CN106043246A - 小型自动化换电站 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电动汽车的配电领域，具体提供一种小型自动化换电站。本发明旨在解决现有换电站占地面积大、需要土建、难以运输和不能全自动换电的问题。为此目的，本发明的小型自动化换电站包括电池仓、换电平台、换电***和控制***，所述电池仓用于存储电池和对电池进行充电，所述换电***用于将电池仓和电动汽车的电池进行替换，所述换电平台用于停放电动汽车并采用举升装置对电动汽车进行举升。本发明在换电时采用举升装置将电动汽车举升起来，同时采用集装箱将换电平台和电池仓包裹起来，因此，本发明的换电站无需进行任何土建并且整体上可以搬运，使换电站的位置可以灵活布置并且规模可以根据需要任意扩展。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车的配电领域，具体提供一种小型自动化换电站。
背景技术
随着电动汽车的推广，如何及时有效地为电量不足的电动汽车提供电能补给已成为厂商和车主都非常关注的问题。当前市场上主流解决方案是采用充电模式，即在停车位配置AC慢充桩或者DC快充桩。但慢充模式需要长时间占用一个停车位进行充电，而快充模式充电电流大，是常规充电电流的十倍甚至几十倍，会降低动力电池组的循环寿命，且一般达不到满充状态。
换电站采用动力电池更换模式，直接用充满电的电池组更换能量已耗尽的电池组，在分钟级的时间内完成电能补给，因而是一种非常高效的电能补充方式。但现有换电站往往占地面积大，需要土建，模块化程度低，不利于维护，且一旦建成，规模无法再变化，多数需要现场安装调试，难以运输和快速投放。并且现有变电站还存在自动化程度低，有的甚至需要人工配合才能完成换电过程，耗时长且出错率高。
中国专利CN202098393U中提出的集装箱可移动一体式车载动力电池快换***，虽能实现无土建可运输，但现场还需另外铺设轨道并安装换电机器人，实际占地面积依然很大。此外，换电过程中整个换电站的内部是暴露的，没有防护措施保证其他人不误碰装置引起伤害或故障。再者，现存换电站通常不具备对电动汽车直接充电的功能。
相应地，本领域需要一种新的小型自动化换电站来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有换电站占地面积大、需要土建、难以运输和不能全自动换电的问题，本发明提供了一种小型自动化换电站，该小型自动化换电站包括电池仓、换电平台和控制***，所述电池仓包括充电架和电池升降机，所述充电架用于对电池的充电和存储，所述电池升降机能够在竖直方向运动；所述换电平台包括举升装置，所述换电平台用于停放电动汽车，并且能够带动电动汽车实现升降运动；所述控制***用于控制所述换小型自动化电站完成整个换电过程。
在本发明的技术方案中，所述换电***包括电池升降机和换电小车，所述电池升降机用于从所述充电架上取出电池和将电动汽车上换下的电池放回所述充电架上，所述换电小车与所述电池升降机对接并且能够在所述电池集装箱和所述换电集装箱之间穿梭，用于从所述电池升降机上获取电池、将电池运送到所述换电平台并安装到电动汽车上以及将电动汽车上换下的电池放回所述电池升降机上。
在本发明的技术方案中，所述电池集装箱的底部设置有第一导轨，所述电池升降机能够沿所述第一导轨在所述充电架与所述换d电小车之间移动。
在本发明的技术方案中，所述小型自动化换电站还设置有在所述电池集装箱与所述换电集装箱之间延伸的第二导轨，所述换电小车能够在所述第二导轨上移动。
在本发明的技术方案中，所述电池升降机包括框架和设置在所述框架中的第一平台和第二平台，所述第一平台和第二平台能够沿所述框架竖向移动。
在本发明的技术方案中，所述控制***包括设置在所述电池集装箱中的通信控制柜和伺服控制柜。
在本发明的技术方案中，所述换电平台还包括设置在所述换电集装箱中的定位***，所述定位***使电动汽车在所述停车底座上精确定位。
在本发明的技术方案中，所述举升装置是电力或液压驱动的四柱举升机。
在本发明的技术方案中，所述换电集装箱与所述电池集装箱之间设置有供所述换电小车穿梭的开关门；并且所述换电集装箱和所述电池集装箱中的每个都设置有至少一个开关门。
在本发明的技术方案中，所述换电小车包括自动顶升平台和加解锁装置，所述自动顶升平台能够使放置在所述换电小车上的电池自动升降，所述加解锁装置能够将电动汽车上的电池解锁并取下或将电池装到电动汽车上并上锁。
本发明在换电时采用举升装置将电动汽车举升起来，同时采用集装箱将换电平台和电池仓包裹起来，因此，本发明的换电站无需进行任何土建并且整体上可以搬运，使换电站的位置可以灵活布置并且规模可以根据需要任意扩展。此外，由于采用电池升降机与换电车配合来代替传统的堆垛机，本发明还可以大幅度地节省电池仓的内部空间，使换电站的尺寸变得更小。再者，由于控制***的存在，本发明的换电站还可以实现全自动化操作，无需人力介入，节省了体力和人工成本。
附图说明
图1是本发明的换电站的俯视图。
图2是本发明的停车底座的侧视示意图。
图3是本发明的停车底座的俯视示意图。
图4是本发明的停车底座的停车库位俯视图。
图5是本发明的停车库位V型排列的前轮滚轴组件的效果示意图。
图6是本发明的停车库位前后轮对齐推杆的示意图。
图7是本发明的四柱举升机与停车库位的安装效果示意图。
图8是本发明的电池仓内的充电架的结构示意图。
图9是本发明的充电架上的充电插座效果示意图。
图10是本发明的电池仓内的电池升降机的效果示意图。
图11是本发明的电池仓内的换电小车的主视图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，本发明的小型自动化换电站主要包括两大部分：换电平台2和电池仓3。
如图1-7所示，换电平台2包括：四柱举升机23、停车底座22、换电集装箱21。换电集装箱21在长度方向上安装单侧电动卷帘门，另一侧可安装普通卷帘门，单侧开门开窗。换电集装箱21将换电平台内的所有其他装置都纳入其中。
如图2和图3所示，停车底座22由停车库位221、可翻转坡道222和轮胎定位机构223构成。停车库位221底部框架由工字钢焊接而成，并在与电动汽车驶入库位行进方向垂直的方向上设置了导轨，以便引导换电设备准确到达车辆下方的换电工位。为了确保汽车能够驶至库位上的指定区域，库位中部焊接长条钢板，作为汽车行进的垫板。
进一步，为了方便汽车驶入停车库位221，停车库位221两端设置有角度合适的坡道222。同时，为节省占地面积，在没有车辆需要换电时，一端的坡道222可旋转立起，保证停车定位装置只占据一个停车位的大小。
如图4-6所示，轮胎定位机构223放置在停车库位221上，并包括底板2235、车辆引导柱2234、前轮滚轴组件2231、后轮滚轴组件2232、前后轮对齐推杆2233。
定位机构223两头入口处均设置有八字开口型的车辆引导柱2234，以便汽车能够顺利驶入停车库位221。定位机构223的底板2235同样由工字钢焊接而成，并且将引导柱2234固定在底板2235上。当汽车驶入库位221的过程中，八字型引导柱2234能够起到左右粗定位的作用。
进一步，当汽车驶入库位221后，V型排列的前轮滚轴组件2231能够对车轮产生前后定位作用，而平铺后轮滚动组件2232能够确保不同轴距的车辆都可以停放在轮胎定位机构223上。
继续参阅图6，对齐推杆2233包括电机22331、减速箱22332、联轴器22333、丝杠22334、轴承座22335、滚珠螺母22336和推板22337。对齐推杆2233由电机22331驱动，电机22331连接在具有对称输出轴的减速箱22332上，每个输出轴通过联轴器22333与丝杆22334连接，每根丝杠22334由固定在底板上的轴承座22335托起，丝杠22334上的滚珠螺母22336头部与推板22337固定在一起。停车库位221的底板上还设置有双排导轨22338，推板22337可沿该导轨22338在汽车左右方向运动。电机22331将旋转运动转化成推杆的直线运动，以达到车辆左右定位的功能。本领域技术人员可以理解的是，除了通过减速机和丝杠将电机的旋转输出转变成直线输出外，也可以用电机和齿轮、齿条实现该功能，或者也可以用液压油缸来实现上述功能。当驾驶员将车停在停车库位221，熄火并通过换电集装箱21侧面的侧门(图中未示出)离开车辆之后，电机22331会分别推动前后轮对齐推杆2233在车辆的左右方向移动，同时前后滚轴组件也会由滚轴电机带动开始转动，在对齐推杆2233和滚轴的共同作用下，对汽车进行左右方向的精确定位。
如图7所示，四柱举升机23的四根柱子分布在停车底座22的四个角上，并与停车库位22的底部框架固定连接，四柱举升机23还设置有与轮胎定位机构的底板2235固定连接的移动板，用于将汽车举升或下降，该功能由滚珠丝杠作为传动副来实现。四柱举升机23的移动板与滚珠丝杠上的滚珠螺母固定连接，并且举升机23设置有固定丝杠的竖直支撑架，该支撑架上还设置有导轨，使滚珠螺母能够沿着该导轨上下运动。该领域技术人员能够想到的是，除了采用上述滚珠丝杠的方式实现汽车的升降外，还可以用齿轮齿条副传动副、电机卷动钢绳、液压控制油缸等方式实现汽车的升降。
电池仓3包括电池集装箱31和容纳在电池集装箱31中的充电架32。换电***包括彼此配合的电池升降机33和换电小车34。电池集装箱31设置有前后两个门，并且与换电集装箱相邻的一面箱体上装有供换电小车34进出的快速升降开关门，以便换电小车34能够从电汽车上卸下电池，转移到电池仓3内。电池仓3的电池集装箱31中还容纳有充放电柜和空调以及控制***的通信控制柜和伺服控制柜，电池集装箱31能够将电池仓3的所有其他装置都容纳在内。另外，可在电池集装箱31中的空闲位置配备充电桩，并在电池集装箱31的侧壁上引出充电枪接口，方便停放在本发明充换电站旁边车位上的电动汽车直接充电。
如图8所示，充电架32包括智能充电插座322、充电支架321。该充电支架321共有九个存储空间层，可同时容纳九块动力电池箱。每层支架上均设置有电动滚动机构，通过该机构能够将电池箱传送到所属层支架上，并且每层支架上还设置有限位档杆和行程开关对电池箱进行限位、检测，以便电池箱能够准确就位。
如图8和图9所示，在每个电池箱存储空间层上方都配备有智能充电插座322，待电池箱就位后，充电插座322在电机的驱动下下降，通过定位销找准，然后与电池箱上的插头对接。
如图10所示，电池升降机33的框架由钢管焊接而成，并且在框架的四根立柱上还固定有四根竖直方向的导轨框架。电池升降机33设置有第一平台和第二平台两层升降平台，可由滚珠丝杠副驱动共同沿导轨框架竖直方向运动。本领域技术人员可以理解的是，除了通过丝杠副的方式驱动双层升降平台的上下运动，显然也可以采用其他的方式，例如，齿轮齿条副、液压油缸等。在第一平台和第二平台上均安装有电动滚筒，该滚筒可用于传送电池箱。电池升降机33的底部还安装有双排滚轮，并且电池集装箱31的底部设置有第一导轨(未图示)，电池升降机33能够沿第一导轨在充电架32与换电小车34之间移动，该运动可在电机的驱动下通过齿轮齿条副来实现。
需要说明的是，本发明的换电站还包括在电池集装箱31与换电集装箱21之间延伸的第二导轨，换电小车34能够在第二导轨上移动。
如图11所示，换电小车34包括自动顶升平台341和加解锁装置3411，自动顶升平台341上还设置有四个定位销(图中未示出)。取电时，换电小车34运动到电动汽车底部就位，四个定位销在电缸的作用下上升，接触到电动汽车底部的四个定位孔后继续***到定位销孔，直至定位销无法继续深入，此时自动顶升平台在伺服电机的作用下举升，借助其上的电池定位销孔，接触、定位到电动汽车上的空电池，并最终将电动汽车完全顶起，使得电池与换电小车34形成刚性接触。然后加解锁装置3411在伺服电机作用下上升并对电池上的锁紧装置进行解锁，电池解锁完毕后，电池随着自动顶升平台平稳下降。换电时，换电小车34通过四个定位销定位到电动汽车底盘上，再通过电池上的工艺孔，定位电池，然后自动顶升平台341进一步顶升，与电动汽车底盘进行硬接触，随后加解锁装置3411上升并将电池箱锁定。
换电站设备换电的具体过程包括：首先，驾驶员通过八字形引导柱2234将车停在停车库位221，熄火并通过换电集装箱21侧面的侧门离开车辆之后，库位221会通过前后滚轴组件和对齐推杆2233对汽车进行精确定位。接着，换电小车34取下电动汽车上的电池，沿第二轨道运行到与电池升降机33交接的位置并将换下的亏电电池放到电池升降机33的第一平台上，由于在此之前电池升降机33已从充电架32上取到满电电池并放在第二平台上，因此换电小车34可以直接从第二平台上取下满电电池。最后，电池升降机33将亏电电池送回到充电架32上，而换电小车34将满电电池安装到电动汽车上。随后驾驶员便穿过换电集装箱21侧面的侧门进入并开走电动汽车。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种小型自动化换电站，包括电池仓、换电平台、换电***和控制***，
所述换电***从所述电池仓中获取电池、将电池运送到所述换电平台并安装到电动汽车上以及将电动汽车上换下的电池送回所述电池仓中；
所述控制***用于控制所述电池仓、所述换电平台和所述换电***的操作；
其特征在于，所述电池仓与所述换电平台相邻设置，所述电池仓包括电池集装箱和容纳在电池集装箱中的充电架，所述充电架用于存储电池和对电池进行充电；
所述换电平台包括换电集装箱和容纳在换电集装箱中的停车底座，所述停车底座用于停放需要更换电池的电动汽车；
所述换电平台还包括举升装置，所述举升装置用于举升停放在所述停车底座上的电动汽车。
2.根据权利要求1所述的小型自动化换电站，其特征在于，所述换电***包括电池升降机和换电小车，所述电池升降机用于从所述充电架上取出电池和将电动汽车上换下的电池放回所述充电架上，所述换电小车与所述电池升降机对接并且能够在所述电池集装箱和所述换电集装箱之间穿梭，用于从所述电池升降机上获取电池、将电池运送到所述换电平台并安装到电动汽车上以及将电动汽车上换下的电池放回所述电池升降机上。
3.根据权利要求2所述的小型自动化换电站，其特征在于，所述电池集装箱的底部设置有第一导轨，所述电池升降机能够沿所述第一导轨在所述充电架与所述换电小车之间移动。
4.根据权利要求3所述的小型自动化换电站，其特征在于，所述小型自动化换电站还设置有在所述电池集装箱与所述换电集装箱之间延伸的第二导轨，所述换电小车能够在所述第二导轨上移动。
5.根据权利要求4所述的小型自动化换电站，其特征在于，所述电池升降机包括框架和设置在所述框架中的第一平台和第二平台，所述第一平台和第二平台能够沿所述框架竖向移动。
6.根据权利要求5所述的小型自动化换电站，其特征在于，所述控制***包括设置在所述电池集装箱中的通信控制柜和伺服控制柜。
7.根据权利要求6所述的小型自动化换电站，其特征在于，所述换电平台还包括设置在所述换电集装箱中的定位***，所述定位***使电动汽车在所述停车底座上精确定位。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的小型自动化换电站，其特征在于，所述举升装置是电力或液压驱动的四柱举升机；并且/或者
所述电池集装箱中还设置有充电桩并且所述电池集装箱的侧壁上还设置有与所述充电桩相连的充电枪接口。
9.根据权利要求8所述的小型自动化换电站，其特征在于，所述换电集装箱与所述电池集装箱之间设置有供所述换电小车穿梭的开关门；并且
所述换电集装箱和所述电池集装箱中的每个都设置有至少一个开关门。
10.根据权利要求9所述的小型自动化换电站，其特征在于，所述换电小车包括自动顶升平台和加解锁装置，所述自动顶升平台能够使放置在所述换电小车上的电池自动升降，所述加解锁装置能够将电动汽车上的电池解锁并取下或将电池装到电动汽车上并上锁。
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zhao Zhiling Inventor after: Tian Xiaotao Inventor after: Zhu Hao Inventor after: Hou Wenjie Inventor after: Shen Fei Inventor after: He Xu Inventor after: Lai Jianwen Inventor after: Lin Haiyan Inventor after: Li Nan Inventor after: Ding Xikun Inventor before: Zhao Zhiling Inventor before: Shen Fei Inventor before: Zhu Hao Inventor before: Hou Wenjie |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20161026 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |