CN102490619A - 一种电动汽车行驶中的充电系统 - Google Patents

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高国强
李天鸷
周利军
曹晓斌
高波
李瑞芳
王万岗
欧阳乐成
刘东来
李明翔
李大建
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Abstract

本发明公开了一种电动汽车行驶中的充电系统，由车外供电部分和车载受电部分组成，车外供电部分由铺设在充电车道上的导轨式输电线与回流线及其与地面之间的绝缘带组成；车载受电部分由安装在车身上的受电弓、受电弓滑板、传输导线及其受电弓升降控制系统构成。当电动汽车需要充电时驶入充电车道，受电弓在受电弓升降控制系统的控制之下放下，其受电弓滑板上的滑板输电线接触面在车辆行使中与接触线发生滑动电接触，取流充电。本发明使电动汽车可以在行驶的同时充电，解决了电动汽车电池容量不能支撑其长时间持续行驶的弊端。

Description

一种电动汽车行驶中的充电系统
技术领域
本发明涉及一种用于给行驶过程中的电动汽车进行充电的充电系统，属于电动汽车技术领域。
背景技术
随着城市化进程的发展和居民生活水平的不断提高，越来越多的家庭拥有了私家车，城市道路交通问题和城市大气污染问题也日益加剧，并且伴随着石油资源日益枯竭，选择新能源技术替代现有的石化能源已成为当今世界亟待解决的问题。
在城市交通体系中大力推进电动汽车已成为各国政府解决石油资源短缺、尾气排放、汽车噪音等问题的有效途径，然而在目前政府提倡节能减排，鼓励购买更加环保的电动汽车背景下，普通居民购买电动汽车的热情却不是很高。可以肯定的是电动汽车比传统汽车使用起来更省钱，普通蓄电池汽车充一次电能运行150公里，消耗电能25度，最高时速达到120公里，电池寿命超过10年。以北京电价为例，在峰期电价为0.78元/千瓦时，谷期电价为0.48元/千瓦时，电动汽车每百公里花费在8-13元之间，而按照目前油价水平计算，传统1.6升排量汽车，每百公里花费在50元以上。普通居民不愿意购买电动汽车的很大一部分原因是电池充电时间长，不能做到长距离的城际行驶。因为一般电动汽车的电池容量在12Ah左右，如果以正常、稳定的速度进行充电，电池完全充满的时间需要8-10小时，等待时间长，影响汽车正常行驶；若采用快速充电系统，如目前所用的充电桩，耗时虽然可以降低，但由于其采用的是大电流充电，会严重影响汽车电池使用寿命。因此急需一种能够不影响汽车行驶，又能给汽车以正常、稳定速度充电的系统。
发明内容
针对电动汽车充电不便的问题，本发明设计了一种旨在使电动汽车在行驶过程中实现充电的充电系统，克服现有电动车需停车充电，等待时间长的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该电动汽车行驶中的充电系统，由车外供电部分和车载受电部分组成，其特征在于车外供电部分由铺设在充电车道上的输电线(3)与回流线(4)及其与地面之间的绝缘带(6)组成；输电线(3)和回流线(4)分别与供电电源(1)输出端的火线和零线相连，绝缘带(6)分别铺设在输电线与地面、回流线与地面之间，保证它们与地面的电气隔离；车载受电部分由车载受电弓(2)、受电弓滑板(5)、传输导线(15)及其受电弓升降控制系统(8)组成。受电弓滑板(5)连接在受电弓上，传输导线(15)一端连接受电弓滑板(5)，另一端与电动汽车已有的充电端口相连。整个充电系统的工作过程如下：当电动汽车需要充电时驶入充电车道，受电弓(2)在受电弓升降控制系统(8)的控制之下放下，其受电弓滑板与输电线(3)和回流线(4)发生接触，获取电流，通过传输导线(15)给电动汽车电池充电，当电池充满或需变道行驶时受电弓(2)又在受电弓升降控制系统(8)的控制之下自动收起。
上述受电弓(2)由受电弓上臂(14)及可转动的受电弓下臂(13)构成，受电弓上臂(14)可直接焊接在电动汽车尾部底盘上；在受电弓下臂(13)和受电弓滑板(5)上各开两个直径15mm的定位孔，受电弓下臂(13)和受电弓滑板(5)的定位孔之间垫有10mm厚、孔径为15mm的聚四氟乙烯绝缘垫片，保证受电弓下臂(13)与受电弓滑板(5)的电气绝缘；利用尼龙螺栓穿过受电弓下臂(13)定位孔、绝缘垫片的孔、受电弓滑板(5)的定位孔，并利用尼龙螺母锁紧，将受电弓滑板(5)固定在受电弓下臂(13)上(如图4所示)；传输导线(15)的一端通过金属螺栓固定在受电弓滑板(5)上。
所述受电弓升降控制系统(8)由控制指令系统(19)、控制信号传输线(12)、反馈信号传输线(18)、压力控制步进电机(10)、升降弓控制步进电机(11)、钢索(16)、弹簧(9)、测力传感器(17)组成。控制指令系统由普通计算机和控制软件构成，控制软件的算法按图5所示的流程图编制。控制信号传输线(12)和反馈信号传输线(18)可以是普通的232串口数据线，控制信号传输线(12)的一端与控制指令系统的计算机输出端口相连，另一端与升降弓控制步进电机(11)的驱动器输入端口相连；反馈信号传输线(18)的一端与测力传感器(17)的信号输出端口相连，另一端与控制指令系统计算机的信号输入端口相连；测力传感器(17)一端固定在压力控制步进电机(10)转轴末端，另一端和弹簧(9)A端连接；弹簧(9)的B端和受电弓下臂(13)上端相连，受电弓下臂(13)和受电弓上臂(14)的连接处可转动，上臂静止不动，下臂围绕连接处转动；钢索(16)的一端和升降弓控制步进电机(11)转轴相连，另一端与受电弓滑板(5)和受电弓下臂(13)之间的锁紧尼龙螺母相连。受电弓升降控制系统的工作过程如下：在控制指令系统(19)收到驾驶员发出放下受电弓指令后，控制软件运行，根据流程图5发出控制指令，并通过控制信号传输线(12)向升降弓控制步进电机(11)的驱动器发出控制信号，升降弓控制步进电机(11)驱动器收到控制信号传输线(12)传来的信号后，控制升降弓控制步进电机(11)旋转相应的圈数释放钢索(16)，此时钢索(16)放下受电弓下臂(13)，同时控制指令系统(19)通过控制信号传输线(12)发出信号到压力控制步进电机(10)的驱动器，控制压力控制步进电机(10)转动相应的位移以收放控制弹簧(9)长度来调节受电弓滑板(5)和接触线之间的压力，此时测力传感器(17)通过反馈信号传输线(18)反馈测力信号到控制指令系统(19)，控制指令系统(19)在控制软件的控制下，再按照流程图5对压力控制步进电机(10)转轴与弹簧(9)之间的拉力进行调整，即对受电弓与接触线间的接触压力进行调整。测力传感器(17)检测并传输信号到控制指令系统(19)，控制步进电机(10)转轴和弹簧(9)之间的拉力在15-25牛顿标准范围内。控制指令系统(19)收到驾驶员发出的收起受电弓指令后，升降弓控制步进电机驱动器控制步进电机(11)反转相应的圈数收起钢索(16)，收起受电弓下臂(13)。
本发明在绝缘带(6)与地面水泥层之间设有松软材料(7)。这样，可以避免汽车车轮压过绝缘带时损坏绝缘带(6)。
本发明的有益效果是：电动汽车可以一边行驶，一边充电，既不需电动车停下来等待长时间的充电，又克服了电动汽车电池容量小，不能维持其长时间行驶的弊端。由于电动汽车需要的充电电压和功率比电力机车供电电压和功率要小得多，因此不需要采取架空线的形式，本发明的供电电压可设计为通用的交流220V，50Hz。接触线和回流线可镶嵌于城市主干道、高速公路的慢车道或者专设附道的地面之上，普通汽车都可以在布线的车道上行驶，不会造成道路空间的浪费。
附图说明
下面结合附图和实施例进一步说明本发明。
图1是本发明的侧面结构示意图。
图2是电动汽车行驶充电过程的后视图。
图3是电动汽车受电弓及受电弓升降控制系统结构示意图。
图4是电动汽车受电弓下臂和受电弓滑板连接示意图。
图5是电动汽车控制指令系统的控制软件算法流程图。
图中1.电源，2.受电弓，3.输电线，4.回流线，5.受电弓滑板，6.绝缘带，7.松软材料，8.受电弓升降控制系统，9.弹簧，10压力控制步进电机，11.升降弓控制步进电机，12.控制信号传输线，13.受电弓下臂，14.受电弓上臂，15.传输导线，16.钢索，17.测力传感器，18.反馈信号传输线，19.控制指令系统。
具体实施方式
1.双受电弓式电动汽车行驶中的充电系统
本发明双受电弓式电动汽车行驶中的充电系统见图1和图2，它由车外供电部分和车载受电部分组成。其中，车外供电部分由铺设在充电车道上的两条导轨式输电线(3)与回流线(4)和位于输电线(3)与回流线(4)同地面之间的绝缘带(6)组成。输电线与回流线之间可相隔30cm的距离，它们可布置于城市主干道、高速公路的慢车道或专设的充电车道上，输电线(3)相当于两相交流中的火线起供电作用，回流线(4)相当于零线，起回流作用，输电线和回流线均铺设在地面之上并略高出地面2cm，其接触地面部分均采用绝缘带(6)隔离，防止输电线漏电；绝缘带(6)与地面水泥层之间加上松软材料(7)，避免汽车车轮压过绝缘带时损坏绝缘带(6)；输电线(3)与回流线(4)与供电电源的输出端相连，供电电源可以是通用的220V工频交流电源。车载受电部分采用双受电弓结构，具体讲，车载受电部分由两个受电弓(2)及其受电弓滑板(5)、传输导线(15)、受电弓升降控制系统(8)构成(见图3)，两个受电弓分别与输电线(3)和回流线(4)对应；受电弓滑板采用浸金属碳滑板，传输导线(15)一端与受电弓滑板(5)相连，另一端与电动汽车已有的充电端口连通。当电动汽车需要充电时驶入充电车道，双受电弓(2)在受电弓升降控制系统(8)的控制之下放下，其受电弓滑板(5)在车辆行使中与输电线(3)和回流线(4)发生接触，获取电流充电(参见图2)，当电池充满或需变道行驶时双受电弓(2)又在受电弓升降控制系统(8)的控制之下自动收起。受电弓(2)可以这样设计：受电弓(2)由安装在车身上的受电弓上臂(14)和可旋转的受电弓下臂(13)构成(见图3)，即受电弓上臂(14)是固定不动的，受电弓下臂(13)可通过钢索(16)收起和放下，受电弓滑板(5)通过尼龙螺栓、螺母固定在受电弓下臂(13)上(见图4)；受电弓升降控制系统(8)由控制指令系统(19)、控制信号传输线(12)、反馈信号传输线(18)、压力控制步进电机(10)、升降弓控制步进电机(11)、钢索(16)、弹簧(9)、测力传感器(17)组成。具体讲，两个受电弓(2)直接焊接在电动汽车尾部底盘，当电动汽车需要充电时驶入充电车道，受电弓(2)在受电弓升降控制系统(8)的控制之下放下，其受电弓滑板与输电线(3)和回流线(4)发生接触，获取电流，通过传输导线(15)给电动汽车电池充电，当电池充满或需变道行驶时受电弓(2)又在受电弓升降控制系统(8)的控制之下自动收起。受电弓升降控制系统(8)由控制指令系统(19)、控制信号传输线(12)、反馈信号传输线(18)、压力控制步进电机(10)、升降弓控制步进电机(11)、钢索(16)、弹簧(9)、测力传感器(17)组成。控制指令系统由普通计算机和控制软件构成，控制软件的算法按图5所示的流程图编制。控制信号传输线(12)和反馈信号传输线(18)可以是普通的232串口数据线，控制信号传输线(12)的一端与控制指令系统的计算机输出端口相连，另一端与升降弓控制步进电机(11)的驱动器输入端口相连；反馈信号传输线(18)的一端与测力传感器(17)的信号输出端口相连，另一端与控制指令系统计算机的信号输入端口相连；测力传感器(17)一端固定在压力控制步进电机(10)转轴末端，另一端和弹簧(9)A端连接；弹簧(9)的B端和受电弓下臂(13)上端相连，受电弓下臂(13)和受电弓上臂(14)的连接处可转动，上臂静止不动，下臂围绕连接处转动；钢索(16)的一端和升降弓控制步进电机(11)转轴相连，另一端与受电弓滑板(5)和受电弓下臂(13)之间的锁紧尼龙螺母相连。受电弓升降控制系统的工作过程如下：在控制指令系统(19)收到驾驶员发出放下受电弓指令后，控制软件运行，根据流程图5发出控制指令，并通过控制信号传输线(12)向升降弓控制步进电机(11)的驱动器发出控制信号，升降弓控制步进电机(11)驱动器收到控制信号传输线(12)传来的信号后，控制升降弓控制步进电机(11)旋转相应的圈数释放钢索(16)，此时钢索(16)放下受电弓下臂(13)，同时控制指令系统(19)通过控制信号传输线(12)发出信号到压力控制步进电机(10)的驱动器，控制压力控制步进电机(10)转动相应的位移以收放控制弹簧(9)长度来调节受电弓滑板(5)和接触线之间的压力，此时测力传感器(17)通过反馈信号传输线(18)反馈测力信号到控制指令系统(19)，控制指令系统(19)在控制软件的控制下，按照流程图5对受电弓与接触线间的接触压力进行调整。控制指令系统(19)收到驾驶员发出的收起受电弓指令后，升降弓控制步进电机驱动器控制步进电机(11)反转相应的圈数收起钢索(16)，收起受电弓下臂(13)。受电弓升降控制系统(8)中的压力控制步进电机(10)转轴端所装的测力传感器，在放下受电弓后实时测量受电弓滑板(5)与输电线(3)和回流线(4)的接触压力，并通过压力控制步进电机(10)转动，收放控制弹簧(9)长度，调节接触压力，同时能减少汽车运行中受电弓(2)的振动。
2.单受电弓式电动汽车行驶中的充电系统
本发明电动汽车行驶中的充电系统可以采用单受电弓结构，从而形成单受电弓式电动汽车行驶中的充电系统。具体做法是，将上述实施例中的双受电弓可改为单受电弓设计。此时，受电弓的长度较双受电弓有所加长，该单受电弓的受电弓滑板在其中间分断，形成两段滑板并分别与输电线(3)和回流线(4)接触，两段滑板的长度以相等为宜，任意一段滑板长度应小于输电线(3)与回流线(4)之间的距离，避免发生短路。其他相关结构与上述的双受电弓式电动汽车行驶中的充电系统相同。

Claims (3)

1.一种电动汽车行驶中的充电系统，由车外供电部分和车载受电部分组成，其特征在于车外供电部分由铺设在充电车道上的输电线(3)与回流线(4)及其与地面之间的绝缘带(6)组成，输电线(3)与回流线(4)分别同供电电源(1)的火线和零线相连；车载受电部分由安装在车身上的受电弓(2)、受电弓滑板(5)、传输导线(15)及其受电弓升降控制系统(8)构成，受电弓滑板(5)经传输导线(15)与电动汽车的充电端口相连；当电动汽车需要充电时驶入充电车道，受电弓(2)在受电弓升降控制系统(8)的控制之下放下，其受电弓滑板(5)在车辆行使中与接触线(3)和回流线(4)发生滑动电接触，获取电流充电，当电池充满或需变道行驶时，受电弓(2)又在受电弓升降控制系统(8)的控制之下自动收起。
2.根据权利要求1所述电动汽车行驶中的充电系统，其特征在于所述受电弓(2)由安装在车身上的受电弓上臂(14)和可旋转的受电弓下臂(13)构成，受电弓滑板(5)设在下臂端上；所述受电弓升降控制系统(8)由压力控制步进电机(10)、升降弓控制步进电机(11)、连接在升降弓控制电机(11)的转轴与受电弓下臂(13)之间的钢索(16)、连接压力控制步进电机(10)的转轴与下臂之间的弹簧(9)和设在压力控制步进电机(10)转轴和弹簧(9)之间的测力传感器(17)组成。
3.根据权利要求1或2所述电动汽车行驶中的充电系统，其特征在于所述绝缘带(6)与地面水泥层之间设有松软材料(7)。
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