БЛОК ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ, СУХОПУТНОЕ ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО, СТАНЦИЯ ЗАМЕНЫ И СПОСОБ ЗАМЕНЫ БЛОКА ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ, ИМЕЮЩЕГОСЯ НА СУХОПУТНОМ ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ Российский патент 2014 года по МПК B60L11/18 H02J7/02 H01M10/46 B60S5/06 

Область техники

Изобретение относится к блоку энергоснабжения согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, сухопутному транспортному средству согласно ограничительной части пункта 11 формулы, а также к станции замены и способу замены блока энергоснабжения, имеющегося на сухопутном транспортном средстве.

Уровень техники

В известных сухопутных транспортных средствах, в частности колесных транспортных средствах, например автомобилях, все чаще применяются электродвигатели, служащие дополнительным или единственным приводным двигателем. Для обеспечения таких электродвигателей электроэнергией на колесных транспортных средствах (в дальнейшем - транспортных средствах) устанавливаются подзаряжаемые электрические энергоаккумуляторы, выполненные в виде подзаряжаемых автомобильных аккумуляторных батарей. Аналогично сухопутным транспортным средствам, работающим на обычном топливе, аккумуляторные батареи разряжаются в ходе эксплуатации транспортного средства и по истечении определенного срока требуют «дозаправки», то есть подзарядки электроэнергией. Для этого на уровне техники разработано множество разнообразнейших решений, обеспечивающих немедленную зарядку энергоаккумулятора. Однако подобные электрические «заправочные станции» имеют серьезный недостаток по сравнению с обычными заправочными станциями для двигателей внутреннего сгорания, работающих на топливе. Этот недостаток заключается в том, что средняя длительность полного заряда электрических энергоаккумуляторов (в частности, подзаряжаемых батарей или аккумуляторов), известных на уровне техники, составляет несколько часов и значительно превышает длительность заправки бака транспортного средства жидким или газообразным топливом. Поскольку пользователь привык тратить на заправку несколько минут, эта проблема является существенным препятствием для внедрения транспортных средств, оснащенных исключительно электрическими двигателями.

В целях устранения этого недостатка уже были разработаны решения, позволяющие максимально быстро заменить разряженную аккумуляторную батарею транспортного средства заряженной аккумуляторной батареей транспортного средства. Однако если аккумуляторная батарея транспортного средства разрядится в то время, когда транспортное средство окажется вдали от соответствующей станции замены батарей, то замена разряженной аккумуляторной батареи своими силами будет невозможна вследствие ее большой массы. В отличие от транспортных средств на традиционном топливе, у которых топливо, необходимое для передвижения до ближайшей заправочной станции, может быть доставлено с заправочной станции к транспортному средству в переносной канистре, переноска аккумуляторной батареи транспортного средства, весящей десятки килограмм, невозможна. В этом случае приходится буксировать транспортное средство до ближайшей станции замены батарей.

Другие решения, описывающие подзарядку аккумуляторных батарей транспортных средств, предусматривают возможность индуктивной зарядки аккумуляторной батареи транспортного средства посредством первичной катушки, расположенной на поверхности зарядной станции, и вторичной катушки, расположенной на нижней стороне транспортного средства. Такие зарядные станции могут применяться, например, в домашних гаражах или на публичных парковках, где транспортные средства могут заряжаться либо частично в течение нескольких минут, либо полностью в течение нескольких часов. Однако, как аккумуляторная батарея транспортного средства, так и вторичная катушка занимают относительно много места в транспортном средстве и нуждаются в свободном доступе к ним с внешней стороны транспортного средства. У аккумуляторной батареи транспортного средства это требование обусловлено необходимостью упрощения и ускорения замены батареи, а у вторичной катушки - необходимостью хорошего индуктивного контакта с первичной катушкой. Поэтому, особенно в транспортных средствах малого и среднего класса, места на нижней стороне транспортного средства недостаточно для размещения вторичной катушки и сменных аккумуляторных батарей. Эта проблема не позволяет скомбинировать оба решения, поэтому такое комбинированное решение на уровне техники неизвестно.

Патентная заявка DE 102007054396 А1 описывает аккумуляторную батарею традиционного транспортного средства, на боковой стороне которой расположена проводящее устройство в форме катушки. Для зарядки батареи зарядное устройство должно находиться как можно ближе к боковой стенке батареи, чтобы можно было обеспечить достаточный контакт с проводящим устройством зарядного устройства, имеющим форму катушки. Учитывая недостаток места в подкапотном пространстве традиционного транспортного средства, на практике это условие невозможно выполнить для установленной аккумуляторной батареи. Поэтому проводящее устройство зарядного устройства, имеющее форму катушки, приходится устанавливать вне подкапотного пространства. Результатом является плохой магнитный контакт проводящих устройств в форме катушек и, тем самым, высокие потери при передаче энергии, обусловленные, в том числе, рассеянием.

Патентная заявка DE 2410102 А1 описывает устройство для замены батарей транспортных средств с электрическим приводом при помощи тележки, которая предназначена для погрузки и выгрузки аккумуляторных батарей и может подводиться к транспортному средству, которое может быть зафиксировано в положении для замены, в направлении, перпендикулярном направлению движения транспортного средства. Патентная заявка DE 69425511 Т2 описывает систему для зарядки и транспортировки аккумуляторных батарей, которая предусматривает установку сменной аккумуляторной батареи в транспортное средство или извлечение батареи из транспортного средства в боковом направлении. Обоим известным устройствам присущ общий недостаток, связанный с тем, что система замены батарей, предусматривающая установку батарей в боковом направлении, требует много места, а также с тем, что необходимы меры предосторожности, гарантированно исключающие движение людей в пространстве сбоку от транспортного средства во время процесса замены батарей.

Патентный документ US 5998963 А описывает станцию для замены и зарядки аккумуляторных батарей транспортных средств с электрическим приводом. Недостаток этой станции заключается в том, что аккумуляторные батареи для зарядки должны быть соединены электрическими проводами с контактами зарядной станции.

Раскрытие изобретения

Таким образом, задачей предлагаемого изобретения является разработка блока энергоснабжения, предназначенного для питания бортовой электрической сети сухопутного транспортного средства, сухопутного транспортного средства, станции замены и способа замены блока энергоснабжения, имеющегося на сухопутном транспортном средстве, которые будут лишены перечисленных выше недостатков, позволят компактно разместить электрический энергоаккумулятор и вторичную катушку в транспортном средстве и обеспечат зарядку электрического энергоаккумулятора в сухопутном транспортном средстве, а также быструю замену электрического энергоаккумулятора.

Согласно изобретению, эта задача решается блоком энергоснабжения с признаками, раскрываемыми в пункте 1 формулы изобретения, сухопутным транспортным средством с признаками, раскрываемыми в пункте 11 формулы, а также станцией замены и способом замены блока энергоснабжения, имеющегося на сухопутном транспортном средстве, с признаками, раскрываемыми в пунктах 18 и 22 формулы. Выгодные конструкции исполнения и целесообразные варианты исполнения изобретения описываются в зависимых пунктах формулы.

Согласно изобретению, блок энергоснабжения упомянутого типа отличается тем, что он представляет собой единый сменный узел, включающий соединительный элемент, предназначенный для соединения с установленным в сухопутном транспортном средстве ответным соединительным элементом с целью передачи энергии между блоком энергоснабжения и бортовой сетью. Такая конструкция позволяет легко устанавливать блок энергоснабжения в сухопутное транспортное средство (и извлекать его из транспортного средства), отличающееся характеризующими признаками, согласно которым транспортное средство выполнено с возможностью установки блока энергоснабжения и имеет ответный соединительный элемент, предназначенный для соединения с соединительным элементом блока энергоснабжения. Тем не менее, блок энергоснабжения позволяет периодически или кратковременно заряжать сухопутное транспортное средство на зарядных станциях, не демонтируя блок энергоснабжения. Кроме того, сильно разряженный блок энергоснабжения, описываемый изобретением, можно быстро заменить на станции замены, описываемой изобретением, на другой, полностью заряженный блок энергоснабжения. Благодаря этому отпадает необходимость в длительной стоянке сухопутного транспортного средства во время зарядки (как это имело место на уровне техники) и исключается связанное с этим длительное ожидание. Кроме того, интеграция вторичной катушки и энергоаккумулятора в единый сменный блок позволяет реализовать простую, бесконтактную и, тем самым, максимально безопасную зарядку энергоаккумулятора, содержащегося в блоке энергоснабжения, на станции замены, описываемой изобретением. Кроме того, изобретение позволяет полностью автоматизировать замену блока энергоснабжения на станции замены, так как для зарядки энергоаккумулятора блока энергоснабжения на станции замены не требуется устанавливать физическое соединение с зарядными устройствами.

В предпочтительном варианте исполнения соединительный элемент блока энергоснабжения может представлять собой первичную катушку бортовой сети, предназначенную для индуктивной передачи энергии между первичной катушкой бортовой сети и ответным соединительным элементом, установленным на сухопутном транспортном средстве и выполненным в виде вторичной катушки бортовой сети. Поскольку в результате осуществляется индуктивная, то есть, бесконтактная передача энергии от первичной катушки, расположенной вне сухопутного транспортного средства, на блок энергоснабжения, а также от блока энергоснабжения в бортовую сеть, совершенно не требуется устанавливать механический контакт для передачи энергии между блоком энергоснабжения и зарядным устройством и бортовой сетью. Таким образом, блок энергоснабжения может быть выполнен в виде полностью закрытого общего блока, благодаря чему гарантированно предотвращается попадание пыли, влаги или посторонних предметов в блок энергоснабжения. Таким образом, не требуется предпринимать дополнительных предосторожностей, призванных предотвратить соприкосновение людей или предметов с электрическими контактами. Такой блок энергоснабжения не нуждается в механически подвижных деталях, благодаря чему не требуется регулярно проверять легкость хода деталей, обладающих механической подвижностью, и восстанавливать ее.

Согласно следующему выгодному варианту исполнения изобретения, может быть предусмотрен, по меньшей мере, один элемент сопряжения, предназначенный для быстрого механического соединения, по меньшей мере, с одним ответным элементом сопряжения, установленным на сухопутном транспортном средстве. Благодаря этому блок энергоснабжения можно легко и быстро закрепить в транспортном средстве, а также легко и быстро отсоединить от него. В результате можно легко автоматизировать замену блока энергоснабжения. Для этого, выгодным образом, можно предусмотреть, по меньшей мере, один позиционирующий элемент, который входит в зацепление, по меньшей мере, с одним ответным позиционирующим элементом, расположенным на сухопутном транспортном средстве, описываемом изобретением. При установке блока энергоснабжения в сухопутное транспортное средство такая конструкция позволяет легко и точно позиционировать относительно друг друга соединительный элемент/соединительные элементы и ответный соединительный элемент/ответные соединительные элементы.

Станция замены, описываемая изобретением, для замены первого блока энергоснабжения, находящегося в сухопутном транспортном средстве согласно изобретению, на второй блок энергоснабжения, хранящийся на складе станции замены, имеет двустороннее заменяющее устройство, предназначенное для извлечения первого блока энергоснабжения из сухопутного транспортного средства и передачи этого блока на транспортировочное устройство с целью транспортировки первого блока энергоснабжения на склад, а второго блока энергоснабжения - со склада на заменяющее устройство. Таким образом, можно ускорить замену блока энергоснабжения, которая будет длиться примерно столько же, сколько и заправка сухопутного транспортного средства, работающего на традиционном топливе.

Чтобы можно было быстро и легко зарядить разряженный блок энергоснабжения, извлеченный из сухопутного транспортного средства, на складе станции замены может иметься одно или несколько гнезд, каждое из которых содержит зарядную первичную катушку, предназначенную для индуктивной передачи энергии между зарядной первичной катушкой и вторичной катушкой блока энергоснабжения, помещенного в гнездо.

Компактный вариант исполнения, выгодный для замены блоков, отличается тем, что заменяющее устройство может содержать подъемное устройство с перемещаемой по вертикали подставкой для блока энергоснабжения, которое расположено в выемке между двумя колеями двухколейного сухопутного транспортного средства. В результате блок энергоснабжения, расположенный на нижней стороне сухопутного транспортного средства, можно извлечь быстро и безопасно. Последующая замена может осуществляться подземным путем, благодаря чему не требуется много места в надземном пространстве. Таким образом, уже существующие заправочные станции можно было бы легко переоборудовать в станции замены, не расширяя надземное пространство. Поскольку и без того потребуется извлекать большие резервуары, расположенные на обычных заправочных станциях под землей, объем работ по выемке грунта также останется в разумных пределах.

В предпочтительном варианте исполнения может быть предусмотрено управляющее устройство, предназначенное для автоматизированной замены блока энергоснабжения. Наличие такого устройства позволит максимально сократить количество обслуживающего персонала и свести к минимуму риск для имеющегося обслуживающего персонала.

Описываемый изобретением способ замены первого блока энергоснабжения, находящегося в сухопутном транспортном средстве, на второй блок энергоснабжения включает следующие этапы:

a) позиционирование сухопутного транспортного средства в рабочей зоне заменяющего устройства;

b) присоединение первого блока энергоснабжения с помощью заменяющего устройства;

c) размыкание механического соединения между первым блоком энергоснабжения и сухопутным транспортным средством;

d) извлечение первого блока энергоснабжения из сухопутного транспортного средства с помощью заменяющего устройства;

e) транспортировка первого блока энергоснабжения из рабочей зоны;

f) предварительно, одновременно или впоследствии: погрузка на заменяющее устройство (30) второго блока энергоснабжения;

g) установка второго блока энергоснабжения с помощью заменяющего устройства в сухопутное транспортное средство;

h) одновременно или впоследствии: замыкание механического соединения между вторым блоком энергоснабжения и сухопутным транспортным средством.

В результате замена блока энергоснабжения может производиться быстро и легко, причем в выгодном варианте способа, по меньшей мере, этапы b)-h) выполняются автоматически.

Краткое описание чертежей

Прочие детали и преимущества изобретения следуют из приведенного ниже описания варианта исполнения, основанного на прилагаемых фигурах, на которых изображено:

Фигура 1: схематичный вид частично открытого блока энергоснабжения, выполненного в соответствии с первым вариантом исполнения изобретения.

Фигура 2: схематичный вид частично открытого блока энергоснабжения, выполненного в соответствии со вторым вариантом исполнения изобретения.

Фигура 3: схема процесса зарядки блока энергоснабжения, описываемого изобретением, установленного в сухопутном транспортном средстве, описываемом изобретением.

Фигуры 4а-g: схематичный вид станции замены, описываемой изобретением, во время различных этапов способа замены блока энергоснабжения, имеющегося в сухопутном транспортном средстве, согласно изобретению.

Фигура 5: детальный вид станции замены, показанной на фигуре 4а.

Осуществление изобретения

На фиг.1 представлен первый вариант исполнения блока 1 энергоснабжения согласно изобретению, причем закрытый корпус 2 блока 1 энергоснабжения, имеющий форму короба, показан частично в разрезе, чтобы более наглядно проиллюстрировать идею изобретения. Корпус 2 изготовлен, предпочтительно, из кислотостойкого материала, чтобы в случае повреждения энергоаккумулятора 3, находящегося внутри корпуса, исключить выход наружу ядовитого электролита или паров серной кислоты. Форма корпуса может отличаться от формы, показанной на фигурах.

В предлагаемом варианте исполнения энергоаккумулятор 3 состоит из подзаряжаемой первой батареи 3а и второй батареи 3b, соответственно, с положительным полюсом + и отрицательным полюсом -. Также могут использоваться другие энергоаккумуляторы, предназначенные для аккумулирования электроэнергии, например, так называемые аккумуляторы SuperCap или комбинации подзаряжаемых батарей и аккумулятором SuperCap. Для обеспечения нужного номинала питающего напряжения на энергоаккумуляторе 3 отрицательный полюс первой батареи 3а соединен последовательным проводом 4 с положительным полюсом второй батареи 3b. От положительного полюса первой батареи 3а и отрицательного полюса второй батареи 3b отходят соединительные провода 5+ и 5-, ведущие к соединительному элементу, выполненному в виде разъема 6. Контакты разъема 6 на фигуре 1 электрически соединены с ответным соединительным элементом, который выполнен в виде контактного разъема 7 бортовой сети и относится к бортовой сети 8, показанной на фиг.1 лишь схематично. Таким образом, энергия может передаваться между энергоаккумулятором 3 и бортовой сетью 8.

Для зарядки энергоаккумулятора 3 с устройства, находящегося вне транспортного средства, изобретение предусматривает жестко закрепленную на корпусе 2 или встроенную в корпус 2 вторичную катушку 9, которая в данном случае залита в собственный корпус 10. Корпус 10 катушки исключает непосредственное соприкосновение с вторичной катушкой 9. Вторичная катушка 9 соединена силовым проводом 11 с регулятором или выпрямителем 12. Вместо круглой вторичной катушки 9, которая имеет место в предлагаемом варианте, может использоваться катушка другой формы или даже несколько вторичных катушек.

Положительный выход выпрямителя 12 электрически соединен положительным зарядным проводом 14 с положительным полюсом первой батареи 3а, а отрицательный выход выпрямителя 12 соединен отрицательным зарядным проводом 14 с отрицательным полюсом второй батареи 3а. Выпрямитель 12 преобразует энергию, переданную вторичной катушкой 9 в форме переменного напряжения и переменного тока, в постоянное напряжение и постоянный ток, необходимые для энергоаккумулятора 3 и бортовой сети 8. Конструкция и способ функционирования соответствующего регулятора или выпрямителя 12 известны в достаточной степени.

Кроме того, блок 1 энергоснабжения содержит интерфейс 15 связи и систему 16 управления батареей, которые получают необходимое им питающее напряжение от выпрямителя 12 по сквозному силовому проводу 17.

Интерфейс 15 связи соединен шиной 18 данных с вторичной катушкой 9 в целях анализа сигналов связи, которые модулированы, например, на основе сигнала передачи энергии. В результате блок 1 энергоснабжения можно запрашивать извне через вторичную катушку 9. Равным образом, интерфейс 15 связи может передавать данные из блока 1 энергоснабжения или, при необходимости, бортовой сети 8 через вторичную катушку 9 в обратном направлении - наружу.

Система 16 управления батареей соединена четырьмя управляющими проводами 19 с положительными и отрицательными полюсами батарей 3а, 3b энергоаккумулятора 3, контролирует заряд батарей 3а, 3b и управляет зарядом и, возможно, разрядом батарей 3а, 3b. Выпрямитель 12, интерфейс 15 связи и система 16 управления батареей соединены между собой с целью обмена данными, благодаря чему, например, система 16 управления батареей может управлять подачей питания с выпрямителя 12 на батареи 3а, 3b. Интерфейс 15 связи, напротив, может передавать наружу данные, созданные в блоке 1 энергоснабжения или в бортовой сети 8, индуктивным путем, передавая, например, на зарядную станцию сведения о потребности в энергии, а также параметры энергоаккумулятора 3 и блока 1 энергоснабжения.

Для обеспечения надежной фиксации блока 1 энергоснабжения в сухопутном транспортном средстве предусмотрено два элемента сопряжения, выполненные в виде расположенных на корпусе и выступающих из него планок 20. Планки 20 входят в углубления на сухопутном транспортном средстве, в которых через планки 20 могут быть автоматически протянуты ответные соединительные элементы, выполненные в виде перемещаемых болтов, в целях надежной фиксации блока 1 энергоснабжения на сухопутном транспортном средстве в любых рабочих ситуациях.

На фиг.2 представлен альтернативный вариант исполнения блока 21 энергоснабжения, описываемого изобретением. Этот блок отличается от блока 1 энергоснабжения, показанного на фигуре 1, только способом соединения с бортовой сетью 8 с целью передачи энергии, поэтому в дальнейшем будут описываться, прежде всего, отличия. Одинаковые элементы имеют такие же обозначения, что и в описанном выше варианте.

В отличие от блока 1 энергоснабжения (см. фиг.1), у блока 21 энергоснабжения, показанного на фигуре 2, соединительные провода 5+, 5- соединены не с электрическим разъемом 6, предназначенным для замыкания с соответствующим разъемом 7 бортовой сети, а с инвертором 22. Инвертор 22 преобразует постоянное напряжение и постоянный ток, поставляемые энергоаккумулятором 3, в переменное напряжение и переменный ток, необходимые для питания первичной катушки 23 бортовой сети, подсоединенной к выходу инвертора в качестве соединительного элемента. Эта первичная катушка индуктивным способом передает энергию на ответный соединительный элемент, выполненный в виде вторичной катушки 24 бортовой сети, с целью подачи энергии в бортовую сеть 8. Для этого на стороне транспортного средства между вторичной катушкой 24 бортовой сети и бортовой сетью 8 включен выпрямитель 25, который преобразует переменные напряжение и ток, переданные катушками 23, 24, обратно в постоянные напряжение и ток, необходимые для бортовой сети 8.

В результате отпадает необходимость в электрических контактах, то есть блок 21 энергоснабжения может быть выполнен полностью закрытым. Таким образом, устраняются механически подвижные детали, следствием чего является снижение потребности в техническом обслуживании и увеличение периодичности технического обслуживания. Кроме того, устраняется риск причинения вреда людям или оборудованию, обусловленный соприкосновением с контактами разъема 6 в варианте исполнения, показанном на фиг.1. Соответственно, отпадает необходимость в соответствующей изоляции контактов разъема 6. В результате можно оправдать повышение расходов, связанное с наличием первичной катушки 23 бортовой сети, вторичной катушки 24 бортовой сети, инвертора 22 и выпрямителя 25. Потери энергии, обусловленные такой конструкцией, остаются на приемлемом уровне благодаря высокому КПД современных выпрямителей и инверторов.

На фиг.3 представлено сухопутное транспортное средство 26 согласно изобретению, на нижней стороне 27 которого помещен блок 1 энергоснабжения, описываемый изобретением. Сухопутное транспортное средство 26 в целях зарядки энергоаккумулятора 3 блока 1 энергоснабжения находится в установленном состоянии над первичной катушкой 28 зарядной станции.

На фиг.4 схематично показана станция 29 замены, описываемая изобретением, во время различных этапов способа согласно изобретению. На основании этих фигур ниже описывается способ (согласно изобретению) замены первого блока 1 энергоснабжения, находящегося в сухопутном транспортном средстве 26.

На фиг.4а слева показано въезжающее на станцию 29 замены транспортное средство 26 с почти полностью разряженным блоком 1 энергоснабжения. Если транспортное средство 26 должно проследовать дальше, не задерживаясь на длительный срок, то блок 1 энергоснабжения необходимо быстро заменить на станции 29 замены. На фигуре 5 показан увеличенный вид станции 29 замены, представленной на фигуре 4а.

Станция 29 замены содержит расположенное под рабочей зоной подъемное устройство, служащее заменяющим устройством 30. Это устройство расположено в выемке между колеями транспортного средства 26 и выполнено в виде ножничного подъемника. Гидравлический привод, не показанный на фиг.4, обеспечивает подъем ножничного подъемника из положения, показанного на фиг.4а, в выдвинутое положение, показанное на фигуре 4b. Вместо гидравлического привода могут применяться другие подходящие и известные приводы. На складе 31 станции 29 замены хранится несколько блоков 32-36 энергоснабжения, описываемых изобретением, которые и заряжаются в соответствующих гнездах склада с помощью зарядных первичных катушек. В качестве примера на фигуре 5 детально показаны гнезда 1', 32'-36' с соответствующими зарядными первичными катушками 1", 32"-36" для соответствующих блоков 1, 32-36 энергоснабжения. Блоки 32 и 36 энергоснабжения, которые на фиг.4 показаны не наполненными, разряжены и нуждаются в предварительной подзарядке, в то время как блоки 33-35 энергоснабжения заряжены и готовы для замены. При длительном хранении заряженных блоков 32-35 энергоснабжения их, разумеется, требуется подзаряжать посредством соответствующих зарядных первичных катушек 32"-35".

После того как транспортное средство 26, как показано в центре фиг.4а, заедет в рабочую зону заменяющего устройства 30 и позиционируется, заменяющее устройство 30 (см. фиг.4b) переместится снизу к блоку 1 энергоснабжения и осуществит его захват. После этого будет разомкнуто механическое соединение между блоком 1 энергоснабжения и сухопутным транспортным средством 26, и блок 1 энергоснабжения будет удерживаться только заменяющим устройством 30. Затем заменяющее устройство 30 опустится из положения, показанного на фигуре 4b, в положение, показанное на фигуре 4с. Опускание может осуществляться с помощью привода или под действием массы блока 1 энергоснабжения.

Как показано на фиг.4с, блоки 32 и 36 энергоснабжения к этому времени снова заряжены наполовину. Затем блок 1 энергоснабжения извлекается из заменяющего устройства 30 и транспортируется с помощью не показанного на фигуре транспортировочного устройства, например транспортера, на свободное место на складе 31, которое показано на фиг.4d слева вверху. Там блок 1 энергоснабжения помещается в гнездо 1' с зарядной первичной катушкой 1" (см. фиг.5) с целью индуктивной передачи энергии на вторичную катушку 9 блока 1 энергоснабжения. Зарядка блока 1 энергоснабжения начинается автоматически с момента его укладки в гнездо.

Затем блок 35 энергоснабжения транспортируется с помощью транспортировочного устройства со склада 31 на заменяющее устройство 30 и укладывается на заменяющее устройство 30 (см. фиг.4е). Чтобы дополнительно ускорить процесс замены, еще до подъезда сухопутного транспортного средства 26, во время подъезда сухопутного транспортного средства 26 или во время извлечения блока 1 энергоснабжения из сухопутного транспортного средства 26 полностью заряженный блок 35 энергоснабжения может быть перемещен на заменяющее устройство 20 и установлен на нем в положении ожидания. Например, полностью заряженный блок 35 энергоснабжения выгодным образом может устанавливаться на заменяющее устройство 20 по сигналу, посылаемому транспортным средством 26 на станцию 29 замены перед заездом или во время заезда транспортного средства 26 на станцию. Также возможен вариант, в котором заменяющее устройство может быть выполнено таким образом (например, может содержать два подъемных устройства 30), чтобы заряженный блок 35 энергоснабжения устанавливался в сухопутное транспортное средство 26 непосредственно после извлечения разряженного блока 1 энергоснабжения из сухопутного транспортного средства 26, а транспортировка разряженного блока 1 энергоснабжения на склад выполнялась только после установки заряженного блока. Такая конструкция позволяет максимально быстро поменять местами блоки 1 и 35 энергоснабжения.

После этого блок 35 энергоснабжения (см. фиг.4f) поднимается заменяющим устройством 30 вверх к сухопутному транспортному средству 26 и устанавливается в него. Затем блок 35 энергоснабжения фиксируется на сухопутном транспортном средстве 26 с помощью своих соединительных элементов 20 и соответствующих ответных соединительных элементов транспортного средства. Впоследствии (см. фиг.4g, центр) заменяющее устройство 30 снова опускается, в то время как сухопутное транспортное средство 26 с полностью заряженным блоком 35 энергоснабжения выезжает со станции 29 замены.

Учитывая, что замена блока 1 энергоснабжения в варианте исполнения, представленном на фиг.4, полностью автоматизирована, длительность вышеописанного процесса замены не превышает длительность обычного процесса заправки сухопутных транспортных средств, работающих на традиционном топливе. Специальная конструкция блока энергоснабжения, описываемого изобретением, позволяет не только быстро заменять блок и извлекать его из транспортного средства 26, но и немедленно заряжать его на станции 29 замены, причем для этого не потребуются выполняемые вручную операции или замыкание электрических контактов.

Группа изобретений относится к блоку энергоснабжения, сухопутному транспортному средству, станции замены и способу замены блока энергоснабжения сухопутного транспортного средства. Блок энергоснабжения содержит подзаряжаемый электрический энергоаккумулятор, вторичную катушку. Блок энергоснабжения выполнен в виде сменного узла с соединительным элементом. Соединительный элемент предназначен для соединения с установленным в сухопутном транспортном средстве ответным соединительным элементом. Соединительный элемент представляет собой первичную катушку бортовой сети. Ответный соединительный элемент представляет собой вторичную катушку бортовой сети. Сухопутное транспортное средство содержит вышеуказанный блок энергоснабжения. Станция замены содержит заменяющее устройство. Способ замены блока энергоснабжения включает позиционирование транспортного средства в рабочей зоне заменяющего устройства, присоединение блока энергоснабжения с помощью заменяющего устройства, размыкание механического соединения между блоком энергоснабжения и транспортным средством, извлечение блока энергоснабжения из транспортного средства, транспортировку блока энергоснабжения из рабочей зоны, погрузку на заменяющее устройство второго блока энергоснабжения, установку второго блока энергоснабжения в транспортное средство, замыкание механического соединения между вторым блоком энергоснабжения и транспортным средством. Технический результат заключается в обеспечении быстрой замены электрического энергоаккумулятора. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Блок (1; 21) энергоснабжения, который предназначен для питания бортовой электрической сети (8) сухопутного транспортного средства (26), в особенности колесного транспортного средства, и содержит подзаряжаемый электрический энергоаккумулятор (3) и соединенную с ним вторичную катушку (9), предназначенную для индуктивной передачи энергии между вторичной катушкой (9) и первичной катушкой (28) зарядной станции, отличающийся тем, что он выполнен в виде единого сменного узла с соединительным элементом (23), предназначенным для соединения с установленным в сухопутном транспортном средстве (26) ответным соединительным элементом (24) для передачи энергии между блоком энергоснабжения (1; 21) и бортовой сетью (8), причем соединительный элемент представляет собой первичную катушку (23) бортовой сети, предназначенную для индуктивной передачи энергии между первичной катушкой (23) бортовой сети и ответным соединительным элементом, выполненным в виде вторичной катушки (24) бортовой сети.

2. Блок (1; 21) энергоснабжения по п.1, отличающийся тем, что энергоаккумулятор (3) установлен в корпусе (2), а вторичная катушка (9) - в корпусе (2) или на корпусе (2).

3. Блок (1; 21) энергоснабжения по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один элемент (20) сопряжения, предназначенный для быстрого механического соединения по меньшей мере с одним ответным соединительным элементом, расположенным на сухопутном транспортном средстве (26).

4. Блок (1; 21) энергоснабжения по п.3, отличающийся тем, что элемент сопряжения образован планкой (20), выступающей от корпуса (2), и/или цапфой, расположенной в углублении корпуса (2) с возможностью ее охвата.

5. Блок (1; 21) энергоснабжения по п.1, отличающийся тем, что содержит по меньшей мере один позиционирующий элемент, входящий в зацепление по меньшей мере с одним ответным позиционирующим элементом, расположенным на сухопутном транспортном средстве (26).

6. Блок (1; 21) энергоснабжения по п.1, отличающийся тем, что энергоаккумулятор (3) соединен с вторичной катушкой (9) через выпрямитель (12), расположенный в корпусе (2).

7. Блок (1; 21) энергоснабжения по п.1, отличающийся тем, что содержит блок (14) управления, предназначенный для контроля и/или управления вторичной катушкой (9), энергоаккумулятором (3), процессом заряда и разряда энергоаккумулятора (3) и/или другими компонентами цепи энергоснабжения.

8. Блок (1; 21) энергоснабжения по п.1, отличающийся тем, что первичная катушка (23) бортовой сети соединена с энергоаккумулятором (3) через инвертор.

9. Сухопутное транспортное средство, в особенности, колесное транспортное средство, с бортовой электрической сетью (8), отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью установки на нем блока (1; 21) энергоснабжения по одному из предыдущих пунктов и содержит ответный соединительный элемент (24), предназначенный для соединения с соединительным элементом (23) блока (1; 21) энергоснабжения, причем ответный соединительный элемент представляет собой вторичную катушку (24) бортовой сети, предназначенную для индуктивной передачи энергии между вторичной катушкой (24) бортовой сети и соединительным элементом, выполненным в виде первичной катушки (23) бортовой сети.

10. Сухопутное транспортное средство (26) по п.9, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один ответный элемент сопряжения, предназначенный для быстрого механического соединения по меньшей мере с одним элементом (20) сопряжения блока (1; 21) энергоснабжения.

11. Сухопутное транспортное средство (26) по п.10, отличающееся тем, что ответный соединительный элемент выполнен управляемым с возможностью автоматического размыкания и замыкания механического соединения.

12. Сухопутное транспортное средство (26) по одному из пп.9-11, отличающееся тем, что содержит по меньшей мере один ответный позиционирующий элемент, входящий в зацепление по меньшей мере с одним позиционирующим элементом блока (1; 21) энергоснабжения.

13. Сухопутное транспортное средство (26) по п.9, отличающееся тем, что вторичная катушка (24) бортовой сети соединена с бортовой сетью (8) через выпрямитель (25) бортовой сети.

14. Станция (29) замены, предназначенная для замены первого блока (1) энергоснабжения, заявленного в любом из пп.1-8, находящегося в сухопутном транспортном средстве (26), заявленном в любом из пп.9-13, на второй блок (35) энергоснабжения, заявленный в любом из пп.1-8, хранящийся на складе (31) станции (29) замены, которая содержит расположенное со стороны грунта заменяющее устройство (30), предназначенное для извлечения первого блока (1) энергоснабжения из сухопутного транспортного средства и передачи этого блока (1) на транспортировочное устройство для транспортировки первого блока (1) энергоснабжения на склад (31), а второго блока (35) энергоснабжения - со склада (31) на заменяющее устройство.

15. Станция (29) замены по п.14, отличающаяся тем, что на складе (31) станции (29) замены имеется по меньшей мере одно гнездо (1′, 32′-36′) с зарядной первичной катушкой (1′′, 32′′-36′′), предназначенной для индуктивной передачи энергии между зарядной первичной катушкой (1′′, 32′′-36′′) и вторичной катушкой (9, 32′′-36′′) блока (1, 32-36) энергоснабжения, помещенного в гнездо.

16. Станция (29) замены по п.14, отличающаяся тем, что заменяющее устройство (30) содержит подъемное устройство с перемещаемой по вертикали подставкой (30') для блока (1; 21) энергоснабжения, которое расположено в выемке между двумя колеями двухколейного сухопутного транспортного средства (26).

17. Станция (29) замены по одному из пп.14-16, отличающаяся тем, что содержит управляющее устройство, предназначенное для автоматизированной замены блока (1; 21) энергоснабжения сухопутного транспортного средства (26) на станции (29) замены.

18. Способ замены первого блока (1) энергоснабжения, заявленного в любом из пп.1-8, находящегося в сухопутном транспортном средстве (26), заявленном в любом из пп.9-13, на второй блок (35) энергоснабжения, заявленный в любом из пп.1-8, в особенности, на станции (29) замены, заявленной в любом из пп.14-17, который включает следующие этапы:
a) позиционирование сухопутного транспортного средства (26) в рабочей зоне заменяющего устройства (30),
b) присоединение первого блока (1) энергоснабжения с помощью заменяющего устройства (30),
c) размыкание механического соединения между первым блоком (1) энергоснабжения и сухопутным транспортным средством (26),
d) извлечение первого блока (1) энергоснабжения из сухопутного транспортного средства (26) с помощью заменяющего устройства (30),
e) транспортировка первого блока (1) энергоснабжения из рабочей зоны,
f) предварительно, одновременно или впоследствии: погрузка на заменяющее устройство (30) второго блока (35) энергоснабжения,
g) установка второго блока (35) энергоснабжения с помощью заменяющего устройства (30) в сухопутное транспортное средство (26),
h) одновременно или впоследствии: замыкание механического соединения между вторым блоком (35) энергоснабжения и сухопутным транспортным средством (26).

19. Способ по п.18, отличающийся тем, что энергоаккумулятор (3) первого блока (1) энергоснабжения частично или полностью разряжен, а энергоаккумулятор второго блока (35) энергоснабжения полностью заряжен.

20. Способ по п.18, отличающийся тем, что, по меньшей мере, этапы b)-h) выполняют автоматически.

21. Способ по одному из пп.18-20, отличающийся тем, что непосредственно перед этапом с), во время него или непосредственно после него размыкают электрическое или индуктивное соединение между первым блоком (1) энергоснабжения и сухопутным транспортным средством (26).

22. Способ по одному из пп.18-20, отличающийся тем, что во время этапа h) или непосредственно после него устанавливают электрическое или индуктивное соединение между вторым блоком (35) энергоснабжения и сухопутным транспортным средством (26).