WO2012119424A1 - 电动汽车电池更换站的电池更换系统及其更换方法 - Google Patents

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张�浩
赵明宇
路致远
牛荣义
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Description

电动汽车电池更换站的电池更换系统及其更换方法 技术领域
本发明属于电动汽车电池更换站应用技术领域， 涉及一种电动汽车电池更 换站的多机器快速电池更换系统。 背景技术
说
电动汽车电池更换站是指采用电池更换方式为电动汽车提供电能供给的场 所， 站内主要包括供配电系统、 充电系统书、 电池更换系统、 电池检测与维护系 统以及电池更换站监控系统等组成部分。 其中， 电池更换系统是电动汽车电池 更换站的核心系统， 其更换电池的效率决定着整个电池更换站的运行效率。 现有技术中， 电动汽车电池更换主要以半自动的方式进行， 即人工操作电 池搬运设备来更换电动汽车电池。 虽然此种方式操作简单、 设备成本低廉， 但 搬运过程由于人工介入， 搬运过程时间较长。 另外， 用于存放和充放电管理功 能的电池架一般体积较大， 从电动汽车换下的电池被直接搬运至充电架上， 平 均移动距离势必较大。 对于采用更换电池方式的电动汽车来说， 更换电池的时 间是最为重要的指标， 因此需要寻求提高更换电池速度的新方法。 发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电池更换站的电池更换系统， 可以 实现快速更换电池。 为解决上述技术问题， 本发明提供一种电动汽车电池更换站的电池更换系 统， 包括充电架、 堆垛设备、 暂存架、 换电设备、 充电机系统， 其特征在于： 堆垛设备在充电架和暂存架之间搬运电池， 换电设备在暂存架和电动汽车之间 搬运电池。
前述的电动汽车电池更换站的电池更换系统， 其特征在于： 所述充电架为 带充电接口的多层多列立体支架， 并集成电池联接器、 温度烟感报警设备以及 电池状态指示设备。
前述的电动汽车电池更换站的电池更换系统， 其特征在于： 所述堆垛设备 具有平移、 升降、 装 /卸载运动功能， 用于在充电架和暂存架之间搬运电池。
前述的电动汽车电池更换站的电池更换系统， 其特征在于： 所述暂存架为 一层多列立体支架， 作为堆垛设备和换电设备交换电池的缓冲平台。
前述的电动汽车电池更换站的电池更换系统， 其特征在于： 所述换电设备 具有平移、 升降、 旋转、 倾斜角调整、 装 /卸载功能， 用于在暂存架和电动汽车 之间搬运电池。
前述的电动汽车电池更换站的电池更换系统， 其特征在于： 在换电设备上 设置有激光传感器， 电动汽车电池外框上安装有两个水平的三角反光板， 在换 电设备的控制程序中设置角度计算程序， 用于计算电动汽车左右方向和前后方 向的角度偏移。
一种电动汽车电池更换站的电池更换方法， 其特征在于， 包括以下步骤：
1 ) 电动汽车驶入电池更换站后， 首先对标识车辆电池信息的 RFID进行识 别， 查找充电架上相对应型号的电池；
2 ) 电动汽车待充电电池由换电设备从车上搬运至暂存架， 并由堆垛设备从 暂存架搬运至充电架进行电池充电； 同时， 充电架上充满电的电池由堆垛设备 从充电架搬运至暂存架， 并由换电设备从暂存架搬运至电动汽车上；
在所述步骤 2 ) 中， 所述堆垛设备内设置定位程序， 用于通过设定的位置关 系快速识别电池， 堆垛设备无旋转和倾斜角调整运动， 可在充电架和暂存架之 间快速搬运电池。
在所述步骤 2) 中， 换电设备在电动汽车和暂存架之间搬运电池过程中， 采 用激光扫描测距传感方法确定电动汽车停放的位置， 从而确定电动汽车上的电 池位置， 具体方法为： 在换电设备上设置的激光传感器扫描电动汽车电池外框 上安装有两个水平的三角反光板， 实现换电设备装 /卸载电池箱时对电池的准确 定位。
通过计算出电动汽车左右方向和前后方向的角度偏移， 相应调整换电设备 相应的托盘角度， 从而准确的识别电动汽车电池位置， 所述电动汽车左右方向 的偏移， 通过测量两个三角反光板至换电设备各自的距离， 计算出电动汽车左 右方向的旋转偏移角度； 对于电动汽车前后车轮胎压不一致导致的电动汽车前 后角度偏移 ¾， 通过式 5) 进行计算： oc= arccos ~~ 式 5) 本发明所达到的有益效果：
本发明的电动汽车电池更换站的多机器快速电池更换方案， 其工作模式较 好的解决了快速更换电动汽车电池的问题。 由于充电架和暂存架是固定体， 堆 垛设备只需事先程序输入定位即可快速识别电池， 且无旋转和倾斜角调整运动， 堆垛设备可在充电架和暂存架之间快速搬运电池。 换电设备通过自带激光传感 器扫描电动汽车电池外框上安装的三角反光板， 实现不同汽车位置的装 /卸载电 池时的准确定位。 本发明方案中， 充电架体积较大， 暂存架体积较小， 堆垛设 备虽移动距离较长但定位时间较短， 换电设备定位时间较长但移动距离较短， 多机器同时工作， 有效的提高了电动汽车电池更换的效率。 附图说明
图 1为本发明的电动汽车电池更换站的电池更换系统示意图；
图 2 为电动汽车电池更换流程图；
图 3为电动汽车电池箱示意图；
图 4为激光扫描反光三角板尺寸示意图。 具体实施方式
下面结合附图进一步加以详细说明。
电动汽车电池更换站的电池更换系统， 包括： 充电架、 堆垛设备、 暂存架、 换电设备、 充电机系统， 堆垛设备在充电架和暂存架之间搬运电池， 换电设备 在暂存架和电动汽车之间搬运电池。
充电架为带充电接口的多层多列立体支架， 并集成电池联接器， 实现对电 池架上的电池的充电、 通讯、 控制功能， 此外， 集成温度烟感报警设备以及电 池状态指示设备。 暂存架为一层多列立体支架， 作为堆垛设备和换电设备交换 电池的缓冲平台， 有效减少换电设备搬运电池过程的平均移动位移。
充电机系统对充电架上的电池进行集中充电管理。 通过 CAN接口与电池管 理系统通信， 获取电池参数及充电电池的状态参数， 并上传到电池更换站监控 系统。 同时， 接受来自监控系统的指令， 对电池的充电行为进行控制。
堆垛设备具有平移、 升降、 装 /卸载运动功能， 用于在充电架和暂存架之间 搬运电池， 即将充满电电池从充电架搬运至暂存架， 并将待充电电池从暂存架 搬运至充电架。
换电设备具有平移、 升降、 旋转、 倾斜角调整、 装 /卸载功能， 用于在暂存 架和电动汽车之间搬运电池， 即将待充电电池从电动汽车上搬运至暂存架上， 并将充满电电池从暂存架上搬运至电动汽车上。
图 2 为电动汽车电池更换流程图。 电动汽车驶入电池更换站后， 首先对标 识车辆电池信息的 RFID进行识别， 以查找充电架上相对应型号的电池。 电动汽 车待充电电池由换电设备从车上搬运至暂存架， 并由堆垛设备从暂存架搬运至 充电架进行电池充电。 同时， 充电架上充满电的电池由堆垛设备从充电架搬运 至暂存架， 并由换电设备从暂存架搬运至电动汽车上。
由于充电架和暂存架是固定体， 堆垛设备只需事先程序输入定位即可快速 识别电池， 且无旋转和倾斜角调整运动， 堆垛设备可在充电架和暂存架之间快 速搬运电池。
换电设备在电动汽车和暂存架之间搬运电池， 由于电动汽车停放的位置会 有偏离， 因此对电动汽车上的电池定位考虑采用激光扫描测距传感技术， 通过 换电设备自带的激光传感器扫描电动汽车电池外框上安装的两个水平的三角反 光板 （如图 3所示）， 实现换电设备装 /卸载电池箱时对目标的准确定位。 对于 电动汽车左右方向的偏移， 通过测量两个三角反光板至换电设备各自的距离， 可以计算出电动汽车左右方向的旋转偏移角度。 对于电动汽车前后车轮胎压不 一致导致的前后角度偏移 Ci， 采用如下的方法计算： 结合图 4， 14^为第一块三角反光板的激光扫描波形脉宽， M 为第二块三角 反光板的激光扫描波形脉宽， w2为两块反光三角板间距的激光扫描脉宽， W为 两个反光三角板的车身水平安装距离。 由三角形余弦定理： COS oc 二
2 w,tx
cos 60° 二
Figure imgf000008_0001
由式 1和式 2可推出
Figure imgf000008_0002
根据三角形关系:
Figure imgf000008_0003
根据式 2、 式 3和式 4， 计算电动汽车前后角度偏移:
Figure imgf000008_0004
通过激光扫描测距传感技术计算出电动汽车左右方向和前后方向的角度偏 移， 相应调整换电设备相应的托盘角度， 从而准确的识别电动汽车电池位置， 进行装 /卸载操作。
本发明方案中， 充电架体积较大， 暂存架体积较小， 堆垛设备移动距离较长 但定位时间较短， 换电设备定位时间较长但移动距离较短。 充电架和暂存架的 不同设计， 让堆垛设备和换电设备并行协调工作， 有效的提高了电动汽车电池 更换的效率。
以上已以较佳实施例公开了本发明， 然其并非用以限制本发明， 凡采用等 同替换或者等效变换方式所获得的技术方案， 均落在本发明的保护范围之内。

Claims

权 利 要 求 书
1.一种电动汽车电池更换站的电池更换系统， 包括充电架、 堆垛设备、 暂存 架、 换电设备、 充电机系统， 其特征在于： 堆垛设备在充电架和暂存架之间搬 运电池， 换电设备在暂存架和电动汽车之间搬运电池。
2.根据权利要 1所述的电动汽车电池更换站的电池更换系统， 其特征在于： 所述充电架为带充电接口的多层多列立体支架， 并集成电池联接器、 温度烟感 报警设备以及电池状态指示设备。
3.根据权利要 1所述的电动汽车电池更换站的电池更换系统， 其特征在于： 所述堆垛设备具有平移、 升降、 装 /卸载运动功能， 用于在充电架和暂存架之间 搬运电池。
4.根据权利要 1所述的电动汽车电池更换站的电池更换系统， 其特征在于： 所述暂存架为一层多列立体支架， 作为堆垛设备和换电设备交换电池的缓冲平 台
5.根据权利要 1所述的电动汽车电池更换站的电池更换系统， 其特征在于： 所述换电设备具有平移、 升降、 旋转、 倾斜角调整、 装 /卸载功能， 用于在暂存 架和电动汽车之间搬运电池。
6.根据权利要 1所述的电动汽车电池更换站的电池更换系统， 其特征在于： 在换电设备上设置有激光传感器， 电动汽车电池外框上安装有两个水平的三角 反光板， 在换电设备的控制程序中设置角度计算程序， 用于计算电动汽车左右 方向和前后方向的角度偏移。
7.一种电动汽车电池更换站的电池更换方法， 其特征在于，包括以下步骤: 1 ) 电动汽车驶入电池更换站后， 首先对标识车辆电池信息的 RFID进行识 别， 查找充电架上相对应型号的电池；
2 ) 电动汽车待充电电池由换电设备从车上搬运至暂存架， 并由堆垛设备从 暂存架搬运至充电架进行电池充电； 同时， 充电架上充满电的电池由堆垛设备 从充电架搬运至暂存架， 并由换电设备从暂存架搬运至电动汽车上。
8.根据权利要 Ί所述的电动汽车电池更换站的电池更换方法， 其特征在于， 在所述步骤 2 ) 中， 所述堆垛设备内设置定位程序， 用于通过设定的位置关系快 速识别电池， 堆垛设备无旋转和倾斜角调整运动， 可在充电架和暂存架之间快 速搬运电池。
9.根据权利要 Ί所述的电动汽车电池更换站的电池更换方法， 其特征在于， 在所述步骤 2 ) 中， 换电设备在电动汽车和暂存架之间搬运电池过程中， 采用激 光扫描测距传感方法确定电动汽车停放的位置， 从而确定电动汽车上的电池位 置， 具体方法为： 在换电设备上设置的激光传感器扫描电动汽车电池外框上安 装有两个水平的三角反光板， 实现换电设备装 /卸载电池箱时对电池的准确定 位。
10.根据权利要 9所述的电动汽车电池更换站的电池更换方法，其特征在于， 通过计算出电动汽车左右方向和前后方向的角度偏移， 相应调整换电设备相应 的托盘角度， 从而准确的识别电动汽车电池位置， 所述电动汽车左右方向的偏 移， 通过测量两个三角反光板至换电设备各自的距离， 计算出电动汽车左右方 向的旋转偏移角度； 对于电动汽车前后车轮胎压不一致导致的电动汽车前后角 度偏移 CK， 通过式 5 ) 进行计算：
Figure imgf000010_0001
其中， ^^为第一块三角反光板的激光扫描波形脉宽， W3.为第二块三角反光板 的激光扫描波形脉宽， W2为两块反光三角板间距的激光扫描脉宽， W为两个反 光三角板的车身水平安装距离。
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