专利名称：一种应急移动换电车及其换电方法
技术领域：
本发明涉及是一种用于小型电动乘用车电池(底盘安装)自动更换的应急换电车，具体是实现小型电动乘用车在集中充换电站外完成能量的快速补及用应急移动换电车及其换电方法。
背景技术：
近年来，高速发展的传统汽车业对世界环境和能源的影响越来越大，全力发展新能源汽车，逐渐替代传统汽油车已成为各国发展汽车产业的共识。作为能源消耗的大国，发展电动汽车是中国汽车工业应对能源环境和气候挑战、保持可持续发展的选择，也是中国培育战略性新兴产业的一种重要因素。电动汽车具有清洁无污染、能源多样化、能量转换效率高、使用维修方便等特点。 作为核心部件的动力电池，由于目前动力电池技术、制造、工艺水平存在差异，致使当前动力电池普遍存在比能量、比功率、能量密度都很低、续航里程短。加之，相关电池技术以及充电技术的落后，成为制约电动汽车产业发展的关键、为电动汽车的产业化带来了困难。目前，电动汽车能量获取主要有充电和换电两种方式，由于换电方式具有能量补充快、电池寿命影响小、电网无需重新规划、易实现商业化等显著优点，大大提高电动汽车的续航里程，为电动汽车的推广、应用提供了可能，已获得电动汽车厂商、电池厂商和充电运营商等的多方认同。中国国家知识产权局已公开的发明专利CN201020616399. 3中，阐述了一种电动乘用车底盘电池快换系统，该系统适用于大型、集中、功能完备、建站地址固定(一般距市区较远)的中、大型集中充换电站。中国国家知识产权局已公开的发明专利CN201010186786. 2中，公开了一种利用移动换电车对电动汽车移动换电的系统，该系统所提出的移动换电车需要送电车(电池) 跟随移动换电车到达车辆更换的地点，将电池运到更换现场，依靠电池包底部的滑轮(滑道)助力，人工抽拉、推动电池包实现动力电池更换。由于动力电池往往个头笨重、异形，人工更换操作困难，需要多人配合，更换时间较长；其换电辅助装置作业地点需要特殊地面， 电动汽车底盘作业空间需要用千斤顶支撑；送电车、换电车配合作业，人力物力的经济性需要考量。
发明内容
本发明为了克服现有电动乘用车底盘更换模式的缺陷与不足，提出了一种一体化配送、更换的应急移动换电车及其换电方法，用以解决电动乘用车因故(电池无电、故障、 紧急使用)不能到达专用集中充换电站更换动力电池的客观问题。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种应急移动换电车，它包括换电车，在换电车驾驶室后部的车体处设有电池存放架，电池存放架后方与梯形高台邻接；在梯形高台上还设有牵引系统；与梯形高台的斜坡面相配合的还有折叠斜坡，梯形高台与折叠斜坡铰接，折叠斜坡的高度保证置于地面时与梯形高台斜坡面的下沿相衔接，电池存放架、梯形高台、折叠斜坡一字排列；换电机器人则设置在梯形高台和电池存放架的前方，并与电池存放架和梯形高台配合；牵引系统和换电机器人均与控制系统连接。所述换电车为厢式货车，其厢体主要由活动侧门、固定侧门组成，活动侧门与固定侧门在厢体顶部通过铰链活动机构连接。活动侧门可以从厢体侧面打开，电动乘用车动力电池更换或电池存放架电池置换时便于作业观察。所述换电车还设有车载终端，车载终端设有与电动乘用车、应急换电调度平台信息交互的无线网络通信接口，完成信息请求、任务命令的上传、下达，并与控制系统连接。所述换电机器人包括天轨、地轨，在两者间是四自由度运动的换电机器人；地轨与换电车底盘刚性连接固定；天轨与梯形高台顶部固连；所述换电机器人包括安装在天轨与地轨之间的一对换电机器人立柱、安装在两换电机器人立柱间的换电机器人伸缩机构，电池托盘安装在换电机器人伸缩机构上；其中，地轨作为X轴，其上设有齿条，在其中一个换电机器人立柱下部安装有X向电机， X向电机与χ向减速器连接，χ向减速器输出轴端安装齿轮，齿轮与齿条啮合，实现X轴轴向运动；两换电机器人立柱作为Y轴，换电机器人两立柱后侧安装换电机器人立柱传动齿条，换电机器人伸缩机构由箱体支撑架、Z向运动体(其上安装有电池托盘)组成，箱体支撑架两外侧安装滑轨，换电机器人立柱安装轨道槽，在箱体支撑架外侧底部设有Y向电机，Y 向电机与Y向减速器连接，Y向减速器的输出端设有齿轮，所述齿轮与换电机器人立柱传动齿条啮合，通过箱体支撑架两外侧滑轨在轨道槽导向作用下，实现伸缩机构Y轴轴向运动；换电机器人伸缩机构作为Z轴，其结构内Z向运动体(其上安装有电池托盘)底部两侧安装方钢，方钢底部安装换电机器人伸缩机构传动齿条，箱体支撑架内底板上装有Z 向电机，Z向电机与Z向减速器连接，在Z向减速器的输出端设有齿轮，所述齿轮与方钢底部换电机器人伸缩机构传动齿条啮合，实现Z轴轴向运动；所述电池托盘的转轴作为R轴转动平台安装在另外一个箱体支撑架顶端，转轴穿过支撑架顶端与平台连接，轴底端安装锥齿轮，支撑架固定在方钢前段上侧，用螺栓连接， 支撑架内顶端设有电池托盘驱动电机，它与减速器连接，减速器输出轴端安装锥齿轮，两锥齿轮呈90度啮合，传输动力，平台转动实现电池托盘小角度纠正；在电池托盘上设有位置检测激光传感器，在所述各齿条两端设有相应限位开关， 电池托盘与换电机器人伸缩机构与之连接的电池托盘通过伸缩、升降托举运动实现新、旧电池的置换；X向电机、Y向电机、Z向电机、电池托盘驱动电机、位置检测激光传感器、限位开关均与控制系统连接。所述换电机器人还设有摄像头，所述摄像头与控制系统连接，用于实时监视电池更换关键过程，同步提供作业图像，把信息反馈至操作人员。电池存放架为电动乘用车电池的存放提供可靠的存放位置。动力电池通过换电机器人电池托盘担在电池存放架独立的电池单元上，最终完成新、旧电池的置换。电池充电架为金属焊接结构，一个存放位置作为一个独立单元，彼此之间通过螺栓连接。
所述梯形高台的前部与电池存放架相邻端的最高处设有牵引系统，牵引系统通过牵引钢丝绳与电动乘用车连接；在梯形高台上还设有电动乘车用的辅助定位装置；同时梯形高台与电动乘用车电池相对应位置设有电池更换操作结构，换电机器人设置在该电池更换操作结构处。梯形高台与折叠斜坡配合作业，完成更换车辆的定位引导。在高台上面、侧面设置的电池更换作业孔，可方便使电池换电机器人从侧面或下面进行电池更换、作业；斜坡设置有车轮引导槽，高台上面设置有前后定位的辊槽、左右定位的伺服运动机构。梯形高台将更换车辆上升到一定的离地高度，为更换设备预留足够的垂直作业空间；折叠斜坡作为梯形高台斜坡的延伸，加大车辆了牵引坡长，减小坡度，便于牵引系统对更换车辆的牵引；四个作用于轮胎的伺服运动机构相向伸缩，在相应车辆检测激光传感器、 激光传感器的配合检测，实现车辆姿态的左右定位；车辆测量激光传感器完成车辆的前后位置检测；辊槽的定位应用，减小了定位机构相向伸缩动力。所述更换操作结构为设置在与电动车用车电池相配合位置的空心结构，它包括设置在梯形高台顶面和侧面的连通的电池更换作业孔。所述牵引系统包括安装在梯形高台最高处的牵引辊轮，牵引辊轮与牵引减速机连接，牵引减速机与交流电机连接，交流电机与控制系统连接；牵引钢丝绳与牵引辊轮连接； 在梯形高台和折叠斜坡上设有引导槽，梯形高台斜坡面与顶部水平面相交处设有凹槽，在凹槽内设有与牵引钢丝绳配合的辊子。整个系统能电池存放架顶部安装，直接与换电车体焊接成一个刚性整体。牵引钢丝绳与梯形高台接触点通过转动辊子形成滚动摩擦，凹形结构约束钢丝绳的摆动。所述辅助定位装置包括与电动乘用车的四个车轮相配合的两个U型辊槽和连个平面辊槽，其中U型辊槽左右对称的设置在梯形高台水平面的前部两侧，平面辊槽左右对称的设置在梯形高台水平面后部两侧，在每个U型辊槽和平面辊槽处分别设有相应的伺服运动机构，伺服运动结构与控制系统连接，伺服运动机构通过相向伸缩对电动乘用车的姿态左右定位。所述伺服运动结构包括激光传感器、接触板、定位伺服运动机构固定体、定位伺服运动机构伺服电机、定位伺服运动机构减速机、定位伺服运动机构推杆组成；定位伺服运动机构伺服电机输出轴与定位伺服运动机构减速机通过连轴器连接，定位伺服运动机构减速机输出轴与定位伺服运动机构推杆连接，定位伺服运动机构推杆、接触板、减震面之间直接连接，定位伺服运动机构固定体与梯形高台焊结固定，接触板与电动乘用车的轮胎配合；定位伺服运动机构伺服电机还与编码器连接，编码器将位置信号反馈至各伺服驱动器，各伺服驱动器与控制系统连接；各定位伺服运动机构固定体上安装有相应的激光传感器，各激光传感器与控制系统连接，通过激光传感器检测梯形高台是否有更换车辆，为快换机器人提供相应检测信号。所述接触板上还设有减震面。减震面与伸缩机构部分为活动连接，具有一定的摆动余量，保证4个机构伸缩作业时的灵活度。所述控制系统包括PLC控制模块、扩展模块、电源模块、触摸屏、移动通信模块，并配有显示设备和各类操控按钮；所述的PLC控制模块与触摸屏之间通过以太网总线连接； PLC控制模块还与车载终端连接。所述的移动通信模块为GSM模块或GPRS模块或3G移动通信模块或CDMA模块。
所述的PLC控制模块采用欧姆龙CJ-2M系列高性能控制器，提供可靠的位置控制、 逻辑判断。所述触摸屏为HMI触摸屏，它在换车电实施电池更换时为控制系统监控显示器， 更换作业以外的时间为导航交互模式，两种模式共同使用一屏幕；HMI触摸屏与摄像头、 PLC控制器经过以太网进行连接，HMI界面内容根据移动换电车工作状态切换显示信息。
所述折叠斜坡设有牵弓I孔。应急移动换电车的换电方法，它的步骤为1)电动乘用车通过网络向应急换电调度平台发送换电信息，应急换电调度平台则向最近的换电车发送换电指令；换电车接到电动乘用车的电池更换请求后，根据接收任务信息，第一时间到达预定的电池更换作业点；2)换电车停驶到可靠的作业区域，车体后部对准将要更换电池的电动乘用车；3)将换电车厢门打开，在牵引系统的作用下，牵引钢丝绳带动折叠斜坡绕铰链转动，从而将折叠斜坡放置到地面，形成牵引电动乘用车驶上换电池的通路；4)将牵引钢丝绳可靠连接至电池更换电动乘用车的保险杠；5)牵引电动乘用车在引导槽的导引作用下，将电动乘用车驶入预定位置，控制系统根据车辆检测激光传感器的信号，判断更换车辆是否到达U形辊槽处，到达时则停止车辆牵引；6)梯形高台在各伺服运动机构、U形辊槽、平面辊槽、激光传感器的相互配合作用下，根据控制系统预先设定的程式，利用激光传感器对车辆左右位置进行检测，通过伺服电机的伸缩结构完成更换车辆在梯形高台上的左右定位；7)换电机器人利用电池托盘从梯形高台侧面电池更换作业孔取下电动乘用车旧电池，将旧电池放置至电池存放架，最终将电池可靠的担放在电池架上；8)换电机器人利用电池托盘从电池存放架上取下新电池，之后将新电池从梯形高台侧面电池更换作业孔更换好新电池；9)电动乘用车在牵引系统的配合下，驶下换电车；电动乘用车电池更换完毕，完成本次电能补给；10)从电动乘用车将牵引钢丝绳脱离，连接至折叠斜坡的牵引孔，将折叠斜坡收起，应急换电车本次电池更换任务完成。本发明的有益效果是(1).全自动的智能应急换电服务。发明专利CN201010186786. 2提到的系统需要送电车(电池)跟随移动换电车到达车辆更换的地点，靠人工抽拉、推动电池包实现动力电池更换。由于动力电池往往个头笨重、异形，人工更换操作困难，需要多人配合，更换时间较长；其换电辅助装置作业地点需要特殊地面，电动汽车底盘作业空间需要用千斤顶支撑；送电车、换电车配合作业，人力物力的经济性需要考量。而本发明专利所提出的应急换电车集电动乘用车牵引、电动乘用车定位、电池存放、更换于一体，能够全自动的实现电动乘用车换电，自动化程度高，操作简单方便。(2).全方位的救援服务。无论电动乘用车在城市内哪个方位发生故障，移动换电车根据相关应急平台的指挥调度，第一时间到达更换请求地点，提供随机、应急情况下电动乘用车因故(电池无电、 故障、紧急使用)不能到达专用集中充换电站更换动力电池的实际问题，用尽可能少的人力、物力提供特殊的应急电能补给服务，为电动乘用车客户提供周全的服务保障(3).全程换电监控。移动换电车配备工业摄像头和移动通信网络，可以将现场情况全程实时的发送给监控中心，供监控中心技术人员进行监控，从而为电动乘用车快速换电提供远程的技术支持和安全保障。(4).充换电站的有益补充。传统的充换电站占地多，投资大，需要配置大型的配电、充电和换电系统。而移动换电车不征地、不建永久性站点，这样可以减少大面积停车，投资少启动快，有力促进中国电动汽车市场的快速开启。(5).开启移动换电模式，加快电动乘用车的普及。移动换电模式指的是以裸车销售代替整车销售和租赁，以移动换电车供电取代充电和换电站，具有投资少、服务面广的优势，必将成为当前充电模块、换电模式之外的另外一种创新模式，从而加快电动乘用车的普及。
图1本发明整体结构示意图；图2移动换电车定位高台及牵引示意图；图3换电车侧面示意图；图4换电机器人结构示意图；图5移动换电高台定位机构；图6高台定位伺服运动机构；图7控制系统原理框图；图8调度平台工作流程；图9应急换电车更换作业流程。图中1、换电车，2、电池存放架，3、天轨，4、活动侧门，5、引导槽，6、牵引钢丝绳，7、 牵引孔，8、电动乘用车，9、折叠斜坡，10、梯形高台，11、换电机器人，12、牵引辊轮，13、牵引减速机，14、交流电机，15、U形辊槽，16、伺服运动结构，17、高台顶部作业孔，18、平面辊槽， 19、铰链，20、辊子，21、高台侧面作业孔，22、侧门铰链，23、电池架，24、动力电池，25、换电机器人立柱，沈、地轨，27、换电机器人伸缩机构传动齿条，观、换电机器人伸缩机构，29、电池托盘，30、电池托盘驱动电机，31、换电机器人立柱传动齿条，32、激光传感器，33、轮胎，34、 接触板，35、减震面，36、定位伺服运动机构固定体，37、定位伺服运动机构伺服电机，38、定位伺服运动机构减速机，39、定位伺服运动机构推杆。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。图1-图9中，本发明所提出的应急换电车由换电车1、换电机器人11、电池存放架 2、梯形高台10、折叠斜坡9、牵引系统、控制系统等部分组成，换电车1实现更换系统在不同区域的机动灵活作业；换电机器人11完成电动乘用车8新、旧电池的置换；电池存放架2完成新、旧电池的中转与运输过程中了电池存放；梯形高台10与折叠斜坡9配合作业(折叠斜坡9与梯形高台10的斜坡面相配合，平时两者可以对合在一起，使用时再分开，折叠斜坡 9的高度保证其置于地面时正好与梯形高台10的斜坡面下沿相平齐，保证电动乘用车8可以顺利被牵引上梯形高台10)，完成更换车辆的定位引导；牵引系统完成失能状态下的电动乘用车8牵引至作业梯形高台10 ；控制系统实现运动控制、传感定位、状态指示等。所述的换电车1由载货车经过二次改装而成，其外观为厢货形式，其中厢体由活动侧门4、固定侧门组成，活动侧门4与固定侧门在厢体顶部通过侧门铰链22活动机构连接。活动侧门4可以从厢体侧面打开，电动乘用车8动力电池对更换或电池存放架2电池置换时便于作业观察。所述的换电车1设有车载终端，车载终端具备与电动乘用车8、应急换电调度平台信息交互的无线网络通信接口，完成信息请求、任务命令的上传、下达等。换电机器人11包括电池托盘四、天轨3、地轨沈和四自由度的活动单元(直角坐标机器人立柱形成的Y轴运动、地轨26形成的X轴运动、换电机器人伸缩机构观形成的Z 轴运动及电池托盘四形成的R轴运动)组成。其中，地轨26与换电车1底盘刚性连接固定；天轨3与梯形高台10顶部固连；在天轨3和地轨沈之间则是两个换电机器人立柱25， 电池托盘四与换电机器人伸缩机构观活动连接，四自由度的活动单元能够在X、Y、Z三个方向移动及电池托盘四在R轴方向的小角度的旋转。X、Y、Z三个方向的移动通过伺服电机驱动相应齿条带动运动机构运动，通过齿轮在相应齿条上的同步转动以实现相应方向的平移。在电池托盘四上设有位置检测激光传感器，在各轴齿条两端设有相应限位开关，换电机器人伸缩机构观和与之连接的电池托盘四通过伸缩、升降托举运动实现新、旧电池的置换。其中，地轨沈作为X轴，其上设有齿条，在换电机器人立柱25下部安装有X向电机，X向电机与X向减速器连接，X向减速器输出轴端安装齿轮，齿轮与齿条啮合，实现X轴轴向运动；两换电机器人立柱25作为Y轴，换电机器人两立柱后侧安装换电机器人立柱传动齿条31，换电机器人伸缩机构观由箱体支撑架、Z向运动体(其上安装有电池托盘29)组成，箱体支撑架两外侧安装滑轨，换电机器人立柱25安装轨道槽，在箱体支撑架外侧底部设有Y向电机，Y向电机与Y向减速器连接，Y向减速器的输出端设有齿轮，所述齿轮与换电机器人立柱传动齿条31啮合，通过箱体支撑架两外侧滑轨在轨道槽导向作用下，实现伸缩机构Y轴轴向运动； 换电机器人伸缩机构观作为Z轴，其结构内Z向运动体(其上安装有电池托盘29) 底部两侧安装方钢，方钢底部安装换电机器人伸缩机构传动齿条27，箱体支撑架内底板上装有Z向电机，Z向电机与Z向减速器连接，在Z向减速器的输出端设有齿轮，所述齿轮与方钢底部换电机器人伸缩机构传动齿条27啮合，实现Z轴轴向运动；
所述电池托盘四的转轴作为R轴转动平台安装在另外一个箱体支撑架顶端，转轴穿过支撑架顶端与平台连接，轴底端安装锥齿轮，支撑架固定在方钢前段上侧，用螺栓连接，支撑架内顶端设有电池托盘驱动电机，它与减速器连接，减速器输出轴端安装锥齿轮， 两锥齿轮呈90度啮合，传输动力，平台转动实现电池托盘四小角度纠正；
在电池托盘四上设有位置检测激光传感器，在所述各齿条两端设有相应限位开关，电池托盘与换电机器人伸缩机构观与之连接的电池托盘四通过伸缩、升降托举运动实现新、旧电池的置换；X向电机、Y向电机、Z向电机、电池托盘驱动电机30、位置检测激光传感器、限位开关均与控制系统连接。所述的换电机器人11安装有工业摄像头，实时监视电池更换关键过程，同步提供作业图像，把信息反馈至操作人员。电池存放架2为电动乘用车8电池的存放提供可靠的存放位置。动力电池M通过换电机器人11电池托盘四担在电池存放架2独立的电池单元上，最终完成新、旧电池的置换。电池存放架2为金属焊接结构，一个存放位置作为一个独立单元，彼此之间通过螺栓连接。所述梯形高台10的前部与电池存放架2相邻端的最高处设有牵引系统，牵引系统通过牵引钢丝绳6与电动乘用车8连接；在梯形高台10上还设有电动乘车8用的辅助定位装置；同时梯形高台10与电动乘用车8电池相对应位置设有电池更换操作结构，换电机器人11设置在该电池更换操作结构处。梯形高台10将更换车辆上升到一定的离地高度，为更换设备预留足够的垂直作业空间；折叠斜坡9作为梯形高台10斜坡的延伸，加大车辆了牵引坡长，减小坡度，便于牵引系统对更换车辆的牵引；所述折叠斜坡9设有牵引孔7。所述更换操作结构为设置在与电动车用车电池相配合位置的空心结构，它包括设置在梯形高台10顶面的顶部作业孔17和侧面作业孔21，可方便使电池换电机器人11从侧面或下面进行电池更换、作业；折叠斜坡9有车轮引导槽5，高台上面设置有前后定位的辊槽、左右定位的伺服运动机构。所述牵引系统包括安装在梯形高台10最高处的牵引辊轮12，牵引辊轮12与牵引减速机13连接，牵引减速机13与交流电机14 (或通过特制变速箱与车载动力集成的动力源)连接，交流电机14与控制系统连接；牵引钢丝绳6与牵引辊轮12连接；在梯形高台10 和折叠斜坡9上设有引导槽5，梯形高台10斜坡面与顶部水平面相交处设有凹槽，在凹槽内设有与牵引钢丝绳6配合的辊子20。整个牵引系统安装在电池存放架2顶部，直接与换电车1体焊接成一个刚性整体。牵引钢丝绳6与梯形高台10接触点通过转动辊子20形成滚动摩擦，凹形结构约束牵引钢丝绳6的摆动。所述辅助定位装置包括与电动乘用车8的四个车轮相配合的两个U型辊槽15和连个平面辊槽18，其中U型辊槽15左右对称的设置在梯形高台10水平面的前部两侧，平面辊槽18左右对称的设置在梯形高台10水平面后部两侧，在每个U型辊槽15和平面辊槽 18处分别设有相应的伺服运动机构，伺服运动结构16与控制系统连接，伺服运动机构通过相向伸缩对电动乘用车8的姿态左右定位。所述伺服运动结构16包括激光传感器32、接触板34、减震面35、定位伺服运动机构固定体36、定位伺服运动机构伺服电机37、定位伺服运动机构减速机38、定位伺服运动机构推杆39组成，其减震面35可以减小伺服运动机构驱动的接触板34初与轮胎33接触时对其造成的损坏；定位伺服运动机构伺服电机37输出轴与定位伺服运动机构减速机38 通过连轴器连接，定位伺服运动机构减速机38输出轴与定位伺服运动机构推杆39连接，定位伺服运动机构推杆39、接触板34、减震面35之间直接连接，定位伺服运动机构固定体36与梯形高台10焊结固定，接触板34与电动乘用车8的轮胎配合；定位伺服运动机构伺服电机37还与相应编码器连接，各编码器将位置信号反馈至相应伺服驱动器，各伺服驱动器与控制系统连接；定位伺服运动机构固定体36上安装有激光传感器32，激光传感器32与控制系统连接，通过激光传感器32检测梯形高台10上是否有更换车辆，为快换机器人提供相应检测信号。所述接触板34上还设有减震面35。减震面35减小伺服运动机构驱动的接触板 34初与电动车33接触时对其造成的损坏。减震面35与伸缩机构部分为活动连接，具有一定的摆动余量，保证4个伺服机构伸缩作业时的灵活度。所述控制系统包括PLC控制模块、扩展模块、电源模块、触摸屏、移动通信模块，并配有显示设备和各类操控按钮；所述的PLC控制模块与触摸屏之间通过以太网总线连接； PLC控制模块还与车载终端连接。所述的移动通信模块为GSM模块或GPRS模块或3G移动通信模块或CDMA模块。所述触摸屏为HMI触摸屏，它在换车电实施电池更换时为控制系统监控显示器， 更换作业以外的时间为导航交互模式，两种模式共同使用一屏幕；HMI触摸屏与摄像头、 PLC控制器经过以太网进行连接，HMI界面内容根据移动换电车1工作状态切换显示信息。所述的PLC控制模块采用欧姆龙CJ-2M系列高性能控制器，提供可靠的位置控制、 逻辑判断。所述控制系统包括与伺服系统(伺服系统由伺服电机、伺服驱动器、编码器组成， 此描述包括X轴、Y轴、ζ轴、R轴以及梯形高台10上的4个伺服运动机构所采用的伺服系统)相连的电气系统、伺服驱动器动力输出端与伺服电机动力输入端连接，伺服电机还与编码器连接，编码器将位置信号反馈至伺服驱动器，伺服驱动器控制端与PLC位置模块相连接，其编码器连接于伺服电机与伺服驱动器间，构成闭环反馈。本发明的使用方法如图9所示1)电动乘用车8通过网络向应急换电调度平台发送换电信息，应急换电调度平台则向最近的换电车1发送换电指令；换电车1接到电动乘用车8的电池更换请求后，根据接收任务信息，第一时间到达预定的电池更换作业点；2)换电车1停驶到可靠的作业区域，车体后部对准将要更换电池的电动乘用车 8 ；3)将换电车1厢门打开，在牵引系统的作用下，牵引钢丝绳6带动折叠斜坡9绕 19转动，从而将折叠斜坡9放置到地面，形成牵引电动乘用车8驶上换电池的通路；4)将牵引钢丝绳6可靠连接至电池更换电动乘用车8的保险杠；5)牵引电动乘用车8在引导槽5的导引作用下，将电动乘用车8驶入预定位置，控制系统根据车辆检测激光传感器32的信号，判断更换车辆是否到达U形辊槽15处，到达时则停止车辆牵引；6)梯形高台10在各交流伺服电动机、U形辊槽15、平面辊槽18、激光传感器32的相互配合作用下，根据控制系统预先设定的程式，利用激光传感器32对车辆左右位置进行检测，通过伺服电机的伸缩结构完成更换车辆在梯形高台10上的左右定位；7)换电机器人11利用电池托盘从梯形高台10的侧面电池更换作业孔21取下电动乘用车8旧电池，将旧电池放置至电池存放架2，最终将电池可靠的担放在电池架23上；
8)换电机器人11利用电池托盘从梯形高台10侧面作业孔21取下电动乘用车8 的旧电池，将旧电池放置至电池存放架2，最终将电池可靠的担放在电池存放架2上；换电机器人11利用电池托盘从电池存放架2上取下新电池，之后将新电池从梯形高台10的侧面作业孔23、顶部作业孔17更换好新电池。9)电动乘用车8在牵引系统的配合下，驶下换电车1 ；电动乘用车8电池更换完毕，完成本次电能补给；10)从电动乘用车8将牵引钢丝绳6脱离，连接至折叠斜坡9的牵引孔7，将折叠斜坡9收起，应急换电车1本次电池更换任务完成。此应急换电车集电动乘用车牵引、电动乘用车定位、电池运输存放、更换于一体， 提供突发、应急情况下电动乘用车动力电池更换的需求，投入少，启动快，方便实现，具有很好的市场推广价值。上述内容不是对本发明保护范围的限定，其技术特征的等同替代方式或明显变形方式应当落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种应急移动换电车，其特征是，它包括换电车，在换电车驾驶室后部的车体处设有电池存放架，电池存放架后方与梯形高台邻接；在梯形高台上还设有牵引系统；与梯形高台的斜坡面相配合的还有折叠斜坡，梯形高台与折叠斜坡铰接，折叠斜坡的高度保证置于地面时与梯形高台斜坡面的下沿相衔接，电池存放架、梯形高台、折叠斜坡一字排列；换电机器人则设置在梯形高台和电池存放架的前方，并与电池存放架和梯形高台配合；牵引系统和换电机器人均与控制系统连接。
2.如权利要求1所述的应急移动换电车，其特征是，所述换电车为厢式货车，其厢体主要由活动侧门、固定侧门组成，活动侧门与固定侧门在厢体顶部通过铰链活动机构连接。
3.如权利要求1所述的应急移动换电车，其特征是，所述换电车还设有车载终端，车载终端设有与电动乘用车、应急换电调度平台信息交互的无线网络通信接口，完成信息请求、 任务命令的上传、下达，并与控制系统连接。
4.如权利要求1所述的应急移动换电车，其特征是，所述换电机器人包括天轨、地轨， 在两者间是四自由度运动的换电机器人；地轨与换电车底盘刚性连接固定；天轨与梯形高台顶部固连；所述换电机器人包括安装在天轨与地轨之间的一对换电机器人立柱、安装在两换电机器人立柱间的换电机器人伸缩机构，电池托盘安装在换电机器人伸缩机构上；其中，地轨作为X轴，其上设有齿条，在其中一个换电机器人立柱下部安装有X向电机，X向电机与X向减速器连接，X向减速器输出轴端安装齿轮，齿轮与齿条啮合，实现X轴轴向运动；两换电机器人立柱作为Y轴，换电机器人两立柱后侧安装换电机器人立柱传动齿条， 换电机器人伸缩机构由箱体支撑架、安装有电池托盘的Z向运动体组成，箱体支撑架两外侧安装滑轨，换电机器人立柱安装轨道槽，在箱体支撑架外侧底部设有Y向电机，Y向电机与Y向减速器连接，Y向减速器的输出端设有齿轮，所述齿轮与换电机器人立柱传动齿条啮合，通过箱体支撑架两外侧滑轨在轨道槽导向作用下，实现伸缩机构Y轴轴向运动；换电机器人伸缩机构作为Z轴，其结构内安装有电池托盘的Z向运动体底部两侧安装方钢，方钢底部安装换电机器人伸缩机构传动齿条，箱体支撑架内底板上装有Z向电机，Z 向电机与Z向减速器连接，在Z向减速器的输出端设有齿轮，所述齿轮与方钢底部换电机器人伸缩机构传动齿条啮合，实现Z轴轴向运动；所述电池托盘的转轴作为R轴转动平台安装在另外一个箱体支撑架顶端，转轴穿过支撑架顶端与平台连接，轴底端安装锥齿轮，支撑架固定在方钢前段上侧，用螺栓连接，支撑架内顶端设有电池托盘驱动电机，它与减速器连接，减速器输出轴端安装锥齿轮，两锥齿轮呈90度啮合，传输动力，平台转动实现电池托盘小角度纠正；在电池托盘上设有位置检测激光传感器，在所述各齿条两端设有相应限位开关，电池托盘与换电机器人伸缩机构与之连接的电池托盘通过伸缩、升降托举运动实现新、旧电池的置换；X向电机、Y向电机、Z向电机、电池托盘驱动电机、位置检测激光传感器、限位开关均与控制系统连接。
5.如权利要求4所述的应急移动换电车，其特征是，所述换电机器人还设有摄像头，所述摄像头与控制系统连接。
6.如权利要求1所述的应急移动换电车，其特征是，所述梯形高台的前部与电池存放架相邻端的最高处设有牵引系统，牵引系统通过牵引钢丝绳与电动乘用车连接；在梯形高台上还设有电动乘车用的辅助定位装置；同时梯形高台与电动乘用车电池相对应位置设有电池更换操作结构，换电机器人设置在该电池更换操作结构处。
7.如权利要求6所述的应急移动换电车，其特征是，所述更换操作结构为设置在与电动车用车电池相配合位置的空心结构，它包括设置在梯形高台顶面和侧面的连通的电池更换作业孔。
8.如权利要求1或6所述的应急移动换电车，其特征是，所述牵弓I系统包括安装在梯形高台最高处的牵引辊轮，牵引辊轮与牵引减速机连接，牵引减速机与交流电机连接，交流电机与控制系统连接；牵引钢丝绳与牵引辊轮连接；在梯形高台和折叠斜坡上设有引导槽， 梯形高台斜坡面与顶部水平面相交处设有凹槽，在凹槽内设有与牵引钢丝绳配合的辊子。
9.如权利要求6所述的应急移动换电车，其特征是，所述辅助定位装置包括与电动乘用车的四个车轮相配合的两个U型辊槽和连个平面辊槽，其中U型辊槽左右对称的设置在梯形高台水平面的前部两侧，平面辊槽左右对称的设置在梯形高台水平面后部两侧，在每个U型辊槽和平面辊槽处分别设有相应的伺服运动机构，伺服运动结构与控制系统连接， 伺服运动机构通过相向伸缩对电动乘用车的姿态左右定位。
10.如权利要求9所述的应急移动换电车，其特征是，所述伺服运动结构包括激光传感器、接触板、定位伺服运动机构固定体、定位伺服运动机构伺服电机、定位伺服运动机构减速机、定位伺服运动机构推杆组成；定位伺服运动机构伺服电机输出轴与定位伺服运动机构减速机通过连轴器连接，定位伺服运动机构减速机输出轴与定位伺服运动机构推杆连接，定位伺服运动机构推杆、接触板、减震面之间直接连接，定位伺服运动机构固定体与梯形高台焊结固定，接触板与电动乘用车的轮胎配合；定位伺服运动机构伺服电机还与编码器连接，编码器将位置信号反馈至各伺服驱动器，各伺服驱动器与控制系统连接；各定位伺服运动机构固定体上安装有相应的激光传感器，各激光传感器与控制系统连接，通过激光传感器检测梯形高台是否有更换车辆，为快换机器人提供相应检测信号。
11.如权利要求10所述的应急移动换电车，其特征是，所述接触板上还设有减震面。
12.如权利要求1或3或5或9或10所述的应急移动换电车，其特征是，所述控制系统包括PLC控制模块、扩展模块、电源模块、触摸屏、移动通信模块，并配有显示设备和各类操控按钮；所述的PLC控制模块与触摸屏之间通过以太网总线连接；PLC控制模块还与车载终端连接。
13.如权利要求12所述的应急移动换电车，其特征是，所述触摸屏为HMI触摸屏，它在换车电实施电池更换时为控制系统监控显示器，更换作业以外的时间为导航交互模式，两种模式共同使用一屏幕；HMI触摸屏与摄像头、PLC控制器经过以太网进行连接，HMI界面内容根据移动换电车工作状态切换显示信息；所述的移动通信模块为GSM模块或GPRS模块或 3G移动通信模块或CDMA模块。
14.如权利要求1所述的应急移动换电车，其特征是，所述折叠斜坡设有牵引孔。
15.如权利要求1所述的应急移动换电车的换电方法，其特征是，它的步骤为1)电动乘用车通过网络向应急换电调度平台发送换电信息，应急换电调度平台则向最近的换电车发送换电指令；换电车接到电动乘用车的电池更换请求后，根据接收任务信息，第一时间到达预定的电池更换作业点；2)换电车停驶到可靠的作业区域，车体后部对准将要更换电池的电动乘用车；3)将换电车厢门打开，在牵引系统的作用下，牵引钢丝绳带动折叠斜坡绕铰链转动，从而将折叠斜坡放置到地面，形成牵引电动乘用车驶上换电池的通路；4)将牵引钢丝绳可靠连接至电池更换电动乘用车的保险杠；5)牵引电动乘用车在引导槽的导引作用下，将电动乘用车驶入预定位置，控制系统根据车辆检测激光传感器的信号，判断更换车辆是否到达U形辊槽处，到达时则停止车辆牵引；6)梯形高台在各交流伺服电动机、U形辊槽、平面辊槽、激光传感器的相互配合作用下，根据控制系统预先设定的程式，利用激光传感器对车辆左右位置进行检测，通过伺服电机的伸缩结构完成更换车辆在梯形高台上的左右定位；7)换电机器人利用电池托盘从梯形高台侧面电池更换作业孔取下电动乘用车旧电池， 将旧电池放置至电池存放架，最终将电池可靠的担放在电池架上；8)换电机器人利用电池托盘从电池存放架上取下新电池，之后将新电池从梯形高台侧面电池更换作业孔更换好新电池；9)电动乘用车在牵引系统的配合下，驶下换电车；电动乘用车电池更换完毕，完成本次电能补给；10)从电动乘用车将牵引钢丝绳脱离，连接至折叠斜坡的牵引孔，将折叠斜坡收起，应急换电车本次电池更换任务完成。
全文摘要
本发明涉及一种一体化配送、更换的应急移动换电车及其换电方法，用以解决电动乘用车因故(电池无电、故障、紧急使用)不能到达专用集中充换电站更换动力电池的客观问题。它包括换电车，在换电车上前部设有电池存放架，电池存放架与梯形高台邻接；在梯形高台上还设有牵引系统；与梯形高台的斜坡面相配合的还有折叠斜坡，梯形高台与折叠斜坡铰接，折叠斜坡的高度保证置于地面时与梯形高台斜坡面的下沿相衔接，电池存放架、梯形高台、折叠斜坡一字排列；换电机器人则设置在梯形高台和电池存放架的前方，并与电池存放架和梯形高台配合；牵引系统和换电机器人均与控制系统连接。
文档编号B60S5/06GK102358266SQ20111026972
公开日2012年2月22日 申请日期2011年9月11日 优先权日2011年9月11日
发明者厉秉强, 孙玉田, 尚文政, 赵金龙, 高先进 申请人:山东电力研究院