CN108275127B - 一种共享汽车底盘电池更换机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于共享汽车电池更换器械技术领域，尤其涉及一种共享汽车底盘电池更换机构，设置于换电平台的下方，包括换电机构、堆叠机构、垂直升降机构和控制中心；换电机构位于设置于换电平台上的换电口的正下方；换电机构包括换电滚筒、设置于换电滚筒的柱面上的至少四个换电装置、驱动换电滚筒转动的第一驱动间；四个换电装置均匀分布在换电滚筒的柱面上；堆叠机构位于换电机构的外围，并用于收纳待充电电池和储存满电电池。本发明采用滚筒式的换电机构，并在换电滚筒上设置至少四个换电装置，在换电时，能同时完成电池更换、电池放置和电池取拿三个动作，节约了换电时间，并且节省了中转平台的能耗。

Description

一种共享汽车底盘电池更换机构

技术领域

本发明属于共享汽车电池更换器械技术领域，尤其涉及一种共享汽车底盘电池更换机构。

背景技术

电动汽车作为一种新型交通工具，具有“零排放”、能量来源广等优点，是缓解我国石油资源紧张、城市大气污染问题严重的重要手段，是推进交通发展模式转变，推进节能减排工作的有效载体。然而，电池技术以及充电技术的滞后成为束缚电动汽车产业发展的瓶颈，各国政府和企业下大力度完善电动汽车配套基础服务产业。目前，电动汽车能源补给主要有充电和换电两种模式。充电需要的充电时间较长，大电流充电对电池使用寿命影响较大，且容易对配电网产生谐波污染，该模式有较大的弊端。与此相比，换电操作简单，通过专业化工业机器人可实现电能快速、高效补充，同时可利用夜间进行电池的集中充电，实现了电力负荷的“调峰填谷”，提高了电力设备的综合利用效率，获得了电动汽车厂家、电池企业和充换电运营商的普遍认可。

中国发明专利CN 102717778 B公开了一种电动乘用车底盘电池更换系统，包括快换机器人、换电平台、中转平台、后台监控系统、堆垛机和充电架，中转平台、堆垛机和充电架均设置于换电平台一侧；快换机器人设置于换电平台和中转平台之间，换电平台上能够通过电动乘用车，电动乘用车上设有与快换机器人所托电池箱相对应的锁止机构；后台监控系统通过工业以太网分别与快换机器人和堆垛机相连。同时本发明还公开了该系统的使用方法。其虽然具有换电平台机械定位机构简单，定位准确，且造价低廉；液压举升机构运用到快换机器人中，整个更换过程可靠稳定，同时有效缩减更换设备的尺寸，节省更换系统实际占地面积；中转平台作为快换机器人和堆垛机电池更换的交互纽带，进一步缩短了电池更换所耗费的时间。但是，其换电机器人需要将换电汽车的电池取出后，通过中转平台将电池运输到充电架，然后从充电架取出合适的电池给汽车换上，其放置待充电电池和取拿已充好的电池为两个独立的过程，需要花费较多时间，换电效率交底。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能在对汽车进行拆卸电池的同时就能将已充好的电池准备好，在将汽车的电池拆卸后在放置的同时，就能对汽车进行已充好电池的装载操作，极大节约共享汽车电池更换时间的一种共享汽车底盘电池更换机构。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式中提供了一种共享汽车底盘电池更换机构，设置于换电平台的下方，包括换电机构、位于换电机构外围的用于电池储存和充电的堆叠机构、位于堆叠机构下方的垂直升降机构；换电机构包括第一安装底座、位于第一安装底座上方的支撑柱、位于支撑柱上方的轴承、与轴承连接的换电滚筒、设置于换电滚筒内的换电装置、以及用于驱动换电滚筒转动的第一驱动件；换电滚筒的轴心上设有中心转轴，中心转轴通过轴承与支撑柱转动连接；换电装置包括设置于换电滚筒的柱面上，并朝向换电滚筒的轴心凹陷设置的第一凹槽、设置于第一凹槽内的第一气缸、与第一气缸的输出轴连接的，用于对共享汽车底盘电池进行更换的机械手；第一驱动件包括设置于中心转轴一端的从动轮、安装于第一安装底座上方的第一驱动电机、设置于第一驱动电机输出轴上的主动轮以及将主动轮和从动轮连接的皮带。

在本发明的一种可选实施方式中，换电滚筒的柱面上设置的第一凹槽至少设有四个，四个第一凹槽均匀分布于换电滚筒的柱面上，四个第一凹槽内均设有第一气缸和机械手。

在本发明的另一可选实施方式中，堆叠机构包括第二安装底座、位于第二安装底座上方的转盘、设置于转盘上方的若干堆垛；转盘与第二安装底座转动连接；堆垛包括竖直设置的承重桩、设置于承重桩上的若干充电框、位于承重桩下方的转动轴承、设置于承重桩底部的第一从动齿轮以及设置于转盘上的第二驱动件；充电框用于收纳换下的待充电电池和储存满电电池，若干充电框沿承重桩的周向均匀分布设置，承重桩通过转动轴承与转盘转动连接，第二驱动件用于驱动承重桩转动，使得设置于承重桩上的充电框始终正对设置于换电滚筒柱面上的换电装置。

进一步的，第二驱动件包括设置于转盘上的第二驱动电机、设置于第二驱动电机输出轴上的第一驱动齿轮；第一驱动齿轮与第一从动齿轮啮合，第一驱动齿轮的直径小于第一从动齿轮的直径。

在本发明的一种可选实施方式中，第二安装底座的上表面设有第二凹槽，转盘的下表面设有若干滚轮，若干滚轮嵌设于第二凹槽内，并与第二凹槽滑动连接；第二安装底座上还设有第三驱动件，第三驱动件用于驱动转盘与第二安装底座发生相对转动，使得设置于转盘上方的若干堆垛与换电机构的相对位置能够发生相对变化。

进一步的，第三驱动件包括设置于第二安装底座上的第三驱动电机、设置于第三驱动电机输出轴上的第二驱动齿轮以及设置于转盘外侧的若干第二从动齿轮；第二驱动齿轮与第二从动齿轮啮合，第二驱动齿轮的直径小于转盘的直径。

在本发明的一种可选实施方式中，第二安装底座的中部设有通孔，通孔的横截面积大于第一安装底座的横截面积。

进一步的，第二安装底座陷设与地坑中；垂直升降机构包括驱动装置和顶升装置，驱动装置设置在地坑的底部，顶升装置位于驱动装置的上方，并用于对第二安装底座进行顶升；使得设置于承重桩上的充电框能相对于换电滚筒在竖直方向移动，充电框沿承重桩的竖直方向设置。

更进一步的，还包括控制中心，控制中心包括变压器、设置于变压器上方的控制器以及设置于控制器一侧的显示器和操作按钮，显示器能够显示充电框内各电池的充电情况。

本发明采用上述技术方案后，取得了如下有益技术效果：

在本发明中，将换电机构设置成滚筒式的换电机构，并且在换电滚筒上设置多个换电装置，换电机构能够实现同时对共享汽车底盘电池的更换、待充电电池的放置以及满电电池的取用三个动作，避免了通过中转平台将待充电电池转移，然后从充电堆垛取用满电电池造成的大量时间浪费，并且节省了在中转平台转移过程中的能源消耗；在本发明中，将堆垛设置在换电机构的外围，方便了充电机构对电池的取拿放置，并且提高了空间利用率，通过第二驱动件和第三驱动件，使得充电框和堆垛均能与换电机构发生相对转动，提高了换电平台下方所能容纳电池的数量，进一步提高了空间利用率；在本发明中，将堆叠机构陷设与地坑中，并且充电框沿承重桩竖直方向设置，通过垂直升降机构使得充电框能与换电机构在竖直方向上发生相对运动，更进一步提高了空间利用率。

附图说明

图1是本发明共享汽车底盘电池更换机构的整体结构示意图；

图2是本发明共享汽车底盘电池更换机构的换电机构结构示意图；

图3是本发明共享汽车底盘电池更换机构的部分结构示意图；

图4是本发明图3的另一视角的结构示意图；

图中：10-换电机构、11-第一安装底座、12-支撑柱、13-轴承、14-换电滚筒、15-换电装置、151-第一凹槽、152-第一气缸、153-机械手、16-驱动件、161-从动轮、162-第一驱动电机、163-主动轮、164-皮带、20-堆叠机构、21-第二安装底座、211-第二凹槽、212-通孔、22-转盘、221-滚轮、23-堆垛、231-承重桩、232-充电框、233-转动轴承、234-第一从动齿轮、235-第二驱动件、2351-第二驱动电机、2352-第一驱动齿轮、24-第三驱动件、241-第三驱动电机、242-第二驱动齿轮、243-第二从动齿轮、30-垂直升降机构、31-驱动装置、32-顶升装置、40-控制中心、41-变压器、42-控制器、43-显示器、44-操作按钮。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

实施例

本发明的实施例提供了一种共享汽车底盘电池更换机构，包括换电机构10、位于换电机构10外围的用于电池储存和对电池充电的堆叠机构20、位于堆叠机构20下方的垂直升降机构30；在本实施例中，共享汽车底盘电池更换机构设置在换电平台的下方，换电平台可以是现有技术中的换电平台，例如中国发明专利CN 102717778 B公开的换电平台，换电机构10位于换电平台上设置的换电口的正下方。

换电机构10包括第一安装底座11、位于第一安装底座11上方的支撑柱12、位于支撑柱12上方的轴承13、与轴承13连接的换电滚筒14、设置于换电滚筒14内的换电装置15、以及驱动换电滚筒14转动的第一驱动件16；换电滚筒14的轴心上设有中心转轴，中心转轴通过轴承13与支撑柱12转动连接；换电装置15包括设置在换电滚筒14的柱面上，并朝向换电滚筒14的轴心凹陷的若干第一凹槽151、设置在第一凹槽151内的第一气缸152、与第一气缸152的输出轴连接，并用于对共享汽车换电的机械手153；第一驱动件16包括设置于中心转轴一端的从动轮161、安装于第一安装底座11上方的第一驱动电机162、设置于第一驱动电机162输出轴上的主动轮163以及将主动轮163和从动轮161连接的皮带164。

在本实施方式中，将换电机构10设置成具有换电滚筒14的换电机构10，并且在换电滚筒14的柱面上设置第一凹槽151，通过设置在第一凹槽151内的机械手153对电池进行更换，并且利用第一驱动电机162带动换电滚筒14转动，能够方便快速地将机械手153更换下来的待充电电池取走，大大节省了换电时间；并且将堆叠机构20设置在换电机构10的外围，换电机构10换下电池后能够方便地将电池放置在堆叠机构20上，并从堆叠机构20上取拿已充好的满电电池进行更换，不需要通过中转平台移动，一方面节省了时间，另一方面也能够降低在中转平台移动的能耗。

在本发明的一种可选实施方式中，换电滚筒14柱面上的第一凹槽151至少设有四个，四个第一凹槽151均匀分布与换电滚筒14的柱面上，四个第一凹槽151内均设有第一气缸152和机械手153。

在本实施方式中，将换电滚筒14柱面上的第一凹槽151设置成均匀分布的四个，也就是说在本实施方式中，换电滚筒14上至少有四个用于更换电池的机械手153，四个机械手153成90°角分布，这样的设置方式使得四个用于更换电池的机械手153中至少有三个机械手153可以同时工作；即其中竖直向上正对换电平台上设置的换电口的一个机械手153对汽车底盘的电池进行更换，两个水平的机械手153中，一个用于放置更换下来的需要充电的电池，一个用于取拿已充好的处于满电状态的电池，这样能够同时实现满电状态电池的取拿、待充电电池的放置以及汽车底盘电池的更换三个动作，使得更换电池的时间极大程度的缩短，提高汽车底盘电池的更换效率。

在本发明的另一可选实施方式中，堆叠机构20包括第二安装底座21、位于第二安装底座21上方的转盘22、设置于转盘22上方的若干堆垛23；转盘22与第二安装底座21转动连接，堆垛23包括竖直设置的承重桩231、设置于承重桩231上的若干充电框232、位于承重桩231下方的转动轴承233、设置于承重桩231底部的第一从动齿轮234以及设置于转盘22上的第二驱动件235；充电框232用于收纳换下的待充电电池和储存满电电池，若干充电框232沿承重桩231的周向均匀分布设置，承重桩231通过转动轴承233与转盘22转动连接，第二驱动件235用于驱动承重桩231转动，使得设置于承重桩231上的充电框232始终正对设置于换电滚筒14的柱面上的第一凹槽151。

第二驱动件235包括设置于转盘22上的第二驱动电机2351、设置于第二驱动电机2351输出轴上的第一驱动齿轮2352；第一驱动齿轮2352与第一从动齿轮234啮合；第一驱动齿轮2352的直径小于第一从动齿轮234的直径。

在本实施方式中，将堆垛23设置在换电机构10的外围，堆垛23采用竖直设置的承重桩231并在承重桩231的周向上设置若干均匀分布的充电框232，能够最大限度利用空间，并用第二驱动件235驱动承重桩231转动，使得设置在承重桩231上的每一个充电框232都能正对换电机构10，使得换电滚筒14的柱面上设置的用于换电的机械手153能够方便地将待充电电池放入充电框232内，并且能够方便地从充电框232内取出满电电池。在本实施例中，将第一驱动齿轮2352的直径设置成小于第一从动齿轮234的直径，在第一从动齿轮234的转动过程中，能够避免第一从动齿轮234的转速过快，即采用小直径的主动齿轮带动大直径的从动齿轮，从而起到减速的效果，从而有效避免了充电框232不能与第一凹槽151正对的现象发生。

在本发明的一种可选实施方式中，第二安装底座21的上表面设有第二凹槽211，转盘22的下表面设有若干滚轮221，若干滚轮221嵌设于第二凹槽211内，并与第二凹槽211滑动连接；第二安装底座21上还设有第三驱动件24，第三驱动件24用于驱动转盘22与第二安装底座21发生相对转动，使得设置于转盘22上方的若干堆垛23与换电机构10的相对位置能够发生相对变化。

第三驱动件24包括设置于底盘上的第三驱动电机241、设置于第三驱动电机241输出轴上的第二驱动齿轮242以及设置于转盘22外侧的若干第二从动齿轮243；第二驱动齿轮242与第二从动齿轮243啮合；第二驱动齿轮242的直径小于转盘22的直径。

在本实施方式中，通过在第二安装底座21的上表面设置第二凹槽211，并在转盘22的下表面设置与第二凹槽211发生相对滑动的滚轮221，使得转盘22在相对于第二安装底座21转动时，第二凹槽211能够对转盘22起到限位的作用，避免发生事故；将若干堆垛23设置在转盘22上，并且转盘22的外侧设有第二从动齿轮243，通过第三驱动电机241驱动整个转盘22转动，从而带动堆垛23转动，使得若干堆垛23中至少有两个堆垛23正对换电滚筒14上的两个水平的第一凹槽151；即通过转动转盘22，使得换电滚筒14上的两个水平的第一凹槽151内的机械手153能够同时完成待充电电池的放置和满电电池的取拿，使得第一凹槽151内的机械手153能够第一时间放下待充电电池和取到满电电池，进一步提高了换电效率。并且在本实施例中，将第二驱动齿轮242的直径设置成小于转盘22的直径，在转盘22的转动过程中，能够避免转盘22转动过快，即采用小直径的主动齿轮带动大直径的从动齿轮，从而起到减速的效果，从而有效避免了堆垛23不能与换电机构10正对的现象发生。

在本发明的另一可选实施方式中，第二安装底座21的中部设有通孔212，通孔212的截面积大于第一安装底座11的截面积。

第二安装底座21陷设与地坑中；垂直升降机构30包括驱动装置31和顶升装置32，驱动装置31设置在地坑的底部，顶升装置32设置在驱动装置31的上方，并用于对第二安装底座21进行垂直顶升；使得设置于承重桩231上的充电框232能相对于换电滚筒14在竖直方向移动，若干充电框232沿承重桩231的竖直方向均匀设置。

在本实施方式中，将第二安装底座21陷设于地坑中，并在第二安装底座21的下方设置顶升装置32，顶升装置32能够将第二安装底座21以及设置于第二安装底座21上的转盘22和堆垛23整个顶起，使得充电框232能够相对于换电滚筒14在竖直方向移动，能够进一步提升空间利用率。

在本实施例中，共享汽车底盘电池更换机构还包括控制中心40，控制中心40包括变压器41、设置于变压器41的上方的控制器42以及设置于控制器42的一侧的显示器43和操作按钮44，显示器43能够显示充电框232内各电池的充电情况和空位充电框232的位置。

在本实施方式中，通过显示屏43显示充电框232内的各个电池的充电情况，能够使得操作人员非常直观的知道哪些电池已经充满，可以作为满电电池更换，哪些充电框232具有空位，能够方便操作人员快速确定位置，节省操作时间。

Claims (7)

1.一种共享汽车底盘电池更换机构，设置于换电平台的下方，包括换电机构（10）、位于换电机构（10）外围的用于电池储存和充电的堆叠机构（20）、位于堆叠机构（20）下方的垂直升降机构（30）；

换电机构（10）包括第一安装底座（11）、位于第一安装底座（11）上方的支撑柱（12）、位于支撑柱（12）上方的轴承（13）、与轴承（13）连接的换电滚筒（14）、设置于换电滚筒（14）内的换电装置（15）、以及用于驱动换电滚筒（14）转动的第一驱动件（16）；

换电滚筒（14）的轴心上设有中心转轴，中心转轴通过轴承（13）与支撑柱（12）转动连接；换电装置（15）包括设置于换电滚筒（14）的柱面上，并朝向换电滚筒的轴心凹陷设置的第一凹槽（151）、设置于第一凹槽（151）内的第一气缸（152）、与第一气缸（152）的输出轴连接的，用于对共享汽车底盘电池进行更换的机械手（153）；

第一驱动件（16）包括设置于中心转轴一端的从动轮（161）、安装于第一安装底座（11）上方的第一驱动电机（162）、设置于第一驱动电机（162）输出轴上的主动轮（163）以及将主动轮（163）和从动轮（161）连接的皮带（164）；

其特征在于，堆叠机构（20）包括第二安装底座（21）、位于第二安装底座（21）上方的转盘（22）、设置于转盘（22）上方的若干堆垛（23）；转盘（22）与第二安装底座（21）转动连接；

堆垛（23）包括竖直设置的承重桩（231）、设置于承重桩（231）上的若干充电框（232）、位于承重桩（231）下方的转动轴承（233）、设置于承重桩（231）底部的第一从动齿轮（234）以及设置于转盘（22）上的第二驱动件（235）；

充电框（232）用于收纳换下的待充电电池和储存满电电池，若干充电框（232）沿承重桩（231）的周向均匀分布设置，承重桩（231）通过转动轴承（233）与转盘（22）转动连接，第二驱动件（235）用于驱动承重桩（231）转动，使得设置于承重桩（231）上的充电框（232）始终正对设置于换电滚筒（14）柱面上的换电装置（15）。

2.根据权利要求1所述的一种共享汽车底盘电池更换机构，其特征在于，第二驱动件（235）包括设置于转盘（22）上的第二驱动电机（2351）、设置于第二驱动电机（2351）输出轴上的第一驱动齿轮（2352）；第一驱动齿轮（2352）与第一从动齿轮（234）啮合，第一驱动齿轮（2352）的直径小于第一从动齿轮（234）的直径。

3.根据权利要求1所述的一种共享汽车底盘电池更换机构，其特征在于，第二安装底座（21）的上表面设有第二凹槽（211），转盘（22）的下表面设有若干滚轮（221），若干滚轮（221）嵌设于第二凹槽（211）内，并与第二凹槽（211）滑动连接；第二安装底座（21）上还设有第三驱动件（24），第三驱动件（24）用于驱动转盘（22）与第二安装底座（21）发生相对转动，使得设置于转盘（22）上方的若干堆垛（23）与换电机构（14）的相对位置能够发生相对变化。

4.根据权利要求3所述的一种共享汽车底盘电池更换机构，其特征在于，第三驱动件（24）包括设置于第二安装底座（21）上的第三驱动电机（241）、设置于第三驱动电机（241）输出轴上的第二驱动齿轮（242）以及设置于转盘（22）外侧的若干第二从动齿轮（243）；第二驱动齿轮（242）与第二从动齿轮（243）啮合，第二驱动齿轮（242）的直径小于转盘（22）的直径。

5.根据权利要求1所述的一种共享汽车底盘电池更换机构，其特征在于，第二安装底座（21）的中部设有通孔（212），通孔（212）的横截面积大于第一安装底座（11）的横截面积。

6.根据权利要求5所述的一种共享汽车底盘电池更换机构，其特征在于，第二安装底座（21）陷设与地坑中；垂直升降机构（30）包括驱动装置（31）和顶升装置（32），驱动装置（31）设置在地坑的底部，顶升装置（32）位于驱动装置（31）的上方，并用于对第二安装底座（21）进行顶升；使得设置于承重桩（231）上的充电框（232）能相对于换电滚筒（14）在竖直方向移动，充电框（232）沿承重桩（231）的竖直方向设置。

7.根据权利要求1所述的一种共享汽车底盘电池更换机构，其特征在于，还包括控制中心（40），控制中心（40）包括变压器（41）、设置于变压器（41）上方的控制器（42）以及设置于控制器（42）一侧的显示器（43）和操作按钮（44），显示器（43）能够显示充电框（232）内各电池的充电情况。