一种电动汽车换电站及换电控制方法与流程

本技术属于新能源换电，具体涉及一种电动汽车换电站及换电控制方法。

背景技术：

1、为减少对石油等不可再生资源的依赖，以及考虑到环保和生态的可持续性，近年来电动汽车市场呈爆发式增长。现有的电动汽车所使用的电池组体积较大且由于包含散热冷却系统以及电池管理系统，通常一个动力电池模组的重量会高达数百斤以上，受限于电池材料的能量密度，当前电动汽车的续航里程基本在700公里以内，遇到低温严寒天气，其续航里程会进一步缩短。在续航里程能够基本满足实际使用需求的情况下，电能补给效率成为当前电动汽车行业亟待解决的技术问题。

2、现有技术中用于解决电能补给效率的技术实现方式有两种：一种是提高对电池包的充电速率，例如通过建立快充、闪充、甚至超级充电站以提升充电速度，但过高的充电速度会给电池包带来不可逆的损伤，导致电池容量逐渐降低；另一种是采用换电的方式对驶入换电站的电动汽车进行亏电电池包的拆卸和满电电池包的装入，采用换电模式，只需耗时几分钟以内即可完成补能，且对于亏电电池包的充电是由电池运营公司对电池包进行集中的监测、养护与管理，有利于延长动力电池包的寿命，提升电池包的安全性。因此，换电模式成为本领域的重点研发方向。

3、现有的用于对电池包进行存储的存储架一般自上而下设置有若干个存储位，电池包的存储方式为平铺放置，此类存储架占地空间大，尤其是对于高度方向上的空间要求较高。而且，因电池包重量重，对存储架自身的承载能力有非常高的要求。取用电池包时，需要借助较为复杂的升降机构、平移机构等的配合才可将电池包取下，整个存储架体积庞大，取放电池包功耗高，同时也对换电站的空间等的需求大幅上涨，对于空间局限性较大的地区，电池包的存量面临很大的挑战。

技术实现思路

1、本技术提供了一种电动汽车换电站及换电控制方法，以解决现有的电池包存储架对于电池包的存储方式为平放存储，存储架自上而下设置有多层，占用空间大，单位面积的存储量低，从而导致电池存储的空间利用率低。

2、本技术所采用的技术方案为：

3、一种电动汽车换电站，包括换电停车位、电池转运装置和用于存储电池包的存储架，所述电池转运装置用于将电池包自所述存储架取放，所述存储架设有若干个电池仓，各所述电池仓均具有第一电池取放口，所述电池转运装置自所述第一电池取放口取放电池包，所述电池仓沿竖直方向延伸，以使电池包竖放收纳于所述电池仓。

4、本技术中的电池转运装置可将电池包在平放状态和竖放状态之间自由切换，以将自电动汽车拆下的平放亏电电池包竖放并将其转运至存储架，或者将存储架上竖放的电池包平放，以供电动汽车换电。而且，相较于现有技术中电池包平铺放置的存储方式而言，本技术将电池包进行竖放存储，在同等高度空间的基础上，可以摆放更多的电池包，提高了空间利用率。

5、所述电池转运装置包括机身和设于所述机身的移送机构，所述移送机构用于承接自电动汽车拆卸的亏电电池包并将亏电电池包移送至所述电池仓，且所述移送机构用于承接自所述电池仓取出的满电电池包。

6、本技术方案中的电池转运装置集成有移送机构，以使电池转运装置不单单具备在换电停车位和存储架之间行走以运送电池包的功能，还具备将亏电电池包自电池转运装置转移至电池仓的功能，以及将电池仓内的电池包转移至电池转运装置的功能，实现了功能的集成，省却了在换电站内布设独立于电池转运装置的移送装置，减少了换电站内可移动装置的数量，从而简化了电池转运装置的移动路径的设计和避障设计，既减少了占用空间，又降低了运营成本。

7、所述电池转运装置包括翻转机构，所述翻转机构包括用于承载电池包的载物台，以及驱动所述载物台翻转以使所述载物台在平放的第一位置和竖放的第二位置之间切换的驱动单元，所述载物台具有相连的第一载物台和第二载物台；所述载物台在所述第一位置时，电池包沿水平方向平放于所述第一载物台；所述载物台在所述第二位置时，电池包沿竖直方向放置于所述第二载物台。

8、本技术方案中，载物台具有用于承载平放的电池包的第一载物台及用于承载竖放的电池包的第二载物台，通过驱动单元带动载物台翻转，可实现载物台在平放的第一位置和竖放的第二位置的切换，从而实现电池包在平放状态和竖放状态之间的切换。通过翻转的方式实现电池包的放置状态的切换，整个切换过程中对于运动空间的要求相对较小，整个翻转过程占用的大多是高度方向上的空间，而对水平方向的空间要求相对较小，而高度方向的空间在电池包的存储过程中本身就是必须的，因此本技术方案不仅有助于电池转运装置自身结构的紧凑性，而且有助于减少转移电池包的过程中对于运动空间的要求，尤其是水平方向上的空间要求，以使得在同等尺寸的水平空间范围内，可以布设更多的存储架，以对电池包的存储进一步扩容，而且还有利于换电站的小型化，减少换电站对于土建成本层面的要求。

9、所述电池包具有沿电池包的长度方向和宽度方向延伸的第一端面、以及沿电池包的宽度方向和高度方向延伸的第二端面；所述载物台在所述第一位置时，所述第一端面与所述第一载物台抵顶以使所述电池包承载于所述第一载物台，所述第二端面与所述第二载物台抵顶，以在所述载物台由所述第一位置切换至所述第二位置时限制所述电池包沿上下方向的移动；所述载物台在所述第二位置时，所述第二端面与所述第二载物台抵顶以使所述电池包承载于所述第二载物台，所述第一端面与所述第一载物台抵顶，以在所述载物台由所述第二位置切换至所述第一位置时限制所述电池包沿上下方向的移动。

10、本技术方案中，载物台在第一位置时，电池包的第一端面与第一载物台抵顶以使电池包承载于第一载物台，此时电池包的第二端面与第二载物台抵顶，其不仅可以对电池包形成水平方向的限位，而且在载物台由第一位置翻转至第二位置的过程中，电池包可以直接承载至第二载物台，而不会在翻转过程中导致电池包产生上下方向的移位，从而避免了对电池包的撞击，保护了电池包。载物台在第二位置时，电池包的第二端面与第二载物台抵顶以使电池包竖向承载于第二载物台，电池包竖放的状态使电池包的重心上移，此时电池包的第一端面与第一载物台抵顶从而可以对电池包实现限位，以避免电池转运装置移动的过程中电池包朝向第一载物台的一侧翻转倾覆，而且，因在竖放状态下电池包的第一端面能够与第一载物台抵顶，使得当电池包由竖放状态向平放状态切换，即载物台由第二位置向第一位置切换的过程中，电池包不会产生上下方向的移动，从而确保电池包在载物台上的稳固性，避免因在上下方向上的移位而导致电池包产生冲击损害或晃动。

11、所述载物台还包括分别与所述第一载物台和所述第二载物台相连的联动支架，所述电池转运装置还包括机身，所述联动支架和所述机身两者之一设有转轴、两者之另一设有与所述转轴适配的轴孔；所述驱动单元包括伸缩杆，所述伸缩杆与所述第一载物台或所述第二载物台相连，以通过带动所述第一载物台或所述第二载物台摆动驱动所述载物台整体绕所述转轴的轴线翻转；或者，所述驱动单元包括与所述转轴传动连接的旋转驱动部，所述旋转驱动部通过带动所述转轴旋转以带动所述载物台整体绕所述转轴的轴线翻转。

12、本技术方案中，载物台整体通过联动支架与机身实现转动连接，保障了载物台与机身之间的稳固连接以及翻转过程的顺畅性。通过伸缩杆带动载物台翻转或者通过旋转驱动部直接带动载物台翻转，均可简化电池转运装置的构成，使电池转运装置整机结构更加紧凑，减少电池转运装置本身对于换电站空间的占用。

13、所述移送机构包括可活动的移送平台，所述移送平台与所述载物台沿水平方向并排布置；所述载物台在所述第二位置时，所述移送平台与第二载物台表面齐平或高于第二载物台表面，所述载物台由所述第一位置翻转至所述第二位置时，所述移送平台与所述电池包抵接，所述移送平台用于将电池包移动至电池仓内。

14、本技术方案中，移送平台与载物台在电池转运装置上沿水平方向并排布置，以使得两者之一在独立作业时，两者之另一不会对其产生干涉和影响，而且两者并排布置的方式为电池包在移送平台和载物台之间的转移切换的移动路径相对较短，实现了电池包在两者之间的快速转移，有助于提升电池包的转移效率。而当载物台在第二位置时，移送平台的上表面与第二载物台的上表面齐平或者移送平台的上表面高于第二载物台的上表面，以使得载物台翻转至第二位置时，电池包能够直接落到移送平台上，以实现电池包由承载于第二载物台向承载于移送平台的切换，整个切换过程便捷、顺畅，无多余操作，有利于简化电池转运装置的结构以及降低对电池转运装置驱动控制的复杂程度，实现结构设计与程序设计的双重简约化。

15、所述第二载物台包括用于承载电池包的两个翻爪，当电池包翻转至第二位置时，移送平台位于两个翻爪之间，所述两个翻爪之间的距离大于所述移送平台沿电池包传送方向上的长度。

16、本技术方案中，第二载物台上用于承载电池包的两个翻爪之间的距离大于移送平台沿电池包传送方向上的长度，以使得当载物台由第一位置翻转至第二位置的过程中，翻爪与移送平台之间互不干涉，既保证了载物台的顺畅翻转，又使得翻转之后电池包能够直接落至移送平台的上表面，整个结构设计简单、紧凑，整个操作方便、快捷，既有助于降低电池包转运装置的生产制造成本，又有助于实现电池包的快速转移，从而有助于提升换电效率，缩短驾乘人员的换电等待时长，提升驾乘人员的换电体验。

17、所述移送平台包括定位架及转动连接于所述定位架的第一传送带、第一传动辊或第一传动链条。

18、本技术方案，通过转动连接于定位架的第一传送带、第一传动辊或第一传动链条实现对电池包的输送，该输送过程对于操作空间的需求是第一传送带、第一传动辊或第一传动链条本身在定位架上的运动空间，因此对于空间的占用少，从而减少了电池转运装置对于整体空间的要求，尤其是减少了对于相邻两排存储架之间的供电池转运装置行走和转移电池包的空间的需求，进而减少了换电站的用地需求，降低了换电站的建站成本。

19、所述电池仓的底壁设有第二传送带、第二传动辊或第二传动链条，电池包在所述第二传送带、第二传动辊或第二传动链条的传动下移入或移出所述电池仓。

20、本技术方案中，通过在电池仓的底壁设第二传送带、第二传动辊或第二传动链条，能够对电池包的移入和移出实现辅助，减少电池包在电池转运装置与电池仓之间转移时的运动阻力，既对电池包存在一定的防护效果，又可以提升电池包的转移效率，从而提升换电效率。

21、所述电池转运装置还包括第一限位机构和/或第二限位机构，第一限位机构用于将所述第一载物台限制在水平位置，所述第二限位机构用于将所述第二载物台限制在水平位置。

22、本技术方案，通过在电池转运装置上设置第一限位机构和/或第二限位机构以对第一载物台和/或第二载物台进行限位，使其能够牢固的保持在水平位置，以避免电池转运装置移动过程中载物台发生偏转或移位，而影响后续第一位置和第二位置的切换，也能够避免当电池包承载于第一载物台或第二载物台时，因不当受力，而导致载物台发生翻转，从而造成电池包脱离预设的承载位置。

23、所述存储架沿高度方向自上而下设有若干个电池仓，所述电池转运装置包括机身、设于所述机身的升降平台、以及装配于所述升降平台的移送机构和翻转机构，所述机身上设有用于带动所述升降平台升降以将其运送至与目标电池仓相匹配的高度的升降驱动机构。

24、本技术方案通过沿存储架的高度方向设置若干个电池仓，可充分利用高度方向的空间，增大存储架的电池包可存储量，而电池转运装置集成有升降平台和升降驱动机构，以使设于升降平台的移送机构和翻转机构能随升降平台同步升降，以将电池包升降至与其相匹配的高度位置的电池仓，本技术方案中电池转运装置的集成性更高，功能更加强大。

25、所述电池仓内设有用于对电池包进行充电的充电接口。

26、本技术方案中，充电接口的布置，实现了对存储位上的亏电电池包的充电，使存储架兼具存储电池包的功能以及为电池包充电的功能，省却了需转移亏电电池包以进行充电的步骤和操作，从而节省了能耗，降低了运营成本。

27、各所述电池仓均具有与所述第一电池取放口位置相对的第二电池取放口，所述存储架用于缓存亏电电池包和满电电池包；所述换电站设有若干个所述电池转运装置；两个所述电池转运装置可同时运行以为同一辆电动汽车换电，且其中一个所述电池转运装置用于将自电动汽车拆下的亏电电池包自所述第一电池取放口放入其中一个所述电池仓，另一个所述电池转运装置用于将满电电池包自另一个所述电池仓的第二电池取放口取出并移送至所述换电停车位。

28、本技术方案中，存储架不具备充电功能，需自远端集中输送满电电池包至存储架，存储架起到暂存满电电池包和亏电电池包的作用。而设置两个相对的第一电池取放口和第二电池取放口，可以使两个电池转运装置分别沿不同的移动路径移动，以在放置亏电电池包和拿取满电电池包在时序上至少部分同步，避免了两个电池转运装置在移动路径上的相互干涉，既提升了换电效率，缩短了驾乘人员的等待时长，又有助于实现换电站的紧凑型布局，有利于换电站的小型化设计，减少存储架和移动路径等的占地空间。

29、所述电池转运装置还包括拆装机构，所述拆装机构用于从电动汽车上拆卸电池包或将电池包安装至电动汽车上。

30、本技术方案中，电池转运装置集成有拆装机构，以使电池转运装置兼具拆装电池包和移送电池包的功能，实现了电池转运装置的功能集成，减少了换电站内装置的布设数量，有助于紧凑化换电站的布局，降低换电站的制造成本。

31、所述换电停车位和所述存储架位于同一空间范围内，所述换电站还包括设于所述换电停车位处的换电设备，所述换电设备包括用于举升电动汽车的举升机及用于拆装电池包的拆装机构。

32、本技术方案中，换电停车位和存储架位于同一空间范围内，换电过程中驾乘人员可以直面换电操作，且能直观地知晓换电进程，从而提升了换电体验。

33、所述换电站包括设有所述换电停车位的换电平台、及位于所述所述换电平台下方的地下仓，所述换电平台设有若干个所述换电停车位及与所述换电停车位一一对应以供电池包更换的作业窗口，电动汽车用电池包自所述作业窗口实现在所述换电平台所在的空间与所述地下仓之间的交换；所述存储架和所述电池转运装置位于所述地下仓内。

34、本技术方案中，存储架和电池转运装置位于地下仓内，从而可以借用地下空间实现电池包的更换、转移以及存储，减少了对于地上空间的占用，在进行换电时，驾乘人员只需将需要换电的电动汽车停放至换电平台的换电停车位处，满电电池包的调度以及拆卸下的亏电电池包的调度均在换电平台下方的地下仓内进行。因此，相较于现有的换电站而言，本技术方案中换电平台所在的立体空间内，与换电相关的设备较少，整个换电平台所在的立体空间位置开阔，驾乘人员所看到的换电停车位与普通停车位无较大的差异，且无需特地为了避让特定的换电设备而设置诸如现有技术中的换电通道，从而不会对驾乘人员产生特定场合的压抑感，驾乘人员在换电过程中可以拥有更为轻松、舒适、便捷的换电体验。

35、所述地下仓内设有若干个所述存储架，且若干个所述存储架在所述地下仓内呈矩阵排列，以形成沿横向间隔排布的若干行、及沿纵向排布的若干列。

36、本技术方案中，存储架呈矩阵状平铺于地下仓内，其可以充分利用地下仓内的空间，实现电池包的大量存储，相较于现有技术中将存储架加高以通过码垛机实现电池包的存储的技术方案而言，可以降低对地下仓的高度空间的要求。本技术方案尤其适用于对地下可动空间存在局限性的地理环境，如城市、山区等。

37、本技术还公开了一种换电控制方法，所述换电控制方法应用于如上所述的电动汽车换电站，所述换电站设有控制单元，所述换电控制方法包括如下步骤：

38、获取待更换的电池包型号；

39、控制所述电池转运装置移动以将亏电电池包移送至与之适配的所述电池仓；

40、控制所述电池转运装置移动以将可用的满电电池包移送至所述换电停车位，以供电动汽车换电。

41、利用本技术方案中的换电控制方法在如上所述的电动汽车换电站中进行换电，能够实现换电过程中亏电电池包和与其匹配的存储架及存储位的快速匹配到位，亦能实现电动汽车和与其相匹配的满电电池包的快速匹配，实现换电过程的智能化和自动化控制，提升了驾乘人员的换电体验。而且，电池包的竖放存储，提高了换电站的空间利用率。

42、由于采用了上述技术方案，本技术所取得的有益效果为：

43、本技术中的电池转运装置可将电池包在平放状态和竖放状态之间自由切换，以将自电动汽车拆下的平放亏电电池包竖放并将其转运至存储架，或者将存储架上竖放的电池包平放，以供电动汽车换电。而且，相较于现有技术中电池包平铺放置的存储方式而言，本技术将电池包进行竖放存储，在同等高度空间的基础上，可以摆放更多的电池包，提高了空间利用率。