CN117068109B - 换电系统和换电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种换电系统和换电方法。换电系统包括移动设备和举升设备，其中，移动设备与举升设备是彼此独立的设备，其中，举升设备布置在用于待换电的电动车辆的基准换电位置的两侧，举升设备具有至少两个举升机构，其中，移动设备能够移动到预备换电位置，在所述预备换电位置中，举升机构能够作用在移动设备上，使得移动设备沿着竖直方向在实际换电位置和预备换电位置之间移动，移动设备在实际换电位置中将电动车辆的待更换的电池包取下。本发明还涉及一种换电方法，该换电方法通过按照本发明的换电系统实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种分体式换电系统，其用于电动车辆、尤其是电动卡车的电池包更换，该换电系统包括移动设备和举升设备，其中，移动设备与举升设备是彼此独立的设备。本发明还涉及一种通过该分体式换电系统进行换电的方法。
背景技术
电动卡车的电池包安装方式主要分为后背式和悬挂式。对于悬挂式的安装方式，电池包布置在车辆底盘内。针对悬挂式安装的电池包，电池包的更换通常通过换电设备（例如AGV小车）实现。
由现有技术已知一种吊装式换电站，其包括用于容纳电池包仓以及与电池包仓平行设置的换电机器人的箱体，两个换电机器人均具有自身的举升机架并且能够沿轨道运动，从车辆两侧进行电池包更换。该解决方案对基建的要求较高，且是悬臂结构，不利于精度和寿命。
由现有技术还已知一种具有换电设备的换电站，在进行换电时，空载的换电设备驶入电动车辆的下方，通过自身的举升设备举升电池包到达安装位置，在该解决方案中，由于移动设备具有举升设备，因此设计得较为厚重，从而在设计中对电动车辆底盘距离地面的高度作出了具体限制，因而缩小了这种换电站的应用范围，同时，该解决方案中的移动设备无法在水平面内进行调整，运行精度无法得到保证。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种应用范围广泛的、构造简单的换电系统。此外，本发明涉及一种通过该换电系统进行换电的方法。
本发明在第一方面涉及一种用于电动卡车的换电系统，该换电系统包括移动设备和举升设备，其中，移动设备与举升设备是彼此独立的设备，其中，举升设备布置在用于待换电的电动车辆的基准换电位置的两侧，举升设备具有至少两个举升机构，其中，移动设备能够移动到预备换电位置，在所述预备换电位置中，举升机构能够作用在移动设备上，使得移动设备沿着竖直方向在实际换电位置和预备换电位置之间移动，移动设备在实际换电位置中将电动车辆的待更换的电池包取下，其中，移动设备包括支承台和驱动轮，支承台用于承载待更换的电池包，驱动轮能转动地安装在支承台中，并且支承台具有30-300mm的高度。
按照本发明，通过移动设备和举升设备之间不具有固定连接的分体式换电系统实现了移动设备的轻薄化的设计，使得该移动设备能够用于为不同型号的电动车辆、尤其是具有双层电池包的电动车辆进行换电，尽可能地不受电池包底面离地高度的限制，从而提高换电系统的应用范围，同时也简化了用于换电系统的基础施工结构，省去了在基准换电位置处挖设用于容纳换电系统的沟槽，实现在换电位置中的平坦的地面。另一方面，由于移动设备本身不需要具备自身的举升机构，从而大大降低了能耗和复杂度，因此可以将移动设备设计为充电式的移动设备，从而在运行时无需外接电缆，提高了便捷性。
在本发明的一种优选的设计方案中规定，移动设备具有驱动器，尤其是仅具有驱动器而不具有转向机构，并且换电系统具有用于移动设备的轨道，使得移动设备沿着轨道移动到预备换电位置，其中，所述轨道布置在换电系统的平坦的地面上。通过设置轨道能够以简单的可复现的方式使移动设备可靠地到达预备换电位置中。
在本发明的另一种优选的设计方案中规定，移动设备具有驱动器和转向机构，移动设备能够自行移动到预备换电位置中。移动设备的转向机构能够实现移动设备的转向，从而以简单的方式实现移动设备沿着车辆横向和车辆纵向的位置适配，从而例如在电动车辆的停泊位置存在偏差时能够准确地使移动设备到达适配的预备换电位置中。
在本发明的另一种优选的设计方案中规定，支承台的高度在此是指支承台的上表面距离地面的高度。在一种设计方案中，移动设备可以具有200-400mm的总高度。在一种设计方案中，驱动轮的高度可以为移动设备的总高度。由此可以将移动设备的总高度保持得很小。此外，通过将驱动轮安装在支承台中，使得移动设备能够设计得更加紧凑和轻薄，移动设备的较低的总高度使得移动设备能够适用于多种电动车辆，而无需将电动车辆抬高。此外，移动设备的较低的总高度尤其用于悬挂有双层电池包的电动卡车，因为这种电动卡车的电池包离地间隙相比传统的电动卡车偏低，并且现有的换电系统基本无法对其进行换电。
在本发明的另一种优选的设计方案中规定，举升机构设计为移动式的。通过这种设计一方面能够方便地改造现有的换电系统，即为其加装移动式的举升机构并且相应地应用安装本发明的移动设备，另一方面能够根据待换电的电动车辆的尺寸对举升机构的位置进行适配，从而进一步增大换电系统的应用范围。
在本发明的另一种优选的设计方案中规定，举升机构具有举升臂，举升机构能够通过举升臂作用在移动设备上，举升臂能够额外地围绕竖直方向的旋转轴线转动。由此能够以简单的方式满足在待换电的电动车辆的位置存在一定偏移量时的换电要求。换言之，在由于待换电的电动车辆的位置偏差而使得移动设备的预备换电位置与基准换电位置存在偏差时，通过举升臂的旋转使得举升臂与移动设备之间的作用位置得到适配，从而确保对移动设备的安全举升。在本发明的另一种优选的设计方案中规定，举升机构具有能够作用在支承台上的伸缩式的举升元件。在本发明的另一种优选的设计方案中规定，移动设备在支承台中具有解锁机构，该解锁机构能够在移动设备处于实际换电位置中时与电池包的锁定装置作用，使得锁定装置解锁，从而使电池包支承到支承台上，由此以简单的方式实现电池包的解锁。
在本发明的一种优选的设计方案中规定，在举升设备的至少一个举升机构上和/或在地面上设置有至少一个第一传感器，该第一传感器检测待换电的电动车辆的停泊位置与基准换电位置之间的偏差作为第一传感器信号。通过该第一传感器能够以简单的方式确定待换电的电动车辆的停泊位置与基准换电位置之间的偏差。
在本发明的另一种优选的设计方案中规定，移动设备具有至少一个第二传感器，第二传感器检测待更换的电池包的底面与移动设备之间的相对定位作为第二传感器信号。通过该第二传感器能够精确地获知移动设备与待更换的电池包之间的相对定位，以确定移动设备、例如移动设备的支承台与待换电池包底面的位置关系，提高换电系统运行的精确性。
在本发明的另一种优选的设计方案中规定，换电系统具有中央控制单元和中央数据处理单元，其中，由中央数据处理单元处理第一传感器信号和第二传感器信号并且产生相应的参考信号，接着将相应的参考信号与中央控制单元的控制指令共同地分别传输给举升设备以及移动设备。以此方式能够集中地处理各个传感器的检测数据并且产生相应的参考信号，由此降低系统的复杂性，从而降低成本。
在本发明的第二方面中涉及一种换电方法，该换电方法通过按照本发明的换电系统实施，该换电方法具有以下步骤：
- 待换电的电动车辆驶入基准换电位置；
- 移动设备移动至预备换电位置中；
- 通过举升设备将移动设备抬升至实际换电位置中，换下待更换的电池包；
- 通过举升设备将移动设备降低回到预备换电位置中，将换下的电池包更换为新的电池包；
- 通过举升设备的举升机构将移动设备抬升至实际换电位置中，并且将新更换的电池包安装至车辆中；
- 通过举升设备将移动设备降低回到预备换电位置中。
按照本发明的优选设计方案，还规定了以下步骤：
- 通过举升机构的第一传感器确定待换电的电动车辆的停泊位置与基准换电位置之间的偏差，并且相应地产生第一传感器信号；
- 根据第一传感器信号产生第一参考信号；
- 参照第一参考信号使移动设备移动至预备换电位置中；
- 通过移动设备的支承台中的第二传感器检测待更换的电池包的底面与支承台之间的相对定位，并且相应地产生第二传感器信号；
- 根据第二传感器信号产生第二参考信号；
- 参照第二参考信号通过举升设备的举升臂使移动设备移动至实际换电位置中。
附图说明
以下结合具体实施例并参照附图详细阐述本发明的上述特征和优点以及实现它们的方式，但本发明并不局限于具体实施例的特征。在附图中：
图1示出了处于基准换电位置中的待换电的电动车辆和基准换电位置两侧的举升设备；
图2示出了分体式换电系统的举升设备和移动设备，其中，移动设备处于向预备换电位置移动的过程中，其中，未示出处于基准换电位置中的待换电的电动车辆；
图3示出了分体式换电系统的举升设备和移动设备，其中，移动设备处于预备换电位置并且举升机构的举升臂作用在移动设备上；
图4示出了被举升机构抬升至实际换电位置中的移动设备。
具体实施方式
图1示出了行驶至基准换电位置中的待换电的电动车辆1，在基准换电位置两侧设置有举升设备，在该实施方式中，举升设备具有三个举升机构2，在此仅对其中一个举升机构标注了附图标记。在该实施方式中，每个举升机构具有至少一个举升臂3。在一种有利的实施方式中，举升臂3围绕竖直方向的轴线进行旋转，从而例如能够在移动设备移入预备换电位置时为移动设备空出移动路径。
图2示出了向预备换电位置移动的过程中的移动设备4，其中，移动设备具有用于支承电池包的支承台5和驱动轮6，其中，驱动轮能转动地安装在支承台中，并且支承台具有30-300mm的高度。驱动轮可由未标明附图标记的驱动器驱动。在一种优选的实施方式中，移动设备还具有转向机构，从而使移动设备能够沿着车辆横向和车辆纵向对其位置进行适配。备选地，在换电系统的平坦的地面上设置有用于移动设备的轨道，移动设备能够沿着轨道移动到预备换电位置中。在一种备选的实施方式中，举升机构具有伸缩式的举升元件，在该实施方式中，当伸缩元件处于未伸展的状态中时，举升机构的高度小于支承台的下表面与地面之间的距离，使得移动设备能够顺利地驶到举升机构上方，从而使举升机构的伸缩元件能够通过向上伸长从下方作用在移动设备的支承台上，并且将移动设备抬升。
图3示出了分体式换电系统的举升设备和移动设备，其中，移动设备处于预备换电位置并且举升机构的举升臂作用在移动设备上。在此，举升臂具有大致“之”字形弯折的结构，并且举升臂的下端部段伸入到支承台的下方。在此，三个举升机构的举升臂同时作用到移动设备上，从而能够稳定地将移动设备升起。此外，也可以设置两个举升机构，此时举升臂具有足够的宽度以保持稳定。此外，也可以设置四个或更多个举升机构，尤其当举升机构是可以移动的举升机构时，可以根据实际需要进行设置。此外还可以规定，举升臂能够围绕竖直的轴线转动，用于调整举升臂与移动设备之间的作用位置，从而确保安全可靠地抬升移动设备。
图4示出了被举升机构抬升至实际换电位置中的移动设备。此时，移动设备被升举到实际换电位置，进而通过电池包的解锁，使电池包可以被移动设备承接，然后移动设备通过举升机构下降到地面，从而完成电池包的取下。
换电系统可以具有未示出的中央控制单元，中央控制单元能够输出控制指令，并且通过该控制指令控制举升设备和移动设备以执行换电过程。
具体地，在待换电的电动车辆行驶至基准换电位置中时，例如通过由操作人员在换电系统的中央控制单元处发出控制指令来启动换电过程，移动设备在接收到控制指令之后通过驱动器驱动移动设备的驱动轮向预备换电位置移动，在到达预备换电位置之后，举升机构的举升臂在相应的作用位置处位于移动设备下方，操作人员通过中央控制单元发出控制指令，举升设备在接收到控制指令之后使举升机构的举升臂向上运动，从而将移动设备抬升至如图4所示的实际换电位置中，并且将安装在电动车辆的底盘处的待换电池包换下，在该实施方式中，移动设备可以在支承台中具有未示出的解锁机构，该解锁机构能够在移动设备处于实际换电位置中时与电池包的锁定装置作用，使得锁定装置解锁，从而使电池包支承到支承台上。在换下待换电池包之后，通过控制指令控制举升臂下降，使移动设备下降至预备换电位置中，在此例如可以控制移动设备到达其它位置、例如基站位置中以将新的电池包更换到移动设备上，在更换新的电池包之后通过控制指令使移动设备移动至换电预备位置，并且通过举升臂再次抬升至实际换电位置中，并且将新的电池包安装到电动车辆的底盘处。
在此，控制指令的发出和接收例如可以通过已知的通信模块实现。
在一种有利的实施方式中，可以补偿待换电的电动车辆的停泊位置与基准换电位置之间的偏差，在此，举升机构具有至少一个第一传感器，该第一传感器用于确定待换电的电动车辆的停泊位置与基准换电位置之间的偏差，并且相应地产生第一传感器信号，根据第一传感器信号产生第一参考信号，接着例如通过已知的通信模块将该第一参考信号传输给移动设备，并且可以在控制移动设备向预备换电位置中移动时，附加地将该第一参考信号考虑在内，从而控制移动设备的转向机构以适配移动设备的移动路径，使移动设备到达适配的预备换电位置中，从而使得该预备换电位置精确地与待换电池包的位置匹配，有利地补偿待换电的电动车辆的停泊位置与基准换电位置之间的偏差。在一种备选的实施方式中，第一传感器可以设置在地面上或者设置在换电系统所处的换电站中。
在一种有利的实施方式中，可以精确地调节举升机构的举升臂的运行，在此，移动设备具有至少一个第二传感器，该第二传感器检测待更换的电池包的底面与移动设备、例如移动设备的支承台之间的相对定位作为第二传感器信号，根据第二传感器信号产生第二参考信号并且将该第二参考信号传输给举升设备，并且在举升臂升高时附加地将该第二参考信号考虑在内，以根据电池包底面的高度位置或者相对于移动设备的倾斜度精确地控制各个举升臂的定位。
本领域技术人员应该理解，上述的具体实施例仅是例子而非限制，可以根据设计需求和其它因素对本发明的实施例进行各种修改、组合、部分组合和替换，只要它们在所附权利要求或其等同的范围内，即属于本发明所要保护的权利范围。
Claims (9)
1.一种用于电动卡车的换电系统，其特征在于，所述换电系统包括移动设备和举升设备，其中，移动设备与举升设备是彼此独立的设备，其中，举升设备布置在用于待换电的电动车辆的基准换电位置的两侧，举升设备具有至少两个举升机构，其中，移动设备能够移动到预备换电位置，在所述预备换电位置中，举升机构能够作用在移动设备上，使得移动设备沿着竖直方向在实际换电位置和预备换电位置之间移动，移动设备在实际换电位置中将电动车辆的待更换的电池包取下，其中，移动设备包括支承台和驱动轮，支承台用于承载待更换的电池包，驱动轮能转动地安装在支承台中，并且支承台具有30-300mm的高度。
2.按照权利要求1所述的换电系统，其特征在于，移动设备具有驱动器，并且换电系统具有用于移动设备的轨道，使得移动设备沿着轨道移动到预备换电位置，其中，所述轨道布置在换电系统的平坦的地面上。
3.按照权利要求1所述的换电系统，其特征在于，移动设备具有驱动器和转向机构，移动设备能够自行移动到预备换电位置中。
4.按照权利要求1所述的换电系统，其特征在于，举升机构设计为移动式的。
5.按照权利要求1所述的换电系统，其特征在于，举升机构具有举升臂，举升机构能够通过举升臂作用在移动设备上，举升臂能够额外地围绕竖直方向的旋转轴线转动，和/或举升机构具有能够作用在支承台上的伸缩式的举升元件。
6.按照权利要求1所述的换电系统，其特征在于，所述换电系统具有传感器，所述传感器用于检测待换电的电动车辆的停泊位置与基准换电位置之间的偏差和待更换的电池包的底面与移动设备之间的相对定位。
7.按照权利要求6所述的换电系统，其特征在于，在举升设备的至少一个举升机构上和/或在地面上设置有至少一个第一传感器，所述第一传感器检测待换电的电动车辆的停泊位置与基准换电位置之间的偏差作为第一传感器信号，其中，移动设备具有至少一个第二传感器，所述第二传感器检测待更换的电池包的底面与移动设备之间的相对定位作为第二传感器信号。
8.按照权利要求7所述的换电系统，其特征在于，换电系统具有中央控制单元和中央数据处理单元，其中，由中央数据处理单元处理第一传感器信号和第二传感器信号并且产生相应的参考信号，接着将相应的参考信号与中央控制单元的控制指令共同地分别传输给举升设备以及移动设备。
9.一种换电方法，所述换电方法通过根据权利要求1至8之一所述的换电系统实施，所述换电方法具有以下步骤：
- 待换电的电动车辆驶入基准换电位置；
- 通过驱动器驱动移动设备到达预备换电位置中；
- 通过举升设备将移动设备抬升至实际换电位置中，换下待更换的电池包；
- 通过举升设备将移动设备降低回到预备换电位置中，将换下的电池包更换为新的电池包；
- 通过举升设备的举升机构将移动设备抬升至实际换电位置中，并且将新更换的电池包安装至待换电的电动车辆中；
- 通过举升设备将移动设备降低回到预备换电位置中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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