CN103419648B - 自充电式电动车 - Google Patents

Abstract

本发明是在我发明的“电动车动态式充电机”基础上进行的，因那项发明不足已真正解决电动车辆受电池电量限制跑不远的实际问题，因它是利用风力发电，不可能把“双螺旋风扇”做得很大，它受安装位的局限，单靠它对铅酸电池充电还是有限的，显然它还是不能承担起替代燃油机汽车的，除非与它配用超级电容电池组有明显的突破。对此我又发明了利用电动车自身驱动直流马达作为发电机，实现了“一机二用”的新功能。经我近月的实际应用结果表明，它实际发电效果特好，功效更高，能使车辆行程增达1.5倍左右，整车电性能全正常。如配置超级电容电池组它将电量充至98％以上，有了这二种自发电设备和快速储能设备，实现电动车长途跋涉是有望的，地球低炭不会是空话了。

Description

自充电式电动车

技术领域

本发明涉及一种“自充电电动车”。

背景技术

为了有效解决车动车辆途中续电的技术问题，我于2012年1月18日申请了发明专利，名称为“电动车动态式充电机”，发明专利号是201210014432.9。那发明专利主要是应用了风力发电技术，通过我发明设计的“双螺旋风扇”基本实现了给电动车铅酸电池组进行边开边充电的功能。但它还是不能真正实现象汽车那样想跑多远就跑多远，想去那儿就去那儿的无限制性，还是摆脱不了只能在市区转转的实际使用范围。它除非配用“超级电容电池组”就会有良好明显的功效出现。我为更有效的实现“自充电式的电动车”，我又在“电动车动态式充电机”的基础上，又发明了；利用电动车自身的驱动直流马达(永磁电动机)，设计成既是当电动机用又是当发电机用，也就是说做到了“一机二用”的功能。经我近月的实际应用结果表明，它的实际发电效果特好，功效更高，整车电性能一切正常，绝无其它问题出现。目前的电动车大多配置了大功率的直流马达，一般车辆配用直流马达都在200W-5KW之间，由于我做到电路转换的新功能，也从中等于给电动车上安装了大功率的发电机，象这样大功率的马达，能作为电动车辆上作发电设备来应用真是梦寐以求的事情了。如果再选用“超级电容电池组”作为储蓄电能，这样的技术组合将对车辆是个极大的提升，它能实现自充电电量达98％以上了。实际上我在发明这“一机二用”的功能之前，我已经开发试用了一套车辆刹车发电设备装置，它的实际发电效果是；用70W/90V齿轮比为7.5的直流发电机，也只能发出800mA的充电电流，它比这个发电效果要小1.5倍呢。二者相比，它既不经济，又增加了一定的重量，还给车辆在刹车时带来了较大的制动力，而且二者的充电工作过程，都是处在车辆不加电的惯性状态中进行的，现在感到它已经多此一举了，对此我放弃了它。

发明内容

为了实现自充电式电动车的功能；我设计了，1设计直流电动机“一机二用”的转换电路，2设计了铅酸电池组充电专用的负载匹配电路，3对超级电容电池组充电电路的设计方案。

一对直流电动机“一机二用”的转换电路设计；大家知道，不管直流电机还是交流电机，它在电路中工作时总是要消耗电能的，但在消耗电能的同时也会产生反电动势，特别是直流电机更为明显，而且还以不同谐波方式存在。以往人们总想通过各种技术手段进行利用它，结果是未能如愿，很难利用它的。目前无刷电机的基本概况；现在电动车一般采用了无刷直流电动机，它具有交流电动机星形线圈的基本结构和工作方式，它用的是无极调速器，其工作频率为14KHZ左右，工作频率越高产生的反电动势就越大。实际上不管是有刷直流电机和无刷直流电机，它们在转动时都会产生电动势的，即使不加电，只要电机的转子或定子有一转动就会有电动势出现，发电机也就是利用这个原理。比如现在48V/20AT电动自行车来说，它所配置使用的电动机就是350W，它最高时速为40码左右，它在加速度时实际工作电流可达15A，在高速的均速状态时它的实际工作电流为10A左右，可以看出它的用电量是相当大的。

我是如何做到实现“一机二用”的呢；其实在实施方式方法上是很简单的，如图1所示，首先将调速器输出给电机的三根电源粗线断开，在线中插接一个12V/20A的12接线二位继电器按图联接就行了，有该继电器随需转换电机工作状态，然后再选用了一个无锁定位的按钮开关控制继电器线圈通断，该按钮开关安装位置的选定如图2所示；它必须安装在车辆调速手柄里或安装在车辆调速手柄外的起控点(最小位置)旁边，我现在就是安装在此处进行操控的(因我现在不可能去制造一个新的又一体化的车辆调速手柄的)，并利用车辆调速手柄里的卷簧复位功能的弹力来触压这按钮开关动作，当调速手柄按反时针转动起步时(车辆为加速度起始时)由于按钮开关得不到卷簧弹力的触压，这时按钮开关将会同时弹出，使得继电器线圈电路接通，迫使继电器做电路转换到车辆电机调速工作状态(加电)，当调速手柄按顺时针转动或放开调速手柄时，在车辆调速手柄里的卷簧作复位时，又被卷簧弹力触压按钮变关位，又迫使继电器线圈电路断电，电路又换到充电电路上去，就这样实时的控制了继电器的工作状态，从而也实现了车辆电机“一机二用”是加电还是发电。加电就是给车辆进行加速度，发电就是车辆在没加速度时滑行状态(车辆处惯性状运动)，同时为了确保调速器在发电状态下不工作，设计了多引一路车辆断电刹车线，接入继电器的其中一组进行控制，这样做的优点有二个，1是能省掉调速器和继电器线圈的耗电，2是确保调速器处在不工作状态达到安全滑行的目的。就这样实现了“一机二用”的电路转换功能。经我近一个月的车辆行驶实际使用，电路安全可靠，丝毫没有异常情况出现，仍然能随心所欲的控制车辆。同时这发电方式经我随车电表测试，车辆在40码时最大充电电流可达2.5A，空载电压右达80V。更令人满意的是，这充电时间可人为掌控，如按节电行驶和多充电理念的话，能使车辆行程增达1.5倍左右(铅酸电瓶)。如配用超级电容电池组做储蓄电能设备的话是最佳技术组合了，它将可能实现完全自充电式电动车了。

二对铅酸电池组充电专用的负载匹配电路的设计；如图1所示，我现在只是把它接成了二组全波整流电路，因现有电动机上星形三线圈的公共端没能引出来，而是被霍尔传感器占用掉了，所以我现在只能接成二组充电回路。其实它可以接成三个全波整流电路的，这就要求今后在制造电动机时把公共端也引出来，作为专用线段使用，从而实现三组全波整流电路，这样得到的充电电能更多。电路的基本组成和作用，二个15A桥堆，作用是把交流电变成直流电，作全波整流用。还有二只二极管，作用是隔离电池电流不倒流和相位电流不串流，同时也起到二次整流的作用。另加一个电感线圈，作用是扼流滤波和因电池内阻较小与负载电抗进行匹配。实际上这个电感线圈的感抗量大小直接影响着车辆的滑行距离长短的，由于发电机电路中反向电动势的作用力较大，会出现较严重的自刹车问题；当这个电感线圈绕阻值小于15欧姆时(我没能力实测这线圈的感抗量，只能用线阻值说明)，车辆会出现明显的车辆自动刹车动作，使得车辆无法按贯性自动滑行，从而大大减少自充电的电量取得，反之当电感线圈绕阻值大于15欧姆时，也将会减少自充电的电流值。它是“一机二用”新功能电路的核心技术问题，它的数值大小必须依据不同电池的内阻而定。

三对超级电容电池组充电电路的设计；据超级电容电池特性介绍得知具体特征是；(1)充电速度快，充电10秒～10分钟可达到其额定容量的95％以上；(2)循环使用寿命长，深度充放电循环使用次数可达1～50万次，没有“记忆效应”；(3)大电流放电能力超强，能量转换效率高，过程损失小，大电流能量循环效率≥90％；(4)功率密度高，可达300W/KG～5000W/KG，相当于电池的5～10倍；(5)产品原材料构成，没有污染，是理想的绿色环保电源；从中得知它的内阻比铅酸电池要大些，看来负载匹配不会是主要问题，而它的主要问在于各电容电池串联后可能会出现的是充电不均的问题。对于这问题我将按如下方法设计解决；准备采用配置一块独立的小安时(12V/20AT)的铅酸电池，让车辆自发电先给这电池组充电，然而再用150W左右的电源逆变器给待充电的超级电容电池组进行定时段充电，用这方法克服了自发电充电源波动大的问题，能有效解决充电不均的实际问题，这样会更有利于正负离子的移动。这里要说明的是，用这种方式充电时车辆的工作电路电压与充电电路电压可以一样了，无须进行电路转换了，但必需接上市电(在家)充电器了。这种充电方式我叫它为“零存整取充电法”。我这设计方案是考滤到“超级电容电池组”重量远比其它电池轻的前提下比较适用，不会给车辆增加太多重量的。

附图说明

图1为“一机二用”工作原理图。

图2为直流电机“一机二用”转换电路控制安装图。

具体实施方式

图1为“一机二用”工作原理图。图中新增元件的基本作用：J继电器它的作用是起到对马达工作状态进行变换，即是电动机状态还是发电机状态。按钮开关的作用是接受调速柄的控制进行对J继电器线圈是通电还是断电。D1，D2桥堆的作用就是起脉冲交流电变为脉冲直流电的整流作用。D3，D4的作用是主要起到隔离被充电电池组的电能不反流的作用，同时也起到二次整流用途。L的作用是起到与负载电路匹配及滤波的作用。电动机电路的工作过程；它首先要求调速柄释放压力让按钮开关弹出，接通继电器线圈构成通电回路，达到电路转换，与调速器三根输出电源线接通，电动车得到电能开始工作给车辆加速度。充电电路的工作过程；当电动机三根输入线红，黄，蓝线分别接J1，J2，J3的常接点，这时构成了二组充电回路，经D1，D2桥堆各自回路输出电能，又经D3，D4各自再次整流变成脉冲直流电，最后经扼流线圈滤波成比较平直的脉冲直流电对电池组进行充电。

图2为直流电机“一机二用”转换电路控制安装图。主要是固定按钮开关，并随时与调速柄联动，达到人为控制转换电路，是作电动机用还是作发电机用。

一直流电动机“一机二用”的转换电路实施方法；我对转换电路设计原则是以节电为提前，所以我把继电器的中心长片接为发电马达输入输出的公共点，把继电器的静态接点联接充电电路，把继电器的工作动态接点联接调速器的三根输出上。这样做的优点是；1可得到更多更大的车辆断电后高速滑行的电能，因车辆在实际行驶中加电状态要比不加电状态少，滑行比较长。2这样做能使继电器少工作少耗电。对于安装实施比较容易了，首先把要接入的一只12V/20A的12接线二位继电器分别焊上引线，长度为15CM，并做好公母接插头。最后只要拆开电动车找到调节器上三根最粗的输出线，还有5根细线不用动它，将原来用接插件联接处解开，然后接入继电器并一一对应联接就行了。

二对铅酸电池组充电专用的负载匹配电路的实施方法；我是选用了吊扇上的开关调节器，它是个可调的电感线圈，其中有4个可调挡位，也就是说有5个抽头引出，我只在其中用了15欧姆线圈组，用作充电电路负载匹配器，经实际使用它为最佳匹配线圈。

三对超级电容电池组充电电路的实施方法：即多配置一块(12V/20AT)的铅酸电池，作为车辆公共充电用，还配置一只150W左右的电源逆变器，同时恢复车辆转换电路，使车辆工作电路电压与充电电路电压一样，只分工作电路和充电电路挡位。因我还没购买到它呢。

Claims (1)

1.一种自充电式电动车，包括电池组、按钮开关、无极电子调速器、调速手柄、电机、电机调速电路和充电电路，其特征在于，所述电机具有一机两用的功能，其既能作为电动机使用也能作为发电机使用，该自充电式电动车还包括继电器，所述继电器接入电动车原有的电机和无极电子调速器之间，通过按钮开关实现电机“一机两用”的电路转换功能，所述继电器的静态接点连接充电电路，所述继电器的工作动态接点连接调速器；所述充电电路包括桥式整流模块、二极管、扼流线圈和电池组，所述二极管用于防止充电电池组的电能反流，同时也起到二次整流的作用，所述扼流线圈的作用是起到与负载匹配及滤波的作用，当电动车处于自充电状态时，由电机输出的交流电经桥式整流模块整流后变成直流电，并经过二极管进行二次整流，最后经扼流线圈滤波成比较平直的脉冲直流电对电池组进行充电；所述按钮开关安装在车辆调速手柄里或车辆调速手柄外的起控点旁边，所述电池组为铅酸电池组或铅酸电池与超级电容电池组合的电池组。