自动换电柜及换电系统的制作方法

本申请涉及共享电动助力车领域，尤其涉及一种共享电动助力车一站式自动换电柜及换电系统。

背景技术：

现在市面上的共享电动助力车、租用的电动车或电动助力车都采用锂电池pack结构，本身是一个比较独立的单元，它们目前的充电方式分为三种：(1)用户取电池自己回去充电；(2)车辆拥有者企业运维人员对车辆换电；(3)车辆拥有者企业提供集中式换电柜，用户到指定点自己扫码换电。以上三种方式都存在不足之处，具体如下：用户自己换电安全性无法保障且需要自己反复取换电池盒；运维人员换电同样存在安全问题且人力成本高；集中式换电柜需用户自己取换电池盒，存在安全问题和增加用户操作，体验不好。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本申请提供一种自动换电柜及换电系统，将工业自动化与共享电动助力车、租用电动车或电动助力车换电相结合，通过一站式自动化换电省去了用户层面的换电过程，同时封闭式换电过程降低了用户和运维人员换电的安全风险。

一方面，本申请提供一种自动换电柜，包括：移动装置，移动装置被配置为能够在水平和/或竖直方向上移动电动车；操作装置，操作装置被配置为能够为电动车更换电池；以及电池输送装置，电池输送装置被配置为能够回收旧电池并提供新电池。

在一些实施例中，可选的，还包括：柜体，移动装置、操作装置和电池输送装置安装在柜体中；以及可开合的仓门，以供电动车移入或移出柜体。

在一些实施例中，可选的，移动装置包括可在水平方向上移动的滑轨，其中，当滑轨处于推出状态时，滑轨的至少一部分伸出柜体之外。

在一些实施例中，可选的，移动装置包括夹紧装置，夹紧装置具有与电动车的车架结构相配合的夹紧部，以夹紧放置在滑轨上的电动车，其中，夹紧装置安装在滑轨一侧，并能够随着滑轨在水平方向移动。

在一些实施例中，可选的，夹紧装置包括可在竖直方向上移动的升降机构，以在竖直方向上移动电动车。

在一些实施例中，可选的，夹紧装置包括前夹紧装置，前夹紧装置具有与电动车前轮部分的车架结构相配合的前夹紧部，以夹紧电动车的前轮部分。

在一些实施例中，可选的，夹紧装置包括后夹紧装置，后夹紧装置具有与电动车后轮部分的车架结构相配合的后夹紧部，以夹紧电动车的后轮部分。

在一些实施例中，可选的，操作装置包括可在三维空间内移动的机械手，其中，机械手具有可开合的夹臂。

在一些实施例中，可选的，还包括：视觉捕捉系统，视觉捕捉系统被配置为能够采集电动车的图像，并根据电动车的图像生成待操作结构的定位，其中，操作装置与视觉捕捉系统通信连接，并被配置为能够根据定位进行相应地操作。

在一些实施例中，可选的，还包括：具有充电端子的充电槽，被配置为能够对放置在充电槽中的电池充电。

在一些实施例中，可选的，充电槽呈蜂窝状或网格状。

在一些实施例中，可选的，电池输送装置被配置为能够从充电槽中取出电池或者向充电槽中放入电池。

在一些实施例中，可选的，电池输送装置包括可在水平和/或竖直方向上移动的输送平台。

在一些实施例中，可选的，电池输送装置包括电池取放装置，以取放电池，其中，电池取放装置与输送平台连接，并可随着输送平台在水平和/或竖直方向上移动。

在一些实施例中，可选的，电池取放装置以吸附的方式取放电池。

另一方面，本申请还提供一种换电系统，包括：根据上述的换电柜；以及云端，云端被配置为能够接收来自用户的换电指令，并根据换电指令控制换电柜进行换电操作。

本申请的技术方案至少部分解决了共享电动助力车用户骑行过程中有换电需求的问题，不用运维介入就可以完成换电，满足长续航长距离用车需求，封闭式的自动换电也免除了用户自行换电的风险，提升的用户体验，同时减少了运维人员换电的人力成本。

以下将结合附图对本申请的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本申请的目的、特征和效果。

附图说明

当结合附图阅读以下详细说明时，本申请将变得更易于理解，在整个附图中，相同的附图标记代表相同的零件，其中：

图1为本申请中换电柜100的一个实施例的结构示意图。

图2为图1的实施例中电动车200位于充电位置时换电柜100的结构透视图。

图3为图2的实施例中移除柜体101后的结构示意图。

图4-6分别为本申请中移动装置210的一个实施例的不同角度的结构示意图。

图7为本申请中机械手321的一个实施例的结构示意图。

图8为本申请中换电方法的一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本申请保护的范围。

下面将参考构成本说明书一部分的附图对本申请的各种具体实施方式进行描述。应该理解的是，虽然在本申请中使用表示方向的术语，诸如“前”、“后”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“顶”、“底”、“正”、“反”、“近端”、“远端”、“横向”、“纵向”等描述本申请的各种示例结构部分和元件，但是在此使用这些术语只是为了方便说明的目的，这些术语是基于附图中显示的示例性方位而确定的。由于本申请所公开的实施例可以按照不同的方向设置，所以这些表示方向的术语只是作为说明而不应视作为限制。

本申请中所使用的诸如“第一”和“第二”等序数词仅仅用于区分和标识，而不具有任何其他含义，如未特别指明则不表示特定的顺序，也不具有特定的关联性。例如，术语“第一部件”本身并不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身也不暗示“第一部件”的存在。

图1为本申请中换电柜100的一个实施例的结构示意图。如图1所示，换电柜100包括柜体101。柜体101具有可开合的仓门102，以供待换电的电动车移入和移出柜体101。在图1的实施例中，仓门102可向下打开，打开后可进一步作为踏板以便于电动车移入和移出柜体101。

图2为图1的实施例中电动车200位于充电位置时换电柜100的结构透视图。如图2所示，换电柜100包括安装在柜体101中的移动装置210、操作装置220、电池输送装置230以及视觉捕捉系统240。电动车200放置在移动装置210上，移动装置210能够在水平和/或竖直方向上移动电动车200。操作装置220能够为电动车200更换电池。电池输送装置230能够回收换下来的旧电池并提供待安装的新电池。视觉捕捉系统240能够采集电动车200的图像，并根据电动车200的图像生成待操作结构(例如：电池在电动车200上所在的位置)的定位。操作装置220与视觉捕捉系统240通过有线或无线地通信连接，并能够根据视觉捕捉系统240提供的定位进行相应地操作。

图3为图2的实施例中移除柜体101后的结构示意图。如图3所示，移动装置210包括可在水平方向上移动的滑轨310。当滑轨310处于推出状态时，滑轨310的至少一部分能够伸出柜体101之外以放置电动车200。在接收电动车200之后，滑轨310能够在水平方向移动缩回柜体101内，从而将电动车200移动至换电位置以便于对电动车200进行后续的操作。

移动装置210还包括夹紧装置311。夹紧装置311具有与电动车200的车架结构相配合的夹紧部，以夹紧放置在滑轨310上的电动车200。夹紧装置311安装在滑轨310的一侧或相对的两侧，并能够随着滑轨310在水平方向同步移动。在一些实施例中，滑轨310可以包括平行设置的三条轨道，中间的轨道用于放置和移动电动车200，两侧的轨道用于安装和移动夹紧装置311。在一些实施例中，夹紧装置311还包括可在竖直方向上移动的升降机构，从而能够在夹紧电动车200后在竖直方向上移动电动车。

图4-6分别为本申请中移动装置210的一个实施例的不同角度的结构示意图。在一些实施例中，夹紧装置311包括前夹紧装置312和后夹紧装置313。前夹紧装置312具有与电动车200的前轮部分的车架结构相配合的前夹紧部，以夹紧电动车200的前轮部分。后夹紧装置313具有与电动车200的后轮部分的车架结构相配合的后夹紧部，以夹紧电动车200的后轮部分。在一些实施例中，前夹紧装置312始终用于固定地夹紧前轮(例如，夹紧前轮的轮轴)，而后夹紧装置313可根据不同车型的结构(例如：不同车型的前后轮之间的轮距不同)进行灵活地设置，并可相对于前夹紧装置312前后移动。例如，部分车型的后轮的轮轴处有塑料件包覆，后夹紧装置313可夹紧后下叉或者中轴两侧。这些夹紧方式可以事先根据不同车型设计不同的夹紧程序并写入系统，以便于不同车型也能够共用同一个换电柜100。

操作装置220包括可在三维空间内移动的机械手321。图7为本申请中机械手321的一个实施例的结构示意图。如图7所示，机械手321具有可开合的夹臂322，并能够在三维空间中移动或转动。

在一些实施例中，电动车200的电池仓是卡扣式的，打开及关闭电池仓只要给机械手321两个不同指令，当电动车200移至换电位置后换电系统就会给电池仓盖锁一个打开指令以解除对电池仓的锁定，机械手321通过夹臂322夹紧电池仓盖后并依据路径打开仓盖；而关闭电池仓盖时，机械手321给与仓盖一定压力就可关闭电池仓盖，换电系统再给电池仓盖锁一个锁定指令以锁定电池仓。类似地，机械手321也可以通过夹臂322夹紧电池，以将电池移动至指定的位置，例如将电池从电池仓中取出或者装入电池仓。

在一些实施例中，当装入新电池后，还需要对电动车200进行试运行以检测是否能够正常运行。试运行电动车200时，通过夹紧装置311的升降机构抬起电动车200以使得电动车200的车轮悬空，然后通过机械手321夹紧并转动电动车200的把手以试运行电动车。

换电柜100还包括具有充电端子的充电槽350。充电槽350可以呈蜂窝状或网格状，能够对放置在充电槽350中的电池进行充电。电池输送装置230能够从充电槽350中取出指定的电池或者将电池放入充电槽350中指定的位置。

电池输送装置230包括可在水平和/或竖直方向上移动的输送平台331以及用于抓紧电池的电池取放装置332。电池取放装置332与输送平台331连接，并可随着输送平台331在水平和/或竖直方向上移动，从而使得能够将电池移动至指定的位置。在一些实施例中，电池取放装置332以吸附的方式取放电池。电池在充电槽350内的位置是确定的，取放电池的路径选择可以通过系统算法得出，是智能化的自动控制过程。

图8为本申请中换电方法的一个实施例的流程图。换电方法可以包括以下步骤：

第一，接收换电指令。用户通过客户端(例如，手机app)选择换电柜100或扫描换电柜100上的二维码来指定换电柜100；向云端发送换电指令；以及换电柜100通过云端接收换电指令。

第二，放置待换电的电动车200，并将电动车200移动至换电位置。根据换电指令，打开换电柜的仓门，从换电柜100中推出滑轨310以放置待换电的电动车200；在电动车200放置到滑轨310上之后，夹紧装置311夹紧电动车200；以及移动滑轨310以将电动车200移动至换电位置。

第三，从电动车200上取出低电量的旧电池，并将旧电池放入充电槽350。电动车200接收开盖指令；根据开盖指令，打开电池盖；通过视觉捕捉系统240定位旧电池所在位置；以及通过机械手321取出旧电池。通过机械手321将旧电池放置在输送平台331上；通过输送平台331将旧电池移动至指定位置；以及通过电池取放装置332抓取旧电池，并放入充电槽350的指定位置中进行充电。

第四，从充电槽350中取出满电量的新电池，并将新电池装入电动车200。通过电池取放装置332从充电槽350的指定位置抓取已充好电的新电池，并放置在输送平台331上；通过输送平台331将新电池移动至指定位置；根据视觉捕捉系统240的定位，通过机械手321将新电池装入电动车200，并关闭电池盖。

第五，试运行电动车。通过升降机构抬高电动车200，以使得电动车200的车轮悬空；以及通过机械手321转动电动车200的把手以试运行电动车200。

第六，完成换电。试运行完成后，通过滑轨310将电动车200推出换电柜100；用户取车，并发出换电完成指令；以及通过云端接收换电完成指令。根据换电完成指令，通过云端进行扣费和/或换电信息收集，并控制换电柜100关闭仓门102。

本申请还提供一种换电系统，能够通过云端接收来自用户的换电指令，并根据换电指令按照上述的换电方法控制上述的换电柜进行换电操作。

在一些实施例中，一套一站式自动换电柜可以包括：换电柜柜体、直线滑轨平台系统、夹紧升降台、机械手、电池充电蜂窝槽、视觉捕捉系统、电池输送平台、取放电池系统、电控箱等组成。具体操作流程如下：当用户在骑行过程中或要骑车时发现电量不足以完成骑行过程或者需要充电时，可以在目视范围内或通过app查找附近一站式自动换电柜，用户到达目标换电柜可以通过扫描柜体上二维码或者通过点击app换电功能，在指令发送成功后，换电柜收到换电指令后打开柜体仓门，直线轨道平台自动推出，用户将车推到平台轨道上，夹紧升降台气动夹紧车辆并自动回位至柜体中，关闭仓门后云端发送一条车辆电池仓锁打开指令，此时机械手通过视觉捕捉系统识别电池仓位置并打开电池仓盖取出电池盒，将待换电池盒放置在电池输送平台上，输送平台滑移到指定位置，然后取放电池系统将待换电池抓取放置在电池充电蜂窝槽内充电，下一步取出满电电池盒并放置在电池输送平台上，输送平台滑移至指定位置，然后机械手夹取满电电池盒自动装入电池仓内盖上电池仓盖，夹紧升降台抬高高度后，机械手转动转把试运转车辆，运行正常后定位夹紧机构降低高度，柜体仓门打开，直线滑轨平台推出换完电的车辆位，用户取车，同时换电数据指令发送云端，直线滑轨平台回位，柜体仓门关闭，完成换电过程。

上述方案的关键点之一就是将共享类电动助力车换电池过程完全自动化，用户只需三步操作，换电点击或扫描、放车、取车，此形态运用于共享类电动助力车换电系首次，同时设计了新型自动化机械结构，包括从车辆的夹紧定位输送，取换电池都是完成自动化换电的核心结构。

在一些实施例中，上述的各种方法、模块、装置或系统可以在一个或多个处理装置(例如，数字处理器、模拟处理器、被设计成用于处理信息的数字电路、被设计成用于处理信息的模拟电路、状态机和/或用于以电子方式处理信息的其他机构)中被实现。该一个或多个处理装置可以包括响应于以电子方式存储在电子存储介质上的指令来执行方法的一些或所有操作的一个或多个装置。该一个或多个处理装置可以包括通过硬件、固件和/或软件被配置而专门设计成用于执行方法的一项或多项操作的一个或多个装置。以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，根据本申请的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

本申请的实施方式可以在硬件、固件、软件或其各种组合中进行。还可以作为存储在机器可读介质上的且可以使用一个或多个处理装置读取和执行的指令来实现本申请。在一个实施方式中，机器可读介质可以包括用于存储和/或传输呈机器(例如，计算装置)可读形式的信息的各种机构。例如，机器可读存储介质可以包括只读存储器、随机存取存储器、磁盘存储介质、光存储介质、快闪存储器装置以及用于存储信息的其他介质，并且机器可读传输介质可以包括多种形式的传播信号(包括载波、红外信号、数字信号)以及用于传输信息的其他介质。虽然在执行某些动作的特定示例性方面和实施方式的角度可以在以上公开内容中描述固件、软件、例程或指令，但将明显的是，这类描述仅出于方便目的并且这类动作实际上由计算装置、处理装置、处理器、控制器、或执行固件、软件、例程或指令的其他装置或机器产生。

本说明书使用示例来公开本申请，其中的一个或多个示例被描述或者图示于说明书及其附图之中。每个示例都是为了解释本申请而提供，而不是为了限制本申请。事实上，对于本领域技术人员而言显而易见的是，不脱离本申请的范围或精神的情况下可以对本申请进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分的图示的或描述的特征可以与另一个实施例一起使用，以得到更进一步的实施例。因此，其意图是本申请涵盖在所附权利要求书及其等同物的范围内进行的修改和变型。