CN106240382A - 提升纯电动汽车续航里程的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明名称为提升纯电动汽车续航里程的方法。大多数电动汽车的续航里程只在150公里上下，这样的续航里程完全不能够满足用户的用车需求。之所以将电动汽车行驶里程设计得较短，很大一方面的原因在于电池的成本问题。因此，要想生产一辆能够与汽油车一较高下的电动汽车，又不能在价格上比同类型汽油车高得离谱，就成了发展电动汽车的关键问题。本发明利用万向风车的水平轴形式，将电动汽车在行进中产生的风能转换成电能，再把此电能反馈回电动汽车的输入端，形成正反馈效应，从而提高纯电动汽车的续航里程。微型风力发电机底盘上安装有轴承，在电动汽车车速较低或停车期间，可自动或手动改变微型风力发电机的对风方向，给蓄电池充电。
Description
技术领域
本发明涉及纯电动汽车制造领域，特别是涉及一种提升纯电动汽车续航里程的方法。
背景技术
谈到电动汽车时，通常都会面对这样的问题：“电动汽车能跑多远？”因为在大多人的眼中，纯电动的交通工具，诸如电动摩托或者电瓶车，往往只能行驶很短的距离。
事实也是如此。相比能轻轻松松行驶500多公里的汽油车，大多数电动汽车的续航里程在150公里上下，达到500公里续航里程的，仅有特斯拉Model S一款，这样的续航里程完全不能够满足用户的用车需求。另外，到底为什么大部分厂家都要把电动汽车的里程设计得这么短，也是人们常常思考的问题。
将电动汽车行驶里程设计得较短，很大一方面的原因在于电池的成本问题。做一个简单的计算：目前市面上的动力电池(以磷酸铁锂电池为例)，每一度电大概需要3000元左右，续航150公里的电动汽车大概需要24度电左右，总价格约为7万元。也就是说，你买一辆续航里程150公里左右的电动汽车，其中7万元是花在了电池上。因此，对于车企来说，要想生产一辆能够与汽油车一较高下的电动汽车，首先在价格上不能比同类型汽油车高得离谱。所以，如果一辆车装备了过多的电池，这辆电动汽车即使跑得再远，消费者也很难接受。
2015年纯电动汽车续航里程排名：
| 名次 | 纯电动汽车品牌车型 | 纯电动汽车续航里程(公里) |
| 1 | 比亚迪E6 | 300 |
| 2 | 腾势电动汽车 | 300 |
| 3 | 江淮何悦iEV5 | 200 |
| 4 | 辰起晨风电动车 | 160-180 |
| 5 | 长安E30 | 160 |
| 6 | 本田飞度EVCONCEDT | 150 |
| 7 | 赛欧SPRINGD2010 | 130 |
| 8 | 上汽荣威E50 | 120 |
由此可以看出，提升纯电动汽车的续航里程意义十分重大，是发展电动汽车的关键，如果不能把纯电动汽车一次充电的行驶里程增加到接近汽油车的水平，那么，让人们使用电动汽车来节能减排，保护地球家园，就将是十分困难的工作。
具报道，美国有个叫作Robert Yost的工程师设计了一种风力发电装置——MicroCube，并装在了一辆福特C-Max Energi上，表示能够大幅度提升电动车的续航里程。
这个叫做MicroCube的发电装置其实是一套「小型风扇+发电机」的组合，能够输出三相交流电，之后转换成直流电给电池组充电。
从美国专利商标局(USPTO)查到了关于这套装置的结构图。在登记的信息中，该专利的名字为：「Modular micro wind turbine」(以上内容来源于网络)
通过对这一专利结构图的分析，可以看到其使用的风力发电的风车不过是阻力型的风车，其效率不会高于15％，这就大大的削弱了这一装置的实际效果，甚至其实用性都受到怀疑。在这一提升电动车的续航里程系统中，风车效率大于30％才可能显示出其提升纯电动汽车续航里程的效果。另外，该风力发电机的输出端与蓄电池的输出端两者的连接，只是为了使发电机转换成直流电给电池组充电，是并联，这就不会产生正反馈效应。
本发明专利则采用效率更高的万向风车作为风力发电的核心部件，利用万向风车的水平轴形式，完成电动汽车在行进中所形成的风力的风电转换，并把转换的电能正反馈给电动汽车，产生正反馈效应，一定会大大提高纯电动汽车的续航里程。在车辆行驶速度较低或停车时，可通过微型风力发电机底盘上的转动轴承，自动或手动改变风车的对风方向，让其始终朝着风速最大的方向，给蓄电池充电。
发明内容
一.机械结构
本发明方法中的微型风力发电机部分(实际就是去掉调桨长的万向风车的叶桨伸缩功能和其控制部分，加上风力发电机底盘和底盘的转动轴承构成)，风车由支架、叶桨、叶桨头、转轴四部分组成。2～4个叶桨均匀分布在转轴周围，叶桨通过叶桨头固定在支架上，叶桨横截面的翼型为带弯度的机翼型，风车支架固定在微型风力发电机转子外壳上，发电机定子转轴由外壳上的支架支撑固定，转轴与风车支架旋转面垂直，与风向平行。叶桨可通过叶桨头上的三个相应转轴调节叶桨的倾斜度(α)、偏心度(β)、安装攻角(γ)。
叶桨的展向相对于风车转轴有一定倾斜角度，叶桨展向轴线与支架旋转面的夹角定义为叶桨倾斜度(α)，用角度表示。因为本发明应用了万向风车的水平轴形式，转轴与风向平行，所以倾斜度(α)在0～30度之间均可。
叶桨的压力线与转轴之间的偏离距离与其最大偏离距离的比值定义为偏心度(β)，用百分数表示。偏心度(β)的大小与叶桨攻角和叶桨受到风力作用时产生的启动转矩和转动转矩以及扫风面积有关，偏心度(β)大，产生的启动转矩和转动转矩就大，而扫风面积减少。
翼型弦线与气流方向的夹角定义为叶桨攻角，它与飞机机翼的迎角相当。风车静止时翼型弦线与水平方向的夹角定义为安装攻角(γ)，用角度表示。所以，叶桨攻角是由安装攻角(γ)和随风速的变化而不断变化的可变攻角两部分组成的。适当改变安装攻角(γ)，可使叶桨攻角处于最佳状态，即使在风车运行中也不超过失速攻角，使风车效率系数最佳。
风车在静态时，因为叶桨通过叶桨头固定在支架上且有一定安装攻角(γ)，就使其迎风面与风向产生一定倾斜(像螺旋桨风车一样)，就产生了启动分力使风车旋转。
风车旋转起来以后，因为风车的叶桨是带弯度的机翼型，固定在支架上时有一定偏心度(β)，根据空气动力学原理，叶桨上就会产生升力，那么升力就被分解成平行于旋转平面的分力和垂直于旋转平面的分力。平行于旋转面的分力，就会产生使支架旋转的力矩，从而加快风车旋转；垂直于旋转面的分力与支架的杠杆作用和偏心度(β)的作用一起，也形成旋转的力矩，也加快风车的旋转；风车旋转的加快，使升力增加，又促使旋转的力矩增大，使风车旋转得更快……，这样就形成了正反馈，产生正反馈效应，提高了风车效率。
风车支架安装在微型风力发电机的转子外壳上(与一般风力发电机相反，内部为定子，外部是转子)，定子装有励磁线圈，定子装有输出端子，用导线将发电机发出电能的输出端和蓄电池的输出端以串联形式连接于纯电动汽车的输入端，并在蓄电池和风力发电机之间装有单向阀，用以保证反馈为正反馈。
微型风力发电机安装于圆形的大外壳内，大外壳安装在底盘上，底盘上装有轴承使风力发电机可自由转动对风方向，在车辆行驶速度较低或停车时，自动或手动改变风车的对风方向，让风车始终朝着风速最大的方向，并切换发电机与蓄电池的连接方向，让发电机给蓄电池充电。
二.工作原理
打开电源开关，让电动汽车的蓄电池给电动机供电，那么，电动机就开始旋转。电动机的旋转就带动了车轮旋转，使汽车开始启动行驶。电动汽车行驶起来以后，就会使汽车与周围空气产生相对运动，从而形成了风。如果此时让风车利用这个风来发电，并把发出的电按正反馈形式接回到电动汽车的蓄电池输出端，这就形成了闭环正反馈，而产生的正反馈效应就会提升纯电动汽车的续航里程。
电动汽车应用风力发电的反馈回路后，系统方块图如附图3所示；
参见附图3，我们设：P1为输入(假设为电压或电流信号)；P2为输出(假设为电压或电流信号)；K为不加反馈时的放大倍数；图中β为正反馈系数，那么，可以得出如下的等式：
P2＝(P1+P2β)K…………(1)
(1-Kβ)P2＝K P1…………(2)
P2/P1＝K/(1-Kβ)…………(3)
其中P2/P1可看成是闭环系统的效益。对于电动汽车而言，可看成为实际续航里程和蓄电池所蓄电能相对应的续航里程的比值，现用(Q)表示。
由式3可以看到，比值(Q)与K、β均有关。K为不加正反馈时的放大倍数，β为正反馈系数。从式(3)还可以看出，当K＝β＝1时，P2/P1比值(Q)将趋于∞。
毫无疑问，我们可以用数学方法描绘出比值(Q)与K、β之间的关系。
为了简单直观的看一下比值(Q)与K、β之间的关系，我们假设K为0，1、0.3、0.5时，β也为0.1、0.3、0.5，那么，比值(Q)应为多少？
计算结果如下：
表格中间的数据为该电子线路加了正反馈后的P2/P1比值(Q)。
由表中可见，P2/P1比值(Q)与K、β都有关系，K、β增大效率增大。如果设K、β均为0.5，那么加了正反馈与没加正反馈相比，P2/P1比值(Q)增加了33.32％；如果设K为0.3，β为0.5，则加了正反馈与没加正反馈相比，P2/P1比值(Q)增加17.67％；
如将k看做纯电动汽车的能量转换效率，将β看成反馈回路风车的能量转换效率，那么，P2/P1比值(Q)与K、β的关系表格于下表所示：
由表中可以看到，如果把K、β看成为电动汽车和风车的效率，那么，只有在表中具有底纹的数字显示的部分才会使提升纯电动汽车的续航里程的方法可以显示出效果；其他数字部分将没有效果或者得不偿失。而我们当前的电动汽车和风车的现有技术水平只在无底纹数字部分，希望本发明专利应用万向风车的水平轴形式作为反馈回路能够冲入有底纹数字区域。
如果K、β增大到一定程度，P2/P1的比值(Q)大于1，此时，有点像一个国外故事中所说的那样：一队士兵齐步走通过一座桥梁，由于步伐的频率与桥梁的固有频率相同而发生共振，从而使桥梁崩塌的现象差不多，此时输入输出已不成比例，这一切还有待实践的检验，如可行或许能提升3-4倍的续航里程。
附图说明
图1是风车顶视图其中：1叶桨；2微型风力发电机；3支架；4叶桨头；
图2是风车侧视图其中：1叶桨；2微型风力发电机；3叶桨头；
图3是纯电动汽车加入风力发电的反馈回路后的系统方块图
图4是微型风力发电机立体图其中：1外壳；2风力发电机；3底盘；4风电机支架；
具体实施方式
参见附图1、2、3。
用合金铝、玻璃钢、不锈钢薄板等制成叶桨，用碳钢或不锈钢制造叶桨头，然后将叶桨与叶桨头按图示装在发电机转子外壳上(注意叶桨的旋转方向和偏心度(β)的方向)。用薄钢版制成整机的外壳和底盘，底盘下装有轴承，再将微型风力发电机装于汽车顶部或其他部位，用导线将发电机发出电能的输出端和蓄电池的输出端以串联形式连接于纯电动汽车的输入端，并在蓄电池和风力发电机之间装有单向阀，用以保证反馈为正反馈。
Claims (7)
1.本方法中的风车由支架、叶桨、叶桨头、转轴四部分组成。2～4个叶桨均匀分布在转轴周围，叶桨通过叶桨头固定在支架上，叶桨横截面的翼型为带弯度的机翼型，支架固定在风力发电机转子外壳上，发电机定子转轴与支架旋转平面垂直，与风向平行；叶桨可通过叶桨头上的三个相应转轴调节叶桨的倾斜度(α)、偏心度(β)、安装攻角(γ)；当蓄电池给电动汽车供电并行驶起来以后，就会使汽车与周围空气产生相对运动，从而形成风；如果此时让风车利用这个风来发电，并把发出的电按正反馈形式接回到电动汽车的蓄电池输出端，这就形成了闭环正反馈，而产生的正反馈效应就会提升纯电动汽车的续航里程。
2.叶桨的展向相对于风车转轴有一定倾斜角度，叶桨展向轴线与支架旋转面的夹角定义为叶桨倾斜度(α)，用角度表示；因为本发明应用了万向风车的水平轴形式，转轴与风向平行，所以倾斜度(α)在0～30度之间均可。
3.叶桨的压力线与转轴之间在径向上的偏离距离与其最大偏离距离的比值定义为偏心度(β)，用百分数表示；偏心度(β)的大小与叶桨攻角和叶桨受到风力作用时产生的启动转矩和转动转矩以及扫风面积有关，偏心度(β)大，产生的启动转矩和转动转矩就大，而扫风面积减少。
4.翼型弦线与气流方向的夹角定义为叶桨攻角，它与飞机机翼的迎角相当；风车静止时翼型弦线与水平方向的夹角定义为安装攻角(γ)，用角度表示；所以，叶桨攻角是由安装攻角(γ)和随风速的变化而不断变化的可变攻角两部分组成的，适当改变安装攻角(γ)，可使叶桨攻角处于最佳状态，即使在风车运行中也不超过失速攻角，使风车效率系数最佳。
5.风车在静态时，因为叶桨通过叶桨头固定在支架上且有一定安装攻角(γ)，就使其迎风面与风向产生一定倾斜(像螺旋桨风车一样)，从而产生启动分力使风车旋转；风车旋转起来以后，因为风车的叶桨是带弯度的机翼型，固定在支架上时有一定偏心度(β)，根据空气动力学原理，叶桨上就会产生升力，此升力在支架的杠杆作用和偏心度(β)的共同作用下，就会产生使支架旋转的力矩，从而加快风车旋转；风车旋转的加快，使升力增加，又促使旋转的力矩增大，使风车旋转得更快，这样就形成了正反馈，提高了风车效率。
6.风车支架安装在微型风力发电机的转子外壳上(与一般风力发电机相反，内部为定子，外部为转子)，定子装有励磁线圈，定子装有输出端子，用导线将发电机发出电能的输出端和蓄电池的输出端以串联形式连接于纯电动汽车的输入端，并在蓄电池和风力发电机之间装有单向阀，用以保证反馈为正反馈。
7.微型风力发电机安装于圆形的大外壳内，大外壳安装在底盘上，底盘上装有轴承使风力发电机可自由转动其对风方向；在车辆行驶速度较低或停车时，自动或手动改变风车的对风方向，让风车始终朝着风速最大的方向，并切换发电机与蓄电池的连接方向，让发电机给蓄电池充电。
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| CN107253443A (zh) * | 2017-06-06 | 2017-10-17 | 深圳市奈士迪技术研发有限公司 | 一种新能源汽车 |
| CN107253443B (zh) * | 2017-06-06 | 2019-05-03 | 海南盛轩辕实业有限公司 | 一种新能源汽车 |
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