电动汽车底盘充换电站及使用该电动汽车底盘换电站进行更换电池的方法

摘要

本发明提供一种电动汽车底盘充换电站，包括汽车对中装置、电池升降更换装置、轨道式巷道堆垛机、电池存放架、电池搬运装置及电池充电装置。利用轨道式巷道堆垛机的移动使电池搬运装置在电池升降更换装置、轨道式巷道堆垛机及电池存放架之间行走，使得不需要输送线即可完成电池的运输，从而使该电动汽车底盘充换电站具有较高的空间利用率。此外，还提供一种电池更换方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种服务于电动汽车的技术领域，特别是涉及一种电动汽车底 盘换电站及使用该电动汽车底盘换电站进行更换电池的方法。

背景技术

汽车的诞生为人类的生活和交通带来了很大的便利，加快了人们的生活节 奏和步伐，大大提高了人类的效率，改变了人类的生活方式。在全球汽车行业 日益增长的今天，燃油汽车成了我们生活中的主力军，但是随之而来的负面问 题也体现出来。主要体现在以下几个方面：环境污染和石油能源枯竭。特别是 石油是一种不可再生资源，近百年的开采使石油储备量大大减少，使汽车行业 的发展受到了严峻的考验。随着世界各国人民生活水平的提高，节能减排成为 汽车发展的一种新型的方式。电动汽车在这种情况下应运而生，并且将要成为 汽车发展的主力军。

电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、 安全法规各项要求的车辆。目前电动汽车在中国发展前景良好，中国各大汽车 公司都在生产各种新型的电动汽车。但是电动汽车由于其充电不方便，续航能 力不足等问题，限制了电动汽车在中国以及在世界的发展，目前有快速充电技 术可以在短时间内将电池电量充满，但是这种充电技术严重损害了电池的寿命， 还有一种方法是充电桩，但是充电桩技术发展很不完善，需要专车专用充电桩， 大大降低了充电桩的使用效率。所以，一种类似加油站的汽车电池更换的换电 站应运而生。在城市和道路要道建立换电站既能满足电动汽车续航能力的要求， 也能满足社会发展的一系列需求。

目前电动汽车电池更换方式主要有以下两种方式:侧向换电和底盘换电。侧 向换电主要是在汽车两侧水平方向进行电池更换。底盘换电主要指的是在汽车 底部进行电池更换。但是，为了续航的要求能达到300公里以上，通常电池的 重量要做到400公斤以上，为了配重合理，其电池只能安装在车辆中间成员座 椅的底部。传统的电池更换技术方案，其换电设备的核心是采用能够在一条输 送线上移动的双联输送车，用于输送满电电池和亏电电池，电池的卸载和安装 都由一个固定可升降的举升设备来完成，这种技术方案能实现自动化，但是它 还存在输送线距离长，场地占用空间大，空间利用率较低的问题。

发明内容

基于此，提供一种空间利用率较高的电动汽车底盘充换电站。

一种电动汽车底盘充换电站，包括：汽车对中装置，用于车辆的停放以及 车辆的横向与纵向定位，设有主机架、设置于主机架供电池通过的电池装卸口、 依据电动汽车车轮位置设置于所述电池装卸口周围的数组滚子组、设置于所述 电池装卸口两侧用于推动车轮的对中推杆及驱动所述对中推杆的传动装置；电 池升降更换装置，位于所述汽车对中装置的正下方，用于更换电池，设有能上 下浮动并置放电池的放置架的剪叉台、设置于所述放置架实现将电池从电动汽 车上解锁及将电池锁定在电动汽车的电池锁止机构及设置于所述放置架上的第 一行走轨道；轨道式巷道堆垛机，位于所述汽车对中装置的一侧，用于自动存 取电池，设有横向轨道、沿所述横向轨道横向移动并设置有纵向轨道的机架、 设置于所述机架并沿所述纵向轨道上下移动且具有上下两层的载货台及组装于 所述机架的电器控制柜，所述载货台设置有第二行走轨道；电池存放架，位于 所述轨道式巷道堆垛机相对于汽车对中装置的另一侧，用于存放满电和亏电的 电池，设有沿所述轨道式巷道堆垛机的横向轨道延伸方向布置的一排几层的数 个电池架，所述每个电池架均设置有第三行走轨道；电池搬运装置，设置有两 个，分别位于所述轨道式巷道堆垛机的上下两层载货台上，用于在所述第一行 走轨道、第二行走轨道及第三行走轨道之间行走以搬运电池，设有驱动行走的 行走装置、升降装置及用于置放电池并由所述升降装置驱动而上升和下降的端 板；电池充电装置，用于将亏电的电池搬运至所述电池架后自动进行充电，设 有位于电池架上的插头插拔机构及位于所述轨道式巷道堆垛机上驱动所述插头 插拔机构与亏电的电池插拔的动力机构。

在其中一个实施例中，所述数组滚子组包括对应车辆两个前轮及两个后轮 的四组滚子组，其中对应车辆两个前轮的两组滚子组分别由两排呈V形排列的 滚子组成，所述汽车对中装置还包括覆盖所述电池装卸口的安全门，所述传动 装置控制所述安全门的开合，所述对中推杆安装于所述安全门并随安全门的开 合而移动，所述滚子滚动的方向与所述对中推杆推动电动汽车移动的方向相同。

在其中一个实施例中，所述电池升降更换装置还包括设置于所述放置架上 用于导引电池位置的导向圆柱，所述剪叉台为利用滚珠丝杠驱动的单剪叉升降 机构。

在其中一个实施例中，所述电池锁止机构包括具有与电池相配合的锁止部 的输入轴及驱动所述输入轴转动的驱动机构。

在其中一个实施例中，所述电池搬运装置的行走装置包括行走电机、由所 述行走电机驱动的主动行走轮及由所述主动行走轮驱动的从动行走轮，所述主 动行走轮和从动行走轮在行走方向上分别分成为越过所述轨道式巷道堆垛机和 所述电池升降更换装置及所述轨道式巷道堆垛机和所述电池存放架之间间隙的 前后两排。

在其中一个实施例中，所述升降装置包括升降电机、由所述升降电机驱动 并于两端分别设置左旋螺纹和右旋螺纹的丝杠、由所述丝杠驱动的推拉臂及由 所述推拉臂驱动而移动并设有斜面的楔形块，所述端板上设置有在所述斜面上 滚动的滚轮。

在其中一个实施例中，所述电池搬运装置包括机架，所述行走装置、升降 装置及端板均设置于所述机架上，所述机架的四周设置有限位于所述第一行走 轨道、所述第二行走轨道及第三行走轨道的导向轮，所述端板上设置有导向柱， 所述机架上设置有与所述导向柱相配合的导向孔。

在其中一个实施例中，所述插头插拔机构包括固持于所述电池架的固持盖、 滑动连接于所述固持盖的收紧盒及随所述收紧盒的移动而进出所述收紧盒的插 头。

在其中一个实施例中，所述收紧盒的盒壁上设置有曲线导向槽，所述插头 设置有在所述曲线导向槽运动的安装部，所述动力机构包括推拉杆及驱动推拉 杆抵推所述收紧盒的动力部。

此外，还提供一种使用上述电动汽车底盘充换电站进行电池更换的方法， 包括如下步骤：

识别车辆信息：当电动汽车进入电动汽车底盘充换电站，电动汽车底盘充 换电站的控制系统根据汽车型号信息找到相应信号的满电电池所在的电池架， 并向轨道式巷道堆垛机发送取电池指令，轨道式巷道堆垛机接受指令后，移动 到相应电池架并与电池架相对接；

取出满电电池：轨道式巷道堆垛机的动力机构启动并与电池架上的插头插 拔机构对接使插头插拔机构与满电电池脱离；与此同时，一个电池搬运装置进 入电池架，将电池举升后载着电池返回载货台；

对电动汽车进行对中：在取出满电电池的同时，电动汽车驶入汽车对中装 置的主机架上，车轮与滚子组相配合，对中推杆对汽车进行调节，电池装卸口 此时被打开；

卸载亏电电池：放置架在剪叉台的作用下开始上升，到位后电池锁止机构 启动卸载亏电电池，使该电池落在放置架上；

轨道式巷道堆垛机与电池升降更换装置对接：在卸载亏电电池的同时，另 一个载货台行走到放置架的位置并与放置架相对接；

输送亏电电池：另一个位于载货台上的电池搬运装置移动至放置架上后将 亏电电池举升，到位后触发返回指令，返回到载货台上；

输送满电电池：载有满电电池的电池搬运装置随载货台移动至电池升降更 换装置的放置架并与放置架对接，电池搬运装置行走到放置架上并使满电电池 下降至放置架上，然后返回载货台上；

装载满电电池：剪叉台将放置架举升，并利用锁止机构将满电电池与电动 汽车对接并锁死；

亏电电池充电：载有亏电电池的电池搬运装置随载货台移动至相应的电池 架并与电池架对接，电池搬运装置行走到电池架上并使亏电电池下降至电池架 上，然后动力机构与相应电池架上的插头插拔机构对接，使插头插拔机构与亏 电电池对接，对该亏电电池充电；

完成充换电全部操作后，电动汽车驶出电动汽车底盘充换电站，电动汽车 底盘充换电站处于等待下次换电的状态。

上述电动汽车底盘充换电站，利用轨道式巷道堆垛机的移动使电池搬运装 置在电池升降更换装置、轨道式巷道堆垛机及电池存放架之间行走，使得不需 要输送线即可完成电池的运输，从而使该电动汽车底盘充换电站具有较高的空 间利用率。另外，还提供一种电池更换方法，能实现电动汽车电池快速更换， 电池的快速充电。

附图说明

图1为本实施方式电动汽车底盘充电换电站的轴测图；

图2为本实施方式电动汽车底盘充电换电站的汽车对中装置的结构图；

图3为本实施方式电动汽车底盘充电换电站的电池升降更换装置的结构图；

图4为图3所示电池升降更换装置带电池的结构图；

图5为本实施方式电动汽车底盘充电换电站的电池搬运装置的结构图；

图6为图3所示电池搬运装置去掉端板的俯视图；

图7为本实施方式电动汽车底盘充电换电站的电池充电装置的结构图；

图8为本实施方式电池充电方法的流程图。

具体实施方式

请参图1至图7，本实施方式揭示一种电动汽车底盘充换电站，包括汽车对 中装置100、电池升降更换装置200、轨道式巷道堆垛机300、电池存放架400、 电池搬运装置500及电池充电装置600。利用轨道式巷道堆垛机300的移动使电 池搬运装置500在电池升降更换装置200、轨道式巷道堆垛机300及电池存放架 400之间行走，使得不需要输送线即可完成电池的运输，从而使该电动汽车底盘 充换电站具有较高的空间利用率。

请参图1和图2，汽车对中装置100用于车辆的停放以及车辆的横向与纵向 定位，设有主机架110、设置于主机架110供电池通过的电池装卸口120、依据 电动汽车车轮位置设置于电池装卸口120周围的数组滚子组130、设置于电池装 卸口120两侧用于推动车轮的对中推杆140及驱动对中推杆的传动装置（未图 示）。

数组滚子组130包括对应车辆两个前轮及两个后轮的四组滚子组，其中对 应车辆两个前轮的两组滚子组130分别由两排呈V形排列的滚子132组成。汽 车对中装置100还包括覆盖电池装卸口120的安全门150。传动装置控制安全门 150的开合，对中推杆140安装于安全门150并随安全门150的开合而移动，滚 子132滚动的方向与对中推杆140推动电动汽车移动的方向相同。

在初始状态下，安全门150处于关闭状态，对中推杆140位于安全门150 的一侧。驾驶员将车辆驾驶至主机架110上，当电动汽车前轮与滚子组130呈V 形排列的滚子132接触，电动汽车前轮将因两排滚子132之间所形成的斜坡而 自动滑入两排滚子132所形成的V形槽的槽底，从而完成车辆的前后定位。电 动汽车停放完成后，传动装置开始工作。传动装置带动安全门150开启，安全 门150带动对中推杆140同步张开并在左右方向推动车轮，车轮在滚子132上 左右方向移动完成车辆的左右定位。传动装置停止工作，结束对中操作。此时， 安全门150开始至最大状态，可以进行电池更换作业。

请参图3和图4，电池升降更换装置200位于汽车对中装置100的正下方， 用于更换电池，设有能上下浮动并置放电池的放置架212的剪叉台210、设置于 放置架212实现将电池从电动汽车上解锁及将电池锁定在电动汽车的电池锁止 机构220、设置于放置架212上的第一行走轨道230及设置于放置架212上用于 导引电池位置的导向圆柱240。剪叉台210为利用滚珠丝杠驱动的单剪叉升降机 构，其升降作用可使放置架212上下浮动。

电池锁止机构220包括具有与电池相配合的锁止部2222的输入轴222及驱 动输入轴222转动的驱动机构224。如图4所示，电池A位于放置架212上， 锁止部2222与设置于电池A上的锁止盒A1相配合，锁止盒A1与设置于汽车 底盘的锁止挂板（未图示）相配合。驱动机构224驱动输入轴转动，锁止部2222 驱动锁止盒A1锁止或解锁于锁止挂板，实现电池A1锁止或解锁于电动汽车。

请参图1，轨道式巷道堆垛300位于汽车对中装置100的一侧，用于自动存 取电池，设有横向轨道310、沿横向轨道310横向移动并设置有纵向轨道322的 机架320、设置于机架320并沿纵向轨道322上下移动且具有上下两层的载货台 330及组装于机架320的电器控制柜340。载货台330设置有第二行走轨道332。 载货台330在纵向轨道322上上下移动，并随机架320在横向轨道310上横向 移动可实现载货台330移动至一定空间内的任意位置，也可方便移动至放置架 212处，并使第二行走轨道332与第一行走轨道230对接。

电池存放架400位于轨道式巷道堆垛机300相对于汽车对中装置100的另 一侧，用于存放满电和亏电的电池，设有沿轨道式巷道堆垛机300的横向轨道 310延伸方向布置的一排几层的数个电池架410。每个电池架410均设置有第三 行走轨道412。载货台330在机架320的纵向轨道322上上下移动，或随机架 320在横向轨道310上横向移动，可使载货台330移动至电池存放架400的任意 一个电池架上410上，并使载货台330的第二行走轨道332与电池架410的第 三行走轨道412相对接。

请参图5和图6，电池搬运装置500设置有两个，分别位于轨道式巷道堆垛 机300的上下两层载货台330上，用于在第一行走轨道230、第二行走轨道332 及第三行走轨道412之间行走以搬运电池，设有驱动行走的行走装置510、升降 装置520及用于置放电池并由升降装置520驱动而上升和下降的端板530。

电池搬运装置500的行走装置510包括行走电机512、由行走电机512驱动 的主动行走轮514及由主动行走轮514驱动的从动行走轮516。主动行走轮514 和从动行走轮516在行走方向上分别分成为越过轨道式巷道堆垛机300和电池 升降更换装置200及轨道式巷道堆垛机300和电池存放架400之间间隙的前后 两排，使得电池搬运装置500轻松地在第一行走轨道230、第二行走轨道332及 第三行走轨道412之间行走。

升降装置520包括升降电机522、由升降电机522驱动并于两端分别设置左 旋螺纹和右旋螺纹的丝杠524、由丝杠524驱动的推拉臂526及由推拉臂526驱 动而移动并设有斜面的楔形块528。端板530上设置有在斜面上滚动的滚轮。升 降电机522驱动丝杆524转动，分别设置在丝杠524两端的推拉臂526在左旋 螺纹和右旋螺纹的驱动下相对或相反方向移动，推拉臂526移动时驱动安装在 推拉臂526上的楔形块528移动，从而使得楔形块528上的斜面驱动滚轮沿斜 面滚动，由此就可实现端板530的上下浮动。端板530用于装载电池，电池搬 运装置500利用行走装置的行走及端板530的上下浮动搬运电池。

电池搬运装置500包括机架540。行走装置510、升降装置520及端板530 均设置于机架540上。机架540的四周设置有限位于第一行走轨道230、第二行 走轨道332及第三行走轨道412的导向轮550，从而使电池搬运装置500稳定行 走于各个轨道之间。端板530上设置有导向柱（未图示），机架540上设置有与 导向柱534相配合的导向孔542，以使端板530上下浮动时更加平稳。

请参图7，电池充电装置600用于将亏电的电池搬运至电池架410后自动进 行充电，设有位于电池架410上的插头插拔机构610及位于轨道式巷道堆垛机 300上驱动插头插拔机构610与亏电的电池插拔的动力机构620。

插头插拔机构610包括固持于电池架410的固持盖612、滑动连接于固持盖 612的收紧盒614及随收紧盒614的移动而进出收紧盒614的插头616。收紧盒 614的盒壁上设置有曲线导向槽，插头616设置有在曲线导向槽运动的安装部。 动力机构620包括推拉杆622及驱动推拉杆622抵推收紧盒614的动力部624。

电池搬运装置500将亏电电池移动至电池架410上后，轨道式巷道堆垛机 300上的动力部624启动并驱动推拉杆622抵推收紧盒614沿固持盖612水平移 动，插头616的安装部在曲线导引槽内移动并促使插头616凸伸出收紧盒614 并与亏电电池的插座相插接，从而对该亏电电池进行充电。

电动汽车底盘充换电站具体工作时，当需要更换电池的电动汽车驶入该电 动汽车底盘充换电站，站内的无线射频通讯系统即启动对读取该电动汽车的信 息和信号并发送到控制系统。控制系统根据该电动汽车的信号信息，找到相应 型号的满电电池所在电池架410编号，并向轨道式巷道堆垛机300发送取电池 的指令。

同时，电动汽车停靠在汽车对中装置100的主机架110，滚子组130对电动 汽车进行前后定位，对中推杆140对电动汽车进行左右定位，从而使电动汽车 停在指定位置，此时安全门150打开，可进行更换电池。

轨道式巷道堆垛机300接到指令后，一层载货台330移动至电池架410并 使第二行走轨道332与第三行走轨道412对接，位于轨道式巷道堆垛机300上 的动力机构620启动，与位于电池架410上的插头插拔机构610对接，使插头 616上升至收紧盒614内，从而与指定满电电池脱离。

与此同时，该层上的电池搬运装置500接到系统指令从第二行走轨道332 行走至第三行走轨道412。电池搬运装置500沿第三行走轨道412行走至对应编 号的电池架410内位于指定满电电池的正下方，然后升降装置520启动将端板 530上升并举起满电电池。随后，行走装置510再次启动使电池搬运装置500返 回当初的载货台330上。

电池升降更换装置200的剪叉台210在安全门150打开后即上升并将放置 架212举升至指定位置后，驱动机构224驱动锁止部2222与亏电电池的锁止盒 相配合并将亏电电池从电动汽车的锁止挂板上解锁下来，使得亏电电池落至放 置架212上。然后，剪叉台210下降并使放置架212下降至指定位置。与此同 时，轨道式巷道堆垛机300装载另一台电池搬运装置500的载货台330移动至 放置架212，使第二行走轨道332与第一行走轨道230对接后，电池搬运装置 500行走至放置架212上。然后升降电机522得到系统指令启动将端板530上升 并将亏电电池举升在端板530上，到位后，触发返回指令，电池搬运装置500 返回到相应的载货台330上。

然后，轨道式巷道堆垛机300通过上升或下降，将载有满电电池的载货台 330与放置架212对接。电池搬运装置500携带满电电池行走至放置架212上并 启动升降电机522放下端板530使满电电池落至放置架212上，之后电池搬运 装置500返回至相应的载货台330上。放置架212接受到满电电池后即上升， 将满电电池举升至电动汽车相应位置并启动电池锁止机构220将满电电池锁止 在电动汽车上。

卸下满电电池的电池搬运装置500返回到载货台330后，根据控制系统的 指令，机架320再次移动，载有亏电电池的载货台330移动至相应的电池架410， 第二行走轨道332与第三行走轨道412对接。电池搬运装置500将亏电电池运 动至相应的电池架410上，端板530下降将亏电电池放置于电池架410上后电 池搬运装置500返回至载货台330。亏电电池到位后，系统发送指令启动动力机 构620与插头插拔机构610对接，插头616下降突伸出收紧盒614并与亏电电 池的插座相对接开始对亏电电池充电。

电动汽车在安装后满电电池后即可驶离电动汽车底盘充换电站，轨道式巷 道堆垛机300归位，整个电动汽车底盘充换电站处于等待下次换电的状态。

电动汽车底盘充换电站利用轨道式巷道堆垛机300及两台电池搬运装置500 的协同工作，整体空间利用率较高；利用汽车对中装置100的滚子组130及对 中推杆140使车辆对中时间短；利用电池锁止机构220使电池与汽车锁紧可靠 牢固。采用体积小巧的电池搬运机构500和轨道式巷道堆垛机300双层方式， 大大提高了效率，并且轨道式巷道堆垛机300设置电池充电装置600的动力机 构620，大大节省了充电成本。

由此，请参图8，本实施方式还提供一种使用该电动汽车底盘充换电站进行 更换电池的方法，包括如下步骤：

S710，识别车辆信息：当电动汽车进入电动汽车底盘充换电站，电动汽车 底盘充换电站的控制系统根据汽车型号信息找到相应信号的满电电池所在的电 池架，并向轨道式巷道堆垛机发送取电池指令，轨道式巷道堆垛机接受指令后， 移动到相应电池架并与电池架相对接；

S720，取出满电电池：轨道式巷道堆垛机的动力机构启动并与电池架上的 插头插拔机构对接使插头插拔机构与满电电池脱离；与此同时，一个电池搬运 装置进入电池架，将电池举升后载着电池返回载货台；

S730，对电动汽车进行对中：在取出满电电池的同时，电动汽车驶入汽车 对中装置的主机架上，车轮与滚子组相配合，对中推杆对汽车进行调节，电池 装卸口此时被打开；

S740，卸载亏电电池：放置架在剪叉台的作用下开始上升，到位后电池锁 止机构启动卸载亏电电池，使该电池落在放置架上；

S750，轨道式巷道堆垛机与电池升降更换装置对接：在卸载亏电电池的同 时，另一个载货台行走到放置架的位置并与放置架相对接；

S760，输送亏电电池：另一个位于载货台上的电池搬运装置移动至放置架 上后将亏电电池举升，到位后触发返回指令，返回到载货台上；

S770，输送满电电池：载有满电电池的电池搬运装置随载货台移动至电池 升降更换装置的放置架并与放置架对接，电池搬运装置行走到放置架上并使满 电电池下降至放置架上，然后返回载货台上；

S780，装载满电电池：剪叉台将放置架举升，并利用锁止机构将满电电池 与电动汽车对接并锁死；

S790，亏电电池充电：载有亏电电池的电池搬运装置随载货台移动至相应 的电池架并与电池架对接，电池搬运装置行走到电池架上并使亏电电池下降至 电池架上，然后动力机构与相应电池架上的插头插拔机构对接，使插头插拔机 构与亏电电池对接，对该亏电电池充电；

完成充换电全部操作后，电动汽车驶出电动汽车底盘充换电站，电动汽车 底盘充换电站处于等待下次换电的状态。

本实施方式使用电动汽车底盘充换电站进行更换电池的方法，能实现电动 汽车电池快速更换，电池的快速充电。整个操作过程都是流水操作，所有动作 和指令都由电气控制系统完成，实现了智能化。与此同时，还能更换不同型号 汽车的电池，兼容不同型号的汽车。在装载和卸载电池的机构上采用了浮动结 构，利用机械定位方式实现了对接，允许电池在水平方位内有±2厘米的偏差， 省去的利用视觉等精确定外的麻烦，电池搬运装置体积比较小，厚度只有90cm， 大大节省了空间。在电池充电装置上，实现一动力机构，驱动多个插头插拔机 构，大大节省了成本。并且通过堆垛机上两层搬运方式实现大大减少了单个搬 运时间，提高了效率，并且使得整个电动汽车底盘充换电站空间利用率较高。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细， 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和 改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附 权利要求为准。