一种动力电池的螺帽式快装装置和方法与流程

1.本发明涉及新能源电动汽车技术领域，尤其涉及一种动力电池的螺帽式快装装置和方法。


背景技术：

2.新能源汽车具有绿色环保的优点，但续航一直是限制新能源汽车发展的最重要问题。目前，对电动汽车的动力电池的充电很难在短时间内完成，因此，目前保证新能源汽车能够在短时间补充电能的主要方案是“换电”。“换电”即将预先充满电的动力电池替换新能源汽车上的需要补充电能的动力电池，以达到快速补充电能的目的。
3.现有电动汽车换电机构均需要依托换电站专属换电设备，即换电站换电设备与换电结构相绑定，这种换电平台的通用性差，造成换电平台资源浪费；目前动力电池换电主要分为侧方换电和底部换电等方式，换电机构分为半固定螺栓紧固方式、棘轮卡扣方式及解锁连杆滑块方式等多种实现方式，卡接的机械寿命更高，但是机构复杂，锁止和解锁控制为手动操作，自动化不高，锁止可靠性较差。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种动力电池的螺帽式快装装置和方法，以解决动力电池安装机构复杂，锁止可靠性差的问题。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种动力电池的螺帽式快装装置，包括：
7.电池端组件，所述电池端组件固定在动力电池上，所述电池端组件包括锁舌，所述锁舌上沿圆周方向间隔均布多个锁钩；
8.车端组件，包括：
9.锁座，所述锁座固定在车体上，所述锁座沿竖直方向设有安装孔；
10.导向柱，所述导向柱穿设在所述安装孔内并与所述锁座固定连接；
11.螺帽，所述螺帽设有沿所述竖直方向的台阶孔和锁孔，所述锁孔的内壁设有多个螺旋状锁槽，所述锁槽设有锁扣，所述台阶孔套设在所述导向柱上并与所述导向柱之间活动连接，当所述锁舌从下向上穿入所述锁孔时，所述锁钩能够沿所述锁槽滑动至所述锁扣处以锁止，或从所述锁扣处沿所述锁槽滑出以解锁；
12.波纹弹簧，套设在所述导向柱上，所述波纹弹簧的两端分别止抵于所述导向柱和所述锁舌；
13.驱动模块，所述驱动模块被配置为驱动所述螺帽转动至所述锁钩与所述锁槽对准，所述驱动模块与整车控制器通信连接。
14.可选地，所述锁扣为设于所述锁槽的末端的通孔，当所述锁钩锁止于所述锁扣内时，所述锁钩的重心低于所述锁槽的末端，且所述波纹弹簧抵接于所述锁钩。
15.可选地，所述导向柱包括基座，所述基座与所述导向柱的顶端螺纹连接，所述基座
与所述锁座固定连接并密封所述安装孔。
16.可选地，所述导向柱上设有限位环，所述限位环突出于所述导向柱的外周壁，所述螺帽的所述台阶孔套设在所述限位环和所述基座之间并能够绕所述导向柱转动，所述台阶孔的台阶面与所述限位环的端面相抵。
17.可选地，所述导向柱上设有环形槽，所述环形槽位于所述限位环的背离所述基座的一侧，所述波纹弹簧套设在所述环形槽内并抵接于所述环形槽和所述限位环之间。
18.可选地，所述驱动模块包括：
19.控制单元，所述控制单元与所述整车控制器通信连接，所述控制单元的输出端连接轨道杆的一端，所述轨道杆的另一端设有阻块；
20.滑块，所述滑块套设在所述轨道杆上并与所述轨道杆之间滑动连接，所述阻块与所述滑块之间设有弹性件，所述滑块连接于所述螺帽以驱动所述螺帽转动。
21.可选地，所述滑块的一侧为齿条，所述螺帽的外壁设有周向齿轮，所述齿条与所述周向齿轮啮合连接。
22.可选地，所述锁座设有安装槽，所述驱动模块位于所述安装槽内。
23.可选地，所述锁舌为筒状，所述锁舌穿设在所述导向柱和所述螺帽的所述锁孔之间的间隙内。
24.本发明还提供一种动力电池的螺帽式快装方法，根据所述动力电池的螺帽式快装装置，所述动力电池的螺帽式快装方法包括如下步骤：
25.动力电池锁止：
26.s11，托盘支撑在所述动力电池的下方，并向上托举所述动力电池至车端组件下方，使得锁舌对准锁孔；
27.s12，驱动模块驱动螺帽转动至锁槽与锁钩对准；
28.s13，所述托盘向上托举所述动力电池，所述锁钩在所述锁槽内滑动上升，所述螺帽随之转动，直到所述锁钩与所述锁扣卡接，所述波纹弹簧将所述锁钩压紧在所述锁扣内；
29.s14，所述动力电池锁止；
30.所述动力电池解锁：
31.s21，所述托盘支撑在所述动力电池下方并向上托举动力电池以克服所述波纹弹簧的弹力；
32.s22，所述驱动模块驱动螺帽反向转动，使得所述锁钩与所述锁槽对准并进入所述锁槽；
33.s23，所述锁钩在所述动力电池的重力作用下沿所述锁槽向下滑动，螺帽随之转动，直至所述锁钩脱离所述锁槽；
34.s23，所述动力电池解锁。
35.本发明的有益效果：
36.本发明的一种动力电池的螺帽式快装装置，包括电池端组件和车端组件，电池端组件包括锁舌，锁舌周向设置多个锁钩，结构简单，简化了电池端组件；车端组件包括螺帽，螺帽内具有锁槽，锁槽末端设置锁扣，锁舌沿锁槽滑动上升至锁扣位置时，锁舌能够在波纹弹簧的弹力和动力电池的自身重力的作用下限位在锁扣内，驱动机构仅在锁止前和解锁前对螺帽的初始位置进行对准控制，实现整车控制器对动力电池的锁止和解锁控制，锁止和
解锁的过程螺帽转动配合动力电池的升降运动，利于简化换电设备和提高换电灵活性，通用性好，便于普及推广。
37.本发明提供一种动力电池的螺帽式快换方法，能够不依托换电站专属换电设备，即在任何换电站、任何场合，只要有普通托盘托举和支撑动力电池升降，即可完成快速换电或者动力电池拆卸；并且为卡接式快换机构，换电速度快，机构简单，锁止可靠性较高，机械结构集成驱动模块，独立控制解锁动作，实现机电一体化的自解锁控制。
附图说明
38.图1是本发明的一种动力电池的螺帽式快装装置的整体结构示意图；
39.图2是本发明的一种动力电池的螺帽式快装装置的分解结构示意图；
40.图3是本发明的一种动力电池的螺帽式快装装置中螺帽仰视图；
41.图4是本发明的一种动力电池的螺帽式快装装置中螺帽内部展开示意图；
42.图5是本发明的一种动力电池的螺帽式快装装置中导向柱的结构示意图；
43.图6是本发明的一种动力电池的螺帽式快装装置中驱动模块与螺帽的驱动关系示意图。
44.图中：
45.1、电池端组件；11、锁舌；12、锁钩；
46.2、车端组件；21、锁座；211、安装孔；212、安装槽；213、后盖；
47.22、导向柱；221、基座；222、限位环；223、环形槽；
48.23、螺帽；231、台阶孔；232、锁孔；233、锁槽；234、锁扣；
49.24、波纹弹簧；
50.25、驱动模块；251、控制单元；252、滑块；253、轨道杆；254、阻块；255、弹性件。
具体实施方式
51.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
52.在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
54.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示
的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
55.本发明提供一种动力电池的螺帽式快装装置，如图1所示，包括电池端组件1和车端组件2，电池端组件1固定在动力电池上，车端组件2固定在车体上，电池端组件1和车端组件2配合连接实现对动力电池的解锁或锁止。需要说明的是，电池端组件1和车端组件2分别设有多个，且一一对应解锁或锁止。
56.如图2所示，电池端组件1包括锁舌11，锁舌11上沿圆周方向间隔均布多个锁钩12。电池端组件1结构简单，易于加工，且锁止和解锁时只需要锁舌11和锁钩12与车端组件2配合实现解锁或锁止，利于简化换电设备，灵活设置换电场合，通用性好，节约换电成本。
57.如图2和图3，车端组件2包括锁座21、导向柱22、螺帽23、波纹弹簧24和驱动模块25，锁座21固定在车体上，锁座21沿竖直方向设有安装孔211；导向柱22穿设在安装孔211内并与锁座21固定连接；螺帽23设有沿竖直方向的台阶孔231和锁孔232，锁孔232的内壁设有多个螺旋状锁槽233，锁槽233设有锁扣234，台阶孔231套设在导向柱22上并与导向柱22之间活动连接，当锁舌11从下向上穿入锁孔232时，锁钩12能够沿锁槽233滑动至锁扣234处以锁止，或从锁扣234处沿锁槽233滑出以解锁；波纹弹簧24套设在导向柱22上，波纹弹簧24的两端分别止抵于导向柱22和锁舌11之间；驱动模块25被配置为驱动螺帽23转动至锁钩12与锁槽233对准，驱动模块25与整车控制器通信连接。
58.继续参照图2和图3，车端组件2包括螺帽23，螺帽23内具有螺旋锁槽233，锁槽233与锁钩12一一对应设置，本实施例以三个锁钩12和三个锁槽233为例进行说明。每个锁槽233末端设置锁扣234，锁舌11沿锁槽233滑动上升时，锁舌11为直线升降运动，通过锁槽233带动螺帽23转动，当锁舌11上的锁钩12滑动至锁扣234位置时压缩波纹弹簧24，锁舌11能够在波纹弹簧24的弹力和动力电池的自身重力的作用下限位在锁扣234内，驱动模块25仅在锁止前和解锁前对螺帽23的初始位置进行对准控制，实现整车控制器对动力电池的锁止和解锁控制，锁止和解锁的过程中，螺帽23转动配合动力电池的升降运动，利于简化换电设备和提高换电灵活性，通用性好，便于普及推广。只需要托盘托举动力电池进行升降运动即可实现解锁和锁止，简单快速，换电效率高，对换电站和换电场合的设备要求低，节约成本。
59.可选地，锁扣234为设于锁槽233的末端的通孔，当锁钩12锁止于锁扣234内时，锁钩12的重心低于锁槽233的末端且波纹弹簧24抵接于锁钩12。
60.如图3和图4所示，本实施例中，螺帽23的锁孔232内设置三个锁槽233和三个锁扣234，三个锁扣234均布(间隔120
°
)在螺帽23内壁同一水平面内。当需要安装动力电池并与整车锁紧时，电池端组件1中的锁舌11上升，锁钩12进入锁槽233中，动力电池上升过程中会接触锁槽233的上壁，并沿锁槽233上升的同时带动螺帽23整体的转动，当锁钩12到达锁扣234处，锁舌11受到波纹弹簧24的压力，此时锁钩12卡接于锁扣234内，动力电池锁止。由于动力电池的重力作用和波纹弹簧24的弹力作用，锁钩12在锁扣234内稳定卡接。
61.如图5所示，导向柱22包括基座221，基座221与导向柱22的顶端螺纹连接，基座221与锁座21固定连接并密封安装孔211，基座221具有限制导向柱22转动的作用。如图2所述，安装孔211为贯穿锁座21上下的通孔，安装孔211的周向开设平底槽，安装时，先将基座221螺纹连接于导向柱22的顶端，然后导向柱22的底端穿过安装孔211并在锁座21下方具有一
定的延伸长度，以便于安装螺帽23和对锁舌11进行导向和定位；当基座221的底面与平底槽的槽底相接触时，导向柱22安装到位，将基座221与锁座21固定连接。
62.再如图5，导向柱22上设有限位环222，限位环222突出于导向柱22的外周壁，螺帽23的台阶孔231套设在限位环222和基座221之间并能够绕导向柱22转动，台阶孔231的台阶面与限位环222的端面相抵。限位环222与基座221间隔设置，螺杆23的台阶孔231段套设在限位环222和基座221之间的导向柱22上，导向柱22的外径小于台阶孔231的内径，同时，台阶孔231的内径小于限位环222的外径，因此台阶孔231能够卡接在限位环222上方，并能够绕导向柱22转动，进一步地，螺帽23与导向柱22之间为间隙配合，以便具有较好的轴向转动稳定性。
63.可选地，导向柱22上设有环形槽223，环形槽223位于限位环222的背离基座221的一侧，波纹弹簧24套设在环形槽223内并抵接于环形槽223和限位环222之间。
64.如图5所示，环形槽223贴靠限位环222的下表面开设在导向柱22本体上，波纹弹簧24安装在环形槽223内成自由状态。当动力电池上升到位后，锁舌11能够压缩波纹弹簧24并进入锁扣234内，然后波纹弹簧24的弹力释放回到自由状态。当解锁时，动力电池要首先克服波纹弹簧24的弹力，向上托举动力电池使得锁舌11顶端压缩波纹弹簧24，锁钩12从锁扣234中滑出并继续通过锁槽233向下滑出，直到解锁到位。
65.其中，锁舌11为筒状，锁舌11穿设在导向柱22和螺帽23的锁孔232之间的间隙内。如图2所示，锁舌11外径小于锁孔232内径，锁舌11内径大于导向柱22外径，锁舌11沿着锁孔232上升时，锁舌11周向的多个锁钩12与锁孔232内壁上多个锁槽233滑动接触直到锁止。间隔且均匀设置多个锁钩12，利于对锁舌11上升的轴向进行限位，导向柱22导向，实现锁舌11的直线升降，锁止和解锁过程稳定快速。
66.可选地，如图6，驱动模块25包括控制单元251和滑块252，控制单元251与整车控制器通信连接，用以接收和反馈锁止指令和解锁指令，控制单元251用于控制滑块252的移动，滑块252连接于螺帽23，滑块252滑动时带动螺帽23的转动。
67.可选地，滑块252的一侧为齿条，螺帽23的外壁设有周向齿轮，齿条与周向齿轮啮合连接，将滑块252的移动转换为螺帽23的转动，以便使得锁槽233与锁钩12进行配合以锁止或解锁。
68.具体的一个实施例如图2和图6所示，控制单元251的输出端连接轨道杆253的一端，轨道杆253的另一端连接有阻块254，滑块252滑动连接在轨道杆253上，且在滑块252和阻块254之间安装弹性件255，弹性件255可以是拉簧或压簧，以拉簧为例，弹性件255的两端分别固定于滑块252和阻块254，弹性件255对滑块252具有拉力。当整车控制器发出解锁信号时，控制单元251接收解锁信号并检测轨道杆253信号，当判断滑块252在轨道杆253上的预定位置时，此时认为可以进行解锁动作，控制单元251控制滑块252移动，滑块252移动时驱动螺帽23正转或反转，实现解锁动作。此时，滑块252在轨道杆253上的位置信息被轨道杆253记录并传送给控制单元251，控制单元251判断此时解锁状态，并将解锁状态实时反馈给整车控制器，直到显示解锁成功。具体地，控制单元251还可以包括电路单元用于执行信号接收和传送，该技术为常规技术手段，此处不进行详细说明。
69.本实施例采用微动开关的原理驱动滑块252的移动，在其它实施例中，也可以采用电磁原理驱动滑块252移动。
70.本实施例中，锁座21设有安装槽212，驱动模块25位于安装槽212内，并通过后盖213密封安装槽212，后盖213连接锁座21，后盖213将驱动模块25限定在安装槽212内，利于确保滑块252的滑动方向。
71.本发明还一种动力电池的螺帽式快装方法，根据动力电池的螺帽式快装装置，结合图1-图6，动力电池的螺帽式快装方法包括如下步骤：
72.动力电池锁止：
73.s11，托盘支撑在动力电池的下方，并向上托举动力电池至车端组件2下方，使得锁舌11对准锁孔232；
74.s12，驱动模块25驱动螺帽23转动至锁槽233与锁钩12对准；
75.s13，托盘向上托举动力电池，锁钩12在锁槽233内滑动上升，螺帽23随之转动，直到锁钩12与锁扣234卡接，波纹弹簧24将锁钩12压紧在锁扣234内；
76.具体地，动力电池上升过程中带动螺帽23进行顺时针旋转，带动滑块右移并压缩弹性件255，当动力电池受阻无法继续上升，并受到波纹弹簧24的作用力时，滑块252移动的位移尺寸达到预定值时，锁钩12将落入锁槽233末端的锁扣234内并卡接，判断为锁止到位，控制单元252收到装配到位信号，并将到位信号反馈给整车控制器。本发明中对到位信号等信号的检测可以通过在锁止位和解锁位等设置到位传感器实现，该部分为常规技术，不再赘述。
77.s14，动力电池锁止；
78.动力电池解锁：
79.s21，托盘支撑在动力电池下方并向上托举动力电池以克服波纹弹簧24的弹力；
80.s22，驱动模块25驱动螺帽23转动，使得锁钩12与锁槽233对准；
81.驱动模块25在整车控制器发出的解锁信号后，开始执行控制动作。驱动模块25中的控制单元251控制滑块252抵消弹性件255的弹力作用，滑块252进行左移，滑块252上的齿条带动螺帽23逆时针旋转。此时，锁钩12会脱离锁扣234进入锁槽233。
82.s23，锁钩12在动力电池的重力作用下沿锁槽233向下滑动，螺帽23随之转动(逆时针转动)，直至锁钩12脱离锁槽233；
83.s23，动力电池解锁。
84.需要说明的是，本发明通过设置控制单元251与整车控制器连接，既能监控解锁和锁止全过程，实施反馈换电状态是否异常，锁止是否到位等，又能够在整车行驶过程中，实施监控锁止机构是否出现连接异常风险等，保证换电过程及行驶过程中动力电池的螺帽式快装装置的可靠性。
85.本发明提供一种动力电池的螺帽式快换方法，能够不依托换电站专属换电设备，即在任何换电站、任何场合，只要有普通托盘托举和支撑动力电池升降，即可完成快速换电或者动力电池拆卸，并且为卡接式快换机构，换电速度快，机构简单，锁止可靠性较高，机械结构集成驱动模块25，独立控制解锁动作，实现机电一体化的自解锁控制。
86.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明
权利要求的保护范围之内。