CN102689597B - 空气动力-光伏汽车 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种空气动力-光伏汽车，是一种新能源动力汽车，在传统汽车基础上取消了燃油内燃机动力装置，换上了新能源动力装置，其技术方案是，由空气动力发电系统，太阳能光伏电池方阵发电系统，镍氢电池电源储备供电系统，汽车动力驱动控制系统组成，其特征在于，不论白天与黑夜，或是车走车停，随时都能应用新能源发电储电和供电，用新能源装置取代了燃油汽车的动力装置和取代依赖市电蓄电池的电动汽车，本发明不仅节能环保经济，在远途续航中无需另外补充能源，本发明配套装置结构简单、重量轻、易制造、生产周期短、成本低、投资少、见效快、易操作普及、彻底改变了汽车远途续航中无源之苦。

Description

空气动力-光伏汽车

技术领域

本发明是关于新能源汽车，更具体的说，本发明根据空气动力学，太阳能光伏电池学，镍氢蓄电池电化学，汽车动力学等的原理，综合设计成空气动力-光伏汽车，把蓄电池电动汽车和耗能污染的燃油内燃机汽车，更新改造成节能环保的空气动力-光伏汽车，使其远程续航无需途中另补充能源；

背景技术

目前，公知的燃油汽车和蓄电池电动汽车，一种是依赖耗能污染的燃油内燃机驱动的汽车，另一种是依靠蓄电池充市电来驱动的电动汽车，这两种汽车在行程途中都需要不断地补充能源，目前的蓄电池电动汽车虽然环保，只能在城市和郊区短距离行驶，还要经常不断地充电补充能源，不然无法远程长途续航，如让其长途远航时受着供电不足的限制，蓄电池储电有限，途中没有充电补充能源的条件，尽管增加再多的蓄电池数量，长途远航途中仍不能满足需要，再者车厢空间容量有限无法过多储备，同时也会增加运输成本；

发明内容

本发明克服现有技术的不足，提供一种新能源为动力驱动的空气动力-光伏汽车，对汽车驱动控制系统和能源进行了技术革新，以解决目前全靠依赖电网充电的蓄电池供电的电动汽车，依靠燃油内燃机驱动的传统汽车，通过下列技术方案予以实现；本发明包括空气动力能源发电系统(分I、N、其为同种装置、I表示一个装置、N表示几个同种装置、载重汽车上就需要N个装置才供得上动力需要)，太阳能光伏电池方阵发电系统，镍氢电池电源儲备供电系统，汽车动力驱动控制系统组成，其特征在于，空气动力能源发电系统，太阳能光伏电池方阵发电系统，是构成空气动力-光伏汽车的新能源发电设备，镍氢电池电源儲备供电系统，是对汽车动力驱动系统的储电供电设备，采用新能源汽车的动力驱动系统，取代电网充电的蓄电池供电的电动汽车，和用燃油内燃机动力驱动的传统汽车，将其改造成节能环保的新能源空气动力-光伏汽车，使长途远程续航变得非常容易而简单；所述的空气动力能源发电系统：其特征在于，由涡轮机1、增速器9、发电机14、整流器17、脉冲式自动充放电控制器18组成；所述的太阳能光伏电池方阵发电系统：由太阳能光伏电池方阵38、防反充电阻断二极管39、脉冲式自动充放电控制器18组成；所述的镍氢电池电源儲备供电系统：由脉冲式自动充放电控制器18、动力蓄电池组19、系统控制器20、制动能量回收变换器21、交流电动机电源变换器22、交流电动机34及驱动结构、空调系统电源变换器36、空调系统37、冷却系统电源变换器41、冷却系统42、12V甲蓄电池43、12V乙蓄电池44、旁路控制电路器45组成；所述的空气动力能源发电系统，太阳能光伏电池方阵发电系统，其特征还在于，两系统发出的电源都输送到脉冲式自动充放电控制器18、经调整后直接向镍氢电池电源儲备供电系统的蓄电池组充电储备，或及时对汽车提供动力电源，多余电源无儲备时，通过旁路控制电路器45消耗(即用于做饭、燒水、取暖、听音乐……)，当有储电时，旁路控制电路器45便自动切换到正常供电方面来；

本发明与传统燃油内燃机汽车和现有电动汽车相比，其优势是：

1，本发明保甾传统汽车有益部分、更新改造耗能污染的驱动部分、其装置结构简单可靠、易于制造、成本低廉、投资少、易普及、经济实用、长途续航无需补充能源；

2，体积小、操作简便、安装维护容易、用途广泛、易于普及、节能环保、蓄电池因能及时充放电可延长其使用寿命；

3，光能、风能取之不尽、能随时为续航途中的新能源汽车提供动力能源、克服电动汽车依赖市电蓄电作动力、无法满足远途续航需求的缺陷；

附图说明

图1光机电总体设计方框图；

图2机电部件图；

图3机电装配结构图；

图4发电机电路结构原理图；

图5风-光电外形图；

图6光伏电池方阵部件图；

图7汽车电力动力传输方向示意图；

图8汽车驱动系统机电结构原理图；

图9汽车外形示意图；

具体实施方式

下面结合附图与具体实施办法对本发明作进一步详细描述；

在图1、2、3、4、5、6、7、8，9、中，本发明包括空气动力能源发电系统，太阳能光伏电池方阵发电系统，镍氢电池电源儲备供电系统，汽车动力驱动控制系统组成；所述的空气动力能源发电系统：其特征在于、由涡轮机1、增速器9、发电机14、整流器17、脉冲式自动充放电控制器18组成，所述的涡轮机1：由轮毂5、S形风叶片3、D形风叶片4、滑轮盘支架6、涡轮机转动主轴7组成，轮毂5中央有轮轴2、两片D形风叶片4对称180度、一端从轮轴顶交叉连接成弓曲形分别将另一端连接到轮毂2两侧、另外两片S形风叶片3对称180度、安装在轮轴2的中部、与D形风叶片4空间交叉成90度、轮轴2与涡轮机转动主轴7连接，涡轮机转动主轴7末端连接增速器9、滑轮盘支架6内径紧固在涡轮机转动主轴7上、外径连接支架安装在底架32上，其特征还在于、这种结构使涡轮机1在自然风力小的时后、利用S形风叶片3启动快的优势轻易转动涡轮机1、同时也充分利用D形风叶片4升力优势提高风力的功率；所述的增速器9：其特征在于、由行星齿轮和正齿园柱齿轮10、齿轮箱8、增速传动轴11组成，增速器9是把涡轮机转动主轴7传递来的转速进行快、慢调节，然后再通过连接发电机14的增速传动轴11带动发电机14发电；所述的发电机14：其特征在于，是永磁交流发电机，由定子铁芯25、定子绕组26、永久磁铁转子27、金属铝壳24组成，其绕组在定子上、磁场由永久磁铁转子27建立、利用电枢绕组的参数随转速变化的作用、在转速变化不大的范围内、实现发电机14端电压自动调节、发电机转动轴13由连接套12与增速传动轴11连接，其转速与增速传动轴11同步，发电机14发出的交流电源经过整流器17整流成直流电，送到脉冲式自动充放电控制器18去充电；

所述的太阳能光伏电池方阵发电系统：其特征在于、由太阳能光伏电池方阵38、防反充电阻断二极管39、脉冲式自动充放电控制器18顺序连接组成，太阳能光伏电池方阵38、是由非晶硅制成的外连式结构弱光太阳能电池、在有太阳光源的条件下、不论光源的强弱已能提高吸收太阳光能、使太阳能光伏电池方阵输出的电源得到充足，其所发出的电源电流经过防反充电阻断二极管39、直接输送到脉冲式自动充放电控制器18对蓄电池组充电储备或供应；

所述的镍氢电池电源儲备供电系统：由脉冲式自动充放电控制器18、动力蓄电池组19、驱动系统控制器20、制动能量回收变换器21、交流电动机电源变换器22、交流电动机34及驱动结构、空调系统电源变换器36、空调系统37、冷却系统电源变换器41、冷却系统42、12V甲蓄电池43、12V乙蓄电池44、旁路控制电路器45组成；空气动力能源发电系统、太阳能光伏电池方阵发电系统、所发出的电源都送到脉冲式自动充放电控制器18、其输出端并连接着动力蓄电池组19和旁路控制电路器45、动力蓄电池组19连接着驱动系统控制器20、直流电源经过它调节分配到供交流发动机的电源变换器22、经变换成交流电源、输送到汽车动力交流发动机34启动、交流发动机34输出的转矩经定速比减速器50后、通过万向传动轴53、主减速器54、差速器49、和半轴33来驱动车轮35、让汽车前进或后退，当汽车制动时、车轮35带动交流发动机34转动、通过矢量控制使感应电动机变为交流发电机产生电流、经制动能量回收变换器21变换成直流电源后、通过系统控制器20向动力蓄电池组19充电，动力蓄电池组19另两端连接着冷却装置的逆变器36和变换器41，通过它们把直流电源变换成功率较小的交流电源、来供给空调系统37、真空制动泵42、冷却系统(所属的转向泵电动机、制动液压泵电动机、冷却水(油)泵电动机、用来冷却驱动控制系统中的绝缘栅双极型晶体管ICBT、及两个电器用电的12V甲蓄电池43、12V乙蓄电池44)用电，脉冲式自动充放电控制器18另一端连接着旁路控制电路器45，当发电系统的电源无储备时、脉冲式自动充放电控制器18、就把电源切换到旁路控制电路器45进行消耗、用去烧水做饭、取暖纳凉、听音乐看电视……等有储备电时、旁路控制电路器45自动关闭转为正常供电；所述的汽车动力驱动控制系统：由动力蓄电池组19、驱动系统控制器20、制动能量回收变换器21、交流电动机电源变换器22、交流电动机34及驱动结构、空调系统电源变换器36、空调系统37、冷却系统电源变换器41、冷却系统42、12V甲蓄电池43、12V乙蓄电池44构成，其特征在于、动力蓄电池组19一端连接着驱动系统控制器20、直流电源经其调节分配到交流发动机的电源变换器22、经变换成交流电源、输送到汽车动力交流发动机34应用、交流发动机34输出的转矩经定速比减速器50后、通过万向传动轴53、主减速器54、差速器49、和半轴33来驱动车轮35、让汽车前进或后退，当汽车制动时、车轮35带动交流发动机34转动、通过矢量控制使感应电动机变为交流发电机34产生电流、经制动能量回收变换器21变换成直流电源后、通过系统控制器20向动力蓄电池组19充电、其余还另设有汽车电器用电装置；

所述的车身控制系统：由加速踏板A、制动踏板B、及仪表显示器和安全保护装置组成，其特征在于、加速踏板A都带有一个位置传感器(电位计或差动变压器)、把加速踏板A的位置踏下变换成电伩号送入系统控制器20、来控制汽车的加速和行驶、同时通过仪表显示汽车运行的各种壮态、当踏下制动踏板B让汽车减速或制动时、制动踏板B位置传感器将向系统控制器20输送去伩号、系统控制器20识别到仪号和汽车行驶状态后、根据具体情况发出伩号使汽车减速滑行或是减速制动能量回收、让汽车再生和机械联合制动、或是机械制动等不同仪号的指令、在保证安全的前题下、可充分利用惯性最大限度地回收能量；

本发明其特征在于还包括：採用特殊的方法、应用独特的能源发电，所述的採用特殊的方法是、其特征在于、其发电装置安装在汽车上、以汽车为载体 以下简称相同、让载体载着在续航移动途中利用光能和风能边走边发电、边儲电、边及时为汽车供电，所述的应用独特的能源是、其特征在于、利用发电设备安装在载体上的有利条件、跟随着载体在行程移动途中方便地接收来自自然界四面八方的太阳光能和空气动力风力发电、两种能源都在移动途中边走边用来发电、边储电、边供电、克服固定发电地区，无法为续航途中的载体及时提供电力能源的缺陷、使空气动力-光伏汽车在远程续航中用不着另外补充能源。

Claims (5)

1.一种空气动力-光伏汽车，其包括空气动力能源发电系统，太阳能光伏电池方阵发电系统，镍氢电池电源储备供电系统，汽车动力驱动控制系统构成，其特征在于，利用新能源作汽车动力驱动，取代了传统汽车用燃油内燃机驱动和目前电动汽车依靠蓄电池电瓶充市电驱动，前者污染环境耗能高，后者依赖市电蓄电供应无法满足长途续航需要；所述的空气动力能源发电系统：其由涡轮机(1)、增速器(9)、发电机(14)、整流器(17)、脉冲式自动充放电控制器(18)组成，所述涡轮机(1)：由轮毂(5)、S形风叶片(3)、D形风叶片(4)、滑轮盘支架(6)、涡轮机转动主轴(7)构成，轮毂(5)中央有轮轴(2)，两片D形风叶片(4)对称180度，一端从轮轴顶交叉连接成弓曲形分别将另一端连接到轮毂(5)两侧，另外两片S形风叶片(3)对称180度，安装在轮轴(2)的中部，与D形风叶片(4)空间交叉成90度，轮轴(2)与涡轮机转动主轴(7)连接，涡轮机转动主轴(7)末端连接增速器(9)，滑轮盘支架(6)内径紧固在涡轮机转动主轴(7)上，外径连接支架安装在底架(32)上，这种设计结构使涡轮机(1)在自然风力小的时侯，利用S形风叶片(3)启动快的优势轻易转动涡轮机(1)，同时也充分利用D形风叶片(4)升力优势提高风力的功率；所述增速器(9)：由行星齿轮和正齿圆柱齿轮(10)、齿轮箱(8)、增速传动轴(11)组成，增速器(9)是把涡轮机转动主轴(7)传递来的转速进行快、慢调节，然后再通过连接发电机(14)的增速传动轴(11)带动发电机(14)发电；所述发电机(14)：是永磁交流发电机，由定子铁芯(25)、定子绕组(26)、永久磁铁转子(27)、金属铝壳(24)组成，其绕组在定子上，磁场由永久磁铁转子(27)建立，利用电枢绕组的参数随转速变化的作用，在转速变化不大的范围内，实现发电机(14)端电压自动调节，发电机转动轴(13)由连接套(12)与增速传动轴(11)连接，其转速与增速传动轴(11)同步，发电机(14)所发出的交流电源经过整流器(17)整流成直流电，送到脉冲式自动充放电控制器(18)对动力蓄电池组(19)充电；所述的太阳能光伏电池方阵发电系统：其由太阳能光伏电池方阵(38)、防反充电阻断二极管(39)、脉冲式自动充放电控制器(18)顺序连接组成，所述太阳能光伏电池方阵(38)：是由非晶硅制成的外连式结构弱光太阳能电池，在有太阳光源的条件下，不论光源的强弱已能提高吸收太阳光能，使太阳能光伏电池方阵输出的电源得到充足，其所发出的电源电流经过防反充电阻断二极管(39)，直接输送到脉冲式自动充放电控制器(18)对动力蓄电池组(19)充电储备或供应；所述脉冲式自动充放电控制器(18)：其由脉冲发生器和自动充放电电器电路构成，其能自动控制对蓄电池快速充放电，充放电是交替进行，波形为脉冲形式，能合理安排放电时间，克服了蓄电池的极化现象，充电速度快，充电量足，充电时蓄电池汽化率低，电池使用寿命长，环保无污染，是适用于电动汽车免维护蓄电池充电；所述的镍氢电池电源储备供电系统：其由脉冲式自动充放电控制器(18)、动力蓄电池组(19)、驱动系统控制器(20)、制动能量回收变换器(21)、交流电动机电源变换器(22)、交流电动机(34)驱动结构、空调系统电源变换器(36)、空调系统(37)、冷却系统电源变换器(41)、冷却系统(42)、12V甲蓄电池(43)、12V乙蓄电池(44)、旁路控制电路器(45)组成；空气动力能源发电系统与太阳能光伏电池方阵发电系统，所发出的电源都送到脉冲式自动充放电控制器(18)，其输出端并连接着动力蓄电池组(19)和旁路控制电路器(45)，动力蓄电池组(19)连接着驱动系统控制器(20)，直流电源经过它的调节分配到交流发动机电源变换器(22)，变换成交流电源，输送到汽车动力交流发动机(34)应用，交流发动机(34)输出的转矩经定速比减速器(50)后，通过万向传动轴(53)，主减速器(54)，差速器(49)，和半轴(33)驱动车轮(35)，使汽车前进或后退，当汽车制动时，车轮(35)带动交流发动机(34)转动，通过矢量控制使感应电动机变为交流发电机(34)产生电流，经制动能量回收变换器(21)变换成直流电源后，通过系统控制器(20)向动力蓄电池组(19)充电回收；所述动力蓄电池组(19)，另两端还连接着冷却装置的逆变器(36)和变换器(41)，通过它们把直流电源变换成功率较小的交流电源，供给空调系统(37)，真空制动泵冷却系统(42)用电；脉冲式自动充放电控制器(18)另一端连接着旁路控制电路器(45)，当发电系统的电源用不完又无储备时，脉冲式自动充放电控制器(18)会自动把电源切换到旁路控制电路器(45)进行消耗，即用来烧水做饭，取暖纳凉，听音乐看电视，等有储备时，旁路控制电路器(45)就自动关闭转为正常供电；所述动力蓄电池组(19)，是镍氢蓄电池组，其由三个组构成，直流电压高达288V，三个组轮流着接受发电系统输来的电源充电储备和供电；所述的汽车动力驱动控制系统：其由动力蓄电池组(19)、驱动系统控制器(20)、制动能量回收变换器(21)、交流电动机电源变换器(22)、交流电动机(34)及驱动机构、空调系统电源变换器(36)、空调系统(37)、冷却系统电源变换器(41)、冷却系统(42)、12V甲蓄电池(43)、12V乙蓄电池(44)构成，动力蓄电池组(19)一端连接着驱动系统控制器(20)，直流电源经过其调节分配到交流发动机电源变换器(22)，变换成交流电源，输送到汽车动力交流发动机(34)启动，交流发动机(34)输出的转矩经定速比减速器(50)后，通过万向传动轴(53)，主减速器(54)，差速器(49)，和半轴(33)驱动车轮(35)，使汽车前进或后退，当汽车制动时，车轮(35)带动交流发动机(34)转动，通过矢量控制使感应电动机变为交流发电机(34)产生电流，经制动能量回收变换器(21)变换成直流电源，通过系统控制器(20)向动力蓄电池组(19)充电回收，其余均为汽车电器用电装置；车身控制系统：主要由加速踏板(A)、制动踏板(B)、及仪表显示器和安全保护装置组成，其加速踏板(A)和制动踏板(B)都带有一个位置传感器，当把加速踏板(A)的位置变换成电信号送入系统控制器(20)，来控制汽车的加速和行驶，同时通过仪表显示汽车运行的各种状态，当踏下制动踏板(B)，使汽车减速或制动时，制动踏板(B)位置传感器将向系统控制器(20)送去信号，系统控制器(20)识别到信号和汽车行驶状态后，根据具体情况发出信号使汽车减速滑行或是减速制动能量回收，让汽车再生和机械联合制动，或是机械制动按不同信号的指令，在保证安全的前题下，充分利用惯性最大限度地回收能量；所述的空气动力能源发电系统，太阳能光伏电池方阵发电系统和镍氢电池电源储备供电系统，是空气动力-光伏汽车的动力能源核心和控制中心，不论其在行程移动途中，或是在旷野停泊之中，除太阳能光伏电池方阵发电系统夜间和阴雨雪天不能发电外，其他所有时间内都能不停地发电，储电，和供电，可将它完全封闭停止工作，要启程行车之前，一定要事先检查蓄电池是否按需要数量做好了充电准备，先充好两组蓄电池作现用和备用，另准备一组未充电空的作为行程途中接受充电之用，当行车途中第一组电源用完时，转为接受充电，第二组转为启用，第三组充足电转为备用，这样周而复始地轮换工作着，这样就能充分保证使空气动力-光伏汽车不断地续航下去，直到终点站为止，因此，这就克服了那种固定发电地区，无法为续航途中的运输车辆源源不断提供动力电源的缺陷了。

2.根据权利要求1所述的空气动力-光伏汽车，其特征在于，所述镍氢电池电源储备供电系统的脉冲式自动充放电控制器(18)：其是由脉冲发生器和自动充放电电器电路构成，上连接着发电系统输来的电源，下连接着动力蓄电池组(19)，其能自动控制对蓄电池组快速充放电，充放电时能交替进行，波形为脉冲形式，能合理安排放电时间，克服了蓄电池的极化现象，充电速度快，充电量足，充电时蓄电池汽化率低，放电时，采用能量转存形式，使能量能返回用于充电中，节约能源效率高，能对1路或2路蓄电池组有序充电，当蓄电池电压达到预定值时，便自动实现由1路到2路转换，若无储备装置时，会自动停止充电，或自动转换到旁路控制电路器(45)消耗，当出现外界短路时，会自动切断电源停止用电，其是空气动力-光伏汽车的电源控制中心，只要发电机(14)一发电其便能自动及时地进行工作，这样能让蓄电池使用寿命长，环保无污染，是适用于电动汽车免维护蓄电池的充电。

3.根据权利要求1所述的空气动力-光伏汽车，其特征在于，所述空气动力能源发电系统的发电机(14)：是永磁交流发电机，由定子铁芯(25)、定子绕组(26)、永久磁铁转子(27)、金属铝壳(24)构成，其绕组在定子上，磁场由永久磁铁转子(27)建立，利用电枢绕组的参数随转速变化的作用，在转速变化不大的范围内，实现发电机(14)端电压自动调节，发电机转动轴(13)由连接套(12)与增速传动轴(11)连接，其转速与增速传动轴(11)同步，发电机(14)所发出的交流电源经过整流器(17)整流成直流电，送到脉冲式自动充放电控制器(18)对动力蓄电池组(19)充电，发电机(14)，体积小，重量轻，功率大，耐高温，发电时间长，不易发生故障，为适应空气动力能源发电系统的特性，发电机(14)为无刷，取消了整流子，滑环，和转子上的线包绕组设计，减少了机械磨擦力矩，和转子的重量，不致于在行程途中颠簸，使发电机(14)发电时出现异常。

4.根据权利要求1所述的空气动力-光伏汽车，其特征在于，所述汽车动力驱动控制系统的驱动系统控制器(20)：其前端与动力蓄电池组(19)连接，发电系统的电源经过动力蓄电池组(19)传到驱动系统控制器(20)，再输给交流发动机电源变换器(22)，变换成交流电源后输给交流发动机(34)启动，交流发动机(34)输出的转矩经定速比减速器(50)后，通过万向传动轴(53)，主减速器(54)，差速器(49)，和半轴(33)，驱动车轮(35)，让汽车前进或后退，当汽车制动时，车轮(35)带动交流发动机(34)转动，通过矢量控制使感应电动机(34)变为交流发电机(34)产生电流，经制动能量回收变换器(21)变换成直流电源，通过系统控制器(20)向动力蓄电池组(19)充电，这一电源就是制动能量回收，由于交流发动机(34)，采用绝缘栅双极型晶体管(ICBT)变频调速和液冷的交流感应电机技术，汽车动力交流发动机(34)的调速范围可从0-1500r/mim，能实现低速恒转距，高速恒功率运转，这个转矩转速很接近汽车实际行驶速度，这是所需要的转矩转速特性要求，因此，汽车就无需设置多挡变速，只需一个固定速比的减速器即可，通过控制技术实现离合器的功能，因此，在交流驱动系统中的传动部分比较简单，没有离合器和变速器，而固定速比的减速器与电动机可作为一体，使系统更紧凑，运行更可靠。

5.根据权利要求1所述的空气动力-光伏汽车，其特征在于，所述车身控制系统：由加速踏板(A)、制动踏板(B)、及显示器和安全保护装置构成，加速踏板(A)和制动踏板(B)都带有一个位置传感器，当把加速踏板(A)踏下，位置变换成电信号送入系统控制器(20)，控制汽车的加速和行驶，同时通过仪表显示汽车运行的各种状态，当踏下制动踏板(B)让汽车减速或制动时，制动踏板(B)位置传感器将向系统控制器(20)输去信号，系统控制器(20)识别到信号和汽车行驶状态后，根据具体情况发出信号使汽车减速滑行或是减速制动进行能量回收，或让汽车再生和机械联合制动，或是机械制动按不同信号的指令，在保证安全的前题下，充分利用惯性最大限度地回收能量，此外，车身控制系统还保留着传统汽车，除燃油内燃机驱动系统以外的有益的机械，电子，电器控制技术构造。