专利名称：电动汽车及其充电方法
技术领域：
本发明涉及电动汽车，特别是可以边行驶边充电的电动汽车及其充电方法。
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受电弓(或集电杆)，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系统成本高的不足。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。而使用电池(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)来作动力电源(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)、充电后行驶里程难以 达到使用要求、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)而造成整车 成本高昂、电池寿命短、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，本发明的目的是提供一种可以使用车道侧边 的供电线路来充电的电动汽车，以及该电动汽车的充电方法。本发明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车载电源(即车载动力电源，如超级电容器或超级电容器组、铅酸 电池、锂离子电池、磷酸铁锂电池等)，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(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)，并且距离路面的垂直高度在20cm至150cm ； 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；集电杆还安装或连接有用于推动集电杆伸缩或转动的 推动机构。在集电杆上装有电缆(导线)，该电缆的里端(通过导线或电缆)连接车载电源 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。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或 /及行驶电力的外部供电线路设置在车辆能够正常行驶的车道的侧边(而不是公交车在途 中公交站点停车上下客时所占用车道的侧边)且高度不超过150cm，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 车载电源充电时，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载电源，对车载电源 进行充电。在充电时，外部电源还可同时为驱动汽车行驶的电机提供电力。本发明的积极效果是本发明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。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。图1是本发明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是本发明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是本发明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是本发明电动汽车(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是本发明电动汽车(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是本发明电动汽车(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是本发明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是本发明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。
具体实施例方式本发明所述的电动汽车包括大型电动汽车(如电动公交车、超级电容公交车、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，也可以是混合动力电动汽车；可以是使用电池(如 铅酸电池、镍氢电池、锂离子电池、磷酸铁锂电池等)提供电力驱动的电动汽车，也可以是 使用超级电容器(或超级电容器组)提供电力驱动的电动汽车。参照图1实施例，在本发明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车载电源，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(也就是在没有给车载电源充电时)，集电杆 [3]位于车身侧面的集电杆槽位里。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 一端连接到车载电源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 给车载电源充电。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，如果要对车载电源充电，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]对车载电 源充电。在给车载电源充好电后，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里。参照图3实施例，在本发明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车载电源，另外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]在没有给车载电源充 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车 载电源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 车载电源充电。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]对车载电源充电。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，在本发明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侧面伸出。集电杆在没有给车 载电源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，如果要对 车载电源充电，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]对车载电源充电。在充好电后，或者是车辆驶5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，从而给车载电源充电。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 到车身侧面，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 给车载电源充电。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。在需要对车载电源充电时，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，从而给车载电源充电。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]在给车载电源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，在本发明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W]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]对电动汽车上的车载电源充电。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)。在本发明电动汽车上使用的集电杆[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] W 。集电杆[3]上两个集电头[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与充 电电源触线的接触面积。本发明电动汽车[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 禾口 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150cm。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车载 电源充电。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距离设置一 段。在电动汽车[1][2]行驶经过(或停在)供电路段需要对车载电源充电时，电动汽车 [1][2]上的集电杆[3]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]上的车载电源充电(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。本发明电 动汽车及其充电方法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150cm;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)；为车载电源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。使用超级电容器作为车载电源的本发明电动汽车及其充电方 法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。而使用电池作为车载电源的本发明电动 汽车，与现有的带有备用车载电源的电车相比，充电原理也是基本一样的，因此实现起来也 不会技术上的困难。本发明电动汽车由于集电杆被安装在车身的侧面或前面、后面(或前、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、集电弓安装在车底下，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。本发明电动汽车在没有从外部供电线路获取电力(电能)时，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IOOcm高(一般不超过150cm)，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。本发明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，如果车载电源的电量不足，便自动伸出车上的集电杆搭到充电电源 触线上对车载电源充电，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系统进行载波通讯，或以 射频、蓝牙等无线方式与外部管理系统通讯，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。在本发明电动汽车上，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车载电源充电。当然，本发明电动汽车上还应该 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 对电动汽车充电。本发明电动汽车中所用的车载电源最好是超级电容器(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，但本发明电动汽车及其充电方法解决了这个问题，所有符合相关标准的 超级电容电动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 为超级电容电动车的广泛使用扫除了一个技术上的大障碍。本发明电动汽车及其充电方法解决了“电池电力难以保证使用要求”这个电动汽 车发展的技术瓶颈，无论是大型的电动公交车、客车，还是小型的电动出租车、家用轿车、公 务车、面包车、小货车等都能在通过充电路段时利用设置在车道侧边的供电线路来对车载 电源充电。如果在道路网中设置了分布合理的供电线路，那么电动汽车就可以达到不停车 充电而长时间行驶的使用要求，而且能耗费用也要比燃油汽车低很多。可以说，本发明对于 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。
权利要求
1.一种电动汽车，车上安装有驱动汽车行驶的电机以及为电机提供电力的车载电源， 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150cm;集电杆[3]的外端安装有集电头W]，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[1][2]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。
2.一种电动汽车的充电方法，其特征是在电动汽车[1][2]车身的侧面或后面或前 面或前部或后部安装有集电杆[3]，在车辆能够正常行驶的车道的侧边设置有高度不超过 150cm的供电线路，电动汽车[1][2]行驶在充电车道上，在需要给车载电源充电时，集电杆[3]在推动机构[7]的推动下向车身侧面设置有供电线路的方向伸出，在集电头[4][4A] [4B]搭到车道侧边的供电线路上的充电电源触线[11]后，外部充电电源的电力便通过充 电电源触线[11]和集电杆[3]对车载电源充电。
3.根据权利要求1所述的电动汽车，其特征是电动汽车[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。
4.根据权利要求1所述的电动汽车，其特征是在电动汽车[1][2]的集电杆[3]上装 有电缆[10]，该电缆[10]的里端连接车载电源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所述的电动汽车，其特征是在电动汽车[1][2]的集电杆[3]上还 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]。
6.根据权利要求1所述的电动汽车，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。
7.根据权利要求1所述的电动汽车，其特征是电动汽车[1][2]集电杆[3]上的集电 头[4] [4A] [4B]旁边装有磁体[9]。
8.根据权利要求1所述的电动汽车，其特征是电动汽车[1][2]上的车载电源为超级 电容器。
9.根据权利要求2所述的电动汽车充电方法，其特征是电动汽车[1][2]在伸出集电 杆[3]搭到充电电源触线[11]上充电时，依靠集电头[4] [4A] [4B]旁边的磁体[9]与充电 电源触线[11]旁边的钢板或钢条产生吸力来使集电头[4] [4A] [4B]紧压在充电电源触线 [11]上。
全文摘要
一种电动汽车及其充电方法，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150cm。集电杆的外端安装有集电头，集电头有两个，它们的位置关系是一个在上另一个在下。集电杆上还装有电缆和推动机构。电动汽车的充电方法是电动汽车需要充电时，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载电源充电。本发明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，电动汽车就可以不停车充电而长时间行驶。本发明对纯电动汽车的推广和普及将会起到巨大的促进作用。
文档编号B60L5/42GK102039823SQ20091019293
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月9日 优先权日2009年10月9日
发明者周良勇 申请人:周良勇