CN114824605B - 载荷施加装置以及蓄电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种载荷施加装置，具有：弹性机构；第一部件，其根据蓄电单元的收缩而移动；第二部件，其被设置为隔着弹性机构与第一部件的相反侧；切换装置，弹性机构具有：在蓄电模块进行了第一尺寸的膨胀的情况下，向蓄电模块施加第一约束载荷的第一形态；在蓄电模块进行了第一尺寸的膨胀的情况下，向蓄电模块施加比第一约束载荷大的第二约束载荷的第二形态，切换装置在蓄电模块进行了第一尺寸的膨胀的情况下向蓄电模块施加比第一约束载荷小的约束载荷时，实施用于从第一形态向第二形态切换的动作。

Description

载荷施加装置以及蓄电装置
技术领域
本发明涉及一种载荷施加装置以及蓄电装置。
背景技术
在如下述日本特开2014-175078、日本特开2003-036830中公开的那样，通过将多个蓄电单元串联或并联连接而一体化，从而构成蓄电模块。蓄电装置具有蓄电模块、用于向蓄电模块施加约束载荷的载荷施加装置。通过将载荷施加装置构成为能够长期地施加恰当的约束载荷，能够在蓄电装置中得到长期稳定的性能。
发明内容
当长期地使用载荷施加装置时，例如基于随着时间的劣化等原因，载荷施加装置有可能不能够向蓄电模块施加必要且充分的载荷。例如，在构成蓄电模块的蓄电单元在一个方向上进行了收缩的情况下，有时在该一个方向上从载荷施加装置向蓄电模块施加的载荷不足。
作为应对方案，考虑了将载荷施加装置预先构成为假定了不足的量而施加多余的载荷，但是有可能会产生在使用初始的阶段施加过剩的载荷、需要蓄电模块具有能够承受大的载荷的牢固的结构等的其他状况。
本发明的目的在于，提供一种载荷施加装置以及蓄电装置，所述载荷施加装置的结构为能够在与现有技术相比而较长的期间向对象物施加恰当的载荷，所述蓄电装置具有这样的载荷施加装置。
向包含多个蓄电单元的蓄电模块施加约束载荷的载荷施加装置，具有：弹性机构；第一部件，其被配置在一个方向上所述弹性机构与所述蓄电模块之间，并根据所述蓄电单元的收缩而沿所述一个方向移动；第二部件，其被设置在所述一个方向上隔着所述弹性机构与所述第一部件所在的一侧的相反侧；切换装置，所述弹性机构根据在所述一个方向上的所述第一部件与所述第二部件之间的距离而收缩，所述弹性机构根据所述弹性机构的收缩量，经由所述第一部件向所述蓄电模块施加约束载荷，所述弹性机构具有：在所述蓄电模块进行了第一尺寸的膨胀的情况下，向所述蓄电模块施加第一约束载荷的第一形态；在所述蓄电模块进行了所述第一尺寸的膨胀的情况下，向所述蓄电模块施加比所述第一约束载荷大的第二约束载荷的第二形态，所述切换装置被配置为，在所述蓄电模块进行了所述第一尺寸的膨胀的情况下向所述蓄电模块施加比所述第一约束载荷小的约束载荷时，实施用于从所述第一形态向所述第二形态切换的动作。
在所述载荷施加装置中，所述一个方向是层叠了多个所述蓄电单元的方向。
在所述载荷施加装置中，形成了所述第二形态的情况下的所述弹性机构的弹性系数与形成了所述第一形态的情况下的所述弹性机构的弹性系数相比而较大。
在所述载荷施加装置中，形成了所述第一形态的所述弹性机构包含向所述蓄电模块施加约束载荷的规定数量的弹性体，形成了所述第二形态的所述弹性机构包含向所述蓄电模块施加约束载荷的、与所述规定数量相比而较多的弹性体。
在所述载荷施加装置中，所述第一部件包含第一部分、在所述一个方向上具有与所述第一部分相比而较厚的厚度的第二部分，在所述弹性机构形成了所述第一形态的状态下，所述弹性机构经由所述第一部件的所述第一部分向所述蓄电模块施加约束载荷，在所述弹性机构形成了所述第二形态的状态下，所述弹性机构经由所述第一部件的所述第二部分向所述蓄电模块施加约束载荷。
蓄电装置具有：蓄电模块，其包含多个蓄电单元；载荷施加装置，其为上述的载荷施加装置，在将构成了所述蓄电模块的多个所述蓄电单元的SOC的值设定为规定的范围之外的状态下，实施基于所述切换装置的从所述第一形态向所述第二形态的切换。
根据所述结构，能够能得一种载荷施加装置以及蓄电装置，所述载荷施加装置的结构为能够在与现有技术相比而较长的期间向对象物施加恰当的载荷，所述蓄电装置具有这样的载荷施加装置。
附图说明
以下，参考附图，说明本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相同的标记表示相同的元件。
图1是表示实施方式1的载荷施加装置及蓄电装置的俯视图，表示载荷施加装置的弹性机构形成了第一形态的状态。
图2是表示实施方式1的载荷施加装置及蓄电装置的俯视图，表示载荷施加装置的弹性机构形成了第二形态的状态。
图3是表示实施方式1的载荷施加装置及蓄电装置的俯视图，表示通过载荷施加装置的切换装置实施了弹性机构从第一形态向第二形态的切换动作的状态。
图4是表示实施方式1的载荷施加装置及蓄电装置的俯视图，表示通过载荷施加装置向蓄电模块施加的约束载荷与图1所示的情况相比而变小的状态。
图5是表示实施方式1的载荷施加装置及蓄电装置的俯视图，表示由于用于从第一形态向第二形态切换的动作完成，通过载荷施加装置向蓄电模块施加的约束载荷与图4所示的情况相比而变大的状态。
图6是表示实施方式1的变形例的载荷施加装置及蓄电装置的俯视图。
图7是表示实施方式2的载荷施加装置及蓄电装置的俯视图，表示载荷施加装置的弹性机构形成了第一形态的状态。
图8是表示实施方式2的载荷施加装置及蓄电装置的俯视图，表示载荷施加装置的弹性机构形成了第二形态的状态。
图9是表示实施方式2的载荷施加装置及蓄电装置的俯视图，表示通过载荷施加装置的切换装置实施了用于弹性机构从第一形态向第二形态切换的动作的状态。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明。在以下说明的实施方式中，在提及个数、数量等的情况下，除了特别说明的情况之外，本发明的范围不一定限定于其个数、数量等。各构成要素除了特别说明的情况外，对本发明来说未必是必需的。对相同的部件和相当的部件标示相同的参照标号，有时不重复重复的说明。
附图所示的各结构的尺寸(例如，图1所示的L0、L1、D1)的绝对值及相对比例不一定如现实那样实际地表示，为了便于说明，有时放大地表示这些尺寸。
[实施方式1](蓄电装置100)
图1是表示第一实施方式的载荷施加装置60及蓄电装置100的俯视图。蓄电装置100具有蓄电模块50、载荷施加装置60、端板70、约束件91、92。蓄电模块50包含多个蓄电单元5。在相邻的两个蓄电单元5之间，配置了未图示的绝缘部件等，相邻的两个蓄电单元5为电绝缘。
载荷施加装置60与端板70以及约束件91、92协作，向蓄电模块50施加约束载荷。具体而言，载荷施加装置60具有弹性机构30、受力部件10(第一部件)、端板20(第二部件)、切换装置40。
受力部件10配置在一个方向80上弹性机构30与蓄电模块50之间，根据一个或多个蓄电单元5的收缩而沿一个方向80移动。端板20设置在一个方向80上隔着弹性机构30与受力部件10所在的一侧的相反侧。在此，一个方向80指的是，层叠了多个蓄电单元5的方向。一个方向80也可以不为相对于层叠了多个蓄电单元5的方向而平行的方向。一个方向80也可以是相对于层叠了多个蓄电单元5的方向而交叉的方向。
受力部件10包含主体部11、从主体部11朝向端板20侧鼓出的鼓出部12。在鼓出部12形成了倾斜面13，倾斜面13面向配置了后述的限制部件36(特别地，倾斜部36t)的位置地设置。
包含端板20的载荷施加装置60配置在一个方向80上蓄电模块50的一侧。端板70配置在一个方向80上蓄电模块50的另一侧。端板20、70具有板状的形状，例如由金属形成。约束件91、92的一个端部固定在端板20上，约束件91、92的另一个端部固定在端板70上。约束件91、92连结端板20与端板70。
弹性机构30具有弹性体31、32、33、限制部件36。弹性体31、32、33和限制部件36设置在一个方向80上的受力部件10与端板20之间。各弹性体31、32、33例如可以由可弹性形变的树脂形成，也可以由具有板状、盘状、螺旋状等各种形状的弹簧形成。限制部件36与弹性体32相邻配置，在限制部件36的前端设置了倾斜部36t。弹性机构30具有图1所示的第一形态S1、图2所示的第二形态S2。
(第一形态S1和第二形态S2)
在弹性机构30形成了第一形态S1(图1)的状态下，弹性机构30的弹性体31、33根据一个方向80上的受力部件10与端板20之间的距离D1而收缩。在弹性机构30形成了第一形态S1的状态下，根据弹性机构30的收缩量(行程量)，具体而言为弹性体31、33的收缩量，弹性机构30(弹性体31、33)经由受力部件10向蓄电模块50施加约束载荷(箭头71、73)。
在弹性机构30形成了第一形态S1(图1)的状态下，限制部件36的倾斜部36t卡止在弹性体32的前端，弹性体32通过限制部件36而被保持为比自身的自然长度(无载荷状态的长度)短的状态。弹性体32形成了被压缩的状态(具有一个方向80上的内部应力(箭头72)的状态)。弹性体32的前端从受力部件10的鼓出部12离开，内部应力(箭头72)不作用在受力部件10上。
在弹性机构30形成了第二形态S2(图2)的状态下，弹性体32从与限制部件36的卡止状态被释放，弹性体31、32、33全部与受力部件10及端板20接触。弹性机构30的弹性体31、32、33根据一个方向80上的受力部件10与端板20之间的距离D2而收缩。
即，形成了第二形态S2的情况下的弹性机构30的弹性系数与形成了第一形态S1的情况下的弹性机构30的弹性系数相比而较大。在弹性机构30形成了第二形态S2的状态下，弹性机构30(弹性体31、32、33)根据弹性机构30的收缩量、具体而言为弹性体31、32、33的收缩量，经由受力部件10向蓄电模块50施加约束载荷(箭头71、72、73)。
图1表示弹性机构30形成了第一形态S1的状态。图2表示弹性机构30形成了第二形态S2的状态。切换装置40被配置为，能够实施从第一形态S1向第二形态S2的切换。在此，切换装置40包含未图示的控制部、充电电路等，切换装置40与蓄电模块50连接。通过切换装置40，能够实施构成蓄电模块50的多个蓄电单元5的充放电、将电荷状态(State Of Charge)设定为任意的值。
蓄电模块50在SOC被设定为规定值的状态下，在一个方向80上具有规定的基准长度L0。在第一形态S1(图1)中，在蓄电模块50从基准长度L0进行了第一尺寸L1的膨胀的情况下，通过载荷施加装置60的弹性机构30向蓄电模块50施加第一约束载荷(箭头71、73)。
在第二形态S2(图2)中，在蓄电模块50从基准长度L0进行了第一尺寸L1的膨胀的情况下，通过载荷施加装置60的弹性机构30向蓄电模块50施加第二约束载荷(箭头71、72、73)。第二约束载荷(箭头71、72、73)是与第一约束载荷(箭头71、73)相比而较大的值。
图3表示通过载荷施加装置60的切换装置40实施了弹性机构30从第一形态S1向第二形态S2的切换动作的状态。切换装置40例如在将构成蓄电模块50的多个蓄电单元5的SOC值设定为规定范围之外的状态下，实施基于切换装置40的从第一形态S1向第二形态S2的切换。
在图3所示的结构中，通过将SOC设定为与通常的使用范围内相比而较大的值，蓄电模块50从基准长度L0进行第二尺寸L2的膨胀。第二尺寸L2为大于第一尺寸L1的值。由于蓄电模块50的膨胀，受力部件10在一个方向80上比图1、2所示的情况移动得更大。
通过鼓出部12的倾斜面13与限制部件36的倾斜部36t进行接触，限制部件36(倾斜部36t)相对于弹性体32的卡止状态被解除，弹性体32伸长。由此，基于切换装置40从第一形态S1向第二形态S2的切换完成。限制部件36应该继续与端板20连接，以此不会出现异物、异常噪声。
(作用和效果)
如上所述，当长期地使用蓄电装置100或载荷施加装置60时，例如基于随着时间的劣化等原因，载荷施加装置60有可能不能够向蓄电模块50施加必要且充分的载荷。例如，弹性体31、33的长度受到蠕变形变的影响，有时比初始状态短。或者，弹性体31、33的弹性系数(杨氏模量)受到蠕变形变的影响，有时比初始状态小。
在图4中，为了便于说明，以受力部件10变薄来表现上述情况。如图4所示，当发生了上述情况时，在蓄电模块50从基准长度L0进行了第一尺寸L1的膨胀的情况下，向蓄电模块50施加比第一约束载荷(对应于图1所示的箭头71、73)小的约束载荷。在这种情况下，切换装置40被配置为，通过实施参照图3中的述动作，实施用于从第一形态S1向第二形态S2切换的动作。
图5表示由于用于从第一形态S1向第二形态S2切换的动作完成，通过载荷施加装置60向蓄电模块50施加的约束载荷与图4所示的情况相比变大的状态。该状态是与在载荷施加装置60的使用开始时刻得到的第一形态S1及第二形态S2为不同的状态。通过形成该状态，即使在构成蓄电模块50的蓄电单元5在一个方向80上进行了收缩的情况下，也能够通过基于弹性体32的载荷增加的量而有效地抑制在该一个方向80上从载荷施加装置60向蓄电模块50施加的载荷不足。
因此，根据上述结构，能够能得一种载荷施加装置60以及蓄电装置100，所述载荷施加装置60的结构为能够在与现有技术相比而较长的期间向对象物施加恰当的载荷，所述蓄电装置100具有这样的载荷施加装置60。例如，在构成具有高容量的蓄电装置100(例如全固体电池)的情况下，作为具有较高的膨胀系数的材料，能够有效地采用或利用树脂等弹性体。在这样的情况下，通过采用在本实施方式中公开的技术思想，也能够采取针对弹性体的蠕变形变的应对方案，能够实现作为蓄电装置100的产品的长寿命化。
在将蓄电装置100用于车载的情况下，蓄电装置100通常配置在难以维护的位置。在这样的情况下，仅通过切换装置40的SOC控制，例如即使维护作业人员不物理地访问载荷施加装置60，也能够实施用于从第一形态S1向第二形态S2切换的动作。
关于弹性体的蠕变程度，能够根据弹性体的物理性质、与载荷施加装置60相关的规格进行某种程度的预测。关于实施基于切换装置40的切换动作的定时，在设计上约束载荷有可能降低的时期、在能够进行电池充电的环境的状态下实施。
例如，也可以根据充放电时能够取得的电阻值的值、充放电的累计次数、充放电的累计时间、使用温度、充放电的累计容量、行驶距离等，预先设定规定的阈值，并通知该阈值的到来(形成作业人员能够识别的状态)、根据该阈值的到来而自动地实施基于切换装置40的切换动作。
在载荷施加装置60中，随着从第一形态S1向第二形态S2的转变，作用在受力部件10上的弹性体的数量增加。即，形成了第一形态S1的弹性机构30包含向蓄电模块50施加约束载荷的规定数量(在此，为两个)的弹性体31、33，形成了第二形态S2的弹性机构30包含向蓄电模块50施加约束载荷的、与上述规定数量(两个)相比而较多(三个)的弹性体31、32、33。通过载荷施加装置60具有该结构，能够以图3所示的简单的动作而实施用于从第一形态S1向第二形态S2切换的动作。
[实施方式1的变形例]图6是表示实施方式1的变形例的载荷施加装置60及蓄电装置100的俯视图。在上述实施方式1中，通过实施用于从第一形态S1向第二形态S2切换的动作，针对用于向受力部件10施加约束载荷的两个弹性体31、33，追加一个弹性体32。
如图6所示，通过实施用于从第一形态S1向第二形态S2切换的动作，针对用于向受力部件10施加约束载荷的一个弹性体32，追加两个弹性体31、33。根据应该向蓄电模块50施加的约束载荷，设计弹性体的数量、弹性机构30的整体的弹性系数。
[实施方式2]参照图7～图9，对实施方式2中的载荷施加装置61和蓄电装置101进行说明。图7是表示载荷施加装置61和蓄电装置101的俯视图，表示载荷施加装置61的弹性机构30形成了第一形态S1的状态。图8表示载荷施加装置61的弹性机构30形成了第二形态S2的状态。
在载荷施加装置61中，弹性机构30具有受力部件10、弹性体37及基座38。弹性体37经由基座38配置在端板20上。弹性体37设置在一个方向80上的受力部件10(后述的移动块14)与基座38之间。受力部件10具有主体部11、移动块14、进给机构16。在主体部11形成了倾斜面15，移动块14在倾斜面15上移动。
受力部件10包含第一部分P1(图7)、第二部分P2(图8)。第二部分P2在一个方向80上具有与第一部分P1相比而较厚的厚度，通过第一部分P1及第二部分P2的存在而构成倾斜面15。在载荷施加装置61中，弹性机构30也具有图7所示的第一形态S1、图8所示的第二形态S2。
在弹性机构30形成了第一形态S1(图7)的状态下，弹性机构30的弹性体37根据一个方向80上的受力部件10(移动块14)与端板20之间的距离D1而收缩。在弹性机构30形成了第一形态S1的状态下，弹性机构30经由受力部件10的主体部11的第一部分P1而向蓄电模块50施加约束载荷(箭头74)。在弹性机构30形成了第一形态S1的状态下，弹性机构30(弹性体37)根据弹性机构30的收缩量，具体而言为弹性体37的收缩量，经由受力部件10向蓄电模块50施加约束载荷(箭头74)。
在弹性机构30形成了第二形态S2(图8)的状态下，弹性机构30的弹性体37根据一个方向80上的受力部件10(移动块14)与端板20之间的距离D2而收缩。在弹性机构30形成了第二形态S2的状态下，弹性机构30经由受力部件10的主体部11的第二部分P2向蓄电模块50施加约束载荷(箭头75)。在弹性机构30形成了第二形态S2的状态下，弹性机构30(弹性体37)根据弹性机构30的收缩量，具体而言为弹性体37的收缩量，经由受力部件10向蓄电模块50施加约束载荷(箭头75)。
第二部分P2在一个方向80上具有与第一部分P1相比而较厚的厚度。因此，在作为受力部件10的整体来看的情况下，与形成了第一形态S1时的受力部件10的厚度W1相比，形成了第二形态S2时的受力部件10的厚度W2较大。
蓄电模块50在SOC被设定为规定值的状态下，在一个方向80上具有规定的基准长度L0。在第一形态S1(图7)中，在蓄电模块50从基准长度L0进行了第一尺寸L1的膨胀的情况下，通过载荷施加装置61的弹性机构30向蓄电模块50施加第一约束载荷(箭头74)。
在第二实施方式S2(图8)中，在蓄电模块50从基准长度L0进行了第一尺寸L1的膨胀的情况下，通过载荷施加装置61的弹性机构30向蓄电模块50施加第二约束载荷(箭头75)。第二约束载荷(箭头75)是比第一约束载荷(箭头74)大的值。
图9表示通过载荷施加装置61的切换装置40实施了弹性机构30从第一形态S1向第二形态S2的切换动作的状态。切换装置40例如在将构成蓄电模块50的多个蓄电单元5的SOC值设定为规定的范围之外的状态下，实施基于切换装置40的从第一形态S1向第二形态S2的切换。
在图9所示的结构中，通过将SOC设定为比通常的使用范围内小的值，蓄电模块50从基准长度L0进行第二尺寸L2的膨胀。第二尺寸L2是比第一尺寸L1小的值。由于蓄电模块50的膨胀，受力部件10在一个方向80上比图7、8所示的情况移动得更大。
在这样的图9所示的状态正在形成或者已经形成时，进给机构16进行动作，将移动块14的位置从第一部分P1改变为第二部分P2。作为进给机构16，其调节方式为，通过以弹簧等弹性体始终施加载荷，从而在移动块14与倾斜面15之间的摩擦力降低时从第一部分P1侧向第二部分P2侧压入。由此，基于切换装置40的从第一形态S1向第二形态S2的切换完成。
如上所述，当长期地使用蓄电装置101或载荷施加装置61时，例如由于基于随着时间的老化等原因，载荷施加装置61有可能不能够向蓄电模块50施加必要且充分的载荷。例如，弹性体37的长度受到蠕变形变的影响，有时比初始状态短。或者，弹性体37的弹性系数(杨氏模量)受到蠕变形变的影响，有时比初始状态小。
当发生了上述情况时，在蓄电模块50从基准长度L0进行了第一尺寸L1的膨胀的情况下，向蓄电模块50施加比第一约束载荷(对应于图7所示的箭头74)小的约束载荷。在这种情况下，切换装置40被配置为，通过实施参照图9中的上述动作，实施用于从第一形态S1向第二形态S2切换的动作。
由于从第一形态S1向第二形态S2切换的动作完成，通过载荷施加装置61向蓄电模块50施加的约束载荷变大。该状态是与在载荷施加装置61的使用开始时刻得到的第一形态S1及第二形态S2为不同的状态。通过形成该状态，在构成蓄电模块50的蓄电单元5在一个方向80上进行了收缩的情况下，也能够通过基于弹性体37的载荷增加的量而有效地抑制在该一个方向80上从载荷施加装置61施加给蓄电模块50的载荷不足。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本次公开的实施方式在全部方面都是例示，不应认为是限制性的。本发明的范围由权利要求书表示，包含与权利要求书均等的意思和范围内的全部改变。

Claims (6)

1.一种载荷施加装置，是向包含多个蓄电单元的蓄电模块施加约束载荷的载荷施加装置，具有：
弹性机构；
第一部件，其被配置在一个方向上所述弹性机构与所述蓄电模块之间，并根据所述蓄电单元的收缩而沿所述一个方向移动；
第二部件，其被设置在所述一个方向上隔着所述弹性机构与所述第一部件所在的一侧的相反侧；
切换装置，其对所述蓄电模块的所述多个蓄电单元的SOC的值进行控制，
所述弹性机构根据在所述一个方向上的所述第一部件与所述第二部件之间的距离而收缩，
所述弹性机构根据所述弹性机构的收缩量，经由所述第一部件向所述蓄电模块施加约束载荷，
所述弹性机构具有：
在所述蓄电模块进行了第一尺寸的膨胀的情况下，向所述蓄电模块施加第一约束载荷的第一形态；
在所述蓄电模块进行了所述第一尺寸的膨胀的情况下，向所述蓄电模块施加比所述第一约束载荷大的第二约束载荷的第二形态，
所述切换装置被配置为，在所述蓄电模块进行了所述第一尺寸的膨胀的情况下向所述蓄电模块施加比所述第一约束载荷小的约束载荷时，实施用于从所述第一形态向所述第二形态切换的动作。
2.根据权利要求1所述的载荷施加装置，其中，
所述一个方向是层叠了多个所述蓄电单元的方向。
3.根据权利要求1所述的载荷施加装置，其中，
形成了所述第二形态的情况下的所述弹性机构的弹性系数与形成了所述第一形态的情况下的所述弹性机构的弹性系数相比而较大。
4.根据权利要求3所述的载荷施加装置，其中，
形成了所述第一形态的所述弹性机构包含向所述蓄电模块施加约束载荷的规定数量的弹性体，
形成了所述第二形态的所述弹性机构包含向所述蓄电模块施加约束载荷的、与所述规定数量相比而较多的弹性体。
5.根据权利要求1或2所述的载荷施加装置，其中，
所述第一部件包含第一部分、在所述一个方向上具有与所述第一部分相比而较厚的厚度的第二部分，
在所述弹性机构形成了所述第一形态的状态下，所述弹性机构经由所述第一部件的所述第一部分向所述蓄电模块施加约束载荷，
在所述弹性机构形成了所述第二形态的状态下，所述弹性机构经由所述第一部件的所述第二部分向所述蓄电模块施加约束载荷。
6.一种蓄电装置，具有：
蓄电模块，其包含多个蓄电单元；
载荷施加装置，其为根据权利要求1至5中任一项所述的载荷施加装置，
在将构成了所述蓄电模块的多个所述蓄电单元的SOC的值设定为规定的范围之外的状态下，实施基于所述切换装置的从所述第一形态向所述第二形态的切换。
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