一种采用悬臂梁的电动车充换电系统的制作方法

本发明涉及新能源汽车技术领域，具体地，涉及一种采用悬臂梁的电动车充换电系统。

背景技术：

电动汽车以电代油，能够实现零排放与低噪声，是解决能源和环境问题的重要手段。随着石油资源的紧张和电池技术的发展，电动汽车在性能和经济性方面已经接近甚至优于传统燃油汽车，并开始在世界范围内逐渐推广应用。以电动汽车为代表的新一代节能与环保汽车是汽车工业发展的必然趋势。作为电动汽车大规模推广应用的重要前提和基础，电动汽车充换电技术的发展和电动汽车充换电设施建设引起了各方广泛关注。电动汽车的电池箱，可位于汽车的底部，也可位于汽车的侧面。通过电池箱为汽车提供动力。与之配套的电动汽车充换电设施已投入使用，将逐步形成充电桩、充电站、换电站、配送站等设施相结合的电动汽车充换电系统。将电池箱设置成可分离式，方便进行更换，但是电池箱一般重量大，搬运困难，并且电池箱需要充电站提供充电设备进行存储和充电，以便电动汽车更换电池箱。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种采用悬臂梁的电动车充换电系统，便于对一定范围内的电池箱进行快速转移，提高电池箱更换效率。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：一种采用悬臂梁的电动车充换电系统，包括：

充电区域，用于存放电池箱和对电池箱进行充电；

换电区域，包括用于停放等待更换电池箱的电动车；

至少一个电池箱，存放于所述充电区域，或位于电动车上；

悬臂梁吊具，用于将所述充电区域的已充电电池箱转移到电动车上，或者将电动车上的待更换电池箱转移到所述充电区域。

本发明进一步设置为，所述电池箱包括：

框体模块，所述框体模块为一层或多层，每层所述框体模块由底部支撑以及竖直设置于所述底部支撑上的侧面框体组成，所述底部支撑与所述侧面框体之间形成容纳电池的空间，所述底部支撑下方设有凹槽；

设置于所述框体模块上的导向定位部件，所述导向定位部件垂直设置于所述侧面框体上，且所述导向定位部件凸出于所述侧面框体的上端边缘的端部形状为锥体，所述锥体的形状与所述凹槽相匹配。

本发明进一步设置为，所述框体模块为多层时，每层所述框体模块结构相同，多层所述框体模块上下设置；位于下面一层的所述框体模块通过所述导向定位部件与位于上一层的所述框体模块的凹槽快速定位，所述导向定位部件插入所述凹槽并采用连接件锁紧连接，形成多层堆垛结构。

本发明进一步设置为，所述底部支撑由第一长方形框体以及水平杆件构成，所述水平杆件位于所述第一长方形框体内，且与所述第一长方形框体的长边垂直连接。

本发明进一步设置为，所述侧面框体由第二长方形框体以及竖直杆件构成，所述竖直杆件位于所述第二长方形框体内，且与所述第二长方形框体的长边垂直连接；所述导向定位部件位于所述侧面框体所在平面内，并与所述竖直杆件平行，所述导向定位部件的下端固定在所述第二长方形框体下方的长边上，所述导向定位部件的上端穿过所述第二长方形框体上方的长边并凸出于所述侧面框体的上端边缘。

本发明进一步设置为，所述框体模块，其侧面框体上部设置有缓冲部，用于多层所述框体模块堆垛时的缓冲。

本发明进一步设置为，所述缓冲部设置于所述侧面框体的边角处，且呈对称布置。

本发明进一步设置为，所述悬臂梁的固定端固定于一支撑部件上，所述悬臂梁下方设有用于吊装电池箱的吊装装置，所述吊装装置的下方为所述换电区域。

本发明进一步设置为，所述吊装装置包括：

抓取夹具，用于从电池箱顶部的两侧抓取电池箱；

电磁驱动机构，连接所述抓取夹具，用于驱动所述抓取夹具抓取电池箱；

直线导轨，用于支撑所述抓取夹具和所述电磁驱动机构，所述电磁驱动机构驱动所述抓取夹具沿所述直线导轨移动；

电控箱，连接所述电磁驱动机构，位于所述抓取夹具、所述电磁驱动机构和所述直线导轨上方，用于控制所述电磁驱动机构。

本发明进一步设置为，所述抓取夹具有一对，分别位于所述直线导轨的两端部，与所述电磁驱动机构连接，一对所述抓取夹具沿着所述直线导轨相向移动；所述抓取夹具包括：夹具主体，所述夹具主体下端设有一插件，该插件用于插入电池箱顶部的框架中，一对所述抓取夹具从电池箱顶部两边插入。

本发明进一步设置为，所述夹具主体的侧面设有导向的梯形部，该梯形部的短边位于所述夹具主体的里侧，长边位于所述夹具主体的外侧；所述夹具主体的中间为空腔，用于容纳所述直线导轨，且所述支撑导能从所述夹具主体的空腔的外侧伸出。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的电动车充换电系统中利用悬臂梁吊具，实现了一定范围内对电池箱进行方便快捷的吊装，同时，悬臂梁下方空间可供车辆停靠和进出，整个电动车充换电系统结构紧凑，占地面积小，无需大型的设备和复杂的控制，方便对电池箱进行存放、管理和及时的充电。

进一步的，本发明中采用可多层组合的电池箱，能够实现可靠的多层堆垛结构，此种结构可以大大提高每次更换电池的容量。通过框体模块之间凹槽和导向定位部件的配合，能实现可靠的定位连接，同时采用吊装方式，能很好电池箱的更换速度、便捷性的问题。

进一步的，本发明中采用从两侧抱取电池箱的方式，一对抓取夹具之间的距离可调整，使得同一装置能适用于不同型号和大小的电池箱，并能准确控制电池箱移动的精确位置。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的一实施例结构示意图；

图2、图3为本发明的一实施例中吊装装置结构示意图；

图4、图5为本发明的一实施例中模块化组装电池箱的结构示意图；

图6为本发明的一实施例中多层电池箱的结构示意图；

图7为本发明中浮动导向组件的结构示意图。

图中：100为充电区域，101为充电柜，102为控制柜，300为悬臂梁吊具，400为电池箱；

302为电池抓取机构，3020为顶框，3021为电控箱，3022为吊链组件，3023为丝杆传动组件，3024为夹持组件，3025为插件，3026为直线导轨，3027为底框，3028为电磁驱动机构，3029为浮动导向组件，3030为梯形部；19、下浮动板；20、磁铁固定板；21、导向轴；22、直线轴承固定框；23、上限位件；24、下限位件；

5为框体模块，501为底部支撑，502为侧面框体，503为凹槽，504为第一长方形框体，505为水平杆件，506为第二长方形框体，507为竖直杆件；

6为导向定位部件，601为锥体。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，为本发明采用悬臂梁的电动车充换电系统的一实施例结构示意图，图中包括充电区域100、换电区域、电池箱400和悬臂梁吊具300。其中，充电区域100用于存放电池箱400和对电池箱400进行充电，电池箱400放置到充电区域100进行充电或放置到电动车上为电动车提供电能，悬臂梁吊具300用于将充电区域100的电池箱400转移到电动车上或者将电动车上的电池箱400转移到充电区域100。

悬臂梁吊具300采用现有设备，包括摆线针轮减速机，摆线针轮减速机的输出轴平行于支撑柱并连接着主动齿轮，支撑柱外的上方固定有从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮啮合；摆线针轮减速机固定在连接板上，连接板固定在悬臂梁上，悬臂梁上装有电动葫芦，电动葫芦沿悬臂梁直线运动。换电区域可以是一可供电动车自由通过的车道。如图1中所示，悬臂梁吊具位于电池箱的附近，电动车自由通过的车道可以直接设置在悬臂梁下方。因为采用悬臂梁吊具占地面积小，可以在很小的场地设置多个悬臂梁吊具，每个悬臂梁吊具可以实现一定范围内的旋转，从而将电池箱转移到所需位置，在降低成本的同时，提高了换电效率。

参照图2、3所示，在一优选实施例中，作为本发明的吊装装置的一种结构，其包括：一对夹持组件3024、电磁驱动机构3022、直线导轨3026，一对夹持组件3024用于从电池箱顶部的两侧抓取电池箱；电磁驱动机构3022连接夹持组件3024，用于驱动夹持组件3024抓取电池箱；直线导轨3026用于支撑夹持组件3024和电磁驱动机构3022，电磁驱动机构3022驱动夹持组件3024沿直线导轨3026移动。夹持组件3024位于直线导轨3026的两端部，一对夹持组件3024沿着直线导轨3026相向移动，夹持组件3024下端设有一插件3025，该插件3025用于插入电池箱顶部的框架中，一对夹持组件3024从电池箱顶部两边插入，从而将电池箱抱起。

在一优选实施例中，电池抓取机构302还可以进一步包括电控箱3021，电控箱3021连接电磁驱动机构3022，位于夹持组件3024、电磁驱动机构3022和直线导轨3026上方，用于控制电磁驱动机构3022。电控箱3021用于控制电磁驱动机构3022的工作。电控箱3021上端固定在顶框3020上，顶框3020用于支撑电控箱3021和连接外部吊装设备，比如吊索或桁架等。直线导轨3026下方设有底框3027，用于支撑直线导轨3026、电控箱3021、电磁驱动机构3022等部件。在顶框3020与底框3027之间、电控箱3021的两侧分别设有浮动导向组件3029和吊链组件3022，吊链组件3022包括两条吊链，每条吊链的上端固定在顶框3020上、下端连接在底框3027上，两条吊链的中间为浮动导向组件3029，浮动导向组件3029下方为电磁驱动机构3022，电磁驱动机构3022通过丝杆传动组件3023连接夹持组件3024。通过浮动导向组件3029、和吊链组件3022之间的配合，可以使得电池抓取机构302在抓取电池箱时，位置上可以有一定的冗余度，能实现微调，且控制简单。

参见图7，在一优选实施例中，浮动导向组件3029包括磁铁固定板20、导向轴21、直线轴承固定框22和下浮动板19；直线轴承固定框22固定在顶框3020底面，直线轴承固定框22的底部开有导向孔，导向轴21穿过导向孔，导向轴21在伸入直线轴承固定框22内的端部连接有上限位件23，导向轴21位于直线轴承固定框22外部的端部连接有下限位件24，导向轴21的底部连接有磁铁固定板20，电磁驱动机构3028固定在磁铁固定板20上且电磁驱动机构为强力电磁铁机构，磁铁固定板20的底部固定有下浮动板19。当强力电磁铁机构产生磁力，吊链组件3022松弛，导向轴21通过直线轴承固定框22向上伸出，直线轴承固定框22抵住下部的下限位件24，下限位件24可以使用聚氨酯材料，凭借强力电磁铁机构的强磁力吸合保持力，使整个抓取夹具成为一个刚性的整体；当强力电磁铁机构的磁力消失，吊链组件3022被拉紧，导向轴21通过直线轴承固定框22向下伸出，导向轴21下伸到上限位件23为止，下浮动板19会与底框3027产生一个间隙，顶框3020和底框3027全靠吊链组件3022连接，使整个抓取夹具成为一个柔性的自适应夹具。

参照图4、5所示，作为本发明的电池箱的一种结构，图中显示的是单层的模块化组装电池箱，其中包括：框体模块5和设置于框体模块5上的导向定位部件6。图中所示框体模块5为一层，框体模块5由底部支撑501以及竖直设置于底部支撑501上的侧面框体502组成，底部支撑501与侧面框体502之间形成容纳电池的空间，底部支撑501下方设有凹槽503；导向定位部件6垂直设置于侧面框体502上，且导向定位部件6凸出于侧面框体502的上端边缘的端部形状为锥体601，锥体601的形状与凹槽503相匹配。

该实施例中，底部支撑501与侧面框体502之间形成容纳电池的空间大小可以根据实际的电池尺寸来设计。框体模块5总体是长方体形状。底部支撑501与侧面框体502也呈长方形。当然，这只是本发明的一个实施例，在其他实施例中，底部支撑501与侧面框体502的形状也可以根据需要进行调整。

具体的，由图4可以看出，底部支撑501由第一长方形框体504以及水平杆件505构成，水平杆件505位于第一长方形框体504内，且与第一长方形框体504的长边垂直连接。水平杆件505为1根或多根，1根或多根水平杆件505沿着长方形框体的长边均匀分布。水平杆件505的数量可以根据电池尺寸和重量的大小进行调整，其可以采用一般的钢材制成，当然也可以采用其他刚度足够的材料制成。

相应的，侧面框体502由第二长方形框体506以及竖直杆件507构成，竖直杆件507位于第二长方形框体506内，且与第二长方形框体506的长边垂直连接。竖直杆件507为1根或多根，多根竖直杆件507沿着长方形框体的短边均匀分布。竖直杆件507可以采用一般的钢材制成，当然也可以采用其他刚度足够的材料制成。

在一优选实施例中，侧面框体502所在平面与底部支撑501所在平面互相垂直，两者共用一条边。导向定位部件6位于侧面框体502所在平面内，并与竖直杆件507平行，导向定位部件6的下端固定在第二长方形框体506下方的长边上，导向定位部件6的上端穿过第二长方形框体506上方的长边并凸出于侧面框体502的上端边缘。导向定位部件6为1根或多根，多根导向定位部件6之间按照长方体的相对面进行对称分布。

参照图6所示，为本发明另一实施例，该实施例中框体模块5有多层，每层框体模块5结构相同，多层框体模块5上下排列设置。位于下面一层的框体模块5通过导向定位部件6与位于上一层的框体模块5的凹槽503快速定位，导向定位部件6插入凹槽503并采用连接件锁紧连接，形成多层堆垛结构。框体模块5总体是长方体形状，只是每个框体模块5的长方体没有上表面，上一层的框体模块5的长方体的下表面即为下一层框体模块5的长方体上表面。连接件可以是高强度螺栓，也可以是其他连接件。

理论上框体模块5的层数可以不受限制，但是实际应用中，需要根据电动车辆的实际情况确定，一般不超过驾驶室的高度，比如，在一具体实施例中，电池箱尺寸：2500*1000*1800mm(l*w*h)，电池箱重量：2.5t(其中电池重量约2t)，对于大型或重型的车辆(牵引车、城市搅拌车等)，框体模块5可以采用6层分离式模块化框架设计，换电池时采用从车辆顶部整体吊装换电池。

如图4-6中所示，导向定位部件6凸出的上端部形状为锥形，方便多层框体模块5堆垛时，与凹槽503的定位和连接。凸出的高度根据实际情况来设定，保证该高度一方面能方便通过锥形导向，另一方面能使得上下层之间可靠定位，以便进一步通过连接件锁紧。

在部分优选实施例中，框体模块5的侧面框体502上部设置有缓冲部，用于多层框体模块5堆垛时的缓冲。缓冲部可以采用弹性的材料，粘贴或采用其他方式连接在侧面框体502上部。在一实施例中，框体模块5为长方体时，缓冲部设置于侧面框体502的边角处，且呈对称布置。

作为本发明的一个实施例，充电区域100包括用于给电池箱400进行充电的充电柜101和用于控制充电柜101充电的控制柜102，充电柜101和控制柜102电性连接，通过控制柜102控制充电柜101向电池箱400的充电与否。

作为上述实施例的进一步优化，控制柜102包括控制器和通信装置，控制器用于控制充电柜101进行充电，通信装置用于控制器和后台服务器进行信息交互，通过通信装置可以将控制器的数据传递给后台服务器并能接受后台服务器的指令。

本发明上述实施例使用时，将电池放入框体模块5即底部支撑501、侧面框体502之间的空间中，每层框体模块5的大小可以根据需要进行设置，多层框体模块5堆垛时，采用吊装方式，通过上一层框体模块5的底部凹槽503和下一层框体模块5的导向定位部件6进行导向定位，并通过连接件进行锁紧连接，从而可以形成大容量的多层电池箱。

本发明上述实施例，单层框架内电池安装完毕后，以吊装的形式从下至上进行堆垛，该结构形式便于安装、易于维护，方便量产模具设计。

本发明上述实施例的电池箱采用可分离式、可组装的模块化框架，通过框体模块5之间凹槽503和导向定位部件6的配合，能够实现可靠的多层堆垛结构，此种结构可以大大提高每次更换电池的容量，同时采用吊装方式，能很好电池箱的更换速度、便捷性的问题。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。