CN114761273A - 具有模块化电池系统的电动交通工具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动交通工具(1)，该电动交通工具(1)包括电动马达(2)、用于为马达(2)供电的至少一个内置电池模块(3)、用于接收驾驶员输入和从内置电池模块(3)到马达(2)的直接电力的控制电路(4)。交通工具还包括至少一个水平放置的舱(5)，每个舱(5)被配置为接收单个可更换电池模块(8)，所述控制电路(4)被配置为当可更换电池模块(8)被提供给舱(5)时启用该可更换电池模块(8)，以为内置电池模块(3)充电并且可选地还辅助内置电池模块(3)为马达(2)供电。

Description

具有模块化电池系统的电动交通工具
技术领域
本发明涉及一种电动交通工具，该电动交通工具包括电动马达、用于为马达供电的至少一个内置电池模块、用于接收驾驶员输入和从内置电池模块到马达的直接电力的控制电路。
背景技术
先前已知存在用于替换电动交通工具的电池模块的不同系统。替换或更换电池模块可能比在驾驶员等待时被充电的内置电池模块更快。此外，通过将电池模块移除到充电站，可以优化充电条件，从而延长电池模块的寿命。
例如，据EP2231447B1。在这种系统中，在交通工具被停放在类似于用于检查坑(inspection pit)的坡道(ramp)上后，交通工具下方的设备被推进，并且，从下方将已放电的电池模块替换为新的电池模块。此外，EP 2340951 A2描述了用于在交通工具中接收和容纳电池模块的设备，该电池模块从下方垂直向上被插入交通工具中。该设备可以与诸如在以上EP 2231447 Bl中描述的系统之类的系统一起使用。
据SE 1050656 Al所知，通过分别通过交通工具垂直侧的垂直布置的门插入和移除电池模块，替换交通工具中的电池。
此外，在EP2838754中，交通工具在交通工具下方配备有电池模块的存放空间，该存放空间具有进入其中的开口。这里，交通工具相对于将电池模块从交通工具中取出并将电池模块带入交通工具中的第一电池模块运输设备和第二电池模块运输设备假定第一预定位置和第二预定位置。运输设备至少部分安装在地面上方和位置旁边，并且，在交通工具侧梁下方到地面上方和交通工具旁边的相应位置，电池沿着从存放空间延伸的相应路径运输。还描述了用于自动电池模块替换的设备和用于交通工具中的存放设备。
电动交通工具中的电池模块的长期性能受其工作温度的影响。良好的冷却可以使电池模块具有更高的负载，并且，较低的工作温度和充电温度延长电池模块的寿命。
发明内容
上述问题中的至少一个至少在某种程度上由最初提到的电动交通工具解决，其中，进一步包括至少一个水平放置的舱(compartment)，每个舱被配置为接收单个可更换(swappable)电池模块，所述控制电路被配置为当可更换电池模块被提供给舱时启用该可更换电池模块，以为内置电池模块充电，并且可选地还辅助内置电池模块为马达供电。这种设计使得内置电池模块可以具有更加先进和复杂的电池设计，同时由于其尺寸可以变得小，因此仍能降低成本。由于内置电池模块可以变得更小，因此更容易对其进行有效冷却。此外，由于可更换电池模块主要聚焦于为内置电池模块充电，因此它可以具有更简单的设计，而不会牺牲其预期寿命。一个或多个可更换电池模块化用作交通工具的额外储箱(tank)。
在示例中，控制电路被配置为当可更换电池模块存在于舱中时对该可更换电池模块进行负载限制。可以通过限制从可更换电池模块传输的电流完成这一点。负载限制降低电池模块的工作温度，并允许更简单和更低成本的电池模块设计。
在示例中，载荷极限是动态的，并且取决于以下因素中的至少一个：
－可更换电池模块的温度；
－内置电池模块的温度；
－室外温度；
－一个或多个可更换电池模块中的至少一个的当前电力水平；
－内置电池模块的当前电力水平。
在示例中，每个水平放置的舱包括以下中的至少一个：
－用于连接到可更换电池模块的电连接器；
－将可更换电池模块(8)引导到对应舱中的期望的位置中的引导装置；
－推动和保持可更换电池模块与舱的电连接器接触的按压装置，和/或空气冷却装置；
－用于当至少一个可更换电池模块存在于舱中时向该至少一个可更换电池模块提供冷却空气的空气冷却装置。
这使得能够很容易地将可更换电池模块配合于舱中，并实现良好的连接。
在示例中，舱高度可以是可变的，范围为从最小高度到最大高度，其中，电连接器被放置在舱中的预定位置，以允许较大尺寸的舱接收相同尺寸和更小的可更换电池模块。优选地，较大的舱包括用于引导和保持相同尺寸和更小的一个或多个可更换电池模块的装置。优选地，每个高度对应于电池的预定容量，例如10kWh、15kWh、25kWh。
在示例中，每个舱包括用于在至少一个可更换电池模块存在于舱中时向该至少一个可更换电池模块提供冷却空气的空气冷却装置。由此，可更换电池模块可以被有效地冷却。更优选地，每个舱包括用于向插入舱的可更换电池模块的内部提供冷却空气的空气入口和空气出口。
在示例中，为了在可更换电池模块存在于舱中时将空气推入可更换电池模块和/或从可更换电池模块中吸出空气，第一风扇位于空气出口处并且/或者第二风扇位于空气入口处。这可以进一步改善可更换电池模块的冷却。
在示例中，当至少一个可更换电池模块存在于舱中时，至少一个舱没有向该至少一个可更换电池模块供给冷却液体的装置。这使得舱以及可更换电池模块的设计变得不那么复杂，并且可以显著降低成本。此外，在更换电池模块时没有液体泄漏的风险。
在示例中，至少一个舱与交通工具下方的空气热接触。这改善了舱中的可更换电池模块的冷却。
在一个示例中，至少一个舱位于交通工具下部并且在交通工具的轮轴之间。这提高了交通工具的稳定性，并且使得能够从交通工具的侧面轻松访问。
在示例中，至少一个舱被安装在交通工具的底板下方。这改善了舱的冷却，并且使得能够在不影响交通工具的框架或底板的结构的情况下添加舱。
在示例中，至少一个舱集成在交通工具的底板内。面向下的侧面可以与交通工具下方的空气直接接触。这保持舱得到保护，并且，影响交通工具的离地间隙。
在示例中，至少一个舱被安装在交通工具的底板的顶部。
在示例中，交通工具包括至少两个水平布置的舱和可以打开的盖子，该至少两个水平布置的舱并排布置在同一水平面上并且各自具有朝向交通工具的一个横向侧的开口，该盖子覆盖开口，使得可以通过打开对应的盖子从交通工具的一侧插入和移除至少一个可更换电池模块。这使得很容易地访问和更换可更换电池模块。
在示例中，每个水平放置的舱在开口的相对侧具有电连接器。这使得更容易地能够实现良好的电连接。
在示例中，空气入口和/或空气出口位于开口的相对侧。这使得更容易能够在可更换电池模块和交通工具之间实现良好的空气冷却连接。
在示例中，盖子被布置为当可更换电池被提供给舱时朝着开口的相对侧按压可更换电池，以提供与电连接器和/或空气入口和/或空气出口的按压连接。这使得更容易地得到良好的电连接和良好的空气冷却连接。
在示例中，舱和控制电路被配置为接收和处理至少一个可更换电池模块，每个可更换电池模块的容量为10-100Wh，总容量为20-150kWh，优选地总容量为30-100kWh。这为对内置电池充电提供了良好的能量来源，从而能够实现长距离驾驶。
在示例中，电动交通工具具有两个舱，使得这两个舱可以保持多达两个可更换电池模块，每个舱中有一个可更换电池模块，并且，控制电路被配置为处理可更换电池模块，该可更换电池模块优选地各自具有10-75kWh、更优选地15-50kWh的容量。这为对内置电池充电提供了良好的能量来源，从而能够实现长距离驾驶。
在示例中，舱的宽度在600-1000mm、优选地700-900mm的范围内，横向深度在1000-1400mm、优选地1100-1300mm的范围内，以及高度在50-200mm、优选地80-150mm的范围内。这使得能够实现可以由更换站轻松处理的更换电池模块的大小。
在示例中，交通工具包括至少两个内置电池模块，第一内置电池模块和第二内置电池模块，其中，控制电路被配置为引导内置电池模块中的至少一个以为马达供电并且在至少一个可更换电池模块被提供给舱时有利于从该至少一个可更换电池模块对其他内置电池模块的充电，控制电路确定如何以及何时对相应的内置电池模块进行充电以及至少一个内置电池模块中的哪个内置电池模块应在给定时间为马达供电。由于不同时充电和工作，因此这使得一个内置电池能够以受控方式被充电并保持低温。
优选地，控制电路基于以下参数中的至少一个确定哪个内置电池模块为马达供电以及哪个内置电池模块充电：
a)相应内置电池模块的温度，
b)相应内置电池模块的充电水平。
由此，内置电池模块上的压力可以保持在最低水平。
优选地，在协同工作操作模式下，控制电路引导第一内置电池模块和第二内置电池模块两者为马达供电。由此，可以在需要时实现更高的电力或加速度。
在示例中，一个或多个内置电池模块具有2.5-20kWh、优选地5-15kWh的总容量。
在示例中，电动交通工具具有单个内置电池模块，该单个内置电池模块具有5-15kWh、优选地不大于10kWh的容量。
在示例中，电动交通工具具有两个内置电池模块，每个内置电池模块具有2.5-7.5kWh、优选地不大于5kWh的容量。这为内置电池模块提供了足够的总容量。
可选地，一个或多个内置电池模块是液冷的。这使得可以实现一个或多个内置电池模块的良好冷却。
优选地，电动交通工具是汽车。
附图说明
图1是示出根据一个实施例的可更换电池舱的放置的电动交通工具的示意图，
图2是示出根据另一个实施例的可更换电池舱的放置的电动交通工具的示意图，
图3是具有单个内置电池和用于对应可更换电池的两个舱的电动交通工具的示意图，以及
图4是具有两个内置电池和用于对应可更换电池的两个舱的电动交通工具的示意图。
具体实施方式
现在，通过以下非限制性示例进一步解释本发明。
图1、图2和图3公开了电动交通工具1，该电动交通工具1包括电动马达2、用于为马达2供电的第一内置电池模块3、用于接收驾驶员输入以及从第一内置电池模块3到马达2的直接电力的控制电路4。
电动交通工具1还包括至少一个水平放置的舱5，每个舱5被配置为接收单个可更换电池模块8。舱5的数量在此示出为两个，但可以存在一个到三个舱5。可以通过诸如例如在SE1050656 A1和EP2838754中描述的自动更换向舱5提供可更换电池模块8。
控制电路4被配置为当可更换电池模块8被提供给舱5时启用该可更换电池模块8，以为内置电池模块3充电，并且可选地还辅助内置电池模块3为马达2供电。
控制电路4进一步被配置为在可更换电池模块8存在于舱5中时对该可更换电池模块8进行负载限制。
负载限制可以是动态的，并且取决于以下因素中的至少一个：
－可更换电池模块8的温度；
－内置电池模块3的温度；
－室外温度；
－一个或多个可更换电池模块8中的至少一个的当前电力水平；
－内置电池模块3的当前电力水平。
舱5的高度可以是可变的，范围为从最小高度到最大高度，其中，电连接器9以及可选的空气冷却供给装置10、11被放置在舱5中的预定位置，以允许较大尺寸的舱5接收相同尺寸和更小尺寸的可更换电池模块8。优选地，较大的舱5包括用于引导和保持相同尺寸和更小的一个或多个可更换电池模块8的装置。
一个或多个舱5位于交通工具1的下部并且在交通工具的轮轴之间。
每个舱5包括用于在可更换电池模块8存在于舱5中时向该可更换电池模块8提供冷却空气的空气冷却装置10、11。所示的空气冷却装置10、11包括每个舱中的空气入口10和空气出口11。
第一风扇(未示出)可以位于空气出口11处，用于向可更换电池8的对应空气入口提供空气。第二风扇(未显示)可位于空气入口10处，用于从可更换电池模块8的对应空气出口吸出空气。
为了实现可更换电池8及其在舱5中的连接的简单设计，优选的是可更换电池8不是液冷的。然而，舱5的一侧或多侧可以可选地是液冷的。
通过使舱5与交通工具1下方的空气进行热接触，可以改善可更换电池的冷却。
根据图1的实施例，舱5被安装在交通工具的底板内，面向下的侧面被布置为与交通工具下方的空气直接接触。
根据图2的实施例，一个或多个舱5被安装在交通工具的底板下方。将一个或多个舱5暴露在交通工具下方的空气中。
所示的交通工具包括并排布置在同一水平面中并且各自具有朝向交通工具1的一个横向侧的开口6的两个水平放置的舱5以及可以打开和闭合的覆盖开口的盖子7。由此，通过打开对应的盖子7，可以从交通工具一侧插入和移除可更换电池模块8。
每个水平放置的舱5在开口6的相对侧具有电连接器9。空气入口10和空气出口11也位于开口6的相对侧。
盖子7可以被布置为当可更换电池8被提供给舱5时将该可更换电池8压向开口6的相对侧，以提供与电连接器9和/或空气入口10和/或空气出口11的按压连接。
每个水平放置的舱5还可以包括用于将可更换电池模块8引导至对应的舱5中的期望的位置的引导装置12。
舱5和控制电路4被配置为接收和处理至少一个可更换电池模块8，每个舱5一个可更换电池模块，每个模块的容量为10-100kWh，总容量为20-150kWh，优选地总容量为30-100kWh。
在所示的实施例中，电动交通工具1具有两个舱5，使得它们可以保持多达两个可更换电池模块8，每个舱5中一个可更换电池模块8。当使用两个舱时，控制电路4优选地被配置为处理可更换电池模块8，该可更换电池模块8各自具有10-75kWh、更优选地15-50kWh的容量。当舱5为两个时，舱5的尺寸优选地如下：a)舱5的宽度在600-1000mm、优选地700-900mm的范围内；b)横向深度在1000-1400mm、优选地1100-1300mm的范围内；以及c)高度在50-200mm、优选地80-150mm的范围内。
根据图4所示的示例，电动交通工具1除了第一内置电池模块3之外，还包括第二内置电池模块13。这里，控制电路4被配置为引导内置电池模块3、13中的至少一个以为马达2供电，并且在至少一个可更换电池模块8被提供给舱5时有利于从该至少一个可更换电池模块8对其他内置电池模块3、13的充电。控制电路4确定如何以及何时对相应的内置电池模块3、13进行充电以及至少一个内置电池模块3、13中的哪个内置电池模块应在给定时间为马达2供电。
在图4所示的示例中，控制电路4基于以下参数中的至少一个确定哪个内置电池模块3、13为马达2供电以及哪个内置电池模块3、13通过可更换电池8充电：
a)相应内置电池模块3、13的温度，
b)相应内置电池模块3、13的充电水平。
在图4的示例中，在协同工作操作模式下，控制电路4引导第一内置电池模块3和第二内置电池模块13两者为马达2供电。可以在需要额外电力时完成这一点。
一个或多个内置电池模块的总容量为2.5-20kWh，并且在图1-3所示的示例中为单个内置电池模块3，并在图4所示的示例中为两个内置电池模块3、13。
内置电池模块3、13和可更换电池模块8可以各自由单个电池或电池组制成。
内置电池模块3、13优选地是内置的，使得可以在正常的交通工具间程序中进行替换。
可选地，一个或多个内置电池模块3、13是液冷的。这使得能够实现一个或多个内置电池模块的良好冷却。

Claims (25)

1.一种电动交通工具(1)，所述电动交通工具(1)包括电动马达(2)、用于为马达(2)供电的至少一个内置电池模块(3、13)、用于接收驾驶员输入和从内置电池模块(3)到马达(2)的直接电力的控制电路(4)，其特征在于，交通工具还包括至少一个水平放置的舱(5)，每个舱(5)被配置为接收单个可更换电池模块(8)，所述控制电路(4)被配置为当可更换电池模块(8)被提供给舱(5)时启用所述可更换电池模块(8)，以为内置电池模块(3)充电并且可选地还辅助内置电池模块(3)为马达(2)供电。
2.根据权利要求1所述的电动交通工具，其中，控制电路(4)被配置为当可更换电池模块(8)存在于舱(5)中时对所述可更换电池模块(8)进行负载限制。
3.根据权利要求2所述的电动交通工具，其中，所述负载限制是动态的，并且取决于以下因素中的至少一个：
－可更换电池模块(8)的温度；
－内置电池模块(3)的温度；
－室外温度；
－一个或多个可更换电池模块(8)中的至少一个的当前电力水平；
－内置电池模块(3)的当前电力水平。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的电动交通工具，其中，每个水平放置的舱(5)包括以下中的至少一个：
－用于连接到可更换电池模块(8)的电连接器(9)；
－将可更换电池模块(8)引导到对应的舱(5)中的期望的位置中的引导装置(12)；
－推动和保持可更换电池模块与舱(5)的电连接器(9)和/或空气冷却装置(10，11)接触的按压装置(7)；
－用于当至少一个可更换电池模块(8)存在于舱中时向所述至少一个可更换电池模块(8)提供冷却空气的空气冷却装置(10，11)。
5.根据权利要求4所述的电动交通工具，其中，舱(5)高度是可变的，范围为从最小高度到最大高度，其中，电连接器(9)被放置在舱(5)中的预定位置，以允许较大尺寸的舱(5)接收相同尺寸和更小的可更换电池模块(8)。
6.根据权利要求5所述的电动交通工具，其中，较大的舱包括用于引导和保持相同尺寸和更小的一个或多个可更换电池模块(8)的装置。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的电动交通工具，其中，每个舱(5)包括用于向插入舱(5)的可更换电池模块(8)的内部提供冷却空气的空气入口(10)和空气出口(11)，并且，可选地，为了在可更换电池模块(8)存在于舱(5)中时将空气推入所述可更换电池模块(8)和/或从所述可更换电池模块(8)中吸出空气，第一风扇位于空气出口(11)处并且/或者第二风扇位于空气入口(10)处。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的电动交通工具，其中，至少一个舱(5)没有当至少一个可更换电池模块(8)存在于舱(5)中时向所述至少一个可更换电池模块(8)供给冷却液体的装置。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的电动交通工具，其中，至少一个舱(5)与交通工具下方的空气热接触。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的电动交通工具，其中，至少一个舱(5)位于交通工具(1)的下部并且在交通工具的轮轴之间。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的电动交通工具，其中，至少一个舱(5)被安装在以下位置之一处：
－交通工具的底板下方；
－与交通工具的底板集成，其中，可选地，面向下的侧面被布置为与交通工具下方的空气直接接触；
－底板的顶部。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的电动交通工具，其中，交通工具包括至少两个水平放置的舱(5)和能够打开的盖子(7)，所述至少两个水平放置的舱(5)并排布置在同一水平面上并且各自具有朝向交通工具(1)的一个横向侧的开口(6)，所述盖子(7)覆盖所述开口，使得能够通过打开对应的盖子(7)从交通工具的一侧插入和移除至少一个可更换电池模块(8)。
13.根据权利要求12所述的电动交通工具，其中，每个水平放置的舱(5)在开口(6)的相对侧具有电连接器(9)。
14.根据权利要求12或13所述的电动交通工具，其中，空气入口(10)和/或空气出口(11)位于开口(6)的相对侧。
15.根据13或14所述的电动交通工具，其中，盖子(7)被布置为当可更换电池(8)被提供给舱(5)时朝着开口(6)的相对侧按压所述可更换电池(8)，以提供与电连接器(9)和/或空气入口(10)和/或空气出口(11)的按压连接。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的电动交通工具，其中，舱(5)和控制电路(4)被配置为接收和处理至少一个可更换电池模块(8)，所述至少一个可更换电池模块各自的容量为10-100kWh，总容量为20-150kWh，优选地总容量为30-100kWh。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的电动交通工具，其中，电动交通工具(1)具有两个舱(5)，使得所述两个舱(5)能够保持多达两个可更换电池模块(8)，每个舱(5)中有一个可更换电池模块(8)，并且，控制电路(4)被配置为处理可更换电池模块(8)，所述可更换电池模块(8)优选地各自具有10-75kWh、更优选地15-50kWh的容量。
18.根据权利要求17所述的电动交通工具，其中，舱(5)的宽度在600-1000mm、优选地700-900mm的范围内，横向深度在1000-1400mm、优选地1100-1300mm的范围内，以及高度在50-200mm、优选地80-150mm的范围内。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的电动交通工具，包括至少两个内置电池模块(3，13)第一内置电池模块(3)和第二内置电池模块(13)，其中，控制电路(4)被配置为引导内置电池模块(3，13)中的至少一个以为马达(2)供电并且在至少一个可更换电池模块(8)被提供给舱(5)时有利于从所述至少一个可更换电池模块(8)对其他内置电池模块(3，13)的充电，控制电路(4)确定如何以及何时对相应的内置电池模块(3，13)进行充电以及至少一个内置电池模块中的哪个内置电池模块应在给定时间为马达(2)供电。
20.根据权利要求19所述的电动交通工具，其中，控制电路(4)基于以下参数中的至少一个确定哪个内置电池模块(3，13)为马达(2)供电以及哪个内置电池模块(3，13)充电：
a)相应内置电池模块(3，13)的温度，
b)相应内置电池模块(3，13)的充电水平。
21.根据权利要求19或20所述的电动交通工具，其中，在协同工作操作模式下，控制电路(4)引导第一内置电池模块和第二内置电池模块(3、13)二者为马达(2)供电。
22.根据前述权利要求中的任一项所述的电动交通工具，其中，内置电池模块(3，13)具有2.5-20kWh的总容量。
23.根据权利要求22所述的电动交通工具，其中，电动交通工具具有单个内置电池模块(3)，所述单个内置电池模块(3)具有5-15kWh、优选地不大于10kWh的容量。
24.根据权利要求23所述的电动交通工具，其中，电动交通工具具有两个内置电池模块(3、13)，所述两个内置电池模块(3、13)各自具有2.5-7.5kWh、优选地不大于5kWh的容量。
25.根据前述权利要求中的任一项所述的电动交通工具，其中，内置电池模块(3，13)是液冷的。
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