CN102556009A - 一种电动汽车电池箱更换装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动汽车电池箱更换装置，用于把亏电电池箱从车上取下、并送至电池转存架，或把电池转存架上的满电电池箱送出，并安装到车辆上；本装置更换电池箱过程中电池箱无需旋转，节省更换时间，解决了更换设备所需旋转空间大的问题。装置包括平移装置、机械臂和升降装置，机械臂具有双向运动功能，即可向车辆方向伸出也可以向电池架方向伸出；机械臂上设置有两排滚柱，方便抽取电池箱。装置由各种常规产品，制造成本降低，且装置体积小巧、动作灵活、所需运动的通道宽度明显减小，节约更换站占地面积的优点；装置具有良好的通用性能。

Description

一种电动汽车电池箱更换装置

技术领域

本发明属于电动汽车领域，具体涉及一种电动汽车电池箱更换装置。

背景技术

节能、环保、缓解能源危机、改善人类生存环境、遏制大气状况继续恶化是汽车工业可持续发展面临的首要问题。电动汽车以电力为主要能源，具有排放低、能量使用效率高等优点，是替代燃油汽车的主要选择。在全球能源和环境问题日益突出的形势下，发展电动汽车成为摆脱石油资源依赖、实现节能减排、缓解能源环境问题的重要途径。

电动汽车的能量补充模式目前有三种：交流充电、直流充电、电池更换。针对大型纯电动客车，电池更换模式更适合电动客车的发展。在电池更换方式下，汽车就如同手机一样，动力电池可以被换下，在换电站内将没电的电池换下，换上充好电的电池，完成蓄能。

随着我国电动汽车充换电站的建设，各种电动汽车电池更换设备也应运而生。目前所应用的更换设备主要分为自旋转一步式、全自动两步式方案。

目前电动汽车电池箱更换主要采取从车上卸下电池后在更换设备上旋转180度，再将亏电电池放入电池架，更换设备所需旋转空间较大，从而更换设备运行要占用较宽的更换空间，且旋转速度较难选定，旋转快，容易将电池甩出，旋转慢，降低效率，旋转占用空间较大。例如北京理工大学的王震坡等人申请的“电动车动力电池组快速更换系统”发明专利，申请号为CN200810009129.3，该快速更换系统包括快卸机构和移送机构。快卸机构包括一个真空吸盘或电磁吸盘，其能够将电池箱从电动车车身中拉出或将其推到电动车车身中。所述移送机构采用三坐标平动加旋转的工作模式，从而能够将所述拆卸下来的电池箱移送到充电架中和/或将从充电架中取下来的电池箱插到电动车中，从而完成电动车动力电池组的机械快速装载和更换。该系统采用平动加旋转的工作模式，

对电动汽车电池箱更换技术的其他研究还包括：

申请号为CN200910090807.8发明名称为“一种电动汽车的动力电池的更换系统及更换方法”发明专利申请，解决了从车上拆卸亏电电池以及从电池架上取放电池的问题，更换系统包括举升设备、举升支点、更换设备、和电池存放平台，其中更换设备同时负责定位、换装、堆垛等多个功能，使得更换设备体积较大，更换效率较低。

又如申请号为CN201010603039.4发明名称为“一种电动汽车电池的自动快换系统及自动快换方法”的发明专利请，可以满足电动汽车电池箱的自动快速更换，系统包括设置在车体下部的电池仓、电池箱及升降台。该专利申请仅公布了电池快速更换的装置及方法，但并未涉及如何对亏电电池的充电，没有亏电电池充电和满电电池安装相配合的系统不能称之为完整的电池更换系统。

2011年申请号为CN201110096497.8的新申请公布了一种便携式电动汽车的电池更换系统及其更换方法，解决了无法更换轿车电池和驾驶途中急需换电难题，且不需在换电站就能直接更换电动汽车电池。该系统设有：可折叠电动液压升降平台、电池箱升降平台小车、电池箱托盘和集成控制平台。该装置适合于长时间行驶车辆携带，但是现实应用中，驾驶员既要携带满电电池，有要携带电池更换装置，这对电动车辆的推广是极其不利的。

发明内容

本发明目的在于提供一种电动汽车电池箱更换装置，用于把亏电电池箱从车上取下、并送至电池转存架，或把电池转存架上的满电电池箱送出，并安装到车上；本装置更换电池箱过程中无需旋转，可以节省更换时间，解决了更换设备所需旋转空间大的问题。本装置适用于车身高度随电池箱的取放而随时发生变化的车辆，可解决车身高度变化给电池箱更换带来的影响；且整个更换过程电池箱只需要平动，提高了更换过程的可靠性。

为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：

一种电动汽车电池箱更换装置，所述更换系统包括平移装置、位于所述平移装置内部的升降装置和机械臂；其改进之处在于所述机械臂包括双层导轨、固定于所述双层导轨上的电池箱抓手和设置于双层导轨上表面的滚柱，所述升降装置包括升降平台、垂直导轨、升降丝杆和限位滑轮；

其中：所述双层导轨包括固定于所述升降平台的下层导轨和可双方向水平运动的上层导轨；所述下层导轨为工字型，上层导轨向内收敛的下边缘与下层导轨的上边缘配合形成可相对滑动的滑槽。

其中：所述电池箱抓手包括支撑架、位于所述支撑架上的执行电机或电磁铁、传感器、拾取装置和拖链。

其中：所述拾取装置可根据电池箱的结构分为机械式或电磁式。

其中：所述支撑架与双层导轨之间设有滑轨。

其中：所述拖链设置于双层导轨上。

其中：所述滚柱设置于双层导轨的两侧，滚柱的两端设有支撑板；滚柱上表面所在的水平面高于双层导轨的上表面。

其中：所述平移装置包括小车，小车下端设有驱动轮，所述小车由电机驱动，沿轨道水平移动。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

1)更换装置为各种常规产品，制造成本降低

更换装置主要由三个部分组成：从车辆上装卸电池的机械臂，托举机械臂升降的升降装置，沿水平轨道移动的小车；

2)装置体积小，便于操作

更换装置体积小巧、动作灵活、所需运动的通道宽度明显减小，电池箱无需旋转，减少了机械臂的动作时间，具有高效更换电池、节约更换站占地面积的优点；机械臂具有双向运动功能，即可向车辆方向伸出也可以像电池架方向伸出；机械臂上设置有两排滚轮，方便抽取电池箱；

3)更换电池箱不需要旋转

本装置升降平台由两根垂直放置的丝杆驱动，平台四周有限位滚轮沿小车的垂直导轨运动，升降装置完成了电池箱的垂直方向的输送；水平输送有机械臂完成：双层导轨的设置使得机械臂可以双方向水平运动，滚柱的设置可以完成电池箱的运输，上层导轨的双向水平运动完成了电池箱从车辆侧到电池架侧的运输；这样就避免的电池箱取放过程中的旋转；

4)通用性强

小车沿轨道水平移动，运动速度快；小车中部设置升降平台，垂直行程大，且电池箱抓手由于传感器的配合，使得抓取效率提高，抓取过程准确无误，提高工作质量，可适应不同车型；

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1和图2是更换装置整体示意图；

图3是更换装置主视图；

图4是机械臂结构示意图；

图5是双层导轨结构示意图；

图6机械臂向车辆方向伸出时的俯视图；

图7是机械臂向远离车辆方向伸出时的俯视图；

图8是小车左视图；

附图标记：

1-小车，2-机械臂，3-升降平台，4-垂直导轨，5-升降丝杆，6-限位滑轮，7-抓手，8-滚柱，9-驱动轮，10-双层导轨，11-下层导轨，12-上层导轨，13-执行电机或电磁铁，14-支撑架，15-拾取装置，16-传感器，17-滑轨，18-支撑板，19-拖链。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行详细的说明。

本发明提供了一种电动汽车电池箱的更换装置，用于把电池箱从车上取下、并送至电池转存架，或把电池转存架上的电池箱送取出，并安装到车上，装置主要包括沿车辆进入方向水平移动的轨道上移动的小车1、小车1内部沿垂直方向升降的升降装置、可沿垂直车辆进入方向水平前后移动的机械臂2及机械臂前端电池箱抓手7。更换装置在更换过程中，电池箱无需旋转，减少了机械臂2的动作时间，效率和可靠性均能得到提高。

更换装置主要由三部分组成，平移装置、机械臂和升降装置，如图1和图2更换装置整体示意图所示：

本发明中三维空间的描述如下，定义小车1沿轨道运动的方向为X方向，水平面内与X方向相垂直的方向为Y方向，垂直于水平面的方向为Z方向。

平移装置可沿轨道水平移动的小车1；小车1下设有驱动轮9，如图3所示。小车沿轨道的移动实现机械臂2沿X方向的移动。

搭载机械臂2可垂直升降的升降装置包括升降平台3、垂直导轨4、升降丝杆5和限位滑轮6。升降平台3通过升降丝杆5沿垂直导轨4上下移动，把机械臂2带动到相应位置进行更换电池箱的操作。升降装置可以实现机械臂2在Z方向的移动。

图4为机械臂结构示意图，如图所示，抓取电池箱的机械臂2包括双层导轨10、固定于所述双层导轨10一端的电池箱抓手7和设置于双层导轨上表面的滚柱8。双层导轨10包括固定于升降平台3的下层导轨11和可双方向水平运动的上层导轨12；所述下层导轨11为工字型，上层导轨12向内收敛的下边缘与下层导轨11的上边缘配合形成可相对滑动的滑槽，使双层导轨10具有较强的刚度。滚柱8设置于双层导轨10的两侧，其中两侧的滚柱8形状略有不同，以保证电池箱能够顺畅的通过滚柱8进行传输；滚柱8两端设有支撑板18，支撑板18用于保持多个滚柱8位于一排，放置出现参差不齐的现象。

电池箱抓手7包括支撑架14、固定于支撑架14上的执行电机或电磁铁13、传感器16、拖链19和拾取装置15。支撑架14用于为拾取装置15、执行电机或电磁铁13、传感器16提供支撑，执行电机或电磁铁13用于为拾取装置15提供动力，传感器16用于准确定位，拾取装置15的作用是为电池箱解锁并抓紧电池箱，同时传递抽取及推送电池箱的作用力；拖链19设置于双层导轨10，电池箱抓手7由拖链19传动，从双层导轨10的一端移动到另一端，实现电池箱抓手7沿Y方向的移动。

电池箱抓手7可以在设置于双层导轨10的上层的滑轨17中前后移动，使电池箱抓手7具有较大的运动行程。

从车上取电池箱工作过程如下：

当车辆进入车位并停好后，小车1沿轨道水平运动，由传感器16找到需要更换电池箱所在的位置并停下，机械臂2向车辆方向移动做好抓取准备，升降平台3通过传感器16垂直运动将机械臂3前端的电池箱抓手7对准电池箱前面板的机械抓取位。当机械臂2与电池前面板的抓取位对准后，机械臂2向车辆方向移动，机械臂2前端电池箱抓手7与电池箱面板抓取位对接、抓紧，机械电池箱抓手7向远离车辆方向动作将亏电电池箱抽出，直至完全放置在位于小车1内的升降平台3上。

运送亏电电池：

小车1水平运动，将亏电电池送至转存架前方，小车1通过传感器16与转存架对齐，机械臂2向远离车辆的方向运动，将电池箱运送至转存架上，机械臂2前端电池箱抓手7与电池箱面板抓取位松开、脱离，机械臂2下降后复位。

由于滚柱8的设置，使得电池箱可以沿滚柱8滑动至机械臂2，然后通过双层导轨的双向运动，完成电池箱从车辆侧到背离车辆侧的运输。这个过程避免了电池箱的旋转。

装载满电电池箱：

满电电池箱由电池架后排的堆垛机提前放置于另外一个电池转存架上，小车1只需平移至该转存架位置，将机械臂2向后伸出，电池箱抓手7与电池箱前面板抓取位对接、抓紧，将电池拉至小车1上。

往小车1上安装满电电池箱：

装载满电电池箱的小车1沿轨道平移，由传感器16找到安装电池箱所在的车上的位置并停下，升降平台3通过传感器16垂直运动将机械臂2及电池箱对准车上电池位置，机械臂2带动电池向车辆方向移动，电池到位后，机械臂2前端电池箱抓手7与电池箱面板抓取位松开、锁紧电池箱并退出。

升降平台3由电机驱动，通过左右两根垂直放置的升降丝杆5带动，更换过程升降平台3能根据车辆的车身高度变化而进行随动；升降平台3四角有四处导轮，设置在四根垂直导轨处用于垂直滚动限位，装卸电池箱时设备不需要旋转。

机械臂2由可左右双方向移动的双层导轨10组成，双层导轨10上一端安装可用于抓取电池箱的电池箱抓手7，可以是机械式的电机，也可以是电磁式的，具体由电池箱的接口形式决定。电池箱抓手7由拖链19传动，双层导轨10上表面水平布置两排滚柱8，用于运输电池箱。机械臂2的下层导轨11具有双向运动功能，即可向车辆方向伸出也可以像电池架方向伸出；机械臂2上设置有两排滚轮，方便抽取电池箱。机械臂电池箱抓手7自动对位，电池箱抓手7具有X、Y、Z三个方向的自由度。

小车1由电机驱动，可在轨道上水平移动、对位，并提供左右移动的动力。

本装置中小车1沿轨道水平移动，运动速度快；小车1中部设置升降平台3，垂直行程大，可适应不同车型。

此处已经根据特定的示例性实施例对本发明进行了描述。对本领域的技术人员来说在不脱离本发明的范围下进行适当的替换或修改将是显而易见的。示例性的实施例仅仅是例证性的，而不是对本发明的范围的限制，本发明的范围由所附的权利要求定义。

Claims (8)

1.一种电动汽车电池箱更换装置，所述更换系统包括平移装置、位于所述平移装置内部的升降装置和机械臂(2)；其特征在于所述机械臂(2)包括双层导轨(10)、固定于所述双层导轨(10)上的电池箱抓手(7)和设置于双层导轨(10)上表面的滚柱(8)，所述升降装置包括升降平台(3)、垂直导轨(4)、升降丝杆(5)和限位滑轮(6)；

2.如权利要求1所述的一种电动汽车电池箱更换装置，其特征在于所述双层导轨(10)包括固定于所述升降平台(3)的下层导轨(11)和可双方向水平运动的上层导轨(12)；所述下层导轨(11)为工字型，上层导轨(12)向内收敛的下边缘与下层导轨(11)的上边缘配合形成可相对滑动的滑槽。

3.如权利要求1所述的一种电动汽车电池箱更换装置，其特征在于所述电池箱抓手(7)包括支撑架(14)、位于所述支撑架(14)上的执行电机或电磁铁(13)、传感器(16)、拾取装置(15)和拖链(19)。

4.如权利要求1或3所述的一种电动汽车电池箱更换装置，其特征在于所述拾取装置(15)可根据电池箱的结构分为机械式或电磁式。

5.如权利要求1或3所述的一种电动汽车电池箱更换装置，其特征在于所述支撑架(14)与双层导轨(10)之间设有滑轨(17)。

6.如权利要求1或3所述的一种电动汽车电池箱更换装置，其特征在于所述拖链(19)设置于双层导轨(10)上。

7.如权利要求1所述的一种电动汽车电池箱更换装置，其特征在于所述滚柱(8)设置于双层导轨(10)的两侧，滚柱(8)的两端设有支撑板(18)；滚柱(8)上表面所在的水平面高于双层导轨(10)的上表面。

8.如权利要求1所述的一种电动汽车电池箱更换装置，其特征在于所述平移装置包括小车(1)，小车(1)下端设有驱动轮(9)，所述小车(1)由电机驱动，沿轨道水平移动。

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