CN101870284B - 电动汽车的电池自动更换系统以及自动更换电动汽车电池的方法 - Google Patents

Abstract

一种电动汽车的电池自动更换系统，包括车辆定位平台、定位底座、举升设备、电池箱以及电池箱锁定装置，其中：车辆定位平台位于定位底座以及举升设备的上方，用于实现车辆的定位停车，该定位平台中央设有贯穿的开口，以实现电池箱的拆卸或安装；举升设备和定位底座之间设有可控制的定位机构，该定位机构用于实现定位底座与举升设备之间的自动定位；电池箱与车辆间设有导向装置，以补偿电池箱安装时的位置误差；以及电池箱锁定装置用于将电池箱锁定在车辆内或者解锁。以及一种使用上述系统来自动更换电动汽车电池的方法。

Description

电动汽车的电池自动更换系统以及自动更换电动汽车电池的方法

技术领域

本发明涉及一种电动汽车的电池更换系统，特别是涉及一种电动轿车的电池自动更换系统。本发明还涉及一种用于自动更换电动汽车电池的方法。 

背景技术

电动汽车通过储存在电池中的电能驱动汽车行驶，减少了车辆对化石能源的依赖，是解决国家能源安全问题的一个重要手段。由于受到当前电池能量密度限制，电动汽车的续驶里程通常为一百至两百公里，远不能与传统汽车通常超过五百公里的续驶里程相比。因此，能否快速便捷地对电动汽车进行电能补充将成为影响电动汽车的使用和推广的重要因素。在目前电池技术发展水平下，电池充电通常需要几个小时完成，无法像加油一样在几分钟内将电池充电，因为如此大电流的对电池充电将对电池寿命产生不良影响。因此，更换电池成为了目前唯一可行的电动汽车电能快速补充办法。 

目前的电动汽车电池更换系统通常针对电动客车，其从车辆两侧水平方向进行电池更换，如专利申请公开说明书CN101284524A、CN101214814A和CN100497023C。但由于电动轿车电池通常布置在底盘底部，不便于从水平方向将电池取出，因此此类从水平方向进行电池更换的系统通常无法对轿车进行电池自动更换，如专利申请公开说明书CN101564984A和CN201195491Y。 

针对电池布置在车辆底部的电动轿车，专利申请公开说明书CN101559758A提出了一种电池的快装快换系统。首先，其提出的系统只包含电池与车辆之间的连接部件，不具备任何定位导向装置，因此其系统无法实现电池自动更换，且不具备为多种车型和多种尺寸电池箱进行电池更换的能力。其次，其系统需要在车辆上增加安装板和保护框两个部件，用于将电池固定在车辆上，这样不仅增加了车辆重量， 而且安装板与电池和保护框与车辆之间均需要进行可靠连接，增加了系统的复杂程度。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是实现电动轿车电池的自动更换，还能尽量减少安装在车辆上的装置重量。这其中的关键问题是要解决更换过程中的安装和定位问题，不仅应能够自动化完成，还应具备良好的车型和电池箱兼容性。 

本发明的上述目的通过一种电动汽车的电池自动更换系统来实现，该系统包括一个车辆定位平台、一个定位底座、一个举升设备、一个电池箱以及一个电池箱锁定装置，其中：所述车辆定位平台位于定位底座以及举升设备的上方，用于实现车辆在侧向和纵向方向上的定位停车，该车辆定位平台中央设有贯穿的开口，以供举升设备和定位底座穿过该开口而实现电池箱的拆卸或安装；所述举升设备和定位底座之间设有可控制的定位机构，该可控制的定位机构用于实现定位底座与举升设备之间的自动定位；所述电池箱与车辆间设有导向装置，以通过该导向装置来补偿电池箱安装时的位置误差；以及所述电池箱锁定装置用于将电池箱锁定在车辆内或者解锁。 

优选地，所述车辆定位平台设有侧向定位机构以及纵向定位机构。在一个实施方案中，所述侧向定位机构为安装在该车辆定位平台一侧的导向槽，所述纵向定位机构为V型槽，由此，以特别简单的方式实现了车辆在该定位平台上的定位停车。为了适应不同车型的尺寸，所述导向槽的宽度和位置、所述V型槽的位置可以是可调的。 

优选地，所述开口的位置和大小是可调节的。由此，可以根据电池箱的尺寸和车辆的轮距调节该开口，使得该系统可适用于范围较大的车型。 

优选地，根据本发明的电池自动更换系统设有一个输送设备，用于将定位底座和放置于其上的电池箱一起输送至举升设备或者从举升设备输送走。优选地，所述输送设备由电机带动辊筒实现，并且可档边安装滚筒或在侧面安装流利条。由此，以特别简单的方式实现定位底座连同电池箱的传输，以及实现定位底座的侧向定位，以便于整个 系统的自动化运行，且由于滚筒档边和流利条只依赖定位底座即可完成定位，输送系统可兼容各种尺寸的电池箱。 

优选地，所述举升设备和定位底座之间设有便于滑动的表面结构，在安装电池箱时所述可控制的定位机构设置为解锁并借助于该便于滑动的表面结构使得定位底座与举升设备之间可容易地相对移动。在一个实施方案中，所述便于滑动的表面结构是设置在所述举升设备顶面的多个万向球或万向轮。由此，通过特别简单的结构设计实现了所述便于滑动的表面结构。 

优选地，所述导向装置为设置在电池箱的顶部的倾斜导向平面。由此，以尤其简单的结构实现了电池箱的安装导向。 

优选地，所述电池箱锁定装置设置为分别安装在电池箱四个侧面的锁件以及安装在车辆上的锁钩，所述锁件与锁钩配合从而实现电池箱的锁紧固定。由此，以简单且可靠的方式实现了电池箱在车辆底部的安装锁定。 

优选地，该系统还设有一个附加的限位装置，其设置在举升设备和定位底座之间，通过在举升设备顶部和定位底座底部其中之一上设置可控制的圆柱销并在另一个上设置限位孔，且限位孔的直径大于圆柱销的直径，从而防止所述定位底座连同电池箱从举升设备上滑落。由此，使得该系统更加安全可靠。 

本发明的上述目的还通过一种用于自动更换电动汽车电池的方法来实现，该方法使用本发明中各个实施方案所描述的电动汽车的电池自动更换系统来进行，该方法包括以下步骤： 

1)车辆驶入车辆定位平台进行定位停车； 

2)举升设备将定位底座举升穿过开口直至接触到安装在车辆上的电池箱； 

3)电池箱锁定装置解锁，举升设备将定位底座连同电池箱一起降下； 

4)所述可控制的定位机构解锁，将定位底座连同被换下的电池箱输送走； 

5)将定位底座连同待换上的电池箱输送至举升设备，定位底座与举升设备通过可控制的定位机构完成定位； 

6)在举升设备上升之前或之时、在安装电池箱之前，所述可控制的定位机构解锁，使得定位底座和举升设备之间可相对移动； 

7)举升设备继续上升，将电池箱装入车辆底部并实现定位； 

8)通过电池箱锁定装置将电池箱锁紧固定； 

9)举升设备连同定位底座降下，通过所述可控制的定位机构完成定位底座与举升设备的定位； 

10)车辆驶离车辆定位平台。 

本发明实现了电池更换过程的自动化，缩短了电池更换时间，减轻了劳动强度。而且本发明提出的定位底座可以使电池更换系统及与之配套的电池输送系统可兼容多种车型和电池尺寸，城市电池更换中心不需要为每种车型安装一套电池更换系统，减少了建设和设备成本。 

附图说明

下面将参照附图更加详细地描述本发明的具体实施方案，附图中相同的附图标记表示相同或相似的部件，其中： 

图1是电动汽车的电池自动更换系统的一个示意性侧视图，其中待更换电池的车辆已在定位平台中定位停车，举升设备连同定位底座处于降低的位置； 

图2是电动汽车的电池自动更换系统的另一示意性侧视图，其中举升设备连同定位底座处于升高的位置，用于拆卸或安装电池箱； 

图3是电动汽车的电池自动更换系统的又一示意性侧视图，其中举升设备、定位底座连同被拆卸或待安装的电池箱处于降低的位置； 

图4是电动汽车的电池自动更换系统的再一示意性侧视图，其中定位底座连同被拆卸或待安装的电池箱被输送设备运送； 

图5是根据本发明的一个实施方案的车辆定位平台的示意性俯视图； 

图6是根据本发明的一个实施方案的电池箱的示意性立体图； 

图7是根据本发明的一个实施方案的举升设备的示意性立体图。 

附图标记说明： 

1.车辆定位平台         4.举升设备 

2.输送设备       5.电池箱 

3.定位底座       6.电池箱锁定装置 

具体实施方式

以下将要描述的具体实施方案仅用于示例性地描述本发明，并不旨在限制本发明的范围。虽然本发明提供了一种电动汽车的电池自动更换系统，但是该系统也可用于混合动力汽车、传统燃油汽车等各种类型汽车的相应部件的自动更换和/或维修。 

图1是电动汽车的电池自动更换系统的一个示意性侧视图，该系统包括一个车辆定位平台1、一个定位底座3、一个举升设备4、一个电池箱5、以及一个电池箱锁定装置6。优选地，该系统还设有一个输送设备2。如图1所示，定位平台1位于输送设备2、定位底座3以及举升设备4的上方，用于通过车辆定位机构将待更换电池的车辆定位在适当位置。图1中，待更换电池的车辆已在车辆定位平台1上定位停车，电池箱5被电池箱锁定装置6锁定在车辆底部，举升设备4连同锁定于其上的定位底座3处于降低的位置，定位底座3的下表面与输送设备2的上表面平齐。优选地定位底座3底面的宽度略大于举升设备4顶面的宽度，以便于定位底座3的运送及定位。优选地，举升设备4与定位底座3之间的接触面是便于滑动的表面结构，以用于补偿车辆停车定位不准或电池箱尺寸变化时的误差。所述便于滑动的表面结构可以设置于举升设备4顶面的至少一部分上，其可以通过万向球、滚柱、万向轮、滑动带等多种方式实现。在本发明的一个实施方案中，该便于滑动的表面结构为设置于举升设备的顶面的多个万向球，如图7所示。此外，举升设备4和定位底座3之间还设有可控制的定位机构12，用于实现两者之间的自动定位以及适时地解锁，以便于借助于举升设备4和定位底座之间的相对移动来补偿安装电池箱5时可能的位置误差。在一个实施方案中，如图1所示，该定位机构12通过在举升设备4上设置可伸缩的定位销12a并且在定位底座3上设置凹槽12b实现，优选地，围绕凹槽设置有倾斜面(未示出)以便于定位底座3与举升设备4之间的导向定位。当然，本领域技术人员容易想到，该可控制的定位机构12也可以通过公知的其它定位装置来实现。 

如图1中虚线所示(最佳如图5所示)，定位平台1中央设有贯穿的开口7，该开口7的位置大致对应于举升设备4和车辆底部安装电池箱的位置而设置，并且这样确定尺寸使得几种常用型号的电池箱5可以借助于举升设备4和定位底座3穿过该开口7而实现拆卸或安装。在需要兼容的车型范围较大的情况下，该开口7的尺寸和位置还可以根据电池箱5的尺寸以及车辆轮距进行调整，以保证车辆不掉下开口7，并且保证电池箱可以通过开口7。对于开口7的尺寸和位置的调节，可以通过活动闸门或类似方式来实现。 

图5是根据本发明的一个实施方案的车辆定位平台的示意性俯视图。在该实施方案中，车辆定位平台1左侧通过焊接或螺栓连接导向槽9实现轮胎的侧向定位。显然地，该导向槽9也可设置在定位平台1的右侧，或者以可调节间距的方式分别设置在左右两侧。在其它实施方案中，该导向槽9也可以通过单边限位、凹槽、传动带或其它类似方式实现车辆的侧向定位。定位平台1的前端安装有纵向定位机构，在该实施方案中，该纵向定位机构是V型槽8a或8b，用于实现车辆的纵向定位停车。如果同时设置8a和8b，则V型槽8b与8a之间的间距以及V型槽8b的宽度(足够宽)被适当设置，使得大多数车型的车辆当其左侧车轮在V型槽8a上定位时其右侧车轮也必然可在V型槽8b上定位。当然，也可以使得V型槽8b的位置可调节以控制其与8a之间的间距。在其它实施方案中，车轮的纵向定位机构也可以通过其它形状的凹槽、限位块、卡夹或其它类似方式来实现。理论上，对车辆的其中一个车轮进行侧向和纵向定位就能实现所述车辆的定位停车。为了适应不同车型的尺寸，所述导向槽的宽度和位置、所述V型槽的位置可以是可调的。 

电池箱5与车辆之间设有导向以及锁定装置。所述电池箱导向装置可以通过倾斜导向平面、倒角面、定位销与导向槽的配合、或者类似方式实现。在一个实施方案中，如图3所示，该电池箱导向装置通过在电池箱的顶部设置倾斜导向平面13实现的。所述电池箱锁定装置6可以通过锁定销、锁钩、电机驱动多连杆机构控制的锁定机构、或类似方式实现。在一个实施方案中，如图1和6示意性所示，电池箱锁定装置6为分别安装在电池箱四个侧面的锁件10以及安装在车辆上 的锁钩(未示出)，所述锁件10与锁钩配合从而实现电池箱5的锁紧固定。如图6所示，电池箱的顶面上安装有电气连接口11，其用于实现与车辆的自动化电气连接。 

图7是根据本发明的一个实施方案的举升设备的示意性立体图。在一个实施方案中，该举升设备4是一个剪式举升设备。如图7所示，在该举升设备4的上表面安装有多个万向球，以便于与定位底座3之间的滑动；其上表面还安装有所述可控制的定位机构12(此处为可伸缩的定位销12a)，用于与定位底座3之间的定位，可通过电磁铁或气缸机构(未示出)驱动其伸缩来控制该定位机构12a的锁定和解锁。该举升设备4为剪叉式举升设备，其可通过电机驱动的丝杠螺母传动、液压系统传动、或类似方式实现。 

下面通过图1-图4描述根据本发明的一个实施方案的电动汽车的电池自动更换系统的工作过程。如图1所示，车辆驶入车辆定位平台1进行车辆定位停车。然后，举升设备4将定位底座3举升穿过开口7直至接触到安装在车辆上的电池箱5。响应于定位底座3接触到电池箱5，电池箱锁定装置6被解锁(自动地或手动地)，随后举升设备4将定位底座3与支承于其上的电池箱5一同降下，如图3所示。接着，所述可控制的定位机构12解锁，并且将举升设备4上的定位底座3与电池箱5一同输送至输送设备2。在一个实施方案中，在所述可控制的定位机构12解锁的情况下，所述定位底座3连同电池箱5很容易通过输送设备2的带动而被移动至其上。如图4所示，输送设备2通过电机带动辊筒将定位底座3连同被换下的电池箱5输送走(当然也可采用传送带或类似方式)。在一个实施方案中，可在档边安装滚筒或在侧面安装流利条，用于实现定位底座3的侧向定位，以便于整个系统的自动化运行。然后，如图4所示，输送设备2将需要换上的电池箱5及其定位底座3一同输送至举升设备4。图3中，定位底座3与举升设备4通过所述可控制的定位机构12完成定位。在举升设备4上升之前或之时、在安装电池箱5之前，所述可控制的定位机构12解锁，使得定位底座3和举升设备4之间可相对移动，以补偿安装电池箱5时可能的位置误差。在一个实施方案中，还设置有附加的限位装置，以防止在该情况下(所述可控制的定位机构12解锁的情况下)电池箱5 连同定位底座3从举升设备4上滑落，该附加的限位装置可以通过在定位底座3或举升设备4或定位平台1上设置相应的限位结构来实现。在一个实施方案中，该附加的限位装置设置在举升设备4和定位底座3之间，通过在举升设备4顶部和定位底座3底部其中之一上设置可控制的圆柱销并在另一个上设置限位孔，且限位孔的直径大于圆柱销的直径，从而防止所述定位底座3连同电池箱5从举升设备4上滑落。随着举升设备4的继续上升，借助于所述电池箱导向装置以及举升设备4与定位底座3之间的便于滑动的表面结构，电池箱5被装入车辆底部并实现定位。响应于电池箱5在车辆底部的定位，电池箱锁定装置6实现电池箱5的锁紧固定。最后，举升设备4连同定位底座3降下，并在降下的同时、之前或之后通过可控制的定位机构12将举定位底座3定位锁定，车辆驶离定位平台1。 

通过上述电池自动更换系统以及方法保证了对多种车型的兼容性。电池箱5将存在几种不同型号，以适用于不同尺寸的车辆。各种型号电池箱5形状相似，但尺寸各有不同。由于电池箱放置在定位底座3上，且定位底座3尺寸不随电池箱5的型号变化而变化，因此定位底座3与输送设备2间的定位和定位底座3与举升设备4间的定位均不会随电池箱5的尺寸而发生变化。且由于举升设备4和定位底座3间具有便于滑动的表面结构，当车辆停车定位不准或电池安装尺寸随车型变化时，电池箱5与安装在车辆上的电池箱锁定装置6仍可通过导向装置完成定位锁定。 

Claims (11)

1.一种电动汽车的电池自动更换系统，该系统包括一个车辆定位平台(1)、一个定位底座(3)、一个举升设备(4)、一个电池箱(5)以及一个电池箱锁定装置(6)，其中：所述车辆定位平台(1)位于定位底座(3)以及举升设备(4)的上方，用于实现车辆在侧向和纵向方向上的定位停车，该车辆定位平台(1)中央设有贯穿的开口(7)，以供举升设备(4)和定位底座(3)穿过该开口(7)而实现电池箱(5)的拆卸或安装；所述举升设备(4)和定位底座(3)之间设有可控制的定位机构(12)，该可控制的定位机构(12)用于实现定位底座(3)与举升设备(4)之间的自动定位；所述电池箱(5)与车辆间设有导向装置，以通过该导向装置来补偿电池箱安装时的位置误差；以及所述电池箱锁定装置(6)用于将电池箱(5)锁定在车辆内或者解锁；

所述举升设备(4)和定位底座(3)之间设有便于滑动的表面结构，在安装电池箱(5)时所述可控制的定位机构(12)设置为解锁并借助于该便于滑动的表面结构使得定位底座(3)与举升设备(4)之间可容易地相对移动。

2.根据权利要求1所述的电池自动更换系统，其中所述车辆定位平台(1)设有侧向定位机构以及纵向定位机构。

3.根据权利要求2所述的电池自动更换系统，其中所述侧向定位机构为安装在该车辆定位平台(1)一侧的导向槽，所述纵向定位机构为V型槽。

4.根据权利要求1所述的电池自动更换系统，其中所述开口(7)的位置和大小是可调节的。

5.根据权利要求1所述的电池自动更换系统，其中该系统还设有一个输送设备(2)，用于将定位底座(3)和放置于其上的电池箱(5)一起输送至举升设备(4)或者从举升设备(4)输送走。

6.根据权利要求5所述的电池自动更换系统，其中该输送设备(2)由电机带动辊筒实现，并且可档边安装滚筒或在侧面安装流利条。

7.根据权利要求1所述的电池自动更换系统，其中所述便于滑动的表面结构是设置在所述举升设备(4)顶面的多个万向球。

8.根据权利要求1所述的电池自动更换系统，其中所述导向装置为设置在电池箱(5)的顶部的倾斜导向平面(13)。

9.根据权利要求1所述的电池自动更换系统，其中所述电池箱锁定装置(6)设置为分别安装在电池箱(5)四个侧面的锁件(10)以及安装在车辆上的锁钩，所述锁件(10)与锁钩配合从而实现电池箱(5)的锁紧固定。

10.根据权利要求1所述的电池自动更换系统，其中该系统还设有一个附加的限位装置，其设置在举升设备(4)和定位底座(3)之间，通过在举升设备(4)顶部和定位底座(3)底部其中之一上设置可控制的圆柱销并在另一个上设置限位孔，且限位孔的直径大于圆柱销的直径，从而防止所述定位底座(3)连同电池箱(5)从举升设备(4)上滑落。

11.一种用于自动更换电动汽车电池的方法，其通过前述权利要求之一所述的电池自动更换系统实现，该方法包括以下步骤：

1)车辆驶入车辆定位平台(1)进行定位停车；

2)举升设备(4)将定位底座(3)举升穿过开口(7)直至接触到安装在车辆上的电池箱(5)；

3)电池箱锁定装置(6)解锁，举升设备(4)将定位底座(3)连同电池箱(5)一起降下；

4)所述可控制的定位机构(12)解锁，输送设备(2)将定位底座(3)连同被换下的电池箱(5)输送走；

5)输送设备(2)将定位底座(3)连同待换上的电池箱(5)输送至举升设备(4)，定位底座(3)与举升设备(4)通过可控制的定位机构(12)完成定位；

6)在举升设备(4)上升之前或之时、在安装电池箱(5)之前，所述可控制的定位机构(12)解锁，使得定位底座(3)和举升设备(4)之间可相对移动；

7)举升设备(4)继续上升，将电池箱(5)装入车辆底部并实现定位；

8)通过电池箱锁定装置(6)将电池箱(5)锁紧固定；

9)举升设备(4)连同定位底座(3)降下，通过所述可控制的定位机构(12)完成定位底座(3)与举升设备(4)的定位；

10)车辆驶离车辆定位平台(1)。

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