CN113619375A - 一种电动汽车四驱驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电动汽车四驱驱动系统，该驱动系统包括：移动电池箱：设置在汽车前厢空间内且安装在前轴附近位置，内置电池模块数量可配置的移动电池以及与电池模块配套的接口组；预装固定电池：设置在汽车底部空间内，用以为电机提供电能；电机：设置在汽车后座空间内且数量为一个或多个，通过传动轴连接前桥差速器和后桥差速器；车载电控系统：用以实现移动电池与预装固定电池的供电方式的控制。与现有技术相比，本发明具有适用范围广、操作安全便捷、增加主动安全性、移动电池数量可配置等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电动汽车领域，尤其是涉及一种电动汽车四驱驱动系统。
背景技术
现有的电动汽车一般大多采用固定电池进行单独电驱动或混合驱动，而固定电池通常置于汽车后部，并且行驶里程受到电池容量的限制，在现有的电驱动车中存在以下问题：
1、对于混合驱动车辆，必须负担两种动力装置且系统复杂；
2、对于固定电池的电动车辆，小电池成本低但续航短无法满足长途需求，而大电池成本高单位里程能耗大；
3、对于整块电池可更换的电动车辆，换电系统复杂不同规格车辆间电池无法兼容。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种电动汽车四驱驱动系统。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种电动汽车四驱驱动系统，该驱动系统包括：
移动电池箱：设置在汽车前厢空间内且安装在前轴附近位置，内置电池模块数量可配置的移动电池以及与电池模块配套的接口组；
预装固定电池：设置在汽车底部空间内，用以为电机提供电能；
电机：设置在汽车后座空间内且数量为一个或多个，通过传动轴连接前桥差速器和后桥差速器；
车载电控系统：用以实现移动电池与预装固定电池的供电方式的控制。
该驱动系统包括以下驱动方式：
(1)单电机四驱方式：
在该驱动方式中，电机仅设置一台，该电机的输出轴依次通过中央差速器和传动轴后分别与前桥差速器和后桥差速器传动连接；
(2)双电动四驱方式：
在该驱动方式中，电机设有两台，其中，第一电机和第二电机均与中央差速器连接，中央差速器通过传动轴分别与前桥差速器和后桥差速器传动连接；
(3)双电动独立前后四驱方式：
在该驱动方式中，电机设有两台，其中，第一电机单独通过第一传动轴与前桥差速器传动连接实现独立前驱，第二电机单独通过第二传动轴与后桥差速器传动连接实现独立后驱，所述的第一电机和第二电机均设置在汽车后座空间内，或者分别布设在对应差速器附近位置。
所述的车载电控系统实现电机供电方式具体包括：
(1)预装固定电池单独供电，用于日常短途使用模式；
(2)预装固定电池与移动电池混合供电，用于长续航模式或高供电性能下高加速性能的使用模式；
(3)移动电动单独供电，用于长续航模式并提供最小化固定电池损耗模式；
(4)移动电池供电，同时给预装固定电池充电，用于紧急情况下的续航模式。
当预装固定电池能够满足目标行驶里程时，则选择预装固定电池单独供电方式，当预装固定电池不能满足目标行驶里程时，则选择预装固定电池与移动电池混合供电方式，当预装固定电池电量不足且无法通过供电桩充电时，则选择移动电动单独供电或移动电池供电，同时给预装固定电池充电方式。
在当固定电池接近耗尽且需要紧急行车并在行车完成后需要保证固定电池电量充足的情况下进行紧急情况下的续航模式，具体为：
当在无电情况下上高速时，在高速入口前后装入移动电池，依靠移动电池完成高速行程后，下高速前后归还移动电池，此时固定电池已被充入适当电量，依靠固定电池完成后续行程。
所述的电池模块采用低压电池模块，保证安全便于搬运，多个低压电池模块通过串联的方式形成多组高压移动电池组，以满足电机驱动的电压要求，所述的多组高压移动电池组通过数量可配置的方式并联接入到移动电池箱内，配置高压移动电池组的数量由目标行驶里程以及当前预装固定电池电量状态决定，实现移动电池的适应配置。
在配置高压移动电池组数量时保证车辆前后重量分布均衡，通过配置主动调节高度和强度机构的前轮避震，避免影响正常的驱动和转向操作。
所述的移动电池箱内设有温控装置，用以实现移动电池工作环境温度的调节，并且提供适用于不同型号电池模块或不同类型供能设备供能的通用接口组，所述的接口组包括动力电接口和电池信号接口，移动电池通过动力电接口提供电能，并且通过电池信号接口与移动电池箱内置的电池管理芯片通信，实现电池寿命和运行状态的全周期管理，且通用接口组均具有防水功能。
所述的电池管理芯片带有数据存储功能，并且具有校核过的唯一身份识别码，用以防止非法更换，保证电池安全性，电池管理芯片定时采集移动电池各电池模块的物性数据和工作环境数据，保存后上传到远程数据服务器中进行电池全寿命周期的评价。
所述的移动电池箱通过整体替换的方式适用于太阳能电板、内燃机发电机、燃料电池和一次性化学电池的电能接入。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、移动电池模块的尺寸小、重量低，可纯人工搬运，移动电池模块电压为较低电压，能够有效避免人员搬运和接插过程中的操作风险。
2、移动电池身份信息包括标称物性数据、极限物性数据、当前物性数据接口、警告信息及控制信息交换功能，车辆可实时获得必要数据来完成取电或控制移动电池工作。
3、满足基本物性要求的电池或电存储器件都可以作为移动电池接入移动电池箱，即可兼容未来的电池或其他种类的供电模块。
4、移动电池箱安装于远离乘员舱的前车厢内，前车厢与乘员舱通过防火隔离墙隔绝移动的电池危险，并且能够增加车辆的主控安全性，为了使电池箱拥有安全的散热和挤压冗余空间，本发明将电机、固定电池等动力部件均放置于后箱附近，前轴附近仅设置前轴差速器来传动。
5、对于四驱车辆，当移动电池模块数量从0个到满装时，考虑到车辆重量和车辆重心的变动，车辆的驱动、转向等必要性能都需要满足安全要求，通过加装配备主动调节高度和强度机构的前轮避震可以适应不同数量重量的电池。
6、本发明通过移动电池数量可配置的接入，移动电池通过多个低电压电池模块串并联后实现高电压接入车辆，当需要长距离运行时，可随时插入电池或更换电池，实现快速增加续航。
附图说明
图1为单电机四驱驱动方式的原理示意图。
图2为双电动四驱驱动方式的原理示意图。
图3为双电动独立前后驱四驱第一种布局方式的原理示意图。
图4为双电动独立前后驱四驱第二种布局方式的原理示意图。
图5为本发明的系统布局示意图。
图6为电池箱的结构示意图。
图7为单电机四驱驱动方式的结构示意图。
图8为双电动同轴四驱驱动方式的结构示意图。
图9为前后电机独立前后驱四驱第一种布局方式的结构示意图。
图10为前后电机独立前后驱四驱第二种布局方式的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图5所示，本发明提供一种电动汽车四驱驱动系统，该驱动系统的移动电力储存及使用采用三层结构，具体包括：
(1)作为移动储电模块的移动电池；
(2)作为移动储电模块容器的电池箱(含接口)；
(3)移动电池接口及控制功能控制的电控系统。
各层结构的具体描述如下：
移动电池：具体为满足车辆启动及运行的电流电压要求的电池，同时物理上可安装在电池箱内部；且电池模块采用低压，保证单个电池模块不会造成人员触电损伤；移动电池可以采用单个电池模块，或者是电池模块串并联的组合；实际中可以采用镍氢电池、锂电池或其他能够提高电力的储能设备。
电池箱：为移动电池提供相应接口并实现移动电池的固定，并且在电池箱内部设有空气温度调节设备，配备箱内电池降温管路，箱壳具有隔温功能以及适当水密气密能力，为移动电池提供适宜的工作环境，包括加温，制冷和防碰撞保护等，如图6所示。
电池箱设置在汽车前桥上的前厢空间内，电池箱内设有多套接口组，每套接口组由动力电接入的防水接口和电池信号用防水接口，移动电池放入电池箱内固定位置后接入两个接口：
动力电接口：低压大电流，在无电池接入时使用自带密封盖密封；
电池信号接口：向车辆或远程数据服务器提供电池信息，包括电池适用标准、厂家、生产日期、各种电压、各种电流、各种温度、重量、体积以及各种(设计，最大，最小，瞬时，当前)内阻等信息，用以进行全寿命周期管理。
基于以上驱动系统结构，本发明的驱动方式具体描述如下：
前桥所处车辆前厢空间内不安装发动机或电动机等占用空间的动力设备，原则上为车辆前厢空出空间安装电池箱及相关设备。
驱动方式I、电动机(一台或多台)安装于车辆后厢的后桥差速器附近，后桥差速器连接其中一台电动机，前桥差速器动力由传动轴连接的另一台电动机提供。
驱动方式II、电动机(一台或多台)安装于车辆后厢的后桥差速器附近，后桥差速器连接中央差速器，前桥差速器动力由连接至中央差速器的传动轴提供，中央差速器至少通过一台电动机提供动力。
驱动方式III、以上两种方式的混合。
基于上述驱动系统及驱动方式，本发明涉及的电动汽车工作原理如下：
一、驱动部分
驱动系统由电机、四驱传动机构、预安装固定电池、移动电池、电池箱及电控系统组成，驱动方式包括以下三类：
(1)单电机四驱：单电机+中央差速器+传动轴+前桥差速器+后桥差速器(如图1和7所示)，该方式采用单电机能有效降低成本，且单电机控制简单，加速能力平和，能耗低，适用于日常使用的普通车辆；
(2)双电动四驱：(第一电机+第二电机)+中央差速器+传动轴+前差速器+后差速器(如图2和8所示)，该方式采用双电机，成本稍高，但加速能力强，电控及驱动力分配通过中央差速器机械控制，控制方式与单电机四驱类似，控制简单；
(3)双电动独立前后驱四驱：前驱(第一电机+传动轴+前差速器)+后驱(第二电机+后差速器)，包括两种布局方式：
第一种布局方式(如图3和9所示)，第一电机和第二电机均布置在汽车后座空间内；
第一种布局方式(如图4和10所示)，第一电机和第二电机分别布置在汽车前部和后部的差速器附近位置，便于传动。
该方式前后独立电机分别控制，且控制复杂，但能实现前后轮独立驱动，实现优越的道路适应能力和脱困能力，用于多用途车辆。
二、供电部分
1、该车辆由车载电控系统控制电池为电机供电行驶，控制内容具体包括：
(1)预装固定电池单独供电；日常短途使用，电池轻，整车重量低，顾能耗低，相对大电量车型加速优秀，且车前部电池箱内无移动电池，转向轴质量轻，转向灵敏，方便日常使用；
(2)预装固定电池与移动电池混合供电；用于长续航模式或高供电性能下高加速性能的使用模式；
(3)移动电动单独供电；用于长续航模式并提供最小化固定电池损耗的模式，延长固定电池使用时间寿命，可使整车长寿命情况下同时都处于优异的性能状态(预装固定电池可最小量使用，顾极少衰减)；
(4)移动电池供电，同时给预装固定电池充电，用于紧急情况下的续航模式，当固定电池接近耗尽同时需要紧急行车并在行车完成后需要保证固定电池电量充足的情况下使用，如无电情况下上高速，在高速入口前后装入移动电池，依靠移动电池完成高速行程后，下高速前后归还移动电池后，此时固定电池已被充入适当电量，可以依靠固定电池完成后续行程。
该模式在最大限度降低电池续航焦虑的同时最短时间占用租用的移动电池(由于固定电池在行进中被充满电，故可尽快转为固定电池续航，所以可及时或随时归还租用移动电池，以此提高电池租还的随意性，降低电池租还的空间和时间限制)。该模式突破了固定充电桩充电必须停车等待的限制，变为移动中充电，不再需要占用充电场地和浪费充电时间，同时避免停车充电下急速高压需求带来得对电池加大损耗和对电网的供电压力，及相关危险。
2、停车状态下由电控系统控制电池充电，具体包括：
(1)通过外接电缆为预装固定电池充电，在停车时使用固定充电桩充电。
(2)通过移动电池为预装固定电池充电，停车无需固定充电桩情况下，使用任何途径获得的移动电池插入车辆后，为预装固定电池充电，例如：在没有充电桩的停车位实现停车充电，拓展了电动车的购买限制(没有固定停车位或无法安装充电桩将不再成为购买电动车阻碍)，使充电方式更加无时间限制无地点限制，可实现行驶途中的紧急补电。
(3)外接电缆为移动电池充电，虽然在功能上可以实现，但实际中为了安全应避免使用该功能。3、电池箱的主要功能如下：
(1)提供电池工作的温度环境，包括低温下加热和高温下制冷；
(2)电池固定，包括提供指定规格电池的快速装卸、固定、减震，并兼容多种尺寸的电池；
(3)电池电力汇集输送，具体包括：
①按车型要求，对电力汇集按不同串并联方式汇集；
②按容错及控制需要的要求，电力输出分集中输出、分电压输出和分电流输出方式；
(4)电池信息采集汇集，具体包括：
①采集每个移动电池组的信息并与车辆交互；
②车辆或电池箱对电池信息校验并验证可验证的数据(电压、内阻等)；
③车辆通过电池箱对电池的接入状态进行控制，包括可接入、受限接入(低电流使用)、接入报警(仅安装不加入系统不供电)以及报警并禁止该车辆在安装被报警电池情况下运行；
(5)、移动电池运行及安全控制策略：
1、移动电池配备带信息存储功能的电子芯片，并且芯片具有唯一的身份识别码。
2、所有储存的信息和识别码均预存于远程服务器中并已进行信息核对，用以鉴别芯片及电池真伪，判定电池是否可以使用。
3、芯片定时采集移动电池内各电池模块(按电池材料及封装工艺不同，一个电池模块可以包含1个或多个电池模块)的物性数据，保存尽可能多的最近物理性质及工作环境的数据，保存超标及严重超标的数据，并主动或被动的上传数据到远程服务器中(防止芯片上数据被篡改或丢失)，以此作为电池全寿命周期的评价数据，以此判定电池物性数据、性能、寿命、风险、价值等，也可作为电池租用成本及费率的计量基础，基于采集到的数据，芯片或服务器检测与芯片配套的当前电池特征数据的波动是否超出偏差来判定电池是否被非法更换，用于增强电池安全性评估。
不同种类电池的物性数据可以不同，按电池种类不同芯片类型也可以不同，通过设置通用的数据接口即可完成与电池箱、车辆控制器或充电服务站控制器的通信。
4、供电部分能够满足非常规电池类移动供电模块的使用，包括太阳能电板接入、内燃机发电机装入、燃料电池装入以及一次性化学电池(铝空气电池、锌空气电池、镁空气电池)装入，并且电池箱可由以上设备进行整体替换。
5、车辆本身带有预装固定电池，因此在固定电池能力范围内的行程可以以最低能耗运行，因为此时未加装移动电池，车重最低可满足基本用车需求，由于车辆能够使用最少的预装固定电池运行，配合四驱特性，车辆能够以最大的加速减速性能运行，而避免了一般车辆考虑到续航性能则必须大电池大重量即高能耗低效率运行，采用最少量的预装固定电池可以不必追求电池质量能量密度和体积能量密度最大化，更不会造成因该最大化追求导致的电池安全下降，可以以电池安全为最大化设计目标。
6、满足接口的软硬件标准的电池都可以接入电池箱中，而且无须受到汽车厂家限制，由于移动电池置于汽车前厢，电池意外的危险对车辆及车内人员的危险已在空间上被降到最低，其他位置的换电方式都存在电池意外风险或故意风险对车内人员的极大威胁，所以其他现有的换电方案存在更大的人身伤害风险，致使其他方案的可行性降低。
7、由于移动电池可以对预安装固定电池充电，所有车辆可以在依靠移动电池续航同时充电，即车辆可以在脱离移动电池时随时处于相对满电状态，实现移动充电功能，目前都是固定充电桩充电，这使电动车的机动性能极大化，并且也可实现停车期间移动电池给预装固定电池充电，如在无充电桩地点停车充电(无充电设施的小区，户外借用其他车辆上的移动电池应急充电)。
8、移动电池采用小型化接口化方式，使充换电设施设备的要求标准都简化，成本将降低，移动电池可向高电量长续航，低电量低成本，高性能高电流等完全不同的特征进行生产和设计，以实现不同消费需求或性能需求或环保需求。
Claims (10)
1.一种电动汽车四驱驱动系统，其特征在于，该驱动系统包括：
移动电池箱：设置在汽车前厢空间内且安装在前轴附近位置，内置电池模块数量可配置的移动电池以及与电池模块配套的接口组；
预装固定电池：设置在汽车底部空间内，用以为电机提供电能；
电机：设置在汽车后座空间内且数量为一个或多个，通过传动轴连接前桥差速器和后桥差速器；
车载电控系统：用以实现移动电池与预装固定电池的供电方式的控制。
2.根据权利要求1所述的一种电动汽车四驱驱动系统，其特征在于，该驱动系统包括以下驱动方式：
(1)单电机四驱方式：
在该驱动方式中，电机仅设置一台，该电机的输出轴依次通过中央差速器和传动轴后分别与前桥差速器和后桥差速器传动连接；
(2)双电动四驱方式：
在该驱动方式中，电机设有两台，其中，第一电机和第二电机均与中央差速器连接，中央差速器通过传动轴分别与前桥差速器和后桥差速器传动连接；
(3)双电动独立前后四驱方式：
在该驱动方式中，电机设有两台，其中，第一电机单独通过第一传动轴与前桥差速器传动连接实现独立前驱，第二电机单独通过第二传动轴与后桥差速器传动连接实现独立后驱，所述的第一电机和第二电机均设置在汽车后座空间内，或者分别布设在对应差速器附近位置。
3.根据权利要求1所述的一种电动汽车四驱驱动系统，其特征在于，所述的车载电控系统实现电机供电方式具体包括：
(1)预装固定电池单独供电，用于日常短途使用模式；
(2)预装固定电池与移动电池混合供电，用于长续航模式或高供电性能下高加速性能的使用模式；
(3)移动电动单独供电，用于长续航模式并提供最小化固定电池损耗模式；
(4)移动电池供电，同时给预装固定电池充电，用于紧急情况下的续航模式。
4.根据权利要求3所述的一种电动汽车四驱驱动系统，其特征在于，当预装固定电池能够满足目标行驶里程时，则选择预装固定电池单独供电方式，当预装固定电池不能满足目标行驶里程时，则选择预装固定电池与移动电池混合供电方式，当预装固定电池电量不足且无法通过供电桩充电时，则选择移动电动单独供电或移动电池供电，同时给预装固定电池充电方式。
5.根据权利要求3所述的一种电动汽车四驱驱动系统，其特征在于，在当固定电池接近耗尽且需要紧急行车并在行车完成后需要保证固定电池电量充足的情况下进行紧急情况下的续航模式，具体为：
当在无电情况下上高速时，在高速入口前后装入移动电池，依靠移动电池完成高速行程后，下高速前后归还移动电池，此时固定电池已被充入适当电量，依靠固定电池完成后续行程。
6.根据权利要求4所述的一种电动汽车四驱驱动系统，其特征在于，所述的电池模块采用低压电池模块，保证安全便于搬运，多个低压电池模块通过串联的方式形成多组高压移动电池组，以满足电机驱动的电压要求，所述的多组高压移动电池组通过数量可配置的方式并联接入到移动电池箱内，配置高压移动电池组的数量由目标行驶里程以及当前预装固定电池电量状态决定，实现移动电池的适应配置。
7.根据权利要求6所述的一种电动汽车四驱驱动系统，其特征在于，在配置高压移动电池组数量时保证车辆前后重量分布均衡，通过配置主动调节高度和强度机构的前轮避震，避免影响正常的驱动和转向操作。
8.根据权利要求1所述的一种电动汽车四驱驱动系统，其特征在于，所述的移动电池箱内设有温控装置，用以实现移动电池工作环境温度的调节，并且提供适用于不同型号电池模块或不同类型供能设备供能的通用接口组，所述的接口组包括动力电接口和电池信号接口，移动电池通过动力电接口提供电能，并且通过电池信号接口与移动电池箱内置的电池管理芯片通信，实现电池寿命和运行状态的全周期管理，且通用接口组均具有防水功能。
9.根据权利要求8所述的一种电动汽车四驱驱动系统，其特征在于，所述的电池管理芯片带有数据存储功能，并且具有校核过的唯一身份识别码，用以防止非法更换，保证电池安全性，电池管理芯片定时采集移动电池各电池模块的物性数据和工作环境数据，保存后上传到远程数据服务器中进行电池全寿命周期的评价。
10.根据权利要求8所述的一种电动汽车四驱驱动系统，其特征在于，所述的移动电池箱通过整体替换的方式适用于太阳能电板、内燃机发电机、燃料电池和一次性化学电池的电能接入。
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