专利名称：一种电池交换站的电池交换方法及其布置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动汽车技术领域，具体涉及一种适用于电动汽车电池交换站的电池交换方法以及相应的交换站布置结构。
背景技术：
随着经济的快速发展，全社会汽车的保有量迅速增加，不仅消耗了大量不可再生的石油资源，而且造成极为严重的空气污染，为此，用蓄电池驱动的电动汽车受到了广泛的青睐，但是，由于受到蓄电池技术的限制，现有电动汽车的行驶里程一般在一、二百公里之间，而电池一次充电时间需十几个小时，从而严重地限制了电动车的普及。为了缩短充电时间，有人开发了如铁电池一类的新型蓄电池以及相应的特殊电池储存和充电装置，可在几十分钟内充好行驶一百公里的电量，但是，此类电池储存和充电装置的成本极高，并不是个人用户能承担的起的，而且快速充电的方式对电池寿命亦有极大损害，而大量废弃的旧电池又对环境造成的巨大的影响。为此，有人推出了专门的电动汽车电池交换站，其工作方式类似现有的汽车加油站，电动汽车在储存有大量满电电池的电池交换站直接更换充好电的满电电池，即可继续行驶，而电池交换站则可将换下的亏电电池进行充电，以用于后续的更换。例如，一种在中国专利文献上公开的“电动车辆蓄电池更换工作站”，公开号为CN 12U933A，包括更换台及蓄电池转换器，更换台可供电动车辆迸出并定位，并能将电动车辆之蓄电池快速拆卸或安装于电动车辆的车架上，蓄电池转换架能将蓄电池远离更换台，同时更换另一蓄电池，载往更换台，并协同更换台将蓄电池安装于电动车辆的车架上。蓄电池转换架由运送带连接检测区，用以将拆下之蓄电池进行检测保养或淘汰，检测区又由运送带连接仓储区，用以将可用之蓄电池充电储存。然而，现有的此类电池交换站中的电池储存和充电装置与电池的储存装置使分开设置的，而电池的传送主要靠传送带进行，电池储存和充电装置只是对电池进行充电，而充好电的电池或是直接存放在传送带上，从而使电池占用极大的空间，或是采用类似货架的装置存放，由于其存放和电池储存和充电装置相互分离，因而存在电池的取放与充电的不便，难以实现电池交换站的全自动运转。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的电池交换站的电池交换方法及其布置结构所存在的占地面积大、以及自动化程度低的问题，提供一种电池交换站的电池交换方法及其布置结构，以便使交换站的总体结构紧凑、占地面积小、进而实现电池交换站的全自动操作。为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案
一种电池交换站的电池交换方法，所述的电池交换站用于快速卸下车辆上的亏电电池并进行充电储存，同时将充好电的满电电池快速装入车辆的电池仓内，电池仓设于车辆的底部并且底面开通，具体步骤如下
a.将需要交换电池的车辆定位在电池交换平台上；b.控制装置首先控制位于等待区的升降式的第一运送小车沿着低于电池交换平台的轨道移动至车辆下方对应电池仓的位置，然后使第一运送小车的托举平台上升并与电池仓内的电池的底面贴合，设于电池仓上的位置传感器向车辆的中央控制器发出一个释放电池的信号，中央控制器即控制电池仓上用于悬挂固定电池的电磁控制挂钩与电池分离，而设于托举平台上的位置传感器则向控制装置发出一个到位的信号，控制装置使托举平台停止上升并载着需充电的电池下降复位并移动至等待区；
c.一个位于等待区的第二运送小车在控制装置的控制下沿轨道移动至可转动的轮架式电池储存和充电装置下方的工作位置，并上升其托举平台与悬挂在轮架式电池储存和充电装置的电池挂架上充好电的电池的底面贴合，设于电池挂架上的位置传感器向控制装置发出一个到位的信号，控制装置使托举平台停止上升，并同时控制电池挂架上的电磁控制挂钩与电池分离，托举平台载着充好电的电池下降复位并沿着轨道移动至车辆下方对应电池仓的位置；
d.第二运送小车的托举平台上升，将充好电的电池推入车辆的电池仓内，设于电池仓上的电磁控制挂钩即自动将电池锁住，使其悬挂在电池仓内，而设于托举平台上的位置传感器则向控制装置发出一个到位的信号，控制装置使托举平台停止上升，然后第二运送小车的托举平台下降复位，并沿着轨道移动至等待区，而完成电池交换的车辆则离开电池交换平台；
e.位于等待区的第一运送小车沿轨道移动至轮架式电池储存和充电装置下方的工作位置，第一运送小车的托举平台上升，将需充电的电池推入电池挂架内，电池的接线柱与电池挂架上的插座对接联通并开始对电池充电，设于电池挂架上的电磁控制挂钩即自动将电池锁住，使其悬挂在电池挂架内，而设于电池挂架上的位置传感器向控制装置发出一个到位的信号，控制装置使托举平台停止上升并下降复位，然后沿着轨道移动至等待区，控制装置同时控制轮架式电池储存和充电装置的轮架转动，使相邻的电池挂架上充好电的电池转动至正下方与工作位置对应。本发明采用的是上下升降式电池交换方法，因而特别适合于车身的侧面空间较小的电动轿车，车身的底部设置下部开口的电池仓，并且轨道要低于车辆定位的电池交换平台，从而有利于第一、第二运送小车从车身下面取出和装载电池。本发明的电池储存和充电装置采用轮架式结构，其同时具有充电和立体储存电池的功能，因而可使结构紧凑，另外， 轮架的运转只是简单的回转运动，当亏电电池进入电池挂架上后，轮架只需转动一个固定的角度即可将相邻的满电电池转动到工作位置，以便下次更换之用，所有的电池依序逐步更换，既可确保电池有充足的充电时间，同时可大大简化电池的移动步骤和控制程序，便于实现全自动操作。作为优选，步骤a中的电池交换平台为梯形结构，车辆经电池交换平台一侧的上升坡道行驶至中间的定位平台定位，在完成电池交换后，从另一侧的下降坡道驶离电池交换站。这样，无需其它动力提升装置即可实现车辆的快速提升，既有利于简化电池交换站的结构，又可加快交换电池的速度，进而实现电池的快速交换。一种电池交换站的布置，包括一个电池交换平台、轨道式电池传送装置、电池储存和充电装置以及控制装置，所述电池储存和充电装置包括充电器以及竖直布置的摩天轮状轮架，所述轮架在圆周方向等分设置若干个可转动的电池挂架，电池挂架的底面开通，而顶部设有与电池顶面的接线柱对应的插座以及用于固定电池的电磁控制挂钩，位于电池挂架外侧两端的悬挂轴上设有旋转式电连接结构；所述轨道式电池传送装置包括连接电池交换平台与电池储存和充电装置、且低于电池交换平台的轨道，以及可在轨道上移动、可自动升降的第一运送小车和第二运送小车，所述电池交换平台的中央设有与轨道联通的竖直升降井。与前述的电池交换方法相对应，本发明的电池交换站的布置中具有一个竖直布置的摩天轮状轮架，可转动的设置在轮架上的电池挂架既可通过电磁控制挂钩悬挂并固定电池，以实现电池的储存，而通过旋转式电连接结构又可使电池与充电器相连接，从而在电池的储存过程中实现同步充电。由于电池挂架采用与电池仓相同的底部开通结构，因而电池可通过第一运送小车和第二运送小车采用相同的上下升降方式方便地进出电池仓和电池挂架，特别地，第一运送小车和第二运送小车可分别用于传送需充电的亏电电池以及充好电的满电电池，其每次更换电池时在轨道上行走的路径都是相同的，因此，与其它采用货架式之类的电池储存装置的电池交换站相比，本发明可显著地简化电池传送装置的结构和相应的控制程序。作为优选，在电池交换平台与电池储存和充电装置之间设有上面加盖的沟渠，所述轨道位于沟渠的底部。将轨道置于沟渠的底部，使第一、第二运送小车可在路面下的沟渠内移动传送电池，因而无需抬高电池交换平台即可更换电池，便于车辆的定位，并可简化整体结构。作为优选，所述电磁控制挂钩包括对称地可转动连接在电池挂架上部的二个悬挂弯钩，所述悬挂弯钩的转动轴位于中部，悬挂弯钩靠外一端为向下的钩部，并在钩部的下端设有向内侧上方倾斜延伸的导向斜面，悬挂弯钩靠内一端与一连杆的一端相铰接，所述连杆的另一端与一磁吸环铰接，所述磁吸环可移动地套接在固定于电池挂架上部的滑动轴上，并在电池挂架上部对应磁吸环处设置电磁铁，在滑动轴上位于磁吸环和电磁铁之间套设有复位压簧，所述电池挂架上还设有控制电池上升高度的位置传感器。电池在进入电池挂架时，通过挤压钩部下端的导向斜面即可使悬挂弯钩的钩部向外摆动，当电池上升到位时，钩部的挂钩借助于复位弹簧的推力进入到电池上相应的沟槽内将电池可靠地悬挂固定。当电池需要从电池挂架上释放时，第一运送小车位于电池下方并托住电池，此时控制装置控制电磁铁通电吸合，从而向下拉动磁吸环，并通过连杆拉动悬挂弯钩，使其钩部向外张开，从而释放电池，采用电磁铁作动力便于其自动控制，对称设置的悬挂弯钩通过连杆与磁吸环铰接从而形成一个双连杆机构，因而一个电磁铁即可同时控制二个悬挂弯钩的动作。位置传感器可感知电池以及第一、第二运送小车的托举平台的上升高度，以控制托举平台的上升高度，并控制电磁铁的通断。设于滑动轴上的复位压簧可是两侧的悬挂弯钩同时复位，有利于简化结构，并确保两侧悬挂弯钩复位弹力的一致。作为优选，在滑动轴上位于磁吸环上部套设有压环，压环上部设有与滑动轴螺纹连接的手动解锁螺母，所述滑动轴上设有轴向的键槽，所述压环内孔设有相应的限位键。转动解锁螺母，即可向下推动压环，并进而使磁吸环下降，从而可实现电磁控制失效时电池的手动解锁释放，限位键则可避免压环产生转动，避免与磁吸环之间产生相对摩擦。作为优选，在电池挂架的内侧面上设有用以抵压电池外侧面、且向内下凹的拱形压板，所述拱形压板竖直布置，对应每个电池外侧面的拱形压板为2个，且平行排列。拱形压板的结构简单，具有较好的弹性和强度，有利于纠正电池的位置偏差，并且可在下端自然形成一个较大的导向弧度，有利于对电池的引导。作为优选，所述第一、第二运送小车包括一个行走底座、设于行走底座上的剪叉式升降臂、固定在剪叉式升降臂上部的托举平台、以及用以分别校正电池在X、Y两个方向的位置的二套电池位置校正机构，剪叉式升降臂由行走底座上的电机通过滚珠丝杠副驱动。 采用电机驱动滚珠丝杠副的机械式结构进行高度调整有利于实现上升高度的精确控制，同时其具有自锁功能，而电池位置校正机构则可用于对电池进行两个方向的位置调整，以便于电池在进入到电池挂架以及电池仓内时可准确对接。作为优选，每套电池位置校正机构包括至少一对相对铰接于托举平台两侧的L形校正臂，所述校正臂由铰接于托举平台的转动段以及由转动段顺滑地弯折延伸、用于支承电池侧面的支承段构成，支承段的端部呈半球形，在行走底座上对应转动段和支承段的折弯处设有竖直的推杆，推杆的上端设有水平的推块。当托举平台载着电池下降复位时，推杆上的推块与校正臂的转动段和支承段的折弯处接触，并推动校正臂向托举平台内侧转动， 进而用支承段的半球形端部推挤电池的侧面，使其位置得以校正。该校正机构结构简单，而且无需额外的动力机构即可实现电池的准确定位。作为优选，所述旋转式电连接结构包括设置在一或二侧悬挂轴上的绝缘套，所述绝缘套外侧面则设有二或一条环形凹槽，环形凹槽内嵌设有导电环，所述导电环与插座电连接；相对应地，轮架上则设有弹性抵压导电环的碳刷，所述碳刷通过导线与充电器电连接。从而可确保在轮架转动时对电池进行连续的充电。作为优选，所述电池位置校正机构包括至少一对相对铰接于托举平台两侧的L形校正臂，所述校正臂由铰接于托举平台的转动段以及由转动段弯折延伸的支承段构成，并在支承段的端部设置用于支承电池侧面的第一滚轮，支承段与转动段的连接处设置第二滚轮，所述行走底座上与第二滚轮位置对应处设有竖直的推杆，推杆的上端设有水平的推块。 在支承段的端部设置用于支承电池侧面的第一滚轮，将支承段的端部与电池之间的滑动摩擦改为滚动摩擦；同时，在支承段与转动段的连接处设置第二滚轮，将推块与校正臂之间的滑动摩擦也改为滚动摩擦，因而可限制地减小复位校正时的摩擦力，避免对电池表面产生损伤，延长电池位置校正机构的使用寿命。综上所述，本发明具有如下有益效果交换站的总体结构紧凑、占地面积小、可实现电池交换站的全自动操作。
图1是本发明的电池交换站的布置示意图。图2是本发明电池交换平台的结构示意图。图3是本发明电池储存和充电装置的结构示意图。图4是图3的侧视图。图5是本发明电池挂架的结构示意图。图6是图5的侧向剖视图。图7是图5的俯视图。
图8是本发明的旋转式电连接结构的示意图。图9是本发明中第一、第二运送小车的结构示意图。其中2、轮架21、辐板22、悬挂臂23、连接环3、电机4、涡轮蜗杆减速器5、 散热风扇6、电池61、接线柱62、沟槽7、电池挂架71、悬挂轴713、绝缘套714、环形凹槽715、导电环717、碳刷718滚珠丝杠副72、X形缓冲架73、插座8、电磁控制挂钩80、 电磁铁81、悬挂弯钩811、钩部812、导向斜面813、挂钩82、转动轴83、连杆84、磁吸环841、环形槽86、复位压簧87、滑动轴871、键槽88、手动解锁螺母89、压环891、限位键9、中心轴10、缓冲弹簧12、拱形压板13、电池交换平台131、上升坡道132、定位平台133、下降坡道134、定位标志线135、停止线136、竖直升降井14、电池储存和充电装置15、控制室151、操控面板16、轨道17、第一运送小车171、行走底座172、剪叉式升降臂173、托举平台174、推杆175、推块18、第二运送小车19、校正臂191、转动段192、支承段193、第一滚轮194、第二滚轮
具体实施例方式下面结合附图与具体实施方式
对本发明做进一步的描述。一种电池交换站的电池交换方法，所述的电池交换站用于快速卸下车辆上的亏电电池并进行充电储存，同时将充好电的满电电池快速装入车辆的电池仓内，电池仓设于车辆的底部并且底面开通，因而电池是采用上下方式更换的，与现有技术不同的是，将电池的储存和充电集中在一个摩天轮状的轮架上完成，在储存的同时进行充电，而电池的传送则是通过在固定的轨道内移动的升降式的第一运送小车、第二运送小车完成的，具体步骤如下
a.将需要交换电池的车辆定位在电池交换平台上；
b.控制装置首先控制位于等待区的升降式的第一运送小车沿着低于电池交换平台的轨道移动至车辆下方对应电池仓的位置，然后使第一运送小车的托举平台上升并与电池仓内的电池的底面贴合，设于电池仓上的位置传感器向车辆的中央控制器发出一个释放电池的信号，中央控制器即控制电池仓上用于悬挂固定电池的电磁控制挂钩与电池分离，而设于托举平台上的位置传感器则向控制装置发出一个到位的信号，控制装置使托举平台停止上升并载着需充电的电池下降复位并移动至等待区；
c.一个位于等待区的第二运送小车在控制装置的控制下沿轨道移动至可转动的轮架式电池储存和充电装置下方的工作位置，并上升其托举平台与悬挂在轮架式电池储存和充电装置的电池挂架上充好电的电池的底面贴合，设于电池挂架上的位置传感器向控制装置发出一个到位的信号，控制装置使托举平台停止上升，并同时控制电池挂架上的电磁控制挂钩与电池分离，托举平台载着充好电的电池下降复位并沿着轨道移动至车辆下方对应电池仓的位置；
d.第二运送小车的托举平台上升，将充好电的电池推入车辆的电池仓内，设于电池仓上的电磁控制挂钩即自动将电池锁住，使其悬挂在电池仓内，而设于托举平台上的位置传感器则向控制装置发出一个到位的信号，控制装置使托举平台停止上升，然后第二运送小车的托举平台下降复位，并沿着轨道移动至等待区，而完成电池交换的车辆则离开电池交换平台；e.位于等待区的第一运送小车沿轨道移动至轮架式电池储存和充电装置下方的工作位置，第一运送小车的托举平台上升，将需充电的电池推入电池挂架内，电池的接线柱与电池挂架上的插座对接联通并开始对电池充电，设于电池挂架上的电磁控制挂钩即自动将电池锁住，使其悬挂在电池挂架内，而设于电池挂架上的位置传感器向控制装置发出一个到位的信号，控制装置使托举平台停止上升并下降复位，然后沿着轨道移动至等待区，控制装置同时控制轮架式电池储存和充电装置的轮架转动，使相邻的电池挂架上充好电的电池转动至正下方与工作位置对应。为便于操作，步骤a中的电池交换平台为梯形结构，并且在其表面设置黄色的定位标志线，车辆经电池交换平台一侧的上升坡道沿着定位标志线行驶至中间的定位平台定位，在完成电池交换后，从另一侧的下降坡道驶离电池交换站。与上述电池交换方法相对应，本发明提供一种电池交换站的布置，如图1所示，包括一个电池交换平台13、设置在电池交换平台横向一侧的控制室15、电池储存和充电装置 14、连接电池交换平台与电池储存和充电装置用于传送电池的轨道式电池传送装置，控制室内设有控制整个电池交换站工作的控制装置(图中未示出)，并且在控制室位于电池交换平台横向的一侧壁上设置触摸屏的操控面板151，便于工作人员控制电池的交换过程，并有利于工作人员安全地对车辆进行观察。。如图2所示，电池交换平台为梯形结构，包括一侧的上升坡道131、中间的定位平台132以及另一侧的下降坡道133，并且在其表面一侧沿纵向设置黄色的定位标志线134， 在定位平台上设置横向的停止线135，从而使车辆具有两个方向的定位基准。本发明的电池储存和充电装置可设置在一个与控制室相连的充电房内，其包括充电器(图中未示出)以及一个如图3、图4所示的竖直布置的摩天轮状轮架2，轮架的转动轴线与电池交换平台的纵向垂直，设于轮架一侧的电机3通过涡轮蜗杆减速器4与轮架转轴相连接，从而可驱动轮架转动，轮架另一侧则设置散热风扇5，以利于电池6充电时的散热。 电机采用步进电机，以便于控制其转动角度。轮架包括相互分开的二块辐板21以及等分设置在辐板圆周方向上的八条悬挂臂22，二条悬挂臂之间的夹角为45度，同时在靠近悬挂臂外端处设有连接环23，从而将八条悬挂臂连接成一体。轮架的二块辐板上的悬挂臂相对布置，每对悬挂臂上设置轴承座以用于悬挂电池挂架7。如图5、图6、图7所示，与长方体形的电池6相对应，框架结构的电池挂架呈长方体形，并且电池挂架的底面开通，顶部设有与电池顶面的接线柱61对应的插座73以及用于固定电池的电磁控制挂钩8。此外，在电池挂架宽度方向的二个外侧面中心线上同轴设置二个与悬挂臂的轴承座配合的悬挂轴71，以便使其轴线穿过电池挂架重心，进而使电池挂架能平稳地悬挂在轮架上。为提高电池挂架的结构强度，电池挂架的四个侧面的框架呈X形，并在电池挂架的上部设置外凸的X形缓冲架72。在电池挂架的顶面中心设置一中心轴9，而X形缓冲架上则设置相应的通孔，中心轴穿出通孔并构成滑动配合，并且在中心轴上位于电池挂架顶面与X形缓冲架之间的空隙处设置缓冲弹簧10。另外，在电池挂架的内侧面上设置用以抵压电池外侧面、且向内下凹的拱形压板12，拱形压板竖直布置，对应每个电池外侧面的拱形压板为2个，且平行排列。为便于电池和充电器之间的电连接，在悬挂轴上设置旋转式电连接结构，如图8 所示，其包括设置在一侧悬挂轴上的绝缘套713，所述绝缘套外侧面则设置二条环形凹槽714，环形凹槽内嵌设有导电环715，所述导电环与插座电连接；相对应地，轮架上则设有弹性抵压导电环的碳刷717，所述碳刷通过导线与充电器电连接。为了能储存足够的电池，上述轮架可并排设置二个，甚至更多个，而几个轮架的悬挂臂之间错位一个相同的角度布置，其角度值等于45/轮架个数，这样每次取放电池只需转动该固定角度就有一个轮架的悬挂有满电电池的电池挂架刚好转动到正下方的工作位置，并且每次更换电池都是在不同的轮架之间依次循环轮换。如图6所示，用以悬挂并固定电池的电磁控制挂钩包括对称地可转动连接在电池挂架顶部的二个悬挂弯钩81，二个悬挂弯钩的中部设置转动轴82，悬挂弯钩靠外一端为向下的钩部811，其分别位于电池仓长度方向的二个侧面外侧，钩部的下端为向内弯折的挂钩 813，并在挂钩底部设置向内侧上方倾斜延伸的导向斜面812，当然，电池的侧面上需设置对应的沟槽62，悬挂弯钩靠内一端先向上弯折，然后与一连杆83的一端相铰接，二根连杆的另一端共同与一磁吸环84铰接，磁吸环可移动地套接在竖直地固定于电池仓顶部的滑动轴87上，并在电池仓顶部对应磁吸环处设置电磁铁80。进一步地，在滑动轴上位于磁吸环和电磁铁之间套设有复位压簧86，复位压簧一端抵压磁吸环，另一端抵压电磁铁，并且在磁吸环抵压复位压簧的端面上设置容置复位压簧的环形槽841，同时在电池仓上设置控制电池上升高度的位置传感器(图中未示出)。更进一步地，在滑动轴上位于磁吸环上部套设有压环89，并且在压环上部设置与滑动轴螺纹连接的手动解锁螺母88，滑动轴上设置轴向的键槽871，而压环内孔上设置相应的限位键891，限位键可在键槽内沿轴向滑动。如图1所示，本发明的轨道式电池传送装置包括连接电池交换平台与电池储存和充电装置、设于地面的轨道16，以及可在轨道上移动、可自动升降的第一运送小车17和第二运送小车18，并且在轨道的中部设置等待区，其包括二条由轨道横向延伸的辅助轨道。如图9所示，第一、第二运送小车的结构相同，均包括一个行走底座171、设于行走底座上的剪叉式升降臂172、固定在剪叉式升降臂上部的托举平台173、以及用以分别校正电池在X、Y 两个方向的位置的二套电池位置校正机构，剪叉式升降臂由行走底座上的电机通过滚珠丝杠副驱动，托举平台上设置相应的位置传感器。每套电池位置校正机构包括至少二对相对铰接于托举平台两侧的L形校正臂19， 校正臂由铰接于托举平台的转动段191以及由转动段顺滑地弯折延伸、用于支承电池侧面的支承段192构成，并在支承段的端部设置用于支承电池侧面的第一滚轮193，在支承段与转动段的连接处则设置第二滚轮194。当然，为了简化结构，也可直接将支承段的端部制成半球形。相对应地，在行走底座上对应转动段和支承段的折弯处的第二滚轮的位置设置竖直的推杆174，推杆的上端固定连接水平的推块175，依靠自身的重量，校正臂在与推块分离时自动向外侧打开，而与推块接触时，则可向内转动。第一、第二运送小车的移动可由电机通过轨道上的链条实现，或者采用卷扬方式用钢丝绳牵引。如图1所示，为便于从车辆的底部更换电池，定位平台的中央对应车辆的电池仓位置设置竖直升降井136，并且在电池交换平台与电池储存和充电装置之间的地面设置轨道16，该轨道向电池交换平台内延伸，直至与竖直升降井联通，同时在电池交换平台的底部设置供轨道进入的横向通道。
更近一步地，本发明中的电机、充电器、散热风扇以及第一、第二运送小车等的工作程序均由控制装置(图中未示出)集中控制，而充电房、控制室等建筑的屋顶可设置太阳能电池板，其产生的电能可以用于给电池充电。当然，设于电动汽车上的电池仓也可以采用类似电池挂架的电磁控制挂钩，以便于亏电电池的快速卸载。特别地，本发明的电池交换平台也可直接设置在地面上，同时，在电池交换平台与电池储存和充电装置之间设置沟渠，并在沟渠上加设防护盖，而轨道则位于沟渠的底部，这样，轨道仍然低于电池交换平台，从而便于从车辆的底部交换电池。本发明的电池交换站，电池可通过升降式的第一、第二运送小车传送，其中第一运送小车用于传送亏电电池，第二运送小车用于传送满电电池，在起始状态时，第一、第二运送小车均位于等待区的辅助轨道上。电池挂架内可全部存放有电池，即处于满置状态，所有电池先充满电量以备更换之用。当有车辆需要更换电池时，车辆驾驶员先将车辆沿着定位标志线行驶到电池交换平台上的停止线定位，接着电池交换站的工作人员可通过触摸屏的操控面板操控整个电池交换过程。控制装置先控制第一运送小车沿轨道移动至电池交换平台的竖直升降井处，然后电机通过滚珠丝杠副718驱动剪叉式升降臂打开，使托举平台上升，当托举平台与电池仓内的电池底面贴合时，托举平台上的位置传感器发出一个控制信号，控制装置即停止托举平台的上升。与此同时，设于电池仓上的位置传感器则向车辆的中央控制器(ECU)发送相应的控制信号，电池仓即可释放电池，使电池放置于托举平台上。然后托举平台载着亏电电池下降复位，此时，行走底座上推杆上端的推块与校正臂的第二滚轮接触，并推动校正臂向内转动，校正臂端部的第一滚轮逐步靠近电池侧面，并将电池顶至托举平台上的正确位置。接着第一运送小车移动至等待区等待。此时，第二运送小车在控制装置的控制下沿轨道移动至电池储存和充电装置的轮架正下方对应电池挂架的工作位置，然后其托举平台上升并靠近电池挂架内电池的底面， 当托举平台与电池底面贴合时，托举平台上的位置传感器发出一个控制信号，控制装置即停止托举平台的上升，此时如果托举平台上升过高，电池被向上顶起，电池挂架的上部的缓冲弹簧可起到缓冲效果。与此同时，设于电池挂架上的位置传感器向控制装置发送相应的控制信号，控制装置使电池挂架上的电磁铁通电吸合，磁吸环在电磁铁的吸力作用下沿滑动轴向下移动，并通过连杆向内拉动两侧的悬挂弯钩，从而使悬挂弯钩的钩部向外打开，挂钩与电池上的沟槽分离，进而使电池得以释放并放置在托举平台上。然后控制装置控制第二运送小车的托举平台下降复位，并对托举平台上的电池进行位置校正，其校正过程与前述第一运送小车相同，而相应的电池挂架被空置。接着，第二运送小车移动至电池交换平台，通过竖直升降井将电池顶入车辆的电池仓内，并随后重新回到等待区等待下一次的电池交换。接着，控制装置控制传送亏电电池的第一运送小车沿轨道移动至空置的电池挂架位置并升起托举平台，当电池上升靠近电池挂架时，拱形压板下端向外张开的弧形斜面可对电池进行有效的导向，并进而实现准确的定位，同时拱形压板具有一定的弹性，从而使其具有良好的变形能力和缓冲作用，有利于其对电池进行良好的引导和定位。同时，电池与两侧悬挂弯钩的导向斜面接触，利用导向斜面的导向作用，将两侧悬挂弯钩向外侧挤开。当电池继续上升时，一方面，电池的接线柱与电池挂架的插座准确对接；另一方面，两侧悬挂弯钩在复位压簧的作用下，其钩部下端的挂钩进入到电池相应的沟槽内将电池勾住固定并开始充电。与此同时，托举平台上的位置传感器向控制装置送出一个控制信号，控制装置使托举平台停止上升，并下降复位，然后沿轨道重新回到等待区待命。与此同时，电池挂架的位置传感器则向控制装置送出一个该电池挂架满置的信号，此时，控制装置控制电机驱动轮架转动一个固定的角度，使轮架相邻的一个电池挂架或相邻轮架的一个电池挂架刚好转动到最下端的工作位置。当需要再次更换电池时，控制装置则可控制第一、第二运送小车移动至该轮架下方的工作位置，采用如同前述的程序更换电池，在几个轮架之间如此循环，可实现电池的循环更换和充电。 当电池挂架上的电磁控制挂钩出现故障而无法自动打开时，可用扳手向下旋转手动解锁螺母，手动解锁螺母通过压环带动磁吸环下滑，从而打开悬挂弯钩并释放电池。
权利要求
1.一种电池交换站的电池交换方法，所述的电池交换站用于快速卸下车辆上的亏电电池并进行充电储存，同时将充好电的满电电池快速装入车辆的电池仓内，电池仓设于车辆的底部并且底面开通，具体步骤如下a.将需要交换电池的车辆定位在电池交换平台上；b.控制装置首先控制位于等待区的升降式的第一运送小车沿着低于电池交换平台的轨道移动至车辆下方对应电池仓的位置，然后使第一运送小车的托举平台上升并与电池仓内的电池的底面贴合，设于电池仓上的位置传感器向车辆的中央控制器发出一个释放电池的信号，中央控制器即控制电池仓上用于悬挂固定电池的电磁控制挂钩与电池分离，而设于托举平台上的位置传感器则向控制装置发出一个到位的信号，控制装置使托举平台停止上升并载着需充电的电池下降复位并移动至等待区；c.一个位于等待区的第二运送小车在控制装置的控制下沿轨道移动至可转动的轮架式电池储存和充电装置下方的工作位置，并上升其托举平台与悬挂在轮架式电池储存和充电装置的电池挂架上充好电的电池的底面贴合，设于电池挂架上的位置传感器向控制装置发出一个到位的信号，控制装置使托举平台停止上升，并同时控制电池挂架上的电磁控制挂钩与电池分离，托举平台载着充好电的电池下降复位并沿着轨道移动至车辆下方对应电池仓的位置；d.第二运送小车的托举平台上升，将充好电的电池推入车辆的电池仓内，设于电池仓上的电磁控制挂钩即自动将电池锁住，使其悬挂在电池仓内，而设于托举平台上的位置传感器则向控制装置发出一个到位的信号，控制装置使托举平台停止上升，然后第二运送小车的托举平台下降复位，并沿着轨道移动至等待区，而完成电池交换的车辆则离开电池交换平台；e.位于等待区的第一运送小车沿轨道移动至轮架式电池储存和充电装置下方的工作位置，第一运送小车的托举平台上升，将需充电的电池推入电池挂架内，电池的接线柱与电池挂架上的插座对接联通并开始对电池充电，设于电池挂架上的电磁控制挂钩即自动将电池锁住，使其悬挂在电池挂架内，而设于电池挂架上的位置传感器向控制装置发出一个到位的信号，控制装置使托举平台停止上升并下降复位，然后沿着轨道移动至等待区，控制装置同时控制轮架式电池储存和充电装置的轮架转动，使相邻的电池挂架上充好电的电池转动至正下方与工作位置对应。
2.根据权利要求1所述的一种电池交换站的电池交换方法，其特征是，步骤a中的电池交换平台为梯形结构，车辆经电池交换平台一侧的上升坡道行驶至中间的定位平台定位， 在完成电池交换后，从另一侧的下降坡道驶离电池交换站。
3.一种电池交换站的布置，包括一个电池交换平台(13)、轨道式电池传送装置、电池储存和充电装置(14)以及控制装置，其特征是，所述电池储存和充电装置包括充电器以及竖直布置的摩天轮状轮架(2)，所述轮架在圆周方向等分设置若干个可转动的电池挂架 (7)，电池挂架的底面开通，而顶部设有与电池(6)顶面的接线柱(61)对应的插座(73)以及用于固定电池的电磁控制挂钩(8)，位于电池挂架外侧两端的悬挂轴(71)上设有旋转式电连接结构；所述轨道式电池传送装置包括连接电池交换平台与电池储存和充电装置、且低于电池交换平台的轨道(16)，以及可在轨道上移动、可自动升降的第一运送小车(17)和第二运送小车(18)，所述电池交换平台的中央设有与轨道联通的竖直升降井(136)。
4.根据权利要求3所述的电池交换站的布置，其特征是，在电池交换平台与电池储存和充电装置之间设有上面加盖的沟渠，所述轨道位于沟渠的底部。
5.根据权利要求3所述的电池交换站的布置，其特征是，所述电磁控制挂钩包括对称地可转动连接在电池挂架上部的二个悬挂弯钩(81)，所述悬挂弯钩的转动轴(82)位于中部，悬挂弯钩靠外一端为向下的钩部(811)，并在钩部的下端设有向内侧上方倾斜延伸的导向斜面(812)，悬挂弯钩靠内一端与一连杆(83)的一端相铰接，所述连杆的另一端与一磁吸环(84)铰接，所述磁吸环可移动地套接在固定于电池挂架上部的滑动轴(87)上，并在电池挂架上部对应磁吸环处设置电磁铁(80)，在滑动轴上位于磁吸环和电磁铁之间套设有复位压簧(86 )，所述电池挂架上还设有控制电池上升高度的位置传感器。
6.根据权利要求3所述的电池交换站的布置，其特征是，在滑动轴上位于磁吸环上部套设有压环(89)，压环上部设有与滑动轴螺纹连接的手动解锁螺母(88)，所述滑动轴上设有轴向的键槽(871)，所述压环内孔设有相应的限位键(891)。
7.根据权利要求3或4或5或6所述的电池交换站的布置，其特征是，在电池挂架的内侧面上设有用以抵压电池外侧面、且向内下凹的拱形压板(12)，所述拱形压板竖直布置，对应每个电池外侧面的拱形压板为2个，且平行排列。
8.根据权利要求3所述的电池交换站的布置，其特征是，所述第一、第二运送小车包括一个行走底座(171)、设于行走底座上的剪叉式升降臂(172)、固定在剪叉式升降臂上部的托举平台(173)、以及用以分别校正电池在X、Y两个方向的位置的二套电池位置校正机构， 剪叉式升降臂由行走底座上的电机通过滚珠丝杠副驱动。
9.根据权利要求3所述的电池交换站的布置，其特征是，所述旋转式电连接结构包括设置在一或二侧悬挂轴上的绝缘套(713)，所述绝缘套外侧面则设有二或一条环形凹槽 (714)，环形凹槽内嵌设有导电环(715)，所述导电环与插座电连接；相对应地，轮架上则设有弹性抵压导电环的碳刷(717)，所述碳刷通过导线与充电器电连接。
10.根据权利要求8所述的电池交换站的布置，其特征是，所述电池位置校正机构包括至少一对相对铰接于托举平台两侧的L形校正臂(19)，所述校正臂由铰接于托举平台的转动段(191)以及由转动段弯折延伸的支承段(193)构成，并在支承段的端部设置用于支承电池侧面的第一滚轮(193)，支承段与转动段的连接处设置第二滚轮(194)，所述行走底座上与第二滚轮位置对应处设有竖直的推杆(174)，推杆的上端设有水平的推块(175)。
全文摘要
本发明公开了一种电池交换站的电池交换方法及其布置，包括一个电池交换平台、电池储存和充电装置以及控制装置，其电池采用上下更换方式，并通过一个轮架实现电池的同步储存和充电，轮架在圆周方向等分设置若干电池挂架，电池挂架的顶部设有用于固定电池的电磁控制挂钩，并在电池交换平台与电池储存和充电装置之间设置轨道，以及可在轨道上移动并自动升降的第一运送小车和第二运送小车。本发明总体结构紧凑、占地面积小、可实现电池交换站的全自动操作。
文档编号B60S5/06GK102442277SQ20111016435
公开日2012年5月9日 申请日期2011年6月20日 优先权日2011年6月20日
发明者潘巨林, 黄璞 申请人:浙江吉利控股集团有限公司, 浙江豪情汽车制造有限公司