CN101284524B - 电动车动力电池组快速更换系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动车动力电池组快速更换系统,所述快速更换系统包括快卸机构和移送机构。所述快卸机构包括一个真空吸盘或电磁吸盘,其能够将电池箱从电动车车身中拉出或将其推到电动车车身中。所述移送机构采用三坐标平动加旋转的工作模式,从而能够将所述拆卸下来的电池箱移送到充电架中和/或将从充电架中取下来的电池箱插到电动车中,从而完成电动车动力电池组的机械快速装载和更换。

Description

电动车动力电池组快速更换系统
技术领域
[0001] 本发明属于电动汽车领域,更加具体地说,本发明涉及一种电动车动力电池组快速更换系统,其能实现电动车动力电池组的快装快卸。
背景技术
[0002] 随着社会的发展,有限的石油资源和环境污染问题变得日益突出,这使得电动汽车越来越引起社会的重视,电动汽车成了未来汽车发展的方向。电动汽车上的核心技术之一是能源储备及供给系统。解决好蓄电池的使用技术便成了电动车产业化发展的技术关键。现有电动汽车(例如,大客车)的电池箱分散布置在客车两侧,一般是每侧4到5箱, 也就是根据装载容量的要求每辆客车可装有多达10组的电池箱,而且每组电池箱的重量在300千克左右,由于自身的重量,这便给电池组的装卸带来困难;同时,这种装卸困难会影响电动车的续驶里程,从而成为电动车产业化发展的一大难题。为了解决这一难题,就得发明一种能够快速更换电池箱(或电池组)的系统,使得其能够在5分钟之内解决电池组的更换。
发明内容
[0003] 本发明的目的就是为了解决上述问题而提出的。更加具体地说,本发明的一个目的是提供一种电动车动力电池组快速更换系统,其能实现电动车动力电池组的快装快卸, 从而能够用快速更换电池的方式扩大续驶里程,解决人力更换电池的困难。
[0004] 为了实现上述目的,根据本发明提供一种电动车动力电池组快速更换系统,其用于将电动车中的电池组拉出并移送到充电架中进行充电和/或用充电架中的电池组更换电动车中的电池组,所述电动车包括有用于给其提供电力的电池箱,在电池箱中设置有所述电池组。所述快速更换系统包括快卸机构和移送机构。所述快卸机构包括一个真空吸盘或电磁吸盘,其通过一个驱动装置而能够相对于电池箱的更换方向前后移动,以便将电池箱从电动车车身中拉出或将其推到电动车车身中。所述移送机构包括左右移动装置、前后移动装置、垂直移动装置和转动装置,它们能够使通过快卸机构从电动车中拆卸下来的电池箱在前后方向、垂直于前后方向的左右方向以及垂直方向上发生移动,同时还能够使所述电池箱绕垂直轴转动,由此能够将所述拆卸下来的电池箱移送到充电架中和/或将从充电架中取下来的电池箱插到电动车中。
[0005] 根据本发明的一个方面,所述快速更换系统中的所述驱动装置是一个传动电机, 其通过一个传动丝杠而能够使所述真空吸盘或电磁吸盘前后移动。
[0006] 根据本发明的另一个方面,所述快卸机构还包括固定座、活动支撑座、托架,所述驱动装置设置在托架上,所述托架进一步与活动支撑座耦接,所述活动支撑座以在垂直于电池箱拉出方向的横向上可滑动的方式与固定座接合。进一步,所述快卸机构还包括固定安装在固定座上的两个左右微调装置,所述左右微调装置是螺母式顶出机构,由螺母顶头、 方管导套、传动丝杠和驱动电机构成,其中方管导套与驱动电机壳体固定连接,螺母顶头与驱动电机的传动丝杠以螺纹方式耦接,并且螺母顶头套在方管导套中由其引导,螺母顶头与所述活动支撑座抵接,由此驱动电机通过传动丝杠转动而能够使螺母顶头伸出或缩回, 从而螺母顶头能够推动活动支撑座左右移动。
[0007] 根据本发明的再一个方面,所述左右移动装置和前后移动装置是这样构成的,即在方形平台下装两根带钢轮的轴,钢轮在轨道上滚动就形成横向移动的平台车。
[0008] 根据本发明的又一个方面,在所述平台车中央采用转盘轴承,和在其上面做成转盘,这样就形成所述旋转装置。
[0009] 根据本发明的另一个方面,所述垂直移动装置包括两个安装在旋转平台上的龙门架式举升机。
[0010] 根据本发明,优选的,所述电池箱包括内箱体和外箱体,并且在内箱体中固定有所述电池组。所述外箱体还包括有蒙皮,其是由称作不饱和聚酯玻璃纤维增强模塑料(DMC) 的绝缘防火材料制成。
[0011] 根据本发明的另一个方面,所述外箱体与电动车车身紧固连接,而所述内箱体通过重载全脱出滑道可滑动的支撑在外箱体中,所述重载全脱出滑道包括固定在外箱体骨架上的滑道和固定在内箱体上的滚轮,所述滚轮可在滑道中滑动。
[0012] 优选的,根据本发明的电动车动力电池组快速更换系统,所述电池箱还包括有使电池箱与车身锁止的锁止机构。所述锁止机构设置在内箱体的前面板上,借助它可将所述前面板锁定在外箱体上,从而能够将内箱体与外箱体锁止。
[0013] 进一步优选的,所述锁止机构包括插销式锁止机构,其包括:固定在所述前面板上的底板、插销轴和回位弹簧,所述底板包括成L形的前底板和侧底板,在侧底板上设置有销孔,借助回位弹簧可使插销轴的呈圆锥状的一端穿过所述销孔而将内箱体锁定在外箱体中。
[0014] 再者,所述锁止机构还包括与设置于前面板上的拉手耦接的凸轮传动杆,其上有凸轮部分,并且在所述插销轴上设置有滚动轮,当拉动拉手时,凸轮传动杆上的凸轮部分与滚动轮滑动接触,从而在通过拉手拉动凸轮传动杆时能够克服回位弹簧的弹力将插销轴从所述销孔中拉出,此为手动开锁机构。
[0015] 有利的,所述锁止机构还包括一个自动开锁机构,其通过传动杆与所述插销轴的另一端通过销钉耦接,借助该开锁机构可将插销轴从所述销孔中拉出。优选的,所述开锁机构包括摆臂、凸轮,所述摆臂借助销轴可转动的固定在一个支撑座上,摆臂的一端借助销轴与传动杆耦接,而另一端借助其上安装的滚轮与所述凸轮滑动接触,借助凸轮的前后移动而能够使摆臂转动,由此能够拉动传动杆运动。并且,所述凸轮借助于与之耦接的圆柱从所述前面板的一个解锁孔中伸出。
[0016] 根据本发明的另一个方面,所述电动车动力电池组快速更换系统的快卸机构中还设置有一个开锁用的螺母式顶出机构,其由螺母顶头、方管导套、传动丝杠和驱动电机构成,其中方管导套与驱动电机壳体固定连接,螺母顶头与驱动电机的传动丝杠以螺纹方式耦接,并且螺母顶头套在方管导套中由其引导,螺母顶头的移动能够推动所述凸轮移动,从而能够解除内箱体与外箱体的锁止状态。
[0017] 优选的,所述开锁用螺母式顶出机构通过一个移动滑板设置在轨道托架上,移动滑板与传动电机的丝杠以螺纹方式耦接,通过传动电机和传动丝杠而能够使移动滑板前后移动。
[0018] 进一步优选的,在所述轨道托架上设置有与外箱体中设置的滑道相同的轨道,从而在通过快卸机构将电池箱的内箱体从外箱体中拉出时,可使内箱体通过其上安装的滚轮在所述轨道中进一步滑动,从而能够将内箱体完全从外箱体中拉出。
[0019] 根据本发明的又一个方面,所述电动车动力电池组快速更换系统还包括有用于在垂直方向和横向上定位快卸机构的装置。优选的,横向上的定位是通过左右移动装置和左右微调电机完成的,即当轨道托架借助左右移动装置在横向上移动时,借助电池箱下横梁上设置的限位块而能够保证轨道托架上的轨道与电池箱轨道横向对齐,从而实现电池箱的外箱体轨道与轨道托架上的轨道左右对齐。使用所述左右微调机构能够使所述快卸机构与电池箱在横向上进行二次定位。而水平方向上的定位是通过垂直移动机构实现的,即当垂直移动机构垂直移动时,轨道托架前端设置的直角水平面可与外箱体下横梁抵接配合,从而能够使电池箱的外箱体轨道与轨道托架上的轨道保持在同一平面上。由此就能够使快卸机构实现电池箱的外箱体轨道与轨道托架上的轨道上下左右对接准确,实现对轨。
[0020] 根据本发明的电动车动力电池组快速更换系统还可包括用于检测所述快卸机构是否与电池箱体对齐的光电定位装置。
[0021] 使用根据本发明的电动车动力电池组快速更换系统,能够实现对电动车动力电池组的快装快卸,解决了锂电池的安全使用问题,从而能够用快速更换电池的方式扩大续驶里程,解决了人力更换电池的困难,对电动汽车的产业化具有重要的意义和作用。
附图说明
[0022] 下面,将参照附图详细说明根据本发明的电动车动力电池组快速更换系统的具体实施例,其中:
[0023] 图1-1为表示根据本发明的电动客车动力电池组快速更换系统的工作示意图;
[0024] 图1-2为图1-1所示快速更换系统的关键部件示意图;
[0025] 图2-1表示快卸机构的立体视图;
[0026] 图2-2为表示图2-1所示快卸机构的立体分解图;
[0027] 图2-3为图2-1所示快卸机构的侧视图;
[0028] 图3-1为螺母式顶出机构的立体示意图;
[0029] 图3-2为图3-1所示螺母式顶出机构的立体分解图;
[0030] 图4-1为快速更换电池箱的立体视图;
[0031] 图4-2为图4-1中所示快速更换电池箱的立体分解图;
[0032] 图5为表示根据本发明的快速更换电池箱的外箱体的结构透视图;
[0033] 图6-1为表示根据本发明的快速更换电池箱的内箱体的立体视图;
[0034] 图6-2为内箱体骨架的透视图;
[0035] 图6-3为内箱体骨架的正视图;
[0036] 图7为根据本发明的锁止机构的立体示意图;
[0037] 图8-1为插销式锁止机构Ll的立体视图;
[0038] 图8-2为其顶视图;
[0039] 图8-3为其立体分解图;[0040] 图9-1为凸轮式开锁机构的立体视图;
[0041] 图9-2为凸轮式开锁机构的立体分解图。
具体实施方式
[0042] 本发明的工作原理如下:即快速更换系统的多个“机械手”布置在电动客车两侧, 所述多个机械手采用立体三坐标平动加旋转的工作模式,而充电架布置在快速更换系统的外侧,客车一侧的快速更换系统通过机械手一次将电动客车的多个电池箱拉出,再通过旋转平台转180度,然后通过举升适当的高度位置而将换下来的电池箱推到充电架上去进行存放和/或充电。给电动客车快装电池箱的过程与此相反(即快装电池箱的逆过程)。
[0043] 下面将参照附图详细说明根据本发明的电动车动力电池组快速更换系统(以下简称为快速更换系统)的优选实施例。本领域技术人员应该意识到,下面虽然是以电动客车为例进行说明的,但本发明并不局限于此,而是可将本发明应用于任何需要更换动力电池组的车辆或装备。
[0044] 图1-1为表示根据本发明的电动客车动力电池组快速更换系统的工作示意图;图 1-2为图1-1所示快速更换系统的关键部件示意图。
[0045] 如图1-1所示,根据本发明的电动客车动力电池组快速更换系统S主要包括两个部分:快卸机构R和移送机构T。下面将结合附图详细说明各部分的结构。
[0046] 快卸机构
[0047] 所述快卸机构R采用了立体三坐标平动加旋转式的多个“机械手”同时工作的模式。根据本发明的一个优选实施例,将真空吸盘或电磁吸盘作为机械手和开锁机构(后面将会详细说明)。
[0048] 图2-1为表示根据本发明的快速更换系统的快卸机构的立体视图,图2-2为表示图2-1所示快卸机构的立体分解图;图2-3为图2-1所示快卸机构的侧视图。
[0049] 参见图2-1、2_2和2-3,所述电池箱快卸机构R包括固定座R1、左右微调电机R2、 活动支撑座R3、轴承R4、轨道托架R5、传动电机R6、开锁电机总成R7、移动滑板总成R8、传动丝杠R9和真空吸盘RlO等。其中左右微调电机R2安装在固定座Rl上,具体地说,安装在固定座Rl的两个相对侧上。所述左右微调电机R2用于在快卸机构R与电动客车的电池箱在横向上未对齐时,对支撑轨道托架的活动支撑座进行左右微调(后面将会详细说明)。 同时,活动支撑座R3通过其上的耦接件R12与固定座Rl的支撑滑动件Rll套接。优选的, 所述滑动件Rll和耦接件R12分别是彼此配合的轴和孔。活动支撑座R3通过轴承R4与轨道托架R5连接,即轨道托架R5通过轴承R4支撑在活动支撑座R3的旋转中心轴承孔中,并能绕中心轴线旋转。所述轨道托架R5可相对于电池箱拉出方向横向滑动的固定(例如,通过图2-1中所示的空心滑动件R16)在基座(未示)上。在轨道托架R5上安装有供电池箱滑动的轨道R13。在轨道托架R5上还布置有一个传动电机R6,其安装在轴承R4中,并可相对轨道托架R5固定。所述传动电机R6的输出轴与传动丝杠R9连接,传动电机R6的旋转可使与传动丝杠R9耦接的移动滑板总成R8前后移动。在移动滑板R8的支撑件R14上固定有开锁电机总成R7和真空吸盘RlO。开锁电机总成R7用于在更换电池箱时解锁电池箱使电池箱与客车车身分离(将在后面说明)。而真空吸盘RlO用于在更换电池箱时“抓住”(主要是利用真空吸住)电池箱。代替真空吸盘,也可以使用电磁吸盘,它们的结构和工作原理对于本领域技术人员来说是已知的。另外,安装在固定座Rl上的左右微调电机R2的轴顶头(参见图3-1和3-¾与活动支撑座R3上的连接件R15(例如,凸轴)抵接,由此通过微调电机R2的转动就可对活动支撑座进行左右微调。 [0050] 螺母式顶出机构
[0051 ] 上述电池箱快卸机构R的左右微调电机R2和开锁电机总成R7采用的是螺母式顶出机构M,如图3-1和3-2所示。所述螺母式顶出机构M包括螺母顶头Ml、方管导套M2、传动丝杠M3和驱动电机M4。其中方管导套M2与驱动电机M4壳体固定连接,而螺母顶头Ml 通过其中的内螺纹(未示)与驱动电机M4的传动丝杠M3连接,并且螺母顶头Ml套在方管导套M2中由其引导,由此驱动电机M4通过传动丝杠M3转动而能够使螺母顶头Ml伸出。
[0052] 借助螺母顶头Ml的前后移动就可推动活动支撑座R3上的连接件R15,由此使活动支撑座R3相对固定座Rl滑动,从而带动轨道托架R5左右移动,同时借助电池箱下横梁上的定位快,通过左右微调电机R2就能够使快卸机构R与电动客车的电池箱横向对齐,后面将会详细说明。
[0053] 另外,借助开锁电机总成R7的螺母顶头Ml而能够对电池箱的锁止机构进行解锁, 后面将会详细说明。
[0054] 虽然图中没有示出,但本领域技术人员应该意识到,可通过一个驱动电路(例如, 可编程控制器)以电子的方式驱动电机M4和传动电机R6旋转。
[0055] 移送机构
[0056] 根据本法明的移送机构可采用成品吊车和插车类设备改装和代用。
[0057] 下面详细说明电池箱移送机构T的具体结构。
[0058] 如图1-1和1-2所示,所述电池箱移送机构T主要包括:左右移动装置T3、前后移动装置T6、转盘T5、举升机T4。为了方便说明,在下述的说明中将电池箱从电动车中拉出的方向定义为前后方向,左右方向垂直于前后方向,而垂直方向垂直于前后方向和左右方向。
[0059] 左右移动装置T3是这样构成的,即在方形平台下装两根带钢轮的轴,钢轮在轨道 T2上滚动就形成横向移动的平台车。当然,既可通过手动方式,也可通过电机(未示)以电动方式来驱动所述平台车T3左右移动。在以电动方式驱动平台车T3移动的情况下,可通过一个可编程控制器(未示)来控制平台车T3的移动距离。
[0060] 另外,在所述平台车T3中央采用转盘轴承(未示),和在其上面做成平面,就形成旋转平台(即转盘)T5。由于通过转盘轴承来形成转盘结构的方式是本领域公知的,所以这里省略了对其进行的详细说明。
[0061 ] 在转盘T5上还设置有可使快卸机构R前后移动的平移车T6,其结构与左右移动装置T3类似。
[0062] 进一步,在旋转平台上面再安装两个龙门架式举升机,举升机再举升滚轮托盘轨道(即用于承载平移车T6的轨道,参见图1-1),滚轮托盘(即平移车T6)便可在滚轮托盘轨道上做前后移动,用作与电池箱对平滚轮系统。这样的结构还用作快速更换系统与电池箱在垂直方向上对齐的定位系统。龙门架式举升机在本领域是公知的,举例来说,本发明中使用的举升机包括四个电机,它们通过丝杠举升滚轮托盘轨道,该轨道可以是三角形的或凹槽形的,并固定在和丝杠连接的四方框架上,由此滚轮托盘就能够在轨道上前后移动去接近汽车,而快卸机构固定在其上就可进行对轨。[0063] 通过上述的移动机构,就可实现电池箱的前后、左右、上下以及旋转运动,从而能够确保电池箱的快速更换。
[0064] 为了顺利的更换电池箱,所述电池箱移送机构T还包括一个滚轮装置,其采用与快换的电池箱(即其外箱体下平面铺设滚轮系统,电池组装在内箱体里,并借助滚轮装置向外箱体里面推进和拉出的方案,后面将会详细说明)匹配的滚轮系统,具体的,如图2-2 所示,所述的滚轮系统主要是由设置在轨道托架R5上的轨道R13与设于电池箱内箱体下面的滚轮构成。所述滚轮系统与上述的“机械手”能按三坐标轴方向移动,在与电池箱的轨轮系统在同一个平面上对齐时,“机械手”就能将动力电池组的内箱体拉到所述滚轮装置上。 再通过旋转平台转180度,以同样的方式将内箱体和电池组推到充电架上去。
[0065] 上面已经参照附图说明了根据本发明的电动车动力电池组快速更换系统的详细结构。在说明上述快速更换系统的操作之前,首先说明与之结合使用的快速更换电池箱的结构。
[0066] 快速更换电池箱
[0067] 图4-1为快速更换电池箱的立体视图;图4-2为图4-1中所示快速更换电池箱的立体分解图。图5为表示根据本发明的快速更换电池箱的外箱体的结构透视图。图6-1为表示根据本发明的快速更换电池箱的内箱体的立体视图,图6-2为内箱体骨架的透视图; 图6-3为内箱体骨架的正视图。如图所示,根据本发明一个实施例的快速更换电池箱B主要由内箱体Bi、外箱体B3和使内、外箱体彼此相对顺利滑动的重载全脱出滑道B2构成。
[0068] 优选的,内箱体Bl和外箱体B3的骨架是由金属(例如铝合金等)制成的骨架,当然也可以使用其它材料。如图6所示,内箱体Bl是由内箱体骨架B11、位于内箱体骨架Bll 前部的前面板B12和放在内箱体Bl中并与之固定在一起的电池组B13构成,其中内箱体 Bl与前面板B12通过紧固件(例如,螺栓)固定在一起。而外箱体B3是由外箱体骨架B32 和位于外箱体骨架B32后部的后盖板B33构成,如图5所示。优选的,外箱体还包括由DMC 制成的蒙皮,如图4-1和4-2所示。外箱体B3与汽车车身用螺栓等紧固连接,不经常拆卸。 内箱体Bl用于承载汽车电池组(例如,铅酸蓄电池、锂电池等有机物电池等),并且所述电池组B13和前面板B12由紧固件(例如,螺栓等)紧固在一起。内箱体Bl通过重载全脱出滑道B2可滑动的支撑在外箱体B3中。
[0069] 电池组B13是由许多单体电池组成的。具体的,单体电池用长螺栓串联紧固在内箱体Bl中。对于单体电池的连接方式,例如可使用铜等金属片通过焊接的方式进行连接, 但本发明并不局限于此。优选地,可包括两排电池组,其中一排电池组的输出为整个电池组的正极,另一排电池组的输出为整个电池组的负极。根据需要,当然也可包括多排电池组。 由于电池组的连接方式是本领域公知的,所以这里省略了对其进行的详细说明。
[0070] 另外,在内箱体Bl的后部设置有电力输出电极,并在外箱体B3的后部设置有与内箱体的输出电极耦接的连接端,由此内、外箱体的这种耦接可以将电池组的电力输出而给电动客车供电。对于内、外箱体的电连接方式可例如采用类似插接的方式,当然也可采用其它连接方式,例如在内箱体后部设置输出插头或插孔,在外箱体后部设置对应的输出插孔或插头,同时通过引线等就可把电池组的电力输出,对于这种电连接方式可参见本申请人提出的另一件标题为“快速插接电池箱”的专利申请。
[0071] 为了顺利地将内箱体Bl (S卩,电池组)从外箱体B3中拉出或推到其中,还提供有重载全脱出滑道B2。所述滑道B2是由设置在外箱体B3上的下滑道B22和设置在内箱体 Bl上的滚轮B21构成。具体的,下滑道B22(优选的,为两个,当然也可以为其它数量)是由方管或槽形钢制成的滑道体。下滑道B22和外箱体B3的下骨架焊接在一起,并成为外箱体B3的一部分,如图5所示。这样,下滑道B22即承载又当滑道,节省材料,强度可靠,结构简单。而滚轮B21(优选的为两排,每排数量不限)固定在内箱体Bl的下表面上,并且所述滚轮B21通过安装在下滑道B22内而可以在其中滑动,由此就能够实现内、外箱体的相对滑动,从而能够将内箱体从外箱体中拉出。
[0072] 锁止机构
[0073] 另外,在使用车辆过程中,为了保证电池箱能够提供稳定、可靠的电力输出,可使用一个锁闭机构将前面板B12锁定在外箱体B3上,同时,使用锁止机构在汽车转向时能够克服离心力和震动,确保电池组的安全锁止。锁闭机构设置在前面板B12上,其既可由平时使用的普通锁闭机构(例如,门锁等)来实现,也可由特定设计的双锁快卸锁止机构来实现。
[0074] 在使用普通锁闭机构的情况下,在更换电池组时,需要人工来解锁,这在一定程度上增加了操作的麻烦,同时也不利于快速更换电池箱。为了解决这一问题,本发明人设计了一种特殊的锁止机构,其在将内箱体Bl装进外箱体B3内时,能够将内箱体快速锁止和固定,而在用机械手将内箱体Bl从外箱体B3中拉出时,所述锁止机构能够自动打开。
[0075] 下面将详细说明根据本发明的电池箱锁止机构的详细结构。
[0076] 如图7所示,根据本发明的锁止机构L设置在前面板B12上,其主要由插销式锁止机构Li、开锁机构L2和传动杆L3等部件构成。
[0077] 图8-1为插销式锁止机构Ll的立体视图,图8-2为其顶视图,图8_3为其立体分解图。
[0078] 如图8-1、8_2和8-3所示,插销式锁止机构Ll包括直线轴承座L11、弹性件L12、 底板L13、拉手L4、凸轮传动杆支座L15、插销轴L16、滚动轮L17、凸轮传动杆L18等。底板 L13是“L”型的,例如是一体成型的,当然也可以是通过两个金属板连接起来的。底板L13通过螺钉、焊接等方式固定在前面板B12的内侧。底板L13包括前底板L132和侧底板L131, 其中在侧底板L131中设置有销孔L133,并在外箱体B3上设置有对应的销孔(未示)。插销轴L16呈圆锥状的一端可穿过所述销孔L133和外箱体上的对应销孔。而插销轴L16的另一端可穿过直线轴承座Lll的孔Llll与传动杆L3连接,插销轴L16与传动杆L3可例如采用销钉枢转的连接。另外,在直线轴承座Lll和插销轴L16之间设置有弹性件L12 (优选的,为螺旋弹簧、回位弹簧等)。直线轴承座Lll通过已知方式(例如,焊接、螺钉连接等) 固定在底板L13上,回位弹簧L12的一端抵接在直线轴承座Lll上,而另一端与插销轴L16 上的限位结构(未示)抵接。另外,在插销轴L16上设置有一个滚动轮L17。在底板L13上固定一个凸轮传动杆支座L15,一个凸轮传动杆L18滑动的设置在凸轮传动杆支座L15和底板L13之间,其中凸轮传动杆L18的一端L181由所述支座L15导引,而另一端L182穿过底板L13上的孔与设置在前面板B12上的拉手L14固接。凸轮传动杆L18上的凸轮部分L183 与滚动轮L17滑动接触。在一般情况下,弹簧L12的弹力将插销轴L16向侧底板L131方向 (即方向A)推,由此使插销轴L16的圆锥端穿过销孔L133而能够将内箱体Bl锁止在外箱体B3上。当通过拉手L14向外拉动凸轮传动杆L18时,凸轮部分L183与滚动轮L17滑动接触,由此使插销轴L16沿B方向移动,从而使所述圆锥端缩回到侧底板L131里面,从而使内箱体Bl与外箱体B2解锁,也就能够将内箱体Bl从外箱体B2中拉出。
[0079] 传动杆L3的一端与插销轴L16连接,而另一端与开锁机构L2通过销钉(未示) 枢转连接。所述开锁机构L2是一个凸轮式开锁机构,如图9-1和9-2所示。图9-1为凸轮式开锁机构的立体视图;图9-2为凸轮式开锁机构的立体分解图。
[0080] 开锁机构L2包括摆臂支撑座L21、凸轮插头L22、碰头座L23、凸轮插头挡圈L24、 滚轮L25、摆臂L26、销轴L27。钝角形的摆臂U6在中间部位通过销轴L27枢转的固定在摆臂支撑座L21上,两个摆臂U6相背的安装。在摆臂的一端上安装有可旋转的滚轮L25。 摆臂L26的另一端通过销轴与传动杆L3可枢转的连接。摆臂支撑座L21与碰头座L23固定连接。一个凸轮插头L22通过凸轮插头挡圈LM可滑动的安装在碰头座L23中,而碰头座L23固定在前面板B12上,并透过前面板B12上的开锁孔U8 (参见图6_1、6_2和6_3) 突出。凸轮插头L22包括两个三角形的凸轮部分L221和与之连接的圆柱部分,所述凸轮部分可与滚轮L25滑动接触。一般情况下,由于弹簧L12的弹力,内箱体Bl可与外箱体B3锁止。当通过开锁电机总成R7(S卩,螺母式顶出机构M)的螺母顶头Ml推动凸轮插头L22时, 凸轮部分L221与滚轮L25滑动接触,从而推动摆臂U6转动。摆臂U6进一步带动传动杆 L3朝内部相对的方向(即方向B)移动,从而使插销轴L16克服弹簧L12的弹力缩回,从而也就解除了内箱体Bl与外箱体B3的锁止状态。
[0081 ] 上面已经参照附图说明了锁止机构L的具体结构。根据本发明,当将电池内箱体装进外箱体时,采用了销式电子锁进行固定,在用机械手拉出内箱体时,能够将内箱体自动打开。同时,为了防止电器故障,在所述锁止机构中增设了手动开锁机构(即,拉手L14等), 用拉手式凸轮机构将电子锁销强行推开后也可拉出电池内箱体。
[0082] 下面将具体说明使用根据本发明的快速更换系统对电动客车快速更换电池箱的操作过程。
[0083] 当需要对电动客车更换电池时,首先使左右移动装置T3和前后移动装置T6移动, 以使快卸机构R接近电动客车的电池箱,并通过调节左右微调电机R2使快卸机构R与电动客车的电池箱横向对齐。
[0084] 接着,使传动电机R6转动,从而使开锁电机总成R7进一步接近电池箱B,此时开锁电机M4的转动可使螺母顶头Ml推动解锁机构。这样就能使内箱体Bl和外箱体B3解除锁止的状态。
[0085] 然后,传动电机R6进一步旋转,从而使真空吸盘RlO(即“机械手”)尽力抵住电池箱的前面板B12而吸住(“抓住”)电池内箱体Bi,借助传动电机R6的反向旋转使内箱体 Bl从外箱体B3中滑出。进一步,真空吸盘RlO吸住内箱体Bl使内箱体Bl上的滚轮B21在轨道托架R5上的轨道中滑动。从而能够将内箱体Bl (电池组)完全从外箱体B3中拉出。
[0086] 在然后,转盘T5旋转180度,并且举升机T4举升适当的高度,以使内箱体与充电架对齐,并进一步借助快卸机构R以与从外箱体B3中拉出内箱体Bl相反的过程将内箱体 (即电池组)推到适当的充电架中,以对电池组进行充电。
[0087] 这样就完成了从电动客车拉出电池箱并将其送到充电架中的过程。从充电架中拉出电池组并将其安装到电动客车的外箱体中的过程是上述过程的逆过程。
[0088] 对于充电架,其与电池外箱体的结构相同,其下平面有滚轮系统可与滚轮托盘系统对接。充电架可有许多格,从而能够对许多电池组同时进行充电。由于充电架与电池外箱体的结构基本相同,所以省略了对齐的详细说明。
[0089] 定位机构
[0090] 在对电动车进行更换电池组操作时,由于地面与车辆存在一定的倾角,这就可能引起一定的对轨误差,即轨道托架R5上的轨道R13不能与电池箱的外箱体轨道对齐,由此就不能将电池组(即,内箱体)从外箱体顺利的拉出。
[0091] 为了解决上述问题,根据本发明的电动车动力电池组快速更换系统还提供有使轨道托架R5上的轨道与外箱体轨道对齐的机械定位装置P。
[0092] 下面就详细说明所述机械定位装置P的具体结构和实现过程。
[0093] 轨道托架R5通过轴承R4支撑在活动支撑座R3的旋转中心轴承孔中,并能绕中心轴线旋转。轨道托架R5垂直移动时,借助其前端的直角水平面可与电池箱的外箱体下横梁配合(参见图1),从而能够使电池箱的外箱体轨道B22与轨道托架R5上的轨道R13保持在同一平面上。轨道托架的垂直移动是借助举升机T4实现的。更加具体的,当举升机T4垂直移动时,轨道托架R5前端的直角水平面可与外箱体下横梁抵接配合,从而能够使电池箱的外箱体轨道B22与轨道托架R5上的轨道R13保持在同一平面上。同时,该轨道托架R5 又与活动支撑座R3可在固定支座Rl上横向移动,借助电池箱下横梁上的碰块(也可称为限位块,图中未示)而能够保证轨道托架R5上的轨道R13与电池箱轨道B22横向对齐,从而实现电池箱的外箱体轨道B22与轨道托架R5上的轨道R13上下左右对接准确。
[0094] 上面,虽然详细说明了机械定位装置P的具体结构,但本领域技术人员应该意识到只是给出了一种优选结构,本发明并不局限于此,例如根据本发明的电动车动力电池组快速更换系统还可使用光电和机械定位系统:即平台车相对客车侧面可采取光电装置进行定位,在二者没有对齐的情况下,可通过操作上述的机械定位装置P使轨道托架R5的轨道 Rl3与电池箱体的轨道B22对齐,由此保证机械手伸出时能对准电池箱上的真空吸盘座或电磁吸盘座(未示)。如前所述,所述机械定位装置P主要是通过举升机T4和左右移动装置T6来实现在垂直方向和横向上的定位操作的。而光电定位装置对于本领域技术人员来说是公知的,所以这里省略了对其的详细说明。另外,考虑制造误差,滚轮托盘向前接近客车电池箱时采取机械二次定位(例如,通过左右微调电机R2来实现),以确保机械手准确拉动电池箱的部位。
[0095] 当然,在不使用滚轮系统拉出电池组的情况下,不使用上述的机械定位装置P,或者例如通过手动方式也同样能将电池组从外箱体中快速拉出和更换。
[0096] 由此就能实现电动客车动力电池组的快速更换。使用根据本发明的电动车动力电池组快速更换系统,能够实现对电动车动力电池组的快装快卸,解决了锂电池的安全使用问题,从而能够用快速更换电池的方式扩大续驶里程,解决了人力更换电池的困难,对电动汽车的产业化具有重要的意义和作用。
[0097] 虽然上面已经结合附图详细说明了本发明,但本领域技术人员应该意识到上述说明仅仅是对具体实施方式的示意阐述,本发明的范围并不限制于上述的特定实施例。

Claims (24)

1. 一种电动车动力电池组快速更换系统,用于将电动车中的电池组拉出并移送到充电架中进行充电和/或用充电架中的电池组更换电动车中的电池组,所述电动车包括有用于给其提供电力的电池箱,在电池箱中设置有所述电池组,其特征在于:所述快速更换系统包括快卸机构和移送机构,其中:所述快卸机构包括一个真空吸盘或电磁吸盘,其通过一个驱动装置而能够相对于电池箱的更换方向前后移动,以便将电池箱从电动车车身中拉出或将其推到电动车车身中;所述快卸机构还包括固定座、活动支撑座、托架,所述驱动装置设置在托架上,所述托架进一步与活动支撑座耦接,所述活动支撑座以在垂直于电池箱拉出方向的横向上可滑动的方式与固定座接合;所述快卸机构还包括固定安装在固定座上的两个左右微调装置,所述左右微调装置是螺母式顶出机构,由螺母顶头、方管导套、传动丝杠和驱动电机构成,其中方管导套与驱动电机壳体固定连接,螺母顶头与驱动电机的传动丝杠以螺纹方式耦接,并且螺母顶头套在方管导套中由其引导,螺母顶头与所述活动支撑座抵接,由此驱动电机通过传动丝杠转动而能够使螺母顶头伸出或缩回,从而螺母顶头能够推动活动支撑座左右移动;所述移送机构包括左右移动装置、前后移动装置、垂直移动装置和转动装置,它们能够使通过快卸机构从电动车中拆卸下来的电池箱在前后方向、垂直于前后方向的左右方向以及垂直方向上发生移动,同时还能够使所述电池箱绕垂直轴转动,由此能够将所述拆卸下来的电池箱移送到充电架中和/或将从充电架中取下来的电池箱插到电动车中。
2.根据权利要求1所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中所述驱动装置是一个传动电机,其通过一个传动丝杠而能够使所述真空吸盘或电磁吸盘前后移动。
3.根据权利要求1所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中所述左右移动装置是这样构成的,即在方形平台下装两根带钢轮的轴,钢轮在轨道上滚动就形成横向移动的平台车。
4.根据权利要求3所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中在所述平台车中央采用转盘轴承,和在其上面做成转盘,就形成所述转动装置。
5.根据权利要求1所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中所述垂直移动装置包括两个安装在旋转平台上的龙门架式举升机,所述举升机通过电机驱动丝杠而能够使所述快卸机构进行垂直移动。
6.根据权利要求2所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中所述电池箱包括内箱体和外箱体,并且在内箱体中固定有所述电池组。
7.根据权利要求6所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中所述外箱体还包括有蒙皮,其是由不饱和聚酯玻璃纤维增强模塑料的绝缘防火材料制成。
8.根据权利要求6所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中所述外箱体与电动车车身紧固连接,而所述内箱体通过重载全脱出滑道可滑动的支撑在外箱体中,所述重载全脱出滑道包括固定在外箱体骨架上的滑道和固定在内箱体上的滚轮,所述滚轮可在滑道中滑动。
9.根据权利要求6所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中所述内箱体还包括有使内箱体与外箱体锁止的锁止机构。
10.根据权利要求9所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中所述锁止机构设置在内箱体的前面板上,借助它可将所述前面板锁定在外箱体上,从而能够将内箱体与外箱体锁止。
11.根据权利要求10所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中所述锁止机构包括插销式锁止机构,其包括:固定在所述前面板上的底板、插销轴和回位弹簧,所述底板包括成L形的前底板和侧底板,在侧底板上设置有销孔,借助回位弹簧可使插销轴的呈圆锥状的一端穿过所述销孔而将内箱体锁定在外箱体中。
12.根据权利要求11所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中所述锁止机构还包括与设置于前面板上的拉手耦接的凸轮传动杆,其上有凸轮部分,并且在所述插销轴上设置有滚动轮,当拉动拉手时,凸轮传动杆上的凸轮部分与滚动轮滑动接触,从而在通过拉手拉动凸轮传动杆时能够克服回位弹簧的弹力将插销轴从所述销孔中拉出。
13.根据权利要求11或12所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中所述锁止机构还包括一个自动开锁机构,其通过传动杆与所述插销轴的另一端通过销钉耦接,借助该自动开锁机构可将插销轴从所述销孔中拉出。
14.根据权利要求13所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中所述自动开锁机构包括摆臂、凸轮,所述摆臂借助销轴可转动的固定在一个支撑座上,摆臂的一端借助销轴与传动杆耦接,而另一端借助其上安装的滚轮与所述凸轮滑动接触,借助凸轮的前后移动而能够使摆臂转动,由此能够拉动传动杆运动。
15.根据权利要求14所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中所述凸轮借助于与之耦接的圆柱从所述前面板的一个解锁孔中伸出。
16.根据权利要求15所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中在所述快卸机构中还设置有一个开锁用的螺母式顶出机构,其由螺母顶头、方管导套、传动丝杠和驱动电机构成,其中方管导套与驱动电机壳体固定连接,螺母顶头与驱动电机的传动丝杠以螺纹方式耦接,并且螺母顶头套在方管导套中由其引导,螺母顶头的移动能够推动所述凸轮移动,从而能够解除内箱体与外箱体的锁止状态。
17.根据权利要求16所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中所述开锁用螺母式顶出机构通过一个移动滑板设置在轨道托架上,移动滑板与传动电机的传动丝杠以螺纹方式耦接,通过传动电机和其传动丝杠而能够使移动滑板前后移动。
18.根据权利要求17所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中在所述轨道托架上设置有与外箱体中设置的轨道相同的轨道,从而在通过快卸机构将电池箱的内箱体从外箱体中拉出时,可使内箱体通过其上安装的滚轮在所述轨道托架上的轨道中进一步滚动,从而能够将内箱体完全从外箱体中拉出。
19.根据权利要求18所述的电动车动力电池组快速更换系统,还包括一个垂直定位装置,其中垂直定位是通过所述垂直移动装置实现的。
20.根据权利要求19所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中当垂直移动装置垂直移动时,轨道托架前端设置的直角水平面可与外箱体下横梁抵接配合,从而能够使电池箱的外箱体轨道与轨道托架上的轨道保持在同一平面上。
21.根据权利要求18所述的电动车动力电池组快速更换系统,还包括一个横向定位装置,所述横向定位是通过所述左右移动装置实现的。
22.根据权利要求21所述的电动车动力电池组快速更换系统,其中当轨道托架借助左右移动装置在横向移动时,借助电池箱下横梁上设置的限位块而能够保证轨道托架上的轨道与电池箱的外箱体轨道横向对齐,从而实现电池箱的外箱体轨道与轨道托架上的轨道左右对齐。
23.根据权利要求18所述的电动车动力电池组快速更换系统,使用所述左右微调装置能够使所述快卸机构与电池箱在横向上进行二次定位。
24.根据权利要求18所述的电动车动力电池组快速更换系统,还包括有检测所述快卸机构是否与电池箱体对齐的光电定位装置。
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