可交替更換蓄電池的電動車及其運行系統的制作方法

專利名稱：可交替更換蓄電池的電動車及其運行系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種可交替更換蓄電池的電動車，本發明還涉及該電動車的運行系統。
背景技術：
我國已步入小康社會，人們的生活水平有很大提高。汽車大量進入家庭的時機已經成熟，作為國民經濟支柱產業的汽車工業將會高速發展。但我國是一個石油儲量較少的人口大國，油料遠遠滿足不了汽車大量增加的需要。另外尾氣污染也是阻礙內燃機汽車大量發展的因素。用電動汽車替代內燃機汽車是解決上述矛盾較好的方案。
目前國內外正在試驗研究的電動汽車主要有蓄電池電動汽車、燃料電池電動汽車以及混合動力汽車等形式。
混合動力汽車由于有兩套動力系統，并且控制系統比較復雜，所以造價高、維修復雜。混合動力汽車還是離不開燃油。
燃料電池電動汽車所用的燃料電池成本較高。生產、運輸和存儲燃料(氫等)也比較麻煩，還需要配套許多加燃料的站點。而且所用燃料有爆炸、燃燒的可能，有一定的危險性。
蓄電池電動汽車技術較成熟，造價較低。但是一次充電后蓄電池電動汽車行駛的距離較短(200公里左右)。而且給蓄電池充電很麻煩，要占很長時間。如果是跑長途，蓄電池電動汽車使用起來就更不方便了。
申請號為97180301.3的專利公開了一種用于電力驅動車輛的蓄電池充電和更換系統。該系統投資較大，自動化程度較高，但不太適合中國目前的國情。中國目前的經濟還不十分發達，勞動力相對比較便宜。因此，該系統很難被實施。
申請號為97109305.9的專利公開了一種便于更換蓄電池的電動汽車及其方法。該方案的電動汽車在運行期間蓄電池里的電不能用完，剩余的電量多少不一，費用結算較麻煩。車輛運行的可靠性也較差，容易出現電用完了車還沒有趕到蓄電池更換站的情況。另外公路上設置的蓄電池更換站密度太大了點(5-10公路一個)。實施難度較大。

發明內容
本發明的目的是提供一種利用在車體中設置可交替更換的蓄電池使車輛能長距離行駛。本發明的另一目的是提供該電動汽車的運行系統，這種電動汽車運行系統能使電動汽車在全國大部分地區(電網延伸到的地區)都能方便地持續行駛。這種電動汽車運行系統中所包含的電動汽車的制造、維護和運行費用都較低。這種電動汽車運行系統會成為我國發展家庭用車的較好的方案之一。
本發明的技術方案是一種可交替更換蓄電池的電動車，包括車體、固定蓄電池、電動機、車輪和車輛運行裝置，在車體前部的引擎箱內或車體后部的后備箱內設置有一組以上的可更換蓄電池，可更換蓄電池的輸出端與電動機相聯。
上述的每組蓄電池由兩個以上蓄電池組成。
上述蓄電池包括酸性鉛蓄電池、堿性蓄電池和Nicd蓄電池等各種蓄電池，上述蓄電池的規格完全統一。
上述的電動車是電動汽車、電動摩托車、電動自行車和電動船。
一種實現可交替更換蓄電池的電動車的運行系統，其方法是在全國設立統一規格的可快速更換蓄電池的服務系統和可供電動車駕駛員進行選擇的三種運行模式，該系統包括遍布全國的蓄電池加電站，統一規格的已充好電的備用蓄電池和對需要充電的蓄電池進行充電的充電站系統。
上述的三種運行模式是(1)在外地公路上的運行模式；(2)在公路上的節能運行模式；(3)在市區道路上的運行模式。
上述的充電系統的蓄電池同時具有全國性和區域性兩種性質。
上述蓄電池的全國性是指蓄電池(組)象汽車一樣全國范圍統一編號管理，任一蓄電池(組)的編號在全國范圍內都是唯一的，任何一輛電動汽車在全國任意一個加電站都能更換蓄電池(組)。
上述蓄電池的區域性是指任一蓄電池(組)只能在規定的區域內流通，每個區域都有特定的充電指令，蓄電池(組)在特定區域外的充電站是不能被充電的。
本發明的優點交替更換蓄電池(組)式電動汽車運行系統各部分的技術都已經很成熟了，實施起來沒有技術難題。這個系統十分符合中國的國情(主要地區都是人口多、城鎮之間距離近、電網密)，建設分布較合理的充(加)電站也沒困難。可先利用一部分大中型企事業單位(8小時工作不倒班的單位)的配電房改造成充電站，利用下班的時間給蓄電池(組)充電，可以減少部分前期投資。
目前國內外有很多企業在搞電動汽車的試驗研究，他們的研究重點大都放在提高蓄電池的性能上。大都是把蓄電池作為電動汽車的重要組成部分。蓄電池定不了型影響了電動汽車的產業化生產，雖然電動汽車的生產技術(不包括蓄電池)已經十分成熟。技術在不斷進步，蓄電池的研發也在不停的進行。汽車的報廢周期約為十年，而在這十年里蓄電池可能會有幾代新產品出現。車和蓄電池作為一體，一旦有新品種的蓄電池出現，原來的車的品質就會隨著老蓄電池一起相對下降。如同現在的手機、電腦一樣總是很快就落伍了，這也會影響人們購買電動汽車的欲望。即便是蓄電池的性能有很大提高，容量還是有限。目前正在試驗研究的電動汽車補充能量時，不可能有內燃機汽車加油那么方便(車和蓄電池作為一體，充電時車要長時間不能動)。由于使用不方便人們就不會大量購買這種電動汽車，生產批量小生產成本就高，更加不利于電動汽車的推廣。
本發明較好地解決了上述問題。將電動汽車和蓄電池分開，就象內燃機汽車和燃油的關系一樣。電動汽車的生產技術已經成熟，可以大批量低成本地生產。生產出的電動汽車的成本，要比同檔次的內燃機汽車低很多。雖然目前的蓄電池的功能還沒有達到人們預期的高標準，但已經能滿足電動汽車對電量的基本要求。以后蓄電池的相關技術不論發展多快，人們也不必擔心蓄電池的性能有新的提高，會對自己的電動汽車的品質有不利影響。而且用交替更換蓄電池(組)的方式給電動汽車補充能量，不比給內燃機汽車加油麻煩，在城市里會更方便(加油站有危險性，在城市里很難布置，加油站數量不足加油就會很麻煩)。另外電動汽車的運行和維修成本也比內燃機汽車低許多。由于車上沒有燃油，汽車燃燒的危險大大減小。綜上所述交替更換蓄電池(組)式電動汽車運行系統很容易形成大規模產業化生產，生產的電動汽車會很快在社會上普及。一旦電動汽車行業有大規模發展，行業內就會有充足的資金投入蓄電池的研發，蓄電池性能的提高又會促進電動汽車行業進一步發展。相互促進，形成良性循環。
電動汽車是未來汽車的發展方向。在汽車還沒有大量進入家庭前普及電動汽車，會減少以后需要汽車轉型(提倡使用電動汽車限制使用燃油汽車)時產生的大量社會財富的浪費。
前面只是用電動汽車為例子對本發明作了說明。本發明同樣適用于電動摩托車(自行車)和電動船。


圖1為可交替更換蓄電池的電動車結構示意圖，圖2為蓄電池(組)區域性中的相鄰區域和交叉區域示意圖。
具體實施例方式
本可交替更換蓄電池的電動車的結構如圖1所示包括車體1、固定蓄電池2、電動機、車輪3和車輛運行裝置，在車體1前部的引擎箱4內或車體后部的后備箱6內設置有一組以上的可更換蓄電池5，可更換蓄電池5的輸出端與電動機相聯。所述的每組蓄電池可由兩個以上蓄電池組成。所述的蓄電池包括酸性鉛蓄電池、堿性蓄電池和Nicd蓄電池等各種蓄電池，所述蓄電池的規格完全統一。
本發明的任務是這樣實現的。交替更換蓄電池(組)式電動汽車運行系統，包括使用交替更換蓄電池(組)的方式作到持續行駛的電動汽車、專用的全國統一規格的可快速更換的蓄電池(組)、遍布全國(電網延伸到的地區)的充電站和加電站(相當于加油站)。
下面對交替更換蓄電池(組)式電動車(船)運行系統的各子系統作進一步的介紹用交替更換蓄電池(組)的方式作到持續行駛的電動汽車子系統這種電動汽車可以是大小客、貨車以及其他車輛。這種電動汽車有自備固定蓄電池和能很方便地安置兩組可更換蓄電池(組)的位置及其配套設施。
如作為公交車則配套的加(充)電站設在公交車沿線和終點站。由于公交車的行駛路線和距離是固定的，所以車上只需有一組可更換蓄電池(組)就可以了。
每輛這種電動汽車都有一個信息卡(該卡為可充值卡，采集信息和付款一次刷卡就可完成)。每當更換蓄電池(組)時，加電站的工作人員都要將電動汽車信息卡上的相關信息、更換下來的蓄電池(組)的相關信息以及更換上去的蓄電池(組)的相關信息，同時輸入計算機網絡中。電動汽車和蓄電池(組)在一段時間內是一一對應的。根據這些信息可以統計出電動汽車的流向、流量和當前蓄電池所在的位置。一旦在更換蓄電池(組)時發現電動汽車和蓄電池(組)的信息與計算機網絡中的信息有矛盾，則該車可能有問題(可能是套牌車或失竊車)，要立刻報公安部門進行調查。被盜車輛不能到加電站更換蓄電池(組)，車輛無法使用，就不會有人購買來路不明的電動汽車，贓車賣不出去，也就沒人偷(強)電動汽車了。關于汽車的刑事案件的數量將會大大降低，對交通事故逃逸案的偵破也會有很大幫助。
本系統的電動汽車的運行特征有以下三種運行模式。
模式一，公路(外地)運行模式。由于公路上的加電站密度較小，司機對外地的環境也不了解，為了提高可靠性，電動汽車上同時裝有兩組可快速更換的蓄電池，第一組蓄電池的電量用完后再起用第二組蓄電池，在使用第二組蓄電池期間到合適的加電站將第一組蓄電池更換為已充足電的蓄電池(組)。兩組可更換蓄電池循環交替，保證電動汽車持續行駛。
模式二，公路(外地)節能式運行模式。開始電動汽車上只裝一組可更換蓄電池(每組蓄電池能使汽車行駛100公里左右)。待車輛行駛較長的一段距離后，蓄電池里的電量還能使車輛行駛相當一段距離時，就到路旁的加電站裝上第二組已充滿電的蓄電池。等第一組蓄電池的電用完后再起用第二組蓄電池，然后在碰到的合適的加電站卸下第一組蓄電池，車輛繼續行駛。這時車上還是只有一組可更換蓄電池。兩組可更換蓄電池以這種形式循環交替，保證電動汽車持續行駛。這種運行模式適用于司機熟悉的公路路段。與模式一相比優點是車上大部分時間只有一組可更換蓄電池，比有兩組時車的重量減輕了許多，所以耗電也相應減少。缺點是停車次數增加了，相對麻煩一些。
電動汽車按上述兩種模式運行時，可更換蓄電池不給車上的固定蓄電池充電。固定蓄電池只用來儲存車輛剎車和下坡時回收的那部分電能。當固定蓄電池被充滿電時，汽車會自動切換為由固定蓄電池供電。固定蓄電池里的電被用到一定程度時(固定蓄電池里始終保持一定數量的備用電量，只有在特殊情況下由手工操作這部分電能才會被輸出)，汽車會自動切換為由可更換蓄電池(組)供電。
模式三，市區(短途)運行模式。在這種運行模式下，固定蓄電池的容量分為三個部分。第一部分是在特殊情況下才能使用的備用電量。第二部分是能使汽車行駛5公里左右到加電站的電量。第三部分是用來儲存車輛剎車和下坡時回收的那部分電能的容量。當固定蓄電池被充滿電時，汽車會自動切換為由固定蓄電池供電。一般是將固定蓄電池里的第二、三部分的電量用完后(在可更換蓄電池里的電快用完時，固定蓄電池只能輸出其中第三部分的電量)，汽車會自動切換為由可更換蓄電池(組)供電。可更換蓄電池(組)的電用完后再起用固定蓄電池，這段時間里司機要在合適的時機將車開到加電站更換蓄電池(組)。如果可更換蓄電池(組)以及固定蓄電池的第二、三部分的電量都用完了，還沒有找到加電站時，就動用固定蓄電池的第一部分備用電量。由于市區(短途)的加電站密度較大，司機對環境也比較了解，電動汽車上只裝一組可更換蓄電池，與固定蓄電池配合使用就能滿足要求。
電動汽車上的固定蓄電池平時靠車輛剎車和下坡時回收的電能為其補充電能。如果固定蓄電池里儲存的電量滿足不了備用電量的要求，可以由可更換蓄電池(組)為其充電，也可以用市電直接為其充電(由于電價不同，用市電直接充電費用可能最貴)。為固定蓄電池充電的三種功能電動汽車同時具有，司機可根據當時情況選用。
電動汽車同時具有上述三種運行模式的功能。什么環境使用哪種運行模式，由司機自己決定。
可更換蓄電池(組)子系統可更換蓄電池(組)是一種在很短時間內就能在車上更換完成的蓄電池(組)。蓄電池(組)的規格尺寸全國統一。蓄電池的種類不同(例如有鎘鎳電池、鋰電池等)只反映在電能容量不同，而外形、尺寸不變。汽車噸位不同安裝的蓄電池(組)數量可以不同，標準蓄電池(組)在車上能組合成更大的蓄電池組。
蓄電池(組)上有電量輸入輸出的計量顯示表，電動汽車上也備有兩個電量輸出的計量顯示表(車上的每個表對應特定的一組蓄電池)。更換蓄電池(組)時先按蓄電池(組)上的電量輸入計量表顯示的電量付款(同種類的各組蓄電池儲存的電量都是一樣的，所以費用是確定的)。如蓄電池(組)有問題所儲存的電量不能全部輸出(以蓄電池上的輸出計量表為準)，則在下一個加電站將未輸出的電量的費用扣除[如蓄電池(組)沒問題，司機要求提前更換蓄電池(組)可以不扣或少扣費用]。電動汽車上的電量輸出計量表是用于司機核對蓄電池(組)上的計量表的(規定有相應的誤差值)。
為了蓄電池(組)能被很好的維護以及國家的稅收不會大量流失(國家的稅收以各充電站的總電度表的讀數按比例收取)，蓄電池(組)只有在加電站接到特殊指令后才能充電，例如可以用可控硅控制。否則不能被充電(由于電價不同不在充電站充電費用會更高，一般情況下車主是不會自己在家充電的)。電動汽車剎車、下坡時回收的電能被存入車上固定的小型自備蓄電池。
蓄電池(組)具有全國性和區域性兩種性質。
蓄電池(組)的全國性蓄電池(組)象汽車一樣全國范圍統一編號管理，任一蓄電池(組)的編號在全國范圍內都是唯一的。任何一輛電動汽車在全國任意一個加電站都能更換蓄電池(組)。
蓄電池(組)的區域性由于每個蓄電池(組)所儲存的電量有限，目前每組蓄電池能使電動汽車行駛100公里左右。例如把以150公里到200公里為半徑的范圍作為一個區域，任一蓄電池(組)只能在規定的區域內流通。相鄰區域間共有100公里左右的交叉區域，如圖2所示。在交叉區域里相鄰區域的蓄電池(組)都能流通，但只能流向各自被指定的區域。每個區域都有特定的充電指令(指令可以不定期被更改，交叉區域的充電站同時具有各相鄰區域的充電指令)，蓄電池(組)在特定區域外的充電站是不能被充電的。不同區域的蓄電池(組)用不同顏色的外殼，方便辨認。蓄電池(組)流通到指定的區域以外后，應很快流通回去(由網絡中的規章制度來保證)。
蓄電池(組)具有全國性和區域性兩種性質，以及具有全國、區域和充電站等各級管理、服務系統。是為了更好地對蓄電池(組)進行管理。
蓄電池(組)在特定區域[區域劃分得小，容易對蓄電池(組)進行管理]里被統一建檔管理，蓄電池(組)的充放電次數及相關情況都有詳細記錄。有專門機構和人員對蓄電池(組)的使用、檢測、維護、報廢、更新進行全程管理。報廢的蓄電池統一回收再利用，并進行無害化處理，使費蓄電池對環境的污染降到最小程度。
購買電動汽車時，車價中不包括含可更換蓄電池(組)的費用。車主可以到最近的充電站辦理入網手續，并交納相關費用。手續辦好后，這臺電動汽車就可以在全國任何一個加電站更換蓄電池(組)。
為了防止蓄電池(組)被不合理使用受到損傷，蓄電池(組)換到車上后要加鎖加封，鎖和封只有在加電站才能打開。蓄電池(組)在車上還可能會被作為社會上臨時用電的電源，所以要加裝放電保護系統，防止電流過大損壞蓄電池(組)。
充電站和加電站子系統我國的電力事業已經發展到了相當大的規模，絕大部分村鎮都通上了電，給建立全國的充(加)電站網絡提供了很好的條件。為了保證蓄電池(組)的充電質量和能有較好的日常維護，充電設備集中設置在充電站。充電站設在臨近高壓電網的位置。一個充電站服務于若干個加電站，給這些加電站配送充好電的蓄電池(組)，并將各個加電站中從汽車上更換下來的用完電的蓄電池(組)回收到充電站。在充電站里先對回收的蓄電池(組)進行抽檢、維護，然后再進行充電。充電站還負責充電站之間蓄電池(組)的調劑以及網絡中相關信息的核對和傳遞。
充電站給蓄電池(組)充電，可以充分利用低谷電價，使得電動汽車的運行費用大大低于燃油汽車的運行費用，引導人們使用電動汽車。這樣也對電力電網削峰填谷有很大好處。
加電站按需要進行分布。加電站的技術要求和安全要求比加油站低得多，場地面積也比加油站(規模相同的)小得多。加電站可以建在任何需要的地方，如居民小區、公共建筑的地下停車場等都可以建，比建加油站方便、安全得多。在加電站更換蓄電池(組)用人工和簡單的輔助起重設備就可以進行。加電站的工作人員還要負責收費(刷卡)和基礎信息的采集。采集的信息包括時間、地點、車牌號、換下的蓄電池(組)的編號、換上的蓄電池(組)的編號以及司機反映有問題的蓄電池(組)的編號等。并和有關信息進行比對，發現問題報充電站核對后再報公安機關進行調查。
可以用車輛載著可更換蓄電池(組)組成機動加電站，到有特殊需要的地方給電動汽車更換蓄電池(組)。
每個加電站都備有附近和沿途加電站的分布圖，圖上標有各個加電站之間的距離，幫助司機作到心中有數。
對應于可更換蓄電池(組)子系統，充電站和加電站子系統也同時具有全國性和區域性兩種性質，以及具有全國、區域和充電站等各級管理、服務系統。以便更有效地進行管理。
權利要求
1.一種可交替更換蓄電池的電動車，包括車體、固定蓄電池、電動機、車輪和車輛運行裝置，其特征是在車體前部的引擎箱內或車體后部的后備箱內設置有一組以上的可更換蓄電池，可更換蓄電池的輸出端與電動機相聯。
2.根據權利要求1所述的可交替更換蓄電池的電動車，其特征是上述的每組蓄電池由兩個以上蓄電池組成。
3.根據權利要求1或2所述的可交替更換蓄電池的電動車，其特征是上述蓄電池包括酸性鉛蓄電池、堿性蓄電池和Nicd蓄電池等各種蓄電池，上述蓄電池的規格完全統一。
4.根據權利要求1所述的可交替更換蓄電池的電動車，其特征是上述的電動車是電動汽車、電動摩托車、電動自行車和電動船。
5.一種實現權利要求1所述可交替更換蓄電池的電動車的運行系統，其特征是在全國設立統一規格的可快速更換蓄電池的服務系統和可供電動車駕駛員進行選擇的三種運行模式，該系統包括遍布全國的蓄電池加電站，統一規格的已充好電的備用蓄電池和對需要充電的蓄電池進行充電的充電站系統。
6.根據權利要求5所述的可交替更換蓄電池的電動車運行系統，其特征是上述的三種運行模式是(1)在外地公路上的運行模式；(2)在公路上的節能運行模式；(3)在市區道路上的運行模式。
7.根據權利要求5所述可交替更換蓄電池的電動車運行系統，其特征是上述的充電系統的蓄電池同時具有全國性和區域性兩種性質。
8.根據權利要求7所述可交替更換蓄電池的電動車運行系統，其特征是上述蓄電池的全國性是指蓄電池(組)象汽車一樣全國范圍統一編號管理，任一蓄電池(組)的編號在全國范圍內都是唯一的，任何一輛電動汽車在全國任意一個加電站都能更換蓄電池(組)。
9.根據權利要求7所述的可交替更換蓄電池的電動車運行系統，其特征是上述蓄電池的區域性是指任一蓄電池(組)只能在規定的區域內流通，每個區域都有特定的充電指令，蓄電池(組)在特定區域外的充電站是不能被充電的。
全文摘要
本發明公開了一種可交替更換蓄電池的電動車，包括車體、固定蓄電池、電動機、車輪和車輛運行裝置，在車體前部的引擎箱內或車體后部的后備箱內設置有一組以上的可更換蓄電池，可更換蓄電池的輸出端與電動機相聯。本發明還公開了一種實現可交替更換蓄電池的電動車的運行系統，在全國設立統一規格的可快速更換蓄電池的服務系統和可供電動車駕駛員進行選擇的三種運行模式，該系統包括遍布全國的蓄電池加電站，統一規格的已充好電的備用蓄電池和對需要充電的蓄電池進行充電的充電站系統。
文檔編號B60R5/04GK1493475SQ02139220
公開日2004年5月5日 申請日期2002年10月28日 優先權日2002年10月28日
發明者張樂平 申請人:張樂平