CN104993543A - 多电能电动汽车自充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多电能电动汽车自充电系统，该系统包括太阳能充电模块、风力充电模块和行驶惯力充电模块，上述的充电模块通过倒顺开关与蓄电池组连接，为电动汽车的直流电动机提供电能；该系统分别由：设置在电动汽车顶部的太阳能光伏电池板捕获阳光后，转换成低压直流电后供给蓄电池储能备用；装在电动汽车前端盖内的风力涡轮机与永磁体变频发电机组合，由空气自流发电获得电能储备；永磁体变频发电机与电动汽车轮胎构成一体的发电模块，在行驶时，随着车轮旋转惯力驱动发电从而获得电能储备。本发明的系统能最大限度地保持电动汽车能不间断连续行驶，攻克了国内、外需大量于车道沿途广设充电站的技术难题从而利于电动汽车的推广应用。

Description

多电能电动汽车自充电系统

技术领域

本发明涉及一种电动汽车在行驶过程中能连续实行自充电储能的系统，具体是应用可再生能源风光互补及汽车行驶时产生的惯性力矩转化成而成的电能，满足电动汽车所需电能的多电能电动汽车自充电系统。

背景技术

能源和社会环境是人类生存和发展的不可或缺的物质条件，但由于传统的石化燃料出现了危机及环境严重污染，自然生态退化等状况，已直接威胁着人类的生存环境。但随着社会的发展，人们对能源的需求在不断增长过程中，对于能源越来越匮乏的情况的改变十分重视，加之目前统观对社会上环境的污染，来自于交通运输领域的汽车燃烧石化燃料而释放出的二氧化碳因素佔据70%以上，为此国内外的政府均出台了一系列的新能源及环境保护政策，旨在推动可再生能源包括汽车在内的各行业的开发与应用，国际上提出了节能减排的呼唤和实施，故此在交通运输领域均涌现出电动汽车的使用和推广。

电动汽车(BEV)是指以车载电源为动力，用电机驱动车轮行驶，符合道路交通、安全法规各项要求的车辆。由于对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但当前技术尚不成熟。

国内电动汽车的研究始于20世纪60年代，但当时的研究开发都是零散和小规模的，投入也很少。自1980年开始，中国开始掀起电动汽车的研究高潮，电动汽车被国家列为“八五”、“九五”科技攻关项目。国内一些科研院所和生产企业相继开始研究电动汽车，并取得了一些成果。如清华大学研制的16座电动中巴车，东风汽车公司研制的电动轿车，华南理工大学研制的轻型电动客车，远望集团公司研制的电动大客车，长江动力公司研制的电动双层大客车等都具有一定的水平，但与国外先进电动汽车相比还有一定差距。  近几年，中国电动汽车的研究开发工作进入全面发展阶段，电动汽车市场已出入端倪。2001年9月30日，科技部组织召开了“十五”国家“863”计划电动汽车重大专项可行性论证会，会议研究通过了电动车专项可行性研究报告，标志着电动汽车专项正式启动，这对中国汽车产业发展有重大战略意义。专项确立了“三纵三横”的研发布局，其中“三纵”是指燃料电动汽车、混合动力汽车、纯电动汽车三种整车技术，“三横”指多能源动力总成系统、驱动电机、动力电池三种关键技术。2006年《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006－2020年）》分别将“低能耗与新能源汽车”和“氢燃料电池技术”列入优先主题和前沿技术；2007年发布实施《新能源汽车生产准入管理规则》，将电动汽车正式纳入国家汽车新产品公告管理；2008年北京奥运会应用了500多辆自主研发的电动汽车，发挥了大规模的示范作用。目前，中国已经初步建立了电动汽车的法规、标准与管理体系，为电动汽车的产业化、商业化发展奠定了基础。  2009年1月，国务院通过《汽车产业调整和振兴规划》，明确实施新能源汽车战略，推动纯电动汽车、充电式混合动力汽车及其关键零部件的产业化，提出“三年内形成50万辆纯电动、充电式混合动力和普通型混合动力等新能源汽车产能，新能源汽车销量占乘用车销售总量的5%左右”的目标。2009年2月，科技部、财政部、发改委和工信部联合召开节能和新能源汽车示范推广试点工作会议，共同启动“十城千辆”工程，计划用3年左右时间，每年发展10个城市，每个城市推出1000辆新能源汽车开展示范运行，涉及公交、出租、公务、市政、邮政等领域，力争使全国新能源汽车的运营规模到2012年占到汽车市场份额的10%。2010年6月，财政部、科技部、工信部和发改委联合出台《关于开展私人购买新能源汽车补贴试点的通知》，对上海、长春、深圳、杭州、合肥五城市私人购买插电式混合动力乘用车和纯电动乘用车给予一次性补贴，最高补贴金额分别达到5万元和6万元。

电动汽车的使用其动力依靠电能的储存容量而决定该车辆的行程距离远近。而因为电动汽车所配置的低压直流电动机在汽车行驶过程中，直接消耗功率較大，而目前国内、国外所有的储能蓄电池的容量有限，当电动汽车行驶一段时间和里程以后，即把电能消耗完了，若不能及时补充则该车辆就不能继续行驶了，为此国外对于电动汽车的推广应用，都得配套在沿途地区设施建造一定的充电站。但多个国家，由于充电设施未能完善建设，虽然电动汽车发展很快，充电站跟不上需求，故电动汽车的推广发展出现瓶颈。

在国内近期刚开通了由北京——上海电动汽车通道，为使电动汽车能顺利到达目的地，沿途就建立了每50公里设立一个充电站，专为电动汽车作储能充电所用。然而电动汽车每充满一次电能还需耗用几个小时之久。为此如何解决电动汽车既能连续行驶、又能省时及时补充电能，已成为当前交通运输领域的一项急需解决的技术难题。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种电动汽车在行驶过程中能连续实行自充电储能的系统，具体是应用可再生能源风光互补及汽车行驶时产生的惯性力矩转化成而成的电能，满足电动汽车所需电能的多电能电动汽车自充电系统。

本发明的技术方案如下：

一种多电能电动汽车自充电系统，该系统包括太阳能充电模块、风力充电模块和行驶惯力充电模块，上述的充电模块通过倒顺开关与蓄电池组连接，为电动汽车的直流电动机提供电能；所述太阳能充电模块，由设置在电动汽车顶部的太阳能光伏电池板捕获阳光后，将低压直流电供给蓄电池储能备用；所述风力充电模块，是装在电动汽车前端盖内的风力涡轮机与永磁体变频发电机组合，在行驶时，由空气自流发电获得电能储备；所述行驶惯力充电模块，是永磁体变频发电机与电动汽车轮胎构成一体的发电模块，在行驶时，随着车轮旋转惯力驱动发电从而获得电能储备。

优选地，所述太阳能充电模块包括太阳能光伏电池板和太阳能光伏电池板电能调节器，太阳能光伏电池板在捕获光照后，太阳能光伏电池板电能调节器防止低压直流电对太阳能板反压损坏，再通过输电导线供给蓄电池。太阳能光伏电池板可通过半导体的单晶硅、多晶硅、或非晶硅从捕获了阳光而转换成低压直流电。

优选地，所述太阳能光伏电池板电能调节器，包括感测器、继电器、控制器以及传送紧急停止输出信号和该消耗功率的信息至该光伏逆变器，感测器用以侦测该负载的消耗功率，继电器，耦接于光伏逆变器与该负载之间，控制器根据该电流控制该继电器的开启与关闭。

优选地，所述风力充电模块，包括风力涡轮机、齿轮变速箱、永磁体变频发电机、半导体集成桥式全波整流器和电容滤波器，在风力涡轮机水平轴的一个轴头连上一组齿轮变速装置后，再依次连接上永磁体变频发电机、半导体集成桥式全波整流器和电容滤波器，由半导体集成电路全波整流堆及电解电容的滤波后，把交流电转变为直流电，通过输电导线供给蓄电池。

优选地，所述风力涡轮机，是内配置金属网外喷注加强尼龙材质或不锈钢薄板制备成的圆筒式水平轴风力涡轮机，在圆筒式内部水平轴上焊上3-5片弧型风叶片，圆筒外壳留有单向进风口，好让风力射流可集中风力作用于内部水平轴上弧型风叶片上而随风能力矩带动下旋转输出功率，水平轴两端由滚动轴承所支承可固定于电动汽车的前外壳内，由电动汽车的前端进风通气口使行进间的流动空气获得风能。

优选地，所述行驶惯力充电模块，包括电动汽车车轮、永磁体变频发电机、半导体集成桥式全波整流器和电容滤波器，将永磁体变频发电机与电动汽车的前轮胎连结成一体，把永磁体变频发电机不转动的定子用钢件焊接固定于汽车前桥上，与不影响转动行驶方向的操作为宜，这样当电动汽车行驶时的滑行从车轮旋动形成的惯性力矩即可驱动永磁体变频发电机产生电能，由半导体集成电路全波整流及电解电容的滤波后，把交流电转变为直流电，通过输电导线供给蓄电池。

优选地，所述太阳能充电模块、风力充电模块、行驶惯力充电模块与蓄电池之间设有充放电控制器，采用单片机控制，充电时，能够按蓄电池的特性曲线对蓄电池进行充电，检测到蓄电池充满电后，控制倒顺开关接到另一块蓄电池充电。

以上涉及到的“永磁体变频发电机”是本发明人申请的发明创造，详见中国专利：“永磁体变频发电机”申请(专利)号：  CN201110190967.7申请日： 2011.06.28申请公布号：CN102857151A 公开公告日： 2013.01.02 摘要：公开了一种永磁体变频发电机，它包括外壳、主轴、轴承和线圈，其特点是：外壳内部粘贴有永磁体块，主轴为中空结构，固定在轴承上，若干组线圈绕在主轴上，导线自中空的主轴内引出，由风力、水力、火力或其他动力将外壳带动围绕主轴旋转，线圈在永磁体旋转的过程中切割磁力线而发出电流从主轴中间的导线输出到用电设备或储存电器，在外壳内部通过粘贴有永磁体块和安装平板形成全磁悬浮和磁推挽结合的装置，能够在转动到异极区间时继续运转，减除了运行时的摩擦阻力，降低驱动功率消耗，实现微外力驱动的低转速都能发出额定功率输出而独立正常供给电能。

本发明的突出的实质性特点和显著的进步是：

1、本发明将太阳能、电动汽车行驶中派生出的流动空气形成的风力、滑行惯力、由各自发电模块转变成电能，经过充放电控制器存储在到蓄电池组上，通过两组蓄电池分别作运行供驱动电动汽车行驶和及时充电备用，达到人工控制交替轮换应用，最大限度地保持电动汽车能不间断连续行驶，从而攻克了国内、外需大量于车道沿途广设充电站的技术难题从而利于电动汽车的推广应用，促进实施节能减排的进度；

2、本发明将太阳能、电动汽车行驶中派生出的流动空气形成的风力、滑行惯力、由各自发电模块转变成电能，该电能属可再生能源的转变而获得，其取之不尽、安全、环保、廉价、可重复使用，大幅度降低电动汽车行驶的成本，为国计民生做出应有贡献；

3、本发明应用的永磁体变频发电机，永磁体由国内的稀土元素所生产而成，原料十分丰富，易于购买，并且永磁体经久耐用，通风散热条件下，永磁体5-10年才需充磁一次，维护十分方便；

4、本发明安装使用的低压、低速永磁体变频发电机功率可按电动汽车的所需充电负荷大小的系列设计；

5、本发明使用的太阳能光伏电池板电能调节器，可防止太阳能板所产生的电能中没有被负载消耗的部分通过光伏逆变器产生的交流电流逆灌至市电；

6、本发明的多电能电动汽车自充电系统，车内配置有两组蓄电池，分别交替使用供给驾驶用电及自充电备用，依靠充放电控制器控制倒顺开关即能置换电池使用功能，也可人工控制，十分方便、可靠；

7、本发明的多电能电动汽车自充电系统，在太阳能充电模块、风力充电模块、行驶惯力充电模块与蓄电池之间设有充放电控制器，采用单片机控制，充电时，能够按蓄电池的特性曲线对蓄电池进行充电，检测到蓄电池充满电后，控制倒顺开关接到另一块蓄电池充电，两蓄电池交替轮换，蓄电池在行驶过程中也能充电，既可以大幅度增加行驶里程，也节省去旅途中充电的大量时间；

8、本发明的多电能电动汽车自充电系统，将太阳能、电动汽车行驶中派生出的流动空气形成的风力、滑行惯力、由各自发电模块转变成电能，在行驶过程中4-6小时内，即能充满蓄电池，从而大幅度增加行驶里程，也节省去旅途中充电的大量时间。

附图说明

图1，是本发明多电能电动汽车自充电系统的示意图；

图2，是本发明的太阳能光伏电池板电能调节器的工作流程图。

具体实施方式

一种多电能电动汽车自充电系统，该系统包括太阳能充电模块、风力充电模块和行驶惯力充电模块，上述的充电模块通过倒顺开关与蓄电池组连接，为电动汽车的直流电动机提供电能；所述太阳能充电模块，是由设置在电动汽车顶部的太阳能光伏电池板捕获阳光后，把低压直流电供给蓄电池储能备用；所述风力充电模块，是装在电动汽车前端盖内的风力涡轮机与永磁体变频发电机组合，在行驶时，由空气自流发电获得电能储备；所述行驶惯力充电模块，是永磁体变频发电机与电动汽车轮胎构成一体的发电模块，在行驶时，随着车轮旋转惯力驱动发电从而获得电能储备。

优选地，所述太阳能充电模块包括太阳能光伏电池板和太阳能光伏电池板电能调节器，太阳能光伏电池板在捕获光照后，太阳能光伏电池板电能调节器防止低压直流电对太阳能板反压损坏，再通过输电导线供给蓄电池。太阳能光伏电池板可通过半导体的单晶硅、多晶硅、或非晶硅从捕获了阳光而转换成低压直流电。

所述太阳能光伏电池板电能调节器，包括感测器、继电器、控制器以及传送紧急停止输出信号和该消耗功率的信息至该光伏逆变器，感测器用以侦测该负载的消耗功率，继电器，耦接于光伏逆变器与该负载之间，控制器根据该电流控制该继电器的开启与关闭。

优选地，所述风力充电模块，包括风力涡轮机、齿轮变速箱、永磁体变频发电机、半导体集成桥式全波整流器和电容滤波器，在风力涡轮机水平轴的一个轴头连上一组齿轮变速装置后，再依次连接上永磁体变频发电机、半导体集成桥式全波整流器和电容滤波器，由半导体集成电路全波整流及电解电容的滤波后，把交流电转变为直流电，通过输电导线供给蓄电池。

优选地，所述风力涡轮机，是内配置金属网外喷注加强尼龙材质或不锈钢薄板制备成的圆筒式水平轴风力涡轮机，在圆筒式内部水平轴上焊上3-5片弧型风叶片，圆筒外壳留有单向进风口，好让风力射流可集中风力作用于内部水平轴上弧型风叶片上而随风能力矩带动下旋转输出功率，水平轴两端由滚动轴承所支承可固定于电动汽车的前外壳内，由电动汽车的前端进风通气口使行进间的流动空气获得风能。

优选地，所述行驶惯力充电模块，包括电动汽车车轮、永磁体变频发电机、半导体集成桥式全波整流器和电容滤波器，将永磁体变频发电机与电动汽车的前轮胎连结成一体，把永磁体变频发电机不转动的定子用钢件焊接固定于汽车前桥上，与不影响转动行驶方向的操作为宜，这样当电动汽车行驶时的滑行从车轮旋动形成的惯性力矩即可驱动永磁体变频发电机产生电能，由半导体集成电路全波整流及电解电容的滤波后，把交流电转变为直流电，通过输电导线供给蓄电池。

优选地，所述太阳能充电模块、风力充电模块、行驶惯力充电模块与蓄电池之间设有充放电控制器，采用单片机控制，充电时，能够按蓄电池的特性曲线对蓄电池进行充电，检测到蓄电池充满电后，控制倒顺开关接到另一块蓄电池充电。

以上涉及到的“永磁体变频发电机”是本发明人申请的发明创造，详见中国专利：“永磁体变频发电机”申请(专利)号：  CN201110190967.7申请日： 2011.06.28申请公布号：CN102857151A 公开公告日： 2013.01.02 摘要：公开了一种永磁体变频发电机，它包括外壳、主轴、轴承和线圈，其特点是：外壳内部粘贴有永磁体块，主轴为中空结构，固定在轴承上，若干组线圈绕在主轴上，导线自中空的主轴内引出，由风力、水力、火力或其他动力将外壳带动围绕主轴旋转，线圈在永磁体旋转的过程中切割磁力线而发出电流从主轴中间的导线输出到用电设备或储存电器，在外壳内部通过粘贴有永磁体块和安装平板形成全磁悬浮和磁推挽结合的装置，能够在转动到异极区间时继续运转，减除了运行时的摩擦阻力，降低驱动功率消耗，实现微外力驱动的低转速都能发出额定功率输出而独立正常供给电能。

应用实施例一：

在直流电动机输出功率2Kw48V 驱动的小型三座、四轮、手把或方向盘式小面包式电动汽车，内置两组各四个12V100AH蓄电池串联，可分别独立作充电。经在车棚顶上安装上四块100W12V串联的太阳能电池板，每块额定电流输出为：5·19A当电动汽车在静态时，受阳光照射捕获太阳能强度的影响输出电压为16—23V，则一般情况为单独应用约需16—18小时可充满电池电流，现以风光互补形式自充电，由于在电动汽车前端安装上水平轴风力涡轮机的低速永磁体发电机组，输出功率300W—500W，电压48V。汽车于行驶时，风光互补自充电在6—8小时即能充满电池而备用。由于车内配置电池有两组分别交替使用供给驾驶用电及自充电备用，依靠充放电控制器控制倒顺开关即能置换电池使用功能，也可人工控制，十分方便、可靠。

应用实施例二：

在直流电动机输出功率3Kw60V 驱动的中型四座、四轮、方向盘式轿车，内置两组各五个12V100AH蓄电池串联，经在电动汽车前端安装上水平轴风力涡轮机的低速永磁体发电机组，输出功率500W—1000W电压60V故行车时，风力自充电在6—8小时即能充满电池而备用，由于车内配置电池有两组交替使用于车辆行驶一边用电及一边自充电备用，依靠充放电控制器控制倒顺开关即能置换电池使用功能，也可人工控制。

应用实施例三：

在直流电动机输出功率3Kw60V 驱动的中型四座、四轮、方向盘式轿车，内置两组各五个12V100AH蓄电池串联，经在经在车棚顶上安装上五块100W12V串联的太阳能电池板，每块额定电流输出为：5·19A当电动汽车在静态时，受阳光照射捕获太阳能强度的影响太阳能光伏电池板每单块输出电压为16—23V，则一般情况为单独应用约需12—16小时可充满电池电流，现以风光互补形式自充电，由于在电动汽车前端配装上水平轴风力涡轮机的低速永磁体发电机组，输岀功率500W—1000W电压60V以上，而且还于电动汽车前轮上安装一个1000W—2000W低速永磁体变频发电机组，当行车时，水平轴风力涡轮机的低速永磁体发电机、电动汽车前轮上低速永磁体发电机组，输出2000W功率的电压、电流叠加上太阳能光伏板发出电量、三者合成的电能作自充电，在4—6小时内，即能充满蓄电池而备用。由于车内配置的蓄电池有两组，一组能提供给车在行驶中直流电动机运行中用电使用，而另一组在电动汽车行驶过程获得的电能自动给备用之蓄电池自充电，两蓄电池交替轮换，依靠充放电控制器控制倒顺开关即能置换电池使用功能，也可人工控制，电动汽车可分别用于行驶用电及自充电备用，十分方便、可靠，这样电动汽车行驶能大幅度增加行驶里程，也节省去旅途中需外充电大量时间，而连续运行，运行的全过程再不用依赖石化燃料使用，达节能一减排的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此而限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种多电能电动汽车自充电系统，其特征在于：该系统包括太阳能充电模块、风力充电模块和行驶惯力充电模块，上述的充电模块通过倒顺开关与蓄电池组连接，为电动汽车的直流电动机提供电能；所述太阳能充电模块，由设置在电动汽车顶部的太阳能光伏电池板捕获阳光后，通过输电导线将低压直流电供给蓄电池储能备用；所述风力充电模块，是装在电动汽车前端盖内的风力涡轮机与永磁体变频发电机组合，在行驶时，由空气自流发电获得电能储备；所述行驶惯力充电模块，是永磁体变频发电机与电动汽车轮胎构成一体的发电模块，在行驶时，随着车轮旋转惯力驱动发电从而获得电能储备。

2.根据权利要求1所述的多电能电动汽车自充电系统，其特征在于：所述太阳能充电模块包括太阳能光伏电池板和太阳能光伏电池板电能调节器，太阳能光伏电池板在捕获光照后，太阳能光伏电池板电能调节器防止低压直流电对太阳能板反压损坏，再通过输电导线供给蓄电池。

3.根据权利要求2所述的多电能电动汽车自充电系统，其特征在于：所述太阳能光伏电池板电能调节器，包括感测器、继电器、控制器以及传送紧急停止输出信号和该消耗功率的信息至该光伏逆变器，感测器用以侦测该负载的消耗功率，继电器，耦接于光伏逆变器与该负载之间，控制器根据该电流控制该继电器的开启与关闭。

4.根据权利要求1所述的多电能电动汽车自充电系统，其特征在于：所述风力充电模块，包括风力涡轮机、齿轮变速箱、永磁体变频发电机、半导体集成桥式全波整流器和电容滤波器，在风力涡轮机水平轴的一个轴头连上一组齿轮变速装置后，再依次连接上永磁体变频发电机、半导体集成桥式全波整流器和电容滤波器，由半导体集成电路全波整流堆及电解电容的滤波后，把交流电转变为直流电，通过输电导线供给蓄电池。

5.根据权利要求1或4所述的多电能电动汽车自充电系统，其特征在于：所述风力涡轮机，是内配置金属网外喷注加强尼龙材质或不锈钢薄板制备成的圆筒式水平轴风力涡轮机，在圆筒式内部水平轴上焊上3-5片弧型风叶片，圆筒外壳留有单向进风口，让风力射流可集中风力作用于内部水平轴上弧型风叶片上而随风能力矩带动下旋转输出功率，水平轴两端由滚动轴承所支承可固定于电动汽车的前外壳内，由电动汽车的前端进风通气口使行进间的流动空气获得风能。

6.根据权利要求1所述的多电能电动汽车自充电系统，其特征在于：所述行驶惯力充电模块，包括电动汽车车轮、永磁体变频发电机、半导体集成桥式全波整流器和电容滤波器，将永磁体变频发电机与电动汽车的前轮胎连结成一体，把永磁体变频发电机不转动的定子用钢件焊接固定于汽车前桥上，当电动汽车行驶时的滑行从车轮旋动形成的惯性力矩即可驱动永磁体变频发电机产生电能，由半导体集成电路全波整流及电解电容的滤波后，把交流电转变为直流电，通过输电导线供给蓄电池。

7.根据权利要求1所述的多电能电动汽车自充电系统，其特征在于：所述太阳能充电模块、风力充电模块、行驶惯力充电模块与蓄电池之间设有充放电控制器，采用单片机控制，充电时，能够按蓄电池的特性曲线对蓄电池进行充电，检测到蓄电池充满电后，控制倒顺开关接到另一块蓄电池充电。