一种快速吊装式换电站及换电系统
技术领域
本发明涉及换电站电控系统
技术领域
，特别涉及到一种快速吊装式换电站及换电系统。背景技术
锂离子电池和新能源电动车在近十年来逐渐成熟，在我国发展迅速。电能是未来汽车类交通工具的主要替代能源，因为电能可以由太阳能、水能、风能以及核能等多种清洁可再生能源转换得到，也可以减少各产业对石油等不再生能源的依赖性。随着环境保护、低碳经济、降低能耗的理念为人们重视，汽车工业因其尾气排放污染环境、高能耗等一系列负效应，面临日益严峻的挑战。相对传统的燃油汽车，新能源汽车能够有效降低汽车排放废气污染。从环境角度讲，新能源汽车废气排出量比传统汽车可减少92%-98%，从而实现交通能源多元化，保护环境；从能源角度讲，全球石油危机日益严重，汽车工业又是能耗的最大组成部分，新能源汽车的开发和使用有效解决了交通能源重消耗的问题，实现低碳经济可持续发展。
近年来，地方层面都明确鼓励和扶持新能源汽车的推广使用。2014年的工作报告再次明确提出“推广新能源汽车”，坚持发展新能源汽车的计划不变，以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要取向不变，规划确定的发展目标不变，扶持的政策取向不变等“四个不变”。为了加快推广新能源汽车，多地在购车补贴、充电桩建设、新车上牌等方面出台了相关规定。
新能源电动汽车能源补充可以分为插充和换电两种模式，其中在插充模式下，主要有购买电池初期成本高、充电时间长以及充电安全性低三大类问题，另外，插充模式下，新能源电动车充电负荷具有显著的时空随机性，对电网的运行和规划会带来不利影响。而换电模式配合大规模集中型充电已经成为当前电动汽车发展的另一个具备竞争力的商业技术模式，第一，该模式下可以有效减少电动汽车的能源补给时间。第二，该模式下可以集中管理充电安全性，保证电池系统的安全可靠性。第三，通过合理的商业运作模式，采用电池租赁方式，既可以有效控制商务成本，又可以集中有效的管控电池系统的溯源性。根据车辆类型的不同，一般可更换电池包安装的位置有底盘下方（轿车、SUV等乘用车）、车架侧/后方和车架上方（巴士、载重卡车、矿山机械重型车辆等）。不同的安装方式，换电的方法也不同。例如底盘下方一般采用下方托举式换电，车架侧/后方一般采用侧插式换电，车架上方一般采用吊装式换电。侧插式换电和吊装式换电适用场景不同，也各有优缺点，一般来讲侧插式换电车辆结构紧凑、换电站建筑部分投资较低；吊装式换电车辆恶劣路况的通过能力强、换电站机械部分投资较低。
对于吊装式换电站，现有换电站换电机器人是由一个吊具组成，换电整体流程为车辆进入换电站换电区域，车辆开启换电开关，车辆与站控通过蓝牙进行信号连接，开启换电机器人换电开关，车辆锁止机构打开，下发放取电池仓指令，换电机器人移动至车辆上方完成定位，换电机器人抓取空电池移动至空仓位放下，换电机器人移动至满电池仓抓取满电池，换电机器人移动至车辆上方放下满电池，完成换电。因电池仓位分布远近不一导致每次换电时间不一致，现有换电系统换电时间在5-6分钟，其中机器人放取电池运行过程占据近一半换电时间，极大降低了换电效率，降低了换电站运营能力；同时换电时间较长将直接造成换电车辆排队换电，大大的降低了车辆运营效率。且由于电池起吊高度较高，换电区域属于作业危险区，理论上存在高空跌落风险，万一电池包高空跌落，可能造成火灾风险。
因此，如何提供一种快速吊装式换电站及换电系统、提高了电效率缩短换电时间，并降低高空跌落的风险产生是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，提供了一种快速吊装式换电站及换电系统，大幅降低了换电站的换电时间，减少了在换电过程中换电机器人移动所消耗的时间，可将换电过程控制在2-3分钟，极大的提高了换电效率，提升了换电站运营能力；同时换电时间的缩短直接减少了换电车辆排队换电的情况，大大的提高了车辆运营效率。
有鉴于此，本发明提出了一种快速吊装式换电站，包括支撑结构、行车梁、行车装置和电池仓，其中，行梁设置在支撑结构上方，行车装置滑动设置在行车梁上，电池仓设置在支撑结构底部，位于行车梁下方；电池仓内设置电池包和充电座；电池包在充电座上完成充电作业，行车装置对电池包进行取放作业；行车装置为利用换电控制器控制的具有两个吊具组成的换电机器人。
根据本发明实施例的快速吊装式换电站，服务车辆为后背电池包的重卡矿卡，在不增加电池仓数量的基础上，本发明实施例方案可充分利用电池仓充电座。
根据本发明的一个实施例，两个吊具在水平移动时同步或单独控制；在上下移动时单独控制。
吊具收到换电控制器控制，水平移动时同步或单独控制；在上下移动时单独控制。
根据本发明实施例的快速吊装式换电站，两个吊具在水平移动时同步；在上下移动时单独控制。
根据本发明的一个实施例，换电站内设置停车台；停车台对应上方行车梁的位置为行车装置待机位；行车装置运行结束后运行到待机位；电池仓设置在停车台的一侧或两侧。
根据本发明实施例的快速吊装式换电站，待机位为左右两个。每次取放电池包的为同一电池仓。
根据本发明的一个实施例，电池仓设置在停车台的一侧时，电池仓内电池包和充电座数量相同；电池仓设置在停车台的两侧时，电池仓内电池包小于充电座数量。
根据本发明实施例的快速吊装式换电站，在换电完成后，电池仓设置在停车台的一侧时，换电机器人运行到电池仓对侧区域放下电池，下次换电两个吊具反向运行即可。电池仓两侧布置时，换电完成后停在就近待机位。
根据本发明的一个实施例，待机位下方设置防掉落平台；停车台位于防掉落平台之间。
根据本发明的一个实施例，换电站内设置凹陷行车道；凹陷行车道为以地平线为平面，向下挖出的容纳换电车辆的坑道式停车台；待机位下方设置布置防震板。
根据本发明的一个实施例，支撑结构包括以地平线为基准的上层建筑支撑架以及以地平线为基准的下层建筑地基，地基设置在支撑架的下方；支撑架为若干个分别对称设置在行车梁四周。
根据本发明的第二个目的提出了一种快速吊装式换电站换电系统，至少包括站控系统；
与车辆换电系统连接的信号连接系统；
换电机器人换电系统；与站控系统连接，接收并响应站控系统动作指令；
电池仓系统；与站控系统连接，完成电池包充电，并反馈电池包电量信号。
根据本发明实施例的快速吊装式换电站换电系统，主要针对矿区矿卡及长途重卡开发，基本工作原理是车辆到达指定区域后，站控系统发出指令，车辆换电系统控制电池包锁止机构打开锁止，换电机器人进行换电，换电结束电池包锁止机构闭合锁止完成换电。矿区矿卡及长途重卡具有工作时间连续，作业强度高的特点，换电效率将是影响换电站运营能力及车辆运营效率的关键因素。
根据本发明的一个实施例，换电机器人换电系统接收站控系统动作指令，就近抓取充电量最多的电池包。
通过以上技术方案，本发明提出了一种适用于吊装式换电车辆的坑道式换电站，具有如下技术效果：
1.提升换电站运营能力。本发明使用的换电机器人由两个吊具组成，有效的缩短了换电机器人在运行过程中占用的时间，在增加极少量成本的情况下提高了近1倍换电效率，大幅提升了换电站的运营能力。
2.提高车辆运营效率。换电时间的缩短，直接提升了每小时的换电车辆数量，大大降低了换电车辆排队等待的发生，提高了车辆的运营效率。
3.降低风险。在换电机器人待机位下方设置电池包防跌落平台，有效防止因换电机器人故障引发的电池包跌落事故。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为现有技术中的换电站结构示意图。
图2为实施例2中提供的换电站结构示意图。
图3为实施例2中提供的换电站俯视图。
图4为实施例2中提供的又一换电站俯视图。
图5为实施例2中提供的另一换电站结构示意图。
图6为实施例2中提供的图5换电站俯视图。
图7为实施例2中提供的图2的换电站作业流程示意图。
其中，1为支撑结构，2为行车梁，3为电池仓，4为电池包，5为充电座，6为吊具，7为换电机器人，8为车辆，9为待机位，10为防掉落平台。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1
如图1，提供了现有换电站换电机器人7是由一个吊具6组成，换电整体流程为车辆8进入换电站换电区域，车辆8开启换电开关，车辆8与站控通过蓝牙进行信号连接，开启换电机器人7换电开关，车辆8锁止机构打开，下发放取电池仓3指令，换电机器人7移动至车辆8上方完成定位，换电机器人7抓取空电池移动至空仓位放下，换电机器人7移动至满电池仓3抓取满电池，换电机器人7移动至车辆8上方放下满电池，完成换电。因电池仓3位分布远近不一导致每次换电时间不一致，现有换电系统换电时间在5-6分钟，其中换电机器人7放取电池运行过程占据近一半换电时间，极大降低了换电效率，降低了换电站运营能力；同时换电时间较长将直接造成换电车辆8排队换电，大大的降低了车辆8运营效率。
实施例2
下面参考图2-图7描述根据本发明实施例的快速吊装式换电站。
如图2-3，本实施例提出了一种快速吊装式换电站，包括支撑结构1、行车梁2、行车装置和电池仓3，其中，行梁设置在支撑结构1上方，行车装置滑动设置在行车梁2上，电池仓3设置在支撑结构1底部，位于行车梁2下方；电池仓3内设置电池包4和充电座5；电池包4在充电座5上完成充电作业，行车装置对电池包4进行取放作业；行车装置为利用换电控制器控制的具有两个吊具6组成的换电机器人7。
本实施例中一台换电机器人7由两个吊具6组成，换电整体流程为车辆8进入换电站换电区域，车辆8锁止机构打开，换电机器人7根据电池仓3信息由换电控制器控制移动至电池仓3，由一个吊具6抓取满电池包4后，换电机器人7移动使另一个吊具6定位并抓取车辆8上待换电的空电池包4，根据吊具6定位信息放下满电池包4到车辆8上，完成换电，车辆8驶出，换电机器人7移动使空电池包4到达电池仓3，进行充电。本实施例大幅降低了换电站的换电时间，减少了在换电过程中换电机器人7移动所消耗的时间，可将换电过程控制在2-3分钟，极大的提高了换电效率，提升了换电站运营能力；同时换电时间的缩短直接减少了换电车辆8排队换电的情况，大大的提高了车辆8运营效率。
示例性且不限制地，电池仓3位布置可根据实际情况布置成固定式或移动式，例如可理解为电池仓3布置旋转式充电架可有效的减少换电机器人7运动行程，提高系统稳定性，
根据本发明的一个实施例，两个吊具6在水平移动时同步或单独控制；在上下移动时单独控制。
本实施例中，可理解为两个吊具6在水平移动时，同时移动或单独移动，但是两个吊具6在上下移动时单独控制，进行上下各自移动。有利的，两个吊具6在水平移动时同步；在上下移动时单独控制。
根据本发明的一个实施例，换电站内设置停车台；停车台对应上方行车梁2的位置为行车装置待机位9；行车装置运行结束后运行到待机位9；电池仓3设置在停车台的一侧或两侧。
根据本发明实施例的快速吊装式换电站，待机位9为左右两个。
根据本发明的一个实施例，如图2-3所示电池仓3设置在停车台的一侧时，电池仓3内电池包4和充电座5数量相同；如图4所示电池仓3设置在停车台的两侧时，电池仓3内电池包4小于充电座5数量。
根据本发明实施例的快速吊装式换电站，在换电完成后，电池仓3设置在停车台的一侧时，机器人运行到电池仓3对侧区域放下电池，下次换电两个吊具6反向运行即可。电池仓3两侧布置时，换电完成后停在就近待机位9。
根据本发明的一个实施例，电池仓3设置在停车台的两侧时，如图5-6所示，可设置设置两台换电机器人7，在停车台两侧电池仓3内各布置一台，其中一台换电机器人7先进行待机位9定位，将车辆8上空电池包4抓取并移动离开，另一换电机器人7抓取电池仓3满电池包4到待机位9放下电池包4，完成换电。
根据本发明的一个实施例，待机位9下方设置防掉落平台10；停车台位于防掉落平台10之间。
根据本发明实施例的快速吊装式换电站，池包防跌落平台可只在待机位9下方布置，也可以在换电站电池仓3布置位置整体布置，在换电站电池仓3布置位置整体布置时，跌落平台下方可设置维修通道及电池包4沉水池，有效防止维修过程中发生的砸伤风险。待机位9电池距防止跌落平台的高度一般为5-10cm，也可根据实际运营需求调整。
根据本发明的一个实施例，换电站内设置凹陷行车道；凹陷行车道为以地平线为平面，向下挖出的容纳换电车辆8的坑道式停车台；待机位9下方设置布置防震板。
根据本发明实施例的快速吊装式换电站，凹陷行车道为船型结构包括两端的缓坡段和缓坡段之间的平台段；凹陷行车道最深高度平台段到地平线距离为3-4米，缓坡段的坡度小于20%。本发明中凹陷行车道宽度为车宽度+1m，凹陷行车道的坡度满足车辆8空载爬坡需求。凹陷行车道底部两侧挖设排水沟，并在排水沟内设置排水系统。本发明中排水系统至少包括设置备用水泵，在必要时进行排水作业。凹陷行车道内设置自动升降台，换电车辆8停至于自动升降台上，在凹陷行车道内实现上下升降。充电座5的高度不低于与换电车辆8进入凹陷行车道最底部时的换电车辆8的车顶高度。行车梁2的高度至少为充电座5距离地平线的高度、行车装置底部距离行车梁2高度和电池包4高度三者之和。
根据本发明的一个实施例，支撑结构1包括以地平线为基准的上层建筑支撑架以及以地平线为基准的下层建筑地基，地基设置在支撑架的下方；支撑架为若干个分别对称设置在行车梁2四周。
根据本发明的第二个目的提出了一种快速吊装式换电站换电系统，如图7所示至少包括站控系统；
与车辆8换电系统连接的信号连接系统；
换电机器人7换电系统；与站控系统连接，接收并响应站控系统动作指令；
电池仓3系统；与站控系统连接，完成电池包4充电，并反馈电池包4电量信号。
本实施例中将设置一台换电机器人7由两个吊具6组成。换电站换电系统流程为车辆8进入换电站，车辆8开启换电开关，车辆8与站控系统通过信号连接系统进行信号连接，其中本实施例中信号连接系统为蓝牙系统，车辆8换电系统使得车辆8锁止机构打开，站控系统接收到车辆8解锁信号，下发指令，电池仓3系统使得电池仓3断电，且将电池仓3内电池包4充电电量信号反馈到站控系统，站控系统控制换电机器人7换电系统开启换电机器人7换电开关，根据电池包4充电电量信号电池仓3，其中一个吊具6抓取满电池后，换电机器人7移动使另一吊具6定位并抓取车辆8空电池包4，根据定位信息放下满电池包4，完成换电，车辆8驶出后，换电机器人7移动使放下空电池，进行充电。
根据本发明的一个实施例，换电机器人7换电系统接收站控系统动作指令，就近抓取充电量最多的电池包4。
根据本发明的一个实施例，本实施例电池仓3设置在停车台的两侧设置两台换电机器人7，本实施例需要换电机器人换电系统根据站控系统及两台换电机器人反馈的信号，发送指令，让两台换电机器人分别完成自己的动作，配合完成整体换电过程。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
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