CN102275573B - 电动公交车电池快换系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动公交车电池快换系统，其包括充电货架，充电货架底层中部设有中转台，中转台的外侧设有与充电货架相连的堆垛机，内侧设有与中转台相配合的快换机械人，所述充电货架、中转台、堆垛机和快换机械人均通过线路与控制台相连。该系统能够满足电动公交动力电池快速更换，合理利用土地资源，降低动力电池快换系统占用的空间，对动力电池存放区域进行密封，提高动力电池的使用寿命。

Description

电动公交车电池快换系统

技术领域

本发明涉及一种电池更换系统，尤其是一种电动公交车电池快换系统。

背景技术

随着石油资源的紧张和电池技术的发展，电动汽车在性能和经济性方面已经接近甚至优于传统燃油汽车，并开始在世界范围内逐渐推广应用。国内2005年北京电巴公司开始进行公交换电系统的研发，并实现了换电公交车大规模试点运行。在电动汽车推广运行的同时，电动汽车能源储备及供给系统成为电动汽车产业发展的技术关键。

现有的电动汽车充电系统，如专利200820078476.7“一种用于车载电池更换系统的定位装置”、专利200410090796.0“一种电动公交车系统”等，虽然披露了以车载动力电池为动力电源的动力汽车。但是所描述的装置应用也存在着相应的问题。如：更换电池过程需要多次定位，更换动力电池时间较长；换电设备的可扩展性较差，不同车辆的电池箱不能应用同一种换电设备；相关换电设备的高度受限，不能满足大规模集中式换电站的需求；电池更换过程中，电池必须做180°旋转，增加电池更换系统工作空间；充电货架不能封闭，降低了电池使用寿命等。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种电动公交车电池快换系统，该系统能够满足电动公交动力电池快速更换，合理利用土地资源，降低动力电池快换系统占用的空间，对动力电池存放区域进行密封，提高动力电池的使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种电动公交车电池快换系统，其包括充电货架，充电货架底层中部设有中转台，中转台的外侧设有与充电货架相连的堆垛机，内侧设有与中转台相配合的快换机械人，所述充电货架、中转台、堆垛机和快换机械人均通过线路与控制台相连。

所述充电货架包括分隔成若干个充电货位的框架，所述每个充电货位内均设有导向轨道I和充电装置，与每个充电货位相对应的框架上均设有一个解锁机构I，框架的外部设有防尘护罩。

所述解锁机构I包括：安装在动力电池中轨道滑块上方的减速传感器和定位传感器II，所述的减速传感器是用于检测动力电池进入充电货位后，将位置信号反馈给堆垛机，定位传感器II是用于动力电池进入充电货位精确位置的检测，与其相对应用于接收位置信号的定位传感器I安装在导轨支撑座的前端，所述的导轨支撑座安装在充电货位两侧，同时，锁止柱通过锁止驱动导轨安装在充电货位两侧。

所述中转台包括设置于充电货架上的若干中转台货位，所述每个中转台货位上均设有带有滚轮的导向轨道II，与每个中转台货位相对应的框架上均设有一个解锁机构II。

所述解锁机构II包括：安装在动力电池中轨道滑块上方的减速传感器和定位传感器II，与所述定位传感器II相对应用于接收位置信号的安装在所述框架上的导轨支撑座前端的定位传感器I，所述导轨支撑座安装在中转台货位两侧，同时，锁止柱通过锁止驱动导轨安装在中转台货位两侧。

所述堆垛机包括承重单元，所述承重单元设置于水平移动单元上部，承重单元上设有载物台。

所述承重单元包括由上横梁、下横梁和两根立柱组成的门式结构，所述上横梁上设有两组导向轮，两组导向轮之间夹有安装在充电货架上的天轨，所述天轨上安装有滑触线槽和水平认址片；所述两根立柱上设有若干电机驱动的绞盘，绞盘上缠绕有钢丝绳，钢丝绳的下端连接于载物台上；所述立柱上设有纵向认址片。

所述水平移动单元包括设置于承重单元的下横梁下部且与电机减速机相连的滚轮和随动滚轮，所述滚轮和随动滚轮均位于地轨上，地轨端部设有限位撞块；所述滚轮和随动滚轮的两侧均具有轮缘。

所述载物台下部设有多组导向轮，载物台上设有电池驱动机构，所述电池驱动机构上设有电池推手I，所述电池推手I包括安装在电池推手顶端的电磁顶块，用于与动力电池中推力基座配合的推手档块，通过电磁导程安装在电池推手两侧，其中所述的电磁导程同时与安装在电池推手中部的电磁控制基座相连接。

所述快换机械人包括固定于支撑横梁上的水平旋转机构、俯仰驱动和电池推送机构，电池推送机构设置于水平旋转机构上部，所述电池推送机构包括电池推手II，所述的电池推手II上设有导向轨道III，所述支撑横梁的两侧由内向外依次设有超声波传感器和压力传感器。

所述电池推手II包括安装在电池推手顶端的电磁顶块，用于与动力电池中推力基座配合的推手档块，通过电磁导程安装在电池推手两侧，其中所述的电磁导程同时与安装在电池推手中部的电磁控制基座相连接。

本发明中未予以详细解释的部件、机构、单元均为现有技术，在此不再赘述。

本发明利用堆垛机使动力电池在充电货架和中转台间交换；利用快换机器人使动力电池在中转台和电动公交车间交换，使其完成快速更换动力电池工作。本发明对称分布于受充电电动公交车两侧，适用于电动公交车两侧动力电池同时更换。

本发明的有益效果是：利用中转台作为充电货架和电动公交车电池交换的中间平台，可以有效的对动力电池存放区域进行密封，提高动力电池的使用寿命，同时堆垛机和快换机械人的利用，降低了工作区域的空间占用率，有效地提高了土地资源的利用率。快换机械人对的能够对动力公交车姿态进行调整，自动识别以及能够快速、准确、安全的对电动公交车电池进行更换，实现对不同种类电动公交车动力电池的快是更换。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明的堆垛机结构示意图；

图3是本发明的快换机械人结构示意图；

图4是本发明的中转台结构示意图；

图5是本发明的充电货架结构示意图；

图6是本发明的解锁机构结构示意图；

图7是本发明的电池推手结构示意图；

其中1、堆垛机，2、充电货架，3、中转台，4、快换机械人，5、控制台，101、上横梁，102、天轨，103、立柱，104、下横梁，105、地轨，106、限位撞块，107、水平移动单元，108、载物台，109、电池驱动机构，110、电池推手I，201、电池内箱，202、压力传感器，203、电池推手II，204、导向轨道III，205、超声波传感器，206、俯仰驱动，207、电池推送机构，208、电池推送机构驱动，210、水平旋转机构，211、支撑横梁，301、充电货架支撑架，302、解锁机构II，303、导向轨道II，304、中转台货位，401、防尘护罩，402、解锁机构I，403、导向轨道I，404、充电货位，502、导轨支撑座，503、定位传感器I，504、定位传感器II，506、动力电池，507、减速传感器，508、轨道滑块，509、压力弹簧，510、弹簧基座，511、推力档块，512、推力基座，513、锁止柱，514、锁止驱动导轨，515锁止组件护罩，601、电磁顶块，602、推手档块，603、电磁导程，604、电磁控制基座。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1-5所示，一种电动公交车电池快换系统，其包括充电货架2，充电货架2底层中部设有中转台3，中转台3的外侧设有与充电货架2相连的堆垛机1，内侧设有与中转台3相配合的快换机械人4，所述充电货架2、中转台3、堆垛机1和快换机械人4均通过线路与控制台5相连。

所述充电货架2包括按矩阵方式均匀布置的分隔成若干个充电货位404的框架，所述每个充电货位404内均设有导向轨道I 403和充电装置，充电货位404可为每块独立动力电池提供电能补充；与每个充电货位404相对应的框架上均设有一个解锁机构I 402，框架的外部设有防尘护罩401，可以对外部灰尘隔离。

所述解锁机构I包括：安装在动力电池506中轨道滑块508上方的减速传感器507和定位传感器II 504，所述的减速传感器507是用于检测动力电池506进入充电货位404后，将位置信号反馈给堆垛机1，定位传感器II 504是用于动力电池506进入充电货位404精确位置的检测，与其相对应用于接收位置信号的定位传感器I 503安装在导轨支撑座502的前端，所述的导轨支撑座502安装在充电货位404两侧，同时，锁止柱513通过锁止驱动导轨514安装在充电货位404两侧，所述锁止驱动导轨514外部设有锁止组件护罩515。电池推手I 110或电池推手II203通过与动力电池506中推力档块511接触，使电池推手I 110或电池推手II203通过压力弹簧509作用与推力基座512紧密配合，优先地，电池推手I 110或电池推手II203推动动力电池506沿导向轨道I 403将动力电池506推入指定位置。并通过减速传感器507和定位传感器II 504将位置做信号反馈。推力基座512和压力弹簧509的上部设有弹簧基座510。

所述中转台3包括设置于充电货架支撑架301上的若干中转台货位304，所述每个中转台货位304上均设有带有滚轮的导向轨道II 303，为动力电池506做移动导向，保证中转台3上动力电池506位置固定不变，不会使电池发生意外滑出。与每个中转台货位304相对应的框架上均设有一个导向轨道II 303。

所述堆垛机1包括承重单元，所述承重单元设置于水平移动单元107上部，承重单元上设有载物台108。

所述承重单元包括由上横梁101、下横梁104和两根立柱103组成的门式结构，所述上横梁101上设有两组导向轮，两组导向轮之间夹有安装在充电货架2上的天轨103，防止堆垛机1倾覆。所述天轨103上安装有用于设备取电的滑触线槽和用于水平工位寻址的水平认址片；所述两根立柱103上设有若干电机驱动的绞盘，绞盘上缠绕有钢丝绳，钢丝绳的下端连接于载物台108上；所述立柱103上设有竖直方向寻址的纵向认址片。通过认址片标定，实现对充电工位的标定。其目的在于保证堆垛机1能够准确对准每个充电货位404。

所述水平移动单元107包括设置于承重单元的下横梁104下部且与电机减速机相连的滚轮和随动滚轮，所述滚轮和随动滚轮均位于地轨105上，地轨105端部设有限位撞块106；所述滚轮和随动滚轮的两侧均具有轮缘，轮缘可抱住地轨105防止脱出，滚轮在地轨105上运动，随动滚轮沿地轨直线运行。

所述载物台108下部设有多组导向轮，载物台108上设有电池驱动机构109，所述电池驱动机构109上设有电池推手I 110，所述电池推手I 110包括安装在电池推手顶端的电磁顶块601，用于与动力电池506中推力基座512配合的推手档块602，通过电磁导程603安装在电池推手两侧，其中所述的电磁导程603同时与安装在电池推手中部的电磁控制基座604相连接。载物台108通过水平及竖直两方向运动，实现与所述的充电货架2上的充电货位404对准。

电池驱动机构109带动其上的电池推手I 110和动力电池伸出(接近充电架)\缩回(远离充电架)。同时，堆垛机1上的电池驱动机构109缩回时，才允许堆垛机1进行水平行走和载物台108的竖直运动，其目的在于防止由于误操而产生的碰撞。

电池推手I 110安装在电池驱动机构109上，其包括导向轨道、电磁铁、解锁机构、电池推送机构等，将电池利用导向轨道托住，同时，利用电磁铁吸附，并利用电池推送机构将动力电池推送进入充电货位404或中转台3中，解锁机构并对电池箱上的锁具进行锁紧、开锁操作。

所述快换机械人包括水平旋转机构210和电池推送机构207，电池推送机构207设置于水平旋转机构210上部，所述电池推送机构207包括电池推手II203，所述的电池推手II203上设有导向轨道III204，其中压力传感器202分布设置在支撑横梁211两侧，同时，超声波传感器205分布设置在压力传感器202内侧，快换机械人从上至下分别设置支撑横梁211、俯仰驱动206、水平旋转机构210。电池推送机构207通过电池推送机构驱动208来驱动。电池推手II 203与电池内箱201相对应。所述电池推手II 203包括安装在电池推手顶端的电磁顶块601，用于与动力电池506中推力基座512配合的推手档块602，通过电磁导程603安装在电池推手两侧，其中所述的电磁导程603同时与安装在电池推手中部的电磁控制基座604相连接。本发明中的电池推手I 110和电池推手II 203结构是完全相同的，如图7所示。

相对堆垛机1的载物台108上，安装两轴旋转机构，实现对电动公交车取送电池时的姿态调整。公交车进站换电时行进方向偏差(水平夹角)调整；车内电池与地面夹角(俯仰夹角)的自动适应。

所述机构布置从下往上依次为适应水平夹角的水平旋转机构；向电动公交车和中转台两个方向伸缩的电池推送机构；用于调整与车内电池箱体夹角的俯仰夹角调节机构；向公交车车内推送动力电池的电池推手。所述的电池推手与堆垛机上的电池推手结构类似，其特征在于增加了2个超声波测距传感器(测量水平夹角)；2个压力传感器配合贴在公交车内电池外箱上的反光板测量俯仰夹角，并能够实现车内取送电池过程中，跟随车身高度变化实现随动功能。

本发明的控制台包括触摸屏、无线控制摇杆、控制模块。用于控制所述的堆垛机1、快换机械人4，对所述的堆垛机1、快换机械人4进行自动运行操作或半自动运行操作或手动操作。自动运行操作为操作人员启动设备后，无需干预自动完成电池更换；半自动运行操作为自动运行过程中报警暂停时，人工干预后再进入自动运行状态；手动操作是指完全依靠人工对设备进行单步操作来完成电池更换。

下面结合附图对本发明的使用作详细描述：

公交车进站停车，由操作员打开充电货架2全部电池舱门，启动设备进行换电。

根据本发明，快换机械人4从公交车内取出动力电池放入中转台1#，与此同时由堆垛机将充好电的动力电池推入中转台2#中，进一步，再由快换机械人4将动力电池从中转台2#上取出放入公交车内。堆垛机1取出中转台1#中的动力电池放入充电架充电，进一步，将取出充好电的动力电池再次放入1#中转台。进一步说，堆垛机1可以在公交车进站间隔时间内利用中转台3#、中转台4#储备充满电的电池。

如图3，快换机械人4取放动力电池。依靠2个压力传感器202与车内1#电池外箱上对应的2个反光板进行定位，进一步说，自动进行俯仰夹角修正，同时将电池推送机构207伸出，2个超声测距传感器205工作，自动进行水平夹角修正。电池推送机构207伸出到位后，由电池推手203将电磁铁吸住动力电池外箱对应位置的衔铁，具体的说，动力电池解锁机构302解锁，电池推手203将动力电池拉出，进入电池推手203的导向轨道204上。同时，所述过程期间由水平旋转驱动209、俯仰驱动206驱动快换机械人4承载动力电池的导向轨道204，进行相应竖直方向运动适应公交车车身高度变化，保证快换机械人4始终对准电池外箱201上的反光板，实现随动功能。电池推送机构207收回到原位，完成取电池流程。反之完成向公交车内送电池过程。

快换机械人4对中转台3取放电池具体地说，快换机械人1进行水平及竖直方向运动对准中转台3中充电货位1#(中转台3上的导向轨道303与快换机械人4上的电池推手203所在的导向轨道204对齐)，将电池推送机构207伸出，同时，带动动力电池送入中转台3，解锁机构302动作，将动力电池锁在中转台3上。电池推手203脱开电池，导向轨道204下降到一定高度后电池推送机构207收回。完成放电池流程。从另一处中转台取出动力电池流程相反。

如图2，堆垛机1在中转台3与充电货架间2交互电池。

堆垛机1对中转台2中取拿动力电池包括：堆垛机1对准中转台3上快换机械人4放入的动力电池，电池推送机构109伸出，电池推手I 110上电磁铁吸住电池，与此同时解锁机构302运作，解除动力电池锁，将动力电池拉出，与此同时电池推送机构109收回。完成从中转台3取电池.根据本发明所述，反之放入电池进中转台。

对充电货架2取放电池过程包括：堆垛机1根据标定的认址位置找到对应充电货位404，伸出电池推送机构109，与此同时电池推手I 110推动动力电池进入货架2中的充电货位404，解锁机构402锁紧电池，电磁铁脱离，与此同时收回电池推送机构109，完成放电池过程。根据本发明所述，取电池过程相反。

电动公交车电池快换系统中充电货架，配合堆垛机1进行动力电池互换，有其防尘护罩401，用于动力电池充电过程中对灰尘等杂物进行防护，延长动力电池的使用寿命。具体操作实施过程，根据所述堆垛机1根据标定的认址位置找到对应充电货位404后，根据所接受到的命令行号自动打开。

Claims (5)

1.一种电动公交车电池快换系统，其特征在于：其包括充电货架，充电货架底层中部设有中转台，中转台的外侧设有与充电货架相连的堆垛机，内侧设有与中转台相配合的快换机械人，所述充电货架、中转台、堆垛机和快换机械人均通过线路与控制台相连；

所述充电货架包括分隔成若干个充电货位的框架，所述每个充电货位内均设有导向轨道Ⅰ和充电装置，与每个充电货位相对应的框架上均设有一个解锁机构Ⅰ，框架的外部设有防尘护罩；

所述解锁机构Ⅰ包括：安装在动力电池中轨道滑块上方的减速传感器和定位传感器Ⅱ，与所述定位传感器Ⅱ相对应用于接收位置信号的安装在所述框架上的导轨支撑座前端的定位传感器Ⅰ，所述导轨支撑座安装在充电货位两侧，同时，锁止柱通过锁止驱动导轨安装在充电货位两侧；

所述中转台包括设置于充电货架上的若干中转台货位，所述每个中转台货位上均设有带有滚轮的导向轨道Ⅱ，与每个中转台货位相对应的框架上均设有一个解锁机构Ⅱ。

2. 根据权利要求1所述的电动公交车电池快换系统，其特征在于：所述解锁机构Ⅱ包括：安装在动力电池中轨道滑块上方的减速传感器和定位传感器Ⅱ，与所述定位传感器Ⅱ相对应用于接收位置信号的安装在所述框架上的导轨支撑座前端的定位传感器Ⅰ，所述导轨支撑座安装在中转台货位两侧，同时，锁止柱通过锁止驱动导轨安装在中转台货位两侧。

3.根据权利要求1所述的电动公交车电池快换系统，其特征在于：所述堆垛机包括承重单元，所述承重单元设置于水平移动单元上部，承重单元上设有载物台。

4.根据权利要求3所述的电动公交车电池快换系统，其特征在于：所述承重单元包括由上横梁、下横梁和两根立柱组成的门式结构，所述上横梁上设有两组导向轮，两组导向轮之间夹有安装在充电货架上的天轨，所述天轨上安装有滑触线槽和水平认址片；所述两根立柱上设有若干电机驱动的绞盘，绞盘上缠绕有钢丝绳，钢丝绳的下端连接于载物台上；所述立柱上设有纵向认址片。

5.根据权利要求3所述的电动公交车电池快换系统，其特征在于：所述水平移动单元包括设置于承重单元的下横梁下部且与电机减速机相连的滚轮和随动滚轮，所述滚轮和随动滚轮均位于地轨上，地轨端部设有限位撞块；所述滚轮和随动滚轮的两侧均具有轮缘。

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