CN208181024U - 换电执行机构 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种换电执行机构，其包括：底座、用于对电池包进行加解锁的加解锁单元、用于传送电池包的传送单元，以及提升单元；所述提升单元包括驱动机构以及可由所述驱动机构驱动升降的升降部；所述加解锁单元、所述传送单元中，其中一个单元与所述升降部连接、并可随所述升降部升降以使得该单元的顶部高于或低于另一个单元，另一个单元支撑在所述底座上。本申请可降低整体提升高度。

Description

换电执行机构

技术领域

本申请属于换电服务领域，具体涉及一种换电执行机构。

背景技术

用于电动汽车电池换电的换电执行机构为一种导轨式自动换电小车。通常，需换电池的电动汽车被抬升到离地面一定高度，小车沿轨道驶入车辆下，小车先升高以接近电池，并且定位小车与电池的相对位置，接着卸下电池，带着电池降低，并且沿轨道驶离车辆并开向电池存储站去更换充满电的电池，然后再次进入被抬高的车辆下方，重复前面的动作并将电池安装到车辆上。

目前，自动换电系统有多种，每种换电系统的换电小车结构和原理都有很大区别，换电流程也不一样。

实用新型内容

本申请涉及的一个方面是提供一种换电执行机构，其包括：

一种换电执行机构，其特征是，包括：底座、用于对电池包进行加解锁的加解锁单元、用于传送电池包的传送单元，以及提升单元；

所述提升单元包括驱动机构以及可由所述驱动机构驱动升降的升降部；

所述加解锁单元、所述传送单元中，其中一个单元与所述升降部连接、并可随所述升降部升降以使得该单元的顶部高于或低于另一个单元，另一个单元支撑在所述底座上。

可选地，在上述换电执行机构中，所述换电执行机构还包括与所述加解锁单元连接的浮动机构，所述浮动机构包括链条和立柱，所述链条的第一端沿第一方向连接于所述升降部，第二端连接于所述立柱的第一端上，所述立柱悬挂在所述升降部上，并且所述立柱的第二端沿第一方向固定所述加解锁单元

可选地，在上述换电执行机构中，所述升降部设有导向部，所述驱动机构上设置移动部，所述移动部沿第二方向移动，所述第二方向基本垂直于所述第一方向，所述导向部和所述移动部中的一者包括楔形面，另一者与所述楔形面配合。

可选地，在上述换电执行机构中，所述移动部具有滚轮组件，所述导向部具有楔形面，所述滚轮组件与所述楔形面配合。

可选地，在上述换电执行机构中，所述移动部包括同轴设置的第一滚轮和第二滚轮，所述第一滚轮和所述第二滚轮中的一者与所述底座接触，另一者与所述斜面接触。

可选地，在上述换电执行机构中，所述提升单元还包括沿所述第一方向的导向柱，所述导向柱的一端设于所述底座上，所述升降部的升降部件上设有可供所述导向柱穿过的通孔，所述导向柱用于限制所述升降部件在第一方向的升降轨迹。

可选地，在上述换电执行机构中，所述导向部和移动部具有相互配合的多组，所述驱动机构还包括第一框架和驱动件，所有的所述移动部均设置在所述第一框架上，来自所述驱动件的输出运动驱动其中一个或多个所述移动部沿第二方向移动，进而驱动所述第一框架带动其余所述移动部在所述底座上沿所述第二方向移动。

可选地，在上述换电执行机构中，所述加解锁单元具有暴露所述传送单元的开口，在所述加解锁单元、所述传送单元相对升降时，所述传送单元的顶部能够从所述开口上升至所述加解锁单元之上或者下降至所述加解锁单元之下。

可选地，在上述换电执行机构中，所述加解锁单元包括用于对电池加锁和解锁的拧紧枪辅助对电池加锁和解锁的电池插销和车身插销，其中所述电池插销用于解锁电池前与电池对准，所述车身插销用于加锁电池前与车身对准。

可选地，在上述换电执行机构中，所述加解锁单元还包括用于托举电池的支撑块。

可选地，在上述换电执行机构中，还包括沿所述第二方向布置的轨道，在所述轨道的一端设置对接导向单元，用于导向交换中的电池；沿第三方向，所述对接导向单元设置于所述底座的两侧，其中所述第三方向基本垂直于所述第二方向。

本申请涉及的换电执行机构中，用于交换电池的传送单元高度固定，提升单元相对于传送单元上升或下降使得对电池进行加锁或解锁的加解锁单元的高度可以高出传送单元，也可以低于传送单元，从而实现加解锁单元和传送单元之间的位置切换。加解锁单元内还设有相对于传送单元升降的空间。由于在升降过程中，传送单元不升降，因此换电执行机构不用整体提升，这样就降低了换电执行机构的整体提升高度，并且通过升降车辆来辅助对位，因此换电站的总体高度也可以减小，本申请的换电执行机构可以在地下停车库使用。

传动单元使用了电驱动滚轮和无动力滚轮结合的方案，省去了为传送单元另外安装电机，减少了提升重量和降低了成本。

加解锁单元上设置有与拆卸电池时与电池对位的电池插销、安装电池时与车身对位的车身插销。可以采用独立的电动插销，占据空间较小，插销行程较短，兼容性提高。两种插销用于不同的换电步骤，无需在插销第一次对准时记住加解锁单元的位置，这样可以简化流程以及提高定位精度。

在换电执行机构的基座上还安装有对接导向单元，用于交换电池导向。

通过以下参考附图的详细说明，本申请的其他方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本申请的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，附图仅仅意图概念地说明此处描述的结构和流程，除非另外指出，不必要依比例绘制附图。

附图说明

结合附图参阅以下具体实施方式的详细说明，将更加充分地理解本申请，附图中同样的参考附图标记始终指代视图中同样的元件。其中：

图1-2为本申请涉及的经分解的换电执行机构的结构示意图，其中图1中包含了电池，图2不包含电池；

图3为本申请涉及的经分解的换电执行机构的另一实施例的结构示意图；

图4-5为本申请涉及的经组装的换电执行机构的示意图，图示为换电执行机构处于初始状态（即电池由传送单元承接），其中图4中包含了电池，图5不包含电池；以及

图6为本申请涉及的工作状态中的换电执行机构的示意图。

具体实施方式

为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本申请要求保护的主题，下面结合附图详细描述本申请的具体实施方式。

本申请涉及的换电执行机构可以用作自动换电轨道小车，也叫RGV小车（rollingguide vehicle），下文简称其为换电小车，用于电动汽车的电池更换。该换电小车为轨道车，在轨道上移动并且往来于电池仓和换电站之间，其中换电站中驶入的是待更换电池包的电动汽车。在这里，电池也被称为电池包、电池模组等，是集成化的为电动汽车提供驱动动力的装置。换电小车以空载状态驶入换电站的车辆下方，将亏电电池从车辆上卸下，并将亏电电池从换电站转移至电池仓。亏电电池在电池仓更换为满电电池。换电小车带着满电电池再次进入换电站内，将满电电池安装到车辆上。上述工作流程是自动的，并且适用于占据空间高度较低的小型化的换电场所以及可以进行模块化扩展的换电服务。

图1-3示出了本申请涉及的换电小车的结构示意图，这些图均为分解视图，图1的分解图中带电池7，图2、3的分解图中不带电池。如图3所示，换电小车包括底座1、加解锁单元6、传送单元31和提升单元4,32。提升单元4,32包括驱动机构32和由驱动机构驱动升降的升降部4。传送单元31固定在底座1上，驱动机构32相对于底座1可移动。升降部4位于底座1上方，由驱动机构32驱动做升降运动。升降运动包括沿第一方向x的移动。其中第一方向x为高度方向。

结合图1-2，驱动机构32布置在底座1上，并且可相对于底座1做第二方向y上的移动。第二方向y位于水平面内，从而基本垂直于第一方向x。驱动机构32包括驱动件321、第一框架322和移动部323。驱动件321为电机，该电机输出轴连接丝杠324。第一框架322为“I”字架，与丝杠配合的螺母(未示出)集成在第一框架322内。移动部323设置在“I”字架的两端板上。当电机工作时，电机输出的旋转运动经由丝杠-螺母配合转成第一框架322的沿第二方向y的移动，从而带动移动部323沿第二方向y移动。

移动部323包括四个滚轮组件，分别布置在第一框架322上。每一个滚轮组件都由同轴的一个第一滚轮328和一个第二滚轮329构成。其中第一滚轮328为轮径较大的滚轮，与底座1接触，第二滚轮329为轮径相对较小的滚轮，与升降部4接触。

升降部设置有导向部42，导向部42对应于移动部323也有四个。每一个导向部42均具有楔形面421。四个楔形面421以楔形块的形式分别布置在作为升降部件的提升板41的两侧上。每一个楔形面421均配合每一个移动部323的第二滚轮329，当移动部323移动时，导向部42就会配合移动部323移动。当然，移动部和导向部的位置可以互换；或者，移动部上也设置楔形面与导向部通过楔形面-楔形面配合的方式也是可以的。

升降部还包括导向柱43。导向柱43有四根，其一端插设于底座上的套筒325内，另一端穿过提升板41的通孔419。提升板41可相对于导向柱43做第一方向x的上升和下降。

当电机驱动第一框架322移动时，驱动一个或多个移动部并带动其余移动部移动。移动部323上的第一滚轮328相对于底座1移动，楔形面421相对于第二滚轮329移动，由于楔形面421的楔形作用以及提升板41相对于导向柱43移动，所以提升板41可以上升和下降。在另一些实现方式中，导向柱和套筒的位置也可以互换。

加解锁单元6用于对电池加锁和解锁并且由提升单元的升降部4带动升降。加解锁单元6经由一浮动机构与升降部4连接，浮动机构的说明会在下文介绍。在浮动机构作用下，加解锁单元6在至少水平面（垂直于X方向的平面）上是浮动的。加解锁单元6还可以随升降部4做第一方向x上的上升和下降。

传送单元31用于交换电池并且具有与电池接触的第一支撑表面311(图1-2中以箭头方式表示)。加解锁单元6具有承接电池的第二支撑表面611，传送单元31和加解锁单元6之间可以相互升降，以实现第一支撑表面311、第二支撑表面611彼此之间的相对高度位置变化。作为一种示例，传送单元31可固定在底座上高度不变，加解锁单元可上下移动变化高度。通过驱动机构32驱使升降部4上升，从而带动加解锁单元6上升，使得第二支撑表面611高出第一支撑表面311。通过驱动机构32驱使升降部4下降，从而带动加解锁单元6下降，使得第二支撑表面611低于第一支撑表面311。

传送单元31包括滚轮传动装置，滚轮传动装置的滚轮面构成第一支撑表面311并且滚轮传动装置构造成沿第二方向y输送电池。滚轮传动装置由多个滚轮架312沿第二方向y排列而成。如图所示，共有三个滚轮架312沿第二方向y构成一个滚轮传动装置。在这三个滚轮架312中，位于首尾端的滚轮架312中设置有由电驱动的第三滚轮318，中间的滚轮架中设置有无动力的第四滚轮319，也是从动滚轮。这样设置的好处是滚轮架312可以自行驱动，省去了为滚轮传动装置另设电机及传动件的需要。

滚轮传动装置可以有多个，如图所示的实施例中，滚轮传动装置有两个，沿第三方向z布置在底座1的各一侧上。其中第三方向z在基本垂直于第一方向x的平面内并且基本垂直于第二方向y。作为一种紧凑的设计，两个滚轮传动装置可以在第三方向z上被驱动机构32间隔开。也就是说，驱动机构32连同升降部4布置在底座1的中央，传送单元布置在底座1的两侧。

提升板41经由浮动机构连接加解锁单元6。加解锁单元6可以在至少平面方向上浮动。浮动机构32通过链条来实现帮助加解锁单元6浮动。在提升板41的四个角上布置有四个链条51和四个立柱52（链条和立柱的数量可以根据实际布置情况调整）。链条51的第一端（如图所示为上端）与提升板41连接，第二端（下端）连接立柱52。该立柱52为图示的“L”形立柱，立柱的第一端（下端）如前述连接链条51，第二端（上端）通过法兰53连接加解锁单元6的底部。当提升板41上升或下降时，提升板41带动链条51和立柱52因此带动加解锁单元6一起做同方向的运动。当加解锁单元6需要和电池或者车身对齐时，由于链条51的关系，加解锁单元6可相对于提升板41至少在平面方向上浮动以进行相对位置调整。

加解锁单元6用于将电池装到车上和从车上拆下。加解锁单元主体结构为第二框架61。该第二框架61内提供空间以容纳滚轮传动装置。如图所示，第二框架61被分割为多个较小的空间612，单个较小的空间612面积基本对应于单个滚轮架312面积以暴露对应的滚轮架312，因此在加解锁单元相对于滚轮传动装置上升和下降时，能够使得滚轮架312从该空间612内伸出或者缩回，使得两者的用于接触电池的表面（即第一支撑表面311和第二支撑表面611中）的其中一个表面可以高出或低于另一个表面。其余不需要暴露滚轮架2的区域则可以用遮盖板619遮盖，以起到防尘和美观的作用,如图3所示。图4和图5是本申请涉及的换电小车的结构图并且此时换电小车在初始状态或经下降回到初始状态。图4是包含了电池7的示意图，图5中不含有电池。如图所示，在该状态中，滚轮传动装置在加解锁单元的空间612中并且在初始状态时由传送单元31承接电池，因此传送单元31的第一支撑表面高出第二支撑表面。

加解锁单元还包括用于对电池进行加锁和解锁的拧紧枪613、用于与车身对准的车身插销615、用于与电池对准的电池插销614、和支撑块616，这些器件均布置在第二框架61的顶部。拧紧枪613采用体积较小的拧紧枪，这样可以在第二框架61上布置多个拧紧枪613。拧紧枪的伺服驱动单元33布置在底座上，不随升降部4做升降运动。第二框架61上的插销有两种，包括电池插销614和车身插销615，它们用于不同的情况。在将电池从车上拆下时，电池插销614与电池对准。车身插销615布置在第二框架61的顶角上，在将电池装到车上时，车身插销615与车身对准。电池插销614和/或车身插销615可以是独立式的电动插销，占据空间小，插销行程短，兼容性较好。在加解锁单元承接从车上卸下的电池时，支撑块616发挥作用承载电池。

换电小车还包括沿第二方向y延伸的轨道11和驱动底座1沿轨道11行走的行走机构。回到图1-3，行走机构包括电机(未示出)、齿轮(未示出)、齿条21以及轴承。两根轨道11之间布置着与轨道11基本平行、即也是沿第二方向y延伸的齿条21。轨道11之间经由导轨托12连接。电机为换电小车的驱动伺服电机，其连接齿轮，齿轮与齿条21啮合。电机启动带动齿轮，通过齿轮齿条传动，换电小车的轮子以轴承的形式在轨道11内移动。轴承安装在底座下，底座通过轴承可移动地行走在轨道11上，并且沿着轨道11在第二方向y上移动于电池仓和换电站之间。

轨道11的一端设置有对接导向单元13，用于导向交换中的电池。沿第三方向z，对接导向单元13设置在底座1沿第三方向z的两侧，因此当底座1沿轨道11移动至该端时，滚轮传动装置则位于该对接导向单元13之间，从而承接的电池也位于该对接导向单元13之间。对接导向单元13如图所示为一对导向门，且在沿第一方向x的高度高于滚轮架312，用于限制电池沿第三方向z的位置。对接导向单元13的间隔距离取决于电池尺寸。当电池从换电小车输送到电池仓或从电池仓输送到换电小车时，对接导向单元13可以约束电池在第二方向y沿着期望轨迹被输送。

结合图6，以下介绍换电小车的换电过程中的一种可供参考的操作方式。

1）在换电站9外，升降部先上升到加解锁单元的第二支撑表面611高出传送单元的第一支撑表面311。同时，换电小车沿轨道11进入换电站9内，在到达换电站9时，第二支撑表面611已经超出第一支撑表面311。其中升降部的上升动作也可以在换电站中完成。

2）此时，待换电池的汽车已经在换电站9内，控制汽车下降，让加解锁单元上的电池插销614与电池对准，拧紧枪613工作并拆卸电池。

3）经拆卸的电池由第二支撑表面611承接，小车将电池7运出。汽车上升。当到达以框图显示出的电池仓8时，升降部带着加解锁单元经下降使得第二支撑表面611低于第一支撑表面311，由传送单元31承接电池7。其中升降部的下降动作也可以在承接电池后、运出过程中完成。

4）传送单元31的滚轮传动装置工作，将电池7送入电池仓8内并交换电池7。在电池输送过程中，对接导向单元13约束电池的输送路线，以保证电池不偏离。升降部再次上升，使得加解锁单元的第二支撑表面611高出传送单元31的第一支撑表面311，而且电池插销614再次与电池7对准。当换电小车再次到达换电站9时，第二支撑表面611已经超出第一支撑表面311。

5）换电小车进入换电站9内，汽车下降，通过加解锁单元上的车身插销615，车身与加解锁单元对准。拧紧枪613工作并将电池7装到车上。

6）汽车上升，换电小车离开换电站9，完成换电。

需要说明的是，该换电执行机构也可以不包含轨道及其驱动部件，而集成在换电站中进行换电操作，或者集成在手动换电小车中用于手动换电操作。

虽然已详细地示出并描述了本申请的具体实施例以说明本申请的原理，但应理解的是，本申请可以其它方式实施而不脱离这样的原理。

Claims (11)

1.一种换电执行机构，其特征是，包括：底座(1)、用于对电池包进行加解锁的加解锁单元(6)、用于传送电池包的传送单元(31)，以及提升单元；

所述提升单元包括驱动机构(32)以及可由所述驱动机构(32)驱动升降的升降部(4)；

所述加解锁单元(6)、所述传送单元(31)中，其中一个单元与所述升降部(4)连接、并可随所述升降部(4)升降以使得该单元的顶部高于或低于另一个单元，另一个单元支撑在所述底座(1)上。

2.如权利要求1所述的换电执行机构，其特征是：所述换电执行机构还包括与所述加解锁单元(6)连接的浮动机构，所述浮动机构包括链条(51)和立柱(52)，所述链条(51)的第一端沿第一方向(x)连接于所述升降部，第二端连接于所述立柱(52)的第一端上，所述立柱(52)悬挂在所述升降部上，并且所述立柱(52)的第二端沿第一方向(x)固定所述加解锁单元。

3.如权利要求2所述的换电执行机构，其特征是：所述升降部(4)设有导向部(42)，所述驱动机构(32)上设置移动部(323)，所述移动部(323)沿第二方向(y)移动，所述第二方向(y)基本垂直于所述第一方向(x)，所述导向部(42)和所述移动部(323)中的一者包括楔形面(421)，另一者与所述楔形面(421)配合。

4.如权利要求3所述的换电执行机构，其特征是：所述移动部(323)具有滚轮组件，所述导向部(42)具有楔形面(421)，所述滚轮组件与所述楔形面(421)配合。

5.如权利要求3所述的换电执行机构，其特征是：所述提升单元还包括沿所述第一方向(x)的导向柱(43)，所述导向柱(43)的一端设于所述底座(1)上，所述升降部的升降部件(41)上设有可供所述导向柱穿过的通孔(419)，所述导向柱(43)用于限制所述升降部件(41)在第一方向(x)的升降轨迹。

6.如权利要求3所述的换电执行机构，其特征是：所述导向部(42)和移动部(323)具有相互配合的多组，所述驱动机构(32)还包括第一框架(322)和驱动件(321)，所有的所述移动部(323)均设置在所述第一框架(322)上，来自所述驱动件(321)的输出运动驱动其中一个或多个所述移动部(323)沿第二方向(y)移动，进而驱动所述第一框架(322)带动其余所述移动部(323)在所述底座上沿所述第二方向(y)移动。

7.如权利要求1所述的换电执行机构，其特征是：所述加解锁单元(6)具有暴露所述传送单元(31)的开口，在所述加解锁单元(6)、所述传送单元(31)相对升降时，所述传送单元(31)的顶部能够从所述开口上升至所述加解锁单元(6)之上或者下降至所述加解锁单元(6)之下。

8.根据权利要求3所述的换电执行机构，其特征是：所述传送单元(31)为沿所述第二方向(y)并排排列的滚轮传动装置，所述滚轮传动装置包括沿所述第二方向(y)布置的多个滚轮架(312)，多个所述滚轮架(312)中至少有一个滚轮架中设置电驱动的滚轮(318)以及至少有另一个滚轮架中设置无驱动力的滚轮(319)。

9.根据权利要求7所述的换电执行机构，其特征是：所述加解锁单元的主体为第二框架(61)。

10.根据权利要求9所述的换电执行机构，其特征是：所述加解锁单元包括用于对电池加锁和解锁的拧紧枪(613)辅助对电池加锁和解锁的电池插销(614)和车身插销(615)，其中所述电池插销(614)用于拆卸电池前与电池对准，所述车身插销(615)用于安装电池前与车身对准。

11.根据权利要求3所述的换电执行机构，其特征是：还包括沿所述第二方向(y)布置的轨道(11)，在所述轨道(11)的一端设置对接导向单元(13)，用于导向交换中的电池；

沿第三方向(z)，所述对接导向单元(13) 设置于所述底座的两侧，其中所述第三方向(z)基本垂直于所述第二方向(y)。