CN207631205U - 一种集约式电动客车充换电站 - Google Patents

Abstract

一种集约式电动客车充换电站，提供了两种不同的换电站布局模式，其中模式一为侧向换电，模式二为尾端换电，每一种模式的换电站又有推拉式和放置式两种换电机器人的设计方案可供选择，可以实现在较小的场地占用空间下对电池箱快速全自动更换工作。该换电站主要包括：换电机器人、电池箱、电池箱充电架、控制系统和换电停放区域，且前四部分都位于一个集约式箱体中，集约式箱体的外围为换电停放区域，只要电动客车停放于该区域内，该换电站就可以依靠换电机器人自动完成换电工作，该换电站模块化程度和预加工程度高，集约式的结构布局不仅方便运输，而且大大缩短了现场安装调试时长，能够实现快速安装、移动灵活和自动换电等要求。

Description

一种集约式电动客车充换电站

技术领域

本实用新型涉及电动客车换电领域，尤其是全自动集约式电动客车换电站。

背景技术

随着汽车数量的迅速增加，一方面使得非再生能源的紧缺和环境污染问题显得日益突出；另一方面，燃料汽车尾气的大量排出，也会导致大量疾病，危害每个人的身心健康。要想从根本上解决以上问题，大力推广电动汽车显得尤为重要，对于作为公共交通的电动客车，同样采用电池供电，而电池的容量是有限的，无法保证客车长距离运行，这成为电动客车进一步发展的瓶颈。

目前，通常采用以下两种方法解决电动客车能源补给问题，一是对客车进行整车充电，二是更换电池，其中第一种方法需要客车停止运行，正常充电时用户等待时间长，如果采用直流快充，不仅极大影响电池的寿命，而且对电网造成一定的冲击，此种方法无法满足长距离不间断运输的要求；而第二种方法在换电站直接更换客车电池，简单易行，用户等待时间短，可以很好的解决电动客车能源补给问题。

与此同时，专业人士不难发现，换电站的建设和选址还存在诸多问题，现有的换电站大多是一步建设到位，场地占用空间大，现场施工及组装时间长，工人劳动成本高。CN205178590U设计了一种移动的箱式充换电站，虽然一定程度上解决了上述问题，但是其并没有采用换电机器人，无法实现集约式的全自动的快速换电操作，并且箱式充电站下面的行走轮只能实现短距离移动，无法满足市场推广的要求。

总之，对于电动客车如何实现快速换电以及换电站结构的设计仍然是影响电动客车的快速发展的关键，研究一种结构简单、组装方便、灵活性好、可以实现快速换电的新型换电站显得尤为重要。

实用新型内容

为了进一步优化换电站的结构，改进现有换电站的技术方案，本实用新型旨在提供一种新型电动客车充换电站，该换电站提供了两种换电站结构布局模式，可以对电动客车实现侧向或尾端换电，对于每一种换电模式又提供了两种换电机器人的设计方案可供选择，模块化程度和预加工程度高，能够实现快速组装、运输方便和快速换电等要求。

本实用新型所采用的技术方案:该换电站根据具体换电要求在结构布局上提供了两种不同模式的换电站，其中模式一为侧向换电站，实现对电动客车的侧向换电；模式二为尾端换电站，实现对电动客车的尾端换电；两种模式只是在换电站结构布局上和局部结构上不同，每一种模式的换电站都包括：电池箱，所述电池箱内部装有电池，两侧设计的独特结构方便电池箱的运送和固定；电池箱充电架，所述电池箱充电架用于存放电池箱，并可以实现亏电电池箱在该充电架上充电；控制系统，所述控制系统为整个换电站的大脑，控制整个换电站完成换电工作；换电停放区域，所述换电停放区域用于停放电动客车，电动客车在该区域完成换电工作；换电机器人，所述换电机器人在每一种模式换电站下有两种换电机器人的设计方案可供选择，分别对应两种不同结构的电池箱和电池箱充电架，其中方案一将换电机器人设计为推拉式结构，换电机器人的纵向进给机构伸出将电池箱卡住，然后纵向进给机构带动电池箱收回，旋转180度后从反侧伸出，将电池箱推出，固定在电池箱充电架或电动客车上；方案二将换电机器人设计为放置式结构，换电机器人的进给机构伸出将电池箱挑起放置在其一端，然后进给机构收回，从另一端伸出、下降，将电池箱放置在电池箱充电架或电动客车上。

作为优选，所述电池箱、电池箱充电架、换电机器人和控制系统都已预先组装调试好，运输到指定地点进行安装固定即可，安装过程简单，移动灵活性好；换电机器人、电池箱充电架和控制系统在空间布局上的合理布置，缩小了整个换电站的场地占用空间，并且增加了集约式箱体的利用率。

作为优选，所述电池箱是由换电机器人预先设定的程序实现全自动更换，换电站可以实时监测电池箱的运送情况。

作为优选，针对模式一换电站，集约式箱体的外围为换电停放区域，集约式箱体与电动客车平行布置，只要电动客车停放于该区域内，该换电站就可以自动完成电动客车的侧向换电工作，所述换电机器人的一侧为换电停放区域，另一侧为电池箱充电架，换电机器人在两者之间实现亏电电池箱和满电电池箱的搬运工作，所述电池箱充电架用于存放电池箱，并可以实现亏电电池箱在该充电架上充电。

作为优选，针对模式二换电站，集约式箱体与电动客车(换电停放区域)交错布置，可以同时有多辆电动客车倒入停放至换电停放区域，依次自动完成电动客车尾端换电工作，集约式箱体内部结构布置与模式一换电站集约式箱体内部结构布置基本类似；作为模式二的延伸，可以将换电机器人的轨道从集约式箱体长度方向上延伸出来，这样电动客车可以直接从轨道两端压过停放至换点停放区域，无需倒车至换电停放区域。

作为优选，对于采用方案一换电机器人的换电站，所述换电机器人和换电停放区域有相对位置关系，电动客车停放在换电停放区域后，换电机器人通过其上的相应传感器进行角度和距离的调整，以保证其顺利完成换电工作。

作为优选，对于采用方案一换电机器人的换电站，所述换电机器人可以实现多个方向的运动，为了实现水平排列的电池箱的搬运，换电机器人利用滑轮在滑轨上沿集约式箱体长度方向上运动；为了实现竖直排列的电池箱的搬运，换电机器人利用动滑轮原理上下运动；为了对电池箱进行掉头安装，换电机器人需绕竖直线进行旋转运动；为了搬运电池箱到指定位置，搬运机器人还需要做纵向进给运动。

作为优选，对于采用方案一换电机器人的换电站，所述换电机器人可以绕竖直线灵活转动，当整个集约式箱体在运输过程中，可以将换电机器人旋转90°放置，以此保证整个换电机器人都在集约式箱体内部，方便运输。

作为优选，对于采用方案一换电机器人的换电站，所述换电机器人利用嵌入式卡头实现对电池箱的抓取，利用活动推杆和卡头实现与电池箱的脱离。

作为优选，对于采用方案一换电机器人的换电站，所述电池箱一侧为电接头，另一侧有插拔式的固定结构，通过换电机器人可以将电池箱固定在电池充电架上。

作为优选，对于采用方案二换电机器人的换电站，所述电池箱从换电机器人的一端落在搬运平台上，从另一端脱离搬运平台，整个换电过程电池箱无需做旋转运动，仅依靠平移即可完成换电工作，可大幅提高换电效率。

作为优选，对于采用方案二换电机器人的换电站，所述电池箱在电池箱充电架上依靠两侧的定位销和U型槽实现定位，约束电池箱除竖直方向移动自由度之外的其它五个自由度；在定位过程中，电池箱不断下移，直至电池箱的四个角落到电池箱充电架上，电池箱在电动客车上的定位与其类似。

作为优选，对于采用方案二换电机器人的换电站，为防止电池箱在电动客车行驶过程中或在集约式箱体运输过程中向上跳动，采用四个压杆压住电池箱的上表面，当从电池箱充电架或电动客车上取电池箱时，换电机器人通过搬运平台推动推杆转动，推杆转动带动压杆转动，为了运动的灵活性，在压杆的末端安装滚动轮，滚动轮转动使压杆脱离电池箱上表面；当取下电池箱时，压杆在弹性装置的作用下复位，当放电池箱时原理类似。

本实用新型的有益效果：该换电站的两种不同结构布局模式可以对电动客车进行快速全自动的侧向或尾端换电工作，每一种模式下有两种换电机器人的设计方案可供选择，增加了选择的灵活性；该集约式电动客车换电站将换电机器人、电池箱、电池箱充电架和控制系统全部集中布置在集约式箱体中，场地占用空间小，运输及现场安装方便，适用于各种场所。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1是本实用新型模式一结构分布图。

图2是本实用新型模式二结构分布图。

图3是本实用新型模式二延伸设计结构分布图。

图4是本实用新型集约式箱体内部结构图。

图5是本实用新型方案一中换电机器人轴测图。

图6是本实用新型方案一中电池箱和电池箱充电架连接部分放大图。

图7是本实用新型方案一中换电机器人实现与电池箱连接和脱离功能部分的结构图。

图8是本实用新型方案二中换电机器人轴测图。

图9是本实用新型方案二中电池箱开始放入电动客车(电池箱充电架)时的位置结构图。

图10是本实用新型方案二中电池箱已经放入电动客车(电池箱充电架)时的俯视图。

在有关方案一的图中，1.换电机器人，2.电池箱，3.电池箱充电架，4.控制系统，5.换电停放区域，6.行车道，1012.第一级纵向进给机构，1013.第二级纵向进给机构，1014.卡头，1015.推杆，1020旋头，1021.连杆，1022.滑动杆， 1023.滑槽，1030.卡槽。

在有关方案二的图中，1.换电机器人，2.电池箱，3.电池箱充电架，4.控制系统，5.换电停放区域，6.行车道，10.搬运平台，11.进给机构，20.定位块,21. 销孔,22.充电接头，30推杆,31压杆,32.滚动轮,33弹性装置,34.U型槽,35定位销。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

参照图1至图3，本实用新型提供了两种换电站的结构布局模式，针对模式一换电站，集约式箱体的外围为换电停放区域5，集约式箱体与电动客车平行布置，只要电动客车停放于该区域内，该换电站就可以自动完成电动客车的侧向换电工作，所述换电机器人1的一侧为换电停放区域5，另一侧为电池箱充电架3，换电机器人1在两者之间实现亏电电池箱和满电电池箱的搬运工作，所述电池箱充电架3用于存放电池箱2，并可以实现亏电电池箱在该充电架上充电；针对模式二换电站，集约式箱体的外围为换电停放区域5，集约式箱体与电动客车(换电停放区域)交错布置，可以同时有多辆电动客车倒入停放在换电停放区域5，依次自动完成电动客车尾端换电工作，集约式箱体内部结构布置与模式一换电站集约式箱体内部结构布置基本类似，作为模式二的延伸，可以将换电机器人1 的轨道从集约式箱体长度方向上延伸出来，这样电动客车可以直接从轨道两端压过停放至换点停放区域5，无需倒车至换电停放区域5。

参照图4，换电机器人1、电池箱2、电池箱充电架3和控制系统4都位于一个集约式箱体中，集约式箱体的上部为换电机器人1，所述换电机器人1可以在轨道上沿集约式箱体长度方向进行平移；集约式箱体的下部有水平放置的多个电池箱充电架3，用来存放电池箱2，并依靠充电接头22对亏电电池箱进行充电，换电机器人1可以灵活的抓取或脱离电池箱2。

两种布局模式只是换电停放区域5相对于集约式箱体的位置布置不同，模式一为平行式布置，模式二为交错式布置，位置布置的不同致使模式一中电动客车只需要从行车道6并入到换电停放区域5即可，模式二中电动客车则需要倒入至换电停放区域5，而在模式二的延伸设计中，电动客车无需再倒入，直接向前开压过换电机器人(1)两端轨道停在换电停放区域(5)即可，除此之外两种模式下的换电过程完全一样，每一种模式下都提供了两种换电机器人1的设计方案，分别对应不同结构的电池箱2和电池箱充电架3，图4至图6为换电机器人方案一的设计，图7至图9为换电机器人方案二的设计。

下面先介绍方案一：

方案一将换电机器人1设计为推拉式结构，换电机器人1的纵向进给机构伸出将电池箱2卡住，然后纵向进给机构带动电池箱2收回，旋转180度后从反侧伸出，将电池箱2推出，固定在电池箱充电架3或电动客车上，该方案要实现一次换电工作，换电机器人1需要将电池箱正反旋转各180度。

参照图5，换电机器人1沿集约式箱体长度方向移动，换电机器人1内部为悬挂式结构框，其上有多个导轮，可沿立柱上下运动。悬挂式结构框内部设有旋转驱动，实现悬挂式结构框中的吊框旋转，吊框底部由两级伸缩机构组成，第一级纵向进给机构1012和第二级纵向进给机构1013，此两种进给机构协作完成电池箱的进给或取出运动。

参照图6，电池箱的一侧有固定装置，固定装置包括：旋头1020、连杆1021、滑动杆1022和滑槽1023，电池箱充电架3的相应位置有卡槽1030，具体工作流程为：换电机器人1通过卡头1014转动带动旋头1020，旋头1020转动通过连杆1021带动滑动杆1022在滑槽1023里向两侧滑动，直至滑动杆1022的外端进入电池箱充电架3(或客车车体)的卡槽1030中。当需要从电池箱充电架3上取下电池箱时，此时固定应该打开，只需要换电机器人1反转卡头1014，使滑动杆1022从卡槽1030中取出即可。

参照图7，换电机器人1中部有一卡头1014，该卡头1014的一端与电机相连，电机转动带动卡头1014转动；卡头1014的另一端可以旋入到电池箱的旋头 1020中，实现换电机器人1与电池箱2的连接。卡头1014的两侧各有一个推杆 1015，推杆1015依附第二级纵向进给机构1013可以实现换电机器人1对电池箱 2的可靠推拉。

下面介绍方案二：

方案二将换电机器人1设计为放置式结构，换电机器人1的进给机构11伸伸向电池箱充电架3或电动客车动力舱抬升将电池箱2挑起放置在其上，然后进给机构11收回，取出电池箱；然后机器人定位，进给机构11反向伸出、下降，将电池箱2放置在电池箱充电架3或电动客车上。

参照图8，换电机器人1位于换电停放区域5和电池箱充电架3之间，一方面，可以保证搬运行程最小；另一方面，换电机器人1的进给机构11上设有搬运平台10，用于放置电池箱2，实现与电池定位。

参照图9和图10，电池箱2在电池箱充电架1上依靠销孔21和定位块20 与34U型槽和35定位销完成定位，压杆31在推杆30和弹性装置33的作用下实现电池箱2上限位。

本实用新型虽然采用两种结构布局模式，但两种模式的换电实施方式完全一样，这里以模式一简要说明该使用新型完成电动客车换电的方法和步骤。

对于方案一：

第一步：电动客车经行车道6进入换电停放区域5，换电站识别车辆信息进行换电工作。

第二步：该步实现换电机器人1对亏电电池箱的抓取工作：首先换电机器人 1收到指令后，第一级纵向进给机构1012、第二级纵向进给机构1013依次运行，当第二级纵向机构1013运动至其上的卡头1014进入到亏电电池箱的旋头1020 中时，进给运动结束；然后卡头1014开始旋转一定角度，使其卡扣在旋头1020 中，带动旋头1020转动，旋头1020转动带动连杆1021，连杆1021运动带动滑动杆1022从客车车体的卡槽中移除，使亏电电池箱和车身的固定消除；最后第二级纵向进给机构1013、第一级纵向进给机构1012依次做反方向收回，完成换电机器人1对亏电电池箱的抓取工作。

第三步：换电机器人1回到初始位置后，将亏电电池箱绕竖直线旋转180°。

第四步：该步实现换电机器人1对亏电电池箱的脱离工作：首先换电机器人 1识别出电池箱充电架3上充电空位，搬动电池箱2上下运动及沿集装式箱体长度方向的运动，将亏电电池箱移动到指定电池箱充电架3的正对面；然后，由于换电机器人1和电池箱充电架3之间的距离短，只需第二级纵向进给机构13运动即可实现，第二级纵向进给机构1013上的左右两个推杆1015和卡头1014共同推动亏电电池箱做进给运动；最后当亏电电池箱到达电池箱充电架3上指定位置后，卡头1014反向转动完成电池箱2的固定，然后再反方向转动，使得卡头 1014脱出旋头1020，随着第二级纵向进给机构13反方向收回，卡头1014和旋头1020脱离，完成对亏电电池箱的脱离工作。

第五步：该步实现换电机器人1对满电电池箱的抓取工作：首先换电机器人 1识别出哪个电池箱2为满电电池箱；然后运动到相应电池箱充电架3的正对面，同理，第二级纵向进给机构1013运动；最后，参照第二步完成对满电电池箱的抓取工作。

第六步：换电机器人1回到初始位置后，将满电电池箱绕竖直线反向旋转 180°。

第七步：该步实现换电机器人1对满电电池箱的脱离工作：和第三步类似，将满电电池箱固定在客车车体上，然后第二级纵向进给机构1013和第一级纵向进给机构1012以此反方向收回，换电机器人1回到初始状态。

第八步：电池箱换电完成，等待下一次换电。

对于方案二：

第一步：电动客车经行车道6进入换电停放区域5，换电站识别车辆信息进行换电工作。

第二步：该步实现换电机器人1对亏电电池箱的抓取工作：首先换电机器人 1收到指令后，进给机构11开始带动搬运平台10运动；然后随着搬运平台10 不断前进，推动推杆30转动，推杆30转动带动压杆31绕其末端安装的滚动轮 32转动，致使压杆31脱离电池箱3上表面；最后搬运平台11向上运动将电池箱3托起，完成对亏电电池箱的抓取工作。

第三步：换电机器人1回到初始位置，推杆30和压杆31在弹性装置33作用下复位。

第四步：该步实现换电机器人1对亏电电池箱的脱离工作：首先换电机器人 1识别出哪个电池箱充电架3上没有电池箱2，将亏电电池箱移动到指定电池箱充电架3的正对面；然后进给机构11开始做反方向进给运动，搬运平台10推动推杆30和压杆31转动，电池箱3运动到指定位置后向下运动，完成定位销35 和销孔21、U型槽34和定位块20的配合；最后，随着搬运平台10的复位，推杆30和压杆31在弹性装置33的作用下复位，将电池箱3压紧。

第五步：该步实现换电机器人1对满电电池箱的抓取工作：首先换电机器人 1识别出哪个电池箱2为满电电池箱，然后运动到相应电池箱充电架3的正对面，和第二步类似，完成对满电电池箱的抓取。

第六步：换电机器人1回到初始位置，推杆30和压杆31在弹性装置33作用下复位。

第七步：该步实现换电机器人1对满电电池箱的脱离工作：和第四步类似，换电机器人1完成对满电电池箱的脱离工作。

第八步：换电机器人1回到初始状态，推杆30和压杆31在弹性装置33作用下复位，电池箱换电完成，等待下一次换电。

需要说明的是，以上实施例仅为本实用新型的一种实施方式，实施例的介绍较为详细和具体，但并不能理解为是对本实用新型专利范围的限制，本实用新型的保护范围应该以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种集约式电动客车充换电站，其特征在于：包括：换电机器人(1)、电池箱(2)、电池箱充电架(3)、控制系统(4)和换电停放区域(5)，且换电机器人(1)、电池箱(2)、电池箱充电架(3)和控制系统(4)都位于一个集约式箱体中；所述换电机器人(1)在控制系统(4)的控制下，将电动客车的电池箱与所述电池箱充电架(3)上电池箱(2)进行更换。

2.根据权利要求1所述的集约式电动客车充换电站，其特征在于：所述充换电站为侧向换电站，实现对电动客车的侧向换电。

3.根据权利要求1所述的集约式电动客车充换电站，其特征在于：所述充换电站为尾端换电站，实现对电动客车的尾端换电。

4.根据权利要求1-3任一项权利要求所述的集约式电动客车充换电站，其特征在于：有两种换电机器人(1)的设计方案可供选择，分别对应两种不同结构的电池箱(2)和电池箱充电架(3)，其中方案一将换电机器人(1)设计为推拉式结构，换电机器人(1)的纵向进给机构伸出将电池箱(2)卡住，然后纵向进给机构带动电池箱(2)收回，旋转180度后从反侧伸出，将电池箱(2)推出，固定在电池箱充电架(3)或电动客车上；方案二将换电机器人(1)设计为放置式结构，换电机器人(1)的进给机构(11)伸出将电池箱(2)挑起放置在其一端，然后进给机构(11)收回，从另一端伸出、下降，将电池箱(2)放置在电池箱充电架(3)或电动客车上。

5.根据权利要求2所述的集约式电动客车充换电站，其特征在于：集约式箱体的外围为换电停放区域(5)，集约式箱体与电动客车平行布置，只要电动客车停放于该区域内，该换电站就可以自动完成电动客车的侧向换电工作，所述换电机器人(1)的一侧为换电停放区域(5)，另一侧为电池箱充电架(3)，换电机器人(1)在两者之间实现亏电电池箱和满电电池箱的搬运工作，所述电池箱充电架(3)用于存放电池箱(2)，并可以实现亏电电池箱在该充电架上充电。

6.根据权利要求3所述的集约式电动客车充换电站，其特征在于：集约式箱体与电动客车交错布置，可以同时有多辆电动客车倒入停放至换电停放区域(5)，依次自动完成电动客车尾端换电工作，集约式箱体内部结构布置与模式一换电站集约式箱体内部结构布置基本相同；作为模式二的延伸，可以将换电机器人(1) 的轨道从集约式箱体长度方向上延伸出来，这样电动客车可以直接从轨道两端压过停放至换点停放区域(5)，无需倒车至换电停放区域(5)。

7.根据权利要求4所述的集约式电动客车充换电站，在方案一换电站中，所述换电机器人(1)为推拉式结构，可以绕竖直线灵活转动，当整个集约式箱体在运输过程中，可以将换电机器人(1)在工作状态下旋转90°放置，以此保证整个换电机器人(1)都在集约式箱体内部，当换电机器人(1)接收到换电指令后，纵向进给机构开始运动，由于换电机器人(1)和电池箱充电架(3)之间的距离短，与电动客车之间的距离长，且具有不确定性，所以当换电机器人从电池箱充电架上取放电池箱时，只需运动第二级纵向进给机构(1013)即可将电池箱(2)推拉到指定位置，而当换电机器人从电动客车上取放电池箱时，则需要第一级纵向进给机构(1012)和第二级纵向进给机构(1013)协调配合运动将电池箱(2)推拉至指定位置，运动到指定位置后换电机器人(1)利用嵌入式卡头(1014)和旋头(1020)实现对电池箱的抓取，利用活动推杆(1015)和卡头(1014)实现与电池箱(2)的脱离；所述电池箱(2)一侧有电接头，另一侧有插拔式的固定装置，在实现对电池箱(2)抓取或脱离的同时，换电机器人(1)的卡头(1014)带动固定装置上的旋头(1020)转动，旋头(1020)转动带动连杆(1021)运动，连杆(1021)带动滑动杆(1022)离开或插入卡槽，完成电池箱(2)的解除固定或固定工作。

8.根据权利要求4所述的集约式电动客车充换电站，其特征在于：在方案二换电站中，所述换电机器人(1)为放置式结构，整个换电过程电池箱(2)无需旋转，仅依靠进给机构(11)的平移即可完成换电工作，可大幅提高换电效率；所述电池箱(2)在电池箱充电架(3)上依靠两侧的定位销(35)和U型槽(34)实现定位，约束电池箱(2)除竖直方向移动自由度之外的其它五个自由度，在定位过程中，电池箱(2)不断向下运动，直至其四个角落到电池箱充电架(3)上，同理，电池箱(2)停放在电动客车存放架上的方式与之相同；为了将电池箱(2)进一步固定，采用四个压杆(31)压住电池箱(2)的上表面，当从电池箱充电架(3)或电动客车上取下电池箱时，换电机器人(1)通过搬运平台(10)推动推杆转动，推杆转动带动压杆(31)转动，为了运动的灵活性，在压杆(31)的末端安装滚动轮(32)，滚动轮(32)转动使压杆(31)脱离电池箱(2)上表面，当取下电池箱(2)时，压杆(31)在弹性装置(33)的作用下复位，当放上电池箱(2)时原理相同。