CN113246791A - 换电设备和换电方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种换电设备和方法，换电设备包括：基体；连接组件，包括连接于所述基体的第一承载部，所述机械臂朝向电池箱移动至所述第一承载部位于所述电池箱的支架的横杆的下方时，所述第一承载部跟随所述基体向上移动以通过托起所述横杆而移动所述电池箱。上述的换电设备和换电方法通过在机械臂设置连接组件，连接组件设有连接部，在机械臂朝向电池箱移动过程至连接部位于电池箱支架的横杆的下方时，机械臂带动连接部向上移动从而可以挑起电池箱，在对接电池箱支架的过程中不再需要调整换电设备的姿态即可钩住电池箱支架的横杆，从而可以快速移动电池箱，提高了换电效率。

Description

换电设备和换电方法

技术领域

本公开属于换电技术领域，尤其是一种换电设备和换电方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着电动汽车的广泛应用，为电动汽车更换电池箱的换电设备也随之有了应用。电动汽车的电池箱更换，通常需要吊具将电池箱吊起移动到存储区域进行存储和充电。电池箱一般放置在电池框内，电池框的顶部设置有电池箱支架，使得换电设备得以对接该电池箱支架以移动电池箱。

在换电设备对接电池箱支架的过程中，由于电池箱的摆放位置可能存在偏差，使得换电设备在对接电池箱支架之前，需要调整吊具的角度或者调整换电设备的伸出角度，这极大地降低了电池箱的更换效率。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种换电设备和换电方法，用以提高对接电池箱的效率。

本公开首先提供了一种换电设备，包括：

基体；

连接组件，包括连接于所述基体的第一承载部，所述机械臂朝向电池箱移动至所述第一承载部位于所述电池箱的支架的横杆的下方时，所述第一承载部跟随所述基体向上移动以通过托起所述横杆而移动所述电池箱。

优选地，所述基体包括机架和可伸缩的机械臂，所述机械臂连接于所述机架；

所述连接组件还包括第二承载部，所述第二承载部连接于所述机械臂，所述第一承载部和第二承载部朝向所述机械臂的末端方向延伸以承载所述电池箱的横杆。

优选地，所述连接组件还包括插销和对应于所述插销的插孔，所述插销和插孔中的一个设于所述第一承载部，另外一个设于所述横杆，在所述第一承载部位于所述横杆的下方时，所述第一承载部跟随所述机械臂向上移动使得所述插销插接于所述横杆的插孔内。

优选地，所述连接组件还包括驱动机构，所述驱动机构用于在所述第一承载部和第二承载部托起所述电池箱的横杆时，驱动所述电池箱以所述插销为中心转动以调整所述电池箱的角度。

优选地，所述第二承载部移动地连接于所述机械臂，所述驱动机构连接于所述第二承载部以驱动所述第二承载部移动而调整所述电池箱的角度。

优选地，所述驱动机构包括第一驱动电机、驱动轮和驱动链，所述驱动轮转动地连接于所述机械臂，所述第一驱动电机连接于所述驱动轮，所述驱动链绕过所述驱动轮并且连接于所述第二承载部，所述第一驱动电机通过所述驱动轮和驱动链驱动所述第二承载部移动以调整所述电池箱的角度。

优选地，还包括用于夹持所述电池箱的夹持机构，在所述机械臂通过所述连接组件移动所述电池箱至预设位置后，所述夹持机构夹持所述电池箱以固定所述电池箱。

优选地，所述夹持机构包括：

第二驱动电机，包括连接于输出轴的转盘；

连接杆，铰接于所述转盘；

夹持臂，铰接于所述机架，并且端部铰接于所述连接杆，在所述第二驱动电机驱动转盘转动时，所述转盘通过所述连接杆带动所述夹持臂转动以夹持所述电池箱。

本公开还提供了一种换电方法，包括以下步骤：

机械臂朝向电池箱移动，直至连接组件的第一承载部和第二承载部位于电池箱的横杆的下方；

所述机械臂向上移动，直至插销插接于所述插孔内，其中，所述插销和插孔中的一个设于所述第一承载部，另外一个设于所述横杆；

所述驱动机构驱动所述第二承载部相对所述机械臂移动，使得所述电池箱以所述插销为中心转动而调整所述电池箱的角度。

优选地，还包括：

在所述机械臂通过所述连接组件的第一承载部和第二承载部移动所述电池箱至预设位置后，夹持机构夹持所述电池箱以固定所述电池箱。

相较于现有技术，上述的换电设备和换电方法通过在机械臂设置连接组件，连接组件设有第一承载部，在机械臂朝向电池箱移动至第一承载部位于电池箱的支架的横杆的下方时，机械臂带动连接组件的第一承载部向上移动从而可以挑起电池箱，在对接电池箱的支架的过程中不再需要调整换电设备的姿态即可钩住电池箱的支架的横杆，从而可以快速对接电池箱，提高了换电效率。

附图说明

为了更清楚地说明具体实施方式，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本公开的一些实施例，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是换电设备的结构示意图。

图2是电池箱的结构示意图。

图3是机械臂和连接组件的结构示意图。

图4是第二承载部的结构示意图。

图5是驱动机构在另一实施方式下的结构示意图。

图6是换电设备移动电池箱至指定位置时的结构示意图。

图7是夹持机构的结构示意图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本公开。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本公开进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，所描述的实施方式仅仅是本公开一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本公开中的实施方式，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方式，都属于本公开保护的范围。

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公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在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，不是旨在于限制本公开。

在各实施例中，为了便于描述而非限制本公开，本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的术语"连接"并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。"上"、"下"、"下方"、"左"、"右"等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

图1是换电设备10的结构示意图。如图1所示，换电设备10包括基体和连接于所述基体的连接组件13，连接组件13用于对接电池箱20，连接组件13连接于基体，使得基体可以通过连接组件13移动电池箱20，为车辆更换电池箱20。

图2是电池箱20的结构示意图。如图2所示，电池箱20的顶部设有支架21，用于对接换电设备10。支架21大体呈框架状结构，包括沿电池箱20长度方向延伸的侧梁和连接于两侧侧梁的横杆211。本实施方式中，横杆211的数量为两根，横杆211之间存在预设的距离，使得换电设备10可以同时连接该两根横杆211以平衡横杆211的受力状况。此外，其中之一的横杆211还设有一插孔212以固定电池箱20，防止电池箱20在移动过程中与换电设备10脱离。

根据换电设备10的应用状况，基体可以是多种形式。在一些实施方式中，基体位于所述电池箱20的上方，并且可以沿XYZ方向移动，使得连接组件13可以跟随基体移动而移动电池箱20。

作为示例性的，如图1所示，本实施方式中，基体包括机架11和机械臂12。机架11大体呈“门”字形结构，并且可以在外力牵引下沿竖直方向或者水平方向移动以移动电池箱20。机械臂12连接于机架11的上部，并且可以沿图1示出的水平方向伸缩。

图3是机械臂12和连接组件13的结构示意图。如图3所示，机械臂12用于移动电池箱20，本实施方式中，机械臂12连接于机架11，从而可以跟随机架11运动。在一些实施方式中，机械臂12包括伸缩机构121和底板。伸缩机构121连接于机架11，使得机械臂12可以从机架11伸出或者缩回至机架11。机械臂12的伸缩机构121可以采用多种方式实现，例如可以使用伸缩气缸、滚珠丝杆、直线电机等方式实现伸缩结构，但本领域技术人员也可以采用其他方式实现机械臂12的伸缩功能，本申请对此不作限制。

底板122大体呈平板状结构，底板122移动连接于伸缩机构121，例如可以通过滑槽-滑块结构、滚珠丝杆结构等方式移动地连接于伸缩机构121的端部，通过机械臂12的驱动机构或独立的驱动机构(例如直线电机、齿轮-齿条机构、滚珠丝杆机构等)的驱动下，可以沿伸缩机构121在移动行程范围内移动，从而可以增大连接组件的行程。

请继续参阅图3，连接组件13用于对接电池箱20。所述连接组件13包括驱动机构131、第一承载部132和第二承载部133。

第一承载部132和第二承载部133的宽度小于所述电池箱20的支架21的宽度。第一承载部132和第二承载部133的一端固定连接于底板122的底面，另外一端朝向机械臂12的末端方向(即图1示出的水平方向)延伸，使得第一承载部132和第二承载部133形成“L”形结构。在所述机械臂12朝向电池箱20移动至所述第一承载部132和第二承载部133位于所述电池箱20的支架21的横杆211的下方时，所述第一承载部132和第二承载部133跟随所述机械臂12向上移动，分别托起所述横杆211以移动所述电池箱20。

进一步，为了防止电池箱20在移动过程中与连接组件13脱离，在一些优选的实施方式中，所述连接组件13还包括插销1321和插孔212。所述插销1321沿竖直方向延伸并对应于所述横杆211的插孔212。在所述第一承载部132位于所述横杆211的下方时，所述第一承载部132跟随所述机械臂12向上移动使得所述插销1321插接于所述插孔212内，从而可以防止电池箱20移动过程中与第一承载部132脱离。在另外一些实施方式中，插销1321还可以设置于电池箱20的横杆211上，对应的，插孔212设置于第一承载部132上，并且对应于插销1321。在所述第一承载部132位于所述横杆211的下方时，所述第一承载部132跟随所述机械臂12向上移动使得所述插孔212套设于所述插销1321，同样也可以起到防止电池箱20移动过程中与第一承载部132脱离的作用。

在需要移动电池箱20的时候，机械臂12朝向电池箱20的方向伸出至连接组件13位于电池箱20的上方时，调整机械臂12的高度，使得机械臂12端部的连接组件13的第一承载部132和第二承载部133的高度低于电池箱20的支架21的横杆211的高度，然后机械臂12继续伸出，靠近电池箱20的支架21，直至第一承载部132和第二承载部133分别位于电池箱20的横杆211的下方。

接着，机械臂12向上移动，使得第一承载部132和第二承载部133分别从横杆211的下方承载电池箱20的横杆211，实现钩取电池箱20的功能。由于连接部131的宽度小于支架21的宽度，使得机械臂12不需要再次调整第一承载部132和第二承载部133的姿态即可实现与电池箱20的连接。在第一承载部132向上移动过程中，插销1321插接于横杆211的插孔212内，从而可以防止电池箱20移动过程中与第一承载部132脱离。

图4是第二承载部133的结构示意图。为了便于调整电池箱20的角度，以便于搬运电池箱20或者在移动电池箱20至预设位置后释放电池箱20，需要调整电池箱20的角度。如图4所示，连接组件还包括驱动机构131，用于驱动第二承载部133沿机械臂12的伸缩方向的垂直方向移动，从而可以调整电池箱20的角度。具体而言，所述驱动机构131连接于所述机械臂，用于在所述第一承载部132和第二承载部133托起所述电池箱20的横杆211时，驱动所述电池箱20以所述插销1321为中心转动以调整所述电池箱20的角度。

为了便于转动电池箱20，在图4示出的实施方式中，所述第二承载部133移动地连接于所述机械臂12的底板122，例如可以通过滑块-滑轨结构移动地连接于底板122，使得第二承载部133可以沿沿机械臂12的伸缩方向的垂直方向(即电池箱20的宽度方向)移动。所述驱动机构131连接于所述第二承载部133以驱动所述第二承载部133沿电池箱20的宽度方向移动，由于第二承载部133托起电池箱20的支架21的横杆211，从而移动第二承载部133可以调整所述电池箱20的角度。本领域技术人员知悉，驱动机构131可以是多种形式或者结构来实现，作为示例性的，在图4示出的实施方式中，所述驱动机构131包括第一驱动电机1311、驱动轮1312和驱动链1313。所述驱动轮1312转动地连接于所述底板122，所述第一驱动电机1311连接于所述驱动轮1312，所述驱动链1313绕过所述驱动轮1312并且连接于所述第二承载部133，所述第一驱动电机1311可以带动驱动轮1312转动，驱动轮1312转动时带动驱动链1313移动，由于第二承载部133连接于驱动链1313，使得驱动链1313移动时可以带动所述第二承载部133移动，从而可以带动所述电池箱20以插销1321为中心转动，调整电池箱20的角度。

然而，驱动机构131也可以是其他形式和结构。图5是驱动机构131在另一实施方式下的结构示意图，如图5所示，第二承载部133与底板122固定连接，并且朝向机械臂12的末端延伸。驱动机构131可以包括第一驱动电机1311和驱动杆1314，驱动杆1314沿电池箱20的宽度方向延伸，并且与第一驱动电机1311连接。驱动杆1314可以在第一驱动电机1311带动下可以沿电池箱20的宽度方向移动，从而可以在移动过程中推动电池箱20转动。然而，本领域技术人员也可以采用其他结构和方式的驱动机构131，本申请对此不作限制。

在使用时，在机械臂12带动连接组件13向上移动过程中，插销1321插接于电池箱20的支架21的横杆211的插孔212内，从而可以防止电池箱20移动过程中与连接组件13脱离，进一步提高了换电设备10的安全性。

然后，机械臂12移动电池箱20，并且将电池箱20移动至预定位置。本实施方式中，为了将电池箱20移动至车辆或者充电架，机械臂12在连接组件13钩取电池箱20后，启动缩回动作，使得电池箱20移动至机架11内以便于移动电池箱20。发明人在实践过程中发现，由于连接组件13钩取电池箱20，会导致电池箱20在换电设备10移动过程中存在晃动的问题。

图6是换电设备10移动电池箱20至指定位置时的结构示意图。如图6所示，在一些优选的实施方式中，换电设备10还包括夹持机构14，用以在电池箱20被移动至预设位置(例如本实施方式中的机架11内)时，夹持机构14夹持该电池箱20，以降低在换电设备10运载电池箱20的过程中，电池箱20的晃动程度。

图7是夹持机构14的结构示意图。如图6和图7所示，作为示例性的，所述夹持机构14包括第二驱动电机141、转盘142、连接杆143和夹持臂144。第二驱动电机141连接于机架11的底部，转盘142连接于第二驱动电机141的输出轴，可以在第二驱动电机141的驱动下转动。连接杆143的数量为两根，端部铰接于所述转盘142。夹持臂144的数量为两根，分别位于电池箱20的两侧。夹持臂144的中部铰接于机架11，并且一端铰接于所述连接杆143，另外一端转动地连接滚轮145。在电池箱20移动至机架11内时，第二驱动电机141驱动转盘142转动，通过连接杆143牵引夹持臂144摆动以夹持电池箱20的两侧，从而可以降低电池箱20的晃动状况，提高电池箱20在换电设备10移动过程中的稳定性。然而，本领域技术人员理解，夹持机构14的结构可以是多种，例如可以包括设置在机架11两侧的伸缩杆，在电池箱20位于机架11内时，伸缩杆伸出以抵接电池箱20的两侧，实现固定电池箱20的功能。

以下详细描述上述的换电设备10的工作过程。

在需要移动电池箱20时，换电设备10移动至对应于电池箱20的位置，然后机械臂12朝向电池箱20伸出至连接组件13位于电池箱20的支架21的上方。

然后，机械臂12沿竖直方向移动和/或伸出移动，使得连接组件13跟随所述机械臂12的底板122移动，直至所述连接部131伸入所述横杆211的下方以钩取电池箱20的横杆211。

接着，机械臂12向上移动，使得连接部131接触电池箱20的横杆211并且插销1321插接于横杆211的插孔212，随着机械臂12继续向上移动，机械臂12通过连接组件13钩取电池箱20向上移动。由于第一承载部132和第二承载部133的宽度小于电池箱20的支架21的宽度，使得第一承载部132和第二承载部133具有较大的活动空间移动至横杆211的下方，从而可以避免对接时调整调整第一承载部132或第二承载部133的姿态，有效提高了换电效率。

在机械臂12向上移动过程中，插销1321跟随所述第一承载部132向上移动至插接于横杆211的插孔212内。然后，驱动机构131牵引第二承载部133移动，从而可以驱动所述电池箱20以所述插销1321为中心转动以调整所述电池箱20的角度。

接着，机械臂12开始缩回直至电池箱20移动至机架11内的预设位置。优选地，该预设位置可以是机架11的内部空间。然后，夹持机构14的第二驱动电机141驱动夹持臂144转动以夹持电池箱20的两侧，从而可以降低换电设备10在移动过程中，电池箱20的晃动程度。

上述的换电设备10和换电方法通过在机械臂12设置连接组件13，连接组件13设有第一承载部132和第二承载部133，在机械臂12朝向电池箱20移动过程至第一承载部132和第二承载部133位于电池箱20支架21的横杆211的下方时，机械臂12带动第一承载部132和第二承载部133向上移动从而可以挑起电池箱20，在对接电池箱20支架21的过程中不再需要调整机械臂12伸出角度以及连接组件13的姿态即可钩住电池箱20支架21的横杆211，从而可以快速对接电池箱20，提高了换电效率。

在本公开所提供的几个具体实施方式中，对于本领域技术人员而言，显然本公开不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本公开的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本公开。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本公开的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本公开内。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

以上实施方式仅用以说明本公开的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本公开进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本公开的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本公开的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种换电设备，其特征在于，包括：

基体；

连接组件，包括连接于所述基体的第一承载部，所述机械臂朝向电池箱移动至所述第一承载部位于所述电池箱的支架的横杆的下方时，所述第一承载部跟随所述基体向上移动以通过托起所述横杆而移动所述电池箱。

2.如权利要求1所述的换电设备，其特征在于，所述基体包括机架和可伸缩的机械臂，所述机械臂连接于所述机架；

所述连接组件还包括第二承载部，所述第二承载部连接于所述机械臂，所述第一承载部和第二承载部朝向所述机械臂的末端方向延伸以承载所述电池箱的横杆。

3.如权利要求2所述的换电设备，其特征在于，所述连接组件还包括插销和对应于所述插销的插孔，所述插销和插孔中的一个设于所述第一承载部，另外一个设于所述横杆，在所述第一承载部位于所述横杆的下方时，所述第一承载部跟随所述机械臂向上移动使得所述插销插接于所述横杆的插孔内。

4.如权利要求3所述的换电设备，其特征在于，所述连接组件还包括驱动机构，所述驱动机构用于在所述第一承载部和第二承载部托起所述电池箱的横杆时，驱动所述电池箱以所述插销为中心转动以调整所述电池箱的角度。

5.如权利要求4所述的换电设备，其特征在于，所述第二承载部移动地连接于所述机械臂，所述驱动机构连接于所述第二承载部以驱动所述第二承载部移动而调整所述电池箱的角度。

6.如权利要求5所述的换电设备，其特征在于，所述驱动机构包括第一驱动电机、驱动轮和驱动链，所述驱动轮转动地连接于所述机械臂，所述第一驱动电机连接于所述驱动轮，所述驱动链绕过所述驱动轮并且连接于所述第二承载部，所述第一驱动电机通过所述驱动轮和驱动链驱动所述第二承载部移动以调整所述电池箱的角度。

7.如权利要求1-6任一项所述的换电设备，其特征在于，还包括用于夹持所述电池箱的夹持机构，在所述机械臂通过所述连接组件移动所述电池箱至预设位置后，所述夹持机构夹持所述电池箱以固定所述电池箱。

8.如权利要求8所述的换电设备，其特征在于，所述夹持机构包括：

第二驱动电机，包括连接于输出轴的转盘；

连接杆，铰接于所述转盘；

夹持臂，铰接于所述机架，并且端部铰接于所述连接杆，在所述第二驱动电机驱动转盘转动时，所述转盘通过所述连接杆带动所述夹持臂转动以夹持所述电池箱。

9.一种换电方法，其特征在于，包括以下步骤：

机械臂朝向电池箱移动，直至连接组件的第一承载部和第二承载部位于电池箱的横杆的下方；

所述机械臂向上移动，直至插销插接于所述插孔内，其中，所述插销和插孔中的一个设于所述第一承载部，另外一个设于所述横杆；

所述驱动机构驱动所述第二承载部相对所述机械臂移动，使得所述电池箱以所述插销为中心转动而调整所述电池箱的角度。

10.如权利要求9所述的换电方法，其特征在于，还包括：

在所述机械臂通过所述连接组件的第一承载部和第二承载部移动所述电池箱至预设位置后，夹持机构夹持所述电池箱以固定所述电池箱。

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