CN206861429U - 一种可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯 - Google Patents

一种可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开的一种可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯,包括置于灯杆内部的电池总成、M个动力电池、MCU,所述电池总成包括电池卡盘、第一转盘、第二转盘、步进电机,其中电池卡盘、第一转盘、第二转盘从上至下依次同轴设置,电池卡盘用于放置M个动力电池;第一转盘、第二转盘上分别设置有通孔槽,MCU检测到某个动力电池容量跳水时,MCU控制步进电机分别带动第一转盘、第二转盘转动至第一转盘、第二转盘的通孔槽同时位于该动力电池的正下方时,该动力电池脱离电池卡盘。本实用新型的路灯,通过对废旧动力电池的重新利用,形成路灯用储能电源,规避了梯次利用电池容量跳水的不利影响。

Description

一种可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯
技术领域
[0001 ] 本实用新型涉及动力电池再利用领域,特别涉及一种可追溯式易回收梯次利用动 力电池的路灯。
背景技术
[0002] 根据发展新能源汽车的相关规划,到2015年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车 累计产销量超过50万辆;到2020年,纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力达200万 辆,累计产销量超过500万辆。巨大的增量空间下,作为其核心部件的动力电池将大量存在, 而随着动力电池寿命的结束(一般认为电池容量衰减至标称容量80%的时候,就不再适合 继续在电动汽车上使用),从电动汽车上退役下来的电池将越来越多,对退役电池进行梯次 利用可以实现废旧动力电池的资源利用最大化。
[0003] 然而动力电池在生产设计的时候并未过多考虑容量80%以下的使用性能,动力电 池经过长时间的使用,极易出现容量跳水现象,即电池随机在某一次的充放电过程中容量 出现断崖式减少。由于电池在使用时是以多个电池串联起来达到所需要的电压平台来进行 使用,当电池组其中一个电池发生容量跳水时,整体电池组的容量受到该电池容量的制约, 电池组整体容量都发生倍数式的减少,甚至会导致整个电池组无法继续使用。而更换或维 修电池是一项比较麻烦的工程,一般动力电池以地埋的方式安装在路灯的基座上或是悬挂 在在灯杆外部或者太阳能电池下方,更换电池时需要把电池从地下挖出来或者搭载云梯维 修,维护非常不便利。梯次利用动力电池在汽车上经过长时间的使用,性能变得没有保障, 常规来说是不允许用于路灯储能的。而路灯基数庞大,将动力电池梯次利用于路灯储能是 解决新能源汽车爆发式增长后退役时产生大量的废旧动力电池的重要途径。
[0004] 《电动汽车动力蓄电池回收利用技术政策(2015年版)》文件要求梯次利用企业要 负责梯次利用产品的回收,动力电池进行梯次利用制备成太阳能路灯用储能电池后,如何 采用有效的技术手段对每一个动力电池进行追溯并保证每一个动力电池得到有效回收是 亟待解决的难题。 实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种可追溯式易回收梯 次利用动力电池的路灯。
[0006] 本实用新型的目的通过以下的技术方案实现:
[0007] 一种可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯,包括灯杆、灯头,还包括置于灯杆 内部的电池总成、为灯头供电的M个动力电池、M个电压采集单元、M个电流采集单元、M个继 电器、M⑶,所述电池总成包括电池卡盘、第一转盘、第二转盘、步进电机,其中电池卡盘、第 一转盘、第二转盘从上至下依次同轴设置,电池卡盘沿着圆心均匀设置M个卡槽,M个卡槽用 于放置M个动力电池;第一转盘、第二转盘上分别设置有通孔槽,M⑶控制步进电机分别带动 第一转盘、第二转盘转动;当第一转盘、第二转盘的通孔槽同时位于某个动力电池的正下方 时,该动力电池脱离电池卡盘;M个电压采集单元、M个电流采集单元、M个继电器分别与M个 动力电池连接,其中电压采集单元采集所连接的动力电池的电压信号并传输至MCU,电流采 集单元采集所连接的动力电池的电流信号并传输至M⑶;M⑶通过控制继电器的通断,进而 每隔一段时间控制一定数量性能相近的动力电池串联,以保证电池总成输出电压在预设范 围内,M为正整数。
[0008]所述电池总成还包括2M个第一弹性导电接头、顶板、电机,一个动力电池分别与两 个第一弹性导电接头连接,所述顶板上开有2M个用于固定第一弹性导电接头的通孔,顶板 上设置有一个以上的插销及插销固定件,插销的一端插入灯杆内侧壁,插销的另一端与电 机相连,插销通过插销固定件支撑顶板;当MCU检测到电池卡盘中的动力电池数量少于预设 值时,MCU控制电机带动插销的一端从灯杆内侧壁脱离,电池总成下落至取电池窗;
[0009]所述顶板上还设置有电池取电板,所述可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯 还包括第二弹性导电接头;其中灯头通过导线与第二弹性导电接头连接,第二弹性导电接 头与电池取电板直接接触,电池取电板与2M个第一弹性导电接头的顶端相连接。
[0010] 为了防盗及安全考虑,电池总成不会安装在人手能够直接拿取的区域,同时为了 后续的维护方便,电池总成也不会埋藏在地下,所以本实用新型将电池总成设置在灯杆的 中间位置。考虑到电池卡盘中的动力电池数量少于预设值时,从灯杆的中间位置取回电池 总成比较麻烦,需要云梯等设备才能取回,故通过MCU控制电机带动插销的一端从灯杆内侧 壁脱离,电池总成下落至取电池窗,保证人手能够直接拿取,既方便且安全。
[0011]所述第一弹性导电接头包括导体金属、弹簧、固定套,导体金属的顶端连接有接线 导线,下端设置有导电牙,其中导电牙与动力电池的电池极耳相接触;导体金属的外侧表面 设置有绝缘层,绝缘层的中部设置有卡环,卡环阻塞弹簧使导体金属与固定套弹性连接。
[0012] 所述取电池窗对应的灯杆内侧壁和底座设置有绝缘缓冲材料。设置绝缘缓冲材料 的目的是防止电池单体和电池总成从上方落下时发生短路或受到损伤。
[0013] 所述第一转盘设置的通孔槽,与动力电池接触一面的槽孔四边做倒角。这样能够 方便动力电池从电池卡盘中脱离。
[0014] 所述可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯,还包括太阳能电池、支架,其中支 架设置在灯杆的顶端,支架用于支撑太阳能电池,太阳能电池用于给动力电池充电;
[0015]所述顶板上还设置有电池取电板,所述可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯 还包括第二弹性导电接头;其中太阳能电池通过导线与第二弹性导电接头连接,第二弹性 导电接头与电池取电板直接接触,电池取电板与2M个第一弹性导电接头的顶端相连接。 [0016]所述可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯,还包括与M⑶相连的通讯单元,当 MCU检测到某个动力电池发生容量跳水时,该动力电池从电池卡盘脱离,同时通讯单元向维 护方发出对应动力电池回收的指令和对应的路灯的定位信号;当MCU检测到电池卡盘中的 动力电池数量少于预设值时,通讯单元向维护方发出对应电池总成回收的指令和对应的路 灯的定位信号。没有通讯单元,同样能完成本实用新型目的,只不过动力电池是否需要回 收,需要维修人员一个灯杆一个灯杆地去确认,相对来说,耗时耗力,有了通讯单元之后,维 护方能够实时知道动力电池是否出现异常以及出现异常的具体位置,方便快捷且准确高 效。
[0017]所述通讯单元包括GPRS收发器、WiFi模块。通讯单元不仅限于GPRS收发器,也可以 为其他类型的无线通讯装置,或者为有线通讯装置。
[0018]所述第一转盘设置有开孔的第一传动轴,第二转盘设置有第二传动轴,第二传动 轴插入第一传动轴后以锁止圈将其限位在电池卡盘下方;第一传动轴上设置有单向离合器 A与步进电机相连,第二传动轴上设置有单向离合器B与步进电机相连。
[0019] —种可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯,其工作过程如下:
[0020] 路灯的灯杆中间内置电池卡盘,电池卡盘沿着圆心均匀设置M个卡槽,M个动力电 池分别放置在卡槽中,MCU通过控制继电器的通断,进而控制对应的动力电池是否与其它动 力电池串联,M为正整数;一个以上的动力电池串联起来为灯头供电;
[0021]电压采集单元采集所连接的动力电池的电压信号并传输至MCU,电流采集单元采 集所连接的动力电池的电流信号并传输至MCU;动力电池在充放电时,MCU根据动力电池的 电流与该动力电池的电压乘积的积分值计算求得该动力电池的容量;
[0022]当某个动力电池的容量出现跳水时,MCU发出信号,带动步进电机顺时针(或逆时 针)运动一定的圈数带动第二转盘转动,使第二转盘的通孔槽旋转到对应动力电池的下方, 然后步进电机以逆时针(或顺时针)运动一定的圈数带动第一转盘转动,使第一转盘的通孔 槽旋转到对应动力电池的下方,对应动力电池脱出电池总成;同时,MCU并输出信号到通讯 单元,通讯单元向维护方发出对应电池编码的废旧电池单体回收的指令和路灯的定位信 号;
[0023]当电池总成中电池单体数量少于设定的数量时,MCU输出信号到通讯单元,通讯单 元向维护方发出对应电池编码的废旧电池总成回收的指令和路灯的定位信号;同时MCU输 出驱动信号到电机,驱动电机带动插销向内运动,电池总成从灯杆中部脱离。
[0024]本实用新型与现有技术相比,具有如下优点和有益效果:
[0025] 1、本实用新型通过对废旧动力电池的重新利用,形成路灯用储能电源,规避了梯 次利用电池容量跳水的不利影响。
[0026] 2、本实用新型一种可追溯式梯次利用电池,电池报废后可以一一对应回收同时反 馈定位信号,最后实现全部回收,解决电池难回收,不知所踪的问题。
[0027] 3、本实用新型一种简易式梯次利用电池,电池单体损坏后系统自动将其与电池总 成分离,电池总成损坏后系统自动将其与灯杆分离,回收者不需要使用云梯或挖地等复杂 的回收方式即可对故障电池进行回收。
附图说明
[0028]图1为本实用新型所述一种可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯的结构示意 图。
[0029]图2为电池卡盘的结构示意图。
[0030]图3为第一转盘的结构示意图。
[0031]图4为第二转盘的结构示意图。
[0032]图5为电池总成的结构示意图。
[0033]图6为顶板的结构示意图。
[0034]图7为第一弹性导电接头的结构示意图。
[0035]图8为第一弹性导电接头与动力电池连接的示意图。
[0036]图9为本实用新型所述一种可追溯式易回收梯次利用动力电池的电路图。
具体实施方式
[0037]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述,但本实用新型的实施 方式不限于此。
[0038]标记含义如下:
[0039]灯杆-1、基座-2、灯头-3、太阳能电池-4、支架-5、电池总成-6、安装窗-7、取电池 窗-8、动力电池-9、第一弹性导电接头-10、顶板-11、电池卡盘-12、第一转盘—13、第二转盘― 14、卡槽-15、第一转盘的通孔槽-16、第二转盘的通孔槽-17、第二转盘的传动轴—18、第一转 盘的传动轴-19、步进电机-20、接线导线-21、导体金属-22、绝缘层-23、固定套-24、弹簧-25、卡环-26和导电牙-27、插销-28、插销固定件-29、电机-30、通孔-31、绝缘缓冲材料-32、 取电板33、第二弹性导电接头-34。
[0040]如图1、9,一种可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯,包括:灯杆丨、基座2、灯 头3、太阳能电池4、支架5和电池总成6。
[0041]灯杆1内有安装窗7、取电池窗8、电池总成6和第一弹性导电接头排列。安装窗7位 于灯杆1上端,距离基座2两米以上。取电池窗8位于灯杆1下端,距离基座2有0-1.5米。电池 总成6的固定位置与安装窗7最高开口线平齐。第一弹性导电接头排列位于电池总成6上方, 电池总成6与太阳能电池4、灯头3、信号线是通过第一弹性导电接头弹性压紧的状态与电池 总成6的取电板接触。
[0042]电池总成6包括底板托盘、多个动力电池9、第一弹性导电接头10、顶板11。
[0043]如图2、3、4、5,底板托盘包括电池卡盘12、第一转盘13和第二转盘14。如图2,电池 卡盘I2有3-30个卡槽I5,卡槽I5的长宽尺寸比梯次利用动力电池单体长宽稍大〇-3ram。如图 3,第一转盘13直径与电池卡盘I2直径相等,内部有一个通孔槽16,第一转盘的通孔槽16位 于第一转盘的中心距与卡槽I5位于电池卡盘12的中心距相同,第一转盘的通孔槽16长宽尺 寸与卡槽15的长宽尺寸相同,与动力电池9单体接触的一面开槽四边做倒角。第二转盘14直 径与电池卡盘12直径相等,内部有一个通孔槽17,第二转盘的通孔槽17位于第二转盘14的 中心距与卡槽15位于电池卡盘I2的中心距相同,第二转盘的通孔槽n的长宽尺寸与卡位的 长宽尺寸相同。第二转盘14位于第一转盘13的底部,第一转盘13位于电池卡盘12的底部。第 二转盘14的中心有1个传动轴18。第一转盘13中心有1个传动轴19,第一转盘的传动轴19中 部开孔,孔径比第二转盘的传动轴1S外直径大0.01-lmm。第二转盘的传动轴18插入第一转 盘的传动轴I9后,以锁止圈将其限位在电池卡盘12下方。第一转盘的传动轴19上部有单向 离合器A与上方的步进电机20相连,第二转盘的传动轴18上部有与单向离合器A安装方向相 反的单向离合器B与上方的步进电机20相连。
[0044]如图7、8,第一弹性导电接头包括接线导线21、导体金属22、绝缘层23、固定套24、 弹簧25、卡环26和导电牙27。导体金属22和绝缘层23下横截面比上横截面大,下横截面表面 有金属导电牙27。卡环26在固定套24内部,卡环26内空直径介于导体金属绝缘层23上下表 面的外直径。
[0045]如图6,顶板11包括插销28、插销固定件29、电机30、通孔31。通孔位置和数量依据 动力电池单体装入电池卡盘12后正负极所对应的正上方位置而定,插销28由2个插销固定 件29固定在顶盘上,插销运动长度比顶盘与灯杆壁间距大5-20mm,插销一端有螺纹,电极旋 转时带动4个插销同时运动。
[0046]电池总成6由3_3〇个梯次利用动力电池9单体串联而成,每一个动力电池9单体有 独立的卡位编码,每一个动力电池9单体由一个独立的继电器控制串联或者开路,每一个继 电器动作信号由控制信号收集单元收集后传送到MCU,每一个电动力池单体由独立的电压 收集单元分别监控电压,电压收集单元将信号收集后传送到MCU。电池在充放电时,MCU根据 电流与对应单体电压乘积的积分值计算求得单个电池单体的容量。电池总成工作时随机将 一定数量的电池单体通过继电器随机串联起来达到设计的电压平台使用。当某个电池容量 出现跳水时,MCU发出信号,带动步进电机顺时针(或逆时针)运动一定的圈数带动第二转盘 转动,使第二转盘的通孔槽旋转到对应故障电池单体下方。然后步进电机逆时针(或顺时 针)运动一定的圈数带动第一转盘转动,使第一转盘的通孔槽旋转到对应故障电池单体下 方,故障电池脱出电池总成。同时,MCU并输出信号到GPRS收发器,GPRS收发器发出对应电池 编码的废旧电池单体回收的指令和路灯杆定位信号。当电池总成中电池单体数量少于设定 的数量时,MCU输出信号到GPRS收发器,GPRS收发器发出对应电池编码的废旧电池总成回收 的指令和路灯杆定位f号。同时MCU输出信号到电机驱动器,电机带动插销向内运动,电池 总成从路灯杆中部脱离。此时电池总成6的电池取电板33与第二弹性导电接头-34直接脱离 接触,断开连接,如果电池总成6的电池取电板33与灯头3、太阳能电池4是直接通过导线连 接的话,
[0047]如图1,所述取电池窗所在的平面设置有一层绝缘缓冲材料32。
[0048]如图6,所述顶板11上还设置有电池取电板33,如图1,所述可追溯式易回收梯次利 用动力电池的路灯还包括第二弹性导电接头34;其中灯头3、太阳能电池4分别通过导线与 第二弹性导电接头34连接,第二弹性导电接头34与电池取电板33直接接触,电池取电板33 与2M个第一弹性导电接头10的顶端相连接。
[0049]上述实施例为本实用新型较佳的实施方式,但本实用新型的实施方式并不受上述 实施例的限制,其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替 代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯,其特征在于:包括灯杆、灯头,还包 括置于灯杆内部的电池总成、为灯头供电的M个动力电池、M个电压采集单元、M个电流采集 单元、M个继电器、M⑶,所述电池总成包括电池卡盘、第一转盘、第二转盘、步进电机,其中电 池卡盘、第一转盘、第二转盘从上至下依次同轴设置,电池卡盘沿着圆心均匀设置M个卡槽, M个卡槽用于放置M个动力电池;第一转盘、第二转盘上分别设置有通孔槽,M⑶控制步进电 机分别带动第一转盘、第二转盘转动;当第一转盘、第二转盘的通孔槽同时位于某个动力电 池的正下方时,该动力电池脱离电池卡盘;M个电压采集单元、M个电流采集单元、M个继电器 分别与M个动力电池连接,其中电压采集单元采集所连接的动力电池的电压信号并传输至 MCU,电流采集单元采集所连接的动力电池的电流信号并传输至MCU;MCU通过控制继电器的 通断,进而每隔一段时间控制一定数量性能相近的动力电池串联,以保证电池总成输出电 压在预设范围,M为正整数。
2.根据权利要求1所述可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯,其特征在于:所述电 池总成还包括2M个第一弹性导电接头、顶板、电机,一个动力电池分别与两个第一弹性导电 接头连接,所述顶板上开有2M个用于固定第一弹性导电接头的通孔,顶板上设置有一个以 上的插销及插销固定件,插销的一端插入灯杆内侧壁,插销的另一端与电机相连,插销通过 插销固定件支撑顶板;当MCU检测到电池卡盘中的动力电池数量少于预设值时,ICU控制电 机带动插销的一端从灯杆内侧壁脱离,电池总成下落至取电池窗; 所述顶板上还设置有电池取电板,所述可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯还包 括第二弹性导电接头;其中灯头通过导线与第二弹性导电接头连接,第二弹性导电接头与 电池取电板直接接触,电池取电板与2M个第一弹性导电接头的顶端相连接。
3. 根据权利要求2所述可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯,其特征在于:所述第 一弹性导电接头包括导体金属、弹簧、固定套,导体金属的顶端连接有接线导线,下端设置 有导电牙,其中导电牙与动力电池的电池极耳相接触;导体金属的外侧表面设置有绝缘层, 绝缘层的中部设置有卡环,卡环阻塞弹簧使导体金属与固定套弹性连接。
4. 根据权利要求2所述可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯,其特征在于:所述取 电池窗对应的灯杆内侧壁和底座设置有绝缘缓冲材料。
5. 根据权利要求2所述可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯,其特征在于:还包括 太阳能电池、支架,其中支架设置在灯杆的顶端,支架用于支撑太阳能电池,太阳能电池用 于给动力电池充电; 其中太阳能电池通过导线与第二弹性导电接头连接。
6. 根据权利要求1所述可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯,其特征在于:所述第 一转盘设置的通孔槽,与动力电池接触一面的槽孔四边做倒角。
7. 根据权利要求1所述可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯,其特征在于:还包括 与MCU相连的通讯单元,当MCU检测到某个动力电池发生容量跳水时,该动力电池从电池卡 盘脱离,同时通讯单元向维护方发出对应动力电池回收的指令和对应的路灯的定位信号; 当MCU检测到电池卡盘中的动力电池数量少于预设值时,通讯单元向维护方发出对应电池 总成回收的指令和对应的路灯的定位信号。
8. 根据权利要求7所述可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯,其特征在于:所述通 讯单元包括GPRS收发器、WiFi模块。
9.根据权利要求1所述可追溯式易回收梯次利用动力电池的路灯,其特征在于:所述弟 一转盘设置有开孔的第一传动轴,第二转盘设置有第二传动轴,第^传动轴插入第一传动 轴后以锁止圈将其限位在电池卡盘下方;第一传动轴上设置有单向离合器A与步进电机相 连,第二传动轴上设置有单向离合器B与步进电机相连。
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