CN113501215A - 动力电池智能追溯储运防爆货柜 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种动力电池智能追溯储运防爆货柜，其不仅能够为所储运的动力电池提供更好的支承保护作用，而且能够允许在确保货柜密封性的前提下，借助简单的结构、低成本的实现货柜内各种传感数据与外部控制中心的实时通信，从而允许对动力电池储运过程的全程追溯。

Description

动力电池智能追溯储运防爆货柜

技术领域

本发明涉及智能设备领域，尤其涉及一种动力电池智能追溯储运防爆货柜。

背景技术

在动力电池产业中，出厂后动力电池的储运过程是一个非常重要的环节。在现有技术中，用于储运动力电池的货柜往往仅仅有一些简单的功能，例如防盗报警，以及通过填充泡沫等缓冲材料提供简单的保护功能，或者借助GPS系统记录储运过程的位置信息等等。显然，这种货柜已经不能满足现代化生产中对于动力电池品质保证及全程可追溯的需求。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种动力电池智能追溯储运防爆货柜，其不仅能够为所储运的动力电池提供更好的支承保护作用，而且能够允许在确保货柜密封性的前提下，借助简单的结构、低成本的实现货柜内各种传感数据与外部控制中心的实时通信，从而允许对动力电池储运过程的全程追溯。

具体而言，该动力电池智能追溯储运防爆货柜可以包括物理状态感测模块、装载量感测模块、承重缓冲模块、数据通信模块及控制模块；

所述物理状态感测模块用于测量货柜内的一种或多种物理状态；

所述装载量感测模块用于借助超声波信号测量所述货柜的空闲空间；

所述数据通信模块用于允许在所述货柜内部和外部以无线的方式进行数据通信，以及借助超声波信号实现所述货柜内部与外部之间的数据通信；

所述承重缓冲模块用于支承动力电池，并提供缓冲作用；

所述控制模块用于根据所述货柜的物理状态中的一个或多个控制所述装载量感测模块的开启，并根据所述装载量感测模块的测量结果估算所述货柜的空闲空间量；以及，根据所述动力电池的重量控制所述承重缓冲模块的刚度。

进一步地，所述物理状态感测模块包括温湿度传感器、磁传感器、运动传感器和加速度计；

所述温湿度传感器用于监测所述货柜内的温度和湿度值；

所述磁传感器用于监测所述货柜的门的状态变化；

所述加速度计用于监测所述货柜的自由落体事件的发生；

所述运动传感器用于监测所述货柜内运动行为的发生。

进一步地，所述装载量感测模块包括在所述货柜的顶部均匀分布的多个超声波传感器；并且，

所述控制模块被设置成：计算所述超声波传感器的超声波信号的发射时间与接收时间之间的时间差，基于所述温度和湿度值确定超声波速度，以及根据所述时间差和所述超声波速度估算所述货柜内的空闲空间量；以及，根据所述磁传感器的信号控制所述装载量感测模块的开启。

进一步地，所述数据通信模块包括第一无线信号收发单元、第一转换单元、第一压电换能器、第二电压换能器、第二转换单元及第二无线信号收发单元；

所述第一无线信号收发单元、第一转换单元和第一压电换能器设置在所述货柜的内部，其中，所述第一无线信号收发单元用于以无线的方式在所述货柜的内部实现无线数据通信，所述第一转换单元用于实现用于所述第一无线信号收发单元的数字信号与所述用于第一压电换能器的模拟信号之间的转换，所述第一压电换能器通过超声耦合介质与所述货柜的顶部内表面形成耦合，用于将从所述第一转换单元接收到的模拟信号转换成超声波信号；

所述第二无线信号收发单元、第二转换单元和第二压电换能器设置在所述货柜的外部，其中，所述第二压电换能器通过超声耦合介质与所述货柜的顶部外表面形成耦合，用于将接收到的超声波信号转换为模拟信号，所述第二转换单元用于实现用于所述第二压电换能器的模拟信号与用于所述第二无线信号收发单元的数字信号之间的转换,所述第二无线信号收发单元用于以无线的方式在所述货柜的外部实现无线数据通信。如权利要求4所述的动力电池智能追溯储运防爆货柜，其中，所述压电换能器具有35-45KHz的频率。

优选地，所述压电换能器具有40KHz的频率；并且，所述第一转换单元包括第一模数转换器和第一数模转换器，所述第二转换单元包括第二模数转换器和第二数模转换器，且在所述第一压电换能器与第一模数转换器之间和在所述第二压电换能器与第二模数转换器之间设置有放大器。

进一步地，所述承重缓冲模块包括外框架和承重缓冲主体；所述外框架用于与所述货柜的底部固定连接，且包括底座及从所述底座向上延伸的多根第一引导杆；所述承重缓冲主体包括承重平台、多根第二引导杆、多个第一滚轮和多个第一空气弹簧、以及多个第二滚轮和多个第二空气弹簧；所述承重平台用于支承所述动力电池，且设置有重量传感器；所述第二引导杆设置在所述承重平台的下表面上并竖直向下延伸，且其外侧借助引导轮与所述第一引导杆形成连接以允许两者在竖直方向上发生相对运动；所述第二引导杆的内侧上形成有斜面区域和圆弧外凸区域，其中，所述斜面区域位于所述圆弧外凸区域的上方；所述第一滚轮通过连杆与所述第一空气弹簧形成连接，且与所述斜面区域形成接触，其中，所述第一空气弹簧与所述外框架形成固定连接，由此在竖直方向上提供正刚度；所述第二滚轮通过连杆与所述第二空气弹簧形成连接，并与所述圆弧外凸区域形成接触，其中，所述第二空气弹簧与所述外框架形成固定连接，由此在竖直方向上提供负刚度；并且，在无负载的状态下，所述第二滚轮与所述圆弧外凸区域的下部形成接触；当负载发生变化时，通过调整所述第一和第二空气弹簧内的压力，使所述第二滚轮在所述圆弧外凸区域上发生滚动运动以达到平衡位置，其中，在所述平衡位置上，所述第二滚轮的圆心与所述圆弧外凸区域的圆心处于同一水平面上。

进一步地，所述控制模块根据所述支承平台上的重量传感器的输出信号，调节所述第一和第二空气弹簧中的压力，以实现所述平衡位置。

进一步地，所述空气弹簧包括连接板、由弹性材料形成的波纹管、以及具有气口的活塞；所述连接板设置在所述波纹管的一端，用于连接所述连杆；所述波纹管充当充气室；所述活塞设置在所述波纹管的另一端，用于提供所述充气室的气路。

优选地，所述波纹管由橡胶材料制成。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图来获得其他的附图。

图1示意性地示出了根据本发明的动力电池智能追溯储运防爆货柜的结构原理图；

图2示出了根据本发明的承重缓冲模块的结构示意图。

具体实施方式

在下文中，本发明的示例性实施例将参照附图来详细描述。下面的实施例以举例的方式提供，以便充分传达本发明的精神给本发明所属领域的技术人员。因此，本发明不限于本文公开的实施例。

如图1所示，根据本发明的动力电池智能追溯储运防爆货柜可以包括物理状态感测模块、装载量感测模块、承重缓冲模块、数据通信模块及控制模块。

物理状态感测模块用于感测货柜内的各种物理状态。

由于动力电池的安全存储需要特定的温度和湿度范围。

因此，在物理状态感测模块中设置有温湿度传感器，用以监测货柜内的温度和湿度值，以便允许例如在货柜内的湿度超出阈值时发出警报。

为了能够远程监控货柜门的开启和关闭状态，物理状态感测模块中可以设有磁传感器，用以监测货柜门状态的变化。

本发明的物理状态感测模块中还可以包括运动传感器，用以监测货柜内运动行为的发生。借助运动传感器，例如可以发现货柜内不正常运动行为的出现，以便判断是否存在异常行为，例如判断是否有人员未经授权地在货柜内出现。

此外，在物理状态感测模块中还设置有加速度计，用以监测货柜自由落体事件的发生，以便允许对货柜内动力电池安全状态进行评估。

装载量感测模块用于估算货柜内的空闲空间，以便计算货柜的当前装载量，或者剩余装载量。

在本发明中，由于置于货柜中动力电池包装通常具有规则形状(正方形或者矩形)，因此，该装载量感测模块可以借助超声波信号来实现空闲空间的测量，其具体可以包括均匀布置于货柜顶部的多个超声波传感器。

超声波传感器用于向下发射超声波信号并接收返回的超声波信号。

控制模块可以根据超声波信号的发射时间与接收时间之间的时间差，计算其与障碍物(例如，装载于货柜内的动力电池包装的上表面)之间的无障碍距离，然后根据该距离估算出货柜内的空闲空间。其中，在计算无障碍距离时，控制模块还可以从温湿度传感器中获取当前的温度和湿度值，以调整用于计算距离的声波速度，从而更精确地实现该距离的计算。

在优选的示例中，控制模块可以根据磁传感器的信号来开启装载量感测模块。例如，在根据磁传感器的信号确定货柜门已被开启时，启动装载量感测模块来获取当前货柜的空闲空间量，以便允许操作人员知晓当前最大可装载量；或者在根据磁传感器的信号确定货柜门关闭时，启动装载量感测模块来获取当前货柜的空闲空间量，以便允许操作人员知晓当前的已装载量。借助这种方式，可以有效减少装载量感测模块的工作时间，从而减少能耗。

数据通信模块用于允许在货柜内部和外部以无线的方式进行数据通信，以及借助低频超声波信号实现货柜内部与外部之间的数据通信。借助该数据通信模块，可以有效地在封闭金属货柜内进行数据通信，从而克服因封闭金属货柜的屏蔽作用而无法使用常规无线通信的问题，以及避免因设置有线通信线路而对货柜封闭性的破坏(例如在货柜上钻孔等)。

在一种具体实施方式中，数据通信模块可以包括第一无线信号收发单元、第一转换单元、第一压电换能器、第二电压换能器、第二转换单元及第二无线信号收发单元。

第一无线信号收发单元、第一转换单元和第一压电换能器设置在货柜内，其中：第一无线信号收发单元用于以无线的方式实现货柜内的无线数据通信；第一转换单元可以包括第一模数转换器ADC和第二数模转换器DAC，用于实现用于第一无线信号收发单元的数字信号与用于第一压电换能器的模拟信号之间的转换；第一压电换能器通过超声耦合介质与货柜顶部内表面形成耦合，用于将从第一转换单元接收到的模拟信号生成超声波信号。

第二无线信号收发单元、第二转换单元和第二压电换能器设置在货柜外部，其中：第二压电换能器通过超声耦合介质与货柜顶部外表面形成耦合，用于将接收到的超声波信号转换为模拟信号；第二转换单元可以包括第二模数转换器ADC和第二数模转换器DAC，用于实现用于第二压电换能器的模拟信号与用于第二无线信号收发单元的数字信号之间的转换；第二无线信号收发单元用于以无线的方式实现与货柜外部的无线数据通信。

在本发明的优选示例中，压电换能器可以具有35-45KHz的频率，优选为40KHz，由此减少超声波信号在金属通道中传输时的衰减量和多径效应，提高信噪比。

进一步地，还可以在第一压电换能器与第一模数转换器ADC，以及第二压电换能器与第二模数转换器ADC之间设置放大器，以便对模拟信号进行放大处理，从而进一步改善信噪比。

为在运输过程中为动力电池提供良好的防震效果，本发明的智能货柜中还均匀设置有多个承重缓冲模块，用于支承动力电池并为其提供缓冲减震作用。

如图2所示，该承重缓冲模块可以包括外框架和承重缓冲主体结构。

外框架用于与货柜底部固定连接，且可以包括底座及从底座向上延伸的多根第一引导杆1。

承重缓冲主体可以包括承重平台4、多根第二引导杆3、多个第一滚轮5和多个第一空气弹簧6、以及多个第二滚轮7和多个第二空气弹簧8。

承重平台4用于将动力电池放置于其上，且设置有重量传感器。

第二引导杆3设置在承重平台4的下表面上并竖直向下延伸，且其外侧借助引导轮2与第一引导杆1形成连接以允许两者在竖直方向上发生相对运动。

第二引导杆3的内侧上可以形成有斜面区域3-1和圆弧外凸区域3-2，其中，斜面区域3-1位于圆弧外凸区域3-2的上方。

在本发明的承重缓冲主体中，第一滚轮5通过连杆与第一空气弹簧6形成连接，且与斜面区域3-1形成接触，其中，第一空气弹簧6与外框架形成固定连接。因此，当将动力电池置于承重平台上时，承重缓冲主体将会相对于外框架向下运动，由于斜面区域的存在，第一空气弹簧将受到压缩，从而提供相应的支承作用力。并且，在承重缓冲主体相对于外框架进行运动的过程中，第一空气弹簧在水平方向上的长度变化是伴随着第一滚轮在斜面区域上的滚动运动来实现的，这有利于减少振动行为的发生。

第二滚轮7同样是通过连杆与第二空气弹簧8形成连接，并与圆弧外凸区域3-2形成接触，其中，第二空气弹簧8与外框架形成固定连接。在本发明中，第一空气弹簧6、第一滚轮5和第二引导杆的斜面区域3-1将在竖直方向上提供正刚度，而第二空气弹簧8、第二滚轮7和第二引导杆的圆弧外凸区域3-2将在竖直方向上提供负刚度，用于调节整个承重缓冲主体的总竖直刚度，以避免在所支承的动力电池重量发生变化(例如移离或者增加动力电池)时，缓冲隔震效果降低。

具体而言，本发明的承重缓冲主体可以被设置成：在无负载的状态下，在竖直方向上，第二滚轮7将处于圆弧外凸区域3-2的下部(即位于圆弧外凸区域的圆心下方)；当出现负载或者负载发生变化时，则可以通过调整第一和第二空气弹簧内的压力，使得第二滚轮在圆弧外凸区域上发生滚动运动以达到平衡位置，其中，在平衡位置上，第二滚轮的圆心将与圆弧外凸区域的圆心处于同一水平面上，如图2所示那样。借助这一平衡方式，可以实现在保持承载能力的同时，实现低的动态刚度和低的共振频率，这对于动力电池而言是非常有利的。

在本发明中，可以借助支承平台上的重量传感器获取负载重量的变化，并据此调节第一和第二空气弹簧中的压力，以便准确地实现所需要的平衡状态，使得对于不同的负载，能够自动调节整个承重缓冲模块的刚度，从而提供优秀的缓冲隔震效果。在一种实施方式中，可以事先建立重量与空气弹簧中压力之间的查询表。

在一种优选的具体实施方式中，空气弹簧可以包括连接板、由弹性材料形成的波纹管、以及具有气口的活塞，其中：连接板设置在波纹管的一端，用于连接连杆；波纹管充当其体积可变化的充气室；具有气口的活塞设置在波纹管的另一端，用于提供充气室的气路。作为示例，波纹管可以由橡胶材料制成。

基于上文可知，在本发明所提出的动力电池智能追溯储运防爆货柜中，针对动力电池的特殊性，提出了由多个传感器实现的物理状态感测模块，以实现所需要的物理参数监测，以便随时知悉货柜或所装载的动力电池在运输过程中所遇到的各种事件；借助特定的数据通信模块，能够在保证货柜密封性的前提下，监控货柜内各种参数并实时向外发送，使得能够远程获知和保存货柜的各种状态参数，以便例如数据追溯之用；此外，通过将温湿度传感器、运动传感器、磁传感器与装载量感测模块有机结合在一起，使得能够随时获取货柜内动力电池的装载数据或货柜剩余容量的信息，以便例如允许追溯货柜内货物变化情况。更特别的是，借助本发明所提出的承重缓冲模块，可以在所承载的动力电池重量发生变化时，通过自动地调节空气弹簧的压力，自适应地为相应的承重物提供最佳的缓冲效果，同时不同于常规正负刚度实现结构，借助由斜面-滚轮-空气弹簧构成的正刚度实现结构和由圆弧凸面-滚轮-空气弹簧构成的负刚度实现结构之间的配合作用，可以在提供缓冲的同时，刚度能够自适应地进行调整以便保持理想的平衡位置，从而减少缓冲过程中可能存在的低频振动的发生，为所承载的动力电池提供最佳的保护。此外，整个智能货柜结构简单，且允许使用各种低成本的设备(例如各种现有传感器产品、压电换能器)来实现各种复杂功能，有利于该智能货柜的应用推广。

尽管前面结合附图通过具体实施例对本发明进行了说明，但是，本领域技术人员容易认识到，上述实施例仅仅是示例性的，用于说明本发明的原理，其并不会对本发明的范围造成限制，本领域技术人员可以对上述实施例进行各种组合、修改和等同替换，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (10)

1.一种动力电池智能追溯储运防爆货柜，其包括物理状态感测模块、装载量感测模块、承重缓冲模块、数据通信模块及控制模块；

所述物理状态感测模块用于测量货柜内的一种或多种物理状态；

所述装载量感测模块用于借助超声波信号测量所述货柜的空闲空间；

所述数据通信模块用于允许在所述货柜内部和外部以无线的方式进行数据通信，以及借助超声波信号实现所述货柜内部与外部之间的数据通信；

所述承重缓冲模块用于支承动力电池，并提供缓冲作用；

所述控制模块用于根据所述货柜的物理状态中的一个或多个控制所述装载量感测模块的开启，并根据所述装载量感测模块的测量结果估算所述货柜的空闲空间量；以及，根据所述动力电池的重量控制所述承重缓冲模块的刚度。

2.如权利要求1所述的动力电池智能追溯储运防爆货柜，其中，所述物理状态感测模块包括温湿度传感器、磁传感器、运动传感器和加速度计；

所述温湿度传感器用于监测所述货柜内的温度和湿度值；

所述磁传感器用于监测所述货柜的门的状态变化；

所述加速度计用于监测所述货柜的自由落体事件的发生；

所述运动传感器用于监测所述货柜内运动行为的发生。

3.如权利要求2所述的动力电池智能追溯储运防爆货柜，其中，所述装载量感测模块包括在所述货柜的顶部均匀分布的多个超声波传感器；并且，

所述控制模块被设置成：计算所述超声波传感器的超声波信号的发射时间与接收时间之间的时间差，基于所述温度和湿度值确定超声波速度，以及根据所述时间差和所述超声波速度估算所述货柜内的空闲空间量；以及，根据所述磁传感器的信号控制所述装载量感测模块的开启。

4.如权利要求3所述的动力电池智能追溯储运防爆货柜，其中，所述数据通信模块包括第一无线信号收发单元、第一转换单元、第一压电换能器、第二电压换能器、第二转换单元及第二无线信号收发单元；

所述第一无线信号收发单元、第一转换单元和第一压电换能器设置在所述货柜的内部，其中，所述第一无线信号收发单元用于以无线的方式在所述货柜的内部实现无线数据通信，所述第一转换单元用于实现用于所述第一无线信号收发单元的数字信号与所述用于第一压电换能器的模拟信号之间的转换，所述第一压电换能器通过超声耦合介质与所述货柜的顶部内表面形成耦合，用于将从所述第一转换单元接收到的模拟信号转换成超声波信号；

所述第二无线信号收发单元、第二转换单元和第二压电换能器设置在所述货柜的外部，其中，所述第二压电换能器通过超声耦合介质与所述货柜的顶部外表面形成耦合，用于将接收到的超声波信号转换为模拟信号，所述第二转换单元用于实现用于所述第二压电换能器的模拟信号与用于所述第二无线信号收发单元的数字信号之间的转换,所述第二无线信号收发单元用于以无线的方式在所述货柜的外部实现无线数据通信。

5.如权利要求4所述的动力电池智能追溯储运防爆货柜，其中，所述压电换能器具有35-45KHz的频率。

6.如权利要求5所述的动力电池智能追溯储运防爆货柜，其中，所述压电换能器具有40KHz的频率；并且，

所述第一转换单元包括第一模数转换器和第一数模转换器，所述第二转换单元包括第二模数转换器和第二数模转换器，且在所述第一压电换能器与第一模数转换器之间和在所述第二压电换能器与第二模数转换器之间设置有放大器。

7.如权利要求6所述的动力电池智能追溯储运防爆货柜，其中，所述承重缓冲模块包括外框架和承重缓冲主体；

所述外框架用于与所述货柜的底部固定连接，且包括底座及从所述底座向上延伸的多根第一引导杆；

所述承重缓冲主体包括承重平台、多根第二引导杆、多个第一滚轮和多个第一空气弹簧、以及多个第二滚轮和多个第二空气弹簧；

所述承重平台用于支承所述动力电池，且设置有重量传感器；

所述第二引导杆设置在所述承重平台的下表面上并竖直向下延伸，且其外侧借助引导轮与所述第一引导杆形成连接以允许两者在竖直方向上发生相对运动；

所述第二引导杆的内侧上形成有斜面区域和圆弧外凸区域，其中，所述斜面区域位于所述圆弧外凸区域的上方；

所述第一滚轮通过连杆与所述第一空气弹簧形成连接，且与所述斜面区域形成接触，其中，所述第一空气弹簧与所述外框架形成固定连接，由此在竖直方向上提供正刚度；

所述第二滚轮通过连杆与所述第二空气弹簧形成连接，并与所述圆弧外凸区域形成接触，其中，所述第二空气弹簧与所述外框架形成固定连接，由此在竖直方向上提供负刚度；并且，

在无负载的状态下，所述第二滚轮与所述圆弧外凸区域的下部形成接触；当负载发生变化时，通过调整所述第一和第二空气弹簧内的压力，使所述第二滚轮在所述圆弧外凸区域上发生滚动运动以达到平衡位置，其中，在所述平衡位置上，所述第二滚轮的圆心与所述圆弧外凸区域的圆心处于同一水平面上。

8.如权利要求7所述的动力电池智能追溯储运防爆货柜，其中，所述控制模块根据所述支承平台上的重量传感器的输出信号，调节所述第一和第二空气弹簧中的压力，以实现所述平衡位置。

9.如权利要求8所述的动力电池智能追溯储运防爆货柜，其中，所述空气弹簧包括连接板、由弹性材料形成的波纹管、以及具有气口的活塞；

所述连接板设置在所述波纹管的一端，用于连接所述连杆；

所述波纹管充当充气室；

所述活塞设置在所述波纹管的另一端，用于提供所述充气室的气路。

10.如权利要求9所述的动力电池智能追溯储运防爆货柜，其中，所述波纹管由橡胶材料制成。

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