CN111605414A - 新能源汽车电池分组供换电的策略方案 - Google Patents

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Abstract

新能源汽车电池分组供换电的策略方案，所属的技术领域：新能源汽车和电池能源领域所要解决的技术问题：1新能源汽车存在电池使用过程发热问题；2拆卸安装费时费力慢问题；3新能源汽车充电难换电难的问题；4新能源汽车续航难推广难的问题；5新能源汽车电池回收与再造难问题；6利用电能替代不可再生的石油汽油产品实现可持续发展问题；解决该问题的技术方案的要点：1改变现有新能源汽车电池供电的电路;2改变电池的安装位置和安装方法;3电池快速换电站的推广及应用;4对已经老化的新能源汽车的电池实现快速回收，回炉再造，降低成本，减少环境污染。

Description

新能源汽车电池分组供换电的策略方案
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，特别是涉及新能源汽车电池的安装位置结构和电路结构。
背景技术
1与本发明相关的现有技术：关于新能源汽车领域，建设大量的充电桩，发展普及率低，目前还没有电池快速更换站行业，市场上的新能源汽车不适合建造电池快速更换站，只能用充电桩，且效率低下，有些地方充电还需要排队。
2现有技术的方案：只能加大电池容量提高新能源汽车续航，建造大量的充电桩，没有充电桩的地方不能使用，或者使用困难，本人在做支付宝市场推广工作期间，走遍大半个中国发现该问题的根本原因，如广东深圳地区新能源电动车充电慢等待时间长，北方地区如北京采用大型换电站模式只能给单一的车换电，治标不治本。
3现有技术缺点：性价比低不适合老百姓出门，需要额外建设充电桩发展成本高，电池回收难，更换困难。
无法向汽油车一样远行通过加一桶油就能增加续航。
发明内容
1新能源汽车的电池快速更换的前置和后置位置结构，即可以快速更换的前置和后置的安装位置的方案，市面上已经新能源电动车可改装为该电路结构，以及未来使用该方案的车辆。
电池位置内容：
电池安装在新能源汽车后备箱位置，n个电池组为整齐排列，由此后备箱空间减少，新车可以设置前备箱，车内空间变大。
电池安装在新能源汽车前备箱位置，n个电池组为整齐排列，由此后备箱空间不变，新车依然可以设置前备箱，车内空间变大。
2新型的电池安装电路的结构，即电池分组供电方案的电路结构。由大电池大体积大重量改为更换更轻便的2至多个小电池组，
内容①
以4个电池组为例，每组占总电量的25%，司机在车使用完50%的电量时，只用换其中2个无电的电池，另外两个电池是满电状态；
以5个电池组为例，每组占总电量的20%，司机在车使用完50%的电量时，可以换其中2个无电的电池，也可以换其中3个电池，另外两个电池是满电状态；
……
以n个电池组为例，每组占总电量的1/n，司机在车使用完50%的电量时，可以换其中无电的电池，而剩余电池是满电状态可以不用更换。
电池组发热特点：仅有在使用的电池组会发热，其他电池组处于未接通状态不会发热。电池温度异常时车主可以手动切换至其他电池组，间接起到保护电路的作用。
这样一来，司机用了几组电池的电就可以换几个电池，单个电池的重量更轻一只手就可以手提提握把更换。车内给司机配置家用220V民用电小型充电器，此时新能源电动车就可以实现全天候全方位的充电和快速换电功能。
电池寿命为两至三年，而换下的电池留在了电池站可以继续循环使用，电池站可以快速将老化和故障的电池返厂维修，中间可以获得盈利。大型电池基站可以配置传送带，小型基站适合建设在城市内甚至是小区附近，该基站成本将极低，且只要配置好充电设备和电池就可以在合适的场地建设电池基站，建设周期最快可以缩短至一天。
内容②
市场上的新能源汽车的改装
目前市场上的新能源汽车获得许可后进行电路改装以适应此模式和方案。目前市场上现存的新能源汽车主要为内置后座下电池组方案，汽车底盘下电池组方案。
以底盘下电池安装方案为例，只要将电池组拆出，驾驶室装上电池分组供电开关，按附图中的电路原理安装电路，新电池为可以手提的多个单电池组，装于后备箱中整齐固定好即可。每个导线连接头处均有编号一组二组三组……如果车主想远行，可以在电池基站购买额外的手提单电池组，配上220v民用电充电器即使在没有电池基站加油站等设施的乡下依然可以自主充电解决问题。
底部电池包也可以改用该方案，如果不改变电池的位置可以将一个电池包换为2至多个电池包，即电池包使用分组供电的方案，以此降低成本并且提高更换效率。该条适合部分新能源汽车不愿意改变电池位置的，依然想安装在底部的。电池安装位置在顶部和外挂的同样适用于此方案。将电池分别装在两个位置同理，装在三个及以上位置的方法同样适用于此方案。
内容③
车主换电池的流程：换电站：
①车至快速换电站
②关闭电源
③打开后备箱
④拔下需要更换的电池的插头
⑤拿出无电的电池
⑥装上充好电的电池
⑦检查无误后付款离开
内容④
电池的回收
电池寿命为两至三年，而换下的电池留在了电池站可以继续循环使用，电池站可以快速将老化和故障的电池返厂维修，中间可以获得盈利。返厂维修好的电池再运送至换电基站如此循环。
四附图说明
图1为新能源电动车电池安装的电路原理图
1一号电池组2二号电池组3三号电池组4四号电池组5五号电池组6六号电池组7n号电池组8各类其他用电器如电动机，灯，音箱等9保护电路10选择开关处。
为新能源电动车电池安装的电路原理图，选择开关处以自由选择使用的电池组，也可以用单片机控制。以此类推，此处仅以少数几个电池组说明原理，图中电池组实际为多个单电池串联组成仅以两个电源符号表示。
图2为新能源电动车电池安装的电路原理图二
1一号电池组2二号电池组3三号电池组4四号电池组5五号电池组6六号电池组7n号电池组8各类其他用电器如电动机，灯，音箱等9保护电路10选择开关处。
为新能源电动车电池安装的电路原理图，选择开关处以自由选择使用的电池组，也可以用单片机控制。以此类推，此处仅以少数几个电池组说明原理，图中电池组实际为多个单电池串联组成仅以两个电源符号表示。
由于电池可以通过并联的方式增加电量，图二中电池单独供电时单个电池耗电速度会更快，发热会增加，不同于图1，但是原理相同，电池可以持续升级，当单个电池可以在不影响使用和寿命的情况下使用图2的电路。两个电路图只为说明电池分组供电的原理，未画出电路的保护元件和电池电力的检测元件。其他相同原理的电路图不重复画出。
图3电池部件后置位置
1前备箱储物空2电动机总成和变速箱总成等3仪表盘旁增加一个电池组选择开关4电池旁放接线5手提单电池
如图，市面上的新能源汽车电池为电池包置于底盘下，此处将电池置于原车尾部位置，电动机变速箱前置，此结构可以前置储物箱。电池的接线接头安置在尾部，打开车尾箱，拔下接头即可取出电池。此处电池数量可以任意增加，如果车主要远行，可以自行购买手提单电池置于尾部车箱中，用以增加额外的续航。
市面上底盘置的车也可以通过线路的修改，在电池老化后更改为此方案，但是由于车内空间限制，没有前备箱，后备箱会被电池占用部分空间。
普通车型越野车型小货车车型均可使用该方案。
图4电池部件前置
1手提单电池2电动机总成和变速箱总成3电池旁放接线4仪表盘旁增加一个电池组选择开关5后备箱储物空
不同于图三，此处电池前置，电池旁有接线头和电动机等发热部件，该结构车重心靠前，前车盖内发热较为集中，不利于散热，适合北回归线以北温度偏低的地区，不合适南方较热地区。
普通车型越野车型小货车车型均可使用该方案。
图5电池选择开关
1带有文字的选择开关2指示仪表，带有显示器部分可以显示文字3总保护开关，并带有文字提示。
每个手提的单电池都是独立接入车电路中的，一二三四五分别对应着汽车接线板上接头的编号，接头分别连接可手提的单电池组。通过添加仪表可以测出每个电池组剩余的电量。仪表旁有保护电路的总开关。一号组用完电换二号，二号还完换三号。不同车型可以设置更多或更少的电池组和选择开关。高端车型可以用单片机自动控制，免去手动切换的麻烦。
普通车型越野车型小货车车型均可使用该方案。
图 6电池部件后置电动机后置
1前备箱2变速箱3仪表盘旁增加一个电4电动机5电池旁放接线6手提单
不同于图三。电池和发动机都后置，由于电池占用了后备箱，此时设置前备箱，电动机在电池旁发热集中，该方案适合适合北回归线以北温度偏低的地区。
普通车型越野车型小货车车型均可使用该方案。
图 7电池前置电动机前置
1手提单2电池旁放接线3电动机4仪表盘旁增加一个电5变速箱总6后备箱
不同于图三。电池和发动机都前置，电动机在电池旁发热集中，该方案适合适合北回归线以北温度偏低的地区。
普通车型越野车型小货车车型均可使用该方案。
图 8电池前置电动机后置
1手提单2电池旁放接线3仪表盘旁增加一个电4变速箱总5电动机6后备箱
电池前置，电动机后置，该方案散热不集中，该方案适合适合北回归线以南温度不偏低的地区，普通车型越野车型小货车车型均可使用该方案。
图3至8电池前置和后置的结构，普通车型越野车型小货车车型均可使用方案，由于温度对电池的影响较大，故不同情况应当区别对待。另外由于牛顿运动定律，惯性的原因电池置于尾部应是最为安全的。底盘处由于各地区地形不同，极易磕碰，前置重心偏前，发生事故时电池撞击概率大。后置电池即使追尾，也会因为惯性低速状况下不易受伤。
图9 可手提的单电池
1电池接口2手提带/提把3车上连接电池的接口24锂电池并联的连接线路
图中单电池有提把/手提带，单个重量轻，可以一人徒手提走，电池上有导线连出接口分别接电池正负极，未防止短路，接口设置为类似插座口的内凹式结构，不用裸露的接线口。车上的对应接线为3个小金属头，对好安装角度插进电池接口槽。该方案的单电池的接线上也可以加普通开关或保护开关，防止短路，也可以不加。
电池内部为普通的锂电池，为了未来适应简易快速换电站，该手提单电池应统一，此处未设置电池的体积规格和其他参数，仅说明安装的方法原理。不同车型可以自行设定需要的电池数，此处不用排列组合的方法排列各个电池的堆积左右放置斜置的方案。
高端车型可以使用单片机自动控制选择电池组
不同于电池包。电池包是市面上新能源汽车一车一个的电池包，多数为长方体。而该方案的可手提单电池组是一个小电池组，两者并不相同，此处说明。老式电池包内集成了多个电池并联，通过单片机控制电量的输出，可手提单电池组只是一个小电池组，多个小电池组集中在一起以增加电能总量。
电池包和电池组内电量特点：
电池串联增加电压，电池并联增加电量，充电时，如果有一个小电池老化，电量就会像水桶效应一样，按照电池电量最小的那个标准充电，当那个电池电量满后停止充电，其他电池电量未满，这是大部分电池老化的根本原因，单电池组内小型锂电池数量更少，影响效果更小，且检查起来更加容易，成本更低。
一个单电池组受影响，其他组不受影响，不会像市面上的多数新能源汽车一样续航大打折扣。且报故障后客人可以在简易的电池快速更换站换电池组。此设计更换电池的时间T和更换电池组的数量n成正相关，只换一个电池的时间为t1和检查付款时间为t2。则换电池的总时间T=n×t1+t2,且更换一个电池组的时间t1极小，可以实现1分钟完成换电池组的操作。
后期随着电池性能的提升，手提单电池组可以在电池老化后快速回收升级，该结构的新能源汽车可以免去等待的烦恼，性能和续航反而更好。
图10电池接线板面板和单电池组
1电池接线板面板，分别对应开关上的每个电池组号
电池接线板面板，分别对应开关上的每个电池组号，电池和车的连接线是可以自主拆下的。电池应是置于车内的固定位置，图中的电池组数不对应，数量仅供说明，客户可以自主选择需要的电池组数。开关上的电池组数仅供说明。
图1和2设置的电路图与之对应，在实际使用过程中，电池重量不同，图1是两个手提单电池组接入一个开关号，图2是一个手提单电池组接入一个开关号，以此类推，三个手提单电池组接入一个开关号，四个或者更多，协调单电池组重量和单开关号接入的总电量。高端车型由车内单片机控制电路，不需要手动控制，一组对应一个开关号即可。
图11老式新能源汽车底部电池不更换电池位置的改装方案
1电动机变速箱2仪表盘旁增加一个电池组选择开3后备箱4电池
理论上底部电池包也可以改用该方案，如果不改变电池的位置可以将一个电池包换为2至多个电池包，即电池包使用分组供电的方案。该条适合部分新能源汽车不愿意改变电池位置的，依然想安装在底部的。图中仅所说明，可以分为多个小电池包，用单片机电路控制或手动选择开关控制电量输出，以此减少更换电池的成本并且提高更换效率。安装在顶部和外挂方案同样适用。
集中写明[图1] -[图11]的附图说明：图1是新能源电动车电池安装的电路原理图；图2是新能源电动车电池安装的电路原理图二图；图3是电池部件后置位置图；图4是电池部件前置图；图5是电池选择开关图；图 6是电池部件后置电动机后置图；图7是电池前置电动机前置图；图8是电池前置电动机后置图；图9是可手提的单电池图；图10是电池接线板面板和单电池组图；图11是老式新能源汽车底部电池不更换电池位置的改装方案图。
五具体实施方式
1新车辆部分
对现有车型进行修改，新能源电动车电池安装位置改良，制造合适重量的单个手提电池组，新车配置一部分，再生产部分投放全国各地。给每台车配置一个小型220V民用充电器。
结构区分化，根据气候不同环境不同使用合适的电池安装位置的结构。
2市场部分
新增大量简便快速电池站，按数量配置电池组总数，占地面积远小于电池包换电站。
3旧新能源汽车部分
对电池已经老化的车提出电路的修改，对没有后备箱要求的车可以使用该电路方案，后备箱空间被占用。
理论上底部电池包也可以改用该方案，如果不改变电池的位置可以将一个电池包换为2至多个电池包，以此降低成本并且提高更换效率。
4未来电池的升级部分
由于简易快速换电站占地小成本低，可以快速收回电池，将电池回厂加工，再将新电池运送至简易快速换电站即可。

Claims (2)

1.新型的电池安装电路的结构，即电池分组供电方案的电路结构;由大电池大体积大重量改为更换更轻便的2至多个小电池组，以4个电池组为例，每组占总电量的25%，司机在车使用完50%的电量时，只用换其中2个无电的电池，另外两个电池是满电状态，每组电量不相同的电池组同样适用；以5个电池组为例，每组占总电量的20%，司机在车使用完50%的电量时，可以换其中2个无电的电池，也可以换其中3个电池，另外两个电池是满电状态，每组电量不相同的电池组同样适用……以n个电池组为例，每组占总电量的1/n，司机在车使用完50%的电量时，可以换其中无电的电池，而剩余电池是满电状态可以不用更换，每组电量不相同的电池组同样适用；包括同种类电池和不同种类电池的混用。
2. 新能源汽车的电池快速更换的位置结构，即可以快速更换的前置和后置的安装位置的方案以及顶部底部和外挂电池的快速安装方案；包括市面上已经在使用的新能源电动车电路改装为该电路结构，以及未来使用该方案的车辆, 包括两种电池及以上电池的安装和两种位置及多种安装位置以上的车。
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