CN108162779A - 集装箱式电动汽车充换电站 - Google Patents

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CN108162779A CN201711436693.9A CN201711436693A CN108162779A CN 108162779 A CN108162779 A CN 108162779A CN 201711436693 A CN201711436693 A CN 201711436693A CN 108162779 A CN108162779 A CN 108162779A
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张少鹏
曹青梅
林洪怡
徐刚
王刚
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Xian Aerospace Precision Electromechanical Institute
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Abstract

本发明属于电动汽车更换电池技术领域，具体涉及一种集装箱式电动汽车充换电站。包括设置在集装箱内的充电室，充电室的一端设置监控室，充电室的另一端设置电池输送系统；充电室内设置有沿集装箱长度方向的输送轨道，输送轨道上设置有电池转运堆垛机，输送轨道的两侧各设置一组充电架；监控室内设置有充电机、充电控制柜、主控柜和配电柜，主控柜分别与充电控制柜和配电柜相连，充电控制柜与充电机相连，充电机与充电室内的充电架相连。本发明将充电机、充电架、转运堆垛机、输送系统等换电设施集成布置在一个集装箱内，集成度高，便于调试、管理和维护。而且集装箱式充换电站占地面积小、无需土建、可以灵活移动布置。

Description

集装箱式电动汽车充换电站
技术领域
本发明属于电动汽车更换电池技术领域，具体涉及一种集装箱式电动汽车充换电站。
背景技术
环境污染和石油资源不足是目前汽车行业发展的瓶颈。在此背景下，新能源纯电动汽车应运而生。所谓纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电池驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。虽然纯电动汽车使用的是清洁能源，但由于目前电池技术的局限性，使得纯电动汽车的续航能力有限，因此，需要对电动汽车进行及时地充电或者电池更换。
对于充电方式，主要有快速充电和充电桩两种。快速充电技术可以在短时间内充满电池电量，但严重损害了电池的寿命；而对于充电桩技术，由于电动汽车及电池标准不统一，需要设计专车充电桩，严重降低了充电桩的使用效率。
对于换电方式，需要建立一个包括换电机器人、充电架、充电机等设备的换电站，将电动汽车用完的电池通过换电机器人取出并放入充电架进行充电，并将充满电的电池放入电动汽车内，满足电动汽车的续航要求。目前，传统的换电站方案是在地面上建造类似加油站的换电站，存在占地面积大、工程量大、造价高、选址固定、散布区域有限等缺点，因此难以得到广泛推广应用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供一种集装箱式电动汽车充换电站。
本发明的技术解决方案是：一种集装箱式电动汽车充换电站，其特殊之处在于：包括设置在集装箱内的充电室，充电室的一端设置监控室，充电室的另一端设置电池输送系统；
所述充电室内设置有沿集装箱长度方向的输送轨道，输送轨道上设置有电池转运堆垛机，输送轨道的两侧各设置一组充电架；
所述监控室内设置有充电机、充电控制柜、主控柜和配电柜，所述主控柜分别与充电控制柜和配电柜相连，所述充电控制柜与充电机相连，所述充电机与充电室内的充电架相连。
进一步地，上述充电室的两个侧壁上设置有多个应急仓门，所述应急仓门与充电架的充电仓位一一对应。
优选地，上述电池输送系统包括位于充电室内的转运双层链条机以及位于充电室外的移载双层链条机和升降链条机，移载双层链条机的侧面设置有单层链条机；
所述转运双层链条机包括上层转运平台和下层转运平台，所述移载双层链条机包括上层移载平台和下层移载平台；上层转运平台与上层移载平台对接，下层转运平台与下层移载平台对接；
所述升降链条机上设置有垂直升降平台，当垂直升降平台上升至顶部时与上层移载平台对接，当垂直升降平台下降至底部时与下层移载平台对接；
所述单层链条机与下层移载平台对接。
进一步地，上述上层转运平台包括上层转运链条和与上层转运链条相连的上层转运电机；
所述下层转运平台包括下层转运链条、下层转运电机和升降定位机构；所述下层转运电机通过下层转运驱动链条与下层转运从动链轮轴相连，所述下层转运从动链轮轴与下层转运链条相连；所述升降定位机构包括升降机构底座、升降台和升降电机，所述升降电机与升降台相连，所述升降台通过升降导向柱与升降机构底座相连，所述升降台上设置有电池导向块。
进一步地，上述上层移载平台包括上层移载链条和与上层移载链条相连的上层移载电机；
所述下层移载平台包括下层移载链条、下层移载电机和顶升移载机构；所述下层移载电机通过下层移载驱动链条与下层移载从动链轮轴相连，所述下层移载从动链轮轴与下层移载链条相连；所述顶升移载机构包括移载机构底座、移载台和移载电机，所述移载电机与移载台相连，所述移载台通过顶升导向柱与移载机构底座相连，所述移载台上设置有移载辊筒线，移载辊筒线与移载滚筒驱动电机相连。
进一步地，上述升降链条机包括机体框架，垂直升降平台位于机体框架内；所述机体框架的顶部设置有升降链条驱动电机，升降链条驱动电机通过升降驱动链条与垂直升降平台相连；所述垂直升降平台包括平台驱动链条和与平台驱动链条相连的平台驱动电机。
优选地，上述电池转运堆垛机包括主框架、行走机构、提升机构和载货台；所述行走机构位于主框架的底部，所述提升机构位于主框架的顶部，所述载货台位于提升机构的中部，载货台与提升机构相连；所述主框架的侧面设置有电控柜，所述电控柜分别与行走机构、提升机构和载货台电连接。
进一步地，上述行走机构包括位于主框架一侧的驱动单元和位于主框架另一侧的从动单元；
所述驱动单元包括与主框架固定连接的驱动框架，驱动框架的中部设置有驱动电机，所述驱动电机与驱动减速机的输入端相连，驱动减速机的两个输出端各安装一个驱动联轴器；所述驱动框架的两端各安装一个驱动轮，两个驱动轮分别通过驱动轴与驱动减速机上安装的两个驱动联轴器相连；
所述从动单元包括与主框架固定连接的从动框架，从动框架的中部设置有一个从动联轴器，从动框架的两端各安装一个从动轮，所述从动轮通过从动轴与从动联轴器相连。
进一步地，主动框架的四周对称设置有四根贯通顶部和底部的提升链条；
所述提升机构包括提升电机、提升减速机、主动链轮轴、第一从动链轮轴和第二从动链轮轴；
所述提升电机与提升减速机的输入端相连，提升减速机的输出端与主动链轮轴一端相连，主动链轮轴的另一端通过链轮与第一提升链条相连；
所述主动链轮轴通过驱动链条与第一从动链轮轴相连；
所述第一从动链轮轴一端通过链轮与第二提升链条相连，第一从动链轮轴的另一端通过链轮与第三提升链条相连；
所述第二从动链轮轴一端通过从动链条与第一从动链轮轴相连，第二从动链轮轴的另一端通过链轮与第四提升链条相连。
进一步地，上述载货台包括载货台框架、货叉、货叉电机和货叉减速机；
所述载货台框架的四周分别与四根提升链条固定连接，所述货叉通过滑动轨道与载货台框架相连，所述货叉电机通过货叉减速机与货叉内的货叉链条相连。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明将充电机、充电架、配电系统、转运堆垛机、输送系统、主控系统等换电设施集成布置在一个集装箱内，集成度高，便于调试、管理和维护。而且集装箱式充换电站占地面积小、无需土建、可以灵活移动布置。
(2)本发明将充电架的电池仓使用四个防火板进行相互隔离，避免电池起火后蔓延到其他电池仓，危及其他电池。同时，在集装箱侧壁上设置与电池仓对应的应急门，每个电池仓都可以通过打开应急门的方式将起火电池推出至集装箱外，避免了起火电池对其他电池和设备的威胁，同时方便在集装箱外对起火电池进行处理(例如沙坑、水坑、或其他消防措施)。
附图说明
图1为本发明集装箱式电动车充换电站的较佳实施示意图。
图2为本发明集装箱的较佳实施例结构示意图。
图3为本发明电池输送系统的较佳实施例结构示意图(正视图)。
图4为本发明电池输送系统的较佳实施例结构示意图(俯视图)。
图5为本发明转运双层链条机的较佳实施例结构示意图(正视图)。
图6为本发明下层转运平台的较佳实施例结构示意图(俯视图)。
图7为本发明移载双层链条机的较佳实施例结构示意图(正视图)。
图8为本发明下层移载平台的较佳实施例结构示意图(俯视图)。
图9为本发明升降链条机的较佳实施例结构示意图(正视图)。
图10为本发明升降链条机的较佳实施例结构示意图(俯视图)。
图11为本发明电池转运堆垛机的较佳实施例结构示意图(正视图)。
图12为本发明电池转运堆垛机的较佳实施示意图(立体图)。
图13为本发明主框架的较佳实施例结构示意图。
图14为本发明行走机构驱动单元的较佳实施例结构示意图。
图15为本发明行走机构从动单元的较佳实施例结构示意图。
图16为本发明提升机构的较佳实施例结构示意图。
图17为本发明载货台的较佳实施例结构示意图(正视图)。
图18为本发明载货台的较佳实施例结构示意图(立体图)。
其中，附图标记为：
110-集装箱，110-充电室，120-监控室，130-电池输送系统，140-电池转运堆垛机，150-充电架，160-应急仓门，170-消防系统，180-空调，
111-电池出入门，112-充电室检修门，
121-充电机，122-充电控制柜，123-主控柜，124-配电柜，125-监控室对开门，126-柜体检修门，127-监控室隔离门，
1-主框架，2-行走机构，3-提升机构，4-载货台，5-电控柜，
210-驱动单元，211-驱动框架，212-驱动电机，213-驱动减速机，214-驱动联轴器，215-驱动轴，216-驱动轮，
220-从动单元，221-从动框架，222-从动联轴器，223-从动轴，224-从动轮，
310-提升电机，320-提升减速机，330-提升联轴器，340-主动链轮轴，350-第一从动链轮轴，360-第二从动链轮轴，370-驱动链条，380-从动链条，390-提升链条，391-第一提升链条，392-第二提升链条，393-第三提升链条，394-第四提升链条，
410-载货台框架，420-载货台导向轮，430-货叉，440-货叉电机，450-货叉减速机，
510-挑插门电机，511-插门本体，512-上挡块，513-下挡块，520-挑插门减速机，530-转轴，540-挑门头组件，541-挑门头面板，542-挑门头凸块，550-同步带轮，560-同步带，570-同步带轮安装基板，571-竖直滑轨，580-电缸，590-电缸安装基座，591-水平滑轨，
6-转运双层链条机，7-移载双层链条机，8-升降链条机，9-单层链条机，
610-上层转运平台，611-上层转运链条，612-上层转运电机，
620-下层转运平台，621-下层转运链条，622-下层转运电机，623-下层转运驱动链条，624-下层转运从动链轮轴，625-升降机构底座，626-升降台，627-升降电机，628-升降导向柱，629-电池导向块，
710-上层移载平台，711-上层移载链条，712-上层移载电机，
720-下层移载平台，721-下层移载链条，722-下层移载电机，723-下层移载驱动链条，724-下层移载从动链轮轴，725-移载机构底座，726-移载台，727-移载电机，728-移载辊筒线，729-移载滚筒驱动电机
810-垂直升降平台，811-平台驱动链条，812-平台驱动电机，
820-机体框架，830-升降链条驱动电机，840-升降驱动链条。
具体实施方式
参见图1，本发明为一种集装箱式电动汽车充换电站，其较佳实施例的组成部分包括设置在集装箱100内的充电室110，充电室110的一端设置监控室120，充电室110的另一端设置电池输送系统130；
充电室110内设置有沿集装箱110长度方向的输送轨道，输送轨道上设置有电池转运堆垛机140，输送轨道的两侧各设置一组充电架150；
监控室120内设置有充电机121、充电控制柜122、主控柜123和配电柜124，主控柜123分别与充电控制柜122和配电柜124相连，充电控制柜122与充电机121相连，充电机121与充电室110内的充电架150相连。
充电室110的两个侧壁上设置有多个应急仓门160，应急仓门160与充电架150的充电仓位一一对应，用于电池异常后的紧急推出。充电室110内还设置有消防系统170和空调180。
参见图2，监控室120上设置有监控室对开门125、柜体检修门126、监控室隔离门127。充电室110上设置有电池出入门111和充电室检修门112。监控室对开门125作为监控室的出入门。柜体检修门126位于各个柜体的背后，开启后便于柜体检修。监控室隔离门127用于监控室120和充电室110之间的出入。电池出入门111与电池输送系统130配合，用于将欠电电池送入集装箱内以及将满电电池送出集装箱。充电室检修门112用于充电室靠近电池输送系统一侧的检修。
充电室110外侧可以对称设置两套电池输送系统130。
参见图3和图4，本发明为一种用于充换电站的电池输送系统，其较佳实施例的结构包括依次设置的转运双层链条机6、移载双层链条机7和升降链条机8，移载双层链条机7的侧面设置有单层链条机9。
参见图5和图6，转运双层链条机6包括上层转运平台610和下层转运平台620，移载双层链条机7包括上层移载平台710和下层移载平台720；上层转运平台610与上层移载平台710对接，下层转运平台620与下层移载平台720对接；
升降链条机8上设置有垂直升降平台810，当垂直升降平台810上升至顶部时与上层移载平台710对接，当垂直升降平台810下降至底部时与下层移载平台720对接；
单层链条机9与下层移载平台720对接。
上层转运平台610包括上层转运链条611和与上层转运链条611相连的上层转运电机612；
下层转运平台620包括下层转运链条621、下层转运电机622和升降定位机构；下层转运电机622通过下层转运驱动链条623与下层转运从动链轮轴624相连，下层转运从动链轮轴624与下层转运链条621相连；升降定位机构包括升降机构底座625、升降台626和升降电机627，升降电机627与升降台626相连，升降台626通过升降导向柱628与升降机构底座625相连，升降台626上设置有电池导向块629。
参见图7和图8，上层移载平台710包括上层移载链条711和与上层移载链条711相连的上层移载电机712；
下层移载平台720包括下层移载链条721、下层移载电机722和顶升移载机构；下层移载电机722通过下层移载驱动链条723与下层移载从动链轮轴724相连，下层移载从动链轮轴724与下层移载链条721相连；顶升移载机构包括移载机构底座725、移载台726和移载电机727，移载电机727与移载台726相连，移载台726通过顶升导向柱与移载机构底座725相连，移载台726上设置有移载辊筒线728，移载辊筒线728与移载滚筒驱动电机729相连。
参见图9和图10，升降链条机8包括机体框架820，垂直升降平台810位于机体框架820内；机体框架820的顶部设置有升降链条驱动电机830，升降链条驱动电机830通过升降驱动链条840与垂直升降平台810相连；垂直升降平台810包括平台驱动链条811和与平台驱动链条811相连的平台驱动电机812。
转运双层链条机6可以与电池转运堆垛机进行对接，电池转运堆垛机用于在转运双层链条机6于充电架之间自动转运满电电池和欠电电池。电池转运堆垛机(或机器人等其他电池转运设备)将满电电池放置在转运双层链条机6的上层转运平台610，满电电池依次通过上层转运平台610和上层移载平台710后到达升降链条机8，垂直升降平台810将满电电池降至一层线体高度。此时从车辆中换下的欠电电池通过单层链条机9输送到移载双层链条机7的下层移载平台720上，顶升移载机构下降后，欠电电池在链条驱动下移动至下层转运平台620上。然后升降定位机构升起并对电池进行导向定位后，电池转运堆垛机将欠电电池取走进行充电。当欠电电池抵达下层转运平台620上时，垂直升降平台810将满电电池输送至下层移载平台720上，然后顶升移载机构上升将满电电池顶起后输送到单层链条机9上，之后操作人员再将单层链条机9上的满电电池放入车内，完成换电作业。
参见图11和图12，本实施例中的电池转运堆垛机结构具体包括主框架1、行走机构2、提升机构3、载货台4和电控柜5。主框架1由各种钢板型材焊接而成，底部安装四轮双轨的行走机构2，顶部安装提升机构3，中部安装载货台4，载货台4可以通过提升链条与提升机构3相连。主框架1的侧面安装电控柜5，电控柜5分别与行走机构2、提升机构3和载货台4电连接。
参见图13，行走机构2包括位于主框架1一侧的驱动单元210和位于主框架1另一侧的从动单元220；
参见图14，驱动单元210包括与主框架1固定连接的驱动框架211，驱动框架211的中部设置有驱动电机212，驱动电机212与驱动减速机213的输入端相连，驱动减速机213的两个输出端各安装一个驱动联轴器214；驱动框架211的两端各安装一个驱动轮216，两个驱动轮216分别通过两根驱动轴215与驱动减速机上安装的两个驱动联轴器214相连。驱动电机212带动驱动减速机213转动，驱动减速机213的两个输出端分别通过两个驱动联轴器214带动两个驱动轮216转动，从而驱动整个堆垛机行走。
参见图15，从动单元220包括与主框架1固定连接的从动框架221，从动框架221的中部设置有一个从动联轴器222，从动框架221的两端各安装一个从动轮224，从动轮224通过从动轴223与从动联轴器222相连。从动单元220与驱动单元210一起承载整个堆垛机水平行走。进一步地，可以将电控柜5设置在从动框架221的顶部，以便节省空间。
参见图16，主动框架1的四周对称设置有四根贯通顶部和底部的提升链条390。提升机构包括提升电机310、提升减速机320、主动链轮轴340、第一从动链轮轴350和第二从动链轮轴360。
提升电机310与提升减速机320的输入端相连，提升减速机320的输出端通过提升联轴器330与主动链轮轴340一端相连，主动链轮轴340的另一端通过链轮与第一提升链条391相连。
主动链轮轴340通过驱动链条370与第一从动链轮轴350相连。
第一从动链轮轴350一端通过链轮与第二提升链条392相连，第一从动链轮轴350的另一端通过链轮与第三提升链条393相连。
第二从动链轮轴360一端通过从动链条380与第一从动链轮轴350相连，第二从动链轮轴360的另一端通过链轮与第四提升链条394相连。
提升电机310驱动提升减速机320，提升减速机320驱动主动链轮轴340，主动链轮轴340在带动第一从动链轮轴350和第二从动链轮轴360转动的同时带动四根提升链条390运动，从而带动载货台4提升或下降。
参见图17和图18，载货台4包括载货台框架410、货叉430、货叉电机440和货叉减速机450；载货台框架410的四周分别与四根提升链条390固定连接，货叉430通过滑动轨道与载货台框架410相连，货叉电机440通过货叉减速机450与货叉430内的货叉链条相连。在货叉电机440的驱动下，货叉430可以在载货台框架410上伸出或收回。本实施例将载货台框架410设置为立方体框架，立方体框架的八个顶点各安装一个与主框架1相连的载货台导向轮420，提高了载货台的升降运动稳定性，同时可以防止电池与主框架发生磕碰。

Claims (10)

1.一种集装箱式电动汽车充换电站，其特征在于：包括设置在集装箱内的充电室，充电室的一端设置监控室，充电室的另一端设置电池输送系统；
所述充电室内设置有沿集装箱长度方向的输送轨道，输送轨道上设置有电池转运堆垛机，输送轨道的两侧各设置一组充电架；
所述监控室内设置有充电机、充电控制柜、主控柜和配电柜，所述主控柜分别与充电控制柜和配电柜相连，所述充电控制柜与充电机相连，所述充电机与充电室内的充电架相连。
2.根据权利要求1所述的集装箱式电动汽车充换电站，其特征在于：所述充电室的两个侧壁上设置有多个应急仓门，所述应急仓门与充电架的充电仓位一一对应。
3.根据权利要求1或2所述的集装箱式电动汽车充换电站，其特征在于：所述电池输送系统包括位于充电室内的转运双层链条机以及位于充电室外的移载双层链条机和升降链条机，移载双层链条机的侧面设置有单层链条机；
所述转运双层链条机包括上层转运平台和下层转运平台，所述移载双层链条机包括上层移载平台和下层移载平台；上层转运平台与上层移载平台对接，下层转运平台与下层移载平台对接；
所述升降链条机上设置有垂直升降平台，当垂直升降平台上升至顶部时与上层移载平台对接，当垂直升降平台下降至底部时与下层移载平台对接；
所述单层链条机与下层移载平台对接。
4.根据权利要求3所述的集装箱式电动汽车充换电站，其特征在于：所述上层转运平台包括上层转运链条和与上层转运链条相连的上层转运电机；
所述下层转运平台包括下层转运链条、下层转运电机和升降定位机构；所述下层转运电机通过下层转运驱动链条与下层转运从动链轮轴相连，所述下层转运从动链轮轴与下层转运链条相连；所述升降定位机构包括升降机构底座、升降台和升降电机，所述升降电机与升降台相连，所述升降台通过升降导向柱与升降机构底座相连，所述升降台上设置有电池导向块。
5.根据权利要求4所述的集装箱式电动汽车充换电站，其特征在于：所述上层移载平台包括上层移载链条和与上层移载链条相连的上层移载电机；
所述下层移载平台包括下层移载链条、下层移载电机和顶升移载机构；所述下层移载电机通过下层移载驱动链条与下层移载从动链轮轴相连，所述下层移载从动链轮轴与下层移载链条相连；所述顶升移载机构包括移载机构底座、移载台和移载电机，所述移载电机与移载台相连，所述移载台通过顶升导向柱与移载机构底座相连，所述移载台上设置有移载辊筒线，移载辊筒线与移载滚筒驱动电机相连。
6.根据权利要求5所述的集装箱式电动汽车充换电站，其特征在于：所述升降链条机包括机体框架，垂直升降平台位于机体框架内；所述机体框架的顶部设置有升降链条驱动电机，升降链条驱动电机通过升降驱动链条与垂直升降平台相连；所述垂直升降平台包括平台驱动链条和与平台驱动链条相连的平台驱动电机。
7.根据权利要求1或2所述的集装箱式电动汽车充换电站，其特征在于：所述电池转运堆垛机包括主框架、行走机构、提升机构和载货台；所述行走机构位于主框架的底部，所述提升机构位于主框架的顶部，所述载货台位于提升机构的中部，载货台与提升机构相连；所述主框架的侧面设置有电控柜，所述电控柜分别与行走机构、提升机构和载货台电连接。
8.根据权利要求7所述的集装箱式电动汽车充换电站，其特征在于：所述行走机构包括位于主框架一侧的驱动单元和位于主框架另一侧的从动单元；
所述驱动单元包括与主框架固定连接的驱动框架，驱动框架的中部设置有驱动电机，所述驱动电机与驱动减速机的输入端相连，驱动减速机的两个输出端各安装一个驱动联轴器；所述驱动框架的两端各安装一个驱动轮，两个驱动轮分别通过驱动轴与驱动减速机上安装的两个驱动联轴器相连；
所述从动单元包括与主框架固定连接的从动框架，从动框架的中部设置有一个从动联轴器，从动框架的两端各安装一个从动轮，所述从动轮通过从动轴与从动联轴器相连。
9.根据权利要求8所述的集装箱式电动汽车充换电站，其特征在于：主动框架的四周对称设置有四根贯通顶部和底部的提升链条；
所述提升机构包括提升电机、提升减速机、主动链轮轴、第一从动链轮轴和第二从动链轮轴；
所述提升电机与提升减速机的输入端相连，提升减速机的输出端与主动链轮轴一端相连，主动链轮轴的另一端通过链轮与第一提升链条相连；
所述主动链轮轴通过驱动链条与第一从动链轮轴相连；
所述第一从动链轮轴一端通过链轮与第二提升链条相连，第一从动链轮轴的另一端通过链轮与第三提升链条相连；
所述第二从动链轮轴一端通过从动链条与第一从动链轮轴相连，第二从动链轮轴的另一端通过链轮与第四提升链条相连。
10.根据权利要求9所述的集装箱式电动汽车充换电站，其特征在于：所述载货台包括载货台框架、货叉、货叉电机和货叉减速机；
所述载货台框架的四周分别与四根提升链条固定连接，所述货叉通过滑动轨道与载货台框架相连，所述货叉电机通过货叉减速机与货叉内的货叉链条相连。
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