CN102180200A - 用于电动汽车的车载移动式自动充换电站及电池快换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于电动汽车的车载移动式自动充换电站及电池快换方法，包括牵引车、半挂车及半挂车上的电池箱储存架、电池箱、自动换电装置、充电***、电量计量***、自动控制等单元。储存架可立体存放若干电池箱；电池箱为标准互换模块，采用多个快开锁紧螺栓与车体下部的电池仓连接；自动换电装置包括升降台、移行机、移载机和多个解锁/锁紧套筒；自动换电装置可以自动运输和储存电池箱，并通过升降台、解锁/锁紧套筒和快开锁紧螺栓的相互配合使电池箱与电池仓锁紧或解锁，从而实现电池箱自动装卸更换；充电***可以对电池箱进行自动充电。本发明***完善、结构紧凑、机动灵活、投资小、建设周期短，满足电动汽车电池的自动充/换电需求。

Description

用于电动汽车的车载移动式自动充换电站及电池快换方法

技术领域

本发明涉及电动汽车领域，特别是涉及一种电动汽车的车载移动式自动充换电站及电池快换方法。

背景技术

电动汽车具有运行经济、清洁环保等优点，但由于受电池容量的限制，导致行驶里程较短，同时，由于电池充电时间长、电池成本高、维护难度大，从而限制了电动汽车的推广应用。为了延长电动汽车的续驶里程，可采用更换电池的方法，当电池电量不足时，可到换电站迅速更换一个充满电的电池，电池更换时间控制在3分钟以内，与燃油车加油时间相近，从而既延长了续驶里程，又节省了时间。同时，采用更换电池的方法，可实现电动汽车的“车-电分离”，用户购买不带电池的“裸车”，电池充电、维护由专业运营商运营，降低用户购车成本，使用方便，利于电动汽车的产业化发展和市场应用。

为了实现电动汽车电池自动更换，需要将电动汽车的电池设计成可拆卸、互换的标准电池箱，并将其安装在车体易于装卸的位置；由于电动汽车的电池体积和质量较大，需要采用专用的换电装置才能完成电池箱更换；需要设置电池箱存储装置，并及时对更换下来的电池箱进行充电，用于下一次更换。

现有技术采用建设固定式充/换电站方案，将电池储存、充电、换电三方面工作集中在一个固定式充/换电站内完成。建设固定式充/换电站涉及城市建设规划、土地审批、环境评价、道路、电力供应等多方面影响因素，立项、审批程序复杂；建设固定式充/换电站需新建厂房、安装设备，建设周期时间长(一般长达数月)；建设固定式充/换电站需要较大的占地面积，新建数千平方米的厂房，建设投资极大(多达数千万元人民币)、难以在城市干道上大量建设；同时，电动汽车需要开到固定充/换电站更换电池，既浪费能源，又缩短了电动汽车有效续驶里程，并且极不方便。由于固定式充/换电站方案占地面积和投资大、布设不便，难以在城市普及，极大地影响了电动汽车推广应用。因此，急需提出一种结构紧凑、机动灵活、自动快捷、投资小、使用方便的电动汽车电池的自动更换方案。

发明内容

本发明的主要目的在于：针对换电式电动汽车电池更换网络不足，又难以在城市大量建设固定式充/换电站的现状，提供一种用于电动汽车的车载移动式自动充换电站***，可以满足电动汽车电池箱的自动快换要求。本发明具有***完善、结构紧凑、机动灵活、投资小、建设周期短的特点，可以充分满足电动汽车电池的自动更换需求。

本发明用于电动汽车的车载移动式自动充换电站予以实现的技术方案是：包括牵引车头和半挂车，所述半挂车是一后部开门、无动力的箱式封闭低平板拖车，所述半挂车由所述牵引车头牵引移动；在所述半挂车上设置有电池箱储存架、车体导向轨道、电池箱、自动换电装置、自动充电***、电量自动计量***和自动化控制***，由此组成一电池储存、充电和自动更换三位一体的移动式自动充换电站；所述电池箱储存架是由一个两列多层多行框架构成的具有多个货格的立体电池箱储存架，所述电池箱储存架中的两列货格之间设有电池箱的运输巷道；所述电池箱位于电动汽车车体下部的电池仓内，所述电池箱与所述电池仓之间的连接采用90°快开式锁紧螺栓连接部件连接，所述电池仓下部设有组合电气插头，所述电池箱上部设有与所述组合电气插头相互配合的组合电气插座；所述电池箱在储存和运输过程中是放置在一托架上；所述自动换电装置包括换电升降台，所述换电升降台的上方设有移载机，所述换电升降台的下方设有移行机构；所述移行机构的下方设置有两条X向轨道，所述移载机由两条Y向的伸缩叉构成；所述换电升降台的顶部设有多个与所述90°快开式锁紧螺栓连接部件配合的解锁/锁紧套筒组件；通过移行机构、换电升降台、移载机的联动使所述电池箱在X、Y、Z三维方向上运动，从而实现从所述电池箱储存架上自动存取电池箱、在存取工位与换电工位之间自动运输电池箱、将电池箱自动地从汽车车体下部的电池仓中进行装卸和更换；所述自动充电***包括充电机和自动插电机构，所述自动插电机构设置在所述储存架上且位于所储存的电池箱的正上方；所述自动充电***外接市政交流电源即可实现向电池箱进行充电；所述电量自动计量***用于实现自动检测电池箱的剩余电量和充电电量；所述自动化控制***用于实现电池箱的存取、接送、换电、充电和计量的自动控制。

本发明用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，其中，所述电池仓的侧面设有多个吊耳，所述吊耳为一水平板，所述水平板上设有中心孔，所述中心孔向两侧开有沿X方向的矩形条孔，所述吊耳通过垂直筋板固定在所述电池仓的侧壁上。

本发明用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，其中，所述90°快开式锁紧螺栓连接部件包括一安装支架和两端均为导向锥形头的锁紧螺栓，所述锁紧螺栓通过安装支架固定在电池箱的侧壁上；所述安装支架由一水平支撑板和其两侧的垂直筋板构成，所述水平支撑板上设有与锁紧螺栓配合的螺纹孔，所述锁紧螺栓可以在水平支撑板上旋转；所述锁紧螺栓的上部设有水平锁紧销，所述锁紧螺栓的下部设有旋转销，所述锁紧螺栓上且位于所述水平锁紧销与所述安装支架水平板之间设有扭力弹簧；所述锁紧螺栓处于自然位置时，其锁紧销呈Y方向，与所述电池仓吊耳的X方向矩形条孔垂直交叉，所述电池箱与所述电池仓锁紧。

本发明用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，其中，所述解锁/锁紧套筒组件的一种技术方案是：包括升降推杆和套筒，所述套筒的顶部设有螺旋导向槽；当所述套筒在所述升降推杆的作用下垂直上升时，所述螺旋导向槽与所述锁紧螺栓的旋转销接合，产生水平旋转力，带动锁紧螺栓旋转90°，使锁紧螺栓上部的锁紧销与所述矩形条孔方向一致，所述电池箱与所述电池仓解锁；当所述套筒在所述升降推杆的作用下垂直下降时，所述套筒与所述锁紧螺栓分离，所述锁紧螺栓依靠所述扭力弹簧的扭力回转90°，使锁紧螺栓上部的锁紧销呈与所述矩形条孔方向垂直交叉，所述电池箱与所述电池仓锁紧。

本发明用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，其中，所述解锁/锁紧套筒组件的另一种技术方案是：包括设置在一丝杠顶部的旋转套筒，所述旋转套筒的顶部设有垂直凹槽；所述旋转套筒在所述丝杠的带动下旋转上升时，所述凹槽与所述电池箱锁紧螺栓的旋转销接合，进而带动所述锁紧螺栓旋转90°，使锁紧螺栓上部的锁紧销与所述矩形条孔方向一致，所述电池箱与所述电池仓解锁；所述旋转套筒在所述丝杠的带动下旋转下降时，所述凹槽与所述锁紧螺栓的旋转销接合，进而带动所述锁紧螺栓反方向旋转90°，使锁紧螺栓上部的锁紧销与所述矩形条孔方向垂直交叉，所述电池箱与所述电池仓锁紧。

本发明用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，其中，所述从电动汽车上换下来的自动插电机构设置在所述电池箱储存架上，包括插电推杆、导向柱和电气插头，所述电气插头和所述充电机的动力和通讯接口连接；所述电池箱到达充电工位后，所述插电推杆推动所述导向柱和所述电气插头自动下降，使所述电气插头和所述电气插座精确定位并自动插接，实现电池箱和充电机之间的动力和通讯线路的连通，电池箱内的电源管理***(BMS)和充电机通过CAN总线进行通讯连接，连接后经过协议握手、配置，然后充电机向电池箱充电；充电完成后自动断电，断电后插电推杆自动上升，电气插头自动拔起脱离电气插座。

本发明用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，其中，所述电量自动计量***是一个基于CAN总线的电池荷电状态(SOC)的实时测量和估计***，自动测量替换下来的电池箱的剩余电量及充电电量，并将剩余电量及充电电量的数据储存到一计算机***中。

本发明用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，其中，所述充电机是与所述电池箱充电参数匹配的直流充电机，所述充电机与所述电池箱采用CAN总线进行通讯连接。

本发明用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，其中，所述自动换电装置中的移行机构、换电升降台和移载机，所述解锁/锁紧套筒组件中的升降推杆，所述自动插电机构中的插电推杆的运动均为电气、液压、气动中的任何一种形式或一种以上组合形式的驱动。

本发明车载移动式自动充换电站的电池快速更换方法予以实现的技术方案是：利用上述具有螺旋导向槽解锁/锁紧套筒组件的车载移动式自动充换电站对电池进行快速更换包括自动快卸电池过程A和自动快装电池过程B，其中：

快卸电池过程A包括如下步骤：

A-1、将一需要换电池的电动汽车通过坡道开到或通过卷扬机牵引到自动换电装置上方的车体导向轨道，并定位；

A-2、驱动换电升降台上升，将一个空的托架举升至该托架托住车体下电池仓中的电池箱为止；

A-3、驱动所述解锁/锁紧套筒组件中的升降推杆带动其上的套筒垂直上升，所述套筒的内壁与锁紧螺栓下部的导向锥头结合，使套筒与锁紧螺栓精确定位；套筒继续上升，套筒顶部的螺旋导向槽和锁紧螺栓下部的旋转销结合，套筒带动锁紧螺栓水平转动90°，使锁紧螺栓上部的锁紧销与电池仓吊耳的水平板上的矩形条孔的方向一致，锁紧螺栓和电池仓吊耳解锁，电池箱与车体的电池仓脱离；

A-4、驱动换电升降台带着托架及托架上的电池箱下降到初始高度，然后，驱动所述解锁/锁紧套筒组件中的升降推杆带着套筒下降并与锁紧螺栓分开，锁紧螺栓依靠扭力弹簧的张力转动90°后回到自然位置；

A-5、驱动自动换电装置中的移行机构沿X向轨道移行到电池箱储存架的巷道内使其与电池箱储存架中的一个空货格的Y向对齐并定位；驱动换电升降台上升使其与该空货格的Z向对齐并定位；驱动作为移载机的伸缩叉将托着电池箱的托架送至上述对准的空货格内；驱动移载机的伸缩叉缩回到原位；驱动换电升降台下降并复位；

至此，完成了一次电池的快卸和储存；

快装电池过程B如下：

B-1、驱动自动换电装置的移行机构沿X向轨道移行到与一个充满电的电池箱所在的货格的Y向“行”对齐并定位；驱动换电升降台上升并与该货格的Z向“层”对齐并定位；驱动移载机的伸缩叉伸出担住托有电池箱的托架回缩并将其放在自动换电装置6的换电升降台上；然后，驱动换电升降台下降并复位；

B-2、驱动自动换电装置的移行机构沿X向轨道移动到换电工位并定位；

B-3、驱动所述解锁/锁紧套筒组件中的升降推杆带着套筒垂直上升，套筒的内壁与锁紧螺栓下部的导向锥头结合，使套筒与锁紧螺栓精确定位；套筒继续上升，套筒顶部的螺旋导向槽和锁紧螺栓下部的旋转销结合，套筒带动锁紧螺栓水平转动90°使锁紧螺栓上部的锁紧销与电池仓吊耳的水平板上的矩形条孔的方向一致；

B-4、驱动换电升降台将电池箱举升，锁紧螺栓上部的导向锥头穿入电池仓吊耳水平板的中心圆孔中，使电池箱和电池仓精确定位；换电升降台继续将电池箱举升，锁紧螺栓的锁紧销穿过电池仓吊耳水平板的矩形条孔；

B-5、换电升降台将电池箱举升到位后，驱动升降推杆带着套筒垂直下降，锁紧螺栓依靠扭力弹簧的张力转动90°，锁紧螺栓上部的锁紧销与吊耳水平板上的矩形条孔呈90°交叉，使电池箱和车体下部的电池仓连接并锁紧；

B-6、驱动换电升降台带着空托架下降到初始高度复位；

至此，完成了一次电池的快装。

与现有技术相比，本发明电动汽车电池的移动式自动换电站的有益效果是：

(1)本发明将电池箱储存架、车体导向轨道、电池箱、电池箱自动快换装置、充电***、计量***、自动化控制***等单元集成安装在半挂车上，***完善、结构紧凑、机动灵活、投资小、建设周期短；

(2)本发明自动换电装置由换电升降台、移行机、移载机和多个解锁/锁紧套筒组成，通过移行机构、换电升降台和移载机的联动使电池箱在X、Y、Z三维方向上运动；通过解锁/锁紧套筒和90°快开锁紧螺栓配合实现快速锁紧和解锁。具有电池箱储存、输送、解锁/锁紧、自动更换、接驳功能，集电池箱的存取、运输和更换三项功能于一体。

(3)本发明电池箱采用90°快开锁紧螺栓与车体电池仓连接，借助解锁/锁紧套筒和弹簧进行解锁和锁紧，结构简单、快捷可靠、通用性好，可以实现电池箱自动快速装卸；

(4)本发明采用基于CAN总线的BMS***对电池箱进行充电管理，采用SOC(荷电状态实时检测)进行剩余电量和充电电量计量。

综上，本发明与现有固定式充换电站技术的本质区别是：将电池箱储、充电、计量、输送、自动快换等功能集成一体安装在半挂车上，***完善、结构紧凑、机动灵活，布设方便，不需要较大面积占地和新建厂房，投资小、周期短，利于电动汽车市场推广应用；

本发明简化方案可取消充电***和电量自动计量***，变换成车载移动式自动换电站，和集中充电站结合，组成换电网络，实现电动汽车电池的集中充电、统一配送、分布式更换。

附图说明

图1是本发明用于电动汽车的车载移动式自动充换电站的结构示意简图；

图2是本发明中电动汽车、电池箱、托架、自动换电装置的结构分解示意简图；

图3是本发明中电池箱的结构示意简图；

图4是本发明中(90°)快开式锁紧螺栓和电池仓吊耳的结构分解示意简图；

图5是本发明中自动换电装置的结构示意简图；

图6是本发明中电池箱储存架、电池箱、自动换电装置、自动插电机构的关系示意图；

图7-1是本发明中具有螺旋导向槽的解锁/锁紧套筒组件锁紧状态示意图；

图7-2是本发明中具有螺旋导向槽的解锁/锁紧套筒组件解锁状态示意图；

图7-3是解锁/锁紧套筒放大图；

图8-1是本发明中具有丝杠和旋转套筒的解锁/锁紧套筒组件锁紧状态示意图；

图8-2是本发明中具有丝杠和旋转套筒的解锁/锁紧套筒组件解锁状态示意图；

图9是本发明中自动插电机构和电池箱及插座的关系示意简图；

图10是本发明换电升降台、移载机、移行机、解锁/锁紧升降推杆和自动插电推杆的驱动控制示意框图；

图中：

1——半挂车                        2——电池箱储存架

3——电池箱                        4——X向轨道

5——车体导向轨道                  6——自动换电装置

7——电动汽车                      8——电池仓

9——吊耳                          10——电池托架

11——解锁/锁紧套筒组件            12——换电升降台

13——移载机                       14——移行机构

15——快开式锁紧螺栓连接部件       16——锁紧螺栓

17——锁紧销                       18——扭力弹簧

19——螺栓安装支架                 20——旋转销

21——套筒                         22——升降推杆

20.1——丝杠                       21.1——旋转套筒

23——自动插电机构                 24——插电推杆

25——电气插头                     26——充电机

27——控制柜

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述：

如图1所示，本发明一种用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，包括：牵引车头和半挂车1，所述半挂车1为后部开门、无动力的箱式封闭低平板拖车，所述半挂车由所述牵引车头牵引移动；在所述半挂车1上设置有电池箱储存架2、车体导向轨道5、电池箱3、自动换电装置6、自动充电***(充电机26)、电量自动计量***和自动化控制***(控制柜27)，由此组成一电池储存、充电和自动更换三位一体的移动式自动充换电站。如图1、图6所示，所述电池箱储存架2是由一个两列多层多行框架构成的具有多个货格的立体电池箱储存架，所述电池箱储存架2中的两列货格之间设有电池箱的运输巷道。

如图2所示，电池仓8安装在车体7的下部，所述电池仓8设置为“工”字形或“T”字形，这样可以充分地利用汽车前排、后排座椅下部及中间通道空间，增大电池安装的空间；在电池仓8的侧壁设置多个吊耳9，用于和电池箱3连接；所述电池仓8上设有组合电气插头。所述电池箱3的工作位置是将电池箱3置于电动汽车7车体下部的电池仓8内。利用自动换电装置6在车体7的下方进行电池箱3的拆卸和安装，实现电动汽车电池箱的自动更换；所述电池箱3放置在托架10上进行运输。

如图3所示，所述电池箱3与上述电池仓8内腔形状相吻合，设置为“工”字形或“T”字形，为可拆卸、互换的标准电池箱3，所述电池箱3与所述电池仓8之间的连接采用90°快开式锁紧螺栓连接部件13连接；所述电池箱3上设有与所述电池仓8上组合式电气插头配合的电气插座；所述电池箱3与所述电池仓8之间组合电气插座与插头的连接采用盲插方式，当电池箱3被升降台12举升到电池仓8下方到位后，所述插头和插座自动插接，实现电池箱3和电动汽车7之间的动力和通讯连接。如图4所示，所述电池仓吊耳9为一水平板，所述水平板上设有中心孔，所述中心孔向两侧开有沿X方向的矩形条孔，所述吊耳9通过垂直筋板固定在所述电池仓8的侧壁上；所述90°快开式锁紧螺栓连接部件15包括一安装支架19和两端均为导向锥形头的锁紧螺栓16，所述锁紧螺栓16通过安装支架19固定在电池箱3的侧壁上；所述安装支架19由一水平支撑板和其两侧的筋板构成，所述水平支撑板上设有与锁紧螺栓16配合的螺纹孔，所述锁紧螺栓16可以在水平支撑板上旋转；所述锁紧螺栓16的上部设有水平锁紧销17，所述锁紧螺栓16的下部设有旋转销20，所述锁紧螺栓16上且位于所述水平锁紧销17与所述安装支架水平板之间设有扭力弹簧18。

如图1、图2、图5和图6所示，所述自动换电装置6包括换电升降台12，所述换电升降台12的上方设有移载机13，所述换电升降台12的下方设有移行机构14；两条X向轨道4设置在所述移行机构14的下方，所述移载机13由两条Y向的伸缩叉构成；所述换电升降台12的顶部设有多个与所述90°快开式锁紧螺栓连接部件配合的解锁/锁紧套筒组件11；所述换电升降台12是叉式升降台，该换电升降台12可在Z方向垂直升降，所述移行机构14可沿X向轨道4移行，所述移载机的伸缩叉可沿Y方向伸缩，所述自动换电装置6集电池箱3的存取、运输和更换三项功能于一体，通过移行机构14、换电升降台12、移载机13的联动使所述电池箱3在X、Y、Z三维方向上运动：在X方向上有位于电池箱储存架巷道内的电池存取工位、位于车体下的电池更换工位和位于半挂车尾端的电池接驳工位3个工位；在Y方向有3个与电池箱储存架2的列和巷道相对应的停止位置；在Z方向储存电池时有3个与电池箱储存架2的层相对应的停止高度，换电时，有初始位和换电位两个停止高度，电池接驳时有1个与配送车对应的停止高度。因此，本发明可实现从所述电池箱储存架2上自动存取电池箱3、在存取工位与换电工位之间自动运输电池箱3、将电池箱3自动地在汽车车体下部的电池仓8中进行装卸和更换。

所述解锁/锁紧套筒组件的一种结构如图7-1、图7-2和图7-3所示，该解锁/锁紧套筒组件11包括升降推杆22和套筒21，如图7-3所示，所述套筒21的顶部设有螺旋导向槽；当所述套筒21在所述升降推杆22的作用下垂直上升时，如图7-2所示，所述螺旋导向槽与所述锁紧螺栓16的旋转销20接合，产生水平旋转力，带动锁紧螺栓16旋转90°，使锁紧螺栓16上部的锁紧销17与所述矩形条孔方向一致，所述电池箱3与所述电池仓8解锁；当所述套筒21在所述升降推杆22的作用下垂直下降时，如图7-1所示，所述套筒21与所述锁紧螺栓16分离，所述锁紧螺栓16依靠所述扭力弹簧18的扭力转动90°，使锁紧螺栓16上部的锁紧销17呈与所述矩形条孔方向垂直交叉，所述电池箱3与所述电池仓8锁紧。

本发明中的所述自动充电***包括充电机26和自动插电机构23，如图6和图9所示，所述自动插电机构23设置在所述储存架2上且位于所储存的电池箱3的正上方，所述自动插电机构23包括插电推杆24、导向柱和电气插头，所述电气插头25和所述充电机26的动力和通讯接口连接；所述从电动汽车换下来的电池箱3到达储存架2就位后，所述插电推杆24推动所述导向柱和所述电气插头25自动下降，使所述电气插头25和所述电池箱3的电气插座精确定位并自动插接，实现电池箱3和充电机26之间的动力和通讯线路的连通，电池箱3内的电源管理***(BMS)和充电机26通过CAN总线进行通讯连接，连接后经过协议握手、配置，然后充电机26向电池箱3充电；充电完成后自动断电，断电后插电推杆24自动上升，电气插头25自动拔起脱离电气插座。所述自动充电***外接市政交流电源即可实现向电池箱3进行充电；所述充电机26是与所述电池箱3充电参数匹配的直流充电机。

所述电量自动计量***用于实现自动检测电池箱的剩余电量和充电电量；所述电量自动计量***是一个基于CAN总线的电池荷电状态(SOC)的实时测量和估计***，自动测量替换下来的电池箱3的剩余电量及充电电量，并将剩余电量及充电电量的数据储存到一计算机***中。

本发明中的所述自动换电装置6中的移行机构14、换电升降台12和移载机13，所述解锁/锁紧套筒组件11中的升降推杆22，所述自动插电机构23中的插电推杆24的运动均为电气、液压、气动中的任何一种形式或一种以上组合形式的驱动，如图10所示。

如图10，所述自动化控制***用于实现电池箱的存取、接送、换电、充电和计量的控制。

本发明中的所述解锁/锁紧套筒组件还可以设计为另一种结构，如图8-1和图8-2所示，该解锁/锁紧套筒组件11包括设置在一丝杠20.1顶部的旋转套筒21.1，所述旋转套筒21.1的顶部设有垂直凹槽；所述旋转套筒21.1在所述丝杠20.1的带动下旋转上升时，如图8-2所示，所述凹槽与所述电池箱锁紧螺栓16的旋转销20接合，进而带动所述锁紧螺栓16旋转90°，使锁紧螺栓16上部的锁紧销17与所述矩形条孔方向一致，所述电池箱3与所述电池仓8解锁；所述旋转套筒21.1在所述丝杠20.1的带动下旋转下降时，如图8-1所示，所述凹槽与所述锁紧螺栓16的旋转销20接合，进而带动所述锁紧螺栓16反方向旋转90°，使锁紧螺栓16上部的锁紧销17与所述矩形条孔方向垂直交叉，所述电池箱3与所述电池仓8锁紧。

利用上述用于电动汽车的车载移动式自动充换电站实现电池快速更换的过程包括快卸电池过程A和快装电池过程B，其中：

快卸电池过程A如下：

A-1、将一需要换电池的电动汽车7通过坡道开到或通过卷扬机牵引到自动换电装置6上方的车体导向轨道5，并定位；

A-2、驱动换电升降台12上升，将一个空的托架10举升至该托架10托住车体下电池仓8中的电池箱3为止；

A-3、以具有螺旋导向槽的解锁/锁紧套筒组件为例，驱动所述解锁/锁紧套筒组件11中的升降推杆22带动其上的套筒21垂直上升，所述套筒21的内壁与锁紧螺栓16下部的导向锥头结合，使套筒21与锁紧螺栓16精确定位；套筒21继续上升，套筒21顶部的螺旋导向槽和锁紧螺栓16下部的旋转销20结合，套筒21带动锁紧螺栓16水平转动90°，使锁紧螺栓16上部的锁紧销17呈X方向使其与电池仓吊耳9的水平板上的矩形条孔的方向一致，锁紧螺栓16和电池仓吊耳9解锁，电池箱3与车体的电池仓8脱离；

A-4、驱动换电升降台12带着托架10及托架上的电池箱3下降到初始高度，然后，驱动所述解锁/锁紧套筒组件11中的升降推杆22带着套筒21下降并与锁紧螺栓16分开，锁紧螺栓16依靠扭力弹簧18的张力转动90°后回到自然位置；

A-5、驱动自动换电装置6中的移行机构14，移行机构沿X向轨道4移行到电池箱储存架2的巷道内使其与电池箱储存架2中的一个空货格的Y向“行”对齐并定位；驱动换电升降台12上升使其与该空货格的Z向“层”对齐并定位；驱动移载机13的伸缩叉将托着电池箱2的托架10送至上述对准的空货格内，放下电池箱3；驱动移载机13的伸缩叉缩回到原位；驱动换电升降台12下降并复位；

至此，完成了一次电池的快卸和储存；

快装电池过程B如下：

B-1、驱动自动换电装置6的移行机构14，移行机构14沿X向轨道4移行到与一个充满电的电池箱3所在的货格的Y向“行”对齐并定位；驱动换电升降台12上升并与该货格的Z向“层”对齐并定位；驱动移载机13的伸缩叉伸出挑起托有电池箱3的托架10回缩并将其放在自动换电装置6的换电升降台12上；然后，驱动换电升降台12下降并复位；

B-2、驱动自动换电装置6的移行机构14沿X向轨道4移动到换电工位并定位；

B-3、驱动所述解锁/锁紧套筒组件11中的升降推杆22带着套筒21垂直上升，套筒21的内壁与锁紧螺栓16下部的导向锥头结合，使套筒21与锁紧螺栓16精确定位；套筒21继续上升，套筒21顶部的螺旋导向槽和锁紧螺栓16下部的旋转销20结合，套筒21带动锁紧螺栓16水平转动90°使锁紧螺栓16上部的锁紧销17呈X方向与电池仓吊耳9的水平板上的矩形条孔的方向一致；

B-4、驱动换电升降台12将电池箱3举升，锁紧螺栓16上部的导向锥头穿入电池仓吊耳9水平板的中心圆孔中，使电池箱3和电池仓8精确定位；换电升降台12继续将电池箱3举升，锁紧螺栓16的锁紧销17穿过电池仓吊耳9水平板的矩形条孔；

B-5、换电升降台12将电池箱3举升到位后，驱动升降推杆22带着套筒21垂直下降，锁紧螺栓16依靠扭力弹簧18的张力转动90°，锁紧螺栓16上部的锁紧销17与吊耳9水平板上的矩形条孔呈90°交叉，使电池箱3和车体下部的电池仓8连接并锁紧；

B-6、驱动换电升降台12带着空托架10下降到初始高度复位；

至此，完成了一次电池的快装。

综上所述，本发明的电动汽车的车载移动式自动充换电站将电池箱储存架、车体导向轨道、电池箱、自动换电装置、自动充电***、电量自动计量***、自动化控制***等单元集成安装在一台半挂车上，组成电池“自动储存、自动充电、自动更换”三位一体的车载移动式自动充换电站。***完善、结构紧凑、机动灵活、方便布设；本发明的车载移动式自动充换电站不需要大面积占地和新建厂房，建站投资大幅度减少；发明的车载移动式自动充换电站可以工厂批量化生产，建设周期大大缩短。本发明的实施对推动电动汽车产业化、市场化应用具有重要意义。

本发明的一个可取的简化方案是将其中的自动充电***和电量自动计量***去掉，使本发明变换为一车载移动式自动换电站，将其与集中充电站结合组成网络，从而可以实现电动汽车电池的“集中充电、统一配送、分布式更换”。尽管上面结合图例对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，包括牵引车头和半挂车，所述半挂车是一后部开门、无动力的箱式封闭低平板拖车，所述半挂车由所述牵引车头牵引移动；

其特征在于：

在所述半挂车上设置有电池箱储存架、车体导向轨道、电池箱、自动换电装置、自动充电***、电量自动计量***和自动化控制***，由此组成一电池储存、充电和自动更换三位一体的移动式自动充换电站；

所述电池箱储存架是由一个两列多层多行框架构成的具有多个货格的立体电池箱储存架，所述电池箱储存架中的两列货格之间设有电池箱的运输巷道；

所述电池箱位于电动汽车车体下部的电池仓内，所述电池箱与所述电池仓之间的连接采用90°快开式锁紧螺栓连接部件连接，所述电池仓下部设有组合电气插头，所述电池箱上部设有与电池仓组合电气插头相互配合的组合电气插座；所述电池箱在储存和运输过程中是放置在一托架上；

所述自动换电装置包括换电升降台，所述换电升降台的上方设有移载机，所述换电升降台的下方设有移行机构；所述移行机构的下方设置有两条X向轨道，所述移载机由两条Y向的伸缩叉构成；所述换电升降台的顶部设有多个与所述90°快开式锁紧螺栓连接部件配合的解锁/锁紧套筒组件；通过移行机构、换电升降台、移载机的联动使所述电池箱在X、Y、Z三维方向上运动，从而实现从所述电池箱储存架上自动存取电池箱、在存取工位与换电工位之间自动运输电池箱、将电池箱自动地从汽车车体下部的电池仓中进行装卸和更换；

所述自动充电***包括充电机和自动插电机构，所述自动插电机构设置在所述储存架上且位于所储存的电池箱的正上方，所述自动充电***外接市政交流电源即可实现向电池箱进行充电；

所述电量自动计量***用于实现自动检测电池箱的剩余电量和充电电量；

所述自动化控制***用于实现电池箱的存取、接送、换电、充电和计量的自动控制。

2.根据权利要求1所述的用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，其特征在于：所述电池仓的侧面设有多个吊耳，所述吊耳为一水平板，所述水平板上设有中心园孔，所述中心园孔向两侧开有沿X方向的矩形条孔，所述吊耳通过垂直筋板固定在所述电池仓的侧壁上；所述90°快开式锁紧螺栓连接部件包括一安装支架和两端均为导向锥形头的锁紧螺栓，所述锁紧螺栓通过安装支架固定在电池箱的侧壁上；所述安装支架由一水平支撑板和其两侧的垂直筋板构成，所述水平支撑板上设有与锁紧螺栓配合的螺纹孔，所述锁紧螺栓可以在水平支撑板上旋转；所述锁紧螺栓的上部设有水平锁紧销，所述锁紧螺栓的下部设有旋转销，所述锁紧螺栓上且位于所述水平锁紧销与所述水平支撑板之间设有扭力弹簧；所述锁紧螺栓处于自然位置时，其锁紧销呈Y方向，与所述电池仓吊耳的X方向矩形条孔垂直交叉，所述电池箱与所述电池仓锁紧。

3.根据权利要求2所述的用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，其特征在于：所述解锁/锁紧套筒组件包括升降推杆和套筒，所述套筒的顶部设有螺旋导向槽。

4.根据权利要求2所述的用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，其特征在于：所述解锁/锁紧套筒组件包括设置在一丝杠顶部的旋转套筒，所述旋转套筒的顶部设有垂直凹槽。

5.根据权利要求1所述的用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，其特征在于：所述自动插电机构设置在所述电池箱储存架上，包括插电推杆、导向柱和电气插头，所述电气插头和所述充电机的动力和通讯接口连接；所述从电动汽车上换下来的电池箱到达充电工位后，所述插电推杆推动所述导向柱和所述电气插头自动下降，使所述电气插头和所述电池箱电气插座精确定位并自动插接，实现电池箱和充电机之间的动力和通讯线路的连通，电池箱内的电源管理***BMS和充电机通过CAN总线进行通讯连接，连接后经过协议握手、配置，然后充电机向电池箱充电；充电完成后自动断电，断电后插电推杆自动上升，电气插头自动拔起脱离电气插座。

6.根据权利要求1所述的用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，其特征在于：所述电量自动计量***是一个基于CAN总线的电池荷电状态(SOC)的实时测量和估计***，自动测量替换下来的电池箱的剩余电量及充电电量，并将剩余电量及充电电量的数据储存到一计算机***中。

7.根据权利要求1所述的用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，其特征在于：所述充电机是与所述电池箱充电参数匹配的直流充电机，所述充电机与所述电池箱采用CAN总线进行通讯连接。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的用于电动汽车的车载移动式自动充换电站，其特征在于：所述自动换电装置中的移行机构、换电升降台和移载机，所述解锁/锁紧套筒组件中的升降推杆，所述自动插电机构中的插电推杆的运动均为电气、液压、气动中的任何一种形式或一种以上组合形式的驱动。

9.一种车载移动式自动充换电站的电池快速更换方法，其特征在于：利用如权利要求3所述的车载移动式自动充换电站对电池进行快速更换包括自动快卸电池过程A和自动快装电池过程B，其中：

快卸电池过程A包括如下步骤：

A-1、将一需要换电池的电动汽车(7)通过坡道开到或通过卷扬机牵引到自动换电装置(6)上方的车体导向轨道(5)，并定位；

A-2、驱动换电升降台(12)上升，将一个空的托架(10)举升至该托架(10)托住车体下电池仓(8)中的电池箱(3)为止；

A-3、驱动所述解锁/锁紧套筒组件(11)中的升降推杆(22)带动其上的套筒(21)垂直上升，所述套筒(21)的内壁与锁紧螺栓(16)下部的导向锥头结合，使套筒(21)与锁紧螺栓(16)精确定位；套筒(21)继续上升，套筒(21)顶部的螺旋导向槽和锁紧螺栓(16)下部的旋转销(20)结合，套筒(21)带动锁紧螺栓(16)水平转动90°，使锁紧螺栓(16)上部的锁紧销(17)与电池仓吊耳(9)的水平板上的矩形条孔的方向一致，锁紧螺栓(16)和电池仓吊耳(9)解锁，电池箱(3)与车体的电池仓(8)脱离；

A-4、驱动换电升降台(12)带着托架(10)及托架上的电池箱(3)下降到初始高度，然后，驱动所述解锁/锁紧套筒组件中的升降推杆(22)带着套筒(21)下降并与锁紧螺栓(16)分开，锁紧螺栓(16)依靠扭力弹簧(18)的张力转动90°后回到自然位置；

A-5、驱动自动换电装置(6)中的移行机构(14)沿X向轨道(4)移行到电池箱储存架(2)的巷道内使其与电池箱储存架(2)中的一个空货格的Y向对齐并定位；驱动换电升降台(12)上升使其与该空货格的Z向对齐并定位；驱动移载机的伸缩叉将托着电池箱(2)的托架(10)送至上述对准的空货格内，放下电池箱；驱动移载机的伸缩叉缩回到原位；驱动换电升降台(12)下降并复位；

至此，完成了一次电池的快卸和储存；

快装电池过程B如下：

B-1、驱动自动换电装置(6)的移行机构(14)沿X向轨道(4)移行到与一个充满电的电池箱(3)所在货格的Y向“行”对齐并定位；驱动换电升降台(12)上升并与该货格的Z向“层”对齐并定位；驱动移载机(13)的伸缩叉伸出挑起有电池箱(3)的托架(10)回缩并将其放在自动换电装置6的换电升降台(12)上；然后，驱动换电升降台(12)下降并复位；

B-2、驱动自动换电装置(6)的移行机构(14)沿X向轨道(4)移动到换电工位并定位；

B-3、驱动所述解锁/锁紧套筒组件(11)中的升降推杆(22)带着套筒(21)垂直上升，套筒(21)的内壁与锁紧螺栓(16)下部的导向锥头结合，使套筒(21)与锁紧螺栓(16)精确定位；套筒(21)继续上升，套筒(21)顶部的螺旋导向槽和锁紧螺栓(16)下部的旋转销(20)结合，套筒(21)带动锁紧螺栓(16)水平转动90°使锁紧螺栓(16)上部的锁紧销(17)与电池仓吊耳(9)的水平板上的矩形条孔的方向一致；

B-4、驱动换电升降台(12)将电池箱(3)举升，锁紧螺栓(16)上部的导向锥头穿入电池仓吊耳(9)水平板的中心圆孔中，使电池箱(3)和电池仓(8)精确定位；换电升降台(12)继续将电池箱(3)举升，锁紧螺栓(16)的锁紧销(17)穿过电池仓吊耳(9)水平板的矩形条孔；

B-5、换电升降台(12)将电池箱(3)举升到位后，驱动升降推杆(22)带着套筒(21)垂直下降，锁紧螺栓(16)依靠扭力弹簧(18)的张力转动90°，锁紧螺栓(16)上部的锁紧销(17)与吊耳(9)水平板上的矩形条孔90°交叉，使电池箱(3)和车体下部的电池仓(8)连接并锁紧；

B-6、驱动换电升降台(12)带着空托架(10)下降到初始高度复位；至此，完成了一次电池的快装。

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