带有辅助驾驶方式的连续式换电系统及换电方法

1.本发明属于电动汽车换电装置领域，具体涉及带有辅助驾驶方式的连续式换电系统及换电方法。


背景技术：

2.随着新能源汽车的普及，如何有效地为能量不足的汽车提供快速有效的能量补给成为车主和各大厂商非常关注的问题，其中更换电池是电动汽车电能补给的主要发展方向。
3.目前大多数电动汽车生产厂家提供的换电设备流程及使用方案较为一致，以蔚来电动汽车公司的换电装置为例，换电流程中，驾驶员驾驶电动汽车驶入换电装置并切断汽车电源的时间，该时间主要根据驾驶员的熟练程度而定；由于换电设备是自动化设备，要求汽车的停车位置较精确，对于新手或不熟悉换电装置位置的驾驶员来说，该时间往往较长，极易导致车辆的换电时间延长。而电动汽车厂家宣传的换电时间一般只计算了换电装置更换电池的时间，并没有计算驾驶员驶入、驶出换电设备的时长，以及断电、通电的时长，但这些时间又是电动汽车实际更换电池时必须经过的步骤，因此客户在更换电池时，经常感觉实际的换电时间往往大于厂家宣传的换电时常。
4.由于开车、停车、断电、通电的时间都无法控制，这也导致实际更换电池的时间较长。同时，换电装置要先定位汽车电池，然后再将电池与汽车之间的锁定解除，然后将小车与电池锁定后，才能移除电池，这样的拆除过程往往耗时较长，且只能顺次进行，无法进一步减小时长。因此，更换电池时，亟需一种能够有效提高更换效率，减少换电时间的带有辅助驾驶方式的连续式换电系统及换电方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供带有辅助驾驶方式的连续式换电系统及换电方法。
6.为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：带有辅助驾驶方式的连续式换电系统，包括依次设置的预停车区、缓冲区、拆电区、安装区、待取区，在所述预停车区内将辅助供电装置与汽车上的辅助供电电路电性连接，所述预停车区边界线为圆形，所述边界线由设置在汽车上的环境感知模块识别；所述缓冲区内调整车身角度，直至汽车按指定的路线驶入拆电区；所述拆电区内设置有第一控制器控制的第一升降平台，所述第一升降平台位于汽车下方且随汽车同速移动；所述安装区内设置有第二控制器控制的第二升降平台，所述第二升降平台位于汽车下方且随汽车同速移动，且所述第二升降平台上设置有调整新电池位置的调整机构。
7.优选的：所述辅助供电装置设置在所述预停车区、缓冲区、拆电区、安装区、待取区上方的行吊小车上，包括辅助电源和辅助控制器，所述辅助电源与设置在汽车上的辅助供电电路电性连接，所述辅助供电电路上依次设置有数字式电压表、第一继电器，所述第一继电器另一端与主供电电路连接，所述主供电电路上依次设置有第二继电器、动力电池；所述
动力电池通过电池安装结构设置在汽车上；
8.所述辅助控制器与汽车上的辅助控制电路电性连接，所述辅助控制电路上设置有主控制器，所述主控制器的信号输出端与设置在汽车上的主控制器电性连接，所述主控制器的信号输入端与数字式电压表电性连接，且其信号输出端分别与第一继电器、第二继电器电性连接；所述辅助控制器的信号输出端与所述第一控制器、第二控制器电性连接。
9.优选的：所述电池安装结构包括机械式锁止装置，所述机械式锁止装置包括电池箱，所述电池箱的顶部设置有螺纹孔，螺杆一端穿入螺纹孔，另一端套入设置在汽车底盘上的轴承内，且与电机驱动的涡轮啮合，所述螺杆与涡轮相互配合使电池箱与汽车底盘分离。
10.优选的：所述螺杆下端设置有限位装置，所述限位装置包括连接块、与连接块铰接的两连接杆，两所述连接杆对称设置在连接块侧壁上，另一端分别与第一限位杆、第二限位杆铰接，所述第二限位杆内设置有滑槽，所述滑槽内固接有第一压缩弹簧，所述第一压缩弹簧另一端与第一限位杆固接，所述第一限位杆能够在滑槽内滑动，所述连接块通过钢丝与所述电机的输出轴连接；
11.所述螺杆下部设置有开口向下的第一凹槽，所述电池箱上设置有与第一凹槽、所述螺纹孔连通且开口向上的第二凹槽，第二凹槽的尺寸大于第一凹槽，所述第一限位杆完全伸缩至第二限位杆内时，第一限位杆、第二限位杆均位于第一凹槽内，所述第一限位杆完全伸出第二限位杆时，第一限位杆、第二限位杆均位于第二凹槽内。
12.优选的：所述电池安装结构还包括电磁式锁止装置，所述电池箱的侧壁上设置有第三凹槽，所述第三凹槽内设置有磁铁，所述汽车底盘上设置有与第三凹槽对应的第四凹槽，所述第四凹槽内设置有第二压缩弹簧，所述第二压缩弹簧另一端固接有电磁铁，所述电磁铁通电后与磁铁之间产生排斥力。
13.优选的：所述电磁铁的电源线与主供电电路电性连接；所述电磁铁靠近磁铁的侧壁上设置有压力传感器，所述压力传感器的信号输出端与所述主控制器的信号输入端连接。
14.优选的：所述电磁铁面向磁铁的侧壁上设置有多个凸台，所述磁铁面向电磁铁的侧壁上设置有多个与凸台对应的凹腔。
15.优选的：所述电磁铁上设置有第五凹槽，所述第五凹槽内设置第三压缩弹簧，所述第三压缩弹簧另一端固接有限位块，所述限位块为楔形块，且其楔形面背对所述磁铁，所述汽车底盘上设置有与限位块相对应的限位槽。
16.相应的：带有辅助驾驶方式的连续式换电方法，包括以下步骤，
17.a1、汽车由驾驶员驾驶或无人驾驶至预停车区内；
18.a2、在预停车区内，将辅助电源与辅助供电电路电性连接，辅助控制器与辅助控制电路电性连接；
19.a3、辅助控制器向主控制器发送信号，且主控制器检测到数字式电压表的电压信号，主控制器控制第一继电器闭合、第二继电器断开，将辅助电源接入主供电电路，辅助电源向汽车上的所有用电设备供电；
20.a4、驾驶人员离开汽车，汽车以无人驾驶模式驶入缓冲区，并自动调整车身角度，使汽车的左右轮分别按照指定的路线正向直行驶入拆电区；
21.a5、在拆电区内，辅助控制器向第一控制器发送信号，第一控制器控制第一升降台
升高并沿导轨行驶，辅助控制器控制电机使机械式锁止装置、电磁式锁止装置解锁，使动力电池和电池箱共同掉落在第一升降台气垫上；
22.a6、汽车驶入安装区，继续行驶不停车，第二升降台同步行驶，辅助控制器向第二控制器发生信号，第二控制器控制第二升降台升高，调整机构根据汽车车身的位置调整新动力电池的位置，并将新的动力电池升高至汽车底盘上的电池腔内，辅助控制器控制电机使机械式锁止装置、电磁式锁止装置同时锁止；
23.a7、辅助控制器向主控制器发送信号，主控制器控制第一继电器断开、第二继电器闭合，将动力电池接入主供电电路，动力电池向汽车上的所有用电设备供电；
24.a8、辅助控制器控制汽车以无人驾驶模式驶出安装区，并停在待取区；
25.a9、切断辅助供电装置与辅助供电电路连接，并将驾驶模式切换至人工驾驶模式。
26.优选的：所述步骤a1中，无人驾驶模式时，预停车区内的边界线由无人驾驶装置中的环境感知模块识别，环境感知模块包括摄像头和分析处理器，摄像头将拍摄的照片传输至分析处理器，分析处理器判断汽车的具体位置，作出驾驶指示并传输给无人驾驶装置，无人驾驶装置根据指示信息行驶。
27.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
28.1、本发明依次设置预停车区、缓冲区、拆电区、安装区、待取区，在预停车区内将辅助供电装置与汽车上的辅助供电电路电性连接，将汽车上的动力电池与主供电电路断开，采用辅助供电装置给汽车上所有的供电设备供电，且随汽车同速移动，更换电池过程中，换电系统控制汽车上的无人驾驶装置工作，无人驾驶相对于人工驾驶，能够更快地将汽车定位至相应位置，同时不需要驾驶员多次上车、下车，有效提高电池更换效率、节省更换电池时间。
29.2、本发明的电池安装结构在电池箱顶部设置机械式锁止装置，在电池箱侧壁上设置电磁式锁止装置，同时限制了电池箱在电池腔内水平方向、竖直方向的位置，避免车辆行驶过程中由于车身抖动导致的电池箱与电池腔内壁之间的摩擦；设置两种锁止装置，能够将电池箱更稳定的固定在电池腔内部，况且若其中一种锁止装置失效时，另一种锁止装置能够对电池箱起到锁止作用。
附图说明
30.图1为本发明的换电系统电路及通信连接框图；
31.图2为本发明的电池安装结构安装电池的结构示意图；
32.图3为本发明图2中a局部结构示意图；
33.图4为本发明图2中b局部结构示意图；
34.图5为本发明的电池安装结构未安装电池的结构示意图；
35.图6为本发明图5中c局部结构示意图；
36.图7为本发明图5中d局部结构示意图。
37.图中：电池箱1、电池腔2、螺纹孔3、螺杆4、轴承5、电机6、涡轮7、汽车底盘8、连接块9、连接杆10、第一限位杆11、第二限位杆12、滑槽13、第一压缩弹簧14、钢丝15、输出轴16、第一凹槽17、第二凹槽18、第三凹槽19、磁铁20、第四凹槽21、第二压缩弹簧22、电磁铁23、压力传感器24、第五凹槽25、第三压缩弹簧26、限位块27、限位槽28、连接件29、通槽30。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
40.带有辅助驾驶方式的连续式换电系统，包括依次设置的预停车区、缓冲区、拆电区、安装区、待取区，在所述预停车区内将辅助供电装置与汽车上的辅助供电电路电性连接，预停车区的边界线为圆形，需要说明的是，无人驾驶模式时，预停车区内的边界线由无人驾驶装置中的环境感知模块识别，环境感知模块包括摄像头和分析处理器，摄像头将拍摄的照片传输至分析处理器，分析处理器判断汽车的具体位置，作出驾驶指示，并将这些指示信息传输给无人驾驶装置；所述缓冲区内调整车身角度，直至汽车的左、右轮按指定的路线驶入拆电区；所述拆电区内设置有第一控制器控制的第一升降平台，所述第一升降平台位于汽车下方且随汽车同速移动；所述安装区内设置有第二控制器控制的第二升降平台，所述第二升降平台位于汽车下方且随汽车同速移动，且所述第二升降平台上设置有调整新电池位置的调整机构；所述待取区用于停放已经完成电池更换的汽车。采用移动式的自动化驾驶模式更换电池，有效提高电池更换效率、节省更换电池时间。
41.需要说明的是，第一升降平台、第二升降平台、调整机构均属于现有技术。例如，第一升降平台、第二升降平台滑动设置在滑动轨道上，采用第二液压系统驱动第一升降平台、第二升降平台前进或后退，所述滑动轨道上固定设置有固定滑杆，所述滑杆上滑动设置有第一升降平台、第二升降平台，第一液压系统驱动第一升降平台、第二升降平台上升或者是下降；调整机构上设置有电池感应器，调整机构根据汽车底盘上电池位置定位至指定位置，整个过程完全自动化。
42.如图1所示，所述辅助供电装置设置在所述预停车区、缓冲区、拆电区、安装区、待取区上方的行吊小车上，包括辅助电源和辅助控制器，所述辅助电源与设置在汽车上的辅助供电电路电性连接，所述辅助供电电路上依次设置有数字式电压表、第一继电器，所述第一继电器另一端与主供电电路连接，所述主供电电路上依次设置有第二继电器、动力电池；所述动力电池通过电池安装结构设置在汽车上；
43.所述辅助控制器与汽车上的辅助控制电路电性连接，所述辅助控制电路上设置有主控制器，所述主控制器的信号输出端与设置在汽车上的主控制器电性连接，所述主控制器的信号输入端与数字式电压表电性连接，且其信号输出端分别与第一继电器、第二继电器电性连接；所述辅助控制器的信号输出端与所述第一控制器、第二控制器电性连接。
44.辅助电源可以为整体式蓄电池或者是多个单体电池串联或者并联而成的电池组，在汽车的前部或后部保险杠位置设置有辅助插口，辅助插口其中一个具体实施方式，包括矩形或圆形安装板，安装板外侧壁上设置有螺栓孔，以螺栓连接方式设置在汽车的前保险杠、后保险杠、前翼子板或后翼子板上；安装板上设置有辅助电源电路插口和辅助控制电路插口，辅助电源电路插口接出的辅助供电电路连接有数字式电压表，辅助控制电路插口接
出的通信线与汽车上的主控制器之间通信连接。辅助电源的导线输出端设置的插头与汽车上设置的辅助电源插口相互匹配，辅助控制器为带有完整控制功能的单片机、处理器、工业微型计算机或者是plc工控机，辅助控制器的信号输入/输出管脚与汽车上设置的辅助控制线插口相互匹配，辅助控制线插口为高速/低速can总线插口或者是rs485总线插口。
45.应该理解的是，辅助电源电路插口接入辅助电源，辅助控制电路插口接入辅助控制器，数字式电压表内有一定值的电压并将这一信号传输给主控制器，主控制器控制第一继电器闭合、第二控制器断开，即汽车上的主供电电路接入辅助电源且与动力电池之间断开，辅助电源给汽车上的所有用电设备供电，动力电池插头与动力电池之间自动断开的实施方式可以是，将动力电池插头安装在电动推杆上，动力电池的导线与插座连接，通过电动推杆的伸缩来实现插座之间的连接与断开。
46.如图2
‑
7所示，所述电池安装结构包括机械式锁止装置，机械式锁止装置有多种实施方式。其中一种机械式锁止装置具体的实施方式是，所述机械式锁止装置包括电池箱1，汽车底盘8上设置有与容纳电池箱1的电池腔2，所述电池箱1的顶部设置有螺纹孔3，螺杆4一端穿入螺纹孔3，另一端套入设置在汽车底盘8上的轴承5内，且与电机6驱动的涡轮7啮合，所述螺杆4与涡轮7相互配合使电池箱1与汽车底盘8分离。需要说明的是，所述螺杆4两端设置有螺纹，中部与轴承5的连接处为平滑面；电机6启动时，电机6的输出轴16驱动涡轮7旋转，带动螺杆4在轴承5内旋转但不上下移动，从而使电池箱1上下移动，实现电池箱1与汽车底盘8的连接或分离。
47.另一种机械式锁止装置具体的实施方式是，螺纹孔3内、螺杆4上的螺纹长时间使用后会有一定磨损，后期螺杆4对电池箱1的牵引作用会削弱，为了更好的将电池箱1固定在汽车底盘8上，所述螺杆4的下端设置有具有一定重量的限位装置，所述限位装置包括连接块9、与连接块9铰接的两连接杆10，两所述连接杆10对称设置在连接块9侧壁上，另一端分别铰接有第一限位杆11、第二限位杆12，所述第二限位杆12内设置有开口向左、“]”形的滑槽13，所述滑槽13内固接有第一压缩弹簧14，所述第一压缩弹簧14另一端与第一限位杆11固接，第一压缩弹簧14带动第一限位杆11在滑槽13内滑动，所述连接块9顶部通过钢丝15与所述电机6的输出轴16连接，钢丝15缠绕在输出轴16上，电机6启动驱动输出轴16旋转，通过钢丝15带动限位装置上下移动；钢丝15与输出轴16固定连接的一种实施方式是，螺杆4下部与中部之间设置有连接件29，螺杆4内、连接件29内设置有连通的倒“l”形的通槽30，所述通槽30直角处设置有定位滑轮，钢丝15穿过定位滑轮与输出轴16固定连接。
48.进一步的，所述螺杆4下部设置有开口向下的第一凹槽17，所述电池箱1上设置有与第一凹槽17、所述螺纹孔3连通且开口向上的第二凹槽18，所述第一限位杆11完全伸缩至第二限位杆12内时，第一限位杆11、第二限位杆12均位于第一凹槽17内，所述第一限位杆11完全伸出第二限位杆12时，第一限位杆11、第二限位杆12均位于第二凹槽18内，第二凹槽18的尺寸大于第一凹槽17，优选的是，第一凹槽17的大小刚好容纳第一限位杆11完全伸入第二限位杆12内，第二凹槽18的大小刚好容纳第一限位杆11完全伸出第二限位杆12。为了防止第一限位杆11从滑槽13内滑出，第一限位杆11圆周侧壁上设置有第一限位凸块，滑槽13内设置有与第一限位凸块对应的第二限位凸块。
49.需要说明的是，上述两种机械式锁止装置具体的实施方式可以单独使用，也可以将两种实施方式结合使用，即本发明关于电池安装结构中机械式锁止装置列举了三种实施
方式。
50.如图6所示，初始状态，由于钢丝15的牵引作用，限位装置位于第一凹槽17顶部，第一限位杆11完全伸入第二限位杆12内，机械式锁止装置开始锁止时，输出轴16对限位装置进行放线，由于限位装置的重力作用，限位装置从第一凹槽17内下移至第二凹槽18内，由于第一压缩弹簧14的压缩作用，驱动第一限位杆11在滑槽13内向外滑动，直至第一限位杆11与第二限位杆12的端部均与第二凹槽18内侧壁相抵。
51.如图3所示，机械式锁止装置开始解锁时，输出轴16对限位装置进行收线，钢丝15牵引限位装置从第二凹槽18上移至第一凹槽17内，第一限位杆11在滑槽13内向内滑动，直至第一限位杆11与第二限位杆12的端部均与第一凹槽17内侧壁相抵，限位装置位于第一凹槽17顶部。
52.进一步的，所述电池安装结构还包括电磁式锁止装置，所述电池箱1的侧壁上设置有第三凹槽19，所述第三凹槽19内设置有磁铁20，所述汽车底盘8上设置有与第三凹槽19对应的第四凹槽21，所述第四凹槽21内设置有第二压缩弹簧22，所述第二压缩弹簧22另一端固接有电磁铁23。所述电磁铁23的电源线与主供电电路电性连接；所述电磁铁23靠近磁铁20的侧壁上设置有压力传感器24，所述压力传感器24的信号输出端与所述主控制器的信号输入端连接。电磁铁23未带电时，依靠第二压缩弹簧22将电磁铁23和磁铁20压紧，电池箱1与汽车底盘8连接；电磁铁23带电时，电磁铁23与磁铁20之间产生排斥力从而克服第二压缩弹簧22的弹力，使电池箱1与汽车底盘8分离。
53.进一步的，为了增加电磁铁23与磁铁20之间的摩擦力，所述电磁铁23面向磁铁20的侧壁上设置有多个凸台，所述磁铁20面向电磁铁23的侧壁上设置有多个与凸台对应的凹腔，凸台与凹腔相配合，增加电磁铁23与磁铁20之间的摩擦力。
54.进一步的，电池腔2内未放置电池箱1，第二弹簧22处于自然状态时，为了防止电磁铁23伸入电池腔2的部分过长，从而影响将电池箱1推入电池腔2内，为了实现这一目的，所述电磁铁23上设置有第五凹槽25，所述第五凹槽25内设置第三压缩弹簧26，所述第三压缩弹簧26另一端固接有限位块27，所述限位块27为楔形块且其楔形面背对所述磁铁20，所述汽车底盘8上设置有与限位块27相对应的限位槽28。
55.应当理解的是，如图4所示，电池腔2内未放置电池箱1时，第三压缩弹簧26处于压缩状态，由于限位槽28的限位作用，限位块27位于限位槽28内，电磁铁23上设置凸台的侧壁的一小部分伸入电池腔2内，电磁铁23伸出的部分不会影响电池箱1放入电池腔2的操作；如图4所示，电池腔2内放置有电池箱1时，第三压缩弹簧26处于压缩状态，电磁铁23与磁铁20相抵，限位27的上部位于限位槽28内，其下部位置第五凹槽25内。
56.如图所示，带有辅助驾驶方式的连续式换电方法，包括以下步骤：
57.a1、汽车由驾驶员驾驶或以无人驾驶模式驶入预停车区内；
58.a2、在预停车区内，将辅助电源与辅助供电电路电性连接，辅助控制器与辅助控制电路电性连接；
59.a3、辅助控制器向主控制器发送信号，且主控制器检测到数字式电压表一定值的电压信号，主控制器控制第一继电器闭合、第二继电器断开，将辅助电源接入主供电电路，辅助电源向汽车上的所有用电设备供电；
60.a4、驾驶人员离开汽车，汽车以无人驾驶模式驶入缓冲区，并自动调整车身角度，
使汽车的左右轮分别按照指定的路线正向直行驶入拆电区；
61.a5、在拆电区内，辅助控制器向第一控制器发送信号，第一控制器控制第一升降台升高并沿导轨行驶，第一升降台与汽车的行驶速度相同，辅助控制器控制电机使机械式锁止装置、电磁式锁止装置解锁，使动力电池和电池箱共同掉落在第一升降台气垫上；
62.a6、汽车驶入安装区并停在指定位置，汽车在安装区内不停车，第二升降台同步行驶，辅助控制器向第二控制器发生信号，第二控制器控制第二升降台升高，调整机构根据汽车车身的位置调整新动力电池的位置，并将新动力电池升高至汽车底盘8上的电池腔内，辅助控制器控制电机使机械式锁止装置、电磁式锁止装置同时锁止；
63.a7、辅助控制器向主控制器发送信号，主控制器控制第一继电器断开、第二继电器闭合，辅助电源与主供电电路断开，动力电池接入主供电电路，动力电池向汽车上的所有用电设备供电；
64.a8、辅助控制器控制汽车以无人驾驶模式驶出安装区，并停在待取区；
65.a9、切断辅助供电装置与辅助供电电路连接，并将驾驶模式切换至人工驾驶模式。
66.进一步的，所述步骤a1中，无人驾驶模式时，预停车区内的边界线由无人驾驶装置中的环境感知模块识别，环境感知模块包括摄像头和分析处理器，摄像头将拍摄的照片传输至分析处理器，分析处理器判断汽车的具体位置，作出驾驶指示并传输给无人驾驶装置，无人驾驶装置根据指示信息行驶。
67.以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形、变型、修改、替换，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。