TWI508878B - Battery exchange system and its exchange method - Google Patents
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Description
本發明係關於一種車體之電池交換技術領域,具體而言係指一種可自動化作業、且交換迅速的電池交換系統及其交換方法,藉以提升電池的使用效率與壽命,以降低消費成本。
按,為因應日漸枯竭的化石燃料與環境保護節能減碳之訴求,車體已被普遍認為是未來最具潛力的交通載具。然而車體續航力限制與電池充電耗時及不方便卻成為車體發展的最大障礙。如何發展電能密度更高、更安全的電池與改善電池充電的方便性與時效變成車體是否能持續發展及普遍被接受的主要關鍵。
而目前市面上仍以鉛酸電池為車體電池主流,主要因素在於技術成熟,價格遠比其他類型電池便宜,但鉛酸電池的重大缺點為過重、能量密度低,循環壽命短,而鉛為重金屬,製造及回收均賴妥善處理,未來將逐漸被限制使用,因此當鋰電池技術成熟,被廣泛應用於3C市場時,自然也可能替代鉛酸電池,為車體重新開創市場的機會,其最大優點在能量密度高、循環壽命長,電池盒(Battery Box)設計為可抽取式,則車體可不需依賴充電環境,除機車輕量化外,亦提高操縱性及騎乘性能,延長續航距離。
惟現有電池的成本極高,其通常佔整個車體2~3成的價格,且其有一定的使用壽命,需不斷的換購,同時其使用效能也會不斷的衰減,影響到車體的續航力,消費者在成本考量又不會輕易換新,因此也增加了充電的次數,然不論是新電池或電池,要將電池充滿均需一段時間,影響到使用車體的便利性,這些因素在無形間,都會影響到購置車體的意願及推廣;而採用電池交換方案也許可以減輕消費者初購車體的負擔,電池由電池交換營運公司擁有,利用消費者進行電池交換時繳費回收,電池使用年限越長,交換次數越多,營運公司獲利越大。方便迅速地電池交換,可讓消費者易於延長使用距離,省卻等候充電時間。然目前所開發之電池交換站受限於車體各廠家、型式的不同,因此安裝電池的位置也不同,甚至電池的型號及規格也有所不同,故通常需以人力拆裝電池,再以人力將電池置入進行交換,如此將使整個交換作業無法自動化,而減緩了交換電池的速度、且造成電池交換的不便。
本案發明人鑑於上述車體之電池交換所衍生的各項缺點,乃亟思加以改良創新,並經多年苦心孤詣潛心研究後,終於成功研發完成本件電池交換系統及其交換方法。
本發明之目的即在於提供一種電池交換系統,藉以可一貫性的連續作業迅速完成電池交換,同時電池經專業的判別與保養,提升了電池的使用效能,可有效延長其續航力,並可省卻等候充電時間。
本發明之次一目的係在於提供一種電池交換方法,其能快速進行電池交換,使電池可被重覆使用,讓電池被充分的運用,故可大幅降低消費者的電池購置成本。
可達成上述發明目的之電池交換系統,包括有:一定位裝置,該定位裝置供車體置於其上,使車體於交換電池時提供固定及限位用;一電池管理裝置(battery management unit),該電池管理裝置係設於定位裝置的一側,電池管理裝置可供收納、管理複數電池及充飽電池;一自動交換裝置(Automatic exchange unit),該自動交換裝置係設於定位裝置與電池管理裝置之間,其可於車體上電池與電池管理裝置上的充飽電池相互拆卸裝配;一辨識裝置(recognition unit),該辨識裝置利用感測器取得車體資訊或電池產品資訊以判定其電池安裝座標位置、型號與產品資訊。
而該電池交換系統之交換方法包含有:一車體定位步驟,其係將具電池之車體停放於定位裝置的置換位置(replacement position);一判定電池產品資訊步驟,其係利用辨識裝置搜尋與辨識電池之輪廓特徵,或透過辨識裝置取得一產品資訊,並根據該產品資訊判定該車體之電池安裝座標位置;一拆卸電池步驟,其係利用自動交換裝置將車體上電池予以卸下;一存放電池步驟,其係將該電池放置於電池管理裝置的充電室中進行電池檢測或充電;一選取充飽電池步驟,其係利用自動交換裝置於電池管理裝置的充飽電池室中選取已充飽電池;一安裝電池步驟,其係利用自動交換裝置將充飽電池安裝於車體上,最後完成整個電池的交換作業。
本發明係關於一種車體之電池交換技術,是一種可自動化作業,自動辨識車體之電池特性,而且自動卸下車體之電池與自動置放充電完成之電池之電池交換系統及其交換方法。
藉此,本發明透過前述技術手段的展現,讓本發明之電池交換系統可透過其交換方法形成一貫性的連續作業,供迅速完成電池交換,由於其交換速度快、且重覆使用電池,讓電池被充分的運用,故可大幅降低消費者的電池購置成本,且節卻等待充電的時間,並形成一種自動化服務,再者電池經專業保養,更能提高其使用效能與壽命,進一步提高其附加價值,以增加產品的競爭力與經濟效益。
請參閱圖1至圖3,本發明所提供之電池交換系統,主要包括有:一定位裝置1、一電池管理裝置2、一自動交換裝置3及一辨識裝置4所組成,供做為車體5之電池61的拆裝、交換;其中:
該定位裝置1可供車體5置於其上,供車體5於交換電池61時自動將車體5固定及限位用,使車體5能在定位裝置1的置換位置上進行電池61交換;該定位裝置1進而包含有一能透過伺服軸進行X軸與Y軸方向直線移動的定位平台11,且定位裝置1能受辨識裝置4辨識電池61的輪廓特徵或產品資訊以控制定位平台11之移動,以供移動車體5。如圖4所示,該定位平台11上進而包含一旋轉單元12功能,該旋轉單元12進而供固定及限位車體5後,定位平台11與旋轉單元12提供車體5的位移與旋轉,當定位平台11與旋轉單元12配合辨識裝置4量測電池61的安裝座標位置時,能相對的迅速提供車體5的旋轉角度與位移,使自動交換裝置3的機械手臂可轉動自如地並迅速的移動至電池61的安裝座標。
該電池管理裝置2係設於定位裝置1的一側,該電池管理裝置2可供收納、管理複數電池61、充飽電池62以及廢電池63;如圖5所示,該電池管理裝置2進一步區分有一供擺置電池61之充電室21、一供擺置充飽電池62之充飽電池室22及一供擺置廢電池63之廢電池室23,再者該電池管理裝置2具有檢測、量測、判斷電池61使用電流、電壓之功能,其能在回收電池61後,供判別該電池61是否可繼續充電使用或以達廢棄之標準。該電池管理裝置2更包含一資料庫24,以供管理、記憶上述電池61的產品資訊,該電池管理裝置2進而包括以有線或無線方式連線至一雲端管理系統25,當辨識裝置4辨識電池61,並取得電池61的產品資訊時,該電池管理裝置2則連接雲端管理系統25,經由雲端管理系統25查詢該電池61的規格、尺寸、歷史資訊(historical information)以及歷史資料(history data)。如電池管理裝置2判定該電池61正常(或該電池管理裝置2連線至雲端管理系統25確認該電池61正常),可繼續充電使用,並將可繼續充電使用的電池61裝配於充電室21補充電能,再於充滿電能後存放於充飽電池室22,以供循環使用,至於從車體5上取下的電池61經判定為無法再被使用的廢電池63,則存放於廢電池室23,供專業保養或回收處理,以提供使用效能及避免環境污染。上述充電室21、充飽電池室22及廢電池室23在本發明中能為一區一區構成或是建立成設置有編號的複數電池室,該個別電池室能與資料庫24連結,當自動交換裝置3從車體5將電池61拆卸後,因辨識裝置4能讀取電池61的產品資訊(該電池61的產品資訊為電壓(V)、容量(AH)、冷啟動(A)、長度(L)、寬度(W)、高度(H)、重量(Kg)以及電解液(L)),故將電池61放至於空號的電池室時,該資料庫24能記憶該電池61之產品資訊並同步檢測、量測、判斷電池61使用電流、電壓,以確認該電池61是否可繼續充電使用或以達廢棄之標準;該自動交換裝置3係設於定位裝置1與電池管理裝置2之間,該自動交換裝置3係由機械手臂所構成或再增設一軌道31以提供機械手臂沿著軌道31移動進而增加移動行程,自動交換裝置3可於定位裝置1之車體5上進行電池61拆裝,且將電池61置於電池管理裝置2的充電室21或廢電池室23,供電池管理裝置2進行充電與廢棄之判定;如圖6至圖8所示,該自動交換裝置3進而包括吸附部件32,該吸附部件32係設置於自動交換裝置3上並應用真空吸附作用(或多段吸附(multistage adsorption)作用)用以吸附上述電池61、充飽電池62以及廢電池63;又如圖7所示,該自動交換裝置3的機械手臂能經由轉動軸而可轉動自如地軸支於該吸附部件32,且藉由該吸附部件32之旋轉而避免電池61安裝於車體5產生干涉。
該辨識裝置4係可設於自動交換裝置3上(如圖3所示)、又或設於定位裝置1周圍(如圖9所示),該辨識裝置4可由一或多數之感測器(或鏡頭、光學鏡頭、光學變焦鏡頭)所構成,該辨識裝置4可依所取得之車體5產品資訊或電池61產品資訊判定其電池61安裝座標位置,並進一步取得電池61資訊判定其型號、規格,供做電池61交換之參考依據;其中,該辨識裝置4能以感測器應用圖形辨識(pattern recognition)、輪廓辨識(contour recognition)、文字辨識(character recognition)、條碼辨識(bar code recognition)技術並搭配電池管理裝置2辨識與管理車體5或電池61的產品資訊。藉此,組成一可自動拆裝、且速度快之電池交換系統者。
至於本發明電池交換系統的交換方法,則係如圖10所示,該交換方法包含有:一車體定位、一判定電池產品資訊、一拆卸電池、一存放電池、一選取充飽電池及一安裝電池等步驟,最後完成整個電池61交換之動作;其中:所述車體定位步驟,其係將車體5停放於車輛定位裝置1上,該定位裝置1自動將對車體5進行固定及調整,且將車體5自動置於合適於電池61交換之位置並使車體5固定在指定交換之置換位置上,供準備進行電池61交換;所述判定電池產品資訊步驟,其係在完成車體5的定位後,利用辨識裝置4自動判別、搜尋與辨識電池61之輪廓特徵,並比對預先儲存的車體5型式,或透過辨識裝置4取得電池61的一產品資訊,並根據該產品資訊,進而判定該車體5之電池61安裝座標位置,接著利用辨識裝置4進一步取得該電池61的產品資訊。該電池61的產品資訊為電壓(V)、容量(AH)、冷啟動(A)、長度(L)、寬度(W)、高度(H)、重量(Kg)以及電解液(L),該產品資訊儲存為二維條碼;如此一來,當車體5停放於定位裝置1時,該定位裝置1能透過的定位平台11或旋轉單元12自動調整車體5到置換位置,再透過自動交換裝置3上的辨識裝置4(或獨立設置的辨識裝置4)以條碼辨識技術讀取二維條碼之內容,即可正確得知車體5或電池61的產品資訊及規格;所述拆卸電池步驟,在完成電池61之位置與規格的判定後,其係利用自動交換裝置3的機械手臂或吸附部件32自動將車體5上待交換電池61予以卸下;所述存放電池步驟,在完成電池61的拆卸後,自動將該電池61放置於電池管理裝置2的充電室21中,該電池管理裝置2於收受該電池61後,於內部進行電池61效能判定,如圖11所示,該電池61係在進行判定使用性,當判定其屬於正常使用時,則進行充電,且在充飽該電池61後,將電池61置於充飽電池室22內,供下一循環使用。反之當該電池61經判定屬於不能使用時,則將該電池61移至廢電池室23,供進行專業保養,以確保電池61的使用效能與延長電池61的使用壽命,又或廢棄回收,避免環境污染;所述選取充飽電池步驟,在完成電池61之存放後,則自動交換裝置3即於電池管理裝置2的充飽電池室22中選取已事先充飽電池62,如此將可省卻等待充電的時間,大幅縮短其電池61交換的時間;所述安裝電池步驟,在完成充飽電池62的選取後,其係利用自動交換裝置3將該充飽電池62安裝於車體5上,最後完成整個電池的交換作業。
經由前述的架構設計與動作說明,本發明的電池交換系統可透過一貫性的連續作業方法,而能迅速、且自動化的完成車體5的電池61交換,如此消費者在初購車體5時,可減輕整個消費的負擔,由於其能方便迅速地電池61交換,可讓消費者易於延長使用距離,省卻等候充電時間,且由於其具有辨識裝置4來自動判定電池61的安裝位置、型式與規格,減少拆裝電池61的人力與時間,同時電池61能經專業的判別與保養,提升了電池61的使用效能,可有效延長其續航力,並讓電池61可被重覆使用,使電池61被充分的運用,大幅增進其經濟效益。
本發明所提供之電池交換系統及其交換方法,與前述引證案及其他習用技術相互比較時,更具有下列之優點:
1.電池交換系統可透過一貫性的連續作業方法,而能迅速、且自動化的完成車體的電池交換,省卻等候充電時間。
2.自動化作業、且交換迅速的電池交換系統及其交換方法,藉以提升電池的使用效率與壽命,以降低消費成本。
綜上所述,本案不但在空間型態上確屬創新,並能較習用物品增進上述多項功效,應已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件,爰依法提出申請,懇請 貴局核准本件發明專利申請案,以勵發明,至感德便。
1...定位裝置
11...定位平台
12...旋轉單元
2...電池管理裝置
21...充電室
22...充飽電池室
23...廢電池室
24...資料庫
25...雲端管理系統
3...自動交換裝置
31...軌道
32...吸附部件
4...辨識裝置
5...車體
61...電池
62...充飽電池
63...廢電池
圖1與圖2為本發明電池交換系統之方塊圖;
圖3為電池交換系統搭配定位平台的架構示意圖;
圖4為該電池交換系統搭配定位平台與旋轉單元的架構示意圖;
圖5為該電池管理裝置區分充電室、充飽電池室及廢電池室之示意圖;
圖6為該自動交換裝置其機械手臂之局部放大示意圖;
圖7為該自動交換裝置其機械手臂包括吸附部件之局部放大示意圖;
圖8為該自動交換裝置其機械手臂配合吸附部件之局部放大示意圖;
圖9為該辨識裝置取得之車體或電池產品資訊判定其電池安裝座標位置之示意圖;
圖10為該電池交換系統的交換流程圖;
圖11為電池管理裝置從車體拆卸下之電池後,判定該電池是否屬於正常充電或判定廢電池之流程示意圖。
1‧‧‧定位裝置
11‧‧‧定位平台
12‧‧‧旋轉單元
2‧‧‧電池管理裝置
21‧‧‧充電室
22‧‧‧充飽電池室
23‧‧‧廢電池室
3‧‧‧自動交換裝置
31‧‧‧軌道
32‧‧‧吸附部件
4‧‧‧辨識裝置
5‧‧‧車體
61‧‧‧電池
Claims (3)
- 一種電池交換系統,其係供交換車體之電池,該電池交換系統包含有:一定位裝置,該定位裝置供車體置於其上,使車體於交換電池時固定及限位用,該定位裝置包含有一能透過伺服軸進行X軸與Y軸方向直線移動的定位平台與旋轉單元,且定位裝置能受辨識裝置辨識電池的輪廓特徵或產品資訊以控制定位平台之移動與旋轉,以供移動或旋轉車體;一電池管理裝置,該電池管理裝置係設於定位裝置的一側,電池管理裝置可供收納、管理複數電池及充飽電池,該電池管理裝置更包含一資料庫,以供管理、記憶上述電池的產品資訊,該電池管理裝置進而包括以有線或無線方式連線至一雲端管理系統,當辨識裝置辨識電池,並取得電池的產品資訊時,該電池管理裝置則連接雲端管理系統,經由雲端管理系統查詢該電池的規格、歷史資訊以及歷史資料;一自動交換裝置,該自動交換裝置係設於定位裝置與電池管理裝置之間,其可於車體上電池與電池管理裝置上的充飽電池相互拆卸裝配;一辨識裝置,該辨識裝置利用感測器取得車體資訊或電 池產品資訊以判定其電池安裝座標位置與產品資訊,當定位平台與旋轉單元配合辨識裝置量測電池的安裝座標位置時,能相對的迅速提供車體的旋轉角度與位移,使自動交換裝置的機械手臂可轉動自如地並迅速的移動至電池的安裝座標。
- 如申請專利範圍第1項所述之電池交換系統,其中該資料庫,以供管理、記憶上述電池的產品資訊,且其中該電池管理裝置建立成有編號的複數電池室,該個別電池室能與資料庫連結,當自動交換裝置從車體將電池拆卸後,因辨識裝置能讀取電池的產品資訊,故將電池放至於空號的電池室時,該資料庫能記憶該電池之產品資訊並同步檢測、量測、判斷電池使用電壓,以確認該電池是否可繼續充電使用或以達廢棄之標準。
- 一種電池交換系統之交換方法,其中該電池交換系統係以申請專利範圍第1項所述者為其特徵,該交換方法包含有:一車體定位步驟,其係將具電池之車體停放於定位裝置的置換位置;一判定電池產品資訊步驟,其係利用辨識裝置搜尋與辨識電池之輪廓特徵,並比對預先儲存的車體型式,或透過辨識裝置取得電池的一產品資訊,並根據該產品資訊 判定該車體之電池安裝座標位置,再透過自動交換裝置上的辨識裝置以辨識技術讀取車體或電池的產品資訊及規格;;一拆卸電池步驟,其係利用自動交換裝置將車體上電池予以卸下;一存放電池步驟,其係將該電池放置於電池管理裝置中進行電池檢測或充電,當判定其屬於正常使用時,則進行充電,且在充飽該電池後,將電池置於充飽電池室內,供下一循環使用;一選取充飽電池步驟,其係利用自動交換裝置於電池管理裝置中選取已充飽電池;一安裝電池步驟,其係利用自動交換裝置將該充飽電池安裝於車體上,最後完成整個電池的交換作業。
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