CN113895300A

CN113895300A - 一种移动式卡车换电装置

Info

Publication number: CN113895300A
Application number: CN202111157810.4A
Authority: CN
Inventors: 张振辉
Original assignee: Tantalum Platinum Technology Shanghai Co ltd
Current assignee: Tantalum Platinum Technology Shanghai Co ltd
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2022-01-07

Abstract

本发明公开了一种移动式卡车换电装置，包括：一可移动载具，所述的载具上安装有若干整齐排列的充电底座；所述的充电底座上装配有与充电底座相匹配的电池包；还包括：一换电机器人；一在载具内水平移动，并在既定位置取放电池包和将电池包衔接至换电机器人的堆垛机器人；所述的载具具有一容纳电池包、换电机器人和堆垛机器人的换电空间；所述换电空间长边的至少一侧设有工作区，该工作区使更换电池包时，换电空间的长边与换电卡车的长边相互靠近。通过将工作区设置于换电空间的长边侧，换电空间的长边侧与换电卡车并排布置实现电池包的装卸，从而大大节约了换电过程中的空间。

Description

一种移动式卡车换电装置

技术领域

本发明涉及一种卡车换电装置，具体为一种移动式卡车换电装置。

背景技术

近年来，新能源汽车换电技术蓬勃发展，但由于车型的不同以及标准的缺乏，换电方案可谓百花齐放。电动卡车尤其是重型卡车，由于其结构空间、电量需求上的差异性，其技术路线尤为不同。对于卡车尤其是重卡换电，目前已形成不少创新技术，其中一些技术已经申请专利或已专利授权，这些技术的主要特点是：大多都采用顶部吊装方式，如CN110862008A，一种电动重卡充电换系统；CN210634533U，一种重型卡车电池更换站。这种顶部吊装方式实现换电的缺陷是：

(1)顶部吊装受力通过立柱和横梁传递到地面，造成结构复杂，设备体积庞大，尤其占用高度空间，设备难以整体运输(容易超过高速公路桥涵的限高，通常4.5m)。

(2)由于卡车停止的位置精度比较低，需要换电装置进行自动找正并进行姿态调整，这就需要具备多自由度的调整，顶部吊装装置会变得非常复杂并占用更多空间。目前多通过链条、钢丝绳起升系统具备的柔性进行误差补偿，这会加大对位失误，降低了可靠性。

(3)顶部吊装不能满足部分卡车的换电需求，部分卡车如矿卡顶部部分结构会遮挡住电池包，从而无法从顶部吊装。

(4)每个工位需要设置移动装置，增加了系统复杂度和成本；

(5)不适合移动换电，即换电站可随时方便地移动到目的地对卡车进行换电。

另外一部分方案采用侧面吊装，如徐工侧叉重卡换电，从侧面抓取，然后整体旋转后移动将电池包放置到工位,其缺点是：电池包受力复杂附加应力增加；旋转空间巨大；不适合移动布置。公开号为CN111717062A的专利披露了一种重型卡车的换电系统及其使用方法，它采用堆垛机抓取电池包完成与卡车的换电作业。但这些装置也存在的明显的缺陷是：机构复杂、占用空间大、对位可靠性低。同样的情况还有公开号为CN112829629A的专利所披露的一种电动卡车换电装及其换电方法。换电房与卡车垂直布置，占用空间大。

因此，设计一种空间紧凑、重量轻、可靠性高且便于移动供电的换电装置，是相关领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了提供一种移动式卡车换电装置，这种换电装置能够实现空间紧凑、重量轻、可靠性高且便于移动供电。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

一种移动式卡车换电装置，包括：

一可移动载具，所述的载具上安装有若干整齐排列的充电底座；所述的充电底座上装配有与充电底座相匹配的电池包，电池包置于其上并与之电性连接；还包括：

一安装于载具底板上，调整电池包高度、角度和水平距离，使替换电池包与被替电池包位置相同的换电机器人；

一在载具内水平移动，并在既定位置取放电池包和将电池包衔接至换电机器人的堆垛机器人；

所述的载具具有一容纳电池包、换电机器人和堆垛机器人的换电空间；所述换电空间长边的至少一侧设有工作区，该工作区使更换电池包时，换电空间的长边与换电卡车的长边相互靠近。

所述的换电机器人包括X轴伸缩机构、Y轴平移机构、Z轴旋转机构和Z轴升降机构；所述的换电机器人具有一个安装各移动机构的固定架和活动架；所述的固定架与载具固定，若干组升降组件连接于固定架与活动架之间，使活动架在固定架内侧上下移动。

所述的升降组件包括升降驱动装置和升降辅助装置，其中，升降驱动装置为油缸、电缸和电机中的一种；所述的升降驱动装置为油缸或电缸时，升降辅助装置为沿固定架的竖架上下移动并限制在水平面位移的导向轮；升降驱动装置为电机时，升降辅助装置为链条或钢丝绳；较为适合的一种方式是，链条或钢丝绳为封闭的圈状，其一端套接于电机的输出端；另一端套接于一定滑轮上，其中电机与定滑轮分别安装于固定架和活动架上，通过电机驱动链条或钢丝绳的正向和反向转动，从而带动活动架上下移动。

所述的活动架上设置有轴向竖直的轴承；轴承的轴承座和轴分别安装于活动架底板和X轴伸缩机构的安装板上，轴承的轴内侧设置有内齿纹，通过驱动电机、减速机和驱动齿轮的外齿纹咬合内齿纹，获得相同的线速度；形成Z轴旋转机构；驱动电机正反旋转实现X轴伸缩机构在一定范围内的旋转；所述的X轴伸缩机构由至少两组第一伸缩货叉组成。

所述的第一伸缩货叉包括有第一下叉组件、第一中叉组件和第一上叉组件，三者之间通过货叉减速电机、齿轮组和链轮驱动依次打开。

所述的第一上叉组件的上侧板设置有第一导向定位柱，与所述电池包上对应的支撑耳下侧设置的定位孔匹配，共同限制电池包在货叉上的位置，一方面在换电机器人和堆垛机器人之间转移电池包；另一方面将电池包准确放置于换电卡车的机座上。优选的是：所述第一上叉组件上侧板设有两个第一导向定位柱，第一导向定位柱的头部为锥形，在±20mm的误差范围内可以自动将电池包定位。

所述的堆垛机器人包括X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴升降机构；所述的X轴移动机构包括安装于载具底板上的齿条或链条，以及安装于行走小车上与齿条或链条相匹配的齿轮或链轮；齿轮或链轮通过驱动电机驱动正向或反向旋转，从而实现行走小车前进或后退。

所述的Y轴伸缩机构为至少两组第二伸缩货叉组成。第二伸缩货叉与第一伸缩货叉的结构相同，工作方式相同。

所述的Z轴升降机构，通过油缸驱动剪刀差机构抬升或降落。

所述的载具为平板汽车，所述的换电空间安装于载具上，包含框架主体、顶架、底架等结构；电池包充电底座位于框架主体内部的两侧区域；电池包充电底座下方设置充电机为电池包充电；两排充电底座之间区域为周转通道，为电池包出入库提供周转空间；堆垛机器人在周转通道内前进或后退。

所述的电池包为长方体结构，其长边侧设置有第一支撑耳，第一支撑耳与第一伸缩货叉相匹配；短边侧设置有第二支撑耳，第二支撑耳与第二伸缩货叉相匹配。更进一步地，第一支撑耳和第二支撑耳上设置有与导向定位柱相匹配的定位孔。为了补偿孔与柱之间的误差，防止过定位，所述定位孔其中一个为圆形定位孔，另一个为长腰形定位孔。更进一步地，所述的电池包上设置有锁紧机构，锁紧机构与充电底座、换电卡车的机座上的匹配机构锁紧或打开。

为了描述清楚，所建立的虚拟三维坐标系，可设沿换载体行进方向为X轴，以水平面上垂直X轴的方向为Y轴；以垂直于XY平面的升降方向为Z轴。

本发明中所述的电机、电缸等用电设备理所当然地与电源连接；所涉及到的对用电设备的运行进行控制，也理所当然地使用到控制电路或控制器；本发明中还省略了对各类传感器的描述。这些均为本领域常规的技术手段。

本发明技术方案具有以下技术效果：

1)通过将工作区设置于换电空间的长边侧，换电空间的长边侧与换电卡车并排布置实现电池包的装卸，从而大大节约了换电过程中的空间，换电空间只需布置在换电卡车通道侧边即可实现快速换电任务，非常适合港口等空间受限的场合集卡换电；

2)换电机器人可以将电池包旋转90度后，由堆垛机器人输送到换电空间内的充电底座，从而实现空间存放的最大优化。

3)换电空间可安装在平板挂车上，方便道路运输快捷的到达目的地，建立移动式换电站对目标车辆进行换电。

4)移动式换电站同时也同时适合永久性固定，并且占地空间小。

附图说明

图1为本发明的整体布局结构示意图；

图中，1-换电机器人；2-堆垛机器人；3-换电空间；4-电池包；5-载具；6、换电卡车；

图2为本发明的换电机器人状态一结构示意图；

图中，11-X轴伸缩机构；12-Z轴旋转机构；13-导向轮；14-Z轴升降机构；

图3为本发明的换电机器人状态二结构示意图；

图4为第一伸缩货叉结构示意图；

图中，131-第一下叉组件；132-第一中叉组件；133-第一上叉组件；134-第一导向定位柱；

图5为堆垛机器人的结构示意图；

图中，21-X轴行走机构；22-Z轴升降机构；23-Y轴伸缩机构；

图6为第二伸缩货叉结构示意图；

图中，231-第二下叉组件；232-第二中叉组件；233-第二上叉组件；234-第二导向定位柱；

图7为电池包结构示意图；

图中，4、电池包；41-第一支撑耳；42-第二支撑耳；43-锁紧机构。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。

如图1所示的一种移动式卡车换电装置，包括：一可移动载具，所述的载具上安装有若干整齐排列的充电底座；所述的充电底座上装配有与充电底座相匹配的电池包，电池包置于其上并与之电性连接；还包括：一安装于载具底板上，调整电池包高度、角度和水平距离，使替换电池包与被替电池包位置相同的换电机器人；一在载具内水平移动，并在既定位置取放电池包和将电池包衔接至换电机器人的堆垛机器人；所述的载具具有一容纳电池包、换电机器人和堆垛机器人的换电空间；所述换电空间长边的至少一侧设有工作区，该工作区使更换电池包时，换电空间的长边与换电卡车的长边相互靠近。

如图2和图3所示，所述的换电机器人包括X轴伸缩机构、Z轴旋转机构和Z轴升降机构；所述的换电机器人具有一个安装各移动机构的固定架和活动架；所述的固定架与载具固定，若干组升降组件连接于固定架与活动架之间，使活动架在固定架内侧上下移动。

如图4所示，所述的第一伸缩货叉包括有第一下叉组件、第一中叉组件和第一上叉组件，三者之间通过货叉减速电机、齿轮组和链轮驱动依次打开。

如图5所示，所述的堆垛机器人包括X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴升降机构；所述的X轴移动机构包括安装于载具底板上的齿条或链条，以及安装于行走小车上与齿条或链条相匹配的齿轮或链轮；齿轮或链轮通过驱动电机驱动正向或反向旋转，从而实现行走小车前进或后退。

如图6所示，所述的Y轴伸缩机构为至少两组第二伸缩货叉组成。所述的第二伸缩货叉包括有第二下叉组件、第二中叉组件和第二上叉组件，三者之间通过货叉减速电机、齿轮组和链轮驱动依次打开。所述的第二上叉组件的上侧设置有导向定位柱，与所述电池包上对应的支撑耳下侧设置的定位孔匹配，共同限制电池包在货叉上的位置，一方面方便堆垛机器人和换电机器人之间的转移电池包，另一方面可以准确将电池包放置于充电机座上。所述第二上叉组件上侧板设有两个第二导向定位柱，第二导向定位柱的头部为锥形，在±20mm的误差范围内可以自动将电池包定位。

所述的Z轴升降机构，通过油缸驱动剪刀差机构抬升或降落。

所述的电池包为长方体结构，其长边侧设置有第一支撑耳，第一支撑耳与第一伸缩货叉相匹配；短边侧设置有第二支撑耳，第二支撑耳与第二伸缩货叉相匹配。更进一步地，第一支撑耳和第二支撑耳上设置有与导向定位柱相匹配的定位孔。为了补偿孔与柱之间的误差，防止过定位，所述定位孔其中一个为圆形定位孔，另一个为长腰形定位孔。为了让电池包能够固定于充电底座或换电卡车的机座上，所述的电池包上还设置有锁紧机构，锁紧机构与充电底座、换电卡车的机座上的匹配机构锁紧或打开。

1、电池包自电动卡车上放置到充电底座：

首先，卡车按要求停止到指定位置后按“启动”按钮。电动卡车顶部Z轴测距激光传感器测量电池包高度、方向和尺寸。换电机器人升降机构根据测得的电池包高度，升降机构调整高度，使得机器人上的光电传感器高度与电池包上的反射板中心高度一致(此时机器人货叉高度方向已低于电池包,高度方向具备伸出条件)。

然后，换电机器人沿X轴左右移动，当光电传感器检测到电池包上的反光板后停止，此时机器人Y轴方向已对准电池包。

换电机器人上的两侧2个激光测距传感器(B2与B3)测量与电池包的距离，由此得到电池包与理论位置的偏转角度。根据测得的偏角，换电机器人旋转机构旋转同时X方向平移机构微动，直到两个测距传感器测得的距离相等并且光电传感器对准电池包反射板。此时换电机器人与电池包在Z轴方向、Y轴方向对准，X轴方向与电池包平行，并已经测得与电池包X轴方向的距离。

换电机器人第一货叉沿Y轴方向向卡车方向伸出，到达所需值(根据以上测距传感器测得的距离确定)停止。

换电机器人通过Z轴升降机构沿Z轴方向上升，到达设定值停止。

换电机器人的第一伸缩货叉沿Y周方向收回到中位位置停止，此时存储换电机器人Y轴方向、Z轴方向、Z轴转动方向位置状态(状态计为a1)。

换电机器人旋转机构与X轴伸缩机构同时动作回原点位置。

换电机器人通过升降机构提升1000mm，通过旋转机构旋转90°(换电机器人由位置1状态调整到位置2状态)，传感器复合到位信息，为把电池包从换电机器人转移到堆垛机器人做准备。

换电机器人沿X轴方向将第一货叉伸出，使得电池包到达堆垛机器人的第二货叉正上方。

换电机器人的Z轴升降机构下降，直到电池包落到堆垛机器人的第二货叉上，并继续下降至换电机器人的第一货叉完全脱离电池包。

换电机器人的第一货叉缩回到中位。

堆垛机器人根据管理系统指令确定目标电池包的停放工位，沿X周方向行驶到相应位置。

堆垛机器人Y轴伸缩机构的第二货叉向指定工位伸出，到达设定位置停下。

堆垛机器人通过自身剪刀叉升降Z轴升降机构把Y轴方向的第二货叉下降，直到货叉完全脱离电池包。

堆垛机器人把Y轴方向货叉缩回到中位。从而完成了电池包从电动卡车上放置到充电底座的全过程。

2、电池包自充电工位放置到卡车上：

堆垛机器人根据管理系统的指令确定目标充电池包工位(已经充满电)，然后沿着X轴方向移动到相应位置，为取电池包准备。

堆垛机器人Y轴伸缩货叉向指定工位伸缩，到达电池包下方。

堆垛机器人通过自身剪刀叉升降机构将第二货叉上升，上升到设定高度时停止。

堆垛机器人第二货叉缩回到中位。

堆垛机器人带着电池包，向换电机器人方向移动，直到终点位置。

换电机器人第二货叉沿X轴方向向堆垛机机器人方向伸出。

换电机器人升降机构上升,直到电池包完全脱离堆垛机器人的第一货叉。

换电机器人第二货叉缩回到中位。

换电机器人Z轴方向升降、Z轴方向转动同时动作，回到a1姿态(换电机器人由位置2状态调整到位置1状态)

换电机器人的第一货叉沿Y轴方向向卡车方向伸出。

换电机器人升降机构下降直到电池包就位。，第一货叉完全脱离电池包。

换电机器人的第一货叉回到中位位置。

换电机器人沿Y轴方向平移、Z轴旋转、Z方向升降同时动作归零位。

Claims

1.一种移动式卡车换电装置，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的一种移动式卡车换电装置，其特征在于：所述的换电机器人包括X轴伸缩机构、Y轴平移机构、Z轴旋转机构和Z轴升降机构；所述的换电机器人具有一个安装各移动机构的固定架和活动架；所述的固定架与载具固定，若干组升降组件连接于固定架与活动架之间，使活动架在固定架内侧上下移动。

3.根据权利要求2所述的一种移动式卡车换电装置，其特征在于：所述的升降组件包括升降驱动装置和升降辅助装置，其中，升降驱动装置为油缸、电缸和电机中的一种；所述的升降驱动装置为油缸或电缸时，升降辅助装置为沿固定架的竖架上下移动并限制在水平面位移的导向轮；升降驱动装置为电机时，升降辅助装置为链条或钢丝绳。

4.根据权利要求3所述的一种移动式卡车换电装置，其特征在于：链条或钢丝绳为封闭的圈状，其一端套接于电机的输出端；另一端套接于一定滑轮上，其中电机与定滑轮分别安装于固定架和活动架上，通过电机驱动链条或钢丝绳的正向和反向转动，从而带动活动架上下移动。

5.根据权利要求2所述的一种移动式卡车换电装置，其特征在于：所述的活动架上设置有轴向竖直的轴承；轴承的轴承座和轴分别安装于活动架底板和X轴伸缩机构的安装板上，轴承的轴内侧设置有内齿纹，通过驱动电机、减速机和驱动齿轮的外齿纹咬合内齿纹，获得相同的线速度；形成Z轴旋转机构；驱动电机正反旋转实现X轴伸缩机构在一定范围内的旋转；所述的X轴伸缩机构由至少两组第一伸缩货叉组成。

6.根据权利要求5所述的一种移动式卡车换电装置，其特征在于：所述的第一伸缩货叉包括有第一下叉组件、第一中叉组件和第一上叉组件，三者之间通过货叉减速电机、齿轮组和链轮驱动依次打开。

7.根据权利要求6所述的一种移动式卡车换电装置，其特征在于：所述的第一上叉组件的上侧板设置有第一导向定位柱，与所述电池包上对应的支撑耳下侧设置的定位孔匹配，共同限制电池包在货叉上的位置，一方面在换电机器人和堆垛机器人之间转移电池包；另一方面将电池包准确放置于换电卡车的机座上。优选的是：所述第一上叉组件上侧板设有两个第一导向定位柱，第一导向定位柱的头部为锥形，在±20mm的误差范围内可以自动将电池包定位。

8.根据权利要求1所述的一种移动式卡车换电装置，其特征在于：所述的载具为平板汽车，所述的换电空间安装于载具上，包含框架主体、顶架、底架等结构；电池包充电底座位于框架主体内部的两侧区域；电池包充电底座下方设置充电机为电池包充电；两排充电底座之间设置有周转通道，为电池包出入库提供周转空间；堆垛机器人在周转通道内前进或后退。

9.根据权利要求1所述的一种移动式卡车换电装置，其特征在于：所述的堆垛机器人包括X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴升降机构；所述的X轴移动机构包括安装于载具底板上的齿条或链条，以及安装于行走小车上与齿条或链条相匹配的齿轮或链轮；齿轮或链轮通过驱动电机驱动正向或反向旋转，从而实现行走小车前进或后退。

10.根据权利要求9所述的一种移动式卡车换电装置，其特征在于：所述的Y轴伸缩机构为至少两组第二伸缩货叉组成。

11.根据权利要求9所述的一种移动式卡车换电装置，其特征在于：所述的Z轴升降机构，通过油缸驱动剪刀差机构抬升或降落。

12.根据权利要求1所述的一种移动式卡车换电装置，其特征在于：所述的电池包为长方体结构，其长边侧设置有第一支撑耳，第一支撑耳与第一伸缩货叉相匹配；短边侧设置有第二支撑耳，第二支撑耳与第二伸缩货叉相匹配。更进一步地，第一支撑耳和第二支撑耳上设置有与导向定位柱相匹配的定位孔。

13.根据权利要求12所述的一种移动式卡车换电装置，其特征在于：为了补偿孔与柱之间的误差，防止过定位，所述定位孔其中一个为圆形定位孔，另一个为长腰形定位孔。

14.根据权利要求12所述的一种移动式卡车换电装置，其特征在于：所述的电池包上设置有锁紧机构，锁紧机构与充电底座、换电卡车的机座上的匹配机构锁紧或打开。