專利名稱：電動汽車電池箱的快速換電站及其電池箱更換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動汽車電池箱的快速換電站及其電池箱更換方法，屬于電動汽車的配套技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
汽車為人類社會帶來了很大便利，已經(jīng)成為人類社會日常生活不可或缺的重要交通工具。在全球汽車工業(yè)迅猛發(fā)展的同時，也帶來了兩個極其嚴(yán)重的負(fù)面效應(yīng)石油能源危機和環(huán)境污染加劇。目前社會中行駛的汽車絕大部分采用燃油作為動力，而石油資源是一種不可再生的能源，近百年來的石油開采、消耗和使用都呈現(xiàn)飛速發(fā)展的趨勢。汽車工業(yè)的持續(xù)發(fā)展受到了能源、環(huán)境等因素的嚴(yán)峻考驗與挑戰(zhàn)。各國政府及相關(guān)企業(yè)都已經(jīng)普遍認(rèn)識到節(jié)能減排是未來汽車技術(shù)發(fā)展的主攻方向，發(fā)展電動汽車是解決能源危機和環(huán)境污染兩大難題的最佳途徑。所以采用新能源的汽車是未來發(fā)展的趨勢，其中純電動汽車因其具有綠色環(huán)保的優(yōu)點，將會成為未來世界汽車領(lǐng)域的主導(dǎo)。電動汽車是以車載電源作為動力，用電機驅(qū)動車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)的各項要求的機動車?，F(xiàn)在，在城市出租車和個人家庭中使用電動汽車已經(jīng)在歐美部分國家和日本的大城市獲得相當(dāng)普遍的認(rèn)可與應(yīng)用。然而，由于道路上的充電站的限制，純電動汽車的續(xù)航里程受到很大制約，也是阻礙其發(fā)展的障礙。雖然現(xiàn)在已經(jīng)研制成功快速充電技術(shù)，但其對電池有破壞作用，而且這種充電模式也不利于電池的定期檢測、保養(yǎng)和維護(hù)， 還影響和縮短電池使用壽命。另一種快速充電的捷徑是更換電池，這樣既能實現(xiàn)快速補充能源，又能對更換下的舊電池進(jìn)行檢測、保養(yǎng)和維護(hù)，提高電池使用壽命。所以在城市內(nèi)建設(shè)電動汽車電池箱的換電站是解決電池汽車?yán)m(xù)航能力的一個有效途徑。目前，電動汽車更換電池箱方式主要是在汽車兩側(cè)水平方向換電，例如《電動車動力電池快速更換系統(tǒng)》(中國發(fā)明專利申請公開號CN101284524A)、《一種車載動力電池更換系統(tǒng)》(CN101214814A)和《電動汽車電池快速更換裝置》(CN101564984A)介紹的情況。 由于續(xù)駛150公里以上的純電動小轎車的電池箱重量將達(dá)到200公斤以上，為了配重合理， 其電池箱不是安裝在車輛的前、尾兩端，只能安裝在車輛中間乘員座椅的底側(cè)，例如《一種電動汽車》(中國實用新型專利授權(quán)公告號CN201195491Y)。也有文獻(xiàn)介紹了這種結(jié)構(gòu)汽車的換電方法，例如《電動汽車的電池自動更換系統(tǒng)以及自動更換電動汽車電池的方法》 (CN101870284A)和《一種電動汽車電池的快裝快換系統(tǒng)及快裝快換方法》(CN101559758A)， 但是，前者電池更換系統(tǒng)只能對電池進(jìn)行粗定位，不能實現(xiàn)準(zhǔn)確裝卸。后者盡管具體設(shè)計了電動汽車上的安裝板、電池包、車身地板及安裝過程，但是沒有提及如何實現(xiàn)舉升裝置跟電動汽車底部電池箱的準(zhǔn)確定位。因此，現(xiàn)有國內(nèi)技術(shù)只是對此類電池采用盲插更換，裝卸電池箱的可靠性差。美國的Better place公司提出了電池箱快速換電的技術(shù)方案，并已得到應(yīng)用。其系統(tǒng)主要設(shè)有車輛定位平臺、換電設(shè)備、電池箱輸送設(shè)備和電池箱儲存庫。換電設(shè)備的核心是采用能夠在一條輸送線上移動的雙聯(lián)輸送車，用于輸送滿電電池箱和虧電電池箱，電池箱的卸載和安裝都由一個固定可升降的舉升設(shè)備來完成。雖然該技術(shù)方案的整個過程實現(xiàn)了自動化，但其的問題是輸送線距離太長，場地占用的空間大，整個場站的投資成本高， 不利于推廣和應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是針對電池箱安裝于車輛底部的純電動乘用車提供一種電動汽車電池箱的快速換電站及其更換方法，本發(fā)明的換電站的特點是整個換電站系統(tǒng)場站布局的空間利用率高，定位更換電池箱的設(shè)備工作可靠、簡捷，換電流程快，電池箱物流交換通道效率高，既能夠縮短換電時間，減少換電故障，還提高了對于不同車輛與不同電池箱的兼容性能。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種電動汽車電池箱的快速換電站，其特征在于所述快速換電站至少包括下述裝置汽車定位平臺，電池箱升降更換平臺，堆垛機，電池箱存放架，電池箱的物流傳輸口，以及輸送輥道，各個裝置以堆垛機的縱向移動軸線呈對稱設(shè)置，以實現(xiàn)兩套換電系統(tǒng)同時工作，提高空間利用率和換電效率；其中，汽車定位平臺，位于電池箱升降更換平臺上方，用于車輛停放及其縱向與橫向的粗定位；設(shè)有位于中間的通孔、導(dǎo)引車輪前進(jìn)方向的車輪導(dǎo)引槽和電磁地陷單元；電池箱升降更換平臺，位于汽車定位平臺中間通孔的正下方，用于電池箱的卸裝和定位；組成部件包括無線遙控實現(xiàn)水平轉(zhuǎn)動、縱向或橫向移動的三自由度調(diào)節(jié)定位構(gòu)件，藉由液壓活塞或電機與絲杠驅(qū)動升降的雙層剪叉機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)定位平臺，以及電液控制箱；其中旋轉(zhuǎn)定位平臺位于頂層，由兩層鋼板和分別位于其夾層中央與周邊的推力球軸承和圓周定位滾珠、氣動定位銷組成，縱向或橫向移動定位構(gòu)件分別由縱向或橫向移動的移動平臺與其滾珠絲杠及驅(qū)動電機構(gòu)成；堆垛機為巷道堆垛機，位于對稱布置的換電站的縱軸線上，用于自動存取電池箱，實現(xiàn)快速、高效的電池箱存取、疊垛；組成部件包括運行機構(gòu)，起升機構(gòu)，裝有存、取貨機構(gòu)的載貨臺、機架和電氣控制裝置，其中的存、取貨機構(gòu)能夠進(jìn)行橫向雙側(cè)的存、取貨操作；電池箱存放架，呈對稱布置、半地下式結(jié)構(gòu)的兩排電池箱存放架分設(shè)在堆垛機的兩側(cè)，用于分別存放滿電、虧電的電池箱；其布局合理，空間利用率高，同時對電池箱的保存具有一定的優(yōu)勢；電池箱的物流傳輸口，位于堆垛機軌道的一端，用于將運送來的滿電電池箱經(jīng)由該傳輸口的一側(cè)輥道送到堆垛機取貨機構(gòu)，并由堆垛機放入電池箱存放架，或?qū)碾姵叵浯娣偶苋〕龅奶濍婋姵叵浣?jīng)由該傳輸口的另一側(cè)輥道送出，再由物流配送車送到電池箱充電站統(tǒng)一充電；輸送輥道，為采用電機驅(qū)動的短輥道，用于承載、輸送電池箱；共設(shè)有下述四種類型外側(cè)輥道、內(nèi)側(cè)輥道、電池箱托架輥道和物流傳輸口輥道。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種采用本發(fā)明快速換電站更換電池的方法，其特征在于所述方法包括下列操作步驟(1)拿取滿電電池箱電動汽車進(jìn)站刷卡后，該快速換電站的控制系統(tǒng)就將該電動汽車車型及其電池箱信息傳送到電池箱存放架的倉儲控制裝置，并給堆垛機發(fā)出拿取滿電電池箱的指令，開始更換電池箱的準(zhǔn)備操作堆垛機從電池箱存放架上拿取一個相應(yīng)的滿電電池箱送到內(nèi)側(cè)輥道；(2)暫存滿電電池箱滿電電池箱從內(nèi)側(cè)輥道經(jīng)由電池箱升降更換平臺上的電池箱托架輥道被送到外側(cè)輥道后，暫存于該外側(cè)輥道；(3)汽車粗定位電動汽車駛?cè)肫嚩ㄎ黄脚_，利用車輪導(dǎo)引槽和電磁地陷單元進(jìn)行粗定位；(4)電池箱定位電池箱升降更換平臺的旋轉(zhuǎn)定位平臺上的兩個激光孔，發(fā)出兩束激光，照射到汽車的電池箱底面；再通過該旋轉(zhuǎn)定位平臺上的視頻監(jiān)控器，觀察該兩束激光是否對準(zhǔn)電池箱底面的標(biāo)志點，并用電機分別控制橫向、縱向移動平臺的位移和旋轉(zhuǎn)定位平臺的旋轉(zhuǎn)，以使該兩束激光對準(zhǔn)標(biāo)志點，并自動記錄該三自由度驅(qū)動電機的運動位移量；(5)卸載虧電電池箱藉由控制按鈕使液壓活塞或電機絲杠驅(qū)動雙層剪叉機構(gòu)舉升，讓旋轉(zhuǎn)定位平臺與電池箱完全接觸后解鎖，使得虧電電池箱與汽車底盤脫離，釋放和卸載虧電電池箱；(6)輸送虧電電池箱電池箱升降更換平臺的雙層剪叉機構(gòu)下降，將該虧電電池箱恢復(fù)到上述三維調(diào)整構(gòu)件的初始位置，從而落下到該升降更換平臺上的電池箱托架輥道上，然后輸送到內(nèi)側(cè)輥道，由堆垛機取走，放入電池箱存放架進(jìn)行充電；(7)輸送滿電電池箱暫存在外側(cè)輥道上的滿電電池箱被外側(cè)輥道輸送到升降更換平臺的正上方；(8)裝載滿電電池箱電池箱升降更換平臺恢復(fù)步驟(4)記錄的橫向、縱向移動平臺的位移量和旋轉(zhuǎn)定位平臺的旋轉(zhuǎn)角度，再由雙層剪叉機構(gòu)舉升，將滿電電池箱舉起裝載到電動汽車上，用汽車內(nèi)的電機鎖鎖緊電池箱后，電池箱升降更換平臺下降，使得該三維調(diào)整構(gòu)件恢復(fù)其初始位置，完成電池箱的更換；電動汽車出站；(9)完成快速換電全部操作，處于等待下次換電狀態(tài)。本發(fā)明是申請人在其發(fā)明專利申請《便攜式電動汽車的電池更換系統(tǒng)及其更換方法》(申請?zhí)?01110096497. 8)基礎(chǔ)上的改進(jìn)與創(chuàng)新，其特點是實現(xiàn)了電動汽車電池箱的快速、自動更換，即實現(xiàn)了電動汽車電池箱的安裝、定位和拆卸的自動化，整個過程既保證工作準(zhǔn)確性和可靠性，同時還能兼容不同車型和電池箱的更換。本發(fā)明電動汽車電池箱的快速換電站整體系統(tǒng)的各組成設(shè)備都以堆垛機的縱向移動線呈對稱布局，可以實現(xiàn)兩個換電系統(tǒng)的同時運行、工作，提高了空間利用率和換電效率，具有很好的推廣應(yīng)用前景。


圖1 (A)、⑶、(C)分別是本發(fā)明電動汽車電池箱的快速換電站總體組成結(jié)構(gòu)主視圖。側(cè)視圖和俯視圖。圖2 (A)、⑶分別是本發(fā)明電動汽車電池箱的快速換電站去掉屋頂?shù)闹饕晥D和俯視圖。圖3是本發(fā)明快速換電站的位于地下部分的主視圖，其中標(biāo)識了電池箱托架和內(nèi)外輸送輥道的位置。圖4是本發(fā)明快速換電站的單側(cè)換電系統(tǒng)的軸測圖。
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圖5(A)、(B)分別是本發(fā)明電池箱更換平臺的主視圖及其軸測圖。圖6是本發(fā)明電動汽車電池箱的快速換電站的電池箱更換方法流程圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。參見圖1 圖5，介紹本發(fā)明電動汽車電池箱的快速換電站的結(jié)構(gòu)組成該快速換電站包括下述裝置汽車定位平臺1，電池箱升降更換平臺2，堆垛機3， 電池箱存放架4，輸送輥道5，電池箱的物流傳輸口 6和換電站房頂7上的、由太陽能光伏發(fā)電電池板71組成的供電系統(tǒng)(該設(shè)備為選配件，用于滿足站內(nèi)各個設(shè)備的供電，或為站內(nèi)的電池箱8充電，以爭取通過太陽能實現(xiàn)電能的自給自足，無需連接現(xiàn)有電力網(wǎng)取電)。本發(fā)明的各個裝置是以堆垛機3的縱向移動軸線呈對稱設(shè)置(參見圖2)，以實現(xiàn)兩套換電系統(tǒng)同時為電動汽車9完成換電操作，提高空間利用率和換電效率。下面具體說明本發(fā)明上述各個裝置的結(jié)構(gòu)組成用于車輛停放和縱向粗定位的汽車定位平臺1位于電池箱升降更換平臺2的上方，其設(shè)有三個主要構(gòu)件導(dǎo)引車輪前進(jìn)方向的車輪導(dǎo)引槽11、電磁地陷單元12和中間通孔13。其中車輪導(dǎo)引槽11沿著汽車定位平臺1的縱軸線對稱分布、高出平臺2的平面3 10厘米的兩條凸軌，其前端一條凸軌呈喇叭口狀，另一條凸軌為半喇叭口的單軌，用于電動車駛?cè)霑r引導(dǎo)車輪的前進(jìn)方向，避免陷入平臺中間的矩形通孔開口 13，同時保證其橫向定位準(zhǔn)確。電磁地陷單元12對稱分布位于汽車定位平臺1的中間通孔開口 13和縱軸線的兩側(cè)。電磁地陷單元12由彈簧、電磁定位銷控制其動作，用于縱向粗定位汽車車輪位置；即當(dāng)車輛進(jìn)入換電站時，根據(jù)檢測到的車型確定其前后軸距，再控制電磁地陷單元12中的哪塊地陷塊下陷，以使汽車駛到該平臺1上后，限制車輛繼續(xù)行駛，并在汽車定位平臺1上對該汽車實現(xiàn)縱向與橫向的停車粗定位。用于電池箱8的卸裝和定位的電池箱升降更換平臺2位于汽車定位平臺1中間通孔13的正下方，其組成部件包括藉由液壓活塞或電機與絲杠驅(qū)動升降的雙層剪叉機構(gòu) 21，無線遙控實現(xiàn)水平轉(zhuǎn)動、縱向或橫向移動的三自由度調(diào)節(jié)定位構(gòu)件旋轉(zhuǎn)定位平臺25 和縱向或橫向移動定位構(gòu)件。其中用于承載滿電或虧電電池箱8的旋轉(zhuǎn)定位平臺25位于頂層，由兩層鋼板和分別位于其夾層中央與周邊的推力球軸承和圓周定位滾珠、氣動定位銷組成(參見圖幻，藉由兩層鋼板平臺之間的圓周定位滾珠在其下層平臺凹槽內(nèi)圍繞中軸線的小幅旋轉(zhuǎn)而調(diào)整電池箱8與目標(biāo)位置之間的角度誤差?？v向移動定位構(gòu)件分別由縱向移動的移動平臺M與其滾珠絲杠及驅(qū)動電機22構(gòu)成，同樣的，橫向移動定位構(gòu)件分別由橫向移動的移動平臺23與其滾珠絲杠及驅(qū)動電機(圖中未示)構(gòu)成，以及電液控制箱(圖中未示)。雙層剪叉升降機構(gòu)21用于升降旋轉(zhuǎn)定位平臺25，移動距離大，能夠?qū)㈦姵叵漤斊鹪O(shè)定距離，完成電池箱的更換。橫向或縱向移動平臺23、對用于實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)定位平臺25的橫向或縱向的平移，以調(diào)整電池箱升降更換平臺2與汽車目標(biāo)位置之間的距離。旋轉(zhuǎn)定位平臺25的臺面上還設(shè)有用于盛放電池箱時的精確定位電池箱定位銷26，以及監(jiān)控電池箱的裝卸定位的視頻監(jiān)控攝像器觀及其兩側(cè)的激光定位孔27。該裝置藉由各部件組合實現(xiàn)橫向、縱向和旋轉(zhuǎn)的三自由度的調(diào)整，以便確定電池箱8與汽車目標(biāo)位置的準(zhǔn)確對接。
位于對稱布置的換電站的縱軸線上的堆垛機3為傳統(tǒng)的巷道堆垛機，用于自動存取電池箱8，實現(xiàn)快速、高效的電池箱存取和疊垛。其組成部件包括機架立柱31、天軌32 和地軌，裝有存、取貨機構(gòu)、能執(zhí)行橫向雙側(cè)的存、取貨操作的載貨臺33，以及圖中未示的運行機構(gòu)、起升機構(gòu)和電氣控制裝置。堆垛機實現(xiàn)了存取貨的自動化操作，使電池箱的存取快速又高效。半地下式結(jié)構(gòu)的兩排電池箱存放架4呈對稱布置，分設(shè)在堆垛機3的兩側(cè)、即位于兩個換電系統(tǒng)之間而實現(xiàn)共享之，其中左側(cè)41用于存放滿電電池箱、右側(cè)42用于存放虧電電池箱。這種布局結(jié)構(gòu)合理，空間利用率高，同時對電池箱的保存具有一定的優(yōu)勢。輸送輥道5是用電機驅(qū)動的短輥道，用于承載、輸送電池箱8共設(shè)有下述四種類型 (參見圖3與圖2)用于暫存滿電電池箱8的外側(cè)輥道52，位于電池箱升降更換平臺2地下外側(cè)。用于配合堆垛機3輸送電池箱8的內(nèi)側(cè)輥道51位于電池箱升降更換平臺2地下內(nèi)側(cè)。位于電池箱升降更換平臺2上的電池箱托架輥道53，用于定位、傳送和存放準(zhǔn)備裝卸的電池箱8。在地面上的物流傳輸口輥道M有兩個在電池箱物流傳輸口 6的兩端，以供物流配送車送取電池箱。所有輸送輥道都采用短輥道結(jié)構(gòu)，因為長輥道再長時間的運行下會產(chǎn)生受力不均而彎曲，影響電池箱輸送過程的定位。電池箱的物流傳輸口 6位于堆垛機3的地軌的一端，以方便堆垛機進(jìn)入而將運送來的滿電電池箱經(jīng)由該傳輸口 6的一側(cè)輥道放入電池箱存放架4，或?qū)碾姵叵浯娣偶?取出的虧電電池箱經(jīng)由該傳輸口的另一側(cè)輥道送出，再由物流配送車送到電池箱充電站統(tǒng)一充電。參見圖6，介紹本發(fā)明電動汽車電池箱的快速換電站的電池箱更換方法的具體操作步驟(1)拿取滿電電池箱電動汽車進(jìn)站刷卡后，該快速換電站的控制系統(tǒng)就將該電動汽車車型及其電池箱信息傳送到電池箱存放架的倉儲控制裝置，并給堆垛機發(fā)出拿取滿電電池箱的指令，開始更換電池箱的準(zhǔn)備操作堆垛機從電池箱存放架上拿取一個相應(yīng)的滿電電池箱送到內(nèi)側(cè)輥道；(2)暫存滿電電池箱滿電電池箱從內(nèi)側(cè)輥道經(jīng)由電池箱升降更換平臺上的電池箱托架輥道被送到外側(cè)輥道后，暫存于該外側(cè)輥道；(3)汽車粗定位電動汽車駛?cè)肫嚩ㄎ黄脚_，利用車輪導(dǎo)引槽和電磁地陷單元進(jìn)行粗定位；(4)電池箱定位電池箱升降更換平臺的旋轉(zhuǎn)定位平臺上的兩個激光孔，發(fā)出兩束激光，照射到汽車的電池箱底面；再通過該旋轉(zhuǎn)定位平臺上的視頻監(jiān)控器，觀察該兩束激光是否對準(zhǔn)電池箱底面的標(biāo)志點，并用電機分別控制橫向、縱向移動平臺的位移和旋轉(zhuǎn)定位平臺的旋轉(zhuǎn)，以使該兩束激光對準(zhǔn)標(biāo)志點，并自動記錄該三自由度驅(qū)動電機的運動位移量；(5)卸載虧電電池箱藉由控制按鈕使液壓活塞或電機絲杠驅(qū)動雙層剪叉機構(gòu)舉升，讓旋轉(zhuǎn)定位平臺與電池箱完全接觸后解鎖，使得虧電電池箱與汽車底盤脫離，釋放和卸載虧電電池箱；(6)輸送虧電電池箱電池箱升降更換平臺的雙層剪叉機構(gòu)下降，將該虧電電池箱恢復(fù)到上述三維調(diào)整構(gòu)件的初始位置，從而落下到該升降更換平臺上的電池箱托架輥道
8上，然后輸送到內(nèi)側(cè)輥道，由堆垛機取走，放入電池箱存放架進(jìn)行充電；(7)輸送滿電電池箱暫存在外側(cè)輥道上的滿電電池箱被外側(cè)輥道輸送到升降更換平臺的正上方；(8)裝載滿電電池箱電池箱升降更換平臺恢復(fù)步驟(4)記錄的橫向、縱向移動平臺的位移量和旋轉(zhuǎn)定位平臺的旋轉(zhuǎn)角度，再由雙層剪叉機構(gòu)舉升，將滿電電池箱舉起裝載到電動汽車上，用汽車內(nèi)的電機鎖鎖緊電池箱后，電池箱升降更換平臺下降，使得該三維調(diào)整構(gòu)件恢復(fù)其初始位置，完成電池箱的更換；電動汽車出站；(9)完成快速換電全部操作，處于等待下次換電狀態(tài)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電動汽車電池箱的快速換電站，其特征在于所述快速換電站至少包括下述裝置汽車定位平臺，電池箱升降更換平臺，堆垛機，電池箱存放架，電池箱的物流傳輸口，以及輸送輥道，各個裝置以堆垛機的縱向移動軸線呈對稱設(shè)置，以實現(xiàn)兩套換電系統(tǒng)同時工作，提高空間利用率和換電效率；其中，汽車定位平臺，位于電池箱升降更換平臺上方，用于車輛停放及其縱向與橫向的粗定位；設(shè)有位于中間的通孔、導(dǎo)引車輪前進(jìn)方向的車輪導(dǎo)引槽和電磁地陷單元；電池箱升降更換平臺，位于汽車定位平臺中間通孔的正下方，用于電池箱的卸裝和定位；組成部件包括無線遙控實現(xiàn)水平轉(zhuǎn)動、縱向或橫向移動的三自由度調(diào)節(jié)定位構(gòu)件，藉由液壓活塞或電機與絲杠驅(qū)動升降的雙層剪叉機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)定位平臺，以及電液控制箱；其中旋轉(zhuǎn)定位平臺位于頂層，由兩層鋼板和分別位于其夾層中央與周邊的推力球軸承和圓周定位滾珠、氣動定位銷組成，縱向或橫向移動定位構(gòu)件分別由縱向或橫向移動的移動平臺與其滾珠絲杠及驅(qū)動電機構(gòu)成；堆垛機為巷道堆垛機，位于對稱布置的換電站的縱軸線上，用于自動存取電池箱，實現(xiàn)快速、高效的電池箱存取、疊垛；組成部件包括運行機構(gòu)，起升機構(gòu)，裝有存、取貨機構(gòu)的載貨臺、機架和電氣控制裝置，其中的存、取貨機構(gòu)能夠進(jìn)行橫向雙側(cè)的存、取貨操作；電池箱存放架，呈對稱布置、半地下式結(jié)構(gòu)的兩排電池箱存放架分設(shè)在堆垛機的兩側(cè)， 用于分別存放滿電、虧電的電池箱；其布局合理，空間利用率高，同時對電池箱的保存具有一定的優(yōu)勢；電池箱的物流傳輸口，位于堆垛機軌道的一端，用于將運送來的滿電電池箱經(jīng)由該傳輸口的一側(cè)輥道送到堆垛機取貨機構(gòu)，并由堆垛機放入電池箱存放架，或?qū)碾姵叵浯娣偶苋〕龅奶濍婋姵叵浣?jīng)由該傳輸口的另一側(cè)輥道送出，再由物流配送車送到電池箱充電站統(tǒng)一充電；輸送輥道，為采用電機驅(qū)動的短輥道，用于承載、輸送電池箱；共設(shè)有下述四種類型 外側(cè)輥道、內(nèi)側(cè)輥道、電池箱托架輥道和物流傳輸口輥道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述快速換電站還包括裝設(shè)在該快速換電站地面設(shè)備頂棚上的、由太陽能光伏發(fā)電電池板組成的供電系統(tǒng)，用于滿足站內(nèi)設(shè)備的供電，或為站內(nèi)電池箱充電，以爭取通過太陽能實現(xiàn)電能的自給自足，無需連接現(xiàn)有電力網(wǎng)取電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述汽車定位平臺的車輪導(dǎo)引槽是沿著汽車定位平臺縱軸線對稱分布、高出平臺平面3 10厘米的兩條凸軌，其前端一條凸軌呈喇叭口狀，另一條凸軌為半喇叭口的單軌，用于電動車駛?cè)霑r導(dǎo)引車輪前進(jìn)方向、避免陷入平臺中間的矩形通孔開口，同時保證橫向粗定位準(zhǔn)確；電磁地陷單元對稱分布位于汽車定位平臺的中間矩形通孔開口和縱軸線的兩側(cè)，設(shè)有由彈簧、電磁定位銷控制其動作的地陷塊，用于縱向粗定位汽車車輪位置；即當(dāng)車輛進(jìn)入換電站時，根據(jù)檢測到的車型確定其前后軸距，再控制電磁地陷單元中的哪塊地陷塊下陷，以使汽車駛到該平臺上后，限制車輛繼續(xù)行駛，并在汽車定位平臺上對該汽車實現(xiàn)縱向粗定位。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)定位平臺用于承載滿電或虧電電池箱，該旋轉(zhuǎn)定位平臺藉由兩層平臺之間的圓周定位滾珠在其下層平臺凹槽內(nèi)圍繞中軸線的小幅旋轉(zhuǎn)而調(diào)整電池箱與目標(biāo)位置之間的角度誤差；雙層剪叉升降機構(gòu)用于升降旋轉(zhuǎn)定位平臺，移動距離大，能夠?qū)㈦姵叵漤斊鹪O(shè)定距離，完成電池箱的更換；橫向或縱向移動平臺用于實現(xiàn)橫向或縱向的平移，以調(diào)整電池箱升降更換平臺與汽車目標(biāo)位置之間的距離；各部件組合實現(xiàn)橫向、縱向和旋轉(zhuǎn)的三維調(diào)整，以便確定電池箱與汽車目標(biāo)位置的準(zhǔn)確對接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)定位平臺的臺面上設(shè)有電池箱定位銷，用于盛放電池箱時的精確定位；所述旋轉(zhuǎn)定位平臺設(shè)有視頻監(jiān)控攝像器及其兩側(cè)的激光定位孔，用于監(jiān)控電池箱的裝卸定位。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于所述外側(cè)輥道位于電池箱升降更換平臺外側(cè)地下，用于暫存滿電電池箱；所述內(nèi)側(cè)輥道位于電池箱升降更換平臺內(nèi)側(cè)地下，用于配合堆垛機輸送電池箱；所述電池箱托架輥道位于電池箱升降更換平臺上、用于定位、傳送和存放準(zhǔn)備裝卸的電池箱；所述物流傳輸口輥道有兩個，分別位于電池箱物流傳輸口兩端，以供物流配送車送取電池箱。
7.一種采用權(quán)利要求1所述的快速換電站更換電池的方法，其特征在于所述方法包括下列操作步驟(1)拿取滿電電池箱電動汽車進(jìn)站刷卡后，該快速換電站的控制系統(tǒng)就將該電動汽車車型及其電池箱信息傳送到電池箱存放架的倉儲控制裝置，并給堆垛機發(fā)出拿取滿電電池箱的指令，開始更換電池箱的準(zhǔn)備操作堆垛機從電池箱存放架上拿取一個相應(yīng)的滿電電池箱送到內(nèi)側(cè)輥道；(2)暫存滿電電池箱滿電電池箱從內(nèi)側(cè)輥道經(jīng)由電池箱升降更換平臺上的電池箱托架輥道被送到外側(cè)輥道后，暫存于該外側(cè)輥道；(3)汽車粗定位電動汽車駛?cè)肫嚩ㄎ黄脚_，利用車輪導(dǎo)引槽和電磁地陷單元進(jìn)行粗定位；(4)電池箱定位電池箱升降更換平臺的旋轉(zhuǎn)定位平臺上的兩個激光孔，發(fā)出兩束激光，照射到汽車的電池箱底面；再通過該旋轉(zhuǎn)定位平臺上的視頻監(jiān)控器，觀察該兩束激光是否對準(zhǔn)電池箱底面的標(biāo)志點，并用電機分別控制橫向、縱向移動平臺的位移和旋轉(zhuǎn)定位平臺的旋轉(zhuǎn)，以使該兩束激光對準(zhǔn)標(biāo)志點，并自動記錄該三自由度驅(qū)動電機的運動位移量；(5)卸載虧電電池箱藉由控制按鈕使液壓活塞或電機絲杠驅(qū)動雙層剪叉機構(gòu)舉升， 讓旋轉(zhuǎn)定位平臺與電池箱完全接觸后解鎖，使得虧電電池箱與汽車底盤脫離，釋放和卸載虧電電池箱；(6)輸送虧電電池箱電池箱升降更換平臺的雙層剪叉機構(gòu)下降，將該虧電電池箱恢復(fù)到上述三維調(diào)整構(gòu)件的初始位置，從而落下到該升降更換平臺上的電池箱托架輥道上， 然后輸送到內(nèi)側(cè)輥道，由堆垛機取走，放入電池箱存放架進(jìn)行充電；(7)輸送滿電電池箱暫存在外側(cè)輥道上的滿電電池箱被外側(cè)輥道輸送到升降更換平臺的正上方；(8)裝載滿電電池箱電池箱升降更換平臺恢復(fù)步驟(4)記錄的橫向、縱向移動平臺的位移量和旋轉(zhuǎn)定位平臺的旋轉(zhuǎn)角度，再由雙層剪叉機構(gòu)舉升，將滿電電池箱舉起裝載到電動汽車上，用汽車內(nèi)的電機鎖鎖緊電池箱后，電池箱升降更換平臺下降，使得該三維調(diào)整構(gòu)件恢復(fù)其初始位置，完成電池箱的更換；電動汽車出站；(9)完成快速換電全部操作，處于等待下次換電狀態(tài)。
全文摘要
一種電動汽車電池箱的快速換電站及其電池箱更換方法，該換電站至少包括下述裝置汽車定位平臺，電池箱升降更換平臺，堆垛機，電池箱存放架，電池箱的物流傳輸口，以及輸送輥道，這些裝置以堆垛機的縱向移動軸線呈對稱設(shè)置，能夠?qū)崿F(xiàn)兩套換電系統(tǒng)同時工作，提高空間利用率和換電效率?？焖贀Q電站還包括裝設(shè)在其房頂上的、由太陽能光伏發(fā)電電池板組成的供電系統(tǒng)，通過太陽能實現(xiàn)電能的自給自足，爭取滿足站內(nèi)設(shè)備的供電或為站內(nèi)電池箱充電。本發(fā)明還提供該換電站的電池箱更換方法。本發(fā)明換電站的布局合理，空間利用率高，設(shè)備工作可靠、簡捷，換電流程快，既能夠縮短換電時間，減少換電故障，還提高了對于不同車輛與不同電池箱的兼容性能。
文檔編號B60S5/06GK102267437SQ20111010853
公開日2011年12月7日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者宋洪舟, 白國超, 魏世民 申請人:北京郵電大學(xué)