CN111520298A - 一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置及发电方法 - Google Patents

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李文兴
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Abstract

本发明提供了一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置及发电方法，包括：包括：动能收集装置，设置在车辆悬挂系统上，用于收集所述车辆在运行的过程中产生的动能；储能装置，一端与所述动能收集装置连接，另一端与发电装置连接，用于存储所述动能收集装置收集的动能并提供给发电装置发电；以及所述发电装置，将所述储能装置储存的能量用于发电，并将电能输出至所述车辆的电能存储装置中使用。本发明的一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置及发电方法，解决了在车辆运行过程中能量消耗太大并且得不到补充而极大的降低车辆的续航里程的技术问题，同时能够将废弃的能源回收利用，提高了能源的利用率。

Description

一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置及发电方法
技术领域
本发明涉及动能发电技术领域，具体涉及一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置及发电方法。
背景技术
宏观大背景下，随着世界各国对环境保护、技术进步和能源安全重视程度的加深，消耗化石能源的内燃机在公路交通领域逐渐被其他能源的动力系统所取代，这也为以电动化为技术背景的新能源汽车行业发展带来了良机。
新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源(或使用常规的车用燃料、采用新型车载动力装置)，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成的技术原理先进、具有新技术、新结构的汽车。一般分为纯电动汽车、增程式电动汽车、混合动力汽车、燃料电池电动汽车、氢发动机汽车、其他新能源汽车等。此款汽车的主要能源有以下几种：蓄电池、燃料电池、超级电容。
蓄电池位于车子的后方，连接着车子的后车轴，通过电池中的电能来带动主轴的旋转，从而带动后轮的旋转，以达到驱动车子前进的效果。
燃料电池以及储氢罐位于车内，燃料电池是一种把燃料所具有的化学能直接转换成电能的化学装置，又称电化学发电器。燃料电池的主要构成组件为：电极(Electrode)、电解质隔膜(Electrolyte Membrane)与集电器(Current Collector)等。电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应。作为第四代发电技术，原则上只要不断输入燃料，燃料电池就能连续地发电。我们用车上的储氢罐为燃料电池提供燃料，这样就能够使其源源不断地产生电能输送到蓄电池中，从而带动车子完成所需的运行。
超级电容位于车内，它不同于传统的化学电源，是一种介于传统电容器与电池之间、具有特殊性能的电源，依靠双电层和氧化还原假电容电荷储存电能。超级电容拥有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽的突出优点。因此由超级电容瞬时吸收的电能可为汽车起步等瞬时大功率时刻提供充足的能源，且蓄电池平时也可以充电。
以上几种能源驱动方式均不能将汽车使用过程中所产生的动能进行利用，而造成了能源的浪费。同时汽车在运行的过程中不断地消耗电能或氢燃料，而所述电能或所述氢燃料不能及时得到补充大大降低了汽车的续航里程。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置及发电方法，解决了在车辆运行过程中能量消耗太大并且得不到补充而极大的降低车辆的续航里程的技术问题，同时能够将废弃的能源回收利用，提高了能源的利用率。
为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：
一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置，包括：动能收集装置，设置在车辆悬挂系统上，用于收集所述车辆在运行的过程中产生的震动能；储能装置，一端与所述动能收集装置连接，另一端与发电装置连接，用于存储所述动能收集装置收集的震动能并提供给发电装置发电；以及所述发电装置，将所述储能装置储存的能量用于发电，并将电能输出至所述车辆的电能存储装置中使用。
进一步地，所述动能收集装置包括气缸以及第一输气软管，所述气缸设置在所述车辆悬挂系统上；所述第一输气软管的一端与所述气缸连接，所述第一输气软管的另一端与所述储能装置连接。
进一步地，所述储能装置为储气瓶，所述储气瓶通过第一单向阀与所述第一输气软管连接，所述第一单向阀由所述第一输气软管至所述储气瓶单向导通。
进一步地，所述发电装置包括涡轮、联轴器以及发电机，所述涡轮通过第二输气软管与所述储气瓶连接；所述第二输气软管与所述储气瓶连接处设置第二单向阀，所述第二单向阀由所述储气瓶至所述第二输气软管单向导通；所述联轴器的一端与所述涡轮连接，所述联轴器的另一端与所述发电机连接；所述发电机输出电能至所述车辆的电能存储装置。
进一步地，所述电能存储装置为超级电容。
进一步地，还包括减震器，设置于所述气缸与所述车辆连接处。
本发明还提供了一种用于小型燃料电池车的震动能的发电方法，包括如下步骤：S10收集动能，车辆在运行的过程中通过动能收集装置收集所述车辆在运行的过程中产生的震动能；S20能量存储，将所述动能收集装置收集的能量存储在储能装置中；以及S30释放势能发电，当所述储能装置中的能量达到一定量时，所述储能装置释放能量给发电装置发电，并将电能输出至所述车辆的电能存储装置。
进一步地，所述动能收集装置为气缸以及第一输气软管，所述气缸设置在所述车辆悬挂系统上；所述第一输气软管一端与所述气缸连接，所述第一输气软管的另一端与所述储能装置连接；所述储能装置为储气瓶，所述储气瓶通过第一单向阀与所述第一输气软管连接；所述发电装置包括涡轮、联轴器以及发电机，所述涡轮通过第二输气软管与所述储气瓶连接，所述第二输气软管与所述储气瓶连接处设置第二单向阀；所述联轴器的一端与所述涡轮连接，所述联轴器的另一端与所述发电机连接；所述发电机输出电能至所述车辆的电能存储装置；以及所述电能存储装置为超级电容。
进一步地，所述步骤S10车辆在运行的过程中所述气缸的活塞上下运行，将所述气缸内的空气压缩通过所述第一输气软管输出至所述储气瓶；所述步骤S20所述储气瓶存储所述压缩空气；以及所述步骤S30当所述储气瓶内的所述压缩空气的气压达到设定值时，所述第二单向阀打开，所述储气瓶内的气体通过第二输气软管流向所述涡轮，所述涡轮转动并通过所述联轴器带动所述发电机发电，所述发电机将电能输出至所述车辆的超级电容。
进一步地，所述气缸与所述车辆连接处设置减震器。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明的一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置及发电方法，将车辆运行过程中产生的震动能转换为气体存储在储气瓶中，然后通过储气瓶存储增压后释放气体推动涡轮发电，保证涡轮能够达到较高的转速，从而实现将振动能向电能的转换。电能存储在车辆的电能存储装置中供车辆使用，解决了在车辆运行过程中能量消耗太大并且得不到补充而极大的降低车辆的续航里程的技术问题，同时能够将废弃的能源回收利用，提高了能源的利用率。所述振动能发电装置结构简单、发电效率高。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其有益效果显而易见。
图1所示为本发明一实施例的一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置的结构图；
图2所示为本发明一实施例的一种用于小型燃料电池车的震动能发电方法。
图中部件编号如下：
1-动能收集装置、11-气缸、111-活塞、12-第一输气软管、2-储能装置、21-储气瓶、22-第一单向阀、23-第二单向阀、3-发电装置、31-第二输气软管、32-涡轮、33-联轴器、34-发电机、4-减震器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本实施例中，提供一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置，如图1所示，包括：动能收集装置1、储能装置2、发电装置3以及减震器4。
所述动能收集装置1设置在车辆悬挂系统上，用于收集所述车辆在运行的过程中产生的震动能。所述动能收集装置1包括气缸11以及第一输气软管12，所述气缸11设置在所述车辆悬挂系统上。所述第一输气软管12的一端与所述气缸11连接，所述第一输气软管12的另一端与所述储能装置2连接。车辆在运行的过程中，当车身受到晃动时，所述车辆会随着一起颠簸起来，这时候车架会将其势能释放到活塞111上从而使得所述活塞111向下运动，这时所述活塞111将所述气缸11的空气压缩通过所述第一输气软管12送入所述储能装置2中。
所述储能装置2一端与所述动能收集装置1连接，所述储能装置2的另一端与发电装置3连接，用于存储所述动能收集装置1收集的震动能并提供给发电装置3发电。所述储能装置2为储气瓶21，所述储气瓶21通过第一单向阀22与所述第一输气软管12连接。所述第一单向阀22由所述第一输气软管12至所述储气瓶21单向导通，防止所述储气瓶21中的空气回流至所述气缸11中。所述储气瓶21存储所述第一输气软管12输送的气体。使用所述第一输气软管12将所述储气瓶21与所述气缸11连接，可以避免刚性连接在车辆运行的过程中对零部件的损坏，同时使用软管连接部件，便于合理安排各装置的位置。
所述发电装置3将所述储能装置2储存的能量用于发电，并将电能输出至所述车辆的电能存储装置中使用。所述发电装置3包括涡轮32、联轴器33以及发电机34，所述涡轮32通过第二输气软管31与所述储气瓶21连接，所述第二输气软管31与所述储气瓶21连接处设置第二单向阀23，所述第二单向阀23由所述储气瓶21至第二输气软管31单向导通。当所述储气瓶21气体压力达到预设值后所述车辆的控制系统会将所述第二单向阀23打开。所述预设值可通过所述控制系统设定。所述预设值优选1MPa。使用所述第二输气软管31将所述储气瓶21与所述涡轮32连接，可以避免刚性连接在车辆运行的过程中对零部件的损坏，同时使用软管连接部件，便于合理安排各装置的位置。
所述联轴器33的一端与所述涡轮32连接，所述联轴器33的另一端与所述发电机34连接。所述发电机34输出电能至所述车辆的电能存储装置。所述电能存储装置为超级电容。所述第二单向阀23打开后，气体会进一步的通过所述第二输气软管21进入所述涡轮32之中，使得所述涡轮32旋转起来，从而通过所述联轴器33带动所述发电机34主轴转动起来进行发电。所述储气瓶21每释放一次气体都会使所述涡轮32持续旋转一段时间，即可以持续一段时间进行发电。所发的电可以被正常的送往所述车辆的超级电容，从而为燃料电池车提供一个新的能源输入。解决了在车辆运行过程中能量消耗太大并且得不到补充而极大的降低车辆的续航里程的技术问题，同时能够将废弃的能源回收利用，提高了能源的利用率。所述震动能发电装置能在车辆震动频率、幅度不同条件下，都能使发电机在一定转速范围内稳定工作，输出恒定的电压。
所述减震器4设置于所述气缸11与所述车辆连接处。一方面能够有效地对所述车辆进行减震，另一方面还能将减震时消耗的能量合理的转换，有利于所述车辆在城市多减速带路段以及野外颠簸路段的运行。同时能有效的车辆剧烈震动对所述震动能发电装置零部件的损坏，提高了设备的使用寿命。
如图2所示，本发明还提供了一种用于小型燃料电池车的震动能的发电方法，包括如下步骤：S10收集动能，车辆在运行的过程中通过动能收集装置1收集所述车辆在运行的过程中产生的震动动能。S20能量存储，将所述动能收集装置1收集的能量存储在储能装置2中。以及S30释放势能发电，当所述储能装置2中的能量达到一定量时，所述储能装置2释放能量给发电装置发电，并将电能输出至所述车辆的电能存储装置。
所述动能收集装置1设置在车辆悬挂系统上，用于收集所述车辆在运行的过程中产生的震动能。所述动能收集装置1包括气缸11以及第一输气软管12，所述气缸11设置在所述车辆悬挂系统上。所述第一输气软管12的一端与所述气缸11连接，所述第一输气软管12的另一端与所述储能装置2连接。车辆在运行的过程中，当车身受到晃动时，所述车辆会随着一起颠簸起来，这时候车架会将其势能释放到活塞111上从而使得所述活塞111向下运动，这时所述活塞111将气缸11的空气压缩通过所述第一输气软管12送入所述储能装置2中。
所述储能装置2一端与所述动能收集装置1连接，所述储能装置2的另一端与发电装置3连接，用于存储所述动能收集装置1收集的震动能并提供给发电装置3发电。所述储能装置2为储气瓶21，所述储气瓶21通过第一单向阀22与所述第一输气软管12连接。所述第一单向阀22由所述第一输气软管12至所述储气瓶21单向导通，防止所述储气瓶21中的空气回流至所述气缸11中。所述储气瓶21存储所述第一输气软管12输送的气体。使用所述第一输气软管12将所述储气瓶21与所述气缸11连接，可以避免刚性连接在车辆运行的过程中对零部件的损坏，同时使用软管连接部件，便于合理安排各装置的位置。
所述发电装置3将所述储能装置2储存的能量用于发电，并将电能输出至所述车辆的电能存储装置中使用。所述发电装置3包括涡轮32、联轴器33以及发电机34，所述涡轮32通过第二输气软管31与所述储气瓶21连接，所述第二输气软管31与所述储气瓶21连接处设置第二单向阀23，所述第二单向阀23由所述储气瓶21至第二输气软管31单向导通。当所述储气瓶21气体压力达到预设值后所述车辆的控制系统会将所述第二单向阀23打开。所述预设值可通过所述控制系统设定。所述预设值优选1MPa。使用所述第二输气软管31将所述储气瓶21与所述涡轮32连接，可以避免刚性连接在车辆运行的过程中对零部件的损坏，同时使用软管连接部件，便于合理安排各装置的位置。
所述联轴器33的一端与所述涡轮32连接，所述联轴器33的另一端与所述发电机34连接。所述发电机34输出电能至所述车辆的电能存储装置。所述电能存储装置为超级电容。所述第二单向阀23打开后，气体会进一步的通过所述第二输气软管21进入所述涡轮32之中，使得所述涡轮32旋转起来，从而通过所述联轴器33带动所述发电机34主轴转动起来进行发电。所述储气瓶21每释放一次气体都会使所述涡轮32持续旋转一段时间，即可以持续一段时间进行发电。所发的电可以被正常的送往所述车辆的超级电容，从而为燃料电池车提供一个新的能源输入。解决了在车辆运行过程中能量消耗太大并且得不到补充而极大的降低车辆的续航里程的技术问题，同时能够将废弃的能源回收利用，提高了能源的利用率。所述震动能发电装置在车辆震动频率、幅度不同条件下，都能使发电机在一定转速范围内稳定工作，输出恒定的电压。
所述减震器4设置于所述气缸11与所述车辆连接处。一方面能够有效地对所述车辆进行减震，另一方面还能将减震时消耗的能量合理的转换，有利于所述车辆在城市多减速带路段以及野外颠簸路段的运行。同时能有效的车辆剧烈震动对所述震动能发电装置零部件的损坏，提高了设备的使用寿命。
所述步骤S10车辆在运行的过程中所述气缸11的活塞111上下运行，将所述气缸11内的空气压缩通过所述第一输气软管12输出至所述储气瓶21。所述步骤S20所述储气瓶21将存储所述压缩空气。以及所述步骤S30当所述储气瓶21内的所述压缩空气的气压达到设定值时，所述第二单向阀23打开，所述储气瓶21内的气体通过第二输气软管31流向所述涡轮32，所述涡轮32转动并通过所述联轴器33带动所述发电机34发电，所述发电机34将电能输出至所述车辆的超级电容。
以上所述仅为本发明的示例性实施例，并非因此限制本发明专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置，其特征在于，包括：
动能收集装置，设置在车辆悬挂系统上，用于收集所述车辆在运行的过程中产生的震动能；
储能装置，一端与所述动能收集装置连接，另一端与发电装置连接，用于存储所述动能收集装置收集的震动能并提供给发电装置发电；以及
所述发电装置，将所述储能装置储存的能量用于发电，并将电能输出至所述车辆的电能存储装置中使用。
2.根据权利要求1所述的一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置，其特征在于，所述动能收集装置包括气缸以及第一输气软管，所述气缸设置在所述车辆悬挂系统上；所述第一输气软管的一端与所述气缸连接，所述第一输气软管的另一端与所述储能装置连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置，其特征在于，所述储能装置为储气瓶，所述储气瓶通过第一单向阀与所述第一输气软管连接，所述第一单向阀由所述第一输气软管至所述储气瓶单向导通。
4.根据权利要求3所述的一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置，其特征在于，所述发电装置包括涡轮、联轴器以及发电机，所述涡轮通过第二输气软管与所述储气瓶连接；所述第二输气软管与所述储气瓶连接处设置第二单向阀，所述第二单向阀由所述储气瓶至所述第二输气软管单向导通；所述联轴器的一端与所述涡轮连接，所述联轴器的另一端与所述发电机连接；所述发电机输出电能至所述车辆的电能存储装置。
5.根据权利要求4所述的一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置，其特征在于，所述电能存储装置为超级电容。
6.根据权利要求5所述的一种用于小型燃料电池车的震动能发电装置，其特征在于，还包括减震器，设置于所述气缸与所述车辆连接处。
7.一种用于小型燃料电池车的震动能的发电方法，其特征在于，包括如下步骤：
S10收集动能，车辆在运行的过程中通过动能收集装置收集所述车辆在运行的过程中产生的震动能；
S20能量存储，将所述动能收集装置收集的能量存储在储能装置中；以及
S30释放势能发电，当所述储能装置中的能量达到一定量时，所述储能装置释放能量给发电装置发电，并将电能输出至所述车辆的电能存储装置。
8.根据权利要求7所述的一种用于小型燃料电池车的震动能的发电方法，其特征在于，
所述动能收集装置为气缸以及第一输气软管，所述气缸设置在所述车辆悬挂系统上；所述第一输气软管一端与所述气缸连接，所述第一输气软管的另一端与所述储能装置连接；
所述储能装置为储气瓶，所述储气瓶通过第一单向阀与所述第一输气软管连接；
所述发电装置包括涡轮、联轴器以及发电机，所述涡轮通过第二输气软管与所述储气瓶连接，所述第二输气软管与所述储气瓶连接处设置第二单向阀；所述联轴器的一端与所述涡轮连接，所述联轴器的另一端与所述发电机连接；所述发电机输出电能至所述车辆的电能存储装置；以及
所述电能存储装置为超级电容。
9.根据权利要求8所述的一种用于小型燃料电池车的震动能的发电方法，其特征在于，
所述步骤S10车辆在运行的过程中所述气缸的活塞上下运行，将所述气缸内的空气压缩通过所述第一输气软管输出至所述储气瓶；
所述步骤S20所述储气瓶存储所述压缩空气；以及
所述步骤S30当所述储气瓶内的所述压缩空气的气压达到设定值时，所述第二单向阀打开，所述储气瓶内的气体通过第二输气软管流向所述涡轮，所述涡轮转动并通过所述联轴器带动所述发电机发电，所述发电机将电能输出至所述车辆的超级电容。
10.根据权利要求7所述的一种用于小型燃料电池车的震动能的发电方法，其特征在于，所述气缸与所述车辆连接处设置减震器。
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