CN113997802A - 电动汽车车底双扇门式自动电联充电装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车车底双扇门式自动电联充电装置及方法，涉及电动汽车充电技术领域，采用车底减速带式充电方法，包括在汽车底盘中设置受电机构，采用向下蚌式开启的门式结构；在地面的减速带上设置输电机构，采用向上蚌式开启的门式结构。当汽车行驶到减速带上，输电机构和受电机构的铜箔导电片受磁体吸力作用下自动相互对齐搭接，实现搭线式充电，充电效率高达99%。整个充电过程自动完成，司机无需下车，可以实现电动汽车在等待红灯的1分钟内，将几十度电充入汽车。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车充电连接技术领域，具体涉及一种车底式电动汽车充电方法。
背景技术
电动汽车(BEV)是以车载电源为动力，以环保无污染的优势快速兴起。目前已有的充电方案多采用充电插座有线充电桩；也有多自由度机械臂式的自动寻找的充电枪，来取代人工操作，但是设计结构复杂，成本高昂，难以普及。有线充电桩多采用价格昂贵的圆形电缆，当充电电流高达几百安，甚至千安级别时，电缆产生的高温是严重隐患，其无法承受超级充电桩要求的性能。有方案为电缆、接插件还设置降温制冷设备，成本高昂。
而无线充电的技术难度更加大，效率低至只有不到90%，是违背了节能环保的基本诉求。谁会愿意支付100元，只得到90元的电呢！加之无线充电会造成严重的EMI 电磁干扰辐射问题，可能损害人的健康。电动汽车的发展趋势是高压直流、大电流快速充电。以安全高效超大功率自动电连充电装置的技术路线，实现的超级充电桩，市场存在巨大需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车车底式安全高效自动电联充电装置及方法。即让汽车行驶到减速带上，输电机构和受电机构自动相互搭接连接，实现相互电联通讯，搭线式电连充电，不需要手动去操作插拔充电枪，整个充电过程自动完成。
汽车底盘离地间隙最小只有110mm，加之左右车轮阻挡，有效地隔离了人的侵入，形成了安全空间区域。汽车底盘离地间隙一般多种车辆基本接近，给通用性留下条件，本发明正是巧妙地利用其作为充电连接机构的安置区，并且设置离地等高线。本发明受电门设置在汽车底盘下，在两个前轮之间，利用两个前轮形成围栏，加之整个底盘覆盖，形成了安全防护围栏。
具体，本发明在所述汽车底盘设置向下开启的受电门，地面设置向上开启的输电门，当汽车驶入停留，输电门与受电门相互搭接，实现电联充电。所述输电门设置在贴地的减速带上，采用蚌式开启方式。
本发明在汽车底盘离地间隙中间区域设搭接等高线，优选取值离地高度80mm，此高度作为第一导电片与第二导电片在此高度相互磁吸式搭接充电。搭接方式采用磁吸式自动对齐搭接。
本发明电连导线选导电片，可选铜板材，优选铜箔材料，成本低廉。其呈现面积较大的片状板式结构，当超大电流流过所产生的高温，能够大面积快速散热。再有就是铜箔柔软易卷曲，卷轴式结构容易伸出或收起，实现伸缩自适应配合接触面精准搭接。这样，整个受电门和输电门没有电缆，只有铜箔导电片作为充电连接导线。第一导电片与第二导电片就是充电连接导线，简化了电路结构，降低了成本。
优选铜箔，电极接触平面面积大，接触搭接面镀上镀金或银，简称金手指。进一步地，在金手指的背面区域设置永磁体，优选设置在受电门的第二导电片上；在受电门的第一导电片上背面设置铁片，采用永磁体和设置在受电门的第一导电片上的吸附铁片面积相近重叠，来完成位置精准吸附对齐；或采用永磁体在铁片覆盖面积中菱形布局，实现吸附位置精准对齐。永磁体采用软性材料，或采用磁钢。磁钢垫软垫贴敷在导电片的背面，来保证大面积的导电片压接均匀，尤其在检测点的对面，单独设置一片永磁体，来保证探测点的接触。
当输电门和受电门相互搭接，即第一导电片与第二导电片搭接，铜箔金手指互吸压紧，以减小接触电阻，提升导电性能。
本发明选择磁吸式搭接，永磁体选择耐温100度左右，所述当第一导电片与第二导电片充电搭接处的温度超过永磁体失磁温度时，磁吸力消失，断开电连，充电自动停止，实现充电高温保护。
所述导电片选用铜箔材料，所述输电门和受电门分别至少由两片铜箔阶梯状搭接，通过磁吸式自适应对齐。第一导电片和第二导电片分别至少由两片铜箔夹绝缘薄膜层阶梯状堆叠，形成电容，并实现双导线电极功能，类似两层电极；孪生出的电容是功率电容，用于吸收滤波，在充电电路中DC/DC还具有消除电磁辐射功能。所述受电门利用铜箔柔软的特性。所述受电门的第二导电片局部波折，偏离窜动来适应磁吸式自动对齐搭接，使搭接接触电阻最小化。
进一步地，所述第一导电片或第二导电片与对门铜箔接触面上设置探测点，连接检测电路，来探测搭接接触电阻，判定接触良好，符合充电要求后再启动充电；反之，司机发出行驶指令，输电装置停止送电，受电门抬起关闭。
本发明选铜箔的厚度为0.2—1毫米，优选铜箔的厚度0.5毫米，宽度选100—300mm，能够承受1500A以上的电流。
以0.5毫米，宽度300毫米为例，允许通过电流超过千安级，可以实现电动汽车在等待红灯的1分钟内，将几十度电充入汽车。
进一步地，所述输电门向上开启，第一导电片铜箔金手指朝向车后；所述受电门向下开启，铜箔金手指朝向车前。
当司机发出充电指令时，受电门开启落下，车辆驶入到输电机构上，安装在受电门上的永磁体与安装在输电门上的铁件吸附作用，将输电门提升开启。受电门朝向车前的铜箔与输电门朝向车后的铜箔金手指相碰搭接，实现电连接，这种方式效率最高。
本发明的输电机构，是在地面设置如同减速带的条状输电装置，一端连接市电，另一端连接输电门，无需开挖道路，施工成本低廉，维护更换简单。减速带可以在停车位或等待红灯区域贴地铺设。
进一步地，所述整个减速带采用弹性材料制成，包括输电门，具有良好耐碾压性能，轮压段中间区域柔软易塌陷设计；前后坡埂处相对硬朗，当车轮滚动到中间区域时，为车轮提供笔架式托起。车轮前后均有凸起，带来夹持限制车轮前后滚动，卡位式停留能给司机停车位置的感知反馈，很容易地精准停到充电位置上。车身侧面看，本发明将减速带和车轮设计在一个垂直线上；充电搭接面垂直线与车轮垂直线近重叠，稍微往车前偏移设置，用来解决充电接口前后位置对准；而左右偏移误差由受电门第二导电片卷曲自适应配合对准。
进一步地，所述利用轮胎碾压实现位置探测和定位，用于车辆的受电装置与输电装置对齐。具体地，减速带内藏卷曲的铜箔，连接左右可移动的输电门。当车轮碾压减速带时，减速带能够根据轮胎的碾压位置，去调节输电门左右位置，来实现与受电门对齐。
进一步地，减速带被设计至少一个轮胎碾压，检测当压力大于200公斤时，才能启动送电。
本发明所实现的超级充电桩结构是采用面积巨大的铜箔，散热性能好，可以实现超大功率充电，如超过1000V，1000A，实现快速充电。
进一步地，如在道路上实现超级快充，市电给超级电容柜充电，再经减速带电连给汽车充电。当多个汽车并列场景，只需一条长长的减速带，就可以同时给多个汽车充电。
为满足超级充电的新标准：直流充电桩的最大电流可高达1000A以上，电压高达1000V以上，充电功率提升到高达1000kW，乘用车的充电时间可缩短到只需几分钟。
本发明甚至采用安全电压充电方案，如36V直流电，以2000A为例，充一度电仅耗时不到一分钟。如在道路上等待红灯时段，即可完成超过一度电的充电，实用性非常强；如采用高电压，一分钟可以充电几十度电。
进一步地，所述输电门一排设置两个；所述受电门也对应一排设置两个，一个门就一个电极；两个门相互形成充电回路，这一方式可实现安全电压下超大电流充电。
进一步地，所述充电电源采用千伏级别的直流电，电流输出能够达千安级，实现超级充电桩；贴地式超级充电桩；电连式超级充电桩；搭接式超级充电桩；减速带式搭接超级充电桩。
当汽车驶入停留输电门与受电门搭接后，完成电联，检测安全后，输电装置才开始启动强电输出。
本发明受电门的铜箔连接车载充电机，为动力电池安全自动充电。充电机依据电池管理系统（BMS）提供的数据，能动态调节输电机构的充电电流和电压，完成充电过程。
当然，输电机构和受电门机构均有设置防尘防水机构、绝缘机构、检测机构、电联机构、充电计费机构。其中，所述输电门与受电门还可以采用搭式电联，所述输电门上设置电联线圈；受电门上设置电联线圈，用相互感应式或共振式耦合来传递电能，所述输电门与受电门搭接式电联。本发明所述的电联包括采用常见的有感应式，共振式传输耦合，这里不再赘述。
本发明采用价格低廉的铜箔片材来替代价格昂贵的圆形电缆，成本只有1/10。本发明汽车驶入减速带就能自动连接充电方式，甚至汽车在道路上行驶，等待红灯时段，即可实现快速充电，且充电效率高达99%。避免了无线充电的大于10%能源耗损。充电完毕汽车直接驶离，减速带输电装置不影响道路双向通行，输电门和受电门收起闭合，充电全过程自动化，司机不用下车，提升了用户体验度。
附图说明
图1为本发明实施例一采用的车底式电连充电装置车后视示意图；
图2为本发明实施例一采用的车底式电连充电装置减速带可移输电门和输电门闭合示意图；
图3为本发明实施例一采用的车底式电连充电装置汽车碾压充电状态俯视示意图；
图4为本发明实施例一采用的车底式电连充电装置输电门和受电门搭接剖视图；
图5为本发明实施例一采用的车底式电连充电装置第一导电片和第二导电片的金手指示意图；
图6 为本发明实施例二采用的车底式电连充电装置双输电门和双受电门车后视示意图；
图7为本发明实施例三采用的车底式电联充电装置设有电联线圈的搭接剖视图。
其中：1、输电机构 ；11减速带；2、输电门；22、铁件；3、第一导电片；4、永磁体；5、受电门；55、底盘；6、第二导电片；7、铁片；8、检测点；9、电联线圈；10、搭接等高线。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本发明在汽车底盘（55）离地间隙中间区域设搭接等高线（10），优选取值离地高度80mm左右，此高度作为输电机构和受电机构在此高度相互搭接，搭接方式采用磁吸式自动对齐搭接。
如图2所示，图左是减速带示意图；图右是输电门（2）闭合示意图。本发明输电门（2）在地面设置如同减速带的条状输电装置，一端连接市电，另一端连接输电门（2）。第一导电片在减速带环形布置。所述输电门（2）设置在减速带上，可左右移动调节，实现与汽车受电门（5）左右对齐。
如图3所示，本发明将减速带和车轮设计在一个垂直线上；充电搭接面垂直线与车轮垂直线近重叠，用来解决充电接口前后位置对准。
如图4-5所示，本发明充电导线选导电片，优选铜箔，在第一导电片（3）和第二导电片（6）接触搭接面镀上镀金或银，简称金手指。进一步地，在金手指的背面区域设置永磁体（4），优选设置在受电门（5）的第二导电片（6）上；在受电门（5）的第一导电片（3）上背面设置铁片（7），采用永磁体（4）和设置在受电门（5）的第一导电片（3）上的吸附铁片（7）面积相近重叠，来完成位置精准吸附对齐；或采用永磁体（4）在铁片（7）覆盖面积中菱形布局，实现吸附位置精准对齐。永磁体（4）和铁片（7）位置可以互换。
当输电门（2）和受电门（5）相互搭接，即第一导电片（3）与第二导电片（6）搭接，铜箔金手指互吸压紧，以减小接触电阻，提升导电性能。
所述第一导电片（3）和第二导电片（6）分别至少由两片铜箔夹绝缘薄膜层阶梯状堆叠。又长又宽的铜箔，形成很大的电容，可以替代DC/DC中的电容，并实现双导线电极功能，类似两层电极。第二导电片（6）铜箔带，直接平贴敷在汽车金属板表面，再孪生出滤波电容，直接连接到充电机或电池组上，具有很好的滤波作用。所述受电门（5）利用铜箔柔软的特性，第二导电片（6）局部卷曲或波折式设置，允许卷轴式左右偏离窜动，通过磁吸式自适应对齐功能，使搭接接触电阻最小化。
进一步地，在铜箔金手指接触面区域设置孤岛式接触探点，连接检测电路，来探测搭接接触电阻，判定接触良好，符合充电要求后再启动充电。充电完毕，司机发出行驶指令，输电装置停止送电，汽车直接驶离，受电门（5）抬起收起关闭，金手指被防护罩密闭。
本发明选铜箔的厚度为0.2—1毫米，优选铜箔的厚度0.5毫米，宽度选100—300mm，能够承受1500A以上的电流。
进一步地，所述输电门（2）向上开启，第一导电片（3）铜箔金手指朝向车后；所述受电门（5）向下开启，铜箔金手指朝向车前。
当司机发出充电指令时，受电门（5）开启落下，车辆驶入到输电机构上，安装在受电门（5）上的永磁体（4）与安装在输电门（2）上的铁件（22）吸附作用，将输电门（2）拾起提升开启。受电门（5）朝向车前的铜箔与输电门（2）朝向车后的铜箔金手指相碰搭接，实现电连接，这种方式效率最高。永磁体采用软性材料，或采用磁钢。磁钢垫软垫贴敷在导电片的背面，来保证大面积的导电片压接均匀受力无空鼓，尤其在检测点（8）的对面，单独设置一片永磁体，来保证检测点（8）的良好接触。永磁体也可以由电磁线圈替代。
所述整个减速带采用弹性材料制成，包括输电门（2），具有良好耐碾压性能，轮压段中间区域柔软易塌陷设计；前后坡埂处相对硬朗，当车轮滚动到中间区域时，为车轮提供笔架式托起。车轮前后均有凸起，带来夹持限制车轮前后滚动，卡位式停留能给司机停车位置的感知反馈。本发明将减速带和车轮设计在一个垂直线上；充电搭接面垂直线与车轮垂直线近重叠，稍微往车前偏移设置，用来解决充电接口前后位置对准；而左右偏移误差由受电门（5）第二导电片（6）卷曲自适应配合对准。
进一步地，所述利用轮胎碾压实现位置探测和定位，用于车辆的受电装置与输电装置对齐。具体地，减速带内藏卷曲的铜箔，连接左右可移动的输电门（2）。当车轮碾压减速带时，减速带能够根据轮胎的碾压位置，去调节输电门（2）左右位置，来实现与受电门（5）对齐。如图4 中闭门弧线表示，充电完毕车驶离，输电门（2）和受电门（5）收起闭合。
实施例二：
如图6所示，所述输电门（2）一排设置两个；所述受电门（5）也对应一排设置两个，一个门就一个电极；两个门相互形成充电回路，这一方式可实现安全电压下超大电流充电。
当汽车驶入停留输电门（2）与受电门（5）搭接后，完成电联，检测安全后，输电装置才开始启动强电输出。
本发明选择磁吸式搭接，永磁体（4）选择耐温100度左右，当充电铜箔金手指温度超过这个失磁温度时，第一导电片（3）与第二导电片（6）脱离断开，充电自动停止，实现超大电流充电高温保护。永磁体也可以由电磁线圈替代。
本发明受电门（5）的铜箔连接车载充电机，为动力电池安全自动充电。充电机依据电池管理系统（BMS）提供的数据，能动态调节输电机构的充电电流和电压，完成充电过程。
实施例三：
如图7所示，本发明输电机构和受电门（5）机构均有设置防尘防水机构、绝缘机构、检测机构、电联机构、充电计费机构，图中省略。其中，所述输电门（2）与受电门（5）还可以采用搭式电联，即在输电门（2）上设置电联线圈（9）；也在受电门（5）上设置电联线圈（9），用来感应式或共振式传递电能。本发明所述的电联包括采用常见的有感应式，共振式传输耦合。
Claims (10)
1.一种电动汽车车底双扇门式电联充电方法，其特征在于：所述汽车底盘设置向下开启的受电门，地面设置向上开启的输电门，当汽车驶入停留，输电门与受电门相互搭接，实现电联充电。
2.根据权利要求1所述，其特征在于：所述输电门设置在贴地的减速带上，蚌式开启。
3.一种电动汽车车底双扇门式自动电联充电装置，包括输电门（2）、受电门（5）、永磁体（4），其特征在于：所述汽车底盘设置向下开启的受电门（5），所述地面设置向上开启的输电门（2），第一导电片（3）与第二导电片（6）相互磁吸式搭接充电。
4.根据权利要求3所述，其特征在于：所述导电片选用铜箔材料，所述第一导电片（3）与第二导电片（6）分别至少由两片铜箔夹绝缘薄膜层，形成电容，并实现双导线电极功能。
5.根据权利要求3所述，其特征在于：所述受电门（5）的导电片局部波折，偏离窜动来适应磁吸式自动对齐搭接。
6.根据权利要求3所述，其特征在于：所述当第一导电片（3）与第二导电片（6）充电搭接处的温度超过永磁体失磁温度时，磁吸力消失，断开电连，实现充电高温保护。
7.根据权利要求3所述，其特征在于：所述第一导电片（3）或第二导电片（6）与对门铜箔接触面上设置探测点，连接检测电路，来探测搭接接触电阻，判定接触良好，符合充电要求后再启动充电。
8.根据权利要求3所述，其特征在于：所述输电门（2）一排设置两个；所述受电门（5）也对应一排设置两个，一个门就一个电极；两个门相互形成充电回路。
9.一种电动汽车车底双扇门式自动电联充电装置，包括输电门（2）、受电门（5）、电联线圈（9），其特征在于：所述输电门（2）上设置电联线圈（9）；受电门（5）上设置电联线圈（9），用相互感应式或共振式耦合来传递电能，所述输电门（2）与受电门（5）搭接式电联。
10.根据权利要求3-9任意一项，其特征在于：所述输电门（2）设置在减速带（11）上。
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