具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

下面结合图1-图11描述本发明的一种电动车换电系统、换电站及换电方法。

如图1至图4所示，本实施例提供一种电动车换电系统，包括：换电工位1、电池仓库3及移载装置2；换电工位1用于供电动车停靠，并进行电池总成5的更换；电池总成5设于电动车的底盘4的下侧，电池总成5与底盘4通过锁止装置连接；电池仓库3设有多个存放工位31，存放工位31用于存放电动车卸下的电池总成5，并对电池总成5充电；移载装置2用于实现电动车卸载的电池总成与电池仓库3存放的电池总成在换电工位1与存放工位31之间的移位；其中，锁止装置包括第一状态与第二状态，在所述第一状态，底盘4与电池总成5连接，在所述第二状态，底盘4与电池总成5分离。

具体地，本实施例通过设置换电工位1、电池仓库3及移载装置2，可控制锁止装置处于第二状态时，由移载装置2将电动车卸载的电池总成5从换电工位1移载至电池仓库3内空置的存放工位31，并通过存放工位31对电动车卸载的电池总成5进行充电；然后，由移载装置2将电池仓库3内储能状态达到预设条件的电池总成5从存放工位31移载至换电工位1，再控制锁止装置切换第一状态，以实现将储能状态达到预设条件的电池总成5安装于电动车的底盘4。

由此可见，由于电池总成5设于电动车的底盘4，电池总成5布置的重心低，并具有充裕的布置空间，从而本实施例所示的换电系统可便捷地对电动车的底盘4进行电池总成5的换电操作，不仅占地空间小，安全可靠，而且可满足不同电力需求的电动车的换电作业。

在此应指出的是，本实施例所示的移载装置2可理解为，能够实现在存放工位31与换电工位1之间往复地进行电池总成的移位作业的机器人、移载车辆等，在此不作具体限定。

本实施例所示的电池仓库3可设置一个或多个，在此不作具体限定。其中，电池仓库3内的多个存放工位31可沿三个彼此垂直的方向呈立体空间阵列排布。如此，在尽可能地增大电池总成5的存放数量的同时，还便于电池总成5的移载。

本实施例所示的锁止装置既可以设于电动车的底盘4，也可以设于电池总成5。锁止装置可以采用本领域公知的伸缩驱动机构，例如：伸缩驱动机构具体可以为电动推杆或气缸。在伸缩驱动机构处于第一状态时，伸缩驱动机构的伸缩端处于伸出状态，基于伸缩端的限位作用，可实现电动车的底盘4与电池总成5之间的限位连接；在伸缩驱动机构处于第二状态时，伸缩驱动机构的伸缩端处于回缩状态，可解除电动车的底盘4与电池总成5之间的限位连接，以实现电池总成5的卸载。

其中，本实施例所示的电池总成5包括电池框架与电池包，在电池框架装有多个电池包。在实际应用中，可根据电动车的电力需求，确定电池框架装载的电池包的数量。

如图1至图3所示，本实施例所示的移载装置2包括换电中转车21；换电中转车21能够沿第一方向在换电工位1与电池仓库3之间移动；电池仓库3上的多个存放工位31分别沿第一方向与第二方向排布呈阵列状，第一方向与第二方向垂直；在沿第二方向排布的多个存放工位31能够驱动电池总成5沿第一方向和/或第二方向依次在各个存放工位31上移位。

进一步地，本实施例在换电中转车21移动至换电工位1的情况下，换电中转车21位于底盘4的下侧，以用于承接电动车卸载的电池总成或将换电中转车21上的电池总成移送至底盘4；在换电中转车21移动至电池仓库3的情况下，换电中转车21能够与沿第一方向排布的多个存放工位31当中的任一者对应，以用于承接存放工位31上的电池总成或将换电中转车21上的电池总成移送至存放工位31。其中，本实施例所示的电池仓库3上的多个存放工位31可排布为一个层位，以便换电中转车21实现电池总成5在存放工位31与换电工位1之间的移位。

具体的，在电动车停靠于换电工位1时，本实施例所示的换电中转车21可移动至电动车的底盘4的下侧，以承接电动车卸载的电池总成5；然后，换电中转车21承载着电池总成5移动至沿第一方向排布的一个空置的存放工位31，并将换电中转车21上的电池总成移送至存放工位31。

相应地，在进行电池总成5的组装时，换电中转车21移动至沿第一方向排布且储能状态达到预设条件的电池总成5所在的存放工位31，从存放工位31上承接电池总成5，并承载着电池总成5移动至换电工位1，然后，将电池总成移送至底盘4，以便通过锁止装置进行电池总成5的定位组装。

如图5所示，为了便于实现电池总成5在换电工位1与存放工位31之间的移位，本实施例所示的换电中转车21包括移动底座211、升降平台212与第一输送线213；升降平台212与第一输送线213分别设于移动底座211上；第一输送线213的输送方向沿第二方向；升降平台212相对于移动底座211所在的平面能够在第一高度位置与第二高度位置之间升降；在第一高度位置，升降平台212相对于移动底座211的高度大于第一输送线213相对于移动底座211的高度；在第二高度位置，升降平台212相对于移动底座211的高度小于第一输送线213相对于移动底座211的高度。

具体地，本实施例所示的第一输送线213可采用本领域公知的输送辊组件或输送轮组件。

本实施例所示的升降平台212包括举升杆与升降台架。举升杆可沿竖直方向伸缩，举升杆的固定端与移动底座211连接，举升杆的伸缩端与升降台架连接；举升杆可设置多个，且举升杆可采用本领域公知的电动推杆、气缸或液压缸。

与此同时，在升降台架进行第一高度位置与第二高度位置之间的升降移动时，为了避免升降台架与第一输送线213之间发生干涉，本实施例可在升降台架上设置避让缺口。其中，第一输送线213在移动底座211所在的平面的投影位于避让缺口在移动底座211所在的平面的投影的区域内。

进一步地，本实施例所示的移动底座211上设有第一检测模块214，第一检测模块214与第一输送线213通讯连接。其中，本实施例所示的第一检测模块214可以为红外测距传感器或接近开关。

具体的，本实施例所示的第一检测模块214用于检测第一输送线213上的电池总成5相对于移动底座211的位置，第一输送线213可根据第一检测模块214反馈的位置信号，对电池总成5相对于移动底座211的位置进行精确地控制。如此，本实施例既可以确保换电中转车21对电池总成5移载的安全性，又便于在换电工位1及时有效地将换电中转车21承载的电池总成5组装至电动车的底盘4。

如图4与图5所示，为了实现电池总成5在换电中转车21与存放工位31之间的移位，本实施例所示的存放工位31设有第二输送线32；第二输送线32的输送方向沿第二方向；在换电中转车21与沿第一方向排布的多个存放工位31当中的任一者对应的情况下，第一输送线213与第二输送线32的相对端部连接，第一输送线213与第二输送线32所在的输送面齐平。

其中，本实施例所示的第二输送线32可以为本领域公知的输送辊组件、输送轮组件及皮带输送机构当中的任一种。为了确保电池总成5在各个存放工位31停靠位置的准确性，本实施例也可在各个存放工位31设置位置检测装置，并将位置检测装置与第二输送线32通讯连接。位置检测装置可以为上述实施例所示的红外测距传感器或接近开关等。

如图1所示，本实施例所示的电池仓库3上的多个存放工位31沿第三方向排布为多个层位，第三方向分别与第一方向及第二方向垂直；移载装置2还包括升降机22；升降机22设于电池仓库3的一侧，升降机22用于沿第三方向驱动换电中转车21移动至不同的层位。

其中，本实施例所示的升降机22可以为本领域公知的剪叉式升降机构。剪叉式升降机构可设置多个，并在换电中转车21移动至电池仓库3的情况下，本实施例可将多个剪叉式升降机构分为两组，并分设于换电中转车21的相对侧，以托举着换电中转车21移动至不同的层位。

进一步地，为了控制换电中转车21稳定地沿第一方向往复移动，本实施例所示的移载装置2还包括导轨23；导轨23设于电池仓库3的一侧，导轨23沿所述第一方向延伸；换电中转车21能够沿导轨23移动；换电中转车21具有设于导轨23上的第一状态及在升降机22的驱动下与导轨23分离的第二状态。

如图1所示，本实施例所示的换电工位1设有第一固定平台11、第二固定平台12及移动平台13；移动平台13能够沿第一方向在第一位置与第二位置之间移动；在第一位置，移动平台13位于第一固定平台11与第二固定平台12之间；在第二位置，移动平台13从第一固定平台11与第二固定平台12之间脱离。

具体地，本实施例通过设置移动平台13能够沿第一方向在第一位置与第二位置之间移动，在移动平台13位于第一位置时，由驾驶员控制电动车行驶至换电工位1上；在移动平台13位于第二位置时，由于移动平台13从第一固定平台11与第二固定平台12之间脱离，此时，本实施例可控制换电中转车21移动至第一固定平台11与第二固定平台12之间，以便对电动车执行换电操作。

进一步地，为了便于电动车行驶至换电工位1上，本实施例设置第一固定平台11远离第二固定平台12的一端及第二固定平台12远离第一固定平台11的一端当中的至少一者设为斜面结构。

如图1所示，本实施例所示的第一固定平台11、移动平台13及第二固定平台12的上表面均处于同一水平面，该水平面的高度高于地面。本实施例所示的第一固定平台11远离第二固定平台12的一端及第二固定平台12远离第一固定平台11的一端均设为斜面结构，并在移动平台13处于第一位置的情况下，第一固定平台11、移动平台13及第二固定平台12依次沿第二方向排布。

如此，本实施例便于驾驶员驾驶着电动车沿第二方向从换电工位1的一侧驶入换电工位1，并在对电动车执行换电操作后，便于从换电工位1的另一侧驶出换电工位1。

如图1所示，本实施例所示的电动车换电系统还包括：换电控制柜6与换电接插件7；换电控制柜6与换电接插件7的尾端电性连接，换电接插件7设于换电工位1的一侧；锁止装置设于电池总成5，并与电池总成5上的通电插座电性连接；换电接插件7的头端用于与通电插座插接。

具体地，在换电接插件7的头端与通电插座处于插接的情况下，本实施例所示的换电控制柜6与锁止装置建立通讯连接。

本实施例所示的换电控制柜6用于接收工作人员的第一指令输入，锁止装置响应于所述第一指令输入并切换至第二状态，以使得电动车的底盘4与所述电池总成5分离。与此同时，本实施例所示的换电控制柜6与锁止装置建立通讯连接。本实施例所示的换电控制柜6用于接收工作人员的第二指令输入，锁止装置响应于所述第二指令输入并切换至第一状态，以使得电动车的底盘4与电池总成5连接。

在此，本实施例所示的第一指令输入与第二指令输入可以为现场工作人员进行按压按钮与按压触摸屏上的虚拟按键的物理指令输入操作，也可以为现场工作人员通过语音、手势及其它方式进行的生物指令输入操作。

如图1所示，本实施例所示的电动车换电系统还包括：充电柜8。充电柜8与电池仓库3一一对应地设有多个。本实施例在电池仓库3的每个存放工位31均设有充电接入装置33；充电柜8分别与电池仓库3的各个存放工位31的充电接入装置33电性连接；在电动车卸下的电池总成5移载至存放工位31的情况下，充电接入装置33的充电头可选择性地与电池总成5的电极电性连接或分离。

其中，本实施例所示的充电接入装置33可以采用本领域公知的伸缩杆，伸缩杆的伸缩端设有充电接头与采样接头。在伸缩杆处于伸展状态的情况下，充电接头与采样接头分别与电池总成5的电极电性连接，从而可在通过充电接头对电池总成5进行充电的同时，由采样接头实时采集充电电压、充电电流、充电电量等充电参数。

相应地，在伸缩杆处于回缩状态的情况下，充电接头与采样接头分别与电池总成5的电极分离，在此，不再对电池总成5进行充电。

如图1所示，本实施例所示的电动车换电系统还包括：监控柜9；监控柜9分别与换电工位1、电池仓库3及移载装置2通讯连接。

具体地，本实施例所示的换电工位1设有第二检测模块，第二检测模块与监控柜9通讯连接，第二检测模块用于检测电动车在换电工位1的位置状态。其中，第二检测模块可以为本领域公知的摄像头、雷达、激光位移传感器等。

在对电动车进行换电时，如果电动车停靠的位置处于在换电工位1上预设区域之外，换电中转车21在执行换电时相对于电动车的位置会不准确，导致不能准确地对电池总成5进行卸载与组装。因此，在检测到电动车停靠的位置处于在换电工位1上预设区域之外时，需要驾驶员驾驶电动车重新进站。

与此同时，本实施例所示的监控柜9在与换电工位1通讯连接时，还便捷实时监控移动平台13在换电工位1所处的状态。并且，本实施例所示的监控柜9还对换电中转车21与升降机22的工作状态及电池仓库3内的各个电池总成5的存放状态、充电状态与储能状态进行监控，以便在相应环节发生异常的情况下，提示工作人员采取人为干预。

如图6所示，本实施例还提供一种如上所述的电动车换电系统的换电方法，包括：

步骤610，接收换电指令，响应于所述换电指令，获取电动车在换电工位上停靠的位置信息、电池仓库内各个存放工位上电池总成的存放状态信息与储能状态信息。

步骤620，在电动车停靠的位置处于预设区域内，且电池仓库具有空置的存放工位的情况下，确定当中一个空置的存放工位为第一目标工位，向移载装置输出回收电池指令，控制锁止装置切换至第二状态，由移载装置将电动车卸下的电池总成移载至第一目标工位。

步骤630，在电池仓库内电池总成的储能状态满足预设条件的情况下，确定当中一个满足所述预设条件的电池总成对应的存放工位为第二目标工位，向移载装置输出电池组装指令，由移载装置将电池总成从第二目标工位移载至换电工位，控制锁止装置切换至第一状态，以将充满电的电池总成装配至电动车的底盘。

具体地，本实施例通过设置换电工位、电池仓库及移载装置，可控制锁止装置处于第二状态时，由移载装置将电动车卸载的电池总成从换电工位移载至电池仓库内空置的存放工位，并通过存放工位对电动车卸载的电池总成进行充电；然后，由移载装置将电池仓库内储能状态达到预设条件的电池总成从存放工位移载至换电工位，再控制锁止装置切换第一状态，以实现将储能状态达到预设条件的电池总成安装于电动车的底盘。

由此可见，由于电池总成设于电动车的底盘，电池总成布置的重心低，并具有充裕的布置空间，从而本实施例所示的换电方法可便捷地对电动车的底盘进行电池总成的换电操作，不仅占地空间小，安全可靠，而且可满足不同电力需求的电动车的换电作业。

下面结合图7至图11，对本实施例所示的换电方法进行具体说明。

如图7所示，本实施例所示的换电方法在执行时，先对进站的电动车进行车辆识别，再进行车辆位置检测。若检测到电动车停靠的位置没有在预设区域内，则判定电动车的位置异常，需要重新进站检测。若检测到电动车停靠的位置处于预设区域内，则驾驶员控制车辆熄火。然后，换电站的工作人员启动换电控制，以使得换电站的相应设备执行换电流程，并在换电结束时通知司机出站。在执行换电流程的过程中，对从电动车卸下的电池总成执行配送流程，以将该电池总成移位至电池仓库相应的存放工位，并执行充电流程。最后，控制换电站的移载设备归位，并待机等待下一次指令。

在此应指出的是，若在执行换电流程、执行配送流程及执行充电流程中出现异常，换电站的控制系统发出请求人为干预的控制指令。

如图8所示，本实施例对电动车执行换电流程时，可具体参照如下步骤：

在电动车进站，收到一键启动换电指令后，换电站进行内部系统的自检，在系统自检正常的情况下，对电动车停靠在换电工位上的位置进行判断；在判定车辆位置正确时，控制换电工位的移动平台移动至第二位置，以使得移动平台从第一固定平台与第二固定平台之间脱离，并控制换电中转车移入电动车的底盘的下侧。

然后，控制换电中转车的升降平台举起，以托举于电动车上待卸载的电池总成的下侧。接着，控制换电接插件与电池总成上的通电插座连接，以建立换电控制柜与锁止装置之间的通讯连接。此时，换电控制柜可接收工作人员的第一指令输入，控制锁止装置切换至第二状态，也即，锁止装置解锁，使得电动车的底盘与电池总成分离。接着，解除换电接插件与通电插座之间的连接。

在换电中转车承接到电动车卸载的电池总成后，控制换电中转车的升降平台下降一段高度，但应确保升降平台的高度高于第一输送线。接着，控制换电中转车沿着导轨水平移动至电池仓库对应的空置的存放工位的下方。在存放工位处于电池仓库的底层时，可直接控制电池总成与对应的存放工位水平齐平，而在存放工位处于电池仓库的底层以上时，可借助升降机对换电中转车举升，以将电池总成上升至对应存放工位所在的层位。在控制电池总成向存放工位移位时，控制升降平台下降至第一输送线的下侧，以使得电池总成下落至第一输送线上，再启动第一输送线与第二输送线，以驱动电池总成沿第二方向移动至对应空置的存放工位上，在电池总成放置到位后，对该电池总成执行充电流程。

接着，在对电动车装配电池总成时，控制换电中转车定位到最先充满电的电池总成或者当前电量最高的电池总成(电池总成没有充满电)。然后，控制对应存放工位上的电池总成移位至换电中转车上，并驱使换电中转车沿着导轨水平移动至电动车的底盘的下侧，并定位。

接着，控制换电接插件与电池总成上的通电插座连接，以建立换电控制柜与锁止装置之间的通讯连接。此时，换电控制柜可接收工作人员的第二指令输入，控制锁止装置切换至第一状态，也即，锁止装置锁定电池总成，使得换电中转车上的电池总成组装于电动车的底盘。在此，需要解除换电接插件与通电插座之间的连接。

最后，控制换电中转车的升降平台下降，换电中转车从换点工位移出，移动平台移入第一固定平台与第二固定平台之间。然后，语音提示司机换电完成，并控制车辆驶离换电工位。

如图9所示，本实施例对移载装置执行回收电池指令时，可具体参照如下步骤：

首先，在判定电池仓库有空置的存放工位的情况下，控制换电中转车水平移动至对应空置的存放工位的下方，在判定电池仓库没有空置的存放工位，则请求人为干预对电池总成的回收。然后，根据空置的存放工位所处的层位，判断是否需要对换电中转车进行举升。在判定空置的存放工位为电池仓库的底层以上的层位时，控制举升机将换电中转车举升至相应的层位。接着，控制换电中转车的升降平台下降至第一输送线的下方，以使得电池总成下落至第一输送线上。接着，控制第一输送线与第二输送线启动，以驱动电池总成沿第二方向移位至空置的存放工位上。

如图10所示，本实施例对移载装置执行电池组装指令时，可具体参照如下步骤：

首先，判断电池仓库是否有荷电状态(SOC)达到100％的电池总成，如果有，则定位荷电状态最早达到100％的电池总成，并将换电中转车水平移动至对应存放工位的下方，如果没有，则定位当前荷电状态(SOC)最高的电池总成，并控制换电中转车水平移动至对应存放工位的下方；然后，根据对应存放工位所处的层位，判断是否需要对换电中转车进行举升，以使得换电中转车与对应的存放工位水平相对；接着，控制换电中转车的升降平台下降至第一输送线的下方，控制第一输送线与第二输送线同时启动输送，以使得存放工位上的电池总成移位至第一输送线上，再控制升降平台上升，将电池总成举升至第一输送线的上方；最后，控制换电中转车移动到电动车的底盘的下方，并控制锁止装置切换至第一状态，以使得换电中转车上的电池总成组装于电动车的底盘。

如图11所示，在电动车卸载的电池总成进入电池仓库的存放工位，并完成定位后，可对电池总成执行充电流程，可具体参照如下步骤：

首先，在判定存放工位的第二输送线处于停止状态时，向第一目标工位所在的充电接入装置输出充电接入指令，以使得充电接入装置的充电头与电池总成的电极电性连接；检测充电接入装置的接入状态、充电柜的变电状态及电池总成的储能状态，在接入状态、变电状态及储能状态均处于正常状态的情况下，启动对电池总成的充电；在对电池总成充电的过程中，检测电池总成的充电参数；在充电参数处于预设阈值范围内的情况下，若电池总成的荷电状态达到100％，向充电接入装置输出停止接入指令，以解除充电接入装置与电池总成之间的连接；在所述充电参数处于预设阈值范围之外的情况下，向工作人员输出请求人为干预充电的控制指令。

在此，应指出的是，本实施例所示的充电参数包括电池总成的充电电压、充电电流、温度及荷电状态等参数，以在对电池总成充电中执行过压保护、过电流保护及过温保护。在对电池总成执行充电流程时，若判定存放工位的第二输送线处于运行状态，则向工作人员输出请求人为干预充电的控制指令。

优选地，本实施例还提供一种换电站，包括：如上所述的电动车换电系统，或者可实现如上所述的换电方法。

具体地，由于换电站包括电动车换电系统，并可实现如上所述的换电方法，该电动车换电系统与方法具体参照上述实施例，由于该换电站采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，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发明各实施例技术方案的精神和范围。