一种模块化快速换电装置和车辆的制作方法

1.本实用新型涉及车辆的动力电池技术领域，尤其涉及一种模块化快速换电装置和车辆。


背景技术：

2.动力电池作为新能源车辆的动力源，是新能源车辆中最重要的部分之一。快速换电技术是为了保证在动力电池能量耗尽或者损坏时能够进行动力电池更换。在快速换电技术中，需要一种可靠且可拆卸的动力电池与车身的联接结构，以保证动力电池在行驶过程中，不出现脱落、窜动等影响安全的机械失效，同时又能够保证结构的可重复拆卸性。
3.现有技术中，车载动力电池的连接结构通常采用螺纹或者锁止钢球作为锁止结构，以实现动力电池与车身的锁止，但螺纹或者锁止钢球均为容易破坏的结构。其中，采用锁止钢球实现锁止的连接结构，通过锁止球的点接触实现锁止，而长时间多次数的点接触容易造成结构破坏，导致夹紧力不可控，在部分方向容易出现间隙造成动力电池窜动，从而导致动力电池与车身之间连接的可靠性较低。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种模块化快速换电装置和车辆，以解决现有技术中，动力电池与车身的连接结构采用结构易破坏的锁止钢球，导致动力电池与车身之间连接的可靠性较低的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
6.本实用新型提供一种模块化快速换电装置，包括车身锁紧模块和电池锁紧模块，所述车身锁紧模块包括固定销，所述固定销沿轴向的末端外径增大构成固定头；
7.所述电池锁紧模块包括基座、弹性锁止夹套以及锁止驱动轴，所述基座具有通腔，所述弹性锁止夹套安装于所述通腔的上部，所述锁止驱动轴滑动安装于所述通腔的下部；
8.所述弹性锁止夹套具有可供所述固定销穿过的第一锁止腔，以及能够在外力作用下伸缩改变所述第一锁止腔内径的夹套侧壁；
9.所述锁止驱动轴具有可供所述固定头插入的第二锁止腔，以及用于挤压所述夹套侧壁收缩的锁止结构；
10.所述锁止驱动轴与所述基座之间设有用于锁定所述锁止驱动轴位置的限位结构。
11.进一步地，所述弹性锁止夹套的外侧设有锥形部，所述锁止结构为设置在所述第二锁止腔上端的倒锥形部。
12.进一步地，所述通腔的上端开口处设有限位台阶，所述弹性锁止夹套的外侧上端设有用于抵接至所述限位台阶的上限位部，所述弹性锁止夹套的外侧下端设有下限位部，所述第二锁止腔内设有用于抵接至所述下限位部且处于压缩状态的固定弹簧。
13.进一步地，所述夹套侧壁沿轴向间隔开设有多个扩张槽。
14.进一步地，所述固定销具有圆台部，所述通腔的上端开口处具有可供所述圆台部
置入并紧贴的梯形开口部，所述梯形开口部下端内径收缩构成所述限位台阶。
15.进一步地，所述限位结构包括设置在所述通腔内壁的内螺纹和设置在所述锁止驱动轴外壁的外螺纹。
16.进一步地，所述第一锁止腔的上端设有便于所述固定销插入的上锥形开口，所述第一锁止腔的下端设有下锥形开口。
17.进一步地，所述锁止驱动轴的下端开设有多边形槽，所述基座的下端开设有用于露出所述多边形槽的操作孔。
18.进一步地，所述车身锁紧模块还包括车身固定块，所述固定销安装并固定于所述车身固定块。
19.一种车辆，包括车身、动力电池和上述的模块化快速换电装置，所述模块化快速换电装置的车身锁紧模块固定于所述车身，所述模块化快速换电装置的电池锁紧模块固定于所述动力电池。
20.本实用新型提供的模块化快速换电装置和车辆的有益效果在于：
21.模块化快速换电装置包括车身锁紧模块和电池锁紧模块，车身锁紧模块包括固定销，电池锁紧模块包括基座、弹性锁止夹套以及锁止驱动轴，被压紧后的弹性锁止夹套端部与固定头抵接实现锁定，藉由特殊的弹性锁止夹套的伸缩实现对固定销的锁定或解除，能够快速的实现动力电池和车身之间的锁定或解锁，在需要换动力电池的时候，将原有的动力电池从车身上解锁并拆除，然后更换新的动力电池安装并锁定在车身上即可，采用弹性锁止夹套与固定销配合的锁止结构，增加了接触及配合面积，不易出现结构破坏等问题，长期使用也不易出现空隙，减少了因出现空隙导致动力电池窜动的情况，提高了动力电池与车身之间连接的可靠性。
附图说明
22.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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。
23.图1为本实用新型实施例中一种模块化快速换电装置的爆炸图；
24.图2为本实用新型实施例中弹性锁止夹套的结构示意图；
25.图3为本实用新型实施例中一种模块化快速换电装置的解锁状态剖视示意图；
26.图4为本实用新型实施例中一种模块化快速换电装置的锁定状态剖视示意图。
27.其中，图中各附图标记：
[0028]1‑
车身锁紧模块；11
‑
固定销；111
‑
固定头；112
‑
圆台部；12
‑
车身固定块；
[0029]2‑
电池锁紧模块；21
‑
基座；211
‑
通腔；212
‑
限位台阶；213
‑
操作孔；214
‑
梯形开口部；22
‑
弹性锁止夹套；221
‑
第一锁止腔；222
‑
夹套侧壁；223
‑
锁止结构；2231
‑
上限位部；2232
‑
下限位部；2241
‑
上锥形开口；2242
‑
下锥形开口；225
‑
扩张槽；23
‑
锁止驱动轴；231
‑
第二锁止腔；232
‑
多边形槽(正六边形槽)；233
‑
锁止结构(倒锥形部)；24
‑
固定弹簧。
具体实施方式
[0030]
为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0031]
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
[0032]
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
[0033]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0034]
请一并参阅图1至图4，现对本实施例提供的一种模块化快速换电装置进行说明。本实施例中的模块化快速换电装置包括车身锁紧模块1和电池锁紧模块2，车身锁紧模块1包括固定销11，固定销11沿轴向的末端外径增大构成固定头111。
[0035]
电池锁紧模块2包括基座21、弹性锁止夹套22以及锁止驱动轴23。基座21具有通腔211，弹性锁止夹套22安装在通腔211的上部，锁止驱动轴23滑动安装于通腔211的下部。
[0036]
弹性锁止夹套22具有可供固定销11穿过的第一锁止腔221，以及能够在外力作用下伸缩的夹套侧壁222，夹套侧壁222伸缩后能够改变第一锁止腔221的内径。
[0037]
锁止驱动轴23具有可供固定头111插入的第二锁止腔231，以及用于挤压夹套侧壁222收缩的锁止结构233。在锁止驱动轴23与基座21之间设有限位结构，限位结构用于锁定锁止驱动轴23的位置。
[0038]
本实施例中的模块化快速换电装置使用时包括两个阶段：
[0039]
(1)安装阶段，即将动力电池固定至车身的过程。在该阶段中，需要先将动力电池固定在电池锁紧模块2上，然后将固定在动力电池上的电池锁紧模块2与固定在车身上的车身锁紧模块1进行相互固定锁紧。具体的固定锁紧过程为：将固定销11对准电池锁紧模块2的基座21位置，推动电池锁紧模块2使固定销11插入基座21的通腔211，使固定销11的固定头111插入并穿过弹性锁止夹套22的第一锁止腔221，然后向上滑动锁止驱动轴23，使固定头111进入第二锁止腔231，并且锁止结构233会挤压夹套侧壁222以收缩第一锁止腔221的内径，此时被压紧后的弹性锁止夹套22端部与固定头111抵接，最后通过限位结构锁定锁止驱动轴23的位置，从而实现动力电池与车身之间的锁止固定。在锁止结构233挤压夹套侧壁222时，受到挤压收缩后的第一锁止腔221内径缩小，直至小于固定头111的外径，使得固定头111无法退回第一锁止腔221，所以收缩后的弹性锁止夹套22会将固定头111的位置限制在第二锁止腔231内，即图4所示状态，从而实现了固定销11与基座21之间锁定，也即实现了将动力电池固定至车身上。
[0040]
(2)拆除阶段，即将动力电池从车身上取下的过程。在该阶段中，模块化快速换电
装置已经处于锁定状态，需要将电池锁紧模块2与车身锁紧模块1相互解除锁定。具体的解锁过程为：解除限位结构对锁止驱动轴23的锁定，向下滑动锁止驱动轴23，此时固定头111脱离第二锁止腔231，锁止结构233脱离夹套侧壁222，此时夹套侧壁222不处于被挤压状态，能够自由的伸缩，从而解除对固定头111的锁定，即图3所示状态，此时可将电池锁紧模块2取下以更换动力电池。在电池锁紧模块2取下的过程中，相当于向外抽出固定销11，固定头111在退回第一锁止腔221的过程中，推动夹套侧壁222外扩以增大第一锁止腔221的内径，直至固定头111可穿过并离开。将固定头111完全从第一锁止腔221抽出后，继续将固定头111抽离基座21，即实现了固定销11和基座21之间的解锁脱离，最终将动力电池从车身拆除。
[0041]
从上述过程可以看出，使用本实施例中的模块化快速换电装置，依靠弹性锁止夹套22的伸缩实现对固定销11的锁定或解锁，能够快速的实现动力电池和车身之间的锁定或解锁，在需要换动力电池的时候，将原有的动力电池从车身上解锁并拆除，然后更换新的动力电池安装并锁定在车身上即可，采用弹性锁止夹套22与固定销11配合的锁止结构，增加了接触及配合面积，不易出现结构破坏等问题，长期使用也不易出现空隙，减少了因出现空隙导致动力电池窜动的情况，提高了动力电池与车身之间连接的可靠性，且拆装过程操作简单，可重复使用、易于维修，有利于实现通用化，也降低了成本。
[0042]
在一实施例中，如图1至图4所示，在弹性锁止夹套22的外侧设有锥形部223，锁止结构233为设置在第二锁止腔231上端的倒锥形部233。在锁止驱动轴23向上移动的过程中，弹性锁止夹套22的下端插入第二锁止腔231，倒锥形部233与锥形部223紧贴，将纵向移动的力转换为横向挤压的力，以使夹套侧壁222受挤压收缩。在其他的实施例中，也可以采用其他的锁止结构233，例如，在第二锁止腔231内壁设置滚珠，在锁止驱动轴23向上移动的过程中滚珠抵接在锥形部223上滚动，持续挤压夹套侧壁222，以使第一锁止腔221内径收缩。
[0043]
在一实施例中，如图3所示，在基座21的通腔211上端开口处设有限位台阶212，弹性锁止夹套22的外侧上端设有用于抵接至限位台阶212的上限位部2231，弹性锁止夹套22外侧下端设有下限位部2232，在第二锁止腔231内设有用于抵接至下限位部2232且为压缩状态的固定弹簧24。在固定弹簧24的作用下，弹性锁止夹套22被顶在通腔211的上端进行定位。在固定销11插入固定的过程中，弹性锁止夹套22被下压后会压缩固定弹簧24，并通过固定弹簧24提供的弹性力进行回位，为该过程提供了一定的固定销11插入阻尼，降低固定销11插入时所产生的冲击噪音。
[0044]
在一实施例中，如图2和图3所示，在第一锁止腔221的上端设有便于固定销11插入的上锥形开口2241，第一锁止腔221的下端设有下锥形开口2242。上锥形开口2241的内径沿固定销11的插入方向逐渐缩小，便于固定头111插入的过程中沿上锥形开口2241的侧壁推动夹套侧壁222外扩，使固定头111能顺利插入并穿过第一锁止腔221。下锥形开口2242与上锥形开口2241镜像对称，便于固定头111退回的过程中沿下锥形开口2242的侧壁推动夹套侧壁222外扩，使固定头111能顺利的退回第一锁止腔221中并最终从基座21脱离，实现固定销11的解锁。
[0045]
在一实施例中，弹性锁止夹套22的结构可以为多种，例如，可以采用金属结构或者具有弹性的橡胶结构、侧壁包括多片纵向的片状结构并由弹性套箍固定等。具体地，如图2所示，本实施例中的夹套侧壁222沿轴向间隔开设有多个扩张槽225，各扩张槽225的一端连
通至夹套侧壁222的一端，并且相邻的两个扩张槽225连通至夹套侧壁222的不同端。多个扩张槽225被拉开或者挤压时，能够改变第一锁止腔221的内径大小。
[0046]
在一实施例中，如图3所示，本实施例中限位结构包括设置在基座21通腔211内壁的内螺纹和设置在锁止驱动轴23外壁的外螺纹，内螺纹和外螺纹相互咬合，当转动锁止驱动轴23时，在螺纹的配合下锁止驱动轴23沿通腔211的轴向移动。在其他的实施例中，限位结构也可以采用其他结构实现，例如，在通腔211的对应位置设置由弹簧抵接实现外凸的钢珠，在锁止驱动轴23上开设限位孔，当锁止驱动轴23移动至锁定位置时，也即挤压夹套侧壁222至最小收缩状态时，钢珠恰好嵌入限位孔中，实现对锁止驱动轴23的轴向位置定位。
[0047]
在一实施例中，如图3所示，在锁止驱动轴23的下端开设有多边形槽232，基座21的下端开设有用于露出多边形槽232的操作孔213。外部的驱动工具上开设与多边形槽232对应的凸台，从操作孔213插入驱动工具，使得驱动工具的凸台嵌入多边形槽232中，此时转动驱动工具即可带动锁止驱动轴23转动，从而实现锁止驱动轴23在通腔211内轴向移动。更具体地，本实施例中的多边形槽232为正六边形槽232，正六边形槽232的中心位于锁止驱动轴23的轴线上，驱动工具的上开设有对应的六角头。
[0048]
在一实施例中，如图1和图3所示，本实施例中的固定销11具有圆台部112，在通腔211的上端开口，且通腔211的上端开口处具有可供圆台部112置入并紧贴的梯形开口部214，梯形开口部214下端内径收缩构成限位台阶212。梯形开口部214上端开口较大，便于固定头111插入，而圆台部112能辅助固定销11的对准和限位，有助于实现固定销11精确插入第一锁止腔221。
[0049]
在一实施例中，车身锁紧模块1还包括车身固定块12，固定销11安装固定于车身固定块12，车身固定块12可通过多个螺栓与车身固定。在使用过程中，如果固定销11出现变形、损坏等问题，便于拆卸维护，以提高模块化快速换电装置的使用寿命，降低成本。
[0050]
本实施例还提供了一种车辆，车辆包括车身和动力电池，还包括上述的模块化快速换电装置，其中，模块化快速换电装置的车身锁紧模块1固定于车身，模块化快速换电装置的电池锁紧模块2固定于动力电池。
[0051]
参照图1至图4所示，本实施例中的车辆的换电过程包括：
[0052]
拆除原有动力电池：将驱动工具从操作孔213插入至锁止驱动轴23下端的正六边形槽232内，转动驱动工具带动锁止驱动轴23转动，在螺纹的配合下锁止驱动轴23沿基座21的通腔211向下移动至下极限位置(图3所示状态)。此时，固定销11的固定头111从第二锁止腔231内脱出，由于受到固定弹簧24的推动力，弹性锁止夹套22依然停留在通腔211的上端，弹性锁止夹套22的锥形部223与锁止驱动轴23的倒锥形部233脱离，夹套侧壁222受到的挤压力消失。然后将固定有动力电池的电池锁紧模块2直接从车身上取下，在取下的过程中，固定头111从下锥形开口2242处退回第一锁止腔221内，通过与下锥形开口2242侧壁的挤压将夹套侧壁222外扩，增加了第一锁止腔221的内径，以使固定头111能够从弹性锁止夹套22中脱离，最终整个固定销11从基座21中抽出，从而实现动力电池从车身拆除。
[0053]
换装新动力电池：将新动力电池固定在电池锁紧模块2上，然后将电池锁紧模块2与车身锁紧模块1的安装部分对准，固定销11对准基座21通腔211的开口，然后推动电池锁紧模块2与车身紧密结合，以实现动力电池与车身的锁紧。在此过程中，固定销11的下端插入基座21通腔211，然后进入并穿过弹性锁止夹套22。由于通腔211的上端开设有倒梯形部
214，便于固定销11对准，并在固定销11插入后，倒梯形部214与固定销11的圆台部112贴合定位。固定销11下插的过程中，固定头111进入第一锁止腔221上端的上锥形开口2241，并且将弹性锁止夹套22下压，在固定弹簧24的作用下提供一定的冲击缓冲。固定头111持续下压的过程中会撑大第一锁止腔221，最终固定头111完全穿过第一锁止腔221，完成与固定弹簧24的初固定。然后将驱动工具从操作孔213插入锁止驱动轴23下端的正六边形槽232内，通过驱动工具驱动锁止驱动轴23转动，在螺纹的配合下锁止驱动轴23沿基座21通腔211向上移动至上极限位置(图4所示状态)，在锁止驱动轴23上移的过程中，固定头111进入第二锁止腔231，与第二锁止腔231的倒锥形部233紧贴并挤压弹性锁止夹套22的锥形部223，使第一锁止腔221内径缩小至小于固定头111外径。由于螺纹锁止了锁止驱动轴23的轴向位置，而倒锥形部233锁定了锥形部223的外扩位置，使得第一锁止腔221的内径被限制在最小极限值，此时固定头111无法退回进入到第一锁止腔221内，即实现了固定销11与基座21的固定，也即完成了新动力电池的换装过程。
[0054]
综上，采用上述模块化快速换电装置的车辆能够快速完成更换动力电池的操作，在保证车辆的续航能力的同时，还保证了模块化快速换电装置的可靠性，使得动力电池与车身之间的连接更加稳定可靠，且后期维护容易，降低了车辆使用成本。
[0055]
以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。