CN102593899A - 一种电动汽车中途充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电动汽车中途充电系统，其中电动汽车配备电弓（301），在公路沿线设有充电电网（10），并且充电电网（10）外层具有绝缘保护壳（101）；在充电电网（10）内每隔一定的距离具有一个基站（20）；当所述电弓（301）进入基站（20）预定距离内时，基站（20）通过近场通信获得当前电动汽车（30）的身份标识信息并远程传输至管理中心（40）进行认证，在通过认证的情况下远程命令该基站（20）打开所述绝缘保护壳（101）以允许电弓（301）接触充电电网（10）进行充电，并且进行计费和管理；本发明保障了电动汽车及时、方便地获得电能补充，降低了充电站建设成本，从根本上解决了现在电动汽车的充电难题。

Description

一种电动汽车中途充电系统

技术领域

本发明涉及电力驱动汽车技术，更具体的涉及一种电动汽车中途充电系统。

背景技术

电动汽车是依靠车载蓄电池提供能量并利用电动机驱动车轮行驶的机动车辆。相比利用汽油等化学燃料的传统汽车，电动汽车实现了二氧化碳等温室气体和硫、粉尘等污染物的零排放，显著减小了汽车对环境的不利影响。电能来源广泛，可以利用水力、风力、太阳能、核能等多种途径获得，解除了传统汽车对日渐枯竭的石油资源的依赖。经过测算，电动汽车对能源的利用效率明显高于汽油驱动的传统汽车。而且，电动汽车可以省去内燃机汽车的离合器、变速箱等部件，使内部结构更加简单。由于以上多方面的优点，人们普遍认为电动汽车前景十分广阔，代表了汽车技术的发展方向。

电动汽车需要通过充电过程使车载蓄电池从供电网中获得电能并加以存储。目前投入应用的车载蓄电池包括铅酸蓄电池、镍镉电池、锂电池等，这些类型的蓄电池充满电后一般只能行驶100至200公里，所以电动汽车必须能够及时而且比较频繁地获得充电才能满足实际的行驶需求。

为了解决电动汽车充电的问题，人们开发了多种充电技术。常规充电技术采用恒压恒流模式，利用普通供电网对电动汽车进行充电，对供电网没有特殊要求，设备成本较低，目前在一些城市和小区的车库和停车场建设的充电桩就采用了这种充电方式。但是，常规充电技术最大的缺陷是充电持续时间很长，将120Ah的蓄电池充满一般需要8-10个小时，所以只能适用于在长时间停车时进行充电或补电，无法解决长距离驾驶时中途即时充电的问题。

快速充电技术利用150至400A的大充电电流可在10至30分钟内完成充电，基本上能够达到行驶途中即时充电的要求。但是，这种充电方式会导致蓄电池过热，对蓄电池的寿命有较大损害；快速充电的功率和额定电流都很大，对供电电网要求较高，所以只能通过建立大型充电站实现快速充电。一个大型充电站的建设成本高达数百万元，而且只能建在具备供电条件的地点。因此，快速充电技术的应用限制过于苛刻，无法得到广泛应用。

可见，无论是常规充电方式还是快速充电方式都无法从根本上解决电动汽车的充电难题。由于无法保障及时、快速、方便的供电，使很多消费者担心充电问题而不敢购买电动汽车，使电动汽车的推广受到极大的制约，严重影响了这种清洁、高效的新型交通工具的普及应用。

发明内容

针对现有技术中常规充电充电时间过长、快速充电建设成本大限制多的缺陷，为了解决电动汽车长时间、长距离行驶的电力补给问题，本发明提出了一种电动汽车中途充电系统，使电动汽车在途中可以随时接入充电网络，一边充电一边继续保持行驶状态，从而保障了电动汽车及时、方便地获得电能补充，降低了充电站建设成本，而且通过自动的接入控制技术实现了对充电用户进行智能化的认证、计费和管理，从根本上解决了现在电动汽车由于充电难不易推广普及的问题。

在本发明所述的电动汽车中途充电系统中，所述电动汽车配备电弓，在公路沿线设有充电电网，所述系统还包括：绝缘保护壳，设置在所述充电电网外层，用于安全保护和防止所述电弓接入所述充电电网；在充电电网内每隔一定距离设置的基站，用于当所述电弓进入到基站预定距离时通过近场通信获得当前电动汽车的身份标识信息并远程上传进行认证；并且根据远程指令打开所述绝缘保护壳使以允许电弓接触充电电网进行充电从而使电动车进入充电行驶状态；管理中心，包括根据从所述基站远程上传的身份标识信息判断是否允许电动汽车接入充电电网的认证单元；在认证通过的情况下远程向该基站发送打开所述绝缘保护壳的指令的命令单元；以及进行计费和管理的计费管理单元。

优选的是，其中，所述绝缘保护壳包裹内部的供电缆线，并且壳体具有开口；所述开口限制电弓末端的受电部件不能直接伸入壳体内部接触所述供电缆线。进一步优选地，所述开口在所述受电部件通过被所述基站打开的绝缘保护壳伸入壳体内部后使电弓的弓杆伸出并连接到车体。

优选的是，其中所述基站具有可被打开和关闭的绝缘保护壳和供电缆线，以及读取器、总控制器、通信单元、牵引机构；所述电弓的末端具有内置的RFID标签；所述读取器用于在电弓与基站接近到有效距离以内时读取标签中的用户ID；所述总控制器用于通过所述通信单元将用户ID远程发送给所述管理中心进行认证；总控制器用于在收到管理中心发来的允许接入指令后控制牵引机构打开所述绝缘保护壳以允许电弓接入。进一步优选地，其中所述通信单元是基于移动通信网络的无线通信模块，或者是连接光纤或同轴电缆的有线网络接口。并且，所述RFID标签与基站的读取器之间发生近场通信的有效距离为20cm至1m。

进一步优选的是，所述基站还包括接触传感器，用于在电弓与供电缆线相互发生接触和断开接触时生成感应信号；所述总控制器用于根据所述感应信号，关闭已打开的绝缘保护壳，并向管理中心发送用户ID和确认接入及断开的确认信息。所述接触传感器可以是压力传感器。并且，进一步优选地，所述管理中心的计费管理单元基于收到的用户ID和所述确认接入及断开的确认信息执行对用户的计费操作。

优选的是，所述充电电网和基站均架设在公路上空，所述电动汽车顶部配备可升降的电弓。

优选的是，所述充电电网和基站铺设于公路路面上，所述电动汽车的车体底盘配备可向下伸长和收回的电弓（301）。

优选的是，所述通信单元是基于移动通信网络的无线通信模块，或者是连接光纤或同轴电缆的或者是“电力线载波通信”

通过本发明，实现了电动汽车行驶途中的及时方便充电，而且充电期间仍然使电动汽车保持运行，对远距离、长时间行车具有重要意义。充电电网可以基于普通供电线网实现，对设备要求低，建设费用合理；基站结构简单，成本低廉，有利于大面积高密度铺设；利用基站和管理中心的交互实现了全智能化的电网接入控制、管理和计费，无需人工，自动化程度高，节约了后期管理维护成本。可见，本发明从根本上解决了现在电动汽车的充电难题，具有多种有益的技术效果，有利于电动汽车的推广普及，对节能减排、环境保护、改善交通都具有重要作用。

附图说明

图1是本发明第一实施例的总体结构示意图；

图2A－2B是本发明第一实施例的充电电网与电弓在接入及非接入状态下位置关系的截面示意图；

图3是本发明第一实施例的基站内部结构示意图；

图4是本发明第二实施例的总体结构示意图；

图5A－5B是本发明第二实施例的充电电网与电弓在接入及非接入状态下位置关系的截面示意图；

图6是本发明第二实施例的基站内部结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施方式并配合附图详予说明。

第一实施例

参见图1的本发明总体示意图，本发明的基本原理是在公路沿线空中架设充电电网10，电动汽车30顶部配备可升降的电弓301。公路上方的充电电网10外层具有绝缘保护壳101，该绝缘保护壳101一方面对充电电网起到安全保护作用，另一方面绝缘保护壳101也限制电动汽车30随意接入电网进行充电的行为。在充电电网10内每隔一定的距离就具有一个基站20。如果车载蓄电池剩余电量不足，电动汽车30就驶至附近的基站20并伸出电弓301，当电弓301与基站20彼此靠近至预定距离时，触发二者之间的近场通信使基站20获得电动汽车车主的身份标识信息，远程传输至管理中心40进行认证，管理中心40作为对整体系统进行计费、管理和控制的远程中心服务器，内部设置认证单元、命令单元和计费管理单元，所述认证单元根据收到的身份标识信息，通过查询用户数据库，确定当前发出接入电网请求的用户是否为登记的合法用户，如果确定是登记用户，则命令单元远程向基站（20）发送打开绝缘保护壳101的指令，从而远程控制基站20打开绝缘保护壳允许电弓301接触充电电网10，同时计费管理单元将当前用户的状态更新接入电网，开始执行对用户帐户计费和管理的操作。电弓301接入充电电网10之后，电动汽车30可以进入充电行驶状态，即一边行驶一边从充电电网10获得电能进行充电；待蓄电池充满后收回电弓301，恢复正常行驶状态，依靠蓄电池的电力供给运行。

图2A-2B是充电电网与电弓在接入及非接入状态下位置关系的截面示意图。如图2A所示，充电电网的最外部被所述绝缘保护壳101所包裹。绝缘保护壳101采用橡胶或其它具有足够机械强度的绝缘材料制成，可以防范意外触电的发生，同时还能保护其内部的充电电网元件免受雨雪、雷电的破坏。绝缘保护壳101的内部具有供电缆线102，采用金属导电材料制作，用于沿着公路长距离传输电能和沿途向接入充电电网的电动汽车供电。绝缘保护壳101的下方具有开口101A。如图2A所示，电弓301被允许接入充电电网之后，在充电行驶状态下，电弓301的受电部件301A接触供电缆线102，可伸缩或升降的弓杆301B从开口101A中伸出，连接到电动汽车的车体并向车体输电，从而使电动汽车获得充电电网提供的电力，维持行驶并对蓄电池进行充电。开口101A的设计尺寸应留有必要的裕度，同时受电部件301A和弓杆301B之间以及弓杆301B与车体之间均采用万向轴连接，从而使电动汽车在充电行驶状态下仍然具有必要的灵活度，方便转向等操作。然而，如图2B所示，由于受到开口101A的尺寸和形状限制，电弓301并不是在任意位置都能够穿过绝缘保护壳101接触供电缆线102取得供电，而只能如下文所介绍的，在基站20处经过身份验证后才被允许接入，这样就消除了电动汽车随意接入电网充电而逃避费用的可能，也能够对充电进行必要的有序管理，防止某一电网区段充电车辆过多引起的负荷过载等问题。

图3是所述基站的结构示意图。在充电电网10上，每隔一定的距离（如每隔1公里）就设置一个或并行设置多个基站20。所述基站20的下部也具有绝缘保护壳101和供电缆线102。通常，绝缘保护壳101如图中虚线框所示位于关闭位置，并且利用电子锁等设备加以锁闭以防其意外打开。

电动汽车30车载蓄电池的剩余电量不足时会向司机发出警报，司机可驾驶至附近的基站20并升起电弓301。如图3所示，电弓301的顶端内置RFID（射频识别）标签301C，RFID标签301C内部存储标识电动汽车车主身份的用户ID。RFID技术是一种高性能的非接触式射频近距通信和自动识别技术，目前在物流、交通、工业自动化领域应用广泛。RFID系统通常由RFID标签和读取器组成，当RFID标签进入读取器生成的电磁场范围内时，二者就可以自动展开近距离通信，目前实际应用的系统中读取器和RFID标签有效通信距离在20cm-1m范围内。当电弓顶端的RFID标签301C与基站20接近到20cm-1m的有效距离内时，基站内的读取器201读取标签中的用户ID。

总控制器202是基站系统的中央控制和数据处理单元，可用各类单片机和中央处理器芯片实现。总控制器202从读取器201获得用户ID，将该用户ID传输至无线通信模块203。无线通信模块203基于GSM、CDMA等各类无线通信网络将用户ID远程发送给管理中心40，管理中心40的服务器上运行用户数据库以及充电管理计费程序。服务器的认证单元基于用户ID查询用户数据库，判断请求接入充电电网的电动汽车30的车主是否为已登记的注册用户；如果是，则由命令单元向基站20传送允许接入指令，否则命令单元向基站传送禁止接入指令。基站20通过无线通信模块203接收管理中心40远程传来的上述指令；总控制器202确认收到允许接入指令后，即打开绝缘保护壳101的锁闭，操作牵引机构204将绝缘保护壳101带动至打开状态，这时电弓301可以继续上升至与供电缆线102相接触，从而接入充电电网获得电力供给；如果收到的是禁止接入指令，则不会打开绝缘保护壳101，电弓301也就无法接入充电电网。接触传感器205可以采用压力传感器；电弓301与供电缆线102相互接触后，接触传感器205生成感应信号并传递给总控制器202，从而使总控制器202能够确定电弓301已接入充电电网。此时，总控制器202控制牵引机构204带动绝缘保护壳101重新恢复关闭状态，防止其它电动汽车由此处未经允许接入充电电网；另一方面，总控制器202经无线通信模块203向管理中心40发送用户ID和确认信息，管理中心40收到确认信息，通过计费管理单元将当前用户的状态更新接入电网，开始执行针对该用户ID的相应帐户计费和管理的操作。

运营方根据实际需要设计各种计费和收费模式，例如：每个电动汽车车主可以预先建立预储值账户，管理中心40从用户ID对应的预储值账户中进行扣费；或者，管理中心40也可以将用户ID与其银行账户相关联，直接从用户的银行账户中扣除充电费用。可以依据电动汽车30接入充电电网10的时间长度按分钟计费，也可以在电动汽车30设置电能表单元，根据电动汽车30实际消耗的电量进行计费。

在蓄电池完成充电后，电弓301断开与充电电网10的连接并收回。这一过程与接入电网相类似，将电动汽车30驶入最近的基站20，基站20的读取器201取得用户ID；之后总控制器202控制牵引机构204打开绝缘保护壳101，电弓301收回从而与供电缆线102脱离接触；接触传感器205生成断开接触的感应信号，总控制器202根据该感应信号再次关闭所述绝缘保护壳101，将用户ID和断开连接的确认信息远程发送给管理中心40。管理中心40收到上述信息后，由计费管理单元将当前用户的状态更新为断开电网，停止对该用户ID的计费，并生成必要的记录。

第二实施例

图4是本发明另一具体实施方式的总体示意图，如图所示，该电动汽车智能化中途充电系统主要的区别是将充电电网10铺设于公路的路面上，电动汽车30在车体底盘配备可向下伸长和收回的电弓301。充电电网10外层具有绝缘保护壳101同样可起到安全保护作用和限制电动汽车30随意接入电网的作用。基站20与靠近至预定距离电弓301发生近场通信获得车主的身份标识信息，远程传输至管理中心40进行认证，管理中心40通过认证单元执行用户权限的认证，通过认证后由命令单元发出指令，从而命令该基站20打开绝缘保护壳101，或者控制基站20保持关闭从而限制无权限的接入，同时计费管理单元执行必要的收费和管理功能。电弓301接入充电电网10之后，电动汽车30可以进入充电行驶状态，待蓄电池充满后收回电弓301，恢复正常行驶状态。

图5A-5B是充电电网与电弓在接入和非接入状态下配合关系的截面示意图。如图5A所示，充电电网的最外部被所述绝缘保护壳101所包裹，绝缘保护壳101的内部具有供电缆线102。由于供电电网铺设于公路路面上，开口101A处于绝缘保护壳101的上方。电弓301的受电部件301A接触供电缆线102，可伸缩的弓杆301B从开口101A中伸出，连接到电动汽车的车体底盘并向车体输电，从而使电动汽车获得充电电网提供的电力，维持行驶并对蓄电池进行充电。如图5B所示，由于受到开口101A的尺寸和形状限制，电弓301并不是在任意位置都能够穿过绝缘保护壳101接触供电缆线102，而只能如下文所介绍的，在基站20处经过身份验证后才被允许接入。

图6是所述基站的结构示意图。与上一实施例相类似，在充电电网10上，每隔一定的距离（如每隔1公里）就设置一个或并行设置多个基站20。所述基站20的上部具有可被打开和关闭的绝缘保护壳101和供电缆线102。在关闭状态下，绝缘保护壳101如图中虚线框所示位于关闭位置，并且利用电子锁等设备加以锁闭。需要充电的电动汽车30驶至某一基站20上方并放下电弓301。电弓301的顶端内置的RFID标签301C与基站20接近到有效距离内后发生近距离无线通信，基站内的读取器201读取标签中的用户ID。总控制器202执行中央控制和数据处理，从读取器201获得用户ID，并控制将该用户ID远程发送给管理中心40。基站20与管理中心40的通信可以如上一实施例所述利用无线通信完成，也可以借助在路面地下铺设光纤或同轴电缆比较方便的优势通过有线通信完成，在这种情况下，如图6所示网络通信接口203连接光纤或同轴电缆并执行与管理中心40的远程通信。管理中心40的作用与上一实施例相同，用于运行用户数据库以及充电管理计费程序，以及控制基站20打开和关闭。牵引机构204带动绝缘保护壳101打开或闭合，接触传感器205生成感应信号并传递给总控制器202，从而使总控制器202能够对电弓301实际接入或断开充电电网进行确认。基站的以上构造与上一实施例基本一致，在此不再详加赘述。

综上所述，本发明实现了电动汽车行驶途中的及时方便充电，而且充电期间仍然使电动汽车保持运行，对远距离、长时间行车具有重要意义，从根本上解决了现在电动汽车的充电难题，具有多种有益的技术效果，有利于电动汽车的推广普及，对节能减排、环境保护、改善交通都具有重要作用。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种电动汽车中途充电系统，所述电动汽车（30）配备电弓（301），在公路沿线设有充电电网（10），其特征在于，所述系统还包括：

绝缘保护壳（101），设置在所述充电电网（10）外层，用于安全保护和防止所述电弓（301）接入所述充电电网（10）；

在充电电网（10）内每隔一定距离设置的基站（20），用于当所述电弓（301）进入到基站（20）预定距离时通过近场通信获得当前电动汽车（30）的身份标识信息并远程上传进行认证；并且根据远程指令打开所述绝缘保护壳（101）使以允许电弓（301）接触充电电网（10）进行充电从而使电动车进入充电行驶状态；

管理中心（40），包括：根据从所述基站（20）远程上传的身份标识信息判断是否允许电动汽车（30）接入充电电网的认证单元；在认证通过的情况下远程向该基站（20）发送打开所述绝缘保护壳（101）的指令的命令单元；以及进行计费和管理的计费管理单元。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述绝缘保护壳（101）包裹内部的供电缆线（102），并且壳体具有开口（101A）；所述开口（101A）限制电弓（301）末端的受电部件（301A）不能直接伸入壳体内部接触所述供电缆线（102）。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述开口（101A）在所述受电部件（301A）通过被所述基站（20）打开的绝缘保护壳（101）伸入壳体内部后使电弓（301）的弓杆（301B）伸出并连接到车体。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基站（20）具有可被打开和关闭的绝缘保护壳（101）和供电缆线（102），以及读取器（201）、总控制器（202）、通信单元（203）、牵引机构（204）；所述电弓（301）的末端具有内置的RFID标签（301C）；所述读取器（201）用于在电弓（301）与基站（20）接近到有效距离以内时读取标签中的用户ID；所述总控制器（202）用于通过所述通信单元（203）将用户ID远程发送给所述管理中心（40）进行认证；总控制器（202）用于在收到管理中心（40）发来的允许接入指令后控制牵引机构（204）打开所述绝缘保护壳（101）以允许电弓（301）接入。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述通信单元（203）是基于移动通信网络的无线通信模块，或者是连接光纤或同轴电缆的有线网络接口。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述RFID标签（301C）与基站（20）的读取器（201）之间发生近场通信的有效距离为20cm至1m。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述基站（20）还包括接触传感器（205），用于在电弓（301）与供电缆线（102）相互发生接触和断开接触时生成感应信号；所述总控制器（202）用于根据所述感应信号，关闭已打开的绝缘保护壳（101），并向管理中心（40）发送用户ID和确认接入及断开的确认信息。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述接触传感器（205）是压力传感器。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述管理中心（40）的计费管理单元基于收到的用户ID和所述确认接入及断开的确认信息执行对用户的计费操作。

10.根据以上权利要求中任意一项所述的系统，其特征在于，所述充电电网（10）和基站（20）均架设在公路上空，所述电动汽车（30）顶部配备可升降的电弓（301）。

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