CN204667746U - 一种利用汽车尾气及太阳能发电装置的演示教具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用汽车尾气及太阳能发电装置的演示教具，其包括：温差发电模块、电源控制系统、水冷系统、蓄电池以及太阳能发电模块；其中，所述温差发电模块分别与水冷系统连接；所述温差发电模块通过电源控制系统与蓄电池电连接；所述太阳能发电模块通过电源控制系统与所述蓄电池连接。本实用新型可以根据蓄电池电量，协调实用温差发电模块或太阳能发电模块以及车载交流发电机，以减少发动机曲轴连接发电机发电所需的功，从而减轻发动机的转动负荷，提高燃料利用率，实现节能环保的目的。

Description

一种利用汽车尾气及太阳能发电装置的演示教具

技术领域

本实用新型涉及一种利用汽车尾气发电技术领域，尤其是涉及一种汽车尾气及太阳能发电装置的演示教具。

背景技术

近年来，随着能源消耗、环境污染问题越来越严重，人们对节能环保也更加重视。汽车作为逐渐普及的交通工具其尾气残余热量浪费的大量能源引起人们的重视。据有关资料统计，若将汽车燃油消耗总能设计为100％，则只有约30％用于实际驱动汽车，剩余约70％的能量被以各种形式浪费，若对这部分废弃的热量加以回收发电，则会大幅提高内燃机的燃料利用效率，有效降低汽车燃油消耗，减少对环境的污染，带来良好的社会效益和可观的经济效益。利用温差发电可有效的利用汽车尾气所携带的热量，温差发电是利用塞贝克效应将热能直接转换为电能。由于受热电转换效率低的制约和成本高的限制，温差发电技术长期以来主要应用在航天和军事等尖端领域，随着高性能热电材料的出现，温差发电技术在工业和民用产业领域的应用成为可能。

同时，汽车顶部安装太阳能发电模块，可有效利用太阳能为汽车电气负载供电或为蓄电池充电。当汽车在烈日下停车熄火时，可以完全依靠太阳能电池发电来驱动风机将车厢内高温导出，驱除车内热气而不消耗燃料。汽车在正常使用过程中，太阳能电池发出的电能也可以直接储存在蓄电池中，以供汽车对电能的需求，其不需要消耗燃油等能源，可以很好的节约能源，提高对资源的利用，环保节能。

由于现有的技术中，未存在汽车中同时利用温差发电和太阳能发电，以使得汽车综合利用能源，节约能源，因此，亟需研发一种新的同时利 用汽车尾气及太阳能发电装置的演示教具，为进步研发应用到汽车上的装置具有实际意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供利用汽车尾气及太阳能发电装置的演示教具，其具有同时利用汽车尾气和太阳能发电，尾气热量利用率高，环保、节约能源的优点。

为解决上述技术问题，本实用新型利用汽车尾气及太阳能发电装置的演示教具，其包括：温差发电模块、电源控制系统、水冷系统、蓄电池以及太阳能发电模块；

其中，所述温差发电模块分别与水冷系统连接；

所述温差发电模块通过电源控制系统与蓄电池电连接；

所述太阳能发电模块通过电源控制系统与所述蓄电池连接。

所述温差发电模块包括铝制导热板、温差发电片，所述铝制导热板吸收汽车尾气的热量通过温差发电片后经所述水冷系统被水将热量带走，温差发电片发的电通过电源控制系统充入蓄电池或供车载用电器使用。

所述的水冷系统包括冷却板、水泵以及冷却水箱，所述冷却板与所述温差发电模块的冷端固定连接，所述冷却板分别与所述水泵、所述冷却水箱联通。

还包括稳压充电控制系统，所述温差发电模块，所述太阳能发电模块均通过所述稳压充电控制系统与所述蓄电池电连接。

所述稳压充电控制系统由PLC、触摸屏及检测电路及控制开关组成。

还包括检测和保护电路，所述检测和保护电路用于实时检测电压、电流及温度。

本实用新型利用汽车尾气及太阳能发电装置的演示教具与现有技术比较，有以下有益效果：

本实用新型可以根据蓄电池电量，协调实用温差发电模块或太阳能 发电模块以及车载交流发电机，以减少发动机曲轴连接发电机发电所需的功，从而减轻发动机的转动负荷，提高燃料利用率，实现节能环保的目的。

附图说明

图1为本实用新型的利用汽车尾气及太阳能发电装置的演示教具的发电原理图；

图2为本实用新型的稳压充电控制系统的原理图；

图3为本实用新型的电量仪表的布置示意图。

具体实施方式

请配合参阅图1所示，本实用新型利用汽车尾气及太阳能发电装置的演示教具，其包括：温差发电模块、电源控制系统、水冷系统、蓄电池以及太阳能发电模块；其中，温差发电模块分别与水冷系统连接；温差发电模块通过电源控制系统与蓄电池电连接；太阳能发电模块通过电源控制系统与蓄电池连接。

其中，水冷系统包括冷却板、水泵以及冷却水箱，冷却板与温差发电模块的冷端固定连接，冷却板分别与水泵、冷却水箱联通。水泵带动冷却水的循环流动来降低温差发电组件冷端温度，这样便可形成稳定的冷端温度，即使是汽车停车不熄火也能使发电器恒定输出，有利于提高废热利用效率，提高发电系统输出功率。

温差发电模块包括铝制导热板、温差发电片，铝制导热板吸收汽车尾气的热量通过温差发电片后经水冷系统被水将热量带走，温差发电片发的电通过电源控制系统充入蓄电池。铝制导热板将热源的废热传导给发电机热电模块的热端用以发电。冷却水从发电机下方进水口处流入发电机，将流过温差发电模块的冷端将热量带走，然后从上方的出水口处流出。

本实用新型中温差发电模块的热端采用6mm铝制导热板，12片温差发电片F40550；温度发电片外型尺寸：40*40*4mm(已做全密封处 理)最大耐温：200度。最大发电电压：7.62V(温差为120摄氏度时)，温差发电片上下涂耐高温导热硅胶SG 7650，耐温400℃。温差发电片上边是冷却板，铝制导热板底部打入沉孔螺母，与上边的卡扣一起将冷却板和温差发电片固定好。冷却板上固定有高温探头，实时监测铝制导热板的温度。当热端温度超过温差发电片的上限时，控制系统立即停止加热装置工作，并报警。

具体的讲，发动机排出的高温废气首先送到温差发电模块中，热量由温差发电模块的热端传送到温差发电模块的冷端，经过温差发电模块的高温废气体成为低湿尾气，最终通过尾气排放进入空气中，其具有较低的温度。而温差发电模块的冷端通过冷却板、水泵、管道与冷却水箱相联通，这样在温差发电片的热端和冷端产生温差驱动温差发电模块产生电能，温差发电模块产生的电能经过电源控制系统充入蓄电池或者供给车载电器使用。同时车顶太阳能发电模块的在阳光照射下产生的电能经电源控制系统，电源控制系统根据蓄电池电量的状态和发电量的大小将电能充入蓄电池中或直接供给车载电器使用。

本实用新型还包括稳压充电控制系统，温差发电模块，太阳能发电模块均通过稳压充电控制系统与蓄电池连接。由于汽车尾气温差发电模块和太阳能发电模块产生的电能随机性强、稳定性差，通过稳压电路得到稳定的输出电压，稳压电路输出稳定14V电压后，再送给充电电路给蓄电池恒压恒流充电。

请配合参阅图2所示，本实用新型的稳压充电控制系统由FX1sPLC、触摸屏监控及检测电路及控制开关组成。检测电路实时监测整个系统的能量状态，包括温差发电模块、太阳能发电模块、稳压电路、充电模块及蓄电池的电压电流检测值，并将信号传给FX1sPLC，FX1sPLC再根据不同的电量情况，利用开关调节各发电设备的工作状态，整个控制系统采用触摸屏进行监控。具体工作过程为：当温差发电模块发出的直流电达到充电启动电压后，手动模式下，则手动K1闭合，电源引入到充电 模块，充电模块开始工作，若蓄电池未满，则手动K2闭合，充电模块往蓄电池恒流恒压充电。自动模式下，系统会自动检测温差发电模块及太阳能发电模块电压，当达到输入电压后自动闭合开关进行稳压、充电，蓄电池充满后自动断电。

本实用新型还包括检测和保护电路，检测和保护电路实时检测电压、电流及温度。请配配合参阅图3所示电量仪表的布置，模拟量电压表并联在回路中，模拟量电流表串联在回路中。数字量电压表电流表采用四线制接法，电源线与信号线并联。在整个电源系统工作过程中，检测和保护电路要实时监测电压、电流及温度，检测和保护电路对电压电流量采用数字仪表、模拟仪表双监测的方法，数字仪表便于精确显示电量数值，模拟仪表便于观察电压、电流的变化。模拟量电压表并联在回路中，模拟量电流表串联在回路中。

较佳的，整个控制装置设置了完善的保护装置。在充电过程中若蓄电池充满，则控制系统使得K2无法闭合，防止电池过充，从而有效的保护蓄电池及温差发电模块。在蓄电池放电过程中，当测量仪表监测到蓄电池电压降到最低电压时，则控制装置使得开关K3断开，防止蓄电池过放电。在温差发电模块工作时，温度监测模块实时监测温差发电模块热端温度，当热端温度达到工作上限200℃时，控制系统立即报警，并关闭热源对温差发电模块起到保护作用。

本实用新型利用汽车尾气及太阳能的发电装置的演示教具在温差100℃时，发电实验功率为50W，模块转换效率8％，尾气热能量回收率5％。稳压充电电路及控制系统，工作稳定可靠，功能智能化。

本实用新型的温差发电模块和太阳能发电模块与汽车本身的交流发电机并联，组成一个紧密联系的新型车载发电系统，共同为车载电气设备供电。整个系统的控制策略为：通过监测三个发电部件的输出功率与车载电气设备负载的用电关系来决定蓄电池的充放电状态，同时实时监测蓄电池的剩余电量，在相应的电量范围内控制交流发电机的工作状态。 起步阶段由蓄电池和太阳能发电模块(有一定光照强度的前提下)给系统供电，待发动机启动带动温差发电模块工作后，温差发电模块、太阳能发电模块与蓄电池一起共同为汽车的电气设备供电。根据设定的电量范围，当监测蓄电池电量降到40％时，汽车本身的交流发电机开始工作，给系统供电并为蓄电池充电；当蓄电池达到电量时，将车载交流发电机关闭，以减少发动机曲轴连接发电机发电所需的功，从而减轻发动机的转动负荷，提高燃料利用率，实现节能环保的目的。

以上仅为本实用新型的较佳实施例，当不得以此限定本实用新型实施的技术范围，因此凡参考本实用新型的说明书内容所作的简单等效变化与修饰，皆应仍属本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种利用汽车尾气及太阳能发电装置的演示教具，其特征在于包括：温差发电模块、电源控制系统、水冷系统、蓄电池以及太阳能发电模块；

其中，所述温差发电模块分别与水冷系统连接；

所述温差发电模块通过电源控制系统与蓄电池电连接；

所述太阳能发电模块通过电源控制系统与所述蓄电池连接。

2.根据权利要求1所述的利用汽车尾气及太阳能发电装置的演示教具，其特征在于，

所述温差发电模块包括铝制导热板、温差发电片，所述铝制导热板吸收汽车尾气的热量通过温差发电片后经所述水冷系统被水将热量带走，温差发电片发的电通过电源控制系统充入蓄电池或供车载用电器使用。

3.根据权利要求1所述的利用汽车尾气及太阳能发电装置的演示教具，其特征在于，

所述的水冷系统包括冷却板、水泵以及冷却水箱，所述冷却板与所述温差发电模块的冷端固定连接，所述冷却板分别与所述水泵、所述冷却水箱联通。

4.根据权利要求1所述的利用汽车尾气及太阳能发电装置的演示教具，其特征在于还包括稳压充电控制系统，所述温差发电模块，所述太阳能发电模块均通过所述稳压充电控制系统与所述蓄电池电连接。

5.根据权利要求4所述的利用汽车尾气及太阳能发电装置的演示教具，其特征在于，

所述稳压充电控制系统由PLC、触摸屏及检测电路及控制开关组成。

6.根据权利要求4所述的利用汽车尾气及太阳能发电装置的演示教 具，其特征在于还包括检测和保护电路，所述检测和保护电路用于实时检测电压、电流及温度。