电动乘用车电池更换站的制作方法

本实用新型属于电动汽车充换电领域。具体地说，涉及一种由液压方式为设备提供动力的电动乘用车电池更换站。

背景技术：

随着社会的发展，有限的石油资源和环境问题变得日益突出，这使得新能源汽车越来越引起社会的重视。由于电动汽车具有如下优点：无污染、噪声小、结构简单、使用和维护方便、能量转换效率高，近几年来，随着电动汽车保有量的快速增加，相应的充电站和换电站也得到了快速的发展。

现有的换电站均以电动机作为动力执行元件，占用空间大、噪音大、成本高，换电车辆全天候运行，尤其是在异常天气时，雨水、污泥、冰雪和沙石等被换电车辆时常带入，现有换电站无法适应，随之带来设备运行不稳定、操作人员维护工作量加大等问题。

技术实现要素：

针对以上情况，本实用新型提供一种由液压方式为设备提供动力的电动乘用车电池更换站，包括定位及举升装置、升降装置、更换装置、充电架、充电单元和监控单元，所述升降装置设于两组所述充电架之间，所述升降装置与所述定位及举升装置平行布置，所述升降装置与所述定位及举升装置之间设有所述充电单元和所述监控单元，所述定位及举升装置对换电车辆进行定位及举升，所述更换装置沿所述升降装置与所述定位及举升装置之间的纵向轨道运动，所述更换装置完成换电车辆上动力电池的装卸，并将动力电池移动至所述升降装置内，所述更换装置被所述升降装置提升，所述更换装置能够在所述充电架内横向行走，完成动力电池的交换，交换后的动力电池在所述充电架内自动完成充电；所述定位及举升装置包括安装平台、前轮定位装置、后轮定位装置、前坡道和后坡道；所述升降装置包括固定单元、升降单元和绕线单元，所述固定单元的上方设有液压缸和滑轮组，所述升降单元设有钢丝绳和滑动环，所述钢丝绳通过所述滑轮组与所述液压缸相连，所述绕线单元安装在所述固定单元的底部；所述更换装置包括行走部、装卸部和浮动部，所述行走部设有管缆固定架、X方向行走轮和Y方向行走轮，所述X方向行走轮的行走面和所述Y方向行走轮的行走面不在同一个水平面上；所述监控单元控制所述定位及举升装置、所述升降装置、所述更换装置和所述充电单元，完成充电架内动力电池的充电以及车辆的换电工作。

优选地，所述充电架竖直方向布置的各个单元的上部设有1个充电插座和多个浮动螺母，下部设有横向轨道，底部设有调整支脚。

优选地，所述安装平台上设有纵向轨道，所述安装平台设有液压站和控制器，所述液压站为站内设备的动作提供动力，并接受所述控制器的控制。

优选地，所述升降单元设有横向轨道，所述固定单元设有纵向轨道，所述横向轨道与所述纵向轨道相互垂直。

优选地，所述升降单元的横向轨道能与所述充电架任意单元的横向轨道保持在同一水平面上，所述横向轨道的规格与间距保持一致，所述纵向轨道的规格与间距保持一致。

优选地，所述绕线单元设有绕线器，所述绕线器的输入端与所述监控单元以及所述液压站相连，所述绕线器的输出端经过所述滑动环与所述管缆固定架相连，实现管缆在任意方向任意位置的伸缩与保持。

优选地，所述更换装置能拖曳管缆沿X、Y、Z三个方向上行走。

优选地，所述浮动平台设有柔性钢丝绳，利用所述浮动平台自身的重力实现无动力浮动。

优选地，所述前轮定位装置和所述后轮定位装置的升降高度可自动调整，使换电车辆在更换电池时动力电池与车身安装面保持水平。

本实用新型的有益效果在于：

第一，包括定位及举升装置在内，电池更换站采用全液压驱动，与电机驱动相比较，对环境的适应性更好，可以在雨水、污泥、沙石等严酷条件下稳定工作；；

第二，升降装置结构简单，只用一套驱动元件实现升降功能，而现有技术或产品具有升降、横移双重功能，至少要两套驱动元件，系统复杂；

第三，更换装置只需一套驱动元件就可以实现在一个平面的两个相互垂直方向上行走，现有技术或产品需要两套驱动元件才能实现；

第四，更换装置采用导向销主动定位，通过柔性钢丝绳利用浮动平台自身的重力实现无动力浮动，现有技术或产品需要采用弹簧组合、气囊或者气动推杆配合滚动副或滑动副来实现；

第五，电池更换站设置的绕线器与滑动环配合使用的方法，可以使更换装置拖曳着管缆在X、Y、Z三个维度空间内行走，管缆可以是电缆、气管或者油管当中的一种，也可以是三者当中的任意组合；如果不采用这种方法，更换装置可以采用自备电池加无线通信的方式实现上述功能，但这种方案的系统复杂、体积大、重量大、成本高、稳定性差；

第六，电池更换站采用组合方式集成，具有可扩展性，同时，换电站结构简单，环境适应性强，空间利用充分，占地面积小，扩展容易，为电动乘用车电池更换模式的推广提供了方便；

第七，定位及举升装置的前轮定位装置和后轮定位装置的升降高度可自动调整，自动补偿在动力电池装载、卸载时引起的换电车辆前后悬挂高度变化的影响，使换电车辆在换电时动力电池与车身安装面保持水平，提高换电效率，现有技术或产品依靠更换装置通过动力电池抬升车辆使之保持水平，使动力电池与车身先局部接触，容易造成动力电池或车身的变形或划伤，同时也增大了更换装置抬升的功率。

附图说明

图1为电动乘用车电池更换站的工作状态立体图；

图2为电动乘用车电池更换站的非工作状态立体图；

图3为电动乘用车电池更换站的控制框图；

图4为电动乘用车定位及举升装置的立体图；

图5为更换装置在升降装置与充电架不同位置状态第一立体；

图6为更换装置在升降装置与充电架不同位置状态第二立体；

图7为更换装置在升降装置与充电架不同位置状态第三立体；

图8为更换装置在升降装置与充电架不同位置状态第四立体；

图9为更换装置的立体图；

图10为更换装置内部布置图；

图11为电动乘用车电池更换站平面布置图；以及

图12为电动乘用车电池更换站扩展方案平面布置图。

主要附图标记：

Y方向即横向，代表换电车辆长度方向；X方向即纵向，代表换电车辆宽度方向；Z方向即竖向，代表换电车辆高度方向；

定位及举升装置1；充电架2；监控单元3；升降装置4；更换装置5；充电单元6；换电车辆7；

安装平台11；前轮定位装置12；后轮定位装置13；前坡道14；后坡道15；

安装结构体111；控制器112；液压站113；纵向轨道1114；

V形滚筒组121；第一夹持杆122；第一液压缸123；第二液压缸124；第一剪刀叉125；第三液压缸126；

平面滚筒组131；第二夹持杆132；第四液压缸133；第五液压缸134；第二剪刀叉135；第六液压缸136；

充电框架21；浮动螺母22；横向轨道23；充电插座24；调整支脚25；

固定单元41；升降单元42；绕线单元43；

纵向轨道411；第七液压缸412；滑轮组413；

横向轨道421；滑动环422；钢丝绳组423；

行走部51；浮动部52；装卸部53；管缆固定架54；

底座511；竖直升降装置512；行走单元513；升降支撑体514；

装卸平台521；解锁工具522；电池导向销523；支架524；

浮动平台531；浮动支架532；柔性钢丝绳533；

升降电机5121；刚性链条副5122；轴5123；齿轮副5124；

行走电机5131；齿轮副5132；转轴5133；X方向行走轮5134；Y方向行走轮5135；锥齿轮换向器5136；

剪刀叉5141；直线导轨5142。

具体实施方式

为详尽本实用新型之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

一种电动乘用车电池更换站，如图1～图12所示，图1为该电动乘用车电池更换站的工作状态立体图，图2为该电动乘用车电池更换站的非工作状态立体图，图3为该电动乘用车电池更换站的控制框图，图4为定位及举升装置的前轮定位装置的立体图，图5为更换装置在升降装置与充电架不同位置状态立体图1，图6为更换装置在升降装置与充电架不同位置状态立体图2，图7为更换装置在升降装置与充电架不同位置状态立体图3，图8为更换装置在升降装置与充电架不同位置状态立体图4，图9为更换装置的立体图，图10为更换装置内部布置图，图11为电动乘用车电池更换站平面布置图，图12为电动乘用车电池更换站扩展方案平面布置图，图中Y方向即横向，代表换电车辆长度方向，X方向即纵向，代表换电车辆宽度方向。

如图2所示，该电动乘用车电池更换站包括定位及举升装置1、升降装置4、更换装置5、充电架2、充电单元6和监控单元3，升降装置4设于两组充电架2之间，与定位及举升装置1平行布置并预留一定空间布充电单元6和监控单元3，更换装置5行走在升降装置4与定位及举升装置1之间相连的纵向轨道114上；定位及举升装置1定位并举升换电车辆，更换装置5在换电车辆和充电架2之间装卸及转运动力电池，通过升降装置4辅助完成竖直升降或横向行走。

如图4所示，定位及举升装置1包括安装平台11、前轮定位装置12、后轮定位装置13、前坡道14和后坡道15，安装平台11设有液压站113和控制器112，液压站113和控制器112布置在安装结构体111上，液压站113为站内设备提供动力，并接受控制器112的指令，安装平台11上设有纵向轨道114。

如图5所示，升降装置4包括固定单元41、升降单元42和绕线单元43，升降单元42设有横向轨道421，固定单元41设有纵向轨道411，横向轨道421与纵向轨道411相互垂直，纵向轨道411与纵向轨道114对齐；绕线单元43安装在固定单元41底部；升降单元42设有特殊的滑动环422，固定单元41上方设有第七液压缸412和滑轮组413，第七液压缸412由第五电磁阀单独控制，升降单元42还设有钢丝绳组423，钢丝绳组423通过滑轮组413与第七液压缸412相连。

如图9所示，更换装置5包括行走部51、装卸部52和浮动部53，行走部53一侧设有管缆固定架54。

升降装置4的绕线单元43的输入端与监控单元3以及液压站113相连，输出端经过滑动环422与的管缆固定架54相连。

电池更换站设置的绕线器与滑动环配合使用的方法，可以使更换装置5拖曳着管缆在X、Y、Z三个维度空间内行走，管缆可以是电缆、气管或者油管当中的一种，也可以是三者当中的任意组合。

充电架2的主体结构为充电框架21，包括在竖直方向上布置的若干单元层，每一单元层上部设有1个充电插座24和4个浮动螺母22，下部设有横向轨道23，底部还设有调整支脚25。

充电架2的横向轨道23与升降装置4的升降单元42的横向轨道421的规格及间距保持一致。

升降装置4的固定单元41的纵向轨道411与定位及举升装置1的安装平台11上的纵向轨道1114的规格及间距保持一致，并在工作状态下处于同一水平面上。

充电单元6通过管缆等实现与充电架2的充电插座24物理连接，为动力电池提供控制电源和动力电源。

监控单元3控制定位及举升装置1、升降装置4、更换装置5以和充电单元6，配合完成充电架2内动力电池的充电以及车辆的换电工作。

如图4所示，定位及举升装置1为梯形外形，包括安装结构体111和设于安装结构体111空腔内的液压站113及控制器112，液压站113与控制器112并排设置，前轮定位装置12与后轮定位装置13分设于液压站113与控制器112的两侧，前坡道14和后坡道15分设于安装平台11的前后两端，前坡道14与后坡道15均为斜楔形，并带有车辆导向功能，方便车辆进出；前轮定位装置12与后轮定位装置13由液压站113提供驱动动力。

前轮定位装置12包括两组V形滚筒组121和两个第一夹持杆122，两个V形滚筒组121与两个第一夹持杆122一一对应相连，各V形滚筒组121包括两个V形滚筒，第一液压缸123的朝向与滚筒朝向垂直，第一液压缸123与第二液压缸124分别与两个第一夹持杆122垂直相连，并通过第一夹持杆122驱动V形滚筒组121；第一剪刀叉125设于V形滚筒组121底部，第一剪刀叉125的底部与安装结构体111固连，第一剪刀叉125的顶部通过一平台与V形滚筒组121相连，第三液压缸126与第一剪刀叉125相连，并为第一剪刀叉125的上下运动及高低位置变换提供动力。

后轮定位装置13包括两组平面滚筒组131和两个第二夹持杆132，两个平面滚筒组131与两个第二夹持杆132一一对应相连，各平面滚筒组131包括多个滚筒，平面滚筒组131中各滚筒的轴线平行，第四液压缸133的朝向与滚筒朝向垂直，第四液压缸133与第五液压缸134分别与两个第二夹持杆132垂直相连，并通过第二夹持杆132驱动平面滚筒组31；第二剪刀叉135设于平面滚筒组131底部，第二剪刀叉135的底部与安装结构体111固连，第二剪刀叉135的顶部通过一平台与平面滚筒组131相连，第六液压缸136与第二剪刀叉135相连，并为第二剪刀叉135的上下运动及高低位变换提供动力。第一剪刀叉125与第二剪刀叉135的结构相同，升降同步，第一夹持杆122与第二夹持杆132的结构相同，第一夹持杆122的轴线与第二夹持杆132的轴线重合。

前轮定位装置12通过V形滚筒组121实现车辆前后方向的定位，前轮定位装置12、后轮定位装置13通过第一夹持杆122、第二夹持杆132夹持轮胎实现车辆左右方向的定位；前轮定位装置12、后轮定位装置13分别通过第一剪刀叉125、第二剪刀叉135的升降实现车辆高度及水平方向的定位。前轮定位装置12与后轮定位装置13的升降高度由控制器112分别独立控制，控制器112通过前轮定位装置12与后轮定位装置13控制电动乘用车的移动定位和举升调平，车身与动力电池安装面能始终自动保持水平状态。

如图9、图10所示，更换装置5的行走部51的竖直升降装置512、行走单元513以及升降支撑体514中的直线导轨5142安装在底座511上，呈刚性连接，竖直升降装置512包括升降电机5121、刚性链条副5122、轴5123和齿轮副5124，升降电机5121通过相连的齿轮副5124驱动轴5123正反转，轴5123带动刚性链条副5122作上下移动，从而驱动浮动部53升降。装卸部52包括装卸平台521、解锁工具522、电池导向销523和支架524，浮动部53包括浮动平台531、浮动支架532和柔性钢丝绳533，浮动平台531设有柔性钢丝绳，利用浮动平台531自身的重力实现无动力浮动。

行走单元513包括行走电机5131、行走齿轮副5132、转轴5133、X方向行走轮5134、Y方向行走轮5135和锥齿轮换向器5136，通过行走电机5131驱动行走齿轮副5132，带动转轴5133转动，转轴5133带动X方向行走轮5134转动，并通过锥齿轮换向器5136带动Y方向行走轮5135运动，X方向行走轮5134、Y方向行走轮5135半径不同，相应地设有X方向轨道和Y方向轨道，虽然X方向行走轮5134、Y方向行走轮5135都在转动，但同一时刻只有一个会接触到相应轨道，实现运动，且能根据需要进行切换。

X方向行走轮5134、Y方向行走轮5135和锥齿轮换向器5136的数量相等，优选为四个，但不局限于四个，当数量为四个时，其排列方式呈矩形排列，且X方向行走轮5134的轴线方向与Y方向行走轮5135的轴线方向相互垂直。X方向行走轮5134的轴线、Y方向行走轮5135的轴线和锥齿轮换向器5136的轴线在同一平面内。

升降支撑体514中剪刀叉5141的数量为多个，分设于设备两侧，剪刀叉5141的第一端固定在底座511，剪刀叉5141的第二端固定在浮动部53的浮动平台531下方，通过底座511上的直线导轨5142进行活动连接并实现导向，剪刀叉5141的末端可设滚轮以减小摩擦。

装卸部52的解锁工具522、电池导向销523和支架524安装在装卸平台521，呈刚性连接。电池导向销523末端为尖端，能起到导向作用，浮动部53与行走部51的升降支撑体514中剪刀叉5141、直线导轨5142刚性连接。

柔性钢丝绳533的一端固定在浮动支架532的螺纹孔上，另一端固定在装卸部52的支架524的螺纹孔上，柔性钢丝绳533的数量优选为四个，但不局限于四个，装卸部52通过四个柔性钢丝绳533与浮动部3连接在一起，在一定尺寸范围内呈浮动状态，能降低对车辆定位精度的要求，适应电池导向销523更准确地插入到动力电池的导向孔中。

竖直升降装置512与行走单元513可采用其它驱动形式，如液压驱动、电液混合驱动等方式，附图仅以电机驱动为例进行阐述。

本实用新型的电动乘用车电池更换站，其使用步骤如下：

1、如图1所示，换电车辆接到换电指令，换电车辆停靠在定位及举升装置1的两个V形滚筒组121内，第一夹持杆122与第二夹持杆132动作夹持轮胎使换电车辆居中，司机下车进入等待区域；监控单元3下达换电指令，液压站113为定位及举升装置1提供动力，举升换电车辆上升至所需换电工作高度。

2、更换装置5空载从设定位置沿纵向轨道1114行走至换电车辆底部设定的换电位置，更换装置5升高至工作高度，即加锁或解锁工作位，上升过程中电池导向销523导正装卸平台521，解锁工具522接触电池锁紧机构，并将电池锁紧机构解锁，更换装置5下降至运动高度，即移动操作位，使乏电电池与换电车辆分离。

3、更换装置5与乏电电池一起从换电车辆底部沿纵向轨道1114行走至升降装置4的纵向轨道411的设定位置。

4、升降装置4的第七液压缸412动作，拉动钢丝绳组423提升升降单元42至设定高度，此时更换装置5的Y方向行走轮5135脱离纵向轨道411，X方向行走轮5134与横向轨道421接触。

5、更换装置5的行走部51驱动X方向行走轮5134转动，使更换装置5连同乏电电池一起行走至充电位置，更换装置5升高至工作高度，上升过程中电池导向销523导正装卸平台521，解锁工具522将电池锁紧机构加锁在充电架2的浮动螺母22，更换装置5下降至运动高度与乏电电池脱开，乏电电池插头与充电架2上的充电插座24啮合，手充电单元6控制进入充电状态。

6、更换装置5返回至升降装置4的横向轨道421的设定位置，升降装置4的第七液压缸412动作带动升降单元42上升或下降至设定工作位置。

7、更换装置5横向移动至设定满电电池位置，升高至工作高度，解锁满电电池，并下降至运动高度，返回至升降装置4的横向轨道421的设定位置。

8、升降装置4下降至最低工作位置，此时更换装置5的X方向行走轮5134与横向轨道421脱离，Y方向行走轮5135与纵向轨道411接触，更换装置5沿纵向轨道1114行走至换电车辆底部设定的换电位置。

9、更换装置5升高至工作高度，并将满电动力电池锁紧在换电车辆上。

10、更换装置5下降至运动高度，返回至升降装置4纵向轨道411的初始位置待命。

11、定位及举升装置1的前轮定位装置12与后轮定位装置13同时下降至运动高度，第一夹持杆122与第二夹持杆132收回，换电车辆回到自由位置，换电流程结束。

12、司机上车驶出换电站，进入下一电池更换流程。

本实用新型还提供了扩展方案，扩展方案中，在定位及举升装置1的另外一侧增加布置了与现有方案相同的一组升降装置4、一组更换装置5、两组充电架2以及一组充电单元6。

扩展方案的具体实施方式与上述实施方式大致相同，区别在于两组更换装置5中一组空载用于拆卸换电车辆的乏电电池，同时另一组载满电电池用于为换电车辆加装电池，两组更换装置逐次相互交替使用。

以上所述是本申请的优选实施方式，不以此限定本实用新型的保护范围，应当指出，对于该技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。