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bdlhz618的博客

创新无止境,学习永不停。新思如潮涌,一切皆可能!

 
 
 

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个人简历 具有深厚的专业理论知识和丰富的实践经验,勤于思考,富于创新,在长期的工作实践中,始终注重研究和探索,通过多年的艰辛努力和实验,在技术革新与发明创造方面有所突破,研制成功《风力飞行器》(201110319692.2)。《调桨长的万向风车》(201210393482.2)。

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提升纯电动汽车续航里程的装置简介  

2017-08-30 09:18:57|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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提升纯电动汽车续航里程的装置简介

一、提升纯电动汽车续航里程的意义

谈到电动汽车时,人们通常都十分关心这样的问题:“电动汽车能跑多远?”因为在大多人的眼中,纯电动的交通工具,诸如电动摩托或者电瓶车,往往只能行驶很短的距离。

事实也是如此。相比能轻轻松松行驶500多公里的汽油车,大多数电动汽车的续航里程在150公里上下,达到500公里续航里程的,仅有特斯拉Model S一款,这样的续航里程完全不能够满足用户的用车需求。

将电动汽车行驶里程设计得较短,很大一方面的原因在于电池的成本问题。做一个简单的计算:目前市面上的动力电池(以磷酸铁锂电池为例),每一度电大概需要3000元左右,续航150公里的电动汽车大概需要24度电左右,总价格约为7万元。也就是说,你买一辆续航里程150公里左右的电动汽车,其中7万元是花在了电池上。因此,对于车企来说,要想生产一辆能够与汽油车一较高下的电动汽车,首先在价格上不能比同类型汽油车高得离谱。所以,如果一辆车装备了过多的电池,这辆电动汽车即使跑得再远,消费者也很难接受。

由此可以看出,提升纯电动汽车的续航里程的意义十分重大,是发展电动汽车的关键所在,如果不能把纯电动汽车一次充电的行驶里程增加到接近汽油车的水平,那么,让人们使用电动汽车来节能减排,保护地球家园,就将是十分困难的,或者说完全不能实现的工作。

那么,怎样提升纯电动汽车的续航里程呢?

提升纯电动汽车的续航里程无非两种方法:一、提高蓄电池的性能,使其重量轻,容量大,冲电时间短;二、提高蓄电池的使用效率,使汽车用很少的电,能够行驶更多的里程。本专利技术装置和方法就属于第二种情况。

二、发明内容

1机械结构

提升纯电动汽车的续航里程的装置,由风车、发电机、风道、控制部分组成,本发明装置中的风车则由支架、叶桨、叶桨头、转轴四部分组成。24个叶桨均匀分布在转轴周围,叶桨通过叶桨头固定在支架上,叶桨横截面的翼型为带弯度的机翼型,风车支架固定在微型风力发电机转子外壳上,发电机定子转轴由外壳上的支架支撑固定,转轴与风车支架旋转面垂直,与风向平行。叶桨可通过叶桨头上的三个相应转轴调节叶桨的倾斜度(α)、偏心度(β)、安装攻角(γ)。

叶桨的展向相对于风车转轴有一定倾斜角度,叶桨展向轴线与支架旋转面的夹角定义为叶桨倾斜度(α),用角度表示。因为本实用新型应用了万向风车的水平轴形式,转轴与风向平行,所以倾斜度(α)在030度之间均可。

叶桨的压力线与转轴之间的偏离距离与其最大偏离距离的比值定义为偏心度(β),用百分数表示。偏心度(β)的大小与叶桨攻角和叶桨受到风力作用时产生的启动转矩和转动转矩以及扫风面积有关,偏心度(β)大,产生的启动转矩和转动转矩就大,而扫风面积减少。

翼型弦线与气流方向的夹角定义为叶桨攻角,它与飞机机翼的迎角相当。风车静止时翼型弦线与水平方向的夹角定义为安装攻角(γ),用角度表示。所以,叶桨攻角是由安装攻角(γ)和随风速的变化而不断变化的可变攻角两部分组成的。适当改变安装攻角(γ),可使叶桨攻角处于最佳状态,即使在风车运行中也不超过失速攻角,使风车效率最佳。

简而言之,本发明装置中的微型风力发电机部分,实际就是去掉调桨长的万向风车的叶桨伸缩功能和其控制部分,应用万向风车的水平轴形式,通过调整叶桨的倾斜度(α)、偏心度(β)、安装攻角(γ)使风车达到启动转矩和转动转矩最大,扫风面积最大,风车效率系数最佳,并形成正反馈,利用正反馈效应提高风车效率。

2.工作原理

具报道,美国有个叫作 Robert Yost 的工程师设计了一种风力发电装置——MicroCube ,并装在了一辆福特 C-Max Energi 上,表示能够大幅度提升电动车的续航里程。

这个叫做 MicroCube 的发电装置其实是一套「小型风扇+发电机」的组合,能够输出三相交流电,之后转换成直流电给电池组充电。

从美国专利商标局(USPTO)查到了关于这套装置的结构图。在登记的信息中,该专利的名字为:「Modular micro wind turbine (以上内容来源于网络)

通过对这一专利结构图的分析,可以看到其使用的风力发电的风车不过是阻力型的风车,其效率不会高于15%,这就大大的削弱了这一装置的实际效果,甚至其实用性都受到怀疑。在这一提升电动车的续航里程系统中,风车效率大于30%才可能显示出其提升纯电动汽车续航里程的效果。另外,该风力发电机的输出端与蓄电池的输出端两者的连接,只是为了使发电机转换成直流电给电池组充电是并联,这也不能充分发挥提升纯电动汽车续航里程的作用。

其实,在我国也有许多发明爱好者想利用汽车行驶中产生的风力来发电,从而提升纯电动汽车续航里程诸如:网上介绍的,55岁农民自制风力辅助发电电动车(见照片1.);一名80后的建筑工人在自行车前头装了一个小风扇,居然对骑车有助推作用,就能“飞一般”行驶,速度堪比电动车(见照片2.);“酷叔”自制环保风力发电三轮(见照片3.);湖南日报报道了普通吉普车改装成风力发电电动车;还有人制造出风力发电摩托车:在原来发动机的位置安装了两个蓄电池和一部发电机,摩托车左右两侧各一个喇叭形风斗,风斗弧形圈里隐藏着几片扇形风轮……等等。

对于这些创新,有人评论说:“那个不靠谱,那是增加了阻力的风能发出的电,远远不够阻力消耗的。”,而也有人反驳说:“此言差矣,加装了车头风扇,风扇一转起来未必增加阻力,阻力甚至比不加风扇还小。”评论者还用平板前加一小风扇与不加小风扇在电风扇风吹动下阻力不一样的小实验来验证他的论断。并且,许多制造者也用自己切身经历,证明效果明显。

那么,情况究竟如何呢?是不是在电动车前或车顶加一风扇就能提升续航里程呢?

经过本人的分析思考和实验研究认为,电动车前加一风扇,或者汽车顶上加风力发电机,都应该能够使续航里程增加,这是由于这一做法降低了车辆行驶时的空气阻力系数,空气阻力系数小了,空气阻力小了,续航里程也就增加了。但是,我们知道,车辆行驶所受到的空气阻力所占总阻力的比重是很小的,最大的阻力还是与地面的摩擦和机械传动的摩擦,所以,这种方法提升续航里程的作用是十分有限的,甚至可以忽略不计的,这也就难怪有些人认为不靠谱了。

经过大量的进一步的分析研究,本人觉得,要想提升纯电动车的续航里程必须另辟蹊径,必须引入正反馈效应,来提升电动车的行驶效率,进而提升电动车的续航里程

这一方法的过程是这样的:打开电源开关,让电动汽车的蓄电池给电动机供电,那么,电动机就开始旋转带动车轮旋转,使汽车开始启动行驶。电动汽车行驶起来以后,就会使汽车与周围空气产生相对运动,从而形成了风。如果此时让风车利用这个风来发电,并把发出的电按正反馈形式接回到电动汽车的蓄电池输出端,这就形成了闭环正反馈,而产生的正反馈效应就会提升纯电动汽车的续航里程。

电动汽车应用反馈回路后,系统方块图如图所示;


 








提升纯电动汽车续航里程的装置简介 - 风的力量 - bdlhz618的博客

  



 


 



 

 

 

 

如将k看做纯电动汽车的能量转换效率,将β看成反馈回路风车的能量转换效率,那么,P2/ P1比值(Q)K、β关系表格于下表所示:

β      k     

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1.0

0.7

0.76

1.03

1.37

1.81

2.43

 

0.6

0.71

0.93

1.20

1.53

1.95

 

0.5

0.66

0.86

1.07

1.33

1.63

 

0.4

0.625

0.78

0.97

1.17

1.40

 

0.3

0.59

0.73

0.88

1.05

1.23

 

0.2

0.55

0.68

0.81

0.95

1.1

 

0.1

0.52

0.64

0.75

0.87

0.98

 

由表中可以看到,如果把K、β看成为电动汽车和风车的效率,那么,只有在表中具有底纹的数字显示的部分才会使提升纯电动汽车的续航里程的装置可以显示出效果,而其他数字部分将没有效果或者效果很小。而我们前面说到的没有正反馈的电动汽车和电动车的现有技术水平只在无底纹数字部分。本实用新型专利应用万向风车的水平轴形式作为反馈回路则能够处在有底纹数字区域。

如果K、β增大到一定程度,P2/ P1的比值Q可能大于1,此时,有点像一个国外故事中所说的那样:一队士兵齐步走通过一座桥梁,由于步伐的频率与桥梁的固有频率相同而发生共振,从而使桥梁崩塌的现象差不多这一切还有待实践的检验。如可行或许能提升3-4  倍的续航里程。

这就是说,只要增大K(纯电动汽车的能量转换效率,包括:汽车电动机效率、齿轮传动效率、地面摩擦效率等),增大β风车的效率、风力发电机效率等),就能实现提升纯电动汽车的续航里程而且,行驶速度越高,续航里程增加的越多。

这里需要特别指出的是,怎样把风力发电机输出的电量按正反馈接入电动汽车的输入端,还是大有学问的,不是简单地串联或并联就能形成正反馈,这要对反馈回路进行补偿才可以。这里的技术性太强,就不多说了。


 


 


 


 

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