CN102442276A - 一种电动汽车电池快速更换装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车电池快速更换装置，包括固定在地面的轨道和与轨道滑动连接的机架，机架底部设有底座，机架顶部设有托台，底座和托台间设有升降机构，所述的电动汽车电池快速更换装置上还设有电池定位机构，包括校正臂和压力杆，校正臂可旋转地铰接于托台的底面，压力杆位于校正臂的下方，固设于底座上，所述托台上设有贯穿托台并可容校正臂通过的开口。本发明旨在提供一种结构紧凑，定位准确的电动汽车电池快速更换装置，能省事省力地完成电池更换工作。

Description

一种电动汽车电池快速更换装置

技术领域

本发明涉及一种电动汽车的能源补给设备，更具体的说，它涉及一种电动汽车电池快速更换装置。

 

背景技术

对于保护地球环境的重要性，全世界早已取得了共识，而近年来频发的气候灾害和不时出现的能源供应恐慌促使绿色低碳的生活方式快速地深入人心。电动汽车无疑是今后环境友好型生活方式中的一个典型的代表事物。按目前的科技水平，人类还难以在实用环境下做到在汽车有限的空间内即时生发足够的电能并用其作动力，因此使用预存电能、可整体更换、统一制式的电池是目前的最佳选择。与传统化石燃料动力车相比，电动车由于电池的体积和重量大，搬运不便，因此在能源补给时将会显得更为麻烦，所以，在即将到来的电动汽车电池更换站的建设热潮中必须要针对电动车更换电池的不便制定配套的解决方案。现有的电动汽车通常从车身侧面装卸电池，因此目前已知的配套的电池更换装卸装置多为针对此种类型的车辆设计，如公开号为CN101284524A的发明专利于2008年10月15日公开了一种电动车动力电池组快速更换***，该***包括快卸机构和移送机构，所述快卸机构包括一个真空吸盘或电磁吸盘，此快卸机构能将电池箱推进或拉出电动车车身，所述的移送机构采用三坐标平动加旋转的工作模式，能将从车上卸下的亏电电池移送到充电架，或将充好电的电池送往电动车。使用该***能方便快速完成电池的装卸和运送，但该***的结构设计使其适用于电池从车身侧面装卸的电动车辆，如大客车，而对于结构紧凑，需从车底装卸电池的小型电动车辆，该***不太适用。

发明内容

为了克服电动汽车电池搬运不便，安装困难的缺陷，以及为了向一种可为从车底装卸电池的电动汽车提供能源补给的电池更换站提供配套，本发明提供了一种结构紧凑、定位精准的电动汽车电池快速更换装置。

本发明的技术方案是：一种电动汽车电池快速更换装置，包括固定在地面的轨道和与轨道滑动连接的机架，机架底部设有底座，机架顶部设有托台，底座和托台间设有升降机构，所述的电动汽车电池快速更换装置上还设有电池定位机构，包括校正臂和压力杆，校正臂可旋转地铰接于托台的底面，压力杆位于校正臂的下方，固设于底座上，所述托台上设有贯穿托台并可容校正臂通过的开口。该电动汽车电池快速更换装置的机架可在轨道上移动，在电动汽车和存放满电电池的电池轮架之间往复穿梭，将从电动汽车上卸下的亏电电池送往电池轮架充电，将充好电的满电电池送往电动汽车以供更换。电池放在托台上，在升降机构的驱动下，可升降至合适的高度以便电池装入或取出。电池定位机构的作用是定位电池，使其处于托台上确切的位置，避免电池移入电动汽车前或电池轮架前与相应接口存在位置偏差，便于电池交接动作顺利准确地进行，当托台处于最低位时，压力杆顶压校正臂，使校正臂绕铰接点摆动，穿过托台上的开口，推压电池，将其定位；托台升起后，压力杆与校正臂脱离接触，校正臂落下复位，不会妨碍电池进一步转移。在机架携电池移动过程中，托台一直处于最低位，因此电池在运动移送过程中始终被可靠定位，不会偏移。本发明提供的电动汽车电池快速更换装置的托台以上别无其它结构或部件，可无障碍地对电池进行举升、转移等操作，因此对于从车底装卸电池的电动车是适用的，而用于从车身侧面装卸电池的车辆也没有大的困难。本装置的控制线路接入电池更换站的PLC控制***，电池的输送及升降通过程序指令控制自动完成。

作为优选，所述的校正臂为V字形，校正臂与托台的铰接点位于V字形一条边的端点上。这种结构使得校正臂占用空间小，同时使其执行电池定位功能的自由端的行程大大缩短，从而使定位动作快速生效。 

作为优选，所述的校正臂包括横向校正臂和纵向校正臂，横向校正臂的旋转面垂直于轨道的走向，纵向校正臂的旋转面平行于轨道的走向。多方位进行定位可取得更好的定位效果。

作为优选，所述的校正臂的自由端端头设有推压辊。设置推压辊是为了校正臂推动电池定位时减少阻力及避免对电池外壳造成损害。

作为优选，所述的轨道包括两条平行的槽型钢钢轨，钢轨的槽口相对，所述的底座两侧设有机架滚轮，机架滚轮直径与钢轨的槽宽适配，底座通过机架滚轮连接在轨道上。该电动汽车电池快速更换装置的机架通过这种轮轨结构实现在电动汽车和电池轮架间的滑移，轮轨结构的运动阻力较小，承重力强，且结构相对简单，易于实现。

作为优选，所述的升降机构包括驱动电机、滚珠丝杠、与滚珠丝杠匹配的螺纹套管和交剪式升降臂，所述的交剪式升降臂包括基准臂和移位臂，基准臂两端分别与托台及底座铰接，移位臂两端分别与托台及底座滑动连接，移位臂的底端还设有水平伸出且与轨道垂直的推拉杆，基准臂和移位臂在各自中心处互相铰接，驱动电机设于底座上，滚珠丝杠一端与驱动电机的输出轴对心固连，另一端与螺纹套管通过螺纹配合，螺纹套管与推拉杆固定连接。相对于液压缸推举、龙门架举升等方式，采用滚珠丝杠驱动剪叉式升降臂的升降方式不仅占用空间小，而且可以得到平稳连续的升降效果。

作为优选，所述的移位臂两端设有移位滚轮，托台底部和底座上分别在移位滚轮外侧设有限位挡板，移位臂两端通过移位滚轮与托台及底座分别连接。移位滚轮同时具有承重和从动移动功能，限位挡板具有导向限位作用，使移位滚轮移动时不致偏移，有利于托台托举电池到交接工位的过程中保持位置的稳定。

作为优选，所述的交剪式升降臂有两组，互相平行，分别设于机架两侧，所述的推拉杆将两个移位臂的底端相连，且推拉杆与移位臂底端移位滚轮的枢轴对心，螺纹套管连接在推拉杆中央。设置两组升降臂无疑是兼具了良好承重性、稳定性和经济性的最佳选择，螺纹套管从推拉杆中央推拉带动移动臂，力学结构对称稳定，有利于两组升降臂动作保持协调同步。

作为优选，所述的轨道的端部设有牵引电机和卷扬机，牵引电机连有变速箱，卷扬机与变速箱的输出轴相连接，机架两端分别设有牵引绳，机架通过牵引绳连接在卷扬机上。牵引电机带动卷扬机，卷扬机又通过牵引绳带动该电动汽车电池快速更换装置的机架往复运动，这是一种成熟的动力传递方式，同时也比较经济。

作为优选，所述的机架有两部。两部机架虽共用同一条轨道，但相互独立，各司其职，一部专门把从电动汽车上卸下的亏电电池输送到电池轮架上充电，另一部则专门把电池轮架上充好电的电池输送往电动汽车。设置两部机架可使很多工作同步进行，例如一部机架在从电动汽车上卸载亏电电池的同时，另一部在从电池轮架上取下满电电池，这样分头工作且互不干扰，大大提高了电池更换的效率。

本发明的有益效果是：

能快速完成电动汽车电池的更换。该装置为自动控制，人只需按键操作即可省时省力地完成电池的装卸和输送。

定位精度高，便于电池顺利交接转移。电池定位机构确保电池在轨道上运输时不会偏位，而滚珠丝杠驱动的剪叉式升降臂又能平稳抬升电池，从而使电池无论送至电动汽车还是送至电池轮架都能在托台上保持位置固定。

结构紧凑，占用空间小。可折叠伸缩的剪叉式升降臂可以最大限度地减少空间的占用，电动汽车车身无需升得很高机架就可携电池出入车底，使得从车底装卸电池不再困难。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的一种使用示意图；

图2为本发明中机架的一种正视图；

图3为本发明中机架的一种右视图；

图4为本发明中机架的一种俯视图。

图中，1-轨道，2-机架，3-底座，4-托台，5-驱动电机，6-横向校正臂，7-纵向校正臂，8-开口，9-压力杆，10-推压辊，11-机架滚轮，12-基准臂，13-移位臂，14-滚珠丝杠，15-螺纹套管，16-移位滚轮，17-限位挡板，18-卷扬机，19-牵引绳，20-电池置换台，21-电池轮架，22-空置段，23-推拉杆，24-升降井，25-绳头板，26-定滑轮，27-电池输送通道，28-连杆。

具体实施方式

实施例

如图2，图3及图4所示，一种电动汽车电池快速更换装置，包括固定在地面的轨道1和与轨道1滑动连接的机架2。机架2底部设有底座3，机架2顶部设有托台4，底座3长度大于托台4，底座3和托台4间设有升降机构，所述的升降机构包括一台驱动电机5、两组交剪式升降臂、一根滚珠丝杠14以及与滚珠丝杠匹配的螺纹套管15，两组交剪式升降臂之间设有连杆28。所述的每组交剪式升降臂包括基准臂12和移位臂13，基准臂12由两节互相铰接的臂杆组成，移位臂13同样有两节互相铰接的臂杆，基准臂12和移位臂13的对应臂杆在各自中心处被连杆28铰接，基准臂12两端分别与托台4及底座3铰接，移位臂13两端分别设有移位滚轮16，移位臂13底端间连有一推拉杆23，推拉杆23两端分别与两个移位臂13的底端铰接，同时推拉杆23两端延伸成为两侧移位滚轮16的枢轴，托台4底部和底座3上分别设有两条与轨道1平行的限位挡板17，限位挡板17处在移位滚轮16的外侧，对移位滚轮16导向限位，移位臂13两端通过移位滚轮16与限位挡板17的配合分别连接在托台4及底座3上。所述的驱动电机5设于底座3上，位于两组交剪式升降臂中间，且与它们等距，其输出轴与轨道1平行，滚珠丝杠14通过联轴器与驱动电机5输出轴对心相连，滚珠丝杠14另一端与螺纹套管15通过螺纹配合，螺纹套管15又在推拉杆23的中点处与之垂直焊接在一起，螺纹套管15与推拉杆23为呈“T”形的一体结构。轨道1由两根槽型钢制成的钢轨组成，两条钢轨平行设置，槽口相对，侧立于地面。底座3两侧各设有两个机架滚轮11，机架滚轮11直径与钢轨的槽宽相适配，通过机架滚轮11与钢轨槽的配合，底座3可在轨道1上移动。所述的电动汽车电池快速更换装置上还设有电池定位机构，包括校正臂和压力杆9，校正臂为V字形，V字形一条边的端点铰接于托台4的底面，校正臂可绕此铰接点转动，其自由端端头装有硬质橡胶制成的推压辊10。压力杆9位于校正臂的下方，固设于底座3上。校正臂和压力杆9各有8个，校正臂分为横向校正臂6和纵向校正臂7，横向校正臂6旋转面垂直于轨道1的走向，分列于电池放置位的两侧，每侧各两个，两两相对；纵向校正臂7的旋转面平行于轨道1的走向，分列于电池放置位的前后两端，每端各两个，两两相对。所述托台4上还设有贯穿托台4并可容各校正臂摆动时通过的开口8。压力杆9也按同样的布局与校正臂对应设置。轨道1的端部设有牵引电机和卷扬机18，牵引电机带变速箱，卷扬机18与变速箱的输出轴相连接，机架2两端分别固设有绳头板25，固定有牵引绳19，在卷扬机18所在端的相对端固设有用于牵引绳19换向的定滑轮26，机架2通过牵引绳19连接在卷扬机18上。该电动汽车电池快速更换装置设于电动汽车电池更换站中，电动汽车电池更换站包括机房和电池置换台20。电动汽车电池更换站采用PLC控制***对站内的设备进行自动控制。机房内设有电池轮架21，供电池存放及充电。电池置换台20紧挨机房，为高于地面的平台，其两端设有供汽车上下的斜坡。电池置换台20底部设有一电池输送通道27直通机房，所述轨道1设于此电池输送通道中，在电池置换台20中部设有底部直通电池置换台台面的升降井24，在托台4降至最低位时，电池输送通道可容机架2携电池通过。轨道1上共有两部机架，分别由设在轨道1两端的两台牵引电机提供动力，一部机架为亏电电池输送机架，专门把从电动汽车上卸下的亏电电池输送到电池轮架21上充电；另一部为满电电池输送机架，专门把电池轮架21上充好电的电池输送往电动汽车。两部机架上绳头板25及各机架对应的定滑轮26的固定位置错开，确保牵引绳19的走绳互不干扰。电池轮架21下和电动汽车下的电池交换工位均与相近的轨道1端部保有一段空置段22，该空置段22可容得下一部机架，以便一部机架工作时另一部可以暂时避让，腾出工位。在轨道1上的电池轮架21和电动汽车的电池交换工位处设有水平固设于钢轨侧壁的圆柱形锁止杆，该锁止杆为气动，受气缸驱动，气缸又由接受PLC动作指令的电磁阀控制，正常情况下锁止杆缩回，接收到PLC发出的伸出指令后可伸出阻挡机架滚轮11。锁止杆位置设有终点传感器，锁止杆位置前2cm处设有工位传感器，锁止杆位置前50cm处还设有工位前传感器，用于检测移往电池交换位的机架2。升降机构的驱动电机5、牵引电机的启动与关停也受PLC指令控制。托台4上设有检测电池是否到位的压力传感器。整个装置的状态原点为：亏电电池输送机架停留在电池轮架21下的电池交换工位上，满电电池输送机架停留在靠近电池轮架21的轨道1的空置段22上。

所述的电动汽车电池快速更换装置工作流程如下：电动汽车驶上电池置换台20并定位后，操作员开启工作按键，PLC向控制亏电电池输送机架牵引电机的电源供应电路发出工作指令，令该电机通电工作，空载的亏电电池输送机架沿轨道1向电池置换台20的电池交换工位运动，到达工位前传感器后，PLC接收到工位前传感器检测信号后向亏电电池输送机架牵引电机电源供应电路发出变速指令，电机变为低速，带动亏电电池输送机架低速继续前行，到达工位传感器处后PLC发出指令令锁止杆伸出，同时令亏电电池输送机架牵引电机立即断电并制动，从而使亏电电池输送机架停在电池置换台20升降井24处的电池交换工位，此时终点传感器检测到亏电电池输送机架到位后，发出信号至PLC，PLC发指令使升降机构的驱动电机5开始工作，驱动滚珠丝杠副带动剪叉式升降臂撑开，托台4上升至工作高度，接收电动汽车上的亏电电池，如图1所示。亏电电池转移至托台4上后，压力传感器发送电池就位信号至PLC，PLC又向驱动电机5发出反向工作指令，使托台4托着亏电电池下降，在快到达最低点时，校正臂触到压力杆9，压力杆9顶压校正臂使其自由端绕铰接点向上摆动，并经由开口8靠向电池，待托台4到达最低位时，校正臂的自由端端头恰好摆至最高点，电池被从四面聚拢而来的校正臂端头推压辊10推压抵紧，从而被定位，然后亏电电池输送机架继续前行，越过电池置换台20的电池交换工位，就近在轨道1的空置段22上暂时停留，让出工位。在亏电电池输送机架工作的同时，满电电池输送机架也在PLC控制下移至电池轮架21下的电池交换工位，托台4升起，接收充好电的满电电池，然后携满电电池就地待命，此间其托台4也降至最低点，满电电池被八个校正臂定位，待亏电电池输送机架让出工位后，满电电池输送架也在同样的程序控制下完成满电电池的输送和进给。完成满电电池的进给后，满电电池输送架托台4降下，空载返回，越过电池轮架21下的电池交换工位进入此端的空置段22停留。之后，载有亏电电池的亏电电池输送机架沿轨道1返回电池轮架21下的电池交换工位，托台4升起，将亏电电池移交电池轮架21充电再生，然后托台降下，至此，一个工作周期完成。

Claims (10)

1.一种电动汽车电池快速更换装置，包括固定在地面的轨道（1）和与轨道（1）滑动连接的机架（2），机架（2）底部设有底座（3），机架（2）顶部设有托台（4），底座（3）和托台（4）间设有升降机构，其特征是，所述的电动汽车电池快速更换装置上还设有电池定位机构，包括校正臂和压力杆（9），校正臂可旋转地铰接于托台（4）的底面，压力杆（9）位于校正臂的下方，固设于底座（3）上，所述托台（4）上设有贯穿托台（4）并可容校正臂通过的开口（8）。

2.根据权利要求1所述的电动汽车电池快速更换装置，其特征是所述的校正臂为V字形，校正臂与托台（4）的铰接点位于V字形一条边的端点上。

3.根据权利要求1所述的电动汽车电池快速更换装置，其特征是所述的校正臂包括横向校正臂（6）和纵向校正臂（7），横向校正臂（6）的旋转面垂直于轨道（1）的走向，纵向校正臂（7）的旋转面平行于轨道（1）的走向。

4.根据权利要求1或2或3所述的电动汽车电池快速更换装置，其特征是所述的校正臂的自由端端头设有推压辊（10）。

5.根据权利要求1所述的电动汽车电池快速更换装置，其特征是所述的轨道（1）包括两条平行的槽型钢钢轨，钢轨的槽口相对，所述的底座（3）两侧设有机架滚轮（11），机架滚轮（11）直径与钢轨的槽宽适配，底座（3）通过机架滚轮（11）连接在轨道（1）上。

6.根据权利要求1所述的电动汽车电池快速更换装置，其特征是所述的升降机构包括驱动电机（5）、滚珠丝杠（14）、与滚珠丝杠（14）匹配的螺纹套管（15）和交剪式升降臂，所述的交剪式升降臂包括基准臂（12）和移位臂（13），基准臂（12）两端分别与托台（4）及底座（3）铰接，移位臂（13）两端分别与托台（4）及底座（3）滑动连接，移位臂（13）的底端还设有水平伸出且与轨道（1）垂直的推拉杆（23），基准臂（12）和移位臂（13）在各自中心处互相铰接，驱动电机（5）设于底座（3）上，滚珠丝杠（14）一端与驱动电机（5）的输出轴对心固连，另一端与螺纹套管（15）通过螺纹配合，螺纹套管（15）与推拉杆（23）固定连接。

7.根据权利要求6所述的电动汽车电池快速更换装置，其特征是所述的移位臂（13）两端设有移位滚轮（16），托台（4）底部和底座（3）上分别在移位滚轮（16）外侧设有限位挡板（17），移位臂（13）两端通过移位滚轮（16）与托台（4）及底座（3）分别连接。

8.根据权利要求6所述的电动汽车电池快速更换装置，其特征是所述的交剪式升降臂有两组，互相平行，分别设于机架（2）两侧，所述的推拉杆（23）将两个移位臂（13）的底端相连，且推拉杆（23）与移位臂（13）底端移位滚轮（16）的枢轴对心，螺纹套管（15）连接在推拉杆（23）中央。

9.根据权利要求1或2或3或5或6或7或8所述的电动汽车电池快速更换装置，其特征是所述的轨道（1）的端部设有牵引电机和卷扬机（18），牵引电机连有变速箱，卷扬机（18）与变速箱的输出轴相连接，机架（2）两端分别设有牵引绳（19），机架（2）通过牵引绳（19）连接在卷扬机（18）上。

10.根据权利要求1或2或3或5或6或7或8所述的电动汽车电池快速更换装置，其特征是所述的机架（2）数目为两部。

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