專利名稱：風能電動汽車發電供電系統的制作方法
技術領域：
本發明風能電動汽車發電供電系統涉及一種風力發電系統，特別是提供給電動汽 車的風能發電供電系統。
背景技術：
風能就是用風力發出的電能，用風吹動發電機的葉輪，使得發電機達到一定的轉 速來轉換成電能。用風能發電是一個取之不盡，用之不完一個能源。在當今時代，又處于能 源緊張的時候。風能更顯示它的地位，和價值。風在靜態的情況下是沒有力量的，但是把它 運動起來，它的力量無窮。目前尚沒有一個系統的運用于電動汽車的風能發電供電裝置
發明內容
本發明風能電動汽車發電供電系統的目的是針對上述不足之處，提供一種風能發 電供電系統，在電動汽車底部加裝管道，里面加裝η個風力發電機組，使之每個風力發電機 發出交流或直流50 380V電壓。再經過各發電機組自動穩壓裝置、并組，達到驅動電機所 需電流容量給予供電，其中風力發電機和供電電路加以防水保護處理，其外還加裝UPS或 EPS供電方式的備用電源，給予汽車啟動和低于發電風速用電。本發明風能電動汽車發電供電系統是采取以下技術方案實現的風能電動汽車發 電供電系統包括通風管道、風速限流閥、若干個風能發電機、發電機組自動穩壓裝置、電源 裝置和電源并組箱；通風管道布置在電動汽車底部，風能發電機設置在通風管道中，所述的 風速限流閥安裝在通風管道進風口處。發電機組自動穩壓裝置由電壓檢測電路、移相觸發電路、分流控制器和三次諧波 勵磁電路組成。電壓檢測電路由電源變壓器TB、整流二極管VDl VD12、可變電阻器R1、電阻器 R8、R2、電容器Cl和穩壓二極管VSl組成。移相觸發電路由電阻器R2 R6、晶體三極管VI、VU、電容器C2、C4和穩壓二極管 VS2組成。分流控制器電路由晶閘管VT、電容器C3、電阻器R7、自動/手動控制開關S和發電 機G等勵磁繞組TO組成。三次諧波勵磁電路由發電機G的等勵磁繞組WE、諧波繞組WF、整流橋堆UR、磁場可 變電阻器RP和開關S組成。電源并組箱中裝有多組電源接線排，多個風能發電機發出的多組電源經過各個發 電機組自動穩壓裝置后，通過電源線與多組電源接線排相連，合并成一組電源。電源裝置包括控制電源變壓器和供電、備用電源；控制電源變壓器輸入端通過導 線與備用電源輸出端相連，控制電源變壓器輸出端通過導線與照明、轉向燈、驅動、音響、防 盜等電路相連通，提供電源。風能電動汽車發電供電系統的供電、備用電源包括固態接觸器KMl KM15、維修旁路開關K1、旁路開關K2、旁路靜態開關KS1、輸出開關K5、充電整流器ZL、逆變器NB、逆變 靜態開關KS2、電池組E1、備用電池組E2和濾波器C。風力發電機Gl G12電源分別與固態接觸器KMl KM12輸入相連，固態接觸器 KMl KM12并組輸出端分為三路第一路，固態接觸器KMl KM12并組輸出端與旁路開關 輸入端相連，通過旁路開關K2與旁路靜態開關KSl相連，旁路靜態開關KSl線路中加之電 流無功補償電容C5與輸出開關K4輸入端相連，輸出開關K4輸出端一路通過導線與汽車電 動機相連，輸出開關K4輸出端另一路通過導線與控制電源變壓器相連；第二路，固態接觸 器KMl KM12并組輸出端與維修旁路開關Kl輸入端相連，另一端與輸出開關K4輸入端相 連；輸出開關K4輸出端一路通過導線與汽車電動機相連，輸出開關K4輸出端另一路通過導 線與控制電源變壓器相連；第三路，固態接觸器KMl KM12并組和固態接觸器KM13輸入相 連，充電整流器ZL電源輸入端與固態接觸器KM13輸出端相連，充電整流器ZL電源輸出端 另分為兩路與電池組E1、備用電池組E2固態接觸器KM14、KM15相連 ，給電池組E1、備用電 池組E2充電，電池組通過電池固態接觸器KM14、KM15和濾波器C與逆變器NB電源輸入端 相連，逆變器NB電源輸出端與逆變靜態開關KS2電源輸入端相連，逆變靜態開關KS2電源 輸出端加之電流無功補償與輸出開關相連。所述充電整流器ZL包括在半橋式功率變換器中，功率管所承受的最大電壓與正 激式或反激式變換器中功率管承受的電壓相比要小。這樣可以選用耐壓值低的MOSFETdi 導通電阻相應下降，同時也降低了導通損耗。用集成PWM控制芯片SG3525結合半橋式功率 變換電路共同組成充電器的功率變換部分。充電電流經過精密電阻采樣、放大，然后也送 至單片機的A/D 口 ；蓄電池溫度經過溫度傳感器，將對應的電壓量放大后送至單片機的A/ D 口。本系統軟件部分的主要功能是，通過對蓄電池狀態的檢測，使充電轉入不同的充電階 段；進入不同的充電階段后，通過一定的算法，改變SG3525的輸出脈沖寬度，實現各個不同 階段的充電；暫停充電和終止充電的控制；并顯示充電器當前狀態。所述逆變器NB采用SPWM技術的并網逆變器裝置在分布式風力發電機組并網發電 系統領域。與傳統整流器相比，這種逆變器裝置的主電路采用可關斷的全控器件，可以實現 電能的雙向傳輸。這種逆變器裝置不僅具有受控的AC/DC整流功能，而且還具有DC/AC的 逆變功能。通過數字控制技術在并網逆變器交流側可實現單位功率因數運行和正弦化電流 波形，在分布式風力發電機組并網發電系統中采用PWM并網逆變器可以在向電網饋送能量 的同時，減少裝置對電網的污染，實現高質量的并網發電。所述靜態開關和逆變靜態開關采用市售KS雙向晶閘管。備用電源可采用市售UPS或EPS備用電源供電方式。備用電源的主電路電源和市電電源經過電感送至可控晶閘管控制電瓶組充電，供 給三組A，B，C正反可控晶閘管調壓輸出逆變放電，經過蓄能電抗器輸出。此外，在輸出三相 線路中“星接”了一組電容是為了線路中電流補償之用滿足供電。旁路電路中串聯一組雙 向可控晶閘管是為了間隙通斷供電之用。UPS工作時，主電源供電。旁路電源間斷給電，如 果電動汽車車速低于40km/h時，電池組供電，風力發電間斷給備用電池組充電，旁路電源 停止工作。如果車速高于60km/h，電瓶電也充滿，主電路停止工作，有旁路電源直給電動機 {共 ο所述的風速限流閥，安裝在通風管道進風口處，為智能調節裝置。當風能電動汽車在行駛中風速達到或超過發電機額定轉速時，風速限流閥根據發電機額定轉速的大小給予 關閉或開啟。所述的通風管道在汽車底部成“ I I ”字形或“八”字形排列。所述的通風管道為喇 叭狀；本發明風能電動汽車發電供電系統，風力發電機“G”在汽車底部通風管道中經過 防水處理，電線管道密封接出電源三相直流或交流50-380V電壓，輸入整流穩壓裝置。接 入電源并組箱。在此電源分為兩路，一路供給UPS/EPS備用電源電池組充電蓄能、控制，在 汽車剛行駛或低于60mk/h給予汽車驅動電機“Μ”供電。一路直接供給控制、汽車驅動電機 “Μ”用電。風能發電機在電動汽車底部的通風管道中一字排開，為了風力有強勁通風 管道如 喇叭狀，喇叭口在電動汽車的頭部，因為電動汽車行駛起來風從頭部灌進，從尾部排出。風 能發電機的風葉可以做成百葉滾筒狀或排風葉狀均可。驅動電動機的擺布位置和汽油發動 機擺布位置大致相同以前面為主。本發明風能電動汽車發電供電系統優點風能電動汽車發電供電系統設計合理，結構緊湊，由于在電動汽車底部加裝管道， 里面加裝風力發電機組，使之每個風力發電機發出交流或直流50 380V電壓，再經過穩 壓、鎮流、并組，達到驅動電機所需電流容量給予供電。可以充分利用電動汽車在行駛述程 中產生風力推動風力發電機來發電，節約能源，使用安全可靠，無碳排放，無環境污染，是一 種環保節能產品。其外還加裝UPS或EPS供電方式的備用電源，可以將風力發電機組發出 交流或直流50 380V電壓，再經過穩壓、鎮流、并組，通過充電器給電池組、備用電池組充 電，將給予汽車啟動用電，市電也可以直接通過充電器給電池組、備用電池組充電以補充電 動汽車電能不足，確保正常行駛。本發明風能電動汽車發電供電系統提供的電能又是再生能源，眾多相關數據、資 料表明，風能電動汽車發電、供電控制系統用在汽車上是可行的，緩解當前環境、能源，都是 有很大益處的。
以下將結合附圖對本發明作進一步說明圖1是風能電動汽車發電供電系統原理圖。圖2是風能電動汽車發電供電系統的風能發電機和汽車發電機安裝狀態示意圖。圖3是風能電動汽車發電供電系統的通風管道和風能發電機安裝狀態示意圖。圖4是風能電動汽車發電供電系統的發電機組自動穩壓裝置圖5是風能電動汽車發電供電系統的供電、備用電源原理圖。圖6是風能電動汽車發電供電系統的備用電源原理圖。
具體實施例方式參照附圖1 6，風能電動汽車發電供電系統包括通風管道1、風速限流閥7、若干 個風能發電機2、發電機組自動穩壓裝置、電源裝置和電源并組箱；通風管道1布置在電動 汽車底部3，風能發電機2設置在通風管道1中。
發電機組自動穩壓裝置由電壓檢測電路、移相觸發電路、分流控制器和三次諧波勵磁電路組成。電壓檢測電路由電源變壓器TB、整流二極管VDl VD12、可變電阻器R1、電阻器 R8、R2、電容器Cl和穩壓二極管VSl組成。移相觸發電路由電阻器R2 R6、晶體三極管VI、VU、電容器C2、C4和穩壓二極管 VS2組成。分流控制器電路由晶閘管VT、電容器C3、電阻器R7、自動/手動控制開關S和發電 機G等勵磁繞組TO組成。三次諧波勵磁電路由發電機G的等勵磁繞組WE、諧波繞組WF、整流橋堆UR、磁場可 變電阻器RP和開關S組成。發電機G輸出的三相交流電壓經電源變壓器TB降壓、整流二極管VDl VD12整 流、電阻器Rl和R8限流降壓及電容器Cl濾波后，經穩壓二極管VSl加至晶體三極管Vl的 基極。發電機G剛啟動時，其輸出的三相交流電壓較低，電容器Cl兩端電壓不足以使穩壓 二極管VSl導通，故移相觸發電路不工作，晶閘管VT處于截止狀態，對勵磁電流無影響。當 三相交流電壓達到一定值時，穩壓二極管VSl擊穿導通，使晶體三極管Vl導通，移相觸發電 路工作，產生觸發脈沖信號，使晶閘管VT受觸發而導通，對勵磁電流大小進行調節。發電機運轉時，諧波繞組WF(埋在發電機定子槽中的附加繞組，其極數為主繞組 的3倍)感應出諧波電壓的大小隨負載的增加而相應升高。該電壓經整流橋堆UR整流后， 通過磁場可變電阻器RP和開關S加至發電機的勵磁繞組WE上。當某種原因導致發電機輸出電壓降低時，電壓檢測電路輸出電壓變低。通過移相 觸發電路使晶閘管VT的導通角變小，對勵磁電流的分流作用減小，發電機的輸出電壓升高 而恢復到正常值；當發電機的輸出電壓升高時，晶閘管VT的導通角增大，使勵磁電流降低， 發電機的輸出電壓降低至正常值，從而達到了自動穩定輸出電壓的目的。將開關S斷開時，勵磁電流不再受晶閘管VT控制，此時可以通過手動控制磁場可 變電阻器RP的阻值來改變勵磁電流的大小。電源并組箱中裝有多組電源接線排，多個風能發電機發出的多組電源經過各個發 電機組自動穩壓裝置后通過電源線與多組電源接線排相連，合并成一組電源。電源裝置包括控制電源變壓器和供電、備用電源；控制電源變壓器輸入端通過導 線與備用電源輸出端相連，控制電源變壓器輸出端通過導線與照明、轉向燈、驅動、音響、防 盜等電路相連通，提供電源。風能電動汽車發電供電系統的供電、備用電源包括固態接觸器KM、維修旁路開關 K1、旁路開關K2、旁路靜態開關KS1、輸出開關K5、充電整流器ZL、逆變器NB、逆變靜態開關 KS2、電池組E1、備用電池組E2、濾波器C。風力發電機Gl G12電源分別與固態接觸器KMl KM12輸入相連，固態接觸器 KMl KM12并組輸出端分為三路第一路，固態接觸器KMl KM12并組輸出端與旁路開關 輸入端相連，通過旁路開關K2與旁路靜態開關KSl相連，旁路靜態開關KSl線路中加之電 流無功補償電容C5與輸出開關K4輸入端相連，輸出開關K4輸出端一路通過導線與汽車電 動機相連，輸出開關K4輸出端另一路通過導線與控制電源變壓器相連；第二路，固態接觸 器KMl KM12并組輸出端與維修旁路開關Kl輸入端相連，另一端與輸出開關Kl輸出端相連；第三路，固態接觸器KMl KM12并組和固態接觸器KM13輸入相連，充電整流器ZL電源 輸入端與固態接觸器KM13輸出端相連，充電器電源輸出端另分為兩路與電池組E1、備用電 池組E2固態接觸器KM14、KM15相連，給電池組El、備用電池組E2充電，電池組通過電池固 態接觸器KM14、KM15和濾波器C與逆變器NB電源輸入端相連，逆變器NB電源輸出端與逆 變靜態開關KS2電源輸入端相連，逆變靜態開關KS2電源輸出端加之電流無功補償與輸出 開關K4相連。
所述充電整流器ZL包括在半橋式功率變換器中，功率管所承受的最大電壓與正 激式或反激式變換器中功率管承受的電壓相比要小。這樣可以選用耐壓值低的MOSFETdi 導通電阻相應下降，同時也降低了導通損耗。用集成PWM控制芯片SG3525結合半橋式功率 變換電路共同組成充電器的功率變換部分。充電電流經過精密電阻采樣、放大，然后也送 至單片機的A/D 口 ；蓄電池溫度經過溫度傳感器，將對應的電壓量放大后送至單片機的A/ D 口。本系統軟件部分的主要功能是，通過對蓄電池狀態的檢測，使充電轉入不同的充電階 段；進入不同的充電階段后，通過一定的算法，改變SG3525的輸出脈沖寬度，實現各個不同 階段的充電；暫停充電和終止充電的控制；并顯示充電器當前狀態。所述逆變器NB采用SPWM技術的并網逆變器裝置在分布式風力發電機組并網發電 系統領域。與傳統整流器相比，這種逆變器裝置的主電路采用可關斷的全控器件，可以實現 電能的雙向傳輸。這種逆變器裝置不僅具有受控的AC/DC整流功能，而且還具有DC/AC的 逆變功能。通過數字控制技術在并網逆變器交流側可實現單位功率因數運行和正弦化電流 波形，在分布式風力發電機組并網發電系統中采用PWM并網逆變器可以在向電網饋送能量 的同時，減少裝置對電網的污染，實現高質量的并網發電。所述靜態開關和逆變靜態開關采用市售KS雙向晶閘管。備用電源可采用市售UPS或EPS備用電源供電方式。風能電動汽車發電供電系統的供電、備電工作原理風力發電機的電源Gl G12， 各通過發電機組自動穩壓裝置后，經過固態接觸器KMl KM12導通并組。分為三路，第一 路電源，經過維修旁路開關Kl當電動汽車時速超過60 140km/h時直接供電給電動汽車 電動機4、控制電路供電運行和電動汽車大修時外接電源之用電。第二路電源，經過旁路開 關K2當電動汽車時速不超過50 80km/h時，電源通過旁路靜態開關KSl穩壓，加之“C5” 電流無功補償供電給電動汽車電動機控制電路供電運行。電動汽車時速超過60 140km/h 時停止供電。第三路電源，經過固態接觸器KM13通過充電整流器ZL降壓，加之濾波器AC/ DC整流，給電池組El或備用電池組E2充電。其中還加有一路市電源，以便電池組El或備 用電池組E2電量不足補充充電。當電動汽車啟動或電動汽車時速不超過40 60km/h時， 電池組El或備用電池組E2的固態接觸器KM14或KM15導通供電經過濾波器AC/DC整流， 逆變器NB，DC/AC轉換升壓，通過逆變靜態開關穩壓，加之“C5”電流無功補償，經過輸出開 關K4給電動汽車電機、控制電路供電。備用電源的主電路A，B，C相三相電源從IN電源輸入，經過電感L送至可控晶閘管 VT三相電橋根據用電情況，經過KJ開關，控制電池組E充放電，供給三組A，B，C正反可控 晶閘管PWM調壓輸出，經過蓄能電抗器TB輸出OUT。此外，在輸出三相線路中“星接”了一 組電容C6、C7、C8是為了線路中電流補償之用滿足供電。旁路電路中串聯一組雙向可控晶 閘管KS是為了間隙通斷穩壓供電之用。UPS工作時，主電源供電。旁路電源間斷給電，如果電動汽車車速低于40km/h時，電池組供電，風力發電間斷給備用電池組充電，旁路電源停 止工作。如果車速高于60km/h，電瓶電也充滿，主電路停止工作，有旁路電源直給電動機供 H1^ ο所述的備用電源的主電路電源和市電電源通過電感與可控晶閘管相連，可控晶閘 管與電瓶組相連。所述的風速限流閥7安裝在通風管道1進風口處，為智能調節裝置。當風能電動 汽車在行駛中風速達到或超過發電機額定轉速時，風速限流閥根據發電機額定轉速的大小 給予關閉或開啟。所述的風速限流閥可采用碟閥、百葉窗閥。所述的通風管道1在汽車底部3成“ I I ”字形或“八”字形排列。所述的通風管道 1為喇叭狀。本發明風能電動汽車發電供電系統，風力發電機“G”在汽車底部管道中經過防水 處理，電線管道密封接出電源三相直流或交流50-380V電壓，輸入整流穩壓裝置。接入電 源并組箱。在此電源分為兩路，一路供給UPS/EPS備用電源電池組充電蓄能、控制，在汽車 剛行駛或低于60mk/h給予汽車驅動電動機“Μ”供電。一路直接供給控制、汽車驅動電動機 “Μ”用電。
風能發電機2在電動汽車底部3的通風管道1中一字排開，為了風力有強勁，通風 管道1如喇叭狀，喇叭口在電動汽車的頭部，因為電動汽車行駛起來風從頭部灌進，從尾部 排出。風能發電機2的風葉可以做成百葉滾筒狀或排風葉狀均可。驅動電動機4的擺布位 置和汽油發動機擺布位置大致相同以前面為主，驅動電動機4通過變速箱5、傳動軸6驅動 電動汽車。
權利要求
一種風能電動汽車發電供電系統，其特征在于包括通風管道、風速限流閥、若干個風能發電機、發電機組自動穩壓裝置、電源裝置和電源并組箱；通風管道布置在電動汽車底部，風能發電機設置在通風管道中，所述的風速限流閥安裝在通風管道進風口處；發電機組自動穩壓裝置由電壓檢測電路、移相觸發電路、分流控制器和三次諧波勵磁電路組成；電壓檢測電路由電源變壓器TB、整流二極管VD1～VD12、可變電阻器R1、電阻器R8、R2、電容器C1和穩壓二極管VS1組成；移相觸發電路由電阻器R2～R6、晶體管V1、VU、電容器C2、C4和穩壓二極管VS2組成；分流控制器電路由晶閘管VT、電容器C3、電阻器R7、自動/手動控制開關S和發電機G的勵磁繞組WE組成；三次諧波勵磁電路由發電機G的勵磁繞組WE、諧波繞組WF、整流橋堆UR、磁場可變電阻器RP和開關S組成；電源并組箱中裝有多組電源接線排，多個風能發電機發出的多組電源經過各個發電機組自動穩壓裝置后通過電源線與多組電源接線排相連，合并成一組電源；電源裝置包括控制電源變壓器和供電、備用電源；控制電源變壓器輸入端通過導線與備用電源輸出端相連，控制電源變壓器輸出端通過導線與照明、轉向燈、驅動、音響和防盜電路相連通；供電、備用電源包括固態接觸器KM1～KM15、維修旁路開關K1、旁路開關K2、旁路靜態開關KS1、市電源輸出開關K3輸出開關K4、充電整流器ZL、逆變器NB、逆變靜態開關KS2、電池組E1、備用電池組E2和濾波器C；風力發電機G1～G12電源分別與固態接觸器KM1～KM12輸入相連，固態接觸器KM1～KM12并組輸出端分為三路第一路，固態接觸器KM1～KM12并組輸出端與旁路開關輸入端相連，通過旁路開關K2與旁路靜態開關KS1相連，旁路靜態開關KS1線路中加之電流無功補償電容C5與輸出開關K4輸入端相連，輸出開關K4輸出端一路通過導線與汽車電動機相連，輸出開關K4輸出端另一路通過導線與控制電源變壓器相連；第二路，固態接觸器KM1～KM12并組輸出端與維修旁路開關K1輸入端相連，另一端與輸出開關K4輸入端相連；輸出開關K4輸出端一路通過導線與汽車電動機相連，輸出開關K4輸出端另一路通過導線與控制電源變壓器相連；第三路，固態接觸器KM1～KM12并組和固態接觸器KM13輸入相連，充電整流器ZL電源輸入端與固態接觸器KM13輸出端相連，充電整流器ZL電源輸出端另分為兩路與電池組E1、備用電池組E2固態接觸器KM14、KM15相連，給電池組E1、備用電池組E2充電，電池組通過電池固態接觸器KM14、KM15和濾波器C與逆變器NB電源輸入端相連，逆變器NB電源輸出端與逆變靜態開關KS2電源輸入端相連，逆變靜態開關KS2電源輸出端加之電流無功補償與輸出開關相連。
2.根據權利要求1所述的一種風能電動汽車發電供電系統，其特征在于所述的通風管 道在汽車底部成“ I | ”字形或“八”字形排列。
3.根據權利要求1所述的一種風能電動汽車發電供電系統，其特征在于所述的通風管 道為喇叭狀。
4.根據權利要求1所述的一種風能電動汽車發電供電系統，其特征在于所述的備用電 源的主電路電源和市電電源通過電感與可控晶閘管相連，可控晶閘管與電瓶組相連。
全文摘要
本發明風能電動汽車發電供電系統涉及一種風力發電系統，特別是提供給電動汽車的風能發電供電系統。包括通風管道、風速限流閥、若干個風能發電機、發電機組自動穩壓裝置、電源裝置和電源并組箱；通風管道布置在電動汽車底部，風能發電機設置在通風管道中，所述的風速限流閥安裝在通風管道進風口處；整流穩壓裝置包括整流二極管、穩壓二極管；電源并組箱中裝有多組電源接線排；電源裝置包括控制電源變壓器和供電、備用電源；控制電源變壓器輸入端通過導線與備用電源輸出端相連；供電、備用電源包括固態接觸器、旁路開關、維修旁路開關、旁路靜態開關、輸出開關、充電器、逆變器、逆變靜態開關、電池組、備用電池組和濾波器。
文檔編號B60L8/00GK101830178SQ20101015579
公開日2010年9月15日 申請日期2010年4月26日 優先權日2010年4月26日
發明者張小友 申請人:張小友