电动汽车的换电系统的制作方法

本发明涉及电动汽车的电池更换技术领域，尤其涉及一种电动汽车的换电系统。

背景技术：

电动汽车可以通过存储在电池中的电能驱动交通工具行驶，减少了车辆对化石能源的依赖，是解决国家能源安全问题的一个重要手段。动力电池是电动汽车的核心，但是动力电池续航能力远不能与传统交通工具相比，因此，如何快速便捷为动力电池补充电能成电动汽车使用和推广的重要因素，而目前的电池充电技术无法实现像加油一样，几分钟内完成充电，因此，更换电池成为目前唯一可行的电动汽车电能补充的方法。

现有的换电系统多为嵌入式换电系统，将整个换电小车布置在地面以下，地面上方仅留一个槽用于槽底部的电池更换，这类换电站不可移动，需要先进性土建，建设成本高，不方便维护，一般用在室内，室外恶劣天气下无法进行工作，适用范围小；此外现有的换电系统一般仅有一套手动换电系统或自动换电系统，一旦部分零部件出现问题会造成整个换电系统不能使用，用户体验差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种电动汽车的换电系统，所述换电系统既包括自动换电装置也包括手动换电装置；且每个换电装置分别由体积小、重量轻便、易安装、方便运输的各个部分组成，整个系统结构简单、安全可靠、操作容易，易实施，可广泛适用于多种场所，且其中一个换电装置出现问题时，用户仍可以正常使用另外一个换电装置进行换电，用户体验好。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种电动汽车的换电系统，包括:

自动换电装置、手动换电装置和电池包管理装置，其中

所述自动换电装置设置在电池包管理装置一侧，所述手动换电装置设置在电池包管理装置的另一侧；所述电池包管理装置包括第一电池交换口和第二电池交换口；

所述第一电池交换口用于接收所述自动换电装置换下的亏电电池包，以及为所述自动换电装置提供满电电池包；

所述第二电池交换口用于接收所述手动换电装置换下的亏电电池包，以及为所述手动换电装置提供满电电池包。

进一步的，所述自动换电装置包括：

换电平台，用于支撑和定位车辆；

设置在换电平台上的举升装置，用于将车辆举升到第一预设高度，所述第一预设高度为自动换电装置的车辆换电时距离所述换电平台的高度；

导轨，一端伸入所述换电平台内，另一端延伸至所述第一电池交换口；

换电小车，设置于所述导轨上，并可沿所述导轨往复移动，以完成电池包在车辆和第一电池交换口之间的运送。

进一步的，所述自动换电装置还包括自动换电控制模块，用于协调和控制所述自动换电装置各个组成部分工作。

进一步的，所述换电平台包括：

平台主体，用于支撑车辆；

斜坡结构，设置在所述平台主体沿行车方向的至少一端；

导向结构，设置在所述平台主体沿车宽方向的两端；

定位结构，用于对车辆前后轮进行定位和调整，将车辆调整至预设换电位置。

进一步的，所述举升装置包括：

立柱结构，固接在所述换电平台上沿车宽方向的两端；

提升机械臂，设置在所述立柱结构上，用于举升车辆；

支撑机构，所述支撑机构和提升机械臂一一对应，所述支撑机构用于支撑车辆提升点。

进一步的，所述举升装置还包括：

同步提升悬挂链，与所述提升机械臂连接；

电机驱动结构，用于驱动所述同步提升悬挂链，使所述提升机械臂同步进行提升。

进一步的，所述支撑机构上设有拍照定位机构，用于在车辆被举升装置提升至第一预设高度，且换电小车驶入车底后，对车辆和换电小车进行拍照定位；

所述拍照定位机构包括：

拍照单元，用于对车身定位孔及换电小车的定位销进行拍照，得到拍照数据；

计算单元，用于根据所述拍照数据计算当前车辆位置偏差；

微调单元，用于根据所得到的车辆位置偏差调整所述支撑机构，从而对车辆位置进行调整。

进一步的，所述微调单元包括驱动部和浮动部，所述驱动部驱动所述支撑机构移动，从而带动车辆移动；所述浮动部随车辆的移动而浮动，从而实现车辆位置的调整。

进一步的，所述手动换电装置包括:

车辆举升机，用于举升车辆；

螺栓辅助拆卸装置，用于拧紧或拧松螺栓；

转运小车，用于运输、交换和托举电池包。

进一步的，所述车辆举升机包括主体框架结构、支撑结构和举升结构，

其中，所述举升结构设于主体框架上，与支撑结构相连接，所述举升结构用于通过举升支撑结构将车辆提升到第二预设高度，所述第二预设高度为手动换电装置的车辆换电时距离地面的高度，

所述举升结构包括第一提升臂和第二提升臂；

所述支撑结构用于支撑车辆提升点，包括第一支撑结构和第二支撑结构，所述第一支撑结构设置在第一提升臂上，所述第二支撑结构设置在第二提升臂上。

进一步的，所述螺栓辅助拆卸装置包括落地式机械手，所述落地式机械手包括拧紧枪，用于拧紧或拧松螺栓。

进一步的，所述电池包管理装置还包括：

电池包收发单元，用于接收亏电电池包，以及输出满电电池包；

电池包充电单元，用于为亏电电池包进行充电；

电池包存储单元，用于存储满电电池包及亏电电池包；

控制单元，用于控制所述电池收发单元接收或输出电池包、控制所述电池包充电单元为电池包充电，以及控制所述电池包存储单元存储电池包。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明一种电动汽车的换电系统可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：

(1)本发明所述换电系统既包括自动换电装置，又包括手动换电装置，其中一个换电装置出现问题时，用户仍可以正常使用另外一个换电装置进行换电，提升了用户体验。

(2)本发明所述换电装置各部分独立设置，可单独使用，各组成部分体积小、重量轻便、易安装，方便运输，因此，整个系统结构简单、可靠、操作容易，易实施，实现了模块化和小型化。

(3)自动换电装置的所有过程均可通过控制装置自动完成，无需人工换电，节省了人力。

(3)自动换电换电过程中，对车辆进行粗定位和精确定位，提高了换电准确性和换电效率。

(4)手动换电过程中，换电工作人员通过操作转运小车、车辆提升机以及螺栓拆卸装置，换电准确度高，使用所述手动换电装置，几分钟即可完成换电，换电效率高。

(5)所述换电系统适用与各个停车场和大部分汽车维修站需求，可广泛适用于多种场所。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例提供电动汽车的换电系统示意图；

图2为本发明一实施例提供的换电系统的自动换电装置示意图；

图3为本发明一实施例提供的自动换电装置的换电平台示意图；

图4为本发明一实施例提供的自动换电装置的拍照定位机构示意图

图5为本发明一实施例提供的拍照定位机构的微调单元示意图；

图6为本发明一实施例提供的自动换电方法流程图；

图7为本发明一实施例提供的换电系统的手动换电装置示意图；

图8为本发明一实施例提供的手动换电装置仰视示意图；

图9为本发明一实施例提供的手动换电方法流程图；

图10为本发明一实施例提供的电池包管理装置示意图。

主要附图标记说明：

1-自动换电装置2-手动换电装置3-电池包管理装置

4-第一电池交换口5-第二电池交换口

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种电动汽车的换电系统的具体实施方式及其功效，详细说明如后。

如附图1所示，本发明提供了一种电动汽车的换电系统，包括:自动换电装置1、手动换电装置2和电池包管理装置3，其中自动换电装置1设置在电池包管理装置3一侧，手动换电装置2设置在电池包管理装置的另一侧，三者设置的位置关系可根据具体场地以及用户习惯进行设置。电池包管理装置3包括第一电池交换口4和第二电池交换口5；第一电池交换口4用于接收自动换电装置1换下的亏电电池包，以及为自动换电装置1提供满电电池包；第二电池交换口5用于接收手动换电装置2换下的亏电电池包，以及为手动换电装置2提供满电电池包。

需要说明的是，本发明中亏电电池包指的是换电过程中从车辆上拆卸下来的电池包，并非限定从车辆上拆卸下来的电池包为完全亏电状态。同理，满电电池包指的是换电过程中为车辆安装的电池包，并非限定为车辆安装的电池包为完全满电状态。

本发明的电动汽车并仅限定为纯电动汽车，也可以为混动汽车。

自动换电装置和手动换电装置可分开独立使用，以下对自动换电和手动换电分别进行详细说明：

一、自动换电

如附图2所示，自动换电装置1包括：换电平台11、举升装置12、导轨13和换电小车14，其中：

换电平台11用于支撑和定位车辆；举升装置12设置在换电平台11上的，用于将车辆举升到第一预设高度，第一预设高度为自动换电装置1的车辆换电时距离换电平台11的高度；第一预设高度根据待换电车辆车型等因素进行设定。导轨13一端伸入换电平台11内，另一端延伸至第一电池交换口4；换电小车14设置于导轨上13，并可沿导轨13往复移动，以完成电池包在车辆和第一电池交换口4之间的运送。如图2，作为一种示例，导轨13的延伸方向与车辆进出换电平台11的行车方向垂直。但应当理解，导轨13作为换电小车14进出换电平台11的路径，延伸方向以方便换电小车14进出和方便换电操作为准，可以作适应性调整。

自动换电装置1还包括自动换电控制模块(图中未示出)，用于协调和控制自动换电装置1各个组成部分的工作。

导轨13包括两条互相平行设置的轨道131，以及与轨道131平行的齿条132。轨道131从电池包管理装置3延伸至换电平台11内部，以供换电小车14在换电平台11和电池包管理装置3之间往复运动。齿条132至少设于换电平台11内，用于与设置在换电小车14上的齿轮(图中未示出)相啮合，以精确控制换电小车14在换电平台11上的移动距离，提高换电小车14的定位精度。在另一些示例中，还可以在导轨13靠近自动换电装置1的部分对应设置齿条132，以精确控制换电小车14相对于自动换电装置1的距离；或者，齿条132也可以覆盖整个导轨13的长度，以精确控制换电小车14在整个行走路径上的移动距离。

在图2和图3所示的示例中，延伸入换电平台11的部分的两条轨道131和齿条132嵌入在换电平台11中，且与换电平台11在同一平面，保证车辆滚动平稳，控制精度高，能够进一步节省换电时间。换电小车14上的齿条132既能使换电小车14更加快速准确的进入换电平台，又能根据齿条的终止位置控制换电小车14的停车位置，进一步提高了换电的精度和效率。

如图3所示，换电平台11包括用于支撑车辆的平台主体111，用于引导车辆进出平台主体111的斜坡结构112，用于对车辆进入平台主体111时进行导向的导向结构113，以及用于对车辆在平台主体111上的位置进行定位和调整的定位结构114。

其中，平台主体111用于支撑车辆，供车辆行驶至换电位置。其中，平台主体111中的各组成部分之间的空隙可以采用玻璃钢格栅填充，既能保证车辆平稳驶入换电平台11，又能减轻换电平台11的重量。

如图2和图3所示的示例中，斜坡结构112设置在平台主体111沿行车方向的两端，或者也可以只设置于一端。斜坡结构112包括斜坡主体115和转轴116，斜坡主体115通过转轴116与平台主体111相连，并围绕转轴116翻转，从而使斜坡结构112收起或放下。车辆驶入驶出换电平台11时将斜坡结构112打开，其他时候可将斜坡结构112收起，以节约换电系统的占地面积。

导向结构113与斜坡结构112对应，设置于平台主体111上，且延伸至斜坡结构112。具体地，导向结构113包括成对设置的导向件，分别布置在平台主体111沿车宽方向的两端，两端的导向件之间的空间限定为允许车辆通过的区域，由此，可以防止车辆在进出平台主体111的过程中偏离轨迹而掉出平台主体111。作为一种示例，导向结构113为导向杆，导向杆的延伸方向基本与行车方向平行，在车辆驶入过程中，斜坡结构112和导向结构113可以共同作为参照，以引导车辆正向驶入换电平台11，从而使停车位置更接近于理想位置。

当车辆驶入平台主体111后，将通过定位结构114对车辆前后轮进行定位和调整，将车辆调整至预设换电位置。

如图3所示的示例中，行车方向为x方向，车宽方向为y方向，定位结构114包括用于调整车辆x方向位置的x方向定位单元6和用于调整车辆y方向位置的y方向定位单元7。

其中，x方向定位单元6包括凹槽61，用于支撑车轮，可以为前轮或者后轮，当车轮驶入凹槽61时被确定为驶入车辆沿x方向的停止位置。以x方向定位单元6用于支撑车辆前轮进行说明，y方向定位单元7包括前轮y方向定位单元71和后轮y方向定位单元72，分别设于与车辆前轮、后轮对应的位置；其中，前轮y方向定位单元71包括前轮推杆电机711和设置在前轮推杆电机711沿y方向两端的前轮推杆712；前轮推杆电机711用于驱动前轮推杆712移动；前轮推杆712用于推动前轮移动，从而对前轮进行y方向定位。后轮y方向定位单元72包括后轮推杆电机721和设置在后轮推杆电机721沿y方向两端的后轮推杆722；后轮推杆电机721用于驱动后轮推杆722移动；后轮推杆722用于推动后轮移动，从而对后轮进行y方向定位。

如图2所示，举升装置12包括：用于设置提升机械臂122的立柱结构121，用于举升车辆的提升机械臂122以及用于支撑车辆提升点的支撑机构123。

其中，立柱结构121固接在换电平台11上沿车宽方向的两端。其中，立柱结构121为双立柱结构或四立柱结构，在一些实施例中，立柱结构121包括四根立柱，换电平台11为矩形结构，四根立柱分别设置在换电平台11的四个角处。提升机械臂122设置在立柱结构121上，用于举升车辆；支撑机构123和提升机械臂122一一对应，支撑机构123用于支撑车辆提升点。

举升装置12还包括：同步提升悬挂链124和电机驱动结构125，其中，同步提升悬挂链124与提升机械臂122连接，确保车辆平稳提升。电机驱动结构125用于驱动同步提升悬挂链124，使提升机械臂122同步进行提升。现有举升装置采用丝杠螺杆及液压气缸的结构，同步性比较差，本发明采用电机驱动结构125及同步提升悬挂链124保证了车辆举升过程中四个举升点的同步性和一致性。

换电小车14上设有定位销141，用于与车身定位孔相配合，使换电小车14对准换电位置。

在一些实施例中，在换电平台11对车辆进行粗定位之后，举升装置12将车辆提升到第一预设高度，此时车辆在水平面的位置相较于准确的换电位置还可能存在一定的偏差，因此，可以设置拍照定位机构16对车辆位置进行进一步调整，以提高换电的准确度和效率。具体的，举升装置12包括四个提升机械臂122以及对应四个支撑机构123，分别用于支撑车辆的四个提升点，支撑机构123上设置有拍照定位机构16，拍照定位机构16在车辆在换电平台11上定位完成，被提升装置12提升至第一预设高度，且换电小车14驶入车底后，对车辆和换电小车进行拍照定位。

如图4所示示例中，拍照定位机构16包括拍照单元161，计算单元162，以及微调单元163，其中，拍照单元161用于对车身定位孔及换电小车14的定位销141进行拍照，得到拍照数据，拍照单元161可以为相机；计算单元162用于根据拍照数据计算当前车辆位置偏差；微调单元163用于根据所得到的车辆位置偏差调整支撑机构123，从而对车辆位置进行调整。

如图5所示，微调单元163包括驱动部164和浮动部165，驱动部164驱动支撑机构123移动，使对应的车辆提升点移动，从而带动车辆移动；浮动部165随车辆的移动而浮动，从而实现车辆位置的调整，微调单元163包括至少一个驱动部164.其他与车辆相接触的部位均设置为浮动部164，跟随车辆移动而浮动。

基于上述自动换电装置，如图6所示，当执行自动换电时，操作方法包括以下步骤：

步骤s1、车辆驶入换电平台11并对车辆进行第一次定位；

车辆驶入后中，通过斜坡结构112和导向结构113确定行车方向，通过斜坡结构112，驶入定位平台11，可根据用户个人习惯或场地等隐私设置斜坡结构112在换电平台11沿行车方向的一端或两端，用户可选择将车辆正向驶入换电平台11或倒入换电平台11，进一步提升用户体验。

步骤s2、举升装置12将车辆举升到第一预设高度；

步骤s3、空载的换电小车14驶入车辆底部，对车辆进行第二次定位，换电小车14将亏电电池包取下并将亏电电池包转运给电池包管理装置3；

第二次定位过程通过拍照定位机构16来完成，具体包括：

对车身定位孔及换电小车14的定位销进行拍照，得到拍照数据；

根据拍照数据计算当前车辆位置偏差；

根据所得到的车辆位置偏差对车辆位置进行调整。

通过设置拍照定位机构16对车辆进行第二次定位，提高了换电的准确性，也防止出现位置误差大于阈值致使重新降落车辆进行第一次定位过程的状况，从而节省了换电时间，提高了换电效率。

步骤s4、电池包管理装置3将满电电池包输送给换电小车14，换电小车14驶入车辆底部，将满电电池包安装到车上，完成换电。

本发明自动换电装置1各部分独立设置，可单独使用，各组成部分体积小、重量轻便、易安装，方便运输，因此，整个系统结构简单、可靠、操作容易，易实施，实现了模块化和小型化。换电过程中，对车辆进行粗定位和精确定位，提高了换电准确性和换电效率。此外，自动换电装置1适用与各个停车场和大部分汽车维修站需求，可广泛适用于多种场所。本发明自动换电方法的所有过程均可通过控制装置自动完成，无需人工换电，节省了人力，换电过程简单，易操作，提高了换电效率。

二、手动换电

如图7所示，手动换电装置2包括:车辆举升机21，螺栓辅助拆卸装置22和转运小车23；其中，车辆举升机21用于举升车辆，其中，车辆举升机21为双立柱举升机；螺栓辅助拆卸装置22用于拧紧或拧松螺栓；其中，螺栓辅助拆卸装置22包括一个或多个落地式机械手；转运小车23为行走装置，用于运输、交换和托举电池包。

在一些实施例中，车辆举升机21包括主体框架结构211、支撑结构212和举升结构213，其中，举升结构213设于主体框架上，与支撑结构212相连接，举升结构213用于通过举升支撑结构212将车辆提升到第二预设高度，第二预设高度为手动换电装置2的车辆换电时距离地面的高度，所需提升的高度根据车辆型号、用户习惯等设定车辆所需提升的高度。其中，举升结构213包括第一提升臂214和第二提升臂215；举升结构213可为螺旋丝杆、液压缸等。

如图8所示，支撑结构212用于支撑车辆提升点，包括第一支撑结构216和第二支撑结构217，第一支撑结构216设置在第一提升臂214上，第二支撑结构217设置在第二提升臂215上。

使用双立柱举升机，既保证了将车辆平稳提升，也进一步节省了换电系统的占地空间。此外，采用上述双立柱举升机仅为本发明一个优选实施例，其他现有的双立柱举升机或其他可实现本发明的举升机，也可适用于此。

在一些实施例中，螺栓辅助拆卸装置22包括两个落地式机械手221，分别设置在于车辆一条对角线两端对应的底面上用于拧紧或拧松螺栓，从而取下亏电电池包或安装上满电电池包。

基于上述手动换电装置2，如图9所示，在进行手动换电时，操作方法包括以下步骤：

步骤s11、将手动换电装置2各部分置于初始位置：将车辆举升机21置于初始状态，即将第一提升臂214和第二提升臂215置于车辆区域两侧并降低至最低位置；将螺栓辅助拆卸装置22置于车辆区域两侧，车辆区域为车辆驶入车辆举升机21预设的停车位置，停车后，等待提升臂提升车辆，此时，车辆沿垂直于车平面方向投射到底面的区域即为车辆区域。

步骤s12、汽车驶入车辆举升机21下方，将提升臂置于车辆提升点处，启动车辆举升机21将车辆提升至第二预设高度；

步骤s13、将空载的转运小车23推至车辆底部，；

步骤s14、将螺栓辅助拆卸装置22移动至车辆底部用于固定电池包的螺栓处，启动拧紧枪拆下螺栓，直至所有螺栓被拆下，收回螺栓辅助拆卸装置22至初始位置；

步骤s14、降下亏电电池包，转运小车23将亏电电池包运至第二换电交换口5，与电池包管理装置3对接，交换电池包，将满电电池包运至车辆底部，将运载新电池包的转运小车23推至车辆底部，，

将螺栓辅助拆卸装置22移动至车辆底部用于固定电池包的螺栓处，启动拧紧枪拧紧螺栓，直至所有螺栓被拧紧，完成手动换电，收回螺栓辅助拆卸装置22至初始位置。

手动换电装置2各部分独立设置，可单独使用，各组成部分体积小、重量轻便、易安装，方便运输，因此，整个系统结构简单、可靠、操作容易，易实施，实现了模块化和小型化，手动换电装置2适用与各个停车场和大部分汽车维修站需求，可广泛适用于多种场所。

手动换电过程中，换电工作人员通过操作转运小车、车辆提升机以及螺栓拆卸装置，换电准确度高，使用手动换电装置，几分钟即可完成换电，换电效率高。

三、电池包管理装置

如图10所示，电池包管理装置3还包括：电池包收发单元31，电池包充电单元32，电池包存储单元33和控制单元34，其中，电池包收发单元31用于接收亏电电池包，以及输出满电电池包；电池包充电单元32用于为亏电电池包进行充电；电池包存储单元33用于存储满电电池包及亏电电池包，且可同时管理多个电池包，因此可连续不间断的完成多辆车的换电工作，换电效率高；控制单元34，用于控制所述电池收发单元31接收或输出电池包、控制电池包充电单元32为电池包充电，以及控制电池包存储单元33存储电池包。

本发明实施例换电系统既包括自动换电装置1，又包括手动换电装置2，其中一个换电装置出现问题时，用户仍可以正常使用另外一个换电装置进行换电，提升了用户体验。本发明换电装置各部分独立设置，可单独使用，各组成部分体积小、重量轻便、易安装，方便运输，因此，整个系统结构简单、可靠、操作容易，易实施，实现了模块化和小型化。其中，自动换电装置1的所有过程均可通过控制装置自动完成，无需人工换电，节省了人力。自动换电换电过程中，对车辆进行粗定位和精确定位，提高了换电准确性和换电效率。手动换电过程中，换电工作人员通过操作转运小车、车辆提升机以及螺栓拆卸装置，换电准确度高，使用手动换电装置，几分钟即可完成换电，换电效率高。换电系统适用与各个停车场和大部分汽车维修站需求，可广泛适用于多种场所。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。