CN116968833B - 一种能量回收装置、方法及氢燃料牵引车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能量回收技术领域，提供了一种能量回收装置、方法及氢燃料牵引车，其中，能量回收装置包括至少一对进风格栅、扰流装置、风道及风力发电组件。进风格栅对称设置于车辆后围的侧部；扰流装置包括驱动元件及至少一对扰流板，扰流板铰接于进风格栅的前端，并在驱动元件的驱动下在第一状态及第二状态间切换，扰流板在第一状态时相对于进风格栅外翻一定夹角，在第二状态时与所进风格栅平行；风道设于车辆后围的内侧，以封闭进风格栅，风道在对应于进风格栅的末端形成出风口；风力发电组件包括风轮，风轮设于出风口中，风轮为垂直轴风轮。本发明通过扰流装置控制风力发电组件辅助制动及回收能量。

Description

一种能量回收装置、方法及氢燃料牵引车

技术领域

本发明涉及能量回收技术领域，具体涉及一种能量回收装置、方法及氢燃料牵引车。

背景技术

随着新能源车的出现，如纯电、油电混合、氢燃料等车型，其均配置有动力蓄电池，由此，给能量回收提供了实现条件，即，在需要进行制动时，对能量进行回收，减少能量损耗。

在现有技术中，大多通过电磁发电实现制动能量的回收，受限于车辆舒适性、制动元件规格等，其回收效率并不能随意增加，一般认为，在车辆非紧急制动的普通制动场合，约1/5的能量可以通过电磁制动回收。因此，为更多地回收车辆在制动时损失的能量，申请人考虑采用其他方式辅助进行发电，以实现能量回收。

在高速公路行驶的车辆，其普遍车速为100-120km/h，根据相对运动原理，迎面的气流流速相对于车辆也达到对应速度值，从而为风力发电系统提供了稳定的外部流场环境，因此，申请人研究如何利用车辆的风阻进行发电实现能量的辅助回收。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种能量回收装置，旨在利用风阻回收制动能量。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种能量回收装置，其包括：

至少一对进风格栅，所述进风格栅对称设置于车辆后围的侧部；

扰流装置，所述扰流装置包括驱动元件及至少一对扰流板，所述扰流板铰接于所述进风格栅的前端，并在所述驱动元件的驱动下在第一状态及第二状态间切换，所述扰流板在所述第一状态时相对于所述进风格栅外翻一定夹角，在所述第二状态时与所述进风格栅平行；

风道，所述风道设于所述车辆后围的内侧，以封闭所述进风格栅，所述风道在对应于所述进风格栅的末端形成出风口；

风力发电组件，所述风力发电组件包括风轮，所述风轮设于所述出风口中，所述风轮为垂直轴风轮。

进一步地，所述进风格栅的前端边缘呈开口斜向上的弧，所述进风格栅的上下边缘的距离由前往后减小，所述进风格栅中的栅片呈上侧向前、下侧向后的倾斜分布，倾斜为45°。

进一步地，所述栅片的截面前侧呈弧形折角状，后侧截面呈向风道偏斜的倾斜状，倾斜角度为10-15°。

进一步地，所述风道的前端截面呈扁平状，所述风道的出风口呈前大后小的圆台，所述风道由其前端平滑过渡至后端。

进一步地，所述出风口的后端腔壁上圆周分布有若干个鲨鱼鳍。

进一步地，沿气流的鼓入方向，所述风道的内侧腔面上设置有至少一条导流肋条，所述导流肋条的前端逐步增大，所述导流肋条的前端与所述风道的内侧腔面的夹角为4-8°；所述导流肋条的后端逐步减小，所述导流肋条的后端与所述风道的内侧腔面的夹角为10-14°；所述风轮竖直设置。

进一步地，所述风轮的叶片呈螺旋交错设置，所述风轮的叶片为玻璃纤维复合材料制成。

进一步地，所述风力发电组件还包括控制器、增速器、发电机、主继电器、晶闸管、主开关、熔断器、变压器及蓄电池，所述风轮、增速器及发电机依次传动连接，所述发电机的输出端、主继电器、主开关、熔断器、变压器及蓄电池依次电连接，所述晶闸管并联在所述主继电器的两端，所述控制器获取所述增速器的转速及所述变压器反馈的电压，以及控制所述主继电器与所述晶闸管的通断。

本发明的第二目的在于提供一种能量回收方法，旨在利用风阻进行能量回收。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种能量回收方法，其通过如前所述的能量回收装置实现，其包括：

S1、识别是否存在减速信号，若是，进入S2；若否，重复S1；

S2、车辆时速是否大于第一阈值，若是，进入S3；若否，返回S1；

S3、车辆时速是否大于第二阈值，若是，进入S4；若否，进入S5；

S4、控制所述驱动元件将扰流板由所述第一状态切换至中间状态一定时长后，再切换为所述第二状态，所述中间状态为所述第一状态与所述第二状态间的某一夹角状态；所述减速信号消失后，返回S1；

S5、控制所述驱动元件将扰流板由所述第一状态切换至所述第二状态，所述减速信号消失后，返回S1。

本发明的第三目的在于提供一种氢燃料牵引车，旨在利用风阻进行能量回收。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种氢燃料牵引车，通过如前所述的能量回收方法回收能量。

采用上述技术方案后，本发明与背景技术相比，具有如下优点：

1.本发明设有扰流装置，通过扰流板的第一状态使得车辆的侧部气流偏向，从而在正常行驶过程中，进风格栅不发挥作用；通过扰流板的第二状态使得车辆的侧部气流进入进风格栅中进行风能发电，辅助制动及回收能量。

2.本发明通过将进风格栅设置在车辆后围的侧部，然后基于浓缩风能型风力发电机能量转化理论，通过特定的风道结构对风能进行增速，提高输出功率。

3.本发明通过特定的风道设计，减少风阻发电时车辆后围的震颤及噪音。

4.本发明通过特定的回收方法，提升对风力发电组件的保护。

附图说明

图1为本发明氢燃料牵引车气流示意图；

图2为本发明风道设置位置示意图；

图3为本发明风道示意图；

图4为本发明扰流装置的第二状态示意图；

图5为本发明扰流装置的第一状态示意图；

图6为本发明扰流装置的第二状态时的侧气流示意图；

图7为本发明扰流装置的第一状态时的侧气流示意图；

图8为本发明进风格栅主视图；

图9为本发明进风格栅剖视图；

图10为本发明风道剖视图；

图11为本发明风轮示意图；

图12为风力发电组件示意图；

图13为本发明能量回收方法流程示意图。

附图标记说明：

100、进风格栅；110、栅片；200、扰流装置；210、驱动元件；220、扰流板；300、风道；310、出风口；320、鲨鱼鳍；330、导流肋条；400、风力发电组件；410、风轮；420、控制器；430、增速器；440、发电机；450、主继电器；451、晶闸管；460、主开关；470、熔断器；480、变压器、490、蓄电池；500、车辆后围；600、车辆前围。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

另外，需要说明的是：术语“上”“下”“左”“右”“竖直”“水平”“内”“外”等均为基于附图所示的方位或者位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示本发明的装置或者元件必须具有特定的方位，因此不能理解为对本发明的限制。

当元件被称为“固定于”或者“设置于”或者“设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者间接连接至该另一个元件上。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或者一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。

实施例1

请参照图1-图3所示，本实施提供了一种能量回收装置，旨在利用风阻回收制动能量。

具体而言，其包括至少一对进风格栅100、扰流装置200、风道300及风力发电组件400。

其中，进风格栅100对称设置于车辆后围500的侧部，其对数可根据车辆空间灵活设置，其在车辆后围500的侧部的高度位置根据具体车型的行驶的气流流场设置。

请参考图4及图5所示，扰流装置200包括驱动元件210及至少一对扰流板220。扰流板220位于车辆后围500的侧部，且铰接于进风格栅100的前端。驱动元件210设置在车辆后围500内，其驱动扰流板220摆动。具体而言，其驱动扰流板220在第一状态及第二状态间切换，请参考图7所示，当扰流板220在第一状态时，扰流板220相对于进风格栅100外翻一定夹角，以改变车辆后围500的侧部的气流流场，使得气流平行或偏离车辆后围500的侧部；请参考图6所示，当扰流板220在第二状态时，扰流板220与进风格栅100平行，避免阻碍气流进入进风格栅100。易于理解，受车辆前围600造型、车辆高度等影响，不同车辆的气流方向不同，因此，扰流板220的尺寸规格及外翻的夹角应根据具体车型进行设定，本申请不作具体限定，能实现气流平行或偏离车辆后围500的侧部即可。

风道300设于车辆后围500的内侧，用于封闭进风格栅100，并在对应于所述进风格栅100的末端形成出风口310，换言之，以进风格栅100作为风道300的进风口，然后从出风口310出风，构成一个提供给风力发电组件400作业的环境。

风力发电组件400包括风轮410，风轮410设于出风口310中，本申请中，风轮410设置为垂直轴风轮410。

如此，利用侧气流与扰流装置200的结合，使得车辆可在正常行驶状态与能量回收状态灵活切换。如图6所示，当车辆正常行驶时，驱动元件210驱动扰流板220，使其处于第一状态，而当需要利用风阻进行能量回收时，如图7所示，驱动元件210驱动扰流板220，使其处于第二状态，解除对侧部气流的干扰，使得侧部气流在车头的作用下进入进风格栅100中。

考虑安装的牢固程度，以及避免对流场产生干扰，本申请中，风轮410设置为垂直轴风轮410。

为避免扰流板220从第一状态突然切换为第二状态时，强大的侧气流涌入进风格栅100时导致进风格栅100产生震颤，请参考图8所示，在一种优选的实施方式中，进风格栅100的前端边缘呈开口斜向上的弧，如此，其局部与侧气流先接触，然后起到引导作用，引导侧气流更平顺地进入进风格栅100，减少振颤。同理，进风格栅100中的各栅片110呈上侧向前、下侧向后的倾斜分布，倾斜为45°。

同时，进风格栅100的上下边缘的相互距离由前往后逐步过渡减小，以减少气流进入进风格栅100时产生的噪音。

为进一步减少栅片110的震颤，请参考图9所示，栅片110的截面前侧呈弧形折角状，以对栅片110先接触风的一侧的结构进行补强；后侧截面呈向风道300偏斜的倾斜状，倾斜角度为10-15°，以导流减少噪音。

本申请中，风道300采用流线型风道300，风道300的前端截面呈扁平状，风道300的后端呈前大后小的圆台状，风道300由其前端平滑过渡至后端。根据浓缩风能型风力发电机440能量转换理论，假设气流风速为25m/S、当地音速为340m/S时，计得马赫数为0.074；而当风速增加为原来的1.5倍时，空气密度降低了约0.62％，风力发电组件400的输出功率能增加约235％。因此，本申请风道300的前端截面往后端逐步增大，能够有效增加风速，降低空气密度，从而提高输出功率。

请参考图10所示，将风道300的后端设置为前大后小得到圆台状，即，对风道300的后端进行缩口，能够提高风道300出风口310的强度，减少出风口310的震颤。

请参考图10所示，在一种优选的实施方式中，为避免出风口310形成哨声，增大风噪，本申请中，在圆台的后端腔壁上圆周分布有若干个鲨鱼鳍320，利用鲨鱼鳍320的渐变扰流，破坏出风口310的涡流，降低噪音。

请参考图10所示，为进一步提高风轮410的转速，沿气流的鼓入方向，风道300的内侧腔面上设置有至少一条导流肋条330，导流肋条330的前端向后逐步增大，即导流肋条330的前端与所述风道300的内侧腔面的夹角为4-8°；导流肋条330的后端向后逐步减小，即，导流肋条330的后端与所述风道300的内侧腔面的夹角为10-14°；如此，一方面，由于风道300的前小后宽设计，实现了风的增速，但也由于风的增速，使得风道300后端更宽的截面面积也更易发生震颤，因此，通过导流肋条330逐步过渡，对风道300后端直接受侧气流冲击的部分进行补强；另一方面，实现导流作用，降低由于风道300的增速作用导致的风在风道300内的增速不均匀，使得风平缓增速，减少噪音。

同时，结合风道300的本身形状，将风轮410竖直设置，气流进入风道300后，偏心作用于风轮410靠近车辆中心线的一侧，进一步提高风轮410转速。

针对偏心气流，请参考图11所示，针对性地，风轮410的叶片呈螺旋交错设置，以逐步与气流接触，使得其转动平稳，此外，风轮410的叶片为玻璃纤维复合材料制成，以具备较高的强度，同时，容易获得较好的加工性能。

请参考图12所示，风力发电组件400还包括控制器420、增速器430、发电机440、主继电器450、晶闸管451、主开关460、熔断器470、变压器480及蓄电池490。

其中，风轮410、增速器430及发电机440依次传动连接，风轮410作为增速器430的动力输入，经过增速器430增速后接入发动机440实现发电。发电机440的输出端、主继电器450、主开关460、熔断器470、变压器480及蓄电池490依次电连接，即，发电机440输出的电能依次经主继电器450、主开关460、熔断器470及变压器480构筑的电路输送至蓄电池490存储。晶闸管451并联在主继电器450的两端，作为主继电器450的线圈电源控制，主开关460作为机械开关，控制整个电路的通断。控制器420获取增速器430的转速及变压器480反馈的电压，以控制主继电器450与晶闸管451的通断。

实施例2

本发明的第二目的在于提供一种能量回收方法，利用实施例1所述的能量回收装置，以利用风阻进行能量回收。

请参考图13所示，其包括：

S1、识别是否存在减速信号，若是，进入S2；若否，重复S1；

S2、车辆时速是否大于第一阈值，若是，进入S3；若否，返回S1；

S3、车辆时速是否大于第二阈值，若是，进入S4；若否，进入S5；

S4、控制驱动元件210将扰流板220由第一状态切换至中间状态一定时长后，再切换为所述第二状态，中间状态为第一状态与第二状态间的某一夹角状态；减速信号消失后，返回S1；

S5、控制驱动元件210将扰流板220由第一状态切换至第二状态，减速信号消失后，返回S1。

S1中，减速信号可以是刹车信号，刹车信号可以通过司机踩踏刹车获得，也可以通过如长下坡等场景中车辆自动定速制动的指令获得。

S2中，第一阈值设置一般可设为10-20km/h，本实施例中设为20km/h。在低于20km/h，车辆利用车轮的电磁制动回收能量即可，本申请的能量回收装置不工作。

S3中，车辆时速一般设置为60-80km/h，本实施例中设为60km/h，因此，当车速大于60km/h时，现将第一状态切换至中间状态（如一半开度）一定时长（如0.5s）后，使得进风格栅100先少量进风，风轮410先产生低速转动，再切换为全面收拢的第二状态，使得风轮410高速转动，以提高风轮410寿命，并减少风道300的震颤。而当车速小于等于60km/h时，驱动元件210可将扰流板220直接由第一状态切换至第二状态，以减少减速时间。

实施例3

请参考图1-图3所示，本发明的第三方面在于提供一种氢燃料牵引车，旨在利用风阻进行能量回收。其包括车辆前围600、车辆后围500，其车辆后围搭载有如实施例1所述的能量回收装置，并基于实施例2所述的能量回收方法进行回收，本实施例中不再赘述。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种能量回收装置，其特征在于，包括：

至少一对进风格栅，所述进风格栅对称设置于车辆后围的侧部；所述进风格栅的前端边缘呈开口斜向上的弧，所述进风格栅的上下边缘的距离由前往后减小，所述进风格栅中的栅片呈上侧向前、下侧向后的倾斜分布，倾斜为45°；

扰流装置，所述扰流装置包括驱动元件及至少一对扰流板，所述扰流板铰接于所述进风格栅的前端，并在所述驱动元件的驱动下在第一状态及第二状态间切换，所述扰流板在所述第一状态时相对于所述进风格栅外翻一定夹角，在所述第二状态时与所述进风格栅平行；

风道，所述风道设于所述车辆后围的内侧，以封闭所述进风格栅，所述风道在对应于所述进风格栅的末端形成出风口；所述风道的前端截面呈扁平状，所述风道的出风口呈前大后小的圆台，所述风道由其前端平滑过渡至后端；沿气流的鼓入方向，所述风道的内侧腔面上设置有至少一条导流肋条，所述导流肋条的前端逐步增大，所述导流肋条的前端与所述风道的内侧腔面的夹角为4-8°；所述导流肋条的后端逐步减小，所述导流肋条的后端与所述风道的内侧腔面的夹角为10-14°；

风力发电组件，所述风力发电组件包括风轮，所述风轮设于所述出风口中，所述风轮为垂直轴风轮，所述风轮竖直设置。

2.根据权利要求1所述的一种能量回收装置，其特征在于：所述栅片的截面前侧呈弧形折角状，后侧截面呈向风道偏斜的倾斜状，倾斜角度为10-15°。

3.如权利要求1所述的一种能量回收装置，其特征在于：所述出风口的后端腔壁上圆周分布有若干个鲨鱼鳍。

4.如权利要求1所述的一种能量回收装置，其特征在于：所述风轮的叶片呈螺旋交错设置，所述风轮的叶片为玻璃纤维复合材料制成。

5.如权利要求1所述的一种能量回收装置，其特征在于：所述风力发电组件还包括控制器、增速器、发电机、主继电器、晶闸管、主开关、熔断器、变压器及蓄电池，所述风轮、增速器及发电机依次传动连接，所述发电机的输出端、主继电器、主开关、熔断器、变压器及蓄电池依次电连接，所述晶闸管并联在所述主继电器的两端，所述控制器获取所述增速器的转速及所述变压器反馈的电压，以及控制所述主继电器与所述晶闸管的通断。

6.一种能量回收方法，其特征在于，通过如权利要求1-5任一项所述的能量回收装置实现，其包括：

S1、识别是否存在减速信号，若是，进入S2；若否，重复S1；

S2、车辆时速是否大于第一阈值，若是，进入S3；若否，返回S1；

S3、车辆时速是否大于第二阈值，若是，进入S4；若否，进入S5；

S4、控制所述驱动元件将扰流板由所述第一状态切换至中间状态一定时长后，再切换为所述第二状态，所述中间状态为所述第一状态与所述第二状态间的某一夹角状态；所述减速信号消失后，返回S1；

S5、控制所述驱动元件将扰流板由所述第一状态切换至所述第二状态，所述减速信号消失后，返回S1。

7.一种氢燃料牵引车，其特征在于：通过如权利要求6所述的能量回收方法回收能量。