新能源船舶换电续航系统及其换电方法 |
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| 申请号 | CN202410240210.1 | 申请日 | 2024-03-04 | 公开(公告)号 | CN117944633A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 南通理工学院; | 发明人 | 杨锋; 张爱彬; 顾海; 孙健华; 刘新宇; 王青雯; 张华庆; 房正文; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种新 能源 船舶 换电续航系统及其换电方法，包括梁架结构，所述梁架结构横架于河道上方，用于划分河道构成若干通行通道；所述通行通道的两侧端口设置有智能识别模 块 ，用于扫描新能源船舶的信息识别标签；所述通行通道内设置有船舶阻拦机构，用于缓冲夹停所述新能源船舶；所述通行通道内还设置有 电池 储能模块和电池更换机构，所述电池更换机构的电池取放端移动对应于所述电池储能模块和所述新能源船舶的电池盒。本发明解决了电驱动的新能源船舶在河道行驶的续航问题。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种新能源船舶换电续航系统，其特征在于：包括梁架结构(1)，所述梁架结构(1)横架于河道上方，用于划分河道构成若干通行通道(11)；所述通行通道(11)的两侧端口设置有智能识别模块(2)，用于扫描新能源船舶(3)的信息识别标签；所述通行通道(11)内设置有船舶阻拦机构(4)，用于缓冲夹停所述新能源船舶(3)；所述通行通道(11)内还设置有电池储能模块(5)和电池更换机构(6)，所述电池更换机构(6)的电池取放端移动对应于所述电池储能模块(5)和所述新能源船舶(3)的电池盒(31)。 |
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| 说明书全文 | 新能源船舶换电续航系统及其换电方法技术领域[0001] 本发明涉及船舶技术领域，特别是一种新能源船舶换电续航系统及其换电方法。 背景技术[0002] 目前的内河船舶多为燃油动力驱动，存在一定的污染问题，尤其内河同样作为居民生活用水的主要获取来源，其环保问题获得极大的重视。市面上已经开始出现以电驱动的新能源船舶，虽具有较好的环保效果，但在续航上存在较大的问题。船舶运输往往行程较长，若随船携带备用电池极为不便，且会占用较大的空间，增加船体的负重，若不携带，沿途又缺乏为新能源船舶延长续航的设施，这为新能源船舶的发展造成了阻碍。 发明内容[0003] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种新能源船舶换电续航系统及其换电方法，解决了电驱动的新能源船舶在河道行驶的续航问题。 [0004] 技术方案：为实现上述目的，本发明的新能源船舶换电续航系统及其换电方法，包括梁架结构，所述梁架结构横架于河道上方，用于划分河道构成若干通行通道；所述通行通道的两侧端口设置有智能识别模块，用于扫描新能源船舶的信息识别标签；所述通行通道内设置有船舶阻拦机构，用于缓冲夹停所述新能源船舶；所述通行通道内还设置有电池储能模块和电池更换机构，所述电池更换机构的电池取放端移动对应于所述电池储能模块和所述新能源船舶的电池盒。 [0005] 进一步地，所述船舶阻拦机构设置有滚夹模块和缓冲模块，所述滚夹模块设置有贴合于所述新能源船舶两侧的滚夹单元，一侧所述滚夹单元固接于所述通行通道内的相应侧壁，另一侧所述滚夹单元远离或靠近固接侧的所述滚夹单元；所述缓冲模块位于所述通行通道的顶部，其缓冲端升降设置，所述缓冲模块的缓冲端与所述电池盒弹性接触；所述缓冲模块位于所述电池更换机构远离于所述通行通道端口的一侧。 [0006] 进一步地，所述滚夹单元包括侧辊组和底辊组，二者均沿所述通行通道的通行方向排列设置有若干辊子；所述底辊组铰接设置于所述侧辊组的下侧边缘，所述侧辊组和底辊组分别贴合于所述新能源船舶的船体侧面和低侧斜面。 [0007] 进一步地，所述缓冲模块包括横移机构，其横移方向垂直于所述船体通行方向；所述横移机构底部通过升降机构连接缓冲结构；所述缓冲结构设置有视觉识别模块，用于扫描识别所述电池盒的轮廓，所述视觉识别模块的信号的输出端通过控制模块电性连接于所述横移机构和所述升降机构二者的控制信号接收端。 [0008] 进一步地，所述缓冲结构包括支架结构，所述支架结构连接于所述升降机构的输出端，所述支架结构构成缓冲槽，所述缓冲槽的槽口面向船体行驶而来的方向；所述缓冲槽槽底弹性连接有承推件，所述承推件水平滑移设置于所述缓冲槽内。 [0009] 进一步地，所述电池更换机构设置有行走机构，所述行走机构横向移动且移动方向与所述缓冲模块的横移机构横移方向平行；所述行走机构底部升降设置有取放结构，所述取放结构包括对应于所述电池盒多个插槽的多个吸盘组件，各所述吸盘组件单独升降设置。 [0010] 进一步地，所述滚夹单元中的多个所述辊子通过动力装置驱动同步同向转动，所述承推件靠近于所述缓冲槽槽底的一侧设置有测距模块，所述测距模块的信号输出端通过控制模块电性连接于所述动力装置的控制信号接收端。 [0011] 进一步地，所述缓冲槽槽口设置有夹紧机构，所述测距模块的信号输出端通过控制模块电性连接于所述夹紧机构的夹紧驱动装置，所述夹紧机构设置有夹合感应模块，所述夹合感应模块的信号输出端通过控制模块电性连接于所述取放结构的升降驱动装置。 [0012] 进一步地，两个所述取放结构通过换位结构连接所述升降驱动装置的输出端。 [0013] 进一步地，具体包括以下步骤： [0014] 步骤Ⅰ，通过智能识别模块扫描行驶而来的新能源船舶的信息识别标签，获取船舶信息，电池状态信息以及支付信息； [0016] 步骤Ⅲ，在停靠过程中，通过视觉识别模块扫描获取船体上电池盒的位置坐标，再由横移机构和升降机构执行位置调整动作，使得缓冲结构与电池盒在行驶方向上对应；对应过程中，通过取放结构从电池储能模块吸取所需更换数量的电池，并通过行走机构横向滑移至与所述缓冲结构在行驶方向上位置对应； [0017] 步骤Ⅳ，通过缓冲模块的缓冲作用和滚夹模块的夹紧作用，使得船体速度降低至零； [0018] 步骤Ⅴ，通过滚夹单元驱动船体在行驶方向上进行微调，通过测距模块监测电池盒的位置信息，并反馈信号控制滚夹单元的启停和辊子转动方向； [0019] 步骤Ⅵ，当测距模块的测距值达到预设值时，通过夹紧机构夹紧电池盒的两侧端面，由夹合感应模块感应到夹合到位，触发取放结构下降完成电池更换动作； [0020] 步骤Ⅶ，松开所述夹紧机构和所述滚夹模块，并上升所述缓冲结构，允许更换电池后的新能源船舶通行。 [0021] 有益效果：本发明的新能源船舶换电续航系统及其换电方法，采用多通道同步进行、超前信息识别分析以及高效电池更换方法，使得船舶在河道内有序通行，避免新能源船舶更换电池对河道的通行造成影响；通过夹停式阻拦和对位缓冲，确保船只平稳停靠至目标换电区域内，再由测距模块与滚夹模块配合实现电池盒与电池更换机构的精准对位，以实现精准的电池更换，避免引发更换失误的突发事件而造成河道的堵塞。附图说明 [0022] 附图1为本发明一种实施例的整体结构进口端立体示意图； [0023] 附图2为本发明一种实施例船舶阻拦机构的结构示意图； [0024] 附图3为本发明一种实施例滚夹单元的结构示意图； [0025] 附图4为本发明一种实施例缓冲结构的结构示意图； [0026] 附图5为本发明一种实施例电池更换机构的结构示意图。 具体实施方式[0027] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。 [0028] 如附图1‑5所述的一种新能源船舶换电续航系统及其换电方法，包括梁架结构1，所述梁架结构1横架于河道上方，用于划分河道构成若干通行通道11；所述通行通道11的两侧端口设置有智能识别模块2，用于扫描新能源船舶3的信息识别标签；所述通行通道11内设置有船舶阻拦机构4，用于缓冲夹停所述新能源船舶3；所述通行通道11内还设置有电池储能模块5和电池更换机构6，所述电池更换机构6的电池取放端移动对应于所述电池储能模块5和所述新能源船舶3的电池盒31。其中，梁架结构可单独架设或直接采用桥梁结构。 [0029] 基于上述构造，新能源船舶在途径该系统时的电池更换方法，具体包括以下步骤： [0030] 步骤Ⅰ，通过智能识别模块2扫描行驶而来的新能源船舶3的信息识别标签，获取船舶信息，电池状态信息以及支付信息。由于河道内行驶的船舶既有电驱动的新能源船舶也有其他动力源驱动的船舶，故而当行驶的船只靠近通行通道时，需对船只进行事先的识别，以免随意拦截船只造成河道的拥堵。 [0031] 步骤Ⅱ，根据是否扫描到信息识别标签，或者获取的电池状态信息，判断是否阻拦船舶，若满足阻拦条件则通过船舶阻拦机构4迫使船体向指定区域停靠。将电驱动新能源船舶普及后，为方便进行续航操作，区分电驱动与其他动力源船只，可对新能源船舶安装统一的信息识别标签，用于记录船只以及驾驶者的基本信息、实时更新电池的电量以及电池的性能状态、更换电池所需的支付信息等。优先的，可将信息识别标签设置于船体的前端，当船只靠近通行通道时，首先通过扫描船体找寻信息识别标签，若无标签则直接放行，若扫描到信息识别标签，则对获取的信息进行筛选判断，包括电池的性能状态以及电池的电量，若电池的性能较低或电量低于一定阈值，则采取阻拦措施，并发送通知信息至船只驾驶员，告知配合停靠完成电池的更换。 [0032] 其中，所述船舶阻拦机构4设置有滚夹模块和缓冲模块，所述滚夹模块设置有贴合于所述新能源船舶3两侧的滚夹单元41，一侧所述滚夹单元41固接于所述通行通道11内的相应侧壁，另一侧所述滚夹单元41远离或靠近固接侧的所述滚夹单元41；优选的，将船只行驶方向右侧的滚夹单元进行固设，左侧的则相对移动设置。由于各船只在宽度尺寸上存在差异，故而以右侧滚夹单元为停靠基准，左侧滚夹单元适应性的贴合另一侧的船体，从而适应截停不同尺寸的船只。当两侧滚夹单元均贴合于船体时，此时船体只能向船体长度方向进行移动，从而约束船体在自身宽度方向上的移动，便于缓冲模块更好的与电池盒进行对应。 [0033] 所述缓冲模块位于所述通行通道11的顶部，其缓冲端升降设置，所述缓冲模块的缓冲端与所述电池盒31弹性接触，在无需阻拦船只时，可上升避免影响船只的正常通行，而当需要阻拦船只时，则下降至一定高度与电池盒配合达到缓解惯性带来的巨大冲力；所述缓冲模块位于所述电池更换机构6远离于所述通行通道11端口的一侧，使得船只经缓冲截停后，电池盒的位置能够刚好与电池更换机构对应，进而实现精准的电池更换作业。 [0034] 优选的，所述滚夹单元41包括侧辊组411和底辊组412，二者均沿所述通行通道11的通行方向排列设置有若干辊子；所述底辊组412铰接设置于所述侧辊组411的下侧边缘，所述侧辊组411和底辊组412分别贴合于所述新能源船舶3的船体侧面和低侧斜面。当船只刚行驶进入两个滚夹单元之间时，首先通过两边的侧辊组对船体的侧面进行贴靠约束，当船体逐渐减速并停靠到位时，再由两边的底辊组托起船体底侧斜面，缓解水面波动造成的船体晃动，且在阻停时更加稳定。 [0035] 优选的，所述缓冲模块包括横移机构，其横移方向垂直于所述船体通行方向；所述横移机构底部通过升降机构连接缓冲结构42；所述缓冲结构42设置有视觉识别模块，用于扫描识别所述电池盒31的轮廓，所述视觉识别模块的信号的输出端通过控制模块电性连接于所述横移机构和所述升降机构二者的控制信号接收端。基于该结构执行下一步骤。 [0036] 步骤Ⅲ，在停靠过程中，通过视觉识别模块扫描获取船体上电池盒31的位置坐标，再由横移机构和升降机构执行位置调整动作，使得缓冲结构与电池盒31在行驶方向上对应；对应过程中，通过取放结构62从电池储能模块5吸取所需更换数量的电池，并通过行走机构61横向滑移至与所述缓冲结构在行驶方向上位置对应。 [0037] 虽为换电方便将电池盒设置于船体的顶部，但由于各船只的型号尺寸各异，使得不同船只电池盒的安装位置仍有不同，然而，电池盒的横向位置并不会超出船体自身的宽度范围，高度差异范围也是有限的。故而经由滚夹模块的横向约束后，所述视觉识别模块的扫描范围大大缩小，能够更加快速的识别电池盒的位置，从而调节使得缓冲结构与电池盒快速对应。 [0038] 步骤Ⅳ，通过缓冲模块的缓冲作用和滚夹模块的夹紧作用，使得船体速度降低至零。在缓冲结构提供给电池盒的反推作用力、两侧滚夹单元的夹持力以及水流的阻力等多重作用下，迫使船只停靠在相关的区域内，以便于进行电池的更换。 [0039] 其中，所述电池更换机构6设置有行走机构61，所述行走机构61横向移动且移动方向与所述缓冲模块的横移机构横移方向平行；所述行走机构61底部升降设置有取放结构62，所述取放结构62包括对应于所述电池盒31多个插槽的多个吸盘组件621，各所述吸盘组件621单独升降设置。取放结构依托行走机构在电池盒与电池储能模块5的上方进行往复运动，移动到对应目标的上方后，通过吸盘组件621吸附电池的上侧端面，从而实现电池的取放以及搬运。电池储能模块采用类似电池盒的充电盒结构，电池在电池盒和充电盒的插装方式相同，那么在电池储能模块中吸取电池时，可根据获取的船只电池信息中，所需更换电池的槽位进行相应位置电池的吸取，可实现能源的合理分配，减少每次更换电池的费用，且便于电池更换的操作。为了进一步便于电池的更换，不同船只使用的电池以及其上的电池盒应当统一规范尺寸规格。 [0040] 另外，行走机构的移动控制同样可由视觉识别模块扫描获取的电池盒坐标来控制，使得行走机构经移动调节后，在行驶方向上是与电池盒对应的，可能在竖直方向上存在位置精度偏差，基于此诉求，将所述滚夹单元41中的多个所述辊子通过动力装置驱动同步同向转动，那么便可在滚夹驱动的作用下使得船体在行驶方向上进行位置调节，直至电池盒在竖直方向上与取放结构62相对应，进而保证新换的电池能够精准的插入电池盒内。 [0041] 优选的，所述缓冲结构42包括支架结构421，所述支架结构421连接于所述升降机构的输出端，所述支架结构421构成缓冲槽，所述缓冲槽的槽口面向船体行驶而来的方向；所述缓冲槽槽底弹性连接有承推件422，所述承推件422水平滑移设置于所述缓冲槽内。其中，所述承推件422靠近于所述缓冲槽槽底的一侧设置有测距模块7，所述测距模块7的信号输出端通过控制模块电性连接于所述动力装置的控制信号接收端。 [0042] 支架结构与承推件间可通过导向杆等结构进行加强连接，且连接二者的弹性结构采用强力弹簧，从而确保能够承受较大的冲击，达到预期的缓冲效果。 [0043] 步骤Ⅴ，通过滚夹单元41驱动船体在行驶方向上进行微调，通过测距模块7监测电池盒的位置信息，并反馈信号控制滚夹单元41的启停和辊子转动方向；测距模块7实际监测的是电池盒相对缓冲结构固定部分的距离，由于缓冲结构与取放结构在横向滑移间距始终不变，故而基于此间距，可预设一个测距模块的监测值，当实际监测值达到该预设值时，则表明电池盒与取放结构上下对应，可进行电池的取放动作。 [0044] 优选的，所述缓冲槽槽口设置有夹紧机构43，所述测距模块7的信号输出端通过控制模块电性连接于所述夹紧机构43的夹紧驱动装置，所述夹紧机构43设置有夹合感应模块，所述夹合感应模块的信号输出端通过控制模块电性连接于所述取放结构的升降驱动装置。基于此结构进入下一步骤。 [0045] 步骤Ⅵ，当测距模块7的测距值达到预设值时，通过夹紧机构43夹紧电池盒31的两侧端面，由夹合感应模块感应到夹合到位，触发取放结构62下降完成电池更换动作。当电池盒移动至与取放结构62位置对应时，先触发夹紧动作，以保证电池盒位置的稳定，弱化受风浪波动导致船体晃动所引发的电池盒位置不稳定现象。再由夹紧动作触发电池的更换动作，保证电池的更换是在电池盒的稳定状态下进行的，进而确保电池更换的精准性与有效性。 [0046] 优选的，两个所述取放结构62通过换位结构63连接所述升降驱动装置的输出端，那么两个取放结构进行分工，在电池盒对应到位之前，现有其中一个取放结构与电池储能模块5完成新电池的吸取动作，再携带电池移动至与缓冲结构位置对齐，待电池盒经调节完成对位后，由空闲的取放结构下降吸取走需更换的电池，再通过换位结构驱使两个取放结构的位置交换，由吸取由新电池的取放机构下降完成电池的插装动作，实现了时间的合理分配，有效的缩短了电池更换的整体时间，减少后侧船舶的等待时间，避免造成河道的堵塞现象。换位结构可采用转盘结构或者横移结构。 [0047] 步骤Ⅶ，松开所述夹紧机构43和所述滚夹模块，并上升所述缓冲结构42，允许更换电池后的新能源船舶通行。 [0048] 以上描述仅为本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明上述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也同样视为本发明的保护范围。 |
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