一种有轨移动小车换电方法与流程

1.本发明属于电动汽车技术领域，具体来说是一种有轨移动小车换电方法。


背景技术：

2.目前随着汽车拥有量的增加，传统的汽车使用石油作为燃料对大气环境的污染越来越严重，为了减小使用石油汽油对大气环境的污染，新能源电动汽车的研究便成为了热门课题。但是新能源汽车在使用过程中仍然存在一些问题，譬如现有电动汽车电量耗尽时，快速充电站充满一辆汽车供电电池一般需要几十分钟，且充电期间必须依托并靠近电源，耗费时间较长，充电效率极低。目前针对此种情况的解决方式是更换电池，通过更换电动汽车电池包来增加汽车的续航能力。现有市场上的重卡换电方式是顶部吊装换电，跟侧向机器人换电。无论是吊装还是侧换，其换电需在固定的场所进行，其建站成本高，灵活性相对弱。很难大范围铺开换电站，因此需要一种在充电站就能进行换电，不需要单独建设换电房的换电方案。
3.针对上述问题也进行了相应的改进，如中国专利申请号cn201811384981.9，公开日为2020年5月29日，该专利公开了一种新型纯电动汽车电池包快速更换机构，包括汽车底盘、支撑机构和缓冲机构，所述汽车底盘的内部开设有电池储存槽，所述电池储存槽的底部通过第三转轴转动连接有翻转板，所述电池储存槽的上表面放置有电池，所述电池储存槽远离第三转轴一侧的两端分别固定连接有第一卡座，本发明通过支撑机构将汽车底盘撑起，再对翻转板进行拆卸，当翻转板进行下降的时候，通过缓冲机构能降低翻转板下降的速度，方便了对电动汽车电池的更换。该专利的不足之处在于：虽解决了不用去专业的修理厂进行更换，但是结构复杂，使得电动汽车负载增大，部件之间的维修也较为繁琐。
4.又如中国专利申请号cn202011406771.2，公开日为2021年2月26日，该专利公开了一种自动化电池基站的车载电池包更换机构，包括：设置在地面上的地沟，地沟中的承接台和千斤顶，以及与地沟相连接的电池基站，承接台与地沟通过滑轨滑动连接，承接台还能够通过辅助校准机构实现横向和纵向的校准，以对准电池腔的亏电电池开口并承接亏电电池包；电池基站内设置有若干回收电池腔和动力电池腔，电池基站上设置有一夹持装置，夹持装置通过升降杆调整高度；电池基站上设置有对位机构；夹持装置夹持更换的亏电电池包和电池基站内的动力电池包。该专利的不足之处在于：承接台单纯起到承接过渡作用，整体机构占地面积较大同时增加成本。


技术实现要素：

5.1.发明要解决的技术问题
6.本发明的目的在于解决现有的新能源商用车换电较为复杂且设备成本高的问题。
7.2.技术方案
8.为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
9.本发明的一种有轨移动小车换电方法，待换电的车辆在预设的换电位置停车后，
待换电的车辆发出换电指令给有轨移动小车，有轨移动小车接收换电指令并执行换电操作，有轨移动小车从初始位置移动至换电位置并与待换电的车辆进行对接，解锁后去除亏电电池包，有轨移动小车沿着轨道将亏电电池包移动至充电站指定的充电位置进行充电后拿取满电电池包并移动至换电位置进行换电，换电完成后发送换电完成指令给车辆完成换电，有轨移动小车移动至初始位置。
10.优选的，所述方法具体包括如下步骤：
11.s100、车辆定位，待换电的车辆在预设的换电停车位停车；
12.s200、开始换电，待换电的车辆发送换电指令给有轨移动小车；
13.s300、一次对接，有轨移动小车通过轨道从初始位置移动至换电位置并与待换电的车辆进行对接；
14.s400、卸载电池包，有轨移动小车与车辆对接后卸载车辆上的亏电电池包至小车上；
15.s500、电池充电，有轨移动小车通过轨道将卸载的亏电电池包运送至充电站指定的充电位置进行充电；
16.s600、拿取电池包，有轨移动小车通过轨道移动至充电站指定的充电位拿取充满电的满电电池包；
17.s700、二次对接，拿取满电电池包后的有轨移动小车通过轨道至换电位置并与待换电的车辆进行对接；
18.s800、放置电池包，有轨移动小车与车辆对接后将满电电池包安装至待换电的车辆；
19.s900、完成安装，有轨移动小车检测满电电池包安装后发送换电完成指令给车辆完成换电，有轨移动小车移动至初始位置。
20.优选的，所述步骤s100中的待换电的车辆在预设的换电停车位停车还包括通过减速带进行定位，具体为待换电的车辆的前轮和/或后轮卡在相邻的两个减速带之间进行定位，所述相邻的两个减速带的设置位置与换电位置相匹配。
21.优选的，所述有轨移动小车包括底架，底架上设有用于升降机构在底架上移动的轨道，升降机构与升降台连接，所述升降台上设有用于与电池包底板接触形成平面的滚动板，滚动板与动力源连接实现滚动板朝着电池包底板方向前进或后退，滚动板与电池包底板接触的一边两端均设有对接锁止件，滚动板的中部设有凹槽，凹槽内设有移动轨，凹槽内设有用于拖拉电池包的拖拉机构，拖拉机构与驱动件连接实现拖拉机构在移动轨内的移动。
22.优选的，所述拖拉机构包括呈相对设置的推手和拉手，推手和拉手之间设有驱动件，推手和拉手上均设有用于固定电池包的固定件。
23.优选的，所述固定件包括动力件，动力件与伸缩杆连接，通过伸缩杆的伸或缩完成与电池包的固定或松开。
24.优选的，所述驱动件包括电机，电机的输出轴与传动轴连接，传动轴的一端设有传动齿轮，传动齿轮与动力轨啮合，动力轨设置在凹槽内。
25.优选的，所述滚动板的两侧均设有限位板，限位板与滚动板呈垂直设置，所述滚动板与电池包底板接触的一边设有传感器。
26.优选的，所述升降机构包括底座，底座上设有伸缩件，伸缩件与活动支架连接，底座的底部设有车轮，活动支架的一端与底座铰接，另一端与设置在活动支架上端的支撑架铰接。
27.优选的，所述步骤s300还包括换电停车位的距离感应器检测待换电的车辆的电池包的高度并发送给有轨移动小车，有轨移动小车通过升降机构提升至与所述待换电的车辆的电池包匹配的工作高度后，再通过轨道移动至对应的换电位置，驱动件驱动滚动板朝着电池包底板方向前进，完成滚动板与电池包底板之间的对接形成平面，对接锁止件与待换电的车辆进行锁紧。
28.优选的，所述步骤s400具体为：待换电的车辆将亏电电池包进行解锁推出后，驱动件驱动拖拉机构的拉手与所述亏电电池包进行固定，并解除待换电的车辆对亏电电池包的锁紧后驱动件驱动拖拉机构的拉手将亏电电池包从待换电的车辆内取出后转移到有轨移动小车上。
29.优选的，所述步骤s500具体为：有轨移动小车接收充电站发送的充电位置数据并移动至对应位置，将卸载的亏电电池包运送至充电站指定的充电位置进行充电，放置完成后发送充电完成指令给充电站并接受后续指令。
30.优选的，所述步骤s600具体为：有轨移动小车接收充电站发送的满电电池包的位置数据并移动至对应位置，将充满电的满电电池包移动至有轨移动小车上并发送已拿取指令给充电站并接受后续指令。
31.优选的，所述步骤s700具体为：有轨移动小车接收充电站发送的安装指令后通过轨道移动至换电位置并与待换电的车辆进行对接，具体对接过程为先通过升降机构提升至与所述待换电的车辆的电池包匹配的工作高度后，再通过轨道移动至对应的换电位置，驱动件驱动滚动板朝着电池包底板方向前进，完成滚动板与电池包底板之间的对接形成平面，对接锁止件与待换电的车辆进行锁紧。
32.优选的，所述步骤s800具体为：驱动件驱动拖拉机构的推手与所述满电电池包进行固定，驱动件驱动拖拉机构的推手将满电电池包从有轨移动小车转移到待换电的车辆内。
33.优选的，所述步骤s900具体为：有轨移动小车检测满电电池包安装到指定位置后，换电的车辆对满电电池包进行安装锁紧后，有轨移动小车脱离与换电的车辆接触并发送换电完成指令给车辆完成换电，有轨移动小车移动至初始位置。
34.3.有益效果
35.采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
36.本发明的一种有轨移动小车换电方法，待换电的车辆在预设的换电位置停车后，待换电的车辆发出换电指令给有轨移动小车，有轨移动小车接收换电指令并执行换电操作，有轨移动小车从初始位置移动至换电位置并与待换电的车辆进行对接，解锁后去除亏电电池包，有轨移动小车沿着轨道将亏电电池包移动至充电站指定的充电位置进行充电后拿取满电电池包并移动至换电位置进行换电，换电完成后发送换电完成指令给车辆完成换电，有轨移动小车移动至初始位置。本实施例的方法通过有轨移动小车对待换电的车辆的电池包进行移除换电，不需要建立专门的换电站就可以进行方便的换电，整个电池更换方法操作简便，能够实现电池包的灵活移动，无需依靠大型复杂笨重的设备即可实现电池包
的更换，极大的减轻劳动力以及成本，具有较高的使用前景。
附图说明
37.图1为本发明的一种有轨移动小车换电方法的流程图；
38.图2为本发明的有轨移动小车的结构示意图；
39.图3为图2中a部位的放大图；
40.图4为升降装置的结构示意图。
41.图中：1、底架；2、车轮；3、升降台；4、旋转台；5、限位锁止件；6、升降机构；61、底座；62、活动支架；63、支撑架；64、伸缩件；7、限位板； 8、对接锁止件；9、推手；10、拉手；11、移动轨；12、动力轨；13、滚动板。。
具体实施方式
42.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例，相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
43.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件；当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件；本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
44.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明；本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
45.实施例1
46.参照附图1
‑
附图4，本实施例的一种有轨移动小车换电方法，待换电的车辆在预设的换电位置停车后，待换电的车辆发出换电指令给有轨移动小车，有轨移动小车接收换电指令并执行换电操作，有轨移动小车从初始位置移动至换电位置并与待换电的车辆进行对接，解锁后移除亏电电池包，有轨移动小车沿着轨道将亏电电池包移动至充电站指定的充电位置进行充电后拿取满电电池包并移动至换电位置进行换电，换电完成后发送换电完成指令给车辆完成换电，有轨移动小车移动至初始位置。本实施例的方法通过有轨移动小车对待换电的车辆的电池包进行移除换电，不需要建立专门的换电站就可以进行方便的换电，整个电池更换方法操作简便，能够实现电池包的灵活移动，无需依靠大型复杂笨重的设备即可实现电池包的更换，极大的减轻劳动力以及成本，具有较高的使用前景。
47.本实施例的方法具体包括如下步骤：
48.s100、车辆定位，待换电的车辆在预设的换电停车位停车；
49.s200、开始换电，待换电的车辆发送换电指令给有轨移动小车；
50.s300、一次对接，有轨移动小车通过轨道从初始位置移动至换电位置并与待换电的车辆进行对接；
51.s400、卸载电池包，有轨移动小车与车辆对接后卸载车辆上的亏电电池包至小车
上；
52.s500、电池充电，有轨移动小车通过轨道将卸载的亏电电池包运送至充电站指定的充电位置进行充电；
53.s600、拿取电池包，有轨移动小车通过轨道移动至充电站指定的充电位拿取充满电的满电电池包；
54.s700、二次对接，拿取满电电池包后的有轨移动小车通过轨道至换电位置并与待换电的车辆进行对接；
55.s800、放置电池包，有轨移动小车与车辆对接后将满电电池包安装至待换电的车辆；
56.s900、完成安装，有轨移动小车检测满电电池包安装后发送换电完成指令给车辆完成换电，有轨移动小车移动至初始位置。
57.所述步骤s100中的待换电的车辆在预设的换电停车位停车还包括通过减速带进行定位，具体为待换电的车辆的前轮和/或后轮卡在相邻的两个减速带之间进行定位，所述相邻的两个减速带的设置位置与换电位置相匹配。通过车轮卡和在两个减速带之间进行定位，不仅定位起来较为方便，且可以有效的防止车辆在安装的过程中发送偏移。本实施例的有轨移动小车的轨道在换电位置、换电站均设有定位标识用于定位。
58.所述有轨移动小车包括底架1，底架1上设有用于升降机构6在底架1上移动的轨道，因电池包的更换是指将车辆上的用完电量的电池包送至充电平台内，再将充电平台内的满格电量的电池包送至车辆内。因此在底架1上设有轨道，升降机构6与车轮2连接实现升降机构6在轨道上的行驶，方便升降机构6到达指定位置譬如说车辆或充电平台附近，随后完成相应的操作。升降机构6与升降台3连接，通过升降机构6升降带动升降台3的升降，使整个装置适用各种车辆下电池包部位可能出现的高度不一致的情况。具体的，在本实施中升降机构6包括底座61，底座61为整个升降机构6的安装基座，底座61上设有伸缩件64，底座61的底部设有车轮2，通过车轮2实现底座61在底架1上的移动，活动支架62的一端与底座61铰接，另一端与设置在活动支架62上端的支撑架63铰接，控制支撑架63的上升或下降，伸缩件64的伸缩端与活动支架62 连接用于驱动活动支架62带动支撑架63升降，支撑架63上设有升降台3，本实施中采用液压缸作为伸缩件64，结构简单，动力传输平稳。其它能够实现升降功能的升降机构6均可使用在本技术中。升降台3上设有用于与电池包底板接触的滚动板13，滚动板13与动力源连接实现滚动板13朝着电池包底板方向前进或后退。所述动力源可为气缸或液压缸，结构简单，动力传输平稳。在这值得说明的是：所谓接触是指滚动板13与电池包底板对接形成一个平面。电池包底板呈矩形，将滚动板13也设置为矩形，电池包底板中的一条边两端与滚动板13一条边的两端分别拼合对接，使其形成一个平面。在本实施中进行定义：滚动板13与电池包底板拼合接触的一边为滚动板13的宽。滚动板13的宽度大小以能容纳电池包在滚动板13上滑行为基准设置，保证电池包能够在滚动板13 上进行滑行，并不与其它部件发生干涉。采用滚动板13与电池包底板对接设置形成平面是为了考虑到因电池包的重量非常大，对电池包在电池包底板上进行抓取采用悬空挑起的方式比较费力，现在将电池包底板和滚动板13形成一个无缝平面，可以使得电池包从电池包底板上平移至滚动板13上，随后在滚动板13 上进行电池包的移动，灵活移动电池包，同时采用平移的方式能省能耗。并且可以通过在电池包的底部设轮子，通过轮子进行平移，进一步保证电池包
能够轻松快捷的从电池包底板移动至滚动板13上。
59.滚动板13与电池包底板接触的一边两端均设有对接锁止件8，对接锁止件8的设置则保证当两块板拼合接触后不会发生相对错开和移动，保证在电池包平移过程中始终处于固定状态，保证电池包的平移过程顺利。具体的，对接锁止件8包括固定板，固定板的一半设置在滚动板13端部上，另一半延伸出滚动板 13端部，同时在滚动板13端部上的固定板上设有销孔，销孔内设有销轴。当滚动板13与电池包底板接触后，固定板延伸出滚动板13的一半压在电池包底板上，同时在固定板的销孔内插入销轴固定，实现电池包底板与滚动板13之间进行固定，方式简单，成本低且紧固性能高，当然，固定板13的设置以不干涉电池包底板与滚动板13接触为原则。滚动板13的中部设有凹槽，凹槽内设有用于拖拉电池包的拖拉机构，拖拉机构与驱动件连接实现在拖拉机构在凹槽内的移动。在滚动板13的中部设置凹槽，使得拖拉机构在凹槽进行移动实现电池包在滚动板13上的移动，一来因电池包在滚动板13两边的接触面积相同，使得电池包在滚动板13的移动较为平稳；二来直接将拖拉机构集成设置在滚动板13 的内部，无需额外占用空间，减小整个装置的占地面积，从而减小成本，同时避免拖拉机构受到外界环境的干扰发生损坏，对拖拉机构起到保护作用。凹槽沿着电池包运动方向的两侧设有移动轨11，两个移动轨11之间构成一个滑道，拖拉机构便在该滑道内进行行驶，移动轨11的设置有效对拖拉机构进行一个限位，保证拖拉机构的滑行稳定，增加整个电池包移动的平稳性能。
60.所述步骤s300还包括换电停车位的距离感应器检测待换电的车辆的电池包的高度并发送给有轨移动小车，有轨移动小车通过升降机构6提升至与所述待换电的车辆的电池包匹配的工作高度后，再通过轨道移动至对应的换电位置，驱动件驱动滚动板13朝着电池包底板方向前进，完成滚动板13与电池包底板之间的对接形成平面，对接锁止件8与待换电的车辆进行锁紧。
61.所述步骤s400具体为：待换电的车辆将亏电电池包进行解锁推出后，驱动件驱动拖拉机构的拉手10与所述亏电电池包进行固定，并解除待换电的车辆对亏电电池包的锁紧后驱动件驱动拖拉机构的拉手10将亏电电池包从待换电的车辆内取出后转移到有轨移动小车上。
62.所述步骤s500具体为：有轨移动小车接收充电站发送的充电位置数据并移动至对应位置，将卸载的亏电电池包运送至充电站指定的充电位置进行充电，放置完成后发送充电完成指令给充电站并接受后续指令。
63.所述步骤s600具体为：有轨移动小车接收充电站发送的满电电池包的位置数据并移动至对应位置，将充满电的满电电池包移动至有轨移动小车上并发送已拿取指令给充电站并接受后续指令。
64.所述步骤s700具体为：有轨移动小车接收充电站发送的安装指令后通过轨道移动至换电位置并与待换电的车辆进行对接，具体对接过程为先通过升降机构6提升至与所述待换电的车辆的电池包匹配的工作高度后，再通过轨道移动至对应的换电位置，驱动件驱动滚动板13朝着电池包底板方向前进，完成滚动板13与电池包底板之间的对接形成平面，对接锁止件8与待换电的车辆进行锁紧。
65.所述步骤s800具体为：驱动件驱动拖拉机构的推手9与所述满电电池包进行固定，驱动件驱动拖拉机构的推手9将满电电池包从有轨移动小车转移到待换电的车辆内。
66.所述步骤s900具体为：有轨移动小车检测满电电池包安装到指定位置后，换电的车辆对满电电池包进行安装锁紧后，有轨移动小车脱离与换电的车辆接触并发送换电完成指令给车辆完成换电，有轨移动小车移动至初始位置。
67.实施例2
68.基本同实施例1，一般来说，需要更换电池包的车辆行驶至充电平台附件，与充电平台呈面对面设置，本实施中车辆电池包更换的装置设置在车辆与充电平台中间，为了进一步保证电池包输送的平稳性能，车辆电池包更换的装置中的拖拉机构具体包括呈相对设置的推手9和拉手10，推手9用于将电池包从滚动板13上推至充电平台内和将满电电池包拉至滚动板上，拉手10用于将电池包从电池包底板拉至滚动板13上和将满电电池包推至车端电池包底板上。推手 9跟拉手10的功能是相对的，都起到的推拉的作用。推手9和拉手10之间设有驱动件，推拉手均与该驱动件连接，驱动件分别为推手9或拉手10提供动力，推拉手与驱动件形成一个整体在凹槽内移动。具体的，凹槽沿着电池包运动方向的两侧设有移动轨11，两个移动轨11之间构成一个滑道，推拉手的底部均设有滑块，通过滑块在滑道内移动实现推拉手的移动。推手9和拉手10上均设有用于固定电池包的固定件。采用推拉手配合的方式进行电池包从电池包底板到充电平台内的一个转运，有效保证电池包能够完全脱离滚动板13进入到充电平台内，提高整个电池包输送过程的安全性以及平稳性，且有效对驱动件进行一个保护，避免驱动件受到外界环境干扰发生损坏，同时避免拖拉机构在完成电池包转运过程中与周围部件发生干涉，整体结构简单，使用寿命长，电池包转运灵活。
69.更进一步的，在本实施中固定件包括动力件，动力件与伸缩杆连接，通过伸缩杆的伸或缩完成与电池包的固定或松开。在现有的电池包上均设有孔，用于固定电池包和其它部件之间的连接。具体的，动力件可为气缸或液压缸，当拉手10需要与电池包固定时，动力件动作带动伸缩杆伸出，伸出至电池包上的孔中，完成固定；当推手9需要与电池包固定时，拉手10上的动力件驱动伸缩杆收回完成与电池的松开；此时推手9上的动力件驱动伸缩杆伸出完成与电池包的固定。优选的，推手9和拉手10均呈倒“l”形，“l”形中的竖直段呈垂直设置在凹槽内，水平段上设有固定件用于与电池包发生连接，这样的设置整体推拉手结构较为平稳，且水平段可伸出至凹槽外，更好的补偿与电池包之间的距离，方便电池包的完全拉出电池包底板和完全推进至充电平台内。
70.同时本实施中的驱动件包括电机，电机的输出轴与传动轴连接，传动轴的一端设有传动齿轮，传动齿轮与动力轨12啮合，动力轨12设置在凹槽内，传动轴与推拉手连接。考虑到电池包的重量较大一般可达到三吨左右，因此通过传动齿轮与动力轨12啮合的传动方式为推拉手的移动提供动力，工作平稳性能较高，继而提高电池包输送的稳定性能，使用寿命长，减小部件的维修次数，节省整个装置的维修成本。
71.实施例3
72.基本同实施例2，为了保证电池包在输送过程中不受到外界环境的干扰，在本实施中在滚动板13的两侧均设有限位板7，限位板7与滚动板13呈垂直设置。限位板7的设置则使得电池包在滚动板13上的运输更为稳定，避免电池包发生晃动或与拖拉机构连接不稳固跌落至滚动板外13的情形发生，提高电池包的使用寿命。更进一步的，当电池包需从滚动板13上移动至充电平台时，需先将整个装置移动至充电平台附近，此时不需要电池包在滚动板13上继续滑行，为了保证电池包在滚动板13上的稳固性，在限位板7上设有用于锁紧电池包
的限位锁止件5，限位锁止件5包括电动伸缩杆，当需要固定电池包时，电动伸缩杆伸出与电池包接触并抵住电池包从而限制电池包在滚动板13上的位移，每个限位板7上设有两个限位锁止件5，四个限位锁止件5呈对称设置，有效对电池包的四个部位进行抵住接触，提高电池包在滚动板13上稳固性。
73.实施例4
74.基本同实施例3，为了保证滚动板13与电池包底板对接的平稳性，在本实施中滚动板13与电池包底板接触的一边设有传感器。传感器的数量可根据实际情况进行确认。传感器对滚动板13与电池包底板之间的对接进行一个探测，通过传感器判断是否对接成功，保证两个板之间对接的准确性。因传感器判断两个物体是否对接成功在现有技术中较为常见，且不属于本技术的核心创新点，因此不再对传感器的结构以及如何实现其功能做详细赘述。更进一步的，在本实施中在升降台3与滚动板13之间设有旋转台4，通过旋转台4调整细微角度，使得滚动板13与电池包底板完全形成一个平面，实现无缝对接，保证电池包完好无损的从电池包底板进入到滚动板13，进一步保证电池包的质量，避免电池包发生损坏。
75.以上所述实施例仅表达了本发明的某种实施方式，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。