CN115366733A - 换电式真空磁悬浮列车及快速换电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种换电式真空磁悬浮列车及快速换电方法，该列车包括：压设备舱、快换电池包、常压获得模块、真空获得模块和列车快换控制模块，常压获得模块用于对快换电池包所在列车段的真空管道恢复常压环境，真空获得模块用于对快换电池包所在列车段的真空管道恢复真空环境，列车快换控制模块分别与常压设备舱、快换电池包、常压获得模块和真空获得模块连接，列车快换控制模块用于检测列车是否到达设定快换位置、确认是否需要更换快换电池包、选择合适的满电电池、控制常压获得模块以及真空获得模块的开闭。应用本发明的技术方案，以解决现有技术中在真空下对电池进行充换电所导致的电池寿命短，电池系统可靠性低的技术问题。

Description

换电式真空磁悬浮列车及快速换电方法

技术领域

本发明涉及真空管道磁悬浮列车技术领域，尤其涉及一种换电式真空磁悬浮列车及快速换电方法。

背景技术

电池包快速更换技术(快换)已经在新能源汽车中有所应用，包括特斯拉、北汽新能源、蔚来汽车、众泰汽车等，其中北汽新能源的快换电动出租车EU300已经在北京大规模推广，电池快换时间可控制在5min以内，快换可靠性高，快换电池包质保寿命可达到6年60万公里(非快换电池包质保仅5年15万公里)。

汽车换电技术分为手工换电(力帆汽车)、半自动换电(福田汽车)、全自动换电(蔚来、北汽新能源、特斯拉)，如图5所示。北汽、特斯拉、蔚来等纯电动汽车均在换电领域有所建树，在全国均建有数量不等的换电站，实现在5-10min内更换电池系统。

然而，现有技术中所提供的自动充换电站适用于常压环境下的充换电，其换电步骤具体包括：通过快换位置检测模块确认车辆是否进入快换位置；通过信号确认车辆电池更换信息；快换控制模块确认启动换电，同时切断电池包的电流；电池包快换固定模块开关打开，使电池包能够脱离车体悬挂模块；快换升降平台取出电池包；快换升降平台将接近满电的电池包安装至汽车上；电池包快换固定模块开关关闭，使电池包重新和车体悬挂模块紧固；电池包通电并进行新电池包电气检测；电气检测完成后，准备发车。该种换电技术针对的是常压环境，在进行换电时无需进行压力调节，在检测汽车进入预定位置后，即可驱使换电升降平台进行换电。然而，对于真空磁悬浮列车而言，一般电池在充放电过程中会产生气体，引起电池鼓胀，如果电池直接暴露在真空管道内，电池可能会过度膨胀，甚至爆炸，充电式电池寿命也比换电式低50％以上。同时，到站快充模式存在发热问题，电池的安全可靠性系，电池寿命短。

发明内容

本发明提供了一种换电式真空磁悬浮列车及快速换电方法，能够解决现有技术中在真空下对电池进行充换电所导致的电池寿命短，电池系统可靠性低的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种换电式真空磁悬浮列车，换电式真空磁悬浮列车包括：常压设备舱；快换电池包，快换电池包设置在常压设备舱内；常压获得模块和真空获得模块，常压获得模块用于对快换电池包所在列车段的真空管道恢复常压环境，真空获得模块用于对快换电池包所在列车段的真空管道恢复真空环境；列车快换控制模块，列车快换控制模块分别与常压设备舱、快换电池包、常压获得模块和真空获得模块连接，列车快换控制模块用于检测列车是否到达设定快换位置、用于根据快换电池包的剩余电量确认是否需要更换快换电池包、用于根据快换电池包的电池型号选择合适的满电电池、用于根据列车是否进入设定快换位置以及是否需要更换快换电池包控制常压获得模块的开闭、用于检测快换电池包的通断电以及用于根据是否完成快换电池包的更换以控制真空获得模块的开闭。

进一步地，列车快换控制模块包括位置检测单元、电池包电量检测单元、电池包型号检测单元、常压控制单元、电池包通断检测单元和真空控制单元，位置检测单元用于检测列车是否到达设定快换位置；电池包电量检测单元、电池包型号检测单元和电池包通断检测单元均与快换电池包连接，电池包电量检测单元用于检测快换电池包的剩余电量以确认是否需要更换快换电池包，电池包型号检测单元用于检测快换电池包的电池型号以选择合适的满电电池，电池包通断检测单元用于检测快换电池包的通断电；常压控制单元与常压获得模块连接，常压控制单元用于根据列车是否进入设定快换位置以及是否需要更换快换电池包控制常压获得模块的开闭；真空控制单元与真空获得模块连接，真空控制单元用于根据是否完成快换电池包的更换以控制真空获得模块的开闭。

进一步地，换电式真空磁悬浮列车还包括车体悬挂模块，车体悬挂模块用于安装快换电池包，车体悬挂模块与列车快换控制模块连接，列车快换控制模块用于控制车体悬挂模块的关闭或打开以实现快换电池包的锁定或分离。

进一步地，列车快换控制模块还包括车体悬挂控制单元，车体悬挂控制单元与车体悬挂模块连接，车体悬挂控制单元用于控制车体悬挂模块的关闭或打开。

进一步地，快换电池包包括电池包本体、电池包快换固定模块和电池包电连接和热管理连接模块，电池包快换固定模块固定设置在电池包本体上，电池包快换固定模块与车体悬挂模块可选择连接，电池包电连接和热管理连接模块包括接插连接件、缓冲层和密封层，缓冲层包覆在接插连接件的外侧，密封层设置在缓冲层的外侧，密封层用于限制接插连接件的位移。

根据本发明的另一方面，提供了一种真空磁悬浮列车的快速换电方法，该快速换电方法用于如上所述的换电式真空磁悬浮列车。

进一步地，真空磁悬浮列车的换电方法包括：检测列车是否进入设定快换位置，当列车处于设定快换位置时，确认列车待更换电池信息；将待更换电池所处列车段的真空管道恢复至常压，设定时间后，检测常压设备舱外的压力是否已恢复常压环境；当常压设备舱外的压力已恢复常压环境时，切断待换电池包的电流，将待换电池包从车体上脱离；开启常压设备舱舱门，将待换电池包取出并将与待更换电池包信息相对应的满电电池包安装在车体上；对满电电池包进行电气检测，电气检测完成后，关闭常压设备舱舱门；将待更换电池所处的常压设备舱的车外环境恢复至真空环境，完成真空磁悬浮列车的快速换电。

进一步地，将待换电池包取出并将与待更换电池包信息相对应的满电电池包安装在车体上具体包括：换电升降平台进入常压设备舱，将待更换电池包从常压设备舱中取出；换电升降平台将满电电池举升至常压设备舱并将满电电池安装在车体上。

进一步地，换电升降平台包括电池托盘、平台车、第一支柱、第二支柱和驱动组件，第一支柱的中部与第二支柱的中部铰接连接以构成X型结构，平台车具有移动槽，第一支柱的一端可移动地设置在移动槽内，第二支柱的一端可移动地设置在移动槽内，第一支柱的另一端与第二支柱的另一端均与电池托盘可转动连接，驱动组件用于驱动第一支柱和第二支柱沿移动槽移动。

进一步地，驱动组件包括第一电机、第一凸轮、第二电机和第二凸轮，第一凸轮与第二凸轮的结构相同且保持同步运动，第一凸轮与第一电机的转动轴固定连接，第一支柱的一端与第一凸轮相抵接；第二凸轮与第二电机的转动轴固定连接，第二支柱的一端与第二凸轮相抵接。

应用本发明的技术方案，提供了一种换电式真空磁悬浮列车，该换电式真空磁悬浮列车通过设置常压获得模块和真空获得模块，通过列车快换控制模块监测列车是否到达设定快换位置以及是否需要更换快换电池包控制常压获得模块的开闭，当需要更换快换电池包时，通过常压获得模块把待更换电池包所在的列车段的真空管道的压力由真空调整为常压，换下低电量的旧电池包并将满电电池并安装在原电池包位置处，换电完成后，通过列车快换控制模块控制真空获得模块把待更换电池包所在的列车段的真空管道的压力由常压调整为真空环境，为磁悬浮列车发车做准备。此种方式与现有技术相比，通过设置常压获得模块、真空获得模块以及列车快换控制模块，调整车外压力，实现真空磁悬浮列车在常压下换电，并在5min内更换电池包解决列车的补电难题，延长电池寿命，降低电池全生命周期成本，增加电池系统可靠性。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出了根据本发明的具体实施例提供的换电式真空磁悬浮列车的结构示意图；

图2示出了图1提供的换电式真空磁悬浮列车的B-B处的剖视图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的快换电池包的结构示意图；

图4示出了根据本发明的具体实施例提供的换电升降平台的结构示意图；

图5示出了现有技术中提供的汽车换电技术的示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、常压设备舱；20、快换电池包；21、电池包本体；22、电池包快换固定模块；23、电池包电连接和热管理连接模块；30、车体悬挂模块；40、列车本体；41、车轮；100、换电升降平台；110、电池托盘；120、平台车；130、第一支柱；131、第一支柱本体；132、第一连接轴；133、第二连接轴；140、第二支柱；141、第二支柱本体；142、第三连接轴；143、第四连接轴。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。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讨论。

如图1和图2所示，根据本发明的具体实施例提供了一种换电式真空磁悬浮列车，该换电式真空磁悬浮列车包括常压设备舱10、快换电池包20、常压获得模块、真空获得模块和列车快换控制模块，快换电池包20设置在常压设备舱10内，常压获得模块用于对快换电池包20所在列车段的真空管道恢复常压环境，真空获得模块用于对快换电池包20所在列车段的真空管道恢复真空环境，列车快换控制模块分别与常压设备舱10、快换电池包20、常压获得模块和真空获得模块连接，列车快换控制模块用于检测列车是否到达设定快换位置、用于根据快换电池包20的剩余电量确认是否需要更换快换电池包20、用于根据快换电池包20的电池型号选择合适的满电电池、用于根据列车是否进入设定快换位置以及是否需要更换快换电池包20控制常压获得模块的开闭、用于检测快换电池包20的通断电以及用于根据是否完成快换电池包20的更换以控制真空获得模块的开闭。

应用此种配置方式，提供了一种换电式真空磁悬浮列车，该换电式真空磁悬浮列车通过设置常压获得模块和真空获得模块，通过列车快换控制模块监测列车是否到达设定快换位置以及是否需要更换快换电池包控制常压获得模块的开闭，当需要更换快换电池包时，通过常压获得模块把待更换电池包所在的列车段的真空管道的压力由真空调整为常压，换下低电量的旧电池包并将满电电池并安装在原电池包位置处，换电完成后，通过列车快换控制模块控制真空获得模块把待更换电池包所在的列车段的真空管道的压力由常压调整为真空环境，为磁悬浮列车发车做准备。此种方式与现有技术相比，通过设置常压获得模块、真空获得模块以及列车快换控制模块，调整车外压力，实现真空磁悬浮列车在常压下换电，并在5min内更换电池包解决列车的补电难题，延长电池寿命，降低电池全生命周期成本，增加电池系统可靠性。

进一步地，在本发明中，为了实现电池包的自动更换，可将列车快换控制模块配置为包括位置检测单元、电池包电量检测单元、电池包型号检测单元、常压控制单元、电池包通断检测单元和真空控制单元，位置检测单元用于检测列车是否到达设定快换位置；电池包电量检测单元、电池包型号检测单元和电池包通断检测单元均与快换电池包20连接，电池包电量检测单元用于检测快换电池包20的剩余电量以确认是否需要更换快换电池包20，电池包型号检测单元用于检测快换电池包20的电池型号以选择合适的满电电池，电池包通断检测单元用于检测快换电池包20的通断电；常压控制单元与常压获得模块连接，常压控制单元用于根据列车是否进入设定快换位置以及是否需要更换快换电池包20控制常压获得模块的开闭；真空控制单元与真空获得模块连接，真空控制单元用于根据是否完成快换电池包20的更换以控制真空获得模块的开闭。

进一步地，在本发明中，为了方便待换电池包的更换，可将换电式真空磁悬浮列车配置为还包括车体悬挂模块30，车体悬挂模块30用于安装快换电池包20，车体悬挂模块30与列车快换控制模块连接，列车快换控制模块用于控制车体悬挂模块30的关闭或打开以实现快换电池包20的锁定或分离。此外，为了实现车体悬挂模块的自动关闭和打开，可将列车快换控制模块配置为还包括车体悬挂控制单元，车体悬挂控制单元与车体悬挂模块30连接，车体悬挂控制单元用于控制车体悬挂模块30的关闭或打开。

作为本发明的一个具体实施例，车体悬挂模块30包括多个带有开关的固定结构，可以将不同尺寸的快换电池包悬挂到列车本体上，满足安全可靠的技术要求，在快换前打开固定开关，使快换电池包能够被取出；在快换后闭合固定开关，锁定电池包位置，使更换后的电池包满足震动、寿命等技术要求。

进一步地，在本发明中，为了方便快换电池包的安装和卸载以及满足列车的震动、寿命等技术要求，可将快换电池包20配置包括电池包本体21、电池包快换固定模块22和电池包电连接和热管理连接模块23，电池包快换固定模块22固定设置在电池包本体21上，电池包快换固定模块22与车体悬挂模块30可选择连接，电池包电连接和热管理连接模块23包括接插连接件、缓冲层和密封层，缓冲层包覆在接插连接件的外侧，密封层设置在缓冲层的外侧，密封层用于限值接插连接件的位移。

作为本发明的一个具体实施例，快换固定模块22可以和车体悬挂模块30配合工作，在快换电池包被上下举升、前后移动等路径至特定位置时，快换固定模块22可以被车体悬挂模块30锁定位置，使快换电池包满足震动等技术要求。当需要进行电池包的更换时，快换固定模块22与车体悬挂模块30相分离，由此实现电池包与车体相分离。电池包电连接和热管理连接模块23是经过特殊设计的电接插件和热管理接插件，使快换电池包上下举升、前后移动等路径到达指定位置后，无需手动操作可完成插接件连接，使电池包在更换前后的高、低压电和热管理连接更加安全可靠，通过设置缓冲层，能够有效满足列车的震动、寿命等技术要求，通过设置密封层，能够有效限值接插连接件的位移，从而保证电池包的可靠连接。需要说明的是，仅液冷、直冷等主动冷却设计的电池包需要设计热管理连接接口。

根据本发明的另一方面，提供了一种真空磁悬浮列车的快速换电方法，该快速换电方法用于如上所述的换电式真空磁悬浮列车。该真空磁悬浮列车的换电方法包括：检测列车是否进入设定快换位置，当列车处于设定快换位置时，确认列车待更换电池信息；将待更换电池所处列车段的真空管道恢复至常压，设定时间后，检测常压设备舱10外的压力是否已恢复常压环境；当常压设备舱10外的压力已恢复常压环境时，切断待换电池包的电流，将待换电池包从车体上脱离；开启常压设备舱10舱门，将待换电池包取出并将与待更换电池包信息相对应的满电电池包安装在车体上；对满电电池包进行电气检测，电气检测完成后，关闭常压设备舱10舱门；将待更换电池所处的常压设备舱10的车外环境恢复至真空环境，完成真空磁悬浮列车的快速换电。

应用此种配置方式，提供了一种真空磁悬浮列车的快速换电方法，该电池包更换方法在进行电池更换时，通过对电池包所在的环境压力进行调整，使得电池包能够在常压环境下进行更换，此种方式与现有技术相比，使列车能够在5min内更换电池包解决列车的补电难题，延长电池寿命，降低电池全生命周期成本，增加电池系统可靠性。

此外，在本发明中，为了方便电池包的取放，将待换电池包取出并将与待更换电池包信息相对应的满电电池包安装在车体上具体包括：换电升降平台100进入常压设备舱10，将待更换电池包从常压设备舱10中取出；换电升降平台100将满电电池举升至常压设备舱10并将满电电池安装在车体上。

进一步地，在本发明中，为了实现电池包的顺利更换，可将换电升降平台100配置为包括电池托盘110、平台车120、第一支柱130、第二支柱140和驱动组件，第一支柱130的中部与第二支柱140的中部铰接连接以构成X型结构，平台车120具有移动槽，第一支柱130的一端可移动地设置在移动槽内，第二支柱140的一端可移动地设置在移动槽内，第一支柱130的另一端与第二支柱140的另一端均与电池托盘110可转动连接，驱动组件用于驱动第一支柱130和第二支柱140沿移动槽移动。

在此种配置方式下，当需要拿取待更换电池包或将满电电池送入常压车厢时，驱动组件驱动第一支柱130和第二支柱140沿移动槽移动，第一支柱和第二支柱相互靠近，此时可带动电池托盘沿竖直方向向上移动；当需要将待更换电池包送至电池存储仓时，驱动组件驱动第一支柱130和第二支柱140沿移动槽移动，第一支柱和第二支柱相互远离，此时可带动电池托盘沿竖直方向向下移动。

具体地，在本发明中，驱动组件包括第一电机、第一凸轮、第二电机和第二凸轮，第一凸轮与第二凸轮的结构相同且保持同步运动，第一凸轮与第一电机的转动轴固定连接，第一支柱130的一端与第一凸轮相抵接；第二凸轮与第二电机的转动轴固定连接，第二支柱140的一端与第二凸轮相抵接。在此种配置方式下，通过第一支柱和第二支柱的端部分别与第一凸轮和第二凸轮相抵接，由此能够实现电池托盘沿竖直方向的移动。

作为本发明的一个具体实施例，第一支柱130包括第一支柱本体131、第一连接轴132和第二连接轴133，第二支柱140包括第二支柱本体141、第三连接轴142和第四连接轴143，第一连接轴132设置在第一支柱本体131的一端，第二连接轴133设置在第一支柱本体131的另一端，第一支柱本体131通过第二连接轴133与电池托盘可转动连接，第一支柱本体131通过第一连接轴132可移动地设置在移动槽内；第三连接轴142设置在第二支柱本体141的一端，第四连接轴143设置在第二支柱本体141的另一端，第二支柱本体141通过第四连接轴143与电池托盘可转动连接，第二支柱本体141通过第三连接轴142可移动地设置在移动槽内。第一连接轴132与第一凸轮相抵接，第三连接轴143与第二凸轮相抵接。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图4对本发明所提供的换电式真空磁悬浮列车及快速换电方法进行详细说明。

如图1至图4所示，根据本发明的具体实施例提供了一种换电式真空磁悬浮列车，该换电式真空磁悬浮列车包括常压设备舱10、快换电池包20、常压获得模块、真空获得模块、列车快换控制模块、列车本体40和车体悬挂模块30，列车本体40包括常规列车的结构，如车架、车轮41、乘客舱、驾驶舱等。

快换电池包20设置在常压设备舱10内，快换电池包20是一种可以被快速更换的电池系统。列车在行驶过程中消耗电量，快换电池包电量降低。到达车站后，原有的低电量快换电池包(如仅有10％电量)会被取下，并更换上另一个同规格高电量快换电池包(如100％电量的同规格电池包)，以实现列车到站后的快速补电。

快换电池包20和车体悬挂模块30设置在常压设备舱10内，常压设备舱10在列车行驶过程中是全密闭状态，到站进行换电时可以打开常压设备舱门，以便快换电池包20被取出；快换后闭合舱门，使快换电池包20可以在常压环境下工作。车体悬挂模块30包括多个带有开关的固定结构，可以将不同尺寸的快换电池包悬挂到列车本体上，满足安全可靠的技术要求，在快换前打开固定开关，使快换电池包能够被取出；在快换后闭合固定开关，锁定电池包位置，使更换后的电池包满足震动、寿命等技术要求。

快换电池包20包括电池包本体21、电池包快换固定模块22和电池包电连接和热管理连接模块23，电池包快换固定模块22固定设置在电池包本体21上，电池包快换固定模块22与车体悬挂模块30可选择连接，电池包电连接和热管理连接模块23包括接插连接件、缓冲层和密封层，缓冲层包覆在接插连接件的外侧，密封层设置在缓冲层的外侧，密封层用于限值接插连接件的位移。快换固定模块22可以和车体悬挂模块30配合工作，在快换电池包被上下举升、前后移动等路径至特定位置时，快换固定模块22可以被车体悬挂模块30锁定位置，使快换电池包满足震动等技术要求。电池包电连接和热管理连接模块23是经过特殊设计的电接插件和热管理接插件，使快换电池包上下举升、前后移动等路径到达指定位置后，无需手动操作可完成插接件连接，使电池包在更换前后的高、低压电和热管理连接更加安全可靠，通过设置缓冲层，能够有效满足列车的震动、寿命等技术要求，通过设置密封层，能够有效限值接插连接件的位移，从而保证电池包的可靠连接。

常压获得模块用于对快换电池包20所在列车段的真空管道恢复常压环境，真空获得模块用于对快换电池包20所在列车段的真空管道恢复真空环境，列车快换控制模块分别与常压设备舱10、快换电池包20、常压获得模块和真空获得模块连接，列车快换控制模块包括位置检测单元、电池包电量检测单元、电池包型号检测单元、常压控制单元、电池包通断检测单元、真空控制单元、车体悬挂控制单元、快换启停控制模块和压力检测单元，电池包通断检测单元包括电连接检测保护电路和快换高低压继电器，快换高低压继电器用于实现快换电池包的通断电，电连接检测保护电路用于检测快换电池包的断开与连接状态，快换启停控制模块可用于控制高低压继电器的断开或关闭以确认是否需要换电，列车快换控制模块使列车进入车站后能够与换电站进行通讯，使列车精确驶入电池包可以进行更换的位置，并通讯需要快换的电池包型号，确认是否进行电池更换。确认需要进行电池包的快换时，发出快换启动信号，切断电池电气连接，通过常压获得模块将电池包所对应的真空管道段由真空恢复常压，并通过常压检测单元进行压力检测。当电池包所对应的真空管道段处于常压环境时，打开常压设备舱，发出信号打开车体悬挂模块的固定开关，使电池可以被快速取出；在快换完成后，检测快换是否成功，发出信号关闭设备常压舱，闭合快换继电器，闭合车体悬挂模块的固定开关，并通过真空获得模块将电池包所对应的真空管道段由常压恢复真空。

在本实施例中，电池包换电具体包括如下步骤：通过电池包电量检测单元检测快换电池包的剩余电量，当快换电池包的剩余电路小于设定阈值时，需要进行快换电池包的更换。通过位置检测单元检测列车是否进入设定快换位置，当列车处于设定快换位置时，通过电池包型号检测单元确认列车待更换电池信息；将待更换电池所处列车段的真空管道恢复至常压，设定时间后，检测常压设备舱10外的压力是否已恢复常压环境；当常压设备舱10外的压力已恢复常压环境时，快换控制模块确认启动换电，同时切断待换电池包的电流，打开车体悬挂模块，使得电池包快速固定模块能够脱离车体悬挂模块，将待换电池包从车体上脱离；开启常压设备舱10舱门，使快速升降平台能够进入电池包所在的常压设备舱，将待换电池包取出并将与待更换电池包信息相对应的满电电池包安装在车体上；对满电电池包进行电气检测，电气检测完成后，关闭常压设备舱10舱门；将待更换电池所处的常压设备舱10的车外环境恢复至真空环境，完成真空磁悬浮列车的快速换电，准备发车。

综上所述，本发明提供了一种换电式真空磁悬浮列车，该换电式真空磁悬浮列车通过换电的系统设计，实现真空磁悬浮列车在真空管道车站内更换电池包，更换前后需要调整电池包外的环境压力，先将电池包所在的常压舱外的真空管道恢复常压，使电池包能够在常压下进行换电，然后使真空管道恢复真空。本发明所提供的换电式真空磁悬浮列车与现有技术相比，通过设置常压获得模块、真空获得模块以及列车快换控制模块，调整车外压力，实现真空磁悬浮列车在常压下换电，并在5min内更换电池包解决列车的补电难题，延长电池寿命，降低电池全生命周期成本，增加电池系统可靠性。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种换电式真空磁悬浮列车，其特征在于，所述换电式真空磁悬浮列车包括：

常压设备舱(10)；

快换电池包(20)，所述快换电池包(20)设置在所述常压设备舱(10)内；

常压获得模块和真空获得模块，所述常压获得模块用于对所述快换电池包(20)所在列车段的真空管道恢复常压环境，所述真空获得模块用于对所述快换电池包(20)所在列车段的真空管道恢复真空环境；

列车快换控制模块，所述列车快换控制模块分别与所述常压设备舱(10)、所述快换电池包(20)、所述常压获得模块和所述真空获得模块连接，所述列车快换控制模块用于检测列车是否到达设定快换位置、用于根据所述快换电池包(20)的剩余电量确认是否需要更换所述快换电池包(20)、用于根据所述快换电池包(20)的电池型号选择合适的满电电池、用于根据所述列车是否进入设定快换位置以及是否需要更换快换电池包(20)控制所述常压获得模块的开闭、用于检测所述快换电池包(20)的通断电以及用于根据是否完成所述快换电池包(20)的更换以控制所述真空获得模块的开闭。

2.根据权利要求1所述的换电式真空磁悬浮列车，其特征在于，所述列车快换控制模块包括位置检测单元、电池包电量检测单元、电池包型号检测单元、常压控制单元、电池包通断检测单元和真空控制单元，所述位置检测单元用于检测列车是否到达设定快换位置；所述电池包电量检测单元、所述电池包型号检测单元和所述电池包通断检测单元均与所述快换电池包(20)连接，所述电池包电量检测单元用于检测所述快换电池包(20)的剩余电量以确认是否需要更换所述快换电池包(20)，所述电池包型号检测单元用于检测所述快换电池包(20)的电池型号以选择合适的满电电池，所述电池包通断检测单元用于检测所述快换电池包(20)的通断电；所述常压控制单元与所述常压获得模块连接，所述常压控制单元用于根据所述列车是否进入设定快换位置以及是否需要更换快换电池包(20)控制所述常压获得模块的开闭；所述真空控制单元与所述真空获得模块连接，所述真空控制单元用于根据是否完成所述快换电池包(20)的更换以控制所述真空获得模块的开闭。

3.根据权利要求1所述的换电式真空磁悬浮列车，其特征在于，所述换电式真空磁悬浮列车还包括车体悬挂模块(30)，所述车体悬挂模块(30)用于安装所述快换电池包(20)，所述车体悬挂模块(30)与所述列车快换控制模块连接，所述列车快换控制模块用于控制所述车体悬挂模块(30)的关闭或打开以实现所述快换电池包(20)的锁定或分离。

4.根据权利要求3所述的换电式真空磁悬浮列车，其特征在于，所述列车快换控制模块还包括车体悬挂控制单元，所述车体悬挂控制单元与所述车体悬挂模块(30)连接，所述车体悬挂控制单元用于控制所述车体悬挂模块(30)的关闭或打开。

5.根据权利要求4所述的换电式真空磁悬浮列车，其特征在于，所述快换电池包(20)包括电池包本体(21)、电池包快换固定模块(22)和电池包电连接和热管理连接模块(23)，所述电池包快换固定模块(22)固定设置在所述电池包本体(21)上，所述电池包快换固定模块(22)与所述车体悬挂模块(30)可选择连接，所述电池包电连接和热管理连接模块(23)包括接插连接件、缓冲层和密封层，所述缓冲层包覆在所述接插连接件的外侧，所述密封层设置在所述缓冲层的外侧，所述密封层用于限制所述接插连接件的位移。

6.一种真空磁悬浮列车的快速换电方法，其特征在于，所述快速换电方法用于如权利要求1至5中任一项所述的换电式真空磁悬浮列车。

7.根据权利要求6所述的真空磁悬浮列车的快速换电方法，其特征在于，所述真空磁悬浮列车的换电方法包括：

检测列车是否进入设定快换位置，当列车处于设定快换位置时，确认列车待更换电池信息；

将待更换电池所处列车段的真空管道恢复至常压，设定时间后，检测常压设备舱(10)外的压力是否已恢复常压环境；

当所述常压设备舱(10)外的压力已恢复常压环境时，切断待换电池包的电流，将所述待换电池包从车体上脱离；

开启所述常压设备舱(10)舱门，将所述待换电池包取出并将与所述待更换电池包信息相对应的满电电池包安装在车体上；

对所述满电电池包进行电气检测，电气检测完成后，关闭所述常压设备舱(10)舱门；

将所述待更换电池所处的常压设备舱(10)的车外环境恢复至真空环境，完成真空磁悬浮列车的快速换电。

8.根据权利要求7所述的真空磁悬浮列车的快速换电方法，其特征在于，将所述待换电池包取出并将与所述待更换电池包信息相对应的满电电池包安装在车体上具体包括：

换电升降平台(100)进入所述常压设备舱(10)，将所述待更换电池包从所述常压设备舱(10)中取出；

所述换电升降平台(100)将所述满电电池举升至所述常压设备舱(10)并将所述满电电池安装在车体上。

9.根据权利要求8所述的真空磁悬浮列车的快速换电方法，其特征在于，所述换电升降平台(100)包括电池托盘(110)、平台车(120)、第一支柱(130)、第二支柱(140)和驱动组件，所述第一支柱(130)的中部与所述第二支柱(140)的中部铰接连接以构成X型结构，所述平台车(120)具有移动槽，所述第一支柱(130)的一端可移动地设置在所述移动槽内，所述第二支柱(140)的一端可移动地设置在所述移动槽内，所述第一支柱(130)的另一端与所述第二支柱(140)的另一端均与所述电池托盘(110)可转动连接，所述驱动组件用于驱动所述第一支柱(130)和所述第二支柱(140)沿所述移动槽移动。

10.根据权利要求9所述的真空磁悬浮列车的快速换电方法，其特征在于，所述驱动组件包括第一电机、第一凸轮、第二电机和第二凸轮，所述第一凸轮与所述第二凸轮的结构相同且保持同步运动，所述第一凸轮与所述第一电机的转动轴固定连接，所述第一支柱(130)的一端与所述第一凸轮相抵接；所述第二凸轮与所述第二电机的转动轴固定连接，所述第二支柱(140)的一端与所述第二凸轮相抵接。

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