CN213937493U - 一种智能安全锂电池换电柜 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能安全锂电池换电柜，包括柜体，任一柜体设有若干仓体，任一仓体配合设有控制板，控制板上设有可插拔接口，配合可插拔接口的仓体内可插拔设有电池；对应任一可插拔接口设有充电器，所有的可插拔接口与充电器间配合有充电控制器；任一控制板上设有连接至主控制端的通讯模块，充电控制器与主控制端配合。本实用新型解决充电难题，操作便捷，增强电池的安全识别性充电，具有充电、断电、短路保护，可以后台进行管理和数据监测，简单有序；可配置多容量充电功能，兼容性、适应性高，降低生产厂家的生产成本；采用CAN通信技术控制，可以选择并控制充电器并联，为大容量锂电池充电，可靠性强、安全系数高。

Description

一种智能安全锂电池换电柜

技术领域

本实用新型涉及发电、变电或配电的技术领域，特别涉及一种智能安全锂电池换电柜。

背景技术

随着我国电子商务及商业经济的不断发展，物流外卖产业也随之快速扩张规模，而物流外卖行业中近距离的配送一般都以电动三轮车或者两轮车为主，主要是其具有价格低廉、运输方便、体积小等优点而在物流行业备受青睐。

虽然电动车已经成为物流外卖行业日常短途出行的重要交通工具，但在骑行使用中，车辆电瓶如果没电要去哪里充电、充电时长、离充电站距离等问题都会影响到客户接收快递或外卖的时间，同时也会影响物流和外卖小哥的工作效率，最终影响到其业绩。

现有技术中，也存在一些锂电池充电柜供临时充电，然而，由于锂电池的容量各不相同，现有的锂电池充电柜又大多是为特定容量或小电容的锂电池充电，而大容量的锂电池充电器需要特殊定制研发，在这过程中，要不研发过程企业需要投入大量的人力资源和资金并增加充电器的生产成本，要不就只能放弃某一部分的受众，维持在常规的充电柜技术上，这极大影响到了一部分物流外卖行业的从业人员，也直接忽略了市场中另一部分电动车使用者的隐藏需求。

实用新型内容

本实用新型解决了现有技术中存在的问题，提供了一种优化结构的智能安全锂电池换电柜，随到、随换、随走，解决了电动车充电难、充电安全隐患大、续航短、电池型号多、兼容性差的痛点。

本实用新型所采用的技术方案是，一种智能安全锂电池换电柜，所述换电柜包括柜体，任一柜体设有若干仓体，任一所述仓体配合设有控制板，所述控制板上设有可插拔接口，配合所述可插拔接口的仓体内可插拔设有电池；

对应任一所述可插拔接口设有充电器，所有的所述可插拔接口与充电器间配合设置有充电控制器；

任一所述控制板上设有通讯模块，所述通讯模块连接至主控制端；

所述充电控制器与主控制端配合设置。

优选地，任一所述充电器的输入端连接至市电接口，任一所述充电器的输出端连接至充电控制器，对应任一可插拔接口的充电控制器内设有可控开关，所有的可控开关并联；所述可控开关与主控制端配合设置。

优选地，任一所述控制板的输入端与充电控制器配合，所述输入端顺次连接至调节单元和稳压单元，所述稳压单元连接至可插拔接口；所述调节单元为LLC谐振电路。

优选地，任一所述控制板上配合设有用于测试电池剩余电量的采样端，所述采样端与可插拔接口配合设置，所述采样端与主控制端配合设置。

优选地，所述稳压单元的输出端和电池间设有检测单元，所述检测单元连接至主控制端。

优选地，所述主控制端配合设有定位模块。

优选地，所述通讯模块包括设于控制板上的CAN通信端，所述CAN通信端通过线束连接至CAN总线，所述CAN总线与主控制端配合设置。

优选地，所述充电器包括1种或多种容量；充电器的总数大于仓体的总数。

优选地，任一所述仓体的门与柜体间设有电控锁；所述柜体上分布设有振动传感器；任一所述电控锁和振动传感器与主控制端配合设置。

优选地，任一所述仓体设有散热口。

本实用新型涉及一种优化结构的智能安全锂电池换电柜，换电柜包括柜体，任一柜体设置若干仓体，为任一仓体配合设置控制板并在控制板上设置可插拔接口，配合可插拔接口的仓体内可插拔设置电池；可插拔接口对应设置与充电控制器配合的充电器，同时在控制板上设置连接至主控制端的通讯模块，通过充电控制器与主控制端的配合完成充电的控制作业。

本实用新型的有益效果在于：

1、便于配置GPRS通讯，支持电池和换电柜定位，手机APP可以通过与主控制端的配合提前线上预约换电，到柜子前后再进行借、还，避免用户到了电池设备前却发现没有电池的情况发生，解决充电难问题；

2、操作便捷，换电仅需10秒，无需等待，物流外卖从业人员在换电后可以即刻出发；采用NFC数据传输功能，增强电池的安全识别性充电；

3、BMS管理，基于全方位电池安全智能管理系统，具有充电保护、断电保护、短路保护等多项功能；

4、以PC端管理后台进行设备管理、电池运行状态管理、用户管理、数据监测等，简单有序；

5、可以配置多容量充电功能，有较高的兼容性和适应性，降低充电器生产厂家的生产成本；

6、采用CAN通信技术控制，可以选择并控制充电器并联，为大容量锂电池充电，可靠性强、安全系数高。

在全球提倡低碳、环保发展的经济模式的当前，基于物联网+大数据的核心技术、构建安全充电、便携换电的服务网络，本实用新型不仅满足人们的换电需求，更能将电池更好地循环，在快递、外卖等行业得到迅速传播，成为新能源时代发展的趋势，满足用户扫码即用、即换即走的需求，为配送骑手、快递员，甚至社区居民、上班族等电动车用户提供优质服务。

附图说明

图1为本实用新型的换电柜的结构示意框图；

图2为本实用新型以一个可插拔接口及其控制板为例的结构示意框图；

图1和图2中，实线箭头表示电流方向或控制方向，虚线表示通信连接；

图3为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做进一步的详细描述，但本实用新型的保护范围并不限于此。

本实用新型涉及一种智能安全锂电池换电柜，所述换电柜包括柜体1，任一柜体1设有若干仓体2，任一所述仓体2配合设有控制板，所述控制板上设有可插拔接口，配合所述可插拔接口的仓体2内可插拔设有电池；

对应任一所述可插拔接口设有充电器，所有的所述可插拔接口与充电器间配合设置有充电控制器；

任一所述控制板上设有通讯模块，所述通讯模块连接至主控制端；

所述充电控制器与主控制端配合设置。

本实用新型中，换电柜从产品形态上看为类似快递柜的柜体1，电池被放置在每个独立的仓体2内并配合有柜门进行保护，在仓体2内设置控制板，电池通过控制板上的可插拔接口进行取电，而供电通过充电器完成。

本实用新型中，整个电池管理过程中通过设置配合的充电控制器和主控制端，主控制端控制充电控制器对充电器进行放电，同时基于通讯模块获得控制信号的反馈。

本实用新型中，通过控制每个柜门的开启来完成电池的借、还，结合BMS电池管理系统、NFC智能识别技术及GPRS导航功能，快速实现10秒换电的操作体验及更优质的骑行享受，让电动车用户可以用“换电”代替“充电”。

任一所述充电器的输入端连接至市电接口，任一所述充电器的输出端连接至充电控制器，对应任一可插拔接口的充电控制器内设有可控开关，所有的可控开关并联；所述可控开关与主控制端配合设置。

任一所述控制板的输入端与充电控制器配合，所述输入端顺次连接至调节单元和稳压单元，所述稳压单元连接至可插拔接口。

任一所述控制板上配合设有用于测试电池剩余电量的采样端，所述采样端与可插拔接口配合设置，所述采样端与主控制端配合设置。

所述稳压单元的输出端和电池间设有检测单元，所述检测单元连接至主控制端。

所述主控制端配合设有定位模块。

本实用新型中，充电器通过市电接口接入市电，并对应至至少一个可插拔接口，通过控制充电控制器内的1个或多个可控开关，可以将多路充电器进行并联，并最终对1个或多个可插拔接口对应的电池进行充电；在实际应用中，可控开关可以包括但不限于继电器的电器件进行控制。

本实用新型中，以调节单元和稳压单元获得稳定的充电电流，通过稳压单元的输出端连接至可插拔接口为电池充电；其中，调节单元为LLC谐振电路，提升电源系统效率以及系统的可靠性，在宽负载范围内实现零电压开关，能够在输入电压和负载大范围变化的情况下调节输出，同时开关频率变化相对很小，降低系统成本，LLC谐振电路为本领域常规技术，如采用HR1000芯片进行布线，可以依据本领域技术人员的需求自行设置；稳压单元由主控制端控制，确切地说，是在稳压单元的输出端和充电器间设置检测单元，通过检测单元检测输出电压，确定具体电压输出值，确保充电的可靠和可控。

本实用新型中，检测单元包括分别检测电压及电流的电路或设备，可以采用检测电路，也可以采用检测仪器，此为本领域技术人员容易理解的内容，本领域技术人员可以依据需求自行设置。

本实用新型中，主控制端通过采样端，可以获得当前待充电电池的剩余电量，电量的采样为本领域常规技术，本领域技术人员可以依据需求自行设置。

本实用新型中，所述主控制端配合设有定位模块，如GPS模块，通过GPS定位导航功能，用户可在手机APP查询到最近距离的换电柜，预约好需要更换电池类型功能。

所述通讯模块包括设于控制板上的CAN通信端，所述CAN通信端通过线束连接至CAN总线，所述CAN总线与主控制端配合设置。

所述充电器包括1种或多种容量；充电器的总数大于仓体2的总数。

本实用新型中，鉴于目前市场上电动车锂电池的容量不尽相同，现有的充电柜大多是为小容量或单一容量的锂电池充电，大容量的锂电池充电器需要特殊定制，企业需要投入大量的资金和人力资源进行研发和生产，同时也增加了充电器的生产成本，故换电柜内的电池适用于多种容量的锂电池充电，大容量锂电池和小容量锂电池充电可同时进行，同时工作互不干扰，减少了充电器的生产成本。

本实用新型中，举例来说，可以提供至少两种充电方案，一种是为32A/h及以下小容量锂电池充电，另一种是为32A/h以上的大容量锂电池充电，有较高的兼容性和适应性，很大程度的降低了充电器生产厂家的生产成本，减少充电时间。

本实用新型中，为小容量锂电池充电时，使用充电柜内部对应的10A充电器为每个仓体2中的电池供电；为大容量锂电池充电时，采用多个充电器并联供电的方法为锂电池充电；当所需充电电池放入仓体2后，对电池容量进行识别获取，将识别到的电池容量信息通过CAN通信电路发送至主控制端的CPU，同时，CAN通信判断所有仓体2的充电状态，并将反馈的充电器状态及闲置数量的信息发送至CPU，CPU根据获取信息进行电流、电压运算处理，推算出该容量锂电池所需充电电流及并联充电器的数量，将运算结果反馈给CAN通信电路，CAN通信电路结合获取信息挑选闲置充电器并控制其在充电控制器中并联，并联后的电流经过控制板的输出端输出至柜门为锂电池充电；CAN通信电路通过光耦隔离与CPU连接。

本实用新型中，例如，充电柜有12个仓体2，每个仓体2对应一个10A的充电器和标号，实际充电器个数大于12个；当1号仓体2内识别到一个100A/h的锂电池需要充电，同时CAN通信电路检测到2号仓体2对应的充电器处于闲置状态，则CPU根据锂电池容量运算出该电池充电可并联2个充电器为该锂电池充电，CAN通信电路根据CPU传送的信息控制1号充电器与2号充电器在充电控制器中并联（可控开关合拢），并联后的电流通过电流控制模块的输出端口传输至1号柜门为锂电池充电；采用充电器并联充电的方法100A/h的锂电池充满只需要5小时，而市场上现有的充电柜充满电池需要10小时，因此采用并联充电方法的充电柜可靠性更高，充电时间更短。

本实用新型中，也可以在每个仓体2内设置识别设备，通过识别设备结合BMS电池管理系统，可自动识别放入锂电池的型号类别，可以对多种不同型号锂电池进行安全充电。

任一所述仓体2的门与柜体1间设有电控锁3；所述柜体1上分布设有振动传感器4；任一所述电控锁3和振动传感器4与主控制端配合设置。

本实用新型中，为了防止换电柜的仓体2的门被暴力开启，或是碰到任何特殊的情况，进而导致损坏或发生人身财产安全事故，在仓体2的门与柜体1间设置电控锁3，并在柜体1上分布设置振动传感器4，当电控锁3出现在上电状态下被开启、柜体1出现不正常振动时，则发送信号至主控制端，主控制端可以调用换电柜附近的监控设备进行人工检查，或是直接联网报警，防止机械拆解、破坏的可能性。

任一所述仓体2设有散热口5。

本实用新型中，由于电池在充电过程中将大量放热，故为仓体2设置散热口5，保证电池的使用寿命和换电柜整体的安全。

本实用新型中，本身的结构就可以降低充电隐患，BMS模块在监管的过程中可以实时获得电池充电状态，配合消防设备后可以实现单仓灭火，隔离危险、减少安全隐患。

本实用新型中，还可以为换电柜的控制端配置读写模块，如NFC模块；当用户到达换电柜地点时，应用NFC智能识别技术，采用手机扫码支付的方式，扫描换电柜显示屏上的二维码，打开充电柜中事先预约好换电池的仓门进行换电，将骑行过程中不足电量的锂电池放入柜仓后，更换已经预约好的充满电量的锂电池继续骑行，可节约骑手的大量的时间；当然也可以用户事先下单要求换电，到达指定位置后发送指令，选中的仓体2的柜门直接开启，即无需设置显示屏等。

本实用新型中，可以为所有用户设置智能控制系统，充电数据实时上传锂电池参数性能至云平台，可24小时不间断的动态充电管理，实现锂电池快速安全充电，保证用户能够取到满电状态电池，让用户续航更久、跑的更快，同时有效避免自主充电所带来的安全隐患；还可以拟合用户可能充电的时间，进行后续的优化分配。

Claims (10)

1.一种智能安全锂电池换电柜，其特征在于：所述换电柜包括柜体，任一柜体设有若干仓体，任一所述仓体配合设有控制板，所述控制板上设有可插拔接口，配合所述可插拔接口的仓体内可插拔设有电池；

对应任一所述可插拔接口设有充电器，所有的所述可插拔接口与充电器间配合设置有充电控制器；

任一所述控制板上设有通讯模块，所述通讯模块连接至主控制端；

所述充电控制器与主控制端配合设置。

2.根据权利要求1所述的一种智能安全锂电池换电柜，其特征在于：任一所述充电器的输入端连接至市电接口，任一所述充电器的输出端连接至充电控制器，对应任一可插拔接口的充电控制器内设有可控开关，所有的可控开关并联；所述可控开关与主控制端配合设置。

3.根据权利要求1或2所述的一种智能安全锂电池换电柜，其特征在于：任一所述控制板的输入端与充电控制器配合，所述输入端顺次连接至调节单元和稳压单元，所述稳压单元连接至可插拔接口。

4.根据权利要求1或2所述的一种智能安全锂电池换电柜，其特征在于：任一所述控制板上配合设有用于测试电池剩余电量的采样端，所述采样端与可插拔接口配合设置，所述采样端与主控制端配合设置。

5.根据权利要求3所述的一种智能安全锂电池换电柜，其特征在于：所述稳压单元的输出端和电池间设有检测单元，所述检测单元连接至主控制端。

6.根据权利要求1所述的一种智能安全锂电池换电柜，其特征在于：所述主控制端配合设有定位模块。

7.根据权利要求1所述的一种智能安全锂电池换电柜，其特征在于：所述通讯模块包括设于控制板上的CAN通信端，所述CAN通信端通过线束连接至CAN总线，所述CAN总线与主控制端配合设置。

8.根据权利要求1或7所述的一种智能安全锂电池换电柜，其特征在于：所述充电器包括1种或多种容量；充电器的总数大于仓体的总数。

9.根据权利要求1所述的一种智能安全锂电池换电柜，其特征在于：任一所述仓体的门与柜体间设有电控锁；所述柜体上分布设有振动传感器；任一所述电控锁和振动传感器与主控制端配合设置。

10.根据权利要求1所述的一种智能安全锂电池换电柜，其特征在于：任一所述仓体设有散热口。

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