专利名称：一种可供实际应用的电动汽车的制作方法
技术领域：
本发明涉及电动汽车的改进背景技术电动汽车已经有一百多年的历史，早在燃油汽车出现以前，就已经有了电动汽车，随着燃油汽车的不断发展，逐渐将电动汽车挤出了历史舞台。到了二十世纪七十年代，由于能源危机的发生，以及人们对环境保护的日益重视，对于电动汽车的开发热情才又重新奌燃起来。近三十年来，世界上许多国家的科研机构和诸多跨国汽车企业，都在不遗余力地对电动汽车进行研究开发，投入了大量的人力财力，也取得了很多技术上的进展，但其成效并不能令人满意，始终未能开发出一种可供实用的电动汽车来。基于上述情况，美国和日本的汽车业巨头纷纷宣称要放弃纯电动汽车的开发。这种以蓄电池为能源载体的电动汽车为什么会被放弃？原因何在？对于这个难题是不是就无法破解？这是摆在纯电动汽车面前一个无法迴避的问题。
问题的关键是能源结构，一公斤汽油的能量为12000-13500W.H/Kg，而一公斤锂电池存储的能量为120-140W.H/Kg，而铅酸蓄电池只有30-33W.H/Kg，相差100倍和300多倍。所导致的结果就是电动汽车的性能上不去，与传统的燃油汽车相比差距很大，达不到进入商业化运营的要求。它的具体表现是1)跑不快--电动汽车的最大速度上不去，一般只能在Vmax＝100Km/hr之内；2)跑不远--一次充电后的运行距离短，一般在100-150Km，达不到可投入实际应用的要求；3)造价高--据有关美国的资料介绍，一辆电动汽车的售价为8万美元，国内某厂的电动汽车售价为12万元，但不包括40万元的蓄电池；4)充电时间长--一般为6-8-小时。也曾有资料介绍快速充电的技术，可将充电时间降低到一小时以内，但设备复杂，对蓄电池的要求也高。正因为上述原因的存在，而且在短时期内难以解决，美国和日本的几大汽车巨头全面停止了全电池电动汽车的生产和开发。美国通用公司宣布不再提供电动汽车的出租业务，除保留部分作试验和收藏外，其余的均作报废处理。美国的汽车公司转向燃料电池电动汽车的开发。日本则转向混合动力电动汽车的研制，并且已进入小批量生产的阶段。燃料电池电动汽车有可能成为解决未来能源的一种方法，就目前情况而言，不仅存在资源紧缺的矛盾，在技术上还存在不少问题未能解决。混合动力汽车存在着二次能源转换的缺陷，技术方面有明显的不合理性，难以作为最终解决方案。
基于上述情况，有必要提供一种新的解决方案，来克服现有电动汽车存在的不足。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有电动汽车存在的缺陷，提供一种新的总体思路和具体的解决方案，藉以提高电动汽车的性能，降低其造价，并解决使用过程中的服务保障，为电动汽车进入商业化运营提供必要的技术支持。
本发明的目的可以通过如下的技术方案来实现一种可供实用的电动汽车其至少包括传统汽车中可直接应用的部分，通过创新改造的部分和新增加的部分，这三部分有机的结合构成专用的电动汽车平台。这个专用的电动汽车平台要通过开源节流，实现“以重量置换能量”的设想，降低电动汽车的重量，在整备质量得到控制的前提下，能大幅度增加蓄电池的装载量，增加能源的存储量，缩小电动汽车与燃油汽车在能源存储上的差距，在整车性能上缩小与燃油汽车的差距，为电动汽车进入商业化运营提供必要的技术支持。本发明在创新改造方面，其至少包括三部分，即总体设计部分、具体的结构和装置以及使用保障部分。在总体设计部分中主要有新的重量配置方案、新的总体布置方案和新的动力选择方案。新的重量配置方案也就是降低车重的具体措施，其至少包括采用新材料--以高分子基复合材料制作电动汽车车身，采用新结构--以夹芯结构为基础结构的整体式车身，并扩大应用范围，除了用于复盖件和结构件而外，还用于制作功能部件，如减速机箱体；采用新技术，利用电子变速取代传统的变速箱，利用电子差速器取代传统的机械式差速器，简化传动机构将传统的多级动力传动简化为单级直接传动；采用小型化的部件，如驱动电机采用小型化的水冷电机在同等功率条件下，缩小结构尺寸，降低重量。
进一步本发明在总体布置方面，将传统汽车的以内燃机为主的思想改变为以蓄电池为主体，压缩动力装置、传动装置等机构的占用空间，为设置大量的蓄电池提供足够的空间。具体的措施至少包括零部件的小型化，如采用多电机驱动、小型化水冷电机；蓄电池标准化、小型化；减速器与车身一体化；以及采用新的布置方式，采用两层或三层结构。前舱设计为双层结构，上层为前电源舱，下层为动力舱；后舱设计为三层结构，上层为行李舱，中层为后电源舱，下层为动力舱。采用合理的总体布置，统筹兼顾到蓄电池装置、动力配置及传动装置等多方面的协调，保证驱动桥的负荷不低于55％，藉以保证整车行的运稳定性。
进一步本发明在动力选择方面，改变了传统的设计模式，不是根据汽车的最大速度的需要功率来选取发动机，而是以电动机的额定功率对应电动汽车的经济速度所需的功率，而以电动机的过载及超速状态下的最大功率，满足电动汽车最大速度所需的功率。其目的是减小动力装置的重量、缩小其占用的空间、降低能耗。
进一步本发明在动力装置和驱动模式方面，改变了传统汽车采用的单一动力的配置模式，而是采用了两个或两个以上的动力装置，分别驱动两个或四个行走轮。在传动模式上也采用了新技术和简化的新结构，由设置在动力舱中的电动机通过减速机直接驱动行走轮，省略了传统汽车采用的复杂的多级传动链，离合器-变速箱-传动轴-后桥-差速器-最终传动。特别是采用了电子变速和电子差速装置，取代了传统的机械式变速箱和差速器。电子变速装置是利用驱动电机控制器的速度控制，直接控制电动机的转速、转矩，而电子差速则是采用了电动机的定转矩控制和阻转矩反馈原理的自适应差速器。这种电子差速器比由计算机控制的电子差速器结构简单，可靠性高，造价也低得多。详见专利号ZL02203000.X电动汽车动力及传动装置的结构新模式；专利申请号02129455.0电动汽车多电机四轮驱动新模式；专利申请号02125761.2电动汽车动力及传动装置的结构新模式；国际专利申请号PCT/CN03/00686电动汽车的动力及传动装置。
进一步本发明采用了新材料-高分子基复合材料制作电动汽车车身，其特点在于在结构上采用了以夹芯结构为基础结构的整体式车身结构，在成型工艺上采用了以“三步成型法”为主的整体成型工艺，在模具上采用了复合材料组合式加热模具，以及相应的设备构成的生产线。从而使复合材料电动汽车车身，不仅具有轻量化的特奌和足够的强度，同时还具有批量生产的能力。为了加大轻量化的效果，扩大复合材料的应用范围，除了复盖件而外，还直接应用于承力构件和功能件，如减速器的箱体。详见专利号ZL98102411.4复合材料制品的成型方法及其机械化生产设备；专利号ZL01268136.9复合材料电动汽车车身新结构；专利号ZL96102882.3纤维增强塑料制品的成型方法及其模具；专利号ZL88202023.4一种玻璃钢汽车车身。
进一步本发明采用了高电压动力型高能蓄电池，单个蓄电池的电压就是电动汽车电源系统的电压，这对于提高电动汽车运行的可靠性和安全性有很好的效果，特别是对于锂电池，由于减小了单个电池的充、放电电流，减少了工作过程中的发热量，对防止电池在工作过程中发生爆炸事故很有好处。同时这种高电压电池提高了电池的比能量，有效地降低了整车的重量，对于提高能量存储及降低能耗均起到了有益的效果。详见专利申请号02158598.9高电压动力蓄电池；专利申请号03153213.6高电压动力型铅酸蓄电池复合材料极板；国际专利申请号PCT/CN03/01117高电压动力型蓄电池；专利号ZL02282486.3复合材料蓄电池外壳及其密封。
进一步本发明采用了电动汽车蓄电池快速更换，恢复能源存储的装置及其操作方法，其主要特点是采用了规范化的电源单元或组合式的电源单元及相应的装置，以适应蓄电池的快速更换。同时采用了相应的操作方法，包括用户只购买蓄电池的使用权，购电行车、刷卡消费、无电充值，以及建立充电站网络，蓄电池周转运行，循环使用，蓄电池厂根据电动汽车的要求，提供规范化的电源单元或组合式电源单元，以及废旧蓄电池全面回收等办法。使电动汽车的补充电能、恢复能源存储变得简便易行。详见专利申请号200410038442.3电动汽车快速恢复能源存储的装置及操作方法。
进一步本发明采用了机电一体化动力单元装置，由于采用了水冷式电动机，可以将电机的驱动器、控制器均设置在电动机的水套上，利用电机水套的强制冷却，为驱动器的大功率管散热，借以取消冷却风扇及散热器。将电机与驱动器、控制器结合为整体，不仅可简化结构，减轻重量，缩短线路，减少能耗，减少占用空间，还可以简化维修操作，缩短修理时间。详见专利号02158597.0电动汽车机电一体化动力单元。
本发明的效果是显著的1)在解决电动汽车跑不快的问题上，由于本发明采用了两亇或两个以上动力装置的配置方案，电动汽车所需的动力是由多亇电动机并力承担的，同时按照新的动力选择方案配置电机。多亇电机的总功率满足了电动汽车最大速度的功率要求，而单亇电机的功率较小，其重量较小，所占用的空间也小，因此就解决了大功率电机在总体布置上难以解决，而小功率电机又难以满足电动汽车最大速度的功率要求的矛盾，有效地解决了电动汽车跑不快的缺陷。
2)在解决电动汽车跑不远的问题上，由于本发明采用了控制总量，保持整备质量基本不变的前提下，降低了整车的净重，大幅度增加了蓄电池的装载量，其载重可以达到传统汽车载油量的二十倍，有效地解决了能源不足的矛盾，即使采用比能量较低的铅酸蓄电池，也可以使一次充电后的运行距离达到220-250公里。
3)在解决电动汽车造价高的难题上，由于本发明采用了多项新结构、新装置、新技术，简化或取消了传统汽车上的复杂结构，如变速箱、差速器和复杂的多级传动链等，代之以小型化的电机、电子变速、电子差速装置和直接传动等，有效的降低了造价。同时本发明采用了高电压动力蓄电池，这种新型的蓄电池具有比能量高、重量相对较轻，体积较小等优势，更主要的是造价低，与传统的铅酸蓄电池基本接近。因此电动汽车的造价大幅下降，与国外的电动汽车相比，造价约为其1/10。
4)在解决充电时间长问题上，本发明采用了快速更换蓄电池的装置以及相应的操作方法，可以将补充能源的时间控制在5-10分钟，其便捷程度可以与传统汽车的加油相类似或更好。
5)在电机、电控装置的维修方面，本发明采用了机电一体化动力单元装置，由于电机、电控装置是一亇整体，可以在30分钟内更换整套电机-电控装置。这对于电动汽车的推广是非常有利的，一旦在使用过程中发生电机-电控方面的故障，在维修奌能及时排除故障，迅速恢复电动汽车的正常功能。
6)由于本发明采用了蓄电池现场更换随后充电的方法，蓄电池的充电时间可以选择在夜晚的用电波谷期间。在这段时间内，发电厂发出的是难以利用的闲置能源，如果将这些难以利用的闲置能源利用起来，为蓄电池充电，取代需要进口的紧缺石油，对于缓解国家的能源紧张，减少外汇支出，保障国家能源安全，会起到不可估量的作用。此外，夜间的电费只有正常电费的40％，这对于提高充电站的经済效益，和鼓励投资建设充电站，都会有很大的促进作用。
7)本发明采用的以蓄电池为能源载体的电动汽车，在运行过程中不会产生废气排放，不会对周围环境造成污染，对于保护城市的环境是非常有利的。即使是采用铅酸蓄电池，由于采取了废旧蓄电池全面回收的办法，也不会对环境造成污染。
8)本发明的实施将会有利于国家的可持续发展，。传统汽车的普及促进生产的发展和社会的进步，同时也导致大中型城市的污染，制约了社会的可持续发展。传统汽车是以不可再生的石油作为驱动动力的能源，随着汽车的大量应用，石油的用量也在直线上升，石油资源的枯竭是不可避免的。本发明采用的能源是电能，电能是二次能源，可以采用多种方式生产，无论是火电、水电或是风能、核能生产的电能，电动汽车均可应用。而且蓄电池充电还可以利用用电波谷期难以利用的电能，并不需要为电动汽车的用电另行建造发电厂。此外，传统的汽车工业在国外已有百年历史，他们掌握了大量的核心技术，我国的民族汽车工业虽然有了不小的发展，但是这些是在使用国外技术的基础上发展起来的，没有或很少有自主知识产权，要追赶国外的水平有很大困难，但在电动汽车上，我们与国外的差距不大，而且拥有自主知识产权，这对于振兴民族汽车工业具有十分重要的意义。
图1本发明的电动汽车的侧视结构示意2本发明的电动汽车的俯视结构示意3本发明的双电机配置及传动示意4本发明的多电机配置及传动示意5本发明的多电机配置及传动示意6本发明的机电一体化动力单元示意7本发明的蓄电池快速更换装置示意8本发明的高电压动力型蓄电池的示意9本发明的高电压铅酸蓄电池的极板示意号说明前电源舱-101 复合材料车身-102 载人舱-103后电源舱-105 行李舱-106蓄电池-107驱动电机-108 传动轴109 减速机箱体-110超越离合器-301 电机水套-601 驱动器-602控制器-603 蓄电池运送小车-701 滑轨-702复合材料极板801 蓄电池隔板-802电解液803铅箔-901 正极涂膏-902 负极涂膏-904格柵-905
具体实施例方式
如图1图2所示，为本发明的一亇实施例，图1为实施例电动轿车的侧视结构示意图，图2为其俯视图，其至少包括有传统汽车中可直接应用的部分，如行走机构、转向机构、悬挂装置、座椅、内饰等；对传统汽车的主要部件进行改造创新的部分，包括总体设计方面的重量配置新方案、总体布置新方案和动力选择方案；在结构改进方面，其包括有高分子基复合材料车身102，两个或两个以上的动力配置108，动力传动的新结构及电子差速装置如图3图4图5所示，机电一体化动力单元如图6所示，高电压动力型蓄电池及复合材料蓄电池极板如图8图9所示；在使用保障网络方面，有快速更换蓄电池的装置及操作方法如图7所示，以及以快速更换的方法维修电机及电控的装置及操作方法如图6所示。
本发明在进行总体设计时，首先考虑的是重量配置，选择1-3亇与准备开发的电动汽车相接近的传统汽车作为参考，初步设定电动汽车的主要性能指标，其中关键是整备质量应与对照组接近，超重要控制在5-10％以内，并制订初步重量分配指标及减重方案。对于整备质量为900-1000Kg的普及型轿车，减少的重量应不少于350KGg，在此情况下才有可能将蓄电池的装载量增加到400-450Kg，约为传统汽车载油量的16-20倍，使整备质量与对应的燃油汽车相近，而可供实际应用的能源也比较接近，差距在80％以内。然后进行部件设计，其办法是采用高分子基复合材料制作电动汽车车身及其附件；采用简化结构的方法，将多级传动链简化为直接传动；采用新技术、新结构，以电子变速取代机械式变速箱、以电子差速器取代机械式差速器；采用小型化的装置，以两个或两个以上的驱动电机取代单亇电机、以先进的水冷却电机取代传统电机；采用先进的高电压高能蓄电池取代传统的蓄电池。
实施例在总体布置方面，如图1图2所示，采取了以蓄电池为中心的指导思想，除了对载人舱103保持其空间基本不变而外，在前舱设前电源舱101，在后舱设置有后电源舱105于行李舱106的下面，以满足大量蓄电池的装载。同时还要满足驱动桥具有足够的轴负荷。为了适应总体布置的要求，采用了小型化的驱动电机，在布置上采用了叠层结构，在前舱的横隔板以上为前电源舱101，隔板下为驱动电机的动力舱，设置有减速箱110和驱动电机108，采用了双层布置；在后舱上层为行李舱106，下面为电源舱105。如果采用采用4*4驱动方案，则在电源舱下设置驱动电机及减速器。
本发明在动力装置的选择方面，采用了两个或两个以上的驱动电机，如图3图4图5所示，采用的驱动电机分别为2个、3个、4个。在本实施例中，采用了双电机前置，分别驱动两个前行走轮。本发明在传动方式上采用了先进的电子技术，以及简化传统的传动模式。在实施例中，未设置传统的变速箱，而是以驱动电机控制器的速度控制，取代传统的机械式变速箱；也未设置传统的差速器，而是利用驱动电机的定转矩控制，阻转矩反馈原理的自适应电子差速器，取代传统的机械式差速器。因此在本实施例中，传动机构变得十分简洁，由驱动电机到行走轮，只经过一对齿轮组成的减速器及传动轴，而没有设置包括离合器、变速箱、传动轴、后桥、差速器等构成的复杂的传动链。这不仅简化了机构，减少了占用空间，而且降低了能耗，减轻了重量，降低了造价。
在本实施例中采用的电机为水冷式电机如图6所示，在电机108外壳的外面，设置有冷却水套601，采用强制冷却带走电机在工作过程中产生的热量，保证电机在过载条件下工作时，其工作温度控制在80℃以内。同时将电机的驱动器直接设置在电机的水套上，利用电机的水冷却装置为驱动器散热，而不再需要设置驱动器散热器和冷式风扇。这不仅可以简化结构，减少能耗，而且在电机电控装置发生故障时，可以将电机-电控装置一并拆除，更换新的装置，在30分鈡内可以解决，为社会化的快速维修保障，提供必要的条件。本实施例在电源配置方面，采用了高能量的高电压铅酸蓄电池，如图8图9所示，图中801为复合材料极板，是由铅箔901与两面的格柵901构成的，极板的一面涂有正极涂膏902，另一面涂有负极涂膏904，两块极板的边框部分予以宻封，其间为隔板802及电解液803，並以此形成独立的电化学单元，按顺序叠合多亇单元的串联结构，就构成了高电压蓄电池。本实施例采用的蓄电池的电压为300V，容量为18A.H，电源组由5只电池並联组成，如图2图7所示，图中蓄电池107在前电源舱中设3只，在后电源舱中设2只。蓄电池的总重量480Kg，储存能源27KVA。一次充电后的运行距离可达220-250Km(不带空调V＝50Km/hr)。此外，还采用了快速更换蓄电池的装置及相应的操作方法，详见专利申请号200410038442.3，解决了电动汽车快速补充能源的难题，可以在5-10分钟内恢复电动汽车的能源存储，从而为电动汽车的社会化保障网络的建立，提供了必要的技术支持，为电动汽车进入实用提供了必要的条件。
上述具体的实施例仅为说明本发明，而非用于限制本发明。
权利要求
1)一种可供实际应用的电动汽车，其至少包括传统的汽车中可直接应用的部分，通过创新改造的部分，以及新增加的部分，这三部分的有机结合构成了专用的电动汽车平台。其特征在于采用了复合材料制作的轻量化车身，以及电子差速、电子变速、机电一体化动力单元和结构简化的动力传动装置，以减轻电动汽车的重量。
2)如权利要求1所述的可供实际应用的电动汽车，其特征在于在动力配置上，其至少设置有两台或两台以上的驱动电机，共同用于承担电动汽车在运行时所需的动力；该驱动电机是直接设置在前后动力舱中与车身相连的减速机上，或者是在专用的安装架上。驱动电机是小型化的水冷电机，允许以过载和超速方式运行。
3)如权利要求1所述的可供实际应用的电动汽车，其特征在于在总体布置上采用了多层结构。前舱设计上层为前电源舱，下层为动力舱的双层结构，后舱设计上层为行李舱，中层为后电源舱，下层为动力舱的三层结构。
4)如权利要求1所述的可供实际应用的电动汽车，其特征在于采用的复合材料车身，在结构上采用了以夹芯结构为基础结构的整体式车身；在工艺上采用了以“三步成型法”为主要工艺的流水生产线；在模具上采用了复合材料制作的组合式加热模具；在设备上采用了相应的升降装置，模具穿梭运行和全过程温度监控构成的生产线。
5)如权利要求1所述的可供实际应用的电动汽车，其特征在于采用的驱动电机是小型化的水冷电机，其额定功率对应于经济速度的需要功率，最大功率能满足最大速度时的需要功率；以电机控制器的速度控制取代传统的机械式变速器；以定转矩控制、阻转矩反馈、自适应电子差速器取代传统的机械式差速器；以单级减速、直接传动取代传统的多级传动链。
6)如权利要求1所述的可供实际应用的电动汽车，其特征在于在电机的驱动器上，未设置冷却风扇及散热器，而是将电机驱动器、控制器直接设置在电机的冷却水套上，通过强制水冷来控制驱动器大功率管的温度。
7)如权利要求1所述可供实际应用的电动汽车，其特征在于采用了高电压高能量蓄电池，该蓄电池为双极性极板，正负极涂膏分别涂于同一极板的两面，是多层的复合材料极板，周边密封，极板间设置隔板及电解液，构成独立的电化学单元。按顺序叠层排设串联，形成高电压蓄电池。
8)如权利要求1所述的可供实际应用的电动汽车，其特征在于在电动汽车上设置有可供快速更换蓄电池的装置、包括采用了规范化的蓄电池及相应的有关装置，地面车辅助设施；在相关的操作方法方面，包括用户只购买蓄电池的使用权、购电行车、刷卡消费、无电充值；充电站统一为蓄电池充电，蓄电池周转运行，循环使用，废旧蓄电池全面回收。
全文摘要
本发明涉及电动汽车的改进，其至少包括传统燃油汽车中可直接应用的部分，通过创新改造的部分，以及新增加的部分，这三部分的有机结合构成了专用的电动汽车平台。由于采用了复合材料制作的轻量化车身，以及采用了电子变速、电子差速、机电一体化动力单元、直接传动装置等新结构，减轻了电动汽车的重量，並采用了高电压高能蓄电池，就可以在整备质量基本不变的情况下，大幅度增加蓄电池的装载量，提高电动汽车的能量储存，缩小在能量存储方面与传统汽车的差距，从而可以提高整车的性能，同时本发明还设置有快速更换蓄电池的装置及相应的操作方法，和快速更换电机－电控装置的方法，为电动汽车进入实际应用提供了必要的条件。
文档编号B60K6/00GK1683176SQ200410033608
公开日2005年10月19日 申请日期2004年4月12日 优先权日2004年4月12日
发明者于耀庆, 于宾, 陈乃明 申请人:于耀庆