專利名稱：城市低成本飛輪蓄能式電動公交系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種城市公交系統，特別是涉及一種城市 低成本飛輪蓄能式電動公交系統。
二、 背景技術目前城市電動公交客車運營系統全部采用交流直流轉換充 電裝置將外界電網交流電能轉化成直流電能對化學蓄電池進行充電，再將化學 蓄電池安裝到電動公交客車上，由化學蓄電池提供整車驅動電源，用控制器將 化學蓄電池的直流電能轉化成交流電能，再輸出給電動公交客車上的交流電機 驅動公交車前進。
電動公交客車上應用的蓄電池主要有以下幾種鉛酸蓄電池、鋰離子蓄電 池、鎳氫蓄電池、磷酸鐵鋰蓄電池、超級電容蓄電池等多種蓄電池。公交汽車 在起點站和終點站之間的固定線路上每天的總運營里程大約有200公里左右， 實際運營表明目前電動公交客車每公里的電能消耗大約為一度電，所以要滿足 公交車每天的運營里程，如果一天只更換一次化學蓄電池組的話，蓄電池組的 蓄電量要達到或者說超過200KWh電能。要存儲這么多的電能，就會導致蓄電池 組的價格、重量及安裝空間分配等一系列問題的出現。比如使用鉛酸蓄電池組 價格最低，但重量和體積較大；以目前應用的某型號動力鉛酸蓄電池組為例， 當其蓄電量為126KWh電時，其電池組重量竟達到3500公斤，同時價格也達到 了 4-5萬元；鉛酸蓄電池組至少要每年更換一次，在整個電動公交客車十年的 使用壽命期內，用戶用以購買鉛酸蓄電池組的后期費用高達將近五十萬元，與一臺電動公交客車價格的一樣。使用其它新型電池雖然重量體積較小，但價格 相對更高，性價比更低。例如，鎳氫蓄電池、磷酸鐵鋰蓄電池價格是同等容量 動力鉛酸蓄電池價格的三到五倍，重量卻還有同等容量動力鉛酸蓄電池重量的 50%左右；鋰離子蓄電池價格是同等容量動力鉛酸蓄電池價格的五到十倍，重量 卻還有同等容量動力鉛酸蓄電池重量的30%左右；超級電容蓄電池還要更高。由 此可以看出用以購買化學蓄電池的后期使用投入對用戶來講是一個巨大的負
擔；另外化學蓄電池有電池組合效應，需要用戶有專門人才每天進行仔細維護
才能發揮每個化學蓄電池的最大能力，否則將嚴重影響整個化學蓄電池組的使
用壽命；化學蓄電池在較寒冷的冬天輸出功率會有較大程度減小；化學蓄電池 的總效率較低，電能的無謂消耗較大，這所有的一切都限制了化學蓄電池驅動 的電動公交客車大規模推廣應用。 三、實用新型內容
本實用新型所要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種使用 成本低、使用壽命長、電能利用率高且環保效果好的城市低成本飛輪蓄能式電 動公交系統，有效地解決了因運營成本過高和效率太低導致的電動公交客車不 能在產業上大規模推廣應用的問題。
本實用新型的技術方案是 一種城市低成本飛輪蓄能式電動公交系統，含 有飛輪蓄能式電動公交客車(2)和快速充電裝置(1)，每一公交線路一端或兩 端的終點站內安裝有所述快速充電裝置(1)，每一公交線上設置多臺飛輪蓄能 式電動公交客車(2)，每一臺飛輪蓄能式電動公交客車(2)在跑完一個或兩個
單程的距離后，在終點站內由所述快速充電裝置(1)在相鄰發車間隙時間內進
行充電，所述飛輪蓄能式電動公交客車(2)由客車車體(9)和專用飛輪蓄能器(11)組成，所述專用飛輪蓄能器(11)含有護罩、飛輪和直流兩用電機， 其中，所述飛輪安裝在所述護罩內，其中心軸與所述直流兩用電機的輸出軸連
接，所述護罩固定在所述客車車體(9)上，所述直流兩用電機的輸入輸出線與 安裝在所述客車車體(9)上的一個快速充電插孔裝置(8)連接，并且所述直 流兩用電機的輸入輸出線通過控制器與客車車體(9)上安裝的驅動電機連接， 所述快速充電插孔裝置(8)與所述快速充電裝置(1)內的快速充電接頭(7) 相匹配，實現快速充電。
所述專用飛輪蓄能器(11)的數量為一個或一個以上，所有專用飛輪蓄能 器(11)的輸出線路可以相互串聯、并聯或混聯使用，并且所有專用飛輪蓄能 器(11)的輸出線串聯、并聯或混聯后組成的二根正負極輸出總線與客車車體 (9)上的快速充電插孔裝置(8)的正負板輸入端相連，所述快速充電插孔裝 置(8)設置在客車車體(9)的四個側面部位或頂部位置。
所述專用飛輪蓄能器(11)的飛輪轉動中心軸線與地面平行或與地面垂直， 所述專用飛輪蓄能器(11)安裝在客車車體(9)的車身底架(10)上或車頂部 的車身框架上。
所述快速充電裝置(1)含有高壓動力線(3),該高壓動力線(3)與變壓器(4) 的輸入端連接，所述變壓器(4)的輸出端與交流一直流整流模塊(5)的輸入端 連接，所述交流一直流整流模塊(5)的正負極兩個輸出端與限流模塊(6)的 正負極兩個輸入端相連，所述限流模塊(6)的正負極兩個輸出端與快速充電接 頭(7)的正負極兩個入端相連。
所述客車車體(9)頂部安裝有車載空調器。 本實用新型的有益結果是1、 本實用新型電動公交客車采用專用飛輪蓄能器，而專用飛輪蓄能器具有 充電快、充電次數多、電能利用率高、無污染的特點，在正常公交車發車間隙 時間內，即可讓專用飛輪蓄能器充滿電。使用專用飛輪蓄能器的電動公交客車 每天的充電次數為五次或十次，按電動公交客車使用壽命十年計算，專用飛輪 蓄能器充放電次數為二萬到四萬次，只有其額定使用壽命的二十分之一到十二 分之一，因而專用飛輪蓄能器還有很大的壽命儲備，可以終生不用更換連續寸吏 用， 一直使用直到該臺電動公交客車報廢為止，降低公交系統的運營成本。
2、 本實用新型每一客車車體上安裝有多個專用飛輪蓄能器，所有專用飛輪 蓄能器的輸出線可以相互并聯或混聯使用，每一臺都可以單獨進行供電輸出， 其好處是 一是不管任何一個出現問題，仍然可以保證電動公交客車正常運營； 二是無論哪一個出現問題，其破壞性都要遠小于能儲存二十度電能的專用飛輪 蓄能器；三是單個專用飛輪蓄能器體積更小重量更輕，其安裝布置方案可以非 常靈活，可以充分利用車內空間；四是偶數個專用飛輪蓄能器的飛輪旋轉方向 一半順時針， 一半逆時針，這樣就可以抵消飛輪的陀螺效應。這樣不僅保證了 整個城市低成本飛輪蓄能式電動公交系統運營的連續性和可靠性，也同時更加 保證了電動公交客車運營的安全性。
3、 本實用新型有利于降低用戶后期運營投入原來使用化學蓄電池的電動 公交客車在十年的壽命期內購買化學蓄電池的投入至少需要五十萬元以上，而 采用專用飛輪蓄能器的投入只有二十萬元左右，電動公交客車用戶可以節約投 入60%以上。另外，本實用新型具有明顯的環保優勢大多數化學蓄電池都有二 次污染，而本飛輪蓄能器由于不使用重金屬材料，所以對環境沒有任何的污染。
4、 本實用新型可以在公交車相鄰發車間隙時間內實現專用飛輪蓄能器充電過程，也就是說，安裝有專用飛輪蓄能器的電動公交客車可以在公交車相鄰發 車間隙時間內充滿電后再發車(可以在一分鐘甚至更短時間內充滿電)，有利于 和現有的公交車發車制度接軌。
5、 本實用新型的電能總利用效率更高，由外界電網輸入的電能，經轉換后 充入專用飛輪蓄能器，再由專用飛輪蓄能器輸出的電能的總效率可以達到80% 以上，而采用化學蓄電池的電動公交客車這一過程電能的總利用效率只有70% 左右，可以減少電能的無謂浪費，節約能源。
6、 本實用新型飛輪蓄能器一次安裝，終生使用，基本不用更換，也不需要 專門人才每天進行維護，減少了更換時間和維護費用，大大提高了公交車的運 營效益。
7、 本實用新型的使用地區非常廣泛，在寒冷地區尤其適用；對于交通繁忙、 污染嚴重、成本居高的大中城市公交系統，易于推廣，推廣后具有巨大的社會 和經濟效益。
四、
圖1為城市低成本飛輪蓄能式電動公交系統正常運營的示意圖2為圖1所示快速充電裝置的示意圖3為專用飛輪蓄能器在客車車體上安裝的示意圖之一；
圖4為專用飛輪蓄能器在客車車體上安裝的示意圖之二；
圖5為專用飛輪蓄能器在客車車體上安裝的示意圖之三；
圖6為專用飛輪蓄能器在客車車體上安裝的示意圖之四。
五具體實施方式
實施例一參照圖1-圖3，在城市電動客車運營的公交線路的一個或兩個終點站內設置有一個或兩個快速充電裝置l,快速充電裝置1含有高壓動力線3， 該高壓動力線3與變壓器4的輸入端連接，變壓器4的輸出端與交流一直流整 流模塊5的輸入端連接，交流一直流整流模塊5的正負極兩個輸出端與限流模 塊6的正負極兩個輸入端相連，限流模塊6的正負極兩個輸出端與快速充電接 頭7的正負極兩個入端相連，通過快速充電接頭7的正負極兩個輸出端就可以 將髙壓動力線3傳送過來的交流電能轉化為直流電能輸出了。飛輪蓄能式電動 公交客車2由客車車體9和專用飛輪蓄能器11組成，專用飛輪蓄能器11含有 護罩、飛輪、直流兩用電機和安全保護裝置，其中，飛輪安裝在護罩內，其中 心軸與直流兩用電機的輸出軸連接，護罩固定在客車車體9兩輪之間的車身底 架10上，并且飛輪的轉動中心線與地面垂直，直流兩用電機的輸入輸出線和快 速充電插孔裝置8連接，并且直流兩用電機的輸入輸出線通過控制器與客車車 體9上安裝的驅動電機連接。通過人工或自動裝置指揮快速充電裝置1內的快 速充電接頭7與飛輪蓄能式電動公交客車2上的快速充電插孔裝置8相連接； 每一飛輪蓄能式電動公交客車2上可以安裝一個大型的專用飛輪蓄能器11，也 可以安裝多個小型的專用飛輪蓄能器11，其具體數量根據需要確定，多個專用 飛輪蓄能器11的輸出線串聯、并聯或混聯后組成的二根正負極輸出總線與客車 車體9上的快速充電插孔裝置8的正負板輸入端相連，所以快速充電裝置1可 以直接對其上安裝的專用飛輪蓄能器11進行充電，在正常公交車發車間隙時間 內讓專用飛輪蓄能器11充滿電。充滿電的飛輪蓄能式電動公交客車2在終點站 內發車往另一個終點站方向行駛，其上安裝的一個或多個專用飛輪蓄能器ll的 總蓄電量剛好能夠滿足飛輪蓄能式電動公交客車2在公交運營線路的兩個終點 站之間跑完一到兩個單程的距離，每跑完一到兩個單程的距離后就在下一個終點站或同一個終點站內由快速充電裝置11再對其專用飛輪蓄能器11充一次電，
接著跑下一到兩個單程的距離；其每一次的充電時間都為正常公交車發車的間 隙時間。
所有的專用飛輪蓄能器ll的輸出線路相串聯，也可以將所有的專用飛輪蓄 能器ll的輸出線路并聯，或者串聯并聯混合進行混聯后使用。選用串聯方式的 好處是總輸出電壓是所有專用飛輪蓄能器ll的輸出電壓之和，輸出電壓高，但 總的輸出電流與單個專用飛輪蓄能器ll的輸出電流一樣，輸出電流較小，這樣 飛輪蓄能式電動公交客車2上驅動電機控制器的成本會有所降低，線路成本和 線路能量損耗出會有所降低；其不利方面是萬一有一個專用飛輪蓄能器ll出現 問題，就會造成這一臺電動公交客車的停止運營。選用并聯方式的好處是總輸 出電壓與單個專用飛輪蓄能器ll的輸出電壓一樣，輸出電壓低，任何一個專用
飛輪蓄能器ll出現問題，不影響整個電動公交客車的運營，安全性和可靠性高； 其不利方面是總的輸出電流是所有專用飛輪蓄能器11輸出電流的總和，飛輪蓄 能式電動公交客車2上驅動電機控制器的成本會有所增加，線路成本和線路能 量損耗也有所增加。選用串聯并聯混聯后使用的好處是它具有串聯和并聯的相 關優點，相應比單獨使用了串聯和并聯的缺點要少，如可以設計成幾組均有同 等數量的專用飛輪蓄能器ll先串聯，然后再將這幾組并聯使用；也可以設計成 幾組均有同等數量的專用飛輪蓄能器ll先并聯，然后再將這幾組串聯使用；無 論串聯或并聯的哪一組出現問題，都不會影響整個飛輪蓄能式電動公交客車2 的正常運營。串聯、并聯及混聯三種輸出方案究竟選用哪一種使用方案更好， 要看飛輪蓄能式電動公交客車2的具體可用安裝空間、驅動電機選擇、驅動電 機控制器選擇及總載客量要求等詳細參數來決定。實施例二參照圖4，本實施例與實施例一基本相同，相同之處不重述，不 同之處在于專用飛輪蓄能器ll的轉動中心線與地面垂直地安裝在客車車體9 后輪后面的車身底架10上。
實施例三參照圖5，本實施例與實施例一基本相同，相同之處不重述，不 同之處在于專用飛輪蓄能器11的轉動中心線與地面平行地安裝在客車車體9 的兩輪之間車身底架10上。
實施例四參照圖6，本實施例與實施例一基本相同，相同之處不重述，不 同之處在于專用飛輪蓄能器ll的轉動中心線與地面平行地安裝在客車車體9 后輪后面的車身底架10上。
實施例五本實施例與實施例一基本相同，相同之處不重述，不同之處在 于專用飛輪蓄能器的轉動中心線與地面平行或垂直地安裝在客車車體的車頂 框架上。
改變專用飛輪蓄能器的安裝位置和具體結構、改變專用飛輪蓄能器的數量 和連接關系能夠組成多個實施例，均為本實用新型的常見變化范圍，在此不一 一詳述。
權利要求1、一種城市低成本飛輪蓄能式電動公交系統，含有飛輪蓄能式電動公交客車(2)和快速充電裝置(1)，其特征是每一公交線路一端或兩端的終點站內安裝有所述快速充電裝置(1)，每一公交線上設置多臺飛輪蓄能式電動公交客車(2)，所述快速充電裝置(1)能夠在相鄰發車間隙時間內對跑完一個或兩個單程距離的所述飛輪蓄能式電動公交客車(2)進行充電，所述飛輪蓄能式電動公交客車(2)由客車車體(9)和專用飛輪蓄能器(11)組成，所述專用飛輪蓄能器(11)含有護罩、飛輪和直流兩用電機，其中，所述飛輪安裝在所述護罩內，其中心軸與所述直流兩用電機的輸出軸連接，所述護罩固定在所述客車車體(9)上，所述直流兩用電機的輸入輸出線與安裝在所述客車車體(9)上的一個快速充電插孔裝置(8)連接，并且所述直流兩用電機的輸入輸出線通過控制器與客車車體(9)上安裝的驅動電機連接，所述快速充電插孔裝置(8)與所述快速充電裝置(1)內的快速充電接頭(7)相匹配，實現快速充電。
2、 根據權利要求1所述的城市低成本飛輪蓄能式電動公交系統，其特征是: 所述專用飛輪蓄能器(ll)的數量為一個或一個以上，所有專用飛輪蓄能器(ll) 的輸出線路可以相互串聯、并聯或混聯使用，并且所有專用飛輪蓄能器(11) 的輸出線串聯、并聯或混聯后組成的二根正負極輸出總線與客車車體(9)上的 快速充電插孔裝置(8)的正負板輸入端相連，所述快速充電插孔裝置(8)設 置在客車車體(9)的四個側面部位或頂部位置。
3、 根據權利要求2所述的城市低成本飛輪蓄能式電動公交系統，其特征是:所述專用飛輪蓄能器(11)的飛輪轉動中心軸線與地面平行或與地面垂直，所述專用飛輪蓄能器(11)安裝在客車車體(9)的車身底架(10)上或車頂部的 車身框架上。
4、 根據權利要求1所述的城市低成本飛輪蓄能式電動公交系統，其特征是所述快速充電裝置(1)含有高壓動力線(3)，該高壓動力線(3)與變壓器(4)的 輸入端連接，所述變壓器(4)的輸出端與交流一直流整流模塊(5)的輸入端連 接，所述交流一直流整流模塊(5)的正負極兩個輸出端與限流模塊(6)的正 負極兩個輸入端相連，所述限流模塊(6)的正負極兩個輸出端與快速充電接頭 (7)的正負極兩個入端相連。
5、 根據權利要求1 4任一所述的城市低成本飛輪蓄能式電動公交系統， 其特征是所述客車車體(9)頂部安裝有車載空調器。
專利摘要本實用新型公開了一種城市低成本飛輪蓄能式電動公交系統，其公交線路一端或兩端的終點站內安裝有快速充電裝置(1)，公交線上的每一臺飛輪蓄能式電動公交客車(2)均由客車車體(9)和專用飛輪蓄能器(11)組成，所述專用飛輪蓄能器(11)含有護罩、飛輪和直流兩用電機，所述飛輪的中心軸與所述直流兩用電機的輸出軸連接，所述護罩固定在所述客車車體(9)上，所述直流兩用電機的輸入輸出線和一個快速充電插孔裝置(8)連接并且通過控制器與客車車體(9)上安裝的驅動電機連接，所述快速充電插孔裝置(8)與所述快速充電裝置(1)內的快速充電接頭(7)相匹配，實現快速充電。本實用新型降低了公交系統的運營成本，提高了電能使用效率，社會和經濟效益巨大。
文檔編號H02J7/00GK201378768SQ20092008845
公開日2010年1月6日 申請日期2009年2月9日 優先權日2009年2月9日
發明者張秀生, 符海龍, 陳玉啟 申請人:陳玉啟