电动汽车换电用自行电池周转箱的制作方法

2.本发明涉及电动汽车用电源领域，尤其是指电动汽车电源电池的充电管理系统


背景技术：

3.目前，随着社会的发展，汽车爆炸式急增，带来的是尾气排放环境污染，雾霾天气居高不下，严重影响人们的健康，低碳环保成为人们的奢求，纯电动汽车应运而生。影响电动汽车发展的电池、电机、节能三大要素中的电池是主要中的关键，而电池的充电难，难充电又是影响电动汽车发展的主要瓶颈。目前可供选择的充电方式主要有：充电桩式充电、感应式充电、遥控无线式充电、微波充电等，其中后三种充电方式效率低又难以实施，目前正在不惜血本的大力推广充电桩式充电，但是这种方式明显存在九大缺陷：1、充电时间太长，少到半小时，多达数小时，这么长的时间是人们难以接受的，而且对充电商家来说也是难以维计的；2、对电池本身的损害，不管是什么样的电池都有个最优充电程序，由于各种原因人们不可能按照这种教条式的程序充电，经验证明，电池不是用电用坏的，而是充电不当充坏的，人们在充电时都是由于各种不同的情况而随心所欲，紧急情况下，充上一点就走，电池长期在欠压状态下运行，是一种致命的损害；3、电池充电是一个技术含量很高的过程，为了延长电池的使用寿命，人们研究了许多充电技术，但现状是电池种类繁杂，在一部充电桩上难以有针对性的区别对待，因此难保证电池使用寿命，更谈不上延长寿命；4、电池生产厂家参差不齐，而使用者又是个人群体，因此难以使电池的管理、维修达到最优化；5、使用电池的个人群体对报废电池的管理认识不足而处置不当，既是对资源的浪费又是对环境的污染；6、人们对电池使用知识上的认知缺失，因而可能造成安全上的危害；7、难以发展提高，电池行业都在奋力研究创新，不断出现新电池，新种类，而现在这种松散繁杂的局面难以集中优势智慧迅速提高，即是有志创新的电池生产厂家起码缺乏电池在使用中的第一手资料，何况许多厂家只是满足现状不知进取，而使用电池的个人又不可能也没有能力去研究电池的创新换代，所以这种方式只能在现状中徘徊；8、容易滋生各种假冒伪劣产品，由于使用者的无知，在更换新电池时极易上当受骗，无意中换上了假冒伪劣产品，助长了造假违规企业的发展；9、目前电动汽车生产厂家为开拓市场，一是增加运行里程，而要增加里程只有增加电池的能量储存，为了增加能量储存其中之一是增加电池的重量，但是增加了电池的重量相反却增加能量的无功消耗，降低了电池的使用效率。一般情况，目前一部电动汽车，采用60度电的锂离子电池，续航里程标准为300公里，但其电池的自重就达到了600kg，是全车重的1/3，相当于载着10个标准体重的人跑路算是空载，重量的增加严重影响了汽车的机动灵活性。二是发展快速充电，目前的电池要完成标准充电，就是锂电池平均也要三个小时以上，而要缩小到20分钟以内，是相当困难的，目前充电最快的是超级电容，但是其固有的比能量低，体积大，个体电容串联均压难而造成的性能下降等缺陷限制了它的应用。另外，最新报道的快速充电的铝离子电池其能量密度只有60wh/kg，其体积能量密度尚不得而知，这个指标难以用在电动汽车上，离实际应用，尚遥无期。有报道说，某电动汽车一次充电可行驶800km，而充满电只需10分钟，这是欺人之谈，有帐可算：设一度电可行驶6km，若行驶
800km需要133.3度电，假设电池电压220伏，充电效率75％，计算得充电电流4847安，这么大的电流需要多粗的输电线？这不现实！10、在社区设充电桩，若小区有一千户，一半的住户用电动汽车，每晚上伍佰辆汽车充电，这个充电桩怎么设？若集中式，需要多大面积的充电区域？若分散式，需要多少充电桩？二者皆难，而且路边充电桩少不能，社区充电桩不能少，岂不空费财物。
4.综上所述，电动汽车充电桩式充电，虽是世界通行的，虽是目前唯一的，但却是无奈的也是最无前途的，这种充电方式势必影响电动汽车业的普及和发展，尽管国家有优惠政策，但人们还是顾虑再三，望而却步，给环境污染的治理增加了一定的难度。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有电动汽车充电难、难充电的窘状，设计了一种电动汽车换电用自行电池周转箱。
6.为实现上述目的，本发明所提供的方案为：一个坚固的只有专业人员利用专用工具和专用密码才能打开拆卸的长方体箱体，一套充电系统，一个定位装置，一套休眠系统，一套自杀系统，一套周转箱身份证，一套用电量显示系统，一套自行走系统，一套位置识别控制系统，一套电池平衡管理系统，一套语音告知系统和一套呻吟红外系统。
7.上述周转箱既是坚固的耐用的不怕撬打的箱子，又是只有专业技术人员和专用工具和专用密码才能打开拆卸的保密性很强的箱子，还是不怕水、不怕火、不怕摔、不怕电的箱子，能保证长时间在全国甚至以后在全世界流通应用。
8.上述充电系统，采用的是智能充电，电池最怕的是过充电，过充电会使电池过早衰老，一般充电只是电池充到额定电压时自动断电，而这里的充电不仅充电到额定电压，还要持续一段涓流充电的时间，然后才断电，这样才能使电池的性能发挥到极值，当然这种充电方式不仅放在自行电池周转箱中，还可以放在换电站内充电机和智能旋转平台之间。
9.上述位置识别控制系统，主要是在周转箱的两侧面安装了数码磁条，利用磁敏效应使周转箱在运动过程中关闭或开启相应的装置，达到设计的动作目的。
10.上述休眠系统，是基于对电池的保护而设置的，电池在放电过程中不能过放电，过放电会使电池的寿命受到影响，该系统通过对电池的电压或电量在使用过程中的即时值进行检测对比，当即时值快要达到危险红线值时，该系统会通过语音告知系统向车主发出告急警示语音，使车主提前做好准备，提前寻找就近的换电站，换装新周转箱，然而当车主不听劝告或附近没有换电站时，如果周转箱中的电池电压或电量已经到了设定的红线时，周转箱中的低电压控制器工作，使周转箱休眠控制中的固体继电器或双向可控硅动作，切断电池与充放电插头b的连接，但此时，其他系统没有断电，仍能继续工作，只是没电能输出。
11.上述自杀系统，是指当周转箱中的电池到了寿终年龄时，会出现三种情况，一是由于随使用期限的增长，电池的内阻会逐渐增大，因此当电池充电时会出现电池本身温度升高的现象，当到达一定的年限时，电池内阻会增大到“垂老”值，此时充电，电池本身温升很大，温升值体现了“垂老”值，这时极容易出现电池爆炸等恶性现象；二是随使用期限的增长，电池内阻的增大，电池本身“老态”出现，其储存电荷的能力迅速下降，导致充电时间逐渐变短，短时间内即达到额定值，因此，用电时间迅速变短，三是充电时间再长，也达不到额定值，只会使温度升高；以上三种情况说明这电池该寿终正寝了，若继续充电，则会出现爆
炸等恶性现象，基于以上问题，为避免各种恶性现象的发生，该自行电池周转箱设置了“自杀”系统，由时间控制器和温度控制器控制周转箱“自杀”系统，二个控制器中的任意一个都可以切断周转箱中电池与充放电插头a的连接，同时也切断了电池与周转箱中其他部件的连接，同时接通了呻吟红外系统的电源，使周转箱处于自杀身未亡的呻吟状态。
12.上述周转箱身份证，是本周转箱的产品证明，从不同的角度制定了不同的编码来证明本自行电池周转箱的出生地、年龄、姓名、性能、密码等以便比较查询，此信息都隐藏在二维码中，而这里的二维码必须由换电系统高管掌握的密码才能打开。
13.上述用电显示系统由微机和显示器组成，显示的是车主在使用过程中消耗了多少度电以供交费结算，同时显示系统中的清零机构清零，备下次重新使用。
14.上述自行系统，由电动机和四个自行轮以及控制按钮组成，自行是本周转箱的特点，为保证任何情况下都能自行，电动机的额定电压约为自行电池周转箱输出额定电压的50％左右，而且电动机效率高消耗的电能少，使自行电池周转箱即是在休眠状态下也能自行，顺便说明，“自杀”后的自行电池周转箱的电压要比休眠时高，“自杀”后自行电池周转箱储存的电量也比休眠时高。
15.上述定位装置，主要是在自行电池周转箱上设备了定位头，在换电站内旋转承载平台上设置了定位座，利用定位座对定位头的锁固方式可以是机械式，也可以是电磁式。
16.上述电池平衡管理系统，是利用微电脑的特殊芯片对周转箱内的电池各单体进行均衡性控制，以防止电池寿命的缩短和爆炸事故的发生。
17.上述呻吟红外系统，由呻吟红外控制器和红外发射头组成，自行电池周转箱“自杀”后，周转箱前面板上的各系统装置在断电的同时，接通了呻吟红外线控制器的电源，呻吟红外系统即处于呻吟阶段，发出红外波去寻找启动周转箱退役装置等待下架处理。
18.上述语音告知系统，是在电池的电量快要用尽休眠设定点的某电压设定点时，启动该系统以语音的方式告知车主，迅速到换电站换电。
19.综上所述，本发明的优点在于：1、自行电池周转箱是电动汽车电池换电环节中的主要和重要的装置，它坚固耐用，防水、防电、防火、防盗，是只有专业工作人中利用专用工具和专用密码才能打开拆卸的箱子，它极具实用性和保密性。2、周转箱的充电系统既能保证标准充电又能防止过充电电池爆炸的发生。3、周转箱的定位装置能防止在换电站不慎事故的发生。4、一套休眠系统，一是防止了过用电造成的损害，二是提醒车主早作准备换电。5、一套“自杀”系统，使到年龄的面临“死亡”的周转箱准时退役维修或重新改造或其他处理，防止衰老周转箱在社会上流通，阻断事故的发生。6、每个周转箱都有自己的身份证，一是便于身份识别查证，防止假冒伪劣周转箱进入换电系统，二是可在换电系统中对不同厂家或厂家不同批次的电池进行比较对比，既是定价的证据，又是促进生产厂家提高产品质量的依据，三是可在车主出现交通事故时帮助查找线索。7、自行电池周转箱的自行走，是该周转箱的一大特点，整个换电站换电程序的自动都是基于自行电池周转箱的自行，利用它既可以减轻车主的劳作又可以实现换电的自动化智能化和无人化，还能实现换电站内换电设备的高层化、多层化。
8、一套位置识别系统，保证了换电过程某些环节的智能化，自动化，使换电过程准确无误。9、电池平衡管理系统，利用电子技术，使电池的单体均衡充放电，延长了电池的使用寿命，防止了事故的发生。10、利用呻吟红外线系统，自动启动“自杀”周转箱的退役转运下架和新周转箱的自动转运上架。11、用电量自动显示被扫描读取装置读取作为交费的依据，而且能通过无线加密数码使用电量显示清零，备下次使用。12、语音告知系统，是电池的电量将要用完，临近休眠设定点的某电压设定点时启动工作，以语音的方式告知车主早换电，防止电池电量用尽前车主过用电，使换电造成困难。
附图说明
图1为自行电池周转箱前箱面示意图图2为自行电池周转箱前进控制面侧面示意图图3为自行电池周转箱后退控制面侧面示意图图4为自行电池周转箱顶面示意图附图中标示为：140、自行轮a，141、周转箱箱前箱面，142、电池平衡器，143、语音输出插座，144、时间控制器，145、温度控制器，146、充放电插头a，147、周转箱自杀装置，148、绿灯，149、用电量显示149
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1、无线数码接收器，149
‑
2、显示清零器，150、前进按钮，151、低电量告知，152、后退按钮，153、充放电插头b，154、红灯，155、后退按钮，156、充放电插头b，157、低村控制器，158、电动机，159、电控自行轮，160、微电脑，161、定位头，162、数码磁条a，163、数码磁条b，164、前进侧箱面，165、数码磁条c，166、数码磁条d，167、后退侧箱面，168、呻吟红外线控制器，169、呻吟红外发射头，170、箱顶面。
具体实施方式
21.下面对照附图，对本发明的具体实施方式及各系统、各部分、各装置之间的相互连接关系、各部分的作用及工作原理作进一步的说明：
22.如图1、图2、图3、图4所示，本发明是一种电动汽车换电用自行电池周转箱，它包括一个坚固的只有专业人员用专用工具和专用密码才能打开拆卸的长方体箱体，一套智能充电系统，一个定位装置，一套休眠系统，一套自杀系统，一个周转箱身份证，一个用电量显示系统，一套自行走机械，一套位置识别控制系统，一套电池平衡管理系统，一套低电量语音告知系统和一套呻吟红外系统。
23.所述自行电池周转箱箱体(141)，是用非常材料、非金属材料制作的，它是不怕水、火、电，不怕摔打的坚固的箱子，也是不怕偷盗只有专业人员利用专用工具和专用密码才能打开拆卸的保密性很强的长方体的箱子，箱子本身的箱体上都有箱子的编号，箱子的材质和坚固度能保证长时间在全国甚至将来在全世界流通应用，箱的前面板设置各种装置系统，箱顶有周转箱进退按钮和呻吟红外系统，箱的两侧有各种位置识别控制数码磁条，箱的
底部有四个可以转动的轮子，其中二个为电动机带动的驱动轮，电动机在箱内底部，箱的内部安放电动汽车用可充电电池，安放牢固、防震防潮。
24.所述智能充电系统，由充放电插头a(146)、充放电插头b(156)、绿灯(148)、红灯(154)和微电脑(160)组成，充电采用最佳智能充电方式，目前市场上比较先进的充电器，是充电使电池的电压达到额定的电压时，自动切断电源停止充电，但是这不是最佳充电状态，因为电池还存在着一个需要涓流充电的过程，因此本充电设置了充电到额定电压时，再延长一定时间后才停止充电，延长的时间要根据电池生产厂家的要求而定，充放电插头a(146)和b(156)与电之间都有智能开关控制，连接充放电插头a(146)的开关断开时，既不能充放电又同时断开了周转箱前面板上的各装置和系统的电源，连接充放是插头b(156)的开关断开时，只是不能充放电，其他装置的电源都没断开。
25.所述定位装置，由定位头(161)、定位锁(24)、微机(23)和导轨(28)组成，当自行电池周转箱进入到承载平台动台(40)上时，定位头(161)插入定位锁(24)中，定位锁(24)自动启动锁紧装置，将周转箱锁住保位，因自行电池周转箱是在导轨(28)上运动的，定位头(161)可以准确插入定位锁(24)中，定位锁(24)的锁紧装置可以是机械式也可以是电磁式，导轨(28)、定位锁(24)在旋转承载平台(22)的承载平台动台(45)上。
26.所述一套休眠系统，由周转箱休眠控制器(155)、充放电插头b(156)、红灯(154)、绿灯(148)和低压控制器(157)组成，电池的寿命长短由多方面决定，其中一项是过用电“累死”，过用电甚至还可能造成电池爆炸，因此防止过用电非常必要，本案设置了休眠系统，当电池电压到达某个预设危险值时，说明电池内的电量已将用尽，低压控制器(157)输出一个信号给休眠控制器(155)，休眠控制器(155)动作，使接在电池输出端与充放电插头b(156)之间的固体继电器或双向可控硅断开，切断电池与外界的联系，防止了电池“累死”，此时红灯(154)灭，绿灯(146)亮，但自行电池周转箱上的其他部件设置没有断电，仍可工作，周转箱无电能输出，处于休眠状态。
27.所述一套“自杀”系统，由温度控制器(145)、时间控制器(144)、充放电插头a(146)、红灯(154)、绿灯(148)和周转箱自杀装置(147)组成，周转箱里的电池随着使用时间的增长，其内阻越来越大，漏电会越来越快，在电池充电和用时时，电池内阻消耗的电能越来越多，导致电池体表温度升高，因此充电时，电池体表温度的高低，可用来判断电池本身的老化程度；除了体温外，还有一种现象，电池使用时间越长，电池储存电荷的能力越差，因此会出现二种情况：一是老年电池充满电时间会变短，二是不管充电多长时间，都充不到额定电压值，断续充电只会使电池温度升高，因此从充电时间的长短也可以判断电池的老化程度，当然也有另一种办法，就是直接测量电池的内阻，电池年龄越大，内阻也越大，但测内阻比较复杂，较少用，因此可在电池充电中测量电池的体温和充足电的时间来决定电池是否已到“垂死”边缘，本案设置了电池“垂死”温度底线和时间底线，由温度控制器(145)和时间控制器(144)控制，当任一种到达“垂死”底线时，都会输出一信号，使周转箱“自杀”装置(147)动作，切断电池输出端与充放电插头a(146)之间的联系，使之间的固体继电器或双向可控硅断开，充放电插头(146)无输出，这里断开的不仅是充放电插头a(146)，还包括自行电池周转箱前面板上全部其他部件和装置，因此红灯(154)和绿灯(148)同时熄灭，各装置都无电停止工作，但在固体断电器或双向可控硅断开的同时，启动了呻吟红外线控制器(168)和呻吟红外线发射头(169)，红外发射头(169)发射红外线，寻找退役装置，等待下架
处理，这时自行电池周转箱处于自杀身未亡的呻吟状态。
28.所述周转箱身份证，由周转箱身份证(153)、微电脑(160)、微机(23)和二维码组成，周转箱的身份主要体现以下几个方面:1、周转箱本身的编号，编号既是不同周转箱的姓名，又隐含了周转箱的购买时间；2、箱内电池的生产地和厂家编号，这个编号都由规定的字母和数字表示，如b12表示此电池为北京第12号厂家生产，这个编号是判定不同生产厂家电池质量的证据和购买电池价格的基础，还可以是促使电池生产厂家提高电池质量的依据。3、购买时电池本身的参数，如电压、比容量、比能量、比功率、电池的重量，根据使用过程中这些参数的变化，作为确定该电池质量的依据之一。4、电池的属内编号，它包含了周转箱的入住时间、电池的种类，如锂电池、锌电池、铝电池等，同时包含此电池为属内那个单位购置，还要包括一个秘密号码，这其中的秘密号码，是防盗防换防伪的最后防线，而属内那个单位购置的密码是严防属内人员作鬼的屏障。上面周转箱身份证(153)的信息都隐存在二维码中，但这里的二维码要用密码开启，这密码只有属内高层管理人员掌握并由换电站内周转箱身份识别装置发出。
29.以上身份信息同样储存在换电值班室的电脑和微机(23)中，既可以遇事查询又可以作为识别假冒伪劣周转箱的对比的依据。
30.所述用电量显示系统，包括用电量显示(149)、无线数码接收器(149
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1)、显示清零器(149
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2)和周转箱扫描读取装置(30)，用电量显示(149)有动态即时显示功能，其数值被换电站旋转承载平台(22)上的周转箱扫描读取装置(30)读取后输入微机(23)，作为车主交费的依据，每次被读取时，扫描读取装置发出的扫描密码，被无线数码接收器(149
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1)接收后，启动显示清零器(149
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2)清零，用电量显示(149)归零。
31.所述自行走机构，由自行轮(140)、电控自行轮(159)、前进按钮(150)、后退按钮(152)和电动机(158)组成，自行轮(140)和电控自行轮(159)在周转箱的底部，而前进按钮(150)和后退按钮(152)在周转箱的顶部，电动机(158)在周转箱的内底部，电控自行轮(159)受电动机(158)控制，自行轮(140)的外沿与电控自行轮(159)的外沿之间的距离与周转箱转运电梯中的周转箱导轨(65)的距离和换电站内旋转承载平台动台(40)上的导轨(28)的距离相等。
32.所述位置识别控制系统，由周转箱前进侧面上的有数码磁条a(162)、数码磁条b(163)和周转箱后退侧面上的数码磁条c(165)、数码磁条d(166)、周转箱转运电梯上的周转箱输出控制器(58)、周转箱输入控制器(61)和相应的升降转运箱上的磁敏开关组成，其控制方法和程序在周转箱转运电梯中已经论述，这里数码磁条的数码，只取2
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3位数，既具有保密性防误动作，又能使被控装置动作迅速，数码磁条的位置，决定被控装置动作的起始点、位置和时间，数码磁条的长度决定被控装置动作的终止点和动作时间。
33.所述低电量语音告知系统，由低电量告知(151)、微电脑(160)和语音输出插座(143)组成，运行中的电动汽车，车主很难准确判断自行电池周转箱的电池，能支持多长时间，最怕电量用尽或者电池启动休眠系统，造成车主无法换电，因此设置了低电量语音告知系统，当电池电量降低到某一设定值时，例如，比休眠系统启动点高10％的电压值时，启动该语音告知系统，低电量告知系统(151)，经过微电脑(160)的对比计算换算成语音信号，并通过语音模块，从语音输出插座(143)连接的扬声器发出声音通知车主，使车主迅速启动搜
索装置，寻找最近的换电站换新自行电池周转箱。
34.所述呻吟红外系统，在自行电池周转箱的上方，它由呻吟红外线控制器(168)、呻吟红外发射头(169)、周转箱自杀装置(147)和周转箱下架探测器(18)组成，自行电池周转箱在充电过程中，该周转箱因年迈，处于垂死边缘时周转箱自杀装置启动“自杀”程序，自杀时自动启动呻吟红外线控制器(168)和呻吟红外发动头(169)，而前面板上的其他装置全被断电，呻吟发射头(169)不停地发出断断续续的红外波，当旋转承载平台(22)所载的已经“自杀”的自行电池周转箱转到周转箱退役升降转运电梯时，红外发射头(169)发出的红外波被周转箱下架探测器(18)接收，从而启动“自杀”周转箱的退役下架程序，当这个“自杀”周转箱到达平行转动平台的传送带上时，其呻吟发射头(169)发出的红外波又是“自杀”周转箱在传送带上移走和新周转箱进入的控制信号。
35.所述电池平衡管理系统(142)，是高电压大电量电池必备的关键装置，高电压、大电量电池都是由低电压、小电量的单体电池串并联组合而成的，但单体电池即使是同一厂家同一批次同一型号的单体，其性能也不可能完全相同，虽然是小小的差异，在串并组合后的充放电过程中，也会对电池的性能产生较大的影响，轻者造成电池寿命缩短，机体发热，重者引起爆炸，因此对电池进行智能平衡管理就非常必要，本案利用新型电子模块进行管理，卓有成效。
36.上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明的具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方式方法的构思和技术方案进行的各种改进或将本发明的构思和技术方案应用到其他场合的，均在本发明的保护范围内。