用于电动公交车的更换电池系统和更换电池方法与流程

本发明涉及电动汽车技术领域，具体而言，涉及一种用于电动公交车的更换电池系统和更换电池方法。

背景技术：

随着世界人口不断增长，人民生活水平快速提高，汽车的数量也在疯狂的增长。如果这些车辆都采用内燃机，那么所需的燃油将日渐枯竭，排放的尾气也会使大气污染日趋严重。

当今环保新能源问题备受关注，电动汽车作为实现交通能源转型的途径之一，已经成为世界各主要国家和汽车制造厂商共同的战略选择，我国也已经把发展电动汽车列入重点科技产业项目，组织科研机构进行研制开发。

电动汽车的电力来源比较丰富，可是目前能高效、稳定的提供方式仍然是电池。电池充电技术目前依然处于瓶颈状态，相比燃油汽车加油的过程，电动汽车充电时间过长一直是制约电动汽车普及的一大障碍。

电池更换技术的出现不但适应了人民日常汽车加油的习惯，而且可以避免长时间充电的等待，也省去了提前支付高昂电池成本。但是电动汽车的电池在体积和质量仍然较大，尤其以电动公交车明显，电动公交车的电池相比家用驾车体积更加庞大，并且数量更多，若采用传统的人工方式进行电池更换将是一项繁重的体力劳动，并且效率低下，无法发挥出电池更换技术速度快的优势。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种用于电动公交车的更换电池系统和更换电池方法，以解决现有技术中更换电动公交车的电池存在劳动强度大、工作效率低的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种用于电动公交车的更换电池系统，包括：电池运输部，电池运输部上设置有多个用于放置电池的电池安装位；行走装置，行走装置包括机架、连接部和驱动装置，驱动装置驱动连接部在机架的范围内移动，电池运输部与连接部可枢转地连接，电池运输部与连接部的枢转轴沿竖直方向设置；电池安装部，与电池运输部连接，用于驱动电池安装位内的电池，电池安装部包括使电池位于电池安装位内的第一状态和将电池推出电池安装位的第二状态。

进一步地，电池运输部还包括横梁和吊舱，横梁与连接部可枢转地连接，吊舱通过水平枢转轴与横梁可枢转地连接，电池安装位设置在吊舱内。

进一步地，连接部包括横轨滑车和纵轨爬车，机架上设置有横轨，横轨滑车可移动地设置在横轨上，横轨滑车上设置有纵轨，纵轨爬车可移动地设置在纵轨上。

进一步地，横轨滑车上设置有行走轮，行走轮与横轨配合连接，驱动装置包括行走电机，行走电机与行走轮驱动连接。

进一步地，横轨滑车上设置有定滑轮和连接链，定滑轮设置在横轨滑车的纵轨的顶部，驱动装置包括爬行电机，连接链的一端与爬行电机驱动连接，连接链的另一端绕过定滑轮与纵轨爬车连接。

进一步地，纵轨爬车上还设置有防坠销和弹性元件，纵轨上设置有多个销孔，防坠销具有与销孔脱离的第一位置和插入销孔的第二位置，弹性元件向防坠销施加从第一位置向第二位置运动的弹力，连接链与防坠销连接并克服弹力使得防坠销处于第一位置。

进一步地，电池安装部包括：吊舱，电池安装位设置在吊舱内；货叉，与吊舱连接，货叉包括回收至吊舱内的第一位置和伸出吊舱外的第二位置；抓手，与吊舱或货叉连接，抓手包括伸出位于第二位置的货叉外的工作位置。

进一步地，更换电池系统还包括第一位置检测装置，第一位置检测装置设置在行走装置上，用于检测并反馈行走装置的目标位置。

进一步地，更换电池系统还包括第二位置检测装置，第二位置检测装置设置在电池安装部上，用于检测并反馈电池安装部的目标状态。

进一步地，更换电池系统还包括电池垛，电池垛上设置有用于存放电池的多个储存位，每个储存位内均设置有用于为电池充电的充电装置，电池垛与行走装置的机架对应地设置以使电池运输部能够移动至每个储存位。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于电动公交车的更换电池方法，采用上述的更换电池系统，更换电池方法包括以下步骤：S10，驱动更换电池系统的行走装置将更换电池系统的电池运输部移动至与电动公交车的电池箱对应的位置处，使得电池运输部的第一电池安装位与电池箱对应；S20，驱动电池安装部至第二状态，以将第一电池安装位上的电池推入电池箱。

进一步地，在进行步骤S10之前，更换电池方法的步骤还包括：S02，驱动行走装置将电池运输部移动至与电动公交车的电池箱对应的位置处，使得电池运输部的未放置电池的第二电池安装位与电池箱对应；S04，驱动电池安装部至第二状态，并使得电池安装部与电池箱内的电池连接；S06，驱动电池安装部至第一状态，以将电池箱内的电池取出至第二电池安装位。

进一步地，步骤S10包括：驱动电池运输部相对连接部旋转180度，以使电池运输部的放置有电池的第一电池安装位与电池箱对应。

进一步地，电池运输部还包括横梁和吊舱，横梁与连接部可枢转地连接，吊舱通过水平枢转轴与横梁可枢转地连接，电池安装位设置在吊舱内，步骤S10包括：驱动行走装置将电池运输部移动至与电池箱对应的位置处，驱动电池运输部的吊舱相对电池运输部的横梁转动，使吊舱倾斜以配合电池箱的倾斜程度。

本发明的更换电池系统主要包括放置电池的电池运输部，驱动电池运输部移动的通过行走装置，以及对电池运输部上的电池进行操作的电池安装部，通过三个部件的配合可以将电池从存储的位置运输到待更换的位置，并通过电池安装部完成电池的自动更换，从而代替人力更换电池，减轻了工作人员的负担，克服了更换电池效率低的问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明的更换电池系统的实施例的应用场景的俯视图；

图2示出了图1中的应用场景的主视图；

图3示出了本发明的更换电池系统的电池运输部和一部分行走装置的实施例的结构示意图；

图4示出了本发明的更换电池系统的纵轨爬车的防坠机构的结构示意图；以及

图5示出了本发明的更换电池系统的电池垛的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、电池运输部；11、横梁；12、吊舱；20、行走装置；21、横轨滑车；211、行走轮；22、纵轨爬车；221、防坠销；222、弹性元件；30、电池安装部；40、电池垛；100、电池箱。

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发明。

需要指出的是，除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本发明。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于电动公交车的更换电池系统，如图1至图5所示，该更换电池系统包括：电池运输部10，电池运输部10上设置有多个用于放置电池的电池安装位；行走装置20，行走装置20包括机架、连接部和驱动装置，驱动装置驱动连接部在机架的范围内移动，电池运输部10与连接部可枢转地连接，电池运输部10与连接部的枢转轴沿竖直方向设置；电池安装部30，与电池运输部10连接，用于驱动电池安装位内的电池，电池安装部30包括使电池位于电池安装位内的第一状态和将电池推出电池安装位的第二状态。

本发明的更换电池系统主要包括放置电池的电池运输部10，驱动电池运输部10移动的通过行走装置20，以及对电池运输部10上的电池进行操作的电池安装部30，通过三个部件的配合可以将电池从存储的位置运输到待更换的位置，并通过电池安装部30完成电池的自动更换，从而代替人力更换电池，减轻了工作人员的负担，克服了更换电池效率低的问题。此外，电池运输部10上设置有多个电池安装位，可以一次携带多块电池，或者为更换下的就电池预留位置以便回收，并且电池运输部10与行走装置20之间可枢转地连接，使得电池运输部10通过旋转就能够切换多个电池安装位的位置，使得更换电池系统能够更迅速的进行更换作业。

优选地，电池运输部10还包括横梁11和吊舱12，横梁11与连接部可枢转地连接，吊舱12通过水平枢转轴与横梁11可枢转地连接，电池安装位设置在吊舱12内。

在环境的影响下，例如停车位置路面平整度、车辆胎压和车辆重心偏移等，待更换电池的车辆往往无法保持正位停车状态，车辆的电池箱100会有一定的倾斜，传统的类似叉车的运输工具难以对这种状态下的车辆进行电池更换。

如图3所示，通过横梁11和吊舱12之间的转动，电池安装位可以相对水平方向的倾斜一定的角度，从而以配合待更换电池在车辆中的位置和状态，提高电池更换系统整套设备的通用性。

优选地，如图2和3所示，连接部包括横轨滑车21和纵轨爬车22，机架上设置有横轨，横轨滑车21可移动地设置在横轨上，横轨滑车21上设置有纵轨，纵轨爬车22可移动地设置在纵轨上。横轨滑车21用于驱动电池运输部10在水平方向上移动，纵轨爬车22则用于驱动电池运输部10在竖直方向上运动，即通过横轨滑车21和纵轨爬车22能够实现电池运输部10的正交运动。

优选地，横轨滑车21上设置有行走轮211，行走轮211与横轨配合连接，驱动装置包括行走电机，行走电机与行走轮211驱动连接。

在一些优选实施例中，行走轮211与横轨之间可以采用齿形啮合的方式配合，或采用类似履带的结构以配合，从而实现对横轨滑车21的运动位置的精确控制。行走电机可以为伺服电机。

优选地，横轨滑车21上设置有定滑轮和连接链，定滑轮设置在横轨滑车21的纵轨的顶部，驱动装置包括爬行电机，连接链的一端与爬行电机驱动连接，连接链的另一端绕过定滑轮与纵轨爬车22连接。

如图2和3所示的实施例，纵轨爬车22通过链条实现竖直爬行，而为了稳定纵轨爬车22，在纵轨爬车22上还可以设置导论，导论与横轨滑车21上的导轨配合以稳定纵轨爬车22的运动轨迹和姿态。

优选地，如图4所示，纵轨爬车上还设置有防坠销221和弹性元件222，纵轨上设置有多个销孔，防坠销221具有与销孔脱离的第一位置和插入销孔的第二位置，弹性元件222向防坠销221施加从第一位置向第二位置运动的弹力，连接链与防坠销221连接并克服弹力使得防坠销221处于第一位置。

本实施例中的纵轨爬车22的驱动机构并不设置配重，从而使得连接链能够一直向防坠销221施加拉力，当连接链脱落或断开时，施加在防坠销221上的拉力消失，弹性元件222的弹力将防坠销221推向第二位置，从而使得防坠销221插入某一销孔内，以锁定纵轨爬车22的位置，防止纵轨爬车22坠落，保护电池的安全。

在另一些实施例中，纵轨爬车22通过丝杠实现上下运动，由于丝杠具有自锁的能力，因此在这些实施例中的纵轨爬车22上不需要设置防坠部件。

优选地，电池安装部30包括：吊舱12，电池安装位设置在吊舱12内；货叉，与吊舱12连接，货叉包括回收至吊舱12内的第一位置和伸出吊舱12外的第二位置；抓手，与吊舱12或货叉连接，抓手包括伸出位于第二位置的货叉外的工作位置。

货叉主要用于运输电池的实体，例如将电池从电池运输部10的电池安装位托送到车辆的电池箱100内，或者将电池箱100内的电池托送到电池安装位上。抓手则配合货叉使用，主要的作用是将电池推离货叉以及抓持电池并将电池拉入货叉。其中，货叉的动力装置主要用于驱动货叉前后运动，以及控制货叉进行适当的纵向运动以完成取、放电池的动作；抓手的驱动装置主要用于驱动抓手的伸缩以及夹紧。

优选地，更换电池系统还包括第一位置检测装置，第一位置检测装置设置在行走装置20上，用于检测并反馈行走装置20的目标位置。

行走装置20的作用是将电池运输部10送至待更换电池的位置，也就是车辆的电池箱100的位置，因此第一位置检测装置主要用于检测车辆的电池箱100的位置，从而反馈给行走装置20以目标位置。具体地，可以在车辆的电池箱100上或电池箱100附近设置感应部，第一位置检测装置为与感应部相互感应的探头，当二者对位时，第一位置检测装置向行走装置20报告已经运动就位。

优选地，更换电池系统还包括第二位置检测装置，第二位置检测装置设置在电池安装部30上，用于检测并反馈电池安装部30的目标状态。

电池安装部30主要用于取、放电池，因此第二位置检测装置的主要作用是反馈电池的位置，从而反馈给电池安装部30以目标状态，例如放电池过程中，第二位置检测装置检测到电池就位后，向电池安装部30反馈就位信号，电池安装部30从第二状态切换为第一状态。具体地，第二位置检测装置可以与车辆之间进行通讯，从而获知电池是否安装到位。

优选地，如图5所示，更换电池系统还包括电池垛40，电池垛40上设置有用于存放电池的多个储存位，每个储存位内均设置有用于为电池充电的充电装置，电池垛40与行走装置20的机架对应地设置以使电池运输部10能够移动至每个储存位。

电池垛40上的每个储存位根据其上放置的电池的状态向更换电池系统反馈三种信号，即储存位上放置有处于满电状态的电池的就绪信号、储存位上放置有处于充电状态的电池的充电信号以及储存位上未放置电池的空位信号，电池运输部10根据这三种信号选择从某些储存位上取出电池，以及将换下的电池放置到某个储存位上。

具体流程为，当更换电池系统开始运行时，电池运输部10运动到反馈就绪信号的储存位上，电池安装部30从该储存位上取下电池放入电池运输部10中，之后进行更换电池操作，更换电池后，电池运输部10运动到反馈空位信号的储存位上，电池安装部30将从车辆上换下的电池放置到该储存位上，进行充电。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种用于电动公交车的更换电池方法，其特征在于，采用上述的更换电池系统，更换电池方法包括以下步骤：S10，驱动更换电池系统的行走装置20将更换电池系统的电池运输部10移动至与电动公交车的电池箱100对应的位置处，使得电池运输部10的第一电池安装位与电池箱100对应；S20，驱动电池安装部30至第二状态，以将第一电池安装位上的电池推入电池箱100。

优选地，在进行步骤S10之前，更换电池方法的步骤还包括：S02，驱动行走装置20将电池运输部10移动至与电动公交车的电池箱100对应的位置处，使得电池运输部10的未放置电池的第二电池安装位与电池箱100对应；S04，驱动电池安装部30至第二状态，并使得电池安装部30与电池箱100内的电池连接；S06，驱动电池安装部30至第一状态，以将电池箱100内的电池取出至第二电池安装位。

在将满电状态的电池放入车辆的电池箱100内之前，本发明的更换电池方法还包括从电池箱100中取出旧电池的步骤，同样采用上述的更换电池系统完成，不需要人力搬运。

优选地，步骤S10包括：驱动电池运输部10相对连接部旋转180度，以使电池运输部10的放置有电池的第一电池安装位与电池箱100对应。

优选地，电池运输部10还包括横梁11和吊舱12，横梁11与连接部可枢转地连接，吊舱12通过水平枢转轴与横梁11可枢转地连接，电池安装位设置在吊舱12内，步骤S10包括：驱动行走装置20将电池运输部10移动至与电池箱100对应的位置处，驱动电池运输部10的吊舱12相对电池运输部10的横梁11转动，使吊舱12倾斜以配合电池箱100的倾斜程度。

从图1中可以看出，充、换电站点还有与更换电池系统对应设置的驻车区域，驻车区域具有画线标识，以指示车辆停驻在指定的位置，方便更换电池系统进行电池更换。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、工作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。