换电柜电池管理方法、换电柜、换电系统及组合适配器与流程

[0001]
本发明涉及用电设备的换电柜技术领域，具体涉及换电柜电池管理方法、换电柜、换电系统及组合适配器。


背景技术：

[0002]
随着电动车的普及，电动车已经成为人们日常短途出行的重要交通工具，但用户在使用中有很多问题。例如：
[0003]
(1)安全隐患：电动车充电引发火灾的事件屡见不鲜，引起政府管理部门的高度关注与重视，怎样安全的充电，杜绝火灾事故的发生，不仅是电动车用户的难题也成为政府部所关心的问题。国家各城市同时推出了相关法规严令禁止在室内、楼道、小区内通过接线板充电,以杜绝火灾的发生。
[0004]
(2)里程焦虑：电动车充电一直是电动车出行的首要问题，那么在日常使用中如遇车辆没电去哪里充电，充多长时间，充电站距离多远，如果是共享电动车，到半路没有电了，怎么找电池，怎么处置车辆。
[0005]
(3)不良充电对电池的影响：电池分为铅酸电池和锂电池，电池充电分为慢充和快充，同时不同的类型电池寿命不一样，充电模式不一样，不当的充电会影响电池寿命。
[0006]
为解决传统电动车充电的这些痛点，换电柜应运而生，真正做到随到
→
随换
→
随走。换电柜从产品形态上看，非常类似“共享充电宝”+“智能快递柜”的组合，使用方式同共享充电宝，用户扫码支付押金取电池使用，使用完后将老电池还回取新电池。从产品形态上看，类似快递柜，每个电池都放在一个一个的柜门里面，通过控制每个柜门的开启来完成电池的借、还。
[0007]
然而，发明人发现换电柜却不能像“共享充电宝”或“智能快递柜”一样大规模推广使用，原因在于；“智能快递柜”实质提供用于共享的是柜内空间，而不是充电电池；“共享充电宝”所提供的一块充电电池便可以为一个移动终端充电，而无需考虑电池组合使用的问题。电动车等电动设备的驱动电压以及驱动功率往往较高，通常需要多块电池组合使用才能达到电压及功率的需求，而电池共享则会导致换电柜内电池的容量、电压、电阻等特性逐渐分化不同，并且这种不一致性不断累积，时间越长单个电池之间产生的差异越大，而差异较大的电池组合工作则会损坏电池及用电设备。
[0008]
此外，因为手持移动终端有国际统一标准的输入电压，而无需考虑电池的兼容及通用性问题。但换电电池跟市场上现有电动车的匹配，因受制于电动车的用电规格不一，电动车电池仓的大小形状不同而受到兼容及通用性问题的限制。传统老的铅蓄电瓶是12v组装使用不更换直至用坏，现有换电企业也提供有两块电池并联共用来增加电池容量方式换电的尝试，但还是无法满足不同使用电压变化和电池仓位大小不一的用电设备的要求。


技术实现要素：

[0009]
有鉴于此，本发明实施例提供了换电柜电池管理方法、换电柜、换电系统及组合适
配器，以解决上述问题。
[0010]
根据第一方面，本发明实施例提供了一种换电柜电池管理方法，在控制解锁电池前执行以下步骤：获取换电柜内多个电池的电学参数，所述多个电池为统一规格；将所述多个电池分成至少两组，其中同一组项内电池的电学参数和/或充电曲线相近；每单次用电请求操作中，从同一组项内选取电池并控制换电柜解锁之以供用户取用。
[0011]
本申请所提供的换电柜电池管理方法，将多个电池分成至少两组，其中同一组项内电池的电学参数和/或充电曲线相近，每单次的用电请求操作中，从同一组项内选取电池并控制换电柜解锁已选取的电池供用户取用，由于同一组项内电池的电学参数和/充电曲线相近，因此提供给用户的电池特性较为接近，避免了换电柜内差异较大的电池用于同一用电设备而对用电设备造成的损害。
[0012]
可选地，所述将所述多个电池分成至少两组，其中同一组项内电池的电学参数和/或电池充电曲线相近的步骤包括：用聚类法使得电学参数相近电池的自然归类，按照自然筛选出来的数据中心将所述多个电池凝聚成至少两组；和/或，将电池恒流充电过程中的电学参数-时间曲线作为分类对象，利用统计学算法把曲线特征划分组别并进行分类，从而将电池分为至少两组。
[0013]
可选地，所述电学参数包括以下至少一者：电池转换至换电柜后且尚未充电前的开路电压，充电到预定数值电压后的开路电压、电阻、容量，电池充电过程结束后的开路电压、电阻、容量。
[0014]
可选地，所述用电请求操作包括电池更换；所述每单次用电请求操作中，从同一组项内选取电池并控制换电柜解锁之以供用户取用的步骤，包括：当接收到用户的电池更换请求时，控制换电柜接收电池并判断在预定时间段内是否接收到一个电池放入换电柜所产生的一个电信号；当在预定时间段内接收到一个所述电信号后，从同一组项内选取一个电池并控制换电柜解锁之以供用户取用；返回控制换电柜接收电池并判断是否接收到一个电池放入换电柜所产生的一个电信号的步骤继续执行，直至用电请求操作结束。
[0015]
可选地，所述获取换电柜内多个电池的电学参数的步骤之后，还包括：确定最不均衡者，所述最不均衡者为电学参数与其他电池电学参数之间的差异达到预定条件的电池；执行所述将所述多个电池分成至少两组的步骤前，剔除所述最不均衡者。
[0016]
可选地，在接收到用户的电池更换请求后，获取待更换电池或者本次用电请求操作已更换电池的用电管理数据。
[0017]
可选地，所述用电请求操作包括电池申请；所述每单次用电请求操作中，从同一组项内选取电池并控制换电柜解锁之以供用户取用的步骤，包括：当接收到用户的电池申请请求时，获取用户申请取用的电池数量及换电权限，所述用户的换电权限包括所述用户账户所能够申请取用的电池数量最大值；判断用户申请取用的电池数量是否超过换电权限；当用户申请取用的电池数量未超过换电权限时，从同一组项内选取电池并控制换电柜解锁之以供用户取用。
[0018]
可选地，所述用电请求操作还包括电池暂存；对应地，所述方法还包括：当接收到用户的电池暂存请求时，获取用户申请暂存的电池数量及换电权限，所述用户的换电权限包括所述用户账户能够暂存的电池数量最大值；判断用户申请暂存的电池数量是否超过换电权限；当用户申请暂存的电池数量未超过换电权限时，控制换电柜接收电池；循环执行该
步骤直至用电请求操作结束。
[0019]
可选地，所述用电请求操作还包括电池退还；对应地，所述方法还包括：当接收到用户的电池退还请求时，判断所述用户账户对应的电池是否处于暂存状态；当所述用户账户对应的电池处于暂存状态时，根据暂存的电池数量调高所述用户账户的换电权限，并调低所述用户账户中处于暂存状态的电池数量。
[0020]
可选地，所述用电请求操作还包括电池回收；对应地，所述方法还包括：当接收到用户的电池回收请求时，控制换电柜解锁预定数量的退役电池供用户收取。
[0021]
可选地，所述方法还包括：判断本次用电请求操作累计时长是否大于预定时长；当本次用电请求操作累计时长大于预定时长时，向用户发送错误报警信息并终止本次用电请求操作。
[0022]
可选地于，所述方法还包括：依据用户所取用的电池计算待支付账单或报酬，并发送给所述用户账户。
[0023]
通过上述电池更换、电池申请、电池暂存、电池退还等用电请求操作的设置，实现了从换电柜租赁电池的模式，用户使用多少电能付出多少费用，对用户来说就无所谓电池寿命了，这样可控充电租用电池的方式既解决了电池的兼容及通用性问题，也很好的解决了安全隐患、续航及电池寿命等问题，也能为各种户外用电设备提供电力解决方案。
[0024]
根据第二方面，本发明实施例提供了一种换电柜电池管理装置，包括：获取单元，用于获取换电柜内多个电池的电学参数，所述多个电池为统一规格；分组单元，用于将所述多个电池分成至少两组，其中同一组项内电池的电学参数和/或充电曲线相近；解锁单元，用于每单次用电请求操作中，从同一组项内选取电池并控制换电柜解锁之以供用户取用；并且，所述获取单元、所述分组单元、所述解锁单元在控制解锁电池前执行上述相应步骤。
[0025]
可选地，所述分组单元包括：聚类分组子单元，用于用聚类法使得电学参数相近电池的自然归类，按照自然筛选出来的数据中心将所述多个电池凝聚成至少两组；和/或，统计分组子单元，用于将电池恒流充电过程中的电学参数-时间曲线作为分类对象，利用统计学算法把曲线特征划分组别并进行分类，从而将电池分为至少两组。
[0026]
可选地，所述电学参数包括以下至少一者：电池转换至换电柜后且尚未充电前的开路电压，充电到预定数值电压后的开路电压、电阻、容量，电池充电过程结束后的开路电压、电阻、容量。
[0027]
根据第三方面，本发明实施例提供了一种换电电池管理系统，包括：多个换电柜的处理器；后台管理系统，与每个换电柜的处理器通信连接；其中，所述多个换电柜的处理器和/或所述后台管理系统执行第一方面任一项所述的电池管理方法。
[0028]
可选地，所述后台管理系统还执行以下步骤：获取多个换电柜的地理位置；接收用户的换电柜查询请求，并向用户推送距离其最近和/或附近所有的换电柜的地理位置及其相关信息。
[0029]
可选地，所述后台管理系统还执行以下步骤：实时监控退役电池所在的换电柜地理位置；当接收到用户的电池回收请求时，向用户推送距离其最近和/或附近所有存有退役电池的换电柜地理位置。
[0030]
可选地，所述后台管理系统还执行以下步骤：判断已解锁的退役电池在其被解锁后的预定时间段内是否被换电系统接收；当已解锁的退役电池在预定时间段内没有被接收
时，将收取所述退役电池的用户账户锁定。
[0031]
根据第四方面，本发明实施例提供了一种换电柜，包括：柜体；多个电池放置位，设置于柜体上，用于放置电池；多个充电接口，设置于每个电池放置位，用于为对应的电池充电；多个锁止及解锁机构，设在所述柜体上；每个电池放置位对应于至少一个所述锁止及解锁机构，所述锁止及解锁机构可在锁定状态与解锁状态之间切换，并在锁定状态，用于将电池锁定在各自对应的电池放置位上，在解锁状态，解除对所述电池的锁定；处理器，执行第一方面任一项所述的换电柜电池管理方法，并输出控制信号以控制锁止及解锁机构在锁定状态与解锁状态之间切换。
[0032]
可选地，所述换电柜还包括检测装置，所述检测装置包括：电池内阻检测机构，其输出端与所述处理器的输入端连接，用于检测电池的内阻；和/或，电池容量检测机构，其输出端与所述处理器的输入端连接，用于检测电池的容量；和/或，电池电压检测机构，其输出端与所述处理器的输入端连接，用于检测电池的电压。
[0033]
可选地，所述柜体表面设置有至少一个电池出入口；所述柜体内设置至少两个充电座，每个所述充电座作为一个电池放置位；任一所述充电座可对准所述电池出入口。
[0034]
可选地，所述换电柜的柜体内部还包括：至少两个链轮，可转动地设置在所述柜体内；环形链条，绕设在所述至少两个链轮上；所有所述充电座依次固定设置在所述环形链条的外壁面上；驱动机构，与至少一个所述链轮连接，用于驱动所述链轮转动以联动带动所述环形链条移动，使得所述环形链条的外壁面上的任一充电座可对准所述电池出入口。
[0035]
可选地，任一所述充电座包括：第一座体，具有一端呈取放口的放置腔，所述放置腔作为所述电池放置位；盖体，其一侧壁端可转动地设在所述取放口上；所述锁止及解锁机构设在所述第一座体和所述盖体中的至少一个上，在锁定状态，用于将所述盖体锁定在所述第一座体上，以使所述盖体盖合在所述取放口上；在解锁状态，所述盖体的另一侧壁端可从所述取放口上打开。
[0036]
可选地，所述环形链条沿至少两个所述链轮的中心的连线所在的第二方向移动；所述柜体内还设有移动分插机构和分插动力滑轨；所述移动分插机构沿第一方向做伸缩运动，所述移动分插机构可滑动地设在所述分插动力滑轨上，且其滑动方向与所述第一方向垂直；所述第一方向和滑动方向中位于同一平面上，所述第二方向垂直于该所述平面；在所述环形链条的移动下，所述移动分插机构在所述分插动力滑轨上滑动时，可在任一所述充电座与任一所述电池出入口之间切换；所述移动分插机构在所述充电座处做伸缩运动时，用于将单颗电池取出或插入充电座内；及在所述电池出入口处做伸缩运动时，用于将单颗电池取放或插入所述电池出入口处的组合适配器的电池组装盒内。
[0037]
可选地，所述处理器还记录空位的充电座；并且，在控制换电柜接收电池时，所述处理器控制所述驱动机构动作以使得所述环形链条外壁面上的空位充电座对准所述电池出入口；在控制换电柜解锁电池时，所述处理器控制所述驱动机构动作以使得解锁的电池对准所述电池出入口。
[0038]
可选地，所述柜体内部还包括：可转动地设在所述柜体内部的电缆旋转分配器；所述电缆旋转分配器上设有若干个间隔分布的弹性电线，所述弹性电线的引出端与所述充电座一一对应电连接，所述电缆旋转分配器连接电源；或者，所述电缆旋转分配器上面向所述充电座的一侧表面，设有沿所述环形链条移动路径分布的若干个电刷；任一所述充电座随
所述环形链条移动时，与所述电刷滑动地电连接。
[0039]
根据第五方面，本发明实施例提供了一种组合适配器，适用于第四方面任一项所述的换电柜，包括电池组装盒，其包括：至少一侧呈开口的腔体，所述腔体内用于放置至少一个电池，所述腔体侧壁上设置有电路，用于使所述腔体内的电池以预定方式电连接；其中，所述预定方式电连接包括串联、并联、混联、电路中仅有单个电池；第一接口，适于插接，设置于所述腔体外表面，且具有至少两个相互绝缘的导体接头；其中，所述至少一个电池以预定方式电连接后的电路两端分别与所述第一接口的至少两个导体接头连接。
[0040]
换电系统配置组合适配器后，能够满足不同使用电压变化和电池仓位大小不一的用电设备的要求，动设备厂家只需配备适合该电动设备的组合适配器就能将其变成适用于换电系统的电动设备，而不必改动其它机械及电气结构。电动设备在出售时只计算裸机价格，而不用管动力电池的供应。
[0041]
可选地，所述组合适配器还包括并联座，其包括：第二座体；至少一个第二接口，设置于所述第二座体上，适于插接，具有至少两个相互绝缘的导体接头；并且，所述第二接口与每个所述第一接口匹配，二者插接时，其导体接头分别电连接；第三接口，设置于所述第二座体上，适于插接，具有至少两个相互绝缘的导体接头接头，用于连接用电设备；所述第二座体上还设置有电路，使得所述第三接口与每个第二接口的导体接头分别电连接。
[0042]
可选地，所述第二接口为至少两个，当至少两个电池组装盒通过并联座连接时，所述至少两个电池组装盒为并联连接。
[0043]
根据第六方面，本发明实施例提供了一种换电系统，包括：第四方面任一项所述的换电柜；多个电池，放置于所述换电柜中供用户共享使用，且多个电池为统一规格；第三方面任一项所述的换电电池管理系统。
[0044]
可选地，所述换电系统还包括第五方面任一项所述的组合适配器；所述电池可在所述组合适配器和换电柜的充电接口之间切换地电连接；所述电池与所述换电柜的充电接口电连接时，处于充电或充满电状态，所述电池置于连接用电设备的所述组合适配器时，处于可为用电设备供电的状态。
[0045]
可选地，所述组合适配器设置有bms电池管理系统，所述bms电池管理系统将所述组合适配器内部电池的用电管理数据发送至换电柜和/或后台管理系统。
[0046]
可选地，所述多个电池的标称电压为12v。
[0047]
可选地，所述多个电池的标称电压为24v，并具有两组充放电通道，其中一组以电池的标称电压和额定容量输出，另外一组以电池二分之一的标称电压和一至两倍的额定容量输出。
[0048]
可选地，所述多个电池的额定容量为5a
·
h～20a
·
h。
附图说明
[0049]
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050]
图1为本发明实施例中的组合适配器及电池所适用的部分用电设备的示意图；
[0051]
图2a示出了根据本发明实施例的一种换电柜电池管理方法的流程图；
[0052]
图2b示出了根据本发明实施例的一种换电柜电池管理方法的流程图；
[0053]
图3示出了根据本发明实施例的一种换电柜电池管理装置的原理框图；
[0054]
图4示出了根据本发明实施例的换电电池管理系统的结构示意图；
[0055]
图5示出了电池回收操作情形下后台管理系统所执行的部分步骤的流程图；
[0056]
图6-1为本发明实施例中提供的换电柜的第一种实施方式的立体示意图；
[0057]
图6-2为图6-1中换电柜的后侧方向的立体示意图；
[0058]
图6-3为图6-1中换电柜的前侧表面的局部放大示意图；
[0059]
图6-4为本发明实施例提供的组合适配器的第一种实施方式的结构示意图；
[0060]
图7为图6-4中组合适配器的单颗电池的一种实施方式的结构示意图；
[0061]
图8为本发明实施例中提供的组合适配器的第二种实施方式的结构示意图；
[0062]
图9为本发明实施例中提供的组合适配器的第三种实施方式的结构示意图；
[0063]
图10-1为本发明实施例中提供的组合适配器的第四种实施方式的结构示意图；
[0064]
图10-2为图10-1中的多个组合适配器的排布方式的结构示意图；
[0065]
图11为图6-1中换电柜的后侧的内部结构示意图；
[0066]
图12为图6-3中换电柜的电池出入口、电池、锁止及解锁机构的局部放大结构示意图；
[0067]
图13-1为本发明实施例中组合适配器的一种外形结构的示意图；
[0068]
图13-2为图13-1中组合适配器的第一种变形实施方式的结构示意图；
[0069]
图13-3为图13-1中组合适配器的第二种变形实施方式的结构示意图
[0070]
图14为本发明实施例中提供的组合适配器输出不同电压及功率情形下的结构示意图；
[0071]
图15-1为本发明实施例提供的换电柜的第二种实施方式的结构示意图；
[0072]
图15-2为图15-1中换电柜的右侧的立体结构示意图；
[0073]
图15-3为图15-1中换电柜的前侧表面的局部放大示意图；
[0074]
图15-4为图15-3中的组合适配器的局部放大结构示意图；
[0075]
图16为图15-1的换电柜的内部的后侧的结构示意图；
[0076]
图17为图15-1中换电柜的一种方案的柜体及其内部设置的环形链条、链轮及充电座的结构示意图；
[0077]
图18-1为图15-1中换电柜的另一种方案的柜体及其内设置的环形链条、链轮、充电座、移动分插机构、分插动力滑轨的结构示意图；
[0078]
图18-2为图18-1中环形链条、移动分插机构、分插动力滑轨的局部放大示意图；
[0079]
图18-3为图18-1中的环形链条、链轮、移动分插机构、分插动力滑轨的结构示意图；
[0080]
附图标记：
[0081]
1、电池；11、快速接口；2、组合适配器；21、电池组装盒；211、第一接口；22、并联座；221、第二接口；222、第三接口；3、换电柜；31、柜体；311、人机交换器；312、监控摄像头；313、射频感应器；314、广告屏；32、电池出入口；33、充电座；331、第一座体；332、盖体；341、电池内阻检测机构；342、电池电压检测机构；343、电池容量检测机构；3521、环形链条；3522、链
轮；3523、移动分插机构；35231、气缸；35232、夹爪；3524、分插动力滑轨；3525、电缆旋转分配器；36、指示器；4、电源；
[0082]
a、滑板车及便携式交通工具；b、电动自行车；c、轻便二轮电动车；d、电动摩托车；e、低速电动三轮车；f、电动汽车；g、户外电动工具。
具体实施方式
[0083]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0084]
本申请所提供的换电柜电池管理方法所指的“电池”、“换电电池”为用电设备所用电池。如图1所示，该用电设备可以为滑板车a或其他便携式交通工具、电动自行车b、二轮电动车c、电动摩托车d、电动三轮车e、低速电动车或电动汽车f、户外电动工具g，比如割草机。除此之外，还可以为其他用电设备，在此不一一列举。
[0085]
本实施例所提供的换电柜电池管理方法例如可以用于换电柜或者与换电柜通信连接的后台管理系统。换电柜3，如图6-1所示，包括柜体31，柜体31上具有能够容纳多个电池的凹槽或小柜子，每个凹槽或柜子处具有锁止机构，例如在凹槽底部设置锁扣，相应地，电池对应位置设置为具有环形缺口以便锁止机构将电池锁定；或者，在每个柜子上设置柜门，柜门设锁，电池能够放置到柜内即可。每个柜体31上设置至少一个电池出入口32，例如图6-1及图6-3所示换电柜的每个凹槽口或者柜门处即为电池出入口12，而图15-1及图15-2所示换电柜上仅设置了一个电池出入口32。当有电池从电池出入口放入换电柜后，会触发电池放置位置处对应的锁止机构将电池锁定，并使换电柜的充电接口与电池上对应的充电接口电连接从而对电池充电；在接收到信号时才会打开锁止机构解锁电池供用户取用。
[0086]
需要说明的是，本申请中的电池是指“更换电池时的电池最小单元”，另有说明的除外。例如，五个电池abcde通过串并联的方式组合达到预定的电压或功率驱动电动设备，每个电池内部可能是由几十甚至几百个电池单体串并联形成的。在为用电设备更换电池时，将一个电池a单独作为一个整体拆下并更换，而不是将电池a内部的电池单体均拆下来分别更换，也不是将电池abcde一起作为一个整体更换的，这种情况下，电池a即本申请中所指的电池。
[0087]
在某些场景下，例如图7至图10所示，为方便电池更换，会提供一个组合适配器2将电池abcde组装在一起，组合适配器2包括用于容纳电池的壳体或框架体，以及为配合电池组放电(即使得电池以预定方式连接)而设置的外围电路(图中未示出)及对外接口(例如211、221、222)，组合适配器2自身并不具备单独充电及放电的功能，使用时将组合适配器2与电池作为一个整体搭载在用电设备上。在为用电设备更换电池时，可以人工将组合适配器2内的电池逐一拆下并放入换电柜，再从换电柜取出已充电电池放入组合适配器2内，从而完成电池更换；或者，也可以将组合适配器2与电池作为一个整体拆下并放入换电柜，由换电柜内的机构将组合适配器2中的电池abcde逐一拆下并换上已充电电池。这种情况下，本申请中所指的电池是电池a或b或c或d或e，而不是组合适配器与电池abcde所形成的一个整体。
[0088]
图2a示出了根据本发明实施例的一种换电柜电池管理方法的流程图。如图2a所示，该方法在控制解锁电池前执行以下步骤：
[0089]
s101：获取换电柜内多个电池的电学参数，多个电池为统一规格。
[0090]
本申请中的电学参数可以是电池转换至换电柜后且尚未充电前的开路电压，充电到预定数值电压后的开路电压、电阻、容量，也可以是电池充电过程结束后的开路电压、电阻、容量，或者包括以上至少两者或全部。
[0091]
本申请中的电池规格是指电池的额定电压、额定功率或标称电压、标称功率。本申请所提供的换电系统创造性地提出了采用统一规格的电池，所采用的具体规格将在后续部分介绍。
[0092]
众所周知，换电柜中电池必须跟市场上现有用电设备相匹配。然而，现有市场上用电设备的用电规格不一、电池仓的大小形状不同。以两轮电动车为例，动力电池电压有24v，36v、48v、60v、72v等，而相应的驱动电机功率有240w、350w、500w、800w、1200w等多种规格，对应的保护电流也不尽相同；在电池仓的形状尺寸方面，大包车跟小包车以及国标车相比较也是千差万别。目前的换电企业，有的是按照用户对电池的不同需求，提供多种不同电压规格的电池和换电柜，换电体系复杂；还有的是只提供一种满足外卖快递用户电压规格的电池及换电柜，这种模式用户面窄不能产生规模化效应。
[0093]
一方面，在存量市场，用电设备(例如电动车)满大街都是，上述差异化的需求限制了以换电柜及换电电池的广泛使用。另一方面，在增量市场，每个生产厂家的技术体系都是长期积累而来，各有壁垒，更有车辆使用场景及用途不一样对车辆的要求也不尽相同；所以想要所有厂家生产的新用电设备(例如电动车)全部统一用一种规格的电池(即换电电池)也困难重重。基于上述两个方面可知，面对目前电动设备市场的复杂性，本领域技术人员很难想到电池采用统一规格，更难想到对电池进行分组并且仅从同一组项选取电池发放给用户的技术方案。
[0094]
s102：将多个电池分成至少两组，其中同一组项内电池的电学参数和/或充电曲线相近。
[0095]
该步骤可以是采用聚类法将电学参数相近的电池自然归类，按照自然筛选出来的数据中心将多个电池凝聚成至少两组，即静态分选的方法；也可以是记录电池在恒流充电过程中的电学参数及时间，以电学参数-时间曲线作为分类对象，利用统计学算法把曲线特征划分组别并进行分类，从而将电池分为至少两组，即动态分选的方法。当然，也可以上述静态分选和动态分选相结合的方法。
[0096]
再或者，步骤s102还可以采用作图法，具体可以如下：记录电池在恒流充电过程中的至少两个电学参数，以该至少两个电学参数为坐标轴，在坐标系中标记随时间变化的该至少两个电学参数，并根据电学参数标记点的分布轨迹在坐标系下作一条或几条直线(或曲线)，以使得最多的电学参数标记点在直线(或曲线)附近，直线(或曲线)特征相近的电池即归为一组。例如，以电阻和容量为坐标轴，在坐标系标记电池a随时间变化的电阻和容量，然后作一直线a使得最多的标记点在直线附近,在另一同样的坐标系中标记电池b随时间变化的电阻和容量，然后做一直线b使得最多的标记点在直线附近,若直线a和b的斜率相近，则将电池a和b归为一组。
[0097]
需要指出的是，由于本申请所采用的电池为统一规格，因此上述步骤s102中“将多
个电池分成至少两组”必然不是按照电池规格进行分组，例如不是将24v的电池分为一组，将36v的电池分为另一组。而应当是，以电池规格24v为例，将实际开路电压为23.9v的电池分为一组，而将实际开路电压为23v的电池分为另一组。
[0098]
s103：每单次用电请求操作中，从同一组项内选取电池并控制换电柜解锁之以供用户取用。
[0099]
该步骤中“单次用电请求操作”包括用户发起一次用电请求，换电柜一次性控制解锁用户所需数量的电池，也可以是用户在预定时间段内发送多次用电请求，每发送一次用电请求，换电柜只控制解锁一个电池。本段中的“用电请求”可以为电池申请请求、电池更换请求、电池回收请求，具体请见下文。
[0100]
上述步骤s101至s103可以均在换电柜本地执行，也可以均在后台管理系统执行。当均在后台管理系统执行时，后台管理系统可以获取分布在多个地理位置的多个换电柜中电池的电学参数，并将多个换电柜中电池的电学参数汇集在一起进行分组，在每单次用电请求操作中，后台管理系统分配给用户的电池可以位于多个地理位置的多个换电柜中，也可以是位于一个换电柜中，这可以是根据用户的需求来确定。
[0101]
本申请所提供的换电柜电池管理方法，将多个电池分成至少两组，其中同一组项内电池的电学参数和/或充电曲线相近，每单次的用电请求操作中，从同一组项内选取电池并控制换电柜解锁已选取的电池供用户取用，由于同一组项内电池的电学参数和/充电曲线相近，因此提供给用户的电池特性较为接近，避免了换电柜内差异较大的电池用于同一用电设备而对用电设备造成的损害。
[0102]
在实际的用电请求操作中，可能存在以下情形：
[0103]
1、电池更换：用户的用电设备已配置有电池，但是经过长时间使用电池已亏电，需要从换电柜获取或租借已充电的电池，并将已有的亏电电池放入换电柜以供大家共享使用，也即换取电池；
[0104]
2、电池申请：用户的用电设备没有配置电池，需要从换电柜获取或租借电池以装载在用电设备上使用；
[0105]
3、电池暂存：用户因出差等原因长时间不使用用电设备，担心电池长时间不使用会有损耗，因此将电池放入换电柜以供大家共享使用，待该用户再次使用用电设备时便是上述情形2；
[0106]
4、电池退还：用户正在使用的电池不想继续使用或租借了，便将这些电池放入换电柜以供大家共享使用；
[0107]
5、电池回收：每个换电柜都有可能回收了性能很差的电池，这些电池的使用对用电设备的损伤较大，因此可以归为退役电池或废弃电池，这些电池需要从换电柜取出且不再发放给用户使用。
[0108]
针对这些情形，图2b提供了另一种换电柜电池管理方法。在下述方法执行之前，用户需要在后台管理系统注册账户，系统录入用户信息(例如，包括用户用电设备的额定电压及额定功率、形状、尺寸、所需用的电池数量等)，并会根据用户缴纳押金数量、用电设备所需用的电池数量或电压、功率参数等情形为该用户账户分配换电权限。
[0109]
该换电权限可以包括单次换电所使用电池的数量值权限、用户账户能够申请取用的电池数量最大值、用户账户能够暂存的电池数量最大值，当然也可以包括用户账户能够
更换的电池数量最大值、用户账户在预定时间段内能够回收的电池数量最大值等。更为简单的，换电权限可以为用户所能够持有的电池数量最大值，每申请到1个电池便使换电权限减1，每换取到1个电池却使换电权限不变，每暂存了1个电池便使换电权限加1。上述换电权限适用于一个用户账户能够同时为至少两个用电设备获取电池的情形。当限制一个用户账户只能够为一个用电获取电池时，电池申请或电池更换操作的换电权限可以为该用户账户对应的用电设备所需用的电池数量。
[0110]
如图2b所示，另一种换电柜电池管理方法包括以下步骤：
[0111]
s201：获取换电柜内多个电池的电学参数，多个电池为统一规格。
[0112]
上述步骤s201可以是每隔一段时间执行一次，例如获取电池开路电压、电阻；也可以是每当接收到一批电池后便执行一次，例如电池更换操作或电池暂存操作之后获取电池开路电压、电阻；也可以是在电池恒流充电过程中执行，例如获取随时间变化的充电电压、充电电流、电池容量；也可以是在电池充电结束后便执行，例如获取电池开路电压、电阻、容量。或者也可以按照其他时间点或条件来执行，本申请对此不做限定。
[0113]
s202：确定最不均衡者，最不均衡者为电学参数与其他电池电学参数之间的差异达到预定条件的电池。
[0114]
例如，当采用静态分选的方法对电池电学参数进行分组时，若电池a的电学参数距离最近的数据中心的距离最大，并且该距离超过预先设置的距离阈值，则电池a为该批次电池中的最不均衡者；当采用动态分选的方法对电池电学参数进行分组时，若电池b的曲线特征异常，则电池b为该批次电池中的最不均衡者；当采用作图法对电池电学参数进行分组时，若根据电池c的电学参数标记点作图得到的直线或曲线特征异常，则电池c为该批次电池中的最不均衡者。
[0115]
s203：剔除最不均衡者，并标记其为退役电池。
[0116]
在步骤s201获取到电池参数之后，步骤s202和s203便对数据进行处理从而剔除最不均衡者，由此可以降低换电柜的多个电池间的不一致性；由于上述步骤s201至s203会被频繁执行，每执行一次便有可能剔除至少一个最不均衡者，从而长期累积下来，换电柜的多个电池之间的差异增大趋势会有所收敛，存留在换电柜中的电池的电池参数相对较为接近，提供给用户的多个电池之间的差异则会更小，从而这些电池组合使用时对用电设备的损伤也较小。
[0117]
s204：将多个电池分成至少两组，其中同一组项内电池的电学参数和/或充电曲线相近。
[0118]
上述步骤s201和s204可以分别参考步骤s101和s102，在此不再赘述。
[0119]
s205：当接收到用户的电池更换请求时，控制换电柜接收电池并判断在预定时间段内是否接收到一个电池放入换电柜所产生的一个电信号。当在预定时间段内接收到一个电信号后，执行步骤s206；否则执行其他操作，例如提醒用户放入电池并重新开始计时，或者判断本次用电请求操作是否结束。
[0120]
s206：从同一组项内选取一个电池并控制换电柜解锁之以供用户取用；返回“控制换电柜接收电池并判断是否接收到一个电池放入换电柜所产生的一个电信号”的步骤继续执行，直至用电请求操作结束。
[0121]
上述步骤s205和s206给出了电池更换操作下的电池管理策略，即换电柜每接收到
一个电池才会解锁一个电池供用户取用。这种情形下用户要想获取一定数量的电池必须提供相同数量的电池来交换，而且换电柜逐一解锁电池，能够避免用户将电池混淆。
[0122]
当用户的换电权限包括用户账户所能够更换的电池数量最大值时，还需要判断申请更换(用户向换电柜放入一个电池的目的是为了换取电池，这也视为一次电池更换申请)的电池数量是否超过换电权限，当超过换电权限时，用电请求操作结束。
[0123]
作为步骤s205和s206的可选替换方式，也可以是先从同一组项内选取一个电池并控制换电柜解锁之以供用户取用，然后控制换电柜接收电池并判断是否接收到一个电池放入换电柜所产生的一个电信号；或者，也可以是用户一次性放入所有待更换电池，换电柜一次性解锁与所接收电池数量对应的电池。
[0124]
s207：当接收到用户的电池申请请求时，获取用户申请取用的电池数量及换电权限，用户的换电权限包括用户账户所能够申请取用的电池数量最大值。
[0125]
s208：判断用户申请取用的电池数量是否超过换电权限。当用户申请取用的电池数量未超过换电权限时，执行步骤s209；否则执行其他操作，例如提醒用户换电权限不足。
[0126]
s209：从同一组项内选取电池并控制换电柜解锁之以供用户取用。
[0127]
用户在发送电池申请请求时，便可以将其申请取用的电池数量发送给换电柜，换电柜一次解锁多个电池；或者也可以是，用户每发送一次电池申请请求，换电柜只解锁预定数量个(例如一个)电池，该情形下用户申请发送电池申请请求时所携带的“用户申请取用的电池数量”应为“已申请到的电池数量与该请求能够申请的电池数量之和”(例如，应为“已申请到的电池数量+1”)。
[0128]
上述步骤s207至s209给出了电池申请操作下的电池管理策略，即只要用户申请取用的电池数量未超过其换电权限，便从同一组项内选取电池供用户取用。这种情形尤其适用于用电设备售卖时未配置电池，需要用户自行租借电池的情形。
[0129]
可选地，上述步骤s208至s209之后还可以执行步骤s216和s217，以及步骤s218。
[0130]
s210：当接收到用户的电池暂存请求时，获取用户申请暂存的电池数量及换电权限，用户的换电权限包括用户账户能够暂存的电池数量最大值。
[0131]
s211：判断用户申请暂存的电池数量是否超过换电权限。
[0132]
s212：当用户申请暂存的电池数量未超过换电权限时，控制换电柜接收电池。循环执行该步骤直至用电请求操作结束。
[0133]
用户在发送暂存申请请求时，便可以将其申请暂存的电池数量发送给换电柜，换电柜一次接收多个电池；或者也可以是，用户每发送一次电池暂存请求，换电柜只接收预定数量个(例如一个)电池，该情形下用户申请发送电池暂存请求时所携带的“用户申请暂存的电池数量”应为“已暂存的电池数量与该请求能够申请暂存的电池数量之和”(例如，应为“已暂存的电池数量+1”)。
[0134]
上述步骤s210至s212给出了电池暂存操作下的电池管理策略，即只要用户暂存的电池数量未超过其换电权限便可以接收用户存入的电池，该存入的电池将会在换电柜中充电并供大家共享使用。这种情形尤其适用于用户因出差等原因长时间不使用用电设备的情形。
[0135]
可选地，用户所使用的电池用电管理数据被实时监测并记录(例如可以在组合适配器中设置电池管理系统来监测并记录)，并同步到用户账户，在接收到用户的电池更换或
电池暂存请求后，换电柜或后台管理系统获取用户账户对应的待更换或待暂存电池的用电管理数据，以便了解电池使用情况以及电池性能，并进而辅助判断电池是否为退役电池。
[0136]
可选地，上述步骤s210至s212之后还可以执行步骤s216和s217，以及步骤s218。
[0137]
s213：当接收到用户的电池退还请求时，判断用户账户对应的电池是否处于暂存状态。
[0138]
s214：当用户账户对应的电池处于暂存状态时，根据暂存的电池数量调高用户账户的换电权限，并调低用户账户中处于暂存状态的电池数量。
[0139]
例如，用户账户当前的换电权限为30，另有10个电池处于暂存状态，用户发送电池退还请求携带有待退还电池数量5(当然，用户也可以将处于暂存状态的10个电池全部退还)，则将换电权限调高为35，并将用户账户中处于暂存状态的电池数量调为5(即将这5个电池注销)。若用户账户对应的电池均已暂存，则可以将换电权限设置为最大值。
[0140]
电池退还操作可以是用户自己在换电柜上操作的，也可以是到固定网点由工作人员通过后台管理系统操作，即步骤s213和s214可以是由换电柜执行的，也可以是后台管理系统执行的。
[0141]
可选地，在步骤s214中，在“根据暂存的电池数量调高用户账户的换电权限，并调低用户账户中处于暂存状态的电池数量”的操作之前，还可以判断接收到用户的电池退还请求的时间与用户暂存电池时的时间之差是否在预定时间范围内(例如一周内)，若在预定时间范围内则可执行“根据暂存的电池数量调高用户账户的换电权限，并调低用户账户中处于暂存状态的电池数量”的操作，否则锁定账户、给予罚款等处罚。通过这一方式可以督促用户及时对其账户信息进行更新。
[0142]
可选地，上述步骤s213和s214之后还可以执行步骤s216和s217，以及步骤s218。
[0143]
s215：当接收到用户的电池回收请求时，控制换电柜解锁预定数量的退役电池供用户收取。
[0144]
退役电池，包括电池管理方法执行过程中所剔除的性能较差的电池，也可以包括用户存入换电柜时已经(通过组合适配器、换电柜或后台管理系统)为其设置“退役电池”标签的电池。
[0145]
上述“预定数量的退役电池”可以是用户指定的，例如，用户所发送的电池回收请求携带有希望回收的电池数量；也可以是系统固定设置的，例如，每个用户在一个换电柜上只能回收2个电池更优地，系统还可以根据统计到的退役电池的数量及地理位置分布情况来调整设定值，。
[0146]
步骤s215给出了用户可以利用闲暇参与到线下换电柜中电池管理的方式，即用户可以收取换电柜中的退役电池并拿到指定地点去换取劳动报酬。
[0147]
可选地，上述步骤s215之后还可以执行步骤s216和s217，以及步骤s218。
[0148]
需要说明的是，本申请中用户所发送的请求(例如上述电池更换请求等)，可以是通过换电柜上的按键或触控显示屏发出的；也可以是通过移动终端上所安装的app向后台管理系统发出的，也可以是在固定网点通过工作人员直接向后台管理系统发出的，本申请对用户发出请求的方式不做限定。
[0149]
s216：判断本次用电请求操作累计时长是否大于预定时长。当本次用电请求操作累计时长大于预定时长时，执行步骤s217；否则返回继续执行本次用电请求操作。
[0150]
s217：向用户发送错误报警信息并终止本次用电请求操作。
[0151]
上述步骤s216和s217即规定了上述电池更换、电池申请、电池暂存、电池退还以及电池回收操作都应在预定时间内完成。
[0152]
s218：依据用户所取用的电池计算待支付账单或报酬，并发送给用户账户。
[0153]
例如，电池申请、电池更换操作中发放给用户电池后，可以根据发放时的电池电压或功率等参数计算需要向用户收取的费用；电池更换、电池暂存操作中接收用户的电池后，可以根据接收时的电池电压或功率等参数计算需要支付给用户的报酬；电池退还操作中可以根据用户发起退还请求与电池暂存操作之间的时间差超过预定时间范围的时长来计算需要向用户收取电池暂存的费用(即超时费用)；电池回收操作中，在指定地点接收到用户收取的退役电池后，可以按照换电柜与指定地点之间的距离以及回收的电池数量来计算需要支付给用户的报酬。
[0154]
图3示出了根据本发明实施例的一种换电柜电池管理装置的原理框图，该装置可以用于执行图2a至图2b所示的或者其任一可选实施方式的换电柜电池管理方法。如图3所示，该装置包括获取单元10、分组单元20和解锁单元30。
[0155]
获取单元10用于获取换电柜内多个电池的电学参数，多个电池为统一规格。分组单元20用于将多个电池分成至少两组，其中同一组项内电池的电学参数和/或充电曲线相近。解锁单元30用于每单次用电请求操作中，从同一组项内选取电池并控制换电柜解锁之以供用户取用。并且，获取单元10、分组单元20、解锁单元30在控制解锁电池前执行上述相应步骤。
[0156]
可选地，分组单元20包括聚类分组子单元和统计分组子单元。
[0157]
聚类分组子单元用于用聚类法使得电学参数相近电池的自然归类，按照自然筛选出来的数据中心将多个电池凝聚成至少两组；和/或，统计分组子单元用于将电池恒流充电过程中的电学参数-时间曲线作为分类对象，利用统计学算法把曲线特征划分组别并进行分类，从而将电池分为至少两组。
[0158]
可选地，所述电学参数包括以下至少一者：电池转换至换电柜后且尚未充电前的开路电压，充电到预定数值电压后的开路电压、电阻、容量，电池充电过程结束后的开路电压、电阻、容量。
[0159]
本发明实施例还提供了一种换电电池管理系统，如图4所示，该系统包括多个换电柜的处理器和后台管理系统，后台管理系统与每个换电柜的处理器通信连接，其中，多个换电柜的处理器和/或后台管理系统执行图2a或图2b所示的任意一种电池管理方法。
[0160]
当换电柜执行图2a或图2b所示的任意一种电池管理方法时，仅获取该换电柜内电池的电学参数，并将该换电柜中电池分为至少两组，每单次的用电请求操作过程中，换电柜分配给用户(即选择并控制换电柜解锁之以供用户取用)的电池只来源于该换电柜。
[0161]
需要注意的是，后台管理系统执行图2a或图2b所示的任意一种电池管理方法，但是将结果显示在某个换电柜上时，只是将该换电柜作为一个显示装置使用，并不属于上述换电柜执行电池管理方法的情形。
[0162]
在多个地理位置的多个换电柜中电池的电学参数，并将多个换电柜中电池分为至少两组其中同一组项内电池的电学参数和/或充电曲线相近，每单次的用电请求操作过程中，后台管理系统分配给用户(即选择并控制换电柜解锁之以供用户取用)的电池可以位于
多个地理位置的多个换电柜中，也可以是位于一个换电柜中，这可以是根据用户的需求来确定。
[0163]
后台管理系统还可以用于录入用户信息及换电权限，其中用户信息可以包括用户名、联系方式(例如手机号，或者微信号等社交账号)、绑定的金融账户(例如支付宝或微信账户、银行卡、信用卡，或者信用值账户)、用于接收账单的电子邮箱、用电设备的数量、每个用电设备的额定电压及额定功率等，换电权限可以包括单次换电所使用电池的数量值权限、用户账户能够申请取用的电池数量最大值、用户账户能够暂存的电池数量最大值，当然也可以包括用户账户能够更换的电池数量最大值、用户账户在预定时间段内能够回收的电池数量最大值等。更为简单的，换电权限可以为用户所能够持有的电池数量最大值，每申请了1个电池便使换电权限减1，每换取1个电池却使换电权限不变，每暂存1个电池便使换电权限加1。
[0164]
可选地，用户录入信息及换电权限之后，可以获得与其用电设备尺寸规格相匹配的组合适配器。组合适配器上可以配置bms电池管理系统，可以采集该组合适配器内部电池的用电管理数据。组合适配器还可以通过无线传输方式将用电管理数据发送至换电柜或后台管理系统。
[0165]
后台管理系统还可以获取多个换电柜的地理位置，当用户通过某个换电柜或移动终端查询换电柜时，后台管理系统接收用户的换电柜查询请求，并向用户推送最近和/或附近所有换电柜的地理位置及其相关信息。当用户使用具有导航功能的可移动设备(例如手机)查询换电柜时，在移动终端上还可以为用户提供导航服务。
[0166]
可选地，如图5所示，关于电池回收操作，后台管理系统还执行以下操作：
[0167]
步骤s219：实时监控退役电池所在的换电柜地理位置。
[0168]
步骤s220：当接收到用户的电池回收请求时，向用户推送距离其最近和/或附近所有存有退役电池的换电柜地理位置。
[0169]
步骤s221：判断已解锁的退役电池在其被解锁后的预定时间段内是否被换电系统接收。当已解锁的退役电池在预定时间段内没有被接收时，执行步骤s222；否则执行其他操作。
[0170]
步骤s222：将收取退役电池的用户账户锁定。
[0171]
通过步骤s219和s220实时监控哪个换电柜中有退役电池，并推送给用户，能够方便用户寻找退役电池，提高效率。通过步骤s221和s222在退役电池被解锁后便开始计时，在其被解锁的预定时间段内，若换电系统没有接受到该退役电池，则将最后收取该退役电池的用户账户锁定，从而给予该用户惩戒，以此督促用户及时将退役电池归还至换电系统。
[0172]
本发明实施例提供了换电柜3的一种实施方式，其包括柜体31、多个电池放置位、多个锁止及解锁机构及处理器；
[0173]
如图6-1、图6-2及图6-3所示，柜体31的前侧壁上设有若干个电池出入口32，每个电池出入口32对应一个安装腔，每个安装腔作为一个电池放置位，用于放置电池1。比如，如图6-1所示，若干个电池出入口32呈阵列地分布在柜体31的前侧壁上，对应地安装腔呈阵列分布。当然，除了图6-1中示意出的多个电池出入口32的排布方式外，采用其他的排布方式也可，比如，呈s型排布或者v型排布等，具体排布方式不做限定，根据实际需求而定。
[0174]
如图12所示，多个锁止及解锁机构设在柜体31上，每个安装腔对应至少一个锁止
及解锁机构，处理器执行上述换电柜电池管理方法，并输出控制信号以控制锁止及解锁机构在锁定状态与解锁状态之间切换。
[0175]
比如，锁止及解锁机构为电子锁，电子锁在处理器的控制信号的控制下，电子锁上锁或开锁，当电子锁处于上锁的锁定状态时，电子锁将与其对应的电池1锁定在安装腔内，用户不能经电池出入口32将处于锁定状态的电池1取走，电池1保持在安装腔内，此时电池1可以处于充电状态或已充好电的状态。
[0176]
只有当有权限的用户给处理器发出请求取走电池1的信号时，处理器才输出解锁的控制信号，电子锁执行解锁信号，电子锁解锁使其由锁定状态切换至解锁状态，解除对电池1的锁定作用，此时用户可以在电池出入口32处，将处于解锁状态的单颗电池1取走，安装腔形成一个空位；将取出的单颗新电池1与用电设备中的单颗旧电池1进行替换，替换后的单颗旧电池1，可以直接放入空位的安装腔内，电子锁再根据控制信号，对该单颗旧电池1进行上锁，以完成单颗电池1的替换。以此类推，逐步逐次地将用电设备中的单颗旧电池1进行替换，此实施方式中单颗电池1的替换是用户手动操作的，即用户手动将单颗电池1放入安装腔内或者从安装腔内取出。
[0177]
一般当单颗电池1放置在安装腔内时，需要对单颗电池1充电，对应地换电柜3内设置电源，电源与每个安装腔之间电连接，每个安装腔内设置充电接口，单颗电池1在安装腔内与充电接口电连接，以实现对电池1充电。
[0178]
比如，如图11所示，换电柜3的后侧盖板的内壁面上设置多个隔板，每个隔板上设置一个电源4，电源再与换电柜3前侧壁上的安装腔内的充电接口电连接，以实现对每个安装腔内的单颗电池1充电。
[0179]
换电柜3还包括检测装置，如图11所示，检测装置包括电池内阻检测机构341、电池容量检测机构343及电池电压检测机构342。其中，电池内阻检测机构341的输出端与处理器的输入端连接，用于检测电池1的内阻。电池容量检测机构343的输出端与处理器的输入端连接，用于检测电池1的容量；电压检测机构的输出端与处理器的输入端连接，用于检测电池1的电压。
[0180]
比如，在图11或图16中，换电柜3内的底部后侧设置多个安装腔，上述的电池内阻检测机构341、电池容量检测机构343及电池电压检测机构342分别设在一个安装腔内。换电柜3的后侧盖板打开后，便于将电池内阻检测机构341、电池容量检测机构343及电池电压检测机构342在换电柜3内的装配。检测装置还可以仅包括电池内阻检测机构341。
[0181]
本实施方式中还提供了换电柜3的第二种实施方式，如图15-1、图15-2及图15-3所示，换电柜3的柜体31的前侧表面上设有一个电池出入口32，柜体31内设置多个充电座33，每个充电座33作为一个电池放置位；锁止及解锁机构在锁定状态，将单颗电池1锁定在充电座33上；及对充电座33上的单颗电池1进行解锁。
[0182]
任一充电座33可对准电池出入口32，具体而言，如图17所示，换电柜3的柜体31内部还包括至少两个链轮3522、环形链条3521和驱动机构。其中，多个链轮3522可转动地设置在柜体31内。
[0183]
比如，在图17中，多个链轮3522平行分布，环形链条3521呈“s”走向依次绕在每一个链轮3522上并形成闭合环；所有的充电座33依次固定设置在链条的外壁面上；驱动机构与至少一个链轮3522连接，驱动机构驱动链轮3522转动以联动带动环形链条3521移动，进
而使得固定在环形链条3521的外壁面上的任一充电座33可对准电池出入口32。驱动机构可以为旋转电机，旋转电机的输出轴与一个链轮3522的内孔插接固定。
[0184]
将多个充电座33固定在链条上，当需要对一个充电座33上的电池1进行取出或者将旧的电池1放置在空位的充电座33上时，只需驱动机构驱动链条转动，使对应的充电座33对准柜体31上的电池出入口32，此时用户可以在电池出入口32处将充电座33上的单颗新电池1取走，并用单颗新电池1替换用电设备的组合适配器2中的单颗旧电池1；再将替换下来的单颗旧电池1经电池出入口32插接在空位的充电座33上，实现半自动化地更换单颗电池1。
[0185]
换电柜的处理器还可以记录空位的充电座。并且，在控制换电柜接收电池时，处理器控制驱动机构动作以使得环形链条(3521)外壁面上的空位充电座对准电池出入口(32)；在控制换电柜解锁电池时，处理器控制驱动机构动作以使得解锁的电池对准电池出入口(32)。
[0186]
此实施方式中的充电座33上可以设置充电接口，单颗电池1直接插接在充电座33上的充电接口上，每个充电座33与柜体31内设置的电源电连接，以实现对充电座33上电连接的电池1进行充电。
[0187]
在将多个充电座33固定在链条的实施例中，电源与所有充电座33电连接的方式有多种，比如，图17中示意出第一种方式，柜体31内还包括可转动地设在柜体31内部的电缆旋转分配器3525；电缆旋转分配器3525上设有若干个间隔分布的弹性电线，比如，电缆旋转分配器3525呈圆形盘，若干弹性电线在圆形盘上沿周向均匀分布，弹性电线的引出端与充电座33一一对应电连接，电缆旋转分配器3525连接电源。
[0188]
在链条移动过程中，电缆旋转分配器3525上的弹性电线可以通过形变以拉伸其长度或复位缩短其长度，以适应链条移动的距离；最佳地，随着链条移动过程中，通过电缆旋转分配器3525的正向或反向转动，以缩短弹性电线与各自对应的充电座33之间的距离，弹性电线保持与充电座33的电连接的同时，相邻弹性电线尽量不缠绕在一起，进而实现对各个充电座33上的单颗电池1进行充电。
[0189]
对于弹性电线而言，弹性电线为呈螺旋分布的电缆，或者其他排布方向的电缆或电线。
[0190]
电缆旋转分配器3525除了采用弹性电线与各个充电座33电连接外，还可以为其他电连接方式。比如，电缆旋转分配器3525上面向充电座33的一侧表面上，设有沿环形链条3521移动路径分布的若干个电刷；任一充电座33随链条移动时，与电刷滑动地电连接，相对于采用弹性电线的连接方式，电刷与充电座33形成滑动的电连接，不会出现电线缠绕的现象。
[0191]
对于充电座33的结构而言，充电座33包括第一座体331，第一座体331上设置充电接口，充电接口可以设在第一座体331的侧壁上，或者设在第一座体331的其他壁面上，只需单颗电池1通过插接在充电接口上，即可实现在充电座33上的安装固定。此时，第一座体331可以为板块状或者盒体。
[0192]
进一步地，如图18-1和图18-2所示，第一座体331具有一端呈取放口的放置腔，放置腔作为电池放置位；充电座33还包括盖体332，盖体332的一侧壁端可转动地设在取放口上；锁止及解锁机构设在第一座体331和盖体332中的至少一个上，在锁定状态，用于将盖体
332锁定在第一座体331上，以使盖体332盖合在取放口上，实现将单颗电池1锁定在充电座33上；在解锁状态，盖体332的另一侧壁端可从取放口上打开，充电座33内的单颗电池1可以经盖体332上的取放口取出。
[0193]
在解锁状态下，为了实现自动地将充电座33内的单颗电池1取出并在电池出入口32处，将取出的单颗新电池1与用电设备的单颗旧电池1进行替换，如图18-1和图18-2所示，环形链条3521沿至少两个链轮的中心的连线所在的第二方向移动，柜体31内还设有移动分插机构3523和分插动力滑轨3524；其中，移动分插机构3523沿第一方向做伸缩运动，移动分插机构3523可滑动地设在分插动力滑轨3524上，移动分插机构的滑动方向与所述第一方向垂直，对应地分插动力滑轨3524沿滑动方向延伸。
[0194]
第一方向和滑动方向位于同一个平面上，第二方向垂直于该平面，比如第二方向为z轴方向，第一方向为y轴方向，滑动方向为x轴方向；从而环形链条带动充电座在z轴方向移动，移动分插机构3523在x轴和y轴及方向移动，在三者的配合下，使移动分插机构3523能够在任一充电座33与电池出入口32之间切换，以抓取电池。
[0195]
当然，第二方向还可以为x轴方向，对应地，第一方向为y轴方向，滑动方向为z轴方向；或者，第二方向为y轴方向，对应地，第一方向为z轴方向，滑动方向为x轴方向，只需第一方向、第二方向及滑动方向中的一个为x轴方向，一个为y轴方向，另一个为z轴方向即可。为便于表述，下文中以第二方向为z轴方向，第一方向为y轴方向，滑动方向为x轴方向为例来说明。
[0196]
当移动分插机构3523在充电座33处做伸缩运动时，用于将单颗电池1取出或插入充电座33内；当在电池出入口32处做伸缩运动时，用于将单颗电池1取出或插入到放置在电池出入口32处的组合适配器2的电池组装盒内，从而实现自动地对单颗电池1进行替换。
[0197]
优选地，如图18-1所示，移动分插机构3523包括气缸35231及夹爪35232，夹爪35232固定在气缸35231的伸缩轴上，气缸35231可滑动地设在分插动力滑轨3524上，气缸35231在y轴上的伸缩运动，以驱动夹爪35232在y轴上的伸缩运动，以抓取电池。或者移动分插机构3523为机械手。
[0198]
对于环形链条3521而言，环形链条3521可以采用图17所示的结构，环形链条3521为一条，呈“s”走向绕在多个链轮3522上，并在一个平面内运行；也可以采用图18-1和图18-3所示的结构，环形链条3521为多条，多条环形链条3521沿第二方向延伸且在滑动方向上并排分布，每条环形链条3521呈闭合环绕设在一个主动链轮3522和一个被动链轮3522上，所有环形链条3521的主动链轮3522套接固定在同一个主动转轴上，所有环形链条3521的被动链轮3522套接固定在同一个被动转轴上，主动转轴与上述的驱动机构连接，当驱动机构驱动主动转轴转动时，即可同步带动所有链条在竖向移动，带动链条上位于同一高度上的充电座33同步地做升降运动，以供移动分插机构3523分次逐个地对位于同一高度上的充电座33内的单颗新电池1取走或放入单颗旧电池1。
[0199]
以图18-3为例来说明更换单颗电池1的具体过程：当需要对五条环形链条3521上的位于同一高度的五个充电座33上的单颗电池1进行取出时，环形链条3521同步向上或向下移动，直至充电座33的取放口高度与夹爪35232的高度适应为止；将需要取出的单颗新电池1的盖体332解锁；气缸35231在分插动力滑轨3524上滑动，以使气缸35231上的夹爪35232对准处于打开状态的充电座33的取放口，夹爪35232做伸缩运动，将充电座33内的单颗新电
池1取走；之后气缸35231在分插动力滑轨3524上滑动，将单颗新电池1输送至电池出入口32处，并插入放置在电池出入口32的组合适配器2中的电池组装盒21内；相反，将电池组装盒21内的单颗旧电池1取出，并转移至处于空位的充电座33的放置腔内。
[0200]
如图18-3所示，上述的电缆旋转分配器3525设置在多个环形链条3521围成的内腔中，以将电源与充电座33电连接。类似地，分插动力滑轨3524下方的柜体31内设置上述的电池内阻检测机构341、电池电压检测机构342及电池容量检测机构343。
[0201]
对于图15-1、图18-1所示的换电柜3，其的柜体31上都是设置一个电池出入口32，作为变形实施方式，柜体31上还可以设置多个电池出入口32，比如电池出入口32为两个、三个、四个、五个或者更多个。比如，图18-1所示的换电柜3，可在同一高度上设置多个电池出入口32，一个电池出入口32对应一条链条上的充电座33；或者图15-1所示的换电柜3，可以在不同高度上设置多个电池出入口32，来供链条上不同高度的充电座33在竖向移动过程中对准，便于更高效地取放单颗电池1。
[0202]
作为变形实施方式，图18-3所示的多个环形链条3521中，每个环形链条可以单独采用一个驱动机构驱动沿竖向移动，相邻两个链条之间预留一定间距，便于驱动机构的安装，每个环形链条3521单独受各自对应的驱动机构的驱动而做升降运动，便于对不同环形链条上的不同高度处的充电座进行取放电池。
[0203]
作为变形实施方式，如图6-1所示的换电柜3，可以将图17或图18-1中所示的充电座33一一对应地设在图6-1所示的换电柜3内的放置腔内，以供电池1放置。
[0204]
另外，如图6-3、图15-1、图15-3所示，换电柜3的柜体31的前侧表面上还可以设有人机交换器311、监控摄像头312、射频感应器313、广告屏314及指示器36。人机交换器311可以为按键、触控屏，从而便于用户向处理器向处理器发送操作信号或请求，该人机交换器311也可以为显示屏，该显示屏上显示动态识别码，当用户端设备可以通过扫描该识别码的方式向处理器发送操作指令或请求；监控摄像头312便于监控换电柜3所处的环境，广告屏314用于显示一些用于宣讲或告知用户的信息；指示器用于指示对应位置上的电池处于锁止状态还是已解锁可取用的状态。
[0205]
本发明实施例还提供一种组合适配器2，如图6-4所示，适用于上述任意一个实施方式中的换电柜3，包括电池组装盒21，电池组装盒21包括至少一侧呈开口的腔体，腔体内用于分布至少一个电池1，电池1以预定方式电连接后的两端分别与腔体外表面设置的一个第一接口211电连接。组合适配器2装在用电设备中时，给用电设备供电。
[0206]
对于电池组装盒21而言，电池组装盒21内可以安装一个电池1，或者两个电池1，或者三个或更多个电池1。当电池1为多个时，多个电池1在电池组装盒21内的电连接方式可以是串联、并联、混联，具体设置方式根据用电设备的需求来确定。
[0207]
比如，如图13-1、图13-2或图13-3所示，电池1为两个，两个电池1在电池组装盒21内并排分布且串联连接，电池组装盒21的外壁面上分别设置一个第一接口211，两个电池1串联后的两端分别电连接在一个第一接口211上。同样地，当电池1为多个时，多个电池1串联、并联或混联后的两端分别电连接在一个第一接口211上。
[0208]
对于电池组装盒21的结构而言，可以为图8所示的框架体，多个电池1在框架体中并排且层叠分布，框架体上设置有电路以使多个电池1以预定方式电连接。其中，预定方式电连接包括串联、并联、混联，或者电路中仅有单个电池。
[0209]
或者，还可以为图6-4或图9所示的至少一侧呈开口的腔体，该腔体内用于放置至少一个电池，腔体侧壁上设置有电路，用于使腔体内的电池以预定方式电连接。并且，腔体外表面设置有适于插接的第一接口211，且第一接口211具有至少两个相互绝缘的导体接头，至少一个电池以预定方式连接后的电路两端分别与第一接口211的至少两个导体接头连接。比如，电池上设有快速接口，电池通过快速接口以预定方式电连接。
[0210]
如图6-4、图9及图13-1所示，组合适配器2还包括并联座22，并联座22包括第二座体、至少一个第二接口221、第三接口222。第二接口221和第三接口222均设置与第二座体上，适于插接，且均具有至少两个相互绝缘的导体接头。二者不同在于，第二接口221与每个第一接口211匹配，二者插接时，其导体接头分别电连接；而第三接口222用于连接用电设备。第二座体上设置有电路，使得第三接口222与每个第二接口221的导体接头分别电连接。例如，3个第二接口221分别连接3串电池，则用电设备连接第三接口222时便可以同时连接这3串电池，从而能够提高供电功率。
[0211]
对于第二座体而言，可以是板块结构，也可以是盒状结构，或者其他形状的结构都可以，其形状不做限定。
[0212]
如图13-1、图13-2及图13-3所示，一个电池组装盒21的底部上的第一接口211与并联座22的顶部上的第二接口221沿竖向插接电连接，并联座22内部中的每个第二接口221与第三接口222电连接，第三接口222与用电设备电连接，从而实现电池组装盒21内的电池1对用电设备供电。或者，如图14的a、b、c中，一个电池组装盒21内分别装两个电池1、三个电池1及四个电池1，电池组装盒21的底部上的第一接口211均电连接在一个并联座22的第二接口221上。
[0213]
或者，如图15-4所示，一个电池组装盒21内设置六个电池1；或者，如图14中的f所示，单颗电池1作为一个电池组装盒21，单颗电池1的快速接口11与并联座22的第二接口221之间直接通过电线电连接。
[0214]
当电池组装盒21为至少两个时，并联座22上的第二接口221为至少两个，至少两个电池组装盒21通过并联座22连接时，至少两个电池组装盒21为并联连接。
[0215]
如图9所示，电池组装盒21为两个，每个电池组装盒21内装一颗电池1，两个电池组装盒21并联连接，每个电池组装盒21上的第一接口211与并联座22上的一个第二接口221电连接。
[0216]
当电池组装盒21为多个时，多个电池组装盒21之间可以串联、并联或者混联，最终都是通过并联座22形成一个总供电输出端与用电设备电连接。
[0217]
比如，如图10-1所示，电池组装盒21内装入两颗电池1，两颗电池1在组装盒内串联连接，并联座22(图中未示意出)设在电池组装盒21内，如图10-2所示，多个电池组装盒21在竖向上层叠分布，多个电池组装盒21的并联座22的输出端最终并联在一起，形成最终的一个总输出端与用电设备电连接。
[0218]
或者，如图14中d和e所示，分别包括两个电池组装盒21和四个电池组装盒21，d中每个电池组装盒21内装五个电池1，五个电池1在电池组装盒21内串联连接；f中每个电池组装盒21内装六个电池1，六个电池1在电池组装盒21内串联连接，每个电池组装盒21的底部的第一接口211沿竖向插接在一个并联座22的顶部上的第二接口221，所有的并联座22并联连接，其总输出端与用电设备连接，比如总输送端为插座或插板。
[0219]
上述只是给出电池组装盒内装入电池的部分实施例，实际中电池组装盒内可以设置n个电池，n为大于等于1的自然数，n个电池在电池组装盒内以预定方式电连接，电池的具体设置数量不做限定，根据实际需求而定。
[0220]
图14中不同情形下的单颗电池1的规格一样，电压均为12v，则f中组合适配器2的输出电压为12v，a中组合适配器2的输出电压为24v，b中组合适配器2的输出电压为36v，c中组合适配器2的输出电压为48v，d中组合适配器2的输出电压60v、e中组合适配器2的输出电压72v。
[0221]
另外，一个电池组装盒21中，若所有电池1均串联连接，此时电池组装盒21即为串联盒；若所有电池1均并联连接，此时电池组装盒21即为并联盒；若所有电池1中，既有串联又有并联连接，对应地电池组装盒21为串并联盒。
[0222]
优选地，电池组装盒21的外形与电池1的外形一致，便于电池1在电池组装盒21内的排布。比如，图13-1中电池组装盒21为长方体盒，对应地，装在电池组装盒21内的电池1呈长方体；又如，图13-2中，电池组装盒21为方形盒，装在其内的电池1呈正方体；或者如图13-3所示，电池组装盒21为圆柱体盒，装在其内的电池1呈圆柱体。另外，如图7所示，每颗电池1上设有快速接口11，便于多个电池1之间的快速电连接。
[0223]
最佳地，为便于转移电池组装盒21，如图8、图13-1、图13-2及图13-3所示，电池组装盒21的顶部上设置把手，便于通过把手来提取整个电池组装盒21。
[0224]
本发明实施例还提供了一种换电系统，该换电系统包括图6-1或图15-1，或图18-1所示，或者上述其他变形实施方式的换电柜3，和放置于换电柜3中供用户共享使用的多个电池1，以及图4所示的换电电池管理系统。
[0225]
电池1可在组合适配器2和换电柜3的充电接口之间切换地电连接，电池1与换电柜3的充电接口电连接时而处于充电或充满电状态；电池1置于组合适配器且该组合适配器连接用电设备时时而处于可为用电设备供电状态。
[0226]
本申请创造性地提出换电系统所采用的电池为统一规格且为统一尺寸。然而，如上文所述，目前市场上用电设备的用电规格不一，而换电柜中电池必须跟市场上现有电动设备相匹配，从而换电系统所采用的电池规格选取成为重要难点，它是换电系统能够规模化发展的关键。对此，发明人也进行了研究，具体如下：
[0227]
在电池电压方面，发明人调研发现，目前市场上用电设备的电压包括12v、24v、36v、48v、60v、72v，国家标准(gb/t 17938-1999)认可的单个电池电压包括3v、6v、12v、24v、36v，发明人分别制定了不同数量的这几种电池串联的方案，具体如下表一所示。其中，方案一为单个电池电压为3v的方案，方案二为单个电池电压为6v的方案，其余方案根据表格第二行类推。从表一中的列可以看出，只有当单个电池电压为6v和12v时能够通过电池串联的方式覆盖市场上所有的电池电压规格(即方案二和方案三)。进一步研究方案二和方案三发现，当单个电池电压为12v时，最多只用6块电池串联便能够覆盖市场上所有的电池电压规格(即方案三)，而所串联的电池数量越少则意味着同等电池性能下电池组合的中间线路和零件最少，即电池包或组合适配器的体积最小。由此可见，换电系统中电池的标称电压优选为12v。
[0228]
表一单个电池采用不同电压情形下的电池组电压(v)
[0229][0230][0231]
在电池电压方面，发明人调研发现，目前市场上电动设备的一串电池包括5a
·
h至20a
·
h，这些规格的电动设备在本申请所提出的换电系统中均可使用，下表二给出了单串电池组采用不同容量时的电池组整体容量。发明人建立了电动设备电池组容量续航情况的统计学模型，并融入了换电系统的模式，进一步估算发现，电池组整体容量为50a
·
h已能够满足日常需要，且电池更换的频率较低。从下表二可以看出方案三至六均可。然而，单串电池组的容量越大，电池组整体体积也越大，而且更换的费用较高，经模拟发现，换电系统中单串电池组容量较优为10a
·
h至15a
·
h。
[0232]
表二单串电池组采用不同容量时的电池组整体容量(a
·
h)
[0233]
电池组合方式方案一方案二方案三方案四方案五方案六1串电池组58101215202串电池组并联1016202430403串电池组并联1524303645604串电池组并联2032404860805串电池组并联2540506075100
[0234]
下面以单个电池容量为12a
·
h为例(当一串电池仅包括一个电池时，单串电池的容量便是12a
·
h)，对单个电池的电压及输出方式做进一步研究。
[0235]
下表三示出了单个电池的标称电压为12v的电池组合后对应用电设备性能(其中“串5并2”表示5个电池通过电池组装盒串联，并且两个这样的电池组装盒通过并联座并联，相似表达方式类推)。从表格第二列(即用电设备例的直流电压/电机功率)可以看出，标称
值为12v/12a
·
h的单个电池能够通过串联或并联的方式满足目前市场上大部分用电设备的电压，并且能够满足目前市场上大部分用电设备的驱动功率，且用电设备的理论用电时间较为合理。
[0236]
表三
[0237][0238][0239]
下表四示出了单个电池的标称电压为24v的电池组合后对应用电设备性能。从表格中的空白格可以看出，标称值为24v/12a
·
h的单个电池难以满足用电设备例b、d和g。
[0240]
表四
[0241][0242]
发明人注意到，上述表格表一至表四所示的实验例中，单个电池有正极和负极这两个输出端，其是以常规的串联方式使用的。
[0243]
为解决表四中难以满足部分用电设备例的问题，发明人对电池的输出及使用方式做了改进。具体而言，针对标称电压为24v的电池，设置两组充放电通道，其中一组以电池的标称电压和额定容量输出，另外一组以电池二分之一的标称电压和一至两倍的额定容量输
出，本文将改进后的电池称为多输出电池。由于单个电池是由更小的电池单元串并联组成的，本领域技术人员可以从单个电池内部电路适当位置引出多个接线端来实现上述设置，在此不再赘述。
[0244]
下表五示出了采用上述多输出电池组合后对应用电设备性能(其中“串3(2+0.5)”表示3个电池串联，其中2个电池以标称电压和额定容量输出，另外1个电池以电池二分之一的标称电压和一至两倍的额定容量输出，相似表达方式类推)。从表格第二列(即用电设备例的直流电压/电机功率)可以看出，标称值为24v/12a
·
h的单个电池也能够通过串联或并联的方式满足目前市场上大部分用电设备的电压，并且能够满足目前市场上大部分用电设备的驱动功率，且用电设备的理论用电时间较为合理。并且，对比表三和表五可以看出，在满足同一用电设备例用电要求的情况下，表五所示实验例用的电池较少。
[0245]
表五
[0246][0247]
可选地，组合适配器设置有bms电池管理系统，bms电池管理系统将组合适配器内部电池的用电管理数据发送至换电柜和/或后台管理系统。
[0248]
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

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