專利名稱：蓄電裝置及搭載該蓄電裝置的電動汽車的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種蓄電裝置及搭載該蓄電裝置的電動汽車。具體而言，本發(fā)明涉及由可快速更換電源模塊和可快速充電電源模塊組成的蓄電裝置。
背景技術：
近年來，石油資源的日趨枯竭和環(huán)境污染的日益嚴重，促使電動汽車陸續(xù)投放市場。雖然電池技術已得到了較大的發(fā)展，但與汽油和柴油等化石燃料相比，其性能仍然不能完全滿足使用要求。例如，由于電池的比能量較低，電動汽車的續(xù)駛里程只有100 160km。在城市公共交通領域中使用的公交客車每天的行駛里程要求達到250 300km。 為了達到這一目標，需要給電動公交客車提供300kWh的電能，配備至少300kWh的電池包， 這將使得車輛增加至少3000kg的質量。如果不重新設計車輛，整車各方面的性能將無法得到保證。為了解決以上問題，需要進一步提高化學電池的比能量。其次，開發(fā)可快速充電電池及非接觸式快速充電技術，將充電時間縮短到和燃油汽車加油時間相當的程度。另一方面，也可以通過換電站和自動快速換電裝置，將沒電的電池包從車上拆下來，換上已經充滿電的電池包。更換電池包所需的時間也不應超過加油所需的時間。因此，用作城市公交客車用途的電動汽車及其搭載的蓄電裝置具有以下重要課題，即在不重新設計車輛以及車輛使用簡單方便的前提下，通過各種技術途徑提供所需的電能，保證電動汽車每天的行駛里程不低于250 300km。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的目標是提供一種蓄電裝置及搭載該蓄電裝置的電動汽車，通過快速換電和快速充電的綜合方法，蓄電裝置提供的電能可以保證電動汽車每天的行駛里程達到 250 300km。在本發(fā)明的第一方面，提供了一種蓄電裝置，其包括可快速更換電源模塊以及可快速充電電源模塊，所述可快速更換電源模塊和所述可快速充電電源模塊并聯設置?？煽焖俑鼡Q電源模塊采用高能量型儲能元件構成，布置在拆除了發(fā)動機系統后的發(fā)動機艙內， 可快速更換電源模塊及電驅動系統的質量之和與發(fā)動機系統及變速箱的質量之和相當，可快速更換電源模塊的寬度、長度和高度分別與發(fā)動機艙內部空間的寬度、長度和高度相當。可快速充電電源模塊采用可快速充電型儲能元件構成，布置在車頂前部位置空間內，可快速充電電源模塊及頂置空調的質量之和與整車整備質量的十分之一相當，可快速充電電源模塊的寬度、長度和高度分別與頂置空調的寬度、長度和高度相當。兩種電源模塊具有相同的額定電壓等級，其負極均串聯一個接觸器后電氣連接在一起，形成蓄電裝置的負極，其正極電氣連接在一起，并與正極接觸器、預充接觸器和預充電阻相連接，其中所述預充接觸器和所述預充電阻串聯后與所述正極接觸器并聯，形成蓄電裝置的正極。
在本發(fā)明的第一方面，提供了一種電動汽車，其包括所述的蓄電裝置。電動汽車具有與燃油客車相同的內部空間和座位數。打開發(fā)動機艙門，可快速地更換可快速更換電源模塊。通過設置在車頂處的充電設施，可對可快速充電電源模塊進行快速充電。在更換可快速更換電源模塊的同時，對可快速充電電源模塊進行快速充電。采用這種蓄電裝置，不需要修改或者重新設計車身結構，可以充分利用燃油汽車的車身和生產線，保證批量生產的便利性，以及電動汽車的設計和生產成本較低；滿足所述的質量和體積約束條件，電動汽車的質心位置和高度與燃油汽車的相當，在不修改或者重新設計車身結構和底盤系統的前提下，保證了電動汽車的動力性、制動性和操縱穩(wěn)定性等方面的性能與燃油汽車的相當。


圖1是本發(fā)明的電動汽車的一具體實施例的側視圖，其示意性地示出了蓄電裝置的布置，可快速更換電源模塊及可快速充電電源模塊的長度和高度；圖2是圖1所示的具體實施例的后視圖，其示意性地示出了蓄電裝置的布置，可快速更換電源模塊及可快速充電電源模塊的寬度；圖3是本發(fā)明的蓄電裝置的一具體實施例的電氣連接結構框圖。圖中1可快速更換電源模塊；2可快速充電電源模塊；4電驅動系統；5發(fā)動機艙門；SMRO預充接觸器；R預充電阻；SMRl正極接觸器；SMR2可快速更換電源模塊負極接觸器；SMR3可快速充電電源模塊負極接觸器。
具體實施例方式為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的技術內容，特舉以下實施例詳細說明。應理解，實施例僅是用于說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明的限制。以下根據圖1至圖3對本發(fā)明的實施例進行詳細說明。圖1和圖2是本發(fā)明的電動汽車的一具體實施例的側視圖和后視圖，其示意性地示出了蓄電裝置的布置，以及可快速更換電源模塊1和可快速充電電源模塊2的長度、寬度和高度。圖3是本發(fā)明的蓄電裝置的一具體實施例的電氣連接圖。如圖1和圖2所示，蓄電裝置由可快速更換電源模塊1和可快速充電電源模塊2組成，可快速更換電源模塊1與可快速充電電源模塊2并聯設置。可快速更換電源模塊1布置在拆除了發(fā)動機系統后的發(fā)動機艙內；可快速充電電源模塊2布置在車頂前部位置空間內。蓄電裝置向電驅動系統4提供電力，從而驅動電動汽車。據統計，城市公交客車每天的行駛里程達到250 300km。為了保證公交客車的載客數量和盈利，特別是應對早晚上下班高峰期間超載嚴重的情況，車輛必須具有足夠的車內空間和座位數。因此，電動公交客車至少應具有不低于250 300km的行駛里程并提供與燃油公交客車相同的車內空間和座位數。為了達到所需的行駛里程，蓄電裝置需要提供至少300kWh的電能。為了保證車輛不需重新設計以及使用簡單方便，原則上車輛在運營過程中只應換電一次以及快充一次。 車輛不運行時可在夜間充電。換下來的電源模塊在換電站利用夜間的谷電進行充電，不僅可以降低運行費用，而且專業(yè)的充電和維護將延長電源模塊的壽命。因此，在可快速更換電源模塊1和可快速充電模塊2之間應進行合理的容量分配，確保車輛不需重新設計和使用簡單方便。(1)可快速更換電源模塊1在不修改或者重新設計車身結構和底盤系統的前提下，為了保證電動客車的動力性、制動性和操縱穩(wěn)定性等方面的性能與燃油客車的相當，在布置質量和體積較大的可快速更換電源模塊1時，應使得電動客車的質心位置和高度與燃油客車的相當。而且車內乘坐空間和座位數也與燃油客車的相當，以保證電動客車每天的運營載客數量和盈利。燃油客車的發(fā)動機通常縱向布置在客車尾部的發(fā)動機艙內。175kW柴油發(fā)動機的凈質量約為700kg，進氣、排氣和冷卻系統的總質量約200kg，油箱總質量約200kg，因此，發(fā)動機系統質量約為1100kg。自動變速箱的質量約為400kg。電動客車的電動機取代了發(fā)動機，縱向布置在原發(fā)動機艙內。動力性不低于燃油客車的電動客車搭載的峰值功率150kW 的電驅動系統4質量約為400kg。因此，可快速更換電源模塊1的質量不應超過1100kg。如圖1和圖2所示，可快速更換電源模塊1布置在原發(fā)動機位置空間內，其寬度與發(fā)動機艙內部寬度相當，約為1. 6m ；其長度與發(fā)動機長度相當，約為Im ；其高度與發(fā)動機高度相當，約為0. 6m。因此，可快速更換電源模塊1的體積不應超過1000L。高能量型儲能元件，例如正極材料采用鎳錳鈷酸鋰三元材料的鋰離子動力電池構成的電源模塊的比能量達到100Wh/kg，能量密度達到130Wh/L。在可快速更換電源模塊1 的質量設定為1100kg，體積設定為1000L時，其總能量接近llOkWh。因此，單獨使用可快速更換電源模塊1時的電動客車的續(xù)駛里程將達到110km。滿足所述的質量和體積約束條件，電動客車的質心位置和高度將與燃油客車的相當。將可快速更換電源模塊1布置在發(fā)動機艙內，避免了修改或者重新設計車身結構和底盤系統，可以充分利用燃油客車的車身、底盤和生產線，保證批量生產的便利性，以及電動客車的設計和生產成本較低。將可快速更換電源模塊1布置在發(fā)動機艙內，車內的乘坐空間和座位數不受影響，從而確保電動客車具有與燃油客車相同的車內乘坐空間和座位數，保證了電動客車每天的運營載客數量和盈利?？煽焖俑鼡Q電源模塊1布置在發(fā)動機艙內，打開發(fā)動機艙門5，采用自動化或者半自動化的輔助裝置，拆開可快速更換電源模塊1的固定裝置和動力電纜連接器，即可實現快速拆卸和裝配。這樣，不僅可以通過快速更換電源模塊來延長電動客車的續(xù)駛里程，而且使得電動客車的生產裝配以及日常維護變得非常方便。(2)可快速充電電源模塊2只搭載了可快速更換電源模塊1的電動客車在距離換電站較遠處，如果此時電能耗盡，車輛將不可避免地癱瘓在路上，這將對駕駛員和乘客造成極大的困擾。而且在換電期間，如果能夠同時對一個可快速充電電源模塊2進行快速充電，則可以獲得更多的可用電能。因此，將設置可快速充電電源模塊2，作為可快速更換電源模塊1的補充。在不重新設計車輛，并保證電動客車的動力性、制動性和操縱穩(wěn)定性等方面的性能與燃油客車的相當，布置可快速充電電源模塊2時也應使得電動客車車的質心位置和高度與燃油客車的相當。如圖1和圖2所示，可快速充電電源模塊2布置在車頂前部位置空間內?？蛙図敳靠梢栽黾拥馁|量主要受到兩方面的限制，一是質心高度，二是客車頂部的承載能力?？煽焖俪潆婋娫茨K2和頂置空調的質量之和不應大整車整備質量的十分之一。頂置空調質量約為300kg，因此可快速充電電源模塊2的質量不應超過600kg。在車頂前部位置空間內布置質量約600kg的可快速充電電源模塊2，不會對電動客車的質心位置和高度產生較大的不利影響。顯然，質心高度會略微增加，但影響很??；質心位置基本不變，前后軸荷分配保持在2 8到3 7之間，對電動客車的動力性、制動性、 操縱穩(wěn)定性和碰撞安全性不會產生任何不利的影響。由于布置在車頂前部位置空間內，因此可以通過設置在車頂處的充電設施，對可快速充電電源模塊2進行快速充電?？煽焖俪潆婋娫茨K2布置在車頂前部位置空間。為了保證客車空氣動力學特性不發(fā)生不利的變化，可快速充電電源模塊2的高度不應超過頂置空調的高度，約為0. 2m ；寬度不超過頂置空調的寬度，約為1.5m;長度不超過頂置空調的長度，約為2. 5m。因此，車頂前部位置空間約有750L的空間可以布置可快速充電電源模塊2。目前，負極材料使用鈦酸鋰的鋰離子動力電池在5分鐘內可充滿90%的容量。但與高能量型儲能元件相比，可快速充電型儲能元件構成的可快速充電電源模塊2的能量指標較低，比能量接近70Wh/kg，能量密度可達到100Wh/L。在可快速充電電源模塊2的質量設定為600kg，體積設定為750L時，其總能量接近42kWh。因此，單獨使用可快速充電電源模塊2的電動客車的續(xù)駛里程將達到42km?？煽焖俑鼡Q電源模塊1和可快速充電電源模塊2的總電能達到150kWh，電動客車的續(xù)駛里程可以達到150km。如果加上一次換電和一次快充，則可以提供近300kWh的電能， 保證電動公交客車每天的行駛里程不低于250 300km。參照圖3，蓄電裝置包含可快速更換電源模塊1和可快速充電電源模塊2，其具有相同的額定電壓等級。兩個電源模塊的正極電氣連接在一起，并與正極接觸器SMR1、預充接觸器SMRO和預充電阻R相連接，其中預充接觸器SMRO和預充電阻R串聯后與正極接觸器 SMRl并聯，形成蓄電裝置的正極。兩個電源模塊的負極分別串聯接觸器SMR2和SMR3后電氣連接在一起，形成蓄電裝置的負極。通過控制接觸器SMR2和SMR3的閉合和斷開，控制可快速更換電源模塊1和可快速充電電源模塊2的工作狀態(tài)。電動汽車優(yōu)先使用可快速更換電源模塊1的電能，在可快速更換模塊1電能耗盡后才使用可快速充電電源模塊2的電能。當可快速更換電源模塊1的電能耗盡時，斷開接觸器SMR2將可快速更換電源模塊1從供電回路上分離；閉合接觸器SMR3，可快速充電電源模塊2供電。因此，可以避免由于可快速更換電源模塊1電能耗盡時車輛癱瘓在路上的情況，減輕了駕駛員在使用電動汽車時的擔憂。在換電站快速更換可快速更換電源模塊1時，對可快速充電電源模塊2進行快速充電，確保所需的300kWh的電能，從而保證了電動公交客車每天250 300km的行駛里程。本發(fā)明并不局限于上述實施例，而是覆蓋在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所進行的所有改變和修改。另外，在上述實施例中，來自蓄電裝置的電力直接用于驅動電動汽車，但是，該實施例不局限于此。例如，本發(fā)明可以應用于裝有用于提供電力的蓄電裝置的車輛中。本發(fā)明并不局限于上述實施例，而是覆蓋在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下所進行的所有改變和修改。這些改變和修改不應被認為是脫離了本發(fā)明的精神和范圍，并且所有諸如對于本領域技術人員來說顯而易見的修改均應被包括在所附權利要求的范圍內。
權利要求
1.一種蓄電裝置，其特征在于，包括，可快速更換電源模塊和可快速充電電源模塊，所述可快速更換電源模塊和所述可快速充電電源模塊并聯設置。
2.如權利要求1所述的蓄電裝置，其特征在于，所述的可快速更換電源模塊布置在拆除了發(fā)動機系統后的發(fā)動機艙內，所述的可快速更換電源模塊和電驅動系統的質量之和與發(fā)動機系統及變速箱的質量之和相當，所述的可快速更換電源模塊的寬度、長度和高度分別與發(fā)動機艙內部空間的寬度、長度和高度相當。
3.如權利要求1所述的蓄電裝置，其特征在于，所述的可快速更換電源模塊由高能量型儲能元件構成。
4.如權利要求1所述的蓄電裝置，其特征在于，所述的可快速充電電源模塊布置在車頂前部位置空間內，所述的可快速充電電源模塊和頂置空調的質量之和與整車整備質量的十分之一相當，所述的可快速充電電源模塊的寬度、長度和高度分別與所述的頂置空調的寬度、長度和高度相當。
5.如權利要求1所述的蓄電裝置，其特征在于，所述的可快速充電電源模塊由可快速充電型儲能元件構成。
6.如權利要求1所述的蓄電裝置，其特征在于，所述的可快速更換電源模塊和所述的可快速充電電源模塊具有相同的額定電壓等級。
7.如權利要求1所述的蓄電裝置，其特征在于，所述的可快速更換電源模塊與所述的可快速充電電源模塊的負極均串聯一個接觸器后電氣連接在一起，形成所述蓄電裝置的負極，所述的可快速更換電源模塊與所述的可快速充電電源模塊的正極電氣連接在一起，并與正極接觸器、預充接觸器和預充電阻相連接， 其中所述預充接觸器和所述預充電阻串聯后與所述正極接觸器并聯，形成所述蓄電裝置的正極。
8.一種電動汽車，其特征在于，包括，如權利要求1所述的蓄電裝置。
9.如權利要求8所述的電動汽車，其特征在于，具有與燃油客車相同的車內空間和座位數。
10.如權利要求8所述的電動汽車，其特征在于，打開發(fā)動機艙門可快速更換所述的可快速更換電源模塊，通過設置在車頂處的充電設施可對所述的可快速充電電源模塊進行快速充電，在更換所述的可快速更換電源模塊的同時對所述的可快速充電電源模塊進行快速充電。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種蓄電裝置及搭載該蓄電裝置的電動汽車，該蓄電裝置包括可快速更換電源模塊(1)和可快速充電電源模塊(2)，可快速更換電源模塊(1)和可快速充電電源模塊(2)并聯設置，可快速更換電源模塊(1)布置在拆除了發(fā)動機系統后的發(fā)動機艙內，由高能量型儲能元件構成，可快速充電電源模塊(2)布置在車頂前部位置空間內，由可快速充電型儲能元件構成。
文檔編號B60K1/04GK102381172SQ20111028459
公開日2012年3月21日 申請日期2011年9月22日 優(yōu)先權日2011年9月22日
發(fā)明者夏承鋼, 孫江明, 李川 申請人:上海中科深江電動車輛有限公司