CN207842678U - 一种应用在汽车上的风力发电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用在汽车上的风力发电装置，包括微型风力发电装置、整流器、锂电池和控制系统，所述微型风力发电装置包括依次连接的轴流扇叶、变速齿轮箱和永磁发电机，所述永磁发电机的输出端与所述整流器的输入端连接，所述整流器的输出端分别连接有负载和锂电池的输入端，所述负载和锂电池的输出端连接有控制系统。本实用新型的应用在汽车上的风力发电装置，结构设计合理，可以对汽车行驶过程中的风能进行收集利用，并对汽车锂电池进行充电，同时能够有效的解决非可再生能源，减少因燃烧非可再生能源而产生的环境污染，节约开支。

Description

一种应用在汽车上的风力发电装置

技术领域

本实用新型属于新能源汽车发电技术领域，具体涉及一种应用在汽车上的风力发电装置。

背景技术

顾名思义，电动汽车就是由电动机驱动的汽车。电动机的驱动电能来源于车载可充电蓄电池或其他能量储存装置。大部分车辆直接采用电机驱动，有一部分车辆把电动机装在发动机舱内，也有一部分直接以车轮作为四台电动机的转子。由于电动汽车本身不排放污染大气的有害气体，即使按所耗电量换算为发电厂的排放，除硫和微粒外，其它污染物也显著减少。

风能是一种由地球表面大量空气流动所产生的动能，由于地面各处受太阳辐照后气温变化不同以及空气中水蒸气的含量不同，因而引起各地气压的差异，空气在水平方向上由高压地区向低压地区流动，就形成了风。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数。随着科学技术的不断发展，风能开始大量被利用并不断得到发展，风能作为一种新兴的可再生能源，因能源量较多且在使用过程中无污染，得到越来越多用户的青睐。

汽车在行驶过程中，不可避免地受到风的阻力。虽然各大厂商都通过合理设计汽车的外型来企图减少这这一阻力，现已经取得很大进步。但是车辆前进的最大阻力仍是风阻。既然风阻不可避免，为何不加以有效利用。如果能将风能发电技术应用于电动汽车领域，为电动汽车提供电能的来源，那么不仅解决了电动汽车的能源供应问题，使得电动汽车在行驶过程中不会出现因没有地方充电而无法开动的情况，也将污染降低至最低限度。

因此，市场亟需一种利用风能发电的电动汽车，以风能为能量来源对电动汽车供电。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种应用在汽车上的风力发电装置，结构设计合理，可以对汽车行驶过程中的风能进行收集利用，并对汽车锂电池进行充电，同时能够有效的解决非可再生能源，减少因燃烧非可再生能源而产生的环境污染，节约开支。

技术方案：本实用新型所述的一种应用在汽车上的风力发电装置，包括微型风力发电装置、整流器、锂电池和控制系统，所述微型风力发电装置包括依次连接的轴流扇叶、变速齿轮箱和永磁发电机，所述永磁发电机的输出端与所述整流器的输入端连接，所述整流器的输出端分别连接有负载和锂电池的输入端，所述负载和锂电池的输出端连接有控制系统；

所述控制系统包括DSP中心控制器、滤波电路、信号采集及调理电路、晶闸管驱动电路、电压互感器、多组整流电路，其中多组整流电路输入电压不同，输出电压相同，每个整流电路输入端分别各自通过晶闸管与微型风力发电装置的输出端连接，多组整流电路的输出端分别与滤波电路输入端连接，滤波电路输出端与锂电池和负载连接，所述电压互感器设置在微型风力发电装置输出端以监测发电机输出电压，电压互感器输出端与信号采集及调理电路输入端连接，信号采集及调理电路输出端接入DSP中心控制器，所述晶闸管驱动电路输入端接入DSP中心控制器，晶闸管驱动电路输出端分别与各个晶闸管的控制开关连接。

进一步的，所述的汽车包括纯电动汽车、油电混动汽车、插电式混动汽车以及其他形式的新能源汽车。

进一步的，所述的微型风力发电装置嵌入在车体里使之成为车体的一部分，同时采用伸缩结构设置的车体顶部。

进一步的，所述的控制系统的输出端的输出信号与控制开关电连接，所述控制开关设置在整流器与负载、锂电池之间。

进一步的，所述控制系统的输出信号与轴流扇叶处的风力传感器电连接。

有益效果：本实用新型的应用在汽车上的风力发电装置，结构设计合理，可以对汽车行驶过程中的风能进行收集利用，并对汽车锂电池进行充电，同时能够有效的解决非可再生能源，减少因燃烧非可再生能源而产生的环境污染，节约开支。

附图说明

图1为本实用新型的风力发电装置电路控制原理框图；

图2为本实用新型的控制系统原理框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1所示的一种应用在汽车上的风力发电装置，包括微型风力发电装置、整流器、锂电池和控制系统，所述微型风力发电装置包括依次连接的轴流扇叶、变速齿轮箱和永磁发电机，所述永磁发电机的输出端与所述整流器的输入端连接，所述整流器的输出端分别连接有负载和锂电池的输入端，所述负载和锂电池的输出端连接有控制系统。

如图2所示的控制系统原理图，所述控制系统包括DSP中心控制器、滤波电路、信号采集及调理电路、晶闸管驱动电路、电压互感器、多组整流电路，其中多组整流电路输入电压不同，输出电压相同，每个整流电路输入端分别各自通过晶闸管与微型风力发电装置的输出端连接，多组整流电路的输出端分别与滤波电路输入端连接，滤波电路输出端与锂电池和负载连接，所述电压互感器设置在微型风力发电装置输出端以监测发电机输出电压，电压互感器输出端与信号采集及调理电路输入端连接，信号采集及调理电路输出端接入DSP中心控制器，所述晶闸管驱动电路输入端接入DSP中心控制器，晶闸管驱动电路输出端分别与各个晶闸管的控制开关连接。

优选地，所述的汽车包括纯电动汽车、油电混动汽车、插电式混动汽车以及其他形式的新能源汽车。

纯电动汽车是指以车载蓄电池为动力，用电机驱动车轮行驶。蓄电池一般为铅酸电池或锂电池等。虽然它已有一百多年的悠久历史，但一直仅限于某些特定范围内应用，市场较小。其主要原因是由于各种类别的蓄电池普遍存在续航里程短，价格高、寿命短、外形尺寸和重量大、充电时间长等严重缺点。

油电混合动力汽车在起步、加速阶段，实现电启动和电加速；当超过一定时速时（约15km/h），燃油发动机才介入输出动力。当踩下制动踏板，汽车完全停止后，发动机停止转动。在行驶过程中燃油动力系统在为驱动系统提供能量的同时，还给蓄电池组进行充电。使蓄电池一直处于浅放电状态，因此锂电池使用寿命的可延长6-8年之久。不仅可以降低油耗，由于蓄电池组的存在，使发动机工作在一个相对稳定的工况，使排放得到改善。但是蓄电池的电量来源于燃油，经过2次能量的转化，转化效率不高。

插电式混合动力汽车是新型的混合动力汽车。区别于传统的油电混合动力，插电式混合动力驱动原理、驱动单元与传统电动汽车基本相同，区别在于：普通油电混动汽车的电池容量很小，仅在起/停时提供能量，不能外部充电，不能用纯电模式较长距离行驶。插电式的电池相对比较大，可以外部充电，用纯电模式行驶约50公里以上。电池电量耗尽后再以混合动力模式（以内燃机为主）行驶，并适时向电池充电，因此电池的寿命较短。

另外还有一些其它形式的新能源汽车，如太阳能汽车、风能源汽车等。这些都是非主流能源汽车，在新能源汽车里所占的比例很小。应用前景受到的地域、气候等影响很大。

新能源作为传统动力能源的补充是目前新能源汽车业的主流。风能是种清洁的能源。在汽车行驶的过程中，不可避免的受到来自风的阻力，而且速度越快风力越大。因此可以利用风的阻力进行发电，对蓄电池充电，这样就可以增加汽车的续航里程。

风力发电的原理很简单，是利用风力带动风车叶片旋转，再透过增速机将旋转的速度提升，来促使发电机发电。依据目前的风车技术，大约是每秒三米的微风速度，便可以开始发电。

本实用新型中的微型风力发电装置可以像车灯一样嵌入车体里，设计成汽车前部车体的一部份，不让其暴漏在汽车车身的外部。这样就不会增加汽车行驶时多余的风阻面积，既让风顺利通过，又不会增加风阻。同时，也可以在整个进气格栅上设置多个轴流式风力发电装置，这样不但可以更大限度的利用风能发电，同时还可以有效的对发动机进行冷却，一举两得。

或者可以在车顶部设计可以自动上下伸缩的风力发电装置。当在汽车停止的时候，风压感受装置一旦感受外界的风压，就能自动控制装置伸出车顶，并根据风向自动调整风扇迎风角度到最大受风面积，运行发电，对蓄电池充电；当车辆行驶时，因为此时装置相当于增加了受风面积，则应能够自动收回车内。这样汽车不用行驶，只需停泊在有空气流动的地方，就可以源源不断对汽车蓄电池进行充电。这样不仅可以大幅度减少车库泊车的压力，同时还可以减少充电桩充电的压力。

根据能量守恒定律，车辆启动后，与风产生相对运动，当风速达到扇叶启动的速度，一般为1～5 m/s，或者车速达到5～15 km/h时就可以驱动发电叶轮旋转，叶轮将捕获的风能转变成机械能，然后通过齿轮箱传递给发电机，最终产生电能。通常，车辆是以多变的车速行驶，如5～120 km/h。且由于路况和目的地的需要，随时改变档位和方向、天气影响、加减速等多方面的影响，会导致产生的电流大小会随之波动，以致电压不稳定。这时装置中的整流器就发挥了巨大的作用。当风力发电机工作时，会输出电流，当控制系统接收到电流和充电信号后就会发出整流信号，此时常开开关闭合，整流器工作，并输出稳定的电流为蓄电设备和用电设备供电。整个系统如下图1所示。

图1为整个风力发电装置的工作原理图，型号为M-400，输出电压为12V，直径为0.15m的4叶片风力发电机，固定在设计的三角支架上，然后用于家用轿车的车厢内，在实验场上对装置进行功率特性实验。整个过程需用万用电表测量不同工况下的电流电压，记录好相应的数据，再应用公式P=IU计算得出相对应的功率。该型号的风力发电机的启动风速为2m/s，车辆启动后，慢慢加速到一定的速度，待车速稳定，记录好初始数据，然后，汽车逐渐加速，直到车速达到120 km/h，获得最后一组数据。实验结束，将得到的实验数据进行处理分析，最终绘制出速度与输出功率和电流的关系图，分析验证风能利用的可行性。车速每提升10 km/h就记录一次万用表的示数。实验时，尽量选择晴朗无风的天气，以减小来自不同方向的风对实验数据产生的影响。

进行多次实验，取平均值，获得数据。整理后可以看出，随着车速的不断提高，风力发电机输出的电流不断增大，输出功率也随之增大。对于电动车，一度电可续航10 km左右。根据《中华人民共和国道路交通实行条例》汽车安全速为60～120km/h。那么，通过电量计算公式，W=Pt=IUt，可知汽车使用本装置在城市道路上行驶1小时，利用风能可产生电0.21～0.29度。

本实用新型的应用在汽车上的风力发电装置，结构设计合理，可以对汽车行驶过程中的风能进行收集利用，并对汽车锂电池进行充电，同时能够有效的解决非可再生能源，减少因燃烧非可再生能源而产生的环境污染，节约开支。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种应用在汽车上的风力发电装置，其特征在于：包括微型风力发电装置、整流器、锂电池和控制系统，所述微型风力发电装置包括依次连接的轴流扇叶、变速齿轮箱和永磁发电机，所述永磁发电机的输出端与所述整流器的输入端连接，所述整流器的输出端分别连接有负载和锂电池的输入端，所述负载和锂电池的输出端连接有控制系统；

所述控制系统包括DSP中心控制器、滤波电路、信号采集及调理电路、晶闸管驱动电路、电压互感器、多组整流电路，其中多组整流电路输入电压不同，输出电压相同，每个整流电路输入端分别各自通过晶闸管与微型风力发电装置的输出端连接，多组整流电路的输出端分别与滤波电路输入端连接，滤波电路输出端与锂电池和负载连接，所述电压互感器设置在微型风力发电装置输出端以监测发电机输出电压，电压互感器输出端与信号采集及调理电路输入端连接，信号采集及调理电路输出端接入DSP中心控制器，所述晶闸管驱动电路输入端接入DSP中心控制器，晶闸管驱动电路输出端分别与各个晶闸管的控制开关连接。

2.根据权利要求1所述的一种应用在汽车上的风力发电装置，其特征在于：所述的汽车包括纯电动汽车、油电混动汽车、插电式混动汽车以及其他形式的新能源汽车。

3.根据权利要求1所述的一种应用在汽车上的风力发电装置，其特征在于：所述的微型风力发电装置嵌入在车体里使之成为车体的一部分，同时采用伸缩结构设置的车体顶部。

4.根据权利要求1所述的一种应用在汽车上的风力发电装置，其特征在于：所述的控制系统的输出端的输出信号与控制开关电连接，所述控制开关设置在整流器与负载、锂电池之间。

5.根据权利要求1所述的一种应用在汽车上的风力发电装置，其特征在于：所述控制系统的输出信号与轴流扇叶处的风力传感器电连接。