CN101830178A - 风能电动汽车发电供电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明风能电动汽车发电供电系统涉及一种风力发电系统，特别是提供给电动汽车的风能发电供电系统。包括通风管道、风速限流阀、若干个风能发电机、发电机组自动稳压装置、电源装置和电源并组箱；通风管道布置在电动汽车底部，风能发电机设置在通风管道中，所述的风速限流阀安装在通风管道进风口处；整流稳压装置包括整流二极管、稳压二极管；电源并组箱中装有多组电源接线排；电源装置包括控制电源变压器和供电、备用电源；控制电源变压器输入端通过导线与备用电源输出端相连；供电、备用电源包括固态接触器、旁路开关、维修旁路开关、旁路静态开关、输出开关、充电器、逆变器、逆变静态开关、电池组、备用电池组和滤波器。

Description

风能电动汽车发电供电系统
技术领域
本发明风能电动汽车发电供电系统涉及一种风力发电系统，特别是提供给电动汽车的风能发电供电系统。
背景技术
风能就是用风力发出的电能，用风吹动发电机的叶轮，使得发电机达到一定的转速来转换成电能。用风能发电是一个取之不尽，用之不完一个能源。在当今时代，又处于能源紧张的时候。风能更显示它的地位，和价值。风在静态的情况下是没有力量的，但是把它运动起来，它的力量无穷。目前尚没有一个系统的运用于电动汽车的风能发电供电装置。
发明内容
本发明风能电动汽车发电供电系统的目的是针对上述不足之处，提供一种风能发电供电系统，在电动汽车底部加装管道，里面加装n个风力发电机组，使之每个风力发电机发出交流或直流50～380V电压。再经过各发电机组自动稳压装置、并组，达到驱动电机所需电流容量给予供电，其中风力发电机和供电电路加以防水保护处理，其外还加装UPS或EPS供电方式的备用电源，给予汽车启动和低于发电风速用电。
本发明风能电动汽车发电供电系统是采取以下技术方案实现的：风能电动汽车发电供电系统包括通风管道、风速限流阀、若干个风能发电机、发电机组自动稳压装置、电源装置和电源并组箱；通风管道布置在电动汽车底部，风能发电机设置在通风管道中，所述的风速限流阀安装在通风管道进风口处。
发电机组自动稳压装置由电压检测电路、移相触发电路、分流控制器和三次谐波励磁电路组成。
电压检测电路由电源变压器TB、整流二极管VD1～VD12、可变电阻器R1、电阻器R8、R2、电容器C1和稳压二极管VS1组成。
移相触发电路由电阻器R2～R6、晶体三极管V1、VU、电容器C2、C4和稳压二极管VS2组成。
分流控制器电路由晶闸管VT、电容器C3、电阻器R7、自动/手动控制开关S和发电机G等励磁绕组WE组成。
三次谐波励磁电路由发电机G的等励磁绕组WE、谐波绕组WF、整流桥堆UR、磁场可变电阻器RP和开关S组成。
电源并组箱中装有多组电源接线排，多个风能发电机发出的多组电源经过各个发电机组自动稳压装置后，通过电源线与多组电源接线排相连，合并成一组电源。
电源装置包括控制电源变压器和供电、备用电源；控制电源变压器输入端通过导线与备用电源输出端相连，控制电源变压器输出端通过导线与照明、转向灯、驱动、音响、防盗等电路相连通，提供电源。
风能电动汽车发电供电系统的供电、备用电源包括固态接触器KM1～KM15、维修旁路开关K1、旁路开关K2、旁路静态开关KS1、输出开关K5、充电整流器ZL、逆变器NB、逆变静态开关KS2、电池组E1、备用电池组E2和滤波器C。
风力发电机G1～G12电源分别与固态接触器KM1～KM12输入相连，固态接触器KM1～KM12并组输出端分为三路：第一路，固态接触器KM1～KM12并组输出端与旁路开关输入端相连，通过旁路开关K2与旁路静态开关KS1相连，旁路静态开关KS1线路中加之电流无功补偿电容C5与输出开关K4输入端相连，输出开关K4输出端一路通过导线与汽车电动机相连，输出开关K4输出端另一路通过导线与控制电源变压器相连；第二路，固态接触器KM1～KM12并组输出端与维修旁路开关K1输入端相连，另一端与输出开关K4输入端相连；输出开关K4输出端一路通过导线与汽车电动机相连，输出开关K4输出端另一路通过导线与控制电源变压器相连；第三路，固态接触器KM1～KM12并组和固态接触器KM13输入相连，充电整流器ZL电源输入端与固态接触器KM13输出端相连，充电整流器ZL电源输出端另分为两路与电池组E1、备用电池组E2固态接触器KM14、KM15相连，给电池组E1、备用电池组E2充电，电池组通过电池固态接触器KM14、KM15和滤波器C与逆变器NB电源输入端相连，逆变器NB电源输出端与逆变静态开关KS2电源输入端相连，逆变静态开关KS2电源输出端加之电流无功补偿与输出开关相连。
所述充电整流器ZL包括在半桥式功率变换器中，功率管所承受的最大电压与正激式或反激式变换器中功率管承受的电压相比要小。这样可以选用耐压值低的MOSFET，使导通电阻相应下降，同时也降低了导通损耗。用集成PWM控制芯片SG3525结合半桥式功率变换电路共同组成充电器的功率变换部分。充电电流经过精密电阻采样、放大，然后也送至单片机的A/D口；蓄电池温度经过温度传感器，将对应的电压量放大后送至单片机的A/D口。本系统软件部分的主要功能是，通过对蓄电池状态的检测，使充电转入不同的充电阶段；进入不同的充电阶段后，通过一定的算法，改变SG3525的输出脉冲宽度，实现各个不同阶段的充电；暂停充电和终止充电的控制；并显示充电器当前状态。
所述逆变器NB采用SPWM技术的并网逆变器装置在分布式风力发电机组并网发电系统领域。与传统整流器相比，这种逆变器装置的主电路采用可关断的全控器件，可以实现电能的双向传输。这种逆变器装置不仅具有受控的AC/DC整流功能，而且还具有DC/AC的逆变功能。通过数字控制技术在并网逆变器交流侧可实现单位功率因数运行和正弦化电流波形，在分布式风力发电机组并网发电系统中采用PWM并网逆变器可以在向电网馈送能量的同时，减少装置对电网的污染，实现高质量的并网发电。
所述静态开关和逆变静态开关采用市售KS双向晶闸管。
备用电源可采用市售UPS或EPS备用电源供电方式。
备用电源的主电路电源和市电电源经过电感送至可控晶闸管控制电瓶组充电，供给三组A，B，C正反可控晶闸管调压输出逆变放电，经过蓄能电抗器输出。此外，在输出三相线路中“星接”了一组电容是为了线路中电流补偿之用满足供电。旁路电路中串联一组双向可控晶闸管是为了间隙通断供电之用。UPS工作时，主电源供电。旁路电源间断给电，如果电动汽车车速低于40km/h时，电池组供电，风力发电间断给备用电池组充电，旁路电源停止工作。如果车速高于60km/h，电瓶电也充满，主电路停止工作，有旁路电源直给电动机供电。
所述的风速限流阀，安装在通风管道进风口处，为智能调节装置。当风能电动汽车在行驶中风速达到或超过发电机额定转速时，风速限流阀根据发电机额定转速的大小给予关闭或开启。
所述的通风管道在汽车底部成“||”字形或“八”字形排列。所述的通风管道为喇叭状；
本发明风能电动汽车发电供电系统，风力发电机“G”在汽车底部通风管道中经过防水处理，电线管道密封接出电源三相直流或交流50-380V电压，输入整流稳压装置。接入电源并组箱。在此电源分为两路，一路供给UPS/EPS备用电源电池组充电蓄能、控制，在汽车刚行驶或低于60mk/h给予汽车驱动电机“M”供电。一路直接供给控制、汽车驱动电机“M”用电。
风能发电机在电动汽车底部的通风管道中一字排开，为了风力有强劲通风管道如喇叭状，喇叭口在电动汽车的头部，因为电动汽车行驶起来风从头部灌进，从尾部排出。风能发电机的风叶可以做成百叶滚筒状或排风叶状均可。驱动电动机的摆布位置和汽油发动机摆布位置大致相同以前面为主。
本发明风能电动汽车发电供电系统优点：
风能电动汽车发电供电系统设计合理，结构紧凑，由于在电动汽车底部加装管道，里面加装风力发电机组，使之每个风力发电机发出交流或直流50～380V电压，再经过稳压、镇流、并组，达到驱动电机所需电流容量给予供电。可以充分利用电动汽车在行驶述程中产生风力推动风力发电机来发电，节约能源，使用安全可靠，无碳排放，无环境污染，是一种环保节能产品。其外还加装UPS或EPS供电方式的备用电源，可以将风力发电机组发出交流或直流50～380V电压，再经过稳压、镇流、并组，通过充电器给电池组、备用电池组充电，将给予汽车启动用电，市电也可以直接通过充电器给电池组、备用电池组充电以补充电动汽车电能不足，确保正常行驶。
本发明风能电动汽车发电供电系统提供的电能又是再生能源，众多相关数据、资料表明，风能电动汽车发电、供电控制系统用在汽车上是可行的，缓解当前环境、能源，都是有很大益处的。
附图说明
以下将结合附图对本发明作进一步说明：
图1是风能电动汽车发电供电系统原理图。
图2是风能电动汽车发电供电系统的风能发电机和汽车发电机安装状态示意图。
图3是风能电动汽车发电供电系统的通风管道和风能发电机安装状态示意图。
图4是风能电动汽车发电供电系统的发电机组自动稳压装置
图5是风能电动汽车发电供电系统的供电、备用电源原理图。
图6是风能电动汽车发电供电系统的备用电源原理图。
具体实施方式
参照附图1～6，风能电动汽车发电供电系统包括通风管道1、风速限流阀7、若干个风能发电机2、发电机组自动稳压装置、电源装置和电源并组箱；通风管道1布置在电动汽车底部3，风能发电机2设置在通风管道1中。
发电机组自动稳压装置由电压检测电路、移相触发电路、分流控制器和三次谐波励磁电路组成。
电压检测电路由电源变压器TB、整流二极管VD1～VD12、可变电阻器R1、电阻器R8、R2、电容器C1和稳压二极管VS1组成。
移相触发电路由电阻器R2～R6、晶体三极管V1、VU、电容器C2、C4和稳压二极管VS2组成。
分流控制器电路由晶闸管VT、电容器C3、电阻器R7、自动/手动控制开关S和发电机G等励磁绕组WE组成。
三次谐波励磁电路由发电机G的等励磁绕组WE、谐波绕组WF、整流桥堆UR、磁场可变电阻器RP和开关S组成。
发电机G输出的三相交流电压经电源变压器TB降压、整流二极管VD1～VD12整流、电阻器R1和R8限流降压及电容器C1滤波后，经稳压二极管VS1加至晶体三极管V1的基极。发电机G刚启动时，其输出的三相交流电压较低，电容器C1两端电压不足以使稳压二极管VS1导通，故移相触发电路不工作，晶闸管VT处于截止状态，对励磁电流无影响。当三相交流电压达到一定值时，稳压二极管VS1击穿导通，使晶体三极管V1导通，移相触发电路工作，产生触发脉冲信号，使晶闸管VT受触发而导通，对励磁电流大小进行调节。
发电机运转时，谐波绕组WF(埋在发电机定子槽中的附加绕组，其极数为主绕组的3倍)感应出谐波电压的大小随负载的增加而相应升高。该电压经整流桥堆UR整流后，通过磁场可变电阻器RP和开关S加至发电机的励磁绕组WE上。
当某种原因导致发电机输出电压降低时，电压检测电路输出电压变低。通过移相触发电路使晶闸管VT的导通角变小，对励磁电流的分流作用减小，发电机的输出电压升高而恢复到正常值；当发电机的输出电压升高时，晶闸管VT的导通角增大，使励磁电流降低，发电机的输出电压降低至正常值，从而达到了自动稳定输出电压的目的。
将开关S断开时，励磁电流不再受晶闸管VT控制，此时可以通过手动控制磁场可变电阻器RP的阻值来改变励磁电流的大小。
电源并组箱中装有多组电源接线排，多个风能发电机发出的多组电源经过各个发电机组自动稳压装置后通过电源线与多组电源接线排相连，合并成一组电源。
电源装置包括控制电源变压器和供电、备用电源；控制电源变压器输入端通过导线与备用电源输出端相连，控制电源变压器输出端通过导线与照明、转向灯、驱动、音响、防盗等电路相连通，提供电源。
风能电动汽车发电供电系统的供电、备用电源包括固态接触器KM、维修旁路开关K1、旁路开关K2、旁路静态开关KS1、输出开关K5、充电整流器ZL、逆变器NB、逆变静态开关KS2、电池组E1、备用电池组E2、滤波器C。
风力发电机G1～G12电源分别与固态接触器KM1～KM12输入相连，固态接触器KM1～KM12并组输出端分为三路：第一路，固态接触器KM1～KM12并组输出端与旁路开关输入端相连，通过旁路开关K2与旁路静态开关KS1相连，旁路静态开关KS1线路中加之电流无功补偿电容C5与输出开关K4输入端相连，输出开关K4输出端一路通过导线与汽车电动机相连，输出开关K4输出端另一路通过导线与控制电源变压器相连；第二路，固态接触器KM1～KM12并组输出端与维修旁路开关K1输入端相连，另一端与输出开关K1输出端相连；第三路，固态接触器KM1～KM12并组和固态接触器KM13输入相连，充电整流器ZL电源输入端与固态接触器KM13输出端相连，充电器电源输出端另分为两路与电池组E1、备用电池组E2固态接触器KM14、KM15相连，给电池组E1、备用电池组E2充电，电池组通过电池固态接触器KM14、KM15和滤波器C与逆变器NB电源输入端相连，逆变器NB电源输出端与逆变静态开关KS2电源输入端相连，逆变静态开关KS2电源输出端加之电流无功补偿与输出开关K4相连。
所述充电整流器ZL包括在半桥式功率变换器中，功率管所承受的最大电压与正激式或反激式变换器中功率管承受的电压相比要小。这样可以选用耐压值低的MOSFET，使导通电阻相应下降，同时也降低了导通损耗。用集成PWM控制芯片SG3525结合半桥式功率变换电路共同组成充电器的功率变换部分。充电电流经过精密电阻采样、放大，然后也送至单片机的A/D口；蓄电池温度经过温度传感器，将对应的电压量放大后送至单片机的A/D口。本系统软件部分的主要功能是，通过对蓄电池状态的检测，使充电转入不同的充电阶段；进入不同的充电阶段后，通过一定的算法，改变SG3525的输出脉冲宽度，实现各个不同阶段的充电；暂停充电和终止充电的控制；并显示充电器当前状态。
所述逆变器NB采用SPWM技术的并网逆变器装置在分布式风力发电机组并网发电系统领域。与传统整流器相比，这种逆变器装置的主电路采用可关断的全控器件，可以实现电能的双向传输。这种逆变器装置不仅具有受控的AC/DC整流功能，而且还具有DC/AC的逆变功能。通过数字控制技术在并网逆变器交流侧可实现单位功率因数运行和正弦化电流波形，在分布式风力发电机组并网发电系统中采用PWM并网逆变器可以在向电网馈送能量的同时，减少装置对电网的污染，实现高质量的并网发电。
所述静态开关和逆变静态开关采用市售KS双向晶闸管。
备用电源可采用市售UPS或EPS备用电源供电方式。
风能电动汽车发电供电系统的供电、备电工作原理：风力发电机的电源G1～G12，各通过发电机组自动稳压装置后，经过固态接触器KM1～KM12导通并组。分为三路，第一路电源，经过维修旁路开关K1当电动汽车时速超过60～140km/h时直接供电给电动汽车电动机4、控制电路供电运行和电动汽车大修时外接电源之用电。第二路电源，经过旁路开关K2当电动汽车时速不超过50～80km/h时，电源通过旁路静态开关KS1稳压，加之“C5”电流无功补偿供电给电动汽车电动机控制电路供电运行。电动汽车时速超过60～140km/h时停止供电。第三路电源，经过固态接触器KM13通过充电整流器ZL降压，加之滤波器AC/DC整流，给电池组E1或备用电池组E2充电。其中还加有一路市电源，以便电池组E1或备用电池组E2电量不足补充充电。当电动汽车启动或电动汽车时速不超过40～60km/h时，电池组E1或备用电池组E2的固态接触器KM14或KM15导通供电经过滤波器AC/DC整流，逆变器NB，DC/AC转换升压，通过逆变静态开关稳压，加之“C5”电流无功补偿，经过输出开关K4给电动汽车电机、控制电路供电。
备用电源的主电路A，B，C相三相电源从IN电源输入，经过电感L送至可控晶闸管VT三相电桥根据用电情况，经过KJ开关，控制电池组E充放电，供给三组A，B，C正反可控晶闸管PWM调压输出，经过蓄能电抗器TB输出OUT。此外，在输出三相线路中“星接”了一组电容C6、C7、C8是为了线路中电流补偿之用满足供电。旁路电路中串联一组双向可控晶闸管KS是为了间隙通断稳压供电之用。UPS工作时，主电源供电。旁路电源间断给电，如果电动汽车车速低于40km/h时，电池组供电，风力发电间断给备用电池组充电，旁路电源停止工作。如果车速高于60km/h，电瓶电也充满，主电路停止工作，有旁路电源直给电动机供电。
所述的备用电源的主电路电源和市电电源通过电感与可控晶闸管相连，可控晶闸管与电瓶组相连。
所述的风速限流阀7安装在通风管道1进风口处，为智能调节装置。当风能电动汽车在行驶中风速达到或超过发电机额定转速时，风速限流阀根据发电机额定转速的大小给予关闭或开启。所述的风速限流阀可采用碟阀、百叶窗阀。
所述的通风管道1在汽车底部3成“||”字形或“八”字形排列。所述的通风管道1为喇叭状。
本发明风能电动汽车发电供电系统，风力发电机“G”在汽车底部管道中经过防水处理，电线管道密封接出电源三相直流或交流50-380V电压，输入整流稳压装置。接入电源并组箱。在此电源分为两路，一路供给UPS/EPS备用电源电池组充电蓄能、控制，在汽车刚行驶或低于60mk/h给予汽车驱动电动机“M”供电。一路直接供给控制、汽车驱动电动机“M”用电。
风能发电机2在电动汽车底部3的通风管道1中一字排开，为了风力有强劲，通风管道1如喇叭状，喇叭口在电动汽车的头部，因为电动汽车行驶起来风从头部灌进，从尾部排出。风能发电机2的风叶可以做成百叶滚筒状或排风叶状均可。驱动电动机4的摆布位置和汽油发动机摆布位置大致相同以前面为主，驱动电动机4通过变速箱5、传动轴6驱动电动汽车。

Claims (4)

1.一种风能电动汽车发电供电系统，其特征在于包括通风管道、风速限流阀、若干个风能发电机、发电机组自动稳压装置、电源装置和电源并组箱；通风管道布置在电动汽车底部，风能发电机设置在通风管道中，所述的风速限流阀安装在通风管道进风口处；
发电机组自动稳压装置由电压检测电路、移相触发电路、分流控制器和三次谐波励磁电路组成；电压检测电路由电源变压器TB、整流二极管VD1～VD12、可变电阻器R1、电阻器R8、R2、电容器C1和稳压二极管VS1组成；移相触发电路由电阻器R2～R6、晶体管V1、VU、电容器C2、C4和稳压二极管VS2组成；分流控制器电路由晶闸管VT、电容器C3、电阻器R7、自动/手动控制开关S和发电机G的励磁绕组WE组成；三次谐波励磁电路由发电机G的励磁绕组WE、谐波绕组WF、整流桥堆UR、磁场可变电阻器RP和开关S组成；
电源并组箱中装有多组电源接线排，多个风能发电机发出的多组电源经过各个发电机组自动稳压装置后通过电源线与多组电源接线排相连，合并成一组电源；
电源装置包括控制电源变压器和供电、备用电源；控制电源变压器输入端通过导线与备用电源输出端相连，控制电源变压器输出端通过导线与照明、转向灯、驱动、音响和防盗电路相连通；
供电、备用电源包括固态接触器KM1～KM15、维修旁路开关K1、旁路开关K2、旁路静态开关KS1、市电源输出开关K3输出开关K4、充电整流器ZL、逆变器NB、逆变静态开关KS2、电池组E1、备用电池组E2和滤波器C；
风力发电机G1～G12电源分别与固态接触器KM1～KM12输入相连，固态接触器KM1～KM12并组输出端分为三路：第一路，固态接触器KM1～KM12并组输出端与旁路开关输入端相连，通过旁路开关K2与旁路静态开关KS1相连，旁路静态开关KS1线路中加之电流无功补偿电容C5与输出开关K4输入端相连，输出开关K4输出端一路通过导线与汽车电动机相连，输出开关K4输出端另一路通过导线与控制电源变压器相连；第二路，固态接触器KM1～KM12并组输出端与维修旁路开关K1输入端相连，另一端与输出开关K4输入端相连；输出开关K4输出端一路通过导线与汽车电动机相连，输出开关K4输出端另一路通过导线与控制电源变压器相连；第三路，固态接触器KM1～KM12并组和固态接触器KM13输入相连，充电整流器ZL电源输入端与固态接触器KM13输出端相连，充电整流器ZL电源输出端另分为两路与电池组E1、备用电池组E2固态接触器KM14、KM15相连，给电池组E1、备用电池组E2充电，电池组通过电池固态接触器KM14、KM15和滤波器C与逆变器NB电源输入端相连，逆变器NB电源输出端与逆变静态开关KS2电源输入端相连，逆变静态开关KS2电源输出端加之电流无功补偿与输出开关相连。
2.根据权利要求1所述的一种风能电动汽车发电供电系统，其特征在于所述的通风管道在汽车底部成“||”字形或“八”字形排列。
3.根据权利要求1所述的一种风能电动汽车发电供电系统，其特征在于所述的通风管道为喇叭状。
4.根据权利要求1所述的一种风能电动汽车发电供电系统，其特征在于所述的备用电源的主电路电源和市电电源通过电感与可控晶闸管相连，可控晶闸管与电瓶组相连。
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