CN216214588U - 快速换电连接器、快速换电连接系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施方式提供一种快速换电连接器、快速换电连接系统及汽车，属于新能源汽车换电技术领域。连接器包括：固定于动力电池包端的第一插件及固定于电动汽车的车身端的第二插件，第一插件适于与第二插件插合；第一插件上设置有距离传感器及接近传感器，距离传感器及接近传感器分别与一控制器连接；距离传感器用于采集第一插件与电动汽车的车身端的距离信号，接近传感器用于采集第一插件与第二插件的相对位置信号。本实用新型通过在动力电池包端的插件上设置接近传感器及距离传感器分别检测动力电池包端的插件与车身端的插件之间的相对位置及动力电池包与车身之间的距离，实现了对动力电池包与车身的插接状态的实时监控。

Description

快速换电连接器、快速换电连接系统及汽车

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车换电技术领域，具体地涉及一种快速换电连接器、一种快速换电连接系统及一种汽车。

背景技术

目前，电动汽车在进行换电时均是采用互锁针来检测换电过程中及换电完成后车辆运行过程中动力电池包与车身的插合状态并进行相应控制。但是，现有方案不能针对插件的插合状态进行实时检测，仅靠互锁针来对整车在实际运行过程中实时检测插件插合状态存在以下问题：互锁针因换电长期插拔，失效风险提高，对其强度及其他性能要求增强；当动力电池包与车身的插接出现松脱时，不能准确判断具体原因，从而不能消除全部风险；互锁针仅是个通断量，无法实时准确反映插件位置的具体信息。

实用新型内容

本实用新型实施方式的目的是提供一种快速换电连接器、快速换电连接系统及汽车，以解决现有技术依赖互锁针无法准确判断插接松脱的具体原因及无法实时反映插件位置具体信息的问题。

为了实现上述目的，在本实用新型第一方面，提供一种快速换电连接器，包括：

固定于动力电池包端的第一插件及固定于电动汽车的车身端的第二插件，所述第一插件适于与所述第二插件插合；

所述第一插件上设置有距离传感器及接近传感器，所述距离传感器及所述接近传感器分别与一控制器连接；

所述距离传感器用于采集所述第一插件与电动汽车的车身端的距离信号，所述接近传感器用于采集所述第一插件与所述第二插件的相对位置信号。

可选地，所述动力电池包端设置有可容纳所述第一插件的第一凹槽，所述电动汽车的车身端设置有可容纳所述第二插件的第二凹槽；

所述第一插件固定于所述第一凹槽内，所述第二插件固定于所述第二凹槽内，所述电池包端与所述电动汽车的车身端在所述第一插件与所述第二插件插合的情况下贴合。

可选地，所述第一插件包括第一基座及设置在所述第一基座上的第一插头，所述第二插件包括第二基座及设置在所述第二基座上的第二插头，所述第一插件与所述第二插件通过所述第一插头及所述第二插头插合；

所述距离传感器固定于所述第一基座上，所述第二基座与所述距离传感器对应的位置设置有与所述距离传感器匹配的开口。

可选地，所述第二插件通过至少一组弹簧组件浮动连接于所述第二凹槽内。

可选地，所述第一插件上设置有第一距离传感器及第二距离传感器，所述第二基座上设置有与所述第一距离传感器及所述第二距离传感器匹配的第一开口及第二开口。

可选地，所述接近传感器固定于所述第一插头内。

可选地，所述距离传感器螺纹连接于所述第一基座。

在本发明的第二方面，提供一种快速换电连接系统，包括：

上述的快速换电连接器；以及

控制器，用于接收所述第一插件与电动汽车的车身端的距离信号及所述第一插件与所述第二插件的相对位置信号并在所述距离信号或所述相对位置信号异常时控制电动汽车的高压回路断开。

可选地，所述控制器还用于在所述距离信号或所述相对位置信号异常时生成报警信号，所述系统还包括：

报警装置，用于响应于所述报警信号进行报警。

在本发明的第三方面，提供一种汽车，包括上述的快速换电连接系统。

本实用新型上述技术方案通过在动力电池包端的插件上设置接近传感器及距离传感器分别检测动力电池包端的插件与车身端的插件之间的相对位置及动力电池包与车身之间的距离，从而实现了对动力电池包与车身的插接状态的实时监控，通过分别检测车身端插件与动力电池包端插件的相对位置及动力电池包与车身之间的距离，有利于判断、定位车身与动力电池包插接松脱的具体原因。

本实用新型实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型实施方式，但并不构成对本实用新型实施方式的限制。在附图中：

图1是现有技术换电平台示意图；

图2是本实用新型一种优选实施方式提供的快速换电连接器结构示意图；

图3是本实用新型一种优选实施方式提供的第一插件结构示意图；

图4是本实用新型一种优选实施方式提供的第二插件结构示意图；

图5是本实用新型一种优选实施方式提供的动力电池包端结构示意图。

附图标记说明

1-动力电池包端，2-车身端，3-第一插件，4-第二插件，5-BMS，6-第一距离传感器，7-第二距离传感器，8-接近传感器，9-弹簧组件，10-距离传感器感应区，11-接近传感器感应区，31-第一凹槽，32-第二凹槽，33-第一基座，34-第一插头，41-第二基座，42-第二插头，43-安装板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

在本实用新型实施方式中，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、商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、商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，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型第一方面，提供一种快速换电连接器，包括：固定于动力电池包端1的第一插件3及固定于电动汽车的车身端2的第二插件4，第一插件3适于与第二插件4插合；第一插件3上设置有距离传感器及接近传感器8，距离传感器及接近传感器8分别与一控制器连接；距离传感器用于采集第一插件3与电动汽车的车身端2的距离信号，接近传感器8用于采集第一插件3与第二插件4的相对位置信号。

如此，本实用新型通过在动力电池包端1的插件上设置接近传感器8及距离传感器分别检测动力电池包端1的插件与车身端2的插件之间的相对位置及动力电池包与车身之间的距离，从而实现了对动力电池包与车身的插接状态的实时监控，通过分别检测车身端2插件与动力电池包端1插件的相对位置及动力电池包与车身之间的距离，有利于判断、定位车身与动力电池包插接松脱的具体原因。

如图1所示，现有技术通常通过在换电平台上布置的位置传感器来对换电过程中动力电池包和车身位置进行监控，保证其Z向的定位准确，且采用浮动螺母来吸收电池包和车身固定位置的微小偏差；同时，采用浮动组件来吸收电池包端插件和车端插件在X、Y、Z三方向上的误差，并采用互锁针判断换电完成后的电池包与车身的插合状态。可以理解的，在现有技术中，通常采用互锁模块来检测动力电池包与车身插合是否松动，当动力电池包与车身插合松动时，互锁模块中的互锁针断开，互锁回路断开，控制器判断动力电池包与车身插合松动，车辆系统存在风险，需要启动必要的安全措施，例如故障报警、切断高压电输出或降低高压输出功率等。

如图2～图5所示，本实施方式通过设置在第一插件3上的距离传感器及接近传感器8来分别检测动力电池包与车身的距离以及第一插件3与第二插件4的相对位置来实时检测动力电池包与车身的距离以及第一插件3与第二插件4的插合状态，从而替换现有技术中的互锁模块。其中，第一插件3与第二插件4分别通过螺栓固定于动力电池包及车身底部，第一插件3与第二插件4配合插接，可以理解的，当第一插件3与第二插件4插合时，动力电池可为整车电气系统供电。为了实现对车身与动力电池包插接状态的实时检测及异常定位，距离传感器及接近传感器8还分别与控制器连接，其中，可以以BMS5作为控制器，BMS5实时接收距离传感器采集的距离信号及接近传感器8采集的相对位置信号，并根据距离信号及相对位置信号判断动力电池包与车身的插合状态。例如，当固定动力电池包与车身的紧固件松动或脱落时，动力电池包与车身的距离会发生变化，当距离传感器采集的距离信号大于预设阈值时，BMS5可进行预警并启动必要的安全措施，如控制整车高压下电等；当第一插件3与第二插件4插合异常如插合力减小等情况时，第一插件3和第二插件4的相对位置就会发生变化，若相对位置超出接近传感器8的检测范围，此时接近传感器8的输出信号变为0，BMS5进行预警并启动必要的安全措施。

为了使得动力电池包与车身插合后动力电池包能与车身紧密贴合，本实施方式的动力电池包端1设置有可容纳第一插件3的第一凹槽31，电动汽车的车身端2设置有可容纳第二插件4的第二凹槽32；第一插件3固定于第一凹槽31内，第二插件4固定于第二凹槽32内，电池包端与电动汽车的车身端2在第一插件3与第二插件4插合的情况下贴合。其中，为了消除第一插件3与第二插件4在X、Y、Z方向上的误差，第二插件4还通过至少一组弹簧组件9浮动连接于第二凹槽32内。具体的，本实施方式中，第一凹槽31及第二凹槽32均为矩形，第一插件3及第二插件4的底部也为矩形，第二插件4底部四个角处分别设置有一组弹簧组件9，每组弹簧组件9均与第二凹槽32呈一定角度与第二凹槽32的一个角连接，在一种优选的实施方式中，每组弹簧组件9均与第二凹槽32底部以大于90度的角度连接，以更好的吸收第一插件3与第二插件4的误差。当第二插件4的弹簧组件9损坏导致第一插件3和第二插件4的相对位置超出接近传感器8的检测范围时，接近传感器8的输出信号跳变为0，BMS5能及时进行预警并启动必要的安全措施。

本实施方式中，第一插件3包括第一基座33及设置在第一基座33上的第一插头34，第二插件4包括第二基座41及设置在第二基座41上的第二插头42，第一插件3与第二插件4通过第一插头34及第二插头42插合；距离传感器固定于第一基座33上，第二基座41与距离传感器对应的位置设置有与距离传感器匹配的开口，可以理解的，第一插头34与第二插头42的内腔中设置有用于线束电连接的匹配连接器。其中，接近传感器8固定于第一插头34的内腔中，可以理解的，为了固定接近传感器8，第一插头34内设置有用于固定接近传感器8的安装板43，该安装板43上预留有螺纹孔，接近传感器8与安装板43螺纹连接固定在安装板43上，固定后的接近传感器8与第一插头34顶部持平，使得接近传感器感应区8为第二插头42内腔底部，从而能够精确的检测第一插头34与第二插头42的插合状态。在第一基座33安装距离传感器的位置预留有螺纹孔，距离传感器通过预留的螺纹孔螺纹连接固定于第一基座33。第一基座33及第二基座41均可以为矩形基座，第一基座33通过螺栓固定于第一凹槽31内，第二基座41通过设置在第二基座41四个角处的弹簧组件9与第二凹槽32浮动连接，每组弹簧组件9与第二凹槽32底部的角度均大于90度。第二基座41相对于第一基座33上距离传感器的位置设置有开口，使得距离传感器感应区10为第一基座33开口对应的第一凹槽31底部区域，从而距离传感器能够精确的采集第二插件4与车身的距离信号，由于第二插件4与动力电池包固定连接，采集到的距离信号也可视为表示动力电池包与车身的距离。以距离传感器为红外距离传感器为例，固定在第一基座33上的红外距离传感器发出的红外光穿过第一基座33上的开口到达第一凹槽31底部产生反射后被红外距离传感器接收，进而采集到动力电池包与车身的距离信号，从而避免第二基座41本身的浮动或者第二基座41的弹簧组件9损坏对距离传感器采集的距离信号的干扰。可以理解的，由于距离传感器实际采集的是第一凹槽31与第二凹槽32之间的距离信号，在确定距离信号的报警阈值时应考虑第一凹槽31及第二凹槽32的深度；同时，第一基座33上的开口尺寸及形状应充分考虑第二基座41的弹簧组件9损坏导致第二基座41位移过大而遮挡距离传感器与第一凹槽31之间的信号传输路径的因素，以避免在第二基座41的弹簧组件9损坏的情况下采集到的距离信号失真的问题。

在一个优选的实施方式中，第一插件3上设置有第一距离传感器6及第二距离传感器7，第二基座41上设置有与第一距离传感器6及第二距离传感器7匹配的第一开口及第二开口。具体的，第一距离传感器6及第二传感器分别设置于第二基座41上第二插头42的两侧，第一开口及第二开口分别设置于第一基座33上的对应位置，第一距离传感器6、第二距离传感器7及接近传感器8分别与动力电池包端1的BMS5连接。当第一距离传感器6或第二距离传感器7中的任意一个故障时，另一个距离传感器均能够作为故障距离传感器的备份保持工作。

本实用新型的工作流程如下：

当换电车辆进入换电站内后，首先对车辆进行车轮定位，确定车辆在X、Y向上的位置，保证车辆与换电平台的位置准确。定位完成后，换电平台上移，通过在换电平台上布置的位置传感器实时检测换电平台与车辆的Z向距离并反馈至站控系统，当换电平台上移到目标位置后，换电平台拆卸掉车辆上的欠电电池包并下移，当接近传感器8的输出信号跳变为0时，控制整车切断电信号，以作为插件中高低压针脚分离前的安全保障。移除欠电电池包后，将满状态的电池包移至换电平台对应位置，换电平台上移，通过在换电平台上布置的位置传感器实时检测换电平台与车辆的Z向距离直至位移到位，控制整车导通电信号。BMS5根据接近传感器8采集的相对位置信号是否为A，以及距离传感器采集的距离信号是否为到位信号B，若是，则撤下换电平台，否则，切断电信号，换电平台下移，调整换电平台位置，对电池包端插件上的传感器进行检修，再调整换电平台位置至换电位置，上移换电平台，重复上述过程，直至相对位置信号及距离信号满足要求，完成换电。

当车辆驶离换电站后，由插件中的接近传感器8及距离传感器实时检测插件的位置信息，BMS5判断距离传感器输出的距离信号是否超过预设阈值C，若是，则判断可能为紧固件出现松脱，同时进行报警，以便于驾驶员进行减速、停车、断电及检修；否则判断接近传感器8输出的信号是否为0，若为0，则判断可能为弹簧组件9故障或插件插拔力变小，导致Z向浮动超过设定值，插件分离量增大，同时进行报警，以便于驾驶员进行减速、停车、断电及检修。

在本发明的第二方面，提供一种快速换电连接系统，包括：上述的快速换电连接器；以及控制器，用于接收第一插件3与电动汽车的车身端2的距离信号及第一插件3与第二插件4的相对位置信号并在距离信号或相对位置信号异常时控制电动汽车的高压回路断开。

可选地，控制器还用于在距离信号或相对位置信号异常时生成报警信号，系统还包括：报警装置，用于响应于报警信号进行报警，其中，报警装置可以为声光报警器、蜂鸣器、指示灯或显示屏。

在本发明的第三方面，提供一种汽车，包括上述的快速换电连接系统。

综上所述，本实用新型可对换电车辆在行车过程中车身端2插件和动力电池包端1插件的位置进行实时检测，对于因车身和动力电池包的紧固件松脱导致的Z向变化量和因弹簧组件9失效导致的Z向浮动量变化差异等情况能够进行实时监控，提高了换电车辆的安全等级；通过接近传感器8替代原有的互锁模块，相比互锁模块的互锁针在受到长期插拔的影响后失效风险会有所提高，接近传感器8由于是非接触式的，其失效风险较低，且控制范围可调，较互锁针更灵活；通过测距传感器检测电池包端插件与车身端2固定处位置的实时距离并结合接近传感器8控制电信号的通断和判断弹簧组件9的状况，能够有效、全面、实时的掌控插件状态。

以上结合附图详细描述了本实用新型的可选实施方式，但是，本实用新型实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型实施方式的技术构思范围内，可以对本实用新型实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型实施方式的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (10)

1.一种快速换电连接器，其特征在于，包括：

固定于动力电池包端的第一插件及固定于电动汽车的车身端的第二插件，所述第一插件适于与所述第二插件插合；

所述第一插件上设置有距离传感器及接近传感器，所述距离传感器及所述接近传感器分别与一控制器连接；

所述距离传感器用于采集所述第一插件与电动汽车的车身端的距离信号，所述接近传感器用于采集所述第一插件与所述第二插件的相对位置信号。

2.根据权利要求1所述的快速换电连接器，其特征在于，所述动力电池包端设置有可容纳所述第一插件的第一凹槽，所述电动汽车的车身端设置有可容纳所述第二插件的第二凹槽；

所述第一插件固定于所述第一凹槽内，所述第二插件固定于所述第二凹槽内，所述电池包端与所述电动汽车的车身端在所述第一插件与所述第二插件插合的情况下贴合。

3.根据权利要求2所述的快速换电连接器，其特征在于，所述第一插件包括第一基座及设置在所述第一基座上的第一插头，所述第二插件包括第二基座及设置在所述第二基座上的第二插头，所述第一插件与所述第二插件通过所述第一插头及所述第二插头插合；

所述距离传感器固定于所述第一基座上，所述第二基座与所述距离传感器对应的位置设置有与所述距离传感器匹配的开口。

4.根据权利要求2所述的快速换电连接器，其特征在于，所述第二插件通过至少一组弹簧组件浮动连接于所述第二凹槽内。

5.根据权利要求3所述的快速换电连接器，其特征在于，所述第一插件上设置有第一距离传感器及第二距离传感器，所述第二基座上设置有与所述第一距离传感器及所述第二距离传感器匹配的第一开口及第二开口。

6.根据权利要求3所述的快速换电连接器，其特征在于，所述接近传感器固定于所述第一插头内。

7.根据权利要求6所述的快速换电连接器，其特征在于，所述距离传感器螺纹连接于所述第一基座。

8.一种快速换电连接系统，其特征在于，包括：

权利要求1～7中任一项权利要求所述的快速换电连接器；以及

控制器，用于接收所述第一插件与电动汽车的车身端的距离信号及所述第一插件与所述第二插件的相对位置信号，并在所述距离信号或所述相对位置信号异常时控制电动汽车的高压回路断开。

9.根据权利要求8所述的快速换电连接系统，其特征在于，所述控制器还用于在所述距离信号或所述相对位置信号异常时生成报警信号，所述系统还包括：

报警装置，用于响应于所述报警信号进行报警。

10.一种汽车，其特征在于，包括权利要求8～9中任一项权利要求所述的快速换电连接系统。

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