CN104442426A - 用电网电力驱动电动汽车使其能够取代内燃机汽车 - Google Patents

Abstract

本发明是一个用电网电力驱动电动汽车使其能够取代内燃机汽车的技术方案。电动汽车是以车载蓄电池为动力来源的汽车，不耗燃油，不排废气。但其续航里程短，充电时间长，价格昂贵，不适宜跑长途。本技术方案是在电动汽车车顶安装可灵活升降的集电杆，将架空电力线的电力引来驱动电动汽车和给车载蓄电池充电。电动汽车既可沿架空电力线无限行驶，又可离开架空电力线依靠车载蓄电池行驶适当距离。电动汽车存在的上述问题都将因此获得解决，使其能够取代内燃机汽车。

Description

用电网电力驱动电动汽车使其能够取代内燃机汽车

所属技术领域

本发明涉及电动汽车取代内燃机汽车的技术方案

背景技术

电动汽车是以车载蓄电池为动力来源的汽车，不耗燃油，不排废气，比内燃机汽车发明早。1890年，法国和英国伦敦的街道上已行驶着电动大客车，1900年，美国制造的汽车中，电动汽车为15755辆，而内燃机汽车只有936辆。1908年，美国福特汽车公司T型车问世，以流水线生产大规模制造汽车，使内燃机汽车开始普及并很快取代了电动汽车。时至今日，内燃机汽车仍然在汽车行业占统治地位。

近年来，由于深刻认识到内燃机汽车排放尾气污染环境和感到石油资源逐渐枯竭，世界很多国家提倡发展电动汽车，期望用电动汽车取代内燃机汽车。1976年美国制定了电动车辆研究计划。美国研发的EV-1纯电动轿车研制费用达3.5亿美元，技术处于世界领先水平。但由于价格昂贵(3.5万美元/辆)，加之每行驶80mile(128Km)就要充电数小时，从1996年至2000年仅售出1110辆，最后因严重亏损停产。中国发布的《节能与新能源汽车发展规划(2012年-2020年)》中提出到2015年，中国纯电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量要达到50万辆，2020年要超过500万辆。据中汽协统计，2012年中国仅销售新能源汽车12791辆。2014年1月，北京公布小客车摇号申请为1818640个，最终中签为20195个(中签率为1.1％)，但新能源车申请为1428个，低于指标1666个，全部中签。新能源汽车在政府巨额补贴下尚如此难于销售，谈不上能够取代内燃机汽车的问题。

电动汽车发展不起来的原因是它的续航里程短、充电时间长、价格昂贵、不适宜跑长途。这几个问题不解决，电动汽车是取代不了内燃机汽车的。

下面用生产电动汽车的先进企业BYD公司生产的三款汽车和两款外国电动汽车列表比较(同时列出本发明申请提出的用电网电力驱动的电动汽车举例来说明问题和解决问题的方案)。见下表

不同动力来源的小轿车比较表

数据依据：比较表中前五款汽车是现有汽车，所列数据来自网络。

用电网电力驱动的电动汽车举例F3电动小轿车所列数据的依据：

1、蓄电池供电行驶里程100km的依据：从城市中心到郊县跑个来回一般不超过100km.

2、蓄电池容量12kwh和车重1300kg的依据：BYD公司曾展出过一款纯电动汽车F3e，其数据为：车重1530kg，蓄电池重350kg，续航里程300km，电耗12kwh/100km，据此算出F3电动小轿车的重量＝1530-350X2/3＝1296.7kg，取为1300kg；F3e耗电12kwh跑100km，较轻的F3电动小轿车耗电12kwh至少能跑100km.

3、价格7.4万元的依据：设除蓄电池外，F3电动小轿车的价格等于F3的价格5万元，蓄电池价格按0.2万元/kwh计，5万元+2.4万元＝7.4万元。

从该表可以看出：

1、秦和e6的性能参数不逊于国外同类名牌电动汽车而价格低很多。

2、混合动力汽车能跑长途，能节油减排。但它有内燃机和电动机两套动力系统并要将其合并或分开运行，其结构必然复杂，造价必然高。秦的重量为F3的1.5倍，价格为F3的3倍以上，(普锐斯的价格更高)。混合动力汽车本身就是带内燃机的汽车，是被取代的对象，谈不上取代内燃机汽车。

3、纯电动汽车e6和特斯拉零油耗、零排放，续航里程达300km以上，可以满足出租车一班的行驶里程，但充电不如加油快，节假日或需要跑长途时，F3能完全满足需要，而e6和特斯拉却不能完全满足需要。e6的重量为F3的2倍，价格为F3的6倍以上，特斯拉更是价格高昂，为F3的14倍以上。技术先进的特斯拉和e6都取代不了内燃机汽车F3。(用电网电力驱动的电动汽车举例的F3电动小轿车，解决了电动汽车续航里程短、充电时间长、价格高和不适宜跑长途的问题，完全能够取代内燃机汽车。)

发明内容：

为克服电动汽车存在的问题，本发明申请提出用电网电力驱动电动汽车取代内燃机汽车的技术方案。

电网电力驱动车辆已有100余年历史，火车、地铁等有轨车辆和无轨电车、游乐场的碰碰车等无轨车辆都是用电网电力驱动的。本方案提出的是用无轨电车的供电方式驱动电动汽车。无轨电车是由一对集电杆(车顶上的辫子)将一对架空电力线的电力输至车辆驱动电动机和胶轮使车辆沿架空电力线路行驶的。1901年，世界首个载客无轨电车系统在德国开通运行，上世纪五十年代世界上约有500个城市拥有无轨电车。后来，由于它需要架空电力线和拖着两条“辫子”，不及内燃机公共汽车灵活，逐渐被内燃机公共汽车取代。时至今日，全球剩下的拥有无轨电车最多的三个城市为俄罗斯的莫斯科、圣彼得堡和白俄罗斯的明斯克。欧洲则以瑞士拥有无轨电车的城市最多。中国现在只剩10个城市拥有无轨电车线路：北京15条，广州15条，上海9条，武汉7条，太原5条，济南4条，青岛3条，洛阳3条，杭州2条。

本发明申请是把电动汽车与无轨电车这两种被内燃机汽车排挤和取代的车辆结合起来，在电动汽车车顶安装可灵活升降的集电杆，将架空电力线的电力引来驱动电动汽车并给车载蓄电池充电，使电动汽车既可沿架空电力线行驶，又可离开架空电力线依靠车载蓄电池行驶，电动汽车存在的几个问题都将因此得到解决：

1.续航里程短的问题：电动汽车沿架空电力线行驶的续航里程无限，离开架空电力线行驶时，由于行驶里程不长，车载蓄电池供电已能满足需要。因此，电动汽车续航里程短的问题得到解决。

2.充电时间长的问题：电动汽车沿架空电力线行驶时靠电力线供电行驶并给车载蓄电池充电，不需在长途行驶中停车充电。

3.价格高昂的问题：电动汽车价格高昂是因为车载蓄电池价格高和数量多造成的。本方案的解决办法是，只装备电动汽车离开架空电力线行驶时需要的蓄电池，蓄电池的数量将大大减少，车辆价格高昂的问题因而得到解决。

4.不适宜跑长途的问题：电动汽车沿架空电力线行驶的续航里程无限，无需停车充电，完全适宜跑长途。

5.作为本方案举例用电网电力驱动的F3电动小轿车解决了电动汽车存在的问题，油耗为零，排污为零，消耗的电费比内燃机汽车的油费低得多，车辆价格也不贵。因此，用电网电力驱动的电动汽车完全能够取代内燃机小轿车。

有益效果：

1.节油：以F3耗油7.5L/100km、年行驶2万公里计算，年耗油1500L，汽油密度按0.75计算，一辆F3年耗油＝1500×0.75＝1125kg＝1.125吨。全国暂以1亿辆F3计算，年耗油1.125亿吨。现以电动汽车取代它，即1亿辆电网电力驱动的F3电动小轿车取代1亿辆汽油车F3，每年将节省汽油1.125亿吨，折算成石油约为：1.125亿吨÷0.7＝1.6亿吨石油。

据报道，由于资源限制。我国石油产量只能保持年产量2亿吨左右。据规划，到2020年，我国汽车年产量将超过2500万辆，甚至达到3000万辆，保有量达到2亿辆左右，车用燃油消耗量将超过3亿吨，甚至达到3.5亿吨，相应的石油消耗量将达到5亿吨，石油进口依存度将超过70％。如果实施本方案，大力发展电网电力驱动的电动汽车，石油对外的依存度将大幅下降，甚至可以不依靠进口石油，受到封锁时也能生存和发展。

2.减排：按C+O2→CO2

12+32＝44

即1kgC产生的CO2＝44kg/12＝3.67kg

1kg汽油含C 0.85kg，含H2 0.15kg

1.125亿吨汽油产生的CO2＝1.125亿吨×3.119＝3.5亿吨

即1亿辆电网电力驱动的F3电动小轿车每年可减排CO2 3.5亿吨。(电网电力来自发电站，发电站例如火电站产生CO2未计)

3.1亿辆电网电力驱动的F3电动小轿车需要的电量：

1辆电网电力驱动的F3电动小轿车一年需要的电量为：

12KWh/100km×20000km＝2400kwh

1亿辆电网电力驱动的F3电动小轿车一年需要的电量为2400亿kwh

2400亿kwh相当于中国2012年年发电量49774亿kwh的4.8％，即用2012年年发电量的4.8％换取1.6亿吨石油。由于资源限制，要增产1.6亿吨石油是很难办到的。增产2400亿kwh的电是完全办得到的。2012年中国年发电量同比增5.2％，即增产2588亿kwh，大于2400亿kwh。

4.油改电后每年节约的费用：

①.一亿辆F3汽油小轿车年耗汽油1.125亿吨，以1万元/吨计，价值11250亿元。

②.1亿辆电网电力驱动的F3电动小轿车每年耗电2400亿kwh，以0.5元/kwh计，价值1200亿元。

③.油改电后每年节约的费用＝①-②＝11250亿元-1200亿元＝10500亿元，即每年节约约1万亿元。

5.电网电力驱动电动汽车还有下列有益效果

①、电动汽车必须建立充电站，电网电力驱动电动汽车在行驶中由电网电力给蓄电池充电，可以免建充电站。

②、在行驶中给车载蓄电池充电将延长蓄电池的使用寿命。

③、蓄电池的效率约为70％，电网电力直接驱动电动汽车的效率近100％。

6、电网电力驱动无轨电车和蓄电池驱动电动汽车都有百年以上的历史，二者结合起来，用电网电力驱动电动汽车，技术成熟可靠，经济效益显著，使电动汽车完全能够承担起取代内燃机汽车的重任。

7、具有自主知识产权，将改变目前国产汽车的知识产权多掌握在外企手中的局面。

附图说明：

下面结合附图对本发明进一步说明：

附图1是城市高架桥架空电力线和车辆示意图。

①是降下集电杆的电动小轿车，城市中电动小轿车绝大部分为家用，其蓄电池供电行驶里程100km已能满足日常需要，一般不需要依靠架空电力线供电行驶和充电，故降下集电杆。出租车依靠蓄电池行驶时也降下集电杆。

②是电动小轿车与架空电力线，电动小轿车作为出租车使用时，由于每班行驶里程较长，需持续或断续依靠架空电力线行驶和充电，家用电动小轿车有时也需依靠架空电力线行驶和充电，这时升起集电杆与架空电力线接触。

③是无轨电车升起集电杆依靠架空电线行驶和给车载蓄电池充电。无轨电车也可降下集电杆由蓄电池供电行驶，示意图中未绘出。

④是高架桥。城市高架桥是一环行线，其上层与地面交通立交，将电动小轿车架空电力线布置在高架桥上层，完全避开了地面交通的干扰，供电动小轿车快速行驶和充电。高架桥桥体可架设地面无轨电车的架空电力线，持续或断续给各路无轨电车供电。

附图2是高速公路架空电力线和车辆示意图，②是电动小轿车与架空电力线，③是大车与架空电力线。

具体实施方式：

用电网电力驱动电动汽车取代内燃机汽车牵涉到能源、环保、交通、汽车制造和国民经济各个方面，是一项重要和巨大的系统工程，建议由党中央、国务院决策，中央有关部门共同研究、统一规划实施。

实施的重点是：

一、由于小轿车数量特别巨大，取代内燃机小轿车是重点：

用电网电力驱动电动小轿车取代内燃机小轿车在技术上是成熟可靠的(需新设计灵活升降的集电杆在技术上也是没有困难的)，在经济上是完全可行的，经过试点后就可逐步实施。

①中国的汽车制造业规模已达年产内燃机汽车2000万辆，要其转产构造较简单的电动小轿车2000万辆/年是办得到的，转产中的困难是完全可以克服的。

②为了给现有的内燃机小轿车找出路，可将其改装为电动小轿车。

③汽车制造厂必然还会继续生产内燃机小轿车，应大力提高其排放标准，主要用于出口。

二、汽车主要集中在城市，城市是实施电网电力驱动的电动汽车取代内燃机汽车的突破口和主战场。直辖市、各省省会都是大城市和交通枢纽，汽车保有量大，应积极制订和实施取代内燃机汽车的计划。

(一)城市架空电力线路的架设；

1、城市架空电力线路由城市交通部门具体规划布置。

2、由于各类电动车辆具备了蓄电池供电行驶的能力，主城区如一环路以内可不架设架空电力线，十字路口不架设交叉电力线。

3、由于大车(无轨电车、长途客车、货车等)的高度一般在3米以上，小车(小轿车)的高度一般在1.5米左右，(其架空电力线的高度大概为2.7米-3米)，架设两种高度的架空电力线供大车和小车分道行驶。两种高度的架空电力线电压相同，但两种高度和电压应由国家统一规定，以便电动汽车驶向全国。

4、(成都)二环路上建设了高架桥，桥上架设供小车使用的架空电力线，供小车行驶和充电；桥下架设供无轨电车使用的电力线以持续或断续给各路无轨电车供电。(见附图1)

(二)车辆的取代：

1、城市新增和更新的小轿车应以电动小轿车为主并逐步过渡到只供应电动小轿车。

2、改装现有内燃机小轿车为电动小轿车。

3、将燃油公共汽车全部改为装备了蓄电池、有灵活升降的集电杆的新型无轨电车，其特点为：

(1)装备车载蓄电池的目的不仅是作为该车的备用电源，而且是为了减少城市架空电力线的长度。例如：该路电车线路长20km，蓄电池供电能够行驶10km，则架空电力线路长为10km就够了。(该车在沿架空电力线行驶时同时给蓄电池充电)。

现在，北京有的无轨电车已装备了可行驶8-10km的锂蓄电池。

(2)集电杆能在车内灵活操控、升降自如，便于无轨电车随时可以离开电力线像公共汽车一样灵活行驶。

北京的无轨电车也已做到集电杆能够升降自如。(电动小轿车的集电杆需新设计，在设计车辆时一并考虑，技术上不存在问题)。

(3)货车及其它大型车辆也用上述办法改装为电动车辆。

(4)除有特殊任务的车辆如军警用车、救护车、公务车及其他需要保留的内燃机汽车外，内燃机汽车限期退出城市。

这时城市的街景是：

a.电动小轿车的电力线架设在高架桥上，地面街道无电动小轿车架空电力线；主城区无架空电力线，十字路口无交叉架空电力线，无轨电车架空电力线长度减少50％；市容受架空电力线的影响减至最小。

b.除保留的极少数内燃机汽车外，城市街道上行驶的全是无轨电车和降下集电杆的电动小轿车。

城市群，如京、津、冀区域，如能率先实施上述计划，将极大地鼓舞和加速取代内燃机汽车的进程，而且给城市群的环保带来极大的好处，有资料说“城市大气污染量的63％来自燃油汽车”，京、津、冀的雾霾天气将因燃油汽车退出大大减少。

三、把电动汽车推向全国城乡

在诸等级公路中，高速公路全封闭，路况最好，设施最全，管理和收费手段齐全，十二、五末，我国高速公路网将基本建成，总里程达10.8万km，覆盖90％20万以上人口的城市。电动小汽车的蓄电池供电行驶里程为100km，可以驶离高速公路两侧50km或驶离距离100km以内的另一条高速公路。10.8万kmX100km＝1080万km²，若无重复覆盖面积，相当整个国土面积了。在高速公路上架设架空电力线供电动汽车行驶是最合理的。

1、电动汽车通过高速公路和两侧的公路网可基本覆盖全国城乡。

2、同时解决了高速公路目前存在的问题：

①收费问题：高速公路要收费，车辆往往因避免交过路费不走高速公路而走里程较长，路况较差的其他公路，因此高速公路平时车辆并未饱和，春节等不收过路费时，则车流如潮。架设供电动汽车行驶的电力网后，电动汽车长途行驶只有走高速公路。届时，高速公路上的车辆将增加很多，使其优越性充分发挥出来。

②高速公路污染严重，改成供电动汽车行驶的公路后将成为环保公路。

③高速公路上车辆多，车速快，造成尾追和超车时发生的事故不少，改为供电动汽车行驶后，大车、小车各依自己的架空电力线路行驶，一般不超速、超车，事故将大大减少。(见附图2)

3、全国公路网和电力网已经建成，公路已通至镇、乡，电力已通至农户。公路网和电力网为乡镇的电动汽车走向全国提供了十分有利的条件。由于大部分乡镇、县城之间的距离小于50km，跑个来回不超过100km，都在电动小汽车蓄电池供电的行驶距离之内，乡镇的电动汽车还可驶上100km距离以内的高速公路而驶向全国。

由于架空电力线公路和电动汽车的经济效益高，在政策指导下，在大城市的模范带动下，把电动汽车推向全国是完全办得到的。

Claims (1)

1.一种用电网电力驱动电动汽车使其能够取代内燃机汽车的技术方案。其特点在于，在城市道路和城市之间的公路上架设架空电力线，在电动汽车车顶安装可灵活升降的集电杆，集电杆将架空电力线的电力引来驱动电动汽车并给车载蓄电池充电，电动汽车沿架空电力线行驶的续航里程无限，车载蓄电池只满足电动汽车离开架空电力线行驶适当距离的需要，蓄电池的容量将大大减少，这样就解决了电动汽车存在的续航里程短，充电时间长，价格昂贵，不适宜跑长途的问题，使其能够取代内燃机汽车。