一种纯电动重卡的换电系统及换电方法与流程

本发明涉及新能源汽车换电领域，特别涉及一种纯电动重卡的换电系统及换电方法。

背景技术：

近几年来，纯电动重载卡车的发展迅速，被广泛应用于工程运输领域，由于其具有载物重、运营时间长等特点，导致其装载的电池体积较大、重量较重，一次充满电需要较长的时间，降低车辆的运营效益，继而限制纯电动重卡的发展。

人们提出换电的技术方案，在较短的时间内为纯电动重卡更换电池，在采用吊装式换电时，由于电池较为笨重，在吊取更换过程中极易产生晃动，存在安全隐患。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种纯电动重卡的换电系统及换电方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：

一种纯电动重卡的换电系统及换电方法，包括控制系统；纯电动重卡；车辆停靠区域，用于停放待换电车辆；周转区域，设置于所述车辆停靠区域的一侧或两侧，可存放至少两个电池箱，用于暂存周转电池箱；存储区域，与控制系统连接，设置于所述周转区域的外侧，为至少一层、可水平存储多个电池箱的框架结构，用于存储电池箱并为其充电；搬运机器人，与控制系统连接，设置于所述周转区域和存储区域之间，可沿着车辆的长度方向(x向)移动，用于将电池箱在所述周转区域和存储区域之间转运，将电池箱从所述周转区域搬运至所述存储区域，或将电池箱从存储区域搬运至所述周转区域；吊装机器人，与控制系统连接，连接于所述车辆停靠区域、周转区域上方的桁架，可在所述车辆停靠区域、周转区域的上方移动，用于将电池箱在所述纯电动重卡和所述周转区域之间转运，将电池箱从纯电动重卡搬运至所述周转区域，或将电池箱从所述周转区域搬运至纯电动重卡，所述吊装机器人包括第一移动装置、第二移动装置、剪叉装置、吊取装置，所述第一移动装置沿x向可移动的连接于桁架，用于承载所述吊装机器人沿x方向移动，所述第二移动装置沿y方向可移动的连接于第一移动装置，所述剪叉装置沿z方向固定连接于所述第二移动装置的下方，所述吊取装置沿z方向固定连接于所述剪叉装置的下端，所述剪叉装置、吊取装置在所述第二移动装置的承载下沿y方向移动，所述吊取装置在所述剪叉装置的吊载下沿z向升降移动。

进一步地，所述剪叉装置包括至少两组剪叉片、剪叉驱动装置；所述每组剪叉片相对间隔的、竖向设置，其顶端与第二移动装置连接，底端与吊取装置连接，包括外上剪叉片、内上剪叉片、外下剪叉片、内下剪叉片，所述外上剪叉片和内上剪叉片可转动地交叉设置，所述外下剪叉片和内下剪叉片可转动地交叉设置，所述外上剪叉片的底端可转动地与所述内下剪叉片的顶端连接，所述内上剪叉片的底端可转动地与所述外下剪叉片的顶端连接，所述外上剪叉片、内上剪叉片的顶端连接所述第二移动装置，所述外下剪叉片、内下剪叉片的底端连接所述吊取装置；所述剪叉驱动装置连接于所述第二移动装置和/或所述吊取装置，驱动所述剪叉片做伸缩运动，以带动所述吊取装置做升降运动。

进一步地，所述剪叉装置包括至少两组剪叉片、剪叉驱动装置；所述每组剪叉片相对间隔的、竖向设置，其顶端与第二移动装置连接，底端与吊取装置连接，包括外剪叉片、内剪叉片，所述外剪叉片和内剪叉片可转动地交叉设置，所述外剪叉片、内剪叉片的顶端和底端分别连接所述第二移动装置和吊取装置；所述剪叉驱动装置连接于所述第二移动装置和/或所述吊取装置，驱动所述剪叉片做伸缩运动，以带动所述吊取装置做升降运动。

进一步地，所述剪叉驱动装置包括剪叉驱动电机、链轮、刚性链条、链条箱体；所述剪叉驱动电机、链条箱体固定连接于所述第二移动装置；所述链轮固定连接于所述剪叉驱动电机的输出端，所述剪叉驱动电机驱动所述链轮转动；所述刚性链条的一端连接所述吊取装置，另一端绕过所述链轮，收容于所述链条箱体内；所述剪叉驱动电机通过链轮驱动所述刚性链条做升降运动，所述刚性链条的升降运动带动所述吊取装置做升降运动。

进一步地，所述第一移动装置包括第一基体、第一驱动电机、第一行走轮，所述第一驱动电机固定连接于所述第一基体，所述第一行走轮可转动的连接于所述第一基体且与所述第一驱动电机的输出端连接，其轮缘与所述桁架接触，所述第一驱动电机驱动所述第一行走轮转动以使所述第一基体相对所述桁架移动。

进一步地，还包括导轨，所述导轨沿着x方向设置在所述桁架上，所述第一行走轮与所述导轨配合接触且在导轨的导引下移动，所述第一驱动电机通过驱动所述第一行走轮以使所述第一基体沿着导轨的方向上移动。

进一步地，所述第二移动装置包括第二基体、第二驱动电机、第二行走轮，所述第二驱动电机固定连接于所述第二基体，所述第二行走轮沿y方向可转动的连接于所述第二基体且与所述第二驱动电机的输出端连接，其轮缘与所述第一基体接触，所述第二驱动电机驱动所述第二行走轮转动以使所述第二基体沿y方向相对所述第一基体移动。

进一步地，所述吊取装置连接于所述剪叉装置的下端，在所述剪叉装置的承载下做升降运动，用于吊取电池箱，包括安装板、第三基体、回转装置、第二锁止装置、第二导引装置；所述安装板连接于所述剪叉装置下端部；所述回转装置沿竖直方向连接所述安装板和第三基体，使所述第三基体相对安装板可转动；所述第二导引装置设置在所述第三基体的底部，用于所述吊取装置吊取电池箱时导引吊取装置与电池箱准确对接；所述第二锁止装置设置在所述第三基体的底部，用于将所述吊取装置与电池箱连接在一起或解除连接。

进一步地，所述纯电动重卡上设有底座，用于承载、固定电池箱，底座上设有第一锁止装置、第三导向块、第二导向柱、车载插座；所述第三导向块设置于所述底座的边缘，其上设有楔形面，且楔形面朝向内侧，用于粗导引电池箱落于所述底座；所述第二导向柱设置于所述底座的内部，其上端部为锥形，且其高度低于第三导向块，用于精确导引电池箱落于所述底座；所述第一锁止装置设置于所述底座的边缘，用于与电池箱底部的锁止部配合，将电池箱与所述底座连接在一起或解除连接；所述车载插座固定连接于所述底座，用于与落于底座上的电池箱电连接。

一种纯电动重卡的换电方法，应用于以上所述的纯电动重卡的换电系统，换电步骤如下：

纯电动重卡行驶至车辆停靠区域的合适位置，控制系统接收到换电指令，第一移动装置和第二移动装置协同作用，使吊取装置位于纯电动重卡的电池箱正上方，剪叉装置驱动吊取装置下降，使其与亏电电池箱连接；

剪叉装置驱动吊取装置上升，然后在第一移动装置和第二移动装置的驱动下，吊取装置吊载着亏电电池箱移动到周转区域上方，将亏电电池箱放置在周转区域；

搬运机器人提前从存储区域搬运任意一个满电电池箱至周转区域，然后将亏电电池箱搬运至存储区域进行充电；

吊取装置将所述满电电池箱吊取，并在第一移动装置和第二移动装置的协同作用下，移动至待换电纯电动重卡的正上方，剪叉装置驱动吊取装置下降，将满电电池箱放置在纯电动重卡的底座上，底座上的锁止装置将满电电池箱与底座连接在一起，至此完成换电过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明采用剪叉机构实现吊载电池箱时的升降，并通过剪叉装置稳定、平衡电池箱。

附图说明

图1为本发明实施例提供的纯电动重卡换电系统的俯视图；

图2为本发明实施例提供的纯电动重卡换电系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的桁架和吊装机器人的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的吊装机器人的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的吊装机器人的另一视角示意图；

图6为本发明实施例提供的两组剪叉片的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的周转区域内任意一个第一放置架的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的存储区域的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的纯电动重卡上底座的结构示意图；

图10为本发明实施例提供的搬运机器人的结构示意图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

附图标记：

控制系统1；

系能源重卡2、底座21、第一锁止装置211、第三导向块212、第二导向柱213、车载插座214；

车辆停靠区域3；

周转区域4、第一放置架41、第一架体411、第一导向柱412、第一导向块413；

存储区域5、存储单元51、第二放置架52；

搬运机器人6；

吊装机器人7、第一移动装置72、第一基体71、第一驱动电机721、第一行走轮722、导轨723、第二移动装置73、第二基体731、第二驱动电机732、第二行走轮733、剪叉装置74、剪叉片741、外上剪叉片7411、内上剪叉片7412、外下剪叉片7413、内下剪叉片7414、剪叉驱动装置742、剪叉驱动电机7421、链轮7422、刚性链条7423、链条箱体7424、吊取装置75、第三基体751、回转装置752、第二锁止装置753、第二导引装置754、第二导向块7541；

桁架8。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅以解释本发明，并不用于限定本发明。

在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

需要说明的是，本发明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。

下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。

图1、图2为纯电动重卡换电系统的结构示意图。如图1、图2所示，一种纯电动重卡的换电系统，包括控制系统1；纯电动重卡2；车辆停靠区域3，用于停放待换电的纯电动重卡2；周转区域4，设置于车辆停靠区域3的一侧或两侧，可同时存放至少两个电池箱，用于暂存周转电池箱，提高换电效率；存储区域5，与控制系统1连接，设置于周转区域4的外侧，为至少一层的、可水平存储多个电池箱的框架结构，用于存储电池箱并为其充电；搬运机器人6，与控制系统1连接，设置于周转区域4和存储区域5之间，可沿着车辆的长度方向(x向)移动，用于将电池箱在周转区域4和存储区域5之间转运，将电池箱从周转区域4搬运至存储区域5，或将电池箱从存储区域5搬运至周转区域4；吊装机器人7，与控制系统1连接，设置于车辆停靠区域3、周转区域4上方的桁架上，可在车辆停靠区域3、周转区域4的上方移动，用于将电池箱在纯电动重卡和周转区域4之间转运，将电池箱从纯电动重卡搬运至周转区域4，或将电池箱从周转区域4搬运至纯电动重卡；桁架，设置于车辆停靠区域3和周转区域4的上方，用于承载吊装机器人7，其长边沿x向设置。

图3为桁架和吊装机器人的结构示意图，图4、图5为吊装机器人的结构示意图。如图3、图4、图5所示，吊装机器人7沿x向可移动的连接于桁架，包括第一移动装置72、第二移动装置73、剪叉装置74、吊取装置75，第一移动装置72沿x向可移动的连接于桁架，第二移动装置73沿y向可移动的连接于第一移动装置72，剪叉装置74沿z向连接于第二移动装置73下方，吊取装置75沿z向连接于剪叉装置74的下方。

进一步地，桁架上设有沿x向铺设的导轨723，吊装机器人7在导轨723上移动。

进一步地，第一移动装置72包括第一基体71和行走机构，第一基体71为框架结构，行走机构数量为至少两组，包括第一驱动电机721、第一行走轮722，优选的，两组行走机构分别固定设置在第一基体71y向的两端的同侧，第一基体71另一侧的两端部分别设置一个第一行走轮722，且四个第一行走轮722与导轨723接触，承载着第一基体71沿导轨723移动。

进一步地，第一驱动电机721固定连接于第一基体71，第一行走轮722可转动的连接于第一基体71并与导轨723配合，第一驱动电机721驱动第一行走轮722沿着导轨723的方向移动，以使第一基体71承载着吊装机器人7沿着导轨723的长度方向移动。

第二移动装置73包括第二基体731和设置在第二基体731上的第二驱动电机732(图未示出)、第二行走轮733，第二驱动电机732固定连接于第二基体731，第二行走轮733可转动的连接于第二基体731并与第一基体71接触，第二驱动电机732驱动第二行走轮733沿y向移动，以使第二移动装置73沿y向移动。

进一步地，第二行走轮733的数量至少为四个，分别设置在第二基体731的两侧，优选的，四个第二行走轮733分别对称设置在第二基体731的四个角落，以使第二移动装置73在重载状态下稳定的在第一基体71上移动。

剪叉装置74沿z向固定连接于第二移动装置73的下方，可随第二移动装置73相对第一基体71移动，包括至少两组剪叉片741、剪叉驱动装置742。

图6为两组剪叉片的结构示意图。如图6所示，优选的，剪叉片741为两组，两组剪叉片741相对间隔、竖向设置，其顶端与第二基体731连接，底端与吊取装置75连接，每组剪叉片741分别包括外上剪叉片7411、内上剪叉片7412、外下剪叉片7413、内下剪叉片7414，外上剪叉片7411和内上剪叉片7412可转动地交叉设置，外下剪叉片7413和内下剪叉片7414可转动地交叉设置，外上剪叉片7411的底端可转动地与内下剪叉片7414的顶端铰接，内上剪叉片7412的底端可转动地与外下剪叉片7413的顶端铰接，外上剪叉片7411和内上剪叉片7412的顶端连接第二基体731，外下剪叉片7413和内下剪叉片7414的底端连接吊取装置75。

进一步地，两组剪叉片741上相同位置的铰接点通过销轴连接，使两组剪叉片741同步运动，增加剪叉装置74的稳定性。

进一步地，外上剪叉片7411和内上剪叉片7412中的一个与第二基体731可转动的连接，另一个与第二基体731可滑动的连接，且两组剪叉片741与第二基体731的滑动连接端在同侧；外下剪叉片7413和内下剪叉片7414的一个与吊取装置75可转动的连接，另一个与吊取装置75可滑动的连接，且两组剪叉片741与吊取装置75的滑动连接端在同侧；进一步的，所述两组剪叉片741与吊取装置75滑动连接的部位通过导轨滑块副连接，即导轨固定安装在吊取装置75顶端，滑块可转动连接在剪叉片741的下端部，且滑块和导轨配合。

进一步地，每组剪叉片741也可以仅包括外剪叉片和内剪叉片，外剪叉片和内剪叉片可转动的交叉设置，且外剪叉片和内剪叉片的顶端和底端分别连接第二基体731和吊取装置75。该剪叉片741的形式也能带动吊取装置75做升降运动，但是其升降的行程较短，很难应用于较大电池箱的升降场景。

如图4、图5、图6所示，剪叉驱动装置742连接于第二移动装置73和/或吊取装置75，驱动所述两组剪叉片741做伸缩运动，以使其承载所述吊取装置75做升降运动。

具体的，剪叉驱动装置742包括剪叉驱动电机7421、链轮7422、刚性链条7423、链条箱体7424，剪叉驱动电机7421、链条箱体7424固定设置于第二基体731上，链轮7422固定连接于剪叉驱动电机7421的输出端，刚性链条7423的一端连接吊取装置75，另一端绕过链轮7422后收容于链条箱体7424内，剪叉驱动装置742通过链轮7422驱动刚性链条7423连接吊取装置75的一端做升降运动，以带动吊取装置75做升降运动。

吊取装置75连接于剪叉片741的下端，在剪叉装置74的承载下升降，用于吊取电池箱，包括安装板、回转装置752、第三基体751，及设置在第三基体751上的第二锁止装置753和第二导引装置754。

安装板连接于剪叉装置74的下端，具体的，安装板连接两组剪叉片741中的外下剪叉片7413和内下剪叉片7414，外下剪叉片7413和内下剪叉片7414的一个与安装板可转动的连接，另一个与安装板可滑动的连接，且两组剪叉片741与安装板的滑动连接端在同侧。

回转装置752连接于安装板和第三基体751，将第三基体751与安装板连接在一起，且从上往下依次为安装板、回转装置752、第三基体751，回转装置752使第三基体751相对安装板可转动。优选的，回转装置752为回转支承，其上下两端分别连接安装板和第三基体751，使第三基体751可以相对安装板转动，以使吊取装置75可以旋转调整角度来吊取电池箱，消除待换电纯电动重卡2驻车不规范的影响。

第二导引装置754包括至少四个第二导向块7541，分别固定设置于第三基体751的四边，用于在吊取装置75下降吊取电池箱时引导吊取装置75与电池箱准确对接。优选的，第二导向块7541的数量为四个，其上设有楔形面，且所有楔形面朝向内侧。

第二锁止装置753的数量为四个，分别设置于第三基体751的四个角落，分别对应电池箱顶部的四个锁止部位(图未示出)，用于与电池箱顶部的锁止部位配合，将吊取装置75与电池箱锁止连接在一起或解除连接。

周转区域4内设置有至少两个第一放置架41，所述所有的第一放置架41间隔并排放置，用于暂存电池箱。

图7为周转区域内的任意一个第一放置架的结构示意图。如图7所示，第一放置架41包括第一架体411、设置于第一架体411的第一导向柱412和第一导向块413，第一架体411为框架结构。

第一导向块413的数量为四个，分别固定设置在第一架体411的四个角落，用于在电池箱下架过程中粗导引电池箱落在第一架体411上，并且对稳定落于第一架体411上的电池箱进行止挡，防止出现晃动。

进一步地，第一导向块413上设有楔形面，且楔形面朝向内侧，以导引电池箱下落。

第一导向柱412的数量为四个，均布设置于第一架体411的上表面，用于与电池箱上的导向孔(图未示出)配合，使电池箱精准的落于第一架体411上。

进一步的，第一导向柱412的上端部设有锥度，且其高度低于第一导向孔。

图8为存储区域的结构示意图。如图8所示，存储区域5为至少一层的、可水平存储多个电池箱的框架结构，用于存储电池箱并为其充电，包括若干个存储单元51、与存储单元51数量相等的第二放置架52和充电装置(图未示出)。每个存储单元51内放置一个第二放置架52和充电装置，用于存储电池箱并为其充电。

纯电动重卡2上设有底座21，用于收容、固定电池箱。

图9为纯电动重卡上底座的结构示意图。如图9所示，底座21上设有第一锁止装置211、第三导向块212、第二导向柱213、车载插座214。

进一步地，第三导向块212的数量为四个，分别固定设置在底座21的四个角落，用于在电池箱下架过程中粗导引电池箱落在底座21上，并且对稳定落于底座21上的电池箱进行止挡，防止其在车辆行驶过程中出现晃动。第三导向块212上设有楔形面，且楔形面朝向内侧，以导引电池箱下落。

第一锁止装置211的数量为四个，分别设置于底座21的四个角落，分别对应电池箱底部的四个锁止部位(图未示出)，用于与电池箱底部的锁止部位配合，将电池箱锁止与车辆固定连接在一起或解除锁止。

车载插座214固定设置于底座21，用于与落于底座21上的电池箱电连接。

图10为搬运机器人的结构示意图。如图2、图10所示，搬运机器人6，与控制系统1连接，设置于周转区域4和存储区域5之间，可沿着车辆的长度方向移动，用于将电池箱在周转区域4和存储区域5之间转运，将电池箱从周转区域4搬运至存储区域5，或将电池箱从存储区域5搬运至周转区域4。

应用该换电系统的换电步骤为：

纯电动重卡2行驶至车辆停靠区域3，控制系统1接收到换电指令，第一移动装置72和第二移动装置73协同作用，使吊取装置75移动至纯电动重卡2的电池箱正上方，剪叉装置74驱动吊取装置75下降，使其与亏电电池箱连接；

第一锁止装置211解除与电池箱的连接，剪叉装置74驱动吊取装置75上升，然后在第一移动装置72和第二移动装置73的驱动下，吊取装置75吊载着亏电电池箱移动到周转区域4上方，将亏电电池箱放置在周转区域4的任一个第一放置架41上；

搬运机器人6提前从存储区域5搬运任意一个满电或多电电池箱至周转区域4的任一个第一放置架41，然后将亏电电池箱搬运至存储区域5进行充电；

吊取装置75将所述满电或多电电池箱吊取，并在第一移动装置72和第二移动装置73的协同作用下，移动至待换电纯电动重卡2的正上方，剪叉装置74驱动吊取装置75下降，将满电电池箱放置在纯电动重卡2的底座21上，底座21上的第一锁止装置211将满电或多电电池箱与底座21连接在一起，至此完成换电过程。

综上所述，本申请采用剪叉机构实现吊载电池箱时的升降，并通过剪叉装置稳定、平衡电池箱。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。