CN103867399A - 一种纯电动运动体的风能发电装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种纯电动运动体的风能发电装置，包括风力发电装置，所述风力发电装置包括多个发电机组件和一个固定结构件，多个发电机组件固定安装在所述固定结构件上，使得发电机组件的风叶受风量最大；每个发电机组件内均嵌入有DC/DC装置；DC/DC装置与分布式DC/DC系统的一端相连；分布式DC/DC系统的另一端与超级电容系统相连，超级电容系统还与双向DC/DC系统的一端相连，双向DC/DC系统的另一端与储能系统相连；主控制器分别与分布式DC/DC系统、超级电容系统、双向DC/DC系统和储能系统连接。本发明能将能量的收集做到效率的最大化，利用运行车辆或船舶周边的风能转换成为车辆或船舶所用的电能。
Description
技术领域
本发明涉及一种发电装置，特别是涉及一种纯电动运动体的风能发电装置。
背景技术
在世界范围，随着新能源应用技术的日趋成熟，纯电动驱动技术的电动汽车、电动船得到了广泛的应用。众所周知，纯电动运动体（即具有储能系统的纯电动汽车或纯电动船）在运行过程中，自然会与周边空气与水形成相对运动，这一相对运动，所形成的速度必然有能量的存在，现有技术还无法将这种能量结合纯电动运动体的运动状态进行收集并加以利用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种纯电动运动体的风能发电装置，将能量的收集做到效率的最大化，利用运行车辆船舶周边的风能转换成为车辆船舶所用的电能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种纯电动运动体的风能发电装置，包括风力发电装置、分布式DC/DC系统、超级电容系统、双向DC/DC系统、储能系统和主控制器，所述风力发电装置包括多个发电机组件和一个固定结构件，所述多个发电机组件固定安装在所述固定结构件上，使得发电机组件的风叶受风量最大；每个发电机组件内均嵌入有DC/DC装置；所述DC/DC装置与分布式DC/DC系统的一端相连；所述分布式DC/DC系统的另一端与所述超级电容系统相连，所述超级电容系统还与所述双向DC/DC系统的一端相连，所述双向DC/DC系统的另一端与所述储能系统相连；所述主控制器分别与分布式DC/DC系统、超级电容系统、双向DC/DC系统和储能系统连接。
当纯电动运动体处于启动或加速状态时，所述主控制器控制风力发电装置关闭或控制超级电容系统中的部分电能作为发电机的驱动电能。
当纯电动运动体处于制动或减速状态时，所述主控制器控制风力发电装置将发电量调节至最大。
当纯电动运动体处于自由滑行状态时，所述主控制器控制风力发电装置处于关闭发电状态。
所述发电机组件的中间部位设有卡口部分，螺丝穿过所述卡口部分与所述固定结构件固定。
所述主控制器由DSP数字控制器和FPGA数字逻辑控制器构成。
所述储能系统为超级电容系统和/或动力锂电池系统。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：
本发明能将微弱、动态变化、强劲的风力中的风能转变成电能，并将所获得的电能存储至储能系统。本发明通过集成控制器使整个发电的风能取电过程可控、可调节，使得风力发电装置的风叶其阻尼系数是可控可调节的。由于本发明可以将微弱的风能或强劲的风能实现风电转换，而且对运动着的纯电动汽车、纯电动船运行产生的影响微乎其微，因此，该装置是可以多个、多组的成片安置，用以获得的电能最大化。
附图说明
图1是风力发电装置的结构示意图；
图2是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种纯电动运动体的风能发电装置，如图2所示，包括风力发电装置2、分布式DC/DC系统4、超级电容系统5、双向DC/DC系统6、储能系统7和主控制器3，所述风力发电装置2包括多个发电机组件A和一个固定结构件B，所述多个发电机组件A固定安装在所述固定结构件B上，使得发电机组件A的风叶受风量最大；每个发电机组件A内均嵌入有DC/DC装置；所述DC/DC装置与分布式DC/DC系统4的一端相连；所述分布式DC/DC系统4的另一端与所述超级电容系统5相连，所述超级电容系统5还与所述双向DC/DC系统6的一端相连，所述双向DC/DC系统6的另一端与所述储能系统7相连；所述主控制器3分别与分布式DC/DC系统4、超级电容系统5、双向DC/DC系统6和储能系统7连接。
图1所示的是风力发电装置，包括：发电机组件A，该发电机组合结构件被便捷地安装于固定结构件B，其中，发电机组件A的风叶可以是任意形状；固定结构件B，用于固定任意数量的发电机组合件A，发电机组合件A的数量可以依照纯电动运动体的空间尺寸的条件任意选定，其外部形状也是可以选择的，本图示意性地描述为长方型，还可以是正方形或椭圆型，或任意不规则形状都行。其布置的条件仅仅是让所有的发电机风叶受风量最大即可。每个发电机组件A内均嵌入有DC/DC装置，可通过外部电子电路对DC/DC装置进行控制，使本发电机有3种工作模式：①、发电机状态（发电量、阻尼可控），②、电动机状态，利用外部给出的微小电能量，使其做旋转，③、工作在零阻尼状态，即“自由态”。
图2所示的是本发明的结构示意图。
其中，具有储能系统的纯电动汽车或纯电动船，即纯电动运动体1，其中的箭头为该纯电动汽车或纯电动船的运动方向。纯电动运动体1上安装有风力发电装置2的固定结构件B，本图上描述的是方形的构件，但在实际应用过程中，可以是任意形状的，其形状是依照了二个原则：空间的安置便捷和风力发电装置的风叶受风力最大。因此，其结构形式可以是多种多样的，可以是矩形、圆形和任意多边形。
主控制器3是由DSP数字控制器和FPGA数字逻辑控制器构成的智能控制系统，该控制器系统除了完成与纯电动汽车或纯电动船动力驱动系统互相间的数字通讯外，还负责风力发电过程的动态控制和能量流动的协调控制，以及负责管理双向DC/DC系统的管道控制。
每一个风力发电装置2内嵌的DC/DC模块完成与外部系统的分布式DC/DC系统4的连接，每个风力发电装置2都是通过其将能量传递出去。同时，在系统的控制下，还可通过分布式DC/DC系统4使发电机状态转变成电动机状态，用以将风能所提供的能量转变成纯电动运动体的动能。分布式DC/DC系统4主要负责将每个风力发电装置2的能量进行采集和传输，由于其具有双向的功能，因此还能将发电机系统转变成电动机。
超级电容系统5是负责将发电机所发出的电能（从分布式DC/DC系统传输获得）进行暂存，并将此能量经过双向DC/DC系统6传输给储能系统7，以完成风力发电的能量堆积；同时，它还将吸取来自储能系统7的能量，以使发电机系统转变成电动机，提供所必须的能量。双向DC/DC系统6主要负责将能量传输给储能系统7，即完成风力发电的能量吸取过程和将能量传输给超级电容系统的发电机逆向过程，给予风能动力。
储能系统7可以是超级电容系统、动力锂电池系统或超级电容加动力锂电池系统，储能系统是本装置的目标系统。
控制系统的数据控制通道8主要负责完成主控制器与各个装置间的过程控制，是实现整个系统协调控制的核心主要连接部分。与纯电动汽车或纯电动船的驱动系统的连接线9是用于获取车船的动力走向：启动、滑行、制动、加速过程的讯息通道。
通过现有技术可知，当风力发电装置在能量转换和获取的过程中，风力与旋转叶片之间将产生阻尼，这个阻尼值与获取的瞬间能量值成正比，阻尼值所形成的力势必将对纯电动运动体产生反向作用。而且，这个反作用力是与发电机的数量成正比，当纯电动运动体在运行过程中或在启动开始的时刻，是不希望附加这个反作用力的。
本发明在实际应用过程中，将n个发电装置同时装在一个纯电动运动体上的（n数量由空间条件确定），以获得n倍于单发电机装置的附加能量。因此，要是系统无法进行阻尼控制，必将对纯电动运动体增加n倍的阻尼。在纯电动运动体启动开始过程，这样的阻尼将增加能耗，增加纯电动运动体驱动阻尼力矩。
为此，本装置在纯电动运动体启动时利用装置的功能采用了两种方法以克服上述问题：
①、将电能转换装置处于关闭状态，以使发电机处于自由滑行、无阻尼。②、将超级电容部分电能作为发电机的驱动电能，以使纯电动运动体获得少量的正向辅助推动力。
通过控制器与驱动系统的通讯，使整个发电过程与纯电动运动体的驱动系统实现联动，当纯电动运动体在行进过程中，将会遇上三种情况：
①，启动、加速过程
纯电动运动体的启动与加速信号通过驱动系统的通讯连接发送给本装置，本装置在收到信号后，选择性的关闭电能装置或给出正向辅助推动力。
②，制动、减速过程
当纯电动运动体给出制动信号时，本装置将发电量调节至最大，以使发电装置产生的阻尼最大，与此同时，将对纯电动运动体产生的负向阻力最大。
在减速过程中，本装置获取电能的瞬间参数值将取决于纯电动运动体的制动减速信号大小，以保证减速、调速过程的平滑、平稳。
③，自由滑行过程
在自由滑行过程，本装置将处于关闭发电状态，以使发电机对纯电动运动体产生的阻尼为“零”。
风力发电过程的电能采集实现自适应的调节控制。由于采用了数字控制器对运动速度、n个发电风机的发电量进行了实时的采集，因此，核心的数字控制器同时兼容了风机调解的优化控制，算法的目的是充分利用了有效的风力，实现发电量的最大化。其核心的风能电能转化过程算法过程使得发电的动态有效空间变大、提高了效率。
在车船运行过程中本装置进行如下操作：
①、启动过程
当纯电动运动体进入启动过程时，所有的风力发电装置将进入“零”阻尼状态，用以切除所有风力发电装置所固有的“制动阻尼”，此时纯电动运动体将没有负面的负载。
②、滑行过程
当纯电动运动体进入滑行状态时，系统将依照滑动过程风力发电所获得的风能，将电能传输给纯电动运动体的储能系统，即进入风能转换成电能并存储的阶段。
③、制动过程
在制动过程中，系统除了完成滑行过程所赋予的功能外，通过分布式DC/DC系统，将每个发电机的电能采集过程阻尼调节到最大，即发电量最大，这时，由于风阻做负向功的作用，加大了纯电动运动体的制动能力，从而获得了更大的电能。
④、加速过程
在纯电动运动体的加速过程中，系统除了完成启动过程的“零”阻尼状态外，系统还将依照加速度的给定信号大小进行调节，即完成将风力发电机调节成电动机的功能，以借风力给与纯电动运动体加速的部分能量。
由此可见，本发明能将微弱、动态变化、强劲的风力中风能通过其转变成电能，并将所获得的电能存储至电池系统。该装置通过集成控制器装置可以使整个发电的风能取电过程可控、可调节，这就意味着其受风装置的风叶其阻尼系数是可控可调节的。由于整个风力转换成电能的过程中，其风叶必然与风的交界面产生作用力和反作用力，这个力必然反馈到运动中的电动汽车或电动船舶上，对其运行速度产生影响；为了使这个影响的发生处于可控状态，同时对运动中的电动汽车或电动船舶产生正能量作用，即：当车、船运行在加速过程中，其转换装置将风叶的阻尼下降至零，而当车、船在制动过程中，其转换装置将风叶的阻尼上升至最大，此时，高阻尼的电能转换装置或得很大的转换电能，同时又使得制动中的车、船获得附件制动力，以加快整个制动过程。再者，当纯电动汽车或纯电动船处于平稳运行过程中时，调节控制过程将以优化的风能转换过程与车速产生同步，以使风能发电过程对运行车、船产生的影响最小，发电过程的效率最高。
由于本风能发电装置可以将微弱的风能或强劲的风能实现风电转换，而且对运动着的纯电动汽车、纯电动船运行产生的影响微乎其微，因此，该装置是可以多个、多组的成片安置，用以获得的电能最大化。
Claims (7)
1.一种纯电动运动体的风能发电装置，包括风力发电装置（2）、分布式DC/DC系统（4）、超级电容系统（5）、双向DC/DC系统（6）、储能系统（7）和主控制器（3），其特征在于，所述风力发电装置（2）包括多个发电机组件（A）和一个固定结构件（B），所述多个发电机组件（A）固定安装在所述固定结构件（B）上，使得发电机组件（A）的风叶受风量最大；每个发电机组件（A）内均嵌入有DC/DC装置；所述DC/DC装置与分布式DC/DC系统（4）的一端相连；所述分布式DC/DC系统（4）的另一端与所述超级电容系统（5）相连，所述超级电容系统（5）还与所述双向DC/DC系统（6）的一端相连，所述双向DC/DC系统（6）的另一端与所述储能系统（7）相连；所述主控制器（3）分别与分布式DC/DC系统（4）、超级电容系统（5）、双向DC/DC系统（6）和储能系统（7）连接。
2.根据权利要求1所述的纯电动运动体的风能发电装置，其特征在于，当纯电动运动体处于启动或加速状态时，所述主控制器控制风力发电装置关闭或控制超级电容系统中的部分电能作为发电机的驱动电能。
3.根据权利要求1所述的纯电动运动体的风能发电装置，其特征在于，当纯电动运动体处于制动或减速状态时，所述主控制器控制风力发电装置将发电量调节至最大。
4.根据权利要求1所述的纯电动运动体的风能发电装置，其特征在于，当纯电动运动体处于自由滑行状态时，所述主控制器控制风力发电装置处于关闭发电状态。
5.根据权利要求1所述的纯电动运动体的风能发电装置，其特征在于，所述发电机组件（A）的中间部位设有卡口部分，螺丝穿过所述卡口部分与所述固定结构件（B）固定。
6.根据权利要求1所述的纯电动运动体的风能发电装置，其特征在于，所述主控制器（3）由DSP数字控制器和FPGA数字逻辑控制器构成。
7.根据权利要求1所述的纯电动运动体的风能发电装置，其特征在于，所述储能系统（7）为超级电容系统和/或动力锂电池系统。
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