CN113815472A - 一种换电电池组件及换电电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种换电电池组件及换电电动汽车，换电电池组件包括移动电池组，移动电池组包括电池模块及电池托架，电池模块固定于电池托架内；移动电池组通过电池托架可拆卸地安装于电动汽车顶部，以形成一由电动汽车车顶部向上凸起的换电电池组件。本方案通过将移动电池组设置于电动汽车的顶部，避免了车辆内部空间被侵占，避免电池因放置于汽车底部而被浸泡损坏，换电无需周边的较大换电空间。同时，需要更换的移动电池组由电池模块及电池托架构成，通过电池托架及车顶的电池托架的配合保护了电池模组，且提升了安装的精确性，换电过程更加简单、精确。

Description

一种换电电池组件及换电电动汽车

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，特别是涉及一种换电电池组件及换电电动汽车。

背景技术

随着新能源车客车的不断发展，动力能源供给方式将会越来越多；目前电动客车，以车载固定的动力电池为主，车辆设置充口，在电池电量不足之前，需将车辆开到充电站进行充电，此种方式会造成较长时间的车辆停运，降低车辆使用率，且占用较大的场地空间。因此，部分的电动客车采用快速换电方案，在电池电量不足之前需将车子开到换电站，只要很短的时间就可以完成换电。此种方式可以大大减少客车因为充电造成的停运时间，提升车辆使用效率。同时电池集中在恒温、恒湿的充电仓中充电，整个过程统一管理、充电状态受控、健康状态受控、有序流动，能够显著提升电池的使用寿命，这种系统化的电池梯次利用管理机制大大提升了电池的残余利用价值，也有效解决了电池从车上退役后的归宿问题。

动力电池在客车上的布置有两种形式，一种是车厢内部布置，即电池布置在车辆前部、中部或者后部等车厢内部空间。此种设置方式的缺点一是动力电池侵占车辆内部使用空间；缺点二是因空间限制电池只能分箱固定，换电效率较低；缺点三是客车换电周边需要较大的换电空间；缺点四是电池安装位置较低，遇到特殊情况下容易电池泡水；缺点五是部分低地板、低入口的车型，车厢内部空间较小，没有足够的空间用来安装动力电池。

而动力电池的另外一种布置形式为顶置电池布置，例如公开号为CN201970972U的申请文件，在电动车的顶部设置一个内凹的电池腔槽，将电池内嵌至电动车顶部的腔槽内。此种方式设置需要对汽车的顶部进行较大的改变，其改进成本较高，且内嵌式的设计还是会占用相当一部分的车内空间。更换电池时，需要将电池嵌入腔槽内，其换电的操作难度较大，耗费的人力、物力较大。

发明内容

基于此，有必要针对现有的换电技术电池占用的车内空间过大、车顶改造大、换电过程麻烦问题，提供一种换电电池组件及换电电动汽车。

一方面，本发明提出了一种换电电池组件，包括移动电池组，所述移动电池组包括电池模块及电池托架，所述电池模块固定于所述电池托架内；所述移动电池组通过所述电池托架可拆卸地安装于电动汽车顶部，以形成一由电动汽车车顶部向上凸起的换电电池组件。

其中，为了使得移动电池组可以牢固的固定在电动汽车顶部，也为了对移动电池组进行保护，该换电电池组件还包括用于固定在电动汽车车顶部的转接架，所述移动电池组通过所述电池托架可拆卸地安装于所述转接架上。

其中，为了提升换电过程中的精确性，所述转接架上设有导向柱，所述电池托架相对应的位置上设有导向孔；所述移动电池组安装于所述转接架上时，所述导向柱插入至所述导向孔内。

其中，为了保障移动电池组安装稳固，且提升安装精确度，加快安装速度，所述转接架上设有锁止螺栓，所述电池托架相对应的位置上设有锁止螺母，所述移动电池组通过锁止螺栓及锁止螺母的配合可拆卸地安装于所述转接架上。

其中，为了使得转接架与电动汽车之间连接更加稳固，所述转接架的底部设有U形的连接板，所述连接板上设有螺栓过孔，所述转接架通过所述螺栓过孔内设置的螺栓固定于所述电动汽车的顶部位置。

其中，为了快速、精确地使移动电池组可以与电动汽车连接，为其提供电能，所述移动电池组设有第一连接头，所述转接架上设有与所述第一连接头相匹配的第二连接头；所述移动电池组安装于所述转接架上时，所述第一连接头与所述第二连接头插合连接；其中，所述转接架还包括插头安装板及缓冲弹力件，所述第二连接头固定设置于所述安装板上，所述安装部通过所述缓冲弹力件设置于所述转接架上。

其中，为了对电池组进行充电、放电管理，且使其在车载状态及非车载状态下都可正常的充放电，所述电池模块包括电池组、电池管理电路及连接线缆，所述电池模块通过所述连接线缆与所述电池托架上的第一连接头连接。

其中，为了保护电池组的安全、提升电池托架的稳固性，所述移动电池组的电池模块为至少一个，所述电池托架内设有固定挡板，所述电池模块之间通过所述固定挡板隔离。

其中，为了保证移动电池组的强度的同时确保其防水、散热，所述电池托架的底板及左右两侧挡板为镂空支架，所述移动电池组还包括电池罩，所述电池罩盖合于所述电池托架上，所述电池罩上开有检修口；所述电池托架的两侧挡板设有至少两个用于机械手抓取的抓取支架。

其中，为了保护移动电池组、避免积水、提升其散热性能，所述转接架为由底架及前后两个侧板构成的U形架，两个所述侧板设置于电动汽车车顶的前侧及后侧位置，所述移动电池组可拆卸地安装于前后两个所述侧板之间；所述转接架的底架为井字型的镂空支架，所述底架固定于电动汽车的车顶位置；所转接架的前后两个侧板都为防水封板；所述防水封板上设置有透气的防水格栅；

所述电池托架的底板及左右两侧挡板为镂空支架，所述电池托架前后两侧为防水封板，所述防水封板上设置有防水格栅。

另一方面，本发明还提出了一种换电电动汽车，包括：电动汽车及如上所述的换电电池组件，所述换电电池组件设置于所述电动汽车的车顶位置，且自所述电动汽车的车顶向上凸起。

本发明通过将转接架设置于电动汽车的顶部，顶置的方式使得电池容易拆卸、安装，避免了车辆内部空间被侵占，避免电池因放置于汽车底部而被浸泡损坏，换电无需周边的较大换电空间。同时，需要更换的移动电池组由电池模块及电池托架构成，通过电池托架保护了电池模组，且提升了安装的精确性，换电过程更加简单、精确。

附图说明

图1为本发明的换电电动汽车一实施例的整体示意图；

图2为本发明的换电电池组件一实施例的整体示意图；

图3为图2所示中的转接架部分的结构示意图；

图4为图2所示中的移动电池组部分的结构示意图；

图5为图4所示中电池罩部分的结构示意图；

图6为图4所示电池模组部分的结构示意图；

图7为图4所示电池托架部分的结构示意图；

图8为图4所示电池托架部分另一角度的示意图；。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、电动汽车；11、电动汽车顶部；2、移动电池组；21、电池模块；22、电池托架；221、导向孔；222、锁止螺母；223、第一连接头；224、固定挡板；225、防水格栅；226、抓取支架；23、电池罩；3、转接架；31、导向柱；32、锁止螺栓；33、连接板；34、第二连接头35、安装板；36、缓冲弹力件；37、底架；38、侧板。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做清楚、完整的描述。显然，以下描述的具体细节只是本发明的一部分实施例，本发明还能够以很多不同于在此描述的其他实施例来实现。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

参照图1至图8所示，本发明提出了一种换电电池组件，包括移动电池组2及用于固定于电动汽车1车顶部11的转接架3；移动电池组2包括电池模块21及电池托架22，电池模块21固定于电池托架22内；移动电池组2通过电池托架22可拆卸地安装于转接架3上，以形成一由电动汽车1车顶部11向上凸起的换电电池组件。当然，移动电池组2及转接架3的宽度尺寸不能超出电动汽车1的车辆宽度。

本发明通过将转接架3设置于电动汽车1的顶部11，顶置的方式使得电池容易拆卸、安装，避免了车辆内部空间被侵占，避免电池因放置于汽车底部而被浸泡损坏，换电无需周边的较大换电空间。同时，需要更换的移动电池组2由电池模块21及电池托架22构成，通过电池托架22保护了电池模组，且提升了安装的精确性，换电过程更加简单、精确。

在本实施例的基础上，为了提升换电过程中组的精确性，确保移动电池组2可以快速精确的安装至电动汽车顶部11上，为保护移动电池组2或连接头不被碰伤。转接架3上设有导向柱31，电池托架22相对应的位置上设有导向孔221；移动电池组2安装于转接架3上时，导向柱31插入至导向孔221内。导向柱31及导向孔221可引导移动电池组2在水平XY轴方向的移动，提升精确性。只有当移动电池组2在XY轴方向定位准确后，移动电池组2与电动汽车1相连接，为其进行供电。

进一步地，为了保障移动电池组2安装稳固，且提升安装精确度，加快安装速度，转接架3上设有锁止螺栓32，电池托架22相对应的位置上设有锁止螺母222，移动电池组2通过锁止螺栓32及锁止螺母222的配合可拆卸地安装于转接架3上。

需要说明的是，电池托架22与车辆顶部11的转接架3之间的可拆卸安装方式并非只有锁接结构，也可以采用其他活动连接结构，如：扣接结构，快插结构等等，其不以本实施例中描述为限制。

在本实施例的基础上，转接架3的底部设有U形的连接板33，连接板33上设有螺栓过孔，转接架3通过螺栓过孔内设置的螺栓固定于电动汽车1的顶部11位置。通过底部设置的U型连接板33使得转接架3与电动汽车1之间连接更加稳固。需要说明的是，转接架3与电动汽车1的顶部11采用固定连接，即转接架3固定到车顶部11后不需要再拆卸下来。U形的连接板33使得转接架固定更加稳固。

当然，转接架3与电动汽车车顶11之间也可以通过其他形式进行固定，其不以本实施例中描述的为限制。

在本实施例中，为了快速、精确地使移动电池组2可以与电动汽车1连接，为其提供电能，移动电池组2设有第一连接头223，转接架3上设有与第一连接头223相匹配的第二连接头34；移动电池组2安装于转接架3上时，第一连接头223与第二连接头34插合连接。

进一步地，为了对连接头进行缓冲，避免换电过程中第二连接头34被撞坏，保护设备安全，转接架3还包括插头安装板35及缓冲弹力件36，第二连接头34固定设置于安装板35上，安装部通过缓冲弹力件36设置于转接架3上。

可以理解的是，第一连接头223及第二连接头34的配合可快速、精确地使移动电池组2可以与电动汽车1连接，为其提供电能。而缓冲弹力件36的设置可对连接头进行缓冲，避免换电过程中第二连接头34被撞坏，保护设备安全。当然，第一连接头223及第二连接头34的数量可以为一组，也可以为多组，具体根据电池模块21布置需求确定。当然，本发明中缓冲弹力件36也可以取消，或通过其他形式代替，其不以本实施例中描述的为限制。

本实施例中，缓冲弹力件36为四个支撑安装板35及第二连接头34的弹簧，当然，缓冲弹力件36还可以弹力橡胶块等其他可实现缓冲的结构，其不以本实施例中描述为限制。

具体地，为了对电池组进行充电、放电管理，且使其在车载状态及非车载状态下都可正常的充放电，电池模块21包括电池组、电池管理电路及连接线缆，电池模块21通过连接线缆与电池托架22上的第二连接头34连接。电池模块21可以从外部获得电能对电池组进行充电，也可以对外输出电能。

本实施例中，移动电池组2的电池模块21为至少一个，电池托架22内设有多个固定挡板224。当电池模块21的数量为两个或以上时，每一电池模块21之间通过固定挡板224隔离。可以理解的是，固定隔离板可以保护电池组的安全、提升电池托架22的稳固性，固定挡板224的设置还可对电池托架22进行加固，避免电池托架22在车辆运行过程中受挤压变形。

当然，本移动电池组2内也可以无需使用固定挡板224，其结构不以本实施例中描述为限制。

进一步地，为了便于换电过程中使用机械手垂直上下拿取、放置移动电池组2，提升换电效率及精确度，电池托架22的左右两侧挡板设有至少两个用于机械手抓取的抓取支架226。

当然，移动电池组2可以通过人力或机械设备协助，短时间内在换电客车的车辆顶部11上完成安装或者拆卸。其使用何种动力来驱动换电工作，不以本实施例中描述为限制。

其中，为了保护电池模块21，同时可便于检修，移动电池组2还包括电池罩23，电池罩23盖合于电池托架22上，电池罩23上开有检修口。同时，电池罩23在前后方向有进风口和出风口，用于实现电池通风散热。当然，电池罩23上的进风口及出风口也可以取消，通过其他形式进行散热，其结构不以本实施例中描述的为限制。

在本发明一实施例中，相比于内嵌式的电池设置方式，外置的设置方式在对电池的保护上有所欠缺，为了解决此问题，本实施例中，转接架3为由底架37及前后两个侧板38构成的U形架，两个侧板38设置于电动汽车1车顶的前侧及后侧位置，移动电池组2可拆卸地安装于前后两个侧板38之间。。

进一步地，为了解决外置式的电池设置方式带来的防水问题，转接架3的底架37为井字型的镂空支架，底架37固定于电动汽车1的车顶位置。镂空设置可以及时排出雨水，避免转接架3积水，保护电池不受水浸泡。当然，底板不一定位井字形，也可以为其他镂空形式，其不以本实施例中描述的结构为限制。

在一实施例中，为了避免移动电池组2进水，所转接架3的前后两个侧板38都为防水封板，以避免雨水渗入。保护电池组正常运行。而为了保障防水性的同时实现透气散热，防水封板上设置有透气的防水格栅225。作为一种优选的方案，该防水格栅225倾斜设置，可以避免雨水正面淋进电池组2内。

当然，防水封板也可以通过其他材料来替代，例如玻璃钢等；同样的，该防水封板上也可以无防水栅格225，其散热也可以通过例如：电池水冷系统来实现，其不以本实施例中描述的为限制。

其中，为了保证移动电池组2的强度的同时确保其防水、散热，电池托架22的底板及左右两侧挡板为镂空支架，电池托架22前后两侧为防水封板，防水封板上设置有防水格栅225。转接架3和电池托架22的防水栅格225重叠设置，双重防水栅格225可以更好的实现防水、透气的功效。

另一方面，本发明还提出了一种换电电动汽车，包括：电动汽车1及如上的换电电池组件，换电电池组件设置于电动汽车1的车顶位置，且自电动汽车1的车顶向上凸起。

要说明的是，本实施例中的电动汽车1为电动客车，但该结构也可以应用于电动家用车等其他车型上。同时，本电动汽车1的动力类型可以为纯电动车或混合动力电动车，其不以本实施例中描述为限制。

本发明实施例，当换电客车需要充电时，将换电客车开到换电服务站。换电服务站检查车辆，关闭车辆电源，准备开始换电。换电的过程为：

首先根据专用换电设备检测，确定移动电池组2的安装位置，确定电池托架22的锁止螺母222和转接架3的空间位置。接着换电设备的机械手采用专用工具将电池托架22上面的锁止螺母222全部松开，使移动电池组2处于可拆卸状态。然后换电设备的机械手拿取抓取支架226，根据车辆实际停放的角度，将移动电池组2垂直于转接架3上表面的方向往上缓慢移动。于此同时，移动电池组2的第一连接头223的插座与第二连接头34的插头也同步开始分离，直至完全分开。当移动电池组2完全脱离转接架3后，则可加速将移动电池组2放置到专用小车上，由专用小车携带移动电池组2到固定区域进行电池充电。接着换电设备的机械手抓取准备更换的移动电池组2，快速移动到换电客车的转接架3的上方。然后根据设备检测提供的位置坐标，将新的移动电池组2往下缓慢降落。于此同时，转接架3上的导向柱31开始配合电池托架22的导向孔221，引导移动电池组2在水平XY轴方向进行调整。当移动电池组2在XY方向定位准确后，才能实现移动电池组2的竖直Z轴向向下移动。此时移动电池组2的第一连接头223插座与第二连接头34插头准备开始慢慢接触，直至完全连接。电池托架22的锁止螺母222也同步移动到转接架3的锁止螺栓32上。最后移动电池组2完全落到转接架3上，换电设备的机械手采用专用工具将锁止螺母222全部锁紧。换电客车完成换电工作，离开换电服务站继续正常行驶。

本发明可以实现电动客车顶置电池布置，即电池布置在车辆顶部11。这种布置可以保留原车辆内部使用空间；电池整箱布置，换电效率高；电池整箱布置，从车顶进行换电，需要的换电空间相对较小；此外，电池安装位置高，不存在电池泡水问题；对于车厢内部空间不足、无法安装动力电池的车辆也适用。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、替换及改进，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (11)

1.一种换电电池组件，其特征在于，包括：移动电池组，所述移动电池组包括电池模块及电池托架，所述电池模块固定于所述电池托架内；所述移动电池组通过所述电池托架可拆卸地安装于电动汽车顶部，以形成一由电动汽车车顶部向上凸起的换电电池组件。

2.根据权利要求1所述的换电电池组件，其特征在于，还包括用于固定在电动汽车车顶部的转接架，所述移动电池组通过所述电池托架可拆卸地安装于所述转接架上。

3.根据权利要求2所述的换电电池组件，其特征在于，所述转接架上设有导向柱，所述电池托架相对应的位置上设有导向孔；所述移动电池组安装于所述转接架上时，所述导向柱插入至所述导向孔内。

4.根据权利要求2所述的换电电池组件，其特征在于，所述转接架上设有锁止螺栓，所述电池托架相对应的位置上设有锁止螺母，所述移动电池组通过锁止螺栓及锁止螺母的配合可拆卸地安装于所述转接架上。

5.根据权利要求2所述的换电电池组件，其特征在于，所述转接架的底部设有U形的连接板，所述连接板上设有螺栓过孔，所述转接架通过所述螺栓过孔内设置的螺栓固定于所述电动汽车的顶部位置。

6.根据权利要求2所述的换电电池组件，其特征在于，所述移动电池组设有第一连接头，所述转接架上设有与所述第一连接头相匹配的第二连接头；所述移动电池组安装于所述转接架上时，所述第一连接头与所述第二连接头插合连接；其中，所述转接架还包括插头安装板及缓冲弹力件，所述第二连接头固定设置于所述安装板上，所述安装部通过所述缓冲弹力件设置于所述转接架上。

7.根据权利要求1或2所述的换电电池组件，其特征在于，所述电池模块包括电池组、电池管理电路及连接线缆，所述电池模块通过所述连接线缆与所述电池托架上的第一连接头连接。

8.根据权利要求1或2所述的换电电池组件，其特征在于，所述移动电池组的电池模块为至少一个，所述电池托架内设有固定挡板，所述电池模块之间通过所述固定挡板隔离。

9.根据权利要求1或2所述的换电电池组件，其特征在于，所述移动电池组还包括电池罩，所述电池罩盖合于所述电池托架上，所述电池罩上开有检修口；所述电池托架的两侧挡板设有至少两个用于机械手抓取的抓取支架。

10.根据权利要求2所述的换电电池组件，其特征在于，所述转接架为由底架及前后两个侧板构成的U形架，两个所述侧板设置于电动汽车车顶的前侧及后侧位置，所述移动电池组可拆卸地安装于前后两个所述侧板之间；

其中，所述转接架的底架为井字型的镂空支架，所述底架固定于电动汽车的车顶位置；所转接架的前后两个侧板都为防水封板；所述防水封板上设置有透气的防水格栅；

所述电池托架的底板及左右两侧挡板为镂空支架，所述电池托架前后两侧为防水封板，所述防水封板上设置有防水格栅。

11.一种换电电动汽车，其特征在于，包括：电动汽车及如权利要求1至10任一项所述的换电电池组件，所述换电电池组件设置于所述电动汽车的车顶位置，且自所述电动汽车的车顶向上凸起。

Images