【摘要】為了解決電動汽車充電時間長、一次充電續(xù)駛里程短的問題，并為以后電池租賃、聚集充電的電動汽車換電模式標(biāo)準(zhǔn)體系推廣打下基礎(chǔ)，本文提出了一種具有通用性和互換性的標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊的動力鋰電池快換機(jī)構(gòu)。利用鎖止機(jī)構(gòu)、滾動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、壓緊機(jī)構(gòu)，通過機(jī)械或人工方式快速實(shí)現(xiàn)車載動力鋰電池的拆卸與裝配，更換過程操作簡單，電池固定可靠，已在純電動汽車上成功使用。同時，該快換系統(tǒng)的動力鋰電池模塊設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，具有通用性和互換性，對完善電動汽車充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系具有一定的參考意義。

1引言

電動汽車以其節(jié)能環(huán)保的優(yōu)勢得到了快速發(fā)展，但由于車載動力鋰電池的能量密度尚不夠理想，電動汽車單次充電的續(xù)駛里程較短，而電池每次充電的時間又太長，讓電動汽車的使用和推廣受到嚴(yán)重限制，因此，使用在電動汽車上的動力鋰電池快速更換技術(shù)也成為了新能源范疇的研究熱點(diǎn)。

同時，由于目前電動汽車換電設(shè)施建設(shè)正處于示范、試點(diǎn)與推廣階段，相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)正在研究和制定中。隨著一批電池更換站示范工程的建設(shè)和成功運(yùn)營，電動汽車電池更換系統(tǒng)的規(guī)范化日益急切，市場對具有通用性的標(biāo)準(zhǔn)化快換電池模塊的要求日益分明。為了支撐電動汽車電池更換站的規(guī)范建設(shè)，完善電動汽車充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系，具有通用性的標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊快換系統(tǒng)得到了更多的研究。

2010年上海世博會期間，由北京理工大學(xué)研發(fā)的具有標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊的純電動電池快換客車，采用聚集充電與快速更換相結(jié)合的運(yùn)行機(jī)制，為確保世博會電動客車能夠有效地延長運(yùn)行使用時間、張大運(yùn)行區(qū)域、新增運(yùn)行里程、供應(yīng)高效的運(yùn)行服務(wù)供應(yīng)了能源保障。上海世博會期間的電池快速更換模式，也為電動汽車充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)，供應(yīng)了一定的參考。其中，電池更換機(jī)器人的使用雖然使得世博客車電池更換效率得到了大幅度提高，但同時也為換電模式新增了巨大的成本。本文解析一種基于輕型商用車平臺設(shè)計(jì)的具有標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊的新型電動汽車電池快速更換結(jié)構(gòu)，在設(shè)備投入較少的情況下，實(shí)現(xiàn)車載動力鋰電池的快速拆卸與安裝。

過針刺 低溫防爆18650 2200mah

符合Exic IIB T4 Gc防爆標(biāo)準(zhǔn)

充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%

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1.電池箱上蓋2.通訊線插座3.電源總線插座4.螺栓鎖止機(jī)構(gòu)5.電池箱下蓋6.固定銷鎖止機(jī)構(gòu)

圖1電池箱外部結(jié)構(gòu)示意圖

1.電池箱下蓋2.電源總線和通訊線插座3.壓緊機(jī)構(gòu)4.標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊5.滾動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

圖2電池箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖

2電池快速的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)

無人船智能鋰電池

IP67防水，充放電分口 安全可靠

標(biāo)稱電壓：28.8V
標(biāo)稱容量：34.3Ah
電池尺寸：(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域：勘探測繪、無人設(shè)備

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如圖1、圖2所示，電池箱的外壁設(shè)置有固定銷鎖止機(jī)構(gòu)及螺栓鎖止機(jī)構(gòu)，其上部與車體焊接，實(shí)現(xiàn)電池箱與車體的連接固定；電池箱上蓋分別設(shè)置了動力鋰電池電源總線插座和電池管理系統(tǒng)通訊線插座；電池箱內(nèi)部設(shè)置有用于方便標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊安裝的滾動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及限制標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊在電池箱體內(nèi)運(yùn)動的壓緊機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊在電池箱內(nèi)的固定。

2.1快速鎖止機(jī)構(gòu)

車載動力鋰電池的在車輛運(yùn)行過程中，隨車體一起經(jīng)受震動與顛簸，因此，考慮快速更換的同時，鎖緊機(jī)構(gòu)必不可少。

圖3快速鎖止機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

在電池框側(cè)壁設(shè)置有固定銷鎖止機(jī)構(gòu)和螺栓鎖止機(jī)構(gòu)（圖1、圖3所示）。固定銷鎖止機(jī)構(gòu)由上片、下片、固定銷、限位彈簧、定位彈簧和鎖止螺栓組成，上片和下片分別與車輛底盤和電池箱焊接，實(shí)現(xiàn)電池箱與車體的連接固定，通過拉伸定位彈簧實(shí)現(xiàn)固定銷與鎖止螺栓的插銷配合鎖止，并通過限位彈簧戒備車輛顛簸時電池箱的向上串動。

螺栓銷鎖止機(jī)構(gòu)由上片、下片和鎖止螺栓組成，上片和下片分別與車輛底盤和電池箱焊接，實(shí)現(xiàn)電池箱與車體的連接固定，通過鎖止螺栓和螺母的配合實(shí)現(xiàn)鎖止功能。

2.2滾動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)

在電池框下片底面設(shè)置有滾動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)（圖2所示）。滾動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的左右兩側(cè)設(shè)置有限位壁板，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊的安裝定位，并通過導(dǎo)向機(jī)構(gòu)內(nèi)部的萬向球，減小標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊安裝與拆卸時前后移動的阻力，在標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊移動時，相互之間為滑動摩擦。

2.3壓緊機(jī)構(gòu)

在電池框內(nèi)部有壓緊機(jī)構(gòu)（圖2、圖4所示），用于標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊在電池箱內(nèi)部的固定。壓緊機(jī)構(gòu)由固定基座、蝶形導(dǎo)向螺栓、楔形壓緊塊和滑動塊組成。通過蝶形導(dǎo)向螺栓與固定基座的相對位移，帶動楔形壓緊塊的上下運(yùn)動，擠壓滑動塊沿著固定基座的導(dǎo)軌左左右滑動，從而擠壓標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊相對電池箱內(nèi)壁的移動，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊的固定。

圖4壓緊機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2.4設(shè)置電源總線與電池管理系統(tǒng)通訊線路插座

電池箱上蓋分別設(shè)置電源總線插座和電池管理系統(tǒng)通訊線路插座（圖1、圖2所示）。電動汽車上設(shè)有與所述插座配合的插頭。在電池箱安裝到位后，將電動汽車上的插頭與電池箱上的電源總線插座、電池管理系統(tǒng)通訊線路插座快速插接即可；同時，電源線與通訊線分開布置，可大大降低動力電流對通訊線路的干擾。

2.5標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊

圖5標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊示意圖

本電池快換系統(tǒng)的動力鋰電池模塊設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化（圖2、圖5所示），具有通用性和互換性，方便安裝與拆除，可實(shí)現(xiàn)聚集充電與快速更換的結(jié)合，對完善電動汽車充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系具有一定的參考意義。

3快速換電過程的詳盡實(shí)行

如圖1、圖2、圖3、圖4所示，在動力鋰電池箱內(nèi)部設(shè)有滾動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用于標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊的安裝與取出，通過滾動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及左右兩側(cè)設(shè)置的限位壁板，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊的滑動和安裝定位，并通過壓緊機(jī)構(gòu)擠壓標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊相對電池箱內(nèi)壁的移動，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化電池模塊在電池箱內(nèi)部的固定。

通過固定銷鎖止機(jī)構(gòu)及螺栓鎖止機(jī)構(gòu)上片與車輛底盤、下片與電池箱側(cè)壁的焊接，以及鎖止螺栓與固定銷的插銷配合鎖止、鎖止螺栓與螺母的配合鎖止實(shí)現(xiàn)動力鋰電池箱與車體的連接，并通過固定銷鎖止機(jī)構(gòu)的限位彈簧戒備車輛顛簸時電池箱的向上串動，整個電池箱安裝完成。將電動汽車上的電源總線插頭、電池管理系統(tǒng)通訊線插頭與電池箱上蓋的電源總線插座、電池管理系統(tǒng)通訊線插座快速插接，即可完成電池包更換。反其道而行，即可完成電池包的拆卸。

整個過程動用的設(shè)備惟有電池箱裝卸車（或者叉車），其他環(huán)節(jié)只用手動即可。

4結(jié)論

（1）用滾動導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、壓緊機(jī)構(gòu)及鎖止機(jī)構(gòu)進(jìn)行電池箱的固定安裝，結(jié)構(gòu)簡單，容易實(shí)現(xiàn)；

（2）電池快速更換系統(tǒng)只要新增電池的裝卸設(shè)備：裝卸車或者一般的叉車即可，不要很大的資金投入就能實(shí)現(xiàn)電池的快速更換；

（3）鎖止機(jī)構(gòu)不借助于外部動力源，只需操作者雙手即能實(shí)現(xiàn)，結(jié)構(gòu)成熟，且成本低廉，易于在示范運(yùn)營車輛中推行；

（4）動力鋰電池模塊設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，具有通用性和互換性，可實(shí)現(xiàn)聚集充電與快速更換的結(jié)合，對完善電動汽車充換電設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)體系具有一定的參考意義，也為同類車型的相關(guān)系統(tǒng)開發(fā)供應(yīng)借鑒。（王瑤李博陳艷艷劉建李偉河南鄭州鄭州日產(chǎn)汽車有限公司450016）