CN113844317B - 便携式换电电动车用电池换电柜的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种便携式换电电动车用电池换电柜的控制方法，所述动力电池换电柜具有多个腔室，腔室内设有可与充电线路断开的充电连接端，腔室前侧设有可启闭的柜门，腔室的后壁被设置为可开闭的，并于腔室的后侧设有电池承载平台，且所述控制方法包括充电时采集电池模块的充电电流及温度，若充电电流和温度至少之一大于预设第一阈值时，断开电池模块的充电并发出报警信号，若电池模块的温度大于预设第二阈值时，断开充电连接端与充电线路之间的连接，并使电池模块移至电池承载平台处。本发明的动力电池换电柜控制方法利用对充电电流和模块温度的采集，可利用断开充电及报警以及将模块移出的两级保护策略，提高动力电池换电柜使用的安全性。

Description

便携式换电电动车用电池换电柜的控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种便携式换电电动车用电池换电柜的控制方法。

背景技术

随着国家关于汽车排放法规的要求越来越严格，以动力电池作为能量来源的新能源车型愈加受到各车企与消费者的关注，且在国家层面亦不断推出针对于新能源汽车的各种扶持政策，基于此，新能源汽车的发展迎来了一个黄金时期。

虽然以动力电池作为能量来源，特别是针对于以动力电池作为唯一能量来源的纯电动车型，其电池技术与相关的车身技术得到了较大的发展，可现在的纯电动汽车依然面临着电池容量较小，致使汽车续航里程难以满足使用要求的不足，这种不足在气温较低的冬季表现的尤甚。因而，无论是对车企，还是对广大的消费者，如何进一步提高动力电池的单位体积容量，以及如何保证电动汽车的续航能力，已成为不可避免的话题。

目前，使用于电动汽车上的动力电池一般均采用具有较大体积的整块模组形式，在模组内则分布有彼此电连接的多个电池单元，电池单元多采用三元锂或磷酸铁锂材料，并在电池单元之间的模组内部也设置温控结构，以在使用过程中或者充电时，保证整个模组在适宜的温度范围，这样有利于保障动力电池的整体性能。

对于以上普遍采用的整块模组的动力电池结构，其有着生产成本较低，安装至车身后结构稳定，以及便于整车电控等优点。但不可否认的是，这种大块的电池结构也直接导致了其重量较大，因而除了固定安装至车身上，难以进行其它使用角度上的考虑。

正由于现有的整块模组式的新能源汽车动力电池所存在的缺点，特别是其广泛存在的里程焦虑，可换电的动力电池设置方式越来越受到人们的关注。在电动车换电方式中，一种是仍采用目前的整块模组式电池包，这对于车型较大的电动汽车较为适用，不过也存在换电操作要求高，换电效率较低的不足。另外一种方式则是针对于小型电动汽车，其使用的动力电池由数个小型电池模块组成，单个电池模块的体积及重量适于人工操作更换，并且对于这种小型电池模块，在充电换电站例如采用具有多个充电位置的换电柜便可实现换电及充电过程。

不过，由于以上第二种换电方式刚刚萌芽，尚没有形成较为完备的运转模式，尤其是对于充电换电站采用的换电柜，因其具有多个充电位置，要完成的充电任务较多，这就导致其使用较为频繁。此时，如果不对换电柜的使用加以正确的控制，则容易因超温或电流过大发生事故，进而影响换电柜的正常工作，严重的甚至会对操作人员的安全带来威胁。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种便携式换电电动车用电池换电柜的控制方法，以可提高换电柜的使用安全性。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种便携式换电电动车用电池换电柜的控制方法，所述动力电池换电柜具有多个以容置电池模块的腔室，所述腔室内设有充电连接端，所述充电连接端被设置为可与所述动力电池换电柜的充电线路断开，于所述腔室的前侧设有可启闭的柜门，所述腔室对应所述柜门的后壁被设置为可开闭的，并于所述腔室的后侧设有位于所述动力电池换电柜外部的电池承载平台；

且所述动力电池换电柜控制方法包括：

(a)、于所述腔室内的所述电池模块充电时，采集所述电池模块的充电电流及所述电池模块的温度；

若所述电池模块的充电电流和温度至少之一大于预设的第一充电电流阈值或第一温度阈值时，启动计时；

若计时时间大于预设的第一时间阈值，断开所述电池模块的充电，并发出报警信号；

(b)、继续采集所述电池模块的温度；

若所述电池模块的温度大于预设的第二温度阈值时，启动计时；

若计时时间大于预设的第二时间阈值，断开所述充电连接端与所述充电线路之间的连接，并使所述电池模块移出至所述电池承载平台处。

进一步的，所述电池模块的温度通过设于所述腔室内的红外温度传感器采集。

进一步的，所述报警信号包括灯光信号和声音信号中的至少一种。

进一步的，于所述腔室的底部及所述电池承载平台的靠近所述腔室后壁的一侧设有滚动支撑所述电池模块的若干滚动体，且所述电池模块因所述滚动体的支撑而可前后滑动。

进一步的，所述滚动体为滚珠或滚轮。

进一步的，所述腔室的后壁由枢转设于所述动力电池换电柜的柜体上的可对开的两个后壁板构成，于各所述后壁板和所述柜体之间设有驱使所述后壁板至开启状态的扭簧，并于各所述后壁板和所述柜体之间设有关闭锁止组件，且所述关闭锁止组件被设置为可克服所述扭簧所施加的作用力，而将各所述后壁板锁定于关闭状态。

进一步的，所述关闭锁止组件包括设于所述柜体上的电磁铁，以及对应于所述电磁铁设于所述后壁板上的可被所述电磁铁吸附的衔铁。

进一步的，所述电磁铁为居于两所述后壁板中间设置，两所述后壁板上的所述衔铁由同一所述电磁铁吸附。

进一步的，所述电池承载平台上设有后挡板，所述后挡板的表面设有阻燃减震垫，并于所述后挡板上开设有多个窗口。

进一步的，所述动力电池换电柜上对应于各所述腔室设有直线动力输出装置，所述直线动力输出装置的动力输出端上设有伸于所述腔室内的拨叉，所述腔室的底部开设有供所述拨叉前后移动的滑槽，且所述拨叉由所述直线动力输出装置驱动而可推动置于所述腔室内的所述电池模块，以使所述电池模块通过开启的所述后壁板而移至所述电池承载平台上。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的动力电池换电柜控制方法利用对充电电流和模块温度的采集，可利用断开充电及报警以及将模块移出的两级保护策略，一方面避免电池模块出现过流及过温，另一方面也可在过温难以避免时，将电池模块及时移出至换电柜外部的电池承载平台处，由此可降低电池模块发生损坏的几率，且可避免因过温起火可能导致的换电柜受到损坏，进而能够提高动力电池换电柜使用的安全性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的动力电池换电柜中其一腔室位置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述的后壁板及电磁铁的布置示意图；

附图标记说明：

1-柜体，2-柜门，3-后壁板，4-电池承载平台，5-后挡板，6-窗口，7-阻燃减震垫，8-滚动体，9-电磁铁，10-衔铁，11-直线动力输出装置，12-拨叉，13-滑槽；

100-电池模块，301-铰链。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

此外，在本发明中的实施例中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“背”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实施例，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本实施例涉及一种便携式换电电动车用电池换电柜的控制方法，该控制方法的设计主旨在于利用对电池模块充电电流和模块温度的采集，通过断开充电电路并报警，以及将模块移出的两级保护策略，一方面避免电池模块出现过流及过温，另一方面也在过温难以避免时，将电池模块及时移出至换电柜外的电池承载平台处，由此降低电池模块发生损坏的几率，且避免因过温可能导致的换电柜受到损坏，从而提高动力电池换电柜使用的安全性。

基于以上的主旨思想，本实施例所涉及的动力电池换电柜具有多个以容置电池模块的腔室，腔室内设有充电连接端，且该充电连接端被设置为可与动力电池换电柜的充电线路断开。其中，一般的，动力电池换电柜中的腔室可为设置成在高度方向上有多层，并在每层并排设置若干个腔室。各腔室内的充电连接端，实质即为一根具有合适长度的充电线束，其一端为连接插头可与电池模块上的充电插口插接相连，另一端则用于和换电柜中的充电线路相连。

此时，上述充电连接端与换电柜充电线路之间的可断开设置，其例如可采用推拉电磁铁，并在该推拉电磁铁的工作端(也即伸缩端)绝缘设置动触点。由此，每个腔室中设置有与换电柜充电线路电连接的静触点，且使得推拉电磁铁上的动触点和静触点对应布置，在进行充电连接端和充电线路的电连接时，将充电连接端的端部置于静触点部位，再使得推拉电磁铁通电动作，进而将充电连接端压接在动触点和静触点之间即可。

当需要充电连接端和充电线路断开时，控制推拉电磁铁断电，动触点复位撤去了对充电连接端的压紧力，此时也便实现了两者之间的断开。

本实施例中，如图1和图2所示为以其中一个腔室位置给出了本实施例的动力电池换电柜的示例性结构形式，在电池换电柜中，电池模块100即可容置在腔室内，于腔室的前侧即设置有可启闭的柜门2，而腔室的对应于柜门2的后壁泽被设置为可开闭的，上述的电池承载平台4便设置在腔室的后侧，且该电池承载平台4也具体为位于动力电池换电柜的外部。

此外，本实施例所述的动力电池换电柜控制方法主要包括有如下的步骤：

(a)、在腔室内的电池模块100充电时，采集电池模块100的充电电流及电池模块100的温度；

若电池模块100的充电电流和温度至少之一大于预设的第一充电电流阈值或第一温度阈值时，启动计时；

若计时时间大于预设的第一时间阈值，断开电池模块100的充电，并发出报警信号；

(b)、继续采集电池模块100的温度；

若电池模块100的温度大于预设的第二温度阈值时，启动计时；

若计时时间大于预设的第二时间阈值，断开充电连接端与充电线路之间的连接，并使电池模块100移出至电池承载平台4处。

在上述控制步骤中，各预设的温度阈值、电流阈值及时间阈值可在实际实施中根据设计需求进行设定。其中，电池模块充电电流的采集采用现有技术中的常规充电电流采集方式即可，而针对于腔室内电池模块温度的采集，一般则可通过设置于腔室内的红外温度传感器，并且为了保证温度采集的准确性，可在腔室内设置诸如两个或三个红外温度传感器，各传感器布置于不同的位置，以采集不同区域的电池模块的温度，而后各传感器采集值的均值则可作为电池模块的采集温度值。

不过，为防止因电池模块部分区域温度较高，而其他区域温度较低，由此给电池模块温度采集带来较大的误差，甚至影响对电池模块温度的判断。本实施例中也可设置当任一红外温度传感器的采集温度与上述采集温度均值之间的差值大于设定阈值时，则以该红外温度传感器的采集温度作为电池模块的采集温度值。

由于电池模块一般是人工放置于腔室中，故电池模块放置的位置、姿态等也会对各红外温度传感器的温度采集带来影响，此时为降低该因素可能造成的干扰。作为优选的实施形式，例如本实施例可在腔室内设置限位电池模块的限位结构，该限位结构一般可为构造在腔室内的两个相对侧壁上的限位凸楞，通过限位凸楞使得电池模块被约束的仅能放置于预设的位置。

当然，为方便电池模块进入腔室内，在限位凸楞的位于腔室开口的一侧应设置外扩形的导向斜面。

本实施例中，上述报警信号一般包括灯光信号和声音信号中的至少一种便可，且这两种报警信号的设置方式均采用现有技术中的常规部件及布置形式即可。而且为便于工作人员及时发现报警信号，本实施例所设置的报警装置可在换电柜位置及工作人员办公场所分别设置。

仍参见图1所示的，本实施例的换电柜中的腔室具体由柜体1构造而成，腔室的开口处设置所述柜门2，并且作为一种示例性实施形式，腔室的所述后壁具体由枢转设置于柜体1上的可对开的两个后壁板3构成，各后壁板3一般可通过铰链301枢转安装在柜体1上，在各后壁板3和柜体1之间也设有可驱使后壁板3至开启状态的扭簧，同时在各后壁板3和柜体1之间亦设置有关闭锁止组件。

其中，上述扭簧在柜体1和后壁板3之间的布置参考现有技术中的扭簧常规设置方式便可，且一般的扭簧也为套设在后壁板3的枢转轴之上。此外，本实施例的关闭锁止组件在设计上被设置为可克服扭簧所施加的作用力，以将各后壁板3锁定于关闭状态。此时，作为一种优选示例，例如所述关闭锁止组件具体为包括设置于柜体1上的电磁铁9，以及对应于电磁铁9而设置在后壁板3上的可被电磁铁9吸附的衔铁10。

再参考图2，上述电磁铁9和对应的各后壁板3上的衔铁10例如可为对应各后壁板3分别设置有一组，且需注意的是，电磁铁9和相应的衔铁10为设置在腔室的顶部位置。不过，为减少部件数量，同时也便于控制，本实施例中的电磁铁9优选的则为居于两后壁板3中间设置的一个，且两后壁板3上的衔铁10也即为由同一个电磁铁9吸附控制。

本实施例中，为使得电池模块100能够滑动而由腔室内外移至电池承载平台4处，在腔室的底部和电池承载平台4的靠近腔室后壁的一侧也设置有滚动支撑电池模块100的若干滚动体8。此时，电池模块100因上述滚动8)的支撑而能够前后滑动，同时，一般的上述滚动体8也采用设置在柜体1及电池承载平台4上的滚珠或滚轮便可。

此时，需要指出的是，当滚动体8采用滚轮时，各滚轮之间应按电池模块100的滑动方向逐个布置，同时各滚轮的滚动轴线应与电池模块100的滑动方向正交设置。通过滚动体8的设置，可将电池模块100与腔室底部以及电池承载平台4部分表面之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，进而能够大大降低彼此之间的摩擦力，以便于电池模块100向电池承载平台4处的滑动。当然，通过腔室内的滚动体8的设置，也能够便于将电池模块100置于腔室中。

为避免滑动移出至电池承载平台4处的电池模块100会因惯性掉出电池承载平台4，本实施例在电池承载平台4的末端也可设置向上延伸的后挡板5，而且在后挡板5上也开设有多个通透的窗口6。设置窗口6一方面可便于从外部观察移出的电池模块100的状态，另一方面在电池模块100发生起火时，也能够便于从窗口6处对电池模块100进行灭火，以避免需要灭火人员距离电池模块100太近。

此外，为降低防止电池模块100和后挡板5之间的碰撞程度，在后挡板5的表面也设置有阻燃减震垫7，设于后挡板5上的各窗口6也贯穿所述阻燃减震垫7即可。另外，为使得通过滚动体8滚动支撑的电池模块100能够在进入电池承载平台4处后减速，以进一步减轻电池模块100和后挡板5之间的碰撞，本实施例同样也可在电池承载平台4的靠近后挡板5一侧的表面设置阻燃减振垫7。

电池承载平台4表面上阻燃减震垫7的高度一般与滚动体8的顶部平齐或略低于滚动体8的顶部便可。如此，可保证电池模块100能够完全进入外部的电池承载平台4处。

本实施例中，为使得腔室内的电池模块100能够进入外部的电池承载平台4处，对应于各腔室在柜体1上设置有直线动力输出装置11，并在直线动力输出装置11的动力输出端上固连设有伸于腔室内的拨叉12，同时，在腔室的底部开亦设置有供拨叉12前后移动的滑槽13。

此时，在直线动力输出装置11驱动下，拨叉12在滑槽13内滑动，从而便可推动置于腔室内的电池模块100，以使得电池模块100在滚动体8的滚动支撑下，能够通过开启的后壁板3而移出至电池承载平台4上。

上述直线动力输出装置11一般可为采用推拉式电磁铁，腔室底部的滑槽13为靠近柜门2一侧布置，且该滑槽13一般也设置具有适宜长度的一段，而无需延展至整个腔体长度上。在拨叉12的推动下，电池模块100获得初始滑动力之后，便可在滚动体8的滚动支撑下，而能够利用自身惯性滑动移出至电池承载平台4处。

本实施例中的换电柜一般在每层腔室的后侧设置电池承载平台4即可，且电池承载平台4可为对应每个腔室分别设置，也可为对应同一层腔室共同设置。此外，本实施例的换电柜的与电池模块充电有关的启闭、定时等等设定，以及电池承载平台4与柜体1之间的固定等等，其均采用现有技术中的常规实施方式即可。

本实施例的电池换电柜的设计，使用时后壁板3为关闭状态，需充电时，开启柜门2将电池模块100放入，并连接充电连接端便可。而在充电过程中，若充电电流或模块温度超过预设阈值，则首先断开充电电源，并报警。而若模块温度继续升高超过预设阈值，则充电连接端自动断开，后壁板3开启，在直线动力输出装置11带动下，电池模块100会滑出至外部电池承载平台4处。

本实施例的便携式换电电动车用电池换电柜的控制方法，利用两级防护策略，可保证换电柜的使用安全，而有着很好的实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种便携式换电电动车用电池换电柜的控制方法，其特征在于：所述电池换电柜具有多个用以容置电池模块（100）的腔室，所述腔室内设有充电连接端，所述充电连接端被设置为可与所述电池换电柜的充电线路断开，于所述腔室的前侧设有可启闭的柜门（2），所述腔室对应所述柜门（2）的后壁被设置为可开闭的，并于所述腔室的后侧设有位于所述电池换电柜外部的电池承载平台（4）；

于所述腔室的底部及所述电池承载平台（4）的靠近所述腔室后壁的一侧设有滚动支撑所述电池模块（100）的若干滚动体（8），且所述电池模块（100）因所述滚动体（8）的支撑而可前后滑动；

所述腔室的后壁由枢转设于所述换电柜的柜体（1）上的可对开的两个后壁板（3）构成，于各所述后壁板（3）和所述柜体（1）之间设有驱使所述后壁板（3）至开启状态的扭簧，并于各所述后壁板（3）和所述柜体（1）之间设有关闭锁止组件，且所述关闭锁止组件被设置为可克服所述扭簧所施加的作用力，而将各所述后壁板（3）锁定于关闭状态；

所述关闭锁止组件包括设于所述柜体（1）上的电磁铁（9），以及对应于所述电磁铁（9）设于所述后壁板（3）上的可被所述电磁铁（9）吸附的衔铁（10）；

所述电池换电柜上对应于各所述腔室设有直线动力输出装置（11），所述直线动力输出装置（11）的动力输出端上设有伸于所述腔室内的拨叉（12），所述腔室的底部开设有供所述拨叉（12）前后移动的滑槽（13），且所述拨叉（12）由所述直线动力输出装置（11）驱动而可推动置于所述腔室内的所述电池模块（100），以使所述电池模块（100）通过开启的所述后壁板（3）而移至所述电池承载平台（4）上；

且所述电池换电柜控制方法包括：

（a）、于所述腔室内的所述电池模块（100）充电时，采集所述电池模块（100）的充电电流及所述电池模块（100）的温度；

若所述电池模块（100）的充电电流和温度至少之一大于预设的第一充电电流阈值或第一温度阈值时，启动计时；

若计时时间大于预设的第一时间阈值，断开所述电池模块（100）的充电，并发出报警信号；

（b）、继续采集所述电池模块（100）的温度；

若所述电池模块（100）的温度大于预设的第二温度阈值时，启动计时；

若计时时间大于预设的第二时间阈值，断开所述充电连接端与所述充电线路之间的连接，并使所述电池模块（100）移出至所述电池承载平台（4）处。

2.根据权利要求1所述的便携式换电电动车用电池换电柜的控制方法，其特征在于：所述电池模块（100）的温度通过设于所述腔室内的红外温度传感器采集。

3.根据权利要求1所述的便携式换电电动车用电池换电柜的控制方法，其特征在于：所述报警信号包括灯光信号和声音信号中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的便携式换电电动车用电池换电柜的控制方法，其特征在于：所述滚动体（8）为滚珠或滚轮。

5.根据权利要求1所述的便携式换电电动车用电池换电柜的控制方法，其特征在于：所述电磁铁（9）为居于两所述后壁板（3）中间设置，两所述后壁板（3）上的所述衔铁（10）由同一所述电磁铁（9）吸附。

6.根据权利要求1所述的便携式换电电动车用电池换电柜的控制方法，其特征在于：所述电池承载平台（4）上设有后挡板（5），所述后挡板（5）的表面设有阻燃减震垫（7），并于所述后挡板（5）上开设有多个窗口（6）。