專利名稱：一種純電動車輛動力電池快速更換站的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種純電動車輛動力電池快速更換站，特別是一種利用無線通訊方式實現(xiàn)純電動車輛動力電池的全自動更換和充電的電池更換站。
背景技術：
在新能源汽車的領域中，純電動車輛通常采用兩種方式為電量不足的車輛補充電能，一種是車輛中動力電池的快速更換，另一種是利用外部充電設備對車輛進行車載充電。由于動力電池的快速更換具有快捷、方便和安全的優(yōu)點，因此這種方式目前廣泛地被業(yè)內(nèi)所認可。CN201010111427.0是一種典型的現(xiàn)有技術中的純電動商用車的電池快速更換站，其中，控制車輛進站、電池箱艙門開啟與關閉、電池取放、電池的充電等步驟基本上還是通過人工操作。由于動力電池多為鋰離子聚合物電池，能量密度比較高，質(zhì)量比較大， 而且屬于高壓電范疇，采用人工操作存在一定的危險性。CN200810085027公開了一種自動化程度較高的純電動客車電池管理站，其采用有線控制方式。該專利申請主要涉及系統(tǒng)的總線布線，盡管其采用CAN、CIN等標準化系統(tǒng)，仍難免布線混亂、設計復雜。此外，以上述兩個專利公開為代表的現(xiàn)有的動力電池快速更換站在進行電池更換時，車輛都是處于靜止狀態(tài)，全部的操作工序都需要通過機械手完成，并且在更換電池時多采用直線傳送帶的方式運送充滿電的電池，這些都導致更換電池的時間比較長，尤其在電池集中更換的高峰期時，充電站的電池快速更換系統(tǒng)很難滿足時間上的要求。由此可見，當前的純電動車輛電池快速更換站需要進一步的優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有純電動車輛電池快速更換系統(tǒng)存在的問題和缺陷，現(xiàn)提供一種新型的充電站動力電池快速更換站，該更換站在進行動力電池更換時可以最大程度地降低人工操作，甚至采用無人工操作的全自動更換方式，以減小人工操作帶來的安全隱患，還大大地減少布線，從而簡化充電站設計，使得充電站整潔、美觀；更有利的是，采用車輛傳送移動和快速更換機械手的移動相結(jié)合的方式進行電池的快換，縮短了車輛的換電時間，提高了更換電池的效率。具體地說，本發(fā)明提供一種電動車輛動力電池快速更換站，該更換站具有電池快換設備、充電機及其控制系統(tǒng)、以及監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，并且通過無線通訊網(wǎng)絡將上述各部分聯(lián)接在一起，構成智能的電動車動力電池快換站。優(yōu)選的是，所述電池快速更換站還具有電動車輛傳輸帶。優(yōu)選的是，所述電池快換設備具有車輛整車控制系統(tǒng)、快換機械手系統(tǒng)、車輛傳送控制系統(tǒng)、充電架運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)。優(yōu)選的是，所述系統(tǒng)均通過總線轉(zhuǎn)無線通訊的控制模塊實現(xiàn)相互之間的通訊，特別優(yōu)選的是，所述總線為CAN總線。優(yōu)選的是，所述電池快速更換站具有用于給所有高壓用電裝置或部件供電的高壓電源系統(tǒng)、用于控制高壓電源與高壓用電部件的連接的高壓控制系統(tǒng)、以及用于將高壓交流電源轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪嚎刂齐娫吹碾娫醋儞Q裝置。優(yōu)選的是，所述快換機械手系統(tǒng)設置成可直線移動。優(yōu)選的是，所述充電架運轉(zhuǎn)及其控制系統(tǒng)帶有使充電架循環(huán)運行的軌道，其上載有充電機。作為一種替換，所述充電架運轉(zhuǎn)及其控制系統(tǒng)帶有使充電架循環(huán)運行的輸送帶， 其上載有充電機。優(yōu)選的是，所述使充電架循環(huán)運動的軌道或輸送帶設置成使其在與所述電動車輛輸送帶相鄰一側(cè)的運動方向與該電動車輛輸送帶相反。優(yōu)選的是，在所述用于傳送電動車輛輸送帶的兩側(cè)各設有一套使充電架循環(huán)運行的軌道或輸送帶和快換機械手系統(tǒng)。本發(fā)明的電動車電池快速更換系統(tǒng)尤其適用于純電動車輛。在上述各系統(tǒng)中，純電動車輛整車控制系統(tǒng)配有接收監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的指令的接收器、控制電池箱艙門的打開和關閉的裝置以及控制電池箱鎖止機構打開和關閉的裝置，并配有用于將電池箱艙門狀態(tài)和電池箱鎖止機構狀態(tài)以及車輛的電池電量狀態(tài)信息和電機狀態(tài)信息發(fā)送到無線網(wǎng)絡中的無線網(wǎng)絡發(fā)送裝置；快換機械手系統(tǒng)配有接收監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的指令的接收器、從純電動車輛上取下虧電電池并把取下來的電池自動放置到充電架的空位上的裝置、根據(jù)監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的指令從充電架上取下滿電電池并自動安裝到純電動車輛上相應的電池箱空位上的裝置、以及將快換機械手的位置信息及工作狀態(tài)發(fā)送到無線通訊網(wǎng)絡上的無線發(fā)送裝置；車輛傳送控制系統(tǒng)配有接收監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的指令和車輛位置信息的接收器、啟動電動車輛傳輸帶并將車輛傳送到指定位置的裝置以及將自身系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)送到無線網(wǎng)絡上的發(fā)射器；充電架運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)配有接收監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的指令的接收器、將充電架移動到指定位置和方位的輸送裝置(例如軌道或輸送帶)、將自身狀態(tài)信息發(fā)送到無線網(wǎng)絡上的無線發(fā)送器、以及例如由電機方式驅(qū)動使充滿電的電池移動到需要的位置處的裝置；充電機控制系統(tǒng)配有接收監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的指令的接收器、根據(jù)該指令對電池進行充電的充電機、監(jiān)控電池的充電狀態(tài)以調(diào)整充電參數(shù)的監(jiān)控裝置、以及將充電機的狀態(tài)信息和所有電池的狀態(tài)信息發(fā)送到無線網(wǎng)絡上的無線發(fā)送裝置；監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)配有通過無線網(wǎng)絡接收網(wǎng)絡中所有系統(tǒng)的狀態(tài)信息的接收器、進行綜合分析的分析器以及分析后對每個系統(tǒng)發(fā)送相應的控制指令的指令發(fā)送器，通過這些指令控制各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，完成純電動車輛動力電池的自動更換。純電動車輛可以是商用車輛，例如轎車、公交車等。此外，無線通訊網(wǎng)絡是可以在各種設備間實現(xiàn)近距離無線通訊的局域網(wǎng)絡，通過該網(wǎng)絡，可以在動力電池快速更換站的各系統(tǒng)之間實現(xiàn)相互無線通訊。對于本領域技術人員來說顯而易見的是，上述各系統(tǒng)和各部件在現(xiàn)有技術中都具有多種選擇，有些可以直接從市場上購得，有些可以由市場上購得的模塊輕而易舉地組裝而成，無需創(chuàng)造性勞動。在此申明，上述本發(fā)明內(nèi)容中描述的各系統(tǒng)或部件包括能實現(xiàn)這些功能的所有選擇，而無意將其限定于某一特定選擇。為了避免產(chǎn)生錯覺，本說明書中盡量不例舉某一特定的選擇。然而，這種由現(xiàn)有技術中的模塊和系統(tǒng)構成的本發(fā)明的電動車電池更換站卻是全新且富有創(chuàng)造性的，因為現(xiàn)有技術中沒有將這些特征結(jié)合到一起，構成本發(fā)明的任何啟示，而且本發(fā)明帶來了使車輛電池更換站設計簡單、整潔、全面實現(xiàn)自動化、且大幅度提高更換速度的積極效果。上述各系統(tǒng)均為無線通訊網(wǎng)絡中的通訊節(jié)點，各節(jié)點按照網(wǎng)絡通訊協(xié)議進行相互之間的無線通訊，并且每個子系統(tǒng)都具有唯一的ID，每個子系統(tǒng)在向無線網(wǎng)絡中發(fā)送信息的同時，連同每個子系統(tǒng)的ID —起發(fā)送。為了使上述各系統(tǒng)之間的無線通訊更加準確和快捷，每個系統(tǒng)都包括報文驗收濾波器，其用于從無線網(wǎng)絡上接收各系統(tǒng)自身需要的信息并屏蔽各系統(tǒng)自身不需要的信息。通過以上各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)操作，純電動車輛動力電池快速更換方法主要是通過傳送裝置使車輛移動到在第一指定位置處，此時電池被取下，然后車輛通過傳送裝置被送至第二指定位置處，指定位置B處的快換機械手立即將滿電電池換到車上，與此同時被取下的電池也被放到了充電架的空位上，充電機檢測到電池虧電后便立即對其進行充電，以備更換。


圖1是本發(fā)明的純電動車輛動力電池快速更換站的一優(yōu)選實施例的平面結(jié)構示意圖。圖2為本發(fā)明的純電動車輛動力電池快速更換站中的監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的框圖。圖3為本發(fā)明的純電動車輛動力電池快速更換站中的充電架運轉(zhuǎn)及其控制系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的框圖。圖4為本發(fā)明的純電動車輛動力電池快速更換站中的車輛整車控制系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的框圖。圖5為本發(fā)明的純電動車輛動力電池快速更換站中的車輛傳送及其控制系統(tǒng)的一優(yōu)選實施例的框圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖詳細地說明本發(fā)明的純電動車輛動力電池快速更換站的優(yōu)選實施例，優(yōu)選的實施例僅用于說明本發(fā)明的技術方案，并非用于限定本發(fā)明。如圖1所示，純電動車輛動力電池快速更換系統(tǒng)1可應用在純電動商用充電站2 中，充電站2的主要工作是以極短的時間更換純電動車輛的動力電池3并對更換下來的動力電池3進行充電，以滿足車輛繼續(xù)行駛的需求。充電站2的內(nèi)部各系統(tǒng)之間可通過無線網(wǎng)絡方式相互通訊，以提高充電站運行的可靠性。當純電動車輛4從充電站入口 18進入到充電站2之后在指定位置A處停止運行， 由車輛傳送帶17帶動繼續(xù)緩慢行駛，同時駕駛員在車輛內(nèi)斷開純電動車輛3內(nèi)的高壓電源，使低壓電源處于打開狀態(tài)。純電動車輛整車控制系統(tǒng)中的無線通訊模塊5通過CAN總線從整車信息網(wǎng)絡上獲取動力電池3的狀態(tài)信息、電池箱鎖止機構(未示出)的狀態(tài)信息和電池箱艙門6的狀態(tài)信息，然后無線發(fā)送模塊5將以上信息通過無線網(wǎng)絡發(fā)送給監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的服務器7。在監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)20內(nèi)的服務器7上連接的無線接收終端8將接收到的信息轉(zhuǎn)換成CAN報文的格式，然后發(fā)送給服務器7，服務器7在接收到無線接收終端8發(fā)送的信息后可通過顯示裝置9將車輛狀態(tài)信息顯示出來，監(jiān)控人員根據(jù)得到的車輛狀態(tài)信息選擇向純電動車輛4發(fā)送使電池箱艙門6打開的控制指令，純電動車輛4中的無線通訊模塊5接收到使電池箱艙門6打開的控制指令之后通過車載CAN總線發(fā)送給電池箱艙門控制器10，電池箱艙門控制器10接收到指令后控制相應的執(zhí)行機構打開電池箱艙門6。然后，電池箱艙門控制器10將電池箱艙門6已打開的信息發(fā)送回監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)后，監(jiān)控人員通過監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)同時向純電動車輛4發(fā)送電池箱解鎖的指令和快換機械手取電池的指令，其中將快換機械手按照功能分為取虧電電池機械手11和放滿電電池機械手12兩種，這些指令由服務器7通過無線通訊終端8發(fā)送至純電動車輛4和快換機械手系統(tǒng)。快換機械手11在取下電池3之后通過無線通訊網(wǎng)絡通知監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，監(jiān)控人員再同時給快換機械手11、純電動車輛4和車輛傳送裝置13發(fā)送指令，快換機械手11將從純電動車輛4上取下的虧電電池3A放到充電架14的空位上，同時控制電池箱鎖止機構使其處于鎖止狀態(tài)，車輛傳送裝置13將純電動車輛4傳送到裝電池的指定位置B處。在純電動車輛4到達裝電池的指定位置B處后，充電架運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)接收監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)的指令，通過充電架循環(huán)運動輸送帶16將充電架14上的充滿電的電池;3B旋轉(zhuǎn)到指定位置，在本實施例中，充電架循環(huán)運動輸送帶16由電機方式驅(qū)動，并可以使充滿電的電池:3B移動到需要的位置處。監(jiān)控人員通過監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)向快換機械手12發(fā)送控制指令， 將充滿電的動力電池3B放置到純電動車輛4中相應的電池空位上。放置電池的操作完成以后通知監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，同時純電動車輛4將電池箱鎖止機構的狀態(tài)信息也發(fā)送到監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)。此時，如果電池箱鎖止機構處于鎖止狀態(tài)，則監(jiān)控人員通過監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)發(fā)送指令給純電動車輛4，控制車輛將電池箱艙門6關閉；
如果電池箱鎖止機構沒有完全的鎖止，監(jiān)控人員通過監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)向快換機械手12 發(fā)送重新放置動力電池的指令，直到鎖止機構全部鎖止。電池箱艙門6關閉后，純電動車輛4將電池箱艙門6的狀態(tài)反饋給監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)， 監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)控制車輛傳送裝置13將純電動車輛4傳送至充電站2的出口 19，此時駕駛員閉合高壓電源并將純電動車輛4駛出充電站2，同時監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)控制充電架14轉(zhuǎn)動到指定的位置，然后指令快換機械手12從充電架14上取下充滿電的電池，以準備對下一輛車進行電池更換操作。充電機控制系統(tǒng)可以實時監(jiān)控充電架14上所有電池的荷電狀態(tài)以調(diào)整充電參數(shù)，并發(fā)送給監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，監(jiān)控人員根據(jù)每個電池的狀態(tài)信息來控制是否允許充電機15 給電池充電。以上各子系統(tǒng)中的信息通訊可通過無線通訊網(wǎng)絡完成，無線通訊網(wǎng)絡是可以在各系統(tǒng)之間實現(xiàn)近距離無線通訊的局域網(wǎng)絡，通過該網(wǎng)絡，可以在動力電池快速更換站中的各系統(tǒng)之間實現(xiàn)相互無線通訊，其中的各系統(tǒng)均為無線通訊網(wǎng)絡中的通訊節(jié)點，各節(jié)點按照網(wǎng)絡通訊協(xié)議進行相互之間的無線通訊，并且每個系統(tǒng)都具有唯一的ID，每個系統(tǒng)在向無線網(wǎng)絡中的其他系統(tǒng)發(fā)送信息的同時，連同每個系統(tǒng)的ID—起發(fā)送。為了使各系統(tǒng)之間的無線通訊更加準確和快捷，每個系統(tǒng)都包括報文驗收濾波器，其用于從無線網(wǎng)絡上接收各系統(tǒng)自身需要的信息并屏蔽各系統(tǒng)自身不需要的信息。在圖1所示實施例中，在車輛輸送帶的兩側(cè)分別設置一套快換機械手系統(tǒng)和充電架運轉(zhuǎn)輸送帶，這樣可以將車輛電池更換站的效率大大提高。但本發(fā)明并不限于這種布局。 例如對于占地面積比較小的電動車車輛電池更換站，也可以只布置成單側(cè)更換。在圖1所示的實施例中，電動車輛動力電池更換站還具有一維修站21。為了敘述的方便，圖1所示實施例為一種平面布置的電動車電池更換站，但本發(fā)明不限于平面布置，例如為了節(jié)省占地面積，也可以采用立體布置。圖2-5分別示出圖2為本發(fā)明的純電動車輛動力電池快速更換站中的車輛整車控制系統(tǒng)、車輛傳送及其控制系統(tǒng)、充電架運轉(zhuǎn)及其控制系統(tǒng)的優(yōu)選實施例的框圖。其中車輛整車控制系統(tǒng)采用200810085028. 4號專利申請中所公開的。本領域技術人員在閱讀了上述說明書后不難看出，本發(fā)明不限于這些實施例。
權利要求
1.電動車輛動力電池快速更換站，其具有電池快換設備、充電機及其控制系統(tǒng)、以及監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)，其特征在于采用無線通訊網(wǎng)絡將上述各部分聯(lián)接在一起來實現(xiàn)智能控制。
2.如權利要求1的電動車輛動力電池快速更換站，其特征在于還具有電動車輛傳輸帶。
3.如權利要求2的電動車輛動力電池快速更換站，其特征在于所述電池快換設備具有車輛整車控制系統(tǒng)、快換機械手系統(tǒng)、車輛傳送及其控制系統(tǒng)；所述充電機及其控制系統(tǒng)具有一充電架運轉(zhuǎn)及其控制系統(tǒng)。
4.如權利要求3的電動車輛動力電池快速更換站，其特征在于所述各系統(tǒng)均為無線通訊網(wǎng)絡中的通訊節(jié)點，各節(jié)點按照網(wǎng)絡通訊協(xié)議進行相互之間的無線通訊。
5.如權利要求3或4的電動車輛動力電池快速更換站，其特征在于所述系統(tǒng)均通過總線轉(zhuǎn)無線通訊的控制模塊實現(xiàn)相互之間的通訊。
6.如權利要求3或4的電動車輛動力電池快速更換站，其特征在于每個系統(tǒng)都具有唯一的ID，且配置成在向無線網(wǎng)絡中發(fā)送信息的同時，連同每個系統(tǒng)的ID —起發(fā)送。
7.如權利要求3或4的電動車輛動力電池快速更換站，其特征在于每個系統(tǒng)都具有從無線網(wǎng)絡上接收各系統(tǒng)自身需要的信息并屏蔽各系統(tǒng)自身不需要的信息的報文驗收濾波器。
8.如權利要求2至4中任一項的電動車輛動力電池快速更換站，其特征在于所述快換機械手系統(tǒng)設置成可直線移動。
9.如權利要求2至4中任一項的電動車輛動力電池快速更換站，其特征在于所述充電架運轉(zhuǎn)及其控制系統(tǒng)帶有使充電架循環(huán)運行的軌道或輸送帶，其上載有充電機。
10.如權利要求9的電動車輛動力電池快速更換站，其特征在于所述使充電架循環(huán)運動的軌道或輸送帶設置成使其在與所述電動車輛輸送帶相鄰一側(cè)的運動方向與該電動車輛輸送帶相反。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種純電動車輛動力電池快速更換站，該系統(tǒng)通過無線通訊的方式將純電動車輛整車控制系統(tǒng)、快換機械手系統(tǒng)、車輛傳送控制系統(tǒng)、充電架運轉(zhuǎn)控制系統(tǒng)、充電機控制系統(tǒng)、監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)連接在一起，組成了一個智能的純電動車輛電池快換系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)可實現(xiàn)車輛的自動進站、停車、電池箱艙門打開、電池箱解鎖、電池更換、電池箱鎖止、電池箱艙門關閉、車輛出站，從而可以迅速、快捷地完成車輛中動力電池的自動更換。
文檔編號B60S5/06GK102167015SQ20111007057
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權日2011年3月23日
發(fā)明者周輝, 孫逢春, 林程 申請人:北京理工華創(chuàng)電動車技術有限公司