CN102167015B - 一种纯电动车辆动力电池快速更换站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纯电动车辆动力电池快速更换站，该系统通过无线通讯的方式将纯电动车辆整车控制系统、快换机械手系统、车辆传送控制系统、充电架运转控制系统、充电机控制系统、监控调度系统连接在一起，组成了一个智能的纯电动车辆电池快换系统，通过该系统可实现车辆的自动进站、停车、电池箱舱门打开、电池箱解锁、电池更换、电池箱锁止、电池箱舱门关闭、车辆出站，从而可以迅速、快捷地完成车辆中动力电池的自动更换。

Description

一种纯电动车辆动力电池快速更换站

技术领域

本发明涉及一种纯电动车辆动力电池快速更换站，特别是一种利用无线通讯方式实现纯电动车辆动力电池的全自动更换和充电的电池更换站。

背景技术

在新能源汽车的领域中，纯电动车辆通常采用两种方式为电量不足的车辆补充电能，一种是车辆中动力电池的快速更换，另一种是利用外部充电设备对车辆进行车载充电。

由于动力电池的快速更换具有快捷、方便和安全的优点，因此这种方式目前广泛地被业内所认可。CN201010111427.0是一种典型的现有技术中的纯电动商用车的电池快速更换站，其中，控制车辆进站、电池箱舱门开启与关闭、电池取放、电池的充电等步骤基本上还是通过人工操作。由于动力电池多为锂离子聚合物电池，能量密度比较高，质量比较大，而且属于高压电范畴，采用人工操作存在一定的危险性。CN200810085027公开了一种自动化程度较高的纯电动客车电池管理站，其采用有线控制方式。该专利申请主要涉及系统的总线布线，尽管其采用CAN、CIN等标准化系统，仍难免布线混乱、设计复杂。

此外，以上述两个专利公开为代表的现有的动力电池快速更换站在进行电池更换时，车辆都是处于静止状态，全部的操作工序都需要通过机械手完成，并且在更换电池时多采用直线传送带的方式运送充满电的电池，这些都导致更换电池的时间比较长，尤其在电池集中更换的高峰期时，充电站的电池快速更换系统很难满足时间上的要求。

由此可见，当前的纯电动车辆电池快速更换站需要进一步的优化。

发明内容

鉴于现有纯电动车辆电池快速更换系统存在的问题和缺陷，现提供一种新型的充电站动力电池快速更换站，该更换站在进行动力电池更换时可以最大程度地降低人工操作，甚至采用无人工操作的全自动更换方式，以减小人工操作带来的安全隐患，还大大地减少布线，从而简化充电站设计，使得充电站整洁、美观；更有利的是，采用车辆传送移动和快速更换机械手的移动相结合的方式进行电池的快换，缩短了车辆的换电时间，提高了更换电池的效率。

具体地说，本发明提供一种电动车辆动力电池快速更换站，该更换站具有电池快换设备、充电机及其控制系统、以及监控调度系统，并且通过无线通讯网络将上述各部分联接在一起，构成智能的电动车动力电池快换站。

优选的是，所述电池快速更换站还具有电动车辆传输带。

优选的是，所述电池快换设备具有车辆整车控制系统、快换机械手系统、车辆传送控制系统、充电架运转控制系统。

优选的是，所述系统均通过总线转无线通讯的控制模块实现相互之间的通讯，特别优选的是，所述总线为CAN总线。

优选的是，所述电池快速更换站具有用于给所有高压用电装置或部件供电的高压电源系统、用于控制高压电源与高压用电部件的连接的高压控制系统、以及用于将高压交流电源转变为低压控制电源的电源变换装置。

优选的是，所述快换机械手系统设置成可直线移动。

优选的是，所述充电架运转及其控制系统带有使充电架循环运行的轨道，其上载有充电机。

作为一种替换，所述充电架运转及其控制系统带有使充电架循环运行的输送带，其上载有充电机。

优选的是，所述使充电架循环运动的轨道或输送带设置成使其在与所述电动车辆输送带相邻一侧的运动方向与该电动车辆输送带相反。

优选的是，在所述用于传送电动车辆输送带的两侧各设有一套使充电架循环运行的轨道或输送带和快换机械手系统。

本发明的电动车电池快速更换系统尤其适用于纯电动车辆。

在上述各系统中，纯电动车辆整车控制系统配有接收监控调度系统的指令的接收器、控制电池箱舱门的打开和关闭的装置以及控制电池箱锁止机构打开和关闭的装置，并配有用于将电池箱舱门状态和电池箱锁止机构状态以及车辆的电池电量状态信息和电机状态信息发送到无线网络中的无线网络发送装置；快换机械手系统配有接收监控调度系统的指令的接收器、从纯电动车辆上取下亏电电池并把取下来的电池自动放置到充电架的空位上的装置、根据监控调度系统的指令从充电架上取下满电电池并自动安装到纯电动车辆上相应的电池箱空位上的装置、以及将快换机械手的位置信息及工作状态发送到无线通讯网络上的无线发送装置；车辆传送控制系统配有接收监控调度系统的指令和车辆位置信息的接收器、启动电动车辆传输带并将车辆传送到指定位置的装置以及将自身系统状态发送到无线网络上的发射器；充电架运转控制系统配有接收监控调度系统的指令的接收器、将充电架移动到指定位置和方位的输送装置（例如轨道或输送带）、将自身状态信息发送到无线网络上的无线发送器、以及例如由电机方式驱动使充满电的电池移动到需要的位置处的装置；充电机控制系统配有接收监控调度系统的指令的接收器、根据该指令对电池进行充电的充电机、监控电池的充电状态以调整充电参数的监控装置、以及将充电机的状态信息和所有电池的状态信息发送到无线网络上的无线发送装置；监控调度系统配有通过无线网络接收网络中所有系统的状态信息的接收器、进行综合分析的分析器以及分析后对每个系统发送相应的控制指令的指令发送器，通过这些指令控制各系统的协调工作，完成纯电动车辆动力电池的自动更换。纯电动车辆可以是商用车辆，例如轿车、公交车等。

此外，无线通讯网络是可以在各种设备间实现近距离无线通讯的局域网络，通过该网络，可以在动力电池快速更换站的各系统之间实现相互无线通讯。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，上述各系统和各部件在现有技术中都具有多种选择，有些可以直接从市场上购得，有些可以由市场上购得的模块轻而易举地组装而成，无需创造性劳动。在此申明，上述本发明内容中描述的各系统或部件包括能实现这些功能的所有选择，而无意将其限定于某一特定选择。为了避免产生错觉，本说明书中尽量不例举某一特定的选择。然而，这种由现有技术中的模块和系统构成的本发明的电动车电池更换站却是全新且富有创造性的，因为现有技术中没有将这些特征结合到一起，构成本发明的任何启示，而且本发明带来了使车辆电池更换站设计简单、整洁、全面实现自动化、且大幅度提高更换速度的积极效果。

上述各系统均为无线通讯网络中的通讯节点，各节点按照网络通讯协议进行相互之间的无线通讯，并且每个子系统都具有唯一的ID，每个子系统在向无线网络中发送信息的同时，连同每个子系统的ID一起发送。

为了使上述各系统之间的无线通讯更加准确和快捷，每个系统都包括报文验收滤波器，其用于从无线网络上接收各系统自身需要的信息并屏蔽各系统自身不需要的信息。

通过以上各系统的协调操作，纯电动车辆动力电池快速更换方法主要是通过传送装置使车辆移动到在第一指定位置处，此时电池被取下，然后车辆通过传送装置被送至第二指定位置处，指定位置B处的快换机械手立即将满电电池换到车上，与此同时被取下的电池也被放到了充电架的空位上，充电机检测到电池亏电后便立即对其进行充电，以备更换。

附图说明

图1是本发明的纯电动车辆动力电池快速更换站的一优选实施例的平面结构示意图。

图2为本发明的纯电动车辆动力电池快速更换站中的监控调度系统的一优选实施例的框图。

图3为本发明的纯电动车辆动力电池快速更换站中的充电架运转及其控制系统的一优选实施例的框图。

图4为本发明的纯电动车辆动力电池快速更换站中的车辆整车控制系统的一优选实施例的框图。

图5为本发明的纯电动车辆动力电池快速更换站中的车辆传送及其控制系统的一优选实施例的框图。

具体实施方式

以下结合附图详细地说明本发明的纯电动车辆动力电池快速更换站的优选实施例，优选的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明。

如图1所示，纯电动车辆动力电池快速更换系统1可应用在纯电动商用充电站2中，充电站2的主要工作是以极短的时间更换纯电动车辆的动力电池3并对更换下来的动力电池3进行充电，以满足车辆继续行驶的需求。充电站2的内部各系统之间可通过无线网络方式相互通讯，以提高充电站运行的可靠性。

当纯电动车辆4从充电站入口18 进入到充电站2之后在指定位置A处停止运行，由车辆传送带17带动继续缓慢行驶，同时驾驶员在车辆内断开纯电动车辆3内的高压电源，使低压电源处于打开状态。

纯电动车辆整车控制系统中的无线通讯模块5通过CAN总线从整车信息网络上获取动力电池3的状态信息、电池箱锁止机构（未示出）的状态信息和电池箱舱门6的状态信息，然后无线发送模块5将以上信息通过无线网络发送给监控调度系统的服务器7。

在监控调度系统20内的服务器7上连接的无线接收终端8将接收到的信息转换成CAN报文的格式，然后发送给服务器7，服务器7在接收到无线接收终端8发送的信息后可通过显示装置9将车辆状态信息显示出来，监控人员根据得到的车辆状态信息选择向纯电动车辆4发送使电池箱舱门6打开的控制指令，纯电动车辆4中的无线通讯模块5接收到使电池箱舱门6打开的控制指令之后通过车载CAN总线发送给电池箱舱门控制器10，电池箱舱门控制器10接收到指令后控制相应的执行机构打开电池箱舱门6。

然后，电池箱舱门控制器10将电池箱舱门6已打开的信息发送回监控调度系统后，监控人员通过监控调度系统同时向纯电动车辆4发送电池箱解锁的指令和快换机械手取电池的指令，其中将快换机械手按照功能分为取亏电电池机械手11和放满电电池机械手12两种，这些指令由服务器7通过无线通讯终端8发送至纯电动车辆4和快换机械手系统。

快换机械手11在取下电池3之后通过无线通讯网络通知监控调度系统，监控人员再同时给快换机械手11、纯电动车辆4和车辆传送装置13发送指令，快换机械手11将从纯电动车辆4上取下的亏电电池3A放到充电架14的空位上，同时控制电池箱锁止机构使其处于锁止状态，车辆传送装置13将纯电动车辆4传送到装电池的指定位置B处。

在纯电动车辆4到达装电池的指定位置B处后，充电架运转控制系统接收监控调度系统的指令，通过充电架循环运动输送带16将充电架14上的充满电的电池3B旋转到指定位置，在本实施例中，充电架循环运动输送带16由电机方式驱动，并可以使充满电的电池3B移动到需要的位置处。监控人员通过监控调度系统向快换机械手12发送控制指令，将充满电的动力电池3B放置到纯电动车辆4中相应的电池空位上。放置电池的操作完成以后通知监控调度系统，同时纯电动车辆4将电池箱锁止机构的状态信息也发送到监控调度系统。此时，如果电池箱锁止机构处于锁止状态，则监控人员通过监控调度系统发送指令给纯电动车辆4，控制车辆将电池箱舱门6关闭；

如果电池箱锁止机构没有完全的锁止，监控人员通过监控调度系统向快换机械手12发送重新放置动力电池的指令，直到锁止机构全部锁止。

电池箱舱门6关闭后，纯电动车辆4将电池箱舱门6的状态反馈给监控调度系统，监控调度系统控制车辆传送装置13将纯电动车辆4传送至充电站2的出口19，此时驾驶员闭合高压电源并将纯电动车辆4驶出充电站2，同时监控调度系统控制充电架14转动到指定的位置，然后指令快换机械手12从充电架14上取下充满电的电池，以准备对下一辆车进行电池更换操作。

充电机控制系统可以实时监控充电架14上所有电池的荷电状态以调整充电参数，并发送给监控调度系统，监控人员根据每个电池的状态信息来控制是否允许充电机15给电池充电。

以上各子系统中的信息通讯可通过无线通讯网络完成，无线通讯网络是可以在各系统之间实现近距离无线通讯的局域网络，通过该网络，可以在动力电池快速更换站中的各系统之间实现相互无线通讯，其中的各系统均为无线通讯网络中的通讯节点，各节点按照网络通讯协议进行相互之间的无线通讯，并且每个系统都具有唯一的ID，每个系统在向无线网络中的其他系统发送信息的同时，连同每个系统的ID一起发送。

为了使各系统之间的无线通讯更加准确和快捷，每个系统都包括报文验收滤波器，其用于从无线网络上接收各系统自身需要的信息并屏蔽各系统自身不需要的信息。

在图1所示实施例中，在车辆输送带的两侧分别设置一套快换机械手系统和充电架运转输送带，这样可以将车辆电池更换站的效率大大提高。但本发明并不限于这种布局。例如对于占地面积比较小的电动车车辆电池更换站，也可以只布置成单侧更换。

在图1所示的实施例中，电动车辆动力电池更换站还具有一维修站21。

为了叙述的方便，图1所示实施例为一种平面布置的电动车电池更换站，但本发明不限于平面布置，例如为了节省占地面积，也可以采用立体布置。

图2-5分别示出图2为本发明的纯电动车辆动力电池快速更换站中的车辆整车控制系统、车辆传送及其控制系统、充电架运转及其控制系统的优选实施例的框图。其中车辆整车控制系统采用200810085028.4号专利申请中所公开的。本领域技术人员在阅读了上述说明书后不难看出，本发明不限于这些实施例。

Claims (10)

1.电动车辆动力电池快速更换站，其具有电池快换设备、充电机及其控制系统、以及监控调度系统，采用无线通讯网络将上述各部分联接在一起来实现智能控制，其特征在于: 电池快换设备具有车辆整车控制系统、快换机械手系统、车辆传送及其控制系统；其中，所述快换机械手系统包括取亏电电池机械手和放满电电池机械手，所述车辆传送及其控制系统具有电动车辆传输带，其中，当纯电动车辆从充电站入口进入到充电站之后在指定位置A处停止运行，由电动车辆传输带带动继续缓慢行驶至充电位置，所述充电机及其控制系统具有一充电架运转及其控制系统，其中，充电机控制系统能够实时监控充电架上所有电池的荷电状态以调整充电参数，并发送给监控调度系统，此外，当纯电动车辆到达装电池的指定位置B处后，充电架运转及其控制系统接收监控调度系统的命令，通过充电架循环运动传输带将充电架上的充满电的动力电池旋转到指定位置，监控人员通过监控调度系统向快换机械手发送指令将充满电的电池放置到纯电动车辆中相应电池空位上。

2.如权利要求1的电动车辆动力电池快速更换站，其特征在于：所述各系统均为无线通讯网络中的通讯节点，各节点按照网络通讯协议进行相互之间的无线通讯。

3.如权利要求1或2的电动车辆动力电池快速更换站，其特征在于：所述各系统均通过总线转无线通讯的控制模块实现相互之间的通讯。

4.如权利要求1或2的电动车辆动力电池快速更换站，其特征在于：每个系统都具有唯一的ID，且配置成在向无线网络中发送信息的同时，连同每个系统的ID一起发送。

5.如权利要求1或2的电动车辆动力电池快速更换站，其特征在于：每个系统都具有从无线网络上接收各系统自身需要的信息并屏蔽各系统自身不需要的信息的报文验收滤波器。

6.如权利要求1或2的电动车辆动力电池快速更换站，其特征在于：所述快换机械手系统设置成可直线移动。

7.如权利要求1或2的电动车辆动力电池快速更换站，其特征在于：所述充电架运转及其控制系统带有使充电架循环运行的轨道或输送带，其上载有充电机。

8.如权利要求7的电动车辆动力电池快速更换站，其特征在于：所述使充电架循环运动的轨道或输送带设置成使其在与所述电动车辆传输带相邻一侧的运动方向与该电动车辆传输带相反。

9.如权利要求7的电动车辆动力电池快速更换站，其特征在于：在所述用于传送电动车辆传输带的两侧各设有一套使充电架循环运行的轨道或输送带和快换机械手系统。

10.如权利要求3的电动车辆电池快速更换站，其特征在于：所述总线为CAN总线。

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