CN114084033A - 一种电动重型卡车的充换电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动重型卡车的充换电系统，包括：吊装机构，包括机架、移动架和吊具，所述吊具位于移动架下方，所述的移动架上设置卷扬机，所述的吊具与移动架通过卷扬机连接，所述移动架与机架滑动连接；充电机构，充电机构位于吊装机构一端的下方，所述充电机构包括支撑底座、电池箱回转转盘和充电托盘；电池箱回转转盘转动连接于支撑底座上，充电托盘固定连接于电池箱回转转盘上，充电托盘用于放置电池以及提供充电；机架的中心线沿支撑底座的直径布设，且从电池箱回转转盘的中心向外延伸；充电机，所述充电机布设于充电机构外侧，为充电机构提供电源。

Description

一种电动重型卡车的充换电系统

技术领域

本发明涉及一种电动重型卡车的充换电系统，属于电动车辆充换电技术领域。

背景技术

目前在电动卡车充换电技术领域，电池箱一般采用可快速更换结构，可以在专用的换电站内完成更换。换电站配有X方向行走的行车和Y方向可移动的电池箱存放平台，电池箱存放平台呈矩形排列，在吊装机构的作用下，将已放电的电池箱取下，放入充电工位上，将已经充满电的电池箱吊装到电动卡车上。充电机一般放置于电池箱存放平台的下方。此种方式的优点是结构简单、设备功耗低。但是存在以下缺点：行车立柱跨度大，X方向行车移动距离远，对横梁强度结构要求高；电池箱周转效率低，换电时间长；充电机在电池箱存放平台的下方，换电设备发生故障时不能切换为充电模式，灵活性低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电动重型卡车的充换电系统，以解决上述现有技术中的缺陷。

一种电动重型卡车的充换电系统，包括：

吊装机构，包括机架、移动架和吊具，所述吊具位于移动架下方，所述的移动架上设置卷扬机，所述的吊具与移动架通过卷扬机连接，所述移动架与机架滑动连接；

充电机构，充电机构位于吊装机构一端的下方，所述充电机构包括支撑底座、电池箱回转转盘和充电托盘；电池箱回转转盘转动连接于支撑底座上，充电托盘固定连接于电池箱回转转盘上，充电托盘用于放置电池以及提供充电；机架的中心线沿支撑底座的直径布设，且从电池箱回转转盘的中心向外延伸；

充电机，所述充电机布设于充电机构外侧，为充电机构提供电源。

进一步地，所述机架的上方设有直线滑轨轨道，移动架的下方设有与直线滑轨轨道相适配的直线滑轨滑块，直线滑轨轨道的侧设置齿条，移动架设有电机驱动机构，电机驱动机构通过齿轮与齿条啮合连接。

进一步地，所述移动架沿移动架运动方向的两边缘上分别设置第一激光传感器，第一激光传感器安装在移动架两侧，安装间距大于电池X向长度；移动架四个边角分别设置第二激光传感器。

进一步地，所述支撑底座包括中间支撑柱、外侧支撑柱、支撑架和支撑轨道；支撑架包括外圆环和内圆环，所述中间支撑柱布置在支撑架内圆环的圆周；外侧支撑柱布置在支撑架外圆环的圆周；中间支撑柱与外侧支撑柱之间通过横梁连接；支撑轨道安装固定在外圆环上方的外侧支撑柱上；内圆环上的中间支撑柱上设置外齿轮回转轴承，其内圈安装固定在中间支撑柱上，外圈为外齿轮。

进一步地，所述电池箱回转转盘一端滑动连接于支撑轨道上，另一端连接于外齿轮回转轴承的外圈上，在支撑轨道内的安装有负重滚动支撑，可沿轨道滚动。

进一步地，所述电池箱回转转盘至少设有八个，均匀布置在支撑架上。

进一步地，所述充电托盘包括充电接口连接器，电池箱回转转盘下方设置线缆回转保护机构；所述线缆回转保护机构位于充电机构电池箱回转转盘的中心处。

进一步地，线缆回转保护机构包括电缆转接固定盒、电缆回转支撑柱、电缆回转支撑平台、电缆回转转盘和走线桥架；电缆回转支撑柱位于电缆回转支撑平台下方，充电机的出线电缆经过充电机构的下方接入电缆转接固定盒、电缆转接固定盒的出线通过电缆回转转盘的上方经过走线桥架连接到充电连接器。

进一步地，所述吊具上布置安装旋转锁钩机构，所述旋转锁钩机构包括：平面轴承、法兰盘、电缸、旋转锁钩和旋转主轴；所述平面轴承与旋转锁钩分别设置在吊具的两侧，平面轴承与旋转锁钩之间通过旋转主轴及法兰盘连接，平面轴承与旋转锁钩同步转动，旋转锁钩通过法兰盘安装固定在吊具下侧，平面轴承通过旋转主轴安装固定在吊具上侧，电缸一端通过铰链安装在吊具上，另一端通过关节轴承安装在旋转主轴的侧面。

进一步地，所述旋转锁钩机构还包括电缸位置信号开关，用于检测电缸推杆伸缩位置；所述的旋转锁钩机构对称设置有四套，均匀对称设置在吊具的下侧。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明能够实现电池快速、自动地更换，同时，采用电池箱回转转盘的方式来移动电池，通过采用该方式，可以大大缩短电池在换电设备和电动车辆之间移动的距离，并且由于换电设备的空电池充电托盘位置始终与电动车辆位置固定，大大简化了移动架的设计，提高了换电设备的整体可靠性。

本发明充电机分布于电池箱回转转盘周围，充电机同时配备充电插头，在换电设备发生故障时能快速切换为充电模式，灵活性高。

本发明采用直线滑轨和齿轮齿条的方式来作为移动架的移动机构，大大提高了移动架的移动精度和平稳性。

本发明上述系统，体积小可以做模块化设计，在不能满足换电频次时，可再增加一个充电机构而不需要改动其它机构，易扩展。

附图说明

图1是本发明结构示意图；

图2是本发明机架和移动架结构示意图；

图3是本发明机架底部示意图；

图4是本发明充电机构示意图；

图5本发明旋转锁钩机构示意图；

图6是本发明旋转锁钩俯视示意图；

图7是本发明旋转锁钩主视示意图；

图8是本发明冲动机构俯视图；

图中：1、吊装机构；10、机架；101、直线滑轨轨道；102、齿条；11、移动架；111、直线滑轨滑块；112、牵引电机；114、编码器；115、卷扬机；116、第一激光传感器；12、吊具；121、第二激光传感器；122、旋转锁钩机构；1221、平面轴承；1222、法兰盘；1223、电缸；1224、旋转锁钩；1225、旋转主轴；1226、止退垫片；1227、圆螺母；1228、铰链1228；1229、关节轴承；2、充电机构；20、支撑底座；201、中间支撑柱；202、外侧支撑柱；203、支撑架；204、支撑轨道；205、外齿轮回转轴承；206、旋转驱动电机；21、电池箱回转转盘；22、充电托盘；3、亏电电池；301、电缆转接固定盒；302、电缆回转支撑柱；303、电缆回转支撑平台；304、电缆回转转盘及滚轮；305、走线桥架；306、电接口连接器；4、电池；5、充电机。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

如图1~7所示的一种实施例：吊装机构1，包括机架10、移动架11和吊具12，所述吊具12位于移动架11下方，所述的移动架11上设置卷扬机115，所述的吊具12与移动架11通过卷扬机115连接，所述移动架11与机架10滑动连接；

充电机构2，充电机构2位于吊装机构1一端的下方，所述充电机构2包括支撑底座20、电池箱回转转盘21和充电托盘22；电池箱回转转盘21转动连接于支撑底座20上，充电托盘22固定连接于电池箱回转转盘21上，充电托盘22用于放置电池以及提供充电；机架10的中心线沿电池箱回转转盘21的直径布设，且从电池箱回转转盘21的中心向外延伸；

充电机5，所述充电机5布设于充电机构2外侧，为充电机构2提供电源。

所述吊装机构1包括：机架10、移动架11和吊具12，所述的吊具12设置于移动架11下侧，所述的移动架11上设置卷扬机115，所述的吊具12与移动架11通过卷扬机115连接，所述移动架11滑动连接于机架10上；机架10的中心线沿电池箱回转转盘21的直径设计，机架10从电池箱回转转盘21的中心向外延伸设计，所述吊装机构1用于吊装和输送电池。

所述吊装机构1上设置电机控制器、接近开关、限位开关和编码器114；电机控制器接收到后台系统的换电开始信号后移动架11开始工作；且移动架11运动到接近开关后开始减速，运动到限位开关后停止运动，编码器114记录移动架11的位置；

所述的机架10的上方设置直线滑轨轨道101，所述移动架11的下方设置相适配的直线滑轨滑块111，所述的直线滑轨轨道101的侧设置齿条102，所述移动架11通过电机驱动机构提供动力，所述的电机驱动机构的牵引电机112通过齿轮与所述齿条102啮合连接。

所述的移动架11沿移动架11运动方向的两边缘上分别设置第一激光传感器116，第一激光传感器116安装在移动架11两侧，安装间距略大于电池X向长度，根据打到电池上的位置，输出相关信号给电机控制器，电机控制器微调移动架11位置至激光传感器对准电池，所述的移动架11四个边角分别设置第二激光传感器121，以每个对角的第二激光传感器121为一个传感器编组，分别对应长距离感应和短距离感应，长距离感应传感器接收到信号后钢丝绳电动葫芦开始减速，当短距离传感器接收到信号后钢丝绳电动葫芦停止，检测距离为2级：长检测距离a＞短检测距离b，吊具12达到a吊具12减速，达到b，吊具12停止运动。

所述支撑底座20包括：中间支撑柱201、外侧支撑柱202、支撑架203和支撑轨道204；支撑架203呈双圆环设计，包括外圆环和内圆环，所述中间支撑柱201布置在支撑架203的内圆环圆周；所述外侧支撑柱202布置在支撑架203的外圆环圆周；中间支撑柱201与外侧支撑柱202之间通过横梁连接固定；所述支撑轨道204安装固定在外圆环上方的外侧支撑柱202上；所述内圆环上的中间支撑柱201上设置外齿轮回转轴承205，其内圈安装固定在中间支撑柱201上，外圈为外齿轮。

所述的电池箱回转转盘21一端滑动连接于支撑轨道204上，另一端连接于外齿轮回转轴承205的外圈上，在支撑轨道204内的安装有负重滚动支撑211，可沿轨道滚动。

所述电池箱回转转盘21共有8个，均匀布置在支撑架203上。

所述的电池箱回转转盘21上设置充电托盘22，所述充电托盘22包括：充电接口连接器306，所述的电池箱回转转盘21的下方设置线缆回转保护机构（301~305）；所述线缆回转保护机构位于充电机构电池箱回转转盘的中心处，包含电缆转接固定盒301、电缆回转支撑柱302、电缆回转支撑平台303、电缆回转转盘及滚轮304、走线桥架305。充电机5的出线电缆经过充电机构2的下方接入电缆转接固定盒301、电缆转接固定盒301的出线通过电缆回转转盘及滚轮304的上方经过走线桥架305连接到充电连接器306。电池箱回转转盘21在转动时，充电线缆布置在回转保护机构中，充电线缆一端连接在充电接口连接器的下方，另一端留有余量，保护线缆在电池箱回转转盘21的转动过程中不受损伤。

所述吊具12上布置安装旋转锁钩机构122，所述旋转锁钩机构122包括：平面轴承1221、法兰盘1222、电缸1223、旋转锁钩1224、旋转主轴1225、止退垫片1226、圆螺母1227；其中，平面轴承1221与旋转锁钩1224分别设置在吊具12的两侧，平面轴承1221与旋转锁钩1224之间通过旋转主轴1225及法兰盘1222连接，平面轴承1221与旋转锁钩1224同步转动，旋转锁钩1224通过法兰盘1222安装固定在吊具12下侧，平面轴承1221通过旋转主轴1225安装固定在吊具12上侧，电缸1223一端通过铰链1228安装在吊具12上，另一端通过关节轴承1229安装在旋转主轴1225的侧面；止退垫片1226用于固定旋转锁钩，圆螺母1227通过止退垫片1226固定旋转锁钩1224。

；还包括电缸位置信号开关1230，用于检测电缸1223推杆伸缩位置；所述的旋转锁钩机构122设置有4个，均匀设置在吊具12的下侧，提升电池时，当吊具12下落停稳后，电缸1223开始工作，电缸1223推杆伸出，带动旋转锁钩1224转动90°，与吊具12架垂直，勾住电池框架，此时电缸位置信号开关1225得到电缸1223信号，吊具12开始提升；落下电池时，当电池落稳后，电缸1223反转，电缸1223推杆收回，带动旋转锁钩1224转动90°，与吊具12架平行，此时旋转锁钩1224与电池框架脱离，吊具12开始提升。

所述吊具12上还布置若干电池导向机构，用于导向固定电池位置。

当车辆准确停靠在换电车道上，来自电动车辆的换电请求得到确认后，所述吊装机构1中的电机控制器收到信号，驱动牵引电机112开始工作，带动动齿轮转动，通过齿轮与齿条102之间的啮合作用带动移动架11沿X方向（吊装机构中心到换电车道的方向）开始运动；当移动架X运动至接近开关处时，电机控制器接收到来自接近开关的信号，开始减速电机；当移动架X运动至限位开关处时，电机控制器接收到来自限位开关的信号，电机停转，移动架11运动停止；电机控制器根据第一激光传感器116与微调移动架11的位置，使得移动架11正好悬停在电动车辆亏电电池3正上方，编码器114记录此位置；

所述移动架11在电动车辆亏电电池3正上方停稳后，所述卷扬机115收到来自激光传感器与的信号后开始工作，落下吊具12，所述第二激光传感器121分别安装固定在吊具12的四个边角处，以每个对角为一个第二激光传感器121编组，分别对应长距离感应和短距离感应，长距离感应传感器接收到信号后卷扬机115开始减速，同时位于吊具12下方的电池导向机构开始对亏电电池3进行导向定位；当短距离传感器接收到信号后卷扬机115停止下降，吊具12停稳。

在吊具12停稳后，电缸1223开始工作，带动连杆机构摆动，此时锁钩伸出，由初始平行与X轴方向旋转至垂直与X轴方向，钩住亏电电池3上方框架，到位检测接近开关上均收到信号后，表示锁钩已旋转到位，此时卷扬机115开始提升吊具12；

吊具12提升至接近移动架11时，通过吊具12导向装置进行吊具12与移动架11的定位，定位完成后，卷扬机115停止工作，吊具12停稳；

所述电机控制器在吊具12停稳后控制牵引电机112反向转动，带动移动架11沿X方向向充电机构2运动，根据编码器114记录的位置移动架11可准确悬停在电池箱回转转盘21指定位置上方；

移动架11在电池箱回转转盘21指定位置上方停稳后，卷扬机115开始下落吊具12；当吊具12下落至亏电电池3底部接近充电托盘22时，充电托盘22上的接近传感器收到信号，卷扬机115开始减速，吊具12缓慢下落；通过充电托盘22上的导向机构实现亏电电池3准确下落固定在充电托盘22上；亏电电池3落稳后，旋转锁钩1224收回，卷扬机115开始提升吊具12；同时安装在充电托盘22上充电接口连接器与亏电电池3底部充电接口连接，开始充电；

吊具12提升结束后，所述充电机构2中的旋转驱动电机206开始工作，通过齿轮啮合带动外齿轮回转轴承205外圈齿轮，进而安装固定在外齿轮回转轴承205外圈齿轮上的电池箱回转转盘21开始转动，电池箱回转转盘21外侧的负重滚动支撑211在支撑轨道204中滚动；通过换电控制策略，控制电池箱回转转盘21转动，将满电电池4输出至待吊取位置；安装在支撑轨道204边缘上的到位传感器在检测到电池箱回转转盘21的转动位置后，控制旋转驱动电机206的减速与停转，从而实现满电电池4准确停靠在待吊取位置上；

满电电池4停稳后，吊具12开始下降，并以与抓取亏电电池3相同的方式抓取满电电池4，并将满电电池4吊装至电动车辆上；此时，所述一种回转式往复式电动车辆电池更换设备各部件回归初始位置，亏电电池3在充电设备上充电，满电电池4安装固定在电动车辆上，整个换电过程完毕。

本发明能够实现电池快速、自动地更换，同时，采用电池箱回转转盘的方式来移动电池，通过采用该方式，可以大大缩短电池在换电设备和电动车辆之间移动的距离，并且由于换电设备的空电池充电托盘位置始终与电动车辆位置固定，大大简化了移动架的设计，提高了换电设备的整体可靠性。

本发明采用直线滑轨和齿轮齿条的方式来作为移动架的移动机构，大大提高了移动架的移动精度和平稳性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动重型卡车的充换电系统，其特征在于，包括：

吊装机构（1），包括机架（10）、移动架（11）和吊具（12），所述吊具（12）位于移动架（11）下方，所述的移动架（11）上设置卷扬机（115），所述的吊具（12）与移动架（11）通过卷扬机（115）连接，所述移动架（11）与机架（10）滑动连接；

充电机构（2），充电机构（2）位于吊装机构（1）一端的下方，所述充电机构（2）包括支撑底座（20）、电池箱回转转盘（21）和充电托盘（22）；电池箱回转转盘（21）转动连接于支撑底座（20）上，充电托盘（22）固定连接于电池箱回转转盘（21）上，充电托盘（22）用于放置电池以及提供充电；机架（10）的中心线沿支撑底座（20）的直径布设，且从电池箱回转转盘（21）的中心向外延伸；

充电机（5），所述充电机（5）布设于充电机构2外侧，为充电机构（2）提供电源。

2.根据权利要求1所述的电动重型卡车的充换电系统，其特征在于，所述机架（10）的上方设有直线滑轨轨道（101），移动架（11）的下方设有与直线滑轨轨道（101）相适配的直线滑轨滑块（111），直线滑轨轨道（101）的侧设置齿条（102），移动架（11）设有电机驱动机构，电机驱动机构通过齿轮与齿条（102）啮合连接。

3.根据权利要求1所述的电动重型卡车的充换电系统，其特征在于，所述移动架（11）沿移动架（11）运动方向的两边缘上分别设置第一激光传感器（116），第一激光传感器（116）安装在移动架（11）两侧，安装间距大于电池X向长度；移动架（11）四个边角分别设置第二激光传感器（121）。

4.根据权利要求1所述的电动重型卡车的充换电系统，其特征在于，所述支撑底座（20）包括中间支撑柱（201）、外侧支撑柱（202）、支撑架（203）和支撑轨道（204）；支撑架（203）包括外圆环和内圆环，所述中间支撑柱（201）布置在支撑架（203）内圆环的圆周；外侧支撑柱（202）布置在支撑架（203）外圆环的圆周；中间支撑柱（201）与外侧支撑柱（202）之间通过横梁连接；支撑轨道（204）安装固定在外圆环上方的外侧支撑柱（202）上；内圆环上的中间支撑柱（201）上设置外齿轮回转轴承（205），其内圈安装固定在中间支撑柱（201）上，外圈为外齿轮。

5.根据权利要求4所述的电动重型卡车的充换电系统，其特征在于，所述电池箱回转转盘（21）一端滑动连接于支撑轨道（204）上，另一端连接于外齿轮回转轴承（205）的外圈上，在支撑轨道（204）内的安装有负重滚动支撑（211），可沿轨道滚动。

6.根据权利要求1所述的电动重型卡车的充换电系统，其特征在于，所述电池箱回转转盘（21）至少设有八个，均匀布置在支撑架（203）上。

7.根据权利要求1所述的电动重型卡车的充换电系统，其特征在于，所述充电托盘（22）包括充电接口连接器（306），电池箱回转转盘（21）下方设置线缆回转保护机构；所述线缆回转保护机构位于充电机构电池箱回转转盘的中心处。

8.根据权利要求7所述的电动重型卡车的充换电系统，其特征在于，线缆回转保护机构包括电缆转接固定盒（301）、电缆回转支撑柱（302）、电缆回转支撑平台（303）、电缆回转转盘（304）和走线桥架（305）；电缆回转支撑柱（302）位于电缆回转支撑平台（303）下方，充电机（5）的出线电缆经过充电机构（2）的下方接入电缆转接固定盒（301）、电缆转接固定盒（301）的出线通过电缆回转转盘（304）的上方经过走线桥架（305）连接到充电连接器（306）。

9.根据权利要求1所述的电动重型卡车的充换电系统，其特征在于，所述吊具（12）上布置安装旋转锁钩机构（122），所述旋转锁钩机构（122）包括：平面轴承（1221）、法兰盘（1222）、电缸（1223）、旋转锁钩（1224）和旋转主轴（1225）；所述平面轴承（1221）与旋转锁钩（1224）分别设置在吊具（12）的两侧，平面轴承（1221）与旋转锁钩（1224）之间通过旋转主轴（1225）及法兰盘（1222）连接，平面轴承（1221）与旋转锁钩（1224）同步转动，旋转锁钩（1224）通过法兰盘（1222）安装固定在吊具（12）下侧，平面轴承（1221）通过旋转主轴（1225）安装固定在吊具（12）上侧，电缸（1223）一端通过铰链（1228）安装在吊具（12）上，另一端通过关节轴承（1229）安装在旋转主轴（1225）的侧面。

10.根据权利要求9所述的电动重型卡车的充换电系统，其特征在于，所述旋转锁钩机构（122）还包括电缸位置信号开关（1230），用于检测电缸（1223）推杆伸缩位置；所述的旋转锁钩机构（122）对称设置有四套，均匀对称设置在吊具（12）的下侧。

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