CN108725405A - 新能源电动汽车电池自动充换系统 - Google Patents

Abstract

新能源电动汽车电池自动更换系统，包括立体仓库，中央控制器、云端显示装置、电池，系统的前方设有电池更换装置，中间的倍速链装置两端与后方的立体仓库连接，立体仓库存放复数个电池，电池取放装置将电池搬运到倍速链装置上再输送到系统的前方，由电池更换装置将电池抓取到新能源电动汽车上，整个系统由中央控制器控制，并通过云端显示装置显示。电动汽车上设有无线通信模块，信号通过无线电磁波与中央控制器通信，中央控制器通过控制线分别与驱动器模块一、电池充检模块、驱动器模块二、驱动器模块三和云端显示装置连接。本发明可快速高效自动充换电动汽车电池，解决了电动汽车充电时间长及充电桩安全隐患等问题,可完全智能化运行，安全可靠、节能环保。

Description

新能源电动汽车电池自动充换系统

技术领域

本发明涉及一种新能源电动汽车电池自动充换系统，适用于电动汽车绿色、高效更换电池和共享电池场合。

背景技术

我国新能源电动汽车已逐渐得到推广应用，随着新能源汽车的推广，它的充电问题也随之出现。纯电动汽车充电方式一般为快速充电方式、慢速充电方式。快充和慢充是相对概念，一般快充为大功率直流充电，半小时可以充满电池80％容量。慢充指交流充电，充电过程需６－８小时。电动汽车充电快慢与充电机功率、电池充电特性和温度等紧密相关。当前电池即使快充也需要30分钟，充电到电池容量的80％，超过80％后，为保护电池安全，充电电流必须变小，要充到100％时间将较长。电动汽车蓄电池不能满足用户对续航里程的需要，导致用户心情不佳，亟需研发一种快速高效更换汽车动力电池的系统。采用快速更换电池的方式让汽车恢复运作。对比其快充与慢充的时长，充电站更换电池所需时间仅仅1-2分钟。

查阅中国专利文献，CN107792024A公开了一种电动汽车的电池快速更换装置，本电池快速更换装置包括停车区，停车区的一端设有竖向的隔离板，隔离板上开设有正对停车区的交换通孔，隔离板相对停车区的另一侧设有电池推拉机构，电池推拉机构包括安装平台和支撑平台，安装平台上设有横向的滑轨，滑轨上滑动设有滑动座，支撑平台设置在滑动座上，安装平台上还设有能够驱动滑动座在滑轨上往复移动的驱动件一；滑动座上设有能够纵向往复移动的推拉板，推拉板的侧面设有多个吸盘。本发明中的电池自动更换装置自动化完成电动汽车的电池更换，大大节省了人力，提高了效率。CN106627512A公开一种电动汽车全自动换电机器人。本发明换电机器人包括可移动的底盘，底盘上安装主机体，主机体内安装换电治具；主机体包括主框架和提升装置；主框架底端固定于底盘上，主框架顶端安装提升装置；提升装置与换电治具相连；换电治具包括治具提升架、治具本体、货叉和推拉机构；治具提升架与提升装置相连；治具本体通过一个方位旋转机构与治具提升架相连；货叉通过一个俯仰机构与治具本体相连；推拉机构安装于货叉上，推拉机构上设置有电池解锁机构。本发明通过多个轴的动作联动，实现电动汽车两侧电池的快速全自动更换，相比传统半自动更换或单轴逐个运动换电效率大大提高，换电成功率高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现行充电桩有线充电方式效率低的缺陷，提供一种电动汽车电池自动充换系统。

本发明的技术方案：新能源电动汽车电池自动更换系统，包括立体仓库，中央控制器、云端显示装置、电池，系统的前方设有电池更换装置，中间的倍速链装置两端与后方的立体仓库连接，立体仓库各层架上存放复数个电池，立体仓库背后的电池取放装置将电池搬运到倍速链装置上再输送到系统的前方，电池更换装置将电池抓取到新能源电动汽车上，整个系统由中央控制器控制，并通过云端显示装置显示；新能源电动汽车上设有无线通信模块，信号通过无线电磁波与中央控制器进行通信，同时中央控制器通过控制线分别与驱动器模块一、电池充检模块、驱动器模块二、驱动器模块三和云端显示装置连接；中央控制器中嵌入运行软件装置和服务收费装置，整个装置智能化运行，对对应车主自动智能扣费。

所述的电池取放装置包括取放机械手、导轨，驱动器模块一通过控制线与取放机械手、导轨相连。

所述的立体仓库包括充电库位、电池充检模块、电池损坏充电库位区域，电池位于充电库位内部，电池充检模块与充电库位内部的槽内负极充电接触片、槽内正极充电接触片相连；电池充检模块实时对电池进行电量计算同时自动检测判断电池损坏情况，并反馈给中央控制器，中央控制器通过指令使电池尝试自动修复；对于彻底毁坏的电池通过电池取放装置放置在电池损坏充电库位区域，未损坏的电池充检模块利用快充功能为之充电；立体仓库中所有电池充电情况与充电库位空余情况在云端显示装置上动态显示，以便通知相关人员及时处理维护。

所述的电池其结构包括电池主体、电池负极接触片、电池支撑结构、电池正极接触片、RFID电子标签；中央控制器通过RFID电子标签对指定电池进行控制、检测与跟踪，并通过读写传感器将电池身份数据与实时信息处理分析后呈现于装置数据库内和云端显示装置上。

所述的充电库位其结构包括充电库位凹槽、槽内负极充电接触片、充电库位支撑结构、槽内正极充电接触片；当电池被放入充电库位时，电池负极接触片、电池正极接触片分别与充电库位中的槽内负极充电接触片、正极充电接触片紧密触碰连接，在重力作用下，有效解决接触不良电能传输问题；槽内负极充电接触片、槽内正极充电接触片通过控制线与电池充检模块相连，检测电池情况，并实时将信号传递于中央控制器。

所述的倍速链装置包括三相异步电动机、驱动器模块二、阻挡机械手、读写传感器一、读写传感器二、读写传感器三、读写传感器四、传送带、电池工位、推拉机械手；其中读写传感器一、读写传感器二、读写传感器三、读写传感器四通过控制线分别与中央控制器相连，中央控制器由控制线连接发出指令驱动阻挡机械手、推拉机械手，三相异步电动机位于传送带下方，通过控制线与驱动器模块二相连；传送带上的电池缓冲区域由阻挡机械手控制，立体仓库中充电完全的电池随时准备补充到电池缓冲区域，电池缓冲区域时刻准备向空余电池工位补充充电完全电池，倍速链装置有多个电池工位，能快速为多辆车更换电池。

所述的电池更换装置，其结构包括伸缩杆一、夹具、伸缩杆二、驱动器模块三、旋转底座，其中伸缩杆一、夹具、伸缩杆二共同构建成旋转机械手，旋转机械手与驱动器模块三通过控制线相接，以旋转的方式替换电池。

本发明的优点是：本系统以快速高效自动充换新能源电动汽车电池的方式，整个过程仅需要1-2分钟。彻底解决了新能源电动汽车充电时效长，充电桩安全隐患等问题，在无需人工干预的情况下，实现了完全自动化运行和系统结构系统化，减少人力资源和土地资源的浪费，统一标准化电池设计可以降低设计风险，有效降低制造成本，达到了节能、高效、环保和安全可靠的目的。

附图说明

图1为本发明整体结构原理示意图。

图2为本发明电池取放装置结构示意图；

图3为本发明立体仓库结构示意图；

图4为本发明电池结构示意图；

图5为本发明充电库位结构示意图；

图6为本发明倍速链装置结构示意图；

图7为本发明电池更换装置示意图；

图8为本发明控制系统流程框图。

图中：1电池取放装置，2立体仓库，3倍速链装置，4电动汽车，5电池更换装置，6中央控制器，7云端显示装置，8电池；

11取放机械手，12导轨，13驱动器模块一；

21充电库位，22电池充检模块，23电池损坏充电库位区域；

22a充电库位凹槽，22b槽内负极充电接触片，22c充电库位支撑结构，22d槽内正极充电接触片；

31三相异步电动机，32驱动器模块二，33阻挡机械手，34读写传感器一，35读写传感器二，36读写传感器三，37读写传感器四，38传送带，39电池工位，310推拉机械手；

51伸缩杆一，52夹具，53伸缩杆二，54驱动器模块三，55旋转底座；

81电池主体、82电池负极接触片、83电池支撑结构、84电池正极接触片、85、RFID电子标签。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步的说明。

图1所示新能源电动汽车电池充换系统，包括电池取放装置1、立体仓库2、倍速链装置3、新能源电动汽车4、电池更换装置5、中央控制器6、云端显示装置7、电池8，电池更换装置5设在系统的前方，中间的倍速链装置3两端与后方的立体仓库2连接，立体仓库各层架上存放复数个电池8，立体仓库背后的电池取放装置1将电池搬运到倍速链装置3上再输送到系统的前方，电池更换装置5将电池抓取到新能源电动汽车4上，整个系统由中央控制器6控制，并通过云端显示装置7显示。新能源电动汽车4上设有无线通信模块，信号通过无线电磁波与中央控制器6进行通信。中央控制器6通过控制线分别与驱动器模块一13、电池充检模块22、驱动器模块二32、驱动器模块三54和云端显示装置7连接，通过局域网相互通信，实现数据交换。立体仓库2、倍速链装置3中安装有消防装置和监控装置，并统一由中央控制器6调控，中央控制器6中嵌入运行软件系统和服务收费系统，使整个系统智能化运行，对对应车主进行自动智能扣费。

如图2所示，电池取放装置1包括取放机械手11、导轨12、驱动器模块一13，其中驱动器模块一13通过控制线与取放机械手11、导轨12相连；中央控制器6发出指令与驱动器模块一13，从而驱动取放机械手11与导轨12，使其以三轴运动的方式从立体仓库2中取放相应电池。

如图3所示，立体仓库2包括充电库位21、电池充检模块22、电池损坏充电库位区域23。其中电池8位于充电库位21内部，电池充检模块22与充电库位21内部的槽内负极充电接触片22b、槽内正极充电接触片22d相连。其中电池充检模块22实时对电池进行电量计算同时自动检测判断电池损坏情况，并反馈给中央控制器6，中央控制器6通过指令使电池尝试自动修复，对于彻底毁坏的电池通过电池取放装置1放置在电池损坏充电库位区域23，未损坏的电池电池充检模块5利用快充功能为之充电，立体仓库2中所有电池充电情况与充电库位21空余情况在云端显示装置8上动态显示，以便通知相关人员及时处理维护。

如图4所示，电池结构包括电池主体81、电池负极接触片82、电池支撑结构83、电池正极接触片84、RFID电子标签85。同时中央控制器6通过RFID电子标签85对指定电池进行控制、检测与跟踪，并通过读写传感器将电池身份数据与实时信息处理分析后呈现于系统数据库内和云端显示装置7上。

如图5所示，充电库位结构包括充电库位凹槽22a、槽内负极充电接触片22b、充电库位支撑结构22c、槽内正极充电接触片22d，当电池8被放入充电库位22时，电池负极接触片82、电池正极接触片84分别与充电库位22中的槽内负极充电接触片22b、正极充电接触片22d紧密触碰连接，在重力作用下，有效解决接触不良等电能传输问题。其中槽内负极充电接触片22b、槽内正极充电接触片22d通过控制线与电池充检模块22相连，检测电池情况，并实时将信号传递于中央控制器6。

如图6所示，倍速链装置3，其结构包括三相异步电动机31、驱动器模块二32、阻挡机械手33、读写传感器一34、读写传感器二35、读写传感器三36、读写传感器四37、传送带38、电池工位39、推拉机械手310，其中读写传感器一34、读写传感器二35、读写传感器三36、读写传感器四37通过控制线分别与中央控制器6相连，同时中央控制器6由控制线连接发出指令驱动阻挡机械手33、推拉机械手310，三相异步电动机31位于传送带38下方，通过控制线与驱动器模块二32相连。其中传送带38上的电池缓冲区域由阻挡机械手33控制，立体仓库2中充电完全电池的电池随时准备补充到电池缓冲区域，同时电池缓冲区域时刻准备向空余电池工位补充充电完全电池，同时倍速链装置3有多个电池工位，能快速为多辆车更换电池。

如图7所示，电池更换装置5，其结构包括伸缩杆一51、夹具52、伸缩杆二53、驱动器模块三54、旋转底座55，其中伸缩杆一51、夹具52、伸缩杆二53共同构建成旋转机械手，旋转机械手与驱动器模块三54通过控制线相接，以旋转180°的方式替换电池，极大地提高了更换效率。

本系统内部各系统独立运行，并可通过互联网，对外部进行信息数据对接，以达到远程监控、远程操纵的目的。

本系统使用统一标准化电池模组，具有电池结构与汽车电池空位结构配合的特征，采用可快速拆卸、快速更换的结构设计。

本系统所有电池车主只享有使用权，所有权归本系统法人代表所有，实现电池共享，有效解决了车主担心用自己新电池换旧电池的问题。

本系统中央控制器中嵌入服务收费系统，对已在本系统注册账号的车主进行自动智能扣费，未注册车主通过无线通信模块接收的二维码进行快捷的网络支付。

本系统可向各地推广，长途旅程的车主电池没电可以到就近的系统更换电池。

工作原理：当新能源电动汽车4即将到达本充换电池系统前，车上的无线通信模块向中央控制器6发送一个换电池请求，系统进入准备状态等待并引导汽车进入指定位置。新能源电动汽车4到达指定位置后，进行智能付费，支付完成后，中央控制器6启动电池更换装置5，并通过控制线向驱动模块三54发出动作指令，驱动模块三54驱动旋转机械手同时夹取汽车待换电池与充电完全电池，以旋转180°的方式替换后，分别放置于汽车电池空位和电池工位39上，新能源电动汽车4获取充电完全电池离开。同时，读写传感器三36扫描汽车待换电池下方RFID电子标签，并将电池写入待充电池标识，随后推拉机械手310拉取汽车待换电池放置于传送带38上，中央控制器6读取位置信号向驱动器模块二32发出动作指令，从而驱动三相异步电动机31带动传送带38将汽车待换电池传送至立体仓库2，汽车待换电池运送至立体仓库2入库口处时，触碰读写传感器四37，读写传感器四37经控制线向中央控制器6发出信号，中央控制器6接收信号并向电池取放装置1发出动作指令，取放机械手11、导轨12被驱动器模块13驱动将汽车待换电池放入空置充电库位中进行充电；同时阻挡机械手33抬起，传送带38上电池缓冲区域中处于准备状态下的充电完全电池由传送带38输送出电池缓冲区域时，触碰读写传感器一34，阻挡机械手33接收中央控制器6的指令立即关闭，触碰读写传感器二35时，推拉机械手310接收中央控制器6的指令将电池准确推至电池工位39上，此时立体仓库2中的电池8在电池取换系统1启动下，放置于传送带38的电池缓冲区域上，补充电池缓冲区域的电池空位；其余空闲电池空位随时等候第二辆车进入系统充换电池，实际中倍速链装置有多个电池工位，可快速为多辆车更换电池。

本系统投入使用后可以彻底解决充电时间长、充电桩站点短缺、充电不安全等问题，在正常工作状态下无需人工干预完全智能化运行，达到安全可靠、高效运行、节能环保的目的。

Claims (7)

1.新能源电动汽车电池自动更换系统，包括立体仓库(2)，中央控制器(6)、云端显示装置(7)、电池(8)，其特征在于：系统的前方设有电池更换装置(5)，中间的倍速链装置(3)两端与后方的立体仓库(2)连接，立体仓库各层架上存放复数个电池(8)，立体仓库背后的电池取放装置(1)将电池搬运到倍速链装置(3)上再输送到系统的前方，电池更换装置(5)将电池抓取到新能源电动汽车(4)上，整个系统由中央控制器(6)控制，并通过云端显示装置(7)显示；新能源电动汽车上设有无线通信模块，信号通过无线电磁波与中央控制器(6)进行通信，同时中央控制器通过控制线分别与驱动器模块一(13)、电池充检模块(22)、驱动器模块二(32)、驱动器模块三(54)和云端显示装置连接。

2.根据权利要求1所述的新能源电动汽车电池自动更换系统，其特征是，所述的电池取放装置(1)包括取放机械手(11)、导轨(12)，驱动器模块一(13)通过控制线与取放机械手、导轨相连。

3.根据权利要求1所述的新能源电动汽车电池自动更换系统，其特征是，所述的立体仓库(2)包括充电库位(21)、电池充检模块(22)、电池损坏充电库位区域(23)，电池(8)位于充电库位(21)内部，电池充检模块(22)与充电库位(21)内部的槽内负极充电接触片(22b)、槽内正极充电接触片(22d)相连；电池充检模块(22)实时对电池进行电量计算同时自动检测判断电池损坏情况，并反馈给中央控制器(6)，中央控制器通过指令使电池尝试自动修复；对于彻底毁坏的电池通过电池取放装置1放置在电池损坏充电库位区域23，未损坏的电池充检模块(5)利用快充功能为之充电；立体仓库(2)中所有电池充电情况与充电库位(21)空余情况在云端显示装置上动态显示，以便通知相关人员及时处理维护。

4.根据权利要求3所述的新能源电动汽车电池自动更换系统，其特征是，所述的电池(8)其结构包括电池主体(81)、电池负极接触片(82)、电池支撑结构(83)、电池正极接触片(84)、RFID电子标签(85)；中央控制器(6)通过RFID电子标签(85)对指定电池进行控制、检测与跟踪，并通过读写传感器将电池身份数据与实时信息处理分析后呈现于装置数据库内和云端显示装置上。

5.根据权利要求3所述的新能源电动汽车电池自动更换系统，其特征是，所述的充电库位(22)其结构包括充电库位凹槽(22a)、槽内负极充电接触片(22b)、充电库位支撑结构(22c)、槽内正极充电接触片(22d)；当电池(8)被放入充电库位(22)时，电池负极接触片(82)、电池正极接触片(84)分别与充电库位中的槽内负极充电接触片(22b)、正极充电接触片(22d)紧密触碰连接，在重力作用下，有效解决接触不良电能传输问题；槽内负极充电接触片(22b)、槽内正极充电接触片(22d)通过控制线与电池充检模块(22)相连，检测电池情况，并实时将信号传递于中央控制器(6)。

6.根据权利要求1所述的新能源电动汽车电池自动更换系统，其特征是，所述的倍速链装置(3)包括三相异步电动机(31)、驱动器模块二(32)、阻挡机械手(33)、读写传感器一(34)、读写传感器二(35)、读写传感器三(36)、读写传感器四(37)、传送带(38)、电池工位(39)、推拉机械手(310)；其中读写传感器一(34)、读写传感器二(35)、读写传感器三(36)、读写传感器四(37)通过控制线分别与中央控制器(6)相连，中央控制器(6)由控制线连接发出指令驱动阻挡机械手(33)和推拉机械手(310)，三相异步电动机(31)位于传送带(38)下方，通过控制线与驱动器模块二(32)相连；传送带(38)上的电池缓冲区域由阻挡机械手(33)控制，立体仓库(2)中充电完全的电池随时准备补充到电池缓冲区域，电池缓冲区域时刻准备向空余电池工位补充充电完全电池，倍速链装置(3)有复数个电池工位。

7.根据权利要求1所述的新能源电动汽车电池自动更换系统，其特征是，所述的电池更换装置(5)，其结构包括伸缩杆一(51)、夹具(52)、伸缩杆二(53)、驱动器模块三(54)、旋转底座(55)，其中伸缩杆一(51)、夹具(52)、伸缩杆二(53)共同构建成旋转机械手，旋转机械手与驱动器模块三(54)通过控制线相接，以旋转180°的方式替换电池。