CN109989790A - 一种太阳能-自由活塞直线电机蓄电储能系统 - Google Patents

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张红光
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Abstract

一种太阳能‑自由活塞直线电机蓄电储能系统，属于能源动力领域。控制系统根据外接温度传感器感应外界温度，调节太阳能电池板对蓄电池蓄电与直线电机工作状态相匹配。直线电机为两用直线电机，既可以作为电动机压缩空气储能，又可以作为发电机进行发电：太阳能电池板在强光下将电量输送到蓄电池与直线电机压缩空气储能，在弱光下供给蓄电池蓄电；在太阳能电池板不工作时直线电机又可作为发电机进行发电供给蓄电池蓄电。此系统可以增加电动车续航里程，又能够充分利用太阳能，减少化石燃料的使用；同时，可以减少充电桩的数量及土地占用面积，为电动车发展节约成本。

Description

一种太阳能-自由活塞直线电机蓄电储能系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能-自由活塞直线电机蓄电储能系统，属于能源动力领域。
背景技术
近几年，我国纯电动汽车的保有量从2014年的8万辆迅速增加至2018年的211万辆，增长速度非常迅猛。如今电动车逐渐走入大众的视野，已经成为人们出行首选的交通工具。然而，随着人们对电动车认可度的逐渐升高，电动车的一些弊端也逐渐显露出来，如其续航里程不足，充电时间过长，配套充电桩不完善，维护成本过高等。因此，如何解决电动车续航里程，节约成本，方便人们出行已经成为遏制电动车发展的瓶颈。为了解决这一系列的问题，本发明提出一种太阳能-自由活塞直线电机蓄电储能系统，解决其续航里程不足等缺陷。
发明内容
本发明为了解决电动车充电时间过长、维护成本过高等问题，提出了一种太阳能-自由活塞直线电机蓄电储能系统。
为了实现上述技术目标，本发明采用如下的技术解决方案：
一种太阳能-自由活塞直线电机蓄电储能系统。如图1所示，主要包括：自由活塞发电、压缩储能模块，蓄电池蓄电模块，控制模块。
自由活塞发电、压缩储能模块包括：储气罐2，直线电机5，动子6，气缸a8、气缸b9，自由活塞a10、自由活塞b11，连杆a12、连杆b13，管道a28、管道b29、管道c30、管道d31；其中，动子6在直线电机5内部；直线电机5为两用永磁电机，当进行压缩储能过程时，直线电机5为电动机模式；当进行膨胀发电过程时，直线电机5为发电机模式；连杆a12、连杆b13分别与动子6固连；自由活塞a10与连杆a12固连，自由活塞b11与连杆b13固连；管道a28一端连接气缸a8，一端连接外部环境；管道c30一端连接气缸b9，一端连接外部环境；管道b29一端连接气缸a8，一端连接储气罐2；管道d31一端连接气缸b9，一端连接储气罐2。
蓄电池蓄电模块包括：太阳能电池板1，蓄电池4，整流器7；其中，太阳能电池板1与控制系统3通过控制线连接，与蓄电池4、直线电机5通过供电线连接；整流器7位于蓄电池4与直线电机5之间，通过供电线连接；控制系统3与蓄电池4通过控制线连接。
控制模块包括：控制系统3，压力传感器a14、压力传感器b15、压力传感器c16，温度传感器a17、温度传感器b18、温度传感器c19温度传感器d20、外接温度传感器e21，电磁阀a22、电磁阀b23、电磁阀c24、电磁阀d25电磁阀e26、电磁阀f27，风机32；其中，压力传感器a14固定在气缸a8上，并通过控制线与控制系统3连接；压力传感器b15固定在气缸b9上，并通过控制线与控制系统3连接；压力传感器c16固定在储气罐2上，并通过控制线与控制系统3连接；温度传感器a17固定在气缸a8上，并通过控制线与控制系统3连接；温度传感器b18固定在气缸b9上，并通过控制线与控制系统3连接；温度传感器c19固定在储气罐2上，并通过控制线与控制系统3连接；温度传感器d20固定在太阳能电池板1上，并通过控制线与控制系统3连接；外接温度传感器e21裸露在外部环境中，并通过控制线与控制系统3连接。电磁阀a22固定在管道a28靠近气缸a8处，并通过控制线与控制系统3连接；电磁阀b23固定在管道b29靠近气缸a8处，并通过控制线与控制系统3连接；电磁阀c24固定在管道d31靠近气缸b9处，并通过控制线与控制系统3连接；电磁阀d25固定在管道c30靠近气缸b9处，并通过控制线与控制系统3连接；电磁阀e26固定在管道b29靠近储气罐2处，并通过控制线与控制系统3连接；电磁阀f27固定在管道d31靠近储气罐2处，并通过控制线与控制系统3连接；风机32固定在在太阳能电池板1上，并通过控制线与控制系统3连接。
一种太阳能-自由活塞直线电机蓄电储能系统，工作过程为：外接温度传感器e21感应环境温度，当感应到的温度在20℃-30℃且蓄电池电量不足100％且缸内压力未达到20MP时，此时太阳能电池板1进行给蓄电池蓄电与压缩空气储能两过程。太阳能电池板1将50％电能通过输电线对蓄电池蓄电，同时50％电能用来推动直线电机5压缩空气储能。其中储能过程为：当直线电机5作为压缩机推动自由活塞a10、自由活塞b11向右运动时，电磁阀d25处于关闭状态，电磁阀c24、电磁阀f27处于打开状态，压缩空气经过管道d31进入储气罐2中，同时电磁阀a22处于打开状态，外界空气通过管道a28进入气缸a8内，电磁阀b23、电磁阀e26处于关闭状态；当直线电机5作为压缩机推动自由活塞a10、自由活塞b11向左运动时，电磁阀a22处于关闭状态，电磁阀b23、电磁阀e26处于打开状态，压缩空气通过管道b29进入储气罐中，同时电磁阀d25处于打开状态，外界空气通过管道c30进入气缸b9内，电磁阀c24、电磁阀f27处于关闭状态，此过程压力传感器a14、压力传感器b15实时监测缸内气压，温度传感器a17、温度传感器b18实时监测缸内温度。当蓄电池4电量达到100％时，太阳能电池板1不再给蓄电池4供电，转而全部供应直线电机5压缩空气储能。当缸内压力达到20MP时，压力传感器c16将信号传给控制系统3，控制系统3调节太阳能电池板1不再给压缩机供电，转而全部供给蓄电池4，当两者均不需要供电时，太阳能电池板1停止工作。当外接温度传感器e21感应到的温度在-10℃-20℃或30℃-45℃时，太阳能电池板1将全部电量供给蓄电池4，若蓄电池电量达到100％时，转而为直线电机5供电进行压缩空气储能。当外接温度传感器e21感应到的温度低于-10℃或高于45℃时，太阳能电池板1停止工作。温度传感器d20实时监测太阳能电池板1的温度，当温度超过45℃时，控制系统将信号传给风机32，对太阳能电池板1进行散热。当太阳能电池板1停止工作，同时蓄电池电量低于40％时，蓄电池4将信号传给控制系统3，控制系统3将信号传给直线电机5，直线电机5作为发电机，系统开始进行膨胀发电过程，过程如下：电磁阀c24电磁阀f27同时处于打开状态，储气罐2中的压缩空气通过管道d31进入气缸b9中，压缩空气推动活塞b11进行做功，活塞b11通过连杆b13将运动传给动子6，动子6在直线电机5中运动切割磁感线产生交流电，产生的交流电通过整流器7将交流电变成直流电给蓄电池蓄电，同时，电磁阀a22处于打开状态，电磁阀b23、电磁阀e26处于关闭状态，气缸a8中的乏气通过管道a28排向外界环境；当活塞b11运动到下止点时，电磁阀b23电磁阀e26同时处于打开状态，储气罐2中的压缩空气通过管道b29进入气缸a8中，压缩空气推动活塞a10进行做功，活塞a10通过连杆a12将运动传给动子6，动子6在直线电机5中运动切割磁感线产生交流电，产生的交流电通过整流器7将交流电变成直流电给蓄电池蓄电，同时，电磁阀d25处于打开状态，电磁阀c24、电磁阀f27处于关闭状态，气缸b9中的乏气通过管道c30排向外界环境。
有益效果
1.本发明实现电动汽车即时充电的功能，不仅在停车时可以充电，在车辆行驶过程中也可以进行充电，减少了司机因停车充电而等待的时间，同时可减少充电桩数量、减少维护费用，降低充电桩占地面积。
2.本发明在解决电动汽车续航里程的同时能够充分的利用太阳能，太阳能清洁、可靠、无污染、可再生，可以节约更多的化石燃料用在国家必需部门。
3.本发明可在夜间做功发电，对电动汽车蓄电池进行充电，有助于减少用电量，节约能源。
附图说明
图1是一种太阳能-自由活塞直线电机蓄电储能系统整体结构图
其中，1—太阳能电池板、2—储气罐、3—控制系统、4—蓄电池、5—直线电机、6—动子、7—整流器、8—气缸a、9—气缸b、10—活塞a、11—活塞b、12—连杆a、13—连杆b、14压力传感器a、15—压力传感器b、16—压力传感器c、17—温度传感器a、18—温度传感器b、19—温度传感器c、20—温度传感器d、21—外接温度传感器e、22—电磁阀a、23—电磁阀b、24—电磁阀c、25—电磁阀d、26—电磁阀e、27—电磁阀f、28—管道a、29—管道b、30—管道c、31—管道d、32—风机。
具体实施方式
结合附图对本申请进一步说明。
一种太阳能-自由活塞直线电机蓄电储能系统。如图1所示，主要包括：自由活塞发电、压缩储能模块，蓄电池蓄电模块，控制模块。
如图1所示，自由活塞发电、压缩储能模块包括：储气罐2，直线电机5，动子6，气缸a8、气缸b9，自由活塞a10、自由活塞b11，连杆a12、连杆b13，管道a28、管道b29、管道c30、管道d31；其中，动子6在直线电机5内部；直线电机5为两用永磁电机，当进行压缩储能过程时，直线电机5为电动机模式；当进行膨胀发电过程时，直线电机5为发电机模式；连杆a12、连杆b13分别与动子6固连；自由活塞a10与连杆a12固连，自由活塞b11与连杆b13固连；管道a28一端连接气缸a8，一端连接外部环境；管道c30一端连接气缸b9，一端连接外部环境；管道b29一端连接气缸a8，一端连接储气罐2；管道d31一端连接气缸b9，一端连接储气罐2。
如图1所示，蓄电池蓄电模块包括：太阳能电池板1，蓄电池4，整流器7；其中，太阳能电池板1与控制系统3通过控制线连接，与蓄电池4、直线电机5通过供电线连接；整流器7位于蓄电池4与直线电机5之间，通过供电线连接；控制系统3与蓄电池4通过控制线连接。
如图1所示，控制模块包括：控制系统3，压力传感器a14、压力传感器b15、压力传感器c16，温度传感器a17、温度传感器b18、温度传感器c19温度传感器d20、外接温度传感器e21，电磁阀a22、电磁阀b23、电磁阀c24、电磁阀d25电磁阀e26、电磁阀f27，风机32；其中，压力传感器a14固定在气缸a8上，并通过控制线与控制系统3连接；压力传感器b15固定在气缸b9上，并通过控制线与控制系统3连接；压力传感器c16固定在储气罐2上，并通过控制线与控制系统3连接；温度传感器a17固定在气缸a8上，并通过控制线与控制系统3连接；温度传感器b18固定在气缸b9上，并通过控制线与控制系统3连接；温度传感器c19固定在储气罐2上，并通过控制线与控制系统3连接；温度传感器d20固定在太阳能电池板1上，并通过控制线与控制系统3连接；外接温度传感器e21裸露在外部环境中，并通过控制线与控制系统3连接。电磁阀a22固定在管道a28靠近气缸a8处，并通过控制线与控制系统3连接；电磁阀b23固定在管道b29靠近气缸a8处，并通过控制线与控制系统3连接；电磁阀c24固定在管道d31靠近气缸b9处，并通过控制线与控制系统3连接；电磁阀d25固定在管道c30靠近气缸b9处，并通过控制线与控制系统3连接；电磁阀e26固定在管道b29靠近储气罐2处，并通过控制线与控制系统3连接；电磁阀f27固定在管道d31靠近储气罐2处，并通过控制线与控制系统3连接；风机32固定在在太阳能电池板1上，并通过控制线与控制系统3连接。
一种太阳能-自由活塞直线电机蓄电储能系统，工作过程为：外接温度传感器e21感应环境温度，当感应到的温度在20℃-30℃且蓄电池电量不足100％且缸内压力未达到20MP时，此时太阳能电池板1进行给蓄电池蓄电与压缩空气储能两过程。太阳能电池板1将50％电能通过输电线对蓄电池蓄电，同时50％电能用来推动直线电机5压缩空气储能。其中储能过程为：当直线电机5作为压缩机推动自由活塞a10、自由活塞b11向右运动时，电磁阀d25处于关闭状态，电磁阀c24、电磁阀f27处于打开状态，压缩空气经过管道d31进入储气罐中，同时电磁阀a22处于打开状态，外界空气通过管道a28进入气缸a8内，电磁阀b23、电磁阀e26处于关闭状态；当直线电机5作为压缩机推动自由活塞a10、自由活塞b11向左运动时，电磁阀a22处于关闭状态，电磁阀b23、电磁阀e26处于打开状态，压缩空气通过管道b29进入储气罐2中，同时电磁阀d25处于打开状态，外界空气通过管道c30进入气缸b9内，电磁阀c24、电磁阀f27处于关闭状态，此过程压力传感器a14、压力传感器b15实时监测缸内气压，温度传感器a17、温度传感器b18实时监测缸内温度。当蓄电池4电量达到100％时，太阳能电池板1不再给蓄电池4供电，转而全部供应直线电机5压缩空气储能。当缸内压力达到20MP时，压力传感c16将信号传给控制系统3，控制系统3调节太阳能电池板1不再给压缩机供电，转而全部供给蓄电池4，当两者均不需要供电时，太阳能电池板1停止工作。当外接温度传感器e21感应到的温度在-10℃-20℃或30℃-45℃时，太阳能电池板1将全部电量供给蓄电池4，若蓄电池电量达到100％时，转而为直线电机5供电进行压缩空气储能。当外接温度传感器e21感应到的温度低于-10℃或高于45℃时，太阳能电池板1停止工作。温度传感器d20实时监测太阳能电池板1的温度，当温度超过45℃时，控制系统将信号传给风机32，对太阳能电池板1进行散热。当太阳能电池板1停止工作，同时蓄电池电量低于40％时，蓄电池4将信号传给控制系统3，控制系统3将信号传给直线电机5，直线电机5作为发电机，系统开始进行膨胀发电过程，过程如下：电磁阀c24电磁阀f27同时处于打开状态，储气罐2中的压缩空气通过管道d31进入气缸b9中，压缩空气推动活塞b11进行做功，活塞b11通过连杆b13将运动传给动子6，动子6在直线电机5中运动切割磁感线产生交流电，产生的交流电通过整流器7将交流电变成直流电给蓄电池蓄电，同时，电磁阀a22处于打开状态，电磁阀b23、电磁阀e26处于关闭状态，气缸a8中的乏气通过管道a28排向外界环境；当活塞b11运动到下止点时，电磁阀b23电磁阀e26同时处于打开状态，储气罐2中的压缩空气通过管道b29进入气缸a8中，压缩空气推动活塞a10进行做功，活塞a10通过连杆a12将运动传给动子6，动子6在直线电机5中运动切割磁感线产生交流电，产生的交流电通过整流器7将交流电变成直流电给蓄电池蓄电，同时，电磁阀d25处于打开状态，电磁阀c24、电磁阀f27处于关闭状态，气缸b9中的乏气通过管道c30排向外界环境。

Claims (2)

1.一种太阳能-自由活塞直线电机蓄电储能系统，其特征在于，包括：自由活塞发电、压缩储能模块，蓄电池蓄电模块，控制模块；
自由活塞发电、压缩储能模块包括：储气罐(2)，直线电机(5)，动子(6)，气缸a(8)、气缸b(9)，自由活塞a(10)、自由活塞b(11)，连杆a(12)、连杆b(13)，管道a(28)、管道b(29)、管道c(30)、管道d(31)；其中，动子(6)在直线电机(5)内部；直线电机(5)为两用永磁电机，当进行压缩储能过程时，直线电机(5)为电动机模式；当进行膨胀发电过程时，直线电机(5)为发电机模式；连杆a(12)、连杆b(13)分别与动子(6)固连；自由活塞a(10)与连杆a(12)固连，自由活塞b(11)与连杆b(13)固连；管道a(28)一端连接气缸a(8)，一端连接外部环境；管道c(30)一端连接气缸b(9)，一端连接外部环境；管道b(29)一端连接气缸a(8)，一端连接储气罐(2)；管道d(31)一端连接气缸b(9)，一端连接储气罐(2)；
蓄电池蓄电模块包括：太阳能电池板(1)，蓄电池(4)，整流器(7)；其中，太阳能电池板(1)与控制系统(3)通过控制线连接，与蓄电池(4)、直线电机(5)通过供电线连接；整流器(7)位于蓄电池(4)与直线电机(5)之间，通过供电线连接；控制系统(3)与蓄电池(4)通过控制线连接；
控制模块包括：控制系统(3)，压力传感器a(14)、压力传感器b(15)、压力传感器c(16)，温度传感器a(17)、温度传感器b(18)、温度传感器c(19)温度传感器d(20)、外接温度传感器e(21)，电磁阀a(22)、电磁阀b(23)、电磁阀c(24)、电磁阀d(25)电磁阀e(26)、电磁阀f(27)，风机(32)；其中，压力传感器a(14)固定在气缸a(8)上，并通过控制线与控制系统(3)连接；压力传感器b(15)固定在气缸b(9)上，并通过控制线与控制系统(3)连接；压力传感器c(16)固定在储气罐(2)上，并通过控制线与控制系统(3)连接；温度传感器a(17)固定在气缸a(8)上，并通过控制线与控制系统(3)连接；温度传感器b(18)固定在气缸b(9)上，并通过控制线与控制系统(3)连接；温度传感器c(19)固定在储气罐(2)上，并通过控制线与控制系统(3)连接；温度传感器d(20)固定在太阳能电池板(1)上，并通过控制线与控制系统(3)连接；外接温度传感器e(21)裸露在外部环境中，并通过控制线与控制系统(3)连接；电磁阀a(22)固定在管道a(28)靠近气缸a(8)处，并通过控制线与控制系统(3)连接；电磁阀b(23)固定在管道b(29)靠近气缸a(8)处，并通过控制线与控制系统(3)连接；电磁阀c(24)固定在管道d(31)靠近气缸b(9)处，并通过控制线与控制系统(3)连接；电磁阀d(25)固定在管道c(30)靠近气缸b(9)处，并通过控制线与控制系统(3)连接；电磁阀e(26)固定在管道b(29)靠近储气罐(2)处，并通过控制线与控制系统(3)连接；电磁阀f(27)固定在管道d(31)靠近储气罐(2)处，并通过控制线与控制系统(3)连接；风机(32)固定在在太阳能电池板(1)上，并通过控制线与控制系统(3)连接。
2.应用如权利要求1所述的一种太阳能-自由活塞直线电机蓄电储能系统的方法，其特征在于：外接温度传感器e(21)感应环境温度，当感应到的温度在20℃-30℃且蓄电池电量不足100％且缸内压力未达到20MP时，此时太阳能电池板(1)进行给蓄电池蓄电与压缩空气储能两过程；太阳能电池板(1)将50％电能通过输电线对蓄电池蓄电，同时50％电能用来推动直线电机(5)压缩空气储能；其中储能过程为：当直线电机(5)作为压缩机推动自由活塞a(10)、自由活塞b(11)向右运动时，电磁阀d(25)处于关闭状态，电磁阀c(24)、电磁阀f(27)处于打开状态，压缩空气经过管道d(31)进入储气罐(2)中，同时电磁阀a(22)处于打开状态，外界空气通过管道a(28)进入气缸a(8)内，电磁阀b(23)、电磁阀e(26)处于关闭状态；当直线电机(5)作为压缩机推动自由活塞a(10)、自由活塞b(11)向左运动时，电磁阀a(22)处于关闭状态，电磁阀b(23)、电磁阀e(26)处于打开状态，压缩空气通过管道b(29)进入储气罐中，同时电磁阀d(25)处于打开状态，外界空气通过管道c(30)进入气缸b(9)内，电磁阀c(24)、电磁阀f(27)处于关闭状态，此过程压力传感器a(14)、压力传感器b(15)实时监测缸内气压，温度传感器a(17)、温度传感器b(18)实时监测缸内温度；当蓄电池(4)电量达到100％时，太阳能电池板(1)不再给蓄电池(4)供电，转而全部供应直线电机(5)压缩空气储能；当缸内压力达到20MP时，压力传感器c(16)将信号传给控制系统(3)，控制系统(3)调节太阳能电池板(1)不再给压缩机供电，转而全部供给蓄电池(4)，当两者均不需要供电时，太阳能电池板(1)停止工作；当外接温度传感器e(21)感应到的温度在-10℃-20℃或30℃-45℃时，太阳能电池板(1)将全部电量供给蓄电池(4)，若蓄电池电量达到100％时，转而为直线电机(5)供电进行压缩空气储能；当外接温度传感器e(21)感应到的温度低于-10℃或高于45℃时，太阳能电池板(1)停止工作；温度传感器d(20)实时监测太阳能电池板(1)的温度，当温度超过45℃时，控制系统将信号传给风机(32)，对太阳能电池板(1)进行散热；当太阳能电池板(1)停止工作，同时蓄电池电量低于40％时，蓄电池(4)将信号传给控制系统(3)，控制系统(3)将信号传给直线电机(5)，直线电机(5)作为发电机，系统开始进行膨胀发电过程，过程如下：电磁阀c(24)电磁阀f(27)同时处于打开状态，储气罐(2)中的压缩空气通过管道d(31)进入气缸b(9)中，压缩空气推动活塞b(11)进行做功，活塞b(11)通过连杆b(13)将运动传给动子(6)，动子(6)在直线电机(5)中运动切割磁感线产生交流电，产生的交流电通过整流器(7)将交流电变成直流电给蓄电池蓄电，同时，电磁阀a(22)处于打开状态，电磁阀b(23)、电磁阀e(26)处于关闭状态，气缸a(8)中的乏气通过管道a(28)排向外界环境；当活塞b(11)运动到下止点时，电磁阀b(23)电磁阀e(26)同时处于打开状态，储气罐(2)中的压缩空气通过管道b(29)进入气缸a(8)中，压缩空气推动活塞a(10)进行做功，活塞a(10)通过连杆a(12)将运动传给动子(6)，动子(6)在直线电机(5)中运动切割磁感线产生交流电，产生的交流电通过整流器(7)将交流电变成直流电给蓄电池蓄电，同时，电磁阀d(25)处于打开状态，电磁阀c(24)、电磁阀f(27)处于关闭状态，气缸b(9)中的乏气通过管道c(30)排向外界环境。
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