CN114801843A - 模块化多站点的重卡换电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化多站点的重卡换电系统，具有轨道架、移动小车、吊具、电池储放架、重卡车位，另有控制器和位置传感器。所述的移动小车放置在轨道架的两根X方向轨道上，X方向轨道能够在Y方向轨道上移动；吊具由卷扬机、四根自然下垂的吊索和矩形取放架构成；电池储放架下方预留有重卡车位。本发明的吊具具有下行抓取电池和上行回位的双重微调导向功能，即使重卡停车位置有所偏离或倾斜时，均可抓取电池储放架上充好电的重卡电池准确安放到重卡上的电池工位。

Description

模块化多站点的重卡换电系统

技术领域

本发明涉及重卡电动汽车电池的储存和取用装置。

背景技术

目前我国电动重卡主要有充电模式和换电模式两种。一般来说，充电模式需要建设充电桩，换电模式则需要建设换电站。而充电桩充电慢的问题大大降低了纯电动重卡运行的效率，是一直困扰纯电动重卡无法进行大规模推广运营的重要原因。随着电动汽车的发展，换电模式在我国正成为新的发展模式，换电模式可3-5分钟更换电池，可有效解决充电慢问题，换电重卡的市场规模化应用项目落地持续在提速。

常规的重卡换电站电池仓为固定式结构，即在设计初期已经确认电池仓储放容量，在后期无法便捷进行数量扩产；单站一次只能满足一辆车进行换电，在换电车较多时其他车需要排队等待；而且只能单纯通过增大占地面积进行扩展，建设使用和维护的成本都比较高。

按照电池更换方法，重卡换电技术大体可以分为顶吊式换电，单侧或双侧换电。其中顶吊式换电是应用最早和最广泛的，它是采用钢索吊装电池模块，以雷达或传感器进行定位，是目前技术成熟度和可行性较高的换电方案。

申请号为202111560104 .4的发明专利公开了一种重卡换电系统及换电方法，包括一个用来运输和储存满电电池箱的板车系统，一个需要换电的卡车，一个换电机器人系统和换电系统控制后台；所述的换电机器人系统包括一个能行走并可控制方向的小车，在小车上安装有可以升降的伸缩叉系统，在伸缩叉下方安装有吊具和吊具下降到位传感器；小车上设有独立的机器人控制系统。该系统非模块化，难以根据换电重卡的数量即时调整电池装载量。

申请号为2021215121926的实用新型专利公开了一种重卡换电用吊具，其包括：吊具框架，吊具框架内间隔平行设有若干连接两侧边框的固定横梁，吊具框架顶面对应固定横梁两端的两侧各设一支撑板，支撑板长度方向两侧对称各设一轴孔；四只吊钩，吊钩一端竖直连接一转轴，转轴穿设于支撑板轴孔。该实用新型可以满足多种电池的换电吊装需要，但是吊具与电池的相对位置难以精确控制调整。

发明内容

发明目的：

提供一种车位和电池仓位均可灵活扩展，停车位置略有偏差吊具也能准确取放电池和顺利回位的模块化多站点的重卡换电系统。

技术方案：

本发明的模块化多站点的重卡换电系统，具有轨道架、移动小车、吊具、电池储放架、重卡车位，另有控制器、一个或数个位置传感器（或视觉传感器，或雷达）。

所述的轨道架由两根相距一定距离平行设置的X方向轨道和两根相距一定距离平行设置的Y方向轨道组成，X方向轨道垂直于Y方向轨道，X方向轨道能够由预置在其上的电动机A驱动在Y方向轨道上左右移动。

所述的移动小车架设在两根X方向轨道上，并能够由预置在移动小车上的电动机B驱动在X方向轨道上前后移动。

所述的吊具连接在移动小车下方。吊具由卷扬机（四只同步运转的独立卷扬机或者一个组合式卷扬机）、四根自然下垂的吊索和矩形取放架构成。吊索的上端连接在卷扬机上，吊索的下端连接在矩形取放架的四个角上。卷扬机能够卷绕或释放吊索，进而带动取放架升降。

所述的组合式卷扬机可为电动机C驱动的一根平行于Y方向轨道的转轴，四根吊索的上端均连接在转轴上，转轴正向旋转时四根吊索被同步卷绕，转轴反转时四根吊索同步释放。

所述的电池储放架，由储放支架及电池（充电电池，尤其是重卡充电电池）组成，储放支架可为长方体的井架与三角架构成，井架高度高于三角架，高于充电电池，井架便于多层叠放，三角架既便于与井架侧面连接固定，又便于灵活取放充电电池。

电池储放架为两排，每排为多层或及多列的模块化电池储放单元拼接而成。每个电池储放单元由储放支架和可以从上方悬吊取走或储放的充电电池（充电电池的上端具有便于悬吊的四边形边框，下端为电池主体）构成。两排电池储放架相隔一定距离相向而立，两排上的充电电池都在内侧。

电池储放架地下方或者局部的某处下方（两处或多处下方），预留有供一辆或多辆重型卡车进入停放的一个、两个或多个重卡车位。

轨道架的两根Y方向轨道分别设置在两排电池储放架的正上方，使得两根X方向轨道的主要部位、移动小车和吊具位于两排电池储放架之间。

位置传感器能够采集重卡上充电电池的位置信号（优选四个传感器，采集电池4个角的位置）、或及移动小车的位置信号，传送给控制器。控制器能够分别控制电动机A、电动机B、卷扬机的启停动作，进而控制X方向轨道、移动小车、矩形取放架的运行轨迹和矩形取放架的位置。电池储放架上电池的位置信息事先储存在控制器的控制程序中，无需另配传感器检测。

卷扬机启动正转释放吊索，取放架下行到充电电池的上方位置，能够与充电电池的上端边框形成活动连接关系，卷扬机反转卷绕吊索，使得充电电池被悬吊起来，然后移动小车在双向轨道上移动到需要放置充电电池的位置（重卡的电池位置）释放，从而实现充电电池的取用过程。如果这个过程反过来进行，也能将待充电电池（或充满电的备用电池）从重卡上（或充电仓）取下，送到电池储放架上某个单元的电池空位，实现电池的储放过程。

所述的矩形取放架能够与四边形边框形成良好的配合或者紧贴靠拢，形成可靠的连接关系，矩形取放架的四个角落的下侧分别具有一根下垂的能够插入四边形边框内侧的导向杆。导向杆的作用之一是使得取放架移动到四边形边框上方后，继续下行，限位定位，形成良好的贴合关系，而不会左右摆动错位。导向杆的作用之二是，导向杆下段还连接有能够在水平面内转动的水平挂钩（可以通过预设在导向杆中的微型电机驱动其转动），使得每个挂钩由内侧（导向杆下行至插入四边形边框的过程中，均保持在矩形取放架的矩形内部，不妨碍下行）向外转动30-90°，勾住靠近该导向杆的四边形的边框。

矩形取放架的四个边上可以设置有挡块，当矩形取放架与四边形边框配合连接后，阻止矩形取放架继续下行。

优选，在四根导向杆的挂钩下端分别具有倒置的圆锥体状的导向端，优选为倒置的偏心圆锥导向端。四个偏心圆锥的尖端在各自的最内侧位（最接近四边形边框对角线的交点位置），使得当矩形取放架与四边形边框的位置略有偏差（由于重卡不能准确停到重卡车位，有坐标或角度的偏差）时，四个尖端不会同时触碰四边形边框，导致碰伤甚至卡紧难以移动，然后在某个偏心圆锥的锥面先接触四边形边框以后，其他的偏心圆锥锥面先后接触导向下移，一直到导向杆的挂钩位置略低于四边形边框的下侧面，四根导向杆的上段分别四边形边框接触，使得最后矩形取放架与四边形边框形成良好的配合连接关系。

由于充电电池一般为偏平的箱体，其四边形边框是长方形形状（假设长宽比为a：b），导向端与四边形边框的长边和短边的接触时机不一定相同。通过数学建模技术和平面几何知识推理可知，长度方向的盈亏量一般大于宽度方向的盈亏量，通常长边偏移的行程短，更容易先行触碰到导向端、短边滞后。因此，进一步优选，偏心圆锥锥面的横截面为椭圆形，椭圆的长轴与短轴之比为a：b，使得四边形边框的长边和短边与导向杆的先行接触的机会均等，即基本同步接触，矩形取放架不易摆动或晃动，提高对位的精确度，减少等待的时间，减小挤压摩擦，使得取放电池的效率提高，安全性提高。

优选，取放架的上侧面具有四根回位导杆，移动小车下底面具有与四根回位导杆位置对应吻合的回位孔，当取放架完成取放过程后，卷扬机卷绕吊索，取放架收回到移动小车下方，回位导杆进入回位孔，取放架被定位，不摆动不晃动。进一步优选，回位导杆的上段为正置的标准圆锥体，下端为圆柱体，使得回位时，开始有间隙不易触碰回位孔，后期与回位孔紧密配合没有间隙，既安全又稳固。

有益效果：

本发明储放的充电电池可以根据需要换电的重卡流动量进行调节，而且可以设置2个甚至多个重卡车位，减少重卡换电等待时长，大幅提高换电效率。

放置电池的料架模块化安装后，可以采用插销快速进行连接固定或者拆卸分解，根据场地大小灵活增加或者移除减少。

吊具可以跟随移动小车在XY轨道上任意坐标位置之间移动，吊索可以带动取放架上下移动到电池上方。上层的充电电池先行取用，下层的空位先行放置。通过控制器中内置程序的自动控制，以及位置传感器的信号传送，自动化程度高，差错率极低。

吊具具有下行抓取电池和上行回位的双重导向和微调功能，即使重卡停车位置有所偏离或者有一定倾斜时，均可准确取下重卡上亏电的空电池，装载充好电的电池。减少矩形取放架与四边形边框的碰撞，减小导向柱与边框的摩擦，提高设备定位和取放的容错率，延长设备的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的一种电池储放架的立体结构示意图；

图2是本发明的一种沿着X轨道方向的剖面结构示意图；

图3是一种双停车位的本发明沿着Y轨道方向的剖面结构示意图；

图4是本发明的一种轨道架的立体结构示意图；

图5是本发明的一种矩形取放架的立体结构示意图。

图中，1-电池（充电电池，或重卡电池）；2-三角架；3-井架；4-吊索；5-移动小车；轨道架（6-X方向轨道；7-Y方向轨道）；8-重型卡车（重卡）；9-停车位；30-第一排；40-第二排。

具体实施方式

实施例一：

如图2所示的模块化多站点的重卡换电系统，具有轨道架、移动小车5、吊具、电池储放架、重卡车位9，另有控制器、一个或数个位置传感器；所述的移动小车5架设在轨道架上，所述的吊具连接在移动小车5下方；控制器能够控制移动小车5上的电动机B驱动移动小车5在轨道架上移动。

所述的电池储放架，由两层如图1所示的模块化电池储放单元拼接而成，电池储放单元由储放支架和能够从上方或侧面悬取放的充电电池1构成。

电池储放架为两排（第一排30、第二排40），两排电池储放架相隔一定距离相向而立，两排上的充电电池1都在内侧。

电池储放架的下方，预留有供一辆重卡8进入停放的一个重卡车位9。

实施例二：

如图2所示的模块化多站点换电系统，具有轨道架、移动小车5、吊具、电池储放架、重卡车位9，另有控制器、数个位置传感器；所述的移动小车5架设在轨道架上，所述的吊具连接在移动小车5下方；控制器能够控制移动小车5上的电动机B驱动移动小车5在轨道架上移动。

所述的电池储放架，由两层如图1所示的模块化电池储放单元拼接而成，电池储放单元由储放支架和能够从上方或侧面悬取放的充电电池1构成。

电池储放架为两排（第一排30、第二排40），，两排电池储放架相隔一定距离相向而立，两排上的充电电池1都在内侧。

电池储放架的下方，预留有供两辆重卡8进入停放的两个重卡车位9。

上述实施例一、二中：

如图4所示，所述的轨道架由两根相距一定距离平行设置的X方向轨道6和两根相距一定距离平行设置的Y方向轨道7组成，X方向轨道6垂直于Y方向轨道7，X方向轨道6能够由预置在其上的电动机A驱动在Y方向轨道7上左右移动.

轨道架的两根Y方向轨道7分别设置在两排电池储放架的正上方；

所述的移动小车5架设在两根X方向轨道6上，并能够由预置在移动小车5上的电动机B驱动在X方向轨道6上前后移动。

位置传感器能够采集重卡8上充电电池1的位置信号，传送给控制器；控制器能够控制移动小车5在轨道架上移动，进而带动吊具移动；吊具移动到电池储放架上的充电电池1上方位置，并能够与充电电池1的上端边框活动连接，使得充电电池1被悬吊起来，然后移动小车5在轨道架上移动到重卡8的电池空位上方，吊具释放所吊挂的充电电池1到电池空位处。

吊具由卷扬机、四根自然下垂的吊索4和如图5所示的矩形取放架构成；吊索4的上端连接在卷扬机上，吊索4的下端连接在矩形取放架的四个角上。

所述的矩形取放架的四个角落的下侧分别具有一根下垂的能够插入四边形边框内侧的导向杆；导向杆下段还具有能够在水平面内转动的水平挂钩；每个能够挂钩由内侧向外转动30-60°，勾住靠近该导向杆的四边形的边框。四根导向杆的挂钩下端分别具有倒置的偏心圆锥体状的导向端，四个偏心圆锥的尖端在各自的最内侧位。

所述的取放架的上侧面具有四根回位导杆，移动小车5下底面具有与四根回位导杆位置对应吻合的回位孔；回位导杆的上段为正置的标准圆锥体，下端为圆柱体。

Claims (8)

1.一种模块化多站点的重卡换电系统，具有轨道架、移动小车（5）、吊具、电池储放架、重卡车位（9），另有控制器、一个或数个位置传感器；

所述的移动小车（5）架设在轨道架上，所述的吊具连接在移动小车（5）下方；控制器能够控制移动小车（5）上的电动机B驱动移动小车（5）在轨道架上移动；

所述的电池储放架，由多层或及多列的模块化电池储放单元拼接而成，电池储放单元由储放支架和能够从上方或侧面悬取放的充电电池（1）构成；

其特征在于：

电池储放架为两排，两排电池储放架相隔一定距离相向而立，两排上的充电电池（1）都在内侧；

电池储放架地下方或局部的下方，或者多处下方，预留有供一辆或多辆重卡（8）进入停放的一个或多个重卡车位（9）；

轨道架设置在两排电池储放架之间的正上方，移动小车（5）和吊具位于两排电池储放架之间；

位置传感器能够采集重卡（8）上充电电池（1）的位置信号，传送给控制器；控制器能够控制移动小车（5）在轨道架上移动，进而带动吊具移动；

吊具移动到电池储放架上的充电电池（1）上方位置，并能够与充电电池（1）的上端边框活动连接，使得充电电池（1）被悬吊起来，然后移动小车（5）在轨道架上移动到重卡（8）的电池空位上方，吊具释放所吊挂的充电电池（1）到电池空位处。

2.如权利要求1所述的模块化多站点的重卡换电系统，其特征在于：

吊具由卷扬机、四根自然下垂的吊索（4）和矩形取放架构成；吊索（4）的上端连接在卷扬机上，吊索（4）的下端连接在矩形取放架的四个角上；充电电池（1）的上端具有便于悬吊的四边形边框，下端为电池（1）主体。

3.如权利要求1所述的模块化多站点的重卡换电系统，其特征在于：

所述的轨道架由两根相距一定距离平行设置的X方向轨道（6）和两根相距一定距离平行设置的Y方向轨道（7）组成，X方向轨道（6）垂直于Y方向轨道（7），X方向轨道（6）能够由预置在其上的电动机A驱动在Y方向轨道（7）上左右移动；

轨道架的两根Y方向轨道（7）分别设置在两排电池储放架的正上方；

所述的移动小车（5）架设在两根X方向轨道（6）上，并能够由预置在移动小车（5）上的电动机B驱动在X方向轨道（6）上前后移动。

4.如权利要求1所述的模块化多站点的重卡换电系统，其特征在于：

卷扬机为电动机C驱动和一根平行于Y方向轨道（7）的转轴构成；四根吊索（4）的上端均连接在转轴上，转轴旋转时四根吊索（4）被同步卷绕或释放。

5.如权利要求2所述的模块化多站点的重卡换电系统，其特征在于：

所述的矩形取放架的四个角落的下侧分别具有一根下垂的能够插入四边形边框内侧的导向杆；导向杆下段还具有能够在水平面内转动的水平挂钩；每个能够挂钩由内侧向外转动30-90°，勾住靠近该导向杆的四边形的边框。

6.如权利要求5所述的模块化多站点的重卡换电系统，其特征在于：

四根导向杆的挂钩下端分别具有倒置的偏心圆锥体状的导向端，四个偏心圆锥的尖端在各自的最内侧位。

7.如权利要求6所述的模块化多站点的重卡换电系统，其特征在于：

四边形边框的长宽比为a：b；偏心圆锥锥面的横截面为椭圆形，椭圆的长轴与短轴之比为a：b。

8.如权利要求2或5所述的模块化多站点的重卡换电系统，其特征在于：取放架的上侧面具有四根回位导杆，移动小车（5）下底面具有与四根回位导杆位置对应吻合的回位孔；回位导杆的上段为正置的标准圆锥体，下端为圆柱体。

Images