CN111775731A - 一种基于模块化电池的电动汽车以及储能置换电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一一种基于模块化电池的电动汽车，包括汽车本体、模块化电池棒，汽车本体包括前备箱、后备箱；汽车本体设置有车轮以及驱动车轮的电动组件；汽车本体内还设有方向盘、油门踏盘、刹车踏板；汽车本体内设置有至少一个电池仓。本发明由于加入有电池柜以及控制器，可以在无车辆充电以及供电波谷的低电价时，利用220V市电对电池柜内的模块化电池棒进行补电，实现低价蓄能，在需要时可调用所蓄电能与220V市电配合实现充电枪的大功率充电，即可以实现手工换电，也可以实现大功率充电，解决了传统汽车在补能上所存在的不足，有极大的市场价格和社会价值。

Description

一种基于模块化电池的电动汽车以及储能置换电系统
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，具体的说是一种基于模块化电池的电动汽车以及储能置换电系统。
背景技术
目前电动汽车已成为新的发展趋势，电动汽车的工作依靠电池，使用电池就需要考虑补能问题，当下制约电动车发展的最主要因素就是出行补能的便捷性上不足，充电站数量少，难以与传统加油站相比。
从电车汽车的电池结构上看，现有的电动汽车使用的是单体式电池包，如特斯拉的model s、model X、小鹏G3、小鹏P7、蔚来ES8等电动汽车代表车型，虽然使用的电池型号不同，但均是将一个大型的电池包固定内嵌入汽车底盘中，此类电池包由若干颗电池配合复杂的管理系统组成，体积大、重量大、成本高，电池包内如部分电池发生损坏，会影响电池包的整体工作，出现损坏的电池包只能进行更换或返厂维护，更换及维护成本极高。
此外，绝大多数车型不能将电池快速更换，其中，蔚来汽车虽然为其车型提供有换电中心，但换电中心需要依靠极复杂的自动化设备完成，建设成本及维护费用都极高，单个换电中心的费用往往在几百万元，不可能进行大规模的普及。所以，目前的电动车主要在充电站进行补能。
当下，设施成本和场地成本是限制充电站普及化的主要原因。更具体的说，为满足高效充电的要求，充电站多合作的是高功率快充电桩，由于整体工作功率高，故充电站无法从已有家用电源引线，只能进行变电站中重新架线，架线又涉及到与国家电网间的沟通及协调，且部分偏远地区还缺乏架线条件，这就从技术上直接造成了充电站数量上的不足。
综上所述，当前的电动汽车结构与充电站的发展存在一定的矛盾，而上述矛盾无法在短期内快速解决。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术所存在的不足，提供一种基于模块化电池的电动汽车以及储能置换电系统。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种基于模块化电池的电动汽车，包括汽车本体、模块化电池棒，汽车本体包括前备箱、后备箱；汽车本体设置有车轮以及驱动车轮的电动组件；汽车本体内还设有方向盘、油门踏盘、刹车踏板；汽车本体内设置有至少一个电池仓；电池仓内均设置若干个电池插槽；各电池插槽内设有电池棒连接插座；电池仓内设有与电池棒连接插座连接的电池控制电路，该电池控制电路用于对各模块化电池棒内的电压、电流进行实时监测，并根据监测结果调整电池仓的总输出电流;模块化电池棒包括壳体、充电电池组、电池主板、电池插头；电池插头安装在壳体上；充电电池组及电池主板设置在壳体内；充电电池组与电池主板相连；电池主板与电池插头相连；模块化电池棒插入电池插槽中，使电池插头与电池插座连接导通。
进一步的说，电池插槽内设有电控卡固组件，电控卡固组件包括包括锁舌、与锁舌相连的电动机构，电动机构可带动锁舌运动，锁舌可以与壳体上开设有卡槽对位配合，在模块化电池棒插入电池插槽内后，锁舌进入卡槽中，将模块化电池锁固在电池插槽中。
进一步的说，电池插槽内设置有提升机构，提升机构可用于将模块化电池棒从电池插槽中推出。
进一步的说，电池仓内均设有与电池控制电路相连的显示屏以及控制按键。
进一步的说，模块化电池棒的壳体上设置有提握用的把手。
需要说明的是，电控卡固组件及提升机构的具体结构和工作原理与现有已普及的共享充电柜内相类机构一致，故而，内部的具体结构和组成是本领域技术人员所公知的，在此不作进一步的描述。
需要说明的是，本领域的技术人员可以根据实际应用需要构建不同电路结构的电池控制电路，这是本领域公知，故在些不再详细描述。
本发明还公开了一种基于上述结构的电动汽车的储能置换电系统，其包括至少一个储能模块、至少一个充电桩、一个控制器、一个逆变器，储能模块通过模块与控制器相连；储能模块还与逆变器相连；控制器与220V市电相连；控制器还与逆变器及充电桩相连，用于控制逆变器及充电桩的工作状态并为充电桩及逆变器提供电能；
储能模块包括电池柜、若干个插入电池柜内的模块化电池棒、电池柜上设置有若干个电池插槽；模块化电池棒插入电池插槽中；电池柜内设有充放电控制单元；电池插槽内设置有电池插座，电池插座与充放电控制单元相连；充放电控制单元通过线缆与控制器相连；
充电桩包括包括充电柜以及与充电柜相连的充电枪；充电柜内设置有充电电路以及电能计量模块，充电电路及电能计量模块与充电枪相连，经由充电电路向充电枪供电；
逆变器可以外部电器相接，在市电断时，控制器使逆变器与储能单元接通，将电池柜内的模块化电池棒提供的直流电能逆变成交流电，用于应急使用；
控制器内包括电能计量模块、充电控制电路、电路切换模块、主控芯片、网络模块，充电控制电路与电能计量模块、主控芯片相连，主控芯片用于控制充电控制电路的工作，网络模块与主控芯片相连，用于主控芯片通过网络与远程服务器间进行数据交互；电能计量模块用于测量及计算经流控制器内的电流、电压进而计算出经由电能；充电控制电路用于控制市电向充电模块供电以及向充电桩充电；充电控制电路还与电路切换模块，电路切换模块用于；充电控制电路还用于控制逆变器与储能模块间的连通状态；
电池插槽内设有电控卡固组件，电控卡固组件包括包括锁舌、与锁舌相连的电动机构，电动机构可带动锁舌运动，锁舌可以与模块化电池棒的壳体上开设有卡槽对位配合，在模块化电池棒插入电池插槽内后，锁舌进入卡槽中，将模块化电池棒锁固在电池插槽中；电池插槽内设置有提升机构，提升机构可用于将将模块化电池棒从电池插槽中推出。
在上述描述中，本领域的技术人员可以根据实际应用需要，构建不同电路结构的充电电路，这是本领域公知，故在此不再详细描述。
在上述描述中，本领域的技术人员可以根据实际应用需要构建不同电路结构的充电控制电路，这是本领域公知，故在些不再详细描述。
在上述描述中，本领域的技术人员可以根据实际应用需要构建不同电路结构的电路切换模块，这是本领域公知，故在些不再详细描述。
在上述描述中，本领域的技术人员可以根据实际应用需要构建不同电路结构的充放电控制单元，这是本领域公知，故在些不再详细描述。
在上述描述中，电能计量模块有对应的成熟产品，本领域技术人员可以根据实际应用需要选择不同规格、型号、品牌的电能计量模块，这是本领域公知，故不再对电能计量模块作进一步的描述。
在上述描述中，逆变器有对应的成熟产品，本领域技术人员可以根据实际应用需要选择不同规格、型号、品牌的逆变器，这是本领域公知，故不再对逆变器作进一步的描述。
还需要说明的是，电控卡固组件及提升机构的具体结构和工作原理与现有已普及的共享充电柜内相类机构一致，故而，内部的具体结构和组成是本领域技术人员所公知的，在此不作进一步的描述。
本明实施时，电动汽车使用者可以将车辆中的无电或少电的模块化电池棒拔出，更换上电池柜上满电的模块化电池棒，实现手动快速换电，也将充电柜上的充电枪插入电动汽车中，在充电桩的充电过程中，控制器可以根据充电桩的电能需求，控制充电柜内的模块化电池棒放电至充电桩中，加大充电电量，实现大功率补电。
本发明由于加入有电池柜以及控制器，可以在无车辆充电以及供电波谷的低电价时，利用220V市电对电池柜内的模块化电池棒进行补电，实现低价蓄能，在需要时可调用所蓄电能与220V市电配合实现充电枪的大功率充电，即可以实现手工换电，也可以实现大功率充电，解决了传统汽车在补能上所存在的不足，有极大的市场价格和社会价值。
附图说明
被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本说明书的实施例，并且连同其说明一起用于解释本说明书的原理。
图1是本发明中模块化电池的电动汽车的结构示图。
图2是本发明中电动汽车在插入模块化电池棒时的状态示意图。
图3是本发明中模块化电池棒的结构示意图。
图4是本发明中储能置换电系统的组件连接示意图。
图5是本发明中储能模块的结构示意图。
图6是本发明中储能置换电系统的组件的硬件连接框图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本说明书的各种示例性实施例。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本说明书及其应用或使用的任何限制。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”、“底部”等指示的方位 或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而 不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此 不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
硬件实施例：
如图1-3所示，模块化电池的电动汽车包括汽车本体1、模块化电池棒2，汽车本体包括前备箱、后备箱；汽车本体1设置有车轮以及驱动车轮的电动组件；汽车本体1内还设有方向盘、油门踏盘、刹车踏板；汽车本体1内设置有至少一个电池仓3；电池仓3内均设置若干个电池插槽；各电池插槽内设有电池棒连接插座；电池仓3内设有与电池棒连接插座连接的电池控制电路，该电池控制电路用于对各模块化电池棒2内的电压、电流进行实时监测，并根据监测结果调整电池仓3的总输出电流;模块化电池棒2包括壳6体、充电电池组4、电池主板、电池插头5；电池插头5安装在壳体6上；充电电池组4及电池主板设置在壳体6内；充电电池组4与电池主板相连；电池主板与电池插头5相连；模块化电池棒2插入电池插槽中，使电池插头5与电池插座连接导通。电池插槽内设有电控卡固组件，电控卡固组件包括包括锁舌、与锁舌相连的电动机构，电动机构可带动锁舌运动，锁舌可以与壳体6上开设有卡槽7对位配合，在模块化电池棒2插入电池插槽内后，锁舌进入卡槽7中，将模块化电池棒2锁固在电池插槽中。电池插槽内设置有提升机构，提升机构可用于将模块化电池棒2从电池插槽中推出。电池仓内均设有与电池控制电路相连的显示屏以及控制按键。模块化电池棒2的壳体6上设置有提握用的把手8。
如图3-6所示，储能置换电系统包括至少一个储能模块9、一个充电桩10、一个控制器11、一个逆变器12，储能模块9通过模块与控制器11相连；储能模块9还与逆变器12相连；控制器11与220V市电相连；控制器11还与逆变器12及充电桩10相连，用于控制逆变器12及充电桩10的工作状态并为充电桩10及逆变器12提供电能；储能模块9包括电池柜13、若干个插入电池柜13内的模块化电池棒2、电池柜13上设置有若干个电池插槽14；模块化电池棒2插入电池插槽14中；电池柜13内设有充放电控制单元15；电池插槽14内设置有电池插座16，电池插座16与充放电控制单元15相连；充放电控制单元15通过线缆与控制器11相连；充电桩10包括包括充电柜17以及与充电柜相连的充电枪18；充电柜18内设置有充电电路以及电能计量模块，充电电路及电能计量模块与充电枪相连，经由充电电路向充电枪18供电；逆变器12可以外部电器相接，在市电断时，控制器11使逆变器12与储能单元9接通，将电池柜13内的模块化电池棒2提供的直流电能逆变成交流电，用于应急使用；控制器11内包括电能计量模块、充电控制电路、电路切换模块、主控芯片、网络模块，充电控制电路与电能计量模块、主控芯片相连，主控芯片用于控制充电控制电路的工作，网络模块与主控芯片相连，用于主控芯片通过网络与远程服务器间进行数据交互；电能计量模块用于测量及计算经流控制器内的电流、电压进而计算出经由电能；充电控制电路用于控制市电向充电模块供电以及向充电桩10充电；充电控制电路还与电路切换模块，电路切换模块用于；充电控制电路还用于控制逆变器12与储能模块9间的连通状态；电池插槽14内设有电控卡固组件19，电控卡固组件19包括包括锁舌、与锁舌相连的电动机构，电动机构可带动锁舌运动，锁舌可以与模块化电池棒2的壳体6上开设有卡槽7对位配合，在模块化电池棒2插入电池插槽14内后，锁舌进入卡槽7中，将模块化电池棒2锁固在电池插槽14中；电池插槽14内设置有提升机构20，提升机构20可用于将将模块化电池棒2从电池插槽14中推出。
附图中的流程图和框图显示了根据本说明书的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人物来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。
以上已经描述了本说明书的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人物来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人物能理解本文披露的各实施例。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (5)

1.一种基于模块化电池的电动汽车，其特征在于：包括汽车本体、模块化电池棒，汽车本体包括前备箱、后备箱；汽车本体设置有车轮以及驱动车轮的电动组件；汽车本体内还设有方向盘、油门踏盘、刹车踏板；汽车本体内设置有至少一个电池仓；电池仓内均设置若干个电池插槽；各电池插槽内设有电池棒连接插座；电池仓内设有与电池棒连接插座连接的电池控制电路，该电池控制电路用于对各模块化电池棒内的电压、电流进行实时监测，并根据监测结果调整电池仓的总输出电流;模块化电池棒包括壳体、充电电池组、电池主板、电池插头；电池插头安装在壳体上；充电电池组及电池主板设置在壳体内；充电电池组与电池主板相连；电池主板与电池插头相连；模块化电池棒插入电池插槽中，使电池插头与电池插座连接导通。
2.一种电动汽车的储能置换电系统，其特征在于：包括至少一个储能模块、至少一个充电桩、一个控制器、一个逆变器，储能模块通过模块与控制器相连；储能模块还与逆变器相连；控制器与220V市电相连；控制器还与逆变器及充电桩相连，用于控制逆变器及充电桩的工作状态并为充电桩及逆变器提供电能；储能模块包括电池柜、若干个插入电池柜内的模块化电池棒、电池柜上设置有若干个电池插槽；模块化电池棒插入电池插槽中；电池柜内设有充放电控制单元；电池插槽内设置有电池插座，电池插座与充放电控制单元相连；充放电控制单元通过线缆与控制器相连；充电桩包括包括充电柜以及与充电柜相连的充电枪；充电柜内设置有充电电路以及电能计量模块，充电电路及电能计量模块与充电枪相连，经由充电电路向充电枪供电；逆变器可以外部电器相接，在市电断时，控制器使逆变器与储能单元接通，将电池柜内的模块化电池棒提供的直流电能逆变成交流电，用于应急使用；控制器内包括电能计量模块、充电控制电路、电路切换模块、主控芯片、网络模块，充电控制电路与电能计量模块、主控芯片相连，主控芯片用于控制充电控制电路的工作，网络模块与主控芯片相连，用于主控芯片通过网络与远程服务器间进行数据交互；电能计量模块用于测量及计算经流控制器内的电流、电压进而计算出经由电能；充电控制电路用于控制市电向充电模块供电以及向充电桩充电；充电控制电路还与电路切换模块，电路切换模块用于；充电控制电路还用于控制逆变器与储能模块间的连通状态。
3.如权利要求1中所述的一种基于模块化电池的电动汽车，其特征在于：电池插槽内设有电控卡固组件，电控卡固组件包括包括锁舌、与锁舌相连的电动机构，电动机构可带动锁舌运动，锁舌可以与壳体上开设有卡槽对位配合，在模块化电池棒插入电池插槽内后，锁舌进入卡槽中，将模块化电池锁固在电池插槽中；电池插槽内设置有提升机构，提升机构可用于将模块化电池棒从电池插槽中推出。
4.如权利要求1中所述的一种基于模块化电池的电动汽车，其特征在于：模块化电池棒的壳体上设置有提握用的把手。
5.如权利要求2中所述的一种电动汽车的储能置换电系统，其特征在于：电池插槽内设有电控卡固组件，电控卡固组件包括包括锁舌、与锁舌相连的电动机构，电动机构可带动锁舌运动，锁舌可以与模块化电池棒的壳体上开设有卡槽对位配合，在模块化电池棒插入电池插槽内后，锁舌进入卡槽中，将模块化电池棒锁固在电池插槽中；电池插槽内设置有提升机构，提升机构可用于将将模块化电池棒从电池插槽中推出。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112327050A (zh) * 2021-01-07 2021-02-05 中国电力科学研究院有限公司 非车载充电机用外置插拔式一体化计量装置
CN112636456A (zh) * 2020-12-30 2021-04-09 福建万芯科技有限公司 机房主、备电池柜的电池单体周转方法
CN113928177A (zh) * 2021-12-20 2022-01-14 绿水青山(辽宁)电力设计院有限公司 一种带有外接空气调节及净化装置的多功能充换电柜
CN114454735A (zh) * 2022-01-18 2022-05-10 绿水青山(辽宁)电力设计院有限公司 一种具有离网充电功能的电动汽车

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