CN217477139U - 自动引导式电动卡车底部换电系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自动引导式电动卡车底部换电系统，包括充电区、换电通道、及停放区；在充电区内设有若干充电座，以及起码1个小车驿站；以及，起码一台自动引导换电小车；所述自动引导换电小车，包括车架、行走机构、升降机构、及定位传感器；所述车架的内侧设有所述升降机构；所述升降机构包括1块升降板；所述升降板降下后的上表面离地高度低于电动卡车的车载电池包的底平面高度；所述自动引导换电小车的升降板连同车架主体，可完全伸入到电动卡车的车载电池包的正下方。本实用新型采用模块化设计的自动引导换电小车、充电座、小车驿站，搭建作业简单、方便，且不会破坏场地；可对电动卡车进行高效、便捷的底部换电作业。

Description

自动引导式电动卡车底部换电系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于电动卡车进行底部换电的换电系统，属于新能源汽车技术领域。

背景技术

随着新能源电池、电机技术的普及，电动汽车已经被普遍应用；由此，电动卡车也逐渐在工矿、码头等场合使用。为了提高卡车的使用时长，一般都对电动卡车的电池包进行独立、可拆卸设计，在运输现场设置专门的换电站，对电动卡车进行快速的更换电池包，然后现场进行充电，维持电动卡车的高效运行。

针对电动卡车的电池包更换需求，产生了若干电池包设置方案，包括如中国专利公开号为CN211764962U的具备换电和充电功能的载重卡车的结构，将电池包安装在车斗和车厢之间的结构，这类电池包需要从顶部吊装更换，一般需要采用固定设置的换电站，设备也较为庞大。也有如中国专利公开号为CN114364556A的电动卡车所公开的电池包结构，采用底盘安装的电池包悬挂结构，这类电池包的更换，需要从车辆的底部进行作业。

电动卡车底部换电系统，主要针对卡车底盘悬挂式电池包；由于卡车的底盘下方作业空间有限，对此类底部换电系统的机械机构设计要求较高，故往往采用固定的换电结构，且需要在下挖形成设备安装槽，来降低设备的作业高度，以满足底部换电需求。

但电动卡车车队有时候会接到临时作业需求，临时在一场地内集中作业，短期内完成后，就可以离开，如果为此开挖施工，建造专门的换电站，往往得不偿失；而目前已公开的电动卡车移动式换电站，如中国专利公开号为CN216401207U公开的一种可移动式电动卡车换电站，中国专利公开号为CN113479109A公开的电动车换电站，采用临时搭建的方式形成的换电站，甚至如中国专利公开号为CN113895300A公开的一种移动式卡车换电装置，移动电站车，都还是仅针对顶部吊装换电的结构。

本申请，即针对上述现有技术存在的不足，提出一种可针对电动卡车进行底部换电的换电系统，该系统便捷、易搭建，可满足电动卡车的高效、便捷的底部换电需求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自动引导式电动卡车底部换电系统，易于搭建、维护，以期满足电动卡车的高效、便捷的底部换电需求。

为达到上述实用新型目的，本实用提供了一种自动引导式电动卡车底部换电系统，包括充电区、换电通道、及停放区；

在充电区内设有若干充电座，以及起码1个小车驿站；

以及，起码一台自动引导换电小车；

所述自动引导换电小车，包括车架、行走机构、升降机构、及定位传感器；

所述车架的底部设有所述行走机构；

所述车架的内侧设有所述升降机构；

所述升降机构包括1块升降板；所述升降板通过升降驱动机构安装在所述车架内；所述升降板降下后的上表面离地高度低于电动卡车的车载电池包的底平面高度；

所述自动引导换电小车的升降板连同车架主体，可完全伸入到电动卡车的车载电池包的正下方；

所述车架上还设有若干定位传感器。

作为本实用新型的进一步改进，所述行走机构，为轮式机构，包括2个行走舵轮，及2个从动轮；

所述行走舵轮安装在所述车架的后部左右两侧；所述行走舵轮为伺服舵轮；

所述从动轮安装在所述车架的中前部左右两侧；所述从动轮为定向轮或万向轮。

作为本实用新型的进一步改进，所述升降驱动机构为剪叉升降机构，通过升降驱动元件对所述升降板进行升降驱动。

作为本实用新型的进一步改进，所述升降板为货叉结构；所述升降驱动机构为直线导向机构；所述升降驱动元件为直线升降驱动元件；

所述升降驱动元件驱动所述货叉沿所述直线导向机构进行升降运动。

作为本实用新型的进一步改进，所述定位传感器，包括位于所述行走舵轮内的编码器，以及陀螺仪。

作为本实用新型的进一步改进，所述定位传感器，包括激光导航传感器；

所述激光导航传感器安装在所述车架的最前部左右两侧；

所述充电区内设置有若干反光柱；

所述反光柱与所述激光导航传感器配合，进行测距计算。

作为本实用新型的进一步改进，所述车架的后部向上延伸，在上方设有若干电池测量传感器；

所述电池测量传感器包括视觉识别传感器、及激光测距仪；

所述视觉识别传感器安装在中间；

所述激光测距仪设有2个，间隔设置在所述视觉识别传感器的两侧。

进一步的，所述电池测量传感器，还可以包括激光扫描仪；

所述激光扫描仪位于所述车架后方的顶部。

本实用新型的自动引导式电动卡车底部换电系统，采用自动引导换电小车，可将车架主体及其中的升降板直接伸入到电动卡车的车身下方，从电池包的正下方进行托举换电作业。

本实用新型的自动引导式电动卡车底部换电系统的工作步骤大致如下：

1)待换电的电动卡车驶入停放区，且位于换电工位内，然后对电池包进行断电、解锁；

此时所述自动引导换电小车处于待命状态，一般位于小车驿站内；

电动卡车就位后，启动所述自动引导换电小车；

2)取下电池包；所述自动引导换电小车，驶入换电通道，对电动卡车位置进行扫描识别，特别是利用电池测量传感器，扫描定位到电池包所在的位置，然后逐步将升降板伸入到电动卡车的车身下方，特别是移动到电动卡车上电池包的正下方；

确认到位后，启动升降驱动元件，将电池包从电动卡车的接口上脱开；然后行走机构动作，自动引导换电小车带着电池包从电动卡车的底部离开；

3)放置待充电的电池包；系统识别，给出空仓位的充电座所在位置；自动引导换电小车的激光导航传感器启动，对充电区进行扫描，然后移动到指定的充电座所在位置，将待充电的电池包放置到位，进行充电；

4)取新电池包；系统识别，给出可供使用的电池包所在的充电座的位置；自动引导换电小车移动，移到指定充电座所在位置，然后启动升降驱动元件，升降板升起，将电池包从充电座上取下；然后自动引导换电小车移入换电通道；

5)给电动卡车放置新电池包；电池测量传感器启动，测量电动卡车的车身标识，然后带动电池包移入电动卡车底部，确认到位后，将电池包装入到电动卡车内。

电池包完成对接后，自动引导换电小车移出停放区，回到小车驿站内待命；

而换完电的电动卡车，恢复动力，驶离本实用新型的电动卡车底部换电系统，重新投入工作。

本实用新型的自动引导式电动卡车底部换电系统，由于采用了自动引导换电小车设计，可在平整的场地上实施换电；仅需将充电座、小车驿站按照设计间隔摆放到位，然后划定充电区、换电通道、停放区；同时，在充电区内设置若干反光柱；将相关区域的尺寸、位置输入系统，并对自动引导换电小车进行校准，即可投入换电作业。

本实用新型的自动引导式电动卡车底部换电系统，搭建作业简单、方便，且不会破坏场地，特别适合短期搬运作业现场需求；可对电动卡车进行高效、便捷的底部换电作业，且可根据需求，形成双侧换电区，从两侧同时对电动卡车进行换电。

本实用新型的自动引导式电动卡车底部换电系统，采用模块化设计的自动引导换电小车、充电座、小车驿站，可批量配备，然后根据现场需要，灵活搭建换电区；一旦设备出现故障，可快速更换、重新配重，使换电系统重新投入使用，极大的提高了系统应用的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的电动卡车底部换电系统的整体结构示意图；

图2为本实用新型的单侧换电系统的整体立体图；

图3为本实用新型的单侧换电系统的整体俯视图；

图4为本实用新型的单侧换电系统的整体侧视图；

图5为自动引导换电小车的实施方式一的整体结构示意图1；

图6为自动引导换电小车的实施方式一的整体结构示意图2；

图7为自动引导换电小车的实施方式一的整体结构示意图3；

图8为行走舵轮的结构示意图；

图9为自动引导换电小车的实施方式二的整体结构示意图1；

图10为自动引导换电小车的实施方式二的整体结构示意图2；

图11为自动引导换电小车的实施方式三的整体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型做进一步说明。

如图1所示，为本实用新型的电动卡车底部换电系统的整体结构示意图，在电动卡车的起码一侧设置换电区；如电动卡车的底盘左右两侧均设有可更换的电池包，则在两侧均设置换电区。

如图2-图4所示，以一侧换电区为例，在平整的场地上，设有若干个充电座2；优选的，若干个充电座2并排设置，形成一个充电区A；在充电区A的边上形成换电通道B，待换电的电动卡车停在换电通道B另一侧的停放区C内；本实用新型的改进为，采用自动引导换电小车1作为换电机构，待电动卡车停放到位后，所述自动引导换电小车1启动，进入停放区C内，并移动到电动卡车的电池包底部，将电池包取下，然后经换电通道B，到达充电区A内空置的充电座2下，将空的电池包放置到充电座2内，进行充电；所述自动引导换电小车1投放完空电池包后，再移动到充电区A内有可使用的电池包的充电座2下，将电池包取下，然后经换电通道B，再回到停放区C内，将电池包送到电动卡车下，将电池包装入电动卡车内；所述自动引导换电小车1离开停放区C，电动卡车完成换电，即可驶离停放区C。

所述自动引导换电小车1优选的为无缆小车，在所述充电区A内，优选的还设有小车驿站3，供所述自动引导换电小车1停放充电、检修。所述小车驿站3可与所述充电座2一起并排设置。

所述自动引导换电小车1，为方便进入到电动卡车的底盘下方，对电池包进行更换作业，故采用扁平化设计，如图5-图7所示，为所述自动引导换电小车1的实施方式一，包括车架11、行走机构、升降机构、及定位传感器。

所述车架11为矩形框架；所述车架11的底部设有所述行走机构；所述车架11的内部安装有所述升降机构。

所述行走机构，为轮式机构，包括2个行走舵轮12，及2个从动轮13。

所述行走舵轮12优选的安装在所述车架11的后部左右两侧；如图8所示，所述行走舵轮12为伺服舵轮，具有行走及转向功能，可选用杭州五重智能科技有限公司生产的型号为A276-2-S500MX的卧式舵轮，其高度尺寸小，集成度高。

所述从动轮13优选的安装在所述车架11的中前部左右两侧；所述从动轮13可为定向轮，这样可以更好的为所述自动引导换电小车1的平直前进提供导向；当然，所述从动轮13也可以是万向轮，这样配合所述行走舵轮12，转向运动更灵活。

所述升降机构，包括1块升降板14；根据电动卡车底部电池包的常规结构设计，一般电池包与充放电机构之间会设有高度方向的定位、锁紧机构，实现防脱；故所述升降板14的表面与电池包的底部相匹配，可从电池包的底部托举电池包，使电池包升起，从而与充放电机构相脱离。

所述升降板14通过升降驱动机构15安装在所述车架11上；实施方式一中，所述升降驱动机构15为剪叉升降机构。

所述定位传感器，优选的包括位于所述行走舵轮12内的编码器，以及陀螺仪，可准确计算出所述自动引导换电小车1的运动角度、运动距离。

所述定位传感器，还包括激光导航传感器18，所述激光导航传感器18优选的安装在所述车架11的最前部左右两侧，可始终探测到所述自动引导换电小车1前进方向上的情况；结合在所述充电区A内设置反光柱，利用2个所述激光导航传感器18对环境内的反光柱进行激光扫描测距，从而利用三角测距算法，可计算出所述自动引导换电小车1的当前位置及姿态。

当待换电的电动卡车停放位置标准时，采用上述方案，结合车身、电池识别技术，如RF ID等，即可完成换电作业。

但往往，电动卡车由于车身较为庞大，停放很难每次做到标准，故还需在所述自动引导换电小车1上设置若干精确测量传感器；如图9、图10所示，即为所述自动引导换电小车1的实施方式二，在实施方式一的基础上，将所述车架11的后部加高，加高的空间内可安装电池、控制系统等；在所述车架11的后部上方，安装若干电池测量传感器19。

所述电池测量传感器19包括视觉识别传感器192、及激光测距仪193；

所述视觉识别传感器192，优选的安装在中间；所述激光测距仪193，优选的设有2个，根据电池包的尺寸大小，间隔设置在所述视觉识别传感器192的两侧。

通过视觉识别传感器192进行视觉识别，初步定位电池的大致方向、位置；然后启动激光测距仪193，进行两侧激光测距，根据测距结果，计算出所述自动引导换电小车1相对电池包的距离、姿态角度偏差，逐步调整，直到所述升降板14以合适的角度、距离，位于所述电池包的下方。

所述电池测量传感器19，还可以包括激光扫描仪191，位于最高处，对环境进行扫描，做出防碰撞规避预警。

如图10所示，进一步展示了所述升降板14的升起状态，所述升降驱动机构15为剪叉机构，其底部设有升降驱动元件16，所述升降驱动元件16优选为伺服直线电机，可精确控制伸出尺寸，从而控制所述升降板14的升降高度。当然，当所述电动卡车上电池包的安装高度、与所述充电座2上电池包的安装高度一致时，也可以调节所述升降驱动机构15、或所述升降驱动元件16，使所述升降板14的升起高度固定，其升起后，刚好能够将电池包从充放座上竖直脱离开，又不会顶到卡车下方结构；然后启动所述行走机构，将电池包从充放座的方位移开，移开后再降下所述升降板14，进行平稳移动，转移电池包；此方案中，所述升降驱动元件16即可无需伺服驱动元件，可采用普通驱动方案，如电机丝杠螺母直线驱动方案等。

所述自动引导换电小车1的实施方式三，如图11所示，所述升降机构还可参考搬运堆高叉车，所述升降板14为货叉结构，所述升降驱动机构15为直线导向机构，所述升降驱动元件16为直线升降驱动元件(直线驱动元件的顶部设有定向轮，上面设有链条，链条的一端连接在货叉上，链条的另一端连接在车架上11，直线驱动元件升降，由定向轮推动链条中部向上移动，即带动货叉端向上运动)；所述升降驱动元件16动作，带动所述升降板14沿所述升降驱动机构15的导向进行升降运动。

本实用新型所公开的所述自动引导换电小车1，相对于中国专利公开号为CN112158175A所公开的一种用于电动重卡电池包更换的换电机械手，对所述升降板14所在位置采用扁平化设计，从而使升降板14所在区域，可伸入到电动卡车的底部，以及充电座2的底部，从电池包的正下方进行升降作用，电池包的重量完全落在车架11内，避免悬臂作业，造成车身倾覆。

本实用新型的电动卡车底部换电系统，采用自动引导换电小车1，可直接伸入到电动卡车的车身下方，从电池包的正下方进行托举换电作业。

本实用新型的电动卡车底部换电系统的工作步骤大致如下：

1)待换电的电动卡车驶入停放区C，且位于换电工位内，然后对电池包进行断电、解锁；

此时所述自动引导换电小车1处于待命状态，一般位于小车驿站3内；

电动卡车就位后，启动所述自动引导换电小车1；

2)取下电池包；所述自动引导换电小车1，驶入换电通道B，对电动卡车位置进行扫描识别，特别是利用电池测量传感器19，扫描定位到电池包所在的位置，然后逐步将升降板14伸入到电动卡车的车身下方，特别是移动到电动卡车上电池包的正下方；

确认到位后，启动升降驱动元件16，将电池包从电动卡车的接口上脱开；然后行走机构动作，自动引导换电小车1带着电池包从电动卡车的底部离开；待离开后，可将升降板14降下，以提高带电池包移动的安全可靠性；当然，也可以保持升起状态进行移动；

3)放置待充电的电池包；系统识别，给出空仓位的充电座2所在位置；自动引导换电小车1的激光导航传感器18启动，对充电区A进行扫描，然后移动到指定的充电座2所在位置，将待充电的电池包放置到位，进行充电；

4)取新电池包；系统识别，给出可供使用的电池包所在的充电座2的位置；自动引导换电小车1移动，移到指定充电座2所在位置，然后启动升降驱动元件16，升降板14升起，将电池包从充电座2上取下；然后自动引导换电小车1移入换电通道B；

5)给电动卡车放置新电池包；电池测量传感器19启动，测量电动卡车的车身标识，然后带动电池包移入电动卡车底部，确认到位后，将电池包装入到电动卡车内。

电池包完成对接后，自动引导换电小车1移出停放区C，优选的回到小车驿站3内；

而换完电的电动卡车，恢复动力，驶离本实用新型的电动卡车底部换电系统，重新投入工作。

本实用新型的电动卡车底部换电系统，由于采用了自动引导换电小车1设计，可在平整的场地上实施换电；仅需将充电座2、小车驿站3按照设计间隔摆放到位，然后划定充电区A、换电通道B、停放区C(施划区域、引导线)；同时，在充电区A内设置若干反光柱，供检测定位；将相关区域的尺寸、位置输入系统，并对自动引导换电小车1进行校准，即可投入换电作业。本实用新型的电动卡车底部换电系统，搭建作业简单、方便，且不会破坏场地，特别适合短期搬运作业现场需求。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (8)

1.自动引导式电动卡车底部换电系统，其特征在于，包括充电区、换电通道、及停放区；

在充电区内设有若干充电座，以及起码1个小车驿站；

以及，起码一台自动引导换电小车；

所述自动引导换电小车，包括车架、行走机构、升降机构、及定位传感器；

所述车架的底部设有所述行走机构；

所述车架的内侧设有所述升降机构；

所述升降机构包括1块升降板；所述升降板通过升降驱动机构安装在所述车架内；所述升降板降下后的上表面离地高度低于电动卡车的车载电池包的底平面高度；

所述自动引导换电小车的升降板连同车架主体，可完全伸入到电动卡车的车载电池包的正下方；

所述车架上还设有若干定位传感器。

2.根据权利要求1所述的自动引导式电动卡车底部换电系统，其特征在于，所述行走机构，为轮式机构，包括2个行走舵轮，及2个从动轮；

所述行走舵轮安装在所述车架的后部左右两侧；所述行走舵轮为伺服舵轮；

所述从动轮安装在所述车架的中前部左右两侧；所述从动轮为定向轮或万向轮。

3.根据权利要求1所述的自动引导式电动卡车底部换电系统，其特征在于，所述升降驱动机构为剪叉升降机构，通过升降驱动元件对所述升降板进行升降驱动。

4.根据权利要求1所述的自动引导式电动卡车底部换电系统，其特征在于，所述升降板为货叉结构；所述升降驱动机构为直线导向机构；升降驱动元件为直线升降驱动元件；

所述升降驱动元件驱动所述货叉沿所述直线导向机构进行升降运动。

5.根据权利要求2所述的自动引导式电动卡车底部换电系统，其特征在于，所述定位传感器，包括位于所述行走舵轮内的编码器，以及陀螺仪。

6.根据权利要求1所述的自动引导式电动卡车底部换电系统，其特征在于，所述定位传感器，包括激光导航传感器；

所述激光导航传感器安装在所述车架的最前部左右两侧；

所述充电区内设置有若干反光柱；

所述反光柱与所述激光导航传感器配合，进行测距计算。

7.根据权利要求1所述的自动引导式电动卡车底部换电系统，其特征在于，所述车架的后部向上延伸，在上方设有若干电池测量传感器；

所述电池测量传感器包括视觉识别传感器、及激光测距仪；

所述视觉识别传感器安装在中间；

所述激光测距仪设有2个，间隔设置在所述视觉识别传感器的两侧。

8.根据权利要求7所述的自动引导式电动卡车底部换电系统，其特征在于，所述电池测量传感器，还可以包括激光扫描仪；

所述激光扫描仪位于所述车架后方的顶部。

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