换电装置及换电站的制作方法

1.本实用新型涉及换电技术领域，尤其涉及一种换电装置及换电站。


背景技术：

2.电池续航问题是影响新能源车辆发展的主要因素，目前，领域内主要从两方面克服电池续航难题，一方面，通过快充技术缩短充电时间，满足用户续航要求；另一方面，通过设置换电站，在换电站内快速完成电池的更换，来满足用户续航需求。
3.目前，市场上的换电站在换电过程中，在待换电车辆停放于换电工位后，换电装置将待换电车辆上的亏电状态的电池包取出然后移送至充电仓，将亏电状态的电池包放置于充电仓后再从充电仓取出满电状态的电池包，之后将满电状态的电池包移送至换电工位才能够将满电状态的电池包安装于待换电车辆上，换电时间长，换电效率低。
4.因此，如何解决现有技术中的换电站存在的换电时间长、换电效率低的问题，成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。


技术实现要素：

5.本实用新型提供一种换电装置及换电站，用以解决现有技术中的换电站存在的换电时间长、换电效率低的缺陷，提高换电效率。
6.本实用新型提供一种换电装置，包括：
7.机械手，执行端设置有抓取机构，所述机械手和所述抓取机构配置为能够抓取、移送电池包并实现所述电池包在换电车辆和充电仓上的取放；
8.底座，设置于所述机械手的执行端的工作区域范围内，所述底座上设置有至少两个电池包放置位。
9.根据本实用新型提供的一种换电装置，所述底座和所述机械手设置为能够在换电工位和所述充电仓之间移动，所述换电装置还包括：
10.移动机构，用于驱使所述底座和所述机械手的移动。
11.根据本实用新型提供的一种换电装置，所述机械手的下端连接在所述底座上，所述移动机构包括：
12.导轨，设置在所述底座的下方，所述底座能够相对于所述导轨移动；
13.驱动组件，用于驱使所述底座相对于所述导轨移动。
14.根据本实用新型提供的一种换电装置，所述驱动组件包括：
15.滚轮，可定轴转动地与所述底座相连接，所述滚轮支撑在所述导轨上；
16.驱动件，用于驱使所述滚轮相对于所述底座转动。
17.根据本实用新型提供的一种换电装置，所述驱动组件包括：
18.伸缩组件，长度可伸缩调节，所述伸缩组件设置在所述底座与所述导轨之间，所述底座与所述导轨滑动配合，所述伸缩组件的第一连接端与所述导轨连接，第二连接端与所述底座连接。
19.根据本实用新型提供的一种换电装置，所述抓取机构包括：
20.顶抓机构，能够对所述电池包的顶部实施抓取动作；
21.侧抓机构，能够对所述电池包的侧面实施抓取动作；
22.所述机械手构造为执行端能够沿水平方向和竖直方向移动，所述顶抓机构和所述侧抓机构可选择地与所述机械手的执行端连接。
23.根据本实用新型提供的一种换电装置，所述抓取机构与所述机械手的执行端转动连接，转动轴线沿水平方向设置；
24.所述换电装置还包括：
25.驱动机构，用于驱使所述抓取机构相对于所述机械手的执行端转动。
26.根据本实用新型提供的一种换电装置，所述顶抓机构和所述侧抓机构均包括：
27.抓取组件，用于对所述电池包实施抓取动作；
28.回转支架，包括可相对转动的第一连接部和第二连接部，所述第一连接部与所述机械手的执行端转动连接，所述第二连接部与所述抓取组件连接，所述第一连接部和所述第二连接部的相对转动轴线与所述第一连接部相对于所述机械手的执行端的转动轴线垂直。
29.本实用新型还提供一种换电站，包括换电装置和充电仓，所述充电仓设置在所述换电装置的工作区域内，所述换电装置为上述的换电装置。
30.根据本实用新型提供的一种换电站，所述充电仓设置有多个，多个所述充电仓设置为两组，两组所述充电仓对称设置在所述换电装置的两侧。
31.本实用新型提供的换电装置中，通过机械手和抓取机构实现对电池包的抓取、移送和取放动作，底座设置在机械手的工作区域范围内，并且在底座上设置有至少两个电池包放置位。在换电间隙或没有换电任务时，利用机械手和抓取机构先将充电仓的满电状态的电池包取出并放置在电池包放置位上，并保证至少一个电池包放置位为空置状态。然后机械手驱使抓取机构移动至换电工位，等待待换电车辆的到来。待换电车辆在换电工位停放好后，机械手将待换电车辆的空电电池包取下并将空电电池包放置在底座上处于空置状态的电池包放置位上。机械手将空电电池包放置在电池包放置位上后，抓取底座上的满电状态的电池包，并将满电状态的电池包安装在待换电车辆上，从而完成一次换电过程。如此设置，充分利用了换电间隙以及没有换电任务的空余时间，且在换电过程中，避免了取下满电状态的电池包以及在充电仓与换电工位之间移送空电电池包和满电状态的电池包的过程，减少了待换电车辆的等待时间，换电时间短，有利于提高换电效率。
32.进一步，在本实用新型提供的换电站中，由于具备如上所述的换电装置，因此同样具备如上所述的各种优势。
附图说明
33.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1是本实用新型提供的换电装置的俯视图；
35.图2是本实用新型提供的换电装置从电池包顶部实施抓取动作的结构示意图；
36.图3是本实用新型提供的换电装置从电池包侧面实施抓取动作的结构示意图；
37.图4是本实用新型提供的换电站在充电仓呈直线分布时的俯视图一；
38.图5是本实用新型提供的换电站在充电仓呈直线分布时的俯视图二；
39.图6是本实用新型提供的换电站在充电仓呈弧形分布时的俯视图一；
40.图7是本实用新型提供的换电站在充电仓呈弧形分布时的俯视图一；
41.附图标记：
42.1：机械手；
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2：抓取机构；
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3：底座；
43.4：电池包放置位；
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5：导轨；
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6：顶抓机构；
44.7：侧抓机构；
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8：电池包。
具体实施方式
45.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
46.下面结合图1至图7描述本实用新型的换电装置。
47.如图1至图7所示，本实用新型实施例提供的换电装置，包括机械手1和底座3，在机械手1的执行端设置有抓取机构2，通过机械手1和抓取机构2能够实现对电池包8的抓取、移送以及在换电车辆和充电仓上的取放动作。
48.上述底座3设置在机械手1的工作区域范围内，并且在底座3上设置有电池包放置位4。电池包放置位4至少设置两个，至少一个用于放置亏电状态的电池包，其余用于放置满电状态的电池包。
49.在换电间隙或没有换电任务时，利用机械手1和抓取机构2先将充电仓的满电状态的电池包取出并放置在电池包放置位4上，并保证至少一个电池包放置位4为空置状态。
50.若底座3上设置两个电池包放置位4，则从充电仓取出一个满电状态的电池包放置在其中一个电池包放置位4上即可。
51.若底座3上设置有n个电池包放置位4，其中n≥3，则最多可以从充电仓取出(n-1)个满电电池电池包8放置在(n-1)个电池包放置位4上，剩余一个电池包放置位4处于空置状态即可。此种情况下，在换电任务繁忙时，可以减少在换电工位和充电仓之间往复移送电池包8的次数，节约时间。
52.将满电状态的电池包放置在电池包放置位4上后，控制机械手1驱使抓取机构2移动至换电工位，等待待换电车辆的到来。待换电车辆在换电工位停放好后，控制机械手1和抓取机构2将待换电车辆的亏电状态的电池包取下，并将亏电状态的电池包放置在底座3上处于空置状态的电池包放置位4上。
53.机械手1将亏电状态的电池包放置在电池包放置位4上后，抓取底座3上的满电状态的电池包，并将满电状态的电池包安装在待换电车辆上，从而完成了对待换电车辆的换电操作。
54.在完成上述换电过程后，再控制机械手1和抓取机构2将底座3上的亏电状态的电池包移送至充电仓，以对亏电状态的电池包进行充电。
55.如此设置，充分利用了换电间隙以及没有换电任务的空余时间，且在换电过程中，避免了取下满电状态的电池包以及在充电仓与换电工位之间移送亏电状态的电池包和满电状态的电池包的过程，减少了待换电车辆的等待时间，换电时间短，有利于提高换电效率。
56.底座3和机械手1设置为能够在换电工位和充电仓之间移动，即，底座3和机械手1在换电站中的位置可以移动，以增加换电装置的工作区域范围，能够允许设置数量更多的充电仓。上述换电装置还包括移动机构，用于驱使底座3和机械手1的移动。
57.具体可以仅使机械手1移动，底座3固定设置在换电工位附近；也可以使底座3随机械手1同步移动。
58.本实用新型实施例中，将机械手1设置在底座3上，使机械手1和底座3同步移动。上述移动机构包括导轨5和驱动组件，导轨5设置在底座3的下方，并使导轨5的位置固定，如利用地脚螺栓将导轨5固定在换电站的地面上。底座3能够相对于导轨5移动，从而带动机械手1移动。上述驱动组件设置在导轨5与底座3之间，用于驱使底座3相对于导轨5移动。
59.上述驱动组件包括滚轮和驱动件，滚轮可定轴转动地与底座3相连接，且滚轮支撑在导轨5上。驱动件与滚轮连接，用于驱使滚轮相对于底座3转动。滚轮支撑在导轨5上，通过驱动件驱使滚轮相对于底座3转动时，在滚轮与导轨5之间的摩擦力的作用下，滚轮沿导轨5滚动。滚轮在转动的过程中，具有沿导轨5长度方向的位移，从而带动底座3沿导轨5移动，机械手1随底座3同步移动。
60.可选实施例中，还可以使底座3直接与导轨5滑动配合，此时，上述驱动组件包括长度可伸缩调节的伸缩组件，伸缩组件设置在底座3与导轨5之间。伸缩组件具有能够相对移动的两个连接端，分别为第一连接端和第二连接端。将伸缩组件的第一连接端与导轨5连接，第二连接端与底座3连接。控制伸缩组件的伸缩动作，使伸缩组件的第一连接端和第二连接端相对移动，从而实现底座3相对于导轨5的移动。
61.需要说明的是，上述伸缩组件可以为气缸、液压缸和电动缸中的一种，具体可通过气压系统、液压系统和电路系统控制。对于气缸、液压缸和电动缸的伸缩动作的控制过程均为成熟的现有技术，此处不再赘述。
62.本实用新型实施例中，抓取机构2包括顶抓机构6和侧抓机构7，顶抓机构6能够对电池包8的顶部实施抓取动作，侧抓机构7能够对电池包8的侧面实施抓取动作。机械手1构造为执行端既能够沿水平方向移动，也能够沿竖直方向移动，上述顶抓机构6和侧抓机构7可选择地与机械手1的执行端连接。
63.参照图2和图3，在机械手1的执行端切换不同的抓取机构2，可以抓取不同结构的电池包8，本实用新型实施例中的换电装置的适应性强，对于不同换电形式的需求，无需设置不同结构形式的移送机构。
64.当对顶抓式换电站的需求量增加，对侧抓式换电站的需求量减小时，可以将侧抓式换电站的机械手1上的侧抓机构7更换为顶抓机构6，无需额外建立新的顶抓式换电站，且避免了侧抓式换电站的闲置。当对侧抓式换电站的需求量增加，对顶抓式换电站的需求量减小时，可以将顶抓式换电站的机械手1上的顶抓机构6更换为侧抓机构7，无需额外建立新
的侧抓式换电站，且避免了顶抓式换电站的闲置。如此，便于管理，且降低了成本。
65.需要说明的是，对于上述顶抓机构6和侧抓机构7在机械手1上的切换，可以设置自动更换机构进行更换，也可以通过人工更换的方式实现。
66.本实用新型实施例中，将抓取机构2与机械手1的执行端转动连接，并使抓取机构2相对于机械手1的执行端的转动轴线沿水平方向设置。机械手1驱使抓取机构2和电池包8移动的过程中，机械手1的末端臂节的倾斜角度不可避免的会发生变化，通过使抓取机构2相对于机械手1的转动，可以使电池包8在抓取机构2上保持水平姿态，以确保电池包8能够顺利地与插电接口插接或脱离插接。
67.为实现抓取机构2与机械手1的执行端之间的相对转动，本实施例中的换电装置还包括用于驱使抓取机构2相对于机械手1的执行端进行转动的驱动机构。驱动机构可以为长度可伸缩调节的伸缩件，伸缩件与机械手1的执行端和抓取机构2转动连接，形成伸缩件所在边的长度可调节的铰接三角形。通过调节伸缩件的长度，可以调节抓取机构2与机械手1的执行端之间的夹角。此处的伸缩件可以为气缸、液压缸和电动缸中的一种，具体可通过气压系统、液压系统和电路系统控制。对于气缸、液压缸和电动缸的伸缩动作的控制过程均为成熟的现有技术，此处不再赘述。
68.本实用新型实施例中的顶抓机构6和侧抓机构7均包括抓取组件和回转支架。抓取组件用于对电池包8实施抓取动作，回转支架设置在机械手1的执行端与抓取组件之间。回转支架包括可以相对转动的第一连接部和第二连接部，其中，第一连接部与机械手1的执行端连接，第二连接部与抓取组件连接。第一连接部与机械手1的执行端之间的连接为转动连接，转动轴线沿水平方向设置，通过第一连接部相对于机械手1执行端的转动，可以使电池包8在抓取机构2上保持水平姿态。
69.需要说明的是，第一连接部和第二连接部之间的转动连接可以通过回转支承实现，通过电机和齿轮传动机构与第二连接部传动连接，可以实现第二连接部相对于第一连接部的转动。
70.第二连接部和第一连接部的相对转动轴线与第一连接部相对于机械手1的执行端的转动轴线垂直，且与电池包8在抓取组件上的状态垂直。换电过程中，电池包8在抓取组件上处于水平状态，第二连接部和第一连接部的相对转动轴线沿竖直方向设置。通过第二连接部相对于第一连接部的转动，可以使抓取组件带动电池包8在水平面内转动。
71.当抓取机构2抓取亏电状态的电池包并移动至空置的充电仓上方时，如果亏电状态的电池包的长度方向与该空置的充电仓对电池包8的长度方向的要求不一致时，可以通过回转支架控制抓取组件转动，确保亏电状态的电池包的长度方向与该空置的充电仓对电池包8的长度方向的要求一致，保证抓取机构2抓取的亏电状态的电池包能够顺利放置于该空置的充电仓内，提高了抓取组件对电池包8的位置角度的适应性。
72.另一方面，本实用新型实施例还提供一种换电站，包括充电仓和上述任一实施例提供的换电装置，充电仓设置在换电装置的工作区域内。上述换电装置缩短了换电时间，提高了换电效率，从而解决了现有技术中的换电站存在的换电时间长、换电效率低的问题。本实用新型实施例中的换电站的有益效果的推导过程与上述换电装置的有益效果的推导过程大体类似，故此处不再赘述。
73.本实施例中，上述充电仓设置有多个，多个充电仓分为两组，两组充电仓对称设置
在换电装置的两侧。
74.每组充电仓均沿直线分布，并且两组充电仓的分布方向平行。此时，可将待换电车辆停放在两组充电仓的端部，如图4和图5所示。
75.可选实施例中，上述两组充电仓也可以沿弧形分布，如图6和图7所示。
76.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。