CN110667495A - 车辆驾驶室能量回收*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种车辆驾驶室能量回收***，尤其适用于长头卡车，属于汽车节能技术领域，包括能量回收执行***、电能存储调理***、控制***；所述能量回收执行***包括布置于驾驶室外壁和/或内部的柔性压电薄膜、设置于发动机舱盖内表面的热电薄膜、套接于发动机排气管的温差发电装置；所述能量回收执行***与所述电能存储调理***和所述控制***电连接，所述电能存储调理***和所述控制***电连接。其使驾驶室具备压电薄膜发电、温差发电的能力，并可将所发的电能进行存储并用于挡风玻璃电加热、驾驶舱内其它电器或设备供电，本发明安装结构简单，节能环保，有效将热能和振动能量转化为电能。
Description
技术领域
本发明涉及汽车节能技术领域，具体涉及一种车辆驾驶室能量回收***。
背景技术
随着石油能源的减少和人们节能意识的提高，如何提高汽车的节能环保性，提高汽车能量利用率成为汽车设计工程师的研究目标，随着技术的发展，压电材料的效率越来越高，例如将分子铁电材料制成薄膜，做成压电薄膜用以发电，其结构简单，柔韧性好，无毒害，安全可靠、无需燃料、无噪声、无污染、使用维护简便、规模可大可小等优点，该技术用来将汽车行驶过程中的板件振动能量转化为电能，是一种最方便的能量回收方式；另外，利用温差发电片、热电薄膜将发动机的热用来发电，提高了发动机的热能利用率；在全球能源日益紧缺和提倡绿色环保设计的今天，将以上技术进行有机结合，设计一款同时具备压电发电和温差发电能力的长头卡车驾驶室，有利于提高汽车能量利用率，实现节能环保，储存的电能还可以为车辆其它用电装置供电，如座椅通风加热装置、前挡风除霜装置、后视镜加热装置、USB外接电源装置等。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种车辆驾驶室能量回收***，其可提高车辆的能量利用率，结构紧凑，安装使用方便，节能环保，尤其适用于长头卡车。
本发明采用如下技术方案：
一种车辆驾驶室能量回收***，包括能量回收执行***、电能存储调理***、控制***；所述能量回收执行***包括布置于驾驶室外壁和/或内部的柔性压电薄膜、设置于发动机舱盖内表面的热电薄膜、套接于发动机排气管的温差发电装置；所述能量回收执行***与所述电能存储调理***和所述控制***电连接，所述电能存储调理***和所述控制***电连接。
进一步地，所述温差发电装置为多层管状结构，最内层为环形热端层，所述环形热端层套接于发动机排气管外；所述环形热端的外层周向均匀分布有P型和N型半导体热电发电片，所述P型和N型半导体热电发电片之间设置有隔热棉；所述P型和N型半导体热电发电片的外层为环形冷端层，所述环形冷端层沿轴向设置有水道；所述温差发电装置的两端部分别设有出水口和进水口，所述出水口和所述进水口与所述水道相连通。
进一步地，所述环形冷端层的外层为外壳，所述外壳上连接有安装支架，所述安装支架连接于驾驶室外壁。
进一步地，所述温差发电装置根据车辆驾驶室排气位置采用不同的布置方案，具体的：驾驶室排气为侧排气时，即发动机排气管在驾驶室下方横向水平布置，所述温差发电装置套设在所述发动机排气管上并设置在驾驶室底部；驾驶室排气为顶置排气时，即发动机排气管包括相连通的水平段排气管和垂直段排气管，所述水平段排气管设置在驾驶室下方，所述垂直段排气管设置在驾驶室后方向上延伸，所述温差发电装置套设在所述发动机排气管上并设置在驾驶室底部和/或后部。
进一步地，所述柔性压电薄膜分别贴合于发动机舱盖外表面、驾驶舱顶部外表面、前轮罩外表面和驾驶舱内底板上。
进一步地，所述电能存储调理***包括稳压/整流器、蓄电池、逆变器、交流输出接口、直流输出接口，所述稳压/整流器与所述直流输出接口、所述蓄电池和所述能量回收执行***电连接，所述蓄电池与所述逆变器电连接，所述逆变器与所述交流输出接口电连接。
进一步地，所述车辆驾驶室能量回收***，还包括用电***，所述用电***包括直流电器件和/或交流电器件，所述直流电器件与所述直流输出接口电连接，所述交流电器件与所述交流输出接口电连接。
进一步地，所述车辆驾驶室能量回收***，还包括温度传感元件，所述用电***包括电热丝，所述电热丝与所述直流输出接口或所述交流输出接口电连接，所述电热丝和所述温度传感元件埋设于驾驶室的前挡风玻璃，所述温度传感元件与所述控制***电连接，所述控制***能够通过所述温度传感元件获取前挡风玻璃的温度，当挡风玻璃的温度低于0℃时，控制***控制所述电能存储调理***向所述电热丝供电。
进一步地，所述热电薄膜为碲化铋纤维复合热电薄膜。
进一步地，所述柔性压电薄膜为PVDF压电薄膜或分子铁电材料压电薄膜。
与现有技术比较本发明的有益效果在于：
1、本发明将柔性压电薄膜发电技术、半导体温差发电技术集成在车辆驾驶室中，有效利用振动和热能进行发电解决驾驶室电器设备的用电问题，提升能量利用率。
2、本发明所涉及的柔性压电薄膜、热电薄膜、温差发电片，质量轻，结构紧凑，安装使用方便，无污染、应用范围广。
3、柔性压电薄膜在车辆行驶过程中充分利用车身板件自身振动、高压气流波动来发电，充分回收车辆车身表面振动能量。
附图说明
图1是本发明的车辆驾驶室能量回收***的柔性压电薄膜在长头卡车驾驶室外部布置示意图；
图2是卡车驾驶室排气为顶置排气时车辆驾驶室能量回收***的布置位置示意图；
图3是卡车驾驶室排气为侧排气时车辆驾驶室能量回收***的布置位置示意图；
图4是本发明的发动机舱压电薄膜、热电薄膜布置示意图；
图5是本发明的温差发电装置的结构示意图；
图6是本发明的温差发电装置套接在发动机排气管外的示意图；
图7是本发明的车辆驾驶室能量回收***的原理图；
附图标记：
1-驾驶室；11-发动机舱盖；2-能量回收执行***；21-温差发电装置；211-P型和N型半导体热电发电片；212-环形冷端层；213-环形热端层；214-隔热棉；215-水道；216-外壳；217-安装支架；218-进水口；219-出水口；22-热电薄膜；23-柔性压电薄膜；3-电能存储调理***；31-稳压/整流器；32-蓄电池；33-逆变器；34-交流输出接口；35-直流输出接口；4-控制***；5-用电***；51-直流电器件；52-交流电器件；6-发动机排气管；7-发动机。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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，仅是为了便于描述本发明，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。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
本发明的驾驶室能量回收***可以用于卡车、货车、家用汽车、特种作业车等动力车辆上，尤其适用于长头卡车，下面的实施例中以长头卡车为例进行说明。
图1中示出柔性压电薄膜在长头卡车驾驶室外部布置的一个示例，其中柔性压电薄膜23分别贴合于驾驶室1的发动机舱盖外表面、驾驶舱顶部外表面、前轮罩外表面，车辆行驶过程中高速波动气流作用在压电薄膜23或者自身机械振动压电薄膜23被拉伸或者挤压过程中便产生了电能。
优选的，柔性压电薄膜23可以是PVDF压电薄膜或分子铁电材料压电薄膜。
图4示出了发动机舱盖11部分的压电薄膜23、热电薄膜21的布置示例，发动机内设置发动机7，热电薄膜21贴合于发动机舱盖11下表面，通过发动机机舱盖11内外的温差进行发电，热电薄膜21优选的可选择热电转换效率高碲化铋纤维复合热电薄膜；压电薄膜23贴合于发动机舱盖11上表面。
图2和图3分别示出了长头卡车驾驶室1排气为顶置排气和侧排气时车辆驾驶室能量回收***的布置示例，在驾驶舱顶盖上部，发动机舱盖11上部、前轮罩上部、驾驶舱底板铺设柔性压电薄膜23，此仅为一个典型的实施例，由于压电薄膜是通过车辆行驶过程中高速波动气流作用或者自身机械振动使薄膜被拉伸或者挤压作用而进行发电，从而可以理解的是柔性压电薄膜23可以设置在驾驶室1甚至整个车辆的任何符合发电要求的部位。所述温差发电装置21根据车辆驾驶室1排气位置采用不同的布置方案，具体的：驾驶室1排气为侧排气时，即发动机排气管6在驾驶室1下方横向水平布置，所述温差发电装置21套设在所述发动机排气管6上并设置在驾驶室1底部；驾驶室1排气为顶置排气时，即发动机排气管6包括相连通的水平段排气管和垂直段排气管，所述水平段排气管设置在驾驶室下方，所述垂直段排气管设置在驾驶室后方向上延伸，所述温差发电装置21套设在所述发动机排气管6上并设置在驾驶室底部和/或后部。所述控制***4设置于驾驶室1内，所述电能存储调理***3设置于驾驶室1后方。
所述温差发电装置21的具体结构如图5、图6所示，温差发电装置21为多层管状结构，最内层为环形热端层213，所述环形热端层213套接于发动机排气管6外；所述环形热端的外层周向均匀分布若干有P型和N型半导体热电发电片211，所述P型和N型半导体热电发电片211之间设置有隔热棉214；所述P型和N型半导体热电发电片211的外层为环形冷端层212，所述环形冷端层212沿轴向设置有水道215，若干圆孔形水道215沿环形冷端层212周向均匀排列；所述温差发电装置21的两端部分别设有出水口219和进水口218，所述出水口219和所述进水口218与所述水道215相连通；所述环形冷端层212的外层为外壳216，所述外壳216上连接有安装支架217，所述安装支架217连接于驾驶室1外壁。温差发电装置21利用发动机排气管6与冷却水之间的温差进行发电，从而使冷却水沿环形冷端层212的进水口218端流进，从出水口219端流出。由于温差发电装置21采用管状结构，从而能够方便的与发动机排气管6进行配合，使温差发电装置21与发动机排气管6之间的接触面积最大化，冷却水从管状结构的周面流过，冷却面积大且冷却更加均匀，提高了发电效率。
图7是本发明的车辆驾驶室能量回收***的工作原理图，车辆驾驶室能量回收***，包括能量回收执行***2、电能存储调理***3、控制***4、用电***5；所述能量回收执行***2包括柔性压电薄膜23、热电薄膜22、温差发电装置21；所述电能存储调理***3包括稳压/整流器31、蓄电池32、逆变器33、交流输出接口34、直流输出接口35；所述用电***5包括直流电器件51、交流电器件52；所述柔性压电薄膜23、热电薄膜22、温差发电装置21与所述稳压/整流器31电连接，所述稳压/整流器31与所述直流输出接口35、所述蓄电池32电连接，所述蓄电池32与所述逆变器33电连接，所述逆变器33与所述交流输出接口34电连接，所述直流电器件51与所述直流输出接口35电连接，所述交流电器件52与所述交流输出接口34电连接，所述能量回收执行***2与所述电能存储调理***3和所述控制***5电连接。其中，柔性压电薄膜23受挤压或者拉伸后产生电压，热电薄膜22利用内外温差发电，温差发电装置21利用排气管6与冷却水之间的温差进行发电，所发的电能通过稳压/整流器31稳定后储存在蓄电池32中，再由逆变器33将蓄电池32中的电能转化成交流电，由交流输出接口34对交流电器件52供电，或者所发的电能通过稳压/整流器31稳定后直接由直流输出接口35对直流电器件51供电。
在一个更具体的实施例中，驾驶室1的前挡风玻璃内埋设有电热丝和温度传感元件，所述温度传感元件与所述控制***4电连接，所述控制***4能够通过所述温度传感元件获取前挡风玻璃的温度，当挡风玻璃的温度低于00C时，控制***4控制所述电能存储调理***3向所述电热丝供电，用以融化凝结在玻璃上的冰霜，冰霜融化后停止加热。
以上仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本发明中各部件的结构和连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (10)
1.一种车辆驾驶室能量回收***，其特征在于，包括能量回收执行***、电能存储调理***、控制***；
所述能量回收执行***包括布置于驾驶室外壁和/或内部的柔性压电薄膜、设置于发动机舱盖内表面的热电薄膜、套接于发动机排气管的温差发电装置；
所述能量回收执行***与所述电能存储调理***和所述控制***电连接，所述电能存储调理***和所述控制***电连接。
2.如权利要求1所述的一种车辆驾驶室能量回收***，其特征在于，所述温差发电装置为多层管状结构，最内层为环形热端层，所述环形热端层套接于发动机排气管外；所述环形热端的外层周向均匀分布有P型和N型半导体热电发电片，所述P型和N型半导体热电发电片之间设置有隔热棉；所述P型和N型半导体热电发电片的外层为环形冷端层，所述环形冷端层沿轴向设置有水道；所述温差发电装置的两端部分别设有出水口和进水口，所述出水口和所述进水口与所述水道相连通。
3.如权利要求2所述的一种车辆驾驶室能量回收***，其特征在于，所述环形冷端层的外层为外壳，所述外壳上连接有安装支架，所述安装支架连接于驾驶室外壁。
4.如权利要求1所述的一种车辆驾驶室能量回收***，其特征在于，所述温差发电装置根据驾驶室排气位置采用不同的布置方案，具体的：
驾驶室排气为侧排气时，即发动机排气管在驾驶室下方横向水平布置，所述温差发电装置套设在所述发动机排气管上并设置在驾驶室底部；
驾驶室排气为顶置排气时，即发动机排气管包括相连通的水平段排气管和垂直段排气管，所述水平段排气管设置在驾驶室下方，所述垂直段排气管设置在驾驶室后方向上延伸，所述温差发电装置套设在所述发动机排气管上并设置在驾驶室底部和/或后部。
5.如权利要求1所述的一种车辆驾驶室能量回收***，其特征在于，所述柔性压电薄膜分别贴合于发动机舱盖外表面、驾驶舱顶部外表面、前轮罩外表面和驾驶舱内底板上。
6.如权利要求1所述的一种车辆驾驶室能量回收***，其特征在于，所述电能存储调理***包括稳压/整流器、蓄电池、逆变器、交流输出接口、直流输出接口，所述稳压/整流器与所述直流输出接口、所述蓄电池和所述能量回收执行***电连接，所述蓄电池与所述逆变器电连接，所述逆变器与所述交流输出接口电连接。
7.如权利要求6所述的一种车辆驾驶室能量回收***，其特征在于，还包括用电***，所述用电***包括直流电器件和/或交流电器件，所述直流电器件与所述直流输出接口电连接，所述交流电器件与所述交流输出接口电连接。
8.如权利要求7所述的一种车辆驾驶室能量回收***，其特征在于，还包括温度传感元件，所述用电***包括电热丝，所述电热丝与所述直流输出接口或所述交流输出接口电连接，所述电热丝和所述温度传感元件埋设于驾驶室的前挡风玻璃，所述温度传感元件与所述控制***电连接，所述控制***能够通过所述温度传感元件获取前挡风玻璃的温度，当挡风玻璃的温度低于0℃时，控制***控制所述电能存储调理***向所述电热丝供电。
9.如权利要求1所述的一种车辆驾驶室能量回收***，其特征在于，所述热电薄膜为碲化铋纤维复合热电薄膜。
10.如权利要求1所述的一种车辆驾驶室能量回收***，其特征在于，所述柔性压电薄膜为PVDF压电薄膜或分子铁电材料压电薄膜。
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