DE102023001971A1 - Flexi-range battery configuration with constant power - Google Patents

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Rajesh Rao
Soham Salunkhe
Meffin Jacob
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Abstract

Ein Batteriesystem 100 für ein Elektrofahrzeug wird offenbart. Das Batteriesystem 100 umfasst eine Flexi-Range-Batteriekonfiguration mit einem Batterierahmen 102, der mit dem Boden des Fahrzeugs gekoppelt ist, einen Satz von festen Batteriemodulen 108, die in einem Satz von ersten Hohlräumen 104 des Batterierahmens 102 konfiguriert sind, und einen Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen 110, die mit dem Satz von zweiten Hohlräumen 106 des Batterierahmens 102 abnehmbar konfiguriert sind. Der Satz von festen Batteriemodulen 108 und der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen 110 sind konfiguriert, um unabhängig voneinander zu funktionieren und das Fahrzeug mit Strom zu versorgen. Die Flexi-Range-Batteriekonfiguration stellt die Flexibilität bereit, das Fahrzeug nur mit den festen Batteriemodulen 108 zu kaufen, sowie die Option, die herausnehmbaren Batteriemodule zum Zeitpunkt des Kaufs zu erwerben.A battery system 100 for an electric vehicle is disclosed. The battery system 100 includes a flexi-range battery configuration with a battery frame 102 coupled to the floor of the vehicle, a set of fixed battery modules 108 configured in a set of first cavities 104 of the battery frame 102, and a set of removable ones Battery modules 110 that are removably configured with the set of second cavities 106 of the battery frame 102. The set of fixed battery modules 108 and the set of removable battery modules 110 are configured to operate independently and provide power to the vehicle. The Flexi-Range battery configuration provides the flexibility to purchase the vehicle with only the fixed battery modules 108 as well as the option to purchase the removable battery modules at the time of purchase.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen das technische Gebiet der Fahrzeuge. Insbesondere betrifft sie eine effiziente und kostengünstige Flexi-Range-Batteriekonfiguration mit konstanter Leistung für Elektrofahrzeuge.The present disclosure relates generally to the technical field of vehicles. In particular, it concerns an efficient and cost-effective constant power flexi-range battery configuration for electric vehicles.

Elektrofahrzeuge werden immer beliebter, weil Verbraucher den Verbrauch fossiler Brennstoffe reduzieren wollen. Elektrofahrzeuge verwenden üblicherweise einen Batteriepack, um einen Elektromotor zu betreiben, der die Räder antreibt. Der Batteriepack umfasst eine Vielzahl von Batteriemodulen, wobei jedes Batteriemodul eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batteriezellen, wie z. B. Lithium-lonen-Batteriezellen, umfasst, um eine für den Betrieb des Elektrofahrzeugs ausreichende Energiemenge zu liefern. Der Batteriepack wird an einer Steckdose oder einer speziellen Ladestation aufgeladen, was zeitaufwändig ist. Außerdem kann der Batteriepack beim Bremsen in gewissem Umfang wieder aufgeladen werden, was auch als regeneratives Bremsen bezeichnet wird. Ein Haupthindernis für die Massenakzeptanz von Elektrofahrzeugen auf dem derzeitigen Markt ist die lange Ladezeit, die zum Aufladen der wiederaufladbaren Batterien des Fahrzeugs an den Ladestationen erforderlich ist. Daher hängt das künftige Wachstum von Elektrofahrzeugen von der Überwindung des Nachteils der langen Ladezeit der Batterien ab.Electric vehicles are becoming increasingly popular because consumers want to reduce fossil fuel consumption. Electric vehicles typically use a battery pack to power an electric motor that drives the wheels. The battery pack includes a plurality of battery modules, each battery module comprising a plurality of rechargeable battery cells, such as. B. lithium-ion battery cells, to provide a sufficient amount of energy to operate the electric vehicle. The battery pack is charged at a power outlet or a special charging station, which is time-consuming. In addition, the battery pack can be recharged to some extent during braking, which is also known as regenerative braking. A major barrier to mass adoption of electric vehicles in the current market is the long charging time required to recharge the vehicle's rechargeable batteries at charging stations. Therefore, the future growth of electric vehicles depends on overcoming the disadvantage of long battery charging time.

Ferner ist das Elektrofahrzeug immer mit maximalen Batterien ausgestattet, die auf der Grundlage einer maximalen Reichweite des Elektrofahrzeugs festgelegt werden. Die bestehende Anordnung/Konfiguration der Batteriepacks in den Elektrofahrzeugen bietet keine Flexibilität bei der Auswahl der Reichweite je nach Nutzung in demselben Fahrzeug. Unabhängig von der durchschnittlichen Nutzung einer Person sind alle Batterien fest im Fahrzeug verbaut, was die Anschaffungskosten für das Elektrofahrzeug erhöht, da unabhängig von der benötigten Reichweite ein Batteriesatz mit einer bestimmten maximalen Reichweite gekauft werden muss, was zu höheren Kosten führt. Darüber hinaus gibt es beim Elektrofahrzeug mit der bestehenden Konfiguration der Batteriepacks keine Möglichkeit, die Reichweite zu erhöhen, wenn sie für eine lange Fahrt benötigt wird, während die Reichweite für den täglichen Stadtverkehr begrenzt ist. Außerdem erhöht die bestehende Anordnung/Konfiguration der Batteriepacks im Elektrofahrzeug, die auf der maximalen Reichweite basiert, das Gewicht des Fahrzeugs aufgrund der höheren Anzahl der festen Batterien zum Erreichen der maximalen Reichweite, obwohl die tägliche maximale Nutzung des Benutzers geringer sein kann als die maximale Reichweite des Fahrzeugs.Furthermore, the electric vehicle is always equipped with maximum batteries, which are determined based on a maximum range of the electric vehicle. The existing arrangement/configuration of the battery packs in the electric vehicles does not provide flexibility in selecting the range depending on the usage in the same vehicle. Regardless of a person's average usage, all batteries are permanently installed in the vehicle, which increases the purchase costs for the electric vehicle, since regardless of the required range, a battery pack with a certain maximum range must be purchased, which leads to higher costs. In addition, in the electric vehicle with the existing configuration of battery packs, there is no possibility to increase the range when needed for a long journey, while the range for daily city driving is limited. In addition, the existing arrangement/configuration of battery packs in the electric vehicle, which is based on maximum range, increases the weight of the vehicle due to the higher number of fixed batteries to achieve maximum range, although the user's daily maximum usage may be less than the maximum range of the vehicle.

Außerdem besteht keine Flexibilität hinsichtlich des schnellen Aufladens der Batterien wie bei einem Benzinmotor. Ist die maximale Ladung des Batteriepacks erschöpft, muss das Fahrzeug für einen längeren Zeitraum angehalten werden, um den Batteriepack aufzuladen, bevor es weiter genutzt werden kann, was in dringenden Fällen/Notfällen nicht unbedingt praktisch ist. Daher wäre es von Vorteil, eine effiziente und kostengünstige Lösung für die genannten Probleme bereitzustellen.Additionally, there is no flexibility to quickly charge the batteries like a gasoline engine. If the maximum charge of the battery pack is exhausted, the vehicle must be stopped for an extended period of time to charge the battery pack before it can be used again, which is not particularly practical in urgent/emergency cases. Therefore, it would be beneficial to provide an efficient and cost-effective solution to the mentioned problems.

Das Patentdokument DE112019005692T5 offenbart ein Fahrzeugbatteriesystem mit einem Hauptbatteriepack, einem Sekundärbatteriepack und einem oder mehreren Sekundärschützen. Der Hauptbatteriepack ist in das Fahrzeug integriert und umfasst eine erste Vielzahl von Batteriezellen, einen ersten Gleichstrombus (DC-Bus), der mit der ersten Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt ist, und Hauptschütze, die mit dem ersten DC-Bus gekoppelt sind, um einen geschalteten DC-Bus bereitzustellen. Der Sekundärbatteriepack umfasst eine zweite Vielzahl von Batteriezellen und einen zweiten DC-Bus, der mit der zweiten Vielzahl von Batteriezellen gekoppelt ist. Der zweite DC-Bus des Sekundärbatteriepacks ist über die Sekundärschütze elektrisch mit dem geschalteten DC-Bus des Hauptbatteriepacks verbunden. Darüber hinaus umfasst der Sekundärbatteriepack einen herausnehmbaren Batteriepack, der aus dem Fahrzeug entfernt werden kann.The patent document DE112019005692T5 discloses a vehicle battery system having a main battery pack, a secondary battery pack, and one or more secondary contactors. The main battery pack is integrated into the vehicle and includes a first plurality of battery cells, a first direct current (DC) bus coupled to the first plurality of battery cells, and main contactors coupled to the first DC bus to be switched Provide DC bus. The secondary battery pack includes a second plurality of battery cells and a second DC bus coupled to the second plurality of battery cells. The second DC bus of the secondary battery pack is electrically connected to the switched DC bus of the main battery pack via the secondary contactors. In addition, the secondary battery pack includes a removable battery pack that can be removed from the vehicle.

Ein weiteres Patentdokument WO2021045519A1 offenbart ein Hybridfahrzeug mit einer Batterieeinheit und mindestens einem Temperatursensor, der die Temperatur von mindestens einem Teil der Batterieeinheit misst. Die Batterieeinheit umfasst ein oder mehrere Gehäuse und umfasst eine oder mehrere trennbare Batterien und eine oder mehrere feste Batterien in dem Gehäuse. Jede der trennbaren Batterien und festen Batterien hat einen geeigneten Entladetemperaturbereich und einen geeigneten Ladetemperaturbereich. Wenn die vom Temperatursensor gemessene Temperatur des Teils innerhalb des geeigneten Entladetemperaturbereichs liegt, entlädt die Steuereinheit die festen Batterien, wohingegen die Steuereinheit die trennbaren Batterien entlädt, wenn die Temperatur des Teils außerhalb des geeigneten Entladetemperaturbereichs liegt, wodurch eine Beschädigung der festen Batterie beim Entladen außerhalb des geeigneten Entladetemperaturbereichs verhindert wird. Selbst wenn eine Batterie mit akkumulierten Schäden später ausgetauscht wird, ersetzt der Benutzer dementsprechend nur die beschädigte trennbare Batterie anstelle der gesamten Batterieeinheit, was die Kosten für den Batterieaustausch reduziert.Another patent document WO2021045519A1 discloses a hybrid vehicle with a battery unit and at least one temperature sensor that measures the temperature of at least a portion of the battery unit. The battery pack includes one or more housings and includes one or more separable batteries and one or more fixed batteries in the housing. Each of the separable batteries and fixed batteries has a suitable discharge temperature range and a suitable charging temperature range. When the temperature of the part measured by the temperature sensor is within the appropriate discharge temperature range, the control unit discharges the fixed batteries, whereas when the temperature of the part is outside the appropriate discharge temperature range, the control unit discharges the separable batteries, thereby preventing damage to the fixed battery when discharging outside the suitable discharge temperature range is prevented. Accordingly, even if a battery with accumulated damage is replaced later, the user only replaces the damaged separable battery instead of the entire battery pack, reducing the cost of battery replacement.

Ein weiteres Patentdokument, WO2020052422A1 , offenbart ein multifunktionales Lade- und Energiespeichersystem für ein Elektrofahrzeug, das ein festes Batteriemodul, ein intelligentes Energiesteuermodul, eine Vielzahl von Docking-Steckdosen und tragbare Batteriepacks umfasst. Die tragbaren Batteriepacks sind parallel oder in Reihe miteinander verbunden, um ein herausnehmbares Batteriemodul zu bilden. Jeder tragbare Batteriepack befindet sich in einer Docking-Steckdose und ist leicht herausnehmbar. Solche tragbaren Batteriepacks werden aus dem Elektroauto entnommen und unabhängig voneinander unter Verwendung von verschiedenen Ladevorrichtungen aufgeladen, einschließlich eines Heimladegeräts und einer Schnellladevorrichtung an einer Ladestation. Darüber hinaus kann das Elektrofahrzeug wieder aufgeladen werden, indem die entladenen tragbaren Batteriepacks durch vorgeladene Batteriepacks ersetzt werden.Another patent document, WO2020052422A1 , discloses a multifunctional charging and energy storage system for an electric vehicle that includes a fixed battery module, an intelligent energy control module, a variety of docking sockets and portable battery packs. The portable battery packs are connected in parallel or in series to form a removable battery module. Each portable battery pack is housed in a docking socket and is easily removable. Such portable battery packs are removed from the electric car and charged independently using various charging devices, including a home charger and a fast charger at a charging station. In addition, the electric vehicle can be recharged by replacing the discharged portable battery packs with pre-charged battery packs.

Ein weiteres Patentdokument, US8672354B2 , offenbart ein Elektrofahrzeug, wobei die untere Karosserie des Fahrzeugs einen mehrfach geteilten Batteriebefestigungsabschnitt und einen Unterbodenabschnitt umfasst. Der mehrfach geteilte Batteriebefestigungsabschnitt ermöglicht eine mehrfach geteilte und selektive Befestigung von Batterien und bildet einen Abschnitt des Unterbodens. Der Unterbodenabschnitt ist mit dem Batteriebefestigungsabschnitt verbunden und bildet einen weiteren Abschnitt des Unterbodens.Another patent document, US8672354B2 , discloses an electric vehicle, wherein the lower body of the vehicle includes a multi-split battery mounting portion and an underbody portion. The multi-split battery attachment section enables multi-split and selective attachment of batteries and forms a section of the underbody. The underbody section is connected to the battery mounting section and forms another section of the underbody.

Ein weiteres Patentdokument, US10833379B2 , offenbart ein Elektrofahrzeug, das eine Primärbatterie zur Versorgung eines Elektromotors mit elektrischer Energie für den Antrieb des Elektrofahrzeugs umfasst. Ein Zusatzbatteriemodul kann an dem Elektrofahrzeug angebracht werden, um den Elektromotor über einen ersten elektrischen Verbinder am Zusatzbatteriemodul und einen zweiten elektrischen Verbinder am Elektrofahrzeug, der mit dem ersten elektrischen Verbinder zusammenpasst, mit elektrischer Energie zu versorgen. Das Zusatzbatteriemodul wird im Laderaum positioniert, während es den Elektromotor mit Strom versorgt, und ist vom Elektrofahrzeug abnehmbar und wieder anbringbar.Another patent document, US10833379B2 , discloses an electric vehicle that includes a primary battery for supplying an electric motor with electrical energy to drive the electric vehicle. An auxiliary battery module may be attached to the electric vehicle to provide electrical power to the electric motor via a first electrical connector on the auxiliary battery module and a second electrical connector on the electric vehicle that mates with the first electrical connector. The auxiliary battery module is positioned in the cargo area while powering the electric motor and is removable and reattachable to the electric vehicle.

Ein weiteres Patentdokument, US20210143381A1 , offenbart eine Haltestruktur, die zumindest einen Teil eines Fahrzeugchassis zur Aufnahme von Batteriemodulen bildet. Die Haltestruktur hat zwei Seitenelemente, wobei mindestens eines der Seitenelemente eine oder mehrere erste Öffnungen zur Aufnahme eines oder mehrerer Batteriemodule der Batteriemodule definiert. Die Haltestruktur weist mindestens ein Querelement auf, das sich zwischen den beiden Seitenelementen erstreckt. Die Haltestruktur weist mindestens ein Befestigungselement auf, das von dem mindestens einen Querelement vorsteht, das parallel zu den beiden Seitenelementen verläuft und eine Vielzahl von zweiten Öffnungen definiert, die jeweils seitlich von einer entsprechenden Öffnung der Vielzahl von ersten Öffnungen versetzt sind. Wenn das Batteriemodul von einem Befestigungselement aufgenommen wird, erstreckt es sich durch eine Öffnung der Vielzahl von zweiten Öffnungen und die entsprechende Öffnung der Vielzahl von ersten Öffnungen.Another patent document, US20210143381A1 , discloses a holding structure that forms at least part of a vehicle chassis for receiving battery modules. The holding structure has two side elements, with at least one of the side elements defining one or more first openings for receiving one or more battery modules of the battery modules. The holding structure has at least one transverse element that extends between the two side elements. The support structure includes at least one fastener projecting from the at least one cross member, which extends parallel to the two side members and defines a plurality of second openings, each laterally offset from a corresponding opening of the plurality of first openings. When received by a fastener, the battery module extends through an opening of the plurality of second openings and the corresponding opening of the plurality of first openings.

Die zitierten Patentschriften offenbaren zwar verschiedene Anordnungen für die Befestigung von Batterien in Elektrofahrzeugen, aber es gibt noch Raum für weitere Verbesserungen, um eine verbesserte und kostengünstige Lösung für das oben genannte Problem bereitzustellen.Although the cited patents disclose various arrangements for mounting batteries in electric vehicles, there is still room for further improvement to provide an improved and cost-effective solution to the above problem.

Es besteht daher die Notwendigkeit, eine einfache und kostengünstige Anordnung für eine Flexi-Range-Batteriekonfiguration mit konstanter Leistung für Elektrofahrzeuge bereitzustellen, die die Einschränkungen der bestehenden Batteriepackkonfiguration beseitigen kann.There is therefore a need to provide a simple and cost-effective arrangement for a constant power flexi-range battery configuration for electric vehicles that can overcome the limitations of the existing battery pack configuration.

Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein einfaches und effizientes Batteriesystem für ein Elektrofahrzeug bereitzustellen, das Flexibilität bei der Auswahl einer Reichweite auf der Grundlage der Nutzung in demselben Fahrzeug bereitstellt.A general object of the present disclosure is to provide a simple and efficient battery system for an electric vehicle that provides flexibility in selecting a range based on usage in the same vehicle.

Eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, eine effiziente und kostengünstige Flexi-Range-Batteriekonfiguration mit konstanter Leistung für Elektrofahrzeuge bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile der bestehenden Anordnung/Konfiguration der Batteriepacks überwinden kann.An object of the present disclosure is to provide an efficient and cost-effective constant power flexi-range battery configuration for electric vehicles that can overcome the above-mentioned disadvantages of the existing battery pack arrangement/configuration.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist die Bereitstellung einer verbesserten Flexi-Range-Batteriekonfiguration für Elektrofahrzeuge, die dazu beiträgt, das Gewicht des Elektrofahrzeugs je nach Nutzung zu reduzieren.Another object of the present disclosure is to provide an improved flexi-range battery configuration for electric vehicles that helps reduce the weight of the electric vehicle depending on usage.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein einfaches und robustes Batteriesystem bereitzustellen, das leicht in Elektrofahrzeugen implementiert werden kann und weniger Wartung erfordert.Another object of the present disclosure is to provide a simple and robust battery system that can be easily implemented in electric vehicles and requires less maintenance.

Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen Elektrofahrzeuge. Insbesondere betrifft sie eine verbesserte und kostengünstige Flexi-Range-Batteriekonfiguration mit konstanter Leistung für Elektrofahrzeuge. In einem Aspekt bietet die vorgeschlagene Flexi-Range-Batteriekonfiguration eine Bereitstellung von festen Batteriemodulen, die dauerhaft an dem Elektrofahrzeug befestigt werden können, und herausnehmbaren Batteriemodulen, die je nach Bedarf an dem Fahrzeug befestigt und davon entfernt werden können.Aspects of the present disclosure relate to electric vehicles. In particular, it concerns an improved and cost-effective constant power flexi-range battery configuration for electric vehicles. In one aspect, the proposed flexi-range battery configuration provides a provision of fixed battery modules that can be permanently attached to the electric vehicle and removable battery modules that can be attached to and removed from the vehicle as needed.

In einem Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein Batteriesystem für ein Elektrofahrzeug bereit. Das vorgeschlagene Batteriesystem kann einen Batterierahmen umfassen, der mit einem Boden und/oder einer Rohkarosserie (Body in White, BiW) des Fahrzeugs verbunden ist. Der Batterierahmen kann einen Satz von ersten Hohlräumen und einen Satz von zweiten Hohlräumen umfassen. Ein Satz fester Batteriemodule ist in dem Satz von ersten Hohlräumen konfiguriert und ein Satz herausnehmbarer Batteriemodule ist abnehmbar in dem Satz von zweiten Hohlräumen konfiguriert. Der Satz von festen Batteriemodulen und der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen sind konfiguriert, um unabhängig voneinander zu arbeiten, um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen.In one aspect, the present disclosure provides a battery system for an electric vehicle. The proposed battery system may include a battery frame connected to a floor and/or a body in white (BiW) of the vehicle. The battery frame may include a set of first cavities and a set of second cavities. A set of fixed battery modules is configured in the set of first cavities and a set of removable battery modules is removably configured in the set of second cavities. The set of fixed battery modules and the set of removable battery modules are configured to operate independently to provide power to the vehicle.

Das Batteriesystem kann ferner ein Batteriemanagementsystem umfassen, das mit dem Satz von Batteriemodulen und dem Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen verbunden ist. Das Batteriemanagementsystem ist konfiguriert, um selektiv den Satz von festen Batteriemodulen oder den Satz von entnehmbaren Batteriemodulen zu aktivieren, so dass der Satz von festen Batteriemodulen und der Satz von entnehmbaren Batteriemodulen unabhängig voneinander arbeiten, um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen. Wenn sowohl der Satz von festen Batteriemodulen als auch der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen in einem geladenen Zustand in dem Batterierahmen konfiguriert sind, ist das Batteriemanagementsystem konfiguriert, um anfänglich den Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen zu aktivieren, um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen, und wenn eine vordefinierte Energiemenge aus dem Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen verbraucht ist, ist das Batteriemanagementsystem konfiguriert, um den Satz von festen Batteriemodulen zu aktivieren, um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen.The battery system may further include a battery management system connected to the set of battery modules and the set of removable battery modules. The battery management system is configured to selectively activate the set of fixed battery modules or the set of removable battery modules such that the set of fixed battery modules and the set of removable battery modules operate independently to provide power to the vehicle. When both the set of fixed battery modules and the set of removable battery modules are configured in a charged state in the battery frame, the battery management system is configured to initially activate the set of removable battery modules to provide power to the vehicle, and when a When a predefined amount of energy from the set of removable battery modules is consumed, the battery management system is configured to activate the set of fixed battery modules to provide power to the vehicle.

Ferner kann die maximale Nennleistung des Batteriesystems konstant sein und unabhängig davon sein, ob der Satz von festen Batteriemodulen oder der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen aktiviert/verwendet wird, um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen, d. h. unabhängig davon, welcher Satz von Batteriemodulen für den Betrieb des Fahrzeugs verwendet wird, bleibt die maximale Nennleistung des Batteriesystems konstant. Darüber hinaus kann das Batteriesystem konfiguriert sein, um auch dann eine konstante Leistung bereitzustellen, wenn der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen im Batteriesystem nicht vorhanden ist, d. h. das Fahrzeug kann mit konstanter Leistung betrieben werden, obwohl der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen physisch nicht im Fahrzeug vorhanden ist.Further, the maximum power rating of the battery system may be constant and independent of whether the set of fixed battery modules or the set of removable battery modules is activated/used to power the vehicle, i.e. H. Regardless of which set of battery modules is used to operate the vehicle, the maximum power rating of the battery system remains constant. In addition, the battery system may be configured to provide constant power even when the set of removable battery modules is not present in the battery system, i.e. H. the vehicle can operate at constant power even though the set of removable battery modules is not physically present in the vehicle.

Darüber hinaus kann der Satz von festen Batteriemodulen über einen Satz von ersten Kabelbäumen, die durch den Batterierahmen verlegt werden, verbunden sein, so dass der Satz von festen Batteriemodulen wie eine einzige Batterie fungiert. Der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen kann über einen Satz von zweiten Kabelbäumen, die durch den Batterierahmen verlegt werden, und über Verbinder, die in dem zweiten Satz von Hohlräumen konfiguriert sind, verbunden sein, so dass der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen als eine einzige herausnehmbare Batterie fungiert.Additionally, the set of fixed battery modules may be connected via a set of first wire harnesses routed through the battery frame so that the set of fixed battery modules functions as a single battery. The set of removable battery modules may be connected via a set of second wire harnesses routed through the battery frame and connectors configured in the second set of cavities such that the set of removable battery modules functions as a single removable battery .

Ferner kann das Batteriesystem eine Wärmemanagementvorrichtung enthalten, die zusammen mit dem Batterierahmen konfiguriert ist, um mindestens einen des Satzes von festen Batteriemodulen und des Satzes von herausnehmbaren Batteriemodulen entweder aufzuheizen oder zu kühlen, um die optimale Temperatur der jeweiligen Batteriemodule aufrechtzuerhalten.Further, the battery system may include a thermal management device configured together with the battery frame to either heat or cool at least one of the set of fixed battery modules and the set of removable battery modules to maintain the optimal temperature of the respective battery modules.

Darüber hinaus kann das Batteriesystem eine oder mehrere untere Abdeckplatten umfassen, die abnehmbar am Batterierahmen befestigt sind, um mindestens einen des Satzes von festen Batteriemodulen und des Satzes von herausnehmbaren Batteriemodulen abzudecken.Additionally, the battery system may include one or more lower cover panels removably attached to the battery frame to cover at least one of the set of fixed battery modules and the set of removable battery modules.

Verschiedene Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Zeichnungsfiguren, in denen gleiche Zahlen gleiche Komponenten darstellen, deutlicher.Various objects, features, aspects and advantages of the subject invention will become more apparent from the following detailed description of preferred embodiments, together with the accompanying drawing figures, in which like numerals represent like components.

Die beigefügten Zeichnungen dienen dem weiteren Verständnis der vorliegenden Offenbarung und sind in dieser Beschreibung aufgenommen und bilden einen Teil dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung.

  • 1 zeigt eine Explosionszeichnung des vorgeschlagenen Batteriesystems für ein Elektrofahrzeug gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 2A zeigt eine Anordnung von festen Batteriemodulen und herausnehmbaren Batteriemodulen in einem Batterierahmen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 2B zeigt eine Anordnung von festen Batteriemodulen in einem Batterierahmen, wenn die herausnehmbaren Batteriemodule entfernt sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 3A zeigt eine Implementierung des vorgeschlagenen Batteriesystems für die Stromversorgung eines Motors eines Elektrofahrzeugs, wenn nur feste Batteriemodule verwendet werden, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 3B zeigt eine Implementierung des vorgeschlagenen Batteriesystems für die Stromversorgung eines Motors eines Elektrofahrzeugs, wenn feste Batteriemodule und herausnehmbare Batteriemodule verwendet werden, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
The accompanying drawings are provided for further understanding of the present disclosure and are incorporated into and form a part of this specification. The drawings illustrate exemplary embodiments of the present disclosure and, together with the description, serve to explain the principles of the present disclosure.
  • 1 shows an exploded view of the proposed battery system for an electric vehicle according to an embodiment of the present disclosure.
  • 2A shows an arrangement of fixed battery modules and removable battery modules in a battery frame according to an embodiment of the present disclosure.
  • 2 B shows an arrangement of fixed battery modules in a battery frame when the removable battery modules are removed, according to an embodiment of the present disclosure.
  • 3A shows an implementation of the proposed battery system for powering an electric vehicle engine when only solid battery modules are used, according to an embodiment of the present disclosure.
  • 3B shows an implementation of the proposed battery system for powering an electric vehicle engine when using fixed battery modules and removable battery modules, according to an embodiment of the present disclosure.

Es folgt eine ausführliche Beschreibung von in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Offenbarung. Die Ausführungsformen sind so ausführlich, dass sie die Offenbarung klar vermitteln. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, durch die Ausführlichkeit die vorhersehbaren Variationen der Ausführungsformen einzuschränken; im Gegenteil, die Absicht ist, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert sind.The following is a detailed description of embodiments of the disclosure illustrated in the accompanying drawings. The embodiments are detailed enough to clearly convey the disclosure. However, it is not intended to limit foreseeable variations in embodiments; on the contrary, the intent is to cover all modifications, equivalents and alternatives that fall within the spirit and scope of the present disclosure as defined by the appended claims.

Die hierin erläuterten Ausführungsformen betreffen Batteriepacks, die in Elektrofahrzeugen verwendet werden. Insbesondere betreffen sie eine verbesserte und kostengünstige Flexi-Range-Batteriekonfiguration mit konstanter Leistung für Elektrofahrzeuge. In einem Aspekt bietet die vorgeschlagene Flexi-Range-Batteriekonfiguration eine Bereitstellung von festen Batteriemodulen, die dauerhaft an dem Elektrofahrzeug befestigt werden können, und herausnehmbaren Batteriemodulen, die je nach Bedarf an dem Fahrzeug befestigt und davon entfernt werden können. Die festen Batteriemodule und die herausnehmbaren Batteriemodule arbeiten unabhängig voneinander. Daher wird das Elektrofahrzeug zu einem bestimmten Zeitpunkt entweder mit den festen oder mit den herausnehmbaren Batteriemodulen betrieben. Die beiden Sätze von Batteriemodulen dürfen nicht zur gleichen Zeit miteinander verbunden sein, um das Fahrzeug anzutreiben. Das Elektrofahrzeug kann mit den festen Batteriemodulen betrieben werden, die im Elektrofahrzeug vorhanden sind, ohne dass die herausnehmbaren Batteriemodule immer im Fahrzeug vorhanden sein müssen, um mit maximaler Nennspannung/Leistung zu arbeiten. Somit kann das Fahrzeug mit nur den festen Batteriemodulen gekauft werden. Dadurch können die Anschaffungskosten des Fahrzeugs gesenkt werden.The embodiments explained herein relate to battery packs used in electric vehicles. In particular, they concern an improved and cost-effective constant power flexi-range battery configuration for electric vehicles. In one aspect, the proposed flexi-range battery configuration provides a provision of fixed battery modules that can be permanently attached to the electric vehicle and removable battery modules that can be attached to and removed from the vehicle as needed. The fixed battery modules and the removable battery modules work independently of each other. Therefore, at a given time, the electric vehicle is powered by either the fixed or removable battery modules. The two sets of battery modules must not be connected together at the same time to power the vehicle. The electric vehicle can be powered by the fixed battery modules present in the electric vehicle without the need for the removable battery modules to always be present in the vehicle to operate at maximum rated voltage/power. This means the vehicle can be purchased with only the fixed battery modules. This can reduce the purchase costs of the vehicle.

Darüber hinaus verringert sich außerdem das Gesamtgewicht des Fahrzeugs, wenn das Fahrzeug mit den festen Batteriemodulen betrieben wird, wodurch sich die Reichweite des Fahrzeugs erhöht. Wenn das Fahrzeug mit den festen Batteriemodulen betrieben wird, bleibt die Nennspannung/Nennleistung des Fahrzeugs konstant. Daher verfügt das Fahrzeug immer über die maximale Leistung für alle Fahrbedingungen, z. B. bei voller Beladung, starker Neigung, Höchstgeschwindigkeit, Nennbeschleunigung usw.In addition, the overall weight of the vehicle is also reduced when the vehicle is powered by the fixed battery modules, thereby increasing the range of the vehicle. When the vehicle is powered by the fixed battery modules, the rated voltage/power of the vehicle remains constant. Therefore, the vehicle always has maximum performance for all driving conditions, e.g. B. with full load, steep inclination, maximum speed, nominal acceleration, etc.

Außerdem kann mit Hilfe von herausnehmbaren Batteriemodulen, die bei einer Batteriestation ausgetauscht und/oder ausgeliehen werden können, die Reichweite des Fahrzeugs unbegrenzt werden. Darüber hinaus kann die Wartung des Batteriesystems reduziert werden, da die herausnehmbaren Batteriemodule von der Batteriestation gewartet werden können, die Nutzer mieten sie lediglich.In addition, the range of the vehicle can be unlimited with the help of removable battery modules, which can be exchanged and/or borrowed from a battery station. In addition, the maintenance of the battery system can be reduced because the removable battery modules can be serviced from the battery station, users just rent them.

Bezugnehmend auf 1 kann das offenbarte Batteriesystem 100 in einer Ausführungsform einen Batterierahmen 102 umfassen, der an einem Boden und/oder einer Rohkarosserie (Body in White, BiW) (nicht dargestellt) eines Elektrofahrzeugs befestigt werden kann. Der Batterierahmen 102 kann einen Satz von ersten Hohlräumen, wie z. B., aber nicht beschränkt auf die ersten Hohlräume 104-1 bis 104-8 (im Folgenden zusammengenommen als die ersten Hohlräume 104 bezeichnet), und einen Satz von zweiten Hohlräumen, wie z. B., aber nicht beschränkt auf die zweiten Hohlräume 106-1 bis 106-8 (im Folgenden zusammengenommen als die zweiten Hohlräume 106 bezeichnet), umfassen. Ein Satz von festen Batteriemodulen, wie z. B., aber nicht beschränkt auf die festen Batteriemodule 108-1 bis 108-8 (im Folgenden zusammengenommen als die festen Batteriemodule 108 bezeichnet), ist in dem Satz von ersten Hohlräumen 104 konfiguriert. Ein Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen, wie z. B., aber nicht beschränkt auf die herausnehmbaren Batteriemodule 110-1 bis 110-8 (im Folgenden zusammengenommen als die herausnehmbaren Batteriemodule 110 bezeichnet), kann herausnehmbar mit dem Satz von zweiten Hohlräumen 106 konfiguriert sein. Der Satz von festen Batteriemodulen 108 und der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen 110 sind konfiguriert, um unabhängig voneinander zu funktionieren und das Fahrzeug mit Strom zu versorgen.Referring to 1 In one embodiment, the disclosed battery system 100 may include a battery frame 102 that may be attached to a floor and/or a body in white (BiW) (not shown) of an electric vehicle. The battery frame 102 may have a set of first cavities, such as. B., but not limited to the first cavities 104-1 to 104-8 (hereinafter collectively referred to as the first cavities 104), and a set of second cavities such as. B., but not limited to, the second cavities 106-1 to 106-8 (hereinafter collectively referred to as the second cavities 106). A set of fixed battery modules, such as B., but not limited to, the fixed battery modules 108-1 to 108-8 (hereinafter collectively referred to as the fixed battery modules 108), is configured in the set of first cavities 104. A set of removable battery modules, such as B., but not limited to, the removable battery modules 110-1 to 110-8 (hereinafter collectively referred to as the removable battery modules 110), may be removable configured with the set of second cavities 106. The set of fixed battery modules 108 and the set of removable battery modules 110 are configured to function independently and provide power to the vehicle.

Die festen Batteriemodule 108 können über einen Satz von ersten Kabelbäumen und/oder Verbindern, die durch den Batterierahmen 102 verlegt werden, miteinander verbunden sein, so dass der Satz von festen Batteriemodulen als eine einzige Batterie fungiert. Der Satz von festen Batteriemodulen 108 kann in Reihe geschaltet werden, wie in den 3A und 3B gezeigt. Beispielsweise kann jedes der festen Batteriemodule 108 eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batteriezellen umfassen.The fixed battery modules 108 may be interconnected via a set of first wire harnesses and/or connectors routed through the battery frame 102 such that the set of fixed battery modules functions as a single battery. The set of fixed battery modules 108 can be connected in series, as shown in FIGS 3A and 3B shown. For example, each of the fixed battery modules 108 may include a plurality of rechargeable battery cells.

Darüber hinaus können die herausnehmbaren Batteriemodule 110 über einen Satz von zweiten Kabelbäumen, die durch den Batterierahmen 102 verlegt werden, und über Verbinder 112, die in dem Satz von zweiten Hohlräumen 106 konfiguriert sind, miteinander verbunden sein, so dass der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen 110 als eine einzige herausnehmbare Batterie fungiert. Der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen 110 kann in Reihe geschaltet werden, wie in 3B gezeigt. Die erforderliche Fahrzeugnennspannung und Spitzenleistung kann durch diese Konfiguration erreicht werden. Zum Beispiel kann jedes der herausnehmbaren Batteriemodule 110 eine Vielzahl von wiederaufladbaren Batteriezellen umfassen.In addition, the removable battery modules 110 may be interconnected via a set of second wire harnesses routed through the battery frame 102 and connectors 112 configured in the set of second cavities 106, such that the set of removable battery modules 110 acts as a single removable battery. The set of removable battery modules 110 can be connected in series, as shown in 3B shown. The required vehicle voltage rating and peak power can be achieved through this configuration. For example, each of the removable battery modules 110 may include a plurality of rechargeable battery cells.

Der Satz von festen Batteriemodulen 108 und der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen 110 können konfiguriert sein, um unabhängig voneinander zu funktionieren, um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen. Die Anzahl der herausnehmbaren Batteriemodule 110 kann gleich der Anzahl der festen Batteriemodule 108 sein. Da die Anzahl der Batteriemodule und die interne Zellkonfiguration die gleiche ist wie bei dem Satz von festen Batteriemodulen, bleiben Nennspannung und Spitzenleistung bei Verwendung der herausnehmbaren Batteriemodule gleich. Das Fahrzeug kann jeweils mit den festen Batteriemodulen 108 oder den herausnehmbaren Batteriemodulen 110 betrieben werden. Der Satz von festen Batteriemodulen 108 und der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen 110 dürfen zu keinem Zeitpunkt miteinander verbunden sein.The set of fixed battery modules 108 and the set of removable battery modules 110 may be configured to function independently of one another to provide power to the vehicle. The number of removable battery modules 110 may be equal to the number of fixed battery modules 108. Since the number of battery modules and internal cell configuration are the same as the set of fixed battery modules, the rated voltage and peak power remain the same when using the removable battery modules. The vehicle can be operated with the fixed battery modules 108 or the removable battery modules 110. The set of fixed battery modules 108 and the set of removable battery modules 110 must not be connected to each other at any time.

Darüber hinaus kann die Anzahl der festen Batteriemodule 108 von einem Unternehmen/Erstausrüster festgelegt werden, um die erforderliche Nennspannung/Nennleistung zu erreichen. Mit oder ohne die herausnehmbaren Batteriemodule 110 bleibt die Nennspannung/Nennleistung des Fahrzeugs also konstant. Daher kann das Fahrzeug immer über die maximale Leistung für alle Fahrbedingungen verfügen, z. B. bei voller Beladung, starker Neigung, Höchstgeschwindigkeit, Nennbeschleunigung usw.Additionally, the number of fixed battery modules 108 can be determined by a company/original equipment manufacturer to achieve the required voltage/power rating. With or without the removable battery modules 110, the nominal voltage/nominal power of the vehicle remains constant. Therefore, the vehicle can always have maximum performance for all driving conditions, e.g. B. with full load, steep inclination, maximum speed, nominal acceleration, etc.

Da die herausnehmbaren Batteriemodule 110 so angepasst sind, dass sie mit dem Batterierahmen 102 abnehmbar konfiguriert sind, kann das Fahrzeug mit nur den festen Batteriemodulen 108 verkauft werden, und es besteht die Möglichkeit, die herausnehmbaren Batteriemodule zum Zeitpunkt des Kaufs zu erwerben. Somit hat der Kunde die Flexibilität, das Fahrzeug nur mit den festen Batteriemodulen zu kaufen und nur dafür zu bezahlen. Außerdem kann der Kunde das Fahrzeug mit den festen Batteriemodulen 108 betreiben, wenn es nur in der Stadt oder für eine geringe Reichweite genutzt wird, wie in 3A gezeigt. Wenn der Kunde eine große Reichweite für eine lange Fahrt/Reise benötigt, kann er bei einer autorisierten Stelle, z. B. einer Batteriestation, herausnehmbare Batteriemodule mieten. Sobald der Bedarf gedeckt ist, kann der Kunde die herausnehmbaren Batteriemodule wieder an die Batteriestation zurückgeben und zahlt dementsprechend nur den Mietbetrag pro Nutzung.Since the removable battery modules 110 are adapted to be configured removable with the battery frame 102, the vehicle can be sold with only the fixed battery modules 108 and there is an option to purchase the removable battery modules at the time of purchase. This means the customer has the flexibility to buy the vehicle only with the fixed battery modules and only pay for them. In addition, the customer can operate the vehicle with the fixed battery modules 108 when it is only used in the city or for short range use, as in 3A shown. If the customer needs a long range for a long journey/journey, they can contact an authorized body, e.g. B. a battery station, rent removable battery modules. As soon as the need is met, the customer can return the removable battery modules to the battery station and therefore only pays the rental amount per use.

2A zeigt eine Anordnung der festen Batteriemodule 108 und der herausnehmbaren Batteriemodule 110 im Batterierahmen 102 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 2A shows an arrangement of the fixed battery modules 108 and the removable battery modules 110 in the battery frame 102 according to an embodiment of the present disclosure.

2B zeigt eine Anordnung der festen Batteriemodule 108 im Batterierahmen 102, wenn die herausnehmbaren Batteriemodule 110 aus dem Batterierahmen 102 entfernt sind, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. 2 B shows an arrangement of the fixed battery modules 108 in the battery frame 102 when the removable battery modules 110 are removed from the battery frame 102, according to an embodiment of the present disclosure.

Wie in den 3A und 3B gezeigt, kann das Batteriesystem 100 ferner ein Batteriemanagementsystem (BMS) 302 umfassen, das mit dem Satz von festen Batteriemodulen 108 und den herausnehmbaren Batteriemodulen 110 sowie einem Motor und/oder Traktionsmotor 304 des Fahrzeugs verbunden ist. Das Batteriemanagementsystem 302 kann die festen Batteriemodule 108 und die herausnehmbaren Batteriemodule 110 überwachen und verwalten, um sie vor Schäden zu schützen, ihre Lebensdauer zu verlängern und die Batterie innerhalb ihrer Sicherheitsgrenzen zu betreiben. Das BMS kann den Strom, die Spannung, die Temperaturen, den Ladezustand (State of Charge, SOC), den Gesundheitszustand (State of Health, SOH) usw. jeder Batteriezelle der festen Batteriemodule 108 und der herausnehmbaren Batteriemodule 110 überwachen. Das Batteriemanagementsystem 302 kann beispielsweise ein elektronisches System sein, das Prozessoren, Mikroprozessoren, Controller, Mikrocontroller, eine Vielzahl von Sensoren, einschließlich Temperatursensoren, Stromsensoren, Spannungssensoren usw., und Speicher zum Speichern von Anweisungen und/oder erforderlichen Daten umfassen kann.Like in the 3A and 3B As shown, the battery system 100 may further include a battery management system (BMS) 302 connected to the set of fixed battery modules 108 and the removable battery modules 110 and an engine and/or traction motor 304 of the vehicle. The battery management system 302 can monitor and manage the fixed battery modules 108 and the removable battery modules 110 to protect them from damage, extend their life, and operate the battery within their safety limits. The BMS may monitor the current, voltage, temperatures, state of charge (SOC), state of health (SOH), etc. of each battery cell of the fixed battery modules 108 and the removable battery modules 110. For example, the battery management system 302 may be an electronic system that may include processors, microprocessors, controllers, microcontrollers, a variety of sensors including temperature sensors, current sensors, voltage sensors, etc., and memories for storing instructions and/or required data.

Das Batteriemanagementsystem 302 kann konfiguriert sein, um selektiv den Satz von festen Batteriemodulen 108 oder den Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen 110 zu aktivieren, so dass der Satz von festen Batteriemodulen 108 und der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen 110 unabhängig voneinander arbeiten, um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen.The battery management system 302 may be configured to selectively activate the set of fixed battery modules 108 or the set of removable battery modules 110 so that the set of fixed battery modules 108 and the set of removable battery modules 110 operate independently to provide power to the vehicle take care of.

Wie in 3B gezeigt, kann das Batteriemanagementsystem 302, wenn sowohl der Satz von festen Batteriemodulen 108 als auch der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen 110 in einem geladenen Zustand im Batterierahmen 102 konfiguriert sind, konfiguriert sein, um zunächst den Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen 110 zu aktivieren, um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen, und wenn eine vordefinierte Energiemenge oder die gesamte Energie aus dem Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen 110 verbraucht wurde, kann das Batteriemanagementsystem 302 konfiguriert sein, um den Satz von festen Batteriemodulen 108 zu aktivieren, um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen. Wenn beispielsweise sowohl der Satz von festen Batteriemodulen 108 als auch der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen 110 im Batterierahmen 102 in einem geladenen Zustand konfiguriert sind, kann die Konfiguration der herausnehmbaren Batteriemodule standardmäßig eingeschaltet sein, und dementsprechend wird Energie aus den herausnehmbaren Batteriemodulen 110 gezogen.As in 3B As shown, when both the set of fixed battery modules 108 and the set of removable battery modules 110 are configured in a charged state in the battery frame 102, the battery management system 302 may be configured to initially activate the set of removable battery modules 110 four to power the vehicle, and when a predefined amount of energy or all of the energy from the set of removable battery modules 110 has been used, the battery management system 302 may be configured to activate the set of fixed battery modules 108 to power the vehicle to supply electricity. For example, if both the set of fixed battery modules 108 and the set of removable battery modules 110 in the battery frame 102 are configured in a charged state, the configuration of the removable battery modules may be turned on by default and power is drawn from the removable battery modules 110 accordingly.

Wenn z. B. mitten unter der Fahrt die Energie sowohl der festen als auch der herausnehmbaren Batteriemodule erschöpft ist, kann das Fahrzeug zu einer nahegelegenen Batteriestation gefahren werden (das BMS kann vor der 100%igen Erschöpfung an die Reserveenergie erinnern), um die herausnehmbaren Batteriemodule 110 durch vorgeladene Batteriemodule zu ersetzen. So kann das Fahrzeug eine unendliche Reichweite über eine beliebige Strecke haben.If e.g. For example, if the energy of both the fixed and removable battery modules is depleted in the middle of the journey, the vehicle can be driven to a nearby battery station (the BMS can remind of the reserve energy before 100% depletion) to power the removable battery modules 110 to replace pre-charged battery modules. This means the vehicle can have an infinite range over any route.

Unter Bezugnahme auf 1 kann das Batteriesystem 100 ferner eine oder mehrere untere Abdeckplatten umfassen, wie z. B. eine Abdeckplatte 114, die durch Befestigungsmittel, wie z. B. Schrauben, abnehmbar am Batterierahmen 102 angebracht ist, um den Satz von festen Batteriemodulen 108 und den Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen 110 von unten abzudecken. Eine Abdeckdichtung (nicht dargestellt) kann zwischen der Abdeckplatte 114 und dem Batterierahmen 102 bereitgestellt werden, um die Wasserdichtigkeit aufrechtzuerhalten und Batteriemodule 108 und 110 vor Wasser zu schützen.With reference to 1 The battery system 100 may further include one or more lower cover plates, such as. B. a cover plate 114 which is secured by fasteners such as. B. screws, is removably attached to the battery frame 102 to cover the set of fixed battery modules 108 and the set of removable battery modules 110 from below. A cover gasket (not shown) may be provided between the cover plate 114 and the battery frame 102 to maintain waterproofing and protect battery modules 108 and 110 from water.

Um zum Beispiel das herausnehmbare Batteriemodul 110 im Fahrzeug zu installieren oder die herausnehmbaren Batteriemodule zu entfernen oder auszutauschen, fährt der Benutzer mit dem Fahrzeug zu einer bestimmten Batteriestation. In der Batteriestation werden einzelne Batteriemodule mit unterschiedlichen Spezifikationen gelagert. Diese Batteriemodule werden von der Batteriestation geladen und gewartet. Der Benutzer parkt das Fahrzeug an einer bestimmten Stelle, um die Batteriemodule zu installieren oder auszutauschen. Ein Techniker kann ferner die untere Abdeckplatte 114 entfernen und herausnehmen. Ferner kann der Techniker die herausnehmbaren Batteriemodule aus den zweiten Hohlräumen 106 im Batterierahmen 102 herausnehmen bzw. in diese einbauen. Der Techniker kann ein Dichtungsmittel auf die untere Abdeckplatte 114 auftragen und die untere Abdeckplatte 114 am Batterierahmen 102 befestigen. Der Benutzer zahlt nur die Miete/den Betrag für die Dienstleistung für die wiederaufladbaren Module.For example, to install the removable battery module 110 in the vehicle or to remove or replace the removable battery modules, the user drives the vehicle to a specific battery station. Individual battery modules with different specifications are stored in the battery station. These battery modules are charged and maintained by the battery station. The user parks the vehicle at a specific location to install or replace the battery modules. A technician can also remove and remove the lower cover plate 114. Furthermore, the technician can remove or install the removable battery modules from the second cavities 106 in the battery frame 102. The technician can apply a sealant to the lower cover plate 114 and attach the lower cover plate 114 to the battery frame 102. The user only pays the rental/service amount for the rechargeable modules.

Darüber hinaus kann das Batteriesystem 100 eine Wärmemanagementvorrichtung 116 umfassen, die eine Kühlplatte und/oder eine Heizplatte umfassen kann, die mit dem Batterierahmen 102 so konfiguriert ist, dass sie mindestens einen des Satzes von festen Batteriemodulen 108 und des Satzes von herausnehmbaren Batteriemodulen 110, die mit dem Batterierahmen 102 konfiguriert sind, entweder erwärmt oder kühlt, um die optimale Temperatur der jeweiligen Batteriemodule aufrechtzuerhalten, damit sie mit hoher Effizienz funktionieren. Die Wärmemanagementvorrichtung 116 kann eine Vielzahl von Kanälen 118 umfassen, durch die ein Kühlmittel zum Erwärmen oder Kühlen der festen Batteriemodule 108 und/oder der herausnehmbaren Batteriemodule 110 zirkuliert. Das Wärmemanagement kann eine Einlassöffnung 120 zum Einleiten des Kühlmittels in die Kanäle 118 und eine Auslassöffnung 122 zum Ableiten des Kühlmittels aus den Kanälen 118 umfassen.In addition, the battery system 100 may include a thermal management device 116, which may include a cooling plate and/or a heating plate configured with the battery frame 102 to include at least one of the set of fixed battery modules 108 and the set of removable battery modules 110 with the battery frame 102 configured to either heat or cool to maintain the optimal temperature of the respective battery modules to function at high efficiency. The thermal management device 116 may include a plurality of channels 118 through which coolant circulates for heating or cooling the fixed battery modules 108 and/or the removable battery modules 110. The thermal management may include an inlet port 120 for introducing the coolant into the channels 118 and an outlet port 122 for discharging the coolant from the channels 118.

Somit stellt die vorliegende Offenbarung eine einfache, kostengünstige und leicht zu implementierende Flexi-Range-Batteriekonfiguration mit konstanter Leistung für Elektrofahrzeuge bereit.Thus, the present disclosure provides a simple, cost-effective, and easy-to-implement constant-power flexi-range battery configuration for electric vehicles.

Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung entwickelt werden, ohne vom grundsätzlichen Umfang der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die folgenden Ansprüche bestimmt. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Varianten oder Beispiele beschränkt, die enthalten sind, um eine Person mit gewöhnlichem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik in die Lage zu versetzen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit Informationen und Wissen kombiniert wird, die der Person mit gewöhnlichem Fachwissen auf dem Gebiet der Technik zur Verfügung stehen.While the foregoing describes various embodiments of the invention, other and further embodiments of the invention may be devised without departing from the basic scope of the invention. The scope of the invention is determined by the following claims. The invention is not limited to the described embodiments, variations or examples, which are included to enable a person of ordinary skill in the art to make and use the invention when combined with information and knowledge , available to the person with ordinary technical expertise.

Die vorliegende Offenbarung stellt ein einfaches und effizientes Batteriesystem für ein Elektrofahrzeug bereit, das Flexibilität bei der Auswahl der Reichweite je nach Nutzung in demselben Fahrzeug bereitstellt.The present disclosure provides a simple and efficient battery system for an electric vehicle that provides flexibility in selecting range depending on usage in the same vehicle.

Die vorliegende Offenbarung stellt eine effiziente und kostengünstige Flexi-Range-Batteriekonfiguration mit konstanter Leistung für Elektrofahrzeuge bereit, die die Nachteile der bestehenden Anordnung/Konfiguration der Batteriepacks überwinden kann.The present disclosure provides an efficient and cost-effective constant power flexi-range battery configuration for electric vehicles that can overcome the disadvantages of the existing battery pack arrangement/configuration.

Die vorliegende Offenbarung stellt eine verbesserte Flexi-Range-Batteriekonfiguration für Elektrofahrzeuge bereit, die dazu beiträgt, das Gewicht des Elektrofahrzeugs je nach Nutzung zu reduzieren.The present disclosure provides an improved flexi-range battery configuration for electric rovehicles, which helps reduce the weight of the electric vehicle depending on usage.

Die vorliegende Offenbarung stellt ein einfaches und robustes Batteriesystem bereit, das leicht in Elektrofahrzeugen implementiert werden kann und weniger Wartung erfordert.The present disclosure provides a simple and robust battery system that can be easily implemented in electric vehicles and requires less maintenance.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 10833379 B2 [0009]US 10833379 B2 [0009]
  • US 20210143381 A1 [0010]US 20210143381 A1 [0010]

Claims (9)

Batteriesystem (100) für ein Fahrzeug, wobei das Batteriesystem (100) Folgendes umfasst: einen Batterierahmen (102), der mit dem Boden des Fahrzeugs gekoppelt ist, wobei der Batterierahmen (102) einen Satz von ersten Hohlräumen (104) und einen Satz von zweiten Hohlräumen (106) umfasst; einen Satz von festen Batteriemodulen (108), die in dem Satz von ersten Hohlräumen (104) konfiguriert sind; und einen Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen (110), die mit dem Satz von zweiten Hohlräumen (106) abnehmbar konfiguriert sind; wobei der Satz von festen Batteriemodulen (108) und der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen (110) konfiguriert sind, um unabhängig voneinander zu arbeiten, um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen.Battery system (100) for a vehicle, the battery system (100) comprising: a battery frame (102) coupled to the floor of the vehicle, the battery frame (102) including a set of first cavities (104) and a set of second cavities (106); a set of fixed battery modules (108) configured in the set of first cavities (104); and a set of removable battery modules (110) removably configured with the set of second cavities (106); wherein the set of fixed battery modules (108) and the set of removable battery modules (110) are configured to operate independently to provide power to the vehicle. Batteriesystem (100) nach Anspruch 1, wobei das Batteriesystem (100) ein Batteriemanagementsystem umfasst, das mit dem festen Satz von Batteriemodulen und dem Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen (110) verbunden ist, wobei das Batteriemanagementsystem konfiguriert ist, um selektiv den Satz von festen Batteriemodulen (108) oder den Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen (110) zu aktivieren, so dass der Satz von festen Batteriemodulen (108) und der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen (110) unabhängig voneinander arbeiten, um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen.Battery system (100). Claim 1 , wherein the battery system (100) includes a battery management system connected to the fixed set of battery modules and the set of removable battery modules (110), the battery management system being configured to selectively manage the set of fixed battery modules (108) or the set of to activate removable battery modules (110) so that the set of fixed battery modules (108) and the set of removable battery modules (110) operate independently of one another to provide power to the vehicle. Batteriesystem (100) nach Anspruch 2, wobei, wenn sowohl der Satz von festen Batteriemodulen (108) als auch der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen (110) in einem geladenen Zustand in dem Batterierahmen (102) konfiguriert sind, das Batteriemanagementsystem konfiguriert ist, um anfänglich den Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen (110) zu aktivieren, um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen, und wobei, wenn eine vordefinierte Energiemenge aus dem Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen (110) verbraucht ist, das Batteriemanagementsystem konfiguriert ist, um den Satz von festen Batteriemodulen (108) zu aktivieren, um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen.Battery system (100). Claim 2 wherein when both the set of fixed battery modules (108) and the set of removable battery modules (110) are configured in a charged state in the battery frame (102), the battery management system is configured to initially control the set of removable battery modules (110 ) to activate to provide power to the vehicle, and wherein when a predefined amount of energy from the set of removable battery modules (110) is depleted, the battery management system is configured to activate the set of fixed battery modules (108) to do so to supply the vehicle with electricity. Batteriesystem (100) nach Anspruch 2, wobei eine maximale Nennleistung des Batteriesystems (100) konstant ist und unabhängig davon ist, ob der Satz von festen Batteriemodulen (108) oder der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen (110) aktiviert wird, um das Fahrzeug mit Strom zu versorgen.Battery system (100). Claim 2 , wherein a maximum rated power of the battery system (100) is constant and is independent of whether the set of fixed battery modules (108) or the set of removable battery modules (110) is activated to supply power to the vehicle. Batteriesystem (100) nach Anspruch 1, wobei das Batteriesystem (100) konfiguriert ist, um auch bei Abwesenheit des Satzes von herausnehmbaren Batteriemodulen (110) im Batteriesystem (100) eine konstante Leistung bereitzustellen.Battery system (100). Claim 1 , wherein the battery system (100) is configured to provide constant power even in the absence of the set of removable battery modules (110) in the battery system (100). Batteriesystem (100) nach Anspruch 1, wobei der Satz von festen Batteriemodulen (108) über einen Satz von ersten Kabelbäumen verbunden ist, die durch den Batterierahmen (102) verlegt werden, so dass der Satz von festen Batteriemodulen (108) als eine einzige Batterie fungiert.Battery system (100). Claim 1 , wherein the set of fixed battery modules (108) is connected via a set of first wire harnesses routed through the battery frame (102) such that the set of fixed battery modules (108) functions as a single battery. Batteriesystem (100) nach Anspruch 1, wobei der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen (110) über einen Satz von zweiten Kabelbäumen, die durch den Batterierahmen (102) verlegt werden, und über Verbinder (112), die in dem zweiten Satz von Hohlräumen konfiguriert sind, verbunden ist, so dass der Satz von herausnehmbaren Batteriemodulen (110) als eine einzige herausnehmbare Batterie fungiert.Battery system (100). Claim 1 , wherein the set of removable battery modules (110) is connected via a set of second wire harnesses routed through the battery frame (102) and via connectors (112) configured in the second set of cavities, so that the Set of removable battery modules (110) acts as a single removable battery. Batteriesystem (100) nach Anspruch 1, wobei das Batteriesystem (100) eine Wärmemanagementvorrichtung (116) umfasst, die mit dem Batterierahmen (102) konfiguriert ist, um mindestens einen des Satzes von festen Batteriemodulen (108) und des Satzes von herausnehmbaren Batteriemodulen (110) entweder zu erwärmen oder zu kühlen, um die optimale Temperatur der jeweiligen Batteriemodule aufrechtzuerhalten.Battery system (100). Claim 1 , wherein the battery system (100) includes a thermal management device (116) configured with the battery frame (102) to either heat or cool at least one of the set of fixed battery modules (108) and the set of removable battery modules (110). to maintain the optimal temperature of the respective battery modules. Batteriesystem (100) nach Anspruch 1, wobei das Batteriesystem (100) eine oder mehrere untere Abdeckplatten (114) umfasst, die abnehmbar an dem Batterierahmen (102) angebracht sind, um mindestens einen des Satzes von festen Batteriemodulen (108) und des Satzes von herausnehmbaren Batteriemodulen (110) abzudecken.Battery system (100). Claim 1 , wherein the battery system (100) includes one or more lower cover panels (114) removably attached to the battery frame (102) to cover at least one of the set of fixed battery modules (108) and the set of removable battery modules (110).
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