电池更换系统和方法
【专利说明】电池更换系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
本申请主张对2013年9月10日提交的标题为“Battery Powered OHV With OnboardBattery Changing System And Bucket(带有机载电池更换系统和I产斗的电池供电式OHV)”的美国临时申请序号N0.61/876216的优先权，并且该临时申请的整个公开通过弓I用而并入本文中。
技术领域
[0002]本文中所描述的主题涉及电力供能的系统，诸如电动车辆。
【背景技术】
[0003]地下采矿作业中所利用的采矿车适合于适应车辆运行的环境的严格限制。窄通道、急弯、低顶板以及小的临时工作台区或仓库区导致具有低型面、更短的轴距或铰接式框架和大大地加固的操作员操纵室的车辆。
[0004]能够通过使用柴油机或电动机来实现地下推进，然而，电池驱动式电动机通过减少排放物和塞子或软管的残留物并减少与燃烧有关的事故的实例而提供优点。电动机由各种化学类型的电池供电，并且倾向于由重型而不容易灵活操纵的单元组成。
[0005]在地下采矿作业中，以电池给车辆及相关的装备供电的方式存在明显的优点。这些优点包括:减少排放物;相对安全；以及减少与燃烧有关的事故。正如典型的家用电池的使用情况那样，在某段时间之后，将需要替换电池。由于能够使电池下降于指定的临时工作台区并安装替换件而能够促进电池替换。
[0006]单元构成单个的电池。继而，电池被容纳于电池箱中，当电池在采矿环境下运行时，电池箱为电池提供一定程度的加固保护。对于那些具有监测电池数据或执行例程的微处理器的电池，可能要求将全部的电池或一部分的电池容纳于防爆箱中。在安装于采矿车时，电池箱由托盘或隔间支撑。电池的替换既不高效，也不容易。由于电池的尺寸和/或重量，连同矿内侧的严格限制，导致车辆中的电池的更换可能是成问题的且耗时的。
[0007]另外，车辆在采矿作业的期间移动经过的表面可能呈波浪形而高低不平。行进于这些表面上可能对由车辆运载且/或给车辆供能的电池造成突然的位移或其他震击作用。这些位移或震击作用可能导致电池变得从车辆移出，从而造成相当大的安全风险且/或导致停止对车辆的供电。
[0008]—些当前可获得的地下采矿电池供能的车辆不具有车载电池更换系统。这些机器中的电池的交换要求使用提升机或其他提升装备。这导致在所要求的电池充电或交换周期的期间，停机时间更长，并且，需要另外的装备来进行维护。关于要求用于移除电池的外部提升索具的另一问题是，由于主动采矿工作面前进而保持电池更换区位于工作区附近，因而必须移动该装备。
[0009]使用设计成用于在采矿挖铲(scoop)式车辆上使用的电池更换系统可能造成另外的问题。硬岩矿典型地具有比煤矿更窄的矿道宽度。由于车辆必须能够在这些矿的受限空间中运行，因而总体机器尺寸被限制。在将材料从铲斗(bucket)卸载时，矿的受限空间也造成问题。因此，使用推顶器铲刀(ejector blade)来移除材料。关于其他已知的设计的问题是，用于使推顶器铲刀运行的(多个)液压缸难以取出以用于替换或维修。同样地，由于铲斗装满材料，因而在缸行程的开始，需要更大的力来移动铲刀，因此，缸的布置倾向于不减小施加于推顶器上的力。
【发明内容】
[0010]在一个实施例中，系统(例如，电池更换系统)包括抓握组件和致动组件。抓握组件配置成安置于车辆上，且接合在其中安置有一个或更多个电池的电池箱。致动组件配置成将抓握组件远离车辆而朝向电池箱移动。致动组件还配置成将抓握组件移动成与电池箱的紧固组件接合。致动组件配置成在当抓握组件接合电池箱的紧固组件的同时将抓握组件朝向车辆移回以将电池箱提升至车辆上。
[0011]在另一实施例中，系统(例如，电池更换系统)包括一个或更多个可延伸的装置和抓握组件。一个或更多个可延伸的装置配置成安置在采矿车上并改变长度。抓握组件配置成安置在采矿车上，且与一个或更多个可延伸的装置联接。抓握组件包括一个或更多个伸出部，其配置成接合安置在采矿车外的电池箱。一个或更多个可延伸的装置配置成增大长度以使抓握组件远离车辆而延伸，且使抓握组件下降至电池箱的至少一部分的下方。一个或更多个可延伸的装置还能够配置成减小长度，以促使抓握组件的一个或更多个伸出部接合电池箱，提升电池箱，且在采矿车上移动电池箱。
[0012]在一个实施例中，车辆(例如，采矿车)包括车辆框架、拖运组件和电池更换系统。车辆框架包括彼此连接的至少第一和第二子框架组件。拖运组件能够与第一子框架组件联接，且配置成将所开采出的材料拾起和运输。电池更换系统能够与第二子框架组件联接，并且配置成从车辆框架延伸，和下降至安置在车辆框架外的包括一个或更多个电池的电池箱。电池更换系统还能够配置成抓握电池箱并将电池箱提升到车辆框架上。
【附图说明】
[0013]参考图示如在下文的描述中更详细地描述的本发明的具体的实施例及更多的好处的附图，其中:
图1是根据一个实施例的车辆的透视图；
图2图示图1中所示出的车辆的顶视图；
图3图示沿着图2中所示出的线A-A的车辆的侧视局部横截面图；
图4图示根据一个实施例的图1中所示出的拖运组件的横截面图；
图5图示图2中所示出的拖运组件的顶视图；
图6图示沿着图5中所示出的线B-B的拖运组件的横截面图；
图7图示根据一个实施例的图2中所示出的电池更换系统的图3中所示出的抓握组件的侧视图；
图8图示图7中所示出的提升臂的顶视图；
图9图示图7中所示出的提升臂的侧视图；
图1O图示根据一个实施例的图2中所示出的电池箱的顶视图； 图11图示沿着图10中所示出的线C-C的电池箱的横截面图；
图12图示根据另一实施例的车辆的顶视图；
图13图示图12中所示出的车辆的侧视图或立视图；
图14图示根据一个实施例的图12中所示出的电池箱的透视图；
图15图示根据一个实施例的在图12中示出的电池更换系统的也在图12中示出的抓握组件的透视图；
图16图示在图14中示出的抓握组件的另一透视图；
图17图示根据一个实施例的位于延伸的位置以抓握在图12中示出的电池箱的同样地在图12中示出的电池更换系统的侧视图；
图18图示位于在图17中示出的延伸的位置的在图12中示出的电池更换系统的顶视图；图19图示根据一个实施例的位于中间位置以将在图12中示出的电池箱朝向车辆提升的同样地在图12中示出的电池更换系统的透视图；
图20图示位于图19中所示出的中间位置的电池更换系统的另一透视图；以及图21图示根据一个实施例的用于替换车辆的电池箱的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0014]本文中所描述的主题涉及用于高效而迅速地置换安装于非公路用车辆，诸如用于在地下矿中使用的装运卸(在下文中简称为“LHD”)型车辆上的电池的系统和方法。系统能够包括用于将包含电池的电池座或电池箱从地平面(例如，车辆所位于的表面)提升至升高的位置，以便于将电池座运输成与车辆有效接合(例如，与车辆连接或互相连接，以便给车辆供能且/或由车辆输送至另一位置)的设备。
[0015]为了提升且/或替换车辆电池，描述了电池更换系统和方法，该电池更换系统和方法提供比当前已知的更换系统更高效的提升点，支撑且/或包围电池单元的电池箱或托盘的改进的稳定性，以及使电池容易在受限制的空间(诸如矿中)进行“下降和替换”移动。另夕卜，车辆可以包括铲斗，该铲斗带有可容易地够到的推顶器铲刀机构，以便容易维修。
[0016]一些采矿车(诸如挖铲)可能具有有限的提升能力，但能够通过该能力而提供在矿中且/或在矿周围的多个位置之间移动装备的优点。挖铲能够移动残渣，执行清除操作，利用喷雾器来提供尘土控制，或者，安装有挖铲的设施能够当作移动式维修车间。另一方面，LHD能够具有安装好的铲斗，该铲斗能够提起、倾卸并保持水平以用于维修使用。虽然挖铲可能不能将挖铲上方的位置处的材料提起且/或倾卸，但LHD可能能够将LHD的铲斗中的材料提起至LHD上方且/或从LHD上方倾卸材料。在不容易清扫或倾卸铲斗内的材料时，可能损害这些车辆的铲斗的效率。在一个方面，车辆可以包括推顶器铲刀，在接合时，该推顶器铲刀刮擦铲斗来将材料从铲斗清扫出，以供持续使用。
[0017]图1是根据一个实施例的车辆100的透视图。车辆100能够表示电池供能的采矿车，诸如LHD车辆。备选地，车辆100能够表示另一类车辆。车辆100具有铰接式框架102，铰接式框架102至少包括第一子框架组件104和第二子框架组件106。子框架组件104、106以允许车辆100的铰接的方式联结，以便于车辆100在具有急弯的受限空间中机动。任一个子框架组件104、106都能够用于支撑操作员站108，该操作员站108具有用于维持对车辆100的移动和运行的控制的控制模块。LHD进一步包括安装于第一子框架组件104上的拖运组件110和安装于第二子框架组件106上的电池提升组件112。
[0018]图2图示图1中所示出的采矿车100的顶视图。图3图示沿着图2中所示出的线A-A的采矿车100的侧视局部横截面图。车辆100包括机载电池更换系统200，以允许更快的电池更换周期且用少的外部装备。电池更换系统200能够允许将耗尽的电池设置于地面上且将带电的电池拾起并用于持续运行。电池更换系统200包括抓握组件302，其通过一个或更多个致动组件214而移动，电池更换系统200能够表示液压系统、气动系统、电力系统或其他类型的系统。如在下文中所描述的，致动组件214能够运行来移动抓握组件302的电池提升臂，以提升、降低或以其他方式移动包括用于给车辆100供能的一个或更多个电池的电池箱。
[0019]车辆100的子框架组件104包括拖运组件110的前安装式铲斗202、第一子框架部分300 (在图3中示出)以及操作员驾驶室204，操作员驾驶室204具有加固的顶板，并且通向引导车辆100的移动和动作的控制模块。车辆100的子框架组件106包括第二子框架部分206和用于支撑电池箱208的电池更换系统200。子框架组件104、106的两个子框架300、206通过铰接组件212而联结于枢轴点210处，铰接组件212在允许车辆100环绕另外的紧凑的空间中的转弯处“弯曲”的同时，允许两个子框架300、206—起工作。
[0020]图4图示根据一个实施例的图1中所示出的拖运组件110的横截面图。图5图示图2中所示出的拖运组件110的顶视图。图