CN112060895A - 一种锁止机构及电池固定装置 - Google Patents

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王志海
张志强
陈狄松
吴元和
杨欣
王雷
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Abstract

本发明涉及一种锁止机构，包括锁定壳体、锁定连接件、顶升装置和锁定球；所述锁定连接件套设于所述锁定壳体端部，所述锁定壳体端部设有锁定孔，所述锁定球设于所述锁定壳体且能够通过锁定孔部分地伸出，当所述锁定球部分伸出所述锁定孔时，所述锁定壳体和所述锁定连接件相对锁定；所述顶升装置包括顶出块和顶升杆，所述顶出块用于将所述锁定球顶出所述锁定孔，所述顶出块具有与所述锁定球配合的顶出槽，所述顶升装置在所述锁定位置和所述解锁位置之间移动过程中，所述锁定球与所述顶出槽为线接触配合。本发明提供了一种变形小、结构稳定的锁止机构。解决了现有技术中挤出锁定孔的小球容易变形，导致锁止不顺畅甚至锁止失败的技术问题。

Description

一种锁止机构及电池固定装置
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种电动汽车上的锁止机构及采用该锁止机构的电池固定装置。
背景技术
前电动汽车动力电池的电力补给方式一般分为带车插充和更换电池两种方式，其中插充方式有慢充和快充两种模式。采用插充方式，存在如下缺陷：1、电池的初期投资成本较大，在一定程度上阻碍了电动汽车的普及；2、充电时间太长，至少要2～4小时，与普通汽车的加油相比，电动汽车补给能源所花费的时间太长，非常不便捷，远远不能满足人们的需要。而快充模式对电池会有较大损伤，导致缩短电池的使用寿命。采用更换电池的方式可以有效避免插充方式存在的问题，近年来有所发展，相应也出现了各种电池箱、电池框结构。
电动汽车动力电池实现快速换电的关键在于换电锁止机构的设计，换电锁体的主要功能是在非换电时，保持车身与电池包处于牢固的连接状态；换电时，使车身与电池包快速的连接和分离。
现有技术中的快速螺栓换电装置包括一个大球和小球配合的结构，通过向上推动大球，大球将小球挤出锁体壳体的锁定孔，使得部分挤出锁定孔的小球来定位锁定外部套设在锁体壳体上的装置。然而这样的设置存在如下问题:
快速螺栓换电装置为大球顶小球结构，大小球接触点应力集中，小球在锁止过程中出现残余形变，球表面出现很多凹痕，影响锁体顺畅性，可能导致加解锁失败。快速螺栓换电装置电池包侧锁体与电池包配合结构复杂，存在过多机加型面，加工进精度要求高，成本高。
另外，快速螺栓换电装置锁销螺栓无防退防解锁结构，车辆在高速运行中，锁销螺栓可能会出现螺栓松脱情况，同时锁销螺栓也存在人为拆卸，导致螺栓松脱情况，有电池包脱落风险。
因此需要提供一种无残余变形、安全可靠、结构稳定的锁止机构来解决上述技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无残余变形、安全可靠、结构稳定的锁止机构。解决了现有技术中挤出锁定孔的小球容易变形，导致锁止不顺畅甚至锁止失败的技术问题。
本发明的技术效果通过如下实现的：
一种锁止机构，包括锁定连接件、锁定壳体、顶升装置和锁定球；所述锁定球设于所述锁定壳体内，所述锁定壳体端部侧面设有供所述锁定球部分伸出的锁定孔，所述锁定孔的孔径小于所述锁定球的外径，以防止锁定球脱落；
所述顶升装置包括顶出块和顶升杆，所述顶出块用于将所述锁定球顶出所述锁定孔，所述顶出块具有与所述锁定球配合的顶出槽，所述顶升杆用于控制所述顶出块的位置；所述顶升装置能够在锁定位置和解锁位置之间移动；当顶升装置位于锁定位置时，锁定球通过锁定孔至少部分露出所述锁定壳体端部，当顶升装置位于解锁位置时，所述锁定球位于所述锁定壳体内部。
所述锁定连接件包括锁定块，所述锁定块包括锁止台阶，所述锁止台阶的内径大于等于所述锁定壳体端部外径，且当所述顶升装置位于所述锁定位置时，所述锁止台阶的内孔的半径小于所述锁定球至所述锁定壳体端部轴线的最大距离；这样保证了所述锁定球在顶升杆位于锁定位置时可以将锁定连接件锁定于锁定壳体上。
所述顶升装置在所述锁定位置和所述解锁位置之间移动过程中，锁定球与所述顶出槽可以是面接触配合，或者线接触配合，或者两者的组合，优选的，所述锁定球与所述顶出槽为线接触配合，所述线接触配合和面接触配合，是通过对所述顶出槽的设计，使得其包含本领域技术人员能够实现该配合的所有可能的形状。
进一步地，锁定壳体还包括壳体连接部，所述壳体连接部具有壳体内螺纹段，所述顶升杆具有顶升杆螺纹段，所述壳体内螺纹段与所述顶升杆螺纹段螺纹配合。这样使得顶升杆的调节更加稳定和精确，也可以更好地保持锁定状态。
进一步地，还包括限位挡块，所述限位挡块外表面与所述壳体内螺纹段螺纹配合，所述限位挡块设有限位孔，所述顶升杆还包括顶升段，所述限位块的内径大于等于所述顶升段的外径，且小于所述螺纹段的外径。限位挡块不仅可以限制顶升杆的上升位置，防止过度顶升锁定球，限位挡块还能通过螺纹配合调节不同的限位高度，从而控制锁定球最终伸出锁定孔的体积。
进一步地，还包括防退挡圈，所述防退挡圈设有限位台阶孔，所述限位台阶孔内径较大的孔设有第一齿形结构；
所述顶升杆远离所述顶出块的一端设有顶升杆法兰面，所述顶升杆法兰面外径与所述限位台阶孔内径较大的孔相匹配，所述限位台阶外侧设有第二齿状结构，所述第一齿形结构与所述第二齿形结构相匹配。设置该防退防解锁结构，防止了顶升杆可能会出现顶升杆松脱情况。
进一步地，还包括锁销螺母，锁销螺母内表面与所述壳体连接部外表面螺纹连接，所述锁销螺母与所述防退挡圈之间设有弹性件，所述弹性件用于为所述防退挡圈提供一个朝向所述限位台阶的偏向力，锁销螺母不仅作为连接件，还配合弹性件提供偏向的推力，所述弹性件可以是弹簧、弹性垫圈、发泡橡胶等。
进一步地，所述防退挡圈上设有导向柱，所述弹性件为复位弹簧，所述复位弹簧套设于所述导向柱，所述锁销螺母开设有导向孔，所述导向孔的孔径大于所述导向柱的外径且小于所述复位弹簧的外径。通过导向柱的作用可以更好地引导防退挡圈的上下移动，且可以防止复位弹簧的偏移。
进一步地，所述防退挡圈外侧设有密封圈，用于防止沙尘或者液体进入锁体，使锁体失效。
所述锁定球为多个，优选为3-6个，所述顶出槽的数量与所述锁定球的数量相同，多个所述顶出槽均布设置在所述顶出块上。
进一步地，所述锁定连接件还包括锁定连接件本体，所述锁定连接件本体设有浮动孔，所述锁定块设在所述浮动孔内，所述浮动孔的内表面与所述锁定块的外表面具有间隙。通过浮动孔的内表面与锁定块的外表面设置间隙，作为浮动间隙使得零件配合产生浮动效果，锁体承载能力强。
进一步地，顶出块的上端设有顶出块复弹性复位件，顶出块弹性复位件两端分别与顶出块和锁定壳体相接触。
进一步地，所述顶出块从上往下依次设有复位件接触部、锁定球接触部、壳体导向部和顶升杆接触部，所述复位件接触部用于抵接所述顶出块弹性复位件一端，所述锁定球接触部上设有所述顶出槽且所述锁定球接触部的水平截面由上往下依次变大；所述壳体导向部的外表面与所述锁定壳体内腔相匹配，所述顶升杆接触面设于所述顶升杆接触部，所述顶升杆接触面与所述顶升杆面接触。
另外，本申请还包括一种电池固定装置，包括固定架和如上所述的锁止机构，所述固定架设有用于容纳所述锁止机构的锁体安装孔，所述锁定连接件用于连接所述电池，所述锁定壳体外侧设有限位法兰，所述限位法兰的外径大于所述锁体安装孔一端的内径。
如上所述，本发明具有如下有益效果：
1)速螺栓换电装置大球顶小球结构改为柱状带小球运行轨迹面的顶出块顶小球结构，由之前的点接触传力改为线接触传力，极大地减少小球与大球接触点应力集中问题。
2)本发明适配电池包边梁，通过在固定架上设置安装孔，该安装结构简单高效。
3)顶升杆上增加防退挡圈，防退挡圈18上增加齿状防退结构，顶升杆上也增加齿状防退结构可以相互拟合，防止了车辆在高速运行中，锁销螺栓可能会出现螺栓松脱情况，以及在人为拆卸，导致顶升杆松脱的情况。
4)在锁体防退挡圈侧面安装一个密封圈，防止沙尘或者液体进入锁体，使锁体失效。
5)本申请的装置中改变了现有技术中电池包侧锁体浮动的设计，更改为车身侧锁体浮动。与车身相连的锁定连接件中，锁定块及锁定连接件本体在X向及Y向之间预留浮动间隙，使锁定块在锁定连接件本体内X向,Y向移动，实现换电锁体浮动目的。
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，还能够根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明实施例整体结构示意图；
图2为本发明实施例顶出块和锁定球配合示意图；
图3为本发明实施例顶出块的结构示意图；
图4为本发明实施例防脱组件结构示意图；
图5为图4另一个角度的部分零件结构示意图。
其中，图中附图标记对应为：
1、顶出块弹性复位件；2、顶出槽；3、锁定球；4、顶出块；5、锁定壳体；6、锁定孔；7、锁定连接件；8、顶升杆接触面；9、外壳法兰；10、电池包挤出铝边梁；11、固定架；12、锁销螺母；13、限位挡块；14、拆卸卡口；15、导向柱；16、复位弹簧；17、密封圈；18、防退垫圈；19、顶升杆；20、顶升杆法兰面；21、导向孔；22、第二齿状结构；23、第一齿状结构；24、锁定连接件盖板；25、锁定块；26、锁定连接件本体。
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1-5所示，一种锁止机构，包括锁定连接件7、锁定壳体5、顶升装置和锁定球3；锁定球3设于锁定壳体内，锁定壳体3端部侧面设有供锁定球部分伸出的锁定孔6，锁定孔6的孔径小于锁定球的外径，以防止锁定球脱落。
顶升装置包括顶出块4和顶升杆19，顶出块4用于将锁定球3顶出锁定孔。
顶出块4具有与锁定球3配合的顶出槽2，顶出块4的上端设有顶出块复位弹簧1，顶出块复位弹簧1两端分别与顶出块4和锁定壳体5相接触。顶出槽2和锁定球3在本实施例中都为4个，且顶出槽2均匀设置在顶出块4上。
顶升杆19与顶出块4的顶升杆接触面8相接触，用于控制顶出块4的位置；顶升装置能够在锁定位置和解锁位置之间移动；当顶升装置位于锁定位置时，锁定球4通过锁定孔至少部分露出锁定壳体端部(如图1所示)，当顶升装置位于解锁位置时，锁定球4位于锁定壳体内部。
锁定连接件7包括锁定块25，锁定块25包括锁止台阶，锁止台阶的内径大于等于锁定壳体5端部外径，且当顶升装置位于锁定位置时，锁止台阶的内孔的半径小于锁定球3外表面至锁定壳体端部轴线的最大距离；这样保证了锁定球在顶升杆位于锁定位置时可以将锁定连接件锁定于锁定壳体上。
顶升装置在锁定位置和解锁位置之间移动过程中，锁定球3与顶出槽2为线接触配合，线接触配合包含本领域技术人员能够实现该配合的所有可能的形状，此实施例中如图3所示，为一种优选的顶出槽形状，通过根据顶出块4和锁定球3接触点的斜率，计算出不同位置锁定球3存在的位置，从而将顶出槽2的外形设计为可以与锁定球3线接触的外形该结构锁定球3通过CAE分析结论为加锁解锁时锁定球接触位置无残余变形，理论上球体不会出现塑性变形的情况。
锁定壳体5还包括壳体连接部，壳体连接部具有壳体内螺纹段，顶升杆19具有顶升杆螺纹段，壳体内螺纹段与顶升杆螺纹段螺纹配合。这样使得顶升杆19的调节更加稳定和精确，也可以更好地保持锁定状态。
还包括限位挡块13，限位挡块外表面与壳体内螺纹段螺纹配合，限位挡块13设有限位孔，顶升杆19还包括顶升段，限位块13的内径大于等于顶升段的外径，且小于螺纹段的外径。限位挡块13不仅可以限制顶升杆19的上升位置，防止过度顶升锁定球4，限位挡块13还能通过螺纹配合调节不同的限位高度，从而控制锁定球最终伸出锁定孔6的体积。
还包括防退挡圈18，防退挡圈18设有限位台阶孔，限位台阶孔内径较大的孔设有第一齿形结构23；
顶升杆19远离顶出块的一端设有顶升杆法兰面20，顶升杆法兰面20外径与限位台阶孔内径较大的孔相匹配，限位台阶外侧设有第二齿状结构22，第一齿形结构23与第二齿形结构22相匹配。设置该防退防解锁结构，防止了顶升杆19可能会出现旋转松脱情况。
还包括锁销螺母12，锁销螺母12通过拆卸卡口14安装于固定架11内，锁销螺母12内表面与壳体连接部外表面螺纹连接，锁销螺母12与防退挡圈13之间设有弹性件，弹性件用于为防退挡圈提供一个朝向限位台阶的偏向力，锁销螺母不仅作为连接件，还配合弹性件提供偏向的推力，此实施例中，弹性件为复位弹簧16，防退挡圈18上设有导向柱15，复位弹簧16套设于导向柱15，锁销螺母12开设有导向孔21，导向孔21的孔径大于导向柱15的外径且小于复位弹簧16的外径。通过导向柱15的作用可以更好地引导防退挡圈18的上下移动，且可以防止复位弹簧16的偏移。
防退挡圈18外侧设有密封圈17，用于防止沙尘或者液体进入锁体，使锁体失效，优选地，此实施例中，密封圈为O型圈。
锁定连接件7还包括锁定连接件本体26，锁定连接件本体26设有浮动孔，锁定块25设在浮动孔内，浮动孔的内表面与锁定块25的外表面具有间隙。通过浮动孔的内表面与锁定块25的外表面设置间隙，作为浮动间隙使得零件配合产生浮动效果，锁体承载能力强。
具体地，顶出块4的上端设有顶出块复弹性复位件1，顶出块弹性复位件1两端分别与顶出块4和锁定壳体5相接触。
进一步地，顶出块4从上往下依次设有复位件接触部、锁定球接触部、壳体导向部和顶升杆接触部，复位件接触部用于抵接顶出块弹性复位件1一端，锁定球接触部上设有顶出槽2且锁定球接触部的水平截面由上往下依次变大；壳体导向部的外表面与锁定壳体内腔相匹配，顶升杆接触面8设于顶升杆接触部，顶升杆接触面8与顶升杆面接触。
如此设置顶出块4的构型，使得其上下表面可以更加稳定的接触使其位移的驱动件，且锁定球接触部的设计使得可以更好地设计顶出槽2，以便于顶出槽2能够在锁止过程中一直与锁定球3相接触。导向部的设计则使得整个移动过程中，顶出块4与锁定壳体5的内腔相对滑动时起到导向左右，不会发生位置偏移。
另外，在本实施例中，还包括固定架11，固定架设有用于容纳锁止机构的锁体安装孔，固定架11具体为电池包边梁10上的铝套，锁定连接件7用于连接电池，从而整体形成一种电池固定装置，具体地，锁定壳体5外侧设有限位法兰9，限位法兰9的外径大于锁体安装孔一端的内径，通过锁止组件的锁定壳体5与锁销螺母12螺接在空腔内，从而限位法兰9作为限位件配合，实现锁止组件与固定架11的稳定连接。
实施例2：
与实施例1不同之处在于，顶升装置包括顶出块4和顶升杆19，顶出块用于将锁定球顶出锁定孔。顶升杆与顶出块一体成型，顶出块具有与锁定球配合的顶出槽，顶出块的上端设有顶出块复位弹簧，顶出块复位弹簧两端分别与顶出块和锁定壳体相接触。
实施例3：
与实施例1不同之处在于，顶出块4具有与锁定球3配合的顶出槽2，顶出块4的上端设有顶出块弹性复位件1，其具体为顶出块复位弹簧，顶出块复位弹簧两端分别与顶出块4和锁定壳体5相接触。顶出槽2和锁定球3在本实施例中都为2或3个，且顶出槽2均匀设置在顶出块4上。
实施例4：
与实施例1不同之处在于，本实施例中，还包括锁销螺母12，锁销螺母12内表面与壳体连接部外表面螺纹连接，锁销螺母12与防退挡圈13之间设有弹性件，弹性件用于为防退挡圈提供一个朝向限位台阶的偏向力，锁销螺母不仅作为连接件，还配合弹性件提供偏向的推力，此实施例中，弹性件为弹性垫圈或密封胶条或发泡材料。所述弹性材料直接与防退垫圈相接触。
通过以上的具体实施例，达到了如下的技术效果：
1)快速螺栓换电装置大球顶小球结构改为柱状带小球运行轨迹面的顶出块顶小球结构，由之前的点接触传力改为线接触传力，极大地减少小球与大球接触点应力集中问题。
2)本发明适配电池包边梁，通过在固定架上设置安装孔，该安装结构简单高效。
3)顶升杆上增加防退挡圈，防退挡圈18上增加齿状防退结构，顶升杆上也增加状防退结构可以相互拟合，防止了车辆在高速运行中，锁销螺栓可能会出现螺栓松脱情况，以及在人为拆卸，导致顶升杆松脱的情况。
4)在锁体防退挡圈侧面安装一个密封圈，防止沙尘或者液体进入锁体，使锁体失效。
5)本申请的装置中改变了现有技术中电池包侧锁体浮动的设计，更改为车身侧锁体浮动。与车身相连的锁定连接件中，锁定块及锁定连接件本体在X向及Y向之间预留浮动间隙，使锁定块在锁定连接件本体内X向,Y向移动，实现换电锁体浮动目的。
虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征能够相互结合。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (12)

1.一种锁止机构，其特征在于，包括锁定壳体(5)、锁定连接件(7)、顶升装置和锁定球(3)；
所述锁定壳体(5)为中空结构，所述锁定球(3)设于所述锁定壳体(5)内，所述锁定壳体(5)端部设有锁定孔(6)，所述锁定球(3)能够通过锁定孔(6)部分地伸出，所述顶升装置位于所述锁定球(3)下方，且至少部分设于所述锁定壳体(5)内，所述顶升装置包括顶出块(4)和顶升杆(19)，所述顶出块(4)用于将所述锁定球(3)顶出所述锁定孔(6)，所述顶出块具有与所述锁定球(3)配合的顶出槽(2)，所述顶升杆(19)用于控制所述顶出块(4)的位置；所述顶升装置能够在锁定位置和解锁位置之间移动；
所述锁定连接件(7)套设于所述锁定壳体(5)端部，当所述锁定球(3)部分伸出所述锁定孔(6)时，所述锁定壳体(5)和所述锁定连接件(7)相对锁定。
2.根据权利要求1所述的一种锁止机构，其特征在于，所述顶升装置在所述锁定位置和所述解锁位置之间移动过程中，所述锁定球(3)与所述顶出槽(2)为线接触配合。
3.根据权利要求1所述的一种锁止机构，其特征在于，锁定壳体(5)还包括壳体连接部，所述壳体连接部具有壳体内螺纹段，所述顶升杆(19)具有顶升杆螺纹段，所述壳体内螺纹段与所述顶升杆螺纹段螺纹配合。
4.根据权利要求3所述的一种锁止机构，其特征在于，还包括限位挡块(13)，所述限位挡块(13)外表面与所述壳体内螺纹段螺纹配合，所述限位挡块(13)设有限位孔，所述顶升杆(19)还包括顶升段，所述限位块的内径大于等于所述顶升段的外径，且小于所述螺纹段的外径。
5.根据权利要求4所述的一种锁止机构，其特征在于，还包括防退挡圈(18)，所述防退挡圈(18)设有限位台阶孔，所述限位台阶孔内径较大的孔设有第一齿形结构(23)；
所述顶升杆(19)远离所述顶出块(4)的一端设有顶升杆法兰面(20)，所述顶升杆法兰面(20)外径与所述限位台阶孔内径较大的孔相匹配，所述限位台阶外侧设有第二齿状结构(22)，所述第一齿形结构(23)与所述第二齿形结构(22)相匹配。
6.根据权利要求5所述的一种锁止机构，其特征在于，还包括锁销螺母(12)，锁销螺母(12)内表面与所述壳体连接部外表面螺纹连接，所述锁销螺母(12)与所述防退挡圈(18)之间设有弹性件，所述弹性件用于为所述防退挡圈(18)提供一个朝向所述限位台阶的偏向力。
7.根据权利要求6所述的一种锁止机构，其特征在于，所述防退挡圈上设有导向柱(15)，所述弹性件为复位弹簧(16)，所述复位弹簧(16)套设于所述导向柱，所述锁销螺母(12)开设有导向孔(21)，所述导向孔(21)的孔径大于所述导向柱(15)的外径且小于所述复位弹簧(16)的外径。
8.根据权利要求1所述的一种锁止机构，其特征在于，所述锁定连接件(7)包括锁定块(25)，所述锁定块(25)包括锁止台阶，所述锁止台阶的内径大于等于所述锁定壳体(5)端部外径，且当所述顶升装置位于所述锁定位置时，所述锁止台阶的内孔的半径小于所述锁定球至所述锁定壳体(5)端部轴线的最大距离。
9.根据权利要求8所述的一种锁止机构，其特征在于，所述锁定连接件(7)还包括锁定连接件(7)本体(26)，所述锁定连接件(7)本体(26)设有浮动孔，所述锁定块(25)设在所述浮动孔内，所述浮动孔的内表面与所述锁定块(25)的外表面具有间隙。
10.根据权利要求1所述的一种锁止机构，其特征在于，顶出块(4)的上端设有顶出块复弹性复位件(1)，顶出块弹性复位件两端分别与顶出块(4)和锁定壳体(5)相接触。
11.根据权利要求10所述的一种锁止机构，其特征在于，所述顶出块(4)从上往下依次设有复位件接触部、锁定球接触部、壳体导向部和顶升杆接触部，所述复位件接触部用于抵接所述顶出块弹性复位件(1)一端，所述锁定球接触部上设有所述顶出槽(2)且所述锁定球接触部的水平截面由上往下依次变大；所述壳体导向部的外表面与所述锁定壳体(5)内腔相匹配，所述顶升杆接触面(8)设于所述顶升杆接触部，所述顶升杆接触面与所述顶升杆(19)面接触。
12.一种电池固定装置，其特征在于，包括固定架(11)和如权利要求1-9任一项所述的锁止机构，所述固定架(11)设有用于容纳所述锁止机构的锁体安装孔，所述锁定连接件(7)用于连接所述电池，所述锁定壳体(5)外侧设有限位法兰(9)，所述限位法兰(9)的外径大于所述锁体安装孔一端的内径。
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