一种电动汽车电池充电的装置的制作方法

本发明属于新能源汽车，特别涉及一种电动汽车电池充电装置。

背景技术：

1、新能源电动汽车在全球范围内的普及率正飞速上升，正在逐渐取代燃油车成为消费者的青睐对象。驱动电机通常是电动汽车的“心脏”，其工作原理与传统的燃油车发动机有很大的区别。燃油车是通过燃料燃烧来驱动发动机，并将能量传递给汽车的传动系统，进而驱动车辆前进。而电动汽车则是通过驱动电机将电能转化成机械能，驱动汽车前进。因此，驱动电机在工作时需要更高的电压和电流，以便实现高效率、高速度的驱动效果。电动汽车充电桩有快充桩，慢充桩两种。快充桩采用直流电，接入电压达到380v以上；慢充桩采用交流电，接入电压为220v。无论哪种充电桩，其充电电流最高为16a.

2、维持电动汽车正常运转，需要不定时的到有充电桩的地方进行充电。电动汽车在行驶的过程中，车身会产生震动，同时需克服由运动带来的风阻，这些都需要消耗能量，如何将车身震动和风阻消耗的能量有效利用起来，为蓄电池充电，这是亟待解决的问题。

3、中国专利cn 118739304 a公开了一种配电台区共享应用的充放电互联控制一体化装置及方法，其中，一体化装置包括交直流耦合电路、潮流分接电路、直流充放电路和控制器；所述交直流耦合电路的一端与交流接入端口相连，另一端与所述潮流分接电路的交流侧相连，用于实现与交流电网的并网交互；所述直流充放电路的一端与充放电端口相连，另一端与所述潮流分接电路的直流侧相连，用于实现与充电设备的交互；所述潮流分接电路的柔性互联侧与柔性互联端口相连，用于实现内部直流潮流通道控制；所述控制器分别与所述交直流耦合电路、潮流分接电路和直流充放电路相连，用于负责二次通信管理与控制指令执行。本发明实现v2g和柔性互联调控复用，满足电动汽车充电需求和配电台区闭环运行。

4、中国专利cn 118739515 a公开了一种超宽电压输入双向充电模块装置及其电路控制方法，包括：pwm全控整流单元、传感器ct、buck/bost复合变换单元、全桥dab变换单元、电容co以及负载rl；所述传感器ct串联在pwm全控整流单元的电压输出端与buck/bost复合变换单元的电压输入端之间，所述buck/bost复合变换单元的电压输出端与全桥dab变换单元的电压输入端连接，所述电容co并联于全桥dab变换单元的输出端上，所述负载rl与电容co并联；本技术中采用pwm全控整流单元、buck/bost复合变换单元以及全桥dab变换单元三级复合型拓朴架构，不仅解决了新能源电动汽车充电技术中，网侧超宽电压输入的难题、800v高电压平台充电的难题，并同时解决了车网互动的难题。

5、中国专利cn 118739375 a公开了基于边缘计算的充储一体式充电控制方法，属于电力控制技术领域，解决了如何利用少量数据准确预测获取电动汽车的总充电量并控制储能模块储存适当电能，从而避免导致高峰时段仍然需要从电网获取电能，不能减少用电高峰期电网的负荷和波动，以及避免导致储能模块储能过剩，造成电力资源浪费的问题；方法包括：统计获取目标充电区域与下一高峰时段相同时间区间的电动汽车历史充电量数据集，分析获取目标充电区域在下一高峰时段所有电动汽车充电量的第一预测充电量；分析获取各个储能电池的健康状态；分析获取当前低谷时段或平谷时段的储能模块需要从电网获取的第二预测充电量并控制电网输出电能至储能模块储存。

6、中国专利cn118700881a公开了一种电动汽车充电控制系统，涉及新能源领域；包括：中央处理模块，其用于对信息处理和控制指令生成；充电电路模块，其用于配合充电枪对电动汽车充电；充电参数控制模块，其用于对充电功率、充电时间、充电电压、充电电流进行控制；通信接口，其用于充电枪与充电桩之间的建立通信。本发明“嵌入式”设计：采用软件+硬件结合的“嵌入式”设计理念，利用建立的核协议产品开发数据库，充分考虑充电电流、电压和温度等参数的监控和控制，及各种充电模式，通过不断实验优化构建软硬件体系，实现高功率转换，做到真正的低功耗，使之从原来的1000ua将至100ua以下。

7、中国专利cn 118677204 a公开了一种复合式振动能源收集装置，其包括电磁发电机模块、压电纳米发电机模块和摩擦纳米发电机模块。电磁发电机模块产生电输出的同时作为质量块驱动所述其他两个模块；压电纳米发电机模块包括正电极层、负电极层以及压电层，其通过磁铁运动撞击诱导所述压电层发生形变从而驱动其内部电偶极子产生极化效应，产生电流；所述摩擦纳米发电机模块包括：基底、缓冲层、电极层以及摩擦层，其通过磁铁运动导致所述摩擦层周期性接触分离，使所述电极层之间产生电势差，从而驱动电荷流动，产生电流。本发明公开的混合摩擦纳米发电机能实现振动能量的原位采集并为小型电子设备提供电能。

8、中国专利cn 113949306 b公开了一种环境振动能量采集装置及高速列车运营环境监测系统，旨在实现更宽频率的振动激励能量的采集。为此，本发明提供的环境振动能量采集装置，包括刚性盒体、竖向滑轨和质量块，质量块的上侧和下侧均通过发电组件与刚性盒体的顶板和底板连接，质量块的左侧和右侧均通过滚轮组件与刚性盒体的左侧板和右侧板连接，发电组件包括摩擦纳米发电机以及连接在摩擦纳米发电机与刚性盒体之间的缓冲弹簧，滚轮组件包括与刚性盒体固定连接的水平导轨、滑动安装在水平导轨上的水平滑块以及设置于水平滑块上的滚轮，质量块的两侧设有与对应的滚轮滚动配合的弧形凹曲面，刚性盒体与水平滑块之间连接有使滚轮与对应的弧形凹曲面保持接触的主弹簧。

9、中国专利cn 113949306 b公开了一种回转式摩擦纳米发电机，包括壳体、固定连接在壳体两端的端盖，端盖中心转动连接有转轴；壳体内侧壁轴向固定连接有若干层摩擦部，摩擦部包括若干等间隔设置的第一摩擦片；转轴周向侧壁固定连接有若干层自发电摩擦部，自发电摩擦部包括自发电组件及弹性连接在自发电组件上下两端的第二摩擦片，位于上方和下方的两个第一摩擦片与第二摩擦片相接触；转轴上设置有导电部，自发电组件与导电部电性连接有电能输出装置，第一摩擦片与电能输出装置电性连接；上下相邻的两个第一摩擦片与第二摩擦片相接触。本发明提供一种能量转换效率高的摩擦纳米发电机。

10、蒲雄等发表在《科技导报》2023年第41卷第19期上的“摩擦纳米发电机基础研究和技术创新进展”记载：摩擦纳米发电机(teng)是一项新兴的实现机电能量转换的平台技术，在人工智能、物联网和高熵能源等多个领域都有巨大的应用潜力。近10年来，通过世界范围内的广泛努力，teng的相关研究取得了长足的进步。综述了teng在基础研究和技术创新2个方面的代表性进展；讨论了提高teng输出性能的最新策略和方法；总结了teng在不同领域的应用研究进展，并对teng研究面临的挑战和机遇进行展望。

11、王中林等发表在《中国科学:技术科学》2023年第53卷第06期上的“纳米发电机应用:海洋蓝色能源”记载：海洋中蕴含着丰富的清洁可再生能源,海洋能源的开发利用将是后化石能源时代解决能源问题的根本途径之一.当前海洋能转化主要依赖于电磁发电机,但是它们的物理原理使其直接转化低频、无序海洋能源的效率很低.近年来新兴的摩擦纳米发电机(teng)恰恰在低频、高熵能量收集上具有显著优势,提供了海洋能高效开发的一种颠覆性技术路径.自2014年利用teng网络收集大范围海洋蓝色能源的思想被我们首次提出以来,国内外已在蓝色能源器件及其发电网络的结构与性能优化、能量管理技术、海洋环境的自驱动系统应用等方面取得很大的进展,已完成原理验证.然而,在蓝色能源技术的进一步迭代、海洋环境的工程应用开发上还需要进行持续的探索.本文首先阐述了基于纳米发电机的蓝色能源的原创思想与技术优势,接着概括了蓝色能源相关研究的整体进展,最后展望了海洋蓝色能源研究的发展趋势和挑战。

12、高思航等发表在《电力工程技术》2024年第43卷第05期上的“基于摩擦纳米发电机的输电线路振动能量收集装置”记载：在电力物联网蓬勃发展的当下，如何持续且长时间地供能成为了数以万计的传感器所要面临的技术难题。摩擦纳米发电机(triboelectricnanogenerator,teng)作为新崛起的高效供能技术，在传感器的自供电领域有着非常广阔的应用前景。文中基于摩擦电工作原理，利用多层弹性体结构的垂直接触分离teng,设计出一种面向输电线路微风振动的多层弹性体teng能量采集装置。通过振动能量采集器输出性能测试平台模拟输电线路微风振动状态，对不同频率和振幅下能量采集器的基本电气特性进行测试，结合电能管理策略，构建面向输电线路微风振动的振动能量采集自供电系统，实现宽频带振动能量的高效采集与转换，完成对商用传感器的供能。最后，通过输电线路振动缩比模型验证文中所设计振动能量采集装置的有效性与可行性。文中设计的振动能量采集自供电系统能够有效地将输电线路宽频振动能量转换为电能，具有结构简易、经济性好的特点，解决了电力物联网传感器不能持久绿色供电的问题。

13、付亚荣发表在《石油钻采工艺》2016年第38卷第04期上的“纳米发电机在油气田开发工程领域应用前景”第531页-第532页记载：中国科学院北京纳米能源与系统研究所2014年研制的12mm×12mm×0.7mm摩擦纳米发电机首次利用呼吸产生的电能驱动心脏起搏器，对于植入式医疗器件的发展意义重大。输出电压高达200-1000v、输出电流为100μa、仅3cm2大小的单层摩擦纳米发电机，可以瞬时带动几百个led灯、无线探测和传感系统、手机电池充电等。

14、王中林团队发表在《nature communications》2017年第8卷第1期上的“achievingultrahigh triboelectric charge density for efficient energy harvesting”记载：基于常规的由铜薄膜和聚四氟乙烯薄膜组成的摩擦纳米发电机，相关科研人员先是利用软接触和碎片结构使摩擦表面得到更为有效的利用，将空气中的摩擦电荷密度从50μcm-2增大到120μcm-2。接着，利用高真空环境将空气击穿的影响降至最低，把摩擦电荷密度进一步提升到660μcm-2，创造新的历史记录。最后，研究人员在聚四氟乙烯薄膜下引入铁电材料，将摩擦起电的表面极化和铁电材料的电滞介电极化进行耦合，使得摩擦电荷密度进一步跳跃到了1003μcm-2。这把即使是在普遍低速运动下(2hz)的传统摩擦纳米发电机的最大输出功率密度提高了两个数量级，从0.75wm-2提高到了50wm-2。

技术实现思路

1、本发明的目的：提供一种电动汽车电池充电装置。利用纳米发电机的工作原理，电动汽车行驶过程中振动所发电量及方法，对电动汽车电池进行时实充电，达到达到节能增航的目的。

2、本发明采用的技术方案：

3、电动汽车电池充电装置由纳米发电机机组(1)、第一导线(2)、ac\dc逆变器(3)、第二导线(4)、变压器(5)，第三导线(6)、电流传感器(7)、第四导线(8)、充电控制开关(9)、第五导线(10)、双向变流器(11)、第六导线(12)、有充电端口连接的蓄电池组(13)、第七导线(14)、第一电压传感器(15)、第二电压传感器(16)、第八导线(17)、第九导线(18)、第十导线(19)、第十一导线(20)组成。

4、其特征在于:纳米发电机机组(1)由20-50个摩擦式纳米发电机并联组成；纳米发电机组(1)正极与第一导线(2)的一端串联；第一导线(2)另一端与ac\dc逆变器(3)正极串联；ac\dc逆变器(3)负极与第二导线(4)的一端串联；第二导线(4)另一端与变压器(5)正极串联；变压器(5)负极与第三导线(6)的一端串联；

5、第三导线(6)的另一端连接电流传感器(7)正极；电流传感器(7)负极连接第四导线(8)的一端；第四导线(8)另一端连接充电控制开关(9)的正极；充电控制开关(9)的负极连接第五导线(10)的一端；第五导线(10)的另一端连接双向变流器(11)正极；双向变流器(11)负极连接第六导线(12)的一端；第六导线(12)的另一端连接蓄电池组(13)的正极；蓄电池组(13)的负极连接第七导线(14)的一端；第七导线(14)的另一端连接至纳米发电机组(1)的负极；

6、第八导线(17)的一端与纳米发电机组(1)负极连接；第八导线(17)的另一端连接第一电压传感器(15)的正极；第一电压传感器(15)的负极连接第九导线(18)的一端；第九导线(18)的另一端连接纳米发电机组(1)的正极；

7、第十导线(19)的一端连接蓄电池组(13)的正极；第十导线(19)的另一端连接第二电压传感器(16)的正极；第二电压传感器(16)的负极连接第十一导线(20)的一端；第十一导线(20)的另一端蓄电池组(13)的负极。

8、所述的摩擦式纳米发电机的规格为12mm×12mm×0.7mm，中国科学院北京纳米能源与系统研究所生产；

9、所述的由20-50个摩擦式纳米发电机并联组成的纳米发电机机组(1)的并联方式是本领域技术人员所熟知的，空间布置在一个体积为30252cm3-30259cm3的盒中，其布置方法是本领域技术人员所熟知的。

10、所述的纳米发电机组为摩擦式纳米发电机组。

11、所述的第一导线(2)、第二导线(4)、第三导线(6)、第四导线(8)第五导线(10)、第六导线(12)、第七导线(14)、第八导线(17)、第九导线(18)、第十导线(19)、第十一导线(20)规格为直径4mm或6mm的bv导线，即铜芯聚氯乙烯绝缘布电线，市场有售。

12、所述的ac\dc变压器(5)规格型号为ch6300-t281型变压器，市场有售。

13、所述的逆变器规格型号为454mm×80mm×142mm，最大功率为9000w，由洛

14、士盾逆变器厂生产。

15、所述双向变流器型号为model 62000d，由卓正电子测试仪器供应商提供。

16、所述的纳米发电机机组(1)、第一导线(2)、ac\dc逆变器(3)、第二导线(4)、变压器(5)，第三导线(6)、电流传感器(7)、第四导线(8)、充电控制开关(9)、第五导线(10)、双向变流器(11)、第六导线(12)、有充电端口连接的蓄电池组(13)、第七导线(14)、第一电压传感器(15)、第二电压传感器(16)、第八导线(17)、第九导线(18)、第十导线(19)、第十一导线(20)的具体连接技术与安装方法均为本领域技术人员所熟知。

17、所述的电动汽车电池充电装置，空间布置在一个体积为30252cm3-30259cm3的盒中，其空间布置方法是本领域技术人员所熟知的。见表1。

18、表1：电动汽车电池充电装置空间布置

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20、简述本发明的使用方法：首先将纳米发电机组安装至电动汽车引擎盖内合适位置，然后发动电动汽车，待第一电压传感器示数稳定后闭合装置开关，即可完成充电过程。

21、本发明的思路和创新点：

22、该发明的设计思路主要围绕新能源电动汽车的节能增航需求展开，通过创新性地引入纳米发电机技术，实现汽车自身部件振动能量的有效采集与利用。

23、本发明针对电动汽车续航里程受限的问题，探索新的能源补给方式。选择摩擦式纳米发电机作为能量采集装置，因其具有体积小、重量轻、能量转换效率高等优点。设计了一种电动汽车电池充电装置，包括摩擦式纳米发电机机组、导线、逆变器、变压器、电流传感器、开关、双向变流器、蓄电池组等组成部分。通过多个摩擦式纳米发电机的并联和堆叠，满足充电要求。在保证性能的前提下，通过合理的布局和堆叠设计，尽可能节省机盖内空间。

24、本发明首次将纳米发电机技术应用于新能源电动汽车的振动能量采集，为电动汽车提供了新的能源补给途径。多组件并联与堆叠设计，通过创新的并联和堆叠设计，实现了大量纳米发电机的高效集成，满足了电动汽车充电的高电压、大电流需求。本发明采用了空间优化与集成化设计，在保证性能的同时，通过精细的布局和堆叠设计，实现了发电机组体积的最小化，便于在电动汽车上的安装和使用。该系统具有开发成智能管理系统的潜力，虽然未明确提及，但该系统具有集成智能管理系统的潜力，可实时监测和调整发电机运行状态，提高系统整体效率和使用寿命。

25、本发明的有益效果：本发明一种电动汽车电池充电装置，安装在电动汽车上，在运行过程中可为电动汽车充电，每小时可为电动汽车充0.011kw·h-0.027kw·h的电量。充分利用了汽车运行中所浪费的能量，增加了电动汽车的续航里程。

26、采摩擦式纳米发电机收集由于振动所浪费的能量并回输至蓄电池，在调试到理想状态后可大幅减少新能源汽车的能量损耗，增加续航里程，进一步缩短新能源电动汽车与燃油车续航里程的差距。见表2。

27、表2：摩擦式纳米发电机组发电量

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29、所述的摩擦式纳米发电机组输出电压、电流由北京精科智创科技发展有限公司生产的pdms-100型压电型摩擦纳米发电机测试系统测得。