用于电动车辆的电池组件、车辆和操作电动车辆的方法与流程

1.本发明涉及一种用于电动车辆的电池组件。
2.此外，本公开涉及一种包括这样的电池组件的车辆。
3.此外，本公开涉及一种用于操作电动车辆的方法。


背景技术：

4.已知包含具有第一内置电池单元的电池组件的电动车辆。此外，还已知被附加地配置用于容纳第二可交换(swappable)电池单元的电动车辆。
5.在这样的车辆中，除了第一电池单元之外，通过使用第二电池单元能够选择性地增加行驶里程。同时，当只需要较短的行驶里程而不需要第二电池单元时，车辆具有比较低的重量。因此，它能够有效地运行。
6.正常地，第二电池单元不固定地分配给单个车辆或由该车辆的车主拥有，而是在服务设施中提供，如果需要，可以在那里租用它们。显然，第二电池单元的状况对使用它的车辆的行驶性能有影响。该状况例如涉及第二电池单元的荷电状态或老化。但是，对于大多数驾驶员来说，不期望不同的行驶性能。


技术实现要素：

7.因此，本公开的一个目的是改进已知的电池组件和已知的车辆，使得能够提供独立于所使用的特定第二电池单元的行驶性能。
8.本公开的主题至少部分地解决或缓解了该问题。
9.根据第一方面，提供了一种用于电动车辆的电池组件。所述电池组件包括第一电池单元、dc/dc转换器、和用于选择性地容纳第二电池单元的电池容器。此外，所述电池组件包括用于电连接第二电池单元的第一电连接接口。第一电池单元电连接到dc/dc转换器。第一电连接接口位于电池容器中。此外，第一电连接接口电连接到dc/dc转换器。换句话说，第一电连接接口与第一电池单元通过dc/dc转换器电耦合。在第二电池单元布置在电池容器中的情况下，第一电池单元和第二电池单元可以通过dc/dc转换器电耦合。使用dc/dc转换器，能够平衡第一电池单元和第二电池单元的潜在不同的荷电状态和/或潜在不同的输出电压。这导致了配备有根据本公开电池组件的车辆的增强的行驶性能。
10.在本公开中，dc/dc转换器被理解为被配置用于将第一电压的直流(dc)转换为第二电压的直流的装置。
11.在一个示例中，第一电池单元具有40kwh的电容量和400v的额定工作电压。第一电池单元可以包括锂离子电池。
12.在一个示例中，所述电池组件包括第二电连接接口，其中所述第二电连接接口被配置用于将所述电池组件电连接到逆变器单元。第一电连接接口与第二电连接接口电连接。因此，在该配置中，如果在所述电池容器中使用第二电池单元，则第二电池能够直接连接到所述第二电连接接口。换句话说，所述第二电池单元的连接可以绕过第一电池单元和
dc/dc转换器。这至少在dc/dc转换器是行驶性能的限制部件的情况下导致电动车辆的行驶性能增强。
13.在本公开中，逆变器单元被理解为被配置为将直流(dc)转换为交流电(ac)，反之亦然。
14.在一个示例中，所述电池组件可以包括通信地连接到第一电连接接口的控制单元。控制单元可以被配置为选择性地启用和选择性地禁用第一电连接接口与dc/dc转换器之间的电连接以及第一电连接接口与第二电连接接口之间的电连接中的至少一个。因此，使用控制单元，能够例如根据当前行驶情况和/或根据第一电池单元和第二电池单元中的至少一个的状况来选择所述第一电连接接口的适当电连接。
15.在一个示例中，所述电池组件可以包括第三电连接接口，其中所述第三电连接接口被配置用于将所述电池组件电连接到逆变器单元。所述第三电连接接口可以电连接到第一电池单元。因此，第一电池单元可以经由第三电连接接口电连接到逆变器单元。
16.在一个示例中，所述第二电连接接口和第三电连接接口由公共电连接接口形成。因此，第一电池单元和第二电池单元(如果使用)可以经由相同的电连接接口连接到逆变器单元。在这个示例中，电池组件在设计上相对简单，并且需要相对较少的部件。
17.在一个示例中，所述电池组件可以包括第二电池单元。第二电池单元可以位于电池容器中并且可以电连接到第一电连接接口。这样的电池组件的电容量是第一电池单元和第二电池单元的电容量之和。就第二电池单元而言，已经解释的与使用第二电池单元的可能性有关的所有效果和优点都以相同的方式适用。注意，电池容器和第二电池单元可以被配置为使得第二电池单元能够手动或自动地布置在电池容器中。显然，为此目的，电池容器需要能够从配备有根据本公开的电池组件的车辆的外部接近。
18.在一个示例中，第二电池单元具有40kwh、60kwh或80kwh的电容量。此外，第二电池单元可以具有400v的额定工作电压。因此，能够通过选择具有适当电容量且当然被充分充电的第二电池来选择行驶里程的增加的幅度。
19.在一个示例中，所述第二电池单元具有预定的几何形状，使得它能够牢固地容纳在电池容器中。此外，可以配置多个第二电池单元，使得它们都具有相同的预定几何形状，但具有不同的电容量。这意味着具有比较小电容量的第二电池单元与具有比较大电容量的第二电池单元具有相同的几何形状和尺寸。这便于电池容器中容纳不同电容量的电池单元。同时，所述电池组件的用户有机会总是选择具有适于即将到来的行驶周期的电容量的第二电池单元。这提高了使用这样的电池组件的电动车辆的行驶效率。
20.在一个示例中，所述电池组件包括具有至少一个冷却通道和流体连接到冷却通道的冷却接口的冷却系统。所述冷却接口布置在电池容器中。经由所述冷却接口，所述第二电池单元能够连接到所述冷却系统。因此，所述冷却系统能够用于将第二电池单元的温度保持在期望的范围内。这导致使用该电池组件的车辆具有良好的行驶性能。
21.根据第二方面，提供了一种车辆，所述车辆包括逆变器单元、牵引电机以及根据本公开的第一方面的电池组件。所述电池组件电连接到所述逆变器单元，并且所述逆变器单元电连接到牵引电机，使得牵引电机能够由所述电池组件供电。这样的车辆具有作为内置电池单元的第一电池单元。使用第二电池单元是可选的。因此，在这样的车辆中，能够通过选择适当的第二电池单元或通过决定不使用第二电池单元来选择性地调整行驶里程。车辆
的重量随着行驶里程的增加而增加。因此，对于仅需要比较小的行驶里程的行驶循环，车辆比较轻，因此能够高效率地操作。由于如上所述关于电池组件的效果和优点，车辆提供独立于第二电池单元的状况的高且恒定的行驶性能。
22.根据第三方面，提供了一种用于操作具有包括第一电池单元和第二电池单元的电池组件的电动车辆的方法。所述电池组件电连接到牵引电机。第一操作模式包括将所述第一电池单元电连接到牵引电机使得电能从第一电池单元流到牵引电机。此外，所述第一操作模式包括将第二电池单元电连接到第一电池单元使得电能从第二电池单元流到第一电池单元。这是向牵引电机和/或相应的逆变器单元提供能量的简单且可靠的方式。替代或附加的第二操作模式包括将所述第二电池单元电连接到牵引电机使得电能从第二电池单元流到牵引电机。换句话说，在所述第一操作模式中，第二电池单元对第一电池单元充电并且第一电池单元用于驱动车辆。在所述第二操作模式下，第二电池单元直接连接牵引电机。根据当前的行驶情况，可以使用这些操作模式中的一种以便提高行驶性能。如前所解释的，所述第二电池单元可以是可交换电池单元。
23.根据本公开的方法可以在根据本公开的车辆中使用。
24.在一个示例中，所述第二操作模式可以包括将第一电池单元与牵引电机断开电连接并将第一电池单元与第二电池单元断开电连接。因此，在第二操作模式的这种变型中，牵引电机唯一地由第二电池单元供电。因此，能够使用第二电池单元的全部功率容量，而不受dc/dc转换器的潜在功率限制的限制。这提高了行驶性能，特别是在第二电池单元提供比第一电池单元更高的性能的情况下。
25.在另一示例中，所述第二操作模式可以包括将第一电池单元电连接到牵引电机使得电能从第一电池单元流到牵引电机。在所述第二操作模式的该变型中，第一电池单元和第二电池单元二者都用于对牵引电机供电。只有由第二电池单元提供的功率潜在地受到dc/dc转换器的功率限制的限制。此外，在这样的配置中，dc/dc转换器还能够用于平衡第一电池单元与第二电池单元之间的尺寸差和功率级(power level)差。因此，同样在该示例中，能够实现高的行驶性能。
26.在另一示例中，所述第二操作模式可以包括将第一电池单元电连接到第二电池单元使得电能从第一电池单元流到第二电池单元。换句话说，在所述第二操作模式的该变型中，第一电池单元用于对第二电池单元充电。该配置提供了一种对牵引电机供电的额外的、冗余的方式。这可能会提高可靠性。
27.在一个示例中，该方法可以包括基于计划的行驶周期来评估第二电池单元的期望能量容量。在该方法步骤中，尚未考虑潜在的附加条件(side conditions)。相反，对必要的能量容量进行了计算。
28.在一个示例中，评估期望的能量容量可以包括从多个预定的能量容量中选择一个。该方法步骤考虑了只有特定数量的第二电池单元可用的情况，其中每个第二电池单元具有预定的电容量和/或预定的荷电状态。因此，从客观角度来看，选择了最合适的替换方案，其不一定是最优解决方案。
29.在一个示例中，将第二电池单元插入到所述电池组件中。因此，能够在电动行驶里程和车辆重量之间实现良好的折衷。
30.该方法可以至少部分地由计算机实现，并且可以以软件或硬件、或以软件和硬件
来实现。此外，该方法可以由在提供数据处理功能的装置上运行的计算机程序指令来执行。数据处理装置可以是合适的计算装置，例如电子控制模块等，其也可以是分布式计算机系统。数据处理装置或计算机可以分别包括处理器、存储器、数据接口等中的一个或多个。
31.应当注意，上述示例可以彼此组合，而不考虑所涉及的方面。因此，该方法可以与结构特征相结合，并且同样地，电池组件和车辆可以与上述关于该方法的特征相结合。
32.本公开的这些方面和其他方面将从下文描述的示例中变得明显，并将参考下文描述的示例来阐明。
附图说明
33.下面将参照以下附图描述本公开的示例。
34.图1示出了根据本公开的车辆，该车辆包括根据本公开的可通过根据本公开的方法操作的电池组件，
35.图2以示意性的、更详细的描绘示出了图1的车辆的传动系，
36.图3示出了根据本公开的方法的操作模式，以及
37.图4示出了图3的方法的一个方面。
具体实施方式
38.这些附图仅是示意性描绘，并且仅用于说明本公开的示例。原则上相同或等同的元件具有相同的附图标记。
39.图1示出了包括电池组件12的车辆10。
40.电池组件12用于驱动车辆10。因此，车辆10是电动车辆。
41.图2更详细地显示了车辆10的传动系14。
42.传动系14包括电池组件12。
43.此外，传动系具有牵引电机16和逆变器单元(inverter unit)18。
44.电池组件12与逆变器单元18电连接，逆变器单元18与牵引电机16电连接。因此，牵引电机16能够由电池组件12供电。
45.电池组件12包括第一电池单元20。
46.第一电池单元20固定地内置在电池组件12中，并因此在车辆10中。
47.电池组件12还包括用于选择性地容纳第二电池单元24的电池容器22。
48.在图2的描绘中，第二电池单元24位于电池容器22中。但是，必须注意的是，在没有第二电池单元24的情况下，即在电池容器22为空的情况下，传动系14也是完全运行的。
49.电池组件12包括用于电连接第二电池单元24的第一电连接接口26。第一电连接接口26定位在电池容器22中。
50.由于在图2所示的示例中提供了第二电池单元24，所以第二电池单元24电连接到第一电连接接口26。
51.电池组件还包括固定地内置于电池组件12中的dc/dc转换器28。
52.dc/dc转换器电连接到第一电连接接口26和电连接到第一电池单元20。
53.因此，第二电池单元24与第一电池单元20经由dc/dc转换器28电连接。
54.电池组件12还包括第二电连接接口30。
55.第二电连接接口30被配置用于将电池组件12电连接到逆变器单元18，即用于在电池组件12与牵引电机16之间建立连接。
56.此外，第一电连接接口26和第二电连接接口30电连接。
57.此外，电池组件12包括第三电连接接口32。
58.第三电连接接口32也被配置用于将电池组件12电连接到逆变器单元18。此外，第三电连接接口32电连接到第一电池单元20。
59.需要注意的是，第二电连接接口30和第三电连接接口32也可以形成为公共电连接接口。
60.但是，在图2的描绘中，它们被配置为单独的电连接接口。
61.考虑如上所述的电连接，第二电池单元24能够经由第一电连接接口26和第二电连接接口30连接到逆变器单元18，从而绕过(bypassing，也译作旁路)第一电池单元20和dc/dc转换器28，或者经由第一电连接接口26、dc/dc转换器28、第一电池单元20和第三电连接接口32连接到逆变器单元18。
62.为了选择这些可替换方案中的一个，电池组件12包括与第一电连接接口26通信地连接的控制单元34。
63.控制单元34被配置用于选择性地启用和选择性禁用第一电连接接口26与dc/dc转换器28之间的电连接和第一电连接接口26与第二电连接接口30之间的电连接中的至少一个。
64.电池组件12还包括冷却系统36，冷却系统36包括冷却通道38。
65.此外，冷却系统36包括冷却接口40。
66.冷却接口40流体连接到冷却通道38。
67.冷却接口40布置在电池容器22中，使得第二电池单元24可以与冷却接口40流体连接。
68.由于在图2的示例中，第二电池单元24位于电池容器中，因此它经由冷却接口40流体连接到冷却系统36。
69.因此，使用冷却系统36能够将第一电池单元20和第二电池单元24两者都保持在期望的温度范围内。
70.电动车辆10能够通过如图3所示的用于操作电动车辆10的方法来操作。该方法的步骤可以至少部分地被实现为控制单元34的数据处理装置上的可执行计算机程序元件(模块)。
71.该方法包括第一操作模式m1。
72.在该第一操作模式中，第一电池单元20电连接到牵引电机16，使得电能从第一电池单元20流到牵引电机16。
73.当然，这是经由逆变器单元18来完成的，逆变器单元18是将第一电池单元20提供的dc转换成ac所必需的。
74.同时，根据第一操作模式m1，第二电池单元24连接到第一电池单元20，使得电能从第二电池单元流到第一电池单元20。
75.更详细地，第二电池单元24经由第一电连接接口26和dc/dc转换器28连接到第一电池单元20。
76.换句话说，在第一操作模式m1中，第二电池单元24为第一电池单元20充电，并且第一电池单元20用于为牵引电机16供电。
77.该方法还包括第二操作模式m2。
78.第二操作模式m2包括将第二电池单元24电连接到牵引电机16，使得电能从第二电池单元流到牵引电机16。
79.更具体地，第二电池单元24经由第一电连接接口26、第二电连接接口30和逆变器单元18连接到牵引电机16。
80.换句话说，在第二操作模式m2中，第二电池单元24与牵引电机16的电连接绕过第一电池单元20和dc/dc转换器28。
81.在第二操作模式的变型m21中，第一电池单元20与牵引电机16断开电连接，并且也与第二电池单元24断开电连接。因此，在该变型中，不使用第一电池单元20。
82.在第二操作模式的另一变型m22中，第一电池单元20电连接到牵引电机16，使得电能从第一电池单元20流到牵引电机16。
83.更具体地，第一电池单元20经由第三电连接接口32和逆变器单元18连接牵引电机16。
84.在第二操作模式m2的另一变型m23中，第一电池单元20电连接到第二电池单元24，使得电能从第一电池单元20流到第二电池单元24。
85.该电连接经由dc/dc转换器28和第一电连接接口26实现。
86.换言之，在变型m23中，第一电池单元20用于对第二电池单元24充电，并且牵引电机16由第二电池单元24供电。
87.应当理解，在操作电动车辆10时，如上所述的操作模式m1、m2可以根据电池组件12的状态和环境行驶条件来改变。
88.另外注意，只有在使用第二电池单元24的情况下，执行上述方法才是有用的。
89.在执行上述与操作模式m1、m2相关的方法步骤之前，该方法还包括基于计划的行驶周期评估第二电池单元24的期望能量容量。
90.计划的行驶周期可以例如由导航单元提供。
91.计划的行驶周期尤其包括关于行驶距离的信息。
92.基于该信息，可以评估第二电池单元24的期望能量容量，在这样做时，还可以考虑驾驶员的偏好，例如涉及应当避开充电站或者应当使行驶时间最短的事实。
93.评估期望能量容量还包括从第二电池单元24可能具有的多个预定能量容量中选择一个。
94.一旦确定了这一点，就可以将适当的第二电池单元24插入电池组件12中，即插入电池容器22中。
95.在这方面，图4显示了三种可替换方案。假设提供具有比较高的电容量的第二电池单元24和具有比较低的电容量的第二电池单元24作为选项。
96.如果计划的行驶周期与长距离相关，则可以选择可替换方案a)。在该可替换方案中，具有比较高电容量的第二电池单元24布置在电池容器22中。在本文中，内置的第一电池单元20可以具有40kwh的电容量，并且第二电池单元24可以具有80kwh的电容量。
97.在可替换方案b)中，可以认为具有比较低电容量的第二电池单元24是合适的。因
此，该第二电池单元24布置在电池容器22中。再者，内置的第一电池单元20可以具有40kwh的电容量。在该可替换方案中，第二电池单元24可以具有40kwh的电容量。
98.在可替换方案c)中，可以确定内置的第一电池单元20是足够的，即第二电池单元的期望电容量是0kwh。
99.因此，在上述任一可替换方案中，车辆10装配有具有适当电容量的电池组件12。
100.通过对附图、公开内容和所附权利要求书的研究，本领域技术人员能够理解和实现对所公开的示例的其他变化。在权利要求书中，“包括”一词不排除其他要素或步骤，不定词“一”或“一个”不排除复数。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中所述的几个项目或步骤的功能。某些措施是在相互不同的从属权利要求中陈述的，这一事实本身并不表示这些措施的组合不能发挥优势。计算机程序可以存储/分发在适当的介质上，例如与其他硬件一起提供或作为其他硬件的一部分提供的光学存储介质或固态介质，但也可以以其他形式分发，例如经由因特网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
101.附图标记列表
102.10车辆
103.12电池组件
104.14传动系
105.16牵引电机
106.18逆变器
107.20第一电池单元
108.22电池容器
109.24第二电池单元
110.26第一电连接接口
111.28dc/dc转换器
112.30第二电连接接口
113.32第三电连接接口
114.34控制单元
115.36冷却系统
116.38冷却通道
117.40冷却接口
118.m1第一操作模式
119.m2第二操作模式
120.m21第二操作模式的第一变型
121.m22第二操作模式的第二变型
122.m23第二操作模式的第三变型

技术特征：
1.一种用于电动车辆(10)的电池组件(12)，包括第一电池单元(20)、dc/dc转换器(28)、用于选择性地接收第二电池单元(24)的电池容器(22)、以及用于电连接所述第二电池单元(24)的第一电连接接口(26)，所述第一电池单元(20)电连接到所述dc/dc转换器(28)，所述第一电连接接口(26)位于所述电池容器(22)中，以及所述第一电连接接口(26)电连接到所述dc/dc转换器(28)。2.根据权利要求1所述的电池组件(12)，包括第二电连接接口(30)，所述第二电连接接口(30)被配置用于将所述电池组件(12)电连接到逆变器单元(18)，所述第一电连接接口(26)电连接到所述第二电连接接口(30)。3.根据权利要求2所述的电池组件(12)，包括控制单元(34)，所述控制单元(34)与所述第一电连接接口(26)通信连接，所述控制单元(34)被配置用于选择性地启用和选择性地禁用所述第一电连接接口(26)与所述dc/dc转换器(28)之间的电连接以及所述第一电连接接口(26)与所述第二电连接接口(30)之间的电连接中的至少一个。4.根据前述权利要求中任一项所述的电池组件(12)，包括第三电连接接口(32)，所述第三电连接接口(32)被配置用于将所述电池组件(12)电连接到逆变器单元(18)，所述第三电连接接口(32)电连接到所述第一电池单元(20)。5.根据权利要求2和4所述的电池组件(12)，其中所述第二电连接接口(30)和所述第三电连接接口(32)由公共电连接接口形成。6.根据前述权利要求中任一项所述的电池组件(12)，包括所述第二电池单元(24)，所述第二电池单元(24)位于所述电池容器(22)中并电连接到所述第一电连接接口(26)。7.根据前述权利要求中任一项所述的电池组件(12)，包括具有至少一个冷却通道(38)和流体连接到所述冷却通道(38)的冷却接口(40)的冷却系统(36)，所述冷却接口(40)布置在所述电池容器(22)中。8.一种车辆(10)，包括逆变器单元(18)、牵引电机(16)以及根据前述权利要求中任一项所述的电池组件(12)，所述电池组件(12)电连接到所述逆变器单元(18)，并且所述逆变器单元(18)电连接到所述牵引电机(16)，使得所述牵引电机(16)能够由所述电池组件(12)供电。9.一种用于操作具有电池组件(12)的电动车辆(10)的方法，所述电池组件(12)包括第一电池单元(20)和第二电池单元(24)，所述电池组件(12)电连接到牵引电机(16)，其中-第一操作模式(m1)包括将所述第一电池单元(20)电连接到所述牵引电机(16)使得电能从所述第一电池单元(20)流到所述牵引电机(16)，以及将所述第二电池单元(24)电连接到所述第一电池单元(20)使得电能从所述第二电池单元(24)流到所述第一电池单元(20)，和/或-第二操作模式(m2)包括将所述第二电池单元(24)电连接到牵引电机(16)使得电能从所述第二电池单元(24)流到所述牵引电机(16)。10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第二操作模式(m2)包括将所述第一电池单元(20)与所述牵引电机(16)断开电连接，并将所述第一电池单元(20)与所述第二电池单元(24)断开电连接。11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第二操作模式(m2)包括将所述第一电池单
元(20)电连接到所述牵引电机(16)使得电能从所述第一电池单元(20)流到所述牵引电机(16)。12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述第二操作模式(m2)包括将所述第一电池单元(20)电连接到所述第二电池单元(24)使得电能从所述第一电池单元(20)流到所述第二电池单元(24)。13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，包括基于计划的行驶周期来评估所述第二电池单元(24)的期望能量容量。14.根据权利要求13所述的方法，其中评估期望能量容量包括从多个预定能量容量中选择一个。15.根据权利要求13或14所述的方法，包括将第二电池单元(24)插入所述电池组件(12)中。

技术总结
本公开涉及一种用于电动车辆的电池组件(12)。电池组件(12)包括第一电池单元(20)、DC/DC转换器(28)、和用于选择性地容纳第二电池单元(24)的电池容器(22)。第一电池单元(20)电连接到DC/DC转换器(28)。此外，第一电连接接口(26)定位在电池容器(22)中并与DC/DC转换器(28)电连接。此外，还提供了一种包括这样的电池组件(12)的车辆。此外，说明了一种用于操作电动车辆的方法。第一操作模式包括将第一电池单元(20)电连接到牵引电机(16)以及将第二电池单元(24)电连接到第一电池单元(24)。第二操作模式包括将第二电池单元(24)电连接到牵引电机(16)。电机(16)。电机(16)。


技术研发人员：T
受保护的技术使用者：沃尔沃汽车公司
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/7/7