組合型拆換式增程電容車的製作方法

2023-06-24 22:46:26

專利名稱：組合型拆換式增程電容車的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種節能與新能源汽車。
背景技術：
近日，美國宣布2015年前在公路上將有100萬輛電動汽車行駛。中國《節能與新能源汽車產業規劃(2011-2020)》提出，未來5年內將對汽車投入超過2萬億元，其中新能源汽車投入額至少在10%以上。屆時每年電動車銷量要達到50萬輛。然而，現實是，我國的汽車企業不斷地獲取國家高額補貼，而電動汽車推廣卻遲遲不見起色。雖然很多車企都在2010年末宣布了宏偉的電動車生產計劃，但實際投放市場銷售的車型，幾乎為零。電動汽車推廣難，這也意味著包括充電站在內的配套設施難以有效應用，成千上百億的投資將付之東流。事實上，我國電動車的核心技術全都是國外頂級供應商提供的，沒有一個是自主技術，在亮麗的背後依舊未能擺脫「山寨」的陰影。我國的鋰電池價格高、缺少自主品牌，並存在爆炸的安全隱患。出口售價不到1100美元的電動自行車，進口鋰電池成本就佔了 1000 美元；表面上看是科技主導型的新興產業，骨子裡走的還是勞動密集、低價競爭的出口老路。與鋰電池相反，我國在燃料電池、鈉硫電池和超級電容方面已有不少的自主智慧財產權。 比如，世博會上同濟大學推出了 「燃料電池汽車」；中科院矽酸鹽所自主研發了 「大容量城市電網儲能鈉硫電池」；上海奧威公司製造了超級電容器並在世博會和11路公交線試用了由總部設在田納西的巴士公司和德國企業製造的公交車；哈爾濱工業大學也曾研製成功一款超級電容電動車，該車一次只需充電15分鐘便能連續行駛25公裡，最高時速可達52公 M.…..ο其實，從整個電動汽車產業來講，短板主要在鋰電池上。專家說，6到8小時是鋰電池科學標準的充電方式，如快充兩個小時就能充滿，但快充不利於電池的使用，如經常快充，估計用1年就到了報廢期。據悉，一輛電動汽車的價格約30萬元，而鋰電池價格在20 萬元左右。另一方面，《規劃》提出對小型、短途電動車「網開一面」，並要在未來5年中建設 2 3個小型車試點城市，然而，這些小型車使用的是鉛酸電池，這並不符合有關部委大力發展鋰電池的路線。因此，將現有電池進行整合和改造，已經成為我國電動車發展的關鍵。利用電容對電池和發動機進行改造，潛力巨大。燃油汽車加油幾分鐘，就可以行駛400 500公裡。如果電動車每充一次電僅跑100公裡，而消費者必須等30分鐘以上， 也許就沒有多少人會去買！假如將電池和發動機與電容組合使用，優勢互補，就有可能加快電動汽車的自主化和商業化進程。利用組裝電容達到快速充電和增加行程的標準化、系列化和通用化可拆換的「電池電容車」除適合普通汽車改造外，還適合軍事、工業、農業、環衛、商業或菜籃子工程、港口或貨櫃、公共服務、郵政、民事、公交、出租、工程、搶險、卡車、 拖拉機、摩託車、船艦和火車等移動物體的改造，可驅動現在用電池驅動的「小型、短途電動車」和「增程型電動車」。假如我們採取「低端有鉛酸、中端有鈉硫、高端有燃料」的模式，以世博會上同濟大學推出的「燃料電池汽車」為先導；以綠色安全不會「車毀人亡」的2噸、8噸及16噸鈉硫/燃料電池/發動機系列環衛車、農用車、可拆換增程電池電容車、「燃料電池/超級電容兩用公交車」、商業、港口或貨櫃、商貿批發零售、流通、物流以及菜籃子、軍事基地、工程、郵政、卡車等為大多數人服務的「非載客」車型開發為切入點。整合中科院矽酸鹽所自主研發的「 100/800千瓦時鈉硫電池」和上海奧威公司的「超級電容公交車」，就有可能超越美國，實現2015年前超過100萬輛自主創新的電動汽車上路的目標。——綠色燃料電池電容車比單純電池或電容車更低碳和環保。同濟大學汽車學院院長餘卓平認為，超級電容是上海發展所需。下一步，在技術上還要解決行駛裡程、電池充電、壽命等問題。超級電容車每公裡只消耗1度電，使用成本遠比採用內燃機的公交車低。超級電容車每公裡線路的投資為M萬元，僅為普通電車的三分之一。上海11路車早期投入運行的有10輛電車，平均能耗0.98kWh/km。除了最高時速44 公裡，與一般公交車相比偏慢外，一是電容的體積比較大；二是11路車的電量只能驅動車輛行駛3 5公裡，因此不能作為電動力的主要儲電器，於是，為了解決電容儲電量偏小的問題，上海11路和世博園的沿途很多車站都配備了充電裝置。專家指出「國內所有的新能源汽車，沒有一輛是低碳的。」由於我國使用的電力 80%靠煤炭，根據歐盟聯合研究中心的研究報告，使用「煤電」充電的汽車，其溫室氣體排放比汽油或柴油增加至少一倍。燃料電池壓縮氫和氧生成水，並在這一過程中釋放電能。而 「氫」既可以從「風」和「光」中來，又可從生物油(1000元/噸)或清潔煤(800元/噸)製成的「合成氣」中來。主要由一氧化碳和氫氣組成的「合成氣」不給大氣增加溫室氣體，因為 「合成氣」原料植物生長時吸收的二氧化碳會抵消最終的排放。假如將「超級電容車」設計成「電池電容車」，在電容的基礎上增加一組燃料電池，就成了「綠色」的燃料電池或超級電容兩用車。拆下動力大電容減輕重量，換上儲電的小電容就是燃料電池車；保留電容拆下燃料電池就是超級電容車。北京市去年設立節能與新能源汽車專項，投入2億元科技經費，開發出純電動轎車及系列電動環衛車。已完成2噸、8噸及16噸系列電動環衛車車型的開發，福田公司已開始規模化生產1060輛純電動環衛車。據了解，北京市的充電設施將以慢速充電樁為主，快速充電站、電池更換站為輔，計劃在三年內建設慢速充電樁3. 6萬個，達到車樁比1:1.2，快速充電站100座，電池更換站1座，電池回收處理站2座，專業維修服務站10座，信息採集處理站2座。北京市充電目前執行一般的工商業電價，每度電0. 781元，折算下來，充電車百公裡花費13元，相當於汽油車百公裡花費的五分之一。「環衛車」本身就是保護環境的，如果仍然使用高汙染的煤電，豈不是一個笑話。 假如將環衛車的電池換成「電池電容」，也就變成了一輛真正的「綠色環保車」。與環衛車和公交車車型或底盤相似的有面廣量大的公共服務車以及港口、郵政、商業、拖拉機、摩託車、 農用車等，換下傳統電池或發動機再換上電池電容也很簡單。比如，我國1977年實現了 6 千瓦鈉硫電池的麵包車示範。但搞示範用載人的客車並不合適。「環衛車」、「農用車」等是不載人運垃圾和泥土的，環衛、農用、商業、港口或貨櫃、商品貿易批發零售、農產品流通、 現代物流以及菜籃子、軍事基地、工程、郵政、卡車等示範時絕不會「車毀人亡」。「汽車下鄉」 的補貼產品中有一款由柳州五菱集團生產的6千瓦「鉛酸電池運輸車」，如將鉛酸電池換成電池電容，就成了 2噸、8噸及16噸……等一系列綠色安全的「電池電容車」。車用電池的安全與應用「定位」密不可分，要使我國自主創新的電動汽車跨越發
4展，走在世界的前列，就不能跟在別人的後面爬行，必須打破歐美各國將新能源汽車的研發定位在載人的轎車和客車上，為高端客戶服務的怪圈，而應率先為大多數人服務的、面廣量大的「環衛車」和「農用車」的大規模應用上有重點突破。目前，我國農村農用車和拖拉機的保有量超過2000萬輛，摩託車保有4000萬輛，遠高於城市，且為農民個人擁有。據統計， 現有機動車保有量僅能完成農村運輸需求的30%，而發達國家達80%以上。全國有牌照的農用車保有量達到了 1700萬輛，加上沒有上牌的數量更大。然而，人們在廣大農村看到是， 拖拉機、農用車、摩託車、三輪車、簡易機動車一起上陣，滿載著秋糧，不說還要捎上幾個人。 這些被交警部門稱為「五小車輛」的農用車成了新的馬路殺手，造成交通事故不斷攀升。發展替代「五小車輛」的農村電池電容車已迫在眉睫。農村用車與環衛車相似。僅僅將我國農用車、拖拉機和摩託車6000萬保有量的十分之一換成自主創新的「電池電容車」，其數量就是美國宣布2015年前在公路上將有100萬輛電動汽車的6倍。——安全型鈉硫電池電容車比單純電池或電容車更耐用和實惠。鈉硫電池採用陶瓷做固體隔膜，沒有氣體存在，因此不會爆炸。鈉硫電池成本只有鋰電池的1/3，能量密度是鋰電池的四倍，而鈉硫電池一次充電時間為20分鐘左右，壽命長達15年。汽車上只需一塊大約一立方米、重約300公斤的鈉硫電池，大客車一次充電可行駛800多公裡，小汽車一次充電可行使1200多公裡。其持續行駛裡程超過汽車商業化所要求的483公裡標準。只要確保鈉硫電池的安全，就能使電動汽車上高速公路成為可能。由於鈉、硫和陶瓷自然界儲量豐富、成本低。同時，鈉、硫都沒有特殊的用途，影響價格波動因素較少。另外，鈉硫電池特有的瞬間大電流特點可應用到飛彈、火箭、大炮等發射裝置上，能使彈頭出膛速度達到每秒3 50公裡超高速運行，且性能穩定，可控性好；同樣鈉硫電池也用於航天等領域。由於鈉硫電池在300度才能啟動，這對於將其用作車用電池是一個重要的缺點。 如用外電源保溫當然十分不便，如用自身電力保溫，則將大大影響最大行車裡程。目前NGK 產品從運行溫度冷卻到室溫大約需要半個月時間，在斷電後的一個星期還能維持低功率運行。鈉硫電池在充電時吸收能量，需要額外的電能加熱，在放電的同時放熱，足以維持運行所需的溫度。如採用電容儲電和保溫，可以維持更長的保溫時間，電池電容組合具有很好的保溫功能，在沒有其它供電加熱的情況下也能長時間保溫，可一舉解決這一難題。與鈉硫電池一樣，燃料電池的放電量是恆定的，因此不能用來直接為電動機提代電量，因為車輛啟動 (尤其是鈉硫電池在300度才能啟動)和加速需大電量，而滑行、減速時又不需要電量，於是， 必須有個儲電器暫時存儲電量。將燃料/鈉硫電池和回饋制動系統生成的電流集中到一個電容之中，利用電容的小容量儲電和快速充/放電能力。因此能夠勝任對於電池來說比較困難啟動汽車等工作。而電能是通過電容在兩個極板間儲存大量的靜電荷來實現的，然後通過電線向所有系統輸送。其實，我國對鈉硫電池的起始研發時間幾乎和國外一致，美國的福特公司1967年發明並公布鈉硫電池後不久，我國即在1968年投入了研發，到了 1977年，鈉硫電池在我國已經用於電動客車進行示範，但始終未能投入規模化應用。鈉和硫在電池運行時皆為熔融態，溫度在300 350°C之間，如果陶瓷電介質一旦破損形成短路，高溫的液態鈉和硫就會直接接觸，發生劇烈的放熱反應，產生2000°C的高溫，相當危險。作為車用電池，出現這種事故更是意味著車毀人亡。美國福特公司採用毛細電介質管來避免鈉硫的大面積接觸，但造
5價極高。目前，鈉硫電池由於安全性，已經不在車用系統只在靜止系統中應用。其實，即使在靜態中應用，鈉硫電池仍有一定的危險性。如果像大禹治水一樣，改「堵」為「疏」，就能消除「車用鈉硫電池」的危險性。一方面，我們可以在結構設計上採取措施，層層設防，保證即使陶瓷損害也不會簡單接觸、即使電池損壞也不會簡單外溢。另外，陶瓷電介質是否破裂產生局部燃燒，與氧化鋁電解質的質量密切相關，但與是否在靜止還是在車載顛簸條件下的關係不大。即使產生局部燃燒，也可以設計控制火焰方向的不會傷害人和影響安全的部件。 還可通過「保溫防火層」將火焰吸掉。上世紀80年代，日本重新定位，聚焦鈉硫電池的儲能應用，並且研發成功、實現了產業化。在日本已經運行了 100多座鈉硫電池儲能電站，18年間也只發生過一次起火事故，並在消防隊到達之前自行熄滅，被評定為輕微事故。假如把車用鈉硫電池設計成許多組裝有真空室和導管的單個電池組合；將鈉硫電池的很多單電池串並聯起來，即使其中的一個電池出現問題，產生高溫，保護電路就會自動斷開。同時，電池中裝有的綠色安全不會導致火災和「車毀人亡」的保溫防火層、真空室和導管，從而確保安全。——增程型鉛酸電池電容車比單純電池或電容車更廉價和管用。目前鉛酸電池技術進步已經很大，不再是傳統印象的高汙染、高重量的形象。首先，鉛酸電池解決了過去灌輸硫酸進入鉛封的做法，改為一體化澆鑄，這就避免了鉛酸容體的不穩定性。事實上，《規劃》提出對鉛酸電池「允許試點」的最大之處在於便宜。一般來說， 鉛酸電池到了使用壽命期限，就可以回收，鉛的回收可以使得電池一半的成本回收回來。例如，某「環衛車」 「農用車」或「商用車」的電池，購買時5000元，到了 3年以後，其仍可以賣 2500元，對於農村和縣鄉市場來說，具有很大的成本誘惑。今年，汽車下鄉停止後，購車需多花2. 3萬元。財政部提出要補貼和推廣新能源汽車。同時，還決定在未來3年內，給農村電網改造再投資3000億元，使農村電網升級，這將大大提升在農村和三四級城市發展電動汽車的能力。超級電容器的電量只能驅動車輛行駛3 5公裡，目前的辦法是在短途配備充電裝置，但是如果每個充電站的距離超過了 3 5公裡，必然會影響使用。如果採用「增程型電池電容車」即由「電池與電容」 「電容與發動機」、「電池與發動機」或「電池-電容與發動機」組合，就能夠解決這一難題。比如，按《規劃》要搞「小型低速純電動汽車」，但即使這樣， 也要有不小於100 (km/h)的車型。否則，中國的高速公路，這一交通運輸的主要「綠色通道」 將不能發揮作用。例如可設計一種採用鉛酸、鈉硫、燃料電池電容和燃油動力組合的系列車型，採取外插電源，回家後就可充電，電池電容提供60 100公裡的動力，當電池用完後， 再啟動電容或燃油發動機工作。這樣的車型基本上可滿足農村縣域或城市上下班交通的低碳交通，對於較遠路程的交通，又可拆換下電池電容以減少車體重量，並使用燃油發動機工作。歷史上，奧迪公司在90年代初推出了第一代「混合動力轎車」(增程型電動車)， 該車在城市中使用，電力推動無廢氣排放；在郊外或高速公路使用柴油機推動，以解決長距離交通。奧迪公司幾年後停止了該車的生產，原因有兩個其一是雙推動系統成本高，其二是裝載電池所佔後箱體積過大。此外，由於裝載電池重量增加，也不可避免地增加耗油量。 客戶不願意為所提供的環保優點支付高價格同時又承擔後箱容積過小的缺點。要消除客戶疑慮，將「增程電池電容車」設計成拆換式，就能解決。如果將這兩年賣得最「火」的「微客」和「輕卡」進行「電池電容」改造。比如在南京長安汽車公司的SC637微型客車(最高車速105 (km/h)載客5)南京汽車集團的躍進牌輕型載貨車(NJ1031最高車速100(km/h) 3430KG)基礎上設計一種「增程型電池電容車」，應該可以達到財政部用「新能源汽車」替代 「老舊汽車」的補貼要求。另外，如再將鉛酸換成鈉硫/燃料電池/燃油發動機，也許是解決超大城市電動轎車普及的重要方向。用戶調查顯示，目前絕大多數人選擇在家裡給車充電。這一方面是因為城市換電設施還不完善，甚至在很多城市都還沒有。另一方面也是很多人喜歡將車停下後，在停車位上安裝充電樁方式，進行直接充電。另外，在城市，大多數人都居住在樓房裡，沒有別墅和二三線城市住戶那樣方便的停車位，可以在停車位旁邊建設充電樁。如果在寫字樓的地下車庫和住宅樓的地下車庫裡建設充電樁，其需要溝通的難度較大。另據購買和租賃電動車的用戶調查，90%的用戶是在家裡安裝充電樁，自己在家裡充電的。車輛行駛到街上時，如動力不足時，採取尋找換電站或街頭充電站。街頭充電站發揮的作用是救急作用，充電半個小時左右，可開回家中晚上再充電。目前，農村或二三線城市更適用在家充電的模式。用戶可以在家裡慢充，在公共場合快充。如果一個日常的汽油機，平均油耗是百公裡10升油。現在油價97號是70多元。按照20度電來算百公裡，每百公裡，20度電是10塊錢，是日常用車費用的10% 15%。一個月約一百多元。百公裡耗電12度，按照在家裡充電的0.6元/ 度計算，折合電費7. 2元。每百公裡成本差不多也就是10元左右，是傳統能源車使用成本的 1/4。電動汽車普及的最大市場障礙將是快速充電站的建設。2010年國家電網已在全國27個城市建立75座充電站和6209個充電樁。按造價，中小型充電站500萬元左右，大型充電站要800萬-1200萬元。一個中型充電站建設成本在4300萬元左右。一個普通的充電樁也要幾千元不等。深圳2009年 2012年要興建250個充電站，12500個充電樁，總投資超過10億元。如按深圳的投資，僅27個城市的總投資就超過270億元。用這麼大的投資搞汙染的「煤充電」是否科學？假如用這筆投資發展清潔的「風-光-氫」(燃料電池充電)僅是風電一項將增加300萬千瓦；年發電量達73億度；可節省原煤600萬噸；減少排放1000萬噸二氧化碳；減少1560列火車運煤專列運力。電池的最大問題是充電時間長，行程短；而電容雖然一次充電僅行駛10公裡左右，但充電時間短。而且，許多汽車使用者一般只在10公裡範圍內辦事，比如送小孩上學的家長。日前，國家電網表示，電動汽車充電站將主打直接更換電池模式。但難題是，標準不統一，規格不一樣，如何備換電池？電網、中石化、中海油等分別捆綁不同的電動車生產企業進行試驗，插、充電接口都不一樣。如果沒有統一的標準，全國很多城市大規模建設的充電設施，會成為資源浪費。而電動車標準制定最大的關注點在多個部委的博弈上。發改委、 工信部、科技部等對於電動車、電池、零部件等標準制定問題，都各有謀劃。工信部則表示將來實行慢充和分散式充電的方式。另外，目前的充電樁建設成本在10萬元左右，如果按照每度電「翻一番，，加價0. 5 元，一個充電樁完成一次充電需要8小時，而電動車行駛200公裡耗電約是36度，每天滿負荷運行12小時的話，其大約要4年才可以回收10萬元的投資成本。而大規模換電站的弊端在於目前電池動輒重量在600公斤以上，需更換電池的設備和人手都很多。以一座可以為 100輛公交車提供換電服務的公交換電站為例，它需要工作人員30-50人，供換電車每天換一次電。這樣一座大型換電站，其投入需要1億元，運營成本是每年700萬元，每度電成本
7要增加4元左右。我國電力價格在亞洲位居前三甲，太陽能上網每度是1. 70元，風電每度是0. 61元，而煤電每度是0. 38元。按上述如將煤電充電樁加價0. 5元，達0. 88元，就高於清潔的0. 61元風電價格。如提供換電服務將煤電加價4元，達4. 38元，就高於清潔的1. 70 元太陽能電價。因此，搞汙染的「充電樁」和「更換電」得不償失。
發明內容本實用新型的目的在於提供一種結構合理，工作性能好的組合型拆換式增程電容車。本實用新型的技術解決方案是一種組合型拆換式增程電容車，包括車體，其特徵是車體上裝有為車體的電力驅動裝置提供動力的電容。車體上裝有為車體的電力驅動裝置提供動力的電池裝置。車體上裝有替代電力驅動裝置工作的熱力發動機。所述電池裝置為鉛酸電池、鈉硫電池、燃料電池中的一種或幾種。所述的鈉硫電池外裝有保溫防火層。所述的燃料電池配有氫燃料罐。所述的電容配有充電或轉換器。所述的熱力發動機配有電機或增程油箱。電容、電池裝置及熱力發動機均呈易拆換的模塊形式。本實用新型結構合理，使用方便、環保，工作性能好，可實現長距離運輸的效果；可用於軍事、工業、農業、環衛、商業或菜籃子工程、港口或貨櫃、公共服務、郵政、民事、公交、出租、工程、搶險、卡車、拖拉機、摩託車、船艦和火車等移動物體。
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。


圖1是本實用新型一個實施例的結構示意圖。
具體實施方式
一種組合型拆換式增程電容車，包括車體1，車體上裝有為車體的電力驅動裝置提供動力的電容2。車體上裝有為車體的電力驅動裝置提供動力的電池裝置，所述電池裝置為鉛酸電池3、鈉硫電池4、燃料電池5中的一種或幾種。車體上裝有替代電力驅動裝置工作的熱力發動機6。所述的鈉硫電池外裝有保溫防火層7。所述的燃料電池配有氫燃料罐8。 所述的電容配有充電或轉換器。所述的熱力發動機配有電機或增程油箱9。電容、電池裝置及熱力發動機均呈易拆換的模塊形式。
8
權利要求1.一種組合型拆換式增程電容車，包括車體，其特徵是車體上裝有為車體的電力驅動裝置提供動力的電容。
2.根據權利要求1所述的組合型拆換式增程電容車，其特徵是車體上裝有為車體的電力驅動裝置提供動力的電池裝置。
3.根據權利要求1或2所述的組合型拆換式增程電容車，其特徵是車體上裝有替代電力驅動裝置工作的熱力發動機。
4.根據權利要求1或2所述的組合型拆換式增程電容車，其特徵是所述電池裝置為鉛酸電池、鈉硫電池、燃料電池中的一種或幾種。
5.根據權利要求4所述的組合型拆換式增程電容車，其特徵是所述的鈉硫電池外裝有保溫防火層。
6.根據權利要求4所述的組合型拆換式增程電容車，其特徵是所述的燃料電池配有氫燃料罐。
7.根據權利要求4所述的組合型拆換式增程電容車，其特徵是所述的電容配有充電或轉換器。
8.根據權利要求4所述的組合型拆換式增程電容車，其特徵是所述的熱力發動機配有電機或增程油箱。
9.根據權利要求4所述的組合型拆換式增程電容車，其特徵是電容、電池裝置及熱力發動機均呈易拆換的模塊形式。
專利摘要本實用新型公開了一種組合型拆換式增程電容車，包括車體，其特徵是車體上裝有為車體的電力驅動裝置提供動力的電容。本實用新型結構合理，優勢互補，並以綠色安全不會「車毀人亡」的燃料電池/鈉硫電池/發動機環衛車、增程型電池電容車、電池/電容兩用公交車、農用、商業、港口、商貿、流通、物流及菜籃子、軍事、郵政、卡車等為大多數人服務的「非載客」車型的開發為切入點，整合燃料電池、鈉硫電池、超級電容成果。為超越美國，實現到2015年前100萬輛自主創新的電動汽車上路打下紮實基礎。由於是集成利用，成本低，有利於節能減排，保護環境效果好。
文檔編號B60K6/20GK201980064SQ20112003557
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月10日 優先權日2011年2月10日
發明者竇觀一 申請人:竇觀一