一种底盘式换电机器人及其换电方法与流程

文档序号：11085926阅读：566来源：国知局

本发明属于电动汽车更换电池领域，涉及一种底盘式换电机器人及其换电方法。

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换电机器人及其换电方法。

本发明的技术解决方案是：一种底盘式换电机器人，其特殊之处在于：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轨道上，所述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°。

本发明还提供一种基于底盘式换电机器人的换电方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)电动汽车驶入驻车台，驻车台调整电动汽车的姿态，完成电动汽车定位；

2)托盘升降平台下降后，托盘机构沿轨道移动至驻车台一侧；

3)电池取放机构沿轨道移动至换电腔下方，电池升降平台举升至电动汽车底盘；

4)电池解锁组件进行电池解锁；

5)电池升降平台下降后，载有亏电电池的电池取放机构沿轨道移动至驻车台的另一侧；

6)将电池取放机构上的亏电电池更换为满电电池；

7)载有满电电池的电池取放机构沿轨道移动至换电腔下方，电池升降平台上升后将满电电池举升入电动汽车底盘的电池仓内；

8)电池解锁组件进行电池锁止；

9)电池升降平台下降后，电池取放机构沿轨道移动至初始位置；

10)托盘机构沿轨道移动至换电腔下方，托盘升降平台举升至初始位置；

11)电动汽车驶出驻车台，完成电池更换。

较佳的，步骤1)具体包括以下步骤：

1.1)前轮顶升：启动前轮基座的车身升降机构，将前轮基座的滚轮组件举升至前后两个楔块之间；

1.2)电动汽车入位：电动汽车由后轮基座驶入，电动汽车的前轮依次驶过后轮基座的导向槽、滚轮组件和过渡台后，停在前轮基座的滚轮组件上，此时电动汽车的后轮停在后轮基座的滚轮组件上；

1.3)前轮对中定位：启动前轮基座的对中机构，使电动汽车前轮在滚轮组件上横向滚动，完成前轮的左右居中定位；

后轮对中定位：启动后轮基座的对中机构，使电动汽车后轮在滚轮组件上横向滚动，完成后轮的左右居中定位；

1.4)前轮下降：启动前轮基座的车身升降机构，使前轮基座的滚轮组件下降，电动汽车前轮下落至两个楔块之间；

1.5)车身顶升：启动两个过渡台外侧的车身升降机构，将车身顶升至预设高度，完成电动汽车定位。

本发明的有益效果在于：本发明可以实现底盘式电动汽车的全自动换电功能，相比传统的底盘换电机构，本底盘换电机器人的优势在于：无需大量土建作业；无需视觉定位；无需人工操作；换电成功率达到99％；电动汽车纯机械定位，定位精度高，电池更换操作性能稳定可靠。

附图说明

图1为本发明底盘式换电机器人的较佳实施例结构示意图。

图2为本发明驻车台的较佳实施例结构示意图。

图3为本发明换电装置的较佳实施例结构示意图。

图4为本发明托盘机构的较佳实施例结构示意图(压缩状态)。

图5为本发明托盘机构的较佳实施例结构示意图(伸展状态)。

图6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7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8为本发明电池解锁组件的较佳实施例结构示意图。

图9为本发明前轮基座的较佳实施例结构示意图。

图10为本发明对中机构的较佳实施例结构示意图(压缩状态)。

图11为图10的A向视图。

图12为本发明对中机构的较佳实施例结构示意图(伸展状态)。

图13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14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换电机器人，其较佳实施例的系统构成包括驻车台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2，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3，换电装置300位于换电腔下方的轨道310上，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4和图5，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6和图7，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8，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9，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10至图12，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13和图14，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。

基于本发明提供的底盘式换电机器人的换电方法主要包括以下步骤：