TW201904789A

TW201904789A - 充換電站及換電方法

Info

Publication number: TW201904789A
Application number: TW107122416A
Authority: TW
Inventors: 杰胡; 沈斐; 譚廣志; 陳炯; 郝戰鐸
Original assignee: 大陸商上海蔚來汽車有限公司
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2019-02-01
Also published as: CN107399302A; WO2019000955A1; CN107399302B

Abstract

本發明涉及汽車充換電領域，具體涉及一種充換電站及換電方法。本發明旨在解決換電小車存在的靈活性不足、換電效率低以及充換電站存在的適用性差的問題。為此目的，本發明的一種充換電站包括：換電平台，其用於停放待換電車輛；存儲部，其包括若干個電池存儲單元，且若干個電池存儲單元能夠通過至少一種組合方式形成存儲部；自動換電機器人，其至少能夠在換電平台和存儲部之間的範圍內自由移動。通過設置可自由移動的自動換電機器人，使得自動換電機器人無需導軌即可為待換電的電動汽車更換動力電池，提升了換電機器人的運動靈活性。

Description

充換電站及換電方法

本發明涉及汽車充換電領域，具體涉及一種充換電站及換電方法。

隨著新能源汽車的普及，如何有效地為能量不足的汽車提供快速有效的能量補給成為車主和各大廠商非常關注的問題。以電動汽車為例，當前主流的電能補給方案包括充電方案和電池更換方案。其中電池更換方案是直接用滿電的動力電池更換電動汽車上虧電的動力電池。相對於充電方案，電池更換方案由於可以在很短的時間完成動力電池的更換且對動力電池的使用壽命沒有明顯的影響，因此是電能補給的主要發展方向之一。電池更換方案一般是在充換電站內完成，具體而言，充換電站內配置有充換電架和換電平台，以及在充換電架和換電平台之間的運載滿電/虧電的動力電池的換電機器人，如堆垛機/軌道導引車（Rail Guided Vehicle，RGV）。換電機器人通過在充換電架和換電平台之間預先鋪設的軌道上往復行駛的方式，完成為停於換電平台上的電動汽車更換動力電池的動作。

公開號為CN106143183A的發明專利申請公開了一種電動汽車小型自動充換電站，其包括換電平台、充電平台、換電系統和控制系統，換電平台、充電平台和換電系統分別與控制系統連接。其中，換電平台包括換電集裝箱和容納在換電集裝箱中用於停放車輛的停車底座，充電平台包括充電集裝箱和容納在充電集裝箱中用於對動力電池進行充電和存儲的充電架，換電系統包括用於對停車底座上停放的車輛的動力電池進行更換的換電小車。其中，充電架包括至少一個電池存儲模組以及與電池存儲模組相鄰設置的起降機模組，電池存儲模組包括充電層、存儲層、移動層。其中，移動層設置有第一導軌，換電小車能夠沿所述第一導軌在水準方向上運動；起降機模組中設置有第二導軌，換電小車能夠沿第二導軌在水準方向上運動，並且第二導軌能夠在豎直方向上帶動換電小車運動；換電平台和充電架之間設置有第三導軌，換電小車沿第三導軌在換電平台與充電架之間移動。也就是說，自動換電站通過換電小車在第一導軌、第二導軌和第三導軌上運動、以及第二導軌帶動換電小車上升下降的方式，完成取送電池和為電動汽車自動換電的動作。

不可避免地，上述充換電站存在著一定的問題。首先，由於換電小車只能在鋪設的軌道上運動和定位，並且換電小車與動力電池的取送過程需要多次升降，這就導致了換電小車的靈活性不足、充換電站的換電效率低等問題。並且由於上述軌道的設置，使得待換電車輛還必須在換電平台上進行相應的精確定位，這無疑增加了充換電站的設計複雜度。其次，由於充換電站的設計受選址環境和供電容量的影響較大，上述充換電站在設計時需要針對不同的選址環境進行設計，並且充換電站一旦建成後由於充電架不可擴展或擴展難度大，導致增加了設計難度的同時，不能根據實際情況的進行靈活調整，也就是充換電站還存在適用性差的問題。

相應地，本領域需要一種新的充換電站來解決上述問題。

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決換電小車存在的靈活性不足、換電效率低以及充換電站存在的適用性差的問題，本發明提供了一種充換電站，該充換電站包括換電平台，其用於停放待換電車輛；存儲部，其包括若干個電池存儲單元，且所述若干個電池存儲單元能夠通過至少一種組合方式形成所述存儲部；自動換電機器人，所述自動換電機器人至少能夠在所述換電平台和所述存儲部之間的範圍內自由移動，並且在所述自動換電機器人處於所述若干個電池存儲單元中的任意一個的投影位置的情形下，所述自動換電機器人能夠直接從所述電池存儲單元上承接動力電池或將動力電池固定於所述電池存儲單元。

在上述充換電站的優選技術方案中，所述電池存儲單元以模組化設置，並且所述若干個電池存儲單元在同一層內排布。

在上述充換電站的優選技術方案中，所述充換電站還配置有能夠與所述存儲部電連接的充電部，所述充電部用於為所述動力電池充電。

在上述充換電站的優選技術方案中，所述充電部包括充電單元，所述充電單元包括：充電櫃，其與所述若干個電池存儲單元分別連接，用於為所述動力電池充電；控制櫃，其與所述若干個電池存儲單元分別連接，用於使所述充電櫃為所述動力電池充電。

在上述充換電站的優選技術方案中，所述充電單元還包括水冷櫃，所述水冷櫃與所述若干個電池存儲模組分別連接，用於冷卻充電過程中的所述動力電池。

在上述充換電站的優選技術方案中，所述充電部包括至少一個充電單元，所述充電單元包括：充電模組，其與至少一個所述電池存儲單元連接，用於為所述動力電池提供電能；控制模組，其與至少一個所述電池存儲單元連接，用於使所述充電模組為所述動力電池充電。

在上述充換電站的優選技術方案中，所述充電單元還包括水冷模組，所述水冷模組與至少一個所述電池存儲單元連接，用於冷卻充電過程的所述動力電池。

在上述充換電站的優選技術方案中，所述自動換電機器人包括電池裝卸部，所述電池裝卸部能夠直接從所述待換電車輛上將所述動力電池取下或將所述動力電池固定於所述待換電車輛。

在上述充換電站的優選技術方案中，所述電池裝卸部包括：舉升平台，其能夠與所述待換電車輛或所述電池存儲單元對接；加解鎖機構，其能夠在所述舉升平台與所述待換電車輛對接好的情形下，使所述動力電池鎖緊/脫開所述待換電車輛。

在上述充換電站的優選技術方案中，所述電池存儲單元配置有夾持機構，所述動力電池能夠通過該夾持機構固定於所述電池存儲單元。

在上述充換電站的優選技術方案中，所述換電站內還預設有應急位置，所述自動換電機器人能夠以自由移動的方式到達該應急位置。

本發明還提供了一種充換電站的換電方法，該方法包括如下步驟：

自動換電機器人到達待換電車輛的投影位置；

所述自動換電機器人使虧電的動力電池脫離所述待換電車輛；

所述自動換電機器人以不離地的方式使所述虧電的動力電池固定至處於空閒狀態的電池儲存單元；

所述自動換電機器人以不離地的方式從電池存儲單元上承接滿電的動力電池；

所述自動換電機器人使所述滿電的動力電池固定於所述待換電車輛。

在上述換電方法的優選技術方案中，“所述自動換電機器人以不離地的方式使所述虧電的動力電池固定至處於空閒狀態的電池儲存單元”的步驟進一步包括：

所述自動換電機器人在所述待換電車輛的投影位置旋轉第一設定角度；

所述自動換電機器人移動至所述處於空閒狀態的電池存儲單元的投影位置；

所述自動換電機器人使所述虧電的電池固定至所述處於空閒狀態的電池存儲單元。

在上述換電方法的優選技術方案中，“所述自動換電機器人以不離地的方式從電池存儲單元上承接所述滿電的動力電池”的步驟進一步包括：

所述自動換電機器人移動至所述電池存儲單元的投影位置；

使所述電池存儲單元的夾持機構鬆開；

所述自動換電機器人承接所述滿電的動力電池。

在上述換電方法的優選技術方案中，“所述自動換電機器人使所述滿電的動力電池固定於所述待換電車輛”的步驟進一步包括：

所述自動換電機器人移動至所述待換電車輛的投影位置；

所述自動換電機器人在所述待換電車輛的投影位置旋轉第二設定角度；

本領域技術人員能夠理解的是，在本發明的優選技術方案中，充換電站包括換電平台、存儲部、自動換電機器人。存儲部包括若干個電池存儲單元，自動換電機器人無需導軌便能夠在換電平台和存儲部之間自由移動。通過使用無需導軌的自動換電機器人代替依賴于軌道的換電小車的設置方式，可以大大增加自動換電機器人的運動靈活性，減少現有技術中換電平台和充電架之間的第三導軌以及換電平台上精定位裝置的設置，從而提高換電效率。

此外，電池存儲單元以模組化佈置，並且若干個電池存儲單元採用同一層內排布的設置方式，使得自動換電機器人在取送動力電池時無需多次升降，即可完成動力電池的取送和更換的動作。這種設置方式相較于現有技術中的換電小車來說，不僅節省了換電小車在多次升降和定位過程中所用的時間，而且還簡化了換電站的結構，降低了換電站的設計複雜度——即簡化了現有技術中的電池存儲模組中的移動層（包括第一導軌）和起降機模組（包括第二導軌）的設置，從而使充換電站可以更高效地完成為待換電車輛更換動力電池的動作，大幅提升換電效率和用戶體驗。而電池存儲單元採用模組化的佈置方式，又使得充換電站能夠基於不同的應用場景進行任意調整，增加了充換電站的適用性。

以下參照圖式並結合底部換電的充換電站來描述本發明的充換電站及換電方法。

以下參照圖式來描述本發明的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用於解釋本發明的技術原理，並非旨在限制本發明的保護範圍。例如，雖然圖式中的換電平台設置於充換電站的一側，但是這種位置關係非一成不變，本領域技術人員可以根據需要對其作出調整，以便適應具體的應用場合。

需要說明的是，在本發明的描述中，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水準”、“內”、“外”等指示的方向或位置關係的術語是基於圖式所示的方向或位置關係，這僅僅是為了便於描述，而不是指示或暗示所述裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，還需要說明的是，在本發明的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域技術人員而言，可根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。

首先參照圖1，圖1是本發明的充換電站的結構的示意圖。如圖1所示，本發明的充換電站主要包括換電平台1、存儲部2、充電部3和自動換電機器人4。換電平台1用於停放待換電的電動汽車5，存儲部2包括若干個電池存儲單元21，電池存儲單元21用於存儲滿電的動力電池6（以下簡稱滿電電池）或虧電的動力電池6（以下簡稱虧電電池），充電部3則用於為電池存儲單元21上存儲的動力電池6充電。自動換電機器人4則至少能夠在換電平台1和存儲部2之間的範圍內自由移動，如在換電平台1和存儲部2之間的地面上做直線運動和原地轉動等。在該移動的基礎上，自動換電機器人4可以完成為待換電的電動汽車5更換動力電池6的動作。如在自動換電機器人4處於任意一個電池存儲單元21的投影位置時，自動換電機器人4可以直接從電池存儲單元21上承接滿電電池或將虧電電池固定於電池存儲單元21上；在自動換電機器人4處於待換電的電動汽車5的投影位置時，自動換電機器人4又可以完成從待換電的電動汽車5上卸下虧電電池或將滿電電池固定於電動汽車5上的動作。

首先需要說明的是，本實施例中的滿電電池與虧電電池只是用來描述動力電池6的宏觀狀態，並非用於描述動力電池6的兩種特殊的固定狀態，即電量處於百分之百的狀態和電量為零的狀態。本領域技術人員能夠想到的是，“滿電”和“虧電”的劃分依據可以由服務商自由設定，如將剩餘電量不小於總電量的百分之九十作為動力電池6的“滿電”標準，將剩餘電量小於總電量的百分之九十作為動力電池6的“虧電”的標準等。

由上可知，通過在換電平台1和存儲部2之間設置可自由移動的自動換電機器人4的方式，使得自動換電機器人4可以在不離地的情況下為待換電的電動汽車5更換動力電池6。換言之，自動換電機器人4的移動和定位無需借助導軌，取送電池的過程也無需多次升降，這種方式相較於背景技術中的換電小車來說，不僅提升了自動換電機器人4的運動靈活性，而且還大幅度簡化了換電站的結構，降低充換電站的設計複雜度—即簡化了導軌、起降機模組以及換電平台1上精定位機構的設置，從而使充換電站可以更高效地完成為待換電的電動汽車5更換動力電池6的動作，大幅提升用戶的換電體驗。

以下參照圖2和圖3進一步描述本發明的充換電站。其中，圖2是本發明的自動換電機器人4的結構示意圖，圖3是本發明的充換電站的仰視示意圖。

如圖2所示，自動換電機器人4主要包括本體41、行走部42、電池裝卸部、定位部（圖中未示出）、控制部44等。其中，行走部42可以通過自身的滾動使自動換電機器人4在換電平台1和存儲部2之間的地面上移動，如使用麥克納姆輪，差速輪或者舵輪作為行走部42實現自動換電機器人4在地面上的直線運動和原地轉動等。定位部至少可以獲得自動換電機器人4的當前位置與待換電的電動汽車5或電池存儲單元21的相對位置，如定位部能夠獲得自動換電機器人4的當前位置與待換電的電動汽車5上的虧電電池或電池存儲單元21的滿電電池之間的相對位置。控制部44則能夠基於該相對位置控制行走部42動作，使自動換電機器人4精準地到達虧電電池或滿電電池的投影位置，進而在到達該投影位置下，控制部44控制電池裝卸部為待換電的電動汽車5進行動力電池6的更換或從電池存儲單元21上承接滿電電池。

電池裝卸部進一步包括加解鎖機構432和舉升平台431。其中，舉升平台431能夠通過舉升動作，完成與電池存儲單元21或電動汽車5的對接，如到達可以將虧電電池固定於電池存儲單元21上的位置，或承接電池存儲單元21上滿電電池的位置，以及為電動汽車5更換動力電池6的位置等。加解鎖機構432則能夠在舉升平台431到達為電動汽車5更換動力電池6的位置後，使動力電池6鎖緊/脫開電動汽車5的車身。優選地，舉升平台431可以由剪式舉升機構驅動，剪式舉升機構可以將舉升平台431連同舉升平台431上的動力電池6一同舉起直至到達為電動汽車5更換動力電池6的位置。

進一步優選地，為便於製造自動換電機器人4，節省自動換電機器人4的製造成本，本發明的自動換電機器人4可以基於現有自動導引車（Automatic Guided Vehicle，AGV）改造而成。如在現有自動導引車的基礎上，保留其本體和行走部，增加定位部和電池裝卸部，並升級自動導引車的原有控制部的功能，使自動換電機器人的控制部44能夠與行走部和定位部形成控制閉環，即前述的“基於該相對位置控制行走部42動作，使自動換電機器人4精準地到達虧電電池或滿電電池的投影位置”，從而既節省了製造成本，又可以實現本發明。

進一步優選地，由於自動換電機器人4的移動無需導軌的限制，因此還可以拓展自動換電機器人4在換電安全方面的功能，如自動換電機器人4還可以在行走部42的帶動下到達充換電站內預設的應急位置。也就是說，在正常換電流程的位置之外，設置一個在應急情況發生時動力電池6的臨時處理位置，用於自動換電機器人4將處於異常狀態的動力電池6及時運送至該位置，以便對處於異常狀態的動力電池6做出及時處置。如在充換電站的某一較為安全的位置設置一個應急位置，並且該應急位置設置有用於隔離動力電池6的應急沙箱，在系統或服務人員檢測到某動力電池6處於異常狀態的情形下，自動換電機器人4能夠在控制部44或操作人員的控制下將處於異常狀態的動力電池6及時運送至該應急沙箱內，以隔離該處於異常狀態的電池，避免為充換電站帶來不可預知的後果。

如上所述，通過上述充換電站中自動換電機器人4的設置，也就是能夠自由移動且定位精準的自動換電機器人4的設置，不但可以大幅度提高自動換電機器人4的運動靈活性，提升換電效率，而且還能夠簡化換電平台1上精定位機構的設計以及換電平台1和存儲部2之間導軌的鋪設，實現充換電站的結構優化。並且，由於自動換電機器人4無軌道的設置方式，還能夠拓展自動換電機器人4在安全方面的功能，提高充換電站的安全性。

本領域的技術人員能還夠理解的是，上述自動換電機器人4的設置形式僅僅用於闡述本發明的原理，並非旨在于限制本發明的保護範圍，在不偏離本發明原理的前提下，任何能夠自由移動且可精準定位的自動換電機器人4都將落入本發明的保護範圍。

如圖3所示，換電平台1可以佈置在充換電站的一側，其主要完成導引車輛進入平台，並對車輛進行簡單的粗定位和舉升功能。如採用V型輥筒等部件完成車輛的粗定位，採用升降電機、捲筒、滑輪和鋼絲繩等部件完成換電平台1的舉升等，其目的在於可以使自動換電機器人4到達待換電的電動汽車5的投影位置並精確定位後進行底部換電。按照圖3所示方位，換電平台1設置於充換電站的最左側緊鄰存儲部2的位置，即圖中電動汽車5所停的位置。

這樣的設置方式優點在於，設置於最左側的換電平台1可以最大程度的節約空間，從而剩餘的空間可以作為整體分配給存儲部2。而緊鄰存儲部2設置的方式又使得自動換電機器人4在換電平台1與存儲部2之間的移動距離縮短，也就是可以節省自動換電機器人4在換電過程中的移動時間，提升換電效率。進一步的，由於換電平台1不需要進行精確的定位（因為精定位主要是由自動換電機器人4完成），因此這種設置方式還大大降低了換電平台1設計的難度、簡化了充換電站的整體設計以及停車平台的維護等工作，有助於換電平台1的產品標準化。

當然，換電平台1的佈置位置和設置方式並非僅限於此，本領域技術人員可以基於具體應用環境對其作出靈活調整。如換電平台1也可以佈置在換電站的中間位置或任意位置，換電平台1可以無需抬升，而是固定於一定高度並帶有導引電動汽車5進入平台的斜坡，或者換電平台1設置於地面層，而換電小車可以在地下進行換電工作等。

參照圖1和圖3，存儲部2包括若干個電池存儲單元21，若干個電池存儲單元21以設定的方式排布。優選地，電池存儲單元21採用平面堆放的方式設置，也就是在設置好的情形下，與電池存儲單元21對應的動力電池6堆放在同一層，而非背景技術中的立體式疊加堆放。電池存儲單元21的下側設置有夾持機構211（參照圖1），夾持機構211能夠以夾緊或鬆開的方式使動力電池6固定或脫開於電池存儲單元21。優選地，一個電池存儲單元21可以存放一塊電池，並且電池存儲單元21以模組化設置。也就是說，電池存儲單元21之間可以彼此獨立運行、互不干擾，並且根據選址環境和供電容量的不同而任意擴展不對其他電池存儲模組產生影響。

進一步優選地，在排布方式上，電池存儲單元21之間可以採用最高效率排布（即採用最高空間利用率的方式排布）。下面以圖3所示的充換電站包括六個電池存儲單元21為例，具體描述最高效率排布的方法。

如圖3所示，最高效率排布的方法主要包括如下步驟：

1）獲取電池存儲單元21的長度和寬度，以及存儲部2區域的長度和寬度。

2）分別計算、、以及的結果。其中“”為向下取整數運算。

3）計算與的結果並將結果進行比較。

i）如果＜，則將電池存儲單元21的長度方向與存儲部2區域的長度方向以垂直的方式佈置，並且在存儲部2的長度方向上佈置個電池存儲單元21（動力電池6），在存儲部2的寬度方向上佈置個電池存儲單元21（動力電池6）。

ii）否則，將電池存儲單元21的長度方向與存儲部2區域的長度方向以平行的方式設置，並且在存儲部2的長度方向上佈置個電池存儲單元21，在存儲部2的寬度方向上佈置個電池存儲單元21。

舉例而言，假設圖3中：

存儲部2區域的長度為5000mm（即豎直方向的長度）；

存儲部2區域的寬度為4600mm（即水準方向的長度）；

電池存儲單元21的長度為2100mm；

電池存儲單元21的寬度為1600mm。則

；

。進而

＜，所以

選擇將電池存儲單元21的長度方向與存儲部2區域的長度方向以垂直的方式佈置，即圖3所示的佈置方式，並且在存儲部2的長度方向上佈置三個電池存儲單元21（三塊動力電池6），在存儲部2的寬度方向上佈置兩個電池存儲單元21（兩塊動力電池6）。

上述設置方式帶來的優點是，存儲部2模組化的佈置方式，使得充換電站的存儲部2可以基於應用場景進行任意調整，而存儲部2平面堆放的設置方式，又使得自動換電機器人4無需上升下降，只需在地面上移動即可完成取送動力電池6和為電動汽車5換電的動作。也就是說，上述設置方式增加了充換電站的佈置靈活性與適用範圍，減小了選址環境和供電容量對充換電站的設計和建造的影響，從而簡化了充換電站的起降機模組的設置，減少充換電站的建造成本，大大降低了充換電站的設計難度。而通過將電池存儲單元21以最高效率排布的方式，又最大程度的利用了自動換電機器人4的運動靈活性，充分利用佈置區域的空間，使得在同樣選址環境下的空間利用率達到最大。

需要指出的是，上述存儲部2的佈置方式和電池存儲單元21的排布方式只是用來闡述本發明的原理，並非旨在與限制本發明的保護範圍，本林與技術人員還能夠對上述排布方式做出任何形式的調整，以便本發明能夠適應更具體的應用場景。

參照圖4A和圖4B，其中圖4A是本發明的充電部3的第一種實施方式的結構示意圖，圖4B是本發明的充電部3的第二種實施方式的結構示意圖。

如圖4A所示，在一種優選的實施方式中，充電部3可以採用分散式的排布方式佈置於存儲部2的上方，並且與存儲部2電連接。在這種設置方式下，充電部3可以包括若干個充電單元31，每個充電單元31又包括充電模組311、控制模組312與水冷模組313，並且充電單元31至少與一個電池存儲單元21連接。其中，充電模組311提供電氣回路，電氣回路主要用於為固定於電池存儲單元21的虧電電池充電。水冷模組313提供水冷回路，水冷回路主要用於冷卻正在充電的虧電電池，以防動力電池6出現過熱等現象。控制模組312主要用於控制充電模組311和水冷模組313的工作，以及控制模組312還可以用於控制夾持機構211的夾緊或鬆開。優選地，充電單元31的數量可以與電池存儲單元21的數量相等，並且每個充電單元31與一個電池存儲單元21連接。也就是說，充電單元31也以模組化設置，每個充電單元31對應於一個電池存儲模組，並且為對應的電池存儲模組提供上述的電氣回路、水冷回路以及發出相應的控制指令/信號。

上述分散式排布方式的優點在於，通過設置多個充電單元31的方式，使得每一個電池存儲單元21上都配置有獨立的充電單元31，從而使充電單元31能夠與電池存儲單元21組成一個完整的獨立模組，進而更加有利於充換電站的模組化管理，也使得存儲部2佈置更靈活，充換電站的擴展性更好。

當然，電池存儲單元21的排布方式並非一成不變，在不偏離本發明原理的前提下，本領域技術人員還能夠對其作出調整，以便適應更加具體的應用場景。如電池存儲單元21的排布還可以採用圖4B所示集中式的排布方式佈置於存儲部2的上方，且與存儲部2電連接。在這種設置方式下，充電部3可以包括一個充電單元31，充電單元31又包括充電櫃314、控制櫃315與水冷櫃316，並且充電單元31的充電櫃314、控制櫃315與水冷櫃316與存儲部2中的各個電池存儲單元21分別連接。當然，也可以採用集中式和分散式排布相結合的佈置方式，如充電部3包括若干個充電單元31，若干個充電單元31中的一部分為與多個電池存儲單元21分別連接的集中式佈置形式，而其他充電單元31則為與相應的電池存儲單元21一一對應地連接的分散式佈置形式。

顯然，為了實現充換電站的全自動換電，充換電站還需要設置主控單元，並且充換電站的主控單元、自動換電機器人4的控制部44以及充電部3的控制模組312（控制櫃315）能夠相互通信，以便協作完成連貫的換電動作。如在主控單元的整體控制下，自動換電機器人4能夠完成從電池存儲單元21取送動力電池6的動作，以及在換電平台1完成更換動力電池6的動作等。

以下結合圖5以及圖6A至圖6D對本發明的充換電站的工作原理作簡要說明。其中，圖5是本發明的充換電站的換電方法的流程示意圖；圖6A是本發明的充換電站的一種完整的換電過程的流程示意圖（一）；圖6B是本發明的充換電站的一種完整的換電過程的流程示意圖（二）；圖6C是本發明的充換電站的一種完整的換電過程的流程示意圖（三）；圖6D是本發明的充換電站的一種完整的換電過程的流程示意圖（四）。

如圖5所示，本發明還提供了一種充換電站的換電方法，該換電方法主要包括以下步驟：

S100：待換電的電動汽車5到達換電平台1。如待換電的電動汽車5通過V型輥筒完成在換電平台1上的粗定位，並利用升降機、捲筒、滑輪和鋼絲繩等部件完成換電平台1的舉升；

S200：自動換電機器人4到達待換電車輛的投影位置。如自動換電機器人4在控制部44的控制和定位部的不斷定位下，通過行走部42的直線運動和原地轉動精確到達待換電的電動汽車5上虧電電池的投影位置；

S300：自動換電機器人4使虧電電池脫離待換電車輛。如自動換電機器人4通過舉升平台431的舉升和加解鎖機構432的解鎖動作，將虧電電池從電動汽車5上卸下：並承載於舉升平台431上；

S400：自動換電機器人4以不離地的方式使虧電電池固定於處於空閒狀態的電池存儲單元21。如自動換電機器人4在卸下虧電電池後，移動至處於空閒狀態的電池存儲單元21，並與電池存儲單元21進行精定位後，將虧電電池固定於電池存儲單元21的夾持機構211上；

S500：自動換電機器人4以不離地的方式從存儲有滿電電池的電池存儲單元21上承接滿電電池。如自動換電機器人4移動到裝載有滿電電池的電池存儲單元21的投影位置並對準後，充電部3的控制模組312控制電池存儲單元21的夾持機構211鬆開，滿電電池承載於舉升平台431上；以及

S600：自動換電機器人4使滿電電池固定於待換電的電動汽車5。如自動換電機器人4移動回電動汽車5的底部並精確定位後，通過舉升平台431的舉升和加解鎖機構432的加鎖動作將滿電電池固定於電動汽車5。

其中，在電池存儲單元21的排布方式為上述的i）情形（即動力電池6的長度方向與存儲部2區域的長度方向以垂直的方式佈置）時，步驟S400又可以進一步包括：

S410：自動換電機器人4在虧電電池的投影位置原地旋轉第一設定角度。優選地，第一設定角度可以為90°；

S420：自動換電機器人4移動至處於空閒狀態的電池存儲單元21的投影位置。如自動換電機器人4通過直線運動和原地轉動的方式到達處於空閒狀態的電池存儲單元21的投影位置；以及

S430：自動換電機器人4將虧電電池固定於處於空閒狀態的電池存儲單元21。如通過舉升平台431的舉升和加解鎖機構432的加鎖動作將虧電電池固定於電池存儲單元21。

可以看出，正是由於自動換電機器人4的可自由移動的設置方式，即自動換電機器人4以可直線運動和原地轉動的設置方式，使得自動換電機器人4在拆下虧電電池後，可以旋轉一定角度後再移動出電動汽車5的底部，這個動作增大了自動換電機器人4在前後兩個車輪間的活動範圍，從而無需將車輛抬至很高的高度即可使自動換電機器人4從車底移動出並完成換電，降低了車輪對自動換電機器人4移動過程的影響。也就是說，這種設置方式降低了換電難度，提高了換電效率。

同樣地，仍然在電池存儲單元21的排布方式為上述的 i）情形時，步驟S600可以進一步包括：

S610：自動換電機器人4承載滿電電池移動至待換電車輛的投影位置；

S620：自動換電機器人4在投影位置旋轉第二設定角度，並與虧電電池精確對準。優選地，第二設定角度也可以為90°；以及

S630：自動換電機器人4使滿電電池固定於待換電車輛。

這樣設置的優點在於，自動換電機器人4除了能夠在進入電動汽車5底部時，增大自動換電機器人4在前後車輪之間的活動範圍之外，還能夠使自動換電機器人4按照旋轉90°後從電動汽車5移動至處於空閒狀態的電池存儲單元21的路線原路返回，也就是對相同的路段進行逆操作，進而可以省去導引路線的設計。當然，第一設定角度和第二設定角度並非只限於上述描述的90°，本領域技術人員還能夠對其做出調整，以便自動換電機器人4旋轉的角度能夠符合具體分應用場景。

參照圖6A至圖6D，本發明的充換電站的一次完整的換電過程可以包括：待換電的電動汽車5駛入換電平台1並進行粗定位→自動換電機器人4移動至電動汽車5底部並與虧電電池對準（參照圖6A）→自動換電機器人4通過舉升平台431的舉升和加解鎖機構432的解鎖，卸下虧電電池，並順時針旋轉90°（參照圖6B）→自動換電機器人4移動至處於空閒狀態的電池存儲單元21，將虧電電池固定於電池存儲單元21的夾持機構211（參照圖6C）→自動換電機器人4移動至裝載有滿電電池的電池存儲單元21，充電部3的控制模組312控制夾持機構211鬆開，滿電電池承載於自動換電機器人4的舉升平台431（參照圖6D）→自動換電機器人4承載滿電電池重新定位置電動汽車5的投影位置，並通過加解鎖機構432的加鎖將滿電電池固定與電動汽車5→電動汽車5駛出充換電站。至此，換電過程結束。

綜上所述，上述優選的實施方式中，充換電站主要包括換電平台1、存儲部2、充電部3以及自動換電機器人4。換電平台1佈置於充換電站的一側。存儲部2包括若干個模組化設置的電池存儲單元21，且若干個電池存儲單元21之間採用最高效率的排布方式平面堆放。充電部3優選地採用分散式的佈置方式與電池存儲單元21以一對一的方式進行佈置。自動換電機器人4包括本體41、行走部42、電池裝卸部、定位部及控制部44，並且自動換電機器人4可以通過不離地的方式完成從電池存儲單元21取送電池和為電動汽車5換電的動作。通過自動換電機器人4可以直線運動和原地旋轉、以及以不離地的方式完成換電動作的設置方式，使自動換電機器人4相對于依賴於軌道的換電機器人具有運動靈活性高的優點，進而達到精簡了充換電站的結構、提高了充換電站的換電效率。通過模組化設置的電池存儲單元21以及各個電池存儲單元21之間採用最高效率的排布、平面堆放的設置方式，不僅使充換電站的配置靈活性與適用範圍大大增加、充換電站的設計難度明顯降低，而且還使自動換電機器人4在換電過程中無需升降，從而節省升降機構的設置，減少了成本，且進一步提升了換電效率。此外，在充電部3採用分散式的佈置方式的情形下，使得每個充電單元31能夠與相應的電池存儲單元21組成一個完整的子模組，進而更加有利於充換電站的模組化管理，也使得充換電站的存儲部2的佈置更靈活、擴展性更好。

至此，已經結合圖式所示的優選實施方式描述了本發明的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本發明的保護範圍顯然不局限於這些具體實施方式。在不偏離本發明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特徵作出等同的更改或替換，這些更改或替換之後的技術方案都將落入本發明的保護範圍之內。

1‧‧‧換電平台

2‧‧‧存儲部

21‧‧‧電池存儲單元

211‧‧‧夾持機構

3‧‧‧充電部

31‧‧‧充電單元

311‧‧‧充電模組

312‧‧‧控制模組

313‧‧‧水冷模組

314‧‧‧充電櫃

315‧‧‧控制櫃

316‧‧‧水冷櫃

4‧‧‧自動換電機器人

41‧‧‧本體

42‧‧‧行走部

431‧‧‧舉升平台

432‧‧‧加解鎖機構

44‧‧‧控制部

5‧‧‧電動汽車

6‧‧‧動力電池

S100~S600‧‧‧步驟

圖1是本發明的充換電站的結構的示意圖；圖2是本發明的自動換電機器人的結構示意圖；圖3是本發明的充換電站的仰視示意圖；圖4A是本發明的充電部的第一種實施方式的結構示意圖；圖4B是本發明的充電部的第二種實施方式的結構示意圖；圖5是本發明的充換電站的換電方法的流程示意圖；圖6A是本發明的充換電站的一種完整的換電過程的流程示意圖（一）；圖6B是本發明的充換電站的一種完整的換電過程的流程示意圖（二）；圖6C是本發明的充換電站的一種完整的換電過程的流程示意圖（三）；圖6D是本發明的充換電站的一種完整的換電過程的流程示意圖（四）。

Claims

一種充換電站，包括：換電平台，其用於停放待換電車輛；存儲部，其包括若干個電池存儲單元，且所述若干個電池存儲單元能夠通過至少一種組合方式形成所述存儲部；以及自動換電機器人，所述自動換電機器人至少能夠在所述換電平台和所述存儲部之間的範圍內自由移動，其中在所述自動換電機器人處於所述若干個電池存儲單元中的任意一個的投影位置的情形下，所述自動換電機器人能夠直接從所述電池存儲單元上承接動力電池或將動力電池固定於所述電池存儲單元。
如請求項1所述的充換電站，其中，所述電池存儲單元以模組化設置，並且所述若干個電池存儲單元在同一層內排布。
如請求項1或2所述的充換電站，其中，所述充換電站還配置有能夠與所述存儲部電連接的充電部，所述充電部用於為所述動力電池充電。
如請求項3所述的充換電站，其中，所述充電部包括充電單元，所述充電單元包括：充電櫃，其與所述若干個電池存儲單元分別連接，用於為所述動力電池充電；以及控制櫃，其與所述若干個電池存儲單元分別連接，用於使所述充電櫃為所述動力電池充電。
如請求項4所述的充換電站，其中，所述充電單元還包括水冷櫃，所述水冷櫃與所述若干個電池存儲模組分別連接，用於冷卻充電過程中的所述動力電池。
如請求項3所述的充換電站，其中，所述充電部包括至少一個充電單元，所述充電單元包括：充電模組，其與至少一個所述電池存儲單元連接，用於為所述動力電池提供電能；以及控制模組，其與至少一個所述電池存儲單元連接，用於使所述充電模組為所述動力電池充電。
如請求項6所述的充換電站，其中，所述充電單元還包括水冷模組，所述水冷模組與至少一個所述電池存儲單元連接，用於冷卻充電過程的所述動力電池。
如請求項1或2所述的充換電站，其中，所述自動換電機器人包括電池裝卸部，所述電池裝卸部能夠直接從所述待換電車輛上將所述動力電池取下或將所述動力電池固定於所述待換電車輛。
如請求項8所述的充換電站，其中，所述電池裝卸部包括：舉升平台，其能夠與所述待換電車輛或所述電池存儲單元對接；以及加解鎖機構，其能夠在所述舉升平台與所述待換電車輛對接好的情形下，使所述動力電池鎖緊/脫開所述待換電車輛。
如請求項1或2所述的充換電站，其中，所述電池存儲單元配置有夾持機構，所述動力電池能夠通過所述夾持機構固定於所述電池存儲單元。
如請求項1或2所述的充換電站，其中，所述換電站內還預設有應急位置，所述自動換電機器人能夠以自由移動的方式到達所述應急位置。
一種充換電站的換電方法，包括：自動換電機器人到達待換電車輛的投影位置；所述自動換電機器人使虧電的動力電池脫離所述待換電車輛；所述自動換電機器人以不離地的方式使所述虧電的動力電池固定至處於空閒狀態的電池儲存單元；所述自動換電機器人以不離地的方式從電池存儲單元上承接滿電的動力電池；以及所述自動換電機器人使所述滿電的動力電池固定於所述待換電車輛。
如請求項12所述的充換電站的換電方法，其中，所述“所述自動換電機器人以不離地的方式使所述虧電的動力電池固定至處於空閒狀態的電池儲存單元”的步驟進一步包括：所述自動換電機器人在所述待換電車輛的投影位置旋轉第一設定角度；所述自動換電機器人移動至所述處於空閒狀態的電池存儲單元的投影位置；以及所述自動換電機器人使所述虧電的電池固定至所述處於空閒狀態的電池存儲單元。
如請求項12所述的充換電站的換電方法，其中，所述“所述自動換電機器人以不離地的方式從電池存儲單元上承接所述滿電的動力電池”的步驟進一步包括：所述自動換電機器人移動至所述電池存儲單元的投影位置；使所述電池存儲單元的夾持機構鬆開；以及所述自動換電機器人承接所述滿電的動力電池。
如請求項12所述的充換電站的換電方法，其中，所述“所述自動換電機器人使所述滿電的動力電池固定於所述待換電車輛”的步驟進一步包括：所述自動換電機器人移動至所述待換電車輛的投影位置；所述自動換電機器人在所述待換電車輛的投影位置旋轉第二設定角度；以及所述自動換電機器人使所述滿電的動力電池固定於所述待換電車輛。
如請求項12所述的充換電站的換電方法，其中，在所述“自動換電機器人到達待換電車輛的投影位置”的步驟之前，所述的充換電站的換電方法更包括：所述待換電車輛到達換電平台。