CN110733376A - 一种车辆动力电池自主装卸系统及其卸载充电方法和装载至车辆方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种车辆动力电池自主装卸系统，车载的动力电池独立实现与车辆的安装、脱离和自主移动。还涉及其卸载充电方法和装载至车辆方法。本发明的有益效果一方面使得电动车能够利用已有的广泛存在的民用供电网络充电，减少汽车专用充电桩设施和换电站设施的建设和运维成本；另一方面将用户的用车需求与电动车的充电需求分离，从而电动汽车的使用时段不受充电时段限制，提高车辆利用率。

Description

一种车辆动力电池自主装卸系统及其卸载充电方法和装载至 车辆方法

技术领域

本发明涉及车载动力电池的拆装和搬运系统和方法。

背景技术

随着绿色能源概念的兴起，以电动车辆为首的新能源车辆正在各个国家政府的政策激励下高速发展。作为一种交通工具，电动车辆被视为传统内燃机车辆的一种替代品，人们也因此期望电动车辆能够拥有和传统车辆相当，甚至更加舒适、便捷的使用体验。

然而，现实是，电动车辆一方面在以其低噪音，少维护的设计优势获得使用者青睐的同时，另一方面，相较于燃油车，也呈现出能源补充的不方便的特点。据研究，当前的电动车主要有以下四种能源补充方案：

1.家用交流电慢充(约10小时)；

2.公共充电桩直流电快充、交流电慢充(约0.5～10小时)；

3.移动充电车方案(0.5～2小时)

4.电池包整体更换(约数分钟)；

第一种方案所需要的时间虽然最长但通常可以利用车主夜间休息的时间而不影响白天车辆的使用，其所对应的充电技术成熟，设备成本较低。但在这种充电方式下，通常要求为电动车提供带有供电设施的停车位。这就对车主家用停车位提出了一定的硬件要求。在当今高密度的居住小区内，这一硬件配套的要求无疑抑制了众多车主拥有电动车辆的想法。同时，带有供电设施停车位的相对紧缺也使得拥有充电车位的电动车主更多地考虑将车辆用于日间的通勤车而不适用于长途旅行车，这一方案，结合当前我国国情，对电动车的应用场景形成了无形的约束。

第二种方案通过使用公共充电桩完成对电动车辆的充电。在这一方案中，由于当前充电桩设施的稀缺性、距离车主居住地空间距离上的不便利性以及早期建设成本高昂导致数倍于方案一的充电费用，使得它难以成为大多数车主日常利用夜间时间充电的主流方式，而更多地作为日间电力补充的替代选择。尽管有快充甚至超充方案，相对于燃油车来说，当前方案的充电时间仍然相对漫长(即使快充实现电力的完全补充也需要30～60分钟)，加之充电桩资源相对有限，车主往往需要耗费较多的时间在等待充电和寻找充电设施上。结合公共充电桩因其建设成本高昂而伴生高昂的充电服务费用，使得充电成本相较于加油的成本优势不再显著，从时间经济性和货币经济性的角度来看，这种充电方式依然难以成为一种普遍的充电方式。

第三种方式被蔚来汽车所采纳，通过使用搭载充电设施的车辆为电动车辆充电。这一方案的实质是将充电设施移动到需要充电的车辆附近。考虑到充电车本身所能携带的电量有限，充电车自身充电所需要占用充电桩资源，充电车往返充放电现场实现充放电所需要消耗的道路资源和时间成本，加之充电车二次充放电过程中的额外能量耗损都使得这一充电方式只能作为电动车的临时应急充电方案的补充，而在作为日常充电进行大规模推广时表现出不经济。

第四种方式在特斯拉车辆和蔚来车辆的设计中都有所采纳，其实现方法是通过外部辅助设施对需要补充电力的车辆的电池包进行整体更换，将已经充满电的备用电池包以整体替换的方式换下电力耗竭的车载电池包，以实现电量的快速补充。在特斯拉车辆公司和蔚来汽车的换电演示中，这一技术在三分钟左右的时间内完成了对车辆电池的整体更换，所耗时间十分接近传统燃油车辆加满油箱所需要的时间。理论上这一技术可以使得电动车辆的充电体验接近燃油车的加油体验。然而，换电方案在车辆电池标准统一之前往往需要各个电动车辆厂按照自身电池规格在客户的使用场地附近设计与之相应的换电站和换电设施。基础配套设置的投入经费和建设时间无疑会严重制约该技术的发展。另一方面，即使是在车辆电池标准统一之后，换电站可以服务于所有种类的电动车辆，但可以想象的是，为满足大多数用户需求所需建设的换电站数量应不少于当前加油站的数量以使用户获得不逊于燃油车的能源补充体验(换电站的寻找和等待时间)——这在土地成本高企的现代城市中无疑是困难的。该局限性又进一步限制的该技术长期发展的前景。

以上四种车辆电池充电方案的共同问题是都对充电基础设施的投入有一定的要求而在普及过程中面临各种困难。因此，急需一种能够使得电动车辆不依赖于新建基础设施的方案，以解决当前推广电动车过程中所面临的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有电动车充电方案所存在的问题，不依赖于带有停车场的电动车专用充电桩或换电站，使动力电池能够独立移动至现有的民用电网设施附近，利用已有民用电网设施实现充电；并提供直立和横卧两种姿态的切换能力，使得动力电池在移动或静止的过程中根据环境条件调节其对路面等面积资源的占用，最小化电池在使用和充电过程中对车主，行人以及环境的影响。

为达到上述发明目的，提供一种车辆动力电池自主装卸系统，车载的动力电池独立实现与车辆的安装、脱离并以直立姿态实现自主移动。

优选的，包括车载的动力电池、车辆电池安装架、姿态控制模块和整体控制模块，其中：

所述动力电池用于为车辆或外部用电设备提供电力，并具有蓄电能力，其上设置有充放电接口、锁定机构、姿态转换执行机构和移动机构；

所述锁定机构将所述动力电池与所述车辆电池安装架锁定连接；

所述整体控制模块基于动力电池位置信息和电池姿态信息调整动力电池的姿态动作信号，并将姿态动作信号传输至所述姿态控制模块，使之根据姿态动作信号控制所述姿态转换执行机构进行动力电池的姿态调整；所述整体控制模块还用于基于动力电池位置信息、电池姿态信息和周边环境信息调整出动力电池的行进路径信号；

所述姿态转换执行机构用于根据姿态动作信号控制电池直立、横卧姿态的控制与转换，所述姿态控制模块在控制与转换电池姿态过程中获取电池姿态信息；

所述移动机构用于根据行进路径信号控制动力电池移动。

所述车辆电池安装架承载和固定所述动力电池，用于为电池的自主安装提供定位和固定功能。

本处披露的动力电池位置信息、电池姿态信息和周边环境信息可以采用移动GPS设备、地形观察用的摄像头、超声定位器等具体方式采集、分析获得。

所述锁定机构可以是活动螺栓与螺孔、活动插销与插孔、磁铁与电磁铁等连接锁定形式。

所述姿态控制模块用于发送和接收姿态转换过程中的指令和反馈信息。

充放电接口的连接可以是插座与插头、磁性连接器之间、电磁线圈的耦合等电力传输形式，用于电池的充电和放电。

移动机构可以是两个并排轮子的平衡车模式、三个轮子、四个轮子的移动架、爬梯机、滑撬等便于移动的排布样式。

本处披露的姿态转换执行机构可以是各种形式，比如动力电池两侧之间设置向下支撑面的通道，所述姿态转换执行机构为刚性构件；所述姿态转换执行机构的一端穿入所述通道，所述姿态转换执行机构通过在通道中伸出将其另一端顶靠至下支撑面并持续伸出，以实现所述动力电池两侧的依次抬升。又比如所述姿态转换执行机构为与目标车辆电池安装架特定部位分别形成吸引的磁性体；所述姿态转换执行机构设置于电池包本体两侧。还可以是其他足以实现本处披露的姿态调整的形式。

优选的，所述移动机构为设置于所述动力电池底部带驱动的轮。

具体的轮可以是万向轮、飞机轮、履带等轮形式。

优选的，还包括用于识别所述锁定机构锁定状态的锁定识别模块，所述锁定识别模块用于基于锁定状态信息判断是否锁定成功并向外发送锁定成功与否信息。

锁定识别模块可以是摄像头、位置传感器、磁力传感器、互动插销机构等适应锁定机构的形式。

此处披露的的向外发送锁定成功，可以是向整体控制模块发送，也可以是向其他信息处理模块等发送。

优选的，所述姿态转换执行机构为刚性构件，其一端通过旋转电机或旋转轴旋转装配于所述动力电池；通过在一端旋转将其另一端顶靠至下支撑面并持续旋转，以实现所述动力电池的部分抬升从而进行动力电池的姿态调整。

所述姿态转换执行机构另一端还可装配轮部件。此处披露的轮部件可以是万向轮、飞机轮、履带等形式。此处构件的刚性是提供抗弯折能力，从而实现在旋转受力过程中不会过度弯曲或折断。

优选的，还包括用户终端或数据服务中心，所述用户终端或数据服务中心向所述整体控制模块收集自主装卸系统运行状态，并发送外部环境的信息以及操作指令信息；所述整体控制模块还基于自主装卸系统运行状态以及操作指令信息调整动力电池的行进路径信号。

用户终端或数据服务中心，更广义地可以用于实现对电池的移动，安装，充电，放电，姿态改变，日常养护等控制操作。它可以包括：输入模块、输出模块、发送模块和接受模块。它的具体形式可以是用户自有的具有通讯功能的终端设备，可以是具有通讯功能的车钥匙，也可以是集成在电池或汽车上的终端设备——例如位于电池或车辆上的基于人脸识别技术和动作识别技术的影音设备，通过识别特定人物的肢体动作或语音指令实现对电池的控制。用户终端与数据服务中心之间也可以相互发射指令、服务请求，并接受反馈结果。

还提供一种车载动力电池卸载充电方法，利用上述自主装卸系统，其方法步骤包括：

获取停车信号；

获取动力电池电量信息；获取车辆下方的地面条件；

基于动力电池电量信息和车辆下方的地面条件，判断是否符合动力电池拆卸条件；符合动力电池拆卸条件时，断开充放电接口并从车辆的车辆电池安装架上卸载所述动力电池；

获取移动至充电设备的行进路径；

按照行进路径移动所述动力电池并实时获取动力电池周边环境信息；基于动力电池周边环境信息，判断动力电池姿态、行进路径、移动速度是否需要调整以继续行进；当需要动力电池进行调整时，依据所述整体控制模块发出的信号，进行电池姿态、行进路径、移动速度的任一或组合调整，调整后基于动力电池周边环境信息判断是否可以继续行进；当调整后依旧无法继续进行时，提示排除障碍；

当动力电池移动至充电设备处时，装载所述动力电池至充电设备。

车辆下方的地面条件包括人工路面，草地，雪地，碎石路，地面倾角等信息。地面条件中不符合动力电池拆卸要求的条件可以是凸起过大、具有深坑、涉水/积雪过深、坡度过大、地表泥泞、支撑面不稳定等管理人员认为不适宜电池卸载和移动的形式。

在一种可选的方案中，所述充电设备的固定装置是车辆电池安装架同样的形式。该处披露的充电设备的固定装置，可以是与车辆脱离的单独充电桩设置的电池安装架形式，也可以是其它为电池充电的车辆电池安装架。

优选的，所述车辆电池安装架固定于车辆下底盘位置处；从车辆的车辆电池安装架上卸载所述动力电池的步骤包括：

旋转所述姿态转换执行机构的一端，使其另一端顶靠至下支撑面；

解锁所述动力电池一侧的锁定机构；

反向旋转所述姿态转换执行机构的一端，使动力电池一侧脱离锁定位置；

解锁所述动力电池另一侧的锁定机构；

继续反向旋转所述姿态转换执行机构的一端，使动力电池的另一侧脱离锁定位置。

下支撑面即地板、路面、维修平台、充电平台等位于目标电池安装架下方的支撑结构的支撑面，主要用处是给未安装或安装中的动力电池提供下支撑，是一种使用环境。

优选的，从车辆的车辆电池安装架上卸载所述动力电池的步骤通过锁定机构的解锁和动力电池姿态调整的配合实现，其步骤包括：

旋转所述姿态转换执行机构的一端，使其另一端顶靠至下支撑面；

解锁所述动力电池一侧的锁定机构；

获取所述动力电池一侧的锁定机构的锁定成功与否信息；当锁定成功与否信息提示所述动力电池一侧的锁定机构解锁失败，提示排除故障；当锁定成功与否信息提示所述动力电池一侧的锁定机构解锁成功，反向旋转所述姿态转换执行机构的一端，使动力电池一侧脱离锁定位置；

获取电池姿态信息；当所述动力电池一侧接触下支撑面时，解锁所述动力电池另一侧的锁定机构；

获取所述动力电池另一侧的锁定机构的锁定成功与否信息；当锁定成功与否信息提示所述动力电池另一侧的锁定机构解锁失败，提示排除故障；当锁定成功与否信息提示所述动力电池另一侧的锁定机构解锁成功，继续反向旋转所述姿态转换执行机构的一端，使动力电池整体脱离锁定位置。

本处披露的所述动力电池一侧接触下支撑面，指的是其一侧的下部接触下支撑面，从而使得一侧的下部和姿态转换执行机构的另一端一起在下支撑面上实现稳定的支撑。

优选的，所述移动至充电设备的行进路径，还基于地图的地面条件选择的行进路径、遥控路径指令、跟踪参考物得出。

此处披露的基于地图的地面条件选择的行进路径、遥控路径指令、跟踪参考物可以通过选择其中一个，也可以选择其中两个结合，也可以全部结合并调整后取得行进路径。

还提供一种车辆动力电池装载至车辆方法，其方法步骤包括：

获取用车信号；

获取移动至车辆的行进路径；

按照选择的行进路径移动所述动力电池并实时获取动力电池周围环境信息；基于动力电池周围环境信息，判断动力电池姿态、行进路径、移动速度是否需要调整以继续行进；当需要动力电池进行调整时，依据所述整体控制模块发出的信号，进行电池姿态、行进路径、移动速度的任一或组合调整，调整后基于动力电池周围环境信息判断是否可以继续行进；当调整后依旧无法继续进行时，提示排除障碍；

装载所述动力电池至车辆的车辆电池安装架并连接充放电接口。

优选的，所述车辆的车辆电池安装架固定于车辆下底盘位置处，装载所述动力电池至车辆的车辆电池安装架的步骤通过动力电池姿态调整实现，其步骤包括：

调整动力电池姿态为横卧姿态；

移动动力电池至车辆的车辆电池安装架下方；

调整动力电池姿态至与锁定机构匹配；

锁定锁定机构。

此处披露的动力电池姿态调整通过多种姿态转换执行机构均能顺利实现。

优选的，调整动力电池姿态至与锁定机构匹配的步骤包括：

旋转所述姿态转换执行机构的一端，使其另一端顶靠至下支撑面；

所述姿态转换执行机构的一端持续旋转，以顶升动力电池的一侧至锁定位置；

所述姿态转换执行机构的一端持续旋转，配合一端锁定机构形成的力矩以顶升动力电池的另一侧至锁定位置；

锁定锁定机构；

反向旋转所述姿态转换执行机构的一端，使其另一端脱离下支撑面。

姿态转换执行机构脱离下支撑面后的固定标准，一般以不会影响车辆的整体运行为宜。

优选的，所述移动至车辆的行进路径，还基于地图的地面条件选择的行进路径、遥控路径指令、跟踪参考物得出。

此处披露的基于地图的地面条件选择的行进路径、遥控路径指令、跟踪参考物可以通过选择其中一个，也可以选择其中两个结合，也可以全部结合并调整后取得行进路径。

当动力电池在上方空间足够时，一般采用直立姿态移动，从而能降低整体移动的底面积，降低转弯时的必要旋转半径；另一方面在直立上部设传感器时，也能进一步扩大其探测高度，降低障碍物对传感器的阻碍影响。

车载的动力电池独立实现与车辆的安装、脱离并以直立姿态实现自主移动，能够降低对停车位置充电设备的要求，便于电动车的推广。在个人用户使用方面，由于汽车电池与电动汽车本身被分开，使得电池在不需要外部基础设施辅助的条件下完成电池在电动汽车上的装配与卸载；并使得移动部件的体积、重量远小于汽车本身，便于移动到已有的电力设施附近并实现充电等操作。从宏观的角度来看，减少了电动汽车对充电基础设施的建设的需求。从电池本身的技术要求上来看，动力电池的发展日趋成熟，但在大量使用过程中电池的故障和隐患不可避免，电池在和汽车实现物理上的自由分离后使得电池能够得到更经常，更专业的养护和检修而不影响到车主本身的使用，在养护期间可以使用另一块同样型号的备用电池继续支持用车需求。

车辆电池安装架、自主装卸和移动的动力电池、姿态控制模块和整体控制模块的配合作为车载的动力电池独立实现与车辆的安装、脱离和自主移动的一种具体形式，为动力电池提供了拆卸配套机构并依托姿态控制模块和控制模块进一步提升拆卸、移动效率。

带驱动的轮设置在电池底部为动力电池提供了稳定的支撑，同时尽可能地降低了动力电池的横向体积。另外，在装配后也能为动力电池提供一定程度地缓冲、支垫保护。

锁定识别模块工作后，方便使用人对锁定状态的识别，避免设备带病工作，同时也能为动力电池的下一步动作提供支持。

姿态控制模块及其转换执行机构能实现动力电池在装卸和行进时的姿态调整，便于行进和装卸的自动化控制，降低人工操作量及其难度。姿态转换执行机构具体采用旋转装配形式时，占用的体积相对较小，且姿态调整的幅度可以方便地进行控制，避免过快调整带来的冲击损坏；另外还便于动力电池的分段提升，方便装卸的进行。姿态转换执行机构另一端装配轮部件，更可以对动力电池的行进进行辅助。

用户终端或数据服务中心能够为整体控制模块提供地图、优化算法、特殊指令等电池外部信息，提升其行进路径的选择的合理性。

而车载动力电池卸载充电方法的使用，使人的干预减低，自主完整实现从拆卸、移动到安装充电的全过程。

充电设备的固定装置直接采用车辆电池安装架的同样形式时，能够降低动力电池多余配套结构的设置，进一步提升其通用性。

通过动力电池姿态调整实现动力电池卸载，能提升车辆电池安装架的设置灵活性。

采用旋转的姿态转换执行机构来进行电池卸载或加载，能进一步实现动力电池的分侧递进卸载或加载，避免倾覆，提升安装准确性。

而车辆动力电池装载至车辆方法的使用，足以使人的干预减低，自主完整实现从移动到加载安装至车辆放电的全过程。同时防止被路面障碍所干扰。

在车辆底盘下进行动力电池的装载，能提升车辆的整体外观，减少对储物空间的占用，减少撞车时对动力电池可能的影响，降低安装时电池倾覆可能性，同时降低车辆整体重心，改善车辆的操纵性和稳定性。

行进路径通过基于地图的地面条件选择的行进路径、遥控路径指令、跟踪参考物这三项信息的单独或复合来得出，使得行进路径具有更灵活的获取途径，防止其中某项无法使用或不够合理而导致的行进路径规划不合理。

本发明的有益效果主要体现在四方面：

1.使电动车能够利用已有的广泛存在的民用供电网络充电，不依赖专用充电桩设施或换电站设施；

2.使用户的用车需求与电动车的充电需求得以分离，从而令电动汽车的使用时段不受充电时段限制，提高车辆利用率；

3.降低电动汽车对技术门槛较高的快速充电技术的依赖性；

4.使得动力电池能够更方便、更经常地卸载并得到检测和维护，减少因电池隐患未及时排查而引起的事故。

附图说明

图1为本发明的车辆动力电池自主装卸系统的各部件信号传输示意图；

图2为本发明的车辆动力电池自主装卸系统的动力电池结构示意图；

图3为本发明的车辆动力电池自主装卸系统的车辆电池安装架示意图；

图4为本发明的车辆动力电池自主装卸系统的车辆电池安装架与车辆配合示意图；

图5为本发明的车载动力电池卸载充电方法流程图；

图6为本发明的车载动力电池卸载充电方法中断开充放电接口并从车辆的车辆电池安装架上卸载所述动力电池的步骤实施示意图；

图7为本发明的动力电池装载至车辆方法流程图；

图8为本发明的动力电池装载至车辆方法中调整动力电池姿态至与锁定机构匹配的步骤实施示意图；

其中：

1-动力电池 2-车辆电池安装架 3-充放电接口

4-锁定机构 5-移动机构 6-姿态转换执行机构

7-旋转电机 8-轮部件 9-车辆

11-整体控制模块 12-锁定识别模块 13-姿态控制模块

14-用户终端或数据服务中心

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步说明。

根据图1至图5所示的一种车辆动力电池自主装卸系统，车载的动力电池1独立实现与车辆的安装、脱离并以直立姿态实现自主移动；包括车辆电池安装架2、车载的动力电池1、姿态控制模块13和整体控制模块11，其中：所述动力电池1用于为车辆9或外部用电设备提供电力，并具有蓄电能力，其上设置有充放电接口3、锁定机构4、姿态转换执行机构6和移动机构5；所述锁定机构4将动力电池1与所述车辆电池安装架2锁定连接；所述整体控制模块11基于动力电池位置信息和电池姿态信息调整动力电池的姿态动作信号，并将姿态动作信号传输至所述姿态控制模块13，使之根据姿态动作信号控制所述姿态转换执行机构6进行动力电池1的姿态调整；所述整体控制模块11还用于基于动力电池位置信息、电池姿态信息和周边环境信息调整出动力电池的行进路径信号；所述姿态转换执行机构6，用于根据姿态动作信号控制电池直立、横卧姿态的控制与转换，所述姿态控制模块13在控制与转换电池姿态过程中获取电池姿态信息；所述移动机构5用于根据行进路径信号控制动力电池1移动。

所述车辆电池安装架2承载和固定所述动力电池1。所述锁定机构4采用活动插销与插孔配合的形式以实现动力电池1锁定至车辆电池安装架2。充放电接口3采用电磁线圈耦合的电力传输形式。所述移动机构5为设置于所述动力电池1底部带驱动的轮，具体采用移动机构5是两个并排轮子的平衡车模式。还包括用于识别所述锁定机构4锁定状态的锁定识别模块12，所述锁定识别模块12用于基于锁定状态信息判断是否锁定成功并向外发送锁定成功与否信息。锁定识别模块12是一种磁力传感器。所述姿态转换执行机构6为刚性构件，其一端通过旋转电机7旋转装配于所述动力电池1(该处的旋转电机7可以直接用旋转轴代替，虽然未在附图中示出，但本领域技术人员完全可以理解该内容)；通过在一端旋转将其另一端顶靠至下支撑面并持续旋转，以实现所述动力电池1的部分抬升从而进行动力电池1的姿态调整。所述姿态转换执行机构6另一端还装配轮部件8。

还包括用户终端或数据服务中心14，所述用户终端或数据服务中心14向所述整体控制模块11收集自主装卸系统运行状态，并发送外部环境的信息以及操作指令信息；所述整体控制模块11还基于自主装卸系统运行状态、以及操作指令信息调整动力电池1的行进路径信号。

根据图5至6所示的一种车载动力电池卸载充电方法，利用上述自主装卸系统，其方法步骤包括：

获取停车信号；

获取动力电池1电量信息；获取车辆9下方的地面条件；

基于动力电池1电量信息和车辆9下方的地面条件，判断是否符合动力电池1拆卸条件；符合动力电池1拆卸条件时，断开充放电接口3并从车辆的车辆电池安装架2上卸载所述动力电池1；

获取移动至充电设备的行进路径；

按照行进路径移动所述动力电池1并实时获取动力电池1周边环境信息；基于动力电池1周边环境信息，判断动力电池1姿态、行进路径、移动速度是否需要调整以继续行进；当需要动力电池1进行调整时，依据所述整体控制模块11发出的信号，进行电池姿态、行进路径、移动速度的任一或组合调整，调整后基于动力电池1周边环境信息判断是否可以继续行进；当调整后依旧无法继续进行时，提示排除障碍；

当动力电池移动1至充电设备处时，装载所述动力电池1至充电设备。

停车信号，可以由用户终端或数据服务中心14或车辆中控发送；动力电池1电量信息，可以由电池管理系统发送；动力电池周边环境信息和车辆下方的地面条件，可以通过环境监控配件或用户终端或数据服务中心14或其结合来取得。提示排除障碍可由整体控制模块11通过向用户终端或数据服务中心14发送警报或直接发出警报声等提示方式来进行。

地面条件中不符合动力电池拆卸要求的条件可以是凸起过大、具有深坑、涉水/积雪过深、坡度过大、支撑面不稳定等管理人员认为不适宜电池卸载和移动的形式。

所述车辆电池安装架2固定于车辆1下底盘处，所述充电设备的固定装置是与车辆1脱离的车辆电池安装架同样形式。电池姿态的调整通过姿态转换执行机构6实现，行进路径、移动速度的调整通过移动机构5实现。

其中从车辆的车辆电池安装架2上卸载所述动力电池1的步骤通过锁定机构4的解锁和动力电池姿态调整的配合实现，其步骤包括：

旋转所述姿态转换执行机构6的一端，使其另一端顶靠至下支撑面；

解锁所述动力电池1一侧的锁定机构4；

获取所述动力电池1一侧的锁定机构4的锁定成功与否信息；当锁定成功与否信息提示所述动力电池1一侧的锁定机构4解锁失败，提示排除故障；当锁定成功与否信息提示所述动力电池1一侧的锁定机构4解锁成功，反向旋转所述姿态转换执行机构6的一端，使动力电池1一侧脱离锁定位置；

获取电池姿态信息；当所述动力电池1一侧接触下支撑面时，解锁所述动力电池1另一侧的锁定机构4；

获取所述动力电池1另一侧的锁定机构4的锁定成功与否信息；当锁定成功与否信息提示所述动力电池1另一侧的锁定机构4解锁失败，提示排除故障；当锁定成功与否信息提示所述动力电池1另一侧的锁定机构4解锁成功，继续反向旋转所述姿态转换执行机构6的一端，使动力电池1整体脱离锁定位置。一般，动力电池1的另一侧脱离锁定位置时，即代表动力电池1整体脱离锁定位置。

根据图7至8所示的一种车辆动力电池1装载至车辆9方法，利用上述自主装卸系统，其方法步骤包括：

获取用车信号；

获取移动至车辆9的行进路径；

按照选择的行进路径移动所述动力电池1并实时获取动力电池周围环境信息；基于动力电池周围环境信息，判断动力电池姿态、行进路径、移动速度是否需要调整以继续行进；当需要动力电池进行调整时，依据所述整体控制模块发出的信号，进行电池姿态、行进路径、移动速度的任一或组合调整，调整后基于动力电池周围环境信息判断是否可以继续行进；当调整后依旧无法继续进行时，提示排除障碍；

装载所述动力电池1至车辆的车辆电池安装架2并连接充放电接口3。

用车信号，可以由用户终端或数据服务中心14或车辆中控发送；动力电池周围环境信息，可以通过环境监控配件或用户终端或数据服务中心14或其结合来取得。提示排除障碍可由整体控制模块11通过向用户终端或数据服务中心14发送警报或直接发出警报声等提示方式来进行。

所述车辆的车辆电池安装架2固定于车辆9下底盘位置处，装载所述动力电池1至车辆的车辆电池安装架2的步骤通过动力电池姿态调整实现，其步骤包括：

调整动力电池1姿态为横卧姿态；

移动动力电池1至车辆的车辆电池安装架2下方；

调整动力电池1姿态至与锁定机构4匹配；

锁定锁定机构4。

其中调整动力电池1姿态至与锁定机构4匹配的步骤包括：

旋转所述姿态转换执行机构6的一端，使其另一端顶靠至下支撑面；

所述姿态转换执行机构6的一端持续旋转，以顶升动力电池1的一侧至锁定位置；

所述姿态转换执行机构6的一端持续旋转，配合一端锁定机构4形成的力矩以顶升动力电池1的另一侧至锁定位置；

锁定锁定机构4；

反向旋转所述姿态转换执行机构6的一端，使其另一端脱离下支撑面。

姿态转换执行机构6脱离下支撑面后的固定标准，以不会影响车辆9的整体运行为宜。

上述行进路径的获取，可以进一步地基于地图的地面条件选择的行进路径、遥控路径指令、跟踪参考物得出。

锁定识别模块12、姿态控制模块13、用户终端或数据服务中心14等部件间的信号传输可以通过整体控制模块11转发进行。

当动力电池1在上方空间足够时，一般采用直立姿态移动。

以上已对本发明创造的较佳实施例进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述的实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明创造精神的前提下还可以作出种种的等同的变型或替换，这些等同变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (13)

1.一种车辆动力电池自主装卸系统，其特征在于，车载的动力电池独立实现与车辆的安装、脱离并以直立姿态实现自主移动。

2.根据权利要求1所述的自主装卸系统，其特征在于，包括车载的动力电池、车辆电池安装架、姿态控制模块和整体控制模块，其中：

所述动力电池用于为车辆或外部用电设备提供电力，并具有蓄电能力，其上设置有充放电接口、锁定机构、姿态转换执行机构和移动机构；

所述锁定机构将所述动力电池与所述车辆电池安装架锁定连接；

所述整体控制模块基于动力电池位置信息和电池姿态信息调整动力电池的姿态动作信号，并将姿态动作信号传输至所述姿态控制模块，使之根据姿态动作信号控制所述姿态转换执行机构进行动力电池的姿态调整；所述整体控制模块还用于基于动力电池位置信息、电池姿态信息和周边环境信息调整出动力电池的行进路径信号；

所述姿态转换执行机构用于根据姿态动作信号控制电池直立、横卧姿态的控制与转换，所述姿态控制模块在控制与转换电池姿态过程中获取电池姿态信息；

所述移动机构用于根据行进路径信号控制动力电池移动。

3.根据权利要求2所述的自主装卸系统，其特征在于，所述移动机构为设置于所述动力电池底部带驱动的轮。

4.根据权利要求2所述的自主装卸系统，其特征在于，还包括用于识别所述锁定机构锁定状态的锁定识别模块，所述锁定识别模块用于基于锁定状态信息判断是否锁定成功并向外发送锁定成功与否信息。

5.根据权利要求2所述的自主装卸系统，其特征在于，所述姿态转换执行机构为刚性构件，其一端通过旋转电机或旋转轴旋转装配于所述动力电池；通过在一端旋转将其另一端顶靠至下支撑面并持续旋转，以实现所述动力电池的部分抬升从而进行动力电池的姿态调整。

6.根据权利要求2所述的自主装卸系统，其特征在于，还包括用户终端或数据服务中心，所述用户终端或数据服务中心向所述整体控制模块收集自主装卸系统运行状态，并发送外部环境的信息以及操作指令信息；所述整体控制模块还基于自主装卸系统运行状态以及操作指令信息调整动力电池的行进路径信号。

7.一种车载动力电池卸载充电方法，其特征在于，利用如权利要求2所述的自主装卸系统，其方法步骤包括：

获取停车信号；

获取动力电池电量信息；获取车辆下方的地面条件；

基于动力电池电量信息和车辆下方的地面条件，判断是否符合动力电池拆卸条件；符合动力电池拆卸条件时，断开充放电接口并从车辆的车辆电池安装架上卸载所述动力电池；

获取移动至充电设备的行进路径；

按照行进路径移动所述动力电池并实时获取动力电池周边环境信息；基于动力电池周边环境信息，判断动力电池姿态、行进路径、移动速度是否需要调整以继续行进；当需要动力电池进行调整时，依据所述整体控制模块发出的信号，进行电池姿态、行进路径、移动速度的任一或组合调整，调整后基于动力电池周边环境信息判断是否可以继续行进；当调整后依旧无法继续进行时，提示排除障碍；

当动力电池移动至充电设备处时，装载所述动力电池至充电设备。

8.根据权利要求7所述的动力电池卸载充电方法，其特征在于，所述车辆电池安装架固定于车辆下底盘位置处，还利用如权利要求5的自主装卸系统中所述的姿态转换执行机构；从车辆的车辆电池安装架上卸载所述动力电池的步骤包括：

旋转所述姿态转换执行机构的一端，使其另一端顶靠至下支撑面；

解锁所述动力电池一侧的锁定机构；

反向旋转所述姿态转换执行机构的一端，使动力电池一侧脱离锁定位置；

解锁所述动力电池另一侧的锁定机构；

继续反向旋转所述姿态转换执行机构的一端，使动力电池的另一侧脱离锁定位置。

9.根据权利要求7所述的动力电池卸载充电方法，其特征在于，所述移动至充电设备的行进路径，还基于地图的地面条件选择的行进路径、遥控路径指令、跟踪参考物得出。

10.一种车辆动力电池装载至车辆方法，其特征在于，利用如权利要求2所述的自主装卸系统，其方法步骤包括：

获取用车信号；

获取移动至车辆的行进路径；

按照选择的行进路径移动所述动力电池并实时获取动力电池周围环境信息；基于动力电池周围环境信息，判断动力电池姿态、行进路径、移动速度是否需要调整以继续行进；当需要动力电池进行调整时，依据所述整体控制模块发出的信号，进行电池姿态、行进路径、移动速度的任一或组合调整，调整后基于动力电池周围环境信息判断是否可以继续行进；当调整后依旧无法继续进行时，提示排除障碍；

装载所述动力电池至车辆的车辆电池安装架并连接充放电接口。

11.根据权利要求10所述的动力电池装载至车辆方法，其特征在于，所述车辆的车辆电池安装架固定于车辆下底盘位置处，装载所述动力电池至车辆的车辆电池安装架的步骤通过动力电池姿态调整实现，其步骤包括：

调整动力电池姿态为横卧姿态；

移动动力电池至车辆的车辆电池安装架下方；

调整动力电池姿态至与锁定机构匹配；

锁定锁定机构。

12.根据权利要求11所述的动力电池装载至车辆方法，其特征在于，还利用如权利要求5的自主装卸系统中所述的姿态转换执行机构；调整动力电池姿态至与锁定机构匹配的步骤包括：

旋转所述姿态转换执行机构的一端，使其另一端顶靠至下支撑面；

所述姿态转换执行机构的一端持续旋转，以顶升动力电池的一侧至锁定位置；

所述姿态转换执行机构的一端持续旋转，配合一端锁定机构形成的力矩以顶升动力电池的另一侧至锁定位置；

锁定锁定机构；

反向旋转所述姿态转换执行机构的一端，使其另一端脱离下支撑面。

13.根据权利要求10所述的动力电池装载至车辆方法，其特征在于，所述移动至车辆的行进路径，还基于地图的地面条件选择的行进路径、遥控路径指令、跟踪参考物得出。

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