專利揭秘NIO蔚來汽車換電技術

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蔚來汽車陸續開始交付首批量產的純電動SUV ES8。蔚來汽車提供了基準版44.8萬，創世版54.8萬兩種版本。如果採用電池租用的話更是再減10萬元（34.8-44.8萬）。對應電池的月租費用為1280元/月。純電動ES8配備了70kWh的大容量鋰電池組，綜合工況續航里程335km。蔚來汽車提供了包括換電在內的多種充換電模式，整個換電過程只需要三分鐘。關於蔚來汽車的換電技術，隨著小星通過相關專利來了解一下吧

↑NIO ES8車型純電動動力總成（攝於2017年上海車展）

蔚來汽車提供了多種的充換電模式，給了消費者多種選擇。消費者可以根據自己的情況選擇充電或者換電。

1. 通過家用充電器，可用10小時將電池充滿

2. 通過50kW快速充電器，可用1個多小時將電池充滿

3. 可用APP召喚移動充電車，可用10分鐘獲得100公里的續航

4. 可將車輛開至換電站，通過3分鐘更換全新電量的電池

5. 可用APP召喚換電服務，到指定地點將空電池取下充電後送回

↑蔚來汽車移動充電車服務

基於專利技術保證換電的可靠性和效率。早期就有新能源計程車市場的換電服務試水，換電過程必須引入自動化裝置，否則人工換電周期長，成本高且可靠性存在問題。這邊要提一下特斯拉，特斯拉對於換電也是有相應的技術儲備的。從技術專利看，特斯拉目前可以支持15分鐘的全自動換電服務。但是目前特斯拉對這項服務的要求十分苛刻。要求客戶提前很久預約，且對客戶的電池以及服務網點有嚴格的限制。而蔚來汽車則通過如下專利將全自動換電服務的時間縮短到了3分鐘。且通過特殊的專利鎖定裝置保證了可換電電池組的整體可靠性。

↑蔚來汽車專利快速換電機構

電池加解鎖裝置上設置有扭矩感測器。該扭矩感測器能夠檢測電池加解鎖裝置對電池枷鎖或者解鎖時的扭矩值。並將檢測到的扭矩值傳送給控制系統。相應的感測器還能檢測到加解鎖時的轉動角度，以確保保證扭矩的前提下，轉動角度不會過大或過小。並能夠通過控制系統實時監控加解鎖裝置的磨損程度。

↑蔚來汽車快速換電鎖止機構專利申報圖

具體來看一下換電站的結構。換電站包括兩大部分：換電平台和充電平台。換電平台的停車底座上設置有汽車定位系統和舉升裝置。當電動汽車需要進行換電時，待換電的電動車停放在換電平台的停車底座上。通過汽車定位系統定位後通過舉升裝置將電動汽車舉升到一定高度。然後由換電系統對電動汽車進行換電。並將換下的電池運送至充電平台的電池架上。

↑蔚來汽車快速換電站專利申報圖

我們通過蔚來汽車快速換電站系統組成專利申報圖來看一下換電站的各個單元。換電站包括之前提到的換電平台和充電平台以外，還包括換電系統和控制系統。控制系統包括充換電控制模塊、通訊模塊和人機交互界面。用戶可以通過人機交互界面操作控制系統進行管理。通過通訊模塊，將換電站各種設備及電池狀態上傳至雲服務系統。換電系統主要通過換電機器人小車實現換電平台和充電平台之間的電池更換。換電平台包括汽車定位系統、舉升系統和安全裝置。充電平台指由電池存儲模塊和起降機模塊組成的充電架。

↑蔚來汽車快速換電站系統組成專利申報圖

蔚來汽車快速換電站進行自動換電的工作過程如下：電動汽車沿引導斜坡倒車進入換電平台，通過汽車定位系統將自動調整到一定的位置，換電系統從充電平台獲取充滿電的動力電池，移動到電動汽車下方，進行電池更換，然後將取下的低電量電池送入充電平台開始充電。換電完畢後，電動汽車正向使出換電平台。整個換電過程由控制系統進行管控，控制系統與上層雲服務系統進行通信與信號交互，實時傳遞站點當前各種設備及電池狀態。

↑蔚來汽車快速換電流程專利申報圖

在多達10個電池加解鎖裝置和電池鎖止機構的幫助下，快速換電機器人的伺服電機更夠自動快速地對電池組進行加鎖和解鎖。整個換電的過程為取換電小車的車座設置的電缸能夠驅動第一定位銷插入第一定位銷孔內。然後換電平台在舉升機構的驅動下上升，使第二定位銷插入到第二定位銷孔中，進行第二次定位。這樣使得換電小車對動力電池的定位更精確。

↑蔚來汽車快速換電機器人爆炸視圖

通過伺服電機對動力電池加解鎖裝置進行解鎖。解鎖完成後電池加解鎖裝置複位。低電量電池隨換電平台下降，並被取換電小車運走。在充電平台與滿電電池交換，並運送滿電電池到電動汽車下方就位。第一定位銷再次上升插入第一定位銷孔，然後換電平台頂升電池到電動汽車內。通過伺服電機對動力電池加解鎖裝置進行加鎖。加鎖完成，加鎖裝置複位，進而換電平台複位，整個換電完成。

↑蔚來汽車快速換電機器人專利申報圖

NIO ES8全自動換電服務的介紹視頻

以上通過蔚來汽車相關專利的介紹，小星帶大家了解了換電站能夠在3分鐘內全自動完成換電的技術細節。蔚來汽車通過換電站的換電服務給廣大客戶提供了一種新的選擇。隨著深圳等城市陸續部署相應的換電站，蔚來汽車將在多個城市建立總計1100個換電站。希望購買ES8的用戶很快能夠體驗到相應服務的便捷。

實際上小星是來羅列專利的

蔚來汽車相關電池充換電專利

專利US20170225587 Vehicle having a rigid frame structure for receiving a replaceable battery pack

專利US20170225662 Systems and methods for replacing a vehicle battery

專利US09758030 Replaceable battery assembly having a latching mechanism

專利US20170225558 Vehicle having a battery pack directly attached to the cross rails of a frame structure.

專利US20170225588 Modular battery assembly

專利 CN106043246A 小型自動化換電站

專利 CN106740029A 周向鎖止機構、包括其的電池鎖定裝置、動力電池包及車輛

專利 CN106882061A 充換電設施識別電動車輛的方法

專利 CN106926717A 基於貪心演算法的換電站充電方法及系統

專利 CN106951975A 換電站電池數量和充電倍率優化系統和方法

專利 CN107097067A 自動加解鎖裝置、換電機器人、充換電站及加解鎖方法

專利 CN107161020A 充換電站及充換電控制系統

專利 CN205790104U 電池包固定結構及電池包更換裝置

專利 CN205800767U 鎖體組價、動力電池、其鎖止機構、交通工具

專利 CN205872015U 取換電小車

專利 CN205951929U 小型自動化換電站

專利 CN205953421U 舉升裝置

專利 CN205970910U 緊湊型分散式充換儲電站

專利 CN205970916U 模塊化充電車

專利 CN205971013U 移動充換電車

專利 CN205985267U 用於電動汽車動力電池的相變冷卻系統

專利 CN205997867U 用於換電站的車輛輪胎定位裝置

專利 CN206069282U 用於小型自動化換電站的電池升降機

專利 CN206231221U 具有冷卻系統的電動移動充電車

專利 CN206231369U 用於換電設備的浮動對準裝置

專利 CN206231370U 撬塊式電動汽車換電站

專利 CN206237161U 電動型移動充電車對外供電系統及移動充電車

專利 CN206250236U 電池鎖止裝置及新能源交通工具

專利 CN206254812U 電動汽車小型自動充換電站

專利 CN206254980U 舉升式換電平台

專利 CN206254981U 懸掛式電池存儲單元

專利 CN206255808U 升降裝置和包含該升降裝置的充電平台

專利 CN206307016U 用於電動汽車換電站的軌道切換裝置

專利 CN206340775U 換電連接器及包括其的電動汽車

專利 CN206351680U 自適應調整位置的加解鎖夾具

專利 CN206436985U 用於電動汽車的底盤式換電站

專利 CN206436987U 電池加解鎖裝置

專利 CN206441961U 電動汽車液冷電池包的連接器

專利 CN206483014U 電池隔離裝置和具有該裝置的充換電站

專利 CN206617391U 周向鎖止機構、電池鎖定裝置、動力電池包及車輛

專利 CN206719180U 用於汽車底盤換電時消除車輛懸架作用的頂升系統

專利 CN206820505U 電動汽車作為移動充電樁的補能裝置、系統及電動汽車

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