一种用于车辆的换电总成及其换电方法与流程

本发明涉及车辆的底盘技术领域，特别是涉及一种用于车辆的换电总成及其换电方法。

背景技术：

非承载式商用车纯电车辆电池均布局在纵梁两侧，两根纵梁之间设置有传动轴和元宝梁，没有足够的空间布置电池，在重卡等对电量需求较大的车型上采用目前市场上的标准箱布局，可布局的电池电量最大为282kwh，里程不超过150km，导致行驶半径较小，不利于新能源车辆的推广。而目前市场上商用车换电模式有两种：一种是侧向抽拉换电，一种是顶部吊装换电。侧向抽拉换电模式需要在车辆上设置滚轮、导向、定位锁紧等，结构复杂、造价高、故障率高，增加了车辆运营风险；顶部吊装换电模式是在车辆上方将电池箱吊起实现换电，由于重卡电量较高，电池箱高度较高，需要将电池箱提起高度较高，这样大大增加了换电的危险性。因此，现有技术中不论是电池包的布置方式还是换电方式均存在诸多不合理之处。

技术实现要素：

本发明第一方面的一个目的是提供一种电池空间布置合理且能够实现底部换电方式的换电总成。

本发明第一方面的进一步的目的是提供一种换电便捷且换电效率高的换电总成。

本发明第二方面的目的是提供一种能够实现底部换电的换电方法。

根据上述第一方面，本发明提供了一种用于车辆的换电总成，所述车辆包括横纵梁组件，所述横纵梁组件包括沿车辆纵向延伸、平行且间隔设置的两个纵梁，所述换电总成包括：

两个固定结构，分别位于所述横纵梁组件在车辆横向上的两侧，并分别与两个所述车身纵梁固定连接；

转运结构，可拆卸地设置于所述横纵梁组件和两个所述固定结构的下方；

所述固定结构的内部限定有第一容置空间，所述转运结构的内部限定有第二容置空间，所述转运结构、两个所述固定结构和所述横纵梁组件之间限定有第三容置空间，所述第一容置空间、所述第二容置空间和所述第三容置空间均用于容纳电池包；

所述转运结构的顶部和每个所述固定结构的底部均敞开，以使得容置在所述第一容置空间、所述第二容置空间和所述第三容置空间内的电池包均支撑在所述转运结构上。

可选的，所述转运结构通过锁止机构与每个所述固定结构可拆卸连接，所述锁止机构包括锁止部和配合部，所述配合部设置在所述固定结构的底部边缘上，所述锁止部设置在所述转运结构的顶部边缘上。

可选的，所述锁止部包括外壳、传动装置和锁芯，所述传动装置包括可转动地设置在所述外壳内的传动轴、以及设置在所述外壳内且套设在所述传动轴上的本体，所述本体设置成在所述传动轴转动时沿所述传动轴的轴向移动；且

所述锁芯与所述本体相接，且设置成在所述本体沿所述传动轴的轴向朝第一方向移动时伸出所述外壳并与所述配合部锁紧配合、在所述本体沿所述传动轴的轴向朝与所述第一方向相反的第二方向移动时解除与所述配合部的锁紧配合并缩回所述外壳内。

可选的，所述锁芯包括第一部分和第二部分，所述本体上设置有供所述第一部分卡入的滑槽，所述第二部分具有相对的两端，其中一端与所述第一部分连接，另一端穿过所述外壳上开设的第一过孔后与所述配合部锁紧配合。

可选的，所述固定结构的底部开口上还设置有定位孔，所述转运结构的顶部开口上与所述定位孔对应的位置设置有定位销。

可选的，所述定位孔包括精定位孔和粗定位孔，所述定位销包括精定位销和粗定位销，所述精定位孔与所述精定位销配合，所述粗定位孔和所述粗定位销配合。

可选的，换电总成还包括：

控制模块，包括与所述电池包连接的连接器及第一支架，所述第一支架连接在两根所述车身纵梁之间以用于固定所述连接器。

可选的，所述连接器上设置有多个固定销，每一个所述固定销上均套设有缓冲结构；

所述连接器上还设置有电池包冷却系统连通的冷却液进口，所述冷却液进口用于供冷却液流入后冷却所述电池包。

可选的，所述缓冲结构为弹簧。

根据上述第二方面，本发明还提供了一种用于所述的换电总成的换电方法，包括：

将车辆停放至换电平台；

举升装置托住转运结构，控制固定结构与转运结构断开后解锁，转运结构与待换电池包一同下落至换电平台上；

换电平台移走转运结构与待换电池包并将转运结构和满电电池包一同移动至固定结构下方，举升装置上举转运结构，固定结构与转运结构对位后连接。

本发明提供的用于车辆的换电总成一般性地包括两个固定结构和转运结构，多个电池包布置在两根车身纵梁在车辆的横向上的两侧，也即分布在两根纵梁之间和相背的两侧。在现有技术的基础上，本实施例将位于两根车身纵梁之间的部件移位或取消，例如传动轴和元宝梁，将因此多出来的空间用来布置电池包，从而增加了电池包的数量，总电量可提高50％，增加了车辆的行驶半径，并且将电池包布置在车身纵梁两侧的布局也更加合理。进一步的，固定结构开口向下，转运结构开口向上，也就是说，电池包放置在转运结构上，在需要更换电池包时只需将转运结构托举，然后与固定结构分离即可将电池包卸下，从底部拆装电池包，无需滚轮等结构配合，解决了现有技术中侧拉和顶装存在的技术问题，大大降低了换电过程中的故障风险，提高了安全系数，并且也有利于与乘用车换电站兼容、统一，减少换电站的推广成本。

进一步地，固定结构和转运结构通过锁止机构实现可拆卸连接，锁止机构包括锁止部和配合部，锁止部设置在固定结构的底部边缘上，配合部设置在转运结构的顶部边缘上。通过锁止机构实现固定结构和转运结构的可拆卸连接，提高了换电效率和便捷性。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成和车身纵梁的结构示意图；

图2是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的结构示意图；

图3是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的局部结构示意图；

图4是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的锁止部的结构示意图；

图5是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的锁止部的本体的结构示意图；

图6是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的锁止部的本体的剖视图；

图7是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的锁止机构的局部结构示意图；

图8是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的锁止机构的壳体的结构示意图；

图9是根据本发明另一个实施例的用于车辆的换电总成的局部结构示意图；

图10是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的连接器的结构示意图；

图11是根据本发明一个实施例的换电方法的流程框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

图1是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成和车身纵梁的结构示意图。图2是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的结构示意图。图3是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的局部结构示意图。如图1所示，也可以参见其他附图，本发明提供了一种用于车辆的换电总成，车辆包括横纵梁组件，横纵梁组件包括沿车辆的纵向延伸、平行且间隔设置的两个车身纵梁700，换电总成包括两个固定结构300和转运结构400。两个固定结构300分别位于固定连接在横纵梁组件在车辆横向上的两侧，并分别与两车辆纵梁100固定连接。转运结构400可拆卸地设置于横纵梁组件和两个固定结构300的下方。固定结构300的内部限定有第一容置空间，转运结构的内部限定有第二容置空间，转运结构400、两个固定结构300和横纵梁组件之间限定有第三容置空间，第一容置空间、第二容置空间和第三容置空间均用于容纳电池包。转运结构400的顶部和每个固定结构300的底部均敞开，以使第一容置空间、第二容置空间和第三容置空间内的电池包均支撑在转运结构400上。电池包600布置在车身纵梁700在车辆的横向上的两侧，也即布置在两根车身纵梁700之间和两根车身纵梁700相背的两侧。其中，固定结构300的底部与转运结构400的顶部可拆卸连接，以在固定结构300与转运结构400拆卸后实现电池包600与车辆的分离，从而允许对电池包600进行更换。

本实施例提供的用于车辆的换电总成一般性地包括两个固定结构300和转运结构400，多个电池包600布置在两根车身纵梁700在车辆的横向上的两侧，也即分布在两根纵梁之间和相背的两侧。在现有技术的基础上，本实施例将位于两根车身纵梁700之间的部件移位或取消，例如传动轴和元宝梁，将因此多出来的空间用来布置电池包600，从而增加了电池包600的数量，总电量可提高50％，增加了车辆的行驶半径，并且将电池包600布置在车身纵梁700两侧的布局也更加合理。进一步的，固定结构300开口向下，转运结构400开口向上，也就是说，电池包600放置在转运结构400上，在需要更换电池包600时只需将转运结构400托举，然后与固定结构300分离即可将电池包600卸下，从底部拆装电池包600，无需滚轮等结构配合，解决了现有技术中侧拉和顶装存在的技术问题，大大降低了换电过程中的故障风险，提高了安全系数，并且也有利于与乘用车的换电站兼容、统一，减少换电站的推广成本。

在一个具体的实施例中，固定结构300和转运结构400通过锁止机构实现可拆卸连接，锁止机构包括锁止部100和配合部200，配合部200设置在固定结构300的底部边缘上，锁止部100设置在转运结构400的顶部边缘上。通过锁止部100和配合部200实现固定结构300和转运结构400的可拆卸连接，提高了换电效率和便捷性。优选的，为了提高系统的智能化程度，锁止部100设置成可受控的与配合部200连接和断开。

图4是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的锁止部的结构示意图。图5是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的本体的结构示意图。图6是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的本体的剖视图。图7是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的锁止机构的局部结构示意图。图8是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的锁止机构的壳体的结构示意图。如图4所示，在一个优选的实施例中，锁止部100包括外壳110、传动装置120和锁芯130，传动装置120包括本体121和传动轴122，本体121设置在外壳110内，传动轴122可转动的设置在外壳110内，本体121套设在传动轴122上，本体121设置成在传动轴122转动时沿传动轴122的轴向移动，且锁芯130与本体121相接，可以为抵接，也可以为连接，锁芯130设置成在本体121沿传动轴122的轴向朝第一方向移动时伸出外壳110并与配合部200锁紧配合、在本体121沿传动轴122的轴向朝与第一方向相反的第二方向移动时解除与配合部200的锁紧配合并缩回外壳110内，第一方向可以为从外壳顶部向底部的方向，第二方向可以为从外壳底部至顶部的方向。

在一个实施例中，本体上设置有安装部1212，传动轴122穿入在安装部1212中。

在一个实施例中，锁芯130包括第一部分131和第二部分132，本体121上还设置有供第一部分131卡入的滑槽1211，第二部分132具有相对的两端，其中一端与第一部分131连接，另一端穿过外壳110上开设的第一过孔1111后与配合部200连接，第二部分132穿过外壳110上的第一过孔1111后可插入配合部200中以实现锁止，锁芯130在锁止后还承载了其中一个待锁止件的重量(例如电池)，将滑槽1211进一步的设置成与传动轴122的轴线安装预设角度布置，实现了锁芯130的径向运动。

在一个具体的实施例中，安装部1212上设置有内螺纹，传动轴122上设置有与内螺纹配合的外螺纹，螺纹结构为锁止机构的主驱动，具有自锁紧功能，防松效果较好。螺纹之间的配合既实现了本体121和传动轴122在轴向的相对运动，又增加了本体121和传动轴122之间的连接紧密性，间接提高了锁止机构的承载能力。

在一个具体的实施例中，本体121沿传动轴122的径向截面呈方形，滑槽1211的数量为两个，且两个滑槽1211镜像地设置在本体121相对的两侧。在其他实施例中，传动轴122的径向截面也可以呈圆形、三角形、其他规则或不规则形状，而滑槽1211的数量也可以为多个，例如三个、四个、五个或更多个，本领域技术人员能够想到在其他条件相同的情况下，滑槽1211的数量越多，锁止机构的承载能力和锁止能力越强。

在一个具体的实施例中，滑槽1211沿本体121的底部延伸至其顶部，当然滑槽1211的长度可以根据实际承载能力进行设置。

在一个具体的实施例中，本体121的底部面积小于顶部面积，且本体121上设置滑槽1211的侧面沿本体121的底部向上设置呈斜面，优选的，该斜面的角度与滑槽1211的角度相同。相对应的，外壳110上与本体121锁止后配合的部分设置呈与本体121的形状相同的斜面，从而在与配合部200配合的过程中可以起到定位导向作用。

在一个进一步的实施例中，配合部200上设置有凹槽220，该凹槽220与外壳110的外壁配合使得外壳110承受载荷，进而增加锁止机构在水平方向上的承载能力，提升锁止能力和系统的可靠性。

在一个进一步的实施例中，外壳110包括壳体111和上端盖112，上端盖112上开设有用于供传动轴122穿设的第一通孔1121，传动轴122上套设有轴承，且轴承内嵌在第一通孔1121内，第一通孔1121的内壁和/或传动轴122上设置有用于限制轴承在传动轴122的轴向运动的限位凸台。

在一个具体的实施例中，壳体111的内壁上设置有导向销1113，本体121的外壁上设置有与导向销1113配合的导向槽1213。导向销1113与导向槽1213的数量相同，优选的，导向销1113的数量至少为两个。

在一个具体的实施例中，配合部200上设置有与第二部分132配合的导槽210，第二部分132具有与导槽210接触的上接触面1321和下接触面1322，上接触面1321和下接触面1322与传动轴122的径向分别呈第二预设角度和第三预设角度布置，使得上接触面1321和下接触面1322为斜面。进一步的，第二部分132还具有与导槽210接触的左接触面和右接触面，左接触面和右接触面与第二部分132的竖向截面之间具有预设角度，使左接触面和右接触面也为斜面。斜面的设计可以使得第二部分132与配合部200的接触更加紧密，有效实现锁紧的功能，增加锁体的可靠性，能够承受更大的载荷，也能吸收在竖直与水平方向上的加工、装配误差，可有效降低系统的加工精度要求。

在一个进一步的实施例中，安装部1212为贯穿本体121的贯通孔，壳体111的底部与贯通孔对应的位置上开设有第二通孔，第二通孔的孔径稍大于传动轴122的孔径。在安装过程中，传动轴122依次穿过上端盖112、本体121和第二通孔。优选的，第二通孔下方设置下端盖，下端盖上与第二通孔对应的位置上也开设有用于穿设传动轴122的通孔，从而能够进一步的提升传动轴122的稳定性，避免其轴向运动。

在一个进一步的实施例中，壳体111的内部还设置有从上至下排列的第一限位块1114和第二限位块1115，第一限位块1114和第二限位块1115远离壳体111内壁的一面与本体121贴合。第一过孔1111位于第一限位块1114和第二限位块1115之间，第一限位块1114的顶部设置有用于上端盖112安装的安装孔1116。并且第一限位块1114和第二限位块1115可以有效增加本体121与壳体111的接触面积，增加承载能力，并且具有导向功能。进一步的，壳体111的外部设置有支耳1112，支耳1112用于固定锁止部100。优选的，支耳1112的数量为两个。

在一个进一步的实施例中，固定结构300的数量为两个，每个固定结构300上设置8个配合部200，对应的转运结构400上的锁止部100也设置8个，在实际应用中固定结构300的数量、配合部200的数量和锁止部100的数量均可根据电池重量进行灵活的调节。

在一个具体的实施例中，固定结构300的底部开口上还设置有定位孔320，转运结构400的顶部开口上与定位孔320对应的位置设置有定位销420。定位销420用于在锁止之前将固定结构300与转运结构400定位，保证连接可靠，定位销420在顶部开口上的具体位置不作限定。

在一个具体的实施例中，定位孔320包括精定位孔和粗定位孔，定位销420包括精定位销和粗定位销，精定位孔与精定位销配合，粗定位孔和粗定位销配合，粗定位销和细定位销420的具体位置也不作限定。

继续参见图3，在一个具体的实施例中，固定结构300为框架结构。进一步的，该框架结构包括多根第一纵梁350、多根第二纵梁330、多根横梁340和多根竖梁，其中两根第一纵梁350和两根横梁340组成了固定结构300的底部开口，配合部200和定位孔320设置在用于组成底部开口的第一纵梁350上，第二纵梁330与车身纵梁700固定连接以使得固定结构300固定在车身纵梁700上。框架结构还包括多根斜梁360，设置在固定结构300沿车辆纵向的端部，用于加强固定结构300的稳定性。

在其他实施例中，固定结构300也可以为板状结构或网状结构，板状结构和网状结构上还可以根据需要设置加强筋来提升强度。

在一个具体的实施例中，转运结构400为框架结构，其与固定结构300类似的具有多根纵梁、多根横梁340、多根竖梁和多根斜梁360。优选的，第二容置空间的开口由两根横梁340和两根纵梁组成，且组成后的形状与第一容置空间的开口形状一致。

在一个优选的实施例中，固定结构300和转运结构400的大小可以根据车辆用电需求也即电池包600数量进行适应性的调整。

在其他实施例中，转运结构400也可以为板状结构或网状结构，板状结构和网状结构上还可以根据需要设置加强筋来提升强度。

图9是根据本发明另一个实施例的用于车辆的换电总成的局部结构示意图。如图9所示，在一个具体的实施例中，换电总成还包括控制模块500，其包括与电池包600连接的连接器及第一支架510，第一支架510连接在两根车身纵梁700之间以用于固定连接器。进一步的，控制模块500还包括控制器540，其通过连接器与电池包600连接，从而现实对电池包600的监控。为了便于固定，控制模块500通过固定架550与转运结构400连接，优选的，控制模块500设置在电池包600靠近车辆头部的一端上。

进一步的，连接器包括公端520和母端530，两者对称设置，通过连接端口521连接。图10是根据本发明一个实施例的用于车辆的换电总成的连接器的结构示意图。如图10所示，其示出了连接器的公端520，在一个具体的实施例中，连接器上设置有多个固定销522，每一个固定销522上均套设有缓冲结构523，连接器上还设置有电池包600冷却系统连通的冷却液进口524，冷却液进口524用于供冷却液流入后冷却电池包600。

在一个具体的实施例中，缓冲结构523为弹簧，在实现车辆竖向缓冲配合的情况下还可使得横、纵向保留一定的浮动量，更有利于消处机械制造加工误差，便于连接器、冷却液进口524的对接。

图11是根据本发明一个实施例的换电方法的流程框图。如图11所示，本发明还提供一种用于上述任意一个实施例提供的换电总成的换电方法，其一般性地包括：

s10：将车辆停放至换电平台；

s20：举升装置托住转运结构400和待换电池包，控制固定结构300与转运结构400断开后解锁，转运结构400与待换电池包一同下落至换电平台上；

s30：换电平台移走转运结构400和待换电池包并将转运结构400和满电电池包一同移动至固定结构300下方，举升装置上举转运结构400和满电电池包，固定结构300与转运结构400对位后连接。

具体的，当车辆进入换电站前，车辆先于换电站进行信息交互(交互方式例如为蓝牙)，互相确认身份，站端判断满足换电条件，则允许换电；换电站站端换电平台开始工作，首先换电平台定位电池包600位置，并移动至电池包600正下方；此时举升装置工作，托住电池包600；然后解锁装置与锁止部100配合，进行解锁动作，解锁完成，电池包600落在移动平台上；移动平台将电池包600移动至站内，按照规则进行存储，并将满电的电池包600移动至车辆处进行安装，安装时，锁止装置与锁止部100配合，进行锁止动作；锁止动作完成后，移动平台离开，同时车辆自检，若无问题则换电完成，以此实现了底部托举换电，提升了换电安全系数。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。