CN101404096B - 一种基于超级电容器的城市电动汽车电源快速供给系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超级电容器的城市电动汽车电源快速供给系统，包括电压监测模块、充电停车位、充电弓架，充电槽、交流/直流转换器、长方形凹槽、滑槽、固定架、弹簧、继电器、IC电表与控制系统，与电动汽车超级电容器的底部充电停车位上的相对位置处开有长方形凹槽，充电弓架安装在长方形凹槽内的固定架上，弹簧位于固定架的下部，分别与充电弓架和固定架固连，充电弓架的另一端与长方形凹槽内的另一横侧面上端抵触连接，该横侧面上开有滑槽，充电弓架的背部安装有正负极长方形充电槽；交流/直流转换器与继电器串联，继电器有分别与IC电表和控制系统相连，同时，控制系统又与IC电表相连。该系统能够进行快速充电，造价低。

Description

一种基于超级电容器的城市电动汽车电源快速供给系统

技术领域

本发明涉及一种电源快速供给系统，特别涉及一种城市电动汽车技术领域的电源快速供给系统，属于电源技术领域。

背景技术

超级电容器(Supercapacitors，Ul tracapacitors)也被称为电化学电容器(Electrochemical Capacitor，EC)，是一种新型的电能存储装置，但因为超级电容器的能量密度较低，以超级电容器作为动力电源的纯电动汽车存在的主要问题是每次充电后的续驶里程比较短。比如2006年投入运行的以超级电容器为动力电源的上海11路电动公交车，虽然充电时间只需要几十秒钟，电能存储和转化效率也非常高，但续驶里程才3~8公里，所以必须在沿途停靠的站点设立充电装置，在乘客上下车的间隙对电动汽车充电。若将超级电容器组应用于电动小轿车，其续驶里程也仅有30km左右。因此，对超级电容器电动汽车而言，必须建立与超级电容器相配套的快速充电装置。

北京机电研究所的钱良国(专利申请号：200510076619.1)的发明申请公开了四种电动汽车充电站系统构成方案，认为最佳的电动汽车充电站主要由供电系统、储能系统、若干台非隔离高频充电机和充电站监控系统构成。袁立辉发明了一种越板电动汽车的运行方法及装置(专利申请号：200510113906.5)，在道路上使用导电板，在电动车底部安装可升降的充电电极，方便电动汽车随时充电，能长期不停行驶。汪铁良和汪华发明了一种电动汽车的充电运行方法(专利申请号：200710118518.5)，该方法认为可以像汽车加油站那样布局充电站，然后利用电网交流电、太阳能电池或风力发电机等为汽车充电。这些发明都针对电动汽车运行过程中的充电问题提出了很好的思路和方法，因为超级电容器组具有非常优异的大电流充放电能力，且充放电效率、循环寿命、安全稳定性能优于当前任何一种二次电池，所以在这个电源快速系统中，选择超级电容器组作为动力电源，是实现电动汽车在几十秒钟至几分钟这样极短的时间内完成充电的最重要的条件。所用的超级电容器可以是任何一种无机和有机体系的双电层电容器、法拉第准电容器和电化学混合电容器。因为超级电容器的电压与容量成正比，但是针对超级电容器电动汽车的充电问题，尤其是便捷的快速充电能力尚存在较大差距，目前国内外尚未见报道，应该说这是约束装载超级电容器电动车普及的关键性问题。

发明内容

本发明设计的一种城市电动汽车电源快速供给系统，解决了超级电容器电动汽车的快速充电问题，有效的促进了超级电容器电动车的推广和普及，为这个真正绿色环保行驶工具的大众化解决了关键性问题。

本系统主要由电压监测模块、充电停车位、两个圆弧形金属充电弓架，两个正负极长方形充电槽、交流/直流转换器、两个长方形凹槽、滑槽、固定架、弹簧、继电器及IC电表计费与控制系统组成，其中，正负极长方形充电槽为金属铜槽，外围设备是超级电容器电动汽车。

纵轴方向与超级电容器电动汽车的超级电容器的底部相对的位置上，充电停车位上开有两个长方形凹槽，因两个内部结构相同，现以一个为例来说明结构位置关系。圆弧形金属充电弓架分别通过螺钉安装在长方形凹槽内的横侧面的固定架，弹簧位于固定架的下部，一端与圆弧形金属充电弓架固连，另一端与固定架固连，圆弧形金属充电弓架的另一端与长方形凹槽内的另一横侧面上端抵触连接，该横侧面上与圆弧形金属充电弓架抵触连接的下端开有滑槽，圆弧形金属充电弓架背部安装有正负极长方形充电槽；圆弧形金属充电弓架具有弹性，圆弧形金属充电弓架的安装高度要高于充电停车位的水平面，以超级电容器电动汽车的超级电容器的充电触点在工作时与正负极长方形充电槽抵触连接为宜，滑槽的长度与圆弧形金属充电弓架的安装高度一致；直流电源的正负极分别与正负极长方形充电槽两个相连。

当超级电容器电动汽车开上充电停车位过程中，在车轮或底盘的重力作用下(取决于超级电容器的安装位置)，通过对正负极长方形充电槽的挤压，将与横侧面上端抵触连接的圆弧形金属充电弓架顺着滑槽压下，当超级电容器电动汽车在充电停车位入位停住后，在弹簧的作用下，圆弧形金属充电弓架向上反弹，使正负极长方形充电槽与超级电容器抵触连接。

整个电路由IC卡电表计费与控制系统控制，此时，驾驶员可以通过安装在车位一侧的IC卡电表计费付费后，电源被接通，电压监测模块启动监视和管理超级电容器的电压和容量，与控制系统调整两个正负极长方形充电槽之间的电压及导通电流，对车辆进行充电，同时完成计费。当车辆充完电离开车位，电流断开，充电弓架将重新弹起复位。

电压监测模块可以实时监测超级电容器组中每个单体电容器的电压，并可以通过调整旁路电阻的大小，使各个单体电容器的电压和容量基本保持一致；电压监测模块通过发光二极管实时显示超级电容器组电压。

车位式IC卡充电站也是为这个电源快速供给系统专门设计的，所谓车位式IC卡充电站就意味着该充电站是建在停车位上的，而且是通过IC卡电表来计量电费以及控制电流的。

有益效果：

本发明设计了一种基于超级电容器的城市电动汽车电源快速供给系统，该系统为城市电动汽车提供了一种新的运行模式，电动汽车可以实现即充即走，长期不停行驶，整个充电过程仅需几十秒至几分钟，城市当中的任何一个停车位都可以被改造成充电车位，充电过程快捷灵活，在这个城市电动汽车电源快速供给系统中，超级电容器组、防水充电槽及车位式IC卡充电站是一个有机的整体，这是保证车辆电源能够进行快速补给的关键，也是电动汽车能够普及的关键。

此外，这样的车位式IC卡充电站造价低廉，因为电流只能通过专用IC卡开通，所以非工作状态下的暴露在车位上的圆弧形金属充电弓架是不带电的，也是非常安全的。

附图说明

图1为电动汽车充电过程中圆弧形充电弓架实施例中的位置示意图

图2为车位式IC卡充电站工作原理图

其中：1-圆弧形金属充电弓架、2-长方形充电槽、3-交流/直流转换器4-长方形凹槽、5-滑槽、6-固定架、7-弹簧、8-控制系统。

具体实施方式

本发明包括超级电容器组、电压监测模块、充电停车位、两个圆弧形金属充电弓架1，两个正负极长方形充电槽2、交流/直流转换器3、两个长方形凹槽4、滑槽5、固定架6、弹簧7、继电器、IC电表计费与控制系统8，其中，正负极长方形充电槽2为金属铜槽；

纵轴方向与超级电容器电动汽车的超级电容器的底部相对的位置上，充电停车位上开有两个长方形凹槽4，圆弧形金属充电弓架1分别通过螺钉安装在长方形凹槽内4的横侧面的固定架6，弹簧7位于固定架6的下部，一端与圆弧形金属充电弓架1固连，另一端与固定架6固连，圆弧形金属充电弓架1的另一端与长方形凹槽内4的另一横侧面上端抵触连接，该横侧面上与圆弧形金属充电弓架1抵触连接的下端开有滑槽5，圆弧形金属充电弓架1背部安装有正负极长方形充电槽2；其中，充电停车位的身长为正常小型车的身长正负不超过20％，圆弧形金属充电弓架1具有弹性，圆弧形金属充电弓架1的安装高度要高于充电停车位的水平面，以超级电容器电动汽车的超级电容器的充电触点在工作时与正负极长方形充电槽2抵触连接为宜，滑槽5的长度与圆弧形金属充电弓架1的安装高度一致。城市电网输出的220V或380V交流电经过AC/DC转换器后变成直流电源，直流电源的正负极分别与正负极长方形充电槽2两个相连。

当超级电容器电动汽车开上充电停车位过程中，在车轮的重力作用下，通过对正负极长方形充电槽2的挤压，将与横侧面上端抵触连接的圆弧形金属充电弓架1顺着滑槽5压下，当超级电容器电动汽车在充电停车位入位停住后，在弹簧7的作用下，圆弧形金属充电弓架1向上反弹，使正负极长方形充电槽2与超级电容器抵触连接。

整个电路由IC卡电表计费与控制系统8控制，此时，驾驶员可以通过安装在车位一侧的IC卡电表计费付费后，电源被接通，电压监测模块启动监视和管理超级电容器的电压和容量，与控制系统调整两个圆弧形金属充电弓架1之间的电压及导通电流，对车辆进行充电，同时完成计费。当车辆充完电离开车位，电流断开，圆弧形金属充电弓架1将重新弹起复位。

电压监测模块可以实时监测超级电容器组中每个单体电容器的电压，并可以通过调整旁路电阻的大小，使各个单体电容器的电压和容量基本保持一致；电压监测模块通过发光二极管实时显示超级电容器组电压。

车位式IC卡充电站也是为这个电源快速供给系统专门设计的，所谓车位式IC卡充电站就意味着该充电站是建在停车位上的，而且是通过IC卡电表来计量电费以及控制电流的。

Claims (1)

1.一种基于超级电容器的城市电动汽车电源快速供给系统，主要由电压监测模块、充电停车位、两个圆弧形金属充电弓架(1)，两个正负极长方形充电槽(2)、交流/直流转换器(3)、两个长方形凹槽(4)、滑槽(5)、固定架(6)、弹簧(7)、继电器及IC电表计费与控制系统(8)组成，其中，正负极长方形充电槽(2)为金属铜槽，外围设备是超级电容器电动汽车；其特征在于：

纵轴方向与超级电容器电动汽车的超级电容器的底部相对的位置上，充电停车位上开有两个长方形凹槽(4)，因两个内部结构相同，以一个来说明结构位置关系；在纵轴方向与电动汽车的超级电容器的底部相对的充电停车位上开有两个长方形凹槽(4)，圆弧形金属充电弓架(1)通过螺钉安装在长方形凹槽

(4)内横侧面的固定架(6)，弹簧(7)位于固定架(6)的下部，一端与圆弧形金属充电弓架(1)固连，另一端与固定架(6)固连，圆弧形金属充电弓架

(1)的另一端与长方形凹槽(4)内的另一横侧面上端抵触连接，该横侧面上与圆弧形金属充电弓架(1)抵触连接的下端开有滑槽(5)，圆弧形金属充电弓架(1)背部安装有正负极长方形充电槽(2)；交流/直流转换器(3)的正负极分别与正负极长方形充电槽(2)两个相连；交流/直流转换器(3)与继电器串联，继电器又分别与IC电表和控制系统(8)相连，同时，控制系统(8)又与IC电表相连。

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