CN113682193A - 新能源重卡快换电池包工作站 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了新能源重卡快换电池包工作站，包括车辆换电工位、电池仓工位、吊装平台、吊装移动小车、行走平台、X向运动机构、Y向运动机构、Z向运动机构、上位机；吊装平台为龙门架框架结构；车辆换电工位用于放置待更换电池包的车辆；电池仓工位用于放置电池包；X/Y/Z向运动机构用于吊装移动小车沿X轴方向、车辆的行驶方向Y轴方向、车辆垂直方面平面Z轴方向的运动。该工作站是通过对车辆换电工位的重卡，直接通过吊装机构进行吊装更换电池包，且根据就近原则将电池仓设置在车辆换电工位一侧，内部容纳有充满电的电池包和更换下的电池包工位，整个过程进行GPS定位和摄像，实时监控，且一旦发生异常进行实时报警处理，快捷，安全。

Description

新能源重卡快换电池包工作站
技术领域
本发明属于的技术领域，特别是涉及新能源重卡快换电池包工作站。
背景技术
随着国家一系列政策组合强化与推进了新能源汽车的使用，实现了新能源汽车在城市交通工具中比重的日益增加，尤其在新能源重载车辆领域，新能源重卡不断地突破传统重卡产品进行技术升级，能量补给快捷方便的换电模式产品已经成为这一行业重要的研究方向。目前常规对新能源重卡充电时，是通过将卡车开到充电桩附近，进行直接充电，这样充电时，耗时耗力，对驾驶员要求很高，也有一定的安全隐患。同时，支持换电模式的重型卡车电池包存在质量重、体积大的现状，进行电源结构清洁化、绿色电力能量补给成为重要关注点。
另外，对于大件的电池包箱进行充电时，还常存在人工搬运电池包箱进行调整对准的现象，由于重量大，一旦发生事故都无法挽回，同时，人工进行调整时不安全同时还浪费时间，延长了充换电过程。同时，针对换电模式下的大吨位的电池包在放置电池仓内进行充电时，一旦发生侧翻产生的人员伤亡不可以被忽视，同时如何精准地将电池包放入电池仓也一直是这一领域需要关注的问题。
发明内容
技术方案：为了解决上述的技术问题，本发明提供的新能源重卡快换电池包工作站，通过对更换电池包工位上的重卡，直接通过吊装机构进行吊装更换电池包，且就近原则设置一侧为电池仓，整个过程进行GPS定位和摄像，实时监控，且一旦发生异常进行实时报警处理，具体地提供的工作站，
包括车辆换电工位、电池仓工位、吊装平台、吊装移动小车、行走平台、X向运动机构、Y向运动机构、Z向运动机构、上位机；所述吊装平台为多组吊装支柱组成的多组容纳仓的龙门架框架结构；所述车辆换电工位设置在吊装平台内部的一组容纳仓位置，用于放置待更换电池包的车辆；所述电池仓工位设置在吊装平台内部车辆换电工位的一侧，用于放置电池包；所述吊装移动小车两端架设在吊装平台顶部平面的两侧边，能够沿吊装平台上平面运动；所述行走平台设置在吊装平台顶部平面的外边缘和吊装移动小车外边缘，用于人行通道，固定在吊装平台顶部平面的外边缘处的行走平台一端通过支架与底部水平面相连接；X向运动机构、Y向运动机构、Z向运动机构固定安装在吊装移动小车上，用于吊装移动小车沿吊装平台顶部水平面做待更换电池包车辆的水平垂直于行驶方向X轴方向、车辆的行驶方向Y轴方向、车辆垂直方面平面Z轴方向的运动。
作为改进，吊装平台包括X向移动导轨、X向定位齿条导轨；其中X向移动导轨设置有两组，独立地对称间隔安装在吊装平台顶部框架平台的两相对侧边上；所述X向定位齿条导轨设置有两组，分开独立地间隔地安装在两组X向移动导轨之间内侧边；其中X向移动导轨用于吊装移动小车进行沿车辆行进X轴方向的滚轮运动，X向定位齿条导轨用于吊装移动小车进行车辆行进X轴方向的精确尺寸齿轮运动。
作为改进，X向运动机构包括X向缓冲器、X向驱动电机、X向主动齿轮、X向移动从动滚轮；其中X向缓冲器固定安装在吊装平台顶部X向侧边的两端部，用于吊装移动小车行进至端部时防撞和缓冲；X向主动齿轮和X向移动从动滚轮独立地与X向驱动电机连接，在驱动电机作用下，X向主动齿轮沿X向移动导轨路径行进，X向移动从动滚轮沿X向定位齿条导轨路径行进。
作为改进，沿待更换电池包车辆的行进X轴方向，吊装移动小车包括两组Y向移动导轨、两组Y向定位齿条导轨；其中两组Y向定位齿条间隔地安装在两组Y向移动导轨内侧，Y向移动导轨用于吊装移动小车进行垂直于车辆行进X轴方向的Y轴方向滚轮运动，Y向定位齿条导轨用于吊装移动小车进行垂直于车辆行进X轴方向的Y轴方向精确尺寸齿轮运动。
作为改进，Y向运动机构包括Y向缓冲器、Y向驱动电机、Y向主动齿轮、Y向移动从动滚轮；其中Y向缓冲器固定安装在吊装平台沿车辆行驶Y轴方向的两端部，用于吊装移动小车行进至端部时防撞和缓冲；Y向主动齿轮和Y向移动从动滚轮独立地与Y向驱动电机连接，在驱动电机作用下，Y向主动齿轮沿Y向移动导轨路径行进，Y向移动从动滚轮沿Y向定位齿条导轨路径行进。
作为改进，Z向运动机构包括第一支撑板、第二支撑板、Z向升降器、Z向升降丝杠、Z向升降链条；所述第一支撑板顶部通过多组对称的导柱固定在吊装移动小车上；所述Z向升降器一端固定安装在第一支撑板上，另一端与Z向升降丝杠一端相连接；Z向升降丝杠另一端与Z向升降链条一端连接；Z向升降链条固定安装在第二支撑板。
作为改进，还包括重量传感器、电池包吊装柱、Z向驱动电机；所述Z向驱动电机与Z向升降器相连接，用于Z向升降器提供升降动力；所述重量传感器设置有多组，固定安装在第二支撑板上；所述电池包吊装柱固定安装在第二支撑板底部，用于卡合固定电池包。
作为改进，所述上位机包括显示器、GPS定位单元、摄像单元；所述摄像单元设置有多组摄像组件，用于采集和获取工作站内工作的实时图片，传送至显示器内；所述GPS定位单元，固定安装在吊装平台吊装支柱上，用于获取车辆换电工位上车辆的实时定位位置信息，传送至显示器内；所述显示器，用于显示实时工作图像、电池包和车辆位置信息。
作为改进，还包括报警装置，所述报警装置与上位机通过无线信号或有线电性连接，用于发出异常报警信号。
作为改进，电池仓工位内包括有多组电池包放置架和中间通道，电池包放置架安装在中间通道的两侧，电池包放置架用于放置待充电的电池包以及充满电的电池包。
有益效果：本发明提出的新能源重卡快换电池包工作站，是通过对更换电池包工位上的重卡正常行驶至车辆换电工位，直接通过吊装机构进行吊装更换电池包，且根据就近原则将电池仓设置在车辆换电工位一侧，内部容纳有充满电的电池包和更换下的电池包工位，整个过程进行GPS定位和摄像，实时监控，且一旦发生异常进行实时报警处理，快捷，安全。
同时，本发明中吊装机构通过在吊装平台上能够沿重卡行驶方向的三维方向X/Y/Z向进行灵活移动吊装移动小车，实现对电池包的抓取和释放全自动化操作。
另外，本发明中设置了行走平台，能够实现人工行走，方便维修和维护工作站的日常器械的稳定性，也能够做到安全的双重保险作用，解决意外事故发生后提供正常的消防安全通道。
附图说明
图1为本发明工作站的侧面结构示意图。
图2为本发明工作站俯视图。
图3为本发明吊装平台的结构示意图。
图4为本发明吊装平台侧视图。
图5为本发明吊装平台Z向侧边的结构示意图。
图中：车辆换电工位1、电池仓工位2、吊装平台3、吊装移动小车4、行走平台5、X向移动导轨6、X向定位齿条导轨7、Y向移动导轨8、Y向定位齿条导轨9、X向主动齿轮10、X向移动从动滚轮11、X向缓冲器12、Y向缓冲器13、Y向主动齿轮14、Y向移动从动滚轮15、第一支撑板16、第二支撑板17、Z向升降器18、Z向升降丝杠19、Z向升降链条20、重量传感器21、电池包吊装柱22、电池包23。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
新能源重卡快换电池包工作站，包括车辆换电工位1、电池仓工位2、吊装平台3、吊装移动小车4、行走平台5、X向运动机构、Y向运动机构、Z向运动机构、上位机；所述吊装平台3为多组吊装支柱组成的多组容纳仓的龙门架框架结构；所述车辆换电工位1设置在吊装平台3内部的一组容纳仓位置，用于放置待更换电池包的车辆；所述电池仓工位2设置在吊装平台3内部车辆换电工位1的一侧，用于放置电池包；所述吊装移动小车4两端架设在吊装平台3顶部平面的两侧边，能够沿吊装平台3上平面运动；所述行走平台5设置在吊装平台3顶部平面的外边缘和吊装移动小车4外边缘，用于人行通道，固定在吊装平台3顶部平面的外边缘处的行走平台5一端通过支架与底部水平面相连接；X向运动机构、Y向运动机构、Z向运动机构固定安装在吊装移动小车4上，用于吊装移动小车4沿吊装平台3顶部水平面做待更换电池包车辆的水平垂直于行驶方向X轴方向、车辆的行驶方向Y轴方向、车辆垂直方面平面Z轴方向的运动。
电池仓工位2内包括有多组电池包放置架和中间通道，电池包放置架安装在中间通道的两侧，电池包放置架用于放置待充电的电池包23以及充满电的电池包23。可选择的，中间通道两侧的电池包放置架为两排相对立分布的工位支架，用于盛放电池包，一排为充满电的电池包23，另一排为更换下的待充电电池包23。
电池包放置架的设置，与常规的电池包放置是不同的，本发明中，通过设置吊装平台3内容纳仓结构较大，能够提供给电池包放置架的位置工位增多，通过设置中间通道，配合吊装平台3顶部的吊装移动小车4进行三维方向吊装，更为方便，同时，不需要规避以往电池包充电桩的占用空间和位置的统筹安排问题，设计简单，易操作，同时，缩短了更换电池包的放置时间，提高了工作效率。
作为本发明的具体实施方式，X向高速运动结构，行驶平稳，可选择地设置X向驱动电机安装在底盘中间，X向驱动电机带动2侧的多个齿轮，例如2个在齿条轨道上运动，可有效控制运动距离和运动速度。底盘两侧对称安装了多个，例如4个从动滚轮，从动滚轮由主动齿轮带动在导轨上运动，同时主要承载整个机构和吊装电池包的重量。在X向运动方向两侧都安装了缓冲器，可以为多个，例如4个，缓冲器接触端采用聚氨酯材料，防止碰撞出现机构脱轨安全事故。
具体的：吊装平台3包括X向移动导轨6、X向定位齿条导轨7；其中X向移动导轨6设置有两组，独立地对称间隔安装在吊装平台3顶部框架平台的两相对侧边上；所述X向定位齿条导轨7设置有两组，分开独立地间隔地安装在两组X向移动导轨6之间内侧边；其中X向移动导轨6用于吊装移动小车4进行沿车辆行进X轴方向的滚轮运动，X向定位齿条导轨7用于吊装移动小车4进行车辆行进X轴方向的精确尺寸齿轮运动。
X向运动机构包括X向缓冲器12、X向驱动电机、X向主动齿轮10、X向移动从动滚轮11；其中X向缓冲器12固定安装在吊装平台3顶部X向侧边的两端部，用于吊装移动小车4行进至端部时防撞和缓冲；X向主动齿轮10和X向移动从动滚轮11独立地与X向驱动电机连接，在驱动电机作用下，X向主动齿轮10沿X向移动导轨6路径行进，X向移动从动滚轮11沿X向定位齿条导轨7路径行进。
沿待更换电池包车辆的行进X轴方向，吊装移动小车4包括两组Y向移动导轨8、两组Y向定位齿条导轨9；其中两组Y向定位齿条9间隔地安装在两组Y向移动导轨8内侧，Y向移动导轨8用于吊装移动小车4进行垂直于车辆行进X轴方向的Y轴方向滚轮运动，Y向定位齿条导轨9用于吊装移动小车4进行垂直于车辆行进X轴方向的Y轴方向精确尺寸齿轮运动。
作为本发明的具体实施方式，Y向长距离工作行程结构，针对现有解决车辆未停靠到位难题，在吊装机构平面工作范围内都进行换电操作，减少了对司机和车辆限位装置的依赖程度。通过齿轮齿条运动机构，保证了的定位精度，可精确到毫米级别。两侧安装缓冲器，多个，例如共4个，缓冲器采用聚氨酯材料。
具体的：Y向运动机构包括Y向缓冲器13、Y向驱动电机、Y向主动齿轮14、Y向移动从动滚轮15；其中Y向缓冲器13固定安装在行走平台5沿车辆行驶Y轴方向的两端部，用于吊装移动小车4行进至端部时防撞和缓冲；Y向主动齿轮14和Y向移动从动滚轮15独立地与Y向驱动电机连接，在驱动电机作用下，Y向主动齿轮14沿Y向移动导轨8路径行进，Y向移动从动滚轮15沿Y向定位齿条导轨7路径行进。
作为本发明的具体实施方式，Z向升降移动，结构牢靠，支持大重量电池包的平稳升降，平稳升降依托丝杆连接机构，升降定位精度高，可精确到毫米级别；丝杆连接机构有压力传感器和位置传感器，压力传感器避免超出整个机构能够承载的重量，位置传感器保证丝杆连接机构工作行程。
具体地：Z向运动机构包括第一支撑板16、第二支撑板17、Z向升降器18、Z向升降丝杠19、Z向升降链条20；所述第一支撑板16顶部通过多组对称的导柱固定在吊装移动小车4上；所述Z向升降器16一端固定安装在第一支撑板16上，另一端与Z向升降丝杠17一端相连接；Z向升降丝杠17另一端与Z向升降链条18一端连接；Z向升降链条18固定安装在第二支撑板17。
还包括重量传感器21、电池包吊装柱22、Z向驱动电机；所述Z向驱动电机与Z向升降器16相连接，用于Z向升降器16提供升降动力；所述重量传感器21设置有多组，固定安装在第二支撑板17上；所述电池包吊装柱22固定安装在第二支撑板17底部，用于卡合固定电池包。
作为本发明的具体实施方式，所述上位机包括显示器、GPS定位单元、摄像单元；所述摄像单元设置有多组摄像组件，用于采集和获取工作站内工作的实时图片，传送至显示器内；所述GPS定位单元，固定安装在吊装平台3吊装支柱上，用于获取车辆换电工位1上车辆的实时定位位置信息，传送至显示器内；所述显示器，用于显示实时工作图像、电池包和车辆位置信息。还包括报警装置，所述报警装置与上位机通过无线信号或有线电性连接，用于发出异常报警信号。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.新能源重卡快换电池包工作站，其特征在于：包括车辆换电工位(1)、电池仓工位(2)、吊装平台(3)、吊装移动小车(4)、行走平台(5)、X向运动机构、Y向运动机构、Z向运动机构、上位机；所述吊装平台(3)为多组吊装支柱组成的多组容纳仓的龙门架框架结构；所述车辆换电工位(1)设置在吊装平台(3)内部的一组容纳仓位置，用于放置待更换电池包的车辆；所述电池仓工位(2)设置在吊装平台(3)内部车辆换电工位(1)的一侧，用于放置电池包(23)；所述吊装移动小车(4)两端架设在吊装平台(3)顶部平面的两侧边，能够沿吊装平台(3)上平面运动；所述行走平台(5)设置在吊装平台(3)顶部平面的外边缘和吊装移动小车(4)外边缘，用于人行通道，固定在吊装平台(3)顶部平面的外边缘处的行走平台(5)一端通过支架与底部水平面相连接；X向运动机构、Y向运动机构、Z向运动机构固定安装在吊装移动小车(4)上，用于吊装移动小车(4)沿吊装平台(3)顶部水平面做待更换电池包车辆的水平垂直于行驶方向X轴方向、车辆的行驶方向Y轴方向、车辆垂直方面平面Z轴方向的运动。
2.根据权利要求1所述新能源重卡快换电池包工作站，其特征在于：吊装平台(3)包括X向移动导轨(6)、X向定位齿条导轨(7)；其中X向移动导轨(6)设置有两组，独立地对称间隔安装在吊装平台(3)顶部框架平台的两相对侧边上；所述X向定位齿条导轨(7)设置有两组，分开独立地间隔地安装在两组X向移动导轨(6)之间内侧边；其中X向移动导轨(6)用于吊装移动小车(4)进行沿车辆行进X轴方向的滚轮运动，X向定位齿条导轨(7)用于吊装移动小车(4)进行车辆行进X轴方向的精确尺寸齿轮运动。
3.根据权利要求2所述新能源重卡快换电池包工作站，其特征在于：X向运动机构包括X向缓冲器(12)、X向驱动电机、X向主动齿轮(10)、X向移动从动滚轮(11)；其中X向缓冲器(12)固定安装在吊装平台(3)顶部X向侧边的两端部，用于吊装移动小车(4)行进至端部时防撞和缓冲；X向主动齿轮(10)和X向移动从动滚轮(11)独立地与X向驱动电机连接，在驱动电机作用下，X向主动齿轮(10)沿X向移动导轨(6)路径行进，X向移动从动滚轮(11)沿X向定位齿条导轨(7)路径行进。
4.根据权利要求1所述新能源重卡快换电池包工作站，其特征在于：沿待更换电池包车辆的行进X轴方向，吊装移动小车(4)包括两组Y向移动导轨(8)、两组Y向定位齿条导轨(9)；其中两组Y向定位齿条(9)间隔地安装在两组Y向移动导轨(8)内侧，Y向移动导轨(8)用于吊装移动小车(4)进行垂直于车辆行进X轴方向的Y轴方向滚轮运动，Y向定位齿条导轨(9)用于吊装移动小车(4)进行垂直于车辆行进X轴方向的Y轴方向精确尺寸齿轮运动。
5.根据权利要求4所述新能源重卡快换电池包工作站，其特征在于：Y向运动机构包括Y向缓冲器(13)、Y向驱动电机、Y向主动齿轮(14)、Y向移动从动滚轮(15)；其中Y向缓冲器(13)固定安装在吊装平台(3)沿车辆行驶Y轴方向的两端部，用于吊装移动小车(4)行进至端部时防撞和缓冲；Y向主动齿轮(14)和Y向移动从动滚轮(15)独立地与Y向驱动电机连接，在驱动电机作用下，Y向主动齿轮(14)沿Y向移动导轨(8)路径行进，Y向移动从动滚轮(15)沿Y向定位齿条导轨(7)路径行进。
6.根据权利要求1所述新能源重卡快换电池包工作站，其特征在于：Z向运动机构包括第一支撑板(16)、第二支撑板(17)、Z向升降器(18)、Z向升降丝杠(19)、Z向升降链条(20)；所述第一支撑板(16)顶部通过多组对称的导柱固定在吊装移动小车(4)上；所述Z向升降器(16)一端固定安装在第一支撑板(16)上，另一端与Z向升降丝杠(17)一端相连接；Z向升降丝杠(17)另一端与Z向升降链条(18)一端连接；Z向升降链条(18)固定安装在第二支撑板(17)。
7.根据权利要求6所述新能源重卡快换电池包工作站，其特征在于：还包括重量传感器(21)、电池包吊装柱(22)、Z向驱动电机；所述Z向驱动电机与Z向升降器(16)相连接，用于Z向升降器(16)提供升降动力；所述重量传感器(21)设置有多组，固定安装在第二支撑板(17)上；所述电池包吊装柱(22)固定安装在第二支撑板(17)底部，用于卡合固定电池包。
8.根据权利要求1所述新能源重卡快换电池包工作站，其特征在于：所述上位机包括显示器、GPS定位单元、摄像单元；所述摄像单元设置有多组摄像组件，用于采集和获取工作站内工作的实时图片，传送至显示器内；所述GPS定位单元，固定安装在吊装平台(3)吊装支柱上，用于获取车辆换电工位(1)上车辆的实时定位位置信息，传送至显示器内；所述显示器，用于显示实时工作图像、电池包和车辆位置信息。
9.根据权利要求1所述新能源重卡快换电池包工作站，其特征在于：还包括报警装置，所述报警装置与上位机通过无线信号或有线电性连接，用于发出异常报警信号。
10.根据权利要求1所述新能源重卡快换电池包工作站，其特征在于：电池仓工位(2)内包括有多组电池包放置架和中间通道，电池包放置架安装在中间通道的两侧，电池包放置架用于放置待充电的电池包(23)以及充满电的电池包(23)。
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