用于换电设备的浮动对准装置和方法

摘要

本发明属于换电服务领域，具体涉及一种用于换电设备的浮动对准装置和方法。为了实现无需人工操作的情形下，使加解锁机构与电池上的锁止部精确对准的问题，本发明的浮动对准装置包括浮动部，其在外力介入的情形下能够在设定的范围内浮动；以及至少一个定位机构，其与所述浮动部为固定连接，并能够对所述外力进行限制；所述浮动部能够在该限制的约束下，通过浮动实现所述至少一个定位机构的对准。本发明解决了在不需要采用人力去对准的情形下，实现多个加解锁机构同时精确地对准电池锁止部的问题，为换电设备在电动汽车电池更换应用乃至整个换电站的研制奠定了基础。

权利要求

1.一种用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述浮动对准装置包括：浮动部，所述浮动部包括多个浮动牛眼和以自由接触的方式设置于所述多个浮动牛眼上的浮动板，在所述多个浮动牛眼的位置确定的情形下，所述浮动板能够在该多个浮动牛眼的限制下在水平面内浮动，并且，所述浮动板在外力介入的情形下能够在设定的范围内浮动；以及至少一个定位机构，其与所述浮动板为固定连接，并能够对所述外力进行限制；

所述浮动板能够在该限制的约束下，通过浮动实现所述至少一个定位机构的对准。

2.根据权利要求1所述的用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述定位机构包括定位销和驱动所述定位销的伺服电机，所述定位销与所述浮动板固定连接，在所述定位销插入电动汽车底部的定位孔的过程中，所述定位销由于该插入受到来自定位孔的反作用力，该反作用力能够带动所述浮动板在水平面内浮动。

3.根据权利要求2所述的用于换电设备的浮动对准装置，所述定位销包括主定位销和辅定位销，所述主定位销在所述伺服电机的驱动下插入电动汽车底部的定位孔，同时所述辅定位销抵靠到所述电动汽车底部。

4.根据权利要求2所述的用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述浮动对准装置还包括至少一个加解锁机构，该至少一个加解锁机构设置于所述浮动部；

在所述至少一个定位机构对准的情形下，所述加解锁机构能够与动力电池上的锁止部对准。

5.根据权利要求4所述的用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述加解锁机构与所述浮动板固定连接，在所述反作用力带动所述浮动板在水平面内浮动的过程中，所述浮动板能够带动所述加解锁机构在水平方向上浮动，以使所述加解锁机构与动力电池上的锁止部对准。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述浮动对准装置还包括固定板，所述多个浮动牛眼分别固定在所述固定板上，所述浮动板相对于所述固定板在水平面内浮动。

7.根据权利要求6所述的用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述浮动对准装置还包括复位机构，该复位机构能够与所述浮动板相连接，用于调整所述浮动板的位置。

8.根据权利要求7所述的用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述复位机构包括至少一个弹簧，所述弹簧设置于所述固定板与所述浮动板之间，在所述外力去除的情形下，所述浮动板能够回复到由所述弹簧的预紧力确定的初始位置。

9.根据权利要求8所述的用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述浮动板上设置有连接件，所述弹簧的一端连接到所述固定板，所述弹簧的另一端通过所述连接件连接到所述浮动板。

10.一种采用方案1至9中任一项的浮动对准装置来执行的浮动对准方法，其特征在于，该方法包括：使所述定位机构上升至与电动汽车底部的定位孔部分对准或完全对准的位置；

在所述定位机构与所述定位孔部分对准的情况下，使所述浮动部在水平面内浮动；

在使所述浮动部在水平面内浮动的同时或之后，使所述定位机构进一步上升至与所述定位孔完全对准的位置，从而使设置在所述浮动部上的加解锁机构与动力电池上的锁止部对准。

说明书

用于换电设备的浮动对准装置和方法

技术领域

[0001] 本发明属于换电服务领域，具体涉及一种用于换电设备的浮动对准装置和方法。

背景技术

[0002] 随着电动汽车的推广，如何及时有效地为电量不足的电动汽车提供电能补给已成为厂商和车主都非常关注的问题。而通过建立换电站对电动汽车进行换电的方式，即直接用充满电的动力电池更换能量已耗尽的动力电池，能够在分钟级的时间内完成电能的补给。因而换电方式是一种非常高效的电能补充方式。

[0003] 目前，用于换电站的换电设备的应用在国内尚处于起步阶段，换电设备的一个重要作用是通过对电池进行加解锁操作使电池固定/脱离电动汽车，以实现电动汽车电池的更换。目前的加解锁机构成本较高，通常还需要由人工对电池进行定位并找准加解锁位置，操作人员需要将加解锁机构与电池上的加解锁机构一一进行对准，耗时较长，而且操作人员的工作强度也较大。此外，使加解锁机构能够顺利对电池锁止部进行加解锁操作，加解锁机构与电池锁止部需要实现精确的对准，因而如何实现加解锁机构与电池锁止部的精确对准也是目前亟待解决的问题。

[0004] 因此，本发明提出了一种用于换电设备的浮动对准装置来解决需要人工对准的问题。

发明内容

[0005] 为了解决现有技术中的上述问题，即为了实现无需人工操作的情形下，使加解锁机构与电池上的锁止部精确对准的问题，本发明提供了一种用于换电设备的浮动对准装置。所述浮动对准装置包括：浮动部，其在外力介入的情形下能够在设定的范围内浮动；以及至少一个定位机构，其与所述浮动部为固定连接，并能够对所述外力进行限制；所述浮动部能够在该限制的约束下，通过浮动实现所述至少一个定位机构的对准。

[0006] 在上述用于换电设备的浮动对准装置的优选实施方式中，所述浮动部包括多个浮动牛眼和以自由接触的方式设置于所述多个浮动牛眼上的浮动板，在所述多个浮动牛眼的位置确定的情形下，所述浮动板能够在该多个浮动牛眼的限制下在水平面内浮动。

[0007] 在上述用于换电设备的浮动对准装置的优选实施方式中，所述定位机构包括定位销和驱动所述定位销的伺服电机，所述定位销与所述浮动板固定连接，在所述定位销插入电动汽车底部的定位孔的过程中，所述定位销由于该插入受到来自定位孔的反作用力，该反作用力能够带动所述浮动板在水平面内浮动。

[0008] 在上述用于换电设备的浮动对准装置的优选实施方式中，所述定位销包括主定位销和辅定位销，所述主定位销在所述伺服电机的驱动下插入电动汽车底部的定位孔，同时所述辅定位销抵靠到所述电动汽车底部。

[0009] 在上述用于换电设备的浮动对准装置的优选实施方式中，，所述浮动对准装置还包括至少一个加解锁机构，该至少一个加解锁机构设置于所述浮动部；在所述至少一个定位机构对准的情形下，所述加解锁机构能够与动力电池上的锁止部对准。

[0010] 在上述用于换电设备的浮动对准装置的优选实施方式中，所述加解锁机构与所述浮动板固定连接，在所述反作用力带动所述浮动板在水平面内浮动的过程中，所述浮动板能够带动所述加解锁机构在水平方向上浮动，以使所述加解锁机构与动力电池上的锁止部对准。

[0011] 在上述用于换电设备的浮动对准装置的优选实施方式中，所述浮动对准装置还包括固定板，所述多个浮动牛眼分别固定在所述固定板上，所述浮动板能够相对于所述固定板在水平面内浮动。

[0012] 在上述用于换电设备的浮动对准装置的优选实施方式中，所述浮动对准装置还包括复位机构，该复位机构能够与所述浮动板相连接，用于调整所述浮动板的位置。

[0013] 在上述用于换电设备的浮动对准装置的优选实施方式中，所述复位机构包括至少一个弹簧，所述弹簧设置于所述固定板与所述浮动板之间，在所述外力去除的情形下，所述浮动板能够回复到由所述弹簧的预紧力确定的初始位置。

[0014] 在上述用于换电设备的浮动对准装置的优选实施方式中，所述浮动板上设置有连接件，所述弹簧的一端连接到所述固定板，所述弹簧的另一端通过所述连接件连接到所述浮动板。

[0015] 此外，本发明还提供了一种采用上述浮动对准装置来执行的浮动对准方法，该方法包括：使所述定位机构上升至与电动汽车底部的定位孔部分对准或完全对准的位置；在所述定位机构与所述定位孔部分对准的情况下，使所述浮动部在水平面内浮动；在使所述浮动部在水平面内浮动的同时或之后，使所述定位机构进一步上升至与所述定位孔完全对准的位置，从而使设置在所述浮动部上的加解锁机构与动力电池上的锁止部对准。

[0016] 在本发明的技术方案中，通过多个定位销与浮动板的刚性连接，使得定位销与浮动板产生联动，即在定位销的带动下，浮动板通过浮动牛眼在水平方向上浮动，进而带动加解锁机构与动力电池上的锁止部精确对准，并且由于浮动板与多个加解锁机构刚性连接，进而能够实现多个加解锁机构随浮动板同时与动力电池上的锁止部精确对准。因此，本发明解决了在不需要采用人力去对准的情形下，实现多个加解锁机构同时精确地对准动力电池上的锁止部的问题，为换电设备在电动汽车电池更换中的应用乃至整个换电站的研制奠定了基础，具有极其重要的理论意义和工程现实意义。

[0017] 方案1、一种用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述浮动对准装置包括：

[0018] 浮动部，其在外力介入的情形下能够在设定的范围内浮动；以及

[0019] 至少一个定位机构，其与所述浮动部为固定连接，并能够对所述外力进行限制；

[0020] 所述浮动部能够在该限制的约束下，通过浮动实现所述至少一个定位机构的对准。

[0021] 方案2、根据方案1所述的用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述浮动部包括多个浮动牛眼和以自由接触的方式设置于所述多个浮动牛眼上的浮动板，在所述多个浮动牛眼的位置确定的情形下，所述浮动板能够在该多个浮动牛眼的限制下在水平面内浮动。

[0022] 方案3、根据方案2所述的用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述定位机构包括定位销和驱动所述定位销的伺服电机，所述定位销与所述浮动板固定连接，

[0023] 在所述定位销插入电动汽车底部的定位孔的过程中，所述定位销由于该插入受到来自定位孔的反作用力，该反作用力能够带动所述浮动板在水平面内浮动。

[0024] 方案4、根据方案3所述的用于换电设备的浮动对准装置，所述定位销包括主定位销和辅定位销，

[0025] 所述主定位销在所述伺服电机的驱动下插入电动汽车底部的定位孔，同时所述辅定位销抵靠到所述电动汽车底部。

[0026] 方案5、根据方案3所述的用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述浮动对准装置还包括至少一个加解锁机构，该至少一个加解锁机构设置于所述浮动部；

[0027] 在所述至少一个定位机构对准的情形下，所述加解锁机构能够与动力电池上的锁止部对准。

[0028] 方案6、根据方案5所述的用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述加解锁机构与所述浮动板固定连接，在所述反作用力带动所述浮动板在水平面内浮动的过程中，所述浮动板能够带动所述加解锁机构在水平方向上浮动，以使所述加解锁机构与动力电池上的锁止部对准。

[0029] 方案7、根据方案2至5中任一项所述的用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述浮动对准装置还包括固定板，所述多个浮动牛眼分别固定在所述固定板上，所述浮动板相对于所述固定板在水平面内浮动。

[0030] 方案8、根据方案7所述的用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述浮动对准装置还包括复位机构，该复位机构能够与所述浮动板相连接，用于调整所述浮动板的位置。

[0031] 方案9、根据方案8所述的用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述复位机构包括至少一个弹簧，所述弹簧设置于所述固定板与所述浮动板之间，在所述外力去除的情形下，所述浮动板能够回复到由所述弹簧的预紧力确定的初始位置。

[0032] 方案10、根据方案9所述的用于换电设备的浮动对准装置，其特征在于，所述浮动板上设置有连接件，所述弹簧的一端连接到所述固定板，所述弹簧的另一端通过所述连接件连接到所述浮动板。

[0033] 方案11、一种采用方案1至10中任一项的浮动对准装置来执行的浮动对准方法，其特征在于，该方法包括：

[0034] 使所述定位机构上升至与电动汽车底部的定位孔部分对准或完全对准的位置；

[0035] 在所述定位机构与所述定位孔部分对准的情况下，使所述浮动部在水平面内浮动；

[0036] 在使所述浮动部在水平面内浮动的同时或之后，使所述定位机构进一步上升至与所述定位孔完全对准的位置，从而使设置在所述浮动部上的加解锁机构与动力电池上的锁止部对准。

附图说明

[0037] 图1是本发明的用于换电设备的浮动对准装置的整体结构示意图；

[0038] 图2是本发明的用于换电设备的浮动对准装置的侧视图；

[0039] 图3是本发明的用于换电设备的浮动对准装置的侧视图的局部放大图；

[0040] 图4A是本发明的浮动对准方法的对准过程中步骤一的示意图；

[0041] 图4B是本发明的浮动对准方法的对准过程中步骤二的示意图；

[0042] 图4C是本发明的浮动对准方法的对准过程中步骤三的示意图。

具体实施方式

[0043] 下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，尽管附图中的各个构件以特定比例绘制，但是这种比例关系仅仅是示例性的，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。

[0044] 需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0045] 此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0046] 为了清楚描述本发明的技术方案，本实施例中的用于换电设备的浮动对准装置中的换电设备以可以在待换电车辆和能够提供满电电池的充电平台之间运载电池的换电小车为例。该浮动对准装置主要包括浮动部、分别与浮动部固定连接的定位机构和加解锁机构，其中，浮动部在外力介入的情形下能够在设定的范围内浮动；定位机构能够对该外力进行限制，即浮动部在受力浮动的过程中受定位机构的限制，也可以理解为定位机构在插入定位孔之前能够带动浮动部在设定的范围内浮动。在浮动部浮动的过程中，浮动板12同时带动加解锁机构浮动，以使加解锁机构与电动汽车动力电池上的锁止部对准。参照图1并结合图2，图1是本发明的浮动对准装置的整体结构示意图。图2是本发明的浮动对准装置的侧视图；如图1和图2所示，浮动部主要包括浮动牛眼11和以自由接触的方式设置于浮动牛眼11上的浮动板12。其中，浮动牛眼11设置为多个，并且，在多个浮动牛眼11的位置确定的情形下，浮动板12能够在多个浮动牛眼11的限制下在水平面内浮动。进一步，参照图3，图3是本发明的浮动对准装置的侧视图的局部放大图(主要是浮动部的厚度方向)。如图3所示，该浮动对准装置还包括固定板13，浮动牛眼11固定设置在固定板13上。换言之，浮动板12与固定板13通过浮动牛眼11实现的是柔性连接，在固定板处于某个确定的位置后，浮动板可以在水平面内(较小的范围内)产生一定的浮动量。本实施例中，本领域技术人员可以根据实际情况，在固定板13的不同位置处设置合适数量的浮动牛眼11，以使浮动板12能够在浮动牛眼11作用下，在产生上述浮动量的同时，还能保证浮动板12的结构稳定性。

[0047] 继续参照图1，并结合图2和图3，定位机构主要包括定位销21和能够驱动定位销21在浮动部厚度方向上移动的伺服电机22，定位销21与浮动板12固定连接。以将置于浮动板12上的满电电池换入电动汽车内的电池仓为例，在定位销21伸出插入电动汽车底盘的定位孔的过程中，定位销21能够带动浮动板12使其通过浮动牛眼11相对于固定板13浮动。具体而言，利用换电小车对电动汽车进行换电的过程中，电池仓的顶部通常设置有与定位销21匹配的定位孔，在将定位销21对准插入到与之对应的定位孔之后，换电小车上的加解锁机构即与动力电池的锁止部对准。利用定位销21使电池加解锁机构与锁止部对准的过程，实际上是通过浮动板12的浮动使定位销前端的锥面逐渐滑入定位孔的过程。待锥面完全滑入定位孔后，即可将定位销21对准插入定位孔。由于定位销21与浮动板12的刚性连接，在将定位销21对准插入定位孔之前，前端锥面的逐渐滑入会使定位孔的内壁对定位销21产生一个反作用力(反作用力的作用点为：内壁的最下端与定位销21的锥面的交点)，该反作用力通过定位销21作用于浮动板12，浮动板12在定位销21的拉动下可以相对于固定板13在水平面内进行小范围浮动，直至定位销21插入到对应的定位孔中。在定位销21完全插入到定位孔的情形下，加解锁机构即同时实现了其与动力电池上的锁止部的对准。进一步，如图1所示，本实施例中，定位销21共有四个，其中两个为主定位销，靠近定位孔的端部的形状大致为锥形或者其他能够对准并伸入定位孔内的具有尖锐结构的形状，另外两个为辅定位销，与主定位销有所区别，端部如可以为能够与电池仓顶部抵接的较为平坦的板状结构。主定位销在伺服电机的驱动下上升并插入电动汽车底部的定位孔，辅定位销抵靠至电池仓顶部的相应位置即可。本领域技术人员容易理解的是，如果四个定位销21均是主定位销，容易导致伺服电机在驱动定位销21插入定位孔的过程中，定位销21之间产生干涉，即，对浮动板12产生多个方向的反作用力，影响浮动板12在水平面内的浮动。

[0048] 继续参照图1，并结合图2和图3，加解锁机构主要包括锁头31和驱动锁头的驱动装置32(如伺服电机)，加解锁机构的驱动装置32与浮动板12固定连接，在定位销21带动浮动板12在水平方向浮动的过程中，浮动板12能够带动加解锁机构的驱动装置32在水平方向上浮动，以使加解锁机构的锁头31与电动汽车动力电池上的锁止部对准。举例而言，加解锁机构的驱动装置32可以通过一个固定架固定与浮动板12实现刚性连接，如该固定架固定连接到浮动板12(也可以与浮动板12为一体式结构)，锁头31和用于驱动该锁头31的驱动装置32可以位于该固定架内。因此，在浮动板12带动固定架浮动的同时，固定架带动锁头31与动力电池上的锁止部对准。上述仅是示例性地对加解锁机构与浮动板12的连接关系以及作用关系的说明，并不用于限定该加解锁机构。进一步，如图1所示，本实施例中的加解锁机构设置为十个，分别分布于浮动板12上，并且，通过定位机构以及浮动板12能够实现该十个加解锁机构的同时对准。

[0049] 进一步，参照图2和图3，浮动板12与固定板13与之间设置有多个弹簧4，弹簧4沿可伸缩的方向的两端分别固定于浮动板12(或者与浮动板刚性连接的结构)和固定板13(或者与固定板13刚性连接的结构)。在外力去除之后(定位销21脱离定位孔之后)，使得浮动对准装置的浮动板12和固定板13之间的相对位置回复到由弹簧4的预紧力确定的初始位置。举例而言，可以在浮动板12的底面设置连接件121(图3中清晰地示出了一种L型连接件)，弹簧4的一端连接到固定板13，弹簧4的另一端通过连接件121连接到浮动板12。本实施例中，浮动板12的底面设置有多个连接件121，使固定板13与浮动板12之间连接多个弹簧4，在固定板13与浮动板12之间存在多个弹簧4的情形下，浮动对准装置的受力过程还可以表述如下：
定位销21在插入定位孔的过程中，弹簧4受力进而拉动浮动板12浮动，而浮动板12通过弹簧
4拉动加解锁机构浮动，进而使加解锁机构的锁头与锁止部对准。另外，由于浮动板12和固定板13通过浮动牛眼11实现的是柔性连接，因此，在定位销21脱离定位孔后，在多个弹簧4之间力的相互作用下，使浮动对准装置回复到初始位置。需要说明的是，上述中的弹簧4作为本实施例中浮动对准装置的复位机构，该复位机构在浮动部浮动的过程中也能够起到相互限制的作用，即在浮动板12浮动的过程中，弹簧4被拉伸，同时其反作用力进一步限制了浮动板12在水平面内的浮动。

[0050] 此外，本发明还提供了一种采用浮动对准装置来执行的浮动对准方法。其中，图4A、图4B和图4C分别示出了该浮动对准方法中各个步骤的示意图。

[0051] 该浮动对准方法主要包括以下步骤：

[0052] S10、使定位机构上升至与电动汽车底部的定位孔部分对准或完全对准的位置。

[0053] S20、在定位机构与定位孔部分对准的情况下，使浮动部在水平面内浮动。

[0054] S30、在使浮动部在水平面内浮动的同时或之后，使定位机构进一步上升至与定位孔完全对准的位置，从而使设置在浮动部上的加解锁机构与动力电池上的锁止部对准。

[0055] 如图4A所示，定位机构在上升过程中，通过定位销21带动与其刚性连接的浮动板12同步上升，定位销21的前端具有锥面211，在定位销21与定位孔5部分对准的情况下，定位销21的锥面211与定位孔5的内壁之间为点接触。此时，定位孔5的内壁51由于受到定位销21的锥面211的挤压，会对锥面211施加一个反挤压力，该反挤压力能够使得浮动板12在水平面内浮动。

[0056] 如图4B所示，浮动板12在水平面内的浮动使得定位销21脱离定位孔5的内壁51，定位销21在随浮动板12移至与定位孔5完全对准的位置。参照图4C，此时，使定位销21进一步上升并完全插入定位孔5中。本实施例中，浮动板12在水平面内浮动的同时，使定位销21进一步上升，此时定位销21的前端锥面211能够抵靠于定位孔5的内壁51逐渐滑入定位孔5，直至定位销21完全插入定位孔5中。

[0057] 需要说明的是，上文中的部分对准可以解释为定位销21与定位孔5大致对准的位置(参考图4A)，即定位销21的轴线与定位孔5的轴线处于不重合的情形，且该部分对准可以通过浮动板12的水平浮动转换为完全对准。而完全对准则可以解释为定位销21的轴线与定位孔5的轴线基本重合的情形(参考图4C)。在定位销21与定位孔5完全对准的情形下，设置在浮动板12上的加解锁机构与动力电池上的锁止部即能够实现对准。在此基础上，即可以进行相应的换电作业。

[0058] 还需要说明的是，如果一开始定位销21就与定位孔5完全对准，则定位销21的锥面211不会与定位孔4的内壁相抵靠，浮动板12也无需横向浮动，定位销21可以直接上升并插入定位孔5中。

[0059] 至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。