CN106130408A - 一种混合式汽车节能供电系统 - Google Patents

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程杰
宋文武
杨逢瑜
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张毅鹏
邓育轩
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Abstract

本发明公开了一种混合式汽车节能供电系统。包括安装设置于汽车结构内的温差发电机和电源管理模块，温差发电机的半导体温差发电模块高温端设置在汽车发动机和发动机尾气排气管，半导体温差发电模块低温端设置在车内环境温度低温冷却水道；温差发电机与辅助电池充电连接，辅助电池通过电源管理模块与汽车用电设备控制连接；本发明还设置了外置独立的或固定连接的手摇发电机。本发明能够对汽车废气热能高效利用，通过智能化汽车电源管理模块更好的管理电源和减少蓄电池的工作过载负荷问题，手摇发电机的添加解决了汽车电池应急用电问题的问题。

Description

一种混合式汽车节能供电系统
技术领域
本发明属于汽车车载电力系统设计技术领域，尤其属于汽车供电系统设计技术领域，特别涉及一种混合式汽车节能供电系统。
背景技术
随着材料技术的发展及热利用效率的提高，利用热电材料将热能转换为电能的新型温差发电技术日渐成熟。汽车发动机尾气带走的大约占总能量40％的能量，冷却系统还有约占总能量30％的能量，解决汽车发动机尾气和冷却系统的能源浪费和气体污染问题，温差发电是一正在高速发展的领域。汽车温差发电技术涉及到热电能转换效率问题，现阶段温差发电模块布置方式主要采用平铺式温差发电结构与圆桶式发电机结构，由NP型连接构成的温差发电模块，经过串并联方式贴合在排气管或发动机上，组成了热电转换系统。但由于发电系统装置结构复杂，效率较低，实际效果并不理想。同时，在汽车的结构上也存在以下几个问题：没有根据发动机排气的特点来设计温差发电装置结构，使得现有的温差发电装置效率低下；汽车电源无科学化的管理和应用，传统汽车重在对汽车设备功能的智能化，对汽车电源的自能化管理较少重视，汽车的充、蓄、用电存在不合理和浪费；汽车电池负荷过大，当汽车的各个设备长期处于超功率的状态时，会极大的减少其仪器的使用寿命；汽车突然缺电的问题。当汽车的待机设备用了较多的电能时，汽车电源低于一定阀值时，发动机将无法启动。
发明内容
本发明根据现有技术的不足公开了一种混合式汽车节能供电系统。本发明要解决的问题是提供一种具有多功能充电结构、能够进一步充分利用余热发、充电的混合式汽车节能供电系统。
本发明通过以下技术方案实现：
混合式汽车节能供电系统，包括安装设置于汽车结构内的温差发电机和电源管理模块，其特征在于：
所述温差发电机的半导体温差发电模块高温端设置在汽车发动机和发动机尾气排气管，半导体温差发电模块低温端设置在车内环境温度低温冷却水道；温差发电机与辅助电池充电连接，辅助电池通过电源管理模块与汽车用电设备控制连接；
所述电源管理模块包括功率输出单元、微控制器、开关输入单元、传感器输入单元和CAN总线接口；所述的功率输出单元的电源输入端连接汽车蓄电池和辅助电池，电源输出端连接汽车上的用电设备，功率输出单元的信号输入端连接微控制器的信号输出端，微控制器的输入端分别通过开关输入单元、传感器输入单元和CAN总接线口连接汽车的控制开关、传感器和CAN总线。
本发明所述汽车蓄电池还可以连接外置的手摇发电机或固定连接的手摇发电机。
所述温差发电机温差发电机的低温端和高温端各自贴合在汽车冷却室和汽车发动机室、尾气管道上，热量传到流动的传热介质上，低温端保持相对低温，从而分别构成温差发电机的冷端和热端，利用其温差发电，从而利用富余的热能。
传统的汽车和利用温差发电机的设备，都是采用了单一的热源来发电。本发明采用同时利用两个热源的温差发电机，极大地提高了热能的利用率，增加了发电量；传统的汽车都是单一电池，同时也没有考虑到汽车电池突然缺电的问题，在本发明中在汽车蓄电池上设计添加了一个人为供电的手摇发电机，避免了汽车突然缺电的发生；在传统的汽车上，没有考虑到汽车电池负荷和电能协调充分利用，造成浪费，并常常造成汽车负荷过载的问题，本发明加入了智能化的电源控制器，对汽车蓄电池和辅助电池进行电能的合理规划，减少了电能的浪费和电池超额功率工作。
本发明能够对汽车废气热能高效利用，通过智能化汽车电源管理模块更好的管理电源和减少蓄电池的工作过载负荷问题，手摇发电机的添加解决了汽车电池应急用电问题的问题。
附图说明
图1是本发明温差发电机布置结构示意图；
图2是本发明手摇发电机结构原理示意图；
图3是本发明电源管理模块连接结构示意图。
图中，1是发动机室，2是高温膜层，3是尾气管道，4是高温陶瓷板，5是P型半导体，6是N型半导体，7是温差发电机负极，8是低温膜层，9是辅助设备，10是电源管理模块,11是用电设备，12是汽车蓄电池，13是手摇发电机，14是辅助电池，15是冷却室，16是温差发电机正极，17是低温陶瓷板，18是铜板，10-1是20A输出电路，10-2是3A输出电路，10-3是微控制器，10-4是开关输出单元，10-5是传感器输入单元，10-6是CAN总线接口,10-7是继电器，13-1是下线圈，13-2是小转动盘，13-3是大转动盘，13-4是把手，13-5是磁体,13-6是上线圈，13-7是手摇发电机负极，13-8是手摇发电机正极。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进一步说明，具体实施方式是对本发明原理的进一步说明，不以任何方式限制本发明，与本发明相同或类似技术均没有超出本发明保护的范围。
结合图1至图3。
本发明混合式汽车节能供电系统包括安装设置于汽车结构内的温差发电机和电源管理模块。
其中温差发电机的半导体温差发电模块高温端设置在汽车发动机和发动机尾气排气管，半导体温差发电模块低温端设置在车内环境温度低温冷却水道；温差发电机与辅助电池充电连接，辅助电池通过电源管理模块与汽车用电设备控制连接；
电源管理模块包括功率输出单元、微控制器、开关输入单元、传感器输入单元和CAN总线接口；所述的功率输出单元的电源输入端连接汽车蓄电池和辅助电池，电源输出端连接汽车上的用电设备，功率输出单元的信号输入端连接微控制器的信号输出端，微控制器的输入端分别通过开关输入单元、传感器输入单元和CAN总接线口连接汽车的控制开关、传感器和CAN总线。
本发明汽车蓄电池还可以连接外置手摇发电机或固定连接的手摇发电机。
本发明温差发电机的低温端和高温端各自贴合在汽车冷却室和汽车发动机室、尾气管道上，热量传到流动的传热介质上，低温端保持相对低温，从而分别构成温差发电机的冷端和热端，利用其温差发电，从而利用富余的热能。
本发明温差发电机结合2个热源和1个冷源。半导体温差发电模块高温设置在汽车发动机、和发动机尾气排气管；低温设置在车内环境温度低温处冷却水道。
如图1、图2、图3所示，以下分别对各结构进行说明。
发动机室1：汽车行驶时，燃料在该装置中燃烧，为高温膜层2提供热源和尾气管道3提供热气。
高温膜层2：该装置是将发动机室1和尾气管道3的热量传出。
尾气管道3：该装置用于排泄尾气。
高温陶瓷板4：该装置是将高温膜层2的热量均衡传出，为温差发电机提供热源。
P型半导体5：该装置是温差发电机产生电动势的材料。
N型半导体6：该装置是温差发电机产生电动势的材料。
温差发电机负极7：该装置将温差发电机的电源流出，汇入辅助电池14。
冷端膜层8：该装置经冷却室15冷却，成为温差发电机冷端。
辅助设备9：辅助电池14经微控制器10-3对该设备供电，减少汽车蓄电池12功耗。
电源管理模块10：该设备对辅助电池14和汽车蓄电池12进行电能的合理分配和管理。
用电设备11：辅助电池9和汽车蓄电池12由电源管理模块10管理控制并对其供电。
汽车蓄电池12：汽车自带常规蓄电池，并能与手摇发电机13充电连接，同时由汽车常规发电机充电；该装置与电源管理模块10控制连接并提供电源。
手摇发电机13：用于对汽车蓄电池12补充电能。
辅助电池14：通过温差发电机L-7和温差发电机L+16的电能输入辅助电池14，并由电源管理模块10控制对辅助设备9和用电设备11供电。
冷却室15：用于使冷端膜层8冷却保持恒低温。
温差发电机正极16：用于将温差发电机的电源输出，汇入辅助电池14。
低温陶瓷板17：该装置使温差发电机的低温端保持相对低温。
20A输出电路10-1：用于大功率的用电设备。
3A输出电路10-2：用于小功率的用电设备。
微控制器10-3：可控制用电设备11、20A输出电路10-1、3A输出电路10-2和辅助设备9；由CAN总线接口10-6和开关输出单元10-4控制该装置实现了设备控制。
开关输出单元10-4：用于传感器输入单元10-5获得信息，对微控制器10-3控制。
传感器输入单元10-5：汽车的传感器信息汇入该装置。
CAN总线接口10-6：用于继电器10-7通过该装置对微控制器10-3反馈调节控制。
继电器10-7：该装置接受汽车蓄电池12、20A输出电路10-1和3A输出电路10-3的反馈信息，对CAN总线接口10-6下达控制指令。
下线圈13-1：该装置是手摇发电机13的上部线圈，并连接到手摇发电机负极13-7。
小转动盘13-2：该装置作为连接板，带动磁体13-5做切割磁感线运动。
大转动盘13-3：该装置作为连接板，带动小转动盘13-2转动。
把手13-4：用于人转动带动大转动盘13-3的转动。
磁体13-5：该装置是手摇发电机13的放电磁铁。
上线圈13-6：该装置是手摇发电机13的下部线圈，并连接到手摇发电机正极13-8。
手摇发电机负极13-7：该装置是手摇发电机13的电源负极输出口。
手摇发电机正极13-8：该装置是手摇发电机13的电源正极输出口。
本发明装置在汽车正常工作时，在发动机室1产生高温的热气，一部分传热给高温膜层2，一部分由尾气管道3排出。尾气管道3的热气继续传热给高温膜层2，再均衡地传导给高温陶瓷板4，给温差发电机提供热源，同时，在冷却室15的作用下，冷端膜层8和低温陶瓷板7恒为低温。在温差发电机的内部，P型半导体5和N型半导体6由于两端温度不同，有温度差从而产生电动势，温差发电机的电源再通过温差发电机负极7和温差发电机正极16由铜板18串联输入辅助电池14。
辅助电池14和汽车蓄电池12的电能由电源管理模块10统一分配。在汽车正常行驶时，辅助电池14对辅助设备9供电，20A的输出电路10-1、3A的输出电路10-2、微控制器10-3和继电器10-7由汽车蓄电池12供电。汽车的传感信息由开关输出单元10-4反馈给传感器输入单元10-5，回执给微控制器10-3，控制20A的输出电路10-1和3A的输出电路10-2。同时，20A的输出电路10-1和3A的输出电路10-2的信息回执给继电器10-7，再由CNA总线接口10-6控制微控制器10-3。由此电源控制模块10器实现了电能的节约和减少了汽车蓄电池的工作损耗。
在汽车缺电时，手摇发电机13由人为机械发电补充汽车蓄电池12，使的汽车可以正常启动。
传统的汽车和利用温差发电机的设备，都是采用了单一的热源来发电。本发明设计中同时利用两个热源继续温差发电，极大地提高了热能的利用率，增加了发电量。
传统的汽车都是单一电池，同时也没有考虑到汽车电池突然缺电的问题，在本设备中在汽车蓄电池作为主电池设计，并添加了一个人为蓄电的手摇发电机，解决了应急状态的供电问题。
在传统的汽车上，没有考虑到汽车电池负荷和电能的无故浪费问题，因而造成了电源的浪费以及汽车负荷过载的问题。在本发明设计中，加入了电源控制模块，对汽车蓄电池和辅助电池进行电能的合理规划，减少了电能的浪费和电池超额功率工作。

Claims (3)

1.一种混合式汽车节能供电系统，包括安装设置于汽车结构内的温差发电机和电源管理模块，其特征在于：
所述温差发电机的半导体温差发电模块高温端设置在汽车发动机和发动机尾气排气管，半导体温差发电模块低温端设置在车内环境温度低温冷却水道；温差发电机与辅助电池充电连接，辅助电池通过电源管理模块与汽车用电设备控制连接；
所述电源管理模块包括功率输出单元、微控制器、开关输入单元、传感器输入单元和CAN总线接口；所述的功率输出单元的电源输入端连接汽车蓄电池和辅助电池，电源输出端连接汽车上的用电设备，功率输出单元的信号输入端连接微控制器的信号输出端，微控制器的输入端分别通过开关输入单元、传感器输入单元和CAN总接线口连接汽车的控制开关、传感器和CAN总线。
2.根据权利要求1所述的混合式汽车节能供电系统，其特征在于：所述汽车蓄电池还可以连接外置手摇发电机或固定连接的手摇发电机。
3.根据权利要求2所述的混合式汽车节能供电系统，其特征在于：所述温差发电机的低温端和高温端各自贴合在汽车冷却室和汽车发动机室、尾气管道上，分别构成温差发电机的冷端和热端。
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