CN114655065B - 电池更换装置及换电站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换电设备技术领域，尤其涉及一种电池更换装置及换电站，其中电池更换装置包括抓取机构、升降机构、安装座和位置调整驱动机构。本发明提供的电池更换装置及换电站，通过抓取机构、升降机构、安装座和位置调整驱动机构配合可以实现车辆电池的更换功能，通过在抓取机构移动路径的下方设置第一暂存工位和第二暂存工位能够暂时存放满电电池和亏电电池，有利于提高换电时的效率，缩短换电时间。并且，本发明提供的电池更换装置通过一个抓取机构同时实现亏电电池和满电电池的抓取、移送功能，结构更简单，故障率低，有利于降低成本，适于推广使用。

Description

电池更换装置及换电站

技术领域

本发明涉及换电设备技术领域，尤其涉及一种电池更换装置及换电站。

背景技术

近年来，依靠动力电池作为驱动能源的新能源车辆，由于其在行驶中无有害气体排放噪音小，因此发展势头非常迅猛。但在重型卡车领域，由于其用电量大电池充电时间较长，严重制约了充电型重型卡车的经济性及可推广性，既然充电型重型卡车存在短板，换电型重型卡车就应运而生。

目前现有换电站存在两种形式的换电设备，一种形式的换电设备仅设置一个抓手，受限于抓手一次只能抓一块电池，导致其移动亏电电池和满电电池移动过程耗时较长，换电效率普遍不高；另一种形式的换电设备设计成至少两个抓手的结构，虽然效率提升了，但结构较为复杂容易发生故障，且成本较高，不便于推广使用。因此需要一种高效低成本的换电站。

发明内容

本发明提供一种电池更换装置及换电站，用以解决现有技术中换电设备的换电时间长，工作效率低的问题。

本发明提供一种电池更换装置，包括：

抓取机构，包括换位驱动组件和抓手，所述抓手用于抓取电池，所述抓手具有第一抓取工位和第二抓取工位，所述换位驱动组件适于驱动所述抓手在所述第一抓取工位和所述第二抓取工位之间往复移动；

升降机构，连接所述抓取机构，适于驱动所述抓取机构升降；

安装座，连接并支撑所述抓取机构和所述升降机构，所述安装座上设置有第一暂存工位和第二暂存工位，所述第一暂存工位和所述第二暂存工位分别位于所述安装座的相反方向侧，且均位于所述抓手的移动路径的下方；

位置调整驱动机构，连接所述安装座，用于驱动所述安装座平移和旋转。

根据本发明提供的一种电池更换装置，所述换位驱动组件包括换位导轨，所述抓手滑动设置在所述换位导轨的下侧，所述抓手沿所述换位导轨滑动以在所述第一抓取工位和所述第二抓取工位之间移动。

根据本发明提供的一种电池更换装置，所述抓手上设置有第一抓头和第二抓头，所述第一抓头和所述第二抓头沿所述换位导轨的延伸方向排布；

所述抓手位于所述第一抓取工位时，所述第一抓头伸出所述换位导轨的第一端，以适于进行电池抓取操作；

所述抓手位于所述第二抓取工位时，所述第二抓头伸出所述换位导轨的第二端，以适于进行电池抓取操作。

根据本发明提供的一种电池更换装置，所述抓头上设置有锁止驱动组件和一对锁止销，所述锁止驱动组件连接一对所述锁止销，以适于驱动一对所述锁止销向相反方向伸缩。

根据本发明提供的一种电池更换装置，所述锁止驱动组件包括拨动架以及分别与所述拨动架铰接的第一伸缩驱动件、第一连接杆和第二连接杆，所述第一伸缩驱动件背离所述拨动架的一端与抓头铰接，所述第一连接杆背离所述拨动架的一端与其中一个所述锁止销铰接，所述第二连接杆背离所述拨动架的一端与另一个所述锁止销铰接。

根据本发明提供的一种电池更换装置，所述升降机构包括托盘、卷扬机和牵引绳，所述托盘竖向滑动连接于所述安装座，所述卷扬机固定设置在所述安装座上，所述牵引绳的一端与所述卷扬机连接，另一端与所述托盘固定连接，所述抓取机构设置在所述托盘上。

根据本发明提供的一种电池更换装置，所述位置调整驱动机构包括：

底部滑轨；

行走回转底座，水平滑动连接于所述底部滑轨，所述安装座水平转动连接于所述行走回转底座；

平移驱动组件，连接所述行走回转底座，以适于驱动所述行走回转底座沿所述底部滑轨往复滑动；以及

旋转驱动组件，连接所述安装座，以适于驱动所述安装座水平转动。

本发明还提供一种换电站，包括换电通道、电池架和如上所述的电池更换装置，所述电池更换装置用于实现所述换电通道内的车辆与所述电池架之间的电池更换。

根据本发明提供的一种换电站，所述电池架绕所述电池更换装置的周向布置有两个以上。

根据本发明提供的一种换电站，所述安装座的平移方向平行于所述换电通道的延伸方向。

本发明提供的电池更换装置，通过抓取机构、升降机构、安装座和位置调整驱动机构配合可以实现车辆电池的更换功能，通过在抓取机构移动路径的下方设置第一暂存工位和第二暂存工位能够暂时存放满电电池和亏电电池，有利于提高换电时的效率，缩短换电时间。并且，本发明提供的电池更换装置通过一个抓取机构同时实现亏电电池和满电电池的抓取、移送功能，结构更简单，故障率低，有利于降低成本，适于推广使用。

进一步地，在本发明提供的换电站中，由于具备如上所述的电池更换装置，因此同样具备如上所述的优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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。

图1是本发明提供的一种电池更换装置的整体结构示意图(图中未示出底部滑轨和平移驱动组件)；

图2是本发明提供的一种电池更换装置的侧视图；

图3是本发明提供的一种电池更换装置的使用状态图；

图4是本发明提供的一种电池更换装置中的抓取机构的结构示意图；

图5是本发明提供的一种电池更换装置中的抓手的结构示意图；

图6是本发明提供的一种电池更换装置中的行走回转底座的安装结构示意图；

图7是本发明提供的一种换电站的侧视图；

图8是本发明提供的一种换电站的平面总图；

附图标记：1、卷烟机；2、定滑轮；3、侧移移动件；4、第二抓头；5、抓手；6、第一抓头；7、第一侧移驱动齿条；8、底部滑轨； 9、行走回转底座；10、回转驱动电机；11、托盘；12、牵引绳；13、支撑轨道；14、第二暂存工位；15、回转驱动齿轮；16、环形齿轮； 17、第二伸缩驱动件；18、安装板；19、第一暂存工位；20、侧移固定件；21、第一侧移驱动电机；22、第一伸缩驱动件；23、锁止销；24、第一连接杆；25、拨动架；26、第二连接杆；27、换电通道；28、电池架；29、换电仓；30、窗口；100、抓取机构；200、升降机构； 300、安装座；400、位置调整驱动机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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发明实施例和简化描述，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发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，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发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，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。

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发明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。

下面结合图1至图8描述本发明实施例的电池更换装置，该电池更换装置能够实现车辆电池的自动更换，将车辆上的电池取下进行充电，并且将其他电池更换至车辆上。

结合图1至图3，根据本发明实施例的电池更换装置，包括抓取机构100、升降机构200、安装座300和位置调整机构。

抓取机构100包括换位驱动组件和抓手5，抓手5用于抓取电池，以便于对车辆上的电池及电池架28上的电池进行转移动作。抓手5 具有第一抓取工位和第二抓取工位，第一抓取工位和第二抓取工位是抓手5进行抓取或释放动作的位置。可以理解的是，第一抓取工位和第二抓取工位中的其中一者可以对应车辆的电池位置，另一者可以对应电池架28上的电池位置。换位驱动组件适于驱动抓手5在第一抓取工位和第二抓取工位之间往复移动；当抓手5未抓取电池时，在第一抓取工位和第二抓取工位之间移动可以为后续的抓取操作做准备，而当抓手5抓取电池时，在第一抓取工位和第二抓取工位之间移动可以实现电池的搬运。

升降机构200连接抓取机构100，适于驱动抓取机构100升降，升降机构200驱动抓取机构100升降的过程可以辅助抓取机构100将电池取下或将电池放置到合适的位置，同时也能够方便抓取机构100 移动时避让障碍。

安装座300连接并支撑抓取机构100和升降机构200，安装座300 可以采用由金属材质焊接形成的框架结构。安装座300上设置有第一暂存工位19和第二暂存工位14，第一暂存工位19和第二暂存工位 14是用于暂时存放电池的位置，为实现电池的快速更换创造条件，通常情况下可以将第一暂存工位19和第二暂存工位14设置为安装座 300上的两个平台结构，电池可以放置在平台的上侧。第一暂存工位 19和第二暂存工位14分别位于安装座300的相反方向侧，由此能够方便地将车辆上取下的电池和电池架28上取下的电池分别放置在第一暂存工位19和第二暂存工位14上。第一暂存工位19和第二暂存工位14均位于抓手5的移动路径的下方，当抓手5移动到达第一暂存工位19或第二暂存工位14时可以方便地进行电池暂存和取出操作。

位置调整驱动机构400连接安装座300，用于驱动安装座300平移和旋转，位置调整驱动机构400驱动安装座300平移和旋转时能够调整安装座300的位置和角度，进一步地，安装座300带动抓手5调整位置和角度，便于进行电池的抓取和放置操作。

本发明实施例的电池更换装置，通过一个抓手5与安装座300上的两个暂存工位配合即可实现电池的快速更换操作，不仅能够有效提高电池更换速度，而且具有结构简单、生产成本低、故障率低等多种优势。

为便于对本发明实施例的电池更换装置进行理解，以下以第一暂存工位19位于安装座300靠近第一抓取工位一侧的，第二暂存工位 14位于安装座300靠近第二抓取工位的一侧为例介绍本发明实施例的电池更换装置更换电池时的动作过程：

位置调整驱动机构400驱动安装座300平移或旋转，将抓手5调整至合适位置，抓手5抓取电池架28上的满电电池后由第一抓取工位向第二抓取工位移动，在到达第一暂存工位19时将满电电池存放在第一暂存工位19，随后继续移动至第二抓取工位。上述过程可以预先完成，也可以在亏电车辆进场过程中完成。

当车辆停好后，位置调整驱动机构400驱动安装座300平移或旋转，将抓手5调整至合适位置，抓手5抓取车辆上的亏电电池后由第二抓取工位向第一抓取工位移动，在到达第二暂存工位14时将亏电电池存放在第二暂存工位14，到达第一暂存工位19时抓取第一暂存工位19的满电电池，并继续移动至第一抓取工位。抓手5向第一抓取工位移动的同时，位置调整驱动机构400驱动安装座300旋转使第一暂存工位19朝向车辆，且第一抓取工位与车辆的电池安装位置对应。当抓手5移动到第一抓取工位时可以将满电电池安装到车辆上。

安装满电电池后，车辆可自行离开，位置调整驱动机构400驱动安装座300平移或旋转使第二抓取工位与电池架28上的充电位对应，同时抓手5向第二抓取工位移动，在经过第二暂存工位14时抓取亏电电池。当抓手5到达第二抓取工位时可以亏电电池放置在电池架 28上进行充电。

通过上述电池更换过程可知，本发明实施例的电池更换装置能够有效缩短车辆更换电池耗费的时间，并且通过同一个抓手5的即可完成电池更换操作。

可选地，第一暂存工位19和第二暂存工位14的下方设置有支撑轨道13，支撑轨道13沿抓手5的移动方向设置，支撑轨道13上侧设置滚轮，能够便于电池在第一暂存工位19和第二暂存工位14上滑动。

结合图4和图5，在本发明一些实施例中，换位驱动组件包括换位导轨，换位导轨水平延伸。换位导轨包括侧移固定件20和侧移移动件3，侧移固定件20与安装座300固定连接，其下侧和两端形成开口，侧移移动件3滑动连接在侧移固定件20内，并适于从侧移固定件20的两端滑动伸出。抓手5滑动设置在换位导轨的下侧，并具体与侧移移动件3滑动连接。抓手5沿换位导轨滑动以在第一抓取工位和第二抓取工位之间移动。

抓手5向侧移固定件20的一端滑动时可移动至第一抓取工位，向侧移固定件20的另一端滑动时移动至第二抓取工位。可以理解的是，抓手5位于第一抓取工位和第二抓取工位时侧移移动件3可以不处于侧移固定件20的端部，使抓手5可以根据车辆停放位置的变动进行适当的调整。本发明实施例中第一抓取工位和第二抓取工位可以理解为能够进行电池拆装时抓手5所在的位置。

换位驱动组件还包括侧移动力结构，该侧移动力结构设置在侧移固定件20上，并与侧移移动件3传动连接，以适于驱动侧移移动件 3沿侧移固定件20滑动。

可选地，侧移动力结构包括第一侧移驱动电机21、第一侧移驱动齿轮和第一侧移驱动齿条7，第一侧移驱动电机21与侧移固定件 20固定连接，第一侧移驱动齿轮固定设置在第一侧移驱动电机21的转轴上，第一侧移驱动齿条7与侧移移动件3固定连接并沿侧移固定件20的长度方向延伸，第一侧移驱动齿轮与第一侧移驱动齿条7啮合。

进一步地，侧移动力结构还包括第二侧移驱动电机、第二侧移驱动齿轮和第二侧移驱动齿条，抓手5通过滚轮滑动设置在侧移移动件 3的下侧，第二侧移驱动电机固定设置在抓手5上，第二侧移驱动齿轮固定设置在第二侧移驱动电机的转轴上，第二侧移驱动齿条固定设置在侧移移动件3的下侧且沿侧移移动件3的长度方向延伸，第二侧移驱动电机运行时带动抓手5沿侧移移动键的长度方向滑动。

本发明实施例中的侧移动力结构也可以采用例如伸缩电机、气缸或液压缸等结构进行替代。

在本发明一些实施例中，抓手5上设置有第一抓头6和第二抓头4，第一抓头6和第二抓头4沿换位导轨的延伸方向排布。具体地，抓手5的中部滑动连接于侧移移动件3，抓手5的长度方向平行于侧移移动件3的长度方向，抓手5长度方向的一端形成第一抓头6，另一端形成第二抓头4。抓手5位于第一抓取工位时，第一抓头6伸出换位导轨的第一端，以适于进行电池抓取操作。抓手5位于第二抓取工位时，第二抓头4伸出换位导轨的第二端，以适于进行电池抓取操作。

可选地，抓头上设置有锁止驱动组件和一对锁止销23，一对锁止销23分置于抓头的两侧，通过设置在抓头上的滑孔与抓头滑动连接。当锁止销23伸出抓头时能够使抓头与电池锁定。锁止驱动组件连接一对锁止销23，以适于驱动一对锁止销23向相反方向伸缩。

可选地，锁止驱动组件包括拨动架25以及分别与拨动架25铰接的第一伸缩驱动件22、第一连接杆24和第二连接杆26。拨动架25 包括第一杆部和第二杆部，第一杆部与第二杆部的中部连接。本实施例中的拨动架25也可以采用三角形板体结构。第一伸缩驱动件22背离拨动架25的一端与抓头铰接，第一连接杆24背离拨动架25的一端与其中一个锁止销23铰接，第二连接杆26背离拨动架25的一端与另一个锁止销23铰接。当第一伸缩驱动件22伸缩时可以带动拨动架25旋转，第一连接杆24和第二连接杆26将动力传递至锁止销23，可以带动锁止销23伸缩。

回见图1和图3，在本发明一些实施例中，升降机构200包括托盘11、卷扬机和牵引绳12。安装座300上竖向设置有导轨，托盘11 沿导轨竖向滑动连接于安装座300，抓取机构100设置在托盘11上。卷扬机固定设置在安装座300上，牵引绳12的一端与卷扬机连接，另一端与托盘11固定连接，通过控制卷扬机收放牵引绳12可以驱动托盘11升降，进而带动抓取机构100升降，实现电池的提起和下方操作。

可选地，升降机构200还包括至少一个定滑轮2，定滑轮2转动设置在安装座300上，牵引绳12绕过定滑轮2，以改变其牵引方向。

参见图3和图6，根据本发明实施例的电池更换装置，位置调整驱动机构400包括底部滑轨8、行走回转底座9、平移驱动组件和旋转驱动组件。

底部滑轨8水平设置，行走回转底座9滑动连接于底部滑轨8，平移驱动组件连接行走回转底座9，以适于驱动行走回转底座9沿底部滑轨8往复滑动。平移驱动组件包括安装板18和第二伸缩驱动件 17，安装板18与底部滑轨8固定连接，第二伸缩驱动件17安装在安装板18上，第二伸缩驱动件17可以为伸缩电机、气缸或液压缸等驱动结构，第二伸缩驱动件17的活动端连接行走回转底座9。

安装座300水平转动连接于行走回转底座9，旋转驱动组件连接行走回转底座9，以适于驱动行走回转底座9水平转动。旋转驱动组件包括回转驱动电机10、回转驱动齿轮15和环形齿轮16，回转驱动电机10固定设置在安装座300上，回转驱动齿轮15与回转驱动电机10的转轴传动连接并与安装座300转动连接，环形齿轮16与安装座 300的转轴同轴设置，并安装在行走回转底座9的上侧。回转驱动齿轮15与环形齿轮16啮合，当回转驱动电机10运行时带动安装座300 水平转动。

结合图7和图8，本发明实施例还提供了一种换电站，包括换电通道27、电池架28和如上所述的电池更换装置。电池更换装置用于实现换电通道27内的车辆与电池架28之间的电池更换。

可选地，电池架28绕电池更换装置的周向布置有两个以上，电池更换装置能够在任意的电池架28上存取电池。进一步地，电池架 28分为两层以上，每层设置至少一个充电位，电池更换装置可以在任意充电位上存取电池。

根据本发明实施例的换电站，安装座300的平移方向平行于换电通道27的延伸方向，电池更换装置能够沿换电通道27的延伸方向调整安装座300的位置，以适应车辆的停放偏差。

可选地，换电站还包括换电仓29，换电通道27、电池架28和电池更换装置设置在换电仓29内。进一步地，换电仓29分隔为两个仓室，其中一个仓室的两端设置有开口，形成换电通道27，另一个仓室用于安装电池架28和电池更换装置。换电仓29的两个仓室之间设置有窗口30，抓取机构100可以通过该窗口30对换电通道27内的车辆进行电池更换。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电池更换装置，其特征在于，包括：

抓取机构，包括换位驱动组件和抓手，所述抓手用于抓取电池，所述抓手具有第一抓取工位和第二抓取工位，所述换位驱动组件适于驱动所述抓手在所述第一抓取工位和所述第二抓取工位之间往复移动；

升降机构，连接所述抓取机构，适于驱动所述抓取机构升降；

安装座，连接并支撑所述抓取机构和所述升降机构，所述安装座上设置有第一暂存工位和第二暂存工位，所述第一暂存工位和所述第二暂存工位分别位于所述安装座的相反方向侧，且均位于所述抓手的移动路径的下方，车辆上取下的电池和电池架上取下的电池分别放置在第一暂存工位和第二暂存工位上；

位置调整驱动机构，连接所述安装座，用于驱动所述安装座平移和旋转。

2.根据权利要求1所述的电池更换装置，其特征在于，所述换位驱动组件包括换位导轨，所述抓手滑动设置在所述换位导轨的下侧，所述抓手沿所述换位导轨滑动以在所述第一抓取工位和所述第二抓取工位之间移动。

3.根据权利要求2所述的电池更换装置，其特征在于，所述抓手上设置有第一抓头和第二抓头，所述第一抓头和所述第二抓头沿所述换位导轨的延伸方向排布；

所述抓手位于所述第一抓取工位时，所述第一抓头伸出所述换位导轨的第一端，以适于进行电池抓取操作；

所述抓手位于所述第二抓取工位时，所述第二抓头伸出所述换位导轨的第二端，以适于进行电池抓取操作。

4.根据权利要求3所述的电池更换装置，其特征在于，所述抓头上设置有锁止驱动组件和一对锁止销，所述锁止驱动组件连接一对所述锁止销，以适于驱动一对所述锁止销向相反方向伸缩。

5.根据权利要求4所述的电池更换装置，其特征在于，所述锁止驱动组件包括拨动架以及分别与所述拨动架铰接的第一伸缩驱动件、第一连接杆和第二连接杆，所述第一伸缩驱动件背离所述拨动架的一端与抓头铰接，所述第一连接杆背离所述拨动架的一端与其中一个所述锁止销铰接，所述第二连接杆背离所述拨动架的一端与另一个所述锁止销铰接。

6.根据权利要求1所述的电池更换装置，其特征在于，所述升降机构包括托盘、卷扬机和牵引绳，所述托盘竖向滑动连接于所述安装座，所述卷扬机固定设置在所述安装座上，所述牵引绳的一端与所述卷扬机连接，另一端与所述托盘固定连接，所述抓取机构设置在所述托盘上。

7.根据权利要求1所述的电池更换装置，其特征在于，所述位置调整驱动机构包括：

底部滑轨；

行走回转底座，水平滑动连接于所述底部滑轨，所述安装座水平转动连接于所述行走回转底座；

平移驱动组件，连接所述行走回转底座，以适于驱动所述行走回转底座沿所述底部滑轨往复滑动；以及

旋转驱动组件，连接所述安装座，以适于驱动所述安装座水平转动。

8.一种换电站，其特征在于，包括换电通道、电池架和如权利要求1至7任一项所述的电池更换装置，所述电池更换装置用于实现所述换电通道内的车辆与所述电池架之间的电池更换。

9.根据权利要求8所述的换电站，其特征在于，所述电池架绕所述电池更换装置的周向布置有两个以上。

10.根据权利要求8或9所述的换电站，其特征在于，所述安装座的平移方向平行于所述换电通道的延伸方向。