一种基于载荷迁移的移动储能车电池包侧向自动换装装置及方法与流程

本发明涉及移动储能装备，更具体地说，本发明涉及一种基于载荷迁移的移动储能车电池包侧向自动换装装置及方法。

背景技术：

1、随着移动储能车、移动充电车及应急电源车等设备的应用，车载储能系统中的电池包在故障检修、容量衰减或任务调整时需要进行更换。由于电池包重量较大，现有技术通常借助导轨、换电小车或外部工作台完成拆装。例如，中国发明专利申请cn112297812a公开了一种电动商用车及与之配套使用的换电小车，通过换电小车与车辆侧部电池仓配合，实现电池包的侧向移入和移出；中国发明专利申请cn103192804a公开了一种大型电动汽车电池仓快速换电装置，通过可移动工作台、滑动台面及相应导轨完成重型电池的拆装和转运。上述两篇文献均已公开，且均采用车辆外部承接设备配合完成电池换装。

2、上述方案虽然能够降低人工搬运难度，但均需要在车辆外侧配置独立承接设备，并完成移动、升降、调平或轨道对接，现场占用空间较大、操作步骤较多，对作业场地及外部设备配合条件具有一定要求。尤其对于需要在道路、工地或临时保电区域作业的移动储能车，若减少对外部承接设备的依赖而使重载电池包直接沿车辆侧部移出，随着移出距离增加，电池包逐渐远离车体原有支承位置，若车外侧不能及时形成可靠承载，容易造成侧向移载部件受力增大、导轨变形或运行卡滞，并使车辆侧向稳定性下降。因此，如何使重载电池包能够由移动储能车侧部安全移出，并在由车内承载向车外承载转换过程中保持可靠支撑和整车稳定，是现有技术仍需解决的问题。

技术实现思路

1、为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种基于载荷迁移的移动储能车电池包侧向自动换装装置，包括承载托架、侧向移载机构、锁止机构、载荷卸除机构、落地支撑机构、载荷检测部件及控制器；

2、侧向移载机构设置于车侧固定基座与承载托架之间，用于驱动承载电池包的承载托架侧向移动；

3、锁止机构用于将承载托架锁定于车侧固定基座；

4、载荷卸除机构用于在解锁前使承载托架相对车侧固定基座产生限定位移，以降低锁止机构的受力；

5、落地支撑机构设置于承载托架的车外侧；

6、载荷检测部件包括车侧载荷检测部件和地侧载荷检测部件；控制器用于在电池包的重心越过车体侧向支承边界前控制落地支撑机构接地，并根据车侧和地侧的受力变化调节侧向移载机构和落地支撑机构的动作，使电池包的载荷由车侧向地侧逐步迁移。

7、优选地，锁止机构包括锁销；载荷卸除机构包括短行程升降件、楔块、偏心轮或回拉机构中的至少一种，用于在锁销撤回前使承载托架产生限定抬升、回拉或内移中的至少一种卸载位移，以降低锁销与锁止配合部之间的受力。

8、优选地，落地支撑机构包括独立控制的第一支腿和第二支腿，第一支腿和第二支腿分别包括用于驱动支腿主体在贴近承载托架的收纳位置与朝向地面的工作位置之间转动的展开驱动部，以及用于驱动支腿沿其长度方向伸缩的伸缩驱动部；控制器还连接有倾角检测件，控制器设置为在两支腿到达工作位置后控制两支腿伸出寻地，并在寻地过程中控制先接触地面的支腿保持当前行程或低速加载，控制另一支腿继续下降，直至左右支腿的地侧载荷差和承载托架的倾角均处于预设允许范围。

9、优选地，基于载荷迁移的移动储能车电池包侧向自动换装装置，还包括手动应急解锁弹出组件。在采用偏心轮卸载的手动实施方式中，载荷卸除机构包括偏心轮；手动应急解锁弹出组件包括手动输入轴、离合器、应急牵引件、弹出释放挡块及弹出储能件，其机械传动路径与电动解锁路径相对独立；手动输入轴的前段行程用于驱动偏心轮转动并作用于承载托架的受力部位，使承载托架产生限定抬升而完成卸载，后段行程用于经离合器和应急牵引件撤回锁销；弹出释放挡块在锁销退出后解除限位，使弹出储能件推动承载托架受限外移至脱离锁止配合，且电池包的重心未越过车体侧向支承边界的位置。防坠承托销设置于承载托架下方的承托位置并与机械挡块形成机械联锁；防坠承托销未设置到位时，机械挡块限制手动输入轴进入后段解锁行程，防坠承托销设置到位后解除该限制。

10、优选地，基于载荷迁移的移动储能车电池包侧向自动换装装置，还包括设置于承载托架与车侧固定基座之间的可分离连接机构；可分离连接机构包括高压连接器、低压通信连接器、液冷接口、导向销及浮动安装座，高压连接器、低压通信连接器及液冷接口设置于浮动安装座，导向销与车侧接口端面的锥形导向孔相配合，在对接过程中，浮动安装座的接口端面在预设范围内调整；在承载托架继续侧向外移前，控制器控制可分离连接机构按预设安全次序完成分离，并在确认各接口完成分离后允许承载托架继续侧移。

11、优选地，锁止机构包括设置于承载托架两侧的锁销、公共解锁滑块及电动释放驱动件；电动释放驱动件驱动公共解锁滑块，以带动两侧锁销同步撤回；各锁销处均设有锁止状态指示件，当两侧反馈状态不一致时，控制器禁止侧向移载机构动作。

12、优选地，侧向移载机构包括固定导轨、移动导轨、移载驱动件和同步件，同步件用于限制两侧导轨之间的位移差；侧向移载机构和落地支撑机构中的至少一者设置机械防坠机构，其中，侧向移载机构中的机械防坠机构用于在失电状态下保持承载托架当前位置，落地支撑机构中的机械防坠机构用于在失电状态下保持对应支腿当前位置。

13、优选地，一种基于载荷迁移的移动储能车电池包侧向自动换装方法，包括：

14、s1，控制载荷卸除机构使承载电池包的承载托架相对车侧固定基座产生限定位移，在锁止机构的受力降低至允许解锁状态后释放锁止机构；在承载托架继续侧向移动前，使承载托架与车辆侧之间需要分离的接口按预设安全次序完成分离，并在确认接口完成分离后允许承载托架继续侧移；

15、s2，侧向移载机构驱动承载托架向车体外侧移动；

16、s3，在电池包的重心越过车体侧向支承边界之前，控制落地支撑机构的第一支腿和第二支腿由收纳位置转动至工作位置，在确认两支腿展开到位后控制两支腿沿支腿长度方向伸出，直至接地并建立地侧支撑；

17、s4，获取车侧受力和地侧受力，根据车侧受力和地侧受力的变化调节承载托架的侧移动作以及落地支撑机构的伸缩动作，使电池包的载荷由车侧向地侧逐步迁移；

18、s5，当落地支撑机构已形成稳定地侧承载且车侧受力降低至允许脱离范围后，解除承载托架与车辆侧之间的导向承载关系和移载传力关系，使承载托架转入地侧独立承载状态。

19、优选地，基于载荷迁移的移动储能车电池包侧向自动换装方法，还包括反向装入流程，反向装入流程包括：

20、读取待换入电池包的身份参数及重心参数；

21、控制落地支撑机构独立调平，使承载待换入电池包的承载托架与车侧导向结构对正并建立导向承载配合；

22、在承载托架与侧向移载机构建立移载传力关系后，驱动承载托架向车内推进并同步收缩落地支撑机构，使载荷由地侧向车侧迁移；

23、使可分离连接机构经导向对位后按预设安全次序结合，并控制锁止机构复位锁紧；

24、完成绝缘、极性、通信及温度自检后允许待换入电池包进入工作状态。

25、优选地，在供电或控制系统故障时执行断电手动应急操作流程，断电手动应急操作流程包括：

26、完成人工电气隔离并在承载托架下方、与车侧固定基座之间的承托位置设置防坠承托销；防坠承托销未设置到位时，通过机械挡块限制手动输入轴进入后段机械行程；防坠承托销设置到位后，解除机械挡块对后段机械行程的限制；

27、通过手动应急解锁弹出组件的前段机械行程驱动载荷卸除机构完成手动卸载；继续操作进入后段机械行程，经机械传动撤回锁销；

28、锁销退出后释放弹出限位，使弹出储能件推动承载托架向车体外侧受限滑移至脱离锁止区域且电池包的重心未越过车体侧向支承边界的位置。

29、相比现有技术，本发明提供了一种基于载荷迁移的移动储能车电池包侧向自动换装装置及方法，至少包括以下有益效果：

30、通过承载托架、侧向移载机构、锁止机构、载荷卸除机构、落地支撑机构、载荷检测部件及控制器的协同配合，使电池包由车内固定状态、侧向移出状态至车外落地状态形成连续且受控的换装过程。换装时，在锁止机构释放前先通过载荷卸除机构改变承载托架与车侧固定基座之间的相对位置，降低锁止机构的受力，可减少锁销带载退出造成的卡滞、执行器过载及部件磨损。

31、在电池包侧向移出过程中，在电池包重心越过车体侧向支承边界之前使落地支撑机构展开接地，避免重载电池包在车体外侧形成较长距离的无支撑外伸状态，降低侧向移载机构及车辆单侧承载压力，减少导轨变形、运行卡滞以及车辆过度侧倾的风险。

32、在建立地侧支撑后，根据车侧和地侧载荷反馈协调侧向移载机构与落地支撑机构动作，使电池包重量逐步由车侧转移至地侧，并通过支腿侧的承载移动结构释放托架继续侧移所需的侧向相对运动，可减小承载状态突变以及支腿接地后被强制侧向拖移的情况，提高落地过程的平稳性和结构可靠性。承载移动结构使支腿保持地面支撑的同时，承载托架仍能够沿侧移方向相对其运动，从而为车地共同承载阶段的连续载荷迁移提供运动条件。

33、同时，落地支撑机构能够适应横坡及局部高差等不同地面条件，配合连接器分离、失电防坠及手动应急解锁结构，可进一步提高不同现场环境和故障状态下的换装安全性及可维护性，从而提高重载电池包侧向自动换装的稳定性、适应性和整体可靠性。

34、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。