CN109624778A - 一种快速换电装置及汽车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速换电装置，包括车身支架、电池包支架、锁止装置和驱动装置；所述车身支架固定在车身上，并通过锁止装置与所述电池包支架连接；所述锁止装置包括螺杆，所述螺杆设有内螺纹和限位杆，在所述内螺纹上方设置空腔和径向滑孔，在所述径向滑孔内设有若干个可凸出螺杆表面并锁止在所述车身支架上的第一高强度钢珠，在所述第一高强度钢珠下方设有通过限位杆推动的第二高强度钢珠，所述限位杆与所述驱动装置相连；所述驱动装置设置在所述电池包支架上，本发明还提供一种汽车；本发明通过几何位置精确定位后并锁死，没有间隙，减小电池的振动，同时锁止装置安全耐久，操作方便快捷。
Description
技术领域
本发明涉及汽车领域，特别涉及一种快速换电装置及汽车。
背景技术
随着能源危机和环境污染逐渐加剧，电动汽车发展越来越紧迫。但是制约电动汽车的续航和充电难问题一直得不到有效的解决。市场上的电动汽车五花八门，但是续航里程和充电体验得不到消费者的认可。现在的充电模式有快充和慢充2种：快充最快也需要30分钟，等待时间长，对电池的损害大，严重影响电池使用寿命；慢充比较保护电池但是等待时间太长，一次充电需要6到7小时，并且拥有私人充电桩的数量较少。这种充电难，充电不方便的情况目前仍然无法解决。
所以一种电池快换的解决方案就应运而生，电池快换是将车上电量不足的电池快速拆卸下来，换上充满电的电池。将拆下来电量不足的电池采用夜间慢充，既保护电池，又能利用波谷的低价电。用户不用购买电池，采用买车租赁电池的方式大大降低了用车的成本。
专利CN102390364A“一种车载动力电池锁止装置”披露了一种以车载动力电池为动力源的电动汽车。该换电系统包括：电池快换单元、锁挡单元，该快换单元用于装载动力电池。锁止单元安装在车体内，使用时，电池快换单元的卡扣部插入到锁止单元的卡槽内，再通过锁挡单元挡住电池快换单元，这样，就能够将电池快换单元固定在车体内。
专利CN106427514A“锁止装置及电动汽车”披露了一种锁止装置及电动汽车，该锁止装置包括：锁基座、锁体、锁连杆、锁轴。利用分布在电池侧边上的多个锁轴，同时插入位于电动汽车上的多个锁基座内，将电池固定在电动汽车上，利用锁连杆的动作可以自动将多个锁轴由锁基座同时锁定。
目前电池快换有三种技术路线，分别存在以下问题：
1)一种是侧面换电，虽然整体结构简单，但仅限位电池安装侧面，缺乏车辆定位，电池与车身的固定不牢靠，锁扣存在间隙，电池在车辆快速运行中容易晃动，存在安全隐患；
2)第二种是分仓换电，这种换电方式是将电池分成2块，分别安装在汽车前舱和后仓，拆卸电池时就像拆卸发动机一样，虽然简单方便，便于人工操作，但是不利于自动化，机械化程度低，而且将电池分开安装，拆卸时耗费时间过长不利于用户体验；
3)第三种是从汽车底部更换电池，目前底部换电有两种锁止方式：一种是采用联动锁止机构，操作简单但是容易出现故障，易卡死、不能拆卸和不能安装的故障，重则电池包掉落；一种是采用螺栓锁紧，这种方法结构简单，但是电池重量由螺栓承担，且力矩较大，在循环拆卸螺栓的情况下，螺栓容易疲劳损坏。
以上电池更换方式中的锁止机构都不同程度的存在以下问题：
(1)不能锁死。电池包被锁止之后，锁钩与锁扣之间仍存在间隙，从而使得车辆在运动状态下时导致电池包晃动。
(2)可靠度不足。无论是螺纹锁紧还是卡扣锁止都存在寿命短，易疲劳损坏，如螺纹滑丝、卡扣不灵、卡扣卡滞等问题。
(3)拆装电池不方便，设备复杂。
综上所述，换电机构的耐久性可靠性急需解决。
本发明就是要解决电池更换机构的锁止装置无法锁死，疲劳寿命短的缺陷，发明一种新的锁止机构，同时兼顾安全耐久、方便快速、成本低廉的电池更换机构。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种快速换电装置及汽车。
为了解决上述问题，本发明提供一种快速换电装置，包括车身支架、电池包支架、锁止装置和驱动装置。
具体地，所述车身支架固定在车身上，并通过锁止装置与所述电池包支架连接。
具体地，所述电池包支架用于固定电池包。
具体地，所述锁止装置包括螺杆，所述螺杆设有内螺纹和限位杆，在所述内螺纹上方设置空腔和径向滑孔，在所述径向滑孔内设有若干个可凸出螺杆表面并锁止在所述车身支架上的第一高强度钢珠，在所述第一高强度钢珠下方设有通过限位杆推动的第二高强度钢珠，所述第二高强度钢珠直径要大于所述第一高强度钢珠；所述限位杆与所述驱动装置相连。
具体地所述驱动装置设置在所述电池包支架上。
进一步地，所述车身支架焊接在下车身上，所述电池包支架焊接在电池包。
作为可选地，所述限位杆为丝杆。
具体地，所述丝杆外螺纹与所述螺杆的内螺纹啮合，旋转所述丝杆控制所述丝杆沿着所述螺杆内螺纹方向径向运动。
进一步地，所述车身支架和所述电池包支架在相对位置开设相同大小的孔，所述孔直径与所述螺杆横切面直径一致，通过螺杆连接所述车身支架和电池包支架。
进一步地，车身支架在开孔内部设置环形限位槽，所述限位槽与所述径向滑孔的位置相对应。
具体地，所述径向滑孔为变直径孔，所述径向滑孔的最小直径略小于所述第一高强度钢珠直径，用于阻止所述第一高强度钢珠的脱落。
优选地，所述第一高强度钢珠为四个，所述径向滑孔为四个。
进一步地，所述螺杆固定在电池包支架上，所述第一高轻度钢珠受到第二高强度钢珠向上的挤压，使得第一高强度钢珠沿着径向滑孔向径向运动，第一高强度钢珠钢球的外伸并卡入对应的限位槽，可实现类似螺栓的锁紧功能，车身支架和电池包支架通过这种方式固定。
进一步地，所述驱动装置包括：
步进电机，与所述丝杆连接，用于控制丝杆的旋转；
电源正极，用于提供电流；
信号线，用于发送解锁或者上锁信号；
信号接收器，用于接收平台发出的指令信号；
电机控制器，根据信号指令控制所述步进电机的旋转，当电机控制器检测到信号线的解锁信号时，电机控制器给电机通反向电流，步进电机接收电流信号反向运转，电池包解锁；当电机控制器检测到信号线的上锁信号时，电机控制器给电机通正向电流，步进电机接收电流信号正向运转，电池包上锁。
具体地，所述步进电机设置在所述电池包支架上，所述丝杆与所述步进电机通过啮合连接，通过所述步进电机的转动来驱动所述丝杆的旋转。
通过上述提供的一种快速换电装置，本发明还提供了一种汽车，所述汽车为纯电动汽车或混合动力汽车，所述汽车上设有上述提供的一种快速换电装置。
由于上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1)本发明的电动汽车快速换电装置，通过第一高强度钢球和第二高强度钢珠实现几何卡位锁死，电池包的重力承担在钢珠和车身连接件上，钢珠与车身连接件通过几何形状卡死，没有间隙可承担高强度的荷载，安全可靠。
2)本发明的电动汽车快速换电装置，所述丝杆承担较少重力，主要是相当于一个开关的作用，没有疲劳损坏，使用寿命长安全可靠。
3)本发明的电动汽车快速换电装置，与常规的螺栓换电机构相比：常规的采用螺栓紧固电池包，螺栓承担电池包的重力，所以每次紧固时必须达到一定力矩，虽紧固牢靠，但是耐久性不好，在高频次的拆卸螺栓，再加上较大的力矩，会使得螺栓疲劳损伤，出现滑丝，螺栓断裂等故障，轻者电池包安装故障，严重的电池包会掉落，存在安全隐患。而本发明则耐久性更好，电池拆装简单快捷，成本更低。
4)本发明的电动汽车快速换电装置，通过安装在电池包上的步进电机，来驱动丝杆的旋转运动，进而实现本锁止装置的自动上锁和解锁过程，由电池包自己拆装，定位简单方便成本低，可实现操作方便快捷。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明所述的电动汽车快速换电装置中锁止装置的结构图；
图2是本发明所述的电动汽车快速换电装置中锁止装置的内部结构图；
图3是本发明所述的电动汽车快速换电装置中电池包与车身的连接情况图解；
图4是本发明所述的电动汽车快速换电装置中电机的控制原理图；
图5是本发明所述的电动汽车快速换电装置中电池包更换的工作流程。
图中附图标记：1-车身支架，2-电池包支架，3-锁止装置，4-驱动装置，5-下车身，21-电池包，31-螺杆，32-丝杆，311-第一高强度钢珠，312-第二高强度钢珠，313-径向滑孔，41-步进电机，42-电机控制器，43-电源正极，44-信号线，45-信号接收器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图3所示为本发明公开的一种快速换电装置与车身的连接情况，本发明提供一种快速换电装置，包括车身支架1、电池包支架2、锁止装置3和驱动装置4，所述车身支架1固定在车身上，并通过锁止装置3与所述电池包支架连接2，具体地，所述电池包支架2用于固定电池包；所述锁止装置3包括螺杆31，所述螺杆31设有内螺纹和限位杆32，在所述内螺纹上方设置空腔和径向滑孔313，在所述径向滑孔313内设有若干个可凸出螺杆表面并锁止在所述车身支架1上的第一高强度钢珠311，在所述第一高强度钢珠311下方设有通过限位杆32推动的第二高强度钢珠312，所述第二高强度钢珠312直径要大于所述第一高强度钢珠311；所述限位杆32与所述驱动装置3相连；所述驱动装置3设置在所述电池包支架2上。
在本实施例中，所述车身支架1焊接在下车身上，所述电池包支架2焊接在电池包；所述限位杆32为丝杆。所述丝杆外螺纹与所述螺杆31的内螺纹啮合，旋转所述丝杆控制所述丝杆沿着所述螺杆31内螺纹方向径向运动。所述车身支架1和所述电池包支架2在相对位置开设相同大小的孔，所述孔直径与所述螺杆横切面直径一致，通过螺杆31连接所述车身支架1和电池包支架2。车身支架1在开孔内部设置环形限位槽，所述限位槽与所述径向滑孔313的位置相对应。
具体地，所述径向滑孔313为变直径孔，所述径向滑孔313的最小直径略小于所述第一高强度钢珠311直径，用于阻止所述第一高强度钢珠311的脱落。
进一步地，所述螺杆31固定在电池包支架2上，所述第一高轻度钢珠311受到第二高强度钢珠312向上的挤压，使得第一高强度钢珠311沿着径向滑孔313向径向运动，第一高强度钢珠311的外伸并卡入对应的限位槽，可实现类似螺栓的锁紧功能，这样所述车身支架1和所述电池包支架2通过这种方式固定。
同时，所述驱动装置4包括：步进电机41，与所述丝杆连接，用于控制丝杆的旋转；电源正极43，用于提供电流；信号线44，用于发送解锁或者上锁信号；信号接收器45，用于接收平台发出的指令信号；电机控制器42，根据信号指令控制所述步进电机41的旋转，当电机控制器42检测到信号线44的解锁信号时，电机控制器42给步进电机41通反向电流，步进电机41接收电流信号反向运转，电池包解锁；当电机控制器42检测到信号线44的上锁信号时，电机控制器42给电机通正向电流，步进电机41接收电流信号正向运转，电池包上锁。
具体地，所述步进电机41设置在所述电池包支架2上，所述丝杆与所述步进电机41通过啮合连接，通过所述步进电机41的转动来驱动所述丝杆的旋转。
通过上述描述的一种快速换电装置，在所述丝杆的外端与步进电机41啮合连接，如图2所示，在电池包21安装时，步进电机41接到安装指令并正向转动，进而驱动丝杆旋转，丝杆与螺杆31实现相对运动，丝杆向z向运动，推动第二高强度钢珠312向上运动，第二高强度钢珠312挤压第一高强度钢珠311使的第一高强度钢珠311向径向运动与车身支架1卡死，电池包支架2被锁死；当电池包21需要拆卸时，通过向步进电机41发出解锁信号，步进电机41接收指令反向转动，进而驱动丝杆旋转，丝杆与螺杆31实现相对运动，丝杆向负z向运动，第二高强度钢珠312向下运动，第一高强度钢珠311径向运动与车身支架1脱离，丝杆和电池包支架2在重力的作用下向下运动与车身连接件分离，实现电池包解锁。
实施例2：为实施例1的优选实施例
如图3所示为本发明公开的一种快速换电装置与车身的连接情况，本发明提供一种快速换电装置，包括车身支架1、电池包支架2、锁止装置3和驱动装置4，所述车身支架1固定在车身上，并通过锁止装置3与所述电池包支架连接2，具体地，所述电池包支架2用于固定电池包；所述锁止装置3包括螺杆31，所述螺杆31设有内螺纹和限位杆32，在所述内螺纹上方设置空腔和径向滑孔313，在所述径向滑孔313内设有若干个可凸出螺杆表面并锁止在所述车身支架1上的第一高强度钢珠311，在所述第一高强度钢珠311下方设有通过限位杆32推动的第二高强度钢珠312，所述第二高强度钢珠312直径要大于所述第一高强度钢珠311；所述限位杆32与所述驱动装置3相连；所述驱动装置3设置在所述电池包支架2上。
在本实施例中，所述车身支架1焊接在下车身上，所述电池包支架2焊接在电池包；所述限位杆32为丝杆。所述丝杆外螺纹与所述螺杆31的内螺纹啮合，旋转所述丝杆控制所述丝杆沿着所述螺杆31内螺纹方向径向运动。所述车身支架1和所述电池包支架2在相对位置开设相同大小的孔，所述孔直径与所述螺杆横切面直径一致，通过螺杆31连接所述车身支架1和电池包支架2。车身支架1在开孔内部设置环形限位槽，所述限位槽与所述径向滑孔313的位置相对应。
具体地，所述径向滑孔313为变直径孔，所述径向滑孔313的最小直径略小于所述第一高强度钢珠311直径，用于阻止所述第一高强度钢珠311的脱落。
进一步地，所述螺杆31固定在电池包支架2上，所述第一高轻度钢珠311受到第二高强度钢珠312向上的挤压，使得第一高强度钢珠311沿着径向滑孔313向径向运动，第一高强度钢珠311的外伸并卡入对应的限位槽，可实现类似螺栓的锁紧功能，这样所述车身支架1和所述电池包支架2通过这种方式固定。
同时，所述驱动装置4包括：步进电机41，与所述丝杆连接，用于控制丝杆的旋转；电源正极43，用于提供电流；信号线44，用于发送解锁或者上锁信号；信号接收器45，用于接收平台发出的指令信号；电机控制器42，根据信号指令控制所述步进电机41的旋转，当电机控制器42检测到信号线44的解锁信号时，电机控制器42给步进电机41通反向电流，步进电机41接收电流信号反向运转，电池包解锁；当电机控制器42检测到信号线44的上锁信号时，电机控制器42给电机通正向电流，步进电机41接收电流信号正向运转，电池包上锁。
具体地，所述步进电机41设置在所述电池包支架2上，所述丝杆与所述步进电机41通过啮合连接，通过所述步进电机41的转动来驱动所述丝杆的旋转。
实施例2与实施例1不同之处在于：
所述第一高强度钢珠311为四个，所述径向滑孔313为四个，所述四个径向滑孔313均分布在所述螺杆的外壁，相对设置的四个第一高强度钢珠311能起到更好的固定作用。
通过上述描述的一种快速换电装置，工作流程如下：在所述丝杆的外端与步进电机41啮合连接，如图2所示，在电池包21安装时，步进电机41接到安装指令并正向转动，进而驱动丝杆旋转，丝杆与螺杆31实现相对运动，丝杆32向z向运动，推动第二高强度钢珠312向上运动，第二高强度钢珠312挤压第一高强度钢珠311使的第一高强度钢珠311向径向运动与车身支架1卡死，电池包支架2被锁死；当电池包21需要拆卸时，通过向步进电机41发出解锁信号，步进电机41接收指令反向转动，进而驱动丝杆旋转，丝杆与螺杆31实现相对运动，丝杆向负z向运动，第二高强度钢珠312向下运动，第一高强度钢珠311径向运动与车身支架1脱离，丝杆32和电池包支架2在重力的作用下向下运动与车身连接件分离，实现电池包解锁。
通过上述实施例说明的电动汽车快速换电装置具有以下有益效果：通过第一高强度钢球和第二高强度钢珠实现几何卡位锁死，电池包的重力承担在钢珠和车身连接件上，钢珠与车身连接件通过几何形状卡死，没有间隙可承担高强度的荷载，安全可靠。
本发明的电动汽车快速换电装置，所述丝杆承担较少重力，主要是相当于一个开关的作用，没有疲劳损坏，使用寿命长安全可靠。
本发明的电动汽车快速换电装置，与常规的螺栓换电机构相比：常规的采用螺栓紧固电池包，螺栓承担电池包的重力，所以每次紧固时必须达到一定力矩，虽紧固牢靠，但是耐久性不好，在高频次的拆卸螺栓，再加上较大的力矩，会使得螺栓疲劳损伤，出现滑丝，螺栓断裂等故障，轻者电池包安装故障，严重的电池包会掉落，存在安全隐患。而本发明则耐久性更好，电池拆装简单快捷，成本更低。
本发明的电动汽车快速换电装置，通过安装在电池包上的步进电机，来驱动丝杆的旋转运动，进而实现本锁止装置的自动上锁和解锁过程，由电池包自己拆装，定位简单方便成本低，可实现操作方便快捷。
通过上述实施例说明的电动汽车快速换电装置公开了一种电池更换的整个流程，包括车辆进入工位，解锁去下电池，然后更换安装新电池。
如图5所示，流程如下：
1)当需要换电池的车辆进入换电工位时，检测传感器检测车辆是否正确进入工位，如果没有检测到则重新检测。
2)举升平台举升电池包，托举装置上升。
3)举升平台电脑判断重量是否达到限值。
4)告知车辆，换电解锁模块可以执行解锁；
5)监测解锁是否执行成功，如果监测到电池解锁故障则执行电池包上锁指令并告知换电平台；
6)举升平台下降，电池包成功拆卸下来；
7)电池包托举装置进入电池仓库更换出充满电的电池包；
8)电池包托举装置进入举升平台，举升平台举升电池包后托举装置上升；
9)平台控制器监测平台称重是否达到限值，如果否返回上一步，如果是进入下一步；
10)平台控制器告知车辆换电模块执行上锁操作，换电模块监测到信息并执行上锁模块；
11)监测上锁是否成功；
12)如果监测到换电上锁出现故障，则执行解锁指令并告知平台控制器；
13)举升平台下降换电结束并通知检修人员维修。
实施例3
通过实施例2提供的一种快速换电装置，本实施例提供一种汽车，所述汽车为纯电动汽车或混合动力汽车，所述汽车上设有实施例2提供的一种快速换电装置，其取得的技术效果与实施例2基本一致，这里就不一一赘述了。
上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。
Claims (10)
1.一种快速换电装置，其特征在于，包括车身支架(1)、电池包支架(2)、锁止装置(3)和驱动装置(4)；
所述车身支架(1)固定在车身上，并通过锁止装置(3)与所述电池包支架(2)连接；
所述锁止装置(3)包括螺杆(31)，所述螺杆(31)设有内螺纹和限位杆(32)，在所述内螺纹上方设置空腔和径向滑孔(313)，在所述径向滑孔(313)内设有若干个可凸出螺杆表面并锁止在所述车身支架(1)上的第一高强度钢珠(311)，在所述第一高强度钢珠(311)下方设有通过限位杆(32)推动的第二高强度钢珠(312)，所述限位杆(32)与所述驱动装置(4)相连；
所述驱动装置(4)设置在所述电池包支架(2)上。
2.根据权利要求1所述的一种快速换电装置，其特征在于，所述限位杆(32)为丝杆。
3.根据权利要求2所述的一种快速换电装置，其特征在于，所述丝杆外螺纹与所述螺杆(31)的内螺纹啮合。
4.根据权利要求1所述的一种快速换电装置，其特征在于，所述车身支架(1)和所述电池包支架(2)在相对位置开设相同大小的定位孔，所述定位孔的直径与所述螺杆(31)横切面直径一致。
5.根据权利要求1或2所述的一种快速换电装置，其特征在于，车身支架(1)在开孔内部设置环形限位槽，所述限位槽与所述径向滑孔(313)的位置相对应。
6.根据权利要求5所述的一种快速换电装置，其特征在于，所述径向滑孔(313)为变直径孔，所述径向滑孔(313)的最小直径略小于所述第一高强度钢珠(311)直径，用于阻止所述第一高强度钢珠(311)的脱落。
7.根据权利要求6所述的一种快速换电装置，其特征在于，所述第一高强度钢珠(311)为四个，所述径向滑孔(313)为四个。
8.根据权利要求1或2所述的一种快速换电装置，其特征在于，所述驱动装置(4)包括：
步进电机(41)，与丝杆连接，用于控制丝杆的旋转；
电源正极(43)，用于提供电流；
信号线(44)，用于发送电池包解锁或者上锁信号；
信号接收器(45)，用于接收平台发出的指令信号；
电机控制器(42)，根据信号指令控制所述步进电机(41)的旋转。
9.根据权利要求8所述的一种快速换电装置，其特征在于，所述丝杆(32)与所述步进电机(41)通过啮合连接，通过所述步进电机(41)的转动来驱动所述丝杆(32)的旋转。
10.一种汽车，其特征在于，所述汽车为纯电动汽车或混合动力汽车，所述汽车上设有权利要求1-9任一项所述的快速换电装置。
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