一种回转中转式换电站及换电方法

技术领域

本发明涉及换电技术领域，具体涉及一种回转中转式换电站及换电方法。

背景技术

纯电动重卡的耗电量大，行驶里程长，电池的续航成为制约纯电动重卡发展的重要因素。电动汽车的电池通过更换电池，可实现亏电满电电池箱的快速切换。重卡电池箱重量大，搬运困难，电池在储电仓位与待换电充卡之间传输的稳定性和传输速度有待进一步提高；重卡电池的体积大，因此换电站占地面积大，换电站的结构紧凑化也是本领域技术人员需要解决的技术问题之一。

发明内容

本发明的目的之一在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种回转中转式换电站，利用储电仓位与中转仓位对接传输电池箱，使换电站结构更趋紧凑。

为了实现上述技术效果，本发明的技术方案为：一种回转中转式换电站，包括：

换电车道，用于待换电车辆的进出和停留；

回转式的中转仓位、设置于中转仓位侧方并与中转仓位对接的若干储电仓位、驱动储电仓位与中转仓位之间传输电池箱的传输驱动组件；

替换电池箱，用于替换待换电车辆中的待换电池箱；

换电设备，用于取下待换电车辆的待换电池箱，将所述待换电池箱放入所述中转仓位或者储电仓位；和/或用于将所述中转仓位或者储电仓位的替换电池箱放入待换电车辆中。

优选的技术方案为，所述中转仓位设置于回转台上；

所述回转台包括转盘以及转盘驱动件；所述转盘驱动件设置于所述转盘的下方；

所述转盘驱动件包括驱动电机、与所述驱动电机的输出端连接的转盘轴传动件、设置于转盘下方的转盘座以及夹设于所述转盘和转盘座之间的轴承，所述轴承与所述转盘同心设置。

优选的技术方案为，所述传输驱动组件为设置于所述储电仓位和/或中转仓位的滚筒传送线。

优选的技术方案为，所述若干储电仓位呈发散状设置于所述中转仓位的外周。

优选的技术方案为，所述滚筒传送线还包括：

传输导向件，高于所述滚筒传送线的承托面设置，用于导向电池箱的传输；

和/或阻挡限位件，设置于所述滚筒传送线的端部，用于限定电池箱在所述滚筒传送线的传输方向位置；

和/或落位导向件，所述落位导向件设置于所述中转仓位和/或至少一个储电仓位的滚筒传送线中，用于引导定位所述换电设备中负载的电池箱落至所述滚筒传送线。

优选的技术方案为，所述储电仓位的所述滚筒传送线中设置有电连接器，所述电连接器与电源连接，用于电池箱的充电；

所述电连接器与Z向驱动件连接，所述Z向驱动件用于切换所述电连接器不高于滚筒传送线承托面的待机工位和高于滚筒传送线承托面且与电池箱充电端口连接的充电工位；

所述驱动件与所述电连接器中夹设有弹性件，所述弹性件具有Z向弹性形变。

优选的技术方案为，所述换电设备包括：

直线导轨以及支撑所述直线导轨的支架；

往复运动件，沿所述直线导轨往复运动；

抓取装置，用于抓取电池箱；

升降吊具，连接所述往复运动件与抓取装置，并驱动所述抓取装置的升降；

所述抓取装置包括夹具基座；

成对的夹持抓取件，通过转轴与所述夹具基座转动连接，用于从电池箱的底部和/或相对侧面的中部抓取电池箱；

驱动件，用于驱动所述夹持抓取件以所述转轴为中心翻转实现成对夹持抓取件的开合。

优选的技术方案为，所述中转仓位与所述换电车道之间的储电仓位为第一储电仓位，所述换电设备的电池箱转移通道设置于所述中转仓位、至少一个所述第一储电仓位以及所述换电车道的正上方。

优选的技术方案为，所述换电设备的电池箱转移通道设置于所述中转仓位和所述换电车道的正上方；所述储电仓位设置于所述电池箱转移通道的侧下方。

优选的技术方案为，所述换电车道包括车轮定位槽和成对设置的凸起状导向条；所述导向条沿所述换电车道的长度方向设置，所述车轮定位槽的延伸方向沿所述换电车道的宽度方向设置；所述凸起状导向条和所述换电车道组合成限位车道，所述限位车道的进口端为扩口状。

本发明的目的之二在于提供一种换电方法，基于权利要上述的回转中转式换电站，包括以下步骤：

将待换电池箱从待换电车辆中转移至储电仓位或中转仓位，和/或将替换电池箱从储电仓位或中转仓位转移至待换电车辆中；

所述中转仓位与储电仓位对接传输所述待换电池箱和/或替换电池箱。

本发明的优点和有益效果在于：

该回转中转式换电站中利用可回转的中转仓位对接储电仓位，将从待换电车辆上取下的待换电池箱中转至储电仓位中，和/或将替换电池箱转移至与换电设备相配合的中转仓位或者储电仓位中，使换电站的结构更趋紧凑，电池箱传输转移路径更趋合理；

基于回转中转的换电方法电池中转传输稳定性高，有助于实现电池箱的快捷更换。

附图说明

图1是实施例回转中转式换电站的俯视图；

图2是另一实施例回转中转式换电站的俯视图；

图3是另一实施例回转中转式换电站的俯视图；

图4是图2中回转中转式换电站的使用状态立体结构图；

图5是另一实施例回转式中转仓位的结构示意图；

图6是另一实施例中回转仓位滚筒传送线的结构示意图；

图7是图6中A的局部放大图；

图8是另一实施例中储电仓位滚筒传送线的结构示意图；

图9是图8中电连接器的结构示意图；

图10是另一实施例中储电仓位滚筒传送线的结构示意图；

图11是图10中B的局部放大图；

图12是另一实施例抓取装置的结构示意图；

图13是图12中C的局部放大图；

图中：1、换电车道；11、车轮定位槽；12、凸起状导向条；2、中转仓位；3、储电仓位；4、替换电池箱；5、换电设备；51、直线导轨；52、往复运动件；53、抓取装置；531、夹具基座；5311、轴座；532、夹持抓取件；5321、转轴； 5322、翻转臂；5323、翻转臂； 534、驱动件；54、升降吊具；

6、回转台；61、转盘；62、转盘驱动件；621、驱动电机；622、转盘轴传动件；623、转盘座；624、轴承；

7、电连接器；8、Z向驱动件；9、弹性件；

a、滚筒传送线；a1、传输导向件；a11、第一滚轮座；a12、第一导向轮；a2、阻挡限位件；a21、第一阻挡块；a22、第一驱动件；a23、第二阻挡块；a24、缓冲器；a3、落位导向件；a31、第二滚轮座；a32、第二导向轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

储电仓位的数量可以为一个、两个……或者多个，取决于中转仓位的尺寸以及作为中转仓位基座的回转台大小。具体的，若干储电仓位呈发散状设置于回转台的外周。更进一步的，上述的储电仓位数量趋多设置，以充分利用回转台的外周空间，回转台上的中转仓位所能周转的电池数量更多。

更进一步的，中转仓位与换电车道之间设置有电池箱转移通道，储电仓位位于电池箱转移通道的侧方。上述结构区别于电池箱转移通道的下方设置有储电仓位。上述结构的换电设备的换电方法一为：直接将待换电池箱转移至中转仓位上，替换电池箱由中转仓位转移至车端。电池箱转移通道中无运动干涉，电池箱底面高度略高于储电仓位、中转仓位上的电池箱底面高度以及车端电池箱底座的高度，电池箱转移高度的减小有助于提高其稳定性，避免出现水平方向上的晃动；相应的，换电站的整体高度也可以趋低控制。

又或者更进一步的，换电方法二为：中转仓位与换电车道之间设置有储电仓位（中转储电仓位），换电设备将待换电池箱转移至中转储电仓位中，中转储电仓位通过中转仓位的传输，将电池箱转入其他储电仓位中；其他储电仓位中的替换电池箱通过中转仓位的传输，最终经由中转储电仓位转移至车端。该方法中转移状态的电池箱底面高度同换电方法一。

替换电池箱和待换电池箱

替换电池箱为储存于换电站中的电池箱，待换电池箱为车端电池箱，车端的待换电池箱转入储电仓位后，变为替换电池箱。在本发明的描述中，除明确的替换电池箱和待换电池箱外，“电池箱”表示替换电池箱和/或待换电池箱；“车端”表示待换电车辆。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

换电设备

换电设备包括但不限于优选的吊装装置，除Z向升降外，吊装装置的抓取装置可实现XY平面内的双向运动，也可以为X向或Y向的单向运动。与双向运动相比，直线导轨导向抓取装置单向运动，电池箱的水平方向的晃动幅度小，电池箱装配精度高，通过粗导向即可完成换电装配作业。

与现有技术中阵列分布的储电仓位和吊装电池箱的周转通道相比，回转台配套使用的吊装式换电设备中导轨的长度较短，电池箱吊装稳定性更高，传输转移路径更趋合理。

传输驱动组件

传输驱动组件不限于设置在储电仓位和中转仓位上，还可以设置在中转仓位的回转基座（回转台）上。例如可以实现平推和/或牵引功能的驱动机构，包括与电池箱表面相抵接的推挡块或者连接电池箱并防止脱离的锁定件，还包括实现沿储电仓位至中转仓位或者中转仓位至储电仓位方向的往复运动件。相较而言，上述平推和/或牵引功能的驱动机构设置于中转仓位的回转基座上，传输驱动组件的数量少，换电站的机械结构和控制系统更趋简单。

滚筒传送线

优选的方案中，中转仓位和/或储电仓位中设置滚筒传送线。更进一步的，滚筒传送线的高度与车端电池底座的高度相等。利用滚筒传送线提升电池箱的初始高度，减小电池箱转移过程中的升降行程，进一步加快换电速度。

作为滚筒传送线的替代，储电仓位设置承托电池箱的小车，小车的运动带动电池箱转移至中转仓位，小车的行走驱动结构即为传输驱动组件。滚筒传送线驱动力大，电池箱传输稳定性高。

电连接器

储电仓位上可用于放置满电电池箱，例如电池箱在储电仓位外充电完成后，由转运设备转运至储电仓位上。但是，由于重卡的电池箱本身自重、高度均较大，具有上述功能的换电站还需要另外设置转运设备和电池箱充电区，占地面积较大。在储电仓位设置与电源连接的电连接器，可以直接将待换电池箱转入储电仓位上充电，并且对储电仓位中的替换电池箱充电直至满电或者高于待换电池箱的电量。电连接器也可以设置于中转仓位中。

进一步的，电连接器包括但不限于设置于Z向升降设置于滚筒传送线中。除提升电池箱的初始高度外，滚筒传送线的机架还促进电连接器处以及电池箱底面的散热。

电池箱通过滚筒传送线传输，电池箱的充电端口位于与滚筒传送线接触的底面上，充电状态下电连接器突出于滚筒传送线的承托面，因此在进行电池箱传输时电连接器须下降避让。电连接器通过驱动件沿Z向运动，充电过程中监控电池箱的电流、电压、温度等参数判断电池箱的充电状态，当电池箱出现故障时，驱动件带动电连接器脱离电池箱，并且不需要设置容许电池箱底座平移的电源线，换电站的布线规整，安全系数更高。

换电设备的电池箱转移通道、中转仓位和第一储电仓位

所述换电设备的电池箱转移通道设置于所述中转仓位、至少一个所述第一储电仓位以及换电车道的正上方，则换电方法三为：换电设备将车端的待换电池箱转移至中转仓位和第一储电仓位之一中，然后从中转仓位和第一储电仓位的另一抓取替换电池箱。该电池箱抓取过程中，待换电池箱底面需要提升至高于第一储电仓位的替换电池箱顶面高度，或者替换电池箱底面需要提升至高于第一储电仓位的待换电池箱顶面高度，因此换电设备的高度较高。电池箱提升和下降的总时长小于中转仓位与储电仓位之间的电池箱传输时长时，则换电方法三的换电速度更快。换电方法可以根据车流量具体选择并切换，例如车流量大、等候待换电车辆时，可选择换电方法三。

实施例

如图1-4所示，实施例的回转中转式换电站，包括：

换电车道1，用于待换电车辆的进出和停留；

回转式的中转仓位2、设置于中转仓位2侧方并与中转仓位2对接的若干储电仓位3、驱动储电仓位3与中转仓位2之间传输电池箱的传输驱动组件；

设置于储电仓位3和/或中转仓位2上的替换电池箱4；

换电设备5，用于取下待换电车辆的待换电池箱，将待换电池箱放入中转仓位2或者储电仓位3；和/或用于将中转仓位2或者储电仓位3的替换电池箱4放入待换电车辆中。

如图5所示，中转仓位2设置于回转台6上；

回转台6包括转盘61以及转盘驱动件62；转盘驱动件62设置于转盘61的下方；

转盘驱动件62包括驱动电机621、与驱动电机621的输出端连接的转盘轴传动件622齿轮、设置于转盘61下方的转盘座623以及夹设于转盘61和转盘座623之间的轴承624，轴承与转盘同心设置。图5中水平箭头方向代表电池箱进入中转仓位的传输方向。

如图1-3所示，另一优选的实施例中，传输驱动组件为设置于储电仓位3和中转仓位2的滚筒传送线a。滚筒传送线a的驱动件设置于其机架中，而非设置于相邻的储电仓位之间，确保中转仓位外周可以设置更多的储电仓位。

如图2所示，另一优选的实施例中，8个储电仓位3呈发散状设置于中转仓位2的外周，分别按顺时针方向标记为①～⑧号储电仓位；替换电池箱4的数量为7个以下，电池箱的数量也与电池箱周转方法相关，储电仓位3的数量为8个，替换电池箱的数量还可以为1个、2个、3个、4个、5个、6个。

如图6和图7所示，另一优选的实施例中，滚筒传送线a还包括：

传输导向件a1，高于滚筒传送线a的承托面设置，用于导向电池箱的传输；

和阻挡限位件a2，设置于滚筒传送线a的端部，用于限定电池箱在滚筒传送线a的传输方向位置。

如图6和图7所示，传输导向件a1包括：

若干个第一滚轮座a11，分设于滚筒传送线a的两侧；

第一导向轮a12，与第一滚轮座a11转动连接，用于与传输电池箱的侧面滚动配合；

滚筒传送线a的一端为容纳电池箱传输通过的传输端，传输端两侧的第一导向轮a12间距沿电池箱进料方向逐渐减小，滚筒传送线a中段和与传输端相对的另一端两侧第一导向轮a12的间距相等。第一滚轮座a11设置于滚筒传送线a的滚筒侧方机架上。电池箱由传输端进入滚筒传送线a，第一导向轮a12对电池箱施加导向作用力，将电池箱的侧面导向至与第一导向轮a12的轮面滚动配合或者间隙配合。

中转仓位2的滚筒传送线a中传输端的数量可为两个，取决于换电过程中电池箱的周转方法，滚筒传送线a中设置两个传输端，则滚筒传送线中段两侧的第一导向轮a12等间距设置。

如图6所示，中转仓位2的滚筒传送线a中阻挡限位件a2包括第一阻挡块a21以及驱动第一阻挡块a21的第一驱动件a22，第一驱动件a22设置于滚筒传送线a的下方，第一阻挡块a21可升降设置于第一驱动件a22的上方；第一阻挡块a21设置于滚筒传送线a的两端，第一驱动件a22气缸用于切换第一阻挡块高于承托面的阻挡工位和不高于承托面的放行工位。电池箱进入滚筒传送线a前，第一阻挡块a21均不高于承托面，电池箱进入滚筒传送线a到位后，第一驱动件a22气缸的活塞杆伸出，两端的第一阻挡块a21上行，阻挡电池箱在滚筒传送线中的继续移动。

如图8所示，储电仓位3滚筒传送线a的第一端部（接近回转台6的一端）为容纳电池箱传输通过的传输端，传输端设置有第一阻挡块a21以及驱动第一阻挡块a21的第一驱动件a22；第二端部为止位端，止位端固定设置有高于承托面的第二阻挡块a23，第二阻挡块a23设置有用于与电池箱侧面相抵的缓冲器a24。电池箱进入滚筒传送线a前，传输端的第一阻挡块a21不高于承托面，电池箱滑入滚筒传送线a，直至电池箱的侧面与缓冲器a24相抵，第一驱动件a22气缸带动第一阻挡块a21上行，阻挡电池箱在滚筒传送线中的继续移动。具有上述阻挡限位件a2的滚筒传送线a也可作为中转仓位使用。两端设置阻挡限位件a2确保随回转台6回转过程中电池箱的稳定性。

如图10和图11所示，图10所示为与换电设备5对接的储电仓位，滚筒传送线a的止位端固定设置第二阻挡块a23，传输端未设置阻挡限位件，滚筒传送线a还包括落位导向件a3，落位导向件a3设置于中转仓位2和/或至少一个储电仓位3的滚筒传送线a中，用于引导定位换电设备中负载的电池箱落至滚筒传送线a。与换电设备5对接的中转仓位中落位导向件a3结构同图10所示。

落位导向件a3的顶部设置有朝向电池箱传输区的导向斜面，导向斜面的顶端高于传输导向件a1，落位导向件a3包括第二滚轮座a31以及与第二滚轮座a31转动连接的第二导向轮a32，第二导向轮a32用于与起落电池箱的侧面滚动配合。第二导向轮a32的中心轴沿X向设置，导向斜面由三个第二导向轮a32组合而成，第二导向轮a32的轮面与电池箱的侧面滚动配合。

图1所示的换电站中，落位导向件a3设置于中转仓位；图2所示的换电站中，落位导向件a3设置于⑧号储电仓位；图3所示的换电站中，落位导向件a3设置于中转仓位和/或⑧号储电仓位。中转仓位中的传输导向件a1、阻挡限位件a2和落位导向件a3共同作用于电池箱，进一步提高回转台回转过程中电池箱的稳定性。

如图1-3所示，另一优选的实施例中，储电仓位3设置有电连接器7，电连接器7与电源连接，电连接器7用于对储电仓位3的替换电池箱4充电；

如图8和9所示，电连接器7与Z向驱动件8伸缩气缸连接，Z向驱动件8用于切换电连接器不高于滚筒传送线承托面的待机工位和高于滚筒传送线承托面且与电池箱充电端口连接的充电工位；

驱动件与电连接器中夹设有弹性件9浮动弹簧，弹性件9浮动弹簧具有Z向弹性形变。与现有技术中的电连接器设置于电池箱底座上，电池箱落位的同时实现电连接器的插接相比，Z向运动的电连接器便于在电池箱温度、电压、电流等参数故障时主动脱离电池箱，并且不需要设置容许电池箱底座平移的电源线，换电站的布线规整，安全系数更高。

如图4所示，另一优选的实施例中，换电设备5包括：

直线导轨51以及支撑直线导轨51的支架；

往复运动件52，沿直线导轨51往复运动；

抓取装置53，用于抓取电池箱；

升降吊具54，连接往复运动件52与抓取装置53，并驱动升降吊具54的升降。

如图12和图13所示，另一优选的实施例中，抓取装置53包括夹具基座531；

成对的夹持抓取件532，通过转轴5321与夹具基座531转动连接，用于从电池箱的底部和/或相对侧面的中部抓取电池箱；

驱动件533伸缩气缸，用于驱动夹持抓取件532以转轴5321为中心翻转实现成对夹持抓取件532的开合；

转轴5321与夹持抓取件532的夹持部5322、翻转臂5323固定连接，转轴5321与夹具基座531上的轴座5311转动连接；驱动件533伸缩气缸的第一端部与翻转臂5323连接，第二端部与夹具基座531转动连接。翻转臂5323、夹持部5322和转轴5321组成的杠杆结构中，翻转臂5323较夹持部5322短，因此翻转臂5323的小行程即可实现对电池箱的抓取和释放。

如图3所示，另一优选的实施例中，中转仓位2与换电车道1之间设置的储电仓位3为第一储电仓位，中转仓位2和一个第一储电仓位设置于往复运动件52的运动路径正下方，第一储电仓位为⑧号储电仓位。

如图1所示，另一优选的实施例中，中转仓位2与换电车道1之间设置有电池箱转移通道；储电仓位3设置于电池箱转移通道的侧方，即电池箱转移通道中以及其正下方未设置储电仓位。等效替换的方式还可以为电池箱转移通道的正下方设置储电仓位，但该储电仓位不使用，以确保中转仓位2与换电车道1之间不存在与吊装状态的替换电池箱/待换电池箱形成运动干涉的另一电池箱。

如图1-3所示，换电车道1包括车轮定位槽11和成对设置的凸起状导向条12；导向条沿换电车道1的长度方向设置，车轮定位槽11的延伸方向沿换电车道1的宽度方向设置；凸起状导向条12和换电车道1组合成限位车道，限位车道的进口端为扩口状。具体的，由于车辆型号不同，车轮的间距也不一致，考虑到现有技术中车端电池箱的安装位置，优选的车轮定位槽11为前轮定位槽。待换电车辆首先经由扩口装的换电车道进口端导入，前轮驶入车轮定位槽11中则停车换电。车轮定位槽11是由两根间隔设置的定位凸条相互平行且间隔设置在换电车道1的基面上组合而成的。

如图1中所示，④号储电仓位3和中转仓位2空置，上述换电方法一为：

S1: 换电设备5将待换电车辆上的待换电池箱吊装转移至中转仓位2中，中转仓位2将待换电池箱转移至④号储电仓位3中；

S2：中转仓位2回转至与①、②、③、⑤、⑥、⑦号中任意一储电仓位3对接，例如②号，替换电池箱4由②号储电仓位3传输至中转仓位2中，中转仓位2回正至图1中的仓位取向；

S3：换电设备5将中转仓位2中的替换电池箱4转移至待换电车辆中。

如图2中所示，⑧号、④号储电仓位3和中转仓位2空置，上述换电方法二为：

S1: 换电设备5将待换电车辆上的待换电池箱吊装转移至⑧号储电仓位3中，⑧号储电仓位3将电池箱转移至中转仓位2，中转仓位2再将待换电池箱转移至④号储电仓位3中；

S2：中转仓位2回转至与①、②、③、⑤、⑥、⑦号中任意一储电仓位3对接，例如②号，替换电池箱4由②号储电仓位3传输至中转仓位2中，中转仓位2回正至图2中的仓位取向，然后将替换电池箱4传输至⑧号储电仓位3；

S3：换电设备5将⑧号储电仓位3中的替换电池箱4转移至待换电车辆中。

如图2中所示，采用换电方法二，替换电池箱4的数量最多为6个。

如图2中所示，上述换电方法三为：

S1：在待换电车辆停车之前，回转中转仓位2至与②号储电仓位3对接，将储电仓位3的替换电池箱4传输至中转仓位2，回转中转仓位2至图2中的仓位取向，将替换电池箱4传输至⑧号储电仓位3中；

S2：换电设备5将车端的待换电池箱取下并吊装至中转仓位2中；

S3：换电设备5移至⑧号储电仓位3上方，抓取其中的替换电池箱4，转移至待换电车辆中。

换电方法三中S1的替换电池箱4也可设置在中转仓位2中，S2换电设备5将车端的待换电池箱取下并吊装至⑧号储电仓位3中，换电设备5再将中转仓位2中的替换电池箱4转移至待换电车辆中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。