CN204688077U - 一种电动汽车的换电控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车的换电控制系统，包括：控制车辆内各装置运行的车辆主控制器、控制车辆换电的车辆换电控制器和对车辆电池箱进行解锁与锁紧操作的车载换电装置，车辆主控制器连接车辆换电控制器，车辆换电控制器连接车载换电装置。本实用新型解决了当前在换电模式下在换电过程中电动汽车内各装置之间能够流畅、安全完成换电操作的问题。

Description

一种电动汽车的换电控制系统

技术领域

本实用新型具体涉及一种电动汽车的换电控制系统。

背景技术

电动汽车本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少，由于电厂大多建于远离人口密集的城市，对人类伤害较少，而且电厂是固定不动的，集中的排放，清除各种有害排放物较容易。由于电力可以从多种一次能源获得，如煤、核能、水力等，解除人们对石油资源日见枯竭的担心。电动汽车还可以充分利用晚间用电低谷时富余的电力充电，使发电设备日夜都能充分利用，大大提高其经济效益。有些研究表明，同样的原油经过粗炼，送至电厂发电，经充入电池，再由电池驱动汽车，其能量利用效率比经过精炼变为汽油，再经汽油机驱动汽车高，因此有利于节约能源和减少二氧化碳的排量。电动汽车基于以上优点，使电动汽车成为汽车工业发展的一个亮点。

现在出现了不需要对动力电池进行充电，而只对电动汽车进行换装充满电力的动力电池的运营方式，这样减少了用户等待动力电池充电的时间，与传统汽车加油时间基本相同，无需改变用户使用汽车的习惯。

在换电模式下电动汽车内的换电装置很多，如何提供一种电动汽车的换电控制的技术方案，以确保在换电过程中电动汽车内各装置之间能够流畅、安全完成换电操作的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种电动汽车的换电控制系统，以解决当前在换电模式下在换电过程中电动汽车内各装置之间能够流 畅、安全完成换电操作的问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种电动汽车的换电控制系统，包括：控制车辆内各装置运行的车辆主控制器、控制车辆换电的车辆换电控制器和对车辆电池箱进行解锁与锁紧操作的车载换电装置，车辆主控制器连接车辆换电控制器，车辆换电控制器连接车载换电装置。

进一步地，上述系统还可包括：所述车载换电装置包括一锁紧装置，该锁紧装置为插入式异型斜销机构，锁紧装置的插入式异型斜销机构与车辆电池箱进行接合与脱离的操作。

进一步地，上述系统还可包括：所述车载换电装置还包括一提供转动扭矩以及改变传动方向的传动装置和齿条，传动装置为过渡转向齿轮齿杆机构，过渡转向齿轮齿杆机构的一端为传动齿轮，过渡转向齿轮齿杆机构另一端的驱动齿轮与齿条的一端相啮合，齿条的另一端与所述锁紧装置固定连接。

进一步地，上述系统还可包括：所述车载换电装置还包括依次连接的电机、驱动轴和蜗轮蜗杆，其中驱动轴上的蜗轮蜗杆与所述过渡转向齿轮齿杆机构的传动齿轮相啮合。

进一步地，上述系统还可包括：所述锁紧装置还包括保险装置，保险装置一端连接齿条，保险装置另一端连接插入式异型斜销机构，即保险装置设置在靠近斜销末端侧的齿条末端的插入式异型斜销机构的内侧，所述保险装置为长条形滑槽型式，紧贴着插入式异型斜销机构内侧的端面安装，保险装置远离插入式异型斜销机构末端的一端具有一固定挡板，固定挡板一侧的凹槽内安装有沿齿条平行方向设置的弹性单元，弹性单元从固定挡板的端面一直延伸到插入式异型斜销机构内侧的端面，其中所述弹性单元在插入式异型斜销机构与车辆电池箱进行接合时为自然状态，所述弹性单元在插入式异型斜销机构与车辆电池箱进行脱离时为压缩状态。

与现有技术相比，应用本实用新型，通过车辆主控制器对车辆换电控制器的控制，使车载换电装置能对车辆电池箱准确安全的进行解锁与锁紧操作，确保了设备的安全性，避免了换电过程中由于故障可能会导致车辆设备受损，确保了车辆中的驾驶人员的人身安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的电动汽车的换电控制系统的结构示意图；

图2为本实用新型的具有保险装置的锁紧装置的结构示意图；

图3为本实用新型的车辆中换电控制系统与换电站设备进行交互完成换电的过程流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的一种电动汽车的换电控制系统，包括：控制车辆内各装置运行的车辆主控制器10、控制车辆换电的车辆换电控制器20和对车辆电池箱进行解锁与锁紧操作的车载换电装置30，车辆主控制器10连接车辆换电控制器20，车辆换电控制器连接车载换电装置30。

所述车载换电装置包括一锁紧装置，该锁紧装置为插入式异型斜销机构，锁紧装置的插入式异型斜销机构与车辆电池箱进行接合与脱离的操作。该锁紧装置通过插入式异型斜销机构与车辆电池箱进行接合与脱离的操作，可以对车辆电池箱进行解锁与锁紧操作

所述车载换电装置还包括一提供转动扭矩以及改变传动方向的传动装置和齿条，传动装置为过渡转向齿轮齿杆机构，过渡转向齿轮齿杆机构的一端为传动齿轮，过渡转向齿轮齿杆机构另一端的驱动齿轮与齿条的一端相啮合，齿条的另一端与所述锁紧装置固定连接。

所述车载换电装置还包括依次连接的电机、驱动轴和蜗轮蜗杆，其中驱动轴上的蜗轮蜗杆与所述过渡转向齿轮齿杆机构的传动齿轮相啮合。通过电机、驱动轴和蜗轮蜗杆与传动齿轮相啮合，可对锁紧装置提供驱动的动力。

所述锁紧装置还包括保险装置，保险装置一端连接齿条，保险装置另一端连接插入式异型斜销机构，即保险装置设置在靠近斜销末端侧的齿条末端的插入式异型斜销机构的内侧，所述保险装置为长条形滑槽型式，紧贴着插入式异型斜销机构内侧的端面安装，保险装置远离插入式异型斜销机构末端的一端具有一固定挡板，固定挡板一侧的凹槽内安装有沿齿条平行方向设置的弹性单元，弹性单元从固定挡板的端面一直延伸到插入式异型斜销机构内侧的端面，其中所述弹性单元在插入式异型斜销机构与车辆电池箱进行接合时为自然状态，所述弹性单元在插入式异型斜销机构与车辆电池箱进行脱离时为压缩状态。

从图2中可以看出，齿条末端的斜销机构的内侧设置有一保险装置，在本实施例中保险装置构成为长条形滑槽型式，其紧贴着斜销内侧151的端面安装，保险装置离斜销末端152的一端具有一固定挡板141，挡板141一侧的凹槽内安装有沿齿条平行方向设置的弹性单元(可以为弹簧145或弹性橡胶或记忆金属等弹性元件，弹性元件只要是在插入式异型斜销机构与车辆电池箱进行固定时为自然状态，且在插入式异型斜销机构与车辆电池箱进行脱离时为压缩状态，都可以为本实用新型所应用，本实用新型并不以此为限定)，弹簧从挡板的端面一直延伸到斜销内侧151的端面。为了简化，凹槽及其内的弹簧结构没有被具体示出。

该保险装置利用弹簧的自然弹力来防止斜销机构的脱落。当整个快速夹紧与脱离机构处于未工作状态下时，弹簧145不受力，处于自然延伸状态；一旦系统开始工作，齿条即开始带动斜销机构运动，斜销机构的运动会使弹簧145受到水平方向的力。例如，当齿条要带动斜销机构进行插入运动，即执行锁紧任务时，如图2中所示，齿条带动斜销机构朝箭头B所示的方向平移，使斜销机构插入到车辆电池箱上的锁紧元件中，完成锁紧，此时斜销机构处于锁紧状态，紧贴着斜销内侧151端面的弹簧145与斜销机构紧密接触，弹簧145的弹力对斜销内侧151端面施加沿箭头B所示方向的挤压力，因此使斜销机构不容易发生移动，从而有效防止了斜销机构的意外脱落。

另一方面，该保险装置还能防止由于电动机或其他装置的意外故障带来的可能后果。例如，当齿条要带动斜销机构进行脱离运动，即执行脱开任务时，齿条带动斜销机构朝箭头A所示的方向平移，使斜销机构从车辆电池箱上的锁紧元件中脱离，假如在此过程中电动机或其他装置发生故障导致系统运作失灵时，弹簧145由于受到斜销内侧151端面的挤压而产生的反作用弹力会将斜销机构沿箭头B所示的方向重新推入车辆电池箱上的锁紧元件内，这样就保证了初始的锁紧状态而不致使车辆电池箱意外掉落而造成危险，因此能够极大地保证在快速更换电池箱时系统和电池箱的安全。

如图3所示，本实用新型的车辆中换电控制系统与换电站设备进行交互完成换电的过程，包括：

步骤310、车辆主控制器收到换电站服务器发送的车辆定位确认的信息后，判断若电动汽车的换电开关为开启状态、车钥匙为关闭位置且当前车速为0，则向车辆换电控制器发送携带启动换电的控制信息，车辆换电控制器收到所述控制信息后进行换电启动操作，打开车辆的电池箱装卸口；

所述车辆主控制器收到换电站服务器发送的车辆定位确认的信息后还包括：车辆主控制器进入换电预置状态，并通知电动汽车驾驶人员关闭车钥匙和触发换电开关。通过状态显示，可以明确地告知电动汽车驾驶人员当前车辆状态，使电动汽车驾驶人员进行下一步操作，确保换电过程的完成。

步骤320、车辆主控制器收到换电站服务器发送的地面换电装置托举车辆电池箱到位的信息后，向车辆换电控制器发送携带车载换电装置解锁的控制信息，车辆换电控制器收到所述控制信息后，判断若车载换电装置解锁操作成功，则向车辆主控制器回复携带车载换电装置解锁操作成功的状态信 息；

所述车辆换电控制器收到所述携带车载换电装置解锁的控制信息后，还包括：

所述车辆换电控制器判断若在预设时间内未完成车载换电装置解锁，则进行电池箱回装操作，并向车辆主控制器回复携带电池回装的状态信息；

所述车辆主控制器收到所述携带电池回装的状态信息并转发给换电站服务器；换电站服务器收到信息后通知地面换电装置停止操作；

所述车辆换电控制器判断若在预设时间内未完成电池箱回装后，则发出回装故障警报，提示人工进行处理，并向车辆主控制器回复携带回装故障的状态信息，结束流程；所述车辆换电控制器判断若在预设时间内完成电池箱回装后，则向车辆主控制器回复携带换电完成的状态信息，结束流程。

在实际中，由于可能会出现各种问题，如果车载换电装置解锁不成功，则会进行回装操作处理，地面换电装置停止操作，待进行检查后确定车载换电装置出现故障的原因，确保了设备的安全，如果解锁不成功，地面换电装置进行下一步操作，则可能会导致车载换电装置机械结构损害。

步骤330、车辆主控制器收到所述携带车载换电装置解锁操作成功的状态信息并转发给换电站服务器；换电站服务器收到信息后通知地面换电装置将解锁后的车辆电池箱回收入库，并托举新电池箱到位，并向车辆主控制器返回地面换电装置托举新电池箱到位的信息；车辆主控制器收到地面换电装置托举新电池箱到位的信息后，向车辆换电控制器发送携带车载换电装置锁紧的控制信息；车辆换电控制器收到所述控制信息后，判断若车载换电装置锁紧操作成功，则向车辆主控制器回复携带车载换电装置锁紧操作成功的状态信息；

步骤330中，包括： 

所述车辆主控制器收到所述携带车载换电装置解锁操作成功的状态信息并转发给换电站服务器；换电站服务器收到信息后通知地面换电装置更换新电池箱，将解锁后的车辆电池箱回收入库；车辆换电控制器检测当前电池 仓空后，向车辆主控制器回复携带当前电池仓空的状态信息；

车辆主控制器收到所述携带当前电池仓空的状态信息并转发给换电站服务器；换电站服务器收到信息后通知地面换电装置托举新电池箱到位，并向车辆主控制器返回地面换电装置托举新电池箱到位的信息；车辆主控制器收到地面换电装置托举新电池箱到位的信息后，向车辆换电控制器发送携带车载换电装置锁紧的控制信息；车辆换电控制器收到所述控制信息后，判断若车载换电装置锁紧操作成功，则向车辆主控制器回复携带车载换电装置锁紧操作成功的状态信息。

只有在车辆电池仓空的状态下，地面换电装置才会进行托举新电池箱到位的操作，确保了设备之间的控制一致，维护了设备的安全。

所述车辆换电控制器收到所述携带车载换电装置锁紧的控制信息后，还包括：

所述车辆换电控制器判断若在预设时间内车载换电装置未完成锁紧操作，则发出回装故障警报，提示人工进行处理，并且向车辆主控制器回复携带锁紧故障的状态信息，结束流程。

如果车载换电装置未完成锁紧，则进行回装故障警报，使得出现故障时整体设备的运行会停止，确保了设备的安全。

步骤340、车辆主控制器所述携带车载换电装置锁紧操作成功的状态信息并转发给换电站服务器；换电站服务器收到信息后通知地面换电装置进行复位和定位平台进行复位，并向车辆主控制器返回地面换电装置复位和定位平台复位的信息；车辆主控制器收到地面换电装置复位和定位平台复位的信息后，向车辆换电控制器发送携带换电完成的控制信息；车辆换电控制器收到所述控制信息后，完成换电流程的控制。

还包括：所述车辆换电控制器按照预设周期将携带当前的换电过程状态的状态信息发送给所述给车辆主控制器。车辆换电控制器按照周期实时将状态信息发送给车辆主控制器，使得车辆主控制器可以清楚得到车辆换电控制 器状态，使得车辆端的换电装置和换电站端的换电装置可以准确的配合操作，确保了设备的安全性。

下面结合具体实例对本实用新型作进一步说明。

车辆主控制器和车辆换电控制器交互过程：用来说明车辆主控制器对车辆换电过程的控制与监视。车辆换电过程是由车辆主控制器的控制命令发起，流程如下：

1预置：车辆主控制器收到加电站服务器发送的车辆定位确认的信息，关闭钥匙，触发换电开关，向车辆换电控制器发送换电过程控制(EPC)报文，其中通过第一字节设置为0X55，携带禁止换电的指令；车辆换电控制器回复换电过程状态(EPS)报文，其中通过第一字节为0，携带待机的指令；

2启动：车辆主控制器判断换电开关信号为高电平且钥匙位置为LOCK OFF且当前车速为0，则向车辆换电控制器发送EPC报文，其中通过第一字节为0XAA，携带允许换电的指令；车辆换电控制器回复EPS报文，其中通过第一字节为1，携带换电启动的指令；

3解锁：车辆主控制器收到加电站服务器发送的地面换电装置托举车辆电池箱到位的信息后，向车辆换电控制器发送EPC报文，其中通过第一字节为0XAA，携带允许换电的指令；车辆换电控制器回复EPS报文，其中通过第一字节为2，携带机构解锁的指令；

其中，车辆换电控制器判断若在预设时间内未完成解锁，则进行电池箱回装，并向车辆主控制器发送EPS报文，其中通过第一字节为6，携带电池回装的指令；

其中，车辆换电控制器判断若在预设时间内未完成电池箱回装，则发出回装故障警报，提示人工进行处理，并向车辆主控制器发送EPS报文，其中通过第一字节为7，携带回装故障的指令；车辆换电控制器判断若在预设时间内完成电池箱回装，则向车辆主控制器回复EPS报文，其中通过第一字节为5，携带换电完成的指令；

4换电池箱：车辆主控制器收到车辆换电控制器发送的车载换电装置解锁成功信息，和加电站服务器发送的地面换电装置更换新电池箱的信息后，向车辆换电控制器发送EPC报文，其中通过第一字节为0XAA，携带允许换电的指令；车辆换电控制器回复EPS报文，其中通过第一字节为3，携带电池仓空的指令；

5锁紧：车辆主控制器收到加电站服务器发送的地面换电装置托举新电池箱到位的信息后，向车辆换电控制器发送EPC报文，其中通过第一字节为0XAA，携带允许换电的指令；车辆换电控制器回复EPS报文，其中通过第一字节为4，携带机构锁紧的指令；

其中，车辆换电控制器判断若在预设时间内未完成锁紧，则发出回装故障警报，提示人工进行处理，并且车辆换电控制器回复EPS报文，其中通过第一字节为8，携带锁紧故障的指令；

6完成：车辆主控制器收到加电站服务器发送的地面换电装置复位和定位平台复位的信息后，向车辆换电控制器发送EPC报文，其中通过第一字节为0XAA，携带允许换电的指令；车辆换电控制器回复EPS报文，其中通过第一字节为5，携带换电完成的指令。

参见表1，EPC报文目的：车辆主控制器检判断整车状态是否符合换电条件，定时发送许可命令到车辆换电控制器。EPC报文使车辆主控制器对车辆换电控制器控制准确，确保了设备的安全性。

表1：换电过程控制(EPC)报文

参见表2，换电过程状态(EPS)报文目的：车辆换电控制器上电工作后，开始定时发送工作状态到车辆主控制器。

表2：换电过程状态(EPS)报文

换电过程状态(EPS)报文的第1字节描述的车辆换电控制器状态，取值具体含义如下所示：

<0>：＝待机：换电控制器上电，未进入换电工作模式；

<1>：＝换电启动：进入换电工作模式，等待地面换电装置托举电池箱；

<2>：＝机构解锁：车载换电装置解锁，电池箱可以离开电池仓；

<3>：＝电池仓空：解锁成功，电池箱离开电池仓；

<4>：＝机构锁紧：新电池箱托举回电池仓，车载换电装置锁紧；

<5>：＝换电完成：电池箱更换完成，车辆换电控制器停止工作；

<6>：＝电池回装：旧电池箱将重新装回电池仓，然后锁紧；

<7>：＝回装故障：电池回装不成功；

<8>：＝锁紧故障：车载换电装置锁紧失败(锁紧超时)。

通过上述换电过程状态(EPS)报文的第1字节取值的设置，可以清楚得到车辆换电控制器状态，使得车辆端的换电装置和换电站端的换电装置可以准确的配合操作，确保了设备的安全性。

车辆换电控制器是车辆换电的控制机构、用于控制车辆换电装置的电机的解锁和紧固，控制换电接插件的接触和脱离；车辆主控制器与车辆换电控制器换电信息通讯(车辆主控制器在收到换电开关信号\钥匙OFF档信号\车速为0信号后，发送车辆允许换电指令给车辆换电控制器)；车辆换电控制器带有总线功能，可以读取直流电表的耗电量信息；车辆换电控制器带有无线传输功能，可以与加电站服务器进行通讯。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在上面对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，实用新型方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在下面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

Claims (5)

1.一种电动汽车的换电控制系统，其特征在于，包括：控制车辆内各装置运行的车辆主控制器、控制车辆换电的车辆换电控制器和对车辆电池箱进行解锁与锁紧操作的车载换电装置，车辆主控制器连接车辆换电控制器，车辆换电控制器连接车载换电装置。

2.如权利要求1所述的换电控制系统，其特征在于，

所述车载换电装置包括一锁紧装置，该锁紧装置为插入式异型斜销机构，锁紧装置的插入式异型斜销机构与车辆电池箱进行接合与脱离的操作。

3.如权利要求2所述的换电控制系统，其特征在于，

所述车载换电装置还包括一提供转动扭矩以及改变传动方向的传动装置和齿条，传动装置为过渡转向齿轮齿杆机构，过渡转向齿轮齿杆机构的一端为传动齿轮，过渡转向齿轮齿杆机构另一端的驱动齿轮与齿条的一端相啮合，齿条的另一端与所述锁紧装置固定连接。

4.如权利要求3所述的换电控制系统，其特征在于，

所述车载换电装置还包括依次连接的电机、驱动轴和蜗轮蜗杆，其中驱动轴上的蜗轮蜗杆与所述过渡转向齿轮齿杆机构的传动齿轮相啮合。

5.如权利要求3所述的换电控制系统，其特征在于，

所述锁紧装置还包括保险装置，保险装置一端连接齿条，保险装置另一端连接插入式异型斜销机构，即保险装置设置在靠近斜销末端侧的齿条末端的插入式异型斜销机构的内侧，所述保险装置为长条形滑槽型式，紧贴着插入式异型斜销机构内侧的端面安装，保险装置远离插入式异型斜销机构末端的一端具有一固定挡板，固定挡板一侧的凹槽内安装有沿齿条平行方向设置的弹性单元，弹性单元从固定挡板的端面一直延伸到插入式异型斜销机构内侧的端面，其中所述弹性单元在插入式异型斜销机构与车辆电池箱进行接合时为自然状态，所述弹性单元在插入式异型斜销机构与车辆电池箱进行脱离时为压缩状态。