CN109606121B - 一种电动汽车行驶过程中的充电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动汽车行驶过程中的充电装置，在实现电动汽车行驶中充电的同时，车辆不会受到限制，可以与普通车辆一样自由变道，超车行驶。本装置通过在地面上间次铺设多组正极线及负极线，并在电动汽车底部安装充电装置，通过充电装置的取电杆两端与电动汽车充电电路两极相连，从而实现充电的目的；当汽车变道行驶时，通过摄像头识别，自动控制取电杆组的方向与地面的正、负极线相同，并通过取电杆长度及地面极线间距配合，保证在变道的任意时刻至少有一根取电杆形成闭合回路，从而保证变道时充电的连续性，实现充电过程中不受限的变道。

Description

一种电动汽车行驶过程中的充电装置

技术领域

本发明属于电动汽车充电装置领域，具体涉及一种电动汽车行驶过程中的充电装置，尤其是电动汽车不受限制、可自由变道行驶的充电装置。

背景技术

电动汽车在这些年的发展突飞猛进，市场占有量越来越高，车辆的纯电化作为国家的战略部署，正在稳步推进中。但是电动汽车由于现阶段电池技术的限制，续航里程还难以满足消费者的需求，续航里程短、充电装置少、等待时间长成为电动汽车推广的首要难题。为了解决充电及续航里程短的难题，已经涌现出不少电动汽车行驶中充电的技术方案，中国专利(CN106945565A)公开了一种汽车行驶中的无线充电装置，采用不接触的无线充电方式，但是无线充电方式充电效率低、速度慢、成本高昂；中国专利(CN104859463A)公开了一种电动汽车行驶中充电装置及充电方法，采用类似电车的接触线式充电方式，但是需要像电车一样在车顶竖起一根取点杆，由于家用车高度较低，就会导致需要较高的取电杆，不仅行驶时影响稳定性，还需要沿着接触线行驶，在复杂的路况下是难以实现的；中国专利(CN102275513A)公开了一种电动汽车在行驶过程中由地面取电的用电及充电方法，在车底伸出取电装置卡入车道上设计的凹槽中取电，同样的，车辆的行驶会受到凹槽的限制，车辆在车道的行驶受限，不能满足普通道路上的变道超车等操作，需要在指定的路段上按顺序依次行驶，现实的可行性不强。

因此，设计一种可以自由取电，而不受取电装置限制车辆运行轨迹与现有道路兼容，不影响其他普通燃油车辆正常行驶的充电装置就成为了首要目标。

发明内容

为了克服上述现有的电动汽车行驶中充电技术的缺陷，本发明提供一种车辆行驶不受限制的，与现有道路、非充电车辆兼容的行驶中电动汽车充电装置。

本发明所采用的技术方案是：

一种电动汽车行驶过程中的充电装置，包括取电装置以及地面装置，所述取电装置包括取电杆组、底部支座、旋转盘架、连接杆、电机B、电机A、摄像头和处理器，所述取电杆组通过连接杆套接在转轴A上，转轴A固定在旋转盘架上，旋转盘架安装在底部支座上，且旋转盘架可以绕其底部的转轴B旋转，底部支座上安装有电机B，电机B的输出轴上安装有齿轮，与旋转盘架的周向齿啮合；连接杆套接在转轴的一端加工有齿状，该齿状与电机A输出轴上的齿轮啮合，电机A安装在旋转盘架上；旋转盘架上还安装有摄像头和处理器，取电杆组与连接杆铰接，且铰接处安装有压紧弹簧；所述地面装置包括交直流转换器以及平行间隔排布的正极线与负极线。

上述装置中，所述取电杆组包括前取电杆及后取电杆，前取电杆、后取电杆的一端均与绝缘连接杆连接，两端面处于同一平面上，两取电杆相互平行，绝缘连接杆与连接杆铰接，前、后取电杆中部均设有绝缘层；所述前、后取电杆两端分别连接电动汽车充电电路的两极；所述前取电杆及后取电杆的长度之和是正负极线间距的3倍。

上述装置中，所述正、负极线是埋设在地面浅层的导体钢轨，钢轨露出地面的截面是梯形，埋设到地面下方的截面为矩形；所述直流转换器将外部电网的交流电转换为直流电，其输出端的正负极分别与正极线及负极线相连接。

上述装置中，所述取电杆组中，至少有一个取电杆与正、负极线构成回路，具体为：前取电杆恰好脱离当前回路、后取电杆构成回路，前取电杆脱离回路、后取电杆构成回路，前后取电杆同时构成回路，前取电杆构成回路、后取电杆脱离前一个回路，前取电杆恰好脱离当前回路、后取电杆构成回路。

本发明的有益效果是：在实现行驶中充电的同时，行驶中的车辆不会受到限制，可以与普通车辆一样自由变道，超车行驶而不必像其他的行驶中充电技术那样需要沿着架空的接触网行驶或者将取电装置深入地面轨道取电并沿着轨道行驶。可以与现有的道路兼容，不必架设取电网，与普通车辆兼容，不必限制在充电路段上行驶的必须是充电车辆，充电路段不会对普通车辆造成干扰，更加具有现实可行性，具有商业应用前景。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

图1是取电装置整体示意图；

图2是取电装置驱动部分局部放大图；

图3是取电杆组及压紧结构局部放大图；

图4是取电杆内部电路示意图；

图5是地面供电线路示意图；

图6是地面正负极线安装示意图；

图7是取电杆组在车道不同位置时与正负极线的接触情况示意图；

图8是完整充电电路示意图；

图中：1.前取电杆，2.绝缘层，3.绝缘连接杆，4.连接杆，5.电机A，6.底部支座，7.旋转盘架，8.摄像头和处理器，9.安装孔，10.后取电杆，11.电机B，12.转轴A，13.转轴B，14.压紧弹簧，15.输电线，16.电动汽车充电电路，17.正极线，18.负极线，19.交直流转换器，20.汽车电池组。

具体实施方式

下面结合附图，举例对本发明进行进一步说明。

如图1、2、3、5所示，电动汽车行驶过程中不受限制的充电装置包括取电装置以及地面装置，所述取电装置包括取电杆组、底部支座6、旋转盘架7、连接杆4、电机B11、电机A5、摄像头和处理器8；所述地面装置包括交直流转换器19以及平行间隔排布的正极线17与负极线18，交直流转换器19与外部电网直接相连，将交流电转换成电动车充电所需电压的直流电，其输出的正、负极分别与正极线17及负极线18相连接。

所述取电杆组通过连接杆4套接在转轴A12上，转轴A12通过支架固定在旋转盘架7上，旋转盘架7安装在底部支座6上，且旋转盘架7可以绕其底部的转轴B13旋转，底部支座6上设有安装孔9，通过螺栓螺母将底部支座6按图1所示的方向安装在电动车底部，旋转盘架7周向加工成齿形，底部支座6上安装有电机B11，电机B11的输出轴上安装有齿轮，与旋转盘架7的周向齿啮合，从而驱动旋转盘架7来调整取电杆组的朝向；连接杆4套接在转轴A12的一端加工有齿状，该齿状与电机A5输出轴上的齿轮啮合，电机A5通过驱动齿状从而控制取电杆的升降，电机A5安装在旋转盘架7上；旋转盘架7上还安装有摄像头和处理器8，用以检测取电杆组与地面正负极线的夹角；取电杆组与连接杆4铰接，且铰接处安装有压紧弹簧14(图3)，用于充电装置与地面接触时，使得取电杆与地面压紧并保持平行。

所述取电杆组包括前取电杆1及后取电杆10两部分，前取电杆1、后取电杆10的一端均与绝缘连接杆3连接，绝缘连接杆3与连接杆4铰接，与绝缘连接杆3相连接的两取电杆端面处于同一平面上，形成Z字形，且两取电杆相互平行；前、后取电杆中部均设有绝缘层2，使电流流入电动汽车充电电路，避免发生短路；前取电杆1两端分别通过输电线15连接电动汽车充电电路16的两极，后取电杆10两端分别通过输电线15连接电动汽车充电电路16的两极(图4)；前取电杆1及后取电杆10的长度之和是正负极线间距的3倍，本实施例中前取电杆1及后取电杆10的长度是正极线17与负极线18间距的1.5倍，正极线17与负极线18为埋设在地面浅层的导体钢轨，分别与经过整流器处理后的外部直流电路的正极与负极相连接(图5)，钢轨在地面表层露出约5mm高度的梯形截面，梯形截面的上底宽为30mm、下底宽为40mm，埋设到地面下方的钢轨的截面为矩形，其宽度为40mm、高度为20mm(如图6所示)；正极线17与负极线18交替平行埋设在路面，相邻正极线17与负极线18间距600mm(图5)；在道路上按照实际路面宽度，在主路上安装4-6根正极线17与负极线18，交直流转换器19将外部电网的交流电转换为直流电，输出端的正负极分别与正极线17及负极线18相连接，保证正负极之间的电压为恒定值；本实施例中绝缘连接杆3长度在1米以内。

需要进行充电时，行驶中的车辆放下取电杆组，取电杆组与地面的正极线17及负极线18构成闭合回路，取电杆两端电压为正、负极线的电压差，取电杆两端与电动汽车充电电路16的两极相连，从而实现充电功能；当汽车变道行驶时，摄像头拍摄地面上负极线18或者正极线17的走向，传递信号给处理器，处理器判断车辆相对地面负极线或者正极线的偏角，输出一个反向旋转且角度相同的控制信号给取电杆组的电机B11，使得旋转盘架7绕转轴B13旋转相应的角度，从而保持取电杆组的方向与地面的正、负极线相同。取电杆组的前取电杆1、后取电杆10中，两个或者其中一个取电杆与正、负极线构成回路，保证在变道的任意时刻至少有一根取电杆形成闭合回路，从而保证变道时充电的连续性、在充电道路行驶时充电的连续性，并且不需要限制电动车的运行轨迹，可以任意变道。

本装置的充电原理为：当电动车辆行驶到充电道路时，驾驶员按下取电开关(取电开关设在中控台上，通过电路与处理器相连，用以向处理器发送收放取电杆的指令)，摄像头拍摄地面照片，传送给处理器，处理器检测地面正负极线的朝向，计算出车头朝向与正负极线的夹角，输出一个等大反向的角度信号给电机B11，使得电机B11向旋转此角度，保持取电杆组朝向与正负极线方向相同，然后电机A5驱动转轴A12旋转，取电杆组被下放到地面，在压紧弹簧14的作用下被压紧在地面上与正负极线相接触，形成闭合回路。结合图8，交直流转换器19从外部电网取电，并转换为电动车充电所需的直流电，输入到正负极线中，电流通过正极线流入与正极线相接触的取电杆，流入电动汽车充电电路16的正极输入，再流入电动汽车电池组20，然后从电动汽车充电电路16的输出端流出，经过取电杆绝缘层另一端流入与取电杆接触的负极线中，最后流入负极线，形成完整的闭合回路，从而实现对电动车的充电。

下面叙述本装置如何在变道等工况下实现不间断的充电：结合图7、8，当车辆做变道行驶时，摄像头实时拍摄地面，传递信号给处理器，处理器判断车辆相对地面负极线或者正极线的偏角，输出一个反向旋转且角度相同的控制信号给取电杆组的电机B11，使得旋转盘架7绕其转轴B13旋转相应的角度，从而保持取电杆组的方向与地面的正负级线相同。由于电机B11的控制作用，取电杆组始终与地面正负极线保持平行，由于单根取电杆的长度为1.5倍的两极线的间距大小，通过取电杆长度与两极线间距的配合实现移动过程中的不间断充电。结合图7中的状态A-E，当取电杆组与地面极线形成状态A时，前取电杆1恰好脱离当前回路、后取电杆10构成回路，取电杆组向车道外侧移动到状态B时，前取电杆1脱离回路、后取电杆10构成回路，取电杆组继续向车道外侧移动到状态C时，前后取电杆同时构成回路，继续移动到状态D，前取电杆1构成回路、后取电杆10脱离上一个回路，继续移动到状态E，前取电杆1恰好脱离当前回路、后取电杆10构成回路；可见，在车道的任意位置，取电杆组中的前取电杆1、后取电杆10，同时或者其中一个取电杆与正负极线构成回路，保证在变道的任意时刻至少有一根取电杆形成闭合回路，从而保证变道时充电的连续，不需要限制电动车的运行轨迹，可以任意变道。

需指出，本实施例的目的是为了更好的解释本发明，而不是限制本发明的保护范围。实施例中设置的算法的参数值和具体电池参数只是本次实验验证所需，基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创新性劳动的前提下的其他所有实施例，都应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电动汽车行驶过程中的充电装置，其特征在于，包括取电装置以及地面装置，所述取电装置包括取电杆组、底部支座(6)、旋转盘架(7)、连接杆(4)、电机B(11)、电机A(5)、摄像头和处理器(8)，所述取电杆组通过连接杆(4)套接在转轴A(12)上，转轴A(12)固定在旋转盘架(7)上，旋转盘架(7)安装在底部支座(6)上，且旋转盘架(7)可以绕其底部的转轴B(13)旋转，底部支座(6)上安装有电机B(11)，电机B(11)的输出轴上安装有齿轮，与旋转盘架(7)的周向齿啮合；连接杆(4)套接在转轴A (12)的一端加工有齿状，该齿状与电机A(5)输出轴上的齿轮啮合，电机A(5)安装在旋转盘架(7)上；旋转盘架(7)上还安装有摄像头和处理器(8)，取电杆组与连接杆(4)铰接，且铰接处安装有压紧弹簧(14)；所述地面装置包括交直流转换器(19)以及平行间隔排布的正极线(17)与负极线(18)；

所述取电杆组包括前取电杆(1)及后取电杆(10)，前取电杆(1)、后取电杆(10)的一端均与绝缘连接杆(3)连接，两端面处于同一平面上，两取电杆相互平行，绝缘连接杆(3)与连接杆(4)铰接，前、后取电杆中部均设有绝缘层(2)。

2.根据权利要求1所述的电动汽车行驶过程中的充电装置，其特征在于，所述前、后取电杆两端分别连接电动汽车充电电路(16)的两极。

3.根据权利要求2所述的电动汽车行驶过程中的充电装置，其特征在于，所述前取电杆(1)及后取电杆(10)的长度之和是正负极线间距的3倍。

4.根据权利要求1所述的电动汽车行驶过程中的充电装置，其特征在于，所述正、负极线是埋设在地面浅层的导体钢轨，钢轨露出地面的截面是梯形，埋设到地面下方的截面为矩形。

5.根据权利要求1所述的电动汽车行驶过程中的充电装置，其特征在于，所述交 直流转换器(19)将外部电网的交流电转换为直流电，其输出端的正负极分别与正极线(17)及负极线(18)相连接。

6.根据权利要求1所述的电动汽车行驶过程中的充电装置，其特征在于，所述取电杆组中，至少有一个取电杆与正、负极线构成回路。

7.根据权利要求1所述的电动汽车行驶过程中的充电装置，其特征在于，所述取电杆组构成的回路包括：前取电杆(1)恰好脱离当前回路、后取电杆(10)构成回路，前取电杆(1)脱离回路、后取电杆(10)构成回路，前后取电杆同时构成回路，前取电杆(1)构成回路、后取电杆(10)脱离前一个回路，前取电杆(1)恰好脱离当前回路、后取电杆(10)构成回路。

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