換電連接器及包括其的電動汽車的制作方法

本發明涉及電動汽車的電池包快換技術領域；更具體地說，本發明涉及一種用于電池包與車身連接的換電連接器，并進一步涉及一種包括這種換電連接器的電動汽車。

背景技術：

相較于插電式新能源電動汽車，換電模式是直接將電量不足的動力電池換下，重新裝上已經充電完畢的動力電池。由此，換電式電動汽車不存在車主長時間充電等待的問題，并且由專業人員、專用設備完成動力電池充電，有利于延長動力電池使用壽命。

在換電時，隨著新的動力電池被安裝到汽車上，換電連接器實現了動力電池與汽車的電連接。具體地，換電連接器在電池包端的插頭插合到在電動汽車的車身端的插座，插頭端子和插座端子插合實現電連接。

電動汽車的動力電池快速換電方案在目前的電動汽車應用上并不多。現有技術的換電連接器中插頭和插座的保持力不足，汽車振動會導致換電連接器端子相互運動并進而造成拉弧、間斷性連接等問題，易于對控制系統造成危害。另外，現有技術的換電連接器的裝配狀態并不會反饋到控制系統，無法實現高壓互鎖，裝配狀態不明確，存在帶電插拔的可能、不利于行車和操作安全。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種能夠克服前述現有技術缺陷的換電連接器。

進一步地，本發明的目的還在于提供一種這種換電連接器的電動汽車。

為了實現前述目的，本發明的第一方面提供了一種換電連接器，其中，所述換電連接器包括：

動力電池端的插頭，所述插頭上布置有插頭端子；

電動汽車的車身端的插座，所述插座上布置有插座端子，所述插頭端子適于與所述插座端子插合；以及

電子鎖裝置，所述電子鎖裝置包括：

機械鎖止機構，所述機械鎖止機構固定在所述插合后所述插頭和所述插座的相對位置；以及

鎖止狀態饋送機構，所述鎖止狀態饋送機構將所述機械鎖止機構的鎖止狀態饋送至所述電動汽車的整車控制器。

可選地，在如前所述的換電連接器中，所述機械鎖止機構能夠在x、y、z三個方向的至少一個上固定所述相對位置。

可選地，在如前所述的換電連接器中，所述機械鎖止機構包括在所述插頭上能夠受控伸縮的行程桿，所述行程桿的末端包括行程桿頭；以及

所述插座上與所述行程桿位置對應的孔型結構，所述孔型結構與所述行程桿頭呈一致的非圓形狀，其中，

所述行程桿伸長到最大值時，所述行程桿頭插進所述孔型結構，并且能夠在所述行程桿頭轉動一定角度后實現所述鎖止狀態。

可選地，在如前所述的換電連接器中，所述插頭上設置有限位凸部，所述插座上設置有限位凹部并且所述限位凹部內布置有壓縮彈簧，在所述鎖止狀態下，所述限位凸部伸進所述限位凹部內并且壓緊所述壓縮彈簧。

可選地，在如前所述的換電連接器中，所述行程桿和所述孔型結構靠近所述換電連接器的中間位置。

可選地，在如前所述的換電連接器中，所述壓縮彈簧的行程在所述鎖止狀態下達到最大值。

可選地，在如前所述的換電連接器中，所述限位凸部的外直徑基本等于所述限位凹部的內直徑。

可選地，在如前所述的換電連接器中，所述限位凸部和所述限位凹部分別分布在所述插頭端子和所述插座端子的兩側。

可選地，在如前所述的換電連接器中，所述電子鎖裝置具有根據所述行程桿的行程及所述行程桿頭的旋轉動作偵測并饋送所述鎖止狀態的內部控制電路。

為了實現前述目的，本發明的第二方面提供了一種具有如前述第一方面中任一項所述的換電連接器的電動汽車。

附圖說明

參照附圖，本發明的公開內容將更加顯然。應當了解，這些附圖僅僅用于說明的目的，而并非意在對本發明的保護范圍構成限制。圖中：

圖1示意性地示出了根據本發明的一個實施方式的換電連接器，其插頭和插座處于未插合的狀態；

圖2示意性地示出了處于插合狀態的換電連接器；

圖3示意性地示出了換電連接器的插座的接合面；

圖4示意性地示出了換電連接器的插頭和插座的插合過程；

圖5示意性地示出了換電連接器中電子鎖裝置的鎖止過程；以及

圖6示意性地示出了換電連接器的作用力情況。

具體實施方式

下面參照附圖詳細地說明本發明的具體實施方式。在各附圖中，相同的附圖標記表示相同或相應的技術特征。

圖1示意性地示出了根據本發明的一個實施方式的換電連接器，其中插頭和插座處于未插合的狀態。圖2示意性地示出了處于插合狀態的換電連接器。

從圖中可以看出，本發明的換電連接器包括插頭1和插座2，其中，插頭1適于連接電動汽車的動力電池端（未圖示）從動力電池輸出電能，而插座2則適于連接電動汽車的車身端（未圖示）輸送電能至各汽車用電器。動力電池端的插頭1上布置有插頭端子（未圖示），電動汽車的車身端的插座2上布置有插座端子8。插頭端子和插座端子可以分別為公端子和母端子，插頭端子適于與插座端子8插合以實現各種電連接，例如高壓電、低壓電連接等。可以了解，在不同的具體實施方式中，換電連接器的插頭1和插頭2、插頭端子和插座端子可以具有不同的具體形狀和結構，而不局限于圖示的形狀和結構。

為了增強插頭1和插座2在插合后的保持力，并且提供成功鎖止或解鎖與否的反饋信號給整車控制器（未圖示），本發明的換電連接器還包括電子鎖裝置。具體地，電子鎖裝置可以包括機械鎖止機構和鎖止狀態饋送機構，其中，機械鎖止機構用于固定在插合后插頭1和插座2的相對位置，以增強前述保持力；而鎖止狀態饋送機構則用于將機械鎖止機構的鎖止狀態饋送至電動汽車的整車控制器，以提供前述鎖止或解鎖與否的信號。可見，本發明通過在換電連接器中提供如上電子鎖裝置，能夠有效地解決保持力不足、端子相互運動的問題，同時又可以提供鎖止狀態反饋信號，增加快換方案的行車和操作安全性。

可以了解，機械鎖止機構應該能夠在x、y、z三個方向的至少一個上固定插頭1和插頭2的相對位置。

例如，在一個可選的具體實施方式中，機械鎖止機構可以包括在插頭1上能夠受控伸縮的行程桿4以及插座2上與行程桿4位置對應的孔型結構9（見圖3），行程桿4的末端可以包括行程桿頭5，并且孔型結構9與行程桿頭5呈一致的非圓形狀。圖1和2中還示出了控制器3，用于控制行程桿4和行程桿頭5。當動力電池位于電動汽車的安裝位置時，插頭1上的插頭端子將與插座2上的插座端子對齊，同時行程桿頭5將與孔型結構9對齊。如圖2中所示，當行程桿4伸長到最大值時，行程桿頭5插進孔型結構9，并且能夠在行程桿頭5轉動一定角度后實現鎖止狀態。可以了解，由于孔型結構9與行程桿頭5均為非圓形狀并且形狀一致，所以行程桿頭5能夠插進孔型結構9，并且當行程桿頭5轉動后會在某一位置處于不能從孔型結構9退出的狀態，即能實現防止插頭1和插座2脫離的方向（z方向）上的鎖止。

在優選的具體實施方式中，插頭1上還可以設置有限位凸部6；相應地，在插座2上可以設置有限位凹部7。當動力電池位于電動汽車的安裝位置時，限位凸部6與限位凹部7對齊。在鎖止狀態下，限位凸部6被伸進限位凹部7內，并且限位凸部6與限位凹部7可以在某側方向上抵接從而實現相應方向（x或y方向）上的鎖止和提供相應方向上的保持力。在圖示的實施方式中，限位凸部6的外直徑可以基本等于限位凹部7的內直徑，此時限制了插頭1和插座2在接合面內的運動（在x和y方向上鎖止和提供保持力）。

在圖示實施方式中，限位凹部7內還優選地布置了壓縮彈簧10，在鎖止狀態下，限位凸部6將可以壓緊壓縮彈簧10，由于行程桿頭5同時接合孔型結構9，因而能夠在彈簧的伸縮方向上防止插頭和插座松動。更優選地，壓縮彈簧10的行程可以在鎖止狀態下達到最大值。利用該包括壓縮彈簧的機械鎖止機構設計能夠進一步地加強換電連接器插合后相對位置緊密的固定，從而進一步增加連接器的保持力，避免端子在插合方向相互運動而導致的拉弧，間斷性連接等問題。

圖3示意性地示出了換電連接器的插座的接合面。

從圖中可以看出，限位凹部7可以分布在插座端子8的兩側；相應地，雖然未圖示出，但可以了解，在該實施方式中，限位凸部6將分布在未圖示的插頭端子的兩側。例如在圖1和圖2中可以看出，限位凸部6和限位凹部7的位置相應以便于彼此配接。

可以了解，根據本申請的教示，所屬領域的技術人員可以想到采用其它數量、其它排列的限位凸部和限位凹部；甚至可以想到選用其它截面形狀的限位凸部和限位凹部，而不限于圖示的圓形截面。所屬領域的技術人員可以了解，插頭端子適于具有與插座端子8相同的排布方式，但不局限于圖3中所示的矩形排布。

同時，從圖3中還可以看出，插座2上的孔型結構9靠近插座的中間位置布置；相應地，可以想到，在該實施方式中，行程桿4將也需靠近插頭的中間位置以使得其與孔型結構9位置對應。可以了解，根據本申請的教示，所屬領域的技術人員也可以想到將孔型結構9和行程桿4布置在換電連接器的其它位置，而不僅限于其中間位置；根據具體情況，也可以調整孔型結構9和行程桿4（包括行程桿頭5）的數量。

圖4示意性地示出了換電連接器的插頭和插座的插合過程，圖中的箭頭分別表示插頭和插座的移動方向。圖5示意性地示出了換電連接器中電子鎖裝置的鎖止過程，圖中的箭頭示出了行程桿頭的轉動方向。從圖5可以看出，在該實施方式中，行程桿頭5和孔形結構9示例性地采用了矩形結構。所屬領域的技術人員可以想到其它的非圓形結構。可以了解，根據不同的非圓形結構，為了實現鎖止，行程桿頭5需要轉動的具體角度可能不同。

根據本發明，電子鎖裝置可以具有根據行程桿的行程及行程桿頭的旋轉動作偵測并饋送鎖止狀態的內部控制電路。具體地，本發明中可以利用電子鎖裝置的行程桿的機械行程的不同給整車控制器反饋鎖止狀態，同時提供反饋鎖止狀態信號給整車控制器以確保正確連接。電子鎖裝置的行程桿的伸長和收縮，行程桿頭的旋轉可以通過電磁結構實現。例如，當整車控制器輸入+12v行程桿伸長或者行程桿頭順時針旋轉，輸入-12v行程桿收縮或者行程桿頭逆時針旋轉。電子鎖的行程桿與行程桿頭控制順序由整車控制器軟件控制，例如：當裝配時，先控制行程桿伸長，再控制行程桿頭順時針旋轉，達到鎖止作用；當拆卸時，先控制行程桿頭逆時針旋轉，再控制行程桿收縮，達到解鎖功能。可以了解，本發明需要對電子鎖裝置的行程桿的行程進行精密設計，使行程桿的行程剛好達到穿過插頭安裝面的距離，并且只有同時偵測到行程桿的行程及行程桿頭的旋轉動作之后，才反饋鎖止成功信號。拆卸時也是同樣道理。

下面更具體地描述一下圖示實施方式中換電連接器的裝配過程：

（1）如圖4，動力電池端的插頭向車身端的插座插合，并且插頭上的限位凸部不斷的壓縮插座上的彈簧，此時電子鎖裝置的行程桿在整車控制器的驅動下伸出；

（2）如圖5，此時行程桿的行程已經伸長至最大值，并且行程桿頭穿過插頭端的矩形孔型結構，而彈簧壓縮的行程也到達最大值。然后將行程桿頭向順時針方向旋轉，進行鎖止動作；

（3）如圖6，此時的換電連接器插頭由于彈簧的彈力而在a方向無法進行相對插座的移動，而由于行程桿頭的鎖止作用而在b方向無法進行相對插座的移動，同理，換電連接器插座由于彈簧的彈力而在b方向無法進行相對插頭的移動，而由于行程桿頭的鎖止結構而在a方向無法進行相對插頭的移動，解決了換電連接器內部的端子在a或者b方向的移動而導致的間斷性連接或者拉弧問題。

通過以上結合各圖的描述可以了解，本發明在換電連接器上增加了電子鎖裝置，該裝置在動力電池換電方案的裝配過程中：提供了機械機構鎖止功能，緊密地將插頭插座插合后的相對位置固定從而增加插合時的保持力，避免汽車在震動過程中導致連接器端子相互運動而造成的拉弧、間斷性連接等問題；并且提供了成功鎖止或解鎖與否的反饋信號給整車控制器，相當于高壓互鎖信號的作用，在快換連接器拔出之前需要得到整車控制器的電信號解鎖從而避免帶電插拔，保證了快換方案的安全性。

通過以上結合各圖的描述可以了解，所屬領域的技術人員可以想到將前述的換電連接器應用于電動汽車，使得插頭和插座中的一個連接到電動汽車的動力電池、另一個連接到電動汽車的車身。可以了解，這樣獲得的電動汽車將也具有與本發明的換電連接器相應的優點。

本發明的技術范圍不僅僅局限于上述說明中的內容，本領域技術人員可以在不脫離本發明技術思想的前提下，對上述實施方式進行多種變形和修改，而這些變形和修改均應當屬于本發明的范圍內。