CN116476684A - 一种集群式电动汽车换电设施及换电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集群式电动汽车换电设施及换电方法，至少包括两台换电柜组成的换电柜集群，其特点是：还包括换电柜集群控制系统或/和云平台分别与各换电柜通过有线或无线方式连接，用于控制各换电柜配合为一辆或多辆电动汽车换电。换电柜包括换电控制装置、换电柜本体和换电小车，换电小车自动与电动汽车对接取送更换电池，换电柜本体的柜体框架内设置若干电池仓位、充电装置及换电柜升降机构，换电柜升降机构与换电控制装置连接，用于与电池仓位自动对接并取送电池，换电小车与换电柜升降机构之间自动相互传送电池；换电柜本体的底部设置驶入换电小车的容纳空间。可以提高换电柜的利用率和电动汽车换电效率。

Description

一种集群式电动汽车换电设施及换电方法

技术领域

本发明属于电动汽车电池更换站应用技术领域，具体说是一种集群式电动汽车换电设施及换电方法。

背景技术

目前，随着新能源汽车特别是纯电动汽车在全球的迅速推广普及，电动汽车充电速度慢，续航里程较短，便利性不足的问题日益突出，成为制约电动汽车日常使用体验和电动汽行业进一步发展的瓶颈。而更换汽车电池可以达到快速恢复电动汽车动力的需求，更符合传统汽车用户的使用习惯，是目前提高用户体验的最佳选择。

中国专利（专利号：201821749550.3）公开了一种具有电池仓的电动汽车，包括车体、底盘、电力驱动系统、驾驶室及控制系统，其特征是：所述的电力驱动系统包括电池仓，所述电池仓固定在所述底盘下部，所述电池仓为长方形腔体，一端为电池出入口，另一端内侧设置电池连接插座，所述的长方形腔体内设置电池自动推出及导入装置；所述电池仓的电池出入口朝向电动汽车行进的前方、后方或侧方；所述控制系统控制所述电池仓内的电池自动推出及导入装置动作。其电池仓可以自动推出其中的电池，也可自动导入电池，便于与充电设备的电池进行快速更换，提高电池的装卸效率。

与此同时，中国专利（专利号：201821749551.8）还公开了一种电动汽车换电柜，包括柜体、多个用于电池充电的充电位、充电电路及控制系统，其特征在于，所述柜体内的所述充电位上下设置成多层结构，每个所述充电位内设置一电池充电插座和电池移动装置，所述柜体正面设置电池出入口，在所述柜体内设置换电转换台，所述控制系统控制所述换电转换台自动接收送达的缺电电池，并送到空闲的所述充电位充电，接收从所述充电位输送出的满电电池，并输送到电动汽车换电柜外。

上述具有电池仓的电动汽车采用在汽车前端换电的技术方案，与之配套使用的电动汽车换电柜具有体积小、成本低的优点。但是，电动汽车换电柜的换电技术方案中，与换电电动汽车对接取送电池和从换电柜取送电池都是同一套机构，从工作流程和逻辑上来看是串行的，因此，换电时间长、效率低。

另外, 目前在一个换电站内通常会配置有多台电动汽车换电柜，但是，并不能发挥集群作用，现有电动汽车换电柜的换电方法通常都是由一台电动汽车换电柜同时只能为一辆电动汽车换电，而有的电动汽车换电柜则会有空闲。用一台电动汽车换电柜为一辆电动汽车换电，这会使换电时间比较长，有空闲的电动汽车换电柜也不能助一臂之力，这就造成换电柜的利用率较低和换电效率低的问题。

因此，亟待设计开发一种集群式电动汽车换电设施及换电方法，由至少两台换电柜组成集群式电动汽车换电设施，每台换电柜均配置两套不同的换电执行机构，分别用于与电动汽车对接取送电池和与换电柜对接取送电池，各换电柜及其配置的与电动汽车对接取送电池的换电执行机构可以相互配合，为同一辆电动汽车或多辆电动汽车换电，可以缩短换电时间，提高换电柜的利用率和换电效率。这是本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的上述问题，提供一种集群式电动汽车换电设施及换电方法，由至少两台换电柜组成集群式电动汽车换电设施，每台换电柜均配置两套不同的换电执行机构，分别用于与电动汽车对接取送电池和与换电柜对接取送电池，各换电柜及其配置的与电动汽车对接取送电池的换电执行机构可以相互配合，可为同一辆电动汽车或多辆电动汽车换电，可以缩短换电时间，提高换电柜的利用率和换电效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种集群式电动汽车换电设施，至少包括两台换电柜组成的换电柜集群，其特征在于，所述换电柜集群还包括换电柜集群控制系统或/和云平台，所述换电柜集群控制系统或/和云平台分别与各台所述换电柜通讯，用于控制所述换电柜配合为一辆或多辆电动汽车换电，所述换电柜包括换电控制装置、换电柜本体和换电小车，所述换电小车与所述换电控制装置无线通讯连接，用于控制换电小车自动与电动汽车对接取送更换电池，所述换电柜本体包括柜体框架，所述柜体框架内设置若干电池仓位、充电装置及换电柜升降机构，所述电池仓位内设置电池充电插座和电池移动装置，所述电池充电插座与所述充电装置连接，所述换电柜升降机构与所述换电控制装置连接，用于与所述电池仓位自动对接并取送电池，所述换电柜本体的底部设置驶入换电小车的容纳空间，所述换电小车与所述换电柜升降机构上均设置电池传送装置，用于所述换电小车与所述换电柜升降机构之间自动相互传送电池。

对上述技术方案的改进：相邻所述换电柜之间或前面设置换电车位，所述换电车位上设有智能停车挡板和自动换电间隔杆，所述换电柜集群控制系统与所述智能停车挡板和自动换电间隔杆的控制端通过有线或无线方式连接。

对上述技术方案的进一步改进：所述换电柜本体的柜体框架有两个，每个所述柜体框架内的所述电池仓位上下设置成多层结构，所述换电柜本体包括4根导向立柱，4根所述导向立柱设置在两个所述柜体框架之间的中间位置，所述换电柜升降机构包括电池升降平台、升降绳索及升降电机，所述电池升降平台内设置电池容纳腔，所述电池容纳腔内设置的电池传送装置包括设置在所述电池容纳腔底面上的电池升降平台传动辊及驱动其转动的电机，所述电池升降平台的四个角分别与对应的所述导向立柱滑动连接，所述升降电机设置在所述导向立柱或所述柜体框架顶部，所述升降电机的传动轴上设置传动轮，所述升降绳索的两端分别与所述传动轮及所述电池升降平台连接，用于带动所述电池升降平台升降至其电池容纳腔与对应的所述电池仓位对接位置。

对上述技术方案的进一步改进：所述电池仓位内的电池移动装置包括设置在所述电池仓位底面上的电池仓位传动辊，所述电池仓位传动辊由所述换电柜升降机构或设置在所述电池仓位上的驱动电机通过传动件驱动旋转，所述驱动电机的控制端与所述换电控制装置连接；各所述换电柜本体底部之间铺设贯通的轨道，所述换电小车沿所述轨道移动。

对上述技术方案的进一步改进：所述换电小车为AGV小车，所述AGV小车包括AGV车体、行驶机构及AGV控制系统，所述AGV车体的底盘上设置电池托盘驱动机构，所述电池托盘驱动机构的顶部与电池托盘连接，所述电池托盘驱动机构与所述AGV控制系统连接，用于控制所述电池托盘升降或/和旋转运动，所述底盘上设置定位系统，所述定位系统与所述AGV控制系统连接，用于控制所述电池托盘在三维空间移动和准确定位，所述电池托盘上设置电池传送装置，所述电池传送装置与所述AGV控制系统连接，用于驱动所述电池托盘上放置的电池实现纵向移动和横向移动。

对上述技术方案的进一步改进：所述电池托盘驱动机构包括升降平台、升降机构、旋转平台及旋转机构，所述升降机构的上下两端分别与所述升降平台和所述底盘连接，所述旋转机构的上下两端分别与所述旋转平台和所述升降平台连接，由所述AGV控制系统控制所述升降机构驱动所述升降平台升降，还控制所述旋转机构驱动所述旋转平台转动，所述行驶机构包括行驶驱动装置及行驶滚轮，所述行驶滚轮设置的所述底盘的底部，所述行驶驱动装置驱动所述行驶滚轮转动，所述AGV控制系统与所述行驶机构连接，用于控制所述行驶机构驱动所述AGV小车在换电柜和待换电的电动汽车之间往复运行实现自动换电。

对上述技术方案的进一步改进：所述电池托盘包括设置在所述旋转平台上的框架，所述电池输送装置设置在所述框架上，所述电池输送装置包括纵向输送辊筒、纵向驱动电机、纵向输送同步传动带、升降式横向输送辊筒、横向驱动电机、横向输送同步传动带及电机控制器，所述升降式横向输送辊筒设置在所述升降装置上，所述升降装置的控制端与所述AGV控制系统连接，所述纵向驱动电机通过所述电机控制器与所述AGV控制系统连接，用于控制纵向驱动电机正向或反向转动，使所述纵向输送同步传动带带动所述纵向输送辊筒正转或反转，推动电池移出或导入电池托盘；所述横向驱动电机通过所述电机控制器与所述AGV控制系统连接，用于控制横向驱动电机正向或反向转动，使所述横向输送同步传动带带动所述升降式横向输送辊筒正转或反转，推动电池在所述电池托盘上向左或向右移动。

对上述技术方案的进一步改进：所述的升降机构包括剪叉式升降机构、升降驱动电机及驱动部件，由所述AGV控制系统控制所述升降驱动电机通过驱动部件驱动所述剪叉式升降机构实现升降；所述旋转机构包括转轴、回转齿盘、驱动齿轮、减速机及回转驱动电机，所述转轴竖向设置在所述升降平台顶面上，所述回转齿盘设置在所述转轴上转动，所述回转驱动电机的传动轴与所述减速机连接，所述减速机的输出轴上设置所述驱动齿轮并与所述回转齿盘啮合，由所述AGV控制系统控制所述回转驱动电机通过驱动齿轮驱动所述回转齿盘回转。

对上述技术方案的进一步改进：所述定位系统包括设置在所述底盘两边的两个侧面定位装置和设置在所述底盘前面中间位置的1个正面定位装置，所述侧面视觉定位装置和正面视觉定位装置用于将检测数据上传至所述AGV控制系统，通过控制所述升降机构和旋转机构进行调节所述电池托盘位置，使所述电池托盘与待换电的电动汽车换电仓的仓口位置正对，自动接收电动汽车换电仓自动推出的亏电电池，并自动送到换电柜前，且与换电柜的电池出入口位置正对，将亏电电池送入换电柜的电池出入口内，再将换电柜送出的满电电池导入所述电池托盘上，并将满电电池自动送到待换电的电动汽车换电仓的仓口位置正对处，将满电电池送入换电仓内。

本发明一种上述集群式电动汽车换电设施的换电方法，其特征在于，换电方法包括如下3种换电模式：单台换电柜为一辆电动汽车换电、至少两台换电柜配合为同一辆电动汽车换电及至少两台换电柜配合为至少两辆电动汽车换电，由所述换电柜集群控制系统根据待充电的电动汽车数量及换电柜的工作状况选择其中一种换电模式，为待充电的电动汽车换电。

本发明与现有技术相比的优点和积极效果是：

1、本发明至少由两台换电柜组成集群式电动汽车换电设施，每台换电柜均配置两套不同的换电执行机构，分别用于与电动汽车对接取送电池和与换电柜对接取送电池，各换电柜及其配置的与电动汽车对接取送电池的换电执行机构可以相互配合，可为同一辆电动汽车或多辆电动汽车换电，可以缩短换电时间，提高换电柜的利用率和换电效率；

2、本发明中换电柜配置两套不同的换电执行机构分别为换电小车和换电柜升降机构，换电小车用于自动与电动汽车对接取送更换电池，换电柜升降机构用于与换电柜的电池仓位自动对接并取送电池，换电小车与换电柜升降机构配合实现自动相互传送电池，由于这两套执行机构是并行工作的，因此，可以缩短换电时间，提高效率；

3、本发明中换电柜配置的换电小车为AGV小车，具备自动定位功能，AGV小车可在换电柜和待换电的电动汽车之间往复运行实现自动换电。AGV小车自动到达电动汽车换电仓的仓口处，自动接收电动汽车换电仓自动推出的亏电电池，并自动送到换电柜的充电位，再将换电柜送出的满电电池自动送到电动汽车换电仓的仓口处完成换电，可减少换电站的规模和成本；

4、本发明采用的AGV小车，其结构合理，控制方便，运行可靠，与换电柜及电动汽车配合，便于快速准确地实现无人工更换电动汽车的电池；

5、本发明的换电方法包括3种换电模式，即可使用单台换电柜为一辆电动汽车换电，又可使用多台换电柜为同一辆电动汽车换电，还可使用多台换电柜配合同时为多辆电动汽车换电，换电模式较多，换电方法灵活，可以缩短换电时间，提高换电柜的利用率和换电效率。

附图说明

图1是本发明采用的一种带有AGV小车的换电柜的立体图；

图2是本发明采用的一种AGV小车的立体图；

图3是本发明采用的一种AGV小车中AGV控制系统的原理框图；

图4是本发明采用的一种带有AGV小车的换电柜换电控制原理框图；

图5是本发明采用的一种带有AGV小车的换电柜将电动汽车上换电仓内的亏电电池换下并送入换电柜上的电池仓位的具体步骤框图；

图6是本发明采用的一种带有AGV小车的换电柜将换电柜上的电池仓位内的满电电池取出送入电动汽车上的换电仓内的具体步骤框图；

图7是本发明一种集群式电动汽车换电设施为在换电柜前侧换电车位上的电动汽车换电时展示车尾的立体图；

图8是本发明一种集群式电动汽车换电设施为在换电柜前侧换电车位上的电动汽车换电时展示车头的立体图；

图9是本发明一种集群式电动汽车换电设施为在换电柜之间换电车位上的电动汽车换电时的立体图；

图10是本发明一种集群式电动汽车换电设施实施例中不用铺设轨道的立体图；

图11是本发明一种集群式电动汽车换电设施的系统框图。

图中标记，1-导向立柱、2-升降绳索、3-电池仓位传动辊、4-电池升降平台、5-电池升降平台传动辊、6-升降电机、7-电池仓位、8-柜体框架、9-AGV小车、9.1-行驶滚轮、9.2-底盘、9.3-正面定位装置、9.4-升降式横向输送辊筒、9.5-纵向输送辊筒、9.6-电池托盘、9.7-旋转平台、9.8-升降平台、9.9-旋转机构、9.10-升降机构、9.11-侧面定位装置、10-电动汽车、11-轨道挡块、12-轨道、13-智能停车挡板、14-换电车位、15-换电间隔杆。

实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细描述：

参见图1-图11，本发明一种集群式电动汽车换电设施的实施例，至少包括两台换电柜组成的换电柜集群，所述换电柜集群还包括换电柜集群控制系统或/和云平台，所述换电柜集群控制系统或/和云平台分别与各台所述换电柜通讯，用于控制所述换电柜配合为一辆或多辆电动汽车10换电。所述换电柜包括换电控制装置、换电柜本体和换电小车，所述换电小车与所述换电控制装置无线通讯连接，用于控制换电小车自动与电动汽车对接取送更换电池。所述换电柜本体包括柜体框架8，所述柜体框架8内设置若干电池仓位7、充电装置及换电柜升降机构，所述电池仓位7内设置电池充电插座和电池移动装置，所述电池充电插座与所述充电装置连接，所述换电柜升降机构与所述换电控制装置连接，用于与所述电池仓位自动对接并取送电池。所述换电柜本体的底部设置驶入换电小车的容纳空间，所述换电小车与所述换电柜升降机构上均设置电池传送装置，用于所述换电小车与所述换电柜升降机构之间自动相互传送电池。

进一步地，相邻所述换电柜之间或前面设置换电车位14，在换电车位14上设有智能停车挡板13和自动换电间隔杆15，所述换电柜集群控制系统与所述智能停车挡板13和自动换电间隔杆15的控制端通过有线或无线方式连接。

再进一步地，上述换电柜本体的柜体框架8有两个，每个柜体框架8内的电池仓位7上下设置成多层结构，换电柜本体包括4根导向立柱1，4根导向立柱1设置在两个柜体框架8之间的中间位置，所述换电柜升降机构包括电池升降平台4、升降绳索2及升降电机6，所述电池升降平台4内设置电池容纳腔，所述电池容纳腔内设置的电池传送装置包括设置在所述电池容纳腔底面上的电池升降平台传动辊5及驱动其转动的电机，所述电池升降平台4的四个角分别与对应的所述导向立柱1滑动连接，所述升降电机6设置在所述导向立柱1或柜体框架8顶部，所述升降电机6的传动轴上设置传动轮，所述升降绳索2的两端分别与所述传动轮及所述电池升降平台4连接，用于带动电池升降平台4升降至其电池容纳腔与对应的电池仓位7对接位置。

又进一步地，上述电池仓位7内的电池移动装置包括设置在所述电池仓位底面上的电池仓位传动辊3，电池仓位传动辊3由所述换电柜升降机构或设置在电池仓位7上的驱动电机通过传动件驱动旋转，所述驱动电机的控制端与所述换电控制装置连接。各所述换电柜本体底部之间铺设贯通的轨道12，所述换电小车沿轨道12移动，在轨道12一端设置轨道挡块11。

具体而言：上述换电小车为AGV小车9，AGV小车9包括AGV车体、行驶机构及AGV控制系统，所述AGV车体的底盘9.2上设置电池托盘驱动机构，所述电池托盘驱动机构与电池托盘9.6连接，所述电池托盘驱动机构与所述AGV控制系统连接，用于控制电池托盘9.6升降或/和旋转运动，在底盘9.2上设置定位系统，所述定位系统与所述AGV控制系统连接，用于控制所述电池托盘在三维空间移动和准确定位。在电池托盘9.6上设置电池输送装置，所述电池输送装置与所述AGV控制系统连接，用于驱动电池托盘9.6上放置的电池实现纵向移动和横向移动。

进一步地，上述的电池托盘驱动机构包括升降平台9.8、升降机构10、旋转平台9.7及旋转机构9.9，升降机构9.10的上下两端分别与升降平台9.8和底盘9.2连接，旋转机构9.9的上下两端分别与旋转平台9.7和升降平台9.8连接，由所述AGV控制系统控制升降机构9.10驱动升降平台9.8升降，还控制旋转机构9.9驱动旋转平台9.8转动。所述行驶机构包括行驶驱动装置及行驶滚轮9.1，行驶滚轮9.1设置在底盘9.2的底部，所述行驶驱动装置可以采用电机及驱动部件组成，所述行驶驱动装置驱动所述行驶滚轮9.1转动。所述AGV控制系统与所述行驶机构连接，用于控制所述行驶机构驱动所述AGV小车在换电柜和待换电的电动汽车之间往复运行实现换电。

再进一步地，上述定位系统包括设置在底盘9.2两边的两个侧面定位装置9.11和设置在底盘9.2前面中间位置的1个正面定位装置9.3。侧面视觉定位装置9.11和正面视觉定位装置9.3用于将检测数据上传至所述AGV控制系统，通过控制所述升降机构和旋转机构进行调节所述电池托盘位置，使电池托盘9.6与待换电的电动汽车换电仓的仓口位置正对，自动接收电动汽车换电仓自动推出的亏电电池；再自动送到换电柜前，且与换电柜的电池出入口位置正对，将亏电电池送入换电柜的电池出入口内；然后，将换电柜送出的满电电池导入电池托盘9.6上，并将满电电池自动送到待换电的电动汽车换电仓的仓口位置正对处，将满电电池送入换电仓内。

优选地，上述侧面定位装置9.11和正面定位装置9.3均为视觉定位识别装置或激光定位识别装置。上述视觉定位识别装置和激光定位识别装置都可以采用现有技术。

又进一步地，上述电池托盘9.6包括设置在所述旋转平台上的框架，所述电池输送装置设置在所述框架上，所述电池输送装置包括纵向输送辊筒9.5、纵向驱动电机、纵向输送同步传动带、升降式横向输送辊筒9.4、横向驱动电机、横向输送同步传动带及电机控制器，所述升降式横向输送辊筒9.4设置在升降装置上，所述升降装置的控制端与所述AGV控制系统连接。上述纵向驱动电机通过上述电机控制器与上述AGV控制系统连接，用于控制纵向驱动电机正向或反向转动，使上述纵向输送同步传动带带动纵向输送辊筒9.5正转或反转，推动电池移出或导入电池托盘9.6。所述横向驱动电机通过所述电机控制器与所述AGV控制系统连接，用于控制横向驱动电机正向或反向转动，使所述横向输送同步传动带带动所升降式横向输送辊筒9.4正转或反转，推动电池在电池托盘9.6上向左或向右移动。

更进一步地，上述的AGV控制系统包括北斗/GPS模块、无线通讯模块、正面定位装置、侧面定位装置、避障传感模块及AC/DC供电模块，AC/DC供电模块可以由蓄电池提供电源。上述的AGV控制系统的通过动作控制模块分别控制行驶机构、升降机构、旋转机构、托盘横向驱动机构、托盘纵向驱动机构及托盘纵向驱动升降机构。

使用时，上述升降机构10可以将升降平台9.8及电池托盘9.6举升，配合定位系统适配不同汽车底盘高度的待换电电动汽车。

上述旋转机构9可以将旋转平台9.7及电池托盘9.6旋转，配合定位系统适配不同角度停车的的待换电电动汽车。

如图4所示，本发明采用的带有AGV小车的换电柜中，其换电控制装置采用换电柜工控机，换电柜工控机中包括显示器、喇叭、无线通讯模块和供电模块，换电柜工控机控制充电模块和动作执行模块。充电模块用于控制各个电池仓位7的充电，动作执行模块控制小车升降机构、小车横向驱动机构、小车纵向夹持机构、电池仓横向驱动机构、电池仓锁止机构及电池仓插座插紧机构。

如图11所示，本发明一种集群式电动汽车换电设施采用云平台，云平台通过所述换电柜集群控制系统控制N台带有AGV小车的换电柜。也可以采用云平台直接控制N台带有AGV小车的换电柜，或者，不用云平台，由换电柜集群控制系统直接控制N台带有AGV小车的换电柜。

如图7、图8所示，为给车头前面设置换电仓出入口的电动汽车换电，本发明一种集群式电动汽车换电设施是在换电柜前侧设置换电车位14， 换电小车为AGV小车9时，可以在换电柜底部铺设的轨道12上移动，在轨道12轨道一端设置轨道挡块11，也可以不用设置轨道12。如图9所示，为给车体侧面设置换电仓出入口的电动汽车10换电，本发明一种集群式电动汽车换电设施是在换电柜之间设置换电车位14，换电小车为AGV小车9时，可以在换电柜底部铺设的轨道12上移动，在轨道12轨道一端设置轨道挡块11，也可以不用设置轨道12。

参见图10,换电柜集群配置的换电小车均为AGV小车9，在换电柜底部可不用铺设轨道12。而且，由于AGV小车9具有自动定位功能，电动汽车10的停车位置也可以在离开换电柜较远的位置，这样换电站内就可以设置更多的停车位置，由换电柜集群配合给更多的电动汽车10同时换电。

参见图1-图11，本发明一种上述集群式电动汽车换电设施的换电方法的实施例，换电方法包括如下3种换电模式：单台换电柜为一辆电动汽车10换电、至少两台换电柜配合为同一辆电动汽车10换电及至少两台换电柜配合为至少两辆电动汽车10换电，由所述换电柜集群控制系统根据待充电的电动汽车10数量及换电柜的工作状况选择其中一种换电模式，为待充电的电动汽车换电。

第一种换电方式：参见图5、图6，单台换电柜为一辆电动汽车10换电的具体步骤如下:

步骤1：当有一辆电动汽车10进入换电站内在换电车位14停车后，当换电站内只有一台换电柜空闲时，云平台通过换电柜集群控制系统发出指令，由一台换电柜为一辆电动汽车10换电，AGV小车9接收换电柜前端或侧方换电指令，并移动到对应电动汽车10换电位置；

步骤2： AGV小车9通过自带定位系统调节电池平台至正对电动汽车10换电仓口位置；

步骤3：AGV小车9从电动汽车10上取下第一块亏电电池；

步骤4：AGV小车9移动到换电柜与换电柜的升降机构对接位置，对接后将第一块亏电电池输送给升降机构；同时，换电柜的升降机构在AGV小车9对接位与AGV小车9对接后，从AGV小车9取下第一块亏电电池送入换电柜上空的电池仓位7进行充电，再回到与AGV小车9对接位等待对接；

步骤5：重复步骤1-步骤4，AGV小车9从电动汽车10的换电仓上逐个取下其余的亏电电池；同时，换电柜的升降机构将从电动汽车10上取下的亏电电池逐个送入换电柜上空的电池仓位7进行充电；

步骤6：AGV小车9在换电柜前端或侧方换电位置14接收更换新电池指令；同时，换电柜的升降机构移动至装有满电电池的电池仓位7，取出第一块满电电池；

步骤7：换电柜的升降机构移动至与AGV小车9对接位置，AGV小车9与换电柜的升降机构对接后，换电柜的升降机构将第一块满电电池送给AGV小车9；

步骤8：AGV小车9移动到对应电动汽车10换电位置；

步骤9：AGV小车9通过自带定位系统调节电池平台至正对电动汽车10换电仓口位置；

步骤10：AGV小车9送第一块满电电池进入电动汽车10电池仓；同时，换电柜的升降机构移动至满电电池仓位7，取第二块满电电池；

步骤11：AGV小车9移动到换电柜与升降机构对接位置，换电柜的升降机构移动至与AGV小车9对接位后，将第二块满电电池给AGV小车9；

步骤12：AGV小车9送第二块满电电池进入电动汽车10的换电仓；

步骤13：重复步骤6-步骤12，使电动汽车10的换电仓装满满电电池后，完成整个换电过程。

第二种换电方式：至少两台换电柜配合为同一辆电动汽车10换电的具体步骤如下：

步骤1：当有一辆电动汽车10进入换电站内在换电车位14停车后，当换电站内至少有两台换电柜空闲时，云平台通过换电柜集群控制系统发出指令，由至少两台换电柜配合为一辆电动汽车10换电，各换电柜配置的AGV小车9接收换电柜前端或侧方换电指令，各个AGV小车9按先后顺序移动到对应电动汽车10换电位置，从电动汽车10的换电仓上逐个取下其中的亏电电池；

步骤2：各个AGV小车9携带亏电电池移动到换电柜前与换电柜的升降机构对接位置，对接后将携带的亏电电池输送给升降机构；同时，各个换电柜的升降机构在AGV小车9对接位与AGV小车9对接后，从AGV小车9取下亏电电池送入换电柜上空的电池仓位7进行充电，再回到与AGV小车9对接位等待对接；

步骤3：当电动汽车10的换电仓内亏电电池全部被取出后，云平台通过换电柜集群控制系统发出指令，各个换电柜的AGV小车9在换电柜前端或侧方换电位置14接收更换新电池指令，同时，各个换电柜的升降机构移动至装有满电电池的电池仓位7取出满电电池，再移动至与对应的AGV小车9对接位置，AGV小车9与换电柜的升降机构对接后，换电柜的升降机构将满电电池逐个输送给各AGV小车9；

步骤4：各个AGV小车9按先后顺序移动到对应电动汽车10换电位置，AGV小车9将满电电池逐个进入电动汽车10电池仓；

步骤5：当电动汽车10的换电仓内装满满电电池后，完成整个换电过程。

第三种换电方式：至少两台换电柜配合为至少两辆电动汽车10换电的具体步骤如下：

步骤1：当有至少两辆电动汽车10进入换电站内在换电车位14停车后，当换电站内至少有两台换电柜空闲时，云平台通过换电柜集群控制系统发出指令，由至少两台换电柜配合为至少两辆电动汽车10换电，各换电柜配置的AGV小车9接收换电柜前端或侧方换电指令，各个AGV小车9按先后顺序移动到对应电动汽车10换电位置，分别从各个电动汽车10的换电仓上逐个取下其中的亏电电池；

步骤2：各个AGV小车9携带亏电电池移动到换电柜前与换电柜的升降机构对接位置，对接后将携带的亏电电池输送给升降机构；同时，各个换电柜的升降机构在AGV小车9对接位与AGV小车9对接后，从AGV小车9取下亏电电池送入换电柜上空的电池仓位进行充电，再回到与AGV小车9对接位等待对接；

步骤3：当各个电动汽车10的换电仓内亏电电池全部被取出后，云平台通过换电柜集群控制系统发出指令，各个换电柜的AGV小车9在换电柜前端或侧方换电位置接收更换新电池指令，同时，各个换电柜的升降机构移动至装有满电电池的电池仓位取出满电电池，再移动至与对应的AGV小车9对接位置，AGV小车9与换电柜的升降机构对接后，换电柜的升降机构将满电电池逐个输送给各AGV小车9；

步骤4：各个AGV小车9按先后顺序移动到对应电动汽车10换电位置，AGV小车9将满电电池逐个进入电动汽车10电池仓；

步骤5：当各个电动汽车10的换电仓内装满满电电池后，完成整个换电过程。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内所作出的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种集群式电动汽车换电设施，至少包括两台换电柜组成的换电柜集群，其特征在于，所述换电柜集群还包括换电柜集群控制系统或/和云平台，所述换电柜集群控制系统或/和云平台分别与各台所述换电柜通讯，用于控制所述换电柜配合为一辆或多辆电动汽车换电，所述换电柜包括换电控制装置、换电柜本体和换电小车，所述换电小车与所述换电控制装置无线通讯连接，用于控制换电小车自动与电动汽车对接取送更换电池，所述换电柜本体包括柜体框架，所述柜体框架内设置若干电池仓位、充电装置及换电柜升降机构，所述电池仓位内设置电池充电插座和电池移动装置，所述电池充电插座与所述充电装置连接，所述换电柜升降机构与所述换电控制装置连接，用于与所述电池仓位自动对接并取送电池，所述换电柜本体的底部设置驶入换电小车的容纳空间，所述换电小车与所述换电柜升降机构上均设置电池传送装置，用于所述换电小车与所述换电柜升降机构之间自动相互传送电池。

2.根据权利要求1所述的集群式电动汽车换电设施,其特征在于，相邻所述换电柜之间或前面设置换电车位，所述换电车位上设有智能停车挡板和自动换电间隔杆，所述换电柜集群控制系统与所述智能停车挡板和自动换电间隔杆的控制端通过有线或无线方式连接。

3.根据权利要求2所述的集群式电动汽车换电设施,其特征在于，所述换电柜本体的柜体框架有两个，每个所述柜体框架内的所述电池仓位上下设置成多层结构，所述换电柜本体包括4根导向立柱，4根所述导向立柱设置在两个所述柜体框架之间的中间位置，所述换电柜升降机构包括电池升降平台、升降绳索及升降电机，所述电池升降平台内设置电池容纳腔，所述电池容纳腔内设置的电池传送装置包括设置在所述电池容纳腔底面上的电池升降平台传动辊及驱动其转动的电机，所述电池升降平台的四个角分别与对应的所述导向立柱滑动连接，所述升降电机设置在所述导向立柱或所述柜体框架顶部，所述升降电机的传动轴上设置传动轮，所述升降绳索的两端分别与所述传动轮及所述电池升降平台连接，用于带动所述电池升降平台升降至其电池容纳腔与对应的所述电池仓位对接位置。

4.根据权利要求1-3任一项所述的集群式电动汽车换电设施,其特征在于，所述电池仓位内的电池移动装置包括设置在所述电池仓位底面上的电池仓位传动辊，所述电池仓位传动辊由所述换电柜升降机构或设置在所述电池仓位上的驱动电机通过传动件驱动旋转，所述驱动电机的控制端与所述换电控制装置连接；各所述换电柜本体底部之间铺设贯通的轨道，所述换电小车沿所述轨道移动。

5.根据权利要求1-3任一项所述的集群式电动汽车换电设施,其特征在于，所述换电小车为AGV小车，所述AGV小车包括AGV车体、行驶机构及AGV控制系统，所述AGV车体的底盘上设置电池托盘驱动机构，所述电池托盘驱动机构的顶部与电池托盘连接，所述电池托盘驱动机构与所述AGV控制系统连接，用于控制所述电池托盘升降或/和旋转运动，所述底盘上设置定位系统，所述定位系统与所述AGV控制系统连接，用于控制所述电池托盘在三维空间移动和准确定位，所述电池托盘上设置电池传送装置，所述电池传送装置与所述AGV控制系统连接，用于驱动所述电池托盘上放置的电池实现纵向移动和横向移动。

6.根据权利要求5所述的集群式电动汽车换电设施,其特征在于，所述电池托盘驱动机构包括升降平台、升降机构、旋转平台及旋转机构，所述升降机构的上下两端分别与所述升降平台和所述底盘连接，所述旋转机构的上下两端分别与所述旋转平台和所述升降平台连接，由所述AGV控制系统控制所述升降机构驱动所述升降平台升降，还控制所述旋转机构驱动所述旋转平台转动，所述行驶机构包括行驶驱动装置及行驶滚轮，所述行驶滚轮设置的所述底盘的底部，所述行驶驱动装置驱动所述行驶滚轮转动，所述AGV控制系统与所述行驶机构连接，用于控制所述行驶机构驱动所述AGV小车在换电柜和待换电的电动汽车之间往复运行实现自动换电。

7.根据权利要求6所述的集群式电动汽车换电设施,其特征在于，所述电池托盘包括设置在所述旋转平台上的框架，所述电池输送装置设置在所述框架上，所述电池输送装置包括纵向输送辊筒、纵向驱动电机、纵向输送同步传动带、升降式横向输送辊筒、横向驱动电机、横向输送同步传动带及电机控制器，所述升降式横向输送辊筒设置在所述升降装置上，所述升降装置的控制端与所述AGV控制系统连接，所述纵向驱动电机通过所述电机控制器与所述AGV控制系统连接，用于控制纵向驱动电机正向或反向转动，使所述纵向输送同步传动带带动所述纵向输送辊筒正转或反转，推动电池移出或导入电池托盘；所述横向驱动电机通过所述电机控制器与所述AGV控制系统连接，用于控制横向驱动电机正向或反向转动，使所述横向输送同步传动带带动所述升降式横向输送辊筒正转或反转，推动电池在所述电池托盘上向左或向右移动。

8.根据权利要求6或7所述的集群式电动汽车换电设施,其特征在于，所述的升降机构包括剪叉式升降机构、升降驱动电机及驱动部件，由所述AGV控制系统控制所述升降驱动电机通过驱动部件驱动所述剪叉式升降机构实现升降；所述旋转机构包括转轴、回转齿盘、驱动齿轮、减速机及回转驱动电机，所述转轴竖向设置在所述升降平台顶面上，所述回转齿盘设置在所述转轴上转动，所述回转驱动电机的传动轴与所述减速机连接，所述减速机的输出轴上设置所述驱动齿轮并与所述回转齿盘啮合，由所述AGV控制系统控制所述回转驱动电机通过驱动齿轮驱动所述回转齿盘回转。

9.根据权利要求6或7所述的集群式电动汽车换电设施,其特征在于，所述定位系统包括设置在所述底盘两边的两个侧面定位装置和设置在所述底盘前面中间位置的1个正面定位装置，所述侧面视觉定位装置和正面视觉定位装置用于将检测数据上传至所述AGV控制系统，通过控制所述升降机构和旋转机构进行调节所述电池托盘位置，使所述电池托盘与待换电的电动汽车换电仓的仓口位置正对，自动接收电动汽车换电仓自动推出的亏电电池，并自动送到换电柜前，且与换电柜的电池出入口位置正对，将亏电电池送入换电柜的电池出入口内，再将换电柜送出的满电电池导入所述电池托盘上，并将满电电池自动送到待换电的电动汽车换电仓的仓口位置正对处，将满电电池送入换电仓内。

10.一种如权利要求1-9任一项所述集群式电动汽车换电设施的换电方法，其特征在于，换电方法包括如下3种换电模式：单台换电柜为一辆电动汽车换电、至少两台换电柜配合为同一辆电动汽车换电及至少两台换电柜配合为至少两辆电动汽车换电，由所述换电柜集群控制系统根据待充电的电动汽车数量及换电柜的工作状况选择其中一种换电模式，为待充电的电动汽车换电。