CN117022190A - 一种自动化换电装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种自动化换电装置，包括车辆运输轨道、搬运小车、设置在车辆运输轨道内侧的抬升机构以及分别设置在车辆运输轨道左右两侧的电池包拆卸机构和电池包安装机构，抬升机构、电池包拆卸机构和电池包安装机构均设置于换电工位中；搬运小车将车辆搬运至换电工位；抬升机构用于将换电工位处的车辆进行抬升；电池包拆卸机构包括第一固定座、第一升降组件以及拆卸机械手，拆卸机械手由第一升降组件驱动升降拆卸电池包；电池包安装机构包括第二固定座、第二升降组件以及安装机械手，安装机械手由第二升降组件驱动升降安装电池包。本申请能够适用批量车辆的换电需求，实现电池包的自动更换，提高电动汽车的电池包更换效率。

Description

一种自动化换电装置

技术领域

本申请涉及电动汽车电池技术的领域，尤其是涉及一种自动化换电装置。

背景技术

电动汽车是指以车载电源为动力、用电机驱动车轮行驶的车辆，目前电动汽车由于受到电池能量限制，续驶里程通常比较短，在目前电池技术发展水平下，为了满足人们对电动汽车续驶里程的要求，更换电池成为电动汽车快速补充电能的有效手段之一。

集中型充电站是一种对大量电池集中存储、集中充电、统一配送，并在电池配送站内对电动汽车进行电池更换服务的新型续航模式；集中型充电站的换电设备在将电动汽车上的动力电池取下时，需要将取下的动力电池抬升并移动更换。

目前，小型乘用车的电池都固定在车辆的底盘上，进行电池包更换时，需要专用的换电设备移动至车辆底部，以进行电池拆卸或安装。这样的换电方式换电效率低，不适用于集中型充电站大量的换电模式和需求。

发明内容

本申请的目的是提供一种自动化换电装置，能够适用批量车辆的换电需求，实现电池包的自动更换，提高电动汽车的电池包更换效率。

本申请提供的一种自动化换电装置采用如下的技术方案：

一种自动化换电装置，包括车辆运输轨道、行走在车辆运输轨道上的搬运小车、设置在车辆运输轨道内侧的抬升机构以及分别设置在车辆运输轨道左右两侧的电池包拆卸机构和电池包安装机构，抬升机构、电池包拆卸机构和电池包安装机构均设置于换电工位中；

搬运小车两个为一组，对应搬运车辆的前后轮，将车辆搬运至换电工位；抬升机构包括两个前后相对设置的抬升组件，用于将换电工位处的车辆进行抬升；电池包拆卸机构包括第一固定座、第一升降组件以及拆卸机械手，第一升降组件平移连接于第一固定座，拆卸机械手连接于第一升降组件，并由第一升降组件驱动升降拆卸电池包；电池包安装机构包括第二固定座、第二升降组件以及安装机械手，第二升降组件平移连接于第二固定座，安装机械手连接于第二升降组件，并由第二升降组件驱动升降安装电池包。

作为本申请的一种优选技术方案，一组的两个所述搬运小车之间连接有挂杆，挂杆与两个搬运小车可拆卸连接，且挂杆的长度可调节。

作为本申请的一种优选技术方案，所述搬运小车两侧设置有车轮停驻板，车轮停驻板上设置有车轮凹槽，车辆运输轨道两侧平行设置有车轮支撑，车轮停驻板设置于车轮支撑上。

作为本申请的一种优选技术方案，所述第一固定座上设置有与车辆运输轨道垂直的第一平移导轨，第一升降组件包括第一滑动座、固定连接在第一滑动座上的第一升降气缸以及连接在第一滑动座上的动力机构，拆卸机械手连接在第一升降气缸顶部。

作为本申请的一种优选技术方案，所述拆卸机械手包括四个能够夹持在电池包四个侧面的夹持板和连接在四个夹持板之间的连接推板，连接推板连接于第一升降气缸顶部。

作为本申请的一种优选技术方案，所述第一固定座远离车辆运输轨道的一侧设置有电池包放置平台，电池包放置平台包括放置支架和安装在放置支架上的两组第一输送带，两组第一输送带平行设置，靠近车辆运输轨道的一端均设置有卸料支架，连接推板上开设有与卸料支架对应的贯通槽，卸料支架可伸入到连接推板与夹持的电池包之间。

作为本申请的一种优选技术方案，所述第二固定座上设置有与车辆运输轨道垂直的第二平移导轨，第二升降组件包括第二滑动座、固定连接在第二滑动座上的第二升降气缸以及连接在第二滑动座上的动力机构，安装机械手连接在第二升降气缸顶部。

作为本申请的一种优选技术方案，所述安装机械手包括相对设置的两个上升插板和连接设置于两个上升插板之间的真空吸盘，真空吸盘连接于第二升降气缸顶部。

作为本申请的一种优选技术方案，所述第二固定座远离车辆运输轨道的一侧设置有电池包抓取架，电池包抓取架包括电池存储支架和伸缩支撑板，电池存储支架上设置有电池包存储仓，电池包存储仓底部设置有出口，伸缩支撑板设置在出口处打开或者关闭出口，安装机械手通过出口可伸入到电池包存储仓中。

作为本申请的一种优选技术方案，还包括控制器，控制器与搬运小车、抬升机构、电池包拆卸机构和电池包安装机构的动力源电性连接，并控制搬运小车、抬升机构、电池包拆卸机构和电池包安装机构的工作。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请的装置利用搬运小车来搬运需要更换电池包的车辆，车辆先停驻到搬运小车上，然后由搬运小车将车辆运送至换电工位中，再由抬升机构将车辆抬升起来，方便其他设施能够进入到车辆底部对电池包进行拆卸和安装。

2.电池包拆卸机构采用能够平移的结构，当车辆被抬升机构抬升起来之后，拆卸机械手平移到车辆下方，将电池包快速拆卸下来，然后再移走放置到电池包放置平台被输送走，实现电池包的流程化、自动化拆卸运输。

3.电池包安装机构采用能够平移的结构，当旧的电池包被拆卸完之后，安装机械手从电池包抓取架上抓取新的电池包，然后平移到车辆下方，安装机械手上升将电池包安装到车辆底盘上，实现电池包的流程化、自动化运输安装。

4.本申请采用两个搬运小车配合运输车辆，并且两个搬运小车之间的距离可调，使得本装置能够适用不同轴距的车辆，适用范围更广。

5.本申请的装置在控制器的控制下能够自动运行，实现电池包更换的自动化，减少人工参与，提高了批量更换电池包工作的效率。

附图说明

图1是本申请实施例的整体结构示意图；

图2是本申请实施例中车辆运输轨道与搬运小车的结构示意图；

图3是本申请实施例中电池包拆卸机构与电池包放置平台的结构示意图；

图4是本申请实施例中电池包安装机构与电池包抓取架的结构示意图；

图中，1、车辆运输轨道；11、车轮支撑；2、搬运小车；21、挂杆；22、车轮停驻板；3、抬升机构；31、升降柱；32、托盘；4、电池包拆卸机构；41、第一固定座；42、第一平移导轨；43、第一滑动座；44、第一升降气缸；5、电池包安装机构；51、第二固定座；52、第二平移导轨；53、第二滑动座；54、第二升降气缸；6、拆卸机械手；61、夹持板；62、连接推板；7、安装机械手；71、上升插板；72、真空吸盘；8、电池包放置平台；81、放置支架；82、第一输送带；83、卸料支架；9、电池包抓取架；91、电池存储支架；92、伸缩支撑板。

具体实施方式

以下结合附图1-附图4，对本申请作进一步详细说明。

实施例：本实施例提出一种自动化换电装置，参照图1和2，该装置包括车辆运输轨道1、搬运小车2、抬升机构3、电池包拆卸机构4、电池包安装机构5、电池包放置平台8、电池包抓取架9和控制器。

车辆运输轨道1包括两条平行的直线导轨，两个直线导轨的外侧各平行设置有一条车轮支撑11，车轮支撑11的高度高于直线导轨的高度，车辆运输轨道1中段设置有换电工位，换电工位作为车辆更换电池包的工位，抬升机构3、电池包拆卸机构4、电池包安装机构5、电池包放置平台8和电池包抓取架9均布置在换电工位中。搬运小车2两个为一组，对应搬运车辆的前后轮，一前一后行驶在车辆运输轨道1上，将车辆搬运至换电工位，两个搬运小车2之间通过挂杆21连接，使两个搬运小车2能够同步移动，挂杆21与两个搬运小车2可拆卸连接，本实施例中采用螺栓连接，挂杆21的长度可调节，本实施例中挂杆21分成两节，两节之间也通过螺栓连接，并且连接的一端设置多个连接孔，通过使用不同位置的连接孔，来控制两个搬运小车2之间的距离，进而使两个搬运小车2能够适用不同轴距的车辆搬运，本实施例中搬运小车2采用电动搬运器。搬运小车2两侧均固定设置有车轮停驻板22，车轮停驻板22上设置有车轮凹槽，车轮停驻板22设置于车轮支撑11上，需要更换电池包的车辆车轮停驻在车轮停驻板22上，避免车辆在搬运过程中发生位移。

抬升机构3设置在车辆运输轨道1的内侧，并位于换电工位中，抬升机构3包括两个前后相对设置的抬升组件，用于将换电工位处的车辆进行抬升，本实施例中抬升组件包括由液压驱动的升降柱31和固定在升降柱31顶部的托盘32，升降柱31下端埋设于地面下，托盘32为平板结构，宽度小于车辆运输轨道1的两条直线导轨之间的距离，抬升机构3处于低位时，升降柱31整体收缩于地表以下，托盘32紧贴地面，抬升机构处于高位时，升降柱31伸出，托盘32抵接在车辆底盘上，将车辆向上托起远离搬运小车2，并与搬运小车2之间留有足够的工作空间。

电池包拆卸机构4和电池包安装机构5分别设置在车辆运输轨道1的左右两侧，同时位于换电工位中，电池包拆卸机构4用于将抬升起来的车辆底盘电池包拆卸下来，电池包安装机构5用于将新的电池包安装到车辆底盘上。电池包放置平台8设置在电池包拆卸机构4远离车辆运输轨道1的一侧，电池包拆卸机构4将拆卸的旧电池包放置到电池包放置平台8上，并由电池包放置平台8将旧电池包运走，电池包抓取架9设置在电池包安装机构5远离车辆运输轨道1的一侧，电池包抓取架9用于摞放新的电池包，电池包安装机构5从电池包抓取架9上抓取电池包，并安装到车辆底盘上。

参照图1和3，电池包拆卸机构4包括第一固定座41、第一升降组件以及拆卸机械手6，第一升降组件平移连接在第一固定座41上，拆卸机械手6连接在第一升降组件上，能够随着第一升降组件一起移动和被第一升降组件驱动上升、下降，来拆卸电池包；第一固定座41上固定设置有第一平移导轨42，本实施例中第一平移导轨42采用两个光杆结构，两个光杆与车辆运输轨道1的走向垂直；第一升降组件包括第一滑动座43、固定连接在第一滑动座43上的第一升降气缸44以及连接在第一滑动座43上的动力机构，第一滑动座43上设置有套接于第一平移导轨42上的滑套，第一升降气缸44竖直向上布置连接在第一滑动座44上，拆卸机械手6连接在第一升降气缸44的活塞杆顶部，第一滑动座43的动力机构采用气缸，也可以采用电机驱动的齿轮齿条机构或者电机驱动的行走轮机构，本实施例中采用气缸结构，气缸设置在第一滑动座43远离车辆运输轨道1的一侧并与第一滑动座43连接，来推动第一滑动座43的移动，使第一滑动座43能够进入到车辆下方和从车辆下方移出。

拆卸机械手6包括四个竖直向上的夹持板61和连接推板62，连接推板62呈矩形，且与需要拆卸的电池包形状相适配，四个夹持板61固定在连接推板62的四个侧边中间位置处，拆卸机械手6可伸入到车辆电池包的安装仓内，四个夹持板61能够夹持在电池包的四个侧面，连接推板从下方承托电池包，连接推板62通过下表面连接在第一升降气缸44的活塞杆顶部。

电池包放置平台8包括放置支架81、两组第一输送带82和两组卸料支架83，两组第一输送带82平行架设于放置支架81上，并且两组第一输送带82走向垂直于车辆运输轨道1，卸料支架83高度高于第一输送带82的高度，且向第一输送带82方向倾斜，设置在第一输送带82靠近车辆运输轨道1的一端，拆卸机械手6抓取的电池包先放置在卸料支架83上，然后再放置到平移放置到第一输送带82，连接推板62上表面避让夹持板61的位置开设有与卸料支架83对应的贯通槽，卸料支架83可伸入到连接推板62与夹持的电池包之间。在进行电池包卸料时，平移电池包使其搭放到卸料支架83上，然后下撤拆卸机械手6，使电池包完全落入到卸料支架83上，电池包沿着卸料支架83上的斜面下滑落到第一输送带82上，并由第一输送带82送走。

参照图1和4，电池包安装机构5包括第二固定座51、第二升降组件以及安装机械手7，第二升降组件平移连接在第二固定座51，安装机械手7连接在第二升降组件顶部，并能够随着第二升降组件一起移动和被第二升降组件驱动上升、下降，来抓取和安装电池包；第二固定座51上固定设置有第二平移导轨52，本实施例中第二平移导轨52采用两个光杆结构，两个光杆与车辆运输轨道1的走向垂直；第二升降组件包括第二滑动座53、固定连接在第二滑动座53上的第二升降气缸54以及连接在第二滑动座53上的动力机构，第二滑动座53上设置有套接于第二平移导轨52上的滑套，第二升降气缸54竖直向上布置连接在第二滑动座53上，安装机械手7连接在第二升降气缸54的活塞杆顶部，第二滑动座53的动力机构采用气缸，也可以采用电机驱动的齿轮齿条机构或者电机驱动的行走轮机构，本实施例中采用气缸结构，气缸设置在第二滑动座53远离车辆运输轨道1的一侧并与第二滑动座53连接，来推动第二滑动座53的移动，使第二滑动座53能够进入到车辆下方和从车辆下方移出。

安装机械手7包括两个上升插板71和真空吸盘72，真空吸盘72呈矩形结构，上侧面均布有若干小吸盘，两个上升插板71相对设置在真空吸盘72的两个侧边，真空吸盘72下表面连接在第二升降气缸54的活塞杆顶部。

电池包抓取架9包括电池存储支架91和伸缩支撑板92，电池存储支架91下方为抓取空间，安装机械手7可平移到抓取空间内，电池存储支架91上方设置为电池包存储仓，电池包存储仓用于从上向下层层叠放电池包新的电池包，存储仓底部设置有出口，伸缩支撑板92设置在出口处，本实施例中伸缩支撑板92水平移动，并由气缸驱动平移打开或者关闭出口，安装机械手7可通过出口伸入到电池包存储仓中抓取电池包。具体为，安装机械手7平移到电池包存储仓下方，伸缩支撑板92后撤打开出口，电池包下落到安装机械手7的真空吸盘72上，并被真空吸盘72吸住，上升插板71起到对电池包下落的导向作用，然后安装机械手7下撤，同时伸缩支撑板92前伸关闭出口，安装机械手7平移到车轮下方安装电池包。

本实施例中控制器采用PLC控制器，控制器与搬运小车2、抬升机构3、电池包拆卸机构4和电池包安装机构5的动力源电性连接，并控制搬运小车2、抬升机构3、电池包拆卸机构4和电池包安装机构5的工作，同时也控制着电池包放置平台8和电池包抓取架9的工作状态。

本具体实施方式的实施例均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，其中相同的零部件用相同的附图标记表示。故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动化换电装置，其特征在于，包括车辆运输轨道（1）、行走在车辆运输轨道（1）上的搬运小车（2）、设置在车辆运输轨道（1）内侧的抬升机构（3）以及分别设置在车辆运输轨道（1）左右两侧的电池包拆卸机构（4）和电池包安装机构（5），抬升机构（3）、电池包拆卸机构（4）和电池包安装机构（5）均设置于换电工位中；

搬运小车（2）两个为一组，对应搬运车辆的前后轮，将车辆搬运至换电工位；抬升机构（3）包括两个前后相对设置的抬升组件，用于将换电工位处的车辆进行抬升；电池包拆卸机构（4）包括第一固定座（41）、第一升降组件以及拆卸机械手（6），第一升降组件平移连接于第一固定座（41），拆卸机械手（6）连接于第一升降组件，并由第一升降组件驱动升降拆卸电池包；电池包安装机构（5）包括第二固定座（51）、第二升降组件以及安装机械手（7），第二升降组件平移连接于第二固定座（51），安装机械手（7）连接于第二升降组件，并由第二升降组件驱动升降安装电池包。

2.根据权利要求1所述的一种自动化换电装置，其特征在于，一组的两个所述搬运小车（2）之间连接有挂杆（21），挂杆（21）与两个搬运小车（2）可拆卸连接，且挂杆（21）的长度可调节。

3.根据权利要求1所述的一种自动化换电装置，其特征在于，所述搬运小车（2）两侧设置有车轮停驻板（22），车轮停驻板（22）上设置有车轮凹槽，车辆运输轨道（1）两侧平行设置有车轮支撑（11），车轮停驻板（21）设置于车轮支撑（11）上。

4.根据权利要求1所述的一种自动化换电装置，其特征在于，所述第一固定座（41）上设置有与车辆运输轨道（1）垂直的第一平移导轨（42），第一升降组件包括第一滑动座（43）、固定连接在第一滑动座（43）上的第一升降气缸（44）以及连接在第一滑动座（43）上的动力机构，拆卸机械手（6）连接在第一升降气缸（44）顶部。

5.根据权利要求4所述的一种自动化换电装置，其特征在于，所述拆卸机械手（6）包括四个能够夹持在电池包四个侧面的夹持板（61）和连接在四个夹持板（61）之间的连接推板（62），连接推板（62）连接于第一升降气缸（44）顶部。

6.根据权利要求5所述的一种自动化换电装置，其特征在于，所述第一固定座（41）远离车辆运输轨道（1）的一侧设置有电池包放置平台（8），电池包放置平台（8）包括放置支架（81）和安装在放置支架（81）上的两组第一输送带（82），两组第一输送带（82）平行设置，靠近车辆运输轨道（1）的一端均设置有卸料支架（83），连接推板（62）上开设有与卸料支架（83）对应的贯通槽，卸料支架（83）可伸入到连接推板（62）与夹持的电池包之间。

7.根据权利要求1所述的一种自动化换电装置，其特征在于，所述第二固定座（51）上设置有与车辆运输轨道（1）垂直的第二平移导轨（52），第二升降组件包括第二滑动座（53）、固定连接在第二滑动座（53）上的第二升降气缸（54）以及连接在第二滑动座（53）上的动力机构，安装机械手（7）连接在第二升降气缸（54）顶部。

8.根据权利要求7所述的一种自动化换电装置，其特征在于，所述安装机械手（7）包括相对设置的两个上升插板（71）和连接设置于两个上升插板（71）之间的真空吸盘（72），真空吸盘（72）连接于第二升降气缸（54）顶部。

9.根据权利要求8所述的一种自动化换电装置，其特征在于，所述第二固定座（51）远离车辆运输轨道（1）的一侧设置有电池包抓取架（9），电池包抓取架（9）包括电池存储支架（91）和伸缩支撑板（92），电池存储支架（91）上设置有电池包存储仓，电池包存储仓底部设置有出口，伸缩支撑板（92）设置在出口处打开或者关闭出口，安装机械手（7）可通过出口伸入到电池包存储仓中。

10.根据权利要求1-9任一项所述的一种自动化换电装置，其特征在于，还包括控制器，控制器与搬运小车（2）、抬升机构（3）、电池包拆卸机构（4）和电池包安装机构（5）的动力源电性连接，并控制搬运小车（2）、抬升机构（3）、电池包拆卸机构（4）和电池包安装机构（5）的工作。