用于电动汽车动态改变车载电池容量的更换电池系统和方法技术方案

用于电动汽车动态改变车载电池容量的更换电池系统，其特征在于：包括固定电池组(1)、可更换电池组(2)，以及与固定电池组(1)、可更换电池组(2)分别对应的第一预留空间(3)和第二预留空间(4)；将换电模式与充电模式结合起来，将换电模式用于动态改变车载电池容量、以适应个性化的需求；并且通过车电分离，降低事故风险，实现对电池不定期的维护和保养。

Battery replacement system and method for dynamic change of vehicle battery capacity of electric vehicle

The replacement battery system for dynamic change of vehicle battery capacity of electric vehicle is characterized in that it includes fixed battery pack (1), replaceable battery pack (2), and the first reserved space (3) and the second reserved space (4) corresponding to fixed battery pack (1) and replaceable battery pack (2), respectively; the replacement mode is combined with the charging mode to dynamically change vehicle battery capacity And through the separation of vehicle and electricity, reduce the risk of accidents and realize the irregular maintenance of batteries.

【技术实现步骤摘要】
用于电动汽车动态改变车载电池容量的更换电池系统和方法
本专利技术涉及一种用于电动汽车动态改变车载电池容量的更换电池系统和方法，将换电模式与充电模式结合起来，将换电模式用于动态改变车载电池容量、以适应个性化的需求；并且通过车电分离，降低事故风险，实现对电池不定期的维护和保养，属于电动汽车系统设计的

技术介绍
一直以来，电动汽车的电能补给是一个棘手的问题。为改善使用性能和提升便利性，现有应用中采用的技术手段主要包括两个，即快速充电技术和换电技术（更换电池技术，如参考资料1）。上述两种技术手段，对于基础设施的建设都有一定的要求；并且其重点都是在于提升电能补给的便利性、并没有从根本上解决个性化需求的问题。对于具有强烈的个性化需求特征的乘用车/家用车领域，其主要需求包括：1、日常性短途行驶需求：日均行驶里程较短，通常为50-100公里；对电池续航里程要求较低；2、间歇性长途行驶需求：在某些相对集中的时间段内，有长途行驶的需求，包括出差、旅游、走访亲友等；对电池续航里程要求较高；由此可见，上述两种需求差异的核心是对电池的容量和特性有不同的要求，因此单纯提升电能补给的便利性只能治标，不能治本。随着动力电池技术的发展，也许在不久的将来就可以在电动汽车上配备能够续航里程500公里以上的电池，虽然这样可以基本解决里程焦虑，但是对于日均行驶里程较短的乘用车而言，也将造成极大的资源闲置和浪费。而且，电动汽车的环境相对比较复杂和恶劣，因此长期存放在电动汽车之中的动力电池，其日历寿命也会缩短很多、明显低于电池的理论寿命，这也就必然加重资源浪费的程度。当续航里程增加时，车载动力电池的充电频率降低，理论上即使使用8-10年仍然有一定的循环次数可以利用，但实际上电动汽车所处的外部环境复杂多变，若不进行合理的养护车载电池是否能坚持使用8年都是未知的，而退役之后的电池剩余的可直接利用价值也所剩无几。还有一点，电动汽车很多事故都是在夜间停车的时间段发生的、尤其是进行夜间充电的情况下。由于夜间管理难度大、且不易及时发现问题，往往导致事故升级造成严重后果。当车载电池的数量增多时，诱发事故的概率也随之升高。虽然有很多人支持“换电模式”，但“换电模式”的弊端依然很明显：一是“换电模式”需要大量的电池储备，投资高、产业规模巨大、产业链协调较难；二是“换电模式”会增加电池与电动汽车连接结构的不稳定性风险，引发安全问题，并且频繁拆装电池会产生机械变形或损伤。因此，“换电模式”适合出租车、公交车和有车队的单位等集团用户、并且在公交车领域已经有很多成功案例；而“充电模式”更适合乘用车/家用车等散户、以补充电能为目的的“换电模式”并不适合此类应用。参考资料：1、中国专利：申请号2016108904412，用于电动汽车的底盘式换电站及其换电方法。
技术实现思路
针对现有的技术的问题，本专利技术的技术方案是，将现有的换电模式与充电模式结合起来，更换电池的目的不再是补充电能、而是动态改变车载电池容量、以适应个性化的需求；并且通过车电分离，降低事故风险，实现对电池不定期的维护和保养。本专利技术的用于电动汽车动态改变车载电池容量的更换电池系统，包括固定电池组、可更换电池组，以及与固定电池组、可更换电池组分别对应的第一预留空间和第二预留空间；具体的：第一，在电动汽车中预先设定用于安装电池的预留空间；第二，将电池分为固定电池组和可更换电池组，相应的将预留空间划分为第一预留空间和第二预留空间；第三，在电动汽车的生产过程中，将固定电池组（静态）安装到电动汽车之中的第一预留空间之中，再与电动汽车连接并固定；第二预留空间为空闲状态；此时，由固定电池组为电动汽车提供电能，用于满足短途行驶需求；第四，当需要满足长途行驶需求时，将可更换电池组（动态）安装到电动汽车之中的第二预留空间之中，再与电动汽车连接并固定；此时，由固定电池组与可更换电池组共同为电动汽车提供电能，用于满足长途行驶需求；第五，当长途行驶需求结束后，将可更换电池组从电动汽车之中取出；第二预留空间恢复为空闲状态；此时，由固定电池组为电动汽车提供电能，用于满足短途行驶需求。需要指出的是，所述的短途行驶单程距离与固定电池组的电池容量相关联；所述的长途行驶单程距离与固定电池组和可更换电池组的电池容量总和相关联。进一步的，所述的固定电池组采用磷酸铁锂正极电池或锰酸锂正极电池；其优点是安全性能较高、适应于电动汽车的复杂应用环境、缺点是能量密度偏低；由于固定电池组长期处于电动汽车之内，因此应优先选用安全性能较高的电池类型。并且，固定电池组只承担电池总容量中较小的部分，因此能量密度偏低的弱点并不是非常突出。进一步的，所述的可更换电池组采用三元材料正极电池或其他高能量密度的电池；用于满足长途行驶需求。需要指出的是，可更换电池组具体可分为两种，一种是专用电池、即电池由用户购买拥有产权；另一种是共享电池，由运营商统一购置，用户租赁使用。对于专用电池运营商提供的是暂时代为保管、维护、保养、充电的服务，按保管时间计价和按充电电量计价；对于共享电池运营商提供的租赁服务，按租赁时间计价；从而形成两种不同的盈利模式。进一步的，可更换电池组中包含电池身份验证模块，用于确认电池的身份、并用于记录和追踪可更换电池组的使用过程。本专利技术的优点：1、给用户更多的选择方案，有利于开展共享电池模式，降低电池的总体使用量，提高使用率、减少资源闲置和浪费；2、对于短途行驶需求占比较高的乘用车/家用车意义重大；在约占总行驶里程70-80%的短途行驶模式下，电动汽车的总重量减轻，有利于节能；同时大部分时间中车载电池的数量较少，一定程度上做到车电分离，降低了发生安全事故的风险；3、固定电池组和可更换电池组可以更有侧重的进行类型和特性选择、并进行混搭，充分满足了用户的个性化需求；短途行驶使用的是排除能量密度因素之后综合性能较好的磷酸铁锂正极电池或锰酸锂正极电池，安全性和耐久性都得到保障；长途行驶主要使用能量密度较高的三元材料正极电池，因此长途行驶的性能也可以得到保障、同时可更换电池组会经常性的进行离线维护，其寿命和安全性也将有所提升；4、从一定程度上解除用户对更换电池模式的不信任问题，因为当对可更换电池组发生故障或问题时，系统可以报警并迅速切换到相对更安全的固定电池组为电动汽车提供电力，而不至于完全失去动力或导致严重后果；5、本专利技术的换电操作的目的是改变车载电池容量，对于大多数长途行驶需求较少的用户，更换操作的频率通常低于30天/次；由此，用户的租赁意向比较明确，可以通过提前预约的方式，提高运营商的运行效率；并且，通过降低换电的频率，使得运营商和用户都可以接受较长的换电时间（当然也并不排斥快速换电技术），由此有更充足的时间对可更换电池组进行更严格的固定和校验、实现更安全和稳固的连接，并可以校正长期运行后的机械变形等等；6、作为配套设施的分散布置的换电站的主要功能是进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于电动汽车动态改变车载电池容量的更换电池系统，其特征在于：包括固定电池组(1)、可更换电池组(2)，以及与固定电池组(1)、可更换电池组(2)分别对应的第一预留空间(3)和第二预留空间(4)；具体的：/n第一，在电动汽车(9)中预先设定用于安装电池的预留空间；/n第二，将电池分为固定电池组(1)和可更换电池组(2)，相应的将预留空间划分为第一预留空间(3)和第二预留空间(4)；/n第三，在电动汽车(9)的生产过程中，将固定电池组(1)安装到电动汽车(9)之中的第一预留空间(3)之中，再与电动汽车连接并固定；第二预留空间(4)为空闲状态；此时，由固定电池组(1)为电动汽车提供电能，用于满足短途行驶需求；/n第四，当需要满足长途行驶需求时，将可更换电池组(2)安装到电动汽车之中的第二预留空间(4)之中，再与电动汽车(9)连接并固定；此时，由固定电池组(1)与可更换电池组(2)共同为电动汽车(9)提供电能，用于满足长途行驶需求；/n第五，当长途行驶需求结束后，将可更换电池组(2)从电动汽车之中取出； 第二预留空间(4)恢复为空闲状态；此时，由固定电池组(1)为电动汽车(9)提供电能，用于满足短途行驶需求。/n...

【技术特征摘要】
1.用于电动汽车动态改变车载电池容量的更换电池系统，其特征在于：包括固定电池组(1)、可更换电池组(2)，以及与固定电池组(1)、可更换电池组(2)分别对应的第一预留空间(3)和第二预留空间(4)；具体的：
第一，在电动汽车(9)中预先设定用于安装电池的预留空间；
第二，将电池分为固定电池组(1)和可更换电池组(2)，相应的将预留空间划分为第一预留空间(3)和第二预留空间(4)；
第三，在电动汽车(9)的生产过程中，将固定电池组(1)安装到电动汽车(9)之中的第一预留空间(3)之中，再与电动汽车连接并固定；第二预留空间(4)为空闲状态；此时，由固定电池组(1)为电动汽车提供电能，用于满足短途行驶需求；
第四，当需要满足长途行驶需求时，将可更换电池组(2)安装到电动汽车之中的第二预留空间(4)之中，再与电动汽车(9)连接并固定；此时，由固定电池组(1)与可更换电池组(2)共同为电动汽车(9)提供电能，用于满足长途行驶需求；
第五，当长途行驶需求结束后，将可更换电池组(2)从电动汽车之中取出；第二预留空间(4)恢复为空闲状态；此时，由固定电池组(1)为电动汽车(9)提供电能，用于满足短途行驶需求。


2.根据权利要求1所述的用于电动汽车动态改变车载电池容量的更换电池系统，其特征在于：可更换电池组(2)的更换采用底盘更换的结构形式，第二预留空间(4)设置于电动汽车(9)的底盘(5)的中间区域，使得可更换电池组(2)的重心位置与电动汽车(9)的重心位置基本重合；
可更换电池组(2)固定安装在可拆卸式底板(6)之上，再通过可拆卸式底板(6)与底盘(5)连接并固定、同时将可更换电池组(2)安装到第二预留空间(4)的位置；
当可更换电池组(2)从电动汽车(9)中取出时，另外准备一个空白的可拆卸式底板(6)安装到第二预留空间(4)的对应位置，起到密封的作用；
当需要将可更换电池组(2)安装到电动汽车(9)之中时，应首先将对应位置的空白的可拆卸式底板(6)取出。


3.根据权利要求1所述的用于电动汽车动态改变车载电池容量的更换电池系统，其特征在于：所述的固定电池组(1)采用磷酸铁锂正极电池或锰酸锂正极电池。


4.根据权利要求1所述的用于电动汽车动态改变车载电池容量的更换电池系统，其特征在于：所述的，可更换电池组(2)中包含电池身份验证模块，用于确认电池的身份、并用于记录和追踪可更换电池组(2)的使用过程。


5.根据权利要求1所述的用于电动汽车动态改变车载电池容量的更换电池系统，其特征在于：基于使用动态改变车载电池容量的更换电池系统的电动汽车(9)，组建电动汽车充电/换电网络系统，包括若干个用于更换电池的换电站(7)、所述的电动汽车(9)更换可更换电池组(2)的过程在换电站(7)完成，换电站(7)包括集中式充换电站(7a...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱杰，
申请(专利权)人：南京酷朗电子有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32