CN102431528B - 电动乘用车底盘电池组更换定位装置及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配合全自动更换设备工作，用于实现电动乘用车底盘电池组更换时的电动乘用车底盘电池组更换定位装置及其方法。电动乘用车实现精确定位之后通过快换机器人可实现电池的快速、准确地拆卸和安装，从而为电动乘用车充换电站提供了一种方便、快捷、经济的电池更换方式。它包括梯形高台，在梯形高台的斜坡上设有导引槽，在梯形高台的顶部设有一对承载车辆前轮的V型滑槽和一对承载车辆后轮的一型滑槽；各滑槽还分别设有相应的定位伺服装置，在定位伺服装置上设有车辆检测装置，定位伺服装置和车辆检测装置分别与控制装置连接。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于电动乘用车底盘电池组全自动更换时实现车辆定位的装置，具体是配合全自动更换设备工作，用于实现电动乘用车底盘电池组更换时的电动乘用车底盘电池组更换定位装置及其方法。
背景技术
近年来，随着环境污染和能源危机的加剧，大力发展电动汽车，是保证我国能源安全，实现中国汽车工业技术跨越式发展和可持续发展的重要选择。因此，电动汽车的发展成为了汽车工业发展的必然趋势。
目前，电动汽车能源补给主要有整车充电和机械换电两大类。其中，电动汽车整车充电配套的充电方式有三种：一是充电站；二是可在城市小区、商场停车位普遍设立的刷卡式充电桩；三是民用电插座。民用电插座不仅涉及电费计费、电网冗余问题，而且充电时间长，不可能成为主流充电方式。而在停车位设立刷卡式充电桩，很可能有大量的车辆在同一时间进行充电，一旦电动汽车的拥有量达到一定规模，就会产生谐波，对城市电网构成破坏性影响，电网将不堪此负。而充电站对车辆的充电服务，必须能在短时间内完成，鉴于目前的快速充电、电池技术，快速充电对电池的造成的破坏是无法杜绝的，用牺牲电池寿命作为代价来完成快速充电是不划算的。因此，该模式有很大的弊端。
与整车充电相比，机械换电操作简单，能够在5分钟内完成乘用车电池组的快速更换，实现了电能迅速补给，减少客户的等待时间，提高了充电站的利用率。另外，可在夜间对电池组的进行集中充电，实现了电力负荷的“调峰储能”的同时，提高了电力设备的综合利用效率，延长了电池的使用寿命，具有很高的推广价值和经济意义。
电动乘用车机械换电从电池安装方式分：后背箱模式、底盘模式，底盘模式是把电池放在底盘，从更换方向上分有两种，一个是上下换、一个是侧面换。后背箱模式占用电动汽车后背箱空间、对车辆的定位要求低、更换效率低、更换过程需要人工参与，不适于规模化、产业化发展；底盘模式电池安装于汽车底部，由于用铁板隔开了驾驶员与电池，成为更为安全的方式。此外，更换效率高、自动化程度高，能够很好的实现批量化和大规模商品化。由于更换过程不需人工参与，更换过程对车辆定位要求比较高。
中国国家知识产权局已公开的发明专利CN200910090807.8中，阐述了一种用于电动乘用车底盘电池更换的方法，属于机械换电方式的一种。其电动乘用车定位方式为：电动乘用车底部有四个刚性举升支点，举升执行设备将电动乘用车固定支撑至轮胎离地的适当高度。此举升过程中无法满足电动乘用车前后和左右的精确定位，两个方向的冗余误差会直接影响快换机器人更换电池作业的成功率；更换车辆是否到达举升点、保障措施并无描述，另对举升支点(汽车、梁框、架焊接骨架)的支撑部位选择要求较高，定位难度比较大，支点滑落或支错位易对车辆底盘造成损坏，严重情况下使车辆发生侧倾、跌落。
发明内容
本发明针对现有电动乘用车底盘(机械)换电模式存在问题，提出了一种配合全自动更换设备工作，用于实现电动乘用车底盘电池组更换时的电动乘用车底盘电池组更换定位装置及其方法。电动乘用车实现精确定位之后通过快换机器人可实现电池的快速、准确地拆卸和安装，从而为电动乘用车充换电站提供了一种方便、快捷、经济的电池更换方式。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种电动乘用车底盘电池组更换定位装置，它包括梯形高台，在梯形高台的斜坡上设有导引槽，在梯形高台的顶部设有一对承载车辆前轮的V型滑槽和一对承载车辆后轮的一型滑槽；各滑槽还分别设有相应的定位伺服装置，在定位伺服装置上设有车辆检测装置，定位伺服装置和车辆检测装置分别与控制装置连接；所述的梯形高台为镂空结构，在镂空处对应底盘电池组的位置设置有液压驱动的自动升降装置；每个所述定位伺服装置包括一个伺服电机，伺服电机与伺服驱动器和伸缩机构连接，伺服驱动器与控制装置连接；伸缩机构则与橡胶挡块连接；橡胶挡块上还设有压力传感器；V型滑槽所对应的两定位伺服装置上还设有车辆检测装置。
所述车辆检测装置为光电传感器。
所述橡胶挡块与伸缩机构通过铰链连接。
所述控制装置包括一台主电控柜和操作台，主电控柜的内部安装有PLC控制模块、扩展模块、电源模块、供电系统，操作台安装有显示设备和操控按钮；所述定位伺服装置和车辆检测装置与PLC控制模块连接。
一种电动乘用车底盘电池组更换定位装置的工作方法，它的步骤为：
1)更换车辆在梯形高台斜坡的导引槽作用下驶入梯形高台预定路线，迫使更换车辆前轮驶入一对V形滑槽，后轮停留在一对一型滑槽内；
2)光电传感器检测到车辆停留在梯形高台的更换位置后，将信号传递到PLC控制模块；
3)PLC控制模块驱动四个定位伺服装置，橡胶挡块顶端的压力传感器检测到压力达到预定的设置值，停止定位伺服装置的运动；
4)PLC控制模块检测到快换机器人通过自动升降装置完成电动乘用车电池的更换；
5)PLC控制模块驱动四个定位伺服装置还原到初始状态，四个定位伺服装置离开车辆轮胎；
6)更换车辆驶下梯形高台，完成本次电池更换，PLC控制模块进入等待状态。
本发明中，电动乘用车底盘电池组更换车辆定位装置由机械单元和控制系统两个部分组成，所述的机械单元包括梯形高台、四个作用于轮胎的定位伺服装置、一对V形滑槽、一对一型滑槽，梯形高台将更换车辆抬高到一定的离地高度，为电池组更换设备预留一定的垂直作业空间；在高台斜坡的导引槽作用下迫使更换车辆前轮停留在V形滑槽，后轮停留在一型滑槽；四个作用于轮胎的定位伺服装置相向伸缩，实现车辆姿态的左右定位；各滑槽在车辆自重的作用下，配合光电检测传感器，实现车辆的前后定位，在车辆左右定位时，各滑槽对汽车轮胎的滚动作用，减小了定位伺服装置的相向伸缩力。四个作用于轮胎的定位伺服装置分别设有驱动其运动的伺服电机。
梯形高台为镂空的空心结构，高台上面设置有电池更换作业孔，在镂空处对应底盘电池组的位置设置有液压驱动的自动升降装置20，可方便通过电池快换机器人从下面进行电池更换、作业；斜坡设置有车轮导引槽，高台上面设置有前后定位的滑槽、左右定位的定位伺服装置。
V型滑槽有2个，单个为“V”字形排列。
一型滑槽有2个，单个为“一”字形排列。
定位伺服装置有4个，成对相向排列，各伸缩机构的端部为橡胶挡块，顶端布置有光电检测传感器，橡胶挡块增大伺服运动机构与车辆轮胎的接触面积，同时，减小伺服运动机构的伸缩运动对轮胎侧面造成的破坏；光电传感器用于检测高台上面是否有更换车辆、车辆是否定位完成，为更换装置提供相应检测信号。
橡胶挡块与伸缩机构部分为铰链连接，具有一定的摆动自由度，保证4个机构伸缩作业时的平行度。
定位伺服装置为交流伺服电机驱动，在压力传感器的配合下，交流伺服电机控制伸缩机构到达程序预定的水平位置。
控制装置包括一台主电控柜和操作台，主电控柜的内部安装有PLC控制模块、扩展模块、电源模块、供电系统，操作台安装有显示设备和各类操控按钮。所述的PLC控制模块与触摸屏之间通过PROFIBUS-DP总线连接。
PLC控制模块采用西门子S7-300系列315-2DP型控制器，并连接有本地显示、操作设备。
本发明的有益效果是：它由梯形高台、四个作用于轮胎的伺服运动机构、一对V形滑槽、一对一形滑槽组成，更换车辆在高台斜坡导引槽作用下迫使更换车辆被动驶入V形滑槽，实现车辆前后定位；控制系统根据相应传感器信号控制伺服驱动机械伸缩运动，伺服运动机构端部橡胶挡块作用于更换车辆轮胎，在V形滑槽的滑动使用下，调整更换车辆姿态，实现车辆左右定位。
在上述过程调整下实现更换车辆的精确定位。同时，更换车辆压力被均衡在定位装置的不同部分，加上滑槽的滑动使用，伺服运动机构无需提供过大扭矩，即可实现更换车辆的快速定位。
附图说明
图1为本发明实施例中电动乘用车底盘电池组更换定位装置总体示意图。
图2为V型滑槽示意图。
图3为一型滑槽示意图。
图4为自动升降装置示意图。
图5为控制系统原理框图。
图6为工作流程。
图中：1、梯形高台，2、导引槽，3、光电传感器，4、V型滑槽，5、车轮轮胎，6、橡胶挡块，7、定位伺服装置，8、一型滑槽，9、压力传感器，10、PLC控制模块，11、显示设备，12、车前轮左伺服驱动器，13、车前轮左伺服电机，14、车前轮右伺服驱动器，15、车前轮右伺服电机，16、车后轮左伺服驱动器，17、车后轮左伺服电机，18、车后轮右伺服驱动器，19、车后轮右伺服电机，20、自动升降装置。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。
图1、图2、图3、图4中，电动乘用车底盘电池组更换车辆定位装置的机械单元包括梯形高台1、四个作用于车轮轮胎5的定位伺服装置7、一对V形滑槽4、一对一型滑槽8，梯形高台1将更换车辆抬高到一定的离地高度，为电池组更换设备预留一定的垂直作业空间；在梯形高台1斜坡的导引槽2作用下迫使更换车辆前轮驶入V形滑槽4，后轮停留在一型滑槽8中，四个作用于车轮轮胎5的定位伺服装置7相向伸缩，实现车辆姿态的左右定位；V型滑槽4在车辆自重的作用下，配合其上的光电检测传感器3，实现车辆的前后定位，在车辆左右定位时，V型滑槽4以及一型滑槽8对车轮轮胎5的滚动作用，减小了定位伺服装置7的相向伸缩力。四个作用于车轮轮胎5的定位伺服装置7分别设有伺服驱动器以及交流伺服电机。
所述的梯形高台1为镂空的空心结构，梯形高台1镂空处设置有电池更换作业孔，对应于电池更换作业孔安装有液压驱动的自动升降装置20，以方便电池的更换，斜坡设置有车轮导引槽2，高台上面设置有前后定位的V型滑槽4、一型滑槽8、左右定位的定位伺服装置7。
定位伺服装置7有四组，每组由伺服驱动器、交流伺服电机、橡胶挡块6、伸缩机构组成，成对相向排列，每组端部安装有橡胶挡块6、压力传感器9，橡胶挡块6增大定位伺服装置7与车轮轮胎5的接触面积，同时，减小定位伺服装置7的伸缩运动对车轮轮胎5侧面造成的破坏；光电传感器3用于检测高台1上面是否有更换车辆、车辆是否定位完成，为更换装置提供相应检测信号。
橡胶挡块6与伸缩机构部分为铰链连接，具有一定的摆动自由度，保证4个机构伸缩作业时的平行度。
定位伺服装置7为交流伺服驱动，在压力传感器9的配合下，交流伺服电机驱动伺服伸缩机构到达程序预定的水平位置。
所述的四组定位伺服装置7中，其伺服驱动器可分为：
车前轮左伺服驱动器12，它与车前轮左伺服电机13连接；
车前轮右伺服驱动器14，它与车前轮右伺服电机15连接；
车后轮左伺服驱动器16，它与车后轮左伺服电机17连接；
车后轮右伺服驱动器18，它与车后轮右伺服电机19连接；
各伺服驱动器通过PROFIBUS-DP总线与PLC控制模块连接。
整个控制装置包括一台主电控柜和操作台，主电控柜的内部安装有PLC控制模块、扩展模块、电源模块、供电系统，操作台安装有显示设备11和各类操控按钮。所述的PLC控制模块与显示设备之间通过PROFIBUS-DP总线连接通讯。
PLC控制模块采用西门子S7-300系列315-2DP型控制器，并连接有本地显示、操作设备。
所述PLC控制模块还与光电传感器3连接。
本发明的工作流程，包括以下主要步骤：
1、更换车辆在梯形高台1斜坡的导引槽2作用下驶入梯形高台1预定路线，最终在V形滑槽4的作用下迫使更换车辆被动驶入V形滑槽4，后轮停留在一型滑槽8。
2、光电传感器3检测到车辆停留在梯形高台1更换位置，信号传递到PLC控制模块。
3、PLC控制模块驱动4个定位伺服装置7，橡胶挡块6顶端压力传感器9检测到压力达到预定的设置值，停止定位伺服装置7的运动。
4、PLC控制模块检测到快换机器人通过自动升降装置20完成电动乘用车电池的更换。
5、PLC控制模块驱动4个伺服运动机构7还原到初始状态，定位伺服装置7离开车轮轮胎5。
6、更换车辆驶下梯形高台1，完成本次电池更换。PLC控制模块进入等待状态。
本发明中，光电检测传感器3判断到车辆已经前后到位，控制系统检测到此信号，定位伺服装置7带动橡胶挡块6挤压车轮轮胎侧面，通过安装橡胶挡块6上压力传感器9反馈信号至控制模块，在压力传感器检测到的压力信号达到设定的压力信号值，停止定位伺服装置7的动作，从而实现电动乘用车左右位置的精确定位。
完成电动乘用车前后和左右精确定位后，其定位信息被传送到控制模块，并与其它车辆更换系统进行信息交互，完成电动乘用车底盘电池的更换。
此装置均只需机械部分四个方向的配合运动即可完成。与现有的车体举升方式相比，该设计巧妙，考虑周全，支撑定位点的选择在其它定位措施的配合下，可以轻易选择；装置运行的可靠性、定位准确性高，定位操作对车体无损害，很好的满足了电动乘用车底盘电池全自动化更换系统对车辆定位精度的要求。
上述描述对本发明作示例性说明，不对本发明的保护范围作具体限定，其技术特征的等同替代方式或明显变形方式应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种电动乘用车底盘电池组更换定位装置的工作方法，所述定位装置包括梯形高台(1)，在梯形高台(1)的斜坡上设有导引槽(2)，在梯形高台(1)的顶部设有一对承载车辆前轮的V型滑槽(4)和一对承载车辆后轮的一型滑槽(8)；各滑槽还分别设有相应的定位伺服装置(7)，所述定位伺服装置有四组，V型滑槽(4)所对应的两定位伺服装置(7)顶端上还设有光电传感器(3)，定位伺服装置(7)和光电传感器(3)分别与控制装置连接；所述的梯形高台为镂空结构，在镂空处对应底盘电池组的位置设置有液压驱动的自动升降装置(20)；每组定位伺服装置由伺服驱动器、交流伺服电机、橡胶挡块、伸缩机构组成，成对相向排列，每组端部安装有橡胶挡块、压力传感器，交流伺服电机与伺服驱动器和伸缩机构连接，伺服驱动器与控制装置连接；伸缩机构则与橡胶挡块(6)连接；橡胶挡块(6)上还设有压力传感器(9)，四组作用于车轮轮胎的定位伺服装置相向收缩；
所述橡胶挡块(6)与伸缩机构连接部分为铰链连接；
所述控制装置包括一台主电控柜和操作台，主电控柜的内部安装有PLC控制模块、扩展模块、电源模块、供电系统，操作台安装有显示设备和操控按钮；所述定位伺服装置(7)和光电传感器(3)与PLC控制模块连接；
其特征在于，所述工作方法按照如下步骤进行：
1)更换车辆在梯形高台(1)斜坡的导引槽(2)作用下驶入梯形高台(1)预定路线，迫使更换车辆前轮驶入一对V形滑槽(4)，后轮停留在一对一型滑槽(8)内；
2)光电传感器(3)检测到车辆停留在梯形高台(1)的更换位置后，将信号传递到PLC控制模块，V型滑槽在车辆自重的作用下，配合光电传感器，实现车辆的前后定位；
3)PLC控制模块驱动四个定位伺服装置(7)相向收缩，实现车辆的左右定位，橡胶挡块(6)顶端的压力传感器(9)检测到压力达到预定的设置值，停止定位伺服装置(7)的运动；
4)PLC控制模块检测到快换机器人通过自动升降装置(20)完成电动乘用车电池的更换；
5)PLC控制模块驱动四个定位伺服装置(7)还原到初始状态，四个定位伺服装置(7)离开车辆轮胎(5)；
6)更换车辆驶下梯形高台(1)，完成本次电池更换，PLC控制模块进入等待状态。
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