CN113183816B - 一种电动重卡的电池包快换及锁止系统 - Google Patents

Abstract

本发明所述的一种电动重卡的电池包快换及锁止系统，涉及交通运输技术领域，主要包括驾驶室举升翻转液压系统、换电控制阀组模块、换电锁止模块、举升换电控模块、电池包、车架及连接管道、线路、螺栓等构成。本发明主要用于电池包与车架支架的锁止，与换电重卡驾驶室举升翻转系统共用动力源，符合实际操作：换电时不会翻转驾驶室、翻转驾驶室时不换电，两种操作不会同时发生；能够快速、可靠、低成本地实现新能源换电重卡电池包的更换及锁止，同时又能提升现有驾驶室举升翻转系统的可靠性。

Description

一种电动重卡的电池包快换及锁止系统

技术领域

本发明涉及交通运输技术领域，尤其是一种电动重卡的电池包快换及锁止系统。

背景技术

随着交通运输行业“五化”逐步推进，越来越多的纯电动重卡在交通运输业进入实质性应用，取得了较好的经济效益。然而，纯电动重卡动力源—---电池包正成为纯电动重卡发展的瓶颈：要增加续航里程就要做大电池包，而电池包越大则体积和重量也越大，经济效益就越低。为了解决这一难题，重电动卡车采用“换电”技术：即将电池包作为标准大小，通过可快速拆卸系统与重卡相连，当电池包电量不足时，可快速换一个电池包让重卡继续工作，换下来的电池包集中充满以备下次使用，换电技术正成为纯电动重卡行业所青睐的解决方案。

然而，如何实现电池包与纯电动重卡快速更换，更换后的电池包如何快速锁止成为当前亟待攻克的难题。

在公告号为CN211764880U的发明专利中，公开了一种电动重卡换电电池箱三级定位锁紧装置采用气缸推动锁舌开锁和锁止，引用车载刹车气源，经济性和安全性较差；此外气动方式驱动开锁锁舌存在开锁力不足缺陷；该专利锁舌和中配备有滑动套磨损后存在卡滞风险。

现有其他电池包锁止系统技术研究更多地偏向轿车、客车等载重较轻，电池包较小的的应用场景，换电重型重卡电池包锁止系统研究较少。

在公开号为CN111608976A的发明专利申请中，公开了一种电动商用车用的液压举升系统，其包括动力组件(1)和升举油缸组件(2)，还包括换电框液压锁(5)和两位三通换向阀(4)，二位三通换向阀(4)的输入端(403)与动力组件(1)连通，二位三通换向阀(4)的输出端有两个且分别与换电框液压锁(5)和升举油缸组件(2)连通。该举升系统，油泵换向阀的常位为上升位，液压锁通过油液的冲力实现开启，但是该系统未提供可靠的回油系统，而液压锁的回位需要通过回油减压来实现，没有相应的回油系统，就难以保证回位操作的可靠性。并且，由于油泵换向阀的常位为上升位，一旦出现操控失误，驾驶室会出现翻转，存在极大的安全隐患。同时，该系统的操作需要通过手动配合，操控过程复杂、不方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动重卡的电池包快换及锁止系统，用于解决换电重卡电池包解锁及解锁，快速高效地完成换电重卡换电池包过程中的解锁及锁止，以提高换电重卡使用效率。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明的实现方案一：一种电动重卡的电池包快换及锁止系统，包括驾驶室举升翻转液压系统、电池包、车架及连接管道，其特征在于：还包括有换电控制阀组模块、换电锁止模块、举升换电控模块，所述液压油路通过驾驶室举升翻转系统的换向阀出口连接至换电控制阀组模块实现高压油液传输；换电控制阀组模块与换电锁止模块的液压锁相连通，以传递开锁所需的高压油，换电锁止模块连接至油泵的油池，以快速释放换电完成后换电锁止模块中液压锁锁止时的油液，换电控制模块用于控制开锁信号及电动油泵启动、换电控制阀组模块工作，同时与整车VCU通信，检测、反馈系统相应的位置状态信息，监控系统运行状态并反馈警示信息。

对上述技术方案的改进：所述电池包在车架上方、驾驶室的后部，电池包与车架支架的锁止通过换电锁止模块实现，换电锁止模块上对称安装的长导柱和侧向导柱，与之对应的电池包内部开有导向孔和侧向孔、电池包Z向吊起来/落下导向，同时也实现行车过程中电池包绕Z轴、X轴、Y轴的扰动； Z向液压锁分别布置在换电锁止模块的4个角上，用于限制电池包行车过程中Z向跳动。

对上述技术方案的进一步改进：所述换电控制模块设置有二极管，限制换电解锁时电机线路电流流向，保护电路系统安全。

所述电池包的快换及锁止系统的操作步骤为，1）换电时，操作人员按下换电池包开锁开关，换电锁止模块的液压锁开启；2）起吊电池包、关闭开锁开关；3）更换新的电池包并落到位，换电液压锁自动锁止换电完成；所述步骤1）至步骤3）的操作过程中，整车VCU与换电控制模块会监控运行过程，当换电锁止液压锁未锁止时，会警示不允许车辆启动；当油泵换向阀未处于常位时，换电无法开启，警示将换向阀处于常位，以保证系统安全运行，规避误操作及系统故障；所述常位为下降位。

本发明的技术方案的实现方案二：所述电池包快换及锁止系统应用于单柱塞驾驶室举升翻转系统时，换电控制阀组模块采用二位四通阀封住一个油口，或者取消举升翻转系统控制阀，直接由换电控制阀组模块控制驾驶室举升翻转。

本发明的技术方案的实现方案三：所述电池包快换及锁止系统应用于不带有举升翻转系统的换电重卡时，换电控制阀组模块采用二位四通阀封住一个油口，或者将电控制阀组模块中的二位四通阀换为二位三通阀以实现换电。

本发明具有如下有益效果：

本发明所述的一种电动重卡的电池包快换及锁止系统，主要包括包括驾驶室举升翻转液压系统、换电控制阀组模块、换电锁止模块、举升换电控模块、电池包、车架及连接管道、线路、螺栓等构成，本发明主要用于电池包与车架支架的锁止，与换电重卡驾驶室举升翻转系统共用动力源，符合实际操作：换电时不会翻转驾驶室、翻转驾驶室时不换电，两种操作不会同时发生；

本发明所提供一种电动重卡的电池包快换及锁止系统，与现有技术相比能够快速、可靠、低成本地实现新能源换电重卡电池包的更换及锁止，同时又能提升现有驾驶室举升翻转系统的可靠性。同时，对于无需驾驶室翻转的换电重卡，采用本方面所述的方案时，仅需调整油路连接即可方便地实现换电。

附图说明

图1.1a是本发明结构图主视图；

图1.1b是本发明结构图3D图；

图1.2是本发明第一逻辑原理图；

图1.3是本发明操作流程图；

图1.4是本发明第二逻辑原理图；

图1.5a是基于非差动驾驶室举升翻转系统的一种电池包快换及锁止系统应用原理图；

图1.5b是基于非差动驾驶室举升翻转系统的一种电池包快换及锁止系统应用举升换电控制模块图；

图1.5C是换电控制阀组模块3D图；

图1.5d是换电液压锁3D图；

图1.5e是换电控制模块接线图；

图1.6是基于驾驶室差动举升翻转系统的一种电池包快换及锁止系统应用原理图；

图1.7是基于驾驶室单柱塞缸举升翻转系统的一种电池包快换及锁止系统应用原理图；

图1.8是基于驾驶室单柱塞缸举升翻转系统（共用换向阀）的一种电池包快换及锁止系统应用原理；

图1.8a是基于驾驶室单柱塞缸举升翻转系统（共用换向阀）的一种电池包快换及锁止系统应用原理；

图1.9是不含驾驶室举升翻转系统的换电重卡的一种电池包快换及锁止系统应用原理图；

图1.10是不含驾驶室举升翻转系统的换电重卡的一种电池包快换及锁止系统（二位三通方式）应用原理图。

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。

实施例一：基于非差动驾驶室举升翻转系统的一种电池包快换及锁止系统应用。

所述一种电池包快换及锁止系统，驾驶室举升翻转液压系统1（油泵1.1/1.2、换向阀1.3、油缸1.4）、换电控制阀组模块2、换电锁止模块3、举升换电控模块4、连接关系如附图1.5a所示，。换电控制阀组模块2与驾驶室举升翻转液压系统1下降回路连通，具体为换电控制阀组模块2P-Y油口与驾驶室举升翻转液压系统1下降回路中举升换向阀1.3与举升油缸1.4之间的油路口1B1-Y连接，电控制阀组模块2A-Y油口与1B2-Y连接，从而实现驾驶室举升翻转系统处于下降位（常位）时，启动手动泵1.1或者电动泵1.2泵出的高压油能够进入换电控制阀组模块2。

换电控制阀组模块2的出油口2D-Y与换电锁止模块3的油口3D-Y连接，从而实现换电控制阀组模块2换向到工作位时，换电控制阀组模块2能够将高压油切换至换电锁止模块3,驱动锁止模块中锁止液压锁3.1工作，实现开锁功能；

换电控制阀组模块2的回油口2T-Y与驾驶室举升翻转液压系统1的油池口1T-Y连接，该油路上仅有过滤网，无节流，以保障柱塞缸回油顺畅，关闭灵活，锁止可靠。

换电控制阀组模块2内置安全阀2.2，其高压口连接至2DY、低压口连接至2T-Y，以保护换电控制阀组模块2及换电锁止模块3，避免高压冲击损害及误操作时电动泵长时间高压工作对系统耐久的不良影响。

特别地换电控制阀组模块2设置有手动应急操作旋钮2.1B，以避免2.1控制阀电磁线圈或其他故障时可手动操作，以保障系统安全。

所述的一种电池包快换及锁止系统中举升换电控制模块4，如附图1.5b所示，在当前常用的驾驶室举升翻转控制模块4.1中并入换电控制模块4.2，其中，换电控制阀组模块2内的换向阀2.1A线圈连接在换电继电器4.2.2的右端，换电继电器4.2.2的右端还连接至电动油泵1.2电机，特别地换电继电器4.2.2的右端与油泵连接线路中串联有二极管4.2.3以规避电流逆流导致误动作。

举升换电控制模块4借用整车控制器VCU部分端口，其中4.2.1开锁开关、4个柱塞缸状态开关3.2、换电控制模块4.2电源、举升换向阀位置信号开关1.3均连接至整车VCU，其控制逻辑如下：

如上特征表，开锁时，操作人员按下开锁开关4.2.1，整车VCU会判别，举升换向阀位置信号开关1.3是否处于接通状态，即举升换向阀位1.3处于常位（下降位），当其处于下降位时，对换电控制模块4.2上电，换电继电器4.2.2工作，线圈2.1A得电从而驱动控制阀2.1至工作位，同时电动泵1.2得电，开始泵油，驱动换电液压锁3.1伸出，从而开启换电锁；

开锁到位后，换电液压锁状态开关3.2接通，整车VCU会识别到4个柱塞缸状态开关3.2均接通时，发出语音提示：“锁已打开，请起吊更换电池包”，与此同时开始记时，若设定时间（一般100s）内，操作者未关闭开锁开关4.2.1，则VCU会自动结束开锁，提示操作者从新开锁；若设定时间内，操作完成电池包5起吊，并按下开锁开关4.2.1则开锁完成。

锁止时， 在电池包重力作用下，锁止系统自动回位，完成锁止。

锁止到位后，换电液压锁状态开关3.2断开，整车VCU会识别4个柱塞缸状态开关均3.2断开时，表示锁止到位，可以给整车上电运行。

特别地，上述举升换向阀位置信号开关1.3、换电液压锁状态开关3.2的识别及应用是本发明所有的安全策略，为电池包更换可靠性及安全提供保障，可以是语音提示、也可以是报警灯、或者二者并存及其他方式。

特别地，举升换向阀设置举升换向阀位置信号开关1.3，位置判别功能也是在驾驶室举升翻转系统安全策略：按照驾驶室举升翻转系统工作要求，在行车过程中举升换向阀1.3必须处于常位（下降位），通常状态下，因为举升翻转驾驶室后，举升换向阀1.3是处于常位（下降位），然而由于误操作/或例如小孩等误动作，致使举升换向阀1.3处于上升位，这会导致车辆行驶过程中油缸阻尼急剧增加，致使驾驶室底板拉裂/行车异响等故障出现，而举升换向阀位置信号开关1.3信号接入整车VCU后，可以在车辆启动时给予警示，规避此故障出现。

特别地，当电动开锁出现故障时，可将换电控制阀组模块2手动应急旋钮调整至开锁位置，操作手动泵1.1泵油开锁为本发明的手动应急备用措施。

实施例二：基于差动驾驶室举升翻转系统的一种电池包快换及锁止系统应用。

所述一种电池包快换及锁止系统，驾驶室举升翻转液压系统1（油泵1.1/1.2、换向阀1.3、油缸1.4）、换电控制阀组模块2、换电锁止模块3、举升换电控模块4、连接关系如附图1.6所示。与实施方式1相比，仅举升油缸1.4换为差动油缸、举升换向阀1.3换为差动举升阀， 其他模块连接一致、功能实现一致，这是本发明逻辑设计的优势，实用性较高。

实施例三：基于单作用油缸的驾驶室举升翻转系统的一种电池包快换及锁止系统应用。

所述一种电池包快换及锁止系统，驾驶室举升翻转液压系统1（油泵1.1/1.2、换向阀1.3、油缸1.4）、换电控制阀组模块2、换电锁止模块3、举升换电控模块4、连接关系如附图1.7所示。与实施方式1相比，举升油缸1.4为单作用缸，举升换向阀1.3为二位三通阀，换电控制阀组模块2的进油口2P-Y连接至油泵1的出油口1P-Y; 换电控制阀组模块2的出油口2A-Y封住，其他模块连接一致、功能实现一致，这是本发明逻辑设计的优势，实用性较高。

如图1.8所示，针对单作用油缸举升的驾驶室举升翻转系统，可以直接将油泵1出油口1P-Y连接至换电控制阀组模块2的进油口2P-Y, 换电控制阀组模块2的出油口2A-Y连接至油缸的进油口1.4A-Y，取消举升换向阀1.3，取消举升换电控制模块4中取消举升换向阀位置信号开关（如图1.8a所示），其他部分保持不变，即可实现换电功能，此实施应用是本发明逻辑设计的优势，实用性较高。

实施例四：无驾驶室举升翻转系统的一种电池包快换及锁止系统应用

如图1.9所示，当换电重卡无驾驶室举升翻转系统时，直接将油泵1出油口1P-Y连接至换电控制阀组模块2的进油口2P-Y, 换电控制阀组模块出油口2A-Y封住，取消举升换电控制模块4中取消举升换向阀位置信号开关（如图1.8a所示），其他模块和组件保持不变，即可实现换电功能，此实施应用是本发明逻辑设计的优势，实用性较高。

如图1.10所示， 在1.9基础上，将换电控制阀组模块2中的控制阀2.1改为二位三通电磁阀，其他模块和组件保持不变，即可实现换电功能，此实施应用是本发明逻辑设计的优势，实用性较高。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种电动重卡的电池包快换及锁止系统，包括驾驶室举升翻转液压系统、电池包、车架及连接管道，其特征在于：还包括有换电控制阀组模块、换电锁止模块、举升换电控模块，液压油路通过驾驶室举升翻转系统的换向阀出口连接至换电控制阀组模块实现高压油液传输；换电控制阀组模块与换电锁止模块的液压锁相连通，以传递开锁所需的高压油，换电锁止模块连接至油泵的油池，以快速释放换电完成后换电锁止模块中液压锁锁止时的油液，换电控制模块用于控制开锁信号及电动油泵启动、换电控制阀组模块工作，同时与整车VCU通信，检测、反馈系统相应的位置状态信息，监控系统运行状态并反馈警示信息，

所述电池包的快换及锁止系统的操作步骤为，1)换电时，操作人员按下换电池包开锁开关，换电锁止模块的液压锁开启；2)起吊电池包、关闭开锁开关；3)更换新的电池包并落到位，换电液压锁自动锁止换电完成；所述步骤1)至步骤3)的操作过程中，整车VCU与换电控制模块会监控运行过程，当换电锁止液压锁未锁止时，会警示不允许车辆启动；当油泵换向阀未处于常位时，换电无法开启，警示将换向阀处于常位，以保证系统安全运行，规避误操作及系统故障；所述常位为下降位。

2.根据权利要求1所述的一种电动重卡的电池包快换及锁止系统，其特征在于：所述电池包在车架上方、驾驶室的后部，电池包与车架支架的锁止通过换电锁止模块实现，换电锁止模块上对称安装的长导柱和侧向导柱，与之对应的电池包内部开有导向孔和侧向孔、电池包Z向吊起来/落下导向，同时也实现行车过程中电池包绕Z轴、X轴、Y轴的扰动；Z向液压锁分别布置在换电锁止模块的4个角上，用于限制电池包行车过程中Z向跳动。

3.根据权利要求1或2所述的一种电动重卡的电池包快换及锁止系统，其特征在于：所述换电控制模块设置有二极管，限制换电解锁时电机线路电流流向，保护电路系统安全。

4.根据权利要求1或2所述的一种电动重卡的电池包快换及锁止系统，其特征在于：所述电池包快换及锁止系统应用于单柱塞驾驶室举升翻转系统时，换电控制阀组模块采用二位四通阀封住一个油口，或者取消举升翻转系统控制阀，直接由换电控制阀组模块控制驾驶室举升翻转。

5.根据权利要求1或2所述的一种电动重卡的电池包快换及锁止系统，其特征在于：所述电池包快换及锁止系统应用于不带有举升翻转系统的换电重卡时，换电控制阀组模块采用二位四通阀封住一个油口，或者将电控制阀组模块中的二位四通阀换为二位三通阀以实现换电。

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