CN109501633A - 一种电动车充换电站 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动车充换电站，包括：车道，用于待换电车辆的进出和停留；电池放置区域，包括至少一个已充电电池箱，用于替换所述待换电车辆上的待换电池箱；自动换电机器人，位于所述车道、所述电池放置区域上方，能在所述电池放置区域和所述车道的上方自由移动；其中：所述自动换电机器人从所述车道上方抓取所述待换电车辆上的待换电池箱，将所述待换电车辆上的待换电池箱放入所述电池放置区域；或，所述自动换电机器人从所述电池放置区域上方抓取所述已充电电池箱，将所述已充电电池箱放入所述待换电车辆上，实现所述待换电车辆的电池箱的更换。本发明能实现电动车的电池箱的自动充换电。

Description

一种电动车充换电站

技术领域

本发明涉及一种新能源汽车技术领域的充换电站，具体地，涉及一种电动车充换电站。

背景技术

近几年来，新能源电动车辆发展迅速，依靠电池作为驱动能源的电动车辆,行驶中无有害气体排放污染，噪音小。目前影响电动车辆发展的主要问题是电池续航里程难以满足日益迫切的出行需求，尤其在纯电动重卡领域，耗电量大、行驶里程长，电池的续航成为制约纯电动重卡发展的关键因素。

为了新能源电动车辆及纯电动重卡的进一步发展和推广，在现有技术情况下，解决电池的更换、存储问题对纯电动重卡发展意义重大，可以有效解决纯电动重卡的续航里程，使纯电动重卡达到燃油车一样的行驶里程，推动纯电动重卡的快速发展。在现有普及更换电池的充电站的工作基础上，还需要同时解决好电池箱的更换速度、便捷性，以及电池箱容量等问题，这对大型或重型电动车辆特别重要。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电动车充换电站，采用吊装更换电池箱的方式，能够快捷地完成电池箱的更换，特别适用于大型或重型电动车辆。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电动车充换电站，包括：

车道，用于待换电车辆的进出和停留；

电池放置区域，包括至少一个已充电电池箱，用于替换所述待换电车辆上的待换电池箱；

自动换电机器人，位于所述车道、所述电池放置区域上方，能在所述电池放置区域和所述车道的上方自由移动；其中：

所述自动换电机器人从所述车道上方抓取所述待换电车辆上的待换电池箱，将所述待换电车辆上的待换电池箱放入所述电池放置区域；或，

所述自动换电机器人从所述电池放置区域上方抓取所述已充电电池箱，将所述已充电电池箱放入所述待换电车辆上，实现所述待换电车辆的电池箱的更换。

优选地，所述自动换电机器人包括：移动导向机构以及电池抓取机构，所述电池抓取机构设置在所述移动导向机构上，所述移动导向机构带动所述电池抓取机构实现X方向、Y方向或Z方向中至少一种方向的移动，使所述电池抓取机构抓取的电池达到所需区域。

优选地，所述移动导向机构包括第一移动部件、第二移动部件、第三移动部件，所述第一移动部件能实现整体所述移动导向机构的X方向的移动；所述第二移动部件设置在所述第一移动部件上，并能沿所述第一移动部件做Z方向的移动，所述第二移动部件上设置所述第三移动部件，所述第三移动部件能做Y方向的移动；所述第三移动部件连接所述电池抓取机构，通过控制所述第一移动部件、所述第二移动部件或所述第三移动部件带动所述电池抓取机构实现X方向、Y方向或Z方向中一个或几个方向的自由移动。

通过上述的移动导向机构和电池抓取机构的配合，能够将电池箱方便的移动到指定区域，并能通过导轨调节电池箱的上下以及左右位置，车辆只要停靠好，不用移动，即可精确、方便的实现电池箱的更换。

优选地，所述电池抓取机构包括：

一对夹持组件，用于从电池箱顶部的两侧抓取电池箱；

电磁驱动机构，连接所述夹持组件，用于驱动所述夹持组件抓取电池箱；

直线导轨，用于支撑所述夹持组件和所述电磁驱动机构，所述电磁驱动机构驱动所述夹持组件沿所述直线导轨移动。

优选地，所述夹持组件位于所述直线导轨的两端部，与所述电磁驱动机构连接，一对所述夹持组件沿着所述直线导轨相向移动，所述夹具主体下端设有一插件，该插件用于插入电池箱顶部的框架中，一对所述夹持组件从电池箱顶部两边插入。

优选地，所述夹具主体的侧面设有导向的梯形部，该梯形部的短边位于所述夹具主体的里侧，长边位于所述夹具主体的外侧；所述夹具主体的中间为空腔，用于容纳所述直线导轨，且所述支撑导能从所述夹具主体的空腔的外侧伸出。

优选地，所述直线导轨为平行的两根导轨，两根导轨中间设有加强部件，所述电磁驱动机构设在一对所述夹持组件之间，并位于所述直线导轨之上。

优选地，所述换电站还包括支撑机构，所述自动换电机器人设置于所述支撑机构上，使得所述自动换电机器人位于所述车道、所述电池放置区域上方。

优选地，所述支撑机构为一框架支撑结构，其中所述车道、所述电池放置区域位于所述框架支撑结构内，且所述车辆能从所述框架支撑结构中自由出入。

优选地，所述框架支撑结构为一长方体框架，所述电池放置区域位于所述长方体框架的中间，所述车道位于所述电池放置区域的侧面，方便所述自动换电机器人进行电池更换的移动。

进一步的，所述电池抓取机构进一步包括电控箱，所述电控箱连接所述电磁驱动机构，位于所述夹持组件、所述电磁驱动机构和所述直线导轨上方，用于控制电磁驱动机构。

优选地，所述换电站还包括支撑保护框，所述支撑保护框包括顶框和底框，所述电控箱上端固定于所述顶框，所述顶框用于支撑所述电控箱和连接外部吊装设备；所述直线导轨下方设有所述底框，用于支撑所述直线导轨、所述电控箱、所述电磁驱动机构。

优选地，所述电控箱的两侧分别设有浮动导向组件和吊链组件，所述浮动导向组件和所述吊链组件位于所述顶框与所述底框之间。

优选地，所述吊链组件包括两条吊链，每条所述吊链的上端固定在所述顶框上，下端连接在所述底框上，两条所述吊链的中间为所述浮动导向组件，所述浮动导向组件下方为所述电磁驱动机构，所述电磁驱动机构通过所述丝杆传动组件连接所述抓取夹具。

优选地，所述浮动导向组件包括：磁铁固定板、导向轴、直线轴承固定框和下浮动板；所述直线轴承固定框固定在顶框底面，所述直线轴承固定框的底部开有导向孔，所述导向轴穿过导向孔，所述导向轴在伸入直线轴承固定框内的端部连接有上限位件，所述导向轴位于直线轴承固定框外部的端部连接有下限位件，所述导向轴的底部连接有磁铁固定板，所述电磁驱动机构固定在磁铁固定板上，所述电磁驱动机构为强力电磁铁机构，所述磁铁固定板的底部固定有下浮动板。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明上述的电动车充换电站，采用从上方抓取电池箱、吊装方式，通过移动导向机构实现电池箱位置的准确定位，能准确、快捷地实现全自动的电动车的电池箱更换，特别适用于大型或重型电动车辆。

本发明上述的电动车充换电站，由于采用电磁驱动机构，一对夹持组件之间的距离可调整，能适用于不同型号和大小的电池箱，并能准确控制电池箱移动的精确位置。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一实施例的总体结构示意图；

图2、图3为本发明一实施例的电池抓取机构结构示意图；

图4为本发明一实施例的单层电池箱结构示意图；

图5为本发明一实施例的单层电池箱局部剖视图；

图6为本发明一实施例的多层电池箱结构示意图；

图7为发明一实施例的浮动导向组件结构示意图；

图中：1为车道，2为电池放置区域，3为自动换电机器人，4为支撑机构，5为框体模块，6为导向定位部件；

301为移动导向机构，302为电池抓取机构；

3011为第一移动部件，3012为第二移动部件，3013为第三移动部件；

3020为顶框，3021为电控箱，3022为吊链组件，3023为丝杆传动组件，3024为夹持组件，3025为插件，3026为直线导轨，3027为底框，3028为电磁驱动机构，3029为浮动导向组件，3030为梯形部；19为下浮动板，20为磁铁固定板，21为导向轴，22为直线轴承固定框，23为上限位件，24为下限位件；

501为底部支撑，502为侧面框体，503为凹槽，504为第一长方形框体，505为水平杆件，506为第二长方形框体，507为竖直杆件，601为锥体。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，为本发明电动车充换电站的一较优实施例结构示意图，其中包括：车道1，电池放置区域2，自动换电机器人3，支撑机构4。车道1电池放置区域2位于支撑机构4内部空间，车道1用于待换电车辆的进出和停留，在图1所示实施例中，车道1设置于电池放置区域2的两侧，且位于支撑机构4的边侧；电池放置区域2包括至少一个已充电电池箱，用于替换待换电车辆上的待换电池箱；自动换电机器人3位于车道1、电池放置区域2上方，能在电池放置区域2和车道1的上方自由移动，其中：自动换电机器人3从车道1上方抓取待换电车辆上的待换电池箱，将待换电车辆上的待换电池箱放入电池放置区域2；或，自动换电机器人3从电池放置区域2上方抓取已充电电池箱，将已充电电池箱放入待换电车辆上，实现待换电车辆的电池箱的更换。

上述实施例中，支撑机构4为一框架支撑结构，其中车道1、电池放置区域2位于框架支撑机构内，且车辆能从框架支撑结构中自由出入。如图中所示，框架支撑结构为一长方体框架，电池放置区域2位于长方体框架的中间，车道1位于电池放置区域的侧面，方便自动换电机器人进行电池更换的移动。

如图1所示，在部分优选实施例中，自动换电机器人3包括：移动导向机构301以及电池抓取机构302，电池抓取机构302设置在移动导向机构301，移动导向机构301带动电池抓取机构302实现X方向、Y方向或Z方向中至少一种方向的移动，使电池抓取机构302抓取的电池达到所需区域。具体的，移动导向机构301包括：第一移动部件3011、第二移动部件3012、第三移动部件3013，第一移动部件3011两端设置在支撑机构4上面，并能沿支撑件做X方向的移动；第二移动部件3012设置在第一移动部件3011上，并能沿第一移动部件3011做Z方向的移动，第二移动部件3012上设置第三移动部件3013，第三移动部件3013做Y方向的移动；第三移动部件3013连接电池抓取机构302，通过控制第一移动部件3011、第二移动部件3012、第三移动部件3013带动电池抓取机构302实现X方向、Y方向或Z方向中一个或几个方向的自由移动。具体的，如图2中所述，第一移动部件3011为X方向移动部件，第二移动部件3012为Y方向移动部件，第三移动部件3013为Z方向移动部件，三个导轨的移动方向相互垂直。图2中，第一移动部件3011为两根平行的导轨构成，第二移动部件3012位于两根平行的导轨中间，沿两根平行的导轨移动；第三移动部件3013垂直于第二移动部件3012，实现垂直方向运动。第二移动部件3012可以采用一种框形，其中第三移动部件3013位于其框形中间并与其可移动连接。

具体的，在一具体实施例中，第一移动部件3011的移动机构可以为大车，采用扁钢或轻轨为行走轨道，每一端有两个行走支撑轮，动力采用伺服电机，传动机构可以为齿轮齿条；第二移动部件3012的移动机构为小车，结构形式可以与大车一样；第三移动部件3013的上下移动机构，可以采用伺服抱闸电机连接大比数蜗轮蜗杆减速机，传动机构可以采用链轮链条组，采用上银重载轨道为导向。实现X、Y、Z各个方向的移动。

通过上述的移动导向机构301和电池抓取机构302的配合，能够将电池箱方便的移动到指定区域，并能通过三个导轨调节电池箱的上下以及左右位置，车辆只要停靠好，不用移动，即可精确、方便的实现电池箱的更换。

如图2、3所示，在部分优选实施例中，电池抓取机构302包括：一对夹持组件3024、电磁驱动机构3028、直线导轨3026，一对夹持组件3024用于从电池箱顶部的两侧抓取电池箱；电磁驱动机构3028连接夹持组件3024，用于驱动夹持组件3024抓取电池箱；直线导轨3026用于支撑夹持组件3024和电磁驱动机构3028，电磁驱动机构3028驱动夹持组件3024沿直线导轨3026移动。夹持组件3024位于直线导轨3026的两端部，一对夹持组件3024沿着直线导轨3026相向移动，夹持组件3024下端设有一插件3025，该插件3025用于插入电池箱顶部的框架中，一对夹持组件3024从电池箱顶部两边插入，从而将电池箱抱起。

电池抓取机构302还可以进一步包括电控箱3021，电控箱3021连接电磁驱动机构3028，位于夹持组件3024、电磁驱动机构3028和直线导轨3026上方，用于控制电磁驱动机构3028。电控箱3021用于控制电磁驱动机构3028的工作。电控箱3021上端固定在顶框3020上，顶框3020用于支撑电控箱3021和连接外部吊装设备，比如吊索或桁架等。直线导轨3026下方设有底框3027，用于支撑直线导轨3026、电控箱3021、电磁驱动机构3028等部件。在顶框3020与底框3027之间、电控箱3021的两侧分别设有浮动导向组件3029和吊链组件3022，吊链组件3022包括两条吊链，每条吊链的上端固定在顶框3020上、下端连接在底框3027上，两条吊链的中间为浮动导向组件3029，浮动导向组件3029下方为电磁驱动机构3028，电磁驱动机构3028通过丝杆传动组件3023连接夹持组件3024。通过浮动导向组件3029和吊链组件3022之间的配合，可以使得电池抓取机构302在抓取电池箱时，位置上可以有一定的冗余度，能实现微调，且控制简单。

如图7所示，在一优选实施例中，浮动导向组件3029包括：磁铁固定板20、导向轴21、直线轴承固定框22和下浮动板19；直线轴承固定框22固定在顶框3020底面，直线轴承固定框22的底部开有导向孔，导向轴21穿过导向孔，导向轴21在伸入直线轴承固定框22内的端部连接有上限位件23，导向轴21位于直线轴承固定框22外部的端部连接有下限位件24，导向轴21的底部连接有磁铁固定板20，电磁驱动机构3028固定在磁铁固定板20上且电磁驱动机构3028为强力电磁铁机构，磁铁固定板20的底部固定有下浮动板19。当强力电磁铁机构产生磁力，吊链组件3022松弛，导向轴21通过直线轴承固定框22向上伸出，直线轴承固定框22抵住下部的下限位件24，下限位件24可以使用聚氨酯材料，凭借强力电磁铁机构的强磁力吸合保持力，使整个抓取夹具成为一个刚性的整体；当强力电磁铁机构的磁力消失，吊链组件3022被拉紧，导向轴21通过直线轴承固定框22向下伸出，导向轴21下伸到上限位件23为止，下浮动板19会与底框3027产生一个间隙，顶框3020和底框3027全靠吊链组件3022连接，使整个抓取夹具成为一个柔性的自适应夹具。

如图2、图3所示，夹持组件3024的侧面设有导向的梯形部3030，该梯形部3030的短边位于夹持组件3024的里侧，长边位于夹持组件3024的外侧；夹持组件3024的中间为空腔，用于容纳直线导轨3026，且直线导轨3026能从夹持组件3024的空腔的外侧伸出。

上述实施例中，直线导轨3026为平行的两根导轨，两根导轨中间设有加强部件，电磁驱动机构3028设在一对夹持组件之间，并位于直线导轨3026之上。

上述实施例中的电池抓取机构302总体呈左右对称设置，这样有利于降低控制复杂度。

如图4、图5、图6所示，在一具体应用实例中，为了提高电池箱的容量以及更换电池箱的便捷性，与上述自动换电机器人3更为匹配，上述电动车充换电站存放的电池箱可以包括：框体模块5和设置于框体模块5上的导向定位部件6。图1中所示框体模块5为一层，框体模块5由底部支撑501以及竖直设置于底部支撑501上的侧面框体502组成，底部支撑501与侧面框体502之间形成容纳电池的空间，底部支撑501下方设有凹槽503；导向定位部件6垂直设置于侧面框体502上，且导向定位部件6凸出于侧面框体502的上端边缘的端部形状为锥体601，锥体601的形状与凹槽503相匹配。

具体的，如图4、图5、图6所示，底部支撑501由第一长方形框体504以及水平杆件505构成，水平杆件505位于第一长方形框体504内，且与第一长方形框体504的长边垂直连接。水平杆件505为1根或多根，1根或多根水平杆件505沿着长方形框体的长边均匀分布。相应的，侧面框体502由第二长方形框体506以及竖直杆件507构成，竖直杆件507位于第二长方形框体506内，且与第二长方形框体506的长边垂直连接。竖直杆件507为1根或多根，多根竖直杆件507沿着长方形框体的短边均匀分布。侧面框体502有4个，侧面框体502所在平面与底部支撑501所在平面互相垂直，两者共用一条边。导向定位部件6位于侧面框体502所在平面内，并与竖直杆件507平行，导向定位部件6的下端固定在第二长方形框体506下方的长边上，导向定位部件6的上端穿过第二长方形框体506上方的长边并凸出于侧面框体502的上端边缘。导向定位部件6为1根或多根，多根导向定位部件6之间按照长方体的相对面进行对称分布。

框体模块5的上端为中空，电池抓取机构302的插件3025插入位于电池箱的第二长方形框体506的顶部中空处，从而利用夹持组件将电池箱抱起。

参照图6所示，框体模块5可以多层叠加，每层框体模块5结构相同，多层框体模块5上下排列设置。凹槽503与导向定位部件6的位置在上下层框体模块5中相对应，位于下面一层的框体模块5通过导向定位部件6与位于上一层的框体模块5的凹槽503快速定位，导向定位部件6插入凹槽503并采用连接件锁紧连接，形成多层堆垛结构。框体模块5总体是长方体形状，只是每个框体模块5的长方体没有上表面，上一层的框体模块5的长方体的下表面即为下一层框体模块5的长方体上表面。连接件可以是高强度螺栓，也可以是其他连接件。理论上框体模块5的层数可以不受限制，但是实际应用中，需要根据电动车辆的实际情况确定，一般不超过驾驶室的高度。

本发明上述实施例的电池箱采用可分离式、可组装的模块化框架，通过框体模块5之间凹槽和导向定位部件的配合，能够实现可靠的多层堆垛结构，此种结构可以大大提高每次更换电池的容量，同时采用吊装方式，能很好电池箱的更换速度、便捷性的问题。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种电动车充换电站，其特征在于，包括：

车道，用于待换电车辆的进出和停留；

电池放置区域，包括至少一个已充电电池箱，用于替换所述待换电车辆上的待换电池箱；

自动换电机器人，位于所述车道、所述电池放置区域上方，能在所述电池放置区域和所述车道的上方自由移动；其中：

所述自动换电机器人从所述车道上方抓取所述待换电车辆上的待换电池箱，将所述待换电车辆上的待换电池箱放入所述电池放置区域；或，

所述自动换电机器人从所述电池放置区域上方抓取所述已充电电池箱，将所述已充电电池箱放入所述待换电车辆上，实现所述待换电车辆的电池箱的更换。

2.根据权利要求1所述的电动车充换电站，其特征在于，所述自动换电机器人包括：移动导向机构以及电池抓取机构，所述电池抓取机构设置在所述移动导向机构上，所述移动导向机构带动所述电池抓取机构实现X方向、Y方向或Z方向中至少一种方向的移动，使所述电池抓取机构抓取的电池达到所需区域。

3.根据权利要求2所述的电动车充换电站，其特征在于，所述移动导向机构包括第一移动部件、第二移动部件、第三移动部件，所述第一移动部件能实现整体所述移动导向机构的X方向的移动；所述第二移动部件设置在所述第一移动部件上，并能沿所述第一移动部件做Z方向的移动，所述第二移动部件上设置所述第三移动部件，所述第三移动部件能做Y方向的移动；所述第三移动部件连接所述电池抓取机构，通过控制所述第一移动部件、所述第二移动部件或所述第三移动部件带动所述电池抓取机构实现X方向、Y方向或Z方向中一个或几个方向的自由移动。

4.根据权利要求2所述的电动车充换电站，其特征在于，所述电池抓取机构包括：

一对夹持组件，用于从电池箱顶部的两侧抓取电池箱；

电磁驱动机构，连接所述夹持组件，用于驱动所述夹持组件抓取电池箱；

直线导轨，用于支撑所述夹持组件和所述电磁驱动机构，所述电磁驱动机构驱动所述夹持组件沿所述直线导轨移动。

5.根据权利要求4所述的电动车充换电站，其特征在于，具有如下一种或多种特征：

-所述夹持组件位于所述直线导轨的两端部，与所述电磁驱动机构连接，一对所述夹持组件沿着所述直线导轨相向移动，所述夹具主体下端设有一插件，该插件用于插入电池箱顶部的框架中，一对所述夹持组件从电池箱顶部两边插入；

-所述夹具主体的侧面设有导向的梯形部，该梯形部的短边位于所述夹具主体的里侧，长边位于所述夹具主体的外侧；所述夹持组件的夹具主体的中间为空腔，用于容纳所述直线导轨，且所述支撑导能从所述夹具主体的空腔的外侧伸出；

-所述直线导轨为平行的两根导轨，两根导轨中间设有加强部件，所述电磁驱动机构设在一对所述夹持组件之间，并位于所述直线导轨之上。

6.根据权利要求1所述的电动车充换电站，其特征在于，还包括支撑机构，所述自动换电机器人设置于所述支撑机构上，使得所述自动换电机器人位于所述车道、所述电池放置区域上方。

7.根据权利要求6所述的电动车充换电站，其特征在于，所述支撑机构为一框架支撑结构，其中所述车道、所述电池放置区域位于所述框架支撑结构内，且所述车辆能从所述框架支撑结构中自由出入；和/或，

所述框架支撑结构为一长方体框架，所述电池放置区域位于所述长方体框架的中间，所述车道位于所述电池放置区域的侧面，方便所述自动换电机器人进行电池更换的移动。

8.根据权利要求1-7任一项所述的电动车充换电站，其特征在于，所述换电站还包括支撑保护框，所述支撑保护框包括顶框和底框，所述电控箱上端固定于所述顶框，所述顶框用于支撑所述电控箱和连接外部吊装设备；所述直线导轨下方设有所述底框，用于支撑所述直线导轨、所述电控箱、所述电磁驱动机构。

9.根据权利要求8所述的电动车充换电站，其特征在于，所述电控箱的两侧分别设有浮动导向组件和吊链组件，所述浮动导向组件和所述吊链组件位于所述顶框与所述底框之间；所述吊链组件包括两条吊链，每条所述吊链的上端固定在所述顶框上，下端连接在所述底框上，两条所述吊链的中间为所述浮动导向组件，所述浮动导向组件下方为所述电磁驱动机构，所述电磁驱动机构通过所述丝杆传动组件连接所述抓取夹具。

10.根据权利要求9所述的电动车充换电站，其特征在于，所述浮动导向组件包括：磁铁固定板、导向轴、直线轴承固定框和下浮动板；所述直线轴承固定框固定在顶框底面，所述直线轴承固定框的底部开有导向孔，所述导向轴穿过导向孔，所述导向轴在伸入直线轴承固定框内的端部连接有上限位件，所述导向轴位于直线轴承固定框外部的端部连接有下限位件，所述导向轴的底部连接有磁铁固定板，所述电磁驱动机构固定在磁铁固定板上，所述磁铁固定板的底部固定有下浮动板。