一种底盘式电动汽车自动换电站的制作方法

本发明属于电动汽车更换电池领域，涉及一种底盘式电动汽车自动换电站。

背景技术：

环境污染和石油资源不足是目前汽车行业发展的瓶颈。在此背景下，新能源纯电动汽车应运而生。所谓纯电动汽车是指以车载电源为动力，用电池驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。虽然纯电动汽车使用的是清洁能源，但由于目前电池技术的局限性，使得纯电动汽车的续航能力有限，因此，需要纯电动汽车及时地充电或换电池。

对于充电方式，主要有快速充电和充电桩两种。快速充电技术可以在短时间内充满电池电量，但严重损害了电池的寿命；而对于充电桩技术，由于电动汽车及电池标准不统一，需要设计专车充电桩，严重降低了充电桩的使用效率。

对于换电方式，即建立一个包括换电机器人、堆垛机、充电架、充电机等设备的换电站，将电动汽车用完的电池通过换电机器人取出并放入充电架进行充电，并将充满电的电池放入电动汽车内，满足电动汽车的续航要求。

目前，电动汽车为了使续航能力能达到300公里之上，通常电池的重量要大于300公斤，现有的换电技术大多难以满足需求，尤其是在电池位于底盘部位的电动汽车在进行换电操作时，电池更换十分困难。

技术实现要素：

为了解决现有的换电技术中底盘电池更换困难的技术问题，本发明提供一种底盘式电动汽车自动换电站。

本发明的技术解决方案是：一种底盘式电动汽车自动换电站，其特殊之处在于：包括换电机器人、移载机、充电架和充电机；所述换电机器人位于充电架一侧，所述充电机位于充电架的另一侧；所述换电机器人与充电架之间设置有沿电动汽车行进方向的移载轨道；所述移载机位于移载轨道上；

所述换电机器人包括驻车台、控制柜和换电装置；所述控制柜分别与驻车台和换电装置相连；

所述驻车台包括相对设置的前轮基座和后轮基座，所述前轮基座的两端各通过一个过渡台与后轮基座的两端相连；前轮基座、后轮基座和两个过渡台共同围成一个换电腔；

所述换电装置位于换电腔下方的换电轨道上，所述换电轨道的延伸方向垂直于电动汽车的行进方向；

所述换电装置包括可在换电轨道上自由滑动的电池取放机构；所述电池取放机构包括位于底部的基座和位于顶部的电池升降平台，所述电池升降平台上安装有电池解锁组件。

上述充电架上设置有多个电池充电仓，所述电池充电仓的顶部安装有插座自动插拔机构；所述插座自动插拔机构包括电动推杆和充电插座；所述电动推杆顶部与电池充电仓固定连接，电动推杆的底部安装充电插座；所述充电插座与充电机电连接。

上述移载机包括移载底座、移载升降组件和货叉组件；所述移载底座包括移载平移电机，所述移载平移电机连接减速机后再通过联轴器与移载底座的车轮相连；所述货叉组件通过移载升降组件安装于移载底座上；所述货叉组件包括货叉框架、移动货叉和货叉驱动电机，所述移动货叉上设置有货叉移动齿条，货叉移动齿条与货叉框架上的货叉驱动齿轮啮合；所述货叉驱动电机通过减速机与货叉驱动齿轮相连。

上述电池取放机构还包括位于基座中部的电池升降电机和两个位于基座两端的电池升降机构；

所述电池升降电机与一个减速机的输入端相连，减速机的两个输出端各连接一个水平设置的滚珠丝杠；

所述电池升降机构包括两个交叉连接为剪刀形状的一级主动杆、一级从动杆和两个交叉连接为剪刀形状的二级主动杆、二级从动杆；所述一级主动杆的底端与滚珠丝杠上的丝杠螺母铰接，一级主动杆的顶端与二级主动杆的底端铰接；所述一级从动杆的底端与所述基座铰接，一级从动杆的顶端与二级从动杆的底端铰接，二级从动杆的顶端与所述电池升降平台铰接。

上述电池解锁组件包括对称设置于所述电池升降平台两侧的两个解锁机构；

所述解锁机构包括解锁升降电机、解锁头安装板和两个解锁头；所述解锁升降电机的输出端与一个减速机的输入端相连，减速机的输出端连接一个竖直设置的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠固定于电池升降平台上；所述解锁头安装板的中部与滚珠丝杠上的丝杠螺母固定连接，两个解锁头分别安装于解锁头安装板的两端。

上述前轮基座和后轮基座上各设置有两个与过渡台相对应的导向槽；每个导向槽与过渡台的连接处均安装有一个滚轮组件，滚轮组件的滚动方向垂直于电动汽车的行进方向；

在前轮基座上，两个滚轮组件分别对应电动汽车的两个前轮；两个滚轮组件之间安装对中机构；两个滚轮组件的下方安装车身升降机构；

在后轮基座上，两个滚轮组件分别对应电动汽车的两个后轮；两个滚轮组件之间安装对中机构；

两个过渡台的外侧各安装一个车身升降机构。

上述对中机构包括对中电机、一入双出减速机和两个滚珠丝杠组件；所述对中电机与一入双出减速机的输入端相连，一入双出减速机的两个输出端分别通过一个联轴器与一个滚珠丝杠组件相连；滚珠丝杠组件包括安装在丝杠基座上的滚珠丝杠，滚珠丝杠上安装有一个丝杠滑块，丝杠滑块的滑动方向垂直于电动汽车的行进方向；丝杠滑块上安装有脚轮，丝杠滑块的顶部安装有推杆。

上述车身升降机构包括基板以及安装在基板上的车身升降电机、一入双出减速机、两个滚珠丝杠组件和两个剪刀式升降组件；所述车身升降电机与一入双出减速机的输入端相连，一入双出减速机的两个输出端分别通过一个联轴器与一个滚珠丝杠组件相连；滚珠丝杠组件包括安装在丝杠基座上的滚珠丝杠，滚珠丝杠上安装有一个丝杠滑块，丝杠滑块的滑动方向垂直于电动汽车的行进方向；丝杠滑块上安装有脚轮；所述剪刀式升降组件包括车身升降平台以及交叉连接为剪刀形状的主动杆和从动杆；从动杆一端与基板铰接，从动杆的另一端与车身升降平台一端铰接；主动杆一端设置一个与车身升降平台底部相接触的滚轮，主动杆的另一端与丝杠滑块铰接；

在前轮基座上，两个车身升降平台的上部分别安装滚轮组件；

在过渡台外侧，两个车身升降平台的上部安装一个水平设置的车身托板。

上述换电装置还包括可在换电轨道上自由滑动的托盘机构；所述托盘机构包括位于底部的托盘基座和位于顶部的托盘升降平台；所述托盘升降平台的大小与驻车台上换电腔的大小相吻合；

所述托盘基座的中部设置有托盘升降电机，托盘基座的两端各设置一个托盘升降机构；

所述托盘升降电机与一个减速机的输入端相连，减速机的两个输出端各连接一个水平设置的滚珠丝杠；

所述托盘升降机构包括两个交叉连接为剪刀形状的主动杆和从动杆；主动杆的底端与滚珠丝杠上的丝杠螺母铰接，主动杆的顶端设置一个与托盘升降平台底部相接触的滚轮；从动杆的底端与托盘基座铰接，从动杆的顶端与托盘升降平台铰接。

在电动汽车行进方向上，所述驻车台的前方和后方各设置一个行车斜坡，所述行车斜坡与水平面的夹角为5-7.5°。

本发明的有益效果在于：

(1)本发明底盘式电动乘用车自动充换电站，在电动汽车亏电时，可以自动为电动汽车取下亏电电池，放入满电电池，并为亏电电池自动充电。对于大型、重型电池主要通过充电方式补充电量，本发明克服了只能充电不能换电的问题，不仅保护了电池，也为新能源汽车换电方式的发展提供参考依据。

(2)传统的底盘换电方案是在地面上另行土建，以便换电机构的安装和电池的输送，因而工程量大、造价高、不便移动。本发明提供一种无需土建，可移动的底盘式电动车换电站。

(3)换电机器人采用纯机械定位，大大减少了电动汽车本身的定位误差，本发明大大减少了定位传感器的种类和数量，减少了控制的复杂度和工作量。

(4)充电架上设计自动插拔机构，方便电池的自动充电。

附图说明

图1为本发明底盘式电动汽车自动换电站的较佳实施例系统示意图。

图2为本发明换电机器人的较佳实施例结构示意图。

图3为本发明充电架的较佳实施例结构示意图(立体图)。

图4为本发明充电架的较佳实施例结构示意图(正面视图)。

图5为本发明插座自动插拔机构的较佳实施例结构示意图。

图6为本发明充电机的较佳实施例结构示意图。

图7为本发明移载机的较佳实施例结构示意图。

图8为本发明驻车台的较佳实施例结构示意图。

图9为本发明换电装置的较佳实施例结构示意图。

图10为本发明托盘机构的较佳实施例结构示意图(压缩状态)。

图11为本发明托盘机构的较佳实施例结构示意图(伸展状态)。

图12为本发明电池取放机构的较佳实施例结构示意图(压缩状态)。

图13为本发明电池取放机构的较佳实施例结构示意图(伸展状态)。

图14为本发明电池解锁组件的较佳实施例结构示意图。

图15为本发明前轮基座的较佳实施例结构示意图。

图16为本发明对中机构的较佳实施例结构示意图(压缩状态)。

图17为图16的A向视图。

图18为本发明对中机构的较佳实施例结构示意图(伸展状态)。

图19为本发明前轮升降机构的较佳实施例结构示意图(压缩状态)。

图20为本发明前轮升降机构的较佳实施例结构示意图(伸展状态)。

具体实施方式

参见图1，本发明提供一种底盘式电动汽车自动换电站，其较佳实施例的系统组成包括换电机器人1、移载机2、充电架3和充电机4。换电机器人1位于充电架3一侧，充电机4位于充电架3的另一侧。换电机器人1与充电架3之间设置有沿电动汽车行进方向的移载轨道5，移载机2位于移载轨道5上。换电机器人1实现电动汽车自动定位、电动乘用车自动取放电池等功能。移载机2实现换电机器人1和充电架3之间电池的移载搬运功能，主要包括将换电机器人1取出的亏电电池放入充电架3，和将充电架3上的满电电池取出并搬运给换电机器人1的动作。充电架3主要实现电池的储存、自动充电等功能。充电机4则是电池充电的主要能源供给。

参见图2，换电机器人1包括驻车台100、控制柜400和换电装置300；控制柜400分别与驻车台100和换电装置300相连。较佳的，在电动汽车行进方向上，驻车台100的前方和后方各设置一个方便电动汽车驶入和驶出的行车斜坡200，行车斜坡200主要由不同规格的矩形钢和钢板焊接而成。行车斜坡200与水平面的夹角为5-7.5°，符合电动汽车的爬坡要求。

参见图3和图4，本实施例中充电架3主要由主架体510、电池定位板520、插座自动插拔机构530等组成。其中主架体510是3层8列框架结构，共24个存放电池的充电仓，是电池重量的主要承载体。电池定位板520上设计有两个定位销，用于电池在充电架仓位的准确定位。插座自动插拔机构530则实现电池充电时，插座自动插入和拔出的功能。

参见图5，本实施例中插座自动插拔机构530主要由电动推杆531、安装板532、支撑杆533和充电插座534组成。安装板532固接在电动推杆531的推杆末端。支撑杆533主要起到电池插座的导向和支撑作用。充电插座534和电池插头成对配合使用，充电插座534与充电机4电连接。

参见图6，充电机4可以选用现有充电机，主要由显示面板610、控制面板620、充电模块630和电源模块640组成。整个充电机的工作状态通过显示面板610显示。控制面板620主要控制电池充电过程中的充电时间、充电电压、充电电流等信息。充电模块630负责为电池充电。而电源模块640主要为整个充电机提供电源。

参见图7，移载机2主要由移载底座710、移载升降组件720和货叉组件730组成。移载底座710安装于移载轨道5上，移载轨道5由铺设在枕板上的钢轨组成，是移载机在水平方向运动的导向基础。移载底座710由底座框架、电机、减速机、车轮等部分组成，电机和减速机相连，减速机通过联轴器与驱动车轮相连，电机转动，驱动车轮沿着电动汽车行进方向的轨道行驶。移载升降组件720由电机、减速机、立柱、横梁、钢丝绳及滚筒组成。钢丝绳一端固接在滚筒上，另一端固接在上横梁上，中间经过货叉的转动轮。电机转动，带动钢丝绳上下运动，致使货叉组件730可以上下运动。货叉组件730由货叉框架、电机、减速机、齿轮、齿条、移动货叉等部分组成。电机和减速机相连，减速机和齿轮相连，而齿条固接在移动货叉之上。电机转动，驱动齿轮转动，致使移动货叉伸出或收回。

参见图8，本实施例中驻车台包括相对设置的前轮基座110和后轮基座120，前轮基座110的两端分别通过左过渡台180和右过渡台190与后轮基座120的两端相连。前轮基座110、后轮基座120和两个过渡台共同围成一个换电腔。驻车台的功能是对待换电车辆进行姿态调整和定位。

参见图9，换电装置300位于换电腔下方的换电轨道310上，换电轨道310的延伸方向垂直于电动汽车的行进方向。换电装置300包括可在换电轨道310上自由滑动的电池取放机构330和托盘机构320。电池取放机构330用于对电池进行更换和移动，托盘机构320用于在换电前或者换电后对换电腔的开口进行填补，以免电动汽车在驶入或者驶出驻车台时出现危险事故。

参见图10和图11，托盘机构320包括位于底部的托盘基座321和位于顶部的托盘升降平台322，托盘升降平台322的大小与驻车台上换电腔的大小相吻合。托盘基座321的中部设置有托盘升降电机323，托盘基座321的两端各设置一个托盘升降机构。托盘升降电机323与一个减速机324的输入端相连，减速机324的两个输出端各连接一个水平设置的滚珠丝杠325。托盘升降机构包括两个交叉连接为剪刀形状的主动杆326和从动杆327。主动杆326的底端与滚珠丝杠325上的丝杠螺母铰接，主动杆326的顶端设置一个与托盘升降平台322底部相接触的滚轮，从动杆327的底端与托盘基座321铰接，从动杆327的顶端与托盘升降平台322铰接。

托盘机构320的工作原理为：托盘升降电机323带动减速机324转动，进而驱动两端的滚珠丝杠325转动。滚珠丝杠325的旋转运动转化为丝杠螺母的平移运动，丝杠螺母向外或者向内滑动，致使托盘升降机构做剪切运动，带动顶部的托盘升降平台322降低或者升高。

参见图12和图13，本实施例中的电池取放机构330包括位于底部的基座331和位于顶部的电池升降平台332，电池升降平台332上安装有电池解锁组件333。基座331的中部设置有电池升降电机334，基座331的两端各设置一个电池升降机构。电池升降电机331与一个减速机的输入端相连，减速机的两个输出端各连接一个水平设置的滚珠丝杠335。

电池升降机构包括两个交叉连接为剪刀形状的一级主动杆336、一级从动杆337和两个交叉连接为剪刀形状的二级主动杆338、二级从动杆339；一级主动杆336的底端与滚珠丝杠335上的丝杠螺母铰接，一级主动杆336的顶端与二级主动杆338的底端铰接；一级从动杆337的底端与基座331铰接，一级从动杆337的顶端与二级从动杆339的底端铰接，二级从动杆339的顶端与电池升降平台332铰接。电池升降机构的工作原理与托盘升降机构原理相同，只是将单级剪切结构替换为双级剪切机构，以增加高度调节范围，适应不同车型和电池型号的高度尺寸变化。

参见图14，本实施例中的电池解锁组件333包括对称设置于电池升降平台332两侧的两个解锁机构；该解锁机构包括解锁升降电机3331、解锁头安装板3332和两个解锁头3333。解锁升降电机3331的输出端与一个减速机的输入端相连，减速机的输出端连接一个竖直设置的滚珠丝杠3334，滚珠丝杠3334固定于电池升降平台332上。解锁头安装板3332的中部与滚珠丝杠3334上的丝杠螺母固定连接，两个解锁头3333分别安装于解锁头安装板3332的两端。解锁头安装板3332可以设置为V字型平板或者一字型平板，当解锁头安装板3332为V字型平板时，其转折点处与丝杠螺母固定连接。解锁机构的工作原理为：解锁升降电机3331带动减速机转动，进而驱动滚珠丝杠3334转动，丝杠螺母向上或者向下滑动，致使解锁头安装板3332做升降运动，从而改变位于两端的解锁头3333的高度以适应电池的位置，为电池解锁或锁止做准备。

参见图15，前轮基座110是电动汽车前轮的主要承载架体，也是前轮对中机构130、前轮升降机构150的安装基座。由前轮机架111、前轮基板112和导向槽113组成。其中前轮机架111和导向槽113由不同规格的矩形钢和钢板焊接而成，导向槽113起到电动汽车驶出时的导向作用。前轮基板112上设置有供前轮对中机构130、前轮升降机构150进行安装的缺口，在导向槽113与缺口之间以及缺口与过渡台之间均安装有楔块114，电动汽车的前轮需要驶入两个楔块114之间，进行前后定位。后轮基座120与前轮基座110相对设置，其结构基本相同。

参见图16至图18，前轮对中机构130由对中电机131、减速机132、联轴器133和两个滚珠丝杠组件构成。对中电机131与减速机132的输入端相连，减速机132的两个输出端分别通过一个联轴器133与一个滚珠丝杠组件相连。滚珠丝杠组件包括安装在丝杠基座135上的滚珠丝杠134，滚珠丝杠134上安装有一个丝杠滑块136，丝杠滑块136的滑动方向垂直于电动汽车的行进方向。丝杠滑块136上安装有脚轮137，丝杠滑块136的顶部安装有推杆138，推杆138上还安装有滚轮139。

其工作原理为：对中电机131带动减速机132转动，驱动滚珠丝杠134转动，进而带动丝杠滑块136水平移动，脚轮137支撑丝杠滑块移动，致使推杆138推动滚轮139滚动，电动汽车的前轮在滚轮组件上横向移动，完成电动汽车左右对中的功能。

参见图19和图20，前轮升降机构150包括前轮升降基板151以及安装在前轮升降基板151上的前轮升降电机152、减速机153、联轴器154、两个滚珠丝杠组件和两个剪刀式升降组件。前轮升降电机152与减速机153的输入端相连，减速机153的两个输出端分别通过一个联轴器154与一个滚珠丝杠组件相连。滚珠丝杠组件的结构与前轮对中机构130中的滚珠丝杠组件结构相似。剪刀式升降组件包括前轮升降平台155以及交叉连接为剪刀形状的主动杆156和从动杆157。从动杆157一端与基板151铰接，从动杆157的另一端与升降平台155一端铰接。主动杆156一端设置一个与前轮升降平台155底部相接触的滚轮，主动杆156的另一端与滚珠丝杠组件的丝杠滑块铰接。在前轮升降机构150中，两个升降平台155的上部分别安装滚轮组件158，供前轮对中机构130进行左右对中时使用。

其工作原理为：前轮升降电机152带动减速机153转动，驱动滚珠丝杠转动，丝杠滑块向外或者向内滑动，致使主动杆156转动，主动杆156与从动杆157绕其连接点进行剪切运动，带动升降平台155平稳升高或下降，完成电动汽车前轮的升高或降低。

左车身升降机构160以及右车身升降机构170的结构均与前轮升降机构150相似，不同的是，在左车身升降机构160和右车身升降机构170中，两个升降平台的上部安装一个水平设置的车身托板，用于支撑电动汽车底盘，完成左、右车身的升高或降低。