CN116653875A - 一种换电系统及其换电方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种换电系统及其换电方法，所述换电系统包括箱体、定位装置、抬车装置以及换电装置，其中所述箱体中部设置有换电通道，所述换电通道两侧分别设置有第一电池仓、第二电池仓；所述定位装置设置于所述换电通道内，所述定位装置与车辆的四个车轮对应设置；所述抬车装置设置于所述定位装置两侧，用于抬升所述定位装置上的车辆；所述换电装置设置于所述定位装置一侧，所述换电装置用于将车辆上亏电电池搬运至电池仓内，并将电池仓内满电电池搬运至车辆上。本发明提出的换电系统及其换电方法，采用单箱体式换电站，两个电池仓和一个换电通道均集成在一个箱体内，结构紧凑，空间利用率最大化。

Description

一种换电系统及其换电方法

技术领域

本申请涉及换电站技术领域，尤其涉及换电系统及其换电方法。

背景技术

目前市场上主流的换电站大多数都为拼箱式换电站，此类换电站一般具有A、B、C等多个箱体拼装而成来实现电池容量的增加，此种方案占地空间大，运输成本高，装站和落站都需要耗费多余的人力成本去重新调试。

目前市场上主流方案是单仓换电，通过在换电站通道入口通过换电机器人对电池拆卸，单侧通过电池仓取放电池对车辆进行换电，这种单侧换电方式只能满足单侧换电，这就导致电池包容量小，已经不能满足日益增长的车辆换电节奏。对后期维护影响整站换电周期。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供了换电系统及其换电方法，通过增加电池仓位，可以实现更加频繁的电池充换电任务，并且可以实现对电池进行调仓任务，减少日常充换电流程的维修时间，其解决了现有技术中占地空间大，运输成本高的问题。

为了解决上述技术问题，本申请第一方面提出了一种换电系统，该换电系统包括：

箱体，所述箱体中部设置有换电通道，所述换电通道两侧分别设置有第一电池仓、第二电池仓；

定位装置，所述定位装置设置于所述换电通道内，所述定位装置与车辆的四个车轮对应设置；所述定位装置设置有用于定位的V槽，所述V槽上设置有定位传感器，所述定位传感器作为定位失效检测机构，用于检测车辆定位情况；

抬车装置，所述抬车装置设置于所述定位装置两侧，用于抬升所述定位装置上的车辆；

换电装置，所述换电装置设置于所述定位装置一侧，所述换电装置用于将车辆上亏电电池搬运至电池仓内，并将电池仓内满电电池搬运至车辆上。

进一步地，所述定位装置上设置有定位传感器。

在一些实施例中，所述第一电池仓和所述第二电池仓都包括：

缓存架，所述缓存架设置有若干层放料位，所述放料位处设置有用于托起电池的可旋转的托块。

在一些实施例中，所述换电装置包括加解锁RGV、堆垛机，所述加解锁RGV设置于换电通道内，用于搬运电池；所述提升机设置于所述缓存架一侧，用于提升所述放料位上的电池。

第二方面，本申请实施例还提供一种换电方法，所述换电方法包括如下步骤：

车辆进入换电通道，停在定位装置上就位；

定位装置上的定位检测到车轮就位后，车辆归中，使得车辆X/Y方向均到达预设位置，其中车轮行进方向为X方向，垂直于X的方向为Y方向；

抬车装置将车辆抬升至换电位置；

解锁附锁升降机构顶出，浮动板电磁铁松开，加解锁RGV向上举升，电池定位销对车身电池包定位导向，加解锁RGV浮动板根据电池实际位置矫正姿态；

解锁枪解锁电池包，加解锁RGV下降至初始位，电磁铁吸合；

加解锁RGV携带亏电电池包进入第一电池仓或第二电池仓的缓存架底部交互位；

加解锁RGV携带亏电电池包举升至缓存架第二层放料位，第二层放料位托块旋转，加解锁RGV下降至原点位；

堆垛机将满电电池放入缓存架第一层放料位，第一层放料位托块旋转，堆垛机的提升机下降至到位位置，堆垛机的提升机的货叉缩回；

加解锁RGV向上举升，取起满电电池，第一层放料位托块旋转，加解锁RGV下降至原点位；

加解锁RGV携带满电电池回到车辆定位装置，浮动板电磁铁松开，加解锁RGV向上举升，电池包定位销对车身定位；

解锁枪加锁电池包，加解锁RGV下降至初始位，电磁铁吸合；

抬车装置将车辆下降至初始位置；

定位装置回到原点位置，车辆驶出换电站。

优选地，在远程自动情况下，当确定要移动的电池时，充电用电接头必须是拔出的，当货叉去取料位取到料时，将会对放料位置进行判断，当放料位为同仓位时，加解锁RGV将不参与此移换过程，此时将由同仓货叉将电池移到想要放的位置，当电池放料位置在不同仓库时，货叉将电池放到加解锁RGV上，再通过加解锁RGV将电池移送到异仓的对接位，此时有异仓的货叉将电池移动到需要放置的位置，当堆垛机再次回到待机位时换电完成。

优选地，在远程自动情况下，确定异常电池位置，货叉将异常电池从位置上取下，通过堆垛机将电池移送到加解锁RGV对接位，将电池放到加解锁RGV上，由加解锁RGV将电池移送到维护位置，当电池维护好之后，再有加解锁RGV移送入库，由货叉将电池移送到放料位进行充电，当堆垛机回到待机位时而维护任务完成。

优选地，车辆归中定位步骤包括：车辆由进站坡道进站后停在前轮定位装置和后轮定位装置上就位；前轮定位装置上的定位传感器检测到V槽车轮就位后，车辆归中，使得车辆X/Y方向均到达设计位置，此时车轮压住前轮V槽检测位滚筒，V槽两侧滚筒均有信号输出方可认为车辆到位。

进一步地，加解锁RGV携带亏电电池包移库步骤包括：在自动控制条件下，首先判断PLC逻辑判断电池是否同仓移动，模块信号传入PLC判断，当电池仓位号小于等于10号时，电池同仓移位；当电池仓位号大于10小于20号时不同仓，在判断要去仓位的同时还要判断所要去的仓位是取电池还是放电池，当同仓移位时，加解锁RGV不参与电池移送动作，而当异仓取放电池时加解锁RGV需要与堆垛机、货叉协同动作取放电池。

进一步地，车辆归中定位步骤还包括车辆方向判断：雷达信号、定位传感器信号一、定位传感器信号二组成车辆检测系统用来检测车辆进入信号；IO模块信号处理、PLC算法逻辑处理器组成PLC信号处理及逻辑判断系统用来对检测系统传递的电信号进行转化处理及在PLC种进行逻辑算法处理，最终通过处理得出的结果判断识别车辆行驶方向；其中站控系统换电处理对PLC信号处理及逻辑判断系统处理的结果进行换电任务下发。

有益效果

本申请实施例提出的换电系统及其换电方法，其中换电系统的整站为单箱体式换电站，两个电池仓和一个换电通道均集成在一个箱体内，在组装调试、落站时均无需拆解线束拼箱对接箱体，大大节约工作量；且移动时只需一台车辆运输，大大节约运输成本；

车轮归中定位系统增加V槽定位复判，车轮在V槽中心时，传感器同时都有信号，避免因车辆手刹异常或手动换电未松手刹导致车辆定位失效，出现电接头或液冷接头损坏的情况，降低维护率，延长使用寿命；

通过增加换电站内的电池仓位，实现单箱双仓结构，可适应更加频繁的电池充换电任务，并且可以实现对电池进行调仓任务，减少日常充换电流程的维修时间，是一种可靠、易实现且后期维护更方便的单箱式双仓换电站。

基于此种换电系统的换电方法，可以提高换电站的换电效率，提高整站换电周期，提升单个换电站的经济性。

附图说明

图1是本申请实施例1的整体结构俯视示意图；

图2是本申请实施例1的整体结构立体示意图；

图3是本申请实施例1的归中定位系统的结构示意图；

图4是本申请实施例1的缓存架的结构示意图；

图5是本申请实施例1的箱体内部的结构示意图；

图6是本申请实施例1的换电通道布局的结构示意图；

图7是本申请实施例2的换电方法的流程图；

图8是本申请实施例2的换电方法中车辆方向识别系统示意图。

【附图标记说明】

图中：1、充电机；2、热管理系统；3、值班室；4、抬车装置；5、加解锁RGV；6、定位装置；601、定位传感器；7、主控室；8、消防充电架；9、堆垛机；10、缓存架；1001、电池架斜撑杆件；1002、电池托臂；11、消防系统；12、坡道通行平台；13、箱体；14、UPS系统；1501、第一电池仓；1502、第二电池仓。

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结合，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例中若有方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本申请中若涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

换电站多为单工位RGV(Rail Guided Vehicle，有轨制导车辆)换电，通过在换电站通道入口通过换电机器人对电池拆卸，单侧通过电池仓取放电池对车辆进行换电，这种单侧换电方式只能满足单侧换电，这就导致电池包容量小，已经不能满足日益增长的车辆换电节奏。对后期维护影响整站换电周期。本申请实施例提供的换电系统及其换电方法采用了一种更为实用且更加高效的一种方案，应用领域广泛。该发明通过增加电池仓位，可以实现更加频繁的电池充换电任务，并且可以实现对电池进行调仓任务，减少日常充换电流程的维修时间，是一种可靠、易实现且后期维护更方便的一种解决方案。

实施例1：

请参照图1-6，本申请实施例提供一种换电系统，包括箱体13、定位装置、抬车装置以及换电装置，其中所述箱体13中部设置有换电通道，所述换电通道两侧分别设置有第一电池仓1501、第二电池仓1502；所述定位装置设置于所述换电通道内，所述定位装置与车辆的四个车轮对应设置；所述抬车装置设置于所述定位装置两侧，用于抬升所述定位装置上的车辆；所述换电装置设置于所述定位装置一侧，所述换电装置用于将车辆上亏电电池搬运至电池仓内，并将电池仓内满电电池搬运至车辆上。

此实施例中，所述定位装置上设置有定位传感器；所述第一电池仓1501和所述第二电池仓1502都包括缓存架10，所述缓存架10设置有若干层放料位，所述放料位处设置有用于托起电池的可旋转的托块；所述换电装置包括加解锁RGV5、堆垛机9，所述加解锁RGV5设置于换电通道内，用于搬运电池；所述堆垛机设置于所述缓存架10一侧，用于提升所述放料位上的电池。

具体地，箱体13中部处为坡道通行平台12，形成换电通道；其中，所述箱体13的两侧分别设置有电池仓(第一电池仓1501、第二电池仓1502)；两个所述电池仓内均设置有充电机1、热管理系统2、消防充电架8、堆垛机9以及缓存架10；所述缓存架10在电池仓内靠近坡道通行平台12设置，且缓存架10远离坡道通行平台12的一侧设置有堆垛机9，所述堆垛机9远离缓存电池架10的一侧设置有消防充电架8；所述充电机1设置在消防充电架8的后方，且充电机1的一侧设置有热管理系统2；

所述坡道通行平台12的中部设置有加解锁RGV5，且坡道通行平台12位于箱体13内部的两侧均设置有一个抬车装置4；所述坡道通行平台12位于箱体13内部处设置有四个呈矩形分布的定位装置6，且四个定位装置6以坡道通行平台12中部为中心分布，四个所述定位装置6构成归中定位系统；结构紧凑，空间利用率最大化。

归中定位系统是换电车辆X/Y向归中装置，主要由前轮两个归中及后轮两个归中部分组成。所述定位装置6的两侧均设置有一个定位传感器601，且定位传感器601采用对射传感器，作为定位失效检测机构，可检测因车辆手刹异常或手动换电未松手刹导致车辆定位失效，避免换电失败或电连接器损坏等意外情况出现。抬车装置4主要是将车辆升高抬平，辅助加解锁RGV5更换电池，加解锁RGV5在抬车底部转运电池使用。采用两侧独立抬车设计，重量减轻的同时方便组装及保养，抬车高度360mm，轮胎轻微离地或不离地，换电舒适，体验好。

所述电池仓内设置有一个值班室3，且值班室3靠近坡道通行平台12。

所述电池仓内设置有一个主控室7，且主控室7靠近坡道通行平台12。

所述主控室7内设置有风扇，且主控室7背面开门。

所述电池仓内设置有一个UPS系统14以及消防系统11，且消防系统11靠近消防充电架8。

所述热管理系统2为工业空调，所述充电机1背面处开门，且充电机1开门位置设置格栅，工业空调给电池储存仓进行温度调节，保证仓内温度正常。充电机1从开门方向进风，开门设置格栅，侧边出风，确保充电机1不会过热。

所述坡道通行平台12的前后方分别设置有进站坡道和出站坡道。

所述缓存电池架10采用4mm方通管拼接而成；所述缓存电池架10的弯折处固定安装有电池架斜撑杆件1001，所述缓存电池架10沿高度方向分成若干层，且缓存电池架10的若干层内均安装有电池托臂1002。

整个换电系统采用左右双仓式，每侧均配有缓存架10、消防架、堆垛机，每侧可存储10块电池包，共计20块电池包；加解锁RGV5穿梭取放电池包进行电池包的满亏交互，可根据站控信息获取左右电池包的充电情况决定去哪个仓取电池包，换电效率高；缓存架10主体采用4mm方通，大大降低成本，电池架斜撑杆件1001由原来的三角块变为方通，强度加强，电池托臂1002由原来的方通变为槽钢，节约了每层储存位的高度空间得以放下更多的电池储位。

实施例2：

如图7所示，本实施例提供一种基于实施例1中换电系统的换电方法，该换电方法包括如下步骤：

S1：车辆进入换电通道，停在定位装置6上就位；

S2：定位装置6上的定位检测到车轮就位后，车辆归中，使得车辆X/Y方向均到达预设位置，其中车轮行进方向为X方向，垂直于X的方向为Y方向；抬车装置4将车辆抬升至换电位置；

S3：解锁附锁升降机构顶出，浮动板电磁铁松开，加解锁RGV5向上举升，电池定位销对车身电池包定位导向，加解锁RGV5的浮动板根据电池实际位置矫正姿态；

S4：解锁枪解锁电池包，加解锁RGV5下降至初始位，电磁铁吸合；

S5：加解锁RGV5携带亏电电池包进入第一电池仓1501或第二电池仓1502的缓存架10底部交互位(具体根据站控指令来决定仓位)；

S7：加解锁RGV5携带亏电电池包举升至缓存架10第二层放料位，第二层放料位托块旋转，加解锁RGV5下降至原点位；

S8：堆垛机9将满电电池放入缓存架10第一层放料位，第一层放料位托块旋转，堆垛机9的提升机下降至到位位置，堆垛机9的提升机的货叉缩回(加解锁RGV5进入缓存架10前，堆垛机9已经取好满电电池提前等待)；

S9：加解锁RGV5向上举升，取起满电电池，缓存架10第一层放料位托块旋转，加解锁RGV5下降至原点位(与此同时堆垛机9可以取缓存架10第二层放料位的亏电电池进入缓存架10空缺放料位充电)；

S10：加解锁RGV携带满电电池回到车辆定位装置，浮动板电磁铁松开，加解锁RGV向上举升，电池包定位销对车身定位；

S11：解锁枪加锁电池包，加解锁RGV5下降至初始位，电磁铁吸合；

S12：抬车装置4将车辆下降至初始位置；

S13：定位装置6回到原点位置，车辆驶出换电站。

在远程自动情况下，当确定要移动的电池时，充电用电接头必须是拔出的，当货叉去取料位取到料时，将会对放料位置进行判断，当放料位为同仓位时，加解锁RGV5将不参与此移换过程，此时将由同仓货叉将电池移到想要放的位置，当电池放料位置在不同仓库时，货叉将电池放到加解锁RGV5上，再通过加解锁RGV5将电池移送到异仓的对接位，此时有异仓的货叉将电池移动到需要放置的位置，当堆垛机9再次回到待机位时换电完成。

在远程自动情况下，确定异常电池位置，货叉将异常电池从位置上取下，通过堆垛机9将电池移送到加解锁RGV5对接位，将电池放到加解锁RGV5上，由加解锁RGV5将电池移送到维护位置，当电池维护好之后，再有加解锁RGV5移送入库，由货叉将电池移送到放料位进行充电，当堆垛机9回到待机位时而维护任务完成。

进一步地，车辆归中定位步骤包括：车辆由进站坡道进站后停在前轮定位装置和后轮定位装置上就位；前轮定位装置上的定位传感器601检测到V槽车轮就位后，车辆归中，使得车辆X/Y方向均到达设计位置，此时车轮压住前轮V槽检测位滚筒，V槽两侧滚筒均有信号输出方可认为车辆到。

优选地，加解锁RGV5携带亏电电池包移库步骤包括：在自动控制条件下，首先判断PLC逻辑判断电池是否同仓移动，模块信号传入PLC判断，当电池仓位号小于等于10号时，电池同仓移位；当电池仓位号大于10小于20号时不同仓，在判断要去仓位的同时还要判断所要去的仓位是取电池还是放电池，当同仓移位时，加解锁RGV5不参与电池移送动作，而当异仓取放电池时加解锁RGV5需要与堆垛机9、货叉协同动作取放电池。

进一步地，如图8所示，车辆归中定位步骤还包括车辆方向识别系统100：雷达信号101、定位传感器信号一102、定位传感器信号二103组成车辆检测系统107用来检测车辆进入信号；IO模块信号处理104、PLC算法逻辑处理器105组成PLC信号处理及逻辑判断系统用来对检测系统传递的电信号进行转化处理及在PLC种进行逻辑算法处理，最终通过处理得出的结果判断识别车辆行驶方向；其中站控系统换电处理106对PLC信号处理及逻辑判断系统108处理的结果进行换电任务下发。

换电系统中，坡道通行平台12用来对驶入通道的电车进行定位，当车辆定位好之后下方的换电机器人，即加解锁RGV5，会对亏电电池进行拆卸。

其中左右两侧的是电池仓(第一电池仓1501、第二电池仓1502)，当换电机器人把亏电电池移入电池仓内时，用来对亏电电池进行更换为满电电池，再由换电机器人驶入坡道通行平台12进行换电。

其中充电机1用来对亏电电池进行充电。

其中主控室7用来对整体的充换电动作通过PLC进行逻辑控制。

其中加解锁RGV5就是换电机器人，用来对充换电电池进行加解锁及移入移出电池仓(第一电池仓1501、第二电池仓1502)的控制。

其中堆垛机9就是在电池入库、出库、移库、消防和维修过程中，对电池位置进行调换。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (9)

1.一种换电系统，其特征在于，包括：

箱体，所述箱体中部设置有换电通道，所述换电通道两侧分别设置有第一电池仓、第二电池仓；

定位装置，所述定位装置设置于所述换电通道内，所述定位装置与车辆的四个车轮对应设置；所述定位装置设置有用于定位车辆的V槽，所述V槽上设置有定位传感器，所述定位传感器作为定位失效检测机构，用于检测车辆定位情况；

抬车装置，所述抬车装置设置于所述定位装置两侧，用于抬升所述定位装置上的车辆；

换电装置，所述换电装置设置于所述定位装置一侧，所述换电装置用于将车辆上亏电电池搬运至电池仓内，并将电池仓内满电电池搬运至车辆上。

2.如权利要求1所述的换电系统，其特征在于，所述第一电池仓和所述第二电池仓都包括：

缓存架，所述缓存架设置有若干层放料位，所述放料位处设置有用于托起电池的可旋转的托块。

3.如权利要求2所述的换电系统，其特征在于，所述换电装置包括加解锁RGV、堆垛机，所述加解锁RGV设置于换电通道内，用于搬运电池；所述堆垛机设置于所述缓存架一侧，用于提升所述放料位上的电池。

4.一种换电方法，应用于如权利要求1-3任一项所述的换电系统中，其特征在于，所述换电方法包括如下步骤：

车辆进入换电通道，停在定位装置上就位；

定位装置上的定位检测到车轮就位后，车辆归中，使得车辆X/Y方向均到达预设位置，其中车轮行进方向为X方向，垂直于X的方向为Y方向；抬车装置将车辆抬升至换电位置；

解锁附锁升降机构顶出，浮动板电磁铁松开，加解锁RGV向上举升，电池定位销对车身电池包定位导向，加解锁RGV浮动板根据电池实际位置矫正姿态；

解锁枪解锁电池包，加解锁RGV下降至初始位，电磁铁吸合；

加解锁RGV携带亏电电池包进入第一电池仓或第二电池仓的缓存架底部交互位；

加解锁RGV携带亏电电池包举升至缓存架第二层放料位，第二层放料位托块旋转，加解锁RGV下降至原点位；

堆垛机将满电电池放入缓存架第一层放料位，第一层放料位托块旋转，堆垛机的提升机下降至到位位置，堆垛机的提升机的货叉缩回；

加解锁RGV向上举升，取起满电电池，第一层放料位托块旋转，加解锁RGV下降至原点位；

加解锁RGV携带满电电池回到车辆定位装置，浮动板电磁铁松开，加解锁RGV向上举升，电池包定位销对车身定位；

解锁枪加锁电池包，加解锁RGV下降至初始位，电磁铁吸合；

抬车装置将车辆下降至初始位置；

定位装置回到原点位置，车辆驶出换电站。

5.如权利要求4所述的换电方法，其特征在于，在远程自动情况下，当确定要移动的电池时，充电用电接头必须是拔出的，当货叉去取料位取到料时，将会对放料位置进行判断，当放料位为同仓位时，加解锁RGV将不参与此移换过程，此时将由同仓货叉将电池移到想要放的位置，当电池放料位置在不同仓库时，货叉将电池放到加解锁RGV上，再通过加解锁RGV将电池移送到异仓的对接位，此时有异仓的货叉将电池移动到需要放置的位置，当堆垛机再次回到待机位时换电完成。

6.如权利要求4所述的换电方法，其特征在于，在远程自动情况下，确定异常电池位置，货叉将异常电池从位置上取下，通过堆垛机将电池移送到加解锁RGV对接位，将电池放到加解锁RGV上，由加解锁RGV将电池移送到维护位置，当电池维护好之后，再有加解锁RGV移送入库，由货叉将电池移送到放料位进行充电，当堆垛机回到待机位时而维护任务完成。

7.如权利要求4所述的换电方法，其特征在于，车辆归中定位步骤包括：车辆由进站坡道进站后停在前轮定位装置和后轮定位装置上就位；前轮定位装置上的定位传感器检测到V槽车轮就位后，车辆归中，使得车辆X/Y方向均到达设计位置，此时车轮压住前轮V槽检测位滚筒，V槽两侧滚筒均有信号输出方可认为车辆到位。

8.如权利要求4所述的换电方法，其特征在于，加解锁RGV携带亏电电池包移库步骤包括：在自动控制条件下，首先判断PLC逻辑判断电池是否同仓移动，模块信号传入PLC判断，当电池仓位号小于等于10号时，电池同仓移位；当电池仓位号大于10号小于20号时不同仓，在判断要去仓位的同时还要判断所要去的仓位是取电池还是放电池，当同仓移位时，加解锁RGV不参与电池移送动作，而当异仓取放电池时加解锁RGV需要与堆垛机、货叉协同动作取放电池。

9.如权利要求7所述的换电方法，其特征在于，车辆归中定位步骤还包括车辆方向判断：雷达信号、定位传感器信号一、定位传感器信号二组成车辆检测系统用来检测车辆进入信号；IO模块信号处理、PLC算法逻辑处理器组成PLC信号处理及逻辑判断系统用来对检测系统传递的电信号进行转化处理及在PLC种进行逻辑算法处理，最终通过处理得出的结果判断识别车辆行驶方向；其中站控系统换电处理对PLC信号处理及逻辑判断系统处理的结果进行换电任务下发。