汽车动力电池更换装置设计＊

应在伦，巨勇智，孙乐昌，李俊颖，高凯

（齐齐哈尔大学机电工程学院，黑龙江 齐齐哈尔 161006）

前言

当前新能源电池动力汽车和相关产业发展十分迅速，作为新能源汽车的关键核心部件，动力电池续航能力几乎是一辆新能源车的价值体现[1]。近年来虽然更换电池价格有所下降，但相比新能源汽车的售价，依旧会让消费者产生“换电池不如换新车”的感慨，因此，动力蓄电池回收利用尚属新兴领域，目前处于起步阶段[2]。这样电池的续航能力就体现出它的重要性，尤其对于长途出行和部分新能源充电桩覆盖密度不足的地区，纯电新能源车辆就有半路抛锚地风险[3]。在没有充电装置，或者充电时间不允许的情况下，中间不得不更换电池。为提高电池更换速度、克服电池大体积、大重量更换困难的问题，设计一电池自动更换装置。

1 外接电池安装结构

电池安装在汽车的顶部，如图1所示，主要由直线导轨、电机机身、电磁铁托盘、联轴器、紧固壳、连接轴等组成。汽车车顶设置直线滑轨，直线滑轨上有滑动直线电机机身，机身上分别设置电磁铁托盘，电磁铁托盘吸和铁片，铁片在外接电池上。直线电机机身上设置电机托，电机托托置电机，电机地输出轴通过联轴器连接左侧紧固壳，左侧紧固壳的上顶面开有凹槽，凹槽内装入电磁铁。

和上述对称的另一侧直线电机机身上也设置电机托电机托上放置电机，电机地输出轴通过联轴器连接右侧紧固壳，右侧紧固壳的上顶面通过连接轴连接锁紧块，锁紧块20的底面开有凹槽，凹槽内装入弹簧，弹簧连接铁块，铁块配合电磁铁左侧使用，左侧紧固壳与右侧紧固壳之间紧固外接电池，外接电池的首端与尾端分别设置铁片，铁片和夹紧壳电磁铁吸合。

图1 外接电池结构示意图

2 更换装置机构

更换机构如图2所示，分设电箱收回和电池送出两部分，两部分对称。设计有电机、主动轴套、支臂、固定轴、电磁铁、回收箱、出货箱等。收回机构的电磁铁Ⅱ连接支臂Ⅰ，支臂Ⅰ通过固定轴Ⅰ连接支臂Ⅱ，支臂Ⅱ连接主动轴套Ⅲ，主动轴套Ⅲ连接电机Ⅲ地输出轴。

图2 更换装置结构示意图

同样送出机构的电磁铁Ⅲ连接支臂Ⅲ，支臂Ⅲ通过固定轴Ⅱ连接支臂Ⅳ，支臂Ⅳ连接主动轴套Ⅳ，主动轴套Ⅳ连接电机Ⅳ地输出轴。电机Ⅲ设置在收回箱的箱口，电机Ⅳ设置在出货箱的箱口。机构由电磁铁接收电磁铁驱动电路的驱动，电磁铁驱动电路接收单片机的控制，单片机接收无线收发模块的信号，无线收发模块接收无线收发模块的信号，单片机还控制直线电机机身的运动[4]。

3 主要工作过程

电池的安装中电磁铁配合铁块吸合使用，使左侧紧固壳与右侧紧固壳连接更紧密，防止在汽车行驶过程中左侧紧固壳与右侧紧固壳打开。

在电池更换过程中，电磁铁Ⅰ配合铁块可以远程控制，完成自主更换外接电池的目的。更换装置分为回收使用过的电池与装入新的电池两个步骤，两步骤的结构相同，顺序不同，更换支臂的方向即可实现反方向更换电池。

4 结语

设计的新能源电池动力汽车外接电池更换装置结构简单、操作方便，可采用自动控制，节省了人力、物力资源，电池装卸机构自行拆装，以达到给车辆增加续航能力的目的。对新能源汽车的推广使用具有重要意义。