新型纯电动客车电池快速更换设备的设计研究.pdf

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1、第３０卷第３期佳木斯大学学报（自然科学版）　　Ｖｏｌ．３０Ｎｏ．３　２０１２　年０５月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＪｉａｍｕｓｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）　Ｍａｙ　２０１２文章编号：１００８－１４０２（２０１２）０３－０３３０－０４①新型纯电动客车电池快速更换设备的设计研究徐胜龙，　刘金桥，　汪飙，　邢莉萍（上海内燃机研究所，上海２００４３８）摘要：　总结北京奥运会和上海世博会中所使用的电池快速更换设备不足之处，从多自由度柔性的角度进行分析，提出新型电池快换设备设计方案．新型换电设备具有多自由度柔性对接，模糊定位，自动取放的功能，

2、同时也提高了换电效率．关键词：　电池快换设备；多自由度；柔性；换电效率中图分类号：　ＴＰ２７３　　　　文献标识码：　Ａ［５］本论文基于多由度模型、柔性多体动力学、０　引言模糊定位等概念对电池快换设备进行设计研究，并目前的电动汽车充电模式有三种：慢充，快充，与世博会换电设备的实际运营数据进行对比，体现［１］换电．慢充不仅浪费时间，而且需要建设大规模本新型设计的优越性．本文将上海世博会和北京奥［２］的充电桩，充电站资源利用率低；快充技术还不运会中所使用的电池快换设备通称为旧快换设备．［３］成熟，且对电池有损伤，容易导致过热，经济性和安全性比较差．换电相对而言有许多

3、优点：（１）节省时间，提高车辆使用效率；（２）专业的电池养护，电池的使用寿命是快充的８～１０倍；（３）昂贵的电池可以租不用买，有利于纯电动车辆商业化推［４］广．因此，充换电站拥有很大的发展潜力．换电站中电池更换设备的优劣直接影响换电效率，充换电站建筑面积的使用率，投资成本，快换对接系统有效性、便利性和可靠性等．目前典型的应用实例就是北京奥运会和上海世博会的纯电动公交车充换电站．其中，北京奥运会的电池快换设备理想换电节拍为１０分钟．换电节拍是指从车辆进入换电车间停稳开始，到换电完毕车辆开始驶出车间为止所使用的时间．上海世博会的电池快换设备做出改进后，理想换电节拍

4、减为６ｍｉｎ，但在实际使用中还存在不足：（１）电池快换设备采用多箱电图１　上海世博会充换电站电池快速更换机器人池盒同步动作，对电动车泊位和定位设备的制造精１－电池存储架２－电池３－地轨４－快速更换设备度要求较高，对车辆尺寸的维护工作量较大，需配　　　５－纯电动公交车６－公交车指定停靠线置专门的泊车司机；（２）快换设备在充电架上存取１　基本结构原理电池采用刚性定位销进行定位，定位要求高，柔性差，存取电池时容易造成冲击；（３）设备较大，采用快速更换设备由更换机械装置和控制系统组［６］地轨式轨道移动，自由度较少，不够灵活，更换电池成，其机械装置由动力装置、定位夹紧机

5、构、电过程中容易出现卡死现象．池夹具等组成．如图１所示．①收稿日期：２０１２－０４－１２作者简介：徐胜龙（１９８７－），男，湖北黄冈人，上海内燃机研究所硕士研究生，主要研究方向为纯电动客车充换电站换电系统．第３期徐胜龙，等：新型纯电动客车电池快速更换设备的设计研究３３１当电动公交车５停在指定位置６后，快换设备４找到车体一侧电池箱的位置，并与其定位对接，使电池夹具上的滚轮平面与电池箱中的滚轮平面保持一致，然后推拉装置将电池箱中的待充电池取出；再与电池存储架１进行定位对接，推拉装置将电池推进存储架中进行充电．重复以上的过程，将电池存储架上的满电电池２取出并放入电动

6、公交车５的电池箱中，完成整个电动公交车的电池更换任务．［８］２　新型设备研究图２　纯电动客车动力学模型２．１　多自由度设计图２所示，纯电动客车在进入充换电站泊位时，其停靠线l１与快换设备运行轨道l２存在位置误差α，α的大小只能凭经验控制，即自由度υ，φ方向无法准确控制．动力电池在电动公交车上前后分ABCDE５个位置安放，左右对称．在取电池的同时，车辆质量分布的变化，会引起车身位姿误［７］差，即在w，矱，θ自由度方向的位置会发生微小变化．加上车辆停靠时u方向的自由度，车身共有６图３　新型电池夹具总设计图个自由度，使车厢上电池存储箱的位置也会在６个１－摆动吊２－防

7、撞垫３－搭钩４－传感器罩５－电池箱６－滚道７－钩子８－推拉钩９－线性模组１０－伺服电机方向发生变化．１１－线性滑台１２－伺服电机１３－输送框旧的快换设备在固定的地面轨道上运动，共有u，v，w３个移动自由度，在φ方向可以作１８０°转２．２　柔性设计［６］动，即有φ方向的转动自由度．但是其在θ，矱方相对于旧换电设备的刚性动作，电动助力机械向均没有自由度，使得在u方向设计的两个销定位臂可以由操作人员灵活控制，反应灵敏，能有效避时，车身位姿误差会使快换设备与车辆之间的定位免换电时产生的冲击．同时，摆动吊１的设计允许对接困难，甚至会出现卡死的现象，严重影响了换在两个方向

8、作有限度的摆动，这也增加了电池夹具电的