CN102849042A

CN102849042A - 一种电动汽车电池箱更换系统及方法

Info

Publication number: CN102849042A
Application number: CN2012103156262A
Authority: CN
Inventors: 王立涛; 余英; 李武峰; 李连更; 严辉; 李翔; 魏刚
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; Beijing State Grid Purui UHV Transmission Technology Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; Beijing State Grid Purui UHV Transmission Technology Co Ltd
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2012-08-30
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2032-08-30
Also published as: CN102849042B

Abstract

本发明提供一种电动汽车电池箱更换系统及方法，属于电动汽车技术领域，更换系统很好地解决了现有更换站占地面积大的问题。更换系统包括位于更换工位两侧对称布置的更换装置和可沿车辆进出方向移动的垂直导轨，更换工位上设置的车辆定位装置，封闭的充电箱，位于所述充电箱内部的电池架，充电机；充电箱位于更换工位的正上方或正下方；更换工位正上方对应设置支撑架，更换工位正下方对应设置地槽。本发明更换系统利用更换工位正上方或正下方的空间存放充电箱，使得更换系统节约50％以上占地面积，且更换方法采用立体抽取式的更换模式，电池在更换过程中无需旋转，也无需利用堆垛机进行二次传递，更换时间缩短。

Description

一种电动汽车电池箱更换系统及方法

技术领域

[0001] 本发明属于电动汽车技术领域，具体涉及一种电动汽车电池箱更换系统及方法。背景技术

[0002] 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。

[0003] 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。 [0004] 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。

[0005] 蓄电池的使用及快速更换技术成为电动汽车产业化发展的一项关键技术。目前纯电动汽车由于续驶里程等因素，所配备的电池组数量大、布置位置不统一，导致了电池箱不能够被方便快速的更换。

[0006]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。

[0007] 对电动汽车电池箱更换技术的其他研究还包括：

[0008] 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。

[0009] 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。

[0010] 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

[0011] 本发明目的在于提供一种电动汽车电池箱更换系统及方法，更换系统利用更换工位正上方或正下方的空间存放充电箱，使得更换系统节约50%以上占地面积，很好地解决了现有更换站占地面积大的缺点；且更换方法采用立体抽取式的更换模式，电池在更换过程中无需旋转，也无需利用堆垛机进行二次传递，更换时间缩短。

[0012] 为实现上述发明目的，本发明采取的技术方案为：

[0013] 一种电动汽车电池箱更换系统，所述更换系统包括位于更换工位两侧对称布置的更换装置和垂直导轨，更换工位上设置的车辆定位装置，封闭的充电箱，位于所述充电箱内部的电池架，充电机；其改进之处在于：所述充电箱位于更换工位的正上方或正下方；

[0014] 当所述充电箱位于更换工位正上方时，更换工位正上方设有用于放置所述充电箱的支撑架；

[0015] 当所述充电箱位于更换工位正下方时，更换工位正下方设有用于放置所述充电箱的地槽。

[0016] 本发明的另一优选技术方案为：支撑架和地槽均为至少I层结构。

[0017] 本发明的又一优选技术方案为：所述更换装置设于可沿车辆进出方向移动的垂直导轨上，更换装置可沿所述导轨上下移动。

[0018] 本发明的再一优选技术方案为：所述充电箱采用封闭式箱体结构。

[0019] 本发明的又一优选技术方案为：所述电池架开口方向与所述更换装置相对。

[0020] 本发明的再一优选技术方案为：所述充电机位于所述充电箱内部电池架的上方，或所述充电机位于所述充电箱外部的充电机柜内，所述充电机柜设置于所述支撑架上或地槽内。

[0021] 本发明的另一优选技术方案为：所述方法包括如下步骤：

[0022] I)车辆进入更换工位后定位；

[0023] 2)更换装置移动对准车辆电池位，更换装置采用抽取方式将车辆上亏电电池取下；

[0024] 3)更换装置移动对准电池架空位，将亏电电池放置于电池架空位；

[0025] 4)更换装置移动对准电池架电池位，更换装置采用抽取方式将电池架上满电电池取下；

[0026] 5)更换装置移动对准车辆空位，将满电电池放置于车辆空位；

[0027] 6)重复步骤2-5直至车辆的电池箱更换完毕。

[0028] 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：

[0029] I)节约占地

[0030] 本发明充分利用车辆换电工位的正上方或地下空间位置存储电池，换电站占地面积小于现有换电模式的50%以上；

[0031] 2)更换效率提高[0032] 电池更换无需旋转，可以有效的避免旋转占用空间较大和将电池甩出的情况；且电池更换无需经过中间环节，由更换设备直接完成电池架和车辆间电池更换，缩短了电池更换时间，更换速度大大加快；

[0033] 3)系统通用性能良好

[0034] 电池架的容纳电池的数量可大可小，大到上万块电池省级中转站，小到几十块电池城市中心站，都可相应配置；电池架整体封闭，电池温度容易控制，冬季充分利用充电机的热量，解决了电池库保温问题，更换系统可适用于各种环境；

[0035] 4)系统经济性能提高

[0036] 更换设备结构简单且更换技术成熟，建站速度快，系统自动化程度高，设备维护量较小，故障率低，更换稳定可靠，增强了更换系统的经济性。

附图说明

[0037] 下面结合附图对本发明进一步说明：

[0038] 图I是更换系统地上形式整体示意图；

[0039] 图2是更换系统地上形式俯视图；

[0040] 图3是更换系统地上形式左视图；

[0041] 图4是更换系统地上形式主视图；

[0042] 图5是更换系统地下形式整体示意图；

[0043] 图6是更换系统地下形式主视图；

[0044] 附图标记：

[0045] I-更换装置，2-车辆定位装置，3-充电箱，4-电池架，5-充电机，6-支撑架，7-地槽，8-垂直导轨。

具体实施方式

[0046] 下面结合实例对本发明进行详细的说明。

[0047] 本发明提供了一种电动汽车电池箱的立体更换方法及系统。

[0048] 更换方法为立体抽取式更换模式，电池架4位于更换车辆的正上方或下方，更换装置I位于车辆两侧，当车辆进入更换工位后，更换装置I将电池从车上取下，放入电池架4内的空位，再将充满电的电池从电池架4取下，直接装入车内。由于此更换方式中，取下电池无需旋转，也无需对电池进行二次存放，故此更换方式是对现有更换方式的一种创新。

[0049] 如图I更换系统整体示意图和图2-4更换系统俯视图、侧视图及主视图所示，更换系统包括：

[0050] I)车辆停车定位系统；

[0051] 2)从车辆上装卸电池的更换装置I ;

[0052] 3)位于车辆正上方或下方存放和给电池箱3充电的电池架4及充电机5。

[0053] 该方法更换装置I基于现有成熟的堆垛机技术、动作简单可靠且灵活迅速、更换系统体积明显减小，电池箱更换过程中无需旋转，也不需要二次传递，直接由车上到电池架4上，更换距离及时间比起以往的电池更换方式大大缩短，具有高可靠性、高效更换电池、节省至少50%以上更换站占地面积等优点。[0054] 该方式的更换模式电池架3采用封闭式箱体结构，一年四季均可保证电池最佳充电温度，提高了保证电池使用寿命，也解决了防尘问题，较好地解决了电池充电环境问题。

[0055] I)车辆停车定位系统；

[0056] 车辆定位装置I位于车辆更换工位的地面，用于引导和调整车辆准确停放在合适车辆更换的位置。

[0057] 2)从车辆上装卸电池的更换装置；

[0058] 更换装置与2012年7月11日公布的申请号为201210001909. 7的发明专利申请

中更换装置相同，更换装置I设于垂直导轨8上，垂直导轨8可沿车辆进出方向移动，更换装置I可沿垂直导轨8上下移动，更换装置I上的机械臂能与车辆上的电池和电池架4上的电池实现自动定位、抓紧并解开电池锁具的功能。更换装置I采用立体抽取式取放电池，更换过程电池无需旋转。更换装置I上安装多个更换机械臂，可同时更换I块以上的电池。

[0059] 每个更换工位两侧对称布置更换装置I 一台或更多，车辆定位后，更换装置I可同时作业，提高更换效率，缩短更换时间。

[0060] 3)位于车辆正上方或下方存放和给电池充电的电池架4及充电机5。

[0061] 本发明较大的改进之处在于充电箱3的位置，

[0062] 充电箱3、电池架4和充电机5位于车辆更换工位的正上方或下方；

[0063] 充电箱3可位于车辆换电工位的上方。根据现场情况在更换工位的正上方修建钢结构或永久建筑的支撑架6,用于放置充电箱3 ;充电箱3内对称放置电池架4和充电机5,每侧电池架4开口朝向更换装置1，以便于方便的取放电池。为了有效利用空间，充电机5可位于电池架4的上方（都在充电箱3内），也可在充电箱3外设置单独的充电机柜放置充电机5。放置充电箱3的支撑架6不仅限于I层，可根据情况设置η层，其中η为自然数，I 5，多层设计可以提高更换效率，更换装置I抬升高度相应提升。

[0064] 充电箱3可位于车辆更换工位的下方。如图5-6所示为充电箱位于更换工位下方时，更换系统示意图。根据现场情况开挖地槽7，用于放置充电箱3，车辆换电工位位于充电箱3的正上方；更换装置I也位于地下，地面上更换工位的两侧留出可让更换装置I移动的通道。为了有效利用空间，充电机5可位于电池架4的上方（都在充电箱3内），也可在充电箱3外设置单独的充电机柜放置充电机5。放置充电箱3的地槽7建筑不仅限于I层，可根据情况设置η层，其中η为自然数，I ^ 5,多层设计可以提高更换效率，更换装置I抬升闻度相应提升。

[0065] 电池架4和充电机5放置于能够封闭的充电箱3内，便于控制充电环境温度和湿度；或电池架4放置在封闭的充电箱3内，充电机柜单独放置。

[0066] 利用更换系统对电池的更换方法如下：

[0067] 车辆进入更换工位；车辆定位；每侧更换装置I动作，机械臂定位，从车上取下亏电电池，更换装置I带着亏电电池移动，把亏电电池放置于电池架4的空位；更换装置I至充满电的电池位，机械臂定位，并从电池架4上取下满电电池；更换装置I带着满电电池移动至车辆电池位，机械臂动作，把满电电池送入车辆电池空位。更换装置I重复更换下一个电池箱，直至所有电池箱均被更换完成为止。

[0068] 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

1. 一种电动汽车电池箱更换系统，所述更换系统包括位于更换エ位两侧对称布置的更换装置（I)和垂直导轨（8)，更换エ位上设置的车辆定位装置（2)，封闭的充电箱（3)，位于所述充电箱⑶内部的电池架（4)，充电机（5);其特征在于：所述充电箱（3)位于更换エ位的正上方或正下方；当所述充电箱（3)位于更换エ位正上方吋，更换エ位正上方设有用于放置所述充电箱(3)的支撑架(6)；当所述充电箱（3)位于更换エ位正下方吋，更换エ位正下方设有用于放置所述充电箱(3)的地槽(7)。

2.如权利要求I所述的ー种电动汽车电池箱更换系统，其特征在于支撑架（6)和地槽(7)均为至少I层结构。

3.如权利要求I所述的ー种电动汽车电池箱更换系统，其特征在于所述更换装置（I)设于可沿车辆进出方向移动的垂直导轨（8)上，更换装置（I)可沿所述导轨（8)上下移动。

4.如权利要求I所述的ー种电动汽车电池箱更换系统，其特征在于所述充电箱（3)采用封闭式箱体结构。

5.如权利要求I所述的ー种电动汽车电池箱更换系统，其特征在于所述电池架（4)开ロ方向与所述更换装置（I)相対。

6.如权利要求I所述的ー种电动汽车电池箱更换系统，其特征在于所述充电机（5)位于所述充电箱（3)内部电池架⑷的上方，或所述充电机（5)位于所述充电箱（3)外部的充电机柜内，所述充电机柜设置于所述支撑架（6)上或地槽（7)内。

7. ー种利用如权利要求I所述系统的电池箱更换方法，其特征在于所述方法包括如下步骤： 1)车辆进入更换エ位后定位； 2)更换装置移动对准车辆电池位，更换装置采用抽取方式将车辆上亏电电池取下； 3)更换装置移动对准电池架空位，将亏电电池放置于电池架空位； 4)更换装置移动对准电池架电池位，更换装置采用抽取方式将电池架上满电电池取下； 5)更换装置移动对准车辆空位，将满电电池放置于车辆空位； 6)重复步骤2-5直至车辆的电池箱更换完毕。