CN111645542B - 用于电动车辆的能量存储装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于电动车辆的电动控制系统，其能以多个模式操作。所述控制系统包括：电动马达，其具有多个马达线圈；能量存储装置，其将能量提供到所述电动控制系统；晶体管模块，其选择性地将所述电动马达耦合到所述能量存储装置；连接器，其选择性地耦合到AC电源；可控切换装置，其被配置来选择性地将所述连接器耦合到所述电动马达；以及微控制器，其控制所述切换装置以在检测充电模式期间将所述连接器耦合到所述马达线圈中的至少一个，并且控制所述多个晶体管模块中的一个或多个以在所述检测充电模式期间将所述马达线圈耦合到所述能量存储装置。

Description

用于电动车辆的能量存储装置
本申请是申请日为2017年10月5日、申请号为2017800610983(国际申请号为PCT/US2017/055427)、发明名称为“电动车辆”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
示例性实现的方面涉及通过电力供电的车辆，并且更具体地说，涉及马达、马达控制器和电池组充电器，以及与电动摩托车相关联地使用的相关方法和设备。
背景技术
在技术改进并且支持基础设施(例如，充电站、家用充电器)被构造时，电动车辆(EV)(例如，电动汽车、电动卡车、电动自行车、电动摩托车，或本领域普通技术人员可显而易见的任何其他电动车辆)变得日益普及。图1-3例示相关技术EV的电气系统的电路示意图。如所例示，在相关技术EV中，提供分离的系统用于电气驱动系统和电气充电系统。具体地说，图1例示相关技术EV的电气驱动系统100并且图2例示相关技术EV的电气充电系统200。电气驱动系统100单元可与电气充电系统200通信地耦合。
如图1中所例示，电气驱动系统100包括：包括三个马达线圈107a-107c的三相电动马达105、电池组130，和控制电池组130与马达105之间的电气流动的微控制器125。驱动系统100还包括三个电流传感器110a-110c，所述电流传感器监视通过马达105的每个相(马达线圈107a-107c)的电流并且将计数提供给微控制器125。另外，多个晶体管模块115a-115c也提供在驱动系统100中。晶体管模块115a-115c中的每一个连接到马达105的相(马达线圈107a-107c)，并且基于来自微控制器125的信号来控制电池130与马达的三个相(马达线圈107a-107c)之间的电流流动。驱动系统可还包括电气地耦合到电池组130的端子的电容器120，和来自电池组130的电压和电流传感器(135、140)。应用程序、马达、马达控制器和电池组充电器被提供为不同的单元。这些单元可彼此通信地耦合。以下附图例示这样的相关技术EV系统。
如图2中所例示，电气充电系统200包括被配置来连接到AC源以接收AC电压的连接器205、电池组130和控制电池组130与接收AC电压的连接器205之间的电气流动的充电器微控制器225。电气充电系统200还包括电压和电流传感器201、203，所述电压和电流传感器测量来自AC源的电压和电流并将读数提供给充电器微控制器225。充电器微控制器225可控制继电器209，所述继电器经由如所例示的桥接电路211和电容器选择性地将连接器205耦合到系统200的充电电路214。
充电系统200还包括三个电流传感器210a-210c，所述电流传感器监视通过充电电路214的每个相(感应器207a-207c)的电流并将读数提供给充电微控制器225。另外，多个晶体管模块215a-215c也提供在充电电路214中。晶体管模块215a-215c中的每一个连接到充电电路214的相(感应器207a-207c)，并且基于来自充电微控制器225的信号来控制电池130与充电电路214的三个相(感应器207a-207c)之间的电流流动。充电系统200可还包括电气地耦合到电池组130的端子的电容器220，和来自电池组130的电压和电流传感器(235、240)。
然而，如图3中所例示，具有分离的电气驱动系统100和电气充电系统200导致两个系统100、200之间的冗余部件。例如，电气驱动系统100和电气充电系统200两者包括对应AC电压的三个相的三个感应器的集合(例如，马达105的马达线圈107a-107c和充电电路214的感应器207a-207c)。类似地，电气驱动系统100和电气充电系统200两者包括对应AC电压的三个相的三个电流传感器的集合(例如，电流传感器110a-110c和电流传感器210a-210c)。此外，电气驱动系统100和电气充电系统200两者包括对应AC电压的三个相的三个晶体管模块的集合(例如，晶体管模块115a-115c和晶体管模块215a-215c)。这些冗余部件可导致附加重量，这可减少EV的行程范围。
发明内容
本公开的方面可包括用于电动车辆的电动控制系统。所述电动控制系统可被配置来以多个模式操作。所述控制系统可包括：多级电动马达，其具有多个马达线圈；能量存储装置，其被配置来将能量提供到所述电动控制系统；多个晶体管模块，其选择性地将所述电动马达耦合到所述能量存储装置；连接器，其被配置来选择性地耦合到AC电源；可控切换装置，其被配置来选择性地将所述连接器耦合到所述多级电动马达；以及微控制器，其被配置来控制所述切换装置以在检测充电模式期间选择性地将所述连接器耦合到所述马达线圈中的至少一个，并且控制所述多个晶体管模块中的一个或多个以在所述检测充电模式期间选择性地将所述至少一个马达线圈耦合到所述能量存储装置。
本公开的进一步方面可包括电动车辆。所述电动车辆可包括：传动系统，其具有至少一个轮子；多级电动马达，其具有多个马达线圈，所述马达线圈耦合到所述传动系统以将扭矩提供到所述至少一个轮子；电气控制系统，其被配置来以多个模式操作。所述控制系统可包括：能量存储装置，其被配置来将能量提供到所述电动控制系统；多个晶体管模块，其选择性地将所述电动马达耦合到所述能量存储装置；连接器，其被配置来选择性地耦合到AC电源；可控切换装置，其被配置来选择性地将所述连接器耦合到所述多级电动马达；以及微控制器，其被配置来控制所述切换装置以在检测充电模式期间选择性地将所述连接器耦合到所述马达线圈中的至少一个，并且控制所述多个晶体管模块中的一个或多个以在所述检测充电模式期间选择性地将所述至少一个马达线圈耦合到所述能量存储装置。
本公开的另外方面可包括用于电动车辆的能量存储装置。所述能量存储装置可包括：壳体，其限定内部体积；多个动力单电池，其布置在所述壳体的所述内部体积中，每个动力单电池具有一个末端处的第一端子和另一个末端处的第二端子，其中所述多个动力单电池中的每一个在大致上平行配置中延伸，并且介入空间提供在邻近动力单电池之间；树脂片材，其封装所述多个动力单电池中的每一个的至少一个末端并且将所述多个动力单电池保持在刚性配置中；以及所述壳体内的吸热流体，所述吸热流体循环穿过所述介入空间，从而接触所述多个动力单电池中的至少一个的外部。
附图说明
图1-3例示相关技术EV的电气系统的电路示意图。
图4-10例示根据本申请的示例性实现的全EV传动系统的电路示意图。
图11A-11E例示根据本申请的电池组的示例性实现的外部视图。
图11F例示根据本申请的电池组的一个示例性实现的分解图。
图12例示根据本申请的用于电池组的个别单电池的若干示例性实现。
图13A-13E例示根据本申请的示例性实现的电池组内的包装单电池的配置。
图14A-14D例示根据本申请的一个示例性实现的用于冷却电池组的个别单电池的配置。
图15例示根据本申请的一个示例性实现的由多个电池组形成的能量模块的示例性实现。
图16A和16B例示根据本申请的一个示例性实现的具有整合冷却系统的图15的能量模块的透视图。
图17A和17B例示根据本申请的示例性实现的电池管理系统(BMS)的操作的示意性表示。
图18A和18B例示根据本申请的一个示例性实现的马达的端视图。
图18C和18D例示根据本申请的一个示例性实现的马达的侧视图。
图18E和18F例示根据本申请的一个示例性实现的马达的透视图。
图18G例示根据本申请的一个示例性实现的马达的分解图。
图18H例示根据本申请的一个示例性实现的马达的横截面图。
图19A例示根据本申请的一个示例性实现的分段定子的透视图。
图19B例示根据本申请的一个示例性实现的定子齿单元的透视图。
图19C例示根据本申请的一个示例性实现的定子齿主体。
图19D例示根据本申请的可用来形成定子齿主体的定子片材。
图20A例示根据本申请的一个示例性实现的马达主体的俯视图。
图20B例示根据本申请的一个示例性实现的马达主体的侧视图。
图20C例示根据本申请的一个示例性实现的马达主体的仰视图。
图20D例示根据本申请的一个示例性实现的马达主体的横截面图。
图20E是根据本申请的一个示例性实现的在定子组件安装的情况下的马达主体的透视图。
图20F是根据本申请的一个示例性实现的在定子组件安装的情况下的马达主体的端视图。
图20G是根据本申请的一个示例性实现的在定子组件安装的情况下的马达主体的侧视图。
图20H是在定子组件安装的情况下的马达主体的横截面图。
图21A是根据本申请的一个示例性实现的端罩的透视图。
图21B是根据本申请的一个示例性实现的端罩的前视图。
图21C是根据本申请的一个示例性实现的端罩的后视图。
图21D是根据本申请的一个示例性实现的端罩的横截面图。
图22A是根据本申请的一个示例性实现的转子片材的俯视图。
图22B是根据本申请的一个示例性实现的转子片材的透视图。
图22C是根据本申请的一个示例性实现的由多个转子片材形成的转子芯的透视图。
图23A例示根据本申请的一个示例性实现的用于转子的磁体的俯视图。
图23B例示根据本申请的一个示例性实现的用于转子的磁体的透视图。
图24A例示根据本申请的一个示例性实现的组装转子的俯视图。
图24B例示根据本申请的一个示例性实现的组装转子的透视图。
图24C例示根据本申请的一个示例性实现的在轮轴安装的情况下的组装转子的俯视图。
图24D例示根据本申请的一个示例性实现的在轮轴安装的情况下的组装转子的透视图。
具体实施方式
以下详细描述提供本申请的附图和示例性实现的进一步细节。各图之间的冗余元件的附图标号和描述出于清晰性而被省略。遍及描述所使用的术语被提供为实例并且不意图为限制。例如，术语“自动”的使用可涉及涉及对实现的某些方面的用户或操作者控制的全自动或半自动实现，取决于实践本申请的实现的本领域普通技术人员的所需要实现。
如以上所论述，相关技术电动车辆(EV)将分离的系统使用于使机载电池充电和自电池驱动电动马达。然而，使用完全分离的系统可导致各自具有重复元件(例如，感应器、传感器和晶体管模块)的两个系统，所述重复元件增加电气系统的重量和复杂性。本申请的示例性实现可组合引擎驱动系统、电池充电系统和，任选地，AC发电机，以用相同硬件实现多个操作模式并且允许马达不仅被使用于电动回转，而且使用于充电和生成AC(交流电)，从而重新使用马达线圈作为降压或升压转换器感应器。这允许系统的成本、重量、复杂性的降低，并充电至与电动回转相同的峰值电流。
图4例示根据本申请的示例性实现的全EV传动系统400的电气示意图。全EV传动系统400的示例性实现可用来通过诸如电动汽车、电动自行车和电动摩托车的电气车辆提供多个操作模式。例如，本文所描述的系统可使用在300千米[Km]的范围下具有90马力[HP]的动力的电动高性能摩托车上。电动车辆传动系统可包括同步马达技术，所述同步马达技术与现有技术专利电子技术和算法相比使得实现高性能、能量效率和减少的体积，并且使用电池能量。
如所例示，全EV传动系统400包括：包括三个马达线圈407a-407c的三相电动马达405、电池组430，和控制电池组430与马达405之间的电气流动的微控制器425。全EV传动系统400还包括三个电流传感器410a-410c，所述电流传感器监视通过马达405的每个相(马达线圈407a-407c)的电流并将读数提供给微控制器425。另外，多个晶体管模块415a-415c也提供在全EV传动系统400中。晶体管模块415a-415c中的每一个连接到马达405的相(马达线圈407a-407c)，并且基于来自微控制器425的信号来控制电池430与马达的三个相(马达线圈407a-407c)之间的电流流动。驱动系统可还包括电气地耦合到电池组430的端子的电容器420，和来自电池组430的电压和电流传感器(435、440)。
另外，全EV传动系统400动力输入电路414可包括连接器401，所述连接器被配置来连接到AC电压。连接器401可连接到一对继电器开关402a、402b，所述继电器开关通过微控制器425控制以在逆变器(驱动)与充电模式，和任选地AC发电机模式之间选择性地切换。在一个位置中，继电器开关402a、402b通过桥接电路409和降压开关403连接到马达405的线圈407a、407b、407c。在第二位置中，继电器开关中的一个402a可将连接器401连接到马达405的线圈407a、407b、407c，从而绕过桥接电路409和降压开关403，如由(A)所例示。另一个继电器开关402b在其第二位置中将连接器401连接到电池组430的中间端子，如由(B)所例示。
在一对继电器开关在位置1(连接到整流器电桥409)的情况下，电路可作为逆变器(驱动)并作为电池充电器工作。当开关在位置2上时，电路可生成交流电用于将所述交流电注入到输电网中。
全EV传动系统400还包括电流和电压传感器419、421，所述电流和电压传感器测量降压开关403处的电流和电压并将读数提供给微控制器425。另外，控制系统可还包括电压传感器422，所述电压传感器测量线圈407a-407c处的电压并将读数提供给微控制器425。
这个配置的示例性实现可通过通过在全EV传动系统400内选择性地控制切换来重新使用马达线圈作为充电感应器来允许将相同硬件使用于驱动马达和使电池充电。这可允许系统的成本、重量、复杂性的降低，并充电至与电动回转相同的峰值电流。
这个系统的示例性实现可被设计以在整个速度/扭矩曲线中有效地使用电池上可利用的所有动力。通常，其他系统适应马达最大动力容量。
这个系统的示例性实现可在相同硬件上实现主车辆控制单元。
另外如以下所论述，这个系统的示例性实现能够使用电池组430和相同EV传动系统400硬件通过交流电的生成将能量供应到社区电力网。这个另外的功能可允许将稳定的AC源提供给住宅或可需要所述稳定AC源的任何其他应用。
这个选择性功能可在一些应用中通过将马达控制器、充电器和逆变器组合在单个硬件配置中来取得，从而允许电动马达不仅被使用于电动回转，而且通过重新使用马达线圈作为降压和升压转换器感应器来使用于充电和逆变。在一些示例性实现中，全EV传动系统400可使用马达405作为三相同步马达控制器或作为具有场向量控制、磁通减弱控制、再生制动、充电器和车辆控制单元(车辆一般管理)的BLDC马达。
如以下所论述，当马达405没有处于操作中时，全EV传动系统400可通过将马达线圈407a-407c和相同晶体管模块415a-415c使用于提升输入电压以使电池充电来作为充电器工作。那与来自整合到电池组430中的电池管理系统(BMS)432和用以在电池的电压低于输入时使所述电池充电的降压开关403以及实现在相同系统上的PFC微控制器425的信息组合，导致用于电动回转和使电池充电的全EV传动系统400。
当马达没有处于操作中时，这个全EV传动系统400的示例性实现的另一个任选的功能可包括表现为AC电压/电流源的能力。这个功能可通过控制连接到AC输入连接器401的一对继电器开关402a、402b来取得。这个配置可允许通过在可用来驱动马达405的配置与可用来使电池组430充电的配置之间切换共享晶体管模块415a-415c获得的正弦波的传送。
在一些示例性实现中，全EV传动系统可建立控制器区域网络(CAN)通信协议以与系统的其他部分通信并且合并USB通信信道以发送并接收来自信息娱乐系统的信息。
图5-10例示表示图4中所例示的全EV传动系统400的不同模式的简化电路配置。图5-10中所例示的电路配置表示通过选择性地改变图4中所例示的全EV传动系统400的继电器和开关位置取得的功能电路。
马达驱动模式
图5例示用来基于来自电池组430的能量来驱动马达405的功能电路500。在这个配置中，功能电路500已与图4中所例示的动力输入电路414隔离。如所例示，当驱动时，电流从电池组430流动到马达405，其中三个晶体管模块415a-415c充当三个半桥以在马达405是永久磁铁同步马达(PMSM)的情况下将DC电池电流调制成三相平衡正弦电流并且在马达405是无刷DC电动马达(BLDC马达)的情况下将DC电池电流调制成梯形电流。另外，功能电路可使用每个晶体管模块415a-415c中的开关来提升电压并控制流动到电池的电流。三个晶体管模块415a-415c也可用来实现磁通向量控制、磁通减弱、再生制动、电流控制和速度控制。
例如，当电动车辆正减速时，再生制动模式可用来使用车辆的动能来使马达405转动作为发电机，并且三个晶体管模块415a-415c可操作来传送由马达405生成的电流以部分地使电池组430充电。
充电模式
图6和7例示用来在非驱动马达驱动模式中使电池组430充电的功能电路600、700。在这些配置中，功能电路600、700连接到图4中所例示的动力输入电路414。
在充电模式中，使马达405停止并且主AC源连接在连接器401处。当全EV传动系统400的微控制器425检测到主AC源被连接并处于正常操作条件中时，充电过程可开始。这个全EV传动系统400可包括两个主要充电级段：图7中所例示的降压拓扑级段和图6中所例示的升压拓扑级段。如果电池电压高于AC源的整流峰值电压(典型情况)，则控制器425通过切换晶体管模块中的一个415a的下部分来实现电流控制的升压转换器。仅使每个晶体管模块415a-415c的一个支脚足以完全地完成充电周期。在一些示例性实现中，每当充电模式被启动以延伸属于晶体管模块415a-415c的部分的部件的寿命时，全EV传动系统400的微控制器425可被构造来使用每个晶体管模块415a-415c的不同支脚。
这个配置可消除对连接到充电电路中的AC源的输入电容器的需要。在一些示例性实现中，这个配置也可允许使用在充电器中的改进功率因数校正(PFC)算法的实现。例如，电池管理系统(BMS)432可单独地监视串联连接在电池组430(也称为能量组)中的每个单电池(并联单电池的分组)并且当特定单电池(或并联单电池的分组)的电压达到预建立限制时实现平衡协议。当所有单电池达到最大预建立充电电压时，取决于用户选定的配置，微控制器425可实现电压控制回路，直到电流为最小并且因而结束充电。
图6例示根据本申请的一个示例性实现的所实现PFC升压转换器的简化电路图600。如所例示，存在升压转换器电路的三个圆圈601-603突出的部件。在圆圈编号601中，例示降压开关403。当电池电压值高于输入峰值电压值时，降压开关403可被配置来用于在充电模式期间的功率因数校正。在圆圈编号602中，例示晶体管模块415a的上开关604。在升压转换器配置中，上开关604将完全断开(例如，晶体管模块415a的并联肖特基二极管将充当升压电路的自由运行二极管)。最后，圆圈603中的晶体管模块415a的绝缘栅双极晶体管(IGBT)605将为全EV传动系统400的升压配置的主开关。在一些示例性实现中，功率因数校正器算法可由微控制器425使用来实现改进的效率(例如，允许较小部件将被使用)和将要避免的输入滤波器电容器的要求。
图7例示根据本申请的一个示例性实现的所实现降压充电配置的简化电路图700。如果电池组430的电池电压低于来自连接器401的整流输入电压，则降压充电开关403以脉冲宽度调制(PWM)信号驱动并且三个晶体管模块415a-415c维持断开(例如，仅示出晶体管模块415a-415c的并联肖特基二极管，因为下晶体管断开并且对简化的等效电路没有影响)。在这个配置中，功率因数校正器算法也通过微控制器425实现来允许改进的效率并且避免输入电容器的任何要求。微控制器425可控制进入电流，直到电池中的电压等于输入。然后，将降压充电开关保持在PFC状态上并且以上充电级段开始(升压转换器级段)。
另外的功能：到电力网的能量注入
除了驱动模式和充电模式之外，全EV传动系统400的一个示例性实现可还包括用于存储电力和将能量注入电力网中的一个或多个模式。图8-10例示存储电力和将能量注入电力网中的示例性实现的简化电路。
如图8的简化电路800中所例示，一个示例性实现可涉及将每个晶体管模块415a-415c的支脚中的一个用作逆变器，和图4的专用继电器402a、402b的开关。例如，参考图4，继电器402b的开关可被配置来沿着连接物(B)连接到电池组430中的中点并将AC输入连接器401转换成AC输出连接器401，并且使连接器的插脚从整流器二极管电桥409断开并将所述连接器的插脚分别连接到电池组430的中点和逆变器的输出(马达感应器407a的右侧插脚)。
在一些示例性实现中，这个特征可通过将正弦脉冲宽度调制(SPWM)实现在绝缘栅双极晶体管(IGBT)输入上并且因而在图8中所例示的电路的输出中生成正弦波来取得。
如所例示，晶体管模块415a的支脚中的一个在中点配置中连接到电池组430。换句话说，上晶体管801连接到正电池组端子803(收集器)，并连接到马达405(发射器)的感应器(马达线圈407a)，而下晶体管802连接在感应器马达线圈407a(收集器)与电池组430(发射器)的接地端子804之间。在这个电路800和良好实现的正弦脉冲宽度调制的情况下，可在两者都连接到AC连接器401的电池组430的中点插脚805与马达线圈407a的右侧插脚之间获得几乎纯的正弦波，并且电路输出的最大峰值振幅是电池组430绝对电压的一半。在正弦波的第一半周期中，上晶体管801将被选通(从而在输出中达到正电压)，并且在正弦波的第二半周期中，下晶体管802将被选通(从而生成负电压输出)。三相AC输出可通过选通晶体管模块的其他两个支脚来生成，从而分别产生120度和240度异相正弦波。
图9例示用于重新使用全EV传动系统400的硬件生成AC电流的电路900的另一个示例性实现。在图9中，全EV传动系统400已通过每个晶体管模块415a-415c的中点902a-902c与每个感应器(马达线圈407a-407c)之间的开关901a-901c的添加和选择性地将连接器401连接到每个晶体管模块415a-415c的中点902a-902c的开关901d-901f的添加修改。在一些示例性实现中，开关901a和901d可配对在一起以取得所需要的操作。此外，在一些示例性实现中，开关901b和901e可配对在一起以取得所需要的操作。另外，在一些示例性实现中，开关901c和901f可配对在一起以取得所需要的操作。
在图9的配置中，不必将中点添加到电池组430，因为使用H桥逆变器实现。另外，微控制器425可交替，晶体管模块415a-415c的所述微控制器被用作发电机以增加全EV传动系统400的工作寿命。
图10例示图9的逆变器的简化电路图。如所例示，切换图9中所示的三个继电器901a-901c(其可各自为双刀双掷(DPDT)继电器)中的仅一个，产生图10的简化电路1000。这个简化电路1000是逆变器，所述逆变器能够通过晶体管模块415a、415b的晶体管的栅极中的正弦脉冲宽度调制的使用在其输出中生成AC电流。当左上晶体管1001和右下晶体管1002正被选通并且其他两个晶体管1003、1004处于断开状态中时，在负载上生成正半周期正弦波，并且当右上晶体管1004和左下晶体管1003正被选通并且其他两个晶体管1001、1002处于断开状态中时，在负载上生成负半周期正弦波。在一些示例性实现中，输出电容器可被放置在AC连接器的插脚之间以与马达线圈407a-407c的电感结合形成低通滤波器以在输出上生成正弦波。
电池组/能量模块配置
图11A-11E例示以上图4-10中所例示的电池组430的一个示例性实现的外部的不同视图。在一些示例性实现中，可使用单个电池组430。然而，在一些示例性实现中，多个电池组430可堆叠以构建较大的能量组。
图11A例示电池组430的一个示例性实现的透视图。图11B例示电池组430的一个示例性实现的俯视图。图11C例示电池组430的一个示例性实现的侧视图。图11D例示电池组430的一个示例性实现的端视图。图11E例示电池组430的一个示例性实现的仰视图。图11F例示电池组430的一个示例性实现的分解图。如所例示，电池组430包括由上壁1110、下壁1115和一对侧壁1120形成的电池机壳1105。如所例示，电池组430的末端1125例示为开放的，以允许电池机壳1105的内部的可视化。上壁1110、下壁1115和一对侧壁1120可通过本领域普通技术人员可显而易见的任何机构接合在一起。例如，上壁1110、下壁1115和一对侧壁1120在本申请的一个示例性实现中可被螺栓连接在一起，旋拧在一起，铆接在一起，或焊接在一起。
在电池壳体1105内，可提供多个单电池1200以及连接单电池1200的端子的多个导电片材1140。如以下所论述，一对树脂片材1305、1310可被用作电池壳体430的侧1125上的壁以包围单电池1200。如以下所论述，电池组430可为与位于其中的多个单独单电池组装在一起的特定电池模块的实现。另外，冷却流体可循环穿过电池组430以冷却单独单电池。如图11A-11F中所例示，上壁1110和下壁1115可各自具有电气连接端口1130以将电池组430与其他电池组430全EV传动系统400的其他部件连接。上壁1110和下壁1115可还具有交换端口1135以允许冷却流体被泵送入和泵送出电池组430。
在图11F的分解图中，例示由侧壁1120、上壁1110和下壁1115形成的电池壳体1105。交换端口1135通过电池壳体1105以提供穿过所述电池壳体的流体连通。在一些示例性实现中，密封环1137可提供在每个流体端口周围以防止泄漏。在一些示例性实现中，由树脂片材1144覆盖的支撑块1155和BMS板432可提供在侧壁1120中的任一个上。
在电池壳体1105内，布置多个圆柱形单电池1200，并且多个导电片材1140位于两个末端处。导电片材1140可提供单独单电池1200中的每一个的端子之间的电气互连。金属片可由本领域普通技术人员可显而易见的任何导电金属包括例如铜、金、银或本领域普通技术人员可显而易见的任何其他电气接触材料形成。以下更详细地论述单独单电池1200的结构。
树脂片材1305、1310可提供在导电片材1140外侧以向单电池1200的末端提供结构支撑和电气绝缘。另外，导电端子块1142可提供在导电片材1140的上末端和下末端处以连接至插入电气端口1130中的上端子1315和下端子1320以允许到其他电池组430或到以上所论述的电气系统的电气连接。另外，一系列电池管理系统(BMS)板432可提供在侧壁1120中的一个处以控制电池的电荷状态(SOC)并因而帮助保证较长的寿命。BMS板432也可由树脂片材1144覆盖以提供支撑和电气绝缘。
图12例示单独单电池1200的若干示例性实现。在一些示例性实现中，每个单独单电池1200可符合动力单电池行业标准18650，其可大量地预先制造。这可通过取决于所需要的性能要求通过从市场上可利用的不同选项选取改变单电池模型来允许成本降低、制造商独立性、单电池化学独立性、连续提供、单电池化学的连续改善和不同的应用。
如所例示，每个单独单电池1200可具有大体上圆柱形结构，并且端子1205位于每个末端处。另外，由塑料、陶瓷或其他非导电材料形成的非导电涂层1210可被施加到每个单电池的侧。
图13A-13E例示电池组430内的单电池的配置的一个示例性实现。图13A例示电池组430内的单电池的示例性实现的透视图。图13B例示电池组430内的单电池的示例性实现的前视图。图13C例示电池组430内的单电池的示例性实现的侧视图。图13D例示电池组430内的单电池的示例性实现的端视图。图13E例示沿着线XⅢ-XⅢ’的电池组430的横截面，其示出壳体1105内的单独单电池1200的配置。在电池组430内，单电池配置并没有特别限制，并且可选择不同的特定类型以基于所需要的应用提供不同的电流水平和因而不同的功率水平。
如图13A-13E中所例示，单电池1200可处于行和列的紧密包装配置中，其中上端子1315和下端子1320被提供来允许以上所论述的到其他电池组430或到全EV传动系统400的其他部件的连接。上端子1315和下端子1320可位于以上所论述的电气连接端口1130内。每个行中的单电池1200可被布置以具有在相同方向上定向的所有相同端子(例如，图13B的底部行具有向前定向的正(+)端子)。此外，垂直邻近行中的单电池1200可被布置以具有在相对方向上的端子(例如，从图13B的底部的第2行具有向前定向的负(-)端子)。单独单电池1200的端子1205中的一些可连接到电池管理系统432以监视电池组430的电压和电流水平以在充电和放电操作期间提供监视和控制。
另外，如所例示，一对树脂片材1305、1310已被提供在单独单电池1200的每个端子1205处。这些树脂片材1305、1310可由特殊树脂化合物形成，所述特殊树脂化合物用来隔离单独单电池1200的端子1205和金属片材(图11F中的1140)，所述金属片材提供单独单电池1200之间的互连。树脂片材1305、1310可向电池组壳体1105结构内侧的单电池1200提供密封和机械支撑。另外，树脂片材1305、1310也可固定并且密封由以上所论述的电池组430的电气连接端口1130(图11A-图11F中所例示)内的上端子1315和下端子1320形成的电连接器(EC)部分。树脂的材料没有特别限制并且可包括可为防水的并且能够在没有其性质降级的情况下经得起电池组430的温度工作范围的任何树脂。这些树脂片材是形成内部支撑框架的壁的树脂片材。
在一些示例性实现中，树脂片材1305可被视为封装单独单电池1200的后侧端子1205的背侧树脂片材。树脂片材1310可被视为封装单独单电池1200的前侧端子1205，以及导电片材1140和端子块1142的前侧树脂片材。在一些示例性实现中，树脂片材可封装EC部分(例如，电池组430的电气连接端口1130(图11A-11F中所例示)内的上端子1315和下端子1320)。
树脂片材1305、1310可使用铸造方法来形成以填充电池组430的空间以填充树脂意图所在的单独单电池1200之间的空间。在这种方法中，活塞可用来推进电池组430内侧的液体树脂以使树脂分布到单电池端子1205、电端子1315、1320和用来电气地互连单独单电池1200的导电片材1140中。
在一些示例性实现中，间隙1325可形成在树脂片材1305与树脂片材1310之间。如所例示，交换端口1135被定向以与间隙1325对准以允许冷却流体被泵送入和泵送出间隙以淹没单独单电池1200的外部以在电池组430的操作期间冷却单独单电池，如以下更详细地论述。
图14A-14D例示根据本申请的一个示例性实现的电池组430的单独单电池430的冷却配置。图14A和14B例示冷却配置的前透视图和后透视图。图14C例示图13E中所例示的横截面。图14D例示穿过电池组430的内部的流体流动的示意图。
如以上所论述，树脂片材1305、1310可通过封装单独单电池1200的端子1205以及EC部分(例如，电气连接端口1130内的上端子1315和下端子1320)向电池组壳体1105结构内侧的单电池1200提供密封和机械支撑。另外，间隙1325可形成在树脂片材1305与树脂片材1310之间。如所例示，交换端口1135被定向以与间隙1325对准以允许冷却流体被泵送入和泵送出间隙1325以淹没单独单电池1200的外部以在电池组430的操作期间冷却单独单电池，如以下更详细地论述。
如图14C中所例示，冷却流体1405可被泵送到片材1305、1310之间的间隙1325中以填充单独单电池1200之间的任何空间。在这个配置中，单电池1200可由非导电制冷流体(例如，冷却流体1405)包围，所述非导电制冷流体由覆盖单电池1200的侧的非导电涂层1210隔离。单电池1200的末端处的端子1205可由封装所述端子的树脂隔离。
冷却流体1405可被选择为具有高比热的材料以允许小体积中的高热容量并吸收由单电池生成的热(通过充电和放电和来自周围环境)，从而帮助维持电池组430内的稳定温度。在一些示例性实现中，冷却流体1405可为乙二醇、超纯化水溶液、非导电油或其组合，或本领域普通技术人员可显而易见的任何其他冷却流体。
在一些示例性实现中，冷却流体可循环通过电池组430。例如，如图14D中所例示，流体1405可通过电池组的上表面上的交换端口1135注入电池组430中，并且通过位于电池组的底部表面上的交换端口1135收回。在电池组内，不提供单电池1200之间的选路或流体引导结构。流体1405可被允许在单电池1200之间自由地流动并通过电池组430的上表面处的交换端口1135处的流体1405的正流体压力、电池组430的下表面处的交换端口1135处的流体1405的负流体压力和如由流动箭头1410所例示的重力驱动穿过电池。在电池组430外侧，流体1405可通过如以下所论述的冷却装置诸如具有强迫空气、水或油基冷却的散热器冷却。此外，在一些示例性实现中，以下更详细地论述，多个电池组430可被连接在一起，使得流体1405可被连续地泵送出一个电池组430并泵送入另一个电池组430，或流体1405可被并行地泵送穿过多个电池组。
在一些示例性实现中，多个电池组430可被连接在一起以形成能量组或动力模块。图15例示由四个电池组430A-430D形成的能量模块1500的一个示例性实现。如所例示，每个电池组430A-430D的矩形壳体1105可堆叠在一起并通过具有电连接器的桥式连接功率线互连。电气连接器没有特别限制并且可为本领域普通技术人员可显而易见的任何类型的连接器。另外，联合BMS可跨所有电池组430A-430D共享。单电池的化学和性质以及其内部配置可针对每个应用加以调整以便取得能量组1500的所需要的总电压、能量和功率。
图16A和16B例示具有整合冷却系统1600的能量模块1500的透视图。如以上所论述，能量模块1500包括连接在一起作为整合动力块的多个电池组430A-430D。桥式连接功率线1610A-1610C被提供来电气地连接邻近的电池组430A-430D。例如，桥式连接功率线1610A将电池组430A的下端子1320A电气地连接到电池组430B的下端子1320B。此外，桥式连接功率线1610B将电池组430B的上端子1320B电气地连接到电池组430C的上端子1320C。另外，桥式连接功率线1610C将电池组430C的下端子1320C电气地连接到电池组430D的下端子1320D。
整合冷却系统1600包括连接邻近电池组403A-430D的流体交换端口1135A-1135D的一系列管道互连件1605A-1605C。例如，管道互连件1605A将电池组430A的下交换端口1135A流体地连接到电池组430B的下交换端口1135B。此外，管道互连件1605B将电池组430B的上交换端口1135B流体地连接到电池组430C的上交换端口1135C。另外，管道互连件1605C将电池组430C的下交换端口1135C流体地连接到电池组430D的下交换端口1135D。
另外，整合冷却系统1600还包括散热器1615，所述散热器通过输入管道1620流体地耦合到电池组430A的上交换端口1135A并通过输出管道1625耦合到电池组430D的上交换端口1135D。冷却流体从散热器1615通过输入管道1620流动到电池组430A中，流动穿过电池组430B-430D并通过输出管道1625流动回到散热器1615。泵1630可被提供来通过整合冷却系统泵送流体。
电池管理系统(BMS)
图17A和17B例示根据本申请的示例性实现的电池管理系统(BMS)432的操作的示意性表示。如以上所论述，BMS 432可整合到每个电池组430中，可不仅负责电压和电荷状态(SoC)监视，而且还在充电期间负责电池组430内每个单电池1200的电荷的平衡以最大化全EV传动系统400的自主性和每个单电池1200的生命周期。平衡和监视算法可使用微控制器425或整合到BMS中的微控制器执行。另外，BMS也可在若干点处监视每个电池组430的温度。
BMS 432可支持与全EV传动系统400的通信的若干模式和/或协议。图17A例示使用控制器区域网络(CAN)通信协议在主-从分布式系统中通信的BMS 432的一个示例性实现。图17B例示在所有BMS板之间通信级联通信的BMS 432的一个示例性实现。
在图17A的主-从分布式通信(MSDC)中，每个BMS 432使用控制器区域网络(CAN总线)协议与全EV传动系统400通信。在这个配置中，每个BMS 432不与其他BMS 432通信，但与全EV传动系统400通信。
相反地，如图17B的示例性实现中所例示，在级联通信配置中，不同的BMS板432A-432n之间的通信是以串行模式1705执行，并且单个BMS 432全EV传动系统400。
在一些示例性实现中，BMS 432也可具有混合模式，从而允许单独BMS 432单元之间的通信和通过多个BMS 432单元与全EV传动系统400的直接连接两者。
另外，BMS 432A-432n可支持与全EV传动系统400的双向通信以允许共享相关信息，诸如模块温度，或电池组430A-430n的电荷状态(SoC)。
在一些示例性实现中，BMS 432A-432n可提供过电流保护以便保护每个单电池1200。BMS 432A-432n也可执行以下功能：
每个单电池1200的电压监视；
用以取决于用户配置预设电压的每个单电池1200的平衡；
用以指示电池430A-430n的电荷水平的电荷状态；
针对每个单电池1200输送或存储(库伦计数器)的电荷[Ah]；
过电压(在充电期间)和欠电压(在放电期间)保护；
能量模块1500的平均温度；以及
过温和欠温保护。
在一些示例性实现中，电池组430A-430n的单电池1200可使用铜带材彼此并联连接以便形成电池串。在一些示例性实现中，金属线可被焊接到铜带材并且绑扎到相应的BMS432A-432n。放电电阻可与能量模块1500的侧中的一个接触并且通过膜隔离。这可通过使用能量模块冷却系统1600允许放电电阻的热散逸。在一些示例性实现中，BMS 432A-432n可由树脂覆盖，以便保护所述BMS并使所述BMS与环境隔离。
马达
图18A和18B例示根据本申请的一个示例性实现的马达405的端视图。图18C和18D例示根据本申请的一个示例性实现的马达405的侧视图。图18E和18F例示根据本申请的一个示例性实现的马达405的透视图。图18G例示根据本申请的一个示例性实现的马达405的分解图。图18H例示根据本申请的一个示例性实现的马达405的横截面图。马达405可为径向永久磁体同步马达(PMSM)。在一些示例性实现中，马达405可包括一对端罩1805(例如，右盖和左盖)、马达主体1810、定子组件1900、转子组件2400、支撑转子组件2400的一对轴承2150和支撑轴承2150并附接到端罩1805的一对承载夹持器2175。马达可还包括四个功率连接器1815，所述功率连接器允许到三个级段和马达级段的星形连接的中心的电气连接。马达主体1810可还包括制冷剂可经由制冷剂端口1825循环通过的流体空腔1830，和覆盖流体空腔1830的盖子1820。马达405可还包括温度传感器1835和测量马达405的角旋转的编码器1840。
定子
定子没有特别限制并且可具有本领域普通技术人员可显而易见的任何构造。在一些示例性实现中，定子组件1900可为分段定子。图19A例示根据本申请的一个示例性实现的分段定子1900的透视图。图19B例示根据本申请的一个示例性实现的定子齿单元1920的透视图。图19C例示根据本申请的一个示例性实现的定子齿主体1910。图19D例示根据本申请的可用来形成定子齿主体1910的定子片材1905。分段定子组件1900可允许直接在槽中的较容易和较密集绕组以及标准化的制造方法。
如图19A的透视图中所例示，分段定子组件1900可由多个定子齿单元1920形成。如图19B和19C中所例示，每个定子齿单元1920由具有在其中心区部1925周围的绕组线圈1915的定子齿主体1910形成。每个定子齿主体1910可通过堆叠具有大体上T形结构的多个定子片材1905形成。
马达主体
马达主体可覆盖定子1900并且对齿单元1920提供机械支撑。图20A例示根据本申请的一个示例性实现的马达主体1810的俯视图。图20B例示根据本申请的一个示例性实现的马达主体1810的侧视图。图20C例示根据本申请的一个示例性实现的马达主体1810的仰视图。图20D例示根据本申请的一个示例性实现的马达主体1810的横截面图。如所例示，马达主体具有带有中空内部1814的大体上环形侧壁1812，所述中空内部被配置来接收定子1900。在一些示例性实现中，马达主体1810可由铝制成。
图20E是在定子组件1900安装的情况下的马达主体1810的透视图。图20F是在定子组件1900安装的情况下的马达主体1810的端视图。图20G是在定子组件1900安装的情况下的马达主体1810的侧视图。图20H是在定子组件1900安装的情况下的马达主体1810的横截面图。在一些示例性实现中，马达主体1810可具有冷却流体空腔1830，所述冷却流体空腔形成在马达主体1810的侧壁1812与包围马达主体1810的盖子1820之间。冷却流体可经由穿过盖子1820形成的一对制冷剂端口1825被泵送入和泵送出流体空腔。
端罩
图21A是根据本申请的一个示例性实现的端罩1805的透视图。图21B是根据本申请的一个示例性实现的端罩1805的前视图。图21C是根据本申请的一个示例性实现的端罩1805的后视图。图21D是根据本申请的一个示例性实现的端罩1805的横截面图。在示例性实现中，端罩1805可由铝制成并且可包围马达主体1810的末端和凹部2105以支撑转子轴旋转所在的滚珠轴承2150。
转子
图22A是根据本申请的一个示例性实现的转子片材2205的俯视图。图22B是根据本申请的一个示例性实现的转子片材2205的透视图。图22C是根据本申请的一个示例性实现的由多个转子片材2205形成的转子芯2200的透视图。在一些示例性实现中，转子片材2205可为钢片材，所述钢片材具有形成磁体接收间隙2210的多个凸片2215，所述磁体接收间隙形成在所述多个凸片之间。另外，转子片材2205可具有穿过所述转子片材形成的多个横向孔2220。转子片材2205也可具有轴可插入的轴向孔2225。在一些示例性实现中，每个转子片材2205可被形成为具有特定形状，所述特定形状被选择来最大化用于特定要求的磁性效率并且允许到传动系统的适当机械附接。转子芯2200可为通过堆叠片材形成的钢芯。
图23A例示根据本申请的一个示例性实现的用于插入转子芯2200中以形成转子组件2400的磁体2300的俯视图。图23B例示根据本申请的一个示例性实现的用于插入转子芯2200中以形成转子组件2400的磁体2300的透视图。磁体2300可被定大小并成形以具有允许具有到转子芯2200的强健机械附接的最佳性能的特定大小和形状。在一些示例性实现中，磁体2300可被定大小以与转子片材2210的磁体接收间隙2210形成密封压入配合啮合。
图24A例示根据本申请的一个示例性实现的在磁体2300安装在转子芯2200中的情况下的组装转子2400的俯视图。图24B例示根据本申请的一个示例性实现的在磁体2300安装在转子芯2200中的情况下的组装转子2400的透视图。图24C例示根据本申请的一个示例性实现的在轮轴2410安装的情况下的组装转子2400的俯视图。图24D例示在轮轴2410安装的情况下的组装转子2400的透视图。如所例示，磁体2300已插入转子芯2200的间隙2210中。
传感器
在一些示例性实现中，马达405可配备有角度位置传感器(例如，编码器1840)以精确地知道转子2400在何处与定子1900有关并且提供所需要的精确级段动力信号。另外，温度传感器1835可被提供来确保马达保护并且在需要的情况下实现温度控制。
信息娱乐系统
在一些示例性实现中，电动车辆可还包括信息娱乐系统，所述信息娱乐系统提供连接和数字交互能力。例如，电动车辆可配备有7英寸触摸屏装置，所述触摸屏装置允许仪表盘的配置，改变车辆的车辆设置，使用嵌入式GPS，通过蓝牙或Wi-Fi连接收听音乐，将记录的踊跃数据下载到计算机或发布在社交媒体上，在具有前后摄像机和本领域普通技术人员可显而易见的任何其他实现的情况下骑乘时记录视频或捕获跟踪的瞬间。
上述详细描述已经通过块图、示意图和实例的使用阐述了装置和/或过程的各种实施方案。在这类含有一个或多个功能和/或操作的块图、示意图和/或实例的范围内，这类块图、流程图或实例内的每个功能和/或操作可通过范围广泛的硬件、软件、固件或实际上其任何组合来单独和/或共同地实现。在一个实施方案中，本主题可通过特定用途集成电路(ASIC)实现。然而，本文揭示的实施方案全部或部分可等效地实现在标准集成电路中，作为通过一个或多个处理器执行的一个或多个程序，作为通过一个或多个控制器(例如，微控制器)执行的一个或多个程序，作为固件，或作为实际上其任何组合。
尽管已经描述某些实施方案，但是这些实施方案仅仅通过实例呈现，且并非意图限制保护的范围。实际上，本文所描述的新颖方法和设备可以各种其他形式来体现。另外，在不背离保护的精神的情况下，可对本文所述的方法和系统的形式做出各种省略、替代以及改变。所附权利要求书和其等效物意图涵盖将会落在保护的范围和精神内的此类形式或修改。

Claims (6)

1.一种用于电动车辆的能量存储装置，所述能量存储装置包含：
壳体，其限定内部体积；
多个动力单电池，其布置在所述壳体的所述内部体积中，每个动力单电池具有一个末端处的第一端子和另一个末端处的第二端子，其中所述多个动力单电池中的每一个在大致上平行的配置中延伸，并且介入空间提供在邻近动力单电池之间；
树脂片材，其封装所述多个动力单电池中的每一个的所述一个末端处的所述第一端子和所述另一个末端处的所述第二端子中的至少一个并且将所述多个动力单电池保持在刚性配置中；以及
所述壳体内的吸热流体，所述吸热流体循环穿过所述介入空间，从而接触所述多个动力单电池中的至少一个的外部,
其中所述树脂片材被定位来隔离所述吸热流体和所述多个动力单电池中的每一个的所述一个末端处的所述第一端子和所述另一个末端处的所述第二端子中的至少一个并且保持所述吸热流体和所述多个动力单电池中的所述至少一个的所述外部接触。
2.如权利要求1所述的能量存储装置，其中所述多个动力单电池中的每一个具有大体上圆柱形形状，并且所述第一端子位于所述圆柱形形状的一个末端处，并且所述第二端子位于所述圆柱形形状的另一个末端处；并且
其中所述多个动力单电池以具有多个行和列的矩阵布置。
3.如权利要求2所述的能量存储装置，其中第一行中的所述多个动力单电池中的至少一个动力单电池定向成第一端子在与邻近所述第一行的第二行中的所述多个动力单电池中的至少一个动力单电池的第一端子的方向相反的方向上延伸。
4.如权利要求1所述的能量存储装置，其中所述树脂片材包含：
第一树脂片材，其封装所述多个动力单电池中的每一个的第一末端；以及
第二树脂片材，其封装所述多个动力单电池中的每一个的第二末端，
其中所述第二末端相反于所述第一末端，并且
其中流体循环空间限定在所述第一树脂片材与所述第二树脂片材之间的纵向区域中。
5.如权利要求4所述的能量存储装置，其中所述第一树脂片材和所述第二树脂片材中的至少一个包含电气接点，所述电气接点将所述多个动力单电池中的至少一个动力单电池的端子连接到所述多个动力单电池中的至少一个其他动力单电池的端子。
6.如权利要求1所述的能量存储装置，其进一步包含整合电池管理系统，所述整合电池管理系统具有微控制器，所述微控制器监视至少一个动力单电池的至少一个状态。
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