举升装置、换电设备和换电站的制作方法

1.本发明涉及一种举升装置、换电设备和换电站。


背景技术：

2.现有电动汽车的电池安装一般分为固定式和可换式，针对可换式的电池一般采用活动安装的方式，电池可以随时取下，以进行更换或充电，在更换或充电完毕后，再安装到车体上。
3.现有的自动化换电装置自身高度较高，结构不紧凑，使得换电平台上需要设置较深的凹坑，以允许换电设备进入汽车底部，大大增加了换电站的建造成本，而且由于需要设置凹坑，抬高了换电平台的总体高度，使得连接换电平台的坡道的高度提高，降低了驾驶车辆的通过性。
4.在对电动汽车进行换电或者换电完成之后，换电设备的电池安装部需要先进行复位，即下降到原点位置，然后换电设备从电动汽车下方进入或者驶出，现有技术中一般是通过计算电机转动的角度来计算电池安装部的位置，但是由于电机输出存在误差，导致计算得到的电池安装部的位置准确性低，容易出现偏差，当电池安装部未完全复位时，换电设备从电动汽车下方进出会与电动汽车发生碰撞，导致换电设备和汽车损坏。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中换电设备的电池安装部复位不准确的缺陷，提供一种举升装置、换电设备和换电站。
6.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：一种举升装置，用于设置在换电设备的框架上，以带动所述换电设备的电池安装部升降，所述举升装置包括驱动部、执行部和监测组件，所述驱动部具有可旋转的旋转轴，所述旋转轴通过旋转带动所述执行部动作，所述执行部用于连接所述电池安装部与所述框架，以带动所述电池安装部升降，所述监测组件包括原点监测机构，所述原点监测机构对应于所述旋转轴设置，用于对所述电池安装部升降前后复位的原点位置进行检测。
7.在本方案中，监测组件可以对电池安装部复位的原点位置进行检测，即旋转轴转动的角度可以反映执行部带动电池安装部升降的高度，通过原点监测机构对旋转轴的检测，可以确定电池安装部的位置，确保电池安装部的准确复位，从而避免换电设备进出时与待换电汽车发生碰撞，提高换电设备的安全性。
8.较佳地，所述原点监测机构用于检测所述旋转轴的旋转位置以得到所述电池安装部的所述原点位置。
9.在本方案中，将电池安装部的原点位置与旋转轴的旋转位置对应，原点监测机构只需要检测旋转轴是否到达预设的旋转位置，降低检测难度，可以简化原点监测机构的结构，从而降低成本。
10.较佳地，所述原点监测机构包括原点监测固定部和原点监测随动部，所述原点监
测随动部设置在所述旋转轴上与所述电池安装部的所述原点位置对应的位置处，并与所述旋转轴同步旋转，所述原点监测固定部设置于所述框架上，通过所述原点监测固定部感应所述原点监测随动部检测所述旋转轴的旋转位置。
11.在本方案中，将原点监测随动部在旋转轴的位置与电池安装部的所述原点位置对应设置，当电池安装部复位到原点位置时，原点监测固定部刚好可以感应到原点监测随动部，从而可以精准复位，另外，将原点监测固定部设置在框架上，可以避免原点监测固定部干涉其他零部件的运动，同时，可防止原点监测固定部因安装位置的松动而影响检测精度。
12.较佳地，所述原点监测固定部具有霍尔传感器，优选地，所述原点监测固定部通过第一固定支架固定于所述框架上；
13.所述原点监测随动部具有可被所述霍尔传感器感应到的金属件，优选地，所述原点监测随动部具有套设并固定于所述旋转轴上的随动部固定环以及形成于所述随动部固定环上的所述金属件。
14.在本方案中，原点监测随动部由于与旋转轴连接，其在旋转轴上的位置容易发生偏移，通过将随动部固定环套设在旋转轴上，可以更好地限制随动部固定环与旋转轴发生相对位移，从而提高检测的精准度，另外当金属件与霍尔传感器位置对应时，电池安装部正好位于复位后的原点位置，将霍尔传感器设置在框架上，金属件设置在套设于旋转轴上的随动部固定环上，结构简单，传感器技术成熟，感应灵敏度高，成本低。
15.较佳地，所述监测组件还包括举升高度监测机构，所述举升高度监测机构用于获取所述换电设备与车辆底部之间的距离信息，在换电过程中，所述驱动部根据所述距离信息驱动所述执行部带动所述电池安装部举升至预设高度位置。
16.在本方案中，在待换电车辆的高度变化的情况下，高度监测机构实现主动检测，并将获取的所述换电设备与车辆底部之间的距离信息反馈至驱动部，根据距离信息可以计算出待换电车辆拆装电池的高度，即预设高度位置，驱动部驱动执行部并带动电池安装部举升至待换电车辆的拆装电池的高度，对车辆进行换电，从而可以对不同高度的汽车进行换电，提高了换电设备的适用性；使得换电设备进行换电时，不需要将电动车辆抬升即可实现对电池包举升高度的确定。从而更适用于自重较大的大型车辆，例如轻卡、重卡等，特别是重卡。
17.较佳地，所述举升高度监测机构设置于所述框架沿所述换电设备行走方向的一侧，用于获取车辆底部图像信息，并根据所述图像信息得到所述距离信息。
18.将举升高度监测机构设置在结构稳固且在举升过程中保持静止的框架上可以避免运动带来的位置变化，保证检测数据的准确性，而且举升高度监测机构沿行走方向的一侧设置，其结构更紧凑，结构较为简单，可靠性较高。
19.较佳地，所述举升高度监测机构通过第二固定支架固定于所述框架上，所述第二固定支架从所述框架沿所述换电设备行走方向的一侧向所述换电设备外侧方向延伸，所述举升高度监测机构设置于所述第二固定支架上远离所述换电设备的一端。
20.在本方案中，举升高度监测机构可以与电池安装部错开，在对电池进行安装和拆卸时，避免其对电池安装部的升降造成阻碍，同时，也可以防止电池遮挡举升高度监测机构，避免对高度监测机构产生影响，保证检测结果的准确性。
21.较佳地，所述监测组件还包括极限位置监测机构，所述极限位置监测机构对应所
述旋转轴设置，用于对执行部的动作行程范围的极限位置进行检测，所述电池安装部的所述原点位置和/或所述预设高度位置对应于所述执行部的行程范围内的相应位置。
22.在本方案中，极限位置监测机构可以检测换电设备的异常情况，当执行部运动到极限位置时，即对应于电池安装部正常升降工作范围内的最高点，此时若继续运动则会与待换电车辆发生碰撞，或者对应与电池安装部正常升降工作范围内的最低点，若此时继续运动，则无法进行复位到原点位置，换电设备在待换电车辆下方进出同样会发生碰撞，通过检测结果，可以进行报警或者停机操作等来解除异常，从而避免换电设备与车辆碰撞带来的损坏。
23.较佳地，所述极限位置监测机构包括极限监测固定部和极限监测随动部，所述极限监测固定部设置于所述框架上，所述极限监测随动部设置在所述旋转轴上与所述执行部的动作行程范围的极限位置对应的位置处，通过所述极限监测固定部感应所述极限监测随动部检测所述旋转轴的旋转位置，得到所述执行部的动作行程范围的极限位置。
24.在本方案中，极限监测随动部的位置与执行部的动作行程范围的极限位置进行对应设置，即当出现异常情况时，执行部到达其动作行程范围的极限处，极限监测固定部刚好可以感应到极限监测随动部，从而可以精准反馈异常情况，而且将极限监测固定部设置于静止的框架上，可以避免其安装位置松动，保证检测数据的准确性。
25.较佳地，所述极限监测固定部具有与所述极限监测随动部匹配设置的所述霍尔传感器，优选所述极限监测固定部通过第三固定支架固定于所述框架上；
26.所述极限监测随动部具有第一随动点位和第二随动点位，所述第一随动点位和所述第二随动点位分别设置在所述旋转轴上与所述执行部行程范围的两端极限位置对应的位置处；优选所述第一随动点位和所述第二随动点位为能被所述霍尔传感器感应到的金属件。
27.在本方案中，极限监测随动部的第一随动点位和第二随动点位的位置分别对应于执行部行程范围的两端极限位置，并将第一随动点位和第二随动点位设置为金属件，设置在框架上的霍尔传感器可以感应金属件，从而可以精准检测执行部行程范围的两端极限位置，准确反应异常情况，进而避免换电设备与车辆发生碰撞。
28.较佳地，所述旋转轴具有万向节传动轴和两个端部轴，两个所述端部轴分别通过万向节连接于所述万向节联轴器两端，两个所述端部轴与所述框架分别通过沿所述端部轴的长度方向间隔设置的至少两个轴承可旋转连接，所述监测组件对应于所述旋转轴的一个端部轴设置。
29.通过万向节传动结构简单，传动可靠，且效率高，端部轴处配合的多个轴承可以限制其自由度，提高端部轴传动的平稳性，而且同步性比较高，监测组件设置在端部轴上，相比与设置在万向节传动轴上，其误差更小，检测更精准。
30.较佳地，所述驱动部还包括举升驱动件，所述举升驱动件具有可输出旋转运动的输出轴，所述输出轴上连接有输出齿轮，设有所述监测组件的端部轴上设有输入齿轮，所述输出齿轮和所述输入齿轮相啮合。
31.在本方案中，输出轴和端部轴通过齿轮传动，稳定性好，传动比准确，传动效率高，监测组件设置在具有输入齿轮的端部轴上，由于该端部轴与举升驱动件直接传动连接，其同步性更好，从而可以降低监测组件检测结果的误差。
32.较佳地，所述驱动部还包括挠性传动机构，所述旋转轴通过旋转驱动所述挠性传动机构动作，带动所述执行部动作。
33.在本方案中，旋转轴通过旋转驱动挠性传动机构并带动执行部对电池安装部进行举升，挠性机构可以根据需要选择链轮和链条配合、带轮和传动带以及绳轮和传动绳配合的形式，提高换电设备的适应性。
34.一种换电设备，所述换电设备包括上述的举升装置。
35.一种换电站，其包括上述的换电设备。
36.该换电站的换电设备通过原点监测机构的检测，可以有效避免其因电池安装部复位误差导致的与待换电车辆发生碰撞，安全性更高。
37.本发明的积极进步效果在于：监测组件可以对电池安装部复位的原点位置进行检测，即旋转轴转动的角度可以反映执行部带动电池安装部升降的高度，通过原点监测机构对旋转轴的检测，可以确定电池安装部的位置，确保电池安装部的准确复位，从而避免换电设备进出时与待换电汽车发生碰撞，提高换电设备的安全性。
附图说明
38.图1为本发明较佳实施例的换电设备的局部结构示意图。
39.图2为本发明较佳实施例的原点监测机构和极限监测机构的结构示意图。
40.图2a为本发明较佳实施例的图2中沿旋转轴轴向的结构示意图。
41.图3为本发明较佳实施例的旋转轴上原点位、第一随动点位和第二随动点位的位置示意图。
42.图4为本发明较佳实施例的执行部的结构示意图。
43.图5为本发明较佳实施例的换电设备的整体结构示意图。
44.图6为本发明较佳实施例的图5中侧面结构示意图。
45.附图标记说明
46.原点监测机构11
47.原点监测固定部111
48.原点监测随动部112
49.随动部固定环113
50.金属件114
51.第一固定支架115
52.原点位116
53.举升高度监测机构12
54.第二固定支架121
55.相机122
56.极限位置监测机构130
57.极限监测固定部13
58.极限监测随动部14
59.第一随动点位141
60.第二随动点位142
61.第三固定支架143
62.最高点位144
63.驱动部200
64.旋转轴21
65.万向节传动轴22
66.端部轴23
67.举升驱动件24
68.挠性传动机构25
69.链轮251
70.链条252
71.执行部300
72.凸轮31
73.连接部32
74.框架400
75.电池安装部500
具体实施方式
76.下面举个较佳实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本发明。
77.如图1-图6所示，本实施例公开了一种举升装置，用于设置在换电设备的框架400上，以带动换电设备的电池安装部500升降，举升装置包括驱动部200、执行部300和监测组件，驱动部200具有可旋转的旋转轴21，旋转轴21通过旋转带动执行部300动作，执行部300用于连接电池安装部500 与框架400，以带动电池安装部500升降，监测组件包括原点监测机构11，原点监测机构11对应于旋转轴21设置，用于对电池安装部500升降前后复位的原点位置进行检测。在本实施例中，监测组件可以对电池安装部500复位的原点位置进行检测，即旋转轴21转动的角度可以反映执行部300带动电池安装部500升降的高度，通过原点监测机构11对旋转轴21的检测，可以确定电池安装部500的位置，确保电池安装部500的准确复位，从而避免换电设备进出时与待换电汽车发生碰撞，提高换电设备的安全性。
78.在本实施例中，原点监测机构11用于检测旋转轴21的旋转位置以得到电池安装部500的原点位置。将电池安装部500的原点位置与旋转轴21的旋转位置对应，原点监测机构11只需要检测旋转轴21是否到达预设的旋转位置，检测到旋转轴21位于预设位置时，原点监测机构11即可反馈电池安装部500复位至原点位置，从而降低检测难度，简化原点监测机构11的结构，进而降低成本。
79.如图2所示，在本实施例中，原点监测机构11包括原点监测固定部111 和原点监测随动部112，原点监测随动部112设置在旋转轴21上与电池安装部500的原点位置对应的位置处，并与旋转轴21同步旋转，原点监测固定部111设置于框架400上，通过原点监测固定部111感应原点监测随动部 112检测旋转轴21的旋转位置。
80.在本实施例中，将原点监测随动部112在旋转轴21的位置与电池安装部500的原点位置对应设置，当电池安装部500复位到原点位置时，原点监测固定部111刚好可以感应到原点监测随动部112，从而可以精准复位，另外，将原点监测固定部111设置在框架400上，可
以避免原点监测固定部111 干涉其他零部件的运动，同时，可防止原点监测固定部111因安装位置的松动而影响检测精度。
81.如图2所示，在本实施例中，原点监测固定部111具有霍尔传感器，原点监测固定部111通过第一固定支架115固定于框架400上；原点监测随动部112具有可被霍尔传感器感应到的金属件114，优选地，原点监测随动部 112具有套设并固定于旋转轴21上的随动部固定环113以及形成于随动部固定环113上的金属件114。
82.在本方案中，原点监测随动部112由于与旋转轴21连接，其在旋转轴 21上的位置容易发生偏移，通过将随动部固定环113套设在旋转轴21上，可以更好地限制随动部固定环113与旋转轴21发生相对位移，从而提高检测的精准度，另外当金属件114与霍尔传感器位置对应时，电池安装部500 正好位于复位后的原点位置，将霍尔传感器设置在框架400上，金属件114 设置在套设于旋转轴21上的随动部固定环113上，结构简单，传感器技术成熟，感应灵敏度高，成本低。
83.如图1所示，在本实施例中，监测组件还包括举升高度监测机构12，举升高度监测机构12用于获取换电设备与车辆底部之间的距离信息，在换电过程中，驱动部200根据距离信息驱动执行部300带动电池安装部500举升至预设高度位置。具体地，驱动部200为伺服电机，其中，预设高度位置为根据获得的距离信息计算出的车辆电池拆装的位置，同时利用伺服电机的编码器控制伺服电机旋转角度，进一步通过旋转轴21旋转带动执行部300对电池安装部500进行举升，从而实现举升高度的精确控制。
84.在本实施例中，在待换电车辆的高度变化的情况下，高度监测机构实现主动检测，并将获取的换电设备与车辆底部之间的距离信息反馈至驱动部200，根据距离信息可以计算出待换电车辆拆装电池的高度，即预设高度位置，驱动部200驱动执行部300并带动电池安装部500举升至待换电车辆的拆装电池的高度，对车辆进行换电，从而可以对不同高度的汽车进行换电，提高了换电设备的适用性。使得换电设备进行换电时，不需要将电动车辆抬升即可实现对电池包举升高度的确定。从而更适用于自重较大的大型车辆，例如轻卡、重卡等，特别是重卡。
85.在本实施例中，举升高度监测机构12设置于框架400沿换电设备行走方向的一侧，用于获取车辆底部图像信息，并根据图像信息得到距离信息。将举升高度监测机构12设置在静止的框架400上可以避免运动带来的位置变化，保证检测数据的准确性，而且举升高度监测机构12沿行走方向的一侧设置，其结构更紧凑，结构较为简单，可靠性较高。
86.如图1所示，在本实施例中，举升高度监测机构12通过第二固定支架 121固定于框架400上，第二固定支架121从框架400沿换电设备行走方向的一侧向换电设备外侧方向延伸，举升高度监测机构12设置于第二固定支架121上远离换电设备的一端。举升高度监测机构12可以与电池安装部500 错开，在对电池进行安装和拆卸时，避免其对电池安装部500的升降造成阻碍，同时，也可以防止电池遮挡举升高度监测机构12，避免对高度监测机构产生影响，保证检测结果的准确性。
87.如图1和图2所示，在本实施中，监测组件还包括极限位置监测机构 130，极限位置监测机构130对应旋转轴21设置，用于对执行部300的动作行程范围的极限位置进行检测，电池安装部500的原点位置和预设高度位置对应于执行部300的行程范围内的相应位置。
88.在本实施例中，极限位置监测机构130可以检测换电设备的异常情况，当执行部
300运动到极限位置时，即对应于电池安装部500正常升降工作范围内的最高点，此时若继续运动则会与待换电车辆发生碰撞，或者对应与电池安装部500正常升降工作范围内的最低点，若此时继续运动，则无法进行复位到原点位置，换电设备在待换电车辆下方进出同样会发生碰撞，通过检测结果，可以进行报警或者停机操作等来解除异常，从而避免换电设备与车辆碰撞带来的损坏。
89.如图2所示，极限位置监测机构130包括极限监测固定部13和极限监测随动部14，极限监测固定部13设置于框架400上，极限监测随动部14设置在旋转轴21上与执行部300的动作行程范围的极限位置对应的位置处，通过极限监测固定部13感应极限监测随动部14检测旋转轴21的旋转位置，得到执行部300的动作行程范围的极限位置。极限监测随动部14的位置与执行部300的动作行程范围的极限位置进行对应设置，即当出现异常情况时，执行部300到达其动作行程范围的极限处，极限监测固定部13刚好可以感应到极限监测随动部14，从而可以精准反馈异常情况，而且将极限监测固定部13设置于静止的框架400上，可以避免其安装位置松动，保证检测数据的准确性。
90.图2所示的原点监测随动部112和两侧的极限监测随动部14相对于旋转轴21的安装角度仅仅用于展示原点监测随动部112和极限监测随动部14 上凸起部位的具体结构。在本实施例中，原点监测随动部112和两侧的极限监测随动部14相对于旋转轴21的设置角度应当是错位设置的，以使得旋转轴21转到特定角度时，原点监测固定部111或极限监测固定部13能够产生对应的到位信号。
91.如图2和图3所示，极限监测固定部13具有与极限监测随动部14匹配设置的霍尔传感器，优选极限监测固定部13通过第三固定支架143固定于框架400上；极限监测随动部14具有第一随动点位141和第二随动点位142，第一随动点位141和第二随动点位142分别设置在旋转轴21上与执行部300 行程范围的两端极限位置对应的位置处；在本实施例中，第一随动点位141 和第二随动点位142为能被霍尔传感器感应到的金属件114。在本实施例中，极限监测随动部14的第一随动点位141和第二随动点位142的位置分别对应于执行部300行程范围的两端极限位置，并将第一随动点位141和第二随动点位142设置为金属件114，设置在框架400上的霍尔传感器可以感应金属件114，从而可以精准检测执行部300行程范围的两端极限位置，准确反应异常情况，进而避免换电设备与车辆发生碰撞。
92.如图2a所示，在本实施例中，原点位116、第一随动点位141和第二随动点位142在旋转轴21上是相互间隔和错开的，即沿旋转轴的轴向间隔设置并沿旋转轴的周向相互错开，使得旋转轴21转到特定角度时，原点监测固定部111或极限监测固定部13能够产生对应的到位信号。
93.具体地，如图3所示，在本实施例中，原点位116在旋转轴21上对应于执行部300行程范围的最低的位置，将最低的位置设置为复位的原点位 116，可以对更低的待换电车辆进行换电而不发生碰撞，从而提高换电设备的通用性；另外，第一随动点位141在旋转轴21上对应于沿执行部300运动的回位方向位于原点位116之后，回位方向即为凸轮31在从较高位置向较低位置运动时的方向，将第一随动点位141设置在原点位116之后可以避免当原点监测机构11出现异常时，电池安装部500在到原点位置复位后，执行部300会带动电池安装部500继续运动，换电设备在车辆下方穿梭发生碰撞，从而可以提高换电安全性；第二随动点位142在旋转轴21上对应于执行部300行程范围的最高位置，其中，旋转轴21上还包括最
高点位144，最高点位144对应于执行部300所能到达的最高位置，第二随动点位142对应的执行部300位置低于执行部300所能到达的最高位置，当霍尔传感器感应到第二随动点位142处的金属片，说明执行部300带动电池安装部500举升到了极限位置，继续举升会导致换电设备与车辆发生碰撞的风险。
94.如图4所示，执行部300为凸轮结构，其包括凸轮31和连接部32，连接部32具有滑槽，凸轮31设置在滑槽内，连接部32与电池安装部500连接，旋转轴21通过链轮251和链条252传动从而带动凸轮31在滑槽内滑动，进而带动连接部32进行升降，从而实现对电池安装部500的举升，执行部300的行程范围为正常工作状态下凸轮31运动的行程范围。
95.如图5所示，在本实施例中，旋转轴21具有万向节传动轴22和两个端部轴23，两个端部轴23分别通过万向节连接于万向节联轴器两端，两个端部轴23与框架400分别通过沿端部轴23的长度方向间隔设置的至少两个轴承可旋转连接，监测组件对应于旋转轴21的一个端部轴23设置。
96.具体地，驱动部200还包括举升驱动件24，举升驱动件24具有可输出旋转运动的输出轴，输出轴上连接有输出齿轮，设有监测组件的端部轴23上设有输入齿轮，输出齿轮和输入齿轮相啮合。
97.如图5所示，具体地，在本实施例中，举升驱动件24与其中一个端部轴23传动连接，该端部轴23和框架400分别通过沿该端部轴23的长度方向间隔设置的三个轴承可旋转连接，由于该端部轴23直接与举升驱动部200 传动连接，作用在该端部轴23的传动力矩较大，此结构设置可以保证传动的平稳性。另外，万向节传动结构简单，传动可靠，且效率高，端部轴23处配合的多个轴承可以限制其自由度，提高端部轴23传动的平稳性，而且同步性比较高，监测组件设置在端部轴23上，相比与设置在万向节传动轴22 上，其误差更小，检测更精准。此外，输出轴和端部轴23通过齿轮传动，稳定性好，传动比准确，传动效率高，监测组件设置在具有输入齿轮的端部轴 23上，由于该端部轴23与举升驱动件24直接传动连接，其同步性更好，从而可以降低监测组件检测结果的误差。
98.如图6所示，驱动部200还包括挠性传动机构25，旋转轴21通过旋转驱动挠性传动机构25动作，带动执行部300动作。
99.在本实施例中，挠性传动机构25为链轮251和链条252配合，链传动不会打滑，平均传动比准确，传动效率高；传动过程中链轮251和链条252 磨损小，耐久性好；链传动还具有结构紧凑的优点。在其他实施例中，挠性机构还可以选择带轮和传动带配合，带传动具有吸震和缓冲的作用，传动平稳，噪声小；带传动具有过载保护，可防止零部件的损坏，带传动还可以采用啮合型传动的方式。当然在其他实施例中，挠性机构还可以选择绳轮和传动绳配合，绳传动结构简单、加工方便，传动平稳，无噪音、无振动和冲击。
100.本实施例还公开了一种换电设备，该换电设备包括上述的举升装置。
101.本实施例还公开了一种换电站，其包括上述的换电设备。该换电站的换电设备通过监测组件的检测，可以有效避免其因电池安装部500复位误差导致的与待换电车辆发生碰撞，安全性更高。
102.虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和
修改均落入本发明的保护范围。