CN118107524A - 一种用于新能源汽车侧向换电的换电站 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于新能源汽车侧向换电的换电站，包括定位平台，定位平台侧向设置有抓手平台，换电站内设置有用于检测车辆正进或倒进换电站的检测单元。该换电站，可检测车辆在定位平台上的车头朝向，一方面可以确定每个电池包的对应信息和换电情况，方便维护和状态监控，另一方面通过识别车头位置后，可以加快识别到第一个电池包的速度，大幅度的提升换电效率；又因为可以识别定位平台上车辆的车头朝向，所以可以将定位平台设置贯穿整个换电站，从定位平台的两端均可以进入换电站内完成换电操作，方便驾驶人员操作，提升用户的换电体验。

Description

一种用于新能源汽车侧向换电的换电站

技术领域

本发明属于换电站技术领域，具体涉及一种用于新能源汽车侧向换电的换电站。

背景技术

电动汽车电池技术以及充电技术的落后成为了束缚电动汽车产业发展的瓶颈。目前，电动汽车能源补给主要有整车充电和机械换电两大类。整车充电需要的充电时间较长，并且容易对电网侧产生谐波污染，因此，该模式有很大的弊端。与此相比，机械换电操作简单，能够在5分钟内完成乘用车电池组的快速更换，同时，可利用夜间进行电池组的集中充电，实现了电力负荷的“调峰填谷”，提高了电力设备的综合利用效率，获得了研究人员的持续关注。

目前的新能源汽车换电站可大致分为底部换电以及侧向换电两种，底部换电由于需要将整个电池模组整体拆装，偏转定位难度高，所以无法应用于车辆任意正入或者倒入换电站的情形；

而对于侧向换电，由于车头朝向不同时，识别到的第一个电池包并不相同，所以程序上定义的一号电池包会随着停车状态的不同而改变，不便于对于各个电池包信息状态以及换电情况的监控；并且在从车位开始抓取电池包时，由于车位距离电池包距离较远，也增加了识别定位第一个电池包的计算量，大大限制了识别定位第一个电池包位置的速度，从而降低了换电效率。所以目前的换电站，只能以正入或者倒入一种方式进入换电站的定位平台进行换电，降低了用户的换电体验，适用性仍有不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于新能源汽车侧向换电的换电站投入使用，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于新能源汽车侧向换电的换电站，包括定位平台，定位平台侧向设置有抓手平台，换电站内设置有用于检测车辆正进或倒进换电站的检测单元。

通过上述方案，判断车辆进入换电站后的车头朝向，从而加快对于第一个电池包的识别及定位的速度，提升换电效率，另外可以确定每个电池包的对应信息和换电情况，方便维护和状态监控。

优选的，定位平台贯穿换电站，定位平台两端均可驶入换电站。

通过上述方案，保证定位平台的两端均可以进入换电站内完成换电操作，方便驾驶人员操作，提升用户的换电体验。

优选的，定位平台的两侧均设置有抓手平台。

通过上述方案，由于本案中可以使用车辆正入或者倒入两种形式的换电，所以在两侧设置抓手平台，一方面保证两侧同时换电，加快换电效率，另一方面，在遇到其中一侧抓手平台故障时，可以将车辆调转后，继续为另一侧换电。

优选的，检测单元为设置于定位平台上方的光电传感器，光电传感器的设置高度高于车辆头部且低于车辆尾部；

当车辆正向驶入定位平台后，此时车辆尾部遮挡光电信号；

当车辆倒入定位平台后，此时车辆头部无法遮挡光电信号。

通过上述方案，采用光电传感器设备的应用，即可快速准确的得到车辆的车头朝向，机构简单，布设成本低，适合于广泛配套应用于换电站使用。

优选的，抓手平台包括机械臂、固定设置于机械臂活动端的抓手机构以及安装于抓手机构自由端的视觉模块；

视觉模块：用于收集车辆停放姿态以及电池仓内电池包位置数据并向主控单元传输。

通过上述方案，通过在抓手机构上设置视觉模块，扫描得到车辆姿态数据，后通过数据适应性调节抓手机构姿态与其保持一致，从而方便对于任意姿态停放车辆进行快速准确的换电操作，而无需对车辆进行顶升、推正等步骤，从而大大提升了换电效率，降低了对于驾驶员停放车辆位置的要求，提升用户体验。

优选的，视觉模块包括CCD模组以及测距传感器；

扫描车辆姿态时，机械臂驱动抓手平台沿着定位平台长度方向平移；

测距传感器获得车辆侧面各个位置距离抓手机构端部的距离；

CDD模组不断拍摄电池仓仓口图像。

通过上述方案，采用CCD模组以及测距传感器的组合作为视觉模块，配套成本更低，并且保证了检测效率和识别的精确度。

优选的，电池包朝向电池仓仓门一侧设置有用于CDD拍照比对的标志块。

通过上述方案，更加便于准确的识别车辆侧倾姿态，导致的电池包端部侧倾状态，保证车辆姿态识别的准确度。

优选的，抓手机构包括与机械臂连接的电池包安置架以及通过直线导轨驱动滑动设置于电池包安置架上的主抓取单元。

通过上述方案，快捷稳定的对电池包进行抓取，并从电池仓内抽出，保证换电操作的连贯顺畅，便于在任意姿态下的电池包抓取，以适应任意姿态的电池包。

优选的，主抓取单元上还设置有用于防止主抓取单元与电池包之间意外脱离的辅抓取单元，电池包侧面的设置有与辅抓取单元挂持的拉手部。

通过上述方案，通过辅抓取单元可有效避免在拉动电池包运动的过程中发生脱落，保证换电操作的稳定安全进行。

优选的，辅抓取单元包括挂钩件以及驱动挂钩偏转的驱动部；

拉手部为开设于电池包侧面的沟槽；

当挂钩件偏转时，挂钩件的自由端插入或脱出电池包侧面的拉手部。

通过上述方案，采用旋转的挂钩件与电池包上的拉手部配合，简单高效的完成防脱离效果，实用性强。

优选的，驱动部的传动轴和挂钩件之间设置有拉压力传感器。

通过上述方案，避免由于电池包卡死，而强行拉动电池包造成辅抓取单元损坏或造成电池包损伤的等问题。

优选的，驱动部的传动轴的外侧固定安装有限位板，主抓取单元的安装支架上固定安装有U形支撑件；

当挂钩件的弯折部转入钩部内侧，此时限位板旋转插入固定安装于活动支架上的U形支撑件内侧。

通过上述方案，当拉动电池包平移的过程中，传动轴以及挂钩件均受力，此时限位板旋转插入固定安装于活动支架上的U形固定架内侧，可避免传动轴收到的轴向力传递到电机转轴处，从而保护电机的使用寿命。

主抓取单元与直线导轨的活动台之间设置有预压紧传感器以及过压传感器。当主抓取单元持续向电池包靠近直到预压紧传感器达到设定阈值，可以保证在在主抓取单元与电池包接触时有足够的压力促使电磁铁与电池包充分接触，从而保证抓取的稳定性；

并且在推动电池包进入电池仓时，需要推动电池包与仓内的浮动插头对接，故需要保证有足够的的推力推动电池包活动，保证完成接头的结合；

同时通过压力传感器控制推力，避免推力过大而造成电池包或车辆的损坏。。

本发明的技术效果和优点：该用于新能源汽车侧向换电的换电站，

1、通过检测单元检测出车辆是倒进或正向进入到换电站内的定位平台上，从而判断出车头朝向，始终以靠近车头的电池包为一号电池包，再依次定义其他电池包名称，一方面可以确定每个电池包的对应信息和换电情况，方便维护和状态监控，另一方面通过识别车头位置后，可以加快识别到第一个电池包的速度，大幅度的提升换电效率；

又因为可以识别定位平台上车辆的车头朝向，所以可以将定位平台设置贯穿整个换电站，从定位平台的两端均可以进入换电站内完成换电操作，方便驾驶人员操作，提升用户的换电体验，而定位平台两侧均设置有设置有抓手平台，一方面保证两侧同时换电，加快换电效率，另一方面，在遇到其中一侧抓手平台故障时，可以将车辆调转后，继续为另一侧换电。

2、通过在抓手机构上设置视觉模块，扫描得到车辆姿态数据，后通过数据适应性调节抓手机构姿态与其保持一致，从而方便对于任意姿态停放车辆进行快速准确的换电操作，而无需对车辆进行顶升、推正等步骤，从而大大提升了换电效率，降低了对于驾驶员停放车辆位置的要求，提升用户体验。

附图说明

图1为本发明换电站的主视图；

图2为本发明换电站的俯视视角结构示意图；

图3为车辆正入时车辆与检测单元之间的状态示意图；

图4为车辆倒入时车辆与检测单元之间的状态示意图；

图5为抓手机构以及视觉模块的结构示意图；

图6为主抓取单元以及辅抓取单元的结构示意图；

图7为图6中A处的局部放大图；

图8为电池包拉手部的结构示意图；

图9为电池包侧面标志物的结构示意图。

图中：1、换电站；2、定位平台；3、检测单元；

4、抓手平台；410、机械臂；420、抓手机构；430、视觉模块；

4210、电池包安置架；4220、直线导轨；4230、主抓取单元；

4310、CCD模组；4320、测距传感器；

5、辅抓取单元；510、挂钩件；520、驱动部；

6、拉手部；7、拉压力传感器；8、限位板；9、U形支撑件；10、预压紧传感器；11、过压传感器；12、标志块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了如图1-2所示的一种用于新能源汽车侧向换电的换电站，包括定位平台2，定位平台2侧向设置有抓手平台4，换电站1内设置有用于检测车辆正进或倒进换电站的检测单元3。检测单元3为设置于定位平台2上方的光电传感器310，光电传感器310的设置高度高于车辆头部且低于车辆尾部；

换电时，车辆通过闸口进入到换电站1内部的定位平台2上，车辆底部电池仓打开，电池包端部露出，进入换电预备状态，此时由于车辆存在正入或者倒入两种进入换电站1的状态，需要对其进行判断；

如图3-4所示，当车辆倒入定位平台2后，此时车辆头部无法遮挡光电信号，而当车辆正入定位平台2后，由于尾部较高会挡住光电传感器310的光束向接收端传递，从而通过电信号可以简单高效的判断此时车辆的车头朝向，抓手平台4始终从车头方向向着车尾方向扫描，并将识别到的最靠近车头的电池包识别为一号电池包，并将后续依次定义编号，从而保证车辆无论是正向还是反向进入换电站1，其电池包的对应编号固定，方便换电过程中对于电池包的管理和维护，放发生换电故障等问题时，也可以立即定位到该电池包位置；

另外判断车头方向后，扫描识别第一个电池包始终从车头部开始，而无法判断车头方向的情况下，在从车位开始扫描识别电池包时，对于计算识别电池包位置的计算量更大，定位电池包的效率更慢，大大限制了识别电池包的效率。故通过识别车头位置后，可以加快识别到第一个电池包的速度，大幅度的提升换电效率；

又因为可以识别定位平台2上车辆的车头朝向，所以将定位平台2设置贯穿整个换电站1，故从定位平台2的两端均可以进入换电站1内完成换电操作，方便驾驶人员操作，提升用户的换电体验。

如图2所示，定位平台2的两侧均设置有抓手平台4。由于本案中可以使用车辆正入或者倒入两种形式的换电，所以在两侧设置抓手平台4，一方面保证两侧同时换电，加快换电效率，另一方面，在遇到其中一侧抓手平台4故障时，可以将车辆调转后，继续为另一侧换电，有效避免换电站1故障而停止运营。

另外，当车辆停放到定位平台2上后，车辆底部的电池仓仓门开启，此时车辆可能在定位平台2上呈左右倾斜，并且可能由于车胎胎压问题呈现多种侧倾姿态；

例如同一侧的两个车胎胎压较低时，车辆向着该侧侧倾；或其中一个车胎胎压过低，车辆向着该车胎位置侧倾等等状态，由于电池仓设置于车辆底部，电池包插设于电池仓内部，且电池仓仓口朝向车辆侧向，在不同车辆侧倾状态时，电池仓的仓口朝向不同，而视觉模块430拍摄的仓口内的电池包图像也存在差异。

在本案的部分实施例中，抓手平台4包括机械臂410、固定设置于机械臂410活动端的抓手机构420以及安装于抓手机构420自由端的视觉模块430；

视觉模块430：用于收集车辆停放姿态以及电池仓内电池包位置数据并向主控单元传输。通过视觉模块430开始收集车辆的左右倾斜以及侧倾的相关参数数据，并传输到主控单元。通过主控单元计算并判断车辆的停放姿态，由于电池仓固定设置于车辆的底部，从而了解到车辆底部电池仓的倾斜角度以及仓口朝向角度，同时识别到电池仓内每个电池包所在的位置。通过标准机械臂410调整抓手机构420的姿态与电池仓内的电池包一致，抓手机构420与待抓取电池包对齐，之后通过机械臂410推动抓手机构420靠近电池包端部，抓手机构420上的主抓取单元4230通过直线导轨4220推动与电池包端部接触，抓取电池包，而后直线导轨4220拖动主抓取单元4230连同电池包从车辆电池仓中顺利抽出，并落到电池包安置架4210上方；

抓出电池包后，机械臂410整体转动到充电柜一侧，将电池包插入电池柜的空置位内；

后抓取满电电池包，再次偏转到车辆一侧，同理调整姿态与电池仓的电池包空置位一致，将直线导轨4220驱动主抓取单元4230推动电池包进入仓内与浮动插头对接，完成抓取换电步骤。快捷稳定的对电池包进行抓取，并从电池仓内抽出，保证换电操作的连贯顺畅，便于在任意姿态下的电池包抓取，以适应任意姿态的电池包。

在本案的部分实施例中，如图5所示，视觉模块430包括CCD模组4310以及测距传感器4320，扫描车辆姿态时，机械臂410驱动抓手平台4沿着定位平台2长度方向平移，测距传感器4320获得车辆侧面各个位置距离抓手机构420端部的距离。CDD模组不断拍摄电池仓仓口图像。由于车辆倾斜状态下侧面各个位置距离抓手机构420的距离不同，通过主控单元计算后可以计算出车辆在定位平台2上左右向倾斜角度；

同时CCD模组4310在平移过程中不断的拍摄电池仓的图像，识别到电池仓内电池包的位置，同时在将图像传输到主控单元后与预存的标准图片进行比对，识别此时电池仓口以及内部电池包端面朝向的角度，从而了解到测量侧倾角度，得到具体数据后，通过控制机械臂410调整抓手机构420的姿态使其与电池仓内电池包一致，此时抓手机构420的电池包安置架4210与待抓取电池包对齐，此时抓手机构420的主抓取单元4230与电池包对齐，达到自适应车辆姿态调整抓手机构420位置、姿态的效果，换电过程中无需对车辆进行顶升、调节水平等操作，大大加快了换电效率，降低了对车辆停放姿态的要求，实用性更高；

另外对于视觉模块430也可以采用激光测距传感器4320加CMOS传感器或单独使用三维CCD传感器。

如图9所示，电池包朝向电池仓仓门一侧设置有用于CDD拍照比对的标志块12。通过拍摄比对标志块12，如电池包端面的圆形铁片，一方面在主抓取单元4230为电磁铁时，可以与该圆形铁片更高的贴合吸附，保证抓取稳定性；

另一方面，在CCD模组4310拍摄后通过比对该圆形铁片在图像中显露的大小可以更加精准高效的分析计算出该电池包的端部朝向角度，保证换电高效准确的进行。

如图5所示，抓手机构420包括与机械臂410连接的电池包安置架4210以及通过直线导轨4220驱动滑动设置于电池包安置架4210上的主抓取单元4230。该主抓取单元4230的的抓取部可以是电磁铁、真空吸盘等与电池包侧面接触后与其相对固定的机构。在主抓取单元4230的抓取部吸附固定电池包一端后，通过直线导轨4220拉动电池包使其从电池仓内脱出完全落到电池包安置架4210上，在抓手机构420转动到充电柜一侧后，再推动电池包插入电池柜的空置仓内进行充电。

如图6所示，主抓取单元4230上还设置有用于防止主抓取单元4230与电池包之间意外脱离的辅抓取单元5，电池包侧面的设置有与辅抓取单元5挂持的拉手部6。在拉取电池包的过程中为防止主抓取单元4230与电池包之间意外脱离设置了辅抓取单元5；

该辅抓取单元5可以采用可驱动的挂钩结构或者电磁插销等结构在主抓取单元4230吸附电池包后，可驱动的挂钩或者电磁插销启动顶入把手部内部，完成锁定，避免脱落的情况发生。

本案中采用的辅抓取单元5包括挂钩件510以及驱动挂钩偏转的驱动部520；

如图8所示，拉手部6为开设于电池包侧面的沟槽；

当挂钩件510偏转时，挂钩件510的自由端插入或脱出电池包侧面的拉手部6。拉取电池包时，通过驱动部520带动挂钩件510偏转，使得挂钩件510的钩部转入拉手部6内侧，可有效避免在拉去过程中的脱落，完成拉取后，通过再次转动挂钩件510可使其从拉手部6内侧脱出，接触锁定。

如图6所示，在拉动电池包运动的过程中，挂钩件510受力时，拉压力传感器7实时检测拉力，超过设定值时，活动支架停止运动，工人需要对电池包换电情况进行检查，防止电池包卡死，从而避免由于电池包卡死，而强行拉动电池包造成辅抓取单元5损坏或造成电池包损伤的等问题。

如图7所示，驱动部520的传动轴的外侧固定安装有限位板8，主抓取单元4230的安装支架上固定安装有U形支撑件9；

当挂钩件510的弯折部转入钩部内侧，此时限位板8旋转插入固定安装于活动支架上的U形支撑件9内侧。主抓取单元4230带动电池包并牵拉运动的过程中，辅抓取单元5的挂钩件510的弯折部位于钩部内侧，当拉动电池包平移的过程中，传动轴以及挂钩件510均受力，此时限位板8旋转插入固定安装于活动支架上的U形固定架内侧，可避免传动轴收到的轴向力传递到电机转轴处，从而保护电机的使用寿命和工作稳定性。

主抓取单元4230与直线导轨4220的活动台之间设置有预压紧传感器10以及过压传感器11。主抓取单元4230持续向电池包靠近直到预压紧传感器10达到设定阈值，可以保证在在主抓取单元4230与电池包接触时有足够的压力促使电磁铁与电池包充分接触，从而保证抓取的稳定性；

并且在推动电池包进入电池仓时，需要推动电池包与仓内的浮动插头对接，故需要保证有足够的的推力推动电池包活动，保证完成接头的结合；

同时通过过压力传感器11控制推力，避免推力过大而造成电池包或车辆的损坏。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于新能源汽车侧向换电的换电站，其特征在于：包括定位平台，定位平台侧向设置有抓手平台，换电站内设置有用于检测车辆正进或倒进换电站的检测单元。

2.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车侧向换电的换电站，其特征在于：定位平台贯穿换电站，定位平台两端均可驶入换电站。

3.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车侧向换电的换电站，其特征在于：定位平台的两侧均设置有抓手平台。

4.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车侧向换电的换电站，其特征在于：检测单元为设置于定位平台上方的光电传感器，光电传感器的设置高度高于车辆头部且低于车辆尾部；

当车辆正向驶入定位平台后，此时车辆尾部遮挡光电信号；

当车辆倒入定位平台后，此时车辆头部无法遮挡光电信号。

5.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车侧向换电的换电站，其特征在于：抓手平台包括机械臂、固定设置于机械臂活动端的抓手机构以及安装于抓手机构自由端的视觉模块；

视觉模块：用于收集车辆停放姿态以及电池仓内电池包位置数据并向主控单元传输。

6.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车侧向换电的换电站，其特征在于：视觉模块包括CCD模组以及测距传感器；

扫描车辆姿态时，机械臂驱动抓手平台沿着定位平台长度方向平移；

测距传感器获得车辆侧面各个位置距离抓手机构端部的距离；

CDD模组不断拍摄电池仓仓口图像。

7.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车侧向换电的换电站，其特征在于：电池包朝向电池仓仓门一侧设置有用于CDD拍照比对的标志块。

8.根据权利要求1所述的一种用于新能源汽车侧向换电的换电站，其特征在于：抓手机构包括与机械臂连接的电池包安置架以及通过直线导轨驱动滑动设置于电池包安置架上的主抓取单元。

9.根据权利要求8所述的一种用于新能源汽车侧向换电的换电站，其特征在于：主抓取单元上还设置有用于防止主抓取单元与电池包之间意外脱离的辅抓取单元，电池包侧面的设置有与辅抓取单元挂持的拉手部。

10.根据权利要求9所述的一种用于新能源汽车侧向换电的换电站，其特征在于：辅抓取单元包括挂钩件以及驱动挂钩偏转的驱动部；

拉手部为开设于电池包侧面的沟槽；

当挂钩件偏转时，挂钩件的自由端插入或脱出电池包侧面的拉手部。