專利名稱：電動商用車電池更換裝置及換電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能源技術(shù)利用領(lǐng)域，尤其涉及一種適用于電動商用車的電池更換裝 置，以及換電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
作為新能源戰(zhàn)略和智能電網(wǎng)的重要組成部分，以及國務(wù)院確定的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè) 之一，電動汽車將逐漸成為中國汽車工業(yè)和能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重點。在電動汽車尤其是電動 商用車的商業(yè)化產(chǎn)業(yè)化過程中，如何對電動商用車進行能量補給則是極為重要的影響因 素，完善的能量補給系統(tǒng)將為電動商用車的使用提供非常重要的支撐。電動商用車的特點在于其電池組數(shù)多，大部分多達12組，占用空間大。而目前已 建設(shè)的換電設(shè)施，其電池更換裝置往往采用的是半自動或人工方式，對于大批量的電池更 換過程來說，更換時間比較長，而且裝卸困難，需要耗費較多的人力物力。對于換電設(shè)施來 說，由于電動商用車的電池的周轉(zhuǎn)周期較長，其充電機的利用率也比較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種適用于電動商用車的電池更換裝置及換電系統(tǒng)，能夠提 高電池的更換效率，節(jié)省人力物力。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種適用于電動商用車的電池更換裝置，包括主框架，定位機構(gòu)，由垂直定位機構(gòu)和水平定位機構(gòu)組成，所述垂直定位機構(gòu)設(shè)于所述主 框架內(nèi)，用于根據(jù)控制臺指令沿所述主框架的垂直立柱滑動到預(yù)設(shè)位置，所述水平定位機 構(gòu)設(shè)于所述主框架的下部，用于根據(jù)控制臺指令運載所述主框架在地面的水平導(dǎo)軌上滑動 到預(yù)設(shè)位置；旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，設(shè)于所述垂直定位機構(gòu)的下部，用于根據(jù)控制臺指令在所述垂直定位 機構(gòu)上旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度；側(cè)移機構(gòu)，設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上，用于根據(jù)控制臺指令沿所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)在垂直于 水平導(dǎo)軌的方向上側(cè)移預(yù)設(shè)位移；推拉機構(gòu)，設(shè)于所述側(cè)移機構(gòu)上，用于根據(jù)控制臺指令對電池組執(zhí)行推拉動作。進一步的，所述電池更換裝置還包括用于發(fā)出控制臺指令的控制臺，所述控制臺 與所述定位機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、側(cè)移機構(gòu)和推拉機構(gòu)相連。進一步的，所述主框架包括底面、頂部框架和多根垂直立柱，所述多根垂直立柱在 所述底面和頂部框架之間垂直設(shè)置。進一步的，所述垂直定位機構(gòu)包括升降框架、升降動力機構(gòu)和升降傳動機構(gòu)，所述 升降框架設(shè)在所述垂直立柱所圍成的空間內(nèi)，可沿垂直立柱滑動，所述升降動力機構(gòu)根據(jù) 控制臺指令驅(qū)動所述升降傳動機構(gòu)，使所述升降框架沿所述主框架的垂直立柱滑動到預(yù)設(shè) 位置。
進一步的，所述水平定位機構(gòu)包括行走輪、行走動力機構(gòu)和行走傳動機構(gòu)，所述行 走輪設(shè)于所述主框架的底面的下部，所述行走動力機構(gòu)根據(jù)控制臺指令驅(qū)動所述行走傳動 機構(gòu)，使所述主框架隨著行走輪沿地面的水平導(dǎo)軌滑動到預(yù)設(shè)位置。進一步的 ，所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)框架、旋轉(zhuǎn)動力機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn) 框架設(shè)于所述升降框架的下部，可相對于所述旋轉(zhuǎn)框架在升降框架的軸旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)動 力機構(gòu)根據(jù)控制臺指令驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)，使所述旋轉(zhuǎn)框架相對于所述旋轉(zhuǎn)框架在升 降框架的軸轉(zhuǎn)動到預(yù)設(shè)角度。進一步的，所述側(cè)移機構(gòu)包括側(cè)移框架、側(cè)移動力機構(gòu)和側(cè)移傳動機構(gòu)，所述側(cè) 移框架設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)框架上，可沿旋轉(zhuǎn)框架在垂直于水平導(dǎo)軌的方向上側(cè)移，所述側(cè)移動 力機構(gòu)根據(jù)控制臺指令驅(qū)動所述側(cè)移傳動機構(gòu)，使所述側(cè)移框架沿旋轉(zhuǎn)框架在垂直于水平 導(dǎo)軌的方向上側(cè)移預(yù)設(shè)距離。進一步的，所述推拉機構(gòu)包括推拉框架、推拉動力機構(gòu)、推拉傳動機構(gòu)和電磁鐵， 所述推拉框架可滑動的設(shè)于所述側(cè)移框架上，所述電磁鐵設(shè)在所述推拉框架上，根據(jù)控制 臺指令通過電磁作用吸放電池組，所述推拉動力機構(gòu)根據(jù)控制臺指令驅(qū)動所述推拉傳動機 構(gòu)，使所述推拉框架沿側(cè)移框架執(zhí)行推拉動作。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種包括前述任一電池更換裝置的換電系統(tǒng)，還 包括供電單元，用于為整個換電系統(tǒng)提供電源；充電單元，用于對電池組進行充電，將充滿電的電池排入換電序列；監(jiān)控通訊單元，通過控制器局域網(wǎng)總線與所述供電單元、充電單元、電池更換裝置 相連，用于實時接收被監(jiān)控對象的運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的存儲、處理、顯示、查詢及告警 功能。進一步的，所述供電單元具體包括交流進線柜，用于從外部接入兩路交流電源，對所述兩路交流電源進行切換；交流饋線柜，用于對所述交流進線柜的交流電源進行分配，并引入所述充電單元。進一步的，所述充電單元具體包括充電架，用于放置多個電池組；充電機柜，包括多臺充電機，用于對所述充電架上的電池組進行充電。進一步的，所述充電單元還包括煙霧報警單元，用于檢測充電架中的電池組因過充或短路引起的煙霧，并向所述 監(jiān)控通訊單元上報報警信號。進一步的，所述充電單元還包括 電池信息讀取模塊，用于讀取電池組中的電池管理系統(tǒng)記錄的電池數(shù)據(jù)；充電停止模塊，用于根據(jù)所述電池管理系統(tǒng)發(fā)出的電池故障信息停止充電機的充 電操作。進一步的，所述充電單元還包括充電選擇模塊，用于在無法讀取電池組中的電池管理系統(tǒng)記錄的電池數(shù)據(jù)時，選 擇不進行充電或選用先恒流再恒壓的充電方法。進一步的，所述充電單元還包括
充電狀態(tài)指示模塊，用于顯示充電架上各個電池組的充電狀態(tài)；故障告警模塊，用于向所述監(jiān)控通訊單元發(fā)送故障告警信息； 電池信息上報模塊，用于向所述監(jiān)控通訊單元傳送各個電池組的電池管理系統(tǒng)發(fā) 送的電池數(shù)據(jù)。進一步的，所述監(jiān)控通訊單元包括數(shù)據(jù)處理模塊，用于實時接收被監(jiān)控對象的運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的存儲、處 理、顯示、查詢及告警功能；遠(yuǎn)程控制模塊，用于對換電序列和電動商用車進行調(diào)度以及向電池更換裝置及充 電單元進行遠(yuǎn)程控制；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊，用于向上層的調(diào)度中心轉(zhuǎn)發(fā)運行數(shù)據(jù)?；谏鲜黾夹g(shù)方案，本發(fā)明電池更換裝置能夠自動進行電動商用車的電池組更 換，整個電池組的裝卸過程由電池更換裝置完成，十分方便，且更換時間短，由于提高了電 池更換的效率，因此可以在單位時間內(nèi)完成更多次的電池更換，電池更換周期更短，從而使 充電機能夠更充分地進行充電，利用率更高。


此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā) 明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中圖1為本發(fā)明換電系統(tǒng)的一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明換電系統(tǒng)實施例中的供電單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明換電系統(tǒng)實施例中的充電單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明換電系統(tǒng)實施例中的監(jiān)控通訊單元的監(jiān)控和通訊連線示意圖。圖5為本發(fā)明換電系統(tǒng)實施例的一種換電流程的流程示意圖。圖6為本發(fā)明換電系統(tǒng)的一種換電工位的平面布置示意圖。圖7為本發(fā)明電池更換裝置的一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本發(fā)明電池更換裝置實施例的一種電池更換流程的流程示意圖。
具體實施例方式下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)描述。如圖1所示，為本發(fā)明換電系統(tǒng)的一實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實施例中，換電系 統(tǒng)包括供電單元1、充電單元2、電池更換裝置3以及監(jiān)控通訊單元4。其中，供電單元1負(fù) 責(zé)為整個換電系統(tǒng)提供電源。充電單元2負(fù)責(zé)對電動商用車可使用的電池組進行充電，將 充滿電的電池組排入換電序列。這里的換電序列是指作為備選的更換電池組的多個充滿電 的電池組的信息。監(jiān)控通訊單元4通過控制器局域網(wǎng)(Controller Area Network，簡稱CAN)總線與 供電單元1、充電單元2、電池更換裝置3相連，監(jiān)控通訊單元4對供電單元1、充電單元2、電 池更換裝置3進行監(jiān)控和控制，并實時接收被監(jiān)控對象的運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的存儲、 處理、顯示、查詢及告警功能。如圖2所示，為本發(fā)明換電系統(tǒng)實施例中的供電單元的結(jié)構(gòu)示意圖。供電單元1具體包括交流進線柜11和交流饋線柜12。供電單元1從外部引入兩路交流電源(例如三 相五線制的AC380V等)，這兩路交流電源互為備用。交流進線柜11負(fù)責(zé)從外部接入該兩路 交流電源，對該兩路交流電源進行切換。交流饋線柜12負(fù)責(zé)對交流進線柜11的交流電源 進行分配，并引入充電單元2。交流饋線柜12可為每兩個充電機柜分配一次交流電源。供 電單元1不僅為充電單元提供電源，還為電池更換裝置3和監(jiān)控通訊單元4提供工作電源。如圖3所示，為本發(fā)明換電系統(tǒng)實施例中的充電單元的結(jié)構(gòu)示意圖。充電單元2 可以具體包括充電架21和充電機柜22，充電架21上可以放置多個電池組，包括待充的電池 組和充滿電的電池組。在換電序列中的電池組將在電池更換流程中被換入電動商用車，電 動商用車內(nèi)的電池將在電池更換流程中被放置在充電架21上等待充電。充電機柜22中包括多臺充電機，這些充電機負(fù)責(zé)對充電架21上的電池組進行充 電。充電時通常采用直流充電，需要對交流電源進行整流得到直流工作電源?？紤]到充電架21中的電池組可能出現(xiàn)過充或短路等情況，嚴(yán)重時甚至發(fā)生燃燒 的情況，因此為了能及時發(fā)現(xiàn)這種嚴(yán)重情況，在充電架內(nèi)可以設(shè)置煙霧報警單元，來檢測充 電架中的電池組因過充或短路引起的煙霧，并向監(jiān)控通訊單元4上報報警信號。在另一個實施例中，充電單元2還可以與電池組內(nèi)的電 池管理系統(tǒng)(Battery Management System，簡稱BMS)進行通信，從而對電池組充電過程進行更精細(xì)的控制。充電 單元2可以包括電池信息讀取模塊，負(fù)責(zé)讀取電池組中的電池管理系統(tǒng)記錄的電池數(shù)據(jù)。 充電單元還可以包括充電停止模塊，負(fù)責(zé)根據(jù)所述電池管理系統(tǒng)發(fā)出的電池故障信息停止 充電機的充電操作。如果電池組的電池管理系統(tǒng)出現(xiàn)電路或接口故障，或者與充電單元2之間的信息 交互過程因協(xié)議等原因而導(dǎo)致無法正常讀取電池管理系統(tǒng)記錄的電池數(shù)據(jù)，此時在脫離電 池管理系統(tǒng)的情況下，可以在充電單元2設(shè)置充電選擇模塊來選擇是否充電，以及充電時 的策略，例如選用先恒流再恒壓的充電方法，來確保電池組的總電壓不超過規(guī)定上限。在其他實施例中，充電單元2還可以根據(jù)需求包括充電狀態(tài)指示模塊、故障告警 模塊或電池信息上報模塊等，且不限于這幾種模塊。充電狀態(tài)指示模塊負(fù)責(zé)顯示充電架21 上各個電池組的充電狀態(tài)。故障告警模塊負(fù)責(zé)向監(jiān)控通訊單元4發(fā)送故障告警信息。電池 信息上報模塊負(fù)責(zé)向監(jiān)控通訊單元4傳送各個電池組的電池管理系統(tǒng)發(fā)送的電池數(shù)據(jù)。如圖4所示，為本發(fā)明換電系統(tǒng)實施例中的監(jiān)控通訊單元的監(jiān)控和通訊連線示意 圖。監(jiān)控通訊單元4通過CAN總線與各個充電機柜中的充電機進行連接，煙霧報警單元也 通過CAN總線與監(jiān)控通訊單元4相連。監(jiān)控通訊單元4的相關(guān)控制指令可通過協(xié)議轉(zhuǎn)換器 進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，將控制臺指令下達到電池更換裝置2。監(jiān)控通訊單元4具體可以包括數(shù)據(jù)服務(wù)器41、監(jiān)控工作站42和TOB服務(wù)器43。 數(shù)據(jù)服務(wù)器41負(fù)責(zé)實時接收被監(jiān)控對象的運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的存儲、處理、顯示、查 詢及告警功能。監(jiān)控工作站42負(fù)責(zé)對換電序列和電動商用車等進行調(diào)度以及向電池更換 裝置及充電單元等進行遠(yuǎn)程控制。WEB服務(wù)器43負(fù)責(zé)向上層的調(diào)度中心轉(zhuǎn)發(fā)運行數(shù)據(jù)。下面根據(jù)前面對換電系統(tǒng)實施例的描述給出一個換電流程實例，如圖5所示，為 本發(fā)明換電系統(tǒng)實施例的一種換電流程的流程示意圖。該換點過程可在圖6所示的換電工 位上完成，在圖6中，由于電動商用車的體積較大，且電池艙通常設(shè)在車的兩側(cè)，因此在車 輛的兩側(cè)設(shè)置了兩組電池更換裝置，并且分別對應(yīng)配置了充電架和充電機柜。該換電流程包括步 驟S101、電動商用車根據(jù)指示進入電池更換區(qū)域。步驟S102、由于該電動商用車已提出電池更換請求，監(jiān)控通訊單元對該電動商用 車進行監(jiān)控，并通過車輛信息識別設(shè)備讀取該電動商用車的車輛信息。步驟S103、監(jiān)控通訊單元根據(jù)車輛信息和已列入換電序列的電池組的電池信息準(zhǔn) 備在本次電池更換所使用的電池組的換電序列。步驟S104、確定換電序列后，監(jiān)控通訊單元發(fā)出調(diào)度指令指示將該電動商用車停 放到便于電池更換的位置，電動商用車就位后，打開電池艙門，準(zhǔn)備更換電池。步驟S105、關(guān)閉該電動商用車整車的高低壓供電。步驟S106、電池更換裝置將電池艙內(nèi)需要更換的電池組取出并卸放到充電架。步驟S107、電池更換裝置將從換電序列取出的充滿電的電池組裝入電池艙。步驟S108、檢查電池組是否全部換完，如果未全部換完，則返回到步驟S106繼續(xù) 更換，否則執(zhí)行步驟S109。步驟S109、監(jiān)控通訊單元通過車輛信息識別設(shè)備記錄該電動商用車的車輛更換信 肩、ο步驟S110、該電動商用車在完成電池更換過程后駛離換電區(qū)域。步驟S111、當(dāng)從電動商用車更換下來的電池組被放置在充電架后，充電單元與這 些被更換的電池組中的BMS通信，將電池數(shù)據(jù)讀取出來，并將電池數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控通訊單 元，監(jiān)控通訊單元判斷該電池是否存在故障，是則執(zhí)行步驟S112，否則執(zhí)行步驟S114。步驟S112、將存在故障的電池組送到維護間進行故障診斷和維修，記錄故障信息。步驟S113、將維修好的電池送充電架進入正常的充電程序，然后執(zhí)行步驟S115。步驟S114、如果監(jiān)控通訊單元分析認(rèn)為電池組正常，不存在故障，則進入正常的充 電程序，由充電機對電池組充電。步驟Sl 15、充滿電的電池組進入換電序列，進入換電序列的電池組等待以后換電 流程中進行更換。通過上述換電流程，可以看出電池更換的全程均由監(jiān)控通訊單元進行控制，不需 要由人工完成調(diào)度和電池組的裝卸，電池更換相比于現(xiàn)有技術(shù)則十分方便，且更換時間短。 電池更換的效率更高，可在單位時間內(nèi)完成更多次的電池更換，縮短了電池更換周期，從而 使充電機能夠更充分地被使用，利用率更高。下面通過圖7對本發(fā)明電池更換裝置的一實施例的結(jié)構(gòu)進行詳細(xì)說明。本實施例 的電池更換裝置是考慮到電動商用車的特點進行設(shè)計的，由于電動商用車車體較大，使用 的電池組較多，且電池組的位置通常設(shè)置在車體的兩側(cè)，因此為了提高電池更換的效率，電 池更換裝置采用了從側(cè)方向取放電池組的方式。電池更換裝置可以包括以下部分主框架100、定位機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)400、側(cè)移機構(gòu) 500和推拉機構(gòu)600。其中定位機構(gòu)由垂直定位機構(gòu)200和水平定位機構(gòu)300組成。垂直 定位機構(gòu)200設(shè)于主框架100內(nèi)，可以根據(jù)控制臺指令沿主框架100的垂直立柱102滑動 到預(yù)設(shè)位置。水平定位機構(gòu)300設(shè)于主框架100的下部，可以根據(jù)控制臺指令運載主框架 100在地面的水平導(dǎo)軌上滑動到預(yù)設(shè)位置。定位機構(gòu)的作用是將電池更換裝置移動到便于電池更換的位置，例如水平定位機構(gòu)將電池更換裝置移動到電動商用車的電池艙和充電架上的處于換電序列的電池組相對 應(yīng)的位置，這樣在電池組更換時就不需要反復(fù)移動電池更換裝置，從而提高了電池更換效 率。垂直定位機構(gòu)可以根據(jù)電池艙的高度以及充電架上的電池的高度進行調(diào)整，從而能夠 方便的取出和放回電池組。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)400設(shè)于垂直定位機構(gòu)200的下部，其旋轉(zhuǎn)軸設(shè)在垂直定位機構(gòu)200上， 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)400可以根據(jù)控制臺指令在垂直定位機構(gòu)上旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度，例如利用旋轉(zhuǎn)機構(gòu) 400將從電動商用車的電池艙中取出的電池組和從充電架上取下的電池組調(diào)轉(zhuǎn)180度，使 得放置電池組更加方便，也更有效率。側(cè)移機構(gòu)500設(shè)于旋轉(zhuǎn)機構(gòu)400上，可以根據(jù)控制臺指令沿旋轉(zhuǎn)機構(gòu)在垂直于水 平導(dǎo)軌的方向上側(cè)移預(yù)設(shè)位移。設(shè)置側(cè)移機構(gòu)500是考慮到電池艙和充電架均與電池更 換裝置有一定的距離，為了能夠順利地裝卸電池，利用側(cè)移機構(gòu)500可以將電池組從側(cè)向 放到便于放置電池組的位置。前面已提到電動商用車的電池艙通常設(shè)置在側(cè)部，因此可以 在電動商用車的兩側(cè)設(shè)置兩個電池更換裝置，通過側(cè)移機構(gòu)500從電動商用車中取出電池 組，并放入充滿電的電池組。推拉機構(gòu)600設(shè)于側(cè)移機構(gòu)500上，可以根據(jù)控制臺指令對電池組執(zhí)行推拉動作。 電池組的取放可以采用純機械式的夾取，也可以在推拉機構(gòu)600上設(shè)置電磁鐵602來完成。 電池更換裝置從電動商用車的側(cè)方向取放電池組時，利用電磁鐵602的吸力進行取放則非 常方便，易于控制，其結(jié)構(gòu)上也比較簡單。在電池更換裝置中的各種機構(gòu)可以接收外部的監(jiān)控通訊單元發(fā)出的控制臺指令， 也可以在電池更換裝置內(nèi)設(shè)置控制臺，該控制臺可由技術(shù)人員操作發(fā)出控制臺指令或者接 收外部的監(jiān)控通訊單元，再轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的控制臺指令進行控制。下面對組成電池更換裝置的各個機構(gòu)進行說明。參見圖7，主框架100包括底面 101、頂部框架103和多根垂直立柱102，多根垂直立柱102在底面101和頂部框架103之間 垂直設(shè)置。主框架100作為電池更換裝置的整體框架，為其他各個機構(gòu)提供支撐。垂直定位機構(gòu)200包括升降框架201、升降動力機構(gòu)和升降傳動機構(gòu)，升降框架 201設(shè)在垂直立柱102所圍成的空間內(nèi)，可沿垂直立柱102滑動，升降動力機構(gòu)可根據(jù)控制 臺指令驅(qū)動升降傳動機構(gòu)，使升降框架201沿主框架100的垂直立柱102滑動到預(yù)設(shè)位置。 升降動力機構(gòu)可以采用工程上常用的電機，升降傳動機構(gòu)可采用鏈輪鏈條機構(gòu)，來拉動升 降框架201的升降。水平定位機構(gòu)300包括行走輪301、行走動力機構(gòu)和行走傳動機構(gòu)，行走輪301設(shè) 于主框架100的底面101的下部，行走動力機構(gòu)可根據(jù)控制臺指令驅(qū)動行走傳動機構(gòu)，使主 框架100隨著行走輪沿地面的水平導(dǎo)軌滑動到預(yù)設(shè)位置。行走動力機構(gòu)可采用工程上常用 的電機，通過驅(qū)動行走傳動機構(gòu)(例如采用傳動軸方式等)來帶動行走輪101滑動。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)400包括旋轉(zhuǎn)框架401、旋轉(zhuǎn)動力機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)，旋轉(zhuǎn)框架401設(shè) 于升降框架201的下部，可相對于旋轉(zhuǎn)框架401在升降框架201的軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)動力機構(gòu)可 根據(jù)控制臺指令驅(qū)動旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)，使旋轉(zhuǎn)框架相對于旋轉(zhuǎn)框架在升降框架的軸轉(zhuǎn)動到預(yù) 設(shè)角度。旋轉(zhuǎn)動力機構(gòu)可以采用工程上常用的電機，旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)可采用齒輪軸承實現(xiàn)旋 轉(zhuǎn)框架401的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)操作在主框架內(nèi)完成，相比于通過旋轉(zhuǎn)整體框架的方式的旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，本實施例這種采用在主框架內(nèi)旋轉(zhuǎn)的方式的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由于旋轉(zhuǎn)半徑小，因此具備很高 的穩(wěn)定性，不容易發(fā)生震動或傾覆；另外，由于電池組的旋轉(zhuǎn)在主框架內(nèi)完成，其安全性相 比于整體框架的旋轉(zhuǎn)方式要更高，不容易對設(shè)備周圍的工作人員造成安全威脅；另外采用 這種旋轉(zhuǎn)方式的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)由于不易傾覆，其底座要比整體框架旋轉(zhuǎn)的方式所需要的底座要 小得多，因此也能節(jié)省換電工位的場地空間。側(cè)移機構(gòu)500包括側(cè)移框架501、側(cè)移動力機構(gòu)和側(cè)移傳動機構(gòu)，側(cè)移框架501設(shè) 于旋轉(zhuǎn)框架401上，可沿旋轉(zhuǎn)框架501在垂直于水平導(dǎo)軌的方向上側(cè)移，旋轉(zhuǎn)框架401可以 在垂直于水平導(dǎo)軌的方向上設(shè)置導(dǎo)軌或?qū)Р郏瑐?cè)移框架501可以沿著該導(dǎo)軌或?qū)Р郯l(fā)生側(cè) 移。側(cè)移動力機構(gòu)可根據(jù)控制臺指令驅(qū)動側(cè)移傳動機構(gòu)，使側(cè)移框架501沿旋轉(zhuǎn)框架401 在垂直于水平導(dǎo)軌的方向上側(cè)移預(yù)設(shè)距離。側(cè)移動力機構(gòu)可以采用工程上常用的電機，側(cè) 移傳動機構(gòu)可采用齒輪齒條機構(gòu)實現(xiàn)側(cè)移框架401的側(cè)移。本實施例采用側(cè)移機構(gòu)，相比于固定長度的電池托盤結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)充電架和車 輛所在位置進行靈活的距離調(diào)整，使側(cè)移框架能夠與電池組所在位置準(zhǔn)確對接，從而在進 行拖拽或推入動作時，能夠更加省力和順暢。推拉機構(gòu)600包括推拉框架601、推拉動力機構(gòu)、推拉傳動機構(gòu)和電磁鐵602，推拉 框架601可滑動的設(shè)于側(cè)移框架501上，電磁鐵602設(shè)在推拉框架601上，可根據(jù)控制臺指 令通過電磁作用吸放電池組，推拉動力機構(gòu)可根據(jù)控制臺指令驅(qū)動推拉傳動機構(gòu)，使推拉 框架601沿側(cè)移框架501執(zhí)行推拉動作。推拉動力機構(gòu)可以采用工程上常用的電機，推拉 傳動機構(gòu)可采用齒輪齒條機構(gòu)實現(xiàn)對電池組的推拉動作。在推拉框架601上還可以設(shè)置滾 筒，將電池組與推拉框架601之間的滑動摩擦轉(zhuǎn)換成與滾筒之間的滾動摩擦，從而能夠更 順暢的進行電池組的推拉。下面將再給出本發(fā)明電池更換裝置實施例的一種電池更換流程，以便對前述電池 更換裝置實施例內(nèi)的各個機構(gòu)的工作關(guān)系進行說明。如圖8所示，為本發(fā)明電池更換裝置 實施例的一種電池更換流程的流程示意圖。在初始狀態(tài)，處于充電架一側(cè)的推拉機構(gòu)上已 取出充滿電的電池組，處于停放車輛一側(cè)的推拉機構(gòu)空置。電動商用車的電池更換過程主 要包括更換車輛上電池組和與充電架交換電池組兩個部分。具體包括步驟S201、當(dāng)需更換電池的車輛就位后，行走機構(gòu)驅(qū)動電池更換裝置行走至適當(dāng) 位置。步驟S202、側(cè)移機構(gòu)向車輛電池艙的方向側(cè)移，與車輛對接。步驟S203、與車輛中電池組放置位置對應(yīng)位置的推拉機構(gòu)繼續(xù)向車輛的電池艙內(nèi) 的電池組移動。推拉機構(gòu)中的電磁鐵與電池組的吸盤連接后，推拉機構(gòu)反向移動，推拉機構(gòu) 的電磁鐵通過電池組的吸盤將電池組從車輛中取出。
步驟S204、電池組取出到位后，側(cè)移機構(gòu)反向移動，返回到主框架內(nèi)。步驟S205、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)轉(zhuǎn)動180度，之前位于充電架一側(cè)的推拉機構(gòu)上的充滿電的 電池組已旋轉(zhuǎn)到靠近車輛的電池艙的一側(cè)，而取出的電池組則旋轉(zhuǎn)到靠近充電架一側(cè)。步驟S206、與車輛中電池組放置位置對應(yīng)的位置的側(cè)移機構(gòu)向車輛移動，推拉機 構(gòu)通過電磁鐵推動電池組至車輛的電池艙的電池組放置位置，電磁鐵與電池組吸盤斷開連 接，完成電池組的放入，至此更換車輛上電池組的步驟完成。步驟S207、行走機構(gòu)驅(qū)動電池更換裝置行走至充電架上空位所對應(yīng)的位置。
步驟S208、升降機構(gòu)將升降框架提升到充電架上空位所對應(yīng)的高度。步驟S209、側(cè)移機構(gòu)側(cè)移并與充電架完成對接后，推拉機構(gòu)將電池組推入充電架 的放置位置中。步驟S210、推拉機構(gòu)和側(cè)移機構(gòu)收回。步驟S211、電池更換裝置行走至已充滿電的電池組對應(yīng)的位置。步驟S212、通過旋轉(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)框架旋轉(zhuǎn)180度，且通過升降機構(gòu)將升降框架升降 至待取出電池組所對應(yīng)的高度，側(cè)移機構(gòu)側(cè)移與充電架完成對接。步驟S213、推拉機構(gòu)將已充滿電的電池組從充電架上取出，側(cè)移機構(gòu)收回，升降框 架下降至最底層等待下一輛更換電池組的車輛。至此更換設(shè)備與充電架交換電池組動作完 成。從上述電池更換流程可以看出，電池更換裝置可以非常方便的取出和放置充電架 和車輛中的電池組，整個過程通過電控方式完成，更換時間非常短，更換效率很高，操作人 員不需要進行繁重的體力勞動，也降低了勞動成本。對于整個換電系統(tǒng)來說，由于電池更換 的周期很短，使得電池的更換更為頻繁，從而充電機的空閑時間相應(yīng)的減少，進而提高了充 電機組的利用率。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述方法實施例的全部或部分步驟可以通過 程序指令相關(guān)的硬件來完成，前述的程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序 在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括R0M、RAM、磁碟或者 光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。最后應(yīng)當(dāng)說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡 管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細(xì)的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然 可以對本發(fā)明的具體實施方式
進行修改或者對部分技術(shù)特征進行等同替換；而不脫離本發(fā) 明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術(shù)方案范圍當(dāng)中。1權(quán)利要求
1.一種適用于電動商用車的電池更換裝置，包括主框架；定位機構(gòu)，由垂直定位機構(gòu)和水平定位機構(gòu)組成，所述垂直定位機構(gòu)設(shè)于所述主框架 內(nèi)，用于根據(jù)控制臺指令沿所述主框架的垂直立柱滑動到預(yù)設(shè)位置，所述水平定位機構(gòu)設(shè) 于所述主框架的下部，用于根據(jù)控制臺指令運載所述主框架在地面的水平導(dǎo)軌上滑動到預(yù) 設(shè)位置；旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，設(shè)于所述垂直定位機構(gòu)的下部，用于根據(jù)控制臺指令在所述垂直定位機構(gòu) 上旋轉(zhuǎn)預(yù)設(shè)角度；側(cè)移機構(gòu)，設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上，用于根據(jù)控制臺指令沿所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)在垂直于水平 導(dǎo)軌的方向上側(cè)移預(yù)設(shè)位移；推拉機構(gòu)，設(shè)于所述側(cè)移機構(gòu)上，用于根據(jù)控制臺指令對電池組執(zhí)行推拉動作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池更換裝置，其中，所述電池更換裝置還包括用于發(fā)出控 制臺指令的控制臺，所述控制臺與所述定位機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、側(cè)移機構(gòu)和推拉機構(gòu)相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電池更換裝置，其中，所述主框架包括底面、頂部框架和 多根垂直立柱，所述多根垂直立柱在所述底面和頂部框架之間垂直設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池更換裝置，其中，所述垂直定位機構(gòu)包括升降框架、升降 動力機構(gòu)和升降傳動機構(gòu)，所述升降框架設(shè)在所述垂直立柱所圍成的空間內(nèi)，可沿垂直立 柱滑動，所述升降動力機構(gòu)根據(jù)控制臺指令驅(qū)動所述升降傳動機構(gòu)，使所述升降框架沿所 述主框架的垂直立柱滑動到預(yù)設(shè)位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池更換裝置，其中，所述水平定位機構(gòu)包括行走輪、行走動 力機構(gòu)和行走傳動機構(gòu)，所述行走輪設(shè)于所述主框架的底面的下部，所述行走動力機構(gòu)根 據(jù)控制臺指令驅(qū)動所述行走傳動機構(gòu)，使所述主框架隨著行走輪沿地面的水平導(dǎo)軌滑動到 預(yù)設(shè)位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池更換裝置，其中所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)框架、旋轉(zhuǎn)動力 機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)，所述旋轉(zhuǎn)框架設(shè)于所述升降框架的下部，可相對于所述旋轉(zhuǎn)框架在 升降框架的軸旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)動力機構(gòu)根據(jù)控制臺指令驅(qū)動所述旋轉(zhuǎn)傳動機構(gòu)，使所述旋 轉(zhuǎn)框架相對于所述旋轉(zhuǎn)框架在升降框架的軸轉(zhuǎn)動到預(yù)設(shè)角度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池更換裝置，其中，所述側(cè)移機構(gòu)包括側(cè)移框架、側(cè)移動 力機構(gòu)和側(cè)移傳動機構(gòu)，所述側(cè)移框架設(shè)于所述旋轉(zhuǎn)框架上，可沿旋轉(zhuǎn)框架在垂直于水平 導(dǎo)軌的方向上側(cè)移，所述側(cè)移動力機構(gòu)根據(jù)控制臺指令驅(qū)動所述側(cè)移傳動機構(gòu)，使所述側(cè) 移框架沿旋轉(zhuǎn)框架在垂直于水平導(dǎo)軌的方向上側(cè)移預(yù)設(shè)距離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池更換裝置，其中，所述推拉機構(gòu)包括推拉框架、推拉動力 機構(gòu)、推拉傳動機構(gòu)和電磁鐵，所述推拉框架可滑動的設(shè)于所述側(cè)移框架上，所述電磁鐵設(shè) 在所述推拉框架上，根據(jù)控制臺指令通過電磁作用吸放電池組，所述推拉動力機構(gòu)根據(jù)控 制臺指令驅(qū)動所述推拉傳動機構(gòu)，使所述推拉框架沿側(cè)移框架執(zhí)行推拉動作。
9.一種包括權(quán)利要求1-8任一所述的電池更換裝置的換電系統(tǒng)，還包括供電單元，用于為整個換電系統(tǒng)提供電源；充電單元，用于對電池組進行充電，將充滿電的電池組排入換電序列；監(jiān)控通訊單元，通過控制器局域網(wǎng)總線與所述供電單元、充電單元、電池更換裝置相連，用于實時接收被監(jiān)控對象的運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的存儲、處理、顯示、查詢及告警功 能。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的換電系統(tǒng)，其中，所述供電單元具體包括交流進線柜，用于從外部接入兩路交流電源，對所述兩路交流電源進行切換； 交流饋線柜，用于對所述交流進線柜的交流電源進行分配，并引入所述充電單元。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的換電系統(tǒng)，其中，所述充電單元具體包括 充電架，用于放置多個電池組；充電機柜，包括多臺充電機，用于對所述充電架上的電池組進行充電。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的換電系統(tǒng)，其中所述充電單元還包括煙霧報警單元，用于檢測充電架中的電池組因過充或短路引起的煙霧，并向所述監(jiān)控 通訊單元上報報警信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的換電系統(tǒng)，其中所述充電單元還包括 電池信息讀取模塊，用于讀取電池組中的電池管理系統(tǒng)記錄的電池數(shù)據(jù)；充電停止模塊，用于根據(jù)所述電池管理系統(tǒng)發(fā)出的電池故障信息停止充電機的充電操作。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的換電系統(tǒng)，其中所述充電單元還包括充電選擇模塊，用于在無法讀取電池組中的電池管理系統(tǒng)記錄的電池數(shù)據(jù)時，選擇不 進行充電或選用先恒流再恒壓的充電方法。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的換電系統(tǒng)，其中所述充電單元還包括 充電狀態(tài)指示模塊，用于顯示充電架上各個電池組的充電狀態(tài)； 故障告警模塊，用于向所述監(jiān)控通訊單元發(fā)送故障告警信息；電池信息上報模塊，用于向所述監(jiān)控通訊單元傳送各個電池組的電池管理系統(tǒng)發(fā)送的 電池數(shù)據(jù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的換電系統(tǒng)，其中所述監(jiān)控通訊單元包括數(shù)據(jù)服務(wù)器，用于實時接收被監(jiān)控對象的運行數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運行數(shù)據(jù)的存儲、處理、顯示、 查詢及告警功能；監(jiān)控工作站，用于對換電序列和電動商用車進行調(diào)度以及向電池更換裝置及充電單元 進行遠(yuǎn)程控制；WEB服務(wù)器，用于向上層的調(diào)度中心轉(zhuǎn)發(fā)運行數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種適用于電動商用車的電池更換裝置，包括主框架；定位機構(gòu)，由垂直定位機構(gòu)和水平定位機構(gòu)組成，垂直定位機構(gòu)設(shè)于主框架內(nèi)，水平定位機構(gòu)設(shè)于主框架的下部；旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，設(shè)于垂直定位機構(gòu)的下部；側(cè)移機構(gòu)，設(shè)于旋轉(zhuǎn)機構(gòu)上；推拉機構(gòu)，設(shè)于側(cè)移機構(gòu)上。本發(fā)明還涉及一種包括電池更換裝置的換電系統(tǒng)。本發(fā)明電池更換裝置能夠自動進行電動商用車的電池組更換，整個電池組的裝卸過程由電池更換裝置完成，十分方便，且更換時間短，由于提高了電池更換的效率，因此可以在單位時間內(nèi)完成更多次的電池更換，電池更換周期更短，從而使充電機能夠更充分地進行充電，利用率更高。
文檔編號B64G7/00GK102040010SQ201010508008
公開日2011年5月4日 申請日期2010年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者于文斌, 張東江, 徐武峰, 王相勤, 胡江溢, 董新生, 賈俊國, 連湛偉, 邱進煊, 郝戰(zhàn)鐸 申請人:國家電網(wǎng)公司, 許繼集團有限公司