專利名稱：一種電動汽車電池箱更換系統及方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電動汽車技術領域，具體涉及一種電動汽車電池箱更換系統及方法。
背景技術：
電動汽車以電力為主要能源，具有排放低、能量使用效率高等優(yōu)點，是替代燃油汽車的主要選擇。在全球能源和環(huán)境問題日益突出的形勢下，發(fā)展電動汽車成為擺脫石油資源依賴、實現節(jié)能減排、緩解能源環(huán)境問題的重要途徑。電動汽車的能量補充模式目前有三種交流充電、直流充電、電池更換。針對大型純電動客車，電池更換模式更適合電動客車的發(fā)展。在電池更換方式下，汽車就如同手機一樣，動力電池可以被換下，在換電站內將沒電的電池換下，換上充好電的電池，完成蓄能。
隨著我國電動汽車充換電站的建設，各種電動汽車電池更換設備也應運而生。目前所應用的更換設備主要分為自旋轉一步式、全自動兩步式方案。蓄電池的使用及快速更換技術成為電動汽車產業(yè)化發(fā)展的一項關鍵技術。目前純電動汽車由于續(xù)駛里程等因素，所配備的電池組數量大、布置位置不統一，導致了電池箱不能夠被方便快速的更換。目前電動汽車電池箱更換主要采取從車上卸下電池后在更換設備上旋轉180度，再將虧電電池放入電池架，更換設備所需旋轉空間較大，從而更換設備運行要占用較寬的更換空間，且旋轉速度較難選定，旋轉快，容易將電池甩出，旋轉慢，降低效率，旋轉占用空間較大。例如北京理工大學的王震坡等人申請的“電動車動力電池組快速更換系統”發(fā)明專利，申請?zhí)枮镃N200810009129. 3，該快速更換系統包括快卸機構和移送機構?？煨稒C構包括一個真空吸盤或電磁吸盤，其能夠將電池箱從電動車車身中拉出或將其推到電動車車身中。所述移送機構采用三坐標平動加旋轉的工作模式，從而能夠將所述拆卸下來的電池箱移送到充電架中和/或將從充電架中取下來的電池箱插到電動車中，從而完成電動車動力電池組的機械快速裝載和更換。該系統采用平動加旋轉的工作模式。對電動汽車電池箱更換技術的其他研究還包括申請?zhí)枮镃N200910090807. 8發(fā)明名稱為“一種電動汽車的動力電池的更換系統及更換方法”發(fā)明專利申請，解決了從車上拆卸虧電電池以及從電池架上取放電池的問題，更換系統包括舉升設備、舉升支點、更換設備、和電池存放平臺，其中更換設備同時負責定位、換裝、堆垛等多個功能，使得更換設備體積較大，更換效率較低。又如申請?zhí)枮镃N201010603039. 4發(fā)明名稱為“一種電動汽車電池的自動快換系統及自動快換方法”的發(fā)明專利請，可以滿足電動汽車電池箱的自動快速更換，系統包括設置在車體下部的電池倉、電池箱及升降臺。該專利申請僅公布了電池快速更換的裝置及方法，但并未涉及如何對虧電電池的充電，沒有虧電電池充電和滿電電池安裝相配合的系統不能稱之為完整的電池更換系統。2011年申請?zhí)枮镃N201110096497. 8的新申請公布了一種便攜式電動汽車的電池
更換系統及其更換方法，解決了無法更換轎車電池和駕駛途中急需換電難題，且不需在換電站就能直接更換電動汽車電池。該系統設有可折疊電動液壓升降平臺、電池箱升降平臺小車、電池箱托盤和集成控制平臺。該裝置適合于長時間行駛車輛攜帶，但是現實應用中，駕駛員既要攜帶滿電電池，有要攜帶電池更換裝置，這對電動車輛的推廣是極其不利的。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于提供一種電動汽車電池箱更換系統及方法，更換系統利用更換工位正上方或正下方的空間存放充電箱，使得更換系統節(jié)約50%以上占地面積，很好地解決了現有更換站占地面積大的缺點；且更換方法采用立體抽取式的更換模式，電池在更換過程中無需旋轉，也無需利用堆垛機進行二次傳遞，更換時間縮短。為實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術方案為一種電動汽車電池箱更換系統，所述更換系統包括位于更換工位兩側對稱布置的 更換裝置和垂直導軌，更換工位上設置的車輛定位裝置，封閉的充電箱，位于所述充電箱內部的電池架，充電機；其改進之處在于所述充電箱位于更換工位的正上方或正下方；當所述充電箱位于更換工位正上方時，更換工位正上方設有用于放置所述充電箱的支撐架；當所述充電箱位于更換工位正下方時，更換工位正下方設有用于放置所述充電箱的地槽。本發(fā)明的另一優(yōu)選技術方案為支撐架和地槽均為至少I層結構。本發(fā)明的又一優(yōu)選技術方案為所述更換裝置設于可沿車輛進出方向移動的垂直導軌上，更換裝置可沿所述導軌上下移動。本發(fā)明的再一優(yōu)選技術方案為所述充電箱采用封閉式箱體結構。本發(fā)明的又一優(yōu)選技術方案為所述電池架開口方向與所述更換裝置相對。本發(fā)明的再一優(yōu)選技術方案為所述充電機位于所述充電箱內部電池架的上方，或所述充電機位于所述充電箱外部的充電機柜內，所述充電機柜設置于所述支撐架上或地槽內。本發(fā)明的另一優(yōu)選技術方案為所述方法包括如下步驟I)車輛進入更換工位后定位；2)更換裝置移動對準車輛電池位，更換裝置采用抽取方式將車輛上虧電電池取下；3)更換裝置移動對準電池架空位，將虧電電池放置于電池架空位；4)更換裝置移動對準電池架電池位，更換裝置采用抽取方式將電池架上滿電電池取下；5)更換裝置移動對準車輛空位，將滿電電池放置于車輛空位；6)重復步驟2-5直至車輛的電池箱更換完畢。由于采用了上述技術方案，與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果包括I)節(jié)約占地本發(fā)明充分利用車輛換電工位的正上方或地下空間位置存儲電池，換電站占地面積小于現有換電模式的50%以上；2)更換效率提高
電池更換無需旋轉，可以有效的避免旋轉占用空間較大和將電池甩出的情況；且電池更換無需經過中間環(huán)節(jié)，由更換設備直接完成電池架和車輛間電池更換，縮短了電池更換時間，更換速度大大加快；3)系統通用性能良好電池架的容納電池的數量可大可小，大到上萬塊電池省級中轉站，小到幾十塊電池城市中心站，都可相應配置；電池架整體封閉，電池溫度容易控制，冬季充分利用充電機的熱量，解決了電池庫保溫問題，更換系統可適用于各種環(huán)境；4)系統經濟性能提高更換設備結構簡單且更換技術成熟，建站速度快，系統自動化程度高，設備維護量較小，故障率低，更換穩(wěn)定可靠，增強了更換系統的經濟性。


下面結合附圖對本發(fā)明進一步說明圖I是更換系統地上形式整體示意圖；圖2是更換系統地上形式俯視圖；圖3是更換系統地上形式左視圖；圖4是更換系統地上形式主視圖；圖5是更換系統地下形式整體示意圖；圖6是更換系統地下形式主視圖；附圖標記I-更換裝置，2-車輛定位裝置，3-充電箱，4-電池架，5-充電機，6-支撐架，7-地槽，8-垂直導軌。
具體實施例方式下面結合實例對本發(fā)明進行詳細的說明。本發(fā)明提供了一種電動汽車電池箱的立體更換方法及系統。更換方法為立體抽取式更換模式，電池架4位于更換車輛的正上方或下方，更換裝置I位于車輛兩側，當車輛進入更換工位后，更換裝置I將電池從車上取下，放入電池架4內的空位，再將充滿電的電池從電池架4取下，直接裝入車內。由于此更換方式中，取下電池無需旋轉，也無需對電池進行二次存放，故此更換方式是對現有更換方式的一種創(chuàng)新。如圖I更換系統整體示意圖和圖2-4更換系統俯視圖、側視圖及主視圖所示，更換系統包括I)車輛停車定位系統；2)從車輛上裝卸電池的更換裝置I ;3)位于車輛正上方或下方存放和給電池箱3充電的電池架4及充電機5。該方法更換裝置I基于現有成熟的堆垛機技術、動作簡單可靠且靈活迅速、更換系統體積明顯減小，電池箱更換過程中無需旋轉，也不需要二次傳遞，直接由車上到電池架4上，更換距離及時間比起以往的電池更換方式大大縮短，具有高可靠性、高效更換電池、節(jié)省至少50%以上更換站占地面積等優(yōu)點。
該方式的更換模式電池架3采用封閉式箱體結構，一年四季均可保證電池最佳充電溫度，提高了保證電池使用壽命，也解決了防塵問題，較好地解決了電池充電環(huán)境問題。I)車輛停車定位系統；車輛定位裝置I位于車輛更換工位的地面，用于引導和調整車輛準確停放在合適車輛更換的位置。2)從車輛上裝卸電池的更換裝置；更換裝置與2012年7月11日公布的申請?zhí)枮?01210001909. 7的發(fā)明專利申請
中更換裝置相同，更換裝置I設于垂直導軌8上，垂直導軌8可沿車輛進出方向移動，更換 裝置I可沿垂直導軌8上下移動，更換裝置I上的機械臂能與車輛上的電池和電池架4上的電池實現自動定位、抓緊并解開電池鎖具的功能。更換裝置I采用立體抽取式取放電池，更換過程電池無需旋轉。更換裝置I上安裝多個更換機械臂，可同時更換I塊以上的電池。每個更換工位兩側對稱布置更換裝置I 一臺或更多，車輛定位后，更換裝置I可同時作業(yè)，提高更換效率，縮短更換時間。3)位于車輛正上方或下方存放和給電池充電的電池架4及充電機5。本發(fā)明較大的改進之處在于充電箱3的位置，充電箱3、電池架4和充電機5位于車輛更換工位的正上方或下方；充電箱3可位于車輛換電工位的上方。根據現場情況在更換工位的正上方修建鋼結構或永久建筑的支撐架6,用于放置充電箱3 ;充電箱3內對稱放置電池架4和充電機5,每側電池架4開口朝向更換裝置1，以便于方便的取放電池。為了有效利用空間，充電機5可位于電池架4的上方(都在充電箱3內)，也可在充電箱3外設置單獨的充電機柜放置充電機5。放置充電箱3的支撐架6不僅限于I層，可根據情況設置η層，其中η為自然數，I 5，多層設計可以提高更換效率，更換裝置I抬升高度相應提升。充電箱3可位于車輛更換工位的下方。如圖5-6所示為充電箱位于更換工位下方時，更換系統示意圖。根據現場情況開挖地槽7，用于放置充電箱3，車輛換電工位位于充電箱3的正上方；更換裝置I也位于地下，地面上更換工位的兩側留出可讓更換裝置I移動的通道。為了有效利用空間，充電機5可位于電池架4的上方(都在充電箱3內)，也可在充電箱3外設置單獨的充電機柜放置充電機5。放置充電箱3的地槽7建筑不僅限于I層，可根據情況設置η層，其中η為自然數，I ^ 5,多層設計可以提高更換效率，更換裝置I抬升聞度相應提升。電池架4和充電機5放置于能夠封閉的充電箱3內，便于控制充電環(huán)境溫度和濕度；或電池架4放置在封閉的充電箱3內，充電機柜單獨放置。利用更換系統對電池的更換方法如下車輛進入更換工位；車輛定位；每側更換裝置I動作，機械臂定位，從車上取下虧電電池，更換裝置I帶著虧電電池移動，把虧電電池放置于電池架4的空位；更換裝置I至充滿電的電池位，機械臂定位，并從電池架4上取下滿電電池；更換裝置I帶著滿電電池移動至車輛電池位，機械臂動作，把滿電電池送入車輛電池空位。更換裝置I重復更換下一個電池箱，直至所有電池箱均被更換完成為止。此處已經根據特定的示例性實施例對本發(fā)明進行了描述。對本領域的技術人員來說在不脫離本發(fā)明的范圍下進行適當的替換或修改將是顯而易見的。示例性的實施例僅僅是例證性的，而不是對本發(fā)明的范圍的限制， 本發(fā)明的范圍由所附的權利要求定義。
權利要求
1.一種電動汽車電池箱更換系統，所述更換系統包括位于更換エ位兩側對稱布置的更換裝置(I)和垂直導軌(8)，更換エ位上設置的車輛定位裝置(2)，封閉的充電箱(3)，位于所述充電箱⑶內部的電池架(4)，充電機(5);其特征在于所述充電箱(3)位于更換エ位的正上方或正下方； 當所述充電箱(3)位于更換エ位正上方吋，更換エ位正上方設有用于放置所述充電箱(3)的支撐架(6)； 當所述充電箱(3)位于更換エ位正下方吋，更換エ位正下方設有用于放置所述充電箱(3)的地槽(7)。
2.如權利要求I所述的ー種電動汽車電池箱更換系統，其特征在于支撐架(6)和地槽(7)均為至少I層結構。
3.如權利要求I所述的ー種電動汽車電池箱更換系統，其特征在于所述更換裝置(I)設于可沿車輛進出方向移動的垂直導軌(8)上，更換裝置(I)可沿所述導軌(8)上下移動。
4.如權利要求I所述的ー種電動汽車電池箱更換系統，其特征在于所述充電箱(3)采用封閉式箱體結構。
5.如權利要求I所述的ー種電動汽車電池箱更換系統，其特征在于所述電池架(4)開ロ方向與所述更換裝置(I)相対。
6.如權利要求I所述的ー種電動汽車電池箱更換系統，其特征在于所述充電機(5)位于所述充電箱(3)內部電池架⑷的上方，或所述充電機(5)位于所述充電箱(3)外部的充電機柜內，所述充電機柜設置于所述支撐架(6)上或地槽(7)內。
7.ー種利用如權利要求I所述系統的電池箱更換方法，其特征在于所述方法包括如下步驟 1)車輛進入更換エ位后定位； 2)更換裝置移動對準車輛電池位，更換裝置采用抽取方式將車輛上虧電電池取下； 3)更換裝置移動對準電池架空位，將虧電電池放置于電池架空位； 4)更換裝置移動對準電池架電池位，更換裝置采用抽取方式將電池架上滿電電池取下； 5)更換裝置移動對準車輛空位，將滿電電池放置于車輛空位； 6)重復步驟2-5直至車輛的電池箱更換完畢。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電動汽車電池箱更換系統及方法，屬于電動汽車技術領域，更換系統很好地解決了現有更換站占地面積大的問題。更換系統包括位于更換工位兩側對稱布置的更換裝置和可沿車輛進出方向移動的垂直導軌，更換工位上設置的車輛定位裝置，封閉的充電箱，位于所述充電箱內部的電池架，充電機；充電箱位于更換工位的正上方或正下方；更換工位正上方對應設置支撐架，更換工位正下方對應設置地槽。本發(fā)明更換系統利用更換工位正上方或正下方的空間存放充電箱，使得更換系統節(jié)約50％以上占地面積，且更換方法采用立體抽取式的更換模式，電池在更換過程中無需旋轉，也無需利用堆垛機進行二次傳遞，更換時間縮短。
文檔編號B60S5/06GK102849042SQ20121031562
公開日2013年1月2日 申請日期2012年8月30日 優(yōu)先權日2012年8月30日
發(fā)明者王立濤, 余英, 李武峰, 李連更, 嚴輝, 李翔, 魏剛 申請人:北京國網普瑞特高壓輸電技術有限公司, 國家電網公司