CN111993919B - 集电池更换与循环充电于一体的电动汽车电池更换装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种集电池更换与循环充电于一体的电动汽车电池更换装置及其应用，包括环形电缆导轨、环形底座、充电平台及更换平台；环形电缆导轨布置在环形底座上方，充电平台放置在环形底座上并与环形电缆导轨滑动连接，充电平台可沿环形底座移动；更换平台位于环形底座一侧，更换平台包括垂直升降架、水平移动架和旋转吊台，水平移动架安装在垂直升降架顶部，水平移动架的底部连接旋转吊台。本发明集电池更换与电池循环充电于一体，从电动汽车上更换下来的电池可以立刻进入电池循环转盘中继续充电，使装置整体的协调性更强、效率更高，摆脱传统“机械臂+充电托盘”的机械式组合设计。

Description

集电池更换与循环充电于一体的电动汽车电池更换装置及其 应用

技术领域

本发明涉及一种集电池更换与循环充电于一体的电动汽车电池更换装置及其应用，属于电动汽车电池更换装置技术领域。

背景技术

电动汽车通过使用电能代替石油燃料的方式，促进汽车行业朝着绿色、环保、节能的方向发展。随着电动汽车行业的推广和发展，也逐渐出现了“充电慢”、“充电难”、“续航难”的问题。目前电动汽车多采用充电桩的充电方式，充电桩充电时间长，这会影响用户的使用、影响市场的购买力，严重影响电动汽车产业的发展。

相比于传统的充电桩充电方式，采用更换电池的方式为电动汽车续航具有更大的优势。目前关于电动汽车电池更换站的研究，大多采用机械臂的方式为电动汽车更换电池，进而采用充电托盘箱为更换下来的电池充电。

例如，中国专利文献CN105071461A公开了一种基于移动式的电动乘用车动力电池更换的电池充电系统，该电池充电系统一端与移动加电车的电源系统连接，另一端与动力电池货架上动力电池连接，对放置在动力电池货架上动力电池进行充电控制，电池充电系统包括电池充电接口调整装置和交流充电装置，电池充电接口调整装置与动力电池货架上动力电池连接，并在连接时可沿车辆前后方向和与地面垂直方向进行运动调整，以便完成电池充电接口调整装置与动力电池进行插接式连接。本发明解决了由于移动式的特性，需要对存放在货架上从电动乘用车卸下的亏电的动力电池进行充电的结构不能过大要适应于移动式特性的空间，而且要方便对多层货架上各动力电池进行充电控制的问题。又如，中国专利文献CN108556813A公开了一种汽车电池更换/充电系统及控制方法，其中，汽车电池更换/充电系统包括设置在停车场入口处、依次放置的第一传送平台、第二传送平台，第一传送平台附近设置有生命探测仪、身份识别装置，第一传送平台的前方设置电动式第一放行栏杆，第一传送平台与第二传送平台之间设置电动式第二放行栏杆；所述第二传送平台的一侧设置机器人安装装置，另一侧设置电池回收装置。本发明通过中央处理器与云服务器智能连接，及时地判断停车场是否有空位、电动汽车是否需要充电，从而给电动汽车及时安排车位，及时充电，使停车场智能化程度提高并保证了充电的时效性。

然而，目前这种电动汽车电池更换站的设计方式适用性较差，电池更换和电池充电相互独立，缺乏统一化的设计理念，进而带来了以下问题：电池更换站占地面积大、电池更换效率低、充电托盘利用效率低、不必要的识别控制设备较多。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种集电池更换与循环充电于一体的电动汽车电池更换装置，该电池更换装置集电池更换与循环充电功能于一体，具有电池更换效率高、设备占地面积小等优势。

本发明还提供一种集电池更换与循环充电于一体的电动汽车电池更换装置的工作方法。

本发明的技术方案如下：

集电池更换与循环充电于一体的电动汽车电池更换装置，包括环形电缆导轨、环形底座、充电平台及更换平台；

环形电缆导轨布置在环形底座上方，充电平台放置在环形底座上并与环形电缆导轨滑动连接，充电平台可沿环形底座移动；

更换平台位于环形底座一侧，更换平台包括垂直升降架、水平移动架和旋转吊台，水平移动架安装在垂直升降架顶部，水平移动架的底部连接旋转吊台。

优选的，所述环形电缆导轨和环形底座均为U型结构。

优选的，所述环形电缆导轨包括并行的正极电缆导轨和负极电缆导轨，正极电缆导轨高于负极电缆导轨，更换平台紧邻负极电缆导轨。

优选的，所述充电平台包括充电单元底壳、滚筒、长通电支柱、短通电支柱、滚轮连接器、滚轮、伸缩杆、正极充电板、负极充电板、传动皮带和充电单元电机；滚筒通过铰链连接在充电单元底壳上表面，多个滚筒之间通过传动皮带连接，其中的一个滚筒与充电单元电机传动连接，正极充电板和负极充电板分别设置在充电单元底壳的两端，正极充电板与伸缩杆连接，长通电支柱和短通电支柱的底端固定在充电单元底壳上表面，长通电支柱和短通电支柱的顶端分别与正极电缆导轨和负极电缆导轨滑动连接，长通电支柱和短通电支柱分别与正极充电板和负极充电板电连接，滚轮通过滚轮连接器安装在充电单元底壳下表面。

优选的，所述长通电支柱和短通电支柱的顶端通过导电滑环分别与正极电缆导轨和负极电缆导轨滑动连接。

优选的，所述滚轮连接器包括安装座、保持架和旋转轴，保持架与安装座之间通过旋转轴连接，安装座固定安装在充电单元底壳的下表面，滚轮与保持架转动连接。

优选的，所述环形底座的边缘设置有轨道槽，滚轮沿轨道槽移动；充电平台之间前后连接，最前端充电平台的滚轮为电驱轮。

优选的，所述垂直升降架包括中间支架和剪式液压升降架，中间支架固定安装在剪式液压升降架上。

优选的，所述水平移动架包括外固定架、滑动钢管、丝杆、移动台和伺服电机；滑动钢管和丝杆位于外固定架内部并与外固定架连接，滑动钢管贯穿移动台与其滑动连接，丝杆贯穿移动台与其螺纹连接，伺服电机安装在外固定架上且伺服电机与丝杆传动连接。

优选的，所述旋转吊台包括吊架、固定杆、旋转电机、主锥齿轮、副锥齿轮、旋转架、旋转器和提拉钩；旋转电机和吊架固定连接在移动台底部，左右两个吊架通过固定杆连接，固定杆的一端连接副锥齿轮，旋转电机的输出轴连接主锥齿轮，主锥齿轮与副锥齿轮啮合，旋转架与固定杆连接，旋转架的两侧各连接一个旋转器，旋转器连接提拉钩。

优选的，所述环形底座与垂直升降架之间设置有换电平台，换电平台包括台架及设置在台架上的驱动辊和驱动电机，驱动辊之间通过链条连接，驱动电机与驱动辊传动连接。

一种电动汽车用充电电池，包括电池单元、电池底座和电池连接盖，电池单元密封于电池底座内，电池连接盖与电池底座固定连接，电池连接盖上设置有与提拉钩相匹配的提拉凹槽，提拉钩进入提拉凹槽内，通过旋转提拉钩实现提拉钩与电池连接盖的连接。

集电池更换与循环充电于一体的电动汽车电池更换装置的工作方法，包括以下步骤：

(1)当一辆电动汽车驶入更换装置的U形凹槽后，准备进行换电，此时位于换电位充电平台上的伸缩杆动作，使正极充电板远离满电电池，然后满电电池在滚筒的转动下移动到换电平台上；

(2)剪式液压升降架带动旋转架落下，使提拉钩进入满电电池连接盖上的提拉凹槽内，然后旋转提拉钩使提拉钩与满电电池暂时连接，接着剪式液压升降架带动满电电池升起；

(3)伺服电机启动，使移动台带着满电电池水平移动到电动汽车上方，接着旋转电机启动使旋转架另一端的提拉钩转到最下方，然后剪式液压升降架落下，使提拉钩连接电动汽车上的亏电电池，接着剪式液压升降架升起，将亏电电池提起，然后旋转电机再次启动使满电电池转到最下方，剪式液压升降架再次落下，使满电电池安放到电动汽车上，旋转提拉钩使提拉钩脱离满电电池，最后剪式液压升降架升起，完成换电；

(4)伺服电机再次启动，使移动台带着亏电电池水平移动到换电平台上，旋转电机启动使亏电电池转到最下方，然后剪式液压升降架落下，使亏电电池落在换电平台上，旋转提拉钩使提拉钩脱离亏电电池；

(5)换电平台驱动亏电电池移动到换电位充电平台上，换电位充电平台上的伸缩杆动作，使正极充电板和负极充电板与亏电电池接触连接，实现对亏电电池的充电；

(6)最前端充电平台向前移动一个工作位，后面的充电平台进入换电位；

(7)重复步骤(1)-(6)，实现多辆电动汽车的连续换电。

本发明的技术特点和有益效果：

1、本发明集电池更换与电池循环充电于一体，从电动汽车上更换下来的电池可以立刻进入电池循环转盘中继续充电，使装置整体的协调性更强、效率更高，摆脱传统“机械臂+充电托盘”的机械式组合设计。

2、本发明采用“U”型设计的旋转充电托盘为充电电池充电，简化了机械结构，减少了“电量识别”结构。将原本冗杂的多套充电设备，转化为一个大的旋转充电托盘。摒弃以往采用“机械臂”换电的方式，设计了专用性更好的换电设备，提升了换电效率，降低了换电成本。

3、本发明还提出了一种新型的电动汽车充电电池，新型的充电电池配合电池更换装置可以高效地实现电动汽车电池的自动更换，极大的提升了电动汽车电池更换效率。

附图说明

图1为本发明电动汽车电池更换装置的结构示意图；

图2为本发明中电池更换部分装置的结构示意图；

图3为本发明中电池充电平台的结构示意图；

图4为本发明中旋转吊台的结构示意图；

图5为本发明中电池升降架的结构示意图；

图6为本发明中改进的充电电池的结构示意图；

图中：1电缆导轨、11正极电缆导轨、12负极电缆导轨、2底座、21弯状底板、22直底板、23底座支撑柱、3充电平台、31充电单元底壳、32滚筒、33长通电支柱、34短通电支柱、35滚轮连接器、36滚轮、37伸缩杆、38正极充电板、39负极充电板、310传动皮带、311充电单元电机、4水平移动架、41外固定架、42滑动钢管、43丝杆、44伺服电机、5旋转吊台、51移动台、52吊架、53固定杆、54旋转架、55旋转器、56提拉钩、57副锥齿轮、58主锥齿轮、59旋转电机、6中间支架、7剪式液压升降架、71升降架上顶板、72主交叉架、73副交叉架、74升降架下底板、75主推动杆、76副推动杆、77滑轮、8改进充电电池、81电池底座、82电池连接盖。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1-6所示，本实施例提供一种集电池更换与循环充电于一体的电动汽车电池更换装置，包括环形电缆导轨1、环形底座2、充电平台3及更换平台；

环形电缆导轨1布置在环形底座2上方，充电平台3放置在环形底座2上并与环形电缆导轨1滑动连接，充电平台3可沿环形底座2移动；

更换平台位于环形底座2一侧，更换平台包括垂直升降架、水平移动架4和旋转吊台5，水平移动架4安装在垂直升降架顶部，水平移动架4的底部连接旋转吊台5。

其中，环形电缆导轨1和环形底座2均为U型结构，环形电缆导轨1位于环形底座2的正上方，形成的U型凹槽可供电动汽车驶入进行换电作业，同时U型结构便于布置多个充电平台3且充电平台3能够在环形底座2上循环移动。

环形电缆导轨1包括并行的正极电缆导轨11和负极电缆导轨12，正极电缆导轨11高于负极电缆导轨12，更换平台位于U型凹槽的最里面紧邻负极电缆导轨12。

充电平台3包括充电单元底壳31、滚筒32、长通电支柱33、短通电支柱34、滚轮连接器35、滚轮36、伸缩杆37、正极充电板38、负极充电板39、传动皮带310和充电单元电机311；滚筒32通过铰链连接在充电单元底壳31上表面，多个滚筒32之间通过传动皮带310连接，最外侧的滚筒32与充电单元电机311传动连接，正极充电板38和负极充电板39分别设置在充电单元底壳31的两端，正极充电板38与伸缩杆37连接，长通电支柱33和短通电支柱34的底端固定安装在充电单元底壳31上表面，长通电支柱33和短通电支柱34的顶端分别与正极电缆导轨11和负极电缆导轨12滑动连接，长通电支柱33和短通电支柱34分别与正极充电板38和负极充电板39电连接，滚轮32通过滚轮连接器35安装在充电单元底壳31下表面。本实施例中，伸缩杆37选用电动推杆，可推动正极充电板38来回移动，正极充电板38在充电平台的前端且位于长通电支柱33和短通电支柱34之间，负极充电板39在充电平台的尾端且固定不动，后续通过伸缩杆37的动作，使正极充电板38和负极充电板39与亏电电池接触充电。

长通电支柱33和短通电支柱34的顶端通过导电滑环分别与正极电缆导轨11和负极电缆导轨12滑动连接，充电平台3在环形底座2上移动时，能够保证长通电支柱33和短通电支柱34时刻带电，从而为亏电电池持续充电。

滚轮连接器35包括安装座、保持架和旋转轴，保持架与安装座之间通过旋转轴连接，安装座通过螺栓固定安装在充电单元底壳31的下表面，滚轮36与保持架转动连接。本实施例中，充电单元底壳31的底部四个角位处各安装一个滚轮36。

环形底座2由底座支撑柱23、直底板22和弯状底板21组成，直底板22和弯状底板21铺设在底座支撑柱23上，直底板22和弯状底板21的边缘设置有轨道槽，四个滚轮36位于两侧的轨道槽内并沿轨道槽移动；充电平台3之间通过铁链前后连接，最前端充电平台的滚轮为电驱轮。本实施例中，环形底座2上共有29个充电平台，前后充电平台之间保持固定距离，最前端的充电平台为主动机构，四个滚轮都为电驱轮，其余28个充电平台为从动机构，在最前端主动充电平台的带动下沿轨道槽移动。

垂直升降架包括中间支架6和剪式液压升降架7，中间支架6固定安装在剪式液压升降架7上。剪式液压升降架7为常规设备，由主推动杆75、副推动杆76、主交叉架72、副交叉架73、升降架上顶板71和升降架下底板74组成，主推动杆75为多级液压缸，中间支架6直接安装在升降架上顶板71上。

水平移动架4包括外固定架41、滑动钢管42、丝杆43、移动台51和伺服电机44；外固定架41为长方体框架，两根滑动钢管42位于外固定架41内部并与外固定架41连接，丝杆43位于外固定架41的中间位置处，丝杆43一端通过轴承与外固定架41连接，丝杆43另一端穿过外固定架41与伺服电机44的输出轴传动连接，伺服电机44安装在外固定架41上，移动台51置于外固定架41内且与滑动钢管42、丝杆43连接，即滑动钢管42贯穿移动台51与其滑动连接，丝杆43贯穿移动台51与其螺纹连接。

旋转吊台5包括吊架52、固定杆53、旋转电机59、主锥齿轮58、副锥齿轮57、旋转架54、旋转器55和提拉钩56；旋转电机59和吊架52固定连接在移动台51底部，左右两个吊架52通过固定杆53连接，固定杆53的一端连接副锥齿轮57，旋转电机59的输出轴连接主锥齿轮58，主锥齿轮58与副锥齿轮57啮合，旋转架54与固定杆53连接，旋转架54的两侧各连接一个旋转器55，旋转器55连接提拉钩56。在旋转电机59的动力驱动下，通过主锥齿轮58和副锥齿轮57传递动力，带动固定杆53和旋转架54一并旋转，实现两个提拉钩56上下位置的改变。

电动汽车用充电电池8，如图6所示，包括电池单元、电池底座81和电池连接盖82，电池单元密封于电池底座81内，电池连接盖82与电池底座81固定连接，电池连接盖82上设置有与提拉钩56相匹配的提拉凹槽，提拉钩进入提拉凹槽内，通过旋转提拉钩56实现提拉钩56与电池连接盖82的连接，电池底座81的前后两侧有正负电极，方便与正极充电板和负极充电板接触。

本实施例技术方案，电池可以在充电平台上持续充电，当电动汽车需要充电时，可直接开进U型凹槽内，通过更换平台将充电平台上的满电电池直接安装到电动汽车上，同时也通过更换平台将电动汽车上的亏电电池取下放到充电平台上。一方面提高了换电效率，另一方面不影响电池充电(亏电电池可以在充电平台上一直充满电)，相比传统的换电装置，成本低、安装使用方便，效率高。

实施例2：

一种集电池更换与循环充电于一体的电动汽车电池更换装置，结构如实施例1所述，其不同之处在于：环形底座2与垂直升降架之间设置有换电平台，换电平台包括台架及设置在台架上的驱动辊和驱动电机，驱动辊之间通过链条连接，驱动电机与驱动辊传动连接。提拉钩可直接吊起换电平台上的满电电池，也可以将亏电电池直接放在换电平台上，无需直接从充电平台上进行交换电池作业，避开了负极电缆导轨和正极电缆导轨，作业空间更开阔。

实施例3：

如实施例2所述的集电池更换与循环充电于一体的电动汽车电池更换装置的工作方法，包括以下步骤：

(1)当一辆电动汽车驶入更换装置的U形凹槽后，准备进行换电(已打开电池箱，亏电电池暴露出来)，此时位于换电位充电平台(即与换电平台相邻的充电平台)上的伸缩杆37动作，使正极充电板38远离满电电池，充电单元电机311带动滚筒32转动，然后满电电池在滚筒32的转动下移动到换电平台上；

(2)剪式液压升降架7带动旋转架54落下，使提拉钩56进入满电电池连接盖上的提拉凹槽内，然后旋转提拉钩56使提拉钩与满电电池暂时连接，接着剪式液压升降架7带动满电电池升起；

(3)伺服电机44启动，使移动台51带着满电电池水平移动到电动汽车上方，接着旋转电机59启动使旋转架54另一端的提拉钩转到最下方(此时满电电池转到旋转架的最上方)，然后剪式液压升降架7落下，使提拉钩连接电动汽车上的亏电电池，接着剪式液压升降架7升起，将亏电电池提起，然后旋转电机59再次启动使满电电池转到最下方，剪式液压升降架7再次落下，使满电电池安放到电动汽车上，旋转提拉钩56使提拉钩脱离满电电池，最后剪式液压升降架7升起，完成换电；换电完成后的电动汽车，便可驶离U型凹槽。

(4)伺服电机44再次启动，使移动台51带着亏电电池水平移动到换电平台上，旋转电机59启动使亏电电池转到最下方，然后剪式液压升降架7落下，使亏电电池落在换电平台上，旋转提拉钩56使提拉钩脱离亏电电池；

(5)换电平台驱动亏电电池移动到换电位充电平台3上，充电平台上的伸缩杆37动作，正极充电板38接触亏电电池并微微推动亏电电池，使正极充电板38和负极充电板39与亏电电池接触连接，实现对亏电电池的充电；

(6)最前端充电平台向前移动一个工作位，后面的充电平台进入换电位；

(7)重复步骤(1)-(6)，实现多辆电动汽车的连续换电。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.集电池更换与循环充电于一体的电动汽车电池更换装置，其特征在于，包括环形电缆导轨、环形底座、充电平台及更换平台；

环形电缆导轨布置在环形底座上方，充电平台放置在环形底座上并与环形电缆导轨滑动连接，充电平台可沿环形底座移动；

更换平台位于环形底座一侧，更换平台包括垂直升降架、水平移动架和旋转吊台，水平移动架安装在垂直升降架顶部，水平移动架的底部连接旋转吊台；

所述水平移动架包括外固定架、滑动钢管、丝杆、移动台和伺服电机；滑动钢管和丝杆位于外固定架内部并与外固定架连接，滑动钢管贯穿移动台与其滑动连接，丝杆贯穿移动台与其螺纹连接，伺服电机安装在外固定架上且伺服电机与丝杆传动连接；

所述旋转吊台包括吊架、固定杆、旋转电机、主锥齿轮、副锥齿轮、旋转架、旋转器和提拉钩；旋转电机和吊架固定连接在移动台底部，左右两个吊架通过固定杆连接，固定杆的一端连接副锥齿轮，旋转电机的输出轴连接主锥齿轮，主锥齿轮与副锥齿轮啮合，旋转架与固定杆连接，旋转架的两侧各连接一个旋转器，旋转器连接提拉钩。

2.如权利要求1所述的电动汽车电池更换装置，其特征在于，所述环形电缆导轨和环形底座均为U型结构。

3.如权利要求1所述的电动汽车电池更换装置，其特征在于，所述环形电缆导轨包括并行的正极电缆导轨和负极电缆导轨，正极电缆导轨高于负极电缆导轨，更换平台紧邻负极电缆导轨。

4.如权利要求3所述的电动汽车电池更换装置，其特征在于，所述充电平台包括充电单元底壳、滚筒、长通电支柱、短通电支柱、滚轮连接器、滚轮、伸缩杆、正极充电板、负极充电板、传动皮带和充电单元电机；滚筒通过铰链连接在充电单元底壳上表面，多个滚筒之间通过传动皮带连接，其中的一个滚筒与充电单元电机传动连接，正极充电板和负极充电板分别设置在充电单元底壳的两端，正极充电板与伸缩杆连接，长通电支柱和短通电支柱的底端固定在充电单元底壳上表面，长通电支柱和短通电支柱的顶端分别与正极电缆导轨和负极电缆导轨滑动连接，长通电支柱和短通电支柱分别与正极充电板和负极充电板电连接，滚轮通过滚轮连接器安装在充电单元底壳下表面。

5.如权利要求4所述的电动汽车电池更换装置，其特征在于，所述滚轮连接器包括安装座、保持架和旋转轴，保持架与安装座之间通过旋转轴连接，安装座固定安装在充电单元底壳的下表面，滚轮与保持架转动连接。

6.如权利要求1所述的电动汽车电池更换装置，其特征在于，所述垂直升降架包括中间支架和剪式液压升降架，中间支架固定安装在剪式液压升降架上。

7.如权利要求1所述的电动汽车电池更换装置，其特征在于，所述环形底座与垂直升降架之间设置有换电平台，换电平台包括台架及设置在台架上的驱动辊和驱动电机，驱动辊之间通过链条连接，驱动电机与驱动辊传动连接。

8.如权利要求1-7任一项所述的集电池更换与循环充电于一体的电动汽车电池更换装置的工作方法，包括以下步骤：

（1）当一辆电动汽车驶入更换装置的U形凹槽后，准备进行换电，此时位于换电位充电平台上的伸缩杆动作，使正极充电板远离满电电池，然后满电电池在滚筒的转动下移动到换电平台上；

（2）剪式液压升降架带动旋转架落下，使提拉钩进入满电电池连接盖上的提拉凹槽内，然后旋转提拉钩使提拉钩与满电电池暂时连接，接着剪式液压升降架带动满电电池升起；

（3）伺服电机启动，使移动台带着满电电池水平移动到电动汽车上方，接着旋转电机启动使旋转架另一端的提拉钩转到最下方，然后剪式液压升降架落下，使提拉钩连接电动汽车上的亏电电池，接着剪式液压升降架升起，将亏电电池提起，然后旋转电机再次启动使满电电池转到最下方，剪式液压升降架再次落下，使满电电池安放到电动汽车上，旋转提拉钩使提拉钩脱离满电电池，最后剪式液压升降架升起，完成换电；

（4）伺服电机再次启动，使移动台带着亏电电池水平移动到换电平台上，旋转电机启动使亏电电池转到最下方，然后剪式液压升降架落下，使亏电电池落在换电平台上，旋转提拉钩使提拉钩脱离亏电电池；

（5）换电平台驱动亏电电池移动到换电位充电平台上，换电位充电平台上的伸缩杆动作，使正极充电板和负极充电板与亏电电池接触连接，实现对亏电电池的充电；

（6）最前端充电平台向前移动一个工作位，后面的充电平台进入换电位；

（7）重复步骤（1）-（6），实现多辆电动汽车的连续换电。

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