CN214083823U - 一种车载电池总成锁紧架 - Google Patents
一种车载电池总成锁紧架 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种车载电池总成锁紧架,属于机械锁设备技术领域。设备包括解锁架,框架包括相互平行的左纵梁、右纵梁,左纵梁、右纵梁的前后两端分别由前梁与后梁连接固定;左纵梁或/和右纵梁内侧面上安装有锁紧架,锁紧架用于固定和承载电池总成;锁紧架包括钩型架和F锁;钩型架包括主背梁;主背梁的一端向下弯折一段距离,再反向弯折一段距离,从而在主背梁下方形成支柱承载槽;主背梁的另一端向下弯折,形成支柱承载槽的另一侧壁。本实用新型采用了嵌设在主背梁上内的活动锁扣结构,从而在占用尽可能小的横向空间前提下,巧妙地集成了所有结构,能够在汽车底盘固定的预留空间内尽可能多地将空间留给电池总成,以提高蓄电量。
Description
技术领域
本实用新型涉及机械锁设备技术领域,具体地说,涉及一种车载电池总成锁紧架。
背景技术
传统能源日益枯竭,纯电动汽车逐渐成为机车领域的主流。纯电动汽车在普及之时,面临的最大问题在于充电时间过长,严重影响了驾驶者使用体验。为了解决该问题,很多新能源汽车企业采用快速换电技术,即采用便于拆卸的电池总成安装于机车上,通过在特定的换电站更换有电电池满足使用者连续驾驶的需求。
在实现快速换电目的过程中,最重要问题在于如何保证电池总成既能够便捷灵活地安装在汽车上,或者从汽车上拆解下来,又能够保证安装之后的电池总成能够可靠地固定,经受汽车颠簸晃动等恶劣驾驶环境。
申请号为2019212252482,授权公告日为2020年05月12日的实用新型专利公开了一种电动汽车锁止机构,包括两个侧面板、正面板和背面把手,两个侧面板平行且对称设置,侧面板的内侧面设有多个位于同一直线上的锁紧块,侧面板的内侧面设有连杆,连杆与侧面板平行,连杆的底部设有限位销,限位销能够插入第一锁紧块内,限位销能够随着连杆在竖直方向移动,限位销用于挡住锁紧块的缺口,形成锁紧空间,连杆的底部还设有套有弹簧的导柱,导柱与侧面板固定,连杆套设于导柱上,连杆能够沿导柱在竖直方向移动。该设备采用长方体卡销对电池进行锁紧,但是该设备存在以下问题,首先,车辆的电池总成安装架并非处于水平姿态,即车辆在设计之初,或者安装电池之后,或者在使用之后会有前侧低,后侧高的车身姿态,导致电池电池举升平台出现倾斜。在上述设备设计之初,考虑的是在水平姿态下对连杆进行同时顶起,但是在实际使用过程中,一旦连杆出现倾斜,与连杆配合的水平安装的顶起设备将不能有效将连杆水平移动解锁,更容易出现卡死的情形,降低换电成功率。其次,长尺寸的连杆同时操控数个锁紧机构,及数个弹簧支撑机构,这种设置方式会对各个锁紧机构的动作同步性提出更高要求,即对零件加工精度、安装精度提出更高要求,导致加工成本偏高,普及成本增大。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有技术中的长连杆结构难以长期保持与解锁机构高精度配合,导致解锁过程易卡死的问题,本实用新型提供一种车载电池总成锁紧架,采用单设的若干锁紧机构分别与解锁机构配合,避免单独解锁不同步导致的卡死问题。
2、技术方案
为解决上述问题,本实用新型采用如下的技术方案。
一种车载电池总成锁紧架,包括解锁架,所述框架包括相互平行的左纵梁、右纵梁,左纵梁、右纵梁的前后两端分别由前梁与后梁连接固定;
所述左纵梁或/和右纵梁内侧面上安装有锁紧架,所述锁紧架用于固定和承载电池总成;
所述锁紧架包括钩型架和F锁;
所述钩型架包括主背梁;
所述主背梁的一端向下弯折一段距离,再反向弯折一段距离,从而在主背梁下方形成支柱承载槽;所述主背梁的另一端向下弯折,形成支柱承载槽的另一侧壁;
所述F锁包括位于钩型架上方的主钩,及位于F锁中部的副钩;
所述副钩向钩型架延伸,并形成可封堵支柱承载槽的活动扣;所述副钩借助钩型架和F 锁之间的弹性件使F锁相对于钩型架移动或转动,实现副钩对支柱承载槽的封堵或打开;
优选地,所述F锁采用铰接的方式安装在钩型架上。
优选地,所述副钩采用铰接的方式安装在钩型架上,副钩的另一部分结构延伸至支柱承载槽内;所述主钩的端部相对于主背梁凸出,用于配合解锁机构。
优选地,所述主钩远离支柱承载槽的一端与主背梁之间设有压簧。
优选地,所述主钩靠近支柱承载槽的一端与主背梁之间设有拉簧。
优选地,所述主钩靠近支柱承载槽的一侧与主背梁铰接,主钩另一端相对于主背梁凸出,用于配合解锁机构,主钩远离支柱承载槽的一端与主背梁之间设有拉簧。
优选地,所述主钩远离支柱承载槽的一侧与主背梁铰接,主钩靠近支柱承载槽的一侧与主背梁之间设有拉簧。
优选地,所述F锁与钩型架之间相对平移运动,两者之间采用弹簧复位成贴近状态;所述F锁相对于钩型架凸出的部分用于配合解锁机构。
优选地,所述主背梁中部设有用于副钩穿过的竖槽,所述副钩跟随主钩下压,副钩穿过竖槽后将支柱承载槽的敞口封堵。
优选地,所述支柱承载槽上部还进一步开设避让槽;
所述副钩采用环抱的方式绕过主背梁的一侧伸至支柱承载槽内;当作用力将F锁向上推动,副钩回升至避让槽内,此处为副钩上升的极限位置。
3、有益效果
相比于现有技术,本实用新型的有益效果为:
(1)本实用新型采用了嵌设在主背梁上内的活动锁扣结构,从而在占用尽可能小的横向空间前提下,巧妙地集成了所有结构。采用以上降低设备横向尺寸的方案,能够在汽车底盘固定的预留空间内尽可能多地将空间留给电池总成,以提高蓄电量,满足汽车长续航的市场实际需求,这也是纯电动汽车销售卖点的核心之一。
(2)本实用新型采用副钩环绕套在实心主背梁上的配合结构,使得钩型架能够通用地作为钩型辅助架,提高了零件通用性。
(3)本实用新型能够通过旋动调节套相对于内壳套移动,改变滑动板及传感器(位移传感器)相对于钩型辅助架的距离,实现探棒在支柱承载槽内的伸出长度改变,适应支柱承载槽的横向尺寸,不但能够适应不同型号的电池总成插接深浅不同的需求,也便于实现对装配误差进行硬件补偿,提高位移传感器的使用效果。
(4)本实用新型采用安装在电池总成侧部的弹性材料制作的避撞块,减轻电池总成与解锁架之间的碰撞,同时避撞块上的斜面结构还能起到导向作用,帮助电池总成顺利安装,降低碰撞冲击。进一步地,采用卷簧对避撞块的侧向移动提供缓冲,能够保护斜面结构接触解锁架时产生的径向分力带来的侧冲击。
附图说明
图1为前部右上侧视角的电池总成结构示意图;
图2为后部左上侧视角的电池总成结构示意图;
图3为后部左下侧视角的电池总成结构示意图;
图4为前部右上侧视角的解锁架结构示意图;
图5为后部左下侧视角的解锁架结构示意图;
图6为前部右上侧视角的解锁架与电池总成配合示意图;
图7为后部左下侧视角的解锁架与电池总成配合示意图;
图8为一种实施例中的锁紧架结构示意图;
图9为一种实施例中的锁紧架隐去钩型架时的结构示意图;
图10为一种实施例中的钩型架的第一视角示意图;
图11为一种实施例中的钩型架的第二视角示意图;
图12为一种实施例中的钩型架的第三视角示意图;
图13为减震柱/调节螺栓的第一视角示意图;
图14为减震柱/调节螺栓的第二视角示意图;
图15为传感器与钩型辅助架配合关系示意图;
图16为传感器固定架结构示意图;
图17为防护安装板结构示意图;
图18为防冲击垫结构示意图;
图19为防护罩结构示意图;
图20为导向块整体结构示意图;
图21为定位套与倒V型导向框固接时的第一视角示意图;
图22为定位套与倒V型导向框固接时的第二视角示意图;
图23为解锁架的固定座上施加6自由度全约束示意图;
图24为图23约束下的解锁架1阶模态数据及表征图;
图25为图23约束下的解锁架2阶模态数据及表征图;
图26为图23约束下的解锁架3阶模态数据及表征图;
图27为图23约束下的解锁架4阶模态数据及表征图;
图28为图23约束下的解锁架5阶模态数据及表征图;
图29为图23约束下的解锁架6阶模态数据及表征图;
图30为锁紧架及钩型辅助架施加电池总成5250N载荷时的受力示意图;
图31为图30中的解锁架放大50倍变形量效果图;
图32为图30中的解锁架受力效果图;
图33为图32中最大受力部A部局部放大图;
图34为锁紧架中的螺栓孔约束及对副钩受1000N力示意图;
图35为图34中锁紧架受力效果图;
图36为图35中B部(后侧支脚枢轴支撑套)放大图;
图37为图34中锁紧架位移示意图;
图38为导向块数字模型简化图;
图39为导向块1000N载荷施加示意图;
图40为图39施力条件下导向块受力效果图;
图41为图39施力条件下导向块位移效果图;
图42为图39施力条件下螺栓受力效果图;
图43为图39施力条件下螺栓位移效果图。
图中:
1、解锁架;
2、左纵梁;21、三角片;22、减重孔;23、固定座;
3、右纵梁;
4、前梁;41、下部翼板;
5、后梁;
6、电池总成;61、支撑柱;62、定位柱;
7、锁紧架;71、钩型架;72、主背梁;73、支柱承载槽;74、竖槽;75、F锁;76、主钩;77、副钩;77a、前侧支脚;77b、后侧支脚;78、基台;79、压簧;710、垫块;711、减震通孔;712、减震柱;713、调节螺栓;714、前臂;715、后臂;
8、钩型辅助架;
9、传感器;91、探棒;92、传感器固定架;93、前端板;94、后端板;95、传感器复位弹簧;96、端孔;97、内壳套;98、调节套;99、滑动板;
10、导向块;101、防护安装板;102、防冲击垫;103、避撞块;104、防护罩;105、一号螺栓;106、卷簧;
11、插电接口总成;
12、定位套;121、倒V型导向框。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于了解,下面结合实施例对本实用新型作进一步阐述。
如图1至图7所示,一种车载电池总成锁紧架,包括解锁架1。所述解锁架1包括相互平行的左纵梁2、右纵梁3。左纵梁2、右纵梁3的前后两端分别由前梁4与后梁5连接固定,从而整体形成四边形框架结构。在使用时,将电池总成6安装在该四边形框架结构内,从而利用该四边形框架结构将电池总成6包围和固定。
由于上述框架结构形成的目的在于适配地包围在电池总成6周围,因此在有些实施例中,电池总成6的一端相对于其余部分收窄,但是厚度增加,以便容纳电池总成6中的电池以外的系统结构,因此在该实施例中,为了增强该部分的支撑,将左纵梁2、右纵梁3的后端部向内弯折形成适配电池总成6形状的内收结构,并在该部分的内侧加设钩型辅助架8,配合锁紧机构做好该部分的支撑。
本实施例中的支撑电池总成6的锁紧机构为安装在左纵梁2和右纵梁3内侧面上的若干锁紧架7。锁紧架7的数量和位置按照电池总成6的具体型号和尺寸设置,本实施例中,电池总成6为紧凑型汽车适配型号,因此每一侧仅需三个锁紧架7进行锁紧。除了前文所述左纵梁2、右纵梁3的后端部设置的钩型辅助架8,在左纵梁2、右纵梁3前端内侧面处也设置两个钩型辅助架8,从而实现电池总成6两侧均匀完整支撑。
如图7至图14,锁紧架7的具体结构如下:
锁紧架7包括钩型架71,钩型架71的主体结构为主背梁72。主背梁72的前臂714向下弯折一段距离,再反向弯折一段距离。主背梁72的后臂715也向下弯折,形成支柱承载槽73的另一侧壁,最终在主背梁72下方形成L型的支柱承载槽73,用于容纳和支承电池总成6侧部的支撑柱61。
主背梁72上开设竖槽74。竖槽74内铰接有F锁75。具体地,F锁75包括扣在钩型架71上方的L型主钩76,及位于F锁75中部向下延伸的副钩77,本实施例中,副钩77下端分别向前、后两侧延伸出前侧支脚77a、后侧支脚77b。前侧支脚77a穿过竖槽74延伸至支柱承载槽73内,形成可封堵支柱承载槽73的活动扣,从而将电池总成6侧部的支撑柱61 锁紧在支柱承载槽73内。前侧支脚77a下端向前倾斜的构型能够避免支撑柱61从支柱承载槽73与前侧支脚77a下端的间隙中挤出,提高前侧支脚77a的锁紧可靠性。后侧支脚77b 铰接在主背梁72的竖槽74内。为了实现主钩76前端的复位,本实施例中,主背梁72后端向后延伸出基台78,主钩76的后端也延伸至基台78上方,并与基台78之间形成压簧79 容置空间。
使用时,利用压簧79对主钩76后端的举升,实现以铰接枢轴为旋转中心,将主钩76的前端压扣在主背梁72上,并将副钩77压入竖槽74内,实现副钩77对支柱承载槽73的常闭封堵。当需要将电池总成6快速安装在锁紧架7内之时,支撑柱61沿支柱承载槽73上移至前侧支脚77a处,并将前侧支脚77a顶升,此时压簧79被压缩。前侧支脚77a上移至支柱承载槽73转角位置后,在向前侧移动,进入支柱承载槽73最前端,此时支撑柱61已经解除对于前侧支脚77a的顶升,前侧支脚77a在压簧79作用下复位,封堵支撑柱61的退出路径,从而将支撑柱61及电池总成6锁死。当需要将锁紧架7解锁时,利用电池举升平台上的顶升机构将主钩76顶起,从而将副钩77从支柱承载槽73内推出,向后推动电池总成6,即可将支撑柱61移动至支柱承载槽73转角处,然后向下摘取电池总成6即可将电池总成6卸除。
在以上实施例中,由于采用了嵌设在主背梁72上内的活动锁扣结构,从而在占用尽可能小的横向空间前提下,巧妙地集成了所有结构。采用以上降低设备横向尺寸的方案,能够在汽车底盘固定的预留空间内尽可能多地将空间留给电池总成6,以提高蓄电量,满足汽车长续航的市场实际需求,这也是纯电动汽车销售卖点的核心之一。
进一步地,为了更好地实现解锁架1对电池总成6的完整支撑,还需要采用以下补充技术方案。
为了实现支撑柱61上移至支柱承载槽73最上部之后向前移动或解锁时向后退出的动作,本实施例中,在电池举升平台上设置U型卡托,并将钩型辅助架8的外形设置为与U型卡托匹配的形式。使用时,U型卡托跟随电池举升平台上移,并卡在钩型辅助架8外侧,此时支撑柱61从支柱承载槽73开口处上移,然后U型卡托带动支撑柱61从支柱承载槽73转角处移动至最前端,此时被举升的副钩77复位封堵。解锁时,U型卡托向钩型辅助架8移动,以实现卡合,此时,电池举升平台上的顶升机构将移动至主钩76位置,以将主钩76顶起。当U型卡托完全扣合钩型辅助架8,副钩77刚好从支柱承载槽73内完全退出,留出支撑柱 61后移路径,然后U型卡托带动钩型辅助架8及整个电池总成6后移,然后下移,使支撑柱 61后移至支柱承载槽73转角处,然后下移脱离支柱承载槽73。在此过程中,顶升机构始终支撑主钩76,直至支撑柱61移动至副钩77下方。
为了实现电池总成6向后移动过程中,顶升机构始终支撑主钩76,本实施例中,将主钩 76相对于主背梁72前延长度设置为大于支撑柱61在支柱承载槽73内横向移动距离,保证顶升机构即使与U型卡托在同一固定平台支撑下向后移动,仍能始终保持对主钩76的支承。
所述支柱承载槽73内部最前端固定有垫块710,所述垫块710内设有延伸至主背梁72 前部的减震通孔711。所述减震通孔711内安装有减震柱712,用于对支撑柱61的移动进行限位和减震。所述减震柱712略伸出垫块710,以便起到减震作用。通过更换不同型号的垫块710可以简单高效地调节支撑柱61的移动极限。
在另一种可能的实施例中,所述减震柱712替换为调节螺栓713,并采用螺纹连接方式安装于垫块710与主背梁72的前端下弯部内,调节螺栓713的一端伸出主背梁72的前端下弯部,并开设十字槽,通过旋动调节螺栓713可以调节垫块710在支柱承载槽73内的位置,同样可以调节支撑柱61的移动极限。
为了方便电池总成6从下部更好地进入解锁架1内,避免锁紧架7与电池总成6硬性撞击,本实施例中,将锁紧架7下端靠近内侧面的棱边上设置倒角避让结构。
在另一种可能的实施例中,所述主钩76下方位于副钩77前侧的位置处设有拉簧。所述拉簧一端连接主钩76,另一端连接主背梁72,从而将主钩76前端向下拉,实现常态下将副钩77拉至支柱承载槽73内。
在另一种可能的实施例中,也可以将主钩76的前端铰接在主背梁72上,此时,主钩76 的后端相对于主背梁72延伸出一段距离,用于配合顶升机构将主钩76的后端顶起,同样可以实现副钩77从支柱承载槽73内灵活退出的目的。相应地,主钩76的中后部与主背梁72之间设置复位拉簧,自然状态下,拉簧将副钩77拉入支柱承载槽73内。
在另一种可能的实施例中,主钩76的后端铰接在主背梁72上,此时,主钩76的前部或中部与主背梁72之间设置复位拉簧,自然状态下,拉簧将副钩77拉入支柱承载槽73内。
在另一种可能实施例中,所述副钩77采用环抱的方式绕过主背梁72的一侧伸至支柱承载槽73内,同时为了避让副钩77上移至极限位置阻挡支撑柱61的退出路径,在该实施例中,于支柱承载槽73的转角处向上开设避让槽。使用时,当作用力将F锁75向上推动,副钩77回升至避让槽内,此处为副钩77上升的极限位置,然后支撑柱61可沿支柱承载槽73 顺利退出。这种结构的设置虽然需要略微牺牲了锁紧架7的横向尺寸,但是能够保证主背梁 72的结构强度,而且,实心的主背梁72与其他零部件装配方式形成的锁紧架7能够降低加工难度,节省物料成本。
针对前述实施例,需要进一步说明的是,与锁紧架7配合使用的钩型辅助架8整体结构与上述主背梁72的结构基本相同,区别仅在于少了F锁75,以及用于装配F锁75的配套结构设计。由于钩型辅助架8不需要配合F锁75,因此也就无需加工成镂空结构,能够明显节省加工成本。以上,在这种需求下,采用该实施例中的实心主背梁72能够通用地作为钩型辅助架8使用,进一步提高了零件通用性。
在另一种可能的实施例中,F锁75与钩型架71之间相对平移运动。将F锁75中的主钩 76与主背梁72之间采用拉簧连接,常态下主钩76与主背梁72贴合,且副钩77位于支柱承载槽73内。主钩76相对于钩型架71凸出一段,用于配合解锁机构的顶升操作。使用时,顶升机构将主钩76顶升,副钩77沿竖槽74等导向结构稳定上移,退出支柱承载槽73,以解除对支撑柱61的锁紧。
参见图15、16,为了便于感知支撑柱61的移动是否到达目的位置,在本实施例中,将其中一个钩型辅助架8的减震通孔711内的减震柱712或调节螺栓除去,用于容纳位置传感器9的探棒91。在该实施例中,为了便于传感器9线路的导出,作为优选地,将最前端的一个钩型辅助架8作为配合传感器9使用的结构。具体地,在该钩型辅助架8的前端安装传感器固定架92,该传感器固定架92包括前端板93和后端板94。前端板93的后端面上安装传感器复位弹簧95。后端板94上设有用于探棒91穿过的端孔96,该端孔96内固定安装有内壳套97。该内壳套97后端螺纹配合有调节套98,所述调节套98外表面设有防滑纹。后端板94与滑动板99固定连接。所述滑动板99上设有燕尾槽,滑动板99基于该燕尾槽滑动配合在左纵梁2、右纵梁3内侧面上的燕尾轨道上。前端板93固定安装在左纵梁2、右纵梁3 上,且相对于燕尾轨道固定。
使用时,调节套98的另一端抵在钩型辅助架8上,传感器9安装在前端板93与后端板 94之间,其探棒91依次穿过端孔96、内壳套97、调节套98和减震通孔711。基于对探测需求的不同,需要改变探棒91伸过减震通孔711的长度,此时,通过旋转调节套98,可借助内壳套97将后端板94向前推动,进而带动滑动板99、传感器9及其探棒91向前移动一段距离,并利用传感器复位弹簧95进行支撑和复位,以此实现探棒91伸出长度的改变,适应支柱承载槽73的横向尺寸,也便于实现对不同型号传感器9使用误差进行硬件补偿。另外需要补充说明的一点是,传感器复位弹簧95的弹性系数小于探棒91收缩支撑弹性件的弹性系数,避免在探棒91正常使用时传感器复位弹簧95收缩,影响传感器9读数。
本实施例中,为了避免电池总成6被托举进入解锁架1时,电池总成6与解锁架1因配合位置不对应发生硬冲击,除了在锁紧架7内侧面下端设置倒角避让结构以外,还在电池总成6上设置导向块10,见图17至图20。导向块10包括用于安装在电池总成6架体上的防护安装板101,所述防护安装板101上安装有防冲击垫102,所述防冲击垫102的中部向外凸出形成避撞块103。防冲击垫102上罩有防护罩104,该防护罩104中部设有用于凸出避撞块103的孔结构,防护罩104可将固定防冲击垫102的螺栓头等结构覆盖起来,避免螺栓头或螺钉头等结构与解锁架1中的零部件发生刮擦。所述避撞块103的上部内侧棱边位置设置为大倾角斜面,用于将电池总成6更顺利地导入到解锁架1内。
在另一种可能的实施例中,避撞块103采用橡胶材料制成。更进一步地,为了增加避撞块103在撞击之时的减震性能,在安装避撞块103的一号螺栓105外部套设卷簧106,并将该卷簧106嵌设在避撞块103上的螺栓孔内。使用时,当避撞块103碰撞解锁架1,避撞块103本身采用耐磨橡胶材质,兼具减震,能够在频繁更换电池总成6的现实使用环境中给电池总成6提供很好的侧防护。与此同时,避撞块103与旋紧在电池总成6上的一号螺栓105 之间隔设卷簧106,利用卷簧106的缓冲作用,避撞块103整体可以相对于电池总成6具有一定位移和形变,从而更好地将笨重的电池总成6安全导入解锁架1内。相应地,防护罩104 中部的孔结构与避撞块103中部凸出的部分之间可以留有3mm以内的间隙,以便避撞块103 适度位移。
本实施例中,前梁4中部设置插电接口总成11,在装配时,为了快速准确将电池总成6 的插口与前梁4中部的插电接口总成11精确配合,还需在前梁4上安装与电池总成6孔轴配合的定位套12。定位套12的外端设置承接定位柱62的倒角,该定位柱62固定安装在电池总成6前端面上。在实际使用中,右纵梁3,左纵梁2内侧面上的锁紧架7总会对支撑柱 61的上移极限进行阻挡限位,所以电池总成6在竖直方向上通常不会出现运动误差,但是在横向方向上,电池总成6可能会出现装配误差,原因在于,电池总成6在右纵梁3与左纵梁 2之间会预留一定间隙,间隙的设置一方面是为了更顺利地将电池总成6放入解锁架1内,另一方面需要考虑电池总成6的体积在使用过程中,由于热胀冷缩效应等因素发生一定程度变化。而由于存在上述预留间隙,所以电池总成6在安装之初,可能会更偏向于左侧或右侧,导致电池总成6上的定位柱62不能在初始位置进入定位套12的倒角中,这反而将导致定位套12成为电池总成6前移安装过程中的障碍,起不到应有的定位作用。为了解决上述问题,本实施例中,在定位套12的端部安装倒V型导向框121。使用时,倒V型导向框121的两个侧臂向下延伸并逐渐张开。定位柱62在上移过程中会完全落入倒V型导向框121的两个侧臂包围内,并被逐渐导至正对定位套12的位置处,然后电池总成6被U型卡托推动前移,定位套12与定位柱62精确导合,电池总成6上的插口与前梁4中部的插电接口总成11精确配合,实现快速安全的电池总成6装载。
本实施例中,左纵梁2与右纵梁3均采用钢板冲压成L型,并在转角处焊接若干组三角片21用作加强筋板。锁紧架7、钩型辅助架8、传感器固定架92等均安装在L型左纵梁2、右纵梁3的竖直板上。为了降低解锁架1重量,在水平板上开设减重孔22,且减重孔22间隔位于加强筋板之间。
进一步地,由于后梁5仅起到连接作用,并非承重件,因此后梁5的截面尺寸小于左纵梁2、右纵梁3的截面尺寸,同时,为了保证后梁5的结构强度,后梁5采用工字型截面。同样地,前梁4也采用工字型截面。进一步地,由于前梁4的中部需要安装插电接口总成,因此中部面积较大,在使用中容易受电池总成6的压力发生形变,影响插电接口中的接头配合。因此,前梁4的下部翼板41采用方管,以进一步增强前梁4的结构强度,避免前梁4 发生形变,保证电池总成6的插电接口精确装配。
一、本实施例中,还采用有限元分析软件对解锁架1的数据模型结构进行了模态分析和静力分析如表1:
材料:HC420单位制:mm
表1HC420材料性能参数
采用以上机械性能的材料制作解锁架1的左纵梁2、右纵梁3、前梁4和后梁5。
并根据实际使用情况设置左纵梁2、右纵梁3长1400mm,宽140mm,高60mm,板材厚度2.5mm。后梁长777mm,高60mm,板材厚度16mm。前梁长1045mm,板材厚度16mm,中部最高处110mm,两侧逐渐降低至60mm。
为了综合考虑模型的准确性与节约计算成本,对模型进行了少量的简化:删除了较小直径的工艺圆孔及过渡圆角,防止出现应力集中;同时保留重要孔,用于进一步分析。
整个模型采用六面体网格与四面体网格。同时网格尺寸分别为3mm和5mm。
1.模态分析
边界条件:左纵梁2与右纵梁3上方设置若干与车体固定安装的固定座23,且前梁4上也设置两个固定座23,在固定座23上设置6自由度全约束。
前6阶模态数据及表征如图24至图29所示。
车辆行驶时,来自路面的激励频率一般为0-20Hz,考虑到其他激励作用,如传动系统、车身、车桥的振动等,通常受到的主要振动激励频率均小于30Hz。实际情况中,低阶模态很容易被外界激励,因此要避免激励频率与低阶固有频率接近或重合。所以本实施例中选取了前6阶模态结果。同时为保证机械零件出现共振,通常应保证如下的条件:
0.85f>fp
式中,f:零件的固有频率;fp:激振源的频率。
表2不同约束阶数下零件的固有频率与解锁架位移量关系
表2中的实验数据代入公式得:0.85×51.183=43.5>30。故不会发生共振。同时,结合图24至图29知,在前6阶模态中,位移均在1mm附近,故整个解锁架1稳定性较好。
2.静力分析
通常情况下电池质量为350kg,考虑到一定的安全性,故最终采取1.5倍载荷,即实际加载5250N载荷。本实施例中,每一侧锁紧架7为三个,钩型辅助架8为五个,其中两个钩型辅助架8位于左纵梁2或右纵梁3的前侧,两个钩型辅助架8位于左纵梁2或右纵梁 3的后侧,剩余一个构型辅助架位于前梁4的对应侧。以上两侧共16个架体均匀分摊5250N 载荷。同时给予左纵梁2和右纵梁3上方的固定座23以6自由度全约束。具体如图30所示,最终位移、受力结果如图30至图32所示。由上图知,解锁架1最大受力为286.3MPa,远小于HC420钢材的屈服强度;同时锁固架最大变形仅为2.781mm,变形量较小。因此可以满足锁固架的稳定性与强度。
二、锁紧架7的受力分析
单位制:mm
表3 45号钢材料参数
锁紧架7采用表3中的材料,为了综合考虑模型的准确性与节约计算成本,对模型进行了少量的简化:删除了对模型应力不会产生较大影响的零件,同时保留重要组件用于分析。
钩型架的主背梁厚度15mm,两端向下弯折高度50mm,主要部分长度75mm。支柱承载槽宽15mm,水平部分长度40mm,竖直长度30mm。主背梁上开设的用于铰接副钩的枢轴孔径10mm,与主体边界保持适当距离。竖槽长55mm,宽8mm。
整个模型采用四面体网格。网格尺寸为2mm。
边界条件:将固定锁紧架7的螺栓孔进行6自由度全约束。
载荷:施加集中力于锁紧架7,集中力为1000N,指向内侧。具体位置如图34所示。
最终受力与变形如图35、37所示。
由上图知,锁紧架7最大受力为178.8MPa,小于HC420的屈服强度;同时最大变形量约为0.243mm,变形量较小。可满足锁紧架7的强度要求。
三、导向块10受力分析
采用HC420LA。防护罩104及防护安装板101高70mm,宽80mm,材料厚度2mm,中部容纳避撞块103的孔为35×45mm。采用4组M4螺栓。
模型简化与网格设置:由于导向块10的螺栓起着移动定位作用,因此需要防止被力剪切断裂,所以需重点分析其螺栓受力。
1.为了综合考虑模型的准确性与节约计算成本,对模型进行了少量的简化:删除了对模型应力不会产生较大影响的零件,精简了模型,同时将锁固架简化为一块板。
2.整个模型采用四面体网格。螺栓网格密度为0.8mm,其他零件网格密度为4mm。具体如图38示。
边界条件:对导向块10背面施加6自由度全约束。
载荷:首先给予导向块10向左的1000N集中力;然后给予传动件向右的1000N集中力。具体如图39所示,最终受力及位移如图40、41所示。
由上图知,整个导向块10最大应力为9.576MPa,最大位移不足0.1mm。可实现在承受力的过程中不出现破坏。
同时,基于导向块10上的螺栓受力与位移云图42、43,可见螺栓最大受力为2.883MPa,最大位移量不足0.1mm,可以保证导向块10的稳定性与强度。
在另一种可能的实施例中,为了降低解锁架1的总重量,实现轻量化支撑,满足营运车辆的节能减排需求,将左纵梁2、右纵梁3与前梁4均更换为矩形管结构,该实施例经过类上述实验,所得实验数据验证了均匀减薄原实施例中的材料厚度,由2.5mm左纵梁和右纵梁改为2mm材料厚度方管,并将16mm后梁和前梁改为2mm材料厚度方管,仍设置减重孔,实现设备总重量小于原实施例中的解锁架1重量,仍能保证机械性能满足使用需求。
在本专利的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本专利的限制。
在本专利中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本专利中的具体含义。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本领域的普通技术人员应当了解,本实用新型不受上述实施例的限制,上述实施例和说明书中描述的只是本实用新型的原理,在不脱离本实用新型精神和范围的前提下,本实用新型还会有各种变化和改进,这些变化和改进都应落入要求保护的本实用新型内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种车载电池总成锁紧架,其特征在于:
所述锁紧架(7)包括钩型架(71)和F锁(75);
所述钩型架(71)包括主背梁(72)、前臂(714)、后臂(715);
所述主背梁(72)的前臂(714)向下弯折一段距离,再反向弯折一段距离,用于在主背梁(72)下方形成支柱承载槽(73);所述主背梁(72)的后臂(715)向下弯折,用于形成支柱承载槽(73)的另一侧壁;
所述F锁(75)包括位于钩型架(71)上方的主钩(76),及位于F锁(75)中部的副钩(77);
所述副钩(77)向钩型架(71)延伸,并形成可封堵支柱承载槽(73)的活动扣,副钩(77)借助钩型架(71)和F锁(75)之间的弹性件使F锁(75)相对于钩型架(71)移动或转动,实现副钩(77)对支柱承载槽(73)的封堵或打开。
2.根据权利要求1所述的一种车载电池总成锁紧架,其特征在于:
所述F锁(75)采用铰接的方式安装在钩型架(71)上。
3.根据权利要求2所述的一种车载电池总成锁紧架,其特征在于:
所述副钩(77)采用铰接的方式安装在钩型架(71)上,副钩(77)的另一部分结构延伸至支柱承载槽(73)内;所述主钩(76)的端部相对于主背梁(72)凸出,用于配合解锁机构。
4.根据权利要求3所述的一种车载电池总成锁紧架,其特征在于:
所述主钩(76)远离支柱承载槽(73)的一端与主背梁(72)之间设有压簧79。
5.根据权利要求3所述的一种车载电池总成锁紧架,其特征在于:
所述主钩(76)靠近支柱承载槽(73)的一端与主背梁(72)之间设有拉簧。
6.根据权利要求2所述的一种车载电池总成锁紧架,其特征在于:
所述主钩(76)靠近支柱承载槽(73)的一侧与主背梁(72)铰接,主钩(76)另一端相对于主背梁(72)凸出,用于配合解锁机构,主钩(76)远离支柱承载槽(73)的一端与主背梁(72)之间设有拉簧。
7.根据权利要求2所述的一种车载电池总成锁紧架,其特征在于:
所述主钩(76)远离支柱承载槽(73)的一侧与主背梁(72)铰接,主钩(76)靠近支柱承载槽(73)的一侧与主背梁(72)之间设有拉簧。
8.根据权利要求1所述的一种车载电池总成锁紧架,其特征在于:
所述F锁(75)与钩型架(71)之间相对平移运动,两者之间采用弹簧复位成贴近状态;所述F锁(75)相对于钩型架(71)凸出的部分用于配合解锁机构。
9.根据权利要求1-8中任意一项所述的车载电池总成锁紧架,其特征在于:
所述主背梁(72)中部设有用于副钩(77)穿过的竖槽(74),所述副钩(77)跟随主钩(76)下压,副钩(77)穿过竖槽(74)后将支柱承载槽(73)的敞口封堵。
10.根据权利要求1-8中任意一项所述的车载电池总成锁紧架,其特征在于:
所述支柱承载槽(73)上部还进一步开设避让槽;
所述副钩(77)采用环抱的方式绕过主背梁(72)的一侧伸至支柱承载槽(73)内;当作用力将F锁(75)向上推动,副钩(77)回升至避让槽内,此处为副钩(77)上升的极限位置。
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