CN203243105U

CN203243105U - 汽车分布式电源装置

Info

Publication number: CN203243105U
Application number: CN2013201848663U
Authority: CN
Inventors: 李杰浩
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2013-10-16
Anticipated expiration: 2023-04-12

Abstract

本实用新型公开一种汽车分布式电源装置，包括太阳能发电模块、风能发电模块、余热发电模块、蓄电池供电模块和控制模块，所述控制模块包括控制单元和与所述控制单元相连接的CAN总线，所述太阳能发电模块、风能发电模块、余热发电模块和蓄电池供电模块通过CAN总线接口与所述控制模块连接，所述控制模块为ARM处理器和CAN总线组成，ARM处理器对结果进行分析处理之后，通过CAN总线发出命令操作。本实用新型的有益效果是：将将太阳能、风能以及汽车余热转化为电能，具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点；既能减少对燃油的使用，节约成本，又能减少废气的排放，减小对环境的破坏。

Description

汽车分布式电源装置

技术领域

本实用新型涉及汽车及能源领域，具体为一种可以应用于各类交通工具与分布式电源相结合的具有智能控制的汽车分布式电源装置。

背景技术

分布式电源作为集中供电方式的一种补充，在充分利用可再生能源以及减少环境污染等方面发挥重要作用，因此受到国内外的广泛重视，被誉为21世纪电力发展的关键技术之一。随着经济发展和人们生活水平的提高，人们对现代汽车性能要求的重视，汽车电气设备在增加，这样就要求汽车供电电源随之要得到提升。一种稳定的供电装置对汽车在各种工况起到重要作用。

汽车在行驶的过程中，风能是可以利用的。在太阳的照射下，太阳能是可以利用的。在发动机运作中，尾气余热是可以利用的，同时汽车蓄电池也是供电单元之一。但是，现有汽车基于技术的不成熟或者成本过高的因素，几乎没有相应的汽车可以充分的利用风能、太阳能以及排放热能来发电以为汽车内各模块提供电源用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述现有技术存在的不足，提供一种功能更优，控制管理化、制造成本低、维护费用低、能源效率更合理、灵活开放模块化、可以适用于各类交通工具与分布式电源供能相结合的汽车分布式电源装置。

为了实现上述目的，本实用新型是这样实现的：汽车分布式电源装置，包括太阳能发电模块、风能发电模块、余热发电模块、蓄电池供电模块和控制模块，所述控制模块包括控制单元和与所述控制单元相连接的CAN总线，所述太阳能发电模块、风能发电模块、余热发电模块和蓄电池供电模块通过CAN总线接口与所述控制模块连接。所述太阳能发电模块、风能发电模块，余热发电模块和蓄电池供电模块组成汽车分布式电源装置的能源模块，上述四个模块并行运作，为汽车提供足够的电力支持；充分利用了汽车在行驶过程中各种阻碍因素，转变成为有效能量为汽车供能，同时解决了汽车电器设备对电源电能的要求，改善汽车能源的利用率。

所述控制模块为ARM处理器和CAN总线组成，ARM处理器对结果进行分析处理之后，通过CAN总线发出命令操作。

所述太阳能发电模块包括太阳能电池板和充放电控制器，所述太阳能电池板与所述充放电控制器连接，所述充放电控制器与蓄电池供电模块连接，将太阳能转化的部分电能储存于所述蓄电池供电模块内，且所述充放电控制器通过CAN总线接口与所述控制模块连接。在所述充放电控制器与蓄电池供电模块之间设置逆变器，其中太阳能电池板主要安装在汽车的引擎盖、汽车车厢顶部和后备箱盖表面。在汽车行驶过程中，太阳能电池板通过根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能，然后将电能储存在蓄电池里。

所述风能发电模块安装于汽车前端内部，其包括叶片机构、发电机和整流器，所述叶片机构与所述发动机连接，所述发电机通过整流器与所述蓄电池供电模块连接，所述蓄电池供电模块通过电压传感器与风能发电控制器连接，所述风能发电控制器与所述叶片机构内的调速机构和制动机构连接。风能发电模块是利用风的动能通过风轮机转换成机械能，再带动发电机发电转换成电能；然后经过整流器的整流作用之后将电能储存在汽车的蓄电池里；风能发电模块是在不额外增加汽车风阻的条件下通过利用风能发电，使汽车在行驶过程中能减少燃料的使用，符合绿色节能环保的主题。

所述余热发电模块包括集热器、温差发电片和冷却水箱，在集热器的表面装有至少一个温差发电片，每个温差发电片的热端与集热器的侧面相连，每个温差发电片的冷端与冷却水箱相接，以获得较大的温差。采用集热器进行尾气余热集热，为温差发电片提供高温度，用冷却水箱为温差发电片的冷端进行散热，散热效果好，散热不受外界温度、季节变化的影响，能使温差发电片的冷端温度保持恒定，温差电片工作稳定，结构简单，成本低，使用方便，性能稳定，产能效高。所述余热发电模块安装在汽车发动机排气管上，可以得到较大的转换率和输出功率。

所述蓄电池供电模块在混合能源及双蓄电池供电系统中是汽车的重要供电能源之一，蓄电池具有可靠性高、容量大、承受冲击负荷能力强及原材料取用方便等优点更为完善的一种汽车供电系统。蓄电池的主要功能是将电能供给起动机带动发动机运转，并且在发电机供电能力不足时与发动机共同供电。

本实用新型设计一种汽车分布式电源装置，基于ARM控制和CAN总线传输数据，集中了风力发电、太阳能发电、汽车余热发电和蓄电池供电，保证汽车在各种工况下都有足够的电量供应，分布式电源集中监控系统的硬件结构，由各类传感器、数据采集模块、数据采集机、通信线路，以及监控机等组成。传感器一方面与被监控设备相连接，将电压、电流、温度、湿度等模拟量采集，并转换成数据采集/控制机易于处理的直流电压、电流；另一方面与数据采集模块相连接，将转换后的直流电压、电流送入数据采集模块，以便完成A/D转换。数据采集机接受从采集模块送来的数据并储存。监控机可将采集来的数据显示，并提供接口供操作人员对被监控设备进行控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：将太阳能、风能以及汽车余热转化为电能，具有安全可靠、无噪声、低污染、无需消耗燃料和架设输电线路即可就地发电供电及建设同期短的优点；在不过分增加车辆风阻的前提下，利用风能带动风轮机旋转，通过发电机将风轮机的机械能转化成电能，然后储存在蓄电池里。充分利用风力发电，既能减少对燃油的使用，节约成本，又能减少废气的排放，减小对环境的破坏，能根据风速的大小而自动调节风轮机的转速，确保风轮机的转速保持恒定，进而确保发电机能产生恒定电流，而且有传感器的监控作用，可以保证蓄电池不至于过放和过充，从而保证蓄电池的正常使用和整个系统的可靠工作；分布式供电方式，由前端的整流电路提供直流高压电源(12V～48V)，再根据负载的各个功能块，分别用DC/DC变换，将前级提供的直流电压变换为各个功能块所需要的电压(2～48V)；这有别于传统的集中供电电源，我们不再采用传统的一个统一5V的供电方式，而是对不同的模块分别提供一个5V的电源；在ARM处理器和CAN总线控制下，可以多主方式工作，支持有效分布式控制和整体式实时控制；整个汽车分布式电源装置分成各个模块，进行模块化管理；同时各个模块可以按照用户需求进行组装和制造，功能选择大大提高。

附图说明

图1为本实用新型汽车分布式电源装置中的太阳能发电模块的结构示意图；

图2为本实用新型汽车分布式电源装置中的风能发电模块的结构示意图；

图3为本实用新型汽车分布式电源装置中的余热发电模块原理框图；

图4为本实用新型汽车分布式电源装置中的蓄电池供电模块电路原理图；

图5为本实用新型汽车分布式电源装置中的控制模块的原理框图；

图6为本实用新型汽车分布式电源装置的控制原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细的描述说明。

汽车分布式电源装置，如图6所示，包括太阳能发电模块、风能发电模块、余热发电模块、蓄电池供电模块和控制模块，所述控制模块包括控制单元和与所述控制单元相连接的CAN总线，所述太阳能发电模块、风能发电模块、余热发电模块和蓄电池供电模块通过CAN总线接口与所述控制模块连接。所述太阳能发电模块、风能发电模块，余热发电模块和蓄电池供电模块组成汽车分布式电源装置的能源模块，上述四个模块并行运作，为汽车提供足够的电力支持；充分利用了汽车在行驶过程中各种阻碍因素，转变成为有效能量为汽车供能，同时解决了汽车电器设备对电源电能的要求，改善汽车能源的利用率。

如图1所示，所述太阳能发电模块包括太阳能电池板1和充放电控制器2，所述太阳能电池板1与所述充放电控制器2连接，所述充放电控制器2与蓄电池供电模块5连接，将太阳能转化的部分电能储存于所述蓄电池供电模块3内，且所述充放电控制器2通过CAN总线接口与所述控制模块连接。在所述充放电控制器与蓄电池供电模块之间设置逆变器，其中太阳能电池板主要安装在汽车的引擎盖、汽车车厢顶部和后备箱盖表面。在汽车行驶过程中，太阳能电池板通过根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池板将太阳光能直接转化为电能，然后将电能储存在蓄电池里。太阳能属于可再生能源，在光照条件下，太阳能电池板1的电极之间产生一定的电动势，通过太阳能电池板的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输入电压的要求。通过充放电控制器2对蓄电池供电模块3的蓄电池进行充电，将光能转换成的电能贮存起来。当蓄电池充满电后，蓄电池电压保持恒定，此时，太阳能充放电控制器2便发出指令，使光伏板太阳能系统停止工作，对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。其中系统中的太阳能控制器采用高速CPU微处理器和高精度A/D模数转换器，是一个微机数据采集和监测控制系统。既可快速实时采集光伏系统当前的工作状态，随时获得PV站的工作信息，又可详细积累PV站的历史数据，为评估PV系统设计的合理性及检验系统部件质量的可靠性提供了准确而充分的依据。此外，太阳能控制器还具有串行通信数据传输功能，可将多个光伏系统子站进行集中管理和远距离控制。

如图2所示，所述风能发电模块安装于汽车前端内部，其包括叶片机构、发电机8和整流器9，所述叶片机构包括安装有叶片的风轮机4和齿轮箱6，所述风轮机4通过调速机构5与所述齿轮箱6连接，所述叶片机构通过制动器7与所述发电机8连接。所述发电机8通过整流器9与所述蓄电池供电模块3连接，所述蓄电池供电模块3通过电压传感器111与风能发电控制器12连接，所述风能发电控制器12与所述叶片机构内的调速机构5和制动机构7连接。风能发电模块是利用风的动能通过风轮机转换成机械能，再带动发电机8发电转换成电能；然后经过整流器9的整流作用之后将电能储存在汽车的蓄电池里；风能发电模块是在不额外增加汽车风阻的条件下通过利用风能发电，使汽车在行驶过程中能减少燃料的使用，符合绿色节能环保的主题。运作时，由风能带动风轮机4旋转，调速机构5用来保证风轮机4的转速保持恒定，再由风轮机4的输出轴带动增速齿轮箱6的大齿轮转动，大齿轮再带动小齿轮旋转，从而把转速提高到发电机8额定转速。然后再联接到发电机8上，带动发电机8中的转子转动，切割磁感线产生电流。所述整流器9为桥式整流器，其与蓄电池连接。发电机8产生的电流经桥式整流器作用后，把交流电转化成直流电，然后向蓄电池10充电。

所述风能发电控制器12、风轮机制动器7和电压传感器11组成控制系统。当蓄电池10充满电后，电压传感器11检测到蓄电池电压保持恒定不变，电压传感器11将此信号传达到风能发电控制器12，风能发电控制器12再发出指令控制风轮机4的运转，以保证蓄电池不至于过充，从而保证蓄电池的正常使用和整个系统的可靠工作。

如图3所示，所述余热发电模块是利用两种连接起来的半导体的塞贝克效应，将热能转化成电能的一种技术。半导体温差发电的工作原理，它由P、N两种类型不同的半导体温差电材料经电导率较高的导流片串联并将导流片固定于陶瓷片上而成。在器件的两端建立一个温差，使器件高温端保持T₂，低温端保持T₁，根据塞贝克效应，这样器件高温侧就会向低温侧传导热能并产生热流，即热能从高温侧流入器件内，通过器件将热能从低温侧排出时，流入器件的一部分热能不放热，并在器件内变成电能，将产生一个电压，若在回路中接入负载电阻，则将有电流流过。通过连接多个这样的器件串联便可获得较大的电压。所述余热发电模块属于可再生能源技术领域，该装置包括集热器、温差发电片、冷却水箱。在集热器的表面装有至少一个温差发电片，每个温差发电片的热端与集热器的侧面相连，每个温差发电片的冷端与冷却水箱相接，以获得较大的温差。采用集热器进行尾气余热集热，为温差发电片提供高温度，用冷却水箱为温差发电片的冷端进行散热，散热效果好，散热不受外界温度、季节变化的影响，能使温差发电片的冷端温度保持恒定，温差电片工作稳定，结构简单，成本低，使用方便，性能稳定，产能效高。所述余热发电模块安装在汽车发动机排气管上，可以得到较大的转换率和输出功率。

如图4所示，所述蓄电池供电模块系统中的蓄电池与发电机并联，励磁电流由调节器控制，主要是在起动发动机时，蓄电池向起动系和点火系提供大电流供电；当发动机低速运转，发电机电压低于蓄电池的充电电压时，由蓄电池向用电设备供电；当发动机中、高速运转，发电机电压高于蓄电池的充电电压时，蓄电池将发电机的剩余电能储存起来；当发电机过载时，蓄电池协助发电机向用电设备供电；蓄电池还可以吸收电路中的瞬时过电压，保护电子元件，保持汽车电器系统电压的稳定。

如图5所示，所述控制模块为ARM-CAN体系结构，基于ARM嵌入式实时操作系统的CAN总线通信方案，它是应用各个模块系统采集各路模拟量，利用CAN现场总线技术把各个分散的结果传送到ARM处理器上。所述控制模块为ARM处理器和CAN总线组成，通过ARM控制器和CAN总线对数据的传输及监控，其中包括ARM最小系统板，各类传感器信号采集，CAN总线数据处理和实时监控。ARM处理器对结果进行分析处理之后，发出各种命令，对这个系统进行实时调度。基于ARM处理器具有高性能、低能耗的特点，以及CAN总线具有高速，高可靠性的特点，ARM-CAN的体系结构能满足整个分布式系统里所要的实时监控，大量数据处理，数据快速传输以及高效灵活等要求。所述处理器具有性能高、成本低和能耗省的特点。适用于多种领域，汽车电子、嵌入控制、消费/教育类多媒体、DSP和移动式应用等。ARM处理器的三大特点是：耗电少功能强、16位/32位双指令集和合作伙伴众多。具体包括：1、体积小、低功耗、低成本、高性能；2、支持Thumb(16位)/ARM(32位)双指令集，能很好的兼容8位/16位器件；3、大量使用寄存器，指令执行速度更快；4、大多数数据操作都在寄存器中完成；5、寻址方式灵活简单，执行效率高；6、指令长度固定。根据以上特点，ARM处理器能灵活地，高效地，实时地处理控制系统中大量的数据处理与传输。所述CAN总线，CAN(ControllerArea Network)即控制器局域网络，是一种串行数据通信协议，为汽车监测、控制系统而设计的。其通信接口中集成了CAN协议的物理层和数据链路层功能，可完成对通信数据的成帧处理，包括位填充、数据块编码、循环冗余检验、优先级判别等项工作。

所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型实施的范围，即大凡依本实用新型申请专利范围及实用新型说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本实用新型专利涵盖的范围内。

Claims

1.汽车分布式电源装置，包括太阳能发电模块、风能发电模块、余热发电模块、蓄电池供电模块和控制模块，所述控制模块包括控制单元和与所述控制单元相连接的CAN总线，所述太阳能发电模块、风能发电模块、余热发电模块和蓄电池供电模块通过CAN总线接口与所述控制模块连接。

2.如权利要求1所述的汽车分布式电源装置，其特征在于：所述控制模块为ARM处理器和CAN总线组成，所述ARM处理器对结果进行分析处理之后，通过CAN总线发出命令操作。

3.如权利要求1或者2所述的汽车分布式电源装置，其特征在于：所述太阳能发电模块包括太阳能电池板和充放电控制器，所述太阳能电池板与所述充放电控制器连接，所述充放电控制器与蓄电池供电模块连接，所述充放电控制器通过CAN总线接口与所述控制模块连接。

4.如权利要求3所述的汽车分布式电源装置，其特征在于：在所述充放电控制器与蓄电池供电模块之间设置逆变器，其中太阳能电池板安装在汽车的引擎盖、汽车车厢顶部和后备箱盖表面。

5.如权利要求1所述的汽车分布式电源装置，其特征在于：所述风能发电模块包括叶片机构、发电机和整流器，所述叶片机构与所述发动机连接，所述发电机通过整流器与所述蓄电池供电模块连接，所述蓄电池供电模块通过电压传感器与风能发电控制器连接，所述风能发电控制器与所述叶片机构内的调速机构和制动机构连接。

6.如权利要求1所述的汽车分布式电源装置，其特征在于：所述余热发电模块包括集热器、温差发电片和冷却水箱，在集热器的表面装有至少一个温差发电片，每个温差发电片的热端与集热器的侧面相连，每个温差发电片的冷端与冷却水箱相接。