CN105041589B - 闲散动能发电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种闲散动能发电系统，由机械收集装置将车辆的机械能转换为液压动能输出；液压蓄能装置将离散的液压动能转变为液压势能进行汇聚收集；液压发电装置将液压势能转变为液压动能并转换成电能输出；控制系统，对与之连接的所述液压蓄能装置及液压发电装置进行控制；所述液压发电装置输出的电能储存在蓄电池中，对控制系统进行供电或者向闲散动能发电系统外部的器件输出。本发明能够高效地将汽车离散动能进行收集储存，并连续高效发电，发电规模大，发电效率高。

Description

闲散动能发电系统

技术领域

本发明涉及的是一种闲散动能发电系统，具体是指一种对汽车闲散动能的收集、储存、发电的系统。

背景技术

随着全球经济的蓬勃发展，能源供需矛盾日益突出。寻求新能源或能源利用技术是目前新能源技术发展的方向。在众多类型的能源中，闲散动能逐渐受人关注。它包含人体走路跑步、汽车行驶、空气流动等，其特点是范围广，能量分散，收集不易，是一种绿色的可再生能源。而研究如何将此类离散的、闲置的动能采集、储存发电，实现新型能源的高效利用，将为补充能源，节能减排做出重要贡献。

近年来，国内外对闲散动能的回收发电研究比较重视，但大部分仍处于示范阶段，尚未商业性运行示范。国内对闲散动能回收利用主要偏重在利用压电、碾压与压敏等方式在公路上进行发电或再利用。

中国专利号为201010002151的发明专利，是一种碾压发电技术，它通过齿轮系将受压板受到的机械能储存在弹性元件中，并进一步带动电机发电。他的特点是当重物压住后，多个弹性元件会被锁住，待重力过去后即依次释放，将势能带动电机旋转发电。对于车流量过高的情况下，会产生能量浪费，而对于车流量过低的情况，则出现间断发电的情况，间断发电会导致发电机无法正常工作，发电效率低。

中国专利号为 201120541474的实用新型专利，是一种压电陶瓷发电装置。它包含一根传力杆，以及多组压电陶瓷。利用了压电陶瓷的特性，当受外力挤压时可产生电能。车辆挤压时，下压做功少，且不能吸收车辆的横向动能，收集能量效率较低，并不适合大规模发电。

中国专利号为201210296390的发明专利，是一种利用道路减速带的自发电装置。其内部含有水袋，液流发电机等。碾压时，水袋内水被挤入储能水袋中，暂时不发电储存能量。车辆离去后弹簧回到原位，储能水袋即释放产生水流，推动发电机发电。它在车辆开过时就马上发电，发电水压较低，只能带动小功率电机，并且无法保证连续发电，没有解决发电效率低的问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出了一种闲散动能发电系统，他可以高效地将汽车多余动能收集储存，并连续发电。相比现有技术，发电规模大，发电效率高。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种闲散动能发电系统，其包含：

机械收集装置，在其被车辆碾压及车辆离开的过程中，将车辆的机械能转换为液压动能输出；

液压蓄能装置，其将所述机械收集装置收集的离散的液压动能，转变为液压势能，并进行汇聚收集；

液压发电装置，其将所述液压蓄能装置收集的液压势能，转变为液压动能并转换成电能输出；

控制系统，对与之连接的所述液压蓄能装置及液压发电装置进行控制；所述液压发电装置输出的电能储存在蓄电池中，对控制系统进行供电或者向闲散动能发电系统外部的器件输出。

优选地，所述机械收集装置，进一步包含：

踏板，其留在地面上，机械收集装置的其他部件埋入地面中；

运动支架，设置在踏板下方，并与踏板一起上下运动；

底架，设置在运动支架下方；

液压缸，两端分别连接底架及运动支架；

弹簧，设置在底架与运动支架之间；

车辆碾压踏板以使运动支架向下运动的过程中，带动液压缸进行压油；车辆离开踏板后，弹簧提供将运动支架及踏板弹起至初始位置的弹力，使得运动支架向上运动的过程中，带动液压缸进行吸油。

优选地，所述液压缸两端通过关节轴承分别与底架、运动支架连接；所述液压缸的缸筒底部连接在底架上，液压缸的活塞杆顶端连接在运动支架下端。

优选地，所述机械收集装置还包含安装框架，

所述安装框架的顶部位于运动支架与踏板之间，且围绕在踏板周边并与运动支架有相互重叠的区域，对运动支架的最大上升位置进行限制；

所述安装框架的中部位于运动支架与底架之间，并与运动支架有相互重叠的区域，对运动支架的最大下降位置进行限制；

所述安装框架的底部与底架的位置相对应。

优选地，所述机械收集装置还包含一组上限位冲击吸收的缓冲垫，和一组下限冲击吸收的位缓冲垫；

所述上限位冲击吸收的缓冲垫设置在安装框架的顶部的下端面；所述下限位冲击吸收的缓冲垫设置在安装框架的中部的上端面。

优选地，所述弹簧的刚度是能使运动支架和踏板在设定时间内弹起的最小刚度；所述设定时间是保证连续两次下压时机械收集装置都能够有效工作的最短时间。

优选地，所述机械收集装置还包含若干组尼龙的导向轮，其分别固定在运动支架上，并沿安装框架内对应的竖直段运动，使运动支架经过导向轮的导向能够沿竖直方向平稳向下运动。

优选地，每两组导向轮成对布置，且这两组导向轮朝着两个不同方向，其中一组导向轮朝着左方或右方，另一组导向轮朝着前方或后方。

优选地，所述液压蓄能装置进一步包含对机械收集装置收集的液压动能进行汇聚收集的若干组蓄能器，经对应控制阀的开闭控制，使高压油压入到其中一组蓄能器中，并在这一组蓄能器中的压力达到设定数值后，使高压油压入到另一组的蓄能器中。

优选地，所述液压发电装置进一步包含：比例电磁阀、液压马达及发电机；所述比例电磁阀控制蓄能器的恒流量放液，以驱动液压马达旋转，并由液压马达带动发电机旋转进行发电。

本发明公开的一种闲散动能发电系统，当车辆碾压时，踏板及运动支架竖直向下运动，带动液压缸进行压油工作。当车辆离去后，由弹簧恢复踏板及运动支架向上运动至回复到初始位置，期间液压缸进行吸油工作。如此往复工作将车辆机械能转换为液压动能输出。进而通过多个控制阀的开闭控制，高压油统一压入一组蓄能器中，蓄能器达到指定压力后再对另一组蓄能器充液，如此交替往复，将离散液压动能转变为液压势能汇聚收集。发电时控制蓄能器放液速度，驱动液压马达，液压马达带动发电机，使之在高效工作区间内恒速旋转，最终将液体能量转换成电能输出。本发明的优点在于，能够高效地将汽车离散动能进行收集储存，并连续高效发电。相比现有技术，发电规模大，发电效率高。

附图说明

图1是本发明所述闲散动能发电系统的整体原理图。

图2是本发明所述闲散动能发电系统中机械收集装置的结构示意图。

图3是本发明所述闲散动能发电系统中液压蓄能装置的结构示意图。

图4是本发明所述闲散动能发电系统中液压发电装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明所述闲散动能发电系统，包含：机械收集装置、液压蓄能装置、液压发电装置，以及对其他装置（如液压蓄能装置、液压发电装置）的工作进行协调控制的控制系统。

其中，机械收集装置能够将车辆机械能转换为液压动能输出；液压蓄能装置能够将离散液压动能转变为液压势能汇聚收集，并将离散收集的能量存入蓄能器中；液压发电装置能够将收集后的液压势能转变为液压动能，带动发电机旋转，进而转换成电能输出；最终电能可以储存在蓄电池中，对整套控制系统进行供电或者用于输出。

如图2所示，机械收集装置包含：底架1，运动支架2，导向轮3、弹簧4、踏板5、上下两组缓冲垫6、液压缸7。

其中，踏板5留在地面上，机械收集装置的其他部件埋入地面中。该踏板5能够与其下方的运动支架2一起上下运动。底架1位于运动支架2下方，两者之间设置有液压缸7及弹簧4。当车辆碾压踏板5，并带动运动支架2向下运动的过程中，带动液压缸7对液体做功，进行压油工作。车辆离去后弹簧4将运动支架2及踏板5弹起，在向上运动的过程中带动液压缸7进行吸油工作，直至减压踏板5回到地面的初始位置。如此往复工作，将车辆机械能转换为液压动能输出。

所述液压缸7两端用关节轴承分别与底架1、运动支架2连接。液压缸7的缸筒底部连接在底架1上，液压缸7的活塞杆顶端连接在运动支架2下端。因为装配加工误差或者外力承载不均匀，可以自行调整液压缸7的角度，防止自锁而损坏液压缸或其他装置。

一安装框架的顶部在运动支架2与踏板5之间，围绕在踏板5周边并与运动支架2有相互重叠的区域，用以限制运动支架2的最大上升位置；安装框架的中部则在运动支架2与底架1之间，与运动支架2有相互重叠的区域，用以限制运动支架2的最大下降位置。底架1对应安装框架的底部。

上方一组缓冲垫6设置于安装框架的顶部下端面；下方一组缓冲垫6设置于安装框架的中部上端面。所述的缓冲垫6为橡胶垫，可以有效吸收上下限位时的冲击，起到保护装置以及减少噪音的作用。

当车辆碾压踏板5时，运动支架2经过若干组导向轮3的导向，能够沿竖直方向平稳向下运动，带动液压缸7进行压油工作，直到落到下方一组缓冲垫6上停止。各组导向轮3分别固定在运动支架2上，能够沿安装框架内对应的竖直段运动。导向轮3是尼龙轮，本身具有吸震减噪保护装置的作用。每两组导向轮3成对布置，且这两组导向轮3朝着两个不同方向的设置，其中一组导向轮3朝着左方或右方，另一组导向轮3朝着前方或后方。这种布置方式能限制单方向冲击产生的位移，又能限制受力不平衡产生的弯矩。

当车辆离去后，运动支架2受到弹簧4的弹性力作用，向上拔起，带动液压缸7吸油，直到碰到上方一组缓冲垫6后停止，使踏板5随运动支架2上升并回复到初始位置。车辆连续驶过，实现吸油、压油的往复工作。

所述弹簧4的刚度为能使运动支架2和踏板5在最短时间内弹起的最小刚度。最短时间根据目标车辆两轮间隔与目标速度而定，保证在连续两次下压内都能有效工作。而最小刚度是为了避免汽车有限的机械能被弹簧吸收浪费，提高装置收集效率。

如图3所示，所述液压蓄能装置包含：蓄能器9、控制阀10、压力表11以及用于安装前述元件的支架8，另有高压油的油箱未在图中示出。当机械收集装置转换离散能量至液体动能后，高压油通过多个控制阀10（单向阀、电磁球阀等）的开闭控制，统一压入一组蓄能器9中，该组蓄能器9达到指定压力后再对另一组蓄能器9充液；如此交替往复，将离散液压动能转变为液压势能汇聚收集。

如图4所示，液压发电装置包含：发电机14、液压马达15、比例电磁阀16（或电磁球阀），以及用于安装前述元件的底架12和安装板13。液压发电装置将收集后的液压势能转变为液压动能，带动发电机14旋转，进而转换成电能输出。

发电过程如下，以恒流量控制所述液压蓄能装置的蓄能器9放液（由比例电磁阀16控制蓄能器9的放液速度），驱动液压马达15恒速旋转，进而由液压马达15带动发电机14发电，使发电机在高效工作区间内工作。对于液压发电装置而言，当一组蓄能器9充满后，即可进行发电。

发电得到的电能可以储存在蓄电池中，对整套控制系统进行供电或者用于输出。控制系统的控制柜由PLC系统搭建，实现对整套装置的开关控制、压力测量、流量反馈控制、计数统计等。

本发明的闲散动能发电系统，能够将车辆的闲散的机械能有序地收集、储存为液压势能，而后连续地进行发电。发电规模大，发电效率高。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种闲散动能发电系统，其特征在于，包含：

机械收集装置，在其被车辆碾压及车辆离开的过程中，将车辆的机械能转换为液压动能输出；

液压蓄能装置，其将所述机械收集装置收集的离散的液压动能，转变为液压势能，并进行汇聚收集；

液压发电装置，其将所述液压蓄能装置收集的液压势能，转变为液压动能并转换成电能输出；

控制系统，对与之连接的所述液压蓄能装置及液压发电装置进行控制；所述液压发电装置输出的电能储存在蓄电池中，对控制系统进行供电或者向闲散动能发电系统外部的器件输出；

所述液压蓄能装置进一步包含对机械收集装置收集的液压动能进行汇聚收集的多组蓄能器（9），经对应控制阀（10）的开闭控制，使高压油压入到其中一组蓄能器（9）中，并在这一组蓄能器（9）中的压力达到设定数值后，使高压油压入到另一组的蓄能器（9）中，使离散液压动能转变成的液压势能在多组蓄能器（9）中交替往复地汇聚收集并进行发电；

所述液压发电装置进一步包含：比例电磁阀（16）、液压马达（15）及发电机（14）；所述比例电磁阀（16）控制充满的任意一组蓄能器（9）恒流量放液，以驱动液压马达（15）旋转，并由液压马达（15）带动发电机（14）旋转进行发电。

2.如权利要求1所述的闲散动能发电系统，其特征在于，

所述机械收集装置，进一步包含：

踏板（5），其留在地面上，机械收集装置的其他部件埋入地面中；

运动支架（2），设置在踏板（5）下方，并与踏板（5）一起上下运动；

底架（1），设置在运动支架（2）下方；

液压缸（7），两端分别连接底架（1）及运动支架（2）；

弹簧（4），设置在底架（1）与运动支架（2）之间；

车辆碾压踏板（5）以使运动支架（2）向下运动的过程中，带动液压缸（7）进行压油；车辆离开踏板（5）后，弹簧（4）提供将运动支架（2）及踏板（5）弹起至初始位置的弹力，使得运动支架（2）向上运动的过程中，带动液压缸（7）进行吸油。

3.如权利要求2所述的闲散动能发电系统，其特征在于，

所述液压缸（7）两端通过关节轴承分别与底架（1）、运动支架（2）连接；所述液压缸（7）的缸筒底部连接在底架（1）上，液压缸（7）的活塞杆顶端连接在运动支架（2）下端。

4.如权利要求2所述的闲散动能发电系统，其特征在于，

所述机械收集装置还包含安装框架，

所述安装框架的顶部位于运动支架（2）与踏板（5）之间，且围绕在踏板（5）周边并与运动支架（2）有相互重叠的区域，对运动支架（2）的最大上升位置进行限制；

所述安装框架的中部位于运动支架（2）与底架（1）之间，并与运动支架（2）有相互重叠的区域，对运动支架（2）的最大下降位置进行限制；

所述安装框架的底部与底架（1）的位置相对应。

5.如权利要求4所述的闲散动能发电系统，其特征在于，

所述机械收集装置还包含一组上限位冲击吸收的缓冲垫，和一组下限位冲击吸收的缓冲垫；

所述上限位冲击吸收的缓冲垫设置在安装框架的顶部的下端面；所述下限位冲击吸收的缓冲垫设置在安装框架的中部的上端面。

6.如权利要求2所述的闲散动能发电系统，其特征在于，

所述弹簧（4）的刚度是能使运动支架（2）和踏板（5）在设定时间内弹起的最小刚度；所述设定时间是保证连续两次下压时机械收集装置都能够有效工作的最短时间。

7.如权利要求2~5中任意一项所述的闲散动能发电系统，其特征在于，

所述机械收集装置还包含若干组尼龙的导向轮（3），其分别固定在运动支架（2）上，并沿安装框架内对应的竖直段运动，使运动支架（2）经过导向轮（3）的导向能够沿竖直方向平稳向下运动。

8.如权利要求7所述的闲散动能发电系统，其特征在于，

每两组导向轮（3）成对布置，且这两组导向轮（3）朝着两个不同方向，其中一组导向轮（3）朝着左方或右方，另一组导向轮（3）朝着前方或后方。