一種電動乘用車底盤電池更換系統(tǒng)及換電方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動乘用車底盤電池更換系統(tǒng)及換電方法。
【背景技術】
[0002]隨著環(huán)境污染和能源危機的加劇，電動汽車作為一種節(jié)能、環(huán)保的新型交通工具，已成為傳統(tǒng)汽車工業(yè)發(fā)展的方向。近年來，各國政府、企業(yè)投入大量資金，用于電動汽車研發(fā)和應用，電動汽車行業(yè)得到迅速發(fā)展。然而，由于電池密度和續(xù)航里程的技術瓶頸問題，嚴重阻礙了電動汽車技術的推廣應用。
[0003]目前，電動汽車能源補給主要有整車充電和機械換電兩種模式。充電模式包含慢充和快充兩種方法。慢充時間較長，快速充電對電池使用壽命影響較大，兩種方法都可能造成配網側的諧波污染，給電網造成破壞性影響。因此，整車充電模式存在較大的弊端。與整車充電相比，機械換電操作簡單，能夠在5-10分鐘內完成電動乘用車電池組的快速更換，實現(xiàn)了電能的迅速補給。同時，可在夜間對電池組進行集中充電，實現(xiàn)了電網負荷的“調峰儲能”，提高了電力設備的綜合利用效率，具有較高的推廣應用價值。
[0004]中國國家知識產權局已公開的發(fā)明專利CN200910090807.8中，闡述了一種用于電動乘用車底盤電池更換的方法，屬于機械換電方式的一種。其電動乘用車定位方式為:電動乘用車底部有四個剛性舉升支點，舉升執(zhí)行機構將電動乘用車固定支撐至輪胎離地的適當高度。此電池更換方法未涉及電動乘用車兩個自由度方向的精確定位，較大的定位誤差會嚴重影響到機器人電池更換作業(yè)的成功效率；更換車輛是否到達舉升點、保障措施并無描述。同時，對舉升支點(汽車、梁框、架焊接骨架)的支撐部位選擇要求較高，嚴重情況下可引起車輛發(fā)生側傾危險。
[0005]中國國家知識產權局已公開的發(fā)明專利CN201110199159.7中，闡述了一種用于電動乘用車底盤電池更換的方法，屬于機械換電方式的一種。其電動乘用車定位方式為:電動乘用車駛向換電高臺，通過V型槽實現(xiàn)X軸方向的定位，通過橡膠擋塊實現(xiàn)Y軸方向的定位。駕駛車輛駛上換電高臺，存在掉入鏤空換電操作洞內或單向滑落換電平臺危險。同時，粗放的V型槽車體墜入和橡膠擋塊推移定位方式都可造成車體部件的損壞。
[0006]中國國家知識產權局已公開的發(fā)明專利CN201210222438.5中，闡述了一種用于電動乘用車底盤電池更換的方法，屬于機械換電方式的一種。其電動乘用車定位方式為:電動乘用車駛向換電高臺，通過V型槽實現(xiàn)X軸方向的定位；換電機器人通過傳感器確定電動乘用車X/Y位置信息，并進行相應姿態(tài)調整和電池更換。電動乘用車定位粗放，換電機器人需根據(jù)具體車體位置信息，進行多軸位置姿態(tài)調整，給換電過程造成困難，耗費了大量時間。
[0007]因此，現(xiàn)有的電池更換方式存在以下技術不足:
[0008]1.目前，電動乘用車電池更換方式多采用換電高臺，車輛行駛上沒有防護的換電高臺，容易造成車體滑落危險；
[0009]2.電動乘用車定位不準確，導致?lián)Q電機器人需結合車體位置信息，進行各自由度方向的調整，耗費大量時間，造成了電池更換過程的過于復雜；
[0010]3.車體定位簡單粗放。四個剛性舉升定位的方式，在未進行準確車體準確定位情況下，將車體升高到脫離地面位置，對舉升支點承重要求較高，換電過程容易造成側傾危險；v行槽配合橡膠擋塊定位的方式，V型槽車體顛簸和橡膠擋塊推移定位都可造成車體部件的損壞。

【發(fā)明內容】

[0011]本發(fā)明為了解決上述電池更換系統(tǒng)過程復雜，交互困難，限位困難，時間過長等問題，提出了一種電動乘用車底盤電池更換系統(tǒng)及換電方法，該方法能夠解決現(xiàn)有電動乘用車底盤電池更換模式(機械換電)存在問題。
[0012]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案:
[0013]一種電動乘用車底盤電池更換系統(tǒng)，包括換電平臺和換電機器人，其中，換電平臺上沿X軸方向設置有換電區(qū)，換電區(qū)為中空結構，換電區(qū)兩側設置有傳送機構，換電區(qū)端點處分別設有一車輪固定機構，車輪固定機構高度可調，將車輪進行X、Z軸方向的準確定位，每個車輪固定機構的內側設置有一個旋轉機構，旋轉機構通過旋轉滾軸可實現(xiàn)車輛沿X、Y軸方向上的移動，換電區(qū)的X軸方向上設有兩個光電傳感器，兩個光電傳感器分別設置于換電區(qū)的前、后端，換電機器人裝置固定于換電平臺下端，為換電區(qū)的電動乘用車更換電池。
[0014]所述傳動機構分別位于換電平臺兩側，分別與伺服驅動器鏈接，由伺服電機驅動。
[0015]所述旋轉機構為一圓柱形結構，固定安裝在換電平臺上，旋轉機構設有滑動滾軸，旋轉機構與伺服驅動器連接，由伺服電機驅動，可實現(xiàn)滾軸X軸及旋轉90°后的Y軸運動。
[0016]所述旋轉機構可進行升降運動及90°旋轉運動，包括安裝法蘭，大、小齒輪設置于安裝法蘭上，大齒輪與圓柱形旋轉機構同心，伺服電機上端安裝小齒輪，大小齒輪機械嚙合，旋轉伺服電機通過驅動小齒輪，實現(xiàn)旋轉機構90°旋轉；
[0017]所述旋轉機構下端布置有升降伺服電機、蝸輪、蝸桿以及連接裝置，伺服電機帶動蝸桿旋轉，實現(xiàn)旋轉機構升降運動。
[0018]所述車輪固定機構固定安裝在換電平臺上，位于旋轉機構外側，為三角柱體結構。
[0019]所述車輪固定機構與伺服驅動器連接，由伺服電機驅動，車輪固定機構可上升到固定高度，實現(xiàn)車輪在X/Z軸兩個方向的精確定位，可有效避免電池組在更換過程中的車體下墜及X軸方向移動。車輪固定機構可使電動乘用車車輪始終處于換電平臺水平高度上。車輪固定機構升降運動機械結構與旋轉機構類似，不再贅述。
[0020]所述換電平臺安裝有前后兩個光電傳感器，電動乘用車前端觸發(fā)第一個光電傳感器，車體進入換電區(qū)；當電動乘用車前端觸發(fā)第二個光電開關，后端不再觸發(fā)第一個光電傳感器，車體完全處于換電區(qū)位置。傳動機構停止運動，電動乘用車完成X軸方向粗定位。[0021 ] 所述換電機器人裝置包括換電機器人和電池傳送裝置，所述電池傳送裝置設置于換電平臺下端Y軸方向。
[0022]所述換電機器人固定于換電區(qū)下端，可進行Z軸方向垂直舉升運動。通過電池托盤壓力傳感器信號的變化，配合實現(xiàn)電池的更換。
[0023]所述換電機器人，包括舉升裝置、電池托盤和檢測模塊，所述檢測模塊設有DMP傳感器、壓力傳感器、光電傳感器和超聲傳感器，DMP傳感器、超聲傳感器位于換電機器人電池托盤一側，壓力傳感器位于電池托盤上端，光電傳感器位于換電機器人零點、極限位置處，舉升裝置實現(xiàn)電池托盤的升降。
[0024]所述DMP傳感器與電動乘用車電池組底部的圓形反光板相交互，獲取車體的X/Y軸方向的位置信息，計算并調整標識點與靶點的位置偏差。
[0025]所述超聲傳感器用于測量電池托盤與電動乘用車Z軸方向的高度，實現(xiàn)換電機器人電池托盤上升或下降到固定高度位置。
[0026]所述壓力傳感器通過電池托盤壓力值變化，用于判斷電動乘用車電池組是否解鎖，將相關信息傳導至上位機控制系統(tǒng)。
[0027]所述電池傳送裝置位于Y軸方向，分別與伺服驅動器鏈接，由交流伺服電機驅動。
[0028]所述換電平臺和換電機器人裝置均含有一套控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)包括一臺主電控柜和操作臺，主電控柜的內部安裝有PLC控制模塊、擴展模塊、電源模塊和供電系統(tǒng)，操作臺安裝有顯示模塊和操控按鈕；所述的PLC控制模塊與顯示模塊之間通過PR0FIBUS-DP總線連接通訊；所述車輛檢測裝置及DMP、壓力傳感器、超聲傳感器與PLC控制模塊連接。
[0029]所述換電平臺和換電機器人的控制系統(tǒng)均與上位機通訊連接，傳送相關車輛和電池信息，讀取相關控制操作指令。
[0030]基于上述系統(tǒng)的電池更換方法，包括以下步驟:
[0031]I)電動乘用車駛入水平換電平臺，車輛處于空擋滑行狀態(tài)，后臺上位機控制兩套傳送機構開始滾動，電動乘用車向前滑行；
[0032]2)電動乘用車前端觸發(fā)第一個