换电装置及换电站的制作方法

1.本实用新型涉及换电站技术领域，尤其涉及一种换电装置及换电站。


背景技术：

2.随着国家对环保的愈加重视，依靠蓄电池作为驱动能源的电动车辆发展迅速，电动车辆普遍采用换电站更换电池来保证续航。
3.相关技术中，换电站内的换电装置换电过程繁琐，换电效率低，且对电动车辆停靠位置的精度要求较高，导致无法快速更换电池。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种换电装置及换电站，换电过程简单高效，并且能够自适应对正车辆，降低车辆停靠位置的精度要求，实现快速更换电池。
5.本实用新型提供一种换电装置，包括：
6.行走机构；
7.框架，可转动地设置于所述行走机构；
8.抓取组件，设置于所述框架的相对两侧，每个所述抓取组件包括伸缩臂组和抓取件，所述伸缩臂组可升降地设置于所述框架且可沿车辆的长度方向伸缩，所述抓取件与所述伸缩臂组的伸缩端相连，用于抓取电池。
9.根据本实用新型提供的一种换电装置，所述伸缩臂组包括：
10.主臂，可升降地设置于所述框架；
11.从臂，与所述主臂滑动连接且可沿车辆的长度方向伸缩，所述抓取件与所述从臂连接；
12.第一驱动机构，设置于所述主臂且与所述从臂相连，用于驱动所述从臂伸缩。
13.根据本实用新型提供的一种换电装置，每个所述抓取组件还包括第二驱动机构，所述第二驱动机构设置于所述框架且与所述主臂相连，用于驱动所述主臂升降。
14.根据本实用新型提供的一种换电装置，所述框架设有滑轨，所述主臂设有与所述滑轨相适配的滑块。
15.根据本实用新型提供的一种换电装置，所述行走机构沿垂直于车辆的长度方向移动。
16.根据本实用新型提供的一种换电装置，还包括回转组件，所述框架通过所述回转组件与所述行走机构相连。
17.根据本实用新型提供的一种换电装置，所述回转组件包括：
18.回转平台，所述框架设置于所述回转平台上；
19.齿盘，连接于所述回转平台的底部且可转动地设置于所述行走机构；
20.第三驱动机构，设置于所述行走机构，所述第三驱动机构的驱动端设有与所述齿盘相啮合的输出齿轮。
21.根据本实用新型提供的一种换电装置，所述抓取件为叉杆，所述叉杆沿所述伸缩臂组的径向延伸，每个所述抓取组件包括至少两个并排设置的所述叉杆，且两个所述抓取组件的所述叉杆的延伸方向相反。
22.根据本实用新型提供的一种换电装置，所述抓取件为夹具，设置于所述伸缩臂组的底部。
23.本实用新型还提供一种换电站，包括：
24.上述的换电装置；
25.驻车平台，用于停靠车辆；
26.轨道，垂直设置于所述驻车平台的侧面，所述行走机构可移动地设置于所述轨道；
27.充电单元，设置于所述轨道的两侧，包括电池和充电底座，所述电池设置于所述充电底座。
28.本实用新型提供的换电装置及换电站，通过行走机构可以在车辆驻车平台和充电单元之间行走，以输送电池，通过框架上的两个抓取组件可以分别抓取充电单元的电池和车辆上的电池，简化换电过程，提高换电效率；通过每个抓取组件包括伸缩臂组和抓取件，伸缩臂组可升降地设置于框架上，且伸缩臂组可沿车辆的长度方向伸缩，抓取件与伸缩臂组的伸缩端相连，可以带动抓取件沿高度方向升降和沿水平方向伸缩，从而调节抓取件的位置，以适应车辆的停靠位置，便于与车辆上的电池对正，实现电池的快速精准抓取；通过框架可转动地设置于行走机构上，可以带动抓取组件转动，实现电池的更换。因此，本实用新型具有换电过程简单、换电效率高等特点，并且可以自适应对正车辆，降低车辆停靠位置的精度要求，实现快速更换电池。
29.本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1是本实用新型提供的换电装置的结构示意图；
32.图2是图1的a处局部放大图；
33.图3是本实用新型提供的换电站的结构示意图之一；
34.图4是本实用新型提供的换电装置抓取左侧替换电池的示意图；
35.图5是本实用新型提供的换电装置抓取右侧替换电池的示意图；
36.图6是本实用新型提供的换电站的换电示意图；
37.图7是本实用新型提供的换电站的结构示意图之二；
38.附图标记：
39.100：换电装置；101：行走机构；102：框架；103：主臂；
40.104：从臂；105：第一驱动电机；106：齿轮；107：齿条；
41.108：第二驱动电机；109：丝杆；110：螺纹连接部；
42.111：导向部；112：滑轨；113：滑块；114：立柱；
43.115：回转平台；116：齿盘；117：输出齿轮；118：叉杆；
44.119：夹具；120：第一抓取组件；121：第二抓取组件；
45.200：驻车平台；300：轨道；
46.401：第一充电单元；402：第二充电单元；403：替换电池；
47.404：充电底座；405：插槽；406：叉杆移动通道；
48.500：车辆；501：亏电电池；502：底盘。
具体实施方式
49.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
50.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
51.在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型实施例中的具体含义。
52.在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
53.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
54.下面结合附图描述本实用新型的换电装置及换电站。
55.根据本实用新型的实施例，如图1-图7所示，本实用新型提供的换电装置100主要包括：行走机构101、框架102和抓取组件。其中，行走机构101可以在驻车平台200和充电单元之间行走，以输送电池；框架102作为承载部件，用于承载抓取组件，并且框架102可转动地设置于行走机构101上，从而可以带动抓取组件旋转；抓取组件设置于框架102的相对两侧，即框架102上设有两个抓取组件，可以分别抓取充电单元的电池(文中描述为：替换电池403)和车辆500上的电池(文中描述为：亏电电池501)，当框架102转动时，可以带动两个抓取组件旋转，使两个抓取组件的位置快速对调，从而完成替换电池403与亏电电池501的切换；每个抓取组件包括伸缩臂组和抓取件，伸缩臂组可升降地设置于框架102上，沿框架102的高度方向上下滑动，伸缩臂组可沿车辆500的长度方向伸缩，抓取件与伸缩臂组的伸缩端相连，用于抓取电池，电池包括替换电池403和亏电电池501。其中，替换电池403可以为满电电池，也可以为充电量已达到预设电量的电池；亏电电池501可以为空电电池，也可以为电量低的电池。
56.本实用新型实施例提供的换电装置100换电时，首先可以通过框架102上的其中一个抓取组件抓取充电单元的替换电池403，移动至驻车平台200上的车辆500处，通过框架102上的另一个抓取组件抓取车辆500上的亏电电池501，然后控制框架102旋转180
°
，使得两个抓取组件的位置快速对调，从而完成替换电池403与亏电电池501的切换，此时，可以将替换电池403放至车辆500的电池安装位置，最后折返至充电单元，将亏电电池501放入充电单元的充电底座404上进行充电。因此，本实用新型实施例换电装置100的换电过程简单，可以提高换电效率。
57.并且通过伸缩臂组可升降地设置于框架102上，伸缩臂组可沿车辆500的长度方向伸缩，抓取件与伸缩臂组的伸缩端相连，可以带动抓取件沿高度方向升降和沿水平方向伸缩，从而调节抓取件的位置，以适应车辆500的停靠位置，便于与车辆500的亏电电池501对正，实现快速精准抓取。因此，本实用新型可以自适应对正车辆500，降低车辆500停靠位置的精度要求，实现快速更换电池。
58.可以理解的是，本实用新型实施例的两个抓取件在抓取电池过程中，可以根据电池的位置单独升降，无需同时升降，可以有效降低能耗；并且抓取件在与车辆500的亏电电池501对正时，只需控制抓取件移动，无需整个装置移动，可以进一步降低能耗。
59.因此，本实用新型提供的换电装置100具有结构简单、换电效率高、能耗低等特点，并且可以自适应对正车辆500，降低车辆500停靠位置的精度要求，实现快速更换电池，从而提高换电体验。
60.根据本实用新型的一个实施例，如图1和图2所示，伸缩臂组包括：主臂103、从臂104和第一驱动机构。其中，主臂103沿车辆500的长度方向设置，主臂103可升降地设置于框架102上；从臂104与主臂103滑动连接，并且从臂104可沿车辆500的长度方向伸缩，抓取件与从臂104连接；第一驱动机构设置于主臂103上且与从臂104相连，用于驱动从臂104伸缩滑动，从而带动抓取件伸缩。具体的，主臂103为中空的框架结构，形成有滑腔，从臂104可滑动地设置于滑腔内，如图4和图5所示，当需要抓取电池时，第一驱动机构可以驱动从臂104伸出，便于抓取件抓取电池；如图6所示，当抓取完成后，第一驱动机构可以驱动从臂104收缩，以减小换电装置100整体的空间体积，防止电池触碰到其他部件，以保证电池的安全性；并且可以提高运输稳定性。
61.当车辆500进站并停至驻车平台200后，车辆500的停靠位置存在偏差，导致抓取组件的抓取件无法与车辆500上的亏电电池501对正。此时，可以通过控制主臂103升降和从臂104伸缩，带动抓取件作相应的移动，从而调节抓取件的位置，使得抓取件能够与车辆500的亏电电池501对正，实现快速精准地抓取电池。
62.根据本实用新型的一个实施例，如图1和图2所示，第一驱动机构包括第一驱动电机105、齿轮106和齿条107，第一驱动电机105设置于主臂103上，且第一驱动电机105的输出端设有齿轮106，齿条107位于主臂103的滑腔内且固定设置于从臂104上，齿条107与齿轮106啮合连接，当第一驱动电机105转动时，可以通过齿轮106驱动齿条107沿直线运动，实现从臂104的伸缩滑动。
63.在其他一些实施例中，第一驱动机构还可以为直线电机、电动推杆、液压缸等直线驱动装置，第一驱动机构的驱动端直接与从臂104相连，驱动从臂104沿直线运动。
64.根据本实用新型的一个实施例，如图1所示，每个抓取组件还包括第二驱动机构，第二驱动机构设置于框架102上，并且第二驱动机构与主臂103相连，用于驱动主臂103在框架102上升降移动，实现每个抓取组件的单独升降。
65.根据本实用新型的一个实施例，第二驱动机构包括第二驱动电机108和丝杆109，第二驱动电机108设置于框架102的顶部，丝杆109沿框架102的高度方向设置，丝杆109的上端与第二驱动电机108的输出端相连，主臂103的内侧设有螺纹连接部110，主臂103通过螺纹连接部110与丝杆109螺纹连接，当第二驱动电机108转动时，可以通过丝杆109带动主臂103做升降运动。
66.并且框架102的底部设有导向部111，导向部111形成有导向孔，丝杆109的下端设置于导向孔内，用于对丝杆109进行导向，以提高丝杆109的稳定性，从而提高主臂103的升降稳定性，进而可以提高抓取稳定性。
67.在其他一些实施例中，第二驱动机构还可以为直线电机、电动推杆、液压缸等直线驱动装置，第二驱动机构的驱动端直接与主臂103相连，驱动主臂103升降；第二驱动机构还可以为卷扬机，卷扬机通过牵引绳拉动主臂103升降。
68.根据本实用新型的一个实施例，如图1所示，框架102上设有沿竖向布置的滑轨112，主臂103的内侧设有与滑轨112相适配的滑块113，主臂103通过滑块113可滑动地设置于框架102的滑轨112上。本实用新型通过该设计，有利于提高抓取组件的升降性能。具体的，框架102包括两个并排设置的立柱114，每个立柱114上分别设置滑轨112，主臂103的内侧两端分别设有滑块113，两个滑块113分别与两个滑轨112对应相连，并且第二驱动机构位于主臂103的中间位置，两个滑轨112对称分布于第二驱动机构的两侧，通过该设计，可以使主臂103受力均匀，提高主臂103的稳定性，从而进一步提高抓取稳定性。
69.根据本实用新型的一个实施例，如图3所示，行走机构101沿垂直于车辆500的长度方向移动，可以使得抓取件快速移动至车辆500的亏电电池501处，以提高抓取效率。
70.本实用新型行走机构101的具体类型不做特别限制，例如可以为rgv(有轨制导车辆)。
71.根据本实用新型的一个实施例，本实用新型换电装置100还包括回转组件，框架102通过回转组件与行走机构101相连，通过回转组件可以实现框架102的转动，进而带动两个抓取组件转动，使两个抓取组件的位置快速对调，实现替换电池403和亏电电池501的切
换。
72.并且，当车辆500停靠至驻车平台200上，如果车辆没有完全停正，即车辆的长度方向与驻车平台200的长度方向不平行时，还可以通过微调回转组件，以调整抓取组件的抓取角度，适应车辆500停靠状态，便于与车辆500上的亏电电池501对正。
73.根据本实用新型的一个实施例，如图1所示，回转组件包括回转平台115、齿盘116和第三驱动机构(图中未示出)。其中，框架102设置于回转平台115上；齿盘116与回转平台115的底部相连，并且齿盘116通过转轴可转动地设置于行走机构101上；第三驱动机构设置于行走机构101上，第三驱动机构的驱动端设有与齿盘116相啮合的输出齿轮117。当第三驱动机构转动时，可以通过输出齿轮117带动齿盘116转动，从而实现回转平台115及框架102的转动。
74.与上述实施例不同的是，本实用新型实施例第三驱动机构的驱动端直接与回转平台115相连，控制回转平台115转动。
75.本实用新型第三驱动机构的具体类型不做特别限制，例如可以为第三驱动电机。
76.根据本实用新型的一个实施例，如图3-图6所示，当车辆500的亏电电池501设置于车辆500底盘502的侧面，抓取组件的抓取件可以为叉杆118，叉杆118沿伸缩臂组的径向延伸，每个抓取组件包括至少两个并排设置的叉杆118，以提高抓取稳定性；并且两个抓取组件的叉杆118的延伸方向相反，以便于可以分别抓取充电单元的替换电池403和车辆500的亏电电池501。可以理解的是，替换电池403和亏电电池501上分别设有相适配的插槽405，叉杆118可以插入插槽405内进行抓取。因此，本实用新型通过叉杆118，可以实现车辆500亏电电池501的侧换。在其他实施例中，叉杆118也可以替换为机械臂等部件。
77.根据本实用新型的一个实施例，如图7所示，当车辆500的亏电电池501设置于车辆500的底盘502上，抓取组件的抓取件可以为夹具119，夹具119设置于伸缩臂组的底部，具体的，夹具119设置于从臂104的底部，通过夹具119可以从顶部夹起电池，实现车辆500亏电电池501的顶换。
78.根据本实用新型的实施例，如图1-7所示，本实用新型还提供一种换电站，主要包括：驻车平台200、轨道300、充电单元以及上述实施例的换电装置100。其中，驻车平台200可以用于停靠车辆500，当车辆500进站后可以停靠至驻车平台200上，并且车辆500沿驻车平台200的长度方向停靠，便于换电装置100换电；轨道300垂直设置于驻车平台200的侧面，换电装置100的行走机构101可移动地设置于轨道300上，便于输送电池；充电单元设置于轨道300的两侧，充电单元包括电池和充电底座404，电池设置于充电底座404上。具体的，通过充电底座404上的替换电池403可以替换车辆500的亏电电池501，并且可以对车辆500的亏电电池501进行充电。
79.可以理解的是，当车辆500的两侧都设有电池，需要更换时，可以在驻车平台200的两侧均设置换电装置100和充电单元，以实现快速换电。
80.根据本实用新型的一个实施例，本实用新型换电站包括多个充电单元，多个充电单元可以呈阵列分布于换电装置100的两侧，一方面可以尽可能地减小换电站的整体占地面积，便于管理；另一方面可以尽可能地靠近换电装置100，通过换电装置100的抓取组件可以抓取两侧的替换电池403。
81.本实用新型充电单元的具体数量不做特别限制，可根据实际工况进行设计。在本
示例中，如图3-图7所示，充电单元设置为八个，沿轨道300的长度方向对称分布于轨道300的两侧，每侧设置四个。
82.当换电装置100采用叉杆118抓取电池进行侧换时，为便于叉杆118可以抓取每个充电单元的替换电池403，位于轨道300同侧的相邻充电单元之间可以设置间距，以形成叉杆移动通道406。
83.与上述实施例不同的是，为进一步减小换电站的整体占地面积，如图3-图6所示，位于轨道300同侧的每两个充电单元可以形成一组充电单元组，充电单元组内的两个充电单元相互抵靠设置，并且相邻充电单元组之间具有叉杆移动通道406。
84.为清楚地描述换电装置100的电池抓取过程，将充电单元组中的两个充电单元描述为第一充电单元401和第二充电单元402，并将两个抓取组件描述为第一抓取组件120和第二抓取组件121。
85.如图4所示，当换电装置100抓取左侧充电单元的替换电池403时，通过第一抓取组件120可以抓取两个第一充电单元401的替换电池403，通过第二抓取组件121可以抓取两个第二充电单元402的替换电池403；当需要抓取右侧充电单元的替换电池403时，控制换电装置100的框架102旋转180
°
，此时，通过第一抓取组件120可以抓取两个第二充电单元402的替换电池403，通过第二抓取组件121可以抓取两个第一充电单元401的替换电池403，如图5所示。
86.当换电装置100采用夹具119抓取电池进行顶换时，为进一步减小换电站的整体占地面积，如图7所示，位于轨道300每侧的充电单元均抵靠设置，通过两个夹具119可以分别抓取两侧充电单元的替换电池403。
87.在一些实施例中，当换电站设置于抗震防风要求高的地区，充电单元可以设置为一层；当换电站设置于抗震防风要求低的地区，充电单元可以堆叠设置为多层，这样的话，可以进一步减小换电站的整体占地面积。
88.下面以抓取件为叉杆118抓取左侧第一充电单元401的替换电池403为例对本实用新型换电站的工作原理进行描述，如图4和图6所示，大致包括：
89.控制第一抓取组件120的叉杆118下降和伸出，使其可以插入左侧第一充电单元401的替换电池403的插槽405内，然后控制叉杆118上升和收缩，以抓起替换电池403；控制框架102旋转180
°
，对调第一抓取组件120和第二抓取组件121的位置，使第二抓取组件121朝向车辆500，控制行走机构101向前移动至驻车平台200处，调节第二抓取组件121的叉杆118位置，使其对正车辆500的亏电电池501并将其抓起；再次控制框架102旋转180
°
，对调切换替换电池403和亏电电池501的位置，控制叉杆118将替换电池403放入车辆500的电池安装位置；控制行走机构101返回至左侧第一充电单元401处，将亏电电池501放至充电底座404上。
90.可以理解的是，对于抓取件为夹具119时的工作原理与上述实施例基本相同，此处不做赘述。
91.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术
方案的精神和范围。