CN113067046A - 带预充功能的电动车电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带预充功能的电动车电池，其结构包括电源壳、控制壳、电源组件和控制组件，所述电源壳与控制壳可分离设置，所述电源组件设置在电源壳上，所述控制组件设置在控制壳上，所述第一预充连接件和第二预充连接件中至少一者具有延伸至电源壳或控制壳外的预充延伸部，所述供电延伸部与预充延伸部的延伸方向相一致，所述预充延伸部的长度/或长度总和大于供电延伸部的长度/或长度总和。本发明的技术方案结构设计合理，具有较小的体积和较轻的质量，并且通过物理结构实现预充功能，特别适用于自行车的安装。

Description

带预充功能的电动车电池
技术领域
本发明涉及一种电池结构，特别是一种带预充功能的电动车电池。
背景技术
现有的电动车电池电芯布局不合理，集成度较低，导致生产安装复杂，需要耗费很多时间进行线路连接，生产成本高；特别是在自行车领域应用时，由于现有的电池体积庞大，重量较重，不适合自行车轻量化要求，有很大的组装限制。中国专利公告文件CN205028952U公开了一种下管式电动自行车锂电池盒，其结构包括前盖，后盖，控制盒和导轨等，该整体结构更适合电动自行车的安装要求，但并未设置关键部件(如电池保护板)的安装位置，部件安装存在随意性，影响电池组装，也并未提高整体集成度(如控制器集成)。此外，现有的电动车电池结构并没有防打火设计，在电池与控制器进行连接时，由于控制器是容性负载，存在强烈的火花隐患，损耗连接器和开关等关键部件，甚至可能引发火灾；在电动汽车领域，上述问题可以通过电路控制实现，如中国专利公布文件CN102460820A公开了用于电池组输出接触器的***和方法，在电池组中加入预充电路在车辆上电期间限制启动电流，预充电路控制多通过继电器、传感器等设备配合实现，增加了电路板的复杂度和成本，加之在现有电动车电池的基础上的改装难度，因此在电动车电池市场中并未出现具有预充功能的产品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种结构设计合理的电动车电池，并且通过物理结构实现预充功能，特别适用于自行车的安装。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种带预充功能的电动车电池，其结构包括电源壳、控制壳、电源组件和控制组件，所述电源壳与控制壳可分离设置，所述电源组件设置在电源壳上，所述控制组件设置在控制壳上，所述电源组件包括第一供电连接件和第一预充连接件，所述控制组件包括第二供电连接件和第二预充连接件，所述第一供电连接件与第二供电连接件连接起供电作用，所述第一预充连接件与第二预充连接件连接起限流作用，所述第一供电连接件和第二供电连接件中至少一者具有延伸至电源壳或控制壳外的供电延伸部，所述第一预充连接件和第二预充连接件中至少一者具有延伸至电源壳或控制壳外的预充延伸部，所述供电延伸部与预充延伸部的延伸方向相一致，所述预充延伸部的长度/或长度总和大于供电延伸部的长度/或长度总和。
进一步地，所述第一预充连接件与第二预充连接件分别位于相交的两个平面上，所述第一预充连接件为弹簧针，所述第二预充连接件为导电金属板，所述第一预充连接件设置在电源壳内，所述第二预充连接件至少一部分延伸至控制壳外。
更进一步，所述电源组件还包括设置在电源壳内的电池组和电池电路板，所述电池组连接电池电路板，所述第一供电连接件和第一预充连接件连接电池电路板；所述控制组件还包括设置在控制壳内的控制器和控制电路板，所述控制器连接控制电路板，所述第二供电连接件和第二预充连接件连接控制电路板；还包括预充电阻，所述预充电阻设置在电池电路板或控制电路板上。
作为优选，所述电源组件还包括设置在电源壳内的电池保护板，所述电池组设置在电源壳内的中部，所述电池保护板和电池电路板分别纵向设置在电池组的两侧，所述电池组、电池保护板和电池电路板串联，所述电池保护板还设置有电池采样线与电池组连接。
作为优选，所述第一供电连接件为香蕉插孔，所述第二供电连接件为香蕉插头，所述第二供电连接件通过软线连接控制电路板。
作为优选，所述电池电路板上还连接有电源输入口、供电开关、预充开关和USB插座。
进一步地，还包括导向板，所述导向板的方向与供电延伸部和预充延伸部的延伸方向相一致，所述导向板与电源壳和控制壳相配合。
作为优选，所述电源壳上开设有与导向板相配合的导向槽，所述第一预充连接件设置在电源壳内且至少一部分位于导向槽中，所述第二预充连接件至少一部分延伸至控制壳外且设置在导向板表面，所述第一预充连接件与第二预充连接件在导向槽区域配合。
作为优选，所述导向板从控制壳向外延伸，所述导向板两侧分别设置有固定齿，至少部分固定齿为L形齿，所述电源壳上开设有与导向板相配合的导向槽，所述导向槽中设置有与L形齿相配合的固定块；所述电源壳内还设置有锁定组件，所述锁定组件包括电源锁栓、电源解锁杆和弹簧，所述电源锁栓与固定齿相配合，所述弹簧使电源锁栓保持在导向槽内，所述电源解锁杆运动时带动电源锁栓离开导向槽。
作为优选，所述导向板上开设有安装孔，电动车电池通过安装孔固定在电动车车架上。
本发明同现有技术相比具有以下优点及效果：
1、设置了物理预充结构，由于供电延伸部与预充延伸部的延伸方向相一致且预充延伸部的长度/或长度总和大于供电延伸部的长度/或长度总和，当使用者将电源壳与控制壳靠近连接时，两预充连接件会先于两供电连接件接触，实现预充功能；
2、两预充连接件在电源壳与控制壳相对位移的过程中要始终保持接通状态，且第一预充连接件为带电部分，设置在电源壳内可减少漏电风险，因此选择相交配合的弹簧针和导电金属板可以简单且可靠地实现上述功能；
3、生产成本低且集成程度高，设备布局合理，组装工艺简单，相比市场同类产品，能节约50％以上组装时间；
4、功能齐全易扩展，电池电路板和控制电路板能进行灵活功能扩展；
5、电源壳与控制壳间的导向安装以及锁定结构可靠性高，在运动和振动过程中电源壳与控制壳不易发生相对位移，其中供电连接件采用香蕉插头和插座配合，电池的微小震动和位移能被活动连接的香蕉插头抵消。
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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的立体结构示意图一。
图2为本发明的立体结构示意图二。
图3为电源组件的立体结构示意图一。
图4为电源组件的仰视图。
图5为电源组件的立体结构示意图二。
图6为电池电路板背面的立体结构示意图。
图7为电源壳未组装时的立体结构示意图。
图8为电源组件组装入电源壳后的立体结构示意图。
图9为锁定组件的立体结构示意图。
图10为电源壳组装完成时的立体结构示意图。
图11为控制组件的立体结构示意图。
图12为控制壳组装完成时的立体结构示意图。
标号说明：
电源壳1 第一容纳空间11 第二容纳空间12
第三容纳空间13 左分隔板14 右分隔板15
保护板卡槽16 定位孔17 导向槽18
固定块181 锁定组件19 电源解锁杆191
电源锁栓192 弹簧193 控制壳2
定位块21 导向板3 固定齿31
安装孔32 电源组件4 电池组41
供电导线一411 供电导线二412 供电导线三413
供电开关414 电池保护板42 电池采样线421
电池电路板43 第一供电连接件44 第一预充连接件45
预充导线451 预充开关452 电量指示组件46
电量指示板461 电量指示灯462 导光柱463
电量指示开关464 USB插座47 电源输入口48
控制组件5 控制器51 控制器开关511
控制电路板52 第二供电连接件53 第二预充连接件54
控制线55 安装螺栓6
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：
本实施例用于电动自行车/山地车的电源供电和控制，因本实施例具有较小的体积和较轻的质量，因此适用于电动自行车/山地车的安装和应用，除电动自行车/山地车外，也可以在普通电动车上进行安装使用。如图1和2所示，本实施例的壳体分为电源壳1和控制壳2两部分，控制壳2的底部固定连接有导向板3，电源壳1通过导向板3进行水平方向的平移和导向，并实现与控制壳2的对接后限位；在其他实施例中，电源壳1与控制壳2可以进行斜向或垂直方向的对接，导向板3的朝向可以根据实际的对接方向进行调整；在其他实施例中，导向板3还可以设置在控制壳2的顶部或侧面或其他部位，如应用场景为需要将电源固定在车架底部或侧面时；在其他实施例中，导向板3与电源壳1和控制壳2均通过可拆卸连接，如导向板设置为一U形滑槽，电源壳和控制壳可以在滑槽中滑动和限位；在部分实施例中，导向板3已经预先安装或固定在电动自行车/山地车的车架上；在本实施例中，导向板3上等间隔开设有14个安装孔32，可以根据不同的车架情况选择任意两个或更多个安装孔中设置安装螺栓6以固定导向板3和控制壳2。
结合图3至6，电源组件4包括电池组41、电池保护板42和电池电路板43，其中电池保护板42和电池电路板43分别设置在电池组41两侧，上述三者通过供电导线一411、供电导线二412和供电导线三413实现串联。电池组41由4并10串18650电池组成，电池组41的电池两侧通过薄钢镍带实现串、并联，两端的电池串设置有薄铜片，作为电池组41正负极输出电极。电池保护板42与电池组41各串联节点间均连接有电池采样线421，电池采样线421通过检测各节点的电压情况，监控电池组41的工作情况，当电池组41的电压或者温度变化超过阈值时，电池保护板42会采取过充保护、过放保护或过流、短路保护。电池电路板43实现了电池主板的功能，在电池电路板43上设置有第一供电连接件44、第一预充连接件45、电量指示组件46、USB插座47和电源输入口48；其中第一供电连接件44通过供电导线和供电开关414连接电池组41，供电开关414用于控制上述两者间的通断并设置在电源壳1侧面开设的开口中(见图1)；第一预充连接件45通过预充导线451和预充开关452连接电池组41，预充开关452用于控制上述两者间的通断并设置在电源壳1与控制壳2对接的面开设的开口中(见图10)；电量指示组件46设置在电池电路板43的侧面，并由电量指示板461、电量指示灯462、导光柱463和电量指示开关464组成，电量指示灯462为5个LED灯，并设置在电量指示板461，电量指示板461根据电池电路板43传输的电池组41电量情况，控制电量指示灯462的开闭，如剩余电量为总容量的75％时，电量指示灯462中4个LED灯亮起，结合图1，导光柱463固定在电源壳1侧面开设的通光口中，通过导光柱463的折反射，电量指示灯462发出的大部分光线能射出电源壳1外，电量指示开关464突出于电源壳1的侧面设置，通过电量指示开关464可以控制电量指示板461开始或停止工作，在另一个实施例中，电量指示板461上还设置有一延时装置，当电量指示开关464触发时，电量指示板461开始工作，经过延时装置上设定的时间，如5秒后，电量指示板461自动停止；USB插座47和电源输入口48同样通过电源壳1上表面和侧面开设的开口与外界相连通，其中USB插座47用于为外部设备供电，电源输入口48为DC插座，用于电池组41充电，在另一个实施例中，电源输入口48直接与第一供电连接件44和第一预充连接件45连通，即使不使用电池组41，仅通过外部电源供电也可以实现驱动电动车的功能。
结合图7和8，电源壳1的内部结构通过左分隔板14和右分隔板15从左至右被分为第二容纳空间12、第一容纳空间11和第三容纳空间13，其中第一容纳空间11用于放置电池组41，电池组41放置入第一容纳空间11后，通过左分隔板14和右分隔板15限制电池组41水平方向的滑动，由于第一容纳空间11位于电源壳1的中部，电池组41在外部发生振动时振幅较小且重心较稳，第二容纳空间12中设置有保护板卡槽16，电池保护板42通过保护板卡槽16定位，电池电路板43放置在第三容纳空间13中并定位在电源壳1的内表面上。
结合图10，电源壳1的底板为具有一U型槽，该U型槽为与导向板3配合的导向槽18，导向槽18的底部两侧设置有凸起的固定块181，底板上还设置有两个通孔，用于第一预充连接件45通过并进入导向槽18，电源壳1与控制壳2对接的面还开设有两个通孔，用于第一供电连接件44与外界连通，同一表面上还设置有内凹的定位孔17。
如图11所示，控制组件5包括控制器51、控制电路板52、第二供电连接件53、第二预充连接件54和控制线55，其中控制器51用于驱动电动车电机运转，控制电路板52上连接有第二供电连接件53、第二预充连接件54和预充电阻(图中未示出)，其中第二供电连接件53通过软线连接控制电路板52，其中软线可选用铜芯聚氯乙烯绝缘电线、聚乙烯绝缘软电线等，从而第二供电连接件53可在静止时保持固定且在振动时相对控制电路板52发生较小的位移。控制电路板52还连接控制器开关511用于控制控制器51的开启和关闭，控制线55从控制器51向外延伸连接电动车各待供电设备，本实施例控制线55分别为仪表线、转速线和电机线。
结合图5、10和12，用于说明供电和预充功能的实现，在本实施例中，第一供电连接件44为香蕉插孔，整体设置在电源壳1内，通过电源壳1表面的开口与外界连通，第一预充连接件45为弹簧针(Pogo pin)，弹簧针相对于香蕉插孔垂直设置，弹簧针的针头可在垂直方向上运动，在自然状态时，弹簧针的一部分针头从电源壳1的底板通孔中伸入导向槽18；第二供电连接件53为香蕉插头，香蕉插头延伸至控制壳2外，香蕉插头的外形具有在径向上向外延伸的弹片，在本实施例中，接头由底座和四片弹片组成，弹片连接在底座上并呈十字槽型间隔排列，各最弹片最外侧形成的外径略大于香蕉插孔的内径，香蕉插头在进入香蕉插孔时弹片会发生弹性形变从而保持弹片与香蕉插孔的紧密连接，第二预充连接件54为导电金属板，本实施例中导向板3、香蕉插头和导电金属板的延伸方向相平行，导电金属板延伸至控制壳2外并且延伸在外的部分通过导向板3上表面支撑，导电金属板向外延伸的长度长于香蕉插头延伸的长度，当电源壳1与控制壳2对接时，香蕉插头和导电金属板的延伸方向与电源壳1的运动方向相对，由于导电金属板的延伸长度较长，弹簧针先与导电金属板发生接触并压缩后始终保持通电，此时电池组41、第一预充连接件45、第二预充连接件54、预充电阻和控制器51构成的预充电路连通，由于预充电阻的存在，该回路中的电流不会瞬间过大，随后香蕉插孔与香蕉插头接触后连通供电，此时控制器51已经具有初始电压，回路中也不会产生瞬间过大的电流。在另一实施例中，第一供电连接件44与第二供电连接件53间、第一预充连接件45与第二预充连接件54间均通过接插头结构配合，其中第二预充连接件54先于第二供电连接件53连通；在其他实施例中，第一供电连接件44与第二供电连接件53间两者和/或第一预充连接件45与第二预充连接件54间两者均延伸出电源壳1和/或控制壳2，其中预充延伸部的有效总长度(即接触后可导通的部分)大于供电延伸部的有效总长度；在其他实施例中，供电延伸部、预充延伸部与导向板3并非平行设置，如第二预充连接件54为具有一倾斜角度的金属弹片，或第二预充连接件54设置在第二供电连接件53侧面的同一水平面上，只要三者的延伸方向一致，即电源壳1和/或控制壳2在导向板3的运动方向上，第一供电连接件44与第二供电连接件53间、第一预充连接件45与第二预充连接件54间能发生导通即可。
结合图2、8、9、10和12，用于说明电源壳1与控制壳2对接和限位功能的实现，电源壳1上设置有锁定组件19，锁定组件19由电源解锁杆191、电源锁栓192和弹簧193组成，弹簧193设置在电源解锁杆191与电源锁栓192间，弹簧193平时处于压缩状态并使电源锁栓192保持在导向槽18内，导向板3两侧间隔设置有固定齿31，至少部分固定齿31为L型齿，在本实施例中固定齿31均为L型齿，L型齿的凹口与固定块181相配合，安装时，固定块181通过导向板3上的间隔使导向板3进入电源壳1的导向槽18，此时电源锁栓192与固定齿31接触使电源锁栓192离开导向槽18，随后电源壳1可以在导向板3上向控制壳2方向平移，固定块181进入L型齿的凹口并推至电源壳1与控制壳2贴合，L型齿的两边与固定块181贴合，L型齿的水平边还与电源壳1的底板贴合实现纵向方向限位，同时，电源锁栓192到达间隔处并在弹簧193的作用下弹出，从而顶住其中一个L型齿而阻止电源壳1反向退出从而实现水平方向的限位，控制壳2上设置的定位块21此时也进入定位孔17，配合两侧的固定齿31和固定块181实现横向方向的限位。当电源壳1需要分离时，拨动电源解锁杆191，通过电源解锁杆191上的斜面使电源锁栓192离开导向槽18，解除电源壳1在导向板3上的锁定。
本实施例的组装步骤为：
A、组装电池组：将电池、支架、采样线等组装在一起；
B、组装电池电路板和电池保护板：将电池电路板各元件焊接，并用导线将电池电路板和电池保护板焊接连接在一起；
C、放置电池组：将电池组放入电源壳；
D、安装电池电路板、电池保护板和开关：将连接好的电池电路板、电池保护板和开关安装进电源壳，并用螺丝固定，焊接好导线；
E、安装电池壳底板：将锁定组件安装入电源壳底板，并将电源壳底板安装到电源壳上，用螺丝锁紧，完成电源壳和电源组件组装；
F、组装控制器：将香蕉插头、导电金属板、控制电路板和控制器开关、控制线等和控制器连接在一起；
G、放置控制组件：将连接好的控制组件装入控制壳；
H、安装控制壳底板：将控制壳和控制壳底盖用螺丝锁紧，完成控制壳封装；
I、固定控制壳：用螺丝将控制壳和导向板固定到电动车上，完成控制壳固定；
J、电池壳与控制壳对接：将电池壳安装到导向板上使其与控制壳对接，并通过锁定组件锁定，完成安装。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种带预充功能的电动车电池，包括电源壳、控制壳、电源组件和控制组件，所述电源壳与控制壳可分离设置，所述电源组件设置在电源壳上，所述控制组件设置在控制壳上，其特征在于：所述电源组件包括第一供电连接件和第一预充连接件，所述控制组件包括第二供电连接件和第二预充连接件，所述第一供电连接件与第二供电连接件连接起供电作用，所述第一预充连接件与第二预充连接件连接起限流作用，所述第一供电连接件和第二供电连接件中至少一者具有延伸至电源壳或控制壳外的供电延伸部，所述第一预充连接件和第二预充连接件中至少一者具有延伸至电源壳或控制壳外的预充延伸部，所述供电延伸部与预充延伸部的延伸方向相一致，所述预充延伸部的长度/或长度总和大于供电延伸部的长度/或长度总和。
2.根据权利要求1所述的带预充功能的电动车电池，其特征在于：所述第一预充连接件与第二预充连接件分别位于相交的两个平面上，所述第一预充连接件为弹簧针，所述第二预充连接件为导电金属板，所述第一预充连接件设置在电源壳内，所述第二预充连接件至少一部分延伸至控制壳外。
3.根据权利要求1或2所述的带预充功能的电动车电池，其特征在于：所述电源组件还包括设置在电源壳内的电池组和电池电路板，所述电池组连接电池电路板，所述第一供电连接件和第一预充连接件连接电池电路板；所述控制组件还包括设置在控制壳内的控制器和控制电路板，所述控制器连接控制电路板，所述第二供电连接件和第二预充连接件连接控制电路板；还包括预充电阻，所述预充电阻设置在电池电路板或控制电路板上。
4.根据权利要求3所述的带预充功能的电动车电池，其特征在于：所述电源组件还包括设置在电源壳内的电池保护板，所述电池组设置在电源壳内的中部，所述电池保护板和电池电路板分别纵向设置在电池组的两侧，所述电池组、电池保护板和电池电路板串联，所述电池保护板还设置有电池采样线与电池组连接。
5.根据权利要求3所述的带预充功能的电动车电池，其特征在于：所述第一供电连接件为香蕉插孔，所述第二供电连接件为香蕉插头，所述第二供电连接件通过软线连接控制电路板。
6.根据权利要求3所述的带预充功能的电动车电池，其特征在于：所述电池电路板上还连接有电源输入口、供电开关、预充开关和USB插座。
7.根据权利要求1或2所述的带预充功能的电动车电池，其特征在于：还包括导向板，所述导向板的方向与供电延伸部和预充延伸部的延伸方向相一致，所述导向板与电源壳和控制壳相配合。
8.根据权利要求7所述的带预充功能的电动车电池，其特征在于：所述电源壳上开设有与导向板相配合的导向槽，所述第一预充连接件设置在电源壳内且至少一部分位于导向槽中，所述第二预充连接件至少一部分延伸至控制壳外且设置在导向板表面，所述第一预充连接件与第二预充连接件在导向槽区域配合。
9.根据权利要求7所述的带预充功能的电动车电池，其特征在于：所述导向板从控制壳向外延伸，所述导向板两侧分别设置有固定齿，至少部分固定齿为L形齿，所述电源壳上开设有与导向板相配合的导向槽，所述导向槽中设置有与L形齿相配合的固定块；所述电源壳内还设置有锁定组件，所述锁定组件包括电源锁栓、电源解锁杆和弹簧，所述电源锁栓与固定齿相配合，所述弹簧使电源锁栓保持在导向槽内，所述电源解锁杆运动时带动电源锁栓离开导向槽。
10.根据权利要求7所述的带预充功能的电动车电池，其特征在于：所述导向板上开设有安装孔，电动车电池通过安装孔固定在电动车车架上。
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WO2023176443A1 (ja) * 2022-03-17 2023-09-21 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電装置

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