CN105365792A - 一种电动汽车充换电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种电动汽车充换电系统，其包括能源信息管理单元、能源站、无线通信单元、车载电池监控单元和智能终端；车载电池监控单元、智能终端、能源站均通过无线通信单元与能源信息管理单元通信连接；车载电池监控单元实时监控车辆电池使用情况，并通过无线通信单元发送给能源信息管理单元，能源信息管理单元根据车辆电池使用情况向智能终端发送更换电池或充电的方案，驾驶员根据智能终端所接收的方案找到指定的能源站进行电池更换或充电，能源站将电池更换或充电情况发送到能源信息管理单元。全程进行监控，驾驶者仅需根据智能终端的提醒将电动汽车驾驶至最近能源站指定位置即可进行充换电，智能化程度极高，且充换电池速度快、效率高。

Description

一种电动汽车充换电系统

技术领域

本发明涉及节能环保领域，具体涉及一种电动汽车充换电系统。

背景技术

二十一世纪是“时代呼唤绿色环保”的时代，随着全球石油资源的进一步匮乏，以及汽车尾气排放对环境污染的严重性被大家所认识，人类对于清洁能源的渴望愈加迫切。近年来，随着蓄电池技术以及电动汽车制造技术的不断突破和发展，充电汽车的广泛使用已逐渐变位现实。

随着电动汽车产品的不断成熟和积极的政策导向、服务导向的影响，纯电动汽车的销售已进入爆发阶段。伴随着电动汽车春天的到来，与电动汽车相配套的充换电站也成为了一种新兴产业。

目前电动汽车的充换电系统的重点基本都是在于如何将满电电池与电动汽车上的空电电池进行更换，比如采用智能终端控制机器人、比如半自动化或手动等，而电动汽车的电池本身状态均是由驾驶者自己判断，与充换电系统无关，另外，电池在未充电至充电阶段、再至固定工位阶段的一系列管理及运营均未进行提及，须知将电空的电池充满电、再至固定工位供机器人提取是整个电池更换并使得电动汽车重新可满电运作的基础。

发明内容

为了克服上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种智能且快速的为电动汽车提供充换电服务的系统。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种电动汽车充换电系统，包括能源信息管理单元、能源站、无线通信单元、车载电池监控单元和智能终端；

所述车载电池监控单元、智能终端、能源站均通过无线通信单元与所述能源信息管理单元通信连接；

所述车载电池监控单元实时监控车辆电池使用情况，并通过无线通信单元发送给所述能源信息管理单元，所述能源信息管理单元根据车辆电池使用情况向所述智能终端发送更换电池或充电的方案，驾驶员根据智能终端所接收的方案找到指定的能源站进行电池更换或充电，能源站将电池更换或充电情况发送到能源信息管理单元。

电池在电动汽车内至充换电整个过程均由能源信息管理单元进行全程进行监控，降低驾驶者的使用强度，仅需根据智能终端的提醒，将电动汽车驾驶至智能终端指定的最近能源站指定位置即可，其它的充换电池均由能源站自动完成，智能化程度极高，且充换电池速度快、效率高。

所述能源站包括换电月台电池交换单元或/和站外配送单元、智能存取电池单元、物流分拣单元、充电架单元和信息及控制单元；所述信息及控制单元与所述能源信息管理单元通过所述无线通信单元双向连接，且该信息及控制单元分别与所述换电月台电池交换单元或/和站外配送单元、物流分拣单元、智能存取电池单元和充电架单元电性控制连接，且所述充电架单元、智能存取电池单元、物流分拣单元、及换电月台电池交换单元或/和站外配送单元依次布置并形成电池的输送线。

驾驶者将电动汽车驾驶至能源站指定停车位后，能源站通过信息及控制单元分别智能控制充电架单元、智能存取电池单元、物流分拣单元、换电月台电池交换单元将满电电池输送至电动汽车的电池更换点进行更换，更换后的空电电池再由换电月台电池交换单元、物流分拣单元、智能存取电池单元、充电架单元依次送回并进行充电，整个过程连续操作，智能化及自动化程度高，且易于维护；另外，还具有站外配送功能，能源站通过信息及控制单元分别智能控制充电架单元、智能存取电池单元、物流分拣单元、站外配送单元将满电电池输送至站外配送地点后再将更换后的空电电池由站外配送单元、物流分拣单元、智能存取电池单元、充电架单元依次送回并进行充电，整个过程同样连续操作，智能化及自动化程度高，且易于维护。

所述充电架单元包括设于至少两列多层充电架上的若干用于存放并为数个电池并联或串联充电的存储单元、保证该存储单元在所述充电架上准确定位的定位装置、及供每个所述存储单元上的电池进行正常充电的电气装置。通过充电架单元对电池以多层架体形式完成对电池的充电及存储功能，最大化利用了建筑空间，实现了仓储高层合理化、存取自动化。

所述智能存取电池单元包括与设于地面上的路轨相配合的下横梁、与两列所述充电架之间的上端顶轨相配合的上横梁，在该上横梁与下横梁之间设置有立柱，在该立柱上设有导轨及与该导轨滑动配合的载荷台，该载荷台上设有存取所述存储单元的双伸货叉。智能存取电池单元与充电架单元有机组合，完成了对装有电池的存储单元在充电架单元上自动存取的目的，载荷台上设置双伸货叉，以满足智能存取电池单元两个侧面的存取需求，进一步加大了智能存取电池单元的工作范围。

所述物流分拣单元分为上下两层，多个所述物流分拣单元的一端分别通过主中转线体与多列所述充电架一一对应，使得智能存取电池单元可在不同充电架与所述物流分拣单元之间往返转移所述存储单元；所述物流分拣单元另一端依次通过中转线体、顶升移载机连接有主分拣线，该主分拣线具有上下两层，其中，该主分拣线一层对应与所述换电月台电池交换单元、所述站外配送单元相连通并进行正向满电电池的转移作业；该主分拣线另一层对应与所述换电月台电池交换单元、所述站外配送单元相连通并进行反向空电电池的转移作业。

通过物流分拣单元对电池进行出库、入库循环输运，其中分为两条线路，一条线路由充电架、主中转线体、物流分拣单元、中转线体、顶升移载机、主分拣线、换电月台电池交换单元形成对电动汽车的电池更换循环回路，而另一条线路由充电架、主中转线体、物流分拣单元、中转线体、顶升移载机、主分拣线、站外配送单元形成对电池的外发配送循环回路，该两条线路可同时兼有，也可单独存在，根据能源站的具体布局而定。

另外，物流分拣单元具体对应两条循环回路进行电池出库、入库转接，具体比如对满电电池进行分拣物流至相应工位，比如至站外配送单元进行外发配送、至换电月台电池交换单元对电动汽车进行现场更换电池；同时将站外配送单元及换电月台电池交换单元换下的空电电池输送回充电架单元，连续、不间断运行，既可缓存电池，满足高效率需求，也能对电池姿态进行识别并调整，以满足电池进入充电架或充电架上的电池分配至相应工位的姿态需求。在循环回路进行布局时，均通过两层实现出、入库作业，进一步提高了电池输运的吞吐及分拣能力，使得整个电池的输运井然有序，优化了设备空间占用率，高效率、高准确率作业。

所述主分拣线上下层对应接驳于一站内换电输送线的上下层，在站内换电输送线内设置有多个顶升移载机，多个该顶升移载机接驳有多个层间提升机，该层间提升机与所述换电月台电池交换单元相连接。而所述换电月台电池交换单元设于平街层，并通过所述层间提升机与处于能源站底层的所述站内换电输送线相连接，该层间提升机内具有实现多点定位分布的升降台，该升降台定位分布于所述站内换电输送线体的上层及下层、所述换电月台电池交换单元的上层及下层；该换电月台电池交换单元包括与所述层间提升机两定位分布点相对应且具有上下两层的换电辊筒输送线，及设于该换电辊筒输送线端部且用于连通该换电辊筒输送线上下层之间的升降辊筒输送线。

通过层间提升机来解决处于能源站底层站内换电输送线与处于平街层的换电月台电池交换单元之间的空间落差，使得整个系统实现机械自动化。并通过简单的升降辊筒输送线即可实现满电电池和更换后空电电池之间在所述换电月台电池交换单元内的转化作业，使得整个系统形成一封闭式循环作业，结构简单，操作使用方便。

所述站外配送单元呈U型设置，其包括与所述主分拣线上下层对应接驳的数个站外配送输送线，及连接于每两条站外配送输送线自由端之间的站外取电工位。

同样地，通过简单呈U型设置的站外配送单元与站外取电工位相配合，并与主分拣线上下层对应接驳，即实现满电电池和更换后空电电池之间在所述站外配送单元内及与充电架之间的电池转化作业，整个系统形成一封闭式循环作业，结构简单，操作使用方便。

所述信息及控制单元包括通过所述无线通信单元与所述能源信息管理单元双向连接的控制器，该控制器的控制输出端电性连接所述换电月台电池交换单元、智能存取电池单元、物流分拣单元、层间提升机和充电架单元。

以信息及控制单元作为中枢，通过控制器对整个机械流程进行统一、有序控制，完成对电动汽车的电池的更换及充电。

本发明的有益效果是：电池在电动汽车内至充换电整个过程均由能源信息管理单元进行全程进行监控，降低驾驶者的使用强度，仅需根据智能终端的提醒，将电动汽车驾驶至智能终端指定的最近能源站指定位置即可，其它的充换电池均由能源站自动完成，智能化程度极高，且充换电池速度快、效率高。同时，还可以通过充电架内的电池经物流分拣单元至站外配送单元进行外发配送及对外部的空电电池进行回收并充电，循环作业，智能化程度高。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明的运行结构示意简图；

图2是本发明的俯视示意图；

图3是图2中充电架的主视图；

图4是本发明中智能存取电池单元的结构图；

图5是本发明中层间提升机的结构图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1-5所示，本发明提供了一种电动汽车充换电系统，包括能源信息管理单元1、能源站2、无线通信单元、车载电池监控单元3和智能终端4；

车载电池监控单元3、智能终端4、能源站2均通过无线通信单元与能源信息管理单元1通信连接；

车载电池监控单元3实时监控车辆电池使用情况，并通过无线通信单元发送给能源信息管理单元1，能源信息管理单元1根据车辆电池使用情况向智能终端4发送更换电池或充电的方案，驾驶员根据智能终端4所接收的方案找到指定的能源站2进行电池更换或充电，能源站2将电池更换或充电情况发送到能源信息管理单元1。

本发明中的电池在电动汽车内至充换电整个过程均由能源信息管理单元1进行全程进行监控，降低驾驶者的使用强度，仅需根据智能终端的提醒，将电动汽车驾驶至智能终端4指定的最近能源站2指定位置即可，其它的充换电池均由能源站2自动完成，智能化程度极高，且充换电池速度快、效率高。

具体地，能源站2包括换电月台电池交换单元26或/和站外配送单元28、智能存取电池单元23、物流分拣单元24、充电架单元22和信息及控制单元20；信息及控制单元20与能源信息管理单元1通过无线通信单元双向连接，且该信息及控制单元20分别与换电月台电池交换单元26或/和站外配送单元28、物流分拣单元24、智能存取电池单元23和充电架单元22电性控制连接，且充电架单元22、智能存取电池单元23、物流分拣单元24、及换电月台电池交换单元26或/和站外配送单元28依次布置并形成电池的输送线。图1中，实线连线表示各单元之间的机械或物理连接，虚线连线表示各单元之间的无线或通迅连接，而点划线则表示电动汽车的行程。能源站2可以为多个，其与能源信息管理单元1均双向通迅连接。充电架单元22上的装有电池的存储单元经过智能存取电池单元23取出，由物流分拣单元24分拣后输送至换电月台电池交换单元26对电动汽车进行电池更换。同时还可以，智能存取电池单元将充电架单元22上的电池取出，由物流分拣单元24分拣后输送至站外配送单元28进行外发配送。该两条线路可同时兼有，也可单独存在，根据能源站的具体布局而定。最后，由换电月台电池交换单元26上换下的电池，及站外配送单元28换回的电池均通过物流分拣单元24、智能存取电池单元23送回至充电架单元22进行充电及统一管理，以备下一次循环。

充电架单元22包括设于至少两列多层充电架220上的若干用于存放并为数个电池并联或串联充电的存储单元221，保证该存储单元221在充电架220上准确定位的定位装置、及供每个存储单元221上的电池进行正常充电的电气装置。因一般电动汽车的电池基本上为多块，比如八块，为了统一存储管理及充电管理，将一辆电动汽车的电池形成组态，通过一存储单元221比如托盘周转箱一体盛放，可最小化库存面积占用，提高生产效率，在单个存储单元221内布置有电池间的电气配线，完成其内电池之间的串联或并联配线，及相应的电气装置提供电源，供每个存储单元221充电用。而定位装置为了保证存储单元在充电架220上的准确位置，采用诸如位置传感器或接近开关均可实现。

图5中，智能存取电池单元23包括与设于地面上的路轨相配合的下横梁232、与两列充电架220之间的上端顶轨222相配合的上横梁231，在该上横梁231与下横梁232之间设置有立柱233，在该立柱233上设有导轨234及与该导轨234滑动配合的载荷台235，该载荷台235上设有存取存储单元221的双伸货叉236。该智能存取电池单元23通过路轨及上端顶轨222在两充电架220之间自由移动，再由载荷台235上的双伸货叉236对该两充电架220上的存储单元进行存取。

而物流分拣单元24分为上下两层，多个物流分拣单元24的一端分别通过主中转线体240与多列充电架220一一对应，使得智能存取电池单元23可在不同充电架220与物流分拣单元24之间往返转移存储单元221；物流分拣单元24另一端依次通过中转线体241、顶升移载机242连接有主分拣线243，该主分拣线243具有上下两层，其中，该主分拣线243一层对应与换电月台电池交换单元26、站外配送单元28相连通并进行正向满电电池的转移作业；该主分拣线243另一层对应与换电月台电池交换单元26、站外配送单元28相连通并进行反向空电电池的转移作业。

智能存取电池单元23从不同的充电架220放置位中取出存储单元221，通过双伸货叉236放置于主中转线体240上，主中转线体240在智能存取电池单元23两侧呈对称布置，分别完成对存储单元221的出入库工作。当主中转线体240工作，存储单元221由物流分拣单元24经中转线体241、顶升移载机242流入至主分拣线243中。该存储单元221进入主分拣线243后：

一、主分拣线243上下层对应接驳于一站内换电输送线244的上下层，在站内换电输送线244内设置有多个顶升移载机242，多个该顶升移载机242接驳有多个层间提升机25，该层间提升机25与换电月台电池交换单元26相连接。

二、站外配送单元28呈U型设置，其包括与主分拣线243上下层对应接驳的数个站外配送输送线245，及连接于每两条站外配送输送线245自由端之间的站外取电工位246。

主分拣线243分别与站内换电输送线244的上层，站外配送输送线245的上层接驳，最终实现存储单元221内的电池在换电月台电池交换单元26、站外取电工位246上进行换电、站外配送换电作业，即整个能源站内充电架单元220的电池输出过程。

对于充电架单元220的电池入库过程则是，从电动汽车上更换下的电池安装于存储单元221中，由换电月台电池交换单元26输送至层间提升机25进入至站内换电输送线244的下层，再至主分拣线243的下层；从站外配送换电的电池也装于存储单元221中，由站外取电工位246至站外配送输送线245下层再进入主分拣线243的下层，最终主分拣线243下层的存储单元221流入至智能存取电池单元23两侧呈对称布置的顶升移载机242、中转线体241，再至主中转线体240后，由智能存取电池单元23及其上的双伸货叉236从主中转线体240上的取出存储单元221，放入规定的充电架单元22中，进行充电及统一管理，以备下一次的循环作业。

图5中，换电月台电池交换单元26设于平街层，并通过层间提升机25与处于能源站底层的站内换电输送线244相连接，该层间提升机25内具有实现多点定位分布的升降台251，该升降台251定位分布于站内换电输送线体244的上层及下层、换电月台电池交换单元26的上层及下层；该换电月台电池交换单元26包括与层间提升机25两定位分布点相对应且具有上下两层的换电辊筒输送线252，及设于该换电辊筒输送线252端部且用于连通该换电辊筒输送线252上下层之间的升降辊筒输送线253。

使用时，在能源站的底层，升降台251接收到站内换电输送线244上层的存储单元221后，经提升后，上升至换电辊筒输送线252上层处，此时人工取出电池，换入电动汽车内，同时将换下的电池放入存储单元221内，装满电池后，存储单元221向升降辊筒输送线253处运动，该升降辊筒输送线253下降至下层，从换电辊筒输送线252下层流入至升降台251内，最终通过升降台251下降至底层与站内换电输送线244的下层接驳，将带有换下电池的存储单元221输送回充电架单元22内进行充电。

最后，信息及控制单元20包括通过无线通信单元与能源信息管理单元1双向连接的控制器21，该控制器21的控制输出端电性连接换电月台电池交换单元26、智能存取电池单元23、物流分拣单元24、层间提升机25和充电架单元22。

考虑能源站建设的实际情况，选择总线组网，外挂分布式IO系统，并结合工业无线移动通讯组建上位机控制网络，这样可以大大减少现场布线，并有效提高抗干扰能力，还能方便工作人员调试与操作维护。移动通讯采用了与自动化设备和工业终端设备的无线通讯，有助于实现更高的灵活性，因而在工控领域极具竞争力。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (9)

1.一种电动汽车充换电系统，其特征在于，包括能源信息管理单元(1)、能源站(2)、无线通信单元、车载电池监控单元(3)和智能终端(4)；

所述车载电池监控单元(3)、智能终端(4)、能源站(2)均通过所述无线通信单元与所述能源信息管理单元(1)通信连接；

所述车载电池监控单元(3)实时监控车辆电池使用情况，并通过无线通信单元发送给所述能源信息管理单元(1)，所述能源信息管理单元(1)根据车辆电池使用情况向所述智能终端(4)发送更换电池或充电的方案，驾驶员根据智能终端(4)所接收的方案找到指定的能源站(2)进行电池更换或充电，能源站(2)将电池更换或充电情况发送到能源信息管理单元(1)。

2.根据权利要求1所述的一种电动汽车充换电系统，其特征在于，所述能源站(2)包括换电月台电池交换单元(26)或/和站外配送单元(28)、智能存取电池单元(23)、物流分拣单元(24)、充电架单元(22)和信息及控制单元(20)；所述信息及控制单元(20)与所述能源信息管理单元(1)通过所述无线通信单元双向连接，且该信息及控制单元(20)分别与所述换电月台电池交换单元(26)或/和站外配送单元(28)、物流分拣单元(24)、智能存取电池单元(23)和充电架单元(22)电性控制连接，且所述充电架单元(22)、智能存取电池单元(23)、物流分拣单元(24)、及换电月台电池交换单元(26)或/和站外配送单元(28)依次布置并形成电池的输送线。

3.根据权利要求2所述的一种电动汽车充换电系统，其特征在于，所述充电架单元(22)包括设于至少两列多层充电架(220)上的若干用于存放并为数个电池并联或串联充电的存储单元(221)，保证该存储单元(221)在所述充电架(220)上准确定位的定位装置、及供每个所述存储单元(221)上的电池进行正常充电的电气装置。

4.根据权利要求3所述的一种电动汽车充换电系统，其特征在于，所述智能存取电池单元(23)包括与设于地面上的路轨相配合的下横梁(232)、与两列所述充电架(220)之间的上端顶轨(222)相配合的上横梁(231)，在该上横梁(231)与下横梁(232)之间设置有立柱(233)，在该立柱(233)上设有导轨(234)及与该导轨(234)滑动配合的载荷台(235)，该载荷台(235)上设有存取所述存储单元(221)的双伸货叉(236)。

5.根据权利要求4所述的一种电动汽车充换电系统，其特征在于：所述物流分拣单元(24)分为上下两层，多个所述物流分拣单元(24)的一端分别通过主中转线体(240)与多列所述充电架(220)一一对应，使得智能存取电池单元(23)可在不同充电架(220)与所述物流分拣单元(24)之间往返转移所述存储单元(221)；所述物流分拣单元(24)另一端依次通过中转线体(241)、顶升移载机(242)连接有主分拣线(243)，该主分拣线(243)具有上下两层，其中，该主分拣线(243)一层对应与所述换电月台电池交换单元(26)、所述站外配送单元(28)相连通并进行正向满电电池的转移作业；该主分拣线(243)另一层对应与所述换电月台电池交换单元(26)、所述站外配送单元(28)相连通并进行反向空电电池的转移作业。

6.根据权利要求5所述的一种电动汽车充换电系统，其特征在于：所述主分拣线(243)上下层对应接驳于一站内换电输送线(244)的上下层，在站内换电输送线(244)内设置有多个顶升移载机(242)，多个该顶升移载机(242)接驳有多个层间提升机(25)，该层间提升机(25)与所述换电月台电池交换单元(26)相连接。

7.根据权利要求5或6所述的一种电动汽车充换电系统，其特征在于：所述站外配送单元(28)呈U型设置，其包括与所述主分拣线(243)上下层对应接驳的数个站外配送输送线(245)，及连接于每两条站外配送输送线(245)自由端之间的站外取电工位(246)。

8.根据权利要求6所述的一种电动汽车充换电系统，其特征在于：所述换电月台电池交换单元(26)设于平街层，并通过所述层间提升机(25)与处于能源站底层的所述站内换电输送线(244)相连接，该层间提升机(25)内具有实现多点定位分布的升降台(251)，该升降台(251)定位分布于所述站内换电输送线体(244)的上层及下层、所述换电月台电池交换单元(26)的上层及下层；该换电月台电池交换单元(26)包括与所述层间提升机(25)两定位分布点相对应且具有上下两层的换电辊筒输送线(252)，及设于该换电辊筒输送线(252)端部且用于连通该换电辊筒输送线(252)上下层之间的升降辊筒输送线(253)。

9.根据权利要求8所述的一种电动汽车充换电系统，其特征在于，所述信息及控制单元(20)包括通过所述无线通信单元与所述能源信息管理单元(1)双向连接的控制器(21)，该控制器(21)的控制输出端电性连接所述换电月台电池交换单元(26)、智能存取电池单元(23)、物流分拣单元(24)、层间提升机(25)和充电架单元(22)。