一种车辆动力电池自主装卸系统及其卸载充电方法和装载至车辆方法技术方案

本发明专利技术涉及一种车辆动力电池自主装卸系统，车载的动力电池独立实现与车辆的安装、脱离和自主移动。还涉及其卸载充电方法和装载至车辆方法。本发明专利技术的有益效果一方面使得电动车能够利用已有的广泛存在的民用供电网络充电，减少汽车专用充电桩设施和换电站设施的建设和运维成本；另一方面将用户的用车需求与电动车的充电需求分离，从而电动汽车的使用时段不受充电时段限制，提高车辆利用率。

An autonomous loading and unloading system of vehicle power battery and its unloading charging method and loading method to vehicle

【技术实现步骤摘要】
一种车辆动力电池自主装卸系统及其卸载充电方法和装载至车辆方法
本专利技术涉及车载动力电池的拆装和搬运系统和方法。
技术介绍
随着绿色能源概念的兴起，以电动车辆为首的新能源车辆正在各个国家政府的政策激励下高速发展。作为一种交通工具，电动车辆被视为传统内燃机车辆的一种替代品，人们也因此期望电动车辆能够拥有和传统车辆相当，甚至更加舒适、便捷的使用体验。然而，现实是，电动车辆一方面在以其低噪音，少维护的设计优势获得使用者青睐的同时，另一方面，相较于燃油车，也呈现出能源补充的不方便的特点。据研究，当前的电动车主要有以下四种能源补充方案：1.家用交流电慢充(约10小时)；2.公共充电桩直流电快充、交流电慢充(约0.5～10小时)；3.移动充电车方案(0.5～2小时)4.电池包整体更换(约数分钟)；第一种方案所需要的时间虽然最长但通常可以利用车主夜间休息的时间而不影响白天车辆的使用，其所对应的充电技术成熟，设备成本较低。但在这种充电方式下，通常要求为电动车提供带有供电设施的停车位。这就对车主家用停车位提出了一定的硬件要求。在当今高密度的居住小区内，这一硬件配套的要求无疑抑制了众多车主拥有电动车辆的想法。同时，带有供电设施停车位的相对紧缺也使得拥有充电车位的电动车主更多地考虑将车辆用于日间的通勤车而不适用于长途旅行车，这一方案，结合当前我国国情，对电动车的应用场景形成了无形的约束。第二种方案通过使用公共充电桩完成对电动车辆的充电。在这一方案中，由于当前充电桩设施的稀缺性、距离车主居住地空间距离上的不便利性以及早期建设成本高昂导致数倍于方案一的充电费用，使得它难以成为大多数车主日常利用夜间时间充电的主流方式，而更多地作为日间电力补充的替代选择。尽管有快充甚至超充方案，相对于燃油车来说，当前方案的充电时间仍然相对漫长(即使快充实现电力的完全补充也需要30～60分钟)，加之充电桩资源相对有限，车主往往需要耗费较多的时间在等待充电和寻找充电设施上。结合公共充电桩因其建设成本高昂而伴生高昂的充电服务费用，使得充电成本相较于加油的成本优势不再显著，从时间经济性和货币经济性的角度来看，这种充电方式依然难以成为一种普遍的充电方式。第三种方式被蔚来汽车所采纳，通过使用搭载充电设施的车辆为电动车辆充电。这一方案的实质是将充电设施移动到需要充电的车辆附近。考虑到充电车本身所能携带的电量有限，充电车自身充电所需要占用充电桩资源，充电车往返充放电现场实现充放电所需要消耗的道路资源和时间成本，加之充电车二次充放电过程中的额外能量耗损都使得这一充电方式只能作为电动车的临时应急充电方案的补充，而在作为日常充电进行大规模推广时表现出不经济。第四种方式在特斯拉车辆和蔚来车辆的设计中都有所采纳，其实现方法是通过外部辅助设施对需要补充电力的车辆的电池包进行整体更换，将已经充满电的备用电池包以整体替换的方式换下电力耗竭的车载电池包，以实现电量的快速补充。在特斯拉车辆公司和蔚来汽车的换电演示中，这一技术在三分钟左右的时间内完成了对车辆电池的整体更换，所耗时间十分接近传统燃油车辆加满油箱所需要的时间。理论上这一技术可以使得电动车辆的充电体验接近燃油车的加油体验。然而，换电方案在车辆电池标准统一之前往往需要各个电动车辆厂按照自身电池规格在客户的使用场地附近设计与之相应的换电站和换电设施。基础配套设置的投入经费和建设时间无疑会严重制约该技术的发展。另一方面，即使是在车辆电池标准统一之后，换电站可以服务于所有种类的电动车辆，但可以想象的是，为满足大多数用户需求所需建设的换电站数量应不少于当前加油站的数量以使用户获得不逊于燃油车的能源补充体验(换电站的寻找和等待时间)——这在土地成本高企的现代城市中无疑是困难的。该局限性又进一步限制的该技术长期发展的前景。以上四种车辆电池充电方案的共同问题是都对充电基础设施的投入有一定的要求而在普及过程中面临各种困难。因此，急需一种能够使得电动车辆不依赖于新建基础设施的方案，以解决当前推广电动车过程中所面临的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有电动车充电方案所存在的问题，不依赖于带有停车场的电动车专用充电桩或换电站，使动力电池能够独立移动至现有的民用电网设施附近，利用已有民用电网设施实现充电；并提供直立和横卧两种姿态的切换能力，使得动力电池在移动或静止的过程中根据环境条件调节其对路面等面积资源的占用，最小化电池在使用和充电过程中对车主，行人以及环境的影响。为达到上述专利技术目的，提供一种车辆动力电池自主装卸系统，车载的动力电池独立实现与车辆的安装、脱离并以直立姿态实现自主移动。优选的，包括车载的动力电池、车辆电池安装架、姿态控制模块和整体控制模块，其中：所述动力电池用于为车辆或外部用电设备提供电力，并具有蓄电能力，其上设置有充放电接口、锁定机构、姿态转换执行机构和移动机构；所述锁定机构将所述动力电池与所述车辆电池安装架锁定连接；所述整体控制模块基于动力电池位置信息和电池姿态信息调整动力电池的姿态动作信号，并将姿态动作信号传输至所述姿态控制模块，使之根据姿态动作信号控制所述姿态转换执行机构进行动力电池的姿态调整；所述整体控制模块还用于基于动力电池位置信息、电池姿态信息和周边环境信息调整出动力电池的行进路径信号；所述姿态转换执行机构用于根据姿态动作信号控制电池直立、横卧姿态的控制与转换，所述姿态控制模块在控制与转换电池姿态过程中获取电池姿态信息；所述移动机构用于根据行进路径信号控制动力电池移动。所述车辆电池安装架承载和固定所述动力电池，用于为电池的自主安装提供定位和固定功能。本处披露的动力电池位置信息、电池姿态信息和周边环境信息可以采用移动GPS设备、地形观察用的摄像头、超声定位器等具体方式采集、分析获得。所述锁定机构可以是活动螺栓与螺孔、活动插销与插孔、磁铁与电磁铁等连接锁定形式。所述姿态控制模块用于发送和接收姿态转换过程中的指令和反馈信息。充放电接口的连接可以是插座与插头、磁性连接器之间、电磁线圈的耦合等电力传输形式，用于电池的充电和放电。移动机构可以是两个并排轮子的平衡车模式、三个轮子、四个轮子的移动架、爬梯机、滑撬等便于移动的排布样式。本处披露的姿态转换执行机构可以是各种形式，比如动力电池两侧之间设置向下支撑面的通道，所述姿态转换执行机构为刚性构件；所述姿态转换执行机构的一端穿入所述通道，所述姿态转换执行机构通过在通道中伸出将其另一端顶靠至下支撑面并持续伸出，以实现所述动力电池两侧的依次抬升。又比如所述姿态转换执行机构为与目标车辆电池安装架特定部位分别形成吸引的磁性体；所述姿态转换执行机构设置于电池包本体两侧。还可以是其他足以实现本处披露的姿态调整的形式。优选的，所述移动机构为设置于所述动力电池底部带驱动的轮。具体的轮可以是万向轮、飞机轮、履带等轮形式。优选的，还包括用于识别所述锁定机构锁定状态的锁定识别模块，所述锁定识别模块用于基于锁定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车辆动力电池自主装卸系统，其特征在于，车载的动力电池独立实现与车辆的安装、脱离并以直立姿态实现自主移动。/n

【技术特征摘要】
1.一种车辆动力电池自主装卸系统，其特征在于，车载的动力电池独立实现与车辆的安装、脱离并以直立姿态实现自主移动。


2.根据权利要求1所述的自主装卸系统，其特征在于，包括车载的动力电池、车辆电池安装架、姿态控制模块和整体控制模块，其中：
所述动力电池用于为车辆或外部用电设备提供电力，并具有蓄电能力，其上设置有充放电接口、锁定机构、姿态转换执行机构和移动机构；
所述锁定机构将所述动力电池与所述车辆电池安装架锁定连接；
所述整体控制模块基于动力电池位置信息和电池姿态信息调整动力电池的姿态动作信号，并将姿态动作信号传输至所述姿态控制模块，使之根据姿态动作信号控制所述姿态转换执行机构进行动力电池的姿态调整；所述整体控制模块还用于基于动力电池位置信息、电池姿态信息和周边环境信息调整出动力电池的行进路径信号；
所述姿态转换执行机构用于根据姿态动作信号控制电池直立、横卧姿态的控制与转换，所述姿态控制模块在控制与转换电池姿态过程中获取电池姿态信息；
所述移动机构用于根据行进路径信号控制动力电池移动。


3.根据权利要求2所述的自主装卸系统，其特征在于，所述移动机构为设置于所述动力电池底部带驱动的轮。


4.根据权利要求2所述的自主装卸系统，其特征在于，还包括用于识别所述锁定机构锁定状态的锁定识别模块，所述锁定识别模块用于基于锁定状态信息判断是否锁定成功并向外发送锁定成功与否信息。


5.根据权利要求2所述的自主装卸系统，其特征在于，所述姿态转换执行机构为刚性构件，其一端通过旋转电机或旋转轴旋转装配于所述动力电池；通过在一端旋转将其另一端顶靠至下支撑面并持续旋转，以实现所述动力电池的部分抬升从而进行动力电池的姿态调整。


6.根据权利要求2所述的自主装卸系统，其特征在于，还包括用户终端或数据服务中心，所述用户终端或数据服务中心向所述整体控制模块收集自主装卸系统运行状态，并发送外部环境的信息以及操作指令信息；所述整体控制模块还基于自主装卸系统运行状态以及操作指令信息调整动力电池的行进路径信号。


7.一种车载动力电池卸载充电方法，其特征在于，利用如权利要求2所述的自主装卸系统，其方法步骤包括：
获取停车信号；
获取动力电池电量信息；获取车辆下方的地面条件；
基于动力电池电量信息和车辆下方的地面条件，判断是否符合动力电池拆卸条件；符合动力电池拆卸条件时，断开充放电接口并从车辆的车辆电池安装架上卸载所述动力电池；
获取移动至充电设备的行进路径；
按照行进路径移动所述动力电池并实时获取动力电池周边环境信息；基于动力电池周边环境信息，判断动力电池姿态、行进路径、移动速度是否需要调整以继续行进；当需要动力电池进行调整时，依据所述整体控制模块发出的信号，进行电池姿态、行进路径、移动速度的任一或组合调整，调整后基于动力电池周边环境信息...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴佳杰，
申请(专利权)人：夸蛾科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31