專利名稱：使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及環(huán)保節(jié)能的運(yùn)輸工具領(lǐng)域，尤其涉及一種電池驅(qū)動(dòng)的城市客車。
背景技術(shù)：
超級(jí)電容公交大巴車以零排放、低噪聲、無(wú)運(yùn)行路線饋觸線及機(jī)動(dòng)性能等優(yōu)點(diǎn)，取 代了城市無(wú)軌電車，成為一種新型環(huán)保節(jié)能交通運(yùn)輸工具。這種超級(jí)電容公交大巴車使用 超級(jí)電容驅(qū)動(dòng)，相比于鋰電池等化學(xué)電池，超級(jí)電容的功率大，充放電速度快，且充放電次 數(shù)高達(dá)5萬(wàn)次左右(約相當(dāng)于鋰電池的10倍)。但超級(jí)電容的缺點(diǎn)是儲(chǔ)能密度較小，約為5 瓦時(shí)/公斤。為了解決儲(chǔ)能密度小這個(gè)問(wèn)題，超級(jí)電容大巴車?yán)昧顺?jí)電容充放電速度 快的特點(diǎn)，每行駛到一個(gè)公交站，都要快速充一次電，而且由于每站充電，所以每次的充電 量不大，約為2-5度電，僅在乘客下車上車的時(shí)間內(nèi)就可以充好電。但是，超級(jí)電容仍然具有以下不足之處。1、儲(chǔ)能密度低，導(dǎo)致重量大。有技術(shù)中的超級(jí)電容大巴車，其超級(jí)電容重達(dá)1噸， 甚至2噸，給大巴車帶來(lái)沉重負(fù)擔(dān)。2、內(nèi)阻大，導(dǎo)致發(fā)熱大，效率低。級(jí)電容中流過(guò)電流時(shí)，電池的平方乘以內(nèi)阻，就是 它的發(fā)熱功率。由于超級(jí)電容使用了水系或油系的液態(tài)電解質(zhì)，這些電解質(zhì)的電阻率一般 都比金屬的電阻大得多，所以超級(jí)電容在充電和放電時(shí)的發(fā)熱始終比較大，大量的電能轉(zhuǎn) 化為熱能，而且為了散熱，又需要額外的電能，這樣就導(dǎo)致了超級(jí)電容的效率仍然不太高。3、對(duì)溫度比較敏感，在氣溫較高或較低時(shí)不能正常工作。由于超級(jí)電容使用了液 態(tài)電解質(zhì)，而液態(tài)電解質(zhì)的性能與溫度的關(guān)系比較密切，所以在氣溫較高或較低時(shí)，就會(huì)影 響到超級(jí)電容的性能。特別是在夏天，氣溫高，散熱困難，而超級(jí)電容自身的發(fā)熱又比較大， 所以這種影響就更為劇烈，即使使用大功率的空調(diào)，仍不能有效解決問(wèn)題。4、壽命短。正常情況下，一條公交線路會(huì)有10多個(gè)甚至20多個(gè)公交站，一輛公交 大巴一天會(huì)跑好幾個(gè)來(lái)回。而超級(jí)電容大巴車基本上是每站必充放一次電，這樣算下來(lái)，每 天就要充放電幾十次，每年就得上萬(wàn)次。即使超級(jí)電容的充放電次數(shù)高達(dá)5萬(wàn)次左右，約為 鋰電池等化學(xué)電容的10倍，它的壽命也仍然只有三年左右。5、可靠性不夠高。超級(jí)電容單體的電壓只有幾伏特，所以需要把幾十節(jié)乃至上百 節(jié)超級(jí)電容串聯(lián)使用。只要有一節(jié)電容出了問(wèn)題，或者其連接電路出了問(wèn)題，這一串電容均 受到影響，導(dǎo)致不能供電。所以整個(gè)串聯(lián)電路的不可靠性是每一節(jié)電池的不可靠性之和，這 樣不可靠性就會(huì)比較大，而可靠性就會(huì)比較低。6、發(fā)生意外時(shí)充電繁瑣。超級(jí)電容公交車必須依賴充電候車站充電，當(dāng)遇到堵車 等特殊原因等導(dǎo)致超級(jí)電容虧電而不能及時(shí)開(kāi)進(jìn)充電候車站，就必須利用拖車將車子拖入 充電候車站補(bǔ)充電能，或者調(diào)集充電工程車跟隨超級(jí)電容公交車，一旦發(fā)生意外便可通過(guò) 充電工程車臨時(shí)充電補(bǔ)充電能，但是，這兩種方法都需要耗費(fèi)很大的人力財(cái)力，所以可行性不高。發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種使用 飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其儲(chǔ)能密度高，重量輕，內(nèi)阻小，發(fā)熱少，效率高，對(duì)溫度不敏感， 壽命長(zhǎng)，可靠性高。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，包括 車體，在車體上設(shè)置有用以提供機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)、用以驅(qū)動(dòng)車軸轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器和用以控制 車體正常運(yùn)作的車體控制器，在車體上還設(shè)置有一套由多臺(tái)飛輪電池連接成的飛輪電池 組和用于控制、管理和均衡飛輪電池組充放電電壓和電流的電源管理器，所述飛輪電池組 通過(guò)電源管理器與電動(dòng)機(jī)相連以給電動(dòng)機(jī)提供電能。所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其中，所述飛輪電池組的多臺(tái)飛輪電池間 以并聯(lián)方式連接。所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其中，所述飛輪電池組具有四至八臺(tái)飛輪 電池。所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其中，各臺(tái)飛輪電池的功率至少為40千 瓦。所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其中，各臺(tái)飛輪電池的重量不超過(guò)80公 斤。所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其中，在車體上還設(shè)置有一套備用電池組， 所述備用電池組通過(guò)開(kāi)關(guān)與飛輪電池組并聯(lián)以在飛輪電池組無(wú)法正常供電時(shí)啟動(dòng)備用電 池組為電動(dòng)機(jī)供電。所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其中，還包括一用以與外部充電電源相連 的可伸縮的集電弓，所述集電弓通過(guò)電源管理器與飛輪電池組和備用電池組相連。所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其中，所述備用電池組的功率為3-5千瓦。所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其中，所述備用電池組為鋰電池。所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其中，所述電源管理器包括一飛輪電池速 度檢測(cè)器，所述飛輪電池速度檢測(cè)器與飛輪電池組相連。本實(shí)用新型的有益技術(shù)效果在于本實(shí)用新型通過(guò)使用多臺(tái)小型的高速飛輪電池 并聯(lián)來(lái)驅(qū)動(dòng)城市客車，其相比于超級(jí)電容城市客車，具有儲(chǔ)能密度高，重量輕；內(nèi)阻小，發(fā)熱 少，效率高；對(duì)溫度不敏感；壽命長(zhǎng)；可靠性高等優(yōu)點(diǎn)；此外，車體上還設(shè)置有備用電池組， 當(dāng)飛輪電池遇上堵車或故障等緊急情況時(shí)，可啟動(dòng)備用電池組供電來(lái)維持客車的正常營(yíng) 運(yùn)，相比現(xiàn)有技術(shù)中利用充電工程車跟隨超級(jí)電容公交車來(lái)給超級(jí)電容充電的方式，本實(shí) 用新型的成本更低，實(shí)用性更好。

圖1為使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車的電路結(jié)構(gòu)方框示意圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車在原有超級(jí)電容驅(qū)動(dòng)的大巴車基礎(chǔ)上 改進(jìn)，將超級(jí)電容驅(qū)動(dòng)的大巴車的驅(qū)動(dòng)部分改成飛輪電池驅(qū)動(dòng)，以改善超級(jí)電容驅(qū)動(dòng)大巴車的缺陷。其具體實(shí)現(xiàn)方式如下在城市客車的車體上設(shè)置飛輪電池組1、電源管理器3、電 動(dòng)機(jī)4、驅(qū)動(dòng)器5、車體控制系統(tǒng)6以及集電弓7。飛輪電池組1由多臺(tái)飛輪電池通過(guò)并聯(lián)方 式連接。飛輪電池是一種機(jī)械電池，它依靠高速旋轉(zhuǎn)的飛輪儲(chǔ)存動(dòng)能，并可實(shí)現(xiàn)動(dòng)能與電能 之間的相互轉(zhuǎn)換。飛輪電池的核心是飛輪，飛輪被磁懸浮軸承懸浮于真空室中，機(jī)械阻力和 空氣阻力都很小。飛輪上套裝了一臺(tái)電機(jī)，電機(jī)通過(guò)變頻器與用電器相連。充電時(shí)，電機(jī)帶 動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，電能轉(zhuǎn)化為飛輪的動(dòng)能；放電時(shí)，高速旋轉(zhuǎn)的飛輪帶動(dòng)電機(jī)發(fā)電，飛輪的 動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。飛輪電池組1通過(guò)電源管理器3與電動(dòng)機(jī)4相連，以給電動(dòng)機(jī)4提供電 能。驅(qū)動(dòng)器5與電動(dòng)機(jī)4相連，利用電動(dòng)機(jī)4輸出的機(jī)械能來(lái)驅(qū)動(dòng)車軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)車體 飛速行駛。集電弓7可伸縮式地設(shè)置在車體外部，其通過(guò)電源管理器3與飛輪電池組1相 連，在車子?？空?、乘客上下車時(shí)，可伸縮式集電弓7可伸出車體，與公交候車站的充電電 源觸線對(duì)接，以大電流向飛輪電池組1充電，充電結(jié)束后，集電弓7收回。電源管理器2內(nèi) 設(shè)置有用以檢測(cè)飛輪電池組1中各飛輪電池的飛輪速度的飛輪電池速度檢測(cè)器(未圖示)， 并根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)控制、管理和均衡飛輪電池的充放電電壓和電流。車體控制系統(tǒng)6作為整 車的控制中心，其用以協(xié)調(diào)和控制所有工作單元，使其維持正常運(yùn)作。本實(shí)用新型的飛輪電池組1可由四至八臺(tái)飛輪電池連接而成，本實(shí)施例中的飛輪 電池組1包括六臺(tái)飛輪電池。每臺(tái)飛輪電池的儲(chǔ)能量約為1度電，每臺(tái)飛輪電池的功率至少 為40千瓦，各臺(tái)飛輪電池的重量不超過(guò)80公斤，故飛輪電池組1的總儲(chǔ)能量約為6度電， 與超級(jí)電容大巴車相當(dāng)，總功率約為240千瓦，總重量480公斤左右(比超級(jí)電容輕得多)。 且由于本實(shí)用新型中的各臺(tái)飛輪電池之間采用并聯(lián)方式連接，即使有四臺(tái)飛輪電池壞掉， 仍然有80千瓦功率，2度電的容量，足以讓大巴車正常運(yùn)行。公交車每站距離約為1公里， 耗電量約為1度電，充電時(shí)間約為15秒，該充電時(shí)間基本在乘客上下車的時(shí)間以內(nèi)。飛輪電池組1也不是萬(wàn)無(wú)一失的，其雖然充放電效率高，但儲(chǔ)存過(guò)程中會(huì)不斷損 耗能量，當(dāng)遇上堵車等緊急情況時(shí)，有可能把飛輪電池中的電能全部耗光，以至于使車子拋 錨在路上。所以本實(shí)用新型還在車體上設(shè)置一套備用電池組2，其通過(guò)開(kāi)關(guān)與飛輪電池組1 并聯(lián)，以在飛輪電池1無(wú)法正常供電時(shí)啟動(dòng)備用電池組2為電動(dòng)機(jī)4供電。該備用電池組 2的功率可以不用太大，大約3-5千瓦就足以抵消飛輪的損耗功率了。為了減少車載負(fù)擔(dān)， 該備用電池組不易過(guò)重，30公斤左右較適宜。考慮到技術(shù)成熟度和成本的因數(shù)，此處的備用 電池組2可優(yōu)選鋰電池，當(dāng)然，也可根據(jù)實(shí)際情況選用其他小型化學(xué)電池。備用電池組2可 在車子開(kāi)出始發(fā)站之前充滿電待用，一旦發(fā)生緊急情況便啟動(dòng)備用電池組2為電動(dòng)機(jī)4供 電，但備用電池組2儲(chǔ)存的電能有限，當(dāng)電源管理器3檢測(cè)到備用電池組2儲(chǔ)能不足時(shí)，可 在車子駛?cè)牒蜍囌緯r(shí)，通過(guò)集電弓7為其快速充電，以備下次緊急情況的不時(shí)之需。綜上所述，本實(shí)用新型使用多臺(tái)小型的高速飛輪電池并聯(lián)來(lái)驅(qū)動(dòng)城市客車，在充 電方式下與超級(jí)電容城市客車一樣，均為每站充電一次。相比于超級(jí)電容城市客車，飛輪電 池城市客車具有如下優(yōu)點(diǎn)。1、儲(chǔ)能密度高，重量輕。超級(jí)電容的儲(chǔ)能密度約為5瓦時(shí)/公斤，而高速飛輪電池 的儲(chǔ)能密度高達(dá)50瓦時(shí)/公斤。所以實(shí)現(xiàn)同樣的儲(chǔ)能量，高速飛輪電池比超級(jí)電容輕得多， 大大降低了大巴車的負(fù)擔(dān)。2、內(nèi)阻小，發(fā)熱少，效率高。高速飛輪電池使用永磁空芯同步電機(jī)來(lái)轉(zhuǎn)換能量，電機(jī)里面是銅導(dǎo)線，內(nèi)阻很小，而且由于是空芯結(jié)構(gòu)，完全無(wú)鐵磁損耗，所以發(fā)熱很少，效率很
尚ο3、對(duì)溫度不敏感。高速飛輪電池本身發(fā)熱很少，而且它是一個(gè)真空結(jié)構(gòu)，真空不導(dǎo) 熱，所以對(duì)于氣溫的變化很不敏感，在較高或較低氣溫下均能正常工作。4、壽命長(zhǎng)。高速飛輪電池內(nèi)部是一臺(tái)電機(jī)帶動(dòng)一個(gè)飛輪，只要在正常工作范圍內(nèi)， 電機(jī)和飛輪均無(wú)充放電次數(shù)的限制，可以正常工作20年左右。5、可靠性高。本實(shí)用新型是利用多臺(tái)小型的高速飛輪電池并聯(lián)，而超級(jí)電容大巴 車是利用多節(jié)電容串聯(lián)。并聯(lián)的可靠性遠(yuǎn)比串聯(lián)高。因?yàn)樵诓⒙?lián)情況下，一臺(tái)飛輪電池?fù)p 壞了，還有其他飛輪電池繼續(xù)工作，而在串聯(lián)的情況下，一節(jié)電容壞了，整個(gè)串聯(lián)電路均不 能工作。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳可行實(shí)施例，并非限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍， 凡運(yùn)用本實(shí)用新型說(shuō)明書(shū)及附圖內(nèi)容所作出的等效結(jié)構(gòu)變化，均包含在本實(shí)用新型的保護(hù) 范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，包括車體，在車體上設(shè)置有用以提供機(jī)械能 的電動(dòng)機(jī)、用以驅(qū)動(dòng)車軸轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器和用以控制車體正常運(yùn)作的車體控制器，其特征在 于，在車體上還設(shè)置有一套由多臺(tái)飛輪電池連接成的飛輪電池組和用于控制、管理和均衡 飛輪電池組充放電電壓和電流的電源管理器，所述飛輪電池組通過(guò)電源管理器與電動(dòng)機(jī)相 連以給電動(dòng)機(jī)提供電能。
2.如權(quán)利要求1所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其特征在于，所述飛輪電池組 的多臺(tái)飛輪電池間以并聯(lián)方式連接。
3.如權(quán)利要求1所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其特征在于，所述飛輪電池組 具有四至八臺(tái)飛輪電池。
4.如權(quán)利要求1所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其特征在于，各臺(tái)飛輪電池的 功率至少為40千瓦。
5.如權(quán)利要求1所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其特征在于，各臺(tái)飛輪電池的 重量不超過(guò)80公斤。
6.如權(quán)利要求1所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其特征在于，在車體上還設(shè)置 有一套備用電池組，所述備用電池組通過(guò)開(kāi)關(guān)與飛輪電池組并聯(lián)。
7.如權(quán)利要求6所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其特征在于，還包括一用以與 外部充電電源相連的可伸縮的集電弓，所述集電弓通過(guò)電源管理器與飛輪電池組和備用電 池組相連。
8.如權(quán)利要求6所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其特征在于，所述備用電池組 的功率為3-5千瓦。
9.如權(quán)利要求6所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其特征在于，所述備用電池組 為鋰電池。
10.如權(quán)利要求1所述的使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，其特征在于，所述電源管理器 包括一飛輪電池速度檢測(cè)器。
專利摘要一種使用飛輪電池驅(qū)動(dòng)的城市客車，包括車體，在車體上設(shè)置有用以提供機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)、用以驅(qū)動(dòng)車軸轉(zhuǎn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器和用以控制車體正常運(yùn)作的車體控制器，在車體上還設(shè)置有一套由多臺(tái)飛輪電池連接成的飛輪電池組和用于控制、管理和均衡飛輪電池組充放電電壓和電流的電源管理器，所述飛輪電池組通過(guò)電源管理器與電動(dòng)機(jī)相連以給電動(dòng)機(jī)提供電能。本實(shí)用新型使用多臺(tái)小型的高速飛輪電池并聯(lián)來(lái)驅(qū)動(dòng)城市客車，其相比于超級(jí)電容城市客車，具有儲(chǔ)能密度高，重量輕；內(nèi)阻小，發(fā)熱少，效率高；對(duì)溫度不敏感；壽命長(zhǎng)；可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B60L11/18GK201914085SQ20112003019
公開(kāi)日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2011年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月28日
發(fā)明者王兆欣, 肖耀軍 申請(qǐng)人:深圳飛能能源有限公司