CN217574933U - 一种换电装置及移动换电站 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种换电装置及移动换电站，涉及新能源换电技术领域。该换电装置包括支架、竖直滑动件、水平吊臂及吊装机构。所述竖直滑动件沿竖直方向活动设置于所述支架；所述水平吊臂沿水平方向伸缩设置于所述竖直滑动件；所述吊装机构与所述水平吊臂柔性连接。该换电装置能够提高换电效率，降低驾驶员的操作难度。

Description

一种换电装置及移动换电站

技术领域

本实用新型涉及新能源换电技术领域，尤其涉及一种换电装置及移动换电站。

背景技术

为保护环境，重卡电动化正成为交通领域大气治污与绿色低碳发展的重要组成部分。相较于充电模式，换电模式具有换电时间短、运营效率高等特点，正成为重卡的主要补能方式。

重卡的电池包属于背挂式，需要从上方安装或取出电池包，也就是说，换电装置从上方与电池包形成固定结构。然而，这就需要对重卡的停放位置与角度提出较高要求，以使换电装置能够直接与电池包的横梁等部位形成固定结构以使换电装置能够取放及搬运电池包。这极大地提高了驾驶员的操作难度，降低了换电效率。

针对上述问题，需要开发一种换电装置及移动换电站，以解决重卡换电效率低的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种换电装置及移动换电站，能够降低对待换电车辆停放角度和位置的要求，提高换电效率，降低驾驶员的操作难度。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种换电装置，包括：

支架；

竖直滑动件，所述竖直滑动件沿竖直方向活动设置于所述支架；

水平吊臂，所述水平吊臂沿水平方向伸缩设置于所述竖直滑动件；

吊装机构，所述吊装机构与所述水平吊臂柔性连接。

优选地，还包括导向组件，所述导向组件包括滑轨与滑轮，所述滑轮转动设置于所述支架，所述滑轮与所述滑轨滑动配合。

优选地，所述支架移动方向的前后侧均设置有所述滑轮，且所述支架设置有所述竖直滑动件的一侧的所述滑轮与所述支架之间的距离大于另一侧的所述滑轮与所述支架之间的距离。

优选地，所述支架位于所述滑轨的两侧均转动连接有归正轮，所述归正轮与所述滑轨的侧壁滚动抵接。

优选地，所述吊装机构包括本体及定位件，所述本体与所述水平吊臂柔性连接，所述定位件设置于所述本体以对所述本体进行导向。

优选地，所述吊装机构还包括若干个换电勾爪，其中每两个所述换电勾爪为一组，所述换电勾爪绕竖直方向的轴线转动设置于所述本体，同一组的两个所述换电勾爪能够同时伸出所述本体相对的两侧。

优选地，所述吊装机构还包括驱动件，每一组的两个所述换电勾爪对应设置一个所述驱动件，所述驱动件沿垂直于两个所述换电勾爪连线的方向滑动设置于所述本体，所述驱动件分别与两个所述换电勾爪枢接，所述驱动件相对于所述本体滑动时，两个所述换电勾爪朝相反的方向转动。

优选地，所述换电勾爪的末端向上凸设有防脱部。

优选地，还包括激光距离传感器，所述激光距离传感器设置于所述支架，所述激光距离传感器用于测量所述支架移动的距离。

一种移动换电站，包括所述的换电装置，还包括换电车，换电车包括箱体，所述换电装置设置于所述箱体内。

本实用新型的有益效果：

本实用新型提供了一种换电装置及移动换电站。该换电装置中，竖直滑动件通过滑动能够调节吊装机构的高度，并通过水平吊臂驱动吊装机构沿水平方向移动以将没电的电池包移动至能源车或将满电的电池包移动至重卡。其中，吊装机构与水平吊臂柔性连接，能够使吊装机构在电池包上方向下移动并与电池包固定时降低吊装机构的位置精度，从而降低对重卡停放角度和位置的要求，从而提高换电效率，降低驾驶员的操作难度。

附图说明

图1是本发明提供的移动换电站的结构示意图；

图2是本发明提供的换电装置的结构示意图；

图3是本发明图2中A处的局部放大图；

图4是本发明提供的吊装机构的结构示意图。

图中：

100、供电电池；200、电池包；

1、换电车；2、换电装置；

11、箱体；21、支架；22、吊装机构；23、导向组件；24、竖直滑动件；25、水平吊臂；26、激光距离传感器；27、驱动电机；28、竖直驱动件；

111、底板；112、立板；113、门板；221、本体；222、定位件；223、换电勾爪；224、驱动件；225、锁链；226、定位销；227、高度传感器；228、感应件；229、控制件；231、滑轨；232、滑轮；233、归正轮；

1121、支撑部；1122、调节部；2221、导向斜面；2231、防脱部。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

我国目前正大力推行新能源汽车，使得新能源汽车产业快速发展。由于新能源汽车的动力来源为电池包200，而电能的来源多种多样，我国目前致力于利用可再生能源发电，从而有效降低汽车带来的温室气体和污染气体的排放，从而改善出行环境，为节能减排做出重要贡献，从而最终达到碳中和。

由于重卡无论是行驶时间、行驶里程均远超其他车辆，相应地，重卡的排放也远超其他车型。故在汽车行业向新能源转变的过程中，重卡电动化正成为交通领域大气治污与绿色低碳发展的重要组成部分。而重卡电动化的最大难点在于能量补给的速度，若利用充电对重卡的电池进行补能，需要浪费大量的时间，导致效率严重下降。

相较于充电模式，换电模式具有换电时间短、运营效率高等特点，而且重卡路线较为单一，路况变化不大，可准确预估剩余电量的续航里程，可选择合适的间隔来建设换电站，从而令驾驶员选择合适的时机进行补能。可以理解的是，换电站建设成本较高，且毫无机动性，若出现修路、改线等情况，则只能拆除后选择新的地点重建，费时费力。而移动换电站则能够大幅降低换电站的建设成本，且能提升换电站灵活转移性能，实现换电站快速部署。

目前的移动换电站多是采用换电车1与能源车相配合，换电车1的换电装置2能够将待换电池包200的新能源车上的电池包200更换至能源车的空位，并将能源车上的满电电池包200更换至待换电池包200的新能源车上。具体地，重卡的电池包200设置于驾驶室后方，属于背挂式，需要从上方安装或取出电池包200。为保护换电装置2，换电车1设置有侧面开门的箱体11，换电装置2能够从箱体11的两侧伸出并进行换电。然而，箱体11的顶面限制了换电装置2的上升高度，导致无法对电池包200高度高于箱体11顶面的新能源车进行换电，大大降低了该移动换电站的适用性。

为解决这个问题，本实施例提供了一种移动换电站。如图1和图2所示，该移动换电站包括换电车1、换电装置2及控制器。换电车1包括箱体11，换电装置2设置于箱体11内。具体地，箱体11包括底板111及立板112，立板112包括支撑部1121与调节部1122，支撑部1121与底板111相连接，调节部1122沿竖直方向滑动设置于支撑部1121，调节部1122铰接有至少两个门板113，门板113为L型。控制器被配置为驱动门板113转动、驱动调节部1122升降及驱动换电装置2进行换电。

可以理解的是，该移动换电站还包括能源车，换电装置2能够将重卡上没电的电池包200移动到能源车上，并将能源车上的满电电池包200移动到重卡上完成换电。当能源车上的电池包200均处于空电时，能源车载着没电的电池包200到充电站进行充电或直接在固定的换电站更换满电的电池包200，而后开回换电车1旁继续进行换电。

为保护电池包200，重卡的最高点也不是电池包200的顶面，而是车体。这就车体的最高点与电池包200的最高点存在高度差。若使用普通的门板113，则调节部1122需要上升较高的高度以使门板113能够对车体进行避让，既增加了不稳定性，又提高了成本。

该移动换电站中，箱体11的顶面由L型的门板113的一部分组成，当门板113打开时，门板113位于顶面的部分向上转动，门板113的高度高于箱体11顶面的高度，L型门板113弥补了车体的最高点与电池包200的最高点存在的高度差，使门板113能够避让高度较高的待换电的车辆。同时，控制器只需要控制调节部1122的高度，在换电过程中对换电装置2进行避让，即可避免换电装置2的高度变化时与箱体11的顶面发生干涉，从而使换电装置2能够对电池包200高度较高的车辆进行换电。

由于箱体11顶面的高度可调，使得换电车1的箱体11高度可以设计较小，既能够使换电车1具有良好的通过性，又使该移动换电站能够对电池顶面高度更高或车辆高度较高的新能源车进行换电，提高了该移动换电站的适用性。

其中，驱动调节部1122上升的结构可以是气缸，控制器与气缸通讯连接，气缸的缸体设置于支撑部1121，气缸的活塞杆与调节部1122连接，通过控制器控制气缸的充气和放气，即可控制调节部1122的升降。也可以是利用电机驱动螺杆转动，具体地，螺杆转动设置于支撑部1121，调节部1122与螺杆螺纹连接，控制器与电机通讯连接，利用控制器控制电机驱动螺杆朝不同方向转动，即可控制调节部1122的升降。门板113通过电机驱动以相对于调节部1122转动，从而实现门板113的打开与关闭，控制器与控制门板113的电机通讯连接，控制器能够通过电机驱动门板113打开或关闭。

优选地，该箱体11包括两个立板112，两个立板112间隔设置于底板111，门板113的两端分别与两个立板112铰接以保证门板113转动时的稳定性。可以理解的是，箱体11的每一侧可设置多块门板113，控制器能够根据电池包200的位置来选择性地打开对应的门板113。

可以理解的是，换电车1底部沿竖直方向滑动设置有支撑杆(图中未视出)。当车身停靠到位后，支撑杆下降并支撑地面以稳定换电车1的车身。优选地，支撑杆布置于箱体11底部的四角处，通过单独控制不同的支撑杆升降，能够调平并使车身保持水平。

如图2所示，换电装置2包括支架21及吊装机构22，吊装机构22设置于支架21，吊装机构22被配置为更换电池包200。其中，换电装置2还包括竖直滑动件24和水平吊臂25。竖直滑动件24沿竖直方向活动设置于支架21。水平吊臂25沿水平方向伸缩设置于竖直滑动件24以从箱体11的两侧伸出箱体11，吊装机构22与水平吊臂25柔性连接。

竖直滑动件24通过滑动能够调节吊装机构22的高度，并通过水平吊臂25驱动吊装机构22沿水平方向移动以将没电的电池包200移动至能源车或将满电的电池包200移动至重卡。其中，吊装机构22与水平吊臂25柔性连接，能够使吊装机构22在电池包200上方向下移动并与电池包200固定时降低吊装机构22的位置精度，从而降低对重卡停放角度和位置的要求，从而提高换电效率，降低驾驶员的操作难度。

优选地，该换电装置2还包括竖直驱动件28，竖直驱动件28设置于支架21上，竖直驱动件28的输出端与竖直滑动件24固定连接，竖直滑动件24能够在竖直驱动件28的驱动下沿竖直方向在支架21上滑动。具体地，竖直驱动件28可以是气缸，气缸的缸体设置于支架21，气缸的活塞杆与竖直滑动件24固定连接。竖直驱动件28还可以是齿轮和齿条，齿轮和齿条啮合，齿条沿竖直方向设置于支架21，竖直滑动件24上设置有电机，电机驱动齿轮转动，即可使竖直滑动件24沿齿条的方向移动。在其他实施例中，电机可不与齿轮直接连接，而是通过链条或传动带与齿轮传动连接，以便灵活选择布置电机的位置。

优选地，为防止竖直滑动件24在沿竖直方向移动时发生偏移，该换电装置2还需要对竖直滑动件24进行导向。具体地，支架21设置有导轨，竖直滑动件24与导轨滑动连接。在其他实施例中，支架21间隔设置有两列导轮，竖直滑动件24设置于两列导轮之间并与导轮滚动连接，利用导轮同样能够对竖直滑动件24进行导向。

优选地，换电装置2还包括导向组件23，导向组件23包括滑轨231与滑轮232，滑轨231设置于底板111，滑轮232转动设置于支架21，滑轮232与滑轨231滑动配合。支架21能够通过滑轮232沿滑轨231移动，使吊装机构22能够根据需要选择换电的位置，既能够主动选择能源车上不同位置的电池包200，又能够对不同位置的重卡进行换电，提高了换电效率。具体地，滑轨231可以是轻轨、直线导轨或者其他定制轨道。

其中，滑轮232在支架21移动方向的前后侧各设置一个，且支架21设置有竖直滑动件24的一侧的滑轮232与支架21之间的距离大于另一侧的滑轮232与支架21之间的距离。可以理解的是，设置有吊装机构22的一侧的重量较大，使得整个换电装置2的重心会偏向设置有吊装机构22的一侧。将设置有吊装机构22的一侧的滑轮232距离支架21较远，能够使换电装置2的重心接近两个滑轮232的中心，从而不需要在支架21的另一侧设置配重，即可保证换电装置2在移动过程中的稳定。

具体地，滑轨231间隔设置有两根，支架21的两端均通过滑轮232与相应的滑轨231滑动连接，以提高换电装置2的稳定性。

其中，该换电装置2还包括驱动电机27，驱动电机27设置于支架21上，驱动电机27与滑轮232传动连接，驱动电机27能够驱动滑轮232转动以驱使支架21沿滑轨231移动。

如图3所示，支架21转动连接有偶数个归正轮233，偶数个归正轮233均匀分布于滑轨231的两侧，归正轮233与滑轨231的侧壁滚动抵接。通过在滑轨231的两侧设置归正轮233，使得支架21仅能够沿滑轨231的方向移动，而不会向滑轨231的两侧偏移而脱离滑轨231，从而提高了换电装置2的稳定性。

在支架21沿滑轨231移动过程中，为提高移动距离的准确性，该换电装置还包括激光距离传感器26，激光距离传感器26设置于支架21，激光距离传感器26用于测量支架21移动的距离。通过提高测算移动距离的准确性，能够在换电过程中提高效率，降低发生事故的概率。具体地，激光距离传感器26的检测方向与滑轨231同向，通过箱体11的立板112反射激光信号来测算支架21移动的距离，也可以通过设置反射激光信号的障碍物来测算支架21移动的距离。

如图4所示，吊装机构22包括本体221及定位件222，本体221与水平吊臂25柔性连接，定位件222设置于本体221以对吊装机构22进行导向。本体221能够相对于水平吊臂25在水平方向移动以通过定位件222将吊装机构22与电池包200进行位置适配，保证了吊装机构22能够小范围适配电池包200的位置。具体地，本体221与水平吊臂25通过锁链225或钢丝绳相连接。

其中，定位件222具有导向斜面2221，导向斜面2221沿由下向上的方向朝水平方向倾斜，以使本体221在接近电池包200的过程中，导向斜面2221与电池包200的外壳接触并使本体221导向归正。

优选地，吊装机构22还包括定位销226，电池包200设置有定位孔，吊装机构22在向下移动靠近电池包200的过程中，定位销226插入对应的定位孔内以对吊装机构22和电池包200进行精定位。

优选地，吊装机构22还包括换电勾爪223，换电勾爪223绕竖直方向的轴线转动设置于本体221。电池包200包括横梁，换电勾爪223通过转动能够转到横梁的下方，以使吊装机构22能够升起电池包200并完成电池包200的搬运及更换。

具体地，吊装机构22包括若干个换电勾爪223，其中每两个换电勾爪223为一组，换电勾爪223绕竖直方向的轴线转动设置于本体221，同一组的两个换电勾爪223能够同时伸出本体221相对的两侧。两个换电勾爪223分别从本体221的两侧伸出，同时抵接两个电池包200的横梁，能够在升起电池包200的过程中保持电池包200的稳定，防止电池包200受力不均导致倾斜。为了进一步提高电池包200在升起过程中的稳定性，换电勾爪223可以设置多组，以增加换电勾爪223与电池包200横梁的接触点。

具体地，吊装机构22还包括驱动件224，每一组的两个换电勾爪223对应设置一个驱动件224，驱动件224沿垂直于两个换电勾爪223连线的方向滑动设置于本体221，驱动件224分别与两个换电勾爪223枢接，驱动件224相对于本体221滑动时，两个换电勾爪223朝相反的方向转动。通过驱动件224即可控制同一组的两个换电勾爪223同时伸出或缩回本体221，以实现本体221与电池包200的锁定与解锁。

优选地，换电勾爪223的末端向上凸设有防脱部2231。防脱部2231能够在搬运电池包200的过程中防止电池包200的横梁滑脱导致安全事故，从而提高换电过程中的安全性。

优选地，支架21设置有高度传感器227，竖直滑动件24设置有感应件228，高度传感器227能够感应到感应件228。感应件228用于限制竖直滑动件24的最大行程，当竖直滑动件24在移动的过程中，感应件228移动到高度传感器227处被高度传感器227感应到时，竖直滑动件24即停止移动。感应器与感应件228能够保护换电装置2，防止竖直滑动件24超出行程导致与其他结构发生碰撞。其中，高度传感器227沿竖直方向在支架21上设置有两个，分别用于检测竖直滑动件24的极限位置与零位。

具体地，如图2所示，为了简化线束结构，缩短线束的长度，提高控制精度，该换电装置2的控制件229固定设置于支架21上。控制件229被配置为控制支架21、竖直驱动件28、水平吊臂25及吊装机构22的工作。

该换电装置2利用电机驱动以在滑轨231上滑动，换电车1的箱体11内设置有供电电池100，用于对电机供电。如图1所示，供电电池100可以直接使用一个电池包200，从而节省成本。

以上内容仅为本实用新型的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种换电装置，其特征在于，包括：

支架(21)；

竖直滑动件(24)，所述竖直滑动件(24)沿竖直方向活动设置于所述支架(21)；

水平吊臂(25)，所述水平吊臂(25)沿水平方向伸缩设置于所述竖直滑动件(24)；

吊装机构(22)，所述吊装机构(22)与所述水平吊臂(25)柔性连接。

2.根据权利要求1所述的换电装置，其特征在于，还包括导向组件(23)，所述导向组件(23)包括滑轨(231)与滑轮(232)，所述滑轮(232)转动设置于所述支架(21)，所述滑轮(232)与所述滑轨(231)滑动配合。

3.根据权利要求2所述的换电装置，其特征在于，所述支架(21)移动方向的前后侧均设置有所述滑轮(232)，且所述支架(21)设置有所述竖直滑动件(24)的一侧的所述滑轮(232)与所述支架(21)之间的距离大于另一侧的所述滑轮(232)与所述支架(21)之间的距离。

4.根据权利要求2所述的换电装置，其特征在于，所述支架(21)位于所述滑轨(231)的两侧均转动连接有归正轮(233)，所述归正轮(233)与所述滑轨(231)的侧壁滚动抵接。

5.根据权利要求1所述的换电装置，其特征在于，所述吊装机构(22)包括本体(221)及定位件(222)，所述本体(221)与所述水平吊臂(25)柔性连接，所述定位件(222)设置于所述本体(221)以对所述本体(221)进行导向。

6.根据权利要求5所述的换电装置，其特征在于，所述吊装机构(22)还包括若干个换电勾爪(223)，其中每两个所述换电勾爪(223)为一组，所述换电勾爪(223)绕竖直方向的轴线转动设置于所述本体(221)，同一组的两个所述换电勾爪(223)能够同时伸出所述本体(221)相对的两侧。

7.根据权利要求6所述的换电装置，其特征在于，所述吊装机构(22)还包括驱动件(224)，每一组的两个所述换电勾爪(223)对应设置一个所述驱动件(224)，所述驱动件(224)沿垂直于两个所述换电勾爪(223)连线的方向滑动设置于所述本体(221)，所述驱动件(224)分别与两个所述换电勾爪(223)枢接，所述驱动件(224)相对于所述本体(221)滑动时，两个所述换电勾爪(223)朝相反的方向转动。

8.根据权利要求6所述的换电装置，其特征在于，所述换电勾爪(223)的末端向上凸设有防脱部(2231)。

9.根据权利要求1所述的换电装置，其特征在于，还包括激光距离传感器(26)，所述激光距离传感器(26)设置于所述支架(21)，所述激光距离传感器(26)用于测量所述支架(21)移动的距离。

10.一种移动换电站，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的换电装置，还包括换电车(1)，所述换电车(1)包括箱体(11)，所述换电装置设置于所述箱体(11)内。

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