CN107863472B - 一种可快速置换的共享电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可快速置换的共享电池，通过设置的球形外壳和设置在球形外壳内部的电芯和控制器，所述球形外壳上对应设置的正极和负极，以及与正极和负极对应的第一电磁铁、第二电磁铁，使共享电池在充电和使用时能够自动调整姿态准确入座，正极和负极与对应的充电和放电装置的相应电极对齐锁定，进行充电或放电，同时通过设置的4个驱动电磁铁按设定程序通电放电和极性变换，使得球形共享电池能够在轨道仓中自行滚动，实现为电动汽车自动添加或置换共享电池，另外，通过控制器中的无线通信连接互联网(物联网)，将电池的信息与使用该共享电池的终端进行数据交换。

Description

一种可快速置换的共享电池
技术领域
本发明涉及电池共享领域，尤其涉及一种可快速置换的共享电池。
背景技术
目前电动汽车大多使用锂系列电池，以插电的方式来进行充电，这种“插电”的充电方式需要基于“车电一体”、“一车一桩”、“长停充电”、“分散充电”等模式建立起来。从如今推广电动汽车的现状来看，上述这种“插电”充电方式已严重地阻碍了电动汽车的使用的发展，无法实现大规模的商业化，归其原因在于充电电池，由于常规充电电池主要存在以下几个方面的弊端：
第一，车辆与电池绑定为一体的“车电一体”模式使得车辆在充电时必须依靠“充电桩”。
第二，“长停充电”的问题是不仅要停车充电，还要长时间地占位停车进行充电。这会导致即使司机找到了充电桩，其也不得不停下来耐心等待漫长的充电过程(还可能涉及长时间排队等待的时间)。
第三，这种电池充电时，每辆车必须占用一个充电桩，充电时间较长，并配有固定停车位，这便使得在土地资源、停车位资源极度紧张和电力改造极为困难的城市，设置足够数量的充电桩是难以实现的，因此往往造成司机在驾车途中因找不到充电桩充电而感到焦虑。
第四，在电池损坏时，不能及时更换，影响汽车的驾驶。
因此，现有的充电电池存在不足，需要对现有的电池技术进一步的发展与创新。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可快速置换的共享电池，这种电池与汽车分离，采用球形设计，可快速对汽车进行换电式充电，对换下的缺电电池进行工业化集中充电，从根本上克服了因电池对电动汽车发展的制约。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
球形外壳和设置在球形外壳内部的电芯和控制器，所述球形外壳上设有两个位置对应的正极和负极；在所述正极和负极的内部分别设有第一电磁铁和第二电磁铁，并且，正极与第一电磁铁的N极重合，负极与第二电磁铁的S极重合，其中，在以正极和负极为轴心的球形外壳的最大圆周面上设有4个驱动电磁铁，其中相邻的两个驱动电磁铁相互成90度夹角，电芯设置在球形外壳内部的中间位置，相对球形外壳的圆心呈中心对称设置，所述控制器分别与以上所述第一电磁铁、第二电磁铁及驱动电磁铁和电芯连接。
进一步的，所述驱动电磁铁的一侧设有与控制器连接的磁电式传感器，可实时按程序控制驱动电磁铁的运行。
进一步的，所述控制器，包括：智能中控模块、无线通信模块、单片机模块和智能电路保护模块。
进一步的，所述智能中控模块分别与无线通信模块、单片机模块、智能电路保护模块及磁电式传感器连接。
进一步的，所述电芯上设有与智能中控模块连接的电量检测模块。
进一步的，所述无线通信模块连接互联网(物联网)，使单片机模块信息能够与使用该共享电池的终端进行数据交换，读取和记录该共享电池的使用信息，该共享电池也可接受使用终端发来置换新电池时的出仓指令。
进一步的，所述无线通信模块包含WIFI模块或蓝牙模块。
进一步的，所述电芯四周设有石墨烯散热板。
进一步的，所述正极和负极的中心处设有通气孔，该通气孔为特殊的防水防尘进入仅限单向对外排气的安全小孔。
进一步的，所述电芯为聚合物电芯。
本发明的所述的可快速置换的共享电池，其优点在于：通过设置的球形外壳和设置在球形外壳内部的电芯和控制器，所述球形外壳上对应设置的正极和负极，以及与正极和负极对应的第一电磁铁、第二电磁铁，实现了球形共享电池在充电和使用时能够自动调整姿态，使电池的正极和负极与对应的充电和放电装置的相应电极对齐，并经机械机构自动锁定稳固后，全部电磁铁按程序进入休眠，此时，进行充电或放电，其中，通过设置的4个驱动电池铁根据磁电式传感器读取的在轨信息，按需要的通电断电和极性变换，以电磁对应电池仓轨道设置的永磁体产生吸引/弹射的单向驱动前行方式，使得球形共享电池能够在轨道仓中自行滚动并自动寻的到排队入座的电池仓座位，实现为电动汽车自动添加共享电池或置换共享电池，以上整个过程通过控制器内设定的程序自动进行；另外，通过控制器中的无线网络连接互联网(物联网)，将电池的信息与使用该共享电池的终端进行数据交换，读取和记录该共享电池的使用信息，该共享电池也可接受使用终端发来置换新电池时的出仓指令，同时，共享电池是与电动汽车可相分离的，特别是在电池集中在专业化的加电站集中充电比较安全，与车分离加电时只需将共享电池放入汽车内部即可，并可实现加入新电池与回收旧电池同时一步法进行，简单高效快捷，基于共享电池，采用快速“换电”的工业化集中充电方式实现了电动汽车随时随地快速更换电池，另外，共享经济的大潮下，可以通过加电站自由更换电池来为爱车加电，共享电池有专业的品牌厂家负责运营，车主省去了购买电池的费用，降低用车成本，也用得放心。
附图说明
图1为本发明提供的一种可快速置换的共享电池的主视剖面图；
图2为本发明提供的一种可快速置换的共享电池的左视剖面图；
图3为本发明提供的一种可快速置换的共享电池的控制器连接示意图。
具体实施方式
本发明提供一种可快速置换的共享电池，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的一种可快速置换的共享电池，其结构如图1、图2、图3所示，包括：
球形外壳10和设置在球形外壳10内部的电芯20和控制器30，该球形共享电池设置为圆球形便于滚动内部传送，方便电池在电池仓轨道的移动行进，圆球形客观上也为电池运行中的得到较大的通风散热空间，在本实施例中，所述球形外壳10上设有两个位置对应的正极11和负极12，在所述正极11和负极12的内部分别设有第一电磁铁13和第二电磁铁14，并且，正极11与第一电磁铁13的N极重合，负极12与第二电磁铁14的S极重合，通过第一电磁铁13与第二电磁铁14对应充电装置或者取电装置的上的电磁极性，到入座终点即时自动配对连接，使电池正负两极与对应的轨道座仓两电极设定为：通过以物理可靠的固有特性(NS磁极同性相斥异性相吸)方式统一互配，自动对准位置连接并锁定，再对球形的电池进行充电或放电，此时，全部电磁铁按程序进入休眠状态；控制器30的程序设置为只有读取到磁电式传感器16在电池座仓轨道排队入座正常的信息后，电池两极才受控制器发来的指令开启通电；另外，电池的正负极与电磁的NS极是一个统一的设定，之后不允许改变，除非另有必要，也可将其全部统一改变。
具体的为了实现球形共享电池在轨道中自动滚动，在以正极11和负极12为轴心的球形外壳10的最大圆周面上设有4个驱动电磁铁15，其中，相邻的两个驱动电磁铁相互成90度夹角，其电磁的产生直接根据磁电式传感器16读取的在轨信息，按程序指令通电断电和极性变换，以运行电磁对应电池仓轨道设置的永磁体产生吸引/弹射的单向驱动前行方式，使球形的共享电池能够在轨道仓内自行滚动和自动寻的到排队入座的电池仓座位，电池的正极和负极与对应的充电和放电装置的相应电极对齐后，此时全部电磁铁按程序进入休眠；只有再次经过设置在进入电池轨道仓加电口的共享电池专用“唤醒器”唤醒，或使用终端发来出仓指令，电磁铁才可再次开启进入受控进仓或出仓的程序，通过不断的变换每个驱动电磁铁线圈的通断电和极性变换，实现驱动电磁铁15的磁性的不断切换，与对应的运送轨道上的永磁体相互吸引单向驱动向前移动，使球形共享电池的自动滚动，实现电动汽车的电池快速置换。
具体的，为了使球形共享电池在滚动中重心稳定，将所述电芯20设置在球形外壳10内部的中间位置，相对球形外壳10的圆心呈中心对称设置。
具体的，为了更好的、更智能的控制该球形共享电池，所述控制器30分别与以上所述第一电磁铁13、第二电磁铁14及驱动电磁铁15和电芯20连接。
具体的，在其中的一个实施例中为了使所述驱动电磁铁15进行更好的按程序自动开启，在所述驱动电磁铁15的一侧设有与控制器30连接的磁电式传感器16，该磁电式传感器16可读取电池在本电池仓轨道通道相对的编码位置、滚动角度信息，并传递到智能中控模块31，控制器30根据设定的数据程序实时控制驱动电磁铁15的开、关和极性变换，使共享电池获得滚动前行的驱动力，这样实现了球形共享电池到达电池仓轨道内通道的位置精确、可靠，到达指定位置后，共享电池再自动寻觅到电池的正负极固定位，直到对准连接成功为止，保证了共享电池在使用时的自动滚动及定位精度，提高了电池置换的效率。
具体的，为了更为智能的控制球形共享电池，所述控制器30，包括：智能中控模块31、无线通信模块32和单片机模块33，进一步的，所述智能中控模块31分别与无线通信模块32、单片机模块33及磁电式传感器16连接，通过智能中控模块31来连接其他模块，实现运行程序、运算和发出控制指令的过程，使共享电池自动的滚动，实现自动换电。
具体的，为了精确的控制电量，在所述电芯20上设有与智能中控模块31连接的电量检测模块21和智能电路保护模块34，通过捡测电芯之间的数据并运算出机读电量，然后此电量信息传递给智能中控模块31，再由智能中控模块31通过无线通信模块32发送到接收终端，对电池电量进行实施监测，同时，智能电路保护模块34根据内部设置的温度感应器，对电芯进行过温保护，提高电池的使用寿命。
具体的，所述无线通信模块32通过无线方式连接互联网(物联网)，当共享电池经过设置在进入电池轨道仓加电口的共享电池专用“唤醒器”唤醒的同时，也即完成了与本使用终端设备的免对码智能连接，使单片机模块33内的信息能够与使用该共享电池的终端进行数据交换，读取并记录该共享电池的使用信息，该共享电池也可接受使用终端发来置换新电池时的出仓指令，同时，所述的单片机模块33内保存有该电池的生产、出厂等身份信息，以及它的充电和使用、维护信息，便于更详细的智能化分类管理，便于该共享电池的维护和智能化管理。
具体的，为了使无线网络信号在不同使用环境下实现更可靠畅顺的传输，所述无线通信模块32可根据现场实际条件自动切换采用无线局域网(WLAN/WIFI)或激活蓝牙/无线个人网(Bluetooh/WPAN)，方便用户使用。具体的，为了防止电芯20的温度过高，在所述电芯20四周设有石墨烯散热板，高效的进行散热。
具体的，为了使球形外壳内的热量传递出来，在所述正极11和负极12及以正极和负极为轴心的球形外壳的最大圆周面上设有4个驱动电磁铁，采用导磁导热均优良的金属材质造，该金属材料可采用与石墨烯合成超强复合材料，散热、降温、耐用效果会更好；另外也可以将石墨烯作为添加料适量加到所述球形外壳主体材质采用的工程塑料中，能增加散热降温效果又能增加其机械强度，为了更好的散热，在所述正极和负极的中心处设有通气孔17，该通气孔17仅限单向对外排气，减低电池温度。
具体的，为了提高电芯20安全性和容量，所述电芯20为聚合物电芯。其优势在于续航能力强、容量大，相同体积的聚合物电芯要比锂电芯的容量大20％。在稳定电流输出状态下续航能力强，而且其表面是柔性物质作为外盒如果遇到短路导致电池鼓胀后，也不会爆炸，只会裂开，所以比较安全，在未来有更新技术的电芯，也可采用升级为新一代共享电池产品。
具体的，为了使该电池的寿命尽量的长，所述球形外壳10包括：外耐磨层和高强度的内衬层，通过双层设计，提高球形共享电池的耐磨、强度等特性。
在其他的实施例中，为了将更好的确保通磁性能的同时和兼顾良好的导电性，所述的正极11和负极12采用合适的合成金属材料来制作，或表面镀银处理，使球形共享电池更好、更快的在相应装置上进行充电或放电，将导电损耗率减到最低点。
综上所述，本发明的所提供的一种可快速置换的共享电池，通过设置的球形外壳和设置在球形外壳内部的电芯和控制器，所述球形外壳上对应设置的正极和负极，以及与正极和负极对应的第一电磁铁、第二电磁铁，实现了球形共享电池在充电和使用时能够自动调整姿态准确入座，同时通过设置的4个驱动电池铁，根据磁电式传感器读取的在轨信息，按程序实时的指令通电断电和极性变换，以电磁对应电池仓轨道设置的永磁体产生吸引/弹射的单向驱动前行方式，使得球形的共享电池能够在轨道仓中自行滚动并自动寻的到排队入座的电池仓座位，使电池的正极和负极与对应的充电和放电装置的相应电极自动对齐锁定，进行充电或放电，实现为电动汽车自动添加或置换共享电池，另外，通过控制器中的无线网络连接互联网(物联网)，将电池的信息与使用该共享电池的终端进行数据交换，读取和记录该共享电池的使用信息，该共享电池也可接受使用终端发来置换新电池时的出仓指令，同时，共享电池是与电动汽车可相分离的，特别是在电池集中在加电站集中充电比较安全，与车分离加电时只需将共享电池放入汽车内部或置换原旧共享电池即可，简单高效，基于共享电池，采用快速“换电”的工业化集中充电方式实现了电动汽车随时随地地快速置换电池，能近乎似传统的加油一样简单、方便和快捷的加电，另外，共享经济的大潮下，可以通过加电站自由更换电池来为爱车加电，共享电池有专业的品牌厂家负责运营，车主省去了购买电池的费用，降低用车成本。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种可快速置换的共享电池，其特征在于，包括：球形外壳和设置在球形外壳内部的电芯和控制器;
所述球形外壳上设有两个位置对应的正极和负极；在所述正极和负极的内部分别设有第一电磁铁和第二电磁铁，并且，正极与第一电磁铁的N极重合，负极与第二电磁铁的S极重合，所述第一电磁铁和第二电磁铁实现了球形共享电池在充电和使用时能够自动调整姿态，使电池的正极和负极与对应的充电和放电装置的相应电极配对连接，其中，在以正极和负极为轴心的球形外壳的最大圆周面上设有4个驱动电磁铁，其中，相邻的两个驱动电磁铁相互成90度夹角，且磁性可受控，所述驱动电磁铁与对应电池仓轨道设置的永磁体产生吸引／弹射的单向驱动前行方式，使得球形共享电池能够在轨道仓中自行滚动并自动寻找到排队入座的电池仓座位；
所述电芯设置在球形外壳内部的中间位置，相对球形外壳的圆心呈中心对称设置；
所述控制器分别与以上所述第一电磁铁、第二电磁铁及驱动电磁铁和电芯连接。
2.如权利要求1所述的可快速置换的共享电池，其特征在于：所述驱动电磁铁的一侧设有与控制器连接的磁电式传感器，该磁电式传感器用于控制驱动电磁铁的开、关和极性变换。
3.如权利要求2所述的可快速置换的共享电池，其特征在于：所述控制器，包括：智能中控模块、无线通信模块和单片机模块。
4.如权利要求3所述的可快速置换的共享电池，其特征在于：所述智能中控模块分别与无线通信模块、单片机模块及磁电式传感器连接。
5.如权利要求4所述的可快速置换的共享电池，其特征在于：所述电芯上设有与智能中控模块连接的电量检测模块及智能电路保护模块。
6.如权利要求5所述的可快速置换的共享电池，其特征在于：所述无线通信模块通过无线方式连接物联网，使单片机模块内的信息能够与使用该共享电池的终端进行数据交换，读取和记录该共享电池的使用信息，该共享电池也可接受使用终端发来置换新电池时的出仓指令。
7.如权利要求6所述的可快速置换的共享电池，其特征在于：所述无线通信模块包含WIFI信号模块或蓝牙信号模块。
8.如权利要求1所述的可快速置换的共享电池，其特征在于：所述球形外壳主体材质采用工程塑料，所述电芯四周设有石墨烯散热板。
9.如权利要求1所述的可快速置换的共享电池，其特征在于：所述正极和负极的中心处设有通气孔，该通气孔仅限单向对外排气。
10.如权利要求1所述的可快速置换的共享电池，其特征在于：所述电芯为聚合物电芯。
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