一种电池包紧固装置、安装系统及部分换电方法

本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种电池包紧固装置、安装系统及部分换电方法。

背景技术：

当前电动汽车换电中，由于需要更换质量体积较大的整个电池包，换电步骤繁琐，故需要在建设成本高，占地面积大的换电站中进行。为了解决换电步骤繁琐，需要在建设成本高，占地面积大的换电站中进行问题，中国专利202020086987.4提供了一种汽车电池模组更换装置及汽车电池模组，但该汽车电池模组更换装置结构繁琐，虽然相对于原有的换电方案更简单，但是其实现定位、安装、固定的结构较为复杂，其定位、安装、固定的过程操作繁琐，便捷性不佳。

技术实现要素：

本发明提供了一种电池包紧固装置、安装系统及部分换电方法，以解决现有的电池包更换装置中紧固机构结构繁琐、操作便捷性不佳的问题。

第一方面，提供了一种电池包紧固装置，包括至少一对相对设置的紧固机构；

所述紧固机构包括固定板、第一摩擦片、弹性工件、连接杆、电磁铁和轴承；

所述连接杆安装于所述轴承上，且其一端与所述固定板连接；所述弹性工件设置于所述固定板与轴承之间，且其处于压缩状态；所述第一摩擦片设置于所述固定板远离所述连接杆的一侧；所述电磁铁设置于所述连接杆的另一端，且间隔预设距离，所述电磁铁用于在通电时对所述连接杆产生吸力以克服所述弹性工件的弹力。

使用该电池包紧固装置时，紧固机构对称设置在电池包安装仓的两侧，轴承安装于车架上。在紧固电池包时，首先对电磁铁通电，电磁铁对连接杆产生的吸力使连接杆克服弹性工件的弹力产生位移，弹性工件被进一步压缩，同时带动固定板向两侧移动，此时将四周设置有第二摩擦片的配套电池包移动至电池包安装仓内，然后对电磁铁停止通电，固定板在弹性工件回弹力的作用下向电池包夹紧，此时第一摩擦片与电池包上的第二摩擦片压紧，使得电池包与固定板之间的竖直平面存在静摩擦力，确保电池包不会产生竖直平面内的位移，同时电池包水平方向相对侧均有来自弹性工件的压力，确保电池包不会产生水平方向的位移，可以非常好的将电池包紧固在电池包安装仓内。拆卸时，只需对电磁铁通电，驱使固定板向两侧移动，即可释放电池包，然后对电磁铁停止通电，即可完成拆卸。该电池包紧固装置结构简单，安装和拆卸操作方便快捷，效率高。

进一步地，所述固定板包括壳体、设置于所述壳体内的缓冲板及多个压缩弹簧；

所述壳体内部设置有多个用于放置多个所述压缩弹簧的凹槽，所述缓冲板上对应于所述凹槽的位置设置有用于放置所述压缩弹簧的通孔，所述压缩弹簧纵向设置于所述壳体内部的凹槽与所述缓冲板上对应的通孔形成的空间内；所述连接杆一端贯穿所述壳体的一侧壁与所述缓冲板连接。

车辆行驶过程中，来自车架的振动会传递给连接杆，通过设置该结构的固定板，连接杆会将振动传递至缓冲板，缓冲板再将振动通过多个压缩弹簧对竖直方向的振动进行缓冲之后传给壳体，壳体再将振动传给电池包，便可以在振动从车架传导到电池包的整个过程中起到缓冲的作用。

进一步地，所述固定板远离所述连接杆的一侧底部设置有水平向外延伸的支撑板。通过设置支撑板，可对电池包起到支撑的作用，克服电池包的自身重力，进一步增强紧固效果。

进一步地，所述连接杆包括杆体及设置于杆体靠近所述电磁铁的一端的铁块；所述铁块的最大外径大于所述轴承的孔径。铁块的最大外径大于所述轴承的孔径可防止连接杆脱落，保证装置的稳定性。

进一步地，所述弹性工件为压缩弹簧，且所述压缩弹簧套设于连接杆上。

进一步地，在紧固电池包时，成对设置的所述紧固机构的电磁铁通入大小呈阶梯式下降的电流，直至为0；在拆卸电池包时，成对设置的所述紧固机构的电磁铁通入大小呈阶梯式增大的电流，直至达到预设电流值。

在紧固电池包时，若直接断开电磁铁的电流，那么固定板会在巨大的弹力作用下在极短的时间内压在电池包上，则有可能会出现相对设置的紧固机构中的弹性工件形变量不一致导致的水平方向受力不平衡，让电池包无法固定在中心位置。在拆卸电池包时，若同时直接给电磁铁通上足够的电流，那么也可能在固定板离开电池包的过程中，出现电池包水平方向合力不为零的情况，使得电池包在水平方向上被挤压。

在紧固电池包时，通过向成对设置的所述紧固机构的电磁铁通入大小呈阶梯式下降的电流，直至为0，可使相对设置的紧固机构中的弹性工件形变量保持一致，不发生突变，从而保证电池包被紧固在中心位置。拆卸时同理，通过向成对设置的所述紧固机构的电磁铁通入大小呈阶梯式增大的电流，直至达到预设电流值，使得相对设置的紧固机构中的弹性工件形变量保持一致，不会使得电池包在水平方向上被挤压。通过该电流控制方式，可实现电池包平顺地紧固和拆卸。

进一步地，所述电池包紧固装置包括多对相对设置的所述紧固机构。

考虑到电池包的体积大小、重量及车架空间等因素，根据实际情况设定紧固机构的对数。

第二方面，提供了一种电池包安装系统，包括定位系统、升降装置、辅助固定装置及如上所述的电池包紧固装置；

所述定位系统包括多个激光发射器和多个激光接收感应装置，所述多个激光发射器设置于车架上的电池包安装仓的顶部，所述多个激光接收感应装置设置于电池包的顶部，且所述多个激光接收感应装置与所述多个激光发射器的位置一一对应；

所述升降装置设置于电池包的底部，用于控制电池包的升降；

所述辅助固定装置包括设置于电池包外侧的第二摩擦片；

所述电池包紧固装置设置于车架上的电池包安装仓的四周。

使用该电池包安装系统时，首先多个激光发射器垂直向下发射激光，用户在激光的指引下，将电池包推动到对应位置，当多束激光与多个激光接收感应装置对应上时，则定位完成。然后电池包紧固装置中的电磁铁通电，使固定板产生位移；然后升降装置工作，驱使电池包上升预设距离，使电池包进入电池包安装仓里面；然后将电池包紧固装置中的电磁铁的电流断开或逐渐减小至零，固定板在弹性工件的作用下移动并将电池包夹紧；最后升降装置复位，使升降装置收回到电池包的底部，即完成安装工作。拆卸时，反向操作上述安装过程即可。

进一步地，所述定位系统还包括与所述多个激光接收感应装置电连接的控制器，以及与所述控制电连接的报警模块；当所述控制器同时接收到所述多个激光接收感应装置发送的电信号时，发出报警信号给报警模块以发出提示。

由于电池包安装仓设置于车底，在进行定位时，不便于判断是否准确定位，通过设置控制器和报警模块，控制器在同时接收到多个激光接收感应装置发送的电信号时，发出报警信号给报警模块，报警模块发出提示，以便于用户判断定位成功。

第三方面，提供了一种部分换电方法，基于如上所述的电池包安装系统进行换电，双电池包电动汽车的主电池包固定于车架上，车架上还设置有副电池包安装仓；多个激光接收感应装置设置于副电池包顶部，第二摩擦片设置于副电池包的外侧，升降装置设置于副电池包的底部，多个激光发射器设置于副电池包安装仓的顶部，电池包紧固装置设置于副电池包安装仓的四周；过程包括：

安装时，将副电池包移动至车底，并将多个激光接收感应装置与多个激光发射器垂直向下发射的激光对应，完成定位；

电池包紧固装置中的电磁铁通电，使固定板向副电池包安装仓外移动；

升降装置工作控制副电池包上升预设距离；

电池包紧固装置中的电磁铁停止通电，在弹性工件的回弹力作用下，固定板被推动，使第一摩擦片与第二摩擦片被压紧，完成紧固；

升降装置复位，使升降装置收回至副电池包底部，完成安装

拆卸时，升降装置工作，使升降装置底部接触地面；

电池包紧固装置中的电磁铁通电，使固定板向副电池包安装仓外移动，释放副电池包；

升降装置复位，使副电池包下降；

电池包紧固装置中的电磁铁停止通电，在弹性工件的回弹力作用下，固定板复位，完成拆卸。

该部分换电的方法，可解决当前整车换电过程繁琐，充电站建设成本高昂的问题。

有益效果

本发明提出了一种电池包紧固装置、安装系统及部分换电方法，在紧固电池包时，首先对电磁铁通电，电磁铁对连接杆产生的吸力使连接杆克服弹性工件的弹力产生位移，弹性工件被进一步压缩，同时带动固定板向两侧移动，此时将四周设置有第二摩擦片的配套电池包移动至电池包安装仓内，然后对电磁铁停止通电，固定板在弹性工件回弹力的作用下向电池包夹紧，此时第一摩擦片与电池包上的第二摩擦片压紧，使得电池包与固定板之间的竖直平面存在静摩擦力，确保电池包不会产生竖直平面内的位移，同时电池包水平方向相对侧均有来自弹性工件的压力，确保电池包不会产生水平方向的位移，可以非常好的将电池包紧固在电池包安装仓内。拆卸时，只需对电磁铁通电，驱使固定板向两侧移动，即可释放电池包，然后对电磁铁停止通电，即可完成拆卸。该电池包紧固装置结构简单，安装和拆卸操作方便快捷，效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种电池包紧固装置结构示意图；

图2是本发明实施例提供的固定板的剖面图；

图3是本发明实施例提供的缓冲板与压缩弹簧安装示意图；

图4是本发明实施例提供的紧固机构的压紧和释放状态示意图；

图5是本发明实施例提供的电池包与升降装置、定位装置的机构示意图；

图6是本发明实施例提供的车架上安装主电池包和副电池包的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的一种电磁铁电流控制实现方案。

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，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中心”、“纵向”、“横向”、“竖直”、“水平”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。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或顺序。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

实施例1

如图1至图4所示，本实施例提供了一种电池包紧固装置，包括至少一对相对设置的紧固机构1；

所述紧固机构1包括固定板11、第一摩擦片12、弹性工件14、连接杆13、电磁铁15和轴承16；

所述连接杆13安装于所述轴承16上，且其一端与所述固定板11连接；所述弹性工件14设置于所述固定板11与轴承16之间，且其处于压缩状态；所述第一摩擦片12设置于所述固定板11远离所述连接杆13的一侧；所述电磁铁15设置于所述连接杆13的另一端，且间隔预设距离，所述电磁铁15用于在通电时对所述连接杆13产生吸力以克服所述弹性工件14的弹力。

使用该电池包紧固装置时，紧固机构1对称设置在电池包安装仓的两侧，轴承16通过螺栓安装于车架4上。在紧固电池包2时，首先对电磁铁15通电，电磁铁15对连接杆13产生的吸力使连接杆13克服弹性工件14的弹力产生位移，弹性工件14被进一步压缩，同时带动固定板11向两侧移动，此时将四周设置有第二摩擦片3的配套电池包2移动至电池包安装仓内，然后对电磁铁15停止通电，固定板11在弹性工件14回弹力的作用下向电池包2夹紧，此时第一摩擦片12与电池包2上的第二摩擦片3压紧，使得电池包2与固定板11之间的竖直平面存在静摩擦力，确保电池包2不会产生竖直平面内的位移，同时电池包2水平方向相对侧均有来自弹性工件14的压力，确保电池包2不会产生水平方向的位移，可以非常好的将电池包2紧固在电池包安装仓内。拆卸时，只需对电磁铁15通电，驱使固定板11向两侧移动，即可释放电池包2，然后对电磁铁15停止通电，即可完成拆卸。该电池包紧固装置结构简单，安装和拆卸操作方便快捷，效率高。

需说明的是，根据电池包安装仓的结构弹性工件14的安装方式稍有区别，当轴承16与固定板11之间没有车架4隔开时，弹性工件14的两端分别抵靠于固定板11和轴承16上；当轴承16与固定板11之间有车架4隔开时，弹性工件14的两端分别抵靠于固定板11和车架4上。

如图2、图3所示，优选地，所述固定板11包括壳体111、设置于所述壳体111内的缓冲板112及多个压缩弹簧113；所述壳体111内部设置有多个用于放置多个所述压缩弹簧113的凹槽，所述缓冲板112上对应于所述凹槽的位置设置有用于放置所述压缩弹簧113的通孔，所述压缩弹簧113纵向设置于所述壳体111内部的凹槽与所述缓冲板112上对应的通孔形成的空间内；所述连接杆13一端贯穿所述壳体111的一侧壁与所述缓冲板112连接。

更具体的，壳体111包括第一壳体和第二壳体，第一壳体和第二壳体可选择通过螺栓合在一起构成一个具有空腔的壳体111，第一壳体和第二壳体上相对设置有多个凹槽，壳体111内的缓冲板112上对应位置处设置有通孔，第一壳体和第二壳体的凹槽与缓冲板112上对应位置的通孔形成放置压缩弹簧113的空间，将压缩弹簧113的大小应于该空间大小匹配，压缩弹簧113纵向放置于该空间内，第一壳体和第二壳体上的凹槽对放置于其内的压缩弹簧113起到纵向限位的作用。

车辆行驶过程中，来自车架4的振动会传递给连接杆13，通过设置该结构的固定板11，连接杆13会将振动传递至缓冲板112，缓冲板112再将振动通过多个压缩弹簧113对竖直方向的振动进行缓冲之后传给壳体111，壳体111再将振动传给电池包2，便可以在振动从车架4传导到电池包2的整个过程中起到缓冲的作用。

优选地，所述固定板11远离所述连接杆13的一侧底部设置有水平向外延伸的支撑板。通过设置支撑板，可对电池包2起到支撑的作用，克服电池包2的自身重力，进一步增强紧固效果。实施时，支撑板可选择通过螺栓安装于固定板上，也可选择一体成型的方式。

具体实施时，固定板11中压缩弹簧113的数量可根据需要设置有自主选择，一般不超过10个，优选4个。如图3所示，提供了一种设置有4个压缩弹簧113的实施例，四个压缩弹簧113呈中心对称的设置在缓冲板112的通孔内。

优选地，所述连接杆13包括杆体131及设置于杆体131靠近所述电磁铁15的一端的铁块132；所述铁块132的最大外径大于所述轴承16的孔径。铁块132的最大外径大于所述轴承16的孔径可防止连接杆13脱落，保证装置的稳定性。

具体实施时，可选择杆体131的两端分别与铁块132和缓冲板112螺纹连接，当然，也可选择杆体131与铁块132一体成型或杆体131与缓冲板112一体成型。杆体131、固定板11的壳体111、缓冲板112均选择由金属制成，如不锈钢等。

其中，所述弹性工件14为压缩弹簧，且所述压缩弹簧套设于连接杆13上。优选地，弹性工件14与固定板11另一侧的第一摩擦片12位置对应。

优选地，在紧固电池包2时，成对设置的所述紧固机构1的电磁铁15通入大小呈阶梯式下降的电流，直至为0；在拆卸电池包2时，成对设置的所述紧固机构1的电磁铁15通入大小呈阶梯式增大的电流，直至达到预设电流值。具体实施时，可通过调节输入电磁铁15的电流的占空比的方式实现上述电流的控制，如图7所示，提供了一种调节输入电磁铁15的电流的占空比的实现方案。

在紧固电池包2时，若直接断开电磁铁15的电流，那么固定板11会在巨大的弹力作用下在极短的时间内压在电池包2上，则有可能会出现相对设置的紧固机构1中的弹性工件14形变量不一致导致的水平方向受力不平衡，让电池包2无法固定在中心位置。在拆卸电池包2时，若同时直接给电磁铁15通上足够的电流，那么也可能在固定板离开电池包的过程中，出现电池包2水平方向合力不为零的情况，使得电池包2在水平方向上被挤压。

在紧固电池包2时，通过向成对设置的所述紧固机构1的电磁铁15通入大小呈阶梯式下降的电流，直至为0，可使相对设置的紧固机构1中的弹性工件14形变量保持一致，不发生突变，从而保证电池包2被紧固在中心位置。拆卸时同理，通过向成对设置的所述紧固机构1的电磁铁15通入大小呈阶梯式增大的电流，直至达到预设电流值，使得相对设置的紧固机构1中的弹性工件14形变量保持一致，不会使得电池包2在水平方向上被挤压。通过该电流控制方式，可实现电池包平顺地紧固和拆卸。

具体实施时，所述电池包紧固装置中相对设置的所述紧固机构1的对数根据实际情况选择。主要考虑到电池包2的体积大小、重量及车架4空间等因素，如果电池包2体积小，重量轻，也可选择用一对相对设置的紧固机构1实现对电池包2的紧固；如果电池包2体积和重量较大，车驾的空间不能支持使用较大型的紧固机构1时，可以在电池包2的相对两侧对称设置多对紧固机构1，也可选择在电池包2的四周均对称设置紧固机构1。

实施例2

如图1至图5所示，提供了一种电池包安装系统，包括定位系统、升降装置6、辅助固定装置及如实施例1所述的电池包紧固装置；

所述定位系统包括多个激光发射器(未图示)和多个激光接收感应装置5，所述多个激光发射器设置于车架4上的电池包安装仓的顶部，所述多个激光接收感应装置5设置于电池包2的顶部，且所述多个激光接收感应装置5与所述多个激光发射器的位置一一对应；

所述升降装置6设置于电池包2的底部，用于控制电池包2的升降；

所述辅助固定装置包括设置于电池包2外侧的第二摩擦片3；

所述电池包紧固装置设置于车架4上的电池包安装仓的四周。

使用该电池包安装系统时，首先多个激光发射器垂直向下发射激光，用户在激光的指引下，将电池包2推动到对应位置，当多束激光与多个激光接收感应装置5对应上时，则定位完成。然后电池包紧固装置中的电磁铁15通电，使固定板11产生位移；然后升降装置6工作，驱使电池包2上升预设距离，使电池包2进入电池包安装仓里面；然后将电池包紧固装置中的电磁铁15的电流断开或逐渐减小至零，固定板11在弹性工件14的作用下移动并将电池包2夹紧；最后升降装置6复位，使升降装置6收回到电池包2的底部，即完成安装工作。拆卸时，反向操作上述安装过程即可。

优选地，所述定位系统还包括与所述多个激光接收感应装置5电连接的控制器，以及与所述控制电连接的报警模块；当所述控制器同时接收到所述多个激光接收感应装置5发送的电信号时，发出报警信号给报警模块以发出提示，该提示根据所选报警模块的类型可以是声音提示或灯光提示。

由于电池包安装仓设置于车底，在进行定位时，不便于判断是否准确定位，通过设置控制器和报警模块，控制器在同时接收到多个激光接收感应装置发送的电信号时，发出报警信号给报警模块，报警模块发出提示，以便于用户判断定位成功。

本实施例中，升降装置6包括矩形固定架61、电机62、第一支撑件63、第二支撑件64、滑杆65及设置于固定架四个角的底部的行走轮66；电机62固定于固定架61的其中一个横杆的中部，滑杆65两端分别可滑动的套设在固定架61的两个横杆上，电机62的伸缩杆与滑杆65的中部连接；第一支撑件63的下端可转动的连接在滑杆65上，其上端可滑动的设置于电池包2的底部；第二支撑件64的下端可转动的连接在固定架61的另一个横杆上，其上端可滑动的设置于电池包2的底部；且第一支撑件63和第二支撑件64中部通过横轴可转动连接。工作原理如下：上升时，电机62的伸缩杆伸出预设长度，推动滑杆65沿固定架61的横杆产生一定的位移，使第一支撑件63的角度发生变化，同时带动第二支撑件64的角度发生变化，从而使得第一支撑件63和第二支撑件64一起支撑电池包2上升；复位时，电机62反转，其伸缩杆缩回，滑杆65复位，第一支撑件63和第二支撑件64角度改变并复位，从而实现电池包2的下降。

实施例3

如图1至图6所示，提供了一种部分换电方法，基于如上所述的电池包安装系统进行换电，双电池包电动汽车的主电池包7固定于车架4上，车架4上还设置有副电池包2安装仓；多个激光接收感应装置5设置于副电池包2顶部，第二摩擦片3设置于副电池包2的外侧，升降装置设置于副电池包2的底部，多个激光发射器设置于副电池包安装仓的顶部，电池包紧固装置设置于副电池包安装仓的四周；过程包括：

安装时，将副电池包2移动至车底，并将多个激光接收感应装置5与多个激光发射器垂直向下发射的激光对应，完成定位；

电池包紧固装置中的电磁铁15通电，使固定板11向副电池包安装仓外移动；

升降装置6工作控制副电池包2上升预设距离；

电池包紧固装置中的电磁铁15停止通电，在弹性工件14的回弹力作用下，固定板11被推动，使第一摩擦片12与第二摩擦片3被压紧，完成紧固；

升降装置6复位，使升降装置6收回至副电池包2底部，完成安装

拆卸时，升降装置6工作，使升降装置6底部接触地面；

电池包紧固装置中的电磁铁15通电，使固定板11向副电池包安装仓外移动，释放副电池包2；

升降装置6复位，使副电池包2下降；

电池包紧固装置中的电磁铁15停止通电，在弹性工件14的回弹力作用下，固定板11复位，完成拆卸。

该部分换电的方法，可解决当前整车换电过程繁琐，充电站建设成本高昂的问题。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。