CN102442191B - 一种电动轿车的电池仓 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动轿车的电池仓，其采用框架结构，侧壁设有电池导向定位构件，顶部设有插座以及电磁控制挂钩，所述电磁控制挂钩包括二个悬挂弯钩，悬挂弯钩靠内一端与一连杆的相铰接，连杆的另一端与一磁吸环铰接，所述磁吸环可移动地套接在竖直地固定于电池仓顶部的滑动轴上，并在电池仓顶部对应磁吸环处设置电磁铁，电磁控制挂钩还包括一个使悬挂弯钩转动复位的弹性复位构件。本发明可对电池进行良好的导向定位，实现自动居中，并实现电池的自动快速固定和释放，从而适合在电池更换站快速自动更换电池，同时其具有良好的缓冲功能，确保电池仓与电池连接的可靠，避免因惯性造成的冲击。

Description

一种电动轿车的电池仓

 技术领域

本发明涉及电动轿车中的电池固定装置，具体涉及一种设置在电动轿车上适用于上下更换电池的电池仓。

背景技术

随着经济的快速发展，全社会汽车的保有量迅速增加，不仅消耗了大量不可再生的石油资源，而且造成极为严重的空气污染，为此，用蓄电池驱动的电动汽车受到了广泛的青睐，但是，由于受到蓄电池技术的限制，现有电动汽车的行驶里程一般在一、二百公里之间，而电池一次充电时间需十几个小时，从而严重地限制了电动车的普及。为了缩短充电时间，有人开发了如铁电池一类的新型蓄电池以及相应的特殊充电装置，可在几十分钟内充好行驶一百公里的电量，但是，此类充电装置的成本极高，并不是个人用户能承担的起的，而且快速充电的方式对电池寿命亦有极大损害，而大量废弃的旧电池又对环境造成的巨大的影响。为此，有人推出了专门的电动汽车电池交换站，其工作方式类似现有的汽车加油站，电动汽车在储存有大量满电电池的电池交换站直接更换充好电的满电电池，即可继续行驶，而电池交换站则可将换下的亏电电池进行充电，以用于后续的更换。例如，一种在中国专利文献上公开的“电动车辆蓄电池更换工作站”，公开号为：CN 1212933A，包括更换台及蓄电池转换器，更换台可供电动车辆迸出并定位，并能将电动车辆之蓄电池快速拆卸或安装于电动车辆的车架上，蓄电池转换架能将蓄电池远离更换台，同时更换另一蓄电池，载往更换台，并协同更换台将蓄电池安装于电动车辆的车架上。为了实现电动汽车在电池交换站的快速更换电池，有人在中国专利文献上公开了一种“抽屉式电车蓄电池及配套专用工具和充电电池架”，公告号为：CN 2932629Y，其包括抽屉式电池盒和蓄电池，还具有与之配套使用的专用工具，其设有负压虹吸装置的电动叉车和电池托盘，还具有专用充电电池架，蓄电池的里端设置正负两个平面电板，每个电池盒内侧具有与蓄电池平面电极相对应接触的乳凸状弹性电极，并附设电子锁死机构电池锁。该电车蓄电池采用抽屉式电池仓，以水平方向更换电池，一方面，由于轿车的横向侧面空间受到限制，此类电池仓结构电动轿车上使用会受到诸多限制。进一步地，现有技术中的电池仓无法对电池进行全自动的快速固定，因而难以适应电池更换站对电池仓结构的要求，并且由于电池的重量大，车辆在行驶时，电池具有极大的惯性，而现有的电池仓不具有相应的缓冲结构，因而容易造成电池与电池仓之间连接的不可靠，影响电池仓的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术的电池仓所存在的不适合电动轿车使用、无法快速地自动固定和释放电池，因而难以适应电池更换站中自动更换电池的要求的问题，提供一种适用于电动轿车的电池仓，其可对电池进行自动快速固定和释放，从而适合在电池更换站快速自动更换电池。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种电动轿车的电池仓，具有一个用于容置电池的空腔，所述电池仓采用框架结构，其底部开通，电池仓的侧壁设有电池导向定位构件，电池仓的顶部设有与电池顶面的接线柱对应的插座以及用以固定电池的电磁控制挂钩，所述电磁控制挂钩包括对称地可转动连接在电池仓顶部的二个悬挂弯钩，悬挂弯钩的中部设有转动轴，悬挂弯钩靠外一端为向下的钩部，钩部的下端为向内弯折的挂钩，挂钩底部设有向内侧上方倾斜延伸的导向斜面，悬挂弯钩靠内一端与一连杆的一端相铰接，所述连杆的另一端与一磁吸环铰接，所述磁吸环可移动地套接在竖直地固定于电池仓顶部的滑动轴上，并在电池仓顶部对应磁吸环处设置电磁铁，电磁控制挂钩还包括一个使悬挂弯钩转动复位的弹性复位构件，所述电池仓上还设有控制电池上升高度的位置传感器。

本发明的电池仓采用框架结构，因而具有重量轻，强度好的特点，其底部开通，使电池可从电池仓的底部通过上下升降方式进出，这样，汽车在更换电池时，可从车辆的底部卸载和安装电池，因而电池仓可安装在轿车的地板下面，适合于电动轿车侧面空间有限的特点。当电池从底部顶入电池仓时，通过挤压钩部下端的导向斜面即可使悬挂弯钩的钩部向外摆动，当电池上升到位时，钩部的挂钩借助于弹性复位构件的推力自动进入到电池上相应的沟槽内将电池可靠地悬挂固定。当需要更换电池时，用于运送电池的升降式运送小车定位于电池仓下方，并上升其托举平台托住电池，此时位置传感器将托举平台的位置信号传给车上的中央控制器（ECU），中央控制器即控制电磁铁通电吸合，从而向下拉动磁吸环，并通过连杆拉动两侧的悬挂弯钩，使其钩部向外张开，进而释放电池。采用电磁铁作动力便于其自动控制，对称设置的悬挂弯钩通过连杆与磁吸环铰接从而形成一个双连杆机构，因而一个电磁铁即可同时控制二个悬挂弯钩的动作。进一步地，由于磁吸环所受到的吸力在分解成左右二个连杆轴线方向的分力时具有放大效果，因而有利于确保悬挂弯钩的打开，并可尽量减小电磁铁的体积。而位置传感器则可感知升降式运送小车的托举平台的上升高度，并控制电磁铁的通断。

作为优选，所述电池导向定位构件为设于电池仓的内侧面上用以抵压电池外侧面、且向内下凹的拱形压板，所述拱形压板竖直布置，对应每个电池外侧面的拱形压板为2个，且平行排列。拱形压板具有极高的抗压强度和良好的弹性，因而既能对电池可靠地定位，同时使电池在车辆行驶时与电池仓之间能有较好的缓冲作用，避免因惯性作用而产生强烈的冲击，进而有利于确保电池和电池仓之间的可靠连接，减少因冲击造成的损坏。而拱形压板的下端则可对电池进行有效的引导，使其能自动对中，从而可大大降低对电池位置准确度的要求。

作为优选，所述拱形压板由下部的弧形导向段、中部的直线定位段以及上部的弧形支承段构成。弧形导向段有利于对电池进行顺滑的引导，直线定位段则可确保电池的可靠定位以及车辆行驶中电池的可靠固定，弧形支承段与弧形导向段共同对直线定位段起到拱形支撑作用，并且，弧形导向段的长度可大于弧形支承段的长度，因而在不增加拱形压板整体长度的前提下，更有利于弧形导向段对电池的顺滑引导。

作为优选，电池仓中相对的两个拱形压板的直线定位段之间的间距比对应的电池外形尺寸小3至5毫米，使拱形压板对电池产生一定的预压紧力，进一步确保电池的可靠定位。

作为上述优选方案的一种替代方案，所述电池导向定位构件为设于电池仓的侧面上用以抵压电池外侧面的滚轮，对应每个电池外侧面的滚轮至少为二个。采用滚轮导向定位，既可使电池在进出电池仓时与电池导向定位构件为滚动摩擦，大大减小其摩擦阻力，同时，滚轮的圆柱面自动形成一个导向的圆角，使电池可实现自动对中。

作为上述替代方案的进一步优选，对应每个电池外侧面的滚轮至少为上下二排，每排二个，其中最下排滚轮的直径大于其它排滚轮的直径，最下排滚轮轴的支承孔为水平的长槽，长槽内靠外一侧滑动连接有压紧滚轮轴的压紧块，压紧块后侧与长槽之间设有压紧弹簧。由于最下排滚轮的主要作用在于引导电池进入到电池仓内，因此，其较大的直径使其具有一个较大的导向圆角，从而有利于对电池的导向。此外，当电池的实际位置偏离理论位置较多时，电池对最下排的滚轮的作用力在水平方向的分力使其滚轮轴可在长槽内向外滑动，从而确保电池被顺利引导进入电池仓内。

作为优选，所述弹性复位构件包括对称地设置在磁吸环两侧的二片竖直的挡板以及二根分别套设在两侧连杆上的复位压簧，挡板上设有竖直布置的长圆孔，连杆穿过长圆孔并构成滑动配合，每根连杆上的复位压簧一端抵压挡板，另一端抵压悬挂弯钩上与连杆铰接的端部。电池在进入电池仓时，通过挤压钩部下端的导向斜面即可使悬挂弯钩的钩部向外摆动，当电池上升到位时，钩部的挂钩借助于复位压簧的推力进入到电池上相应的沟槽内将电池可靠地悬挂固定。另外，连杆与挡板的长圆孔形成滑动配合，使磁吸环在上下滑动时可避免产生转动。

作为上述优选方案的一种替代方案，所述弹性复位构件为套设在滑动轴上的复位压簧，复位压簧一端抵压磁吸环，另一端抵压电磁铁，磁吸环抵压复位压簧的端面上设有容置复位压簧的环形槽。将复位压簧设于滑动轴上可简化结构，一个复位压簧即可实现两侧悬挂弯钩的同步复位，并确保两侧悬挂弯钩复位弹力与动作的一致性，而磁吸环上设置的环形槽可用于容置复位压簧，从而保证磁吸环与电磁铁吸合时内完全贴合，进而使电磁铁的吸力达到最大。

作为优选，在滑动轴上位于磁吸环上部套设有压环，压环上部设有与滑动轴螺纹连接的手动解锁螺母，所述滑动轴上设有轴向的键槽，所述压环内孔设有相应的限位键。转动解锁螺母，即可向下推动压环，并进而使磁吸环下降，从而可实现电磁控制失效时电池的手动解锁释放，限位键则可避免压环产生转动，避免与磁吸环之间产生相对摩擦。

作为优选，所述电池仓整体呈长方体形，其四个侧面的框架呈X形，电池仓的顶部还设有外凸的X形缓冲架以及穿过X形缓冲架的中心轴，并在中心轴上位于电池仓顶面与X形缓冲架之间的空隙处套设缓冲弹簧。X形的框架结构具有很高的结构强度和稳定性，使电池仓可确保悬挂电池的可靠。而外凸的的X形缓冲架以及电池仓顶面与X形缓冲架之间的缓冲弹簧则可对上升进入到电池仓内的电池产生缓冲作用，避免因电池的过度挤压而损坏电池仓。

综上所述，本发明具有如下有益效果：（1）可对电池进行自动快速固定和释放，从而适合在电池更换站快速自动更换电池；（2）具有缓冲功能，确保电池仓与电池连接的可靠，避免因惯性造成的冲击；（3）可对电池进行良好的导向定位，实现自动居中。

附图说明

图1是本发明实施例1的一种结构示意图。

图2是图1的侧向剖视图。

图3是图1的俯视图。

图4是本发明实施例2的一种结构示意图。

图5是图4的侧向视图。

图6是图5中A处的放大图。

图7是图6中最下排滚轮处的结构示意图。

其中： 6、电池 61、接线柱 62、沟槽 7、电池仓 718、压紧弹簧 72、X形缓冲架 73、插座 8、电磁控制挂钩 80、电磁铁 81、悬挂弯钩 811、钩部812、导向斜面 813、挂钩 82、转动轴 83、连杆 84、磁吸环 841、环形槽 85、挡板 86、复位压簧 87、滑动轴 871、键槽 88、手动解锁螺母 89、压环 891、限位键 9、中心轴 10、缓冲弹簧 11、滚轮 111、长槽 112、压紧块 12、拱形压板 121、弧形导向段 122、直线定位段 123、弧形支承段

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1：如图1所示的实施例中，一种电动轿车的电池仓，电池采用上下方向的更换方式，其具有一个用于容置电池的空腔，电池仓7采用长方体形的框架结构，且底部开通，以使其能适合长方体形的电池6从下部进出，电池仓的四个侧面的框架呈X形，电池仓的顶部外侧设置如图3所示的连接电池仓四个角且外凸的X形缓冲架72，同时在电池仓的顶部中心设置中心轴9，而X形缓冲架上则设置相应的通孔，中心轴穿出通孔并构成滑动配合，并且在中心轴上位于电池仓顶面与X形缓冲架之间的空隙处设置缓冲弹簧10。另外，如图2所示，电池仓的顶面上设置与电池顶面的接线柱61对应的插座73以及用于固定电池的电磁控制挂钩8。

此外，为了确保电池能顺利地进入到电池仓内，可在电池仓的四个侧面上设置电池导向定位构件，如图2所示，电池导向定位构件为设于电池仓的内侧面上用以抵压电池外侧面、且向内下凹的拱形压板12，拱形压板竖直布置，每个侧面设置2个拱形压板，且相互平行排列。拱形压板由下部的弧形导向段121、中部的直线定位段122以及上部的弧形支承段123平滑连接构成，并且弧形导向段的长度大于弧形支承段的长度，使弧形导向段的斜度更平缓，有利于对电池的导向。特别地，电池仓中长度和宽度方向上相对的两个拱形压板的直线定位段之间的间距比对应的电池外形尺寸小4毫米，从而使电池在进入到电池仓内时，拱形压板会对电池产生一个预压紧力，确保电池的可靠定位。

如图2所示，本实施例中用以固定电池的电磁控制挂钩包括对称地可转动连接在电池仓顶部的二个悬挂弯钩81，二个悬挂弯钩的中部设置转动轴82，悬挂弯钩靠外一端为向下的钩部811，其分别位于电池仓长度方向的二个侧面外侧，钩部的下端为向内弯折的挂钩813，并在挂钩底部设置向内侧上方倾斜延伸的导向斜面812，当然，电池的侧面上需设置对应的沟槽62，悬挂弯钩靠内一端先向上弯折，然后与一连杆83的一端相铰接，二根连杆的另一端共同与一磁吸环84铰接，磁吸环可移动地套接在竖直地固定于电池仓顶部的滑动轴87上，并在电池仓顶部对应磁吸环处设置电磁铁80，因而当电磁铁吸合磁吸环时，磁吸环可通过连杆带动两侧的悬挂弯钩转动，进而使下端的挂钩打开以释放电池。为了使悬挂弯钩能自动复位，电磁控制挂钩还包括一个使悬挂弯钩转动复位的弹性复位构件，该弹性复位构件为套设在滑动轴上的复位压簧86，复位压簧一端抵压磁吸环，另一端抵压电磁铁，并且在磁吸环抵压复位压簧的端面上设置容置复位压簧的环形槽841。进一步地，在电池仓上设置控制电池上升高度的位置传感器（图中未示出）。

可以理解的是，为了便于结构布置，并且使电池的悬挂固定更为可靠稳固，可以在电池挂架上位于中央的插座两侧对称地设置二套电磁控制挂钩。

进一步地，本实施例中的电磁控制挂钩中的电磁铁的工作由汽车的中央控制器（ECU）控制，而电磁铁的电源由电池提供，电池仓上的位置传感器与中央控制器连接以传递进入电池仓的电池的位置信号，以便有效地控制电池的上升高度。

本发明的一种电动轿车的电池仓，电池的进出采用上下升降方式，电池可通过自动控制的升降式运送小车传送，当车辆需要更换电池而进入到电池更换站时，可先将车辆上升至一定高度，运送小车移动至车辆下方对应电池仓的位置，升降式运送小车的托举平台上升并靠近电池仓内电池的底面。当托举平台上升到与电池底面贴合时，一方面，电池更换站的控制器控制运送小车停止上升；另一方面，设于电池仓上的位置传感器即向车辆的中央控制器（ECU）发送相应的控制信号，中央控制器控制电磁铁通电吸合，磁吸环在电磁铁的吸力作用下沿滑动轴向下移动，并通过连杆向内拉动两侧的悬挂弯钩，从而使悬挂弯钩的钩部向外打开，从而端部的挂钩与电池上的沟槽分离，进而使电池得以释放并放置在托举平台上；如果托举平台上升时高度过高，电池被向上顶起，电池仓的上部的X形缓冲架以及缓冲弹簧可起到缓冲效果，避免电池和电池仓的损坏；此时电池更换站的控制器控制运送小车的托举平台下降复位，电池则依靠自身的重量随托举平台离开电池仓。

接着，电池更换站的另一辆装载满电电池的运送小车在控制器的控制下移动至车辆下方对应电池仓的位置，并升起托举平台。当托举平台上的电池接近电池仓时，电池仓内拱形压板下端向外张开的弧形导向段可对电池进行有效的导向，并进而通过直线定位段实现准确的定位。由于相对的二块拱形压板之间的间距要比对应的电池外形尺寸小4毫米，因此，电池在进入到拱形压板之间的空腔内时，拱形压板会有一个弹性变形，进而对电池会产生一个压紧力，这样，不仅使其具有良好的缓冲作用，有利于其对位置偏差较大的电池进行良好的引导和定位，同时可使电池实现可靠稳定的定位。

当电池继续上升时，电池顶面的接线柱与电池仓的插座准确对接，同时电池与电池仓上两侧悬挂弯钩挂钩处的导向斜面接触，利用导向斜面的导向作用，将两侧悬挂弯钩的钩部向外侧挤开。当电池上升到位时，两侧悬挂弯钩在复位压簧的作用下，其钩部下端的挂钩自动进入到电池相应的沟槽内将电池勾住固定，此时控制器使托举平台停止上升，并下降复位，从而完成电池的更换。

实施例2：如图4所示，本实施例的一种电动轿车的电池仓，基本结构与实施例1相同，其不同之处在于，电池导向定位构件由设于电池挂架的侧面上用以抵压电池外侧面的滚轮11构成，滚轮的轴线水平布置且与相应的电池仓外侧面平行。每个电池仓的内侧面设置六个滚轮，分成上中下三排，每排滚轮数为二个，其中最下排滚轮的直径大于上面二排滚轮的直径，并且相对内侧面的最下排二个滚轮之间的空隙可大于电池相应的长宽尺寸，一般以10至20毫米为佳。进一步地，最下排滚轮轴的支承孔为如图7所示水平的长槽111，长槽内靠外一侧滑动连接有压紧滚轮轴的压紧块112，并在压紧块后侧与长槽之间设置压紧弹簧718。

此外，如图5所示，本实施例中的弹性复位构件包括对称地设置在磁吸环84两侧的二片竖直的挡板85以及二根分别套设在两侧连杆上的复位压簧86，挡板上设置竖直布置的长圆孔，连杆穿过长圆孔并与之构成滑动配合，每根连杆上的复位压簧一端抵压挡板，另一端抵压悬挂弯钩上与连杆铰接的端部。 

进一步地，如图6所示，在滑动轴上位于磁吸环上部套设有压环89，并且在压环上部设置与滑动轴螺纹连接的手动解锁螺母88，滑动轴上设置轴向的键槽871，而压环内孔上设置相应的限位键891，限位键可在键槽内沿轴向滑动。

本实施例中电池的取出程序与实施例1相同，当运送小车的托举平台托举电池上升靠近电池仓最下排的滚轮时，电池在滚轮的引导下顺利进入到电池挂架内，并实现对电池的初定位，由于最下排的滚轮的空隙要大于电池的长宽尺寸，且滚轮轴可向外滑移，因此，大大增加了其对电池的位置校正范围，即便电池的位置偏差较大时，电池仍然可以将滚轮向外顶开，从而进入到电池仓内。当电池继续上升时，上面二排滚轮则可对电池进行二次精定位，从而使电池的接线柱与电池仓的插座能准确对接。同时电池与两侧悬挂弯钩挂钩处的导向斜面接触，利用导向斜面的导向作用，将两侧悬挂弯钩的钩部向外侧挤开。当电池上升到位时，两侧悬挂弯钩在复位压簧的作用下，其钩部下端的挂钩进入到电池相应的沟槽内将电池勾住固定

由于电磁控制挂钩的复位压簧直接设置在滑动轴上，因此可同时推动两侧的悬挂弯钩进行复位，从而悬挂弯钩的动作更为一致、稳定。

当电磁控制挂钩出现故障而无法自动打开时，可用扳手向下旋转手动解锁螺母，手动解锁螺母通过压环带动磁吸环下滑，从而打开悬挂弯钩并释放电池。

Claims (9)

1.一种电动轿车的电池仓，具有一个用于容置电池的空腔，其特征是，所述电池仓（7）采用框架结构，其底部开通，电池仓的侧壁设有电池导向定位构件，电池仓的顶部设有与电池（6）顶面的接线柱（61）对应的插座（73）以及用以固定电池的电磁控制挂钩（8），所述电磁控制挂钩包括对称地可转动连接在电池仓顶部的二个悬挂弯钩（81），悬挂弯钩的中部设有转动轴（82），悬挂弯钩靠外一端为向下的钩部（811），钩部的下端为向内弯折的挂钩（813），挂钩底部设有向内侧上方倾斜延伸的导向斜面（812），悬挂弯钩靠内一端与一连杆（83）的一端相铰接，所述连杆的另一端与一磁吸环（84）铰接，所述磁吸环可移动地套接在竖直地固定于电池仓顶部的滑动轴（87）上，并在电池仓顶部对应磁吸环处设置电磁铁（80），电磁控制挂钩还包括一个使悬挂弯钩转动复位的弹性复位构件，所述电池仓上还设有控制电池上升高度的位置传感器，所述电池仓整体呈长方体形，其四个侧面的框架呈X形，电池仓的顶部还设有外凸的X形缓冲架（72）以及穿过X形缓冲架的中心轴（9），并在中心轴上位于电池仓顶面与X形缓冲架之间的空隙处套设缓冲弹簧（10）。

2.根据权利要求1所述的一种电动轿车的电池仓，其特征是，所述电池导向定位构件为设于电池仓的内侧面上用以抵压电池外侧面、且向内下凹的拱形压板（12），所述拱形压板竖直布置，对应每个电池外侧面的拱形压板为2个，且平行排列。

3.根据权利要求2所述的一种电动轿车的电池仓，其特征是，所述拱形压板由下部的弧形导向段（121）、中部的直线定位段（122）以及上部的弧形支承段（123）构成。

4.根据权利要求3所述的一种电动轿车的电池仓，其特征是，电池仓中相对的两个拱形压板的直线定位段之间的间距比对应的电池外形尺寸小3至5毫米。

5.根据权利要求1所述的一种电动轿车的电池仓，其特征是，所述电池导向定位构件为设于电池仓的侧面上用以抵压电池外侧面的滚轮（11），对应每个电池外侧面的滚轮至少为二个。

6.根据权利要求5所述的一种电动轿车的电池仓，其特征是，对应每个电池外侧面的滚轮至少为上下二排，每排二个，其中最下排滚轮的直径大于其它排滚轮的直径，最下排滚轮轴的支承孔为水平的长槽（111），长槽内靠外一侧滑动连接有压紧滚轮轴的压紧块（112），压紧块后侧与长槽之间设有压紧弹簧（718）。

7.根据权利要求1所述的一种电动轿车的电池仓，其特征是，所述弹性复位构件包括对称地设置在磁吸环两侧的二片竖直的挡板（85）以及二根分别套设在两侧连杆上的复位压簧（86），挡板上设有竖直布置的长圆孔，连杆穿过长圆孔并构成滑动配合，每根连杆上的复位压簧一端抵压挡板，另一端抵压悬挂弯钩上与连杆铰接的端部。

8.根据权利要求1所述的一种电动轿车的电池仓，其特征是，所述弹性复位构件为套设在滑动轴上的复位压簧，复位压簧一端抵压磁吸环，另一端抵压电磁铁，磁吸环抵压复位压簧的端面上设有容置复位压簧的环形槽（841）。

9.根据权利要求7或8所述的一种电动轿车的电池仓，其特征是，在滑动轴上位于磁吸环上部套设有压环（89），压环上部设有与滑动轴螺纹连接的手动解锁螺母（88），所述滑动轴上设有轴向的键槽（871），所述压环内孔设有相应的限位键（891）。

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