模塊化可擴充的換電站設備和充電架的製作方法

2023-05-09 08:40:37

本實用新型屬於電動汽車充換電技術領域，具體涉及一種模塊化可擴充的換電站設備和充電架。

背景技術：

隨著電動汽車的推廣，如何及時有效地為電量不足的電動汽車提供電能補給已成為廠商和車主都非常關注的問題。當前市場上主流解決方案是採用充電模式，在停車位配置AC慢充樁或者DC快充樁。但慢充模式需要長時間佔用一個停車位進行充電，而快充模式充電電流大，是常規充電電流的十倍甚至幾十倍，會降低動力電池組的循環壽命，且充電一般不達到滿充狀態。換電站採用動力電池更換模式，直接用充滿電的電池組更換能量已耗盡的電池組，在分鐘級的時間內完成電能補給，因而是一種非常高效的電能補充方式。但是，現有換電站設施一般模塊化程度低，不利於維護，不利於運輸，且一旦使用，規模無法靈活變化。例如，專利CN101217237A提出的車用動力電池存儲及充電平臺屬於整體鋼構形式，無法擴容，且只適合充電插頭在側面的電池，對於插頭在上方的電池不適用。又如專利CN202098393U提出的貨櫃可移動一體式車載動力電池快換系統中，只能以整個貨櫃為單元進行擴容，靈活性差，對場地的適應性差，同樣只適用於側方插頭的電池。對於插頭在上方的電池，實現自動入庫充電的技術難度更大，現有技術中沒有有效的解決思路。

因此，本領域需要一種能夠實現模塊化、可擴充、無土建的換電站，從而減小換電站的佔地面積，以達到靈活布置在現有城市的地面停車場、地下以及其他各種適宜停車的環境中的目的。

技術實現要素：

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決現有換電站佔地面積大、模塊化程度低且擴展性差的問題，本實用新型提供了一種模塊化可擴充的換電站設備。該換電站設備包括充電架和電池轉運裝置，所述充電架包括至少一個電池存儲模塊，所述電池存儲模塊能夠實現電池的存儲和充電，所述電池轉運裝置能夠在所述電池存儲模塊中穿行。

在上述模塊化可擴充的換電站設備的優選實施方式中，所述電池存儲模塊包括：電氣層，該電氣層中安裝有用於給電池充電的電氣元件；電池存儲層，該電池存儲層中安裝有用於固定電池的鎖止機構；電池垂直移動層，電池能夠在該電池垂直移動層中垂直移動；電池轉運裝置移動層，所述電池轉運裝置能夠在該電池轉運裝置移動層中橫向移動；以及導軌層，該導軌層中安裝有第一導軌，所述電池轉運裝置能夠在所述第一導軌上橫向移動。

在上述模塊化可擴充的換電站設備的優選實施方式中，所述電池轉運裝置包括：底座，所述底座能夠沿所述第一導軌移動；電池轉運平臺，其設置在所述底座上方，用於承載並運輸電池；舉升裝置，其設置在所述底座與所述電池轉運平臺之間，能夠帶動所述電池轉運平臺做升降運動。

在上述模塊化可擴充的換電站設備的優選實施方式中，所述第一導軌為四嚮導軌，所述電池轉運裝置能夠沿所述四嚮導軌在所述電池轉運裝置移動層進行前後左右四個方向上的移動。

在上述模塊化可擴充的換電站設備的優選實施方式中，所述第一導軌為兩嚮導軌，所述電池轉運裝置能夠沿所述兩嚮導軌在所述電池轉運裝置移動層進行前後或者左右兩個方向上的移動。

在上述模塊化可擴充的換電站設備的優選實施方式中，所述電氣元件包括充電機、輸入輸出接口、電氣插頭和傳感器。

在上述模塊化可擴充的換電站設備的優選實施方式中，所述充電架還包括起降機模塊，所述起降機模塊用於使所述電池轉運裝置在所述充電架的不同層之間上下移動。

在上述模塊化可擴充的換電站設備的優選實施方式中，所述起降機模塊中安裝有用於所述電池轉運裝置移動的第二導軌，所述第二導軌能夠帶動所述電池轉運裝置在所述起降機模塊中上下移動。

本實用新型的另一方面還提供了一種模塊化可擴充的充電架，所述充電架包括至少一個電池存儲模塊，所述電池存儲模塊能夠實現電池的存儲和充電，電池轉運裝置能夠在所述電池存儲模塊中穿行。

在上述模塊化可擴充的充電架的優選實施方式中，所述電池存儲模塊包括：電氣層，該電氣層中安裝有用於給電池充電的電氣元件；電池存儲層，該電池存儲層中安裝有用於固定電池的鎖止機構；電池垂直移動層，電池能夠在該電池垂直移動層中垂直移動；電池轉運裝置移動層，所述電池轉運裝置能夠在該電池轉運裝置移動層中橫向移動；以及導軌層，該導軌層中安裝有第一導軌，所述電池轉運裝置能夠在所述第一導軌上橫向移動。

在上述模塊化可擴充的充電架的優選實施方式中，所述第一導軌為四嚮導軌，所述電池轉運裝置能夠沿所述四嚮導軌在所述電池轉運裝置移動層進行前後左右四個方向上的移動。

在上述模塊化可擴充的充電架的優選實施方式中，所述第一導軌為兩嚮導軌，所述電池轉運裝置能夠沿所述兩嚮導軌在所述電池轉運裝置移動層進行前後或者左右兩個方向上的移動。

在上述模塊化可擴充的充電架的優選實施方式中，所述電氣元件包括充電機、輸入輸出接口、電氣插頭和傳感器。

在上述模塊化可擴充的充電架的優選實施方式中，所述充電架還包括起降機模塊，所述起降機模塊用於使所述電池轉運裝置在所述充電架的不同層之間上下移動。

在上述模塊化可擴充的充電架的優選實施方式中，所述起降機模塊中安裝有用於所述電池轉運裝置移動的第二導軌，所述第二導軌能夠帶動所述電池轉運裝置在所述起降機模塊中上下移動。

在本實用新型的技術方案中，通過模塊化的設計，使充電架由多個獨立的電池存儲模塊採用積木化的方式組成，便於通過狹小的地方，且能夠實現換電站在規模上的自由伸縮。另外，電池存儲模塊採用分層結構(電氣層、電池存儲層、電池垂直移動層、電池轉運裝置移動層和導軌層)配合起降機模塊，實現電池轉運裝置在充電架內的自由移動。因此，本實用新型能夠實現集動力電池移動、存儲和充電為一體的可擴充的換電站設備。

方案1、一種模塊化可擴充的換電站設備，其特徵在於，所述換電站設備包括充電架和電池轉運裝置，所述充電架包括至少一個電池存儲模塊，所述電池存儲模塊能夠實現電池的存儲和充電，所述電池轉運裝置能夠在所述電池存儲模塊中穿行。

方案2、根據方案1所述的模塊化可擴充的換電站設備，其特徵在於，所述電池存儲模塊包括：電氣層，該電氣層中安裝有用於給電池充電的電氣元件；電池存儲層，該電池存儲層中安裝有用於固定電池的鎖止機構；電池垂直移動層，電池能夠在該電池垂直移動層中垂直移動；電池轉運裝置移動層，所述電池轉運裝置能夠在該電池轉運裝置移動層中橫向移動；以及導軌層，該導軌層中安裝有第一導軌，所述電池轉運裝置能夠在所述第一導軌上橫向移動。

方案3、根據方案2所述的模塊化可擴充的換電站設備，其特徵在於，所述電池轉運裝置包括：底座，所述底座能夠沿所述第一導軌移動；電池轉運平臺，其設置在所述底座上方，用於承載並運輸電池；舉升裝置，其設置在所述底座與所述電池轉運平臺之間，能夠帶動所述電池轉運平臺做升降運動。

方案4、根據方案3所述的模塊化可擴充的換電站設備，其特徵在於，所述第一導軌為四嚮導軌，所述電池轉運裝置能夠沿所述四嚮導軌在所述電池轉運裝置移動層進行前後左右四個方向上的移動。

方案5、根據方案3所述的模塊化可擴充的換電站設備，其特徵在於，所述第一導軌為兩嚮導軌，所述電池轉運裝置能夠沿所述兩嚮導軌在所述電池轉運裝置移動層進行前後或者左右兩個方向上的移動。

方案6、根據方案4或5所述的模塊化可擴充的換電站設備，其特徵在於，所述電氣元件包括充電機、輸入輸出接口、電氣插頭和傳感器。

方案7、根據方案1至6中任一項所述的模塊化可擴充的換電站設備，其特徵在於，所述充電架還包括起降機模塊，所述起降機模塊用於使所述電池轉運裝置在所述充電架的不同層之間上下移動。

方案8、根據方案7所述的模塊化可擴充的換電站設備，其特徵在於，所述起降機模塊中安裝有用於所述電池轉運裝置移動的第二導軌，所述第二導軌能夠帶動所述電池轉運裝置在所述起降機模塊中上下移動。

方案9、一種模塊化可擴充的充電架，其特徵在於，所述充電架包括至少一個電池存儲模塊，所述電池存儲模塊能夠實現電池的存儲和充電，電池轉運裝置能夠在所述電池存儲模塊中穿行。

方案10、根據方案9所述的模塊化可擴充的充電架，其特徵在於，所述電池存儲模塊包括：電氣層，該電氣層中安裝有用於給電池充電的電氣元件；電池存儲層，該電池存儲層中安裝有用於固定電池的鎖止機構；電池垂直移動層，電池能夠在該電池垂直移動層中垂直移動；電池轉運裝置移動層，所述電池轉運裝置能夠在該電池轉運裝置移動層中橫向移動；以及導軌層，該導軌層中安裝有第一導軌，所述電池轉運裝置能夠在所述第一導軌上橫向移動。

方案11、根據方案10所述的模塊化可擴充的充電架，其特徵在於，所述第一導軌為四嚮導軌，所述電池轉運裝置能夠沿所述四嚮導軌在所述電池轉運裝置移動層進行前後左右四個方向上的移動。

方案12、根據方案10所述的模塊化可擴充的充電架，其特徵在於，所述第一導軌為兩嚮導軌，所述電池轉運裝置能夠沿所述兩嚮導軌在所述電池轉運裝置移動層進行前後或者左右兩個方向上的移動。

方案13、根據方案11或12所述的模塊化可擴充的充電架，其特徵在於，所述電氣元件包括充電機、輸入輸出接口、電氣插頭和傳感器。

方案14、根據方案9至13中任一項所述的模塊化可擴充的充電架，其特徵在於，所述充電架還包括起降機模塊，所述起降機模塊用於使所述電池轉運裝置在所述充電架的不同層之間上下移動。

方案15、根據方案14所述的模塊化可擴充的充電架，其特徵在於，所述起降機模塊中安裝有用於所述電池轉運裝置移動的第二導軌，所述第二導軌能夠帶動所述電池轉運裝置在所述起降機模塊中上下移動。

附圖說明

圖1是本實用新型的充電架和電池轉運裝置的結構示意圖，為了便於進行說明，圖中以兩層結構的充電架為例；

圖2是本實用新型的充電架和電池轉運裝置的主視圖，為了便於進行說明，圖中以兩層結構的充電架為例；

圖3A是本實用新型的充電架電池存儲模塊A的結構示意圖；

圖3B是本實用新型的充電架電池存儲模塊B的結構示意圖；

圖3C是本實用新型的充電架的電池存儲模塊內部各層結構示意圖；

圖4A是本實用新型的充電架的起降機模塊的結構示意圖，為了清楚起見，圖中省略了電氣層安裝的電機和控制器；

圖4B是本實用新型的充電架的起降機模塊內部各層結構示意圖。

具體實施方式

下面參照附圖來描述本實用新型的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用於解釋本實用新型的技術原理，並非旨在限制本實用新型的保護範圍。例如，儘管本實用新型的充電架是兩層結構，但是本領域技術人員容易理解的是，本實用新型的充電架的層數不不用於限定本實用新型的保護範圍，本領域技術人員可以根據實際應用場合需要，通過增加電池存儲模塊或者減少電池存儲模塊對其作出擴充或者縮減，以便適應具體的應用場合。

需要說明的是，在本實用新型的描述中，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本實用新型和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，還需要說明的是，在本實用新型的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應作廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

本實用新型的目的在於提供一種佔地面積小、可擴展且能夠靈活布置在現有城市的地面停車場、地下以及其他各種適宜停車的環境中的換電站設備。因此，本實用新型採用模塊化的設計減小了單體設備的體積和，使其便於通過狹小的地方，實現快速安裝和部署，同時採用積木化的方式，使其在規模上能夠進行擴展或縮小。下面以兩層結構的充電架為例對本實用新型的模塊化可擴充的換電站設備進行說明。

參照圖1和圖2，圖1是本實用新型的充電架和電池轉運裝置的結構示意圖；圖2是本實用新型的充電架和電池轉運裝置的主視圖。如圖1和圖2所示，本實用新型的模塊化可擴充的換電站設備包括充電架1和電池轉運裝置2。充電架1包括多個電池存儲模塊11，電池存儲模塊11用於電池的存儲和充電，電池轉運裝置2能夠在電池存儲模塊11中穿行。具體而言，電池轉運裝置2運載低電量電池到充電架1後，能夠在充電架1內移動，然後將電池放置在空置的電池存儲模塊11內，然後移動到存放滿電電池的電池存儲模塊11內，將滿電電池取下並運送到待換電的電動汽車位置。需要說的是，充電架1內的電池存儲模塊11採用積木化方式堆疊在一起，相鄰的電池存儲模塊11可以採用任何適當的方式連接到一起。因此，充電架1能夠根據實際應用場合，在規模上進行擴展或者縮小。

參照圖3C，圖3C是本實用新型的充電架的電池存儲模塊內部各層結構示意圖。如圖3C所示，電池存儲模塊11從上往下依次為電氣層、電池存儲層、電池垂直移動層、電池轉運裝置移動層和導軌層。其中，電氣層中安裝有用於給電池充電的充電機、輸入輸出接口、電氣插頭和傳感器等電氣元件；電池存儲層中安裝有用於固定電池的鎖止機構；電池垂直移動層給電池留出垂直移動的空間，即電池能夠在該電池垂直移動層中垂直移動；電池轉運裝置移動層給電池轉運裝置2留出橫向移動的空間，該空間的大小還需要包括位於電池轉運裝置2上的電池的厚度，即電池轉運裝置2運載電池時，能夠在該電池轉運裝置移動層中橫向移動而不會與電池存儲層中的鎖止機構發生幹涉；導軌層中安裝有第一導軌，電池轉運裝置2能夠在第一導軌上橫向移動。需要說的是，儘管本實用新型中將電池存儲模塊11按照功能劃分為各個功能層，但是這種劃分只是功能或用途上的劃分，並不用於限定電池存儲模塊11的具體結構。充電架1通過多個含有上述各個功能層的模塊組合而成。接下來介紹兩種電池存儲模塊11的結構。參照圖3A和圖3B，圖3A是本實用新型的充電架的電池存儲模塊A的結構示意圖；圖3B是本實用新型的充電架的電池存儲模塊B的結構示意圖。如圖3A所示，電池存儲模塊A包括電氣層、電池存儲層、電池垂直移動層、電池轉運裝置移動層和導軌層，其中導軌層中的第一導軌為四嚮導軌111，電池轉運裝置2能夠沿該四嚮導軌111在電池轉運裝置移動層進行前後左右四個方向上的移動。如圖3B所示，電池存儲模塊B包括電氣層、電池存儲層、電池垂直移動層、電池轉運裝置移動層和導軌層，其中導軌層安裝的第一導軌為兩嚮導軌112，電池轉運裝置2能夠沿該兩嚮導軌112在電池轉運裝置移動層進行前後或者左右兩個方向上的移動。本實施例中的充電架1包括電池存儲模塊A和電池存儲模塊B。

電池轉運裝置2包括底座、電池轉運平臺和舉升裝置。其中，底座能夠沿第一導軌移動；電池轉運平臺設置在底座上方，用於承載並運輸電池；舉升裝置設置在底座與電池轉運平臺之間，能夠帶動電池轉運平臺做升降運動。作為示例，圖3B中所示的舉升裝置為剪叉式舉升機。具體而言，電池轉運裝置2運載電池到充電架1內部空置的電池存儲模塊位置後，舉升裝置向上頂升電池轉運平臺，電池轉運平臺帶動其上放置的電池向上垂直運動，通過電池鎖止機構將電池固定在電池存儲層，然後由電氣層對電池進行充電，之後，電池轉運裝置沿第一導軌移動到其他電池存儲模塊位置，進行取電操作。

繼續參照圖1，如圖1所示，充電架1還包括起降機模塊12，該起降機模塊12用於使電池轉運裝置2在充電架1的不同層之間上下移動。參照圖4B，圖4B是本實用新型的充電架的起降機模塊內部各層結構示意圖。如圖4B所示，起降機模塊12包括電氣層、垂直升降層和升降平臺層。其中，電氣層安裝有電機和控制器，電機用於驅動升降平臺做升降運動，控制器用於控制起降機模塊12的整體操作；垂直升降層為升降平臺在垂直方向的運動留出空間，即電池轉運裝置能夠在該垂直升降層中上下運動；升降平臺層用於承載電池轉運裝置，且能夠在電機帶動下做升降運動，進而帶動電池轉運機構上下運動。升降平臺層進一步包括電池轉運裝置移動層和導軌層。其中，電池轉運裝置移動層為電池轉運裝置2留出橫向移動的空間，該空間的大小還需要包括位於電池轉運裝置2上的電池的厚度，即電池轉運裝置2運載電池時，能夠在該電池轉運裝置移動層中橫向移動；導軌層中安裝有第二導軌121，電池轉運裝置2能夠在第二導軌121上橫向移動。需要說的是，本實用新型中將起降機模塊12按照功能劃分為各個功能層，但是，這種劃分只是功能或用途上的劃分，並不用於限定電池存儲模塊11的具體結構。參照圖4A，圖4A是本實用新型的充電架的起降機模塊的結構示意圖，為了清楚起見，圖中省略了電氣層安裝的電機和控制器。如圖4A所示，起降機模塊12的升降平臺層安裝有用於電池轉運裝置2移動的第二導軌121，該第二導軌121為四嚮導軌，電池轉運裝置2不僅能夠沿該四嚮導軌在電池轉運裝置移動層進行前後左右四個方向上的移動，並且，還能夠在該第二導軌121的帶動下進行上下移動，從而實現電池轉運裝置在充電架1的不同層之間的移動。需要說明的是，起降機模塊12中的第二導軌在電機帶動下進行上下移動，當充電架1的高度變化時，例如當充電架1的層數為三層時，起降機模塊2的高度也需調整到與充電架1高度保持一致的位置。此外，儘管圖4A中的第二導軌121是四嚮導軌，但是，本實用新型並不局限於此，該第二導軌121也可以設置成兩嚮導軌。

本領域技術人員能夠理解的是，本實用新型的電池轉運裝置不僅包括上文中提到的包括底座、電池轉運平臺和舉升裝置的電池轉運裝置，還可以包括其他能夠與本實用新型的充電架結構相互配合使用的其他電池轉運裝置。

至此，已經結合附圖所示的優選實施方式描述了本實用新型的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本實用新型的保護範圍顯然不局限於這些具體實施方式。在不偏離本實用新型的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特徵作出等同的更改或替換，這些更改或替換之後的技術方案都將落入本實用新型的保護範圍之內。