一种电动汽车的电池容量调节方法及装置

1.本发明涉及一种电动汽车的电池容量调节方法及装置。


背景技术：

2.随着节能减排和绿色环保交通理念的提出，电动汽车作为一种新能源交通工具近年来得到较大的发展，其保有量也不断增加。但电动汽车的电池问题也随之出现。由于电池续航及充电设备供应有限，且短途与长途行驶对于车辆电池的续航能力与消费成本存在明显需求差异，使得车辆难以同时满足短途与长途间转换使用的需求。因此，现阶段驾驶员在长途驾驶时需要时刻面临车辆是否需要充电、寻找充电区域以及停留在固定场所充电的问题，使得多数电动汽车驾驶者存在汽车电池续航的长途焦虑。如何低成本高效率地实现电动汽车的电池扩容，有效解决车辆的长短途转换行驶的问题，成为电动汽能否进一步推广与发展的重要影响因素之一。


技术实现要素：

3.本发明提出一种电动汽车的电池容量调节方法及装置，能够低成本高效率地实现电动汽车电池容量的调节，有效解决车辆长短途转换行驶的问题，避免驾驶者因汽车电池续航等问题而产生长途焦虑。
4.本发明通过以下技术方案实现：
5.一种电动汽车的电池容量调节方法，包括如下步骤：
6.a、电动汽车驶入调节站点，调节站点根据电动汽车的预约信息判断电动汽车需要租赁电池单元或者归还电池单元，若是租赁电池单元，进入步骤b，若是归还电池单元，进入步骤d；
7.b、调节站点根据预约信息准备合适数量的电池单元；
8.c、调节站点待电动汽车开启用于放置电池单元的安装空间后，通过设置在机械臂上的第一识别装置进行位置校准后，机械臂将准备的电池单元放入并固定在安装空间内对应的位置上以形成供电单元，供电单元分别与电动汽车的电量检测模块、驱动机构、充电接口可拆卸地导电连接，供电单元与驱动机构之间串接有第一可控开关，供电单元与充电接口之间串接有第二可控开关，第一、第二可控开关均与电量检测模块连接，并进入步骤e；
9.其中，电池单元上设置有匹配成对的第一连接机构和第二连接机构，供电单元包括至少一个电池单元，当电池单元为两个以上时，机械臂控制相邻的两电池单元通过第一、第二连接机构的配合可拆卸导电连接，以实现各电池单元的串联；
10.d、调节站点待电动汽车开启安装空间后，通过设置在机械臂上的第一识别装置进行位置校准后，机械臂将安装空间内的电池单元取出，并进入步骤e；
11.e、电动汽车驶离调节站点。
12.进一步的，所述步骤b中，调节站点内具有多种不同容量的电池单元，根据所述预约信息中提供的租赁容量，准备合适数量的电池单元。
13.进一步的，所述机械臂上设置有控制机构，所述第一识别装置包括环绕间隔设置在机械臂上的若干第一摄像头和环绕间隔设置在机械臂上的若干第一红外感应器，各第一摄像头和第一红外感应器与控制机构连接。
14.进一步的，所述安装空间设置在电动汽车车头或者车尾，安装空间内间隔设置有若干安装位，各安装位上均设置有第一电磁铁，所述电池单元底部设置有可被第一电磁铁吸附的第一吸附件。
15.进一步的，所述第一连接机构包括设置在电池单元上的第一引出片、设置在第一引出片上且竖直向上延伸的延伸片和分别设置在延伸片两侧的两弧形限位槽，第二连接机构包括设置在电池单元上的第二引出片、间隔设置在第二引出片上且竖直向下延伸的两夹片和分别设置在两夹片内侧且与限位槽匹配的限位块，第一、第二引出片分别与电池单元的两极电连接，所述步骤c中，机械臂控制后放入的电池单元，使其两夹片向下套在相邻电池单元的延伸片上，并使两限位块分别卡入限位槽内。
16.进一步的，所述步骤c中，机械臂将电池单元放入安装位后，对应的第一电磁铁通电以将该电池单元固定在安装位上；步骤d中，机械臂取出电池单元时，该电池单元对应的第一电磁铁断电。
17.进一步的，所述第一连接机构设置在电池单元后端和一侧面，所述第二连接机构设置在电池单元前端和另一侧面。
18.进一步的，所述电动汽车包括车载电池，车载电池分别通过第三可控开关和第四驱动机构与所述驱动机构和充电接口连接，第三、第四可控开关均与所述电量检测模块连接。
19.本发明还通过以下技术方案实现：
20.一种电动汽车的电池容量调节装置，电动汽车具有放置电池单元的安装空间，电池容量调节装置包括：
21.调节站点：包括机械臂、设置在机械臂上的控制机构、设置在机械臂上的第一识别装置和若干电池单元，控制机构根据电动汽车的预约信息判断电动汽车需要租赁电池单元或者归还电池单元，若是租赁电池单元，通过第一识别装置进行位置校准后，机械臂将合适数量的电池单元放入并固定在安装空间内对应的位置上以形成供电单元，供电单元分别与电动汽车的电量检测模块、驱动机构和充电接口可拆卸地导电连接，供电单元与驱动机构之间串接有第一可控开关，供电单元与充电接口之间串接有第二可控开关，第一、第二可控开关均与电量检测模块连接；若是归还电池单元，机械臂则将安装空间内的电池单元取出；
22.电池单元上电池单元上分别设置有匹配成对的第一连接机构和第二连接机构，供电单元包括至少一个电池单元，当电池单元为两个以上时，机械臂控制相邻的两电池单元通过第一、第二连接机构的配合可拆卸导电连接，以实现各电池单元的串联。
23.进一步的，所述第一连接机构包括设置在电池单元上的第一引出片、设置在第一引出片上且竖直向上延伸的延伸片和分别设置在延伸片两侧的两弧形限位槽，第二连接机构包括设置在电池单元上的第二引出片、间隔设置在第二引出片上且竖直向下延伸的两夹片和分别设置在两夹片内侧且与限位槽匹配的限位块，第一、第二引出片分别与电池单元的两极电连接，连接时，后放入的电池单元的两夹片向下套在相邻电池单元的延伸片上，并使两限位块分别卡入限位槽内。
24.本发明具有如下有益效果：
25.1、电动汽车需要调节电池容量时，在本身车载电池有电的情况下，向调节站点发出预约信息，预约信息包括需要租赁电池单元或者归还电池单元以及租赁电池的容量或者归还电池单元的数量，调节站点则根据预约信息进行不同的处理，当需要租赁时，根据需要租赁的电池容量准备合适数量的电池单元，并由机械臂将电池单元放入并固定在电动汽车的安装空间内以形成供电单元，该供电单元分别与电动汽车的驱动机构和充电接口可拆卸导电连接，通过电动汽车的电量检测模块和第一、第二可控开关控制，在电动汽车与充电桩连接以进行充电时，车载电池充满后，电量检测模块控制第二可控开关闭合，充电桩继续为供电单元充电，在行驶过程中，车载电池电量用完后，电量检测模块控制第一可控开关闭合，供电单元为驱动机构提供电量，当需要归还电池单元时，则由机械臂将安装空间内的电池单元取出，如此即实现低成本高效率地对电动汽车的电池容量进行调节，有效解决车辆长短途转换行驶的问题，避免驾驶者因汽车电池续航等问题而产生长途焦虑；因租赁的供电单元可在电动车内进行充电，故在调节站点内放入的电池单元可以为无电或者少电状态，如此调节站点仅起到调配和保管电池单元的作用，而无需保证每个电池单元都是满电状态，大大减轻调节站点压力，也能够为更多电动汽车提供租赁服务；电动汽车本身的车载电池是不被更换的，而新加入的电池单元能够直接为电动汽车供电，故用户可根据自身的喜好和需求购买不同品牌任意电池容量的电动汽车，而不必担心如现有技术中直接更换车载电池而带来的匹配问题，大大提升用户体验满意度；电池单元上设置有匹配成对的第一连接机构和第二连接机构，相邻两电池单元通过第一、第二连接机构的配合实现可拆卸导电连接，使得电池单元的安装和拆卸都更为方便。
26.2、调节站点内具有多种不同容量的电池单元，可根据预约信息中提供的租赁容量，有效提高容量调节的灵活性。
27.3、电动车的安装空间内设置有若干安装位，各安装位上设置有第一电磁铁，电池单元放置在安装位上，并被对应的第一电磁铁吸附固定，继续放置电池单元时，机械臂使后放入的电池单元的第二连接机构的两夹片向下套在相邻电池单元的延伸片上(该相邻电池单元可以是前后相邻也可以是左右相邻)，并使两夹片内侧的限位块分别卡入限位槽内，如此即完成两电池单元的串联，在第一电磁铁和匹配的限位块、限位槽的作用下，能够保证电池单元连接的稳固，避免因行驶过程中发生的振动而导致电池单元接触不良的情况，当需要拆除电池单元时，先使该电池单元对应的第一电磁铁断电，机械臂再对该电池单元施加向上的力，因该电池单元相邻的电池单元仍然被其对应的第一电磁铁吸附，故机械臂可快速地使夹片与延伸片分离，即可将电池单元拆除。
附图说明
28.下面结合附图对本发明做进一步详细说明。
29.图1为本发明方法的流程图。
30.图2为本发明将电池单元放入安装位的示意图。
31.图3为本发明电池单元的结构示意图。
32.图4为本发明电池单元串接示意图。
33.图5为本发明电池单元充电、供电的电路原理图。
34.图6为本发明机械臂抓取电池单元的示意图。
35.图7为本发明抓取机构的结构示意图。
36.其中，1、电动汽车；11、安装空间；12、电量检测模块；13、驱动机构；14、充电接口；15、车载电池；k3、第三可控卡关；k4、第四可控开关；2、机械臂；21、竖杆；22、第一横向关节臂；23、第二横向关节臂；24、第一纵向关节臂；25、第二纵向关节臂；31、第一摄像头；32、第一红外感应器；4、抓取机构；41、支撑轴；42、旋转轮；43、圆盘；44、第二摄像头；45、第二红外感应器；46、第二电磁铁；50、供电单元；5、电池单元；51、第一连接机构；511、第一引出片；512、延伸片；513、限位槽；52、第二连接机构；521、第二引出片；522、夹片；523、限位块；524、引导部；k1、第一可控开关；k2、第二可控开关。
具体实施方式
37.如图1至图7所示，电动汽车的电池容量调节方法包括如下步骤：
38.a、电动汽车1在本身车载电池15还有电的情况下驶入调节站点，调节站点有固定的车道和存放台，调节站点根据电动汽车1的预约信息判断电动汽车1需要租赁电池单元5或者归还电池单元5，若是租赁电池单元5，进入步骤b，若是归还电池单元5，进入步骤d；
39.调节站点包括机械臂2、设置在机械臂2上的控制机构、设置在机械臂2上的第一识别装置、设置在机械臂2端部的抓取机构4和若干电池单元5，电动汽车1的预约信息被控制机构接收，该预约信息包括需要租赁电池单元5或者归还电池单元5、租赁电池的容量或者归还电池单元5的数量，其中，需要租赁的情况下，电动汽车1可仅在预约信息中指明容量，或者明确指明需要租赁的电池数量；
40.b、调节站点内若干电池单元5的容量并不完全相同，即调节站点内具有多种不同容量的电池单元5，电动汽车1发出的预约信息被机械臂2上的控制机构接收，调节站点的工作人员则可根据预约信息的具体要求，准备合适数量的电池单元5，并将准备好的电池单元5放于存放台上且位于机械臂2抓取范围内，电动汽车1通过固定车道的指引也能刚好停在机械臂2操作范围内；其中，电动汽车1发出预约信息并被控制机构接收的过程为现有技术；
41.c、为了放置租赁的电池单元5，电动汽车1上设置有安装空间11，该安装空间11可设置在电动汽车1的车头或者车尾，现有电动汽车1的车头或者车尾本身即存在空闲空间，将该空间进行利用即可成为安装空间11，更具体地，将安装空间11底部分隔为若干间隔的安装位，各安装位上均设置有第一电磁铁，各第一电磁铁由电动汽车1本身车载电池15供电，并由电动汽车1的控制系统来控制各第一电磁铁的通断电，第一电磁铁与车载电池15的连接、以及控制系统控制各第一电磁铁通断电的过程，均为现有技术；
42.待电动汽车1开启安装空间11后，通过第一识别装置进行位置校准后，第一识别装置包括环绕间隔设置在机械臂2上的若干第一摄像头31和环绕间隔设置在机械臂2上的若干第一红外感应器32，第一红外感应器32位于对摄像头下方，各第一摄像头31和第一红外感应器32均与控制机构连接，通过第一摄像头31、第一红外感应器32和控制机构的配合，校准当前电池单元5放置的安装位，再根据该安装位，控制机械臂2转动相应角度，以将该电池单元5准确放在对应安装位上，电池单元5底部则设置有可被第一电磁铁吸附的第一吸附件，电池单元5放置在安装位上后，对应的第一电磁铁即通电，从而使电池单元5被该第一电磁铁吸附；该第一吸附件可以是金属片；所有的电池单元5均被机械臂2放入对应的安装位
后，即形成供电单元50；电动汽车1包括本身的车载电池15、电量检测模块12、驱动机构13和充电接口14，驱动机构13即为电机，充电接口14即为与充电桩连接以进行充电的接口，车载电池15分别通过第三可控开关k3和第四驱动机构13与驱动机构13和充电接口14连接，第三可控开关k3、第四可控开关k4均与电量检测模块12连接，供电单元50分别与电动汽车1的电量检测模块12、驱动机构13、充电接口14可拆卸地导电连接，供电单元50与驱动机构13之间串接有第一可控开关k1，供电单元50与充电接口14之间串接有第二可控开关k2，第一可控开关k1、第二可控开关k2均与电量检测模块12连接，并进入步骤e；
43.其中，供电单元50与电量检测模块12、驱动机构13和充电接口14的连接可通过导线或者连接片实现，具体连接结构为现有技术；
44.电池单元5前端和后端设置有匹配成对的第一连接机构51和第二连接机构52、左侧面和右侧面也设置有匹配成对的第一连接机构51和第二连接机构52，如此能够使电池单元5连接方式更为多样，供电单元50包括至少一个电池单元5，当只有一个电池单元5时，该电池单元5即为供电单元50；当电池单元5为两个以上时，机械臂2控制相邻的两电池单元5通过第一连接机构51和第二连接机构52的配合可拆卸导电连接，以实现各电池单元5的串联；
45.更具体地，第一连接机构51包括设置在电池单元5上的第一引出片511、设置在第一引出片511上且竖直向上延伸的延伸片512和分别设置在延伸片512两侧的两弧形限位槽513，第二连接机构52包括设置在电池单元5上的第二引出片521、间隔设置在第二引出片521上且竖直向下延伸的两夹片522和分别设置在两夹片522内侧且与限位槽513匹配的限位块523，第一引出片511、第二引出片521分别与电池单元5的两极电连接，机械臂2控制后放入的电池单元5，使其两夹片522向下套在相邻电池单元5的延伸片512上，并使两限位块523分别卡入限位槽513内；延伸片512的上端和夹片522下端均设置有弧形的引导部524，以引导限位块523卡入或者脱出限位槽513；第一连接机构51和第二连接机构52均由导电材料制成；
46.d、调节站点待电动汽车1开启安装空间11后，通过第一识别装置进行位置校准后，确定当前要进行取出的电池单元5后，其对应的第一电磁铁断电，机械臂2向该电池单元5施加向上的力，使其第二连接机构52与相邻电池单元5的第一连接机构51脱离，从而将该电池单元5取出安装空间11，若有多个电池单元5需要归还，则机械臂2按照上述过程依次将安装空间11内的电池单元5取出，并进入步骤e；
47.e、电动汽车1驶离调节站点；
48.其中，上述租赁和归还的过程中还包括租赁费用的计算与支付，但该部分为现有技术。
49.电池单元5的放入和取出，均通过机械臂2和设置在机械臂2上的抓取机构4完成，机械臂2包括竖杆21、可水平转动地设置在竖杆21上端的第一横向关节臂22、可水平转动地设置在第一横向关节臂22端部的第二横向关节臂23、可竖直转动地设置在第二横向关节臂23端部的第一纵向关节臂24、以及可竖直转动地设置在第一纵向关节臂24端部的第二纵向关节臂25，第一摄像头31和第一红外感应器32均环绕间隔设置在竖杆21上，控制机构则设置在竖杆21内部，抓取机构4包括可转动地设置在机械臂2端部的支撑轴41、可转动地设置在支撑轴41下端的旋转轮42、设置在旋转轮42下端的圆盘43、环绕圆盘43间隔设置的多个
第二摄像头44、环绕圆盘43间隔设置的多个第二红外感应器45和设置在圆盘43底部的第二电磁铁46，第二红外感应器45位于第二摄像头44下方，第二摄像头44和第二红外感应器45分别与控制机构连接，第二电磁铁46由设置在竖杆21内的电池供电，电池单元5上端设置有金属片，当需要抓取电池单元5时，则控制第二电磁铁46通电，否则，第二电磁铁46断电。
50.在本实施例中，控制机构为单片机，第一至第四可控开关k4均为继电器。
51.以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

技术特征：
1.一种电动汽车的电池容量调节方法，其特征在于：包括如下步骤：a、电动汽车驶入调节站点，调节站点根据电动汽车的预约信息判断电动汽车需要租赁电池单元或者归还电池单元，若是租赁电池单元，进入步骤b，若是归还电池单元，进入步骤d；b、调节站点根据预约信息准备合适数量的电池单元；c、调节站点待电动汽车开启用于放置电池单元的安装空间后，通过设置在机械臂上的第一识别装置进行位置校准后，机械臂将准备的电池单元放入并固定在安装空间内对应的位置上以形成供电单元，供电单元分别与电动汽车的电量检测模块、驱动机构、充电接口可拆卸地导电连接，供电单元与驱动机构之间串接有第一可控开关，供电单元与充电接口之间串接有第二可控开关，第一、第二可控开关均与电量检测模块连接，并进入步骤e；其中，电池单元上设置有匹配成对的第一连接机构和第二连接机构，供电单元包括至少一个电池单元，当电池单元为两个以上时，机械臂控制相邻的两电池单元通过第一、第二连接机构的配合可拆卸导电连接，以实现各电池单元的串联；d、调节站点待电动汽车开启安装空间后，通过设置在机械臂上的第一识别装置进行位置校准后，机械臂将安装空间内的电池单元取出，并进入步骤e；e、电动汽车驶离调节站点。2.根据权利要求1所述的一种电动汽车的电池容量调节方法，其特征在于：所述步骤b中，调节站点内具有多种不同容量的电池单元，根据所述预约信息中提供的租赁容量，准备合适数量的电池单元。3.根据权利要求1所述的一种电动汽车的电池容量调节方法，其特征在于：所述机械臂上设置有控制机构，所述第一识别装置包括环绕间隔设置在机械臂上的若干第一摄像头和环绕间隔设置在机械臂上的若干第一红外感应器，各第一摄像头和第一红外感应器与控制机构连接。4.根据权利要求1或2或3所述的一种电动汽车的电池容量调节方法，其特征在于：所述安装空间设置在电动汽车车头或者车尾，安装空间内间隔设置有若干安装位，各安装位上均设置有第一电磁铁，所述电池单元底部设置有可被第一电磁铁吸附的第一吸附件。5.根据权利要求4所述的一种电动汽车的电池容量调节方法，其特征在于：所述第一连接机构包括设置在电池单元上的第一引出片、设置在第一引出片上且竖直向上延伸的延伸片和分别设置在延伸片两侧的两弧形限位槽，第二连接机构包括设置在电池单元上的第二引出片、间隔设置在第二引出片上且竖直向下延伸的两夹片和分别设置在两夹片内侧且与限位槽匹配的限位块，第一、第二引出片分别与电池单元的两极电连接，所述步骤c中，机械臂控制后放入的电池单元，使其两夹片向下套在相邻电池单元的延伸片上，并使两限位块分别卡入限位槽内。6.根据权利要求4所述的一种电动汽车的电池容量调节方法，其特征在于：所述步骤c中，机械臂将电池单元放入安装位后，对应的第一电磁铁通电以将该电池单元固定在安装位上；步骤d中，机械臂取出电池单元时，该电池单元对应的第一电磁铁断电。7.根据权利要求4所述的一种电动汽车的电池容量调节方法，其特征在于：所述第一连接机构设置在电池单元后端和一侧面，所述第二连接机构设置在电池单元前端和另一侧面。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种电动汽车的电池容量调节方法，其特征在于：所述电动汽车包括车载电池，车载电池分别通过第三可控开关和第四驱动机构与所述驱动机构和充电接口连接，第三、第四可控开关均与所述电量检测模块连接。9.一种电动汽车的电池容量调节装置，电动汽车具有放置电池单元的安装空间，其特征在于：电池容量调节装置包括：调节站点：包括机械臂、设置在机械臂上的控制机构、设置在机械臂上的第一识别装置和若干电池单元，控制机构根据电动汽车的预约信息判断电动汽车需要租赁电池单元或者归还电池单元，若是租赁电池单元，通过第一识别装置进行位置校准后，机械臂将合适数量的电池单元放入并固定在安装空间内对应的位置上以形成供电单元，供电单元分别与电动汽车的电量检测模块、驱动机构和充电接口可拆卸地导电连接，供电单元与驱动机构之间串接有第一可控开关，供电单元与充电接口之间串接有第二可控开关，第一、第二可控开关均与电量检测模块连接；若是归还电池单元，机械臂则将安装空间内的电池单元取出；电池单元上电池单元上分别设置有匹配成对的第一连接机构和第二连接机构，供电单元包括至少一个电池单元，当电池单元为两个以上时，机械臂控制相邻的两电池单元通过第一、第二连接机构的配合可拆卸导电连接，以实现各电池单元的串联。10.根据权利要求9所述的一种电动汽车的电池容量调节装置，其特征在于：所述第一连接机构包括设置在电池单元上的第一引出片、设置在第一引出片上且竖直向上延伸的延伸片和分别设置在延伸片两侧的两弧形限位槽，第二连接机构包括设置在电池单元上的第二引出片、间隔设置在第二引出片上且竖直向下延伸的两夹片和分别设置在两夹片内侧且与限位槽匹配的限位块，第一、第二引出片分别与电池单元的两极电连接，连接时，后放入的电池单元的两夹片向下套在相邻电池单元的延伸片上，并使两限位块分别卡入限位槽内。

技术总结
本发明提供一种电动汽车的电池容量调节方法及装置，包括如下步骤：A、判断电动汽车需要租赁或者归还电池单元，若是租赁，进入步骤B，若是归还，进入步骤D；B、调节站点准备合适数量的电池单元；C、待电动汽车开启安装空间，并通过进行位置校准后，机械臂将准备的电池单元放入并固定在安装空间内以形成供电单元并进入步骤E；D、调节站点待电动汽车开启安装空间后，通过设置在机械臂上的第一识别装置进行位置校准后，机械臂将安装空间内的电池单元取出，并进入步骤E；E、电动汽车驶离调节站点。本发明能够低成本高效率地实现电动汽车电池容量的调节，有效解决车辆长短途转换行驶的问题，避免驾驶者因汽车电池续航等问题而产生长途焦虑。途焦虑。途焦虑。


技术研发人员：刘永红 刘帆宇
受保护的技术使用者：泉州湖南大学工业设计与机器智能创新研究院
技术研发日：2021.11.23
技术公布日：2022/3/7