一种能够无限远程续航的电动汽车及其有轨化移动充供电系统.pdf

一种能够无限远程续航的电动汽车及其有轨化移动充供电系统，其技术方案为在高速公路中央隔离带的两侧铺设供电的导轨，带有刷电和导航控制装置的电动汽车能够在行驶中连接导轨进行充供电，这样依托导轨这套充供电系统，所述电动汽车可以在高速公路上实现无限远程续航。本方法可以解决当前电动汽车续航里程有限只能在本地短途行驶和电池成本高的难题，有利于电动汽车行业的发展和电动汽车的普及。

权利要求书
1.  一种能够无限远程续航的电动汽车及其有轨化移动充供电系统，其特 征是：在高速公路中间隔离带(4)的两侧设置方便电动汽车(1)取电的充 供电系统，所述充供电系统主要通过并行设置的两条耐磨导电滑轨(14)外 接来自高速公路的路网电源实现供电，所述两条耐磨导电滑轨(14)分别隐 藏设置在绝缘管罩(16)的两个管腔中，绝缘管罩(16)固定在隔离桩(3) 上，并在隔离柱外侧设置防撞墙(5)，防止充供电系统撞损，电动汽车(1) 由车内导航系统自动控制车辆与充供电系统的距离，电动汽车(1)尾部的左 侧设置取电伸缩臂(2)，取电伸缩臂(2)用记忆材料加工成的长带状导电金 属板，其里端连接的卷盘装置(27)，外端连接的取电碳刷片(24)可经刷槽 (15)伸入绝缘管罩16中贴合到耐磨导电滑轨(14)上实现电动汽车(1)在 行驶过程中与充供电系统的连接取电，这样基于200公里左右的电池储电续航 能力的电动汽车，可借助高速公路网，通过短程利用自身电池供电与远程利 用高速公路电网供电方式的结合，解决了电动汽车电池容量不足且充电慢的 问题，使电动汽车实现无限远程续航。

2.  根据权利要求1所述的充供电系统，其特征是：在卷盘装置(27)驱 动下，电动汽车取电伸缩臂(2)可盘卷收缩隐藏回车内，反向驱动卷盘装置， 取电伸缩臂2可从车内伸展出来，取电碳刷片(24)呈扁平状，厚度比刷槽(15) 开缝宽度略窄，刷槽(15)开缝宽度以人手不能伸入为宜，取电碳刷片(24) 与取电伸缩臂(2)之间通过活动轴(29)设置压力弹簧，以保证取电碳刷片 (24)伸进绝缘管罩(16)能与耐磨导电滑轨(14)良好接触贴合。

3.  根据权利要求1所述的充供电系统，其特征是：绝缘管罩(16)的每 个刷槽(15)两侧的面罩倒角内凹，形成引导坡面(19)/(21)，以引导取 电碳刷片(24)顺坡面滑入刷槽(15)，每个刷槽(15)的上檐口相对下檐口 略微外移错位，以避免雨水流入绝缘管罩(16)，在两个刷槽(15)之间的面 罩形成的堤台上设置截面呈梯形的导轨槽(18)，在取电伸缩臂(2)外端用 绝缘的贯穿轴(22)固定取电碳刷片(24)和定向轮(23)，定向轮(23)沿 导轨槽(18)滚动可以控制取电伸缩臂(2)水平定向滑行，两个取电碳刷片 (24)外侧分别与压力弹簧(28)同轴设置两个定位轮(20)，定位轮(20) 可稳定取电碳刷片(24)，防止上下偏移抖动。

4.  根据权利要求1所述的一种能够无限远程续航的电动汽车及其有轨化 移动充供电系统，其特征是：所述车内导航系统采取智能定位技术配合陀螺 仪制导控制技术，智能定位技术可以采用卫星定位、雷达定位、摄像比较定 位、光栅扫描定位或激光测距定位等方式获得车辆具体位置的定位数据，导 航控制系统采用以卫星导航控制为主，巡线导航控制和激光测距导航控制为 备份，卫星导航控制是在所述充供电系统和电动汽车上配套安装智能测控模 块，所述智能测控模块包括在所述隔离桩上每隔一定距离设置一个定位信号 器(17)，并在所述电动汽车左侧前端设置信号追踪雷达(6)，定位信号器(17) 作为定位基站，可以接转卫星对该定位基站所在位置的定位数据和周边一定 区域的导航参数，所述信号追踪雷达(6)在接收来自定位信号器(17)的定 位数据和导航参数的同时，还时时遥测定位信号器(17)所处方位和距离， 并将所得的三方面数据参数即时传输给电动汽车的中控系统，汽车中控系统 借助三角形定位原理，确定车辆的位置数据，并将导航参数与车辆位置数据 进行比对，测算出车辆实际偏离航线的数据，再结合车辆速度，超前计算出 前方一定距离范围内路径导航修正数据；巡线导航控制是指在电动汽车专用 车道(13)的路面上，按照与充供电系统的耐磨导电滑轨(14)平行的方向 划定一条车辆能够识别的导航标识线(9)，在所述车辆的底盘前端安装导航 线识别仪(8)，导航线识别仪(8)对车辆底部沿车辆行驶方向一定范围实时 扫描，扫描数据传输给车辆中控系统，中控系统根据扫描数据判断电动汽车 (1)相对于导航标识线(9)的具体位置，测算车辆偏离导航标识线(9)的 数据，继而结合车速计算出前方一定距离范围内路径导航的修正数据；激光 测距导航控制是指在车辆左侧中部设置激光测距仪(7)，实时测定电动汽车 (1)与位于车辆左侧的充供电系统防护墙(5)之间的垂直距离，将测定的 所述垂直距离与设定的电动汽车(1)与防护墙(5)之间距离参数进行比对， 计算出所述电动汽车(1)偏离导航线的数据，继而结合车速测算出前方一定 距离范围内路径导航的修正数据，所述三种导航控制系统采用联合控制，相 互弥补，以确保车辆在行驶时始终能够受到至少一种导航控制系统的控制， 设置在中控系统中的陀螺仪制导控制模块根据接收到的导航修正数据按照主 次顺序，自动引导车辆进行纠偏，使车辆沿着设定的航线行驶。

5.  根据权利要求1所述的一种能够无限远程续航的电动汽车及其有轨化 移动充供电系统，其特征是：在高速公路上独立开辟电动汽车专用车道(13)， 电动汽车(1)仅在需要利用所述充供电系统取电时进入所述专用车道(13) 进行行驶，不需取电时可以像普通车辆一样在其它车道正常行驶，其它车辆 原则上不能在所述专用车道(13)行驶，但随着未来汽车充电技术的改进和 充电用时的不断缩短，电动汽车占轨时间有效缩短后，其它车辆在不影响在 轨电动汽车正常行驶的情况下，可以临时占用专用车道超车。

说明书一种能够无限远程续航的电动汽车及其有轨化移动充供电系统
技术领域
本发明涉及电动汽车充供电技术领域，具体涉及一种能够无限远程续航 的电动汽车及其有轨化移动充供电系统。
背景技术
发展电动汽车产业势在必行：首先，解决大气环境污染客观要求发展电 动汽车产业。燃油汽车会排放出大量破坏生态环境的有害气体，电动汽车以 电能为动力，行使时不仅没有废气排出，而且噪音较小，是最被看好的“零 污染”汽车。其次，化石能源不断枯竭迫切要求发展电动汽车产业。随着全 球能源消耗的增加，地球的矿物能源将面临枯竭，因此发展电动汽车也是应 对化石能源不断枯竭的客观需要。另外，经济实惠是发展电动汽车产业的内 生动力。纯电动汽车百公里耗电量19KWh左右，费用低于12元，随着技术进步 费用将进一步降低，而燃油汽车百公里平均耗油10升，费用高于65元，随着 化石资源的枯竭，费用将会快速升高，电动汽车能耗费用远远低于燃油汽车。
制约电动汽车产业快速发展的瓶颈：电动汽车作为一种新能源汽车，既 然是零排放、无污染、使用费用低的交通工具，发展缓慢的主要原因是由于 汽车电池电能存储技术不过关，一是电池容量偏低，不能满足长距离行驶需 要。二是电池常规充电慢，快速充电损坏电池，无法像加油站那样快捷方便 地充电。
传统思路无法解决电动汽车发展瓶颈：研究发现只有当每公斤电池的存 电能力达到1度电时，电动汽车的里程忧虑问题才能得以解决，但这样的电池 短期内难以生产出来而且价格高达百万元。仅仅依靠电池研发无疑将电动汽 车的发展带入死循环。
考虑到近80％的汽车用户每日实际行驶里程通常在80公里以内，而且随着 高速路网不断拓展，绝大多数汽车用户周边100公里范围内都能接续高速公 路，这一现状为本发明的技术实现提供了巨大可能：当前电动汽车的200公里 左右的电池容量水平，使短途行驶依靠自身电池夜间充电即可保证足够容量， 超过100公里的远程出行依靠高速电网供电实现无限续航，这样储电续航能力 不足的电动汽车借助高速公路网的充供电系统，巧妙地解决了远程无限续航 的难题。
发明内容
针对当今电动汽车发展面临的电池容量低、充电慢、成本高的瓶颈困扰， 基于当前绝大多数电动汽车仅有100-150公里左右的电池容量水平和尚未很 好突破充电技术，本发明打破常规，提供一种能够无限远程续航的电动汽车 及其有轨化移动充供电系统；
其主要技术方案为：在高速公路中间隔离带的两侧设置方便电动汽车取 电的充供电系统，充供电系统主要通过并行设置的两条耐磨导电滑轨外接来 自高速公路的路网电源实现供电，所述两条耐磨导电滑轨分别隐藏设置在绝 缘管罩的两个管腔中，绝缘管罩固定在隔离桩上，并在隔离柱外侧设置防撞 墙，防止充供电系统撞损。电动汽车由车内导航系统自动控制与充供电系统 的距离，电动汽车尾部的左侧设置取电伸缩臂，取电伸缩臂用记忆材料加工 成的长带状导电金属板，其里端连接卷盘装置，外端连接的取电碳刷片经刷 槽伸入绝缘管罩中贴合到耐磨导电滑轨上实现电动汽车在行驶过程中与充供 电系统的连接取电，这样基于200公里左右的电池储电续航能力的电动汽车， 借助高速公路网建设充供电系统，通过无轨电动汽车有轨化运行，既能利用 电网供电续航，又可同步充电储电，从而实现电动汽车的无限远程续程。
在卷盘装置驱动下，取电伸缩臂可盘卷收缩隐藏回车内，反向驱动卷盘 装置，取电伸缩臂可从车内伸展出来，取电碳刷片呈扁平状，厚度比刷槽开 缝宽度略窄，刷槽开缝宽度以人手不能伸入为宜。取电碳刷片与取电伸缩臂 之间通过活动轴设置压力弹簧，以保证取电碳刷片伸进绝缘管罩能与耐磨导 电滑轨良好接触贴合。
绝缘管罩的每个刷槽两侧的面罩倒角内凹，形成引导坡面，以引导取电 碳刷片顺坡面滑入刷槽，每个刷槽的上檐口相对下檐口略微外移错位，以避 免雨水流入绝缘管罩，在两个刷槽之间的面罩形成的堤台上设置截面呈梯形 的导轨槽，在取电伸缩臂外端用绝缘的贯穿轴固定取电碳刷片和定向轮，定 向轮沿导轨槽滚动可以控制取电伸缩臂水平定向滑行。两个取电碳刷片外侧 分别与压力弹簧同轴设置两个定位轮，定位轮可稳定取电碳刷片，防止上下 偏移抖动。
所述车内导航系统采取智能定位技术配合陀螺仪制导控制技术，智能定 位技术可以采用卫星定位、雷达定位、摄像比较定位、光栅扫描定位或激光 测距定位等方式获得车辆具体位置的定位数据，导航控制系统采用以卫星导 航控制为主，巡线导航控制和激光测距导航控制为备份，卫星导航控制是在 所述充供电系统和电动汽车上配套安装智能测控模块，所述智能测控模块包 括在所述隔离桩上每隔一定距离设置一个定位信号器，并在所述电动汽车左 侧前端设置信号追踪雷达，定位信号器作为定位基站，可以接转卫星对该定 位基站所在位置的定位数据和周边一定区域的导航参数，所述信号追踪雷达 在接收来自定位信号器的定位数据和导航参数的同时，还时时遥测定位信号 器所处方位和距离，并将所得的三方面数据参数即时传输给电动汽车的中控 系统。汽车中控系统借助三角形定位原理，确定车辆的位置数据(坐标)， 并将导航参数与车辆位置数据进行比对，测算出车辆实际偏离航线的数据， 再结合车辆速度，超前计算出前方一定距离范围内路径导航修正数据；巡线 导航控制是指在电动汽车专用车道的路面上，按照与充供电系统的耐磨导电 滑轨平行的方向划定一条车辆能够识别的导航标识线，在所述车辆的底盘前 端安装导航线识别仪，导航线识别仪对车辆底部沿车辆行驶方向一定范围实 时扫描，扫描数据传输给车辆中控系统，中控系统根据扫描数据判断电动汽 车相对于导航标识线的具体位置，测算车辆偏离导航标识线的数据，继而结 合车速计算出前方一定距离范围内路径导航的修正数据；激光测距导航控制 是指在车辆左侧中部设置激光测距仪，实时测定电动汽车与位于车辆左侧的 充供电系统防护墙之间的垂直距离，将测定的所述垂直距离与设定的电动汽 车与防护墙之间距离参数进行比对，计算出所述电动汽车偏离导航线的数据， 继而结合车速测算出前方一定距离范围内路径导航的修正数据，所述三种导 航控制系统应采用联合控制，相互弥补，以确保车辆在行驶时始终能够受到 至少一种导航控制系统的控制，设置在中控系统中的陀螺仪制导控制模块根 据接收到的导航修正数据按照主次顺序，自动引导车辆进行纠偏，使车辆沿 着设定的航线行驶。
在高速公路上独立开辟电动汽车专用车道，电动汽车仅在需要利用所述 充供电系统取电时进入所述专用车道(进行行驶，不需取电时可以像普通车 辆一样在其它车道正常行驶，其它车辆原则上不能在所述专用车道行驶，但 随着未来汽车充电技术的改进和充电用时的不断缩短，电动汽车占轨时间有 效缩短后，其它车辆在不影响在轨电动汽车正常行驶的情况下，可以临时占 用专用车道超车。
本发明的有益效果是：
1)本发明实现了电动汽车利用高速公路充供电系统在行驶中移动取电同 步充电，长途不用停车充电，解决了电动汽车电池容量小、充电慢制约远程 续航的问题，便于电动汽车尽早推广和产业化。
2)本发明技术充分利用高速公路中间的隔离带的空间设置充供电系统， 便于统一建设、统一管理，可以避免了建设充电桩的选址占地麻烦，也不需 要频繁更换电池，具有实施可行性，能够加快发展清洁环保的电动汽车产业， 积极应对化石能源不断枯竭的严峻形势。
3)本发明由于创新了充电路径，简化了充电设备，降低了电池增容要求， 省去了油箱、发动机、油路系统、冷却系统和排气系统，大大节省车厢空间、 降低电池成本，可使节能环保的电动汽车更容易进入平民百姓家庭。
4)本发明可以使无轨电动汽车通过现代智能导航控制技术实现有轨化行 驶，提高车辆行驶的智能化和有序性，增强道路安全性，有效增加道路的车 流量。
5)本发明可以简化电动汽车的用电计费方式，电动汽车进入高速公路使 用电网取电充电时，可采用高速公路行驶费与电费综合计费方式，按行驶公 里进行一次性收费。
6)本发明由于省去了油箱、发动机、油路系统、冷却系统和排气系统， 大大减轻了车体自重，有利于节约能耗，同时考虑车体自重降低过多，使车 胎与路面之间摩擦力减小，不利于提高车速，会导致车辆行驶发飘，影响方 向控制和刹车制动，不利于车辆安全行驶，这为采用自重大、廉价的常规铅 酸蓄电池代替自重过轻、价格昂贵的锂电池提供了可能，而且自重大的铅酸 蓄电池设置在车辆底盘，可以降低车辆重心，有利于提高车辆行驶安全性。
附图说明
图1为电动汽车在轨移动取电结构示意图；
图2为电动汽车、充供电系统与车道分布俯视图；
图3为充供电装置侧视图；
图4为充供电系统结构图；
图5为取电伸缩臂结构示意图；
图6为取电碳刷片受力示意图。
附图标记：1-电动汽车；2-取电伸缩臂；3-隔离桩；4-隔离带；5-防撞 墙；6-信号追踪雷达；7-激光测距仪；8-导航线识别仪；9-导航标识线；10- 应急车道；11-普通行车道；12-超车道；13-电动车专用道；14-耐磨导电滑 轨；15-刷槽；16-绝缘管罩；17-定位信号器；18-导轨槽；19-引导坡面A； 20-定位轮；21-引导坡面B；22-绝缘支撑轴；23-导向轮；24-取电碳刷片； 25-电缆线；26-穿线管；27-卷盘装置；28-压力弹簧；29-活动轴；30-自然 状态及受力状态。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解， 下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
结合图1、图2、图3、图4、图5、图6，本实施例是将高速公路中间的隔 离带改造成充供电系统，即在隔离带(4)两侧分别沿路埋设隔离桩(3)， 隔离桩(3)外侧设置坚固的防撞墙(5)，以保护充供电系统被失控的车辆 碰撞损毁。在隔离桩(3)上横向固定绝缘管罩(16)，在绝缘管罩(16)的 上下管腔里侧内壁上分别隐藏设置一条耐磨导电滑轨(14)。绝缘管罩(16) 的上下管腔外侧面的面罩上分别开一个刷槽(15)，便于取电碳刷片(24) 伸进绝缘管罩(16)与耐磨导电滑轨(14)贴合接触取电。每个刷槽(15) 两侧的面罩均呈呼应设置引导坡面(19)/(21)，以引导取电碳刷片(24) 顺坡面滑入刷槽(15)，且每个刷槽(15)两侧的面罩上檐口相对下檐口略 微外移，以便形成“天包地”的状态，防止雨水流入绝缘管罩(16)。在两 个刷槽(15)之间面罩形成的堤台上设置截面呈梯形的导轨槽(18)。取电 伸缩臂(2)是用记忆材料加工成的长带状导电金属板(或折叠结构的金属板)， 导电金属板外端用活动轴(29)连接取电碳刷片(24)和定位轮(20)，取 电碳刷片(24)与导电金属板之间通过活动轴(29)设置压力弹簧(28)， 保证取电碳刷片(24)与耐磨导电滑轨(14)之间时刻接触贴合。取电碳刷 片(24)水平设置，与导电金属板互相垂直，便于取电碳刷片(24)通过横 向刷槽(15)伸入绝缘管罩(16)，导电金属板竖向设置以增加取电伸缩臂 (2)强度可防止其下垂，便于将取电碳刷片(24)精准送入刷槽(15)。取 电伸缩臂(2)内端连接卷盘装置(27)，在卷盘装置驱动下，取电伸缩臂(2) 可盘卷收缩隐藏回车内，反向驱动卷盘装置，取电伸缩臂(2)可从车内伸展 平直出来，将取电碳刷片(24)精准送入刷槽(15)。取电伸缩臂(2)也可 采取折叠方式从车内伸出或缩回。
设置完备的智能导航系统，保证电动汽车(1)与充供电装置等 距离行驶，能够实现有轨化运行。首先是宏观的卫星网络导航系统：在所述 隔离桩上每隔一定距离设置一个定位信号器(17)，并在电动汽车(1)左侧 前端设置信号追踪雷达(6)。定位信号器(17)作为定位基站，可以接转卫 星对该定位基站所在位置的定位数据和周边一定区域的导航参数。信号追踪 雷达(6)在接收来自定位信号器(17)的定位数据和导航参数同时，还时时 遥测定位信号器所处方位和距离，并将所得的三方面数据参数即时传输给电 动汽车的中控系统。汽车中控系统借助三角形定位原理，确定车辆的位置数 据(坐标)，并将导航参数与车辆位置数据进行比对，测算出车辆实际偏离 航线的数据，再结合车辆速度，超前计算出前方一定距离范围内路径导航修 正数据。设置在中控系统中的陀螺仪制导控制模块根据导航修正数据自动引 导车辆进行纠偏，使车辆沿着设定的航线行驶。其次为避免特殊情况下卫星 导航控制出现意外，备份设置两套微观导航系统。一套巡线导航系统：在车 辆底盘上设置导航线识别器(8)，并在电动汽车专用车道预先划定车辆导航 标识线(9)，车辆行驶过程中对划定的导航标志线(9)扫描定位，扫描定 位结果传输给车辆中控系统，核对行驶方向偏离情况，当偏离误差较大时， 按照设定要求，启动备份导航，由陀螺仪进行纠偏修正。另一套是测距导航 系统：在车辆左侧前部设置一个激光测距仪(7)，时刻测定车辆与防撞墙(5) 之间的垂直距离，检测数据传输给车辆中控系统，与预先设定的标准距离比 对，根据误差由陀螺仪进行纠偏修正。这样，利用一套卫星导航与微定位技 术结合的网络导航系统，另加两套现场导航系统备份，可以解决微定位导航 器系统，巡线导航系统或测距导航系统出现任何一种或两种故障或意外，至 少有一种导航系统正常，保证车辆正常运行。
车辆的卫星导航控制系统除为车辆提供局部微观导航控制外，还可以通 过网络时时给车辆提供道路路况宏观导航信息，如道路前方供电系统中断信 息、交通故障信息，提醒需要人工驾驶的信息，车距过近警告，甚至一些特 殊避让、调速、紧急刹车等智能控制，(自控和外控相结合)。
为避免其他车辆对电动汽车正常行驶造成干扰，未来高速公路可单独开 辟电动汽车专用车道，并规定专用车道的统一行驶速度。电动汽车仅在需要 利用充供电系统取电时，才进入专用车道进行统一速度的有序智能行驶，不 需取电时要离开所述专用车道，像普通车辆一样在其它车道正常行驶。其它 车辆原则上不能在所述专用车道行驶，但随着未来汽车充电技术的改进和充 电用时的不断缩短，电动汽车在轨时间有效缩短后，其它车辆在不影响在轨 电动汽车正常行驶的情况下，可以临时占用专用车道超车。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行 业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明 书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下， 本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范 围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。