CN111976517B - 电动汽车应急充电系统及充电车 - Google Patents

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Abstract

一种电动汽车应急充电系统及充电车，该电动汽车应急充电系统包括内燃机系统、电池充电控制系统，以及用于连接所述内燃机系统和所述电池充电控制系统的驱动轴，所述内燃机系统安装在充电车上，所述电池充电控制系统安装在电动汽车上，所述内燃机系统包括内燃机和固设于所述内燃机的飞轮，所述飞轮上开设有第一驱动接口，所述电池充电控制系统包括电机控制器，以及与所述电机控制器电连接的驱动电机和动力电池，所述驱动电机上设有第二驱动接口，所述驱动轴用于耦合连接所述第一驱动接口和所述第二驱动接口，所述内燃机通过所述驱动轴连接所述充电机，所述内燃机的机械能转化成交流电，并通过所述电机控制器整流后对所述动力电池充电。

Description

电动汽车应急充电系统及充电车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种电动汽车应急充电系统及充电车。
背景技术
电动汽车具有安静舒适和良好的驾驶性特点，近年在市场的占有率逐渐提升。但目前电池的性能限制了电动汽车的续航里程和充电时间，且充电桩的分布和数量不能满足电动汽车部分场景的充电需求，加上整车续航里程估算和显示不准确因素，电动汽车在抵达目的地或充电位置之前因电量过低而抛锚的现象时有发生，需要应急充电装置为电动汽车的电池充电。
现有的应急充电方法是通过充电车上的电池给电动汽车的电池充电；充电车上配置了内燃机驱动的发电机，发电机产生的电能通过整流器给移动电池充电。整个充电过程存在如下能量转化环节：燃料的化学能驱动内燃机做功、内燃机的机械能转化成发电机电能、发电机的交流电能整流成直流电、直流电给移动电池充电、移动电池输出的直流电通过逆变整流装置输出直流电给电动汽车的电池充电。上述的每个能量转化环节都会进行能量转化导致能量效率降低，同时让充电车的散热更加复杂，转化与控制装置众多增加了充电车的成本。
因此，需要优化现有的应急充电方法，减少能量转化环节，提供充电车的能量装换效率并降低成本。
发明内容
鉴于上述状况，有必要提供一种电动汽车应急充电系统及充电车，以提高能量效率和降低成本。
一种电动汽车应急充电系统，包括内燃机系统、电池充电控制系统，以及用于连接所述内燃机系统和所述电池充电控制系统的驱动轴，所述内燃机系统安装在充电车上，所述电池充电控制系统安装在电动汽车上，所述内燃机系统包括内燃机和固设于所述内燃机的飞轮，所述飞轮上开设有第一驱动接口，所述电池充电控制系统包括电机控制器，以及与所述电机控制器电连接的驱动电机和动力电池，所述驱动电机上设有第二驱动接口，所述驱动轴用于耦合连接所述第一驱动接口和所述第二驱动接口，所述内燃机通过所述驱动轴连接所述充电机，所述内燃机的机械能转化成交流电，并通过所述电机控制器整流后对所述动力电池充电。
进一步的，上述电动汽车应急充电系统，其中，所述电池充电控制系统还包括机车驱动装置，所述机车驱动装置与所述电机控制器连接，当所述电机控制器检测到第二驱动接口连接所述驱动轴时，控制车轮与所述机车驱动装置解耦。
进一步的，上述电动汽车应急充电系统，其中，所述内燃机系统还包括废气处理装置，所述废气处理装置包括抽风管道、催化还原装置和排气扇，所述抽风管道连接所述内燃机的废弃出气口和所述排气扇，所述催化还原装置置于所述抽风管道上。
进一步的，上述电动汽车应急充电系统，其中，所述内燃机系统还包括一运动托盘，所述运动托盘包括升降组件、与所述升降组件固定连接的平移组件，以及与所述平移组件滑动连接的托盘，所述平移组件用于使所述托盘沿着水平方向移动，所述升降组件用于控制所述平移组件和所述托盘沿着竖直方向移动，所述内燃机固定于所述托盘上。
进一步的，上述电动汽车应急充电系统，其中，所述升降组件包括一底座、固定板，以及第一液压缸，所述底座与所述固定板之间通过导向套和导向柱连接，所述第一液压缸的输出轴与所述固定板固定连接，所述固定板与所述平移组件固定连接。
进一步的，上述电动汽车应急充电系统，其中，所述平移组件包括分别固定于所述固定板两侧的两个第二液压缸，所述托盘的两侧分别与两个所述第二液压缸的输出轴固定连接。
进一步的，上述电动汽车应急充电系统，其中，所述驱动轴包括杆部和设于所述杆部两端的连接键，所述杆部两端的连接键分别用于耦合所述第一驱动接口和所述第二驱动接口。
本发明实施例还提供了一种充电车，包括上述任意一项所述的电动汽车应急充电系统中的内燃机系统，所述内燃机系统安装在所述充电车的车体上，所述充电车的后端地板上固定有支撑板，所述内燃机安装在所述支撑板上。
本发明利用充电车上的内燃机系统和电动汽车上的电池充电控制系统来实现对电动汽车充电。通过将内燃机的机械能转化成交流电，并整流后给电动汽车的动力电池充电；相比现有技术的充电方法减少了能量转化环节，提高了应急充电的能量转化效率。并且，本实施例中充电车不需要配置车载移动电池、整流器和逆变器装置，大幅降低硬件成本；同时减少了能量转化过程产生的热量，降低了充电车的热管理成本；提高了充电过程能量转化效率以降低充电成本。
附图说明
图1为本发明第一实施例中的电动汽车应急充电系统的结构示意图；
图2为本发明第一实施例中内燃机和驱动电机耦合状态下的结构示意图；
图3为本发明第一实施例中的驱动电机的结构示意图；
图4为本发明第一实施例中的驱动轴的结构示意图；
图5为本发明第一实施例中的运动托盘的结构示意图；
图6为本发明第二实施例中的充电车的结构示意图；
图7为本发明第三实施例中的电动汽车的结构示意图；
图8为本发明一实施例中从电动汽车前方实施应急充电工作的结构示意图；
图9为本发明另一实施例中从电动汽车后方实施应急充电工作的结构示意图。
主要元件符号说明
Figure BDA0002600802010000031
Figure BDA0002600802010000041
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供该实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1至图4，为本发明第一实施例中的电动汽车应急充电系统，包括内燃机系统、电池充电控制系统，以及用于连接内燃机系统和电池充电控制系统的驱动轴。该内燃机系统安装在充电车上，以对电动汽车的动力电池进行充电。该电池充电控制系统安装于电动汽车上，其作为电动汽车的必要组成部分。
具体的，该内燃机系统包括内燃机12和固设于内燃机12上的飞轮121，该飞轮121上开设有第一驱动接口121a，具体实施时，该第一驱动接口121a可设于飞121轮的中心位置。
该电池充电控制系统包括电机控制器33，以及与该电机控制器33电连接的驱动电机32和动力电池31。该驱动电机32为电动汽车中常用的电机，其具备驱动和倒拖发电的功能。该驱动电机32连接有机车驱动装置，该机车驱动装置用于牵引该驱动电机32的输出轴至车轮之间传递力矩的装置。该驱动电机32上开设有第二驱动接口321，该第二驱动接口321设于该驱动电机32的转子上。
该动力电池31包含有BMS(电池管理系统)，该BMS和电机控制器之间可以建立通讯以满足动力电池充放电过程中的信号交互。该电机控制器33通过电连接件连接动力电池的高压回路。该电机控制器33具有整流功能，驱动电机32产生的电能通过电机控制器33整流后充入动力电池31中。
该驱动轴2用于耦合连接该第一驱动接口121a和第二驱动接口321。如图4所示，该驱动轴2包括杆部22和设于该杆部22两端的连接键21，23。该杆部22两端的连接键21，23分别用于耦合第一驱动接口121a和第二驱动接口321。
通过该驱动轴2可将该内燃机12的飞轮121与驱动电机32的转子连接。当内燃机12启动时，内燃机12做功通过飞轮121上的第一驱动接口121a带动驱动轴2旋转，驱动轴2进一步带动驱动电机31旋转发电；驱动电机32产生的电能通过电机控制器33整流后充入动力电池31中，充电过程中动力电池31的BMS实时向电机控制器33发送充电功率请求，电机控制器33根据BMS的充电功率请求控制驱动电机32的发电功率，从而保证充电功率在动力电池31的安全范围内；当动力电池31充到足够的电量时停止移动内燃机12工作，并取出驱动轴2。
需要说明的是，当电机控制器33检测到第二驱动接口321连接驱动轴2时，控制车轮与机车驱动装置解耦，即驱动电机倒拖发电过程中，电动汽车将保持静止。
进一步的，该内燃机系统还包括一运动托盘11，该运动托盘11与内燃机12固定连接，用于驱动内燃机12上下和水平方向移动。具体的，如图5所示，该运动托盘11至少包括升降组件、与升降组件固定连接的平移组件，以及与该平移组件滑动连接的托盘111。该平移组件用于使托盘111水平移动，该升降组件用于控制平移组件和托盘111沿着竖直方向移动，该内燃机固定于该托盘111上。
该升降组件包括一底座112、固定板113，以及第一液压缸114。该底座112可通过几个安装孔固定在充电车上，该底座112与固定板113之间通过导向套和导向柱连接。该第一液压缸114固定在该底座112上，该第一液压缸114的输出轴与固定板113固定连接。该平移组件包括分别固定于固定板113两侧的两个第二液压缸115，该托盘111的两侧分别与两个第二液压缸115的输出轴固定连接。该托盘111的底部固设有滑轮，该固定板113上开设有与该滑轮匹配的滑槽，该托盘111与固定板113通过滑轮和滑槽实现滑动连接。
内燃机12安装在运动托盘11上可以灵活调整位置从而顺利地将飞轮121的第一驱动接口121a对准驱动电机32的第二驱动接口321。
进一步的，该内燃机系统还包括废气处理装置14，该废气处理装置14包括抽风管道、催化还原装置(SCR)和排气扇。该抽风管道连接所述内燃机的废弃出气口和所述排气扇，所述催化还原装置置于抽风管道上。
内燃机上设置有燃油输送接口122，燃料输送至内燃机的燃烧室后，在燃烧室内形成混合气并燃烧，最后将燃烧后的废气通过废弃出口123排出。燃烧后的废弃中含有氮氧化物(NOx)直接排放的话会对空气造成污染。
催化还原装置利用得自尿素注射的氨水来与NOx反应。存储在SCR内的催化剂床中的氨水与NOx反应，优选地与NO2反应，并产生有利的反应以还原NOX，从而将氮氧化物分解为无害的氮气(N)和水(H O)。
本实施例中利用充电车上的内燃机系统和电动汽车上的电池充电控制系统来实现对电动汽车充电。通过将内燃机的机械能转化成交流电，整流后给电动汽车的动力电池充电；相比现有技术的充电方法减少了能量转化环节，提高了应急充电的能量转化效率。并且，本实施例中充电车不需要配置车载移动电池、整流器和逆变器装置，大幅降低硬件成本；同时减少了能量转化过程产生的热量，降低了充电车的热管理成本；提高了充电过程能量转化效率以降低充电成本。
请参阅图6，为本发明第二实施例中的充电车1，其包括上述实施例中的内燃机系统，该内燃机系统安装在充电车1的后端，该充电车1后端的尾门13可以通过上开翻转实现开闭。具体的，该充电车1的后端地板上固定有支撑板15，该运动托盘11固定在该支撑板15上，该内燃机12固定在该运动托盘11上。该废气处理装置14通过抽风管道连接到该内燃机的废弃出口，该排气扇可安装在该充电车的顶部。该废气处理装置将内燃机产生的废气处理至满足环保要求排放到充电车的外部。
请参阅图7，为本发明第三实施例中的电动汽车3，该电动汽车3包括上述实施中的电池充电控制系统。动汽车3可以设有一个或多个驱动电机32，驱动电机32可以布置在电动汽车3的前部、后部或前部与后分别布置。该电动汽车上开设有与驱动轴适配的通孔34，该通孔34的布置位置适应驱动电机32的位置，满足驱动轴2可以顺利地从该通孔34插入并与驱动电机32的第二驱动接口321耦合。
图8示出了本发明一实施例中从电动汽车3前方实施应急充电工作的方式，电动汽车3的驱动电机32和第二轴安装口34位于电动汽车3的前方，充电车1静止停放在电动汽车3前方的适当距离内。将驱动轴安装至电动汽车，使驱动轴的连接键与驱动电机32的第二驱动接口321连接；充电车调整运动托盘11的空间位置，使内燃机12上的第一驱动接口121a和驱动轴2另一端的连接键匹配对接，再将运动托盘11的位置锁定。
启动充电车1的内燃机12，内燃机12产生的废气通过废气处理装置14处理至满足环保要求排放到充电车1的外部；同时内燃机12的飞轮121旋转做功将通过驱动轴2驱动驱动电机32旋转，从而让内燃机12的机械能转化成驱动电机32输出的交流电；内燃机12的输出轴旋转做功通过飞轮121的驱动接口121a带动驱动轴2旋转，驱动轴2进一步驱动驱动电机32旋转发电。此时驱动电机32与电动汽车3的车轮驱动装置解耦，驱动电机32被倒拖发电过程中电动汽车3将保持静止状态。驱动电机32产生的电能通过电机控制器33整流后充入动力电池31，充电过程中动力电池31的BMS实时向电机控制器33发送充电功率请求，电机控制器33根据BMS的充电功率请求控制驱动电机32的发电功率，从而保证充电功率符合动力电池31的需求。当电动汽车3的动力电池31充到足够的电量时关闭充电车1的内燃机12，调整运动托盘11的空间位置使内燃机12和驱动轴2分离，再将驱动轴2从电动汽车3的驱动电机32的驱动接口321取下，电动汽车3的应急充电工作完成。
图9示出了本申请的另一实施例从电动汽车3后方实施应急充电工作的方式，电动汽车3的驱动电机32和驱动轴安装口34位于电动汽车3的后方，充电车1静止停放在电动汽车3后方的适当距离内。该实施例的充电原理与上述实施例中的相同，此处不予赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种电动汽车应急充电系统，其特征在于，包括内燃机系统、电池充电控制系统，以及用于连接所述内燃机系统和所述电池充电控制系统的驱动轴，所述内燃机系统安装在充电车上，所述电池充电控制系统安装在电动汽车上，所述内燃机系统包括内燃机和固设于所述内燃机的飞轮，所述飞轮上开设有第一驱动接口，所述电池充电控制系统包括电机控制器，以及与所述电机控制器电连接的驱动电机和动力电池，所述驱动电机上设有第二驱动接口，所述驱动轴用于耦合连接所述第一驱动接口和所述第二驱动接口，所述内燃机通过所述驱动轴连接所述驱动电机，所述内燃机的机械能转化成交流电，并通过所述电机控制器整流后对所述动力电池充电，所述驱动轴包括杆部和设于所述杆部两端的连接键，所述杆部两端的连接键分别用于耦合所述第一驱动接口和所述第二驱动接口。
2.如权利要求1所述的电动汽车应急充电系统，其特征在于，所述电池充电控制系统还包括机车驱动装置，所述机车驱动装置与所述电机控制器连接，当所述电机控制器检测到第二驱动接口连接所述驱动轴时，控制车轮与所述机车驱动装置解耦。
3.如权利要求1所述的电动汽车应急充电系统，其特征在于，所述内燃机系统还包括废气处理装置，所述废气处理装置包括抽风管道、催化还原装置和排气扇，所述抽风管道连接所述内燃机的废弃出气口和所述排气扇，所述催化还原装置置于所述抽风管道上。
4.如权利要求1所述的电动汽车应急充电系统，其特征在于，所述内燃机系统还包括一运动托盘，所述运动托盘包括升降组件、与所述升降组件固定连接的平移组件，以及与所述平移组件滑动连接的托盘，所述平移组件用于使所述托盘沿着水平方向移动，所述升降组件用于控制所述平移组件和所述托盘沿着竖直方向移动，所述内燃机固定于所述托盘上。
5.如权利要求4所述的电动汽车应急充电系统，其特征在于，所述升降组件包括一底座、固定板，以及第一液压缸，所述底座与所述固定板之间通过导向套和导向柱连接，所述第一液压缸的输出轴与所述固定板固定连接，所述固定板与所述平移组件固定连接。
6.如权利要求5所述的电动汽车应急充电系统，其特征在于，所述平移组件包括分别固定于所述固定板两侧的两个第二液压缸，所述托盘的两侧分别与两个所述第二液压缸的输出轴固定连接。
7.一种充电车，其特征在于，包括权利要求1至6任意一项所述的电动汽车应急充电系统中的内燃机系统，所述内燃机系统安装在所述充电车的车体上，所述充电车的后端地板上固定有支撑板，所述内燃机安装在所述支撑板上。
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