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一种用于电动汽车的风光互补发电系统 Download PDF

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Abstract

一种用于电动汽车的风光互补发电系统，包括置于车顶的太阳能电池板和微型风力发电机，车身上安装有超级电容和蓄电池，还包括矩阵变换器，太阳能电池板和微型风力发电机产生的能量通过DC-DC转换器单向传输到矩阵变换器，超级电容和蓄电池通过DC-DC转换器与矩阵变换器双向传输连接，实现在系统能量充足时，超级电容和/或蓄电池供电到矩阵变换器，在电量不足时，超级电容和/或蓄电池从矩阵变换器获取电流；其中，太阳能电池板通过转动装置安装在车顶，转动装置通过齿轮传动实现圆环转动，使太阳能电池板对太阳光作水平面内360°跟踪。实现了将风光互补发电系统应用在电动车上，太阳能与风能能够进行互补，实行全天候的发电功能。

Description

一种用于电动汽车的风光互补发电系统
技术领域
本发明涉及一种用于电动汽车的风光互补发电系统，主要应用于电动汽车技术领域。
背景技术
现有电动汽车的储能系统由于蓄电池储的存储能量有限，限制了整个电动车的行驶里程，而充电桩的设置覆盖面又不够全面，当电动汽车电量耗尽时难以移动，造成不便。特别是旅游观光用电动汽车，其顶部面积较大，车速一般不超过40km/h，一次运行距离短；现有充电方式为插电式充电，一般充电时间为6~8小时，也就意味着在此期间，电动汽车不能够被使用；而且，大量的电动汽车充电，也会给市电系统增加负担。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电动汽车，且能够实现全天候发电的风光互补发电系统，通过将太阳能和风能转化为电能并储存起来，减少蓄电池充电次数，增加电动汽车的行驶里程。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种用于电动汽车的风光互补发电系统，包括置于电动汽车的车顶上的太阳能电池板和微型风力发电机，电动汽车的车身上安装有超级电容和蓄电池，该系统还包括矩阵变换器，太阳能电池板和微型风力发电机产生的能量通过DC-DC转换器单向传输到矩阵变换器，超级电容和蓄电池通过DC-DC转换器与矩阵变换器双向传输连接，实现在系统能量充足时，超级电容和/或蓄电池供电到矩阵变换器，在电量不足时，超级电容和/或蓄电池从矩阵变换器获取电流；其中，太阳能电池板通过用于跟踪太阳光的转动装置安装在电动汽车的车顶，该转动装置包括固定在车顶上的转动台、多组限位装置、水平设置的圆环以及用于驱动圆环转动的电机，转动台的上端设有多个交叉设置且用于固定圆环的支撑杆，圆环的上下端面以及内外周面上均设有圆周轨道，每组限位装置均由通过方框依次串联连接的一支撑轮、一转动轮和两个防风轮组成，圆环的下方对应每组限位装置的位置设有一个用于固定支撑轮的固定座，所述支撑轮和转动轮分别配合安装在圆环下端面和上端面的圆周轨道中，两个防风轮分别配合安装在圆环内周面和外周面的圆周轨道中，组成方框的四个边框分别作为每组限位装置中一支撑轮、一转动轮和两个防风轮的中心转轴。
本发明中，所述的太阳能电池板装载在圆环上。
本发明中的转动台，包括转轴以及套设在转轴上的从动齿轮，转轴的下端设有与其嵌套连接且固定在基座上的连接套，转轴的上端与各支撑杆固定连接，电机驱动与从动齿轮啮合设置的主动齿轮转动，实现从动齿轮和转轴的同步转动。本发明中，圆环下端面的轨道中安装的支撑轮对圆环起支撑作用，每组限位装置中的一个转动轮和两个防风轮的重心连线构成稳定的三角形结构，抗风能力强，避免圆环在转动过程中出现偏斜的情况，传动平稳，结构简单，易于实现。
其中，在固定座的上部设有凹槽，方框的底边穿过所述凹槽，并将支撑轮固定在凹槽中。
进一步的，该系统还包括用于控制微型风力发电机和转动装置中电机的控制器，该控制器受控于电动汽车的驱动系统，驱动系统运行时，控制器控制电机和微型风力发电机停止工作；驱动系统停止运行时，控制器控制电机和微型风力发电机开始工作。
本发明的有益效果：本发明实现了将风光互补发电系统应用在电动车上，使太阳能与风能能够进行互补，实行全天候的发电功能，减少电动汽车充电次数的目的。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，在夜间和阴雨天无阳光时可由微型风力发电机发电，以弥补太阳能不能发电的缺陷。其中，本发明通过齿轮啮合传动实现圆环的转动，更加平稳，能够确保圆环转动的稳定性和精度，满足高精度跟踪光伏系统的需求，即可将太阳能电池板装载在圆环上，使其对太阳光作水平面内的360°全方位跟踪。
附图说明
图1为电动汽车的整体示意图；
图2为太阳能电池板与转动装置的位置关系图；
图3为图2中转动装置的示意图；
图4为转动装置中固定座的示意图；
图5为转动装置中转动台的示意图；
图6为本发明的能量系统管理图。
附图标记：1、电动汽车，2、太阳能电池板，3、微型风力发电机，4、超级电容，5、蓄电池，6、圆环，60、圆周轨道，7、支撑杆，8、转轴，9、基座，10、支撑轮，11、固定座，12、凹槽，13、转动轮，14、防风轮，15、方框，16、从动齿轮，17、主动齿轮，18、电机，19、连接套，20、防护罩。
具体实施方式
一种用于电动汽车的风光互补发电系统，包括置于电动汽车1的车顶上的太阳能电池板2和微型风力发电机3，电动汽车1的车身上安装有超级电容4和蓄电池5。如图1所示，在旅游观光电动汽车的基础上，装载上该风光互补发电系统。
如图6所示，该系统还包括矩阵变换器，太阳能电池板2和微型风力发电机3产生的能量通过DC-DC转换器单向传输到矩阵变换器，超级电容4和蓄电池5通过DC-DC转换器与矩阵变换器双向传输连接，实现在系统能量充足时，超级电容4和/或蓄电池5供电到矩阵变换器，在电量不足时，超级电容4和/或蓄电池5从矩阵变换器获取电流。
本发明设计的能量流动方向有以下几种情况：（1）、太阳能电池和风力发电机的能量流动方向为单向的，当这些系统能够产生能量时，这些能量经过DC-DC转换器可以将能量供给到超级电容、蓄电池或者电动汽车的驱动系统。（2）、超级电容的能量流动是双向的，它能够从矩阵变换器获取能量，也能在需要的时候给矩阵变换器供电。超级电容在电动车爬坡或者加速等需要大电流的条件下输出电流到矩阵变换器，在超级电容电量不足时从矩阵变换器获取电流。（3）、蓄电池的能量流动也是双向的，它在能量充足时供电到矩阵变换器，在电量不足时从矩阵变换器获取电流。
其中，太阳能电池板2通过用于跟踪太阳光的转动装置安装在电动汽车1的车顶，如图2和图3所示，该转动装置包括固定在车顶上的转动台、多组限位装置、水平设置的圆环6以及用于驱动圆环6转动的电机18，太阳能电池板2装载在圆环6上，转动台的上端设有多个交叉设置且用于固定圆环6的支撑杆7，圆环6的上下端面以及内外周面上均设有圆周轨道60，每组限位装置均由通过方框15依次串联连接的一支撑轮10、一转动轮13和两个防风轮14组成。
如图4所示，圆环6的下方对应每组限位装置的位置设有一个用于固定支撑轮10的固定座11，所述支撑轮10和转动轮13分别配合安装在圆环6下端面和上端面的圆周轨道中，两个防风轮14分别配合安装在圆环6内周面和外周面的圆周轨道中，组成方框15的四个边框分别作为每组限位装置中一支撑轮10、一转动轮13和两个防风轮14的中心转轴，固定座11的上部设有凹槽12，方框15的底边穿过所述凹槽12，并将支撑轮10固定在凹槽12中。
其中，如图5所示的转动台，包括转轴8以及套设在转轴8上的从动齿轮16，转轴8的下端设有与其嵌套连接且固定在基座9上的连接套19，转轴8的上端与各支撑杆7固定连接，电机18驱动与从动齿轮16啮合设置的主动齿轮17转动，实现从动齿轮16和转轴8的同步转动。其中，连接套19上设有通孔，转轴8的下端通过橡胶套可转动的固定在所述的通孔中。进一步的，连接套19上设有用于防护从动齿轮16、主动齿轮17和电机18的防护罩20。
本发明中，可采用螺旋伞齿轮作为从动齿轮16，电机18驱动与螺旋伞齿轮啮合设置的分动伞齿轮的分动传动轴转动，将分动传动轴的力矩传输到螺旋伞齿轮上。啮合设置的螺旋伞齿轮和分动伞齿轮能够克服直齿锥齿轮重叠系数低的缺陷，承载能力高，传动平稳。
该系统还包括用于控制微型风力发电机3和转动装置中电机18的控制器，该控制器受控于电动汽车的驱动系统，驱动系统运行时，控制器控制电机18和微型风力发电机3停止工作；驱动系统停止运行时，控制器控制电机18和微型风力发电机3开始工作。如图6所示，电动汽车的驱动系统连接到矩阵变换器获取电动汽车的驱动功率，并且该驱动系统受控于电动汽车控制系统，电动汽车控制系统确定驱动车速信号，驱动系统通过控制电动汽车电机的转动速度来控制电动汽车的速度。
在汽车运动时，为了避免行驶中风的阻力，太阳能电池板2可保持在水平位置，微型风力发电机3也停止运行。而在汽车静止时，控制器控制电机18和微型风力发电机3开始工作，实时调整太阳能电池板2的位置和微型风力发电机3的对风方向，增加对太阳能和风能的利用率。本发明通过将太阳能和风能转化为电能并储存起来，减少蓄电池充电次数、增加电动汽车的行驶里程，且这两种能量又是清洁能源，能量巨大，不会对空气造成污染。

Claims (5)

1.一种用于电动汽车的风光互补发电系统，包括置于电动汽车（1）的车顶上的太阳能电池板（2）和微型风力发电机（3），电动汽车（1）的车身上安装有超级电容（4）和蓄电池（5），其特征在于：该系统还包括矩阵变换器，太阳能电池板（2）和微型风力发电机（3）产生的能量通过DC-DC转换器单向传输到矩阵变换器，超级电容（4）和蓄电池（5）通过DC-DC转换器与矩阵变换器双向传输连接，实现在系统能量充足时，超级电容（4）和/或蓄电池（5）供电到矩阵变换器，在电量不足时，超级电容（4）和/或蓄电池（5）从矩阵变换器获取电流；
其中，太阳能电池板（2）通过用于跟踪太阳光的转动装置安装在电动汽车（1）的车顶，该转动装置包括固定在车顶上的转动台、多组限位装置、水平设置的圆环（6）以及用于驱动圆环（6）转动的电机（18），转动台的上端设有多个交叉设置且用于固定圆环（6）的支撑杆（7），圆环（6）的上下端面以及内外周面上均设有圆周轨道（60），每组限位装置均由通过方框（15）依次串联连接的一支撑轮（10）、一转动轮（13）和两个防风轮（14）组成，圆环（6）的下方对应每组限位装置的位置设有一个用于固定支撑轮（10）的固定座（11），所述支撑轮（10）和转动轮（13）分别配合安装在圆环（6）下端面和上端面的圆周轨道中，两个防风轮（14）分别配合安装在圆环（6）内周面和外周面的圆周轨道中，组成方框（15）的四个边框分别作为每组限位装置中一支撑轮（10）、一转动轮（13）和两个防风轮（14）的中心转轴。
2.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的风光互补发电系统，其特征在于：所述的太阳能电池板（2）装载在圆环（6）上。
3.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的风光互补发电系统，其特征在于：所述的转动台包括转轴（8）以及套设在转轴（8）上的从动齿轮（16），转轴（8）的下端设有与其嵌套连接且固定在基座（9）上的连接套（19），转轴（8）的上端与各支撑杆（7）固定连接，电机（18）驱动与从动齿轮（16）啮合设置的主动齿轮（17）转动，实现从动齿轮（16）和转轴（8）的同步转动。
4.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的风光互补发电系统，其特征在于：所述固定座（11）的上部设有凹槽（12），方框（15）的底边穿过所述凹槽（12），并将支撑轮（10）固定在凹槽（12）中。
5.根据权利要求1所述的一种用于电动汽车的风光互补发电系统，其特征在于：该系统还包括用于控制微型风力发电机（3）和转动装置中电机（18）的控制器，该控制器受控于电动汽车（1）的驱动系统，驱动系统运行时，控制器控制电机（18）和微型风力发电机（3）停止工作；驱动系统停止运行时，控制器控制电机（18）和微型风力发电机（3）开始工作。
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