CN112424020A - 具有超高充放电倍率钛酸锂（lto）电池的增程式电动汽车 - Google Patents

具有超高充放电倍率钛酸锂（lto）电池的增程式电动汽车 Download PDF

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Abstract

一种电动汽车包含：电驱动组件；钛酸锂电池组，其包括LTO电池单元；以及增程器。所述增程器具有将电力递送到所述电驱动组件的第一状态、为所述LTO电池组充电的第二状态、将电力递送到所述电驱动组件且为所述LTO电池组充电的第三状态，以及不向外递送电力的第四状态。所述电驱动组件具有接收从所述LTO电池组递送的电力的第一状态、接收从所述增程器递送的电力的第二状态、接收从所述LTO电池组和所述增程器递送的电力的第三状态、回收制动能量以为所述LTO电池组充电的第四状态，以及不接收电力且不回收所述制动能量的第五状态。

Description

具有超高充放电倍率钛酸锂(LTO)电池的增程式电动汽车
相关申请的交叉引用
本申请要求均在2018年5月4日提交的第62/666,899号和第62/666,966号美国临时专利申请的优先权和权益，所述临时专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
本申请还与2019年5月2日提交的第16/401,184号美国专利申请相关，所述美国专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及汽车，且更明确地说，涉及一种具有超高充放电倍率钛酸锂(LTO)电池的增程式电动汽车。
背景技术
本文中提供的背景描述是出于大体上呈现本发明的上下文的目的。发明背景部分中论述的主题不应仅仅由于其在发明背景部分中提到而被认为是现有技术。类似地，发明背景部分中提到的或与发明背景部分的主题有关的问题不应被认为先前已经在现有技术中指出。发明背景部分中的主题仅表示不同方法，其本身还可以是发明。
电动汽车具有例如较低燃料成本、环保和能源独立等优点。行驶路程对于电动汽车来说很重要。一些电动汽车采用被称为增程器的辅助电力单元(APU)，它们可以为电动汽车的电池充电。改进电动汽车的行驶路程和效率是很有必要的。
因此，在所属领域中迄今为止仍然需要解决前述缺陷和不足。
发明内容
本发明涉及用于使汽车周围的物体的潜在行为可视化的设备和方法。
在本发明的一个方面中，一种电动汽车包含：电驱动组件；钛酸锂(LTO)电池组，其包括LTO电池单元，且经由配电单元电连接到电驱动组件；以及增程器，其经由整流器电连接到LTO电池组和电驱动组件，所述增程器具有用于将电力递送到电驱动组件的第一状态、用于为LTO电池组充电的第二状态、用于将电力递送到电驱动组件且为LTO电池组充电的第三状态，以及不向外递送电力的第四状态。所述电驱动组件具有用于接收从LTO电池组递送的电力来驱动电动汽车的车轮的第一状态、用于接收从增程器递送的电力来驱动车轮的第二状态、用于接收从LTO电池组和增程器递送的电力来驱动车轮的第三状态、用于回收制动能量来为LTO电池组充电的第四状态，以及不接收电力且不回收制动能量的第五状态。
在一个实施例中，LTO电池单元中的每一个包括Li4Ti5O12。
在一个实施例中，LTO电池单元具有大于25C的充电倍率和大于25C的放电倍率。
在一个实施例中，LTO电池单元具有30C的充电倍率和30C的放电倍率。
在一个实施例中，LTO电池单元具有大于98％的再充电效率。
在一个实施例中，增程器处于不向外递送电力的第四状态，且电驱动组件处于用于接收从LTO电池组递送的电力来驱动车轮的第一状态。
在一个实施例中，增程器处于不向外递送电力的第四状态，且电驱动组件处于用于回收制动能量来为LTO电池组充电的第四状态。
在一个实施例中，增程器处于用于将电力递送到电驱动组件的第一状态，且电驱动组件处于用于接收从增程器递送的电力来驱动车轮的第二状态。
在一个实施例中，增程器处于用于将电力递送到电驱动组件且为LTO电池组充电的第三状态，且电驱动组件处于用于接收从增程器递送的电力来驱动车轮的第二状态。
在一个实施例中，增程器处于用于将电力递送到电驱动组件的第一状态，且电驱动组件处于用于接收从LTO电池组和增程器递送的电力来驱动车轮的第三状态。
在一个实施例中，增程器处于用于为LTO电池组充电的第二状态，且电驱动组件处于用于回收制动能量来为LTO电池组充电的第四状态。
在一个实施例中，增程器处于用于为LTO电池组充电的第二状态，且电驱动组件处于不接收电力且不回收制动能量的第五状态。
在一个实施例中，增程器是内燃机(ICE)增程器、燃料电池增程器和微型涡轮机增程器中的一个。
在本发明的另一方面中，上文所提及的电动汽车的架构被配置成容纳ICE增程器、燃料电池增程器和微型涡轮机增程器中的任一个。
在一个实施例中，电动汽车的架构包含在前部的长方体空间，用于容纳ICE增程器、燃料电池增程器和微型涡轮机增程器中的任一个。
结合以下图式考虑，本发明的这些及其它方面将从优选实施例的以下描述变得显而易见，但可以在不偏离本公开的新颖概念的精神和范围的情况下在其中做出变化和修改。
附图说明
附图示出本发明的一个或多个实施例，且与书面描述一起用以阐释本发明的原理。可贯穿附图使用相同的附图标记来指代实施例中的相同或相似元件。
图1示意性地展示根据本发明的实施例具有超高充放电倍率LTO电池的增程式电动汽车。
图2示意性地展示根据本发明的实施例具有超高充放电倍率LTO电池的增程式电动汽车的四个驾驶模式。
图3示意性地展示根据本发明的实施例的增程式电动汽车在一个情形中的能量流。
图4示意性地展示根据本发明的实施例的增程式电动汽车在另一情形中的能量流。
图5示意性地展示根据本发明的实施例的增程式电动汽车在又一情形中的能量流。
图6示意性地展示根据本发明的实施例的增程式电动汽车在又一情形中的能量流。
图7示意性地展示根据本发明的实施例的增程式电动汽车在又一情形中的能量流。
图8示意性地展示根据本发明的实施例的增程式电动汽车在又一情形中的能量流。
图9示意性地展示根据本发明的实施例的增程式电动汽车在又一情形中的能量流。
图10示意性地展示根据本发明的实施例的增程式电动汽车在又一情形中的能量流。
图11示意性地展示根据本发明的实施例的增程式电动汽车在又一情形中的能量流。
图12示意性地展示根据本发明的实施例用于适配不同增程器的汽车架构。
图13和图14示意性地展示根据本发明的实施例的控制和操作增程式电动汽车的方法。
具体实施方式
现将参考附图在下文中更加全面地描述本发明，在这些附图中展示本发明的示例性实施例。然而，本发明可以按许多不同形式体现，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施例。实际上，提供这些实施例是为了使得本发明将是透彻并且完整的，并且这些实施例将把本发明的范围完整地传达给所属领域的技术人员。贯穿全文，相似的附图标记指代相似的元件。
本说明书中所用的术语在本发明的上下文内以及在使用每一术语的特定上下文中通常具有其在所属领域中的一般含义。下文或在本说明书中的别处论述用于描述本发明的某些术语以就本发明的描述为从业者提供额外引导。为方便起见，可能例如使用斜体字和/或引号突出显示某些术语。使用突出显示对术语的范围和含义没有影响；术语的范围和含义在相同情形中相同，而与其是否突出显示无关。应了解，可以超过一种方式陈述相同的事物。因此，对于本文所讨论的术语中的任何一个或多个都可以使用替代性语言和同义词，在本文中无论是否详述或讨论一个术语都不会赋予任何特定含义。提供某些术语的同义词。叙述一个或多个同义词并不排除使用其它同义词。在本说明书中任何地方使用实例，包含本文中所论述的任何术语的实例，都只是说明性的，并且绝不限制本发明或任何所例示术语的范围和含义。同样，本发明不限于本说明书中给出的各种实施例。
应理解，除非上下文另外明确规定，否则如本文的描述内容中以及贯穿所附权利要求书所使用，“一”和“所述”的含义包含复数指代物。并且，应理解，当元件被称为“在”另一元件“上”时，其可以直接在所述另一元件上或可能在其间存在中间元件。相比而言，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。如本文中所使用，术语“和/或”包含相关联的所列项目中的一个或多个中的任一个和所有组合。
将理解，尽管本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、组件、区、层及/或区段，但是这些元件、组件、区、层及/或区段不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件、组件、区、层或区段与另一元件、组件、区、层或区段。因此，在不脱离本发明的教示的情况下，下文论述的第一元件、组件、区、层或区段可以被称为第二元件、组件、区、层或区段。
此外，例如“下部”或“底部”和“上部”或“顶部”等相对术语可在本文中用于描述如图中所示出的一个元件与另一元件的关系。应理解，相对术语意图涵盖除图式中所描绘的定向外的装置的不同定向。举例来说，如果一个图式中的装置翻转，则描述为位于其它元件的“下部”侧上的元件将定向在所述其它元件的“上部”侧上。因此，示例性术语“下部”可以取决于图式的具体定向而涵盖“下部”和“上部”两种定向。类似地，如果一个图式中的装置翻转，则描述为位于其它元件“之下”或“下方”的元件将定向在所述其它元件的“上方”。因此，示例性术语“之下”或“下方”可涵盖上方和下方两种定向。
应进一步理解，术语“包括”或“包含”或“具有”或“携载”或“含有”或“涉及”等为开放式的，即，意味着包含但不限于。当在本发明中使用时，它们指定所陈述特征、区、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、区、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组。
除非另外定义，否则本文中所使用的所有术语(包含技术和科技术语)具有本发明所属领域的一般技术人员通常所理解的相同含义。应进一步理解，如在常用词典中所定义的术语应解释为具有与其在相关技术和本发明的上下文中的含义一致的含义，并且除非本文中明确地定义，否则将不会在理想化或过分正式的意义上进行解释。
如本文所使用，短语A、B和C中的至少一个应被解释为表示使用非排他性逻辑“或”的逻辑(A或B或C)。如本文中所使用，术语“和/或”包含相关联的所列项目中的一个或多个中的任一个和所有组合。
以下描述在本质上仅仅是说明性的，且决不意图限制本发明、其应用或使用。本发明的广泛教示可以各种形式实施。因此，虽然本发明包含特定实例，但是本发明的真正范围不应限于此，这是因为在研究图式、说明书和所附权利要求书之后，其它修改将变得显而易见。出于清楚的目的，在附图中使用相同的附图标记以指示类似的元件。应理解，方法内的一个或多个步骤可以在不改变本发明的原理的情况下以不同次序(或同时)执行。
参看图1，示意性地展示根据本发明的实施例具有超高充放电倍率钛酸锂(LTO)电池(LTO电池)的增程式电动汽车。
在图1中展示的示例性实施例中，增程式电动汽车100包含增程器121。环绕增程器121在引擎盖下方的是在前方的加热、通风和空气调节(HVAC)模块122，其在典型的非电动汽车内部通常位于仪表板后方。HVAC模块122在增程式电动汽车100中提供热舒适度和可接受的空气质量。冷却剂瓶123、冷却模块125和配电单元(PDU)126全部定位于增程器121的前方。
用以为汽车的车载电子器件供电的12伏电池133位于增程式电动汽车100的后方。气体罐(或氢气罐)132定位于增程式电动汽车100的后方。增程式电动汽车100进一步包含用于全轮驱动的两个电驱动组件124和134，其各自包含电动马达、变速箱和电力电子器件等。齿轮箱与电动马达一起以及与电力电子器件一起容纳于单个单元中，所述电力电子器件将来自LTO电池组的DC电流转换为用于马达的AC电流。在其它配置中，电驱动组件134仅位于后方用于后轮驱动。
增程式电动汽车100在后轮驱动或全轮驱动中配置有经过设计的平坦的矩形钛酸锂(LTO)电池组131。LTO电池组131栓接在增程式电动汽车100的底板下方。电池组131包含LTO电池单元。LTO电池单元中的每一个包括Li4Ti5O12。Li4Ti5O12电池单元具有极长的寿命、增强的安全性、低温性能和大潜力。在一个实施例中，每一Li4Ti5O12电池单元具有拥有增大的表面积的钛酸锂纳米晶体，其特别地被设计成增强电池单元的寿命。举例来说，在大超过30倍的表面积的情况下，Li4Ti5O12电池单元的再充电速度大大快于较传统的替代物(Li离子电池)。Li4Ti5O12电池的循环计数为20,000，相比之下，在常规锂电池中仅为2000，这标志着革命性的能量储存方法。
LTO电池单元具有极高的放电倍率(30C)，且能够即时排放高功率电能。因此，小容量电池的配置可满足增程式电动汽车100的高功率要求，且实现优良的加速性能。换句话说，LTO电池单元能够根据需要在短时间内用小尺寸电池递送高功率以满足增程式电动汽车100的电力需求。
LTO电池单元的高充电倍率(30C)不仅可回收所有瞬时高功率制动能量，而且除在增程器121的有效恒定功率范围内汽车操作所需的瞬时功率外还可接收所有过多的能量。在高充电倍率的情况下，LTO电池单元具有快速充电的优点(只要几分钟(取决于充电站的电池尺寸)，完全再生制动能量回收，以及由比如增程器121等车载增程器以高功率充电)。因此，系统效率非常高。
Li4Ti5O12电池的另一优点是，归因于所采用的纳米技术，相比于其它电池技术，所述电池具有好得多的低温性能。归因于这些低温放电特性，其能够在仅仅-30℃下获得其满载容量的高达80％。根据本发明，相比于其它碳基电池，增程式电动汽车100上的LTO电池单元可以在较宽操作温度范围(-30℃到55℃)内且以超过98％的高再充电效率使用。LTO电池单元具有长寿命及增强的安全性等其它益处。
参看图2，示意性地展示根据本发明的实施例具有超高充放电倍率LTO电池的增程式电动汽车100的四个驾驶模式。
在图2中展示的示例性实施例中，增程式电动汽车100具有四个驾驶模式：默认模式201、经济(ECO)模式203、运动模式205和纯电动模式207。一般来说，默认模式201是基本模式，且其它三个模式203、205和207由驾驶者根据驾驶条件和要求选择。四个模式201、203、205和207中的每一个实现LTO电池单元的高充电倍率和放电倍率的特性。
当驾驶者启动增程式电动汽车100时，自动选择默认模式201。基本操作模式中存在自动设置，且驾驶者选择激活增程器121以将电池充电状态(SOC)维持在两个预设阈值(即，上限阈值和下限阈值)之间，且驾驶者按需要起始增程器121充电模式。驾驶者的脚在加速踏板上实现了良好的加速度和驾驶舒适度。当释放加速踏板时，汽车自动减速以回收制动能量来确保汽车的平稳性。仅当驾驶者有效地踩在制动踏板上，汽车才会较快停止，否则将不存在摩擦制动干预。根据LTO电池组131充电状态。自动启动和关断增程器121，且增程器121始终在最佳效率工作范围内工作。在需要电驱动组件124和134来提供所需电力的条件下，过多电力立刻被完全充入且去往LTO电池组131。根据使系统效率最大化的方法实现LTO电池组131和增程器121(作为电源)之间的切换。
为了实现最大效率，驾驶者可选择ECO模式203。ECO模式203下的控制策略是，根据驾驶条件优化前轮轴和后轮轴的配电、限制和优化辅助设备的电力和需求，且通过限制驱动动力和转矩来实现适当的加速性能和最大速度。
为了实现优良的运动性能(加速度和坡度能力)，驾驶者可选择运动模式205。运动模式205下的控制策略将适当地分配和优化前轮轴和后轮轴的牵引力。当增程器121以最佳效率间隔工作时，其将提供增程式电动汽车100所需的高功率，且将LTO电池充电状态所需的电力维持在最佳所设定间隔状态中。电池组131提供电驱动组件124和134在任何时间所需的瞬时高功率以满足增程式电动汽车100的动态性能要求。
当在城市中驾驶时，驾驶者可选择纯电动模式207，增程器121将保持切断且不会自动启动。当LTO电池充电状态低于设定的阈值时，LTO电池组131的LTO电池单元的高充电倍率确保可在10分钟内实现完全充电。
与市场上的其它增程式电动汽车相比，具有超高充放电倍率LTO电池的增程式电动汽车100具有许多益处。第一，增程式电动汽车100配置小容量电池，且LTO电池组131输出即时高功率和持续高功率，且增程式电动汽车100的功率性能优良。第二，增程式电动汽车100可实现瞬时高功率制动能量回收，且制动能量回收效率较高。第三，增程器121在高效率和恒定功率下操作，且由增程器121生成的电力使增程式电动汽车100能够行进，同时过多电力被完全充入到LTO电池组131。第四，增程式电动汽车100可在10分钟内充满电。
参看图3-11，示意性地展示根据本发明的实施例的不同情形中的能量流。
在图3中展示的示例性实施例中，增程式电动汽车100仅由LTO电池组301供电。确切地说，LTO电池组301将电力递送到配电单元303。配电单元303接着将电力递送到电驱动组件305，所述电驱动组件继而驱动增程式电动汽车100的车轮307。在此情形下，增程式电动汽车100仅由LTO电池组301供电，且能量从LTO电池组301流动经过配电单元303和电驱动组件305，到达车轮307。
在图4中展示的示例性实施例中，增程式电动汽车100处于快速再生制动能量回收的情形中。确切地说，当驾驶者踩在制动踏板上时，增程式电动汽车100减速以回收制动能量。在其它情形中，例如当增程式电动汽车100处于在下坡路上滑动的条件中时，增程式电动汽车100也减速以回收制动能量。换句话说，能量从车轮407递送到电驱动组件405。电驱动组件405进一步将能量递送到配电单元403，所述配电单元继而为LTO电池组401充电。在此情形下，制动能量被转化且用于为LTO电池组401充电。
在图5中展示的示例性实施例中，增程式电动汽车100仅由增程器511供电。确切地说，LTO电池组501不将电力递送到配电单元503。实际上，保存在储集器509中的电力递送到增程器511。增程器511经由整流器513将电力递送到电驱动组件505，所述电驱动组件继而驱动增程式电动汽车100的车轮507。在此情形下，增程式电动汽车100仅由增程器511和储集器509供电，且能量从储集器509流动经过增程器511、整流器513和电驱动组件505，到达车轮507。
在图5中展示的示例性实施例中，增程式电动汽车100仅由增程器511供电。确切地说，LTO电池组501不将电力递送到配电单元503。实际上，保存在储集器509中的电力递送到增程器511。增程器511经由整流器513将电力递送到电驱动组件505，所述电驱动组件继而驱动增程式电动汽车100的车轮507。在此情形下，增程式电动汽车100仅由增程器511和储集器509供电，且能量从储集器509流动经过储集器509、增程器511、整流器513和电驱动组件505，到达车轮507。
在图6中展示的示例性实施例中，增程式电动汽车100处于增程器611将电力提供到车轮607和LTO电池组601两者的情形中。确切地说，保存在储集器609中的电力递送到增程器611。增程器611经由整流器613将电力递送到电驱动组件605和LTO电池组601两者。电驱动组件605继而驱动增程式电动汽车100的车轮607。递送到LTO电池组601的电力用于为LTO电池组601充电。在此情形下，增程式电动汽车100由增程器611和储集器609供电，且能量从储集器609流动经过增程器611、整流器613，到达电驱动组件(且最终到达车轮607)和LTO电池组601。
在图7中展示的示例性实施例中，增程式电动汽车100处于增程器711和LTO电池组701两者将电力提供到车轮707的情形中。确切地说，一方面，保存在储集器709中的电力递送到增程器711。增程器711经由整流器713将电力递送到电驱动组件705。另一方面，LTO电池组701将电力递送到配电单元703，所述配电单元继而将电力递送到电驱动组件705。电驱动组件705驱动增程式电动汽车100的车轮707。在此情形下，增程式电动汽车100由增程器711和LTO电池组701两者供电，且能量从储集器709和LTO电池组两者流动到车轮707。
在图8中展示的示例性实施例中，增程式电动汽车100处于使用增程器811和来自车轮807的再生制动能量两者来为LTO电池组801充电的情形中。确切地说，一方面，保存在储集器809中的电力递送到增程器811。增程器811经由整流器813将电力递送到LTO电池组801。另一方面，当驾驶者踩在踏板上时，增程式电动汽车100减速以回收制动能量。换句话说，能量从车轮807递送到电驱动组件805。电驱动组件805进一步将能量递送到配电单元803，所述配电单元继而为LTO电池组801充电。在此情形下，使用来自增程器811的电力和再生制动能量两者来为LTO电池组801充电。
在图9中展示的示例性实施例中，增程式电动汽车100处于停放位置，且增程器911用于为LTO电池组901充电。确切地说，保存在储集器909中的电力递送到增程器911。增程器911经由整流器913将电力递送到LTO电池组901。在此情形下，使用增程器911来为LTO电池组901充电。
在图10中展示的示例性实施例中，增程式电动汽车100处于使用增程器911来生成到电网或住宅1017的电力的情形中。确切地说，保存在储集器1009中的电力递送到增程器1011。增程器1011经由整流器1013将电力递送到LTO电池组1001。LTO电池组1001可将电力递送到车载充电器1015，所述车载充电器可进一步将电力递送到电网或住宅1017。在此情形下，使用增程器1011来生成到电网或住宅1017的电力。
在图11中展示的示例性实施例中，增程式电动汽车100处于LTO电池组1101正在充电站或住宅1117处快速充电的情形中。确切地说，在充电站或住宅1117处，LTO电池组1101经由车载充电器1115充电。在此情形下，来自充电站或住宅1117的能量经由车载充电器115递送到LTO电池组1101以用于快速充电。
归因于LTO电池组131的强大的LTO电池单元，增程式电动汽车100可获得纯电驱动性能(即，在纯电动模式207中)和高动力感，尤其是在内城区能够安静且平稳地行驶。另一方面，增程式电动汽车100在具有高行驶路程的同时可具有强大的驱动性能。
四个不同行驶模式(即，默认模式201、ECO模式203、运动模式205和纯电动模式207)可保证高端消费者享受到高效驾驶再到运动操控。驾驶者可基于他的需要来手动地实施操作策略(例如，不同驾驶模式、为电池充电，和保持电池的能级)。
增程式电动汽车100还基于驾驶者的驾驶资料档采取自适应的汽车操作策略以支持增程式电动汽车100的驱动性能和最高效率。基于先前驾驶的平均值(例如，短程、中程或长程)，将采用适当的操作并自动优化。
增程式电动汽车100支持四轮驱动(4WD)和两轮驱动(2WD)。两轮驱动通常用于ECO模式203，而四轮驱动在存在高动力需求时使用。增加汽车牵引力会产生智能转矩移位。
增程器121的操作策略支持汽车电力到汽车(VP2V)、汽车电力到电网(VP2G)和汽车电力到住宅(VP2H)。
经由连接的汽车接口，增程式电动汽车100连接到驾驶者的蜂窝电话控制，且能够监测VP2V、VP2G、VP2H并开始增程式电动汽车100从电网的充电、停止充电、对充电进行预调节。在驾驶者的蜂窝电话上可获得比如充电状态、汽车位置(例如，借助于Google Maps)等信息。
此外，爬行模式和可调整滑行特性可以进行单踏板驱动(即，经由加速踏板调整加速度和减速度；高减速度)再到模拟常规汽车(滑行期间低减速度)，这样保证了高舒适度。
此外，增程式电动汽车100的架构被设计成适应占据增程式电动汽车100的前部(即，传统发动机舱)的相同空间的不同类型的增程器。参看图12，示意性地展示根据本发明的实施例用于适应不同增程器的汽车架构。确切地说，图12示意性地展示能够容纳内燃机(ICE)增程器1202、燃料电池增程器1204和微型涡轮机增程器1206的汽车架构。
用于那些增程器1202、1204和1206中的一个的空间简单地限定为长方体，在所述长方体中含纳那些增程器1202、1204和1206中的一个的主体。换句话说，增程式电动汽车100的架构被配置成容纳ICE增程器1202、燃料电池增程器1204和微型涡轮机增程器1206中的任一个。在购买或订购时，消费者可在无额外调整成本的情况下简单地在以下三个类型当中选择一种类型的增程器：ICE增程器1202、燃料电池增程器1204和微型涡轮机增程器1206。因为增程式电动汽车100的架构被配置成容纳三种类型的增程器中的任一个，所以不需要进行架构改变。在购买之后，消费者可请求用另一类型的增程器更换一种类型的增程器。另一方面，具有不同类型的增程器的增程式电动汽车100可共享相同生产线，因此减小制造成本。
更确切地说，长方体的长度(L)在横向方向中配合在汽车副架之间，深度(W)在增程式电动汽车的经度方向中，且高度(H)定位成在引擎盖下方和地面上方均具有间隙。基于其中将封装所有组件的发动机室空间约束、所有功能间隙要求和制造工艺要求来确定和优化L、W和H。电驱动组件124的位置必须尽可能地朝向汽车的前方定位以为增程器121提供最大空间。基于组件功能和性能要求来计算和优化功能间隙。为了确保完成前悬架的整个组装过程且无干扰，确定且保证前悬架和那些增程器1202、1204和1206中的一个之间的最小间隙。
所有其它主要组件和底盘设计和封装在增程器1202、1204或1206周围以通过使用许多共同组件(例如，悬架副架、驾驶杆和引擎盖的形状)来简化多种不同汽车的设计和构造。例如HVAC模块、配电单元和电驱动组件等其它组件以与如图1中所展示相同的方式布置。对于燃料电池增程器1204，不存在排气系统。对于微型涡轮机增程器1206，排气管133从前向后定位于LTO电池组131的两侧上。对于ICE增程器1202，排气管133从前向后存在于LTO电池组131的仅一侧上。
对于燃料电池增程器1204，不存在排气系统。对于微型涡轮机增程器1206，排气管133从前向后定位于LTO电池组131的两侧上。对于ICE增程器1202，排气管133从前向后存在于LTO电池组131的仅一侧上。
参看图13和14，示意性地展示根据本发明的实施例的增程式电动汽车的控制和操作的方法。
在图13中展示的示例性实施例中，方法在步骤1302处开始。在步骤1304处，启动增程式电动汽车(例如，增程式电动汽车100)(“启动”按钮为“接通”或控制应用为“接通”)，且增程式电动汽车确定自身的当前位置并更新当前汽车系统状态。在步骤1305处，增程式电动汽车以无线方式与云上的数据库通信，且云上的数据库包含与增程式电动汽车相关联的关键信息，例如汽车数据、循环工况(drive cycle)、天气信息、交通信息、道路信息(例如，道路等级)、电子动力系绘图和电子地图。应注意，云上的数据库可包含与增程式电动汽车相关联的其它关键信息，这取决于制造商配置和驾驶者定制。
在步骤1306处，增程式电动汽车基于与增程式电动汽车相关联的关键信息自动建立可能目的地圈的层级。或者，目的地通过语音或面部辨识输入，或由驾驶者手动地输入。在步骤1308处，在知晓目的地之后，增程式电动汽车使用学习和驾驶估计在线和离线优化来预测潜在路线，且通过语音和/或显示器呈现预测的潜在路线以供驾驶者在所有预测的潜在路线当中选择一条路线。应注意，在步骤1306和步骤1308处支持多个目的地。举例来说，驾驶者可输入第一目的地和第二目的地，意味着驾驶者希望在到达第一目的地之后去往第二目的地。
在步骤1310处，增程式电动汽车确定电池能量(即，充电状态水平)是否足以为增程式电动汽车供电以到达目的地。
当确定电池能量足以为增程式电动汽车供电以到达目的地时，LTO电池组(例如，LTO电池组131)提供到达目的地所需的电力和能量(如图3所示)，且同时经由再生制动能量尽可能多地为LTO电池组充电(如图4所示)。在步骤1314处，增程式电动汽车进一步确定是否到达目的地，以及增程式电动汽车是否处于停放位置。当确定增程式电动汽车到达目的地且增程式电动汽车处于停放位置时，在步骤1316处，增程式电动汽车停止且电力切断。当确定增程式电动汽车未到达目的地或增程式电动汽车不在停放位置中，则方法回到步骤1310。
另一方面，当确定电池能量不足以为增程式电动汽车供电以到达目的地时，在步骤1318处，增程式电动汽车起始从其增程器(例如，增程器121)供电的需求。在步骤1320处，增程式电动汽车确定增程器为燃料电池增程器(例如，燃料电池增程器1204)、ICE增程器(例如，ICE增程器1202)还是微型涡轮机增程器(例如，微型涡轮机增程器1206)。在步骤1322处，增程式电动汽车确定增程器为燃料电池增程器(即，其为燃料电池控制单元(FCU))。在步骤1324处，增程式电动汽车确定增程器为ICE增程器(即，其为发动机控制单元(ECU))。在步骤1326处，增程式电动汽车确定增程器为微型涡轮机增程器(即，其为微型涡轮机控制单元(MCU))。步骤1322、步骤1324和步骤1326之后是图14中的步骤1402。
在图14中展示的示例性实施例中，方法在步骤1402处开始。
在步骤1402处，增程器操作且将电力提供到增程式电动汽车的电驱动组件(例如，电驱动组件134)(如图5所示)，和/或基于汽车电力需求、电池充电状态和系统效率优化策略为LTO电池组充电(如图9所示)。
在步骤1404处，增程式电动汽车确定单单增程器是否足以满足电力需求。当增程式电动汽车确定单单增程器足以满足电力需求时，在步骤1406处，增程式电动汽车仅使用增程器的电力。当增程式电动汽车确定单单增程器不足以满足电力需求时，在步骤1408处，增程式电动汽车采取组合电力输出和控制策略。换句话说，增程式电动汽车使用来自LTO电池组和增程器两者的电力。
在步骤1410处，增程式电动汽车确定实际路线是否朝向选定或预测目的地，以及是否存在可用的先前能量使用历史。当增程式电动汽车确定(例如，以高于99.9％的概率)实际路线朝向选定或预测目的地且存在可用的先前能量使用历史时，在步骤1412处，增程式电动汽车确定电池充电状态是否达到可以单单由LTO电池组为增程式电动汽车供电的预定水平。当增程式电动汽车确定电池充电状态达到可以单单由LTO电池组为增程式电动汽车供电的预定水平时，在步骤1422处，方法再次进行到步骤1312。
另一方面，当增程式电动汽车确定电池充电状态未达到可以单单由LTO电池组为增程式电动汽车供电的预定水平时，在步骤1414处，增程式电动汽车确定是否到达目的地，以及增程式电动汽车是否处于停放位置。
当增程式电动汽车确定尚未到达目的地或增程式电动汽车不在停放位置中时，方法回到步骤1404。
当增程式电动汽车确定到达目的地且增程式电动汽车处于停放位置时，在步骤1416处，增程式电动汽车确定增程器是否为微型涡轮机增程器。当增程式电动汽车确定增程器为微型涡轮机增程器时，在步骤1418处，增程式电动汽车将正由微型涡轮机在75,000+rpm到0rpm的燃料切断过程期间生成的剩余能量回收到系统中。当增程式电动汽车确定增程器不是微型涡轮机增程器时，在步骤1420处，增程式电动汽车停止且电力切断。
另一方面，当增程式电动汽车在步骤1410处确定(例如，以高于99.9％的概率)实际路线并不朝向选定或预测的目的地或存在可用的先前能量使用历史，则在步骤1424处，增程式电动汽车将汽车控制单元(VCU)设定到默认模式(如图2所示)，且收集GPS数据和5G数据以在电子地图、能量管理程序中学习新路线，并记录新路线信息。
在步骤1426处，增程式电动汽车确定路线是否朝向选定/预测的目的地。当增程式电动汽车确定路线朝向选定/预测的目的地时，在步骤1428处，方法进行到步骤1310。
另一方面，当增程式电动汽车确定路线并不朝向选定/预测的目的地时，在步骤1430处，增程式电动汽车继续沿电子地图中具有预定时间表的当前路线行驶。接着，方法进行到步骤1424。
在一个或多个实例实施例中，所描述的方法和功能可实施于硬件、软件或其任何组合中。如果实施于软件中，则方法和功能可存储在非暂时性计算机可读介质上或作为一个或多个指令或代码编码在非暂时性计算机可读介质上，使得当所述一个或多个指令或代码由一个或多个处理器执行时，所述一个或多个指令或代码的执行致使执行上述用于控制电动汽车的方法。非暂时性计算机可读介质包含计算机存储介质。存储介质可为可由计算机存取的任何可用介质。借助于实例而非限制，此计算机可读介质可包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)、光盘存储装置、磁盘存储装置、其它磁性存储装置、前述类型的计算机可读介质的组合，或可用于存储可由计算机存取的呈指令或数据结构形式的计算机可执行代码的任何其它介质。
已经仅出于说明和描述的目的呈现本发明的示例性实施例的前述描述，并且前述描述并不意图为详尽的或将本发明限于所公开的精确形式。鉴于上文的教示，许多修改和变化是可能的。
选择和描述实施例以便解释本发明的原理和其实际应用，从而使得所属领域的其他技术人员能够利用本发明和各种实施例并且伴以适合于所预期的特定用途的各种修改。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本发明所涉及的领域的技术人员将显而易见替代实施例。因此，本发明的范围是由所附权利要求书而非前述描述和其中所描述的示例性实施例来限定。
在本公开的描述中引用并论述一些参考文献，其可包含专利、专利申请以及各种公开案。此些参考文献的引用和/或论述仅仅是为了阐明对本公开的描述而提供，且并不是承认任何此类参考文献是本文所描述的本公开的“现有技术”。在本说明书中引用和讨论的所有参考文献都以全文引用的方式并入本文中，并且以如同每一参考文献都是以引用的方式单独地并入的相同程度并入本文中。

Claims (15)

1.一种电动汽车，其包括：
电驱动组件；
钛酸锂(LTO)电池组，其包括LTO电池单元，且经由配电单元电连接到所述电驱动组件；以及
增程器，其经由整流器电连接到所述LTO电池组和所述电驱动组件，所述增程器具有用于将电力递送到所述电驱动组件的第一状态、用于为所述LTO电池组充电的第二状态、用于将电力递送到所述电驱动组件且为所述LTO电池组充电的第三状态，以及不向外递送电力的第四状态；
其中所述电驱动组件具有用于接收从所述LTO电池组递送的电力来驱动所述电动汽车的车轮的第一状态、用于接收从所述增程器递送的电力来驱动所述车轮的第二状态、用于接收从所述LTO电池组和所述增程器递送的电力来驱动所述车轮的第三状态、用于回收制动能量来为所述LTO电池组充电的第四状态，以及不接收电力且不回收所述制动能量的第五状态。
2.根据权利要求1所述的电动汽车，其中所述LTO电池单元中的每一个包括Li4Ti5O12。
3.根据权利要求1所述的电动汽车，其中所述LTO电池单元具有大于25C的充电倍率和大于25C的放电倍率。
4.根据权利要求3所述的电动汽车，其中所述LTO电池单元具有30C的充电倍率和30C的放电倍率。
5.根据权利要求1所述的电动汽车，其中所述LTO电池单元具有大于98％的再充电效率。
6.根据权利要求1所述的电动汽车，其中所述增程器处于不向外递送电力的所述第四状态，且所述电驱动组件处于用于接收从所述LTO电池组递送的电力来驱动所述车轮的所述第一状态。
7.根据权利要求1所述的电动汽车，其中所述增程器处于不向外递送电力的所述第四状态，且所述电驱动组件处于用于回收制动能量来为所述LTO电池组充电的所述第四状态。
8.根据权利要求1所述的电动汽车，其中所述增程器处于用于将电力递送到所述电驱动组件的所述第一状态，且所述电驱动组件处于用于接收从所述增程器递送的电力来驱动所述车轮的所述第二状态。
9.根据权利要求1所述的电动汽车，其中所述增程器处于用于将电力递送到所述电驱动组件且为所述LTO电池组充电的所述第三状态，且所述电驱动组件处于用于接收从所述增程器递送的电力来驱动所述车轮的所述第二状态。
10.根据权利要求1所述的电动汽车，其中所述增程器处于用于将电力递送到所述电驱动组件的所述第一状态，且所述电驱动组件处于用于接收从所述LTO电池组和所述增程器递送的电力来驱动所述车轮的所述第三状态。
11.根据权利要求1所述的电动汽车，其中所述增程器处于用于为所述LTO电池组充电的所述第二状态，且所述电驱动组件处于用于回收制动能量来为所述LTO电池组充电的所述第四状态。
12.根据权利要求1所述的电动汽车，其中所述增程器处于用于为所述LTO电池组充电的所述第二状态，且所述电驱动组件处于不接收电力且不回收所述制动能量的所述第五状态。
13.根据权利要求1所述的电动汽车，其中所述增程器是内燃机(ICE)增程器、燃料电池增程器和微型涡轮机增程器中的一个。
14.一种根据权利要求1所述的电动汽车的架构，其被配置成容纳所述ICE增程器、所述燃料电池增程器和所述微型涡轮机增程器中的任一个。
15.根据权利要求14所述的架构，其包括在前部的长方体空间，用于容纳所述ICE增程器、所述燃料电池增程器和所述微型涡轮机增程器中的任一个。
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