CN109204057A - 一种多功能充电/储能系统、快速充电方法及电动车 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多功能充电/储能系统、快速充电方法及电动车，其中，多功能充电/储能系统，包括固定电池系统、智能输电控制系统、多个外挂式箱型插座和多个便携式独立电池包。上述的便携式独立电池包通过并联或串联组成了一个可拆卸的电池系统。每个便携式独立电池包放置在一个外挂式箱型插座中，用户可很方便地将其更换。此外，每个便携式独立电池包具有至少两种充电接口，用户可以根据其需要灵活地选取不同类型的充电电源，包括家用电源，以及直流快速充电电源；后者可以由充电站提供，从而满足了电动车长途行车时在途中的快速充电需求。

Description

一种多功能充电/储能系统、快速充电方法及电动车
技术领域
本发明涉及电动车技术领域，特别是涉及一种多功能充电/储能系统、快速充电方法及电动车。
背景技术
电动汽车(下文均简称电动车)以其节能、环保、经济的优点成为未来汽车的发展趋势。目前，电动车的普及率已非常高，作为电动车的动力部分，储能系统是当前电动车最关注的一项技术，因为储能系统的性能直接决定了电动车的行驶距离。
储能系统的主要部件是蓄电池及充放电管理装置，受技术的发展限制，蓄电池储能越多，则其体积也会越庞大，其所需的充电时间也会随之增加，因此，现有技术中蓄电池的储能水平有限，最普遍续航力在300公里左右，500公里以上的较少。很显然，对于当前的储能水平而言，电动车并不适宜长途行驶，即使有些高速公路上开放了充电桩，但是排队时间、充电时间也都非常长；此外，对于没有充电桩的用户而言，即使不进行长途行驶，也需要频繁去专用充电站充电，否则，只能用家用电为蓄电池充电，充电时间更长，使用起来较为不便。
为了改善上述现状，现有技术中一种方式是缩短充电时间，但是受技术的发展限制，该方式的改善效果并不明显；另一种方式是将蓄电池设置为可拆卸的结构，这样当需要充电时，只需要将蓄电池拆卸下来更换为同型号的已经充满电的蓄电池即可，但是由于蓄电池相当笨重(约有几百公斤重)，需要去专门的更换地点，通过专用的工具和专业人士进行更换，具体实施起来也有诸多不便。
由此可见，在保证行驶距离的前提下，如何实现电动车的便捷充电，从而节约时间成本是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种多功能充电/储能系统、快速充电方法及电动车，用于在保证行驶距离的前提下，实现电动车的便捷充电，从而节约时间成本。
为解决上述技术问题，本发明提供一种多功能充电/储能系统，包括：
固定安装于电动车的固定电池系统1，用于与电动机连接以为所述电动机供电；
与所述固定电池系统1连接的智能输电控制系统2；
用于连接所述智能输电控制系统2的多个外挂式箱型插座3；
每个所述外挂式箱型插座3连接一个便携式独立电池包4，所述便携式独立电池包4通过并联或者串联方式连接以构成可拆卸的电池系统，用于根据所述智能输电控制系统2的控制与所述固定电池系统1连接以为所述固定电池系统1充电或用于与所述电动机连接以为其供电，所述便携式独立电池包4设置有至少两种充电接口，用于与不同类型的充电电源连接，其中一个接口在独立电池包的背面，设计为与所述外挂式箱型插座3对应的连接接口，用于与所述外挂式箱型插座3连接以连接上电动车内的智能输电控制系统2并传输高通量的电流。
优选地，所述可拆卸的电池系统的输出电压大于或等于所述固定电池系统1的输入电压。
优选地，所述外挂式箱型插座3的箱体7内设置有滑轨，所述便携式独立电池包4还设置有用于从所述箱体7内取出或嵌入所述箱体7内的把手8。
优选地，所述便携式独立电池包4还设置有用于显示储电水平的指示灯9。
优选地，所述便携式独立电池包4还设置有用于控制运作模式的控制开关12。
优选地，所述外挂式箱型插座3的数量具体为2-8个。
优选地，所述智能输电控制系统2具体包括用于监测所述固定电池系统1和所述便携式独立电池包4的电信号的传感器、用于接收与处理所述传感器采集的信号的CPU、控制电流在不同系统之间的流动的智能开关、以及高通量电流的传输线路。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种电动车，包括电动车本体，还包括所述的多功能充电/储能系统，用于与所述电动车本体中的电动机连接。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种为电动车快速充电的方法，应用于所述的多功能充电/储能系统，当电动车在长途行车途中需要快速充电时，驾驶员可以把电动车里的便携式独立电池包4从外挂式箱型插座3中取出；然后拿到充电站进行快速充电；充电站内有相对应的箱型插座，其连接接口与电动车里的外挂式箱型插座3的连接接口结构相同；这些箱型插座直接连接到一个直流快速充电装置；通过连接这些便携式独立电池包4到充电站内的箱型插座，就可以为这些便携式独立电池包4快速充电；当这些便携式独立电池包4充满电后，驾驶员可以把这些已充电的便携式独立电池包4放回电动车里的外挂式箱型插座3里。
为解决上述技术问题，本发明还提供一种适用于多种不同电源的电动车充电方法。若电动车有充电桩可用，电动车可以通过充电桩为固定电池系统1和可拆卸电池系统充电；
若电动车当前位置未设置有充电桩但可配备家用电源，电动车可以通过家用电源为固定电池系统1和可拆卸电池系统充电；
若当前位置未设置有充电桩也未配备家用电源，则驾驶员可将所述可拆卸电池系统中的便携式独立电池包4从外挂式箱型插座3中取出以带回家里充电或将所述可拆卸电池系统中的便携式独立电池包4取出以带到充电站充电或更换为已充电的便携式独立电池包4，再将这些便携式独立电池包4放回电动车里的外挂式箱型插座3中。
本发明所提供的多功能充电/储能系统，包括固定电池系统、智能输电控制系统、外挂式箱型插座和便携式独立电池包。其中固定电池系统固定安装于电动车上，与电动机直接连接，是电动车的主要动力来源，可拆卸的电池系统由多个独立电池包并联或串联连接组成，可以与电动机连接直接为电动机供电，也可以与固定电池系统连接，为固定电池系统充电，从而间接为电动机供电。智能输电控制系统控制固定电池系统和可拆卸的电池系统按照上述工作状态工作。由此可见，应用于本发明所提供的系统，电动机的动力来源相当于是固定电池系统和可拆卸的电池系统的电能的叠加，可以保证电动车的行驶距离；并且由于可拆卸的电池系统是包括多个独立电池包，每个独立电池包放置在一个外挂式箱型插座中，因此，用户就可以很方便地将其更换。此外，每个独立电池包具有至少两种充电接口，用户可以根据其需要灵活选取不同类型的充电电源，包括家用电源，以及直流快速充电电源；后者可以由充电站提供，从而满足了电动车长途行车时在途中的快速充电需要。
本发明还提供一种与所述多功能充电/储能系统相对应的快速充电方法、适用于多种不同电源的电动车充电方法及电动车，效果如上所述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
图1为本发明实施例提供的一种多功能充电/储能系统的结构图；
图2为本发明实施例提供的一种智能输电控制系统对固定电池系统和可拆卸的电池系统的控制示意图；
图3为本发明实施例提供的一种智能输电控制系统中的智能开关设置示意图；
图4(a)是便携式独立电池包的正面结构示意图；
图4(b)是便携式独立电池包的背面结构示意图；
图5是使用充电站里的直流快速充电装置为便携式独立电池包快速充电的方案示意图；
图6(a)是外挂式箱型插座可以安装在电动车的车头或车尾的设计位置1和2的示意图；
图6(b)是外挂式箱型插座可以安装在电动车的车头或车尾的设计位置3和4的示意图；
图7是利用本发明的电动车在长途行车时快速充电的方法示意图；
附图标记如下：1为固定电池系统、2为智能输电控制系统、3为外挂式箱型插座、4为便携式独立电池包、5为外挂式箱型插座的接口、6为便携式独立电池包背面的接口、7为外挂式箱型插座的箱体、8为把手、9为指示灯、10为便携式独立电池包上的滑轨，11为便携式独立电池包正面的充电接口、12为控制开关、13为充电站快速充电用箱型插座的接口。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。
本发明的核心是提供一种多功能充电/储能系统、快速充电方法及电动车，用于在保证行驶距离的前提下，实现电动车的便捷充电，从而节约时间成本。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例一
图1为本发明实施例提供的一种多功能充电/储能系统的结构图。如图1所示，该系统包括：
固定安装于电动车的固定电池系统1，用于与电动机连接以为电动机供电；
与固定电池系统1连接的智能输电控制系统2；
用于连接智能输电控制系统2的多个外挂式箱型插座3；
每个外挂式箱型插座3连接一个便携式独立电池包4，便携式独立电池包4通过并联或者串联方式连接以构成可拆卸的电池系统，用于根据智能输电控制系统2的控制与固定电池系统1连接以为固定电池系统1充电或用于与电动机连接以为其供电。便携式独立电池包4设置有至少两种充电接口，用于与不同类型的充电电源连接，其中一个接口在便携式独立电池包4背面，设计为与外挂式箱型插座3对应的连接接口，通过其与外挂式箱型插座3的连接，便携式独立电池包4可连接上电动车内的智能输电控制系统2，该接口同时可用于传输高通量的电流。
为了更清楚的描述本实施例中提到的各个部件的结构和功能以及整体工作过程，下文中先描述每个部件的结构，然后再从整体工作过程描述。
1、各部件的结构
在具体实施中，固定电池系统1是电动车的主要储能系统，由若干个电池模块组成，每个电池模块由多个电芯(例如锂电池)并联或串联组成，具体组成及功能参见表1。该储能系统可以装在车子的底盘上，如现有技术中的电动车的电池系统一样。可以理解的是，该储能系统安装位置可以根据电动车的实际空间布置，并不一定必须在车子的底盘，这里只是一种优选地的实施方式。
与现有技术所不同的是，除了上述所述的固定电池系统1外，本实施例中还包括另一种储能系统，即可拆卸的电池系统。相对于固定电池系统1固定安装于电动车上而言，可拆卸的电池系统是方便拆卸的，其具体包括有若干个(例如图1所示的是包括4个)便携式独立电池包4，便携式独立电池包4之间采用串联或者并联的形式，这些便携式独立电池包4分别装在一个外挂式箱型插座3中。每个便携式独立电池包4由多个电池模块组成。每个电池模块由多个高能量密度的电芯(例如高效锂电池)并联或串联组成，参见表1。每个便携式独立电池包4具有至少两种充电接口，用于与不同类型的充电电源连接，具体运作模式参见后文描述，本实施例不再赘述。在具体实施中，可拆卸的电池系统可装在车子的尾端或前端。当然，这里仅仅是一种具体实现方式，并不代表只能按照在车子的尾端或前端，也是需要根据电动车的实际空间布置。可以理解的是，可拆卸的电池系统安装在电动车的何处并不影响本发明所提出的技术方案的实施。由于可拆卸的电池系统是包含有多个便携式独立电池包4，因此，即使整个系统的体积较大，但是每个便携式独立电池包4的体积和重量可以设计得相对小一些，驾驶员在充电时，可以直接拿取便携式独立电池包4，因此，不需要专业工具，操作起来较为简捷和方便。
需要说明的是，外挂式箱型插座3可以是一个半封闭的箱体7，如图1所示，箱体7的内部设置有插座，插座的一端用于与便携式独立电池包4的连接接口连接，插座的另一端与智能输电控制系统2连接。通过外挂式箱型插座3可以自由插入和移出便携式独立电池包4。在具体实施中，外挂式箱型插座3与电动车可以是固定连接，也可以是可拆卸连接。优选地的一种方式是可拆卸连接，使得在插座故障时，方便检修。另外，插座的类型不作限定，只要与便携式独立电池包4的连接接口相匹配即可。为了能够实现通用，可以将外挂式箱型插座3和便携式独立电池包4设计成标准尺寸，使得便携式独立电池包4可以更方便的更换。为了使用安全，外挂式箱型插座3的箱体7上设置有一个盖子，这个盖子是可以锁上的。进一步的，为了避免意外，当车子未熄火时，盖子不能打开，在充电的时候，便携式电池包不能从箱体7中取出和放入。作为优选的实施方式，外挂式箱型插座3的数量具体为2-8个。每个外挂式箱型插座3只能容纳一个便携式独立电池包4。可以理解的是，便携式独立电池包4的数量设计为2-8个是出于实际需要的考虑，如果外挂式箱型插座3数量设置得过少，由于可拆卸的电池系统要达到所需要的能量要求，则便携式独立电池包4的体积和重量必然会较大；相反，如果数量设置得过多，虽然对于每个便携式独立电池包4的能量需求有所降低，但是会导致频繁充电，使用起来也较为不便。在具体选择时，可以结合电池的类型、能量密度、重量等参数综合考虑。
智能输电控制系统2是控制电动车的动力源的核心控制部件，在具体实施中，智能输电控制系统2与固定电池系统1和可拆卸的电池系统均连接，用于控制固定电池系统1和可拆卸的电池系统的工作状态。这里的工作状态主要是指，二者由谁来直接为电动车提供电能，具体设计到工作的几种控制方式，将在下文中详细描述。在一种具体实施方式中，智能输电控制系统2具体包括用于监测固定电池系统1和便携式独立电池包4的电信号的传感器、用于接收传感器采集的信号的CPU、控制电流在不同系统之间的流动的智能开关、以及高通量电流的传输线路。
表1多功能充电/储能系统的基本组成部分
2、整体工作过程
充电过程：电动车内的电流流动由智能输电控制系统2控制，当电动车到一个充电站充电时，智能输电控制系统2首先控制充电器为固定电池系统1充电，在固定电池系统1充满电后，再控制充电器为可拆卸的电池系统充电。例如，智能输电控制系统2中的传感器可以侦测到固定电池系统1和可拆卸的电池系统里的每一个便携式独立电池包4的电压水平。当电池已经充满电时，充电线路就会自动断开。需要说明的是，上述过程是一个常规过程，当然如果有特殊需要时，也可以控制充电器同时为固定电池系统1和可拆卸的电池系统充电。
行驶过程：当电动车在行驶时，由固定电池系统1直接为电动机供电，但是同时智能输电控制系统2会控制可拆卸的电池系统为固定电池系统1充电，可见，这种情况下，实际消耗的是可拆卸的电池系统上的电能。当可拆卸的电池系统电量用尽后，开始消耗固定电池系统1的电能。该种控制方式始终是固定电池系统1与电动机连接，控制过程较为简单。当然，除了上述控制方式，还可以有其它方式，例如，先控制可拆卸的电池系统直接为电动机供电，当电量用尽后，再控制固定电池系统1直接为电动机供电。该种控制方式，需要在可拆卸的电池系统和固定电池系统1之间切换，但是无需可拆卸的电池系统对固定电池系统1充电，能够减小充电次数过多带来的损耗。另外，在固定电池系统1出现故障时，智能输电控制系统2还可以只控制可拆卸的电池系统直接为电动机供电。需要说明的是，上述控制方式可以根据实际需求选择，只要对智能输电控制系统2进行程序上的改进，就可以实现多种控制方式。
针对充电过程和行驶过程中智能输电控制系统2的控制方式，本实施例给出图2。图2为本发明实施例提供的一种智能输电控制系统对固定电池系统和可拆卸的电池系统的控制示意图。其中，B1表示第一个便携式独立电池包，B2表示第二个便携式独立电池包，B3表示第三个便携式独立电池包，B4表示第四个便携式独立电池包。带箭头的实线表示电能的流动方向，粗实线表示高通量的电流，虚线代表智能输电控制系统2的信息传输途径。其中，智能开关的具体设置可参见图3。图3为本发明实施例提供的一种智能输电控制系统中的智能开关设置示意图，对应的智能开关控制过程参见表2，图3中以4个便携式独立电池包为例说明，智能开关共包括13个，分别为S1-S13。
表2在不同运作模式下智能输电控制系统对于不同开关的控制
表2中只给出了B1为固定电池系统1充电，车子在行驶时，当B1的储能被用光时，固定电池系统1就会由下一个便携式独立电池包4(例如B2)来补充，余类推。
采用本实施例提供的多功能充电/储能系统，在电动车使用过程中，对应的充电模式有如下5种。
模式1：若电动车当前位置设置有充电桩，则通过充电桩为固定电池系统1和可拆卸的电池系统充电；
模式2：若当前位置未设置有充电桩且配备有家用电源，则通过家用电源为固定电池系统1和可拆卸的电池系统充电；
模式3：若当前位置未设置有充电桩且未配备家用电源，则将可拆卸的电池系统中的便携式独立电池包4取出以带回家里充电；
模式4：若当前位置未设置有充电桩且未配备家用电源，将可拆卸的电池系统中的便携式独立电池包4取出以带到充电站充电；
模式5：若当前位置未设置有充电桩且未配备家用电源，将可拆卸的电池系统中的便携式独立电池包4取出以带到充电站更换。
以上是对应的5种充电模式，表3给出了每种模式的相关参考要素。
表3模式、停车位置要求和充电时间对照表
本实施例提供的多功能充电/储能系统，电动机的动力来源相当于是固定电池系统和可拆卸的电池系统的电能的叠加，可以保证电动车的行驶距离；并且由于可拆卸的电池系统是包括多个便携式独立电池包，因此，每个电池包的体积可以设置的较小，且相互独立，不需要专用工具，用户就可自行更换，大大方便了充电的程序。此外，每个便携式独立电池包具有至少两种充电接口，用户可以根据其需要灵活地选取不同类型的充电电源，包括家用电源，以及直流快速充电电源；后者可以由充电站提供，从而满足了电动车长途行车时在途中的快速充电需求。
实施例二
在实施例一的基础上，可拆卸的电池系统的输出电压大于或等于固定电池系统1的输入电压。
在上述实施例中，可拆卸的电池系统中的便携式独立电池包4可以是串联或者并联的方式连接，当用作充电电源为固定电池系统1充电时，为了方便充电，可拆卸的电池系统的电压可以比固定电池系统1的电压略高。可以理解的是，至于便携式独立电池包4的输出电压需要根据串联或者并联的方式决定，本实施例不作限定。
实施例三
在实施例二的基础上，本实施例中外挂式箱型插座3的箱体7内设置有滑轨，便携式独立电池包4还设置有用于从箱体7内取出或嵌入箱体7内的把手8。
由于便携式独立电池包4在某些场景下需要取出充电，因此，其重量和便于拆卸非常重要。通常情况下便携式独立电池包4大约为一个手提公文箱的大小，重量也是一个普通人可以提起的(例如10-20公斤左右)。为了方便拆卸，箱体7内装有一个滑轨，可以理解的是，对于便携式独立电池包4上也有与外挂式箱型插座的滑轨相适应的滑轨10，本实施例不作限定。通过滑轨，使得人们可以很容易地把一个独立电池包从箱体7里取出和嵌入，具体结构参见图4(a)和图4(b)。
图4(a)是便携式独立电池包4的正面结构示意图。如图所示，把手8具体设置在便携式独立电池包4的正面，优选地，正面还设置有用于显示储电水平的指示灯9。在实施例一中，便携式独立电池包4至少包括两个充电接口，本实施例中，充电接口的数量就是两个，其中一个设置在正面，设置在正面的充电接口11是供使用家用电源作为充电电源时所用。图4(b)是便携式独立电池包4的背面结构示意图。便携式独立电池包4的另一个充电接口设置在便携式独立电池包4的背面，设置在背面的接口6不仅具有充电接口的功能，而且还是输电接口。它可以让电池包连接到电动车的外挂式箱型插座3。该充电接口是快速充电接口，当独立电池包从箱体7里取出时，也可以利用充电接口来连接一个外部的快速充电设备，也就是高电流量的直流充电装置。具体设计参见图5。如图5所示，这些便携式独立电池包4可以从外挂式箱型插座3上很容易地取出来，然后拿到充电站去充电。在充电站里，也有相对应的快速充电用箱型插座。其构造与电动车的外挂式箱型插座3相同。所以这些便携式独立电池包4可以很容易地放入快速充电用箱型插座，通过其背后的快速充电接口，与充电站的直流快速充电装置连接。通过这样的技术方案，一个便携式独立电池包4可以在少于十分钟内充满电。所以，这个便携式独立电池包4可以使用两种不同的电源充电：第一种是使用普通家用电源连接一个充电器，连接便携式独立电池包4正面的充电接口11来为便携式独立电池包4充电。第二种是使用特殊的快速充电设备，连接便携式独立电池包4背面的充电接口6进行充电。第一种充电办法的好处是简单方便，不需要特殊的电源或者设备，基本上在大部分车主的家里都可以进行。第二种充电办法的好处是高效、快速。但它需要特殊的设备和特别的电源。只能够在专门的充电站里才能进行。
为了方便驾驶员从车内的外挂式箱型插座3里取放便携式独立电池包4，外挂式箱型插座3可装在车子的尾端或前端，这样驾驶员就可以不需要应用任何工具，很轻松地把便携式独立电池包4从箱体7中取出。参见图6(a)和图6(b)，图6(a)中放在后端，对应位置1，放在前端对应位置2，图6(b)中放在前端，对应位置3，放在后端对应位置4。为了安全的理由，外挂式箱型插座3上面必须有一个盖子，这个盖子是可以锁上的。另外，为了避免意外，当车子未熄火时，盖子不能打开。还有，在充电的时候，便携式独立电池包4不能从箱体7中取出和放入。
作为优选地实施方式，便携式独立电池包4还设置有用于控制运作模式的控制开关12。
在一种具体实施方式中，运作模式可以包括如下4种，每个运作模式的切换均由控制开关12完成。通过该控制开关12，可以选择下列四种电池包的运作模式，具体参见表4。
表4便携式独立电池包的运作模式选择
模式 便携式独立电池包的运作状态
0 便携式独立电池包与外界的连接在断开状态
1 使用普通家用电源从正面的充电接口充电
2 使用快速充电设备从背面的充电接口充电
3 通过背面的输出接口与电池箱连接至车内的智能输电控制系统
需要说明的是，本实施例中的控制开关12的具体结构不做限定，可以是旋钮式，也可以是按键式，旋钮式具体参考图4(a)。
以上实施例中对于多功能充电/储能系统所包含的各个部件进行了详细说明。本文还给出应用于该系统的电动车在日常使用时的说明。下面用一些实用的例子来说明。固定电池系统1和可拆卸的电池系统的容量不必相等。例如，固定电池系统1设计为在充满电后可以支持电动车行驶250公里，而可拆卸的电池系统可以设计为由4个便携式独立电池包4组成，充满电后足够支持电动车行驶200公里。也就是说，这部电动车总共的可行驶里程为450公里。
例1：为缺乏充电桩的车主解决日常用车的充电问题
现在电动车的车主极少有自己的充电桩，只能找附近的充电桩来排队充电，很不方便。使用本发明提供的技术方案就可以省去了排队等充电的麻烦。电动车会首先使用可拆卸的电池系统的储能，等可拆卸的电池系统用光后，才会使用固定电池系统1的储能。所以在日常用车的时候，可拆卸的电池系统里的便携式独立电池包4的电量会被消耗掉。由于这些便携式独立电池包4是活动的，可以很容易地取下来。那么，车主在开车回家后，可以很容易地把便携式独立电池包4(例如1-2个)从车上取下来，带回家里充电。第二天早上上班时，再把这些便携式独立电池包4装回车里。这样就可以解决充电的问题。
在一种具体实施方式中，每个便携式独立电池包4的容量大概可以让车行驶50公里。城里大部分车主都是为了上下班和日常家务的需要而开车，每天只需行驶几十公里。对于一般的车主来说，他只要取下1-2个便携式独立电池包4来充电就足够多于一天的用车需求了。所以他根本不需要费心去找充电桩来排队充电。车主如果有时要多用车，由于车内有固定电池系统1和可拆卸的电池系统，足够开几百公里的路程，也完全可以满足需要。
例2：解决长途行车的充电问题用自备便携式独立电池包4的方法
长途行车时，智能输电控制系统2来控制电动机的供电方式，首先使用可拆卸的电池系统的储能。假设车子在上路时，固定电池系统1和可拆卸的电池系统都已经充满电，足够开450公里。由于车子在行驶时会首先使用可拆卸的电池系统的储能，当车子行驶了200公里以后，可拆卸的电池系统的电就会用光。在余下的行程里，行车的电能就完全由固定电池系统1的储能来供应。
在这个时候，车子可以找一个充电站来充电。假如这时候没有充电桩可用，司机也可以把一些已经充电的便携式独立电池包4来替换储能耗尽的便携式独立电池包4。这些已充电的便携式独立电池包4可以事先由司机准备好，随车携带。一旦把可拆卸的电池系统里的空电池包换成已充电的便携式独立电池包4。车子就等于重新充满了电，可以再开450公里。也就是说，通过这种自备电池包的办法，我们可以增加电动车的续航能力。
例3：解决长途行车的充电问题(在公路沿途设立便携式独立电池包4充电及交换的服务)
在前面一个例子，车子的续航能力可以局部地提高。(例如把原来的450公里提高到600-800公里)。不过对于一些更远的长途行车来说，这种续航力的提高还不足够。为了更有效地解决这个问题，可通过提供电池快速充电和电池交换的服务来为长途行车的电动车来解决充电问题。当电动车大量普及以后，未来在公路旁可以设立快速充电或是更换电池包的服务站，提供给来往的车辆一些已充电的便携式独立电池包4。这可以通过电池包的租赁或电池包的交换来达成。当然，在这个时候，这些便携式独立电池包4的设计必须是标准化的，在不同的车子之间可以互相交换。
在该种场景下，电动车在行驶时会首先使用可拆卸的电池系统的储能。假设车子在上路时，固定电池系统1和可拆卸的电池系统都已经充满电，足够开450公里。由于车子在行驶时会首先使用可拆卸的电池系统的储能，当车子行驶了200公里以后，可拆卸的电池系统的电就会用光。司机此时可以随时去找充电站充电，也可以利用固定电池系统1的蓄电继续开。假定车子又行驶了200公里(总共行驶了200+200＝400公里)，司机才找到了一个充电站。他此时可以有两个选择：(1)如果有充电桩可用，而又不急着上路时，可以使用充电桩来为电动车充电，就像现在人们所做的一样。(2)如果时间比较紧张，或者找不到马上可用的充电桩，那么，可以用另一个办法快速充电。那就是，把外挂式箱型插座3里的便携式独立电池包4取出来，到充电站进行快速充电。然后再把这些充好电的电池包装回可拆卸的电池系统里去。或者，它也可以把四个空电池包向充电站交换四个已充满电的电池包，再把这些电池包装回外挂式箱型插座3里去。在此时，这些新替换的电池包会快速为固定电池系统1充电。也就是说，只要交换四个电池包，这部车子就有了250公里的续航能力。
这时候，司机可以再有两个选择：(1)他可以立刻上路。在下面的250公里内再找另外一个充电站。(2)他可以把4个空的电池包取下来。再去充电站进行快速充电，或者交换4个已充满电的独立电池包，把它们装回外挂式箱型插座3里。这样一来，这部车的固定电池系统1和可拆卸的电池系统都是充满电的。可以再行驶450公里。
具体方案参见图7，当电动车的电池系统储能低于一半时，电动车就可以开到充电站附近的一个停车场内停放。这时候可以把电动车里的便携式独立电池包4从其箱型插座中取出。然后拿到充电站进行快速充电。充电站内有相对应的箱型插座，可供这些电池包连接到其直流快速充电装置。每个便携式独立电池包4充电的时间可以少于十分钟。当这些便携式独立电池包4充满电后，司机可以把这些已充电的电池包放回电动车里的箱型插座内。假如此时电动车的固定电池系统1的电能已经大部分耗尽，那么司机可以通过车内的智能输电控制系统2把便携式独立电池包的储能快速地转移到固定电池系统1中去。然后再把便携式独立电池包拿去充电站，重新充电一次。考虑到充电站需要快速地提供大量的电流，充电站需要与国家电网联网，从而提供充分的电源。通过这样的技术方案，就可以很方便地把国家电网的能源输送到个别电动车的储能系统中。
可行性分析
关于本申请技术方案的可行性，已经做了一些研究，在目前的技术水平，这个专利提出的方案是的确可行的。
第一，关于电动车的续航能力问题，目前在市场上的电动车已经达到300-500公里的范围。所以要符合我们的设计续航能力是完全可能的。
第二，对于本专利所设计的便携式独立电池包4，它的蓄电能力也可以达到方案里的要求。假设我们设计的便携式独立电池包4的重量为20公斤，里面使用目前较先进的锂电池，(例如，采用Panasonic型号NCR18650B的锂电池。)它的能量密度可以达到265Wh/kg。那么每个便携式独立电池包4的储能量就可达20x 0.265＝5.3kWh。现在市场上的电动车(例如Tesla Model 3)其功率可以达到每kWh可行驶7公里。所以一个20公斤的便携式独立电池包4可以供一部电动车行驶37.1公里。以上的数据是参考一部重达1600公斤的电动车。如果把车子的重量减轻至1200公斤(相当于比亚迪的e5电动车)，同时把电动机的效能提高，那么，本专利设计的便携式独立电池包4的续航能力就会比37.1公里远得多，可以接近50公里。
第三，现在的锂电池还在不断地改进之中。以后的锂电池能量密度会更高。例如目前正在开发的使用纳米技术把石墨烯作为负极的锂电池，其能量密度可以达到300Wh/kg。另外，有一些公司正在开发固态锂电池，它的能量密度更高，可以达到495Wh/kg。当这些电池被商业化以后，我们设计的独立电池包的储能量就可以支持一部电动车跑90公里以上。所以在未来，我们也许可以把这些便携式独立电池包4的重量减轻到10公斤左右。
第四，对于解决电动车车主日常的充电问题，这个专利方案可以马上实施。因为只要把车子装上我们设计的多功能充电/储能系统就够了，不需要其它相对应的外部配套设施。
第五，至于要解决长途行车的充电问题，那需要有很多充电服务站提供快速充电或更换便携式独立电池包4的服务。
实施例四
在上述实施例的基础上，本发明还提供一种电动车，包括电动车本体，还包括多功能充电/储能系统，用于与电动车本体中的电动机连接。
可以理解的是，对于电动车本体可参见现有技术，多功能充电/储能系统及其与电动机的连接及工作方式可参见上文描述，本实施例不再赘述。
本实施例提供的电动车包含有多功能充电/储能系统，应用于该系统，电动机的动力来源相当于是固定电池系统1和可拆卸的电池系统的电能的叠加，可以保证电动车的行驶距离；并且由于可拆卸的电池系统是包括多个独立电池包，因此，每个电池包的体积可以设置的较小，且相互独立，不需要专用工具，用户就可自行更换，大大缩短了充电时间。此外，每个独立电池包具有至少两种充电接口，用户可以根据其需要灵活地选取不同类型的充电电源，包括家用电源，以及直流快速充电电源；后者可以由充电站提供，从而满足了电动车长途行车时对于快速充电的需求。
最后，本发明还提供一种为电动车快速充电的方法，应用于上述实施例所述的多功能充电/储能系统。该方法包括：
当电动车的当前位置未设置有充电桩，而驾驶员又需要为电动车快速充电时，驾驶员可以把电动车里的便携式独立电池包4从外挂式箱型插座3中取出；然后拿到充电站进行快速充电；充电站内有相对应的箱型插座，其连接接口与电动车里的外挂式箱型插座3的连接接口结构相同；这些箱型插座直接连接到一个直流快速充电装置；通过连接这些便携式独立电池包4到充电站内的箱型插座，就可以为这些便携式独立电池包4快速充电；当这些便携式独立电池包4充满电后，驾驶员可以把这些已充电的便携式独立电池包4放回电动车里的外挂式箱型插座3里。
对于多功能充电/储能系统的具体结构及工作方式参见上文，本实施例不再赘述。
以上对本发明所提供的多功能充电/储能系统、快速充电方法及电动车进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种多功能充电/储能系统，其特征在于，包括：
固定安装于电动车的固定电池系统(1)，用于与电动机连接以为所述电动机供电；
与所述固定电池系统(1)连接的智能输电控制系统(2)；
用于连接所述智能输电控制系统(2)的多个外挂式箱型插座(3)；
每个所述外挂式箱型插座(3)连接一个便携式独立电池包(4)，所述便携式独立电池包(4)通过并联或者串联方式连接以构成可拆卸的电池系统，用于根据所述智能输电控制系统(2)的控制与所述固定电池系统(1)连接以为所述固定电池系统(1)充电或用于与所述电动机连接以为其供电，所述便携式独立电池包(4)设置有至少两种充电接口，用于与不同类型的充电电源连接，其中一个接口在所述便携式独立电池包(4)的背面，设计为与所述外挂式箱型插座(3)对应的连接接口，用于与所述外挂式箱型插座(3)连接以连接上电动车内的智能输电控制系统(2)并传输高通量的电流。
2.根据权利要求1所述的多功能充电/储能系统，其特征在于，所述可拆卸的电池系统的输出电压大于或等于所述固定电池系统(1)的输入电压。
3.根据权利要求1所述的多功能充电/储能系统，其特征在于，所述外挂式箱型插座(3)的箱体(7)内设置有滑轨，所述便携式独立电池包(4)还设置有用于从所述箱体(7)内取出或嵌入所述箱体(7)内的把手(8)。
4.根据权利要求1所述的多功能充电/储能系统，其特征在于，所述便携式独立电池包(4)还设置有用于显示储电水平的指示灯(9)。
5.根据权利要求1所述的多功能充电/储能系统，其特征在于，所述便携式独立电池包(4)还设置有用于控制运作模式的控制开关(12)。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的多功能充电/储能系统，其特征在于，所述外挂式箱型插座(3)的数量具体为2-8个。
7.根据权利要求1所述的多功能充电/储能系统，其特征在于，所述智能输电控制系统(2)具体包括用于监测所述固定电池系统(1)和所述便携式独立电池包(4)的电信号的传感器、用于接收与处理所述传感器采集的信号的CPU、控制电流在不同系统之间的流动的智能开关、以及高通量电流的传输线路。
8.一种电动车，包括电动车本体，其特征在于，还包括权利要求1-7任意一项所述的多功能充电/储能系统，用于与所述电动车本体中的电动机连接。
9.一种为电动车快速充电的方法，应用于权利要求1-7任意一项所述的多功能充电/储能系统，其特征在于，
当电动车在长途行车途中需要快速充电时，驾驶员可以把电动车里的便携式独立电池包(4)从外挂式箱型插座(3)中取出；然后拿到充电站进行快速充电；充电站内有相对应的箱型插座，其连接接口与电动车里的所述外挂式箱型插座(3)的连接接口结构相同；这些所述箱型插座直接连接到一个直流快速充电装置；通过连接这些所述便携式独立电池包(4)到充电站内的所述箱型插座，就可以为这些所述便携式独立电池包(4)快速充电；当这些所述便携式独立电池包(4)充满电后，驾驶员可以把这些已充电的所述便携式独立电池包(4)放回电动车里的所述外挂式箱型插座(3)里。
10.一种适用于多种不同电源的电动车充电方法，应用于权利要求1-7任意一项所述的多功能充电/储能系统，其特征在于，包括：
若电动车有充电桩可用，电动车可以通过充电桩为固定电池系统(1)和可拆卸电池系统充电；
若电动车当前位置未设置有充电桩但可配备家用电源，电动车可以通过家用电源为所述固定电池系统(1)和所述可拆卸电池系统充电；
若当前位置未设置有充电桩也未配备家用电源，则驾驶员可将所述可拆卸电池系统中的便携式独立电池包(4)从外挂式箱型插座(3)中取出以带回家里充电或将所述可拆卸电池系统中的所述便携式独立电池包(4)取出以带到充电站充电或更换为已充电的所述便携式独立电池包(4)，再将这些所述便携式独立电池包(4)包放回电动车里的所述外挂式箱型插座(3)中。
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