CN113386615A - 一种电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的系统和方法，其特征是：包括动力电池更换系统：用于换电前的车辆状态检测及驱动电机完成电池包下降和举升复位；整车控制器：用于车辆下电前收集并发送车辆状态给动力电池更换系统，车辆上电前根据电池状态对车辆进行功率调整；电池管理系统：用于获取车辆电池状态；升降电机总成：用于电池包下降和举升复位。利用本发明所述的方案，无需另外投资建立换电站进行独立运营和管理，完全独立依靠整车上的固有装置，个人在汽车端通过操作换电按钮就能完成电池包的更换。具有方便，快捷，经济的显著特点。

Description

一种电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的系统和 方法

技术领域

本发明属于新能源换电技术领域，具体涉及一种电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的系统和方法。

背景技术

当前纯电动汽车由于续航里程和充电时间问题，越来越受到人们的关注，对续航里程和充电时间的关注也越发明显，由此引出的各种换电方案也是层出不穷，国家层面也在政策上引导和支持在行业内进行各种探讨。最终目的都是从用户的角度，从技术和成本的角度，解决续航里程和充电时间焦虑的问题，从而推进实现汽车电动化的产业蓝图。

当前一部分主机厂自建换电站的方式实现用户车辆换电，具有方便，快捷的特点，但是也非常局限于换电地点固定，投资费用高的特点，该模式对于另外一部分主机厂很难具有大范围的推广价值。

发明内容

本发明旨在提出一种通过安装在整车上的电池包更换机构和控制系统，利用整车上其他相关控制单元快速且安全的完成整包或分包的电池更换的系统和方法；并且对更换后的电池包连接状态进行检测和反馈，保证了整车安全状态，具有方便，快捷，经济的特点。

实现本发明目的之一的电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的系统，其特征是：包括动力电池更换系统、整车控制器、电池管理系统、安装于车辆底部的升降电机总成；

所述动力电池更换系统，用于换电前的车辆状态检测及驱动升降电机完成电池包下降和举升复位；

所述整车控制器，用于车辆下电前收集并发送车辆状态给动力电池更换系统，车辆上电后根据电池状态对车辆进行可用功率的调整；

所述电池管理系统，用于获取车辆电池状态；

所述安装于车辆底部的升降电机总成，包括电池包框架总成、驱动电机、千斤顶，用于电池包下降和举升复位。

进一步的技术方案包括：还包括远程监控盒，用于上传报警信息给后台监控平台。

进一步的技术方案包括：还包括电子显示仪表，用于显示换电过程中的车辆及电池相关故障信息或告警提示信息。

进一步的技术方案包括：所述动力电池更换系统还包括自检模块，用于自身状态的检测；存储模块：用于存储和读取下电前的车辆和电池包状态。

进一步的技术方案包括：所述整车控制器还包括：自检模块，用于自身状态的检测；告警模块：用于发送电池或车辆相关告警。

进一步的技术方案包括：所述安装于车辆底部的升降电机总成，包括电池包框架总成，框架中间用于放置电池包，框架两侧放置千斤顶，千斤顶固定在框架上，千斤顶升降端部与车架连接，驱动电机驱动千斤顶实现电池包下降和举升复位。

实现本发明目的之二的电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的方法，其特征是：

换电前：车辆熄火后读取并存储下电前车辆和电池状态；用户启动换电开关；对下电前的车辆状态和电池状态进行检测，驱动升降电机完成电池包的卸载和安装；

换电后：读取电池故障状态和通讯状态，判断电池状态是否正常；根据电池的状态调整输出的可用功率。

所述车辆状态包括故障状态、档位状态、里程信息；所述电池状态包括电池故障状态、主正及主负继电器状态、快充继电器状态、荷电状态、车辆下电Key off状态、电池编码数据。

所述根据电池的状态调整可用的输出功率，即当电池安装后一部分电池无法正常通讯时，整车控制器对可用的输出功率进行调整，仪表显示电量及系统降功率故障信息，同时上报电池故障告警；当电池安装后全部都无法正常工作或者只有一个正常工作时，切断动力电池。

整车控制器根据预先设定的策略对电池的可用功率进行调整，比如需要预留一部分给热管理、整车电源需求等。

进一步的技术方案包括：还包括仪表显示功能，换电前仪表部分功能休眠，当车辆状态或者电池状态不满足换电条件时仪表显示禁止换电告警及原因；车辆换电后显示相关告警或者提示信息。

进一步的技术方案包括：远程监控功能，用于上传报警信息给后台监控平台。

后台监控平台与主机厂或者用户相连，提示其换电相关故障信息报警，再根据报警等级判断是否需要通知技术支持人员或者是车主。

进一步的技术方案包括，所述方法包括如下步骤：

步骤1、整车下电，整车控制器收集并发送车辆相关状态数据给动力电池更换系统；电池管理系统收集并发送电池相关状态数据给动力电池更换系统；电子显示仪表部分功能休眠；

步骤2、动力电池更换系统存储下电前车辆和电池的相关状态数据；

步骤3、用户按下车辆上的换电开关，动力电池更换系统启动自检，自检通过后读取车辆下电前存储的车辆状态数据和电池状态数据，当状态不满足换电要求时，车辆仪表显示禁止换电信息及原因；当状态满足换电要求时检测升降电机状态；

步骤4、当升降电机状态正常时，驱动电机下降使电池包总成下落设定高度，锁扣打开，更换电池包；

步骤5、更换完电池包后，用户再次按下换电开关，动力电池更换系统驱动电机上升，锁扣锁紧，完成电池包的更换。

利用本发明所述的方法，不需要另外投资建立换电站进行独立运营和管理，完全独立依靠整车上的固有装置；也不需要固定的换电场地，个人在汽车端通过操作换电按钮，就可以完成电池包的更换。具有方便，快捷，经济的显著特点，从而节省了大量的运营资金，具有非常大的推广价值。

附图说明

图1为本发明所述的换电前的流程图；

图2为本发明所述的换电后的上电流程图；

图3为本发明所述的多箱电池包更换系统架构示意图；

图4为本发明所述的多箱电池包示意图；

图中，1-驱动电机、2-蜗杆千斤顶、3-连接件、4-电池包框体总成。

具体实施方式

下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。

本实施例中，电池包更换系统架构如图3所示，安装于车辆底部的升降电机总成如图4所示，固定在框状的电池包框体4中，电池包通过外部高压线路串联组成动力电池整包，也可以根据实际需要增加或减少电池包。电池包框架与四个驱动电机1连接，通过电机驱动的蜗杆千斤顶2实现电池包下降和举升复位的功能，蜗杆千斤顶2通过连接件3与车身连接。

动力电池更换系统(TBSS)控制的电机驱动指令，与整车控制器(VCU)、电池管理系统(BMS)、远程监控盒(TBox)、电子显示仪表(IC)、车身控制单元(BSI)等控制单元，依照本方案描述要求，通过CAN网络总线进行信息交互。

各电子控制单元，传感器以及执行器之间的信息交互原理如下：由VCU、TBSS、BMS、BSI、IC等电子控制系统采集信息，并通过CAN整车网络进行交互，通过TBSS执行信息交互结果，驱动升降电机总成，实现电池包的升降和更换，由VCU,BMS,IC以及TBox实现更换后的相关状态检测和反馈。

根据电池包箱体更换的系统控制策略，整个换电过程可以分为3个阶段：1、整车下电及下电状态收集；2、车辆换电；3、换电后状态确认，其中阶段1和阶段2的控制流程如图1所示，阶段3的控制流程如图3所示。下面将详细阐述。

首先，车钥匙拧到关闭位置，BSI发出钥匙KEY OFF(整车下电)指令KEY OFF指车钥匙处于关闭位置。VCU收到KEY OFF指令后，将当前的车辆故障信息、档位信息及里程表信息发送给TBSS；BMS收到KEY OFF指令后，将当前的电池故障信息、各继电器状态、荷电状态(SOC)、电池编码数据等发送给TBSS；电子显示仪表收到KEY OFF指令后，执行部分休眠功能。TBSS收到并存储上述VCU和BMS发送的断电前的车辆状态信息和电池状态信息，用于后续的换电前的判断。

用户按下换电开关后，TBSS开始自检并读取存储的断电前的车辆状态信息和电池状态信息，根据控制策略进行判断，控制策略可按实际需求制定，满足换电条件则接收升降电机的状态反馈，驱动电池包框体下降到指定位置后驱动锁扣打开。当换电条件不满足时，TBSS驱动仪表显示禁止换电警示信息及原因。

用户将旧的电池包替换后再次按下换电开关，TBSS驱动电池包框体上升到指定位置后驱动锁扣锁紧并进入自检状态。

首先，VCU、BMS、TBox、IC分别进行状态和故障的自检并将自检结果发送给VCU，VCU驱动仪表显示相关异常信息；BMS与每个电池包进行通讯，获取可正常通讯的电池包个数N并反馈给VCU。VCU收到正常电池包的数量后与实际安装的电池包个数M进行对比：如果N≤1，则切断动力电池；如果1<N<M，VCU降低输出的可用功率，并驱动仪表显示相关告警及故障信息；TBox上报告警给远程监控平台，提示主机厂或者用户故障信息报警。

本发明适用于包含动力电池的车辆。

Claims (10)

1.一种电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的系统，其特征是：包括动力电池更换系统、整车控制器、电池管理系统、安装于车辆底部的升降电机总成；

所述动力电池更换系统，用于换电前的车辆状态检测及驱动升降电机完成电池包下降和举升复位；

所述整车控制器，用于车辆下电前收集并发送车辆状态给动力电池更换系统，车辆上电后根据电池状态对车辆进行可用功率的调整；

所述电池管理系统，用于获取车辆电池状态；

所述安装于车辆底部的升降电机总成，用于电池包下降和举升复位。

2.如权利要求1所述的电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的系统，其特征是：还包括远程监控盒，用于上传报警信息给后台监控平台。

3.如权利要求1所述的电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的系统，其特征是：还包括电子显示仪表，用于显示换电过程中的车辆及电池相关故障信息或告警提示信息。

4.如权利要求1所述的电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的系统，其特征是：所述动力电池更换系统还包括自检模块，用于自身状态的检测；存储模块：用于存储和读取下电前的车辆和电池包状态。

5.如权利要求1所述的电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的系统，其特征是：所述整车控制器还包括：自检模块，用于自身状态的检测；告警模块：用于发送电池或车辆相关告警。

6.如权利要求1所述的电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的系统，其特征是：所述安装于车辆底部的升降电机总成，包括电池包框架总成，框架中间用于放置电池包，框架两侧放置千斤顶，千斤顶固定在框架上，千斤顶升降端部与车架连接，驱动电机驱动千斤顶实现电池包下降和举升复位。

7.一种电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的方法，其特征是：

换电前：车辆熄火后读取并存储下电前车辆和电池状态；用户启动换电开关；对下电前的车辆状态和电池状态进行检测，驱动升降电机完成电池包的卸载和安装；

换电后：读取电池故障状态和通讯状态，判断电池状态是否正常；根据电池的状态调整输出的可用功率。

8.如权利要求7所述的电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的方法，其特征是：还包括仪表显示功能，当车辆状态或者电池状态不满足换电条件时仪表显示禁止换电告警及原因，车辆换电后显示相关告警或者提示信息。

9.如权利要求7所述的电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的方法，其特征是：还包括远程监控功能，用于上传报警信息给后台监控平台。

10.如权利要求7所述的电动汽车在整车下电状态进行电池分包更换的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、整车下电，整车控制器收集并发送车辆相关状态数据给动力电池更换系统；电池管理系统收集并发送电池相关状态数据给动力电池更换系统；电子显示仪表部分功能休眠；

步骤2、动力电池更换系统存储下电前车辆和电池的相关状态数据；

步骤3、用户按下车辆上的换电开关，动力电池更换系统启动自检，自检通过后读取车辆下电前存储的车辆状态数据和电池状态数据，当状态不满足换电要求时，车辆仪表显示禁止换电信息及原因；当状态满足换电要求时检测升降电机状态；

步骤4、当升降电机状态正常时，驱动电机下降使电池包总成下落设定高度，锁扣打开，用户更换电池包；

步骤5、更换完电池包后，用户再次按下换电开关，动力电池更换系统驱动电机上升，锁扣锁紧，完成电池包的更换。

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