CN102060005B - 一种电动汽车电池的自动快换系统及自动快换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车电池的自动快换系统及自动更换方法，系统包括设置在车体下部的电池仓、电池箱及升降台。电池仓的侧边设有多个吊耳；电池箱的侧边设有多个带拉绳的弹簧插销；升降台上设有多个解锁/锁紧杆；通过升降台、解锁/锁紧杆、弹簧插销和吊耳的相互配合实现电池箱装卸。卸电池时，升降台托住电池箱，解锁/锁紧杆顶升拉绳使插销和吊耳分开，升降台带着电池箱下降，电池箱和电池仓分离。装电池时，电池箱被升降台举升到电池仓就位后，解锁/锁紧杆下降松开拉绳，插销依靠弹簧的张力关闭穿过吊耳，电池箱和电池仓形成连接；同时，电池箱上的插座和电池仓上的插头自动插接；本发明方便可靠，可以满足电动汽车电池箱的自动快速更换。

Description

一种电动汽车电池的自动快换系统及自动快换方法

技术领域

本发明涉及电动汽车电池的更换系统，特别是涉及一种电动汽车的电池自动快换系统及自动快换方法。

背景技术

电动汽车具有运行经济、清洁环保等优点，但由于受电池容量低的限制，行驶里程较短，同时，由于电池充电时间长、电池成本高、维护难度大，从而限制了电动汽车的推广。为了延长电动汽车的续驶里程，可采用更换电池的方法，当电池电量不足时，可到充电站迅速更换一个充满电的电池箱，电池更换时间控制在3分钟以内，与燃油车加油时间相近，从而既延长了续驶里程，又节省了时间。采用更换电池的方法，可实现电动汽车的“车-电分离”，电池及充电、维护由专业运营商运营，降低用户购车成本，推动电动汽车的产业化和市场应用。

由于电动汽车的电池箱体积和质量较大，电池箱的安装和拆卸也较为困难，如果电池箱的安装方式过于复杂，将难以实现电池自动更换，影响电动车的产业化和市场应用，因此急需提出一种电池箱的自动快速更换安装和拆卸的可靠方案。

目前，现有的电池快速更换方案虽然提出了一些构想，但是要实际应用还存在不少问题。例如：公开号为CN101559758，其公开日为2009年10月21日的中国专利公开了《一种电动汽车电池的快装快换系统以及快装快换方法》，其中，电池包安装在一安装板上，安装板上设置四个吊环，同时，在电动汽车的车体底部设有四个带驱动电机的锁钩和安装板吊耳连接。解锁时通过驱动电机张开锁钩，电池包和车体分离；锁紧时依靠举升上来的安装板上的吊环接触到锁钩的根部，引起锁钩绕其固定轴转动锁紧，实现电池箱和车体连接。上述技术方案的不足之处是：

(1)电池包放置在一块刚性的安装板上，安装板增大了电池包的重量，降低电动车行驶里程；

(2)需要在所有电动汽车车体上安装四个带驱动电机的锁钩，驱动电机需要外接电源和控制器，系统复杂，增加了电动汽车成本；

(3)锁紧时，依靠举升上来的安装板上的吊环接触到锁钩的根部，使锁钩绕其固定轴转动从而实现锁紧，这样的锁紧方式不可靠、很不安全；

(4)需将四个驱动电机的驱动线束汇总成一个线束插件，当需要拆卸电池包时将插件与电源连接，电池包安装好后将插件拔下，这样难以实现自动化作业。

综上，上述技术方案在车体上安装四个带驱动电机的锁钩，驱动电机工作时需要插、拔驱动线束，难以实现电动汽车电池的全自动快装快换；特别是，上述技术方案需要在所有电动汽车安装驱动电机和锁钩，这样增大了电动汽车成本，导致整个电动汽车换电系统成本高；同时，要求不同汽车生产厂生产的电动汽车均装设统一规格的驱动电机和锁钩是不现实的，难以推广使用，尤其难以在需换电的电动汽车种类多、数量大、换电频率较高的公共换电站使用。

发明内容

针对上述现有技术，本发明提供一种电动汽车的电池自动快换系统及自动快换方法，简便易行、切实可靠，能保证电池箱的自动快速更换与安装，满足车型多、换电频率高的公共换电站使用要求。

本发明电动汽车电池的自动快换系统予以实现的技术方案是：该系统包括设置在电动汽车车体下部的电池仓和电池箱，位于一工作台下方的升降台，所述电池仓的侧边设有多个吊耳；所述电池仓上设有电气插头；所述电池箱的侧边设有对个与上述电池仓吊耳配合的带拉绳的弹簧插销组件；所述电池箱上设有与上述电池仓插头配合的电气插座；所述电池箱放置在一托架上以便运输；所述升降台上设有机动辊道和多个与上述电池箱侧边的弹簧插销组件配合的解锁/锁紧杆；通过所述吊耳、弹簧插销组件、解锁/锁紧杆、升降台的相互配合实现将电池箱装入电池仓并连接，或使电池箱脱离电池仓；所述升降台、机动辊道及解锁/锁紧杆的运动为电气和/或液压、气动驱动。

利用本发明电动汽车电池的自动快换系统实现电池自动快换的方法是：包括快卸电池过程A和快装电池过程B，其中：

快卸电池过程A如下：

A-1、升降台位于换装电池工作台的正下方，将一欲换电池的电动汽车开到换装电池工作台上，并定位；

A-2、驱动升降台上升，将一个空的托架举升并托住车身下电池仓中的电池箱；

A-3、驱动解锁/锁紧杆上升，顶升弹簧插销组件拉绳，所述拉绳牵动插销向其尾部方向移动，当插销的头部退出吊耳时，使电池箱与电池仓脱离；

A-4、驱动升降台下降，升降台带着所述托架及电池箱下降，与此同时，所述解锁/锁紧杆下降，放松弹簧插销组件拉绳，插销在压力弹簧张力的作用下向其头部方向移动并回到自然位置；

A-5、升降台降到初始高度后，驱动升降台上的机动辊道将托架及电池箱送出升降台，通过输送机将其送至电池库充电，至此，完成了电池的快卸；

快装电池过程B如下：

B-1、输送机将一个带托架的电池箱从电池库送到升降台上，并定位；

B-2、电池箱就位后，驱动解锁/锁紧杆上升，顶升弹簧插销组件拉绳，所述拉绳牵动插销向其尾部方向移动，打开插销；

B-3、驱动升降台将电池箱举升，使所述插销与电池仓上的吊耳中心线对齐，驱动解锁/锁紧杆下降，放松弹簧插销组件拉绳，插销的头部依靠压力弹簧的张力穿过吊耳，使所述电池箱和车身下部的电池仓形成连接并锁紧，至此，完成了电池的快装。

通过上述步骤完成了一个电动汽车的电池快换循环。

与现有技术相比，本发明电动汽车电池的自动快换系统的有益效果是：

(1)由于本发明的电动汽车的电池自动快换系统是通过电池箱侧边弹簧插销组件与车身下部电池仓的吊耳连接，因此不需要放置电池的刚性安装板，从而减轻了电池箱的重量，不会降低电动车的行驶里程；

(2)本发明通过电池仓上的吊耳、电池箱上的弹簧插销组件、升降台及升降台上的解锁/锁紧杆的相互配合实现将电池箱装入电池仓并电连接或使电池箱脱离电池仓；而无需在车体上安装四个锁紧/解锁驱动电机及外接电源和控制器，其结构简单、降低电动汽车成本；

(3)本发明中电池箱与电池仓之间的锁紧是通过弹簧插销组件借助一拉绳和压力弹簧的作用实现插销的打开和关闭，其锁紧不但结构简单，而且非常可靠；

(4)现有技术中需将四个驱动电机的驱动线束汇总成一个线束插件，当需要拆卸电池包时将插件与电源连接，电池包安装好后将插件拔下，这样难以实现完全自动作业；而本发明不在车体上安装锁紧/解锁驱动电机，也就没有驱动线束，不需要连接和拔下驱动线束，这样可以实现完全自动作业。

综上，本发明与现有技术的本质区别是：将解锁/锁紧机构的驱动电机安装在换电升降台上，而不是安装在车体上，这样可以实现一套解锁/锁紧机构的驱动电机完成对所有电动汽车电池箱解锁和锁紧，而不需要在所有电动汽车都安装一套解锁/锁紧机构驱动电机，极大地简化了整个电动汽车电池的更换系统，实现电池的自动快换。本发明特别适合于在需换电的电动汽车种类多、数量大、换电频率高的公共电动汽车换电站使用。

附图说明

图1是本发明电动汽车电池的自动快换系统电池仓及安装框架示意图；

图2是本发明中机动辊道、升降台和解锁/锁紧杆的驱动控制示意框图；

图3是本发明电动汽车电池的自动快换系统结构分解示意图；

图4是本发明电动汽车电池的自动快换系统中电池箱的结构示意简图；

图5是本发明电动汽车电池的自动快换系统中弹簧插销及拉绳结构示意简图；

图6是本发明电动汽车电池的自动快换系统中插销和吊耳位置关系示意图；

图7-1是实现本发明中采用单插销结构打开或关闭的状态示意图；

图7-2是实现本发明中采用对称布置的双插销结构打开或关闭的状态示意图。

图中：

1——车身地板    2——电池仓    3——安装框架    4——吊耳

5——电池箱    6——加强隔板     7——插销            8——拉绳

9——升降台    10——机动辊道    11——解锁/锁紧杆    12——托架

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细地描述。

如图3所示，本发明一种电动汽车电池的自动快换系统，系统包括设置在电动汽车的车体下部的电池仓2、电池箱5及托架12、位于一工作台下方的升降台9。

如图1所示，所述电池仓2设置为“工”字形或“T”字形，充分地利用汽车前排、后排座椅下部及中间通道空间，满足电动汽车对电池容量的要求，增加续驶里程；所述在电池仓2的左右两侧设置多个吊耳4，用于和电池箱5的连接；所述电池仓2上设有电气插头；所述在电池仓2可以是金属材料，也可以是非金属材料制造；所述电池仓2可以通过螺栓和车身底板连接，也可以设计为与电动汽车车身地板为一体结构，在汽车生产厂和车身地板1整体焊接成型。若将电池仓2设计为与车身分体结构，所述电池仓2可以通过一个安装框架与电动汽车车身下方的纵梁和横梁连接安装，即在电池仓2的下部设有安装框架3，一方面用于和车身底部横、纵梁、地板的连接，另一方面在该安装框架3上设置吊耳4，用于和电池箱5的连接。

如图4所示，所述电池箱5与上述电池仓2内腔形状相吻合，设置为“工”字形或“T”字形；所述电池箱5的左、右两侧均设有与上述电池仓吊耳4配合的弹簧插销组件；所述弹簧插销带有拉绳8；所述电池箱5可以是金属材料，也可是非金属材料制造；所述电池箱5中间设置加强隔板6，以增强电池箱刚性、减少箱体材料厚度，进而减轻电池箱重量；所述电池箱5上设有与所述电池仓2上插头配合的电气插座；所述电池箱5放置在托架10上进行运输。

如图3所示，所述升降台9可以是液压或电动、气动叉式升降台；所述升降台9上设有机动辊道10和多个与上述电池箱5弹簧插销配合的解锁/锁紧杆11；所述解锁/锁紧推杆11可以是电动、液压、气动推杆，用于顶升插销7的拉绳8，打开插销；所述升降台9有3个(至少2个)行程停止位置，分别是换电池箱工位、送电池箱位、接电池箱/待备工位。换电频次少时，接/送电池工位可以合并；所述机动辊道10可以正反向转动，用于从电池库输送机上接、送电池箱5。

通过所述电池仓吊耳4、弹簧插销组件、拉绳8、解锁/锁紧杆11的相互配合实现将电池箱5装入电池仓2并连接或使电池箱5脱离电池仓2；所述电池箱5与所述电池仓2之间电气插座与插头的连接采用盲插方式；所述插座与插头为一对接的组合插件，当电池箱5被升降台9举升到电池仓2下方时，所述组合插件对接，实现动力和通讯的电气连接。

如图2所示，所述升降台9及解锁/锁紧杆11、机动辊道10的运动均由电气和/或液压、气动系统控制。

如图5、图6和图7所示，所述解锁/锁紧杆11为一顶部设有凹槽的推杆；所述弹簧插销组件包括拉绳8、插孔板、插销7、压力弹簧和多个带有导向孔的导向板；所述插销7的尾部设有第一挡板，所述插销7的头部为圆锥插头，所述插销7的中部设有第二挡板；所述插销7穿入多个导向板的孔中，所述压力弹簧套装在所述插销7上且位于插销的第二挡板与一导向板之间；所述拉绳8的一端与插销7尾部接连，另一端固定在电池箱上(如图7-1所示)或与对称的另一插销7(如图7-2所示)的尾部连接；所述电池仓5上的吊耳4与所述弹簧插销组件中两个相邻导向板之间的空隙对正；所述弹簧插销组件拉绳8与所述推杆顶部的凹槽位置对正。

如图4、图5所示，电池箱安装有6个(至少是2个)弹簧插销，平时插销依靠压力弹簧的张力处于关闭状态，此时插销7与电池仓的吊耳4连接锁紧；插销7的尾部固连拉绳8，解锁时，通过推杆顶升拉绳8，以拉开插销7，实现和电池仓的吊耳4分离。

当然，所述解锁/锁紧杆11还可以是一丝杠机构或齿轮齿条机构，在丝杠或齿条的顶部设有一凹槽，当丝杠或齿条上升或下降时，顶升或松开拉绳8同样可以实现插销7向其尾部或向其头部方向移动，从而打开或关闭插销；也可以将拉绳8嵌在凹槽中，利用丝杠的转动，拉紧或放松拉绳8，同样可以实现插销7向其尾部或向其头部方向移动，从而打开或关闭插销。

利用上述电动汽车电池的自动快换系统实现电池快换(即自动更换)的过程可以归纳为：装电池时，电池箱被送到换电升降台9上，解锁/锁紧杆11(可以选用推杆或丝杠或齿条)上升打开插销7，电池箱5被举升到电池仓2就位后，解锁/锁紧杆11下降，插销7依靠压力弹簧的张力关闭，穿过电池仓吊耳4，电池箱5和电池仓2形成连接；同时，安装在电池箱5上的插座和电池仓2上的插头自动插接，实现电气连接；卸电池时，升降台9托住电池箱5，解锁/锁紧杆11上升，打开插销7，插销7和电池仓吊耳4分开，升降台9带着电池箱5下降和电池仓2分离。即快换过程包括快卸电池过程A和快装电池过程B，其中：

快卸电池过程A如下：

A-1、升降台9位于换装电池工作台的正下方，将一欲换装电池的电动汽车开到换装电池工作台上，并定位；

A-2、驱动升降台9上升，将一个空的托架12举升并托住车身下电池仓2中的电池箱5；

A-3、驱动解锁/锁紧杆11上升，顶升弹簧插销组件拉绳8，所述拉绳8牵动插销7向其尾部方向移动，当插销的头部退出吊耳4时，使电池箱5与电池仓2脱离；

A-4、驱动升降台9下降，升降台9带着所述托架12及电池箱5下降，与此同时，所述解锁/锁紧杆下降，拉绳8放松插销7，插销7上在压力弹簧张力的作用下向其头部方向移动并回到自然位置；

A-5、升降台9降到初始高度后，驱动升降台9上的机动辊道10将电池箱5及托架12送出升降台，通过输送机将其送至电池库充电；至此，完成了电池的快卸；

快装电池过程B如下：

B-1、输送机将一个带托架12的电池箱5从电池库送到升降台9上，并定位；

B-2、电池箱5就位后，驱动解锁/锁紧杆11上升，顶升拉绳8，所述拉绳8牵动插销7向其尾部方向移动，打开插销；

B-3、驱动升降台9将电池箱5举升起来，使所述插销7与电池仓2上的吊耳4中心线对齐，驱动解锁/锁紧杆11下降，放松弹簧插销组件拉绳8，插销的头部依靠压力弹簧的张力穿过吊耳4，使所述电池箱5和车身下部的电池仓2形成连接并锁紧，升降台9带托架12下降到待备工位，准备下一个换电循环；车辆从换电工作台上开走。

综上所述，本发明的电动汽车自动快换系统简单、可靠、成本低，该方案的实施可将电池箱5的更换时间控制在3分钟以内。该方案的实施解决了电动汽车普遍存在的续驶里程不足的问题，尤其是实现“车-电分离”，电池由专业运营商运营，减少用户一次购车成本，这对推动电动汽车产业化、市场化具有重要意义。

尽管上面结合图对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以作出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种电动汽车电池的自动快换系统，包括设置在电动汽车车体下部的电池仓（2）、电池箱（5）、位于一工作台下方的升降台（9），其特征在于：

所述电池仓（2）的侧边设有多个吊耳（4）；所述电池仓（2）上设有电气插头；

所述电池箱（5）的侧边设有多个与上述电池仓吊耳（4）配合的带拉绳的弹簧插销组件；所述电池箱（5）上设有与上述电池仓（2）插头配合的电气插座；所述电池箱（5）放置在一托架（12）上以便运输；

所述升降台（9）上设有机动辊道（10）和多个与上述电池箱侧边的弹簧插销组件配合的解锁/锁紧杆（11），解锁/锁紧杆顶升或拉紧拉绳，以打开插销；

通过所述吊耳（4）、弹簧插销组件、解锁/锁紧杆（11）、升降台（9）的相互配合实现将电池箱（5）装入电池仓（2）并连接，或使电池箱（5）脱离电池仓（2）；

所述升降台（9）、机动辊道（10）及解锁/锁紧杆（11）的运动为电气和/或液压、气动驱动。

2.根据权利要求1所述的电动汽车电池的自动快换系统，其特征在于：

所述解锁/锁紧杆（11）为一顶部设有凹槽的推杆；

所述弹簧插销组件包括拉绳（8）、插孔板、插销（7）、压力弹簧和多个带有导向孔的导向板；所述插销（7）的尾部设有第一挡板，所述插销（7）的头部为圆锥插头，所述插销（7）的中部设有第二挡板；所述插销（7）穿入多个导向板的孔中，所述压力弹簧套装在所述插销（7）上且位于插销的第一挡板与第二挡板之间；所述拉绳（8）的一端与插销（7）尾部接连，另一端固定在电池箱上或与对称布置的另一插销（7）的尾部连接；

所述电池仓（2）上的吊耳（4）与所述弹簧插销组件中两个相邻导向板之间的空隙对正；所述弹簧插销组件中的拉绳（8）与所述解锁/锁紧杆（11）顶部的凹槽位置对正。

3.根据权利要求1所述的电动汽车电池的自动快换系统，其特征在于：

所述解锁/锁紧杆（11）为一顶部设有凹槽的丝杠；

所述弹簧插销组件包括拉绳（8）、插孔板、插销（7）、压力弹簧和多个带有导向孔的导向板；所述插销（7）的尾部设有第一挡板，所述插销（7）的头部为圆锥插头，所述插销（7）的中部设有第二挡板；所述插销（7）穿入多个导向板的孔中，所述压力弹簧套装在所述插销（7）上，且位于插销（7）的第二挡板与一导向板之间；所述拉绳（8）的一端与插销（7）尾部接连，另一端固定在电池箱上或与对称布置的另一插销（7）的尾部连接；

所述电池仓（5）上的吊耳（4）与所述弹簧插销组件中两个相邻导向板之间的空隙对正；所述弹簧插销组件中的拉绳（8）与所述丝杠顶部的凹槽位置对正。

4.根据权利要求1所述的电动汽车电池的自动快换系统，其特征在于：所述电池仓（2）的内腔与所述电池箱（5）的外形相吻合，均为“工”字形或“T”字形。

5.根据权利要求1所述的电动汽车电池的自动快换系统，其特征在于：所述电池仓（2）通过一个安装框架与电动汽车车身下方的纵梁和横梁连接。

6.根据权利要求1所述的电动汽车电池的自动快换系统，其特征在于：所述电池仓（2）与电动汽车车身地板为一体结构。

7.根据权利要求1所述的电动汽车电池的自动快换系统，其特征在于：所述电池箱（5）内设有加强隔板。

8.根据权利要求1的电动汽车电池的自动快换系统，其特征在于：所述电池箱（5）与所述电池仓（2）之间电气插座与插头的连接采用盲插方式；所述插座与插头为一对接的组合插件，当电池箱（5）被升降台（9）举升到电池仓（2）下方时，所述组合插件对接，实现动力和通讯的电气连接。

9.一种电动汽车电池的自动快换方法，其特征在于：利用如权利要求1所述电动汽车电池的自动快换系统实现电池快换的过程包括快卸电池过程A和快装电池过程B，其中：

快卸电池过程A如下：

A-1、升降台（9）位于换装电池工作台的正下方，将一欲换电池的电动汽车开到换装电池工作台上，并定位；

A-2、驱动升降台（9）上升，将一个空的托架（12）举升并托住车身下电池仓（2）中的电池箱（5）；

A-3、驱动解锁/锁紧杆（11）上升，顶升拉绳（8），所述拉绳（8）牵动插销（7）向其尾部方向移动，当插销的头部退出吊耳（4）时，使电池箱（5）与电池仓（2）脱离；

A-4、驱动升降台（9）下降，升降台（9）带着所述托架（12）及电池箱（5）下降，与此同时，所述解锁/锁紧杆（11）下降，拉绳（8）放松插销（7），插销（7）在压力弹簧张力的作用下向其头部方向移动并回到自然位置；

A-5、升降台（9）降到初始高度后，驱动升降台（9）上的机动辊道（10）将托架（12）及电池箱（5）送出升降台，通过输送机将其送至电池库充电，至此，完成了电池的快卸；

快装电池过程B如下：

B-1、输送机将一个带托架（12）的电池箱（5）从电池库送到升降台（9）上，并定位；

B-2、电池箱（5）就位后，驱动解锁/锁紧杆（11）上升，顶升拉绳（8），所述拉绳（8）牵动插销（7）向其尾部方向移动，打开插销；

B-3、驱动升降台（9）将电池箱（5）举升，使所述插销（7）与电池仓（2）上的吊耳（4）中心线对齐，驱动解锁/锁紧杆（11）下降，放松拉绳（8），插销的头部依靠压力弹簧的张力穿过吊耳（4），使所述电池箱（5）和车身下部的电池仓（2）形成连接并锁紧，至此，完成了电池的快装。

通过上述步骤完成了一个电动汽车的电池快换循环。

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