专利名称：电动汽车电池自动更换系统的制作方法
技术领域：
电动汽车电池自动更换系统技术领域[0001 ] 本实用新型涉及电池充电系统，具体而言，涉及一种电动汽车电池自动更换系统。
背景技术：
近年来，随着经济发展与能源、环境之间的矛盾加剧，电动汽车作为清洁、低碳型 绿色车辆，受到世界各国的极大关注。电动汽车经过发展改进，技术已经日臻成熟，并显示出一定的优势。目前电动汽 车主要采用动力蓄电池作为主要电源。现有的动力蓄电池容量有限，市场上使用的电动汽 车一次充电后的续驶里程一般为IOOkm 300km，并且这还需要保持适当的行驶速度及具 有良好的电池调节系统才能得到保证，而绝大多数电动汽车一般行驶环境下续驶里程只有 50km 100km。为保证电动汽车连续行驶，需要利用充电设备对电动汽车进行充电。现有技术中存在的一种解决方式是建立电池替换站，用已经充满电的电池替换车 上被消耗的电池。目前国内外已有多家公司开发出电池更换系统，驾驶员不用离车，整个更 换电池的过程较短，减少了驾驶员等待时间。对需要不间断长途行驶的车主，可以提供很大 方便。但是，现有技术中的电池替换站多采用单个机器人更换充电电池，虽然整个更换 充电电池的过程较短，但是采用单个机器人更换充电电池取出需充电电池与放入充电后的 电池这两个动作之间存在一定的时间间隔，若需要更换的充电电池较多，会因此浪费较多 时间，使更换电池的效率偏低。且当机器人出故障时，替换站就无法正常工作。同时，国内已经运行的电池替换站目前采用的是机器人从车体侧面更换电池的方 式，主要为大型的公交和环卫车服务。由于大型车辆的电池组数量多、单组电池重量大，电 池本身的重量会造成机器人机械臂或者机体发生位移，容易发生充电电池卡死在电池箱内 的情况。这样就大大降低了换电效率和换电站的运营能力，同时增加了维护人员的数量，浪 费人力成本。并且，现有的电池替换站的电池架往往是开放式的。由于电池的充电过程受环境 温度影响很大，温度过高，会损害电池性能，温度过低会大大降低电池充电效率，甚至充不 上电。因此，需要有一定的温控设备。但现有技术中多通过加热机构或风扇来控制温度，温 控效果不佳。
实用新型内容本实用新型旨在提供一种电动汽车电池自动更换系统，以解决现有技术中电池更 换效率偏低的问题。为了实现上述目的，本实用新型提供了一种电动汽车电池自动更换系统，设置于 电池替换站内，包括用于为电动汽车更换充电电池的更换子系统以及对更换下来的充电电 池进行充电的充电子系统，更换子系统包括封闭轨道、取电池机器人、放电池机器人以及电 池架，其中，取电池机器人可移动地设置在封闭轨道上，用于从沿封闭轨道的第一预定位置4处停放的电动汽车上取出充电电池；放电池机器人可移动地设置在封闭轨道上，用于将充 电后的充电电池放入电动汽车内；电池架，沿封闭轨道的第二预定位置放置，用于放置充电 后充电电池以及更换下来的充电电池。 进一步地，取电池机器人还用于当放电池机器人出现故障时承担放电池机器人的 工作，将充电后的充电电池放入电动汽车内；放电池机器人还用于当取电池机器人出现故 障时承担取电池机器人的工作，从停放在沿封闭轨道的第一预定位置处的电动汽车上取出 充电电池。[0011 ] 进一步地，更换下来的充电电池在电池架上通过充电子系统充电。进一步地，封闭轨道包括上封闭轨道以及下封闭轨道，其中，上封闭轨道位于取电 池机器人与放电池机器人的上方；下封闭轨道位于取电池机器人与放电池机器人的下方； 上封闭轨道与下封闭轨道相对设置，用于承载和固定取电池机器人与放电池机器人，使取 电池机器人与放电池机器人沿封闭轨道方向移动。进一步地，取电池机器人与放电池机器人各自包括与上封闭轨道以及下封闭轨道 分别连接的立柱以及在立柱上垂直移动的操作部。进一步地，更换子系统还包括保温室，设置于电池架周围，用于保持更换下来的 充电电池处于预定充电温度之上。进一步地，第一预定位置设置于紧邻充电通道的封闭轨道的长边侧，第二预定位 置于与第一预定位置平行的封闭轨道的长边侧，第三预定位置设置于封闭轨道的任意一个 短边侧。进一步地，电动汽车电池自动更换系统包括两个更换子系统，分别位于充电通道 的两侧。进一步地，电动汽车电池自动更换系统还包括控制台，用于向所述更换子系统发 出开始换电的指令和结束换电的指令，并用于发出离开指示信号。进一步地，电动汽车电池自动更换系统还包括车姿校正装置，设置于第一预定位 置处的地面上，其中，车姿校正装置包括多组校正部，各组校正部均包括预定间隔的两个 金属滚筒，用于对电动汽车的驱动轮进行支撑和定位；电磁制动机构，用于对金属滚筒进行 制动。应用本实用新型的技术方案，通过在更换子系统中设置取电池机器人以及放电池 机器人，缩短了取出需充电电池与放入充电后的电池这两个动作之间存在的时间间隔，从 而提高了电池更换的效率，解决了现有技术中电池更换效率偏低的问题。
说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用 新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。 在附图中图1示出了根据本实用新型实施例一的更换子系统结构示意图；图2示出了根据本实用新型实施例一的封闭轨道结构示意图；图3示出了根据本实用新型实施例二的更换子系统结构示意图；图4示出了根据本实用新型实施例三的更换子系统结构示意图；5[0025]图5示出了根据本实用新型实施例四的电动汽车自动更换系统结构示意图；图6示出了根据本实用新型实施例五的电动汽车自动更换系统结构示意图；以及图7示出了根据本实用新型实施例五的车姿校正装置结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。下面结合图1至图7详细说明电动汽车电池自动更换系统结构。电动汽车电池自动更换系统设置于电池替换站内，包括用于为电动汽车更换充电 电池的更换子系统以及对更换下来的充电电池进行充电的充电子系统。当然，电动汽车电 池自动更换系统还包括用于记录费用的计费系统、客户数据管理系统以及对更换子系统进 行控制的控制子系统等，这些子系统的结构以及工作方式在现有技术中已有较多介绍，在 本实用新型的实施例中对其不进行详细描述。图1示出了根据本实用新型实施例一的更换子系统结构示意图。如图1所示，更 换子系统包括封闭轨道1、取电池机器人2、放电池机器人3以及电池架4。如图1所示，电动汽车9沿封闭轨道1的第一预定位置停放在充电通道上，电池架 4沿封闭轨道1的第二预定位置放置，取电池机器人2可移动地设置在封闭轨道1上，用于 从沿封闭轨道1的第一预定位置停放的电动汽车9上取出充电电池；放电池机器人3可移 动地设置在封闭轨道1上，用于将充电后的充电电池放入电动汽车9内；电池架4，沿封闭 轨道1的第二预定位置放置，用于放置充电后充电电池以及更换下来的充电电池。在本实施例中，封闭轨道1为环形封闭轨道，采用封闭轨道1可以使取电池机器人 2与放电池机器人3同时工作，且采用封闭轨道可以使任意一台机器人在封闭轨道1停下来 进行操作或者出现故障时，另一台机器人的移动不会受到影响。例如，取电池机器人2在取 充电电池时，放电池机器人3可以停放在弯道处等待或者去取充电后的充电电池。且因为 轨道是封闭轨道，放电池机器人3可以从两个方向移动到电池架4位置处，所以放电池机器 人3从电池架4上取充电后的充电电池不会受到取电池机器人2的影响。在本实施例中，取电池机器人2与放电池机器人3同时工作于封闭轨道1上，取电 池机器人2从停靠在第一预定位置处的电动汽车9侧面打开电池箱，通过取电池机器人2 的机械臂将充电电池取出，取电池机器人2沿封闭轨道1移动，将耗尽的电池存放到电池架 4上，充电子系统开始对其充电。同时放电池机器人3将放置在电池架4上充电后的电池取 出，沿封闭轨道1移动至第一预定位置处，并将充电后的充电电池放入从停靠在第一预定 位置处的电动汽车9内。两台机器人同时工作，大大提高了换电效率。在本实施例中，取电池机器人2以及放电池机器人3接受控制子系统的控制指令， 就能够通过自身的定位系统自动、精确地查找电池或车辆的位置，利用机械臂完成电池的 更换操作。整个过程不需要人手动控制，既节省了人力成本，又节省时间，提高了电池替换 站整体运营能力。换电机器人的功能和型号可以根据电池替换站的具体情况进行定制，并 按照其产品介绍与控制子系统进行连接。而控制子系统控制取电池机器人2以及放电池 机器人3的方式以及控制子系统的组成在在现有技术中也有较多介绍，在此也不再详细描 述。[0036]在本实施例中，通过在更换子系统中设置取电池机器人2以及放电池机器人3，缩 短了取出需充电电池与放入充电后的电池这两个动作之间存在的时间间隔，从而提高了电 池更换的效率，解决了现有技术中电池更换效率偏低的问题。优选地，取电池机器人2还可以用于当放电池机器人3出现故障时承担放电池机 器人3的工作，将充电后的充电电池放入电动汽车内；放电池机器人3还可以用于当取电池 机器人2出现故障时承担取电池机器人3的工作，从停放在沿封闭轨道1的第一预定位置 处的电动汽车上取出充电电池。两台机器人可以互为备用，当取电池机器人2或放电池机 器人3出现故障时，控制子系统也可以控制另一台机器人独立完成整个更换电池的过程， 减少了因检修故障造成的等待。优选地，在本实施例中，更换下来的充电电池放置于电池架4上，通过充电子系统 为更换下来的充电电池充电，以保证对充电电池及时进行充电，不影响再一次的电池更换 过程。在本实施例中，封闭轨道包括取电池机器人2与放电池机器人3相接触使机器人 可移动的连接部分以及用于固定的固定部分，与可直接购买与取电池机器人2与放电池机 器人3想匹配的轨道并组装成封闭轨道，也可自行设计。优选地，在本实施例中，封闭轨道1上设置有精确定位装置，使机器人可以精确地 停止在预定位置处，从而避免了因机器人停止位置的偏差而造成的充电电池卡在电池箱内 情况的产生，提高了机器人更换充电电池的成功率和稳定性。本实施例中精确定位装置可 以为精密丝杠，可也为光栅尺等。安装方式与具体选择的精密定位装置有关。例如，当选择 精密丝杠作为精密定位装置时，可直接采用丝杠作为封闭轨道1与取电池机器人2以及放 电池机器人3相连接的部分。图2示出了根据本实用新型实施例一的封闭轨道结构示意图。如图2所示，为了 更好的固定机器人，在本实施例中，封闭轨道1包括上封闭轨道11以及下封闭轨道12。且 上封闭轨道11以及下封闭轨道12相对设置，如图2中垂直方向上的线条所示。上封闭轨 道11位于取电池机器人2与放电池机器人3的上方，下封闭轨道12位于取电池机器人2 与放电池机器人3的下方，上封闭轨道11与下封闭轨道12相对设置，用于承载和固定取电 池机器人2与放电池机器人3，使取电池机器人2与放电池机器人3只能沿封闭轨道方向移 动。在本实施例中，上封闭轨道11与下封闭轨道12分别从取电池机器人2以及放电 池机器人3的上方与下方对取电池机器人2以及放电池机器人3进行固定。例如，上封闭 轨道11可固定在取电池机器人2以及放电池机器人3上方的建筑物上，下封闭轨道12固 定在地面上。将上封闭轨道11与下封闭轨道12分别从取电池机器人2以及放电池机器人 3的上方与下方对机器人进行固定，可以使机器人在轨道上的固定更加稳固，且将机器人的 移动方向限制在沿封闭轨道方向，从而避免了机器人在轨道上停止并进行电池更换时机体 发生位移导致电池卡在电池箱内情况的产生，提高了机器人更换充电电池的成功率和稳定 性。优选地，在本实施例中，取电池机器人2与放电池机器人3各自包括与上封闭轨道 11以及下封闭轨道12连接的立柱以及在立柱上垂直移动的操作部。以取电池机器人2为 例，取电池机器人2通过一根或者多根立柱分别与上封闭轨道11以及下封闭轨道12连接，并且取电池机器人2的操作部可以在立柱上垂直移动，以方便从电池架4的不同位置上取 电池或者放电池。放电池机器人3与取电池机器人2结构相似。采用这样的结构，可以使 取电池机器人2可以稳定固定在上封闭轨道11以及下封闭轨道12之间，且操作部仅能沿 立柱方向垂直移动，同样避免了机体发生位移导致电池卡在电池箱内情况的产生，提高了 机器人更换充电电池的成功率和稳定性。在本实施例中，操作部包括用于完成电池的更换操作机械臂以及其他部件，操作 部的具体结构在现有技术中已有详细介绍，在此不再赘述。图3示出了根据本实用新型实施例二的更换子系统结构示意图。如图3所示，与 实施例一不同的是，在本实施例中，为了降低环境温度对充电电池充电过程的影响，更换子 系统还包括保温室5，设置于电池架4周围，用于保持更换下来的充电电池处于预定充电温 度之上。图3中示意性的示出的是保温室5的位置。保温室5可以如图3所示设置在电池 架4以及部分封闭轨道1周围，保温室5围绕在在封闭轨道1处的墙壁上设置有自动门，从 而既不影响机器人在轨道的移动，也能最大程度的降低环境温度对充电过程的影响。当然， 保温室5也可以仅围绕在在电池架4周围，并留出取电池机器人2将耗尽的电池存放到电 池架4上的位置以及放电池机器人3将放置在电池架4上充电后的电池取出的位置。优选地，在本实施例中，更换子系统还包括维修区6，设置于封闭轨道1的第三预 定位置处，用于维修取电池机器人2或放电池机器人3。在该处放置有常用的维修工具与维 修部件，当取电池机器人2或放电池机器人3出现故障时，可直接将出现故障的机器人从轨 道上拖至该处进行快速维修。优选地，在本实用新型的实施例中，第一预定位置设置于紧邻充电汽车更换电池 时所通过的充电通道的封闭轨道1的长边侧，第二预定位置于与第一预定位置平行的封闭 轨道1的长边侧，第三预定位置设置于封闭轨道1的任意一个短边侧。采用这样的设置，可 以更合理的利用有限的轨道空间。图4示出了根据本实用新型实施例三的更换子系统结构示意图。与实施例二不同的是，本实施例中的电动汽车电池自动更换系统包括两个更换子 系统，分别位于充电通道的两侧。从而可以对车辆两侧均放置有充电电池的电动汽车进行 电池更换。图5示出了根据本实用新型实施例四的电动汽车自动更换系统结构示意图。与实施例三不同的是，在本实施例中，为了更方便的控制更换子系统开始更换电 池及结束更换电池的时间，电动汽车自动更换系统还包括控制台7，位于充电通道任意一 侧，用于向更换子系统发出开始换电的指令和结束换电的指令，并用于发出离开指示信号。 例如，当电动汽车停止在第一预定位置处时，操作人员就可以操作控制台7，控制更换子系 统开始工作；当更换电池的工作结束时，操作人员就可以操作控制台7，使更换子系统停止 工作，同时向司机发出可以离开的离开指示信号。图6示出了根据本实用新型实施例五的电动汽车自动更换系统结构示意图。如图 6所示，与实施例四不同的是，电动汽车电池自动更换系统还包括车姿校正装置8，设置于 第一预定位置处的地面上，用于对电动汽车在充电通道的停止位置及停止姿态进行校正。图7示出了根据本实用新型实施例五的车姿校正装置结构示意图。如图7所示，车姿校正装置8包括多组校正部，各组校正部均包括预定间隔的两个金属滚筒81，用于对 电动汽车的驱动轮进行支撑和定位。当充电汽车离开时，在金属滚筒81上放置金属板使金 属滚筒81停止滚动即可。优选地，车姿校正装置还包括电磁制动机构，位于金属滚筒81的正下方，用于对 金属滚筒进行制动，使金属滚筒81处于可自由转动的第一状态或锁定转动的第二状态。如图6以及图7所示，每个制动轮下具有一组校正部。当电动汽车到达第一预定 位置后，电磁制动机构被打开，每组校正部的金属滚筒81成自由状态。若车身不正时，汽车 制动轮会倾斜的停在金属滚筒81上方。且由于汽车制动轮夹在金属滚筒81之间，踩油门 只能使制动轮带动金属滚筒81转动，但车不能向前行进。因此，踩油门会使制动轮带动金 属滚筒81转动，制动轮会在金属滚筒81的转动之下滑入金属滚筒81之间。并由于金属滚 筒81之间的预定距离正好能够将制动轮卡在两个滚筒之间，所以对车身进行调整后，在更 换电池时车身也不会发生晃动。汽车位置调整完毕后，即可开始换电操作。待换电完毕后， 电磁制动机构自动锁死，汽车可以自由离开。采用本实施例中的方式就可以提高换电的效 率，克服因车身不正造成电池更换失败的问题。从以上的描述中，可以看出，本实用新型上述的实施例实现了如下技术效果通过在更换子系统中设置取电池机器人以及放电池机器人，缩短了取出需充电电 池与放入充电后的电池这两个动作之间存在的时间间隔，从而提高了电池更换的效率，解 决了现有技术中电池更换效率偏低的问题；当机器人出现故障时，控制子系统也可以控制 另一台机器人独立完成整个更换电池的过程，减少了因检修故障造成的等待，可以提高机 器人更换充电电池的成功率和稳定性。并且，提高了机器人更换充电电池的成功率和稳定 性，不容易发生充电电池卡死在电池箱内的情况。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本 领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种电动汽车电池自动更换系统，设置于电池替换站内，包括用于为电动汽车更换 充电电池的更换子系统以及对更换下来的所述充电电池进行充电的充电子系统，其特征在 于，所述更换子系统包括封闭轨道(1)、取电池机器人(2)、放电池机器人(3)以及电池架 (4)，其中，所述取电池机器人( 可移动地设置在所述封闭轨道(1)上，用于从停放在沿所述封 闭轨道(1)的第一预定位置处的电动汽车上取出所述充电电池；所述放电池机器人C3)可移动地设置在所述封闭轨道(1)上，用于将充电后的所述充 电电池放入所述电动汽车内；电池架G)，沿所述封闭轨道(1)的第二预定位置放置，用于放置充电后所述充电电池 以及更换下来的所述充电电池。
2.根据权利要求1所述的电动汽车电池自动更换系统，其特征在于，所述取电池机器人( 还用于当所述放电池机器人C3)出现故障时承担所述放电池机 器人(3)的工作，将充电后的所述充电电池放入所述电动汽车内；所述放电池机器人C3)还用于当所述取电池机器人( 出现故障时承担所述取电池机 器人(3)的工作，从停放在沿所述封闭轨道(1)的第一预定位置处的电动汽车上取出所述 充电电池。
3.根据权利要求1所述的电动汽车电池自动更换系统，其特征在于，更换下来的所述 充电电池在所述电池架(4)上通过所述充电子系统充电。
4.根据权利要求1所述的电动汽车电池自动更换系统，其特征在于，所述封闭轨道(1) 包括上封闭轨道(11)以及下封闭轨道(12)，其中，所述上封闭轨道(11)位于所述取电池机器人( 与所述放电池机器人(3)的上方；所述下封闭轨道(1 位于所述取电池机器人( 与所述放电池机器人(3)的下方；所述上封闭轨道(11)与所述下封闭轨道(1 相对设置，用于承载和固定所述取电池 机器人( 与所述放电池机器人(3)，使所述取电池机器人( 与所述放电池机器人(3)沿 封闭轨道方向移动。
5.根据权利要求4所述的电动汽车电池自动更换系统，其特征在于，所述取电池机器 人( 与所述放电池机器人C3)各自包括与所述上封闭轨道(11)以及所述下封闭轨道 (12)分别连接的立柱以及在所述立柱上垂直移动的操作部。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的电动汽车电池自动更换系统，其特征在于，所述 更换子系统还包括保温室(5)，设置在所述电池架(4)周围，用于保持更换下来的所述充电电池处于预定 充电温度之上。
7.根据权利要求6所述的电动汽车电池自动更换系统，其特征在于，所述第一预定位 置设置于紧邻充电通道的所述封闭轨道(1)的长边侧，所述第二预定位置于与所述第一预 定位置平行的所述封闭轨道(1)的长边侧，所述第三预定位置设置于所述封闭轨道(1)的 任意一个短边侧。
8.根据权利要求7所述的电动汽车电池自动更换系统，其特征在于，所述电动汽车电 池自动更换系统包括两个更换子系统，分别位于所述充电通道的两侧。
9.根据权利要求8所述的电动汽车电池自动更换系统，其特征在于，所述电动汽车电池自动更换系统还包括控制台(7)，位于所述充电通道任意一侧，用于向所述更换子系统发出开始换电的指令 和结束换电的指令，并用于发出离开指示信号。
10.根据权利要求9所述的电动汽车电池自动更换系统，其特征在于，所述电动汽车电 池自动更换系统还包括车姿校正装置(8)，设置于所述第一预定位置处的地面上，其中，所 述车姿校正装置(8)包括多组校正部，各组校正部均包括预定间隔的两个金属滚筒(81)，用于对电动汽车的驱动轮进行支撑和定位； 电磁制动机构，用于对所述金属滚筒(81)进行制动。
专利摘要本实用新型提供了一种电动汽车电池自动更换系统，设置于电池替换站内，该系统包括用于为电动汽车更换充电电池的更换子系统以及对更换下来的充电电池进行充电的充电子系统，更换子系统包括封闭轨道、取电池机器人、放电池机器人以及电池架，其中，取电池机器人可移动地设置在封闭轨道上，用于从停放在沿封闭轨道的第一预定位置处的电动汽车上取出充电电池；放电池机器人可移动地设置在封闭轨道上，用于将充电后的充电电池放入电动汽车内；电池架，沿封闭轨道的第二预定位置放置，用于放置充电后充电电池以及更换下来的充电电池。应用本实用新型的技术方案，提高了电池更换的效率，解决了现有技术中电池更换效率偏低的问题。
文档编号B60S5/06GK201825013SQ20102029874
公开日2011年5月11日 申请日期2010年8月20日 优先权日2010年8月20日
发明者丁晓伟, 刘荣, 姜碧宵 申请人:北京华商三优新能源科技有限公司