龙门式换电架及其控制方法以及自动换电池系统与流程

本发明涉及电动汽车配套技术领域，具体而言涉及一种底盘后置电池箱的纯电动汽车快速换电池系统及其操作方法。

背景技术：

各类新能源汽车，尤其是纯电动出租车，在推广应用初期，都会遇到如何快速补充电能，减少因补充电能而停滞运营的时间，这是由于目前城市出租汽车两班制连续运行，两班中间人车交换时间非常短促的现状决定的。因此，普通插电式纯电动汽车都因为两班交接中需要几个小时的充点时间而不能被用户接受。

结构不尽相同的换电模式的纯电动汽车应运而生。如何快速更换电池的配套系统也出现了多套设计。从目前已进入运营的实例看，以地面建停车场、位，地下室内布置换电机械的结构较多，这种结构在地面上需要200到300平米的空间建停车场，地下也同样需要这样大的空间放置换电机械、存放电池箱，所需要的投资成本较高。

另一种常见的结构是在地面上建造一座桥形停车台架，车辆换电时先开上台架停下定位，再由桥洞下的换电机械进行换电作业，由于桥架高度要在0.5到0.7米左右，为了便于车辆能够驶入台架需要设置较长的引桥，如果引桥过长，需要占用的面积则增大；若引桥过短，则引桥的坡度较大，容易造成安全隐患，且车辆所消耗的电量增大。

技术实现要素：

本发明目的在于提供一种能够解决纯电动汽车运行中更换电池时间长，占用面积较大龙门式换电架。

本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求以另选或有利的方式发展独立权利要求的技术特征。

为达成上述目的，本发明提出一种龙门式换电架，所述换电架包括支撑装置、第一控制装置；

所述支撑装置用于支撑所述电动汽车，且所述支撑装置具有使电动汽车进入和驶出所述支撑装置的第一工作位置和将电动汽车内的亏电电池取出并放入充满电的电池的第二工作位置；

所述第一控制装置用于使支撑装置在第一工作位置和沿着与地面垂直方向运动的第二工作位置之间转换。

进一步地，前述支撑装置包括电动汽车行驶轨道架、轨道支撑架和升降台，其中：

所述电动汽车行驶轨道架用于使电动汽车按照轨道行驶并停止在需要换电池的位置；

所述轨道支撑架用于支撑所述电动汽车行驶轨道架，使得电动汽车行驶轨道架在从电动汽车进入所述电动汽车轨道架的第一工作位置移动到将电动汽车内的亏电电池取出并放入充满电池的第二工作状态时能够被可靠的固定；

所述升降台用于将电动汽车行驶轨道架从第一工作位置移动到第二工作位置。

进一步地，前述轨道支撑架对称设置且分别设置于凹槽形轨道的两端，所述轨道支撑架包括底板、拉杆、第一连接杆，其中所述底板位于凹槽形轨道的底部，使对称设置的凹槽形轨道通过底板连接为一个整体，所述底板通过设置于底板两侧的拉杆固定连接到第一连接杆，所述底板与拉杆相垂直，所述第一连接杆与所述拉杆相垂直。

进一步地，前述电动汽车行驶轨道架为对称设置的凹槽形轨道，所述凹槽形轨道上均设置有第一限位部和第二限位部，其中所述第一限位部用于限制电动汽车的前轮的位置，所述第二限位部用于限制电动汽车的后轮的位置，所述电动汽车沿着凹槽形轨道行驶，电动汽车的前轮和后轮分别与第一限位部和第二限位部接触。

进一步地，前述升降台包括对称设置的升降架，所述升降架均与对称设置的凹槽形轨道平行，所述升降架包括升降杆、固定杆、第二连接杆，所述升降杆套接于固定杆内，且升降杆能够沿着所述固定杆的内壁做垂直于地面的直线运动，所述固定杆固定于地面且与地面相垂直，所述固定杆和升降杆的数量为两个，所述两个固定杆之间通过第二连接杆连接，所述升降杆与第一连接杆固定连接，使所述支撑架所在平面与所述升降架所在平面相垂直。

进一步地，前述凹槽形轨道的两端面为喇叭状连接板。

进一步地，前述凹槽形轨道上均设置有第一限位部和第二限位部，其中所述第一限位部用于限制电动汽车的前轮的位置，所述第二限位部用于限制电动汽车的后轮的位置，所述电动汽车沿着凹槽形轨道行驶，电动汽车的前轮和后轮分别与第一限位部和第二限位部接触。

进一步地，前述第一限位部和第二限位部位于凹槽形轨道内侧的同一侧边或不同侧边。

进一步地，前述第一控制装置包括设置于升降台上的接触开关，所述接触开关包括挡块和行程开关，其中，当挡块与行程开关接触时，升降台停止工作，其中挡块设置于固定杆上，所述行程开关设置于凹槽形轨道上。

本发明另一方面提出一种自动换电池系统，所述系统包括前述的龙门式换电架。

本发明还提出一种龙门式换电架的控制方法，所述方法如下：

第一控制装置使所述支撑装置在第一工作位置停止；

将需要换电池的电动汽车驶入到支撑装置设定位置后关闭电动汽车能源；

第一控制装置使支撑装置沿着与地面相垂直的方向向上移动到第二工作位置并停止；

为电动汽车换上充满电的电池；

第一控制装置使所述支撑装置沿着与地面相垂直的方向向下移动到第一工作位置并停止，发动电动汽车并使之驶离支撑装置。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明的快速换电池系统的支撑装置的结构示意图。

图2是本发明的快速换电池系统的换电小车换电过程中的结构示意图。

其中，附图中的序号名称为：1、凹槽形轨道，2、第一(第二)限位部，3、升降架，4、第一(第二)导轨，5、亏电电池操作台，6、充满电的电池，7、亏电电池，8、电动汽车，9、第二挡块，10、第一挡块，11、第三挡块，12、挡块，13、第二连接杆，14、固定杆，15、升降杆，16、充满电的电池操作台，20、底板，21、拉杆，22、第一连接杆。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

如图1和图2所示，一种龙门式换电架，所述换电架包括支撑装置、第一控制装置、电源；电源分别与支撑装置、第一控制装置相连接，电源用于为支撑装置、第一控制装置提供电能，所述支撑装置用于支撑所述电动汽车，且所述支撑装置具有使电动汽车进入和驶出所述支撑装置的第一工作位置和将电动汽车内的亏电电池取出并放入充满电的电池的第二工作位置；支撑装置与第一控制装置相连接，所述第一控制装置用于使支撑装置在第一工作位置和沿着与地面垂直方向运动的第二工作位置之间转换。

作为优选的实施例，所述支撑装置包括电动汽车行驶轨道架、轨道支撑架和升降台，其中：所述电动汽车行驶轨道架用于使电动汽车按照轨道行驶并停止在需要换电池的位置。

当支撑装置处于第一工作位置时，所述电动汽车行驶轨道架与地面相接触。

所述轨道支撑架用于支撑所述电动汽车8行驶轨道架，使得电动汽车8行驶轨道架在与地面相接触的第一工作位置和将电动汽车8内的亏电电池7取出并放入充满电的电池6的第二工作位置之间转换时能够被可靠的固定。

所述升降台用于使电动汽车行驶轨道架在第一工作位置和第二工作位置之间转换。

作为进一步的实施例，所述电动汽车行驶轨道架为对称设置的凹槽形轨道1，所述凹槽形轨道1上均设置有第一限位部2和第二限位部2，其中所述第一限位部2用于限制电动汽车8的前轮的位置，所述第二限位部2用于限制电动汽车8的后轮的位置，所述电动汽车8沿着凹槽形轨道1行驶，电动汽车8的前轮和后轮分别与第一限位部2和第二限位部2接触。

第一限位部2和第二限位部2分别为设置于凹槽形轨道1内侧的凸起部，其中根据所选用的汽车的前后轮距的不同，所述第一限位部2和第二限位部2可以位于凹槽形轨道1内侧的同一侧边或不同侧边，所述第一限位部2和第二限位部2能够将驶入凹槽形轨道1内的车辆可靠定位，当电动汽车8的前轮和后轮分别与所述第一限位部2和第二限位部2接触时，电动汽车8停到固定的停车位置。

作为进一步的实施例，所述凹槽形轨道1的两端面为喇叭状连接板，所述喇叭状的连接板用于对电动汽车8进行导向，使的电动汽车8能够快速简便的驶入所述凹槽形轨道1，对驾驶人员的技术无太高要求，即使是驾驶新手也能够将电动汽车8准确的停到固定的位置。

一种自动换电池系统，所述快速换电池系统包括支撑装置、第一控制装置、换电装置、第二控制装置、电源，其中：电源分别与支撑装置、第一控制装置、换电装置、第二控制装置相连接，电源用于为支撑装置、第一控制装置、换电装置、第二控制装置提供电能，所述支撑装置用于支撑所述电动汽车，且所述支撑装置具有使电动汽车8进入和驶出所述支撑装置的第一工作位置和将电动汽车8内的亏电电池7取出并放入充满电的电池6的第二工作位置。

支撑装置与第一控制装置相连接，所述第一控制装置用于使支撑装置在第一工作位置和沿着与地面垂直方向运动的第二工作位置之间转换。

所述换电装置用于将电动汽车8内的亏电电池7取出并放入充满电的电池6，所述换电装置设置于铺设于地面的导轨上，所述换电装置可沿着导轨移动，使其具有将亏电电池7从电池箱取出的位置以及将充满电的电池6放入电动汽车8的位置。

换电装置与第二控制装置相连接，第二控制装置用于使换电装置从远离支撑装置的位置运动到将电动汽车8内的亏电电池7从电池箱取出放入充满电的电池6后并回到远离支撑装置的位置。

所述第一控制装置上设置有使支撑装置沿着与地面相垂直的直线向上运动的按钮和使支撑装置沿着与地面相垂直的直线向下运动的按钮。

作为优选的实施例，所述支撑装置包括电动汽车行驶轨道架、轨道支撑架和升降台，其中：所述电动汽车行驶轨道架用于使电动汽车按照轨道行驶并停止在需要换电池的位置。

当支撑装置处于第一工作位置时，所述电动汽车行驶轨道架与地面相接触。

所述轨道支撑架用于支撑所述电动汽车8行驶轨道架，使得电动汽车8行驶轨道架在与地面相接触的第一工作位置和将电动汽车8内的亏电电池7取出并放入充满电的电池6的第二工作位置之间转换时能够被可靠的固定。

所述升降台用于使电动汽车行驶轨道架在第一工作位置和第二工作位置之间转换。

作为进一步的实施例，所述电动汽车行驶轨道架为对称设置的凹槽形轨道1，所述凹槽形轨道1上均设置有第一限位部2和第二限位部2，其中所述第一限位部2用于限制电动汽车8的前轮的位置，所述第二限位部2用于限制电动汽车8的后轮的位置，所述电动汽车8沿着凹槽形轨道1行驶，电动汽车8的前轮和后轮分别与第一限位部2和第二限位部2接触。

第一限位部2和第二限位部2分别为设置于凹槽形轨道1内侧的凸起部，其中根据所选用的汽车的前后轮距的不同，所述第一限位部2和第二限位部2可以位于凹槽形轨道1内侧的同一侧边或不同侧边，所述第一限位部2和第二限位部2能够将驶入凹槽形轨道1内的车辆可靠定位，当电动汽车8的前轮和后轮分别与所述第一限位部2和第二限位部2接触时，电动汽车8停到固定的停车位置。

作为进一步的实施例，所述凹槽形轨道1的两端面为喇叭状连接板，所述喇叭状的连接板用于对电动汽车8进行导向，使的电动汽车8能够快速简便的驶入所述凹槽形轨道1，对驾驶人员的技术无太高要求，即使是驾驶新手也能够将电动汽车8准确的停到固定的位置。

作为进一步的实施例，所述轨道支撑架对称设置且分别设置于凹槽形轨道1的两端，所述轨道支撑架包括底板20、拉杆21、第一连接杆22，其中所述底板20位于凹槽形轨道1的底部，使对称设置的凹槽形轨道1通过底板20连接为一个整体，所述底板20通过设置于底板20两侧的拉杆21固定连接到第一连接杆22，所述底板20与拉杆21相垂直，所述第一连接杆22与所述拉杆21相垂直。

作为进一步的实施例，所述升降台包括对称设置的升降架，所述升降架均与对称设置的凹槽形轨道1平行，所述升降架包括升降杆15、固定杆14、第二连接杆13，所述升降杆15套接于固定杆14内，且升降杆15能够沿着所述固定杆14的内壁做垂直于地面的直线运动，所述固定杆14固定于地面且与地面相垂直，所述固定杆14和升降杆15的数量为两个，所述两个固定杆14之间通过第二连接杆13连接，所述升降杆15与第一连接杆22固定连接，使所述支撑架所在平面与所述升降架所在平面相垂直。

其中所述升降杆15可以采用液压控制，也可采用齿轮齿条传动，或通过直线电机驱动升降杆使之实现直线升降运动。

当支撑装置处于第一工作位置时，电动汽车8驶入凹槽形轨道1，所述第一控制装置控制升降杆15使升降杆15向上运动到第二工作位置时，第一控制装置控制升降杆15停止运动，其中所述第一控制装置控制所述升降杆15停止运动可以通过限位开关实现，所述限位开关为接触式，所述固定杆14上设置有挡块10，所述凹槽形轨道1上设置有行程开关，当行程开关的机械触头与挡块10相接触式时，第一控制装置使升降杆15停止运动，此时支撑装置处于第二工作位置；其中所述限位开关的安装方式不限于上述所述的安装方式，所述挡块和行程开关的位置可以互换，与此同时，所述限位开关不仅可采用接触式，也可采用非接触式，例如光电式、感应式或干簧管。

所述固定杆的底部设置有第三挡块11，所述第三挡块11与设置于凹槽形轨道1上的行程开关相接触时，所述行程开关发送信号给第一控制装置，使升降杆15停止运动，此时所述支撑装置处于第一工作位置。

作为进一步的实施例，所述换电装置包括换电小车、亏电电池操作台，充满电的电池操作台，其中：所述换电小车设置于铺设于地面的轨道上，换电小车上设置有亏电电池操作台5和充满电的电池操作台16，换电小车在第二控制装置的作用下实现从远离支撑装置的位置运动到将电动汽车8内亏电电池7从电池箱取出放入充满电的电池6后回到远离支撑装置的位置的移动。

所述亏电电池操作台5位于靠近支撑装置的位置，且所述亏电电池操作台5具有两个工作状态，所述工作状态分别为靠近地面的第一状态和沿着与轨道垂直方向向上运动取出亏电电池7的状态。

所述充满电的电池操作台16位于远离支撑装置的位置，且所述充满电的电池操作台16具有两个工作状态，所述工作状态分别为靠近地面的第二状态和沿着与轨道垂直方向向上运动到放入充满电的电池的状态。

其中所述亏电电池操作台5和充满电的电池操作台16的两个工作状态均通过第二控制装置实现。

作为进一步的实施例，所述铺设于地面的供换电小车移动的轨道为对称设置的第一导轨4和第二导轨4，所述第一导轨4和第二导轨4均与所述凹槽形轨道1相垂直，其中所述轨道可以为U形，所述换电小车的底部设置有与所述轨道相配合的滚轮；与此同时，所述轨道并不限于U形，所述轨道也可为铺设于地面的齿条结构，所述换电小车的底部设置有与所述轨道相配合的齿轮结构，所述齿轮通过电机驱动。

所述第二控制装置上设置有使换电小车沿着供换电小车移动的轨道靠近或远离支撑装置方向运动的按钮，还设置有使亏电电池操作台沿着与地面垂直方向向上或向下运动的按钮，还设置有使充满电的电池操作台沿着与地面垂直方向向上或向下运动的按钮。

作为进一步的实施例，所述亏电电池操作台5和充满电的电池操作台16均包括支撑面板、第二升降架，其中，所述第二升降架安装于所述换电小车上，所述第二升降架上设置有支撑面板，所述支撑面板用于支撑所述亏电电池7和充满电的电池6。

其中所述第二升降架可采用液压式也可采用剪叉式或其他可实现升降的方式，通过第二控制装置实现第二升降架沿垂直于地面的直线向上或向下移动。

所述第一导轨4和/或第二导轨4上设置有分别设置有第一挡块10和第二挡块9，所述第一挡块10与设置于亏电电池操作台5台底部的第一行程开关相接触，当所述第一挡块10与第一行程开关相接触时，第一行程开关发送信号给第二控制装置使之停止运动，此时所述亏电电池操作台5处于第一工作状态，操作第二控制装置，使亏电电池操作台5在第二升降架的作用下沿着与地面相垂直的直线向上运动到取出亏电电池7的状态，使亏电电池7从电动汽车的电池箱内取出，操作第二控制装置，使亏电电池操作台5沿着与地面相垂直的直线向下运动到第一工作状态。

操作第二控制装置，使换电小车继续向前运动，当所述第一挡块10与设置于充满电的电池操作台底部的第二行程开关相接触时，第二行程开关发送信号给第二控制装置，使换电小车停止运动，此时所述充满电的电池操作台16处于第二工作状态，操作第二控制装置，使充满电的电池操作台16沿着与地面垂直方向向上运动将放置于支撑面板上的充满电的电池6放置于电动汽车8电池箱内，此时所述充满电的电池操作台16处于放入充满电的电池6的状态，当充满电的电池6安装到所述电动汽车8的电池箱内时，第二控制装置使充满电的电池操作台16沿着与地面垂直方向向下运动到第二工作状态。

若此时第二控制装置发生误操作，使换电小车继续向前运动，当所述第二挡块9与第一行程开关相接触时，第一行程开关发送信号给第二控制装置，使换电小车停止运动，防止误操作时换电小车脱离供换电小车移动的轨道，提高了操作的安全性。

一种自动换电池系统的操作方法，所述方法为：第一控制装置使所述支撑装置在第一工作位置停止；第二控制装置使换电装置处于远离支撑装置的位置；将需要换电池的电动汽车8驶入到支撑装置设定位置后关闭电动汽车能源；第一控制装置使支撑装置沿着与地面相垂直的方向向上移动到第二工作位置并停止；第二控制装置使换电装置沿着铺设于地面的导轨向靠近支撑装置方向运动到将亏电电池7从电池箱取出的位置，所述换电装置将亏电电池7从电池箱取出；第二控制装置使换电装置沿着铺设于地面的导轨向靠近支撑装置方向运动到将充满电的电池6放入电动汽车的位置，所述换电装置将充满电的电池6放入电动汽车8内；所述第二控制装置使换电装置沿着铺设于地面的导轨向远离支撑装置方向运动使换电装置远离支撑装置；第一控制装置使所述支撑装置沿着与地面相垂直的方向向下移动到第一工作位置并停止，发动电动汽车8并使之驶离支撑装置。

由以上技术方案可知，本发明通过使用设置于地面的支撑装置支撑电动汽车，不需要设置桥形停车桥架，避免引桥长度过长或过短引起的安全和稳定隐患；本发明不需要在地面上建停车场，地下也不需要布置换电机械，设置存储电池箱的空间，降低了投资成本，提高车辆换电池过程中的安全性，且换电池速度快，不占用驾驶人员的时间，提高了工作效率。

换电小车将亏电电池和充满电的电池快速的安装到需要换电池的小车，定位准确，提高了安装的准确性。

通过第一控制装置和第二控制装置分别实现支撑装置和换电装置的移动，控制方便，结构简单。

由以上可知，本发明的龙门式换电架具有占地面积小，投资成本低，操作安全可靠，对于纯电动出租汽车迅速普及具有十分重要的作用。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。