本发明涉及充电设备，具体地涉及一种充电锁紧机构。此外，本发明还涉及一种充电口和具有其的车辆。本发明还涉及一种包括充电枪的充电设备。
背景技术：
随着能源和环境问题的日益严峻，电动汽车等新能源车辆越来越受到人们的重视。长期以来，电动汽车充电时间较长屡遭消费者诟病，严重制约了电动汽车产业的发展。对此，本领域普遍采用增大充电功率的方案，以期缩短充电时间。这就要求增大充电线束的截面积，从而应对大电流的通流需求。
然而，在利用充电枪插接电动汽车的充电口进行充电的过程中，较大截面积的充电线束容易因较高的质量将充电枪从充电口拉出，导致结构破坏和其他安全隐患。并且，在充电枪有限的端面空间中，充电端子可利用的有效空间较小，过流能力不足。在此情形下，充电系统的充电功率难以得到有效提升。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术存在的充电枪容易从充电口脱出的问题，提供一种充电锁紧机构，该充电锁紧机构能够提供充分的锁紧力，将充电枪稳定锁紧于充电口上。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种充电锁紧机构，包括设置于充电枪上的第一锁紧结构和设置于待充电设备的充电口上的第二锁紧结构，该第二锁紧结构能够与所述第一锁紧结构配合以阻止所述充电枪从所述充电口拔出。所述第一锁紧结构和所述第二锁紧结构中的一者包括沿周向交替布置的多个第一锁止凸台和卡槽开口；所述第一锁紧结构和所述第二锁紧结构中的另一者包括锁止环，该锁止环形成有沿周向彼此间隔布置的多个第二锁止凸台并能够被驱动为绕该锁止环的中心轴线转动，所述第二锁止凸台能够沿轴向穿过所述卡槽开口并转动为轴向止挡所述第一锁止凸台或在轴向被所述第一锁止凸台止挡。
优选地，所述第一锁止凸台沿径向向内凸起，以在该第一锁止凸台的轴向内侧形成为用于容纳所述第二锁止凸台的环形卡槽。
优选地，所述第二锁紧结构包括用于驱动所述锁止环转动的驱动装置。
优选地，所述锁止环形成有位于所述第二锁止凸台的轴向内侧的外齿圈，所述驱动装置传动连接有与该外齿圈相啮合的主动齿轮。
优选地，所述第一锁紧结构和所述第二锁紧结构中的所述另一者设有环形安装槽，所述锁止环通过滑动轴承枢转安装至该环形安装槽。
优选地，所述第一锁紧结构和所述第二锁紧结构中的所述另一者包括环绕所述外齿圈的环体，该环体在所述外齿圈与所述主动齿轮相啮合的位置形成有缺口，并且/或者，所述第一锁紧结构和所述第二锁紧结构中的所述另一者包括至少部分地封盖所述主动齿轮和所述外齿圈的轴向外侧的封盖。
优选地，所述充电枪和所述充电口分别设有用于彼此对接充电的唯一的充电端子，所述第一锁紧结构和所述第二锁紧结构设置为环绕该充电端子。
本发明第二方面提供一种充电口，该充电口设有用于锁定充电枪的锁止环，该锁止环形成有沿周向彼此间隔布置的多个第二锁止凸台并能够被驱动为绕该锁止环的中心轴线转动。
本发明第三方面提供一种车辆，该车辆设有上述充电口。
本发明第四方面提供一种充电设备，包括充电枪，该充电枪的用于连接充电口的一端设有沿周向交替布置的多个第一锁止凸台和卡槽开口，该第一锁止凸台的轴向内侧形成为用于与所述充电口配合锁止的环形卡槽。
通过上述技术方案，本发明的充电锁紧机构相比于传统的锁销具有较高的锁紧强度，利用周向布置的第一锁止凸台的第二锁止凸台的轴向止挡作用阻止充电枪从充电口拔出，能够承托相对较重的充电线束，便于增大充电线束截面积实施大功率充电，降低因强行拔枪导致结构损坏和安全事故的风险。
附图说明
图1是根据本发明一种优选实施方式的充电枪的示意图；
图2是根据本发明一种优选实施方式的用于与图1中的充电枪适配使用的充电口；
图3是根据本发明另一种优选实施方式的充电枪的示意图；
图4是图3中充电枪的第一锁紧结构的示意图；
图5是根据本发明另一种优选实施方式的用于与图3中的充电枪适配使用的充电口；
图6是图5中的充电口的分解图；
图7是图6中充电口的锁止环的结构示意图；
图8是本发明的充电枪与充电口的插装结构示意图；
图9是根据本发明一种优选实施方式的充电系统模块图。
附图标记说明
1-充电枪；10-枪体；11-第一端；12-第二端；13,23-端子接合面；14-插接部；15-通讯端子；16-接地端子；17-第一锁止凸台；18-卡槽开口；19-环形卡槽；
2-充电口；20-锁止环；20a-第二锁止凸台；20b-外齿圈；21-驱动装置；22-主动齿轮；24-插接槽；25-通讯端口；26-接地端口；27-端子柱；28-环形安装槽；29-滑动轴承；30-环体；30a-缺口；31-封盖；
3-无线通讯模块；4-配电箱；5-动力电池；6-充电柜；7-电池管理系统；8-显示模块。
具体实施方式
在本发明中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常是指参考附图所示的上、下、左、右；“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外。例如，参照图3和图4所示，本发明中所述的第一锁止凸台17的轴向内侧，即该第一锁止凸台17的靠近枪体10的一侧，与朝向插入充电口方向的一侧相对。
在传统的电动汽车充电系统中，无论直流充电或是交流充电，采用的充电枪和充电口均设置有多个充电端子，利用其不同极性进行单枪充电。在此情形下，各个充电端子的端子接合面受到充电枪和充电口尺寸和设计结构的限制，有效使用面积较小，过流能力不足。尤其是，在大功率充电时，容易造成充电端子烧损等安全问题。
对此，本发明提供了双枪充电的解决方案，使得各个充电枪和充电口分别具有单一极性的充电端子。在充电过程中，其中一把充电枪和与其相接的充电口作为充电正极，另一把充电枪和充电口作为充电负极，由此可以显著增大端子接合面和过流能力，增大对接部位的有效使用面积，在避免因短路导致的烧损等问题的基础上有效提升了充电系统的充电效率。
需要说明的是，尽管本发明以正极充电端子和负极充电端子限定充电端子的极性，但其仅用于简要限定不同端子的极性异同，并不将本发明的充电方式局限为直流充电方式。例如，当充电枪用于交流充电时，其中的充电端子在某一瞬时会呈现为正极或负极。传统技术中的充电枪包括的多个充电端子在该瞬时呈现不同的端子极性，即其中部分充电端子呈正极，另一部分充电端子呈负极，由此实现单枪充电。而在本发明中，各个充电枪的不同端子则在该瞬时均呈正极或均呈负极，需要通过使用双枪充电。
以下通过示例方式对本发明的不同方面进行说明：
充电枪和充电口(一)
参照图1所示，根据本发明一种优选实施方式的充电枪1，包括枪体10，该枪体10具有第一端11和第二端12。其中，枪体10上可以设置把手等；第一端11可以连接充电线路，以电连接至充电柜等获取电力；第二端12可以连接至例如为电动汽车的待充电设备，以向其动力电池供给电力，实施充电。
该充电枪1的第二端12设有呈柱状的插接部14，该插接部14能够插入至随后所述的充电口2的插接槽24内(参照图2所示)，并在自由端面形成有端子接合面13。由此，该充电枪1可以仅具有一个充电端子，通过唯一的端子接合面13与待充电设备电力连接，有效利用充电枪1的第二端12截面，通过较大截面保证大功率充电时的过流能力需求。
相应于上述充电枪1，图2所示为一种优选实施方式的充电口2，该充电口2设有呈柱状的插接槽24，用于接收上述充电枪1的插接部14，并在底面形成为端子接合面23。当将充电枪1插接至该充电口2时，插接部14沿轴向插入至插接槽24内，直至充电枪1的端子接合面13与充电口2内的端子接合面23相接，由此可以进行电流传输。
根据图示可以看出，插接部14和插接槽24形成为非回转体柱状结构，由此具有定位平面(未标记)，便于以相对固定的方位进行插接，便于随后所述的充电锁紧机构的相互配合。
在该优选实施方式中，由于各个充电枪1和充电口2具有唯一的端子接合面，在充电过程中仅作为充电正极或充电负极，必须同时利用两把充电枪1构成充电回路。相比于传统技术中的单枪充电方式，本发明充分利用了充电枪和充电口的对接平面，可以有效增大充电时的过流面积，并具有显著简化的结构，易于插接和分离。
在其他实施方式中，充电枪1和充电口2也可以形成有多个充电端子，但该多个充电端子具有相同极性，即同一把充电枪中的全部充电端子均为正极充电端子或负极充电端子中的一种。
充电枪和充电口(二)
图3和图5所示分别为本发明另一种优选实施方式的充电枪1和充电口2。除了相接部位与前述优选实施方式存在差异之外，其他部分如枪体10及其包括的第一端11和第二端12、充电枪1和充电口2分别包括端子接合面13、23等方面并无不同。
在该优选实施方式中，枪体13的第二端12设有用于插装连接至待充电设备的充电口的插接部14，该插接部14呈环状，且其外周轮廓与图1所示优选实施方式中插接部的外周轮廓相同。由该插接部14环绕的腔体底面形成有端子接合面13，由此，该充电枪1可以仅具有一个充电端子，通过唯一的端子接合面13与待充电设备电力连接，有效利用充电枪1的第二端12截面，通过较大截面保证大功率充电时的过流能力需求。
相应地，图5所示的充电口2设有端子柱27，该端子柱27的外周形成为环形插接槽24，充电枪1的环状插接部14能够插入至该插接槽24内，同时端子柱27插入至由插接部14环绕的腔体内。端子柱27的自由端面形成有端子接合面23。当将充电枪1插接至该充电口2时，插接部14沿轴向插入至插接槽24内，直至充电枪1内的端子接合面13与充电口2的端子接合面23相接，由此可以进行电流传输。
在该优选实施方式中，由于各个充电枪1和充电口2具有唯一的端子接合面，在充电过程中仅作为充电正极或充电负极，必须同时利用两把充电枪1构成充电回路。相比于传统技术中的单枪充电方式，本发明充分利用了充电枪和充电口的对接平面，可以有效增大充电时的过流面积。
在其他实施方式中，充电枪1和充电口2也可以形成有多个充电端子，但该多个充电端子具有相同极性，即同一把充电枪中的全部充电端子均为正极充电端子或负极充电端子中的一种。
此外，参照图3所示，在该优选实施方式中，可以在充电枪1的第二端12设置用于与待充电设备相接的通讯端子15和接地端子16，该通讯端子15和接地端子16可以从由插接部14环绕的腔体底面向开口方向延伸；相应地，如图5所示，端子柱27上可以形成有用于接收前述通讯端子15和接地端子16的通讯端口25和接地端口26，在将充电枪1插接至充电口2时，通讯端子15随插接部14插入至充电口2的插接槽24而插入至通讯端口25，同时接地端子16插入至接地端口26，由此便于充电设备(如充电桩)与待充电设备(如电动汽车)之间的通讯，完成充电过程。
充电锁紧机构
在将充电枪1插接至充电口2后，需要利用充电锁紧机构(亦称“电锁”)将充电枪1锁紧，以防充电枪1意外地脱出。然而，在实际使用过程中，时常因操作不当，锁销强度不够，操作人员的拉力可将充电枪1带电拔出，导致锁销折断，造成使用安全隐患。
结合图3至图7所示，在一种优选实施方式中，充电枪1与充电口2相接的位置设置有充电锁紧机构。可以理解的是，本发明提供的充电锁紧机构并不限于图3和图5所示的充电枪、充电口的具体结构，其可以适用于图1和图2所示的充电枪和充电口，进一步还可以适用于传统的单枪充电系统中。以下将主要以图3至图7所示的实施例对本发明优选实施方式的充电锁紧机构进行说明。
本发明的充电锁紧机构包括设置于充电枪1上的第一锁紧结构和设置于待充电设备的充电口2上的第二锁紧结构，该第二锁紧结构能够与第一锁紧机构配合以阻止插入至充电口2的充电枪1从该充电口2拔出。
具体地，如图3和图4所示，第一锁紧结构包括设置于充电枪1第二端12的多个第一锁紧凸台17和卡槽开口18，该第一锁紧凸台17和卡槽开口18沿环绕充电端子的周向交替布置。
相应地，如图5至图7所示，第一锁紧结构包括锁止环20，该锁止环20环绕充电端子的周向布置的多个第二锁止凸台20a，该多个第二锁止凸台20a与第一锁紧结构中的多个第一锁紧凸台17和卡槽开口18相对应。其中，当将充电枪1插入至充电口2过程中，各个第二锁止凸台20a能够沿轴向(即插入方向)穿过相邻两个第一锁止凸台17之间的卡槽开口18，进而锁止环20转动为使得第二锁止凸台20a位于第一锁止凸台17的内侧，以止挡该第一锁止凸台17沿拔枪方向的轴向运动，阻止充电枪1从充电口2中拔出。
由此，该充电锁止机构能够在周向对充电枪1施加锁紧作用力，利用周向布置的第一锁止凸台17的第二锁止凸台20a的轴向止挡作用阻止充电枪1从充电口2拔出，能够承托相对较重的充电线束，便于增大充电线束截面积实施大功率充电，降低因强行拔枪导致结构损坏和安全事故的风险。
在其他实施方式中，此处及以下所述第一锁紧结构和第二锁紧结构的具体组成可以互换。换言之，能够被驱动为通过转动实现锁紧和解锁的锁止环20可以设置于充电枪1上，而将与该锁止环20上的第二锁止凸台20a配合的第一锁止凸台17等设置于充电口2，同样可以实现充电枪1的可靠锁紧。相对而言，将锁止环20设于充电口2能够避免因充电枪1结构复杂、重量较重而导致的操作困难，尤其是在设有随后优选方案中所述的驱动装置21等部件的情形下。
在图示优选实施方式中，设置于充电枪1上的第一锁止凸台17沿径向向内凸起。如图4所示，第一锁紧结构具有大体呈环状的本体，多个第一锁止凸台17设于该环状本体的轴向外端，并彼此间隔形成卡槽开口18。由此，该第一锁止凸台17的轴向内侧可以形成为环形卡槽19，用于容纳第二锁止凸台20a并允许其随锁止环20转动为锁紧或解锁。
在图7所示的锁止环20中，第二锁止凸台20a沿径向向外凸起，其能够穿过第一锁紧结构的卡槽开口18，并沿环形卡槽19转动至第一锁止凸台17的轴向内侧，以对该第一锁止凸台17产生轴向止挡，阻止充电枪1拔出。在充电完成后，反向转动锁止环20，使得第二锁止凸台20a与卡槽开口18对齐，由此可允许充电枪1拔出。
在其他实施方式中，第一锁止凸台17可以设置为沿径向向外凸起，而第二锁止凸台20a设置为沿径向向内凸起，如此同样可以通过锁止环20转动而实现充电枪1的锁紧。
为了驱动锁止环20绕其自身的中心轴线转动，可以采用手动或电动方式施加驱动力，以完成锁紧和解锁充电枪1的过程。在一种优选实施方式中，第二锁紧机构包括例如为电机的驱动装置21，以便实现充电枪1的自动锁紧。
驱动装置21可以设置为多种形式，并通过适当的传动部件驱动锁止环20转动。在图示优选实施方式中，锁止环20形成有外齿圈20b，该外齿圈20b与第二锁止凸台20a沿轴向布置，第二锁止凸台20a在外齿圈20b的轴向外侧并与其上的啮合齿相间隔。由此，驱动装置21可以连接主动齿轮22，并通过该主动齿轮22与锁止环20的外齿圈20b相啮合而驱动该锁止环20转动。如此设置，本发明充分利用了充电口2的环绕充电端子的有限空间，结构布置紧凑，各部件易于制造和拆装，以较低的成本实现了充电枪的可靠锁止。
继续参照图6所示的分解图，充电口的第二锁紧机构可以设有环形安装槽28，锁止环20通过滑动轴承29枢转安装于该环形安装槽28中。本发明通过采用滑动轴承29安装锁止环20，能够避免占用较大的径向空间，为布置充电端子预留了较大的面积，有利于提高充电效率。
另外，充电口可以设有环绕前述外齿圈20b的环体30，该环体30例如可以通过螺栓等紧固件安装于充电口本体上。由于主动齿轮22需要在径向外侧与外齿圈20b啮合，因此可以在环体30上形成缺口30a，主动齿轮22可以布置于该缺口30a内并与外齿圈20b啮合。在主动齿轮22和外齿圈20b的轴向外侧，还可以设置封盖31，以至少部分地封盖主动齿轮22和外齿圈20b。
通过设置上述环体30和封盖31，可以至少部分地避免主动齿轮22和外齿圈20b向外暴露，以防止操作人员无意地接触第二锁紧结构而造成伤害，同时还可以止挡杂物进入啮合部位，影响充电枪的可靠锁紧。
充电系统
参照图8和图9所示，本发明提供一种包括充电枪1和充电口2的充电系统。
一方面，该充电系统可以包括成对布置的充电枪1和成对布置的充电口2，其中一个充电枪和其中一个充电口的充电端子为彼此对应的正极充电端子，另一个充电枪和另一个充电口的充电端子为彼此对应的负极充电端子。由此，该充电系统利用双枪构成充电回路，能够以较大的过流能力实现大功率充电。
另一方面，充电枪1和充电口2可以分别设有前述充电锁紧机构中的第一锁紧结构和第二锁紧结构，以能够提供较大的锁紧力，便于增大充电线束的径向尺寸和过流能力，提高充电效率和安全性。
充电桩(充电设备)
参照图9所示，本发明提供一种充电桩，该充电桩可以包括充电柜6和连接于该充电柜6的充电枪1。此处所述充电设备，可以为充电枪本身，也可以为设有充电枪的充电桩。
在一种优选实施方式中，该充电桩包括成对布置的充电枪1，其中一者的充电端子为正极充电端子，另一者的充电端子为负极充电端子。
在另一种优选实施方式中，该充电桩中的充电枪1可以设有前述充电锁紧机构中的第一锁紧结构，由此可以与设有第二锁紧结构的充电口锁紧。
在前述不同实施方式的说明中，图3所示的充电枪1和图5所示的充电口2通过通讯端子15和通讯端口15实现如充电桩与电动汽车的通讯，以便控制充电过程。而在图1和图2所示的实施方式中，充电枪1的第二端12仅设有充电端子而不具有通讯端子。对此，本发明提供了无线通讯的方式。
具体地，如图9所示，充电桩的充电柜6可以设有无线通讯模块3，用于与待充电设备通讯；相应地，例如为电动汽车的待充电设备也可以设有无线通讯模块3。典型地，此处所述无线通讯模块3可以为wifi模块。由此，可以省略充电枪1和充电口2上的实体通讯结构。
车辆
本发明的另一方面还提供一种车辆，包括动力电池5和前述充电口2。充电口2与动力电池5之间可以设有配电箱4，以使得充电设备输入的电力与动力电池5的特性相匹配。另外，该车辆还可以设有电池管理系统(bms)7和显示模块8等。相应于充电桩中的无线通讯模块3，该车辆上也可以设有无线通讯模块3。
在一种优选实施方式中，本发明的车辆包括成对布置的充电口2，其中一者的充电端子为正极充电端子，另一者的充电端子为负极充电端子。
在另一种优选实施方式中，该车辆的充电口2可以设有前述充电锁紧机构中的第二锁紧结构，由此可以锁紧设有第一锁紧结构的充电枪1。
充电操作过程
结合图9所示的实施方式，本发明通过如下步骤完成充电操作：
s1.从充电柜6拔出充电枪1，产生一拔枪信号，使得充电桩的无线通讯模块3得电并开始工作；打开充电口2的盖体，充电照明灯的微动开关被触发，产生一开盖信号，使得车辆的无线通讯模块3得电并开始工作；
s2.将充电枪1插入充电口2中，充电桩与车辆的无线通讯模块3开始通讯，并控制充电锁紧机构动作，锁紧充电枪1；
s3.整车检测，预充，实时通讯，并准备充电；
s4.在锁紧、预充和通讯无故障状态下，进入充电模式，开始充电；
s5.充电过程保持通讯，若出现异常则终止充电，并在显示模块8显示故障信息；充电完成后，根据控制信号使得充电锁紧机构动作以解锁充电枪1。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于此。在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，包括各个具体技术特征以任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容，均属于本发明的保护范围。
1.一种充电锁紧机构，包括设置于充电枪上的第一锁紧结构和设置于待充电设备的充电口上的第二锁紧结构，该第二锁紧结构能够与所述第一锁紧结构配合以阻止所述充电枪从所述充电口拔出，其特征在于，
所述第一锁紧结构和所述第二锁紧结构中的一者包括沿周向交替布置的多个第一锁止凸台(17)和卡槽开口(18)，
所述第一锁紧结构和所述第二锁紧结构中的另一者包括锁止环(20)，该锁止环(20)形成有沿周向彼此间隔布置的多个第二锁止凸台(20a)并能够被驱动为绕该锁止环(20)的中心轴线转动，所述第二锁止凸台(20a)能够沿轴向穿过所述卡槽开口(18)并转动为轴向止挡所述第一锁止凸台(17)或在轴向被所述第一锁止凸台(17)止挡。
2.根据权利要求1所述的充电锁紧机构，其特征在于，所述第一锁止凸台(17)沿径向向内凸起，以在该第一锁止凸台(17)的轴向内侧形成为用于容纳所述第二锁止凸台(20a)的环形卡槽(19)。
3.根据权利要求1所述的充电锁紧机构，其特征在于，所述第二锁紧结构包括用于驱动所述锁止环(20)转动的驱动装置(21)。
4.根据权利要求3所述的充电锁紧机构，其特征在于，所述锁止环(20)形成有位于所述第二锁止凸台(20a)的轴向内侧的外齿圈(20b)，所述驱动装置(21)传动连接有与该外齿圈(20b)相啮合的主动齿轮(22)。
5.根据权利要求4所述的充电锁紧机构，其特征在于，所述第一锁紧结构和所述第二锁紧结构中的所述另一者设有环形安装槽(28)，所述锁止环(20)通过滑动轴承(29)枢转安装至该环形安装槽(28)。
6.根据权利要求4所述的充电锁紧机构，其特征在于，所述第一锁紧结构和所述第二锁紧结构中的所述另一者包括环绕所述外齿圈(20b)的环体(30)，该环体(30)在所述外齿圈(20b)与所述主动齿轮(22)相啮合的位置形成有缺口(30a)，并且/或者，
所述第一锁紧结构和所述第二锁紧结构中的所述另一者包括至少部分地封盖所述主动齿轮(22)和所述外齿圈(20b)的轴向外侧的封盖(31)。
7.根据权利要求1所述的充电锁紧机构，其特征在于，所述充电枪和所述充电口分别设有用于彼此对接充电的唯一的充电端子，所述第一锁紧结构和所述第二锁紧结构设置为环绕该充电端子。
8.一种充电口，其特征在于，该充电口设有用于锁定充电枪的锁止环(20)，该锁止环(20)形成有沿周向彼此间隔布置的多个第二锁止凸台(20a)并能够被驱动为绕该锁止环(20)的中心轴线转动。
9.一种车辆，其特征在于，该车辆设有根据权利要求8所述的充电口。
10.一种充电设备，包括充电枪，其特征在于，该充电枪的用于连接充电口的一端设有沿周向交替布置的多个第一锁止凸台(17)和卡槽开口(18)，该第一锁止凸台(17)的轴向内侧形成为用于与所述充电口配合锁止的环形卡槽(19)。
技术总结