CN110293856A - 配备有次级电池组的电气化车辆 - Google Patents

Abstract

本公开提供“配备有次级电池组的电气化车辆”。本公开详述了配备有用于增加车辆的电动范围的次级电池组的电气化车辆。示例性电气化车辆包括货物空间(诸如卡车货厢)，以及定位在货物空间内的次级电池组。次级电池组适于选择性地供应电力用于推进一个或多个车辆驱动轮。在一些实施例中，次级电池组被成形为类似于工具箱，并且因此被伪装成工具箱。

Description

配备有次级电池组的电气化车辆

技术领域

本公开涉及电气化车辆电池组，并且更具体地涉及可以定位在车辆货物空间内用于选择性地供应电力用于推进一个或多个车辆驱动轮的次级电池组。

背景技术

减少汽车燃料消耗和排放的愿望已被充分记录。因此，正在开发减少或完全消除对内燃发动机的依赖的电气化车辆。通常，电气化车辆与常规机动车辆不同，因为它们由一个或多个电池供电的电机选择性地驱动。相比之下，常规的机动车辆仅依靠内燃发动机来推进车辆。

高压电池组通常为电气化车辆的电机和其他电负载供电。高压电池组提供了有限量的纯电动驱动范围。一些客户希望能够为他们的电气化车辆增加附加的纯电动范围。

发明内容

根据本公开的示例性方面的电气化车辆尤其包括驱动轮、货物空间和定位在货物空间内并且适于选择性地供应电力用于推进驱动轮的次级电池组。次级电池组被成形为类似于工具箱。

在前述电气化车辆的进一步非限制性实施例中，电气化车辆是轻型卡车。

在任一前述电气化车辆的进一步非限制性实施例中，货物空间由轻型卡车的卡车货厢建立。

在任何前述电气化车辆的进一步非限制性实施例中，次级电池组的底表面在货物空间的底板上方间隔一距离。

在任何前述电气化车辆的进一步非限制性实施例中，次级电池组包括容纳至少一个电池阵列的外壳。

在任何前述电气化车辆的进一步非限制性实施例中，外壳容纳货物空间。

在任何前述电气化车辆的进一步非限制性实施例中，连接系统将次级电池组电连接到电气化车辆的高压总线。

在任何前述电气化车辆的进一步非限制性实施例中，连接系统包括车辆侧连接器和电池侧连接器。

在任何前述电气化车辆的进一步非限制性实施例中，车辆侧连接器凹入到货物空间的壁中。

在任何前述电气化车辆的进一步非限制性实施例中，车辆侧连接器包括在乘客舱的后壁和货物空间的前壁之间延伸的柔性插塞。

在任何前述电气化车辆的进一步非限制性实施例中，车辆侧连接器是母连接器，并且电池侧连接器是公连接器。

在任何前述电气化车辆的进一步非限制性实施例中，车辆侧连接器是公连接器，并且电池侧连接器是母连接器。

在任何前述电气化车辆的进一步非限制性实施例中，货物空间和次级电池组包括用于对准车辆侧连接器和电池侧连接器的定位特征。

在任何前述电气化车辆的进一步非限制性实施例中，货物空间包括定位支架，并且次级电池组包括可接收在定位支架下方的定位脚。

在任何前述电气化车辆的进一步非限制性实施例中，初级电池组适于选择性地供应电力用于推进驱动轮。

根据本公开的另一示例性方面的方法尤其包括将次级电池组定位在电气化车辆的货物空间内。次级电池组被伪装为工具箱，并且使用来自次级电池组的电力选择性地推进电气化车辆的车轮。

在前述方法的进一步非限制性实施例中，该方法使用来自电气化车辆的初级电池组的电力来选择性地推进电气化车辆的车轮。

在任一前述方法的进一步非限制性实施例中，初级电池组和次级电池组并行地提供电力。

在任何前述方法的进一步非限制性实施例中，仅在电气化车辆的初级电池组的荷电状态下降到低于阈值水平时才执行使用来自次级电池组的电力来选择性地推进车轮。

在任何前述方法的进一步非限制性实施例中，将次级电池组定位在货物空间内包括将车辆侧连接器连接到电池侧连接器。

前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替换方案(包括其各个方面或相应的单独特征中的任一个)可以独立地或以任何组合来采取。结合一个实施例描述的特征适用于所有实施例，除非这些特征是不兼容的。

通过以下详细描述，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员将变得明显。伴随具体实施方式的附图可以简要描述如下。

附图说明

图1示意性地示出了电气化车辆的动力传动系统。

图2示出了可以采用图1的动力传动系统的电气化车辆。

图3示出了图2的电气化车辆的次级电池组。

图4示出了根据本公开的第一实施例的用于将次级电池组连接到电气化车辆的高压总线的连接系统。

图5A示出了图4的连接系统的车辆侧连接器

图5B示出了图4的连接系统的电池侧连接器。

图6示出了根据本公开的第二实施例的用于将次级电池组连接到电气化车辆的高压总线的连接系统。

图7示出了根据本公开的第一实施例的电驱动系统。

图8示出了根据本公开的第二实施例的电驱动系统。

具体实施方式

本公开详述了配备有用于增加车辆的电动范围的次级电池组的电气化车辆。示例性电气化车辆包括货物空间，诸如卡车货厢，以及定位在货物空间内的次级电池组。次级电池组适于选择性地供应电力用于推进一个或多个车辆驱动轮。在一些实施例中，次级电池组被成形为类似于工具箱，并且因此被伪装成工具箱。在下面的具体实施方式的段落中更详细地讨论这些和其他特征。

图1示意性地示出了用于电气化车辆12的动力传动系统10。虽然被示出为插电式混合动力电动车辆(PHEV)，但是应当理解，本文描述的概念不限于PHEV并且可以扩展到其他电气化车辆，包括但不限于电池电动车辆(BEV)、混合动力电动车辆(HEV)、燃料电池车辆等。

在实施例中，动力传动系统10是采用第一驱动系统和第二驱动系统的动力分流动力传动系统。第一驱动系统包括发动机14和发电机18(即，第一电机)的组合。第二驱动系统至少包括马达22(即，第二电机)、发电机18、初级电池组24和次级电池组54。在该示例中，第二驱动系统被认为是动力传动系统10的电驱动系统。第一驱动系统和第二驱动系统各自能够产生扭矩以驱动电气化车辆12的一组或多组车辆驱动轮28。虽然在图1中示出了动力分流构造，但是本公开扩展到包括全混合动力、并联混合动力、串联混合动力、轻度混合动力或微混合动力的任何混合动力或电动车辆。

发动机14(其可以是内燃发动机)和发电机18可以通过动力传递单元30(诸如行星齿轮组)连接。当然，其他类型的动力传递单元，包括其他齿轮组和变速器，可用于将发动机14连接到发电机18。在非限制性实施例中，动力传递单元30是包括环形齿轮32、中心齿轮34和齿轮架总成36的行星齿轮组。

发电机18可由发动机14通过动力传递单元30驱动，以将动能转换成电能。发电机18可替代地用作马达以将电能转换成动能，从而将扭矩输出到连接到动力传递单元30的轴38。因为发电机18可操作地连接到发动机14，所以发动机14的速度可以由发电机18控制。

动力传递单元30的环形齿轮32可以连接到轴40，轴40通过第二动力传递单元44连接到车辆驱动轮28。第二动力传递单元44可包括具有多个齿轮46的齿轮组。其他动力传递单元也可以是合适的。齿轮46将扭矩从发动机14传递到差速器48，以最终为车辆驱动轮28提供牵引力。差速器48可以包括能够将扭矩传递到车辆驱动轮28的多个齿轮。在非限制性实施例中，第二动力传递单元44通过差速器48机械地联接到车桥50，以将扭矩分配到车辆驱动轮28。

马达22还可用于通过向也连接到第二动力传递单元44的轴52输出扭矩来驱动车辆驱动轮28。在非限制性实施例中，马达22和发电机18作为再生制动系统的一部分协作，其中马达22和发电机18都可以用作马达来输出扭矩。例如，马达22和发电机18可以各自向初级电池组24输出电力。

初级电池组24是示例性电气化车辆电池。初级电池组24可以是高压牵引电池，其包括能够输出电力以操作马达22、发电机18和/或电气化车辆12的其他电负载来提供动力推进车轮28的多个电池阵列25(即，电池总成或电池单元组)。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可用于为电气化车辆12供电。

次级电池组54可以是设置在电气化车辆12上的附加高压牵引电池。次级电池组54可以相对于初级电池组24并联或串联连接。与初级电池组24类似，次级电池组54能够输出电力用于推进车轮28。如下面更详细地讨论的，次级电池组54可以包括一个或多个电池阵列25。

初级电池组24、次级电池组54和发电机18可以通过逆变器55通过高压总线电连接。逆变器55(其可以是逆变器系统控制器(ISC))通过将来自初级电池组24和/或次级电池组54的直流电转换为用于为马达22或发电机18供电的交流电来支持动力传动系统10内的双向功率流，或者可替代地将来自马达22和/或发电机18的交流电转换为直流电以对初级电池组24和/或次级电池组54充电。

电气化车辆12还可以配备有用于对初级电池组24和次级电池组54的能量存储装置(例如，电池单元)进行充电的充电系统35。充电系统35可以包括位于电气化车辆12上和电气化车辆12外部的充电部件。充电系统30可以连接到外部电源，用于接收和在整个电气化车辆12分配从外部电源接收的电力。

在实施例中，电气化车辆12具有两种基本操作模式。电气化车辆12可以在电动车辆(EV)模式下操作，其中马达22被使用(通常没有来自发动机14的辅助)用于车辆推进，从而在某些驾驶模式/循环下耗尽初级电池组24的荷电状态直到其最大可允许的放电率。EV模式是电气化车辆12的电荷消耗操作模式的示例。在EV模式期间，初级电池组24的荷电状态可以在一些情况下增加，例如由于一段时间的再生制动。发动机14在默认EV模式下通常是关闭的，但是可以根据需要基于车辆系统状态或如操作者所允许的那样操作。

电气化车辆12可以另外混合动力(HEV)模式下操作，其中发动机14和马达22均用于车辆推进。HEV模式是电气化车辆12的电荷维持操作模式的示例。在HEV模式期间，电气化车辆12可以减少马达22推进使用，以便通过增加发动机14推进来将初级电池组24的荷电状态维持在恒定或近似恒定的水平。在本公开的范围内，除了EV和HEV模式之外，电气化车辆12还可以以其他操作模式操作。

图2示出了可采用图1所示动力传动系统10或任何其他电气化或混合动力传动系统的电气化车辆12。在实施例中，电气化车辆12是轻型卡车。尽管在本公开的附图中示出了特定的部件关系，但是图示并不旨在限制本公开。电气化车辆12的各种部件的布置和取向被示意性地示出并且可以在本公开的范围内变化。此外，伴随本公开的各个附图不一定按比例绘制，并且一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的某些细节。

电气化车辆12包括卡车货厢56，货厢56建立用于在电气化车辆12的后部位置存储和拖运货物的货物空间。卡车货厢56通常位于电气化车辆12的乘客舱58的后方，并且包括在一对纵向延伸的侧壁62、横向延伸的前壁64和后挡板66之间延伸的底板60。后挡板66可在关闭位置(未示出)和展开或打开位置之间移动。当处于关闭位置时，后挡板66通常包围卡车货厢56的与前壁64相对的端部，以防止货物滑出卡车货厢56。当处于打开位置时，后挡板66通常是水平的并且因此平行于地面水平，使得货物可以装载到卡车货厢56上或从卡车货厢56卸载。

次级电池组54可定位在卡车货厢56内，诸如靠近前壁64。在实施例中，次级电池组54被成形为类似于工具箱，并且因此被伪装为工具箱。将次级电池组54伪装为工具箱给予客户在不牺牲比传统的鞍式卡车货厢工具箱所占用的货物空间任何更多的货物空间的情况下将附加的电动范围增加到电气化车辆12的选项。

在安装位置，次级电池组54的底表面70的至少一部分可以在卡车货厢56的底板60上方间隔距离D。因此，即使当电气化车辆12配备有次级电池组54时，货物也可以在次级电池组54的下面滑动。

图3示出了示例性次级电池组54的附加特征。图3是用于可视化其内部内容物的次级电池组54的俯视横截面视图。

次级电池组54容纳多个电池单元68，电池单元68存储用于为电气化车辆12的各种电负载供电的能量。在本公开的范围内，次级电池组54可采用任何数量的电池单元。因此，本公开不限于在图3中示出的确切构造。

电池单元68可以并排堆叠以构造一组电池单元68，有时称为“电池堆”或“电池阵列”。在实施例中，电池单元68是棱柱形锂离子单元。然而，具有其他几何形状(圆柱形、袋状等)、其他化学(镍金属氢化物、铅酸等)或两者的电池单元可替代地在本公开的范围内使用。

电池单元68连同任何支撑结构(例如，阵列框架、间隔件、轨道、壁、板、绑定件等)可统称为电池阵列或电池总成。图3所示的次级电池组54包括第一电池阵列25A和与第一电池阵列25A并排的第二电池阵列25B。尽管图3的次级电池组54被示出为具有两个电池阵列，但是次级电池组54可以包括更多或更少数量的电池阵列并且仍然落入本公开的范围内。

在实施例中，第一电池阵列25A和第二电池阵列25B是不可从次级电池组54移除的。在另一个实施例中，第一电池阵列25A和第二电池阵列25B是可从次级电池组54移除的模块化电池阵列单元。在这种模块化设计中，客户可以定制次级电池组54以提供期望量的附加电动范围。例如，示例性模块化次级电池组可以包括多达六个电池阵列。模块化电池阵列可被移除和充电，或者可在安装在次级电池组54内的同时被充电。

次级电池组54可以可选地包括货物空间72。货物空间72是次级电池组54内部的开放区域，其可用于一般存储目的，诸如用于保持工具或其他货物。货物空间的大小、形状和位置并不意图限制本公开。例如，尽管在图3中示出为在第一电池阵列25A和第二电池阵列25B旁边，但是货物空间72可以定位在第一电池阵列25A和第二电池阵列25B之间，或者位于次级电池组54内部的任何其他位置处。

外壳74容纳每个电池阵列25A、25B和次级电池组54的货物空间72。在实施例中，外壳74的形状类似于工具箱，以便将次级电池组54伪装成工具箱。在另一实施例中，外壳74由基于聚合物的材料、金属材料或基于聚合物的材料和金属材料的组合构成。然而，外壳74的实际大小、形状和材料组成并不旨在限制本公开。

继续参考图1、图2和图3，图4示出了用于将次级电池组54电连接到电气化车辆12的高压总线78的连接系统76。连接系统76可包括车辆侧连接器80和电池侧连接器82。在实施例中，车辆侧连接器80刚性地设置在卡车货厢56的前壁64内，并且电池侧连接器82刚性地设置在次级电池组54的外壳74的后壁84中。在另一个实施例中，车辆侧连接器80是母连接器，和电池侧连接器82是公连接器。电池侧连接器82可插入到车辆侧连接器80中以将次级电池组54连接到高压总线78。

连接系统76可另外包括一个或多个定位特征，用于在次级电池组54移动到卡车货厢56内的位置时将电池侧连接器82与车辆侧连接器80对准。在实施例中，连接系统76包括定位支架86，所述定位支架86在靠近前壁64的位置处安装到卡车货厢56的底板60。例如，每个定位支架86可以是大致L形的。次级电池组54的外壳74可包括定位在次级电池组54的相对端上的定位脚88。例如，定位脚88通常可以是T形的。定位脚88可在定位支架86的下面滑动，以将电池侧连接器82与车辆侧连接器80对准。因此，当次级电池组54进一步朝向前壁64移动时，电池侧连接器82将被适当地定位以接合车辆侧连接器80。

图5A示出了连接系统76的车辆侧连接器80。车辆侧连接器80可以略微凹入到卡车货厢56的前壁64中，并且可以包括低压连接端口90、高压连接端口91和可选的快速充电连接端口92。当然，车辆侧连接器80可以体现在本公开的范围内的其他构造。

高压连接端口91允许次级电池组54与初级电池组24连接，或直接连接到电动马达22。低压连接端口90允许与次级电池组54中的控制模块进行CAN通信，或者允许将各个单元电压和/或温度读数传递到初级电池组24控制器。在系统设计上决定的任何其他非高压I/O可通过车辆侧连接器80与车辆的其余部分连接。快速充电连接端口90用于在客户/用户使用次级电池组54时对电气化车辆12进行快速充电。

在另一实施例中，车辆侧连接器80包括用于空气或液体冷却车辆侧连接器80的冷却入口端口93。冷却入口端口93可以与电池侧连接器82配合，用于将冷却流体引入冷却入口端口93，以冷却车辆侧连接器80。

在又一个实施例中，车辆侧连接器80包括锁定致动器94。锁定致动器94被构造为在电气化车辆12操作(即，点火接通)时防止电池侧连接器82从车辆侧连接器80移除。锁定致动器94也可锁定在快速充电所需的DC组合线束连接器中。

车辆侧连接器80可另外包括定位特征，诸如定位凸缘95。当次级电池组54移动到卡车货厢56内的位置时，定位凸缘95可接合电池侧连接器82的对应定位特征，诸如定位凹部。

图5B示出了连接系统76的电池侧连接器82。电池侧连接器82可略微凹入到次级电池组54的外壳74的后壁84中，但连接接口可从后壁84向外突出。电池侧连接器82的连接端口通常可以镜像车辆侧连接器80的连接端口，并且可以包括低压连接端口103、高压连接端口105、锁定致动器107和风扇冷却路径109。当然，电池侧连接器82可以体现在本公开的范围内的其他构造。

继续参考图1-图3，图6示出了用于将次级电池组54电连接到电气化车辆12的高压总线78的另一示例性连接系统176。连接系统176可包括车辆侧连接器180和电池侧连接器182。在实施例中，车辆侧连接器180包括可在乘客舱58的后壁97和卡车货厢56的前壁64之间布线的柔性插塞96，并且电池侧连接器182是凹入在次级电池组54的外壳74的后壁84内的固定连接器。在该实施例中，车辆侧连接器180是公连接器，和电池侧连接器182是母连接器。车辆侧连接器180可以插入电池侧连接器182，以将次级电池组54连接到高压总线78。

初级电池组24和次级电池组54可以被控制，使得这两个电池组都输出电力用于为电气化车辆12的马达22供电。马达22输出扭矩用于推进电气化车辆12的一个或多个驱动轮28。马达22可以安装在车桥23上，车桥23可以是前车桥、后车桥或两者。

如图7所示，初级电池组24和次级电池组54可以由控制系统99控制，以并行地向马达22提供电力。控制系统99包括用于执行用于从初级电池组24和/或次级电池组54输出功率的必要控制功能的电子器件、软件或两者。尽管显示为单个硬件装置，但是控制系统99可以包括多个硬件装置形式的多个控制器，或者一个或多个硬件装置内的多个软件控制器。在实施例中，控制系统99被编程为控制在电气化车辆12的纯电动操作模式期间由初级电池组24和次级电池组54中的每一个输出多少功率。

在图8所示的另一个实施例中，控制系统99控制开关101的操作，用于从初级电池组24或次级电池组54提供电力。例如，当期望来自仅初级电池组24的电力时，控制系统99可以命令开关101到第一位置X，或者当期望来自次级电池组54的电力时，控制系统99可以命令开关101到第二位置X’。在实施例中，当初级电池组24的荷电状态下降到预定义阈值以下时，控制系统99自动地命令开关101到第二位置X’。

尽管将不同的非限制性实施例示出为具有特定部件或步骤，但是本公开的实施例不限于那些特定组合。使用来自任何非限制性实施例的一些部件或特征与来自任何其他非限制性实施例的特征或部件组合是可能的。

应当理解的是，在所有附图中，相同的附图标记表示对应的或类似的元件。应当理解，虽然在这些示例性实施例中公开和示出了特定的部件布置，但是其他布置也可以受益于本公开的教导。

前面的描述应当被解释为说明性的而不是呈任何限制性意义。本领域普通技术人员将理解某些修改可以落入本公开的范围内。由于这些原因，应研究以下权利要求以确定本公开的真实范围和内容。

根据本发明，提供一种电气化车辆，其具有：驱动轮；货物空间；以及次级电池组，其定位在所述货物空间内并且适于选择性地供应电力用于推进所述驱动轮；其中所述次级电池组被成形为类似于工具箱。

根据实施例，电气化车辆是轻型卡车。

根据实施例，货物空间由轻型卡车的卡车货厢建立。

根据实施例，次级电池组的底表面在货物空间的底板上方间隔一距离。

根据实施例，次级电池组包括容纳至少一个电池阵列的外壳。

根据实施例，外壳容纳货物空间。

根据实施例，上述发明的特征还在于用于将次级电池组电连接到电气化车辆的高压总线的连接系统。

根据实施例，连接系统包括车辆侧连接器和电池侧连接器。

根据实施例，车辆侧连接器凹入到货物空间的壁中。

根据实施例，车辆侧连接器包括在乘客舱的后壁和货物空间的前壁之间延伸的柔性插塞。

根据实施例，车辆侧连接器是母连接器，和电池侧连接器是公连接器。

根据实施例，车辆侧连接器是公连接器，和电池侧连接器是母连接器。

根据实施例，货物空间和次级电池组包括用于对准车辆侧连接器和电池侧连接器的定位特征。

根据实施例，货物空间包括定位支架，并且次级电池组包括可接收在定位支架下方的定位脚。

根据实施例，上述发明的特征还在于适于选择性地供应电力用于推进驱动轮的初级电池组。

根据本发明，一种方法包括：将次级电池组定位在电气化车辆的货物空间内，其中所述次级电池组被伪装为工具箱；以及使用来自所述次级电池组的电力来选择性地推进所述电气化车辆的车轮。

根据实施例，上述发明的特征还在于使用来自电气化车辆的初级电池组的电力来选择性地推进电气化车辆的车轮。

根据实施例，初级电池组和次级电池组并行地提供电力。

根据实施例，仅在电气化车辆的初级电池组的荷电状态下降到阈值水平以下时才执行使用来自次级电池组的电力选择性地推进车轮。

根据实施例，将次级电池组定位在货物空间内包括将车辆侧连接器连接到电池侧连接器。

Claims (15)

1.一种电气化车辆，其包括：

驱动轮；

货物空间；以及

次级电池组，其定位在所述货物空间内并且适于选择性地供应电力用于推进所述驱动轮；

其中所述次级电池组被成形为类似于工具箱。

2.根据权利要求1所述的电气化车辆，其中所述电气化车辆是轻型卡车，并且所述货物空间由所述轻型卡车的卡车货厢建立。

3.根据权利要求1或2所述的电气化车辆，其中所述次级电池组的底表面在所述货物空间的底板上方间隔一距离。

4.根据任一项前述权利要求所述的电气化车辆，其中所述次级电池组包括容纳至少一个电池阵列的外壳，并且可选地其中所述外壳容纳货物空间。

5.根据任一项前述权利要求所述的电气化车辆，其包括用于将所述次级电池组电连接到所述电气化车辆的高压总线的连接系统，并且所述连接系统包括车辆侧连接器和电池侧连接器。

6.根据权利要求5所述的电气化车辆，其中所述车辆侧连接器凹入到所述货物空间的壁中。

7.根据权利要求5或6所述的电气化车辆，其中所述车辆侧连接器包括在乘客舱的后壁和所述货物空间的前壁之间延伸的柔性插塞。

8.根据权利要求5至7中任一项所述的电气化车辆，其中所述车辆侧连接器是母连接器，并且所述电池侧连接器是公连接器。

9.根据权利要求5至7中任一项所述的电气化车辆，其中所述车辆侧连接器是公连接器，并且所述电池侧连接器是母连接器。

10.根据任一项前述权利要求所述的电气化车辆，其包括初级电池组，所述初级电池组适于选择性地供应电力用于推进所述驱动轮。

11.一种方法，其包括:

将次级电池组定位在电气化车辆的货物空间内，其中所述次级电池组被伪装为工具箱；以及

使用来自所述次级电池组的电力来选择性地推进所述电气化车辆的车轮。

12.根据权利要求11所述的方法，其包括使用来自所述电气化车辆的初级电池组的电力来选择性地推进所述电气化车辆的车轮。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述初级电池组和所述次级电池组并行地提供所述电力。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中仅当所述电气化车辆的初级电池组的荷电状态下降到阈值水平以下时，才执行使用来自所述次级电池组的电力选择性地推进所述车轮。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中将所述次级电池组定位在所述货物空间内包括将车辆侧连接器连接到电池侧连接器。