一种新能源汽车用电池模组安全防护装置的制作方法

1.本发明涉及电动车辆相关领域，具体是涉及一种新能源汽车用电池模组安全防护装置。


背景技术：

2.电动汽车是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好。电动汽车分为纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车。随着电动汽车的发展，电池模组的相关技术也日益进步，如今，电池模组已应用到了重型卡车上。
3.然而，受限于对应电池的容量大小和体积大小等因素，单个电池模组并不足以支撑重卡行驶足够距离，故工程师们又研发出了电动汽车换电模式，即通过集中型充电站对大量电池集中存储、集中充电、统一配送，并在电池配送站内对电动汽车进行电池更换服务或者集电池的充电、物流调配、以及换电服务于一体。
4.目前，纯电动重卡的换电技术路线包括以下几种：单侧整体换电、顶吊式换电、双侧整体式换电。其中，最早进行且比较多的进行试点示范的是顶吊式的换电方案，由于用钢索吊着电池包，接近落座的时候，钢索有柔性，比较容易实现误差的兼容，所以它是属于技术简单、成本比较低、可行性比较好的一个方案，也是最早商用化的方案。但是顶吊式的定位方式比较简单，而且由于大多重卡均通过位于电池包底部的夹具固定电池包，电池包与重卡的连接处均为硬性接触，电池包上部在重卡上也并未限位，导致在很多复杂路况上电池包的稳定性会受到影响，且电池包底部的夹具处应力较大，磨损严重；同时在换电站更换电池时，对司机的驾驶技能要求也较高，否则会降低换电成功率，如当车辆在换电时相对于标准的停车位置发生偏差时，新的电池包在下放后往往无法对准底部夹具处的限位装置，导致新的电池包难以顺利安装至对应位置，因此有必要设计一种电池模组的安全防护装置以解决此类问题。


技术实现要素：

5.基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种新能源汽车用电池模组安全防护装置。
6.为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案为：一种新能源汽车用电池模组安全防护装置，防护装置包括固定设置于重型卡车车头后方的固定组件和位于换电站内的限位框，所述限位框用于取放重型卡车上的电池包，所述固定组件包括：呈竖直状态且横截面呈矩形的固定框，其顶部开口；四组夹紧机构，呈两两对称的设置于固定框内侧侧壁上，每组夹紧机构上均设有与固定框滑动连接且朝向固定框内侧的夹紧件；四个竖直限位件，呈两两对称的固定设置于固定框内侧四角，所述限位框与四个
竖直限位件内侧滑动配合且限位框的内侧与电池包滑动配合，每个所述竖直限位件的顶部均设有用于迫使限位框对应角向固定框内侧移动的第一导向件，限位框的顶部四角分别设置有用于迫使电池包对应角向限位框内侧移动的第二导向件；其中，固定框的每个侧壁和对应两个竖直限位件的相向端上均设有两个呈对称状态且用于驱动对应夹紧件夹紧和松开电池包的传动机构，固定框上设置有八个一一对应于八个传动机构且与对应传动机构配合的驱动件，每两个相邻竖直限位件的相向端还设有两个用于锁定对应两个传动机构的锁止机构，每个锁止机构与对应驱动件之间还设有一个用于解除对应锁止机构对对应传动机构锁止状态的联动机构。
7.优选的，所述限位框的底部四角外侧均连接有连接件且每个所述连接件底部均固连有滑动底框，所述滑动底框不靠近限位框的三侧外壁上均轴接有竖直滑轮，所述竖直限位件呈长条块状结构且其上开设有适应连接件、滑动底框和竖直滑轮结构的竖直滑槽，所述第一导向件固定设置于固定框和对应竖直限位件的顶部且第一导向件的顶部成型有三个一一对应于对应三个竖直滑轮的第一斜面部，第一导向件的顶部还开设有连接三个第一斜面部底部和竖直滑槽的矩形通槽。
8.优选的，所述第二导向件的顶部开设有两个用于迫使电池包对应侧壁向限位框内侧移动的第二斜面部，两个第二斜面部的底部成型有两个互相垂直且平行于限位框对应两侧壁的垂面部，每个所述垂面部均位于限位框对应侧壁的内侧，每个第二斜面部和垂面部上均设置有若干个等间距设置的滚柱，所述限位框的顶部还固连有四个一一对应于四个第二导向件且与对应第二导向件固连的底部支撑件。
9.优选的，所述固定框的内侧四个侧壁上均固定设置有两个上下间隔设置的横方管件，每个所述夹紧件的外侧上下端均对应上下两个横方管件固连有若干个限位横轴，每个横方管件上均固连有若干个一一对应于对应若干个限位横轴的第一直线轴承，固定框的每侧侧壁上还轴接设置有两根关于对应侧壁竖直中心面呈对称状态的第一横轴，对应两根所述第一横轴的相向端均开设有外螺纹且每根第一横轴该端均旋设有螺纹套，每个所述夹紧件的外侧均铰接有两根呈对称状态的水平连杆，两根水平连杆与对应两个螺纹套对应且每根水平连杆的另一端均与对应螺纹套靠近该夹紧件的一端铰接，每根所述第一横轴均与对应传动机构传动相连。
10.优选的，所述传动机构即为轴接设置于对应竖直限位件对应端和固定框侧壁对应处的第二横轴，第二横轴的对应端通过两个伞齿与第一横轴传动相连，第二横轴的另一端固连有驱动齿轮，每个所述锁止机构均具有一个能够平移并与对应驱动齿轮啮合的横向齿条，所述联动机构用于与对应驱动件配合并带动对应横向齿条与对应驱动齿轮分离。
11.优选的，每个所述锁止机构还包括：第一支架，呈水平状态固定设置于对应竖直限位件上且位于对应驱动齿轮的正上方，所述横向齿条的顶部固连有两根呈对称状态的滑动竖轴，所述第一支架上固连有两个一一对应的滑动套设于两根滑动竖轴上的第二直线轴承；两个弹簧，一一对应的套设于两根滑动竖轴上且每个弹簧的两端分别抵触横向齿条和第一支架。
12.优选的，所述驱动件为固定设置于固定框上且用于与驱动齿轮相配合的纵向齿条，所述纵向齿条远离固定框的一端还成型有与固定框对应侧壁相平行的竖直凸条，所述
竖直凸条的底部成型有用于与对应联动机构相配合的第三斜面部。
13.优选的，每个所述联动机构均包括：限位块，通过第二支架固定设置于第一支架的底部且位于横向滑块的一侧；异形竖板，其一侧成型有水平滑块且限位块靠近横向齿条的一端成型有适应水平滑块结构的横向滑槽，所述异形竖板滑动设置于横向滑槽内且横向滑槽的两端固连有用于防止异形竖板脱出的端部挡板，所述横向齿条靠近异形竖板一侧靠近固定框对应角的一端成型有传动竖板，传动竖板与异形竖板齐平且二者相向端分别成型有用于驱使横向齿条上移的第四斜面部和第五斜面部，异形竖板的另一端成型有用于与第三斜面部斜面配合并迫使异形竖板向传动竖板平移的第六斜面部。
14.优选的，每个所述夹紧件靠近固定框内侧的一端均固连有若干个水平等间距排列的防滑软垫。
15.优选的，其特征在于，所述固定框外固连有保护外板。
16.本发明与现有技术相比具有的有益效果是：其一，本发明在电动卡车针对电池包底部进行固定的原有夹具基础上，增设有用于固定电池包上部的固定框和夹紧件，其对电池包的固定更全面且磨损更小；其二，本发明在换电站原有顶吊式换电技术的基础上，在换电站内增设用于配合固定框上传动机构、锁止机构和联动机构的限位框，实现电池包能够在一定范围内自动对准固定框的同时，自动完成夹紧件对电池包的夹紧和松开。
附图说明
17.图1是实施例的立体结构示意图；图2是实施例的保护外板、固定组件和电池包的立体结构示意图；图3是实施例的固定组件和电池包的立体结构示意图；图4是实施例的限位框、固定组件和电池包的立体结构分解图；图5是实施例的电池包被完全吊出固定框状态的示意图；图6是图5中a处的局部结构放大图；图7是固定组件的立体结构示意图；图8是实施例的限位框、第一导向件和纵向齿条的立体结构示意图；图9是图8中b处的局部结构放大图；图10是实施例的限位框、第一导向件和纵向齿条的局部立体结构分解图；图11是图10中c处的局部结构放大图；图12是实施例的实施例的第一导向件和滚柱的立体结构分解图；图13是图7中d处的立体结构放大图；图14是实施例的夹紧件、固定框和竖直限位件的立体结构示意图；图15是实施例的固定框、传动机构和夹紧件的立体结构示意图；图16是实施例的传动机构、锁止机构和联动机构的立体结构示意图；图17是实施例的传动机构、锁止机构和联动机构的局部立体结构分解图一；图18是实施例的传动机构、锁止机构和联动机构的局部立体结构分解图二。
18.图中标号为：
1-重型卡车；2-固定组件；3-限位框；4-电池包；5-固定框；6-夹紧机构；7-夹紧件；8-竖直限位件；9-第一导向件；10-第二导向件；11-连接件；12-滑动底框；13-竖直滑轮；14-滚柱；15-底部支撑件；16-横方管件；17-限位横轴；18-第一直线轴承；19-第一横轴；20-螺纹套；21-水平连杆；22-第二横轴；23-伞齿；24-驱动齿轮；25-横向齿条；26-第一支架；27-滑动竖轴；28-第二直线轴承；29-弹簧；30-纵向齿条；31-竖直凸条；32-限位块；33-第二支架；34-异形竖板；35-水平滑块；36-端部挡板；37-传动竖板；38-防滑软垫；39-保护外板。
具体实施方式
19.为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
20.参考图1至图18所示的一种新能源汽车用电池模组安全防护装置，防护装置包括固定设置于重型卡车1车头后方的固定组件2和位于换电站内的限位框3，所述限位框3用于取放重型卡车1上的电池包4，所述固定组件2包括：呈竖直状态且横截面呈矩形的固定框5，其顶部开口；四组夹紧机构6，呈两两对称的设置于固定框5内侧侧壁上，每组夹紧机构6上均设有与固定框5滑动连接且朝向固定框5内侧的夹紧件7；四个竖直限位件8，呈两两对称的固定设置于固定框5内侧四角，所述限位框3与四个竖直限位件8内侧滑动配合且限位框3的内侧与电池包4滑动配合，每个所述竖直限位件8的顶部均设有用于迫使限位框3对应角向固定框5内侧移动的第一导向件9，限位框3的顶部四角分别设置有用于迫使电池包4对应角向限位框3内侧移动的第二导向件10；其中，固定框5的每个侧壁和对应两个竖直限位件8的相向端上均设有两个呈对称状态且用于驱动对应夹紧件7夹紧和松开电池包4的传动机构，固定框5上设置有八个一一对应于八个传动机构且与对应传动机构配合的驱动件，每两个相邻竖直限位件8的相向端还设有两个用于锁定对应两个传动机构的锁止机构，每个锁止机构与对应驱动件之间还设有一个用于解除对应锁止机构对对应传动机构锁止状态的联动机构。
21.八个传动机构、锁止机构和联动机构均位于同一高度处，八个驱动件下落后与八个传动机构和联动机构同步配合，固定框5的内侧底部还设有用于将电池包4底部固定的夹具（该夹具为成熟的现有技术，即常规重型卡车1用于固定其电池包4的夹具，此处不再赘述且图中未示出），四组夹紧机构6设置于固定框5内侧靠上位置，如此可更好的与夹具配合固定电池包4，且由于锁止机构对传动机构的锁定，四个夹紧件7始终保持对电池包4的固定，当重型卡车1需要更换电池时，需要驾驶员驾驶重型卡车1行驶至换电站的对应位置，当重型卡车1就位后解除夹具对电池包4的固定此为成熟的现有技术，此处不再赘述，参照图4所示，通过换电站的行吊（图中未示出）将限位框3下放至固定框5内，限位框3被行吊下放至固定框5顶部后通过四个第一导向件9的限位作用被校正至正对固定框5，并随后由其自身重力作用下落至固定框5内，此前不要求驾驶员驾驶车辆停止位置完全不偏离换电站设置的换电位置，但也不宜偏离太多，导致限位框3偏离四个第一导向件9所在范围，随着驱动件的持续下降，驱动件通过联动机构与锁止机构传动配合，从而解开锁止机构对电池包4的锁定，之后驱动件再与传动机构相配合，从而使得四个夹紧件7离开电池包4，进而解除四个夹紧件7对电池包4的锁定，当限位框3完全落至固定框5上后，此时电池包4已完全解除固定，
且由于限位框3的内外分别与电池包4和固定框5滑动配合，便可通过行吊将重型卡车1上需要更换的电池包4吊出（参照图5所示限位框3被完全放入固定框内且电池包被完全吊出状态的示意图），随后放至换电站对应位置收集，再通过行吊将换电站内提前准备好的满电电池包4吊装至重型卡车1上，此过程与上述吊出电池包4的过程原理一致，当新的电池包4吊装至限位框3的顶部时，由于四个第二导向件10的作用、电池包4的自重和行吊上钢索的柔性相互作用，能够保证电池包4下落后能够正对限位框3并落入限位框3内，当电池包4完全落下后再通过夹具锁住电池包4，之后继续吊出限位框3，驱动件又分别与传动机构相配合，使得四个夹紧件7夹紧电池包4的四周，并通过联动机构再次使得锁止机构锁定传动机构，四个夹紧件7夹紧的最大距离可通过调整驱动件的大小与位置以及调整锁止机构来实现。
22.所述限位框3的底部四角外侧均连接有连接件11且每个所述连接件11底部均固连有滑动底框12，所述滑动底框12不靠近限位框3的三侧外壁上均轴接有竖直滑轮13，所述竖直限位件8呈长条块状结构且其上开设有适应连接件11、滑动底框12和竖直滑轮13结构的竖直滑槽，所述第一导向件9固定设置于固定框5和对应竖直限位件8的顶部且第一导向件9的顶部成型有三个一一对应于对应三个竖直滑轮13的第一斜面部，第一导向件9的顶部还开设有连接三个第一斜面部底部和竖直滑槽的矩形通槽。当重型卡车1停稳后，通过行吊将限位框3吊装至固定框5顶部后，即使固定框5和限位框3之间存在一定的偏差，限位框3落下后其四角的竖直滑轮13与四个第一导向件9上的第一斜面部相作用，同时由于限位框3的自重和行吊上钢索的柔性，使得限位框3在下放过程中能够自动对准固定框5并最终落至固定框5内。
23.所述第二导向件10的顶部开设有两个用于迫使电池包4对应侧壁向限位框3内侧移动的第二斜面部，两个第二斜面部的底部成型有两个互相垂直且平行于限位框3对应两侧壁的垂面部，每个所述垂面部均位于限位框3对应侧壁的内侧，每个第二斜面部和垂面部上均设置有若干个等间距设置的滚柱14，所述限位框3的顶部还固连有四个一一对应于四个第二导向件10且与对应第二导向件10固连的底部支撑件15。每个滚柱14均仅自转的设置于第二导向件10上，当新的电池包4被吊进时，电池包4的四角与若干个滚柱14相作用并逐渐滑向固定框5中心，最终实现电池包4与固定框5的对准，随后电池包4仅剩部分侧壁与四个第二导向件10上垂面部上的滚柱14相作用，而逐渐滑落至固定框5内并最终被夹具固定。
24.所述固定框5的内侧四个侧壁上均固定设置有两个上下间隔设置的横方管件16，每个所述夹紧件7的外侧上下端均对应上下两个横方管件16固连有若干个限位横轴17，每个横方管件16上均固连有若干个一一对应于对应若干个限位横轴17的第一直线轴承18，固定框5的每侧侧壁上还轴接设置有两根关于对应侧壁竖直中心面呈对称状态的第一横轴19，对应两根所述第一横轴19的相向端均开设有外螺纹且每根第一横轴19该端均旋设有螺纹套20，每个所述夹紧件7的外侧均铰接有两根呈对称状态的水平连杆21，两根水平连杆21与对应两个螺纹套20对应且每根水平连杆21的另一端均与对应螺纹套20靠近该夹紧件7的一端铰接，每根所述第一横轴19均与对应传动机构传动相连。由于夹紧件7和水平连杆21的限位，第一横轴19旋转后能够带动螺纹套20在第一横轴19上轴向平移，且由于夹紧件7通过若干个限位横轴17与横方管件16滑动连接，当对应两个第一横轴19旋转后，通过合理设置其上外螺纹的方向，能够保证在对应两个第一横轴19同步旋转后，固定框5对应侧壁上两个螺纹套20同步靠近或远离，从而配合两个两端铰接的水平连杆21带动夹紧件7向内夹紧电
池包4或向外松开电池包4，同理亦不难实现若干个第一横轴19同步旋转后，四个夹紧件7同步夹紧电池包4或松开电池包4。
25.所述传动机构即为轴接设置于对应竖直限位件8对应端和固定框5侧壁对应处的第二横轴22，第二横轴22的对应端通过两个伞齿23与第一横轴19传动相连，第二横轴22的另一端固连有驱动齿轮24，每个所述锁止机构均具有一个能够平移并与对应驱动齿轮24啮合的横向齿条25，所述联动机构用于与对应驱动件配合并带动对应横向齿条25与对应驱动齿轮24分离。当驱动件与驱动齿轮24相配合后，能够带动驱动齿轮24旋转，进而通过第二横轴22和两个伞齿23带动第一横轴19旋转。
26.每个所述锁止机构还包括：第一支架26，呈水平状态固定设置于对应竖直限位件8上且位于对应驱动齿轮24的正上方，所述横向齿条25的顶部固连有两根呈对称状态的滑动竖轴27，所述第一支架26上固连有两个一一对应的滑动套设于两根滑动竖轴27上的第二直线轴承28；两个弹簧29，一一对应的套设于两根滑动竖轴27上且每个弹簧29的两端分别抵触横向齿条25和第一支架26。
27.第一支架26固定在竖直限位件8上而竖直限位件8与固定框5固连，当限位框3被抽出固定框5的状态下，横向齿条25会在两个弹簧29、两个滑动竖轴27、两个第二直线轴承28和第一支架26的作用下保持下压并啮合驱动齿轮24，由于重卡在行驶时根据路况复杂程度不同会发生不同程度的震动和晃动，横向齿条25下压后能够有效防止驱动齿轮24在车辆震动或晃动中发生旋转，从而导致四个夹紧件7对电池包4的锁定减弱甚至消失。
28.所述驱动件为固定设置于固定框5上且用于与驱动齿轮24相配合的纵向齿条30，所述纵向齿条30远离固定框5的一端还成型有与固定框5对应侧壁相平行的竖直凸条31，所述竖直凸条31的底部成型有用于与对应联动机构相配合的第三斜面部。随着限位框3落入固定框5内后，第三斜面部会先与联动机构配合接触锁止机构对传动机构的锁定，随后纵向齿条30再与驱动齿轮24相配合带动其旋转，通过传动机构带动四个夹紧件7松开电池包4，限位框3被吊离固定框5时作用顺序相反，通过合理设置纵向齿条30在限位框3上的位置和其本身的长度，在纵向齿条30脱离驱动齿轮24时，四个夹紧件7恰能锁紧电池包4。
29.参照图5、图6、图16、图17和图18所示，每个所述联动机构均包括：限位块32，通过第二支架33固定设置于第一支架26的底部且位于横向滑块的一侧；异形竖板34，其一侧成型有水平滑块35且限位块32靠近横向齿条25的一端成型有适应水平滑块35结构的横向滑槽，所述异形竖板34滑动设置于横向滑槽内且横向滑槽的两端固连有用于防止异形竖板34脱出的端部挡板36，所述横向齿条25靠近异形竖板34一侧靠近固定框5对应角的一端成型有传动竖板37，传动竖板37与异形竖板34齐平且二者相向端分别成型有用于驱使横向齿条25上移的第四斜面部和第五斜面部，异形竖板34的另一端成型有用于与第三斜面部斜面配合并迫使异形竖板34向传动竖板37平移的第六斜面部。
30.纵向齿条30下落后，第三斜面部会先与第六斜面部接触，并通过斜面配合将异形竖板34推向传动竖板37方向，由于第四斜面部和第五斜面部的斜面配合，又能带动横向齿条25上移并解除其与驱动齿轮24的啮合，从而保证后续纵向齿条30下降后能够与驱动齿轮24啮合并带动驱动齿轮24旋转，纵向齿条30上升过程同理，如此实现放入限位框3时解除夹
紧件7对电池包4的固定，去除限位框3后又完成夹紧件7对电池包4的固定，且每辆重型卡车1上均无需配备限位框3，而仅需在换电站配合适量限位框3，如此既能减轻重型卡车1的负载量也能节约成本。
31.每个所述夹紧件7靠近固定框5内侧的一端均固连有若干个水平等间距排列的防滑软垫38。防滑软垫38主要起到在夹紧件7夹紧电池包4时，在极限夹紧位置能够允许适当误差，且能够有效防止夹紧件7硬性接触下损伤电池包4。
32.所述固定框5外固连有保护外板39。保护外板39起到保护电池包4的作用。
33.以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。