CN110789394B - 一种动力电池自动换电方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动力电池自动换电方法，包括汽车粗定位机构、电池转移机构和两个传送机构，电池转移机构包括Y轴位移组件、X轴位移组件、角度调整组件、旋转法兰、电池感应定位组件和两个Z轴位移组件，X轴位移组件设于Y轴位移组件上，角度调整组件设于X轴位移组件上，旋转法兰与角度调整组件连接，Z轴位移组件设于旋转法兰上，电池感应定位组件连接在旋转法兰上；本发明通过设置电池转移机构结合基础参数，在Y轴位移组件、X轴位移组件、角度调整组件、电池感应定位组件和Z轴位移组件的共同调整下，自动完成新旧电池的更换，能够适应更多规格种类的电动汽车，通用性强，利于换电站的普及和推广，降低投入成本。

Description

一种动力电池自动换电方法
技术领域
本发明涉及一种动力电池自动换电方法。
背景技术
目前，电动汽车动力电池电能消耗之后，一般通过充电站充电补充，少部分通过到换电站更换电池实现电能补充；换电模式相比充电补给具有速度快的特点，且电池采用租赁模式，可大大降低购车的初始成本，同时电池存储于换电站，可以在夜间用电低谷期电价较低时段完成充电，减轻电网负担的同时也降低了电费支出。但换电站目前普及程度低，其原因在于目前电动汽车规格种类较多，换电站往往只支持某几款车型的换电需求，通用程度极低，因此，为满足用户换电需求，需重复建设大量换电站，巨大的前期投入阻碍了换电模式的推广。
发明内容
本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种动力电池自动换电方法。
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：
一种动力电池自动换电方法，包括汽车粗定位机构、电池转移机构以及两个分别设于电池转移机构两侧且结构相同的传送机构，所述汽车粗定位机构用于将电动汽车的位置信息反馈回外界控制系统，两个所述传送机构分别用于传送电池，所述电池转移机构包括Y轴位移组件、X轴位移组件、角度调整组件、旋转法兰、电池感应定位组件以及两个对称固定在旋转法兰两侧的Z轴位移组件，所述Y轴位移组件用于带动电池感应定位组件往Y轴方向移动，所述X轴位移组件设于Y轴位移组件上，并用于带动电池感应定位组件往X轴方向移动，所述角度调整组件设于X轴位移组件上，并用于调整电池感应定位组件的角度，所述旋转法兰与角度调整组件的输出端连接，所述Z轴位移组件设于旋转法兰上，并用于带动电池感应定位组件往Z轴方向移动，所述电池感应定位组件活动连接在旋转法兰上，并用于支撑电池及向外界控制系统反馈电池的相对坐标和角度参数。
其中，电池感应定位组件包括支承板、压电定位薄膜和静电吸附层，所述支承板通过导向杆和直线轴承与旋转法兰活动连接，所述支承板还与两个Z轴位移组件连接，所述压电定位薄膜对应设于支承板上，所述静电吸附层对应设于压电定位薄膜上。
其中，所述电池转移机构还包括滚动位移组件，所述滚动位移组件设于旋转法兰与支承板之间，所述滚动位移组件用于将电池转移出电池感应定位组件以及将电池转移至电池感应定位组件上。
其中，所述滚动位移组件包括两个并排固定在旋转法兰上的侧板、若干个间隔分布的滚筒和滚动驱动电机，若干个所述滚筒的两端分别轴接在两个侧板上，相邻的两个所述滚筒之间均通过滚动皮带连接，所述滚动驱动电机固定在旋转法兰上，所述滚动驱动电机的输出端通过滚动皮带与其中一个滚筒传动连接，所述滚筒的圆周面可依次穿过支承板、压电定位薄膜和静电吸附层。
其中，所述汽车粗定位机构包括定位梯形台，所述定位梯形台设有换电缺口，所述定位梯形台上还设有四个压电传感器，四个所述压电传感器平均分布于换电缺口的两侧，所述电池转移机构位于所述换电缺口内，所述换电缺口的两侧之间间隔连接有两个支撑桥。
其中，所述Y轴位移组件包括导轨容纳槽、齿条、Y轴驱动电机、两个Y轴直线导轨以及Y轴滑动板，所述导轨容纳槽设于换电缺口内，两个所述Y轴直线导轨并排固定在导轨容纳槽上，所述齿条固定在导轨容纳槽上，并位于两个Y轴直线导轨之间，所述Y轴滑动板的两端分别滑动连接在两个Y轴直线导轨上，所述Y轴驱动电机固定在Y轴滑动板上，所述Y轴驱动电机的输出端连接有齿轮，所述齿轮与齿条啮合。
其中，所述X轴位移组件包括X轴驱动电机、电机支架、滚珠丝杆、两个并排固定在Y轴滑动板上的X轴直线导轨和X轴滑动板，所述电机支架固定在Y轴滑动板上，所述X轴驱动电机固定在电机支架上，所述滚珠丝杆的一端转动连接在电机支架上，所述滚珠丝杆的另一端转动连接在一个轴承座上，所述X轴驱动电机的输出端与滚珠丝杆的一端连接，所述X轴滑动板的两端分别滑动连接在两个X轴直线导轨上，所述滚珠丝杆的螺母固定连接在X轴滑动板上。
其中，所述角度调整组件包括支撑座和角度调整分割机，所述支撑座固定在X轴滑动板上，所述角度调整分割机固定在支撑座上，所述角度调整分割机的输出端与旋转法兰连接。
其中，所述Z轴位移组件包括伺服电动缸和推头，所述伺服电动缸固定在旋转法兰上，所述推头卡接在支承板上，所述伺服电动缸的输出端与推头的固定连接。
其中，所述传送机构包括传送支架、至少两个动力滚轮和传送带，每个所述动力滚轮的两端分别轴接在传送支架上，所述传送带对应绕接在动力滚轮上。
本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明通过设置汽车粗定位机构对电动汽车进行定位，然后电池转移机构提供基础参数，然后电池转移机构结合基础参数，在Y轴位移组件、X轴位移组件、角度调整组件、电池感应定位组件和Z轴位移组件的共同调整下，自动完成新旧电池的更换，能够适应更多规格种类的电动汽车，通用性强，利于换电站的普及和推广，降低投入成本。
附图说明
图1是本发明实施例提供的动力电池自动换电系统的立体图；
图2是本发明实施例提供的电池转移机构的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的电池感应定位组件的结构示意图；
图4是图3中I处的局部放大示意图；
图5是本发明实施例提供的滚动位移组件的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的滚动位移组件另一视角的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的Y轴位移组件的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的X轴位移组件的结构示意图；
图9是本发明实施例提供的角度调整组件的结构示意图；
图10是本发明实施例提供的Z轴位移组件的结构示意图；
图11是本发明实施例提供的汽车粗定位机构的结构示意图；
附图标记说明：1-汽车粗定位机构；11-定位梯形台；12-换电缺口；13-压电传感器；14-支撑桥；2-电池转移机构；21-Y轴位移组件；211-导轨容纳槽；212-齿条；213-Y轴驱动电机；214-Y轴直线导轨；215-Y轴滑动板；216-齿轮；22-X轴位移组件；221-X轴驱动电机；222-电机支架；223-滚珠丝杆；224-X轴直线导轨；225-X轴滑动板；23-角度调整组件；231-支撑座；232-角度调整分割机；24-旋转法兰；25-电池感应定位组件；251-支承板；252-压电定位薄膜；253-静电吸附层；254-导向杆；26-Z轴位移组件；261-伺服电动缸；262-推头；27-滚动位移组件；271-侧板；272-滚筒；273-滚动驱动电机；274-滚动皮带；3-传送机构。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。
如图1至图11所示，本实施例所述的一种动力电池自动换电方法，包括汽车粗定位机构1、电池转移机构2以及两个分别设于电池转移机构2两侧且结构相同的传送机构3，所述汽车粗定位机构1用于将电动汽车的位置信息反馈回外界控制系统，两个所述传送机构3分别用于传送电池，所述电池转移机构2包括Y轴位移组件21、X轴位移组件22、角度调整组件23、旋转法兰24、电池感应定位组件25以及两个对称固定在旋转法兰24两侧的Z轴位移组件26，所述Y轴位移组件21用于带动电池感应定位组件25往Y轴方向移动，所述X轴位移组件22设于Y轴位移组件21上，并用于带动电池感应定位组件25往X轴方向移动，所述角度调整组件23设于X轴位移组件22上，并用于调整电池感应定位组件25的角度，所述旋转法兰24与角度调整组件23的输出端连接，所述Z轴位移组件26设于旋转法兰24上，并用于带动电池感应定位组件25往Z轴方向移动，所述电池感应定位组件25活动连接在旋转法兰24上，并用于支撑电池及向外界控制系统反馈电池的相对坐标和角度参数。
本实施例的工作方式是：首先将电动汽车驶入汽车粗定位机构1上，然后汽车粗定位机构1感应汽车的位置信息，并将位置信息反馈回外界控制系统，外界控制系统根据车辆的轮距、轴距和重量等数据确定车型，然后根据位置信息控制电池转移机构2中的Y轴位移组件21、X轴位移组件22、角度调整组件23、电池感应定位组件25和Z轴位移组件26的移动参数，从而完成电动汽车换电前的定位工作；然后Y轴位移组件21和X轴位移组件22带动电池感应定位组件25移动至汽车电池舱的下方，然后角度调整组件23调整电池感应定位组件25的角度，使电池感应定位组件25与汽车电池舱正对，然后Z轴位移组件26带动电池感应定位组件25上升至电动汽车上的旧电池接触，Z轴位移组件26继续推动电池感应定位组件25顶升，使电动汽车的电池卡接机构解锁，此时旧电池由电池感应定位组件25支撑，然后Z轴位移组件26带动电池感应定位组件25下降，从而完成旧电池的拆卸，此时外界控制系统记录拆卸旧电池的位置信息，旧电池支撑于电池感应定位组件25上后，电池感应定位组件25感应并将旧电池的相对坐标和角度参数反馈回外界控制系统，外界控制系统记录旧电池在电池感应定位组件25上的相对坐标和角度参数，同时在Y轴位移组件21和X轴位移组件22带动下，将旧电池移出电动汽车的下方，然后X轴位移组件22带动旧电池靠近传送机构3，将旧电池转移至传送机构3上，从而将旧电池从电池感应定位组件25上移走，然后X轴位移组件22带动电池感应定位组件25反向移动，并靠近另一个传送机构3，另一个传送机构3将新电池传送至电池感应定位组件25上，电池感应定位组件25感应并将新电池的相对坐标和角度参数反馈回外界控制系统，外界控制系统将旧电池的角度参数与新电池的角度参数进行数据对比，然后通过角度调整组件23补偿与旧电池的角度差，然后外界控制系统根据拆卸旧电池的位置信息，控制Y轴位移组件21、X轴位移组件22带动新电池移动，将新电池移动至汽车电池舱的正下方，然后控制Z轴位移组件26推动新电池顶升，将新电池顶升入汽车电池舱内完成安装。
本实施例通过设置汽车粗定位机构1对电动汽车进行定位，然后电池转移机构2提供基础参数，然后电池转移机构2结合基础参数，在Y轴位移组件21、X轴位移组件22、角度调整组件23、电池感应定位组件25和Z轴位移组件26的共同调整下，自动完成新旧电池的更换，能够适应更多规格种类的电动汽车，通用性强，利于换电站的普及和推广，降低投入成本。
基于上述实施例的基础上，进一步地，如图2至图4所示，电池感应定位组件25包括支承板251、压电定位薄膜252和静电吸附层253，所述支承板251通过导向杆254和直线轴承与旋转法兰24活动连接，所述支承板251与两个Z轴位移组件26连接，所述压电定位薄膜252对应设于支承板251上，所述静电吸附层253对应设于压电定位薄膜252上；具体地，拆卸旧电池时，Z轴位移组件26带动支承板251上升，支承板251带动压电定位薄膜252和静电吸附层253上升，使静电吸附层253与旧电池接触，静电吸附层253即可避免顶升过程中破坏电池表面，又可将电池吸附于其表面，从而避免电池发生掉落事故，结构更安全，旧电池被静电吸附层253吸住后，旧电池会施加压力在柔软的静电吸附层253上，压力通过柔软的静电吸附层253传导至压电定位薄膜252上，产生电信号，外界控制系统根据压电定位薄膜252受压的区域，识别出旧电池所处位置的相对坐标和角度参数；而新电池放置在静电吸附层253上时，压电定位薄膜252上同样产生电信号，外界控制系统识别出新电池的相对坐标和角度参数，并将得到的角度参数与旧电池的角度参数进行对比，然后通过角度调整组件23进行新电池的角度差补偿；在将旧电池转移至传送机构3上时，Z轴位移组件26带动支承板251下降至传送机构3同一高度，然后静电吸附层253掉电，从而可以松开旧电池，然后将旧电池转移至传送机构3上；本实施例设置压电定位薄膜252，从而可以对电池姿态检测和角度补偿，进而可以降低电动汽车停车位置的精度要求，容错率高。
基于上述实施例的基础上，进一步地，如图2所示，所述电池转移机构2还包括滚动位移组件27，所述滚动位移组件27设于旋转法兰24与支承板251之间，所述滚动位移组件27用于将电池转移出电池感应定位组件25以及将电池转移至电池感应定位组件25上；具体地，在将旧电池转移至传送机构3上时，首先Z轴位移组件26带动支承板251下降至最低端，同时静电吸附层253掉电，从而使滚动位移组件27支撑住旧电池，同时X轴位移组件22带动电池感应定位组件25贴靠传送机构3的一端，设置滚动位移组件27正转，此时滚动位移组件27带动旧电池朝向传送机构3移动，并将旧电池过渡到传送机构3上，而将新电池转移至电池感应定位组件25上时，设置滚动位移组件27反转，同时X轴位移组件22带动电池感应定位组件25贴靠另一个传送机构3的一端，从而可以将新电池过渡到电池感应定位组件25上，然后Z轴位移组件26带动支承板251上升，从而使静电吸附层253可以吸附住新电池，进而与滚动位移组件27脱离；本实施例可以自动实现新电池和旧电池的转移，利于实现无人化自助式换电操作，节省人力成本。
本实施例中，如图5和图6所示，所述滚动位移组件27包括两个并排固定在旋转法兰24上的侧板271、若干个间隔分布的滚筒272和滚动驱动电机273，若干个所述滚筒272的两端分别轴接在两个侧板271上，相邻的两个所述滚筒272之间均通过滚动皮带274连接，所述滚动驱动电机273固定在旋转法兰24上，所述滚动驱动电机273的输出端通过滚动皮带274与其中一个滚筒272传动连接，所述滚筒272的圆周面可依次穿过支承板251、压电定位薄膜252和静电吸附层253，即当支承板251下降至最低端时，所述滚筒272的圆周面依次穿过支承板251、压电定位薄膜252和静电吸附层253；本实施例设置滚动驱动电机273通过一个L形的连接板固定在旋转法兰24的底面，滚筒272的数量为9个，当然还可根据实际需要设置其他数量。
基于上述实施例的基础上，进一步地，如图1和图11所示，所述汽车粗定位机构1包括定位梯形台11，所述定位梯形台11设有换电缺口12，所述定位梯形台11上还设有四个压电传感器13，四个所述压电传感器13平均分布于换电缺口12的两侧，所述电池转移机构2位于所述换电缺口12内，所述换电缺口12的两侧之间间隔连接有两个支撑桥14；具体地，电动汽车驶入定位梯形台11上，且电动汽车的轮胎压着压电传感器13，压电传感器13产生信号，并反馈回外界控制系统，外界控制系统根据车辆的轮距、轴距和重量等数据确定车型，从而可以定位汽车电池舱的位置，然后调用对应的程序，从而可以控制电池转移机构2中的Y轴位移组件21、X轴位移组件22、角度调整组件23以及Z轴位移组件26的移动参数，来补偿车辆位置的偏移，从而可以降低停车位置精度要求，容错率高。
基于上述实施例的基础上，进一步地，如图2和图7所示，所述Y轴位移组件21包括导轨容纳槽211、齿条212、Y轴驱动电机213、两个Y轴直线导轨214以及Y轴滑动板215，所述导轨容纳槽211设于换电缺口12内，两个所述Y轴直线导轨214并排固定在导轨容纳槽211上，所述齿条212固定在导轨容纳槽211上，并位于两个Y轴直线导轨214之间，所述Y轴滑动板215的两端分别滑动连接在两个Y轴直线导轨214上，所述Y轴驱动电机213固定在Y轴滑动板215上，所述Y轴驱动电机213的输出端连接有齿轮216，所述齿轮216与齿条212啮合；工作时，Y轴驱动电机213带动齿轮216转动，齿轮216沿着齿条212滚动，而Y轴驱动电机213固定连接在Y轴滑动板215上，从而使齿轮216带动Y轴滑动板215沿Y方向往复移动，实现电池感应定位组件25在Y方向的位移调整。
基于上述实施例的基础上，进一步地，如图2和图8所示，所述X轴位移组件22包括X轴驱动电机221、电机支架222、滚珠丝杆223、两个并排固定在Y轴滑动板215上的X轴直线导轨224和X轴滑动板225，所述电机支架222固定在Y轴滑动板215上，所述X轴驱动电机221固定在电机支架222上，所述滚珠丝杆223的一端转动连接在电机支架222上，所述滚珠丝杆223的另一端转动连接在一个轴承座上，所述X轴驱动电机221的输出端与滚珠丝杆223的一端连接，所述X轴滑动板225的两端分别滑动连接在两个X轴直线导轨224上，所述滚珠丝杆223的螺母固定连接在X轴滑动板225上；具体地，X轴驱动电机221通过联轴器与滚珠丝杆223连接，工作时，X轴驱动电机221通过联轴器带动滚珠丝杆223转动，滚珠丝杆223的螺母沿着丝杆移动，从而带动X轴滑动板225往X方向移动，进而实现电池感应定位组件25在X方向的位移调整。
基于上述实施例的基础上，进一步地，如图2和图9所示，所述角度调整组件23包括支撑座231和角度调整分割机232，所述支撑座231固定在X轴滑动板225上，所述角度调整分割机232固定在支撑座231上，所述角度调整分割机232的输出端与旋转法兰24连接；工作时，角度调整分割机232带动旋转法兰24转动，旋转法兰24带动电池感应定位组件25转动，从而可以调整电池感应定位组件25的角度，以便与汽车电池舱对应，同时可以补偿新电池与旧电池的角度差。
基于上述实施例的基础上，进一步地，如图2和图10所示，所述Z轴位移组件26包括伺服电动缸261和推头262，所述伺服电动缸261固定在旋转法兰24上，所述推头262卡接在支承板251上，所述伺服电动缸261的输出端与推头262的固定连接；具体地，伺服电动缸261通过推头262实现与支承板251的连接，在伺服电动缸261工作时，电池感应定位组件25在Z方向移动，达到电池在Z方向的位移调整。
基于上述实施例的基础上，进一步地，所述传送机构3包括传送支架、至少两个动力滚轮和传送带，每个所述动力滚轮的两端分别轴接在传送支架上，所述传送带对应绕接在动力滚轮上；具体地，动力滚轮的数量为是三个，能够实现新电池的输送，以及旧电池的搬移，大大降低劳动强度，更适应自动化更换电动汽车的电池。
以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。

Claims (1)

1.一种动力电池自动换电方法，其特征在于，包括汽车粗定位机构（1）、电池转移机构（2）以及两个分别设于电池转移机构（2）两侧且结构相同的传送机构（3），所述汽车粗定位机构（1）用于将电动汽车的位置信息反馈回外界控制系统，两个所述传送机构（3）分别用于传送电池，所述电池转移机构（2）包括Y轴位移组件（21）、X轴位移组件（22）、角度调整组件（23）、旋转法兰（24）、电池感应定位组件（25）以及两个对称固定在旋转法兰（24）两侧的Z轴位移组件（26），所述Y轴位移组件（21）用于带动电池感应定位组件（25）往Y轴方向移动，所述X轴位移组件（22）设于Y轴位移组件（21）上，并用于带动电池感应定位组件（25）往X轴方向移动，所述角度调整组件（23）设于X轴位移组件（22）上，并用于调整电池感应定位组件（25）的角度，所述旋转法兰（24）与角度调整组件（23）的输出端连接，所述Z轴位移组件（26）设于旋转法兰（24）上，并用于带动电池感应定位组件（25）往Z轴方向移动，所述电池感应定位组件（25）活动连接在旋转法兰（24）上，并用于支撑电池及向外界控制系统反馈电池的相对坐标和角度参数；
首先将电动汽车驶入汽车粗定位机构上，然后汽车粗定位机构感应汽车的位置信息，并将位置信息反馈回外界控制系统，外界控制系统根据车辆的轮距、轴距和重量等数据确定车型，然后根据位置信息控制电池转移机构中的Y轴位移组件、X轴位移组件、角度调整组件、电池感应定位组件和Z轴位移组件的移动参数，从而完成电动汽车换电前的定位工作；然后Y轴位移组件和X轴位移组件带动电池感应定位组件移动至汽车电池舱的下方，然后角度调整组件调整电池感应定位组件的角度，使电池感应定位组件与汽车电池舱正对，然后Z轴位移组件带动电池感应定位组件上升至电动汽车上的旧电池接触，Z轴位移组件继续推动电池感应定位组件顶升，使电动汽车的电池卡接机构解锁，此时旧电池由电池感应定位组件支撑，然后Z轴位移组件带动电池感应定位组件下降，从而完成旧电池的拆卸，此时外界控制系统记录拆卸旧电池的位置信息，旧电池支撑于电池感应定位组件上后，电池感应定位组件感应并将旧电池的相对坐标和角度参数反馈回外界控制系统，外界控制系统记录旧电池在电池感应定位组件上的相对坐标和角度参数，同时在Y轴位移组件和X轴位移组件带动下，将旧电池移出电动汽车的下方，然后X轴位移组件带动旧电池靠近传送机构，将旧电池转移至传送机构上，从而将旧电池从电池感应定位组件上移走，然后X轴位移组件带动电池感应定位组件反向移动，并靠近另一个传送机构，另一个传送机构将新电池传送至电池感应定位组件上，电池感应定位组件感应并将新电池的相对坐标和角度参数反馈回外界控制系统，外界控制系统将旧电池的角度参数与新电池的角度参数进行数据对比，然后通过角度调整组件补偿与旧电池的角度差，然后外界控制系统根据拆卸旧电池的位置信息，控制Y轴位移组件、X轴位移组件带动新电池移动，将新电池移动至汽车电池舱的正下方，然后控制Z轴位移组件推动新电池顶升，将新电池顶升入汽车电池舱内完成安装。
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