CN204956145U - 电动车的充换电架构 - Google Patents

Abstract

本实用新型揭示了一种电动车的充换电架构，包括：电池组、电能分配器、行驶驱动单元、低压用电设备。电池组包括主电池、增程电池和副电池，主电池提供电动车的日常行驶的电能、增程电池提供电动车超长距离行驶的电能、副电池提供电动车应急短距离行驶的电能，其中主电池和增程电池不进行车载充电，但可更换，副电池进行车载充电但不更换。主电池和增程电池向电能分配器输出电能流，电能分配器与副电池之间有双向的电能流。行驶驱动单元驱动电动车行驶，电能分配器与行驶驱动单元之间有双向的电能流。电能分配器向低压用电设备输出电能流，经电压转换后驱动低压用电设备工作。

Description

电动车的充换电架构

技术领域

本实用新型涉及电动车领域，更具体地说，涉及电动车的充换电的架构和方法。

背景技术

无论对于传统内燃机车辆还是电动车而言，续航能力，即加满一箱油或满充一次电的续驶历程都是用户关注的关键指标。目前汽油车加满一箱油能行驶350～500km得到了普遍认同，因此对于电动车而言，用户自然也希望具备相似的续驶历程指标，即充一次电，至少可满负荷行驶350km。按照1度电行驶5km的驱动效率，电动车电池需要能够容纳70～100度电。对于70～100度电容量的电池来说，如果采用慢充的模式，例如7小时充满，那么有效充电功率要达到10kW。传统的居住小区电网和功率分配无法满足这样的慢充充电功率需求。而对于时间更短，功率更大的快充，例如50kW以上的快充功率需求则居住小区的电网功率更加无法满足。

此外，对于居民小区中如果按照每台车配一个充电桩的模式，那么每一个充电桩都只是间歇工作，很多时间都处于空闲状态，这会造成明显的资源浪费。并且分散的大功率充电装置也会给电磁环境造成很大的负面影响，但如果一个居民小区中只配备少数几个充电桩，电动车普及后又会导致充电桩资源争用的社会问题。考虑到城市中绝大多数的停车位是露天停车位，在露天场合安装充电桩和进行充电操作，风吹、日晒、雨淋，都会导致安全风险。

总之，电动车的充电问题将对电网建设、用电安全、居住区规划等提出很高的要求。上述因素都将成为制约电动车普及应用的瓶颈问题。

实用新型内容

本实用新型旨在提出一种对电动车进行充换电的架构。

根据本实用新型的一实施例，提出一种电动车的充换电架构，包括：

电池组，电池组包括主电池、增程电池和副电池，主电池提供电动车的日常行驶的电能、增程电池提供电动车超长距离行驶的电能、副电池提供电动车应急短距离行驶的电能，其中主电池和增程电池不进行车载充电，但能进行更换，副电池进行车载充电但不更换；

电能分配器，主电池和增程电池向电能分配器输出电能流，电能分配器与副电池之间有双向的电能流；

行驶驱动单元，行驶驱动单元驱动电动车行驶，电能分配器与行驶驱动单元之间有双向的电能流；

低压用电设备，电能分配器向低压用电设备输出电能流，经电压转换后驱动低压用电设备工作。

在一个实施例中，该电动车的充换电架构还包括电能计量单元，主电池和增程电池输出的电能流先流经电能计量单元，在由电能计量单元流向电能分配器。

在一个实施例中，该电动车的充换电架构还包括显示单元，电能分配器与主电池、增程电池、副电池和电能计量单元之间有信息流，显示单元与电能分配器之间有信息流，显示单元显示信息流所承载的信息。

在一个实施例中，副电池向电能分配器输出电能流以驱动电动车行驶，或者电能分配器向副电池输出电能流为副电池充电。电能分配器向行驶驱动单元输出电能流驱动电动车行驶，或者行驶驱动单元在刹车时回收电能并向电能分配器输出电能流。

在一个实施例中，主电池、增程电池和副电池分别安装在位于电动车底部的主电池仓、增程电池仓和副电池仓内。主电池仓具有能够朝向底部打开的仓门，主电池仓上还具有数据交换接口和定位标记。增程电池仓具有能够朝向底部打开的仓门，增程电池仓上还具有数据交换接口和定位标记。副电池连接到具有充电接口的充电器，通过充电器进行车载充电。

在一个实施例中，电能分配器向低压用电设备输出的电能流经过DC/DC变换器，转换成低电压后提供给低压用电设备。

本实用新型的电动车的充换电架构根据电池的用途对电池进行了区分，对于不同的电池采用不同的充电方式，对经常使用的大容量电池采用更换而非车载充电的方式，对于应急使用的小容量电池采用车载充电的方式，由此解决目前电动车在充电过程中的矛盾。

附图说明

本实用新型上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：

图1揭示了根据本实用新型的一实施例的电动车的充换电架构的结构示意图。

图2a和图2b揭示了根据本实用新型的一实施例的电动车的充换电架构中的电池在车辆中的布置的示意图。

图3揭示了根据本实用新型的一实施例的电动车的充换电架构对电池进行更换的示意图。

具体实施方式

要解决能够普及的电动车的充换电问题，一种比较有效的方式是：以一定的密度布置充电站，充电站可以由专用的线路供电以减轻对于电网的影响。充电站连续工作，连续对电池进行充电。而电动车的电池为可更换的形式，在电动车的电池电量用完时，电动车前往充电站更换电池。由此解决了充电站使用效率、电网运行安全性和电池更换便利性的问题。为了提供满足电动车的不同续航能力要求，在电动车中可以配备不通过规格的电池仓，以多种电池组合的方式来满足不同的续航能力要求。相应的，电动车也具备在多个电池之间进行充电、切换、计费等等功能。

图1揭示了根据本实用新型的一实施例的电动车的充换电架构的结构示意图。参考图1所示，该电动车的充换电架构包括：

主电池101、增程电池102、副电池105、电能计量单元112、电能分配器111、充电器104、显示单元106、行驶驱动单元107、电控单元108和转换器110。

主电池101是电动车的主要动力来源，作为正常使用情况下的电量储备单元。主电池101的电量能够满足日常的长距离行驶要求，例如，按照车型的不同，主电池101的电量能够满足350km～500km的日常长距离行驶要求。主电池101的电池容量较大，能够快速更换，但主电池不能车载充电，只能从车上卸下后在充电站充电。如图1所示，主电池101向电能计量单元112输出主电能流113。

增程电池102用于在需要超长距离行驶时提供额外的电能。增程电池102的电池容量小于主电池101，一般增程电池102的电量能够满足100km～150km的行驶要求，作为在需要超长距离行驶时对于主电池101的补充。增程电池102也能够快速更换，但同样不能车载充电，只能从车上卸下后在充电站充电。增程电池102在日常使用时可以不安装在车上，以减轻车辆的整体重量。在需要超长距离行驶时，再安装增程电池102。如图1所示，在安装了增程电池102时，增程电池102向电能计量单元112输出增程电能流115。在没有安装增程电池102时，不会出现增程电能流115。

电能计量单元112汇聚主电能电流113和增程电能流115(如果安装了增程电池102)，对流经电能计量单元112的电能流进行计量。电能计量单元112向电能分配器111输出经计量的电能流117。继续参考图1所示，在主电池101、增程电池102、电能计量单元112和电能分配器111之间，除了具有传递电能的电能流之外，还具有信息流，信息流在上述各个部件之间进行数据交换。如图1所示，在电能分配器111和主电池101之间存在主电池信息流114，在电能分配器111和增程电池102之间存在增程电池信息流116，在电能分配器111和电能计量单元112之间存在计量信息流118。

副电池105用于提供电动车短距离应急行驶的电能。副电池105的容量比较小，对于应急短距离行驶来说，一般只需要30km～50km的电池容量。副电池105作为应急电池，固定安装在电动车内，不能更换，但可以进行车载充电。在图1所示的实施例中，充电器104用于通过外部电源给副电池105充电。充电器104具有充电接口103，充电接口103连接到外接电源，通过充电接口103和充电器104，在充电器104与副电池105之间形成充电电能流119为副电池105充电。同时，在充电器104和副电池105之间还形成充电信息流120。在副电池105和电能分配器111之间形成双向的副电池电能流121，在副电池电能流121由副电池105流向电能分配器111时，有副电池121提供电能进行短距离应急行驶。在副电池电能流121由电能分配器111流向副电池105时，电能分配器111可以使用来自主电池101或者增程电池102的电流为副电池105进行充电。副电池105的充电通常通过充电器104由外接电源提供，但在需要时，也可以由主电池101或者增程电池102提供电能为副电池105充电。在副电池105与电能分配器111之间还存在副电池信息流122，副电池信息流122提供双向的副电池电能流的信息。

电能分配器111向行驶驱动单元107、电控单元108和转换器110提供电能流。行驶驱动单元107是电动车的主要驱动装置，一般为大功率的电动机。在图1所示的实施例中，行驶驱动装置107被示为连接到车轮。电能分配器111与行驶驱动单元107之间存在驱动电能流123。驱动电能流123被示为是双向的。在正常行驶的过程中，驱动电能流的方向是从电能分配器111至行驶驱动单元107。电能分配器111将来自主电池101和/或增程电池102(如果存在的话)和/或副电池105的电能输出至行驶驱动单元107，驱动电动车行驶。在车辆刹车时，行驶驱动单元107的电动机会回收部分能量，这部分回收的能量被反馈给电能分配器111。在刹车回收能量时，驱动电能流123的方向是从行驶驱动单元107至电能分配器111。进一步的，由行驶驱动单元107回收的刹车能量可以由电能分配器111通过副电池电能流121被提供给副电池105为副电池105充电。

电能分配器111的驱动电能流123还被提供至转换器110。转换器110是DC/DC转换器，用于将高压电转换为低压电，例如转换为车载低压设备常用的12V直流电。转换器110输出低压电流109。低压电流109被输出至各个车载的低压设备，例如在图1中所示出的电控单元108。由于转换器110和诸如电控单元108的其他设备都是单纯的耗电设备，因此电能分配器111输出至转换器110的驱动电能流123是单向的，从转换器110输出的低压电流109也是单向的。

显示单元106可以被集成在车载的显示器上，显示单元106与电能分配器111之间存在显示信息流124。显示信息流124包含了由电能分配器111所执行的电能分配的各种信息，这些信息会由显示信息流提供至显示单元106并由显示单元106进行显示。显示信息流124所包含的电能分配的信息可以例如：

主电池、增程电池、副电池的电池容量、当前剩余电量。

按照当前各个电池的综合剩余电量计算得到的续航里程。

当前的电能流状况：例如当前正在由主电池供电、或者由增程电池供电、或者由副电池供电、或者由几个电池组合供电；为副电池充电(包括使用外接电源、使用主电池或者增程电池、使用刹车回收电能为副电池充电)。

已经使用的电量的计量：比如使用了多少来自主电池的电量、使用了多少来自增程电池的电量、使用了多少来自副电池的电量。

需要说明的是，显示信息流124所包含的信息并不限于上述所介绍的内容。

本实用新型的电动车的充换电架构的结构框图如图1所示，在实际的应用中，还需要考虑的问题是如何在电动车中布置上述的充换电设备，尤其是其中体积较大的主电池、增程电池和副电池。图2a和图2b揭示了根据本实用新型的一实施例的电动车的充换电架构中的电池在车辆中的布置的示意图。其中图2a是侧视图而图2b是俯视图。

如图所示，在电动车125的底部布置三个电池仓：主电池仓128、增程电池仓127和副电池仓126。为了节省车内空间，也为了方便电池的更换，电池仓的位置被安排在车体的底部，座椅的下方。在图示的实施例中，在后排座椅的下方设置体积较大的主电池仓128，主电池仓128内容纳主电池101。主电池仓128的开口向下，电池更换装置从车辆的下方，及在车底的位置操作主电池仓，进行主电池101的更换。由于现行的车辆维修等设施多数是从车底方向对车辆进行操作，因此将电池仓的开口也朝向下方能够有效利用现有的设施。为了便于电池更换的自动化操作，在主电池仓128上设置有第一数据交换接口129a和第一定位标记130a。第一定位标记130a的作用是使得电池更换装置能够与主电池仓128对准，以进行主电池的更换操作。第一数据交换接口129a用于电池更换装置与车辆之间的数据通信和数据交换。使得电池更换装置能够获取车辆信息，车辆也能够获取电池更换装置的相关信息，这些信息可以在显示单元106上进行显示。

增程电池仓127和副电池仓126由于体积较小，因此分别设置在两个前排座椅的下方。增程电池仓127的开口也是向下，电池更换装置从车辆的下方，及在车底的位置操作增程电池仓，进行增程电池102进行更换。在增程电池仓127上设置有第二数据交换接口129b和第二定位标记130b。第二定位标记130b的作用是使得电池更换装置能够与增程电池仓127对准，以进行主电池的更换操作。第一数据交换接口129b用于电池更换装置与车辆之间的数据通信和数据交换。在一个实施例中，电池更换装置通过第一数据交换接口129a和第二数据交换接口129b与车辆交换的信息包括：身份验证信息、用户确认指令、主电池相关参数、增程电池相关参数等第一数据交换接口129a和第二数据交换接口129b可以是接触式的，也可以是非接触式的。

由于副电池105被设计为不进行更换，而是进行车载充电，因此副电池仓126不设置进行日常更换的开口。副电池仓126的开口被设置为朝向车厢内，副电池仓126的开口仅在需要维修时，或者副电池使用寿命到期需要更换时打开，从车内对副电池105进行更换或者维修。由于副电池不是日常进行更换的，因此一般不设置数据交换接口和定位标记。

图3揭示了根据本实用新型的一实施例的电动车充换电架构对电池进行更换的示意图。如图3所示，电动车125驶入更换电池的专用车位131。该专用车位131在低于地面的位置设置有通道134，通道134中运行有电池更换装置133。电池更换装置133上具有数据交换接口132和定位装置(图中未示出)。电池更换装置133沿着通道134运行至主电池仓128或者增程电池仓127的下方，在图3所示的实施例中，以对主电池101的操作为例进行说明。电池更换装置133运行到主电池仓128的下方，通过定位装置和第一定位标记130a来进行定位。定位完成后通过数据交换接口132和第一数据交换接口129a进行数据交换，进行身份验证信息、用户确认指令、读取主电池输出的电能数值、主电池相关参数识别等等操作。在一个实施例中，上述的数据交换过程也可以通过车辆天线136与车位电线135构成的数据交换链路实现。在完成身份验证信息、用户确认指令、读取主电池输出的电能数值、主电池相关参数识别等步骤后，电池更换装置133打开主电池仓128的仓门，解除主电池101与车体之间的机械锁定，将主电池101取下。电池更换装置133携带主电池101沿着电池运输通道134移动，将卸下的主电池101输送至充电位进行充电。电池更换装置133会重新携带一块已经充满电的主电池101，沿着电池运输通道134重新移动到主电池仓128的下方，将充满电的主电池101装入到主电池仓128中，将主电池101和车体进行机械锁定，然后关上主电池仓128的仓门，完成主电池的更换。对于位于增程电池仓127中的增程电池105，可以采用类似的步骤进行更换。

本实用新型的电动车的充换电架构根据电池的用途对电池进行了区分，对于不同的电池采用不同的充电方式，对经常使用的大容量电池采用更换而非车载充电的方式，对于应急使用的小容量电池采用车载充电的方式，由此解决目前电动车在充电过程中的矛盾。

上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本实用新型的，熟悉本领域的人员可在不脱离本实用新型的实用新型思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (6)

1.一种电动车的充换电架构，其特征在于，包括：

电池组，电池组包括主电池、增程电池和副电池，主电池提供电动车的日常行驶的电能、增程电池提供电动车超长距离行驶的电能、副电池提供电动车应急短距离行驶的电能，其中主电池和增程电池不进行车载充电，但能更换，所述副电池进行车载充电但不更换；

电能分配器，主电池和增程电池向电能分配器输出电能流，电能分配器与副电池之间有双向的电能流；

行驶驱动单元，行驶驱动单元驱动电动车行驶，电能分配器与行驶驱动单元之间有双向的电能流；

低压用电设备，电能分配器向低压用电设备输出电能流，经电压转换后驱动所述低压用电设备工作。

2.如权利要求1所述的电动车的充换电架构，其特征在于，还包括电能计量单元，所述主电池和增程电池输出的电能流先流经电能计量单元，再由电能计量单元流向电能分配器。

3.如权利要求2所述的电动车的充换电架构，其特征在于，还包括显示单元，所述电能分配器与主电池、增程电池、副电池和电能计量单元之间有信息流，所述显示单元与电能分配器之间有信息流，所述显示单元显示信息流所承载的信息。

4.如权利要求1所述的电动车的充换电架构，其特征在于，

所述副电池向电能分配器输出电能流以驱动电动车行驶，或者电能分配器向副电池输出电能流为副电池充电；

所述电能分配器向行驶驱动单元输出电能流驱动电动车行驶，或者行驶驱动单元在刹车时回收电能并向电能分配器输出电能流。

5.如权利要求1所述的电动车的充换电架构，其特征在于，所述主电池、增程电池和副电池分别安装在位于电动车底部的主电池仓、增程电池仓和副电池仓内；

所述主电池仓具有能够朝向底部打开的仓门，所述主电池仓上还具有数据交换接口和定位标记；

所述增程电池仓具有能够朝向底部打开的仓门，所述增程电池仓上还具有数据交换接口和定位标记；

所述副电池连接到具有充电接口的充电器，通过充电器进行车载充电。

6.如权利要求1所述的电动车的充换电架构，其特征在于，所述电能分配器向低压用电设备输出的电能流经过DC/DC变换器，转换成低电压后提供给低压用电设备。