[發(fā)明專利]基于直角坐標機器人的電動乘用車底盤電池快換系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110140447.5
• 申請日: 2011-05-27
• 公開（公告）號: CN102303588A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設計）人: 趙金龍;孫玉田;厲秉強;張華棟;孫勇
• 申請（專利權(quán)）人: 山東電力研究院
• 主分類號: B60S5/06
• 分類號: B60S5/06
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電動汽車電池更換機器人控制系統(tǒng)，特別涉及電動乘用車底盤電池自動、快速更換機器人的基于直角坐標機器人的電動乘用車底盤電池快換系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著世界能源及環(huán)境問題的日益嚴重，電能作為一種清潔能源廣泛應用于汽車領(lǐng)域，為電動汽車提供了廣闊的應用空間。然而，由于受到當前電池能量密度的限制，電動汽車的續(xù)航里程一般在一百公里至兩百公里之間，遠不如傳統(tǒng)汽車的續(xù)航里程。因此，能否快速為汽車提供能量補給，直接影響到電動汽車的推廣應用。對電池充電需要幾個小時才能完成，快速充電會對電池的壽命產(chǎn)生影響，同時，單個電池重，不利于人工更換。針對這一難題，研究能夠快速更換電池的機器人是解決汽車能量快速補給的唯一有效辦法。

現(xiàn)有的電動汽車能源補給方式主要有充電和換電兩種方式。充電模式的不足主要有滿充時間長；充電設備需要與長期停靠位置相結(jié)合，充電設施布局不靈活；在北方冬天寒冷氣候下無法進行室外充電；電池無統(tǒng)一維護管理，影響電池循環(huán)使用壽命等，與之相比，由于換電方式具有補充能源速度快(快速補電)、對電池壽命影響小、易實現(xiàn)商業(yè)化等顯著優(yōu)點，已獲得電動汽車廠商、電池廠商和充電運營商等的多方認同。

在中國新能源汽車產(chǎn)業(yè)政策密集出臺的背景下，國內(nèi)電動汽車充換電站市場快速起步，針對電動公交車、環(huán)衛(wèi)車等車型的自動換電技術(shù)已逐漸成熟。但受相關(guān)技術(shù)和行業(yè)發(fā)展成熟度的制約，電動乘用車的自動換電技術(shù)還處于探索發(fā)展階段。在此情形下，電動乘用車智能充換電服務網(wǎng)絡的發(fā)展必須依靠換電技術(shù)的創(chuàng)新，才能真正推動電動汽車行業(yè)的健康和可持續(xù)發(fā)展。

中國國家知識產(chǎn)權(quán)局專利號為CN101559758A的發(fā)明專利公開了一種用于底盤電池的快速更換系統(tǒng)，由于該系統(tǒng)只包含電池與車輛之間的連接部件，不具有任何定位導向裝置，因此系統(tǒng)無法實現(xiàn)電池的自動更換。專利號為CN201784595U的發(fā)明專利公開了一種電動汽車的電池自動更換系統(tǒng)，包含車輛定位平臺和舉升設備等，由于該系統(tǒng)的定位平臺只實現(xiàn)車輛在前后方向上的定位，當換電車輛的底盤與水平面有夾角時(底盤傾斜一定的角度)，則舉升設備舉升電池箱時將產(chǎn)生過舉升或舉升不到位的情況，從而使換電后的車輛存在安全隱患。同時該系統(tǒng)提出了底盤電池更換的方法，提出了利用傾斜平面銷的方式對電池進行定位，但是這種純機械的電池定位方式誤差大，沒有信息反饋，很容易損壞電池。其次，該系統(tǒng)沒有對電池自動識別的功能。

因此，需開發(fā)能夠?qū)崿F(xiàn)電池的自動識別和電池跟車輛底盤準確定位的控制系統(tǒng)和控制方法以實現(xiàn)對電動車輛快速、準確、安全的能量補給，從而促進電動汽車的推廣及應用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的研究目的就是為了克服上述缺陷，提供一種基于直角坐標機器人的電動乘用車底盤電池快換系統(tǒng)，通過換電平臺可實現(xiàn)換電車輛的自動定位，通過快換機器人可實現(xiàn)電池的快速、準確地拆卸和安裝，從而為電動乘用車充換電站提供了一種方便、快捷、經(jīng)濟的電池更換方式，彌補了整車充電時間過長的不足，大大提高電動汽車的行駛里程，為電動汽車長時間續(xù)航出行提供了可能，它還能夠?qū)﹄姵刈藨B(tài)調(diào)整，電池自動識別以及能夠快速、準確、安全的對車輛電池進行更換，實現(xiàn)對直角坐標機器人的三個方向的控制，對電池小角度糾偏和定位及跟主控系統(tǒng)之間的信息交互。

為了實現(xiàn)上述內(nèi)容，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于直角坐標機器人的電動乘用車底盤電池快換系統(tǒng)，它包括換電平臺，換電平臺與快換機器人以及充電架在同一直線上；所述快換機器人包括電池托盤和四自由度的直角坐標機器人，所述直角坐標機器人包括X軸直線定位系統(tǒng)、Z軸升降平臺、Y軸伸縮平臺、R軸角度糾偏系統(tǒng)，X軸直線定位系統(tǒng)包括X軸雙軌齒條，Z軸升降平臺包括Y軸雙軌齒條，R軸角度糾偏系統(tǒng)包括R軸驅(qū)動電機；X軸雙軌齒條兩端分別延伸到換電平臺和充電架處；Z軸雙軌齒條與X軸雙軌齒條垂直活動連接，Y軸雙軌齒條垂直活動安裝在Z軸雙軌齒條上；在X軸雙軌齒條上設有與之配合的X軸驅(qū)動電機，在Y軸雙軌齒條上設有與之配合的Y軸驅(qū)動電機，在Z軸雙軌齒條上設有與之配合的Z軸升降電機，電池托盤設置在Y軸雙軌齒條上，并與之配合的R軸驅(qū)動電機連接；各驅(qū)動電機均與相應的編碼器連接，各編碼器與相應的驅(qū)動器連接；在電池托盤上設有測距傳感器，在各雙軌齒條兩端設有相應限位開關(guān)；各驅(qū)動電機的驅(qū)動器、各限位開關(guān)、測距傳感器均與控制系統(tǒng)連接。

所述X軸驅(qū)動電機、Y軸驅(qū)動電機、Z軸升降電機和R軸驅(qū)動電機均為步進電機，其上分別設有與各相應雙軌齒條配合的齒輪。