CN104325893A - 电动车辆能量转换系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种电动车辆能量转换系统，改善了现有技术中电动车辆可持续运行时间有限，对电动车辆的推广应用造成了不利影响的问题。该电动车辆能量转换系统包括电池组，与电池组相连的蓄电池充放电控制器，与蓄电池充放电控制器相连的电动机，安装在车辆的车轴上的发电机，连接于发电机与蓄电池充放电控制器之间的超级电容；发电机包括固定在车辆的车轴上的圆筒柱，固定在车辆的底盘上、位于圆筒柱外围的第一圆筒，第一圆筒靠近圆筒柱的一侧设有永磁体，第一圆筒上设有接线端子，蓄电池充放电控制器与接线端子相连。使用该电动车辆能量转换系统，可以显著提高电动车辆的可持续运行时间，易于推广应用。

Description

电动车辆能量转换系统

技术领域

本发明涉及电动车辆技术，具体而言，涉及一种电动车辆能量转换系统。

背景技术

现有技术中，电动车辆是以电池作为能量来源，通过控制器、电机等部件，将电能转化为机械能运动的车辆。发明人经研究发现，电动车辆在运行时会耗费大量电能，可持续运行时间有限，严重影响了电动车辆的推广应用。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种电动车辆能量转换系统，以改善电动车辆可持续运行时间有限，严重影响了电动车辆的推广应用的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本发明实施例公开了一种电动车辆能量转换系统，应用于电动车辆，所述系统包括电池组，与所述电池组相连的蓄电池充放电控制器，与所述蓄电池充放电控制器相连的电动机，安装在所述车辆的车轴上的发电机，连接于所述发电机与所述蓄电池充放电控制器之间的超级电容；

所述发电机包括固定在所述车辆的车轴上、随所述车轴一同转动的圆筒柱，固定在所述车辆的底盘上、位于所述圆筒柱外围的第一圆筒，所述第一圆筒靠近所述圆筒柱的一侧设有永磁体，所述圆筒柱在所述车轴的带动下对所述第一圆筒上的永磁体形成的磁场进行切割，所述第一圆筒上设有接线端子，所述蓄电池充放电控制器与所述接线端子相连。

本发明实施例中，通过对超级电容、发电机等的巧妙集成，对发电机结构和安装位置的巧妙设计，使得在使用时，无需另设动力机械进行驱动，发电机直接利用车辆运行所产生的能量即可进行发电(圆筒柱在车轴的带动下对第一圆筒上的永磁体形成的磁场进行切割)，发电机发出的电能被超级电容迅速存储，并反充入电池组内，从而形成了电池组-电动机-发电机-电池组的能量“循环体系”，大大提高了能量利用率，进而显著提高了电动车辆的运行时间，通过使用本发明实施例所提供的系统，能有效促进电动车辆的推广应用。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述发电机安装在所述车辆的从动轮所在的车轴上，所述圆筒柱固定在所述车辆从动轮所在的车轴上、随所述从动轮所在的车轴一同转动，所述圆筒柱在所述从动轮所在的车轴的带动下对所述第一圆筒上的永磁体形成的磁场进行切割。

本发明实施例中，对于设有从动轮的电动车辆，优选将发电机安装在车辆从动轮所在的车轴上，这样的设置方式，能将设置发电机对电动车辆所带来的影响降低到最小，最大限度地提高用户行车体验。

结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述发电机为两个以上，均安装于所述车辆的从动轮所在的车轴上，两个以上所述发电机均与所述超级电容相连。

多个发电机的设置，有效提高了能量的利用率，进一步提高了电动车辆的运行时间。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述车轴上固定有扇形轮，所述扇形轮位于所述圆筒柱内侧。

本发明实施例中，在车轴上固定有扇形轮，车轴转动时，扇形轮会随之转动，从而在圆筒柱内产生风力，提高圆筒柱内、外空气流通速度，达到散热效果，进而大大提高了发电机的使用使命，设计十分巧妙。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述圆筒柱上设置有连通所述圆筒柱内侧和外侧的通气孔。

本发明实施例中，在圆筒柱上设有连通圆筒柱内、外侧的通气孔，通气孔的设置，进一步提高了圆筒柱内的空气流通速度，扇形轮转动时，使得圆筒柱内的空气通过通气孔与外侧空气进行交换，使得磁场切割所产生的热量能尽快地通过热交换排出发电机外，进一步提高了发电机的使用寿命。

结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述车辆的底盘上安装有固定座，所述第一圆筒固定在所述固定座上，所述固定座上安装有第二圆筒，所述第二圆筒位于所述第一圆筒外围。

本发明实施例中，通过固定座将第一圆筒固定在车辆底盘上，使得第一圆筒不直接与车辆底盘相接触，从而使得进行磁场切割时所产生的热量不会直接作用在底盘上，确保了车辆的正常运行，固定座的设置，同时亦使得发电机的拆卸和安装更为方便，在第一圆筒外围还安装有第二圆筒，使得第二圆筒位于最外围，内侧依次设有第一圆筒和圆筒柱，第二圆筒的设置，对位于其内的第一圆筒和圆筒柱起到了较大的保护作用，并能进一步将第一圆筒、圆筒柱与车辆底盘隔离开，有效降低了底盘与第一圆筒、圆筒柱间的相互作用，如热传递、振动等，有效确保了发电机运行的可靠性。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述固定座为两个、分别位于所述圆筒柱两端，两个所述固定座均固定在所述车辆的底盘上，两个所述固定座上均设置有供所述车轴穿过的中空结构，所述第一圆筒和第二圆筒均固定在两个所述固定座之间。

本发明实施例中，设置两个固定座，两个固定座分别位于圆筒柱的两端，第一圆筒、第二圆筒均固定在两个固定座之间，且固定座上设有可供车轴穿过的中空结构，这种结构设置，能有效确保第一圆筒、第二圆筒固定的可靠性，同时，由于固定座上设有中空结构，安装时，车轴一端穿过两个固定座的中空结构，圆筒柱固定在车轴上，第一圆筒、第二圆筒固定在两个固定座之间，更能确保车轴、圆筒柱、第一圆筒、第二圆筒同中心轴，从而显著提高发电机的发电效率，确保能量的利用率。

结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述第二圆筒的两端分别固定在两个所述固定座上，所述第一圆筒固定在所述第二圆筒上，所述圆筒柱、第一圆筒和第二圆筒的圆心位于同一直线上。

本发明实施例中，圆筒柱、第一圆筒和第二圆筒的圆心位于同一直线上，且理想状态下，该直线与车轴的中心线应相互重合，这种结构设计，显著提高了车辆运行时发电机的能量转换效率，显著提高了能量的利用率。

结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述第一圆筒的高度小于所述圆筒柱的高度，所述圆筒柱的高度小于所述第二圆筒的高度。

本发明实施例中，将第一圆筒的高度设计为小于圆筒柱的高度，圆筒柱的高度设计为小于第二圆筒的高度，确保了圆筒柱对第一圆筒上的永磁体形成的磁场切割的充分性，及第二圆筒对第一圆筒、圆筒柱保护的全面性，设计十分巧妙，符合实际需求。

结合第一方面的第八种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，设置在所述第一圆筒上的永磁体为多个，多个所述永磁体均布在所述第一圆筒上，所述第一圆筒与所述永磁体为一体成型结构。

本发明实施例中，形成磁场的永磁体设有多个，且多个永磁体均布在第一圆筒上，这样的设置方式，使得磁场分布较为均匀，相应地，圆筒柱切割磁场所产生的电荷亦较为均匀，进而使得发电机所产生的电能较为稳定，显著提高了本发明实施例的使用体验和电能转化率，进而显著提高了电动车辆的持续运行时间。

本发明实施例中，通过对超级电容、发电机等的巧妙集成，对发电机结构和安装位置的巧妙设计，使得在使用时，无需另设动力机械进行驱动，发电机直接利用车辆运行所产生的能量即可进行发电(圆筒柱在车轴的带动下对第一圆筒上的永磁体形成的磁场进行切割)，发电机发出的电能被超级电容迅速存储，并反充入电池组内，从而形成了电池组-电动机-发电机-电池组的能量“循环体系”，大大提高了能量利用率，进而显著提高了电动车辆的运行时间，通过使用本发明实施例所提供的系统，能有效促进电动车辆的推广应用。

本发明实施例结构简单、设计巧妙，具有实质性特点和进步，适合大规模推广应用。

本发明实施例的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明实施例而了解。本发明实施例的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。通过附图所示，本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。

图1示出了本发明实施例所提供的一种系统框图；

图2示出了本发明实施例所提供的一种发动机的结构示意图；

图3示出了本发明实施例所提供的一种图2的局部剖视图。

车轴100，固定座101，第二圆筒102，第一圆筒103，扇形轮104，圆筒柱105，永磁体106；

电池组200，蓄电池充放电控制器201，电动机202，发电机203，超级电容204。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

经研究发现，电动车辆主要使用电池作为能量来源，电动车辆在运行时会耗费大量电能，由于电池的电能容量有限，导致电动车辆的可持续运行时间有限，现今，电动车辆可持续运行时间有限已成为影响电动车辆的推广应用的主要因素，为了提高电动车辆的可持续运行时间，现有技术中，本领域技术人员主要致力于研究容量更大的电池、功率更小的电动车辆，这方面的研发虽然能在一定程度上提高电动车辆的可持续运行时间，但效果有限，且无论是对电池进行改进还是对车辆进行改进，均需要较大地提高成本，使成本成为影响电动车辆推广应用的另一因素。

基于此，如图1所示，发明人突破了传统的思维局限，从能量的可“循环”使用角度出发，提供了一种电动车辆能量转换系统，应用于电动车辆，系统包括电池组200，与电池组200相连的蓄电池充放电控制器201，与蓄电池充放电控制器201相连的电动机202，安装在车辆的车轴上的发电机203，连接于发电机203与蓄电池充放电控制器201之间的超级电容204。

上述中，发电机203可为多种，只要能便携地设置在车辆上，并能发电即可，本发明实施例中，公开了其中一种发电机203的实现方案，如图2、图3所示，发电机203包括固定在车辆的车轴上、随车轴一同转动的圆筒柱，固定在车辆的底盘上、位于圆筒柱外围的第一圆筒，第一圆筒靠近圆筒柱的一侧设有永磁体，圆筒柱在车轴的带动下对第一圆筒上的永磁体形成的磁场进行切割，第一圆筒上设有接线端子，蓄电池充放电控制器201与接线端子相连。

其中，设置在第一圆筒103上的永磁体106优选为多个，多个永磁体106均布在第一圆筒103上，且优选将第一圆筒103与永磁体106设为一体成型结构。如此设置后，使得多个永磁体106所产生的磁场分布较为均匀，相应地，圆筒柱105切割磁场所产生的电荷亦较为均匀，进而使得发电机203所产生的电能较为稳定，电能转化率更高。

在实际应用时，圆筒柱105切割多个永磁体106所产生的磁场时，会产生感应电动势，进而产生热量，在车辆高速运转时，车轴100带动圆筒柱105进行磁场切割的效率较高，相应地，会产生大量的热量，若不及时排出这些热量，会对发电机203的使用寿命造成不利影像，为了排出这些热量，发明人经多方试验得出，在车轴100上固定扇形轮104，并在圆筒柱105上设置连通圆筒柱105内侧和外侧的通气孔能达到有效排出热量的效果，且安装较为方便，只需将扇形轮104固定在车轴100上、位于中空的圆筒柱105内即可，在车辆运行时，车轴100会同时带动圆筒柱105和扇形轮104转动，由于第一圆筒103固定在车辆底盘上、不动，圆筒柱105和扇形轮104相对于第一圆筒103高速运动(在车辆运行时)，此时，圆筒柱105在切割磁场的同时，由于自身的高速运转得以进行热交换，将产生的热量从两端排出，扇形轮104的设置，相当于在圆筒柱105内增设了一热交换器，车轴100转动时，扇形轮104会随之转动，从而在圆筒柱105内产生风力，圆筒柱105内的空气通过通气孔与外侧空气进行交换，提高圆筒柱105内、外空气流通速度，加之圆筒柱105自身旋转所产生的空气流动，二者相互叠加实现了空气的有效流通，使得磁场切割所产生的热量能尽快地通过热交换排出发电机203外，成倍提高了散热效果，进而大大提高发电机203的使用使命。

上述中，根据实际情况，通气孔、扇形轮104均可设置多个，以确保散热效率；圆筒柱105和第一圆筒103均设置为中空的圆柱体结构，第一圆筒103的内径大于圆筒柱105的外径，圆筒柱105位于第一圆筒103内，且第一圆筒103和圆筒柱105同旋转轴，理想状态下，该旋转轴与车轴100的轴线重合，这样的结构设置，车轴100所产生的动力能最大限度地作用在圆筒柱105上，使圆筒柱105旋转完成磁场切割，显著提高了能量的利用率。

经研究发现，若直接将第一圆筒103固定在车辆底盘上，进行磁场切割时，所产生的热量则会直接作用在底盘上，车辆底盘内动力系统所产生的热量亦会直接作用在发电机203上，二者间会相互产生不利影响，因而，在第一圆筒103和底盘间设一中间连接机构为必要的，基于此，本发明实施例巧妙地设计了固定座101，通过固定座101将第一圆筒103固定在车辆底盘上，固定座101的具体结构有多种，只要能实现第一圆筒103与车辆底盘的连接固定即可，本发明实施例中，公开了其中一种固定座101的实现结构，如图2所示，固定座101为两个、分别位于圆筒柱105两端，两个固定座101上方均固定在车辆的底盘上，两个固定座101上均设置有供车轴100穿过的中空结构，第一圆筒103固定在两个固定座101之间，其中，固定座101的中空结构的设计方式有多种，只要车轴100得以穿过即可，例如：将固定座101设计为由上方的第一安装座、下方的第二安装座和连接于第一安装座、第二安装座之间的支柱构成，支柱连接于第一安装座和第二安装座两侧边缘，形成一中空结构，车轴100得以从第一安装座、第二安装座和支柱构成的“中空结构”中穿过。

通过上述结构设计，使得第一圆筒103不直接与车辆底盘相接触，从而确保了车辆的正常运行，固定座101的设置，使得发电机203的拆卸和安装更为方便。这种结构设置，同时亦能有效确保第一圆筒103固定的可靠性，由于固定座101上设有中空结构，安装时，车轴100一端穿过两个固定座101的中空结构，圆筒柱105固定在车轴100上，第一圆筒103固定在两个固定座101之间，更能确保车轴100、圆筒柱105、第一圆筒103同中心轴，从而显著提高发电机203的发电效率，确保能量的利用率。

发明人经研究发现，在实际应用中，只采用上述结构已可较好地实现发电，但是，由于车辆在运行时会产生较大的振动，会对第一圆筒103造成较大的冲击，影响发电的稳定性，基于此，本发明实施例中，优选在第一圆筒103外围安装第二圆筒102，将第二圆筒102固定在固定座101上，将第一圆筒103固定在第二圆筒102上，这样的结构设计，使得第二圆筒102位于最外围，内侧依次设第一圆筒103和圆筒柱105，第二圆筒102的设置，对位于其内的第一圆筒103和圆筒柱105起到了较大的保护作用，在车辆振动时起到缓冲作用，并进一步将第一圆筒103、圆筒柱105与车辆底盘隔离开，降低底盘与第一圆筒103、圆筒柱105间的相互作用，如热传递、振动等，从而进一步确保发电机203运行的可靠性。

另，为了确保圆筒柱105对第一圆筒103上的永磁体106形成的磁场切割的充分性，确保第二圆筒102对第一圆筒103、圆筒柱105保护的全面性，本发明实施例中，优选将第一圆筒103的高度设计为小于圆筒柱105的高度，圆筒柱105的高度设计为小于第二圆筒102的高度。

通过上述设置，圆筒柱105、第一圆筒103和第二圆筒102的圆心位于同一直线上，且理想状态下，该直线与车轴100的中心线应相互重合，这种结构设计，显著提高了车辆运行时发电机203的能量转换效率，显著提高了能量的利用率。

按上述设置后，工作时，只需启动电动车辆，本发明实施例中的电动车辆能量转换系统便开始工作，蓄电池充放电控制器201控制电池组200放电，将电池组200中的电能传递给车辆的电动机202，电动机202将电能转换为机械能，驱动车辆运行，车辆运行时，所产生的机械能带动发电机203发电，发电机203将车辆运行时的机械能转换为电能存储至超级电容204中，蓄电池充放电控制器201控制超级电容204将存储的电能反充入电池组200中，增加电池组200中的电能，(车辆运行时)，形成了电池组200-电动机202-发电机203-电池组200的能量“循环体系”，能量如此循环往复，电池组200在车辆运行时既是能量提供者，也是能量获得者，如此，大大提高了能量利用率，进而显著提高了电动车辆的可持续运行时间。其中，由于超级电容204本身的特性，能将发电机203发出的电能最大限度地进行快速存储，从而大大降低了能量损耗，且，发电机203结构较为简单，与提高电池容量和减小车辆功率的方式相比，本发明实施例中所增加的成本较小，能有效促进电动车辆的推广应用。

考虑到现有技术中，有的车辆全部采用主动轮，有的车辆既设有主动轮，也设有从动轮，对于设有从动轮的车辆，为了将设置发电机203对电动车辆所带来的影响降低到最小，最大限度地提高用户行车体验，本发明实施例中，优选将发电机203安装在车辆从动轮所在的车轴上。

为了进一步提高能量的利用率，从而进一步提高电动车辆的可持续运行时间，在本发明实施例中，根据实际情况，可在车辆的车轴上安装多个发电机203，如一个、两个、三个等，为了确保车辆的平衡性，优选采用偶数个发电机203，对称设置在车轴上，并将多个发电机203均与超级电容204相连，如此设置后，电池组200所提供的电能带动电动机202运行后，所产生的机械能可供多个发电机203进行发电，进而产生大量的电能存储至超级电容204，使得电池组200中电能的利用率达到更高。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各功能可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置(中央控制器)上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的现有程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明的功能实现不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动车辆能量转换系统，其特征在于，应用于电动车辆，所述系统包括电池组，与所述电池组相连的蓄电池充放电控制器，与所述蓄电池充放电控制器相连的电动机，安装在所述车辆的车轴上的发电机，连接于所述发电机与所述蓄电池充放电控制器之间的超级电容；

所述发电机包括固定在所述车辆的车轴上、随所述车轴一同转动的圆筒柱，固定在所述车辆的底盘上、位于所述圆筒柱外围的第一圆筒，所述第一圆筒靠近所述圆筒柱的一侧设有永磁体，所述圆筒柱在所述车轴的带动下对所述第一圆筒上的永磁体形成的磁场进行切割，所述第一圆筒上设有接线端子，所述蓄电池充放电控制器与所述接线端子相连。

2.根据权利要求1所述的电动车辆能量转换系统，其特征在于，所述发电机安装在所述车辆的从动轮所在的车轴上，所述圆筒柱固定在所述车辆从动轮所在的车轴上、随所述从动轮所在的车轴一同转动，所述圆筒柱在所述从动轮所在的车轴的带动下对所述第一圆筒上的永磁体形成的磁场进行切割。

3.根据权利要求2所述的电动车辆能量转换系统，其特征在于，所述发电机为两个以上，均安装于所述车辆的从动轮所在的车轴上，两个以上所述发电机均与所述超级电容相连。

4.根据权利要求1所述的电动车辆能量转换系统，其特征在于，所述车轴上固定有扇形轮，所述扇形轮位于所述圆筒柱内侧。

5.根据权利要求4所述的电动车辆能量转换系统，其特征在于，所述圆筒柱上设置有连通所述圆筒柱内侧和外侧的通气孔。

6.根据权利要求5所述的电动车辆能量转换系统，其特征在于，所述车辆的底盘上安装有固定座，所述第一圆筒固定在所述固定座上，所述固定座上安装有第二圆筒，所述第二圆筒位于所述第一圆筒外围。

7.根据权利要求6所述的电动车辆能量转换系统，其特征在于，所述固定座为两个、分别位于所述圆筒柱两端，两个所述固定座均固定在所述车辆的底盘上，两个所述固定座上均设置有供所述车轴穿过的中空结构，所述第一圆筒和第二圆筒均固定在两个所述固定座之间。

8.根据权利要求7所述的电动车辆能量转换系统，其特征在于，所述第二圆筒的两端分别固定在两个所述固定座上，所述第一圆筒固定在所述第二圆筒上，所述圆筒柱、第一圆筒和第二圆筒的圆心位于同一直线上。

9.根据权利要求8所述的电动车辆能量转换系统，其特征在于，所述第一圆筒的高度小于所述圆筒柱的高度，所述圆筒柱的高度小于所述第二圆筒的高度。

10.根据权利要求9所述的电动车辆能量转换系统，其特征在于，设置在所述第一圆筒上的永磁体为多个，多个所述永磁体均布在所述第一圆筒上，所述第一圆筒与所述永磁体为一体成型结构。