CN104925211A - 用于电动自行车的电池座设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于电动自行车(2)的电池座设备(1)，所述电动自行车例如为踏板辅助的类型。此种电池座设备设计成封装在与自行车的车架关联的相应的外壳座内并连接至自行车的电机。为此，电池座设备具有盒状本体(20)，盒状本体具有可拆卸的刚性包装结构，该刚性包装设有隐蔽型手柄(27)；通过包括所述手柄(27)的机械装置和相对装置的卡合，所述本体容纳在所述相应座内；通过将设置在盒状本体(20)及外壳座内的多个电连接器接合在一起建立与电机的电连接。

Description

用于电动自行车的电池座设备
技术领域
本发明涉及一种用于电动自行车的电池座设备。
本发明特别但不仅仅涉及上述类型的设备，上述类型的设备用于具有借助于电机辅助踏板类型的电动自行车，电池座设备设计成封装在相应的与自行车车架相关的车座内并连接至电机。
背景技术
近几年，电动自行车越来越流行。由于它们的实用性和易于使用，它们受到终端用户的极大赞赏并获得政府的批准和认可，政府通过提供大量财政激励促进对它们的购买。
电动自行车的本体心脏包括电机，电机由充电电池驱动运转。通常，电池封装于特殊隔室内，以保护其远离外部物质(例如水和灰尘)，外部物质可能对电池的恰当运行有不利影响或降低其工作寿命和减少充电循环。
电池座包括允许能量从电池传输到电机的接触端子，此电池座通常位于车架的例如允许与电机容易互连的位置点。通常，电池座靠在一个车架管上，例如在踏板和车座间的空间内或位于电动自行车的后部。
电池座通常成形以具有与自行车的一部分(例如车架的管或后方行李架)的形状相匹配的形状。
特别是，电池座通过合适的设有固定装置的机械紧固装置固定至自行车的车架(或固定同样固定至车架的支架上)。如果需要更换电池，可以通过松开紧固装置移除电池。
然而，在已知的设备中，固定元件通常是U形栓、夹子、螺钉或类似物，或者是为释放它们需要使用机械工具的任何元件。因此对用户来说拆卸操作不容易，且更换当前市售的电动自行车中的电池的操作相当复杂。
这不仅导致需要专家协助的长期而艰难的维护操作，也导致重新组装操作同样长期而艰难，因此成本高。
一旦拆卸，电池组体积大、笨重且难以搬运，使得不适于由一个人运输它们。
由于上述的原因，仅在特殊的维修或更换的情况下移除电池，平常电池保持安装在自行车上。
因此，当电池必须重新充电时，必须将自行车移至具有连接至供电网的电源插座的位置。
此外，如果电动自行车被留在公众能够进入的外部位置、无人看守，这种具有相当高经济价值的电池组容易被盗或破坏。
发明内容
基于上述考虑，本发明的一个目的是提出一种电池座设备，该设备能够克服现有技术所提到的缺点。
特别是，本发明的一个目的是提供一种具有特别小的尺寸的电池座设备，其的结构和功能特性例如允许电池在离开电动自行车停放位置的位置充电。
所提出的形成本发明主要部分的解决方案是，提供一种可拆卸和密封的电池座，该电池座位于前部以有利于自行车的稳定性，并且设置有快速接合和脱离机构，允许电池座容易从车架或用于保持电池座的支架脱离。
基于提出的想法，为实现上述目的，用于电动自行车的电池座设备设计为与车架连接并电连接至电动自行车的至少一个电机，此电池座设包括：支撑部及盒状本体，所述支撑部可与所述车架刚性连接，所述盒状本体内封装有至少一个电源电池并接合至所述支撑部的外壳座。所述盒状本体可拆卸地接合至所述外壳座并设置有手柄，所述手柄能够在休止位置和操作位置间移动，与所述外壳座的接合通过分别来自所述盒状本体和所述支撑部上的机械接合装置和相对装置的卡合完成，所述机械接合装置与所述手柄成一体，以使所述手柄从所述休止位置到所述操作位置的位移引起相对装置脱离；所述盒状本体和所述支撑部设置有各自的电连接器，所述电连接器限定了当所述盒状本体被接合至所述外壳座时的相互电连接。
应当指出的是，上面定义的支撑部可与车架一体或可以成形为具有管的单一部件，还或者可通过可拆卸连接装置连接至车架。
有利地，所述手柄绕铰接轴铰接在所述盒状本体上；所述机械接合装置包括形成在延伸至铰接轴外的手柄的延伸臂上的至少一个齿。
应当注意的是，所述齿优选为两个，并分别安装在两个臂上，该两个臂限定了延伸超过手柄的U形本体的铰链轴的延伸部。
所述机械接合装置尤其包括成形在所述外壳座上的至少一个开口(优选为两个开口)，所述至少一个齿与所述手柄成一体，当所述手柄处于休止位置时，所述至少一个齿与接合在所述开口内。
所述手柄通过弹性回复装置持续偏向休止位置，弹性回复装置优选包括沿铰链轴插入的扭簧。
通过向上抬起手柄，克服弹簧的回复力，从而将所述盒状本体从支撑部释放。应当注意的是，在盒状本体的脱离状态，手柄在操作或竖向位置时，盒状本体的自身重量对抗回复弹簧的力，保持手柄在一定位置。
在休止位置时，所述手柄有利地隐藏嵌入所述盒状本体的上部凹陷内。
所述设备可有利地包括具有锁键的锁定机构，其与所述机械接合装置及相对装置中的至少一者抵触，以防止相互脱离。
特别是，所述锁定机构可包括锁芯，所述锁芯使臂移动以干扰至少一个齿的角行程路径。
所述电源电池可有利地包括电池组，所述电池组与相应的用于调节和控制充电的BMS电路板相连，所述电池组和所述BMS电路板优选为都封装在所述盒状本体内。
所述支撑部内可有利地封装有主控制板，所述主控制板与上述BMS电路板分离并包括用于驱动所述电动自行车的电机的逆变器。
上述技术问题还由优选为踏板辅助型电动自行车的电动自行车解决，其包括至少一个上述类型的可拆卸电池座。
附图说明
从下述参照附图以非限制性示例方式提供的描述中，本发明的这些和其特性特点将变得清楚，其中：
图1示出了根据本发明提供的电池座设备的立体示意图；
图2示出了根据图1的电池座设备的后视分解立体示意图；
图3示出了包含在根据图1的电池座内的电池组的分开的各零件的立体示意图；
图4示出了根据图3的电池组的组装状态的立体示意图；
图5示出了根据图1的电池座设备的内部隔室处于接纳根据图3的电池组的状态的立体示意图；
图6示出了根据本发明的电池座设备在装配于相应的外壳座期间的侧视图；
图7示出了图6所示的装配过程的俯视图；
图8示出了图7的细节放大图；
图9示出了根据图1的电池座设备的后视立体图；
图10为图9的局部剖视细节图；
图11示出了配备有根据本发明的电池座设备的电动自行车的侧视图；
图12和13示出了根据本发明的电池座设备的支撑部的立体示意图；
图14和15示出了根据本发明的电池座设备的支撑部的分解立体示意图。
具体实施方式
虽然下文将对图中所示的本发明的实施方式进行描述，需要指出的是本发明并不限于所述具体实施方式；本发明目的和范围由所附的权利要求限定。
参照图1至3，1表示根据本发明提供的整个电池座设备。电池座设备1用于电动自行车，例如具有借助于电机的辅助踏板类型的电动自行车。图11示出了配备有同步电机3的电动自行车2，同步电机3嵌入前轮的轮毂内。然而，这不代表对申请人权利的任何限制，本发明的电池座设备完全可以应用于不同类型的电动自行车。
总之，电池座设备1包括支撑部50，支撑部50与自行车的车架关联并固定至自行车的车架，并且还连接至电机3。
电池座设备1包括具有盒状本体20结构的刚性包装和可转动安装以隐藏的抓握手柄27。
刚性包装或盒状本体20可拆卸地容纳在相应的外壳座8内，外壳座8成形在上述支撑部50中，支撑部50包括悬臂31和支架30，悬臂31伸出支撑在电动自行车的前部，支架30固定至自行车的前管，用于以伸出方式支撑悬臂31。
在图5中可以看出，所述盒状本体20大体包括用于封装电池组10的内部隔室22，内部隔室22由侧壁和后壁25及盖21限定，盖21用于密封地封闭所述隔室22。特别是，所述盒状本体20为具有圆角的平行六面体形状，且把手27与盒状本体的其中一个较短的面关联。
在通过非限制性示例方式提供的本实施例中，隔室22在其相对于安装在前管的位置的顶部具有凹陷23，凹陷23适于以隐蔽方式容纳手柄27。如图2可见，两个孔眼28、29设置在凹陷23的相对侧，并用于接纳手柄27的铰链销。特别是，所述孔眼布置在后缘，即在与后壁25对齐的转角边缘上。因此手柄绕基本与盒状本体20的后顶缘一致的轴铰接。
安装在前述铰接销中的一个或两个附近的一个或两个弹簧44(特别是扭转弹簧)确保手柄27的正确的预张力，以便手柄27可返回到休止位置，在休止位置手柄27隐蔽在凹陷23内。当抓住手柄27绕铰接销枢转，允许盒状本体20从外壳座8脱离，随着描述的继续将变得清楚。
与盒状本体20的凹陷23相对的壁为支座26，支座26设置有突出的定位耳24，定位耳24用于帮助所述盒状本体20在悬臂31上的正确定位。孔眼28、29和定位耳24位于盒状体20的后壁25附近，后壁25与盖21相对。
应当该注意的是，所述本体20在底壁26中设有用于与包含在支撑部50中的电路部分形成电连接的快速接合电接触连接器17，这将在下文描述。
连接器17穿过窗口显露在隔室22内，该窗口成形在本体20的底壁26中并对应于成形在外壳座8内的开口37，支撑部50的电连接器48通过该开口37显露。
本体20的隔室22封装有电池组10，本说明书后续将详细描述它的结构。
由与隔室22的材料相同的防火和塑料合成材料构成的盖21具有密封地封闭并覆盖隔室22的功能。尤其是，沿着盖21和隔室22间的整个接合接口具有密封垫，密封垫能够提供IPX4级保护。
支撑部50限定了本体20的外壳座8，其基本为L型结构，L型结构具有由支架30支撑的伸出的悬臂31；支架30安装在自行车2的车把4的附近，尤其是在前管4a附近。
悬臂31在其顶面上成形有开口37，开口37允许上述用于与电池组10连接的连接器48穿过。此连接器48直接连接在主控制板51的顶部，主控制板51封装在悬臂31的本体内。主控制板51尤其包括控制安装在自行车的电动轮毂内的同步电机必须的功率电路，此处的功率电路可包括至少一个逆变器。主控制板51具有从其延伸出的两个电缆束52，电缆束52通过悬臂31的相应数量的后开口36显露-即布置在用于固定至前管4a的一侧。
电缆束52隐蔽地插入自行车的车架内并在前管4a附近显露，电缆束52设计为将主控制板51连接至电机、安装在车把上的用户接口、及诸如自行车灯的辅助电气设备。
支架30包括盒状套环33，盒状套环33与支架30整体成形并环绕前管4a，置于自行车2的前部车架的顶部5上，电缆束52显露的区域。
所述套环33具有适于允许自行车2的前管4a穿过的弯曲形状，以使整个电池座设备1可以固定至自行车2的车架上。
支架30的顶端(即在其连接至上述的套环33的位置)具有两个贯穿开口38、39。这些矩形的开口38、39形成各自的用于快速接合相应钩34、35的母座，钩34、35与手柄27成整体，相对于铰接销向外伸出。钩34，35及各自的开口38，39形成用于将刚性电池座包装1可拆卸地固定至相应的壳体座8的快速接合装置和相对装置。
可以特别注意到，由于扭簧44的推挤作用，钩34、35在各自的开口38、39内卡扣接合，这使手柄27回收在凹陷23内，使两个钩34、35向上移动在所述开口38、39内接合。也可以注意到用户如何通过抓握手柄27轻易地抬起它并利用手柄27的延伸部的杠杆作用克服扭簧44的作用。手柄27的抬起动作同时脱开两个钩34、35，允许盒状本体20抬起。
还设想具有锁键40的机械安全锁定系统，锁键40可以旋转并取出以将刚性电池座包装1锁定在相应的外壳座8内。键40作用于使臂42移动的锁芯机构41，臂42与至少一个快速接合装置(由32表示)抵触，用于让电池座设备1右手侧的钩34和相应的座39相对接合。特别是，臂42是紧挨在钩34下面，从而防止钩34向下旋转，同时使与钩一体的手柄27抬起。
特别参照图3、图4和图5示出的例子，详细描述电池组10的结构，电池组10装备电池座设备1以储存为自行车的电机3供电所需的电能。
电池组10包括多个电池11，优选但不必须是结构为多个单独的可充电的圆柱形电池的锂电池。这些电池整齐地在交替错开的行封装在一起，使得它们保持在形状匹配的两个半壳13、14之间。两个半壳具有圆柱形腔座15以及外围的侧容纳肩16，每个圆柱形腔座15用来容纳相应的电池，当两个半壳彼此安装时外围的侧容纳肩配合在一起。
此处描述的非限制性示例中，至少使用四十个电池11，电池11被组合成两个具有二十个电池的相同的组，两个组由间隙18分开。电池11彼此互连，并与用于调节和控制其充电的电路板12连接，如下文所述。
从图3和4中可以看出，通过将底壳13和顶壳14结合在一起，BMS(电池管理系统)电路板12适于插入在所形成的分隔空隙18内，对于本发明的目的，电路板12结构的详细描述的是没有必要的，说明它包括电子元件和合适的软件就足够了，只要能够允许调节电源和利用电池11充电，由此着眼于优化所述电池的电荷存储和延长工作寿命以执行供电和充电。
电池组10还包括两个相对布置的金属箔8、9，金属箔8、9优选通过冲压从单一导电金属(如铜或铝)获得，以使每个所述电池11的所有的各电极可以电连接。
在所述电池组10的组装过程中，多个电池11(分成两组，每组包括二十个电池)布置为相互平行，以封装在相应的腔座15内。BMS电路板12布置在两组电池之间并固定在相邻布置的底壳13和顶壳14之间。常规的固定螺钉6可以提供用以将电池组10的两个半壳13、14固定在一起。最后，一旦已经执行固定，所述金属箔8、9焊接在相对侧，且是通过电焊接至所述电池11的两极。常规电缆(图中没有示出)可以设置在内部，用于金属箔8、9和电路板12间的电连接。连接器7设置在电池组10的一侧，以将电缆的端部固定在电池组10内，并允许其连接至可从盒状本体20的外部访问的连接器17。
此时，电池组10将准备插入盒状本体20的内部，如图5清楚地示出。装配步骤可设想包括将所述电池组10嵌入本体20的隔室22内及随后用盖21关闭并密封所述隔室22。一旦刚性包装盒状本体20的结构完成，通过将两个固定销插入各自的孔眼28、29内从而将手柄27固定在凹陷23内。将电池组10组装在盒状体20的隔室22内也允许连接器7和17被接合在一起并因此建立电接触，从而建立盒状本体20与容纳在支撑部50内的主控制板51的外部连接。
现在将描述用于将盒状本体20定位在设置在支撑部50上的相应的外壳座8上并随后锁定其中的步骤。
如图6所示，盒状本体20的支承座26最初是倾斜的，并布置成与悬臂31的自由端45接触。然后，握住把手27，使盒状本体20沿支架30的方向作转动运动，让所述本体在所述自由端45上枢转。采用这种方式，盒状本体20的底壁26完全安装在所述外壳座8和支架30内，且销24插入相应的设置在悬臂31和支架30之间的结合点处的座46内。
同时，位于盒状本体20的底壁26上的电连接器17位于支撑部51的电连接器48对面，滑动直至到达电性接合位置。
通过简单的释放手柄，前述操作还允许手柄27的快速接合装置(即钩34、35)插入各自的开口38、39内，及允许刚性电池包装1固定在各自的外壳座8内。
事实上，如上所述，包括扭簧44的弹性回复装置将手柄27带回休止状态，并允许所述接合装置和相对装置32彼此接合，使得能够将整个盒状本体20牢固地锁定在外壳座8内。
这样组装后，由于快速接合装置和相对装置32间的接合，盒状体20具有固定到支架30顶端的手柄27。此外，通过将键40顺时针转动90度，臂42定位成干扰钩34从接合在相应的座39内释放。采用这种方式，保证了在将刚性电池包装固定至相应外壳座8期间的进一步的机械操作安全。
为了将盒状本体20从形成在悬臂31和上部的支架30上的壳体座8中移除，将手柄27抬起以将快速接合装置35和相对装置32断开使本体在悬臂31的自由端45转动就足够了。
本发明实现了许多优点，其中第一点在于盒状本体20在其内部包括可拆卸因此是便携式的电池11，，从而允许电池也可在不同于自行车停放位置处充电。
这代表从安全角度来看的优点，因为电池座构成踏板辅助电动自行车中的昂贵品。
还应该提到的是，电池座位于自行车的前部，重量和随之而来的负载分布得到改善。电池座方便拆卸和电池的容易再充使该设备电极大地方便了用户。甚至使制造过程中系统的组装大大加快和简化。

Claims (10)

1.用于电动自行车(2)的电池座设备(1)，设计成与车架连接并至少电连接至电动自行车(2)的电机(3)，所述电池座设备包括：支撑部(50)及盒状本体(20)，所述支撑部(50)与所述车架刚性连接，所述盒状本体(20)内封装有至少一个供电电池并接合至所述支撑部(50)的外壳座(8)；其特征在于，所述盒状本体(20)可拆卸地接合至所述外壳座(8)并设有手柄(27)，所述手柄(27)能够在休止位置和操作位置之间运动，所述盒状本体(20)与所述外壳座(8)的接合通过分别来自所述盒状本体(20)和所述支撑部(50)的机械接合装置和相对装置的卡合完成，所述机械接合装置与所述手柄(27)成一体，以使所述手柄(27)从所述休止位置到所述操作位置的位移引起所述机械接合装置从相对装置脱离；所述盒状本体(20)和所述支撑部(50)各自设有电连接器(17，48)，所述电连接器(17，48)限定了当所述盒状本体(20)接合至所述外壳座(8)时的相互电连接。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述手柄(27)绕铰接轴铰接在所述盒状本体(20)上；所述机械接合装置包括形成在延伸至铰接轴外的所述手柄(27)的延伸臂上的至少一个齿(34，35)。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述相对装置包括形成在所述外壳座(8)上的至少一个开口(38，39)，当所述手柄(27)处于休止位置时，与所述手柄(27)成一体的所述至少一个齿(34，35)接合在所述开口(38,39)内。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述手柄(27)通过弹性回复装置持续偏向休止位置。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，在休止位置时，所述手柄(27)隐藏地嵌入所述盒状本体(20)的上部凹陷(23)内。
6.根据前述权利要求之一所述的设备，其中，还设置有具有锁键(40)的锁定机构，所述锁键与所述机械接合装置和相对装置中的至少一者抵触，以防止所述机械接合装置和所述相对装置相互脱离。
7.根据引用权利要求2-5之一的权利要求6所述的设备，其中，所述锁定机构包括锁芯，所述锁芯使所述延伸臂(42)移动以干扰至少一个齿(34，,35)的角行程路径。
8.根据前述权利要求之一所述的设备，其中，所述供电电池包括电池组(10)，所述电池组(10)与相应的用于调节和控制充电的BMS电路板(12)相连，所述电池组(10)和所述BMS电路板(12)都封装在所述盒状本体(20)内。
9.根据前述权利要求之一所述的设备，其中所述支撑部(50)内封装有主控制板(51)，所述主控制板(51)包括用于驱动所述电动自行车(2)的电机(3)的逆变器。
10.电动自行车(2)，包括至少一个根据前述任一权利要求所述的电池座设备(1)。
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