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申请/专利权人：上海蔚来汽车有限公司

摘要：本申请公开了一种换电执行器、标准化换电平台和标准化换电站。所述换电执行器，用于换电平台对车辆电池的更换操作，其包括：支撑部，所述支撑部的一端固定地连接在所述换电平台上，臂部，所述臂部的一端与所述支撑部的另一端可转动地连接，腕部，所述腕部设置在所述臂部的另一端上，其中所述腕部具有操作装置，所述操作装置配备有对至少一种车辆电池进行加锁和或解锁操作的不同的锁工具。本申请可提供兼容多种车型的电池的换电作业的服务。

主权项：1.一种换电执行器，用于换电平台对车辆电池的更换操作，其特征是包括：支撑部，所述支撑部的一端固定地连接在所述换电平台上，臂部，所述臂部的一端与所述支撑部的另一端可转动地连接，腕部，所述腕部设置在所述臂部的另一端上，其中所述腕部具有操作装置，所述操作装置配备有对至少一种车辆电池进行加锁和或解锁操作的不同的锁工具，所述不同的锁工具进行不同的操作，所述不同的操作包括对同一车辆电池进行不同的加锁操作、不同的解锁操作、或者加锁操作和解锁操作，或者对不同的车辆电池进行操作。

全文数据：换电执行器、标准化换电平台和标准化换电站技术领域本申请属于换电服务领域，具体说涉及一种用于换电平台对车辆电池进行更换操作的换电执行器、标准化换电平台以及包括所述标准化换电平台的标准化换电站。背景技术随着技术发展，电动汽车正越来越受到人们的欢迎。目前，电动汽车有充电和换电两种方式来进行能源补充从而为车辆提供动力。就其中的换电方式而言，电动汽车上加载着电池，当电池电量较低时，需为电动汽车更换电量较充足的电池。换电站用于电池的更换。现有一种建筑物式的换电站，该换电站与外界隔开。换电站至少包括储备电池的存储仓库以及车辆在其中进行换电作业的换电平台。换电作业是自动或半自动式的，也就是说，车辆驶入换电平台进行更换电池操作，需要专用装置将亏电的电池从车上拆卸下来，并将经充电的电池安装到车上。电池通过紧固装置如锁固定在车上。通常，对于滑板式即扁平形状的电池而言，由于其面积大，因此紧固位置有若干个，分布在电池上。每个紧固位置上均设置有锁，只有当这些锁都连接到车上或都解开时，电池才能安装到车上或从车上拆卸下来。因而，所述专用装置上会配备对应于紧固位置的加解锁机构来实现安装和拆卸过程。由于现在有多个厂商在致力于电动汽车的制造和生产，为了满足不同款型的电动汽车，电池也随之有各种各样的设计方案。电池的尺寸、其相对于车辆的安装位置、以及其紧固形式等不尽相同。这就限制了上述专用装置的应用，因为该专用装置只能为同种型号的电池提供更换服务。发明内容本申请要解决的至少一个技术问题是提供一种用于换电平台对车辆电池进行更换操作的换电执行器，所述换电执行器用于至少两种电动汽车或至少两种用于电动汽车的电池。所述换电执行器，其包括：支撑部，所述支撑部的一端固定地连接在所述换电平台上，臂部，所述臂部的一端与所述支撑部的另一端可转动地连接，腕部，所述腕部设置在所述臂部的另一端上，其中所述腕部具有换电执行器，所述换电执行器配备有对至少一种车辆电池进行加锁和或解锁操作的不同的锁工具。换电执行器换电执行器本申请涉及的换电执行器为换电平台提供了通用和便利的换电服务。执行器通过支撑部、臂部和腕部可在多个方向上做直线移动和或转动，因此为在同一个换电平台上执行多种车型的电池的更换提供了可能。执行器配备有不同的锁工具。不同的锁工具可进行不同的操作。在这里，所谓的“操作”指用于电池更换而进行的作业动作，包括将电池安装到车辆上的加锁动作和将电池从车辆上拆卸下的解锁动作。可以是加锁和解锁操作，也可以是加锁操作和解锁操作中的任意一种操作，例如，对于某一台电动汽车，可通过锁工具实施加锁和解锁操作；而对于另一台电动汽车（其配置有与前一台电动汽车不同的电池，该电池可以在类型、尺寸或紧固装置布局等方面上不同），可通过不同的锁工具实施加锁和解锁操作。再例如，对于驻停在换电平台上的待更换电池的电动汽车的同一块电池而言，可以通过锁工具实施加锁操作，通过不同的锁工具实施解锁操作。根据所述换电执行器的一个实施例，所述锁工具至少包括用于对电池加锁和解锁的第一锁工具和用于对其他电池加锁和解锁的第二锁工具。根据所述换电执行器的一个实施例，所述操作装置具有从所述腕部延伸出的转轴，所述第一锁工具和所述第二锁工具之间通过所述操作装置的转动进行切换。由此，可以在转轴上布置第三锁工具、第四锁工具等，通过转轴的转动来实现锁工具之间的切换，锁工具经切换后发生变更以进行不同的操作。由此，可以在一个换电平台上对具有不同电池的车辆进行换电作业。根据所述换电执行器的一个实施例，所述锁工具是用于加锁的加锁件、用于解锁的解锁件或用于加锁和解锁的加解锁件；所述锁工具是机械锁、电磁锁或电子锁中的任意一种。根据所述换电执行器的一个实施例，所述锁工具是套筒、螺母、推杆、锁销、挂钩或钥匙。锁工具可以通过机械、电控如电驱动或电子验证、电磁等方式锁止或解锁。可以根据电池上的锁的类型配置不同的锁工具。根据所述换电执行器的一个实施例，所述锁工具构造成做自转运动、或向上、向下、前进或后退移动的直线运动。锁工具可以集成有驱动器，也可以是与驱动器分开的单独的工具件，在这种情况下，驱动器可以预先安装在操作装置上。不同的锁工具可以各自具有驱动器，也可以共用一个驱动器。锁工具还可以不需要驱动器，通过支撑部、臂部和腕部的动力传递来实现加锁和解锁操作。根据所述换电执行器的一个实施例，所述支撑部、臂部和腕部构造成所述换电执行器具有六个方向的自由度。所述六个方向的自由度包括三维坐标系上的沿x、y、z轴的移动自由度，以及围绕x、y、z轴的转动自由度。本申请要涉及的另一个方面是提供一种标准化换电平台，通过上述换电执行器，对至少一种车辆电池进行更换操作。根据所述标准化换电平台的一个实施例，所述换电平台还包括升降装置，所述升降装置用于使车辆上升到一定高度，以为所述换电执行器提供在所述车辆电池的下方进行所述更换操作的操作空间。换电执行器在电池的下方进行更换操作如加锁操作和或解锁操作。在同一个换电平台上，能对多种电池和多种车辆进行电池更换操作，由此实现换电平台的标准化和通用性。对于不同底盘高度的车辆，升降装置都能将车辆上升到一个合适的高度。对于具有不同尺寸和或具有不同紧固类型的电池，换电执行器都能定位到该电池的紧固位置，并且进行相应的更换操作。根据所述换电平台的一个实施例，所述升降装置构造为托举车辆底盘的提升柱；所述换电执行器构造为具有机械臂。根据所述换电平台的一个实施例，所述提升柱有四个，分别布置在车辆的轮胎一侧；所述机械臂有四个，每一个所述提升柱的附近均设置有一个所述机械臂。本申请要涉及的再一个方面是提供一种标准化换电站，所述换电站具有一种如前述的标准化换电平台。根据所述换电站的一个实施例，所述换电站还包括运输装置，所述运输装置上设置有支承部，所述支承部构造成在所支承的所述车辆电池和所述运输装置的顶部之间形成所述换电执行器可进入的操作空间。换电执行器的设置使得运输装置上无需设置加解锁机构。在以往的换电站中，运输装置由于配备了加解锁机构，只能提供针对一种电池的换电服务。在这种旧方案中，必须设计附加的运输装置，即运输装置上配备其他的加解锁机构才能满足更多种电池的换电需求。相比之下，本申请简化了运输装置结构，并且节约了制造成本。通过以下参考附图的详细说明，本申请的其他方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本申请的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，附图仅仅意图概念地说明此处描述的结构和流程，除非另外指出，不必要依比例绘制附图。附图说明结合附图参阅以下具体实施方式的详细说明，将更加充分地理解本申请，附图中同样的参考附图标记始终指代视图中同样的元件。其中：图1是本申请涉及的换电站的一种实施例的示意图；图2是本申请涉及的换电站在换电作业中的状态示意图；图3是本申请涉及的换电平台的一种实施例的示意图；图4是本申请涉及的换电执行器的一种实施例的局部示意图。具体实施方式为帮助本领域的技术人员能够确切地理解本申请要求保护的主题，下面结合附图详细描述本申请的具体实施方式。图1示出了本申请涉及的换电站的一种实施例的示意图。该换电站包括用于储存电池12的电池仓1和换电平台2。电池仓1和换电平台2之间设置有轨道6，运输装置8在轨道6上定向移动，从而将电池仓1内的电池运输到换电平台2上或将换电平台2上的电池运输到电池仓1内。运输装置8例如但非限制于移动车，如RGV小车（RailGuidedVehicle，轨道引导车）。运输装置8上设置有用于承载电池的支承部，其可以接收从车辆上拆卸下的电池并支承该电池，可以在运输过程中支承电池，以及可以接收来自电池仓的电池并支承该电池。支承部可以以本领域技术人员想得到的多种方式来实现。在图示实施例中，换电平台2的一侧设置电池仓1，应该知道，换电平台2的两侧均可设置电池仓，例如但非限制性的，其中一个用于存储亏电电池，另一个用于存储经充电的满电电池。运输装置8在两个电池仓和换电平台之间沿轨道移动。换电平台设置有用于车辆的定位装置3，升降装置4和用于电池的换电执行器5。定位装置3用于对驶入换电平台的车辆进行初定位，以将车辆定位在期望的位置上并且保持车辆在理想的水平面上。换电系统设置有用于定位的坐标系，经定位的车辆能够为后续的步骤如更换电池创造良好的位置条件。定位装置3可以对车辆进行至少一个方向上的位置调节。定位装置3可以是本领域技术人员想得到的各种定位机构。在图示实施例中，定位装置3用于驶入其中的轮胎进行调节，可以对轮胎进行粗调和或细调。升降装置4用于将车辆上升到一个高度，以使车辆底部的电池留出操作空间。升降装置4可以通过与车辆的底部地板接触并将其托举到给定的高度上。在图示实施例中，定位装置3、升降装置4和换电执行器5为各自独立的机构。可以想到，定位装置3可以集成到升降装置4中，即升降装置4包含了定位装置。这种形式的升降装置与轮胎接触，在将车辆定位好后，升高车辆。在更换完电池后，升降装置4将车辆下降到换电平台的地板上。换电执行器5实施电池的更换作业，包括安装电池和拆卸电池步骤。在图示的实施例中，换电执行器5设置为固定在升降装置4附近的位置上，其末端可以到达经升高的车辆的底部的下方。换电执行器5的结构将在下文中介绍。在图示实施例中，还设置有转台7。轨道6的一部分设置在转台上，当转台转动到特定角度上时，轨道6形成完整的导轨。当运输装置8移动到转台6内的轨道部分时，其可以随转台一起转动，从而更改电池的安装方向。这为电池的安装和电池仓内的电池摆放位置提供了便利。例如，如图所示，电池沿横向方向存储在电池仓1内，当待更换电池的电动汽车的电池安装方向与电池的存储方向不一致时，例如此电动汽车的电池安装方向为纵向时，那么承载有横向方向的电池的运输装置8在移动到转台7上时，通过转台7转动90º，使电池的方向改变为纵向，从而与电动汽车的电池安装方向一致。或者，转台7先转动90º，接收从电动汽车上拆卸下的纵向方向的电池，再转回90º，使纵向方向的电池改向为横向方向，从而与电池仓的电池存储方向一致，运输装置8运输经改向的电池移动到电池仓1内。当待更换电池的电动汽车的电池安装方向与电池的存储方向一致时，运输装置可以直接在电池仓和换电平台之间以不改变电池方向的方式运输电池。图2示出了本申请涉及的换电站在作业过程中的状态示意图。当车辆驶入换电平台2后，并且经定位如通过上述的定位装置3定位后，通过升降装置4将车辆上升到一定的高度上。运输装置8和换电执行器5都可以在车辆的底部进行电池的相关作业。在图示实施例中，升降装置8构造为提升柱，其具有延伸臂14以与车辆的底部接触，并提升车辆。提升柱有四个，定位装置3也有四个，用于支承车辆的四个轮胎。由此，车辆的底部共由四个延伸臂托举。在该实施例中，还可以看到，除了运输装置8，还有第二运输装置9，该第二运输装置9也能沿着轨道移动到经提升的车辆的底部。第二运输装置9可以是但非限于移动车，如AGV小车（AutomatedGuidedVehicle，自动引导车）。该AGV小车可以是手动控制，其用于例如当电池无法经由换电执行器5操作时，可由工作人员操纵AGV小车进入到换电平台以替代作业。结合图2、图4，换电执行器5包括支撑部10、臂部13和腕部15。支撑部10的一端通过基座30固定在换电平台2上并且可转动地连接基座30，其另一端与臂部13的一端可转动地连接。支撑部10用于支承臂部13，并且是可动的。臂部13的另一端连接腕部15（见图4），腕部15具有操作装置21。换电执行器5通过支撑部10、臂部13和腕部15可做多个方向上的直线移动和或转动。在图中的实施例中，支撑部10相对于基座30可转动，臂部13相对于支撑部10可转动，在支撑部10的移动下，臂部13还可做直线移动。腕部15具有至少一个转动方向，如图所示，腕部有两个方向的转动。因此在支撑部10、臂部13和腕部15的驱动下，执行器5的末端的操作装置21可以到达一个目标位置。在图示的换电平台的实施例中，该目标位置为电池的锁所在位置或锁对应的位置。操作装置21在目标位置上进行加锁和或解锁操作。换电执行器5可以如下文介绍到的构造为机械臂式结构。图3示出了根据本申请的换电平台实施换电作业的示意图。换电执行器能够到达电池上的任意一个目标位置。例如图示中的电池上的标识24指出的位置，该位置为电池的一个紧固位置（如螺栓位置），换电执行器可以沿几乎直线的方向（如图示出的虚线）前进到该位置上。换电执行器在图中显示为机械臂16、17、18、19。机械臂具有多个方向的自由度，如6个方向的自由度（包括三个移动自由度和三个转动自由度）。由此，通过操纵机械臂，使机械臂的末端能够到达电池上的任意一个位置。从图上可以看到，电池12上布置有多个螺栓位置，如图中示出的螺栓位置24、25，机械臂16和18分别移动到这两个位置上。通常一块电池上可以有8到10个紧固位置。机械臂具有图示出的两对（16和18；17和19），多个机械臂同时工作，可以在较短的时间内在目标位置上进行操作。当然，机械臂也可以设计成一对或更多对。因为电池的紧固位置布局通常具有对称性，机械臂设置于电池的两侧形成机械臂对，机械臂对的设置可以提高工作效率。在图示的换电平台的实施例中，机械臂16、17、18、19分别设置在与其对应的提升柱26、27、28、29的一侧，从而机械臂的数量与提升柱的数量相当。这可以作为换电平台的标准配置，适用于紧固位置不同的任何电池的更换。在这种配置中，四个机械臂的活动范围不仅可以覆盖到整个电池，而且能够深入到位于电池中央的离机械臂固定点较远的位置。在进行换电操作过程中，机械臂在车辆的下方实施作业。运输装置8的支承部以支承电池四个角的方式承载电池，使得电池12与运输装置8的顶部之间留出一个高度上的操作空间。机械臂从该操作空间进入以接近紧固位置。采用机械臂的再一个优点在于，在接近过程中，机械臂可以通过变换角度来调整自身的姿态以避免遇到干涉。换电执行器的末端设置有用于电池更换操作的操作装置21。参见图4，操作装置21至少具有第一锁工具22和第二锁工具23，如专用于螺栓的拧入和松开的电动套筒。例如但非限制性的，拆卸电池时，操作装置21移动到电池的目标位置上并使电动套筒对准电池上的螺栓，以设定好的转动方向和圈数将电池上的螺栓拧松并取出。安装电池时，操作装置21再次移动到该位置上并且电动套筒对准螺栓孔，以反方向转动套筒并将螺栓拧入。利用电动套筒的一个优点在于可以监测套筒的工作扭矩和计算转动圈数，以判断螺栓是否解锁或者加锁到位。大部分电动汽车的电池都是通过螺栓将电池安装到车辆底部，不同的电池采用相同或不同规格的螺栓。然而，与螺栓的公称直径配合的电动套筒是确定的。因此仅一套锁工具未必能应付多款电池的多种规格的螺栓紧固操作。设置第一锁工具22和第二锁工具23为上述情况提供了可能，即选择合适的电动套筒来提供相应的操作服务。例如但非限制性的，第一锁工具22为适用于M18螺栓的电动套筒，其用于将M18螺栓作为紧固件的电池的更换，而第二锁工具23为适用于M10螺栓的电动套筒，其用于将M10螺栓作为紧固件的电池的更换。操作装置21具有转轴，该转轴可以与腕部15的一条轴线重合。第一锁工具22和第二锁工具23通过操作装置21的转动实现它们之间的切换，如图中箭头所示。例如但非限制性的，第一台待换电的电动汽车的电池使用M18螺栓，用第一锁工具22实施加锁和解锁操作。而第二台待换电的电动汽车的电池使用M10螺栓，需要用第二锁工具23实施加锁和解锁操作。操纵腕部15转动，操作装置21经转过一个角度后，第二锁工具23替代第一锁工具22处于工作位置上。同理，如果一块电池上使用不同规格的螺栓，也是可以通过类似于上述的操作方法将电池拆下或安装上的。由此可以想到，操作装置21上可以设置更多个锁工具。锁工具22、23的驱动器集成在操作装置21的本体上，可以分别控制这两个电动套筒的转动方向、转动速度和转动圈数。当然，驱动器也可以集成在锁工具自身上。锁工具除了采用电动套筒加解锁螺栓外，还可以采用其他工具用于其他锁，例如但非限制性的，锁可以是锁销、推杆、螺母、挂钩、卡扣或钥匙等加锁件，或者是对应于上述加锁件的解锁件如触发解锁的元件。锁可以是机械式、电子式或电磁式等。锁工具可以在驱动器的驱动下做自转运动、直线运动如向上、向下、前进或后退的移动。因此，在换电站内可以预先准备好多种锁工具，需要使用时，将对应的锁工具安装到操作装置21上即可。锁工具如果不具有驱动器，可以由机械臂，即支撑部10、臂部13和腕部15直接驱动进行加锁或解锁的动作。换电站的控制系统记录有各种电动汽车的电池信息的数据，在实施换电作业时，控制系统控制车辆定位在期望的位置上，随后根据获得的电池信息，确定针对待换电池所使用的锁工具，并且控制机械臂到达目标电池位置进行加解锁操作。虽然已详细地示出并描述了本申请的具体实施例以说明本申请的原理，但应理解的是，本申请可以其它方式实施而不脱离这样的原理。

权利要求：1.一种换电执行器，用于换电平台对车辆电池的更换操作，其特征是包括：支撑部，所述支撑部的一端固定地连接在所述换电平台上，臂部，所述臂部的一端与所述支撑部的另一端可转动地连接，腕部，所述腕部设置在所述臂部的另一端上，其中所述腕部具有操作装置，所述操作装置配备有对至少一种车辆电池进行加锁和或解锁操作的不同的锁工具。2.根据权利要求1所述的换电执行器，其特征是：所述锁工具至少包括用于对电池加锁和解锁的第一锁工具和用于对其他电池加锁和解锁的第二锁工具。3.根据权利要求2所述的换电执行器，其特征是：所述操作装置具有从所述腕部延伸出的转轴，所述第一锁工具和所述第二锁工具之间通过所述操作装置的转动进行切换。4.根据权利要求1所述的换电执行器，其特征是：所述锁工具是用于加锁的加锁件、用于解锁的解锁件或用于加锁和解锁的加解锁件；所述锁工具是机械锁、电磁锁或电子锁中的任意一种。5.根据权利要求1所述的换电执行器，其特征是：所述锁工具是套筒、螺母、推杆、锁销、挂钩或钥匙。6.根据权利要求1所述的换电执行器，其特征是：所述锁工具构造成做自转运动、或向上、向下、前进或后退移动的直线运动。7.根据权利要求1所述的换电执行器，其特征是：所述支撑部、臂部和腕部构造成所述换电执行器具有六个方向的自由度。8.一种标准化换电平台，其特征是通过权利要求1-7中任一项所述的换电执行器，对至少一种车辆电池进行更换操作。9.根据权利要求8所述的标准化换电平台，其特征是还包括：升降装置，所述升降装置用于使车辆上升到一定高度，以为所述换电执行器提供在所述车辆电池的下方进行所述更换操作的操作空间。10.根据权利要求8所述的标准化换电平台，其特征是：所述升降装置构造为托举车辆底盘的提升柱；所述换电执行器构造为具有机械臂。11.根据权利要求10所述的标准化换电平台，其特征是：所述提升柱有四个，分别布置在车辆的轮胎一侧；所述机械臂有四个，每一个所述提升柱的附近均设置有一个所述机械臂。12.一种标准化换电站，其特征是包括根据权利要求8-11中任一项所述的换电平台。13.根据权利要求12所述的标准化换电站，其特征是还包括用于所述车辆电池运输的运输装置，所述运输装置上设置有支承部，所述支承部构造成在所支承的所述车辆电池和所述运输装置的顶部之间形成所述换电执行器可进入的操作空间。

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