CN117622070B - 一种具有快换功能的电池支架及其快换方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有快换功能的电池支架及其快换方法，堆垛车能够将换电车上亏电的电池包放置在所述电池支架的空闲存储充电位上，堆垛车也能够将所述电池支架上满电的电池包转移至换电车上，电池支架最下层为缓存机构，缓存机构上方为所述电池支架的存储充电位；缓存机构包括两个缓存支撑臂和缓存垂直移动机构，通过换电车的移动能够使得两个缓存支撑臂被动地分别插入第一叉臂伸入槽和第二叉臂伸入槽中支撑电池包；缓存垂直移动机构能够使得两个缓存支撑臂将亏电的电池包抬升，两个缓存支撑臂下方与换电车之间的空间变大并且足够使得堆垛车将满电的电池包直接移动至该空间中并最终放置在换电车上。

Description

一种具有快换功能的电池支架及其快换方法

技术领域

本发明涉及商用车的电池充换电领域，尤其是涉及一种具有快换功能的电池支架及其快换方法。

背景技术

现有电池支架换电模式是换电车将亏电的电池包运输至换电仓中，堆垛车将亏电电池包从换电车上抬起并转移至电池支架的空闲位置进行充电。然后，堆垛车再将电池支架上满电的电池包抓取并放置在换电车上，最后换电车将满电的电池包移动至车辆下方进行换电。但是，这种换电模式需要换电车等待码垛机放置亏电电池包和取满电电池包，该等待时间过长导致换电效率低下。

发明内容

本发明设计了一种具有快换功能的电池支架及其快换方法，其解决的技术问题是现有电池支架的换电模式使得换电车需要长时间等待码垛机放置亏电电池包和取满电电池包，等待时间过长导致换电效率低下。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：

一种具有快换功能的电池支架，堆垛车能够将换电车上亏电的电池包放置在所述电池支架的空闲存储充电位上，堆垛车也能够将所述电池支架上满电的电池包转移至换电车上，电池支架最下层为缓存机构，缓存机构上方为所述电池支架的存储充电位；缓存机构包括两个缓存支撑臂和缓存垂直移动机构，通过换电车的移动能够使得两个缓存支撑臂被动地分别插入第一叉臂伸入槽和第二叉臂伸入槽中支撑电池包；缓存垂直移动机构能够使得两个缓存支撑臂将亏电的电池包抬升，两个缓存支撑臂下方与换电车之间的空间变大并且足够使得堆垛车将满电的电池包直接移动至该空间中并最终放置在换电车上。

优选地，缓存机构的缓存垂直移动机构为两个，分别位于所述电池支架的两端，缓存垂直移动机构为电缸或气缸。

优选地，堆垛车设有移动叉臂，移动叉臂通过叉臂水平移动机构实现水平方向的移动从而进入或离开电池包的下方；移动叉臂通过叉臂垂直移动机构作用实现垂直方向的移动，实现将电池包从换电车、缓冲机构以及电池支架三者之间进行任意转移。

优选地，移动叉臂位于两个缓存支撑臂之间，使得移动叉臂与缓存支撑臂各自移动时相互不会发生干扰。

优选地，移动叉臂为两个，两个移动叉臂平行设置，并且每个移动叉臂与其相邻的缓存支撑臂垂直设置形成“T”型布置。

优选地，堆垛车的叉臂水平移动机构为电缸或气缸；堆垛车的叉臂垂直移动机构包括电机、驱动齿轮和链条，电机的转子与驱动齿轮连接，分别安装在车支架上下两端的驱动齿轮与从动齿轮之间通过链条连接，移动叉臂固定在链条上，链条移动能够使得移动叉臂和叉臂水平移动机构在垂直方向移动。

优选地，换电车包括上层移动机构和下层移动机构，上层移动机构两侧设有第一叉臂伸入槽和第二叉臂伸入槽，电池包放置在上层移动机构上时，形成“工”字型；堆垛车的两个移动叉臂能够分别进入到第一叉臂伸入槽和第二叉臂伸入槽中从而向上抬升或向下释放电池包；同样的，缓冲机构的两个缓存支撑臂也能够分别进入到第一叉臂伸入槽和第二叉臂伸入槽中从而向上抬升或向下释放电池包。

优选地，电池包是其与电池包快换支架的组合件。

一种具有快换功能的电池支架的快换方法，包括以下步骤：

步骤1、换电车带着亏电的电池包与电池包快换支架的组合件返回至电池仓的初始位置，换电车的移动能够使得缓存机构的两个缓存支撑臂分别插入第一叉臂伸入槽和第二叉臂伸入槽中；

步骤2、缓存垂直移动机构工作使得两个缓存支撑臂将亏电的电池包与电池包快换支架的组合件向上抬升，因此两个缓存支撑臂下方与换电车上方的空间被释放，并且足够堆垛车的移动叉臂及其上预先存放的满电电池包与电池包快换支架的组合件通过；

步骤3、堆垛车通过移动叉臂水平移动将其预存满电的电池包与电池包快换支架的组合件水平移动至空闲状态的换电车上方，移动叉臂向下垂直移动，最终使得满电的电池包与电池包快换支架的组合件被换电车支撑；

步骤4、换电车水平移动使得满电的电池包与电池包快换支架的组合件返回至车辆底盘支架下方，最终电池包与电池包快换支架的组合件安装在车辆底盘支架上，完成换电。

优选地，步骤3中堆垛车与换电车分离之后，堆垛车的移动叉臂通过叉臂垂直移动机构作用实现垂直向上的移动，堆垛车的移动叉臂向上移动过程中能够将亏电的电池包与电池包快换支架的组合件抬起，然后启动叉臂水平移动机构收缩移动叉臂，再启动叉臂垂直移动机构将亏电的电池包与电池包快换支架的组合件抬升至电池支架的空闲电池存储位置存储和充电。

该具有快换功能的电池支架及其快换方法具有以下有益效果：

（1）本发明不仅仅通过快换锁组件实现电池包与汽车底盘支架锁定或解锁，而且还通过缓冲机构将电池包与换电车进行快速分离，并且码垛机可以将满电的电池包无缝衔接的方式放置在换电车上，因此能够在拆卸电池包、安装电池包以及换电车上更换电池包的速度都做到优化，大大提高了换电效率。

（2）本发明换电车通过设置第一叉臂伸入槽和第二叉臂伸入槽与缓存机构以及码垛机配合，方便电池包的抬升和更换，并且也使得缓存机构与码垛机不会相互干扰。

附图说明

图1：本发明的电池支架与堆垛车的位置示意图；

图2：本发明的堆垛车结构示意图；

图3：本发明缓存支撑臂与移动叉臂的位置示意图I；

图4：本发明缓存支撑臂与移动叉臂的位置示意图II；

图5：本发明中换电车立体示意图。

附图标记说明：

4—电池仓；41—电池支架；411—缓存支撑臂；412—电缸；42—堆垛车；420—车支架；421—移动叉臂；422—电机；423—链条；424—叉臂水平移动机构；

5—电池包；

8—换电车；81—上层移动机构；82—下层移动机构；83—支撑部；85—第二视觉检测相机；86—第一叉臂伸入槽；87—第二叉臂伸入槽；88—电机控制盒。

具体实施方式

下面结合图1至图5，对本发明做进一步说明：

如图1所示，本发明具有快换功能的电池支架包括堆垛车42，一个堆垛车42位于两个电池支架41之间，堆垛车42通过叉臂垂直移动机构和叉臂水平移动机构424可以将不同电池支架41上满电的电池包抬升和平移，因此使得堆垛车42充分被利用。

如图2-图4所示，本发明具有快换功能的电池支架，堆垛车42能够将换电车8上亏电的电池包5放置在电池支架41的空闲存储充电位上，堆垛车42也能够将电池支架41上满电的电池包5转移至换电车8上，电池支架41最下层为缓存机构，缓存机构上方为电池支架41的存储充电位。

堆垛车42设有移动叉臂421，移动叉臂421通过叉臂水平移动机构424作用实现水平方向的移动，移动叉臂421通过叉臂垂直移动机构作用实现垂直方向的移动。电池支架41最下层设有缓存机构，缓存机构包括两个缓存支撑臂411，两个缓存支撑臂411不能水平方向移动，但通过换电车8的移动能够使得两个缓存支撑臂411分别插入第一叉臂伸入槽86和第二叉臂伸入槽87中；缓存机构设有缓存垂直移动机构，缓存垂直移动机构能够使得两个缓存支撑臂411将亏电的电池包5抬升，因此两个缓存支撑臂411下方的空间变大足够移动叉臂421及其上的满电的电池包5通过，最终满电的电池包5被放置在换电车8上。

堆垛车42的叉臂水平移动机构424可以是电缸或气缸，叉臂垂直移动机构可以是电机422、驱动齿轮和链条423组成，电机422的转子与驱动齿轮连接，分别安装在车支架420上下两端的驱动齿轮与从动齿轮之间通过链条423连接，移动叉臂421固定在链条423上，链条423移动时，能够使得移动叉臂421在垂直方向移动。缓存机构的缓存垂直移动机构可以是电缸412。

缓存支撑臂411与移动叉臂421垂直设置，并且两个移动叉臂421位于两个缓存支撑臂411之间，使得两者在垂直移动时相互之间不会相互阻挡以及互相不会干扰。同样的，电池支架41的每个电池存储位置的支撑块下方存在空隙，支撑块与移动叉臂421是错位设置，两者相互不会阻挡。

如图5所示，换电车8包括上层移动机构81和下层移动机构82，下层移动机构82通过X向驱动装置实现X向移动，上层移动机构81安装在下层移动机构82上并且通过Y向驱动装置实现Y向移动；X向驱动装置不仅仅实现快换锁组件进行X向对准，而且还实现换电车8往返于电池支架41与车辆底盘支架之间；Y向驱动装置用于实现快换锁组件Y向对准；车轮升降机构协助快换锁组件Z向对准；换电车8还包括第二视觉检测相机85，第二视觉检测相机85能够拍摄其上方的电池包5图像，并且根据电池包5的位置信息，控制Y向驱动装置和X向驱动装置使得快换锁组件的X向和Y向对准。

上层移动机构81两侧设有第一叉臂伸入槽86和第二叉臂伸入槽87，电池包5放置在上层移动机构81上时，形成“工”字型；堆垛车42的两个移动叉臂421能够分别进入到第一叉臂伸入槽86和第二叉臂伸入槽87中从而向上抬升或向下释放电池包5；同样的，缓冲机构的两个缓存支撑臂411也能够分别进入到第一叉臂伸入槽86和第二叉臂伸入槽87中从而向上抬升或向下释放电池包5。

换电车8上层机构顶部还有多个支撑电池包5的支撑部83。除此之外，换电车8的X向驱动装置是通过电机驱动滚轮实现，换电车8还具有电机控制盒88用于控制电机。

本发明通过X向驱动装置不仅仅实现快换锁组件进行X向对准，而且还实现换电车往返于电池支架与车辆底盘支架之间，而且还利用车轮升降机构协助快换锁组件Z向对准，改变传统换电车需要单独设置升降机构实现Z向对准的模式，减少了机构的设置，并且也可以保证高效的对准。

本发明具有快换功能的电池支架的快换方法，包括以下步骤：

步骤1、换电车8带着亏电的电池包5与电池包快换支架的组合件返回至电池仓的初始位置，换电车8的移动能够使得缓存机构的两个缓存支撑臂411分别插入第一叉臂伸入槽86和第二叉臂伸入槽87中。

步骤2、缓存垂直移动机构工作使得两个缓存支撑臂411将亏电的电池包5与电池包快换支架的组合件向上抬升，因此两个缓存支撑臂411下方与换电车8上方的空间被释放，并且足够堆垛车42的移动叉臂421及其上预先存放的满电电池包5与电池包快换支架的组合件通过。

步骤3、堆垛车42通过移动叉臂421水平移动将其预存满电的电池包5与电池包快换支架的组合件水平移动至空闲状态的换电车8上方，移动叉臂421向下垂直移动，最终使得满电的电池包5与电池包快换支架的组合件被换电车8支撑。

其中，步骤3中堆垛车42与换电车8分离之后，堆垛车42的移动叉臂421通过叉臂垂直移动机构作用实现垂直向上的移动，堆垛车42的移动叉臂421向上移动过程中能够将亏电的电池包5与电池包快换支架的组合件抬起，然后启动叉臂水平移动机构424收缩移动叉臂421，再启动叉臂垂直移动机构将亏电的电池包5与电池包快换支架的组合件抬升至电池支架41的空闲电池存储位置存储和充电。

步骤4、换电车8水平移动使得满电的电池包5与电池包快换支架的组合件返回至车辆底盘支架下方，最终电池包5与电池包快换支架的组合件安装在车辆底盘支架上，完成换电。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种具有快换功能的换电装置，包括堆垛车（42）、电池支架（41）以及换电车（8）；

堆垛车（42）能够将换电车（8）上亏电的电池包（5）放置在所述电池支架（41）的空闲存储充电位上，堆垛车（42）也能够将所述电池支架（41）上满电的电池包（5）转移至换电车（8）上，其特征在于：电池支架（41）最下层为缓存机构，缓存机构上方为所述电池支架（41）的存储充电位；电池包（5）为其与电池包快换支架的组合件；

换电车（8）包括上层移动机构（81）和下层移动机构（82），上层移动机构（81）两侧设有第一叉臂伸入槽（86）和第二叉臂伸入槽（87），电池包（5）放置在上层移动机构（81）上时，形成“工”字型；

缓存机构包括两个缓存支撑臂（411）和缓存垂直移动机构，通过换电车（8）的移动能够使得两个缓存支撑臂（411）被动地分别插入第一叉臂伸入槽（86）和第二叉臂伸入槽（87）中支撑电池包（5）；

缓存垂直移动机构能够使得两个缓存支撑臂（411）将亏电的电池包（5）抬升，两个缓存支撑臂（411）下方与换电车（8）之间的空间变大并且足够使得堆垛车（42）将满电的电池包（5）直接移动至该空间中并最终放置在换电车（8）上；

堆垛车（42）设有移动叉臂（421），移动叉臂（421）通过叉臂水平移动机构（424）实现水平方向的移动从而进入或离开电池包（5）的下方；移动叉臂（421）通过叉臂垂直移动机构作用实现垂直方向的移动，实现将电池包（5）从换电车（8）、缓存机构以及电池支架（41）三者之间进行任意转移；

移动叉臂（421）位于两个缓存支撑臂（411）之间，使得移动叉臂（421）与缓存支撑臂（411）各自移动时相互不会发生干扰；

移动叉臂（421）为两个，两个移动叉臂（421）平行设置，并且每个移动叉臂（421）与其相邻的缓存支撑臂（411）垂直设置形成“T”型布置；

堆垛车（42）的两个移动叉臂（421）能够分别进入到第一叉臂伸入槽（86）和第二叉臂伸入槽（87）中从而向上抬升或向下释放电池包（5）；同样的，缓存机构的两个缓存支撑臂（411）也能够分别进入到第一叉臂伸入槽（86）和第二叉臂伸入槽（87）中从而向上抬升或向下释放电池包（5）；

换电车（8）带着亏电的电池包（5）返回至电池仓的初始位置，换电车（8）的移动能够使得缓存机构的两个缓存支撑臂（411）分别插入第一叉臂伸入槽（86）和第二叉臂伸入槽（87）中；

缓存垂直移动机构工作使得两个缓存支撑臂（411）将亏电的电池包（5）向上抬升，因此两个缓存支撑臂（411）下方与换电车（8）上方的空间被释放，并且足够堆垛车（42）的移动叉臂（421）及其上预先存放的满电电池包（5）通过；

堆垛车（42）通过移动叉臂（421）水平移动将其预存满电的电池包（5）水平移动至空闲状态的换电车（8）上方，移动叉臂（421）向下垂直移动，最终使得满电的电池包（5）被换电车（8）支撑；堆垛车（42）与换电车（8）分离之后，堆垛车（42）的移动叉臂（421）通过叉臂垂直移动机构作用实现垂直向上的移动，堆垛车（42）的移动叉臂（421）向上移动过程中能够将亏电的电池包（5）抬起，然后启动叉臂水平移动机构（424）收缩移动叉臂（421），再启动叉臂垂直移动机构将亏电的电池包（5）抬升至电池支架（41）的空闲电池存储位置存储和充电；

换电车（8）水平移动使得满电的电池包（5）返回至车辆底盘支架下方，最终电池包（5）安装在车辆底盘支架上，完成换电。

2.根据权利要求1所述的具有快换功能的换电装置，其特征在于：缓存机构的缓存垂直移动机构为两个，分别位于所述电池支架（41）的两端，缓存垂直移动机构为电缸（412）或气缸。

3.根据权利要求2所述的具有快换功能的换电装置，其特征在于：堆垛车（42）的叉臂水平移动机构（424）为电缸或气缸；堆垛车（42）的叉臂垂直移动机构包括电机（422）、驱动齿轮和链条（423），电机（422）的转子与驱动齿轮连接，分别安装在车支架（420）上下两端的驱动齿轮与从动齿轮之间通过链条（423）连接，移动叉臂（421）固定在链条（423）上，链条（423）移动能够使得移动叉臂（421）和叉臂水平移动机构（424）在垂直方向移动。