换电系统的制作方法

本申请属于换电服务领域，具体涉及一种换电系统。

背景技术：

用于电动汽车电池包换电的换电系统为一种导轨式自动换电小车。通常，需换电池的电动汽车被抬升到离地面一定高度，小车沿轨道驶入车辆下，先以电池的方向调整小车角度，随后小车升高以接近电池，并且定位小车与电池的相对位置，接着卸下电池，带着电池降低，并且沿轨道驶离车辆并开向电池存储站去更换充满电的电池，然后再次进入被抬高的车辆下方，重复前面的动作并将电池安装到车辆上。

定位精度和换电时间是评价换电小车性能和换电服务质量的重要因素。

技术实现要素：

本申请涉及的一个方面是提供一种换电系统，其包括：

一种换电系统，包括换电执行机构，所述换电执行机构包括：

可升降的支撑装置;

用于交换电池的传送装置,所述传送装置具有接触电池的第一表面;以及

浮动装置,所述浮动装置具有设置有电池加解锁装置的第二表面,所述浮动装置悬挂地安装在所述支撑装置上、可相对于所述支撑装置至少水平浮动，其中

所述浮动装置具有相对于所述传送装置升降的空间，以使得：当所述传送装置接触电池时,所述第一表面高出所述第二表面;当所述浮动装置对电池进行加解锁时,所述第二表面高出所述第一表面。

在上述换电系统中，所述支撑装置包括可升降的第一顶板，所述浮动装置包括第二底板和固定于所述第二底板上的第二顶板，所述第二底板悬挂于所述第一顶板上；所述传送装置沿升降方向设于所述第二底板和所述第二顶板之间，所述第二顶板作为所述第二表面。

在上述换电系统中，所述传送装置由至少一个滚轮排构成，所述滚轮排由多个枢转的滚轮排列而成；所述第二顶板上在对应所述滚轮排的位置设置有暴露所述滚轮排的缺口，当所述浮动装置相对于所述传送装置升降时，所述滚轮排借由所述缺口在高出所述第二顶板、低于所述第二顶板的状态之间切换。

在上述换电系统中，所述电池加解锁装置为拧紧枪装置，所述拧紧枪装置包括拧紧枪以及由所述拧紧枪驱动旋转的套筒，所述拧紧枪设于所述第二顶板面向所述第二底板的一侧并伸出所述第二顶板，所述套筒固定在所述第二顶板背向所述第二底板的一侧并与所述拧紧枪传动连接。

在上述换电系统中，所述传送装置具有朝向所述第一底板的底面以及设置于所述底面的支撑脚，第一顶板可相对于底面升降；

在所述支撑装置处于最低位置时，所述传送装置通过所述支撑脚支撑在支撑位置上，并使得所述第一顶板和所述底面隔开，此时所述第一表面高于所述第二表面；

在所述支撑装置上升时，所述第一顶板随所述支撑装置上升至与所述底面接触，以带动所述传送装置同步升降，此时所述第二表面高于第一表面。

在上述换电系统中，所述第一顶板上设置第一立柱，所述传送装置上设置导向机构，所述导向机构提供所述第一立柱穿过其中的孔，当所述浮动装置相对于所述传送装置升降时，所述第一立柱在所述孔中移动，当所述传送装置随所述浮动装置升降时，所述第一立柱相对于所述孔静止。

在上述换电系统中，所述第一顶板上设置第二立柱，所述第二底板悬挂于所述第二立柱，使得当所述浮动装置被校准与电池的相对位置时，所述浮动装置相对于电池浮动。

在上述换电系统中，所述第二底板和所述第二顶板之间存在空间并且通过它们之间的第三立柱连接，用于控制所述电池加解锁装置的控制器位于所述空间内。

在上述换电系统中，所述第二底板上设置有第四立柱，所述第四立柱在顶部设置托盘，所述第二顶板上设置所述托盘穿过的开口，所述托盘被设置成至少部分高出所述第二顶板。

在上述换电系统中，所述托盘与所述第四立柱之间为弹性连接，使得所述托盘在水平方向上相对于所述第四立柱和所述开口浮动。

在上述换电系统中，所述换电系统还包括到位开关，以检测所述托盘承接电池的弹性位移量。

在上述换电系统中，所述支撑装置由布置在所述换电系统外部的刚性链驱动电机单元驱动。

在上述换电系统中，所述刚性链驱动电机单元为伺服电机，其记录所述浮动装置经位置校准后承接电池的所述支撑装置的上升高度以用于下一次所述支撑装置提升。

在上述换电系统中，所述换电系统还包括至少一条轨道和所述换电执行机构随其一起移动的行走机构，所述行走机构通过轴承可移动地行走在所述轨道上。

在上述换电系统中，所述行走机构还包括驱动件和连接于所述驱动件上的传动装置，所述传动装置为齿轮-齿条传动，所述驱动件输出的动力经由所述齿轮传递到所述齿条上，所述齿条布置成与所述轨道基本平行。

换电系统在进入提升站后可直接提升换电执行机构进行电池更换，无需转角度，这样简化了操作，而且缩短了换电时间。

换电系统由伺服电机和齿轮齿条驱动，行走在轨道上，传动稳定，精度高，无磨损打滑的问题。这样有利于电池的运输，也有利于后续步骤中换电系统定位。

一些重要的辅助机构如刚性链驱动电机单元布置在系统的外部，容易安装和维护。

承接电池的换电执行机构具有浮动的部件，插销设计成便于进入电池上的插销孔，这样可以方便校准换电执行机构与电池的相对位置，很大程度上减少外力，减少磨损。

换电执行机构利用空隙用于拧紧装置及相关控制器的布置，利于空间布局和这些装置的可靠安装。

本申请的换电系统往来于提升站和电池仓之间，可以快速为车辆进行自动电池更换，适用于小型化场所而且可模块化地扩展用于需求多的换电服务。

通过以下参考附图的详细说明，本申请的其他方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本申请的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，附图仅仅意图概念地说明此处描述的结构和流程，除非另外指出，不必要依比例绘制附图。

附图说明

结合附图参阅以下具体实施方式的详细说明，将更加充分地理解本申请，附图中同样的参考附图标记始终指代视图中同样的元件。其中：

图1是本申请涉及的换电系统的一种实施例的结构示意图，

图2是图1中的换电系统承接电池包的结构示意图，

图3是图1中的换电系统的分解图，

图4是另一个角度看去的并且包括了电池包的图1中的换电系统的分解图，以及

图5是本申请涉及的换电系统在工作状态下的示意。

具体实施方式

为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本申请要求保护的主题，下面结合附图详细描述本申请的具体实施方式。

本申请涉及的自动换电轨道小车，下文称其为rgv小车（rollingguidevehicle），用于电动汽车的电池包更换。该rgv小车为轨道车，在轨道上移动并且往来于提升站和电池仓之间，其中提升站中驶入的是待更换电池包的电动汽车。在这里，电池包也被称为电池、电池模组等，是集成化的为电动汽车提供驱动动力的装置。rgv小车以空载状态驶入提升站的车辆下方，将亏电电池包从车辆上卸下，并将亏电电池包从提升站转移至电池仓。亏电电池包在电池仓更换为满电电池包。rgv小车带着满电电池包再次进入提升站内，将满电电池包安装到车辆上。上述工作流程是自动的，并且适用于小型化的换电场所以及可以进行模块化扩展的换电服务。

结合图1-4，如图所示，rgv小车100包括沿第一方向x布置的轨道111、行走机构10和换电执行机构20。具体见图3-4，行走机构10包括电机112、齿轮(图中未标示出)、齿条113以及轴承。两根轨道111之间布置着与轨道111基本平行、即也是沿第一方向x延伸的齿条113。电机112为rgv小车的驱动伺服电机，其连接齿轮，齿轮与齿条113啮合。电机112启动带动齿轮，通过齿轮齿条传动，rgv小车的轮子以轴承的形式在轨道111内移动。rgv小车的换电执行机构20通过该轴承可移动地行走在轨道上，并且沿着轨道111在第一方向x上移动于提升站和电池仓之间。当rgv小车沿轨道进入提升站后可在车辆下方无需转角度，而是直接卸下或安装电池包。rgv小车在整个换电过程中始终保持着电池包的方向,这样带来很多优点，包括节省换电时间，避免过多产生电池包定位所带来的误差等。

换电执行机构20包括支撑装置21、传送装置23和浮动装置25。换电执行机构能够通过支撑装置21使得传送装置23和浮动装置25沿第二方向y提升或下降，并且浮动装置25和传送装置23之间也可以相对地升降。这里的第二方向y为图中示出的上下方向（即高度方向），而第一方向x为沿着连接提升站和电池仓之间线路的横向方向。支撑装置21包括第一底板211、第一顶板212以及第一底板211和第一顶板212之间的升降驱动构件213。该升降驱动构件213可以是如图所示的剪叉，在其作用下，第一顶板212相对于第一底板211提升或下降。第一底板211在地面上布置于轨道111之间。支撑装置21整体上可以视为剪刀叉升降平台。

支撑装置21由刚性链驱动电机单元214驱动升降，刚性链驱动电机单元214设置在轨道111的一侧。由图1-3可见，相对于换电执行机构，刚性链驱动电机单元214设置在换电执行机构的外部甚至于整个rgv小车的外侧，这有利于刚性链驱动电机的安装和维护。

传送装置23用于实现电池包在rgv小车与电池仓或其他电池包存放设备之间的转送，其运输方向与对接设备匹配。作为一种示例，如图3-4，传送装置23可沿第一方向x运输电池包。传送装置23包括如图所示的沿第一方向x平行的两个框架，每个框架中布置着由多个枢转的滚轮组成的滚轮排231。当传送装置23加载电池包后，电池包与滚轮排231顶部接触，电池包可相对于滚轮排231移动。在滚轮排231的表面上形成了一个与电池接触、承接电池并进行电池传送的传送装置的表面，定义为第一表面。滚轮排231由驱动单元232驱动，驱动单元232例如是图中示出的电机。电机通过连接于两排滚轮排231之间的连接轴233带动滚轮排231中的滚轮枢转，由此发生传递运动。通过电机的正反转，电池包沿第一方向x进行正向和反向运输。当然，可以想到的是，除了设置驱动单元外，滚轮排也可以是无动力传送电池包，这就需要通过人力将电池包送入或移出电池仓。

传送装置23相对于浮动装置25在第二方向y上阶梯式移动。浮动装置25连接到支撑装置21上，浮动装置与支撑装置的进一步说明会在下文提到。这里所谓的“可阶梯移动”指两个装置之间发生的阶梯式移动，其中一者可独立于另一者移动，该一者也能与该另一者一起移动。比如说，一者先独立地移动，另一者暂时保持不动，随后一者带着另一者一起继续移动或者一者和另一者同时继续移动。在本申请中，在整个升降过程中（上升期间或下降期间），在一段时期内，浮动装置独立于传送装置上升或下降，在另一段时期内，浮动装置与传送装置一起上升或一起下降。在图示实例中但非限制性具体说明的是，在换电执行机构的提升过程中，浮动装置先上升，此时传送装置保持不动，当浮动装置上升到一定高度时，浮动装置与传送装置一起上升；在换电执行机构的下降过程中，浮动装置与传送装置一起下降，当传送装置下降到一定高度时，浮动装置继续下降，而传送装置保持不动。

在支撑装置21的第一顶板211上，设置有沿第二方向y延伸的第一立柱216。如图所示，有四根第一立柱216布置在第一顶板212的四角上(在图3中，由于图像显示限制，只有对角的两根第一立柱216被标示出)。相应地，传送装置23的框架外侧设置有导向机构234，该导向机构234具体为安装于框架上的四个轴承座，其于内部提供了第一立柱216可以穿过的孔。由此，当第一立柱216穿过轴承座后，第一立柱216既可以在孔中相对于该孔在第二方向y上移动，也可以当第一立柱安装面（即第一顶板212的表面）上升到接触轴承座后，第一立柱216与轴承座因此也是第一顶板216（支撑装置21和浮动装置25）与传送装置23一起向上移动。这两者的移动关系也可以如下：轴承座（传送装置23）与第一立柱216（支撑装置21和浮动装置25）先一起向下移动，当传送装置23被限制住继续移动时（如图4所示的，传送装置23设置支撑脚239，当支撑脚239下降到接触地面时，传送装置23不动），第一立柱216相对于轴承座并且不脱离于轴承座继续移动，此时浮动装置25独立于传送装置23移动。

浮动装置25悬挂地安装于支撑装置21上。由于浮动装置25与支撑装置21之间的连接关系，支撑装置21在第二方向y上的移动会带动浮动装置25一起移动。同时，由于浮动装置25悬挂地连接在支撑装置21上，浮动装置25可以在一定范围内相对于支撑装置21做某些方向或者任何方向上的移动（即，浮动装置25是动的，支撑装置21是静止的）。最基本的要求是，在外力作用下，浮动装置25至少能够在垂直于第二方向y的平面上浮动。在这里，所谓的“浮动”是万向浮动，其不限于平面上的、也不限于一维和二维上的浮动，可以是向更多个方向上的小范围的浮动，如三维上的小移动或其他方向上的小转动。这种浮动有利于调节浮动装置25相对于电池包的位置，具体说明会在下文阐述。

浮动装置25与支撑装置21在第二方向y上相距一定距离，并且浮动装置25悬吊于支撑装置21上。具体说，支撑装置21的第一顶板212上设置有沿第二方向y延伸的第二立柱217，该第二立柱217的顶部悬挂浮动装置25的全部或部分。根据图示所示实施例但非限制的是，第二立柱217有四根(在图3中，由于图像显示限制，只有一根第二立柱217被标示出)，布置在第一顶板212的中央，每两根第二立柱217之间通过横梁218连接，从第二立柱217（或者横梁218）悬垂链条，第二立柱217（或者横梁218）通过链条与浮动装置25连接。另外可以想到的是，还可以设置有锁止装置，在必要的时候将浮动装25置相对于支撑装置21锁死。

浮动装置25包括第二底板251和第二顶板252。在第二底板251上设置有多个沿第二方向y延伸的第三立柱253，这些第三立柱253与第二顶板252固定连接。由此，第二顶板252相对于第二底板251是静止的，而且第二顶板252和第二底板251之间存在空间。上述提到的浮动装置25悬挂于支撑装置21上，在图示实施例但非限制的是，浮动装置25的第二底板251通过自第二立柱217或横梁218悬吊下来的链条与支撑装置21的第一顶板212连接，而且第二底板251与第一顶板212之间有第二方向y上的间隙。利用第二底板251和第二顶板252之间的空间，可以布置传送装置23、下述会提到的电池加解锁装置26如拧紧枪、以及拧紧枪的控制器27等，使得本申请的rgv小车结构更加紧凑，同时第二顶板252和第二底板251的形状设计成不与传送装置23发生干涉，使得浮动装置25可以相对于传送装置23进行升降移动。如图3所示（结合图1），第二顶板252上设有两个259缺口，其面积基本对应于滚轮排231的大小以容纳滚轮排231。当第二顶板252上升或下降时，滚轮排231暴露在缺口259中，不与第二顶板252发生干涉。

第二顶板252上布置有插销256和拧紧枪套筒257。插销256有多个，对应于电池包的插销孔的位置布置在第二顶板252上。插销256顶部可以设计成带倒角或圆角的、锥形的或其他有助于插销进入电池包的插销孔的形状。拧紧枪套筒257也有多个，对应于电池包的螺栓的位置布置在第二顶板252上，该螺栓是电池包固定于车辆上的螺栓。插销256和拧紧枪套筒257的数量取决于电池包上插销孔和固定螺栓的数量。拧紧枪(电池加解锁装置26的主体)布置在第二顶板252下方，并与各自的拧紧枪套筒257连接。拧紧枪工作，进行安装和拆卸螺栓。拧紧枪由多个拧紧枪控制器27电气连接和控制，这些拧紧枪控制器27排成一排并且固定在传送装置23沿第一方向x的一端上。第二底板251上另外还设置有多个沿第二方向y延伸的第四立柱254，第四立柱254相较于其他前述介绍的立柱粗得多，第四立柱254的顶部具有托盘255，其作用在于为电池包提供主要承重。在第二顶板252上开设留给第四立柱254特别是托盘255的开孔258，第四立柱254的托盘255延伸经过开孔258并超出第二顶板252，托盘255形成承接电池的表面。托盘255的高度低于拧紧枪套筒257的顶部，有利于拧紧枪套筒257伸入电池工作。托盘255与第四立柱254之间为弹性连接，如通过弹簧连接，因此托盘255在一定程度上在水平方向上相对于第四立柱254浮动。开孔258不应开得过小，不然会限制托盘255的轻微浮动。

综上所述，滚轮排231与电池接触的表面视为第一表面a，第二顶板视为第二表面b。在初始位置，支撑脚239在地面上，传送装置处于最低位置，其与第一顶板212之间有一段距离，此时第一表面a高于第二表面b以用于承接电池。支撑装置21的第一顶板212开始上升，直至第一顶板212与传送装置底面接触，传送装置23由支撑装置21支撑。当支撑装置21继续上升时，传送装置23跟随其一起移动。这个时候第二表面b处于高出第一表面c的位置，浮动装置25可以对电池加锁和解锁。

在下降过程中，一开始第二表面b高出第一表面a。浮动装置25、传送装置23和支撑装置21一起下降。当下降到支撑脚239接触到地面时，传送装置23不动。浮动装置25可相对于传送装置23继续下降，直到由传送装置23承接电池，此时第一表面a高出第二表面b。

换电执行机构上还可以设置检测装置，以检测支撑装置的上升高度并且进行记录。该检测装置可以独立地设置在支撑装置上或者浮动装置上，或者如图所示，支撑装置21的刚性链驱动电机单元214使用具有记录功能的伺服电机，该伺服电机的控制器215可以记录剪刀叉升降平台的提升高度，并且在下一次提升动作时，控制剪刀叉将第一顶板212提升到经记录的高度。

在换电执行机构上还可以设置到位开关28，该开关用于判断浮动装置是否已经承接电池包。如图所示但非限制性的，在第一顶板212的横梁218上设置到位开关28，该开关28可以通过检测托盘255的弹性位移量来判断浮动装置25是否已承接住电池。到位开关28数量对应于托盘255数量。

结合图3-图5，本申请涉及的rgv（滚动导向小车）的工作流程如下：

1）在没有电池包的情况下，rgv小车100的伺服电机起动，电机112的输出力通过齿轮带动rgv小车100移动，通过齿轮齿条传动，rgv小车沿着齿条113移动并且行走在轨道111上，直到驶入提升站400车辆正下方，当前位置为理论设定位置。此时小车100的换电执行机构20处于初始状态（参见图1），支撑装置21处于初始位置，浮动装置25即第二顶板252的第二表面b的高度低于传送装置23的滚轮接触表面(第一表面a)。

2）换电执行机构工作，首先支撑装置21在刚性链驱动电机单元214的驱动下将第一顶板212向上提升，此时浮动装置25随第一顶板212一起向上提升，而传送装置23的支撑脚在地面上，由于其导向机构234与第一顶板212上的第一立柱安装面之间存在距离，第一立柱216在导向机构234的孔中向上移动，但导向机构234（即传送装置23）保持不变。浮动装置25的第二表面b上升到高出了传送装置23的第一表面a，直到第一立柱安装面与导向机构234底部接触。第一次提升动作完成。可以通过保证第一立柱安装面与导向机构234底部之间的初始高度距离来确保在第二表面b未高出传送装置23的高度时，第一顶板212不与传送装置23底部接触。

3）换电执行机构进行第二次提升。此时支撑装置21带着传送装置23和浮动装置25一起提升，直到接近电池包。浮动装置25上的插销256与电池包上的插销孔对准，因为插销256的带倒角（锥形）头部和浮动装置25的浮动性，所以插销256能够很快进入电池包的插销孔中。当插销256进入到插销孔后，说明浮动装置25已和电池包对齐，此时拧紧枪起作用，拧紧枪套筒257对准电池包的螺栓并压缩一定行程，直到托盘255开始与车身下的电池包接触。

4）换电执行机构进行第三次提升，浮动装置25的托盘255托举电池包，直到到位开关28判断并确定托盘255承接电池包，换电执行机构的刚性链驱动电机单元214记录提升高度，用于下次提升。

5）浮动装置25相对于支撑装置21被锁死。

6）拧紧枪工作，拧开电池包上的固定螺栓。电池包500与车辆分离。

7）换电执行机构开始下降。刚性链驱动电机单元214起动，承载电池包的浮动装置25、传送装置23和支撑装置21一起下降，直到支撑脚239接触到地面。此时，由浮动装置25承接电池，浮动装置25的第二顶板252高出传送装置23的滚轮接触表面(第一表面a)。

8）支撑装置21（第一顶板212）和浮动装置25继续下降，而传送装置23保持不动，直到第一顶板212下降到初始位置，当电池由浮动装置25换成由传送装置23承接时，传送装置23的第一表面a高出浮动装置25的第二表面b。拧紧枪工作，套筒257下降与电池包500分离，插销256也与电池包500分离。浮动装置25被解锁，回到初始状态。

9）rgv小车100沿着轨道111驶出提升站400。

10）rgv小车100在电池仓300将换下的亏电电池包交换成满电电池包。

11）rgv小车100和满电电池包再次驶入提升站，来到车辆下方。

12）换电执行机构进行第四次提升。支撑装置21带动浮动装置25提升，接近电池包500，浮动装置25的第二顶板252上的插销256再次插入电池包的插销孔中，拧紧枪套筒257对准电池包的螺栓孔。当上升到由浮动装置25从传送装置23那儿继续承接电池包500时，浮动装置25的第二表面b高出传送装置23的滚轮接触表面（第一表面a）。到位开关28通过托盘255下弹簧的位移量判断托盘是否承接到了电池包。

13）换电执行机构进行第五次提升。支撑装置21的第一顶板212的第一立柱安装面与传送装置23的导向机构234接触。支撑装置21、承接电池包的浮动装置25、传送装置23一起提升。浮动装置25相对于支撑装置21锁死。

14）换电执行机构进行第六次提升。根据刚性链驱动电机单元214的记录，浮动装置25上升到经记录的高度，这个高度上电池包500与车辆底部接触。

15）拧紧枪工作，电池包500上拧入固定螺栓。

16）rgv小车100经历阶梯式下降回到初始位置，浮动装置25解锁。

17）rgv小车100驶出提升站400。

虽然已详细地示出并描述了本申请的具体实施例以说明本申请的原理，但应理解的是，本申请可以其它方式实施而不脱离这样的原理。