专利名称：一种用于电动乘用车定位的换电平台系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于电动乘用车准确定位的换电平台，尤其涉及一种用于电动乘用车姿态的调整和位置固定的用于电动乘用车定位的换电平台系统。
背景技术：
电动汽车作为一种新型交通工具，具有“零排放”、能量来源广等优点，是缓解我国石油资源紧张、城市大气污染问题严重的重要手段，是推进交通发展模式转变，推进节能减排工作的有效载体。然而，相关电池技术以及充电技术的落后成为了束缚电动汽车产业发展的瓶颈，各国政府和企业下大力度完善电动汽车配套基础产业。目前，电动汽车能源补给主要有整车充电和机械换电两大类。整车充电需要的充电时间较长，并且容易对电网侧产生谐波污染，因此，该模式有很大的弊端。与此相比，机械换电操作简单，能够在5分钟内完成乘用车电池组的快速更换，同时，可利用夜间进行电池组的集中充电，实现了电力负荷的 “调峰填谷”，提高了电力设备的综合利用效率，获得了研究人员的持续关注。在已公开的发明专利CN200910090807.8中，介绍了一种用于电动乘用车底盘电池更换的方法，属于机械换电方式的一种。其机器人换电的方式为电动乘用车底部有四个刚性举升支点，举升执行设备将电动乘用车固定支撑至轮胎离地的适当高度。此举升过程中无法满足电动乘用车前后和左右的定位，两个方向的误差较大，且没有对应的拟补措施， 造成更换设备实现电池自动更换的可行性不高。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的上述缺陷，提供了一种用于电动乘用车定位的换电平台系统，它使用方便，定位准确，满足了电动汽车快速更换电池的需要。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案一种用于电动乘用车定位的换电平台系统，它包括换电平台以及与换电平台相配合的电池更换系统，换电平台和电池更换系统分别与控制系统连接，其特征是，所述换电平台为一镂空的梯形台体，在换电平台的水平部位设有水平纠偏的旋转圆环，在水平纠偏的旋转圆环上嵌装自由升降的圆盘；所述电池更换系统包括换电机器人、充电机器人、电池输送轨道以及充电架；在换电平台的水平部位还设有辅助车体定位装置；水平纠偏的旋转圆环和自由升降的圆盘分别与各自的驱动装置连接，各驱动装置分别与控制系统连接。所述辅助车体定位装置为左右导引线和前后导引线以及车轮导向槽。所述水平纠偏的旋转圆环的下端布置有旋转圆环伺服电机和扇形大齿轮以及链接装置；其中旋转圆环伺服电机驱动扇形大齿轮旋转，所述扇形大齿轮通过与之配合的小齿轮带动水平纠偏的圆环旋转；控制系统与旋转圆环伺服电机连接。所述自由升降的圆盘位于水平纠偏的旋转圆环内部，下端布置有升降圆盘伺服电机和蜗轮蜗杆以及链接装置；其中升降圆盘伺服电机带动蜗杆旋转，以实现自由升降的圆盘的升降运动。
所述换电平台还设有车体位置检测模块，它包括设置在换电平台前端设置两个激光测距传感器以及设置在左右两侧，相对排列四个激光测距传感器，各激光测距传感器与控制系统连接。所述旋转圆环伺服电机和升降圆盘伺服电机均为交流伺服电机，它们与各自的编码器连接，各编码器与对应的驱动器连接，各驱动器则与控制系统连接。所述控制系统包括上位机以及上位机连接的PLC控制器，它通过CAN总线与各激光测距传感器连接；各驱动器、编码器以及换电机器人也与PLC控制器连接。本发明的可实现姿态自动调整及车辆定位的乘用车换电平台，主要由机械单元和控制系统两个部分组成。其中，机械单元包括可实现电池更换的换电平台、辅助车体定位的导引结构、可实现车体水平纠偏的旋转圆环结构以及可上下自由升降的圆盘结构。换电平台采用侧面开口和中间可上下自由升降圆盘的镂空结构，可实现换电机器人电池托盘的插入以及垂直举升操作。换电平台上有辅助车体定位的导引结构以及车体水平纠偏的旋转圆环结构，配合不同方向上的激光测距传感器，实现车体的准确定位。辅助车体定位的导引结构，包括车轮导向槽、前后导引线及左右导引线。车轮导向槽可实现车体的粗定位，而前后左右导引线可实现车体的准确定位。所述的实现车体水平纠偏的旋转圆环结构，下端布置有驱动装置和扇形大齿轮以及链接装置。采用伺服电机驱动扇形大齿轮旋转，以实现水平纠偏圆环旋转的机械原理，可实现车体的角度纠偏与微调，各激光测距传感器从六个方向实时传递车体的位置信息，控制系统驱动交流伺服电机动作，确保车体与换电平台外侧保持平行。可上下自由升降的圆盘结构，位于水平纠偏的旋转圆环结构的内部，下端布置有驱动装置和蜗轮蜗杆以及链接装置。采用交流伺服电机驱动蜗杆旋转，以实现圆盘自由升降的机械原理。当电动乘用车驶入换电平台时，上下自由升降的圆盘与水平纠偏的旋转圆环结构水平高度保持一致。完成车体水平和前后位置准确定位后，自由升降的圆盘结构下降到预期位置，换电机器人实现水平方向的伸缩运动和垂直方向的升降运动，进而完成电池组的取放操作。实现车体水平纠偏的旋转圆环结构和可上下自由升降的圆盘结构，均跟与之配合的交流伺服电机连接，交流伺服电机则与各自的编码器连接，各编码器与对应的驱动器连接。控制系统包括上位机以及上位机连接的PLC控制器、电气系统和车体位置检测模块。所述PLC控制器采用西门子S7-300-315PLC控制器。PLC控制器通过驱动器与相应的编码器连接；PLC控制器通过CAN总线与上位机通信。所述电气系统包括扩展模块、电源模块、供电系统。所述车体位置检测模块包括多个激光测距传感器，以确定车体的前后左右位置， 经由CAN总线与上位机通信。换电平台前端设置两个激光测距传感器，左右相向排列四个激光测距传感器。换电平台上包含辅助车体定位的导引结构、实现车体水平纠偏的旋转圆环结构以及可上下自由升降的圆盘结构。电动乘用车随导引结构驶上换电平台，前端两个激光测距传感器实时反馈车体的实际位置，并传递给控制系统后台。当车辆到达准确的前后位置后， 仍需要进行车体水平角度纠偏。水平纠偏的圆环结构旋转，并配合左右四个激光测距传感器，实现车体水平方向的准确定位。自由升降的圆盘结构下降到预期位置，换电机器人实现水平方向的伸缩运动和垂直方向的升降运动，并完成电池组的取放操作。本发明的有益效果是所提供的可实现姿态自动调整及车辆定位的乘用车平台， 在控制系统和相关导引结构的配合下，确保了电动乘用车的准确定位。控制系统接收传感器传递的车体实时位置，并驱动水平纠偏圆环结构的旋转以及上下升降圆盘结构的升降运动，实现了电动乘用车的准确定位。整个设计更加的巧妙，系统运行的可靠性和准确性更尚ο
图1为本发明电动乘用车换电平台系统的示意图(主视图)；图2为电池更换系统示意图(俯视图)；图3为本发明电动乘用车换电平台的俯视图；图4为本发明电动乘用车换电平台的等轴测图；图5为本发明电动乘用车水平纠偏的旋转圆环结构图；图6为本发明电动乘用车自由升降的圆盘结构图；图7为控制系统原理框图；图8为换电工作流程图。图中1、换电平台，2、电动车，3、充电架，4、自由升降的圆盘，5、水平纠偏的旋转圆环，6、前后导引线，7、左右导引线，8、车轮导向槽，9、小齿轮，10、扇形大齿轮，11、蜗杆，12、 蜗轮，13、上位机，14、PLC控制器，15、旋转圆环驱动器，16、升降圆盘驱动器，17、激光测距传感器，18、旋转圆环伺服电机，19、升降圆盘伺服电机，20、电池输送轨道，21、换电机器人， 22、充电机器人。
具体实施例方式下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明。可实现姿态自动调整及车辆定位的乘用车换电平台1，由机械单元和控制系统两个部分组成。所述的机械单元包括电池更换系统和换电平台1、辅助车体定位的导引结构、 可实现车体水平纠偏的旋转圆环5以及可上下自由升降的圆盘4。电池更换系统包括电池更换轨道20，换电机器人21、充电机器人22以及充电架3， 其中换电机器人21设置在电动车2的一侧，以实现换电操作，更换的电池通过封闭的电池更换轨道进行输送，而在充电架侧设置有充电机器人，以实现电池的快捷充电操作。换电平台1为镂空的梯形高台结构，可将车体提升到一定高度。换电平台1采用侧面开口和中间可上下自由升降的圆盘结构4，可实现换电机器人21电池托盘的插入以及垂直举升操作。换电平台1上有辅助车体定位的导引结构以及车体水平纠偏的旋转圆环结构5，配合六个激光测距传感器17，实现车体的准确定位。辅助车体定位的导引结构，包括车轮导向槽8、前后导引线6及左右导引线7。斜坡上的车轮导向槽8可实现车体的粗定位，而两导引线可实现车体的前后左右方向准确定位。实现车体水平纠偏的旋转圆环结构5，下端布置有旋转圆环伺服电机18和扇形大齿轮10以及链接装置。采用旋转圆环伺服电机18驱动扇形大齿轮10旋转的机械原理，可实现车体的角度纠偏与微调，换电平台1上左右相向排列的四个激光测距传感器17可实时传递车体位置信息，确保车体与换电平台1外侧平行。所述的可上下自由升降的圆盘4，位于水平纠偏的旋转圆环5结构的内部，下端布置有升降圆盘伺服电机19和蜗轮12、蜗杆11以及链接装置。采用升降圆盘伺服电机19带动蜗杆11旋转以实现圆盘上下自由升降的机械原理。当电动乘用车驶入换电平台1时，上下自由升降的圆盘4与水平纠偏的旋转圆环5水平高度保持一致。完成车体水平和前后位置准确定位后，自由升降的圆盘4下降到预期位置，换电机器人21实现水平方向的伸缩运动和垂直方向的升降运动，进而完成电池组的取放操作。水平纠偏的旋转圆环5和自由升降的圆盘4，分别跟与之配合的旋转圆环伺服电机18、升降圆盘伺服电机19连接，各伺服电机与相应的编码器连接，各编码器与对应的驱动器连接。所述控制系统包括上位机13以及上位机连接的控制模块、电气系统和车体位置检测模块。所述控制模块采用西门子S7-300-315PLC控制器。PLC控制器14通过驱动器与相应的编码器连接；PLC控制器14通过CAN总线与上位机13通信。所述的驱动器可分为旋转圆环驱动器15，它与旋转圆环伺服电机18连接；升降圆盘驱动器16，它与升降圆盘伺服电机19连接。所述电气系统包括扩展模块、电源模块、供电系统。所述车体位置检测模块包括六个激光测距传感器17，以确定车体的前后左右位置，并经由CAN总线与上位机通信。其中换电平台1前端设置两个激光测距传感器17，左、 右相向排列两对激光测距传感器17。本发明的使用方法参照说明附图1至图2，本发明电动乘用车电池组更换总体流程，主要包括换电平台1，底盘电池更换系统，其包括电池更换轨道20、换电机器人21、充电机器人22，充电架3。在换电平台1的机械单元和控制系统的配合下，实现了电动乘用车的准确定位， 其位置信息被传递给上位机13。操作人员通过触摸屏的操作按钮启动换电机器人21，控制系统驱动换电机器人21到达电动车底盘电池准确的位置，进而完成整个电池组的卸下。收取的旧电池通过电池更换轨道20输送到充电架侧，由充电机器人22将其放入充电架3上， 以进行充电操作。充好的新电池同样经过电池更换轨道20输送到电动车侧，由换电机器人 21完成换电操作。参照说明附图3-图8，本发明电动乘用车换电平台的俯视图，等轴测图，电动乘用车水平纠偏的旋转圆环结构图，电动乘用车自由升降的圆盘结构图，控制系统原理框图以及换电工作流程图。本发明的工作流程，包括以下几个主要步骤1、电动乘用车沿实现车体粗定位的车轮导向槽8驶上换电平台1。2、配合前后导引线6及左右导引线7，进一步实现车体的前后左右位置定位。换电平台1前端两个激光测距传感器17实时传递车体前后位置信息给控制系统，配合换电平台1旁的指示绿灯信号，确保车体到达准确位置。3、根据换电平台1上左右相对排列的四个激光测距传感器17传递的车体实时位置信息，旋转圆环伺服电机18驱动扇形大齿轮10旋转，扇形大齿轮10通过配合小齿轮9 带动水平纠偏的圆环旋转，最终实现车体与换电平台1外沿平行。4、升降圆盘伺服电机19带动蜗杆11旋转，配合位置固定的蜗轮12以实现自由升降的圆盘4下降到达预期位置。5、换电机器人21接收控制系统发送的车体位置信息，完成其水平方向的伸缩运动和垂直方向的升降运动。当换电机器人21到达电动乘用车的正下方，车体机械锁打开， 电池组落入电池托盘上，整个待充电池组取下的过程结束。采用此换电平台1只需机械单元和控制系统的配合即可完成电动乘用车姿态的调整和位置的准确定位。与先前的车体举升方式相比，该设计更加的巧妙，系统运行的可靠性和准确性更高。以上示例性说明，不对本发明的保护范围作具体限定，其技术特征的等同替代方式和/或明显变形方式应当落在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于电动乘用车定位的换电平台系统，它包括换电平台以及与换电平台相配合的电池更换系统，换电平台和电池更换系统分别与控制系统连接，其特征是，所述换电平台为一镂空的梯形台体，在换电平台的水平部位设有水平纠偏的旋转圆环，在水平纠偏的旋转圆环上嵌装自由升降的圆盘；所述电池更换系统包括换电机器人、充电机器人、电池输送轨道以及充电架；在换电平台的水平部位还设有辅助车体定位装置；水平纠偏的旋转圆环和自由升降的圆盘分别与各自的驱动装置连接，各驱动装置分别与控制系统连接。
2.如权利要求1所述的用于电动乘用车定位的换电平台系统，其特征是，所述辅助车体定位装置为左右导引线和前后导引线以及车轮导向槽。
3.如权利要求1所述的用于电动乘用车定位的换电平台系统，其特征是，所述水平纠偏的旋转圆环下端布置有旋转圆环伺服电机和扇形大齿轮以及链接装置；其中旋转圆环伺服电机驱动扇形大齿轮旋转，所述扇形大齿轮通过与之配合的小齿轮带动水平纠偏的旋转圆环旋转；控制系统与旋转圆环伺服电机连接。
4.如权利要求1所述的用于电动乘用车定位的换电平台系统，其特征是，所述自由升降的圆盘位于水平纠偏的旋转圆环的内部，下端布置有升降圆盘伺服电机和蜗轮、蜗杆以及链接装置；其中升降圆盘伺服电机带动蜗杆旋转，以实现自由升降的圆盘的升降。
5.如权利要求1所述的用于电动乘用车定位的换电平台系统，其特征是，所述换电平台还设有车体位置检测模块，它包括设置在换电平台前端设置两个激光测距传感器，左右相对排列的两对激光测距传感器，各激光测距传感器与控制系统连接。
6.如权利要求1或3或4所述的用于电动乘用车定位的换电平台系统，其特征是，所述旋转圆环伺服电机和升降圆盘伺服电机均为交流伺服电机，它们与各自的编码器连接，各编码器与对应的驱动器连接，各驱动器与控制系统连接。
7.如权利要求1-7所述的用于电动乘用车定位的换电平台系统，其特征是，所述控制系统包括上位机以及上位机连接的PLC控制器，它通过CAN总线与各激光测距传感器连接； 各驱动器、编码器以及换电机器人、充电机器人也与PLC控制器连接。
全文摘要
本发明公开了一种用于电动乘用车定位的换电平台系统，它包括换电平台以及与换电平台相配合的电池更换系统，换电平台与电池更换系统分别与控制系统连接，所述换电平台为一镂空的梯形台体，在换电平台的水平部位设有水平纠偏的旋转圆环，在水平纠偏的旋转圆环上嵌装自由升降的圆盘；在该水平部位还设有辅助车体定位装置；水平纠偏的旋转圆环和自由升降的圆盘分别与各自的驱动装置连接，驱动装置与控制系统连接。本发明通过控制系统接收传感器传递的车体实时位置，并驱动水平纠偏圆环结构的旋转以及上下升降圆盘结构的升降运动，实现了电动乘用车的准确定位。整个设计更加的巧妙，系统运行的可靠性和准确性更高。
文档编号B60S5/06GK102407832SQ20111028971
公开日2012年4月11日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者刘文鹏, 张平, 郭昌林, 魏洪昌, 黄振华 申请人:山东电力集团公司临沂供电公司