CN112810424A - 电动家用汽车的电池包组及用于装卸它的换电小车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动家用汽车的电池包组，其特征在于包括对应现行各级家用汽车车型制作的大小多个尺寸规格的电池包，各电池包顶部均设置有相同的连接插头和由相同数量的螺钉穿孔构成的螺钉穿孔组，螺钉穿孔组用于穿设螺钉以固定至电动家用汽车底部；每个电池包上的螺钉穿孔组又被分成围绕电池包顶部中心点排布的若干螺钉穿孔单元组，各螺钉穿孔单元组内具有至少一螺钉穿孔，并且随电池包的规格增大，其上的螺钉穿孔单元组均整体相对电池包的中心点向外平移扩张。上述电池包组覆盖现有所有规格的电动家用汽车，且结构设计简单，便于更换。本发明同时还提供一种用于装卸上述电池包组的换电小车，结构简单，适应性强。

Description

电动家用汽车的电池包组及用于装卸它的换电小车

技术领域

本发明涉及一种电动家用汽车的电池包组及用于装卸它的换电小车。

背景技术

汽车油改电是国家减少大量石油进口的重大战略方针，及节能减排、绿色发展的重要国策。与传统汽车相比，电动汽车在行驶过程中可实现零排放，且噪音低，行驶成本远低于传统汽车。通过多年的努力，我国公交车油改电已稳步推进，而电动家用汽车也得到较快发展。

虽然国家出台了多项电动汽车扶持政策，电动汽车也有着诸多优点，但电动汽车仍然无法全面推广，其制约电动汽车全面推广的根本原因归结为五点：续航、充电、成本、安全和残值。抛开目前电池包本身的技术发展瓶颈不说，五点根本原因中的关键点就是充电问题。目前电动汽车充电模式有两种：直接充电和更换电池。直接充电的问题在于：按目前电池技术在保证电池寿命的前提下需1~2小时充满，如果采用加大充电电流来减少充电时间的方式，那么电池寿命将大大缩短。这也是电动汽车不能替代燃油车的最根本问题。而假如采用更换电池的模式则不存在长时间等待的问题，但是存在电池规格多、容量差异大、换电设备复杂、昂贵且规格不统一的诸多问题，因此无法得到普及应用。

目前电动汽车中占有量最大的就是电动家用汽车，以现有电池技术为前提，考虑到电池的重量、体积、价格等因素，现有的电动家用汽车如采用上述直接充电的模式，那合理配置的电池充满电行驶里程约在300km-400km，如果每次充电需要1~2小时，还是无法替代现有燃油车。

为了解决电动家用汽车的油改电问题，目前唯一的解决方案还是采用更换电池的模式，现有部分车企已推出多种换电车型。然而现有换电模式的汽车对位、拆卸、移动装入充电桩等一系列的动作，都由多个非常复杂的装置配合完成。特别是其中的装拆电池包的机构为一种固定的复杂机械装置，汽车驶入后必须由其通过xyz三轴方向来先对汽车进行对位和校准，整个过程需要通过上述多个独立的复杂机构协作才能完成。且一种换电设备仅服务于单一规格的一种汽车，设备复杂、价格昂贵，导致汽车换电模式只能在有限的区域内应用，如出租车等。由于部分车企自成一体的换电站投入巨大，要高密度布局是不可能的，因此无法全面普及。

要解决汽车电动化的问题，必须使用一种标准化的换电系统，包含标准化的电池包组以及可以给该系列中不同规格电池包充换电的标准充换电设备，且该系统需要具备成本低廉、结构简单、安装维护方便、无人化运行等特点，才能满足对所有电动家用汽车的充换电需求。

发明内容

本发明目的是：提供一种标准化的电动家用汽车的电池包组，其覆盖现有所有规格的电动家用汽车，且结构设计简单，便于更换。

本发明的技术方案是：一种电动家用汽车的电池包组，其特征在于包括对应现行各级家用汽车车型制作的大小多个尺寸规格的电池包，各电池包顶部均设置有相同的连接插头和由相同数量的螺钉穿孔构成的螺钉穿孔组，螺钉穿孔组用于穿设螺钉以固定至电动家用汽车底部；每个电池包上的螺钉穿孔组又被分成围绕电池包顶部中心点排布的若干螺钉穿孔单元组，各螺钉穿孔单元组内具有至少一螺钉穿孔，并且随电池包的规格增大，其上的螺钉穿孔单元组均整体相对电池包的中心点向外平移扩张。

进一步的，本发明中所述螺钉穿孔组内的所有螺钉穿孔呈中心对称排布，其对称中心即电池包的中心点，而所述连接插头位于螺钉穿孔组的对称中心上。

实际实施时电池包通常都被制成长方体形，故电池包的中心点也即其顶面矩形的中心点，连接插头即设计在这个位置。

进一步的，本发明中所述标准电池包组中的电池包上均设有相同数量和排布的多个导向定位柱。导向定位柱的设计目的是便于同电动家用汽车底部的电池包连接支架，或者换电站内的充电桩上匹配的导向定位孔配合，以提高对于电池包的定位稳定性和安装可靠性。

进一步的，本发明中所述电池包顶部的螺钉穿孔组被分成围绕电池包顶部中心点排布的上、下、左、右各四个螺钉穿孔单元组，以电池包的中心点为中心建xy直角坐标系，其中上、下两个螺钉穿孔单元组内的螺钉穿孔均关于y轴对称分布，而左、右两个螺钉穿孔单元组内的螺钉穿孔则关于x轴对称分布；并且标准电池包组中随电池包的规格增大，上、下两个螺钉穿孔单元组均整体沿y轴相对中心点向外平移扩张，而左、右两个螺钉穿孔单元组则整体沿x轴相对中心点向外平移扩张。

本发明另一目的是提供一种用于装卸上述电池包组的换电小车，其特征在于包括设有行走机构的底座和经设置在底座上的小车升降机构驱动升降的电池包托台，电池包托台上对应各螺钉穿孔单元组均设有由车载伸缩驱动机构驱动横向伸缩的伸缩支架，伸缩支架上设有同相应螺钉穿孔单元组内的螺钉穿孔一一对应的螺钉自动装卸机构。

进一步的，本发明中所述行走机构为带有AI人工智能寻路功能的万向行驶移动平台。

进一步的，本发明中所述小车升降机构为电动升降机构，如常见的伺服电机带动的蜗轮蜗杆升降机，或者为气动或者液压升降机构；所述车载伸缩驱动机构为电动伸缩机构，例如常见的伺服缸，或者为气动或者液压伸缩机构。实际安装时，车载伸缩驱动机构固定在电池包托台的底部。

需要指出，本发明中涉及的螺钉自动装卸机构为已知技术，即由伺服电机驱动旋转的螺丝刀，其已经在已有的汽车换电设备上应用成熟，本发明中不再展开详述。

按现行电动家用汽车的车型分级，本发明中拟将电池包制成如下五种尺寸规格：

	车型级别	尺寸（长x宽）单位mm
			电池包A0	A0	1800*1400
电池包A	A	1900*1400
			电池包B	B	2000*1500
电池包C	C	2200*1500
			电池包D	D	2300*1600

上述五种电池包构成标准电池包组，各电池包可被应用于对应车级标准制造的任意家用电动家用汽车上。

当某一车型级别的电动家用汽车需要换电时，电池包托台上的各个伸缩支架在相应车载伸缩驱动机构的驱动下平移调节以适应对应车型规格的电池包上的螺钉穿孔单元组的位置。然后采用升降机构抬升起电动家用汽车，以便换电小车驶入电动家用汽车底部，并通过AI自动识别、对准电池包位置，随后换电小车上的电池包托台经由小车升降机构驱动顶起至一定高度，使得伸缩支架上的螺钉自动装卸机构最终能与电池包上的螺钉穿孔一一对应接触。随后在螺钉自动装卸机构的作用下螺钉被卸下，汽车底部的电池包便在重力作用下落在换电小车的电池包托台上。最后只需再抬升起汽车至一定高度，使得电池包能够随换电小车从汽车底部横向移出即可。电池包的安装过程与上述卸载过程相反。

本发明的优点是：

1、 本发明提供的这种电动家用汽车的电池包组，其覆盖现有所有规格的电动家用汽车，且结构设计简单，便于更换。

2、 本发明中设计标准电池包组，其中规格不同的电池包，其上的螺钉穿孔组也相应的扩张或内缩，而非完全相同，这样可以确保螺钉穿孔始终被安置在电池包的外围部分，避免干涉电池包中心区域的电芯部分，从而使得电池包的可以更加完整并且安置定位也更加可靠。

3、 本发明中的换电小车经过专门设计，其上的螺钉自动装卸机构被安置在伸缩支架上，可以平移调节，以便能够适应标准电池包组中各个规格电池包的螺钉穿孔，这样仅由一部换电小车就能实现标准电池包组内所有规格电池包的安装，无需对电动家用汽车实施对位和校准，精简了整个换电系统的机构，也节约了成本。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为标准电池包组中单个电池包（对应D级车）立体结构图；

图2为图1电池包的顶部平面视图；

图3为标准电池包组中电池包的规格比较示意图；

图4为换电小车单独立体结构示意图；

图5为换电小车的主视图；

图6为图5的工作状态示意图；

图7为换电小车的俯视图；

图8为图7的工作状态示意图。

其中：1、电池包；D、对应D级车的电池包；C、对应C级车的电池包；B、对应B级车的电池包；A、对应A级车的电池包；A0、对应A0级车的电池包；1a、连接插头；1b、螺钉穿孔；1c、导向定位柱；O、中心点；Q、螺钉穿孔单元组；2、换电小车；2a、底座；2b、小车升降机构；2c、电池包托台；2d、螺钉自动装卸机构；2e、车载伸缩驱动机构；2f、伸缩支架。

具体实施方式

实施例1：首先结合图1~图3所示对本发明提供的这种电动家用汽车的电池包组的一种实施方式进行说明如下：

本实施例中将电池包1对应现行A0-D级家用汽车车型被制成大小总共五个尺寸规格，构成标准电池包组，各电池包1顶部均设置有相同的连接插头1a和由相同数量的螺钉穿孔1b构成的螺钉穿孔组。电池包1的形状均为惯常的长方体形状，只是规格大小不同。具体如图1所示，我们以对应D级车型的对应规格的电池包1为例进行说明：由电池包1顶部平面图可见本实施例中的所述螺钉穿孔组由八个呈中心对称排布的螺钉穿孔1b构成，其对称中心即电池包1顶部的中心点，而所述连接插头1a位于螺钉穿孔组的对称中心上。八个螺钉穿孔1b被分成围绕电池包1顶部中心点O排布的上、下、左、右各四个螺钉穿孔单元组Q。每个螺钉穿孔单元组Q都由两个螺钉穿孔1b组成。在电池包1的顶面以电池包1的中心点O为中心建xy直角坐标系，本实施例中x轴与电池包1的长边平行，而y轴则与电池包1的短边平行。其中上、下两个螺钉穿孔单元组Q内的螺钉穿孔1b均关于y轴对称分布，而左、右两个螺钉穿孔单元组Q内的螺钉穿孔1b则关于x轴对称分布。

再结合图2和图3所示，可知标准电池包组中从对应A0级车的电池包A0到对应D级车的电池包D，其规格是越来越大的，而随电池包1的规格增大，其上的上、下两个螺钉穿孔单元组Q均整体沿y轴相对中心点O向外平移扩张，而左、右两个螺钉穿孔单元组Q则整体沿x轴相对中心点O向外平移扩张，且相邻规格的电池包，其上螺钉穿孔单元组Q的平移间隔是相等的。

并且结合图1~3所示，所述标准电池包组中的电池包1上均设有相同数量和排布的多个导向定位柱1c。即各个规格电池包1上的导向定位柱1c的数量、排布形式及其相对电池包1中心点位置都是一模一样的。本实施例中在电池包1顶部四角各一个，共计四个导向定位柱1c。导向定位柱1c的设计目的是便于同电动家用汽车底部的电池包连接支架，或者换电站内的充电桩上匹配的导向定位孔配合，以提高对于电池包1的定位稳定性和安装可靠性。

实施例2：本发明中的电池包1是采用螺钉纵向固定至电动家用汽车2底盘支架的连接电池架上的，具体安装和拆卸依靠的是换电小车2。故再结合图4~8所示对换电小车2进行说明：

换电小车2由设有行走机构的底座2a、经设置在底座2a上的小车升降机构2b驱动升降的电池包托台2c、在电池包托台2c上对应各螺钉穿孔单元组设置的由车载伸缩驱动机构2e驱动伸缩的伸缩支架2f以及设于伸缩支架2f上的同相应螺钉穿孔单元组内的螺钉穿孔1b一一对应的螺钉自动装卸机构2d共同构成。由于电池包1上的螺钉穿孔单元组Q有四个，故伸缩支架2f也为四个，而每个伸缩支架2f上的螺钉自动装卸机构2d则相应为两个。螺钉自动装卸机构2d为已知技术，也即采用伺服电机驱动旋转的螺丝刀，收容于电池包托台2c上开设的槽内。

本实施例中的所述小车升降机构2b采用的是四个电动升降机构，即常见的伺服电机带动的蜗轮蜗杆升降机，而所述车载伸缩驱动机构2e也为电动升降机构，采用的是常见的伺服缸。换电小车2在工作时，车载伸缩驱动机构2e驱动相应伸缩支架2f伸缩平动，以便伸缩支架2f上的螺钉自动装卸机构2d能够与电池包1底部的螺钉对应。

本实施例中底座2a上的行走机构采用目前成熟的带有AI人工智能寻路功能的万向行驶移动平台，能够实现较为精确的定点位移。

当然上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电动家用汽车的电池包组，其特征在于包括对应现行各级家用汽车车型制作的大小多个尺寸规格的电池包（1），各电池包（1）顶部均设置有相同的连接插头（1a）和由相同数量的螺钉穿孔（1b）构成的螺钉穿孔组，螺钉穿孔组用于穿设螺钉以固定至电动家用汽车底部；每个电池包（1）上的螺钉穿孔组又被分成围绕电池包（1）顶部中心点（O）排布的若干螺钉穿孔单元组（Q），各螺钉穿孔单元组（Q）内具有至少一螺钉穿孔（1b），并且随电池包（1）的规格增大，其上的螺钉穿孔单元组（Q）均整体相对电池包（1）的中心点（O）向外平移扩张。

2.根据权利要求1所述的电动家用汽车的电池包组，其特征在于所述螺钉穿孔组内的所有螺钉穿孔（1b）呈中心对称排布，其对称中心即电池包（1）的中心点（O），而所述连接插头（1a）位于螺钉穿孔组的对称中心上。

3.根据权利要求1所述的电动家用汽车的电池包组，其特征在于所述标准电池包组中的电池包（1）上均设有相同数量和排布的多个导向定位柱（1c）。

4.根据权利要求1或2所述的电动家用汽车的电池包组，其特征在于所述电池包（1）顶部的螺钉穿孔组被分成围绕电池包（1）顶部中心点（O）排布的上、下、左、右各四个螺钉穿孔单元组（Q），在电池包（1）顶部表面以电池包（1）的中心点（O）为中心建xy直角坐标系，其中上、下两个螺钉穿孔单元组（Q）内的螺钉穿孔（1b）均关于y轴对称分布，而左、右两个螺钉穿孔单元组（Q）内的螺钉穿孔（1b）则关于x轴对称分布；并且标准电池包组中随电池包（1）的规格增大，上、下两个螺钉穿孔单元组（Q）均整体沿y轴相对中心点（O）向外平移扩张，而左、右两个螺钉穿孔单元组（Q）则整体沿x轴相对中心点（O）向外平移扩张。

5.根据权利要求1所述的电动家用汽车的电池包组，其特征在于所述电池包（1）呈长方体形。

6.一种用于装卸如权利要求1~5任意一项所述电池包组的换电小车，其特征在于包括设有行走机构的底座（2a）和经设置在底座（2a）上的小车升降机构（2b）驱动升降的电池包托台（2c），电池包托台（2c）上对应各螺钉穿孔单元组均设有由车载伸缩驱动机构（2e）驱动横向伸缩的伸缩支架（2f），伸缩支架（2f）上设有同相应螺钉穿孔单元组内的螺钉穿孔（2b）一一对应的螺钉自动装卸机构（2d）。

7.根据权利要求6所述的换电小车，其特征在于所述行走机构为带有AI人工智能寻路功能的万向行驶移动平台。

8.根据权利要求6所述的换电小车，其特征在于所述小车升降机构（2b）为电动升降机构，或者为气动或者液压升降机构；所述车载伸缩驱动机构（2e）为电动伸缩机构，或者为气动或者液压伸缩机构。

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