一种新能源汽车风能发电装置及风-光-电互补储能型新能源汽车
阅读说明：本技术 一种新能源汽车风能发电装置及风-光-电互补储能型新能源汽车 (New energy automobile wind power generation device and wind-light-electricity complementary energy storage type new energy automobile ) 是由 王钰勋 李帅 于 2021-06-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种新能源汽车风能发电装置,包括车体、整流罩和风能发电装置,所述风能发电装置位于所述整流罩内,且连接动力电池模块,所述整流罩包括至少一个进气口；所述整流罩与所述车体的前部联接；所述进气口包括在车辆在向前行驶时接收气流的竖直段和车辆静止时接收气流的水平段。风能发电装置位于车体前部,提高汽车整体美观度与风能发电机构的耐久性,节省空间,降低成本,降低电能消耗,提高整车可靠性；通过设置多能互补平衡器,监测太阳能发电装置和风能发电装置的发电特性,并通过太阳能发电控制器和风能发电控制器调节充/放电电压,有效地避免了风能发电装置中的水平轴发电部和垂直轴发电部发电严重不平衡的问题。(The invention discloses a wind power generation device of a new energy automobile, which comprises an automobile body, a fairing and a wind power generation device, wherein the wind power generation device is positioned in the fairing and is connected with a power battery module, and the fairing comprises at least one air inlet; the fairing is coupled to a front portion of the vehicle body; the air intake includes a vertical section that receives airflow when the vehicle is traveling forward and a horizontal section that receives airflow when the vehicle is stationary. The wind power generation device is positioned at the front part of the vehicle body, so that the integral attractiveness of the vehicle and the durability of a wind power generation mechanism are improved, the space is saved, the cost is reduced, the electric energy consumption is reduced, and the reliability of the whole vehicle is improved; the solar power generation device and the wind power generation device are monitored for generating characteristics by arranging the multi-energy complementary balancer, and the charging/discharging voltage is adjusted by the solar power generation controller and the wind power generation controller, so that the problem of serious unbalance of power generation of a horizontal shaft power generation part and a vertical shaft power generation part in the wind power generation device is effectively solved.)
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域领域，尤其涉及一种新能源汽车风能发电装置及风-光-电互补储能型新能源汽车。
背景技术
汽车在给人们提供便利的同时，加速了传统能源的消耗以及环境污染。新能源汽车以电代油，可以实现行驶过程零排放，因而得到广泛发展。同时，“多能互补”逐渐成为提高综合能效、促进能源转型的重要举措，因此，将风光互补发电技术与新能源汽车结合，开发一种新能源汽车用风-光-电互补储能系统具有重要意义。
中国授权专利CN107253443B提供了一种新能源汽车，该新能源汽车包括风能发电机构和太阳能发电机构，风能发电机构和太阳能发电机构均位于车顶，其中，风能发电机构包括传动轴04、水平驱动组件和竖直驱动组件，在汽车行驶的时候传动轴04位于水平方向，此时水平驱动组件工作，竖直驱动组件不工作；当汽车静止时，翻转组件驱动传动轴04翻转，直至传动轴04位于竖直状态，此时水平驱动组件不工作，竖直驱动组件工作。水平驱动组件用于将汽车行驶中获得得风能转化为电能，而竖直驱动组件可以在汽车静止时将获得的风能转化为电能，改善了新能源汽车风能发电所存在的波动性、间歇性。
但是，其一、上述专利中风能发电机构位于车顶，显著影响汽车美观度与风能发电机构的耐久性。其二、水平驱动组件和竖直驱动组件转换工作状态时，需要传动轴翻转90度，使得该风能发电机构需要较大的空间，在“寸土寸金”的汽车上占用如此大空间显著影响汽车经济性，同时传动轴翻转这一动作需要消耗电能，降低新能源汽车续航。其三、风能发电机构位于车顶，不利于整车电路布置，导致成本增加。
发明内容
为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种新能源汽车风能发电装置，包括车体、整流罩和风能发电装置，所述风能发电装置位于所述整流罩内，且连接动力电池模块，所述整流罩包括至少一个进气口；
其中，所述整流罩与所述车体的前部联接；所述进气口包括在车辆在向前行驶时接收气流的竖直段和车辆静止时接收气流的水平段。
优选的，所述风能发电装置包括水平轴发电部和垂直轴发电部，其中，车辆向前行驶时，所述水平轴发电部工作并接收自所述进气口的竖直段来的气流，所述垂直轴发电部不工作；车辆静止时，所述垂直轴发电部工作并接收自所述进气口的水平段来的气流，所述水平轴发电部不工作。
优选的，所述风能发电装置还包括发电机和壳体；所述发电机固定安装于所述壳体的右端，所述水平轴发电部安装于所述发电机左端，所述垂直轴发电部下端安装于所述壳体底壁，上端贯穿所述壳体上壁；所述水平轴发电部和垂直轴发电部均连接所述发电机。
优选的，所述水平轴发电部包括水平轴、第一扇叶安装部、第一扇叶、第一扇叶收放机构，所述水平轴右端连接所述发电机，左端贯穿所述壳体，贯穿部位设置有第一轴承；其中，所述第一扇叶通过第一扇叶安装部铰接安装在所述水平轴上，所述第一扇叶通过所述第一扇叶收放机构实现收放。
优选的，所述第一扇叶安装部包括第一扇叶安装块、第一扇叶安装座和第一扇叶安装块，所述第一扇叶安装块固定安装在所述水平轴左端，所述第一扇叶安装座固定安装在所述第一扇叶安装块的四个端面上，所述第一扇叶安装块可转动地安装在所述第一扇叶安装座上，所述第一扇叶固定安装在所述第一扇叶安装块上。
优选的，所述第一扇叶收放机构包括扇叶滑槽、水平轴固定座、第一伸缩机构和滑动销，所述水平轴固定座固定安装在所述水平轴上，所述第一伸缩机构的一端铰接连接所述水平轴固定座，另一端固定连接所述滑动销，所述第一扇叶上设置有倒“凸”字形扇叶滑槽，所述滑动销位于所述扇叶滑槽内。
优选的，所述第一伸缩机构是液压杆或电动伸缩杆。
优选的，所述垂直轴发电部包括垂直轴、第二扇叶收放机构和第二扇叶；
其中，所述垂直轴自上而下由光杆段和蜗杆段构成，下端通过轴承安装于所述壳体底壁，上端贯穿所述壳体上壁，贯穿部位设置有第三轴承；所述第二扇叶收放机构固定安装在所述垂直轴的光杆段，所述第二扇叶通过所述第二扇叶收放机构实现收放。
优选的，所述第二扇叶收放机构包括第二扇叶安装块、X型杆一、X型杆二、第二伸缩机构、第二扇叶固定座、导向杆、滑块和铰接轴；所述第二扇叶安装块固定安装在所述垂直轴的光杆段，所述第二扇叶安装块外端开设有收放槽；所述第二扇叶固定座分别固定安装在所述第二扇叶安装块与所述第二扇叶的上端，所述第二扇叶固定座内设置有所述导向杆，所述滑块安装在所述导向杆上；
所述第二扇叶与所述垂直轴的轴线平行，且与四个所述收放槽相匹配；所述X型杆一上端与所述第二扇叶上的滑块铰接，下端通过铰接座与所述第二扇叶安装块连接，所述X型杆二上端与所述第二扇叶安装块上的滑块铰接，下端通过铰接座与所述第二扇叶连接。
优选的，所述X型杆一和X型杆二通过所述铰接轴铰接；所述第二伸缩机构一端安装在所述第二扇叶安装块上，另一端安装在所述X型杆二上。
优选的，所述第二伸缩机构可以是液压杆或电动伸缩杆。
优选的，所述垂直轴发电部还包括涡轮，所述涡轮固定安装在所述水平轴上，并和所述垂直轴的蜗杆段啮合连接。
为解决风能发电装置中的水平轴发电部和垂直轴发电部发电严重不平衡的技术问题，本发明还采用以下技术方案：
一种风-光-电互补储能型新能源汽车，包括车体、市政充电装置、太阳能发电装置、风能发电装置、动力电池模块和风-光-电互补储能系统，所述太阳能发电装置设置在所述车体的顶部；所述风能发电装置设置在所述车体的前部，所述风能发电装置，包括车辆行驶时发电的水平轴发电部和车辆静止时发电的垂直轴发电部；所述动力电池模块由若干电池串联而成；所述市政充电装置、太阳能发电装置和风能发电装置通过所述风-光-电互补储能系统连接所述动力电池模块；
优选的，所述风-光-电互补储能系统包括太阳能发电控制器、风能发电控制器和多能互补平衡器，所述太阳能发电装置连接所述太阳能发电控制器，所述太阳能发电控制器连接所述多能互补平衡器；所述风能发电装置连接所述风能发电控制器，所述风能发电控制器连接所述多能互补平衡器；所述多能互补平衡器8连接所述动力电池模块。
优选的，所述风-光-电互补储能系统还包括与所述多能互补平衡器连接的直流负载。
优选的，所述风-光-电互补储能系统还包括逆变器和交流负载，所述逆变器连接所述多能互补平衡器，所述交流负载连接所述逆变器。
优选的，所述风-光-电互补储能系统还包括信号测量系统和数据采集系统。
优选的，所述市政充电装置、动力电池模块和风-光-电互补储能系统全部集成在所述车体上。
优选的，所述风-光-电互补储能型新能源汽车中的所述风能发电装置，可以是上述任意一个技术方案中的新能源汽车风能发电装置。
本发明采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：
风能发电装置位于车体前部，提高汽车整体美观度与风能发电机构的耐久性，节省空间，降低成本，降低电能消耗，提高整车可靠性；
通过设置多能互补平衡器，监测太阳能发电装置和风能发电装置的发电特性，并通过太阳能发电控制器和风能发电控制器调节充/放电电压，有效地避免了风能发电装置中的水平轴发电部和垂直轴发电部发电严重不平衡的问题。
附图说明
图1为现有技术新能源汽车结构图；
图2为本发明新能源汽车示意图；
图3为本发明新能源汽车风能发电装置结构图；
图4为本发明风能发电装置中水平轴发电部结构图；
图5为本发明第一扇叶上滑槽结构示意图；
图6为本发明风能发电装置中垂直轴发电部结构图；
图7为本发明水平轴发电部和垂直轴发电部传动示意图；
图8为本发明新能源汽车风-光-电互补储能系统示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“平行”、“垂直”等并不表示要求部件绝对平行或垂直，而是可以稍微倾斜。如“平行”仅仅是指其方向相对“垂直”而言更加平行，并不是表示该结构一定要完全平行，而是可以稍微倾斜。
此外，“大致”、“基本”等用语旨在说明相关内容并不是要求绝对的精确，而是可以有一定的偏差。例如：“大致等于”并不仅仅表示绝对的等于，由于实际生产、操作过程中，难以做到绝对的“相等”，一般都存在一定的偏差。因此，除了绝对相等之外，“大致等于”还包括上述的存在一定偏差的情况。以此为例，其他情况下，除非有特别说明，“大致”、“基本”等用语均为与上述类似的含义。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图2-7所示，一种新能源汽车风能发电装置，包括车体10、整流罩4和风能发电装置1；所述整流罩4与所述车体10的前部联接，并配置为适合与车体10联接的形状和尺寸，所述整流罩4包括至少一个进气口4.1，所述进气口4.1包括在车辆在向前运动时接收气流的竖直段和车辆静止时接收气流的水平段；本领域技术人员可以想到，在一些实施例中，可以将各种空气动力学形状或特征中的任何一种结合到整流罩4中，以无限制地改善气流进入进气口4.1中；
所述风能发电装置1位于所述整流罩4内，且连接动力电池模块。
进一步地，所述风能发电装置1包括水平轴发电部、发电机1.3和壳体1.4；所述发电机1.3固定安装于所述壳体1.4的右端，所述水平轴发电部安装于所述发电机1.3左端。
进一步地，所述水平轴发电部包括水平轴1.10、第一扇叶安装块1.11、第一扇叶1.12、第一扇叶安装座1.13、第一扇叶安装块1.14、扇叶滑槽1.15、水平轴固定座1.16、第一伸缩机构1.17、滑动销1.18；所述水平轴1.10右端连接所述发电机1.3，左端贯穿所述壳体1.4，贯穿部位设置有第一轴承1.43；所述第一扇叶安装块1.11固定安装在所述水平轴1.10左端，所述第一扇叶1.12铰接在所述第一扇叶安装块1.11的四个端面上，所述第一扇叶安装座1.13固定安装在所述第一扇叶安装块1.11的四个端面上，所述第一扇叶安装块1.14可转动地安装在所述第一扇叶安装座1.13上，所述第一扇叶1.12固定安装在所述第一扇叶安装块1.14上；其中，所述第一扇叶安装块1.11、第一扇叶安装座1.13和第一扇叶安装块1.14构成第一扇叶安装部，所述第一扇叶1.12通过第一扇叶安装部铰接安装在所述水平轴1.10上。
进一步地，所述水平轴固定座1.16固定安装在所述水平轴1.10，所述第一伸缩机构1.17的一端铰接连接所述水平轴固定座1.16，另一端固定连接所述滑动销1.18，所述第一扇叶1.12上设置有倒“凸”字形扇叶滑槽1.15，所述滑动销1.18位于所述扇叶滑槽1.15内；其中，所述扇叶滑槽1.15、水平轴固定座1.16、第一伸缩机构1.17和滑动销1.18构成第一扇叶收放机构，第一扇叶收起时，缩短伸缩机构1.17，伸缩机构1.17向靠近水平轴1.10的方向转动，同时滑动销1.18在扇叶滑槽1.15内也向靠近水平轴1.10的方向滑动，第一扇叶1.12被收起；反之，伸长伸缩机构1.17，第一扇叶1.12被打开。通过第一扇叶收放机构，可快速收放第一扇叶，结构简单实用，相比于直接对扇叶旋转轴施加扭力，更加省力进而降低能源消耗，对于水平轴发电部扇叶的收放做出了重大改进。
进一步地，所述第一伸缩机构1.17可以是液压杆或电动伸缩杆。
进一步地，所述风能发电装置1还包括垂直轴发电部，所述垂直轴发电部下端安装于所述壳体1.4底壁，上端贯穿所述壳体1.4上壁；
进一步地，所述垂直轴发电部包括垂直轴1.20、第二扇叶安装块1.21、第二扇叶1.22、X型杆一1.23、X型杆二1.24、第二伸缩机构1.25、第二扇叶固定座1.26、导向杆1.27、滑块1.28、铰接轴1.29和涡轮1.19；
其中，所述垂直轴1.20自上而下由光杆段和蜗杆段构成，下端通过轴承1.41安装于所述壳体1.4底壁，上端贯穿所述壳体1.4上壁，贯穿部位设置有第三轴承1.42；所述第二扇叶安装块1.21固定安装在所述垂直轴1.20的光杆段，所述第二扇叶安装块1.21外端开设有收放槽1.211；所述第二扇叶固定座1.26分别固定安装在所述第二扇叶安装块1.21与所述第二扇叶1.22的上端，所述第二扇叶固定座1.26内设置有所述导向杆1.27，所述滑块1.28安装在所述导向杆1.27上。
进一步地，所述第二扇叶1.22与所述垂直轴1.20的轴线平行，且与四个所述收放槽1.211相匹配；所述X型杆一1.23上端与所述第二扇叶上的滑块1.28铰接，下端通过铰接座与所述第二扇叶安装块1.21连接，所述X型杆二1.24上端与所述第二扇叶安装块1.21上的滑块1.28铰接，下端通过铰接座与所述第二扇叶1.22连接。
进一步地，所述X型杆一1.23和X型杆二1.24通过所述铰接轴1.29铰接；所述第二伸缩机构1.25一端安装在所述第二扇叶安装块1.21上，另一端安装在所述X型杆二1.24上。
其中，所述第二扇叶安装块1.21、第二扇叶1.22、X型杆一1.23、X型杆二1.24、第二伸缩机构1.25、第二扇叶固定座1.26、导向杆1.27、滑块1.28和铰接轴1.29构成第二扇叶收放机构，第二扇叶收起时，缩短伸缩机构1.25，X型杆一1.23和X型杆二1.24向靠近垂直轴1.20的方向转动，同时滑块1.28沿着导向杆1.27向上滑动，第二扇叶1.22被收起；反之，伸长伸缩机构1.25，第二扇叶1.22被打开。通过第二扇叶收放机构，可灵活地收放第二扇叶，结构简单实用，扇叶收放状态下均能保持稳固，降低能源消耗，对于垂直轴发电部扇叶的收放做出了重大改进。
进一步地，所述第二伸缩机构1.25可以是液压杆或电动伸缩杆。
进一步地，所述涡轮1.19固定安装在所述水平轴1.10上，并和所述垂直轴1.20的蜗杆段啮合连接；通过涡轮蜗杆传动，垂直轴转动可带动水平轴转动，进而将垂直轴发电部的动能转化为电能。通过涡轮蜗杆传动机构，将第一扇叶和第二扇叶分别设置在水平轴和垂直轴上，有利于水平轴发电部和垂直轴发电部的位置布置，节省空间，相比于现有技术，更是减少了能源消耗装置，更进一步降低能耗。
一种新能源汽车风能发电装置，工作原理为：
车辆行驶时，气流主要为对流方向，此时第一伸缩机构1.17伸长，使得第一扇叶1.12张开，同时第二伸缩机构1.25缩短，使得第二扇叶1.22收起，气流从进气口4.1的竖直段进入，水平轴发电部工作，第一扇叶1.12带动水平轴1.10转动，进而通过发电机将动能转化为电能；车辆静止时，垂直轴风力发电部可以不考虑对风问题，具有较高的风能利用率，此时，第一伸缩机构1.17缩短，使得第一扇叶1.12收起，同时第二伸缩机构1.25伸长，使得第二扇叶1.22张开，伸出进气口4.1的水平段的垂直轴发电部工作，第二扇叶1.22带动垂直轴1.20转动，垂直轴1.20带动水平轴1.10转动，进而通过发电机将动能转化为电能。拓展了风能利用工况，有效地改善了新能源汽车风能发电所存在的波动性、间歇性。
如图2、8，本发明还提供一种风-光-电互补储能型新能源汽车，包括车体10、市政充电装置3、太阳能发电装置2、风能发电装置1、动力电池模块5和风-光-电互补储能系统，所述太阳能发电装置2设置在所述车体10的顶部；所述风能发电装置1设置在所述车体10的前部，包括车辆行驶时发电的水平轴发电部和车辆静止时发电的垂直轴发电部；所述动力电池模块5由若干电池串联而成；所述市政充电装置3、太阳能发电装置2和风能发电装置1通过所述风-光-电互补储能系统连接所述动力电池模块5；
其中，所述风-光-电互补储能系统包括太阳能发电控制器6、风能发电控制器7和多能互补平衡器8，所述太阳能发电装置2连接所述太阳能发电控制器6，所述太阳能发电控制器6连接所述多能互补平衡器8；所述风能发电装置1连接所述风能发电控制器7，所述风能发电控制器7连接所述多能互补平衡器8；所述多能互补平衡器8连接所述动力电池模块5。通过设置多能互补平衡器8，监测太阳能发电装置2和风能发电装置1的发电特性，并通过太阳能发电控制器6和风能发电控制器7调节充/放电电压，使得太阳能发电装置2和风能发电装置1的输出电压满足单体电池的充电电压要求，同时在动力电池模块5充放电过程中均衡各个单体电池的电量，有效地避免了风能发电装置1中的水平轴发电部和垂直轴发电部发电严重不平衡的问题。
进一步地，所述风-光-电互补储能系统还包括与所述多能互补平衡器8连接的直流负载。
进一步地，所述风-光-电互补储能系统还包括逆变器和交流负载，所述逆变器连接所述多能互补平衡器8，所述交流负载连接所述逆变器。
进一步地，所述风-光-电互补储能系统还包括信号测量系统和数据采集系统。
进一步地，所述市政充电装置3、动力电池模块5和风-光-电互补储能系统全部集成在所述车体10上。
以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。
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