CN112959917B - 一种模块化换电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种模块化换电站，包括：至少一个充电仓、至少一个动力电池转运设备；充电仓包括：充电单元、控制单元、堆垛机、堆垛机运行轨道、设置在堆垛机运行轨道两侧的充电架，控制单元分别与充电单元、堆垛机和动力电池转运设备通信连接，控制单元用于控制动力电池转运设备实现动力电池组的更换；充电架包括多个与堆垛机运行轨道平行的电池架，每个电池架能够存放多组动力电池组；充电单元与每个电池架的充电接口连接，每个充电接口能与动力电池组连接以实现对应的动力电池组充电；堆垛机能够在堆垛机运行轨道上行驶并实现取放任一电池架上的任一动力电池组。本发明提供的模块化换电站采用模块化设计、统一接口，便于拓展。

Description

一种模块化换电站

技术领域

本发明涉及换电站技术领域，尤其涉及一种模块化换电站。

背景技术

电动汽车动力电池的电力补给方式一般分为带车插充和更换电池两种方式，其中插充方式有慢充和快充两种模式。采用插充方式，存在如下缺陷：1、电池的初期投资成本较大，在一定程度上阻碍了电动汽车的普及；2、充电时间太长，至少要2～4小时，与普通汽车的加油相比，电动汽车补给能源所花费的时间太长，非常不便捷，远远不能满足人们的需要。而快充模式对电池会有较大损伤，导致缩短电池的使用寿命。采用更换电池的方式可以有效避免插充方式存在的问题。而电池包更换需要借助于换电站才能实现电池快速更换,换电站则为电池快速更换的必要设备。

而目前市面上的换电站结构复杂，充电、换电、电池转运等功能集成在几个集装箱箱体内，换电站整体成本高，后期拓展性差。

因此，亟需提供一种模块化设计的换电站，能够将充电、换电、电池转运功能独立出来，统一接口形式，按照换电站所处场景自由组合。后期换电站扩容或缩小范围，只需要增加模块或减少/替换对应模块即可。

发明内容

本发明提供一种模块化换电站，包括：至少一个充电仓、至少一个动力电池转运设备；

所述充电仓包括：充电单元、控制单元、堆垛机、堆垛机运行轨道、设置在所述堆垛机运行轨道两侧的充电架，其中，一侧的充电架形成有至少一个供所述动力电池转运设备通过的对接位，所述控制单元分别与所述充电单元、所述堆垛机和所述动力电池转运设备通信连接，所述控制单元用于控制动力电池转运设备实现动力电池组的更换；

所述充电架包括多个与所述堆垛机运行轨道平行的电池架，每个所述电池架能够存放多组动力电池组；所述充电单元与每个所述电池架的充电接口连接，每个所述充电接口能与动力电池组连接以实现对应的动力电池组充电；所述堆垛机能够在所述堆垛机运行轨道上行驶并实现取放任一所述电池架上的任一动力电池组。

进一步地、还包括：换电通道，所述换电通道设置在靠近所述对接位的一侧，所述换电通道与所述控制单元通信连接，用于在车辆在换电通道指定位置时向所述控制单元发送指令。

进一步地、所述充电仓还包括：冷却单元，所述冷却单元包括冷却组件和冷却管路，所述冷却组件用于降低冷却管路中的介质的温度，所述冷却管路设置在所述充电架上，所述冷却管路用于为所述充电架存放的动力电池组降温。

进一步地、所述堆垛机运行轨道两侧的充电架对称设置有中转位，所述中转位设置有动力传输结构，可将中转位处的电池架上最下层的动力电池组按照竖直方向移出或移入。

进一步地、所述动力电池转运设备包括：举升结构、加解锁结构和定位结构，所述举升结构用于实现所述换电通道上车辆的升降，所述加解锁结构用于与车辆固定动力电池组的固定结构匹配实现动力电池组的更换，所述定位结构用于确定动力电池转运设备相对于所述换电通道和所述充电仓的位置。

进一步地、所述换电通道包括：上坡道、水平车道和下坡道，所述水平车道设置有贯通的更换电池口，所述更换电池口靠近所述上坡道和所述下坡道的两侧对称设置有加解锁位和限位结构，所述更换电池口下方有供动力电池转运设备更换动力电池组的孔洞，所述加解锁位与所述加解锁结构匹配。

进一步地、所述控制单元、所述充电单元及所述冷却组件并排设置在远离所述换电通道的一侧。

进一步地、所述控制单元、所述充电单元及所述冷却组件并排设置在垂直于所述堆垛机运行轨道的外侧。

进一步地、所述对接位在所述充电架两端处，所述中转位设置在所述充电架非两端处。

本发明的实施具备以下技术效果：

本发明提供的模块化换电站采用模块化设计、统一接口，便于拓展。并且模块化换电站可以自由组合，适用于多种换电场景，能够降低换电站开发成本，减少换电站开发种类，后期拓展性强，在换电站扩容时可通过新增加组件方式完成。

附图说明

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

图1为本发明提供的一种模块化换电站的结构示意图；

图2为本发明提供的一种充电仓的结构示意图；

图3为本发明提供的另一种充电仓的结构示意图；

图4为本发明提供的又一种充电仓的结构示意图；

图5为本发明提供的再一种充电仓的结构示意图；

图6为本发明提供的一种动力电池转运设备的结构示意图；

图7为本发明提供的一种换电通道的结构示意图；

图8为本发明提供的又一种换电通道的结构示意图；

图9为本发明提供的一种汽车维修厂场景下的应用示意图；

图10为本发明提供的另一种汽车维修厂场景下的应用示意图；

其中：10-充电仓；20-动力电池转运设备，30-换电通道；201-举升结构；202-加解锁结构；203-定位结构；2-动力电池组；301-下坡道；302-加解锁位；303-上坡道；304-限位结构。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，“连接”可以是电连接也可以是通信连接。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。

本发明提供一种模块化换电站，图1为本发明提供的一种模块化换电站的结构示意图，如图1所示，包括：至少一个充电仓10、至少一个动力电池转运设备20；

所述充电仓10包括：充电单元、控制单元、堆垛机、堆垛机运行轨道、设置在所述堆垛机运行轨道两侧的充电架，其中，一侧的充电架形成有至少一个供所述动力电池转运设备20通过的对接位，所述控制单元分别与所述充电单元、所述堆垛机和所述动力电池转运设备20通信连接，所述控制单元用于控制动力电池转运设备20实现动力电池组2的更换；

所述充电架包括多个与所述堆垛机运行轨道平行的电池架，每个所述电池架能够存放多组动力电池组2；所述充电单元与每个所述电池架的充电接口连接，每个所述充电接口能与动力电池组2连接以实现对应的动力电池组2充电；所述堆垛机能够在所述堆垛机运行轨道上行驶并实现取放任一所述电池架上的任一动力电池组2。

在具体的实施过程中，充电架可以包括多个电池架，如8个，对称分布在堆垛机运行轨道两侧，用于存放亏电或满电动力电池。每个电池架可以为多层结构，单个电池架可以存放多组动力电池组2，且每层充电架上有充电接口，充电接口可以用于检测连接的动力电池组2的状态及充放电情况。

堆垛机位于电池架中间，通过垛机上设置的伸缩货叉，可以实现电池架上任意位置取放动力电池组2。

在电池架两端位置设置AGV对接位，通过货叉可将动力电池转运设备20上的动力电池组2取下或放置在动力电池转运设备20上，其中，动力电池组2转运设备可以是无人搬运车(Automated Guided Vehicle，简称AGV)，其装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，工业应用中不需驾驶员的搬运车，以可充电之蓄电池为其动力来源。一般可透过电脑来控制其行进路线以及行为，或利用电磁轨道(electromagnetic path-following system)来设立其行进路线，电磁轨道黏贴於地板上，无人搬运车则依循电磁轨道所带来的讯息进行移动与动作。

在充电仓10设置一充电单元，用于实现对换电仓内电池架上所有电池的充放电或检测。

在充电仓10设置一控制单元，能实现对这个充电仓10控制。

本发明可以应用在停车场、现有换电站拓展或汽车维修厂等场景。

示例地、图9为本发明提供的一种汽车维修厂场景下的应用示意图，图10为本发明提供的另一种汽车维修厂场景下的应用示意图，如图9和图10所示，在停车场场景中，可以有一个或多个充电仓10组合+动力电池转运设备20(2个或多个)+换电通道30(1个或多个)组合，车辆进入停车场后，可由司机将车辆开到换电通道30上换电，同时若车辆具备AVP，人员下车，车辆自动驶入换电通道30上换电。

在现有换电站拓展场景中，可以包括带AGV对接位换电站+动力电池转运设备20+换电通道30，该拓展可实现对换电站扩容，升级。

在汽车维修厂场景中可以包括汽车维修厂的举升机+动力电池转运设备20+1个充电仓10。

在上述实施例基础上，本说明书一个实施例中，图7为本发明提供的一种换电通道30的结构示意图，图8为本发明提供的又一种换电通道30的结构示意图，如图7和图8所示，还包括：换电通道30，所述换电通道30设置在靠近所述对接位的一侧，所述换电通道30与所述控制单元通信连接，用于在车辆在换电通道30指定位置时向所述控制单元发送指令。

在具体的实施过程中，在车辆在换电通道30指定位置时向所述控制单元发送的指令可以表征为车辆在换电的准备完成后发送的准备完成指令。

在上述实施例基础上，本说明书一个实施例中，所述换电通道30包括：上坡道303、水平车道和下坡道301，所述水平车道设置有贯通的更换电池口，所述更换电池口靠近所述上坡道303和所述下坡道301的两侧对称设置有加解锁位302和限位结构304，所述更换电池口下方有供动力电池转运设备20更换动力电池组2的孔洞，所述加解锁位302与所述加解锁结构202匹配。

在具体的实施过程中，换电通道30用于给车辆提供换电环境。车辆通过上坡道303，在限位结构304的限制下驶入加解锁位302，动力电池转运设备20将车身动力电池组2拆下，让后另一辆动力电池转运设备20，将其上面的满电电池装入车辆，实现车辆换电。可以理解的是，为了节约车辆的换电时间可以在换电站中设置两个动力电池转运设备20，一个用于拆卸车辆上的动力电池组2，一个用于安装更换后的动力电池组2。

在上述实施例基础上，本说明书一个实施例中，所述充电仓10还包括：冷却单元，所述冷却单元包括冷却组件和冷却管路，所述冷却组件用于降低冷却管路中的介质的温度，所述冷却管路设置在所述充电架上，所述冷却管路用于为所述充电架存放的动力电池组2降温。

在具体的实施过程中，在充电仓10中可以设置冷却单元，通过控制各支路循环冷却液流量，实现动力电池组2充放电温度控制。

电池架还设置有水冷接头，用于通过冷却单元与电池进行冷却液循环，实现动力电池组2充放电温度控制。

在实际应用中，图2为本发明提供的一种充电仓10的结构示意图，如图2所示，可以将充电仓10模块化为2个箱体(第一箱体和第二箱体)，第一箱体中可以包括控制单元、充电单元、冷却组件和一个充电架，其中，控制单元、所述充电单元、冷却组件并排设置在远离换电通道30的一侧，第二箱体中可以包括堆垛机、堆垛机运行轨道及另一个充电架。可以理解的是，第一箱体和第二箱体有对应的连接接口，能够在安装时将上述各个组件或单元连接。通过模块化箱体的方式可实现充电仓10快速运输安装与转运，其中图2中。

在上述实施例基础上，本说明书一个实施例中，图4为本发明提供的又一种充电仓10的结构示意图，如图4所示，所述堆垛机运行轨道两侧的充电架对称设置有中转位，所述中转位设置有动力传输结构，可将中转位处的电池架上最下层的动力电池组2按照竖直方向移出或移入。

在具体的实施过程中，该充电仓10可以将控制单元，充电单元及冷却单元放置在充电仓10右侧。在图示(中间位置，必须为同一排)设置一对传输中转位，中转位可以设置有动力传输结构，可将此处电池架上最下层的动力电池组2竖直方向移出或移入。

在一些可能的实施例中，图3为本发明提供的另一种充电仓10的结构示意图，如图3所示，充电仓10可以分布在图示三个箱体内(第三箱体、第四箱体、第五箱体)，可实现充电仓10快速运输安装与转运。

可以理解的是，每个箱体均具备与其余箱体连接的接口，以实现该充电仓10可以通过如下方式自由组合，实现多个电池仓串联，适合对不同动力电池包充电需求。

在一些可能的实施例中，充电仓10可以有多个第三箱体、第四箱体、第五箱体拼接而成，如图5所示，图5为本发明提供的再一种充电仓10的结构示意图。

在上述实施例基础上，本说明书一个实施例中，图6为本发明提供的一种动力电池转运设备20的结构示意图，如图6所示，所述动力电池转运设备20包括：举升结构201、加解锁结构202和定位结构203，所述举升结构201用于实现所述换电通道30上车辆的升降，所述加解锁结构202用于与车辆固定动力电池组2的固定结构匹配实现动力电池组2的更换，所述定位结构203用于确定动力电池转运设备20相对于所述换电通道30和所述充电仓10的位置。

在具体的实施过程中，本发明涉及到的动力电池转运设备20用于将充电仓10里的动力电池组2转运至换电通道30，在换电通道30中间换电位置，举升车辆，通过动力电池转运设备20上两侧的加解锁结构202实现车辆上动力电池组2的安装与拆卸，并将拆卸的电池包运回至充电仓10。

进一步地，本发明涉及到的动力电池转运设备20，通过动力电池转运设备20的举升结构201可实现举升降落，动力电池转运设备20的举升结构201底部设置可以有万向轮，实现设定位置运动。动力电池转运设备20其上设置有定位结构203，实现动力电池组2与动力电池转运设备20的固定，设置加解锁结构202，实现在换电通道30与加解锁位302实现对动力电池加解锁操作。加解锁通过设置在动力电池转运设备20上加解锁结构202对动力电池组2对应位锁止机构作用，实现动力电池与车身连接与脱离，实现换电。

在上述实施例基础上，本说明书一个实施例中，所述控制单元、所述充电单元及所述冷却组件并排设置在远离所述换电通道30的一侧。

在上述实施例基础上，本说明书一个实施例中，所述控制单元、所述充电单元及所述冷却组件并排设置在垂直于所述堆垛机运行轨道的外侧。

在上述实施例基础上，本说明书一个实施例中，所述对接位在所述充电架两端处，所述中转位设置在所述充电架非两端处。

具体的换电过程可以如下所示，换电车辆驶入换电区域，进入换电通道30，同时空的动力电池转运设备20在换电通道30加解锁位302等待；车辆驶入加解锁位302后，空的动力电池转运设备20自身举升，通过其上的加解锁结构202将车身的亏电动力电池组2拆卸下来；充电仓10内，另一个空的动力电池转运设备20处于AGV对接位，堆垛机将满电电池运输至该空的动力电池转运设备20，然后空的动力电池转运设备20带着满电电池运动至加解锁位302，完成动力电池组2装配，实现换电操作。

在一些可能的实施过程中，针对目前市面上的换电站拓展，可以增加AGV对接位，变成带AGV对接位换电站。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的和区别类似的对象，两者之间并不存在先后顺序，也不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照前述权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为申请人没有将该主题考虑为所公开的申请主题的一部分。

Claims (9)

1.一种模块化换电站，其特征在于，包括：至少一个充电仓、至少一个动力电池转运设备；

所述充电仓包括：充电单元、控制单元、堆垛机、堆垛机运行轨道、设置在所述堆垛机运行轨道两侧的充电架，其中，一侧的充电架形成有至少一个供所述动力电池转运设备通过的对接位，所述控制单元分别与所述充电单元、所述堆垛机和所述动力电池转运设备通信连接，所述控制单元用于控制动力电池转运设备实现动力电池组的更换；

所述充电架包括多个与所述堆垛机运行轨道平行的电池架，每个所述电池架能够存放多组动力电池组；所述充电单元与每个所述电池架的充电接口连接，每个所述充电接口能与动力电池组连接以实现对应的动力电池组充电；所述堆垛机能够在所述堆垛机运行轨道上行驶并实现取放任一所述电池架上的任一动力电池组；

所述充电仓能够模块化为至少两个箱体，每个箱体均具备与其余箱体连接的接口；

所述模块化换电站还包括换电通道，所述换电通道与所述控制单元通信连接，用于在车辆在换电通道指定位置时向所述控制单元发送指令；所述换电通道包括水平车道，所述水平车道设置有贯通的更换电池口，所述更换电池口下方有供动力电池转运设备更换动力电池组的孔洞；

所述动力电池转运设备包括定位结构，所述定位结构用于确定动力电池转运设备相对于所述换电通道和所述充电仓的位置。

2.根据权利要求1所述的模块化换电站，其特征在于，所述换电通道设置在靠近所述对接位的一侧。

3.根据权利要求2所述的模块化换电站，其特征在于，所述充电仓还包括：冷却单元，所述冷却单元包括冷却组件和冷却管路，所述冷却组件用于降低冷却管路中的介质的温度，所述冷却管路设置在所述充电架上，所述冷却管路用于为所述充电架存放的动力电池组降温。

4.根据权利要求1所述的模块化换电站，其特征在于，所述堆垛机运行轨道两侧的充电架对称设置有中转位，所述中转位设置有动力传输结构，可将中转位处的电池架上最下层的动力电池组按照竖直方向移出或移入。

5.根据权利要求2所述的模块化换电站，其特征在于，所述动力电池转运设备还包括：举升结构和加解锁结构，所述举升结构用于实现所述换电通道上车辆的升降，所述加解锁结构用于与车辆固定动力电池组的固定结构匹配实现动力电池组的更换。

6.根据权利要求2所述的模块化换电站，其特征在于，所述换电通道还包括：上坡道和下坡道，所述更换电池口靠近所述上坡道和所述下坡道的两侧对称设置有加解锁位和限位结构，所述加解锁位与所述加解锁结构匹配。

7.根据权利要求3所述的模块化换电站，其特征在于，所述控制单元、所述充电单元及所述冷却组件并排设置在远离所述换电通道的一侧。

8.根据权利要求3所述的模块化换电站，其特征在于，所述控制单元、所述充电单元及所述冷却组件并排设置在垂直于所述堆垛机运行轨道的外侧。

9.根据权利要求4所述的模块化换电站，其特征在于，所述对接位在所述充电架两端处，所述中转位设置在所述充电架非两端处。

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