电池包固定结构及电池包更换装置的制作方法

本发明涉及电动汽车领域，尤其涉及一种电动汽车的电池包固定结构及电池包更换装置。

背景技术：

随着社会经济的发展、人类节能环保意识的提高，电动汽车作为新能源汽车越来越成为未来汽车发展的方向。其中，电动汽车的储能系统，例如电池是电动汽车的关键部件。而目前的电动汽车的电池的充电时间通常都比较长，续驶的里程相对比较短，这成为制约电动汽车普及的主要因素。在现有电池技术难以取得较大突破的前提下，更换电池包成为解决上述问题的主要途径。即，当电动汽车的电池表明其电量不足时，可以在换电站直接更换一个充满电的电池包，从而延长续驶里程。这样，就对电池包更换效率提出了新的要求。众所周知，电动汽车的电池包体积大，重量大，如果安装方式过于复杂，则将造成换电站换电效率低下，可靠性低。例如，传统的利用多个螺栓固定电池包的方式，即存在耗时长、可更换次数有限以及操作复杂等问题，因此，亟需开发新型的可靠性高、方便、快捷的电池包更换装置。

申请号为201310051930.5的中国发明专利申请，公开了一种底盘式动力电池快换锁紧机构，该机构包括电池包以及固定安装于电动汽车底盘上的锁紧安装支架。电池包上设置锁扣，锁紧安装支架上设置与该锁扣相适配的锁舌。安装电池包时，所述锁舌扣入扣锁孔，从而实现电池包的固定。然而，该专利文献公开的所述锁紧机构仅仅提供了对电池包的在垂直方向的支撑，并未实现对所述电池包的完全锁紧，因此电池包的锁紧可靠性无法得到保障。另外，该专利文献公开的方案并未披露如何实现电池包的拆卸。

申请号为200910142368.0的中国发明专利申请，公开了一种电动汽车电池的快装快换系统及快装快换方法。所述快装快换系统包括电池包、安装板以及设置在车体上的电池包保护框。安装板上设置吊环，保护框相应地设置锁体。安装电池时，设置在锁体上的锁钩穿过所述吊环，与电池形成了连接并锁定。然而，该专利文献所公开的系统存在结构复杂、成本高以及可靠性差的缺陷，而且需要一直提供额外的能量维持锁紧机构运作。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的以上缺陷而提出。即本发明提供一种电池包固定结构及电池包更换装置。

根据本发明的第一方面，提供一种电池包固定结构，包括：基体、驱动单元、连杆传动单元以及锁定单元；其中，所述基体固定到电动汽车车体，并用于支撑所述驱动单元、连杆传动单元以及锁定单元；所述驱动单元，用于提供驱动力；所述连杆传动单元，用于在所述驱动力的作用下，使得所述锁定单元解锁，并在驱动力消失的情况下，使得所述锁定单元锁定；以及所述锁定单元，用于在锁定状态下锁定所述电池包，并在解锁状态下释放所述电池包。

进一步的，所述驱动单元包括电磁铁压块和将该电磁铁压块支承在所述基体上的框体；在被施加电信号的情况下，该驱动单元提供的所述驱动力为电磁吸力。

进一步的，所述框体包括：支承结构以及一端固定在该支承结构上、另一端活动连接在基体上的导向结构。

进一步的，所述框体上形成限位结构，用于限制驱动单元的移动范围。

进一步的，所述驱动单元还包括设置在框体和基体之间的弹性复位元件。

进一步的，所述连杆传动单元包括第一连杆部分、第二连杆部分和第三连杆部分；第一连杆部分在所述驱动力的作用下向下移动，并在驱动力消失的情况下向上移动；第二连杆部分一端与第一连杆部分连接，另一端与第三连杆部分连接，且位于所述一端与所述另一端之间可转动地固定在所述基体上，从而将第一连杆部分的移动传递到第三连杆部分；以及第三连杆部分与第一连杆部分相应的向上或向下移动，使得锁定单元的解锁或锁定。

进一步的，第一连杆部分及第三连杆部分上形成有万向球头，该万向球头与与第二连杆部分上的关节孔配合。

进一步的，第二连杆部分在所述一端与所述另一端之间设置轴孔，固定在基体上的连杆轴套设在该轴孔中，从而第二连杆部分能够绕该连杆轴旋转，以将第一连杆部分的移动传递到第三连杆部分。

进一步的，所述第一连杆部分包括接受驱动力的受力单元，在所述驱动力的作用下向下移动。

进一步的，第一连杆部分还包括使得该受力单元回复到原始位置的弹性复位元件，其一端固定在基体上，另一端固定在所述受力单元上，使得在驱动力消失后，第一连杆部分回复到初始位置。

进一步的，第三连杆部分包括卡止结构，用于使锁定单元锁定或解锁。

进一步的，所述卡止结构在沿第三连杆部分的运动方向上为楔形。

进一步的，第三连杆部分还包括弹性复位元件，用于使得第三连杆部分回复到原始位置。

进一步的，所述锁定单元包括钩体及被卡止结构；钩体绕旋转轴转动，以锁定电池包或释放电池包；以及被卡止结构被所述连杆传动单元操作，以使钩体锁定电池包或释放电池包。

进一步的，所述锁定单元包括钩体及被卡止结构；钩体绕旋转轴转动，以锁定电池包或释放电池包；以及被卡止结构与所述卡止结构配合，以使钩体锁定电池包或释放电池包。

进一步的，所述锁定单元还包括弹性复位元件，使得钩体保持闭合状态。

根据本发明的第二方面，提供一种电池包更换装置，包括：如上述任一所述的电池包固定结构；以及控制单元，用于向驱动单元施加电信号，使得驱动单元提供所述驱动力。

根据本发明的电池包固定结构及电池包更换装置，由驱动单元在被通电后提供动力，驱动连杆传动单元动作，使得锁定单元解锁；并在连杆传动单元复位后，使得锁定单元锁定。如此实现对电动汽车的电池包的解锁和锁定，以及对电池包的快换快装。从而，使得本发明的所述电池包固定结构及电池包更换装置的结构简单、成本低且维护简单；由于利用外接电信号进行控制，在断电后实现锁定单元的锁定，因此，能实现高可靠性的电池包锁紧性能，并能实现多次重复的锁紧及解锁功能。同时，由于操作简单，从而使得电池包的更换方便、快捷、效率高。

以下结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案做进一步详细的描述，本发明的有益效果将进一步明确。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1示出了根据本发明一优选实施例的电池包固定结构在解锁状态下的立体结构示意图。

图2为根据本发明一优选实施例的电池包固定结构的基体的立体结构示意图。

图3为根据本发明一优选实施例的电池包固定结构的驱动单元的结构示意图。

图4为根据本发明一优选实施例的电池包固定结构的连杆单元的结构示意图。

图5为根据本发明一优选实施例的电池包固定结构的锁定单元的结构示意图。

图6示出了根据本发明一优选实施的电池包固定结构在解锁状态下的正视图。

图7示出了根据本发明一优选实施的电池包固定结构在锁定状态下的立体结构示意图。

图8示出了根据本发明一优选实施的电池包固定结构在锁定状态下的正视图。

图9示出了根据本发明一优选实施例的电池包更换装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。

根据本发明的电池包固定结构及电池包更换装置，驱动单元被通电后，提供动力，驱动连杆传动单元动作，使得锁定单元解锁；并在连杆传动单元复位后，使得锁定单元锁定。如此实现对电动汽车的电池包的解锁和锁定，以及对电池包的快换快装。从而，使得本发明的所述电池包固定结构及电池包更换装置的结构简单、成本低且维护简单；由于利用外接电信号进行控制，在断电后实现锁定单元的锁定，因此，能实现高可靠性的电池包锁紧性能，并能实现多次重复的锁紧及解锁功能。同时，由于操作简单，从而使得电池包的更换方便、快捷、效率高。

以下将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

图1示出了根据本发明一优选实施例的电池包固定结构在解锁状态下的立体结构示意图。该电池包(未示出)固定结构设置在电动汽车的固定电池包的适当位置，例如电动汽车的底盘，并且根据需要可以设置多个，以在多个位置实现对电池包的可靠固定。如图1所示，所述电池包固定结构包括：基体1、驱动单元5、连杆传动单元2以及锁定单元4。基体1例如以螺栓等连接方式固定在电动汽车的例如底盘上，用于支撑所述驱动单元5、连杆传动单元2以及锁定单元4等各部件。驱动单元5在被施以电信号的情况下，提供驱动力。连杆传动单元2在所述驱动力的作用下，使得所述锁定单元4解锁。所述锁定单元4在锁定状态下锁定所述电池包，并在解锁状态下释放所述电池包。

以下对各部件逐一进行说明。

图2示出了根据本发明一优选实施例的所述基体1的结构示意图。如图2所示，所述基体1优选包括上部固定支架11，用于以例如螺栓紧固方式实现与电动汽车车体的固定；以及下部固定框架12，用于承载驱动单元5、连杆传动机构2以及锁定单元4等部件。该基体1也不限于图2所示的结构，其只要能实现相应的固定及支承功能即可。所述基体1例如利用金属材料制成，只要能够提供足够的强度，以实现对电池包的支撑和固定电池包即可。

所述驱动单元5在施以电信号的情况下，能够提供所述驱动力。在本发明的一个实施例中，该驱动单元5包括电磁铁压块50和将该电磁铁压块支承在基体1上的框体。该驱动单元5在施以电信号时能够吸引连杆传动单元2运动。图3示出了根据本发明一优选实施方式的驱动单元的结构示意图。如图3所示，所述框体包括支承结构54、以及一端固定在该支承结构54上、另一端活动连接在基体1的下部固定框架上的一对导向结构51。在本发明的一优选实施例中，该支承结构54为支承板，导向结构51为导向柱。该支承板用于支承所述电磁铁压块50，并与电磁铁压块50一起沿着所述导向柱51所引导的方向移动，在图1所示的结构中，所述导向柱51引导所述电磁铁压块上下移动。需要指出的是，所述支撑结构显然不限于板状的所述支撑板54，只要能实现带动驱动装置的移动即可，例如其可以为框架的形式。并且，导向结构也不限于所述柱状的导向柱51，其可以为其他能实现导向的结构，例如轨道、或条状结构等，同时，本实施例中，所述导向柱51为两个，然而其数量也可以根据需要进行设置。

所述驱动单元5还优选包括形成在外框上的限位结构52，如图1所示的实施例中，其为设置在外框左右两侧的缺口52，该缺口52在驱动装置向上移动到预定位置时抵接于所述基体1的下部固定框架，使得限制所述电磁铁压块的向上移动。该限位结构显然不限于上述缺口，也可以为突出的限位块等形式。另外，为实现驱动单元的快速复位，驱动单元5还优选包括复位弹性单元，在本发明如图1、3所示的实施例中，该复位弹性单元为套设在所述导向柱51上的复位弹簧53。然而，该复位弹簧53也可以不限于套设在导向柱51上，且不限于螺旋弹簧的形式，只要能实现复位功能即可。此外，驱动单元5也可以依靠自身的重力，在断掉电信号的情况下，自动复位。

以上以电磁铁压块作为驱动单元为例进行了说明。然而，本发明的该驱动单元5显然不限于利用上述电磁铁压块提供驱动力，例如，其还可以为一通电后旋转的凸轮结构等，只要能实现连杆传动部分的移动，并实现锁定单元锁定或解锁即可。

所述连杆传动单元2用于在驱动单元4所提供的驱动力的作用下，实现锁定单元4的解锁，并在驱动力消失的情况下，实现锁定单元4的锁定。图4示出了根据本发明一优选实施例的连杆传动单元2的结构示意图。如图2所示，所述连杆传动单元2包括第一连杆部分21，第二连杆部分22以及第三连杆部分23。所述第一连杆部分21在所述驱动力的驱动下向下移动，并在驱动力消失的情况下向上移动。第二连杆部分22一端与第一连杆部分21连接，另一端与第三连杆部分23连接，且在所述一端与所述另一端之间的位置可转动地固定在所述基体1上，从而将第一连杆部分21的移动传递到第三连杆部分23。第三连杆部分23与第一连杆部分21相应的向上或向下移动，以实现锁定单元4的解锁和锁定。

所述第一连杆部分21和第三连杆部分23优选利用万向球头24、25与第二连杆22形成连接，从而第一连杆部分21和第三连杆部分23能够相对于第二连杆部分万向旋转。第二连杆部分22上相应设置与球头24、25配合的关节孔221及222。第二连杆部分在两关节孔221、222之间设置轴孔223，基体1上固定的轴26(如图1所示)套设在该轴孔223中，从而第二连杆部分22能够绕固定在基体1上的轴26旋转，实现将第一连杆部分21的移动传递到第三连杆部分23。

所述第一连杆部分21进一步包括接受驱动力的受力单元211，在本发明图1所示的实施例中，该受力单元例如为板状推杆头，能够在电磁铁压块被施加电信号后，受到该电磁铁压块的吸引而向下朝着该电磁铁压块移动。并且进一步的，第一连杆部分21还包括使得该受力单元回复到原始位置的弹性复位元件27(如图1所示)，例如复位弹簧，一端固定在基体1的下部支撑框架上，另一端固定在所述受力单元211上，使得在驱动力消失后，第一连杆部分21能够回复到初始位置。

第三连杆部分23包括卡止结构231，用于使锁定单元4锁定或解锁。具体地，在本发明如图1所示的实施例中，该卡止结构231例如为一卡止块，其能够嵌入到锁定单元4上形成的凹部41中，从而限制锁定单元4的钩体41绕旋转轴43转动，如此使得锁定单元处于锁定状态。而当所述卡止结构231从所述凹部41移除，则锁定单元4的钩体41可以绕旋转轴43转动，即锁定单元4处于解锁状态。进一步优选地，卡止块可以具有坡度设计，例如为梯形形状，使得与所述凹部的配合可以达到锁死的效果，以确保锁定可靠性，具体的，卡止块231在远离锁定单元4的方向的边的长度大于面对锁定单元4的方向的边的长度，即所述卡止结构在沿第三连杆部分的运动方向上形成为楔形。下文将对其具体解锁及锁定的状态进行描述。第三连杆部分23上还设置一弹性复位元件28，如图1所示，例如为一复位弹簧，用于使得第三连杆部分回复到原始位置。第二连杆部分22利用以绕旋转轴26转动的方式，将第一连杆部分21的移动传递到第三连杆部分23。下文将具体描述。

需要说明的是，以上对第一连杆部分21、第二连杆部分22以及第三连杆部分22的结构的描述并非限制性的，只要能实现将驱动单元的驱动力传递到锁定单元即可。所述第一连杆部分21、第三连杆部分23上设置的弹性复位元件也可以不限于上述形式，也可以为其他弹性元件。进一步地，各连杆部分位置的回复也可以通过在第二连杆部分22上设置，例如设置在第二连杆部分的旋转轴26上的扭簧等来实现。并且进一步地，甚至可以不设置弹性复位元件，而是利用第一连杆部分21、第二连杆部分22以及第三连杆部分23自身的重力平衡原理，使得在电信号消失后，该连杆传动单元2能自动回复到初始位置。

图5为根据本发明一优选实施例的锁定单元的结构示意图。如图5所示，所述锁定单元4优选包括一对钩体41，在锁定单元4处于锁定状态时，该对钩体闭合，与电池包上相应设置的锁定结构，例如环状、杆状或钩状结构等相互锁定。其中，至少一个钩体能够绕旋转轴43旋转，以便在解锁状态时，该至少一个钩体能绕该旋转轴旋转，使得处于闭合状态的一对钩体打开，从而释放电池包。该锁定单元4还包括一被卡止结构42，例如为上述凹部42，能够与所述卡止结构231配合，限制所述至少一个钩体的旋转，从而确保锁定单元4处于锁定状态。进一步地，所述锁定单元4还包括弹性复位元件44，例如为一复位弹簧，用于使得所述钩体保持在闭合状态。然而，该复位弹簧也可省略，利用钩体自身的重力而处于闭合状态。

此外，需要指出的是，所述锁定单元4的钩体41并不限于上述形式，只要可以形成能够与电池包上的锁定结构配合的结构即可，例如锁定单元4可以包括一个有开口的环形，另一个为封闭该开口的片状结构等。同时，所述卡止结构231与凹部42的配合也不限于此种方式，只要能实现对所述锁定单元的锁定或解锁即可，例如，也可代替凹部在该位置设置一弹性拨止块，第三连杆结构向下移动并使得该拨止块卡在两钩体的上端位置，从而限制两钩体的旋转，使得钩体处于闭合状态。

进一步优选地，如图1所示，所述电池包固定结构还包括定位结构6，例如为一定位孔，用于与电池包上的被定位结构(未示出)，例如为一定位针配合，从而在电池包被举升机举升的过程中引导电池包，以使得电池包上的锁定结构能够更顺利地进入锁定单元4的钩体41中。

以下再次参考图1，说明本发明所述电池包固定结构的解锁操作。此处以图1所示的各部件的具体结构及连接关系进行描述，然而如上文所述，本发明并不限于图1所示的具体元件及其结构。

如图1所示，利用电线3将控制单元(未示出)输出的电信号提供给驱动单元5的电磁铁压块50。在一对导向柱51的引导下，驱动单元5的支撑板54支承电磁铁压块50共同向上移动。同时，第一连杆部分21上的板状推杆头211在电磁铁的吸引力的作用下向下移动直到推杆头211与电磁铁压块50吸合。此时复位弹簧27受拉，而复位弹簧53受压。当电磁铁压块50移动到上限位置时，缺口52与基体1的下部固定框架抵接，从而限制电磁铁压块50继续上移。

板状推杆头211的向下移动,一边使得第一连杆部分21的万向球头24在第二连杆部分22上的关节孔内转动，一边带动第二连杆部分22绕固定在基体1上的轴26旋转倾斜，从而引起与第二连杆部分以万向球头25连接的第三连杆部分23的向上移动。如此，卡止结构231向上移动，从凹部42脱离，使得锁定单元4处于解锁状态，即钩体41可以绕轴43旋转。此时，复位弹簧28受压。

在锁定单元4处于该解锁状态的情况下，电池包在自身重力或举升机作用下下移脱离或上移进入钩体41。之后，优选在钩体复位弹44的拉力作用下使钩体41回复初始状态，即闭合状态。

图6为根据本发明优选实施例的电池包固定结构处于解锁状态的正视图。如图6所示，当控制单元输出电信号，电磁铁压块51向上移动，且板状推竿头211向下移动时，第二连杆部分绕轴26转动，带动第三连杆部分23向上移动。卡止结构231从凹部42中移出，从而钩体41处于绕轴43的可转动状态，锁定单元4处于解锁状态。在该解锁状态下，电池包在自身重力或举升机作用下下移脱离或上移进入钩体41，其中虚线表示了钩体41打开的状态。

接下来，参考图7、8说明所述电池包固定结构的锁定状态。图7为根据本发明的优选实施例中电池包固定结构处于锁定状态的立体结构示意图；图8为根据本发明的优选实施例的电池包固定结构处于锁定状态的平面结构示意图。如图7、8所示，在上述解锁状态时，设电池包在举升机(未示出)的托举作用下，电池包上的被定位结构在电池包固定结构的定位结构6的引导下朝电池包固定结构移动。具体地，例如所述定位针沿所述定位孔向上移动，并使得电池包上的锁定结构进入锁定单元4的钩体，即使得电池包处于被固定状态。之后，控制单元切断通过电线3向电磁铁压块50施加的电信号。优选在各复位弹簧的作用下，各连杆部分回复到初时位置，卡止结构231嵌入锁定单元4的凹部42，以限制锁定单元4的钩体绕轴43转动，从而使得锁定单元4处于锁定状态，从而将电池包固定。复位弹簧28优选压紧所述卡止结构231，从而确保固定的可靠性。

此外，如图9本发明还提供一种能够实现电动汽车的电池包快换的电池包更换装置，包括控制单元C和上述电池包固定结构F。

以下完整描述利用该电池包更换装置更换电池包的操作。当电动汽车的现用电池包电量消耗到某一预先设定的阈值时，电量指示单元提示需要更换电池包。当举升机达到电动汽车的换电位时，控制单元C通过电线3向驱动单元5发送信号，驱动电磁铁压块产生磁吸力。如上文描述的，第一连杆部分21受到电磁铁压块的磁吸力而向下移动，带动第二连杆部分22转动，并进一步带动第三连杆部分23向上移动，卡止结构231从锁定单元4的凹部42移出，钩体41可以绕轴43转动，即锁定单元4解锁，电池包脱离所述锁定单元4，随举升机运输到充电维护站进行充电。

同时，在该解锁状态下，满电电池包在举升机托举作用下朝电池包固定结构移动，其中所述定位针沿定位孔6上移，电池包上的相应锁定结构克服复位弹簧44的拉力而进入固定位。并且优选地，钩体41在复位弹簧44的作用下复位回到初始状态，即闭合状态。此时，控制单元C切断所述电信号，使得电磁铁压块失去所述磁吸力。优选在各复位弹簧的作用下，连杆传动单元2的各连杆部分回复到原始位置，卡止结构231嵌入凹部42，从而限制钩体41绕轴43旋转，即锁定单元4处于锁定状态，即将电池包固定。优选地，复位弹簧53推动电磁铁压块50及支承板54下移压紧电池包，避免其产生晃动。

以上对本发明的电池包固定结构及电池包更换装置进行了描述。根据本发明的方案，所述驱动单元5被通电后，提供驱动力，驱动连杆传动单元2动作，使得锁定单元4解锁；并在连杆传动单元2复位后，使得锁定单元4锁定。如此实现对电动汽车的电池包的解锁和锁定，以及对电池包的快换快装。本发明的所述电池包固定结构及电池包更换系统的结构简单、成本低且维护简单；由于利用外接电信号进行控制，在断电后实现锁定单元的锁定，因此，能实现高可靠性的电池包锁紧性能，并能实现多次重复的锁紧及解锁功能。同时，由于操作简单，从而使得电池包的更换方便、快捷、效率高。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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权利要求范围之内。