CN117080658B - 一种电动汽车快速换电锁止机构及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车电池领域，提供一种电动汽车快速换电锁止机构及控制系统，包括控制部与驱动部集成一体；拉索组件，所述拉索组件包括主动拉索和若干个从动拉索，且主动拉索与若干个从动拉索连接，以使所述主动拉索同时拉动若干个从动拉索移动；驱动部，与所述控制部驱动电源连接，且驱动部与所述主动拉索连接，以使驱动部拉动主动拉索移动。本发明在使用时，采用一个驱动部同时控制多个锁块的开启和关闭，能够更快地完成电池和车身的分离与连接，从而实现快速更换汽车电池，提高更换效率。本发明尤其不需要任何拆装工具，分离时通过识别开启使能信号，自动解锁；安装时电池顶装到位自动锁紧，使换电装置系统简便通用。

Description

一种电动汽车快速换电锁止机构及控制系统

技术领域

本发明涉及汽车电池领域，具体涉及一种电动汽车快速换电锁止机构及控制系统。

背景技术

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。

新能源汽车包括四大类型，混合动力电动汽车(HEV)、纯电动汽车(BEV，包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、其他新能源(如超级电容器、飞轮等高效储能器)汽车等。

动力电池即为工具提供动力来源的电源，多指为电动汽车、电动列车、电动自行车、高尔夫球车提供动力的蓄电池。其主要区别于用于汽车发动机启动的启动电池。多采用阀口密封式铅酸蓄电池、敞口式管式铅酸蓄电池以及磷酸铁锂蓄电池。

近年来，我国新能源汽车发展势头强劲，在车型配套、技术研发和新能源汽车消费市场方面发展迅速，在企业、技术和市场领域都有所突破。新能源汽车配套环境方面，政府明确制定实施充换电设施发展规划，势必要加快发展步伐，以适应新能源汽车的市场需求。

新能源汽车充电时间长，尤其对营运类客户，以及家里无停车位无法自建充电桩的私人用户，无法满足要求。

换电，就是通过更换汽车电池来满足汽车续航需求的补能方式，区别于充电桩充电，是将电池和车身分离进行充电的模式。

新能源汽车的电池一般采用可拆卸的卡接或螺接方式，在已知的换电技术方案中，由于螺接拆装不便利很少采用，大多采用卡接方式。卡接方式部位较多，拆卸、安装时需要控制每个卡接部位，采用的控制部分较多，换电设备需要精准对位，换电装置的成本较高。各车型的电池型号和安装位置不同，对应的换电设备也不同，换电站需要一种车型配套一个换电平台，前期投资成本很高，满足不了快速换电的市场需求。

基于此，我们设计了一种新的电动汽车快速换电的锁止机构及控制系统。

发明内容

本申请的目的在于提供一种新的电动汽车快速换电的锁止机构及控制系统，针对现有技术的不足，本发明提供了一种电动汽车快速换电锁止机构及控制系统，能够更快地完成电池和车身的分离与连接，从而实现快速更换汽车电池，而且更换过程自动化程度高，省时省力。不需要任何拆装工具。拆卸时通过识别开锁信号，执行器自动解锁，电池分离后执行器自动复位。安装时电池顶装到位自动锁紧，使换电装置系统简便通用。

解决了在目前市场电池标准不统一和电池安装位置不一致的情况下，实现通用换电装置系统，可以推进标准化换电的发展，使快速换电市场发展空间快速打开。

为实现上述目的，本申请提供如下技术方案一种电动汽车快速换电锁止机构，包括控制部与驱动部集成一体；拉索组件，所述拉索组件包括主动拉索和若干个从动拉索，且主动拉索与若干个从动拉索连接，以使所述主动拉索同时拉动若干个从动拉索移动；驱动部，与所述控制部驱动电源连接，且驱动部与所述主动拉索连接，以使驱动部拉动主动拉索移动；若干个锁块件，每个所述锁块件与一个从动拉索连接，并在所述从动拉索拉动下打开或复位。锁扣，固定在电池包上，用于与锁块件连接。

优选地，所述拉索组件还包括：壳体；

活动芯，活动安装在壳体内，所述主动拉索贯穿壳体的一侧与活动芯连接，若干个所述从动拉索贯穿与主动拉索一侧平行的另一侧与所述活动芯连接。

优选地，所述锁块件包括：锁体壳；锁体壳上设有鱼嘴开口、固定孔、开关卡接槽。止动爪，通过固定轴与所述锁体壳转动连接，止动爪上装有止动复位扭簧，且止动爪的一端与所述从动拉索连接；卡板，通过固定轴与所述锁体壳转动连接，卡板上装有复位扭簧，且与止动爪适配，以使卡板和止动爪啮合在一起，所述卡板上还开设有锁槽；所述锁扣呈U字型，且锁扣的U型底部卡接在所述锁槽中，所述锁扣的U型两端镦铆在锁扣底座上，用于与电池连接。

优选地，所述锁块件还包括：第一传感器，安装在锁体壳内，并与所述控制部电连接，位于止动爪的一侧，并在所述止动爪旋转时，触发所述第一传感器。

优选地，所述锁块件还包括第二传感器和第三传感器，均与控制部电连接，所述第二传感器和所述第三传感器位于卡板的一侧；所述卡板被旋转至当所述锁块件半开时，触发所述第二传感器，当旋转至所述锁块件全开时，触发所述第三传感器。

优选地，所述壳体上还开设有鱼嘴开口，所述鱼嘴开口底部安装有缓冲部，所述缓冲部用于缓冲和抱紧所述锁扣。

优选地，所述拉索组件包括卡接件，所述卡接件与所述从动拉索连接；所述止动爪上安装有卡槽，所述卡槽包括开口部和内口部，所述开口部与内口部连通，所述从动拉索穿过所述开口部，且卡接件卡在内口部上。

优选地，所述止动爪上一体连接有止回部，所述止回部的外侧壁设置为弧面；所述卡板的侧壁开设有凹面，所述凹面与所述弧面接触，且凹面与弧面的形状贴合；所述弧面的形状被设置为与止回部转动时，所述弧面与止回部的最外圈所在的虚拟圆的部分圆完全重合，以使所述止回部转动时，所述卡板不会移动。

一种电动汽车快速换电锁止机构，包括集成在一起的控制部与驱动部；还包括：锁块件，与所述驱动部连接，且驱动部用于驱动锁块件打开；锁扣，固定在电池包上，用于与锁块件连接。

一种电动汽车快速换电控制系统，包括控制部、驱动部和锁块件；所述控制部用于接收开锁使能信号；所述控制部通过全开信号线与驱动部连接；所述控制部分别通过开启限位信号线和锁闭信号线与锁块件及车身连接。

综上，本发明的技术效果和优点：

本发明提供了一种电动汽车快速换电锁止机构及控制系统。与现有技术相比，具备以下有益效果：通过拉索组件，可以采用一个驱动部同时控制多个锁块件的开启和关闭，能够更快地完成开锁和更换，提高更换的效率。不需要任何拆装工具，拆卸时通过识别开锁信号，执行器自动解锁；安装时电池顶装到位自动锁紧，使换电装置系统简便通用。能够快速对新能源汽车底盘电池进行更换，而且更换过程自动化程度高，省时省力。在目前市场电池标准不统一情况下，有望实现通用换电系统，可以推进标准化换电的发展，使快速换电市场发展空间快速打开。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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地介绍，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他的附图。

图1为实施例一的结构示意图。

图2为拉索组件的部分连接结构示意图。

图3为锁块件的结构示意图。

图4为锁体壳内部的结构示意图。

图5为图4另一视角的结构示意图。

图6为鱼嘴开口和缓冲部的结构示意图。

图7为止动爪和卡板的连接结构示意图。

图8为实施例二的结构示意图。

图中的附图标记为：

10控制部。

20拉索组件、21壳体、22活动芯、23主动拉索、24从动拉索、25鱼嘴开口、26缓冲部。

30驱动部。

40锁块件、41锁体壳、42止动爪、43卡板、44锁扣、45锁槽。

51第一传感器、52第二传感器、53第三传感器。

60全开信号线、61开启限位信号线、62锁闭信号线。

70卡接件、71止回部、72弧面、73凹面。

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。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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

通过提供一种电动汽车快速换电锁止机构，解决了拆卸电池不方便的问题，在使用时，实现了能够快速拆卸更换汽车上的电池，消除电动汽车用户的用电焦虑。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

采用一个控制部10控制，通过拉索组件20分线，能够同时带动多个拉线，每个拉线可以带动一个开关部位同时打开或者关闭，开关时，通过传感器感知止动爪42部位的状态，根据止动爪42部位的不同状态、全开、半开、全锁等，调节控制部10的移动位置，并且控制部10的工作时间预设在800ms以内，提高动作灵敏度。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

参照图1-图7，一种电动汽车快速换电锁止机构，包括控制部10，用于接收开关信号，并进行信号传递；拉索组件20，拉索组件20包括主动拉索23和若干个从动拉索24，且主动拉索23与若干个从动拉索24连接，以使主动拉索23同时拉动若干个从动拉索24移动；驱动部30，与控制部10电连接，且驱动部30与主动拉索23连接，以使驱动部30拉动主动拉索23移动；若干个锁块件40，每个锁块件40与一个从动拉索24连接，并在从动拉索24拉动下打开或关闭。

在需要对汽车电池进行更换时，可以直接通过汽车总控向控制部10发出开锁命令，控制部10接收到开锁信号后，根据开锁信号的内容，向驱动部30发出命令。驱动部30可以采用直线驱动电机、电动伸缩杆、液压伸缩杆等直线驱动部件；也可以采用旋转式驱动方式拉动拉索。

驱动部30带动主动拉索23移动，主动拉索23同时带动多个从动拉索24移动，从动拉索24能够拉动锁块件40，同时使多个锁块件40打开，这样就完成了开锁的目的。而开锁之后，则能够快速将汽车电池从汽车上拆卸下来，然后在更换新的电池时，将新电池的锁合部件重新与锁块件40卡接在一起即可。整个拆卸安装的过程快速方便，省时省力。

整个装置可以安装在支架上，支架可以安装在车底盘上。

参照图2，拉索组件20还包括：壳体21；活动芯22，活动安装在壳体21内，主动拉索23贯穿壳体21的一侧与活动芯22连接，若干个从动拉索24贯穿与主动拉索23一侧平行的另一侧与活动芯22连接。

在主动拉索23移动时，能够带动活动芯22移动，活动芯22带动多个从动拉索24移动，这样就同时打开多个锁块件40。而从动拉索24的长度可以根据锁块件40的位置进行设置。

参照图3和图4，锁块件40包括：锁体壳41；止动爪42，通过止动复位扭簧与锁体壳41转动连接，且止动爪42的一端与从动拉索24连接；卡板43，通过复位弹簧与锁体壳41转动连接，且与止动爪42适配，以使卡板43和止动爪42啮合在一起，卡板43上还开设有锁槽45；锁扣44，呈U字型，且锁扣44的U型底部卡接在锁槽45中，锁扣44的U型两端连接在锁扣底座上，用于与电池连接，连接方式可以采用镦铆，也可以采用焊接。

锁壳体41可与通过固定轴与止动爪42转动连接，且连接处采用铆接，且固定轴可以设置为空心，作为锁块件40的装配孔。

卡板43也可以采用固定轴与锁壳体41转动连接。

另外，卡板43、止动爪42可以采用其他转动连接的方式，比如采用轴承等。且卡板43和止动爪42通过固定轴与锁体壳的连接关系也可以采用铆接之外的其他连接方式，比如焊接、螺纹连接等。

从动拉索24拉动止动爪42转动，同时止动复位扭簧也会发生形变，止动爪42在转动的过程中，逐渐失去对卡板43的卡接，直到止动爪42与卡板43分开，锁槽45暴露出来，这样锁扣44就能够从锁槽45中脱离从而实现了开锁。

而在关锁的过程中，则是锁扣44推送卡板43移动，同时从动拉索24会放松止动爪42的牵引力，卡板43转动时，锁扣44逐渐卡入锁槽45中，同时止动复位扭簧的反弹力也会带动止动爪42重新与卡板43卡在一起，这样就重新将锁扣44锁在了锁槽45中。

参照图6，壳体21上还开设有鱼嘴开口25，所述鱼嘴开口25底部安装有缓冲部26，所述缓冲部26用于缓冲和抱紧所述锁扣44。

通过鱼嘴开口25可以方便锁扣44活动，同时锁扣44与缓冲部26压缩配合，能够避免在活动时发出异响。缓冲部26可以采用缓冲橡胶块，也可以采用软塑料垫等材料。

锁块件40还包括：第一传感器51，安装在锁体壳41内，并与控制部10电连接，位于止动爪42的一侧，并在止动爪42移动时，触发第一传感器51。

在止动爪42转动时，能够与第一传感器51接触，触发第一传感，而在关闭锁块件40时，止动爪42又会与第一传感器51脱离，这样根据第一传感器51的状态，就可以判断锁块件40处于打开还是关闭的状态。

锁块件40还包括第二传感器52和第三传感器53，均与控制部10电连接，第二传感器52和第三传感器53位于卡板43的一侧；卡板43被设置为当锁块件40半开时，触发第二传感器52，当锁块件40全开时，触发第三传感器53。

通过第二传感器52能够判断锁块件40处于半开的状态，而通过第三传感器53能够判断锁块件40处于全开的状态，这样通过第一传感器51、第二传感器52和第三传感器53能够识别锁块件40处于何种状态。

参照图7，拉索组件包括卡接件70，卡接件70与从动拉索连接；止动爪上安装有卡槽，卡槽包括开口部和内口部，开口部与内口部连通，从动拉索穿过开口部，且卡接件70卡在内口部上。

从动拉索穿过开口部，这样能够将从动拉索安装在卡槽上，保证从动拉索的稳定，从动拉索的宽度可以设置为与开口部的宽度相同，这样从动拉索不会轻易从开口部中脱离。

而内口部的尺寸大于开口部，并且受到卡接件70的作用，卡住内口部，这样在从动拉索移动时，拉动卡接件70，卡接件70卡住卡槽，带动止动爪转动，在失去止动爪的限制后，卡板能够自由移动，从而使锁扣打开。

止动爪上一体连接有止回部71，止回部71的外侧壁设置为弧面72；卡板的侧壁开设有凹面73，凹面73与弧面72接触，且凹面73与弧面72的形状贴合；弧面72的形状被设置为与止回部71转动时，弧面72与止回部71的最外圈所在的虚拟圆的部分圆完全重合，以使止回部71转动时，卡板不会移动。

弧面72与止动爪42的固定中心孔为同心圆。

这样设置，止回部71的弧面72与卡板凹面73重合一致，使卡板43对止动爪42的作用力通过止动爪42的轴心，这样不会产生分力，止动爪42和卡板43产生自锁，啮合得更牢固，不会自然脱开。

止回部71的弧面72与卡板凹面73的有效啮合长度设置在3-10mm。

这样设置能够使得弧面72与凹面73的卡接稳定，同时在打开的时候也更加快捷。

这样设置是为了保证止回部71转动时，能够更快地带动止动爪与卡板脱离，方便开锁，也能够起到较好的支撑作用，如果设置在10mm以上，则拉动止动爪移动的距离增加，开锁的速度变慢，而如果小于3mm，则容易失去卡接效果，有自动打开锁的风险，锁止的效果变差。

实施例

参照图1和图8，一种电动汽车快速换电控制系统，包括控制部10、驱动部30和锁块件40；控制部10用于接收开锁信号；控制部10通过全开信号线60与驱动部30连接；控制部10分别通过开启限位信号线61和锁闭信号线62与锁块件40连接。

通过全开信号线60能够传递全开信号，从而控制驱动部30复位。

通过开启限位信号线61能够判断锁块件40已经解锁，而通过锁闭信号线62则能够快速传递锁块件40已经关闭的信号。整个控制系统走线简单，控制效果好，从而方便使用者在车内就能够得出整个锁块件40的开关状态。

实施例

一种电动汽车快速换电锁止机构，集成在一起的控制部与驱动部，直接采用驱动部安装在车架上，包括集成在一起的控制部与驱动部；还包括：锁块件，与所述驱动部连接，且驱动部用于驱动锁块件打开；锁扣，固定在电池包上，用于与锁块件连接。

驱动部分布在车架四周，驱动部的数量可以设置为多个，比如设置为四个、六个、八个等等。

这样驱动部直接驱动锁块件打开，这样无需拉索传动，固定效果好。

驱动部无需采用拉索组件，而是直接驱动止动爪和卡板打开或者关闭，这样无需在采用拉索组件，直接控制电池安装拆卸，电池包上依然安装锁扣，用于与锁块件连接，确保安装快速稳定安全。

其中，锁块件可以采用和实施例一中相同的锁块件结构。

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。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电动汽车快速换电锁止机构，其特征在于，包括：

控制部（10）与驱动部（30）集成一体；

拉索组件（20），所述拉索组件（20）包括主动拉索（23）和若干个从动拉索（24），且主动拉索（23）与若干个从动拉索（24）连接，以使所述主动拉索（23）同时拉动若干个从动拉索（24）移动；

驱动部（30），与所述控制部（10）驱动电源连接，且驱动部（30）与所述主动拉索（23）连接，以使驱动部（30）拉动主动拉索（23）移动；

若干个锁块件（40），每个所述锁块件（40）与一个从动拉索（24）连接，并在所述从动拉索（24）拉动下打开或复位；

锁扣（44），固定在电池包上，用于与锁块件（40）连接；

所述锁块件（40）包括：

锁体壳（41）；

止动爪（42），与所述锁体壳（41）转动连接，止动爪上装有止动复位扭簧，且止动爪（42）的一端与所述从动拉索（24）连接；

卡板（43），与所述锁体壳（41）转动连接，卡板上装有复位扭簧，且与止动爪（42）适配，以使卡板（43）和止动爪（42）啮合在一起，所述卡板（43）上还开设有锁槽（45）；

所述锁扣（44）呈U字型，且锁扣（44）的U型底部卡接在所述锁槽（45）中，所述锁扣（44）的U型两端安装在锁扣底座上，用于与电池连接；

所述止动爪（42）上一体连接有止回部（71），所述止回部（71）的外侧壁设置为弧面（72），弧面（72）与止动爪（42）的固定中心孔为同心圆；

所述卡板（43）的侧壁开设有凹面（73），所述凹面（73）与所述弧面（72）接触，且凹面（73）与弧面（72）的形状贴合；

所述弧面（72）的形状被设置为与止回部（71）转动时，所述弧面（72）与止回部（71）的最外圈所在的虚拟圆的部分圆完全重合，以使所述止回部（71）转动时，所述卡板（43）不会移动；

所述拉索组件（20）包括卡接件（70），所述卡接件（70）与所述从动拉索（24）连接；

所述止动爪（42）上安装有卡槽，所述卡槽包括开口部和内口部，所述开口部与内口部连通，所述从动拉索（24）穿过所述开口部，且卡接件（70）卡在内口部上；

止回部（71）的弧面（72）与卡板凹面（73）的有效啮合长度设置在3-10mm。

2.如权利要求1所述的锁止机构，其特征在于，所述拉索组件（20）还包括：

壳体（21）；

活动芯（22），活动芯安装在壳体（21）内，所述主动拉索（23）贯穿壳体（21）的一侧与活动芯（22）连接，若干个所述从动拉索（24）贯穿与主动拉索（23）一侧平行的另一侧与所述活动芯（22）连接。

3.如权利要求1所述的锁止机构，其特征在于，所述锁块件（40）还包括：

第一传感器（51），安装在锁体壳（41）内，并与所述控制部（10）电连接，位于止动爪（42）的一侧，并在所述止动爪（42）旋转时，触发所述第一传感器（51）。

4.如权利要求1所述的锁止机构，其特征在于，所述锁块件（40）还包括第二传感器（52）和第三传感器（53），均与控制部（10）电连接，所述第二传感器（52）和所述第三传感器（53）位于卡板（43）的一侧；

所述卡板（43）被旋转至当所述锁块件（40）半开时，触发所述第二传感器（52），当旋转至所述锁块件（40）全开时，触发所述第三传感器（53）。

5.如权利要求2所述的锁止机构，其特征在于，所述壳体（21）上还开设有鱼嘴开口（25），所述鱼嘴开口（25）底部安装有缓冲部（26），所述缓冲部（26）用于缓冲和抱紧所述锁扣（44）。

6.一种电动汽车快速换电锁止机构，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的锁止机构，以及集成在一起的控制部与驱动部；还包括：

锁块件，与所述驱动部连接，且驱动部用于驱动锁块件打开；

锁扣，固定在电池包上，用于与锁块件连接。

7.一种电动汽车快速换电控制系统，其特征在于，包括权利要求1-5中任一项所述的锁止机构，以及控制部（10）、驱动部（30）和锁块件（40）；

所述控制部（10）用于接收开锁使能信号；

所述控制部（10）通过全开信号线（60）与驱动部（30）连接；

所述控制部（10）分别通过开启限位信号线（61）和锁闭信号线（62）与锁块件（40）及车身连接。