小型自動化換電站的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于電動汽車的配電領域，具體提供一種小型自動化換電站。本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有換電站占地面積大、需要土建、難以運輸和不能全自動換電的問題。為此目的，本發(fā)明的小型自動化換電站包括電池倉、換電平臺、換電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，所述電池倉用于存儲電池和對電池進行充電，所述換電系統(tǒng)用于將電池倉和電動汽車的電池進行替換，所述換電平臺用于停放電動汽車并采用舉升裝置對電動汽車進行舉升。本發(fā)明在換電時采用舉升裝置將電動汽車舉升起來，同時采用集裝箱將換電平臺和電池倉包裹起來，因此，本發(fā)明的換電站無需進行任何土建并且整體上可以搬運，使換電站的位置可以靈活布置并且規(guī)?？梢愿鶕?jù)需要任意擴展。
【專利說明】
小型自動化換電站
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于電動汽車的配電領域，具體提供一種小型自動化換電站。
【背景技術】
[0002]隨著電動汽車的推廣，如何及時有效地為電量不足的電動汽車提供電能補給已成為廠商和車主都非常關注的問題。當前市場上主流解決方案是采用充電模式，即在停車位配置AC慢充粧或者DC快充粧。但慢充模式需要長時間占用一個停車位進行充電，而快充模式充電電流大，是常規(guī)充電電流的十倍甚至幾十倍，會降低動力電池組的循環(huán)壽命，且一般達不到滿充狀態(tài)。
[0003]換電站采用動力電池更換模式，直接用充滿電的電池組更換能量已耗盡的電池組，在分鐘級的時間內完成電能補給，因而是一種非常高效的電能補充方式。但現(xiàn)有換電站往往占地面積大，需要土建，模塊化程度低，不利于維護，且一旦建成，規(guī)模無法再變化，多數(shù)需要現(xiàn)場安裝調試，難以運輸和快速投放。并且現(xiàn)有變電站還存在自動化程度低，有的甚至需要人工配合才能完成換電過程，耗時長且出錯率高。
[0004]中國專利CN202098393U中提出的集裝箱可移動一體式車載動力電池快換系統(tǒng)，雖能實現(xiàn)無土建可運輸，但現(xiàn)場還需另外鋪設軌道并安裝換電機器人，實際占地面積依然很大。此外，換電過程中整個換電站的內部是暴露的，沒有防護措施保證其他人不誤碰裝置引起傷害或故障。再者，現(xiàn)存換電站通常不具備對電動汽車直接充電的功能。
[0005]相應地，本領域需要一種新的小型自動化換電站來解決上述問題。

【發(fā)明內容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術中的上述問題，即為了解決現(xiàn)有換電站占地面積大、需要土建、難以運輸和不能全自動換電的問題，本發(fā)明提供了一種小型自動化換電站，該小型自動化換電站包括電池倉、換電平臺和控制系統(tǒng)，所述電池倉包括充電架和電池升降機，所述充電架用于對電池的充電和存儲，所述電池升降機能夠在豎直方向運動;所述換電平臺包括舉升裝置，所述換電平臺用于停放電動汽車，并且能夠帶動電動汽車實現(xiàn)升降運動;所述控制系統(tǒng)用于控制所述換小型自動化電站完成整個換電過程。
[0007]在本發(fā)明的技術方案中，所述換電系統(tǒng)包括電池升降機和換電小車，所述電池升降機用于從所述充電架上取出電池和將電動汽車上換下的電池放回所述充電架上，所述換電小車與所述電池升降機對接并且能夠在所述電池集裝箱和所述換電集裝箱之間穿梭，用于從所述電池升降機上獲取電池、將電池運送到所述換電平臺并安裝到電動汽車上以及將電動汽車上換下的電池放回所述電池升降機上。
[0008]在本發(fā)明的技術方案中，所述電池集裝箱的底部設置有第一導軌，所述電池升降機能夠沿所述第一導軌在所述充電架與所述換d電小車之間移動。
[0009]在本發(fā)明的技術方案中，所述小型自動化換電站還設置有在所述電池集裝箱與所述換電集裝箱之間延伸的第二導軌，所述換電小車能夠在所述第二導軌上移動。
[0010]在本發(fā)明的技術方案中，所述電池升降機包括框架和設置在所述框架中的第一平臺和第二平臺，所述第一平臺和第二平臺能夠沿所述框架豎向移動。
[0011]在本發(fā)明的技術方案中，所述控制系統(tǒng)包括設置在所述電池集裝箱中的通信控制柜和伺服控制柜。
[0012]在本發(fā)明的技術方案中，所述換電平臺還包括設置在所述換電集裝箱中的定位系統(tǒng)，所述定位系統(tǒng)使電動汽車在所述停車底座上精確定位。
[0013]在本發(fā)明的技術方案中，所述舉升裝置是電力或液壓驅動的四柱舉升機。
[0014]在本發(fā)明的技術方案中，所述換電集裝箱與所述電池集裝箱之間設置有供所述換電小車穿梭的開關門；并且所述換電集裝箱和所述電池集裝箱中的每個都設置有至少一個開關門。
[0015]在本發(fā)明的技術方案中，所述換電小車包括自動頂升平臺和加解鎖裝置，所述自動頂升平臺能夠使放置在所述換電小車上的電池自動升降，所述加解鎖裝置能夠將電動汽車上的電池解鎖并取下或將電池裝到電動汽車上并上鎖。
[0016]本發(fā)明在換電時采用舉升裝置將電動汽車舉升起來，同時采用集裝箱將換電平臺和電池倉包裹起來，因此，本發(fā)明的換電站無需進行任何土建并且整體上可以搬運，使換電站的位置可以靈活布置并且規(guī)模可以根據(jù)需要任意擴展。此外，由于采用電池升降機與換電車配合來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的堆垛機，本發(fā)明還可以大幅度地節(jié)省電池倉的內部空間，使換電站的尺寸變得更小。再者，由于控制系統(tǒng)的存在，本發(fā)明的換電站還可以實現(xiàn)全自動化操作，無需人力介入，節(jié)省了體力和人工成本。
【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的換電站的俯視圖。
[0018]圖2是本發(fā)明的停車底座的側視示意圖。
[0019]圖3是本發(fā)明的停車底座的俯視示意圖。
[0020]圖4是本發(fā)明的停車底座的停車庫位俯視圖。
[0021]圖5是本發(fā)明的停車庫位V型排列的前輪滾軸組件的效果示意圖。
[0022]圖6是本發(fā)明的停車庫位前后輪對齊推桿的示意圖。
[0023]圖7是本發(fā)明的四柱舉升機與停車庫位的安裝效果示意圖。
[0024]圖8是本發(fā)明的電池倉內的充電架的結構示意圖。
[0025]圖9是本發(fā)明的充電架上的充電插座效果示意圖。
[0026]圖10是本發(fā)明的電池倉內的電池升降機的效果示意圖。
[0027]圖11是本發(fā)明的電池倉內的換電小車的主視圖。
【具體實施方式】
[0028]下面參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)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于解釋本發(fā)明的技術原理，并非旨在限制本發(fā)明的保護范圍。本領域技術人員可以根據(jù)需要對其作出調整，以便適應具體的應用場合。
[0029]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內”、“外”等指示的方向或位置關系的術語是基于附圖所示的方向或位置關系，這僅僅是為了便于描述，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(fā)明的限制。此外，術語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
[0030]在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)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。對于本領域技術人員而言，可根據(jù)具體情況理解上述術語在本發(fā)明中的具體含義。
[0031 ]如圖1所示，本發(fā)明的小型自動化換電站主要包括兩大部分:換電平臺2和電池倉3。
[0032]如圖1-7所示，換電平臺2包括:四柱舉升機23、停車底座22、換電集裝箱21。換電集裝箱21在長度方向上安裝單側電動卷簾門，另一側可安裝普通卷簾門，單側開門開窗。換電集裝箱21將換電平臺內的所有其他裝置都納入其中。
[0033]如圖2和圖3所示，停車底座22由停車庫位221、可翻轉坡道222和輪胎定位機構223構成。停車庫位221底部框架由工字鋼焊接而成，并在與電動汽車駛入庫位行進方向垂直的方向上設置了導軌，以便引導換電設備準確到達車輛下方的換電工位。為了確保汽車能夠駛至庫位上的指定區(qū)域，庫位中部焊接長條鋼板，作為汽車行進的墊板。
[0034]進一步，為了方便汽車駛入停車庫位221，停車庫位221兩端設置有角度合適的坡道222。同時，為節(jié)省占地面積，在沒有車輛需要換電時，一端的坡道222可旋轉立起，保證停車定位裝置只占據(jù)一個停車位的大小。
[0035]如圖4-6所示，輪胎定位機構223放置在停車庫位221上，并包括底板2235、車輛引導柱2234、前輪滾軸組件2231、后輪滾軸組件2232、前后輪對齊推桿2233。
[0036]定位機構223兩頭入口處均設置有八字開口型的車輛引導柱2234，以便汽車能夠順利駛入停車庫位221。定位機構223的底板2235同樣由工字鋼焊接而成，并且將引導柱2234固定在底板2235上。當汽車駛入庫位221的過程中，八字型引導柱2234能夠起到左右粗定位的作用。
[0037]進一步，當汽車駛入庫位221后，V型排列的前輪滾軸組件2231能夠對車輪產生前后定位作用，而平鋪后輪滾動組件2232能夠確保不同軸距的車輛都可以停放在輪胎定位機構223上。
[0038]繼續(xù)參閱圖6，對齊推桿2233包括電機22331、減速箱22332、聯(lián)軸器22333、絲杠22334、軸承座22335、滾珠螺母22336和推板22337。對齊推桿2233由電機22331驅動，電機22331連接在具有對稱輸出軸的減速箱22332上，每個輸出軸通過聯(lián)軸器22333與絲桿22334連接，每根絲杠22334由固定在底板上的軸承座22335托起，絲杠22334上的滾珠螺母22336頭部與推板22337固定在一起。停車庫位221的底板上還設置有雙排導軌22338，推板22337可沿該導軌22338在汽車左右方向運動。電機22331將旋轉運動轉化成推桿的直線運動，以達到車輛左右定位的功能。本領域技術人員可以理解的是，除了通過減速機和絲杠將電機的旋轉輸出轉變成直線輸出外，也可以用電機和齒輪、齒條實現(xiàn)該功能，或者也可以用液壓油缸來實現(xiàn)上述功能。當駕駛員將車停在停車庫位221，熄火并通過換電集裝箱21側面的側門(圖中未示出)離開車輛之后，電機22331會分別推動前后輪對齊推桿2233在車輛的左右方向移動，同時前后滾軸組件也會由滾軸電機帶動開始轉動，在對齊推桿2233和滾軸的共同作用下，對汽車進行左右方向的精確定位。
[0039]如圖7所示，四柱舉升機23的四根柱子分布在停車底座22的四個角上，并與停車庫位22的底部框架固定連接，四柱舉升機23還設置有與輪胎定位機構的底板2235固定連接的移動板，用于將汽車舉升或下降，該功能由滾珠絲杠作為傳動副來實現(xiàn)。四柱舉升機23的移動板與滾珠絲杠上的滾珠螺母固定連接，并且舉升機23設置有固定絲杠的豎直支撐架，該支撐架上還設置有導軌，使?jié)L珠螺母能夠沿著該導軌上下運動。該領域技術人員能夠想到的是，除了采用上述滾珠絲杠的方式實現(xiàn)汽車的升降外，還可以用齒輪齒條副傳動副、電機卷動鋼繩、液壓控制油缸等方式實現(xiàn)汽車的升降。
[0040]電池倉3包括電池集裝箱31和容納在電池集裝箱31中的充電架32。換電系統(tǒng)包括彼此配合的電池升降機33和換電小車34。電池集裝箱31設置有前后兩個門，并且與換電集裝箱相鄰的一面箱體上裝有供換電小車34進出的快速升降開關門，以便換電小車34能夠從電汽車上卸下電池，轉移到電池倉3內。電池倉3的電池集裝箱31中還容納有充放電柜和空調以及控制系統(tǒng)的通信控制柜和伺服控制柜，電池集裝箱31能夠將電池倉3的所有其他裝置都容納在內。另外，可在電池集裝箱31中的空閑位置配備充電粧，并在電池集裝箱31的側壁上引出充電槍接口，方便停放在本發(fā)明充換電站旁邊車位上的電動汽車直接充電。
[0041]如圖8所示，充電架32包括智能充電插座322、充電支架321。該充電支架321共有九個存儲空間層，可同時容納九塊動力電池箱。每層支架上均設置有電動滾動機構，通過該機構能夠將電池箱傳送到所屬層支架上，并且每層支架上還設置有限位檔桿和行程開關對電池箱進行限位、檢測，以便電池箱能夠準確就位。
[0042]如圖8和圖9所示，在每個電池箱存儲空間層上方都配備有智能充電插座322，待電池箱就位后，充電插座322在電機的驅動下下降，通過定位銷找準，然后與電池箱上的插頭對接。
[0043]如圖10所示，電池升降機33的框架由鋼管焊接而成，并且在框架的四根立柱上還固定有四根豎直方向的導軌框架。電池升降機33設置有第一平臺和第二平臺兩層升降平臺，可由滾珠絲杠副驅動共同沿導軌框架豎直方向運動。本領域技術人員可以理解的是，除了通過絲杠副的方式驅動雙層升降平臺的上下運動，顯然也可以采用其他的方式，例如，齒輪齒條副、液壓油缸等。在第一平臺和第二平臺上均安裝有電動滾筒，該滾筒可用于傳送電池箱。電池升降機33的底部還安裝有雙排滾輪，并且電池集裝箱31的底部設置有第一導軌(未圖示)，電池升降機33能夠沿第一導軌在充電架32與換電小車34之間移動，該運動可在電機的驅動下通過齒輪齒條副來實現(xiàn)。
[0044]需要說明的是，本發(fā)明的換電站還包括在電池集裝箱31與換電集裝箱21之間延伸的第二導軌，換電小車34能夠在第二導軌上移動。
[0045]如圖11所示，換電小車34包括自動頂升平臺341和加解鎖裝置3411，自動頂升平臺341上還設置有四個定位銷(圖中未示出)。取電時，換電小車34運動到電動汽車底部就位，四個定位銷在電缸的作用下上升，接觸到電動汽車底部的四個定位孔后繼續(xù)插入到定位銷孔，直至定位銷無法繼續(xù)深入，此時自動頂升平臺在伺服電機的作用下舉升，借助其上的電池定位銷孔，接觸、定位到電動汽車上的空電池，并最終將電動汽車完全頂起，使得電池與換電小車34形成剛性接觸。然后加解鎖裝置3411在伺服電機作用下上升并對電池上的鎖緊裝置進行解鎖，電池解鎖完畢后，電池隨著自動頂升平臺平穩(wěn)下降。換電時，換電小車34通過四個定位銷定位到電動汽車底盤上，再通過電池上的工藝孔，定位電池，然后自動頂升平臺341進一步頂升，與電動汽車底盤進行硬接觸，隨后加解鎖裝置3411上升并將電池箱鎖定。
[0046]換電站設備換電的具體過程包括:首先，駕駛員通過八字形引導柱2234將車停在停車庫位221，熄火并通過換電集裝箱21側面的側門離開車輛之后，庫位221會通過前后滾軸組件和對齊推桿2233對汽車進行精確定位。接著，換電小車34取下電動汽車上的電池，沿第二軌道運行到與電池升降機33交接的位置并將換下的虧電電池放到電池升降機33的第一平臺上，由于在此之前電池升降機33已從充電架32上取到滿電電池并放在第二平臺上，因此換電小車34可以直接從第二平臺上取下滿電電池。最后，電池升降機33將虧電電池送回到充電架32上，而換電小車34將滿電電池安裝到電動汽車上。隨后駕駛員便穿過換電集裝箱21側面的側門進入并開走電動汽車。
[0047]至此，已經結合附圖所示的優(yōu)選實施方式描述了本發(fā)明的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本發(fā)明的保護范圍顯然不局限于這些【具體實施方式】。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術方案都將落入本發(fā)明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種小型自動化換電站，包括電池倉、換電平臺、換電系統(tǒng)和控制系統(tǒng)， 所述換電系統(tǒng)從所述電池倉中獲取電池、將電池運送到所述換電平臺并安裝到電動汽車上以及將電動汽車上換下的電池送回所述電池倉中； 所述控制系統(tǒng)用于控制所述電池倉、所述換電平臺和所述換電系統(tǒng)的操作； 其特征在于，所述電池倉與所述換電平臺相鄰設置，所述電池倉包括電池集裝箱和容納在電池集裝箱中的充電架，所述充電架用于存儲電池和對電池進行充電； 所述換電平臺包括換電集裝箱和容納在換電集裝箱中的停車底座，所述停車底座用于停放需要更換電池的電動汽車； 所述換電平臺還包括舉升裝置，所述舉升裝置用于舉升停放在所述停車底座上的電動汽車。2.根據(jù)權利要求1所述的小型自動化換電站，其特征在于，所述換電系統(tǒng)包括電池升降機和換電小車，所述電池升降機用于從所述充電架上取出電池和將電動汽車上換下的電池放回所述充電架上，所述換電小車與所述電池升降機對接并且能夠在所述電池集裝箱和所述換電集裝箱之間穿梭，用于從所述電池升降機上獲取電池、將電池運送到所述換電平臺并安裝到電動汽車上以及將電動汽車上換下的電池放回所述電池升降機上。3.根據(jù)權利要求2所述的小型自動化換電站，其特征在于，所述電池集裝箱的底部設置有第一導軌，所述電池升降機能夠沿所述第一導軌在所述充電架與所述換電小車之間移動。4.根據(jù)權利要求3所述的小型自動化換電站，其特征在于，所述小型自動化換電站還設置有在所述電池集裝箱與所述換電集裝箱之間延伸的第二導軌，所述換電小車能夠在所述第二導軌上移動。5.根據(jù)權利要求4所述的小型自動化換電站，其特征在于，所述電池升降機包括框架和設置在所述框架中的第一平臺和第二平臺，所述第一平臺和第二平臺能夠沿所述框架豎向移動。6.根據(jù)權利要求5所述的小型自動化換電站，其特征在于，所述控制系統(tǒng)包括設置在所述電池集裝箱中的通信控制柜和伺服控制柜。7.根據(jù)權利要求6所述的小型自動化換電站，其特征在于，所述換電平臺還包括設置在所述換電集裝箱中的定位系統(tǒng)，所述定位系統(tǒng)使電動汽車在所述停車底座上精確定位。8.根據(jù)權利要求1至7中任一項所述的小型自動化換電站，其特征在于，所述舉升裝置是電力或液壓驅動的四柱舉升機;并且/或者 所述電池集裝箱中還設置有充電粧并且所述電池集裝箱的側壁上還設置有與所述充電粧相連的充電槍接口。9.根據(jù)權利要求8所述的小型自動化換電站，其特征在于，所述換電集裝箱與所述電池集裝箱之間設置有供所述換電小車穿梭的開關門；并且 所述換電集裝箱和所述電池集裝箱中的每個都設置有至少一個開關門。10.根據(jù)權利要求9所述的小型自動化換電站，其特征在于，所述換電小車包括自動頂升平臺和加解鎖裝置，所述自動頂升平臺能夠使放置在所述換電小車上的電池自動升降，所述加解鎖裝置能夠將電動汽車上的電池解鎖并取下或將電池裝到電動汽車上并上鎖。
【文檔編號】B60S5/06GK106043246SQ201610457300
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】趙志凌, 沈斐, 朱浩, 侯文潔
【申請人】蔚來汽車有限公司