CN102412411A

CN102412411A - 电动汽车链式电池组及其快速更换装置

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Publication number: CN102412411A
Application number: CN2010102910766A
Authority: CN
Inventors: 姜维超
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-09-25
Filing date: 2010-09-25
Publication date: 2012-04-11

Abstract

本发明提供了一种适用于电动汽车的链式电池组及其快速更换装置，具体是一种采用链式结构连接的电池模块，以及针对这种链式电池组所设计由电池箱、电池导轨、电池更换接口、齿轮传动机构、就位传感器等所组成的电池快速更换装置。该装置通过外力转动电池更换接口处的旋转接头，带动齿轮传动机构转动，将链式电池组从电池入口移入车体，经过电池装入导轨进入带有螺旋状导轨的电池箱；也能够将电池箱内原有的电池，通过电池卸出导轨，从电池出口移出车体。该链式电池组及其更换装置实现了对电动汽车电池的快速更换，具有电池放置安全可靠，对车体结构影响小，电池更换容易，更换速度快等优点。

Description

电动汽车链式电池组及其快速更换装置

技术领域

本发明涉及的是电动汽车领域的电池组的模块结构、安装与卸载方法、及与其快速更换相关的车载装置。

背景技术

电动汽车是采用电池替代化学燃料作为动力来源的新型汽车，作为实现交通能源转型的根本途径，成为世界各主要国家和汽车制造厂商共同的战略选择。然而，电动汽车的电池一直是制约电动汽车发展的“瓶颈”，电池使用寿命短、电池组结构不统一、充电不方便、购买成本高等问题造成电动汽车始终未能突破进入到大批量生产和销售阶段。于是，人们想到可以采用更换电池的方式，从电动汽车的使用与电池运营模式上来解决这些问题。电动汽车的用户可以采用电池营运商所提供的电池，在车辆电池快用完时，到附近的加(换)电站更换已充好电的电池，既方便快捷，又不需要担心电池使用寿命与购买成本的问题，可以大大降低人们对电池养护和使用成本的担心，有效促进电动汽车的普及。

此前，由于大多数用于电动汽车的电池组模块结构采用的是块状结构，若干电池单元被安放在一个立方体(或近似立方体)的电池箱中，形成一个电池组模块。这种电池组的体积较大，重量在几十公斤左右，通常电动汽车需要安装多个这样的电池组才能行驶较长的距离。虽然，围绕着这种块状结构的电池组已经有许多更换方案被提出，并力求解决电池组在车辆上的安置位置、如何安置、如何实现更换等问题。但是，由于块状电池组的模块体积较大、重量较重，给电池组的安置和更换造成了困难。

因此，需要有更加便于电动汽车使用的电池组及其快速更换装置。

发明内容

本发明提供了一种适用于电动汽车的链式电池组及其快速更换装置，具体是一种采用链式结构连接的电池组模块，以及针对这种链式电池组所设计的车载设备，可以实现电池组的快速更换。

本发明所涉及的电动汽车链式电池组的特征在于：

1)链式电池组是由一节一节的链块通过链轴串接而成的电池链；

2)每一个链块上固定有一个电池外壳，外壳中装有一个电池单元；

3)链块与链块之间有导线束连接，导线束内可以通过导电线、信号线、数据线等线路；

4)链块侧面上有齿孔，可以与电池更换装置内的传动齿轮相啮合；

5)电池链的某一链块或若干链块内设有无线射频电子标签，可供电池就位传感器探知。

本发明所涉及的链式电池组快速更换装置，包括电池箱、电池导轨、电池更换接口、齿轮传动机构、就位传感器等部分组成，其特征在于：

1)在电动汽车的车体内放置可以容纳链式电池组的电池箱，箱体内部设有螺旋状的导轨，螺旋状导轨的两头连接到电池箱两端的电池入口和电池出口；

2)在电动汽车的车体表面设有电池更换接口，包括电池入口、电池出口和转动接头；

3)电池箱和电池更换接口之间有两条导轨将它们连接起来，其中一条电池装入导轨连接电池入口和电池箱的电池进入口，另一条电池卸出导轨连接电池出口和电池箱的电池退出口；

4)沿着电池链移动路径设置有齿轮传动机构，齿轮传动机构与电池更换接口处的转动接头相连接。通过外力旋转转动接头，将带动齿轮传动机构转动，由于齿轮的齿牙与电池链上的齿孔相啮合，从而带动电池链移动；

5)电池就位传感器位于电池箱中螺旋形导轨上的某一位置，当带有无线射频电子标签的电池链块被移动到该传感器位置时，传感器可以探知电池链已就位。

优选在传统汽车的油箱位置放置电动汽车的电池箱，在传统汽车的加油口位置设置链式电池组的更换接口。

通过上述电动汽车链式电池组与更换装置可以实现电动汽车电池的快速更换，具体的更换方式如下：

1)将链式电池组的前端放入电池入口，使用电动钻机或手摇转柄等工具，对接并旋转电池更换接口处的转动接头；

2)转动接头的旋转带动了齿轮传动机构的转动，齿轮的齿孔与电池链上的齿孔相啮合，从而齿轮的转动也带动了电池链的移动；

3)电池链被传动齿轮移入电池入口后，沿着电池装入导轨移动，直至被移入电池箱；

4)原先在电池箱中的链式电池组，也同时被齿轮传动机构带动，经过电池卸出导轨，从电池出口被移出车体；

5)被移入的链式电池组在电池箱中沿螺旋形轨道前进，直到电池链的前端到达电池就位传感器位置；

6)电池就位传感器发出到位信号，通知外部设备或人员停止旋转转动接头。

至此，新的电池链被移入电池箱并就位，原先的电池链被移出车体之外，完成了电池的同步快速更换，与此相关的设备称为链式电池组同步更换装置。

另外，本发明也包含了电池的分步式更换方式。即电池更换接口只有一个出入口，电池箱也只有单一出入口，只有一条电池轨道连接电池更换出入口与电池箱出入口，其他部分装置与原理与前述内容相同。这样，电池链只通过这个单一通道装入和卸出。当需要更换电池时，需要先将原有电池卸载下来，然后再把新的电池安装入电池箱。

本发明的优点在于利用了传统汽车的油箱位置放置电动汽车的电池箱，通过传统汽车的加油口位置设置链式电池组更换接口，并采用外部力量旋转转动接头，来对电池箱内的电池进行快速更换。不仅能够充分利用传统汽车的车身结构布局，合理实现了电动汽车电池与车体之间的融合，解决了电池安全放置与快速更换之间的矛盾，同时也可以使电动汽车电池更换的难度大为降低，通过简单的外部设备就能够实现电池更换，方便了电动汽车的使用与维护，有利于电动汽车的使用化及大范围普及，为电动汽车业的发展提供了新的技术途径。

附图说明

图1、链式电池组

图2、图一的左视图

图3、车内安装位置

图4、电池更换装置整体结构

图5、电池更换接口

图6、同步电池更换路径

图7、分步电池更换路径

附图标记说明：

1、电池外壳；2、电池；3、链块；4、链轴；5、导线束；6、齿孔；7、电池箱；8、电池更换接口；9、电池载入导轨；10、电池卸出导轨；11、电池就位传感器；12、电池入口；13、电池出口；14、转动接头；15、传动齿轮；16、电池装卸导轨；17、电池出入口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行具体描述。

如图1和图2中所示，链式电池组的每一节是由电池外壳(1)包覆在电池(2)外，电池外壳(1)与链块(3)相连，彼此相邻的两个链块(3)之间通过链轴相连，并能够围绕链轴转动一定的角度。同时，在两个链块之间距离最近的链轴(4)部位，有导线束(5)连接两端的电池链块(3)，导线束(5)由导电线、信号线或数据线组成。通过这一结构不仅可以将一节节电池链接在一起，还能够实现电池之间电路的串联或并联，以及信号或数据的传递。

如图3和图4中所示，链式电池组快速更换装置的电池箱(7)可以安装在车体内中后部，这是传统车辆的油箱位置，是车辆中最不易受碰撞的部位，因此电动汽车的电池放置在这个部位可以具有很高的安全性。在车体外部的侧后方设有电池更换接口(8)，与传统汽车的加油口位置相同，它与电池箱(7)之间通过电池载入导轨(9)和电池卸出导轨(10)相连。这样就能够通过占用车体表面积很小的电池更换接口(8)，对电池箱(7)内的链式电池组进行装入和卸出，从而避免了对电动汽车电池做整体的装卸操作所带来的对车体结构的影响，以及需要大型装置才能更换电池的问题，实现电池装卸的化整为零，减少了电池装卸操作难度。

如图5所示，链式电池组更换装置的出入口部分包含供链式电池组装入的电池入口(12)，供链式电池组卸出的电池出口(13)，以及用于传递外部力量的转动接头(14)。需要装入或卸出链式电池组时，可以使用电动钻机或手摇转柄等工具旋转电池更换接口旁的转动接头(14)，转动接头(14)会带动设置在更换装置内的传动齿轮(15)一起转动，通过齿轮与链式电池组上的齿孔(6)之间的配合和传力作用，将链式电池组从电池入口(12)移入或从电池出口(13)移出。

如图6所示，采用同步更换方式时，链式电池电池的更换过程。链式电池组在电池箱(7)中采用螺旋卷曲方式排列。电池箱体内的螺旋轨道与电池装入轨道(9)、电池卸出轨道(10)、以及电池更换接口(8)连接形成一个电池装卸的环路。当装入电池时，电池链通过电池入口(12)移入，再经过电池载入导轨(9)被装入电池箱(7)的螺旋轨道中。于此同时，原先电池箱(7)的螺旋轨道中已经使用过的电池链也能够沿着电池卸出导轨(10)，通过电池出口(13)卸载到车体之外。通过这种同时装入和卸出电池的方式实现了电池的同步快速装卸，减少了电池更换时间，显著提高了电池的更换效率。

如图7所示，采用分步更换方式时，链式电池组的更换过程如下：电池箱体内的螺旋轨道与电池装卸轨道(16)、以及电池出入口(17)连接形成一个单一通道。更换电池时，先要将原先电池箱(7)中已经使用过的电池链沿着螺旋形导轨，电池装卸导轨(16)，通过电池出入口(17)卸载到车体之外。然后将需要安装的电池链通过电池出入口(17)装入，再经过电池装卸导轨(16)被装入电池箱(7)的螺旋轨道中。通过这种先卸再装的方式实现电池的分步式更换。

Claims

1.一种电动汽车使用的链式电池组，由电池链块、电池链壳、转动链轴组成，其特征在于电池采用平行串接的的形式，通过链轴连接成可以弯曲的电池链带，链带上的每一个链块壳体中装有一个电池单元。

2.根据权利要求1所述的电动汽车链式电池组，其特征在于：电池链带的相邻链块之间有导线束连接，导线束内可容纳导电线、信号线、数据线。

3.根据权利要求1所述的电动汽车链式电池组，其特征在于：电池链带的每个链块侧面带有齿孔，以供电池更换装置的传动齿轮旋转时带动链块移动。

4.根据权利要求1所述的电动汽车链式电池组，其特征在于：电池链的某一链块或若干链块内设有无线射频电子标签，可供电池就位传感器探知。

5.一种电动汽车链式电池组的快速更换装置，包括电池箱、电池导轨、电池更换接口，其特征在于：电池箱为整体式位于车体内，可放置于传统轿车的油箱部位；电池更换接口位于电动汽车表面，可设置在传统轿车的加油口部位；电池箱与电池更换接口之间通过弯曲形状的电池导轨连接。

6.根据权利要求5所述的电动汽车链式电池组快速更换装置，其特征在于：电池箱的箱体内围绕箱体的中心轴设有连续的螺旋形导轨，电池链可以沿螺旋形导轨移动。

7.根据权利要求5所述的电动汽车链式电池组快速更换装置，其特征在于：电池箱的箱体两端设有入口和出口，电池更换接口具有电池更换入口和电池更换出口，电池导轨分为电池装入导轨和电池卸出导轨两条导轨；其中电池更换接口的电池入口、电池装入导轨、电池箱入口连接成电池安装通道；电池更换接口的电池出口、电池卸出导轨、电池箱出口连接成电池卸载通道；电池箱内的螺旋形导轨的两头分别与电池箱入口与出口连接。

8.根据权利要求5所述的电动汽车链式电池组快速更换装置，其特征在于：车体表面的电池更换接口上有一个转动接头，可用电动钻机或手摇转柄等工具旋转该转动接头，以提供装卸链式电池组所需的动力。

9.根据权利要求1、5、8所述的电动汽车链式电池组及其快速更换装置，其特征在于：车体表面的转动接头与车体内的齿轮传动机构相连，当转动接头旋转时，带动齿轮传动机构运动，造成电池导轨内的齿轮跟随转动，齿轮的齿牙与链式电池组上的齿孔相作用，带动导轨内的链式电池组移动。

10.根据权利要求1和权力要求4-6所述的电动汽车链式电池组及其快速更换装置，其特征在于：电池箱内的螺旋式导轨上的某一个位置设有电池就位传感器，当带有电子标签的电池链块到达电池就位传感器时，可以被该传感器探知，从而确定电池链到达预定安装位置。

11.根据权利要求1和权力要求5-7所述的电动汽车链式电池组及其快速更换装置，其特征在于：依照顺序，电池更换入口、电池装入导轨、电池箱入口、电池箱螺旋形导轨、电池箱出口、电池卸出导轨、电池更换出口形成一个连续的环式回路，待换入的电池链可以沿着这一环式回路的从电池更换入口安装入电池箱；同时电池箱中原有的电池链，也可以沿着这一环式回路，从电池更换出口卸载出车体，实现电池链装入与卸出的同步快速更换。

12.根据权利要求5所述的电动汽车链式电池组快速更换装置，不同于权力要求7，其特征在于：电池箱的箱体只有一端设有电池出入口，电池更换接口只设有一个电池更换出入口，只有一条电池导轨连接电池箱出入口和电池更换出入出入口。

13.根据权利要求1、5、6、12所述的电动汽车链式电池组及其快速更换装置，不同于权力要求11，其特征在于：需要先将电池箱中原有的电池链，沿着电池箱出入口、电池导轨、从电池更换出口卸载出车体，然后再把待换入的电池链从电池更换出入口，经过弯形电池导轨、安装入电池箱，实现对电池链的分步更换。