CN103072558A - 动力电池快换方法、设备、系统及布局 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动力电池快换方法、设备、系统及布局。本系统包括硬件和软件两部分，硬件包含：通用停车平台，两部多功能机械手，两部电池存放平台，两部堆垛设备，视频获取设备及其他辅助设备；软件部分包含：车型参数数据库，车型识别系统，图像数据处理系统，PLC控制系统及其他辅助系统。运行过程为：待换电车辆停在通用停车平台上，视频设备获取实时的汽车图像数据，通过图像处理系统获得电池仓的准确位置，PLC控制系统控制多功能机械手一运行到电池仓下取走亏电电池，同时换电机械手二从电池存放平台取得满电电池并输送到汽车的电池仓的下面，举升电池安装到电池仓。汽车驶下停车平台完成换电。

Description

动力电池快换方法、设备、系统及布局

技术领域

本发明涉及一种电动汽车动力电池更换系统、装置及方法，该系统可以为绝大多数车型提供快速更换动力电池服务。

背景技术

随着全球经济的快速发展，世界能源危机和环保问题日益突出，汽车工业面临着严峻的挑战。一方面，石油资源短缺，汽车是油耗大户，且目前内燃机的热效率较低，燃料燃烧产生的热能大约只有３５％—４０％用于实际汽车行驶，节节攀升的汽车保有量加剧了这一矛盾；另一方面，汽车的大量使用加剧了环境污染。此外，汽车排放的大量ＣＯ２加剧了温室效应，汽车噪声是环境噪声污染的主要内容之一。

世界各国和各大汽车公司以及国内各大科研机构和高等院校纷纷致力于开发清洁节能汽车。其中纯电动汽车最具发展前景。但是纯电动汽车的续航能短的瓶颈严重制约着电动汽车的发展。

为了解决电动汽车的能源补充问题，现阶段有充电和换电两种方式，这两种方式各有优缺点，充电方式：投资小，不必统一电池尺寸。充电时间长，对电池损害大。电网负荷大：换电方式：投资大，统一电池尺寸，换电快速，合理利用电力资源。

目前一些电动车生产商和动力电池生产商逐步达成一致，将电池乘用车按照车型大小分为微型车，小型车，中型车和大型车4种类型。每一类型电动车使用同一规格电池。各种规格电池具有相同的接口，使得统一换电得到初步的基础。但是目前的换电设备只能为其中的某一个类型的进行换电服务。不能为这四类型的车型同时服务，进而制约了电动车的发展和普及。

发明内容

本发明要解决的问题在于提出一种基于以上条件的通用型电动乘车动力电池快速换电系统，可以通过一套通用型纯电动乘用车动力电池快速换电系统为不同型号的绝大部分的电动乘用车提供换电服务。

上诉通用型电动乘用车动力电池快速换电系统包括：硬件和软件两部分，硬件包含：通用停车平台，两部多功能机械手，两部动力电池存放平台，两部堆垛设备，适用于不同车型的动力电池，视频获取设备及其他辅助设备；软件部分包含：车型参数数据库，车型识别系统，图像数据处理系统，PLC控制系统及其他辅助系统。

通用型电动乘用车动力电池快速换电系统，包括：通用停车平台。

通用停车平台包括固定平台和前、后移动板。前、后移动板位于固定平台的中部，可以在固定平台上分别单独前后移动，以调整相对位置，分别承载各型待换电车辆的前轮和后轮。

通用停车平台还包括车辆通过保护板，车辆通过保护板位于前、后移动板的下方。在车辆驶上停车平台的时候闭合，保证车辆顺利安全通过。当车辆在前、后移动板上停稳后，车辆通过保护板左右分开到固定位置。更换电池完毕后，车辆通过保护板再次闭合，保证车辆顺利安全驶下停车平台。

两部多功能机械手，两部多功能机械手位于停车平台的下方，在同一条铺设在地面上的钢轨上做水平，左右，举升，选择及倾斜运动，多功能一在plc的控制下，准确运动到待换电车辆底盘下方，取走亏电动力电池，运回到对应侧的动力电池存放平台。与此同时，多功能机械手二从对应侧的动力电池存放平台取出满电动力电池，并且运送到待换电车辆底盘下方，并举升安装满电动力电池。

所诉多功能机械手均由伺服电机控制。

两部动力电池存放平台，两部堆垛设备，两部动力电池存放平台和两部堆垛设备分别左右对称布置，用于取出或放回动力电池。

视频获取设备，用于获取待换电车辆在所诉通用停车平台上随机停放位置的实时图像，供图像数据处理系统分析。

所诉图像数据处理系统，图像数据处理系统根据视频获取设备获取待换电车辆在所诉通用停车平台上随机停放位置的实时图像，结合该型待换电车辆在车型参数数据库中的参数，分析出待换电车辆的电池仓准确位置，并将相对坐标位置参数输入plc控制系统。

所诉车型参数数据库，为开放式SQL-SERVER数据库，车型参数数据库保存有各型纯电动乘用车的外形参数、轴距参数、电池仓在该车型的准确位置信息及该车型在停车平台上的理论位置。并且可以不断增加新的车型参数，扩大通用型电动乘用车动力电池快速换电系统的服务范围。

所诉PLC控制系统，用于控制堆垛机取出或送回的动作，及两部多功能机械手的水平、左右、旋转、举升和倾斜等动作。

所诉车型识别系统采用视频识别，在待换电车辆驶上所诉通用停车平台前对待换电车辆进行车型识别。

多功能机械手与动力电池的连接部分，属于通用技术部分，可以通过不同的技术手段来实现。无论何种方式方法，都不会对本发明产生本质的影响，所以在这里不对该部分阐述说明。

本发明的优点在于。

1、通用性高。通用型电动乘用车动力电池快速换电系统进行换电服务时，只有前、后移动板支撑换电车辆的前轮和后轮，对车型没有限制，一套通用型电动乘用车动力电池快速换电系统可以覆盖98％以上的车型。

2、可靠性高。通用型电动乘用车动力电池快速换电系统建立了可提供换电服务车辆的数据库，工作时，通过图像数据处理系统结合数据库的分析，使得伺服系统控制的多功能机械手可以找到带待换电车辆的电池仓的精确位置，进行更换动力电池服务。可靠性和准确性相对于其他控制方式大大提高，换电过程更加流畅顺利。

3、安全性高。通用型纯电动乘用车动力电池快速换电系统设有车辆通过保护板，在车辆进入或者驶离所诉停车平台时，车辆通过保护板处于闭合状态，保证了车辆的安全。

4、对驾驶员要求低。通用型电动乘用车动力电池快速换电系统对待换电车辆驶入所诉通用停车平台没有限制，也不需要二次移动车辆，对车辆没有任何附加的损害，对驾驶员的要求很低，基本和在现在的加油站加油一样。

5、更换电池服务时间短。通用型电动乘用车动力电池快速换电系统合理的使用统筹的方法安排各个子系统的动作顺序，所诉多功能机械手二从所诉动力电池存放平台取得适用于该车型的满电动力动力电池并输送到预定位置，与车辆驶上所诉通用停车平台同时进行。多功能机械手一取走亏动力电电池后，多功能机械手二可马上将准备好的满电动力电池安装到所服务车辆的电池仓。所诉多功能机械手一将亏电动力电池送到所诉动力电池存放平台，和车辆驶离所诉停车平台同时进行。整个系统工作的时间大幅缩短。使得换电速度快，换电效率提高。

6、容易操作。通用型电动乘用车动力电池快速换电系统采用自动车型识别系统和plc伺服单元控制，自动化程度高。对使用人员要求不高。

7、可维护性强。通用型电动乘用车动力电池快速换电系统采用开放式SQL-SERVER数据库，对于不断推出的新车型，适时地完善，补充车型参数数据库，就可以对新推出电动乘用车进行换电服务。

附图说明

为了使本发明的内容更清楚的阐述，下面通过本发明的具体实施例，并结合附图说明，做进一步详细的说明。

图1为通用型电动乘用车动力电池快速换电系统俯视示意图。

图2为通用纯电动乘用车动力电池快速换电系统侧视示意图。

图3为通用停车平台侧视示意图。

图4为通用停车平台前视示意图。

图5为多功能机械手左右运动示意图。

图6为多功能机械手前后、升降及倾斜运动示意图。

图7为多功能机械手旋转运动示意图。

图8为通用型电动乘用车动力电池快速换电系统工作流程示意图。

图9图为更换动力电池过程中车型识别步骤的示意图。

图10为更换动力电池过程中车辆定位及取下亏电动力电池步骤的示意图。

图11为更换动力电池过程中安装满电动力电池步骤的示意图。

图12为更换动力电池完成后，电动乘用车驶离通用停车平台步骤的示意图。

1-通用停车平台，2-多功能机械手一，3-多功能机械手二，4-视频获取设备固定架，5-视频获取设备，6-待换电车辆，7-钢轨，8-后移动板，9-前移动板，10-车辆通过保护板，11-旋转平台，12-伺服电机一，13-前后运动平台，14-伺服电机二，15-伺服电动推杆，16-动力电池举升平台，17-伺服电机三，18-满电动力电池，19-亏电动力电池，20-动力电池存放平台。

实施例1。

如图1所示通用型电动乘用车动力电池快速换电系统包括。

通用停车平台1，用于停放待换电车辆6。

对称布置的动力电池存放平台20，用于存放满电动力电池18和亏电动力电池19。

还包括多功能机械手一2，和多功能机械手二3，用于将放满电动力电池18从待换电车辆6的电池仓内取出，运输并送到动力电池存放平台20 存放，或者将亏电动力电池19从动力电池存放平台20 取出，运输并安装到待换电车辆6的电池仓内。

如图2所示通用型电动乘用车动力电池快速换电系统包括。

视频获取设备5，固定在视频获取设备固定架4上，用于获取待换电车辆6的实时视频图像，通过数据库的对比进行车型识别和车辆定位。

钢轨7，位于通用停车平台1的底部，用于支撑及行走多功能机械手一2和多功能机械手二3。

如图3所示通用停车平台1包括。

后移动板8和前移动板9，可以在车型识别后，在plc程序的控制下，向前或向后运行到与待换电车辆6的后轮和前轮相对应的位置，分别承载待换电车辆6的后轮和前轮。

如图4所示通用停车平台1包括。

辆通过保护板10，用于待换电车辆6在驶上通用停车平台1的过程中的安全，待换电车辆6在通用停车平台1上停稳后，辆通过保护板10左右分开。

如图5、6所示多功能机械手一2（多功能机械手二3）位于钢轨7上，包括。

伺服电机二14，用于驱动多功能机械手一2（多功能机械手二3）在钢轨7上左右运行，来运输亏电动力电池19（满电动力电池18）。

伺服电机一12，用于驱动选择平台11在前后运动平台13上做前后运动，来对准待换电车辆6的电池仓的前后位置。

伺服电动推杆15，用于举升动力电池举升平台16上升或下降，来安装满电动力电池18或取下亏电动力电池19。

伺服电动推杆15，通过前后伺服电动推杆不同的伸出量，使举升动力电池举升平台16上下倾斜，用于适应不同角度的底盘的待换电车辆6。

伺服电机三17，用于驱动旋转平台11水平旋转，用于适应不同位置的待换电车辆6，如图7所示。

控制系统（此处未图示）包括。

图像数据处理系统，用于分析处理从视频获取设备5得到待换电车辆的实时视频影像。

车型识别系统，通过从图像数据处理系统得到的分析数据，来识别待换电车辆6的具体车型。

车型参数数据库，通过车型识别系统识别的车型信息，从车型参数数据库提取待换电车辆6具体车型的相关参数，如：轴距、动力电池型号、及电池仓的相对位置。

PLC控制系统，通过从车型参数数据库得到的待换电车辆6具体车型的相关参数，及从视频获取设备5得到的待换电车辆6在通用停车平台1上的实时位置信息，控制各个伺服电机驱动后移动板8，前移动板9，多功能机械手一2，多功能机械手二3进行准确的运行。

本发明通用型电动乘用车动力电池快速更换系统的工作流程图如图8所示。

本发明通用型电动乘用车动力电池快速更换系统的工作过程如下所诉。

如图9所示，当待换电车辆6进入通用停车平台的过程中，视频获取设备5获取到待换电车辆6的视频影像信息，通过车型识别系统，识别出待换电车辆6的具体车型，在系统得到该车型的具体参数后，plc系统驱动后移动板8和前移动板9分别移动到适用于该车型轴距停车的位置，等待待换电车辆6驶上，同时plc系统还驱动多功能机械手二3从对应的动力电池存放平台20取出适用于该车型满电动力电池18，并运输到通用停车平台1下方，等待安装。

如图10所示，当待换电车辆6停在通用停车平台上后，视频获取设备5获取到待换电车辆6实时的随机停车位置视频影像信息，通过车辆参数数据库的对比，计算出待换电车辆6电池仓相对于该车型电池仓理论位置的准确坐标，plc控制系统驱动车辆通过保护板10左右分开到预定位置，同时驱动多功能机械手二2运行到待换电车辆6的电池仓下方，通过旋转、举升等动作，取下纯电动乘用车6的亏电动力电池19。

如图11所示，多功能机械手二2取下待换电车辆6电池仓内的的亏电动力电池19后，输送并送回亏电动力电池19到对应的动力电池存放平台20上，同时plc控制系统驱动多功能机械手二3运行到待换电车辆6的电池仓下方，通过旋转、举升等动作，将满电动力电池18安装到待换电车辆6的电池仓内。

如图12所示，当待换电车辆6完成换电后，plc控制系统驱动车辆通过保护板10再次重新合拢，保护更换动力电池完毕的待换电车辆6向前驶下通用停车平台，后移动板8和前移动板9回到初始位置，整个换电工作完成。

显而易见，上述实施例仅仅是为了更加清楚地说明本发明而举的例子，而非对实际实施方式的限定，对于熟悉所属领域的工程技术人员来说，可以在上述说明及及实施例的基础上，通过改变设备的大小、位置、数量及驱动机构的形式来得到其他形式或变动。这里无法也无需对所有可能的实施方式进行穷举，因而由此衍生出的其他显而易见的变化或变动均处于本发明的保护之列。

Claims (18)

1.一种动力电池快换系统，其特征在于包括：

(1) 通用停车平台，用来停放各种型号的待换电车辆；

(2) 两部多功能机械手，用来输送动力电池和安装(拆卸)动力电池；

(3) 两部动力电池存放平台，用来存放动力电池；

(4) 视频获取设备，用来获取待换动力电池车辆的实时视频图像；

(5) 车型参数数据库，用来储存可服务车辆的车型相关参数及各个可服务车型在停车平台上的理论正确位置：

(6) 图像处理系统，用来处理视频获取设备获取的视频图像，进行识别车型并通过车型参

数据库的对比，对车辆进行定位；

(7) 适用于不同车型的动力电池，用来安装于不同尺寸的车型。

2. 根据权利要求1所述的一种动力电池快换系统其特征在于所诉通用停车平台可以用于各种不同外形尺车型的电动乘用车的进入和停放。

3.根据权利要求1所述的一种动力电池快换系统其特征在于所诉视频获取设备位于所诉通用停车平台的上方，可以获取待换电车辆不同位置的实时视频图像，提供给所诉图像处理系统进行分析，同时对待换电车辆在所诉通用停车平台上的位置进行定位。

4.一种更换动力电池的方法，其特征在于更换动力电池时，待换电车辆随机停在所诉通用停车平台上后，不需要再移动待换电车辆，通过所诉的两部多功能机械手分别在程序的控制下，先后运行到待换电车辆底部下面，卸载和安装电池。

5.根据权利要求4所述的一种更换动力电池的方法，其特征在于待换电车辆驶上所诉通用停车平台的过程中，动力电池快换系统对待换电车辆进行车型识别。

6.根据权利要求4所述的一种更换动力电池的方法，方法其特征在于动力电池快换系统识别待换电车辆车型后，根据该换电车辆的车型参数，所诉通用停车平台分别调整前、后移动板的位置，用于承载待换电车辆的前轮和后轮。

7.根据权利要求4所述的一种更换动力电池的方法，其特征在于动力电池快换系统识别待换电车辆车型后，一部多功能机械手1从所诉动力电池存放平台取到适用于该车型的满电动力电池，并输送到所诉通用停车平台的下方，等待安装。

8.根据权利要求4所述的一种更换动力电池的方法，其特征在于待换电车辆停在所诉通用停车平台上后，所诉视频获取设备获取到待换电车辆在所诉停车平台上的实时位置视频图像，并通过分析和数据对比，得到待换电车辆在所诉通用停车平台的实际位置。

9.根据权利要求4所述的一种更换动力电池的方法，其特征在于得到待换电车辆在所诉通用停车平台的实际位置后，待换电车辆不再移动，另一部多功能机械手2通过前后，左右、上下、旋转、倾斜等动作，运行到待换电车辆的实际对应位置，取走亏电电池，并输送到所诉动力电池存放平台存放，多功能机械手1通过前后，左右、上下、旋转、倾斜等动作，运行到待换电车辆的实际对应位置，将满电动力电池安装到待换电车辆上。

10.一种通用停车平台，其特征在于通用停车平台有可以移动位置的车轮支撑板，具有停放不同外型尺寸的代换电车辆的功能。

11.根据权利要求10所述的一种通用停车平台，其特征在于所诉通用停车平台包括固定平台、前、后移动板，前、后移动板分别承载待换电车辆的前轮和后轮。

12.根据权利要求10所述的一种通用停车平台，其特征所述通用停车平台包括车辆通过保护板，位于所诉前、后移动板的下方，车辆通过保护板在保护待换电车辆在其上通过后，分开到两侧固定位置，待动力电池更换完毕后，车辆通过保护板重新合并，保护已换电车辆从其上面安全通过。

13.一种多功能机械手，其特征在于多功能机械手同时具有输送动力电池的功能和为待换电车辆安装(拆卸)动力电池的功能。

14.根据权利要求十三所述的一种多功能机械手，其特征在于所诉一种多功能机械手位于所诉通用停车平台下方，为整体结构，可以通过前后、左右、上下、旋转及倾斜等运动运动，来输送动力电池并将动力电池安装到待换电车辆内或将动力电池从待换电车辆内取下。

15.一种换电系布局方法，其特征在于两部多功能机械手和两部动力电池存放平台分别在通用停车平台的两侧对称布置。

16.一种利用视频对车辆定位的方法，其在特征在于视频获取设备获取到待换电车辆在所诉通用停车平台上随机停放位置的图像后，经图像处理系统处理后，与车型参数数据库中的该车型的相关参数进行对比计算，准确定位待换电车辆实际位置。

17.根据权利要求16所诉的一种利用视频对车辆定位的方法，其特征在于所诉视频获取设备位于所诉通用停车平台的上方，获取待换电车辆停放在所诉通用停车平台上的实时图像。

18.根据权利要求16所诉的一种利用视频对车辆定位的方法，其特征在于所诉视频获取设备获取到的实时停车图像由所诉图像处理系统进行分析，与该待换电车辆车型在所诉车辆参数数据库的数据对比计算，得到该待换电车辆在所诉通用停车平台上的实际位置。

Images