CN110406393A - 带有可移除且可互换的里程扩展发电机的电气化车辆 - Google Patents

Abstract

本公开提供了“带有可移除且可互换的里程扩展发电机的电气化车辆”。本公开详述了配备有用于增加车辆的电动里程的可移除发电机的电气化车辆。一种示例性电气化车辆包括诸如卡车货厢等货物空间，以及可移除地定位在所述货物空间内的发电机。所述发电机适于选择性地供电，以为所述电气化车辆的电池组充电或推进一个或多个车辆驱动轮。在一些实施例中，所述发电机的形状像工具箱，并且因此伪装成工具箱。

Description

带有可移除且可互换的里程扩展发电机的电气化车辆

技术领域

本公开详述了配备有用于增加车辆的电动里程的可移除发电机的电气化车辆。

背景技术

降低汽车燃料消耗和排放的期望已有详细记录。因此，正在开发降低或完全消除对内燃发动机的依赖的电气化车辆。一般而言，电气化车辆与常规的机动车辆不同，因为它们由一个或多个电池供电的电机选择性地驱动。相反，常规的机动车辆完全依赖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气负载供电。高压电池组提供有限量的纯电动驾驶里程。一些客户希望能够为其电气化车辆增加附加的纯电动里程。

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；电池组；货物空间；以及发电机，其可移除地定位在货物空间内并且适于选择性地输出电力以为电池组充电或推进驱动轮。发电机的形状像工具箱。

在前述电气化车辆的另一非限制性实施例中，所述电气化车辆是皮卡车。

在前述电气化车辆中的任一者的另一非限制性实施例中，所述货物空间由皮卡车的卡车货厢建立。

在前述电气化车辆中的任一者的另一非限制性实施例中，发电机的底壁的至少一部分在货物空间的底板上方间隔开一定距离。

在前述电气化车辆中的任一者的另一非限制性实施例中，发电机包括容纳发动机和燃料箱的外壳。

在前述电气化车辆中的任一者的另一非限制性实施例中，外壳还容纳发电机的排气系统和电子器件。

在前述电气化车辆中的任一者的另一非限制性实施例中，车辆包括用于将发电机电连接到电气化车辆的电压总线的连接系统。

在前述电气化车辆中的任一者的另一非限制性实施例中，连接系统包括车辆侧连接器和发电机侧连接器。

在前述电气化车辆中的任一者的另一非限制性实施例中，车辆侧连接器凹入货物空间的底板中，并且发电机侧连接器从发电机的底壁突出。

在前述电气化车辆中的任一者的另一非限制性实施例中，车辆侧连接器是凹连接器，并且电池侧连接器是凸连接器。

在前述电气化车辆中的任一者的另一非限制性实施例中，发电机包括接纳在货物空间的开口内的定位螺柱。

在前述电气化车辆中的任一者的另一非限制性实施例中，发电机可与第二发电机互换，所述第二发电机包括与所述发电机相比不同的功率容量。

在前述电气化车辆中的任一者的另一非限制性实施例中，发电机相对于电池组串联连接。

在前述电气化车辆中的任一者的另一非限制性实施例中，控制系统被配置为在驾驶循环期间控制由电池组和发电机中的每一者输出的电力。

在前述电气化车辆中的任一者的另一非限制性实施例中，人机界面与控制系统通信并且被配置为接收用于在驾驶循环期间控制发电机的操作模式输入。

根据本公开的另一示例性方面的方法尤其包括将发电机定位在电气化车辆的货物空间内。发电机被伪装成工具箱。可以从发电机输出电力，以推进电气化车辆的车轮或者为电气化车辆的电池组充电。

在前述方法的另一非限制性实施例中，所述方法包括并行地从发电机输出电力和从电池组输出电力。

在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，仅在电池组的荷电状态下降到低于阈值水平时才执行从发电机输出电力。

在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，将发电机定位在货物空间内包括将车辆侧连接器连接到发电机侧连接器。

在前述方法中的任一者的另一非限制性实施例中，所述方法包括从货物空间移除发电机并用具有与发电机不同的功率容量的第二发电机替换所述发电机。

前述段落、权利要求或以下描述和附图的实施例、示例和替代例，包括它们的各个方面或相应个别特征中的任一者，可以独立地或以任何组合方式进行。结合一个实施例描述的特征可适用于所有实施例，除非此类特征是互相矛盾的。

从以下具体实施方式中，本公开的各种特征和优点对于本领域技术人员而言将变得明显。随附于具体实施方式的附图可以如下简要地描述。

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示意性地示出了可以由图2的电气化车辆采用的不同大小的发电机的可互换性。

图4示出了图2的电气化车辆的发电机。

图5示出了用于将发电机连接到电气化车辆的电压总线的连接系统。

图6示出了图5的连接系统的发电机侧连接器。

图7示出了图5的连接系统的车辆侧连接器。

图8示出了根据本公开的第一实施例的电驱动系统。

图9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里程的可移除发电机的电气化车辆。一种示例性电气化车辆包括诸如卡车货厢等货物空间，以及可移除地定位在所述货物空间内的发电机。所述发电机适于选择性地供电，以为所述电气化车辆的电池组充电或推进一个或多个车辆驱动轮。在一些实施例中，所述发电机的形状像工具箱，并且因此伪装成工具箱。在本具体实施方式的以下段落中更详细地讨论了这些和其他特征。

图1示意性地示出了电气化车辆12的动力传动系统10。在实施例中，电气化车辆12是仅通过电力(诸如通过电机14)而无需内燃发动机的任何辅助推进的电池电动车辆(BEV)。电机14接收电力并提供旋转输出功率。在实施例中，电机14是电动马达。

电机14可以连接到齿轮箱16，用于以预定的齿轮比调整电机14的输出扭矩和转速。齿轮箱16通过输出轴20连接到一组驱动轮18。电压总线22通过逆变器26将电机14电连接到电池组24。电机14、齿轮箱16和逆变器26可以统称为变速器28。

电池组24是示例性电气化车辆电池。电池组24可以是高压牵引电池组，其包括能够输出电力以操作电机14和/或电气化车辆12的其他电气负载以提供推进车轮18所必需的电力的多个电池阵列25(即，电池单元的电池总成或电池群组)。其他类型的能量存储装置和/或输出装置也可以用于对电气化车辆12以电气方式提供动力。

电气化车辆12还可以配备有充电系统30，以为电池组24的能量存储装置(例如，电池单元)充电。充电系统30可以连接到外部电源，以从外部电源接收电力并将从外部电源接收的电力分配到电池组24。

电气化车辆12可操作以在电池组24的能量耗尽之前行驶特定距离，这可能导致操作员里程焦虑。因此，电气化车辆12可以另外配备有用于增加电气化车辆12的行驶里程的发电机54。如同电池组24，发电机54可以经由电压总线22通过逆变器26可操作地连接到电机14。发电机54也可以相对于电池组24并联或串联连接。如下面更详细讨论的，发电机54可以是汽油驱动的发电机，其可移除且可互换。

图1所示的动力传动系统10是高度示意性的，并且不意图限制本公开。动力传动系统10可以在本公开的范围内可替代地或另外采用各种附加部件。此外，本公开的教导内容可以结合到任何类型的电气化车辆中，包括但不限于卡车、运动型多功能车、轿车等。

图2示出了电气化车辆12，其可以采用图1中所示的动力传动系统10或任何其他的电气化动力传动系统。在实施例中，电气化车辆12是皮卡车。尽管在本公开的附图中示出了特定的部件关系，但这些图示并不旨在限制本公开。电气化车辆12的各种部件的放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，随附于本公开的各种附图未必按比例绘制，并且可放大或最小化一些特征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，卡车货厢56在电气化车辆12的后部位置处建立用于存储和搬运货物的货物空间。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之间延伸的底板60、横向延伸的前壁64以及后挡板66。后挡板66可在关闭位置(未示出)与展开或打开位置之间移动。当在关闭位置时，后挡板66通常包封卡车货厢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是大致水平的并且因此平行于地平面，使得可以将货物装载到卡车货厢56上或从卡车货厢56卸载货物。

发电机54可以定位在卡车货厢56内，诸如靠近前壁64处。在实施例中，发电机54的形状像工具箱，并且因此伪装成工具箱。将发电机54伪装成工具箱使客户能够选择对电气化车辆12增加附加的电动里程，而不会牺牲比传统的鞍式卡车货厢工具箱占用的任何更多的货物空间。在安装位置，发电机54的底壁84的至少一部分可以在卡车货厢56的底板60上方间隔开一定距离D。因此，即使当电气化车辆12配备有发电机54时，货物也可以在发电机54下方滑动。

参考图2至图3，发电机54可以从卡车货厢56移除并且与不同大小的发电机互换以适应客户/用户的特定能量需求。在这种模块化设计中，客户/用户可以在卡车货厢56内使用小型(例如，5kW，5加仑容量)、中型(例如，5kW，10加仑容量)或大型(例如，15kW，20加仑容量)发电机54。小型发电机54可以占据卡车货厢56的第一量的空间S1，中型发电机54可以占据卡车货厢56的第二量的空间S2，并且大型发电机54可以占据卡车货厢56的第三量的空间S3。第二量的空间S2大于第一量的空间S1，并且第三量的空间S3大于第二量的空间S2。因此，诸如通过使用更大大小的发电机54来增加电气化车辆12的行驶里程可以减少电气化车辆12内的可用货物空间的量。

图4示出了图2的示例性发电机54的附加特征。图4是用于使其内部内容物可见的发电机54的俯视横截面图。在实施例中，发电机54包括外壳68，外壳68容纳发动机70或其他动力源、燃料箱72、排气系统74和各种电子器件76。在本公开的范围内，其他部件可以另外容纳在外壳68内。

外壳68的形状可以像工具箱，以便将发电机54伪装成卡车货厢工具箱。外壳68可以由聚合物基材料、金属材料或聚合物基材料和金属材料的组合构造。然而，外壳68的实际大小、形状和材料构成不旨在限制本公开。

发动机70是发电机54的主要动力源。在操作期间，发动机70产生机械能，所述机械能被转换成可以由发电机54输出的电能。发动机70的操作规范是设计特定的，并且可以被选择来提供所需的电能输出。

燃料箱72存储用于为发动机70提供动力的燃料。在实施例中，燃料是汽油。然而，预期其他燃料也在本公开的范围内，包括但不限于柴油、丙烷、天然气或这些或其他燃料的任何组合。

排气系统74适于从发电机54移除多余的热量和排气，诸如可以由发动机70产生的那些热量和排气。排气系统74可以包括风扇、通风口、泵、热交换器等。

电子器件76通常控制发电机54的各种部件的操作。在实施例中，电子器件76包括必要的硬件和软件，用于控制发电机54的部件并用于实现与电气化车辆12的动力传动系统10的部件的双向通信。电子器件76可以包括各种控制单元、电压调节器、开关等。

发电机54可以可选地包括一个或多个电源插座32。电源插座32可以从外壳68的外部接近。电气化车辆12的所有者/用户可以将任何工具或其他电气附件插入电源插座32中，以便使用由发电机54提供的能量为这些工具提供电力。因此，除了向动力传动系统10提供电力之外，发电机54另外可以为各种附件装置提供电力。

图5示出了用于将发电机54电连接到电气化车辆12的电压总线22的连接系统78，并且继续参考图1、图2、图3和图4。连接系统78可以包括车辆侧连接器80和发电机侧连接器82。在实施例中，车辆侧连接器80刚性地设置在卡车货厢56的底板60内，并且发电机侧连接器82刚性地设置在发电机54的外壳68的底壁84中。在另一实施例中，车辆侧连接器80是凹连接器，而发电机侧连接器82是凸连接器。然而，也可以预期一种替代配置，其中车辆侧连接器80是凸连接器，而发电机侧连接器82是凹连接器。发电机侧连接器82可以插入车辆侧连接器80中，以将发电机54连接到电压总线22。

连接系统78可以另外包括一个或多个定位特征，用于在发电机54移动到卡车货厢56内的位置时将发电机侧连接器82与车辆侧连接器80对准。在实施例中，发电机54的外壳68包括定位螺柱86，定位螺柱86从位于外壳68的每个相对侧的安装凸缘88向内突出。定位螺柱86可以接纳在形成于卡车货厢56的侧壁62中的开口90内。定位螺柱86可以滑入开口90中，以使发电机侧连接器82与车辆侧连接器80对准。因此，当发电机54在安装期间进一步朝向底板60移动时，发电机侧连接器82将被适当地定位以接合车辆侧连接器80。

图6示出了连接系统78的发电机侧连接器82。发电机侧连接器82可以从外壳68的底壁84略微向外突出。发电机侧连接器82可以包括低压连接端口92和高压连接端口94。当然，发电机侧连接器82可以具体实施在本公开范围内的其他配置。

高压连接端口94允许发电机54与电池组24和/或逆变器26连接。低压连接端口92允许发电机54与电池组24、逆变器26或动力传动系统10的其他部件之间的CAN通信。

发电机侧连接器82可以另外包括锁定致动器96。锁定致动器96被配置为在电气化车辆12操作(即，点火开启)时防止发电机侧连接器82从车辆侧连接器80移除。

图7示出了连接系统78的车辆侧连接器80。车辆侧连接器80可以略微凹入卡车货厢56的底板60中。车辆侧连接器80的连接端口通常可以镜像发电机侧连接器82的连接端口，并且可以包括低压连接端口98、高压连接端口100和锁定致动器102。电池侧连接器82可以具体实施在本公开范围内的其他配置。

可以控制电气化车辆12的电池组24和发电机54以同时输出电力以为电气化车辆12的电机14供电。然后，电机14可以输出扭矩以推进电气化车辆12的一个或多个驱动轮18。

如图8所示，电池组24和发电机54可以由控制系统99控制，以彼此并行地向电机14提供电力。控制系统99可以包括硬件、软件或两者，用于执行用于从电池组24和发电机54输出电力的必要控制功能。虽然被示为单个硬件装置，但是控制系统99也可以包括呈多个硬件装置或在一个或多个硬件装置内的多个软件控制器的形式的多个控制器。另外，控制系统99可以包括一个或多个处理单元和非暂时性存储器，用于执行电气化车辆12的各种控制策略和模式。

控制系统99可以被编程为在电气化车辆12的每个操作模式期间控制由电池组24和发电机54中的每一者输出的电量。在实施例中，如果电气化车辆12的电力需求超过预定义的电力阈值，则控制系统99自动命令发电机54‘接通’。在另一实施例中，如果电池组24的荷电状态(SOC)下降到低于预定义的阈值，则控制系统99自动命令发电机54‘接通’。

在又一个实施例中，控制系统99被编程为基于来自客户/用户的输入在给定的驾驶循环期间控制由电池组24和发电机54中的每一者输出的电力。例如，电气化车辆12可以包括与控制系统99电通信的人机界面(HMI)104。HMI系统104可以位于电气化车辆12的乘客舱58内，并且可以包括一个或多个用户界面106。客户/用户可以经由触摸屏、触觉按钮、可听言语、言语合成等与每个用户界面106交互。客户/用户可以将信息输入到用户界面106中，或者用户界面106可以向客户/用户显示回信息。

在实施例中，客户/用户可以使用HMI 104手动地将发电机54‘接通’以与电池组24并行地向电机14供电。这可以包括在用户界面106上切换触觉按钮以手动命令发电机54开始操作。

在另一个实施例中，客户/用户可以使用HMI 104来选择期望的操作模式，以在给定的驾驶循环期间控制发电机54的操作。示例性操作模式包括最大燃料效率模式、最大功率模式、最大行驶里程模式和燃料优化模式。在最大燃料效率模式期间，可以控制发电机54的发动机70以以预定义的每分钟转数操作，以实现发动机70的最大燃料效率。在最大功率模式期间，可以控制发电机54以输送最大功率，从而在高需求情况(例如，通过情况、拖车牵引情况、从静止开始等)下为电气化车辆12的动力传动系统10提供更多能量。在最大行驶里程模式期间，可以控制发电机54以基于电气化车辆12的动力传动系统10的当前功率消耗来输送最大行驶里程。在燃料优化模式期间，可以控制发电机54的发动机70以以最佳效率操作，以尽可能使用最少量的燃料为电气化车辆12提供动力到给定目的地(例如，由车载导航系统指示)。其他操作模式也可以编程到控制系统99中。

发电机54可以替代地配置为输出电力以为电池组24充电，而不是与电池组24并行地提供电力。如图9所示，例如，发电机54可以与电池组24串联连接。在某些条件期间，控制系统99可以控制发电机54以补充电池组24的SOC。在实施例中，当电池组24的SOC下降到低于预定义的阈值时，控制系统99自动命令发电机54接通。

尽管不同的非限制性实施例被示出为具有特定部件或步骤，但是本公开的实施例不限于这些特定组合。将来自非限制性实施例中的任一个的部件或特征中的一些与来自其他非限制性实施例中的任一个的特征或部件结合使用是可能的。

应理解，贯穿若干附图，相同附图标记标识对应或相似的元件。应理解，尽管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。

以上描述应被解释为说明性的而不是以任何限制意义解释。本领域普通技术人员可以理解，在本公开的范围内可以出现一些修改。出于这些原因，应研究以下权利要求来确定本公开的真实范围和内容。

根据本发明，提供了一种电气化车辆，其具有：驱动轮；电池组；货物空间；以及发电机，其可移除地定位在货物空间内并适于选择性地输出电力，以为电池组充电或推进驱动轮；其中发电机的形状像工具箱。

根据实施例，电气化车辆是皮卡车。

根据实施例，货物空间由皮卡车的卡车货厢建立。

根据实施例，发电机的底壁的至少一部分在货物空间的底板上方间隔开一定距离。

根据实施例，发电机包括容纳发动机和燃料箱的外壳。

根据实施例，外壳还容纳发电机的排气系统和电子器件。

根据实施例，上述发明的特征还在于连接系统，其用于将发电机电连接到电气化车辆的电压总线。

根据实施例，连接系统包括车辆侧连接器和发电机侧连接器。

根据实施例，车辆侧连接器凹入货物空间的底板中，并且发电机侧连接器从发电机的底壁突出。

根据实施例，车辆侧连接器是凹连接器，而电池侧连接器是凸连接器。

根据实施例，发电机包括接纳在货物空间的开口内的定位螺柱。

根据实施例，发电机可与第二发电机互换，所述第二发电机包括与所述发电机相比不同的功率容量。

根据实施例，所述发电机相对于电池组串联连接。

根据实施例，上述发明的特征还在于控制系统，所述控制系统被配置为在驾驶循环期间控制由电池组和发电机中的每一者输出的电力。

根据实施例，上述发明的特征还在于人机界面，所述人机界面与所述控制系统通信并且被配置为接收用于在驾驶循环期间控制发电机的操作模式输入。

根据本发明，一种方法包括：将发电机定位在电气化车辆的货物空间内，其中发电机被伪装成工具箱；以及从发电机输出电力，以推进电气化车辆的车轮或为电气化车辆的电池组充电。

根据实施例，上述发明的特征还在于，并行地从发电机输出电力和从电池组输出电力。

根据实施例，仅在电池组的荷电状态下降到低于阈值水平时才执行从发电机输出电力。

根据实施例，将发电机定位在货物空间内包括将车辆侧连接器连接到发电机侧连接器。

根据实施例，上述发明的特征还在于，从货物空间移除发电机；以及用具有与发电机不同的功率容量的第二发电机替换所述发电机。

Claims (15)

1.一种电气化车辆，其包括：

驱动轮；

电池组；

货物空间；以及

发电机，其可移除地定位在所述货物空间内并适于选择性地输出电力，以为所述电池组充电或推进所述驱动轮；

其中所述发电机的形状像工具箱。

2.如权利要求1所述的电气化车辆，其中所述电气化车辆是皮卡车并且所述货物空间由所述皮卡车的卡车货厢建立。

3.如权利要求1或2所述的电气化车辆，其中所述发电机的底壁的至少一部分在所述货物空间的底板上方间隔开一定距离。

4.如任一前述权利要求所述的电气化车辆，其中所述发电机包括容纳发动机和燃料箱的外壳，并且可选地其中所述外壳还容纳所述发电机的排气系统和电子器件。

5.如任一前述权利要求所述的电气化车辆，其包括用于将所述发电机电连接到所述电气化车辆的电压总线的连接系统，并且可选地其中所述连接系统包括凹入所述货物空间的底板中的车辆侧连接器和从所述发电机的底壁突出的发电机侧连接器。

6.如任一前述权利要求所述的电气化车辆，其中所述发电机包括接纳在所述货物空间的开口内的定位螺柱。

7.如任一前述权利要求所述的电气化车辆，其中所述发电机可与第二发电机互换，所述第二发电机包括与所述发电机相比不同的功率容量。

8.如任一前述权利要求所述的电气化车辆，其中所述发电机相对于所述电池组串联连接。

9.如任一前述权利要求所述的电气化车辆，其包括控制系统，所述控制系统被配置为在驾驶循环期间控制由所述电池组和所述发电机中的每一者输出的电力。

10.如权利要求9所述的电气化车辆，其包括人机界面，所述人机界面与所述控制系统通信并且被配置为接收用于在所述驾驶循环期间控制所述发电机的操作模式输入。

11.一种方法，其包括：

将发电机定位在电气化车辆的货物空间内，其中所述发电机被伪装成工具箱；以及

从所述发电机输出电力，以推进所述电气化车辆的车轮或为所述电气化车辆的电池组充电。

12.如权利要求11所述的方法，其包括并行地从所述发电机输出电力和从所述电池组输出电力。

13.如权利要求11或12所述的方法，其中仅在所述电池组的荷电状态下降到低于阈值水平时执行从所述发电机输出电力。

14.如权利要求11至13中任一项所述的方法，其中将所述发电机定位在所述货物空间内包括将车辆侧连接器连接到发电机侧连接器。

15.如权利要求11至14中任一项所述的方法，其包括：

从所述货物空间中移除所述发电机；以及

用具有与所述发电机不同的功率容量的第二发电机替换所述发电机。