CN106043247B - 模块化可扩充的换电站设备和充电架 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电动汽车充换电技术领域，具体涉及一种模块化可扩充的换电站设备和充电架。本发明旨在解决现有换电站占地面积大、模块化程度低且扩展性差的问题。为此目的，本发明提供的换电站设备包括充电架和电池转运装置，所述充电架包括至少一个电池存储模块，所述电池存储模块能够实现电池的存储和充电，所述电池转运装置能够在所述电池存储模块中穿行。通过上述技术方案，本发明能够实现集动力电池移动、存储和充电为一体的可扩充的换电站设备。

Description

模块化可扩充的换电站设备和充电架
技术领域
本发明属于电动汽车充换电技术领域，具体涉及一种模块化可扩充的换电站设备和充电架。
背景技术
随着电动汽车的推广，如何及时有效地为电量不足的电动汽车提供电能补给已成为厂商和车主都非常关注的问题。当前市场上主流解决方案是采用充电模式，在停车位配置AC慢充桩或者DC快充桩。但慢充模式需要长时间占用一个停车位进行充电，而快充模式充电电流大，是常规充电电流的十倍甚至几十倍，会降低动力电池组的循环寿命，且充电一般不达到满充状态。换电站采用动力电池更换模式，直接用充满电的电池组更换能量已耗尽的电池组，在分钟级的时间内完成电能补给，因而是一种非常高效的电能补充方式。但是，现有换电站设施一般模块化程度低，不利于维护，不利于运输，且一旦使用，规模无法灵活变化。例如，专利CN101217237A提出的车用动力电池存储及充电平台属于整体钢构形式，无法扩容，且只适合充电插头在侧面的电池，对于插头在上方的电池不适用。又如专利CN202098393U提出的集装箱可移动一体式车载动力电池快换系统中，只能以整个集装箱为单元进行扩容，灵活性差，对场地的适应性差，同样只适用于侧方插头的电池。对于插头在上方的电池，实现自动入库充电的技术难度更大，现有技术中没有有效的解决思路。
因此，本领域需要一种能够实现模块化、可扩充、无土建的换电站，从而减小换电站的占地面积，以达到灵活布置在现有城市的地面停车场、地下以及其他各种适宜停车的环境中的目的。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有换电站占地面积大、模块化程度低且扩展性差的问题，本发明提供了一种模块化可扩充的换电站设备。该换电站设备包括充电架和电池转运装置， 所述充电架包括至少一个电池存储模块，所述电池存储模块能够实现电池的存储和充电，所述电池转运装置能够在所述电池存储模块中穿行。
在上述模块化可扩充的换电站设备的优选实施方式中，所述电池存储模块包括：电气层，该电气层中安装有用于给电池充电的电气元件；电池存储层，该电池存储层中安装有用于固定电池的锁止机构；电池垂直移动层，电池能够在该电池垂直移动层中垂直移动；电池转运装置移动层，所述电池转运装置能够在该电池转运装置移动层中横向移动；以及导轨层，该导轨层中安装有第一导轨，所述电池转运装置能够在所述第一导轨上横向移动。
在上述模块化可扩充的换电站设备的优选实施方式中，所述电池转运装置包括：底座，所述底座能够沿所述第一导轨移动；电池转运平台，其设置在所述底座上方，用于承载并运输电池；举升装置，其设置在所述底座与所述电池转运平台之间，能够带动所述电池转运平台做升降运动。
在上述模块化可扩充的换电站设备的优选实施方式中，所述第一导轨为四向导轨，所述电池转运装置能够沿所述四向导轨在所述电池转运装置移动层进行前后左右四个方向上的移动。
在上述模块化可扩充的换电站设备的优选实施方式中，所述第一导轨为两向导轨，所述电池转运装置能够沿所述两向导轨在所述电池转运装置移动层进行前后或者左右两个方向上的移动。
在上述模块化可扩充的换电站设备的优选实施方式中，所述电气元件包括充电机、输入输出接口、电气插头和传感器。
在上述模块化可扩充的换电站设备的优选实施方式中，所述充电架还包括起降机模块，所述起降机模块用于使所述电池转运装置在所述充电架的不同层之间上下移动。
在上述模块化可扩充的换电站设备的优选实施方式中，所述起降机模块中安装有用于所述电池转运装置移动的第二导轨，所述第二导轨能够带动所述电池转运装置在所述起降机模块中上下移动。
本发明的另一方面还提供了一种模块化可扩充的充电架，所述充电架包括至少一个电池存储模块，所述电池存储模块能够实现电池的存储和充电，电池转运装置能够在所述电池存储模块中穿行。
在上述模块化可扩充的充电架的优选实施方式中，所述电池存储模块包括：电气层，该电气层中安装有用于给电池充电的电气元件；电池存储层，该电池存储层中安装有用于固定电池的锁止机构；电池垂直移动层，电池能够在该电池垂直移动层中垂直移动；电池转运装置移动层，所述电池转运装置能够在该电池转运装置移动层中横向移动；以及导轨层，该导轨层中安装有第一导轨，所述电池转运装置能够在所述第一导轨上横向移动。
在上述模块化可扩充的充电架的优选实施方式中，所述第一导轨为四向导轨，所述电池转运装置能够沿所述四向导轨在所述电池转运装置移动层进行前后左右四个方向上的移动。
在上述模块化可扩充的充电架的优选实施方式中，所述第一导轨为两向导轨，所述电池转运装置能够沿所述两向导轨在所述电池转运装置移动层进行前后或者左右两个方向上的移动。
在上述模块化可扩充的充电架的优选实施方式中，所述电气元件包括充电机、输入输出接口、电气插头和传感器。
在上述模块化可扩充的充电架的优选实施方式中，所述充电架还包括起降机模块，所述起降机模块用于使所述电池转运装置在所述充电架的不同层之间上下移动。
在上述模块化可扩充的充电架的优选实施方式中，所述起降机模块中安装有用于所述电池转运装置移动的第二导轨，所述第二导轨能够带动所述电池转运装置在所述起降机模块中上下移动。
在本发明的技术方案中，通过模块化的设计，使充电架由多个独立的电池存储模块采用积木化的方式组成，便于通过狭小的地方，且能够实现换电站在规模上的自由伸缩。另外，电池存储模块采用分层结构(电气层、电池存储层、电池垂直移动层、电池转运装置移动层和导轨层)配合起降机模块，实现电池转运装置在充电架内的自由移动。因此，本发明能够实现集动力电池移动、存储和充电为一体的可扩充的换电站设备。
方案1、一种模块化可扩充的换电站设备，其特征在于，所述换电站设备包括充电架和电池转运装置，所述充电架包括至少一个电池存储模块，所述电池存储模块能够实现电池的存储和充电，所述电池转运装置能够在所述电池存储模块中穿行。
方案2、根据方案1所述的模块化可扩充的换电站设备，其特征在于，所述电池存储模块包括：电气层，该电气层中安装有用于给电池充电的电气元件；电池存储层，该电池存储层中安装有用于固定电池的锁止机构；电池垂直移动层，电池能够在该电池垂直移动层中垂直移动；电池转运装置移动层，所述电池转运装置能够在该电池转运装置移动层中横向移动；以及导轨层，该导轨层中安装有第一导轨，所述电池转运装置能够在所述第一导轨上横向移动。
方案3、根据方案2所述的模块化可扩充的换电站设备，其特征在于，所述电池转运装置包括：底座，所述底座能够沿所述第一导轨移动；电池转运平台，其设置在所述底座上方，用于承载并运输电池；举升装置，其设置在所述底座与所述电池转运平台之间，能够带动所述电池转运平台做升降运动。
方案4、根据方案3所述的模块化可扩充的换电站设备，其特征在于，所述第一导轨为四向导轨，所述电池转运装置能够沿所述四向导轨在所述电池转运装置移动层进行前后左右四个方向上的移动。
方案5、根据方案3所述的模块化可扩充的换电站设备，其特征在于，所述第一导轨为两向导轨，所述电池转运装置能够沿所述两向导轨在所述电池转运装置移动层进行前后或者左右两个方向上的移动。
方案6、根据方案4或5所述的模块化可扩充的换电站设备，其特征在于，所述电气元件包括充电机、输入输出接口、电气插头和传感器。
方案7、根据方案1至6中任一项所述的模块化可扩充的换电站设备，其特征在于，所述充电架还包括起降机模块，所述起降机模块用于使所述电池转运装置在所述充电架的不同层之间上下移动。
方案8、根据方案7所述的模块化可扩充的换电站设备，其特征在于，所述起降机模块中安装有用于所述电池转运装置移动的第二导轨，所述第二导轨能够带动所述电池转运装置在所述起降机模块中上下移动。
方案9、一种模块化可扩充的充电架，其特征在于，所述充电架包括至少一个电池存储模块，所述电池存储模块能够实现电池的存储和充电，电池转运装置能够在所述电池存储模块中穿行。
方案10、根据方案9所述的模块化可扩充的充电架，其特征在于，所述电池存储模块包括：电气层，该电气层中安装有用于给电池充电的电气元件；电池存储层，该电池存储层中安装有用于固定电池的锁止机构；电池垂直移动层，电池能够在该电池垂直移动层中垂直移动；电池转运装置移动层，所述电池转运装置能够在该电池转运装置移动层中横向移动；以及导轨层，该导轨层中安装有第一导轨，所述电池转运装置能够在所述第一导轨上横向移动。
方案11、根据方案10所述的模块化可扩充的充电架，其特征在于，所述第一导轨为四向导轨，所述电池转运装置能够沿所述四向导轨在所述电池转运装置移动层进行前后左右四个方向上的移动。
方案12、根据方案10所述的模块化可扩充的充电架，其特征在于，所述第一导轨为两向导轨，所述电池转运装置能够沿所述两向导轨在所述电池转运装置移动层进行前后或者左右两个方向上的移动。
方案13、根据方案11或12所述的模块化可扩充的充电架，其特征在于，所述电气元件包括充电机、输入输出接口、电气插头和传感器。
方案14、根据方案9至13中任一项所述的模块化可扩充的充电架，其特征在于，所述充电架还包括起降机模块，所述起降机模块用于使所述电池转运装置在所述充电架的不同层之间上下移动。
方案15、根据方案14所述的模块化可扩充的充电架，其特征在于，所述起降机模块中安装有用于所述电池转运装置移动的第二导轨，所述第二导轨能够带动所述电池转运装置在所述起降机模块中上下移动。
附图说明
图1是本发明的充电架和电池转运装置的结构示意图，为了便于进行说明，图中以两层结构的充电架为例；
图2是本发明的充电架和电池转运装置的主视图，为了便于进行说明，图中以两层结构的充电架为例；
图3A是本发明的充电架电池存储模块A的结构示意图；
图3B是本发明的充电架电池存储模块B的结构示意图；
图3C是本发明的充电架的电池存储模块内部各层结构示意图；
图4A是本发明的充电架的起降机模块的结构示意图，为了清楚起见，图中省略了电气层安装的电机和控制器；
图4B是本发明的充电架的起降机模块内部各层结构示意图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，尽管本发明的充电架是两层结构，但是本领域技术人员容易理解的是，本发明的充电架的层数不不用于限定本发明的保护范围，本领域技术人员可以根据实际应用场合需要，通过增加电池存储模块或者减少电池存储模块对其作出扩充或者缩减，以便适应具体的应用场合。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明的目的在于提供一种占地面积小、可扩展且能够灵活布置在现有城市的地面停车场、地下以及其他各种适宜停车的环境中的换电站设备。因此，本发明采用模块化的设计减小了单体设备的体积和，使其便于通过狭小的地方，实现快速安装和部署，同时采用积木化的方式，使其在规模上能够进行扩展或缩小。下面以两层结构的充电架为例对本发明的模块化可扩充的换电站设备进行说明。
参照图1和图2，图1是本发明的充电架和电池转运装置的结构示意图；图2是本发明的充电架和电池转运装置的主视图。如图1和图2所示，本发明的模块化可扩充的换电站设备包括充电架1和电池转运装置2。充电架1包括多个电池存储模块11，电池存储模块11用于电池的存储和充电，电池转运装置2能够在电池存储模块11中穿行。具体而言，电池转运装置2运载低电量电池到充电架1后，能够在充电架1内移动，然后将电池放置在空置的电池存储模块11内，然后移动到存放满电电池的电池存储模块11内，将满电电池取下并运送到待换电的电动汽车位置。需要说的是，充电架1内的电池存储模块11采用积木化方式堆叠在一起，相邻的电池存储模块11可以采用任何适当的方式连接到一起。因此，充电架1能够根据实际应用场合，在规模上进行扩展或者缩小。
参照图3C，图3C是本发明的充电架的电池存储模块内部各层结构示意图。如图3C所示，电池存储模块11从上往下依次为电气层、电池存储层、电池垂直移动层、电池转运装置移动层和导轨层。其中，电气层中安装有用于给电池充电的充电机、输入输出接口、电气插头和传感器等电气元件；电池存储层中安装有用于固定电池的锁止机构；电池垂直移动层给电池留出垂直移动的空间，即电池能够在该电池垂直移动层中垂直移动；电池转运装置移动层给电池转运装置2留出横向移动的空间，该空间的大小还需要包括位于电池转运装置2上的电池的厚度，即电池转运装置2运载电池时，能够在该电池转运装置移动层中横向移动而不会与电池存储层中的锁止机构发生干涉；导轨层中安装有第一导轨，电池转运装置2能够在第一导轨上横向移动。需要说的是，尽管本发明中将电池存储模块11按照功能划分为各个功能层，但是这种划分只是功能或用途上的划分，并不用于限定电池存储模块11的具体结构。充电架1通过多个含有上述各个功能层的 模块组合而成。接下来介绍两种电池存储模块11的结构。参照图3A和图3B，图3A是本发明的充电架的电池存储模块A的结构示意图；图3B是本发明的充电架的电池存储模块B的结构示意图。如图3A所示，电池存储模块A包括电气层、电池存储层、电池垂直移动层、电池转运装置移动层和导轨层，其中导轨层中的第一导轨为四向导轨111，电池转运装置2能够沿该四向导轨111在电池转运装置移动层进行前后左右四个方向上的移动。如图3B所示，电池存储模块B包括电气层、电池存储层、电池垂直移动层、电池转运装置移动层和导轨层，其中导轨层安装的第一导轨为两向导轨112，电池转运装置2能够沿该两向导轨112在电池转运装置移动层进行前后或者左右两个方向上的移动。本实施例中的充电架1包括电池存储模块A和电池存储模块B。
电池转运装置2包括底座、电池转运平台和举升装置。其中，底座能够沿第一导轨移动；电池转运平台设置在底座上方，用于承载并运输电池；举升装置设置在底座与电池转运平台之间，能够带动电池转运平台做升降运动。作为示例，图3B中所示的举升装置为剪叉式举升机。具体而言，电池转运装置2运载电池到充电架1内部空置的电池存储模块位置后，举升装置向上顶升电池转运平台，电池转运平台带动其上放置的电池向上垂直运动，通过电池锁止机构将电池固定在电池存储层，然后由电气层对电池进行充电，之后，电池转运装置沿第一导轨移动到其他电池存储模块位置，进行取电操作。
继续参照图1，如图1所示，充电架1还包括起降机模块12，该起降机模块12用于使电池转运装置2在充电架1的不同层之间上下移动。参照图4B，图4B是本发明的充电架的起降机模块内部各层结构示意图。如图4B所示，起降机模块12包括电气层、垂直升降层和升降平台层。其中，电气层安装有电机和控制器，电机用于驱动升降平台做升降运动，控制器用于控制起降机模块12的整体操作；垂直升降层为升降平台在垂直方向的运动留出空间，即电池转运装置能够在该垂直升降层中上下运动；升降平台层用于承载电池转运装置，且能够在电机带动下做升降运动，进而带动电池转运机构上下运动。升降平台层进一步包括电池转运装置移动层和导轨层。其中，电池转运装置移动层为电池转运装置2留出横向移动的空间，该空间的大小还需要包括位于电池转运装置2上的电池的厚度，即电池转运装置2 运载电池时，能够在该电池转运装置移动层中横向移动；导轨层中安装有第二导轨121，电池转运装置2能够在第二导轨121上横向移动。需要说的是，本发明中将起降机模块12按照功能划分为各个功能层，但是，这种划分只是功能或用途上的划分，并不用于限定电池存储模块11的具体结构。参照图4A，图4A是本发明的充电架的起降机模块的结构示意图，为了清楚起见，图中省略了电气层安装的电机和控制器。如图4A所示，起降机模块12的升降平台层安装有用于电池转运装置2移动的第二导轨121，该第二导轨121为四向导轨，电池转运装置2不仅能够沿该四向导轨在电池转运装置移动层进行前后左右四个方向上的移动，并且，还能够在该第二导轨121的带动下进行上下移动，从而实现电池转运装置在充电架1的不同层之间的移动。需要说明的是，起降机模块12中的第二导轨在电机带动下进行上下移动，当充电架1的高度变化时，例如当充电架1的层数为三层时，起降机模块2的高度也需调整到与充电架1高度保持一致的位置。此外，尽管图4A中的第二导轨121是四向导轨，但是，本发明并不局限于此，该第二导轨121也可以设置成两向导轨。
本领域技术人员能够理解的是，本发明的电池转运装置不仅包括上文中提到的包括底座、电池转运平台和举升装置的电池转运装置，还可以包括其他能够与本发明的充电架结构相互配合使用的其他电池转运装置。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种模块化可扩充的换电站设备，其特征在于，所述换电站设备包括充电架和电池转运装置，所述充电架包括至少一个电池存储模块，所述电池存储模块能够实现电池的存储和充电，所述电池转运装置能够在所述电池存储模块中穿行；
所述电池转运装置运载低电量电池到所述充电架后，能够在所述充电架内移动，以及将满电电池取下并运送到待换电的电动汽车位置；
其中，所述电池存储模块包括：
电气层，该电气层中安装有用于给电池充电的电气元件；
电池存储层，该电池存储层中安装有用于固定电池的锁止机构；
电池垂直移动层，电池能够在该电池垂直移动层中垂直移动；
电池转运装置移动层，所述电池转运装置能够在该电池转运装置移动层中横向移动；以及
导轨层，该导轨层中安装有第一导轨，所述电池转运装置能够在所述第一导轨上横向移动。
2.根据权利要求1所述的模块化可扩充的换电站设备，其特征在于，所述电池转运装置包括：
底座，所述底座能够沿所述第一导轨移动；
电池转运平台，其设置在所述底座上方，用于承载并运输电池；
举升装置，其设置在所述底座与所述电池转运平台之间，能够带动所述电池转运平台做升降运动。
3.根据权利要求2所述的模块化可扩充的换电站设备，其特征在于，所述第一导轨为四向导轨，所述电池转运装置能够沿所述四向导轨在所述电池转运装置移动层进行前后左右四个方向上的移动。
4.根据权利要求2所述的模块化可扩充的换电站设备，其特征在于，所述第一导轨为两向导轨，所述电池转运装置能够沿所述两向导轨在所述电池转运装置移动层进行前后或者左右两个方向上的移动。
5.根据权利要求3或4所述的模块化可扩充的换电站设备，其特征在于，所述电气元件包括充电机、输入输出接口、电气插头和传感器。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的模块化可扩充的换电站设备，其特征在于，所述充电架还包括起降机模块，所述起降机模块用于使所述电池转运装置在所述充电架的不同层之间上下移动。
7.根据权利要求6所述的模块化可扩充的换电站设备，其特征在于，所述起降机模块中安装有用于所述电池转运装置移动的第二导轨，所述第二导轨能够带动所述电池转运装置在所述起降机模块中上下移动。
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