CN210706982U - 一种电动汽车自动换电柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电动汽车自动换电柜，包括柜体、换电转换台、具有多层充电位的充电架及控制系统，柜体设置电池出入口，其特点是：充电架设置在柜体内的后部，换电转换台设置在柜体内的前部。换电转换台包括自动输送电池托盘及其三轴移动装置，三轴移动装置由控制系统控制驱动自动输送电池托盘移动，与所述充电位及电动汽车电池仓的出入口准确对接，控制系统控制所述自动输送电池托盘将缺电电池送到空的充电位中充电，并将充电位送出的满电电池导入所述自动输送电池托盘中。适用于为具有自动输送电池的电池仓的电动汽车进行自动换电，且换电柜的结构紧凑，占地面积较小，造价较低，布置灵活、方便,适合大范围推广，以满足电动汽车的换电需求。

Description

一种电动汽车自动换电柜

技术领域

本实用新型属于电动汽车电池更换站应用技术领域，具体说是一种电动汽车自动换电柜。

背景技术

目前，随着新能源汽车特别是纯电动汽车在全球的迅速推广普及，电动汽车充电速度慢，续航里程较短，便利性不足的问题日益突出，成为制约电动汽车日常使用体验和电动汽行业进一步发展的最大瓶颈。因为，汽车电池本身电化学特性和电网节点功率制约，充电速度不可能在短期内得到大的提升，能与燃油车的加油速度相当。而更换汽车电池可以达到快速恢复电动汽车动力的需求，更符合传统汽车用户的使用习惯，是目前提高用户体验的最佳选择。但是，当前市场上的电动汽车，由于缺乏统一标准，各个厂家的电池、电气、机械接口，电池管理系统接口均不相同，成为建立汽车电池更换系统的最大障碍。

现有的换电站都是固定安装，占地面积大，分布数量少。造成这些问题的原因是电池的电量受体积和重量限制，不能做得太多。现有的电池各种各样，每个换电站只能更换一种类型的电池，导致这些换电站的实用性低，换电效率不高。

本申请人设计一种电动汽车用电池、电池仓及电动汽车，电池设计为统一的标准化结构。配套的电池仓的腔体内设置电池进出驱动机构，电池仓一端为电池出入口，电池可以快捷方便地出入电池仓，便于实现电池的快速更换。电动汽车底盘上设置电池仓，电动汽车到达电动汽车自动换电柜时，电动汽车上的电池仓可以自动推出其中的缺电电池，也可自动导入电动汽车自动换电柜送出的满电电池，便于与电动汽车自动换电柜的满电电池进行快速更换。因此，亟待设计开发一种配套的电动汽车自动换电柜，适用于为具有自动送出和接收电池的电池仓的电动汽车进行自动换电，可以自动接收电动汽车电池仓自动推出的缺电电池，并送到电动汽车自动换电柜的充电位充电，再并将满电的电池自动送到电动汽车的电池仓上，实现全自动快速更换电池。且换电柜的结构紧凑，占地面积较小，造价较低，布置灵活、方便,适合大范围推广，以满足电动汽车的换电需求。

实用新型内容

本实用新型为解决现有技术存在的上述问题，提供一种电动汽车自动换电柜，适用于为具有自动送出和接收电池的电池仓的电动汽车进行自动换电，且换电柜的结构紧凑，占地面积较小，造价较低，布置灵活、方便,适合大范围推广，以满足电动汽车的换电需求。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种电动汽车自动换电柜，包括柜体、换电转换台、具有多层充电位的充电架及控制系统，所述柜体正面设置电池出入口，其特征在于，所述充电架设置在所述柜体内的后部，所述换电转换台设置在所述柜体内的前部；所述换电转换台包括自动输送电池托盘及其三轴移动装置，所述三轴移动装置由所述控制系统控制驱动所述的自动输送电池托盘移动，与所述充电位及电动汽车电池仓的出入口准确对接，所述控制系统控制所述自动输送电池托盘将缺电电池送到空的充电位中充电，并将充电位送出的满电电池导入所述自动输送电池托盘中。

对上述技术方案的改进：所述三轴移动装置包括驱动所述自动输送电池托盘的横动装置、纵向移动装置及升降驱动装置，所述升降驱动装置包括升降平台及升降驱动机构，所述柜体底面上竖直设置升降滑轨，所述升降平台由所述升降驱动机构驱动沿所述升降滑轨升降移动，所述横动装置包括设置在所述升降平台上的横向滑轨、横向丝杠及驱动横向丝杠的横向驱动电机，所述横向滑轨设置滑块，所述横向丝杠上设置螺帽，所述自动输送电池托盘包括横动底盘，所述滑块及螺帽均与所述横动底盘连接，所述纵向移动装置包括设置在所述横动底盘上的纵向齿条，所述自动输送电池托盘上设置齿轮，所述齿轮与所述纵向齿条啮合，所述齿轮由所述自动输送电池托盘上设置的纵向驱动电机传动。

对上述技术方案的进一步改进：所述横动底盘上中间设置旋转电机，所述旋转电机驱动所述横动底盘上方设置的一转盘转动，所述纵向齿条直接设置在所述转盘上。

对上述技术方案的进一步改进：所述的充电架为具有单列多层充电位的长方形框架，所述柜体底面上的升降滑轨有4根，所述升降平台包括方形框架，所述方形框架的四个角上各设置一滑轨孔，4根所述升降滑轨分别插入对应的滑轨孔中，所述的升降驱动机构包括拉索、升降电机、传动轮及配重块，所述传动轮有四个，且分别固定在靠近4根所述升降滑轨上端位置，所述拉索挂在所述传动轮上，所述拉索一端与所述升降平台的方形框架连接，另一端连接所述配重块，由所述控制系统控制所述升降电机驱动所述传动轮转动，带动所述升降平台升降。

对上述技术方案的进一步改进：所述充电位内至少可以放置一块换电电池，所述换电电池包括壳体、壳体中的电池芯及电路，所述换电电池上设有ID，所述壳体一端设置连接器插头，所述壳体另一端设置连接器插座,所述换电电池的连接器插头与连接器插座通过所述壳体内的电路连接，所述连接器插头插入所述充电位内的电池充电插座，每个所述充电位内设置充电位锁定机构、电池充电插座和电池进出移动装置，所述电池充电插座与充电电路连接，所述充电电路与所述控制系统连接，所述充电位设置的电池移动装置包括充电位辊筒、充电位电机、充电位电机控制器及同步传动带，由所述控制系统控制所述充电位锁定机构的开闭，通过充电位电机控制器控制充电位电机及同步传动带驱动充电位辊筒正向或反向转动，推动换电电池移出或导入充电位；所述自动输送电池托盘上设置与所述充电位内相同结构的电池进出移动装置，用于推动换电电池移出或导入所述自动输送电池托盘。

对上述技术方案的进一步改进：所述控制系统包括识别电池ID的识别读取装置、与电动汽车进行无线通讯的无线通讯模块、中心服务器及与中心服务器通过网络连接的网络模块。

对上述技术方案的进一步改进：所述的柜体为方形壳体，所述电池出入口设置在所述柜体正面的下部中间位置，所述电池出入口设置自动门，由所述控制系统控制自动开闭，所述控制系统中包括信息显示模块，所述柜体至少在正面上设置显示屏，所述信息显示模块与所述显示屏连接。

本实用新型与现有技术相比的优点和积极效果是：

适用于为具有自动送出和接收电池的电池仓的电动汽车进行自动换电，且换电柜的结构紧凑，占地面积较小，造价较低，布置灵活、方便,适合大范围推广，以满足电动汽车的换电需求。

1、本实用新型的换电转换台包括自动输送电池托盘及其三轴移动装置，三轴移动装置由控制系统控制驱动的自动输送电池托盘移动，与充电位及电动汽车电池仓的出入口准确对接，可以自动接收电动汽车电池仓自动推出的缺电的换电电池，并自动送到换电柜的充电位充电，再将满电的换电电池自动送到电动汽车电池仓的入口位置，实现全自动快速更换电池。

2、本实用新型的电动汽车自动换电柜，结构紧凑，占地面积较小，造价较低，布置灵活、方便,适合大范围推广，以满足电动汽车的换电需求。

3、本实用新型的控制系统中包括识别电池ID的识别读取装置，控制系统包括与电动汽车进行无线通讯的无线通讯模块，可以实现无网络条件下进行近距离通讯。

4、本实用新型的控制系统包括中心服务器及与中心服务器通过网络连接的网络模块，可以实现通过网络进行通讯和远程控制。

5、本实用新型的控制系统中包括信息显示模块，在柜体正面上设置显示屏，信息显示模块与显示屏连接。便于发布广告和指导换电信息等。

附图说明

图1是本实用新型一种电动汽车自动换电柜的立体图；

图2是本实用新型一种电动汽车自动换电柜的内部结构示意图；

图3是本实用新型一种电动汽车自动换电柜中的换电转换台及其三轴移动装置的立体图;

图4是本实用新型一种电动汽车自动换电柜中控制系统的主要部件结构示意图；

图5是本实用新型一种电动汽车自动换电柜的控制系统中的1号充电位控制器控制部分的结构示意图；

图6是本实用新型一种电动汽车自动换电柜控制系统中换电转换台控制系统控制部分的结构示意图。

图中，1-柜体、2-显示屏、3-自动门、4-升降滑轨、5-配重块、6-拉索、7-充电架、7.1-充电位、7.1.1-充电位辊筒、8-横向驱动电机、9-自动输送电池托盘、9.1-托盘辊筒、9.2-齿轮、10-滑块、11-纵向齿条、12-横向滑轨、13-横向丝杠、14-升降平台的方形框架、14.1-滑轨孔、15-螺帽、16-旋转电机。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

参见图1-图3，本实用新型一种电动汽车自动换电柜的实施例，包括柜体1、换电转换台、具有多层充电位的充电架7及控制系统，柜体1的正面设置电池出入口。上述充电架7设置在柜体1内的后部，换电转换台7设置在柜体1内的前部。上述换电转换台包括自动输送电池托盘9及其三轴移动装置，三轴移动装置由所述控制系统控制驱动所述的自动输送电池托盘9移动，与充电位7.1及电动汽车电池仓的出入口准确对接，控制系统控制所述自动输送电池托盘9将缺电电池送到空的充电位7.1中充电，并将充电位7.1送出的满电电池导入所述自动输送电池托盘9中。

具体而言：上述三轴移动装置包括驱动所述自动输送电池托盘9的横动装置、纵向移动装置及升降驱动装置，升降驱动装置包括升降平台及升降驱动机构，在柜体1的底面上竖直设置升降滑轨4，升降平台由所述升降驱动机构驱动沿升降滑轨4升降移动。横动装置包括设置在升降平台上的横向滑轨12、横向丝杠13及驱动横向丝杠13的横向驱动电机8，在横向滑轨12上设置滑块10，在横向丝杠13上设置螺帽15，自动输送电池托盘9包括横动底盘，滑块10及螺帽15均与所述横动底盘底面连接。纵向移动装置包括设置在所述横动底盘顶面上的纵向齿条11，在自动输送电池托盘9上设置齿轮9.2，齿轮9.2与纵向齿条啮合11，齿轮9.2由自动输送电池托盘9上设置的纵向驱动电机传动。

进一步地，在横动底盘上中间设置旋转电机16，所述旋转电机16驱动所述横动底盘上方设置的一转盘转动，所述纵向齿条11直接设置在所述转盘上。这样，自动输送电池托盘9可以实现转动，使对接更加精确。

再进一步地，上述充电架7为具有单列多层充电位7.1的长方形框架，在柜体1底面上的升降滑轨4一共有4根，升降平台包括方形框架14，在方形框架14的四个角上各设置一滑轨孔14.1，4根升降滑轨4分别插入对应的滑轨孔14.1中，这样，方形框架14就可以沿升降滑轨4上下滑动。升降驱动机构包括拉索6、升降电机（未画出）、传动轮（未画出）及配重块5，传动轮有四个，且分别固定在靠近4根所述升降滑轨上端位置，四根拉索6分别挂在四个传动轮上，拉索6一端与升降平台的方形框架14连接，另一端连接配重块5。由所述控制系统控制所述升降电机驱动所述传动轮转动，带动所述升降平台升降。

在每个充电位7.1内至少可以放置一块换电电池，所述换电电池包括壳体、壳体中的电池芯及电路，所述换电电池上设有ID，所述壳体一端设置连接器插头，所述壳体另一端设置连接器插座,所述换电电池的连接器插头与连接器插座通过所述壳体内的电路连接，所述连接器插头插入所述充电位内的电池充电插座。每个充电位7.1内设置充电位锁定机构、电池充电插座和电池进出移动装置，电池充电插座与充电电路连接，充电电路与所述控制系统连接。所述充电位7.1设置的电池移动装置包括充电位辊筒7.1.1、充电位电机（未画出）、充电位电机控制器及同步传动带（未画出），由所述控制系统控制所述充电位锁定机构的开闭，通过充电位电机控制器控制充电位电机及同步传动带驱动充电位辊筒7.1.1正向或反向转动，推动换电电池移出或导入充电位7.1。所述自动输送电池托盘9上设置与充电位7.1内相同结构的电池进出移动装置，用于推动换电电池移出或导入自动输送电池托盘9。所述自动输送电池托盘9的电池进出移动装置包括托盘辊筒9.1、托盘电机（未画出）、托盘电机控制器及同步传动带。

本实用新型的柜体1为方形壳体，电池出入口设置在柜体1正面的下部中间位置，在电池出入口处设置自动门3，由控制系统控制自动门3自动开闭。控制系统中包括信息显示模块，在柜体1至少在正面上设置显示屏2，信息显示模块与所述显示屏连接，便于发布广告和指导换电信息等。

参见图4-图6，上述控制系统还包括识别电池ID的识别读取装置、与电动汽车进行无线通讯的无线通讯模块。在没有网络的区域控制系统也可以与电动汽车进行无线通讯。上述控制系统还包括中心服务器及与中心服务器通过网络连接的网络模块，这样，控制系统也可以通过网络与电动汽车进行通讯。

控制系统通过自动门控制器控制自动门3的开启和关闭；控制系统通过充电架控制器与各个充电位控制器连接；换电转换台与控制系统连接；显示器2通过信息显示模块与控制系统连接；中心服务器通过网络模块与控制系统连接；电动汽车通过无线通信模块与控制系统连接。控制系统通过电磁ID识别读取装置识别电池上的ID。

图4中的充电架控制器控制10个充电位控制器，图5中，为1号充电位控制器分别与1号充电位传感器、1号充电位锁定机构及1号充电位控制器连接。

图6中，换电转换台控制系统通过升降电机控制器控制升降电机驱动升降平台升降；换电转换台控制系统通过横向驱动电机控制器控制横向驱动电机驱动横动底盘横向移动；换电转换台控制系统通过纵向驱动电机控制器控制纵向驱动电机驱动自动输送托盘纵向移动；换电转换台控制系统通过托盘电机控制器控制托盘电机驱动托盘辊筒转动带动电池移动；换电转换台控制系统通过旋转电机控制器控制旋转电机16驱动转盘转动。

本实用新型电动汽车自动换电柜的具体换电方法如下：

（1）缺电电动汽车通过无线通信模块向中心服务器发出换电请求，中心服务器通过网络模块向最近的换电柜的控制系统发出命令，换电柜控制系统接受指令后，根据柜中每块电池电量以及电动车需要的电池数量，确定哪块电池作为该电动汽车的换电电池，同时，中心服务器通过网络模块向驾驶员发送最近换电柜位置。

（2）电动汽车行驶至换电柜前面，通过无线通信模块向控制系统发送到位信号，控制系统向自动门控制器发出指令，自动门3开启，同时控制系统通过无线通信模块向电动汽车发出指令，电动汽车电池仓仓门打开。

（3）控制系统向换电转换台控制系统发送指令，换电转换台控制系统向升降电机控制器、横向驱动电机控制器、纵向驱动电机控制器、旋转电机控制器发出动作指令，升降电机、横向驱动电机、纵向驱动电机及旋转电机16同时动作，使换电转换台的自动输送电池托盘9移动至电动汽车电池仓仓门正前方。

（4）控制系统向换电转换台控制系统发送指令，换电转换台控制系统向托盘电机控制器发出动作指令，托盘电机带动托盘辊筒9.1开始旋转，同时控制系统通过无线通信模块向电动汽车发送指令，电动汽车电池仓内的输送装置启动，将第一块电池运送出电动汽车电池仓，然后电池被运至自动输送电池托盘9内。

（5）控制系统向换电转换台控制系统发送指令，换电转换台控制系统向升降电机控制器、横向驱动电机控制器、纵向驱动控制器及旋转电机控制器发出动作指令，升降电机、横向驱动电机、纵向驱动电机及旋转电机16同时动作，使换电转换台移动至与换电柜的1号充电位7.1（假设1号充电位7.1原先是空位）相适应的位置。

（6）控制系统向充电架控制器发出指令，充电架控制器向1号充电位控制器发出指令，1号充电位控制器向1号充电位电机控制器发出指令，1号充电位电机控制器控制1号充电位电机带动1号充电位辊筒7.1.1运动 ；同时控制系统向换电转换台控制系统发送指令，换电转换台控制系统向托盘电机控制器发出动作指令，托盘电机带动托盘辊筒9.1开始旋转，将电池从自动输送电池托盘9运送至1号充电位7.1。

（7）当1号充电位传感器检测到电池到位后，向1号充电位控制器发送信号，1号充电位控制器通过充电架控制器向控制系统发送这一信号，然后控制系统通过充电架控制器向1号充电位控制器发出指令，1号充电位控制器向1号充电位电机控制器发出指令，控制1号充电位电机停止转动，同时1号充电位控制器控制1号充电位锁定机构对电池锁定。

（8）同理，多块电池依次传送至充电架相应空位；满电电池运至电动汽车的电池仓时，也同理。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不限于上述举例，本技术领域的普通技术人员，在本实用新型的实质范围内所作出的变化、改型、添加或替换，也属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电动汽车自动换电柜，包括柜体、换电转换台、具有多层充电位的充电架及控制系统，所述柜体正面设置电池出入口，其特征在于，所述充电架设置在所述柜体内的后部，所述换电转换台设置在所述柜体内的前部；所述换电转换台包括自动输送电池托盘及其三轴移动装置，所述三轴移动装置由所述控制系统控制驱动所述的自动输送电池托盘移动，与所述充电位及电动汽车电池仓的出入口准确对接，所述控制系统控制所述自动输送电池托盘将缺电电池送到空的充电位中充电，并将充电位送出的满电电池导入所述自动输送电池托盘中。

2.按照权利要求1所述的电动汽车自动换电柜,其特征在于，所述三轴移动装置包括驱动所述自动输送电池托盘的横动装置、纵向移动装置及升降驱动装置，所述升降驱动装置包括升降平台及升降驱动机构，所述柜体底面上竖直设置升降滑轨，所述升降平台由所述升降驱动机构驱动沿所述升降滑轨升降移动，所述横动装置包括设置在所述升降平台上的横向滑轨、横向丝杠及驱动横向丝杠的横向驱动电机，所述横向滑轨设置滑块，所述横向丝杠上设置螺帽，所述自动输送电池托盘包括横动底盘，所述滑块及螺帽均与所述横动底盘连接，所述纵向移动装置包括设置在所述横动底盘上的纵向齿条，所述自动输送电池托盘上设置齿轮，所述齿轮与所述纵向齿条啮合，所述齿轮由所述自动输送电池托盘上设置的纵向驱动电机传动。

3.按照权利要求2所述的电动汽车自动换电柜,其特征在于，所述横动底盘上中间设置旋转电机，所述旋转电机驱动所述横动底盘上方设置的一转盘转动，所述纵向齿条直接设置在所述转盘上。

4.按照权利要求2或3所述的电动汽车自动换电柜,其特征在于，所述的充电架为具有单列多层充电位的长方形框架，所述柜体底面上的升降滑轨有4根，所述升降平台包括方形框架，所述方形框架的四个角上各设置一滑轨孔，4根所述升降滑轨分别插入对应的滑轨孔中，所述的升降驱动机构包括拉索、升降电机、传动轮及配重块，所述传动轮有四个，且分别固定在靠近4根所述升降滑轨上端位置，所述拉索挂在所述传动轮上，所述拉索一端与所述升降平台的方形框架连接，另一端连接所述配重块，由所述控制系统控制所述升降电机驱动所述传动轮转动，带动所述升降平台升降。

5.按照权利要求1-3任一项所述的电动汽车自动换电柜,其特征在于，所述充电位内至少可以放置一块换电电池，所述换电电池包括壳体、壳体中的电池芯及电路，所述换电电池上设有ID，所述壳体一端设置连接器插头，所述壳体另一端设置连接器插座,所述换电电池的连接器插头与连接器插座通过所述壳体内的电路连接，所述连接器插头插入所述充电位内的电池充电插座，每个所述充电位内设置充电位锁定机构、电池充电插座和电池进出移动装置，所述电池充电插座与充电电路连接，所述充电电路与所述控制系统连接，所述充电位设置的电池移动装置包括充电位辊筒、充电位电机、充电位电机控制器及同步传动带，由所述控制系统控制所述充电位锁定机构的开闭，通过充电位电机控制器控制充电位电机及同步传动带驱动充电位辊筒正向或反向转动，推动换电电池移出或导入充电位；所述自动输送电池托盘上设置与所述充电位内相同结构的电池进出移动装置，用于推动换电电池移出或导入所述自动输送电池托盘。

6.按照权利要求4所述的电动汽车自动换电柜,其特征在于，所述充电位内至少可以放置一块换电电池，所述换电电池包括壳体、壳体中的电池芯及电路，所述换电电池上设有ID，所述壳体一端设置连接器插头，所述壳体另一端设置连接器插座,所述换电电池的连接器插头与连接器插座通过所述壳体内的电路连接，所述连接器插头插入所述充电位内的电池充电插座，每个所述充电位内设置充电位锁定机构、电池充电插座和电池进出移动装置，所述电池充电插座与充电电路连接，所述充电电路与所述控制系统连接，所述充电位设置的电池移动装置包括充电位辊筒、充电位电机、充电位电机控制器及同步传动带，由所述控制系统控制所述充电位锁定机构的开闭，通过充电位电机控制器控制充电位电机及同步传动带驱动充电位辊筒正向或反向转动，推动换电电池移出或导入充电位；所述自动输送电池托盘上设置与所述充电位内相同结构的电池进出移动装置，用于推动换电电池移出或导入所述自动输送电池托盘。

7.按照权利要求1-3任一项所述的电动汽车自动换电柜,其特征在于，所述控制系统包括识别电池ID的识别读取装置、与电动汽车进行无线通讯的无线通讯模块、中心服务器及与中心服务器通过网络连接的网络模块。

8.按照权利要求6所述的电动汽车自动换电柜,其特征在于，所述控制系统包括识别电池ID的识别读取装置、与电动汽车进行无线通讯的无线通讯模块、中心服务器及与中心服务器通过网络连接的网络模块。

9.按照权利要求1-3任一项所述的电动汽车自动换电柜,其特征在于，所述的柜体为方形壳体，所述电池出入口设置在所述柜体正面的下部中间位置，所述电池出入口设置自动门，由所述控制系统控制自动开闭，所述控制系统中包括信息显示模块，所述柜体至少在正面上设置显示屏，所述信息显示模块与所述显示屏连接。

10.按照权利要求8所述的电动汽车自动换电柜,其特征在于，所述的柜体为方形壳体，所述电池出入口设置在所述柜体正面的下部中间位置，所述电池出入口设置自动门，由所述控制系统控制自动开闭，所述控制系统中包括信息显示模块，所述柜体至少在正面上设置显示屏，所述信息显示模块与所述显示屏连接。

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