CN116278940A - 新能源电池换电车辆的电池固定装置及固定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新能源电池换电车辆的电池固定装置和固定方法。本发明在不改变原车身结构的前提下，通过直接在车身上安装双头螺柱的方法，最大限度保持了换电车型与非换电车型车身的统一。本发明提供的电池固定装置包括：紧固机构、浮动对准机构和防松锁止机构。该电池固定装置固定于动力电池包壳体，不需要变更车身结构或者加装电池转接支架，对离地间隙牺牲较小的同时有利于电动汽车换电的标准化发展。

Description

新能源电池换电车辆的电池固定装置及固定方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，具体涉及一种新能源电池换电车辆的电池固定装置及固定方法。

背景技术

与传统燃油汽车相比，电动汽车具有绿色环保、智能化程度高等优点，对于节能减排和城市交通智能化具有重要意义，因此逐渐成为未来汽车产业的战略发展方向。但电动汽车电池价格高、续航里程短、充电时间长，即使在快充模式下仍需持续充电30分钟左右，这些都成为制约其发展的重要因素。

为解决电动汽车充电难的问题，换电技术应运而生。电动汽车可通过换电站的自动换电设备将车载乏电电池与电池架上已充满的电池进行交换，以此来保障汽车的续航，整个换电过程一般不超过5分钟，是一种替代电动汽车长时间充电的全新模式。目前主流的换电模式可分为底盘换电、模块分箱换电和侧方换电，其中底盘换电由于换电时间短、换电全自动且更能保障汽车的安全和运行性能，因而受到更多车企的青睐。

底盘换电的方法可分为螺纹连接、卡扣连接和安装电池转接支架，但其仍存在需改变底盘结构、降低汽车离地高度以及维修成本大等亟待解决的问题。例如，奥动新能源汽车有限公司发布的专利(CN217672242U)中涉及一种快换支架及电动汽车，所述快换支架包括纵梁、横梁与转接件，在保证结构强度的同时，采用转接件实现横梁与纵梁的快速、精确连接，参见图1。通过将此专利中的转接支架安装在车身下方，可以使原本不具备换电功能的电动车实现电池快速拆换，从而达到快速补电的目的。但这种支架会增加车身重量和宽度，并且使汽车离地高度降低。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种新能源电池换电车辆的电池固定装置和固定方法，该电池固定装置固定于动力电池包壳体，不需要变更车身结构或者加装电池转接支架，对离地间隙牺牲较小的同时有利于电动汽车换电的标准化发展。

为了实现上述目的，本发明提出了一种新能源电池换电车辆的电池固定装置，所述电池固定装置包括：

紧固机构，所述紧固机构包括第一连接件，所述第一连接件的第一端设于车身门槛上；

浮动对准机构，所述浮动对准机构包括第二连接件、导向板和传动支架，所述第一连接件的第二端通过电池包壳体上的电池包固定孔并与第二连接件能可拆卸地连接，所述传动支架上设有多根传动杆，部分传动杆与所述第二连接件相连，另一部分传动杆与所述导向板相连，所述第二连接件能在Y方向上进行位移调整，所述导向板能在X方向上进行位移调整；

防松锁止机构，包括弹性支撑件和锁紧套，所述弹性支撑件安装在导向板和第二连接件之间，以支撑第二连接件，所述锁紧套设于所述导向板的下方，以锁止所述导向板；

其中，X、Y方向互相垂直，X方向为行车方向。

在一个实施例中，所述锁紧套上表面和导向板的下表面设有互相匹配的齿槽，所述锁紧套上表面和导向板的下表面通过所述互相匹配的齿槽进行锁止。

在一个实施例中，所述电池固定装置还包括装置壳体，所述装置壳体设于所述电池固定装置的外侧，所述装置壳体的下部设有装置固定孔，用于与电池包壳体连接。

在一个实施例中，所述紧固机构还包括固定件，所述固定件设于车身门槛的内侧，所述固定件设有通孔，所述通孔的孔径与车身门槛中底盘定位孔的孔径相匹配，所述第一连接件的第一端通过底盘定位孔再与所述固定件连接以固定在车身门槛上。

在一个实施例中，所述固定件为固定螺母。

在一个实施例中，所述第二连接件为浮动螺母。

在一个实施例中，所述第一连接件的第一端和第二端均设有螺纹，所述第一连接件的第一端的螺纹与所述固定螺母的内螺纹相匹配，所述第一连接件的第二端的螺纹与所述浮动螺母的内螺纹与相匹配且能可拆卸地连接。

在一个实施例中，所述第一连接件为双头螺柱。

在一个实施例中，所述弹性支撑件为复位弹簧。

本发明还提出了一种新能源电池换电车辆的电池固定方法，应用于如上文所述的新能源电池换电车辆的电池固定装置，包括如下步骤：

换电站内满电电池包上升并使电池包壳体上的电池包固定孔与固定在车身门槛上的第一连接件基本对准；

加解锁枪上升并通过调节浮动对准机构使第二连接件与第一连接件完全对准；

当第二连接件与第一连接件对准后，传动支架和导向板因重力和弹性件的作用下落到锁紧套上锁止；

转动加解锁枪上的活动套筒使第二连接件与第一连接件连接并固定。

本发明的新能源电池换电车辆的电池固定装置和固定方法具有如下有益效果：

1、本发明的浮动对准机构可以实现无人工操作下加解锁枪与电池包壳体快速、精确对准，同时结构更加简单紧凑，体积更小，节省了复杂零件的开模、制造费用。

2、通过在垂直螺纹轴线平面内设计齿槽来防止螺纹松动，有效减小了装置的轴向尺寸。

3、本发明直接利用电池包壳体原有的电池包固定孔，通过螺纹连接该电池固定装置，基本不需要对原电池包进行更改。

4、相比于将换电装置设置在汽车底盘上，将换电装置设置在电池包壳体中不需要改变汽车底盘结构，最大限度实现换电车辆和非换电车辆车身的统一，同时避免因使用电池转接支架而降低整车离地高度，影响车辆通过性能。

5、直接在车身上安装双头螺柱，可靠性更高，使用寿命更长，后期若出现螺纹损坏，拆卸维修更加便捷，维修费用更低。

6、可将本方面中的电池固定装置设计成标准件，多车型共用，降低成本的同时有利于实现换电的标准化。

附图说明

图1为中国专利CN217672242U中一种快换支架的结构示意图；

图2为本发明一实施例的新能源电池换电车辆的电池固定装置在车身中的装配示意图；

图3为本发明一实施例的新能源电池换电车辆的电池固定装置剖面图；

图4为本发明一实施例的浮动对准机构的***图；

图5为本发明一实施例的浮动对准机构的剖面图；其中，(a)为浮动对准机构的结构示意图，(b)为(a)中沿A-A剖面线的剖面图，(c)为(a)中沿B-B剖面线的剖面图；

图6为本发明一实施例的防松锁止机构的结构示意图；

图7为一种动力电池包的局部放大示意图；

图8为本发明一实施例的新能源电池换电车辆的电池固定装置的固定示意图；

图9为一种车型的底盘局部放大示意图；

图10为本发明一实施例的新能源电池换电车辆的电池固定方法的示意图。

附图标记

A1、纵梁；A11、纵梁本体；A17、第一纵子段；A18、第二纵子段；A19、第三纵子段；A153、第三连通孔；A2、横梁；A21、横梁本体；A4、锁止机构；A7、电连接器；A9、限位部件；

100、车身门槛；101、底盘定位孔；200、电池包壳体；201、电池包固定孔；300、电池固定装置；31、紧固机构；32、浮动对准机构；33、防松锁止机构；1、双头螺柱；2、固定螺母；3、浮动螺母；4、装置壳体；5、复位弹簧；6、传动支架；7、导向板；8、锁紧套；9、装置固定孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2和图3所示，本发明一实施例的新能源电池换电车辆的电池固定装置300，包括：紧固机构31、浮动对准机构32和防松锁止机构33。紧固机构31包括第一连接件，第一连接件设于车身门槛100上。浮动对准机构32在X方向与Y方向均预留了调节量，因此能在X方向和Y方向进行位移调整，可实现换电时的自动找正，大大提高换电的效率和成功率。浮动对准机构32包括第二连接件、导向板7和传动支架6，参见图4-5。第一连接件的第二端通过电池包壳体200上的电池包固定孔201并与第二连接件能可拆卸地连接。传动支架6上设有多根传动杆，部分传动杆与第二连接件相连，另一部分传动杆与导向板7相连，可以起到传动力矩的作用。第二连接件能在Y方向上进行位移调整，导向板7能在X方向上进行位移调整。防松锁止机构33与浮动对准机构32共用一个导向板7。防松锁止机构33还包括弹性支撑件和锁紧套8，参见图6。弹性支撑件安装在导向板7和第二连接件之间，以支撑第二连接件。锁紧套8设于导向板7的下方，以锁止浮动对准机构32。其中，X、Y方向互相垂直，X方向为行车方向。

进一步，锁紧套8的上表面和导向板7的下表面各设有互相匹配的齿槽，锁紧套8的上表面和导向板7的下表面通过互相匹配的齿槽进行锁止，参见图6。本实施例优选，齿槽设计在垂直螺纹轴线平面内。

进一步，紧固机构还包括固定件。固定件设于车身门槛100的内侧。固定件设有通孔，通孔的孔径与车身门槛100中底盘定位孔101的孔径相匹配。第一连接件的第一端通过底盘定位孔101再与固定件连接以固定在车身门槛100上。本实施例优选，固定件为固定螺母2，参见图3和图8。

本实施例优选，第二连接件为浮动螺母3。

进一步，第一连接件的第一端和第二端均设有螺纹。第一连接件的第一端的螺纹与固定螺母2的内螺纹相匹配，第一连接件的第二端的螺纹与所述浮动螺母3的内螺纹与相匹配且能可拆卸地连接。

本实施例优选，第一连接件为双头螺柱1。如图9所示，双头螺柱1的第一端通过底盘定位孔101再与固定螺母2螺纹连接以固定在车身门槛上。双头螺柱1的第二端通过电池包固定孔201并与浮动螺母3进行螺纹连接。

其中，浮动螺母3在传动支架6上浮动，并且在Y方向上预留了调节量，在换电时可以实现Y方向上的移动找正。导向板7对传动支架6起到一定的导向定位作用，同时在X方向预留了调节量，可以在X方向上适量移动。

因此，在浮动螺母3上升的过程中，可通过这些传动杆同时在X方向和Y方向进行适量移动来实现电池安装时的自动找正，以及实现与双头螺柱1的螺纹连接。该浮动对准机构不仅具备X方向和Y方向的可调节性，同时结构简单而可靠性高，大大降低了复杂零件的开模、加工费用和维修费用。

本实施例优选，弹性支撑件为复位弹簧5。复位弹簧5安装在导向板7和浮动螺母3之间，参见图6。当浮动螺母3上升并与双头螺柱1对准后，复位弹簧5主要起到支撑浮动螺母3的作用，防止其下滑脱落。而导向板7下表面和锁紧套8上表面设有齿槽，当浮动螺母3与双头螺柱1完成螺纹连接后，传动支架6和导向板7因重力和复位弹簧5作用下落到锁紧套8上，可以被表面的齿槽卡死，避免电池安装完后因外力、振动造成的松动和脱落，大大提高电池固定的可靠性。

再进一步，电池固定装置300还包括装置壳体4。装置壳体4设于电池固定装置300的外侧，以保护电池固定装置避免撞击失效并保证电池固定装置正常工作。装置壳体4下部设有装置固定孔9，可通过螺纹连接的方式与电池包壳体200连接，参见图8。因此，无需专门在汽车底盘加装电池转接支架，对全车离地间隙的牺牲较小。

本发明一实施例的新能源电池换电车辆的电池固定方法，包括如下步骤：

满电电池包上升并使电池包壳体上的电池包固定孔与固定在车身门槛上的第一连接件基本对准；

加解锁枪上升并通过调节浮动对准机构使第二连接件与第一连接件完全对准；

当第二连接件与第一连接件连接后，传动支架和导向板因重力和弹性件作用下落到锁紧套上锁止；

转动加解锁枪上的活动套筒使第二连接件与第一连接件连接并固定。

图10展示了基于某车型且利用本发明一实施例的电池固定装置及固定方法的一种换电方案，具体操作方法与原理如下：

双头螺柱1的第一端固定连接在车身门槛100上，参见图9。换电站内的加解锁枪和活动套筒上升，转动导向板7，通过传动支架6传递力矩将浮动螺母3拧松，使乏电电池包从汽车底盘上脱下。满电电池包上升并使电池包壳体200上的电池包固定孔201与双头螺柱1基本对准，加解锁枪上升并通过浮动对准机构32使浮动螺母3在X方向和Y方向调节至与双头螺柱1完全对准。最后转动加解锁枪上的活动套筒使浮动螺母3与车身门槛100上双头螺柱1第二端螺纹连接以完成整个换电过程。这种换电方法无需人工操作即可实现电池包与安装于车身门槛上的双头螺柱的精确对准，减少人工成本的同时大大提高了换电的效率和成功率。

本发明的新能源电池换电车辆的电池固定装置和固定方法具有如下有益效果：

1、本发明的浮动对准机构可以实现无人工操作下加解锁枪与电池包壳体快速、精确对准，同时结构更加简单紧凑，体积更小，节省了复杂零件的开模、制造费用。

2、通过在垂直螺纹轴线平面内设计齿槽来防止螺纹松动，有效减小了装置的轴向尺寸。

3、本发明直接利用电池包壳体原有的电池包固定孔，通过螺纹连接该电池固定装置，基本不需要对原电池包进行更改。

4、相比于将换电装置设置在汽车底盘上，将换电装置设置在电池包壳体中不需要改变汽车底盘结构，最大限度实现换电车辆和非换电车辆车身的统一，同时避免因使用电池转接支架而降低整车离地高度，影响车辆通过性能。

5、直接在车身上安装双头螺柱，可靠性更高，使用寿命更长，后期若出现螺纹损坏，拆卸维修更加便捷，维修费用更低。

6、可将本方面中的电池固定装置设计成标准件，多车型共用，降低成本的同时有利于实现换电的标准化。

应理解的是，本发明中的“上”、“下”等表示方位或位置关系的术语，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是表示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发明的限制。术语“第一”、“第二”是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序或主次关系，也不是用于限定数量。此外，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，在本申请的描述中使用的“安装”、“相连”、“连接”、“设有”等类似词语应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，领域内技术人员可根据具体情况理解其在本申请中的具体含义。

上述实施例仅是对本发明的进一步说明，并非对本发明做其他形式的限制，本发明还可有其它多种实施例。在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种新能源电池换电车辆的电池固定装置，其特征在于，所述电池固定装置包括：

紧固机构，所述紧固机构包括第一连接件，所述第一连接件的第一端设于车身门槛上；

浮动对准机构，所述浮动对准机构包括第二连接件、导向板和传动支架，所述第一连接件的第二端通过电池包壳体上的电池包固定孔并与第二连接件能可拆卸地连接，所述传动支架上设有多根传动杆，部分传动杆与所述第二连接件相连，另一部分传动杆与所述导向板相连，所述第二连接件能在Y方向上进行位移调整，所述导向板能在X方向上进行位移调整；

防松锁止机构，包括弹性支撑件和锁紧套，所述弹性支撑件安装在导向板和第二连接件之间，以支撑第二连接件，所述锁紧套设于所述导向板的下方，以锁止所述导向板；

其中，X、Y方向互相垂直，X方向为行车方向。

2.根据权利要求1所述的新能源电池换电车辆的电池固定装置，其特征在于，所述锁紧套上表面和导向板的下表面设有互相匹配的齿槽，所述锁紧套上表面和导向板的下表面通过所述互相匹配的齿槽进行锁止。

3.根据权利要求1所述的新能源电池换电车辆的电池固定装置，其特征在于，所述电池固定装置还包括装置壳体，所述装置壳体设于所述电池固定装置的外侧，所述装置壳体的下部设有装置固定孔，用于与电池包壳体连接。

4.根据权利要求1所述的新能源电池换电车辆的电池固定装置，其特征在于，所述紧固机构还包括固定件，所述固定件设于车身门槛的内侧，所述固定件设有通孔，所述通孔的孔径与车身门槛中底盘定位孔的孔径相匹配，所述第一连接件的第一端通过底盘定位孔再与所述固定件连接以固定在车身门槛上。

5.根据权利要求4所述的新能源电池换电车辆的电池固定装置，其特征在于，所述固定件为固定螺母。

6.根据权利要求5所述的新能源电池换电车辆的电池固定装置，其特征在于，所述第二连接件为浮动螺母。

7.根据权利要求6所述的新能源电池换电车辆的电池固定装置，其特征在于，所述第一连接件的第一端和第二端均设有螺纹，所述第一连接件的第一端的螺纹与所述固定螺母的内螺纹相匹配，所述第一连接件的第二端的螺纹与所述浮动螺母的内螺纹与相匹配且能可拆卸地连接。

8.根据权利要求7所述的新能源电池换电车辆的电池固定装置，其特征在于，所述第一连接件为双头螺柱。

9.根据权利要求1所述的新能源电池换电车辆的电池固定装置，其特征在于，所述弹性支撑件为复位弹簧。

10.一种新能源电池换电车辆的电池固定方法，应用于如权利要求1-9任一项所述的新能源电池换电车辆的电池固定装置，其特征在于，包括如下步骤：

换电站内满电电池包上升并使电池包壳体上的电池包固定孔与固定在车身门槛上的第一连接件基本对准；

加解锁枪上升并通过调节浮动对准机构使第二连接件与第一连接件完全对准；

当第二连接件与第一连接件对准后，传动支架和导向板因重力和弹性件的作用下落到锁紧套上锁止；

转动加解锁枪上的活动套筒使第二连接件与第一连接件连接并固定。

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