一种电池更换系统及更换方法与流程

1.本发明涉及汽车设备技术领域，具体涉及一种电池更换系统及更换方法。


背景技术：

2.近年来，国家相关政策大力推进新能源交通行业的发展，在乘用车市场，纯电动汽车市场占有量快速提升，但由于电池技术的发展进入了瓶颈，车辆续航不能有较高的突破，在此情况下，各大主机厂推出电动车换电技术，以此来满足市场对纯电动车续航的要求。现阶段各主机厂第一代换电技术发展和市场应用已成熟，换电可靠性已得到验证。在此基础上各主机厂继续提升换电技术的效率，特别是在电池更换系统和换电方法上。但在现有技术中，电池包与车身的更换上常常通过设置有多个锁紧机构以及使用气缸或者电动推杆的方式来实现，该换电方式结构设计较为复杂，各锁体之间需要进行连接，零件精度要求高，生产难度大，成本高，电池更换效率低。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明提供一种电池更换系统及更换方法，本发明优化了加解锁装置的结构和零件数量，通过上下运动的方式即可实现上下锁体的加锁和解锁，操作简单方便，电池包更换效率高。
4.本发明提供的一种电池更换系统，包括换电锁总成、举升装置、加解锁装置，所述换电锁总成包括上锁体和下锁体，所述上锁体安装在车身钣金上，所述下锁体安装在电池包横梁上且其至少一部分能够伸入所述上锁体内，所述加解锁装置位于所述下锁体的内部，所述举升装置安装在所述下锁体的底部且能够推动所述加解锁装置上下运动，在所述举升装置上下运动的过程中，所述加解锁装置能够实现所述下锁体与所述上锁体加锁和解锁，进行电池包的更换。
5.进一步地，所述加解锁装置包括弹簧和导杆，所述导杆位于所述下锁体的内部，并能在所述下锁体内上下滑动和转动，所述导杆的顶端设有第一弹簧安装孔，所述弹簧的一端位于所述第一弹簧安装孔内，另一端与所述下锁体的顶端内壁抵接。
6.进一步地，所述上锁体的底部设有向内延伸的阻挡部，所述下锁体的顶部设有贯穿所述下锁体侧壁的配合孔，所述加解锁装置包括小球，所述导杆的上部和下部通过限位斜面连接，且所述导杆的上部外周设有第一小球承载面，所述第一小球承载面与所述下锁体内侧壁之间具有间隙，在所述加解锁装置向上运动时，所述小球能够在所述第一小球承载面的作用下凸出于所述下锁体的外表面并与所述阻挡部抵接，将所述下锁体与所述上锁体锁在一起，在所述加解锁装置向下运动时，所述小球能够由所述配合孔中滑出并被所述第一小球承载面阻挡，所述下锁体与所述上锁体解锁。
7.进一步地，所述加解锁装置包括弹簧、导杆和顶出块，所述顶出块位于所述下锁体的顶端内部，并可在所述下锁体的内部上下移动，所述导杆的顶端中部设有凹槽，所述顶出块的底部设有凸块，所述顶出块通过所述凸块和所述凹槽的配合安装在所述导杆的顶部，
所述顶出块的顶端内部设有第二弹簧安装孔，所述弹簧的一端位于所述第二弹簧安装孔内，另一端与所述下锁体的顶端内壁抵接。
8.进一步地，所述上锁体的底部设有向内延伸的阻挡部，所述下锁体的顶部设有贯穿所述下锁体侧壁的配合孔，所述加解锁装置包括小球，所述顶出块的外表面设有间隔分布的向内微陷的第二小球承载面，所述第二小球承载面自上向下并向外倾斜，在所述加解锁装置向上运动时，所述小球能够在所述第二小球承载面的作用下凸出于所述下锁体的外表面并与所述阻挡部抵接，将所述下锁体与所述上锁体锁在一起，在所述加解锁装置向下运动时，所述小球能够由所述配合孔中滑出，所述下锁体与所述上锁体解锁。
9.进一步地，还包括紧固螺母，所述下锁体通过紧固螺母可拆卸地安装在电池包横梁上。
10.进一步地，所述加解锁装置包括承载杆和插入所述承载杆的顶杆，所述承载杆的外表面为螺纹配合面，所述承载杆通过所述螺纹配合面固定在所述紧固螺母的内部；所述举升装置安装在所述顶杆的底部，所述顶杆在所述举升装置的作用下相对所述承载杆上下运动。
11.进一步地，所述顶杆的顶端设有沿所述顶杆的周向间隔设置的第四导面和第五导面，所述第四导面包括位于上端的第四导面首部和位于下端的第四导面尾部，所述第五导面包括位于下端的第五导面首部和位于上端的第五导面尾部，所述第四导面尾部和所述导面第五首部相连，所述第五导面尾部和所述第四导面首部相连，所述顶杆的上部外表面上设有多个导块，所述导块的中轴线与所述第五导面尾部和所述第四导面首部的相连处对齐。
12.进一步地，所述导杆的底部下表面设有多个转动杆，所述承载杆的上部设有多个受力杆，所述受力杆的内表面上设有向下延伸的第一导槽，相邻两个所述受力杆之间设有间隙，形成第二导槽，所述导块的数量等于所述承载杆上的第一导槽和第二导槽的数量之和，所述导块可在所述第一导槽和所述第二导槽内上下移动，所述转动杆可在所述第二导槽内上下移动。
13.进一步地，所述转动杆的底面设有沿周向排布的若干第一导面，所述第一导面自上向下倾斜，所述受力杆的顶端设有用于与所述第一导面配合的第二导面和第三导面，所述第二导面和所述第三导面相邻设置且位于不同高度处，所述第一导面和所述第二导面、所述第三导面以及所述第四导面的倾斜角度相同，且所述第一导面能够沿所述第二导面、所述第三导面以及所述第四导面自上向下滑动；
14.当所述下锁体与所述上锁体需要加锁时，所述顶杆向上运动，带动所述第四导面推动所述第一导面向上运动，当所述第四导面上升到第一限位位置时，撤去所述顶杆的顶升力，所述第一导面在所述弹簧的作用力下向下运动且相对所述第二导面向下滑动并同时转动，直至所述第二导面的尾部被卡住，所述下锁体与所述上锁体加锁完成；
15.当所述下锁体与所述上锁体需要解锁时，所述顶杆再次向上运动，所述第四导面推动所述第一导面向上运动，使所述第一导面与所述第二导面脱离，当所述第四导面上升到第二限位位置时，撤去所述顶杆的顶升力，所述第一导面在所述弹簧的作用力下向下运动且相对所述第三导面向下滑动并同时转动，直至所述转动杆卡入所述第二导槽中，所述下锁体与所述上锁体解锁完成。
16.进一步地，还包括控制装置，所述控制装置位于所述举升装置上，并与所述加解锁装置信号连接。
17.本发明还提供了一种如上所述的电池更换系统的更换方法，具体如下：
18.所述举升装置开始工作，带动所述加解锁装置向上移动；
19.所述加解锁装置在向上移动的过程中将所述下锁体与所述上锁体解锁；
20.取下所述下锁体上的旧电池包，更换新电池包；
21.所述举升装置再次开始工作，带动所述加解锁装置向上移动；
22.所述加解锁装置在向上移动的过程中将所述下锁体与所述上锁体加锁，所述新电池包被安装在所述车身上。
23.与现有的技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
24.本发明提供的一种电池更换系统及更换方法，通过加解锁装置中的小球在运动的过程中与下锁体上配合孔的卡接或脱离后再与上锁体上阻挡部是否抵接来实现上锁体和下锁体的加锁和解锁，进行电池包的更换，小球的运动主要通过加解锁装置中的顶杆上下运动带动导杆的上下移动和转动再与承载杆抵接或脱离来实现，而顶杆的运动通过举升装置的控制即可实现，因此，本发明优化后加解锁装置相比于现有技术零件数量更少，加锁和解锁的方式更简单，只需通过上下运动即可实现，操作更方便，效率更高。
附图说明
25.图1为本发明一种电池更换系统的结构示意图；
26.图2为本发明实施例一的剖视图；
27.图3为本发明实施例二的剖视图；
28.图4为本发明实施例一中导杆的结构示意图；
29.图5为本发明实施例二中导杆的结构示意图；
30.图6为本发明中承载杆的结构示意图；
31.图7为本发明中顶杆的结构示意图；
32.图8为本发明实施例二中的顶出块的结构示意图。
33.其中：10-换电锁总成；11-上锁体；111-阻挡部；12-下锁体；121-配合孔；20-加解锁装置；21-弹簧；22-小球；23-导杆；231-第一弹簧安装孔；232-第一小球承载面；233-限位斜面；234-转动杆；235-第一导面；236-凹槽；24-承载杆；241-螺纹配合面；242-受力杆；243-第一导槽；244-第二导槽；245-第二导面；246-第三导面；25-顶杆；251-导块；252-第四导面；2521-第四导面首部；2522-第四导面尾部；253-第五导面；2531-第五导面首部；2532-第五导面尾部；26-顶出块；261-凸块；262-第二弹簧安装孔；263-第二小球承载面；30-车身钣金；40-电池包横梁；50-紧固螺母。
具体实施方式
34.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，本描述中指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的
装置或元件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。
36.请参图1-3，本发明提供的一种电池更换系统，包括举升装置、控制装置、换电锁总成10以及加解锁装置20，换电锁总成10包括上锁体11和下锁体12，上锁体11安装在车身钣金30上，下锁体12通过紧固螺母50可拆卸地安装在电池包横梁40上，加解锁装置20位于在下锁体12的内部，举升装置安装在下锁体12的底部，举升装置主要负责电池包的举升和运输工作，下锁体12在举升装置上下运动的过程中通过加解锁装置20与上锁体11加锁和解锁进行电池包的更换。举升装置的顶面上安装有信号检测装置，通过力度的大小可以检测到下锁体12与上锁体11的解锁情况，控制装置安装在举升装置上，并与下锁体12上的信号检测设备信号连接，通过信号检测判断电锁总成10是否完成加解锁，进而确定电池包是否更换完成并输出更换完成信号。需要说明的是，控制装置和举升装置在图1-3中未展示，换电锁总成根据承载的需求可布置多个，一般是6～10个。
37.实施例一
38.请参图2，上锁体11为顶端封闭、底端敞开、内部中空的桶状结构，其底端向内并向上微斜，形成阻挡部111，上锁体11的顶端通过螺栓固定在车身30上。下锁体12为顶端封闭、底端敞开、内部中空的圆柱体结构，下锁体12的顶部位于上锁体11的内部，加解锁装置20位于下锁体12的内部，围绕下锁体12的顶端设有多个从内向外贯穿侧壁的配合孔121，下锁体12的底端通过紧固螺母50安装电池包横梁40上。
39.请参图2、图4、6-7，加解锁装置20包括弹簧21、小球22、导杆23、承载杆24以及顶杆25。
40.请参见图4，导杆23的上部为圆柱体结构，下部也为圆柱体结构，上部和下部通过限位斜面233连接，导杆23上部与下部的直径分别小于下锁体12上部和下部的直径，导杆23可在下锁体12内部进行上下移动和转动。具体地，上部的顶端设有第一弹簧安装孔231，弹簧21的一端位于第一弹簧安装孔231内，另一端与下锁体12的顶端内壁抵接，小球22位于弹簧21和下锁体12的内侧壁之间。上部的侧表面为第一小球承载面232，对小球22起到支撑的作用，导杆23在上下移动和转动的过程中，小球22随着第一小球承载面232上下运动，并被其限位，不至于向下移动太远。当小球22随着第一小球承载面232运动到下锁体12顶部的配合孔121中，在第一小球承载面232的支撑作用下，小球22的外部凸出于下锁体12外壁，小球22外部与上锁体11的抵挡部111形成阻挡，下锁体12与上锁体11加锁，当小球22随着第一小球承载面232运动到脱离下锁体12顶部的配合孔121，小球22外部无法与上锁体11的抵挡部111形成阻挡，下锁体12与上锁体11解锁。需要说明的是，小球22和配合孔121的数量不限制，可根据实际需设置。围绕下部的下表面边缘设有四个均为分布且垂直于下表面的转动杆234，转动杆234的底面为第一导面235，第一导面235自上向下倾斜。
41.参见图6，承载杆24的底部为圆柱体结构，中间为中空结构，顶杆25在所述举升装置的作用下能够穿过承载杆24进行上下运动，承载杆24的底部侧面设有螺纹配合面241，承载杆通过螺纹配合面241固定在紧固螺母50的内部，围绕承载杆24底部的上表面均匀分布有4个垂直向上延伸的受力杆242，每个受力杆242的内部均设有竖向的第一导槽243，相邻两个受力杆242之间设有间隙，形成第二导槽244，每个受力杆242的顶端均设有与第一导面235配合的第二导面245和第三导面246，第二导面245和第三导面246均自上向下倾斜，第二
导面245、第三导面246和第一导面235的倾斜角度相同，且第二导面245的高度低于第三导面246。第一导面235可在弹簧21的弹力作用下在第二导面245和第三导面246上自上而下的滑动。
42.请参图7，顶杆25为圆柱体结构，中间为中空结构，顶杆25的顶端设有多个第四导面252和第五导面253，第四导面252自上向下倾斜，包括位于上端的第四导面首部2521和位于下端的第四导面尾部2522，第五导面253自下向上倾斜，包括位于上端的第五导面首部2531和位于下端的第五导面尾部2532，第四导面252和第五导面253围绕顶杆25的顶端间隔设置，第四导面尾部2522和第五导面首部2531相连，第五导面尾部2532和第四导面首部2521相连，形似多个w相连的结构。围绕顶杆25的上部侧表面上设有多个导块251，每个导块251的中轴线与第五导面尾部2532和第四导面首部2521相连处对齐，导块251的数量等于承载杆24上的第一导槽243和第二导槽244之和。需要说明的是，承载杆24也可以不设置第一导槽243，当第一导槽243不存在时，导块251的数量等于第二导槽244的数量，且位置相对应。第四导面252、第五导面253与第一导面235的倾斜角度均相同，第一导面235可在弹簧21的弹力作用下在第四转向导面252上自上向下滑动。
43.本实施例中电池的更换方法具体如下：
44.电池包的更换需要先将安装有旧电池包的下锁体12与上锁体11解锁，然后将旧电池包取下，将新电池包安装在下锁体12上，最后将安装有新电池包的下锁体12与上锁体11加锁，到此，电池包更换完成。
45.下锁体12与上锁体11的解锁过程具体为：此时小球22卡接在下锁体12顶端的配合孔121中，且小球22凸出于下锁体12的外表面，被上锁体11的阻挡部111阻挡住，上锁体11与下锁体12处于锁死状态，弹簧21处于强压缩状态，导杆23上的第一导面235卡在承载杆24上的第二导面245和第三导面246的连接处。当车辆进入换电站更换电池时，电池更换系统开始工作。首先举升装置移动到车辆底部，托举起整个车辆，在举升装置的上升中，加解锁装置20往上移动，推动顶杆25向上运动，顶杆25在向上运动的过程中，导块251沿第一导槽243和第二导槽244向上滑动，当第五导面尾部2532和第四导面首部2521相连处与转动杆234上的第一导面235接触后，第五导面尾部2532和第四导面首部2521相连处会顶着转动杆234继续上移，弹簧21继续压缩，接着，再次推动顶杆25向上运动，此时，第一导面235开始从第二导面245上移走，当第四导面252上升到与第三导面246同高度，也即第二限位位置时，撤去顶杆25的顶升力，第一导面235相对第三导面246向下滑动并同时转动，直至滑至第一导向槽243中，转动杆234被卡在第一导槽243中，不再转动。
46.在导杆23由第二限位位置下移的过程中，由于导杆23下移，小球22没有了第一小球承载面232的支撑力，小球21会脱离配合孔121，随着第一小球承载面232的下移而下移，上锁体11的阻挡部111与小球22之间的阻挡解除，下锁体12会随着电池包的下移而下移，进而和上锁体11分离，至此，上锁体11和下锁体12解锁完成，旧电池包被拿下。
47.下锁体12与上锁体11的加锁过程具体为：将新电池包与下锁体12安装好后，此时顶杆33上的导块251处在第一导槽243的最底部，转动杆234也处在第一导槽243中并位于导块251的上面，弹簧21处于微压缩状态，小球22处在第一小球承载面232和下锁体12底部内壁之间，接着，举升装置再次开始工作，推动顶杆25向上运动，第五导面尾部2532和第四导面首部2521相连处开始与第一导面235接触，由于转动杆234被第一导槽243左右限位，因
此，在没有移出第一导槽243前，第一导面235不会发生移动。弹簧21在顶杆25上移的过程中被不断压缩，当第四导面252上升到与第二导面245同高度时，也即第一限位位置时，然后，撤去顶杆25的顶升力，此时第一导面235移出第一导槽243后，第一导面235失去了第一导槽243的限制，在弹簧21的作用力下相对第四导面252向下滑动并同时转动，直至转动杆234的尾部卡入第二导面245和第三导面246的连接处，导杆23不再移动。
48.在导杆23上升至第一限位位置的过程中，小球22随着第一小球承载面232的上移而上移，当上移至配合孔121时，小球22在第一小球承载面232的支撑作用下卡进配合孔121中，直至小球22的外部凸出于下锁体12顶部的外表面，与上锁体11的阻挡部111抵接，下锁体12与上锁体11锁住，新电池包安装完成。
49.整个过程中控制装置通过检测顶杆25底部的压力状态，判断导杆23的状态，最终判断，换电锁总成10的状态。信号检测无误情况下输出电池更换完成的信号。
50.实施例二
51.请参图3和图5、8，本实施例与实施例一的不同之处在于：第一，加解锁装置20中还包括顶出块26，顶出块26安装在导杆23的顶部。顶出块26为近似圆柱体结构，直径略小于下锁体12顶部的直径，顶出块26可以在下锁体12的内部上下移动。顶出块26的顶部设有第二弹簧安装孔262，第二弹簧安装孔262与第一弹簧安装孔231的作用一样，用于安装弹簧21的一端，围绕顶出块26的侧面设有均匀分布的向内微陷的第二小球承载面263，第二小球承载面263与第一小球承载面232的作用也一样，用于支撑小球22，顶出块26的底部设有凸块261；第二，导杆23上的侧表面不形成小球承载面232，导杆23的顶端也没有设置弹簧安装孔231，但是设有与凸块261相对应的凹槽236，顶出块26通过凸块261和凹槽236的配合安装在导杆23的顶部，导杆23其他的特征与实施例一相同。
52.本实施例的电池更换方法与实施例一相同，在此不再赘述。
53.经过上面的叙述可以知道，本发明提供的一种电池更换系统及更换方法，通过加解锁装置中的小球在运动的过程中与下锁体上配合孔的卡接或脱离后再与上锁体上阻挡部是否抵接来实现上锁体和下锁体的加锁和解锁，进行电池包的更换，小球的运动主要通过加解锁装置中的顶杆上下运动带动导杆的上下移动和转动再与承载杆抵接或脱离来实现，而顶杆的运动通过举升装置的控制即可实现，因此，本发明优化后加解锁装置相比于现有技术零件数量更少，加锁和解锁的方式更简单，只需通过上下运动即可实现，操作更方便，效率更高。
54.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。