CN113928174A - 换电设备和换电方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种换电设备和换电方法。换电设备包括：搬运器，用于沿预设路线移动以搬运电池包；堆垛机，用于在所述搬运器和电池架之间转移所述电池包，所述堆垛机的下方具有预设空间，在所述搬运器沿预设路线移动至所述预设空间时，在所述堆垛机与搬运器之间转移所述电池包。上述的换电设备和换电方法通过在堆垛机的框架的下方预留出预设空间，在需要转移电池包的时候，搬运器可以直接移动至堆垛机的下方的预设空间内，在堆垛机和搬运器之间转移电池包，从而可以避免通过伸缩臂将伸缩操作来移动电池包，有效提高了电池包和堆垛机之间的电池包交接效率，缩减了换电时间。

Description

换电设备和换电方法

技术领域

本公开涉及换电设备领域，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。

换电设备用于为车辆更换电池包。在更换电池包的过程中，搬运器移动至堆垛机附件，堆垛机的伸缩臂伸出将电池包放置于搬运器或者将电池包从搬运器移动至堆垛机。由于伸缩臂在转移电池包的过程中较为耗时，显著地降低了换电效力，延长了换电时间。

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，可以提高换电效率。

为此，本公开首先提供了一种换电设备，包括：

搬运器，用于沿预设路线移动以搬运电池包；

堆垛机，用于在所述搬运器和电池架之间转移所述电池包，所述堆垛机的下方具有预设空间，在所述搬运器沿预设路线移动至所述预设空间时，在所述堆垛机与搬运器之间转移所述电池包。

优选地，所述堆垛机包括：

框架，包括立柱和横梁，所述立柱沿竖直方向延伸，所述横梁沿水平方向延伸并且连接于所述立柱；

货叉机构，包括托架和承载臂，所述托架沿竖直方向移动地连接于所述立柱，所述承载臂连接于所述托架的靠近立柱方向两侧，用于承载所述电池包的两端；

在所述托架沿所述立柱移动至所述承载臂的高度低于所述电池包时，所述搬运器承载电池包移动至所述框架下方的预设空间内，所述托架沿所述立柱上移，通过所述承载臂托起所述电池包的两端，以将所述电池包从所述搬运器移动至所述堆垛机；

或者，在所述搬运器移动至所述框架下方的预设空间时，所述托架承载电池包并沿所述立柱下移，通过所述承载臂托起所述电池包的两端将所述电池包放置于所述搬运器后，继续下移直至所述承载臂与所述电池包脱离，所述搬运器负载所述电池包驶离所述堆垛机。

优选地，所述承载臂包括伸缩机构，所述伸缩机构从所述立柱之间伸出以将电池包转移至电池架，或者将电池包从所述电池架移出。

优选地，所述堆垛机还包括行走机构，所述行走机构包括：

行走电机；

一个或者多个行走链轮，至少一个所述行走链轮连接于所述行走电机；

行走链，沿所述堆垛机的行走方向延伸，所述行走链的两端被固定，中部绕过所述链轮，所述行走电机驱动所述行走链轮转动，牵引行走链以移动所述框架。

优选地，所述堆垛机还包括固定轨道，所述固定轨道沿所述堆垛机的行走方向延伸，所述框架移动地悬挂于所述固定轨道，在所述框架的下方具有所述预设空间。

优选地，所述框架还包括一个或者多个滑块，所述滑块连接于所述框架，所述固定轨道嵌入所述滑块内，所述框架通过所述滑块移动地连接于所述固定轨道。

优选地，所述堆垛机还包括升降机构，所述升降机构包括：

升降电机；

环形链和一对升降链轮，所述升降链轮转动地连接于所述框架，所述升降电机连接于所述升降链轮，所述环形链沿竖直方向绕过所述升降链轮；

所述托架连接于所述环形链，所述升降电机通过驱动所述升降链轮转动带动所述环形链移动，所述环形链带动所述托架沿竖直方向移动。

优选地，所述托架包括两个子托架，所述子托架分别移动地连接于所述框架的两侧，并且连接于所述环形链；所述承载臂连接于所述子托架，所述子托架在所述环形链的牵引下沿竖直方向同步移动以移动所述电池包。

此外，本公开还提供了一种换电方法，包括：

在托架沿竖直方向移动至所述托架上的承载臂的高度低于电池包时，搬运器负载所述电池包移动至堆垛机的框架下方的预设空间；

所述托架沿竖直方向上移，通过所述承载臂托起所述电池包的两端，将所述电池包从所述搬运器移动至所述堆垛机的承载臂；

或者，

在搬运器移动至所述框架下方的预设空间时，所述托架通过所述承载臂负载所述电池包沿竖直方向下移；

通过所述承载臂托起所述电池包的两端将所述电池包放置于所述搬运器后，继续下移直至所述承载臂与所述电池包脱离；

所述搬运器负载所述电池包驶离所述堆垛机。

优选地，在将所述电池包从所述搬运器移动至所述堆垛机的承载臂之后，还包括：

在所述托架移动至预设高度并且所述堆垛机行走至所述电池包对应的位置后，所述承载臂朝向电池架伸出，将所述电池包存放于所述电池架；

以及，所述托架通过所述承载臂负载所述电池包沿竖直方向下移之前，还包括：

在所述托架移动至预设高度并且所述堆垛机行走至所述电池包对应的位置后，所述承载臂朝向电池架伸出，托起存放于所述电池架的电池包后；

所述承载臂缩回，将所述电池包移动至所述框架内。

相较于现有技术，上述的换电设备和换电方法通过在堆垛机的框架的下方预留出预设空间，在需要转移电池包的时候，搬运器可以直接移动至堆垛机的下方的预设空间内，在堆垛机和搬运器之间转移电池包，从而可以避免通过伸缩臂将伸缩操作来移动电池包，有效提高了电池包和堆垛机之间的电池包交接效率，缩减了换电时间。

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是堆垛机的结构示意图。

图3是堆垛机的剖面结构示意图。

图4是托架机构的结构示意图。

图5是图3中V处的结构示意图。

图6是图3中VI处的结构示意图。

图7是图2中VII处的结构示意图。

图8是搬运器的结构示意图。

图9是电池包在堆垛机和搬运器之间交接的结构示意图。

图10是搬运器位于堆垛机下方预设空间的侧视图。

图11是搬运器运载电池包脱离堆垛机的结构示意图。

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是换电设备的结构示意图。如图1所示，换电设备包括搬运器20和堆垛机10，搬运器20可以将乏电的电池包40从车辆转移至搬运器20上，以及将满电的电池包40转移至车辆，以及在堆垛机10和车辆之间运输电池包40。堆垛机10用于在电池架30和搬运器20之间转移电池包40，即将乏电的电池包40从搬运器20移动至电池架30，以及经满电的电池包40转移至搬运器20。其中，上述的乏电的电池包40是指电量低于预设值的电池包40，满电的电池包40是指电量高于预设值的电池包40。

图2是堆垛机10的结构示意图，图3是堆垛机10的剖面结构示意图。如图2和图3所示，堆垛机10放置于电池架30的附近，在搬运器20移动至预设位置后，用于在所述搬运器20和电池架30之间转移所述电池包40。堆垛机10包括框架11、货叉机构、提升机构和行走机构，货叉机构、提升机构和行走机构设置于框架11上，货叉机构用于交接电池包40并且沿竖直方向移动电池包40。提升机构用于驱动货叉机构沿竖直方向移动，行走机构用于驱动堆垛机10沿横向方向(即电池架30的长度方向)移动。

框架11包括立柱111和横梁112。所述立柱111呈柱状机构，沿竖直方向延伸，所述横梁112沿水平方向延伸并且连接于所述立柱111。本实施方式中，立柱111和横梁112分别为四根，四根立柱111沿竖直方向延伸，四根横梁112分别连接于立柱111的顶部，形成立方体的框架11结构，其中，框架11的底部敞口，并且框架11的长度方向沿电池架30的长度方向延伸，为便于描述，记为横向方向。横向方向的宽度大于搬运器20的宽度，搬运器20可以从框架11的横向方向进入堆垛机10的下方。框架11的宽度方向为靠近或者远离电池架30的方向，为便于描述，记为纵向方向。然后，本领域技术人员清楚，横向方向和纵向方向仅为便于描述而使用的定义，在实际应用中，可以合适设置框架11的方向和结构，以便于搬运器20和堆垛机10的工作和配合。在一些实施方式中，框架11的两侧还可以设置一个或者多个导向轮14，用于在框架11横向移动时导引框架11的移动。

图4是托架机构的结构示意图。如图4所示，托架机构包括托架13和承载臂131，所述托架13沿竖直方向移动地连接于所述立柱111，所述承载臂131设于所述托架13的靠近立柱111方向两侧，用于承载所述电池包40的两端。具体的，托架13包括两个子托架133和托架连接杆132，两个子托架133分别位于框架11的横向方向的两端，其横截面大体呈相向的“L”形结构。托架连接杆132可以是一个或者多个，用于连接于位于框架11两侧的子托架133。然后，在一些实施方式中，托架连接杆132也可以省略。

承载臂131为两个，分别设置于子托架133上，用于承载电池包40的横向方向的两端以移动电池包40。在一些实施方式中，承载臂131还可以包括可伸出或者缩回的伸缩机构，所述伸缩机构从所述立柱111之间伸出以将电池包40转移至电池架30，或者将电池包40从所述电池架30移动至所述堆垛机10内。在托架13移动至对应于电池架30上的电池包40的位置后，承载臂131朝向电池包40伸出并且托起电池包40的两端，然后，承载臂131可以缩回，将电池包40移动至框架11内，从而从电池架30取得电池包40的转移动作。同样，位于承载臂131上的电池包40也可以通过承载臂131伸出至电池架30的放置电池包40的位置，电池架30承载于电池包40的中部区域后，承载臂131可以跟随托架13下移至与电池包40脱离的位置，然后缩回至框架11内，完成将电池包40存储至电池架30的转移动作。承载臂131可以通过丝杆、直线电机、滑块-滑轨等方式实现伸缩功能，但本领域技术人员也可以采取其他方式实现承载臂131的伸缩动作，本申请对此不作限制。

图5是图3中V处的结构示意图。如图2、图3和图5所示，所述堆垛机10还包括升降机构，所述升降机构包括升降电机15、环形链151和升降链轮152。升降电机15连接于框架11上，用于通过环形链151和升降链轮152驱动托架机构上升或者下降。升降链轮152可以是一对，其一转动地设置于框架11的上方，另外一个转动地设置于框架11的下方，其中，至少一个所述升降链轮152连接于升降电机15。环形链151为闭合的环状结构，环形链151绕过一对升降链轮152，这样，所述升降电机15可以通过驱动所述升降链轮152转动带动所述环形链151移动。

本实施方式中，环形链151和升降链轮152为两组，分别设置于框架11的横向方向的两端，其中一端的所述环形链151连接于同侧的托架13的子托架133，另外一端的环形链151连接于同侧的托架的子托架133，并且两侧的升降链轮152可以通过一升降传动杆153连接，用于同步两侧的升降链轮152，从而可以同步环形链151的移动速度，驱动电机得以同步带动所述托架13的子托架133沿竖直方向移动。

图6是图3中VI处的结构示意图。如图6所示，所述行走机构包括行走电机16、一个或者多个行走链轮和行走链。其中，至少一个所述行走链轮连接于所述行走电机16。行走链沿所述堆垛机10的行走方向延伸，并且两端被固定，中部绕过所述链轮，所述行走电机16通过驱动所述链轮转动时，牵引行走链以移动所述框架11。本实施方式中，行走链轮可以是三个，呈等边三角形转动地连接于框架11。行走链的两端固定于电池架30所在的换电站的其他区域，例如电池架30或者换电站的墙壁，中部沿图6示出的方式依次绕过三个行走链轮。这样，行走电机16驱动其中至少一个行走链轮转动时，行走链轮通过牵引行走链而牵引堆垛机10移动。

图7是图2中VII处的结构示意图。如图7所示，所述堆垛机10还包括固定轨道12，所述固定轨道12沿所述堆垛机10的行走方向延伸。所述框架11移动地悬挂于所述固定轨道12，并且在所述框架11的下方具有所述预设空间。具体的，所述固定轨道12固定于所述框架11的上方，所述框架11还包括一个或者多个滑块121，所述滑块121连接于所述框架11的顶部，所述固定轨道12嵌入所述滑块121内，所述框架11通过所述滑块121移动连接于所述固定轨道12。本实施方式中，滑块121为四组，每组两个滑块121，四组滑块121分别连接于框架11的顶部的四角以将堆垛机10悬挂于固定轨道12上。然而，本领域技术人员知悉，滑块121也可以设置于框架11的中部而将堆垛机10悬挂于固定轨道12上，同时，本领域技术人员也可以采用其他惯用组件来设置框架11移动地连接于固定轨道12，例如采用丝杆和螺母的方式等，本申请对此不作限制。通过合适地设置固定轨道12和框架11的连接位置，可以实现在所述堆垛机10的下方具有预设空间，在所述搬运器20沿预设路线23移动至所述预设空间时，在所述堆垛机10与搬运器20之间转移所述电池包40。

图8是搬运器20的结构示意图。如图8所示，搬运器20大体呈平板状结构，底部转动地连接有多个行走轮21，以支撑搬运器20沿预设路线23移动。该预设路线23可以是轨道，也可以是根据搬运器20的软件程序实现的轨道。本实施方式中，该预设路线23沿堆垛机10的纵向方向延伸，可以从框架11下方的长度方向的两侧之间的位置进入堆垛机10下方的预设空间以与堆垛机10交接电池包40。搬运器20的顶面还可以设置有一个或者多个导向柱22，用于导引电池包40安装于搬运器20上，在搬运器20移动过程中，也可以起到支撑电池包40，防止电池包40从搬运器20滑落的作用。

以下结合图1、图9-11详细描述基于上述的换电设备实现的换电方法。

流程一：将电池包40移动至搬运器20。

如图1所示，堆垛机10的托架13移动至对应于电池架30上的电池包40的高度，同时，堆垛机10沿横向移动至电池包40所在的位置，此时，托架13的承载臂131朝向待取的电池包40。然后，承载臂131的伸缩机构朝向电池包40伸出至电池包40的下方，托架13上移使得承载臂131向上托起电池包40。接着，承载臂131缩回，将电池包40移动至框架11内。此时，搬运器20位于堆垛机10之外，与堆垛机10具有一定的距离。

图9是电池包40在堆垛机10和搬运器20之间交接的结构示意图。如图9所示，搬运器20沿预设路线23沿纵向移动，从框架11的立柱111之间的间隙进入到框架11下方的预设空间内并且位于托架13的下方。

图10是搬运器20位于堆垛机10下方预设空间的侧视图。如图9和图10所示，在初始状态下，电池包40的两端承载于托架13的两个子托架133上的承载臂131上。在搬运器20移动至预设空间后，正好位于电池包40的下方。

然后，托架13继续下移，直至电池包40的中间区域承载于搬运器20上。在托架13继续下移至两侧的承载臂131的高度低于电池包40的两端并且与电池包40脱离，此时，承载臂131位于电池包40的下方，处于如图10所示的位置。

图11是搬运器20运载电池包40脱离堆垛机10的结构示意图。如图11所示，搬运器20从车辆取到电池包40后，沿纵向方向移动至如图11所示的驶离堆垛机10的位置。此时，电池包40的中间区域承载于搬运器20上，并且横向方向的两端悬伸出搬运器20，完成将电池包40移动至搬运器20的作业程序。

流程二：将电池包40移动至堆垛机10。

图11是搬运器20运载电池包40脱离堆垛机10的结构示意图。如图11所示，搬运器20从车辆取到电池包40后，朝向堆垛机10沿纵向方向移动至图11所示的位置。此时，电池包40的中间区域承载于搬运器20上，并且横向方向的两端悬伸出搬运器20，升降电机15控制托架13下移至承载臂131的高度低于电池包40的两端的悬伸部分。

在搬运器20移动至堆垛机10的预设空间时，电池包40的两端位于承载臂131的正上方，即位于图9和图10示出的位置。然后，升降电机15驱动托架13的两个子托架133上移，承载臂131接触电池包40的两端并且托起电池包40，将电池包40搬离搬运器20，同时，搬运器20可以驶离堆垛机10至如图1所示的位置，完成将电池包40移动至堆垛机10的作业程序。

在电池包40移动至合适高度后，堆垛机10将通过承载臂131伸出，将电池包40存放于电池架30。

上述的换电设备和换电方法通过在堆垛机10的框架11的下方预留出预设空间，在需要转移电池包40的时候，搬运器20可以直接移动至堆垛机10的下方的预设空间内，在堆垛机10和搬运器20之间转移电池包40，从而可以避免通过伸缩臂利用伸缩操作来移动电池包40，有效提高了电池包40和堆垛机10之间的电池包40交接效率，缩减了换电时间。

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：

搬运器，用于沿预设路线移动以搬运电池包；

堆垛机，用于在所述搬运器和电池架之间转移所述电池包，所述堆垛机的下方具有预设空间，在所述搬运器沿预设路线移动至所述预设空间时，在所述堆垛机与搬运器之间转移所述电池包。

2.如权利要求1所述的换电设备，其特征在于，所述堆垛机包括：

框架，包括立柱和横梁，所述立柱沿竖直方向延伸，所述横梁沿水平方向延伸并且连接于所述立柱；

货叉机构，包括托架和承载臂，所述托架沿竖直方向移动地连接于所述立柱，所述承载臂连接于所述托架的靠近立柱方向两侧，用于承载所述电池包的两端；

在所述托架沿所述立柱移动至所述承载臂的高度低于所述电池包时，所述搬运器承载电池包移动至所述框架下方的预设空间内，所述托架沿所述立柱上移，通过所述承载臂托起所述电池包的两端，以将所述电池包从所述搬运器移动至所述堆垛机；

或者，在所述搬运器移动至所述框架下方的预设空间时，所述托架承载电池包并沿所述立柱下移，通过所述承载臂托起所述电池包的两端将所述电池包放置于所述搬运器后，继续下移直至所述承载臂与所述电池包脱离，所述搬运器负载所述电池包驶离所述堆垛机。

3.如权利要求2所述的换电设备，其特征在于，所述承载臂包括伸缩机构，所述伸缩机构从所述立柱之间伸出以将电池包转移至电池架，或者将电池包从所述电池架移出。

4.如权利要求3所述的换电设备，其特征在于，所述堆垛机还包括行走机构，所述行走机构包括：

行走电机；

一个或者多个行走链轮，至少一个所述行走链轮连接于所述行走电机；

行走链，沿所述堆垛机的行走方向延伸，所述行走链的两端被固定，中部绕过所述链轮，所述行走电机驱动所述行走链轮转动，牵引行走链以移动所述框架。

5.如权利要求4所述的换电设备，其特征在于，所述堆垛机还包括固定轨道，所述固定轨道沿所述堆垛机的行走方向延伸，所述框架移动地悬挂于所述固定轨道，在所述框架的下方具有所述预设空间。

6.如权利要求5所述的换电设备，其特征在于，所述框架还包括一个或者多个滑块，所述滑块连接于所述框架，所述固定轨道嵌入所述滑块内，所述框架通过所述滑块移动地连接于所述固定轨道。

7.如权利要求6所述的换电设备，其特征在于，所述堆垛机还包括升降机构，所述升降机构包括：

升降电机；

环形链和一对升降链轮，所述升降链轮转动地连接于所述框架，所述升降电机连接于所述升降链轮，所述环形链沿竖直方向绕过所述升降链轮；

所述托架连接于所述环形链，所述升降电机通过驱动所述升降链轮转动带动所述环形链移动，所述环形链带动所述托架沿竖直方向移动。

8.如权利要求7所述的换电设备，其特征在于，所述托架包括两个子托架，所述子托架分别移动地连接于所述框架的两侧，并且连接于所述环形链；所述承载臂连接于所述子托架，所述子托架在所述环形链的牵引下沿竖直方向同步移动以移动所述电池包。

9.一种换电方法，其特征在于，包括：

在托架沿竖直方向移动至所述托架上的承载臂的高度低于电池包时，搬运器负载所述电池包移动至堆垛机的框架下方的预设空间；

所述托架沿竖直方向上移，通过所述承载臂托起所述电池包的两端，将所述电池包从所述搬运器移动至所述堆垛机的承载臂；

或者，

在搬运器移动至所述框架下方的预设空间时，所述托架通过所述承载臂负载所述电池包沿竖直方向下移；

通过所述承载臂托起所述电池包的两端将所述电池包放置于所述搬运器后，继续下移直至所述承载臂与所述电池包脱离；

所述搬运器负载所述电池包驶离所述堆垛机。

10.如权利要求9所述的换电方法，其特征在于，在将所述电池包从所述搬运器移动至所述堆垛机的承载臂之后，还包括：

在所述托架移动至预设高度并且所述堆垛机行走至所述电池包对应的位置后，所述承载臂朝向电池架伸出，将所述电池包存放于所述电池架；

以及，所述托架通过所述承载臂负载所述电池包沿竖直方向下移之前，还包括：

在所述托架移动至预设高度并且所述堆垛机行走至所述电池包对应的位置后，所述承载臂朝向电池架伸出，托起存放于所述电池架的电池包后；

所述承载臂缩回，将所述电池包移动至所述框架内。

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