CN113306445A - 快速分箱换电系统及其换电方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种快速分箱换电系统及其换电方法，换电系统包括车辆举升装置、堆垛电池库、换电机器人、举升调节机构以及多个锁止装置，车辆举升装置用于举升换电车辆，堆垛电池库用于存储不同规格的电池并对所述电池进行充电，换电机器人用于取放满电电池和欠电电池，举升调节机构安装在换电机器人上用于根据不同电池数量自适应调节托盘升降数量，锁止装置安装在换电车辆车身箱架上用于同步锁止多块电池。本申请通过换电机器人换电、堆垛电池库取电同步动作以及车身箱架上锁止装置同时多块电池，大大提高换电效率，减少换电等待时间。

Description

快速分箱换电系统及其换电方法

技术领域

本申请涉及分箱换电领域，具体涉及一种快速分箱换电系统及其换电方法。

背景技术

换电是电动车补充电能的一种重要方式，目前市面上已经落地多家换电站，主流是整包换电和分箱换电。

相对于整包换电设备，分箱换电设备可以实现不同车型的兼容，有助于实现换电产业的标准化，而且分箱换电设备造价低、站点占地面积小、建设周期短，极大的节约了换电站的建设成本，但是目前市面上的分箱换电耗时比较长，而且对于不同规格的电池存在不兼容的问题，尤其是更换三块或者更多电池的时候换电时间基本超过五分钟，造成用户等待时间过长，阻止了换电市场的快速发展。

发明内容

鉴于上述状况，有必要提供一种快速分箱换电系统及换电方法，以解决现有技术中分箱换电时间较长的技术问题。

本申请的实施例提供了一种快速分箱换电系统，包括：

车辆举升装置，用于举升换电车辆，

堆垛电池库，用于存储不同规格的电池并对所述电池进行充电；

换电机器人，往返于所述堆垛电池库和所述车辆举升装置之间，用于将所述换电车辆上的欠电电池移送到所述堆垛电池库以及将所述堆垛电池库内的满电电池移送到所述换电车辆；

举升调节机构，设于所述换电机器人上，用于根据不同电池数量自适应调节托盘的升降数量；及

多个锁止装置，分别设于所述换电车辆上，用于同步锁止电池。

在一些实施例中，所述堆垛电池库包括：

电池仓，用于存储至少一块电池；及

堆垛机，用于同时向所述电池仓取放至少一块电池。

在一些实施例中，所述换电机器人包括：

移动底座，所述举升调节机构设于所述移动底座上；

导航单元，设于所述移动底座上，用于设定所述换电车辆与所述堆垛电池库之间的行进路径并对所述移动底座进行导航。

在一些实施例中，所述导航单元包括激光感应器、摄像头和接近传感器。

在一些实施例中，所述举升调节机构包括：

升降叉臂，设于所述移动底座上；

托盘，对应设置在所述升降叉臂上，所述升降叉臂可带动所述托盘升降运动。

在一些实施例中，所述车辆举升装置包括：

举升柱，设于所述堆垛电池库的一侧，用于举升所述换电车辆；

车辆识别机构，设于所述举升柱上，用于识别所述换电车辆的车型及位置；

举升调节机构，可滑动地设置于所述举升柱，用于根据不同停车位置的所述换电车辆调节举升位置。

在一些实施例中，所述举升柱上开设有滑槽，所述举升柱中安装有升降驱动机构，所述举升调节机构滑动设置在所述滑槽内，且与所述升降驱动机构相连接，所述驱动件带动所述举升调节机构升降。

在一些实施例中，所述举升调节机构包括：

调节底座，设于所述升降驱动机构中的动力端，所述升降驱动机构可带动所述调节底座上升或下降：

旋转组件，设于所述调节底座上；

伸缩组件，与所述旋转组件的动力端连接，用于根据不同停车位置的车辆进行自适应伸缩。

在一些实施例中，所述旋转组件包括：

旋转电机；

转动轴，所述转动轴与所述旋转电机的输出端连接；

伸缩组件包括：

至少一伸缩臂，与所述转动轴连接。

本申请的实施例还提供一种快速分箱换电方法，应用于快速分箱换电系统，所述系统包括车辆举升装置、堆垛电池库、换电机器人、设于所述换电机器人上的举升调节机构及锁止装置，包括：

所述车辆举升装置举升换电车辆到达设定高度；

所述换电机器人移动至所述换电车辆的下方，根据所述换电车辆的电池数量所述换电机器人上的所述举升调节机构自适应调节托盘的升降数量，以使所述托盘移取所述换电车辆中的欠电电池至所述堆垛电池库进行充电；

所述换电机器人上的所述举升调节机构移取所述堆垛电池库内的满电电池至所述换电车辆的下方，并将所述满电电池装设于所述换电车辆；

锁止装置将所述满电电池锁止至所述换电车辆。

上述的换电系统及换电方法通过堆垛电池库内同时取放多块电池、换电机器人同时举升多块电池以及车身上同时锁止多块电池，大大简化了换电流程，把原来复杂的多次重复流程精简为一次完成，节约了换电操作时间，而且堆垛电池库内部取换电池与换电机器人到换电车底取放电池二者可以同步进行，减少了停机等待时间，进一步节省整套系统换电时间，实现无人值守的快速换电，从而推动换电站的标准化建设。

附图说明

图1是本申请中换电系统总场景布置图。

图2是图1中本申请中堆垛电池仓的内部结构示意图。

图3是图1中本申请中换电机器人的结构示意图。

图4是图3中托盘工作状态示意图。

图5是锁止装置的布置示意图。

图6是图5中锁止装置的结构示意图。

图7是本申请中车辆举升装置场景布置图。

图8是图7中在VIII处的局部放大图。

图9为本申请实施例提供的快速分箱换电方法的流程图。

主要元件符号说明

换电系统 100

换电车辆 200

车辆举升装置 10

换电机器人 20

举升调节机构 30

堆垛电池库 40

锁止装置 50

举升柱 101

车辆识别机构 102

举升调节机构 104

滑槽 1011

调节底座 1041

旋转电机 1042

转动轴 1043

旋转组件 1044

伸缩组件 1045

伸缩臂 105

第一伸缩套 1051

第二伸缩套 1052

支撑杆 106

支撑垫 107

承载面 108

支撑组件 109

移动底座 201

导航单元 202

升降叉臂 301

托盘 302

堆垛机 401

电池仓 402

车身箱架 502

具体实施方式

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。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中设置的元件。当一个元件被认为是“设置在”另一个元件，它可以是直接设置在另一个元件上或者可能同时存在居中设置的元件。

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例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请的实施例提供了一种快速分箱换电系统，包括车辆举升装置，所述车辆举升装置用于举升换电车辆，还包括换电机器人、举升调节机构、堆垛电池库以及多个锁止装置：换电机器人为AGV(Automated Guided Vehicle)换电机器人，所述换电机器人往返于所述堆垛电池库和换电车辆之间，分别用于将换电车辆上的欠电电池移送到所述堆垛电池库以及将堆垛电池库内的满电电池移送到换电车辆；所述举升调节机构安装在换电机器人上，用于根据不同电池数量自适应调节托盘升降数量；所述堆垛电池库用于存储不同型号、不同规格电池；多个所述锁止装置集成安装在换电车辆车身箱架上，用于同步锁止电池。

该换电系统通过从堆垛电池库内部堆垛机取换电池与换电机器人到车底取放电池二者可以同步进行，同时堆垛电池库和换电机器人分别同时取放满电电池和欠电电池，减少了停机等待时间，提高了整体换电效率。

本申请实施例还提供了一种快速分箱换电方法，应用于快速分箱换电系统，所述系统包括车辆举升装置、堆垛电池库、换电机器人、设于所述换电机器人上的举升调节机构及锁止装置，包括：

所述车辆举升装置举升换电车辆到达设定高度；

所述换电机器人移动至所述换电车辆的下方，根据所述换电车辆的电池数量所述换电机器人上的所述举升调节机构自适应调节托盘的升降数量，以使所述托盘移取所述换电车辆中的欠电电池至所述堆垛电池库进行充电；

所述换电机器人上的所述举升调节机构移取所述堆垛电池库内的满电电池至所述换电车辆的下方，并将所述满电电池装设于所述换电车辆；

所述锁止装置将所述满电电池锁止至所述换电车辆。

该换电方法通过堆垛电池库内同时取放多块电池、换电机器人同时举升多块电池以及车身上同时锁止多块电池，大大简化了换电流程，把原来复杂的多次重复流程精简为一次完成，节约了换电操作时间，而且内部堆垛机取换电池与换电机器人到换电车底取放电池二者可以同步进行，减少了停机等待时间，进一步节省整套系统换电时间，实现无人值守的快速换电，从而推动换电站的标准化建设。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式进行具体描述。

实施例一

请参阅图1，本申请提供了一种快速分箱换电系统100，用于对换电车辆200进行换电作业。该系统包括车辆举升装置10、换电机器人20、举升调节机构30、堆垛电池库40以及多个锁止装置50(如图6所示)。

车辆举升装置10用于举升换电车辆200。换电机器人20往返于堆垛电池库40和换电车辆200之间，分别用于将换电车辆200上的欠电电池移送到堆垛电池库40以及将堆垛电池库40内的满电电池移送到换电车辆200，示例性的，换电机器人20为AGV(AutomatedGuided Vehicle)换电机器人。举升调节机构30安装在换电机器人20上，用于根据不同电池数量自适应调节托盘的升降数量。堆垛电池库40用于存储不同型号及不同规格电池；多个锁止装置设于换电车辆200上，用于同步锁止电池。

请参阅图2，堆垛电池库40包括电池仓402和堆垛机401，电池仓402内存储至少一块电池；堆垛机401用于向电池仓402同时取放至少一块电池；通过每个电池仓402可以同时放置一块或者多块电池，堆垛机401也可以同时取放一块或者多块电池，其中堆垛电池库40与换电机器人20是两个独立的设备，二者可以同步启动，极大的减少了设备之间的交互等待时间，可以快速地完成多块电池的分箱换电。

请参阅图3和图4，换电机器人20包括移动底座201和导航单元202。

举升调节机构30设于换电机器人20的移动底座201上，移动底座201内设有驱动模组(图未示)，驱动模组用于驱动移动底座201全向移动。可以理解的是，驱动模组可为车轮、连接车轮的车轴及连接车轴的电机组成的结构，以使移动底座201移动，但不限于此。

导航单元202设于移动底座201上，导航单元202用于设定换电车辆200与堆垛电池库40间的行进路径并对移动底座201进行导航；导航单元202还用于自主导航定位换电车辆200的位置以引导换电机器人20自主移动至换电车辆200和返回堆垛电池库40。示例性的，导航单元202内设有多个用于感应换电车辆200位置的感应器(图未示)，通过感应器的感应可以分析得到换电车辆50需要换电的位置，从而驱动模组将满电电池运输至与换电车辆50对应的位置，以拆卸换电车辆50的欠电电池和安装满电电池。

可以理解的是，感应器包括激光感应器、摄像头和接近传感器，但不限于此。激光感应器可以测量与换电车辆200的相对位置，以便换电机器人20与换电车辆200进行精准对位；摄像头可以拍摄车辆的外形，从而判断车辆的位置，也可以得知车辆的型号，从而综合得到换电车辆200的电池箱的位置，以指导换电机器人20移动至与电池箱对接的位置；摄像头另一方面还可以用于探测换电车位内的障碍物，从而指导换电机器人20在接近传感器的作用下避开障碍物。

举升调节机构30包括三组升降叉臂301和托盘302，托盘302用于承载电池。多个升降叉臂301之间平行设置，升降叉臂301的一端连接在移动底座201上，升降叉臂301的另一端与托盘302连接，用于驱动托盘302上升或下降。由于不同换电车辆200上的电池不同，可根据换电车辆200上的电池配置，同时控制升降一个或者多个托盘302，且只需要升降一次托盘302就可以完成换电车辆200上的电池的更换。

请参阅图5和图6，锁止装置50为主动锁止机构，多个锁止装置50设于换电车辆200的车身箱架502上；锁止装置50与换电车辆200的控制中心通讯连接，换电车辆200的控制中心可控制多个锁止装置50同步锁止电池。

请参阅图7和图8，车辆举升装置10包括四个举升柱101、车辆识别机构102及举升调节机构104。

四个举升柱101呈矩形状分布，且垂直设置在堆垛电池库10一侧的承载面108上。举升柱101可为一金属柱，通过锚固、螺杆或膨胀螺钉的形式固定在承载面108上；承载面108可为金属板的表面，也可为混凝结构制成的混凝面，但不限于此。可以理解的是，举升柱101的数量还可以设置二个、六个、八个等其它数量，只要满足车辆举升需求即可。

车辆识别机构102设于举升柱101上，且靠近承载面108上的换电车辆200，用于识别换电车辆200的类型及位置。车辆识别机构102包括车辆识别摄像机、探测器和接近传感器，探测器为超声波探测器、雷达探测器及激光探测器中的至少一种。示例性的，车辆识别机构102为车辆识别摄像机和激光探测器，多个举升柱101上的车辆识别摄像机可识别承载面108上的换电车辆200，并拍摄换电车辆200的外形信息，从而确认出换电车辆200的车型；多个举升柱101上的激光探测器可探测换电车辆200与车辆举升装置10之间的距离，从而确认换电车辆200的停车位置，多个举升柱101上的车辆识别摄像机和激光探测器配合可为不同车型、不同停车位置的换电车辆200的举升提供准确的车型信息以及停车位置信息。

可以理解的是，在其他的实施例中，还可以将激光探测器替换为超声波探测器、雷达探测器、接近传感器或红外测距传感器中的任意一种或几种，只需满足能够测量停车位置的换电车辆200与举升柱101之间的距离即可，以保证对换电车辆200停车位置测量的准确性。

举升柱101上开设有滑槽1011，且举升柱101中设有升降驱动机构(图未示)，举升调节机构104可滑动地设置在滑槽1011内，且与升降驱动机构连接，升降驱动机构可驱动举升调节机构104在举升柱101上进行上升或下降动作。示例性的，升降驱动机构可为升降气缸，可以理解的是，升降驱动机构还可为丝杠螺母驱动结构。示例性的，相邻的两组举升柱101内均安装升降驱动机构。可以理解的是，其中一个举升柱101内可安装升降驱动机构，另一个举升柱101内安装导向结构例如导槽，但不限于此。

举升调节机构104包括调节底座1041，调节底座1041安装在升降驱动机构中的动力端，升降驱动机构可带动调节底座1041上升或下降。调节底座1041上设有旋转组件1044，旋转组件1044上连接有伸缩组件1045，旋转组件1044用于驱动伸缩组件1045转动；伸缩组件1045用于根据不同停车位置的换电车辆200进行自适应伸缩。

旋转组件1044包括旋转电机1042，旋转电机1042安装在调节底座1041上；旋转电机1042的输出端与转动轴1043连接；转动轴1043穿设在调节底座1041内，且与伸缩组件1045相连接，旋转电机1042在启动时可带动转动轴1043转动，从而带动伸缩组件1045相对于调节底座1041转动，并将伸缩组件1045调节至换电车辆200的待举升方向。

可以理解的是，在其他实施例中，可以直接将旋转电机1042的输出轴穿过调节底座1041固定在伸缩组件1045上，省去了转动轴1043的布置。

可以理解的是，旋转电机1042可以选用例如马达或油缸等其它动力设备。

伸缩组件1045包括至少一伸缩臂105，示例性的，伸缩臂105为两个，伸缩臂105通过转动轴1043与旋转电机1042连接，旋转电机1042可带动伸缩臂105转动。

伸缩臂105包括第一伸缩套1051和第二伸缩套1052，第一伸缩套1051的一端通过转动轴1043设置在调节底座1041内，第二伸缩套1052连接于第一伸缩套1051，且可相对于第一伸缩套1051靠近或远离转动轴1043滑动，以实现伸缩的功能。示例性地，第一伸缩套1051内安装有例如气缸、油缸或电动推杆等动力设备，所述动力设备与第二伸缩套1052连接以驱动第二伸缩套1052移动。可以理解的是，第一伸缩套1051和第二伸缩套1052之间还可设置导向结构，例如滑槽滑轨结构，但不限于此。

伸缩臂105的伸缩端安装有支撑组件109，支撑组件109用于对换电车辆200的支撑位置进行定位和稳定支撑。

支撑组件109包括支撑杆106和支撑垫107，支撑杆106设于伸缩臂109的伸缩端；支撑垫107设于支撑杆106的一端，支撑杆106可驱动支撑垫107自适应微调与换电车辆200的接触距离，从而支撑垫107和换电车辆200具有较大接触面积，保障车辆举升过程中的稳定性。可以理解的是，支撑垫107可由柔性材料制成。支撑杆106可选用气缸或电动推杆等动力设备。

该换电系统通过从堆垛电池库40内部的堆垛机401取换电池与换电机器人20到换电车辆200取放电池二者可以同步进行，同时堆垛电池库40和换电机器人20分别同时取放满电电池和欠电电池，减少了停机等待时间，提高了整体换电效率。

实施例二

请参见图9，本申请还提供了一种快速分箱换电方法，应用于上述的快速分箱换电系统100，包括：

S1，车辆举升装置10举升换电车辆200到达设定高度。

其中，当换电车辆200进入四个举升柱101之间的承载面108上时，车辆识别机构102识别换电车辆200的类型及位置，然后升降驱动机构驱动举升调节机构104在举升柱101上进行上升或下降动作至所需高度，接着旋转组件1044驱动伸缩组件1045转动；伸缩组件1045根据停车位置进行自适应伸缩至换电车辆200的车底；最后升降驱动机构驱动举升调节机构104上升，并将换电车辆200举升至设定高度。

S2，换电机器人20移动至换电车辆200的下方，根据换电车辆200的电池数量换电机器人20上的举升调节机构30自适应调节托盘302的升降数量，以使托盘302移取换电车辆200中的欠电电池至堆垛电池库40进行充电。

其中，换电机器人20可根据导航单元202的导航进行移动。当换电机器人20移动至换电车辆200的下方时，升降叉臂301可驱动托盘302上升或下降，以使托盘302移取换电车辆200中的欠电电池。

S3，换电机器人20上的举升调节机构30移取堆垛电池库40内的满电电池至换电车辆200的下方，并将满电电池装设于换电车辆200。

S4，锁止装置50将满电电池锁止至换电车辆200。

其中，当将满电电池装设于换电车辆200后，锁止装置50与换电车辆200的控制中心通讯连接，换电车辆200的控制中心控制多个锁止装置50同步锁止电池。

本申请通过堆垛电池库40内同时取放多块电池、换电机器人20同时举升多块电池以及车身上同时锁止多块电池，大大简化了换电流程，把原来复杂的多次重复流程精简为一次完成，节约了换电操作时间，而且内部堆垛机401取换电池与换电机器人20到换电车底取放电池二者可以同步进行，减少了停机等待时间，进一步节省整套系统换电时间，实现无人值守的快速换电，从而推动换电站的标准化建设。

另外，本领域技术人员还可在本申请精神内做其它变化，当然，这些依据本申请精神所做的变化，都应包含在本申请所公开的范围。

Claims (10)

1.一种快速分箱换电系统，其特征在于，包括：

车辆举升装置，用于举升换电车辆，

堆垛电池库，用于存储不同规格的电池并对所述电池进行充电；

换电机器人，往返于所述堆垛电池库和所述车辆举升装置之间，用于将所述换电车辆上的欠电电池移送到所述堆垛电池库以及将所述堆垛电池库内的满电电池移送到所述换电车辆；

举升调节机构，设于所述换电机器人上，用于根据不同电池数量自适应调节托盘的升降数量；及

多个锁止装置，分别设于所述换电车辆上，用于同步锁止电池。

2.如权利要求1所述的快速分箱换电系统，其特征在于，所述堆垛电池库包括：

电池仓，用于存储至少一块电池；及

堆垛机，用于向所述电池仓同时取放至少一块电池。

3.如权利要求1所述的快速分箱换电系统，其特征在于，所述换电机器人包括：

移动底座，所述举升调节机构设于所述移动底座上；

导航单元，设于所述移动底座上，用于设定所述换电车辆与所述堆垛电池库之间的行进路径并对所述移动底座进行导航。

4.如权利要求3所述的快速分箱换电系统，其特征在于，所述导航单元包括激光感应器、摄像头和接近传感器。

5.如权利要求3所述的快速分箱换电系统，其特征在于，所述举升调节机构包括：

升降叉臂，设于所述移动底座上；

托盘，对应设置在所述升降叉臂上，所述升降叉臂可带动所述托盘升降运动。

6.如权利要求1所述的快速分箱换电系统，其特征在于，所述车辆举升装置包括：

举升柱，设于所述堆垛电池库的一侧；

车辆识别机构，设于所述举升柱上，用于识别所述换电车辆的车型及位置；

举升调节机构，可滑动地设置于所述举升柱，用于根据不同停车位置的所述换电车辆调节举升位置。

7.如权利要求6所述的快速分箱换电系统，其特征在于，所述举升柱上开设有滑槽，所述举升柱中安装有升降驱动机构，所述举升调节机构可滑动地设置在所述滑槽内，且与所述升降驱动机构相连接，所述升降驱动机构可带动所述举升调节机构升降。

8.如权利要求6所述的快速分箱换电系统，其特征在于，所述举升调节机构包括：

调节底座，设于所述升降驱动机构中的动力端，所述升降驱动机构可带动所述调节底座上升或下降；

旋转组件，设于所述调节底座上；

伸缩组件，与所述旋转组件的动力端连接，用于根据不同停车位置的车辆进行自适应伸缩。

9.如权利要求8所述的快速分箱换电系统，其特征在于，所述旋转组件包括：

旋转电机，设于所述调节底座上；

转动轴，所述转动轴与所述旋转电机的输出端连接；

伸缩组件包括：

至少一伸缩臂，与所述转动轴连接。

10.一种快速分箱换电方法，应用于快速分箱换电系统，所述系统包括车辆举升装置、堆垛电池库、换电机器人、设于所述换电机器人上的举升调节机构及锁止装置，其特征在于，包括：

所述车辆举升装置举升换电车辆到达设定高度；

所述换电机器人移动至所述换电车辆的下方，根据所述换电车辆的电池数量所述换电机器人上的所述举升调节机构自适应调节托盘的升降数量，以使所述托盘移取所述换电车辆中的欠电电池至所述堆垛电池库进行充电；

所述换电机器人上的所述举升调节机构移取所述堆垛电池库内的满电电池至所述换电车辆的下方，并将所述满电电池装设于所述换电车辆；

所述锁止装置将所述满电电池锁止至所述换电车辆。

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