CN115973358A - 一种水上换电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水上换电系统，包括：换电站本体、换电机构和船舶。换电站本体固定于河床，换电站本体具有支撑台，支撑台高于河面，换电站本体和两侧河岸均具有供船舶通过的空间，支撑台上存储有电池箱。换电机构设置于所述支撑台上。船舶具有用于安装电池箱的安装座，船舶能行进至支撑台的任意一侧，以配合换电机构执行换电作业。本申请水上换电系统的换电站本体设置于水域中央，不再占用码头或者其他场地，增大空间利用率，而且船舶可在正常行驶的途中进行换电，避免行驶至岸边或者调转船头等操作，节省时间。该水上换电系统的换电机构具有行走、回转和起吊功能，因此船舶可以在支撑台的任意方向和位置完成换电任务，提高了换电效率。

Description

一种水上换电系统

技术领域

本发明涉及换电技术领域，具体的说，涉及一种水上换电系统。

背景技术

现有技术中，电动船舶换电方式通常为：船舶停靠于码头，利用码头的塔吊，将船舶上的亏电电池包或者电池集装箱吊离船舶放置于码头的换电站进行充电，随后，塔吊再将换电站的满电电池包或者电池集装箱吊起放置于电动船舶上，给船舶提供动力源。在换电时，船舶需要停靠至指定的码头或者岸边的换电站，而且码头的塔吊吊装电池包或者电池集装箱时对船舶的停靠方向有一定的要求，需要船舶以一定的方向停放才能顺利完成相应的换电操作，对于大型船舶来说，在码头转向、掉头是比较困难的，增加了换电难度，换电体验差。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明提供一种水上换电系统。

本申请提供以下技术方案：

一种水上换电系统，包括：

换电站本体，所述换电站本体固定于河床，所述换电站本体具有支撑台，所述支撑台高于河面，所述换电站本体和两侧河岸均具有供船舶通过的空间，所述支撑台上存储有电池箱；

换电机构，所述换电机构设置于所述支撑台上；

船舶，所述船舶具有用于安装电池箱的安装座，所述船舶能行进至所述支撑台的任意一侧，以配合换电机构执行换电作业。

可选的，所述换电站本体包括混凝土基础和支架；

所述混凝土基础位于河床底部；

所述支架连接于所述混凝土基础；

所述支撑台连接于所述支架。

可选的，水上换电系统还包括水底线缆，所述换电站本体上设置充电设备，所述充电设备用于电连接电池箱为电池箱充电；

所述水底线缆电连接于所述充电设备。

可选的，所述支架围合形成走线空间，所述走线空间位于所述支撑台的下方；

所述水底线缆沿所述走线空间延伸至所述支撑台，且电连接于所述充电设备。

可选的，水上换电系统包括轨道，所述轨道设置于所述支撑台；

各所述电池箱位于所述轨道的两侧；

所述换电机构可移动地设置于所述轨道上。

可选的，所述支撑台上设置漏水孔。

可选的，所述换电机构包括车架、活动臂架和电池抓具；

所述车架可移动地连接于所述轨道；

所述活动臂架连接于所述车架，所述电池抓具连接于所述活动臂架，所述活动臂架能带动所述电池抓具移动以转运电池箱。

可选的，所述车架上可转动地设置有回转组件；

所述活动臂架连接于所述回转组件，所述回转组件能驱动所述活动臂架绕所述回转组件的旋转轴线旋转。

可选的，所述换电机构包括第一油缸和第二油缸；

所述回转组件上设置铰接座；

所述活动臂架包括第一活动臂和第二活动臂，所述第一活动臂铰接于所述铰接座，所述第二活动臂铰接于所述第一活动臂，所述电池抓具连接于所述第二活动臂；

所述第一油缸两端分别连接于所述第一活动臂和所述铰接座，所述第二油缸两端分别连接于所述第一活动臂和第二活动臂。

可选的，所述电池抓具包括卷绕装置和抓取装置；

所述卷绕装置连接于所述活动臂架，所述卷绕装置具有吊绳；

所述抓取装置连接于所述吊绳，所述卷绕装置卷绕或释放所述吊绳以提升或下放所述抓取装置。

可选的，所述抓取装置包括主框架、驱动装置和多个横钩，所述横钩可转动地连接于所述主框架；

所述驱动装置设置于所述主框架，所述驱动装置和各所述横钩传动连接，以驱动各所述横钩旋转至锁止位或解锁位。

通过采用上述技术方案，使得本发明具有以下有益效果：

本申请水上换电系统的换电站本体设置于水域中央，不再占用码头或者其他场地，增大空间利用率，而且船舶可在正常行驶的途中进行换电，避免行驶至岸边或者调转船头等操作，节省时间。该水上换电系统的换电机构具有行走、回转和起吊功能，因此船舶可以在支撑台的任意方向和位置完成换电任务，提高了换电效率。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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附图。在附图中：

图1是本申请实施例提供的水上换电系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的水上换电系统的换电站本体和换电机构的配合结构示意图；

图3是图2中A部的放大图；

图4是本申请实施例提供的水上换电系统的换电机构的电池抓具的结构示意图。

图中，1、换电站本体；11、支撑台；12、支架；13、轨道；14、充电设备；2、船舶；3、走线空间；4、换电机构；41、活动臂架；411、第一活动臂；412、第二活动臂；42、电池抓具；421、卷绕装置；4211、卷绕筒；4212、导向套；422、抓取装置；4221、导向轴；42211、椎体；4222、主框架；4223、横钩；43、第一油缸；44、第二油缸；45、自适应连接座；46、车架；47、回转组件；471、回转电机；472、回转轴承；473、齿轮；48、铰接座；5、电池箱。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组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的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，或一体地连接；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中的具体含义。

参见图1至图4所示，本申请实施例提供一种水上换电系统，包括：换电站本体1、换电机构4和船舶2。所述换电站本体1固定于河床，所述换电站本体1具有支撑台11，所述支撑台11高于河面，所述换电站本体1和两侧河岸均具有供船舶2通过的空间，所述支撑台11上存储有电池箱5。所述换电机构4设置于所述支撑台11上。所述船舶2具有用于安装电池箱5的安装座，所述船舶2能行进至所述支撑台11的任意一侧，以配合换电机构4执行换电作业。本申请水上换电系统的换电站本体1设置于水域中央，不占用码头或者其他场地，增大空间利用率，而且船舶2在正常行驶的途中不需要转向调节角度即可顺利完成换电，避免行驶至岸边或者调转船头等操作，节省了时间，提高了换电效率。该水上换电系统的换电机构4具有行走、回转和起吊功能，因此船舶2可以在支撑台11的任意方向和位置完成换电动作，使得换电过程方便快捷，换电体验佳。

在一种可能的实施方案中，参见图1所示，所述换电站本体1包括混凝土基础(未图示)和支架12。所述混凝土基础位于河床底部。所述支架12连接于所述混凝土基础。混凝土基础的施工可参考桥墩的施工工艺。所述支撑台11连接于所述支架12。所述混凝土基础可以伸出水面，也可以位于水面以下，只要所述支架12伸出水面即可。所述支撑台11高于河道汛期的最高水位，在任何情况下，河水均不会淹没所述支撑台11。所述支撑台11的边缘可以呈下倾斜状，有利于排泄所述支撑台11上的积水。

参见图1所示，水上换电系统还包括水底线缆，所述换电站本体1上设置充电设备14，所述充电设备14用于电连接电池箱5为电池箱5充电。所述水底线缆电连接于所述充电设备14。线缆如果架设于水面上空，可能会影响船舶2的航行，甚至会有一定的安全隐患，因此，本方案设置水底线缆，避免了线缆和船舶干涉，提高了安全性。

参见图1所示，所述支架12围合形成走线空间3，所述走线空间3位于所述支撑台11的下方。所述水底线缆沿所述走线空间3延伸至所述支撑台11，且电连接于所述充电设备14。所述走线空间3的设计，方便所述水底线缆延伸至所述支撑台11。所述走线空间3位于所述支撑台11的下方，所述支撑台11和所述支架12对水底线缆有保护的作用，防止水底线缆和河道中其他结构发生干涉导致水底线缆损坏。当然走线空间3内还可以设置其他保护水底线缆上延伸出的线缆段的保护结构，本申请对其具体结构不做限定。

在一种可能的实施方案中，参见图1所示，水上换电系统包括轨道13，所述轨道13设置于所述支撑台11。各所述电池箱5位于所述轨道13的两侧。所述换电机构4可移动地设置于所述轨道13上。所述轨道13可以沿垂直于河水流动的方向延伸，不管船舶2是顺流还是逆流行走，只要船舶2行驶至所述支撑台11的任意一侧都可以进行换电操作，换电机构4均可移动至靠近船舶2的位置进行换电，船舶2换电时不需要调整姿态和位置。当然，还可以设置其他方向延伸的轨道13，使得换电机构4能够行驶至支撑台11上不同的位置。

参见图2和图3所示，所述支撑台11上设置漏水孔。所述漏水孔有利于所述支撑台11上积水或者雨水排出，保持所述支撑台11的干燥清洁状态。

在一种可能的实施方案中，参见图2所示，所述换电机构4包括车架46、活动臂架41和电池抓具42。所述车架46可移动地连接于所述轨道13。所述活动臂架41连接于所述车架46，所述电池抓具42连接于所述活动臂架41，所述活动臂架41能带动所述电池抓具42移动以转运电池箱5。所述车架46上设置摩擦轮和电机。电机驱动摩擦轮转动，使得所述换电机构4在所述轨道13上进行往复的移动，实现了水上换电系统双向换电，不管船舶2是顺流还是逆流行驶，只要船舶2行驶至所述支撑台11两侧都可以顺利进行换电。

参见图2和图3所示，所述车架46上可转动地设置有回转组件47。所述活动臂架41连接于所述回转组件47，所述回转组件47能驱动所述活动臂架41绕所述回转组件47的旋转轴线旋转。所述回转组件47包括回转电机471和回转轴承472(该回转轴承为第一回转轴承)。回转轴承472具有第一部件和第二部件，第二部件可转动地套设于所述第一部件，所述第一部件固定设置(和车架46固定)，换电机构4则连接于所述第二部件。例如，活动臂架41连接于所述第二部件。回转电机471的输出轴连接有齿轮473，齿轮473和回转轴承472的第二部件的外圈上的齿环部相啮合。回转电机471驱动齿轮473旋转，齿轮473驱动回转轴承472的第二部件旋转，第二部件可带动换电机构4进行360°旋转，实现了所述活动臂架41的左右、前后方向的起吊运动。

参见图2和图3所示，所述换电机构4包括第一油缸43和第二油缸44。所述回转组件47上设置铰接座48。所述活动臂架41包括第一活动臂411和第二活动臂412，所述第一活动臂411铰接于所述铰接座48，所述第二活动臂412铰接于所述第一活动臂411，所述电池抓具42连接于所述第二活动臂412。所述第一油缸43两端分别铰接于所述第一活动臂411和所述铰接座48，所述第二油缸44两端分别连接于所述第一活动臂411和第二活动臂412。所述第一油缸43伸缩运动可以调节所述第一活动臂411的俯仰运动，所述第二油缸44伸缩运动可以调节所述第二活动臂412的俯仰运动。通过两组油缸的伸缩和所述回转组件47的组合运动，使得所述活动臂架41可以沿着上下、左右、前后方向做起吊运动，实现平面上有效方位内的任意位置的起吊作用，以适应不同方位电池的吊装。所述第一活动臂411铰接于所述铰接座48，所述第二活动臂412铰接于所述第一活动臂411，方便所述活动臂架41在不作业时折叠，避免碰撞损坏等情况的发生。

在一种可能的实施方案中，参见图4所示，所述电池抓具42包括卷绕装置421和抓取装置422。所述卷绕装置421连接于所述活动臂架41，所述卷绕装置421具有吊绳。所述抓取装置422连接于所述吊绳，所述卷绕装置421卷绕或释放所述吊绳以提升或下放所述抓取装置422。所述吊绳可以是钢丝绳，钢丝绳的柔性特性可以适应船舶2的各种姿态，同时在所述卷绕装置421释放钢丝绳下放所述抓取装置422抓取电池箱5的同时，减少了所述活动臂架41的运动，降低了跟随联动控制的难度。卷绕装置421上可以设置卷扬机，吊绳一端卷绕于所述卷扬机，卷扬机正反向旋转实现提升或下放电池箱5。

所述卷绕装置421上可转动地设置有自适应连接座45，所述自适应连接座45铰接于所述活动臂架41。所述卷绕装置421和所述自适应连接座45之间设置角度调节机构，所述角度调节机构能驱动所述卷绕装置421相对所述自适应连接座45旋转。所述自适应连接座45可以是球铰结构，也可以是十字万向结构，在电池箱5的重力作用下，能够自动调节姿态，始终保持电池箱5垂直于地面，以适应船舶2在水面晃动的现象。

所述角度调节机构可以包括第二回转轴承和驱动电机。例如，第二回转轴承的内圈(或称为第一部件)和自适应连接座45连接，第二回转轴承的外圈(或称为第二部件)和卷绕装置421连接，第二回转轴承的外圈一周设置凸齿，驱动电机设置于自适应连接座45，驱动电机的转轴上连接有回转齿轮，回转齿轮和第二回转轴承的外圈的凸齿相啮合。驱动电机旋转通过回转齿轮驱动第二回转轴承的外圈使得卷绕装置421相对自适应连接座45旋转，以调节电池箱5的角度，使得抓取装置422和电池箱5对位，方便抓取装置422抓取电池箱5，即使所述活动臂架41旋转过程中抓取装置422方向改变，通过角度调节机构可调节抓取装置422的角度，使得抓取装置422可顺利抓取到电池箱5或将电池箱5顺利卸载于目标电池座上，电池座设置于支撑台11，用于锁止或释放电池箱5。

参见图4所示，所述卷绕装置421具有驱动部件和多个卷绕筒4211，各所述卷绕筒4211上均卷绕有吊绳。各所述吊绳均连接于所述抓取装置422。所述驱动部件和各所述卷绕筒4211传动连接，以驱动各所述卷绕筒4211同步转动。所述驱动部件驱动所述卷绕筒4211正向转动，所述吊绳伸长，所述抓取装置422放下电池箱5。所述驱动部件驱动所述卷绕筒4211逆向转动，所述吊绳卷绕在所述卷绕筒4211上，所述抓取装置422可以将电池箱5吊起。驱动部件的数量不作限定，这种驱动部件通过传动组件驱动或直接驱动各卷绕筒旋转的结构现有技术公开较多，本申请对具体结构不作限定。

所述抓取装置422包括主框架4222、驱动装置和多个横钩4223，所述横钩4223可转动地连接于所述主框架4222，所述驱动装置设置于所述主框架4222，所述驱动装置和各所述横钩4223传动连接，以驱动各所述横钩4223旋转至锁止位或解锁位。图4所示为所述横钩4223处于解锁位的状态。驱动装置可以为电推杆或伸缩油缸，其一端铰接于主框架4222，另一端铰接于所述横钩4223，驱动装置伸缩运动驱动所述横钩4223旋转运动，实现在锁止位和解锁位的切换。在横钩4223运动至锁止位时，横钩4223伸入电池箱5的框架梁底部，锁止电池箱5，从而方便将电池箱5吊起。

参见图4所示，所述抓取装置422的主框架4222和所述卷绕装置421中一者上设置导向套4212，另一者上设置导向轴4221，所述导向轴4221端部具有椎体42211。在所述抓具装置的主框架4222靠近所述卷绕装置421的过程中，所述导向轴4221插接于所述导向套4212内。所述抓取装置422的主框架4222上升靠近所述卷绕装置421的过程中，所述导向轴4221插接于所述导向套4212内，防止所述抓取装置422的主框架4222相对于所述卷绕装置421偏移或者旋转，因此所述导向轴4221具有导向的作用。所述导向轴4221端部椎体42211的设计，有利于所述导向轴4221插于所述导向套4212内，在所述导向轴4221插入所述导向套4212时，所述导向轴4221端部的椎体42211具有导向的作用。

如果行驶的船舶2的电池箱5亏电，船舶2可以行驶至水上换电系统的所述支撑台11的一侧，所述换电机构4沿着所述轨道13行驶至所述支撑台11该侧的边缘，并抓取船舶2上的亏电电池箱5放置于换电站本体1的电池座上，且通过充电设备14进行充电，随后，换电机构4可抓取换电站本体1上的满电电池箱5并安装于船舶2上相应的电池座，从而完成了换电任务。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。

Claims (10)

1.一种水上换电系统，其特征在于，包括：

换电站本体，所述换电站本体固定于河床，所述换电站本体具有支撑台，所述支撑台高于河面，所述换电站本体和两侧河岸均具有供船舶通过的空间，所述支撑台上存储有电池箱；

换电机构，所述换电机构设置于所述支撑台上；

船舶，所述船舶具有用于安装电池箱的安装座，所述船舶能行进至所述支撑台的任意一侧，以配合换电机构执行换电作业。

2.根据权利要求1所述的水上换电系统，其特征在于，所述换电站本体包括混凝土基础和支架；

所述混凝土基础位于河床底部；

所述支架连接于所述混凝土基础；

所述支撑台连接于所述支架。

3.根据权利要求2所述的水上换电系统，其特征在于，还包括水底线缆，所述换电站本体上设置充电设备，所述充电设备用于电连接电池箱为电池箱充电；

所述水底线缆电连接于所述充电设备。

4.根据权利要求3所述的水上换电系统，其特征在于，所述支架围合形成走线空间，所述走线空间位于所述支撑台的下方；

所述水底线缆沿所述走线空间延伸至所述支撑台，且电连接于所述充电设备。

5.根据权利要求1所述的水上换电系统，其特征在于，包括轨道，所述轨道设置于所述支撑台；

各所述电池箱位于所述轨道的两侧；

所述换电机构可移动地设置于所述轨道上。

6.根据权利要求1所述的水上换电系统，其特征在于，所述支撑台上设置漏水孔。

7.根据权利要求1所述的水上换电系统，其特征在于，所述换电机构包括车架、活动臂架和电池抓具；

所述车架可移动地连接于所述轨道；

所述活动臂架连接于所述车架，所述电池抓具连接于所述活动臂架，所述活动臂架能带动所述电池抓具移动以转运电池箱。

8.根据权利要求7所述的水上换电系统，其特征在于，所述车架上可转动地设置有回转组件；

所述活动臂架连接于所述回转组件，所述回转组件能驱动所述活动臂架绕所述回转组件的旋转轴线旋转。

9.根据权利要求8所述的水上换电系统，其特征在于，所述换电机构包括第一油缸和第二油缸；

所述回转组件上设置铰接座；

所述活动臂架包括第一活动臂和第二活动臂，所述第一活动臂铰接于所述铰接座，所述第二活动臂铰接于所述第一活动臂，所述电池抓具连接于所述第二活动臂；

所述第一油缸两端分别连接于所述第一活动臂和所述铰接座，所述第二油缸两端分别连接于所述第一活动臂和第二活动臂。

10.根据权利要求7所述的水上换电系统，其特征在于，所述电池抓具包括卷绕装置和抓取装置；

所述卷绕装置连接于所述活动臂架，所述卷绕装置具有吊绳；

所述抓取装置连接于所述吊绳，所述卷绕装置卷绕或释放所述吊绳以提升或下放所述抓取装置；

优选的，所述抓取装置包括主框架、驱动装置和多个横钩，所述横钩可转动地连接于所述主框架；

所述驱动装置设置于所述主框架，所述驱动装置和各所述横钩传动连接，以驱动各所述横钩旋转至锁止位或解锁位。

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