一種電動汽車電池組自動更換系統及其電池傳送方法
2023-04-25 11:54:41
專利名稱：一種電動汽車電池組自動更換系統及其電池傳送方法
技術領域：
本發明涉及一種電動汽車領域的電池更換系統，特別是涉及一種電動轎車電池自 動更換系統及其的布局方式和運行方法。
背景技術：
電動汽車通過儲存在電池中的電能驅動汽車行駛，減少了車輛對化石能源的依 賴，是解決國家能源安全問題的一個重要手段。由於受到當前電池能量密度限制，電動汽 車的續駛裡程通常為一百至兩百公裡，遠不能與傳統汽車通常超過五百公裡的續駛裡程相 比。因此，能否快速便捷地對電動汽車進行電能補充將成為影響電動汽車的使用和推廣的 重要因素。在目前電池技術發展水平下，電池充電通常需要幾個小時完成，無法像加油一樣 在幾分鐘內將電池充電，因為如此大電流的對電池充電將對電池壽命產生不良影響。因此， 更換電池成為了目前唯一可行的電動汽車電能快速補充辦法。一些發達國家已經重視並開始開闢這個領域，目前美國better place公司已提出 相關解決方案並付諸了實施。其方案為換電系統由車輛定位平臺、舉升設備和雙聯輸送 車。通過雙聯輸送車在一條輸送線輸送滿電電池和虧電電池，首先雙聯輸送車裝載滿電電 池，從輸送線末端輸送滿電電池至換電設備，然後舉升設備卸下虧電電池置於雙聯輸送車 上，雙聯輸送車搭載滿電電池和被卸載的虧電電池移動一個工位，裝載滿電電池，待裝載完 成之後再把虧電電池沿輸送線輸出，到達輸送線末端後卸載虧電電池。該方案雖然是可行 的，最終可以完成電池的更換，但是由於其只有一條輸送線，必須先裝載滿電電池到電動車 上，虧電電池等待滿電電池裝載完畢後才能開始傳送，由於輸送線距離有數個工位距離之 遠，所以這一缺點使得電池更換時間更長。這一方案另一缺點是，當需要滿足多輛電動汽車 同時換電時，必須使用多套電池更換系統，需增加相應數量的輸送線，且考慮到空間布局的 需求，輸送線的長度也需隨數量的增加而延長，擴展性較差。本發明提出的一種電動汽車電池組自動更換系統及其電池傳送方法通過使用兩 條輸送線和雙聯定位傳送系統結合的方式克服了上述缺陷，因本發明可以在裝載滿電電池 的同時，輸出被換下的虧電電池至輸送線，這樣就減少了電池更換節拍步驟，減少了等待時 間，從而大大縮減了電池更換時間；如需多輛電動汽車同時換電，只需在兩條輸送線之間增 加換電設備即可，擴展方便且佔用空間小。
發明內容
本發明的主要目的在於，提供一種電動汽車電池組自動更換系統及其電池傳送方 法，採用高速的雙聯定位傳動系統和高效的輸送線布局方式，減少電池輸送流程，提高動作 流程的同步程度，將極大的縮短電池傳送時間、提高電動汽車換電效率。該系統的拓撲結構 能夠共用輸送線，且便於換電站布局，有利於提高整個換電站的空間利用率和換電效率。發明的目的及解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。依據本發明提出的 一種電動汽車電池組自動更換系統及其電池傳送方法，該系統包括兩條輸送線、移位裝置、換電設備和車輛定位平臺，其中換電設備包括雙聯定位傳送車和舉升設備。兩條輸送線平 行安裝，一條作為裝載輸送線用於輸送滿電電池，一條作為卸載輸送線用於輸送被卸載的 虧電電池。換電設備設在兩條輸送線之間，佔用三個工位，三個工作工位依次為滿電電池緩 存工位、換電工位和虧電電池緩存工位，雙聯定位傳送車移動方向垂直於輸送線輸送方向， 且滿電電池緩存工位與裝載輸送線對接，對接處設有移位裝置，用於從裝載輸送線向雙聯 定位傳送車的滿電電池座裝載滿電電池；虧電電池緩存工位與卸載輸送線對接，對接處設 有移位裝置，從雙聯定位傳送車的虧電電池座卸下虧電電池。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。前述的電動汽車電池組自動更換系統及其電池傳送方法，其中所述的雙聯定位傳 送車設有兩個固定在一起的電池存放座，分別為滿電電池座和虧電電池座，雙聯定位傳送 車可移動一個工位的距離，水平方向共佔用三個工位的空間，兩工位固定在一起同步移動； 舉升設備設在雙聯定位傳送車下方，設在換電工位上，用於裝載滿電電池和卸載虧電電池； 車輛定位平臺設於舉升設備的正上方，用於定位電動汽車。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。前述的電動汽車電池組自動更換系統及其電池傳送方法，其中所述的舉升設備與 雙聯定位車之間有定位裝置，可以使雙聯定位傳送車相對舉升設備準確定位停止。所述定 位裝置可以通過定位傳感器實現。定位傳感器由感應裝置和激發裝置組成，感應裝置安裝 於雙聯定位傳送車的滿電電池座和虧電電池座的下表面，用於感應激發裝置並停止雙聯定 位傳送車；激發裝置安裝於舉升設備上，用於激發感應裝置，當感應裝置與激發裝置正對 時，感應裝置感應激發信號。在雙聯定位傳送車向一個工位移動時，感應裝置與激發裝置正 對，此時被認為是雙聯定位傳送車處在正確位置，停止定位傳送車。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。前述的電動汽車電池組自動更換系統及其電池傳送方法，其中所述的雙聯定位傳 送車的滿電電池座和虧電電池座與電池箱之間設有導向定位裝置，能夠為電池箱在裝入的 過程中提供導向，並將電池箱準確定位於電池箱座中。所述導向定位裝置可以為導向斜面 和定位凹槽，也可以為導向定位銷。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。前述的電動汽車電池組自動更換系統及其電池傳送方法，其中所述的電池傳送方 法為雙聯定位傳送車處在初始狀態，其滿電電池座處在滿電電池緩存工位上的位置，虧電 電池座處於舉升設備正上方，裝載輸送線傳輸滿電電池，通過移位裝置把滿電電池裝入雙 聯定位傳送車的滿電電池座。電動汽車停入車輛定位平臺完成定位後，舉升設備上升，卸載 虧電電池後下降，把虧電電池放置於雙聯定位傳送車上的虧電電池座。雙聯定位傳送車向 虧電電池緩存工位方向移動一個工位，使虧電電池座處在虧電電池緩存工位上，此時，滿電 電池座載有滿電電池處於換電工位上；舉升設備舉起滿電電池，裝載滿電電池至電動汽車， 同時把虧電電池從雙聯定位傳送車傳到卸載輸送線並輸出；舉升設備下降至初始位置，雙 聯定位傳送車向滿電電池緩存工位方向移動一個工位，這樣就完成了電池的更換，換完電 池的電動汽車駛出車輛定位平臺。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。前述的電動汽車電池組自動更換系統及其電池傳送方法，其中所述的換電設備和車輛定位平臺可擴展安裝多套，與兩條輸送線配合運行，每套換電設備的運行方法同上。本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。前述的電動汽車電池組自動更換系統及其電池傳送方法，其中所述的輸送線末端 可使用電池貨架和智能存取車配合使用，電池貨架用於存放滿電電池和虧電電池，智能存 取車用於從電池貨架上提取滿電電池放置於裝載輸送線，相應的從卸載輸送線接收虧電電 池並傳送放置於電池貨架上。本發明提供的電動汽車自動更換系統及其電池傳送方法可使電動汽車更換電池 環節消耗更少的時間，從而了單位換電站基礎處設施投入和換電能力，將很大的減少基礎 設施投入並提高消費者購買電動汽車的興趣，從而將極大的推動我國電動汽車事業的發展。
下面將參照附圖更加詳細地描述本發明的具體實施方案，附圖中相同的附圖標記 表示相同或相似的部件，其中 圖Ia是雙聯定位傳送車一狀態示意圖；圖Ib是雙聯定位傳送車另一狀態示意2a是電池更換工作時的初始位置狀態示意圖；圖2b是電池更換工作時的卸載狀態示意圖；圖2c是電池更換工作時的卸載完成狀態示意圖；圖2d是電池更換工作時的待裝載狀態示意圖；圖2e是電池更換工作時的裝載狀態示意圖；圖2f是電池更換工作時的裝載完成狀態示意圖；圖3是電動汽車電池組自動更換系統運行示意圖；圖4是多套換電設備拓撲結構及運行示意圖；附圖標記說明1.裝載輸送線2.卸載輸送線
3.雙聯定位傳送車4.滿電電池座
5.虧電電池座6.舉升設備
7.滿電電池8.虧電電池
9.車輛定位平臺10.移位裝置
11.滿電電池緩存工位12,.換電工位
13.虧電電池緩存工位14,.電動汽車
具體實施例方式為更進一步闡述本發明為達成預定發明目的所採取的技術手段及功效，以下結合 附圖及較佳實施例，對依據本發明提出的電動汽車電池組自動更換系統及其電池傳送方法 的具體實施方式
、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。有關本發明的前述及其他技術內容、特點及功效，在以下配合參考圖式的較佳實 施例的詳細說明中將可清楚呈現。通過具體實施方式
的說明，當可對本發明為達成預定目的所採取的技術手段及功效得以更加深入且具體的了解，然而所附圖式僅是提供參考與說 明之用，並非用來對本發明加以限制。如圖3所示為電動汽車電池更換系統布局及運行示意圖，換電設備與兩條輸送線 配合使用，按以下方法布局兩條輸送線平行安裝，一條作為裝載輸送線1用於輸送滿電電 池7，一條作為卸載輸送線2用於輸送被卸載的虧電電池8。換電設備設在兩條輸送線之間， 佔用三個工位的空間，三個工作工位依次為滿電電池緩存工位11、換電工位12和虧電電池 緩存工位13，車輛定位平臺9設於舉升設備6的正上方，用於定位電動汽車14雙聯定位傳 送車3移動方向垂直於輸送線輸送方向；滿電電池緩存工位11與裝載輸送線1對接，對接 處可設移位裝置10，用於從裝載輸送線1向雙聯定位傳送車3的滿電電池座4裝載滿電電 池7 ；虧電電池緩存工位13與卸載輸送線2對接，對接處設移位裝置10，用於從雙聯定位傳 送車3的虧電電池座5卸下虧電電池8。如圖Ia圖Ib所示，雙聯定位傳送車3設有兩個固定在一起的電池存放座，分別為 滿電電池座4和虧電電池座5，並可在三個工位範圍內移動一個工位，滿電電池座4和虧電 電池座5固定在一起同步移動，圖Ia所示為雙聯定位車滿電電池座4處在滿電電池緩存工 位11上，虧電電池座5處在換電工位12上；圖Ib所示為雙聯定位車滿電電池座4處在換 電工位12上，虧電電池座5處在虧電電池緩存工位13上；舉升設備6設在雙聯定位傳送車 3下方，設在換電工位12上，用於裝載滿電電池7和卸載虧電電池8。舉升設備6與雙聯定位車之間有定位裝置，可以使雙聯定位傳送車3相對舉升設 備6準確定位停止。所述定位裝置可以通過定位傳感器實現，也可以通過機械限位結構實 現；雙聯定位傳送車3的滿電電池座4和虧電電池座5與電池箱之間設有導向定位裝置，能 夠為電池箱在裝入的過程中提供導向，並將電池箱準確定位於電池箱座中。所述導向定位 裝置可以為導向斜面和定位凹槽，也可以為導向定位銷。雙聯定位傳送車3處在初始狀態，其滿電電池座4處在滿電電池緩存工位11上的 位置，虧電電池座5處於舉升設備6正上方，裝載輸送線1傳輸滿電電池7，通過移位裝置10 把滿電電池7裝入雙聯定位傳送車3的滿電電池座4。電動汽車14停入車輛定位平臺9完 成定位後，如圖2a所示，滿電電池7放置在滿電電池座4上，舉升設備6處於初始狀態；如 圖2b所示，舉升設備6上升至虧電電池8處，開始卸載虧電電池8 ；如圖2c所示，舉升設備 6負載虧電電池8下降，把虧電電池8放置於雙聯定位傳送車3上的虧電電池座5 ；雙聯定 位傳送車3向虧電電池緩存工位13方向移動一個工位，直至虧電電池座5處在虧電電池緩 存工位13上，如圖2d所示狀態，此時，滿電電池座4載有滿電電池7處於換電工位12上； 舉升設備6舉起滿電電池7，裝載滿電電池7至電動汽車14，如圖2e所示；同時從雙聯定位 傳送車3的虧電電池座5卸下虧電電池8並由卸載輸送線2輸出，舉升設備6下降至初始 位置如圖2f所示；雙聯定位傳送車3向滿電電池緩存工位11方向移動一個工位，這樣就完 成了電池的更換，換完電池的電動汽車14駛出車輛定位平臺9。如圖1圖2圖3所示，實施步驟如下(1)布局安裝輸送線、換電設備和車輛定位平臺9兩條輸送線平行安裝，一條作為裝載輸送線1用於輸送滿電電池7，一條作為卸載 輸送線2用於輸送被更換的虧電電池8。換電設備設在兩條輸送線之間，佔用三個工位的空 間，三個工作工位依次為滿電電池緩存工位11、換電工位12和虧電電池緩存工位13，傳送方向垂直於輸送線方向；滿電電池緩存工位11與裝載輸送線1對接，虧電電池緩存工位13 與卸載輸送線2對接。舉升設備6放置於雙聯定位傳送車3下方，設在換電工位12上；車 輛定位平臺9設於舉升設備6的正上方，用於定位電動汽車14 ；(2)使換電設備處於初始位置雙聯定位傳送車3的初始狀態為滿電電池座4處於滿電電池緩存工位11，虧電 電池座5處於換電工位12 ；舉升設備6降至最低處；(3)輸送滿電電池7至換電設備裝載輸送線1輸送滿電電池7至換電設備，滿電電池7從裝載輸送線1上傳送到 雙聯定位傳送車3上的滿電電池座4上；(4)卸載虧電電池8舉升設備6舉起滿電電池7，卸載虧電電池8後下降，把虧電電池8放置於雙聯定 位傳送車3上的虧電電池座5;
(5)移動雙聯定位傳送車3雙聯定位傳送車3搭載滿電電池7和虧電電池8 一起向虧電電池緩存工位13方 向移動一工位，使虧電電池座5到達虧電電池緩存工位13，此時，滿電電池座4搭載的滿電 電池7處於換電工位12。(6)裝載滿電電池7和輸出虧電電池8舉升設備6舉起滿電電池7，裝載滿電電池7至電動汽車14 ；同時，虧電電池8從 雙聯定位傳送車3的虧電電池座5卸載到卸載輸送線2，並由卸載輸送線2輸出；(7)換電設備復位舉升設備6下降至初始位置，雙聯定位傳送車3移動至初始位置，等待下一循環換 電工作。
權利要求
一種電動汽車電池組自動更換系統，該系統包括換電設備和車輛定位平臺(9)，其中換電設備包括雙聯定位傳送車(3)和舉升設備(6)，其中雙聯定位傳送車(3)設有兩個固定在一起的電池存放座，分別為滿電電池座(4)和虧電電池座(5)，每個存放座佔用一個工位的空間；雙聯定位傳送車(3)可移動一個工位的距離，水平方向共佔用三個工位的空間，三個工位依次為滿電電池緩存工位(11)、換電工位(12)和虧電電池緩存工位(13)；舉升設備(6)設在雙聯定位傳送車(3)下方，設在換電工位(12)上，用於裝載滿電電池(7)和卸載虧電電池(8)；車輛定位平臺(9)設於舉升設備(6)的正上方，用於定位電動汽車(14)；所述系統的工作過程如下雙聯定位傳送車(3)處在初始狀態，其滿電電池座(4)處在滿電電池緩存工位(11)上的位置，虧電電池座(5)處於舉升設備(6)正上方，雙聯定位傳送車(3)的滿電電池座(4)上放置有一塊滿電電池(7)，而虧電電池座(5)為空；電動汽車(14)停入車輛定位平臺(9)完成定位後，舉升設備(6)上升，卸載虧電電池(8)後下降，將虧電電池(8)放置於雙聯定位傳送車(3)上的虧電電池座(5)；雙聯定位傳送車(3)向虧電電池緩存工位(13)方向移動一個工位，使虧電電池座(5)處於虧電電池緩存工位(13)，此時，滿電電池座(4)載有滿電電池(7)並處於換電工位(12)上；舉升設備(6)舉起滿電電池(7)，裝載滿電電池(7)至電動汽車(14)；在裝載滿電電池(7)的同時，從雙聯定位傳送車(3)的虧電電池座(5)卸下虧電電池(8)；舉升設備(6)下降至初始位置，雙聯定位傳送車(3)向滿電電池緩存工位(11)方向移動一個工位，使雙聯定位傳送車(3)的滿電電池座(4)處於滿電電池緩存工位(11)，向雙聯定位傳送車(3)的滿電電池座(4)裝載滿電電池(7)；這樣就完成了電池的更換，換完電池的電動汽車(14)駛出車輛定位平臺(9)。所述一種電動汽車電池組自動更換系統的電池傳送方法如下雙聯定位傳送車(3)處在初始狀態，其滿電電池座(4)處在滿電電池緩存工位(11)上的位置，虧電電池座(5)處於舉升設備(6)正上方並為空，一塊滿電電池(7)放置在雙聯定位傳送車(3)的滿電電池座(4)上，卸載虧電電池(8)並放置於雙聯定位傳送車(3)的虧電電池座(5)上，雙聯定位傳送車(3)向虧電電池緩存工位(13)方向移動一個工位，滿電電池(7)和虧電電池(8)同時隨雙聯定位傳送車(3)移動一個工位，此時，滿電電池(7)和虧電電池(8)分別處於換電工位(12)和虧電電池緩存工位(13)，然後，裝載滿電電池(7)至電動汽車(14)，同時從雙聯定位傳送車(3)的虧電電池座(5)卸下虧電電池(8)。
2.根據權利要求1所述的電動汽車電池組自動更換系統，其中所述的換電設備能夠 與兩條輸送線配合使用，按以下布局方式布局兩條輸送線平行安裝，一條作為裝載輸送線 (1)用於輸送滿電電池(7)，一條作為卸載輸送線(2)用於輸送被卸載的虧電電池(8)；換 電設備設在所述兩條輸送線之間，佔用三個工位的空間，三個工位依次為滿電電池緩存工 位(11)、換電工位(12)和虧電電池緩存工位(13)，雙聯定位傳送車(3)移動方向垂直於輸 送線輸送方向；滿電電池緩存工位(11)與裝載輸送線(1)對接，對接處設移位裝置(10)， 用於從裝載輸送線(1)向雙聯定位傳送車(3)的滿電電池座(4)裝載滿電電池(7)；虧電電池緩存工位(13)與卸載輸送線(2)對接，對接處設移位裝置(10)，從雙聯定位傳送車(3) 的虧電電池座(5)卸下虧電電池(8)。
3.一種電動汽車電池組自動更換系統的電池傳送方法的特徵在於運行方法和步驟 如下1)布局安裝輸送線、換電設備和車輛定位平臺兩條輸送線平行安裝，一條作為裝載輸送線(1)用於輸送滿電電池(7)，一條作為卸載 輸送線(2)用於輸送被更換的虧電電池(8)；換電設備設在兩條輸送線之間，佔用三個工位 的空間，三個工作工位依次為滿電電池緩存工位(11)、換電工位(12)和虧電電池緩存工位(13)，傳送方向垂直於輸送線方向；滿電電池緩存工位(11)與裝載輸送線(1)對接，虧電電 池緩存工位(13)與卸載輸送線(2)對接；舉升設備(6)放置於雙聯定位傳送車(3)下方， 設在換電工位(12)上；車輛定位平臺(9)設於舉升設備(6)的正上方，用於定位電動汽車(14)；2)使換電設備處於初始位置雙聯定位傳送車(3)的初始狀態為滿電電池座(4)處於滿電電池緩存工位(11)，虧 電電池座(5)處於換電工位(12)；舉升設備(6)降至最低處；3)輸送滿電電池(7)至換電設備裝載輸送線(1)輸送滿電電池(7)至換電設備，滿電電池(7)從裝載輸送線(1)上傳 送到雙聯定位傳送車(3)上的滿電電池座(4)上；4)卸載虧電電池(8)舉升設備(6)舉起滿電電池(7)，卸載虧電電池(8)後下降，把虧電電池(8)放置於雙 聯定位傳送車⑶上的虧電電池座(5)；5)移動雙聯定位傳送車(3)雙聯定位傳送車⑶搭載滿電電池⑵和虧電電池⑶一起向虧電電池緩存工位(13) 方向移動一工位，使虧電電池座(5)到達虧電電池緩存工位(13)，此時，滿電電池座(4)搭 載的滿電電池⑵處於換電工位(12)；6)裝載滿電電池(7)和輸出虧電電池(8)舉升設備(6)舉起滿電電池(7)，裝載滿電電池(7)至電動汽車(14)；同時，虧電電池 ⑶從雙聯定位傳送車⑶的虧電電池座(5)卸載到卸載輸送線(2)，並由卸載輸送線⑵ 輸出；7)換電設備復位舉升設備(6)下降至初始位置，雙聯定位傳送車(3)移動至初始位置，等待下一循環換 電工作。
4.根據權利要求1 3之一所述的電動汽車電池組自動更換系統，其中所述的電動汽 車前後方向平行於雙聯定位傳送車(3)移動方向。
5.根據權利要求1 3之一所述的電動汽車電池組自動更換系統，其中所述的換電設 備和車輛定位平臺(9)能夠擴展安裝多套，與兩條輸送線配合運行，其拓撲結構為兩條輸 送線平行安裝，一條作為裝載輸送線(1)用於輸送滿電電池(7)，一條作為卸載輸送線(2) 用於輸送被卸載的虧電電池(8)；換電設備設在兩條輸送線之間，佔用三個工位的空間，三 個工作工位依次為滿電電池緩存工位(11)、換電工位(12)和虧電電池緩存工位(13)，雙聯定位傳送車(3)移動方向垂直於輸送線輸送方向，擴展的多套換電設備的雙聯定位傳送車 (3)移動的方向互相平行，且間隔一定的距離，所有換電設備的滿電電池緩存工位(11)與 裝載輸送線(1)對接，由裝載輸送線(1)向雙聯定位傳送車(3)的滿電電池座(4)裝載滿 電電池(7)；虧電電池緩存工位(13)與卸載輸送線(2)對接，由卸載輸送線(2)從雙聯定 位傳送車(3)的虧電電池座(5)卸載被換下的虧電電池(8)。
6.根據權利要求1 5之一所述的電動汽車電池組自動更換系統，其中所述的舉升設 備(6)與雙聯定位車之間有定位裝置，可以使雙聯定位傳送車(3)相對舉升設備(6)準確 定位停止；所述定位裝置通過定位傳感器實現，或者通過機械限位結構實現。
7.根據權利要求1 5之一所述的電動汽車電池組自動更換系統，其中所述的雙聯定 位傳送車(3)的滿電電池座⑷和虧電電池座(5)與電池箱之間設有導向定位裝置，能夠 為電池箱在裝入的過程中提供導向，並將電池箱準確定位於電池箱座中；所述導向定位裝 置為導向斜面和定位凹槽，或者為導向定位銷。
全文摘要
一種電動汽車電池組自動更換系統及其電池傳送方法，該系統包括兩條輸送線、移位裝置、換電設備和車輛定位平臺，其中換電設備包括雙聯定位傳送車和舉升設備。兩條分別用於傳送滿電電池和饋電電池的輸送線平行安裝，有兩個固定在一起的電池存放座的雙聯定位傳送車於兩條輸送線之間垂直於輸送線輸送方向在三個工位區域內移動，舉升設備設於換電工位，雙聯定位傳送車放置裝載輸送線輸送的滿電電池和舉升設備卸下的虧電電池向虧電電池座一側移動一個工位，滿電電池位於換電工位上，由舉升設備裝載滿電電池，同時從雙聯定位傳送車的虧電電池座卸下虧電電池，這樣就完成了電池的更換。
文檔編號B60S5/06GK101890942SQ20101025046
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月11日 優先權日2010年8月11日
發明者華劍鋒, 李立國, 田碩 申請人:李立國;田碩;華劍鋒