專利名稱：一種電動汽車電池快速更換裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電動汽車的能源補給設備，更具體的說，它涉及一種電動汽車電池快速更換裝置。
背景技術：
對于保護地球環境的重要性，全世界早已取得了共識，而近年來頻發的氣候災害和不時出現的能源供應恐慌促使綠色低碳的生活方式快速地深入人心。電動汽車無疑是今后環境友好型生活方式中的一個典型的代表事物。按目前的科技水平，人類還難以在實用環境下做到在汽車有限的空間內即時生發足夠的電能并用其作動力，因此使用預存電能、 可整體更換、統一制式的電池是目前的最佳選擇。與傳統化石燃料動力車相比，電動車由于電池的體積和重量大，搬運不便，因此在能源補給時將會顯得更為麻煩，所以，在即將到來的電動汽車電池更換站的建設熱潮中必須要針對電動車更換電池的不便制定配套的解決方案。現有的電動汽車通常從車身側面裝卸電池，因此目前已知的配套的電池更換裝卸裝置多為針對此種類型的車輛設計，如公開號為CN101284524A的發明專利于2008年10月15 日公開了一種電動車動力電池組快速更換系統，該系統包括快卸機構和移送機構，所述快卸機構包括一個真空吸盤或電磁吸盤，此快卸機構能將電池箱推進或拉出電動車車身，所述的移送機構采用三坐標平動加旋轉的工作模式，能將從車上卸下的虧電電池移送到充電架，或將充好電的電池送往電動車。使用該系統能方便快速完成電池的裝卸和運送，但該系統的結構設計使其適用于電池從車身側面裝卸的電動車輛，如大客車，而對于結構緊湊，需從車底裝卸電池的小型電動車輛，該系統不太適用。
發明內容
為了克服電動汽車電池搬運不便，安裝困難的缺陷，以及為了向一種可為從車底裝卸電池的電動汽車提供能源補給的電池更換站提供配套，本發明提供了一種結構緊湊、 定位精準的電動汽車電池快速更換裝置。本發明的技術方案是一種電動汽車電池快速更換裝置，包括固定在地面的軌道和與軌道滑動連接的機架，機架底部設有底座，機架頂部設有托臺，底座和托臺間設有升降機構，所述的電動汽車電池快速更換裝置上還設有電池定位機構，包括校正臂和壓力桿，校正臂可旋轉地鉸接于托臺的底面，壓力桿位于校正臂的下方，固設于底座上，所述托臺上設有貫穿托臺并可容校正臂通過的開口。該電動汽車電池快速更換裝置的機架可在軌道上移動，在電動汽車和存放滿電電池的電池輪架之間往復穿梭，將從電動汽車上卸下的虧電電池送往電池輪架充電，將充好電的滿電電池送往電動汽車以供更換。電池放在托臺上，在升降機構的驅動下，可升降至合適的高度以便電池裝入或取出。電池定位機構的作用是定位電池，使其處于托臺上確切的位置，避免電池移入電動汽車前或電池輪架前與相應接口存在位置偏差，便于電池交接動作順利準確地進行，當托臺處于最低位時，壓力桿頂壓校正臂，使校正臂繞鉸接點擺動，穿過托臺上的開口，推壓電池，將其定位；托臺升起后，壓力桿與校正臂脫離接觸，校正臂落下復位，不會妨礙電池進一步轉移。在機架攜電池移動過程中，托臺一直處于最低位，因此電池在運動移送過程中始終被可靠定位，不會偏移。本發明提供的電動汽車電池快速更換裝置的托臺以上別無其它結構或部件，可無障礙地對電池進行舉升、轉移等操作，因此對于從車底裝卸電池的電動車是適用的，而用于從車身側面裝卸電池的車輛也沒有大的困難。本裝置的控制線路接入電池更換站的PLC控制系統，電池的輸送及升降通過程序指令控制自動完成。作為優選，所述的校正臂為V字形，校正臂與托臺的鉸接點位于V字形一條邊的端點上。這種結構使得校正臂占用空間小，同時使其執行電池定位功能的自由端的行程大大縮短，從而使定位動作快速生效。作為優選，所述的校正臂包括橫向校正臂和縱向校正臂，橫向校正臂的旋轉面垂直于軌道的走向，縱向校正臂的旋轉面平行于軌道的走向。多方位進行定位可取得更好的定位效果。作為優選，所述的校正臂的自由端端頭設有推壓輥。設置推壓輥是為了校正臂推動電池定位時減少阻力及避免對電池外殼造成損害。作為優選，所述的軌道包括兩條平行的槽型鋼鋼軌，鋼軌的槽口相對，所述的底座兩側設有機架滾輪，機架滾輪直徑與鋼軌的槽寬適配，底座通過機架滾輪連接在軌道上。該電動汽車電池快速更換裝置的機架通過這種輪軌結構實現在電動汽車和電池輪架間的滑移，輪軌結構的運動阻力較小，承重力強，且結構相對簡單，易于實現。作為優選，所述的升降機構包括驅動電機、滾珠絲杠、與滾珠絲杠匹配的螺紋套管和交剪式升降臂，所述的交剪式升降臂包括基準臂和移位臂，基準臂兩端分別與托臺及底座鉸接，移位臂兩端分別與托臺及底座滑動連接，移位臂的底端還設有水平伸出且與軌道垂直的推拉桿，基準臂和移位臂在各自中心處互相鉸接，驅動電機設于底座上，滾珠絲杠一端與驅動電機的輸出軸對心固連，另一端與螺紋套管通過螺紋配合，螺紋套管與推拉桿固定連接。相對于液壓缸推舉、龍門架舉升等方式，采用滾珠絲杠驅動剪叉式升降臂的升降方式不僅占用空間小，而且可以得到平穩連續的升降效果。作為優選，所述的移位臂兩端設有移位滾輪，托臺底部和底座上分別在移位滾輪外側設有限位擋板，移位臂兩端通過移位滾輪與托臺及底座分別連接。移位滾輪同時具有承重和從動移動功能，限位擋板具有導向限位作用，使移位滾輪移動時不致偏移，有利于托臺托舉電池到交接工位的過程中保持位置的穩定。作為優選，所述的交剪式升降臂有兩組，互相平行，分別設于機架兩側，所述的推拉桿將兩個移位臂的底端相連，且推拉桿與移位臂底端移位滾輪的樞軸對心，螺紋套管連接在推拉桿中央。設置兩組升降臂無疑是兼具了良好承重性、穩定性和經濟性的最佳選擇， 螺紋套管從推拉桿中央推拉帶動移動臂，力學結構對稱穩定，有利于兩組升降臂動作保持協調同步。作為優選，所述的軌道的端部設有牽引電機和卷揚機，牽引電機連有變速箱，卷揚機與變速箱的輸出軸相連接，機架兩端分別設有牽引繩，機架通過牽引繩連接在卷揚機上。 牽引電機帶動卷揚機，卷揚機又通過牽引繩帶動該電動汽車電池快速更換裝置的機架往復運動，這是一種成熟的動力傳遞方式，同時也比較經濟。
作為優選，所述的機架有兩部。兩部機架雖共用同一條軌道，但相互獨立，各司其職，一部專門把從電動汽車上卸下的虧電電池輸送到電池輪架上充電，另一部則專門把電池輪架上充好電的電池輸送往電動汽車。設置兩部機架可使很多工作同步進行，例如一部機架在從電動汽車上卸載虧電電池的同時，另一部在從電池輪架上取下滿電電池，這樣分頭工作且互不干擾，大大提高了電池更換的效率。本發明的有益效果是
能快速完成電動汽車電池的更換。該裝置為自動控制，人只需按鍵操作即可省時省力地完成電池的裝卸和輸送。
定位精度高，便于電池順利交接轉移。電池定位機構確保電池在軌道上運輸時不會偏位，而滾珠絲杠驅動的剪叉式升降臂又能平穩抬升電池，從而使電池無論送至電動汽車還是送至電池輪架都能在托臺上保持位置固定。結構緊湊，占用空間小。可折疊伸縮的剪叉式升降臂可以最大限度地減少空間的占用，電動汽車車身無需升得很高機架就可攜電池出入車底，使得從車底裝卸電池不再困難。
下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步說明。圖1為本發明的一種使用示意圖； 圖2為本發明中機架的一種正視圖； 圖3為本發明中機架的一種右視圖； 圖4為本發明中機架的一種俯視圖。圖中，1-軌道，2-機架，3-底座，4-托臺，5-驅動電機，6_橫向校正臂，7_縱向校正臂，8-開口，9-壓力桿，10-推壓輥，11-機架滾輪，12-基準臂，13-移位臂，14-滾珠絲杠， 15-螺紋套管，16-移位滾輪，17-限位擋板，18-卷揚機，19-牽引繩，20-電池置換臺，21-電池輪架，22-空置段，23-推拉桿，24-升降井，25-繩頭板，26-定滑輪，27-電池輸送通道， 28-連桿。
具體實施例方式
實施例如圖2，圖3及圖4所示，一種電動汽車電池快速更換裝置，包括固定在地面的軌道1和與軌道1滑動連接的機架2。機架2底部設有底座3，機架2頂部設有托臺4，底座 3長度大于托臺4，底座3和托臺4間設有升降機構，所述的升降機構包括一臺驅動電機5、 兩組交剪式升降臂、一根滾珠絲杠14以及與滾珠絲杠匹配的螺紋套管15，兩組交剪式升降臂之間設有連桿28。所述的每組交剪式升降臂包括基準臂12和移位臂13，基準臂12由兩節互相鉸接的臂桿組成，移位臂13同樣有兩節互相鉸接的臂桿，基準臂12和移位臂13的對應臂桿在各自中心處被連桿28鉸接，基準臂12兩端分別與托臺4及底座3鉸接，移位臂 13兩端分別設有移位滾輪16，移位臂13底端間連有一推拉桿23，推拉桿23兩端分別與兩個移位臂13的底端鉸接，同時推拉桿23兩端延伸成為兩側移位滾輪16的樞軸，托臺4底部和底座3上分別設有兩條與軌道1平行的限位擋板17，限位擋板17處在移位滾輪16的外側，對移位滾輪16導向限位，移位臂13兩端通過移位滾輪16與限位擋板17的配合分別連接在托臺4及底座3上。所述的驅動電機5設于底座3上，位于兩組交剪式升降臂中間， 且與它們等距，其輸出軸與軌道1平行，滾珠絲杠14通過聯軸器與驅動電機5輸出軸對心相連，滾珠絲杠14另一端與螺紋套管15通過螺紋配合，螺紋套管15又在推拉桿23的中點處與之垂直焊接在一起，螺紋套管15與推拉桿23為呈“T”形的一體結構。軌道1由兩根槽型鋼制成的鋼軌組成，兩條鋼軌平行設置，槽口相對，側立于地面。底座3兩側各設有兩個機架滾輪11，機架滾輪11直徑與鋼軌的 槽寬相適配，通過機架滾輪11與鋼軌槽的配合， 底座3可在軌道1上移動。所述的電動汽車電池快速更換裝置上還設有電池定位機構，包括校正臂和壓力桿9，校正臂為V字形，V字形一條邊的端點鉸接于托臺4的底面，校正臂可繞此鉸接點轉動，其自由端端頭裝有硬質橡膠制成的推壓輥10。壓力桿9位于校正臂的下方，固設于底座3上。校正臂和壓力桿9各有8個，校正臂分為橫向校正臂6和縱向校正臂7，橫向校正臂6旋轉面垂直于軌道1的走向，分列于電池放置位的兩側，每側各兩個，兩兩相對；縱向校正臂7的旋轉面平行于軌道1的走向，分列于電池放置位的前后兩端，每端各兩個，兩兩相對。所述托臺4上還設有貫穿托臺4并可容各校正臂擺動時通過的開口 8。 壓力桿9也按同樣的布局與校正臂對應設置。軌道1的端部設有牽引電機和卷揚機18，牽引電機帶變速箱，卷揚機18與變速箱的輸出軸相連接，機架2兩端分別固設有繩頭板25， 固定有牽引繩19，在卷揚機18所在端的相對端固設有用于牽引繩19換向的定滑輪26，機架2通過牽引繩19連接在卷揚機18上。該電動汽車電池快速更換裝置設于電動汽車電池更換站中，電動汽車電池更換站包括機房和電池置換臺20。電動汽車電池更換站采用PLC 控制系統對站內的設備進行自動控制。機房內設有電池輪架21，供電池存放及充電。電池置換臺20緊挨機房，為高于地面的平臺，其兩端設有供汽車上下的斜坡。電池置換臺20底部設有一電池輸送通道27直通機房，所述軌道1設于此電池輸送通道中，在電池置換臺20 中部設有底部直通電池置換臺臺面的升降井24，在托臺4降至最低位時，電池輸送通道可容機架2攜電池通過。軌道1上共有兩部機架，分別由設在軌道1兩端的兩臺牽引電機提供動力，一部機架為虧電電池輸送機架，專門把從電動汽車上卸下的虧電電池輸送到電池輪架21上充電；另一部為滿電電池輸送機架，專門把電池輪架21上充好電的電池輸送往電動汽車。兩部機架上繩頭板25及各機架對應的定滑輪26的固定位置錯開，確保牽引繩19 的走繩互不干擾。電池輪架21下和電動汽車下的電池交換工位均與相近的軌道1端部保有一段空置段22，該空置段22可容得下一部機架，以便一部機架工作時另一部可以暫時避讓，騰出工位。在軌道1上的電池輪架21和電動汽車的電池交換工位處設有水平固設于鋼軌側壁的圓柱形鎖止桿，該鎖止桿為氣動，受氣缸驅動，氣缸又由接受PLC動作指令的電磁閥控制，正常情況下鎖止桿縮回，接收到PLC發出的伸出指令后可伸出阻擋機架滾輪11。鎖止桿位置設有終點傳感器，鎖止桿位置前2cm處設有工位傳感器，鎖止桿位置前50cm處還設有工位前傳感器，用于檢測移往電池交換位的機架2。升降機構的驅動電機5、牽引電機的啟動與關停也受PLC指令控制。托臺4上設有檢測電池是否到位的壓力傳感器。整個裝置的狀態原點為虧電電池輸送機架停留在電池輪架21下的電池交換工位上，滿電電池輸送機架停留在靠近電池輪架21的軌道1的空置段22上。 所述的電動汽車電池快速更換裝置工作流程如下電動汽車駛上電池置換臺20并定位后，操作員開啟工作按鍵，PLC向控制虧電電池輸送機架牽弓I電機的電源供應電路發出工作指令，令該電機通電工作，空載的虧電電池輸送機架沿軌道1向電池置換臺20的電池交換工位運動，到達工位前傳感器后，PLC接收到工位前傳感器檢測信號后向虧電電池輸送機架牽引電機電源供應電路發出變速指令，電機變為低速，帶動虧電電池輸送機架低速繼續前行，到達工位傳感器處后PLC發出指令令鎖止桿伸出，同時令虧電電池輸送機架牽引電機立即斷電并制動，從而使虧電電池輸送機架停在電池置換臺20升降井24處的電池交換工位，此時終點傳感器檢測到虧電電池輸送機架到位后，發出信號至PLC，PLC發指令使升降機構的驅動電機5開始工作，驅動滾珠絲杠副帶動剪叉式升降臂撐開，托臺4上升至工作高度，接收電動汽車上的虧電電池，如圖1所示。虧電電池轉移至托臺4上后，壓力傳感器發送電池就位信號至PLC，PLC又向驅動電機5發出反向工作指令，使托臺4托著虧電電池下降，在快到達最低點時，校正臂觸到壓力桿9，壓力桿9頂壓校正臂使其自由端繞鉸接點向上擺動，并經由開口 8靠向電池，待托臺4到達最低位時，校正臂的自由端端頭恰好擺至最高點，電池被從四面聚攏而來的校正臂端頭推壓輥10推壓抵緊，從而被定位，然后虧電電池輸送機架繼續前行，越過電池置換臺20的電池交換工位，就近在軌道1的空置段 22上暫時停留，讓出工位。在虧電電池輸送機架工作的同時，滿電電池輸送機架也在PLC控制下移至電池輪架21下的電池交換工位，托臺4升起，接收充好電的滿電電池，然后攜滿電電池就地待命，此間其托臺4也降至最低點，滿電電池被八個校正臂定位，待虧電電池輸送機架讓出工位后，滿電電池輸送架也在同樣的程序控制下完成滿電電池的輸送和進給。完成滿電電池的進給后，滿電電池輸送架托臺4降下，空載返回，越過電池輪架21下的電池交換工位進入此端的空置段22停留。之后，載有虧電電池的虧電電池輸送機架沿軌道1返回電池輪架21下的電池交換工位，托臺4升起，將虧電電池移交電池輪架21充電再生，然后托臺降下，至此，一個工作周期完成。
權利要求
1.一種電動汽車電池快速更換裝置，包括固定在地面的軌道(1)和與軌道(1)滑動連接的機架(2)，機架(2)底部設有底座(3)，機架(2)頂部設有托臺(4)，底座(3)和托臺(4) 間設有升降機構，其特征是，所述的電動汽車電池快速更換裝置上還設有電池定位機構，包括校正臂和壓力桿(9)，校正臂可旋轉地鉸接于托臺(4)的底面，壓力桿(9)位于校正臂的下方，固設于底座(3)上，所述托臺(4)上設有貫穿托臺(4)并可容校正臂通過的開口(8)。
2.根據權利要求1所述的電動汽車電池快速更換裝置，其特征是所述的校正臂為V字形，校正臂與托臺(4)的鉸接點位于V字形一條邊的端點上。
3.根據權利要求1所述的電動汽車電池快速更換裝置，其特征是所述的校正臂包括橫向校正臂(6)和縱向校正臂(7)，橫向校正臂(6)的旋轉面垂直于軌道(1)的走向，縱向校正臂(7)的旋轉面平行于軌道(1)的走向。
4.根據權利要求1或2或3所述的電動汽車電池快速更換裝置，其特征是所述的校正臂的自由端端頭設有推壓輥(10)。
5.根據權利要求1所述的電動汽車電池快速更換裝置，其特征是所述的軌道(1)包括兩條平行的槽型鋼鋼軌，鋼軌的槽口相對，所述的底座(3)兩側設有機架滾輪(11)，機架滾輪(11)直徑與鋼軌的槽寬適配，底座(3)通過機架滾輪(11)連接在軌道(1)上。
6.根據權利要求1所述的電動汽車電池快速更換裝置，其特征是所述的升降機構包括驅動電機(5)、滾珠絲杠(14)、與滾珠絲杠(14)匹配的螺紋套管(15)和交剪式升降臂，所述的交剪式升降臂包括基準臂(12)和移位臂(13)，基準臂(12)兩端分別與托臺(4)及底座 (3)鉸接，移位臂(13)兩端分別與托臺(4)及底座(3)滑動連接，移位臂(13)的底端還設有水平伸出且與軌道(1)垂直的推拉桿(23)，基準臂(12)和移位臂(13)在各自中心處互相鉸接，驅動電機(5 )設于底座(3 )上，滾珠絲杠(14 ) 一端與驅動電機(5 )的輸出軸對心固連， 另一端與螺紋套管(15)通過螺紋配合，螺紋套管(15)與推拉桿(23)固定連接。
7.根據權利要求6所述的電動汽車電池快速更換裝置，其特征是所述的移位臂(13)兩端設有移位滾輪(16)，托臺(4)底部和底座(3)上分別在移位滾輪(16)外側設有限位擋板(17)，移位臂(13)兩端通過移位滾輪(16)與托臺(4)及底座(3)分別連接。
8.根據權利要求6所述的電動汽車電池快速更換裝置，其特征是所述的交剪式升降臂有兩組，互相平行，分別設于機架(2)兩側，所述的推拉桿(23)將兩個移位臂(13)的底端相連，且推拉桿(23)與移位臂(13)底端移位滾輪(16)的樞軸對心，螺紋套管(15)連接在推拉桿(23)中央。
9.根據權利要求1或2或3或5或6或7或8所述的電動汽車電池快速更換裝置，其特征是所述的軌道(1)的端部設有牽引電機和卷揚機(18)，牽引電機連有變速箱，卷揚機(18)與變速箱的輸出軸相連接，機架(2)兩端分別設有牽引繩(19)，機架(2)通過牽引繩(19)連接在卷揚機(18)上。
10.根據權利要求1或2或3或5或6或7或8所述的電動汽車電池快速更換裝置，其特征是所述的機架(2 )數目為兩部。
全文摘要
本發明公開了一種電動汽車電池快速更換裝置，包括固定在地面的軌道和與軌道滑動連接的機架，機架底部設有底座，機架頂部設有托臺，底座和托臺間設有升降機構，所述的電動汽車電池快速更換裝置上還設有電池定位機構，包括校正臂和壓力桿，校正臂可旋轉地鉸接于托臺的底面，壓力桿位于校正臂的下方，固設于底座上，所述托臺上設有貫穿托臺并可容校正臂通過的開口。本發明旨在提供一種結構緊湊，定位準確的電動汽車電池快速更換裝置，能省事省力地完成電池更換工作。
文檔編號B60S5/06GK102442276SQ201110151019
公開日2012年5月9日 申請日期2011年6月8日 優先權日2011年6月8日
發明者潘巨林, 黃璞 申請人:浙江吉利控股集團有限公司, 浙江豪情汽車制造有限公司