[发明专利]基于直角坐标机器人的电动乘用车底盘电池快换系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种电动汽车电池更换机器人控制系统，特别涉及电动乘用车底盘电池自动、快速更换机器人的基于直角坐标机器人的电动乘用车底盘电池快换系统。

背景技术

随着世界能源及环境问题的日益严重，电能作为一种清洁能源广泛应用于汽车领域，为电动汽车提供了广阔的应用空间。然而，由于受到当前电池能量密度的限制，电动汽车的续航里程一般在一百公里至两百公里之间，远不如传统汽车的续航里程。因此，能否快速为汽车提供能量补给，直接影响到电动汽车的推广应用。对电池充电需要几个小时才能完成，快速充电会对电池的寿命产生影响，同时，单个电池重，不利于人工更换。针对这一难题，研究能够快速更换电池的机器人是解决汽车能量快速补给的唯一有效办法。

现有的电动汽车能源补给方式主要有充电和换电两种方式。充电模式的不足主要有满充时间长；充电设备需要与长期停靠位置相结合，充电设施布局不灵活；在北方冬天寒冷气候下无法进行室外充电；电池无统一维护管理，影响电池循环使用寿命等，与之相比，由于换电方式具有补充能源速度快(快速补电)、对电池寿命影响小、易实现商业化等显著优点，已获得电动汽车厂商、电池厂商和充电运营商等的多方认同。

在中国新能源汽车产业政策密集出台的背景下，国内电动汽车充换电站市场快速起步，针对电动公交车、环卫车等车型的自动换电技术已逐渐成熟。但受相关技术和行业发展成熟度的制约，电动乘用车的自动换电技术还处于探索发展阶段。在此情形下，电动乘用车智能充换电服务网络的发展必须依靠换电技术的创新，才能真正推动电动汽车行业的健康和可持续发展。

中国国家知识产权局专利号为CN101559758A的发明专利公开了一种用于底盘电池的快速更换系统，由于该系统只包含电池与车辆之间的连接部件，不具有任何定位导向装置，因此系统无法实现电池的自动更换。专利号为CN201784595U的发明专利公开了一种电动汽车的电池自动更换系统，包含车辆定位平台和举升设备等，由于该系统的定位平台只实现车辆在前后方向上的定位，当换电车辆的底盘与水平面有夹角时(底盘倾斜一定的角度)，则举升设备举升电池箱时将产生过举升或举升不到位的情况，从而使换电后的车辆存在安全隐患。同时该系统提出了底盘电池更换的方法，提出了利用倾斜平面销的方式对电池进行定位，但是这种纯机械的电池定位方式误差大，没有信息反馈，很容易损坏电池。其次，该系统没有对电池自动识别的功能。

因此，需开发能够实现电池的自动识别和电池跟车辆底盘准确定位的控制系统和控制方法以实现对电动车辆快速、准确、安全的能量补给，从而促进电动汽车的推广及应用。

发明内容

本发明的研究目的就是为了克服上述缺陷，提供一种基于直角坐标机器人的电动乘用车底盘电池快换系统，通过换电平台可实现换电车辆的自动定位，通过快换机器人可实现电池的快速、准确地拆卸和安装，从而为电动乘用车充换电站提供了一种方便、快捷、经济的电池更换方式，弥补了整车充电时间过长的不足，大大提高电动汽车的行驶里程，为电动汽车长时间续航出行提供了可能，它还能够对电池姿态调整，电池自动识别以及能够快速、准确、安全的对车辆电池进行更换，实现对直角坐标机器人的三个方向的控制，对电池小角度纠偏和定位及跟主控系统之间的信息交互。

为了实现上述内容，本发明采用如下技术方案：

一种基于直角坐标机器人的电动乘用车底盘电池快换系统，它包括换电平台，换电平台与快换机器人以及充电架在同一直线上；所述快换机器人包括电池托盘和四自由度的直角坐标机器人，所述直角坐标机器人包括X轴直线定位系统、Z轴升降平台、Y轴伸缩平台、R轴角度纠偏系统，X轴直线定位系统包括X轴双轨齿条，Z轴升降平台包括Y轴双轨齿条，R轴角度纠偏系统包括R轴驱动电机；X轴双轨齿条两端分别延伸到换电平台和充电架处；Z轴双轨齿条与X轴双轨齿条垂直活动连接，Y轴双轨齿条垂直活动安装在Z轴双轨齿条上；在X轴双轨齿条上设有与之配合的X轴驱动电机，在Y轴双轨齿条上设有与之配合的Y轴驱动电机，在Z轴双轨齿条上设有与之配合的Z轴升降电机，电池托盘设置在Y轴双轨齿条上，并与之配合的R轴驱动电机连接；各驱动电机均与相应的编码器连接，各编码器与相应的驱动器连接；在电池托盘上设有测距传感器，在各双轨齿条两端设有相应限位开关；各驱动电机的驱动器、各限位开关、测距传感器均与控制系统连接。

所述X轴驱动电机、Y轴驱动电机、Z轴升降电机和R轴驱动电机均为步进电机，其上分别设有与各相应双轨齿条配合的齿轮。