CN211731060U - 一种插入式可交换电池系统装置及电动车 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电动车技术领域，特别是涉及一种插入式可交换电池系统装置及设有该装置的电动车。该系统装置包括多个装在电动车上的箱型对接插座，每个插座里面容纳一个可交换的独立电池包，该电池包可从插座中自由地取出或插入；所述对接插座与电动车的输电系统相连接；所述可交换的独立电池包从而可以通过所述输电系统为电动车供电。该电池包能够放置在车内使用充电桩充电，也能够取出在车外进行充电；用户可以根据其需要灵活地选取不同类型的充电电源，包括家用电源，以及直流快速充电电源；通过交换电池包，该系统装置可以满足电动车长途行车时在途中的快速充电需求。

Description

一种插入式可交换电池系统装置及电动车

技术领域

本实用新型涉及电动车技术领域，特别是涉及充电/储能系统的装置及电动车。

背景技术

电动车有很多优点，它节能、环保、经济，已成为未来汽车发展的趋势。但是，现在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比较长，一般要几个小时以上。其次，充电设备不普及，经常要排队等候，很麻烦。第三，如果要使用电动车进行长途旅行，会很困难。因为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。

现有的电动车车主大部分是利用电动车进行短途的行车(例如上下班)。但现在即使在市内也并不能够很方便地充电。中国的大城市里的充电桩还很不足。即使有，排队也是一个问题。在美国，这个问题比较简单，因为大部分中产阶级的房子都有车库。车主把车停在车库里，有自己的电源，在晚上可以让车充电。但在中国，具备这种条件的人很少。车子只能停在小区或者街道上。没有自己的电源在晚上为车子充电。因此，如何解决中国电动车日常充电的问题是一个难题。

使用电动车进行长途行车在目前就更加困难了。石化燃料的车子进行长途行车很方便。现在公路上的加油站很多。一部车子加满油可以行驶几百公里。加油也很方便，停下来加油的时间很短，只需几分钟。但电动车的续航力受到其电池储能的限制，路上又难以找到可以使用的充电桩，即使找到，几个小时的充电时间甚至更长时间的排队等候都会给驾驶员造成困难。

那么，如何让电动车的再充电过程可以和汽柴油车的加油同样方便呢？现在有很多人在研究超级充电的办法，就是尽量使充电的时间减少，但这与燃油车加油所需的时间相比远远不够快。也有人建议，可否把电动车的电池系统设计为可拆卸的。这样，当车没有电了，可以把整个电池系统拆下来，再换一个已经充满电的电池系统到车上去。这样，换电池的时间可以比充电的时间短得多。但这个办法也有一些问题。第一，操作不方便。一部车的电池很重(大约有几百公斤)，换电池的程序必须要有特殊的工具才能完成，基本上需要在特殊的服务站由技工来进行。这不是一个普通司机就可以做的。第二，有安全的风险。使用这种换电池的充电方法，车主对于换上来的电池没有把握，万一他换到一个又旧又差的电池，车子的性能马上就会受到影响，说不定在车的行驶途中会出问题。

另外，电动车行车中总会遇到一些需要应急的情况。例如遇到了忘记了充电、堵车等意外情况发生。万一电动车在行车中途没电了，就只能拨打救援电话等待专业救援。现在也有一些公司提供充电车的服务，在客户需要充电时把充电车开到电动车旁边来为其进行充电。但是如果是堵车造成的应急情况，充电车无法靠近需要充电的车辆，并不能解决问题。另外，电动车电量耗尽时可能处于任何一个地方，充电车要开到它的旁边去既费时费力也无法做到节能环保。

最后，充电问题也是今天电动车难以在农村里普及的一个重要原因。由于乡村区域广大，人口密度更远没有大城市里的高，要在乡村里大量设立电动车充电桩显然是不经济的。因此，需要一种新的方案来解决电动车在乡村充电的问题。

本实用新型的目的，就是设计一种插入式可交换的电池系统装置，让安装有这个装置的电动车能解决上面的问题。

实用新型内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种插入式可交换电池系统装置，包括多个装在电动车上的箱型对接插座1，每一个插座1可以自由地插入/取出一可交换的独立电池包2；所述对接插座1与电动车的输电系统3相连接；所述可交换的独立电池包2可以通过所述输电系统3为电动车的电动机4供电。

进一步的，所述箱型对接插座1可通过输电系统3连接为电动车充电的充电电源(充电桩或家用电源)，从而为所述可交换的独立电池包2充电。

应用了本实用新型所提供的插入式可交换电池系统装置，用户可以很方便地更换独立电池包2，其更换无需通过专用的工具和专业人士进行更换，具体实施起来十分方便。

可交换的独立电池包2也能够从插座中取出，在车外进行充电；用户可以根据其需要选取不同类型的充电电源，包括家用电源，以及直流快速充电电源；后者可以由充电站提供，从而使得电动车摆脱了对于充电桩的依赖，满足了电动车长途行车时在途中的快速充电需要。

本实用新型还提供了一种可交换的独立电池包，用于前述的电动车插入式可交换电池系统；该独立电池包由可以多次充放电的电池组成，可在从所述箱型对接插座1中取出后使用其它电源充电。

进一步的，所述的可交换的独立电池包的输出电压为60-600V；充满电后其储蓄的能量为0.5kWh-30kWh；重量为1–30kg，该独立电池包安装有电量显示器。

进一步的，该可交换的独立电池包还安装有用于识别的二维条码，以及用于位置追踪的卫星定位芯片。

进一步的，该可交换的独立电池包还安装有用于保证充电和放电时独立电池包不会过热的冷却系统。

应用本实用新型所提供的可交换的独立电池包，其更换无需通过专用的工具和专业人士进行更换；电池包可以在车外进行充电，避免了电动车必须使用充电桩充电的窘境，使得电动车的充电变得方便，而且长途行车时在途中的快速充电变得可能。

本实用新型还提供了一种箱型对接插座，用于前述的插入式可交换电池系统装置；所述的对接插座与前述的可交换的独立电池包2适配；该对接插座安装有与所述的独立电池包2相连接的接头，所述接头可传输1-120A的直流电流。

该箱型对接插座的应用可确保独立电池包2能自由的插入电动车中或从车中拔出，无需使用专用的工具。

本实用新型还提供了一种电动车，该电动车装有前述的插入式可交换电池系统，以及前述的可交换的独立电池包；所述可交换电池系统箱型对接插座1的数目为1-8个；电动车行驶时需要的能量由插在插座内的可交换的独立电池包2供应。

进一步的，该电动车还装有一个固定电池5，与车内的输电系统3连接，所述可交换的独立电池包2可通过输电系统为所述固定电池5充电；

并且，电动车行驶时需要的能量可由固定电池5供应，或由插在插座内的可交换的独立电池包2供应。

进一步的，该电动车还装有连接内燃机6的发电机7；所述发电机7与输电系统3 连接，可为电动车供电，以及为所述可交换的独立电池包2充电。

进一步的，该电动车除装有连接内燃机6的发电机7，还装有固定电池5；所述发电机7与输电系统3连接，可为电动车供电，以及为所述可交换的独立电池包2和固定电池5充电。

使用本发明提供的装有插入式可交换电池系统装置的电动车，当进行市内短途行驶时可以完全使用电能行驶，不必使用燃油动力，从而与纯电动车完全一样节能环保；而在长途行车时，在能充电的情形下可以继续用电能行驶，当缺乏充电服务时，可以利用燃油发电行驶；因此该电动车可以与现有的燃油汽车一样，能保障其续航力。

本实用新型还提供了一种快速充电装置，包括适配于如前述的可交换的独立电池包 2的快速充电用箱型对接插座8；该插座8连接有一个直流快速充电电源9；所述直流快速充电电源9能够提供1-120A的电流，用于为可交换的独立电池包2快速充电，充电的时间为5-60分钟。

进一步的，所述的快速充电用箱型对接插座8装有冷却设备，用于在插入所述对接插座内的独立电池包2进行快速充电时可为其降温。环境温度对于电池的充电速度与安全性有很大的影响，所述快速充电装置里的冷却设备可以确保可交换的独立电池包2安全快速的充电。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例，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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例中电动车的插入式可交换的电池系统装置示意图。

图2为本实用新型实施例中箱型对接插座及其连接示意图。

图3a：为本实用新型实施例中可交换的独立电池包的正面结构图。

图3b：为本实用新型实施例中可交换的独立电池包的背面结构图。

图4为本实用新型实施例中箱型对接插座的冷却系统为可交换的独立电池包进行气冷式降温。

图5为本实用新型实施例中安装有本实用新型提供的插入式可交换电池系统装置的电动车的示意图。

图6为本实用新型实施例中安装有本实用新型提供的插入式可交换电池系统装置和固定电池的电动车示意图。

图7：安装有本实用新型提供的插入式可交换电池系统装置和连接有内燃机的发电机的电动车示意图。

图8：安装有本实用新型提供的插入式可交换电池系统装置、固定电池和连接有内燃机的发电机的电动车示意图。

图9：为可交换的独立电池包进行快速充电的装置的示意图。

附图标记如下：1箱型对接插座，2可交换的独立电池包，3输电系统，4电动机，5 固定电池，6内燃机，7发电机，8快速充电用箱型对接插座，9直流快速充电电源，10 插头，11插口，21外部充电接口，22把手，23模式开关，24电量显示器，25滑轨，26 快速充电/输出接口。

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一种插入式可交换电池系统、一种箱型对接插座、一种快速充电装置、一种可交换的独立电池包及一种电动车，用于在保证行驶距离的前提下，实现电动车的灵活便捷充电，从而节约时间成本。

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插入式可交换的电池系统装置示意图。如图1所示，该系统装置包括：

箱型对接插座1，每个插座可以方便地插入一个可交换的独立电池包2；

一个或多个可交换的独立电池包2通过并联或者串联方式连接以构成可交换电池系统；可交换的独立电池包2可通过箱型对接插座1及输电系统3与电动机4连接，为电动机供电；此外，箱型对接插座1也可通过输电系统3连接为电动车充电的充电电源，从而为所述可交换的独立电池包2充电。

可交换的独立电池包2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。可交换的独立电池包2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，其中一个接口在可交换的独立电池包2背面，设计为与箱型对接插座1对应的连接接口，通过其与箱型对接插座1的连接，可交换的独立电池包1可连接上电动车内的输电系统3，该接口同时可用于传输高通量的电流。在具体实施中，所述的可交换的独立电池包2可以单独在电动车外使用多种不同电源独立进行充电，这些电源包括直流快速充电电源、电动车充电桩或家用电源。

图2更详细地描述了箱型对接插座1与可交换的独立电池包2的连接。箱型对接插座1里有一个插头，这个插头与可交换的独立电池包2背面的一个插口对应。

箱型对接插座1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，插座的一端用于与可交换的独立电池包2的连接接口连接，插座的另一端与输电系统3连接。可交换的独立电池包2可以在不需要其它工具的情况下，自由插入和移出箱型插座1。在具体实施中，箱型插座1与电动车可以是固定连接，也可以是可拆卸连接。优选地的一种方式是可拆卸连接，使得在插座故障时，方便检修。另外，插座的类型不作限定，只要与可交换的独立电池包2的连接接口相匹配即可。由于这个对接插座上的插头10和电池包上的插口11的连接需要传输高通量电流(例如高达120安培)，因此优选的一种方式是采用现在的国家标准的设计(例如直流充电用连接GB/T 20234.3-2015)。

为了能够实现通用，可以将箱型插座1和可交换的独立电池包2设计成标准尺寸，使得可交换的独立电池包2可以更方便的更换。为了使用安全，箱型插座1的箱体上设置有一个盖子，这个盖子是可以锁上的。进一步的，为了避免意外，当车子未熄火时，盖子不能打开，在充电的时候，可交换的电池包2不能从对接插座1中取出和放入。作为优选的实施方式，箱型对接插座1的数量具体为1-8个。每个箱型对接插座1只能容纳一个可交换的独立电池包2。例如在图1中，选择的对接插座是两个。可以理解的是，可交换的独立电池包2的数量设计为1-8个是出于实际需要的考虑，可交换的独立电池包如果数量设置得过多，虽然对于每个可交换的独立电池包2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，可以结合电池的类型、能量密度、重量等参数综合考虑。

输电系统3是控制插入式可交换电池系统的运作状态的控制部件，在具体实施中，输电系统3与可交换电池系统连接，用于控制可交换电池系统的工作状态。这里的工作状态主要是指，是由可交换的独立电池包2直接为电动车提供电能，还是通过连接充电电源为可交换的独立电池包2进行充电。在一种具体实施方式中，输电系统3具体还包括用于监测可交换的独立电池包2的信号(例如电压和温度)的传感器、用于接收传感器采集的信号的CPU、控制电流在不同系统之间的流动的智能开关、以及高通量电流的传输线路。通过对可交换的独立电池包2的电信号和温度等指标的监测，输电系统3会决定并控制由具体哪一个可交换的便携式电池包2来为电动车提供能量，或者对哪一个可交换的便携式电池包2进行充电。

进一步地，所述的插入式可交换电池系统装置内的输电系统3还设置有安全保障装置，所述的安全保障装置用于提供可交换的独立电池包2在快速充放电时的过流及过热保护。在一个具体的实施例中，当所述输电系统3接收到了对接插座1中的可交换的独立电池包2过热的信号，它可以启动所述箱型对接插座1里的冷却系统，为可交换的独立电池包2进行降温。

实施例二：

在实施例一的基础上，本实用新型还提供一种可交换的独立电池包，适用于插入式可交换电池系统装置；所述的可交换的独立电池包由多个高能量的锂电池串联和/或并联组成；在充电后的储蓄能量为0.5kWh-30kWh；在本实施例中，所述的可交换的独立电池包重量为1–30kg，电压为60-600V，放电电流为1-120A，该独立电池包安装有电量显示器24。

对于可交换的独立电池包的具体结构，参考图3。由于可交换的独立电池包在某些场景下需要取出充电，因此，其重量和便于拆卸非常重要。通常情况下可交换的独立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(例如10-20公斤左右)。为了方便拆卸，箱体内装有一个滑轨，可以理解的是，对于可交换的独立电池包上也有与箱型对接插座的滑轨相适应的滑轨25，本实施例不作限定。通过滑轨和电池包上的把手22，人们可以很容易地把一个独立电池包从箱体里取出和嵌入。

图3(a)是可交换的独立电池包2的正面结构示意图。如图所示，优选地，正面还设置有用于显示储电水平的指示灯。在实施例一中，可交换的独立电池包2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，其中一个外部充电接口21设置在正面供使用家用电源作为充电电源时所用。模式开关23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)是可交换的独立电池包的背面结构示意图。在本实施例中，可交换的独立电池包的另一个快速充电/输出接口26设置在可交换的独立电池包的背面，设置在背面的接口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插入式可交换电池系统的箱型对接插座1。该充电接口是快速充电接口，当可交换的独立电池包从箱体里取出时，也可以利用充电接口来连接一个外部的快速充电装置(参考图9)，也就是高电流量的直流充电装置。这些可交换的独立电池包2可以从箱型对接插座1上很容易地取出来，然后拿到充电站去充电。如图9所示，在充电站里，也有相对应的快速充电用箱型对接插座8。其构造与插入式可交换电池系统里的箱型插座1相同。所以这些可交换的独立电池包2可以很容易地放入快速充电用箱型对接插座8，通过其背后的快速充电接口，与充电站的直流快速充电装置9连接。通过这样的技术方案，一个可交换的独立电池包可以在少于十分钟内充满电。所以，这个可交换的独立电池包可以使用两种不同的电源充电：第一种是使用普通家用电源连接一个充电器，连接可交换的独立电池包2 正面的充电接口来为独立电池包充电。第二种是使用特殊的快速充电设备，连接可交换的独立电池包2背面的充电接口进行充电。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，基本上在大部分车主的家里都可以进行。第二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。

在具体实施中，所述的可交换的独立电池包2可以单独通过其不同连接口使用多种不同电源独立进行充电，这些电源包括直流快速充电电源、电动车充电桩或家用电源。

进一步的，所述可交换的独立电池包2上装有二维条码，用于对其做出识别，并方便追踪该可交换的独立电池包的使用历史；另外，这些可交换的独立电池包2还装有卫星定位芯片，以方便追踪该电池包的位置。

进一步的，所述可交换的独立电池包2里安装有冷却系统，防止其快速充电或放电时过热。所述的冷却装置可根据设置在可交换的独立电池包2内置的多个温度传感器检测到的温度情况，为所述可交换的独立电池包2降温。

实施例三：

在上述实施例的基础上，本实用新型还提供一种箱型对接插座1，适用于插入式可交换电池系统装置；所述的对接插座1与可交换的独立电池包2相互匹配。该对接插座1 安装有与所述的可交换的独立电池包2相连接的接头，所述接头可传输1-120A的直流电流。同时，这个对接插座的接头与可交换的独立电池包接口的连接可以用于传输可交换的独立电池包2的信号(例如电压和温度)。

进一步的，该箱型对接插座1里安装有冷却系统，防止插入对接插座内的可交换的独立电池包2过热。所述的冷却装置的冷却方式为风冷、液冷或二者的组合。冷却装置的示意图参考图4。在图4给出的具体例子中，使用的是风冷。所述可交换的独立电池包里的冷却系统可以与所述对接插座里安装的冷却系统配合使用。

实施例四：

在上述实施例的基础上，本实用新型还提供一种电动车，安装有所述的插入式可交换电池系统装置。也有就是说，所述电动车安装有一个或一个以上的箱型对接插座1。所述电动车行驶时需要的能量由插在插座内的独立电池包2提供。

图5所示的电动车内装有插入式可交换的电池系统装置，它包括了两个箱型对接插座 1和独立电池包2。

图6所示的电动车内装有插入式可交换电池系统装置和固定电池5，所述插入式可交换电池系统里包括了两个箱型对接插座1和独立电池包2。在平时用车的时候，电池系统里的可交换的独立电池包2或者固定电池5会为电动车提供能量。需要时，可交换的独立电池包2可以为固定电池5快速充电。在某些应急情况下，固定电池5也可以为可交换的独立电池包2充电。

现在电动车的车主极少有自己的充电桩，只能找附近的充电桩来排队充电，很不方便。本实用新型提供的安装有本实用新型的插入式可交换的电池系统装置的电动车就可以省去了排队等充电的麻烦。

上述两种装有插入式可交换电池系统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，还可以把可交换的独立电池包2从车内取出，根据情况，灵活地选择家用电源(A)或充电站的直流电源(B)在车外为其进行充电。

例1：使用插入式可交换电池系统装置解决平时普通行车的充电问题

(A)使用家用电源充电

由于插入式可交换电池系统装置里的可交换的独立电池包2是可以很容易地从对接插座1中取出来，驾驶员在开车回家后，可以很容易地把可交换的独立电池包2从车上取下来，带回家里通宵进行充电。第二天早上上班时，再把这些可交换的独立电池包2 装回车里的对接插座1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，每个可交换的独立电池包2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个可交换的独立电池包2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。

这种装有插入式可交换电池系统装置的电动车也非常适合在中国的农村使用。在今天中国的电动车市场，购买者主要是城市的居民，农村的用户较少。其一是因为城市居民的消费能力较强，用得起汽车。其二也是由于充电困难的问题。由于乡村区域广大，人口密度远没有大城市里的高，要在乡村里大量设立电动车充电桩显然是不经济的。上述装有插入式可交换电池的电动车不需要充电桩来充电，这样就可以帮助广大的农村地区的居民用得上电动车。

(B)使用充电站提供的快速充电服务充电

电池包2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10-20分钟；而且多个独立电池包2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9)。

充电站内设置有多个快速充电装置，包括箱型对接插座8和直流快速充电电源9；它们可以提供独立电池包2的快速充电服务。驾驶员可以把电动车箱型对接插座1里的可交换的独立电池包2取出来，拿到充电站，插入其快速充电装置中的箱型对接插座8进行快速充电。然后再把这些充好电的电池包2装回车内的对接插座1里去。每个对接插座8给独立电池包2快速充电的过程都是独立进行的，因此可以快速地为许多可交换的独立电池包2同时充电。

例2：使用插入式可交换电池系统装置解决电动车长途行车的充电问题

使用本实用新型提供的插入式可交换电池系统装置的电动车不但能解决日常用车的充电问题，它也可以解决长途行车的充电问题。由于长途行车需要车辆有比较好的续航能力，因此本实施例会使用装有插入式可交换电池系统装置与固定电池5的电动车(参考图6)来进行长途行车。

在行驶途中，驾驶员至少有3种选择来为其电动车快速充电：(A)自备已充电的可交换的独立电池包2；(B)在充电站为可交换的独立电池包2进行快速充电；(C)在充电站租赁已经充满电的可交换的电池包2为电动车充电。下面是具体的例子：

(A)自备已充电可交换的电池包

这个例子里的这辆电动车的一半储能是由可交换的独立电池包2提供，另一半是由固定电池5提供；电动车安装的插入式可交换电池系统装置有4个箱型对接插座1，每个对接插座1内有一个可交换的独立电池包2；每个可交换的独立电池包2的储能约为6kWh，重量是20公斤。如果车子在上路时，所有4个独立电池包2和固定电池5都已经充满电，对于一辆1200公斤左右的电动车，足够开440公里。

驾驶员要进行长途行车前，除了给电动车的电池系统充满电，还可以准备几个(例如 4个)备用的可交换的独立电池包2，把它们充满电。上路后，在车子行驶时，会首先使用可交换的独立电池包2的储能。当车子行驶了220公里以后，4个独立电池包2的电已经用光。此时，驾驶员可以选择把车停下来，把4个空的独立电池包取出，把4个备用的已充满电的电池包2插入对接插座1中，然后就可以立刻上路了。此时电动车的电池系统又是充满电的状态，可以再行驶440公里。在这个例子里，通过自备已充电电池包，就可以很容易地把电动车的续航能力从440公里提升至660公里。

(B)在充电站为可交换的独立电池包2快速充电

使用与例子(A)同样一款电动车，假设上路前已经充满电。车子行驶了220公里以后，4个独立电池包2的电已经用光。驾驶员在此时可以随时去找充电站充电。假定车子又行驶了180公里(总共行驶了220+180＝400公里)，驾驶员才找到了一个充电站。他此时可以有两个选择：(1)如果有充电桩可用，而他又不急着上路时，他可以使用充电桩来为车子充电，就像现在人们所做的一样。(2)如果驾驶员的时间比较紧张，或者没有充电桩可用，那么，他就可以把插入式可交换电池系统装置里的可交换的独立电池包2取出来，拿到充电站里的快速充电装置里去进行快速充电。具体来说，他会把独立电池包2插入快速充电装置的箱型对接插座8里，对接插座8连接的直流快速充电电源9 会给独立电池包2快速充电；直流快速充电会产生大量热能，因此充电时对接插座8会使用冷却系统为独立电池包2散热。由于在本实施例子里，每个独立电池包2的储能只是整个电动车电池系统储能的1/8，因此其充电时间会远远小于对电动车进行整车充电。充电完成后，驾驶员可以把可交换的独立电池包2取出，再插回自己的电动车内的对接插座1里。

这时候，驾驶员可以有两个选择：(1)他可以立刻上路。在下面的260公里内再找另外一个充电站。(2)他可以将可交换的独立电池包2的电能转移至固定电池5，再把这些空的独立电池包2取出；再去充电站重复一轮快速充电的过程，再把它们装回车内对接插座里。这样一来，这部车的整个电池系统都是满负荷的，可以再行驶440公里。

(C)在充电站租赁已经充满电的可交换的电池包为电动车充电

在上面的例子(B)中，如果驾驶员着急上路，当他到达充电站时，他可以向充电站租借已充满电的可交换的电池包2，再用这些已经充好电的可交换的电池包2替换车内的可交换的独立电池包2。在此时，他这部车的续航能力是固定电池5的40公里加上租来的独立电池包的220公里，总共是260公里。租借可交换的电池包和替换可交换的电池包的时间可以很短(例如5分钟)；完成后驾驶员便可以上路了。租借来的可交换的电池包会为电动车行车供电，同时输电系统也可以把独立电池包2里的电能转移到固定电池5里去；这样驾驶员就可以在接下来的260公里行车途中再找另外一个充电站来充电。

另外，如果驾驶员有时间，也可以用租来的可交换的电池包2为固定电池5充电。输电系统会把可交换的电池包2的储电很快地转移到固定电池5去。这时候，司机可以选择：(1)立刻上路，在下面的260公里内再找另外一个充电站；(2)把空的租来的独立电池包2换下来，还给充电站，并同时再向充电站租借四个已充满电的独立电池包2，把它们装回对接插座1里。这样一来，这部车的电池系统是充满电的。可以再行驶440 公里。

在上述使用出租电池包充电的例子里，驾驶员使用出租的电池包2来为其电动车充电的服务时，他需要事先加入一个租用电池包的服务系统，成为其会员；或者，他可以付一笔押金来租用电池包2；当出租的电池包2的电能被使用完以后，驾驶员可以把空的出租电池包2返还给充电站，并取回押金。另外，使用这个出租电池包的服务需要缴纳一定的费用；这些租赁电池包的费用(包括租赁的押金)可利用智能卡、二维码或网上转账支付。

另外，在上述使用出租电池包充电的例子里，出租电池包的充电站与驾驶员返还电池包的充电站可能不同。另外，为了防止出租的电池包2被盗、被替换和被损坏等情况，都需要对出租电池包的使用历史和所处位置进行追踪。为了方便追踪，每个出租电池包2 上都会装有定位晶片和二维码。

例3：使用插入式可交换电池系统装置解决电动车行车时的应急问题

行车中总会遇到一些需要应急的情况。例如遇到了忘记了充电/加油、堵车、迷路等意外情况发生造成车子行驶到半路没有电了或是没有油了。对于利用燃油的汽车来说，这个问题比较容易解决：可以找加油站买油，也可以从另一辆有油的车子中把油导入。但是电动车万一在行车中途突然没电了，就只能拨打救援电话等待专业救援。

现在也有一些公司提供充电车的服务，在客户需要充电时把充电车开到电动车旁边来为其进行充电。但是如果是堵车造成的应急情况，充电车无法靠近需要充电的车辆，并不能解决问题。另外，电动车电量耗尽时可能地处于任何一个地方，充电车要开到它的旁边去既费时费力也无法做到节能环保。

本实用新型提供的装有的插入式可交换电池系统装置的电动车可以容易地解决上述应急问题。在驾驶员发现车子没有电时，只要能够找到一个有电的可交换的独立电池包2 就可以让电动车继续行驶一段距离。例如，(1)车主可以放一个或多个充满电的可交换的独立电池包2在车上备用。遇到上述没电的紧急情况可以随时用备用电池包替代空的独立电池包，就可以再行驶几十公里。(2)如果没有备用电池包，可以找充电站租借充满电独立电池包2。(3)也可以从身边其他使用本实用新型提供的电动车的朋友那里借一个有电的可交换的独立电池包2来充电，充电完成后可以把可交换的电池包2还给朋友。

实施例五：

在上述实施例的基础上，本实用新型还提供一种装有可交换电池的双能源电动车。所述电动车除了安装有所述的插入式可交换电池系统装置以外，还安装有连接内燃机6的发电机7。(参考图7)。所述插入式可交换电池系统可以为电动车行车提供电能；而所述发电机7可以为电池系统装置内的可交换的独立电池包2进行充电。以下称这种电动车为“可交换电池双能源电动车”。

目前，续航力不足是使用纯电动车长途行车的主要瓶颈。相比之下，油电混合动力车在长途行车时可以不用担心续航力的问题。但是，现有的油电混合动力车的基本动力来源是燃烧汽油，它使用的是化学能而不是电能。因此，它的节能环保能力非常有限，也完全不能解决汽车燃烧化学能源所带来的污染问题。

那么，如何能使车子同时具备节能环保的功能，又能够便捷地进行长途行车呢？

本实用新型提供的可交换电池双能源电动车能够同时解决电动车的节能环保和续航问题。如图7所示，这个具体实施例中的可交换电池双能源电动车安装有插入式可交换电池系统装置，包括:若干个箱型对接插座1和可插入插座内的可交换的独立电池包2；除此以外，电动车并装有连接内燃机6的发电机7；电动车行驶时需要的能量可以由插在插座1内的可交换的独立电池包2供应；另外，电动车也可以利用连接内燃机6的发电机7为电动车供电。

首先，该电动车具备了纯电动车的功能，该电动车可以通过独立电池包2在车外进行充电，或通过独立电池包2的交换来为电动车进行快速充电。另外，该电动车也具备了混能车的功能，由于该电动车安装有连接着使用汽油的内燃机6的发电机7，在有需要时 (例如在缺乏充电站的情况下)，该电动车可以利用所述发电机7为车内的可交换的独立电池包2进行充电。

进一步的，上述可交换电池双能源电动车还可以加装一个固定电池5(参考图8)。

这个具体实施例中的电动车除装有若干个箱型对接插座1和可插入插座内的可交换的独立电池包2，以及连接内燃机6的发电机7以外，电动车还装有一个固定电池5；电动车行驶时需要的能量可以由固定电池5供应，或由插在插座1内的可交换的独立电池包2供应；另外，电动车也可以利用连接内燃机6的发电机7为电动车供电。

该电动车可以通过独立电池包2在车外进行充电或通过电池包的交换来为电动车快速充电；另外，由于该电动车还安装有连接着使用汽油的内燃机的发电机，在有需要时(例如在缺乏充电站的情况下)能够为车内的固定电池5或独立电池包2进行充电。

为了进一步说明上述可交换电池双能源电动车的特点，我们可以再次使用上述实施例部分的例子：一个可交换的独立电池包2的储能量可达6kWh，可供一辆重量约1200公斤的车辆行驶约55公里。也就是说，如果车子的所述插入式可交换电池系统的对接插座1 内插入了4个充满电的可交换的独立电池包2，它就可以行驶约220公里；余此类推。对于在市内使用的短途行车，本实用新型提供的安装有所述插入式可交换电池系统装置的可交换电池双能源电动车只需要使用电能就可以满足日常的需要，而完全不需要使用燃油。这就可以达到纯电动车的节能环保程度。每当所述可交换的独立电池包2的电能耗尽时，驾驶员可以把可交换的电池包2从对接插座1里拆下来，带回家中利用家用电源充电，或者拿去充电站充电。当然，这部车子也可以像一般纯电动车一样，用充电桩充电。

当进行长途行车时，如果沿途没有合适的充电桩可用，也没有充电站为可交换的独立电池包2充电，那么驾驶员可以利用可交换电池双能源电动车的燃油发电功能，利用其产生的电能来行车。这样一来，驾驶员就可以不必担心该车的续航问题。

本实用新型提供的可交换电池双能源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，又可以与现有的燃油汽车一样，能保障其续航力。

实施例六：

在上述实施例的基础上，本实施例提供一种快速充电装置，为可交换的独立电池包2 进行充电。

图9为本实用新型实施例提供的快速充电装置的示意图，具体而言，在充电站内，设置有多个的快速充电装置，该装置包括：若干个箱型对接插座8，以及直流快速充电电源9；所述对接插座8与所述插入式可交换电池系统装置内的对接插座1的结构相同，因此可交换的独立电池包2可以自由地插入对接插座8，通过其背后的快速充电接口，与直流快速充电装置9连接进行充电。所述直流快速充电电源能够提供1-120A的电流，用于为可交换的独立电池包2快速充电，充电的时间为5-60分钟。需要指出的是，所述快速充电装置里的多个箱型对接插座8与直流快速充电电源的连接是互相独立的，因此可以独立地为多个可交换的独立电池包2进行快速充电。

所述快速充电装置的对接插座8周边设有插头；该插头与可交换的独立电池包2的插口匹配；所述插头与所述插口组成了一个高通量电流的电路组件，可用于传输高通量电流及监控独立电池包状态的信息。在本实施例中，高通量电路组件可以通过1-120A的电流。上述的高通路电路组件包括两组不同功能的电路，一边是高通量电流的接口，可以抵受600伏的电压，及传输1-120安培的电流；另一边的是传输监控独立电池包内不同模块的电压以及温度等信号的接口，其传输的电流和电压都很低。

可以理解的是，本实用新型实施例所述的对接插座8的插头及与其匹配的设在可交换的独立充电包2上的插口的结构可以标准化，便于大规模的商业推广。

进一步地，所述的快速充电装置还包括充电冷却装置，所述的冷却装置的冷却方式为风冷、液冷或二者的组合，所述的冷却装置可根据设置在可交换的独立电池包2内置的多个温度传感器检测到的温度情况，用于在插入所述对接插座内的可交换的独立电池包2进行快速充电时可为其降温。

由于充电站内有大量快速充电装置为大量的可交换的独立电池包2同时快速充电，因此充电站需要与国家电网联网，从而提供充分的电源。

可行性

利用目前的电池技术，本专利所设计的可交换电池包2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2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2的储能量就可达20x 0.30＝6kWh。根据目前电动车的能耗标准，一部重约1200公斤的电动车(相当于比亚迪的e5电动车)，其续航力可以高达每千瓦时行驶约十公里。因此，在本专利设计的电动车里，每个可交换电池包2的续航能力估计可以达到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，我们设计的可交换电池包2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2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插入式可交换电池系统装置、可交换的独立电池包、箱型对接插座、电动车、快速充电装置，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 (6)

1.一种插入式可交换电池系统装置，其特征在于，包括多个装在电动车上的箱型对接插座(1)，每一个箱型对接插座(1)可以自由地插入/取出一个可交换的独立电池包(2)；所述箱型对接插座(1)与电动车的输电系统(3)相连接；所述可交换的独立电池包(2)可以通过所述输电系统为电动车的电动机(4)供电；

所述箱型对接插座(1)可通过输电系统(3)连接为电动车充电的充电电源；所述可交换的独立电池包(2)能放入所述箱型对接插座(1)中通过所述输电系统(3)充电或在取出状态下通过外部电源充电；

该可交换的独立电池包(2)由可以多次充放电的锂电池组成；输出电压为60-600V；充满电后其储蓄的能量为0.5kWh-30kWh；重量为1–30kg，该独立电池包安装有电量显示器；

可交换的独立电池包(2)还装有用于识别的二维条码，以及用于位置追踪的卫星定位芯片；

可交换的独立电池包(2)还安装有用于保证充电和放电时可交换的独立电池包(2)不会过热的冷却系统。

2.一种箱型对接插座，其特征在于，用于如权利要求1所述的插入式可交换电池系统装置；所述的箱型对接插座(1)与权利要求1所述的可交换的独立电池包(2)适配；该箱型对接插座(1)安装有与所述可交换的独立电池包(2)相连接的接头，所述接头可传输1-120A的直流电流。

3.一种电动车，其特征在于，装有如权利要求1所述的插入式可交换电池系统装置和可交换的独立电池包；所述可交换电池系统箱型对接插座(1)的数目为1-8个；电动车行驶时需要的能量由插在插座内的独立电池包(2)供应。

4.根据权利要求3所述的一种电动车，其特征在于，该电动车还装有连接内燃机(6)的发电机(7)；所述发电机与输电系统连接，可为电动车供电，以及为所述可交换的独立电池包(2)充电。

5.一种快速充电装置，其特征在于，包括适配于如权利要求1所述的可交换的独立电池包的快速充电用箱型对接插座(8)；该插座连接有一个直流快速充电电源(9)；所述直流快速充电电源能够提供1-120A的电流，用于为可交换的独立电池包(2)快速充电，充电的时间为5-60分钟。

6.根据权利要求5所述的快速充电装置，其特征在于，所述的快速充电用箱型对接插座(8)装有冷却设备，用于在插入所述快速充电用箱型对接插座(8)内的可交换的独立电池包(2)进行快速充电时为其降温。

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