CN106976412B - 电动汽车行车道路地面受电方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电动汽车领域，特别是涉及一种电动汽车行车道路地面受电方法，适用于所有有电机驱动的汽车，包括纯电动汽车，燃料、电池两用汽车。通过在行车道路上设置地面供电装置，配合电动汽车上的集电轮胎或者受电靴，将电源引导到电动汽车上。电动汽车行驶过程中，集电轮胎或者受电靴与地面供电装置可以随时连通或断开。当电动汽车行驶中，地面供电装置对电动汽车供电或充电，当电动汽车因需要超车或者其他原因离开地面供电装置的时候，集电轮胎或者受电靴与地面供电装置断开，此时电动汽车使用配备的电池或者燃油动力继续行驶。这样电动汽车就做到了大部分时间靠行车道路电源供电或充电，而其他短时间的机动路线行驶可以使用自带的电池或者燃油提供动力。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车领域，特别是涉及一种电动汽车行车道路地面受电方法，适用于所有有电机驱动的汽车，包括纯电动汽车，燃料、电池两用汽车。
技术背景
目前，电动汽车电池续航能力有限是制约电动汽车发展的主要因素。在行车道路上，特别是在高速行车道路上，还没有一种通过供电线路的电源对电动汽车供电的技术方案或产品。如果采用沿高速行车道路设置电动汽车充电桩的方法，投资巨大，维护手续复杂，成本过高，因此市场上急需一种低成本高效率的电动汽车供电技术。
发明内容
本技术针对现有电动汽车续航能力有限而发明。通过在行车道路上设置地面供电装置，配合电动汽车上的集电轮胎或者受电靴，将电源引导到电动汽车上。电动汽车行驶过程中，集电轮胎或者受电靴与地面供电装置可以随时连通或断开。当电动汽车碾压到地面供电装置上的时候，地面供电装置对电动汽车供电或充电，当电动汽车因需要超车或者其他原因离开地面供电装置的时候，集电轮胎或者受电靴与地面供电装置断开，此时电动汽车使用配备的电池或者燃油动力继续行驶。这样电动汽车就做到了大部分时间靠行车道路电源供电或充电，而其他短时间的机动路线行驶可以使用自带的电池或者燃油提供动力。
实现本发明所采用的技术方案是，在行车道路路面设置有地面供电装置，地面供电装置由供电单元组组成，沿行车道路左右平行对称设置的两个供电单元组成一个供电单元组，沿行车道路纵向排列的多个供电单元组组成地面供电装置；供电单元为上方一层平板状导电层，平板状导电层下方或侧方有供电机构，平板状导电层在自然状态下与供电机构电绝缘，在受到电动汽车所附加的激发条件激发下，供电机构接通电源，供电机构通过电缆连接到供电线路上；电动汽车上设置有受电装置，受电装置一端与电动汽车汽车用电器电连接，另一端接触到地面供电装置的平板状导电层并在其上做滚动摩擦或滑动摩擦而接通电源；平板状导电层可以是一块平面导电材料，也可以是多块一定几何形状的导电材料拼接成的近似平板的形状，平板状导电层与周边电绝缘；电动汽车行车道路地面受电方法还设置有一系列的辅助设施，以完成电动汽车用电的自动计费、自动循迹、漏电保护、手动开关等功能。
附图说明
图1是地面供电装置设置在行车道路路面之上交流供电的示意图。
图2是地面供电装置设置在行车道路路面之上直流供电的示意图。
图3是地面供电装置设置在行车道路路面之下供电的示意图。
图4是在行车道路上为地面供电装置设置纵向凹槽的示意图。
图5是行车道路上为多车道行驶而设置的多组地面供电装置示意图。
图6是轮胎着地面圆周包覆导电圈的示意图。
图7是一组集电轮胎与地面供电装置位置关系示意图。
图8是集电轮胎碾压到平板状导电层后电导通的示意图。
图9是受电靴在有引导凹槽的平板状导电层楔形结合示意图。
图10是设置有排水系统的纵向沟槽内绝缘导电体和触发信号之间的关系示意图。
图11是平板状导电层、触发信号、可控硅之间的关系示意图。
图12是整体关系示意图。
图13是电动汽车行驶在行车道路上与地面供电装置位置关系示意图。
图中，1.行车道路路面，2.地面供电装置，3.绝缘层，4.平板状导电层，5.供电机构，6.闭合腔室，7.电缆，8.供电线路，9.集电轮胎，10.电动汽车，11.导电圈，12.电刷，13.导线，14.电机，15.充电装置，16.纵向沟槽，17.弹性装置，18.供电单元，19.供电单元组，20.受电装置，21.汽车用电器，22.受电靴，23.滚轮，24.磁铁，25.受电体，26.空调，27.可控硅，28.触发信号，29.电费自动计费装置、30.自动循迹装置、31.漏电保护装置、32.手动开关装置，33.辅助设施，34.受电导通处，35.排水装置，36.绝缘支撑体，37.引导凹槽，38.受电杆。
具体实施方式
下面结合附图进一步加以说明。
图1中，地面供电装置2设置于行车道路路面1以上，电源为交流电供电，电缆7将供电机构5连接到供电线路上。这种设计，不需要在现有行车道路上挖纵向沟槽，直接将地面供电装置2铺设在现有道路上即可。实际应用中，地面供电装置2应设计的尽量扁平一些。
图2与图1大致相同，不同处为直流供电。
图3中，地面供电装置2，设置于行车道路路面1以下。地面供电装置2上表面与行车道路路面1齐平或者略高一点。这种设计，需要在现有行车道路上挖纵向沟槽，或者，在设计新行车道路的时候，直接设计好纵向沟槽。
图4给出了行车道路上设计纵向沟槽16的示意。在现有行车道路上，需要挖出比较浅的纵向沟槽16；在新行车道路的施工中，直接设计出纵向沟槽16。
图5是行车道路上为多车道行驶而设置的多组地面供电装置示意图。箭头表示汽车行驶方向。地面供电装置2两条为一组车道，一条行车道路上，可以根据需要设计一组或多组。
图6是轮胎着地面圆周包覆导电圈的立体示意图。在现有轮胎基础上，轮胎着地面包覆一圈导电圈11。导电圈11可以是一层金属，也可以是一层导电橡胶，也可以是金属环，当然，可以是任何导电材料。紧贴导电圈11设置有电刷12，电刷12通过导线13连接到汽车电机14或充电装置15上。
图7是一组集电轮胎与地面供电装置位置关系示意图。汽车左右两个集电轮胎9分别碾压在行车道路的左右两条地面供电装置2上，就形成了供电回路。
图8是集电轮胎碾压到平板状导电层后电导通的示意图。电缆7从供电线路8上将电源引到供电机构5上；当集电轮胎9碾压在平板状导电层4上，碾压部位的平板状导电层4与相应部位的供电机构5电导通，形成了受电导通处22，集电轮胎9上的导电圈11也带电，紧贴导电圈11的电刷12将电传输到电动汽车电机14上或者充电装置15上。
图9中，为了使受电靴能够沿着地面供电装置2移动而不会轻易脱离开平板状导电层4，在平板状导电层4上表面可以设置纵向凹槽，称之为引导凹槽37，受电靴22与引导凹槽37楔形结合且可以在其内滑移。
图10中，在纵向沟槽16中，若干绝缘支撑体36支撑起平板状导电层4，在两者之间，有触发信号28，在纵向沟槽16中还设置有排水装置35，以便排掉漏入其中的雨水、雪水。
图11中，触发信号28连接到可控硅的控制极，可控硅的两个阳极分别接到平板状导电层4和电缆7上，当触发信号28触发传递到可控硅控制极，可控硅导通，电源通过电缆7传递到平板状导电层4。
图12是相互关系示意图。从供电线路8引下的电源通过手动开关18再通过漏电保护开关19连接到地面供电装置2上，地面供电装置2通过智能引导系统20、循迹装置21、电费自动计费装置23将电源传递到集电轮胎9或受电靴22上，继而传递到电动汽车的电机14或充电装置15上。
图13是电动汽车行驶在行车道路上与地面供电装置位置关系示意图。电动汽车10行驶在地面供电装置上，可以通过集电轮胎受电，也可以通过受电靴22受电。
根据需要，地面供电装置2可以有两种设计，一种是将地面供电装置2铺设在行车道路路面1之上，使平板状导电层4的上表面高出行车道路路面1。另一种是在行车道路路面1挖纵向沟槽16，将地面供电装置2铺设在纵向沟槽16中，使平板状导电层4的上表面与行车道路路面1基本等高。前者可以在不破坏现有路面的情况下铺设，省工省力，但缺点是地面供电装置2高出路面不美观。后者虽然需要挖掘纵向沟槽16，但地面供电装置2与路面浑然一体。
首选的一种方案是，供电单元18为上方的平板状导电层4与下方的供电机构5及绝缘层3组成，上方的平板状导电层4与绝缘层3共同结合组成一个闭合腔室6，该闭合腔室6可阻止雨水、雪水和灰尘等任何杂物进入，绝缘层3底部与地面紧贴，供电机构5设置在闭合腔室6内的绝缘层3底部，且与绝缘层3底部紧贴，供电机构5通过电缆7连接到供电线路8上，平板状导电层4与供电机构5在自然状态下相互空气隔离且电绝缘，当有电动汽车10经过压在平板状导电层4上时，平板状导电层4与供电机构5在重力作用下机械接触并形成受电导通处34，因而平板状导电层4接通电源，当电动汽车10离开后，平板状导电层4在弹性装置17弹性作用下又与供电机构5形成空气隔离状态；所述供电机构5为设置在地面的连接着电缆7的供电机构5，该供电机构5可以是平板状、条状、块状、柱状等任何形状；在平板状导电层4与纵向沟槽16底面之间有弹性装置17支撑，弹性装置17可以是弹簧或任何弹性材料组成的支撑体；电动汽车10上左右轮胎各有至少一组集电轮胎9，集电轮胎9的外形与构造与市面上的常规轮胎大致相同，特别处在于集电轮胎9是在常规轮胎的着地面圆周包覆一圈导电圈11，也就是在轮胎距圆心最远处的圆周面包覆一层导电圈11，紧贴导电圈11有电刷12，电刷12通过导线13连接到电动汽车10的电机14或充电装置15上；当电动汽车10左右两组的集电轮胎9分别碾压在两条平板状导电层4时，平板状导电层4与供电机构5接触，平板状导电层4被传导带电，电动汽车10用电器与地面供电装置形成电回路，完成地面供电装置对电动汽车10的供电；各个平板状导电层4之间电绝缘。
另一种受电方案是，受电装置20为从电动汽车10的用电器引出受电杆38，其末端连接有受电靴22，两个受电靴22为一组，分别拖行在左右两侧的平板状导电层4上，受电靴22由滚轮23、磁铁24和受电体25组成，受电体25为导电材料组成，受电体25通过导线13分别连接电动汽车10的汽车用电器21上。滚轮23位于受电杆38着地处，可以在地面滚动，引导受电体25接触到平板状导电层4。汽车用电器21包括电机14、充电装置15及空调26等；平板状导电层4为包含铁基材料，以便可以被磁铁24吸附，形成受电接触，平板状导电层4可以是全铁基材料组成，也可以是铁基材料上包覆一层导电性更好的材料，所述包覆一层导电性更好的材料，指贴覆一层金属材料，也包括电镀一层金属材料，受电体25靠磁铁24对平板状导电层4的吸附力而紧贴在平板状导电层4上滑移；受电体25可以是块状导电体，也可以是由金属丝组成的形状如毛刷状导电体；电动汽车10到受电靴22之间，可以参考现有无轨电车或动车的受电杆装置。
还有一种受电方案，相对来说更简洁，供电机构5是可控硅27，可控硅27的阳极一端通过电缆7接到供电线路8上，另一端阳极接到平板状导电层4上，可控硅27的控制极接受电动汽车10经过时所发出的声、光、电、磁、重力等触发信号28，当这些信号满足设计的触发阈值时，可控硅导通，平板状导电层4得到电源，反之则断开电源；所述声、光、电、磁、重力，是指从电动汽车上发出的强度明显高于自然状态下的声、光、电、磁、重力。光触发信号可以是在车辆底部设置激光、红外线光朝向路面；相应路面部分有透明层，内部有光信号接收装置。重力触发信号可以参考电子称原理，将重力转换为电信号。磁信号触发可以靠在车辆底部拖行于路面的磁铁实现。
另一种方案是，平板状导电层4之下为开放式，其下方的供电机构5由弹性装置17、供电机构5、绝缘支撑体36组成，绝缘支撑体36、弹性装置17、供电机构5的下端均固定于纵向沟槽16底部，弹性装置17、供电机构5、绝缘支撑体36顶端高度依次降低，也就是，弹性装置17最高，将平板状导电层4悬空托起，当平板状导电层4上有电动汽车10碾压过时，其压缩弹性装置17后，接触到供电机构5，如果平板状导电层4继续下降，则有绝缘支撑体36最后支撑；纵向沟槽16底部，还设有排水装置35，以便将漏入其中的雨水、雪水排掉。
地面供电装置2的闭合腔室6内充有惰性气体，以减低供电机构的氧化速度，保持尽可能高的导电性。
在同一条行车道路上可平行设置多组地面供电装置2，以便于多车道行驶供电。
辅助设施33包括有电费自动计费装置29、自动循迹装置30、漏电保护装置31、手动开关装置32；每段供电装置2上设置有电费自动计费装置29，以便计算、统计、收取电动汽车从供电装置2获取的电费；自动循迹装置30是根据卫星导航和地面供电装置2提供的相关信号而自动校正电动汽车10行驶路径，以便其能一直沿着地面供电装置2行驶，因而不断获取电源；漏电保护装置31是为了防止下雨或下雪时路面可能的漏电而设置；手动开关装置32设置在供电装置2与供电线路8之间，以便供电系统出现故障或需要检修时断开电源。
为了使地面供电装置2能够承受车辆的重压，可以在平板状导电层4下方设置混凝土板，两者之间还可以设置绝缘层。
自动循迹装置30可以沿行车道路每隔一定距离设置激光数据发射装置，将前方道路若干公里路段数据包发送到电动汽车10的接收装置。
Claims (1)
1.一种电动汽车行车道路地面受电方法，包括：电动汽车、电机、充电装置、轮胎、地面供电装置，其特征是：在行车道路路面(1)设置有地面供电装置(2)，地面供电装置(2)由供电单元组(19)组成，沿行车道路左右平行对称设置的两个供电单元(18)组成一个供电单元组(19)，沿行车道路纵向排列的多个供电单元组(19)组成地面供电装置(2)；供电单元(18)为上方一层平板状导电层(4)，平板状导电层(4)下方或侧方有供电机构(5)，平板状导电层(4)在自然状态下与供电机构(5)电绝缘，在受到电动汽车所附加的激发条件激发下，供电机构(5)接通电源，供电机构(5)通过电缆(7)连接到供电线路上；电动汽车(10)上设置有受电装置(20)，受电装置(20)一端与电动汽车(10)汽车用电器(21)电连接，另一端接触到地面供电装置(2)的平板状导电层(4)并在其上做滚动摩擦或滑动摩擦而接通电源；平板状导电层(4)是一块平面导电材料，或多块一定几何形状的导电材料拼接成的平板形状，平板状导电层(4)与周边电绝缘；电动汽车行车道路地面受电方法还设置有一系列的辅助设施(33)，以完成电动汽车用电的自动计费、自动循迹、漏电保护、手动开关；
所述供电单元(18)为上方的平板状导电层(4)与下方的供电机构(5)及绝缘层(3)组成，上方的平板状导电层(4)与绝缘层(3)共同结合组成一个闭合腔室(6)，该闭合腔室(6)可阻止雨水、雪水和灰尘进入，绝缘层(3)底部与地面紧贴，供电机构(5)设置在闭合腔室(6)内的绝缘层(3)底部，且与绝缘层(3)底部紧贴，供电机构(5)通过电缆(7)连接到供电线路(8)上，平板状导电层(4)与供电机构(5)在自然状态下相互空气隔离且电绝缘，当有电动汽车(10)经过压在平板状导电层(4)上时，平板状导电层(4)与供电机构(5)在重力作用下机械接触并形成受电导通处(34)，因而平板状导电层(4)接通电源，当电动汽车(10)离开后，平板状导电层(4)在弹性装置(17)弹性作用下又与供电机构(5)形成空气隔离状态；所述供电机构(5)为设置在地面的连接着电缆(7)的供电机构(5)，该供电机构(5)是平板状、条状、块状、柱状；在平板状导电层(4)与纵向沟槽(16)底面之间，有弹性装置(17)支撑，弹性装置(17)是任何弹性材料组成的支撑体；电动汽车(10)上左右轮胎各有至少一组集电轮胎(9)，集电轮胎(9)的外形与构造与市面上的常规轮胎相同，集电轮胎(9)是在常规轮胎的着地面圆周包覆一圈导电圈(11)，也就是在轮胎距圆心最远处的圆周面包覆一层导电圈(11)，紧贴导电圈(11)有电刷(12)，电刷(12)通过导线(13)连接到电动汽车(10)的电机(14)或充电装置(15)上；当电动汽车(10)左右两组的集电轮胎(9)分别碾压在两条平板状导电层(4)时，平板状导电层(4)与供电机构(5)接触，平板状导电层(4)被传导带电，电动汽车(10)用电器与地面供电装置形成电回路，完成地面供电装置对电动汽车(10)的供电；各个平板状导电层(4)之间电绝缘；
将地面供电装置(2)铺设在行车道路路面(1)之上，使平板状导电层(4)的上表面高出行车道路路面(1)。
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