池盒释放已放电的电池，

4)然后，带有已放电的电池的台向下移动到初始(较低)位置，

5)然后，小车按照预定的不变距离移动，以便带有已充电的电池的台正好在电池盒下方，

6)利用升降装置在台上提升已充电的电池，并将其推入电池盒中，以便迫使机械锁进入电池侧的孔，由此把已充电的电池固定在车辆的电池盒中，以及

7)把已充电的电池固定在电池壳体中，使得电池和车辆的电气连接器对齐并使其相连，

8)已充电的电池的台回到其初始(较低)位置，然后小车离开充电存储器，

9)释放前轮锁之后，车辆离开。

可以利用可调整机构设置车辆的前后位置，以便根据前轮轴与壳体前缘之间的距离调整斜坡上的锁定机构的位置。针对每种类型车辆的这个数据保留在车辆文件中，优选保留在智能卡上。通过前轮锁定机构按照预期位置把车辆固定在斜坡上。

小车在轨道上移动，通过所述控制单元控制其移动，如上文所述。通过位于小车和已放电的电池上的位置传感器确保小车的侧向定向。在控制单元对来自于位置传感器的信号进行处理，这样，当位置传感器在彼此上方时，促使小车停下。

通过电池以及电池盒的锥形形状及滑动面支持把已充电的电池插入电池盒。插入的电池可略微垂直地与车辆底盘重叠。

连接电池和电池盒的连接器表示交换过程已经成功终止。

小车离开充电存储器，由此移除已放电的电池，并把另一个已充电的电池加载到小车上。

附图说明

通过以下作为非限制性实例结合附图列出的多个实施例的详细说明，本发明的其它特征和优点显而易见。

在附图中：

-图1是根据本发明第一实施例的电池块的透视示意图，

-图1a是图1的电池块的端视图，

-图1b至图1d是局部透视图，显示了图1的电池块的变体，

-图2是透视示意图，显示了用于在电动车辆下面容纳图1的电池块的电池基座，以倒转的位置显示所述电池基座，

-图3显示了图2的电池基座的机械锁的细节，

-图4和图4a显示了用于运输和提升电池块的电池提升装置(小车)的两个变体，

-图5和图6显示了具有压力传感器的前轮阻挡装置(锁定机构)，适于放置在车道中，以便把车辆放在适当的位置，

-图7是更换电池块时车辆的前视图，

-图8是更换电池块时车辆的侧视图，

-图9是根据本发明第二实施例的电池块的透视示意图，显示了属于车辆的电池基座的机械锁，

-图10和图11分别是图9的电池块的顶视图和侧视图，

-图12和图13是图9电池块电池块容纳在车辆电池基座中时的截面示意图。

具体实施方式

各图都是示意图；可能没有始终遵循各个零件的尺寸。

如图7和图8中最清晰可见，本发明涉及到用于电池供电的电动车辆v的电池交换系统。电动车辆v可以是全全电动车辆或者是混合动力车辆。

电池交换系统包括：

-可互换的电池块1；

-电池基座2，所述电池基座2固定在电动车辆v底面(例如，与电动车辆v的中央通道一致)并且向下敞开，所述电池基座2适于容纳电池块1，以便从电动车辆v下面提升该电池时，通过垂直安装进行电动和机械连接；

-用于在电动车辆v下面提升电池块1的电池提升装置4，以便从充电存储器(未显示)带入已充电的电池块1，从电池基座移走已放电的电池块1，将已充电的电池块安装到电池基座2中，并且将已放电的电池块运输到充电存储器，

-控制单元5(uc-图6)，比如计算机或类似装置，用于控制电池提升装置4，并且在某些实例中用于与电池基座2、轮阻挡装置3a以及读卡器50(cr)进行通信，所述轮阻挡装置3a例如用于阻挡车辆前轮w，所述读卡器50(cr)最好位于车道3入口，通过所述控制单元5可将车辆v一直开到轮阻挡装置3a。

控制单元5适于定位电池提升装置4，以便使电池提升装置4能够从电动车辆取出已放电的电池块，并且基本上将电池提升装置4定位到使已充电的电池块1接近参考位置的位置，该位置是按照垂直方向z提升时使已充电的电池块1能够安装在电池基座2中的精确位置。

已充电的电池块1无需精确地位于该参考位置，所述已充电的电池块可以按照任何水平方向x，y(在这个实例中，x是电动车辆v的纵向，y是横向)从该参考位置偏移几厘米。

为了处理这种情况，电池块1和电池基座2具有导引装置，所述导引装置适于相互配合，以便当提升电池块1以安装在电池基座2中时朝参考位置水平引导电池块1。此外，当提升电池块1以安装在电池基座2中并朝参考位置对其进行水平引导时，电池提升装置4适于使电池块1相对于电动车辆v自由地水平移动。

所述导引装置可包括至少一个坡口形状的凸起部分以及至少一个容纳所述坡口形状的凸起部分的凹入部分，所述坡口形状的凸起部分和凹入部分中的一个属于电池块1，另一个属于电池基座2。此外或者作为变体，所述导引装置可包括至少一个凸起部分以及至少一个适于容纳所述凸起部分漏斗形凹入部分，所述凸起部分和漏斗形凹入部分中的一个属于电池块1，另一个属于电池基座2。当然，凸起部分和凹入部分可以都是坡口形状的。坡口形状的凸起部分和/或凹入部分可以按照一个水平方向(尤其是横向y)或两个水平方向x，y，或者按照所有水平方向(例如，圆锥形状)逐渐缩减。

所述导引装置可包括滑动面，所述滑动面适于在彼此之上滑动，以便朝参考位置水平引导电池块1。导引装置的两个滑动面可以是光滑的刚性表面，以便能够以低摩擦在彼此之上自由滑动。其中一个表面可以是扁平的，而另一个表面可包括滑动块或珠或凸条或其它浮凸。滑动面可以是金属的；所述滑动面可以包括摩擦系数较低的减小摩擦的涂层，例如特氟龙(r)或其它涂层。

在一个变体中，所述导引装置可分别包括至少一个辊子以及锥形表面，所述辊子适于在所述锥形表面上滚动，以便朝参考位置水平地引导电池块1。

关于实现已充电的电池块1水平自由移动的方式，当提升电池块1以安装在电池基座2中并且朝参考位置对其进行水平引导时，电池提升装置4可适于相对于电动车辆v(至少按照一个方向，例如，横向y，或者最好按照两个方向)水平地自由移动。在一个优选变体中或者除上述内容外，电池提升装置4可包括用于支撑电池块1的平台4a以及用于升降平台4a的提升组件4a'，而且电池块1可以在平台4a上水平地自由移动(所述电池块1可以在平台4a上水平滑动和/或滚动地支撑在平台4a上)。在彼此之上滑动的电池块1和平台4a的各个滑动面可以是能够在彼此之上以低摩擦自由滑动的光滑刚性表面。其中一个表面可以是扁平的，而另一个表面可包括滑动块或珠或凸条或其它浮凸，或者辊子按照第一方向滚动，并且能够按照基本上垂直于第一方向的第二方向自由滑动。滑动面可以是金属的；所述滑动面可以包括摩擦系数较低的减小摩擦的涂层，例如特氟龙(r)或其它涂层。例如，可以通过桥台对电池块1在平台4a上的自由移动进行限制，以免电池块1从平台4a掉落。

第一实施例

可互换电池块

图1和图1a显示了根据本发明第一实施例的可互换的电池块1的一个实例。

在第一实施例中，电池块1具有外部罩壳10，所述外部罩壳容纳相互连接的电池单元(未显示)并且包括周壁11、基底12(例如，在电池块1周围形成突出脊)和顶部16。周壁11可具有水平截面不变的下部13以及形成所述至少一个坡口形状的凸起部分的上金字塔状部分。

金字塔状部分可包括：

-两个斜切纵向侧14，平行于方向x并且按照方向y朝顶部16收缩，

-以及两个斜切末端侧15，平行于方向y并且按照方向x朝顶部16收缩。

外部罩壳10的形状因此是具有矩形底的截棱锥，例如，其体积为150公升。外部罩壳10的典型尺寸可以是：长2000毫米，宽330毫米，高240毫米。

电池块的能量容量约为70kwh，能够供车辆行驶300-500km。

外部罩壳10周壁11的下部13可以形成圆周支架，在其边上有孔1a，以便从电池基座插入机械锁2a。

外部罩壳10可具有：

-例如在顶部16的电连接器端子1b；

-例如在顶部16的数据传输连接器1d，数据传输连接器1d完全隐蔽在外部罩壳10中，而且连接器的上边缘与顶部16齐平；

-以及位置传感器(例如，镜子)1c，例如，位置传感器位于外部罩壳10的基底12的几何中心。

两个斜切纵向侧14和/或两个斜切末端侧15可具有滑动面，例如，金属表面或者涂有减小摩擦的材料的表面，即低摩擦材料，比如特氟龙(r)或类似材料。这些滑动面可形成所述斜切侧的整个表面，或者可以设置为所述斜切侧上的滑动块14a，15a(图1b)或者滑动珠14c，15c(图1c)。

在一个变体中，如图1d所示，两个斜切纵向侧14和/或两个斜切末端侧15可具有辊子14d，15d，其形式为滚动球或卷轴。在辊子是卷轴的情况下，斜切侧14的辊子14d的旋转轴可平行于方向x，斜切侧15的辊子15d的旋转轴可平行于方向y。辊子可由硅树脂制成或者涂有硅树脂。

电池基座

如图2所示，电池基座2具有内部罩壳20，其形状最好与电池块1的外部罩壳10相对应，以便适于所述外部罩壳10的周壁11。

在图2的实例中，内部罩壳20具有形成下部开口的周壁21以及顶部26。

周壁21可具有水平截面不变的下部23以及上金字塔状部分，所述水平截面与所述下部13相对应，所述上金字塔状部分形成所述至少一个坡口形状的凹入部分，其形状与外部罩壳10的周壁11的上金字塔状部分14，15的形状相对应。

周壁21的金字塔状部分可包括：

--两个斜切纵向侧24，所述两个斜切纵向侧平行于方向x并且按照方向y朝顶部26收缩，

--以及两个斜切末端侧25，所述两个斜切末端侧25平行于方向y并且按照方向x朝顶部15收缩。

内部罩壳20可牢固地组合在车辆底盘的中央通道v1中(恰如在图6中所示意的)，所以其下部与底盘的下边缘齐平。电池壳体的前后轴直接位于电动汽车的前后轴中，即按照方向x。

电池基座2优选连接到备用电源，比如安装在车辆中的内置电池。电池基座2可包括用于附接电池块1的机械锁2a、电气连接器2b、数据传输连接器2c以及与控制单元5和压力传感器2d进行无线通信的装置2e。

如图2和图3所示，机械锁2a可分别包括壳体27、驱动阀杆28a的机电驱动器28以及弹簧锁29，所述弹簧锁包括斜切的前面29a并且通过弹簧29b有弹性地连接到阀杆28a。斜切的前面29a部分地向下朝向，所以在弹簧锁29处于锁定位置(如图3所示，在电池基座中突出)时，当把所述电池块安装在电池基座2中时，通过电池块1的凸轮作用把弹簧锁29向后推入壳体27中。当所述弹簧锁29面对电池块的相应孔1a时，通过弹簧29a将弹簧锁29自动推入所述孔1a内。当机电驱动器28把阀杆28a向后驱动到壳体27内时，把锁2a的弹簧锁29也驱动到壳体27内，并解锁电池块1。

电池基座2，尤其是斜切侧24和/或25(尤其是斜切侧24)，也可以具有与上文关于电池块1所述的滑动面和/或辊子类似的滑动面和/或辊子。在斜切侧14，15具有珠或辊子的情况下，相应侧24，25可以是扁平表面。相反，在斜切侧24，25具有珠或辊子的情况下，相应侧14，15可以是扁平表面。

无线通信装置2e适于把信号从压力传感器2d传递到控制单元5、接收通信以及处理来自控制单元5的命令。

电池基座2可进一步包括防潮防尘的外围密封装置。

电池交换站

电池交换系统进一步包括图7和图8所示的电池交换站6，包括车道3，电动车辆v可以在所述车道3上按照方向x前进。车道3可以是上升斜坡30，电动车辆可以从地面的水平面41滚动至所述斜坡上，所述斜坡具有开口31，以便当提升电池块1以便安装在电池基座2中时，所述开口供电池块1从中穿过。斜坡30可由金属或其它材料制成的支撑结构32支撑。

车道3可包括侧向导引装置，以便按照方向y大体上定位电动车辆v。此外，如图5和图6更详细所示，车道3可具有一个或两个前轮阻挡装置3a，以便当电池基座与开口31对齐时，阻挡电动车辆的前轮w。阻挡装置3a可以是托架，电动车辆可在所述托架上滚动。阻挡装置3a可装有连接到控制单元5的压力传感器3b，以便检测轮子w是否处于所述阻挡装置。

在所有车辆v都相同，或者电池基座的前缘到前轮轴的距离都相同的情况下，阻挡机构可以是固定的，而且是不可调的。

在其它实例中，尤其是在电动车辆可为不同类型的情况下，阻挡装置3a按照前后方向即方向x可调。例如，可以通过由控制单元5控制的电气调整机构33进行调整。在一个实例中，把阻挡装置3a在斜坡30上按照方向x可被滑动地引导，例如，调整机构33可包括一个或多个小齿轮，所述小齿轮安装在阻挡装置3a中并且与平行于方向x延伸的齿条34啮合，以便调整阻挡装置3a的位置。

可对控制单元5进行编程，以便根据电动车辆的类型把前轮阻挡装置3a设置到所需位置。

例如，可对控制单元进行编程，以便把阻挡装置3a的位置设置在与开口31的中心相隔距离k＝x+b/2的位置，其中x是前轮轴与电池基座2的前缘之间的距离，b是电池基座2的长度。距离x在车辆文件中可见，并且可以提前记录在控制单元5中。

可由驾驶员或操作员把车辆类型手动录入控制单元5，或者例如可以通过与控制单元5进行通信的相机对其进行自动识别。

当电池交换站装有适于读取智能卡的读取器50时，驾驶员可以把车辆详情登记在智能卡中，例如，所述车辆详情为所述距离x。在这种情况下，在车辆开到斜坡30之前，通过读取器50读取智能卡时，把距离发送到控制单元5，并由控制单元相应地设定阻挡装置3a的位置。

如图7和图8所示，电池交换站6还包括提升道，电池提升装置4可以沿着所述提升道按照垂直于方向x的方向y移动。提升道可以通过一个或两个轨道40实现，电池提升装置4可以在所述轨道上滚动。轨道40可处于地面41的水平面，而且斜坡30足够高，以至于提升装置4可以在车道下面移动。在一个变体中，斜坡30可处于地平面，提升道40在地下。

轨道40的位置在斜坡30的所述开口31下面。

如图4、图7和图8所示，电池提升装置4可包括：

-第一平台4a(纵向台)，用于支撑已充电的电池块1，

-第一提升组件4a'，用于升降第一平台4a，

-第二平台4b(纵向台)，用于支撑已放电的电池块1，

-第二提升组件4b'，用于升降第二平台4b。

电池提升装置4可包括通过轮43安装在轨道40上的底盘42。

电池提升装置4因此能够把电池块1从充电存储器运输到车辆下面的位置(垂直于车辆轴的水平移动)，然后将其运输到车辆的电池盒2中(垂直运动)。电池提升装置4通过其自身动力在轨道40上被驱动。

电池提升装置4可装有位置传感器4c以及与控制单元5进行通信的装置4d。位置传感器4c可包括红外光束源以及检测器，所述检测器能够通过电池块1的镜子1c检测红外光束的反射。红外光束可由激光束代替。

提升组件4a'，4b'可分别包括通过其自身动力(例如，通过液压压缩机)驱动的四个活塞。在一个变体中，提升装置4a'，4b'是千斤顶。在提升道40位于路面下的情况下，最好针对电池交换站选择千斤顶，因为它们需要车辆下的垂直空间较小。

两个平台4a，4b，尤其是平台4a，可具有滑动面，以便有助于通过适当地滑动或者通过滚动使电池块1在水平面移动。例如，可以通过金属框架构成每个平台4a，4b，所述金属框架具有辊子，例如球，或者更优选的是，卷轴4f，卷轴4f的旋转轴平行于方向y(图4)或者平行于方向x(图4a)。在图4的实例中，卷轴4a使电池块1能够按照方向x自由滚动，并且使电池块1按照方向y自由滑动。

可由任何滑动面代替辊子4f，例如，所述滑动面为金属表面或者涂有减小摩擦的材料的表面，也就是低摩擦材料，比如特氟龙(r)或类似材料。这些滑动面可以构成所述平台4a，4b的整个表面，所述平台4a，4b可以是扁平的或者可具有与图1b类似的滑动块或者与图1c类似的滑动珠或者其它浮凸。

作为一个变体或者此外，提升已充电的电池块1时，控制单元5可适于使轮43自由旋转，以便有助于电池块1在安装到电池基座中的过程中平行于方向y移动。

在这个特殊实例中，平台4a，4b略微与电池块1外部罩壳10的基底12重叠(例如，每侧重叠1毫米)。

已放电的电池块1的第二平台4b优选装有漏斗形导引装置4e(具有锥形面)，这样使之能够调整已放电的电池块1的位置。漏斗形导引装置4e具有滑动面。

控制单元5是电池交换站的一部分，并且提供与电池提升装置4、电池基座2和阻挡装置3a的通信。对传感器信号进行处理，并且根据所述传感器信号控制电池提升装置4的水平移动以及提升装置组件4a'，4b'和电池盒机械锁2a的垂直移动。控制单元5与小车4和斜坡3的通信可以是直接(有线)通信，控制单元5与电池基座2的通信则优选是无线通信。

电池交换过程

上文所述的电池交换系统运行如下。

如上文所述，可能在调整阻挡装置3a的位置之后，电动车辆v进入斜坡30时，驾驶员使车辆向前移动，直到前轮w进入阻挡装置3a，然后使车辆停止。阻挡装置3a确保电动车辆v的前后位置正确，并因此使车辆的已放电的电池块1的前后位置正确。通过来自压力传感器3b的信号向控制单元5确认车辆位置。

然后控制单元5把信号发送到电池提升装置4(更具体而言，发送到电池交换站6的电池提升装置中的一个)，使已充电的电池块1在车辆v下，即在开口31下移动。

通过小车4的位置传感器4c和/或已放电的电池块1的位置传感器1c设置电池提升装置4的侧向定向。把来自位置传感器的数据发送到控制单元5，并且在位置传感器4c和1c正好在彼此上方的情况下，控制单元5把命令发送到电池提升装置4，以便停止。

停止之后，根据控制单元5的指令，第二提升组件4b'垂直向上延伸第二平台4b并且把已放电的电池块1更深地向上推入电池基座2中，以便激活压力传感器2d。根据从传感器2d接收的信号，控制单元5发送信号，以便从电池孔1a移除锁2a，由此从电池盒释放已放电的电池块1。

释放电池后，控制单元5发出指令，降低第二提升组件4b'，以便向下移动带有已放电的电池块1的第二平台4b。

在两个平台4a，4b都处于相同的较低位置的情况下，控制单元5使电池提升装置4平行于方向y按照不变的预定距离移动，以便具有已充电的电池的第一平台4a正好在电池基座2下面。

然后控制单元5(例如，延迟4秒)命令把机械锁2a释放回到其伸展(锁定)位置。

(利用第一提升组件4a')在第一平台4a上提升已充电的电池块1，并将其推入电池基座2中，以便迫使机械锁2a进入电池块1边上的孔1a。即便电池1没有完全与电池基座2对齐(例如，间隙可为+/-10厘米)，也可以把已充电的电池块1插入电池基座2。因为电池块呈锥形，而且电池基座2有滑动面，电池块1的锥形侧以及电池块1底部在第一平台4a上自由移动，所以可以实现这一点。

使已充电的电池块1和电池基座2的电气连接器1b，2b对齐导致其连接，该连接向控制单元5确认。

然后，控制单元5发送信号，把第一提升组件4a'降低到其初始较低位置。

随后，控制单元5可以发出指令，释放前轮锁定机构3a，或者车辆简单地在其上面滚动。

同时，控制单元5指示电池提升装置4返回到充电存储器，在此，从第二平台4b移除的已放电的电池块1，且将另一个已充电的电池块1放在第一平台4a上。

第二实施例

本发明的第二实施例与上文所述的第一实施例相似，因此不再对其进行全面地详细描述。所有未针对第二实施例进行说明的详细信息都与第一实施例相同或相似。

在第二实施例中，如图9-13所示，电池块1的形状为扁平块1.1，在其上侧有归位锥形体(锥形螺栓)1.2。

电池块的尺寸的实例可以是：长3000毫米，宽1100毫米，厚100毫米。根据电动车辆v的尺寸调整电池块1的尺寸。电池块1可从车辆v的前轴后面大约500毫米延伸到后轴后面大约600毫米。电池的宽度设置成，以便能够通过电池基座把机械锁2a锁定在电池块1两侧。

电池块可具有位于电池块1.1上侧的四个相同的归位锥形体1.2，两个前锥形体以及两个后锥形体。归位锥形体1.2的该数量有利于在把电池块插入车辆的电池基座中时实现在水平面正确地引导电池块。在该插入过程中，把每个归位锥形体1.2安装到属于电池基座2的顶部2.2的相应形状的锥孔2.3内(图12)。在该插入过程中，归位锥形体1.2在锥孔2.3内滑动，以便确保朝电池块1相对于电池基座2的适当位置水平引导电池块1。

关于车辆v，前归位锥形体1.2可位于中央通道每侧的底盘前缘附近，后归位锥形体1.2可位于车辆后座下面。

至少一对归位锥形体1.2包含电连接器端子1b，所述连接器端子适于连接到在相应锥孔2.3中形成的互补的电气连接器2b。归位锥形体1.2还可以包含用于加热或冷却电池块1的加热/冷却系统连接器1f，适于与在相应锥孔2.3中形成的互补的加热/冷却系统连接器(未显示)连接。优选地，后归位锥形体1.2包含电连接器端子1b，前归位锥形体1.2包含加热/冷却系统连接器1f。

归位锥形体1.2的形状优选为具有圆柱形下部发截头锥，其中，在插入车辆电池基座过程中，把锥形上部用于电池块1的自定位，下部圆柱部分则用于使已经居中的电池块1与车辆的电气连接器2b相连。归位锥形体的优选尺寸如下：高约为150毫米，直径约为120毫米。

位置传感器1c可在两个后锥形体1.2之间位于电池块1.1后部。可以是光传感器的一部分，例如形式为镜子或其它反射表面，而电池基座2则具有相应的位置传感器2c(图12)，例如，具有指示性光发射体以及光检测器以检测由镜子1c反射的光。

连接传感器1e可位于电池块1.1上部。优选是位于电池基座2顶部2.2的磁感传感器2e的磁铁配对物(图13)。

可以通过机械锁2a把电池块1附接到电池基座2。机械锁2a可以是在电池基座2的边2.1上延伸的摆动锁，例如，通过汽车底盘的入口构成。

如图12所示，每个机械锁2a可包括l形的弹簧锁2a1，在平行于方向x的旋转轴xo上将弹簧锁2a1枢转地安装在电池基座2中。通过伺服电机2a2启动弹簧锁，例如，所述伺服电机2a2位于电池基座2的侧面2.1上，以便使弹簧锁在解锁位置(图12中的虚线)与锁定位置(实线)之间旋转，在所述解锁位置，锁2a释放电池块1，在所述锁定位置，弹簧锁2a1施加于电池块的侧面以及电池块的下面，以便把所述电池块1保持在电池基座2中。

电池基座2是在车辆底盘上形成的，而且其尺寸与扁平块1.1相对应，把电池块1插入电池基座2中时，例如，使侧面间隙为40毫米。

在这个实施例中，例如，电池提升装置的第一平台和第二平台4a，4b可具有金属辊子4f，而不是硅树脂辊子。例如，金属辊子可由镀锌金属制成。