專利名稱：電池更換設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電動車輛的電池更換設(shè)備，更具體地，涉及ー種自動化程度高、更換效率高的電池更換設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著人類環(huán)境的變化，對節(jié)能減排的要求越來越高，緑色能源的開發(fā)成了動カ發(fā)展的主題。電動車輛(例如電動汽車)作為清潔、低碳型綠色車輛，其能源問題受到世界各國的極大關(guān)注。電動車輛使用電動機作為原動機，從單ー的車載能源(即蓄電池)上獲得電力，以驅(qū)動電動車輛在道路上行駛，屬于“零排放”的車輛，具有噪聲小、舒適干凈、易于操縱和維護的特點。電池是電動車輛最為核心的技術(shù)之一，然而，現(xiàn)有技術(shù)中的電池面臨電池續(xù)航能 力不足的問題，充電后的行駛距離為IOOkm 300km，難以滿足消費者的要求，只有再次充電或者更換電池后，電動車輛才能繼續(xù)得以行駛。因此，電池的換電方式將直接影響電動車輛使用的方便性?，F(xiàn)有技術(shù)中的電池更換設(shè)備需要大量的電池投資，且具有占地面積大的缺點，也不能滿足對多種不同型號的電池及電動車輛進行更換電池的需要。另外，現(xiàn)有技術(shù)中通常采用半自動和人工方式進行電池更換，雖然人工參與加大了電池更換的靈活性，但是增加了人力成本，降低了電池更換的效率。

實用新型內(nèi)容本實用新型g在提供ー種電池更換設(shè)備，以解決現(xiàn)有技術(shù)電池更換效率低的問題。為解決上述技術(shù)問題，根據(jù)本實用新型的ー個方面，提供了ー種電池更換設(shè)備，包括換裝裝置，換裝裝置包括電池抓取機構(gòu)、伸縮機構(gòu)和定位機構(gòu)，伸縮機構(gòu)與定位機構(gòu)連接，電池抓取機構(gòu)與伸縮機構(gòu)連接；電池堆垛機；充電架；和轉(zhuǎn)儲架，轉(zhuǎn)儲架包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，充電架上的充好電的新電池通過電池堆垛機放置在第一區(qū)域，由電池抓取機構(gòu)從用電設(shè)備上取下的舊電池放置在第二區(qū)域。進ー步地，定位機構(gòu)包括平移機構(gòu)和升降機構(gòu)，升降機構(gòu)與平移機構(gòu)連接。進ー步地,換裝裝置還包括隨動機構(gòu)，隨動機構(gòu)設(shè)置在伸縮機構(gòu)上；隨動機構(gòu)包括激光發(fā)射與接收單元，向用電設(shè)備上的激光反射單元發(fā)射激光并接收激光反射単元的反射光；和控制單元，與激光發(fā)射與接收單元電連接，用于根據(jù)激光發(fā)射與接收單元接收到的反射光控制平移機構(gòu)和升降機構(gòu)運動。進ー步地，電池更換設(shè)備還包括報警指示単元，報警指示単元與控制單元電連接。進ー步地，電池抓取機構(gòu)包括電磁吸引単元。進ー步地，電磁吸引單元是電磁鐵。進ー步地，充電架和轉(zhuǎn)儲架位于封閉的充電區(qū)域內(nèi)。[0013]進ー步地，電池更換設(shè)備還包括溫度調(diào)節(jié)裝置，溫度調(diào)節(jié)裝置與充電區(qū)域連接。進ー步地，電池更換設(shè)備還包括電池鎖定與解鎖單元，電池鎖定與解鎖單元設(shè)置在伸縮機構(gòu)上。本實用新型通過換裝裝置實現(xiàn)用電設(shè)備上的電池的更換，并使用電池堆垛機將電池在轉(zhuǎn)儲架和充電架之間進行轉(zhuǎn)移，大大提高了電池更換效率，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的特點。

構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進ー步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用于解釋本實用新型，并不構(gòu)成對本實用新型的不當限定。在附圖 中圖I示意性示出了未安裝電池堆垛機時的本實用新型的局部俯視圖；圖2示意性示出了圖I的主視圖；圖3示意性示出了充電架和電池堆垛機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4示意性示出了換裝裝置和報警指示単元的主視圖；圖5示意性示出了圖4的俯視圖；圖6示意性示出了圖4的后視圖；以及圖7示意性示出了轉(zhuǎn)儲架的示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明，但是本實用新型可以由權(quán)利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。如圖I-圖6所示，本實用新型中的電池更換設(shè)備包括換裝裝置20、電池堆垛機80、充電架40和轉(zhuǎn)儲架30。其中，換裝裝置20包括電池抓取機構(gòu)27、伸縮機構(gòu)25和定位機構(gòu)，伸縮機構(gòu)25與定位機構(gòu)地連接以便將伸縮機構(gòu)25移動到合適的位置(例如與用電設(shè)備10上的電池相對應的位置)處，電池抓取機構(gòu)27與伸縮機構(gòu)25連接以便通過伸縮機構(gòu)25調(diào)整電池抓取機構(gòu)27的位置。優(yōu)選地，充電架40和轉(zhuǎn)儲架30設(shè)置在ー排(例如，充電架40包括一個專門用于設(shè)置轉(zhuǎn)儲架30的區(qū)域，這樣，轉(zhuǎn)儲架30就可以嵌入充電架40的這一區(qū)域內(nèi)并與其設(shè)置成ー排)。優(yōu)選地，充電架40可同時為多個電池進行充電,一個或多個電池堆垛機80在充電區(qū)域90內(nèi)運行，負責新舊電池在轉(zhuǎn)儲架30與充電架40之間的搬運。特別地，電池堆垛機80采用伺服電機作為驅(qū)動元件，以保證對其進行高精度控制。轉(zhuǎn)儲架30包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，充好電的新電池60放置在第一區(qū)域，換下來的舊電池70放置在第二區(qū)域。充電架40上的充好電的新電池通過電池堆垛機80放置在第一區(qū)域，由電池抓取機構(gòu)27從用電設(shè)備10上取下的舊電池70放置在第二區(qū)域。特別地，電池更換設(shè)備可以包括多個換裝裝置20和多個轉(zhuǎn)儲架30，且多個換裝裝置20和多個轉(zhuǎn)儲架30依次沿充電架40的延伸方向設(shè)置，這樣，可以同時給多個用電設(shè)備10(例如電動車輛，特別是電動環(huán)衛(wèi)車)更換電池，從而提高了電池的更換效率。優(yōu)選地，換裝裝置20具備全自動、半自動及手動三種操作模式，由于同時具備了三種操作模式，因此，為本實用新型提供了急解決方案，可使本實用新型在故障時可以通過手動的方式工作。[0026]請參考圖I-圖6,當用電設(shè)備10 (例如電動車輛,特別是電動環(huán)衛(wèi)車)就位后,換裝裝置20通過定位機構(gòu)使電池抓取機構(gòu)27和伸縮機構(gòu)25處于合適的高度，然后伸縮機構(gòu)25伸向用電設(shè)備10的電池，并通過電池抓取機構(gòu)27將用電設(shè)備10上的電池取下來。接著，伸縮機構(gòu)25將取下來的電池放置到轉(zhuǎn)儲架30上，同時將已經(jīng)放置到轉(zhuǎn)儲架30上的充好電的新電池取出后，轉(zhuǎn)移到用電設(shè)備10上，從而實現(xiàn)對用電設(shè)備10的電池更換。進ー步地，每當有舊電池70放置到轉(zhuǎn)儲架30上時，電池堆垛機80便自動將換下的舊電池70從轉(zhuǎn)儲架30上取下并轉(zhuǎn)運到充電架40上，并將充電架40上的已經(jīng)充好電的新電池轉(zhuǎn)運到轉(zhuǎn)儲架30上，以備下次更換時使用。本實用新型還具有更換速度快、穩(wěn)定性高、安全性高、便于操作和便于維護等特點。優(yōu)選地，定位機構(gòu)包括平移機構(gòu)22和升降機構(gòu)21，升降機構(gòu)21與平移機構(gòu)22連接，特別地，平移機構(gòu)22設(shè)置在升降機構(gòu)21的上方。如圖4所示，升降機構(gòu)21包括交叉設(shè)置的支腿211、上支架212、下支架213和液壓缸(未示出)，支腿211的兩端分別活動地設(shè)置在上支架212和下支架213的滑槽內(nèi)。當液壓缸伸縮時，帶動交叉設(shè)置的支腿211的兩個腿靠攏或張開，從而驅(qū)動上支架212實現(xiàn)升降。如圖4和圖5所示，上支架212上還設(shè)置有導軌214和齒條215，平移機構(gòu)22沿導軌214在圖5的上下方向滑動。平移機構(gòu)22上設(shè)置有電機216，該電機216的輸出端設(shè)置有與齒條215相配合的齒輪，當電機216運動時驅(qū)動齒輪運動，從而使平移機構(gòu)22沿圖5的上下方向進行運動。如圖5所示，伸縮機構(gòu)25安裝在平移機構(gòu)22上，伸縮機構(gòu)25具有伸縮臂252和用于驅(qū)動伸縮臂的電機251，在伸縮臂252的一端設(shè)置有安裝架23，電池抓取機構(gòu)27安裝在伸縮機構(gòu)25上。伸縮臂252在電機251的驅(qū)動下，可以向圖5的左側(cè)伸出平移機構(gòu)22的外側(cè)以便取放電池，并可在電機251的驅(qū)動下，將抓取到的電池沿圖5的水平方向收縮并進ー步向圖5的右側(cè)方向伸出，從而將取下的電池放置到轉(zhuǎn)儲架30上。如圖3所示，電池堆垛機80設(shè)置在充電區(qū)域90內(nèi)，電池堆垛機80包括滑軌81和立架86，立架86的下端設(shè)置有電機82和兩個滾輪，兩個滾輪設(shè)置在滑軌81的兩側(cè)，并可在電機82的使用下，驅(qū)動立架86沿滑軌81的延伸方向進行運動，從而使電池堆垛機80在充電架40和轉(zhuǎn)儲架30之間運動。電池堆垛機80的立架86上設(shè)置有伸縮機構(gòu)85和電池抓取機構(gòu)，特別地，該伸縮機構(gòu)85和電池抓取機構(gòu)可以采用與換裝裝置20的伸縮機構(gòu)和電池抓取機構(gòu)相類似的機構(gòu)。另外，電池堆垛機80還包括升降電機84和鋼絲繩83，鋼絲繩83的一端與伸縮機構(gòu)85連接，因此，當升降電機84驅(qū)動鋼絲繩83進行收繩和放繩操作吋，就可驅(qū)動伸縮機構(gòu)85進行升降運動，以使其移動到目的位置。優(yōu)選地，電池更換設(shè)備還包括電池鎖定與解鎖單元26，電池鎖定與解鎖單元26設(shè)置在安伸縮機構(gòu)25。特別地，電池鎖定與解鎖單元26包括驅(qū)動單元261和與驅(qū)動單元連接的旋轉(zhuǎn)鎖頭。電池安裝在第一電池箱(即內(nèi)箱體)內(nèi)，用電設(shè)備10上設(shè)置有第二電池箱(即外箱體)，第一電池箱可插入第二電池箱內(nèi)。第一電池箱包括鎖定單元，鎖定單元包括鎖盤和與鎖盤連接的鎖桿，通過鎖盤的旋轉(zhuǎn)可驅(qū)動鎖桿進行伸縮運動，以使鎖桿插入或脫離第二電池箱上的鎖定孔，從而可將第一電池箱與第二電池箱進行鎖定和解鎖。優(yōu)選地，電池抓取機構(gòu)27包括電磁吸引単元。進ー步地，電磁吸引単元是電磁鐵。、當電磁吸引単元得電時，可吸住電池從而實現(xiàn)對電池的抓?。划旊姶盼齾g元吋，電池被釋放。采用電磁吸附的方式抓取電池，即可提供較大的吸力，而且在發(fā)生干渉等故障時，可使電池抓取機構(gòu)27與第一電池箱脫離,確保第一電池箱不會損壞。如圖5所示，電池更換設(shè)備還包括浮動導向單元24,浮動導向單元24包括導向輪、轉(zhuǎn)軸和彈簧等，在受到一定外力時導向輪可進行擺動，以確保電池外箱體與換裝裝置對位略有偏斜吋，仍可順利取放電池內(nèi)箱體。在一個優(yōu)選的實施例中，換裝裝置20還包括隨動機構(gòu)，隨動機構(gòu)設(shè)置在伸縮機構(gòu)25上。隨動機構(gòu)包括激光發(fā)射與接收單元，向用電設(shè)備10上的激光反射單元發(fā)射激光并接收激光反射単元的反射光；和控制單元，與激光發(fā)射與接收單元電連接，用于根據(jù)激光發(fā)射與接收單元接收到的反射光控制平移機構(gòu)22和升降機構(gòu)21運動。工作時，首先，安裝有激光反射単元(例如反光鏡)的用電設(shè)備10運動到換電位置。然后，本實用新型中的電池更換設(shè)備進行“系統(tǒng)校零”(即復位，此動作只需在系統(tǒng)上電 后執(zhí)行一次)。接著，利用換裝裝置20的平移機構(gòu)22和升降機構(gòu)21的復合運動以確定靶點的位置(即用于可以使電池抓取機構(gòu)27正確抓取到用電設(shè)備10上的電池的參考位置)。例如，控制平移機構(gòu)22進行左右移動、控制升降機構(gòu)21進行上下運動。同時，換裝裝置20的激光發(fā)射與接收單元也隨之運動，并同時向用電設(shè)備10發(fā)射定位用的激光。當激光發(fā)射到達激光反射単元后，會被激光反射単元反射回來。因此，可以通過是否接收到反射回來的激光來對用電設(shè)備10上的電池進行定位和尋址(即確定靶點的位置)，即使每次用電設(shè)備10的停放位置有所不同，也能做到準確的定位，以實現(xiàn)換裝設(shè)備與車輛同步隨動。當確定了靶點的位置后(即接收到反射回來的激光后)，平移機構(gòu)22和升降機構(gòu)21停止運動。接下來，伸縮機構(gòu)25開始執(zhí)行伸長運動(即向用電設(shè)備10的方向伸展)，特別地，其速度范圍為0 100mm/S。當伸縮機構(gòu)25伸展到位后，電池鎖定與解鎖單元26開始對用電設(shè)備10上的電池進行解鎖，以使該電池可以被取下來。然后，電池抓取機構(gòu)27 (特別是電磁吸引単元)開始工作(例如電磁吸引單元得電以便將用電設(shè)備10上的電池吸住)，從而將電池從用電設(shè)備10上抓取下來。然后，伸縮機構(gòu)25開始收縮，并進一歩向轉(zhuǎn)儲架30的方向伸展，從而將抓取到的舊電池轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)儲架30上。然后，再通過平移機構(gòu)22和升降機構(gòu)21的復合運動使電池抓取機構(gòu)27對準轉(zhuǎn)放置在轉(zhuǎn)儲架30上的已經(jīng)充好電的新電池。采用與從用電設(shè)備10上取下舊電池相類似的方法，可以將新電池轉(zhuǎn)移到用電設(shè)備10的電池安裝位置處，然后通過電池鎖定與解鎖單元26將新電池鎖定到用電設(shè)備10上。電池更換設(shè)備還包括報警指示単元50，報警指示単元50與上述控制單元電連接。在整個操作的過程中，報警指示單元50可以指示本實用新型中的電池更換設(shè)備的工作狀態(tài)。例如，通過紅、綠、黃三種顏色的指示燈進行指示，其中，緑色表示有任務正在運行；黃色表示暫停；紅色表示有錯誤報警。在有錯誤報警的情況下，操作人員可以查看不同的錯誤代碼指示燈的狀態(tài)，以便可以直觀、快捷的查看該設(shè)備的工作運行狀態(tài)。優(yōu)選地，充電架40和轉(zhuǎn)儲架30位于封閉的充電區(qū)域90內(nèi)。特別地，電池更換設(shè)備還包括溫度調(diào)節(jié)裝置(未示出)，溫度調(diào)節(jié)裝置與充電區(qū)域90連接，以便調(diào)節(jié)充電區(qū)域90內(nèi)的溫度。由于對充電區(qū)域90進行了密封，這樣可以通過溫度調(diào)節(jié)裝置(例如空調(diào))保證充電環(huán)境內(nèi)的溫度處于較穩(wěn)定的狀態(tài)，因而提高了電池的壽命。[0041]本實用新型中的電池更換設(shè)備同時提供了三種工作方式，使用起來具有更大的自由度，提高了電池的自動換裝效率(例如可在220秒的時間內(nèi)完成ー塊的電池換裝，整車綜合更換時間不大于6分鐘)。同時，本實用新型還能使電池更換設(shè)備的單臺車次的占地面積最小化，可適應于為公共交通工具換電，解決其電池電カ問題。以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則 之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.ー種電池更換設(shè)備，其特征在于，包括 換裝裝置(20)，所述換裝裝置(20)包括電池抓取機構(gòu)(27)、伸縮機構(gòu)(25)和定位機構(gòu)，所述伸縮機構(gòu)(25)與所述定位機構(gòu)連接，所述電池抓取機構(gòu)(27)與所述伸縮機構(gòu)(25)連接； 電池堆垛機(80)； 充電架(40);和 轉(zhuǎn)儲架(30)，所述轉(zhuǎn)儲架(30)包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述充電架(40)上的充好電的新電池通過所述電池堆垛機(80)放置在所述第一區(qū)域，由所述電池抓取機構(gòu)(27)從用電設(shè)備(10)上取下的舊電池(70)放置在所述第二區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池更換設(shè)備，其特征在于，所述定位機構(gòu)包括平移機構(gòu)(22)和升降機構(gòu)(21)，所述升降機構(gòu)(21)與所述平移機構(gòu)(22)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池更換設(shè)備，其特征在于，所述換裝裝置(20)還包括隨動機構(gòu)，所述隨動機構(gòu)設(shè)置在所述伸縮機構(gòu)(25)上； 所述隨動機構(gòu)包括 激光發(fā)射與接收單元，向所述用電設(shè)備(10)上的激光反射單元發(fā)射激光并接收所述激光反射單元的反射光；和 控制單元，與所述激光發(fā)射與接收單元電連接，用于根據(jù)所述激光發(fā)射與接收單元接收到的反射光控制所述平移機構(gòu)(22)和所述升降機構(gòu)(21)運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池更換設(shè)備，其特征在于，所述電池更換設(shè)備還包括報警指示單元(50),所述報警指示單元(50)與所述控制單元電連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的電池更換設(shè)備，其特征在于，所述電池抓取機構(gòu)(27)包括電磁吸引単元。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池更換設(shè)備，其特征在于，所述電磁吸引単元是電磁鉄。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的電池更換設(shè)備，其特征在于，所述充電架(40)和所述轉(zhuǎn)儲架(30)位于封閉的充電區(qū)域(90)內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池更換設(shè)備，其特征在于，所述電池更換設(shè)備還包括溫度調(diào)節(jié)裝置，所述溫度調(diào)節(jié)裝置與所述充電區(qū)域(90)連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的電池更換設(shè)備，其特征在于，所述電池更換設(shè)備還包括電池鎖定與解鎖單元(26)，所述電池鎖定與解鎖單元(26)設(shè)置在所述伸縮機構(gòu)(25)上。
專利摘要本實用新型提供了一種電池更換設(shè)備，包括換裝裝置，換裝裝置包括電池抓取機構(gòu)、伸縮機構(gòu)和定位機構(gòu)，伸縮機構(gòu)與定位機構(gòu)連接，電池抓取機構(gòu)與伸縮機構(gòu)連接；電池堆垛機；充電架；和轉(zhuǎn)儲架，轉(zhuǎn)儲架包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，充電架上的充好電的新電池通過電池堆垛機放置在第一區(qū)域，由電池抓取機構(gòu)從用電設(shè)備上取下的舊電池放置在第二區(qū)域。本實用新型通過換裝裝置實現(xiàn)用電設(shè)備上的電池的更換，并使用電池堆垛機將電池在轉(zhuǎn)儲架和充電架之間進行轉(zhuǎn)移，大大提高了電池更換效率，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低的特點。
文檔編號B60S5/06GK202481049SQ201220072359
公開日2012年10月10日 申請日期2012年2月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月29日
發(fā)明者張化鍇, 張平, 張春峰, 彭濤, 曹炬, 李國昌, 李振廣 申請人:北京華商三優(yōu)新能源科技有限公司, 北京市電力公司, 沈陽中科正方新能源技術(shù)有限公司