CN106740725B - 用于更换电动汽车电池的换电平台、换电移动平台和快换系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于更换电动汽车电池的换电平台、换电移动平台和快换系统，该用于更换电动汽车电池的换电平台，包括：上板，用于承载更换电池；解锁装置，安装在上板的上表面，用于对安装在电动汽车上电池锁止装置进行解锁；移动驱动装置，通过驱动输出端与上板连接安装，用于驱动上板沿水平方向移动。本发明的换电平台能够利用解锁装置将锁止在电动汽车底部的电池进行解锁，自动对准电池锁止机构的解锁点，并在运动中实现自动解锁，整个过程完全自动化，不需要人工干涉，可提高电池的更换效率。此外，通过移动驱动装置能够调整上板相对电池解锁位置的角度，从而在整个换电移动平台不动的情况下，自动适应电池的解锁点，进一步提高解锁效率。

Description

用于更换电动汽车电池的换电平台、换电移动平台和快换 系统

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，特别是涉及一种用于更换电动汽车的电池同时方便调整电池安装角度的换电平台，和采用该换电平台的换电移动平台，以及采用该换电移动平台的快换系统。

背景技术

现有电动汽车的电池安装方式一般分为固定式和可换式，其中固定式的电池一般固定在汽车上，充电时直接以汽车作为充电对象。而可换式的电池一般采用活动安装的方式，电池可以随时取下，以进行更换或充电，在更换或充电完毕后，再安装到车体上。

电池在更换时，换电移动平台需要精确的与电动汽车底部的电池安装座进行对位，以方便解锁部件对电池安装座内的电池进行解锁，拆卸电池。此外，在安装电池时，换电移动平台同样需要精确的与电动汽车底部的电池安装座进行对位，以将电池装入。在上述过程中，如果换电平台不能一次到位，则需要进行多次来回移动调整，降低了电池的更换效率。

发明内容

本发明的目的是要提供一种能够自动对电动汽车上锁止的电池进行解锁，同时可调整解锁角度的换电平台，以提高电池更换效率。

本发明一个进一步的目的是提供一种采用上述换电平台的换电移动平台。

本发明另一个进一步的目的是要提供一种采用上述换电移动平台的快换系统。

特别地，本发明一个实施方式提供用于更换电动汽车电池的换电平台，包括：

上板，用于承载更换电池；

解锁装置，安装在所述上板的上表面，用于对安装在电动汽车上电池锁止装置进行解锁；

移动驱动装置，通过驱动输出端与所述上板连接安装，用于驱动所述上板沿水平方向移动。

在本发明的一个实施方式中，所述解锁装置包括移动座，垂直安装在移动座上表面的解锁顶杆，以及驱动所述移动座沿上板平面水平移动的驱动件。

在本发明的一个实施方式中，所述移动驱动装置包括驱动部、安装在驱动输出端的丝杆，在所述上板的下表面固定有推板，所述推板通过螺纹孔与所述丝杆连接，或与套在所述丝杆上的螺母固定连接。

在本发明的一个实施方式中，所述丝杆为滚珠丝杆，所述螺母为滚珠螺母。

在本发明的一个实施方式中，所述上板的上表面还安装有用于定位安装电池的搭桥柱，所述搭桥柱具有开口向上的凹槽，所述搭桥柱上安装有定位磁钢。

在本发明的一个实施方式中，所述上板的上表面还安装有用于检测电池是否到位的传感器。

在本发明的一个实施方式中，所述上板的上表面安装有电池托盘，所述电池托盘的下表面安装有定位杆，所述上板的上表面安装有弹簧固定座，所述定位杆与所述弹簧固定座配位安装。

在本发明的一个实施方式中，所述电池托盘的上表面具有多个导向板，所述导向板具有开口向上以固定电池的凹槽。

在本发明的一个实施方式中提供用于更换电动汽车电池的换电平台，包括前述任一项所述的上板；

下板，安装在所述上板的下方，所述移动驱动装置通过固定座安装在所述下板的下表面，所述移动驱动装置的驱动输出端连接有推板，所述推板穿过所述下板的安装孔与所述上板的下表面固定，所述移动驱动装置驱动所述上板相对所述下板水平移动。

在本发明的一个实施方式中，在所述上板和所述下板之间安装有滑动装置，所述滑动装置包括固定在所述下板上表面的滑动轨，和固定在所述上板的下表面的滑块，所述滑块与所述滑动轨卡合。

在本发明的一个实施方式中，所述上板与所述滑动轨对应的位置设置有向上方凸起的容纳槽，所述滑块固定在所述容纳槽内。

在本发明的一个实施方式中，在所述上板和所述下板之间安装有减少所述上板和所述下板之间摩擦力的滑板。

在本发明的一个实施方式提供一种换电移动平台，包括：

举升部，安装在所述行走驱动部上，用于在更换电池的过程中实现电池的升降；

行走驱动部，用于驱动换电移动平台在地面上移动；

电池安装部，安装在所述举升部的顶部，用于放置待更换的电池或更换下来的电池，所述电池安装部上安装有前述任一项所述的换电平台。

在本发明的一个实施方式中提供一种快换系统，包括：

电池架，摆放用于电动汽车的替换电池，和由电动汽车上更换下来的待充电池；

码垛机，用于将更换下来的待充电池放入电池架，同时由电池架上取下替换电池；

还包括前述的换电移动平台。

本发明的换电平台能够利用解锁装置将锁止在电动汽车底部的电池进行解锁，自动对准电池锁止机构的解锁点，并在运动中实现自动解锁，整个过程完全自动化，不需要人工干涉，可提高电池的更换效率。此外，通过移动驱动装置能够调整上板相对电池解锁位置的角度，从而在整个换电移动平台不动的情况下，自动适应电池的解锁点，进一步提高解锁效率。

附图说明

图1是本发明一个实施方式的快换系统结构示意图；

图2是图1所示换电移动平台的结构示意图；

图3是本发明一个实施方式的换电平台结构示意图；

图4是图3所示换电平台底部的结构示意图；

图5是本发明一个实施方式的解锁装置结构示意图；

图6是图5所示解锁装置的立体图；

图7是本发明一个实施方式的电池托盘结构示意图；

图8是图7所示电池托盘的立体图；

图9是本发明一个实施方式的搭桥柱的结构示意图；

图10是本发明一个实施方式的锥形杆结构示意图；

图11是本发明一个实施方式的滑动装置结构示意图；

图12是图3的分解状态示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一个实施方式的快换系统100一般性地包括用于摆放电池104的电池架101、码垛机102和换电移动平台103。

该电池架101摆放的电池104包括为电动汽车105更换的替换电池，和由电动汽车105上更换下来的待充电池，在电池架101上设置有由框架构成的多个摆放层，每个摆放层又分成多个电池仓位。

该换电移动平台103用于将电动汽车105上的待充电池取下并运送给码垛机102，同时可由码垛机102处接收替换电池并安装到电动汽车105上；其包括可行走且能够托举电池104升降的举升装置，以及安装在举升装置上用于自动取下电动汽车105上的待充电池或自动将替换电池安装至电动汽车105上的电池安装部。

该码垛机102用于将换电移动平台103更换下来的待充电池放入电池架101，同时由电池架101上取下替换电池放在换电移动平台103上；该码垛机102通过轨道实现相对电池架101水平方向和垂直方向上的移动，其包括可伸出的用于取放电池104的伸缩架。

工作时，电池架101、码垛机102和换电移动平台103构成一个完整的电动汽车自动电池快换系统，可以为多辆电动汽车实现流水线电池快换作业。更换时，只要电动汽车停在指定位置处，即可在五至十分钟内完成电池的自动更换，整个更换过程完全不需要人工干预，可减少劳动强度，并大大提高了更换效率。

如图2所示，本发明一个实施方式的换电移动平台103一般性地包括举升部107、电池安装部108和行走驱动部106。

该行走驱动部106用于驱动整个设备在电池104的取放过程和更换过程中的移动。具体的驱动方式可以是现有的卷扬驱动、齿条齿轮驱动、滚轮驱动或轨道驱动等任意可实现换电移动平台103移动的方式。

该举升部107安装在行走驱动部106上，用于在更换电池104的过程中，在电动汽车105的底部实现电池104的升降控制，包括可以在垂直方向上升降的举升装置1071，和驱动举升装置1071升降的举升驱动部1072。具体的举升装置1071可以是铰接的伸缩杆结构、导轨结构、伸缩管结构等任意能够在垂直方向上实现拉伸的现有结构。而举升驱动部1072可以是液压驱动、电力驱动、气压驱动等常规动力。

该电池安装部108设置在举升装置1071的顶部，用于放置替换电池或更换下来的待充电池，该电池安装部108的上表面安装有换电平台，该换电平台上安装有解锁装置，在相应驱动装置的控制下对电动汽车上的电池锁止机构进行解锁，自动实现电动汽车105上电池104的拆卸与锁止。

本实施方式的换电移动平台103在行走驱动部106的控制下移动至电动汽车105的底部，利用举升驱动部1072驱动举升装置1071上升，使电池安装部108上的解锁装置与电动汽车105底部电池安装座内的电池锁止装置接触，使待充电池解除锁止状态，再控制电池安装部108在水平方向上移动，以将解锁后的待充电池从电动汽车上脱离并直接落在电池安装部108上；再由举升驱动部1072控制举升装置1071下降，由行走驱动部106驱动换电移动平台103移动至电池架101处，由码垛机102取下待充电池，同时换上替换电池；行走驱动部106再驱动换电移动平台103移回至电动汽车105下方，利用举升驱动部1072驱动举升装置1071升起，使电池安装部108将替换电池卡入电动汽车105的电池安装座内，然后平移电池安装部108，使替换电池锁止在电池安装座内，再由举升驱动部1072通过举升装置1071降下，然后由行走驱动部106将换电移动平台103移出电动汽车105底部，至此完成一辆电动汽车105的自动电池快换过程。

如图3、4、5、9所示，本发明一个实施方式的换电平台一般性地包括承载更换电池的上板10，在上板10上安装有对电动汽车上电池锁止装置进行解锁的解锁装置50，和通过驱动输出端与上板10连接的移动驱动装置31。

该解锁装置50安装在上板10的上表面，包括导轨59，安装在导轨59上的移动座52，垂直安装在移动座52上表面的解锁顶杆51，驱动移动座52沿导轨59移动的驱动推杆57。

该移动驱动装置31用于驱动上板10在当前位置产生水平移动，包括安装在上板10下表面的滚珠丝杆312，以及与固定点固定的用于驱动滚珠丝杆312运动的驱动装置311。这里的固定点可以是用于更换电池的换电平移平台103，其相对上板10来说是一个固定位置。

在本实施方式中，换电池前，解锁装置50的驱动推杆57驱动移动座52沿导轨59在上板10的上表面水平移动，并停留在与电动汽车的电池锁止机构的解锁点对应的位置处，再驱动换电移动平台103上升，解锁顶杆51在上升过程中与电池锁止机构中的解锁点接触并顶起该解锁点以实现电池解锁。在换电过程中，如果上板10与电动汽车的电池安装位置未对位，则可以通过驱动装置311驱动滚珠丝杆312转动，使上板10相对换电移动平台103产生水平移动，从而使上板的解锁装置50与电动汽车的电池锁止机构位置实现精确对位。

通过解锁顶杆51、驱动推杆57和移动座52的配合，可以控制解锁顶杆51在预定轨道上移动，并自动实现电动汽车上电池锁止机构的解锁，使电池脱离电动汽车并由换电移动平台103进行自动更换。在移动驱动装置31控制下，上板10和换电移动平台103的移动方向垂直，能够精确实现电池更换时的对位要求。上述过程完全自动化，不需要人工干涉，可以提高电池的更换效率。

如图6所示，在本发明的一个实施方式中，该解锁装置50还包括中空的固定筒53，固定筒53垂直固定在移动座52的上表面，解锁顶杆51活动地安装在固定筒53内并不能脱离固定筒53，在固定筒53内放置对解锁顶杆51施加推力的弹簧532，同时被弹簧532顶在固定筒53的开口处。当解锁顶杆51与电动汽车底部的电池锁止机构接触时，可以在一定范围内回缩至固定筒53内，防止解锁顶杆51与解锁点硬性碰撞而出现损伤。

在本发明的一个实施方式中，可以在固定筒53的侧壁上开设沿固定筒53轴向延伸的条形槽531，解锁顶杆51位于固定筒53内的一端设有卡入条形槽531的限位件511，解锁顶杆51在弹簧532的弹力作用下移动时，限位件511可随解锁顶杆51在条形槽531内同步滑动，以防止解锁顶杆51脱离固定筒53。为方便解锁顶杆51与解锁点接触，该解锁顶杆51位于固定筒外的一端可以为收缩的锥形端512。

在本发明的一个实施方式中，可以在移动座52靠近驱动推杆57的一侧设置滑槽座55，滑槽座55上具有沿驱动推杆57伸缩方向设置的滑槽551，驱动推杆57上设有卡入该滑槽551的固定件571，驱动推杆57通过沿滑槽551滑动的固定件带动移动座52以及解锁顶杆51水平移动。该结构可以使移动座52有一个被动活动范围，即移动座52或是解锁顶杆51在遇到横向力时，可以在该滑槽551的长度范围内移动，从而可避免驱动推杆57直接连接而可能在两者之间产生的变形。

在本发明的一个实施方式中，该解锁装置50还可以包括使移动座52始终保持在解锁位置的回位装置，回位装置包括安装在移动座52与驱动推杆57相对的一侧的可伸缩的弹性件58。弹性件58始终对移动座52施加一个拉力，使其位于导轨59的指定位置处，进而将解锁顶杆51限制在与解锁点对应的位置处。该弹性件58可以是弹簧一类具备弹力的部件，如弹簧。

如图4所示，在本发明的一个实施方式中，为方便上板10的移动，可以在上板10的下表面上固定推板11，同时在滚珠丝杆312上套有滚珠螺母313，推板11与滚珠螺母313固定。当驱动装置311驱动滚珠丝杆312转动时，滚珠螺母313即可沿滚珠丝杆312移动，进而通过与之固定的推板11带动上板10沿水平方向上移动。上板10与滚珠丝杆312的另一种连接方式是在滚珠丝杆312的一端套接带有螺纹孔的推板11，推板11与上板10固定，驱动装置驱动滚珠丝杆312带动推板11水平移动，从而带动上板10产生水平移动。

如图7、8、10所示，在本发明的一个实施方式中，在上板10的上表面还可以安装电池托盘60，电池托盘60为板状结构且在电池托盘60的中间设置有中空的安装口62，在电池托盘60的下表面上设置有定位杆61，该定位杆61为锥形杆，在电池托盘60上表面的相对两侧垂直安装有导向板64，导向板64与电池托盘60安装固定，具有开口向上的U形槽641，为了定位安装电池，在上板10的上表面还可安装有搭桥柱(导向板)，该搭桥柱64具有开口向上的凹槽，并安装有定位磁钢，该上板10的搭桥柱与电池托盘60上的导向板64配合共同承载电池。

同时在上板10的上表面与锥形杆61对应的位置处设置安装了弹簧16的固定座15，安装弹簧16的孔为锥形孔，电池托盘60通过定位杆61插入对应的弹簧16内后卡入锥形孔内而安装在上板10上。

在使用时，电池托盘60活动地放置在上板10上，待更换或更换下的电池放置在电池托盘60上，电池托盘60上的搭桥柱64通过U形槽641与电池侧边上的相应位置形成插接定位，电池的重量使电池托盘60完全克服弹簧16的弹力而压在上板10上，锥形杆61同时卡入锥形孔内形成稳定的固定关系，电池的底部会穿过安装口62靠近或接触上板10，以方便被上板10上安装的传感器检测到电池的状态，从而为控制单元的控制提供控制信息。

为提高电池托盘60的稳定性，该定位杆61可以有四个且对称分布在电池托盘60的四个角处。如图9所示，为了解电池是否放置到位，可以在搭桥柱64上设置检测插接电池的检测装置643，检测装置643可以通过设置在搭桥柱上的安装孔642而安装在搭桥柱64上。该检测装置643可以是磁性部件或传感器。磁性部件可以与电池上相应部位的磁性部件产生互动信息，从而可确定电池是否已经放置到位。而传感器可以通过感应来确定电池是否放置到位。该安装口62可以为矩形，同时可在安装口62的四个边角处分别设置一块加强板621。加强板621可以提高整个托盘的强度。

在本发明的一个实施方式中，还可以在电池托盘60的下表面的一侧垂直固定板形的卡板63，同时在上板10的上表面与卡板63对应的位置设置供卡板63插入的卡槽14。电池托盘60安装在上板10上后，卡板63即与卡槽14卡接，从而减少电池托盘60相对上板10的移动量。

具体卡槽14的数量可以是两个，两个卡槽14并排的设置在上板10的上表面一侧，而卡板63同样可以设置为两个，并分别与相应的卡槽14插接。此外，为提高卡板63的强度，还可以在卡板63的一侧设置相应的强化板631，该强化板631同时与电池托盘60的下表面和卡板63垂直连接。

如图3、4所示，在本发明的一个实施方式中，提供一种包括上板10和下板30的电池换电平台，上板10安装在下板30的上表面，上板10和下板30都为平面形状，在下板30的下表面固定有驱动装置311，该驱动装置通过固定座安装在该下板的下表面，滚珠丝杆312安装在驱动装置311的驱动输出端，在下板30与滚珠丝杆312对应的位置开有安装孔32，驱动装置311用于驱动穿过安装孔32的滚珠丝杆312带动推板水平移动，推板的移动带动上板10相对下板30产生水平移动。具体滚珠丝杆312与上板10的固定结构可以是：在滚珠丝杆312上套有滚珠螺母313，而在上板10的下表面固定有推板11，该滚珠螺母313与推板11固定后将滚珠丝杆312限定在上板10的下表面，或者在滚珠丝杆上套接有带有螺纹的推板，再将推板与上板10固定连接。而驱动装置311可以是伺服电机，伺服电机可以直接与滚珠丝杆312连接，也可以通过减速器与滚珠丝杆312连接。

本实施方式中，上板10的上表面可以安装方便电池安装的各种部件，如解锁装置50。上板10活动地放置在下板30上，而下板30可以安装在换电移动平台103表面，而驱动装置311固定安装在下板30的下表面，该结构即可使驱动装置311在控制滚珠丝杆312转动时，本身保持不动而使上板10产生相对移动。本实施方式可以通过上板10的相对移动，调整安装电池或解锁电池时的角度，提高换电移动平台103自动更换电池的效率。

如图11所示，为方便上板10的移动，在本发明的一个实施方式中，可以在上板10和下板30之间安装与滚珠丝杆312运动方向相同的滑动装置13。通过滑动装置13可以减轻上下板之间的摩擦阻力，同时使上板10的移动更平稳。

具体的滑动装置13可以包括固定在下板30上表面的滑动轨131，和固定在上板10下表面上与滑动轨131卡合的滑块132。上板10在移动时，同时带动滑块132在滑动轨131上移动。为减少上板10与下板30之间的空隙，可以在上板10与滑动轨131对应的位置设置向上板10上表面凸起的容纳槽12，而滑块132则固定在容纳槽12内。安装后的滑动轨131凸出于下板30的上表面并进入上板10的容纳槽12内，而滑块132同时固定在容纳槽12内并与滑动轨131卡合连接。移动时，上板10通过容纳槽12带动滑块132相对滑动轨131移动。

如图12所示，进一步地，在本发明的一个实施方式中，还可以在上板10和下板30之间安装减少上板10移动时摩擦力的滑板20。滑板20作为一个中间层可以固定在下板30上，以降低上板10在移动时的摩擦力，该滑板上具有供推板、滑轨穿过的避让孔。具体的滑板20可以采用聚四氟乙烯板。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施方式，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (13)

1.用于更换电动汽车电池的换电平台，其特征在于，包括：

上板，用于承载更换电池；

解锁装置，安装在所述上板的上表面，用于对安装在电动汽车上电池锁止装置进行解锁；

移动驱动装置，通过驱动输出端与所述上板连接安装，用于驱动所述上板沿水平方向移动；以及

下板，安装在所述上板的下方，所述移动驱动装置驱动所述上板相对于所述下板水平移动；

其中，所述解锁装置包括移动座，垂直安装在移动座上表面的解锁顶杆，以及驱动所述移动座沿上板平面水平移动的驱动件。

2.根据权利要求1所述的换电平台，其特征在于，

所述移动驱动装置包括驱动部、安装在驱动输出端的丝杆，在所述上板的下表面固定有推板，所述推板通过螺纹孔与所述丝杆连接，或与套在所述丝杆上的螺母固定连接。

3.根据权利要求2所述的换电平台，其特征在，

所述丝杆为滚珠丝杆，所述螺母为滚珠螺母。

4.根据权利要求1所述的换电平台，其特征在于，

所述上板的上表面还安装有用于定位安装电池的搭桥柱，所述搭桥柱具有开口向上的凹槽，所述搭桥柱上安装有定位磁钢。

5.根据权利要求1所述的换电平台，其特征在于，

所述上板的上表面还安装有用于检测电池是否到位的传感器。

6.根据权利要求1所述的换电平台，其特征在于，

所述上板的上表面安装有电池托盘，所述电池托盘的下表面安装有定位杆，所述上板的上表面安装有弹簧固定座，所述定位杆与所述弹簧固定座配位安装。

7.根据权利要求6所述的换电平台，其特征在于，

所述电池托盘的上表面具有多个导向板，所述导向板具有开口向上以固定电池的凹槽。

8.如权利要求1-7中任一项所述的换电平台，其特征在于，

所述移动驱动装置通过固定座安装在所述下板的下表面，所述移动驱动装置的驱动输出端连接有推板，所述推板穿过所述下板的安装孔与所述上板的下表面固定。

9.根据权利要求8所述的换电平台，其特征在于，

在所述上板和所述下板之间安装有滑动装置，所述滑动装置包括固定在所述下板上表面的滑动轨，和固定在所述上板的下表面的滑块，所述滑块与所述滑动轨卡合。

10.根据权利要求9所述的换电平台，其特征在于，

所述上板与所述滑动轨对应的位置设置有向上方凸起的容纳槽，所述滑块固定在所述容纳槽内。

11.根据权利要求10所述的换电平台，其特征在于，

在所述上板和所述下板之间安装有减少所述上板和所述下板之间摩擦力的滑板。

12.换电移动平台，其特征在于，包括：举升部、行走驱动部和电池安装部；

所述电池安装部安装在所述举升部的顶部，用于放置待更换的电池或更换下来的电池，所述电池安装部上安装有如权利要求1-11中任一项所述的换电平台；

所述举升部安装在所述行走驱动部上，用于在更换电池的过程中实现电池的升降；

所述行走驱动部用于驱动换电移动平台在地面上移动。

13.快换系统，其特征在于，包括：

电池架，摆放用于电动汽车的替换电池，和由电动汽车上更换下来的待充电池；

码垛机，用于将更换下来的待充电池放入电池架，同时由电池架上取下替换电池；

还包括权利要求12所述的换电移动平台。

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