CN111341966A - 一种具有自更换功能的电动推杆式环形电池装置 - Google Patents

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Abstract

本发明具体是一种具有自更换功能的电动推杆式环形电池装置，解决了现有环形电池组在使用时存在检测、更换困难影响维修效率的问题。一种具有自更换功能的电动推杆式环形电池装置，圆环形轨道槽的内腔设置有工作电池、绝缘柱，圆环形轨道槽外设置有固定触头，其中一个工作电池的下方设置有电池下落孔、内侧设置有弧形操作窗孔；备用电池存储架和损坏电池存储架之间固定连接有一个转动支撑筒，转动支撑筒的外侧壁延伸设置有径向拨爪，径向拨爪伸入操作间隙内；电动推杆的推杆方向朝下；步进电机的输出轴固定穿设于转动支撑筒内；控制部分包括微控制单元。本发明实现了损坏电池的自动检测与更换，维修效率大幅提升。

Description

一种具有自更换功能的电动推杆式环形电池装置
技术领域
本发明涉及电池更换技术，具体是一种具有自更换功能的电动推杆式环形电池装置。
背景技术
随着现代科技的发展，传统的方形或圆柱形锂电池难以满足一些具有环形结构或圆形结构的异型电子产品的需求。将锂电池串联或并联成环形电池组，既能够保证其容量与使用安全性，又能够更好地配合电子产品的环形结构或圆形结构。
然而实践表明，现有的环形电池组在使用中存在以下问题：一是环形电池组中各个电池为并联或串联结构，个别电池损坏会直接影响整个环形电池组的使用，更换损坏电池前需要对电池组中的各个电池单元逐个进行人工检测，工作量大，严重影响维修效率；二是对于体积较小的环形电池组，对更换操作精细度要求较高，导致更换工作比较困难。
发明内容
本发明为了解决现有环形电池组在使用时存在检测、更换困难影响维修效率的问题，提供了一种具有自更换功能的电动推杆式环形电池装置。
本发明是采用如下技术方案实现的：
一种具有自更换功能的电动推杆式环形电池装置，包括主体部分、驱动部分和控制部分；所述主体部分包括环形电池组和电池更换架；
所述环形电池组包括槽口朝上的圆环形轨道槽，圆环形轨道槽的内腔设置有N个工作电池、一个与工作电池尺寸一致的绝缘柱和N+1个与工作电池和绝缘柱交错设置的接线端子，且N为大于1的正整数；相邻两个工作电池（102）通过位于两者之间的接线端子串联，且相邻两个工作电池之间留设有一道操作间隙；圆环形轨道槽的外侧壁设置有两个固定触头，两个固定触头分别与绝缘柱两侧的两个接线端子接触电性连接；其中一个工作电池的下方设置有一个开设于圆环形轨道槽底壁的电池下落孔、内侧设置有一个开设于圆环形轨道槽内侧壁的弧形操作窗孔；
所述电池更换架包括设置于圆环形轨道槽上方的备用电池存储架、设置于圆环形轨道槽下方的损坏电池存储架，所述备用电池存储架包括M个上下贯通且首尾连接固定的备用电池存储舱，且M 为大于1的正整数，其中一个备用电池存储舱设置于电池下落孔的正上方；每个备用电池存储舱内均设置有一个备用电池；所述损坏电池存储架包括与M个备用电池存储舱一一正对且首尾连接固定的M个损坏电池存储舱；备用电池存储架和损坏电池存储架之间固定连接有一个转动支撑筒，转动支撑筒的外侧壁延伸设置有与M个备用电池存储舱上下交错设置的M个径向拨爪，其中两个相邻的径向拨爪的外端部均穿过弧形操作窗孔并分别伸入两道相邻的操作间隙内；损坏电池存储架的下方设置有固定连接于圆环形轨道槽外底壁的步进电机支架；
所述驱动部分包括一根竖向设置于与电池下落孔上下对应的备用电池存储舱的正上方的电动推杆和一台设置于圆环形轨道槽内侧的步进电机；电动推杆的推杆方向朝下；步进电机的输出轴固定穿设于转动支撑筒内、底座固定连接于步进电机支架上；
所述控制部分包括继电器、电压AD采样电路、电流霍尔传感器、两个接线柱、微控制单元电动推杆控制器、步进电机控制器与负载；其中，微控制单元的输入端分别与电压AD采样电路的输出端、电流霍尔传感器的输出端连接；微控制单元的输出端分别与继电器的线圈、电动推杆控制器的输入端、步进电机控制器的输入端连接；电压AD采样电路的输入端分别与两个固定触头连接；电流霍尔传感器的一个输入端经继电器的一个常开触点与其中一个固定触头连接，另一个输入端依次经其中一个接线柱、负载、另一个接线柱、继电器的另一个常开触点与另一个固定触头连接；电动推杆控制器的输出端分别与两台电动推杆的控制端连接；步进电机控制器的输出端与步进电机的控制端连接。
工作时按照以下步骤进行：
步骤一：环形电池组损坏状态的检测：在放电状态下，电压AD采样电路实时采集放电电压值，并将采集到的放电电压值实时发送给微控制单元；电流霍尔传感器实时采集放电电流值，并将采集到的放电电流值实时发送给微控制单元；微控制单元对实时获取的信息进行处理，当实时获取的放电电压值与放电电流值均低于规定阈值时，微控制单元通过计算来判断是否出现电池损坏情况；如果判断结果为环形电池组出现损坏，微控制单元实时生成控制指令，并将控制指令实时发送给继电器，继电器实时执行断开指令，由此断开环形电池组与负载之间的连接；
步骤二：损坏电池的检测：微控制单元实时生成脉冲指令，并将脉冲指令实时发送给步进电机控制器；步进电机控制器将接收到的脉冲指令实时发送给步进电机，步进电机执行脉冲指令将输出轴转动一定角度，带动径向拨爪沿弧形操作窗孔转动一定角度，径向拨爪转动带动工作电池与绝缘柱沿圆环形轨道槽转动一定角度，由此绝缘柱所在位置被待检测工作电池占据，同时两个固定触头分别断开与绝缘柱两端接线端子的接触连接，改为与待检测工作电池两端的接线端子接触连接；然后电压AD采样电路实时采集待检测工作电池的电压值，并将采集到的电压值实时发送给微控制单元；微控制单元对实时获取的电压值与规定电压阈值进行比较；当工作电池的电压值大于等于规定电压阈值时，则表明该工作电池不是损坏电池，接着微控制单元再次发出脉冲指令，步进电机控制器、步进电机、电压AD采样电路重复执行上述指令，径向拨爪重复上述动作，完成对下一个工作电池的检测；当工作电池的电压值低于规定电压阈值时，则表明该工作电池为损坏电池，进入电池更换步骤；
步骤三：损坏电池的更换：微控制单元实时生成脉冲指令，并将脉冲指令实时发送给步进电机控制器；步进电机控制器将接收到的脉冲指令实时发送给步进电机，步进电机实时执行脉冲指令将输出轴转动一定角度，带动径向拨爪沿弧形操作窗孔转动一定角度，径向拨爪转动带动工作电池与绝缘柱沿圆环形轨道槽转动一定角度，由此将损坏工作电池移动至位于电池下落孔正上方的电池位；然后微控制单元实时生成控制指令，并将控制指令实时发送给电动推杆控制器；电动推杆控制器将接收到的控制指令实时发送给电动推杆，电动推杆实时执行控制指令将推杆向下推进，由此将备用电池推进至损坏工作电池的位置，同时将损坏工作电池推进至损坏电池存储舱，完成对一个损坏工作电池的更换动作；
步骤四：放电状态的恢复：当本环形电池装置完成对所有工作电池的检测及更换（当判定被检测电池为损坏电池时执行）动作时，即可恢复环形电池组的放电状态，具体过程如下：微控制单元实时生成控制指令，并将控制指令实时发送给继电器，继电器实时执行控制指令恢复闭合状态，由此恢复环形电池组与负载之间的连接；本环形电池装置继续对负载进行供电。
本发明克服了现有环形电池组在使用时存在检测、更换困难影响维修效率的问题。
所述控制部分还包括声光报警单元，微控制单元的输出端与声光报警单元的输入端连接。
声光报警单元能够在环形电池组出现损坏问题时及时发生报警信号，进而对供电异常状态进行提醒，方便工作人员及时对断电状况进行处理。
各个接线端子的横截面均为内窄外宽结构，且外侧壁均开设有一个V型槽；每个固定触头均为空腔结构，且腔底均固定有一根径向弹簧，每根径向弹簧的内端均固定有一个与接线端子的V型槽吻合接触的石墨接触块。
石墨接触块与径向弹簧的组合结构在保证接线端子与两个固定触头之间接触电性连接的基础上，同时能够在工作电池与绝缘柱位置变换后，使两个固定触头与新的接线端子重新连接，保证了本环形电池装置检测与更换工作的顺利进行。
每个备用电池存储舱和位于其内部的备用电池之间均设置有一个电池夹持弹片。
电池夹持弹片有利于将备用电池牢固嵌于备用电池存储舱内，进而防止备用电池在在放电状态下不慎落下，影响本环形电池装置的正常运行。
所述转动支撑筒的上部通过M个连接梁与备用电池存储架连接、下部通过M个连接梁与损坏电池存储架连接。
圆环形轨道槽的外侧壁竖向设置有两根左右平行分布的L型支撑杆，电动推杆固定连接于两根L型支撑杆的顶端部。
所述圆环形轨道槽由绝缘材料制成。
本发明结构设计合理可靠，实现了对损坏电池的自动检测与更换，维修效率大幅提升，而且结构稳定，连接牢固，检测和更换的准确率也得到有效的保证，具有结构简单、自动化程度高、成本低的优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中电池下落孔处的剖面图。
图中，101-圆环形轨道槽，102-工作电池，103-绝缘柱，104-接线端子，105-固定触头，106-电池下落孔，107-弧形操作窗孔，108-径向弹簧，109-石墨接触块，201-备用电池存储舱，202-备用电池，203-损坏电池存储舱，204-转动支撑筒，205-径向拨爪，206-步进电机支架，207-电池夹持弹片，208-连接梁，301-电动推杆，302-步进电机，401-继电器，402-电压AD采样电路，403-电流霍尔传感器，404-接线柱，405-微控制单元，406-电动推杆控制器，407-步进电机控制器，408-声光报警单元。
具体实施方式
一种具有自更换功能的电动推杆式环形电池装置，包括主体部分、驱动部分和控制部分；所述主体部分包括环形电池组和电池更换架；
所述环形电池组包括槽口朝上的圆环形轨道槽101，圆环形轨道槽101的内腔设置有十二个工作电池102、一个与工作电池102尺寸一致的绝缘柱103和十三个与工作电池102和绝缘柱103交错设置的接线端子104；相邻两个工作电池102通过位于两者之间的接线端子104串联，且相邻两个工作电池102之间留设有一道操作间隙；圆环形轨道槽101的外侧壁设置有两个固定触头105，两个固定触头105分别与绝缘柱103两侧的两个接线端子104接触电性连接；其中一个工作电池102的下方设置有一个开设于圆环形轨道槽101底壁的电池下落孔106、内侧设置有一个开设于圆环形轨道槽101内侧壁的弧形操作窗孔107；
所述电池更换架包括设置于圆环形轨道槽101上方的备用电池存储架、设置于圆环形轨道槽101下方的损坏电池存储架，所述备用电池存储架包括四个上下贯通且首尾连接固定的备用电池存储舱201，其中一个备用电池存储舱201设置于电池下落孔106的正上方；每个备用电池存储舱201内均设置有一个备用电池202；所述损坏电池存储架包括与四个备用电池存储舱201一一正对且首尾连接固定的四个损坏电池存储舱203；备用电池存储架和损坏电池存储架之间固定连接有一个转动支撑筒204，转动支撑筒204的外侧壁延伸设置有与四个备用电池存储舱201上下交错设置的四个径向拨爪205，其中两个相邻的径向拨爪205的外端部均穿过弧形操作窗孔107并分别伸入两道相邻的操作间隙内；损坏电池存储架的下方设置有固定连接于圆环形轨道槽101外底壁的步进电机支架206；
所述驱动部分包括一根竖向设置于与电池下落孔106上下对应的备用电池存储舱201的正上方的电动推杆301和一台设置于圆环形轨道槽101内侧的步进电机302；电动推杆301的推杆方向朝下；步进电机302的输出轴固定穿设于转动支撑筒204内、底座固定连接于步进电机支架206上；
所述控制部分包括继电器401、电压AD采样电路402、电流霍尔传感器403、两个接线柱404、微控制单元405、电动推杆控制器406、步进电机控制器407与负载；其中，微控制单元405的输入端分别与电压AD采样电路402的输出端、电流霍尔传感器403的输出端连接；微控制单元405的输出端分别与继电器401的线圈、电动推杆控制器406的输入端、步进电机控制器407的输入端连接；电压AD采样电路402的输入端分别与两个固定触头105连接；电流霍尔传感器403的一个输入端经继电器401的一个常开触点与其中一个固定触头105连接，另一个输入端依次经其中一个接线柱404、负载、另一个接线柱404、继电器401的另一个常开触点与另一个固定触头105连接；电动推杆控制器406的输出端分别与两台电动推杆301的控制端连接；步进电机控制器407的输出端与步进电机302的控制端连接。
所述控制部分还包括声光报警单元408，微控制单元405的输出端与声光报警单元408的输入端连接。
各个接线端子104的横截面均为内窄外宽结构，且外侧壁均开设有一个V型槽；每个固定触头105均为空腔结构，且腔底均固定有一根径向弹簧108，每根径向弹簧108的内端均固定有一个与接线端子104的V型槽吻合接触的石墨接触块109。
每个备用电池存储舱201和位于其内部的备用电池202之间均设置有一个电池夹持弹片207。
所述转动支撑筒204的上部通过四个连接梁208与备用电池存储架连接、下部通过四个连接梁208与损坏电池存储架连接。
圆环形轨道槽101的外侧壁竖向设置有两根左右平行分布的L型支撑杆，电动推杆301固定连接于两根L型支撑杆的顶端部。
所述圆环形轨道槽101由绝缘材料制成。

Claims (7)

1.一种具有自更换功能的电动推杆式环形电池装置，其特征在于：包括主体部分、驱动部分和控制部分；所述主体部分包括环形电池组和电池更换架；
所述环形电池组包括槽口朝上的圆环形轨道槽（101），圆环形轨道槽（101）的内腔设置有N个工作电池（102）、一个与工作电池（102）尺寸一致的绝缘柱（103）和N+1个与工作电池（102）和绝缘柱（103）交错设置的接线端子（104），且N为大于1的正整数；相邻两个工作电池（102）通过位于两者之间的接线端子（104）串联，且相邻两个工作电池（102）之间留设有一道操作间隙；圆环形轨道槽（101）的外侧壁设置有两个固定触头（105），两个固定触头（105）分别与绝缘柱（103）两侧的两个接线端子（104）接触电性连接；其中一个工作电池（102）的下方设置有一个开设于圆环形轨道槽（101）底壁的电池下落孔（106）、内侧设置有一个开设于圆环形轨道槽（101）内侧壁的弧形操作窗孔（107）；
所述电池更换架包括设置于圆环形轨道槽（101）上方的备用电池存储架、设置于圆环形轨道槽（101）下方的损坏电池存储架，所述备用电池存储架包括M个上下贯通且首尾连接固定的备用电池存储舱（201），且M 为大于1的正整数，其中一个备用电池存储舱（201）设置于电池下落孔（106）的正上方；每个备用电池存储舱（201）内均设置有一个备用电池（202）；所述损坏电池存储架包括与M个备用电池存储舱（201）一一正对且首尾连接固定的M个损坏电池存储舱（203）；备用电池存储架和损坏电池存储架之间固定连接有一个转动支撑筒（204），转动支撑筒（204）的外侧壁延伸设置有与M个备用电池存储舱（201）上下交错设置的M个径向拨爪（205），其中两个相邻的径向拨爪（205）的外端部均穿过弧形操作窗孔（107）并分别伸入两道相邻的操作间隙内；损坏电池存储架的下方设置有固定连接于圆环形轨道槽（101）外底壁的步进电机支架（206）；
所述驱动部分包括一根竖向设置于与电池下落孔（106）上下对应的备用电池存储舱（201）的正上方的电动推杆（301）和一台设置于圆环形轨道槽（101）内侧的步进电机（302）；电动推杆（301）的推杆方向朝下；步进电机（302）的输出轴固定穿设于转动支撑筒（204）内、底座固定连接于步进电机支架（206）上；
所述控制部分包括继电器（401）、电压AD采样电路（402）、电流霍尔传感器（403）、两个接线柱（404）、微控制单元（405）、电动推杆控制器（406）、步进电机控制器（407）与负载；其中，微控制单元（405）的输入端分别与电压AD采样电路（402）的输出端、电流霍尔传感器（403）的输出端连接；微控制单元（405）的输出端分别与继电器（401）的线圈、电动推杆控制器（406）的输入端、步进电机控制器（407）的输入端连接；电压AD采样电路（402）的输入端分别与两个固定触头（105）连接；电流霍尔传感器（403）的一个输入端经继电器（401）的一个常开触点与其中一个固定触头（105）连接，另一个输入端依次经其中一个接线柱（404）、负载、另一个接线柱（404）、继电器（401）的另一个常开触点与另一个固定触头（105）连接；电动推杆控制器（406）的输出端分别与两台电动推杆（301）的控制端连接；步进电机控制器（407）的输出端与步进电机（302）的控制端连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有自更换功能的电动推杆式环形电池装置，其特征在于：所述控制部分还包括声光报警单元（408），微控制单元（405）的输出端与声光报警单元（408）的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的一种具有自更换功能的电动推杆式环形电池装置，其特征在于：各个接线端子（104）的横截面均为内窄外宽结构，且外侧壁均开设有一个V型槽；每个固定触头（105）均为空腔结构，且腔底均固定有一根径向弹簧（108），每根径向弹簧（108）的内端均固定有一个与接线端子（104）的V型槽吻合接触的石墨接触块（109）。
4.根据权利要求1所述的一种具有自更换功能的电动推杆式环形电池装置，其特征在于：每个备用电池存储舱（201）和位于其内部的备用电池（202）之间均设置有一个电池夹持弹片（207）。
5.根据权利要求1所述的一种具有自更换功能的电动推杆式环形电池装置，其特征在于：所述转动支撑筒（204）的上部通过M个连接梁（208）与备用电池存储架连接、下部通过M个连接梁（208）与损坏电池存储架连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有自更换功能的电动推杆式环形电池装置，其特征在于：圆环形轨道槽（101）的外侧壁竖向设置有两根左右平行分布的L型支撑杆，电动推杆（301）固定连接于两根L型支撑杆的顶端部。
7.根据权利要求1所述的一种具有自更换功能的电动推杆式环形电池装置，其特征在于：所述圆环形轨道槽（101）由绝缘材料制成。
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