一种矿用防爆电动车换电系统及方法与流程

本发明属于防爆电动车技术领域，具体涉及一种矿用防爆电动车换电系统及方法。

背景技术：

近年来，我国电动车行业发展迅猛，国家在大力支持新能源汽车发展的前提下，也加大了充换电基础设施的建设。煤矿行业目前现有的辅助运输装备还较为传统，其中80％是柴油动力车，柴油车普遍存在着安全隐患高、污染高、能耗高、效率低、寿命低、智能化水平低等“三高三低”问题，已推广应用部分井下防爆电动车。

但由于煤矿井下防爆要求较高，目前防爆电动车整备质量较大，电池能量密度较低，续航能力已成为目前防爆电动车的短板。在矿区大力推广防爆新能源电动车的同时，解决防爆新能源电动车的续航问题已经迫在眉睫。民用换电站大部分为底盘换电，电车自带的电池包体积较小、重量较轻，不适用于矿用电动车的电池包快换。本发明在不影响矿区的用车生产的前提下，解决了矿区辅助运输用防爆电动车换班后充电时间长，续航短的问题，显著提高车辆的使用效率和频率。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术中存在的防爆电动车充电时间长、续航短的缺陷，提供了一种显著提高防爆电动车的使用效率和频率、安全隐患较低的矿用防爆电动车换电系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种矿用防爆电动车的换电系统，包括电池存储仓，用于存储电池包；

电池充电机构，用于给储存在上述电池存储仓的电池包充电；

换电码垛机系统，用于将使用过的电池包从电车上取出放置在所述电池存储仓内，并将新的电池包从电池存储仓取出安装在电车上；

车轮补偿机构，用于将电车调整到适当位置；

换电装置，用于快速更换电车上的电池包；

所述换电装置包括对称安装在防爆电动车两侧的大梁上的两快换组件，所述快换组件包括相对安装在车大梁的一侧的两快换机构；所述快换机构包括固定安装在防爆电动车大梁上的快换壳体、安装在所述快换壳体内部的t型丝杠、与所述t型丝杠配合连接的第一丝杠滑块和第二丝杠滑块以及安装在所述快换壳体端部且与所述t型丝杠输入端同轴设置的第一棘轮上且与所述第一棘轮配合连接的第一放松连杆；所述第一丝杠滑块和所述第二丝杠滑块上均固定安装有锁舌上设置有与所述锁舌卡接的定位块和用于货叉定位的定位孔。

进一步地，所述快换组件还包括安装在防爆电动车车大梁头部的快换连接器；所述快换连接器包括固定安装在所述防爆电动车大梁上的安装座、安装在所述安装座上的手轮、与所述手轮同轴设置的第二棘轮和齿轮以及与所述齿轮外啮合连接的顶升齿条；所述顶升齿条的输出端固定安装有车端对接头；所述安装座上安装有用于锁紧所述第二棘轮的第二防松连杆；所述电池包上安装有与所述车端对接头相对应的电池端对接头。

进一步地，所述定位块包括固定在所述电池包下方的固定架和固定在所述固定架上与所述锁舌。

进一步地，所述快换壳体的两端均设置有与所述斜楔型锁块上的圆孔相配合的定位销。

进一步地，所述电池充电机构包括设置在所述电池存储仓内的充电柜，与所述充电柜电连接的充电接头，所述充电接头与安装于所述电池存储仓内的电池包电连接。

进一步地，所述换电码垛机系统包括对称设置在地面上的地轨机构、对称设置在所述电池存储仓的天轨机构以及设置在所述地轨机构和所述天轨机构之间的换电机器人。

一种矿用防爆电动车的换电方法，包括以下步骤：

s1，防爆电动车由驾驶员驶入换电站，车轮处于换电站的车轮补偿机构上，调整停靠不正的车辆；

s2，驾驶员正常停车，车轮补偿机构将车辆调整好位置后，由操作人员将防爆电动车电池包的快换防爆连接器与整车脱离，然后掰动防松连杆，解锁电池包与整车副车架的限位；

s3，换电码垛机系统自动调整位置，叉臂插入电池包的货叉定位块内，控制电池包抬起高度和方向，将电池包从车架分离后移至换电仓并由操作员人工锁紧充电防爆连接器；

s4，操作人员将充好电的电池包快换连接器与充电柜脱离后由换电码垛机系统自动移至车辆端，并将电池包放置到整车副车架上，操作员人工锁紧防爆连接器及电池包防松连杆；

s5，重复前面操作，将车辆另外一侧的电池包换电。

s6，车辆换电完成后驾驶员将车辆驶离换电站，可持续进行作业。

更进一步地，上述步骤s6之后，操作员控制充电柜，将更换下来的电池包进行充电作为备用电池包。

本发明的一种矿用防爆电动车换电系统及方法的有益效果是：

1、本发明采用对称安装在车两侧大梁上的两快换组件，实现电池包从防爆电动车的两侧对电池包进行更换，车辆的两侧电池包可以同时更换，节约更换时间，且快换机构上设置有第一放松连杆和定位销，使电池包更换的位置更精确；快换连接器采用手轮转动的方式实现电池包与车的连接，操作方便、安全可靠。

2、本发明的换电系统整体结构紧凑，操作方便，且设有车轮补偿机构，能够辅助待换电池包与车辆的准确定位，在不影响矿区的用车生产的前提下，解决了矿区辅助运输用防爆电动车换班后充电时间长，续航短的问题，显著提高车辆的使用效率和频率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例的快换机构的立体图；

图2是本发明实施例的快换机构的部分结构示意图；

图3是本发明实施例的快换连接器的立体图；

图4是本发明实施例的快换连接器的部分结构示意图；

图5是本发明实施例的换电装置与防爆电车的安装图；

图6是本发明实施例的电池包的定位块的结构示意图；

图7是本发明实施例电池包与快换装置的安装结构示意图；

图8是本发明实施例电池包与快换装置的拆卸结构示意图；

图9是本发明实施例的换电系统整体结构示意图；

图10是本发明实施例的换电仓的结构示意图；

图11是本发明实施例换电方法的流程图。

图中:1、防爆电动车，2、电池存储仓，21、充电仓，22、暂存仓，3、电池包，31、定位块，311、固定架，312、斜楔型锁块，32、定位孔，4、换电码垛机系统，41、地轨机构，42、天轨机构，43、换电机器人，5、车轮补偿机构，6、换电装置，61、快换机构，611、快换壳体，612、t型丝杠，613、第一丝杠滑块，614、第二丝杠滑块，616、第一棘轮，617、第一防松连杆，618、锁舌，619、定位销，62、快换连接器，621、安装座，622、手轮，623、第二棘轮，624、顶升齿条，625、车端对接头，626、第二防松连杆，627、连接器壳体，7、电池端对接头，8、电池充电机构。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1-图11所示的本发明的一种矿用防爆电动车换电系统及方法的具体实施例，包括对称安装在防爆电动车1两侧的大梁上的两快换组件和安装在防爆电动车1大梁头部的快换连接器62；快换组件包括相对安装在车大梁的一侧的快换机构61；快换机构61包括固定安装在防爆电动车1大梁上的快换壳体611、安装在快换壳体611内部的t型丝杠612、与t型丝杠612配合连接的第一丝杠滑块613和第二丝杠滑块614以及安装在快换壳体611端部且与t型丝杠612输入端同轴设置的第一棘轮616、转动安装在快换壳体611上且与第一棘轮616配合连接的第一放松连杆617；第一丝杠滑块613和第二丝杠滑块614上均固定安装有锁舌618。如图6和图7所示，电池包3上设置有与第一丝杠滑块613和第二丝杠滑块614卡接的定位块31和用于货叉定位的定位孔32。定位块31包括固定在电池包3下方的固定架311和固定在固定架311上与锁舌618适配的斜楔型锁块312；快换壳体611的两端均设置有与斜楔型锁块312相配合的定位销619。当电池包3和快换机构61锁紧时，斜楔型锁块312与锁舌618配合连接，斜楔型锁块312上的定位孔32与快换机构61通过定位销619定位固定。第一丝杠滑块613和第二丝杠滑块614在t型丝杠612上相对移动。

参照图3和图4，同时结合图7和图8所示的电池包3与快换装置6的安装拆卸示意图，本发明实施例的快换机构61上设置有两个定位销619，限位电池包3的x和y方向，z向采用斜楔式限位，解锁或者锁紧快换机构61和电池包3时，人工通过扭矩枪旋拧t型丝杠612，t型丝杠612带动第一滑块和第二滑块带动锁舌618轴向运动，锁住电池包3地面安装的斜面，从而达到锁紧电池包3，同时第一棘轮616起到放松功能，解锁时，操作人员另一只手需要掰动防送连杆，才能解锁。

快换连接器62包括固定安装在防爆电动车1大梁上的安装座621、安装在安装座621上的手轮622、与手轮622同轴设置的第二棘轮623和齿轮以及与齿轮外啮合连接的顶升齿条624；顶升齿条624的输出端固定安装有车端对接头625；安装座621上安装有用于锁紧棘轮的防松连杆。电池包3上安装有与车端对接头625相对应的电池端对接头7。电池包3放置完成后，人工旋转手轮622，带动齿轮推动顶升齿条624，将车端对接头625向上推入到电池包3端对接头内。解锁时，人工掰动第二防松连杆626，手轮622反转，顶升齿条624带动车端对接头625向下运动，脱离电池包3。

矿用防爆电动车1的换电系统参照图9，包括电池存储仓2，用于存储电池包3；电池充电机构8，用于给储存在上述电池存储仓2的电池包3充电；换电码垛机系统4，用于将使用过的电池包3从电车上取出放置在电池存储仓2内，并将新的电池包3从电池存储仓2取出安装在电车上；车轮补偿机构5，用于将电车调整到适当位置，车轮补偿机构5是车辆的车轮引导定位装置，包含引导定位组件，第一引导定位组件具有倾斜设置的面以适于与车轮的滚动面接触，从而对车辆的车轮进行限位；第二引导定位组件包括能够向任意方向转动的导向件，导向件设置于第二引导定位组件的倾斜设置的面上，从而适于对车轮进行引导定位。通过第一引导定位组件和第二引导定位组件配合，车轮运动至车轮引导定位装置后，能够使车轮精确快速地进行x方向、y方向的引导定位，可以保证车辆的停靠位置更加精准，并且，也能够减小车轮在位置修正过程中的摩擦力，可以使车轮的引导定位更加顺畅，也可以减小对车轮的磨损；换电装置6，用于快速更换电车上的电池包3。电池充电机构8包括设置在电池存储仓2内的充电接头和充电模块，充电接头与充电模块电连接，充电接头与安装于电池存储仓2内的电池包3电连接。

如图10所示的电池存储仓2左右各有三个充电仓21，左右各一个暂存仓22，充电柜放置在左右充电仓21的中间位置，在电池存储仓2的端部设置有换电站控制柜，在使用过程中，将更换下来的电池包3暂且放置在暂存仓22内，用换电码垛机系统4将新的电池包3移动到准确的更换位置后，换电机器人43的货叉将电池包3从电动车的两侧推进电动车的电池架上，再利用货叉将更换下来的电池包3放置到充电仓21，有换电站控制柜控制电池包3充电。

换电码垛机系统4包括对称设置在地面上的地轨机构41、对称设置在电池存储仓2的天轨机构42以及设置在地轨机构41和天轨机构42之间的换电机器人43。换电机器人43水平移至车端电池包3位置，控制货叉到电池包3的底部，换电机器人43的前后端部的高度有单独的电机控制，可以控制电池包3高度方向以及避免由于车前车后高度存在差异导致的电池包3倾斜的现象。换电机器人43还设有推盘，电池包3放入到充电仓21后，可以补偿由于电车开入站端时的角度不正。

本发明实施例中的车轮补偿机构5包括前轮补偿机构和后轮补偿机构，具体结构为现有技术不做详细介绍。

采用本矿用防爆电动车的换电装置的换电方法，如图11所示，包括以下步骤：

s1，防爆电动车1由驾驶员驶入换电站，车轮处于换电站的车轮补偿机构5上，调整停靠不正的车辆；

s2，驾驶员正常停车，车轮补偿机构5将车辆调整好位置后，由操作人员将防爆电动车1电池包3的快换防爆连接器与整车脱离，然后掰动防松连杆，解锁电池包3与整车副车架的限位；

s3，换电码垛机系统4自动调整位置，叉臂插入电池包3的货叉定位块31内，控制电池包3抬起高度和方向，将电池包3从车架分离后移至换电仓并由操作员人工锁紧充电防爆连接器；

s4，操作人员将充好电的电池包3快换连接器62与充电柜脱离后由换电码垛机系统4自动移至车辆端，并将电池包3放置到整车副车架上，操作员人工锁紧防爆连接器及电池包3防松连杆；

s5，重复前面操作，将车辆另外一侧的电池包3换电。

s6，车辆换电完成后驾驶员将车辆驶离换电站，可持续进行作业。

上述步骤s6之后，操作员控制充电柜，将更换下来的电池包3进行充电作为备用电池包3。

防爆电动车1由驾驶员驶入换电站，车轮处于换电站的车轮补偿机构5，用于调整车辆停靠不正，驾驶员正常停车后，由操作人员将防爆电动车1电池包3的快换防爆连接器与整车脱离，然后掰动防松连杆，解锁电池包3与整车副车架的限位。换电码垛机系统4自动调整位置，叉臂插入电池包3的货叉定位块31内，控制电池包3抬起高度和方向，将电池包3从车架分离后移至换电仓并由操作员人工锁紧充电防爆连接器，操作员将充好电的电池包3快换连接器62与充电柜脱离后由换电码垛机系统4自动移至车辆端，并将电池包3放置到整车副车架上，操作员人工锁紧防爆连接器及电池包3防松连杆。重复前面操作，将车辆另外一个电池包3换电。车辆换电完成后驾驶员将车辆驶离换电站，可持续进行作业。操作员控制充电柜，将电池包3进行充电作为备用电池包3。

本发明的快速换电系统可以有半自动化改成全自动化系统，增加视觉定位系统，x/y/z三方向自动拍照，计算尺寸，并反馈给plc进行补偿；由简易拧紧枪改为自动拧紧系统需要自动伸缩，自动拧紧，拧紧圈数计数，并且独立系统，与plc通讯，整个系统由半自动人工控制升级为全自动控制，增加传感器，位置确认反馈，电机由普通电机全部改为伺服电机，换电机器人43升级为全自动，增加换电机器人43控制柜。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。