CN111823930A - 用于不同车型的电动小客车换电的动力电池智能预存系统 - Google Patents

Abstract

一种用于不同车型的电动小客车换电的动力电池智能预存系统，包括：电池预存架，用于预置亏电电池/满电电池的设备，使换电机器人或电池调度系统从电池预存架上取走或放置动力电池；抓取机构，用于根据电池预存架上放置的动力电池的尺寸，调节抓取的距离，将电池预存架上放置的动力电池抓紧；升降机构，用于将抓取机构抓取的动力电池提升到预设高度，或者将提升到预设高度的抓取机构抓取的动力电池，下降放置到电池预存架上。本发明解决了可对各种电动小客车中各种尺寸动力电池进行换电，且缩短换电机器人从电动小客车上卸下亏电电池至换电机器人获取满电电池的过程的周期，而不需要换电机器人处于停滞等待状态的问题。

Description

用于不同车型的电动小客车换电的动力电池智能预存系统

技术领域

本发明涉及电动小客车动力电池换电领域，具体涉及一种用于不同车型的电动小客车换电的动力电池智能预存系统。

背景技术

随着全球能源的紧缺，环境污染问题日趋严重，在环保以及清洁能源概念的大趋势下，由于电动小客车对环境影响相对传统汽车较小，其发展前景十分广阔。电动小客车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的小客车。其中动力电池是电动小客车的核心，但对于动力电池的续航能力不足一直是困扰于电动小客车发展的瓶颈所在。

现在出现了不需要对动力电池进行充电，而只对电动车进行换装充满电力的动力电池的运营方式，这样减少了用户等待动力电池充电的时间，与传统汽车加油时间基本相同，无需改变用户使用汽车的习惯。快换模式：驶入换电站的电动小客车通过换电站中换电设备，将电动小客车的动力电池电量不足的电动小客车直接更换已充好电的动力电池，便利快捷，但换电技术尚未成熟。

在换电模式下，其中动力电池安装在电动小客车车体上，动力电池的尺寸比较大(长度和宽度一般为几米)而且重量都比较大(可达几百公斤)，对于换电模式的安全性要求很高；而且不同车型的电动小客车的轴距和轮距都有所不同，甚至动力电池尺寸也不尽相同，当前的换电模式中换电设备主要适用于单一型号的电动小客车，对于其他型号的不同轴距/不同轮距的电动小客车的动力电池就不能进行更换，在全球的新能源造车概念下，只能对单一型号的电动小客车的动力电池进行更换是对资源的极大浪费。

当前的换电方案中：电动小客车进入换电站更换亏电电池时，换电机器人拆下亏电电池行走至电池预存架位置将亏电电池放下，换电机器人下降至低位，由于换电站仅有一个亏电、满电电池公用预存位置，那么此时亏电电池占位，换电机器人无满电电池可取，只有等待电池调度系统将亏电电池取走、进库、上架、取上满电电池、运送至电池预存架并放下，这一过程经实际计时约90秒。在此期间换电机器人处于停滞等待状态，增加了换电的整体时间

因此，当前需要一种新的亏电电池预存的技术方案，确保可以对不同轮距、不同轴距的各种电动小客车中，各种尺寸动力电池进行换电，且缩短换电机器人从电动小客车上卸下亏电电池至换电机器人获取满电电池的过程的周期，而不需要换电机器人处于停滞等待状态的问题就成为了当前需要解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于不同车型的电动小客车换电的动力电池智能预存系统，以解决可以对不同轮距、不同轴距的各种电动小客车中，各种尺寸动力电池进行换电，且缩短换电机器人从电动小客车上卸下亏电电池至换电机器人获取满电电池的过程的周期，而不需要换电机器人处于停滞等待状态的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于不同车型的电动小客车换电的动力电池智能预存系统，包括：电池预存架、抓取机构和升降机构，其中，

电池预存架，用于预置亏电电池/满电电池的设备，使换电机器人或电池调度系统从电池预存架上取走或放置动力电池；

抓取机构，用于根据电池预存架上放置的动力电池的尺寸，调节抓取的距离，将电池预存架上放置的动力电池抓紧。

升降机构，用于将抓取机构抓取的动力电池提升到预设高度，或者将提升到预设高度的抓取机构抓取的动力电池，下降放置到电池预存架上。

与现有技术相比，应用本发明，在电动小客车进行换电的过程中，由于增加了动力电池智能预存系统，换电机器人整个换电过程连贯性得以加大，并且使得电动小客车自进入换电站起，多项工作可同时进行，减少了电动小客车进行换电的整体时间，将之前的等待电池调度系统将亏电电池取走、进库、上架、取上满电电池、运送至电池预存架并放下的过程实际计时90秒缩短为现在的30秒，提高了用户满意度，便于电动小客车的大规模商业推广应用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的用于不同车型的电动小客车换电的动力电池智能预存系统的结构示意图；

图2为本发明所应用的动力电池智能预存系统中动力电池20为亏电电池，并放置在电池预存架Y10上的结构示意图；

图3为本发明所应用的动力电池智能预存系统中动力电池20为亏电电池，将亏电电池提升到预设高度h的结构示意图；

图4为本发明中导向轮组件的结构示意图；

图5为本发明中抓取机构Z10的结构示意图；

图6为本发明中吊爪整件的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

注：在本申请中，X方向是指以车辆在水平地面保持直线行驶的方向的反方向为轴线方向，Y方向是指在车辆底盘平面上垂直于X方向的轴线方向，Z方向是指垂直于X方向和Y方向所形成平面的轴线方向。

本申请的电动小客车是指乘坐9人以下的小型轻便载客电动车辆，以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶的车辆。电动小客车区别于电动的特种车辆(例如：以车载电源为动力的垃圾运输车辆、以车载电源为动力的城市货物运输车辆和以车载电源为动力的公共交通车辆等等)

该装置可以缩短亏电电池与满电电池的置换时间，较当前换电机器人等待电池调度系统送回亏电电池再取回满电电池方式，可缩短换电时间60秒左右。

本申请的用于不同车型的电动小客车换电的动力电池智能预存系统可以使换电机器人能够迅速从电池预存架取走满电电池，减少停滞等待，不停歇地进行换电作业。

本申请的用于不同车型的电动小客车换电的动力电池智能预存系统，通过采用2个直流电机电推缸实现升降，通过1个伺服电机电推缸调节吊爪爪距以适应不同规格电池，通过吊爪下降、抓取换电机器人的亏电电池后，将亏电电池提升到一预设高度后，换电机器人取走电池调度系统已经放在电池预存架上的满电电池，整个过程时间耗时约30秒，较当前等待电池调度系统方式可大大缩短整个换电时间60秒。

在电动小客车进行换电的过程中，由于增加了动力电池智能预存系统，换电机器人整个换电过程连贯性得以加大，并且使得电动小客车自进入换电站起，多项工作可同时进行，减少了电动小客车进行换电的整体时间，提高了用户满意度，便于电动小客车的大规模商业推广应用。当然本申请的系统也可以应用于满电电池提升预存。

如图1所示，本申请的用于不同车型的电动小客车(即可适用于不同轮距/不同轴距的不同车型的电动小客车)换电的动力电池智能预存系统，包括：电池预存架Y10、抓取机构Z10以及升降机构H10，其中，

电池预存架Y10，用于预置亏电电池/满电电池的设备，使换电机器人或电池调度系统从电池预存架上取走或放置动力电池20；

抓取机构Z10，用于根据电池预存架上放置的动力电池的尺寸，调节抓取的距离，将电池预存架上放置的动力电池抓紧。

升降机构H10，用于将抓取机构抓取的动力电池提升到预设高度h，或者将提升到预设高度h的抓取机构抓取的动力电池，下降放置到电池预存架上。

所述电池预存架包括两侧的支撑部，两侧的支撑部形成一支架结构，托举部的两侧的支撑部分别与放置在所述电池预存架的动力电池的底面相接触，所述电池预存架设置为金属结构的支架结构(两侧的支撑部可以设置为分离的结构，这样可以节省支架结构的材料成本；当然也可以设置为在支撑部上设置一托举架的形式，本申请对此不作限定；电池预存架可以设置为钢结构支架结构，钢结构成本低，更便于生产制造，便于换电模式的大规模商业推广应用；其他金属结构也可以，例如：铝或铜等金属结构，本申请对此不作限定)。电池预存架用于预置亏电电池/满电电池的设备(作为亏电电池/满电电池的中转站)，并可对动力电池进行充电的设备；换电机器人或电池调度系统都可以从电池预存架上取走或放上动力电池。

如图2所示，是应用动力电池智能预存系统中动力电池20为亏电电池，并放置在电池预存架Y10上的结构示意图。如图3所示，是应用动力电池智能预存系统中动力电池20为亏电电池，将亏电电池提升到预设高度h的结构示意图。

如图2和图3所示，升降机构H10，包括一托架H101、2个升降动力单元H102、2个升降导轨H103、导向轮组件H104和一机架H105，其中，2 个升降动力单元分别固定在托架两侧的2个升降导轨上，托架的两侧分别与一升降动力单元连接，2个升降动力单元推动托架进行上下移动动作，装在托架四角处的导向轮组件使托架沿升降导轨进行上下移动动作(装在托架四角处的导向轮组件使托架沿升降导轨上的方管进行上下移动动作)，实现亏电电池在预存架位置与提升预存位置之间的切换操作。

其中，导向轮组件(导向轮组件的各导向轮可设置为轴承，轴承结构设计简单，大大降低了成本，便于换电模式的大规模商业推广应用)控制托架在X方向和Y方向上的运动自由度，使托架可以平稳升降，无翻转。

升降导轨，左右各一件安装在龙门形机架上，每件上采用2根方管构成的垂直导轨，左右升降导轨共4根垂直导轨，分别对应托架四角处的导向轮，构成一个完整上下升降机构。升降导轨中垂直导轨采用方管，如图4所示，导向轮组件中各导向轮与相应的垂直导轨在X方向和Y方向的间隙可进行调整，在保证使用功能的前提下，大大降低了制造安装精度。

机架，设置为龙门的形状，机架通过4根垂直的升降导轨与托架相连接， 4根升降导轨分别设置在机架支撑柱的内侧，电池存储架和托架设置在机架内部中，托架、电池存储架与机架形成一个整体，其中托架在机架内部中的上部空间；电池存储架在机架内部中的下部空间，

如图5所示，抓取机构Z10：抓取机构包括吊爪Z101、吊爪臂Z102及爪距调节单元Z103，通过爪距调节动力单元Z104(可以是电推缸)直线运动带动连接杆Z105驱动内侧2个吊爪臂，吊爪臂上装有齿条，通过中间过桥齿轮Z106，将电推缸直线运动同步传递给外侧的2个吊爪臂上的齿条驱动外侧吊爪臂进行直线运动。吊爪臂沿基础板Z107、导向轮H104和定位块 Z108构成的直线付运动，吊爪与吊爪臂连接成一体，吊爪随吊爪臂随电推缸直线运动，吊爪的爪距随之发生改变。

抓取机构固定设置在托架上形成一整件，通过2个直流电机电推缸实现升降运动，装在托架四角处的导向轮使该整件可沿升降导轨上的方管进行上下移动动作。

本申请的抓取机构可以根据系统自动控制的指令自动调节前后吊爪的爪距，可适应多种车型的电动小客车的多款动力电池进行提升预存，且无极可调，定位准确可靠。

爪距调节单元：单个爪距调节动力单元驱动通过连接杆、吊爪整件(吊爪和吊爪臂组成吊爪整件)和中间过桥齿轮的传动机构，实现前后各2个吊爪整件的爪距无极调节，适应多款动力电池宽度的要求。

如图6所示，吊爪Z101和吊爪臂Z102组成吊爪整件，前后各2件，吊爪臂Z102上固定设置有齿条Z109；定位块、导向轮限制了吊爪整件在X 方向和Z方向的运动自由度，吊爪整件随电推杆沿Y方向直线运动，实现调节爪距功能。本申请通过爪距调节单元可以适用于不同车型电动小客车的动力电池，更加便于电动小客车的大规模商业推广应用。

动力电池智能预存系统的整体结构集成化程度高。结构设计集约化，很适合大规模的生产，便于换电模式的大规模商业推广应用。

在本申请中使用的动力单元可以为以下装置：电推缸、电动推杆、减速机或液压缸等，单独使用或混合使用。这样选择更多，更加适应大规模的生产，便于换电模式的大规模商业推广应用。

本申请中使用的直线运动副可以为以下结构：滚轮与导向槽、滚轮与方管或导柱与导套等。这样选择更多，更加适应大规模的生产，便于换电模式的大规模商业推广应用。

本申请的动力电池智能预存系统的工作流程，如下所示：

步骤A、当电动小客车驶入换电站后，换电站的控制中心获取电动小客车的型号和动力电池的型号，将该车辆的动力电池型号的信息发送给换电机器人、动力电池智能预存系统和电池调度系统后，换电机器人拆卸该电动小客车的亏电电池的同时，电池调度系统从动力电池存储系统提取该车辆的满电电池；

步骤B、电池调度系统将提取的满电电池放置到电池预存架上后，动力电池智能预存系统根据动力电池的尺寸，控制抓取机构将电池预存架上放置的满电电池抓紧后，控制升降机构将满电电池提升到预设高度；

步骤C、换电机器人将卸下的亏电电池放置到电池预存架上后，电池调度系统将亏电电池取走，并返回到动力电池存储系统进行存储和充电；

步骤D、动力电池智能预存系统，控制升降机构将满电电池放置到电池预存架上后，换电机器人取走满电电池。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本申请的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本申请的示例性实施例的描述中，本申请的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本申请要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本申请的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本申请的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本申请进行说明而不是对本申请进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本申请可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (10)

1.一种用于不同车型的电动小客车换电的动力电池智能预存系统，其特征在于，

包括：电池预存架、抓取机构和升降机构，其中，

电池预存架，用于预置亏电电池/满电电池的设备，使换电机器人或电池调度系统从电池预存架上取走或放置动力电池；

抓取机构，用于根据电池预存架上放置的动力电池的尺寸，调节抓取的距离，将电池预存架上放置的动力电池抓紧。

升降机构，用于将抓取机构抓取的动力电池提升到预设高度，或者将提升到预设高度的抓取机构抓取的动力电池，下降放置到电池预存架上。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，

还包括：所述电池预存架包括两侧的支撑部，两侧的支撑部形成一支架结构，托举部的两侧的支撑部分别与放置在所述电池预存架的动力电池的底面相接触。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，

所述电池预存架的支架结构设置为金属结构的支架结构。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，

所述升降机构，包括一托架、2个升降动力单元、2个升降导轨和导向轮组件，其中，2个升降动力单元分别固定在托架两侧的2个升降导轨上，托架的两侧分别与一升降动力单元连接，2个升降动力单元推动托架进行上下移动动作，装在托架四角处的导向轮组件使托架沿升降导轨进行上下移动动作，将抓取机构抓取的动力电池提升到预设高度，或者将提升到预设高度的抓取机构抓取的动力电池，下降放置到电池预存架上。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，

所述升降机构还包括：一机架，机架设置为龙门的形状；每个所述升降导轨包括2根垂直导轨，所述机架通过4根垂直导轨和装在托架四角处的导向轮组件，与所述托架相连接，4根垂直导轨分别设置在机架支撑柱的内侧，电池存储架和托架设置在机架内部中，托架、电池存储架与机架形成一个整体，其中托架在机架内部中的上部空间；电池存储架在机架内部中的下部空间，托架通过装在托架四角处的导向轮组件使托架沿升降导轨在在机架内部进行上下移动动作。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，

还包括：所述升降导轨中垂直导轨为方管，导向轮组件中各导向轮与相应的垂直导轨在X方向和Y方向的间隙可进行调整，导向轮组件控制所述托架在X方向和方Y向上的运动自由度；

其中，X方向是指以车辆行驶的直线方向的反方向为轴线方向，Y方向是指在车辆底盘平面上垂直于X方向的轴线方向，Z方向是指垂直于X方向和Y方向所形成平面的轴线方向。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，

所述导向轮组件的各导向轮为轴承。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，

所述抓取机构包括吊爪和吊爪臂，吊爪和吊爪臂连接成一体，其中，通过爪距调节动力单元直线运动带动连接杆并驱动内侧2个吊爪臂，吊爪臂上装有齿条，通过中间过桥齿轮将电推缸直线运动同步传递给外侧的2个吊爪臂上的齿条，驱动外侧吊爪臂进行直线运动。

9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，

还包括:吊爪和吊爪臂组成吊爪整件，前后各2个吊爪整件，爪距调节动力单元驱动通过连接杆、吊爪整件和中间过桥齿轮，吊爪随吊爪臂随电推缸直线运动，实现前后各2个吊爪整件的爪距调节的操作。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，

所述抓取机构还包括：定位块，通过定位块和所述导向轮组件的各导向轮限制了所述吊爪整件在X方向和Z方向的运动自由度，吊爪整件随电推杆沿Y方向直线运动，实现爪距调节的操作。

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