本發明涉及電動汽車技術領域，具體而言，涉及一種用于電動公交車的更換電池系統和更換電池方法。

背景技術：

隨著世界人口不斷增長，人民生活水平快速提高，汽車的數量也在瘋狂的增長。如果這些車輛都采用內燃機，那么所需的燃油將日漸枯竭，排放的尾氣也會使大氣污染日趨嚴重。

當今環保新能源問題備受關注，電動汽車作為實現交通能源轉型的途徑之一，已經成為世界各主要國家和汽車制造廠商共同的戰略選擇，我國也已經把發展電動汽車列入重點科技產業項目，組織科研機構進行研制開發。

電動汽車的電力來源比較豐富，可是目前能高效、穩定的提供方式仍然是電池。電池充電技術目前依然處于瓶頸狀態，相比燃油汽車加油的過程，電動汽車充電時間過長一直是制約電動汽車普及的一大障礙。

電池更換技術的出現不但適應了人民日常汽車加油的習慣，而且可以避免長時間充電的等待，也省去了提前支付高昂電池成本。但是電動汽車的電池在體積和質量仍然較大，尤其以電動公交車明顯，電動公交車的電池相比家用駕車體積更加龐大，并且數量更多，若采用傳統的人工方式進行電池更換將是一項繁重的體力勞動，并且效率低下，無法發揮出電池更換技術速度快的優勢。

技術實現要素：

本發明的主要目的在于提供一種用于電動公交車的更換電池系統和更換電池方法，以解決現有技術中更換電動公交車的電池存在勞動強度大、工作效率低的問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種用于電動公交車的更換電池系統，包括：電池運輸部，電池運輸部上設置有多個用于放置電池的電池安裝位；行走裝置，行走裝置包括機架、連接部和驅動裝置，驅動裝置驅動連接部在機架的范圍內移動，電池運輸部與連接部可樞轉地連接，電池運輸部與連接部的樞轉軸沿豎直方向設置；電池安裝部，與電池運輸部連接，用于驅動電池安裝位內的電池，電池安裝部包括使電池位于電池安裝位內的第一狀態和將電池推出電池安裝位的第二狀態。

進一步地，電池運輸部還包括橫梁和吊艙，橫梁與連接部可樞轉地連接，吊艙通過水平樞轉軸與橫梁可樞轉地連接，電池安裝位設置在吊艙內。

進一步地，連接部包括橫軌滑車和縱軌爬車，機架上設置有橫軌，橫軌滑車可移動地設置在橫軌上，橫軌滑車上設置有縱軌，縱軌爬車可移動地設置在縱軌上。

進一步地，橫軌滑車上設置有行走輪，行走輪與橫軌配合連接，驅動裝置包括行走電機，行走電機與行走輪驅動連接。

進一步地，橫軌滑車上設置有定滑輪和連接鏈，定滑輪設置在橫軌滑車的縱軌的頂部，驅動裝置包括爬行電機，連接鏈的一端與爬行電機驅動連接，連接鏈的另一端繞過定滑輪與縱軌爬車連接。

進一步地，縱軌爬車上還設置有防墜銷和彈性元件，縱軌上設置有多個銷孔，防墜銷具有與銷孔脫離的第一位置和插入銷孔的第二位置，彈性元件向防墜銷施加從第一位置向第二位置運動的彈力，連接鏈與防墜銷連接并克服彈力使得防墜銷處于第一位置。

進一步地，電池安裝部包括：吊艙，電池安裝位設置在吊艙內；貨叉，與吊艙連接，貨叉包括回收至吊艙內的第一位置和伸出吊艙外的第二位置；抓手，與吊艙或貨叉連接，抓手包括伸出位于第二位置的貨叉外的工作位置。

進一步地，更換電池系統還包括第一位置檢測裝置，第一位置檢測裝置設置在行走裝置上，用于檢測并反饋行走裝置的目標位置。

進一步地，更換電池系統還包括第二位置檢測裝置，第二位置檢測裝置設置在電池安裝部上，用于檢測并反饋電池安裝部的目標狀態。

進一步地，更換電池系統還包括電池垛，電池垛上設置有用于存放電池的多個儲存位，每個儲存位內均設置有用于為電池充電的充電裝置，電池垛與行走裝置的機架對應地設置以使電池運輸部能夠移動至每個儲存位。

根據本發明的另一方面，提供了一種用于電動公交車的更換電池方法，采用上述的更換電池系統，更換電池方法包括以下步驟：S10，驅動更換電池系統的行走裝置將更換電池系統的電池運輸部移動至與電動公交車的電池箱對應的位置處，使得電池運輸部的第一電池安裝位與電池箱對應；S20，驅動電池安裝部至第二狀態，以將第一電池安裝位上的電池推入電池箱。

進一步地，在進行步驟S10之前，更換電池方法的步驟還包括：S02，驅動行走裝置將電池運輸部移動至與電動公交車的電池箱對應的位置處，使得電池運輸部的未放置電池的第二電池安裝位與電池箱對應；S04，驅動電池安裝部至第二狀態，并使得電池安裝部與電池箱內的電池連接；S06，驅動電池安裝部至第一狀態，以將電池箱內的電池取出至第二電池安裝位。

進一步地，步驟S10包括：驅動電池運輸部相對連接部旋轉180度，以使電池運輸部的放置有電池的第一電池安裝位與電池箱對應。

進一步地，電池運輸部還包括橫梁和吊艙，橫梁與連接部可樞轉地連接，吊艙通過水平樞轉軸與橫梁可樞轉地連接，電池安裝位設置在吊艙內，步驟S10包括：驅動行走裝置將電池運輸部移動至與電池箱對應的位置處，驅動電池運輸部的吊艙相對電池運輸部的橫梁轉動，使吊艙傾斜以配合電池箱的傾斜程度。

本發明的更換電池系統主要包括放置電池的電池運輸部，驅動電池運輸部移動的通過行走裝置，以及對電池運輸部上的電池進行操作的電池安裝部，通過三個部件的配合可以將電池從存儲的位置運輸到待更換的位置，并通過電池安裝部完成電池的自動更換，從而代替人力更換電池，減輕了工作人員的負擔，克服了更換電池效率低的問題。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用于解釋本發明，并不構成對本發明的不當限定。在附圖中：

圖1示出了本發明的更換電池系統的實施例的應用場景的俯視圖；

圖2示出了圖1中的應用場景的主視圖；

圖3示出了本發明的更換電池系統的電池運輸部和一部分行走裝置的實施例的結構示意圖；

圖4示出了本發明的更換電池系統的縱軌爬車的防墜機構的結構示意圖；以及

圖5示出了本發明的更換電池系統的電池垛的結構示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標記：

10、電池運輸部；11、橫梁；12、吊艙；20、行走裝置；21、橫軌滑車；211、行走輪；22、縱軌爬車；221、防墜銷；222、彈性元件；30、電池安裝部；40、電池垛；100、電池箱。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結合實施例來詳細說明本發明。

需要指出的是，除非另有指明，本申請使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

在本發明中，在未作相反說明的情況下，使用的方位詞如“上、下、頂、底”通常是針對附圖所示的方向而言的，或者是針對部件本身在豎直、垂直或重力方向上而言的；同樣地，為便于理解和描述，“內、外”是指相對于各部件本身的輪廓的內、外，但上述方位詞并不用于限制本發明。

根據本發明的一個方面，提供了一種用于電動公交車的更換電池系統，如圖1至圖5所示，該更換電池系統包括：電池運輸部10，電池運輸部10上設置有多個用于放置電池的電池安裝位；行走裝置20，行走裝置20包括機架、連接部和驅動裝置，驅動裝置驅動連接部在機架的范圍內移動，電池運輸部10與連接部可樞轉地連接，電池運輸部10與連接部的樞轉軸沿豎直方向設置；電池安裝部30，與電池運輸部10連接，用于驅動電池安裝位內的電池，電池安裝部30包括使電池位于電池安裝位內的第一狀態和將電池推出電池安裝位的第二狀態。

本發明的更換電池系統主要包括放置電池的電池運輸部10，驅動電池運輸部10移動的通過行走裝置20，以及對電池運輸部10上的電池進行操作的電池安裝部30，通過三個部件的配合可以將電池從存儲的位置運輸到待更換的位置，并通過電池安裝部30完成電池的自動更換，從而代替人力更換電池，減輕了工作人員的負擔，克服了更換電池效率低的問題。此外，電池運輸部10上設置有多個電池安裝位，可以一次攜帶多塊電池，或者為更換下的就電池預留位置以便回收，并且電池運輸部10與行走裝置20之間可樞轉地連接，使得電池運輸部10通過旋轉就能夠切換多個電池安裝位的位置，使得更換電池系統能夠更迅速的進行更換作業。

優選地，電池運輸部10還包括橫梁11和吊艙12，橫梁11與連接部可樞轉地連接，吊艙12通過水平樞轉軸與橫梁11可樞轉地連接，電池安裝位設置在吊艙12內。

在環境的影響下，例如停車位置路面平整度、車輛胎壓和車輛重心偏移等，待更換電池的車輛往往無法保持正位停車狀態，車輛的電池箱100會有一定的傾斜，傳統的類似叉車的運輸工具難以對這種狀態下的車輛進行電池更換。

如圖3所示，通過橫梁11和吊艙12之間的轉動，電池安裝位可以相對水平方向的傾斜一定的角度，從而以配合待更換電池在車輛中的位置和狀態，提高電池更換系統整套設備的通用性。

優選地，如圖2和3所示，連接部包括橫軌滑車21和縱軌爬車22，機架上設置有橫軌，橫軌滑車21可移動地設置在橫軌上，橫軌滑車21上設置有縱軌，縱軌爬車22可移動地設置在縱軌上。橫軌滑車21用于驅動電池運輸部10在水平方向上移動，縱軌爬車22則用于驅動電池運輸部10在豎直方向上運動，即通過橫軌滑車21和縱軌爬車22能夠實現電池運輸部10的正交運動。

優選地，橫軌滑車21上設置有行走輪211，行走輪211與橫軌配合連接，驅動裝置包括行走電機，行走電機與行走輪211驅動連接。

在一些優選實施例中，行走輪211與橫軌之間可以采用齒形嚙合的方式配合，或采用類似履帶的結構以配合，從而實現對橫軌滑車21的運動位置的精確控制。行走電機可以為伺服電機。

優選地，橫軌滑車21上設置有定滑輪和連接鏈，定滑輪設置在橫軌滑車21的縱軌的頂部，驅動裝置包括爬行電機，連接鏈的一端與爬行電機驅動連接，連接鏈的另一端繞過定滑輪與縱軌爬車22連接。

如圖2和3所示的實施例，縱軌爬車22通過鏈條實現豎直爬行，而為了穩定縱軌爬車22，在縱軌爬車22上還可以設置導論，導論與橫軌滑車21上的導軌配合以穩定縱軌爬車22的運動軌跡和姿態。

優選地，如圖4所示，縱軌爬車上還設置有防墜銷221和彈性元件222，縱軌上設置有多個銷孔，防墜銷221具有與銷孔脫離的第一位置和插入銷孔的第二位置，彈性元件222向防墜銷221施加從第一位置向第二位置運動的彈力，連接鏈與防墜銷221連接并克服彈力使得防墜銷221處于第一位置。

本實施例中的縱軌爬車22的驅動機構并不設置配重，從而使得連接鏈能夠一直向防墜銷221施加拉力，當連接鏈脫落或斷開時，施加在防墜銷221上的拉力消失，彈性元件222的彈力將防墜銷221推向第二位置，從而使得防墜銷221插入某一銷孔內，以鎖定縱軌爬車22的位置，防止縱軌爬車22墜落，保護電池的安全。

在另一些實施例中，縱軌爬車22通過絲杠實現上下運動，由于絲杠具有自鎖的能力，因此在這些實施例中的縱軌爬車22上不需要設置防墜部件。

優選地，電池安裝部30包括：吊艙12，電池安裝位設置在吊艙12內；貨叉，與吊艙12連接，貨叉包括回收至吊艙12內的第一位置和伸出吊艙12外的第二位置；抓手，與吊艙12或貨叉連接，抓手包括伸出位于第二位置的貨叉外的工作位置。

貨叉主要用于運輸電池的實體，例如將電池從電池運輸部10的電池安裝位托送到車輛的電池箱100內，或者將電池箱100內的電池托送到電池安裝位上。抓手則配合貨叉使用，主要的作用是將電池推離貨叉以及抓持電池并將電池拉入貨叉。其中，貨叉的動力裝置主要用于驅動貨叉前后運動，以及控制貨叉進行適當的縱向運動以完成取、放電池的動作；抓手的驅動裝置主要用于驅動抓手的伸縮以及夾緊。

優選地，更換電池系統還包括第一位置檢測裝置，第一位置檢測裝置設置在行走裝置20上，用于檢測并反饋行走裝置20的目標位置。

行走裝置20的作用是將電池運輸部10送至待更換電池的位置，也就是車輛的電池箱100的位置，因此第一位置檢測裝置主要用于檢測車輛的電池箱100的位置，從而反饋給行走裝置20以目標位置。具體地，可以在車輛的電池箱100上或電池箱100附近設置感應部，第一位置檢測裝置為與感應部相互感應的探頭，當二者對位時，第一位置檢測裝置向行走裝置20報告已經運動就位。

優選地，更換電池系統還包括第二位置檢測裝置，第二位置檢測裝置設置在電池安裝部30上，用于檢測并反饋電池安裝部30的目標狀態。

電池安裝部30主要用于取、放電池，因此第二位置檢測裝置的主要作用是反饋電池的位置，從而反饋給電池安裝部30以目標狀態，例如放電池過程中，第二位置檢測裝置檢測到電池就位后，向電池安裝部30反饋就位信號，電池安裝部30從第二狀態切換為第一狀態。具體地，第二位置檢測裝置可以與車輛之間進行通訊，從而獲知電池是否安裝到位。

優選地，如圖5所示，更換電池系統還包括電池垛40，電池垛40上設置有用于存放電池的多個儲存位，每個儲存位內均設置有用于為電池充電的充電裝置，電池垛40與行走裝置20的機架對應地設置以使電池運輸部10能夠移動至每個儲存位。

電池垛40上的每個儲存位根據其上放置的電池的狀態向更換電池系統反饋三種信號，即儲存位上放置有處于滿電狀態的電池的就緒信號、儲存位上放置有處于充電狀態的電池的充電信號以及儲存位上未放置電池的空位信號，電池運輸部10根據這三種信號選擇從某些儲存位上取出電池，以及將換下的電池放置到某個儲存位上。

具體流程為，當更換電池系統開始運行時，電池運輸部10運動到反饋就緒信號的儲存位上，電池安裝部30從該儲存位上取下電池放入電池運輸部10中，之后進行更換電池操作，更換電池后，電池運輸部10運動到反饋空位信號的儲存位上，電池安裝部30將從車輛上換下的電池放置到該儲存位上，進行充電。

根據本發明的另一個方面，還提供了一種用于電動公交車的更換電池方法，其特征在于，采用上述的更換電池系統，更換電池方法包括以下步驟：S10，驅動更換電池系統的行走裝置20將更換電池系統的電池運輸部10移動至與電動公交車的電池箱100對應的位置處，使得電池運輸部10的第一電池安裝位與電池箱100對應；S20，驅動電池安裝部30至第二狀態，以將第一電池安裝位上的電池推入電池箱100。

優選地，在進行步驟S10之前，更換電池方法的步驟還包括：S02，驅動行走裝置20將電池運輸部10移動至與電動公交車的電池箱100對應的位置處，使得電池運輸部10的未放置電池的第二電池安裝位與電池箱100對應；S04，驅動電池安裝部30至第二狀態，并使得電池安裝部30與電池箱100內的電池連接；S06，驅動電池安裝部30至第一狀態，以將電池箱100內的電池取出至第二電池安裝位。

在將滿電狀態的電池放入車輛的電池箱100內之前，本發明的更換電池方法還包括從電池箱100中取出舊電池的步驟，同樣采用上述的更換電池系統完成，不需要人力搬運。

優選地，步驟S10包括：驅動電池運輸部10相對連接部旋轉180度，以使電池運輸部10的放置有電池的第一電池安裝位與電池箱100對應。

優選地，電池運輸部10還包括橫梁11和吊艙12，橫梁11與連接部可樞轉地連接，吊艙12通過水平樞轉軸與橫梁11可樞轉地連接，電池安裝位設置在吊艙12內，步驟S10包括：驅動行走裝置20將電池運輸部10移動至與電池箱100對應的位置處，驅動電池運輸部10的吊艙12相對電池運輸部10的橫梁11轉動，使吊艙12傾斜以配合電池箱100的傾斜程度。

從圖1中可以看出，充、換電站點還有與更換電池系統對應設置的駐車區域，駐車區域具有畫線標識，以指示車輛停駐在指定的位置，方便更換電池系統進行電池更換。

顯然，上述所描述的實施例僅僅是本發明一部分的實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬于本發明保護的范圍。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、工作、器件、組件和/或它們的組合。

需要說明的是，本申請的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這里描述的本申請的實施方式能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。