充电换电装置及系统的制作方法

本实用新型属于新能源技术领域，尤其涉及一种充电换电装置及系统。

背景技术：

充电换电柜，也可以称为智能换电柜，其外形一般类似储物柜，包括多个不同的格子，每个格子用于存放电池，柜体上通常设置有操作二维码。每个柜子内一般都设置有充电装置，用于自动给存放在格子内的电池充电。

充电换电柜主要为电动车用户提供换电服务，特别是一些外卖送餐员以及物流快递员等。需要换电服务的用户从电动车中取出电量较少的电池，通过扫描扫描柜体上的二维码，支付一定的租金后打开柜门，取出电量满格的电池放入电动车中，将电量较少的电池放入相应格子内，完成换电流程。通过充电换电柜，让电动车使用频次较多的用户可以用“换电”替代“充电”。

目前，充电换电柜内的电池充电方式一般是有线充电方式。有线充电方式的连接处由于大电流充电的接触电阻发热，极易氧化，氧化后又导致接触电阻增加，这种恶性循环严重影响充电柜和电池的使用寿命。此外，采用有线充电方式下，大电流接插件的频繁拔插，也会对充电柜和电池的使用寿命有一定的影响。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种充电换电装置及系统，旨在解决现有充电换电柜采用有线充电方式，导致充电柜和电池的使用寿命降低的问题。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供一种充电换电装置，包括主控模块、通信模块、无线充电模块以及至少一个充电腔体；所述无线充电模块包括无线发射单元和无线接收单元；

所述充电腔体用于容纳电池，每个所述充电腔体对应一个无线充电模块；所述主控模块通过所述通信模块分别与各个所述充电腔体的无线充电模块通信连接。

可选地，所述无线发射单元固定于所述充电腔体的内表面；所述无线接收单元固定于所述充电腔体内，且于所述无线发射单元相配合。

可选地，所述无线发射单元固定于所述充电腔体的内表面上，所述无线接收单元设置于电池包内；

所述电池包包括所述电池、所述无线接收单元和电池管理模块，所述电池分别与所述电池管理模块、所述无线接收单元连接，所述电池管理模块与所述无线接收单元连接。

可选地，所述无线发射单元包括第一整流子单元、功率子单元、发射端控制器和第一功率传输子单元；所述无线接收单元包括接收端控制器、第二整流子单元和第二功率传输子单元；

所述第一整流子单元的输入端与交流电源连接，输出端与所述功率子单元的第一输入端连接；所述功率子单元的第二输入端与所述发射端控制器连接，所述功率子单元的输出端与所述第一功率传输子单元的输入端连接；

所述发射端控制器和所述接收端控制器通信连接，所述接收端控制器与所述第二整流子单元的第一输入端连接，所述第二整流子单元的第二输入端与所述第二功率传输子单元的输出端连接，所述第二整流子单元的输出端与所述电池连接。

可选地，当所述无线接收单元设置于电池包内时，所述无线接收单元还包括电控开关，所述电控开关串接于所述第二整流子单元与所述电池的连接通路中，且所述电控开关的受控端与所述接收端控制器的连接。

可选地，所述发射端控制器与所述接收端控制器之间的通信方式为红外光电通信方式。

可选地，还包括与所述主控模块连接，用于采集电池充电数据的数据采集模块。

可选地，还包括与所述主控模块连接，用于指示所述电池充电状态的指示模块。

可选地，还包括与所述主控模块连接的报警模块。

此外，本实用新型实施例还提供了一种充电换电系统，包括如上述任一项所述的充电换电装置和与所述充电换电装置通信连接的移动终端。

本实用新型实施例通过在充电换电装置内设置无线充电模块，将传统的充电换电装置的有线充电方式替换为无线充电方式，提高了充电柜和电池的使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的充电换电装置的一种结构示意框图；

图2为本实用新型实施例提供的电池包结构示意框图；

图3为本实用新型实施例提供的无线充电模块的结构示意框图；

图4为本实用新型实施例提供的无线充电模块的另一结构示意框图；

图5为本实用新型实施例提供的充电换电系统的结构示意框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

请参见图1，为本实用新型实施例提供的充电换电装置的一种结构示意框图，该充电换电装置可以包括主控模块11、通信模块12、无线充电模块13以及至少一个充电腔体14；无线充电模块13包括无线发射单元131和无线接收单元132。

其中，充电腔体用于容纳电池15，每个充电腔体对应一个无线充电模块；主控模块通过通信模块分别与各个充电腔体的无线充电模块通信连接。

需要说明的是，上述充电换电装置的具体外现形状可以为柜体，也可以为其他形状。上述主控模块具体包括处理器、存储器以及其他必要器件，该主控模块用于对整个充电换电装置的工作流程进行控制，例如，电池充电流程以及换电流程等。上述通信模块用于实现主控模块与各无线充电模块之间的通信，以及主控模块与其他模块之间的数据交互，其可以为无线通信模块，例如，蓝牙；也可以为有线通信模块，例如，can总线。优选地，选用can总线实现主控模块和各个模块之间的数据交互。

上述无线充电模块包括无线发射单元和无线接收单元，所采用的无线通信方式可以是任意的，例如，载波方式、无线电波方式、红外光电方式。优选地，由于无线充电换电装置内包括多个无线充电腔体，多个充电腔体同时进行充电，需要保证一个无线发送端和相应的一个无线接收端的信息交换准确性，防止信息串扰，而红外光电具备的传输量、通信可靠以及一对一的通信方式等特点，符合无线充电换电装置的场景需求。

充电换电装置中存在有至少一个充电腔体，每个充电腔体用于存放电池，具体应用中，每个腔体可以外现为一个储物格子，每个储物格子均设置有对应的无线充电模块，用于为存放在充电腔体内的电池充电。

在一个实施例中，无线发射单元固定于充电腔体的内表面；无线接收单元固定于充电腔体内，且于无线发射单元相配合。具体应用中，无线发射单元和无线接收单元均可以设置于充电换电装置内，其中，无线发射单元固定于充电腔体的内表面上，无线接收单元通过充电腔体内表面上的固定装置，以固定在充电腔体内，无线接收单元的输出端与电池连接。

在另一个实施例中，无线发射单元固定于充电腔体的内表面上，无线接收单元设置于电池包内；参见图2示出的电池包结构示意框图，电池包包括电池21、无线接收单元22和电池管理模块23，电池分别与电池管理模块、无线接收单元连接，电池管理模块与无线接收单元连接。即将电池、电池管理模块(batterymanagementsystem，bms)和无线接收单元组成一个电池包。

当然，无线发射单元和无线接收单元的安装方式和设置位置并不仅限于上文提示的方式和位置。

进一步地，参见图3示出的无线充电模块的结构示意框图，上述无线发射单元包括第一整流子单元31、功率子单元32、发射端控制器33和第一功率传输子单元34；无线接收单元包括接收端控制器35、第二整流子单元36和第二功率传输子单元37；

其中，第一整流子单元31的输入端与交流电源连接，输出端与功率子单元32的第一输入端连接；功率子单元32的第二输入端与发射端控制器33连接，功率子单元32的输出端与第一功率传输子单元34的输入端连接；

发射端控制器33和接收端控制器35通信连接，接收端控制器35与第二整流子单元36的第一输入端连接，第二整流子单元36的第二输入端与第二功率传输子单元37的输出端连接，第二整流子单元37的输出端与电池连接。

需要说明的是，上述第一整流子单元用于将交流电源输入的交流电转换为直流电，其具体结构可以是任意的，例如，具体为整流桥。上述功率子单元用于根据发射端控制器的控制指令控制传输功率的大小。第一功率传输子单元可以具体为但不限于感应线圈，用于与第二功率传输子单元相配合，完成能量传输。

第二功率传输子单元可以具体为但不限于感应线圈，与第一功率子传输子单元相配合，产生感应交流电，输出至第二整流子单元，第二整流子单元将该交流电转换为直流电后输出至电池。第一功率传输子单元和第二功率传输子单元相配合以实现能量无线传输。

发射端控制器和接收端控制器之间的信息交换可以通过任意通信方式实现，优选地，发射端控制器与接收端控制器之间的通信方式为红外光电通信方式。

需要说明的是，上述图3示出的无线充电模块的具体结构可以应用于无线发射单元和无线接收单元均设置于充电换电装置的场景，也可以应用于无线发射单元设置于充电换电装置内，无线接收单元设置于电池包内的场景。

更进一步地，当无线接收单元设置于电池包内时，上述无线接收单元还可以包括电控开关，电控开关串接于第二整流子单元与电池的连接通路中，且电控开关的受控端与接收端控制器的连接。该电控开关用于在非充电状态下，自动切断第二整流子单元与电池的连接通路，以将无线接收单元的静置消耗降为零。该电控开关可以具体为晶体管或继电器等等。

可选地，参见图1，上述充电换电装置还可以包括与主控模块连接，用于采集电池充电数据的数据采集模块16。进一步地，上述充电换电装置还可以包括与主控模块连接，用于指示电池充电状态的指示模块17；还包括与主控模块连接的报警模块18。

其中，上述数据采集模块可以设置于充电腔体的表面，用于采集电池充电数据，电池充电数据可以包括但不限于电池电量和电池信息(例如，电池类型和型号等)等。采集到相应的电池充电数据之后，可以通过can总线传输至主控模块。

上述指示模块可以具体为但不限于指示灯，通过指示灯指示各个充电腔体中的电池的充电状态，例如，指示灯为绿色时，表明该充电腔体内的电池正在充电中，指示灯为蓝色时，表明该充电腔体内的电池已经充满，指示灯为红色时，则表明该该充电腔体内的电池出现了充电故障。其中，每个充电腔体可以对应一个指示模块，且可以分别设置于每个充电腔体的出口处相应位置。

上述报警模块可以具体为但不限于蜂鸣器或指示灯，用于在检测到预设报警场景时执行操作。预设报警场景可以例如为柜门没有关或者电池出现充电故障等等。

在一种场景下，充电换电装置具体为充电换电柜，该充电换电柜包括多个储物格子和显示屏，显示屏上显示有相应的操作二维码；当用户需要换电服务时，通过手机等移动终端扫描操作二维码，充电换电柜的主控模块根据用户的操作控制相应的柜门打开，用户从储物格子中取出电量满格的电池，然后从自身的电动车中取出电池，将从电动车中取出的电池放入至相应储物格子，关上相应的柜门；并将电量满格的电池放入电动车中。充电换电柜自动检测用户放入的电池的相关信息，例如，电量、电池类型以及型号等等，然后控制无线充电模块为该电池进行充电。进一步地，可以实时采集各个储物格子中的电池的充电状态等数据，并通过内置的网关发送至服务器，再由服务器将各个电池的实时充电状态发送至移动终端，这样，运维人员可以通过手机等移动终端实时了解到各个电池的充电状态。

本实施例中，通过在充电换电装置内设置无线充电模块，将传统的充电换电装置的有线充电方式替换为无线充电方式，提高了充电柜和电池的使用寿命。

实施例二

在无线接收单元、电池管理模块和电池一体化设计的场景下，充满电的电池包在静置存放时，会产生相应的静置消耗，静置消耗包括电池电芯本身的自放电、bms的消耗和无线接收端的消耗。而电芯的自放电一般均由电芯生产厂家考虑，bms的静置消耗也会有相应的设计，例如，低功耗模式。为了减少甚至于消灭无线接收单元的静置消耗，可以通过电控开关控制通路的通断实现。本实施例将对无线接收单元、电池管理模块和电池一体化设计的无线充电模块的结构进行介绍说明。

请参见图4，为本实用新型实施例提供的无线充电模块的另一结构示意框图，该无线充电模块包括无线发射端41和电池包42，无线发射端41包括第一整流模块411、功率模块412、第一感应线圈413以及发射端控制器414，第一整流模块411接交流电源，功率模块分别与第一整流模块、发射端控制器、第一感应线圈连接。

电池包42包括电池421、bms422以及无线接收端423，无线接收端423包括接收端控制器4231、第二整流模块4232、第二感应线圈4233以及电控开关4234。第二感应线圈将产生的交流电输出至第二整流模块，第二整流模块将交流电转换为直流电后，输出至电池。该电池的类型可以是任意的，优选地，该电池为锂电池。

电控开关串接于第二整流模块与电池之间的通路上，受接收端控制器控制，在充电状态下，接收端控制器控制电控开关合上，使得第二整流模块和电池之间的通路导通，以对电池进行无线充电；在非充电状态下，接收端控制器控制电控开关打开，使得第二整流模块和电池之间的通路断开，这样，无线接收端的电能消耗可以降为零。

此外，本实用新型实施例还提供了充电换电系统，参见图5示出的本实用新型提供的一种充电换电系统的结构示意框图，该系统可以包括如上述实施例中的任一项的充电换电装置51和与充电换电装置通信连接的移动终端52。

其中，上述移动终端可以具体为智能手机等终端，用于接收并显示充电换电装置的相关信息，例如，各个电池的充电状态信息，各个电池的租用信息等。

本实施例中，在无线接收单元、电池管理模块和电池一体化设计的场景下，通过电控开关控制功率接收部分与电池之间的通路的通断，以将无线接收端的电能消耗降为零。

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