CN211556955U - 一种结合超级电容器与电池包的储能装置及相关电动车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种结合超级电容器与电池包的储能装置及相关电动车及用其驱动的电动车。该装置包括一个超级电容器及多个可交换的移动电池包，每个电池包装在电动车上的一个对接插座中；该电池包可从插座中轻易地取出或插入。在此装置中，电动车里的电动机并不直接由电池包驱动，而是通过电池包与超级电容器的可控并联来为电动机供电。这些车内的电池包不但能够像普通电动车一样使用充电桩充电，还能够取出在车外进行独立充电；用户可以使用不同类型的充电电源，包括家用电源，直流快速充电电源，或光伏电源。在具体操作中，这些可交换的电池包成为电动车的能量载体；通过技术延伸，使用本实用新型的电动车可以很方便地进行短途和长途行车。

Description

一种结合超级电容器与电池包的储能装置及相关电动车

技术领域

本申请涉及电动车技术领域，特别是涉及为电动车提供电能的储能/充电装置，包括一种结合超级电容器与电池包的储能装置及相关电动车。

背景技术

在近年，电动车成为许多国家的重点支持产业。这是因为电动车有很多优点，包括节能、环保、经济等等。不过，现在使用的电动车有一个很大的缺点，就是充电不方便。首先，目前电动车充电需要的时间一般比较长，从一个小时到二十几个小时。其次，充电桩不普及，在有需要时不一定能找到；就算找到了也可能要排队等候。第三，很难使用电动车进行长途旅行。大部分的电动车的续航能力只有大约300公里左右，超过这个距离就必须找充电桩来充电。这些问题都是目前发展电动车技术必须解决的问题。

为了解决上述问题，我们在此前提出过一种多功能充电/储能系统的技术方案(CN109204057A)，利用多个便携式独立电池包来作为能量载体为电动车内的电动机提供能量。这样的好处是，首先，电动车的充电时间可以缩短很多，而且由于电池的充电和电动车的运作可以分开进行，电池的充电时间较长也不会影响电动车的使用。其次，由于电动车无需靠近充电桩来进行充电，充电的过程会变得方便得多。最后，由于电动车的充电可以靠交换电池包来完成，长途行车的问题也可以得到解决。

不过，上述技术方案存在一些有待解决的技术问题。首先，上述方案使用多个便携式独立电池包作为其能量载体。在具体实施中，单个便携式独立电池包依次为电动机供电，(例如电池包B1用完后，再用电池包B2，依次类推)。由于单个电池包的放电电流较小，用单个电池包来驱动电动机的功率不足以完全满足一部电动车在启动和加速时的需要。其次，在某些情况下，例如电动车在上坡时，可能需要多个电池包同时为电动机供电。而且，当电动车在行驶时，根据交通的情况，它不时需要突然的加速和减速。因此电动机需要的电流极不稳定。如果让电池包直接为电动机供电，这种不稳定的放电方式会损害电池的寿命。

本实用新型的目的，就是要解决上述的问题。本实用新型提供一种结合超级电容器与电池包的储能装置及相关电动车。在此系统中，电动车里的电动机并不直接由电池包驱动，而是通过电池包与超级电容器的可控并联，为电动机供电。

除此以外，利用本方案的技术延伸，使用本实用新型的电动车还可以在现有的基础设施条件下进行长途行车。

实用新型内容

为解决目前电动车充电不方便的问题，本实用新型提供一种结合超级电容器与电池包的储能装置及相关电动车。在此系统中，电动车里的电能主要储存在多个可交换的移动电池包中。不过，电动车内的电动机并不直接由电池包驱动，而是通过电池包与超级电容器的可控并联为电动机供电。换句话说，驱动电动车的电能直接来自超级电容器；当电容器的电压降低时，电池包再为超级电容器充电。这样一来，电池包的放电过程就可以变得较为平稳，电流变化程度较小。

这些车内的电池包不但能够像普通电动车一样使用充电桩来充电，还能够取出在车外进行独立充电；用户可以使用不同类型的充电电源，包括家用电源，直流快速充电电源，或光伏电源。

具体而言，本实用新型提供一种结合超级电容器与电池包的储能装置，一个或多个可移动的电池包(1)，所述电池包(1)插入在对应的对接插座(2)中，所述电池包(1) 通过并联或串联组成一个可交换的电池包储能系统；所述电池包储能系统连接一个超级电容器(3)；所述超级电容器(3)与电动车的电动机(4)连接；

当所述电动车行驶时，所述电池包储能系统为所述超级电容器供电，所述超级电容器为所述电动机供电，当所述电动车刹车时，所述电动机为所述超级电容器充电。

优选地，所述对接插座(2)内安装有滑轨，所述电池包(1)设置有用于从所述对接插座(2)内拔出或插入的把手(10)，以使得所述电池包无需借助其他工具即可从所述对接插座(2)内拔出或插入。

优选地，所述电池包(1)由能够多次充放电的蓄电池，例如锂电池，串联或并联组成，所述电池包(1)重量为2-30千克，体积为1-30升，所述电池包(1)上安装有充电接头，当所述电池包(1)从所述对接插座(2)移出时，可以利用充电设备单独进行充电。

优选地，所述超级电容器(3)的电压为30-600V，电容为10-3000F。

优选地，所述超级电容器(3)通过第一智能开关(S1)与所述电池包(1)连接；所述超级电容器(3)上安装有电压感应器，当所述超级电容器(3)的电压低于预设电压时，所述第一智能开关打开，所述电池包(1)为所述超级电容器充电，当所述超级电容器(3) 的电压达到预定电压时，所述第一智能开关关闭。

优选地，所述电池包(1)内安装有电压、电流和温度的感应器；所述电池包(1)在充电和放电时，如果所述电池包的温度或电流过高，所述电池包就会自动降低充电或放电的电流。

为解决上述问题，本实用新型还提供了一种电动车，包括电动车本体，还包括上述的结合超级电容器与电池包的储能装置。

优选地，所述可移动的电池包(1)及所述对接插座(2)的数目为1-8个，所述对接插座(2)安装在电动车的前端或尾端。

优选地，所述电动车除了安装有如实用新型内容部分第三至第四自然段所述的储能/ 充电装置外，还安装有一个内燃机(5)以及与其连接的发电机(6)；所述发电机(6)可以通过一个智能开关(S3)连接所述超级电容器(3)并为其充电。

优选地，其驱动能源有两种选择；驾驶员可以选择使用所述可移动电池包(1)为超级电容器(3)充电，或者使用所述发电机(6)为超级电容器(3)充电，以驱动电动车的行驶。

为解决上述问题，本实用新型还提供了一种可移动的电池包，其特征在于，适用于结合超级电容器与电池包的储能装置。

优选地，所述电池包的车外充电设备为专为电动车充电的充电站所提供的快速充电装置。

优选地，所述电池包的车外充电设备为使用家用电源的充电器。

优选地，所述电池包的车外充电设备为连接光伏电源的充电装置。

优选地，所述电池包除了为电动车供电以外，还可以通过一个电压转换装置，为家用电器、电子设备及通讯设备供电。

从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：

本申请提供的结合超级电容器与电池包的储能装置和安装有该装置的电动车可以解决目前电动车充电不方便的问题；而且，本实用新型所提供的装置可以同时解决针对背景技术部分提到的几个技术问题，包括(1)超级电容器的瞬时电能供应能力比电池包要强，增加驱动电动车的瞬时电能供应，强化了电动车的驱动性能；(2)超级电容器有缓冲能量的作用，增加了电动车在使用时的安全性；(3)使用超级电容器向电动机供电可以使得电池包向外输出电流在不同情况下的变化程度比电池包直接向电动机供电时小，使得电池包的放电更加稳定可控，从而增加了蓄电池的寿命。

使用了本实用新型提供的上述装置，电动车在短途行驶时可以利用电池包里储存的电能来驱动电动车，因此能达到环保节能的目的。在长途行驶时，使用本实用新型的电动车可以利用其内燃机驱动的发电机为电动机供电，从而保证了长途行驶的方便，而不用担心充电的问题。因此，在现有的基础设施条件下，使用本实用新型的电动车可以同时实现既节能环保又方便长途行车。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型的实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例中一种结合超级电容器与电池包的储能装置的示意图。

图2为本申请实施例中一种可移动的电池包和对接插座的连接示意图。

图3a为本申请实施例中可交换的电池包的正面结构图。

图3b为本申请实施例中可交换的电池包的背面结构图。

图4a为通过连接一个使用家用电源的充电器使用家用电源为可移动的电池包充电的示意图。

图4b为通过连接一个光伏发电电源为可移动的电池包充电的示意图。

图5为本申请提供的可移动的电池包在车外使用专为电动车充电的充电站所提供的快速充电装置的示意图。

图6为本申请实施例中一种可交换的电池包的储能系统在电动车内的位置示意图。

图7为本申请实施例中一种结合超级电容器与电池包的储能装置的示意图；该装置除有图1所示装置的各个部件外，还有内燃机、发电机及其连接电路和智能开关。

附图标记如下：1可移动的电池包，2对接插座，3超级电容器，4电动机，5内燃机， 6发电机；

7插头，8插口，9充电接口，10把手，11模式开关，12电量显示器，13滑轨，14 使用家用电源的充电器；

S1控制可移动的电池包对超级电容器充电的第一智能开关，S2控制超级电容器对电动机供电的智能开关，S3控制发电机对超级电容器充电的智能开关，S4控制发电机对可移动的电池包充电的智能开关。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护范围。

本实用新型的核心是提供结合超级电容器与电池包的储能装置、安装有该装置的电动车，以及一种适用于该装置的可移动电池包。使用了本实用新型的装置，就可以使得电动车的充电变得灵活便捷。而且，这种电动车不但具有节能环保的优点，还可以在现有的基础设施条件下，能保证长途行车的方便。

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

实施例一

图1为本实用新型实施例提供的一种结合超级电容器与电池包的储能装置的示意图。如图1所示，该装置的构造为：

一个或多个可移动的电池包1，在本实施例里，所述电池包1的数量为2个；

对接插座2，每个对接插座可以方便地插入一个可移动的电池包1；所述插入对接插座2的多个电池包1可以通过并联或者串联方式连接以构成可交换的电池包储能系统，需要说明的是，本实施例以一个电池包1对应一个插座2为例，不难想到一个插座2对应两个电池包1，或有插座2并不对应电池包1等情形，具体在此不做限定。

通过对接插座2，可移动的电池包1与超级电容器3连接，为超级电容器3充电；该充电过程由第一智能开关S1控制，第一智能开关S1可以通过其打开或关闭的时间长短来控制可移动的电池包1对超级电容器3输电的多少和快慢；电池包1和超级电容器3的电路里安装有探测电压和温度的监测器，该检测器会反馈信息给第一智能开关S1；

超级电容器3与发动机4连接并为其供电；该供电过程由智能开关S2控制。当该电动车在行驶时，驾驶员对油门的控制就是通过对智能开关S2的控制来达成。

装置整体的运作：

电动车的电能主要储存在可交换电池包储能系统中。这个系统由多个可移动的电池包 1组成。这些装在车内的电池包1既可以像普通的电动车一样用充电桩充电，也可以很容易地从对接插座2中取出，拿出电动车外进行独立充电。充电后的可移动电池包1可以插回电动车里的对接插座2中，在电池包的插入和拔出过程，无需借助其他工具。

在本实施例中，超级电容器的优选属性为电压30-600V，电容为10-3000F。

在本实施例中，电动车内的电动机4由超级电容器3直接驱动；超级电容器3的电能由可移动的电池包1给予补充。因此，可移动的电池包1为电动车间接提供电能。

由于电池包1是通过超级电容器3来驱动电动机4，这样就避免了使用电动机4时出现强大的瞬时电流的波动对电池包1的影响。当电动车在启动或突然加速的时候，电动机 4需要强大的瞬时电流，电池包1难以提供这样的电流需要。而且，这种突然的高通量电流的放电，对于电池包1也是不安全的；它可能使得电池包1的温度过快地上升，也不利于电池包1的寿命。使用了一个超级电容器3作为驱动电动机4的缓冲，就可以避免电池包1要提供强大的瞬时电流，保证了系统的安全。而且，由于超级电容器3本身可以快速放电，它也可以满足电动机4在有需要时的强大电流需求。

当电动车在行驶时，可以通过控制各个电池包1的智能开关为超级电容器3供电。例如，如果车子在平稳行驶时，电动机4的耗电很小，只要使用一个电池包1(例如B1)对超级电容器3进行进行充电就够了。当车子在加速或上坡时，电动机4的耗电较多，为了保证超级电容器3损耗的电能能够快速地得到补充，可以同时使用多个电池包1对超级电容器3充电。这些不同情况的充电模式可以通过对智能开关的控制达成。

当电动车在刹车时，电动机4可以把车子的动能转化成电能，反过来为超级电容器3 充电。

装置内可移动电池包的连接：

所述可移动的电池包1由多个电池模块组成，每个电池模块由多个高能量密度的电芯 (例如高效锂电池)并联或串联组成，可以进行很多次的充电和放电。可移动的电池包1 上设置有一种或多种充电接口，用于与不同类型的充电电源连接；其中一个接口在可移动的电池包1背面，设计为与对接插座2对应的连接接口连接(见图2)；通过这个连接，电池包1可连接上电动车内的输电系统。

对接插座2可以是一个半封闭的箱体，如图1和图2所示，箱体的内部设置有插座7，插座的一端用于与可移动的电池包1的连接接口8连接，插座的另一端与智能开关连接。可移动的独立电池包1可以在不需要其它工具的情况下，很容易地插入或移出插座2。在具体实施中，插座与接口的类型不作限定，只要两者相匹配即可。

实施例二

在实施例一的基础上，本实用新型提供了一种可交换的移动电池包，适用于本实用新型提供的结合超级电容器与电池包的储能装置；所述的可移动的电池包由多个高能量的锂电池串联和/或并联组成；在本实施例中，所述的可移动的电池包重量为10-20kg，在充电后的储蓄能量约为5-10kWh，电压为180-360V，放电电流为1-120A，该电池包安装有电量显示器12。所述电池包储存的电能，足以支撑一部电动车行驶约50-100km。

可移动的电池包的结构

可移动的电池包的具体结构参考图3。由于这种电池包需要能方便地取出车外独立充电，因此，其重量不能太大，并且必须便于插入和取出。在本实施例中，可移动的电池包大约为一个手提公文箱的大小，重量也是一个普通人可以提起的。为了方便拆卸，箱体内装有一个滑轨，电池包上也有与其对应的装置及装有一个把手10。通过这些装置，人们可以很容易地把一个可移动的电池包从对接插座2的箱体里取出或插入，在电池包的插入和拔出过程，无需借助其他工具。

图3(a)是可移动的电池包的正面结构示意图。如图所示，优选地，正面设置有用于显示储电水平的电量显示器12。在实施例一中，可移动的电池包有一种或多种充电接口，本实施例中，充电接口的数量就是两个，其中一个充电接口9设置在正面，另外一个在背面。电池包上还装有一个模式开关11，用于控制电池包的运作模式：例如：断开状态；使用普通家用电源充电；快速充电；为电动车供电。需要说明的是，本实施例中的模式开关的具体结构不做限定，可以是旋钮式，也可以是按键式。

图3(b)是可移动的电池包的背面结构示意图。在本实施例中，可移动的电池包的另一个插口8设置在可移动的电池包的背面，它不仅具有充电接口的功能，而且还是输电接口。它可以让电池包连接到对接插座2的插座7从而为电动车输电。该插口8也是快速充电接口，当可移动的电池包从箱体里取出时，也可以利用该充电接口8来连接一个外部的快速充电装置，也就是高电流量的直流充电装置。

可移动的电池包的充电方法

本实用新型提供的可移动的电池包可以在电动车外充好电后，再插入安装有本实用新型提供的装置的电动车内。由于可移动的电池包上设置有一种或多种充电接口，因此它可以使用不同类型的充电电源为其充电，包括：充电桩、家用电源、光伏电源和充电站快速充电装置。这样可移动的电池包1就成了一种能源的载体；通过这个载体就可以使用多种办法为电动车充电。

图4a为通过连接一个使用家用电源的充电器14使用家用电源为可移动电池包充电。通过可移动的电池包1正面的一个充电接口9连接到一个包括交流电转直流电的转换器的充电器14，就可以利用普通的家用交流电电源来为所述可移动的电池包1充电。这样对于一般的车主来说就不需要等待电动车充电桩来进行充电。只需把一个或多个可移动的电池包1从车内取出，拿回家中、办公室等有家用电源的地方进行充电。

图4b为使用光伏发电电源为可移动的电池包充电。可移动的电池包1的一个充电接口9可以连接一个使用光伏电源的充电控制器，充电控制器连接到光伏发电板。光伏发电板将光能转化为电能，并通过充电控制器为可移动的电池包1充电。对于需要在偏远地区行驶的车辆，加油或是充电都十分不便。很多这些偏远的地方并不在国家电网的覆盖范围内，但可以采用光伏发电的办法来取得电能，例如在屋顶或外墙装上太阳能电池板，这些装置一般称为分布式光伏发电装备。本实施例中的可移动的电池包可以利用这些分布式光伏发电电源来进行充电。这些由光伏发电电源充电后的电池包1就可以为装有本实用新型装置的电动车提供能量。

进一步的，充电接口9和插口8不仅可以用于使用外部电源对电池包1充电，也可以用于使用电池包1对电动车以外的电器进行供电。例如，使用一个电压转换器，利用光伏电源充电后的电池包1就可以作为一个能量载体为其它电子设备或家用电器提供电能，例如计算机、电磁炉、通讯设备等，如此这种电池包的运用就能够为偏远地区，尤其是电网难以覆盖的区域的人们提供更多便利。

如图5所示，在充电站里，有充电站所提供的快速充电装置来为所述可移动的电池包 1充电，该快速充电装置里有与可移动的电池包1相对应的快速充电用对接插座，其构造与电动车内的插座2相同。所以这些可移动的电池包1可以很容易地放入快速充电用对接插座，通过其背后的插口8，与充电站的直流充电电源连接。通过这样的技术方案，一个可移动的电池包可以在10-30分钟内充满电。充电后的电池包1可以插入电动车里的对接插座2为电动车的超级电容器3进行充电。

所以在本实施例中，这个可移动的电池包可以使用三种不同的电源充电：第一种是使用普通家用电源连接一个充电器14，再连接可移动的电池包正面的充电接口9来为电池包充电。第二种是使用一种光伏发电的电源，连接可移动的电池包正面的充电接口9来为可移动的电池包充电。第三种是使用特殊的快速充电设备，连接可移动的电池包背面的插口 8进行充电。第一种充电办法的好处是简单方便，不需要特殊的电源或者设备，在大部分车主的家里都可以进行。第二种充电方法可以适用于边远地区并且高度节能环保。第三种充电办法的好处是高效、快速。但它需要特殊的设备和特别的电源，只能够在专门的充电站里才能进行。

实施例三

在上述实施例的基础上，本实用新型还提供一种电动车，安装有所述的一种结合超级电容器与电池包的储能装置。在本实施例中，所述装置包括了如图1所示的各个组成部分和上述实施例说明的其运作模式。

上述装有结合超级电容器与电池包的储能装置的电动车除了可以像传统方法一样使用充电桩进行充电外，还可以把可移动的电池包1从车内取出，根据情况，灵活地选择不同的电源在车外为其进行独立充电。这样就可以在缺乏充电桩的情况下使用电动车。

作为优选的实施方式，对接插座2的数量具体为1-8个。每个对接插座2只能容纳一个电池包1。在图1显示的实施例中，对接插座是两个。可以理解的是，电池包1的数量设计为1-8个是出于实际需要的考虑，如果数量设置得过多，虽然对于每个可移动的电池包1的能量需求有所降低，但是会导致频繁充电，使用起来也较为不便。在具体选择时，可以结合电动车的用途、自重，电池的类型、能量密度、重量等参数综合考虑。

为了方便驾驶员从电动车内的对接插座2里取放可移动的电池包1，对接插座2可装在车子的尾端或前端，这样驾驶员就可以不需要应用任何工具，可以很轻松地把电池包1从对接插座2中取出。图6为本实用新型实施例中一种可移动的电池包1及其对接插座 2在电动车内的位置示意图。图6中放在后端，对应位置1，放在前端对应位置2。为了安全的理由，插座2上面有一个盖子，这个盖子是可以锁上的。另外，为了避免意外，当车子未熄火时，盖子不能打开。当电池包1在对超级电容器3进行充电的的时候，它不能从对接插座2中取出。

为了进一步说明使用本实施例中的电动车来解决充电困难问题的方法和有益效果，下面结合一个具体的例子来说明。

由于所述结合超级电容器与电池包的储能装置里的可移动的电池包1可以很容易地从对接插座2中取出来，驾驶员在开车回家后，可以把可移动的电池包1从车上取下来，带回家里通宵进行充电。第二天早上上班时，再把这些电池包1装回车里的对接插座2中。这样就可以解决平时充电的问题。

在一种具体实施方式中，每个可移动的电池包1的电能容量(例如6kWh)大概可以让车行驶55公里。城里大部分车主都是为了上下班和日常家务的需要而开车，每天只需行驶几十公里。对于一般的车主来说，他只要取下1-2个可移动的电池包1来充电就足够满足多于一天的用车需求了，所以不需要费心去找充电桩来排队充电。

电池包1除了在晚上用家用电源充电以外，也可以使用充电站里提供的快速充电装置来为其充电。这种充电方法的好处是充电的时间可以非常短，例如10-30分钟；而且多个独立电池包1可以同时独立充电，方便节省时间。充电站的快速充电装置参考图5。充电站内设置有多个快速充电装置，包括对接插座和直流快速充电电源；它们可以提供电池包 1的快速充电服务。驾驶员可以把电动车对接插座2里的可移动的电池包1取出来，拿到充电站，插入其快速充电装置中的对接插座进行快速充电。然后再把这些充好电的电池包 1装回车内的对接插座2里去。每个对接插座给电池包1快速充电的过程都是独立进行的，因此可以快速地为许多电池包1同时充电。

实施例四

在上述实施例的基础上，本实用新型还提供一种安装有超级电容器与可交换电池包的混合能源电动车。如图7所示，所述电动车除安装有实施例一所述的一种结合超级电容器与电池包的储能装置之外，还安装有内燃机5以及与其连接的发电机6。具体而言，该电动车除装有图1所示装置的各个部件外，还同时装备了一个内燃机5及与其连接的发电机 6；该发电机6可以通过智能开关S3为超级电容器供电；或者通过智能开关S4为可移动的电池包1供电。

内燃机5通过化石燃料燃烧产生的化学能可以为发电机6提供能量，发电机6把这些化学能转化为电能；发电机6与超级电容器3连接并可以为其充电，该充电过程由智能开关S3控制，智能开关S3可以通过其打开或关闭的时间长短来控制发电机6对超级电容器 3充电的多少和快慢；当超级电容器3内的电压探测器告知输电系统其充电已经完成时，智能开关S3会关闭，使得发电机6停止向超级电容器3输电。

发电机6也与可移动的电池包1连接并可以为其充电，该充电过程由智能开关S4控制；当电池包1内的电压探测器告知输电系统其充电已经完成时，智能开关S4会关闭，使得发电机6停止向电池包1输电。

本实施例中的装置的其余的主要运作方式与实施例一所述的运作方式基本相同。在功能上而言，由于本实施例增加了内燃机5和发电机6，使得其在能量来源的选择上更加灵活，便利。

在本实施例中，驱动电动车的能源可以有多种办法供应：(1)像目前插电式混能车(plug-in hybrid EV)那样使用充电桩为电动车内的可移动的电池包1充电。已充电的电池包可通过超级电容器3为电动机4间接供电。(2)与现有的插电式混能车不同，可移动的电池包1可以被取出车外进行直接充电；充电后的电池包1再放回电动车中通过超级电容器3为电动机4间接供电。(3)使用车内的内燃机5来驱动发电机6，为超级电容器 3供电，超级电容器3再为电动机4供电。(4)内燃机5燃烧化石燃料驱动发电机6，发电机6为可移动的电池包1进行充电；已充电的电池包再通过超级电容器3为电动机4间接供电。

上述供电途径(1)和(2)只会使用可移动电池包1里的电能，最为节能环保，很适合短途行车的需要；途径(3)和途径(4)使用化石燃料，比较不环保，但好处是可以在长途行车时不用担心续航力的问题。

目前的油电混合动力车在长途行车时虽然可以不用担心续航力的问题，但是其基本动力来源是燃烧汽油，因此节能环保能力非常有限。目前使用的插电式混能车能局部解决这个问题。不过，由于现时大部分城市的充电桩不足，要为该种混能车充电很不方便。本实用新型提供的安装有结合超级电容器与电池包的储能装置的混合能源电动车可以补充它的不足。本实用新型的电动车利用可移动的电池包1作为能源载体，这种电池包可以在车外单独进行充电，不必依赖充电桩。这样就方便得多了。

所以，本实用新型提供的电动车可以同时满足节能环保和续航力上的要求。以下的例子具体地说明了安装有结合超级电容器与电池包的储能装置的混合能源电动车如何实现节能环保和保证续航力的有益效果。

例1：短途行驶只需要由可移动的电池包供电

对于平时短途行车的驾驶员，例如上下班的情况，由于本实用新型里中的电动车内的可移动的电池包1可以很容易地从对接插座2中取出来，驾驶员在开车回家后，可以把一个或两个可移动的电池包1从车上取下来，带回家里，通过连接一个使用家用电源的充电器14为可移动电池包1通宵进行充电。第二天早上上班时，再把这些电池包1装回车里的对接插座2中。这样就可以解决电动车充电的问题。事实上，由于电池包1可以在车外充电，驾驶员可以在任何有家用电源的地方进行充电，例如办公室，旅馆等。这样对于一般的城里的行车或者说短途的行车，只需要使用可移动的电池包1内的电能，无需动用内燃机5。也就是说，短途行车只需要使用上述办法来为电动车供电，就可以达成节能环保的目的，与一辆纯电动车的节能环保程度一样。

例2：长途行车可以使用多种办法来供电

当需要长途旅行时，如果途中有充电桩可以进行充电，驾驶员也有足够的时间等待充电，那么也可以如普通的纯电动车一样，完全利用充电的电能行车。当然，由于本实用新型中的电动车内的可移动的电池包1可以很容易地从对接插座2中取出来，再进行充电，因此驾驶员不一定要找充电桩来充电，也可以更灵活的利用其它电源来充电，例如家用电源和光伏发电电源。同时，驾驶员在上路前也可以准备一个或多个已充电的备用可移动电池包1。当电动车内的可移动电池包1的电耗尽时，可以替换为备用电池包1，增加续航力。上述行车只会使用到可移动的电池包1通过对接插座2的连接对超级电容器3进行充电来为电动车供电，因此可以达成节能环保的目的，与一辆纯电动车的节能环保程度一样。

如果是需要行驶非常长的距离，且在中间无法找到充电的地方，那就需要使用到内燃机5来提供能量。即利用内燃机5燃烧化石燃料驱动发电机6，发电机6为超级电容器3进行充电，或利用内燃机5燃烧化石燃料驱动发电机6，发电机6为可移动的电池包1进行充电。最后，充电后的超级电容器3驱动电动机4为电动车行车提供电能。这时该电动车可以有强大的续航力。

因此，本实施例提供的电动车可以容易地满足短途、长途情景的行车需要：当进行市内短途行驶时可以与纯电动车完全一样节能环保；而在长途行车时，除了可以使用电池包的电能，又可以与现有的燃油汽车一样，保障其续航力。

可行性

利用目前的电池技术，本专利所设计的可移动电池包1的蓄电能力已经可以达到方案里的要求。假设我们设计的可交换的电池包1的重量为20公斤，里面使用目前最先进的锂电池，(例如，采用Panasonic型号21700的锂电池)。它的能量密度可以达到300Wh/kg。那么每个电池包1的储能量就可达20x 0.30＝6kWh。根据目前的技术，一部轻便的电动车的能耗可以达到每千瓦时行驶约十公里。因此，在本专利设计的电动车里，每个可移动电池包1的续航能力可以达到55公里。

现在的锂电池还在不断地改进之中。以后的锂电池能量密度肯定会更高。例如有些公司正在开发固态锂电池，它的能量密度可以达到495Wh/kg。当这些电池被商业化推广以后，我们设计的可移动电池包1的储能量就可以支持一部电动车跑90公里。因此在未来，这些可交换的电池包1的重量可以比目前设计的20公斤轻得多，例如可减轻到10公斤左右。

以上对本实用新型所提供的一种结合超级电容器与电池包的储能装置及相关电动车进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (15)

1.一种结合超级电容器与电池包的储能装置，其特征在于，包括：

一个或多个可移动的电池包(1)，所述电池包(1)插入在对应的对接插座(2)中，所述电池包(1)通过并联或串联组成一个可交换的电池包储能系统；所述电池包储能系统连接一个超级电容器(3)；所述超级电容器(3)与电动车的电动机(4)连接；

当所述电动车行驶时，所述电池包储能系统为所述超级电容器(3)供电，所述超级电容器(3)为所述电动机(4)供电，当所述电动车刹车时，所述电动机(4)为所述超级电容器(3)充电。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述对接插座(2)内安装有滑轨，所述电池包(1)设置有用于从所述对接插座(2)内拔出或插入的把手(10)，以使得所述电池包(1)无需借助其他工具即可从所述对接插座(2)内拔出或插入。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电池包(1)由能够多次充放电的蓄电池，例如锂电池，串联或并联组成，所述电池包(1)重量为2至30千克，体积为1至30升，所述电池包(1)上安装有充电接头，当所述电池包(1)从所述对接插座(2)移出时，可以利用充电设备单独进行充电。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超级电容器(3)的电压为30至600伏特，电容为10至3000法拉。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述超级电容器(3)通过第一智能开关(S1)与所述电池包(1)连接；所述超级电容器(3)上安装有电压感应器，当所述超级电容器(3)的电压低于预设电压时，所述第一智能开关打开，所述电池包(1)为所述超级电容器充电，当所述超级电容器(3)的电压达到预定电压时，所述第一智能开关关闭。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电池包(1)内安装有电压、电流和温度的感应器；所述电池包(1)在充电和放电时，如果所述电池包的温度或电流过高，所述电池包就会自动降低充电或放电的电流。

7.一种电动车，其特征在于，安装有如权利要求1至6任意一项所述的装置。

8.如权利要求7所述的电动车，其特征在于，所述可移动的电池包(1)及所述对接插座(2)的数目为1至8个，所述对接插座(2)安装在电动车的前端或尾端。

9.如权利要求7所述的电动车，其特征在于，电动车除了安装有如权利要求1所述的储能/充电装置外，还安装有一个内燃机(5)以及与所述内燃机连接的发电机(6)；所述发电机(6)通过智能开关(S3)连接所述超级电容器(3)并为其充电。

10.如权利要求9所述的电动车，其特征在于，所述电动车驱动能源有两种选择；驾驶员可以选择使用所述可移动电池包(1)为超级电容器(3)充电，或者使用所述发电机(6)为超级电容器(3)充电，以驱动电动车的行驶。

11.一种可移动的电池包，其特征在于，适用于如权利要求3所述的装置。

12.如权利要求11所述的电池包，其特征在于，所述电池包的车外充电设备为专为电动车充电的充电站所提供的快速充电装置。

13.如权利要求11所述的电池包，其特征在于，所述电池包的车外充电设备为使用家用电源的充电器。

14.如权利要求11所述的电池包，其特征在于，所述电池包的车外充电设备为连接光伏电源的充电装置。

15.如权利要求14所述的电池包，其特征在于，所述电池包除了为电动车供电以外，还可以通过一个电压转换装置，为家用电器、电子设备及通讯设备供电。

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