CN1493475A - 可交替更换蓄电池的电动车及其运行系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可交替更换蓄电池的电动车，包括车体、固定蓄电池、电动机、车轮和车辆运行装置，在车体前部的引擎箱内或车体后部的后备箱内设置有一组以上的可更换蓄电池，可更换蓄电池的输出端与电动机相联。本发明还公开了一种实现可交替更换蓄电池的电动车的运行系统，在全国设立统一规格的可快速更换蓄电池的服务系统和可供电动车驾驶员进行选择的三种运行模式，该系统包括遍布全国的蓄电池加电站，统一规格的已充好电的备用蓄电池和对需要充电的蓄电池进行充电的充电站系统。

Description

可交替更换蓄电池的电动车及其运行系统
技术领域
本发明涉及一种可交替更换蓄电池的电动车，本发明还涉及该电动车的运行系统。
背景技术
我国已步入小康社会，人们的生活水平有很大提高。汽车大量进入家庭的时机已经成熟，作为国民经济支柱产业的汽车工业将会高速发展。但我国是一个石油储量较少的人口大国，油料远远满足不了汽车大量增加的需要。另外尾气污染也是阻碍内燃机汽车大量发展的因素。用电动汽车替代内燃机汽车是解决上述矛盾较好的方案。
目前国内外正在试验研究的电动汽车主要有蓄电池电动汽车、燃料电池电动汽车以及混合动力汽车等形式。
混合动力汽车由于有两套动力系统，并且控制系统比较复杂，所以造价高、维修复杂。混合动力汽车还是离不开燃油。
燃料电池电动汽车所用的燃料电池成本较高。生产、运输和存储燃料(氢等)也比较麻烦，还需要配套许多加燃料的站点。而且所用燃料有爆炸、燃烧的可能，有一定的危险性。
蓄电池电动汽车技术较成熟，造价较低。但是一次充电后蓄电池电动汽车行驶的距离较短(200公里左右)。而且给蓄电池充电很麻烦，要占很长时间。如果是跑长途，蓄电池电动汽车使用起来就更不方便了。
申请号为97180301.3的专利公开了一种用于电力驱动车辆的蓄电池充电和更换系统。该系统投资较大，自动化程度较高，但不太适合中国目前的国情。中国目前的经济还不十分发达，劳动力相对比较便宜。因此，该系统很难被实施。
申请号为97109305.9的专利公开了一种便于更换蓄电池的电动汽车及其方法。该方案的电动汽车在运行期间蓄电池里的电不能用完，剩余的电量多少不一，费用结算较麻烦。车辆运行的可靠性也较差，容易出现电用完了车还没有赶到蓄电池更换站的情况。另外公路上设置的蓄电池更换站密度太大了点(5-10公路一个)。实施难度较大。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用在车体中设置可交替更换的蓄电池使车辆能长距离行驶。本发明的另一目的是提供该电动汽车的运行系统，这种电动汽车运行系统能使电动汽车在全国大部分地区(电网延伸到的地区)都能方便地持续行驶。这种电动汽车运行系统中所包含的电动汽车的制造、维护和运行费用都较低。这种电动汽车运行系统会成为我国发展家庭用车的较好的方案之一。
本发明的技术方案是：一种可交替更换蓄电池的电动车，包括车体、固定蓄电池、电动机、车轮和车辆运行装置，在车体前部的引擎箱内或车体后部的后备箱内设置有一组以上的可更换蓄电池，可更换蓄电池的输出端与电动机相联。
上述的每组蓄电池由两个以上蓄电池组成。
上述蓄电池包括酸性铅蓄电池、碱性蓄电池和Nicd蓄电池等各种蓄电池，上述蓄电池的规格完全统一。
上述的电动车是电动汽车、电动摩托车、电动自行车和电动船。
一种实现可交替更换蓄电池的电动车的运行系统，其方法是：在全国设立统一规格的可快速更换蓄电池的服务系统和可供电动车驾驶员进行选择的三种运行模式，该系统包括遍布全国的蓄电池加电站，统一规格的已充好电的备用蓄电池和对需要充电的蓄电池进行充电的充电站系统。
上述的三种运行模式是(1)在外地公路上的运行模式；(2)在公路上的节能运行模式；(3)在市区道路上的运行模式。
上述的充电系统的蓄电池同时具有全国性和区域性两种性质。
上述蓄电池的全国性是指蓄电池(组)象汽车一样全国范围统一编号管理，任一蓄电池(组)的编号在全国范围内都是唯一的，任何一辆电动汽车在全国任意一个加电站都能更换蓄电池(组)。
上述蓄电池的区域性是指任一蓄电池(组)只能在规定的区域内流通，每个区域都有特定的充电指令，蓄电池(组)在特定区域外的充电站是不能被充电的。
本发明的优点：
交替更换蓄电池(组)式电动汽车运行系统各部分的技术都已经很成熟了，实施起来没有技术难题。这个系统十分符合中国的国情(主要地区都是人口多、城镇之间距离近、电网密)，建设分布较合理的充(加)电站也没困难。可先利用一部分大中型企事业单位(8小时工作不倒班的单位)的配电房改造成充电站，利用下班的时间给蓄电池(组)充电，可以减少部分前期投资。
目前国内外有很多企业在搞电动汽车的试验研究，他们的研究重点大都放在提高蓄电池的性能上。大都是把蓄电池作为电动汽车的重要组成部分。蓄电池定不了型影响了电动汽车的产业化生产，虽然电动汽车的生产技术(不包括蓄电池)已经十分成熟。技术在不断进步，蓄电池的研发也在不停的进行。汽车的报废周期约为十年，而在这十年里蓄电池可能会有几代新产品出现。车和蓄电池作为一体，一旦有新品种的蓄电池出现，原来的车的品质就会随着老蓄电池一起相对下降。如同现在的手机、电脑一样总是很快就落伍了，这也会影响人们购买电动汽车的欲望。即便是蓄电池的性能有很大提高，容量还是有限。目前正在试验研究的电动汽车补充能量时，不可能有内燃机汽车加油那么方便(车和蓄电池作为一体，充电时车要长时间不能动)。由于使用不方便人们就不会大量购买这种电动汽车，生产批量小生产成本就高，更加不利于电动汽车的推广。
本发明较好地解决了上述问题。将电动汽车和蓄电池分开，就象内燃机汽车和燃油的关系一样。电动汽车的生产技术已经成熟，可以大批量低成本地生产。生产出的电动汽车的成本，要比同档次的内燃机汽车低很多。虽然目前的蓄电池的功能还没有达到人们预期的高标准，但已经能满足电动汽车对电量的基本要求。以后蓄电池的相关技术不论发展多快，人们也不必担心蓄电池的性能有新的提高，会对自己的电动汽车的品质有不利影响。而且用交替更换蓄电池(组)的方式给电动汽车补充能量，不比给内燃机汽车加油麻烦，在城市里会更方便(加油站有危险性，在城市里很难布置，加油站数量不足加油就会很麻烦)。另外电动汽车的运行和维修成本也比内燃机汽车低许多。由于车上没有燃油，汽车燃烧的危险大大减小。综上所述交替更换蓄电池(组)式电动汽车运行系统很容易形成大规模产业化生产，生产的电动汽车会很快在社会上普及。一旦电动汽车行业有大规模发展，行业内就会有充足的资金投入蓄电池的研发，蓄电池性能的提高又会促进电动汽车行业进一步发展。相互促进，形成良性循环。
电动汽车是未来汽车的发展方向。在汽车还没有大量进入家庭前普及电动汽车，会减少以后需要汽车转型(提倡使用电动汽车限制使用燃油汽车)时产生的大量社会财富的浪费。
前面只是用电动汽车为例子对本发明作了说明。本发明同样适用于电动摩托车(自行车)和电动船。
附图说明
图1为可交替更换蓄电池的电动车结构示意图，
图2为蓄电池(组)区域性中的相邻区域和交叉区域示意图。
具体实施方式
本可交替更换蓄电池的电动车的结构如图1所示：包括车体1、固定蓄电池2、电动机、车轮3和车辆运行装置，在车体1前部的引擎箱4内或车体后部的后备箱6内设置有一组以上的可更换蓄电池5，可更换蓄电池5的输出端与电动机相联。所述的每组蓄电池可由两个以上蓄电池组成。所述的蓄电池包括酸性铅蓄电池、碱性蓄电池和Nicd蓄电池等各种蓄电池，所述蓄电池的规格完全统一。
本发明的任务是这样实现的。交替更换蓄电池(组)式电动汽车运行系统，包括使用交替更换蓄电池(组)的方式作到持续行驶的电动汽车、专用的全国统一规格的可快速更换的蓄电池(组)、遍布全国(电网延伸到的地区)的充电站和加电站(相当于加油站)。
下面对交替更换蓄电池(组)式电动车(船)运行系统的各子系统作进一步的介绍：
用交替更换蓄电池(组)的方式作到持续行驶的电动汽车子系统：
这种电动汽车可以是大小客、货车以及其他车辆。这种电动汽车有自备固定蓄电池和能很方便地安置两组可更换蓄电池(组)的位置及其配套设施。
如作为公交车则配套的加(充)电站设在公交车沿线和终点站。由于公交车的行驶路线和距离是固定的，所以车上只需有一组可更换蓄电池(组)就可以了。
每辆这种电动汽车都有一个信息卡(该卡为可充值卡，采集信息和付款一次刷卡就可完成)。每当更换蓄电池(组)时，加电站的工作人员都要将电动汽车信息卡上的相关信息、更换下来的蓄电池(组)的相关信息以及更换上去的蓄电池(组)的相关信息，同时输入计算机网络中。电动汽车和蓄电池(组)在一段时间内是一一对应的。根据这些信息可以统计出电动汽车的流向、流量和当前蓄电池所在的位置。一旦在更换蓄电池(组)时发现电动汽车和蓄电池(组)的信息与计算机网络中的信息有矛盾，则该车可能有问题(可能是套牌车或失窃车)，要立刻报公安部门进行调查。被盗车辆不能到加电站更换蓄电池(组)，车辆无法使用，就不会有人购买来路不明的电动汽车，赃车卖不出去，也就没人偷(强)电动汽车了。关于汽车的刑事案件的数量将会大大降低，对交通事故逃逸案的侦破也会有很大帮助。
本系统的电动汽车的运行特征有以下三种运行模式。
模式一，公路(外地)运行模式。由于公路上的加电站密度较小，司机对外地的环境也不了解，为了提高可靠性，电动汽车上同时装有两组可快速更换的蓄电池，第一组蓄电池的电量用完后再起用第二组蓄电池，在使用第二组蓄电池期间到合适的加电站将第一组蓄电池更换为已充足电的蓄电池(组)。两组可更换蓄电池循环交替，保证电动汽车持续行驶。
模式二，公路(外地)节能式运行模式。开始电动汽车上只装一组可更换蓄电池(每组蓄电池能使汽车行驶100公里左右)。待车辆行驶较长的一段距离后，蓄电池里的电量还能使车辆行驶相当一段距离时，就到路旁的加电站装上第二组已充满电的蓄电池。等第一组蓄电池的电用完后再起用第二组蓄电池，然后在碰到的合适的加电站卸下第一组蓄电池，车辆继续行驶。这时车上还是只有一组可更换蓄电池。两组可更换蓄电池以这种形式循环交替，保证电动汽车持续行驶。这种运行模式适用于司机熟悉的公路路段。与模式一相比：优点是车上大部分时间只有一组可更换蓄电池，比有两组时车的重量减轻了许多，所以耗电也相应减少。缺点是停车次数增加了，相对麻烦一些。
电动汽车按上述两种模式运行时，可更换蓄电池不给车上的固定蓄电池充电。固定蓄电池只用来储存车辆刹车和下坡时回收的那部分电能。当固定蓄电池被充满电时，汽车会自动切换为由固定蓄电池供电。固定蓄电池里的电被用到一定程度时(固定蓄电池里始终保持一定数量的备用电量，只有在特殊情况下由手工操作这部分电能才会被输出)，汽车会自动切换为由可更换蓄电池(组)供电。
模式三，市区(短途)运行模式。在这种运行模式下，固定蓄电池的容量分为三个部分。第一部分是在特殊情况下才能使用的备用电量。第二部分是能使汽车行驶5公里左右到加电站的电量。第三部分是用来储存车辆刹车和下坡时回收的那部分电能的容量。当固定蓄电池被充满电时，汽车会自动切换为由固定蓄电池供电。一般是将固定蓄电池里的第二、三部分的电量用完后(在可更换蓄电池里的电快用完时，固定蓄电池只能输出其中第三部分的电量)，汽车会自动切换为由可更换蓄电池(组)供电。可更换蓄电池(组)的电用完后再起用固定蓄电池，这段时间里司机要在合适的时机将车开到加电站更换蓄电池(组)。如果可更换蓄电池(组)以及固定蓄电池的第二、三部分的电量都用完了，还没有找到加电站时，就动用固定蓄电池的第一部分备用电量。由于市区(短途)的加电站密度较大，司机对环境也比较了解，电动汽车上只装一组可更换蓄电池，与固定蓄电池配合使用就能满足要求。
电动汽车上的固定蓄电池平时靠车辆刹车和下坡时回收的电能为其补充电能。如果固定蓄电池里储存的电量满足不了备用电量的要求，可以由可更换蓄电池(组)为其充电，也可以用市电直接为其充电(由于电价不同，用市电直接充电费用可能最贵)。为固定蓄电池充电的三种功能电动汽车同时具有，司机可根据当时情况选用。
电动汽车同时具有上述三种运行模式的功能。什么环境使用哪种运行模式，由司机自己决定。
可更换蓄电池(组)子系统：
可更换蓄电池(组)是一种在很短时间内就能在车上更换完成的蓄电池(组)。蓄电池(组)的规格尺寸全国统一。蓄电池的种类不同(例如有镉镍电池、锂电池等)只反映在电能容量不同，而外形、尺寸不变。汽车吨位不同安装的蓄电池(组)数量可以不同，标准蓄电池(组)在车上能组合成更大的蓄电池组。
蓄电池(组)上有电量输入输出的计量显示表，电动汽车上也备有两个电量输出的计量显示表(车上的每个表对应特定的一组蓄电池)。更换蓄电池(组)时先按蓄电池(组)上的电量输入计量表显示的电量付款(同种类的各组蓄电池储存的电量都是一样的，所以费用是确定的)。如蓄电池(组)有问题所储存的电量不能全部输出(以蓄电池上的输出计量表为准)，则在下一个加电站将未输出的电量的费用扣除[如蓄电池(组)没问题，司机要求提前更换蓄电池(组)可以不扣或少扣费用]。电动汽车上的电量输出计量表是用于司机核对蓄电池(组)上的计量表的(规定有相应的误差值)。
为了蓄电池(组)能被很好的维护以及国家的税收不会大量流失(国家的税收以各充电站的总电度表的读数按比例收取)，蓄电池(组)只有在加电站接到特殊指令后才能充电，例如可以用可控硅控制。否则不能被充电(由于电价不同不在充电站充电费用会更高，一般情况下车主是不会自己在家充电的)。电动汽车刹车、下坡时回收的电能被存入车上固定的小型自备蓄电池。
蓄电池(组)具有全国性和区域性两种性质。
蓄电池(组)的全国性：蓄电池(组)象汽车一样全国范围统一编号管理，任一蓄电池(组)的编号在全国范围内都是唯一的。任何一辆电动汽车在全国任意一个加电站都能更换蓄电池(组)。
蓄电池(组)的区域性：由于每个蓄电池(组)所储存的电量有限，目前每组蓄电池能使电动汽车行驶100公里左右。例如把以150公里到200公里为半径的范围作为一个区域，任一蓄电池(组)只能在规定的区域内流通。相邻区域间共有100公里左右的交叉区域，如图2所示。在交叉区域里相邻区域的蓄电池(组)都能流通，但只能流向各自被指定的区域。每个区域都有特定的充电指令(指令可以不定期被更改，交叉区域的充电站同时具有各相邻区域的充电指令)，蓄电池(组)在特定区域外的充电站是不能被充电的。不同区域的蓄电池(组)用不同颜色的外壳，方便辨认。蓄电池(组)流通到指定的区域以外后，应很快流通回去(由网络中的规章制度来保证)。
蓄电池(组)具有全国性和区域性两种性质，以及具有全国、区域和充电站等各级管理、服务系统。是为了更好地对蓄电池(组)进行管理。
蓄电池(组)在特定区域[区域划分得小，容易对蓄电池(组)进行管理]里被统一建档管理，蓄电池(组)的充放电次数及相关情况都有详细记录。有专门机构和人员对蓄电池(组)的使用、检测、维护、报废、更新进行全程管理。报废的蓄电池统一回收再利用，并进行无害化处理，使费蓄电池对环境的污染降到最小程度。
购买电动汽车时，车价中不包括含可更换蓄电池(组)的费用。车主可以到最近的充电站办理入网手续，并交纳相关费用。手续办好后，这台电动汽车就可以在全国任何一个加电站更换蓄电池(组)。
为了防止蓄电池(组)被不合理使用受到损伤，蓄电池(组)换到车上后要加锁加封，锁和封只有在加电站才能打开。蓄电池(组)在车上还可能会被作为社会上临时用电的电源，所以要加装放电保护系统，防止电流过大损坏蓄电池(组)。
充电站和加电站子系统：
我国的电力事业已经发展到了相当大的规模，绝大部分村镇都通上了电，给建立全国的充(加)电站网络提供了很好的条件。为了保证蓄电池(组)的充电质量和能有较好的日常维护，充电设备集中设置在充电站。充电站设在临近高压电网的位置。一个充电站服务于若干个加电站，给这些加电站配送充好电的蓄电池(组)，并将各个加电站中从汽车上更换下来的用完电的蓄电池(组)回收到充电站。在充电站里先对回收的蓄电池(组)进行抽检、维护，然后再进行充电。充电站还负责充电站之间蓄电池(组)的调剂以及网络中相关信息的核对和传递。
充电站给蓄电池(组)充电，可以充分利用低谷电价，使得电动汽车的运行费用大大低于燃油汽车的运行费用，引导人们使用电动汽车。这样也对电力电网削峰填谷有很大好处。
加电站按需要进行分布。加电站的技术要求和安全要求比加油站低得多，场地面积也比加油站(规模相同的)小得多。加电站可以建在任何需要的地方，如居民小区、公共建筑的地下停车场等都可以建，比建加油站方便、安全得多。在加电站更换蓄电池(组)用人工和简单的辅助起重设备就可以进行。加电站的工作人员还要负责收费(刷卡)和基础信息的采集。采集的信息包括：时间、地点、车牌号、换下的蓄电池(组)的编号、换上的蓄电池(组)的编号以及司机反映有问题的蓄电池(组)的编号等。并和有关信息进行比对，发现问题报充电站核对后再报公安机关进行调查。
可以用车辆载着可更换蓄电池(组)组成机动加电站，到有特殊需要的地方给电动汽车更换蓄电池(组)。
每个加电站都备有附近和沿途加电站的分布图，图上标有各个加电站之间的距离，帮助司机作到心中有数。
对应于可更换蓄电池(组)子系统，充电站和加电站子系统也同时具有全国性和区域性两种性质，以及具有全国、区域和充电站等各级管理、服务系统。以便更有效地进行管理。

Claims (9)

1、一种可交替更换蓄电池的电动车，包括车体、固定蓄电池、电动机、车轮和车辆运行装置，其特征是：在车体前部的引擎箱内或车体后部的后备箱内设置有一组以上的可更换蓄电池，可更换蓄电池的输出端与电动机相联。
2、根据权利要求1所述的可交替更换蓄电池的电动车，其特征是：上述的每组蓄电池由两个以上蓄电池组成。
3、根据权利要求1或2所述的可交替更换蓄电池的电动车，其特征是：上述蓄电池包括酸性铅蓄电池、碱性蓄电池和Nicd蓄电池等各种蓄电池，上述蓄电池的规格完全统一。
4、根据权利要求1所述的可交替更换蓄电池的电动车，其特征是：上述的电动车是电动汽车、电动摩托车、电动自行车和电动船。
5、一种实现权利要求1所述可交替更换蓄电池的电动车的运行系统，其特征是：在全国设立统一规格的可快速更换蓄电池的服务系统和可供电动车驾驶员进行选择的三种运行模式，该系统包括遍布全国的蓄电池加电站，统一规格的已充好电的备用蓄电池和对需要充电的蓄电池进行充电的充电站系统。
6、根据权利要求5所述的可交替更换蓄电池的电动车运行系统，其特征是：上述的三种运行模式是(1)在外地公路上的运行模式；(2)在公路上的节能运行模式；(3)在市区道路上的运行模式。
7、根据权利要求5所述可交替更换蓄电池的电动车运行系统，其特征是：上述的充电系统的蓄电池同时具有全国性和区域性两种性质。
8、根据权利要求7所述可交替更换蓄电池的电动车运行系统，其特征是：上述蓄电池的全国性是指蓄电池(组)象汽车一样全国范围统一编号管理，任一蓄电池(组)的编号在全国范围内都是唯一的，任何一辆电动汽车在全国任意一个加电站都能更换蓄电池(组)。
9、根据权利要求7所述的可交替更换蓄电池的电动车运行系统，其特征是：上述蓄电池的区域性是指任一蓄电池(组)只能在规定的区域内流通，每个区域都有特定的充电指令，蓄电池(组)在特定区域外的充电站是不能被充电的。
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