关于电网电力驱动汽车的设想
武汉理工大学 张铁忠
|
|
当前，石油紧张导致了世界性的油价上涨，直接影响了汽车工业的生产和销售，也直接影响了人们的购车欲望和用车费用。随着石油资源的不断减少和枯竭，汽车工业的发展前景将越来越严峻，为汽车寻找新能源的问题也越来越迫切。发展以燃料电池为技术核心的电动汽车正成为工业发达国家的一种选择，但从实际情况来看，成效并不理想，与达到规模生产和规模使用的程度还有很长的路要走。
实际上，汽车或称为机动车完全可以通过电网电力来驱动。电力作为二次能源形式，可以通过水力、煤炭、风力、太阳能、核能等能源转换得到。用电网电力驱动汽车首先可以在高速公路上建设实现。笔者通过认真研究，设计了"电力高速公路与双动力机动车"方案，将这一方案介绍出来，供读者和专家进行评议。
本方案具体内容是这样的：
在公路上或城市的主要干道上，按车道铺设导电槽，导电槽与公路路面齐平。导电槽内装有交流电源滑道。导电槽按一定的间隔开有机动车接电装置进出导电槽的出入口。导电槽是由绝缘材料制造并且具有耐压、耐酸碱腐蚀抗老化等综合理化性能，其横截面形状为长方形，底面两边高中间低。上部开有长条开口，下部隔一段距离开有排水孔，排水孔与预埋在公路路面内的导电槽排水管道相通，可以将雨水及时排放到公路路面以外，确保导电槽不会被雨水淹没而发生电源短路。三相电源滑道由导电性能好的金属材料制造，安装在导电槽内两侧壁上。由公路旁输电线路所提供的三相电源线通过埋设在公路路面内的电源线线管与三相电源滑道相连接。这样，安装在公路每一个车道中央的交流电导电槽内就可以为机动车提供三相交流电源了。
机动车设置为双动力驱动及控制系统。该系统由内燃机(或直流电电动机)、交流电电动机、动力切换装置、接电及控制装置组成。
机动车获得三相电源是这样实现的：装在机动车底部的接电装置一端的连接轴与机动车底部固接，另一端通过下滚轮可沿导电槽内底部运动，也可沿公路路面运动。当接电装置接地的一端由导电槽的出入口进入导电槽内时，由导电性能好的金属材料制成的接电滚轮与三相电源滑道弹性接触，并且能沿三相电源滑道滚动。导电碳刷块弹性地压在接电滚轮上，并与电源导线相连接。这样就将由接电滚轮从三相电源滑道上获得的三相电源传输到电源导线上。电源导线经由立柱中间的通孔以及可摆动提压杆中间的通孔直至进入机动车底部内与电源控制器相连接。电源控制器可控制交流电电动机的启动和停止。这样就实现了三相交流电源由公路路面的导电槽提供给机动车。
在实际机动车的行驶过程中，由于机动车既装备有内燃机(或直流电电动机)又装备了交流电电动机，一般情况下，机动车先由内燃机(或直流电电动机)驱动。这时通过操纵动力切换操纵杆，将动力切换接合子推向内燃机(或直流电电动机)离合器，这时交流电电动机离合器松开，而内燃机(或直流电电动机)离合器合上，由内燃机(或直流电电动机)输出的动力就通过变速箱的输出轴传递给机动车的驱动车轮。当进入安装有导电槽的公路上，司机想由内燃机(或直流电电动机)驱动转换成交流电电动机驱动时，通过操作提压气动缸，将本来贴在机动车底部的可摆动提压杆压向公路路面中央，通过对中行驶，使下滚轮通过导电槽的出入口进入导电槽内，这样机动车就获得了三相交流电源。这时只要通过操纵动力切换操纵杆，将动力切换接合子推向交流电电动机离合器，内燃机(或直流电电动机)离合器松开，交流电电动机离合器合上，通过电源控制器启动交流电电动机，经由三角传动皮带、交流电电动机离合器，交流电电动机的动力就传递给变速箱，再传递到驱动车轮上。
当机动车需要变道行驶或超车时，就要由交流电电动机驱动转换为内燃机(或直流电电动机)驱动。由上所述，只要操纵动力切换操纵杆，将动力切换接合子推向内燃机(或直流电电动机)离合器，启动内燃机(或直流电电动机)就可以转换为内燃机(或直流电电动机)驱动。这时必须注意的是要通过操作提压气动缸，将可摆动提压杆向上提，这时上滚轮沿交流电导电槽内上壁滚动，当经过导电槽出入口时，在提压气动缸提拉力的作用下，接电装置下滚轮将从导电槽的出入口被提离出导电槽。这时电源控制器必然呈断电显示，这样机动车在内燃机(或直流电电动机)的驱动下，就可以进行变道或超车行驶了。
内燃机(或直流电电动机)与交流电电动机动力切换装置示意图
其中：19-内燃机(或直流电电动机)，20-交流电电动机，21-内燃机(或直流电电动机)离合器，22-交流电电动机离合器，23-动力切换操纵杆，24-动力切换接合子，25-传动三角皮带，26-电源控制器，27变速箱。
从以上方案可以看出，机动车采用双动力驱动方式，将高速公路建设或改造成电力高速公路，这样使在电力高速公路上行驶的机动车基本上可以通过电力驱动。现在我国的高速公路发展迅速，每天在高速公路上行驶的机动车达到30%以上，如果这30%的机动车由电力驱动。将节省多少石油资源，又减少多少排放对大气的污染。开展对电网电力驱动机动车可行性的研究，对我国汽车能源的保证意义重大，也事关我国的能源安全。希望能引起国家有关部门领导和专家的重视，也非常希望大家参与研讨，各抒己见和不吝指教。
武汉理工大学 张铁忠
wldztz@163.com