CN103978961A - 一种电动汽车底盘电池充换电装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动汽车底盘电池充换电装置，包括地面滑动导轨、设置在地面滑动导轨上的机械臂、电池箱和用于放置电池箱的电池架；所述机械臂上安装有用于夹取电池箱的非标夹具，电池架包括架体、充电层、工作层以及储备待充电层；在充电层、工作层以及储备待充电层均设置有安装在架体上的升降台、移动导轨和托盘；托盘上均设置有压力传感器；所述升降台通过升降导轨与架体连接，升降台上设置有移动导轨，托盘安置在升降台的移动导轨上。本发明方便、快捷，分工明确，夹取灵活，定位精准，整个工作过程稳定可靠，较好的适应了大质量电动汽车电池快速更换要求，极大的提高了充换电效率，解决了电动汽车充换电效率低等难题。

Description

一种电动汽车底盘电池充换电装置

技术领域

本发明涉及的是电动汽车技术领域，具体涉及的是一种电动汽车底盘电池充换电装置。 

背景技术

随着社会的进步与发展，传统能源越来越接近于枯竭，因此开发新能源势在必行，包括核能、太阳能和可燃冰等多种新型能源将是未来能源科技发展的趋势，也将成未来汽车动力的来源。交通运输行业发展较快的是铁路运输的电气化发展，经过十一五计划的重点发展，目前，我国铁路电气化水平已经超过了80％，电力技术在汽车上的发展缺相对缓慢。随着电池技术的发展进步，研究者开发出了基于电能的新型汽车，以其节能特点备受关注，电动汽车将是未来汽车产业以及整个动力技术领域的重要发展趋势。 

近几年，我国的重点城市已经开始逐步推广电动汽车，深圳市规划在2012年以前建成200个快速充电站，以促进和普及电动汽车的发展；2011年初国家发改委也宣布要在京津地区建设电动汽车充换电池服务网络，推广更换电池的电动汽车续电方式。现在电动汽车面临的一个很难突破的问题是：当车载电池电量耗尽时，快速充电站充满一梁汽车供电电池一般需要几十分钟，耗费时间较长，影响汽车的连续运行。 

针对上述问题，目前最好的解决办法是更换电池，通过更换电动 汽车电池来增加汽车的续航能力；但现有更换电池一般通过人工更换，操作速度慢，效率低，难以达到大质量电动汽车电池快速更换要求，影响汽车的连续运行。因此，有待需要一个能够充换电效率高，方便快速的电动汽车底盘电池充换电装置。 

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是提供一种可靠性高，充换电效率高，方便快速的电动汽车底盘电池充换电装置，以解决电动汽车充换电效率低等难题。 

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现： 

电动汽车底盘电池充换电装置，包括地面滑动导轨、设置在地面滑动导轨上的机械臂、电池箱和用于放置电池箱的电池架；所述机械臂上安装有用于夹取电池箱的非标夹具，所述电池架包括架体、用于对电池箱充电的充电层、用于便于更换电池箱的工作层以及用于储备待充电电池箱的储备待充电层；在充电层、工作层以及储备待充电层均设置有安装在架体上的升降台、移动导轨和用于盛放电池箱的托盘；所述托盘上均设置有用来判断是否装有电池箱的压力传感器；所述升降台通过升降导轨与架体连接，所述升降台上设置有用于水平移动的移动导轨，所述托盘安置在升降台的移动导轨上，当同一层同时有三个移动导轨在同一高度时，托盘可在移动上导轨上左右移动。 

进一步的，所述机械臂包括上支臂和下支臂，在所述下支臂一端安装在地面滑动导轨上，其另一端通过活动关节轴与上支臂相连接。 

进一步的，所述非标夹具包括夹具体、夹紧装置和定位块、可在 夹具体上移动的夹紧装置以及用于定位电池的定位块；所述夹具体上还固定有与夹紧装置相配合的上夹紧抓，所述夹紧装置通过夹具滑动导轨安装在夹具体上。 

作为优先，所述夹紧装置包括与夹具抓相适配的下夹紧抓以及用于固定下夹紧抓的底板，所述底板通过夹具滑动导轨安装在夹具体上，所述夹具体上还设置有两个定位抓，所述两个定位抓固定在定位块同侧两端。 

进一步的，所述电池箱包括箱体、设置在箱体内底部的电池箱惯性导航固定模块和设置在电池箱惯性导航固定模块上的电池箱惯性导航元器件；所述箱体底部设有用于安装电池箱惯性导航固定模块的凹槽，所述电池箱惯性导航固定模块贴合在凹槽内，并通过螺栓固定连接；所述电池箱惯性导航固定模块两端与凹槽的槽壁相贴合。 

作为优选，所述电池箱惯性导航固定模块包括固定底板和设置在固定底板的两端的贴合块，所述贴合块与箱体的凹槽槽壁相贴合，所述贴合块与固定底板之间设置有加强筋，采用加强筋加固，并且电池箱惯性导航固定模块固定在电池箱底部钣金件折弯凹槽部位，此部位为电池箱刚度最大的部位，能够最大程度的减少材料变形引起的位姿识别误差。用惯性导航识别电池位置，克服车辆停靠和电池箱易变形等多种不利因素，实现电池在监控区域任何位置均能准确识别电池位置。 

作为优选，所述固定底板呈长方形，所述贴合块设置在固定底板的宽侧面上，在所述固定底板中间部位开设有三个用于安装电池箱惯性导航元器件的安装槽。 

作为优选，所述电池架为五层三列式结构，充电层位于架体的最 上层，工作层位于架体的最底层，储备待充电层位于充电层与工作层之间。 

作为优选，所述充电层中设置有充电装置，所述充电装置包括充电头和充电底座；充电底座上设置有充电导轨，所述充电头采用直动插拔式充电头，所述直动插拔式充电头安置在充电底座的充电导轨上，通过电机控制插拔运动。 

本发明选用改进的通用型机械臂并配有电池更换的非标尺夹具，夹取灵活，定位精准，能够有效保证抓取电池箱的位置精度；充电电池架的五层三列式结构各层用途分工明确，托盘能够独立升降平移，能够有效提高电池移动效率，充电层的充电装置为快速直动插拔式，极大的提高充电站整体充换电工作效率，其方便、快捷，分工明确，定位准确，整个工作过程稳定可靠，较好的适应了大质量电动汽车电池快速更换要求，极大的提高了充换电效率，解决了电动汽车充换电效率低等难题。 

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明； 

图1为本发明的结构示意图； 

图2为本发明的电池箱的结构示意图； 

图3为本发明的电池箱惯性导航固定模块的结构示意图； 

图4为本发明的非标尺夹具的结构示意图； 

图5为本发明的非标尺夹具与机械臂的连接示意图； 

图6为本发明的电池架的结构示意图； 

图7为本发明的升降台与托盘结构示意图； 

图8为本发明的充电模块结构示意图。 

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。 

参见图1至图8，本实施例提供的是一种电动汽车底盘电池充换电装置，包括机械臂1、电池箱2和电池架3；非标夹具通过连接装置73安装在机械臂1上，连接装置73采用的是旋转轴件，机械臂1通过螺栓安装在地面滑动导轨10上，通过丝杠传动。本实施例的机械臂1包括上支臂13和下支臂11，下支臂11一端安装在地面滑动导轨10上，其另一端通过活动关节轴12与上支臂13相连接。地面滑动导轨10距离电池架2米，电池架3的中心轴线与地面滑动导轨10的中心轴线对齐；电池箱2通过机械臂1上的非标夹具夹取，机械臂1的工作平面与电池架3的底层平齐。 

参见图6至图8，本实施例的电池架3包括架体30、充电装置31、充电层32、储备待充电层33、工作层34、升降台35、移动导轨36、托盘37、压力传感器38。电池架3为五层三列式结构，每一层均由升降台35、移动导轨36、托盘37以及压力传感器38构成，充电层32位于架体的最顶层，充电装置31位于充电层32内，该充电装置31包括充电头310和充电底座311；充电底座311上安装有充电导轨312，所述充电头310采用直动插拔式充电头。所述直动插拔式充电头安置在充电底座311的充电导轨312上，通过电机控制插拔运动， 本发明采用快速直动插拔式充电头，大大提高充电站整体充换电工作效率。升降台35通过升降导轨39与架体30连接并通过丝杠传动，升降导轨可采用导轴和导套构成的结构。托盘37安置在升降台35的移动导轨36上，该移动导轨为截面为直角弯折形状，托盘37边缘部分放置在移动导轨36，当同一层同时有三个移动导轨36在同一高度时托盘37可在移动导轨36上左右移动。 

本实施例中，托盘底部的定位原件上安装有三个压力传感器38，用来判断托盘37上是否装有电池箱2。充电层32位于电池架架体的最顶层，此层托盘37只能上下升降不可左右移动，工作层34位于最底层，此层托盘37时能左右移动不可上下升降，储备待充电层33位于充电层32和工作层34之间，一共有三层，储备待充电层33即可上下升降也可左右移动。本发明电池架3的五层三列式结构各层用途分工明确，托盘37能够独立升降平移，能够有效提高电池移动效率。 

参见图2和图3，本实施例的电池箱2包括箱体20，在箱体20内的底部中间位置设置有凹槽，凹槽为钣金件折弯凹槽21，在钣金件折弯凹槽21内设有电池箱惯性导航固定模块5，电池箱惯性导航固定模块5通过螺栓固定在箱体20底部中间位置的钣金件折弯凹槽21内，此部位为电池箱刚度最大的部位，能够最大程度的减少材料变形引起的位姿识别误差。为增加安装稳定性，电池箱惯性导航固定模块5的两端与钣金件折弯凹槽21的槽壁相贴合，。 

本实施例中，参见图3，电池箱惯性导航固定模块5采用的长方形的固定底板51，在固定底板51的宽侧面上即其两端固定有贴合块52，贴合块52与固定底板51之间设置有加强筋54，采用加强筋54 加固并且固定在电池箱底部钣金件折弯凹槽21部位，此部位为电池箱2刚度最大的部位，能够最大程度的减少材料变形引起的位姿识别误差，满足大质量电动汽车电池快速更换要求，整个工作过程稳定可靠，以解决电动汽车充换电效率低等难题。 

值得注意的是，固定底板51中间上加工有三个矩形的安装槽53，用于安装电池箱惯性导航元器件6；本实施例电池箱惯性导航元器件6为现有器件，惯性导航是现有技术，即mini INS/GPS系统主要由STM32单片机，三轴陀螺仪，三轴加速度计和三轴的磁力计组成。同时，还有一个气压传感器用于短时的高度测量；位置信息由ublox MAX-6Q GPS提供。惯性导航在此只是一个现有应用模块，在此故不加以累赘。本发明通过设置电池箱惯性导航固定模块5以及电池箱惯性导航元器件6，使电池在监控区域能够准确识别电池位置，使其定位精确，用惯性导航识别电池位置，克服车辆停靠和电池箱易变形等多种不利因素，实现电池在监控区域任何位置均能准确识别电池位置；便于电池的更换后精确定位。 

另外值得一提的是，参见图4和图5，本实施例的非标尺夹具，其包括夹具体7，在夹具体7上安装有可在夹具体7上移动的夹紧装置8以及用于定位电池的定位块9；所述夹具体7上还固定有与夹紧装置8相配合的上夹紧抓71，所述夹紧装置8通过夹具滑动导轨73安装在夹具体7上，通过电机控制加紧放松动作，从而达到夹紧电池箱的目的，便于快捷、准确抓取电池箱。 

在夹具体一端上固定有上夹紧抓，其另一端设有可活动的夹紧装置，该夹紧装置8包括与上夹紧抓相适配的下夹紧抓81以及用于固定下夹紧抓81的底板82，下夹紧抓81固定在底板82的一端，该底板82通过夹具滑动导轨73安装在夹具体7上，通过夹具滑动导轨73使其能在夹具体7上移动，并通过下夹紧抓81与上夹紧抓71的 配合达到夹紧电池箱2的目的。夹具体7上还安装有两个定位抓72，该两个定位抓72固定在定位块9同侧两端，定位块9通过螺栓固定在夹具体7的底托根部位置，夹具体7通过连接装置73与充换电机械臂相连接，该连接装置73可采用活动轴等器件连接，便于更换电池时电池的定位，确保电池抓紧稳定，有效保证抓取电池箱的位置精度。 

本发明在使用时，其具体步骤如下： 

(1)对电池位姿识别；汽车驶入充电站，通过GPS、陀螺仪、RFID(射频识别技术，Radio Frequency Identification，又称无线射频识别)开始对电池位姿识别； 

(2)判断汽车是否已停稳；GPS、陀螺仪、RFID以1秒为间隔连续3个时间点对电池位姿进行识别，判断电动汽车是否已停稳准备更换电池；若探测3个时间点的位姿数据变化，则继续等待；否则，则判断电动汽车已停稳，即发出提醒，通知驾驶员将手刹打开并离场，此时控制室收到提醒信号，充换电流程准备开始进入步骤(4)； 

(3)夹取电池箱；控制室发出充换电指令，电动汽车充换电的机械臂1进行位姿调整并开始通过非标尺夹具夹取电动汽车的待更换电池箱； 

(5)判断电动汽车充换电电池架的储备待充电层是否有电池；在电池架1的储备待充电层33托盘上安装压力传感器38，通过压力传感器38判断储备待充电层是否有电池，若有，则将储备待充电层中上该放有电池的托盘横移为顶层托盘下降让出位置；若没有，则将充 电层上的充满后的电池箱降至底层的工作层，便于电动汽车的更换； 

(6)将充满电池箱放入电动汽车充换电电池架的工作层34；机械臂1将取出的电池箱2放入电池架3的底层并确保安放到位； 

(7)更换下来的待充电电池箱上升至顶层的充电层充电位开始充电，同时机械臂取出底座已充满的电池箱装入电动汽车，并下降一块已充满的电池用来填补空位； 

(8)充换电完成，汽车驶出，机械臂复位。 

本发明选用改进的通用型机械臂并配有电池更换的非标尺夹具，夹取灵活，定位精准，能够有效保证抓取电池箱的位置精度；充电电池架的五层三列式结构各层用途分工明确，托盘能够独立升降平移，能够有效提高电池移动效率，充电层的充电装置为快速直动插拔式，极大的提高充电站整体充换电工作效率，其方便、快捷，分工明确，定位准确，整个工作过程稳定可靠，较好的适应了大质量电动汽车电池快速更换要求，极大的提高了充换电效率，解决了电动汽车充换电效率低等难题。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (9)

1.电动汽车底盘电池充换电装置，包括地面滑动导轨、设置在地面滑动导轨上的机械臂、电池箱和用于放置电池箱的电池架；所述机械臂上安装有用于夹取电池箱的非标夹具，所述电池架包括架体、用于对电池箱充电的充电层、用于便于更换电池箱的工作层以及用于储备待充电电池箱的储备待充电层；在充电层、工作层以及储备待充电层均设置有安装在架体上的升降台、移动导轨和用于盛放电池箱的托盘；所述托盘上均设置有用来判断是否装有电池箱的压力传感器；所述升降台通过升降导轨与架体连接，所述升降台上设置有用于水平移动的移动导轨，所述托盘安置在升降台的移动导轨上，当同一层同时有三个移动导轨在同一高度时，所述托盘可在移动上导轨上左右移动。

2.根据权利要求1所述的电动汽车底盘电池充换电装置，其特征在于，所述机械臂包括上支臂和下支臂，在所述下支臂一端安装在地面滑动导轨上，其另一端通过活动关节轴与上支臂相连接。

3.根据权利要求1所述的电动汽车底盘电池充换电装置，其特征在于，所述非标夹具包括夹具体、夹紧装置和定位块、可在夹具体上移动的夹紧装置以及用于定位电池的定位块；所述夹具体上还固定有与夹紧装置相配合的上夹紧抓，所述夹紧装置通过夹具滑动导轨安装在夹具体上。

4.根据权利要求3所述的电动汽车底盘电池充换电装置，其特征在于，所述夹紧装置包括与夹具抓相适配的下夹紧抓以及用于固定下夹紧抓的底板，所述底板通过夹具滑动导轨安装在夹具体上，所述夹具体上还设置有两个定位抓，所述两个定位抓固定在定位块同侧两端。

5.根据权利要求1所述的电动汽车底盘电池充换电装置，其特征在于，所述电池箱包括箱体、设置在箱体内底部的电池箱惯性导航固定模块和设置在电池箱惯性导航固定模块上的电池箱惯性导航元器件；所述箱体底部设有用于安装电池箱惯性导航固定模块的凹槽，所述电池箱惯性导航固定模块贴合在凹槽内，并通过螺栓固定连接；所述电池箱惯性导航固定模块两端与凹槽的槽壁相贴合。

6.根据权利要求5所述的电动汽车底盘电池充换电装置，其特征在于，所述电池箱惯性导航固定模块包括固定底板和设置在固定底板的两端的贴合块，所述贴合块与箱体的凹槽槽壁相贴合，所述贴合块与固定底板之间设置有加强筋。

7.根据权利要求6所述的电动汽车底盘电池充换电装置，其特征在于，所述凹槽为电池箱底部的钣金件折弯凹槽；所述固定底板呈长方形，所述贴合块设置在固定底板的宽侧面上，在所述固定底板中间部位开设有三个用于安装电池箱惯性导航元器件的安装槽。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的电动汽车底盘电池充换电装置，其特征在于，所述电池架为五层三列式结构，充电层位于架体的最上层，工作层位于架体的最底层，储备待充电层位于充电层与工作层之间。

9.根据权利要求8所述的电动汽车底盘电池充换电装置，其特征在于，所述充电层中设置有充电装置，所述充电装置包括充电头和充电底座；充电底座上设置有充电导轨，所述充电头采用直动插拔式充电头，所述直动插拔式充电头安置在充电底座的充电导轨上，通过电机控制插拔运动。