CN203046925U - 一种电动车的队列式电池组及具有该电池组的电动车 - Google Patents

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Abstract

一种电动车的队列式电池组。其特征在包括两或两个以上可独立工作的电池单体，电池单体按固定顺序排列在导轨上，且只能从道轨一端推入，从另一端取出，完成换电。电源管理系统控制电池单体充、放电，每次只接通一个电池单体。放电时电池单体从前向后依次放电，充电时从后往前依次充电。电量指示灯指示每个电池单体的电量状态。该电池组具有以下特点：可根据需要选择“换电量”，无需考虑电池的剩余电量问题；电池单体轮换工作，延长使用寿命；某个电池单体发生故障，电池组仍能正常工作；可根据需要自由选择车载电池单体个数，卸下部分电池单体，减轻车辆负载。

Description

一种电动车的队列式电池组及具有该电池组的电动车
技术领域
本实用新型涉及一种电动车的队列式电池组及具有该电池组的电动车。 
背景技术
油气资源的日益紧张，以及其造成的空气污染，迫使人们去探寻新型清洁能源作为未来汽车的动力源。就目前的技术条件，电力驱动是替代燃油驱动的最可行方法。发展纯电动车已列入国家十二五规划。按照中国电动车的规划目标，到2020年中国电动车保有量将达100万辆。 
目前，动力电池虽然在一定程度上已经可以满足汽车的需要，但一些普遍的问题仍有待提高，如充电时间长，容量有限，重量过高、尺寸过大，成本高，安全性和环境影响等。现有技术，小型电动充电一次耗时在10分钟至数小时不等。如此长的充电时间势必影响电动汽车的普及。一来车主不愿长时间等待；二是加重城市拥堵。于是，国家电网提出‘换电’模式：车辆在固定地点将电池取出置入充满电的电池，电池在充电站集中充电。换电模式已在一些公共交通工具上采用，如公交车，环卫车。 
换电模式确实可以很好地解决电动车续电的问题。但还很多不足之处。其中一项就是电池剩余电量的问题。采用充电模式，充入电量=电池总电量 — 剩余电量，由此增加行驶里程，跟据充入电量计费，还可以根据需要选择充入电量。但换电模式则很难量化计费，每一次换电，电池要被整体更换，电池里的剩余电量被收回，且换上充满电的电池。专利200510084301.8和200610057995.0中提出通过网络管理和剩余电量测量来计算花费差额。但每次都要换上充满电的电池，用户还是被强制性消费，就好比每次加油都必须加满油箱。显然，泊车后的自助式充电更节省费用和时间。且电池一旦发生故障，车辆将无法运行。专利01101414.8和03239294.X提出采用分段式电池独立供电，但其电池结构和管理模式仍无法有效解决上述问题。特别针对未来电动车的商业化和家用化，还有待于设计更科学的车载电源。 
发明内容
本实用新型提供一种电动车的队列式电池组及具有该电池组的电动车。 
一种电动车队列式电池组，包括2个以上电池单体，其特征在于，还包括用于排列电池单体的导轨；电源管理系统；电量指示灯。 
作为本实用新型的优选，所述电池单体在所述导轨上按顺序排列放置；电池单体可沿导轨单向滑动，且只能从导轨一端的入口推入，从另一端的出口取出；所述电源管理系统控制所述电池单体，使之按固定顺序充电或放电，并且每次只开启其中一个电池单体。 
作为本实用新型的优选，电池单体在导轨上按顺序排列，由导轨入口至出口方向依次为满电电池单体、非满电电池单体和无电电池单体。 
作为本实用新型的优选，用户可该变车载电池单体的个数。 
作为本实用新型的优选，所述导轨上设有卡扣，按下卡扣后可将电池单体固定在导轨上相应的位置；电池单体在导轨上固定下来时，其正负电极正好与电池管理系统的相应的引脚对接。 
作为本实用新型的优选，所述导轨上设有卡扣，按下卡扣后可将电池单体固定在导轨上相应的位置；电池单体在导轨上固定下来时，其正负电极正好与电池管理系统的相应的引脚对接。 
作为本实用新型的优选，所述电池单体可沿所述导轨单向滑动，且只能从导轨一端推入，从另一端取出。 
作为本实用新型的更为优选的方式，导轨一端的入口用于推入充满电的电池单体，导轨另一端的出口用于取出无电的电池单体。 
作为本实用新型的优选，电源管理系统能够循环检测并获取每个电池单体状态，分别为满电、非满电或无电状态，并实时调节对应电池单体的电量指示灯的颜色，绿色指示满电，黄色指示非满电，红色指示无电，灯不亮指示没有电池单体或电池单体出现故障；电源管理系统对电池组检测的循环周期低于1秒钟。 
作为本实用新型的优选，每个电池单体完全相同，可独立工作，且按固定顺序充电或放电，每次只开启其中一个电池单体，由所述电源管理系统控制。 
作为本实用新型的优选，所述电源管理系统包括一套电子学控制原件、一组与电池单体电极对接的引脚、一个充电接口和一个电能输出接口。
作为本实用新型的优选，所述电源管理系统通过电子学控制元件实时检测每个电池单体的电量，并控制每个电池单体的充、放电状态，以及电量指示灯的开关和颜色；所述电源管理系统通过充电接口与外界电源联通，完成充电；通过电能输出接口为车辆供电。 
本实用新型还提供一种电动车，其特征在于，具有上述任一项所述的电池组。
本实用新型还提供上述电动车电池组的换电方法、放电方法和充电方法。 
一种使用上述任一项所述的电动车电池组的换电方法，其特征在于，从导轨出口取出无电电池单体，并从导轨入口推入充满电的满电电池单体。 
一种使用上述任一项所述的电动车电池组的放电方法，该方法包括以下步骤：
启动步骤，电源管理系统检测并获取每个电池单体状态，分别为满电、非满电或无电状态；首先开启非满电池单体，输出电能；如果没有检测到非满单体就开启最靠近导轨出口的满电单体，输出电能；
切换步骤，电源管理系统周期性地循环检测当前开启电池单体电量，当发现该电池单体电量为无电状态时，向先开启相邻的满电电池单体，再断开当前电池单体，不间断输出电能; 当发现故障电池单体或引脚空缺时，跳过该电池单体或引脚，开启下一个电池单体，继续上述放电步骤。
一种使用上述任一项所述的电动车电池组的充电方法，该方法包括以下步骤：
启动步骤，电源管理系统检测所有电池单体电量，并获取每个电池单体状态为满电、非满或无电状态；首先开启非满电池单体，进行充电；如果没有非满单体，就开启最靠近导轨入口的无电电池单体，进行充电；
切换步骤，电源管理系统周期性地循环检测当前开启电池单体电量，当其充满电后自动断开，然后开启相邻的无电电池单体，依次对所有无电电池单体充电；当发现故障电池单体或引脚空缺时，跳过该电池单体或引脚，开启下一个电池单体，继续上述充电步骤。
本实用新型中，车载电池内数个电池单体按一定的顺序排列，每个单体可独立充电、放电、换电，并且按固定的顺序进行，通过车载电源管理系统自动完成。换电时，按‘先进先出，后进后出’的队列式顺序，保证每个单体都有换电机会。该技术可解决电动车使用中的一系列问题：
1. 数个单体相互独立，用户可根据需要选择‘换电’量；
2. 基本消除换电过程中的剩余电量计费问题；
3. 电池组采用队列式的充/放电循环模式，有利于延长电池单体寿命； 
4.某个单体发生故障，电池组仍能正常供电，保证车辆运行。更换故障单体比更换整个电池费用少的多；
5. 可根据行驶路程的需要，卸下部分电池单体，减轻车辆负载，节省能源。
总之，电动车采用队列式电池组非常有利于换电模式的推广和商业化运营。 
附图说明
附图1是电池组结构示意图。 
附图2是电源管理系统工作流程图。 
具体实施方式
以下根据附图说明本实用新型的实施方式。 
实施例1 
如图1所示的电动车队列式电池组，包括2个以上电池单体1，其特征在于还包括用于排列电池单体的导轨2；电源管理系统3；电量指示灯4。
电池单体在导轨上按顺序排列放置，电池单体可沿导轨单向滑动。 
电量指示灯4能实时地变换颜色，指示对应电池单体的电量状态为：满电1a，非满1b，或无电1c。 
换电时充满电的电池单体从导轨一端的入口2b推入，无电的电池单体从导轨另一端的出口2c取出。为便于下文叙述，推入端定义为前方，电池单体取出端定义为后方。即，从导轨前方推入充满电的电池单体，从导轨后方将无电的电池单体全部或部分抽出。 
如图1和图2所示，放电模式下，电源管理系统先接通非满电池单体1b，并周期性循环检测该电池单体电量，发现该电池单体电量低于阀值，即无电状态，就接通相邻的满电电池单体1a，然后断开当前电池单体，继续输出电能，从后往前依次接通前边的有电的电池单体。 
充电模式下，电源管理系统先接通非满电池单体1b进行充电，充满后自动将其断开，然后接通相邻的无电电池单体1c，继续充电，从前往后依次对后方的无电的电池单体充电。 
如果电池单体发生故障，电源管理系统跳过该电池单体，接通下一个电池单体完成放电或充电。 
如果某一位置没有电池单体，源管理系统跳过该空缺，接通下一个电池单体完成放电或充电。 
由于电源管理系统可自动跳过空缺或故障电池单体，使用者可根据需要减少装入车辆的电池单体数量，减轻车辆负载。 
实施例2
更具体的实施方式可以为：
如图1所示，电池由四部分组成：电池单体1，导轨2，电源管理系统3和指示灯4。电池由2个以上的电池单体组成，每个电池单体完全相同，可独立工作，且按固定顺序充电或放电，每次只开启其中一个电池单体，由电源管理系统控制。电源管理系统为一套电子学控制原件，其工作原理见下文。
如图1所示，电池单体以卡片式排列在导轨上，可沿导轨单向滑动，且只能从导轨一端的入口2b推入，从导轨另一端的出口2c取出。导轨上设有卡扣2a，按卡扣2a下后可将电池单体固定在导轨上相应的位置。电池单体在导轨上固定下来时，其正负电极 1d 正好与电池管理系统的相应的接口3a对接。 
如图1所示，在导轨上有一排指示灯，每一个指示灯对应导轨上一个单池单体，指示灯由电源管理系统控制，红色、黄色和绿色指示灯分别对应电池单体的电量状态：满电1a、非满1b和无电1c，指示灯不亮，表示该位置空缺或该单体出现故障。驾驶室控制台有一组相同的指示灯，便于驾驶员了解当前电池组状态。 
如图1所示，电源管理系统通过实时检测每个电池单体的电量，并控制每个电池单体的工作状态。电源管理系统通过充电接口3b与外界电源联通，完成充电；通过电能输出接口3c为车辆供电。 
如图2所示，根据电动车的工作方式，电池组有三个工作模式：充电模式、放电模式和换电模式，由驾驶员通过驾驶室控制台上的按钮选择模式。 
如图2所示，放电模式下，电源管理系统检测并获取每个电池单体状态：满电，非满，无电，然后接通非满单体，如果没有非满单体就接通最靠近导轨出口2c的满电单体，输出电能。同时，电源管理系统周期性循环检测该单体电量，当发现该电池单体电量低于阀值，即无电状态就接通相邻的满电单体，然后自动断开当前单体，继续输出电能。此处检测循环周期控制在1秒以内，以保证供电输出的连续性。这里指出，对电池电量的检测技术已十分成熟，并且广泛应用。 
如图2所示，充电模式下，电源管理系统检测并获取每个电池单体状态：满电，非满，无电，然后接通非满单体，如果没有非满单体，接通最靠近导轨入口2b的无电单体，这时外接电源为该单体充电。同时，电源管理系统不停地循环检测该单体电量，如果充满就自动将其断开，然后接通相邻的无电单体，继续充电。直到最后一个无单体充满电，将其断开。 
如图2所示，换电模式下，电源管理系统检测并获取每个电池单体状态：满电，非满，无电，开启相应单体的指示灯，绿灯指示满电，黄灯指非满，红灯无电，灯不亮指示空缺或出现故障。这时可从导轨出口抽出无电单体，也可从导轨入口推入充满电单体。电源管理系统循环检测导轨上的电池状态，并实时改变指示灯的颜色。 
通过以上设计，电池组由数个独立的电池单体组成，每次只接通其中一个，由电源管理系统自动切换，部分单体发生故障，其它单体可正常供电。同时，更换故障单体比更换整个电池组费用少的多。 
通过以上设计，用户可根据需要自由选择车载电池单体个数，卸下部分电池单体，减轻车辆负载，节省能源。 
实施例3
在实施例2的基础上的进一步改进可以为：
如图1所示，电池单体1两侧设有凹槽1e，电池单体可卡在导轨2上。导轨一端为入口2b，另一端为出口2c，分别设有单向接口，限定电池单体只能从导轨入口2b推入，从导轨出口2c取出；电池单体1在导轨2按顺序排列，由导轨入口2b至出口2c方向依次为满电电池单体1a、非满电电池单体1b和无电电池单体1c。
导轨2上设有一排卡扣2a，用于将电池单体固定在导轨上特定的位置，在该位置电池单体正负电极1b正好与电源管理系统对应的引脚3a对接，每一个电池单体正负极对应一对引脚。 
在任意模式下，电源管理系统3循环检测并获取每个电池单体状态，并实时调节对应电池单体的电量指示灯4的颜色，如：绿色指示满电，黄色指示非满电，红色指示无电，灯不亮指示空缺或电池单体出现故障；电源管理系统对电池组检测的循环周期可以低于1秒钟。 
实施例4 
一种使用本实用新型的电动车电池组的换电方法，从导轨一端的出口取出无电电池单体，并从导轨另一端的入口推入充满电的满电电池单体。
通过本实用新型的设计，可以实现‘换电’量的自由选择和消除‘剩余电量’的困扰。例如，电池组由10个电池单体组成，由于每次只开启一个电池单体，所以只有一个非满电池单体。非满单体一侧的所电池单体皆为无电状态，另一侧的所有单体皆为满电状态。换电时只需从导轨出口将无电单体全部或部分抽出，从导轨入口推入充满电的单体。用户可自由选择更换单体数量。一个电池单体最多只存贮电池组10%的电量。因此，选择保留非满单体，对电池组总电量影响小于10%，对车辆的续航里程影响也不大；选择换掉该单体，电量损失也超不过10%，且还可通过对剩余电量测量扣除费用。 
通过以上设计，采用‘先进先出，后进后出’的队列式换电次序，每个电池单体都能得到放电的机会，延长电池寿命。 
实施例5 
一种使用本实用新型的电动车电池组的放电方法，该方法包括以下步骤：
启动步骤，电源管理系统检测并获取每个电池单体的电量状态，分别为满电、非满电或无电状态；首先开启非满电池单体，输出电能；如果没有检测到非满单体就开启最靠近导轨出口的满电单体，输出电能；
切换步骤，电源管理系统周期性地循环检测当前开启电池单体电量，当发现该电池单体电量为无电状态时，先开启相邻的满电电池单体，再断开当前电池单体，不间断输出电能; 当遇到故障电池单体或空缺时，跳过该电池单体或空位，开启下一个满电电池单体，继续上述放电步骤。
实施例6 
一种使用本实用新型的电动车电池组的充电方法，该方法包括以下步骤：
启动步骤，电源管理系统检测所有电池单体电量，并获取每个电池单体状态为：满电、非满或无电状态；首先开启非满电池单体，进行充电；如果没有非满单体，就开启最靠近导轨入口的无电电池单体，进行充电；
切换步骤，电源管理系统周期性地循环检测当前开启电池单体电量，当其充满电后自动断开，然后开启相邻的无电电池单体，依次对所有无电电池单体充电；当遇到故障电池单体或空缺时，跳过该电池单体或空位，开启下一个无电电池单体，继续上述充电步骤。

Claims (9)

1.一种电动车队列式电池组，包括2个以上电池单体（1），其特征在于，还包括用于排列电池单体的导轨（2）；电源管理系统（3）；电量指示灯（4）。
2.根据权利要求1所述电池组，其特征在于，所述电池单体在所述导轨上按顺序排列放置，由导轨入口至出口方向依次为满电电池单体、非满电电池单体和无电电池单体，每个电池单体完全相同，可独立工作。
3.根据权利要求1或2所述电池组，其特征在于，用户可改变车载电池单体的个数。
4.根据权利要求1或2所述电池组，其特征在于，所述导轨上设有卡扣，按下卡扣后可将电池单体固定在导轨上相应的位置；电池单体在导轨上固定下来时，其正负电极正好与电池管理系统的相应的引脚对接。
5.根据权利要求1或2所述电池组，其特征在于，导轨一端为入口，用于推入充满电的电池单体，导轨另一端为出口，用于取出无电的电池单体；所述电池单体可沿所述导轨单向滑动。
6.根据权利要求1或2所述电池组，其特征在于，所述电源管理系统包括一套电子学控制元件、一组与电池单体电极对接的引脚、一个充电接口和一个电能输出接口。
7.根据权利要求1或2所述电池组，其特征在于，所述电源管理系统控制电池单体按固定顺序充电或放电，每次只开启其中一个电池单体；所述电源管理系统通过实时检测每个电池单体的电量，并控制每个电池单体的工作状态；所述电源管理系统通过充电接口与外界电源接通，对电池组充电，通过电能输出接口为车辆供电。
8.根据权利要求1或2所述电池组，其特征在于，所述电量指示灯可显示红、绿，黄三种颜色，红灯指示电池单体处于无电状态，绿色指示电池单体处于满电状态，黄灯指示电池单体处于非满电状态，灯不亮指示没有电池单体或电池单体发生故障。
9.一种电动车，其特征在于，具有权利要1至8中任一项所述的电池组。
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