CN201516809U - 超级电容电动汽车 - Google Patents

Abstract

一种超级电容电动汽车，涉及节能环保的电动汽车技术领域。在电动汽车车身的侧面或后面或前面或后部或前部安装有集电杆，集电杆距离路面的垂直高度为20cm至140cm。集电杆的外端安装有集电头，集电杆上还装有电缆和推动机构。超级电容电动汽车在需要充电时，集电杆向车身侧面伸出，在集电头搭到设置在车道侧边的供电线路上的充电电源触线后，外部电源的电力便对车上的超级电容器充电。本实用新型超级电容电动汽车可以边行驶边充电，在道路网中合理设置供电线路后，超级电容电动汽车就可以实现不停车充电而长时间行驶。本实用新型对纯电动汽车的推广和普及将会起到巨大的促进作用。

Description

超级电容电动汽车

技术领域

本实用新型涉及电动汽车，特别是涉及一种使用超级电容器作为车载电源的电动汽车。

背景技术

现有的电动汽车有依靠电网供电行驶的无轨电车，也有依靠车载电源(车上的电池或超级电容器)提供电力来行驶的纯电动汽车、混合动力电动汽车等。在传统的有轨电车和无轨电车的车顶上设置有集电杆(或受电弓)，依靠架设在道路上方的触线网提供电力来行驶，其缺点是触线网架设成本高、线路布局困难，在道路上方架设的触线网也会成为一种视觉污染，而且电车的机动性差，只能沿着架设有触线网的线路行驶，后面的电车不能超越前面的电车。为了解决传统电车的上述缺点，中国专利公报公开了一种“超级电容快速充电公交电车”，申请号是：200510030610.7，这种超级电容公交车使用超级电容器来储存电能，在车顶安装有受电弓，在超级电容公交车行驶路线上的站点设置有充电电源触线。超级电容公交车停在站点上下乘客时会自动升起受电弓搭到车身上方的充电电源触线来给车上的超级电容器充电，这样便无需在整条线路上都架设供电线路，车辆的机动性也能满足使用要求。这种超级电容公交车的缺点是，需要在站点停车充电，哪怕该站点没有一位乘客上下车也要停车充电，而且要停够几十秒(一般为30秒左右，而乘客的停车等候心理承受时间一般为20秒)，以保证充电时间；多辆公交车同时进站时，要等待前面的车子开走后，后面的超级电容公交车才能开到充电位置充电；这种站点式的充电站，只能为经过该站点的超级电容公交车充电，其它电动汽车是无法使用的(因为其它电动汽车不能开到该站点，否则会影响到超级电容公交车的正常运营；使用超级电容器储存电能的小汽车因为车身高度不够，也无法使用该站点上高挂的充电电源触线来充电)，这就造成了充电站点的使用效率不高而导致整个***成本高的不足。超级电容公交车虽然在2006年已投入商业运营，但由于上述的缺点，到目前为止也只是仅有几条示范线路运营而已，并没有被普遍推广和使用。如果在小型电动汽车(如出租车、家用轿车、面包车、小货车)上仅使用超级电容器来作为动力电源，虽然整车成本并不高，但在现有的技术水平下，充一次电一般也仅能行驶二、三十千米，并不具备使用价值。而采用电池(如铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、磷酸铁锂电池、锰酸锂电池)来作车载电源的纯电动汽车，由于需要在充电站点充电，并且存在充电时间长(一般需要充几个小时甚至十多个小时)、充电后行驶里程无法满足使用要求，电池成本高昂(如用锂电池，成本一般要占到整车成本的一半)、寿命短(在车辆的使用年限内需要更换新电池)、安全性差、报废后存在二次污染等众多的缺点，目前也无法大量推广和使用。

发明内容

为了解决现有电动汽车的上述不足，本实用新型的目的是提供一种使用超级电容器作为车载电源，可以使用车道侧边的供电线路来充电的电动汽车。

使用或主要使用超级电容器(也称超级电容、超级电容组或超级电容器组)作为车载电源(为驱动汽车行驶的电机提供电力的电源)的电动汽车简称超级电容电动汽车。本实用新型实现其目的所采用的技术方案是，电动汽车上安装有驱动汽车行驶的电机以及为电机提供电力的超级电容器，在电动汽车车身(车体)的侧面或后面或前面或前部或后部安装(设置)有集电杆(或集电弓、受电弓)，集电杆一般安装在车身侧面车窗高度之下(也就是集电杆的安装高度比侧面车窗低)，并且距离路面(或车轮所接触的地面)的垂直高度在20cm至140cm；在集电杆的外端安装有集电头(也称滑块、滑板、滑轮、滑履)，集电头有两个，两个集电头的位置关系是一个在上另一个在下；集电杆上装有电缆或导线，该电缆或导线的里端(通过导线或电缆)连接超级电容器的充电线路或充电接头(或正负电极)(并连接电机的供电线路)，外端与集电头连接；集电杆上还安装或连接有用于推动集电杆伸缩或转动的推动机构；电动汽车在没有从外部供电线路获取电力(电能)时，集电杆紧贴在车身上或位于放置集电杆的槽位里或缩在车体中，不会对车身的整体美感产生不良影响。为电动汽车提供充电电力的外部供电线路设置在车辆正常行驶的车道的侧边且高度不超过140cm。电动汽车行驶在充电车道(车道侧边设置有供电线路，电动汽车可以利用该供电线路充电的车道)上，在需要给车上的超级电容器充电时，集电杆在推动机构的推动下向车身侧面设置有供电线路的方向伸出(或转出)，在集电头搭到(或碰到、接触到)设置在车道侧边的供电线路上的充电电源触线后，外部充电电源的电力(电流)便通过充电电源触线和集电杆传输给车上的超级电容器，对超级电容器进行充电。在充电时，外部电源还可以同时为驱动汽车行驶的电机提供电力。

本实用新型的积极效果是：本实用新型电动汽车技术可以在多种类型的车辆上应用，如公共汽车、出租车、私家车、客车、小货车等。电动汽车可以在设置有供电线路的路段边行驶边充电，在不充电的时候车辆行驶的机动性不受影响。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型在大型电动汽车上应用的一个实施例的立体示意图。

图2是图1实施例中的大型电动汽车在伸出集电杆后的立体示意图。

图3是本实用新型在小型电动汽车上应用的一个实施例的立体示意图。

图4是图3实施例中的小型电动汽车在伸出集电杆后的立体示意图。

图5是本实用新型在小型电动汽车上应用的另一个实施例的立体示意图。

图6是图5实施例中的小型电动汽车在伸出集电杆后的立体示意图。

图7是本实用新型电动汽车(如图1、图2实施例中的大型电动汽车)上所用的一种集电杆的结构示意图。

图8是本实用新型电动汽车(如图3、图4实施例中的小型电动汽车)上所用的另一种集电杆的结构示意图。

图9、图10是本实用新型电动汽车(如图5、图6实施例中的小型电动汽车)上所用的另外两种集电杆的结构示意图。

图11、图12是本实用新型电动汽车所用的一种集电杆上集电头部分的结构示意图。

图13是本实用新型电动汽车在车道侧边设置有供电线路的道路上边行驶边充电的示意图。

图中：1.大型电动汽车；2.小型电动汽车；3.集电杆；3A.杆臂；4、4A、4B.集电头；5.集电杆的根部；6.集电杆的根部转轴；7.推动机构；8.推动机构的转轴；9.磁体；10.电缆；11.充电电源触线；12.护栏板；13.立柱。

具体实施方式

本实用新型所述的超级电容电动汽车包括大型电动汽车(如电动公交车、大客车)、中型电动汽车(如中型巴士)、小型电动汽车(如出租车、私家车、商用车等轿车)等类型的电动汽车，可以是纯电动汽车，也可以是电动加燃油模式的混合动力电动汽车；可以是仅使用超级电容器来提供电力驱动的电动汽车，也可以是使用超级电容器加电池来提供电力驱动的电动汽车。

参照图1实施例，在本实用新型所述的大型电动汽车[1]上安装有驱动汽车行驶的电机以及为电机提供电力的超级电容器，另外在车身的侧面还安装有集电杆[3]。集电杆[3]可以安装在车身的一侧，也可以在车身的两侧都安装。由图可见，集电杆[3]安装的高度显然不会超过电动汽车车身的高度。在非充电状态(也就是在没有给超级电容器充电时)，集电杆[3]位于车身侧面的集电杆槽位中。

参照图2，在大型电动汽车[1]的集电杆[3]上装有两条电缆(导线)，该电缆的一端连接到车上超级电容器的充电线路或充电接头上(正负电极上)(还可同时连接到电机的供电线路)，另一端通过上下两个集电头[4]可以连接到外部的充电电源触线(或导线)来给超级电容器充电。大型电动汽车[1]在行驶到车道侧边设置有供电动汽车充电用的供电线路的路段时，如果要对车上的超级电容器充电，集电杆[3]会在推动机构的推动下向外伸出，在集电头[4]搭到车道侧边的充电电源触线后，外部充电电源的电力便通过集电杆[3]对超级电容器充电。在充好电后，或者是车辆驶离车道侧边的供电线路后，集电杆[3]则自动收回到集电杆槽位中。

参照图3实施例，在本实用新型所述的小型电动汽车[2]上安装有驱动汽车行驶的电机以及为电机提供电力的超级电容器，在车身的后面还安装有集电杆[3]。集电杆[3]可以安装在车身的后面，也可以安装在车身的前面或两侧。集电杆[3]在没有给超级电容器充电时紧贴在车身上，对车辆的整体外观不会产生不良影响。

参照图4，在小型电动汽车[2]的集电杆[3]上装有电缆，该电缆的一端连接到超级电容器的充电线路或充电接头，另一端通过集电头[4]可以连接到外部充电电源触线来给超级电容器充电。小型电动汽车[2]在行驶到车道侧边设置有供电动汽车充电用的供电线路的路段时，如果需要充电，集电杆[3]会在推动机构的推动下向外转出(或伸出)，在集电杆[3]上的集电头[4]搭到车道侧边的充电电源触线后，外部供电线路中的电力便通过集电杆[3]对车上的超级电容器充电。在充好电后，或者是车辆驶离车道侧边的供电线路后，集电杆[3]则收回到车身上。

参照图5实施例，在本实用新型所述的小型电动汽车[2]车体的后部安装有集电杆。集电杆也可以安装在车体的前部，集电杆在需要时可以向车身外伸出。集电杆在没有给超级电容器充电时位于车体里面。

参照图6，小型电动汽车[2]在开到车道侧边设置有供电线路的路段时，如果需要充电，集电杆[3]会向外伸出，在集电杆[3]上的集电头[4]搭到充电电源触线后，充电电源触线中的电力便通过集电杆[3]对车上的超级电容器充电。在充好电后，或者是车辆驶离车道侧边的供电线路后，集电杆[3]则拉回到车体里面。

参照图7，集电杆安装到车身上后，集电杆的根部[5]转轴[6]和推动机构[7]的转轴[8]被固定在车身上。推动机构[7]可以是液压泵、气泵、螺纹推动杆、电磁推动杆等推动机构，用于将集电杆的杆臂[3A]向外推出，使集电杆上的两个集电头[4A][4B]分别搭到外部的两根充电电源触线上，从而给超级电容器充电。在不需要充电时，推动机构[7]可将集电杆的杆臂[3A]从车身外面收回到车身上。

参照图8，集电杆安装到车身上后，集电杆的根部[5]转轴[6]被固定在车身上，在推动机构(如电机、齿轮)的推动下，集电杆可绕着根部转轴[6]旋转从而使杆臂[3A]转到车身外面一侧，使集电杆上的两个集电头[4A][4B]分别搭到外部的两根充电电源触线，从而给超级电容器充电。在不需要充电时，推动机构可将集电杆的杆臂[3A]从车身外面转回到车身上。

参照图9，在图5、图6实施例中小型电动汽车[2]上所用的集电杆安装到车体上后，集电杆的根部[5]与车体内的推动机构连接。在需要对车上的超级电容器充电时，在推动机构的推动下，集电杆的杆臂[3A]向车体外面伸出，使集电杆上的集电头[4A][4B]搭到外部充电电源触线，从而给超级电容器充电。在不需要充电时，推动机构可将集电杆从车身外面拉回到车体中。

参照图10，集电杆的杆臂[3A]为弹性体，在集电头[4A][4B]搭到外部充电电源触线后，可以随着车身与外部充电电源触线距离的变化而自动改变自身弹性变形量的大小，从而使集电头[4A][4B]在给超级电容器充电时始终以合适压力紧贴在外部充电电源触线上，保证集电头[4A][4B]与外部充电电源触线的接触良好。

参照图11、图12，在本实用新型电动汽车所用的集电杆上的集电头[4]旁边装有磁体[9]，一个集电头[4]所配套的磁体[9]一般有两个，对称安装在集电头[4]的两边。磁体[9]可以是轮状的，在集电杆杆臂[3A]随着车辆行驶向前移动时，磁体[9]可以跟着转动。当然，磁体[9]也可以是方形的或条状的。磁体[9]所起的作用是与外部充电电源触线旁边的钢板或钢条相吸引，产生吸力来使集电头[4]以合适的压力紧压到外部充电电源触线上。集电头[4]紧压到外部充电电源触线上后，充电电源触线中的电流便通过集电杆上的电缆[10]对电动汽车上的超级电容器充电。为了使磁体[9]有足够的磁力，磁体[9]最好使用钕铁硼磁体；为了使集电头[4]始终以合适的压力紧压在充电电源触线上，集电头[4]与集电杆杆臂[3A]之间最好加接有弹性体(如弹簧、弹片)。

本实用新型电动汽车上的集电杆[3]除了上述的形状外，还可以是V形、U形、W形、Z形、菱形、铰接平行四边形等形状和结构的。位于集电杆[3]外端的集电头[4]既可以是能够旋转的圆柱体状的，如图7中的集电头[4A][4B]，也可以是方形的、弧形的，如图8、图9、图10中的集电头[4A][4B]。集电杆[3]上的两个集电头[4A][4B]的位置关系是一个在上另一个在下，与外部供电线路上的两条充电电源触线一上一下的位置关系相对应。集电头[4][4A][4B]上可开有与充电电源触线外形相吻合的凹槽，以增加充电时集电头[4][4A][4B]与充电电源触线的接触面积。

本实用新型电动汽车[1][2]上集电杆[3]的安装高度在车身高度之下，最好是在车身侧面的车窗的高度之下，具体高度最好是距离路面40cm至100cm，并且集电杆[3]从车身上伸出后集电头[4][4A][4B]的高度与设置在车道侧边的供电线路中的充电电源触线的高度基本一样。例如，充电路段上设置的供电线路中的两条充电电源触线的高度分别为50cm和70cm，那么电动汽车上的集电杆[3]从车身上伸出后两个集电头[4A][4B]的高度也分别为50cm和70cm。

参照图13，为了能看到设置在车道侧边的供电线路上的充电电源触线，图中去掉了中间一段供电线路上的护栏板以露出充电电源触线[11]。为电动汽车提供充电(及行驶)电力的供电线路设置在充电车道的侧边(包括左右车道分隔栏)。每段供电线路的长度一般为几十米至几千米，高度通常不超过140cm。供电线路包括有立柱[13]、固定在立柱[13]上对充电电源触线[11]起保护保用的护栏板[12]和固定在护栏板[12]槽位中的充电电源触线[11]，充电电源触线[11]与外部提供充电(及行驶)电力的电源(或电网)连接。在不同的供电路段(车道侧边设置有供电动汽车充电或/及行驶用的供电线路的路段)，供电线路中的充电电源触线[11]离汽车行驶的路面的高度有统一的标准并且都是一样的。这种位于车道侧边的供电线路一般设置在车辆行驶缓慢或者是经常塞车的路段以及交通路口处，这样可以让电动汽车[1][2]在缓慢行驶时或在路口等待绿灯放行时给超级电容器充电。当然供电线路也有按照一定距离分段设置的，例如每隔3km至5km设置一段。在电动汽车[1][2]行驶经过(或停在)供电路段时，如果需要对超级电容器充电，电动汽车[1][2]上的集电杆[3]会向车身一侧设置有供电线路的方向伸出，当集电杆[3]上的集电头[4]搭到供电线路上的充电电源触线[11]上后，充电电源触线[11]中的电流便通过集电杆[3]上对电动汽车[1][2]上的超级电容器充电(充电的同时还可为电机提供行驶电力)。在电动汽车[1][2]通过供电路段或离开充电车道或充好电之后，集电杆[3]便收回到车体上(见图1、图3、图5示意图所示)。

现有的电动汽车充电时需要在充电站点停车充电，例如超级电容公交车就需要在站点停车上下客时升起车顶上的受电弓(或集电杆)给车上的超级电容器充电。本实用新型电动汽车及其充电方式与这种超级电容公交车的不同之处是：集电杆不是设置在车顶，而是设置在车身的侧面或前、后面(或前、后部)；集电杆距离路面的高度只有20cm至140cm；集电杆在工作时不是向车顶的上方升起(垂直升起)，而是向车身一侧有供电线路的方向伸出(或顶出)(水平伸出)；为超级电容器提供充电电力的外部供电线路不是架设在车道的上方，而是设置在车道的侧边。本实用新型电动汽车及其充电方式与现有的超级电容公交车相比，主要是集电杆在车身上的安装位置、高度及伸出(或顶出)方向不同(集电杆的结构也可以有所不同)，并不涉及外部供电电源的来源，充电原理也是一样的，因此实现起来并没有技术上的困难。

本实用新型电动汽车由于集电杆被安装在车身的侧面或前面或后面或前部或后部，而且每辆电动汽车上集电杆伸出车身后集电头的离地高度是一样的，并且与供电线路上的充电电源触线的高度一致，因此设置在车道侧边的供电线路能够对所有经过的电动汽车充电，也就是说所有经过充电路段的符合相关标准的电动汽车都能利用这种设置在车道侧边的供电线路来充电或/及行驶，而无论是大型的电动汽车还是小型的电动汽车。

现有的带有集电杆或受电弓(集电弓)的电动汽车(如带有车载电源的无轨电车、超级电容公交车)的集电杆或受电弓都安装在车顶上，如果电动轿车的集电杆或受电弓也安装在车顶上，那么将会破坏轿车的整体美感，用户也难以接受这种车顶有“辫子”或“弓”的轿车。也有专利申请技术是将电动汽车的集电杆或受电弓安装在车底下，不过因为相关供电方式需要改动路面、道路表面上设置的供电线路也易被渣土和雨水损坏而不具备实用价值。本实用新型电动汽车在没有从外部供电线路获取电力(电能)时，车上的集电杆[3]紧贴在车身上或位于放置集电杆的槽位里(如图1、图3所示)或缩在车体中(如图5所示)，不会对车身的整体美感产生不良影响。这一点非常有利于电动汽车在轿车(如家用轿车、公务车、出租车)和客车上的推广应用。而位于车道侧边、为电动汽车提供充电或/及行驶电力的供电线路通常也只有40cm至100cm高(一般不超过140cm)，看起来就像是公路(高速公路)的护栏，因此也不会造成视觉上的染污。

本实用新型电动汽车上可以安装自动感应、自动控制装置，在电动汽车经过设置有供电线路的充电路段时，如果车上超级电容器的电量不足，便自动伸出车上的集电杆搭到充电电源触线上对超级电容器充电，并在充电后自动收回集电杆。在利用车道侧边的供电线路来充电时，电动汽车还可以通过集电杆和充电电源触线与外部控制管理***进行载波通讯，或以射频、蓝牙等无线方式与外部管理***通讯，以实现对电动汽车的身份验证、充电电量的计算、电费的结算等管理。

在本实用新型电动汽车上，最好再放置一台小型的燃油发电机，这样在无法依靠外部电源充电时，可以让该燃油发电机发电来对超级电容器充电。当然，本实用新型电动汽车上还应该带有充电插孔，在有必要的时候外部电源(如应急供电车、车库中的充电站)可通过该插孔对电动汽车上的超级电容器充电。

在本实用新型电动汽车的底部可以用一半以上的位置放置超级电容器，这样就可以提供满足电动汽车行驶要求的电力。本实用新型电动汽车所用的车载电源是超级电容器(又称超级电容、超级电容组或超级电容器组)。使用超级电容器的好处是能够实现快速充放电，充电时间短(只要十几秒至几分钟便可将超级电容器的电能充到满足使用要求的程度)、充放电无记忆，储能的过程中不发生化学反应，储能过程可逆，功率密度高、输出功率大，能在极端温度和恶劣环境中使用，报废后不产生环境污染，不仅安全，成本低，使用寿命也长，甚至在车辆的使用期限内都不用更换。虽然超级电容器用作电动汽车的动力电源有一个重大的缺陷：使用过程中需要频繁充电，但本实用新型电动汽车及其充电方式解决了这个问题，所有符合相关标准的超级电容电动汽车都可以在充电路段边行驶边充电或在路口停车等待绿灯放行时充电，这就为超级电容电动汽车的广泛使用扫除了一个技术上的大障碍。如果在道路网中设置了分布合理的供电线路，那么这种超级电容电动汽车就可以达到不用停车充电而长时间行驶的使用要求。

可以说，本实用新型对于全面推广、普及零排放的纯电动汽车将会起到非常积极的促进作用。

Claims (6)

1.一种超级电容电动汽车，车上安装有驱动汽车行驶的电机以及为电机提供电力的超级电容器，其特征是：在电动汽车[1][2]车身的侧面或后面或前面或后部或前部安装有集电杆[3]，集电杆[3]距离路面的垂直高度为20cm至140cm；集电杆[3]的外端安装有集电头[4]，集电头[4]有两个，两个集电头[4A][4B]的位置关系是一个在上另一个在下；电动汽车在没有从外部供电线路获取电力时，集电杆[3]紧贴在车身上或位于放置集电杆的槽位里或缩在车体中。

2.根据权利要求1所述的超级电容电动汽车，其特征是：超级电容电动汽车[1][2]上集电杆[3]的安装高度在车身侧面的车窗的高度之下。

3.根据权利要求1所述的超级电容电动汽车，其特征是：超级电容电动汽车[1][2]的集电杆[3]还安装或连接有用于推动集电杆[3]伸缩或转动的推动机构[7]。

4.根据权利要求1所述的超级电容电动汽车，其特征是：超级电容电动汽车[1][2]的集电杆[3]上装有电缆[10]或导线，该电缆[10]或导线的里端连接超级电容器的充电线路或充电接头，外端与集电头[4A][4B]连接。

5.根据权利要求1所述的超级电容电动汽车，其特征是：在电动汽车[1][2]集电杆[3]上的集电头[4A][4B]上开有与充电电源触线[11]外形相吻合的凹槽。

6.根据权利要求1所述的超级电容电动汽车，其特征是：超级电容电动汽车[1][2]集电杆[3]上的集电头[4][4A][4B]旁边装有磁体[9]。

Images