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KR20230116815A - 배터리 교체 시스템 - Google Patents

배터리 교체 시스템 Download PDF

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Publication number
KR20230116815A
KR20230116815A KR1020237019203A KR20237019203A KR20230116815A KR 20230116815 A KR20230116815 A KR 20230116815A KR 1020237019203 A KR1020237019203 A KR 1020237019203A KR 20237019203 A KR20237019203 A KR 20237019203A KR 20230116815 A KR20230116815 A KR 20230116815A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
carriage
tractor
axis
support frame
Prior art date
Application number
KR1020237019203A
Other languages
English (en)
Inventor
라이언 알렉산더 보이스
재커리 마이어 오모훈드로
프라빈 바르마 펜멧사
Original Assignee
지메노, 인크. 디비에이 모나크 트랙터
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 지메노, 인크. 디비에이 모나크 트랙터 filed Critical 지메노, 인크. 디비에이 모나크 트랙터
Publication of KR20230116815A publication Critical patent/KR20230116815A/ko

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Abstract

예시적인 배터리 교체 시스템은 배터리 이송기를 포함할 수 있다. 배터리 이송기는 지지 프레임, 지지 프레임에 결합되고, 배터리 이송기를 이동시키기 위해 동력 차량에 연결되도록 구성되는 연결구, 및 지지 프레임에 이동가능하게 결합되고, 이송기 지지 위치로부터 트랙터 수용 위치로 배터리를 수평 운반하도록 구성되는 배터리 캐리지를 포함할 수 있다.

Description

배터리 교체 시스템
관련 출원에 대한 상호 참조
본 정규 출원은 "배터리 교체 시스템"이라는 명칭으로 Boyce 등에 의해 2020년 11월 9일에 출원된 동시계류 중인 미국 가출원 일련번호 63111372로부터 우선권을 주장하고, 이의 전체 개시내용은 본원에 참조로 포함된다.
트랙터는 농업, 건축, 주거 등의 다양한 목적을 위해 사용된다. 일부 트랙터는 기구를 밀거나 당기기 위해 사용된다. 일부 트랙터는 토축물, 임산물, 동물 배설물 및 생산물과 같은 다양한 물질을 채굴, 변위, 및/또는 운반하기 위한 버킷, 블레이드, 굴착 도구 등과 같은 부속품을 포함한다. 일부 트랙터는 팔레트, 빈, 박스 등과 맞물리기 위한 포크 또는 기타 결합 메커니즘을 포함할 수 있고, 트랙터는 맞물린 물품을 운반하고/하거나 상승시킨다. 일부 트랙터는 전기 배터리에 의해 전력을 공급받을 수 있다.
도 1은 예시적인 배터리 교체 시스템의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 예시적인 배터리 교체 시스템의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 예시적인 배터리 교체 시스템의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 교체가능 배터리를 지지하는 예시적인 배터리 교체 시스템의 전방 사시도이다.
도 5는 예시적인 배터리 이송기의 후방 사시도이다.
도 6은 도 5의 배터리 이송기의 일부를 도시한 부분 확대 사시도이다.
도 7a는 도 4의 예시적인 배터리 이송 시스템의 예시적인 배터리의 전방 사시도이다.
도 7b는 도 7a의 예시적인 배터리의 전방 하부 사시도이다.
도 7c는 도 7a의 예시적인 배터리의 측면 하부 사시도이다.
도 7d는 도 7a의 예시적인 배터리의 일부의 부분 확대도이다.
도 7e는 도 7a의 예시적인 배터리의 일부의 부분 확대도이다.
도 8은 예시적인 교체가능 배터리를 지지하는 예시적인 배터리 이송기의 전방 사시도이다.
도 9는 도 8의 예시적인 배터리 이송기 및 교체가능 배터리의 하부 사시도이다.
도 10은 도 8의 예시적인 배터리 이송기의 일부를 도시한 부분 사시도이다.
도 11은 예시적인 배터리 이송기의 상부 사시도이다.
도 12는 도 11의 예시적인 배터리 이송기의 일부를 도시한 부분 사시도이다.
도 13a는 예시적인 트랙터가 예시적인 교체가능 배터리를 지지하는 예시적인 배터리 이송기를 견인하는, 도 4의 예시적인 배터리 이송 시스템을 도시한 사시도이다.
도 13b는 예시적인 트랙터의 앞에 위치되는 예시적인 배터리 이송기를 도시한 사시도이다.
도 13c는 예시적인 트랙터로부터 예시적인 배터리 이송기 상으로 인출되는 예시적인 배터리를 도시한 사시도이다.
도 13d는 예시적인 트랙터로부터 예시적인 배터리 이송기 상으로 완전히 인출되는 예시적인 배터리를 도시한 사시도이다.
도 13e는 예시적인 트랙터의 앞에 위치되는 예시적인 교체가능 배터리를 도시한 사시도이다.
도 13f는 예시적인 트랙터에 삽입되는 예시적인 교체가능 배터리를 도시한 사시도이다.
도 13g는 예시적인 트랙터에 완전히 삽입되는 예시적인 교체가능 배터리를 도시한 사시도이다.
도 13h는 교체가능 배터리가 삽입되고, 예시적인 배터리를 지지하는 예시적인 배터리 이송기가 트랙터로부터 사전 제거되는, 예시적인 트랙터를 도시한 사시도이다.
도 14는 교체가능 배터리의 삽입 전에 예시적인 배터리 교체 시스템의 예시적인 트랙터를 도시한 정면도이다.
도 15는 도 14의 예시적인 트랙터의 예시적인 프레임을 도시한 사시도이다.
도 16은 예시적인 교체가능 배터리의 전방 사시도이다.
도 17은 도 16의 예시적인 배터리의 후방 사시도이다.
도 18은 도 16의 예시적인 배터리의 분해 사시도이다.
도 19는 도 16의 예시적인 배터리의 배터리 서브모듈들의 예시적인 레이아웃의 사시도이다.
도 20a는 도 16의 배터리의 예시적인 냉각 시스템의 일부를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 20b는 도 16의 예시적인 배터리의 일부를 도시한 분해 사시도이다.
도 21은 도 16의 예시적인 배터리의 일부의 하부 사시도이다.
도 22는 도 21의 예시적인 배터리의 일부를 도시한 상부 사시도이다.
도 23은 도 16의 배터리가 도 14의 예시적인 트랙터에 완전히 삽입되는, 예시적인 트랙터의 일부의 전방 사시도이다.
도 24는 도 23의 트랙터의 종방향 중심선을 따른 트랙터의 단면도이다.
도 25는 라인(25-25)을 따라 잘라낸 도 24의 트랙터의 단면도이다.
도 26은 라인(25-25)을 따라 잘라낸 도 24의 트랙터의 단면도이다.
도 27은 라인(27-27)을 따라 잘라낸 도 24의 트랙터의 단면도이다.
도 28은 라인(28-28)을 따라 잘라낸 도 24의 트랙터의 단면도이다.
도면 전체에 걸쳐, 동일한 참조 번호는 유사하지만 반드시 동일하지는 않은 요소를 가리킨다. 도면은 반드시 정확한 비율로 그려진 것은 아니며, 몇몇 부분의 크기는 도시된 예를 보다 명확하게 예시하기 위해 과장될 수 있다. 또한, 도면은 설명과 일치하는 예들 및/또는 구현예들을 제공한다; 그러나, 설명은 도면에 제공되는 예들 및/또는 구현예들에 제한되지 않는다.
도면 전체에 걸쳐, 동일한 참조 번호는 유사하지만 반드시 동일하지는 않은 요소를 가리킨다. 도면은 반드시 정확한 비율로 그려진 것은 아니며, 몇몇 부분의 크기는 도시된 예를 보다 명확하게 예시하기 위해 과장될 수 있다. 또한, 도면은 설명과 일치하는 예들 및/또는 구현예들을 제공한다; 그러나, 설명은 도면에 제공되는 예들 및/또는 구현예들에 제한되지 않는다.
배터리 동력 농업용 및 임업용 트랙터와 다용도 오프로드 차량은 장기간 중량물 적재 조건 하에 연속 작동하도록 의도된다. 중량물 적재 트랙터의 완전히 전기 충전된 배터리 팩은 몇 시간 작동 후에는 소진된다. 멀고 험한 장소에서 전기 기기의 지속적인 작동을 가능하게 하는 필드내 배터리 교체 시스템이 개시된다. 농경지, 건설 현장, 삼림, 및 기타 험한 장소에서의 작동은 인프라의 부재시 종종 높은 연속 전력 레벨을 필요로 한다. 완전히 수용된 모듈이지만 고갈된 배터리 팩을 완전히 충전된 팩으로 신속하게 교체하면, 트랙터 비가동 문제가 해결될 수 있다.
예시적인 배터리 교체 시스템, 배터리 교체 트랙터, 배터리 이송기, 및 교체가능 배터리가 개시된다. 본 개시는 트랙터에 전력을 공급하기 위해 사용되는 배터리가 어떻게 교체될 수 있는지 다양한 예를 설명한다. 본 개시는 예시적인 배터리가 트랙터 자체 또는 다른 차량에 의해 이송될 수 있는 배터리 이송기로부터 필드/작업장/삼림의 먼 장소에서 어떻게 교체될 수 있는지 단지 예를 설명한다. 트랙터의 배터리가 먼 장소 또는 필드/작업장/삼림에 있는 동안 교체될 수 있기 때문에, 트랙터는 먼 장소에 남아서 생산성을 증가시킬 수 있다.
도 1은 예시적인 배터리 교체 시스템(20)의 일부를 개략적으로 도시한 블록도이다. 배터리 교체 시스템(20)은 트랙터(24) 및 배터리 이송기(28)를 포함한다. 트랙터(24)는 다양한 형태를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 트랙터(24)는 차륜들을 포함할 수 있고, 이들 중 적어도 2개는 교체가능 배터리로부터의 전력을 사용하여 회전가능하게 구동된다. 일부 구현예에서, 트랙터(24)는 트랙들을 포함할 수 있고, 트랙들은 교체가능 배터리로부터의 전력을 사용하여 구동된다.
트랙터(24)는 농업, 건축, 주거의 다양한 목적을 위해 사용될 수 있다. 트랙터(24)는 기구를 밀거나 당기기 위해 사용될 수 있다. 트랙터(24)는 토축물, 동물 배설물 및 생산물과 같은 다양한 물질을 채굴, 변위, 및/또는 운반하기 위한 버킷, 블레이드, 굴착 도구 등과 같은 부속품을 포함할 수 있다. 트랙터(24)는 팔레트, 빈, 박스 등과 맞물리기 위한 포크 또는 기타 결합 메커니즘을 포함할 수 있고, 트랙터는 맞물린 물품을 운반하고/하거나 상승시킨다. 트랙터(24)는 내부 배터리 수용 공동(30) 및 배터리 인터페이스(34)를 포함한다.
공동(30)은 교체가능 배터리를 제거가능하게 수용하도록 크기가 정해진 개구(32)를 포함한다. 본 개시를 위해, 2개의 구조의 부착 또는 결합과 관련되는 "해제가능하게" 또는 "제거가능하게"라는 용어는, 2개의 구조 또는 이들의 기능 중 어느 하나의 물질적 손상 없이, 2개의 구조가 서로 반복적으로 연결 및 분리될 수 있음을 의미한다.
일 구현예에서, 개구(32)는 트랙터(24)의 전방 외주인 정면을 따라 연장되되, 공동(30)은 트랙터(24) 내로 후방으로 연장된다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 공동(30)은 트랙터(24)의 전방 후드의 밑에 놓일 수 있고, 개구(32)는 후드의 정면을 따라 연장된다. 일부 구현예에서, 개구(32)는 트랙터(24)의 측면 또는 후면을 따라 연장될 수 있다.
배터리 인터페이스(34)는 공동(30)에 수용되는 교체가능 배터리와의 전기적 연결을 형성할 수 있는 메커니즘을 포함한다. 배터리 인터페이스(34)는 배터리(80)로부터 트랙터(24)의 동력 구성요소로의 전류의 전달을 용이하게 한다. 일부 구현예에서, 배터리 인터페이스(34)는 소켓 또는 플러그를 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 배터리 인터페이스(34)는 다른 전기적 연결 인터페이스를 포함할 수 있다.
종종 교체 카트로도 지칭되는 배터리 이송기(28)는 필드/작업장/삼림과 같은 장소 또는 다른 먼 장소로 배터리 또는 배터리 매거진을 이송하는 구조를 포함한다. 배터리 이송기(28)는 지지 프레임(40), 기계적 연결구(44), 및 배터리 캐리지(60)를 포함한다. 지지 프레임(40)은 배터리 이송기(28)의 나머지 구성요소를 지지하는 구조를 포함한다. 지지 프레임(40)은 금속 바 및 브래킷, 트러스 등의 직사각형 골격일 수 있다. 일부 구현예에서, 지지 프레임(40)은, 차륜들 또는 트랙들과 같이, 표면 상에 지지 프레임(40)을 이동가능하게 지지하는 지면 맞물림 부재들에 결합된다. 일부 구현예에서, 지지 프레임(40)은 지지 프레임(40)을 운반하는 트랙터 또는 차량에 의해 기저의 지형 위에서 현수되거나 외팔보 연결된다. 이러한 구현예에서, 지면 맞물림 부재들은 생략될 수 있다.
연결구(44)는 지지 프레임(40)에 기계적으로 결합되고, 이송기(28)의 이동을 위해, 지지 프레임(40)과 트랙터 또는 다른 차량과 같은 동력 차량의 연결을 용이하게 한다. 지지 프레임(40) 및 이송기(28)의 잔여부가 당겨지거나 견인되는 구현예에서, 연결구(44)는 트랙터 또는 다른 차량에 대한 히치를 위한 드로우바를 포함할 수 있다. 지지 프레임(40) 및 이송기(28)의 잔여부가 트랙터 다른 차량으로부터 현수되거나 외팔보 연결되는 구현예에서, 연결구(44)는 이러한 현수 및 연결을 용이하게 할 수 있다. 예를 들어, 연결구(44)는 트랙터(24) 또는 다른 차량의 3점 히치 연결의 상부 링크 및 리프트 암과의 해제가능한 연결을 위한 3점 부착물을 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 연결구(44)는 트랙터(24) 또는 다른 차량에 배터리 이송기(28)를 해제가능하게 또는 제거가능하게 연결하기 위한 다른 메커니즘을 포함할 수 있다.
배터리 캐리지(60)는 지지 프레임(40)에 대한 이동을 위해 지지 프레임(40)에 이동가능하게 결합된다. 본 개시를 위해, "결합되는"이라는 용어는 2개의 부재가 서로 직접적으로 또는 다른 부재를 통해 간접적으로 연결됨을 의미한다. 이러한 연결은 사실상 정지되거나 사실상 이동가능할 수 있다. 이러한 연결은 서로 하나의 단일 몸체로 일체로 형성되는 2개의 부재 또는 2개의 부재와 임의의 추가 중간 부재, 또는 서로 부착되는 2개의 부재 또는 2개의 부재와 임의의 추가 중간 부재로 달성될 수 있다. 이러한 연결은 사실상 영구적이거나 대안적으로는 사실상 제거가능 또는 해제가능할 수 있다. "작동가능하게 결합되는"이라는 표현은, 움직임이 직접 또는 중간 부재를 통해 하나의 부재로부터 다른 부재로 전달될 수 있도록, 2개의 부재가 직접적으로 또는 간접적으로 연결됨을 의미한다.
배터리 캐리지(60)는 이송기 지지 위치(91)로부터 트랙터 수용 위치(92)로 교체가능 배터리(80; 파선으로 표시됨)를 이동 또는 운반하기 위해 배터리(80)와 해제가능하게 맞물리도록 구성된다. 본 개시를 위해, "구성되는"이라는 용어는 명시된 기능/용도를 "구성되는"이라는 용어에 선행하는 특징부의 물리적 특성과 기본적으로 연관짓는 실제 구성 상태를 나타낸다. 트랙터 수용 위치(82)에서, 배터리(80)는 공동(30)에 수용되고, 인터페이스(34)에 연결되거나, 인터페이스(34)에 연결될 준비가 된다.
일부 구현예에서, 배터리 캐리지(60)는 크랭크 등의 사용을 통해 인간의 수동력을 사용하여 (배터리(80)와 함께) 이동된다. 일부 구현예에서, 배터리 캐리지(60)는 배터리(80) 자체의 전력과 같은 전원 또는 대안적인 전원을 사용하여 (배터리(80)와 함께) 이동된다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 배터리 캐리지(60)는 웜 기어를 따라 이동하는 웜 기어 팔로워에 연결될 수 있되, 웜 기어는 크랭크의 사용을 통해 수동으로 회전되거나, 전기, 유압, 또는 공압 모터에 의해 회전가능하게 구동된다. 다른 구현예에서, 배터리 캐리지(60)는 나사산 리드 스크류를 따라 이동하는 나사산 결합구에 연결될 수 있되, 나사산 리드 스크류는 크랭크의 사용을 통해 수동으로 회전되거나, 전기, 유압, 또는 공압 모터에 의해 회전가능하게 구동된다. 일부 구현예에서, 배터리 캐리지(60)는 배터리(80) 상에 후크 또는 클램프 고정된다. 일부 구현예에서, 배터리 캐리지(60)는 배터리(80) 상에 후크 또는 클램프 고정되지 않고 배터리(80)의 밑에 놓인다. 이러한 구현예에서, 캐리지(60)는 배터리(80)의 측면과 맞물리기 위한 밀판을 포함할 수 있다.
도시된 예에서, 연결구(44)는 지지 프레임(40)의 종방향 단부로부터 돌출되고, 연결구(44) 및 지지 프레임(40)은 축(83)을 따라 연속적으로 위치되고, 캐리지(60)는 화살표(84)로 지시된 바와 같은 축(83)에 수직인 방향으로 지지 프레임(40)에 대해 (배터리(80)와 함께) 이동가능하다. 지지 프레임(40)이 차륜들에 의해 이동가능하게 지지되는 구현예에서, 이러한 차륜들은 축(83)에 또한 수직인 축을 중심으로 회전할 수 있다. 다른 구현예에서, 화살표(85)로 지시된 바와 같이, 캐리지(60)는 축(83)과 평행한 방향으로 지지 프레임(40)에 대해 (배터리(80)와 함께) 이동가능할 수 있다. 이러한 구현예에서, 개구(32) 및 공동(30)은 이송기(28)의 단부에 위치되되, 개구(32)는 배터리(80)의 수용을 위해 축(83)과 평행한 방향에 대향할 수 있다.
도 2는 예시적인 배터리 이송기(128)의 일부를 개략적으로 도시한 블록도이다. 배터리 이송기(128)는 상기에 설명된 트랙터(24)와 함께 사용될 수 있다. 도 2는 트랙터(24)로부터 제거되는 방전된 배터리 및 트랙터(24) 내로 로딩되는 충전된 배터리와 같은 다수의 배터리를 동시에 지지할 수 있는 배터리 이송기의 예를 도시한다. 이송기(128)는 이송기(128)가 배터리 캐리지들(160-1, 160-2; 집합적으로 배터리 캐리지(160)로 지칭됨)을 포함하는 점을 제외하면 이송기(28)와 유사하다. 배터리 이송기(28)의 구성요소에 대응하는 배터리 이송기(128)의 나머지 구성요소에는 유사한 참조 번호가 부여된다.
각각의 배터리 캐리지(160)는 상기에 설명된 배터리 캐리지(60)와 유사하다. 배터리 캐리지(160)는 각각 화살표(184-1, 184-2)로 지시된 바와 같은 평행한 축들을 따라 각각의 배터리들(80-1, 80-2)을 이동 및 위치시키도록 구성된다. 각각의 배터리 캐리지(160)는 이송기 지지 위치로부터 트랙터 수용 위치로 각각의 배터리를 이동시키도록 구성된다.
예시적인 작동 중에, 캐리지(160-1)가 먼저 트랙터(24)의 개구(32)와 정렬되도록 트랙터 또는 다른 차량에 의해 위치될 수 있고, 캐리지(160-1)는 배터리에 연결되어 공동(30)으로부터 이송기(28) 상으로 배터리(80-1)를 인출하도록 이동될 수 있다. 이후, 충전된 배터리(80-2)와 같은 교체용 배터리를 지지하는 캐리지(160-2)가 트랙터(24)의 개구(32)와 일치하도록 트랙터 또는 다른 차량에 의해 위치될 수 있고, 캐리지(160-2)는 개구(32)를 통해 공동(30)에 배터리(80-2)를 삽입하도록 이동될 수 있다. 배터리(80-2)는 배터리 인터페이스(34)와의 상호연결로부터 추가로 제거될 수 있다. 이후, 배터리(80-2)는 배터리 캐리지(160-2)로부터 분리될 수 있다. 이러한 작동은, 배터리 캐리지(160-2)가 트랙터(24)로부터 방전된 배터리를 인출하려 하고 배터리 캐리지(160-1)가 트랙터(24) 내로 충전된 배터리를 로딩하려 할 때, 반대가 될 수 있음을 이해해야 한다.
도 3은 예시적인 배터리 이송기(228)의 일부를 개략적으로 도시한 블록도이다. 배터리 이송기(228)는 상기에 설명된 트랙터(24)와 함께 사용될 수 있다. 도 3은, 배터리 이송기의 지지 프레임에 대해 배터리 캐리지들을 이동시킴으로써, 다수의 배터리 캐리지 각각을 트랙터의 배터리 수용 공동과 선택적으로 정렬시킬 수 있는 배터리 이송기의 예를 도시한다. 이송기(228)는 이송기(228)가 위치지정 캐리지들(270-1, 270-2; 집합적으로 위치지정 캐리지(270)로 지칭됨)을 포함하는 점을 제외하면 이송기(128)와 유사하다. 배터리 이송기(28)의 구성요소에 대응하는 배터리 이송기(128)의 나머지 구성요소에는 유사한 참조 번호가 부여된다.
위치지정 캐리지들(270)은, 배터리 캐리지들(160)이 이동하는 축에 수직인 방향으로 배터리 캐리지들(160)을 이동시키기 위해, 각각 배터리 캐리지들(160-1, 160-2)에 작동가능하게 결합되는 메커니즘을 포함한다. 도시된 예에서, 위치지정 캐리지들(270)은 축(83)을 따라 배터리 캐리지들(160)을 이동시키도록 작동가능하다. 도시된 예에서, 각각의 위치지정 캐리지(270)는 지지 프레임(40)에 대해 각각의 배터리 캐리지(160)를 독립적으로 이동시키도록 구성된다. 그 결과, 배터리 캐리지들(160-1)은 지지 프레임(40)과 관련하여 서로에 대해 위치지정 캐리지들(270)에 의해 이동될 수 있다. 예를 들어, 위치지정 캐리지(270-1)는 축(83)을 따라 제1 방향으로 제1 거리만큼 배터리 캐리지(160-1)를 이동시킬 수 있다. 동시에, 위치지정 캐리지(270-2)는 축(83)을 따라 제1 방향으로 또는 축(83)을 따라 반대되는 제2 방향으로 제1 거리와 상이한 제2 거리만큼 배터리 캐리지(160-2)를 이동시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 하나의 위치지정 캐리지(270)가 해당 배터리 캐리지를 이동시키는 동안, 다른 위치지정 캐리지와 연관된 다른 배터리 캐리지는 정지 상태로 유지될 수 있다.
일부 구현예에서, 위치지정 캐리지들(270)은 예를 들어 수동 회전 크랭크의 사용을 통해 수동으로 구동된다. 일부 구현예에서, 위치지정 캐리지들(270)은 전기 솔레노이드, 전기 모터, 유압 모터, 공압 모터 등과 같은 동력 장치의 사용을 통해 이동될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 위치지정 캐리지들(270)은 나사산 리드 스크류를 따라 이동하는 나사산 팔로워에 연결될 수 있되, 나사산 리드 스크류는 크랭크의 사용을 통해 수동으로 회전되거나, 전기, 유압, 또는 공압 모터에 의해 회전가능하게 구동된다.
일부 구현예에서, 배터리 캐리지들(160)은 연결될 수 있고, 하나의 위치지정 캐리지(270)가 생략될 수 있고, 나머지 위치지정 캐리지(270)가 지지 프레임(40)에 대해 양 배터리 캐리지(160)를 함께 동시에 이동시킨다.
도 4는 교체가능 배터리(380)를 지지하는 예시적인 배터리 교체 시스템(320)의 일부를 도시한다. 배터리 교체 시스템(320)은 트랙터(324) 및 배터리 이송기(328)를 포함한다. 트랙터(324)는 후방 차축(402)에 의해 지지되는 후방 차륜들(400)을 회전가능하게 구동하는 내부 전기 모터들을 구비한 전기 구동 또는 동력 트랙터를 포함한다. 트랙터(324)는 전방 차축들(407)을 중심으로 회전하는 구동 또는 비구동 전방 차륜들(406)을 추가로 포함하고, 이들은 운전석(408)에 있는 운전자에 의한 트랙터(324)의 조향을 용이하게 하기 위해 조향 링키지(미도시)에 연결된다. 일부 구현예에서, 예를 들어 트랙터(324)가 원격 제어되는 경우, 운전석(408)은 생략될 수 있다. 트랙터(324)는 히치 시스템(미도시)을 사용하여 기구를 당기거나 견인하도록 구성된다.
트랙터(324)는 후방부(410) 및 전방부(412)를 구비한다. 트랙터(324)는 전방 차륜들(406) 사이에서 또는 이들에 근접하게 운전석(408)의 전방으로 연장되는 전방 차대(414)를 포함한다. 전방 차대(414)는 전방 개구(332)를 통해 액세스될 수 있는 배터리 수용 공동(330)을 포함한다. 도시된 예에서, 전방 개구(332)는 전방 커버(333)에 의해 일시적으로 덮여 있고, 전방 커버(333)는 배터리 교체 작동 중에 제거될 수 있다. 다른 구현예에서, 커버(333)는 생략될 수 있고, 배터리 수용 공동(330)에 수용되는 배터리의 면은 트랙터(324)의 정면을 형성하거나 제공할 수 있다. 도시된 예에서, 배터리 수용 공동(330)은 전방 차대(414)의 후드(422) 내에 형성되는 적재함(420)의 아래에서 연장된다. 도시된 예에서, 배터리 수용 공동(330)은 트랙터(324)의 전방 전조등들(424) 및 전방 차륜들(406) 및/또는 전방 차륜들(406)의 전방 차축들(407) 사이에 연장된다.
트랙터(324)는 (트랙터(24)와 관련하여 상기에 도시 및 설명된) 배터리 연결 인터페이스(34)를 추가로 포함할 수 있고, 인터페이스(34)는 배터리 수용 공동(330)의 내부에 제공된다. 다른 구현예에서, 인터페이스(34)는 개구(332)에 근접하게 공동(330)의 외부에 있을 수 있다. 예를 들어, 전기 케이블이 공동(330)에 수용되는 배터리와 이러한 외부 배터리 연결 인터페이스(34)를 전기적으로 연결하기 위해 사용될 수 있다.
배터리 이송기(328)는 트랙터(324)에 의해 당겨지고, 트랙터(324)로부터 분리되고, 트랙터(324)에 전력을 제공하기 위한 배터리의 교체를 용이하게 하도록 구성된다. 배터리 이송기(328)는 지지 프레임(340), 차륜들(342), 연결구(344), 부유 지지 프레임(440), 배터리 캐리지들(360-1, 360-2; 집합적으로 캐리지(360)로 지칭됨), 수동 크랭크들(430-1, 430-2; 집합적으로 크랭크(430)로 지칭됨), 위치지정 캐리지(370), 수동 크랭크(434), 배터리 충전 시스템(442), 및 캐리지 현수 시스템(444)을 포함한다.
지지 프레임(340)은 이송기(328)의 차대 역할을 하며 연결구(344)에 피벗식으로 연결된다. 연결구(344)는 트랙터(324)와의 연결을 위한 드로우바를 포함한다. 지지 프레임(340)은 트랙터(324) 또는 다른 차량에 의해 당겨짐에 따른 이송기(328)의 이동을 위해 차륜들(342)을 회전가능하게 지지한다. 지지 프레임(340)은 캐리지들(360, 370)을 간접적으로 지지한다.
부유 지지 프레임(440)은 지지 프레임(340)에 의해 지지되고 캐리지들(360, 370)을 지지한다. 캐리지 현수 시스템(444)과 관련하여 이하에 설명되는 바와 같이, 부유 지지 프레임(440)은 트랙터(324)의 개구(332)에 대한 지지된 배터리의 정렬을 용이하게 하기 위해 지지 프레임(340)에 대해 부유하거나 이동한다. 일부 구현예에서, 부유 지지 프레임(440)은 생략될 수 있고, 지지 프레임(340)은 캐리지들(360, 370)을 직접적으로 지지하도록 구성되는 구조를 포함한다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 캐리지들(360)은 차륜들(342)의 회전축들에 수직으로 연장되는 축(383)을 따라 서로 이격된다. 캐리지들(360)은 각각 축(383)에 수직으로 연장되는 축들(384-1, 384-2)을 따라 연장된다. 캐리지들(360-1, 360-2)은 이송기 지지 위치와 트랙터 수용 위치 간에 각각 축들(384-1, 384-2)을 따라 배터리(380)와 같이 맞물리고 지지된 배터리들을 운반 및 이동시키도록 구성된다.
도 6에 의해 도시된 바와 같이, 각각의 캐리지(360)는 배터리 가이드(448), 웜 기어(450), 및 웜 기어 팔로워(452)를 포함한다. 배터리 가이드(448)는 웜 기어(450)를 회전가능하게 지지하기 위한 구조의 역할을 한다. 배터리 가이드(448)는 추가로 트랙의 역할을 하며, 지지된 배터리(380)가 이동됨에 따라 이의 위치를 안내 및 제어한다. 배터리 가이드(448)는 배터리(380)의 밑면에 형성되는 대응하는 세장형 홈 또는 채널에 슬라이딩가능하게 수용되도록 형상, 크기, 및 위치가 정해진 세장형 돌기를 포함한다.
웜 기어(450)는 배터리 가이드(448)에 의해 회전가능하게 지지된다. 웜 기어 팔로워(452)는 웜 기어(450)를 수용하는 암나사산 부재를 포함한다. 웜 기어(450)의 회전은 웜 기어(450)의 축, 캐리지(360-1)의 축(384-1), 또는 캐리지(360-2)의 축(384-2)을 따른 웜 기어 팔로워(452)의 선형 이동을 야기한다.
도 6에 의해 추가로 도시된 바와 같이, 각각의 캐리지(360)는 배터리 연결구(456)를 운반한다. 배터리 연결구(456)는 지지된 배터리(380)가 웜 기어 팔로워(452)와 함께 이동하도록 지지된 배터리와 해제가능하게 맞물리는 메커니즘을 포함한다. 도시된 예에서, 배터리 연결구(456)는 웜 기어 팔로워(452)에 이동가능하게 결합되는 한 쌍의 후크(458)를 포함한다. 도시된 예에서, 후크들(458)은 축(459)을 중심으로 한 피벗 이동을 위해 웜 기어 팔로워(452)에 피벗가능하게 결합된다. 후크들(458)은 배터리 연결 위치(또는 상태)와 배터리 분리 위치(또는 상태) 간에 축(459)을 중심으로 피벗한다. 일부 구현예에서, 후크들(458)은 배터리 연결 상태와 배터리 분리 상태 간에 홈 내에서 슬라이딩 또는 병진운동할 수 있다.
일부 구현예에서, 후크들(458)은 배터리 연결 상태와 배터리 분리 상태 간에 수동으로 이동가능하다. 일부 구현예에서, 배터리 연결구(456)는 배터리 연결 상태와 배터리 분리 상태 간에 수동으로 피벗되거나 병진운동될 수 있다. 예를 들어, 배터리 연결구(456)는 후크들(458)의 피벗을 용이하게 하는 레버를 포함할 수 있다.
일부 구현예에서, 파선으로 지시된 바와 같이, 배터리 이송기(328)는 배터리 연결 상태와 배터리 분리 상태 간에 후크(458)를 이동시키기 위한 동력 액추에이터(460)를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 액추에이터(460)는 가이드(448)에 연결되는 제1 단부 및 후크(458)를 지지하는 배터리 연결구(456)의 암에 연결되는 제2 단부를 구비한 전기 솔레노이드를 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 액추에이터(460)는 후크들(458)을 함께 이동시키기 위해 양 후크(458)에 연결될 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는 배터리(380)의 예를 보다 상세히 도시한다. 이들 도면에 의해 도시된 바와 같이, 배터리(380)는 배터리(380)의 종방향 길이를 따라, 배터리(380)의 하면을 따라 연장되는 채널(382)을 포함한다. 채널(382)은 각각의 캐리지(360)의 가이드(448)를 슬라이딩가능하게 수용하도록 크기가 정해진다.
도 7c는 배터리(380)의 헤드 또는 능동 단부(381)를 도시한다. 능동 단부(381)는 트랙터(324)의 개구(332)에 먼저 삽입되는 배터리(380)의 단부이다. 도시된 예에서, 배터리(380)와 트랙터(324) 사이의 전기적 연결은 능동 단부(381)에서 용이해진다. 다른 구현예에서, 이러한 전기적 연결은 배터리(380)의 다른 면 또는 표면 상에 제공될 수 있다.
능동 단부(381)는 정렬 인터페이스(501) 및 전기적 연결 인터페이스(502)를 포함한다. 정렬 인터페이스(501)는 배터리(380)의 면(504) 상에 위치된다. 정렬 인터페이스(501)는, 배터리(380)가 트랙터(324)의 개구(332)에 거의 완전히 삽입됨에 따라, 개구(332)의 내측에 제공되는 대응하는 정렬 인터페이스와 정합한다. 정렬 인터페이스(501)는 전기적 연결 인터페이스(392)와 트랙터(324)의 개구(332)의 내측의 대응하는 전기적 연결 인터페이스의 정렬을 용이하게 한다. 도시된 예에서, 정렬 인터페이스(501)는, 면(504)으로부터 돌출되고 개구(332)의 내측의 대응하는 비원형 디텐트 내에 정합하는 비원형 돌기를 포함한다. 도시된 예에서, 정렬 인터페이스(501)는 삼각형이다. 다른 구현예에서, 정렬 인터페이스(501) 및 개구(332)의 내측의 대응하는 정렬 인터페이스는 다른 형상을 가질 수 있거나, 단일 정렬 인터페이스를 포함할 수 있거나, 3개 이상의 정렬 인터페이스를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 정렬 인터페이스(501)는 돌기가 아닌 디텐트를 포함하는 반면, 개구(332)의 내측의 정렬 인터페이스는 디텐트가 아닌 돌기를 포함할 수 있다.
전기적 연결 인터페이스(502)는 인터페이스(502)와 유사한 형상 및 구성을 갖는 플러그 형태의 전기적 연결 인터페이스를 수용 및 이와 전기적으로 정합하도록 구성된다. 도시된 예에서, 전기적 연결 인터페이스(502)는 전기전도성 핀, 패드, 또는 소켓을 구비한 전기 리셉터클을 포함하고, 이는 개구(332)의 내부로부터 돌출되고 대응하는 핀, 패드, 또는 소켓을 구비한 대응하는 형상의 전기 플러그와 정합 및 이를 수용하도록 구성된다. 도시된 예에서, 전기적 연결 인터페이스(392)는 도 11 및 도 12에 도시된 배터리 충전 인터페이스(476)와 유사한 개구(332) 내의 전기적 인터페이스와 전기적으로 정합하도록 구성된다. 마찬가지로, 전기적 연결 인터페이스(502)는 또한 배터리 충전 인터페이스(476)와 전기적으로 정합하도록 구성된다. 다른 구현예에서, 전기적 연결 인터페이스(502)는 다른 형상 및 다른 구성을 가질 수 있고, 전기적 연결 인터페이스(502)는 트랙터(324)의 전기적 연결 인터페이스 또는 배터리 이송기(328)의 배터리 충전 인터페이스(476)를 사용한 배터리(380)로/로부터의 전기 데이터 또는 전력의 전달을 용이하게 한다.
도 7a 내지 도 7e에 의해 도시된 바와 같이, 배터리(380)는 트랙터(324)의 개구(332)로의 배터리(380)의 동력 삽입을 용이하게 하고 개구(332) 내의 배터리(380)의 견고한 유지를 용이하게 하는 여러 구조 또는 메커니즘을 추가로 포함한다. 배터리(380)는 채널(382)의 양측에서 배터리(380)의 하측을 따라 장착되는 한 쌍의 샤프트(462)를 포함한다. 샤프트들(462)은 나사산 팔로워(452)로부터 연장되는 (도 5 및 도 6에 도시된) 한 쌍의 후크(458)에 의해 동시에 맞물려지도록 크기 및 위치가 정해진다. 후크들(458)이 샤프트들(462)을 수용하도록 피벗되면, 캐리지(360)는 가이드(448)를 따라 부유 지지 프레임에 대해 배터리(380)를 운반 및 이동시키도록 구동될 수 있다.
도 6에 의해 추가로 도시된 바와 같이, 수동 크랭크들(430)이 각각 나사산 리드 스크류(450)의 축방향 단부에 연결된다. 수동 크랭크들(430)은 나사산 리드 스크류들(450, 452)의 수동 회전을 용이하게 하고, 이로써 나사산 팔로워(452) 및 배터리 연결구(456)는 각각의 축들(384)을 따라 병진운동한다.
배터리(380)가 (동력 캐리지 구동부(464) 형태의 액추에이터들 또는 수동 크랭크들(430)의 사용을 통해) 트랙터(324)의 개구(332) 내로 이동되면, 배터리(380)는 우발적인 제거 또는 인출을 방지하기 위해 견고하게 유지될 수 있다. 도 7d 및 도 7e는 샤프트들(462)이 트랙터(324)의 개구(332) 내의 배터리(380)의 유지를 용이하게 하기 위해 어떻게 사용될 수 있는지의 예를 추가로 도시한다. 도 7d 및 도 7e는 래치(506; 하나만 도시됨)가 트랙터(324)의 개구(332)의 정면의 아래에서 하나의 샤프트(462)와 맞물리는, 개구(332)에 삽입된 배터리(380)를 도시한다. 도시된 예에서, 각각의 래치(506)는 개구(332)의 아래에서 트랙터(324)의 범퍼(487)의 뒤에서 연장된다. 각각의 래치(506)는 축(508)을 중심으로 한 피벗 이동을 위해 프레임 또는 트랙터(324)의 프레임(509)에 피벗가능하게 장착된다. 각각의 래치(506)의 상단부는 후크(510)를 포함하는 반면, 각각의 래치(506)의 하단부는 축(512)을 중심으로 한 피벗 이동을 위해 선형 병진운동부(507)에 피벗식으로 연결된다.
각각의 래치(506)의 하단부의 선형 병진운동은 축(508)을 중심으로 한 각각의 래치(506)의 회전을 야기한다. 예를 들어, (전방 범퍼(487)로부터 멀어지는) 트랙터(324)의 후면을 향하는 래치(506)의 하단부의 선형 이동은 (도 7e에 나타낸) 축(508)을 중심으로 한 래치(506)의 시계 반대 방향 이동을 야기한다. 이와 달리, (전방 범퍼(487)를 향하는) 트랙터(324)의 정면을 향하는 래치(506)의 하단부의 선형 이동은 축(508)을 중심으로 한 래치(506)의 시계 방향 이동을 야기한다. 배터리(308)가 개구(332)에 삽입되기 전에 및 중에, 선형 병진운동부(507)는, 후크(510)가 개구(332)의 아래에 놓이고 개구(332)로의 배터리(380)의 완전한 삽입을 방해하지 않기 위해 전방 범퍼(487)를 향하여 충분히 피벗되도록, 작동된다. 배터리(380)가 개구(332)에 완전히 삽입되면, 선형 병진운동부(507)는 대응하는 샤프트(462) 주위에서 이를 향하여 원호로 후크(510)를 이동시키기 위해 (시계 방향으로) 래치(506)를 피벗시키도록 작동된다. 후크(510)는 개구(332)를 통한 배터리(380)의 순방향 이동을 방지하기 위해 샤프트(462)와 맞물린다. 과정은 배터리(380)가 트랙터(324)의 개구(332)로부터 제거되어야 할 때 반대가 된다.
도시된 예에서, 선형 병진운동부(507)는 래치(506)의 하단부와 나사식으로 맞물리는 나사산을 구비한 수나사산 샤프트(514)를 포함한다. 도 7d에 나타낸 바와 같이, 샤프트(514)는 범퍼(487)로부터 관통 연장되며 헤드(516)에서 끝나고, 상기 헤드는 샤프트(493)의 회전을 용이하게 하고 래치(506)의 위치를 제어하는 렌치 또는 다른 회전 수동 도구에 의해 맞물려질 수 있다. 일부 구현예에서, 선형 병진운동부(507)는 범퍼(487)의 앞에서 샤프트(514)로부터 연장되는 수동 크랭크 암을 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 트랙터(324)는, 프레임 또는 차대(509)에 의해 지지되고 샤프트(514)에 연결되는 회전 액추에이터(518)를 추가로 포함할 수 있고, 샤프트(514)의 회전 및 래치(506)의 위치는 트랙터(324)와 연관된 제어기와 같은 제어기에 의해 제어될 수 있다.
또 다른 구현예에서, 선형 병진운동부(507)는 다른 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 구현예에서, 선형 병진운동부(507)는 래치(506)의 수동 피벗을 용이하게 하는 수동 맞물림가능 레버를 포함할 수 있다. 또 다른 구현예에서, 선형 병진운동부(507)는, 프레임(509)에 장착되고 래치(506)의 하단부에 피벗가능하게 연결되는 유압 또는 공압 실린더-피스톤 조립체 형태의 액추에이터를 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 래치(506) 및 연관 메커니즘은 각각의 샤프트(462)에 대해 제공된다.
도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이, 일부 구현예에서, 배터리 이송기(328)는 추가적으로 또는 대안적으로 축들(384)을 따라 캐리지들(360)(또는 배터리(380)에 연결되는 캐리지들(360)의 부분들)을 이동시키는 동력 캐리지 구동부들(464-1, 464-2; 집합적으로 구동부(464)로 지칭됨)을 포함할 수 있다. 배터리 이송기(328)가 수동 크랭크들(430)과 동력 캐리지 구동부들(464) 모두를 포함하는 구현예에서, 수동 크랭크들(430) 및 동력 캐리지 구동부들(464)은 캐리지들(360)에 선택적으로 연결될 수 있다. 도시된 예에서, 각각의 동력 캐리지 구동부(464)는 전기 모터, 공압 구동 모터, 또는 유압 모터와 같은 구동원을 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 모터들은 웜 기어들(450)을 회전가능하게 구동하기 위해 웜 기어들(450)에 작동가능하게 결합된다. 동력 캐리지 구동부(464)가 전기 모터를 포함하는 구현예에서, 이러한 모터들은 배터리 또는 이송기(328)에 의해 지지되는 배터리(380)로부터 공급되는 전력을 사용하여 구동될 수 있다.
동력 캐리지 구동부(464)가 전기 모터를 포함하는 일부 구현예에서, 이러한 모터들은 전기 케이블 또는 코드를 통해 트랙터(324)의 원격 전원 인터페이스와 같은 원격 전원의 전원 인터페이스(플러그인 등)로부터 공급되는 전력을 사용하여 구동될 수 있다. 동력 캐리지 구동부(464)가 전기 모터를 포함하는 구현예에서, 이러한 모터들은 (이송기(328)에 의해 운반되는 임의의 배터리(380)와는 별개인) 이송기(328)에 의해 운반되는 전용 전기 배터리로부터 구동될 수 있다. 이러한 구현예에서, 전용 전기 배터리는 배터리(380)가 이송기(328)에 의해 지지되는 동안 배터리(380)에 의해 충전될 수 있거나 별개의 전원으로부터 충전될 수 있다.
동력 캐리지 구동부(464)가 유압 모터를 포함하는 구현예에서, 이러한 모터들은 유압 펌프로부터 동력을 공급받을 수 있다. 일부 구현예에서, 유압 모터들은 트랙터(324) 상에 제공되는 유압 펌프에 연결되는 유압 라인으로 동력을 공급받을 수 있다. 마찬가지로, 공압 모터들은 트랙터(324)에 의해 운반되는 펌프와 같은 공압 펌프에 연결되는 공압 호스 또는 라인을 사용하여 동력을 공급받을 수 있다. 일부 구현예에서, 이러한 동력 캐리지 구동부들(464)은 이송기(328) 상에 제공되는 스위치 또는 트랙터(324) 상에 제공되는 스위치를 통해 수동으로 턴-온 및 턴-오프될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 이러한 동력 캐리지 구동부는 트랙터(324) 내에 제공되는 스위치에 의해 턴-온 및 턴-오프될 수 있고, 유선 또는 무선 통신이 트랙터(324)와 동력 캐리지 구동부들(464) 사이에 제공된다. 이하에 설명되는 바와 같이, 일부 구현예에서, 동력 캐리지 구동부(464)의 작동은 제어기(468)에 의해 제어될 수 있다.
도 5, 도 8, 및 도 9에 의해 도시된 바와 같이, 위치지정 캐리지(370)는 위치지정 캐리지(370)가 양 캐리지(360-1, 360-24)에 연결되어 축들(383)을 따라 양 캐리지(360-1, 360-2)를 함께 이동시키는 점을 제외하면 상기에 설명된 위치지정 캐리지들(270) 중 하나와 유사하다. 도시된 예에서, 위치지정 캐리지(370)는, 부유 지지 프레임(440)에 의해 회전가능하게 지지되고 각각의 캐리지(360)의 웜 기어 팔로워(472; 도 9에 도시됨)와 나사식으로 맞물리는 웜 기어(470)를 포함한다. 웜 기어(470)의 회전은 축(383)을 따른 캐리지들(360)의 선형 병진운동을 야기한다.
수동 크랭크(434)는 웜 기어(470)의 단부에 연결된다. 크랭크(434)의 수동 회전은 웜 기어(470)의 회전 및 축(383)을 따른 웜 기어 팔로워들(472)(및 캐리지들(360)의 연결된 가이드들(448))의 선형 병진운동을 야기한다.
도 5에 개략적으로 도시된 바와 같이, 일부 구현예에서, 배터리 이송기(328)는 추가적으로 또는 대안적으로 축(384)을 따라 캐리지들(360)을 이동시키는 동력 위치지정 캐리지 구동부(474)를 포함할 수 있다. 배터리 이송기(328)가 수동 크랭크들(430)과 동력 위치지정 캐리지 구동부(474) 모두를 포함하는 구현예에서, 수동 크랭크들(430) 및 동력 위치지정 캐리지 구동부(474)는 위치지정 캐리지(370)의 웜 기어(470)에 선택적으로 연결될 수 있다. 도시된 예에서, 동력 위치지정 캐리지 구동부(474)는 지지 프레임(440)에 의해 운반되는 전기 모터, 공압 구동 모터, 또는 유압 모터와 같은 구동원을 포함할 수 있다. 도시된 예에서, 모터는 웜 기어(470)를 회전가능하게 구동하기 위해 웜 기어(470)에 작동가능하게 결합될 수 있다. 동력 위치지정 캐리지 구동부(474)가 전기 모터를 포함하는 구현예에서, 이러한 모터들은 배터리 또는 이송기(328)에 의해 지지되는 배터리(380)로부터 공급되는 전력을 사용하여 구동될 수 있다.
동력 위치지정 캐리지 구동부(474)가 전기 모터를 포함하는 구현예에서, 이러한 모터들은 전기 케이블 또는 코드를 통해 트랙터(324)의 원격 전원 인터페이스와 같은 원격 전원의 전원 인터페이스(플러그인 등)로부터 공급되는 전력을 사용하여 구동될 수 있다. 동력 위치지정 캐리지 구동부(474)가 전기 모터를 포함하는 구현예에서, 이러한 모터들은 (이송기(328)에 의해 운반되는 임의의 배터리(380)와는 별개인) 이송기(328)에 의해 운반되는 전용 전기 배터리로부터 구동될 수 있다. 이러한 구현예에서, 전용 전기 배터리는 배터리(380)가 이송기(328)에 의해 지지되는 동안 하나의 배터리(380)에 의해 충전될 수 있거나 별개의 전원으로부터 충전될 수 있다.
동력 위치지정 캐리지 구동부(474)가 유압 모터를 포함하는 구현예에서, 이러한 모터들은 유압 펌프로부터 동력을 공급받을 수 있다. 일부 구현예에서, 유압 모터들은 트랙터(324) 상에 제공되는 유압 펌프에 연결되는 유압 라인으로 동력을 공급받을 수 있다. 마찬가지로, 공압 모터들은 트랙터(324)에 의해 운반되는 펌프와 같은 공압 펌프에 연결되는 공압 호스 또는 라인을 사용하여 동력을 공급받을 수 있다. 일부 구현예에서, 이러한 동력 캐리지 구동부들(474)은 이송기(328) 상에 제공되는 스위치 또는 트랙터(324) 상에 제공되는 스위치를 통해 수동으로 턴-온 및 턴-오프될 수 있다. 또 다른 구현예에서, 이러한 동력 캐리지 구동부는 트랙터(324) 내에 제공되는 스위치에 의해 턴-온 및 턴-오프될 수 있고, 유선 또는 무선 통신이 트랙터(324)와 동력 캐리지 구동부들(464) 사이에 제공된다. 이하에 설명되는 바와 같이, 일부 구현예에서, 동력 위치지정 캐리지 구동부(474)의 작동은 제어기(468)에 의해 제어될 수 있다.
배터리 충전 시스템(442)은 배터리(380)가 캐리지(360-2)에 의해 지지되는 동안 배터리(380)와의 전기적 연결을 위한 배터리 인터페이스(476)를 포함한다. 배터리 충전 인터페이스(476)는 배터리(380)의 대응하는 인터페이스 구성요소와 정합하기 위한 플러그, 핀, 포트, 또는 리셉터클을 포함한다. 배터리 충전 인터페이스(476)는 더 큰 원격 배터리 또는 전력망에 연결되는 전원과 같은 외부 전원에 연결될 전기 코드와의 연결을 위한 전기 코드 또는 전기적 연결부를 포함할 수 있다. 배터리 충전 시스템(442)은, 가능하게는 운반된 배터리 및 이송기(328)가 배터리 교체를 위해 먼 필드/작업장/삼림으로 운반되기 전에, 이송기(328) 상의 배터리의 충전을 용이하게 한다. 도시된 예에서, 배터리 인터페이스(476)는 배터리 이송기(3282)가 먼 필드/작업장/삼림으로 수송되는 중에 (도 9에 도시된 바와 같이) 운반된 배터리(380)에 연결된 상태로 유지될 수 있고, 배터리 이송기(328)가 필드/작업장/삼림에 있는 동안, 배터리 인터페이스(476) 및 배터리(380)의 전기적 인터페이스 구성요소를 먼지, 오물, 물, 및 원소로부터 보호할 수 있다.
캐리지 현수 시스템(444)은 트랙터(324)의 개구(332)에 대한 캐리지들(360)의 보다 정확한 정렬을 용이하게 하기 위해 부유 지지 플랫폼(440) 및 지지된 캐리지들(360)의 롤, 피치, 및 높이의 조정을 용이하게 한다. 이러한 조정은 배터리가 교체되는 트랙터의 롤, 피치, 및 높이의 정합을 용이하게 한다. 도 4, 도 5, 및 도 8 내지 도 10에 의해 도시된 바와 같이, 도시된 예에서, 캐리지 현수 시스템(444)은 에어백들(480) 및 리프 스프링들(482)을 포함한다. 도시된 예에서, 에어백들(480)은 이송기(328)의 4개의 모서리 각각에서 지지 프레임(340)과 부유 지지 프레임(440) 사이에 고정된다. 리프 스프링들(482)은 축(383)을 가로질러 연장되는 차륜들(342)의 전방 및 후방 차축들 가까이에서 이송기(328)의 전방 및 후방에 위치된다. 일부 구현예에서, 롤, 피치, 및 높이 조정은 지지 프레임(340)에 의해 지지되는 공기 압력 조절기로 수동으로 달성될 수 있다. 일부 구현예에서, 이러한 롤, 피치, 및 높이 조정은 지지 프레임(340) 또는 지지 프레임(440)에 장착되는 관성 측정 유닛 및 전자 공기 밸브들로 수행될 수 있다. 다른 구현예에서, 이송기(328)는 대안적으로 에어백들(480) 대신에 레벨링 스크류 잭들을 사용할 수 있다.
일부 구현예에서, 캐리지 현수 시스템(444)은 센서들(484, 486, 488, 490) 뿐만 아니라 제어기(468) 및/또는 제어기(490)를 포함하는 더 큰 정렬 시스템의 일부일 수 있다. 센서들(484, 486, 488)은 트랙터(324)에 장착되거나 지지되는 센서들을 포함한다. 센서들(484, 486, 488)은 개구(332) 및 이송기(328)의 상대 위치를 감지하도록 구성된다. 센서(489)는 개구(332) 및 이송기(328)의 상대 위치를 감지하도록 구성되는, 이송기(328)에 의해 운반되는 센서를 포함한다. 일부 구현예에서, 센서들(484, 486, 488, 490)은 카메라와 같은 광학 센서를 포함한다. 일부 구현예에서, 이러한 센서들은 적외선 센서, 광 검출 및 거리측정(LIDAR) 센서 등을 포함할 수 있다. 센서들(484, 486, 488, 490)은 제어기(468) 및/또는 제어기(490)에 상대 위치를 나타내는 신호를 제공할 수 있다.
각각의 제어기(468, 490)는 주문형 반도체와 같은 비일시적 컴퓨터-판독가능 매체에 포함되는 명령을 따르는 처리 유닛, 또는 소프트웨어 또는 코드에 포함되는 명령을 따르는 프로세서를 포함한다. 제어기(468)는 이송기에 의해 운반된다. 제어기(490)는 트랙터(324)의 일부로 제공된다. 또 다른 구현예에서, 제어기(490)는 트랙터(324) 및 이송기(328)로부터 떨어져 있고, 트랙터(324) 및/또는 이송기(328)와 통신할 수 있다.
제어기(468) 및/또는 제어기(490)는 센서들로부터의 신호를 사용하여 트랙터(324)의 개구(332)와 이송기(328)에 의해 지지되는 하나의 캐리지(360) 및/또는 배터리의 현재 상대 위치 및 정렬을 판단한다. 판단된 현재 정렬 및 위치 상태에 기반하여, 제어기(468) 및/또는 제어기(490)는 개구(332)가 트랙터(324)로부터 제거될 배터리를 수용하는 캐리지와 정렬되거나 개구(332)가 캐리지 및 트랙터(324) 내로 로딩될 이의 지지된 배터리(380)와 정렬되도록 동력 위치지정 캐리지 구동부(474) 및 캐리지 현수 시스템(444)에 제어 신호를 출력한다(밸브들이 에어백들(480)의 압력 팽창 레벨을 제어하거나 액추에이터가 스크류 레벨링 잭을 제어함). 충분한 정렬이 달성되면, 센서들로부터의 신호에 의해 나타낸 바와 같이, 제어기(468) 및/또는 제어기(490)는, 특정 캐리지의 동력 캐리지 구동부(464)가 트랙터(324)로부터 언로딩될 배터리와 연결되도록 배터리 연결구를 이동시켜서 트랙터(324)로부터 배터리를 인출하거나, 배터리 연결구를 이동시켜서 개구(332)를 통해 트랙터(324) 내로 연결된 배터리를 로딩하도록, 제어 신호를 출력할 수 있다. 이러한 방식으로, 배터리(380)의 언로딩 및 로딩이 자동화될 수 있다.
일부 구현예에서, 시스템(320)은 동력 캐리지 구동부들(464)을 생략할 수 있고, 디스플레이 또는 다른 표시기가 운전자에게 충분한 정렬이 달성되었음을 나타낼 수 있고, 이후 운전자는 배터리를 언로딩 또는 로딩하기 위해 트랙터(324)의 개구(332)와 정렬되는 캐리지의 크랭크(362)를 작동시킨다. 일부 구현예에서, 시스템(320)은 동력 위치지정 캐리지 구동부(474)를 생략할 수 있고, 디스플레이 또는 다른 표시기가 개구(332)와 하나의 특정 캐리지(360)/배터리(380) 사이의 정렬도를 나타낼 수 있고, 운전자는 크랭크(434)를 사용하여 캐리지들을 수동으로 이동시킬 수 있다.
일부 구현예에서, 위치지정 캐리지(370)가 생략될 수 있고, 디스플레이 또는 다른 표시기가 개구(332)와 하나의 특정 캐리지(360)/배터리(380) 사이의 정렬도를 나타낼 수 있고, 운전자는 요망된 정렬도를 달성하기 위해 트랙터(324)에 대해 전체 이송기(328)를 이동시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 전체 이송기(328)는 별개의 트랙터, 트럭 등과 같은 별개의 차량을 사용하여 트랙터(324)의 개구(332)에 대해 이동될 수 있다. 일부 구현예에서, 이송기(328)는 하나의 선택된 캐리지(360)와 트랙터(324)의 개구(332)의 정렬을 용이하게 하기 위해 차륜들(342)을 구동하기 위한 동력 구동부(492; 도 4에 개략적으로 도시됨)를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 이송기(328)는 정렬을 위한 약간의 증분시 전방 차륜들(342), 후방 차륜들(342), 또는 이들 모두를 구동하기 위해, 이송기(328) 상에 있는 배터리(380)에 의해 전력을 공급받는 전기 모터를 포함할 수 있다. 전기 모터는 이송기(328) 옆에 있거나 트랙터(324) 내에 있는 운전자에 의해 제어되는 수동 작동 스위치 또는 제어부에 의해 제어될 수 있다. 일부 구현예에서, 전체 이송기(328)를 구동하는 전기 모터는 센서들(484, 486, 488, 489)로부터의 신호에 기반하여 제어기(468) 및/또는 제어기(490)에 의해 제어될 수 있다.
도 11은 예시적인 배터리 이송기(528)의 일부를 도시한 사시도이다. 배터리 이송기(528)는 배터리 이송기(528)가 상부 데크(530), 저울(532), 및 랙들(534)을 추가로 포함하는 점을 제외하면 상기에 설명된 배터리 이송기(328)와 유사하다. 배터리 이송기(528)는 배터리 충전 시스템(442) 대신에 배터리 충전 시스템(542)을 추가로 포함한다. 이송기(328)의 구성요소에 대응하는 배터리 이송기(528)의 나머지 구성요소에는 도 11에서 유사한 참조 번호가 부여되고/되거나 도 4 내지 도 10에 도시된다.
상부 데크(534)는 배터리 캐리지들(360; 도 5에 도시됨)의 위에서 지지 프레임(340)에 의해 지지된다. 상부 데크(534)는 배터리 캐리지들(360)에 의해 운반될 배터리(380)의 높이보다 더 큰 높이만큼 배터리 캐리지들(360)로부터 이격되어, 배터리(380)가 캐리지들(360)과 상부 데크(534) 사이에 삽입될 수 있다. 상부 데크(534)는 과실 수확의 포장, 칭량, 기록과 같은 작업, 필드/작업장/삼림 수리 또는 장비를 위해 사용될 수 있는 이동 작업대, 또는 필드/작업장/삼림 작업을 위한 휴식대를 제공할 수 있다. 일부 구현예에서, 상부 데크(530)는 (이송기(528) 상에 탑재된 배터리(380)에 의해 전력을 공급받는) 전기 콘센트를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 전기 콘센트는 스마트폰의 재충전을 용이하게 하고, 필드/작업장/삼림 작업자 식사를 위해 진동 가열판 등을 작동시킬 수 있다. 일부 구현예에서, 상부 데크(530)는 조명 붐을 포함할 수 있다.
저울(532)은 상부 데크(530)에 의해 운반된다. 저울(532)은 생산물의 칭량을 용이하게 한다. 다른 구현예에서, 저울(532)은 생략될 수 있다. 보관 랙들(534)은 부유 지지 프레임(440)의 아래에서 지지 프레임(340)에 의해 지지된다. 보관 랙들(534)은 추가 장비 등의 보관을 제공한다. 일부 구현예에서, 보관 랙들(534)에 의해 제공되는 보관 공간의 일부는 탑재된 배터리(380)로부터 전력을 인출하기 보다는 이송기(528)의 전기 구성요소에 전력을 공급하기 위한 별개의 배터리를 보관하기 위해 사용될 수 있다. 일부 구현예에서, 이러한 보관 랙들(534)은 생략될 수 있다.
도 12에 의해 도시된 바와 같이, 배터리 충전 시스템(542)은 배터리 충전 시스템(542)이 상부 데크(530)로부터 현수되는 점을 제외하면 상기에 설명된 배터리 충전 시스템(542)과 유사하다. 배터리 충전 시스템(542)은 배터리(380)가 캐리지(360-2)에 의해 지지되는 동안 배터리(380)와의 전기적 연결을 위한 배터리 인터페이스(476)를 포함한다. 배터리 충전 인터페이스(476)는 배터리(380)의 대응하는 인터페이스 구성요소와 정합하기 위한 플러그, 핀, 포트, 또는 리셉터클을 포함한다. 배터리 충전 인터페이스(476)는 더 큰 원격 배터리 또는 전력망에 연결되는 전원과 같은 외부 전원에 연결될 전기 코드와의 연결을 위한 전기 코드 또는 전기적 연결부를 포함할 수 있다. 배터리 충전 시스템(542)은, 가능하게는 운반된 배터리 및 이송기(328)가 배터리 교체를 위해 먼 필드/작업장/삼림으로 운반되기 전에, 이송기(328) 상의 배터리의 충전을 용이하게 한다. 도시된 예에서, 배터리 인터페이스(476)는 배터리 이송기(328)가 먼 필드/작업장/삼림으로 수송되는 중에 (도 9에 도시된 바와 같이) 운반된 배터리(380)에 연결된 상태로 유지될 수 있고, 배터리 이송기(328)가 필드/작업장/삼림에 있는 동안, 배터리 인터페이스(476) 및 배터리(380)의 전기적 인터페이스 구성요소를 먼지, 오물, 물, 및 원소로부터 보호할 수 있다.
일부 구현예에서, 배터리 인터페이스(476)는 이송기 상에 탑재된 배터리의 충전을 용이하게 하기 위해 기성품 전자 기기와 결합된다. 트랙터(324) 상에 배치된 것과 동일한 충전 전력 전자 기기를 사용하면, 비용이 최소화되고 유지보수 및 물류가 단순화된다. 대안적으로, 이러한 충전 전자 기기는 농장에서 발견되는 특정 전력 레벨 및 전력 유형(예를 들어, 단상 대 3상 AC 전력)에 맞게 적응될 수 있다.
일부 구현예에서, 배터리 충전 시스템(542)은 충전 위치와 철수/철회 위치 간의 이동을 위해 배터리 인터페이스(476)를 이동가능하게 지지할 수 있다. 도시된 예에서, 배터리 인터페이스(476)는 축(555)을 중심으로 피벗가능한 지지구(553)에 의해 외팔보 연결된다. 지지구(553)는 (도 12에 도시된) 연장된 충전 위치 또는 철수/철회 위치에서 유지될 수 있고, 여기서 배터리 인터페이스(476)는 (충전 위치를 위해) 정렬 개구들(557) 또는 (철수/철회 위치를 위해) 정렬 개구들(559)을 통해 삽입될 수 있는 이송기(52 8 x 10)의 잔여부의 위에 놓인다. 충전 위치와 철회 위치 간에 수동으로 이동가능한 것으로 도시되지만, 배터리 인터페이스(476)는 대안적으로, 이송기(528) 상에 또는 트랙터(324) 내에 제공되는 제어기로부터의 제어 신호에 응하여 또는 수동 입력에 응하여, 배터리 인터페이스(476)의 위치를 이동시킬 수 있는 동력 액추에이터에 의해 이동될 수 있다.
도 13a 내지 도 13h는 배터리 교체 시스템(320)을 사용하는 예시적인 작동을 도시한다. 이들 도면에 도시된 예시적인 작동은 마찬가지로 상기에 설명된 배터리 이송기(28, 128, 또는 228)를 사용하거나 배터리 이송기(328) 대신에 배터리 이송기(5 내지 8)를 사용하여 적용될 수 있음을 이해해야 한다. 예시적인 작동은 마찬가지로 배터리 수용 공동 또는 베이를 구비한 차량과 같은 다른 유형의 트랙터로 수행될 수 있다.
도 13a에 의해 도시된 바와 같이, 트랙터(324)는 탑재된 배터리(380-1)에 의해 공급되는 배터리 전력을 사용하여, 필드/작업장/삼림 또는 기타 먼 장소로 배터리(380-2)를 운반하는 배터리 이송기(328)를 견인할 수 있다. 이후, 트랙터(324)는 이송기(328)로부터 분리되고 필드/작업장/삼림 작업을 수행하기 위해 사용될 수 있다.
도 13b에 의해 도시된 바와 같이, 운전자는 배터리(380-1)의 현재 충전 상태가 낮음을 통보받으면, 필드/작업장/삼림 작업을 중단하고 이송기(328) 옆의 위치까지 트랙터(324)를 운전할 수 있다. 트랙터(324)는 캐리지(360-1)와 거의 정렬된 위치까지 운전될 수 있다. 이후, (제공된 경우) 센서들(484, 486, 488, 489)로부터 수신되는 신호에 기반하여, 제어기(468) 및/또는 제어기(490)는 캐리지(360-1)와 트랙터(324)의 개구(332)의 정렬을 향상시키기 위해 동력 캐리지 위치지정 구동부(474)(또는 제공된 경우 동력 구동부(492))에 제어 신호를 출력할 수 있다. 센서들(484, 486, 488, 489)로부터의 신호에 기반하여, 제어기(468) 및/또는 제어기(490)는 트랙터(324)의 개구(332)와의 향상된 정렬을 위해 캐리지(360-1)의 롤, 피치, 또는 높이를 조정하기 위해 캐리지 현수 시스템(444)에 제어 신호를 추가로 출력할 수 있다. 상기에 논의된 바와 같이, 일부 구현예에서, 자동화된 정렬 과정들 중 하나 이상이 대안적으로, 센서들(484, 486, 488, 489)로부터의 신호에 의해 제공되는 안내가 있든 없든, 수동 크랭크(434)의 사용을 통해 수동으로 수행될 수 있다.
도 13c 및 도 13d에 의해 도시된 바와 같이, 충분한 정렬이 달성되면, 배터리 연결구(456)는 트랙터(324) 내의 배터리(380-1)와 맞물리기 위해 축(384-1)을 따라 이동될 수 있다. 일부 구현예에서, 후크들(458)은 배터리(380-1)의 샤프트들(462)과 맞물리도록 피벗된다. 이러한 후크들이 맞물려지거나 배터리가 캐리지(360-1)(캐리지(360-1)의 웜 기어 팔로워(452))에 달리 연결되면, 캐리지(360-1)는 트랙터(324)로부터 배터리 이송기(328) 상으로 배터리(3-1)를 인출하기 위해 역방향으로 구동된다. 상기에 설명된 바와 같이, 일부 구현예에서, 캐리지(360-1)의 이동은 동력 캐리지 구동부(464)를 사용하여 수행될 수 있다. 대안적으로, 캐리지(360-1)의 이동은 수동 크랭크(430-1)를 사용하여 달성될 수 있다.
도 13e에 의해 도시된 바와 같이, 배터리(380-1)의 인출 후에, 캐리지(360-2)가 트랙터(324)의 개구(332)와 정렬될 수 있다. 일부 구현예에서, 제어기(468) 및/또는 제어기(490)는 개구(332)와 정렬되도록 캐리지(360-2)를 이동시키기 위해 동력 위치지정 캐리지 구동부(474)에 제어 신호를 출력할 수 있다. 일부 구현예에서, 운전자는 수동 크랭크(434)를 사용하여 개구(332)와 정렬되도록 캐리지(360-2)를 이동시킬 수 있다. 캐리지(360-2)와 개구(332)의 이러한 정렬은 트랙터(324) 또는 이송기(328)의 재위치를 요구하지 않는다. 대안적으로, 캐리지(370)가 생략되는 구현예에서, 트랙터(324)는 이송기(328)에 대해 재위치될 수 있거나 이송기(328)는 트랙터(324)에 대해 위치될 수 있다. 상기에 설명된 바와 같이, 일부 구현예에서, 동력 구동부(492)는 트랙터(324)의 개구(332)에 대해 이송기(328)를 재위치 또는 재배치시키기 위해 사용될 수 있다.
캐리지(360-2) 및 지지된 충전 배터리(380-2)와 개구(332)의 향상된 정렬을 용이하게 하기 위해, 센서들(484, 486, 488, 489)로부터의 신호가 제어기(468) 및/또는 제어기(490)에 의해 (제공된 경우) 동력 캐리지 위치지정 구동부(474)를 제어하는 데에 사용될 수 있다. 이러한 신호는 제어기(468) 및/또는 제어기(490)에 의해 트랙터(324)의 개구(332)와의 향상된 정렬을 위해 캐리지(360-2)의 롤, 피치, 또는 높이를 조정하기 위해 캐리지 현수 시스템(444)에 제어 신호를 출력하는 데에 추가로 사용될 수 있다.
도 13f 및 도 13g에 의해 도시된 바와 같이, 충분한 정렬이 달성되면, 캐리지(360-2)의 배터리 연결구(456)는 개구(332)를 통해 트랙터(324) 내로, 잠재적으로는 트랙터(324)의 배터리 인터페이스(34)와 맞물리도록 배터리(380-2)를 이동시키기 위해 축(384-2)을 따라 이동될 수 있다. 배터리(380-2)가 트랙터(324)에 수용되면, 캐리지(360-2)는 배터리(380-2)로부터 맞물림해제된다. 일부 구현예에서, 후크들(458)은 배터리(380-2)의 샤프트들(462)과 맞물림해제되도록 피벗된다. 이러한 후크들이 맞물림해제되거나 배터리가 캐리지(360-2)로부터 달리 분리되면, 캐리지(360-2)는 트랙터(324)로부터 멀어지게 구동된다. 상기에 설명된 바와 같이, 일부 구현예에서, 캐리지(360-2)의 이동은 동력 캐리지 구동부(464-2)를 사용하여 수행될 수 있다. 대안적으로, 캐리지(360-2)의 이동은 수동 크랭크(430-2)를 사용하여 달성될 수 있다.
도 13h에 의해 도시된 바와 같이, 새롭게 충전된 배터리(380-2)가 트랙터(324) 내로 로딩되면, 트랙터(324)는 추가적인 필드/작업장/삼림 작업을 위해 준비가 되도록 배터리 이송기(328)로부터 멀어지게 이동될 수 있다. 일부 구현예에서, 배터리 충전 스테이션(442)(또는 이송기(528)가 사용될 때 배터리 충전 스테이션(542))은, 캐리지(360-1)가 선택적으로 배터리 충전 스테이션(442/542)의 반대편에 위치되거나 이와 정렬 위치될 수 있도록, 위치된다. 이러한 구현예에서, 새롭게 인출된 방전 배터리(380-1)를 지지하는 캐리지(360-1)는 인터페이스(476)와 정렬되도록 배터리(380-1)를 위치시키기 위해 지지 프레임(340)을 따라 및 이에 대해 이동될 수 있다. 이후, 인터페이스(476)가 배터리(380-1)와 배터리 충전 스테이션(442)을 전기적으로 연결하기 위해 배터리(380-1)의 배터리 충전 인터페이스와 정합할 때까지, 배터리(380-1)는 배터리 캐리지(360-1)에 의해 배터리 충전 스테이션(442)을 향하여 이동될 수 있다. 이때, 이송기(328)는 충전 스테이션 또는 충전 인프라로 이동될 수 있고, 여기서 배터리(380-1)가 트랙터(324)에 의해 현재 사용되는 배터리(380-2)와의 연이은 교체를 위해 준비가 되도록, 배터리(380-1)는 이송기(328) 상에 있는 동안 충전될 수 있다.
일부 구현예에서, 배터리 이송기(328, 528)는 배터리 이송기(328, 528)에 의해 지지되는 배터리의 충전 레벨을 나타내는 통신 신호를 출력하기 위해 지지 프레임(340)에 의해 지지되는 셀룰러 모뎀을 추가로 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 이송기(328, 528)는 배터리 이송기의 지리적 위치를 나타내는 GPS 신호를 출력하기 위해 지지 프레임(340)에 의해 지지되는 GPS 수신기를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 구현예에서, 배터리 이송기는 단일 또는 다중-농장 수준 자산 추적 및 운영 계획 스킴에 통합되도록 설계될 수 있다. 배터리 이송기 상에 탑재된 제어기, GPS 수신기, 및 셀룰러 모뎀의 통합은 배터리 이송기 상에 현재 탑재된 배터리의 충전 상태와 위치 모두의 통신을 가능하게 한다. 이는 배터리가 트랙터로부터 이송기로 이동함에 따른 이의 위치의 연속 추적을 가능하게 한다. 이는 또한 하나의 농장 작업에 속하는 모든 배터리로의/로부터의 에너지 흐름의 포괄적인 이해를 가능하게 한다. 트랙터 추적과 통합될 때, 이는 농장 작업 목표를 달성하기 위한 트랙터 및 배터리 이송기 배치의 계획 및 최적화 모두를 가능하게 한다.
상기에 설명된 배터리 교체 시스템은 필드/작업장/삼림에서의 트랙터(324)의 작동 시간을 증가시킨다. 상기에 설명된 배터리 교체 시스템은 충전 인프라를 오가는 데에 걸리는 시간을 추가로 감소시킨다. 예시적인 배터리 교체 시스템은 필드/작업장/삼림과 차고 사이의 주행을 최소화하므로, 이러한 배터리 교체 시스템은 필드/작업장/삼림이 차고 또는 장비 창고로부터 떨어져 있는 작업에 이상적이 될 수 있다. 상기에 설명된 배터리 교체 시스템은 필요에 따른 그리고 작업이 시간의 경과에 따라 진행됨에 따른 다수의 장소에 대한 배터리 교체 능력의 유연한 배치를 용이하게 한다.
도 14 내지 도 25는 예시적인 배터리 교체 시스템(520)의 일부를 도시한다. 시스템(520)은 시스템(520)이 예시적인 전방 배터리 교체 시스템(521)을 형성하는 예시적인 트랙터(524) 및 예시적인 교체가능 배터리(580; 도 16에 도시됨)를 포함하는 점을 제외하면 시스템(320)과 유사하다. 전방 배터리 교체 시스템(521)은 트랙터(524)의 순방향-대향 전방 개구를 통한 트랙터(524)의 전방 차대에 위치되는 배터리 수용 공동 내로의 교체가능 배터리(580)의 전방 로딩을 용이하게 한다. 시스템(521)이 트랙터의 측면 내로 또는 트랙터의 밑면으로부터가 아닌, 트랙터의 정면을 통해, 트랙터의 전방 타이어들 사이에 횡방향으로 배터리의 로딩 및 인출을 용이하게 하기 때문에, 배터리는 지면에 더 가깝게 더 낮은 위치에서 지지되어, 트랙터에는 향상된 견인 및 조작성을 위한 더 낮은 무게 중심이 제공될 수 있다.
도시된 예에서, 전방 배터리 교체 시스템(521)은 트랙터(524)에 이용가능한 전력을 증가시키기 위해 주어진 가용 공간 내의 (더 많은 수의 배터리 서브모듈 또는 배터리 서브유닛을 갖는) 더 큰 배터리의 사용을 용이하게 한다. 트랙터(524)에 의한 전력 수요 및 전력 소비가 높을 수 있다. 전방 배터리 교체 시스템(521)은 트랙터 자체의 외부 외측면 일부로서의 배터리 하우징 자체의 사용을 용이하게 하는 아키텍처를 구비한다. 도시된 예에서, 배터링 하우징 자체는 트랙터의 전방 타이어들에 인접한 차륜 웰들의 적어도 일부를 형성할 수 있다. 도시된 예에서, 배터리는 하우징 내에 포함되는 배터리 서브모듈들을 포함하고, 이들은 전방 타이어들의 위에 놓이며 이들의 바로 앞에서 연장된다. 트랙터(524)가 트랙터(524)를 추진시키기 위한 트랙들을 포함하는 일부 구현예에서, 배터리 하우징은 트랙들 주위에 웰들을 형성할 수 있고, 배터리 서브모듈들은 트랙들의 위에 놓이며 이들의 바로 앞에서 연장됨을 이해해야 한다.
도 14 및 도 15는 배터리(580; 도 16에 도시됨)가 제거된 트랙터(524)를 도시한다. 배터리(580)는 상기에 설명된 배터리 이송기(328)를 사용하여 트랙터(524)에 대해 이송 및 교체될 수 있다. 트랙터(524)는 상기에 설명된 트랙터(324)와 유사하다. 트랙터(324)의 부분에 대응하는 트랙터(524)의 부분에는 유사한 참조 번호가 부여되거나 도 4에 도시된다.
도 15는 트랙터(524)의 프레임(600)의 일부를 도시한다. 프레임(600)은 운전석 프레임(602) 및 전방 차대 프레임(604)을 포함한다. 운전석 프레임(602)은 운전석(408)의 기둥들(606) 및 지붕(608)을 지지하는 골격을 형성한다.
전방 차대 프레임(604)은 중앙 빔(610), 측면 지지구들(612), 적재함 골격(614), 및 콘솔 골격(616)을 포함한다. 중앙 빔(610)은 전방 차대(604)의 종방향 중심선을 따라 연장되고, 배터리(580)의 삽입 및 배터리(580)의 인출 중에 중앙 빔(610)을 따라 배터리(308)의 이동을 안내하는 상방향-대향 수평 트랙(620)을 제공한다.
측면 지지구들(612)은 중앙 빔(610)에 결합되는 하단부들 및 적재함 골격(614)에 결합되는 상단부들을 구비한다. 측면 지지구들(612)은 배터리 수용 공동(626)의 앞에 놓이는 순방향-대향 입구(624)를 형성하기 위해 중앙 빔(610) 및 적재함 골격(614)과 협력한다. 도 14에 의해 도시된 바와 같이, 측면 지지구들(612)은, 입구(624)가 또한 전방 타이어들(406)의 상부의 바로 앞에서 연장되도록, 전방 타이어들(406)의 바로 앞의 위치로 외향 돌출된다. 공동(626)의 전방 개구를 형성하는 입구(624)는 전조등들(424; 도 14에 도시됨) 및 적재함(420)의 밑에 놓인다. 측면 지지구들(612)은 측면 지지구들(612)로부터 전방 타이어들(406)의 후방 영역들로 종방향으로 연장되는 대략 개방된 공간 또는 부피를 형성하기 위해 전방 차륜들(406)의 앞에서 끝나서, 삽입된 배터리에 의한 차륜 웰들의 적어도 부분적인 형성이 용이해진다. 도 4에 의해 도시된 바와 같이, 트랙터(324)는 유사한 측면 지지구들(612)을 포함한다.
적재함 골격(614)은 적재함(420)을 지지하기 위한 기저부 또는 기저의 구조를 형성한다. 바닥 적재함 골격(614)은 배터리 수용 공동(626)의 위에 놓이고, 공동(626)에 수용될 때 배터리(580)의 위에 놓인다. 콘솔 골격(616)은 운전석(408)의 전단부를 따라 연장되는 트랙터(524)의 제어 콘솔 및 전자 기기를 위한 외부 지지 구조를 형성한다. 콘솔 골격(616)은 적재함 골격(614)에 연결되고 운전석 프레임(602)의 기둥들(606)에 의해 추가로 지지된다.
도 16 내지 도 19는 예시적인 배터리(580)를 도시한다. 도 16 및 도 17은 배터리(580)의 사시도이고 도 18은 배터리(580)의 분해 사시도이다. 도 19는 배터리 서브모듈들의 예시적인 배치를 도시한다. 도 18에 의해 도시된 바와 같이, 배터리(580)는 배터리 서브모듈들(630), 하우징(632), 연결 인터페이스(634; 도 17에 도시됨), 및 전방 외관/범퍼(636)를 포함한다.
배터리 서브모듈들(630)은 스택으로 배치되는 개별 전하 저장 서브모듈들 또는 유닛들의 레이아웃을 포함한다. 각각의 개별 유닛/서브모듈(630)은 외부 하우징 내에서 자급식이며, 배터리(580)의 파워팩을 형성하는 개별 배터리 서브모듈들(630)의 레이아웃으로부터 개별적으로 제거가능하다. 배터리 서브모듈들(630)은 납산 배터리 서브모듈, 아연 배터리 서브모듈, 또는 리튬-이온 배터리 서브모듈을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 배터리 서브모듈들은 다른 형태의 전하 저장 배터리 서브모듈들 또는 유닛들을 포함할 수 있다. 배터리 서브모듈들(630)은 입구(624)를 통한 공동(626) 내로의 수평 삽입을 용이하게 하기 위해 스택으로 배치되고, 그에 따라 배터리 서브모듈들은 배터리(580)가 공동(626)에 완전히 삽입될 때 전방 타이어들(406)의 바로 위에 놓이며 이들의 바로 앞에서 연장된다.
도 19는 공동(626) 내에 끼워맞춰질 수 있는 개별 배터리 모듈들의 수를 향상시키는 배터리(580)의 배터리 서브모듈들(630)의 예시적인 레이아웃을 도시한 하부 사시도이다. 도시된 예에서, 배터리(580)는 배터리 서브모듈들의 수직 스택을 포함하고, 여기서 수직 스택은 제1 폭을 갖는 배터리 서브모듈들의 제1 행, 및 제1 행의 바로 밑에 놓이며 제1 폭과 상이한 제2 폭을 갖는 배터리 서브모듈들의 제2 행을 포함한다. 도시된 예에서, 배터리(580)는 배터리 서브모듈들(630)의 수직 스택을 형성하는 배터리 서브모듈들(630)의 행들을 포함하고, 각각의 행의 배터리 서브모듈들의 수 또는 수직 스택을 형성하는 행들의 수는 배터리(580) 및 트랙터(524)의 종축을 따라 달라진다.
도시된 예에서, 배터리(580)는 배터리 서브모듈들(630)의 최상위 6 x 4 층(640)을 포함하되, 각각의 개별 배터리 서브모듈(630)의 주요 치수는 종방향으로 연장된다. 배터리(580)는, 나란히 배치되는 6개의 서브모듈들(630)의 최전방 행(644), 층(640)의 측면들 사이의 중앙에 있고 나란히 배치되는 배터리 서브모듈들(630)의 2 x 2 행(646), 및 층(640)의 반대편 측면들 사이의 중앙에 있는 4개의 배터리 서브모듈들(630)의 최후방 행(648)을 포함하는, 배터리 서브모듈들(630)의 층(642)을 포함한다. 배터리(580)는, 층(640)의 측면들 사이의 중앙에 있고 단대단 배치되는 배터리 서브모듈들(630)의 최전방 2 x 2 행(650), 층(640)의 측면들 사이의 중앙에 있고 나란히 배치되는 4개의 배터리 서브모듈들(630)의 최후방 행(652), 및 층(640)의 반대편 측면들 사이의 중앙에 있고 행들(650, 652) 사이에 연장되고 단대단 배치되는 배터리 서브모듈들(630)의 중간 쌍(654)을 포함하는, 배터리 서브모듈들(630)의 제3 층(644)을 추가로 포함한다.
도시된 레이아웃에 의하면, 층(640)의 일부는 전방 타이어(406)의 바로 위에 놓이는 반면, 행(644)의 일부는 전방 타이어(406)의 바로 앞에서 연장된다. 서브모듈들(630)의 행(646) 및 쌍(654)은 배터리(580)에 의한 차륜 웰들의 제공을 용이하게 하기 위해 행(646) 및 쌍(654)의 양측에 빈 공간(658)을 형성한다. 다른 구현예에서, 개별 배터리 서브모듈들 또는 배터리 유닛들의 정확한 수 및 레이아웃은 달라질 수 있지만, 배터리가 배터리 수용 공동에 완전히 수용될 때 배터리 서브모듈들이 전방 차륜들의 위 및 앞에서 연장되는 전체 배치를 여전히 제공하고, 배터리 서브모듈들 자체 또는 이러한 배터리 서브모듈들에 인접한 하우징들은 전방 타이어들을 수용하는 차륜 웰들의 적어도 일부를 형성한다.
도 17 및 도 18에 의해 도시된 바와 같이, 하우징(632)은 양 측면 인클로저(660) 및 트랙 인터페이스(661; 도 17에 도시됨)를 포함한다. 측면 인클로저들(660)은 배터리 서브모듈들(630) 주위에서 연장되고 이들을 수용한다. 각각의 측면 인클로저(660)는 배터리 서브모듈들(630)의 상기에 설명된 레이아웃에 긴밀하게 순응하는 형상을 갖는다. 각각의 측면 인클로저(660)는 배터리 서브모듈들(630)의 레이아웃의 공동(658; 도 19에 도시됨) 내로 돌출되는 차륜 웰(662)을 포함한다. 일 구현예에서, 측면 인클로저들(660)은 성형된 폴리머 패널을 포함할 수 있다.
도 17에 도시된 트랙 인터페이스(661)는 입구(624)를 통해 배터리 수용 공동(626) 내로 배터리(580)의 수평 이동을 안내하기 위해 트랙(620; 도 15에 도시됨)과 상호작용한다. 도시된 예에서, 트랙 인터페이스(661)는 트랙(620)을 형성하는 레일을 수용하도록 크기가 정해진 세장형 채널을 포함한다. 다른 구현예에서, 인터페이스(661)는 트랙(620)을 따른 배터리(580)의 수평 이동을 용이하게 하는 롤러 또는 다른 구성요소를 포함할 수 있다. 일부 구현예에서, 트랙(620)은, 배터리(580)의 하면으로부터 돌출되고 트랙 인터페이스(661)를 형성하는 적어도 하나의 돌출부를 수용하는 세장형 채널을 포함할 수 있다.
도 17에 도시된 연결 인터페이스(634)는 트랙터(524; 도 14에 도시됨)의 대응하는 연결 인터페이스(640)와의 연결을 용이하게 한다. 연결 인터페이스(634)는 블라인드 메이트 암연결구(666) 및 프로브 수용구들(668)을 포함한다. 트랙터 공동 내로의 배터리의 최종 정렬은 대응하는 트랙터 수핀들(669; 도 14에 도시됨) 상으로 배터리 프로브 수용구들(668)을 안내함으로써 달성된다. 배터리 블라인드 메이트 연결구(666)는 대응하는 트랙터 블라인드 메이트 연결구(667; 도 14에 도시됨)와 정합하는 전기 핀들을 포함한다. 연결은 고전압 인터로크, 제어기 영역 네트워크(CAN) 버스 채널 통신, 및 고전압 및 고전류 직류(DC) 전력의 주요 전달의 기능들을 가능하게 한다.
전방 외관/범퍼(636)는 장착 브래킷(637)에 의해 배터리 서브모듈들(630)의 정면에 장착된다. 도 16에 의해 도시된 바와 같이, 범퍼(636)는 트랙터(524)로부터 배터리(580)를 제거시 배터리(580)의 일부로 남아있다. 범퍼(636)는 배터리(580)가 트랙터(524)에 수용될 때 배터리(630)의 정면 뿐만 아니라 트랙터(524)의 정면을 보호하는 역할을 한다.
도 20 내지 도 22에 의해 도시된 바와 같이, 도시된 예에서, 배터리(580)는 내부 자급식 냉각 시스템(670)을 추가로 포함할 수 있다. 냉각 시스템(670)은 배터리(580)가 사용되는 동안 및 배터리(580)가 트랙터(524)로부터 제거되거나, 이송 중이거나, 사용되지 않는 동안 배터리 서브모듈들(630)을 냉각시킨다. 도 20a에 개략적으로 도시된 바와 같이, 냉각 시스템(670)은 냉매 저장부(672), 유체 펌프(674), 냉각판들(681-1, 681-2, 684-3, 684-4; 집합적으로 냉각판(684)으로 지칭됨)을 포함하는 냉매 순환 시스템(676), 열전 냉각(TEC)판(678), 방열 핀들(680), 방열 커버(682), 및 팬들(683)을 포함한다.
도 20a에 의해 도시된 바와 같이, 배터리 층들(640, 642, 644)은 각각 냉각판들(684-4, 684-3, 684-2)과 연관되며 직접 결합된다. 최상위 배터리 층들(640)은 추가로 냉각판(684-4)에 열적으로 결합된다. 각각의 냉각판(684)은 냉각판의 면을 따라 냉매 저장부(672)에 의해 공급되는 냉매를 순환시킨다. 펌프(674)는 냉각판(684-4)을 통해 및 이후 냉각판들(684-4, 684-3, 684-2)을 통해 냉매를 펌핑하고, 여기서 냉매는 배터리 층들(640, 642, 644)로부터 열을 흡수한다. 가열된 냉매는 다시 펌프(674)로 안내되고, 펌프(674)는 다시 한번 냉각판(684-4)을 통하여 및 가로질러 가열된 유체를 펌핑한다. 열전판(678)은 냉각판(684-4)을 통해 흐르는 가열된 냉매로부터 열을 흡수하고 방열 핀들(680)에 열을 전달한다. 팬들(683)은 방열 핀들(680)로부터 열을 추출하기 위해 커버(682)의 아래에서 방열 핀들(680)을 통하여 및 가로질러 더 저온의 공기 유동을 안내하고, 가열된 공기는 이어서 토출된다. 냉각 시스템(670)의 각각의 구성요소가 배터리(580)의 다양한 층들과 함께 단일 유닛으로 자급식이 된 예가 도시된다.
도 20b, 도 21, 및 도 22는 냉각 시스템(670)의 특정 예를 도시한다. 저장부(672)는 유체 펌프(674)에 의한 냉매 순환 시스템(676)을 통한 순환을 위한 공급 냉매를 저장한다. 유체 펌프(674)는 배터리 서브모듈들(630)로부터 전력을 수신하고 냉매 순환 시스템(676)을 통해 유체를 펌핑한다. 일부 구현예에서, 냉매는 글리세롤을 포함할 수 있다. 다른 구현예에서, 냉매는 다른 냉각제를 포함할 수 있다.
냉매 순환 시스템(676)은 배터리 서브모듈들(630) 및 TEC판(678)에 인접하게 이들을 따라 연장되는 유체 순환 도관을 포함한다. 이러한 도관은 도관 내에서 순환하는 (글리세롤과 같은) 냉매에 열을 열적으로 전도하는 알루미늄, 구리 등과 같은 재료로 형성될 수 있다. 도 20b 내지 도 22는 예시적인 냉매 순환 시스템(676)을 도시한다. 도 20b에 의해 도시된 바와 같이, 냉매 순환 시스템(676)은 4개의 냉각판(684-1, 684-2, 684-3, 684-4)을 포함한다. 각각의 냉각판(684)은 한 쌍의 패널을 포함하고, 이들은 연결되어 유체 순환 도관(686)을 형성하도록 협력한다. 도관(686)은 개별 냉각판(684)의 실질적으로 전체 표면적을 가로질러 사행형 경로들을 따라 진행된다. 도관(686)의 각각의 사행형 경로는 유입구 및 토출구를 구비한다.
도 20b 및 도 21에 의해 도시된 바와 같이, 냉각판(684-1)은 I자형을 가지되, 단일 공급 및 회수 유체 경로가 도관(686)의 ??혀진 다중 사행형 단부들 사이에 연장된다. 도 21에 의해 도시된 바와 같이, 냉각판(684)의 도관(686)의 레이아웃은, 냉각판(684-1)의 도관(686)이 최하위 층의 각각의 배터리 서브모듈(630)로 연장되도록, 배터리 서브모듈들(630)의 최하위 층의 레이아웃에 정합하는 형상을 갖는다.
냉각판(684-1)과 같이, 냉각판(684-2)은 배터리 서브모듈들(630)의 위에 놓인 층의 레이아웃에 정합하거나 대응하는 레이아웃을 갖는 도관(686)을 구비한다. 도시된 예에서, 냉각판(684-2)의 도관(686)은 모듈(630)의 중간 층 내의 추가 배터리 서브모듈들(630)을 냉각시키기 위해 도관(686)의 ??혀진 다중 사행형 단부들 사이에 연장되는 두 쌍의 공급 및 회수 유체 경로를 포함한다.
냉각판(684-3)은 배터리 서브모듈들(630)의 최상위 층의 아래에 위치된다. 냉각판(684-3)은 배터리(580)의 배터리 서브모듈들(630)의 최상위 층의 폭을 형성하는 6개의 배터리 서브모듈(630)에 대응하는 6개의 사행형 루프의 레이아웃을 갖는 유체 도관(686)을 구비한다. 그 결과, 배터리(580)의 배터리 서브모듈들(630)의 각각의 층은 냉매를 운반하는 유체 도관(686)의 일부에 인접한다.
냉각판(684-4)은 TEC판(678)의 아래에서 연장되고, TEC판(678)에 대응하는 형상을 갖는다. 도 22에 의해 도시된 바와 같이, 냉각판(684-4)은 한 쌍의 루프를 배치하는 유체 도관을 구비하고, (점묘법으로 도시된) 냉매는 유입구들(688)에서 펌핑되고 토출구들(690)에서 토출된다. 냉각판(684-4)의 도관(686)은 TEC판(678)의 열전 모듈들을 가로질러 유체를 순환시킨다. 일부 구현예에서, 각각의 냉각판(684)의 도관은, 배터리 서브모듈들(630)의 각각의 층을 가로질러 순환하는 냉매가 소정의 시간에 TEC판(678)의 열전 모듈들을 가로질러 순환되게 하기 위해, 더 큰 순환 경로를 형성하도록 유체 연결된다. 다른 구현예에서, 상이한 냉각판(684)의 유체 도관(686)은 서로 독립적일 수 있어서, 유체 펌프(674)에 의해 독립적으로 펌핑될 수 있다.
TEC판(678)은, 냉각판(684-4)의 위에 놓이며 냉각판(684-4)과 방열 핀들(680) 사이에 개재되는 패널을 포함한다. TEC판(678)은 일련의 개별 TEC 모듈들(690)을 포함한다. 각각의 모듈(690)은 냉각판(684-4)의 유체 도관(686)의 일부에 열적으로 결합되는 저온측 및 방열 핀들(680)에 열적으로 결합되는 고온측을 갖는 열 펌프 또는 펠티에 장치를 포함한다. TEC 모듈들(690)은 냉각판(684-4)의 도관(686)으로부터 방열 핀들(680)로 열을 전달한다.
방열 커버(682)는 방열 핀들(680)의 측면을 따라 팬들(683)에 의해 제공되는 공기 유동을 제한하는, 방열 핀들(682)의 위에서 연장되는 패널들을 포함한다. 팬들(683)은 트랙터(524; 도 14에 도시됨)의 대응하는 통기구들(692)을 통해 공기를 인입한다. 도시된 예에서, 통기구들(692)은 운전석(408)의 내부 바닥에 공압 연결된다. 일부 구현예에서, 공기는 방열 핀들(680)을 따라 안내되기 전에 필터를 통해 인입되거나 강제될 수 있다. 배터리(580)를 가로질러 종방향으로 통과하고 방열 핀들(680)로부터 열을 흡수한 후에, 공기는 배터리(580)의 개구들을 통해 토출될 수 있다. 도시된 예에서, 가열된 공기는 범퍼(636)의 하단부와 배터리 서브모듈들(630) 사이의 배터리(580)의 전단부에서 토출된다.
다른 구현예에서, 냉각판들의 수 및 이들의 각각의 형상 및 도관(686)은 배터리 서브모듈들(630)의 각각의 연관된 개별 층의 레이아웃에 따라 상이하게 구성될 수 있다. 일부 구현예에서, 각각의 냉각판(684)을 통해 순환되는 냉매는 배터리(580)에 의해 운반되기 보다는 트랙터(524)와 연관된 펌프에 의해 공급될 수 있다. 일부 구현예에서, 배터리(580)는 냉각 시스템(670)을 생략할 수 있다.
도 23 내지 도 28은 트랙터(524; 일부가 도시됨)의 배터리 수용 공동(626)에 완전히 삽입된 배터리(580)를 도시한다. 도 24는 트랙터(524)의 종방향 중심선을 따라 잘라낸 트랙터(524) 및 배터리(580)의 단면도이다. 도 25는 도 23의 라인(25-25)을 따라 잘라낸 트랙터(524)의 단면도이다. 도 26은 도 24의 라인(26-26)을 따라 잘라낸 트랙터(524)의 단면도이다. 도 27은 도 24의 라인(27-27)을 따라 잘라낸 트랙터(524)의 단면도이다. 도 28은 도 24의 라인(28-28)을 따라 잘라낸 트랙터(524)의 단면도이다. 도 23 내지 도 28에 의해 도시된 바와 같이, 배터리(586) 및 이의 서브모듈들(630)은 타이어들(406)의 정면을 둘러싼다. 배터리(586) 및 이의 서브모듈들(630)은 전방 차륜들(406)의 바로 위에서 연장되고, 또한 전방 차륜들(406)의 바로 앞에서 연장된다. 배터리(586) 및 이의 서브모듈들(630)은 이러한 차륜 웰들(662)의 내표면을 형성하는 차륜 웰들(662)의 일부를 형성한다. 배터리(580)의 배터리 서브모듈들(630)은 전방 차륜들(406)의 전방 및 후방에 위치된다.
본 개시의 청구범위는 전반적으로 배터리 교체 시스템에 관한 것이지만, 본 개시는 또한 하기 정의에 명시된 특징들에 관한 것이다.
1. 배터리 이송기를 포함하는 배터리 교체 시스템으로서,
배터리 이송기는
지지 프레임;
지지 프레임에 결합되고, 배터리 이송기를 이동시키기 위해 동력 차량에 연결되도록 구성되는 연결구; 및
지지 프레임에 이동가능하게 결합되고, 이송기 지지 위치로부터 트랙터 수용 위치로 배터리를 운반하도록 구성되는 배터리 캐리지를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
2. 정의 1에 있어서, 배터리 이송기는 축을 중심으로 한 회전을 위해 지지 프레임에 결합되는 차륜들 또는 트랙들을 포함하는, 배터리 교체 시스템.
3. 정의 2에 있어서, 배터리 캐리지는 축과 평행한 제2 축을 따라 배터리를 운반하도록 이동가능한, 배터리 교체 시스템.
4. 정의 3에 있어서, 배터리에 해제가능하게 연결되도록 배터리 캐리지에 의해 운반되는 배터리 연결구를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
5. 정의 4에 있어서, 배터리 연결구는 배터리 맞물림 위치와 배터리 해제 위치 간에 피벗가능한 후크를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
6. 정의 3에 있어서, 제2 축을 따라 배터리 캐리지를 제어가능하게 이동 및 위치시키기 위해 배터리 캐리지에 작동가능하게 결합되는 수동 크랭크를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
7. 정의 6에 있어서, 수동 크랭크에 의한 회전을 위해 수동 크랭크에 작동가능하게 결합되는 웜 기어, 및 웜 기어와 맞물리고 배터리 캐리지에 연결되는 웜 기어 팔로워를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
8. 정의 3에 있어서, 제2 축을 따라 배터리 캐리지를 제어가능하게 이동 및 위치시키기 위해 배터리 캐리지에 작동가능하게 결합되는 동력 캐리지 구동부를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
9. 정의 8에 있어서, 동력 캐리지 구동부는 지지 프레임에 의해 운반되는 구동원을 포함하고, 구동원은 전기 모터 및 유압 모터로 구성되는 구동원들의 군에서 선택되는, 배터리 교체 시스템.
10. 정의 9에 있어서, 동력 캐리지 구동부에 수용된 배터리를 전기적으로 연결하기 위해 지지 프레임에 의해 지지되는 전기 배터리 베이를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
11. 정의 9에 있어서, 동력 캐리지 구동부는 배터리 이송기로부터 떨어져 있는 전원 인터페이스에 해제가능하게 연결되도록 구동원에 연결되는 캐리지 구동부 연결 인터페이스를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
12. 정의 1에 있어서, 지지 프레임에 이동가능하게 결합되고, 이송기 지지 위치로부터 트랙터 수용 위치로 제2 배터리를 운반하도록 구성되는 제2 배터리 캐리지를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
13. 정의 12에 있어서, 배터리 이송기는 축을 중심으로 한 회전을 위해 지지 프레임에 결합되는 차륜들을 포함하는, 배터리 교체 시스템.
14. 정의 12에 있어서, 배터리 캐리지는 축과 평행한 제2 축을 따라 배터리를 운반하도록 이동가능하고, 제2 배터리 캐리지는 축과 평행한 제3 축을 따라 제2 배터리를 운반하도록 이동가능한, 배터리 교체 시스템.
15. 정의 14에 있어서,
배터리에 해제가능하게 연결되도록 배터리 캐리지에 의해 운반되는 배터리 연결구; 및
제2 배터리에 해제가능하게 연결되도록 제2 배터리 캐리지에 의해 운반되는 제2 배터리 연결구를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
16. 정의 15에 있어서, 배터리 연결구는 배터리 맞물림 위치와 배터리 해제 위치 간에 피벗가능한 후크를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
17. 정의 14에 있어서,
제2 축을 따라 배터리 캐리지를 제어가능하게 이동 및 위치시키기 위해 배터리 캐리지에 작동가능하게 결합되는 제1 수동 크랭크; 및
제3 축을 따라 제2 배터리 캐리지를 제어가능하게 이동 및 위치시키기 위해 배터리 캐리지에 작동가능하게 결합되는 제2 수동 크랭크를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
18. 정의 17에 있어서, 수동 크랭크에 의한 회전을 위해 수동 크랭크에 작동가능하게 결합되는 웜 기어, 및 웜 기어와 맞물리고 배터리 캐리지에 연결되는 웜 기어 팔로워를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
19. 정의 14에 있어서, 제2 축을 따라 배터리 캐리지를 제어가능하게 이동 및 위치시키기 위해 배터리 캐리지에 작동가능하게 결합되는 동력 캐리지 구동부를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
20. 정의 1에 있어서, 배터리 캐리지는 제1 축을 따른 이동을 위해 지지 프레임에 이동가능하게 결합되고, 배터리 이송기는 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 배터리 캐리지를 위치시키기 위해 배터리 캐리지를 운반 및 이동가능하게 지지하는 위치지정 캐리지를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
21. 정의 11에 있어서, 배터리 이송기는 축을 중심으로 한 회전을 위해 지지 프레임에 결합되는 차륜들을 포함하는, 배터리 교체 시스템.
22. 정의 21에 있어서, 배터리 캐리지는 축과 평행한 제2 축을 따라 배터리를 운반하도록 이동가능한, 배터리 교체 시스템.
23. 정의 22에 있어서, 배터리에 해제가능하게 연결되도록 배터리 캐리지에 의해 운반되는 배터리 연결구를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
24. 정의 23에 있어서, 배터리 연결구는 배터리 맞물림 위치와 배터리 해제 위치 간에 피벗가능한 후크를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
25. 정의 22에 있어서, 제2 축을 따라 배터리 캐리지를 제어가능하게 이동 및 위치시키기 위해 배터리 캐리지에 작동가능하게 결합되는 수동 크랭크를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
26. 정의 25에 있어서, 수동 크랭크에 의한 회전을 위해 수동 크랭크에 작동가능하게 결합되는 웜 기어, 및 웜 기어와 맞물리고 배터리 캐리지에 연결되는 웜 기어 팔로워를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
27. 정의 22에 있어서, 제2 축을 따라 배터리 캐리지를 제어가능하게 이동 및 위치시키기 위해 배터리 캐리지에 작동가능하게 결합되는 동력 캐리지 구동부를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
28. 정의 27에 있어서, 동력 캐리지 구동부는 지지 프레임에 의해 운반되는 구동원을 포함하고, 구동원은 전기 모터 및 유압 모터로 구성되는 구동원들의 군에서 선택되는, 배터리 교체 시스템.
29. 정의 28에 있어서, 동력 캐리지 구동부에 수용된 배터리를 전기적으로 연결하기 위해 지지 프레임에 의해 지지되는 전기 배터리 베이를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
30. 정의 28에 있어서, 동력 캐리지 구동부는 배터리 이송기로부터 떨어져 있는 전원 인터페이스에 해제가능하게 연결되도록 구동원에 연결되는 캐리지 구동부 연결 인터페이스를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
31. 정의 20에 있어서, 제2 축을 따라 위치지정 캐리지를 제어가능하게 이동 및 위치시키기 위해 위치지정 캐리지에 작동가능하게 결합되는 수동 크랭크를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
32. 정의 31에 있어서, 수동 크랭크에 의한 회전을 위해 수동 크랭크에 작동가능하게 결합되는 웜 기어, 및 웜 기어와 맞물리고 위치지정 캐리지에 연결되는 웜 기어 팔로워를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
33. 정의 20에 있어서, 제2 축을 따라 위치지정 캐리지를 제어가능하게 이동 및 위치시키기 위해 위치지정 캐리지에 작동가능하게 결합되는 동력 위치지정 캐리지 구동부를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
34. 정의 33에 있어서, 동력 위치지정 캐리지 구동부는 지지 프레임에 의해 운반되는 위치지정 구동원을 포함하고, 위치지정 구동원은 전기 모터 및 유압 모터로 구성되는 구동원들의 군에서 선택되는, 배터리 교체 시스템.
35. 정의 34에 있어서, 동력 위치지정 캐리지 구동부에 수용된 배터리를 전기적으로 연결하기 위해 지지 프레임에 의해 지지되는 전기 배터리 베이를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
36. 정의 28에 있어서, 동력 위치지정 캐리지 구동부는 배터리 이송기로부터 떨어져 있는 전원 인터페이스에 해제가능하게 연결되도록 위치지정 구동원에 연결되는 위치지정 캐리지 구동부 연결 인터페이스를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
37. 정의 20에 있어서, 제1 축에 수직인 제3 축을 따른 이동을 위해 위치지정 캐리지에 의해 운반되는 제2 배터리 캐리지를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
38. 정의 20에 있어서,
제2 축을 따른 이동을 위한 제2 위치지정 캐리지; 및
제1 축에 수직인 제3 축을 따른 이동을 위해 제2 위치지정 캐리지에 의해 운반되는 제2 배터리 캐리지를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
39. 정의 1에 있어서, 지지 프레임에 의해 지지되는 배터리 충전 시스템으로, 배터리가 배터리 캐리지에 의해 지지되는 동안 배터리와의 해제가능한 연결을 위해 배터리 연결 인터페이스를 포함하는 배터리 충전 시스템을 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
40. 정의 39에 있어서, 배터리 연결 인터페이스는 배터리 연결 위치와 인출 위치 간에 지지 프레임에 대해 이동가능한, 배터리 교체 시스템.
41. 정의 39에 있어서, 충전 배터리를 수용하는 충전 배터리 베이로, 배터리 충전 시스템에 충전 배터리 베이 내의 충전 배터리를 연결하는 충전 배터리 베이를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
42. 정의 1에 있어서,
지지 프레임에 결합되고, 지지 프레임을 이동가능하게 지지하는 차륜들; 및
지지 프레임에 의해 지지되고, 차륜들을 회전가능하게 구동하기 위해 차륜들에 작동가능하게 결합되는 전기 모터를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
43. 정의 1에 있어서, 연결구는 지지 프레임으로부터 연장되는 드로우바를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
44. 정의 1에 있어서, 연결구는 지지 프레임으로부터 연장되는 3점 히치를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
45. 정의 1에 있어서, 배터리 캐리지의 위에서 지지 프레임에 의해 지지되고, 배터리 캐리지에 의해 운반될 배터리의 높이보다 더 큰 높이만큼 배터리로부터 이격되는 상부 데크를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
46. 정의 1에 있어서, 지지 프레임에 의해 지지되는 저울을 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
47. 정의 1에 있어서, 지지 프레임에 대해 배터리 캐리지의 롤, 피치, 및 높이 중 적어도 하나를 조정하기 위해 지지 프레임에 의해 지지되는 작동가능 캐리지 현수 시스템을 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
48. 정의 47에 있어서, 작동가능 캐리지 현수 시스템은 지지 프레임과 배터리 캐리지 사이에 복수의 독립적으로 작동가능한 에어백을 포함하는, 배터리 교체 시스템.
49. 정의 48에 있어서, 작동가능 캐리지 현수 시스템은 리프 스프링 링키지를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
50. 정의 47에 있어서, 작동가능 캐리지 현수 시스템은 레벨링 스크류 잭들을 포함하는, 배터리 교체 시스템.
51. 정의 1에 있어서,
지지 프레임에 의해 지지되는 카메라;
배터리 캐리지에 작동가능하게 결합되는 동력 액추에이터; 및
카메라로부터의 신호에 기반하여 배터리 캐리지를 이동시키기 위해 동력 액추에이터를 제어가능하게 작동시키도록 제어 신호를 출력하는 제어기를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
52. 정의 51에 있어서,
배터리 캐리지를 위치시키는 위치지정 캐리지; 및
위치지정 캐리지에 작동가능하게 결합되는 위치지정 동력 액추에이터를 추가로 포함하고, 제어기는 카메라로부터의 신호에 기반하여 위치지정 캐리지를 이동시키기 위해 위치지정 동력 액추에이터를 제어가능하게 작동시키도록 제어 신호를 출력하는, 배터리 교체 시스템.
53. 정의 51에 있어서,
지지 프레임에 대해 배터리 캐리지의 롤, 피치, 및 높이 중 적어도 하나를 조정하기 위해 지지 프레임에 의해 지지되는 작동가능 캐리지 현수 시스템; 및
작동가능 캐리지 현수에 작동가능하게 결합되는 현수 동력 액추에이터를 추가로 포함하고, 제어기는 지지 프레임에 대해 배터리 캐리지의 롤, 피치, 및 높이 중 적어도 하나를 조정하기 위해 현수 동력 액추에이터를 제어가능하게 작동시키도록 제어 신호를 출력하는, 배터리 교체 시스템.
54. 정의 1에 있어서,
동력 차량의 역할을 하고 전방 차대를 구비하되, 배터리 수용 공동이 전방 차대의 전단부로부터 후방으로 연장되는 트랙터를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
55. 정의 54에 있어서, 트랙터는 전방 차대의 양측으로부터 연장되는 전방 차륜들 및 전방 차대의 정면을 따른 전조등들을 포함하되, 배터리 수용 공동이 트랙터의 전방 차륜들과 전조등들 사이에 수직으로 위치되는, 배터리 교체 시스템.
56. 정의 54에 있어서,
배터리 수용 공동에 대한 배터리 캐리지에 의해 지지되는 배터리의 상대 위치를 감지하는 위치에서 트랙터에 의해 지지되는 센서; 및
센서로부터 신호를 수신하고, 배터리 캐리지에 의해 지지되는 배터리와 배터리 수용 공동 사이의 정렬도에 기반하여 정렬 신호를 출력하는 제어기를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
57. 정의 56에 있어서, 배터리 캐리지의 위치를 제어하는 사용자에게 정렬도의 표시를 출력하는 사용자 표시기를 추가로 포함하고, 표시는 시각적 표시 및 청각적 표시 중 적어도 하나를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
58. 정의 56에 있어서, 배터리 캐리지에 작동가능하게 결합되는 동력 캐리지 구동부를 추가로 포함하고, 동력 캐리지 구동부는 정렬 신호에 기반하여 배터리 캐리지 및 배터리를 자동으로 이동시키는, 배터리 교체 시스템.
59. 정의 1에 있어서, 배터리 캐리지에 의해 지지되는 배터리의 충전 레벨을 나타내는 통신 신호를 출력하기 위해 지지 프레임에 의해 지지되는 셀룰러 모뎀을 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
60. 정의 1에 있어서, 배터리 이송기의 지리적 위치를 나타내는 GPS 신호를 출력하기 위해 지지 프레임에 의해 지지되는 GPS 수신기를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
61. 정의 1에 있어서, 배터리를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
62. 정의 61에 있어서, 배터리는 배터리 캐리지와 함께 배터리를 이동시키기 위해 배터리 캐리지에 배터리를 해제가능하게 연결하는 배터리 연결 인터페이스를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
63. 정의 62에 있어서, 배터리 캐리지는 후크를 포함하고, 배터리 연결 인터페이스는 후크에 이동가능하게 수용되는 샤프트를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
64. 정의 63에 있어서, 샤프트 수용 위치와 샤프트 인출 위치 간에 후크를 제어가능하게 피벗시키기 위해 지지 프레임에 의해 지지되는 동력 액추에이터를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
65. 정의 64에 있어서, 동력 액추에이터는 전기 솔레노이드를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
66. 정의 64에 있어서, 샤프트 수용 위치와 샤프트 인출 위치 간에 후크를 수동으로 피벗시키기 위한 레버를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
본 개시는 예시적인 구현예들을 참조하여 설명되었지만, 당업자는 본 개시를 벗어남 없이 형태 및 세부사항이 변경될 수 있음을 인식할 것이다. 예를 들어, 상이한 예시적인 구현예들이 다양한 이점을 제공하는 특징들을 포함하는 것으로 설명되었을 수 있지만, 설명된 예시적인 구현예들 또는 다른 대안적인 구현예들에서, 설명된 특징들은 서로 상호교환될 수 있거나 대안적으로는 서로 결합될 수 있음을 고려한다. 본 개시의 기술은 비교적 복잡하기 때문에, 기술의 모든 변경을 예측하는 것은 불가능하다. 예시적인 구현예들을 참조하여 설명되고 후술하는 청구범위에 명시되는 본 개시는 가능한 한 광범위하게 의도된 것이 명백하다. 예를 들어, 구체적으로 달리 언급되지 않는 한, 단일 특정 요소를 인용하는 청구항은 또한 복수의 이러한 특정 요소를 포괄한다. 청구범위에서의 "제1", "제2", "제3" 등의 용어는 단지 상이한 요소들을 구별하는 것이고, 달리 명시되지 않는 한, 본 개시의 요소들의 특정 순서 또는 특정 순위와 구체적으로 연관되지 않아야 한다.

Claims (15)

  1. 배터리 이송기를 포함하는 배터리 교체 시스템으로서,
    상기 배터리 이송기는
    지지 프레임;
    상기 지지 프레임에 결합되고, 상기 배터리 이송기를 이동시키기 위해 동력 차량에 연결되도록 구성되는 연결구; 및
    상기 지지 프레임에 이동가능하게 결합되고, 이송기 지지 위치로부터 트랙터 수용 위치로 배터리를 수평 운반하도록 구성되는 배터리 캐리지를 포함하는, 배터리 교체 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배터리 이송기는 축을 중심으로 한 회전을 위해 상기 지지 프레임에 결합되는 차륜들 또는 트랙들을 포함하고, 상기 배터리 캐리지는 상기 축과 평행한 제2 축을 따라 상기 배터리를 운반하도록 이동가능한, 배터리 교체 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 배터리에 해제가능하게 연결되도록 상기 배터리 캐리지에 의해 운반되는 배터리 연결구를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제2 축을 따라 상기 배터리 캐리지를 제어가능하게 이동 및 위치시키기 위해 상기 배터리 캐리지에 작동가능하게 결합되는 수동 크랭크를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제2 축을 따라 상기 배터리 캐리지를 제어가능하게 이동 및 위치시키기 위해 상기 배터리 캐리지에 작동가능하게 결합되는 동력 캐리지 구동부를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 지지 프레임에 이동가능하게 결합되고, 이송기 지지 위치로부터 트랙터 수용 위치로 제2 배터리를 운반하도록 구성되는 제2 배터리 캐리지를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 배터리 이송기는 축을 중심으로 한 회전을 위해 상기 지지 프레임에 결합되는 차륜들 또는 트랙들을 포함하고, 상기 배터리 캐리지는 상기 축과 평행한 제2 축을 따라 상기 배터리를 운반하도록 이동가능하고, 상기 제2 배터리 캐리지는 상기 축과 평행한 제3 축을 따라 상기 제2 배터리를 운반하도록 이동가능한, 배터리 교체 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배터리에 해제가능하게 연결되도록 상기 배터리 캐리지에 의해 운반되는 배터리 연결구; 및
    상기 제2 배터리에 해제가능하게 연결되도록 상기 제2 배터리 캐리지에 의해 운반되는 제2 배터리 연결구를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 축을 따라 상기 배터리 캐리지를 제어가능하게 이동 및 위치시키기 위해 상기 배터리 캐리지에 작동가능하게 결합되는 제1 수동 크랭크; 및
    상기 제3 축을 따라 상기 제2 배터리 캐리지를 제어가능하게 이동 및 위치시키기 위해 상기 배터리 캐리지에 작동가능하게 결합되는 제2 수동 크랭크를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제2 축을 따라 상기 배터리 캐리지를 제어가능하게 이동 및 위치시키기 위해 상기 배터리 캐리지에 작동가능하게 결합되는 동력 캐리지 구동부를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 배터리 캐리지는 제1 축을 따른 이동을 위해 상기 지지 프레임에 이동가능하게 결합되고, 상기 배터리 이송기는 상기 제1 축에 수직인 제2 축을 따라 상기 배터리 캐리지를 위치시키기 위해 상기 배터리 캐리지를 운반 및 이동가능하게 지지하는 위치지정 캐리지를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 축을 따른 이동을 위한 제2 위치지정 캐리지; 및
    상기 제1 축에 수직인 제3 축을 따른 이동을 위해 상기 제2 위치지정 캐리지에 의해 운반되는 제2 배터리 캐리지를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
  13. 제1항에 있어서, 상기 지지 프레임에 의해 지지되는 배터리 충전 시스템으로, 상기 배터리가 상기 배터리 캐리지에 의해 지지되는 동안 상기 배터리와의 해제가능한 연결을 위해 배터리 연결 인터페이스를 포함하는 배터리 충전 시스템을 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 지지 프레임에 대해 상기 배터리 캐리지의 롤, 피치, 및 높이 중 적어도 하나를 조정하기 위해 상기 지지 프레임에 의해 지지되는 작동가능 캐리지 현수 시스템을 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 지지 프레임에 의해 지지되는 카메라;
    상기 배터리 캐리지에 작동가능하게 결합되는 동력 액추에이터; 및
    상기 카메라로부터의 신호에 기반하여 상기 배터리 캐리지를 이동시키기 위해 상기 동력 액추에이터를 제어가능하게 작동시키도록 제어 신호를 출력하는 제어기를 추가로 포함하는, 배터리 교체 시스템.
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