CN102668168B - 用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于可拆卸地附装机动车辆的电池的设备，其特征在于，该设备包括上部部分（2）和下部部分（10），该上部部分包括用于附装到机动车辆上的装置（4），该下部部分包括用于连接到电池上的装置（12），以及在于，该设备包括闩锁（15），该闩锁与一转动轴（11）相连接并且连接到一活塞（14）上，一弹性装置（16）作用在该活塞上，从而能通过该闩锁（15）的平移和转动来将上部部分（2）和下部部分（10）这两个部分锁定在一起以及使它们彼此解锁。

Description

用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备
技术领域
本发明涉及一种用于可拆卸地附装（固定）能量容器的设备，该能量容器对推进机动车辆的发动机或马达供能（供电，提供动力），本发明还涉及一种安装这种能量容器的方法。它还涉及一种机动车辆，该机动车辆结合了这种用于附装供能能量容器的设备。
背景技术
某些机动车辆、例如电动车辆或混合动力车辆包括对推进发动机或马达供能的能量容器，例如对电动马达供能的电池。当该电池中剩余的能量水平低时，它必须被再充电或用另一个充好的电池来替换。所述电池例如可以在类似于其中机动车辆可将其燃料箱充满燃料的服务站的站中更换。
文献US5612606公开了用于更换对推进电动车辆的马达供能的电池的站以及用于执行这种更换的方法。在所描述的更换站中，驾驶者将车辆大致定位在一个轨道上、抵靠在相对于属于该站的设施的纵向端部止动件上。此后，在相当自动的阶段内，用于移除电池并将新的电池组装在车辆中的多个移动装置通过使用传感器将这些装置自身相对于车辆定位。这种站运行所需的传感器和电子装置的数目使之不是非常可靠的，并且意味着它不能非常牢靠地运行。文献US5998963同样描述了另一种用于机动车辆的电池更换站。
为了使电池供电式机动车辆的广泛使用变得更容易，必须提供一种可靠的且牢靠的系统以便在车辆的电池电量低时对车辆起作用。
发明内容
因此，本发明的总体目的是提供一种解决方案，该解决方案针对这种要求并且克服从现有技术已知的方法的上述缺陷。
为此，本发明在于一种用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备，其特征在于，该设备包括上部部分（上部部件）和下部部分（下部部件），该上部部分包括附装到机动车辆上的装置，该下部部分包括连接到电池上的装置，以及其特征在于，该设备包括锁件，该锁件连接到一转动轴（主轴）上并且连接到一活塞上，一弹性装置作用在该活塞上，以便通过该锁件的平移和转动运动来允许所述两个部分、即上部部分和下部部分彼此锁定以及解锁。
属于下部部分的连接到电池上的装置可以包括平坦的表面，该电池可以垂直（竖直，竖向）地停放在该平坦的表面上。
弹性装置可以包括至少一个弹簧或者至少一个包括“碟型（Belleville）”弹簧垫圈的弹簧。
该活塞可以形成盘状件（托盘，板状件，平板），该盘状件能抵靠在一止动件上，该止动件与该盘状件是分开的并且紧固到该转动轴上。
该转动轴可以是基本上垂直的，该活塞可以是能基本平行于该转动轴进行平移运动。
该下部部分可以包括用于工具的至少一个附装元件，该至少一个附装元件能在使用该工具操作该设备时反作用于负载。
该上部部分可以包括基本平坦的下部表面，该下部表面包括通向一形成锁定座（锁件接纳件）的中空容积（体积）的开口，该下部部分可以包括该锁件、该转动轴、该活塞以及该弹性装置。
这种具体构型允许使用相当紧凑的工具来附装电池。
该下部部分可以包括一容积，该转动轴具有转动能力地安装在该容积中，该容积内定位该活塞，并且该容积内定位该弹性装置，该弹性装置连接到该活塞上，以便施加反抗该活塞向上运动的力。
该下部部分可以包括一上部表面，该上部表面包括一开口，该转动轴穿过该开口，该锁件位于该开口的上方。
该弹性装置可以在锁件上施加大于或等于8000N的张力，以及/或者该锁件与在锁定构型中与该锁件相接触的部分之间的摩擦系数可以大于或等于0.15。
本发明还涉及一种用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备的下部部分，其特征在于，该下部部分包括连接到电池上的装置，以及其特征在于，下部部分包括锁件，该锁件连接到一转动轴上并且连接到一活塞上，一弹性装置作用在该活塞上，从而通过该锁件的平移和转动运动而允许相对于一上部部分进行锁定和解锁。
本发明还涉及一种机动车辆，该机动车辆包括用于供能的电池，其特征在于，该机动车辆包括至少一个如上所述的用于可拆卸地附装其电池的设备。
该至少一个可拆卸的附装设备的上部部分可以固定在该机动车辆的底盘下方或者行李舱下方。
附图说明
本发明的这些目的、特征和优点将参照附图通过非限定性实例给出的一个具体实施方案的以下说明中更详细地进行解释，在附图中：
图1示意性地描绘了根据本发明的一个实施方案的用于可拆卸地附装电池到机动车辆上的系统；
图2至图6示意性地描绘了用于可拆卸地附装电池到机动车辆上的设备的数种构型，这些构型对应于在机动车辆上安装电池的方法的不同阶段；
图7是根据本发明的一个实施方案的用于可拆卸地附装电池到机动车辆上的设备的侧面透视图；
图8是根据本发明的实施方案的用于可拆卸地附装电池到机动车辆上的设备的底部透视图；
图9是根据本发明的实施方案的用于可拆卸地附装电池到机动车辆上的设备的示意性侧视截面图。
具体实施方式
本发明适用于包括安放在后部行李舱中或底盘之下的供能能量容器的任何车辆。在本说明书的剩余部分中，能量容器的安装通过一种对车辆的驱动电机供能的电池的安装的说明来予以描述。然而，本发明适用于任何类型的能量供应容器。
本发明的概念依赖于电池到机动车辆上的可拆卸的附装，这样使得电池能被容易地取下，以便能在需要时更换和/或再充电，而同时保证在车辆行驶时电池将被可靠地且安全地保持就位。
因此图1示出通过数个可拆卸的附装设备1固定在机动车辆的底盘31之下的电池托架30，该电池托架包括基本上平行六面体的支承件，电池容纳在该支承件中。在该实施方案中，使用了一组附装设备1，在必要时可以是多倍，这取决于电池托架的特性（质量、几何形状、重心等），在这个非限定性实施方案中总共使用了四个设备1。这些设备还固定在机动车辆的底盘31之下所安排的具体位置32处。作为替代方案，可以将电池放置在具有不同形状的托架中或者可以直接连接到一个或更多个可拆卸的附装设备1上。另外，已经使用了四个附装设备，但任何大于或等于1的其他数量的附装设备也可以是适合的。
如尤其在图2至图9中可见的，可拆卸的附装设备1包括如上所述的紧固到未示出的机动车辆上的上部部分2，该上部部分2包括平坦的上部表面3以及平坦的下部部分6，该上部表面3包括适合附装到机动车辆上的附装装置4，该下部部分6包括开口5，该开口形成了适合与锁件15配合（协作）的凹形连接部分。该结构由此形成了一中空容积7，该中空容积可经由下部开口5接近，如同一锁定座。
该可拆卸的附装设备1还包括下部部分10，该下部部分与上部部分2不同并且可以与该上部部分脱离连接，并且该下部部分旨在用于与电池连接或者间接用于连接电池托架30。为此，该下部部分包括用于支承电池托架30的平坦部分12，该电池托架靠在这些平坦部分上。该下部部分包括限定中空容纳部17的中空结构，尤其可使一轴11穿过该中空容纳部，该轴沿垂直方向基本跨过该中空容纳部的整个高度，并通过一上部开口13穿过该中空容纳部，该轴在其上部部分中包括锁件15，该锁件位于下部部分10的其中形成开口13的上部面18的上方。该轴11的下端连接到活塞14上，该活塞可从该设备1的下部部分10的下部面接近。在中空容积17中形成有弹性装置16，该弹性装置作用在该下部部分10的体部与该活塞14之间以便能在活塞14上产生垂直的负载。该负载使得锁件15能被预加载，由此将该锁件15紧紧地压在平坦的下部部分6上，因此有可能使该下部部分紧紧地压在上部面18上。这确保该系统内的运行张力大于或等于8000N。这是因为，由于电池重达数百公斤，这种运行张力可以防止电池在正常行驶条件下和/或在碰撞的情况下撞到车辆内壁上。
最后，一个或多个蘑菇状的附装点19在该设备的下部部分下方延伸，并且适合于附装一用于自动致动该设备的工具，以便相对于机动车辆锁定或解锁该电池。
图2至图6示出使用如上所述的根据本发明的可拆卸的附装设备将电池安装到机动车辆上的方法的多个步骤。
图2示出一种构型，在该构型中可拆卸的附装设备1的两个部分—上部部分2和下部部分10—是解锁的并且彼此独立，电池托架30紧固到该设备的下部部分10上并由此与机动车辆脱离连接。
图3示出安装设备的第一步骤E1，在该步骤中该附装设备的下部部分10已经向上到达上部部分2之下，该下部部分接收活塞14上的垂直的推力作用F，从而导致锁件15经由轴11进行平移运动，由此该锁件克服弹性装置16—它旨在反对锁件15的向上运动—的相反作用而通过开口5进入该设备的上部部分2的锁定座中。图4示出该第一步骤E1结束时附装设备1的构型，其中锁件15完全定位在锁定座的下部水平壁6的上方。
图5示出该安装方法的第二个必要步骤，它包括使轴11转动R从而使锁件15转动。为此，该转动轴11在其下部部分中包括连接装置20，以使该轴能通过使用工具而转动。该转动R将锁件15的定向改变成这样的构型，在该构型中该锁件保持锁定在该设备的上部部分2的中空容积7中，而不能通过下部开口5脱离。图6示出该设备的最终锁定构型，在该构型中弹性装置16在锁件15上施加向下的力，该锁件由此压靠在设备1的上部部分2的下部表面6上，从而确保该设备的下部部分10保持锁定并且因此将电池保持锁定到机动车辆上。
有利的是，沿垂直方向在该锁件上施加约12000N且优选至少8000N的张力，并且保证在机动车辆的所有正常运行条件下该电池都被牢固地保持。有利的是该张力可以与锁件和锁定座之间的高摩擦系数相结合，因此提高该设备的保持并且防止任何水平运动。该摩擦系数有利的是可以大于或等于0.15。
本发明还涉及一种使用如上所述的可拆卸的附装设备将电池安装在车辆上的方法。该方法因此包括以下两个主要步骤：
E1：垂直向上施压以将锁件15插入容纳部7中；然后
E2：转动该锁件15。
第一步骤E1可以简单地涉及推动活塞14以使之克服弹性装置16的力而进行平移运动。第二步骤E2可以包括使锁件15转过四分之一圈或者甚至转过小于或等于一圈的某个另外的量值。
该方法是通过使用一工具来产生使之可能实现良好的锁定和保持的非常高的力来执行的。因此该方法包括将该工具附装到附装元件19上的预先步骤E0，这些附装元件用于将该工具的推力反作用于活塞14上以便提供一种支承，该支承允许该工具施加所要求的推力。于是这避免了推力转移到与附装设备、尤其是机动车辆相连接的元件上。确切地说，这些负载反作用装置允许所需要的非常高的推力在待应用的系统中提供非常高的锁定张力而不损坏电动车辆。确切地说，由于这些负载反作用装置与施加极大的压力到活塞上的工具之间的这种联接，负载在内部被传输经过电动车辆而不将其损坏。
自然地，该安装方法还包括将电池托架30连接到附装设备的一个或多个下部部分上并且使这个组件向上靠近其在机动车辆上的最终位置的预先步骤。
电池托架30的拆卸以相反的方式进行，该安装方法的所有步骤都是可逆的。
图7至图9更具体地示出根据本发明实施方案的用于可拆卸地附装电池的设备。因此如上所述，该设备包括上部部分2，该上部部分与下部部分10配合。该实施方案更确切地示出执行锁定功能时所涉及的元件。中央轴11安装成具有转动能力以及能进行平移运动，该轴在其端部处包括锁件15，从而形成一T形组件。该轴还在其下端部处包括致动装置20，该致动装置可以采取柱形杆的形式，该杆具有一平坦部分，该平坦部分允许该轴通过包括对应形状的扳手的工具来转动。例如由“碟型”的弹簧垫圈形成的弹性装置16一方面靠在该设备的形成中空容积的下部部分的体部的上部部分上，另一方面该弹性装置的下部部分靠在盘形的活塞14上以便与止动件23配合，该止动件与该盘分开并且紧固到该转动轴上。在盘式活塞14的周围装配有密封件21，以便在各活塞14与该设备的下部部分10的外壁之间以及在活塞14与止动件23之间的连接处将该设备密封。因此，这些密封件21在该设备的下部部分10的内部中空容积17的下部部分中密封该内部中空容积。当活塞14在弹性装置的力的作用下抵靠在止动件23上时，它防止转动轴11以及锁件15的任何移动，因为它将锁件15牢固地压在下部部分的体部的表面18上。在执行该设备的下部部分10相对于其上部部分2的锁定或解锁的方法之前，即在执行用于安装或拆卸电池的方法之前，必须施加推力到活塞14上，以便经由止动件23通过释放锁件15的由弹性装置16施加的负载而使该设备脱离接合。在脱离接合之后，可以以上述两种补充的转动和平移运动致动该锁件15。
另外，在上部开口13的区域中围绕轴11安放有带唇缘22的密封环，以便在其顶部提供对下部部分10的密封。围绕该锁件对称地布置两个用于附装执行锁定和解锁的工具的附装元件19，以使该工具保持稳定。这些附装元件19采取蘑菇状件的形式，它们易于接近，具有易于清洁的形状，能够经受其所承受的高的应力水平但不具有非常大的体积。作为替代方案，这些附装设备可以采取任何其他形式。
自然地，本发明不限于以上通过非限定实例所说明的实施方案的具体几何形状。因此，活塞14、锁件15、弹性装置16、锁定座5、6、7的几何形状可以采取其他形式而不脱离本发明的概念。该附装设备的上部部分2的凹形和凸形部件以及该附装设备的下部部分10的凹形和凸形部件可以交换，那么，锁件属于上部部分，而该下部部分形成锁定座。更通常地是，可以设想任何几何形状以用于通过围绕垂直轴线的垂直平移及转动的双重运动来实现附装设备的两个部件之间的配合。
最后，本发明的技术方案提供了以下优点：
-使得电池能被快速更换，例如在专用的交换站中；
-当车辆行进时、甚至在急减速的情况下，它将电池牢固地保持；
-使得能在低水平磨损的情况下进行很多次的电池交换；
-它能在电池与附装设备的固定的上部部分之间在水平面中的离散差为数毫米的情况下操作。

Claims (13)

1.用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备，其特征在于，该设备包括上部部分(2)和下部部分(10)，该上部部分包括附装到机动车辆上的装置(4)，该下部部分包括连接到电池上的装置(12)，以及在于，该设备包括锁件(15)，该锁件连接到转动轴(11)上以及连接到活塞(14)上，一弹性装置(16)作用在该活塞上，从而允许通过该锁件(15)的平移和转动运动来将该上部部分(2)和该下部部分(10)这两个部分锁定在一起以及彼此解锁，其中，该活塞(14)形成一盘状件，该盘状件能抵靠一止动件(23)，该止动件是与该盘状件分开的并且紧固到该转动轴(11)上。
2.如权利要求1所述的用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备，其特征在于，属于该下部部分(10)的所述连接到电池上的装置(12)包括平坦的表面，电池能垂直地放在该平坦的表面上。
3.如前述权利要求之一所述的用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备，其特征在于，该弹性装置(16)包括至少一个弹簧。
4.如权利要求1或2所述的用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备，其特征在于，该弹性装置(16)包括至少一个包括“碟型”弹簧垫圈的弹簧。
5.如权利要求1或2所述的用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备，其特征在于，该转动轴(11)是基本垂直的，该活塞(14)能基本上平行于该转动轴(11)进行平移运动。
6.如权利要求1或2所述的用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备，其特征在于，该下部部分(10)包括用于工具的至少一个附装元件(19)，该至少一个附装元件能在使用该工具操作该设备时反作用于负载。
7.如权利要求1或2所述的用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备，其特征在于，该上部部分(2)包括基本平坦的下部表面(6)，该下部表面包括第一开口(5)，该第一开口通向形成锁定座的中空容积(7)，以及在于，该下部部分(10)包括该锁件(15)、该转动轴(11)、该活塞(14)以及该弹性装置(16)。
8.如权利要求7所述的用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备，其特征在于，该下部部分(10)包括一容纳部(17)，该转动轴(11)以具有转动能力的方式安装在该容纳部中，该活塞(14)定位在该容纳部内，该弹性装置(16)定位在该容纳部内并且连接到该活塞(14)上，从而施加反抗该活塞(14)向上运动的力。
9.如权利要求8所述的用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备，其特征在于，该下部部分(10)包括上部表面(18)，该上部表面包括第二开口(13)，该转动轴(11)穿过该第二开口，该锁件(15)位于该第二开口(13)的上方。
10.如权利要求1或2所述的用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备，其特征在于，该弹性装置(16)在该锁件(15)上施加大于或等于8000N的张力，以及/或者在于，该锁件(15)与在锁定构型中接触该锁件的部分之间的摩擦系数大于或等于0.15。
11.用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备的下部部分(10)，其特征在于，它包括连接到电池上的装置(12)，以及在于，它包括锁件(15)，该锁件连接到一转动轴(11)上并且连接到一活塞(14)上，一弹性装置(16)作用在该活塞上，从而允许通过该锁件(15)的平移和转动运动来相对于一上部部分(2)进行锁定和解锁，其中，该活塞(14)形成一盘状件，该盘状件能抵靠一止动件(23)，该止动件是与该盘状件分开的并且紧固到该转动轴(11)上。
12.一种机动车辆，包括用于供能的电池，其特征在于，该机动车辆包括至少一个如权利要求1至10之一所述的用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备(1)。
13.如权利要求12所述的机动车辆，其特征在于，该至少一个用于可拆卸地附装机动车辆电池的设备(1)的上部部分(2)固定在该机动车辆的底盘下方或行李舱下方。
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