CN109849863B - 穿梭式电池包更换设备及包含其的换电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穿梭式电池包更换设备及包含其的换电站。该穿梭式电池包更换设备包括：底盘、举升框架和顶升机构，顶升机构连接底盘和举升框架并相对于底盘顶升举升框架；其中，顶升机构包括一连杆，连杆的第一端可旋转地连接于举升框架，连杆的第二端可旋转地连接于底盘。换电站包括：充电室、换电平台、升降机构和如上所述的穿梭式电池包更换设备；升降机构设于换电平台上并用于升降换电平台上的车辆；穿梭式电池包更换设备能够往返于换电平台和充电室之间。该穿梭式电池包更换设备降低了换电平台的总体高度且降低了换电站的建造成本。

Description

穿梭式电池包更换设备及包含其的换电站

技术领域

本发明涉及一种穿梭式电池包更换设备及包含其的换电站。

背景技术

目前，汽车尾气的排放仍然是环境污染问题的重要因素，为了治理汽车尾气，人们研制出了天然汽车、氢燃料汽车、太阳能汽车和电动汽车以替代燃油型汽车。而其中最具有应用前景的是电动汽车。目前的电动汽车主要包括直充式和快换式两种。

快换式的电动汽车需要换电小车对其电池进行更换，换电小车包括载车平台和设于载车平台上的换电设备。现有的换电设备的运动底盘和电池托盘之间通过剪式支撑连接，而剪式支撑在未伸展时，其自身的高度就较高，造成换电设备安装于载车平台内时，换电小车的总体高度较高，使得换电平台上需要设置较深的凹坑，以允许换电小车进入汽车底部，大大增加了换电站的建造成本，而且由于需要设置凹坑，抬高了换电平台的总体高度，使得连接换电平台的坡道的高度提高，降低了驾驶车辆的通过性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术换电效率低的缺陷，提供一种提高换电效率的穿梭式电池包更换设备。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种穿梭式电池包更换设备，其包括：底盘、举升框架和顶升机构，顶升机构连接底盘和举升框架并相对于底盘顶升举升框架；

其中，顶升机构包括一连杆，连杆的第一端可旋转地连接于举升框架，连杆的第二端可旋转地连接于底盘。

优选地，连杆为凸轮。

优选地，顶升机构还包括一旋转轴和顶升驱动单元，旋转轴的一端固定连接于连杆的第二端，旋转轴的另一端可旋转地设置于底盘，顶升驱动单元用于驱动旋转轴旋转。

优选地，举升框架的侧面设有引导槽，引导槽水平延伸，连杆的第一端设有一插入轴，插入轴插入引导槽中并能够在引导槽中滑动，底盘设有引导部，引导部用于引导举升框架在上下方向上直线运动。

优选地，插入轴套设有一轴承，轴承设于引导槽中。

优选地，穿梭式电池包更换设备还包括：电池托举部分和车辆固定部分，电池托举部分和车辆固定部分均设置于举升框架并相对于举升框架可横向移动。

优选地，车辆固定部分包括第一运动框架和解锁机构，解锁机构设于第一运动框架上。

优选地，电池托举部分包括第二运动框架和托盘，托盘设于第二运动框架的上方并用于托住电池，托盘和第二运动框架之间弹性连接。

优选地，托盘和第二运动框架之间设有一弹簧，弹簧套设于一销钉，销钉的一端固定于托盘和第二运动框架中的一个，销钉的长度短于弹簧的未变形长度且长于弹簧的最短收缩长度。

优选地，穿梭式电池包更换设备还包括水平行走机构，底盘设于水平行走机构上。

一种换电站，其包括：充电室、换电平台和如上所述的穿梭式电池包更换设备；

穿梭式电池包更换设备能够往返于换电平台和充电室之间，并用于更换位于换电平台上的车辆的电池。

优选地，换电站还包括升降机构，该升降机构设于换电平台上，并用于升降换电平台上的车辆。

本发明的积极进步效果在于：该穿梭式电池包更换设备采用连杆的旋转来顶升举升框架，这样不会增加举升框架相对于底盘的初始高度，避免了在换电平台上设置较深的凹坑，降低了换电平台的总体高度且降低了换电站的建造成本。该换电站采用该穿梭式电池包更换设备，通过设置升降平台稍微抬高车辆的高度即可允许该穿梭式电池包更换设备进入车辆底部，避免了在换电平台上设置较深的凹坑，从而降低了换电站的建造成本，提升了驾驶车辆的通过性。

附图说明

图1为根据本发明的优选实施例的穿梭式电池包更换设备的立体结构示意图。

图2为根据本发明的优选实施例的底盘的立体结构示意图。

图3为根据本发明的优选实施例的举升框架的立体结构示意图。

图4为根据本发明的优选实施例的穿梭式电池包更换设备的部分结构示意图，其中，电池托举部分和车辆固定部分被移除。

图5为根据本发明的优选实施例的凸轮的立体结构示意图。

图6为根据本发明的优选实施例的凸轮与举升框架的配合结构示意图。

图7为根据本发明的优选实施例的车辆固定部分的立体结构示意图。

图8为根据本发明的优选实施例的电池托举部分的立体结构示意图。

图9为根据本发明的优选实施例的电池托举部分的另一立体结构示意图。

图10为根据本发明的优选实施例的第二运动框架的立体结构示意图。

图11为根据本发明的优选实施例的托盘的立体结构示意图。

图12为根据本发明的优选实施例的穿梭式电池包更换设备的另一部分结构示意图，其中，电池托举部分被移除。

图13为根据本发明的优选实施例的换电平台的结构示意图。

附图标记说明：

穿梭式电池包更换设备 100

底盘 101

第一侧壁 102

第二侧壁 103

引导部 104

旋转轴 105

举升框架 106

引导槽 107

车辆固定部分 120

第一运动框架 121

第一叉 122

解锁机构 123

连接板 124

引导开口 125

电池托举部分 130

第二运动框架 131

插入槽 132

托盘 133

第二叉 134

弹簧 135

插入件 136

引导块 140

导轨 150

第一驱动部 160

第二驱动部 170

凸轮 181

插入轴 182

轴承 183

顶升驱动单元 184

皮带轮 185

第一端 186

第二端 187

换电平台 190

升降机构 191

车辆 200

电池 210

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

如图1所示，穿梭式电池包更换设备100包括：底盘101、举升框架106、电池托举部分130、车辆固定部分120和顶升机构。

如图2所示，底盘101为一四边框结构，举升框架106设于该四边框结构中。底盘101的两个相对的第一侧壁102的内侧连接有凸轮181，底盘101的与第一侧壁102相邻的第二侧壁103的内侧设置有引导部104。

如图3所示，举升框架106为一板状结构，举升框架106的侧边设置有引导槽107，引导槽107沿水平方向延伸。

如图4-6所示，顶升机构连接底盘101和举升框架106并相对于底盘101顶升举升框架106。在图4中，位于图面上方的凸轮181未与举升框架106接合。

顶升机构包括通过旋转轴105可旋转地设置于底盘101的四个凸轮181和顶升驱动单元184。凸轮181的第一端186可旋转地连接于举升框架106，凸轮181的第二端187可旋转地连接于底盘101。旋转轴105连接顶升驱动单元184。该顶升驱动单元184为一旋转电机，设置于底盘101上。顶升驱动单元184通过设于底盘101外侧的带轮结构带动旋转轴105旋转。在图4中仅示意了皮带轮185，未示意连接皮带轮185的皮带。

凸轮181的第一端186设有一插入轴182，插入轴182插入引导槽107中并能够在引导槽107中滑动。插入轴182套设一轴承183以减少插入轴182在引导槽107中滑动时的摩擦力。底盘101的第二侧壁103设有竖直延伸的引导部104，引导部104用于引导举升框架106在上下方向上直线运动。在本实施例中，引导部104为竖直延伸的导轨，该导轨与设于举升框架106上的滑块相配合，以引导举升框架106在竖直方向上滑动。可选择地，引导部也可以为其他形式，例如竖直延伸的凹槽，举升框架上设置与凹槽配合的突起，或者引导部为滑块而举升框架上设置导轨与其配合。

图6示意了本实施例的凸轮181与举升框架106的引导槽107的配合结构。在引导部104和引导槽107的共同作用下，当凸轮181转动时，举升框架106可以在竖直方向上直线运动而不会产生水平方向的位移。

在其他实施例中，凸轮181也可由其他连杆机构代替。可选择地，由杆状物代替凸轮181。优选地，可以由偏心轮代替凸轮181。当采用偏心轮时，可以避免偏心轮转动到上止点或下止点时卡住。

电池托举部分130和车辆固定部分120均可横向(图1中的双向箭头X所指示的方向)滑动地设置于举升框架106。电池托举部分130和车辆固定部分120相互配合以实现车辆的电池的装卸。

如图7所示，车辆固定部分120包括第一运动框架121和解锁机构123，解锁机构123设于第一运动框架121上。第一运动框架121的两侧还分别设有第一叉122，该第一叉122用于叉住车辆，以相对于车辆固定。解锁机构123可以解锁或锁定车辆上的电池。

如图8-9所示，电池托举部分130包括第二运动框架131和托盘133，托盘133设于第二运动框架131的上方并用于托住电池，托盘133和第二运动框架131之间弹性连接。

托盘133和第二运动框架131之间设有一弹簧135，弹簧135套设于一销钉(未示意)，销钉的一端固定于托盘133和第二运动框架131中的一个，销钉的长度短于弹簧135的未变形长度且长于弹簧135的最短收缩长度，从而第二运动框架131弹性地支撑托盘133。

如图10-11所示，托盘133的侧边设有第二叉134，该第二叉134用于叉住车辆的电池，以相对于车辆的电池固定。托盘133的下方设有一插入件136，第二运动框架131的上方设有“V”形插入槽132，通过插入件136插入插入槽132中，托盘133相对于第二运动框架131固定，从而当第二运动框架131横向移动时，可以带动托盘133运动。

在本实施例中，示意性地展示了电池托举部分的一种结构，该结构为双层结构。可选择地，电池托举部分也可以为一单层的板状结构，该单层的板状结构能够相对于举升框架横向移动并托住电池，第二叉直接设于该单层的板状结构上。

穿梭式电池包更换设备100还包括水平行走机构(图中未示意)，底盘101设于水平行走机构上。底盘101可以与该水平行走机构固定连接或仅仅只是放置于该水平行走机构上。该水平行走机构用于带动底盘在预先铺设的轨道上水平移动。当然，可选择地，该水平行走机构也可以是根据外部的遥控指令在平地或坡道进行任意移动的行走机构。

以下结合图4和12简要描述第一运动框架121和第二运动框架131相对于举升框架106的运动方式。

如图4所示，举升框架106在横向上布置有导轨150，第一运动框架121和第二运动框架131的下表面均设有引导块140，引导块140在该导轨150上滑动。第一运动框架121和第二运动框架131共用同一导轨150。举升框架106上还设置有第一驱动部160和第二驱动部170，第一驱动部160用于驱动第一运动框架121横向运动，第二驱动部170用于驱动第二运动框架131横向运动。

如图12所示，第一运动框架121设于第二运动框架131的下方，第一运动框架121通过连接板124与第一驱动部160连接以被第一驱动部160驱动。第一运动框架121上设有引导开口125，以露出连接第二运动框架131的引导块140。第二运动框架131架设于第一运动框架121上方但不与第一运动框架121接触，并且第二运动框架131的下表面与第二驱动部170连接以被第二驱动部170驱动。第一驱动部160和第二驱动部170均包括丝杠螺母传动机构和带动该丝杠螺母传动机构的丝杠旋转的旋转电机，从而实现第一运动框架121和第二运动框架131的直线运动。丝杠螺母传动机构和旋转电机在现有技术中已有广泛的运用，在此不再赘述。当然，本领域的技术人员也可采用其他装置例如直线电机等作为第一驱动部160和第二驱动部170。

第一驱动部160、第二驱动部170和顶升驱动单元184均由一控制单元控制，该控制单元可以是设于该穿梭式电池包更换设备100的控制设备，也可以是应用该穿梭式电池包更换设备100的换电站的总控制设备。

当需要拆卸车辆的电池时，穿梭式电池包更换设备100先移动到车辆底部。第一驱动部160和第二驱动部170接收指令并使得第一运动框架121和第二运动框架131首先横向移动到预定位置，然后顶升驱动单元184接收指令并使得举升框架106上升到预定位置，此时第一叉122叉住车辆上用于锁定电池包的锁基座，第二叉134叉住车辆的电池，解锁机构123对电池锁解锁，使得电池不再锁定于车辆，然后，第一运动框架121保持静止，而第二运动框架131朝向远离第一运动框架121的方向运动，以使得电池脱离车辆，电池脱离车辆后落到托盘133上，接着举升框架106下移，带着电池下移，然后，穿梭式电池包更换设备100带着卸下的电池驶离车辆的底部。

当需要安装车辆的电池时，穿梭式电池包更换设备100带着充满电的电池移动到车辆底部，第一驱动部160和第二驱动部170接收指令并使得第一运动框架121和第二运动框架131首先横向移动到预定位置，顶升驱动单元184接收指令并使得举升框架106上升到预定位置，此时第一叉122叉住车辆上用于锁定电池包的锁基座，第二叉134叉住充满电的电池，然后，第一运动框架121保持静止，而第二运动框架131朝向靠近第一运动框架121的方向运动，以使得电池固定到车辆上并且解锁机构123将电池锁定到车辆上。

如图13所示，换电站包括：充电室(未示意)、换电平台190、升降机构191和穿梭式电池包更换设备100。

升降机构191设于换电平台190上并用于升降换电平台190上的车辆200。升降机构191一般为用于支撑车辆200的四个车轮的墩子。在图13中，升降机构191处于升起状态。

穿梭式电池包更换设备100能够往返于换电平台190和充电室之间，用于将充电室中充满电的电池210运送到车辆200或将车辆200上卸下的电池210运送到充电室中进行充电。

当穿梭式电池包更换设备100上装载有电池210(无论是从车辆200上卸下的电池还是充满电的电池)，并需要从车辆200的底部进出时，升降机构191将车辆200向上举升，以允许穿梭式电池包更换设备100顺利进出车辆200的底部。

由于该穿梭式电池包更换设备100采用了凸轮机构，其自身高度较低(设备总高175mm)，4个凸轮181同步举升80mm，而车辆200的底板离地面的高度一般为190mm。在车辆200进入换电平台190后，该穿梭式电池包更换设备100可以直接进入车辆200底部，穿梭式电池包更换设备100举升80mm，即可实现电池的锁紧或解锁。在卸下电池后，升降机构191将车辆200上升200mm，以允许穿梭式电池包更换设备100带着电池从车辆200底部移出。

由于该穿梭式电池包更换设备100的总体高度降低，换电站的换电平台190不需要再设置较深的凹坑以允许穿梭式电池包更换设备100进入车辆200底部，因此，换电平台190的总体高度降低，从而进入换电平台190的上坡道和下坡道的高度均可降低至230mm(原高度为480mm)，进一步，从而降低车辆200的驶入难度。上坡道和下坡道的长度也相应降低，从原先的7345mm、4545mm降低为4500mm、3000mm，从而降低了换电站的建造成本。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种穿梭式电池包更换设备，其包括：底盘、举升框架和顶升机构，所述顶升机构连接所述底盘和举升框架并相对于所述底盘顶升所述举升框架；

其特征在于，所述顶升机构包括一连杆，所述连杆的第一端可旋转地连接于所述举升框架，所述连杆的第二端可旋转地连接于所述底盘；

所述穿梭式电池包更换设备还包括：电池托举部分和车辆固定部分，所述电池托举部分和车辆固定部分均设置于所述举升框架并相对于所述举升框架可横向移动；

所述车辆固定部分包括第一运动框架和解锁机构，所述解锁机构设于所述第一运动框架上，所述电池托举部分包括第二运动框架和托盘，所述第一运动框架设于所述第二运动框架的下方；

所述举升框架在横向上布置有导轨，所述第一运动框架和所述第二运动框架的下表面均设有引导块，所述引导块在所述导轨上滑动，所述第一运动框架上设有引导开口，以露出连接所述第二运动框架的所述引导块。

2.如权利要求1所述的穿梭式电池包更换设备，其特征在于，所述连杆为凸轮。

3.如权利要求1所述的穿梭式电池包更换设备，其特征在于，所述顶升机构还包括一旋转轴和顶升驱动单元，所述旋转轴的一端固定连接于所述连杆的第二端，所述旋转轴的另一端可旋转地设置于所述底盘，所述顶升驱动单元用于驱动所述旋转轴旋转。

4.如权利要求3所述的穿梭式电池包更换设备，其特征在于，所述举升框架的侧面设有引导槽，所述引导槽水平延伸，所述连杆的第一端设有一插入轴，所述插入轴插入所述引导槽中并能够在所述引导槽中滑动，所述底盘设有引导部，所述引导部用于引导所述举升框架在上下方向上直线运动。

5.如权利要求4所述的穿梭式电池包更换设备，其特征在于，所述插入轴套设有一轴承，所述轴承设于所述引导槽中。

6.如权利要求1所述的穿梭式电池包更换设备，其特征在于，所述托盘设于所述第二运动框架的上方并用于托住电池，所述托盘和所述第二运动框架之间弹性连接。

7.如权利要求6所述的穿梭式电池包更换设备，其特征在于，所述托盘和所述第二运动框架之间设有一弹簧，所述弹簧套设于一销钉，所述销钉的一端固定于所述托盘和所述第二运动框架中的一个，所述销钉的长度短于所述弹簧的未变形长度且长于所述弹簧的最短收缩长度。

8.如权利要求1所述的穿梭式电池包更换设备，其特征在于，所述穿梭式电池包更换设备还包括水平行走机构，所述底盘设于所述水平行走机构上。

9.一种换电站，其特征在于，其包括：充电室、换电平台和如权利要求1-8中任一项所述的穿梭式电池包更换设备；

所述穿梭式电池包更换设备能够往返于所述换电平台和充电室之间，并用于更换位于所述换电平台上的车辆的电池。

10.如权利要求9所述的换电站，其特征在于，所述换电站还包括升降机构，所述升降机构设于所述换电平台上，并用于升降所述换电平台上的车辆。

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