一种氢能源汽车用能源装置交换系统
技术领域
本实用新型实施例涉及氢能源汽车统技术领域。
背景技术
现在的氢能源汽车加氢过程，采用了现有传统油能源汽车加油方案；由供气站或化工厂将大剂量的氢气运送至加氢站导入储气罐，再由加氢机对车辆进行加氢作业，将加氢站储气罐内氢气加入汽车内的储气瓶。
但是，由于加氢站建设成本昂贵，投入成本高，加氢站在实际发展中受到资金方面的额制约。
现今加氢站的建设速度缓慢，与传统加油站的数量相差甚远。
加氢站储气量大，在城市内建造安全防护成本更高。
加氢站数量少，距离远，一般性用户加氢气不方便。
人为操作步骤多，有一定几率发生误操作。
车内气瓶检测复杂不易管控。
实用新型内容
本实用新型将氢能源汽车车内氢气供气单元装置或者氢气供气单元和燃料电池单元作为单独装置，通过集中灌装能源后，由物流车辆送至换氢站进行换氢工作。将单独装置可以从车体上快速拆卸和更换，氢能源车辆可以快速地、便捷地补充能源，同时可以实现压力容器罐的定期检查，避免了压力容器罐在车体内长期使用造成的安全隐患；实现自动补充能源的最小投入优化解决方案。
如图1所示将现有的氢能源加气整个过程，拆分并整合为:装置制造商、加氢中心、仓储和物流中心、换氢站、回送和检测中心以及运营中心六个机构模块构成。
装置制造商，针对图1所示的装置制造商，氢气供气单元或者氢气供气单元和氢气燃料电池单元装置由装置供应商进行制造后，在检测合格后投入市场使用。对于市场已经在用的氢气供气单元或者氢气供气单元和氢气燃料电池单元装置，如检测有故障、隐患问题，由装置制造商进行维修，在检测合格后投入市场使用；该单独装置以下称为气瓶，没有冲/加能源或已使用全部或部分能源的称为空瓶，冲/加满能源的称为满瓶。
如图1所示的加氢中心，负责对氢气供气单元或者氢气供气单元和氢气燃料电池单元装置即气瓶进行充气或者充气充电工作，或冲/加能源的的区域。
如图1所示的仓储和物流中心将加氢中心充灌完成的能源装置进行集中仓储管理。在收到物流需求时，将该装置按照运营中心提供的指令运送至相应地点。
如图1所示的换氢站，将负责对有需求车辆进行快速地装置交换。换氢站可以建设在高速休息站，城市内，乡村，以及需要有应急对策的郊野。内部分为作业区，仓储区；作业区分为四个工位，预定位工位，拆瓶工位，装瓶工位，下线工位；仓储区作为气瓶管理区，实现气瓶的补充和更换；优选地，换氢站作业区采用6工位4货台结构。也可以选为流水线型结构，或者固定结构；如图2 所示，优选地，4货台(运送小车)由45#钢板制成。驱动机构由链条，曳引电机，轨道电机等方案结构组成。P1,P2,P3,P4结构。也可以由P1,P4组成。优选地，通过链条将P1,P2,P3,P4货台按照不同的工位进行移动和定位。从P1(预定位) 工位上车，P2(拆瓶)工位拆下空瓶存入仓储区，P3(装瓶)工位补装满瓶， P4(下线)工位下车；优选地，仓储区内可对汽车拆下的空瓶和待使用的满瓶进行存放管理。
如图1所示的回送中心和检测中心，更换后的装置(含空瓶和仓储架) 送到回送中心。由回送中心的检测中心对装置(空瓶)进行安全检测和使用数据采集。判定合格品整理送至加氢中心进行加注。不合格品归类后送至制造商公司进行维修，待维修完成后再送至加氢中心进行加注。
如图1所示的运营中心，由工作人员、集群或者分布式云计算、用户客户端组成，负责整个机构内全流程的各环节作业数据监控，采集，整合、分析、报告，实现六个中心安全稳定运行。
如图3所示的气瓶，使用过的称为空瓶，未使用过的称为满瓶，所有的空瓶满瓶都存放在仓储架上，仓储架会安装在集装箱或码垛箱。优选地气瓶与氢能源汽车底盘连接通过交换装置机构实现，该机构采用快速连接方式；当用户车辆发出能源低下报警提示后，通过终端软件寻找就近的换氢站进行换气作业；交换装置分为氢气装置交换单元和氢气燃料电池装置组合单元，氢气装置交换单元如图3所示交换装置由氢气罐41、充气阀42、安全阀43、空气阀44、防护板47、快速连接装置45、电插头连接机构组成。
如图2所示的货台3.2的预定位工位P1，用户车辆3.1到达换氢站后，将车辆3.1行驶入货台3.2，货台3.2进行导流预定位；车辆导流定位：车辆驶入工作货台，通过外宽里窄的梯型入口驶上工作货台，通过导入定位机构1的滚轮和第五V型块2.1、第六V型块2.2、第七V型块2.3、第八V型块2.4共4组V 型块，自动修正中心位，4组V形块为左右交叉对称；自动修正对中，第五V 形块2.1和第七V型块2.3有挡块限制轮胎最终位置，防止横向(X方向)越位。前进方向(Y方向)由垂直的第六V形块2.2和第八V型块2.4限位。对车辆3.1 进行预定位，也可通过CCD和RF/LASER感应反馈机构，控制挡块移动，实现预定位。
拆瓶工位：预定结束后，如图2所示货台3.2通过驱动机构将车辆运送至拆瓶工位：拆装小车3.5(以下简称小车)在货台3.2到位后，拆装小车3.5通过气/油缸/电机提升通过第二凸V形块3.5.2.2对中顶进车底的第二凹V形块3.5.2.1 (或通过CCD/RF/LASER感应机构)实现精确定位。拆装小车3.5上的动力部件提供动力(气/油缸/电机)，气瓶松脱，气瓶落在拆装小车3.5上。拆装小车由小车升降系统3.3控制下降高度，沿水平移动系统3.4的轨道离开托盘位置。到达取瓶位后，触发M01/M02出入库机器人5中的M01空瓶入库机器人抓手取空瓶，进入集装箱或码垛箱，到达仓储架指定储位，将空瓶送入仓位。其中在拆瓶工位工作时，装瓶工位的M02满瓶出库机器人开始进行预备工作，将满瓶移动到拆装小车3.5的预定位置，在货台3.2移动到装瓶工位时，可以直接进行安装工作；其中换气瓶时数据采集机构通过检测软件系统，测试气密性，残余气量，工作时间及其他使用车辆轨迹和驾驶人数据信息，提交数据到后台或云端的运营中心数据库，做分析处理。
装瓶工位：如图2所示拆瓶工位结束后，货台3.2通过驱动机构将车辆运送至更换装瓶工位：通过安装工位机械V形块/CCD/RF/LASER感应机构的位置判定，拆装小车3.5(以下简称小车)机构根据位置判定将气瓶安装至车辆底部。装瓶工位机构，货台3.2移动到位后(触发感应开关)，见图2，拆装小车3.5就位，小车升降系统3.3提升后，通过第一V型块3.5.1、第二V型块3.5.2、第三V 型块3.5.3和第四V形块3.5.4(或CCD/RF/LASER)精确定位，通过气液电动力将拆装小车3.5上气瓶装入，感应到位后，小车垂直方向由小车升降系统3.3 沿(Z轴)下降，沿水平移动系统3.4的导轨移出，到位后触发M01/M02出入库机器人5的M02满瓶出库机器人，将满瓶拿下，放到拆装小车3.5就位，等待下次操作。
下线工位：如图2所示在装瓶工位结束后，货台3.2通过驱动机构将车辆运送至下线工位，感应开关启动，导入定位机构1通过气/油缸/电机下降，将滚轮和V型卡块脱离轮胎，限位解除，增加驱动力后车辆3.1可以驾驶离开，完成换瓶作业；货台3.2沿轨道进入待检位，检测状态。完成后，通过接近传感器 /CCD/RF/LASER判定无误，货台3.2通过驱动机构移动至车辆预定位工位。
如图2所示仓储区，包括空瓶库/满瓶库管理机构和气瓶移送出入库机器人机构；换气站中仓储柜设计为200个氢气瓶储存架，分别为001～200号储存架，用户车辆在卸下气瓶后，卸下的气瓶被系统标识为+001号。在用户车辆到达安装平台后，由安装搬运机械手从仓储柜001号位置抓取气瓶放置到安装平台上。准备安装的满瓶被系统标识为-001号。在搬运机械手得到NC指令后，将+001 号气瓶放入001号储存架上。其中仓储架结构通过一根主气管分多路子气管和气瓶相连，具体见图4所示；可以采用如图4所示的M01/M02出入库机器人5，进入仓储区时，M01为空瓶入库机器人，M02为满瓶出库机器人；其中换气站仓储柜中的机械手搬运机构采用轨道供电方式，采用36V电力驱动方案，由搬运机械手下部的供电单元进行接触式供电，搬运机械手由独立的子控制器与换气站内的NC工控单元通讯。
如图4所示气瓶仓储架，瓶架由模块化组成，每组6到8个，模块之间通过快接结构相连，可实现整体快速充气及检测，方便更换；输送通过快接机构，机械手抓取空瓶后，移动到指定位，送入仓位，行程开关触动后，快接机构通过电，气液动力，启动快接机构，连接后实现气路对接，气瓶固定。
如图4所示码垛箱，气瓶物流及存储采用码垛和整体换箱两种方式，换气需求量高的换气站站点，采用整体换箱方式，整体更换箱内仓储架，换气需求量低的换气站点，采用叉车补瓶形式进行更换装车作业。
附图说明
图1是本实用新型中的整体方案流程示意图；
图2是本实用新型中的货台及加氢站流程和工位示意图；
图3是本实用新型中的气瓶的结构示意图；
图4是本实用新型中的仓储架结构示意图。
图中：
1-导入定位机构；
2.1-第五V型块；2.2-第六V型块；2.3-第七V型块；2.4-第八V型块；
3.1-车辆；3.2-货台；3.3-小车升降系统；3.4-水平移动系统；3.5-拆装小车；
3.5.1-第一V型块；3.5.2-第二V型块；3.5.3-第三V型块；3.5.4-第四V型块；
3.5.2.1-第二凹V型块；3.5.2.2-第二凸V型块；
41-氢气罐；42-充气阀；43-安全阀；44-空气阀；45-快速连接装置；46-电插头；47-防护板；
5-M01/M02出入库机器人。
具体实施方式
本实用新型将氢能源汽车车内氢气供气单元装置或者氢气供气单元和燃料电池单元作为单独装置，通过集中灌装能源后，由物流车辆送至换氢站进行换氢工作。将单独装置可以从车体上快速拆卸和更换，氢能源车辆可以快速地、便捷地补充能源，同时可以实现压力容器罐的定期检查，避免了压力容器罐在车体内长期使用造成的安全隐患；实现自动补充能源的最小投入优化解决方案。
如图1所示将现有的氢能源加气整个过程，拆分并整合为:装置制造商、加氢中心、仓储和物流中心、换氢站、回送和检测中心以及运营中心六个机构模块构成。
装置制造商，针对图1所示的装置制造商，氢气供气单元或者氢气供气单元和氢气燃料电池单元装置由装置供应商进行制造后，在检测合格后投入市场使用。对于市场已经在用的氢气供气单元或者氢气供气单元和氢气燃料电池单元装置，如检测有故障、隐患问题，由装置制造商进行维修，在检测合格后投入市场使用；该单独装置以下称为气瓶，没有冲/加能源或已使用全部或部分能源的称为空瓶，冲/加满能源的称为满瓶。
如图1所示的加氢中心，负责对氢气供气单元或者氢气供气单元和氢气燃料电池单元装置即气瓶进行充气或者充气充电工作，或冲/加能源的的区域。
如图1所示的仓储和物流中心将加氢中心充灌完成的能源装置进行集中仓储管理。在收到物流需求时，将该装置按照运营中心提供的指令运送至相应地点。
如图1所示的换氢站，将负责对有需求车辆进行快速地装置交换。换氢站可以建设在高速休息站，城市内，乡村，以及需要有应急对策的郊野。内部分为作业区，仓储区；作业区分为四个工位，预定位工位，拆瓶工位，装瓶工位，下线工位；仓储区作为气瓶管理区，实现气瓶的补充和更换；优选地，换氢站作业区采用6工位4货台结构。也可以选为流水线型结构，或者固定结构；如图2 所示，优选地，4货台(运送小车)由45#钢板制成。驱动机构由链条，曳引电机，轨道电机等方案结构组成。P1,P2,P3,P4结构。也可以由P1,P4组成。优选地，通过链条将P1,P2,P3,P4货台按照不同的工位进行移动和定位。从P1(预定位) 工位上车，P2(拆瓶)工位拆下空瓶存入仓储区，P3(装瓶)工位补装满瓶， P4(下线)工位下车；优选地，仓储区内可对汽车拆下的空瓶和待使用的满瓶进行存放管理。
如图1所示的回送中心和检测中心，更换后的装置(含空瓶和仓储架) 送到回送中心。由回送中心的检测中心对装置(空瓶)进行安全检测和使用数据采集。判定合格品整理送至加氢中心进行加注。不合格品归类后送至制造商公司进行维修，待维修完成后再送至加氢中心进行加注。
如图1所示的运营中心，由工作人员、集群或者分布式云计算、用户客户端组成，负责整个机构内全流程的各环节作业数据监控，采集，整合、分析、报告，实现六个中心安全稳定运行。
如图3所示的气瓶，使用过的称为空瓶，未使用过的称为满瓶，所有的空瓶满瓶都存放在仓储架上，仓储架会安装在集装箱或码垛箱。优选地气瓶与氢能源汽车底盘连接通过交换装置机构实现，该机构采用快速连接方式；当用户车辆发出能源低下报警提示后，通过终端软件寻找就近的换氢站进行换气作业；交换装置分为氢气装置交换单元和氢气燃料电池装置组合单元，氢气装置交换单元如图3所示交换装置由氢气罐41、充气阀42、安全阀43、空气阀44、防护板47、快速连接装置45、电插头连接机构组成。
如图2所示的货台3.2的预定位工位P1，用户车辆3.1到达换氢站后，将车辆3.1行驶入货台3.2，货台3.2进行导流预定位；车辆导流定位：车辆驶入工作货台，通过外宽里窄的梯型入口驶上工作货台，通过导入定位机构1的滚轮和第五V型块2.1、第六V型块2.2、第七V型块2.3、第八V型块2.4共4组V 型块，自动修正中心位，4组V形块为左右交叉对称；自动修正对中，第五V 形块2.1和第七V型块2.3有挡块限制轮胎最终位置，防止横向(X方向)越位。前进方向(Y方向)由垂直的第六V形块2.2和第八V型块2.4限位。对车辆3.1 进行预定位，也可通过CCD和RF/LASER感应反馈机构，控制挡块移动，实现预定位。
拆瓶工位：预定结束后，如图2所示货台3.2通过驱动机构将车辆运送至拆瓶工位：拆装小车3.5(以下简称小车)在货台3.2到位后，拆装小车3.5通过气/油缸/电机提升通过第二凸V形块3.5.2.2对中顶进车底的第二凹V形块3.5.2.1 (或通过CCD/RF/LASER感应机构)实现精确定位。拆装小车3.5上的动力部件提供动力(气/油缸/电机)，气瓶松脱，气瓶落在拆装小车3.5上。拆装小车由小车升降系统3.3控制下降高度，沿水平移动系统3.4的轨道离开托盘位置。到达取瓶位后，触发M01/M02出入库机器人5中的M01空瓶入库机器人抓手取空瓶，进入集装箱或码垛箱，到达仓储架指定储位，将空瓶送入仓位。其中在拆瓶工位工作时，装瓶工位的M02满瓶出库机器人开始进行预备工作，将满瓶移动到拆装小车3.5的预定位置，在货台3.2移动到装瓶工位时，可以直接进行安装工作；其中换气瓶时数据采集机构通过检测软件系统，测试气密性，残余气量，工作时间及其他使用车辆轨迹和驾驶人数据信息，提交数据到后台或云端的运营中心数据库，做分析处理。
装瓶工位：如图2所示拆瓶工位结束后，货台3.2通过驱动机构将车辆运送至更换装瓶工位：通过安装工位机械V形块/CCD/RF/LASER感应机构的位置判定，拆装小车3.5(以下简称小车)机构根据位置判定将气瓶安装至车辆底部。装瓶工位机构，货台3.2移动到位后(触发感应开关)，见图2，拆装小车3.5就位，小车升降系统3.3提升后，通过第一V型块3.5.1、第二V型块3.5.2、第三V 型块3.5.3和第四V形块3.5.4(或CCD/RF/LASER)精确定位，通过气液电动力将拆装小车3.5上气瓶装入，感应到位后，小车垂直方向由小车升降系统3.3 沿(Z轴)下降，沿水平移动系统3.4的导轨移出，到位后触发M01/M02出入库机器人5的M02满瓶出库机器人，将满瓶拿下，放到拆装小车3.5就位，等待下次操作。
下线工位：如图2所示在装瓶工位结束后，货台3.2通过驱动机构将车辆运送至下线工位，感应开关启动，导入定位机构1通过气/油缸/电机下降，将滚轮和V型卡块脱离轮胎，限位解除，增加驱动力后车辆3.1可以驾驶离开，完成换瓶作业；货台3.2沿轨道进入待检位，检测状态。完成后，通过接近传感器 /CCD/RF/LASER判定无误，货台3.2通过驱动机构移动至车辆预定位工位。
如图2所示仓储区，包括空瓶库/满瓶库管理机构和气瓶移送出入库机器人机构；换气站中仓储柜设计为200个氢气瓶储存架，分别为001～200号储存架，用户车辆在卸下气瓶后，卸下的气瓶被系统标识为+001号。在用户车辆到达安装平台后，由安装搬运机械手从仓储柜001号位置抓取气瓶放置到安装平台上。准备安装的满瓶被系统标识为-001号。在搬运机械手得到NC指令后，将+001 号气瓶放入001号储存架上。其中仓储架结构通过一根主气管分多路子气管和气瓶相连，具体见图4所示；可以采用如图4所示的M01/M02出入库机器人5，进入仓储区时，M01为空瓶入库机器人，M02为满瓶出库机器人；其中换气站仓储柜中的机械手搬运机构采用轨道供电方式，采用36V电力驱动方案，由搬运机械手下部的供电单元进行接触式供电，搬运机械手由独立的子控制器与换气站内的NC工控单元通讯。
如图4所示气瓶仓储架，瓶架由模块化组成，每组6到8个，模块之间通过快接结构相连，可实现整体快速充气及检测，方便更换；输送通过快接机构，机械手抓取空瓶后，移动到指定位，送入仓位，行程开关触动后，快接机构通过电，气液动力，启动快接机构，连接后实现气路对接，气瓶固定。
如图4所示码垛箱，气瓶物流及存储采用码垛和整体换箱两种方式，换气需求量高的换气站站点，采用整体换箱方式，整体更换箱内仓储架，换气需求量低的换气站点，采用叉车补瓶形式进行更换装车作业。
参考文献
本文中提到的快接机构参考的专利文献见专利申请号2018217099766。
