电动汽车小型自动充换电站的制作方法

本发明属于电动汽车充换电技术领域，具体涉及一种电动汽车小型自动充换电站。

背景技术：

随着电动汽车的推广，如何及时有效地为电量不足的电动汽车提供电能补给已成为厂商和车主都非常关注的问题。当前市场上主流解决方案是采用充电模式，在停车位配置AC慢充桩或者DC快充桩。但慢充模式需要长时间占用一个停车位进行充电，而快充模式充电电流大，是常规充电电流的十倍甚至几十倍，会降低动力电池组的循环寿命，且充电一般不达到满充状态。而换电站采用动力电池更换模式，直接用充满电的电池组更换能量已耗尽的电池组，在分钟级的时间内完成电能补给，因而是一种非常高效的电能补充方式。

但是，现有换电站往往占地面积大，需要土建，模块化程度低，不利于维护，且一旦建成，规模无法再变化。对于地下停车场景，由于高度十分有限，现有的换电站无法建立，而地下停车在城市中尤其是中心区域和各大商圈都是主要的停车方式。

因此，本领域需要一种小型化、可快速投运的换电站，来解决上述换电站存在的占地面积大、一旦建成规模无法变化等问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有换电站占地面积大，模块化程度低，不利于维护，且一旦建成规模无法在变化的问题，本发明提供了一种电动汽车小型自动充换电站。该电动汽车小型自动充换电站包括换电平台、充电平台、换电系统和控制系统，其中，所述换电平台、所述充电平台和所述换电系统分别与所述控制系统连接，所述换电平台包括换电集装箱和容纳在换电集装箱中用于停放车辆的停车底座，所述充电平台包括充电集装箱和容纳在充电集装箱中用于对动力电池充电以及存储的充电架，所述换电系统包括用于对所述停车底座上停放的车辆的动力电池进行更换的换电小车，所述控制系统用于管理和控制所述换电平台、所述充电平台和所述换电系统的工作，所述换电小车能够在所述换电平台与所述充电平台之间自由穿梭，并且能够从所述充电架上直接取出电池和将换下的电池直接放回所述充电架上。

在上述电动汽车小型自动充换电站的优选实施方式中，所述充电架包括至少一个电池存储模块，每个所述电池存储模块包括充电层、存储层和移动层，所述充电层中设置有给电池充电的充电机，所述存储层用于存放电池，所述移动层中设置有第一导轨，所述换电小车能够沿所述第一导轨在水平方向上运动。

在上述电动汽车小型自动充换电站的优选实施方式中，所述充电架还包括与所述电池存储模块相邻设置的起降机模块，所述起降机模块中设置有第二导轨，所述换电小车能够沿所述第二导轨在水平方向上运动，并且所述第二导轨能够在竖直方向上带动所述换电小车运动。

在上述电动汽车小型自动充换电站的优选实施方式中，该电动汽车小型自动充换电站还包括设置在所述换电平台和所述充电平台之间的第三导轨，所述换电小车能够沿所述第三导轨在所述换电平台与所述充电架之间移动，并且当所述第二导轨下降到最低位置时，所述第二导轨便与所述第三导轨对接起来，使得所述换电小车能够从所述第三导轨移动到所述第二导轨上。

在上述电动汽车小型自动充换电站的优选实施方式中，所述控制系统包括充换电控制模块、通信模块和人机交互界面，所述充换电控制模块用于控制所述换电平台、所述换电系统和所述充电平台的工作；所述通信模块用于与云服务系统通讯并实时上传充换电站的状态；所述人机交互界面用于用户与所述控制系统进行信息交互。

在上述电动汽车小型自动充换电站的优选实施方式中，所述换电小车包括车座、设置在车座底部用于沿所述第三导轨运动的滚轮、设置在车座顶部的举升机、安装在所述举升机上用于承载动力电池的换电举升平台和安装在所述换电举升平台上的电池加解锁机构，所述电池加解锁机构用于对电动汽车的动力电池进行定位、解锁以及锁定动力电池到电动汽车。

在上述电动汽车小型自动充换电站的优选实施方式中，所述换电平台还包括设置在所述停车底座上的汽车定位系统和举升装置，所述汽车定位系统用于对停放在所述停车底座上的车辆进行定位，所述举升装置用于对停放在所述停车底座上的车辆进行升降。

在上述电动汽车小型自动充换电站的优选实施方式中，所述汽车定位系统包括引导电动汽车驶向所述换电平台的引导斜坡、用于检测电动汽车白车身位置的传感器以及用于驱动电动汽车轮胎移动来调整电动汽车位置的驱动装置，所述控制系统根据所述传感器检测到的信息指示所述驱动装置执行操作。

在上述电动汽车小型自动充换电站的优选实施方式中，所述传感器包括设置在所述换电平台前后方向上的四个位置传感器和设置在所述换电平台两侧的四个超声波传感器，当电动汽车沿所述引导斜坡驶向所述换电平台后，所述位置传感器用于检测白车身相对于所述换电平台前后方向的位置，并通过指示灯指示司机对电动汽车进行前后微调，所述超声波传感器用于检测白车身相对于所述换电平台两侧沿的位置，并将检测到的信息实时发送给所述控制系统。

在上述电动汽车小型自动充换电站的优选实施方式中，所述汽车定位系统还包括减速定位带，当电动汽车沿所述引导斜坡驶向所述换电平台时，所述减速定位带用于辅助电动汽车进行前后方向的粗定位。

在上述电动汽车小型自动充换电站的优选实施方式中，所述举升装置包括起升立柱和驱动机构，所述驱动机构驱动所述起升立柱并带动电动汽车升降。

在上述电动汽车小型自动充换电站的优选实施方式中，所述换电平台还包括安全装置，所述安全装置包括设置在所述换电平台出入口的安全道闸和信号灯、设置在所述换电平台四个角上用于防止事故发生的防护立柱、设置在所述换电平台四周的护栏和起警示作用的警示灯。

本领域技术人员能够理解的是，由于本发明的充电架具有分层式模块结构，使得换电小车在充电架内部自由穿梭并且能够直接从充电架上取放电池，因此，本发明能够最大程度地节省充电平台的空间。同时，由于换电小车能够直接从充电架上取放电池，无需任何中间机构的辅助，使得本发明能够最大程度地简化电池取放结构并相应地简化操作程序。此外，本发明的小型自动充换电站包括换电平台、充电平台、换电系统和控制系统四个部分，换电平台占据一个车位大小，并通过将电动汽车举升到一定高度来进行换电操作，从而，该换电站在不需要进行土建的情况下即可对电动汽车进行换电操作。另外，通过控制系统对整个换电站进行管控，实时传递换电站当前各种设备及电池状态到云服务系统，有利于统一管理维护。综上所述，本发明的技术方案占地面积小，可灵活布置在现有城市的地面停车场、地下以及其他各种适宜停车的环境，进行快速换电。

方案1、一种电动汽车小型自动充换电站，包括换电平台、充电平台、换电系统和控制系统，其中，所述换电平台、所述充电平台和所述换电系统分别与所述控制系统连接，所述换电平台包括换电集装箱和容纳在换电集装箱中用于停放车辆的停车底座，所述充电平台包括充电集装箱和容纳在充电集装箱中用于对动力电池充电以及存储的充电架，所述换电系统包括用于对所述停车底座上停放的车辆的动力电池进行更换的换电小车，所述控制系统用于管理和控制所述换电平台、所述充电平台和所述换电系统的工作，其特征在于，所述换电小车能够在所述换电平台与所述充电平台之间自由穿梭，并且能够从所述充电架上直接取出电池和将换下的电池直接放回所述充电架上。

方案2、根据方案1所述的电动汽车小型自动充换电站，其特征在于，所述充电架包括至少一个电池存储模块，每个所述电池存储模块包括充电层、存储层和移动层，所述充电层中设置有给电池充电的充电机，所述存储层用于存放电池，所述移动层中设置有第一导轨，所述换电小车能够沿所述第一导轨在水平方向上运动。

方案3、根据方案2所述的电动汽车小型自动充换电站，其特征在于，所述充电架还包括与所述电池存储模块相邻设置的起降机模块，所述起降机模块中设置有第二导轨，所述换电小车能够沿所述第二导轨在水平方向上运动，并且所述第二导轨能够在竖直方向上带动所述换电小车运动。

方案4、根据方案3所述的电动汽车小型自动充换电站，其特征在于，该电动汽车小型自动充换电站还包括设置在所述换电平台和所述充电平台之间的第三导轨，所述换电小车能够沿所述第三导轨在所述换电平台与所述充电架之间移动，并且当所述第二导轨下降到最低位置时，所述第二导轨便与所述第三导轨对接起来，使得所述换电小车能够从所述第三导轨移动到所述第二导轨上。

方案5、根据方案4所述的电动汽车小型自动充换电站，其特征在于，所述控制系统包括充换电控制模块、通信模块和人机交互界面，所述充换电控制模块用于控制所述换电平台、所述换电系统和所述充电平台的工作；所述通信模块用于与云服务系统通讯并实时上传充换电站的状态；所述人机交互界面用于用户与所述控制系统进行信息交互。

方案6、根据方案5所述的电动汽车小型自动充换电站，其特征在于，所述换电小车包括车座、设置在车座底部用于沿所述第三导轨运动的滚轮、设置在车座顶部的举升机、安装在所述举升机上用于承载动力电池的换电举升平台和安装在所述换电举升平台上的电池加解锁机构，所述电池加解锁机构用于对电动汽车的动力电池进行定位、解锁以及锁定动力电池到电动汽车。

方案7、根据方案1至6中任一项所述的电动汽车小型自动充换电站，其特征在于，所述换电平台还包括设置在所述停车底座上的汽车定位系统和举升装置，所述汽车定位系统用于对停放在所述停车底座上的车辆进行定位，所述举升装置用于对停放在所述停车底座上的车辆进行升降。

方案8、根据方案7所述的电动汽车小型自动充换电站，其特征在于，所述汽车定位系统包括引导电动汽车驶向所述换电平台的引导斜坡、用于检测电动汽车白车身位置的传感器以及用于驱动电动汽车轮胎移动来调整电动汽车位置的驱动装置，所述控制系统根据所述传感器检测到的信息指示所述驱动装置执行操作。

方案9、根据方案8所述的电动汽车小型自动充换电站，其特征在于，所述传感器包括设置在所述换电平台前后方向上的四个位置传感器和设置在所述换电平台两侧的四个超声波传感器，当电动汽车沿所述引导斜坡驶向所述换电平台后，所述位置传感器用于检测白车身相对于所述换电平台前后方向的位置，并通过指示灯指示司机对电动汽车进行前后微调，所述超声波传感器用于检测白车身相对于所述换电平台两侧沿的位置，并将检测到的信息实时发送给所述控制系统。

方案10、根据方案9所述的电动汽车小型自动充换电站，其特征在于，所述汽车定位系统还包括减速定位带，当电动汽车沿所述引导斜坡驶向所述换电平台时，所述减速定位带用于辅助电动汽车进行前后方向的粗定位。

方案11、根据方案10所述的电动汽车小型自动充换电站，其特征在于，所述举升装置包括起升立柱和驱动机构，所述驱动机构驱动所述起升立柱并带动电动汽车升降。

方案12、根据方案11所述的电动汽车小型自动充换电站，其特征在于，所述换电平台还包括安全装置，所述安全装置包括设置在所述换电平台出入口的安全道闸和信号灯、设置在所述换电平台四个角上用于防止事故发生的防护立柱、设置在所述换电平台四周的护栏和起警示作用的警示灯。

附图说明

图1是本发明的电动汽车小型自动充换电站的俯视图；

图2是本发明的电动汽车小型自动充换电站的系统构成图；

图3是本发明的电动汽车小型自动充换电站的换电小车的结构示意图；

图4是本发明的电动汽车小型自动充换电站的充电架侧面结构示意图；

图5是本发明的电动汽车小型自动充换电站的换电小车在充电架和换电平台之间移动时的俯视示意图，为了清楚起见省略了图中A端的换电平台；

图6A是本发明的电动汽车小型自动充换电站的电池存储模块的结构示意图；

图6B是本发明的电动汽车小型自动充换电站的电池存储模块的另一种结构示意图；

图6C是本发明的电动汽车小型自动充换电站的起降机模块的结构示意图；

图7是本发明的电动汽车小型自动充换电站的换电平台的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的目的是提供一种小型化的自动充换电站，该自动充换电站包括换电平台、充电平台、换电系统和控制系统。其中，换电平台占据一个停车位大小，充电平台通过分层式模块结构设计的充电架，并配合能够自由穿梭于充电架内部并且能够直接从充电架上取放电池的换电小车，能够最大程度地节省充电平台的空间以及简化电池取放的机构和操作程序。因此，本发明的技术方案能够实现将换电站灵活设置在现有城市的地面停车场、地下以及其他各种适宜停车的环境的。下面结合附图对本发明的各个结构进行详细说明。

首先参照图1，图1是本发明的换电站的俯视图。如图1所示，本发明的电动汽车小型自动充换电站主要包括两大部分：换电平台1和充电平台2。尽管图1中没有示出，本发明的换电站实际上还包括换电系统和控制整个换电站操作的控制系统。换电平台1包括换电集装箱10，该换电集装箱10用于将换电平台1的其他装置纳入其中，以使换电平台1整体上更简洁整齐，用于停放车辆的停车底座也容纳在该换电集装箱10内。充电平台2包括充电集装箱20，该充电集装箱20用于将充电平台2的其他装置纳入其中，以使充电平台2整体上更简洁整齐，用于对动力电池充电以及存储的充电架也容纳在该充电集装箱内。进一步地，换电平台1的停车底座上设置有汽车定位系统和举升装置，当电动汽车需要进行换电时，待换电的电动汽车停放在换电平台1的停车底座上，通过汽车定位系统对停放在停车底座上的电动汽车进行定位，定位完成后，通过举升装置将电动汽车举升到一定高度，然后由换电系统对电动汽车进行换电，并将换下的电池运送到充电平台2的电池架上。具体地，参阅图5，换电系统包括换电小车30，该换电小车30能够对停放在停车底座上的电动汽车的动力电池进行更换。具体而言，参照图3，该图是本发明的电动汽车小型自动充换电站的换电小车30的结构示意图。如图3所示，换电小车30包括车座301、设置在车座301底部的滚轮302、设置在车座301顶部的举升机303、安装在举升机303上用于承载动力电池的换电举升平台304和安装在换电举升平台304上的电池加解锁机构(图中未示出)，该电池加解锁机构能够实现对电动汽车的动力电池进行定位、解锁以及锁定动力电池到电动汽车的功能。当电动汽车通过举升装置上升到一定高度后，换电小车30运动到电动汽车底部，举升机303带动换电举升平台304上升，使换电举升平台304能够托住电池底部，然后由电池加解锁机构对电池进行解锁操作，解锁后，电池随换电举升平台304下降，换电小车30将电池运送到充电平台2的充电架上进行充电。

接下来参照图4，图4是本发明的电动汽车小型自动充换电站的充电架的侧面结构示意图。如图4所示，本实施例中以两层充电架结构为例进行说明，本领域技术人员能够理解的是，该充电架采用的是分层模块化设计，能够通过扩展以及收缩来满足不同换电站面积和容量的需求，因此，本实施例中仅仅是作为示例说明，并不用于限定本发明的充电架结构。该充电架包括电池存储模块211和起降机模块212。具体地，参照图6A、6B和6C，电池存储模块211包括最上面的充电层、中间的存储层和最下面的移动层，其中，充电层中设置有给电池充电的充电机，存储层用于存放电池，移动层中设置有第一导轨2111，换电小车能够沿该第一导轨2111在水平方向上运动。其中第一导轨2111有两种结构，分别为图6A所示能够在四个水平方向上运动的第一导轨2111和图6B所示的在两个水平方向上运动的第一导轨2111。起降机模块212与电池存储模块211相邻设置，起降机模块212中设置有第二导轨2121，换电小车30能够沿第二导轨2121在两个或四个水平方向上运动，并且第二导轨2121能够在竖直方向上带动换电小车运动。因此，当换电小车30将电池运送到充电平台2的充电架时，换电小车30能够直接移动到充电架内，将换下的电池直接放回充电架上并从充电架上直接取出电池。具体而言，以两层结构充电架为例，首先换电小车30沿第二导轨2121移动到起降机模块212内，第二导轨2121带动换电小车30上升到第二层，然后，换电小车30从第二导轨2121移动到第一导轨2111上，进入电池存储模块211内，并将电池放置在存储层，通过充电机对该电池进行充电。最后取出充电架内的满电电池，并沿第一导轨2111返回到第二导轨2121上，接着借助第二导轨2121的升降功能返回地面。

接下来参照图5，图5是本发明的电动汽车小型自动充换电站的换电小车在充电架和换电平台之间移动时的俯视示意图，为了清楚起见省略了图中A端的换电平台。如图5所示，A端为换电平台1(图中未示出)，B端为充电架，A端和B端之间设置有第三导轨4，换电小车能够通过设置在车座301底部的滚轮302沿第三导轨4在换电平台1与充电架之间移动，并且当第二导轨2121下降到最低位置时，第二导轨2121便与第三导轨4对接起来，使得换电小车能够从第三导轨4移动到第二导轨2121上。换电小车在A端时将电动汽车的低电量动力电池取下，之后运动到B端并移动到第二导轨2121上，进而进入充电架，将低电量电池放到充电架上进行充电，取下满电电池后再沿第三导轨4运动回A端进行电池的安装，完成整个换电过程。由于换电平台1和充电平台(也即充电架)之间设置的第三导轨4，实现了换电小车在换电平台1与充电平台之间的自由穿梭。

返回去参阅图2，图2是本发明的电动汽车小型自动充换电站的系统构成图。该图中示出了本发明的换电站的各个单元的主要机构。如图2所示，电动汽车小型自动充换电站包括换电平台1、充电平台2、换电系统和控制系统，其中，换电平台1、充电平台2和换电系统分别与控制系统连接。控制系统包括充换电控制模块、通信模块和人机交互界面，用户可以通过人机交互界面操作控制系统对该电动汽车小型自动充换电站进行管理，同时该控制系统能够通过通信模块与上层云服务系统进行信息交互，从而实时地将电动汽车小型自动充换电站当前的各种设备及电池状况上传到云服务系统。通信模块通过互联网与上层云服务系统进行连接。充换电控制模块用于控制换电平台、充电平台和换电系统中每个构件的操作。换电系统实现换电平台1和充电平台2之间的电池更换。换电平台1包括汽车定位系统、举升装置和安全装置。其中，安全装置包括设置在换电平台1出入口的安全道闸和信号灯、设置在换电平台1四个角上用于防止事故发生的防护立柱、设置在换电平台1四周的护栏和起警示作用的警示灯。汽车定位系统用于对换电平台停放车辆进行定位，包括引导斜坡、减速定位带、位置传感器、超声波传感器、驱动装置，通过上述结构实现对电动汽车的定位。举升装置包括起升立柱和驱动机构。换电平台1的具体结构参照图7进行说明。

图7是本发明的电动汽车小型自动充换电站的换电平台的结构示意图。如图7所示，汽车定位系统的具体定位过程如下：首先电动汽车沿引导斜坡驶向换电平台1的停车底座，然后在减速定位带辅助下进行前后方向的粗定位，该减速定位带包括设置在换电平台1前方用于限定前轮的两个减速带和设置在换电平台后方用于限定后轮的两个减速带。再然后通过位置传感器检测白车身的位置，该位置传感器设置在四个位置，分别为位于白车身前沿的白车身前沿检测传感器I和白车身前沿检测传感器II以及位于白车身后沿的白车身后沿检测传感器I白车身后沿检测传感器II。通过这四个位置的传感器检测白车身位置，并通过指示灯提示司机对电动汽车进行前后位置的微调，调整到位后司机熄火离开车子。最后通过超声波传感器检测白车身距离左右两侧的距离。同样地，该超声波传感器设置在四个位置，分别位于白车身右沿的白车身右沿检测传感器I和白车身右沿检测传感器II以及位于白车身左沿的白车身左沿检测传感器I和白车身左沿检测传感器II。通过这四个位置的超声波传感器检测白车身距离左右两侧的距离，由驱动装置对电动汽车进行左右方向的调整。该驱动装置分别为设置在换电平台前后用于驱动电动汽车前轮胎和后轮胎的白车身左右偏移驱动装置。电动汽车停在起升平台上，减速定位带也设置在该起升平台上，起升平台与起升立柱连接，起升立柱设置在换电平台的四个角上，驱动机构驱动起升立柱并带动起升平台升降，从而将电动汽车举升到一定高度，使换电小车能够运动到汽车底部完成换电操作。该驱动机构可以通过滚珠丝杆的方式传递驱动力，当然也可以是其他合适的结构作为传动副。

综上所述，该电动汽车小型自动充换电站的工作过程如下：电动汽车沿引导斜坡倒车进入换电平台，通过汽车定位系统被自动调整到一定的位置，换电系统从充电平台获取充满电的动力电池，移动到电动汽车下方，进行电池更换，然后将取下的低电量电池送入充电平台开始充电。换电完毕后，电动汽车正向驶出换电平台。整个换电过程由控制系统进行管控，控制系统与上层云服务系统进行通信与信号交互，实时传递站点当前各种设备及电池状态。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。