一种无需充电桩的电动车的快速充电系统及方法与流程

本发明涉及电动车技术领域，特别是涉及一种无需充电桩的电动车快速充电系统及方法。

背景技术：

电动汽车(下文均简称电动车)以其节能、环保、经济的优点成为未来汽车的发展趋势。目前，电动车的普及率已非常高，作为电动车的动力部分，储能系统是当前电动车最关注的一项技术，因为储能系统的性能直接决定了电动车的行驶距离。

储能系统的主要部件是蓄电池及充放电管理装置，受技术的发展限制，现有技术中蓄电池的储能水平有限，最普遍续航力在300公里左右，500公里以上的较少。在现有技术中，通用的充电方法是使用充电桩对电动车直接进行充电。但是目前充电桩设置的数量还很有限，经常要排队，且充电的时间需要数小时或更久，会给车主造成困扰。对于没有自备充电桩的用户而言，需要频繁去找充电桩来充电。如果想用车主自己的家用电源为电动车充电，也有一定困难。由于电动车不一定能停靠在自己的家旁，一般也很难利用家中的电源来为电动车充电，很不方便。

还有一个更大的问题是，对于当前的储能水平而言，电动车并不适宜长途行驶。即使有些高速公路上设置了充电桩，但是排队时间、充电时间也都非常长，极不方便。为了改善上述现状，现有技术中一种方式是缩短充电时间，但是受技术的发展限制，该方式的改善效果并不明显；另一种方式是将蓄电池设置为可拆卸的结构，这样当需要充电时，只需要将蓄电池拆卸下来更换为同型号的已经充满电的蓄电池即可，但是由于蓄电池相当笨重(约有几百公斤重)，需要去专门的更换地点，通过专用的工具和专业人士进行更换，具体实施起来也有诸多不便。由此可见，在保证行驶距离的前提下，如何实现电动车的便捷充电，从而节约时间成本是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种多功能充电/储能系统，包括：

固定安装于电动车的固定电池系统1，用于与电动机连接以为所述电动机供电；

与所述固定电池系统1连接的智能输电控制系统2；

用于连接所述智能输电控制系统2的多个外挂式箱型插座3；

每个所述外挂式箱型插座3连接一个便携式独立电池包4，所述便携式独立电池包4通过并联或者串联方式连接以构成可拆卸/可交换的电池系统，用于根据所述智能输电控制系统2的控制与所述固定电池系统1连接以为所述固定电池系统1充电或用于与所述电动机连接以为其供电，所述便携式独立电池包4设置有一种或多种充电接口，用于与不同类型的充电电源连接，其中一个接口设计为与所述外挂式箱型插座3对应的连接接口，用于与所述外挂式箱型插座3连接以连接上电动车内的智能输电控制系统2并传输高通量的电流。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种为电动车快速充电的方法，应用于所述的多功能充电/储能系统，当电动车在长途行车途中需要快速充电时，驾驶员可以把电动车里的便携式独立电池包4从外挂式箱型插座3中取出；然后拿到充电站进行快速充电；充电站内有相对应的箱型插座30，其连接接口与电动车里的外挂式箱型插座3的连接接口结构相同；这些箱型插座直接连接到一个直流快速充电装置20；通过连接这些便携式独立电池包4到充电站内的箱型插座30，就可以为这些便携式独立电池包4快速充电；当这些便携式独立电池包4充满电后，驾驶员可以把这些已充电的便携式独立电池包4放回电动车里的外挂式箱型插座3里。

为解决上述技术问题，本发明还提供一种适用于多种不同电源的电动车充电方法。若电动车有充电桩可用，电动车可以通过充电桩为固定电池系统1和可拆卸电池系统充电；

若电动车当前位置未设置有充电桩但可配备家用电源，电动车可以通过家用电源为固定电池系统1和可拆卸电池系统充电；

若当前位置未设置有充电桩也未配备家用电源，则驾驶员可将所述可交换电池系统中的便携式独立电池包4从外挂式箱型插座3中取出以带回家里充电或将所述可交换电池系统中的便携式独立电池包4取出以带到充电站充电或更换为已充电的便携式独立电池包4，再将这些便携式独立电池包4放回电动车里的外挂式箱型插座3中。

本发明所提供的多功能充电/储能系统，包括固定电池系统、智能输电控制系统、外挂式箱型插座和便携式独立电池包。其中固定电池系统固定安装于电动车上，与电动机直接连接，是电动车的主要动力来源，可拆卸的电池系统由多个独立电池包并联或串联连接组成，可以与电动机连接直接为电动机供电，也可以与固定电池系统连接，为固定电池系统充电，从而间接为电动机供电。智能输电控制系统控制固定电池系统和可拆卸的电池系统按照上述工作状态工作。由此可见，应用于本发明所提供的系统，电动机的动力来源相当于是固定电池系统和可拆卸的电池系统的电能的叠加，可以保证电动车的行驶距离；并且由于可拆卸的电池系统是包括多个独立电池包，每个独立电池包放置在一个外挂式箱型插座中，因此，用户就可以很方便地将其更换。此外，每个独立电池包具有一种或多种充电接口，用户可以根据其需要灵活选取不同类型的充电电源，包括家用电源，以及直流快速充电电源；后者可以由充电站提供，从而满足了电动车长途行车时在途中的快速充电需要。

本发明还提供一种与所述多功能充电/储能系统相对应的快速充电方法、适用于多种不同电源的电动车充电方法及电动车，效果如上所述。

为解决上述问题，本发明还提供一种为电动车充电的快速充电系统，包括，为电动车充电的间接充电装置；

所述间接充电装置包括，在电动车内装有外挂式箱型对接插座(3)，和与对接插座(3)相适配的便携式独立电池包(4)；所述的便携式独立电池包(4)可以移出电动车外独立充电；充电后的所述电池包作为电能载体，通过插入所述对接插座(3)可将其储蓄电能转移至电动车的电池系统；

还包括为便携式独立电池包4快速充电的快速充电装置，包括，能插入所述的独立电池包(4)的箱型对接插座(30)，该插座连接到一个直流快速充电电源(20)；当所述的独立电池包(4)插入到所述的箱型对接插座(30)时，所述直流快速充电电源(20)能够为所述独立电池包(4)快速充电。

优选的，所述快速充电装置为所述独立电池包(4)充电的时间为5-60分钟；所述快速充电装置可提供的直流电电流为1-120安培，电压为60v-600v。

进一步的，还包括为电动车间接充电的充电站，所述的充电站(60)包括多套所述快速充电装置，用于为多个便携式独立电池包(4)同时充电。

优选的，所述的充电站(60)呈格状架体结构，每一个单元格(401)设有与箱型对接插座(30)连接的可独立工作的直流快速电源(20)。

本发明还提供一种为电动车充电的快速充电系统，将多个上述的充电站(60)设立于公路边，为来往的电动车所携带的独立电池包(4)提供快速充电服务。

进一步的，当使用所述充电站(60)内的所述快速充电装置为独立电池包(4)充电时，驾驶员可利用智能卡、二维码或网上转账付费。

进一步的，所述的充电站(60)还以租赁方式提供已经充满电的所述便携式独立电池包(4)。

进一步的，在以租赁方式提供的电池包(4)上设置用于追踪该电池包的使用历史的二维条码；

并且以租赁方式提供的电池包(4)上安装卫星定位芯片，用于追踪该电池包的位置。

进一步的，使用者将租来的电池包(4)插入电动车内的箱型对接插座(3)后，该电池包为电动车直接供电；使用者可以在后来途经的充电站(60)处把该电池包交换为已充电的电池包(4)，继续为电动车供电。

进一步的，当使用者使用租来的电池包(4)来为其电动车充电时，需要事先加入一个租用电池包的服务系统，成为其会员，或者支付押金来租用电池包；当租来的电池包(4)的电能被使用后，使用者可以把租来的电池包(4)返还给充电站(60)，并取回押金。

进一步的，使用者使用出租电池包(4)为电动车快速充电时，充电站60可以提供免下车换电池服务；驾驶员可以把电动车开到充电站的服务位置，充电站内有操作人员帮助驾驶员把车内的空电池包取出，再把已充满电的出租电池包(4)插入到电动车内的插座(3)中为电动车供电。

本发明通过提供为电动车间接充电的充电站60，驾驶员可以把电能已经耗尽的便携式独立电池包4插入对接插座30中进行快速充电；另外，充电站60也提供大量已充电的便携式独立电池包4，通过租赁的方式出租给驾驶员为他们的电动车充电。当驾驶员把电池包4的电能转移到车子里的固定电池系统1后，他可以把电池包4还给该充电站60，或在行驶一段距离后，就近还给提供同样租赁电池包4服务的充电站60。通过租赁的方式提供电动车能源供给服务，对车主和驾驶员来说，不仅解决了电动车长途行车的续航问题，而且有利于能源节约，对建设环境友好型社会具有积极的社会效益。

本发明还提供一种装有快速充电装置的电动车,其特征在于,该电动车安装前述的对接插座(3)及便携式独立电池包(4)；该电动车还安装有连接内燃机的发电机，所述发电机能够为车内的固定电池(1)和/或独立电池包(4)充电。

进一步的，该电动车能采用前述的为电动车充电的快速充电方法进行充电。

使用本发明提供的装有快速充电装置的电动车，当进行市内短途行驶时可以完全使用电能行驶，不必使用燃油动力，从而与纯电动车完全一样节能环保；而在长途行车时，在能充电的情形下可以继续用电能行驶，当缺乏充电服务时，可以利用燃油发电行驶；因此该电动车可以与现有的燃油汽车一样，能保障其续航力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种多功能充电/储能系统的结构图；

图2为本发明实施例提供的一种智能输电控制系统对固定电池系统和可交换的电池系统的控制示意图；

图3为本发明实施例提供的一种智能输电控制系统中的智能开关设置示意图；

图4(a)是便携式独立电池包的正面结构示意图；

图4(b)是便携式独立电池包的背面结构示意图；

图5是使用充电站里的直流快速充电装置为便携式独立电池包快速充电的方案示意图；

图6(a)是外挂式箱型插座可以安装在电动车的车头或车尾的设计位置1和2的示意图；

图6(b)是外挂式箱型插座可以安装在电动车的车头或车尾的设计位置3和4的示意图；

图7是利用本发明的电动车在长途行车时快速充电的方法示意图；

图8为本发明实施例提供的间接充电装置的示意图；

图9为间接充电装置的结构图；

图10为便携式独立电池包的冷却装置示意图；

图11为同时能为多个电池包快速充电的充电服务站示意图；

图12为电动车驾驶员为本发明中的电池包充电的流程图；

图13为电动车驾驶员采用本发明中的租赁的电池包为电动车供电的一种流程图；

图14为电动车驾驶员采用租赁的电池包为电动车供电的另一种流程图；

图15为电动车驾驶员使用充电站的快速充电装置为电池包充电，同时采用租赁的电池包为电动车供电的一种流程图。

附图标记如下：1为固定电池系统、2为智能输电控制系统、3为外挂式箱型插座、4为便携式独立电池包、5为外挂式箱型插座的接头、6为便携式独立电池包背面的接口、7为外挂式箱型插座的箱体、8为把手、9为指示灯、10为便携式独立电池包上的滑轨，11为便携式独立电池包正面的充电接口、12为控制开关、13为充电站快速充电用箱型插座的接头。

20为直流快速充电电源；

30为设置在充电站内的箱型对接插座；

40为电动车充电的快速充电站的充电墙，401为设置在充电墙上的单元格

50为电动车，60为充电站。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护范围。

本发明的核心是提供一种多功能充电/储能系统、快速充电方法及电动车，用于在保证行驶距离的前提下，实现电动车的便捷充电，从而节约时间成本。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

实施例一

图1为本发明实施例提供的一种多功能充电/储能系统的结构图。如图1所示，该系统包括：

固定安装于电动车的固定电池系统1，用于与电动机连接以为电动机供电；

与固定电池系统1连接的智能输电控制系统2；

用于连接智能输电控制系统2的多个外挂式箱型插座3；

每个外挂式箱型插座3连接一个便携式独立电池包4，便携式独立电池包4通过并联或者串联方式连接以构成可拆卸的电池系统，用于根据智能输电控制系统2的控制与固定电池系统1连接以为固定电池系统1充电或用于与电动机连接以为其供电。便携式独立电池包4设置有有一种或多种充电接口，用于与不同类型的充电电源连接，其中一个接口在便携式独立电池包4背面，设计为与外挂式箱型插座3对应的连接接口，通过其与外挂式箱型插座3的连接，便携式独立电池包4可连接上电动车内的智能输电控制系统2，该接口同时可用于传输高通量的电流。

为了更清楚的描述本实施例中提到的各个部件的结构和功能以及整体工作过程，下文中先描述每个部件的结构，然后再从整体工作过程描述。

1、各部件的结构

在具体实施中，固定电池系统1是电动车的主要储能系统，由若干个电池模块组成，每个电池模块由多个电芯(例如锂电池)并联或串联组成，具体组成及功能参见表1。该储能系统可以装在车子的底盘上，如现有技术中的电动车的电池系统一样。可以理解的是，该储能系统安装位置可以根据电动车的实际空间布置，并不一定必须在车子的底盘，这里只是一种优选地的实施方式。

与现有技术所不同的是，除了上述所述的固定电池系统1外，本实施例中还包括另一种储能系统，即可拆卸的电池系统。相对于固定电池系统1固定安装于电动车上而言，可拆卸的电池系统是方便拆卸的，其具体包括有若干个(例如图1所示的是包括4个)便携式独立电池包4，便携式独立电池包4之间采用串联或者并联的形式，这些便携式独立电池包4分别装在一个外挂式箱型插座3中。每个便携式独立电池包4由多个电池模块组成。每个电池模块由多个高能量密度的电芯(例如高效锂电池)并联或串联组成，参见表1。每个便携式独立电池包4具有一种或多种充电接口，用于与不同类型的充电电源连接，具体运作模式参见后文描述，本实施例不再赘述。在具体实施中，可拆卸的电池系统可装在车子的尾端或前端。当然，这里仅仅是一种具体实现方式，并不代表只能按照在车子的尾端或前端，也是需要根据电动车的实际空间布置。可以理解的是，可拆卸的电池系统安装在电动车的何处并不影响本发明所提出的技术方案的实施。由于可拆卸的电池系统是包含有多个便携式独立电池包4，因此，即使整个系统的体积较大，但是每个便携式独立电池包4的体积和重量可以设计得相对小一些，驾驶员在充电时，可以直接拿取便携式独立电池包4，因此，不需要专业工具，操作起来较为简捷和方便。

需要说明的是，外挂式箱型插座3可以是一个半封闭的箱体7，如图1所示，箱体7的内部设置有插座，插座的一端用于与便携式独立电池包4的连接接口连接，插座的另一端与智能输电控制系统2连接。通过外挂式箱型插座3可以自由插入和移出便携式独立电池包4。在具体实施中，外挂式箱型插座3与电动车可以是固定连接，也可以是可拆卸连接。优选地的一种方式是可拆卸连接，使得在插座故障时，方便检修。另外，插座的类型不作限定，只要与便携式独立电池包4的连接接口相匹配即可。为了能够实现通用，可以将外挂式箱型插座3和便携式独立电池包4设计成标准尺寸，使得便携式独立电池包4可以更方便的更换。为了使用安全，外挂式箱型插座3的箱体7上设置有一个盖子，这个盖子是可以锁上的。进一步的，为了避免意外，当车子未熄火时，盖子不能打开，在充电的时候，便携式电池包不能从箱体7中取出和放入。作为优选的实施方式，外挂式箱型插座3的数量具体为1-8个。每个外挂式箱型插座3只能容纳一个便携式独立电池包4。可以理解的是，便携式独立电池包4的数量设计为1-8个是出于实际需要的考虑，如果外挂式箱型插座3数量设置得过少，由于可拆卸的电池系统要达到所需要的能量要求，则便携式独立电池包4的体积和重量必然会较大；相反，如果数量设置得过多，虽然对于每个便携式独立电池包4的能量需求有所降低，但是会导致频繁充电，使用起来也较为不便。在具体选择时，可以结合电池的类型、能量密度、重量等参数综合考虑。

智能输电控制系统2是控制电动车的动力源的核心控制部件，在具体实施中，智能输电控制系统2与固定电池系统1和可拆卸的电池系统均连接，用于控制固定电池系统1和可拆卸的电池系统的工作状态。这里的工作状态主要是指，二者由谁来直接为电动车提供电能，具体设计到工作的几种控制方式，将在下文中详细描述。在一种具体实施方式中，智能输电控制系统2具体包括用于监测固定电池系统1和便携式独立电池包4的电信号的传感器、用于接收传感器采集的信号的cpu、控制电流在不同系统之间的流动的智能开关、以及高通量电流的传输线路。

表1多功能充电/储能系统的基本组成部分

2、整体工作过程

充电过程：电动车内的电流流动由智能输电控制系统2控制，当电动车到一个充电站充电时，智能输电控制系统2首先控制充电器为固定电池系统1充电，在固定电池系统1充满电后，再控制充电器为可拆卸的电池系统充电。例如，智能输电控制系统2中的传感器可以侦测到固定电池系统1和可拆卸的电池系统里的每一个便携式独立电池包4的电压水平。当电池已经充满电时，充电线路就会自动断开。需要说明的是，上述过程是一个常规过程，当然如果有特殊需要时，也可以控制充电器同时为固定电池系统1和可拆卸的电池系统充电。

行驶过程：当电动车在行驶时，由固定电池系统1直接为电动机供电，但是同时智能输电控制系统2会控制可拆卸的电池系统为固定电池系统1充电，可见，这种情况下，实际消耗的是可拆卸的电池系统上的电能。当可拆卸的电池系统电量用尽后，开始消耗固定电池系统1的电能。该种控制方式始终是固定电池系统1与电动机连接，控制过程较为简单。当然，除了上述控制方式，还可以有其它方式，例如，先控制可拆卸的电池系统直接为电动机供电，当电量用尽后，再控制固定电池系统1直接为电动机供电。该种控制方式，需要在可拆卸的电池系统和固定电池系统1之间切换，但是无需可拆卸的电池系统对固定电池系统1充电，能够减小充电次数过多带来的损耗。另外，在固定电池系统1出现故障时，智能输电控制系统2还可以只控制可拆卸的电池系统直接为电动机供电。需要说明的是，上述控制方式可以根据实际需求选择，只要对智能输电控制系统2进行程序上的改进，就可以实现多种控制方式。

针对充电过程和行驶过程中智能输电控制系统2的控制方式，本实施例给出图2。图2为本发明实施例提供的一种智能输电控制系统对固定电池系统和可拆卸的电池系统的控制示意图。其中，b1表示第一个便携式独立电池包，b2表示第二个便携式独立电池包，b3表示第三个便携式独立电池包，b4表示第四个便携式独立电池包。带箭头的实线表示电能的流动方向，粗实线表示高通量的电流，虚线代表智能输电控制系统2的信息传输途径。其中，智能开关的具体设置可参见图3。图3为本发明实施例提供的一种智能输电控制系统中的智能开关设置示意图，对应的智能开关控制过程参见表2，图3中以4个便携式独立电池包为例说明，智能开关共包括13个，分别为s1-s13。

表2在不同运作模式下智能输电控制系统对于不同开关的控制

表2中只给出了b1为固定电池系统1充电，车子在行驶时，当b1的储能被用光时，固定电池系统1就会由下一个便携式独立电池包4(例如b2)来补充，余类推。

采用本实施例提供的多功能充电/储能系统，在电动车使用过程中，对应的充电模式有如下5种。

模式1：若电动车当前位置设置有充电桩，则通过充电桩为固定电池系统1和可拆卸的电池系统充电；

模式2：若当前位置未设置有充电桩且配备有家用电源，则通过家用电源为固定电池系统1和可拆卸的电池系统充电；

模式3：若当前位置未设置有充电桩且未配备家用电源，则将可拆卸的电池系统中的便携式独立电池包4取出以带回家里充电；

模式4：若当前位置未设置有充电桩且未配备家用电源，将可拆卸的电池系统中的便携式独立电池包4取出以带到充电站充电；

模式5：若当前位置未设置有充电桩或其它电源，电动车的使用者可将电动车中的低电能独立电池包4更换为已充满电的独立电池包4。

以上是对应的5种充电模式，表3给出了每种模式的相关参考要素。

表3模式、停车位置要求和充电时间对照表

本实施例提供的多功能充电/储能系统，电动机的动力来源相当于是固定电池系统和可交换的电池系统的电能的叠加，可以保证电动车的行驶距离；并且由于可交换的电池系统是包括多个便携式独立电池包，因此，每个电池包的体积可以设置的较小，且相互独立，不需要专用工具，用户就可自行更换，大大方便了充电的程序。此外，每个便携式独立电池包具有一种或多种充电接口，用户可以根据其需要灵活地选取不同类型的充电电源，包括家用电源，以及直流快速充电电源；后者可以由充电站提供，从而满足了电动车长途行车时在途中的快速充电需求。

本发明提供了一种为电动车快速充电的方法，应用于上述实施例所述的多功能充电/储能系统。该方法包括：

当电动车的当前位置未设置有充电桩，而驾驶员又需要为电动车快速充电时，驾驶员可以把电动车里的便携式独立电池包4从外挂式箱型插座3中取出；然后拿到充电站进行快速充电；充电站内有相对应的箱型插座30，其连接接口与电动车里的外挂式箱型插座3的连接接口结构相同；这些箱型插座直接连接到一个直流快速充电装置；通过连接这些便携式独立电池包4到充电站内的箱型插座30，就可以为这些便携式独立电池包4快速充电；当这些便携式独立电池包4充满电后，驾驶员可以把这些已充电的便携式独立电池包4放回电动车里的外挂式箱型插座3里。

实施例二

在实施例一的基础上，可拆卸的电池系统的输出电压大于或等于固定电池系统1的输入电压。

在上述实施例中，可拆卸的电池系统中的便携式独立电池包4可以是串联或者并联的方式连接，当用作充电电源为固定电池系统1充电时，为了方便充电，可拆卸的电池系统的电压可以比固定电池系统1的电压略高。可以理解的是，至于便携式独立电池包4的输出电压需要根据串联或者并联的方式决定，本实施例不作限定。

实施例三

在实施例二的基础上，本实施例中外挂式箱型插座3的箱体7内设置有滑轨，便携式独立电池包4还设置有用于从箱体7内取出或嵌入箱体7内的把手8。

由于便携式独立电池包4在某些场景下需要取出充电，因此，其重量和便于拆卸非常重要。通常情况下便携式独立电池包4大约为一个手提公文箱的大小，重量也是一个普通人可以提起的(例如10-20公斤左右)。为了方便拆卸，箱体7内装有一个滑轨，可以理解的是，对于便携式独立电池包4上也有与外挂式箱型插座的滑轨相适应的滑轨10，本实施例不作限定。通过滑轨，使得人们可以很容易地把一个独立电池包从箱体7里取出和嵌入，具体结构参见图4(a)和图4(b)。

图4(a)是便携式独立电池包4的正面结构示意图。如图所示，把手8具体设置在便携式独立电池包4的正面，优选地，正面还设置有用于显示储电水平的指示灯9。在实施例一中，便携式独立电池包4包括一个或多个充电接口，本实施例中，充电接口的数量就是两个，其中一个设置在正面，设置在正面的充电接口11是供使用家用电源作为充电电源时所用。图4(b)是便携式独立电池包4的背面结构示意图。便携式独立电池包4的另一个充电接口设置在便携式独立电池包4的背面，设置在背面的接口6不仅具有充电接口的功能，而且还是输电接口。它可以让电池包连接到电动车的外挂式箱型插座3。该充电接口是快速充电接口，当独立电池包从箱体7里取出时，也可以利用充电接口来连接一个外部的快速充电设备，也就是高电流量的直流充电装置。具体设计参见图5。如图5所示，这些便携式独立电池包4可以从外挂式箱型插座3上很容易地取出来，然后拿到充电站去充电。在充电站里，也有相对应的快速充电用箱型插座30。其构造与电动车的外挂式箱型插座3相同。所以这些便携式独立电池包4可以很容易地放入快速充电用箱型插座30，通过其背后的快速充电接口，与充电站的直流快速充电装置连接。通过这样的技术方案，一个便携式独立电池包4可以在少于十分钟内充满电。所以，这个便携式独立电池包4可以使用两种不同的电源充电：第一种是使用普通家用电源连接一个充电器，连接便携式独立电池包4正面的充电接口11来为便携式独立电池包4充电。第二种是使用特殊的快速充电设备，连接便携式独立电池包4背面的充电接口6进行充电。第一种充电办法的好处是简单方便，不需要特殊的电源或者设备，基本上在大部分车主的家里都可以进行。第二种充电办法的好处是高效、快速。但它需要特殊的设备和特别的电源，只能够在专门的充电站里才能进行。

为了方便驾驶员从车内的外挂式箱型插座3里取放便携式独立电池包4，外挂式箱型插座3可装在车子的尾端或前端，这样驾驶员就可以不需要应用任何工具，很轻松地把便携式独立电池包4从箱体7中取出。参见图6(a)和图6(b)，图6(a)中放在后端，对应位置1，放在前端对应位置2，图6(b)中放在前端，对应位置3，放在后端对应位置4。为了安全的理由，外挂式箱型插座3上面必须有一个盖子，这个盖子是可以锁上的。另外，为了避免意外，当车子未熄火时，盖子不能打开。还有，在充电的时候，便携式独立电池包4不能从箱体7中取出和放入。

作为优选地实施方式，便携式独立电池包4还设置有用于控制运作模式的控制开关12。

在一种具体实施方式中，运作模式可以包括如下4种，每个运作模式的切换均由控制开关12完成。通过该控制开关12，可以选择下列四种电池包的运作模式，具体参见表4。

表4便携式独立电池包的运作模式选择

需要说明的是，本实施例中的控制开关12的具体结构不做限定，可以是旋钮式，也可以是按键式，旋钮式具体参考图4(a)。

以上实施例中对于多功能充电/储能系统所包含的各个部件进行了详细说明。本文还给出应用于该系统的电动车在日常使用时的说明。下面用一些实用的例子来说明。固定电池系统1和可拆卸的电池系统的容量不必相等。例如，固定电池系统1设计为在充满电后可以支持电动车行驶250公里，而可拆卸的电池系统可以设计为由4个便携式独立电池包4组成，充满电后足够支持电动车行驶200公里。也就是说，这部电动车总共的可行驶里程为450公里。

例1：为缺乏充电桩的车主解决日常用车的充电问题

现在电动车的车主极少有自己的充电桩，只能找附近的充电桩来排队充电，很不方便。使用本发明提供的技术方案就可以省去了排队等充电的麻烦。电动车会首先使用可拆卸的电池系统的储能，等可拆卸的电池系统用光后，才会使用固定电池系统1的储能。所以在日常用车的时候，可拆卸的电池系统里的便携式独立电池包4的电量会被消耗掉。由于这些便携式独立电池包4是活动的，可以很容易地取下来。那么，车主在开车回家后，可以很容易地把便携式独立电池包4(例如1-2个)从车上取下来，带回家里充电。第二天早上上班时，再把这些便携式独立电池包4装回车里。这样就可以解决充电的问题。

在一种具体实施方式中，每个便携式独立电池包4的容量大概可以让车行驶50公里。城里大部分车主都是为了上下班和日常家务的需要而开车，每天只需行驶几十公里。对于一般的车主来说，他只要取下1-2个便携式独立电池包4来充电就足够多于一天的用车需求了。所以他根本不需要费心去找充电桩来排队充电。车主如果有时要多用车，由于车内有固定电池系统1和可拆卸的电池系统，足够开几百公里的路程，也完全可以满足需要。

例2：解决长途行车的充电问题用自备便携式独立电池包4的方法

长途行车时，智能输电控制系统2来控制电动机的供电方式，首先使用可拆卸的电池系统的储能。假设车子在上路时，固定电池系统1和可拆卸的电池系统都已经充满电，足够开450公里。由于车子在行驶时会首先使用可拆卸的电池系统的储能，当车子行驶了200公里以后，可拆卸的电池系统的电就会用光。在余下的行程里，行车的电能就完全由固定电池系统1的储能来供应。

在这个时候，车子可以找一个充电站来充电。假如这时候没有充电桩可用，司机也可以把一些已经充电的便携式独立电池包4来替换储能耗尽的便携式独立电池包4。这些已充电的便携式独立电池包4可以事先由司机准备好，随车携带。一旦把可拆卸的电池系统里的空电池包换成已充电的便携式独立电池包4。车子就等于重新充满了电，可以再开450公里。也就是说，通过这种自备电池包的办法，我们可以增加电动车的续航能力。

例3：解决长途行车的充电问题(在公路沿途设立便携式独立电池包4充电及交换的服务)

在前面一个例子，车子的续航能力可以局部地提高。(例如把原来的450公里提高到600-800公里)。不过对于一些更远的长途行车来说，这种续航力的提高还不足够。为了更有效地解决这个问题，可通过提供电池快速充电和电池交换的服务来为长途行车的电动车来解决充电问题。当电动车大量普及以后，未来在公路旁可以设立快速充电或是更换电池包的服务站，提供给来往的车辆一些已充电的便携式独立电池包4。这可以通过电池包的租赁或电池包的交换来达成。当然，在这个时候，这些便携式独立电池包4的设计必须是标准化的，在不同的车子之间可以互相交换。

在该种场景下，电动车在行驶时会首先使用可拆卸的电池系统的储能。假设车子在上路时，固定电池系统1和可拆卸的电池系统都已经充满电，足够开450公里。由于车子在行驶时会首先使用可拆卸的电池系统的储能，当车子行驶了200公里以后，可拆卸的电池系统的电就会用光。司机此时可以随时去找充电站充电，也可以利用固定电池系统1的蓄电继续开。假定车子又行驶了200公里(总共行驶了200+200＝400公里)，司机才找到了一个充电站。他此时可以有两个选择：(1)如果有充电桩可用，而又不急着上路时，可以使用充电桩来为电动车充电，就像现在人们所做的一样。(2)如果时间比较紧张，或者找不到马上可用的充电桩，那么，可以用另一个办法快速充电。那就是，把外挂式箱型插座3里的便携式独立电池包4取出来，到充电站进行快速充电。然后再把这些充好电的电池包装回可拆卸的电池系统里去。或者，他也可以把四个空电池包向充电站交换四个已充满电的电池包，再把这些电池包装回外挂式箱型插座3里去。在此时，这些新替换的电池包会快速为固定电池系统1充电。也就是说，只要交换四个电池包，这部车子就有了250公里的续航能力。

这时候，司机可以再有两个选择：(1)他可以立刻上路。在下面的250公里内再找另外一个充电站。(2)他可以把4个空的电池包取下来。再去充电站进行快速充电，或者交换4个已充满电的独立电池包，把它们装回外挂式箱型插座3里。这样一来，这部车的固定电池系统1和可拆卸的电池系统都是充满电的。可以再行驶450公里。

具体方案参见图7，当电动车的电池系统储能低于一半时，电动车就可以开到充电站附近的一个停车场内停放。这时候可以把电动车里的便携式独立电池包4从其箱型插座中取出。然后拿到充电站进行快速充电。充电站内有相对应的箱型插座，可供这些电池包连接到其直流快速充电装置。每个便携式独立电池包4充电的时间可以少于十分钟。当这些便携式独立电池包4充满电后，司机可以把这些已充电的电池包放回电动车里的箱型插座内。假如此时电动车的固定电池系统1的电能已经大部分耗尽，那么司机可以通过车内的智能输电控制系统2把便携式独立电池包的储能快速地转移到固定电池系统1中去。然后再把便携式独立电池包拿去充电站，重新充电一次。考虑到充电站需要快速地提供大量的电流，充电站需要与国家电网联网，从而提供充分的电源。通过这样的技术方案，就可以很方便地把国家电网的能源输送到个别电动车的储能系统中。

实施例四

在上述实施例的基础上，本发明还提供一种电动车，包括电动车本体，还包括多功能充电/储能系统，用于与电动车本体中的电动机连接。

可以理解的是，对于电动车本体可参见现有技术，多功能充电/储能系统及其与电动机的连接及工作方式可参见上文描述，本实施例不再赘述。

本实施例提供的电动车包含有多功能充电/储能系统，应用于该系统，电动机的动力来源相当于是固定电池系统1和可拆卸的电池系统的电能的叠加，可以保证电动车的行驶距离；并且由于可拆卸的电池系统是包括多个独立电池包，因此，每个电池包的体积可以设置得较小，且相互独立，不需要专用工具，用户就可自行更换，大大缩短了充电时间。此外，每个独立电池包具有一种或多种充电接口，用户可以根据其需要灵活地选取不同类型的充电电源，包括家用电源，以及直流快速充电电源；后者可以由充电站提供，从而满足了电动车长途行车时对于快速充电的需求。

应当指出，本发明所称电动车包括了所有装有本发明所述的快速充电装置的电动车，车辆可以装有或无需装有连接内燃机的发电机。

要解决电动车长途行车的问题，不论是采用传统的充电桩还是利用本发明的快速充电方法，都需要在公路旁设立大量的充电站或充电桩。显然，这些充电设备的大量设立不是短期内可以实现的。续航力不足依然是使用纯电动车长途行车的瓶颈。相比之下，油电混合动力车在长途行车时可以不用担心续航力的问题。但是，现有的油电混合动力车的基本动力来源是燃烧汽油，它使用的是化学能而不是电能。因此，它的节能环保能力非常有限，也完全不能解决汽车燃烧化学能源所带来的污染问题。

为了解决上述的问题，本发明的充电系统亦可以使用到双能源的电动车上，该电动车安装有所述的对接插座3及便携式独立电池包4，因此该电动车可以通过独立电池包4在车外进行充电或通过电池包的交换来为其快速充电；另外，该电动车还安装有连接着使用汽油的内燃机的发电机，在有需要时(例如在缺乏充电站的情况下)能够为车内的固定电池系统1和/或独立电池包4进行充电。

以现有电池技术，一个便携式独立电池包的储能量可达5.3kwh，可供一辆重量约1200公斤的车辆行驶约50公里。也就是说，如果车子的对接插座内插入了四个充满电的独立电池包，它就可以行驶约200公里；以此类推，对于在市内使用的短途行车，本发明所述的电动车只需要使用电能就可以满足日常的需要，而完全不需要使用燃油。这就可以达到纯电动车的节能环保程度。每当独立电池包的电能耗尽时，驾驶员可以把电池包从对接插座里拆下来，带回家中利用家用电源充电，或者拿去充电站充电。当然，这部车子也可以像一般纯电动车一样，用充电桩充电。

当进行长途行车时，如果沿途没有合适的充电桩可用，也没有充电站为独立电池包充电，那么驾驶员可以利用本发明所述电动车的燃油发电功能，利用其产生的电能来行车。这样一来，驾驶员就可以不必担心该车的续航问题。

使用本发明提供的电动车可以轻易地满足两种情景的行车需要：当进行市内短途行驶时可以与纯电动车完全一样节能环保；而在长途行车时，又可以与现有的燃油汽车一样，能保障其续航力。

对于多功能充电/储能系统的具体结构及工作方式参见上文，本实施例不再赘述。

实施例五

在上述实施例的基础上，本实施例提供一种为电动车充电的间接充电装置，

图8为本发明实施例提供的间接充电装置的示意图，

具体而言，这种为电动车间接充电的装置包括两个部分：第一部分是电动车内的装置，包括:固定电池系统1，智能输电系统2，若干个外挂式箱型对接插座3，和可以自由插入和移出该对接插座的便携式独立电池包4。第二部分是充电站的装置，包括：若干个外挂式箱型对接插座30，以及直流快速充电电源20。电动车内的对接插座3与充电站里的对接插座30结构相同，因此便携式独立电池包4可以自由地插入对接插座30进行充电；充电后的便携式独立电池包4可以插入电动车里的对接插座3为电动车的固定电池系统进行充电。换句话说，这些便携式独立电池包4就成了一种能源的载体；通过这个载体就可以让充电站间接为电动车充电。

图9为间接充电装置的结构图，所述对接插座3周边设有插头5；该插头5与便携式独立电池包4的插口6匹配；对接插座3的插头5与电动车的智能输电系统2连接；所述插头5与所述插口6组成了一个高通量电流的电路组件，可用于传输高通量电流及监控独立电池包状态的信息。在本实施例中，高通量电路组件可以通过1-120a的电流；

上述的高通路电路组件包括两组不同功能的电路，一边是高通量电流的接口，可以抵受600伏的电压，及传输1-120安培的电流；另一边的是传输监控独立电池包内不同模块的电压以及温度等信号的接口，其传输的电流和电压都很低。

可以理解的是，本发明实施例所述的对接插座3的插头5及与其匹配的设在便携式独立充电包上的插口6的结构可以标准化，便于大规模的商业推广。

此外，对接插座3可以安装在电动车的车头或车尾，使得放置于对接插座3内的便携式独立电池包4能够容易地移出和插入。

本实施例所述的便携式独立电池包4能够在不需要工具的情况下轻易地插入或移出所述对接插座3。

进一步地，所述的便携式独立电池包4可以在电动车外使用多种不同电源独立进行充电，这些电源包括直流快速充电电源、电动车充电桩或家用电源。

进一步地，所述的便携式独立电池包4由多个高能量的锂电池串联和/或并联组成；所述的便携式独立电池包4在充电后的储蓄能量为0.5kwh-30kwh；当使用直流快速充电电源20为独立电池包充电时，所述独立电池包可以被快速充电；其充电的时间为5-60分钟。

进一步地，如图4a所示，当电源供给系统为家用电源时，所述的独立电池包4设有可与家用电源适配的充电插口11，所述的充电电压为60v-280v。

进一步地，如图10所示，所述的间接充电装还包括充电冷却装置，所述的冷却装置的冷却方式为风冷、液冷或二者的组合，所述的冷却装置可根据设置在便携式独立电池包4内置的多个温度传感器检测到的温度情况，为所述便携式独立电池包4降温。

进一步地，所述的智能输电系统2还设置有安全保障装置，所述的安全保障装置用于提供便携式独立电池包4在快速充放电时的过流及过热保护。

实施例六

在上述实施例的基础上，本发明还提供一种便携式独立电池包，适用于为电动车充电的间接充电装置，在本实施例中，所述的便携式独立电池包重量为1–30kg，电压为60-600v，放电电流为1-120a。

实施例七

在上述实施例的基础上，本发明还提供一种为电动车间接充电的对接插座，适用于电动车间接充电装置；所述的对接插座与便携式独立电池包4相互匹配。

实施例八

在上述实施例的基础上，本发明还提供一种电动车，所述电动车设置有一个或一个以上的箱型对接插座3，对接插座的数量可设置为1-8个；对电动车而言，不需要一定装有便携式独立充电包，有需要时，驾驶员可以向充电站租用电池包。

实施例九

在上述实施例的基础上，本发明还提供一种便携式独立电池包4快速充电装置，包括，用于为间接充电装置充电的直流快速充电电源20，当所述的箱型对接插座30连接到所述直流快速充电电源20时能够为所述独立电池包4快速充电，充电的时间为5-60分钟。

实施例十

在上述实施例的基础上，本发明还提供一种为电动车充电的快速充电站60，可以提供同时为多个独立电池包4快速充电的服务，所述的充电站60在本实施例中设置有充电墙40，如图11所示，每一面充电墙为格状架体结构，能够同时容纳多个快速充电装置，本实施例可容纳的快速充电装置1-400个，每一个单元格401设有与箱型对接插座30连接可以独立工作的直流快速电源20，驾驶员可以把电能已经耗尽需要更换的便携式独立电池包4插入对接插座30中进行快速充电，另外，充电站60也提供大量已充电的便携式独立电池包4，通过出租给驾驶员为他们的电动车充电。当驾驶员把电池包4的电能转移到车子里的固定电池系统1后，他可以把电池包4还给该充电站60，或在行驶一段距离后，就近还给提供同样租赁电池包服务的充电站60，充电站把它们再进行充电，以便出租给后来的使用者。所述的充电墙的每个单元格设有编号，便于对便携式电池包4进行快速充电的计时收费、租赁费用计时收费、及维修、维护和管理，所述的充电墙采用格状架体结构，结构简单，节省空间，同时在取用时，便于插入和移出独立电池包4。

通过租赁的方式提供电动车能源供给服务，对车主和驾驶员来说，不仅解决了电动车长途行车的续航问题，而且有利于能源节约，对建设环境友好型社会具有积极的社会效益。如果担心行车沿途不容易找到充电站，驾驶员可以先在途经的充电站租借多个充满电的电池包备用。当电动车需要充电时，驾驶员可以使用这些备用电池包。

为了最高效地为电动车充电，驾驶员可以根据当时的条件联合使用上述提到的各种方法。

例如驾驶员将电动车停在充电站附近的任何一个地方，而不需要把车辆停靠在充电桩的特定位置。在本发明公布的方法里，每个独立电池包4的储电量只是整部电动车的储电量的若干分之一；而且，每个独立电池包可以同时被独立地充电，因此，为独立电池包4充满电总共需要的充电时间会比整部电动车的充电时间为短。估计可以在10-60分钟内完成。其具体流程如图12所示。当电动车驾驶员使用充电站(60)提供的快速充电服务为其电池包4电动车充电时，需要缴纳一定的费用；这些充电费用可利用智能卡、二维码或网上转账支付。

在另一个快速充电的例子里，驾驶员可以从充电站60租借已充电电池包4来为其电动车进行快速充电。驾驶员把租借的电池包4插入电动车的箱型插座3后，租来的电池包4会为其电动车的固定电池系统1快速充电。完成后，驾驶员会把空的电池包4返还给同一个充电站。其具体流程如图13所示。

在再一个快速充电的例子里，驾驶员把租来的电池包插入电动车内的对接插座后就可以立刻上路。这些出租的电池包4一边直接为电动车发动机供电，一边为固定电池系统1充电。当充电程序完成后，驾驶员可以在后来的充电站返还空的租来的电池包4。而且，他又可以重新租借充满电的电池包4，为电动车的继续行驶供电或为车内的固定电池系统1充电。他可以重复这个过程来为其电动车续航。其具体流程如图14所示。

当驾驶员使用租借电池包4的方法来为电动车充电时，充电站60可以提供人员为电动车使用者更换电池包。驾驶员可以把电动车开到充电站60的服务位置，充电站内有操作人员帮助驾驶员把车内的空电池包从插座中取出，再把已充满电的出租电池包插入到电动车内的插座(3)中，电动车可以立刻上路。整个过程中驾驶员无需下车；其所需时间与目前燃油车去加油站加油所需时间相似。

在驾驶员使用充电站的快速充电装置为自带的电池包4充电的同时，他也可以向充电站租用已充满电的电池包4为电动车内的固定电池系统充电。当出租电池包4的电能已经全部转移到电动车的固定电池系统时，驾驶员会把这些空的出租电池包4返还给该充电站。此时，驾驶员留在充电站内充电的自带电池包4也已经完成充电，它可以把这些电池包4从充电站中取出，再插入他的电动车内的对接插座3中。此时，他的电动车内的固定电池和插座3内的电池包4都已充满电，电动车可以上路。其具体流程如图15所示。这种同时利用充电站的快速充电装置和充电站的出租电池包服务来为电动车充电的方法可以最有效的节省时间。

这些出租电池包(4)上装有二维条码，以方便追踪该电池包的使用历史；另外，这些出租电池包(4)还装有卫星定位芯片，以方便追踪该电池包的位置。当电动车驾驶员使用租赁电池包(4)来为其电动车充电的服务时，他需要事先加入一个租用电池包的服务系统，成为其会员；或者，他可以付一笔押金来租用电池包；当出租的电池包(4)的电能被使用完以后，驾驶员可以把空的出租电池包(4)返还给充电站(60)，并取回押金。当电动车驾驶员使用充电站(60)提供的已充满电的出租电池包(4)为其电动车充电时，需要缴纳一定的费用；这些租赁电池包的费用(包括租赁的押金)可利用智能卡、二维码或网上转账支付。

另外，除了使用本发明提供的快速充电系统可以大大缩短电动车充电时间以外，由于独立电池包4已经提供了一定的储能，本发明所使用的电动车的固定电池系统1可以设计得比传统电动车小，使用充电桩为固定电池系统1充电的时间也会缩短很多。这样，当联合使用充电桩与本发明所提供的快速充电系统时，为电动车充电的时间会比单独使用充电桩缩短。

由于这些快速充电装置要求的电流很大，这些充电站必须直接连接到国家电网，使之能够提供庞大的电能来同时为大量的独立电池包4充电。请参考图7。在本实施例中，充电站的插座30和便携式独立充电包4的性能参数同以上的实施例，此处不再赘述，另外，充电墙还可以设计为箱状、柜状或其他形状，其具体形状和结构，本发明不限定，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰。

可行性分析

关于本申请技术方案的可行性，已经做了一些研究，在目前的技术水平，这个专利提出的方案是的确可行的。

第一，关于电动车的续航能力问题，目前在市场上的电动车已经达到300-500公里的范围。所以要符合我们的设计续航能力是完全可能的。

第二，对于本专利所设计的便携式独立电池包4，它的蓄电能力也可以达到方案里的要求。假设我们设计的便携式独立电池包4的重量为20公斤，里面使用目前较先进的锂电池，(例如，采用panasonic型号ncr18650b的锂电池。)它的能量密度可以达到265wh/kg。那么每个便携式独立电池包4的储能量就可达20x0.265＝5.3kwh。现在市场上的电动车(例如teslamodel3)其功率可以达到每kwh可行驶7公里。所以一个20公斤的便携式独立电池包4可以供一部电动车行驶37.1公里。以上的数据是参考一部重达1600公斤的电动车。如果把车子的重量减轻至1200公斤(相当于比亚迪的e5电动车)，同时把电动机的效能提高，那么，本专利设计的便携式独立电池包4的续航能力就会比37.1公里远得多，可以接近50公里。

第三，现在的锂电池还在不断地改进之中。以后的锂电池能量密度会更高。例如目前正在开发的使用纳米技术把石墨烯作为负极的锂电池，其能量密度可以达到300wh/kg。另外，有一些公司正在开发固态锂电池，它的能量密度更高，可以达到495wh/kg。当这些电池被商业化以后，我们设计的独立电池包的储能量就可以支持一部电动车跑90公里以上。所以在未来，我们也许可以把这些便携式独立电池包4的重量减轻到10公斤左右。

第四，对于解决电动车车主日常的充电问题，这个专利方案可以马上实施。因为只要把车子装上我们设计的多功能充电/储能系统就够了，不需要其它相对应的外部配套设施。

第五，至于要解决长途行车的充电问题，那需要有很多充电服务站提供快速充电或更换便携式独立电池包4的服务。

以上对本发明所提供的多功能充电/储能系统、快速充电方法及电动车，进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。