CN111038302A - 一种纯电动重载卡车充换电系统及其使用方法 - Google Patents

一种纯电动重载卡车充换电系统及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纯电动重载卡车充换电系统及其使用方法，包括车辆停靠区域，转换区域，存储区域，设在车辆停靠区域及转换区域上自由移动的吊装机器人，设在转换区域及存储区域间自由移动的搬运机器人，所述转换区域至少有2个用于存放电池箱的电池架，所述存储区域至少包括一层多个水平并排放置电池箱的框架，用于电池箱的存储和充电，吊装机器人从车辆上方提取亏电电池箱放置在转换区域上，并将其上的满电电池箱吊装至车辆上，搬运机器人将电池箱在转换区域及存储区域间搬运。本发明在吊装换电的基础上引入转换区域及堆垛系统，避免了现有的吊装换电电池箱只能存放一层的缺点，大幅度增加电池箱的存储容量，同时吊装机器人及搬运机器人间的协同运动进一步的提高了换电效率。

Description

一种纯电动重载卡车充换电系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及一种新能源汽车技术领域的充换电系统，具体地，涉及一种纯电动重载卡车充换电系统及其使用方法。
背景技术
近几年来，纯电动重载卡车发展迅速，采用电池作为动力来源，具有环境友好、经济性能佳的优点。重载卡车耗能大、运行时间长的特点，导致动力电池组体积大、笨重、一般纯电动重载卡车电池大小可达2000*1200*1800，一次充满电需要漫长的时间，严重影响纯电动重载卡车的进一步发展。
针对上述问题，现有的技术中，中国专利CN 110395228 A和专利CN 109534178 A介绍了针对重载卡车吊装换电技术，专利一将电池箱整齐排列在存放区域内，专利二则将电池箱放置在集装箱内，换电机器人在其上方移动吊装。但考虑到动力电池的大体积，要保证始终有可供换用的满电电池箱，即需要足够多的可存放电池箱容量，保证在一轮电池箱更换结束后，至少第一台充电的亏电电池箱已充满电，保证换电过程不中断。为满足此要求，由于吊装换电只能抓取最上面的电池箱，因此专利一所述的电池可存放区域面积将会很大，换电机器人移动的距离也会很大，影响换电效率，至于专利二，单个集装箱能存放的电池箱数更少，难以实现持续换电的功能。
发明内容
针对现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种纯电动重载卡车充换电系统，采用吊装更换电池箱的方式，能够快捷地完成大体积电池箱的更换，采用堆垛存储的方式对电池箱进行存储充电，一方面充分利用换电站的高度空间，大大增加换电站电池箱存储容量，保证始终有满电电池箱可供换用，另一方面，通过搬运机器人和吊装机器人持续的协同运作，保证换电过程的高效快速。为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种纯电动重载卡车充换电系统，包括：车辆停靠区域(1)，用于停放待换电车辆(11)；转换区域(2)，设置在所述车辆停靠区域(1)的一侧或两侧，至少可存放2个电池箱(6)；存储区域(3)，设置在所述车辆停靠区域(1)的外侧，至少包括一层可多个水平并排放置电池箱的框架，用于电池箱的存储和充电；吊装机器人(4)，在所述车辆停靠区域(1)及所述转换区域(2)的上方自由移动，将待换电车辆(11)上的亏电电池箱提取并放置在所述转换区域(2)上；或，将所述转换区域(2)上的满电电池箱提取并放置在所述待换电车辆(11)上；
搬运机器人(4)，在所述转换区域及存储区域间自由移动，将所述满电电池箱从所述存储区域(3)搬运至所述转换区域(2)，或，将所述所述亏电电池箱从所述转换区域(2)搬运至所述存储区域(3)；
进一步的，所述待换电车辆(11)上安装有固定电池箱的车载电池架(12)，所述车载电池架包括吊装电池箱过程中起粗导向作用的下导向板(122)，起精定位作用的销(123)，与电池箱电连接的插接器(125)以及固定所述电池箱的锁止装置(124)。
进一步的，所述导向板固定设在电池架本体外侧，所述销固定设置在电池架本体上，所述导向板比销(123)高，吊装时长方体形的电池箱先伸进开有喇叭口导向板内，再与销(123)对接，保证电池箱已对正，然后与电池架上的插接器(125)对接，最后锁止装置(124)固定电池箱(6)
进一步的，转换区域内放置有至少2个电池架(21)，所述电池架只起盛放电池箱的作用，一个用于放置从待换电车辆拆卸下来的亏电电池箱，一个用于放置满电电池箱以供换用。
进一步的，所述吊装机器人(4)包括第一移动装置(41)、第二移动装置(42)、吊具(43)，所述第一移动装置(41)设置在所述车辆停靠区域(1)及所述转换区域(2)上方桁架上，可沿桁架水平移动，实现所述吊装机器人(42)Y方向移动，所述第二移动装置(42)设置在所述第一移动装置(41)上，可沿所述第一移动装置(41)横梁上移动，实现所述吊装机器人(4)X方向移动，所述吊具(43)与所述第二移动装置(42)通过钢丝绳连接，通过驱动第二移动装置(42)上的卷筒(421)，可使吊具(43)沿竖直方向上下运动，实现所述吊装机器人(4)Z方向移动。
进一步的，所述吊具(43)包括与所述第二移动装置(42)通过钢丝绳连接的吊具上架(431)，抓取所述电池箱的吊具下架(432)以及连接所述吊具上架(431)和吊具下架(432)的回转装置(433)。
进一步的，所述吊具上架包括多组动滑轮组和钢丝绳，所述动滑轮组固定安装在吊具上架(431)顶部，与第二移动装置(42)通过钢丝绳连接，驱动钢丝绳可以带动吊具(43)上下运动；回转装置，固定安装在吊具上架本体底部，与所述吊具下架顶部固定连接，可对吊具下架角度进行微调，补偿待换电车辆(11)的停车位置偏差。
进一步的，所述吊具下架(432)包括框架，旋转锁销(4321)和导向板(4322)，所述导向板引导所述吊具下架(432)在下降过程中对正所述电池箱，所述旋转锁销(4321)顺利进入所述电池箱顶部四侧的卡口内，旋转锁销旋转90度，旋转锁销将卡住电池箱顶部，提升吊具(23)即可将电池箱提起。
进一步的，所述存储区域(3)包括至少包括一层可多个水平并排放置电池箱的框架，利用换电站的高度空间，每个电池架均设有与电池箱电连接的插接座，用于电池箱的存放和充电。
进一步的，所述搬运机器人(4)设在所述转换区域(2)和所述存储区域(3)之间，包括行走部和升降货叉部，所述行走部可使搬运机器人(4)沿存储区域(3)立面Y方向移动，所述升降货叉部可沿存储区域(3)立面X、Z方向移动，可将电池箱在存储区域(3)上任一电池架上进行存取。
进一步的，所述一种纯电动重载卡车充换电系统运行步骤为：所述吊装机器人(4)提取所述待换电车辆(11)上的亏电电池箱，并吊装放置在所述转换区域(2)内，同步的，所述搬运机器人(5)提取所述存储区域(3)上的满电电池箱搬运至所述转换区域(2)内；然后所述搬运机器人(4)提取所述转换区域(2)内刚放置的亏电电池箱搬运至所述转存储区域(3)内进行充电，同步的，所述吊装机器人(4)提取所述转换区域(2)内刚放置的满电电池箱吊装至所述待换电车辆(11)上，完成换电。
进一步的，所述一种纯电动重载卡车充换电系统的另一种运行步骤为：所述转换区域(2)预先放置有一个满电电池箱，所述吊装机器人(4)将亏电电池箱从所述待换电车辆上吊装至转换区域(2)后，然后将所述满电电池箱吊装至所述待换电车辆上，同步的，所述搬运机器人(5)从存储区域(3)上提取一个满电电池箱搬运至转换区域(2)内，然后将刚放置的亏电电池箱搬运至存储区域(3)上进行充电，始终保持转换区域(2)内有可供换用的满电电池箱。
与现有的技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明采用吊装+堆垛的方式实现大体积电池箱的快速提取和放置，同时针对吊装只能吊取最上面物体的特点，增加堆垛存储区域，充分利用换电站的高度空间，大大增加换电站电池箱存储容量，保证始终有满电电池箱可供换用，实现在不占大量土地的情况下仍可持续换电，使设备的使用率达到最高。
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是本发明一种纯电动重载卡车充换电系统结构俯视图；
图2是本发明一种纯电动重载卡车充换电系统结构示意图；
图3是本发明一种纯电动重载卡车充换电系统车载电池架结构示意图；
图4(a)是本发明一种纯电动重载卡车充换电系统车载电池架锁止机构结构示意
，图4(b)是锁止机构初始状态示意图，图4(c)是锁止机构锁止状态示意图；
图5、图6是本发明一种纯电动重载卡车充换电系统电池箱放置在车载电池箱上时的状态示意图；
图7是本发明一种纯电动重载卡车充换电系统吊装机器人结构示意图；
图8是本发明一种纯电动重载卡车充换电系统实施例二的俯视图；
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。
参见图1-2，为本发明一种纯电动重载卡车充换电系统一较优实施例结构示意图，其中包括：车辆停靠区域1、转换区域2、吊装机器人4、存储区域3和搬运机器人5。其中，待换电车辆11沿导向杆驶进车辆停靠区域1内停车，吊装机器人4移动至车载电池箱的正上方，将电池箱提取出来，并放置至转换区域2上，搬运机器人5将满电电池箱搬运至转换区域2上，然后，吊装机器人4将满电电池箱提取并放置在车载电池架上，搬运机器人5将亏电电池箱从转换区域2搬运至存储区域3进行充电存放，完成一次换电流程。或，所述转换区域2预先放置有一个满电电池箱，所述吊装机器人4将亏电电池箱搬运至转换区域2，然后将所述满电电池箱吊装，同步的，所述搬运机器人5从存储区域3上搬运一个满电电池箱至转换区域2上，然后将亏电电池箱搬运至存储区域3上，始终保持转换区域2有可供换用的满电电池箱。
参见图3-6，车载电池架12包括框架121，下导向板122、销123、锁止装置124，与电池箱对接的插接器125，所述车载电池架12固定设在待换电车辆11车头后侧，所述下导向板122固定设置在车载电池四周，顶部开有喇叭口，开口比电池箱6稍大，销123和插接器125固定设置在电池架上，组锁止装置124则固定设置在下导向板122内侧。其中，锁止装置124包括立板1241，压板1242，旋转卡板1243和底板1244，旋转卡板1243通过销轴安装在底板1244上，在销轴上套扭簧一1248，使旋转卡板1243始终有向右侧旋转的趋势，所述锁止机构还包括顶板1245、电机1246，顶板1245通过销轴安装在底板1244上，同时在销轴上套扭簧二1249，使顶板1245始终有向左转动的趋势，最后通过压板1242将旋转卡板1243和顶板1245固定。在初始状态下，旋转卡板1243在扭簧一1248作用下右转到极限，顶板1245扭簧二1249的作用下向左紧贴旋转卡板1243，此时旋转卡板1243开口朝上，与底板1244上的开口一致，电池箱6吊装下降过程中，电池箱6两侧的锁杆63伸进卡口与旋转卡板1243接触并促使旋转卡板1243向左侧转动，直至电池箱放置完成，此时顶板1245顶到旋转卡板1243底部的挡口，行程死点，使旋转卡板1243无法再向右侧转动。旋转卡板1243开口将锁杆63牢牢锁住，此时电池箱6便被固定在车载电池架12上。解锁时，电机1246带动凸轮转动，驱使顶板1245向右侧转动，直至顶板1245下部触碰到极限开关1247，此时顶板1245早已脱离挡口，旋转卡板1243在扭簧一1278的作用下自动向右转动，开口打开，可以将电池箱提取出来。顶板1245触碰极限开关247后反转回到初始位置，顶板1245在扭簧二1249的作用下又紧贴旋转卡板1243右下角的圆弧凸面。
下导向板12)比销123高，吊装时，长方体形的电池箱先进入开有喇叭口下导向板122内完成粗定位，再与销123对接完成精定位，保证电池箱已对正，然后与电池架上的插接器125对接，接通电源，最后电池箱6完全放到车载电池架11上，锁止装置124固定电池箱6。
参见图7，在一较优的实施例中，参考现有的岸桥起重机技术，作为本发明的吊装机器人4的一种较优结构，包括第一移动装置41，第二移动装置42以及吊具43，其中，第一移动装置41设在车辆停靠区域1及转换区域2两侧的纵向桁架上，通过减速电机驱动行走轮在轮轨上可沿Y方向往复运动。同理的，所述第二移动装置42设在第一移动装置41的两横梁上，通过减速电机驱动行走轮(图中未给出)在轮轨上可沿X方向往复运动。以上的第一移动装置41和第二移动装置42的Y、X方向的往复移动，可以覆盖车辆停靠区域1所在平面的任意位置。第二移动装置42还包括卷筒421及转向轮组422，所述卷筒421固定设在第二移动装置42一侧，其开有4段线槽，用于4组钢丝绳的缠绕，2个转向轮组固定设在卷筒另一侧，用于改变2跟钢丝绳的缠绕方向，使4根钢丝绳可以缠绕在卷筒上。
吊具43包括吊具上架431和吊具下架432以及连接所述吊具上架431和吊具下架432的回转装置433，其中吊具上架431两侧固定设有四组动滑轮组4311，钢丝绳一端固定在第二移动装置42上，另一端绕过动滑轮组4311后缠绕在卷筒421上，其中有两组钢丝绳4312经转向轮组422转向后缠绕在卷筒421上，驱动卷筒421转动，吊具43随钢丝绳4312的缠绕将沿竖直方向上下运动。吊具下架432包括框架4321，固定在框架两侧的上导向板4322，安装在框上四角上的旋转锁销4323，驱动卷筒使吊具43下降，所述上导向板4322会卡住长方体形的电池箱6外侧，实现定位，吊具43继续下降，旋转锁销4323伸进电池箱6顶部四角处的矩形开口61，旋转锁销4323转动90度后，驱动卷筒421抬升吊具43，旋转锁销(4323)将会卡住电池箱6，将电池箱一起抬升。所述吊具上架431底部还有回转装置433，与所述吊具43下架固定连接，所述回转装置包括回转支承和驱动电机，通过电机驱动回转支承进而调整吊具下架的水平面角度，补偿待换电车辆11停车的位置偏差，使吊具43吊装过程顺利对正。
参见图1，参考现有的技术，所述搬运机器人5可沿存储区域3长度方向自由移动，升降货叉可沿存储区域3高度方向移动，同时升降货叉可伸出货叉臂，伸进存储区域/转换区域3内搬运电池箱。
转换区域2设置在车辆停靠区域1的一侧或两侧，存储区域3设置在转换区域2的外侧，转换区域2至少放置有2个可放置电池箱的电池架，其中一个用于放置从待换电车辆11上拆卸下来的亏电电池箱，另一个用于放置从存储区域3搬运过来的满电电池箱。存储区域3设有至少包括一层可多个水平并排放置电池箱的框架31，电池箱放置的位置均设有与电池箱对应的插接器，给电池箱充电。设定框有M层，每层可同时放置N个电池箱，则采用此堆垛放置方法最多可放置MXN个电池箱，可满足持续换电存储要求。吊装机器人4在车辆停靠区域1及转换区域2上运动，搬运机器人5在转换区域2和存储区域3间运动，通过转换区域(2)间亏电电池箱与满电电池箱的交换，吊装机器人4与搬运机器人5协同运作，可有效提高换电的效率。
参见图8所示为一种纯电动重载卡车充换电系统实施例二，待换电车辆两侧由内至外分别设置有吊装机器人4，转换区域2，搬运机器人5以及存储区域3，两侧的转换区域2至少有1个满电电池箱，待换电车辆停车后，一侧的吊装机器人4提取待换电车辆上的亏电电池箱，同步的，另一侧的吊装机器人4则从同侧的转换区域2上提取满电电池箱，待一侧的吊装机器人4放置亏电电池箱至转换区域2时，同步的，另一侧的吊装机器人4则将满电电池箱放置在待换电车辆11上，然后两侧的搬运机器人5则亏电电池箱/满电电池箱至同侧的存储区域3充电存储/转换区域以供换用，完成一个换电流程。两侧的吊装机器人4同步提取亏电/满电电池箱，同步放置亏电/满电电池箱，相对于实施例一可将总换电时间缩短一半。
本发明采用吊装的方式可以实现大体积电池箱的快速提取和放置，同时针对吊装只能吊取最上面物体的特点，增加堆垛存储区域，充分利用换电站的高度空间，大大增加换电站电池箱存储容量，保证始终有满电电池箱可供换用，实现在不占大量土地的情况下仍可持续换电，提高换电效率。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种纯电动重载卡车充换电系统，其特征在于，包括：
车辆停靠区域(1)，用于停放待换电车辆(11)；
转换区域(2)，设置在所述车辆停靠区域(1)的一侧或两侧，至少可存放2个电池箱(6)；
存储区域(3)，设置在所述车辆停靠区域(1)的外侧，至少包括一层可多个水平并排放置电池箱的框架，用于电池箱的存储和充电；
吊装机器人(4)，在所述车辆停靠区域(1)及所述转换区域(2)的上方自由移动，将待换电车辆(11)上的亏电电池箱提取并放置在所述转换区域(2)上；或将所述转换区域(2)上的满电电池箱提取并放置在所述待换电车辆(11)上；
搬运机器人(5)，在所述转换区域(2)及存储区域(3)间自由移动，将所述满电电池箱从所述存储区域(3)搬运至所述转换区域(2)，或将所述所述亏电电池箱从所述转换区域(2)搬运至所述存储区域(3)。
2.根据权利要求1所述的一种纯电动重载卡车充换电系统，其特征在于，所述所述待换电车辆(11)上安装有固定电池箱的车载电池架(12)，所述车载电池架(12)包括吊装电池箱过程中起粗导向作用的下导向板(122)，起精定位作用的销(123)，与电池箱电连接的插接器(125)以及固定所述电池箱的锁止装置(124)。
3.根据权利要求1所述的一种纯电动重载卡车充换电系统，其特征在于，所述吊装机器人(4)包括第一移动装置(41)、第二移动装置(42)、吊具(43)，所述第一移动装置(41)设置在所述车辆停靠区域(1)及所述转换区域(3)上方桁架上，实现所述吊装机器人(4)Y方向移动，所述第二移动装置(42)设置在所述第一移动装置(41)上，实现所述吊装机器人(4)X方向移动，所述吊具与所述第二移动装置(42)通过钢丝绳连接，实现所述吊装机器人(4)Z方向移动。
4.根据权利要求3所述的一种纯电动重载卡车充换电系统，其特征在于，所述吊具(43)包括连接所述第二移动装置(42)的吊具上架(431)、抓取所述电池箱的吊具下架(432)，以及连接所述吊具上架(431)和吊具下架(432)的回转装置(433)，用于所述吊具下架(432)的角度调整。
5.根据权利要求4所述的一种纯电动重载卡车充换电系统，其特征在于，吊具下架(432)包括本体框架，固定设在所述本体框架外侧的导向板，固定设在所述本体框架上的旋转锁销，与所述电池箱顶部卡接。
6.根据权利要求1所述的一种纯电动重载卡车充换电系统，其特征在于，所述搬运机器人(4)设在所述转换区域(2)和所述存储区域(3)之间，可沿所述存储区域(3)立面的X、Y、Z方向移动，搬运电池箱。
7.一种纯电动重载卡车充换电系统使用方法，用于权利要求1-6任意所述的一种纯电动重载卡车充换电系统，其特征在于：所述充换电步骤具体包括：
所述吊装机器人(4)提取所述待换电车辆(11)上的亏电电池箱，并吊装放置在所述转换区域(2)内，同步的，所述搬运机器人(5)提取所述存储区域(3)上的满电电池箱搬运至所述转换区域(2)内；然后所述搬运机器人(4)提取所述转换区域(2)内刚放置的亏电电池箱搬运至所述转存储区域(3)内进行充电，同步的，所述吊装机器人(4)提取所述转换区域(2)内刚放置的满电电池箱吊装至所述待换电车辆(11)上，完成换电；或，所述转换区域(2)预先放置有一个满电电池箱，所述吊装机器人(4)将亏电电池箱从所述待换电车辆上吊装至转换区域(2)后，然后将所述满电电池箱吊装至所述待换电车辆上，同步的，所述搬运机器人(5)从存储区域(3)上提取一个满电电池箱搬运至转换区域(2)内，然后将刚放置的亏电电池箱搬运至存储区域(3)上进行充电，始终保持转换区域(2)内有可供换用的满电电池箱。
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