CN102501750B - 蓄电装置及搭载该蓄电装置的电动汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种蓄电装置及搭载该蓄电装置的电动汽车，该蓄电装置包括可快速更换电源模块(1)和可快速充电电源模块(2)，可快速更换电源模块(1)和可快速充电电源模块(2)并联设置，可快速更换电源模块(1)布置在拆除副驾驶座椅后的副驾驶位置空间内，由高能量型储能元件构成，可快速充电电源模块(2)布置在拆除油箱后的油箱位置空间内，由可快速充电型储能元件构成。

Description

蓄电装置及搭载该蓄电装置的电动汽车

技术领域

本发明涉及一种蓄电装置及搭载该蓄电装置的电动汽车，具体而言，本发明涉及由可快速更换电源模块和可快速充电电源模块组成的蓄电装置。

背景技术

近年来，石油资源的日趋枯竭和环境污染的日益严重，促使电动汽车陆续投放市场。虽然电池技术已得到了较大的发展，但与汽油和柴油等化石燃料相比，其性能仍然不能完全满足使用要求。例如，由于电池的比能量较低，电动汽车的续驶里程只有100～160km。

特别地，在城市公共交通领域中使用的出租车每天的行驶里程要求达到350～400km。为了实现这一目标，需要给电动出租车提供40kWh的电能，配备至少40kWh的电池包，这将使得车辆增加至少400kg的质量。如果不重新设计车辆，整车各方面的性能将无法得到保证。

为了解决以上问题，需要进一步提高化学电池的比能量。其次，开发可快速充电电池及非接触式快速充电技术，将充电时间缩短到和燃油汽车加油时间相当的程度。另一方面，也可以通过换电站和自动快速换电装置，将没电的电池包从车上拆下来，换上已经充满电的电池包。更换电池包所需的时间也不应超过加油所需的时间。

因此，用作城市出租车用途的电动车辆及其搭载的蓄电装置具有以下重要课题，即：在不重新设计车辆以及车辆使用简单方便的前提下，通过各种技术途径提供所需的电能，保证电动汽车每天的行驶里程不低于350～400km。

发明内容

因此，本发明的目标是提供一种蓄电装置及搭载该蓄电装置的电动汽车，通过快速换电和快速充电的综合方法，蓄电装置提供的电能可以保证电动汽车每天的行驶里程达到250～300km。

在本发明的第一方面，提供了一种蓄电装置，其包括可快速更换电源模块以及可快速充电电源模块，所述可快速更换电源模块和所述可快速充电电源模块并联设置。

可快速更换电源模块采用高能量型储能元件构成，布置在拆除副驾驶座椅后的副驾驶位置空间内，可快速更换电源模块及电驱动系统的质量之和与发动机、一名乘客及副驾驶座椅的质量之和相当，可快速更换电源模块的宽度、长度和高度分别与副驾驶座椅坐垫宽度、副驾驶座椅腿部空间和地板到副驾驶座椅坐垫上表面的距离相当。

可快速充电电源模块采用可快速充电型储能元件构成，可快速充电电源模块的质量与油箱总质量及行李总质量之和相当，可快速充电电源模块的宽度、长度和高度分别与油箱的宽度、长度和高度相当，可快速充电电源模块布置在拆除油箱后的油箱位置空间内。

两种电源模块具有相同的额定电压等级，其负极均串联一个接触器后电气连接在一起，形成蓄电装置的负极，其正极电气连接在一起，并与正极接触器、预充接触器和预充电阻相连接，其中所述预充接触器和所述预充电阻串联后与所述正极接触器并联，形成蓄电装置的正极。

在本发明的第二方面，提供了一种电动汽车，其包括所述的蓄电装置。电动汽车具有至少三个座位，即一个驾驶员座位和两个后排乘客座位。打开副驾驶侧车门，可快速地更换可快速更换电源模块。通过设置在地面的充电设施，可对可快速充电电源模块进行快速充电。在更换可快速更换电源模块的同时，对可快速充电电源模块进行快速充电。

采用这种蓄电装置，不需要修改或者重新设计车身结构，可以充分利用燃油汽车的车身和生产线，保证批量生产的便利性，以及电动汽车的设计和生产成本较低；满足所述的蓄电装置的质量和体积约束条件，电动汽车的质心位置和高度与燃油汽车的相当，在不修改或者重新设计车身结构和底盘系统的前提下，保证了电动汽车的动力性、制动性和操纵稳定性等方面的性能与燃油汽车的相当。

附图说明

图1是本发明的电动汽车的一具体实施例的侧视图，其示意性地示出了蓄电装置的布置，可快速更换电源模块及可快速充电电源模块的长度和高度；

图2是图1所示的具体实施例的后视图，其示意性地示出了蓄电装置的布置，可快速更换电源模块及可快速充电电源模块的宽度；

图3是本发明的蓄电装置的一具体实施例的电气连接结构框图。

图中：1可快速更换电源模块；2可快速充电电源模块；SMR0预充接触器；R预充电阻；SMR1正极接触器；SMR2可快速更换电源模块负极接触器；SMR3可快速充电电源模块负极接触器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。应理解，实施例仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。

以下根据图1至图3对本发明的实施例进行详细说明。图1和图2是本发明的电动汽车的一具体实施例的侧视图和俯视图，其示意性地示出了蓄电装置的布置，以及可快速更换电源模块1和可快速充电电源模块2的长度、宽度和高度。图3是本发明的蓄电装置的一具体实施例的电气连接图。

如图1和图2所示，蓄电装置由可快速更换电源模块1和可快速充电电源模块2组成，可快速更换电源模块1与可快速充电电源模块2并联设置。可快速更换电源模块1布置在拆除副驾驶座椅后的副驾驶位置空间内；可快速充电电源模块2布置在拆除油箱后的油箱位置空间内。蓄电装置向未示出的电驱动系统提供电力，从而驱动电动汽车。

根据统计数据，城市出租车每天的行驶里程达到350～400km，70％的用车时间内车上只有司机加一名乘客，20％的用车时间内车上有司机加两名乘客。因此，电动出租车应具有至少三个座位，而且每天的行驶里程不低于350～400km。

为了达到所需的行驶里程，蓄电装置需要提供至少40kWh的电能。为了保证不需要重新设计车辆以及车辆使用简单方便，原则上车辆在每天的行驶过程中只应换电一次及快充一次。车辆不运行时可利用夜间的谷电进行充电。换下来的电源模块可在换电站利用夜间的谷电进行充电，不仅可以降低运行费用，而且专业的充电和维护将延长电源模块的使用寿命。

因此，在可快速更换电源模块1和可快速充电模块2之间应进行合理的容量分配，一方面保证车辆不需要重新设计，另一方面确保车辆使用简单方便。

(1)可快速更换电源模块1

在不修改或者重新设计车身结构和底盘系统的前提下，为了保证电动汽车的动力性、制动性、操纵稳定性和碰撞安全性等方面的性能与燃油汽车的相当，在布置质量和体积较大的可快速更换电源模块1时，应使得电动汽车的质心位置和高度与燃油汽车的相当。而且三名乘客的乘坐空间也与燃油汽车的相当，以保证电动汽车的实用性和乘坐舒适性。

燃油汽车的发动机通常布置在汽车前舱右侧。1.6L汽油发动机的质量约为120kg，一名乘客的质量约68kg，副驾驶座椅的质量约为20kg，三者之和约为200kg。电动汽车的电动机取代了发动机，布置在汽车前舱右侧。在动力性不低于燃油汽车的前提下，电动汽车搭载的峰值功率50kW的电驱动系统的质量约为60kg。因此，可快速更换电源模块1的质量不应超过140kg。

如图1和图2所示，可快速更换电源模块1布置在拆除副驾驶座椅后的副驾驶位置空间内，其宽度与副驾驶座椅坐垫宽度相当，约为0.5m；其长度与副驾驶座椅腿部空间相当，约为1m；其高度与地板到副驾驶座椅坐垫上表面的距离相当，约为0.25m。因此，可快速更换电源模块1的体积不应超过125L。

高能量型储能元件，例如正极材料采用镍锰钴酸锂三元材料的锂离子动力电池，构成的电源模块的比能量达到100Wh/kg，能量密度达到130Wh/L。在可快速更换电源模块1的质量设定为140kg，体积设定为125L时，其电能接近14kWh。因此，单独使用可快速更换电源模块1时的续驶里程将达到140km。

满足所述的质量和体积约束条件，电动汽车的质心位置和高度将与燃油汽车的相当。将可快速更换电源模块1布置在副驾驶位置的车身地板之上，避免了修改或者重新设计车身地板结构和底盘系统，可以充分利用燃油汽车的车身、底盘和生产线，保证批量生产的便利性，以及电动汽车的设计和生产成本较低。

可快速更换电源模块1布置在副驾驶位置空间内，前排驾驶员和后排乘客的乘坐空间将不受影响，从而确保电动汽车具有至少三个座位，保证了电动汽车的实用性和乘坐舒适性。

可快速更换电源模块1布置在车身地板之上，通过打开副驾驶侧车门，采用自动化或者半自动化的辅助装置，拆开可快速更换电源模块1的固定装置和动力电缆连接器，即可实现快速拆卸和装配。这样，不仅可以通过快速更换电源模块来延长电动汽车的续驶里程，而且使得电动汽车的生产装配以及日常维护变得非常方便。

(2)可快速充电电源模块2

只具有可快速更换电源模块1的电动汽车在距离换电站较远处，如果此时电能耗尽，车辆将不可避免地瘫痪在路上，这将对驾驶员和乘客造成极大的困扰。而且在换电期间，如果能够同时对一个可快速充电电源模块2进行快速充电，则将可以获得更多的可用电能，减轻驾驶员在使用电动汽车时的担忧。因此，还将设置可快速充电电源模块2，作为可快速更换电源模块1的补充。

在不重新设计车辆，并保证电动汽车的动力性、制动性、操纵稳定性和碰撞安全性等方面的性能与燃油汽车的相当，布置可快速充电电源模块2时也应使得电动汽车的质心位置和高度与燃油汽车的相当。

如图1和图2所示，可快速充电电源模块2布置在原油箱位置空间。燃油汽车的油箱位置空间内布置有一个约60L的油箱，满油的油箱总质量约68kg。油箱的长度约为0.4m，宽度约为0.85m，高度约为0.25m。电动汽车取消了油箱，因此，原油箱位置空间内约有90L空间可以布置可快速充电电源模块2。

后备箱里可放的行李总质量约35kg，因此，在原油箱位置空间内布置质量约100kg的可快速充电电源模块2，将不会对电动汽车的质心位置和高度产生较大的不利影响。显然，质心位置会略微后移，但仍然能够保证整车前后轴荷分配在6∶4到5∶5之间，对电动汽车的动力性、制动性、操纵稳定性和碰撞安全性不会产生不利的影响。由于布置在原油箱位置空间内，因此可以通过设置在地面的充电设施，对可快速充电电源模块2进行快速充电。

目前，负极材料使用钛酸锂的锂离子动力电池在5分钟内可充满90％的容量。但与高能量型储能元件相比，可快速充电型储能元件构成的可快速充电电源模块2的能量指标较低，比能量接近70Wh/kg，能量密度可达到100Wh/L。在可快速充电电源模块2的质量设定为100kg，体积设定为90L时，其电能接近7kWh。因此，单独使用可快速充电电源模块2时的电动汽车续驶里程将达到70km。

因此，可快速更换电源模块1可提供14kWh的电能，可快速充电电源模块2可提供7kWh的电能，总电能约为21kWh，电动汽车的续驶里程可以达到200km。加上一次换电和一次快充，可以提供近40kWh的电能，保证电动出租车每天的行驶里程不低于350～400km。

如图3所示，蓄电装置包含可快速更换电源模块1和可快速充电电源模块2，其具有相同的额定电压等级。两个电源模块的正极电气连接在一起，并与正极接触器SMR1、预充接触器SMR0和预充电阻R相连接，其中预充接触器SMR0和预充电阻R串联后与正极接触器SMR1并联，形成蓄电装置的正极。两个电源模块的负极分别串联接触器SMR2和SMR3后电气连接在一起，形成蓄电装置的负极。通过控制接触器SMR2和SMR3的闭合和断开，控制可快速更换电源模块1和可快速充电电源模块2的工作状态。

电动汽车优先使用可快速更换电源模块1的电能，在可快速更换模块1电能耗尽后才使用可快速充电电源模块2的电能。当使用可快速更换电源模块1的电能时，闭合接触器SMR2，可快速更换电源模块1供电；断开接触器SMR3，可快速充电电源模块2不供电。当可快速更换电源模块1的电能耗尽时，断开接触器SMR2将可快速更换电源模块1从供电回路上分离；闭合接触器SMR3，可快速充电电源模块2供电。因此，可以避免由于可快速更换电源模块1电能耗尽时车辆瘫痪在路上的情况，减轻了驾驶员在使用电动汽车时的担忧。当遇到换电站时，更换可快速更换电源模块1，同时对可快速充电电源模块2进行快速充电，确保了所需的40kWh电能，从而保证了电动出租车每天不低于350～400km的行驶里程。

本发明并不局限于上述实施例，而是覆盖在不脱离本发明的精神和范围的情况下所进行的所有改变和修改。

上述示图及实施例说明是针对方向盘左置的汽车进行的，对于方向盘右置的汽车，拆除位于左侧的副驾驶座椅，将可快速更换电源模块1包布置在左侧的副驾驶位置空间内，通过打开左侧车门实现可快速更换电源模块1的装配、维护或快速更换。

上述示图及实施例说明是针对前置前驱动(FF)的电动汽车进行的，本发明也可以应用于前置后驱动(FR)、后置后驱动(RR)或四轮驱动(4WD)等其它驱动形式的电动汽车。

另外，在上述实施例中，来自蓄电装置的电力直接用于驱动电动汽车，但是，该实施例不局限于此。例如，本发明可以应用于装有用于提供电力的蓄电装置的车辆中。

本发明显然可以以多种方式对其进行改变。这些改变不应被认为是脱离了本发明的精神和范围，并且所有诸如对于本领域技术人员来说显而易见的修改均应被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (6)

1.一种蓄电装置，包括， 

可快速更换电源模块和可快速充电电源模块，所述的可快速更换电源模块由高能量型储能元件构成，所述的可快速充电电源模块由可快速充电型储能元件构成，其特征在于： 

所述的可快速更换电源模块和所述的可快速充电电源模块具有相同的额定电压等级； 

所述可快速更换电源模块和所述可快速充电电源模块并联设置，所述的可快速更换电源模块与所述的可快速充电电源模块的负极均串联一个接触器后电气连接在一起，形成所述蓄电装置的负极，所述的可快速更换电源模块与所述的可快速充电电源模块的正极电气连接在一起，并与正极接触器、预充接触器和预充电阻相连接，其中所述预充接触器和所述预充电阻串联后与所述正极接触器并联，形成所述蓄电装置的正极； 

电动汽车优先使用可快速更换电源模块的电能，在可快速更换模块电能耗尽后才使用可快速充电电源模块的电能，当可快速更换电源模块的电能耗尽时，断开可快速更换电源模块负极接触器，将可快速更换电源模块从供电回路上分离；闭合可快速充电电源模块负极接触器，可快速充电电源模块供电；以及 

所述的可快速更换电源模块布置在拆除副驾驶座椅后的副驾驶位置空间内，和/或所述的可快速充电电源模块布置在拆除油箱后的油箱位置空间内。 

2.如权利要求1所述的蓄电装置，其特征在于， 

所述的可快速更换电源模块及电驱动系统的质量之和与发动机、一名乘客及副驾驶座椅的质量之和相当，所述的可快速更换电源模块的宽度、长度和高度分别与副驾驶座椅坐垫宽度、副驾驶座椅腿部空间和地板到副驾驶座椅坐垫上表面的距离相当。 

3.如权利要求1所述的蓄电装置，其特征在于， 

所述的可快速充电电源模块的质量与油箱总质量及行李总质量之和相当，所述的可快速充电电源模块的宽度、长度和高度分别与油箱的宽度、长度和高度相当。 

4.一种电动汽车，其特征在于，包括， 

如权利要求1所述的蓄电装置。 

5.如权利要求4所述的电动汽车，其特征在于， 

具有至少三个座位，即一个驾驶员座位和两个后排乘客座位。 

6.如权利要求4所述的电动汽车，其特征在于， 

打开副驾驶侧车门可快速地更换所述的可快速更换电源模块，通过设置在地面的充电设施可对所述的可快速充电电源模块进行快速充电，在更换所述的可快速更换电源模块的同时对所述的可快速充电电源模块进行快速充电。 

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