快速换电装置及应用于其上的电池包安装结构的制作方法

1.本实用新型涉及换电技术领域，更具体地说，涉及一种快速换电装置及应用于其上的电池包安装结构。


背景技术：

2.电动车在乘用车、城市公交等领域已大量普及，但在长途卡车，重型卡车领域鲜有应用，其原因在于电动车续驶里程短，充电时间长，充电站不普及。
3.同时，换电站在进行基建布置时，需要固定场地，同时布置车辆换电空间，电池充电设备等，无法满足重型卡车应用的工地建筑中，需要随工地搬迁而转移的情况，增加了重型卡车的换电修建成本。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本实用新型提供了一种应用于快速换电装置的电池包安装结构，以实现工程车辆的快速换电；本实用新型还提供一种快速换电装置。
5.为了达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
6.一种应用于快速换电装置的电池包安装结构，包括被换电装置，可拆卸地设于所述被换电装置底部的电池包总成；
7.所述电池包总成和所述被换电装置之间设置有对二者进行动力连接的接电装置。
8.优选地，在上述应用于快速换电装置的电池包安装结构中，所述被换电装置底部布置有吊装所述所述电池包总成的安装主梁，所述电池包总成的中部设有抱装于所述主梁上的安装空间；
9.所述主梁上设置有对所述电池包总成进行锁紧的锁紧装置。
10.优选地，在上述应用于快速换电装置的电池包安装结构中，所述电池包总成包括电池框和布置于所述电池框内的动力电池；
11.所述电池框包括对称布置的两个主框架，所述安装空间设于两个所述主框架之间。
12.优选地，在上述应用于快速换电装置的电池包安装结构中，所述主梁包括并行布置的两条，两条主梁的内侧分布有多个锁止气缸，所述主梁和所述主框架之间对应设有多个沿宽度方向开设的锁止孔，所述锁止孔的位置与所述锁止气缸的锁止销伸出方向对应。
13.优选地，在上述应用于快速换电装置的电池包安装结构中，所述电池包总成还包括对所述动力电池进行冷却的冷却机组，和对所述动力电池进行充电和放电控制的bms系统。
14.优选地，在上述应用于快速换电装置的电池包安装结构中，所述接电装置为布置于所述电池框上的第一端充放电连接器，所述被换电装置的底部设置与第一端所述充放电连接器连接配合的第二端充放电连接器。
15.优选地，在上述应用于快速换电装置的电池包安装结构中，所述冷却机组和所述
第一端充放电连接器布置于所述安装空间内。
16.优选地，在上述应用于快速换电装置的电池包安装结构中，所述电池框的顶部伸出有多个连接套筒，所述电池框的底部布置有多个定位底座；
17.所述连接套筒和所述定位底座形成对多个所述电池包总成进行堆垛存放的堆垛支撑结构。
18.一种快速换电装置，具有对电池包总成进行存放、充电及换电功能的换电平台，对被换电装置上的电池包总成进行转运的换电小车，所述电池包总成具有与所述被换电装置连接的如上任一项所述的应用于快速换电装置的电池包安装结构。
19.优选地，在上述快速换电装置中，所述换电小车对所述电池包总成进行托举支撑，并可移动的转运于所述换电平台和被换电装置的底部，所述换电平台具有与所述换电小车配合，对所述电池包总成进行吊运的吊运装置。
20.本实用新型提供的应用于快速换电装置的电池包安装结构，包括被换电装置，可拆卸地设于被换电装置底部的电池包总成；电池包总成和被换电装置之间设置有对二者进行动力连接的接电装置。电池包总成采用总成的方式，布置于被换电装置的底部，在需要进行换电时，可通过对电池包直接更换的方式，对被换电装置进行快速换电和充电，同时，电池包总成布置于被换电装置底部的方式，降低电池包总成由其上拆卸的换电难度。
附图说明
21.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为现有快速换电装置的工作模式示意图；
23.图2为本实用新型应用的快速换电装置的第一种布局图；
24.图3为本实用新型应用的快速换电装置的第二种布局图；
25.图4为本实用新型应用的快速换电装置的第三种布局图；
26.图5为本实用新型应用的快速换电装置的第四种布局图；
27.图6为本实用新型应用的快速换电装置的位置布局图；
28.图7为图6中快速换电装置的电池包总成吊装结构示意图；
29.图8为电池包总成装载于换电小车的结构图；
30.图9为电池包总成与被换电装置分离时的结构布置图；
31.图10为换电小车携带于换电平台上的吊装结构示意图；
32.图11为图10中换电小车释放结构示意图；
33.图12为图10中换电小车释放到换电平台下方的布置结构图。
具体实施方式
34.本实用新型公开了一种应用于快速换电装置的电池包安装结构，以实现工程车辆的快速换电；本实用新型还提供一种快速换电装置。
35.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
36.如图1所示，图1为现有应用的快速换电装置的工作模式示意图，图中圆形区域代表工程场地a，具体的例如可以为有渣土运输需求的工程场地。
37.矩形区域代表运输目的地b，具体的可以为渣土运输的目的地。
38.椭圆区域为城建换电站c。
39.城建换电站c需要满足整个城市的换电服务，需要固定场地，其地面建筑物为满足城建要求的固定建筑物。然而，对于新建的工程场地a及运输目的地b，城建换电站c的位置往往与工程场地a和运输目的地b道路沿线偏离的较远处。
40.如图1中的路径图，路线l1代表工程场地a和运输目的地b的路线距离，路线l2代表工程场地a和城建换电站c的路线距离，路线l3代表城建换电站c和运输目的地b的线路距离。
41.由路径l1、l2和l3围成的工作路线中，渣土运输依靠换电卡车运输作业，换电卡车除了在工程场地a和运输目的地b之间行使，还需要频繁的前往城建换电站c换电，从而额外的增加了行使路线l2和l3，造成整个系统作业效率大大降低。
42.如图2所示，图2为本实用新型应用的快速换电装置的第一种布局图，该系统包括工程场地a、运输目的地b、快速换电装置d以及作业装置(图中未显示)。
43.快速换电装置d被配置有具有存储电池包、充电和换电等基本功能。并且快速换电装置d被设置成可以移动至不同区域进行搭建。因此快速换电装置d可被设置靠近工程场地a和运输目的地b的运输路线l1周边。可以理解的，快速换电装置d在作业装置进入作业工程前，被设置在工程场地a和运输目的地b的运输路线l1周边，并在作业装置完成工程相关作业工程后驶离。
44.如图3所示，图3为本实用新型应用的快速换电装置的第二种布局图，在该实施例中，快速换电装置d被设置在靠近工程场地a工作区域布置。快速换电装置d的位置设置既要沿作业装置的工作路线l3布置，还可进一步考虑作业装置在不同位置的能源消耗。在本实施例中，作业装置除将渣土由工程场地a运输至运输目的地b，其还需考虑作业装置在不同工作区域的电能消耗量，以工程场地a内部有较大的工作量，存在较大的电能损耗为例，为此本实用新型的一个思路是将快速换电装置d布置在整个作业系统能量损耗密集处。
45.如图4所示，图4为本实用新型应用的快速换电装置的第三种布局图，在该实施例中，快速换电装置d被设置在靠近运输目的地b的周边布置。快速换电装置d的位置设置除了考虑以上因素，还可考虑作业装置处于闲置时间的停留位置。在本实施例中，作业装置需要在运输目的地b出排队依次作业，因此作业装置在此处闲置时间较多，将快速换电装置d被设置在靠近运输目的地b的边上可提高工作效率。
46.如图5所示，图5为本实用新型应用的快速换电装置的第四种布局图，在该实施例中作业装置只需要在工程场地a内工作，而不需要前往其他目的地。在这种情况下将快速换电装置d设置在工程场地a内或靠近工程场地a，亦可大幅度提高工作效率，从而避免作业装置前往城建换电站c换电，减少行使路线l4。
47.根据作业装置的不同工作场景，本实用新型的一种工程作业换电系统，可以被设
置成应用于以下工程环境，包括：
48.工程场地a，其具有开展相关工程作业的需求以及具有相关的工程作业场地。
49.运输目的地b，可选择的设置，其被设置在工程场地a外，与工程场地a的关系一般为两地运输关系，即需要将工程场地a的物运输至运输目的地b，或可以将运输目的地b的物运输至工程场地a。
50.运输路径l1，可选择的设置，运输路径l1连接工程场地a和运输目的地b。运输路径l1一般为最近路线，也可是具有某些偏好路线。
51.作业装置，用于开展工程内相关作业业务，其设置有电池包，利用电池包作为主要能量源工作，并且其电池包可拆卸更换。
52.快速换电装置d，有具有存储电池包、充电和换电等基本功能，并且快速换电装置d为可移动设置。一种容易想到的方式是，具有移动换电车、移动电源车、移动充电站。
53.电池包换电装置可以采用可进行位置转运，并在预定区域进行固定安装的移动换电车，其上设置有换电操作设备，可实现对作业装置的电池包更换。换电操作设备的形式与结构可以根据电池包在作业装置上位置进行换电方式调整，如可以采用吊装式或行走式，当然，换电操作设备并不限于以上形式。
54.电池包装载装置可以采用对电池包进行运输的移动电源车，其可以装载有若干个满电的，需要被换电至作业装置上的电池包，用于对作业装置电力消耗后待充电的电池包更换。
55.电池包充电装置可以采用移动充电站，其由电力连接系统与电网并网连接，由充电系统对待充电的电池包进行充电，同时满足接入市电并对电池包进行充电的要求。
56.通过以上的移动换电车、移动电源车、移动充电站可实现作业装置的换电，提高换电所需的电池包，以及对换下的电池包进行充电。
57.另外将所述移动换电车、移动电源车、移动电源车任意组合集成为快速换电装置d总成也是可以的。
58.在作业装置在进入不同的工程区域进行工程作业前，电池包装载装置、电池包充电装置及电池包换电装置，特别三者采用移动换电车、移动电源车、移动充电站结构时，可被布置固定停靠在工程场地a、运输目的地b、运输路线l1附近，即作业装置作业路线附近，并在作业装置作业任务完成后驶离，完成不同工程区域转移。一般的，移动换电车、移动电源车、移动充电站在作业装置作业前被布置停靠在换电作业设施工作区域附近。
59.作业装置的可以是多种多样的，例如换电矿卡，换电卡车渣土车、换电搅拌机等等。其中换电卡车是较为常用的，换电卡车被用于工程内完成短途运输任务，例如清理工程场地内的渣土。换电卡车利用电能驱动作业，其电池包布置结构设置为可拆卸结构，在电池包电量消耗时，其可以通过换电操作设备将耗电的电池包拆卸并安装上已充电完成或满电的电池包。
60.移动充电站，即电池包充电装置的设置要能满足换电卡车不间断作业，因此其充电功率的配置要大于换电卡车的电量消耗。设定所有换电卡车内共有电池包k个，k被布置为kq≥np，其中q为单个电池包充电功率，n为作业装置总数，p为作业装置耗电功率。
61.合理的电量管理也是保证换电卡车不间断作业的重要因素，要避免换电卡车扎堆换电，作业装置在完成a次作业后进行换电操作，a＜(b/c)-1，其中b为作业装置总续航里
程，c为作业装置单次作业消耗里程。
62.换电操作设备设置在电池包换电装置上，具体可设置移动换电车上同时集成换电操作设备，从而便于换电操作装置的移动，其可根据需要设置在合理的位置上，缩短作业装置的换电时间周期，以及减少其在换电路途中损耗的电量。这对于提升工程作业的效率是至关重要的。
63.电池包装载装置，具体采用移动电池车，其上设置可为作业装置提供足够的可置换的电池包，作业装置很多时候都需要配置很多台，为此移动电池车上电池数量的配置要确保作业装置可时刻作业。
64.具体地，快速换电装置具有多组电池包装载装置和电池包换电装置。
65.当然，在满足充电电能及换电周期要求时，快速换电装置也可设置具有多个电池包装载装置，多个电池包装载装置与一个电池包换电装置换电配合。
66.为进一步说明快速换电装置d的结构，图6-12展示了一种快速换电装置d的具体结构，其中，图6为本实用新型提供的快速换电装置的位置布局图；图7为图6中快速换电装置的电池包总成吊装结构示意图；图8为电池包总成装载于换电小车的结构图；图9为电池包总成与被换电装置分离时的结构布置图。
67.本实施例提供的快速换电装置，可应用于可换电的重型卡车、重型货车、渣土车、水泥搅拌车或挖掘机等工程车辆，以重型卡车为例，其由动力电池驱动，重型卡车由车架支撑车体，重型卡车上设置电力驱动系统，车架的底部吊装有对电力系统进行供电的动力电池。
68.快速换电装置对动力电池完成快速拆装和充电，满足重型卡车应用的工地、矿山等场景换电需求。
69.快速换电装置包括换电基座2和换电车位3，布置于换电基座2上的可行走式换电站，可行走式换电站具有连接至电网的供电连网装置，以对换电后的电池进行快速充电。
70.可行走式换电站具有驾驶功能，从而实现自行走功能，当然，可行走式换电站也可以通过拖挂或牵引方式进行不同工作场地转移。
71.快速换电装置包括可行走式换电站和被换电装置4，本实施例提供的被换电装置优选为被换电车辆，被换电装置4的底部安装被换电的电池包总成5；可行走式换电站包括换电平台1，设于换电平台1底部的行走装置，在换电平台1行走至预定位置时，对其进行定位的位置调节装置11；可行走式换电站和被换电装置4之间还设置有对电池包总成5进行转运的换电小车6。可行走式换电站由换电平台1对被换电装置4进行换电，换电平台1由其行走装置可进行不同工作场地的转运，满足快速移动需求，移动至预定工作场地后，由位置调节装置11进行快速定位，能够快速进入被换电装置4的换电工作。换电小车6行走于可行走式换电站和被换电装置4之间，通过底部拆装电池包总成5的方式，降低换电场地需求，实现快速换电功能
72.具体地，可行走式换电站包括换电平台1，换电平台1底部设置有行走轮，用于行走和支撑。换电平台1为平板操作台，其顶部用于放置和支撑需要更换的电池包总成5。
73.换电平台1采用平板操作台结构，其底部四角位置还伸出有位置调节装置11，在可行走式换电站在工作场地进行安装调试时，将换电平台1固定支撑至预定高度，并保证长期使用的换电平台1的工作端面平衡。
74.优选地，位置调节装置11为液压撑杆。
75.换电基座2和换电车位3用于承载可行走式换电站和被换电装置4，二者可设置为可拼接式活动台面，也可以设置铺装路面。
76.换电平台1的中部设置用于适应电池包总成5通过的换电通道12，换电通道12连通换电平台1的顶部至底部，换电通道12的下方布置有可升降的换电小车6，换电小车6包括行走底盘63和托举平台61，托举平台61和行走底盘63之间设置升降装置62，用于将托举平台61举升或放下。
77.以将换电平台1上的电池包总成5取下为例，换电小车6自动行走至换电平台1下方，并与换电通道12相对，行走到位后，控制换电小车6进行举升，升降装置向上伸出，将托举平台61升起至于换电平台1的顶面基本平齐，将换电平台1上的电池包总成5吊运至托举平台61上后，控制升降装置62回落至行走底盘63上，托举平台61回落到位后，换电小车6自动行走至被换电的车辆下方，重复托举和回落动作，完成电池包总成5固定到被换电装置上后，自动回位至换电平台1下方。
78.换电小车6与换电平台1为活动式拆装结构，利用换电小车6的托举平台61，在平板操作台的下方，围绕换电通道12布置多个连接架13，对应地，托举平台61可拆卸的安装到连接架13上。
79.如图10-图12的换电小车的携带和工作位置图。图10为换电小车携带于换电平台上的吊装结构示意图；图11为图10中换电小车释放结构示意图；图12为图10中换电小车释放到换电平台下方的布置结构图。
80.在进行换电平台1的转运时，托举平台61与连接架13固定连接，升降装置62为收回状态，从而将行走底盘63吊起至平台操作台的下方。在可行走式换电站安装到预定工作位置后，托举平台61与连接架13分离，利用升降装置62，换电小车6下放到可换电装置的下方，进行电池包总成5的换电操作。
81.进一步地，连接架13为平板操作台的下方伸出的l型连接架，l型连接架的竖向部和横向部为可转动结构，l型连接架的竖向部固装到平板操作台的下方。
82.托举平台1为矩形平台，在换电小车6需要吊装到平板操作台上时，l型连接架的横向部与矩形平台61的边缘平行布置，托举平台61的上升高度超过l型连接架后，其横向部与竖向部之间转动90
°
，升降装置62收回，托举平台61落入到该横向部上，并将行走底盘63收回吊起。换电小车6需要启动进行电池包总成5的换电时，执行与上述相反的动作，在行走底盘63落地后，首先控制l型连接架转动90
°
后，在将托举平台61释放，即可进行换电小车6的自动行走和换电操作。
83.在本实施例中，平板操作平台上可布置有多个电池包总成5，可行走式换电站还具有随车车吊14，随车车吊14上布置吊装电池包总成5的吊车吊具15。
84.具体地，电池包总成5包括电池框51和布置在电池框51内的动力电池52。动力电池52包括多组，由电池框51进行支撑，多组动力电池51分布于电池框51内，动力电池52固定安装在电池框51内，多组动力电池52由线缆连接至充放电连接器54，与重型卡车的电力系统采用可插拔的连接方式进行供电连接。
85.吊车吊具15包括框状的吊具主体，吊具主体的外周结构与电池框51的顶部结构基本相同。
86.电池框51的顶部周向向上伸出有多个连接套筒53，对应地，吊具主体的下方伸出有多个连接柱16。
87.连接套筒53沿径向开设有多个连接孔，连接柱16的径向可伸缩的布置多个连接柱塞，由吊车吊具15对电池框进行吊装时，连接柱16落入到连接套筒53内后，控制连接柱塞伸出，并落入到连接孔内，随车吊具14起吊，即可进行对电池包总成5的吊送换电工作。
88.电池包总成5上的连接套筒53可同时作为多层电池包总成5的堆垛定位结构，在每个电池包总成5的顶部伸出连接套筒53，在每个电池包总成5的底部伸出定位底座，定位底座与连接套筒53位置对应，进行多个电池包总成5的堆垛时，相邻的两个电池包总成5，以及电池包总成5与平板操作台之间，均可通过连接套筒和定位底座进行支撑，保证电池包总成5堆垛及运输的安全性。
89.进一步地，电池框51上还一体布置有独立布置的冷却机组55，对动力电池充放电工作进行冷却。同时，电池框内集成安装bms，battery management system，电池管理系统，以对动力电池进行智能化管理，并维护各个电池单元，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。
90.优选地，电池框51采用基本对称的结构，多组动力电池52分布于电池框51的两端主框架内，两个主框架之间预留有安装空间50，被换电装置4具体为被换电车辆，进一步为重型卡车时，主梁41具有并置的两条，两个主框架之间的宽度与被换电车辆4的两个主梁41之间的距离相当，电池框51由两个主梁4的底部举升，主梁41落入到电池框51的安装空间50，两个主梁41的外侧贴紧电池框51的两个主框架内侧，电池框51靠近主梁41的一侧设置锁止孔56，被换电车辆的车架的两个主梁41之间布置有锁止气缸42，电池框51与车架处于预定安装位置时，锁止气缸42上伸出锁止销，锁止销由主梁41上开设的锁止销通过孔43(主梁41为对称结构，图中采用示意性标记，以显示锁止气缸42与锁止销通过孔43的位置)伸出主梁后，伸入到锁止孔56内，由锁止气缸41上的锁止销对电池框51进行高度方向的吊装，在两个主梁41的宽度方向上，由两个主框架的内侧对车架进行抱紧，从而实现对电池框高度方向和宽度方向的吊装限位。
91.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。