本发明涉及电动汽车能源补给技术领域，特别涉及一种电动汽车底盘电池更换系统。
背景技术：
近些年来，电动汽车市场呈现爆发式增长，越来越多的传统汽车厂商加入到电动汽车阵营。随着排放法规进一步加严，电动汽车替代传统燃油汽车已成为必然。需要说明的是，虽然混合动力汽车（在某些工况下采用燃油驱动、在某些工况下采用电驱动）在近年取得了不错的市场表现，但其不在本发明的讨论范围之内，本发明所述的电动汽车是指纯电动汽车。
当前市场上量产电动汽车口碑较好的有美国的特斯拉汽车以及国内的比亚迪汽车及北汽新能源汽车，特斯拉采用三元锂电池（18650电池），比亚迪主要采用磷酸铁锂电池，上述电动汽车用到的动力电池组体积较大且由于包含散热冷却系统以及电池管理系统，重量通常在数百公斤以上。受限于电池材料能量密度，当前纯电动汽车的续航里程基本上都在500公里以内，遇到低温严寒天气，续航里程会进一步缩短。在续航里程已基本能够满足实际使用需求的情况下，电能补给效率成为当前电动汽车行业亟待解决的问题。
解决电动汽车能源补给效率低下的技术方案主要分为两类：一种是提高电池充电速度，例如特斯拉已在各地陆续建设的超级充电站，过高的充电速度会给电池带来不可逆的损伤，导致电池容量逐渐降低。另一种则是换电模式，由换电站提供充满电的电池（为便于表述，本发明将充满电的电池称为新电池），电动汽车驶入换电站后卸下已经亏电的电池（为便于表述，本发明将已被使用一段时间，电量已亏损的电池称为旧电池），再换上新电池即可出站。例如中国专利文献cn105283375a公开了一种电池更换系统，与现有大多数的底盘电池更换系统一样，该电池更换系统存在以下缺陷：1、换电过程中，汽车与换电系统之间毫无“沟通”（汽车与换电系统之间不进行信息交互），而需要驾驶员将车辆非常准确地停在换电工位上，否则难以实现定位销对准（即难以实现电池组、工具组（扳手等）与汽车底盘对准），对于驾驶技术不够娴熟的新手来说存在较大难度。2、同一套换电系统一般仅能给特定一种型号的车辆提供换电服务，普适性差。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种电动汽车底盘电池更换系统，其包括安装在汽车底盘上的底盘部分和安装在换电站内的站点部分，更换底盘电池的过程中，依靠汽车部分与站点部分间进行信息交互实现电池组、工具组（扳手等）与汽车底盘对准，驾驶员可以简单、轻松地完成停车操作，对于车辆停靠位置精准性的要求较低。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种电动汽车底盘电池更换系统，包括安装在电动汽车上的汽车部分和安装在换电站每个换电工位的站点部分；
所述汽车部分包括触碰控制开关以及安装在底盘上且可上下伸缩的多个碰触件，所述碰触件的数量、各碰触件之间的位置关系及各碰触件与电池组之间的位置关系根据该底盘所安装电池组的型号按一定的编排规则进行设置，所述碰触件由触碰驱动机构驱动其伸出和回缩，所述触碰控制开关用于控制触碰驱动机构的运行；
所述站点部分包括设于每个换电工位中且高于车轮行驶路面的定位台以及位于车轮行驶路面下方的地下仓，所述定位台位于地下仓的上方；
所述地下仓内设有电池存放区和换电机构，所述电池存放区用于存放电池组，所述换电机构用于将电动汽车上的第一电池组拆卸下来存放至电池存放区以及从电池存放区获取第二电池组并将其安装至前述电动汽车上；
所述定位台顶部设有供换电机构拆装电池作业的作业窗口，所述作业窗口覆盖触碰传感器面板，所述触碰传感器面板由面板驱动机构驱动其水平移动以对应打开或关闭作业窗口；
所述换电机构由控制器控制其运行，所述触碰传感器面板及面板驱动机构均与控制器电气连接；
所述触碰传感器面板用于接受电动汽车底盘上碰触件的触碰，所述触碰传感器面板将各碰触件的触碰信息传输给控制器，所述控制器根据前述触碰信息确定电动汽车底盘上第一电池组的型号和位置并控制面板驱动机构驱动触碰传感器面板水平移动以对应打开作业窗口，所述换电机构在控制器的控制下对应移动到之前确定的第一电池组的位置，所述换电机构将第一电池组拆卸下来存放至电池存放区，并从所述电池存放区获取与第一电池组同型号的第二电池组将其安装至前述电动汽车底盘原本安装第一电池组的位置。
其中，在每个换电工位中，所述触碰传感器面板的数量为两块，所述定位台的顶部还安装有多根滚轴，所述多根滚轴分布在触碰传感器面板的前后两侧，在所述触碰传感器面板的前后两侧形成前滚轴区和后滚轴区；
所述面板驱动机构驱动两块触碰传感器面板分别往前后两侧背向平移至前滚轴区和后滚轴区上方可打开作业窗口，所述面板驱动机构驱动两块触碰传感器面板往定位台中间相向平移可关闭作业窗口；
所述前滚轴区和后滚轴区的下方均设有飘檐，所述前滚轴区下方的飘檐朝定位台的前侧壁倾斜向下设置且与定位台的前侧壁固定连接到一起，所述后滚轴区下方的飘檐朝定位台的后侧壁倾斜向下设置且与定位台的后侧壁固定连接到一起，所述飘檐的檐口延伸至作业窗口边沿下方，所述飘檐与定位台前侧壁及后侧壁连接的部位高于车轮行驶路面，在所述定位台前侧壁及后侧壁上均开设有排水孔，所述排水孔的进水口最低点与飘檐的最低点平齐。
进一步地，所述飘檐的檐口处往上翻折形成翻沿，所述翻沿的高度大于5cm。
优选的，在所述排水孔内设有仅允许孔内水外流至车轮行驶路面的止回阀。
更进一步地，所述飘檐上竖直设置一格栅，所述格栅靠近排水孔且与排水孔的进水口间隔一段距离。
具体来说，所述触碰传感器面板包括电阻式触控屏及紧贴于电阻式触控屏下方的支撑底板，所述支撑底板上固定连接一齿条，所述定位台的左右侧壁上安装有沿前后方向导向的导轨，所述支撑底板滑动连接导轨，所述面板驱动机构包括电机和驱动齿轮，所述驱动齿轮与齿条啮合，所述电机带动驱动齿轮正反转以驱动触碰传感器面板在水平面内前后移动。
具体来说，所述换电机构包括立柱、升降座、第一水平座、第二水平座、旋转座、升降驱动机构、第一水平驱动机构、第二水平驱动机构及旋转驱动机构，所述升降驱动机构、第一水平驱动机构、第二水平驱动机构及旋转驱动机构均与控制器电气连接；
所述立柱竖直设置在地下仓中，所述立柱上安装有竖向导轨，所述升降座活动连接于竖向导轨并由升降驱动机构驱动其沿竖向导轨上下移动；
所述升降座上安装第一水平导轨，所述第一水平座活动连接于第一水平导轨并由第一水平驱动机构驱动其沿第一水平导轨来回移动；
所述第一水平座上安装有第二水平导轨，所述第二水平导轨与第一水平导轨垂直，所述第二水平座活动连接于第二水平导轨并由第二水平驱动机构驱动其沿第二水平导轨来回移动；
所述第二水平座上设置可转动的旋转座，所述旋转座由旋转驱动机构驱动其在水平面内转动，所述旋转座上设有用于拆装电池组固定螺栓的扳手。
进一步地，所述旋转座上方安装有一用于承托电池组的电池承托架，所述电池承托架上设有多块用于推动电池组使其安装孔与相应扳手对齐的推板，所述推板由推板驱动机构带动，所述推板驱动机构与控制器电气连接，所述电池承托架上开设有与扳手相对应的通孔，所述扳手包括多组且每组扳手均可分别在竖直方向内上下移动，每组扳手对应一种规格的电池组，拆装电池组固定螺栓时，对应的扳手组从电池承托架上对应的通孔中往上伸出。
本发明提供的电动汽车底盘电池更换系统应用方式如下：电动汽车驶入换电站，停靠于其中一个换电工位，汽车停好后，底盘位于定位台上方，汽车底盘上的电池组位于作业窗口上方（实际应用时可以将作业窗口尺寸设计成远大于电池组的尺寸，甚至于整个作业窗口的尺寸接近于汽车底盘的尺寸，以降低对停车位置精准度的要求），在汽车底盘上的碰触件往下伸出触碰到触碰传感器面板，控制器根据触碰传感器面板收集到的触碰点位置信息即可确定电池组型号和位置，之后触碰传感器面板平移打开作业窗口，地下仓中的换电机构对应移动至旧电池组（即前面所述的第一电池组）下方将旧电池组拆卸下来放置到电池存放区，再从电池存放区获取（获取的方式可以是机械手抓取或者其他方式）新电池组（即前面所述的第二电池组）并将其安装至底盘上原本安装旧电池组的位置（即完成电池组更换）。需要说明的是，前述碰触件的触碰端的形状及其与电池组的位置关系可以根据需要进行设计，例如在电池组型号为a的汽车底盘上设置2个碰触件，其中一个碰触件的触碰端上设置两个相对位置固定且凸起的触点，该两个凸起触点的位置关系被定义为电池组型号为a的标记，当该碰触件触碰到触碰传感器面板后，控制器根据上述两个凸起触点的触碰位置关系就可确定汽车的电池组型号为a；进一步，可以将两个碰触件均设置在电池组的纵向平分线上，且两个碰触件对称设置在电池组横向平分线的两侧，当上述两个碰触件触碰到触碰传感器面板后，控制器根据上述两个碰触件的触碰位置关系及其与电池组的位置关系就可确定汽车的电池组位置。以上仅用于对原理进行说明，实际应用时还可以根据需要采用不同的碰触件设计方案，只要其能够实现触碰到触碰传感器面板后能够让控制器确定电池组型号及位置的目的即可。
从上述对换电系统的工作过程描述可知，本发明所涉换电系统在换电作业时并不要求驾驶员将汽车精准停靠在换电工位的某一位置，而只要保证停车后底盘电池组位于作业窗口上方即可，即便停车位置出现偏移（无论前后方向还是左右方向的偏移均不影响），换电机构也能准确找到底盘电池组的位置，保证了换电工具组（扳手等）与电池组紧固点的对准，从而顺利实现新旧电池组更换。此外，在上述换电系统中，控制器根据触碰传感器面板采集的触碰信息还能够确定电池组的具体型号，电池组的具体型号及其在底盘的位置均确定后，只需由换电机构将旧电池组拆下并从电池存放区获取对应型号的新电池组再将其安装到底盘对应位置即可，故本发明提供的电动汽车底盘电池更换系统理论上还可以给多种型号的汽车提供换电服务，普适性较好。
附图说明
图1为电动汽车停靠于换电工位时的示意图；
图2为本发明中换电工位的地上部分结构示意图；
图3为本发明中换电工位的地下部分结构示意图；
图4为本发明中电池托架的俯视结构示意图；
图5为电动汽车底盘上可伸缩的碰触件触碰触碰传感器面板时的示意图；
图6为图3中a部位的局部放大图。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合具体实施例与附图对本发明作进一步的说明。
本发明主要是先通过设置在电动汽车底盘上且与电池组存在确定位置关系的碰触件触碰触碰传感器面板，由于特定的电池组型号对应唯一的触碰件位置（触碰信息包括触碰点数量和触碰点的相对坐标位置）且该型号电池组与触碰件的相对于位置关系也是事先确定的（预先通过程序编入控制器中），这样一来，控制器根据碰触件触碰传感器面板形成的触碰信息就能确定电动汽车底盘上电池组的型号及其具体位置，从而控制换电机构准确移动到电池组的安装位置，完成底盘电池组的更换作业。
图1-5示出了一种基于以上技术构思的电动汽车底盘电池更换系统，其包括安装在电动汽车上的汽车部分和安装在换电站每个换电工位的站点部分；
汽车部分包括触碰控制开关以及安装在底盘上且可上下伸缩的多个碰触件a1，所述碰触件（a1）的数量、各碰触件（a1）之间的位置关系及各碰触件（a1）与电池组之间的位置关系根据该底盘所安装电池组的型号按一定的编排规则进行设置（即碰触件a1与电池组存在确定位置关系，由于电池组上各连接件的位置事先已经确定，也就是说，电池组上将其与汽车底盘连接到一起的各连接件与碰触件a1也存在确定位置关系），碰触件a1由触碰驱动机构驱动其伸出和回缩，触碰控制开关用于控制触碰驱动机构的运行；
站点部分包括设于每个换电工位中且高于车轮行驶路面的定位台b1以及位于车轮行驶路面下方的地下仓b2，定位台b1位于地下仓b2的上方；
地下仓b2内设有电池存放区b3和换电机构b4，电池存放区b3用于存放电池组，换电机构b4用于将电动汽车上的第一电池组拆卸下来存放至电池存放区b3以及从电池存放区b3获取第二电池组并将其安装至前述电动汽车上；
定位台b1顶部设有供换电机构b4拆装电池作业的作业窗口b1a，作业窗口b1a覆盖触碰传感器面板b5，触碰传感器面板b5由面板驱动机构驱动其水平移动以对应打开或关闭作业窗口b1a；
换电机构b4由控制器控制其运行，触碰传感器面板b5及面板驱动机构均与控制器电气连接；
触碰传感器面板b5用于接受电动汽车底盘上碰触件a1的触碰，触碰传感器面板b5将各碰触件a1的触碰位置信息传输给控制器，控制器根据前述触碰位置信息确定电动汽车底盘上第一电池组的型号和位置并控制面板驱动机构驱动触碰传感器面板b5水平移动以对应打开作业窗口b1a，换电机构b4在控制器的控制下对应移动到之前确定的第一电池组的位置，换电机构b4将第一电池组拆卸下来存放至电池存放区b3，并从电池存放区b3获取与第一电池组同型号的第二电池组将其安装至前述电动汽车底盘原本安装第一电池组的位置。
需要说明的是，图1-3中示出的定位台b1虽然被称为定位台，但其并非是用于精准定位电动汽车的停靠位置，该定位台b1主要是给驾驶员在停车时起一个视觉上的参考作用，实际应用时，即便停车位置存在些许偏离也不影响换电作业（只要底盘电池组处于作业窗口b1a上方即可）。此外，在上述实施例中并未对换电机构b4作出具体的限定，本领域技术人员应当明白，现有技术中存在多种可选择的实施方案，例如可以是多个带拆装工具组的多轴机械手等，只要其能够实现将第一电池组（旧电池组）从汽车底盘上拆卸下方放置到电池存放区以及从电池存放区中获取第二电池组（新电池组）并将其安装至汽车底盘上即可。同样的，在上述实施例中，电池存放区b3采用了功能性限定的表述方式，本领域技术人员应当清楚，其可以是现有技术中的自动化立体货架，也可以是其它形式的自动化仓储系统，实际应用时可以根据需要进行选择。需要强调的是，在本发明提供的电动汽车底盘电池更换系统中，并未限定每个换电工位必须配备一个控制器，实际应用时也可以多个换电工位共用一个控制器或者整个换电站仅配备一个控制器来控制所有换电工位的换电作业。
工作时，电动汽车驶入换电站，停靠于其中一个换电工位，汽车停好后，如图1所示，底盘位于定位台b1上方，汽车底盘上的电池组位于作业窗口b1a上方（实际应用时可以将作业窗口b1a尺寸设计成远大于电池组的尺寸，甚至于整个作业窗口b1a的尺寸接近于汽车底盘的尺寸，以降低对停车位置精准度的要求），控制汽车底盘上的碰触件a1往下伸出触碰到触碰传感器面板b5，控制器根据触碰传感器面板b5收集到的触碰点位置信息即可确定电池组型号和位置，之后触碰传感器面板b5平移打开作业窗口b1a，地下仓b2中的换电机构b4对应移动至旧电池组（即前面所述的第一电池组）下方将旧电池组拆卸下来放置到电池存放区b3，再从电池存放区b3获取（获取的方式可以是机械手抓取或者其他方式）新电池组（即前面所述的第二电池组）并将其安装至底盘上原本安装旧电池组的位置（即完成电池组更换）。实际应用时，前述碰触件a1的触碰端的形状及其与电池组的位置关系可以根据需要进行设计，例如在电池组型号为a的汽车底盘上设置2个碰触件a1，其中一个碰触件a1的触碰端上设置两个相对位置固定且凸起的触点，该两个凸起触点的位置关系被定义为电池组型号为a的标记，当该碰触件a1触碰到触碰传感器面板b5后，控制器根据上述单个碰触件a1上两个凸起触点的触碰位置关系就可确定汽车的电池组型号为a；进一步，可以将两个碰触件a1均设置在电池组的纵向平分线上，且两个碰触件a1对称设置在电池组横向平分线的两侧，当上述两个碰触件a1触碰到触碰传感器面板b5后，控制器根据上述两个碰触件a1的触碰位置关系及其与电池组的位置关系就可确定汽车的电池组位置。当然，以上仅用于对原理进行说明，实际应用时还可以根据需要采用不同的碰触件a1设计方案，只要其能够实现触碰到触碰传感器面板b5后能够让控制器确定电池组型号及位置的目的即可。
从上述对换电工作过程描述可知，该换电系统在换电作业时并不要求驾驶员将汽车精准停靠在某一位置，而只要保证停车后底盘电池组位于作业窗口b1a上方即可，即便停车位置出现偏移（无论前后方向还是左右方向的偏移均不影响），换电机构b4也能准确找到底盘电池组的位置，保证了换电工具组（扳手等）与电池组紧固点的对准，从而顺利实现新旧电池组更换。此外，在上述换电站中，控制器根据触碰传感器面板b5采集的触碰信息还能够确定电池组的具体型号，电池组的具体型号及其在底盘的位置均确定后，只需由换电机构b4将旧电池组拆下并从电池存放区b3获取对应型号的新电池组再将其安装到底盘对应位置即可，故上述电动汽车底盘电池更换系统理论上还可以给多种型号的汽车提供换电服务，普适性较好。
进一步地，在本发明的另一个实施例中，如图1-3所示，在每个换电工位中，触碰传感器面板b5的数量为两块，定位台b1的顶部还安装有多根滚轴b6，上述多根滚轴b6分布在触碰传感器面板b5的前后两侧，在触碰传感器面板b5的前后两侧形成前滚轴区b1b和后滚轴区b1c；
面板驱动机构驱动两块触碰传感器面板b5分别往前后两侧背向平移至前滚轴区b1b和后滚轴区b1c上方可打开作业窗口b1a，面板驱动机构驱动两块触碰传感器面板b5往定位台b1中间相向平移可关闭作业窗口b1a；
其中，前滚轴区b1b和后滚轴区b1c的下方均设有飘檐b7，前滚轴区b1b下方的飘檐b7朝定位台b1的前侧壁倾斜向下设置且与定位台b1的前侧壁固定连接到一起，后滚轴区b1c下方的飘檐b7朝定位台b1的后侧壁倾斜向下设置且与定位台b1的后侧壁固定连接到一起，飘檐b7的檐口延伸至作业窗口b1a边沿下方，飘檐b7与定位台b1前侧壁及后侧壁连接的部位高于车轮行驶路面，在定位台b1前侧壁及后侧壁上均开设有排水孔b1d，排水孔b1d的进水口最低点与飘檐b7的最低点平齐。
本实施例中设置于触碰传感器面板b5的前后两侧的滚轴b6可以防止汽车行驶过程中，车轮爬到定位台b1顶上压坏触碰传感器面板b5，当车轮与滚轴b6接触时，滚轴b6转动，从而使得车轮失去抓地力，无法继续前进。而设置在前滚轴区b1b和后滚轴区b1c下方的飘檐b7一来可以大量减少外部雨水及赃物飘入地下仓中的情况，即便在狂风暴雨天气下，雨水被风吹倒定位台b1上，也会从前滚轴区b1b和后滚轴区b1c中滚轴b6之间的空隙流到飘檐b7上，再经排水孔b1d排到车轮行驶路面流走。在上述结构方案中，飘檐b7倾斜设计且排水孔b1d及飘檐b7的最低点被设计成高于车轮行驶路面，可以有效避免车轮行驶路面的积水倒灌入地下仓的情况。
优选的，在上述实施例中，见图3所示，飘檐b7的檐口处往上翻折形成翻沿b7a，翻沿b7a的高度大于b5cm。在飘檐b7的檐口处设计翻沿b7a可以更好地避免外部雨水及赃物飘入地下仓中的情况。
进一步地，见图3所示，在排水孔b1d内还设有仅允许孔内水外流至车轮行驶路面的止回阀b8。在排水孔b1d内设置止回阀b8后可以彻底避免车轮行驶路面的积水经排水孔b1d倒灌入地下仓的情况。
更进一步地，如图3所示，在飘檐b7上还竖直设置一格栅b9，格栅b9靠近排水孔b1d且与排水孔b1d的进水口间隔一段距离。格栅b9的作用主要是隔挡杂物（例如树叶、树枝、石块等），避免排水孔b1d被堵塞。
在本发明的另一个实施例中，见图3和图6所示，前述触碰传感器面板b5包括电阻式触控屏b5a及紧贴于电阻式触控屏b5a下方的支撑底板b5b，支撑底板b5b上固定连接一齿条b5c，定位台b1的左右侧壁上安装有沿前后方向导向的滑轨b10，支撑底板b5b滑动连接滑轨b10，面板驱动机构包括电机和驱动齿轮b11，驱动齿轮b11与齿条b5c啮合，电机带动驱动齿轮b11正反转以驱动触碰传感器面板b5在水平面内前后移动。
其中，如图3所示，作为一种优选的实施方案，前述换电机构b4包括立柱b4a、升降座b4b、第一水平座b4c、第二水平座b4d、旋转座b4e、升降驱动机构、第一水平驱动机构、第二水平驱动机构及旋转驱动机构，升降驱动机构、第一水平驱动机构、第二水平驱动机构及旋转驱动机构均与控制器电气连接；
立柱b4a竖直设置在地下仓b2中，立柱b4a上安装有竖向导轨，升降座b4b活动连接于竖向导轨并由升降驱动机构驱动其沿竖向导轨上下移动；
升降座b4b上安装第一水平导轨，第一水平座b4c活动连接于第一水平导轨并由第一水平驱动机构驱动其沿第一水平导轨来回移动；
第一水平座b4c上安装有第二水平导轨，第二水平导轨与第一水平导轨垂直，第二水平座b4d活动连接于第二水平导轨并由第二水平驱动机构驱动其沿第二水平导轨来回移动；
第二水平座b4d上设置可转动的旋转座b4e，旋转座b4e由旋转驱动机构驱动其在水平面内转动，旋转座b4e上设有用于拆装电池组固定螺栓的扳手b4f。
需要说明的是，处于简化表述的目的，在图3中并未示出换电机构b4中将旧电池组放置到电池存放区b3中及从电池存放区b3中获取新电池组的机械结构，本领域技术人员应当清楚，现有技术中有多种可选的实施方案，例如多轴机械手就可以实现从电池存放区抓取电池组的功能，而立体车库及自动化立体仓储系统中的存取系统经简单调整后也可用于往电池存放区b3取放电池组。
作为在前述实施例基础上更优选的方案，见图3和4所示，在旋转座b4e上方还安装有一用于承托电池组的电池承托架b4g，电池承托架b4g上设有多块用于推动电池组使其安装孔与相应扳手b4f对齐的推板b4g1，推板b4g1由推板驱动机构带动，推板驱动机构与控制器电气连接，电池承托架b4g上开设有与扳手b4f相对应的通孔，扳手b4f包括多组且每组扳手b4f均可分别在竖直方向内上下移动，每组扳手b4f对应一种规格的电池组，拆装电池组固定螺栓时，对应的扳手组从电池承托架b4g上对应的通孔中往上伸出。需要说明的是，实际应用时，还可以通过上述推板b4g1将旧电池组推至电池承托架b4g某一固定位置，以便存取电池组件的多轴机械手（如前面所述，存取电池组的机构也可以采用其它机械结构，这里列举的多轴机械手仅用于举例说明，而非实际限定）准确抓取。
为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。