CN114335767B - 电池总成、电动汽车、换电站和充电方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种电池总成、电动汽车、换电站和充电方法。电池总成包括：结构框架；和位于结构框架内部的多个动力电池包、换电连接器、换电控制器、交流充电座、直流充电座、换电高压柜、电池水冷机组、交流车载充电机和高低压配套线缆；其中，换电高压柜包含BMS控制器；高低压配套线缆包含第一电压线缆和第二电压线缆，第一电压线缆所传输的信号电压高于第二电压线缆所传输的信号电压；换电控制器通过换电连接器和高低压配套线缆电连接至BMS控制器，多个动力电池包、交流充电座、直流充电座和交流车载充电机分别通过高低压配套线缆电连接至BMS控制器，电池水冷机组通过高低压配套线缆分别电连接至多个动力电池包和交流车载充电机。

Description

电池总成、电动汽车、换电站和充电方法

技术领域

本公开涉及电动汽车技术领域，特别涉及一种电池总成、电动汽车、换电站和充电方法。

背景技术

目前，电动汽车换电总成只具备国标直流充电能力，无法适应国外欧规充电市场，且换电车辆不具备慢充能力（国标和欧规标准的慢充都不具备）。另外，电池在脱离车体的情况下，只能依靠充电站进行直流快充，充电站也只能用于为换下来的电池进行充电，无法用于对其他完整的车辆以正常充电方式进行整车充电，对车辆充电灵活性和换电站配套的充电桩的利用率比较低。针对这样的充电车，可能需要额外投入直流或者交流充电桩的建设费用，造成重复投资浪费。而国外的电力系统和充电桩运营及土地规划权限，所属部门及机构或公司运营状态与国内有很大的差异，难于按照国内的推广和运营方案进行复制推广。

发明内容

本公开解决的一个技术问题是：提供一种电池总成，以提高车辆的使用灵活性。

根据本公开的一个方面，提供了一种电池总成，包括：结构框架；和位于所述结构框架内部的多个动力电池包、换电连接器、换电控制器、交流充电座、直流充电座、换电高压柜、电池水冷机组、交流车载充电机和高低压配套线缆；其中，换电高压柜包含电池管理系统BMS控制器；所述高低压配套线缆包含第一电压线缆和第二电压线缆，所述第一电压线缆所传输的信号电压高于所述第二电压线缆所传输的信号电压；所述换电控制器通过所述换电连接器和所述高低压配套线缆电连接至所述BMS控制器，所述多个动力电池包、所述交流充电座、所述直流充电座和所述交流车载充电机分别通过所述高低压配套线缆电连接至所述BMS控制器，所述电池水冷机组通过所述高低压配套线缆分别电连接至所述多个动力电池包和所述交流车载充电机。

在一些实施例中，所述电池总成还包括：标准转换装置，通过所述高低压配套线缆电连接至所述BMS控制器。

在一些实施例中，所述交流充电座和所述直流充电座为交直流一体充电座。

在一些实施例中，所述BMS控制器被配置为当执行第一标准直流快速充电模式时，在换电站内的第一标准直流充电桩的充电枪插入所述直流充电座的情况下被所述第一标准直流充电桩唤醒，与所述第一标准直流充电桩执行充电握手通讯，控制导通所述换电高压柜内的快充回路以便所述第一标准直流充电桩将符合所述BMS控制器要求的高压直流电通过所述直流充电座和所述快充回路输入到所述动力电池包，以及在充电结束后、或者出现故障时、或者接收到终止信号后，发起充电结束流程，控制断开所述换电高压柜内的快充回路。

在一些实施例中，所述BMS控制器被配置为在换电站内对离车的电池总成执行第一标准直流快速充电模式时，在所述换电站内的第一标准直流充电桩的高压直流电从所述换电连接器的高压充电接口输入或者从所述电池总成的直流充电座输入的情况下，被所述第一标准直流充电桩唤醒，与所述第一标准直流充电桩执行充电握手通讯，控制导通所述换电高压柜内的快充回路以便所述第一标准直流充电桩将符合所述BMS控制器要求的高压直流电通过所述直流充电座和所述快充回路输入到所述动力电池包，以及在充电结束后、或者出现故障时、或者接收到终止信号后，发起充电结束流程，控制断开所述换电高压柜内的快充回路。

在一些实施例中，所述标准转换装置和所述BMS控制器被配置为当执行第二标准直流快充模式时，在换电站内的第二标准直流充电桩的充电枪插入直流充电座的情况下，被所述第二标准直流充电桩唤醒；所述标准转换装置还被配置为在所述第二标准直流充电桩与执行第一标准充电的所述BMS控制器之间执行通讯转换功能，并协助所述BMS控制器完成与所述第二标准直流充电桩的充电握手通讯；所述BMS控制器还被配置为控制导通所述换电高压柜内的快充回路，以便所述第二标准直流充电桩将符合所述BMS控制器要求的高压直流电通过所述直流充电座和所述快充回路输入到所述动力电池包，还被配置为在充电结束后、或者出现故障时、或者接收到终止信号后，发起充电结束流程，控制断开所述换电高压柜内的快充回路。

在一些实施例中，所述标准转换装置和所述BMS控制器被配置为在换电站内对离车的电池总成执行第二标准直流快速充电模式时，在所述换电站内的第二标准直流充电桩的高压直流电从所述换电连接器的高压充电接口输入或者从所述电池总成的直流充电座输入的情况下，被所述第二标准直流充电桩唤醒；所述标准转换装置还被配置为在所述第二标准直流充电桩与执行第一标准充电的所述BMS控制器之间执行通讯转换功能，并协助所述BMS控制器完成与所述第二标准直流充电桩的充电握手通讯；所述BMS控制器还被配置为控制导通所述换电高压柜内的快充回路，以便所述第二标准直流充电桩将符合所述BMS控制器要求的高压直流电通过所述直流充电座和所述快充回路输入到所述动力电池包，还被配置为在充电结束后、或者出现故障时、或者接收到终止信号后，发起充电结束流程，控制断开所述换电高压柜内的快充回路。

在一些实施例中，所述BMS控制器和交流车载充电机被配置为当执行第一标准交流慢速充电模式或第二标准交流慢速充电模式时，在整车充电模式下，在交流充电桩的充电枪接入所述电池总成的交流充电座的情况下，被所述交流充电桩唤醒；所述BMS控制器还被配置为执行与所述交流充电桩的握手通讯，按照所述动力电池包、所述交流充电桩和所述交流车载充电机的输入能力和输出能力执行交流充电。

根据本公开的另一个方面，提供了一种电动汽车，包括：如前所述的电池总成。

根据本公开的另一个方面，提供了一种换电站，包括：充电桩、换电充电底座、第一换电纵轨、第二换电纵轨、换电横轨和换电吊装机构；其中，所述换电横轨架设在所述第一换电纵轨和所述第二换电纵轨上，所述换电吊装机构设置在所述换电横轨上，所述充电桩和所述换电充电底座分别设置在所述第一换电纵轨的周围；所述充电桩和换电充电底座分别用于为如前所述的电池总成充电。

在一些实施例中，所述充电桩包括直流充电桩；所述直流充电桩为第一标准直流充电桩或第二标准直流充电桩。

在一些实施例中，所述充电桩还包括交流充电桩。

根据本公开的另一个方面，提供了一种充电方法，包括：利用如前所述的换电站对如前所述的电池总成充电。

在一些实施例中，通过在换电站内的换电充电底座上充电的模式、整车充电的模式或者在换电站内离车充电的模式利用所述换电站对所述电池总成充电。

在一些实施例中，通过在换电站内的换电充电底座上充电的模式利用所述换电站对所述电池总成充电的步骤包括：所述电池总成被放置在所述换电充电底座上，所述换电充电底座内的换电高压接口上升到顶部位置并固定，且与所述电池总成电连接以对所述电池总成充电，并且断开所述充电桩的充电枪的输出回路。

在一些实施例中，通过整车充电的模式利用所述换电站对所述电池总成充电的步骤包括：利用所述充电桩的充电枪对外部整车的电池总成直接充电，并且所述换电充电底座的换电高压接口下降，与所述电池总成的充电回路分离。

在一些实施例中，通过在换电站内离车充电的模式利用所述换电站对所述电池总成充电的步骤包括：所述电池总成被放置在所述换电充电底座上，利用所述充电桩的充电枪对所述电池总成直接充电，并且所述换电充电底座的换电高压接口下降，与所述电池总成的充电回路分离。

在上述电池总成中，由于在电池总成中设置了交流车载充电机，并设置了交流充电座和直流充电座，可以实现电池总成具备换电和交流及直流充电两种充电类型，从而提高车辆的使用灵活性。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是示出根据本公开一些实施例的电池总成的结构框图；

图2是示出根据本公开另一些实施例的电池总成的结构框图；

图3是示出根据本公开一些实施例的电池总成的结构连接图；

图4是示出根据本公开一些实施例的换电站的结构示意图；

图5是示出根据本公开一些实施例的充电桩通过换电站内的换电充电底座对电池总成充电的示意图；

图6是示出根据本公开一些实施例的充电桩对外部车辆进行整车充电的示意图；

图7是示出根据本公开一些实施例的充电桩通过换电总成的充电座对电池总成进行离车充电的示意图；

图8是示出根据本公开一些实施例的换电站对电池总成充电的方法的示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

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，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

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。

图1是示出根据本公开一些实施例的电池总成的结构框图。图3是示出根据本公开一些实施例的电池总成的结构连接图。下面结合图1和图3详细描述根据本公开一些实施例的电池总成。

如图1所示，电池总成（也可以称为换电电池总成）包括：结构框架（也可以称为换电后背结构框架）101，和位于该结构框架101内部的多个动力电池包102、换电连接器103、换电控制器104、交流充电座105、直流充电座106、换电高压柜110、电池水冷机组120、交流车载充电机130和高低压配套线缆140。换电高压柜110包含BMS（Battery ManagementSystem，电池管理系统）控制器111。高低压配套线缆140包含第一电压线缆和第二电压线缆，第一电压线缆所传输的信号电压高于第二电压线缆所传输的信号电压。即，第一电压线缆为高压线缆，第二电压线缆为低压线缆。例如，交流充电座105和直流充电座106可以为交直流一体充电座。

需要说明的是，图3中不同设备之间的连接线表示高低压配套线缆140。在一些实施例中，如图3所示，换电控制器104和换电连接器103被设置在一起。

如图3所示，换电控制器104通过换电连接器103和高低压配套线缆140电连接至BMS控制器111。多个动力电池包102、交流充电座105、直流充电座106和交流车载充电机130分别通过高低压配套线缆电连接至BMS控制器111。电池水冷机组120通过高低压配套线缆140分别电连接至多个动力电池包102和交流车载充电机130。

结构框架101用于提供结构支撑，固定和容纳内部所有设备。结构框架可以与换电站内的换电充电底座（也可以称为换电后背底座）连接固定，与换电充电底座之间可通过已知的换电操作进行分离和固定，实现结构连接和解锁，高压电源连接和分断、低压信号线连接和分断功能。

高低压配套线缆140用于将动力电池包102、水冷机组120、交流车载充电机130、换电高压柜110、换电连接器103、交/直流充电座（例如，国标/欧规的交/直流充电座）等按照功能原理进行连接。低压线缆用于提供所有换电总成内部设备部件的电压电源及控制信号连接。

所述多个动力电池包102按照原理串并联后用于提供整车动力电源，并作为储能部件存储电能。

电池水冷机组120在动力电池进行大功率充/放电时，电芯温度过高或者电芯温差较大时，对动力电池和交流车载充电机进行冷却。由水冷管路将三者的冷却接口相连。

交流车载充电机130用于对动力电池包进行交流慢充充电。

换电高压柜110包含高压接触器、铜排、高压保险、高低压插件等部件，用于实现动力电池电能接入。电源按控制需求分配输出，交流慢充或直流快充电能输入等汇流和分段的功能执行。

换电控制器104用于实现车辆换电功能和换电过程的通讯、监管和控制。

BMS控制器111用于对动力电池包的电芯参数信息负责采集汇总和对电池故障状态的监控外发，管理电池充放电能力，并控制上下电和充电流程，控制相应高压接触器执行上下电和充电流程及电池包的加热和冷却。

至此，提供了根据本公开一些实施例的电池总成。该电池总成包括：结构框架；和位于结构框架内部的多个动力电池包、换电连接器、换电控制器、交流充电座、直流充电座、换电高压柜、电池水冷机组、交流车载充电机和高低压配套线缆。由于在电池总成中设置了交流车载充电机，并设置了交流充电座和直流充电座，可以实现电池总成具备换电和交流及直流充电两种充电类型，从而提高车辆的使用灵活性。另外，上述电池总成为充换两用换电电池总成。

图2是示出根据本公开另一些实施例的电池总成的结构框图。

如图2所示，电池总成包括：结构框架101，和位于该结构框架101内部的多个动力电池包102、换电连接器103、换电控制器104、交流充电座105、直流充电座106、换电高压柜110、电池水冷机组120、交流车载充电机130和高低压配套线缆140。

在一些实施例中，如图2所示，该电池总成还可以包括标准转换装置150。如图3所示，标准转换装置150通过高低压配套线缆140电连接至BMS控制器111。例如，该标准转换装置150为欧规转换装置。该欧规转换装置用于在电池总成为欧规充电标准时，提供欧规和国标充电通讯的信号的转换和控制。该欧规转换装置可以采用已知的欧规转换装置。

在一些实施例中，电池总成包括：结构框架、若干个动力电池包、换电连接器、换电控制器、1套或2套交直流一体充电座。在双枪充电情况下，交直流一体充电座为2套。在单枪充电的情况下，交直流一体充电座为1套。该交直流一体充电座可实现欧规快慢充两种功能，2套交直流一体充电座则可实现交直流均具备双枪充电能力。如果充电座为国标座，则电池总成包括1套直流充电座和1套交流充电座，或者包括2套直流充电座和2套交流充电座。电池总成还包括1套或2套欧规转换装置。例如，在充电采用欧规单枪直流快充的情况下电池总成包括1套欧规转换装置，在充电采用欧规双枪直流快充的情况下电池总成包括2套欧规转换装置。电池总成还包括换电高压柜、BMS控制器、电池水冷机组、1个或2个交流车载充电机（数量根据慢充单枪还是双枪而定）和高低压配套线缆。

另外，电池总成也可以包含1-2套国标或欧规交流充电插座（或交直流一体插座），换电高压柜内设置有1-2套交流充电回路，实现国标或欧规单枪或双枪交流充电。

欧规后背换电电池总成可以包含1-2套欧规充电转换装置（EVCC）和1-2套国标/欧规直流快充座（欧规为交直流一体座），换电高压柜内有1-2套直流充电回路，可实现国标或欧规单枪或双枪直流充电。

欧规后背换电电池总成包含1-2套电池水冷机组（可以根据电池电量大小、充放电功率大小、电池水冷机组散热能力大小而确定）。

换电连接器除了包含高压放电回路，还可以选择性地配套1-2路高压直流充电回路和1-2套高压交流充电回路（可以根据国标或欧标两种标准、换电站是否采用离车充电、换电站是否采用站内底座充电的三种模式及交/直流充电各采用单枪还是双枪而确定）。

交流车载充电机的数量根据是电池总成采用单枪慢充来充电还是采用双枪慢充来充电来确定。在采用单枪慢充来充电的情况下，电池总成包括1个交流车载充电机；在采用双枪慢充来充电的情况下，电池总成包括2个交流车载充电机。

在另一些实施例中，该电池总成还可以包括冷却水管路160，该冷却水管路160可以将电池水冷机组120、动力电池包102和交流车载充电机130的冷却接口相连。

在一些实施例中，BMS控制器111被配置为当执行第一标准（例如国标）直流快速充电模式时，在换电站内的第一标准直流充电桩的充电枪插入直流充电座的情况下被第一标准直流充电桩唤醒，与第一标准直流充电桩执行充电握手通讯，控制导通换电高压柜内的快充回路以便第一标准直流充电桩将符合BMS控制器要求的高压直流电通过直流充电座和快充回路输入到动力电池包，以及在充电结束后、或者出现故障时、或者接收到终止信号（例如操作人员通过终止按键发出的终止信号）后，发起充电结束流程，控制断开换电高压柜内的快充回路。

例如，当进行国标直流快充时，充电桩的充电枪插入直流快充座，充电桩唤醒BMS并进行充电握手通讯，BMS按需闭合换电高压柜内与直流快充相关的接触器以连通快充回路，充电桩将符合BMS要求的高压直流电通过快充座和高压柜内的充电回路输入到电池包内以实现高压直流充电，充电结束后BMS发起充电结束流程，并断开高压柜内与直流充电相关的接触器，拔枪后完成充电过程，国标直流充电支持双枪快充。

需要说明的是，本领域技术人员能够明白，换电高压柜内的接触器可以起到开关的作用，通过多个接触器的开关操作来实现不同的充电回路，例如可以采用本领域技术人员已知的电路连接结构来实现不同的充电回路。

还需要说明的是，本公开的术语“快充”和“慢充”是相对的两个术语，“快充”指的是DC直流充电，“慢充”指的是AC交流充电。因为充电机结构构成的原因，DC直流充电的充电机机构在外部充电桩内且已经升压为高电压，同等功率下电流要小，车辆不用在意因充电功率增大而带来的设备体积和重量的大幅增加及充电插座输电线缆载流能力上限的限制，因而通常可以实现较大的充电功率，对于同一台车来说也就是同等情况下实现了更快的充电速度，而AC交流充电机的变压整流机构是装在车上的车载慢充机，且输入的为未经升压的交流电导致同等输电功率下电流更大，因而受车辆安装空间和重量及充电输电线缆载流能力等因素限制，因此AC车载充电机通常功率较小而导致功率较小，从而相同条件下充电速度相对较慢。当前，本领域技术人员能够理解，不排除有些移动DC直流充电桩为了缩小体积和重量实现便携性而缩小功率降低充电速度的情况，也不排除有个别车型为提高AC慢充速度而牺牲空间和重量限制采用更大充电功率的AC车载充电机的情况。上述术语针对普遍理解的正常情况而对DC直流充电和AC交流充电的代称。因此，本领域技术人员能够明白这里“快充”和“慢充”的含义。

在另一些实施例中，BMS控制器111被配置为在换电站内对离车的电池总成执行第一标准直流快速充电模式时，在换电站内的第一标准直流充电桩的高压直流电从换电连接器的高压充电接口输入或者从电池总成的直流充电座输入的情况下，被第一标准直流充电桩唤醒，与第一标准直流充电桩执行充电握手通讯，控制导通换电高压柜内的快充回路以便第一标准直流充电桩将符合BMS控制器要求的高压直流电通过直流充电座和快充回路输入到动力电池包，以及在充电结束后、或者出现故障时、或者接收到终止信号后，发起充电结束流程，控制断开换电高压柜内的快充回路。

例如，在换电站内对离车的换电电池包进行国标直流快充时，站内国标充电桩的高压直流电从换电连接器的高压充电接口输入，也可采用换电电池总成的国标直流充电座输入（站内换电总成底座提供低压电源，提供在整车时所需的技术状态条件）。这样的电池总成具备双输入能力，其他过程与国标整车充电过程基本相同或相似。国标直流充电桩可选择装在换电站的换电充电底座与外部充电车辆停车位之间的位置，方便国标快充桩就近使用。这里，换电充电底座是具有充电功能的换电底座。

在另一些实施例中，标准转换装置150和BMS控制器111被配置为当执行第二标准（例如欧规）直流快充模式时，在换电站内的第二标准直流充电桩的充电枪插入直流充电座的情况下，被第二标准直流充电桩唤醒；标准转换装置150还被配置为在第二标准直流充电桩与执行第一标准充电的BMS控制器之间执行通讯转换功能，并协助BMS控制器完成与第二标准直流充电桩的充电握手通讯；BMS控制器111还被配置为控制导通换电高压柜内的快充回路，以便第二标准直流充电桩将符合BMS控制器要求的高压直流电通过直流充电座和快充回路输入到动力电池包，还被配置为在充电结束后、或者出现故障时、或者接收到终止信号后，发起充电结束流程，控制断开换电高压柜内的快充回路。

例如，当进行欧规直流快充时，换电电池总成内安装有欧规充电转换装置（EVCC），欧规充电桩的充电枪插入欧规直流快充座，充电桩唤醒欧规充电转换装置，并进一步唤醒BMS控制器，欧规充电转换装置充当欧规充电桩和执行国标充电标准的BMS控制器之间通讯转换工作，协助BMS控制器完成与欧规充电桩的充电握手通讯，BMS控制器按需闭合换电高压柜内与直流快充相关的接触器以连通快充回路，充电桩将符合BMS要求的高压直流电通过直流快充座和换电高压柜内的充电回路输入到电池包内以实现欧规高压直流充电；充电结束后BMS控制器发起充电结束流程，并断开高压柜内直流充电相关接触器，拔枪后完成充电过程。欧规直流充电支持双枪快充，此时需要安装2个欧规充电转换装置，各控制一路欧规直流快充回路，需要各匹配一套欧规直流充电座和相应的高压柜内的直流快充回路。

在另一些实施例中，标准转换装置150和BMS控制器111被配置为在换电站内对离车的电池总成执行第二标准直流快速充电模式时，在换电站内的第二标准直流充电桩的高压直流电从换电连接器的高压充电接口输入或者从电池总成的直流充电座输入的情况下，被第二标准直流充电桩唤醒；标准转换装置150还被配置为在第二标准直流充电桩与执行第一标准充电的BMS控制器之间执行通讯转换功能，并协助BMS控制器完成与第二标准直流充电桩的充电握手通讯；BMS控制器111还被配置为控制导通换电高压柜内的快充回路，以便第二标准直流充电桩将符合BMS控制器要求的高压直流电通过直流充电座和快充回路输入到动力电池包，还被配置为在充电结束后、或者出现故障时、或者接收到终止信号后，发起充电结束流程，控制断开换电高压柜内的快充回路。

例如，在换电站内对离车的换电电池包进行欧规直流快充时，站内欧规充电桩的高压直流电从换电连接器的高压充电接口输入，也可采用换电电池总成的欧规直流充电座输入（站内换电总成底座提供低压电源，提供在整车时所需的技术状态条件）。这样的换电电池总成具备双输入能力，其他过程与欧规整车充电过程基本相同或相似。可以选择欧规直流充电桩安装在换电站的换电充电底座与外部充电车辆停车位之间的位置，从而方便欧规快充桩的就近使用。

因此，站内充电桩可直接采用已有的国标或欧规充电桩，无需进行特殊改造即可用于相应的国标或欧规换电站，用于对站内离车换电电池或对站外充/换电车辆进行普通的整车充电。也可选择将国标或者欧规直流充电桩进行改造，保留充电枪的同时，外引一路充电回路接到站内离车换电座底部的配电机构和换电插件的快充充电功能脚，实现直流快充充电桩在整车充电枪和换电充电底座及换电总成的换电充电口的三个充电方式之间的灵活选择。

在另一些实施例中，BMS控制器111和交流车载充电机130被配置为当执行第一标准交流慢速充电模式或第二标准交流慢速充电模式时，在整车充电模式下，在交流充电桩的充电枪接入电池总成的交流充电座的情况下，被交流充电桩唤醒；BMS控制器111还被配置为执行与交流充电桩的握手通讯，按照动力电池包、交流充电桩和交流车载充电机的输入能力和输出能力执行交流充电。

例如，当进行国标或欧规交流慢充时，在整车充电模式下，交流充电桩的充电枪接入换电电池总成附带的交流充电座，唤醒BMS控制器和车载交流充电机，由BMS控制器完成与交流充电桩的握手通讯，按照动力电池、交流充电桩及车载充电机各自的输入和输出能力开始交流充电，交流桩输出的交流电流从交流桩的充电枪经换电电池总成的交流充电座输入到交流车载充电机（也可以称为车载交流慢充机）内，由交流车载充电机输出高压直流电，经高压柜交流慢充充电回路传输给动力电池，完成交流充电。国标或欧规交流慢充均可支持双枪充电，在这样的情况下，可以在换电电池总成内安装两套交流车载慢充机，两套国标交流慢充座（欧规为两套交直流一体快充座），换电站内每个换电位安装两套交流充电桩。

另外，也可选择将交流充电桩进行改造，保留充电枪的同时，外引一路充电回路接到站内离车换电座底部配电机构和换电插件的慢充充电功能脚，实现交流慢充充电桩在整车充电枪、换电充电底座及换电总成的换电充电口的三个充电方式之间的灵活选择。交流充电桩可选择安装在站内换电充电底座内或附近位置，方便慢充桩在三种充电模式下就近使用。

通过以上技术方案，实现换电车具备充换一体能力，换电电池总成具备充换两用能力和三种充电模式，换电站内交/直流充电桩具备充换两用能力，同时具备国标和欧规两种技术状态下的整车交/直流充电、换电交/直流充电、离车交/直流充电的双标准三充电模式。

在本公开的一些实施例中，还提供了一种电动汽车。该电动汽车包括如前所述的电池总成。

在本公开的一些实施例中，还提供了一种换电站。该换电站包括：充电桩、换电充电底座、第一换电纵轨、第二换电纵轨、换电横轨和换电吊装机构。

换电充电底座可以兼容快充和慢充能力，但是出于效率，也就是充电功率大带来的充电速度，主要是按照快充方式来运营，这样可以尽快让电池处于满电备更换状态。换电充电底座的换电插件（换电高压接口）包含有大直径的直流充电线缆的接口，也有小直径的交流充电线缆接口，也有更小直径的普通信号线的接口，所以可以根据需求来设计布置线缆和功能。

在一些实施例中，充电桩包括直流充电桩。例如，直流充电桩为第一标准直流充电桩（即国标直流充电桩）或第二标准直流充电桩（欧规直流充电桩）。

在一些实施例中，充电桩还可以包括交流充电桩。

图4是示出根据本公开一些实施例的换电站的结构示意图。

如图4所示，换电站20包括：充电桩250、换电充电底座240、第一换电纵轨211、第二换电纵轨212、换电横轨220和换电吊装机构230。换电横轨220架设在第一换电纵轨211和第二换电纵轨212上。换电吊装机构230设置在换电横轨220上。充电桩250和换电充电底座240分别设置在第一换电纵轨211的周围。充电桩250和换电充电底座240分别用于为电池总成充电。另外，图4中还示出了充电电动车30（正在充电的电动汽车）和换电车（将要更换电池的电动汽车）40。

上述换电站为充换两用换电站，即具有充电功能和换电功能的换电站。

图5是示出根据本公开一些实施例的充电桩通过换电站内的换电充电底座对电池总成充电的示意图。

如图5所示，当换电站配套的充电桩用于对换电电池总成10进行站内充电时（包含直流快充或交流慢充、单枪或双枪、国标或欧规的情况），换电充电底座内的换电高压接口（也可以称为换电插件）310上升到顶位并固定，实现站内充电模式。

而充电桩250的充电枪252的输出回路，由特定的接触器断开充电线的高压正负输出回路来实现。该切换动作可由换电站内的相关控制器或控制系统，按实际需求发出模式切换指令，控制接触器通断状态以及控制换电充电底座的底部的高压换电接口升降，并由相关的状态检测传感器反馈执行结果，形成控制闭环，如果出现状态异常或未执行或者未执行到位的情况，则系统发出对应的故障报警信息，实现该模式下的充电功能硬件和逻辑互锁。

图6是示出根据本公开一些实施例的充电桩对外部车辆进行整车充电的示意图。

如图6所示，当换电站配套的充电桩250采用对外部整车充电模式时（可以是充电车或者充换两用车），负责充电桩的充电枪回路（包含直流快充或交流慢充、单枪或双枪、国标或欧规的情况）控制的接触器闭合，充电桩的挂枪处的锁止机构打开（或枪头锁止打开），充电桩的控制系统处于可对外充电模式，即，充电桩的充电枪252连接到电动车30的电池包以便进行充电，而换电站内换电充电底座的换电高压接口310下降，与换电电池总成的高压充电回路处于分离状态，实现该模式下的充电功能硬件和逻辑互锁。

图7是示出根据本公开一些实施例的充电桩通过换电总成的充电座对电池总成进行离车充电的示意图。

如图7所示，当采用换电站内离车充模式时，换电电池总成放置在换电站的换电充电底座上。换电站配套的充电桩250采用对外部整车充电模式，负责充电桩的充电枪回路控制的接触器闭合，充电桩250的挂枪处锁止机构打开（或枪头锁止打开），充电桩的控制系统处于可对外充电模式。虽然此时换电电池总成放置在换电站的换电充电底座上，但是换电站内换电底座的换电高压接口310下降，与换电电池总成的高压充电回路处于分离状态，此时可将充电枪252直接插入换电电池包的充电座进行充电，由换电底座通过低压插件提供整车状态（例如，低压电源、相关CAN（Controller Area Network，控制器局域网络）报文通讯等状态），实现离车充电模式，进而实现该模式下的充电功能硬件和逻辑互锁。

充电桩的充电枪输出回路接触器的通断和换电站内的换电高压接口的升降之间形成逻辑和硬件互锁，保证三种充电模式同一时刻只能执行一种模式的高压充电输出功能，避免安全隐患和误操作。

充电桩的充电枪可在挂枪位置设置固定锁止机构（或枪头本体带锁止机构），在接触器闭锁的同时提供枪头闭锁禁止拔枪，并且可在充电桩的操作界面显示提醒信息，提示目前该充电桩未处于对外充电模式，无法对外充电，请用户等待或尝试其他充电桩及充电模式。

目前，换电站实行多种换电方案，例如，后背式电池机械臂侧换电或后背式电池顶吊装式换电等众多途径，本公开对换电站的换电机构类型不做约束，这些换电机构均可适应匹配。

整车和换电站均可应用于国标或欧规充电两种充电标准。充电模式可以采用整车充电、换电站内换电座充电及换电站内离车充电的三种模式。并且可以按照国标和欧规的技术要求，实现国标或欧规标准下的直流或交流双枪充电功能。

换电站内的充电桩，通过换电总成底部换电底座的功能设计，实现充电桩即可选择作为换电模式充电桩给换下来的电池充电使用，也可以作为普通充电模式的充电桩对外充电使用，提高换电站的使用灵活性，提高利用率，并提高车辆的使用灵活性和提高不同充电功能的车辆的适用性。

目前，现有的换电车辆需要投入昂贵换电站，且换电站只能用于换电，不能用于给充电车辆充电，利用率不够高，且换电车型依赖直流充电桩无法利用普及率最高的乘用车交流充电桩充电，且电池换下后无法单独充电。而本公开可以实现换电车型具备充电使用的灵活性，促进市场推广和客户适用度。

本公开的换电站的结构形式多种多样，不做唯一限定，换电站内的充电桩可用于换电电池在站内离车直流快充充电，也支持对站外电动车进行整车交/直流充电，具备三种充电模式。换电后背电池总成和换电站可选择性地具备欧规和国标两种充电标准。

换电后背电池总成和换电站可选择离车交/直流充电、站内换电座交/直流充电和整车交/直流充电三种充电模式。

换电站内的直流充电桩用于外部车辆充电时，对应位置的换电电池可先进行大功率交流充电，待外部车辆充好电后转换为对内部对应换电电池进行直流快充，这样提高充电效率，满足外部车辆充电需求，也不浪费内部充电资源和效率。

再者，换电站内的交流充电桩用于外部车辆充电时，对应位置的换电电池如完成站内直流快充，可将对外部车辆慢充充电切换为进行直流快充，提高充电效率，满足外部车辆充电需求，也不浪费内部充电资源和效率。

本公开的上述技术方案除了应用于后背电池总成的换电模式中，还可以应用到未来侧挂电池包和大梁中置电池包的换电模式中。

在双枪模式下，不管国标还是欧规充电标准，均可在整车充电、站内离车充电、站内换电座充电三种模式下实现交流和直流两种充电方法的双枪充电能力。

充电桩的充电枪输出线由接触器控制闭合或断开连接，换电站内换电底座的高压换电接口可以升降，实现在三种充电模式间进行转换时分断或闭合换电电池总成的高压回路。

本公开的上述实施例中的充电模式和设备状态，可以通过相应的传感器检测并向换电站的控制器或控制系统反馈设备状态和模式状态，及指令执行结果，形成控制闭环。

在本公开的实施例中，还提供了一种充电方法。该充电方法可以包括：利用如前所述的换电站对如前所述的电池总成充电。例如，可以通过在换电站内的换电充电底座上充电的模式、整车充电的模式或者在换电站内离车充电的模式利用换电站对电池总成充电。

图8是示出根据本公开一些实施例的换电站对电池总成充电的方法的示意图。

如图8所示，利用换电站对电池总成充电包括：在换电站内的换电充电底座上充电的模式811、整车充电的模式812和在换电站内离车充电的模式813。

在一些实施例中，通过在换电站内的换电充电底座上充电的模式811利用换电站对电池总成充电的步骤包括：电池总成被放置在换电充电底座上，换电充电底座内的换电高压接口上升到顶部位置并固定，且与电池总成电连接以对电池总成充电，并且断开充电桩的充电枪的输出回路。

在另一些实施例中，通过整车充电的模式812利用换电站对电池总成充电的步骤包括：利用充电桩的充电枪对外部整车的电池总成直接充电，并且换电充电底座的换电高压接口下降，与电池总成的充电回路分离。这里，利用充电桩的充电枪对外部整车的电池总成直接充电，换电充电底座的换电高压接口需处于下降状态，与电池总成的充电回路分离，避免站内换电底座上的电池总成与车上的电池总成形成电路的非正常并连（例如，处于上升连接状态，说明充电未结束，则该充电桩不具备可以对外部车辆开放使用的权限的空闲待机状态，处于使用中状态的充电桩或者单个充电枪/充电输出通道无法对外开放）。

在另一些实施例中，通过在换电站内离车充电的模式813利用换电站对电池总成充电的步骤包括：电池总成被放置在换电充电底座上，利用充电桩的充电枪对电池总成直接充电，并且换电充电底座的换电高压接口下降，与电池总成的充电回路分离。

与相关技术相比，本公开的技术方案具有如下优点：

在本公开中，在换电站场地在充换两用条件下，土地利用率更高。由于换电站内的充电桩的使用效率高，交直流充电桩和换电总成支持三种充电模式，使用灵活度高。

本公开可以减少换电站和充电桩的重复建设，避免重复投资，提高利用率，并对充电车辆能较好的兼容。

而且，本公开可以提高充换一体车辆的适用范围，降低推广普及使用的难度，简化市政配电系统规划方案，提高实用效果，降低建设成本。

另外，本公开可以降低站内部分充电桩出现故障时对充电效率的影响，可换用其他方式和模式进行充电，争取维修时间，避免对充电进度的影响。

再者，本公开可以实现车辆和换电站的国标或欧规的匹配能力，提高世界范围内的适用推广范围。

至此，已经详细描述了本公开。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (17)

1.一种电池总成，包括：

结构框架；和

位于所述结构框架内部的多个动力电池包、换电连接器、换电控制器、交流充电座、直流充电座、换电高压柜、电池水冷机组、交流车载充电机和高低压配套线缆；

其中，换电高压柜包含电池管理系统BMS控制器；

所述高低压配套线缆包含第一电压线缆和第二电压线缆，所述第一电压线缆所传输的信号电压高于所述第二电压线缆所传输的信号电压；

所述换电控制器通过所述换电连接器和所述高低压配套线缆电连接至所述BMS控制器，所述多个动力电池包、所述交流充电座、所述直流充电座和所述交流车载充电机分别通过所述高低压配套线缆电连接至所述BMS控制器，所述电池水冷机组通过所述高低压配套线缆分别电连接至所述多个动力电池包和所述交流车载充电机。

2.根据权利要求1所述的电池总成，还包括：

标准转换装置，通过所述高低压配套线缆电连接至所述BMS控制器。

3.根据权利要求1所述的电池总成，其中，

所述交流充电座和所述直流充电座为交直流一体充电座。

4.根据权利要求1所述的电池总成，其中，

所述BMS控制器被配置为当执行第一标准直流快速充电模式时，在换电站内的第一标准直流充电桩的充电枪插入所述直流充电座的情况下被所述第一标准直流充电桩唤醒，与所述第一标准直流充电桩执行充电握手通讯，控制导通所述换电高压柜内的快充回路以便所述第一标准直流充电桩将符合所述BMS控制器要求的高压直流电通过所述直流充电座和所述快充回路输入到所述动力电池包，以及在充电结束后、或者出现故障时、或者接收到终止信号后，发起充电结束流程，控制断开所述换电高压柜内的快充回路。

5.根据权利要求1所述的电池总成，其中，

所述BMS控制器被配置为在换电站内对离车的电池总成执行第一标准直流快速充电模式时，在所述换电站内的第一标准直流充电桩的高压直流电从所述换电连接器的高压充电接口输入或者从所述电池总成的直流充电座输入的情况下，被所述第一标准直流充电桩唤醒，与所述第一标准直流充电桩执行充电握手通讯，控制导通所述换电高压柜内的快充回路以便所述第一标准直流充电桩将符合所述BMS控制器要求的高压直流电通过所述直流充电座和所述快充回路输入到所述动力电池包，以及在充电结束后、或者出现故障时、或者接收到终止信号后，发起充电结束流程，控制断开所述换电高压柜内的快充回路。

6.根据权利要求2所述的电池总成，其中，

所述标准转换装置和所述BMS控制器被配置为当执行第二标准直流快充模式时，在换电站内的第二标准直流充电桩的充电枪插入直流充电座的情况下，被所述第二标准直流充电桩唤醒；

所述标准转换装置还被配置为在所述第二标准直流充电桩与执行第一标准充电的所述BMS控制器之间执行通讯转换功能，并协助所述BMS控制器完成与所述第二标准直流充电桩的充电握手通讯；

所述BMS控制器还被配置为控制导通所述换电高压柜内的快充回路，以便所述第二标准直流充电桩将符合所述BMS控制器要求的高压直流电通过所述直流充电座和所述快充回路输入到所述动力电池包，还被配置为在充电结束后、或者出现故障时、或者接收到终止信号后，发起充电结束流程，控制断开所述换电高压柜内的快充回路。

7.根据权利要求2所述的电池总成，其中，

所述标准转换装置和所述BMS控制器被配置为在换电站内对离车的电池总成执行第二标准直流快速充电模式时，在所述换电站内的第二标准直流充电桩的高压直流电从所述换电连接器的高压充电接口输入或者从所述电池总成的直流充电座输入的情况下，被所述第二标准直流充电桩唤醒；

所述标准转换装置还被配置为在所述第二标准直流充电桩与执行第一标准充电的所述BMS控制器之间执行通讯转换功能，并协助所述BMS控制器完成与所述第二标准直流充电桩的充电握手通讯；

所述BMS控制器还被配置为控制导通所述换电高压柜内的快充回路，以便所述第二标准直流充电桩将符合所述BMS控制器要求的高压直流电通过所述直流充电座和所述快充回路输入到所述动力电池包，还被配置为在充电结束后、或者出现故障时、或者接收到终止信号后，发起充电结束流程，控制断开所述换电高压柜内的快充回路。

8.根据权利要求1所述的电池总成，其中，

所述BMS控制器和交流车载充电机被配置为当执行第一标准交流慢速充电模式或第二标准交流慢速充电模式时，在整车充电模式下，在交流充电桩的充电枪接入所述电池总成的交流充电座的情况下，被所述交流充电桩唤醒；

所述BMS控制器还被配置为执行与所述交流充电桩的握手通讯，按照所述动力电池包、所述交流充电桩和所述交流车载充电机的输入能力和输出能力执行交流充电。

9.一种电动汽车，包括：如权利要求1至8任意一项所述的电池总成。

10.一种换电站，包括：充电桩、换电充电底座、第一换电纵轨、第二换电纵轨、换电横轨和换电吊装机构；

其中，所述换电横轨架设在所述第一换电纵轨和所述第二换电纵轨上，所述换电吊装机构设置在所述换电横轨上，所述充电桩和所述换电充电底座分别设置在所述第一换电纵轨的周围；

所述充电桩和所述换电充电底座分别用于为如权利要求1至8任意一项所述的电池总成充电。

11.根据权利要求10所述的换电站，其中，

所述充电桩包括直流充电桩；

所述直流充电桩为第一标准直流充电桩或第二标准直流充电桩。

12.根据权利要求11所述的换电站，其中，

所述充电桩还包括交流充电桩。

13.一种充电方法，包括：利用如权利要求10至12任意一项所述的换电站对如权利要求1至8任意一项所述的电池总成充电。

14.根据权利要求13所述的充电方法，其中，

通过在换电站内的换电充电底座上充电的模式、整车充电的模式或者在换电站内离车充电的模式利用所述换电站对所述电池总成充电。

15.根据权利要求14所述的充电方法，其中，通过在换电站内的换电充电底座上充电的模式利用所述换电站对所述电池总成充电的步骤包括：

所述电池总成被放置在所述换电充电底座上，所述换电充电底座内的换电高压接口上升到顶部位置并固定，且与所述电池总成电连接以对所述电池总成充电，并且断开所述充电桩的充电枪的输出回路。

16.根据权利要求14所述的充电方法，其中，通过整车充电的模式利用所述换电站对所述电池总成充电的步骤包括：

利用所述充电桩的充电枪对外部整车的电池总成直接充电，并且所述换电充电底座的换电高压接口下降，与所述电池总成的充电回路分离。

17.根据权利要求14所述的充电方法，其中，通过在换电站内离车充电的模式利用所述换电站对所述电池总成充电的步骤包括：

所述电池总成被放置在所述换电充电底座上，利用所述充电桩的充电枪对所述电池总成直接充电，并且所述换电充电底座的换电高压接口下降，与所述电池总成的充电回路分离。

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