CN113492716B - 换电设备、换电站及换电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换电设备、换电站及换电方法，换电设备包括：翻转机构，翻转机构用于将从电动车辆上取出的亏电的电池包；或换电设备用于将从充电仓上取出的满电的电池包；推拉机构，推拉机构连接于翻转机构，且推拉机构设置为相对于翻转机构往复移动，在第一位置上，推拉机构从电动车辆上拉出亏电的电池包；在第四位置上，推拉机构将满电的电池包推至电动车辆上。本发明采用翻转机构对电池包进行翻转来实现电动车与充电仓之间的电池包转运，占用空间小，适用于从电动车侧面取放的较大规格的电池包；而且，通过推拉机构的往复移动能够快速将车内的亏电电池包取出至翻转机构上或者将翻转机构上的满电电池包推入电动车内。

Description

换电设备、换电站及换电方法

技术领域

本发明涉及一种换电设备、换电站及换电方法。

背景技术

目前电动车辆换电领域主要分底盘换电和侧面换电两种，侧面换电通过换电设备从换电车辆上抽出电池包后，在换电设备上平面旋转180°后，使得充电口从朝向车辆变为朝向充电仓，然后把电池再插入换电设备另一侧充电仓内，进行充电。由于车辆自身结构约束，现有多采用两侧换电的方法。两侧换电就需要换电设备把电池包在设备上旋转180°后再进充电仓充电。

然而，由于需要平面旋转电池包，长条形的电池包旋转时需要非常大的空间，水平转动时所需要的空间直径至少要大于电池包的长度方向的尺寸由此会导致换电设备的结构复杂和体积大，不仅直接影响换电设备的制造难度，而且增加换电站的占地面积，故电动车辆只能采用多个小电池包换电的形式，然而，多个电池包的形式对车辆电池包成本要求较高，对市场端接受度矛盾较大，不利于量产推广。

此外，现有的换电设备在从电动车辆取出或者推入电池包过程中，容易松脱，导致电池包不容易取出或者安装到位，存取效率低，安全性也不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中换电设备结构复杂，导致制造难度大，换电站占地面积大的缺陷，提供一种换电设备、换电站及换电方法。

本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种换电设备，所述换电设备包括：

翻转机构，所述翻转机构用于将从电动车辆上取出的亏电的电池包，从第一位置沿第一方向翻转至第二位置；或所述换电设备用于将从充电仓上取出的满电的电池包，从第三位置沿第二方向翻转至第四位置，所述第一方向与第二方向相反；

推拉机构，所述推拉机构连接于所述翻转机构，且所述推拉机构设置为相对于所述翻转机构往复移动，当所述翻转机构位于第一位置时，所述推拉机构用于从电动车辆上拉出亏电的电池包；当所述翻转机构位于第四位置时，所述推拉机构用于将满电的电池包推至电动车辆上。

其中，第一位置和第四位置可以为同一位置，第二位置和第三位置可以为同一位置。由此翻转机构的翻转主要是在两个位置之间翻转。

在本方案中，电动车辆和充电仓之间进行电池包转运过程中，采用翻转机构在纵向空间内对电池包进行翻转，翻转所需的空间少，克服了水平旋转需占用很大空间的技术难题，而且翻转机构相对于水平旋转的换电设备在结构上更简单易行。同时，既能够降低电池包的成本，又能够优化换电站的占地面积，利于推广。另外，通过推拉机构的往复移动能够快速将车内的亏电电池包取出至翻转机构上或者将翻转机构上的满电电池包推入电动车内。

较佳地，所述翻转机构包括第一翻转部以及第二翻转部，所述推拉机构连接于所述第一翻转部，且所述推拉机构设置为相对于所述第一翻转部往复移动。

在本方案中，翻转机构设置了第一翻转部和第二翻转部来实现电池包在不同位置的承载，分别对应电动车辆和充电仓的电池包取放，便于电池包的转运。具体地，电池包处于第一位置和第四位置时，第一翻转部与电动车辆对接以实现电池包的取放，电池包处于第二位置和第三位置时，第二翻转部与充电仓对接以实现电池包的取放。另外，在电池包对应的第一和第四位置时，通过推拉机构能够快速实现将电池包从车辆上取出以及将电池包推送到车辆内。

较佳地，所述推拉机构包括托盘以及推盘盒，其中，所述托盘连接于所述第一翻转部并随同所述第一翻转部运动，所述推盘盒设于所述托盘上并被设置为相对于所述托盘往复运动以推动或拉动电池包。

在本方案中，托盘随着第一翻转部同步向前移动后，推盘盒在托盘上进一步向前移动至前端从而固定电池包，然后推盘盒沿托盘反向移动从而实现将电池包拉动至托盘上，此时推盘盒再次沿托盘向前移动即可将推动电池包脱离托盘，由此，通过推盘盒相对托盘的往复运动即可快速实现电池包的推拉，结构简单易行。

较佳地，所述推盘盒包括解锁机构，用于与电池包上的解锁部件对接，以将电池包从电动车辆上解锁。

为了防止电池包脱落，通常会在电动车辆上设置锁止结构对电池包进行锁止。在本方案中，通过在推盘盒上设置解锁机构，在推盘盒与电池包接触进行固定的同时同步实现电池包的解锁，提高了电池包的取放效率。

较佳地，所述推盘盒还包括锁定件，所述锁定件用于与设置于所述电池包上的固定件相配合而使所述推盘盒与所述电池包相连接以拉动或推动电池包。

在本方案中，在推盘盒向前移动至托盘的前端时，通过锁定件与电池包上的固定件相配合实现电池包与推盘盒之间的固定连接，确保了电池包能够随着推盘盒同步移动。

较佳地，所述固定件为磁力件，所述锁定件被设置为可吸附所述磁力件而与电池包连接。

在本方案中，推盘盒与电池包之间通过磁力吸附进行固定连接，在方便固定连接的同时，还能够快速高效地解除固定连接，只需解除磁力吸附即可，方便快捷。

较佳地，所述锁定件被设置为在所述电池包位于第一位置或第四位置时吸附连接，并被设置为在所述电池包位于第二位置或第三位置时解除吸附连接。

在本方案中，在第一位置和第四位置时，推盘盒向前移动使锁定件吸附电池包上的固定件实现推盘盒与电池包的固定连接，方便快捷；在第二位置和第三位置，控制锁定件只需解除吸附即能够与电池包相分离，从而避免对第二翻转部移动电池包造成干扰。

较佳地，所述推拉机构还包括推盘导轨以及推盘驱动装置，其中，所述推盘导轨设置在所述托盘上，所述推盘盒滑动设置于所述推盘导轨上，所述推盘驱动装置驱动所述推盘盒往复滑动。

在本方案中，推盘盒在推盘导轨的引导下实现推盘盒在托盘上的往复滑动，提高了推盘盒移动过程的平稳性，保证了推动或拉动电池包的操作的安全性和精准性。

较佳地，所述推盘驱动装置包括推盘电机以及同步带，所述同步带的一端连接于所述托盘，所述推盘电机与所述同步带配合，并通过所述同步带驱动所述推盘盒相对于所述托盘移动。

在本方案中，通过同步带能够精确地控制推盘盒的移动距离和移动位置，提高推盘盒的准确到位，而且结构简单，操作方便。

较佳地，所述托盘上还设置有若干辅助辊轮，所述辅助辊轮滚动设置于所述推盘盒移动方向上，并与所述推盘盒的底部滚动接触。

在本方案中，通过设置若干辅助辊轮，一方面能够减少推盘盒带着电池包同步往复移动过程中的阻力，利于移动，保证移动的平稳性，另一方面能够对电池包起到一定的支撑作用。

较佳地，所述第一翻转部包括一第一伸出机构，所述第二翻转部包括一第二伸出机构，所述推拉机构连接于所述第一伸出机构，其中，所述第一伸出机构在第一位置或第四位置取放电池包，所述第二伸出机构在第二位置或第三位置取放电池包，所述推盘盒的往复移动方向与所述第一伸出机构的伸缩方向相同。

在本方案中，第一伸出机构与电动车辆对接以实现电池包的取放。第二伸出机构与充电仓对接以实现电池包的取放。另外，在第一位置或第四位置上，第一伸出机构朝向对电动车伸出与缩回从而实现取放电池包，在该过程中，推盘盒随着第一伸出机构同步往复移动实现对电池包的固定连接和脱离，提高了电池包的取放效率。

较佳地，所述推盘盒在缩回停止时的位置不超过所述第二伸出机构所在平面的位置，从而确保电池包能够接触到第二伸出机构。

在本方案中，推盘盒缩回后，若推盘盒超过第二伸出机构所在的平面，则会导致电池包无法抵靠在第二伸出机构上，进而导致翻转后电池包无法平稳地落在第二伸出机构上，导致电池包翻倒，造成电池包损坏。推盘盒对电池包进行吸附固定连接后缩回带动电池包同步移动，通过限制推盘盒缩回后的位置可以确保电池包能够准确移动至抵靠在第二伸出机构上，保证电池包翻转后能够平稳落在第二伸出机构上。

较佳地，所述第一翻转部用于承载位于第一位置或第四位置的电池包，所述第二翻转部用于承载位于第二位置或第三位置的电池包，所述第一翻转部与所述第二翻转部共轴翻转。

较佳地，电池包具有互为垂直第一侧面与第二侧面，当电池包位于第一位置或第四位置时，第一侧面承载于第一翻转部上，第二侧面抵贴于第二翻转部上；当电池包位于第二位置或第三位置时，第二侧面承载于第二翻转部上，第一侧面抵贴于第一翻转部上。第一翻转部和第二翻转部互相配合起到对电池包的两个侧面的限位和抵靠作用。由此在进行电池包的翻转的时候，能够避免电池包的晃动，确保电池包的平稳翻转。

较佳地，所述第一翻转部和所述第二翻转部之间互为垂直设置。互为垂直设置的第一翻转部以及第二翻转部只需要90度的翻转就可以实现电池包的翻转。其中，在位于第一位置和第四位置的电池包的充电口水平朝向以便于对接电动车辆，在第二位置和第三位置的电池包垂直朝向以便于对接充电设备。

较佳地，所述第一翻转部和所述第二翻转部通过同一翻转驱动装置驱动，或者所述第一翻转部和所述第二翻转部通过不同的翻转驱动装置驱动。

较佳地，所述翻转驱动装置包括伸缩杆，所述伸缩杆与所述第一翻转部和/或所述第二翻转部连接并驱动所述第一翻转部和所述第二翻转部转动。伸缩杆通过自身的长度方向产生第一翻转部和/或第二翻转部的运动。伸缩杆可以为气动或者液压机构。

较佳地，所述换电设备包括一底座，所述第一翻转部和所述第二翻转部相对于所述底座旋转设置，其中，所述伸缩杆的一端转动连接于所述第一翻转部和/或所述第二翻转部的底部，所述伸缩杆的另一端转动连接于所述底座。

较佳地，所述翻转驱动装置包括翻转电机以及齿轮组，所述翻转电机驱动齿轮组转动，所述齿轮组与所述第一翻转部和/或所述第二翻转部连接并驱动所述第一翻转部和/或所述第二翻转部转动。

较佳地，所述翻转驱动装置包括一翻转电机以及一齿轮组，其中，所述齿轮组至少包括一输入齿轮以及一输出齿轮，输入齿轮与输出齿轮相互齿接，其中，所述翻转电机直接或者间接驱动所述输入齿轮转动，所述第一翻转部和所述第二翻转部通过翻转轴固定连接于所述输出齿轮，并随着所述输出齿轮转动。输入齿轮和输出齿轮之间可以直接输出也可以通过其他齿轮传动。

较佳地，所述翻转机构包括一底座，所述第一翻转部和所述第二翻转部转动连接于所述底座，所述翻转驱动装置驱动所述第一翻转部和所述第二翻转部旋转。

较佳地，所述第一翻转部和所述第二翻转部均连接于一转盘，所述翻转驱动装置与所述转盘连接并驱动所述转盘进行转动。转盘被作为第一翻转部和第二翻转部的共用部分，驱动转盘就可以同时驱动第一翻转部和第二翻转部。同时转盘也可以用于承载电池包。

较佳地，所述换电设备包括一外部框架以及一升降机构，所述底座通过所述升降机构连接于所述外部框架，并相对于所述外部框架进行上下移动。通过升降机构可以实现电池包在高度方向的位置调整，从而能够对应不同高度的充电仓。

较佳地，所述升降机构通过链传动机构连接于所述外部框架，且所述升降机构和所述外部框架之间通过导向轮导向。链传动机构起到对翻转机构的提升，导向轮起到平滑的导向作用。

一种换电站，其特点在于，所述换电站包括：

载车平台，用于供电动车辆停靠以进行电池包的更换；

充电设备，所述充电设备具有若干充电仓，用于放置电池包，充电仓内设有电连接器，用于与位于充电仓内的电池包进行电连接以充电；

所述换电设备，用于在电动车辆与充电仓之间进行电池的取放和转运，所述翻转机构用于将从充电仓或电动车辆上取出的电池包进行竖直翻转。

一种换电方法，其特点在于，所述换电方法利用所述换电设备实现，包括：

通过推拉机构将电动车辆内的亏电的电池包拉出至第一位置；

将取出的亏电的电池包从第一位置沿第一方向翻转至第二位置；

将亏电的电池包置于充电仓对应位置并将亏电的电池包放入充电仓进行充电；

和/或

从充电仓取出满电的电池包置于第三位置；

将取出的满电的电池包从第三位置沿第二方向翻转至第四位置；

将满电的电池包置于电动车辆对应位置并通过推拉机构将满电的电池包推至电动车辆内。

本发明的积极进步效果在于：本发明在电动车辆和充电仓之间进行电池包转运过程中，采用翻转机构在纵向空间内对电池包进行翻转，翻转所需的空间少，克服了水平旋转需占用很大空间的技术难题，而且翻转机构相对于水平旋转的换电设备在结构上更简单。

本方案通过带动电池包翻转并使得电池包沿长度方向的一个旋转轴翻转90度，使电池包设有电连接器的侧壁朝上，这样便于电池包的电连接器与电池充电仓内位于顶部的电连接器实现电连接，从而对电池包进行充电。该技术方案电池包翻转所需的空间比水平转动180度所需的占用空间显著减少，大大节约换换电电池转运空间，也节约了换电站的占地面积，利于推广。另外，通过推拉机构的往复移动能够快速将车内的亏电电池包取出至翻转机构上或者将翻转机构上的满电电池包推入电动车内，提高取放效率和安全性。

附图说明

图1为本发明实施例1的换电站的示意图。

图2为本发明实施例1的换电设备的整体结构示意图。

图3为本发明实施例1的换电设备的部分结构示意图。

图4为本发明实施例1的翻转机构翻转90度的示意图。

图5为本发明实施例1的伸出机构伸出状态的结构示意图。

图6为本发明实施例1的翻转机构的底部结构示意图。

图7为本发明实施例1的推拉机构的整体结构示意图。

图8为本发明实施例1的推拉机构的内部结构示意图。

图9为本发明实施例2的翻转机构的整体结构示意图。

图10为本发明实施例2的翻转机构的底部结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

如图1所示，本实施例公开了一种换电站，用于对电动汽车3进行电池包的更换，即取出亏电的电池包并安装满电的电池包。换电站包括：载车平台、充电架2以及换电设备1。

载车平台用于供等待换电的电动车辆3停放的位置，在本实施例中，具体是指在地面上设置的专用的停车区域。

充电架2，整体呈长方体状，并设置了若干数量的充电仓，分别用于放置电池包，这里的电池包可以是从电动车辆3上刚取下的亏电的电池包，还可以是换电站预先配置的已经满电电池包。而且，每个充电仓内都设有电连接器，用于与放入充电仓内的电池包上的电连接器实现电连接从而对电池包4进行充电。

换电设备1，用于从停放在载车平台上的电动车辆3上取下亏电的电池包并放置到充电架1的充电仓内，还用于从充电仓内取出满电的电池包并安装到电动车辆3上。也就是说，换电设备1能够在电动车辆3与充电仓之间进行电池包的取放和转运。

如图2所示，换电设备1包括：外部框架17、底座14、升降机构18、翻转机构10以及推拉机构19。翻转机构10固定在底座14上，底座14通过升降机构18连接于外部框架17上，从而在升降机构18的驱动下带动底座14相对于外部框架17进行上下移动，从而调整底座14上承载的电池包的高度位置，使电池包对应不同高度的充电仓。

升降机构18通过链传动机构181连接于外部框架17，且升降机构18和外部框架17之间通过导向轮182导向。链传动机构181起到对翻转机构10的提升，导向轮182起到平滑的导向作用。外部框架17本身可以设置水平移动机构，通过在轨道上移动或者在地面上移动从而实现换电设备1在电动车辆3以及充电设备2之间的移动。

本实施例中，第一位置为从电动车上取出的亏电电池包4在翻转机构10上的初始位置，第二位置为亏电电池包4沿第一方向翻转后在翻转机构10上的位置，第三位置为从充电仓上取出的满电电池包4在翻转机构10上的初始位置，第四位置为满电电池包4沿第二方向翻转后在翻转机构10上的位置。其中，亏电电池包4并非指代电量为0的电池包4，而是包括电池包4的剩余电量不足以供电动车辆继续行驶的情形，满电电池包4并非电量为100％的电池包4，而是包括电池包4的电量足以供电动车辆继续行驶的情形。

如图3所示，翻转机构10用于从电动车辆上取出亏电的电池包4，并带动电池包4从第一位置沿第一方向翻转至第二位置；翻转机构10还用于从充电仓上取出的满电的电池包4，并带动电池包4从第三位置沿第二方向翻转至第四位置。这里，第一方向与第二方向相反。

具体来说，翻转机构10包括第一翻转部11以及第二翻转部12。第一翻转部11和第二翻转部12分别实现电池包4在不同位置的承载，分别对应电动车辆3一侧和充电仓一侧的电池包4取放。其中，第一翻转部11在朝向第一位置和第四位置时与电动车辆3对接以实现电池包4的取放，第二翻转部12在朝向第二位置和第三位置时与充电仓对接以实现电池包4的取放。

本实施例中，第一位置和第四位置可以为同一位置，第二位置和第三位置可以为同一位置。如图3和图4所示，本实施例中使得第一位置和第四位置为同一位置，第一翻转部11在电池包4位于第一位置和第四位置时保持水平，第二翻转部12在在电池包4位于第一位置和第四位置时保持垂直。本实施例中使得第二位置和第三位置为同一位置，即第一翻转部11在在电池包4位于第二位置和第三位置保持垂直，第二翻转部12在在电池包4位于第二位置和第三位置时保持水平。由此翻转机构10的翻转主要是在两个位置之间翻转。

如图3和图4所示，本实施例的第一翻转部11包括一第一伸出机构111，第二翻转部12包括一第二伸出机构121，推拉机构19连接于第一伸出机构111，其中，第一伸出机构111连接在转盘13的上表面，第二伸出机构121连接在转盘13的两侧。第一伸出机构111和第二伸出机构121可以如图5所示状态伸出，由此实现前后移动。

本实施例中，第一伸出机构111和第二伸出机构121均为伸缩叉。伸缩叉可以为已有的任意可以实现长度方向伸缩的设备。本实施例中的第一伸出机构111和第二伸出机构121为内部通过电磁力、皮带轮、链轮或者齿轮等结构驱动的可以伸出的轨道结构。其中，传动轴153和传动轴156分别与第一伸出机构111和第二伸出机构121的内部结构连接。运行时，传动轴153和传动轴156产生的转动通过电磁力、皮带轮、链轮或者齿轮等结构变为第一伸出机构111和第二伸出机构121的伸出和缩回运动。

其中，第一伸出机构111在第一位置或第四位置取放电池包4，第二伸出机构121在第二位置或第三位置取放电池包4。

具体来说，本实施例取出电池时，第一伸出机构111从电动车辆3上取出电池包后，缩回并将电池包4置于第一翻转部11上的第一位置，如图2和图3所示，驱动翻转机构沿第一方向翻转90度后，电池包4位于第二翻转部12的第二位置上，第二伸出机构121伸出将位于第二位置的电池包4送入相应的充电仓，第二伸出机构121缩回到初始位置。换上电池时，移动换电设备1至放有满电电池包4的充电仓，第二伸出机构121伸出取出充电仓内的满电电池包4，如图2和图3所示，缩回并将电池包4置于第二翻转部12上的第三位置，驱动翻转机构10沿第二方向翻转90度后，电池包4位于第一翻转部11的第四位置上。

如图3和图4所示，本实施例的电池包4具有互为垂直第一侧面与第二侧面，当电池包4位于第一位置或第四位置时，第一侧面承载于第一翻转部11上，第二侧面抵贴于第二翻转部12上；当电池包4位于第二位置或第三位置时，第二侧面承载于第二翻转部12上，第一侧面抵贴于第一翻转部11上。第一翻转部11和第二翻转部12互相配合起到对电池包4的两个侧面的限位和抵靠作用。由此在进行电池包4的翻转的时候，能够避免电池包4的晃动，确保电池包4的平稳翻转。

如图3和图4所示，本实施例的第一翻转部11和第二翻转部12之间互为垂直设置。互为垂直设置的第一翻转部11以及第二翻转部12只需要90度的翻转就可以实现电池包4的旋转。其中，在位于第一位置和第四位置的电池包4的充电口水平朝向以便于对接电动车辆3，在第二位置和第三位置的电池包4垂直朝向以便于对接充电架。

如图3和图4所示，本实施例的第一翻转部11和第二翻转部12通过同一翻转驱动装置驱动，或者第一翻转部11和第二翻转部12通过不同的翻转驱动装置驱动。

如图3和图4所示，本实施例的翻转机构10包括一底座14，第一翻转部11和第二翻转部12转动连接于底座14，翻转驱动装置驱动第一翻转部11和第二翻转部12旋转。

如图3和图4所示，本实施例的第一翻转部11和第二翻转部12均连接于一转盘13，翻转驱动装置与转盘13连接并驱动转盘13进行转动。其中，转盘13被作为第一翻转部11和第二翻转部12的共用部分，驱动转盘13就可以同时驱动第一翻转部11和第二翻转部12。同时转盘13也可以用于承载电池包4。

如图4和图6所示，本实施例的翻转驱动装置包括一翻转电机以及一齿轮组16，其中，齿轮组16至少包括一输入齿轮161以及一输出齿轮162，输入齿轮161与输出齿轮162相互齿接，其中，翻转电机直接或者间接驱动输入齿轮161转动，第一翻转部11和第二翻转部12通过翻转轴固定连接于输出齿轮162，并随着输出齿轮162转动。输入齿轮161和输出齿轮162之间可以直接输出也可以通过其他齿轮传动。其中，翻转电机157通过变向器158连接传动轴159，从而驱动齿轮组16旋转。

如图6所示，本实施例的翻转驱动装置包括翻转电机157以及齿轮组16，翻转电机驱动齿轮组16转动，齿轮组16与第一翻转部11和/或第二翻转部12连接并驱动第一翻转部11和/或第二翻转部12转动。

本实施例中，换电设备1还包括翻转到位传感器，翻转到位传感器用于检测第一翻转部11以及第二翻转部12的翻转角度，并通过翻转电机157调整第一翻转部11和第二翻转部12的翻转角度。翻转到位传感器可以为限位开关、角度传感器、光栅尺等。其中，翻转到位传感器可以设置于底座14来检测转盘13的翻转角度，从而获得第一翻转部11和第二翻转部12的翻转角度。例如，当检测到的转盘13小于设定翻转角度，则使得翻转电机157继续转动以到达预设的位置，由此实现了闭环控制，确保了第一翻转部11和第二翻转部12的精准到位。

如图6所示，本实施例的换电设备1还分别包括一第一传送电机151以及一第二传送电机154，第一传送电机151以及一第二传送电机154均连接在转盘13的下方。其中，第一传送电机151直接或者间接驱动第一伸出机构111，第二传送电机154直接或者间接驱动第二伸出机构121。其中，如图5所示，第一传送电机151通过变向器152连接传动轴153，从而驱动第一伸出机构111运动。第二传送电机154通过变向器155连接传动轴156，从而驱动第二伸出机构111运动。

其中，变向器152和变向器155的内部可以为锥齿轮等结构，将第一传送电机151和第二传送电机154的运动轴实现90度切换，然后再通过传动轴153和传动轴156驱动第一伸出机构111和第二伸出机构121。

本实施例中，换电设备1进一步还包括极限传感器，极限传感器可以为限位开关或者距离传感器等。其中，极限传感器可以设置于第一伸出机构111的非运动部分来检测第一伸出机构的运动部分的移动距离或者位置，极限传感器也可以设置于转盘13上来检测第一伸出机构的运动部分的移动距离或者位置。极限传感器用于检测第一伸出机构111以及第二伸出机构121的伸出距离，并通过第一传送电机151以及第二传送电机154分别调整第一伸出机构111以及第二伸出机构121的伸出距离。例如，当检测到的第一伸出机构111伸出距离小于设定距离，则使得第一传送电机151继续转动以到达预设的位置，由此实现了闭环控制，确保了第一伸出机构111以及第二伸出机构121的精准到位。

推拉机构19设置在翻转机构10上，用于将电动汽车上的电池包拉动至翻转机构10上，还可以用于将翻转机构10上的电池包推送至电动车辆上。推拉机构19设置为相对于第一翻转部11往复移动，从而实现与亏电的电池包4或满电的电池包4的固定连接以及拖拉或抵推操作。

具体来说，在翻转机构10处于第一位置时，推拉机构19用于从电动车辆3上拉出亏电的电池包4；在翻转机构10处于第四位置时，推拉机构19用于将满电的电池包4推至电动车辆3上。

如图7和图8所示，本实施例的推拉机构19包括托盘190以及推盘盒191，其中，托盘190连接于第一翻转部11并随同第一翻转部11移动，推盘盒191设于托盘190上并被设置为相对于托盘190往复运动以推动或拉动电池包4，推盘盒191的往复移动方向与第一伸出机构111的伸缩方向相同。推盘盒191与电池包4固定连接后并一同相对于托盘190往复移动设置。托盘190随着第一翻转部11一起进行移动，同时推盘盒191相对于托盘190进一步的移动，由此，推盘盒191可以改变相对于第一翻转机构11上的位置，从而改变电池包在第一翻转机构11上的位置并实现电池包4的推拉。推盘盒191在缩回停止时的位置不超过第二伸出机构121所在平面的位置，从而确保电池包4在推盘盒191缩回到位时能够正好抵靠在到第二伸出机构121上，这样在翻转后，电池包4能够平稳地落在第二伸出机构121上，防止电池包4发生翻倒现象。

如图6和图7所示，本实施例的推盘盒191包含锁定件192，锁定件192用于与设置于电池包4上的固定件相配合固定连接实现推盘盒191与电池包4的固定连接，从而使推盘盒191拉动或推动电池包4。锁定件192确保了电池包4与推盘盒191的稳固连接从而随着推盘盒191一起移动。这里，锁定件192可以为常规的电磁吸附机构，相应的，电池包4上的固定件为磁力件，那么锁定件192通过吸附磁力件从而与电池包4固定连接。

如图7和图8所示，本实施例的锁定件192在翻转机构10位于第一位置和第四位置时与电池包4吸附固定，当翻转机构10翻转至第二位置或第三位置时，锁定件192解除与电池包4之间的吸附力。也就是说，在第一位置和第四位置上，推盘盒191通过锁定件192与电池波4吸附固定便于进一步推拉电池包4；在第二位置和第三位置上，锁定件192解除与电池包4之间的吸附，避免干涉第二伸出机构12移动电池包4。

为了确保电动车辆3上安装的电池包4的稳固连接，避免车辆行驶过程中电池包4因晃动而发生脱离现象，通常会设置锁止机构将电池包4牢固地锁止在电动车辆3的底部。这样，当需要更换电池包4时，就需要将电池包4与电动车辆3之间的锁止机构解锁，才能将电池包4取出。本实施例的推盘盒191包括解锁机构(图中未示出)，用于与电池包4上的解锁部件对接，从而将电池包4从电动车辆3上解锁。在推盘盒191与电池包接触实现固定连接的同时，通过解锁机构实现电池包4的解锁，提高了取放效率。

如图7和图8所示，本实施例的推拉机构19还包括推盘导轨193以及推盘驱动装置，其中，推盘导轨193设置在托盘190上，推盘盒191滑动设置于推盘导轨193上，推盘驱动装置驱动推盘盒191往复滑动。推盘导轨193起到引导作用，有利于推盘盒191按照轨迹平稳移动。

如图7和图8所示，本实施例的托盘190上还设置有若干辅助辊轮194，辅助辊轮194滚动设置于推盘盒191移动方向上，并与推盘盒191的底部滚动接触。辅助辊轮194能够减少推盘盒191的阻力，同时能够在下方起到支撑作用。

如图8所示，本实施例的推盘驱动装置包括推盘电机195以及同步带(图中未示出)，同步带的一端连接于托盘190，推盘电机195与同步带配合，并通过同步带驱动推盘盒191相对于托盘190移动。其中，本实施例中通过滚轮196可以张紧同步带。通过同步带能够精确地控制推盘盒191的移动距离和移动位置，提高推盘盒的准确到位。

本发明在电动车辆3和充电仓之间进行电池包4转运过程中，采用翻转机构10在纵向空间内对电池包4进行翻转，翻转所需的空间少，克服了水平旋转需占用很大空间的技术难题，而且翻转机构10相对于水平旋转的换电设备在结构上更简单。由此，本发明的换电设备1能够以较小的空间和简单易行的结构完成在电动车辆和充电仓之间对较大的电池包的取放，同时，也能够降低电池包的成本，利于推广。还可以优化换电站的占地面积。另外，通过推拉机构19的往复移动能够快速将车内的亏电的电池包4取出至翻转机构10上或者将翻转机构10上的满电的电池包4推入电动车内。

本实施例还公开了一种换电方法，换电方法利用上述换电设备1实现，它包括两个过程：从电动车辆3上取下亏电的电池包4并放入充电仓内以便于进行充电、以及从充电仓内取出满电的电池包4并安装到电动车辆3上为电动车辆3供电。

一、从电动车辆3上取下亏电的电池包4并放入充电仓内的过程为：

控制第一伸出机构111朝向停在预定位置处电动车辆3的安装电池包4的位置伸出，即朝向亏电的电池包4伸出，该过程中，第一伸出机构111带动整个推拉机构19同步朝向亏电的电池包4移动。

第一伸出机构111伸出到位后，控制推盘盒191沿着托盘190进一步向前移动，使推盘盒191更靠近亏电的电池包4，此时，位于推盘盒191前端的锁定件192与亏电的电池包4上的固定件相吸附使得亏电的电池包4与推盘盒191之间固定连接。

推盘盒191与亏电的电池包4稳固连接后，控制推盘盒191沿着托盘190向后移动，即反向缩回，在推盘盒191缩回时将会带动固定连接的电池包4同步向后移动，直到电池包4被拉动至托盘190上。此时，亏电的电池包4所处的位置即为翻转机构10的第一位置，并且由第一伸出机构111承载亏电的电池包4。

推盘盒191缩回到位后，控制第一伸出机构111进一步缩回。第一伸出机构111缩回到位后，控制翻转机构10沿第一方向翻转90度，从而将位于第一位置的亏电的电池包4沿第一方向翻转至第二位置上，此时由第二伸出机构承载亏电的电池包4。在第一位置时，第一伸出机构111处于水平状态且第二伸出机构121处于竖直状态，这里的第一方向即为将第一伸出机构111变为竖直状态且第二伸出机构121变为水平状态的翻转方向。而且，在第二位置上，亏电的电池包4的电连接器所在的侧面处于朝上的状态。

翻转到位后，控制锁定件192与亏电的电池包4之间解除吸附力，使推盘盒191与亏电的电池包4处于相分离的状态。同时，控制换电设备1带着亏电的电池包4移动至与充电仓对应的位置处。这里，对解除吸附和换电设备移动的控制不分前后。

最后，控制第二伸出机构121伸出，将亏电的电池包4送入充电仓内的承载架上，便于设置在充电仓内的顶部的电连接器下降并与亏电的电池包4的电连接器执行电连接从而为亏电的电池包4进行充电。

二、从充电仓内取出满电的电池包4并安装到电动车辆3上的过程为：

控制第二伸出机构121朝向充电仓内的满电的电池包4伸出，将满电的电池包4从充电仓内的承载架处运出。第二伸出机构121将满电的电池包4运送到第三位置。

然后，控制翻转机构10沿第二方向翻转90度，使得满电的电池包从第三位置旋转至第四位置。控制换电设备1带着满电的电池包4移动至与电动车辆3对应的位置处。其中，控制换电设备1移动和控制翻转机构10翻转不分先后。在第三位置时，第一伸出机构111处于垂直状态且第二伸出机构121处于水平状态，这里的第二方向即为将第一伸出机构111变为水平状态且第二伸出机构121变为垂直状态的翻转方向。而且，在第三位置上，满电的电池包4的电连接器所在的侧面处于朝上的状态。

然后控制锁定件192与满电的电池包4之间吸附，使推盘盒191与满电的电池包4处于固定的状态。其中，锁定件192与满电的电池包4之间也可以不进行吸附。

第一伸出机构111向电动车辆3对接并伸出，控制推盘盒191沿着托盘190向前移动，在推盘盒191前进时将会带动固定连接的电池包4同步向前移动，直到电池包4被推动至电动车辆3上。

实施例2

如图9和图10所示，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中翻转驱动装置通过伸缩杆157驱动。因此本实施例中不包括翻转电机。其中，如图9和图10所示，本实施例的伸缩杆157与第一翻转部11和/或第二翻转部12连接并驱动第一翻转部11和第二翻转部12转动。伸缩杆157通过自身的长度方向产生第一翻转部11和第二翻转部12的运动。伸缩杆157可以为气动或者液压机构。

转盘13与转轴连接，因此转盘13被限制于绕组转轴的轴线旋转。伸缩杆157可以伸缩，从而改变两端的距离，也就是转盘13与底座14之间的距离。伸缩杆157产生的伸缩力相对于转轴产生了转矩，由此驱动转盘13的旋转。由于转盘13上的所有位置的运动轨迹为圆弧，因此，伸缩杆157与转盘13的连接处随转盘13一起圆弧运动，因此伸缩杆157的两端分别为转动连接，以便于伸缩杆157调整倾斜姿态从而跟随转盘13的转动。

伸缩杆157可以设置多个，分别连接第一翻转部11和第二翻转部12。也可以设置为同时连接第一翻转部11和第二翻转部12。其中，本实施例中，第一翻转部11和第二翻转部12由于底部均连接于底座14，由此伸缩杆157连接底座14即可实现同时连接。

如图9和图10所示，本实施例的翻转机构10包括一底座14，第一翻转部11和第二翻转部12相对于底座14旋转设置，其中，伸缩杆157的一端转动连接于第一翻转部11和第二翻转部12共同的底部(即转盘13的底部)，伸缩杆157的另一端转动连接于底座14。伸缩杆157自身的长度方向的运动，以及两端的转动可以实现运动的合成，可以在动作时避免卡死，顺畅地实现第一翻转部11和第二翻转部12的翻转。

本实施例中的其他部分与实施例1采用相同的机构，也可以采用其他实施例1可采用的替换手段，故不在此作一一赘述。

本发明在电动车辆和充电仓之间进行电池包转运过程中，采用翻转机构在纵向空间内对电池包进行翻转，翻转所需的空间少，克服了水平旋转需占用很大空间的技术难题，而且翻转机构相对于水平旋转的换电设备在结构上更简单。由此，本发明的换电设备能够以较小的空间和简单易行的结构完成在电动车辆和充电仓之间对较大的电池包的取放，同时，也能够降低电池包的成本，利于推广。还可以优化换电站的占地面积。另外，通过推拉机构的往复移动能够快速将车内的亏电电池包取出至翻转机构上或者将翻转机构上的满电电池包推入电动车内。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (23)

1.一种换电设备，其特征在于，所述换电设备包括：

翻转机构，所述翻转机构用于将从电动车辆上取出的亏电的电池包，从第一位置沿第一方向翻转至第二位置；或所述换电设备用于将从充电仓上取出的满电的电池包，从第三位置沿第二方向翻转至第四位置，所述第一方向与第二方向相反；

推拉机构，所述推拉机构连接于所述翻转机构，且所述推拉机构设置为相对于所述翻转机构往复移动，当所述翻转机构位于第一位置时，所述推拉机构用于从电动车辆上拉出亏电的电池包；当所述翻转机构位于第四位置时，所述推拉机构用于将满电的电池包推至电动车辆上；

所述翻转机构包括第一翻转部以及第二翻转部，所述第一翻转部用于承载位于第一位置或第四位置的电池包，所述第二翻转部用于承载位于第二位置或第三位置的电池包，所述第一翻转部和所述第二翻转部之间互为垂直设置；

电池包具有互为垂直第一侧面与第二侧面，当电池包位于第一位置或第四位置时，第一侧面承载于第一翻转部上，第二侧面抵贴于第二翻转部上；当电池包位于第二位置或第三位置时，第二侧面承载于第二翻转部上，第一侧面抵贴于第一翻转部上。

2.如权利要求1所述的换电设备，其特征在于，所述推拉机构连接于所述第一翻转部，且所述推拉机构设置为相对于所述第一翻转部往复移动。

3.如权利要求2所述的换电设备，其特征在于，所述推拉机构包括托盘以及推盘盒，其中，所述托盘连接于所述第一翻转部并随同所述第一翻转部运动，所述推盘盒设于所述托盘上并被设置为相对于所述托盘往复运动以推动或拉动电池包。

4.如权利要求3所述的换电设备，其特征在于，所述推盘盒包括解锁机构，用于与电池包上的解锁部件对接，以将电池包从电动车辆上解锁。

5.如权利要求3所述的换电设备，其特征在于，所述推盘盒还包括锁定件，所述锁定件用于与设置于所述电池包上的固定件相配合而使所述推盘盒与所述电池包相连接以拉动或推动电池包。

6.如权利要求5所述的换电设备，其特征在于，所述固定件为磁力件，所述锁定件被设置为可吸附所述磁力件而与电池包连接。

7.如权利要求5所述的换电设备，其特征在于，所述锁定件被设置为在所述翻转机构位于第一位置或第四位置时与所述电池包吸附连接，并被设置为在所述翻转机构位于第二位置或第三位置时解除吸附连接。

8.如权利要求7所述的换电设备，其特征在于，所述推拉机构还包括推盘导轨以及推盘驱动装置，其中，所述推盘导轨设置在所述托盘上，所述推盘盒滑动设置于所述推盘导轨上，所述推盘驱动装置驱动所述推盘盒往复滑动。

9.如权利要求8所述的换电设备，其特征在于，所述推盘驱动装置包括推盘电机以及同步带，所述同步带的一端连接于所述托盘，所述推盘电机与所述同步带配合，并通过所述同步带驱动所述推盘盒相对于所述托盘移动。

10.如权利要求9所述的换电设备，其特征在于，所述托盘上还设置有若干辅助辊轮，所述辅助辊轮滚动设置于所述推盘盒移动方向上，并与所述推盘盒的底部滚动接触。

11.如权利要求3所述的换电设备，其特征在于，所述第一翻转部包括一第一伸出机构，所述第二翻转部包括一第二伸出机构，所述推拉机构连接于所述第一伸出机构，其中，所述第一伸出机构在第一位置或第四位置取放电池包，所述第二伸出机构在第二位置或第三位置取放电池包，所述推盘盒的往复移动方向与所述第一伸出机构的伸缩方向相同。

12.如权利要求11所述的换电设备，其特征在于，所述推盘盒在缩回停止时的位置不超过所述第二伸出机构所在平面的位置。

13.如权利要求2所述的换电设备，其特征在于，所述第一翻转部与所述第二翻转部共轴翻转。

14.如权利要求2所述的换电设备，其特征在于，所述第一翻转部和所述第二翻转部通过同一翻转驱动装置驱动，或者所述第一翻转部和所述第二翻转部通过不同的翻转驱动装置驱动。

15.如权利要求14所述的换电设备，其特征在于，所述翻转驱动装置包括伸缩杆，所述伸缩杆与所述第一翻转部和/或所述第二翻转部连接并驱动所述第一翻转部和所述第二翻转部转动。

16.如权利要求15所述的换电设备，其特征在于，所述换电设备包括一底座，所述第一翻转部和所述第二翻转部相对于所述底座旋转设置，其中，所述伸缩杆的一端转动连接于所述第一翻转部和/或所述第二翻转部的底部，所述伸缩杆的另一端转动连接于所述底座。

17.如权利要求14所述的换电设备，其特征在于，所述翻转驱动装置包括翻转电机以及齿轮组，所述翻转电机驱动齿轮组转动，所述齿轮组与所述第一翻转部和/或所述第二翻转部连接并驱动所述第一翻转部和/或所述第二翻转部转动。

18.如权利要求17所述的换电设备，其特征在于，所述翻转驱动装置包括一翻转电机以及一齿轮组，其中，所述齿轮组至少包括一输入齿轮以及一输出齿轮，输入齿轮与输出齿轮相互齿接，其中，所述翻转电机直接或者间接驱动所述输入齿轮转动，所述第一翻转部和所述第二翻转部通过翻转轴固定连接于所述输出齿轮，并随着所述输出齿轮转动。

19.如权利要求14所述的换电设备，其特征在于，所述翻转机构包括一底座，所述第一翻转部和所述第二翻转部转动连接于所述底座，所述翻转驱动装置驱动所述第一翻转部和所述第二翻转部旋转。

20.如权利要求19所述的换电设备，其特征在于，所述换电设备包括一外部框架以及一升降机构，所述底座通过所述升降机构连接于所述外部框架，并相对于所述外部框架进行上下移动。

21.如权利要求20所述的换电设备，其特征在于，所述升降机构通过链传动机构连接于所述外部框架，且所述升降机构和所述外部框架之间通过导向轮导向。

22.一种换电站，其特征在于，所述换电站包括：

载车平台，用于供电动车辆停靠以进行电池包的更换；

充电设备，所述充电设备具有若干充电仓，用于放置电池包，充电仓内设有电连接器，用于与位于充电仓内的电池包进行电连接以充电；

如权利要求1-21任意一项所述的换电设备，用于在电动车辆与充电仓之间进行电池的取放和转运，所述翻转机构用于将从充电仓或电动车辆上取出的电池包进行竖直翻转。

23.一种换电方法，其特征在于，所述换电方法利用如权利要求1-21任意一项所述的换电设备实现，包括：

通过推拉机构将电动车辆内的亏电的电池包拉出至第一位置；

将取出的亏电的电池包从第一位置沿第一方向翻转至第二位置；

将亏电的电池包置于充电仓对应位置并将亏电的电池包放入充电仓进行充电；

和/或

从充电仓取出满电的电池包置于第三位置；

将取出的满电的电池包从第三位置沿第二方向翻转至第四位置；

将满电的电池包置于电动车辆对应位置并通过推拉机构将满电的电池包推至电动车辆内。