CN102700393B - 电动乘用车底盘电池锁止机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动乘用车底盘电池锁止机构，它结构简单，电池拆装方便，易于生产加工且使用可靠性高。它包括机械部分和电气部分，所述机械部分包括机架，挂钩齿轮与挂钩安装在转轴上，转轴安装在机架上，在转轴的轴端设有至少一个轴向限位器；在机架上还安装电机，电机与电机减速器连接，电机减速器输出端与电机齿轮连接，电机齿轮与挂钩齿轮啮合；所述电气部分包括安装在挂钩齿轮下部的位置传感器，它通过状态采集板与控制板连接，控制板与电机驱动模块、电源连接，驱动电机运动；同时控制板还与分别与输入电路和显示电路以及车辆总控台和后台监控设备通信。
Description
技术领域
本发明涉及一种电池锁止机构，尤其是一种电动乘用车底盘电池锁止机构。
背景技术
随着资源与环境双重压力的持续增大，为缓解石油资源短缺局面，降低汽车燃油对环境的污染，发展新能源汽车已成为未来汽车工业发展的方向之一。在实际应用中，由于受到当前电池能量密度的限制，电动汽车的续航里程一般在一百公里至两百公里之间。能否为电动汽车快速提供能量补给，直接影响到电动汽车的推广应用。通常情况下，对电池慢速充电需要几个小时才能完成，快速充电会对电池的寿命产生影响，所以对电动车换电系统的研究非常有意义，对于底盘换电的乘用车，需要有锁止机构将满电池牢固固定在车辆上，并能在需要换电时快速解锁，锁止机构的性能好换尤为重要。
目前，电动乘用车动力电池大都采用螺栓连接方式安装在车辆底盘之上，不利于动力电池的快速更换。设计合理的动力电池锁止机构，成为实现动力电池的快速更换的关键因素之一。
专利1《电动乘用车底盘电池锁止机构》（申请号201110138556.3）,专利2《电动乘用车底盘电池箱锁止机构》（申请号201120174452.3）和专利3《一种电池箱锁止机构》（申请号201010520353.6）、专利4《一种电动汽车电池箱组件》（申请号201110149292.1）和专利5《一种电池箱自锁紧机构及使用这种自锁紧机构的电池箱》（申请号201120227827.8）等均提出了锁止机构。这些锁止机构都采用纯机械结构，电池更换和解锁/锁止操作均由电池更换装置完成，电池更换装置到位之后，执行解锁动作，更换装置需要增加相应的自由度和机械结构；专利3、4、5均是基于电池箱水平移动设计的锁止机构，不适合电动乘用车竖直方向移动动力电池。
中国专利200910193454.4提出了一种电动汽车的电池安装结构，但其存在的问题为机构较复杂，容易产生故障，且受力状况不好，容易变形失效。
以上锁止机构存在以下问题：
1.没有独立的控制装置，只能由更换装置控制系统进行控制，锁止机构解锁/锁止动作由电池更换装置完成，需增加更换装置自由度，需配备相应的动力和执行机构；
2.只能从更换装置监控系统监视和控制锁止机构的运行，不增添额外装置无法实现车辆中控台和就地的状态显示和运行控制。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种结构简单，电池拆装方便，易于生产加工且使用可靠性高的电动乘用车底盘电池锁止机构。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种电动乘用车底盘电池锁止机构，它包括机械部分和电气部分，所述机械部分包括机架，挂钩齿轮与挂钩安装在转轴上，转轴安装在机架上，在转轴的轴端设有至少一个轴向限位器；在机架上还安装电机，电机与电机减速器连接，电机减速器输出端与电机齿轮连接，电机齿轮与挂钩齿轮啮合；
所述电气部分包括安装在挂钩齿轮下部的位置传感器，它通过状态采集板与控制板连接，控制板与电机驱动模块、电源连接，驱动电机运动；同时控制板还与分别与输入电路和显示电路以及车辆总控台和后台监控设备通信。
所述机架由机架横板、机架竖板以及转轴安装座组成，机架竖板与转轴安装座均固连在机架横板上；转轴安装在转轴座钟，电机和位置传感器均安装在机架竖板上。
所述电机减速器为蜗轮蜗杆减速器。
所述转轴通过平键与挂钩齿轮和挂钩连接。
所述轴向限位器为弹性挡圈。
所述控制板通过无线通讯模块与后台监控设备连接。
所述控制板通过CAN通信模块与车辆中控台连接。
本发明采用了独立的电气控制部分，通过位置传感器检测锁止机构的状态，并能够根据车辆中控台以及后台监控设备的命令在需要时进行解锁或锁止；由于采用齿轮啮合传动通过挂钩锁止的方式，其稳定性好，同时也减少了整个锁止机构的体积，易于安装维护。
本发明具有以下优点：
1、安全性好，电池重力竖直作用于车架大梁上，稳定可靠；
2、体积较小，节省安装空间，避免与车辆悬挂减震等部件干涉；
3、操作性能好，齿轮传动使用条件要求较低；
4、结构简单，故障率低；
5、易于加工，便于维护。
附图说明
图1是电池锁止机构结构图；
图1a为图1的俯视图；
图1b为图1的侧视图；
图2是锁止机构与车体及电池连接示意图； 图3是电池锁止机构安装布置示意图；
图4是控电气部分结构框图；
图5是电气部分的控制流程图。
其中，101.位置传感器，102.转轴，103.电机齿轮，104.挂钩齿轮，105.弹性挡圈，106.电机安装螺栓，107.电机减速器，108.电机，109.机架横板，110.机架竖板，111.挂钩，112.转轴安装座，201.车架大梁，202.电池锁止机构，203.电池挂鼻，301.控制板，302.状态采集板，303. 输入电路和显示电路，304.电源，305.电机驱动模块，306.后台监控设备，307.无线通讯模块308.CAN通讯模块，309.车辆中控台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1、图1a、图1b所示为本发明的机械部分：电机108的转动通过电机减速器107减速后传动到电机齿轮103，电机齿轮103与挂钩齿轮104啮合，实现挂钩齿轮104转动，挂钩齿轮104与转轴102为平键连接，转轴102转动，转轴102与挂钩111之间为平键连接，实现挂钩111转动。
所述机架为各部件提供安装支撑，由机架横板109、机架竖板110及转轴安装座112三部分组成，机架竖板110与转轴安装座112均焊接在机架横板109上；在挂钩齿轮104下部设有位置传感器101，位置传感器101安装在机架竖板110上并与锁止机构控制板连接，锁止机构控制板安装在车辆后排座椅下。电机108通过电机安装螺栓106安装在机架竖板110上。
所述转轴102两端穿过转轴安装座112上的轴孔，轴端有若干弹性挡圈105轴向限位；
锁止机构与车体及电池连接如图2所示，锁止机构202通过其上结构机架横板109与车架大梁201通过螺栓连接，锁止机构202上的挂钩111与电池挂鼻203钩住或打开，实现底盘电池的锁止与解锁。
图3为电子锁组合装置与电池悬挂组合装置装配图，共使用四套，对称布置，安装于车架大梁正下方。
当安装电池时，电池送到位后，控制板301发出锁止信号，电机108转动，通过电机减速器107减速后传动到电机齿轮103，电机齿轮103与挂钩齿轮104啮合，实现挂钩齿轮转动104，挂钩齿轮104带动转轴102转动，转轴102带动挂钩111转动，挂钩111与电池挂鼻203钩住，位置传感器101判断是否锁止到位，当锁止到位后，位置传感器101发出信号给控制板301，控制板301控制电机108停止旋转，实现锁止。
卸电池时，电池由卸电池装置托举到位后，控制板301发出解锁信号，电机108反向转动，通过电机减速器107减速后传动到电机齿轮103，电机齿轮103与挂钩齿轮104啮合，实现挂钩齿轮反向转动104，挂钩齿轮104带动转轴102反向转动，转轴102带动挂钩111反向转动，挂钩111与电池挂鼻203脱钩，位置传感器101判断是否解锁到位，当解锁到位后，位置传感器101发出信号给控制板301，控制板301控制电机108停止旋转，实现解锁。
图4中为本发明的电气部分，它包括锁止机构状态采集板302、电源304、显示电路303、控制板301、CAN通讯模块308和无线通讯模块307、电机驱动模块305，状态采集板302采集位置传感器101信息，控制板301通过CAN通讯模块308与车辆中控台309通讯，通过无线通讯模块307与后台监控设备306通信；同时，控制板301与显示电路303连接，显示锁止状态，控制板301驱动电机驱动模块305驱动电机108。
电源304把车载蓄电池直流电源转化成适当的电源供给控制板301、无线通讯模块307、状态采集板302和电机驱动模块305；状态采集板302通过位置传感器101确定锁止机构当前位置并转化成电信号，经光耦隔离、电平转换和模数转换等处理后送入控制板301；电源304把输入电源转换成控制板301、无线通讯模块307和电机驱动模块305适用的电源；输入电路和显示电路303录入本地控制信号并根据控制板301的输出信号显示当前锁止运行状态；控制板301根据采集的锁止状态和本地输入、车辆中控台309或电池更换装置发送的控制信号进行逻辑判断执行控制程序，输出控制信号和状态信息；CAN通讯模块308和无线通讯模块307把锁止及运行状态传送到车辆中控台309和电池更换装置后台监控并接收车辆中控台309和电池更换装置后台监控的控制指令；电机驱动模块305把控制板301输出的控制信号进行放大和隔离，驱动电机108的启停、转向和速度调节。
如图5所示，在更换电池箱时，底盘电池快换装置就位后，车辆中控台309通过CAN通讯模块308、快换装置后台监控通过无线通讯模块307或通过本装置输入电路获取解锁/锁止指令。控制逻辑如下所述：接收到整体解锁/锁止指令后，如所有锁止机构均处于锁止/打开状态，则启动电机108，经过短时加速后，电机108恒速运行，运行到减速位置时，电机108减速，完全到达打开/锁止位置后，电机108停转，快换装置卸下/安装电池，实时显示锁止状态；接收到单体解锁/锁止指令后，如相应锁止机构处于锁止/打开状态，则启动电机108，经过短时加速后，电机108恒速运行，运行到减速位置时，电机108减速，完全到达打开/锁止位置后，电机108停转，实时显示锁止状态；锁止处于非上述状态时，指令无效；当电机108驱动电流过大时，装置会进行报警，短时之后保护动作。
Claims (6)
1.一种电动乘用车底盘电池锁止机构，它包括机械部分和电气部分，其特征是，所述机械部分包括机架，挂钩齿轮与挂钩安装在转轴上，转轴安装在机架上，在转轴的轴端设有至少一个轴向限位器；在机架上还安装电机，电机与电机减速器连接，电机减速器输出端与电机齿轮连接，电机齿轮与挂钩齿轮啮合；
所述电气部分包括安装在挂钩齿轮下部的位置传感器、锁止机构状态采集板、电源、显示电路、控制板、CAN通讯模块和无线通讯模块和电机驱动模块，状态采集板采集位置传感器信息，控制板通过CAN通讯模块与车辆中控台通讯，通过无线通讯模块与后台监控设备通信；同时，控制板与显示电路连接，显示锁止状态，控制板驱动电机驱动模块驱动电机，它通过状态采集板与控制板连接，控制板与电机驱动模块、电源连接，驱动电机运动；同时控制板还与分别与输入电路和显示电路以及车辆总控台和后台监控设备通信。
2.如权利要求1所述的电动乘用车底盘电池锁止机构，其特征是，所述机架由机架横板、机架竖板以及转轴安装座组成，机架竖板与转轴安装座均固连在机架横板上；转轴安装在转轴座钟，电机和位置传感器均安装在机架竖板上。
3.如权利要求1所述的电动乘用车底盘电池锁止机构，其特征是，所述电机减速器为蜗轮蜗杆减速器。
4.如权利要求1所述的电动乘用车底盘电池锁止机构，其特征是，所述转轴通过平键与挂钩齿轮和挂钩连接。
5.如权利要求1所述的电动乘用车底盘电池锁止机构，其特征是，所述轴向限位器为弹性挡圈。
6.如权利要求1所述的电动乘用车底盘电池锁止机构，其特征是，所述控制板通过无线通讯模块与后台监控设备连接。
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