CN114559854A - 换电设备 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种换电设备，涉及换电设备领域。该换电设备包括换电框架和移动机构，换电框架内设有第一容纳区、第二容纳区、第一抓取装置和第二抓取装置，第一抓取装置与第一容纳区对应设置，第二抓取装置与第二容纳区对应设置；第一抓取装置用于将电池移入或移出第一容纳区，第二抓取装置用于将电池移入或移出第二容纳区。移动机构能够带动换电框架移动，以使第一容纳区的位置和第二容纳区的位置分别与需要换电的位置进行对应。通过设置第一容纳区和第二容纳区，可以同时存放两个电池，并且第一抓取装置对应移动第一容纳区的电池，第二抓取装置对应移动第二容纳区的电池，以实现快速更换电池，提高电池更换效率。

Description

换电设备

技术领域

本发明涉及换电设备领域，具体而言，涉及一种换电设备。

背景技术

目前的换电机构在更换电池时，需要先将换电车辆上的亏电电池移出，再将满电电池移动至换电车辆上，操作过程麻烦，移动距离长，花费时间长，导致电池更换效率低。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种换电设备，其能够减少电池的移动行程，缩短电池更换时间，提高电池更换效率。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明提供一种换电设备，包括换电框架和移动机构，所述换电框架内设有第一容纳区、第二容纳区、第一抓取装置和第二抓取装置，所述第一抓取装置与所述第一容纳区对应设置，所述第二抓取装置与所述第二容纳区对应设置；

所述第一抓取装置用于将电池移入或移出所述第一容纳区，所述第二抓取装置用于将电池移入或移出所述第二容纳区；

所述移动机构与所述换电框架连接，能够带动所述换电框架移动，以使所述第一容纳区的位置和所述第二容纳区的位置分别与需要换电的位置进行对应。

在可选的实施方式中，所述第一抓取装置包括第一升降单元和第一抓取件，所述第一升降单元与所述第一抓取件连接，用于带动所述第一抓取件升降；所述第二抓取装置包括第二升降单元和第二抓取件，所述第二升降单元与所述第二抓取件连接，用于带动所述第二抓取件升降。

在可选的实施方式中，所述第一升降单元和所述第二升降单元分别包括第一电机、减速机、丝杆和螺母，所述第一电机与所述减速机连接，所述减速机与所述丝杆连接，所述丝杆与所述螺母配合，所述螺母分别与所述第一抓取件和所述第二抓取件连接，所述丝杆转动以带动所述第一抓取件或所述第二抓取件升降。

在可选的实施方式中，所述第一抓取件和所述第二抓取件分别设有拾取部，所述电池上设有挂接部，所述拾取部用于与所述挂接部连接。

在可选的实施方式中，所述第一抓取件和所述第二抓取件分别包括依次连接的一级伸缩货叉和二级伸缩货叉，所述一级伸缩货叉分别与所述第一升降单元和所述第二升降单元连接，所述拾取部设于所述二级伸缩货叉上，所述电池能够被所述第一抓取装置或所述第二抓取装置沿着所述伸缩货叉伸缩的方向进行移动。

在可选的实施方式中，所述第一抓取件和所述第二抓取件分别包括第一驱动件和第一传动件，所述第一驱动件与所述第一传动件连接，所述第一传动件分别与所述一级伸缩货叉和所述二级伸缩货叉连接，带动所述一级伸缩货叉和所述二级伸缩货叉进行伸缩移动。

在可选的实施方式中，所述移动机构包括平移轨道，以及设于所述换电框架底部的第一移动轮，所述第一移动轮安装在所述平移轨道上。

在可选的实施方式中，所述移动机构包括旋转基座，所述旋转基座与所述换电框架连接，用于带动所述换电框架转动。

在可选的实施方式中，还包括纠偏机构，所述纠偏机构包括枢轴和推进单元，所述枢轴设置在所述换电框架的一端，所述推进单元设置在所述换电框架的另一端，所述推进单元带动所述换电框架绕所述枢轴转动。

在可选的实施方式中，所述推进单元包括第二驱动件和第二传动件，所述第二驱动件与所述第二传动件连接，所述第二传动件与所述换电框架连接。

在可选的实施方式中，所述纠偏机构还包括第二移动轮，所述第二移动轮设于所述换电框架的底部。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本发明实施例提供的换电设备，设有第一容纳区和第二容纳区，可以同时存放两个电池，便于在车辆入位前，先在第一容纳区存放一个满电电池备用，车辆入位后，将车辆上的亏电电池移入第二容纳区，再将第一容纳区的满电电池移入车辆中，完成车辆的电池更换，大大减少了电池移动距离，提高了换电效率。其次，设置第一抓取装置和第二抓取装置，分别对第一容纳区和第二容纳区的电池进行移动，分工独立，移动效率高，可以大幅提升换电效率。移动机构用于带动换电框架整体移动，使得第一容纳区和第二容纳区分别与需要换电的位置相对应，可以提高换电效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明具体实施例提供的换电设备的一种结构示意图；

图2为本发明具体实施例提供的换电设备的第一抓取装置的应用场景结构示意图；

图3为本发明具体实施例提供的换电设备的另一种结构示意图；

图4为本发明具体实施例提供的换电设备的应用场景的一种结构示意图；

图5为本发明具体实施例提供的换电设备的应用场景的另一种结构示意图。

图标：100-换电设备；111-换电框架；101-第一容纳区；103-第二容纳区；105-电池；120-第一抓取件；121-第一轨道；123-第二轨道；125-一级伸缩货叉；126-二级伸缩货叉；130-第一升降单元；131-第一电机；133-第一减速机；135-第一丝杆组件；140-第二抓取件；150-第二升降单元；151-第二电机；153-第二减速机；155-第二丝杆组件；160-第一移动轮；161-平移轨道；163-底座；165-第二移动轮；180-纠偏机构；181-枢轴；183-第三电机；185-第三丝杆组件；190-转动基座；200-换电车辆；210-电池安装位置；300-充储设备。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1，本实施例提供一种换电设备100，包括换电框架111，换电框架111内设有第一容纳区101、第二容纳区103、第一抓取装置和第二抓取装置，第一抓取装置与第一容纳区101对应设置，第二抓取装置与第二容纳区103对应设置。第一抓取装置用于将电池105移入或移出第一容纳区101，第二抓取装置用于将电池105移入或移出第二容纳区103。第一容纳区101和第二容纳区103可以分别存放电池105，比如，在车辆入位前，先通过第一抓取装置在第一容纳区101存放一个满电电池105备用，车辆入位后，通过第二抓取装置将车辆上的亏电电池105移入第二容纳区103，再通过移动机构移动换电框架111，使得第一容纳区101与车辆的换电位置相对应，通过第一抓取装置将第一容纳区101的满电电池105移入车辆的换电位置中，完成车辆的电池105更换，大大减少了电池105移动距离，提高了换电效率。其次，第一抓取装置和第二抓取装置的设置，可分别对第一容纳区101和第二容纳区103的电池105进行移动，独立设置，分工明确，也可以同时动作，互不干涉和影响，移动效率高，可以大幅提升换电效率。

可选地，第一抓取装置包括第一抓取件120和第一升降单元130，第二抓取装置包括第二抓取件140和第二升降单元150，第一升降单元130与第一抓取件120连接，用于带动第一抓取件120升降；第二升降单元150与第二抓取件140连接，用于带动第二抓取件140升降。本实施例中，第一升降单元130包括第一电机131、第一减速机133和第一丝杆组件135，其中第一丝杆组件135包括丝杆和螺母，第一电机131与第一减速机133连接，第一减速机133与丝杆连接，丝杆与螺母配合，螺母与第一抓取件120连接，丝杆转动带动第一抓取件120升降。应当理解，本实施例中，第一升降单元130的第一电机131的数量包括两个，两个第一电机131背靠背设置，分别驱动两个第一减速机133。本实施例中，通过采用两个第一丝杆组件135提升一个电池105，升降更加平稳，动力更加充足，操作更加安全可靠。当然，在其它可选的实施方案中，若电池105质量分布均匀，也可以采用一个第一丝杆组件135，这样只需要布设一个第一电机131和一个第一减速机133即可。

第二升降单元150包括第二电机151、第二减速机153和第二丝杆组件155，其中第二丝杆组件155包括丝杆和螺母，第二电机151与第二减速机153连接，第二减速机153与丝杆连接，丝杆与螺母配合，螺母与第二抓取件140连接，丝杆转动带动第二抓取件140升降。第二升降单元150的结构以及工作原理与第一升降单元130的结构以及工作原理相同，这里不再赘述。

本实施例中，第一升降单元130和第二升降单元150分别采用丝杆传动的方式，传动更加平稳，有利于第一抓取件120和第二抓取件140的平稳移动，从而提高电池105移动的稳定性，进而提高换电操作的安全性。

可选地，换电框架111上设有第一轨道121和第二轨道123，第一抓取件120可移动地安装在第一轨道121上，第二抓取件140可移动地安装在第二轨道123上。可以理解，第一升降单元130带动第一抓取件120沿竖直方向升降时，第一抓取件120可沿第一轨道121上下移动，起到对第一抓取件120的导向作用，移动精度更高，定位更准确，也有利于提高移动效率。类似地，第二升降单元150带动第二抓取件140沿竖直方向升降时，第二抓取件140可沿第二轨道123上下移动，起到对第二抓取件140的导向作用，移动精度更高，定位更准确，也有利于提高移动效率。需要说明的是，第一升降单元130和第二升降单元150可以分别采用两组或更多组丝杆来驱动，以提高电池105移动的平稳性和可靠性。当然，在其它实施方式中，也可以分别采用一组丝杆来驱动，这里不作具体限定。

第一抓取件120和第二抓取件140分别设有拾取部，电池105上设有挂接部，拾取部用于与挂接部连接。可选地，拾取部采用吊钩，挂接部采用吊环或吊耳，通过吊钩与吊环的挂接实现对电池105的抓取。当然，在其它可选的实施方式中，对电池105的抓取方式还有很多种，吊具的类型也不限于吊钩和吊耳等，这里不做具体限定。

需要说明的是，第一抓取件120和第二抓取件140的结构和工作原理完全相似，第一容纳区101和第二容纳区103的设置方式和结构也相似。

请参照图2，可选地，第一抓取件120和第二抓取件140分别包括依次连接的一级伸缩货叉125和二级伸缩货叉126，一级伸缩货叉125分别与第一升降单元130和第二升降单元150连接，拾取部设于二级伸缩货叉126上，电池105能够被第一抓取装置或第二抓取装置沿着伸缩货叉伸缩的方向进行移动。第一抓取件120和第二抓取件140还分别包括第一驱动件和第一传动件，第一驱动件与第一传动件连接，第一传动件分别与一级伸缩货叉125和二级伸缩货叉126连接，带动一级伸缩货叉125和二级伸缩货叉126进行伸缩移动。第一驱动件包括但不限于驱动电机，第一传动件包括但不限于齿轮传动组件、丝杆传动组件、齿轮齿条传动组件和曲柄滑块等传动组件中的任意一个或多个。一级伸缩货叉125和二级伸缩货叉126分别沿其轴向伸缩，用于带动电池105沿其轴线方向移动，具体地，一级伸缩货叉125和二级伸缩货叉126可以分别朝向换电车辆200的方向以及朝向充储设备300(见图5)的方向进行伸缩动作，结构更加紧凑，伸缩移动效率更高，有利于提高换电效率。由于单方向伸缩和基座旋转换电方案中，旋转过程耗时较长，本实施例中在第一容纳区101内设置一级伸缩货叉125和二级伸缩货叉126、在第二容纳区103内设置一级伸缩货叉125和二级伸缩货叉126，可以减少换电时间以及减少基座回转所需的空间。需要说明的是，根据实际的移动距离和伸缩货叉的伸缩行程，在其它可选的实施方式中，可以灵活调整伸缩货叉的数量，比如可以仅设置一级伸缩货叉125，或者增设三级伸缩货叉、四级伸缩货叉等，这里不作具体限定。

移动机构包括平移轨道161以及设置在换电框架111上的第一移动轮160，第一移动轮160安装在平移轨道161上。可选地，平移轨道161可以设置在地面上，第一移动轮160设置在换电框架111的底部，第一移动轮160可在平移轨道161上滚动，以带动整个换电框架111在平移轨道161上移动。本实施例中，平移轨道161的设置方向与一级伸缩货叉125或二级伸缩货叉126的伸缩方向大致垂直，通过平移轨道161中的第一移动轮160、第一升降单元130、第二升降单元150、一级伸缩货叉125和二级伸缩货叉126，可以实现电池105在三维空间中的移动，移动效率高，移动范围广。在其它可选的实施方式中，平移轨道161和第一移动轮160也可以设置在换电框架111的顶部，这里不作具体限定。

可选地，换电框架111安装在底座163上，第一移动轮160设置在底座163远离换电框架111的一侧。当然，在其它实施方式中，也可以将第一移动轮160直接设置在换电框架111上。

可选地，第一容纳区101和第二容纳区103分别设有限位部，用于固定电池105的位置。当电池105放置在第一容纳区101或第二容纳区103后，限位部对电池105起到限位和固定作用，防止电池105在换电框架111整体移动过程中发生晃动或倾倒，避免电池105在换电过程中受损。限位部包括但不限于是限位槽、限位柱或限位块等。

可选地，换电框架111还设有纠偏机构180，纠偏机构180包括枢轴181和推进单元，推进单元包括第二驱动件和第二传动件，第二驱动件与第二传动件连接，第二传动件与换电框架111连接。本实施例中，第二驱动件采用第三电机183，第二传动件采用第三丝杆组件185，枢轴181设置在换电框架111的一端，使得换电框架111可绕枢轴181转动。在换电框架111远离枢轴181的一端设有第三电机183和第三丝杆组件185，第三电机183与第三丝杆组件185连接，第三丝杆组件185与换电框架111连接，通过第三电机183驱动第三丝杆组件185，以带动换电框架111移动，使得换电框架111绕枢轴181转动。这样设置，可以在换电车辆200与换电框架111的位置不对应的情况下，比如在换电过程中，电池105的取放存在定位误差时可以微调换电框架111的角度，以提高定位精度，便于电池105的取放，提高电池105更换效率。可选地，纠偏机构180还包括第二移动轮165，第二移动轮165设于换电框架111的底部。本实施例中，第二移动轮165设于换电框架111的底部且位于底座163上，通过设置第二移动轮165，可以使得换电框架111在绕枢轴181转动过程中，转动更加顺畅，转动效率更高，提高纠偏效率，进而提高换电效率。

请参照图3，在其它实施方式中，移动机构包括转动基座190，转动基座190设置在换电框架111上，转动基座190可带动换电框架111旋转，以实现换电框架111的快速换向和角度调整，提高电池105更换效率。需要说明的是，若移动机构采用转动基座190的方式，则无需再设置平移轨道161、第一移动轮160和纠偏机构180，结构更加简单。

请参照图4和图5，将本发明实施例提供的换电设备100应用在一种换电系统中，可选地，换电系统包括充储设备300、停车位和换电设备100，换电设备100设于充储设备300和停车位之间。充储设备300用于对亏电电池105充电，并为换电设备100提供满电电池105，充储设备300上可以设置一个或多个电池105存放位。停车位用于停放换电车辆200，换电设备100用于将换电车辆200上的亏电电池105取出，再将满电电池105放入，实现对车辆的电池105更换。由于换电设备100设有第一容纳区101、第二容纳区103、第一抓取件120和第二抓取件140，换电操作方便，换电效率高。

本发明实施例提供的换电设备100，其工作原理如下：

初始状态，第一容纳区101和第二容纳区103均为空置状态。车辆入位前，先通过第一移动轮160整体移动换电框架111，使第一容纳区101与充储设备300上的一个满电电池105位置相对应，第一抓取件120的一级伸缩货叉125和二级伸缩货叉126朝充储设备300的方向伸出，直至到达满电电池105的上方，第一升降单元130驱动第一抓取件120下降，使得第一抓取件120上的吊钩钩住满电电池105的吊环，第一升降单元130驱动第一抓取件120上升，一级伸缩货叉125和二级伸缩回缩，待满电电池105到达第一容纳区101，第一升降单元130驱动第一抓取件120下降，将满电电池105放置在第一容纳区101，第一容纳区101内的限位部对满电电池105进行限位和固定。

车辆入位后，通过第一移动轮160整体移动换电框架111，使第二容纳区103与车辆上的亏电电池105位置相对应，第二抓取件140的一级伸缩货叉125和二级伸缩货叉126朝换电车辆200的方向伸出，直至到达车辆的亏电电池105的上方，第二升降单元150驱动第二抓取件140下降，使得第二抓取件140上的吊钩钩住亏电电池105的吊环，第二升降单元150驱动第二抓取件140上升，一级伸缩货叉125和二级伸缩回缩，待亏电电池105到达第二容纳区103，第二升降单元150驱动第二抓取件140下降，将亏电电池105放置在第二容纳区103，第二容纳区103内的限位部对亏电电池105进行限位和固定。

通过第一移动轮160整体移动换电框架111，使第一容纳区101与车辆上的电池安装位置210相对应，第一升降单元130驱动第一抓取件120下降，使得第一抓取件120上的吊钩钩住满电电池105的吊环，第一升降单元130驱动第一抓取件120上升，第一抓取件120的一级伸缩货叉125和二级伸缩货叉126朝换电车辆200的方向伸出，直至到达车辆的电池安装位置210上方，第一升降单元130驱动第一抓取件120下降，直至将满电电池105放入车辆的电池105位。第一升降单元130驱动第一抓取件120上升，一级伸缩货叉125和二级伸缩回缩，到达第一容纳区101上方待命，换电过程完毕。

可选地，再将第二容纳区103的亏电电池105移动至充储设备300上充电，其移动原理类似，这里不再具体描述。可以理解，换电过程中，若存在电池105取放时的定位误差，可以通过纠偏机构180进行角度微调，操作方便，安全可靠，有利于提升换电效率。

需要说明的是，若移动机构采用转动基座190，则可以通过转动基座190带动换电框架111旋转，以完成换电设备100的第一容纳区101和第二容纳区103分别与换电车辆200或充储设备300的位置对应，并且这种方式可以省略地面上平移轨道161的设置，以及换电框架111上第一移动轮160的设置，结构更加紧凑。

综上所述，本发明实施例的换电设备100，具有以下几个方面的有益效果：

本发明实施例提供的换电设备100，设有第一容纳区101和第二容纳区103，可以同时存放两个电池105，便于在车辆入位前，先在第一容纳区101存放一个满电电池105备用，车辆入位后，将车辆上的亏电电池105移入第二容纳区103，再将第一容纳区101的满电电池105移入车辆中，完成车辆的电池105更换，大大减少了电池105移动距离，提高了换电效率。其次，设置第一抓取件120和第二抓取件140，分别对第一容纳区101和第二容纳区103的电池105进行移动，分工独立，结构紧凑，移动效率高，可以大幅提升换电效率。通过设置纠偏机构180可以快速消除换电过程中的定位误差，提高定位精度和操作便利性；或者移动机构采用转动基座190，可以快速调整换电框架111的方向和角度，有利于提高换电效率。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种换电设备，其特征在于，包括换电框架和移动机构，所述换电框架内设有第一容纳区、第二容纳区、第一抓取装置和第二抓取装置，所述第一抓取装置与所述第一容纳区对应设置，所述第二抓取装置与所述第二容纳区对应设置；其中，所述第一抓取装置用于将电池移入或移出所述第一容纳区，所述第二抓取装置用于将电池移入或移出所述第二容纳区；

所述移动机构与所述换电框架连接，能够带动所述换电框架移动，以使所述第一容纳区的位置和所述第二容纳区的位置分别与需要换电的位置进行对应。

2.根据权利要求1所述的换电设备，其特征在于，所述第一抓取装置包括第一升降单元和第一抓取件，所述第一升降单元与所述第一抓取件连接，用于带动所述第一抓取件升降；所述第二抓取装置包括第二升降单元和第二抓取件，所述第二升降单元和所述第二抓取件连接，用于带动所述第二抓取件升降。

3.根据权利要求2所述的换电设备，其特征在于，所述第一升降单元和所述第二升降单元分别包括第一电机、减速机、丝杆和螺母，所述第一电机与所述减速机连接，所述减速机与所述丝杆连接，所述丝杆与所述螺母配合，所述螺母分别与所述第一抓取件和所述第二抓取件连接，所述丝杆转动以带动所述第一抓取件或所述第二抓取件升降。

4.根据权利要求2所述的换电设备，其特征在于，所述第一抓取件和所述第二抓取件分别设有拾取部，所述电池上设有挂接部，所述拾取部用于与所述挂接部连接。

5.根据权利要求4所述的换电设备，其特征在于，所述第一抓取件和所述第二抓取件分别包括依次连接的一级伸缩货叉和二级伸缩货叉，所述一级伸缩货叉分别与所述第一升降单元和所述第二升降单元连接，所述拾取部设于所述二级伸缩货叉上，所述电池能够被所述第一抓取装置或所述第二抓取装置沿着所述伸缩货叉伸缩的方向进行移动。

6.根据权利要求5所述的换电设备，其特征在于，所述第一抓取件和所述第二抓取件分别包括第一驱动件和第一传动件，所述第一驱动件与所述第一传动件连接，所述第一传动件分别与所述一级伸缩货叉和所述二级伸缩货叉连接，带动所述一级伸缩货叉和所述二级伸缩货叉进行伸缩移动。

7.根据权利要求1所述的换电设备，其特征在于，所述移动机构包括平移轨道，以及设于所述换电框架底部的第一移动轮，所述第一移动轮安装在所述平移轨道上。

8.根据权利要求1所述的换电设备，其特征在于，所述移动机构包括旋转基座，所述旋转基座与所述换电框架连接，用于带动所述换电框架转动。

9.根据权利要求1所述的换电设备，其特征在于，还包括纠偏机构，所述纠偏机构包括枢轴和推进单元，所述枢轴设置在所述换电框架的一端，所述推进单元设置在所述换电框架的另一端，所述推进单元带动所述换电框架绕所述枢轴转动。

10.根据权利要求9所述的换电设备，其特征在于，所述推进单元包括第二驱动件和第二传动件，所述第二驱动件与所述第二传动件连接，所述第二传动件与所述换电框架连接。

11.根据权利要求9所述的换电设备，其特征在于，所述纠偏机构还包括第二移动轮，所述第二移动轮设于所述换电框架的底部。

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