CN107804152A - 一种新能源汽车的热能储能装置 - Google Patents

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熊三红
周畅
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K3/00—Arrangement or mounting of steam or gaseous-pressure propulsion units
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60N—SEATS SPECIALLY ADAPTED FOR VEHICLES; VEHICLE PASSENGER ACCOMMODATION NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

本发明提供一种新能源汽车的热能储能装置。它包括热能储能器、蒸汽发生器、控制器、蒸汽机、变速器、电控单元；所述热能储能器采用六层隔热高压结构，其从里向外依次为第一层至第六层，所述第一层为用于阻隔热辐射的不锈钢内壳，所述第二层为隔热材料，所述第三层为内衬套骨架，所述第四层为真空隔热层，所述第五层为真空外胆，所述第六层为外骨架；所述热能储能器还设置有用于加热纯净水的电热结构、及储能腔体，所述储能腔体用于容纳气态水。该储能装置设置有热能储能器，所述热能储能器采用六层隔热高压结构，通过将电能转化为高温高压的气态水实现储能，是一种高效能、无污染的新能源汽车用储能装置。

Description

一种新能源汽车的热能储能装置
技术领域
本发明涉及能量储存及转化技术领域，特别是一种高效能、无污染的新能源汽车的热能储能装置。
背景技术
储能器又称蓄能器，主要用于能量储存或能量转化，根据其介质形式可分为化学储能器、机械储能器、电化学能储能器、超级电容储能器以及燃料电池等等。
现在社会上新能源汽车用的储能器，以电化学能储能器—锂电池为主流，然而真正能做到零排放、无污染的，只有机械储能器和燃料电池，其他的储能器对环境或多或少都会带来污染。但是机械储能器的储能密度太低，或有些材料工艺没有突破，现在还没有实现商业化，如飞轮电池，高速旋转的飞轮材料要能承200000rpm的情况下的结构强度，正如燃料电池一样，该类储能器商业化还有很长的一段路要走。
发明内容
本发明的目的是针对现有新能源汽车用储能器主要以电化学能储能器—锂电池为主，不能做到零排放、无污染，或储能器能做到无污染，但储能密度低，或储能器能做到无污染，但工艺难度大的不足，提供一种新能源汽车的热能储能装置，该储能装置设置有热能储能器，所述热能储能器采用六层隔热高压结构，通过将电能转化为高温高压的气态水实现储能，是一种高效能、无污染的新能源汽车用储能装置。
为了解决上述现有技术问题,本发明的技术方案是:
本发明一种新能源汽车的热能储能装置，它包括热能储能器、蒸汽发生器、控制器、蒸汽机、变速器、电控单元；
所述热能储能器采用六层隔热高压结构，其从里向外依次为第一层至第六层，所述第一层为用于阻隔热辐射的不锈钢内壳，所述第二层为隔热材料，所述第三层为内衬套骨架，所述第四层为真空隔热层，所述第五层为真空外胆，所述第六层为外骨架；
所述热能储能器还设置有用于加热纯净水的电热结构、及储能腔体，所述储能腔体用于容纳气态水；
所述热能储能器的气态水为温度大于500℃的高温高压气态水；
所述热能储能器具有高压电输入端口、及用于直接加注高温高压气态水的加注口，所述热能储能器的气化水通过高压电输入端口采用外接高压电加热比热容大的纯净水获得，或通过加注口将已通过高温高压气化水生成装置加热比热容大的纯净水到规定的气化状态直接加注获得；
所述热能储能器与蒸汽发生器之间通过接口连接，所述接口上设置有电控单元，所述电控单元用于控制热能储能器中的气态水的排量、及蒸汽发生器的压力与温度。
所述蒸汽发生器设置有温度、压力传感器，所述控制器用于控制蒸汽发生器、电控单元。
工作过程：通过外电加热纯净水或直接加注的方式，热能储能器获得温度大于500℃以上的高温高压气态水实现储能过程，然后高温高压气态水通过接口进入蒸汽发生器，同时由电控单元控制热能储能器中的气态水的排量、蒸汽发生器的压力与温度，通过蒸汽发生器生成高压蒸汽，然后在控制器的控制下，高压蒸汽推动蒸汽机工作，蒸汽机的输出通过变速器控制传动比，最后驱动新能源汽车。
本发明一种新能源汽车的热能储能装置，其理论计算如下：
1、储能器的内存能量计算
1.1、介质比热容
水：4.2×103J/(kg℃)铁：0.46×103J/(kg℃)
计算公式Q＝cm△t
Q表示热量c表示比热容m表示质量△t表示变化的温度
Q吸＝cm(t-t0)
Q吸表示吸收的热量t表示末温t0表示初温
Q放＝cm(t0-t)
Q放表示放出的热量
设计一个壁厚15mm,390L的容器，
内空长×宽×高(cm)：12×13×0.25＝390L
内腔容积：390L
可装390升纯净水
水的临界温度：374℃
加热到：500℃
容器所吸热能不计
水加热到374℃所吸热能
Q1＝CM△t＝4.2×390×(374-40)＝547092kj.h/3600＝152kw.h
水的汽化热：P＝2260Kj/Kg
390Kg水汽化所吸热能
Q2＝PM＝2260x390＝881400kj.h/3600＝245kw.h
容器和水加热到500℃总贮热量
Q总1＝Q1+Q2＝152+245＝397kw.h
蒸汽的比热容是2.1Kj/(kg℃)
500℃的390Kg水蒸汽所吸热能
Q3＝390×2.1(500-374)＝390×2.1×126＝103194kj.h/3600＝29kw.h
1.2、总吸热量
Q总＝Q总1+Q3＝397+29＝426kw.h；
2、426kw.h的能量能产生的过热蒸汽
2.1、在0.5Mpa,450℃状态下，1立方米过热蒸汽质量约为1.51kg
则，390Kg的水能产生的过热蒸汽：390/1.51＝258278L过热蒸汽
“1MPa”的压强，需在1平方厘米的面积上，施加的压力约是10公斤
设定每个工作气缸容积：0.5L
上止点空余容积：0.15L
活塞行程：10cm
四只缸
每个活塞面积：S＝0.5×100平方厘米＝50平方厘米
每个活塞压力：(0.5-0.1)×10×50＝200Kgf
每转有二个气缸工作，则总压力：F＝200×9.8×2＝3920N
则扭矩：P＝3920×0.05＝196Nm
2.2、在0.8Mpa,450℃状态下，1立方米过热蒸汽质量约为2.4kg则，390Kg的水能产生的过热蒸汽：390/2.4＝162500L过热蒸汽设定每个工作气缸容积：0.5L
上止点空余容积：0.15L
活塞行程：10cm
四只缸
每个活塞面积：S＝0.5×100平方厘米＝50平方厘米
每个活塞压力：(0.8-0.1)×10×50＝350Kgf
每转有二个气缸工作，则总压力：F＝350×9.8×2＝6860N
则扭矩：P＝6860×0.05＝343Nm
2.3、蒸汽机工作所需饱和蒸汽
蒸汽机每转的平均工作进气量：0.15×2＝0.3L
转速按平均2200rpm计，一小时所需蒸汽量：
V＝0.3×2200×60＝39600L
a、0.5Mpa,450℃状态下
那么258278L过热蒸汽可工作时间：258278/39600＝6.5h
b、0.8Mpa,450℃状态下
那么162500L过热蒸汽可工作时间：162500/39600＝4.1h
2.4、外接充电能计算
设定用20分钟给容器加热426kw.h
充电桩的输出功率：W＝426×6/2＝1278Kw
设定充电电压为：V＝2KV
则充电电流：A＝1278/2＝639A。
本发明一种新能源汽车的热能储能装置,其有益效果有：
1、采用六层隔热高压结构，能量转化率高、损耗小，是一种高效能的能量储存装置；
2、通过纯净水介质实现能量储存和转化，能做到零排放、无污染，环保性好，具有广阔的应用前景；
3、该储能装置结构稳定、性能可靠，材质工艺没有技术瓶颈，储能装置适于工业化生产。
附图说明
图1，为本发明一种新能源汽车的热能储能装置的结构示意图；
图2，为本发明一种新能源汽车的热能储能装置的热能储能器的截面图；
图3，为图2中A处的局部放大图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明：
实施例：
本发明一种新能源汽车的热能储能装置，它包括热能储能器1、蒸汽发生器2、控制器3、蒸汽机4、变速器5、电控单元6；
所述热能储能器采用六层隔热高压结构，其从里向外依次为第一层至第六层，所述第一层11为用于阻隔热辐射的不锈钢内壳，所述第二层12为隔热材料，所述第三层13为内衬套骨架，所述第四层14为真空隔热层，所述第五层15为真空外胆，所述第六层16为外骨架；
所述热能储能器还设置有用于加热纯净水的电热结构、及储能腔体，所述储能腔体用于容纳气态水；
所述热能储能器的气态水为温度大于500℃的高温高压气态水；
所述热能储能器具有高压电输入端口、及用于直接加注高温高压气态水的加注口，所述热能储能器的气化水通过高压电输入端口采用外接高压电加热比热容大的纯净水获得，或通过加注口将已通过高温高压气化水生成装置加热比热容大的纯净水到规定的气化状态直接加注获得；
所述热能储能器的气化水采用外电加热比热容大的纯净水获得；
所述热能储能器1与蒸汽发生器2之间通过接口连接，所述接口上设置有电控单元6，所述电控单元6用于控制热能储能器中的气态水的排量、及蒸汽发生器的压力与温度；
所述蒸汽发生器2设置有温度、压力传感器，所述控制器3用于控制蒸汽发生器2、电控单元6。
工作过程：通过外电加热纯净水或直接加注的方式，热能储能器1获得温度大于500℃以上的高温高压气态水实现储能过程，然后高温高压气态水通过接口进入蒸汽发生器2，同时由电控单元6控制热能储能器1中的气态水的排量、蒸汽发生器2的压力与温度，通过蒸汽发生器2生成高压蒸汽，然后在控制器3的控制下，高压蒸汽推动蒸汽机4工作，蒸汽机4的输出通过变速器5控制传动比，最后驱动新能源汽车。
以上已将本发明做一详细说明，以上所述，仅为本发明之较佳实施例而已，当不能限定本发明实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖范围内。

Claims (5)

1.一种新能源汽车的热能储能装置，其特征在于，它包括热能储能器、蒸汽发生器、控制器、蒸汽机、变速器、电控单元；
所述热能储能器采用六层隔热高压结构，其从里向外依次为第一层至第六层，所述第一层为用于阻隔热辐射的不锈钢内壳，所述第二层为隔热材料，所述第三层为内衬套骨架，所述第四层为真空隔热层，所述第五层为真空外胆，所述第六层为外骨架；
所述热能储能器还设置有用于加热纯净水的电热结构、及储能腔体，所述储能腔体用于容纳气态水。
2.如权利要求1所述的一种新能源汽车的热能储能装置，其特征在于，所述热能储能器的气态水为温度大于500℃的高温高压气态水。
3.如权利要求1所述的一种新能源汽车的热能储能装置，其特征在于，所述热能储能器具有高压电输入端口、及用于直接加注高温高压气态水的加注口，所述热能储能器的气化水通过高压电输入端口采用外接高压电加热比热容大的纯净水获得，或通过加注口将已通过高温高压气化水生成装置加热比热容大的纯净水到规定的气化状态直接加注获得。
4.如权利要求1所述的一种新能源汽车的热能储能装置，其特征在于，所述热能储能器与蒸汽发生器之间通过接口连接，所述接口上设置有电控单元，所述电控单元用于控制热能储能器中的气态水的排量、及蒸汽发生器的压力与温度。
5.如权利要求1所述的一种新能源汽车的热能储能装置，其特征在于，所述蒸汽发生器设置有温度、压力传感器，所述控制器用于控制蒸汽发生器、电控单元。
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