一种用于车辆的电热蓄能器及混合动力电动车辆的制作方法

本发明涉及新能源车技术领域，具体涉及一种用于车辆的电热蓄能器及混合动力电动车辆。

背景技术：

动力电池作为电动汽车、电动列车、电动自行车等新能源交通工具的动力源，由于具有节能、环保等明显优势近年来得到快速发展。目前的动力电池主要集中在锂离子电池、氢燃料电池、超级电容和铝空气电池四个研究方向，其中，锂离子电池已经广泛应用。

锂离子电池虽然被认为是绿色电池，对环境污染小，但结构复杂，制造成本高，而且构成锂离子电池的正负极材料、电解液包含镍、锰等金属物，是目前使用的各类电池中毒性物质最多的一种电池。而且回收再利用的工艺复杂，回收再利用率不高，废弃的电池对环境影响较大，因此，锂离子电池后续的隐形成本较高。另外，由于受电化学材料特性的限制，锂离子电池的循环次数一直没有突破，使用寿命较短。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于车辆的电热蓄能器及混合动力电动车辆，用以解决现有动力电池中存在的污染大、成本高、使用寿命短的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供的用于车辆的电热蓄能器，包括内胆、电热元件和介质通路，所述内胆用于储存水，所述电热元件用于使存储在所述内胆的水由低能态的液态水相变为高能态的气态水，用保温的方式储存热能。所述介质通路用以将低能态的液态水输入所述内胆以及将高能态的气态水输出所述内胆，所述内胆输出的高能态的气态水为车辆提供动力。

其中，所述电热元件为电阻加热元件或电磁加热元件，所述电热元件利用市电使低能态的液态水相变为高能态的气态水。

其中，所述用于车辆的电热蓄能器还包括温控元件和压力控制元件，所述温控元件和压力控制元件设置于所述内胆的外侧，所述温控元件和压力控制元件用于监测所述内胆内的温度和压力。

优选地，所述介质通路包括一体结构的管路，所述管路位于所述内胆的两端部分别为介质输入口和介质输出口，所述管路穿过所述内胆，在所述管路上且位于所述内胆的内部区域设有输入孔和输出孔，低能态的液态水通过所述介质输入口和所述输入孔进入所述内胆，高能态的气态水通过所述输出孔和所述介质输出口输出所述内胆。

其中，所述介质通路包括第一管路和第二管路，所述第一管路设有介质输入口和输入孔，所述第二管路设有介质输出口和输出孔，所述介质输入口和所述介质输出口设置于所述内胆的外侧，所述输入孔和输出孔设置于所述内胆的内侧，所述低能态的液态水通过所述介质输入口和所述输入孔进入所述内胆，所述高能态的气态水通过所述输出孔和所述介质输出口输出所述内胆。

其中，在所述介质输入口设置有逆止阀或截止阀，用以防止储存在所述内胆的储能介质从所述介质输入口流出；以及在所述介质输出口设置有电磁阀，用以控制所述储能介质的输出。

优选地，所述内胆的截面形状为椭圆形或圆形。

其中，所述用于车辆的电热蓄能器还包括外壳和保温层，所述外壳包裹所述内胆，所述保温层设置在所述外壳和所述内胆之间，所述保温层为隔热棉或隔热粉及其他保温材料和手段。

另外，本发明还提供一种混合动力电动车辆，包括电热蓄能器、蒸汽马达和变速箱，所述电热蓄能器用于输出高能态介质的输出口与所述蒸汽马达的入口连通，所述蒸汽马达的传动轴与所述变速箱的传动轴连接，所述蒸汽马达在高能态的所述储能介质的驱动下转动，进而带动所述变速箱的传动轴转动，所述电热蓄能器采用本发明提供的所述的用于车辆的电热蓄能器。

优选地，所述混合动力电动车辆还包括动力电池以及动力电池活化装置，所述动力电池活化装置为所述动力电池提供用于活化热能，所述蒸汽马达的余热排出口与所述动力电池活化装置连通，所述蒸汽马达的余热为所述动力电池活化装置提供活化动力电池的热能；或者，所述混合动力电动车辆还包括换热器，所述换热器的输入口与所述蒸汽马达的余热排出口连通，所述换热器用于所述蒸汽马达的余热进行热交换，所述换热器的输出口与车辆的空调入口连通，自所述换热器输出的热量为所述车辆提供暖风。

本发明方法具有如下优点：

本发明提供的用于车辆的电热蓄能器是通过市电(居民用电)和电热元件将储存在内胆内的储能材料发生由低能态的液态水相变为高能态的气态水，用保温的方式储存热能。从而将能量储存起来，储能材料水不存在毒性，整个过程无任何碳排放，对环境特别友好，后续的回收利用成本低，而且结构简单，制造成本低。另外，由于相变材料发生相变即可将能量储存，可以无限次使用，因此，该用于车辆的电热蓄能器的使用寿命长。

另外，本发明提供的混合动力电动车辆的电热蓄能器与纯电动汽车混合使用有很好的互补性，其能量的转换简单速度快，不但可以提高纯电动汽车的续航里程，其余热也可为车内提供暖风和活化动力电池之用，以提高动力电池的容量利用率。内胆内用现有各种热水器的热水进行加热，则有较好的综合能源利用率。整个过程无任何碳排放，对环境特别友好，而且还具有结构简单，制造成本低，使用寿命长的优点，能获得较好的社会效益。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的用于车辆的电热蓄能器的结构示意图。

图2为本发明第二实施例提供的用于车辆的电热蓄能器的结构示意图。

图3为本发明第四实施例提供的混合动力电动车辆部分结构示意图。

图4为本发明实施例提供的电热蓄能器储存能量时的电路原理图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一

如图1所示，用于车辆的电热蓄能器主要包括内胆1、电热元件2和介质通路3，其中，内胆1用于储存无毒性的储能介质，本实施例以水为储能介质，介质通路3用于将低能态的液态水输入内胆1以及将高能态的气态水(水蒸气)输出内胆1，电热元件2设置于内胆1的内部或外部，其利用市电使储能介质由低能态液态水相变为高能态的气态水，用保温的方式储存热能。从而将能量储存在储能介质内，使用时将内胆输出的高能态的气态水输出并为车辆提供动力。

在本实施例中，内胆1的截面形状为椭圆形，当然也可以采用圆形、方形或其他形状。但椭圆柱形和圆柱形的内胆1相对于方形结构的内胆抗压能力更强和内部容积更大，而且易于制造，因此优选采用椭圆形和圆形的内胆1。

介质通路3包括管路31、介质输入口32、介质输出口33、输入孔34和输出孔35，其中，介质输入口32和介质输出口33设于内胆1的外侧，输入孔34和输出孔35设于内胆1的内侧。低能态的液态水依次通过介质输入口32和输入孔34进入内胆1，高能态的气态水依次通过输出孔35和介质输出口33输出内胆1。本实施例管路31包括两部分，第一管路31a设有介质输入口32和输入孔34，第二管路31b设有介质输出口33和输出孔35。第一管路31a和第二管路31b可以设置在内胆1的任意位置。本实施例将第一管路31a和第二管路31b相对设置。

在介质输入口32设置有逆止阀4，用以防止储存在内胆1的储能介质从介质输入口流出。当然，逆止阀4也可以采用截止阀或其他阀门代替。在介质输出口33设置有电磁阀5，用以控制处于高能态的储能介质的输出速度。当然，电磁阀5也可以用其他阀门代替。

本实施例中，储能介质采用无毒性环保的介质，如采用水或纯水，其低能态时为液态，高能态时为气态，水无毒性、无污染，而且容易获得，是一种廉价环保的储能介质。电热元件2采用但不限于采用电阻加热元件或电磁加热元件，加热元件用于使低能态的液态水相变为高能态的气态水。加热元件可以设置在内胆1的内侧，也可以设置在内胆1的外侧。优选将加热元件设置在内胆1的外侧，这样可以避免因设置加热元件而破坏内胆1的结构，从而避免了降低内胆1的抗压强度。

在内胆1外侧设置有温控元件6和压力控制元件7，温控元件6和压力控制元件7用于监测内胆1内的温度和压力，当内胆1内的温度和压力超过预设的温度和压力范围时，电热元件2停止工作。例如，当内胆1内的温度达到预设的300度或压力超过25mpa时使电热元件2停止工作。

在本实施例中，用于车辆的电热蓄能器还包括外壳8，内胆1设于外壳8内，管路31的介质输入口32和介质输出口33设置于外壳8的外侧，外壳8采用金属材料制作，也可以采用非金属材料制作，优选采用高强度、质轻的材料制作。

在外壳8和内胆1之间设置有保温层9，保温层9用于降低内胆1和外壳1之间的热传递，从而减少内胆1的热量向外扩散，以延长高能态的储能介质的保存时间。保温层9采用但不限于隔热棉或隔热粉，也可将外壳8和内胆1之间的空间抽成真空状态，同样能够降低内胆1和外壳1之间的热传递。

另外，本实施例还可通过提高外壳8内壁的热反射能力的方式减少内胆1内的热量向外扩散，如使外壳8的内壁形成镜面，既减少了热辐射的损失，又能提高了内胆1外侧的温度，从而降低内胆1内外的温度差，进而减少内胆1热量的损耗。

优选地，在内胆1和外壳8之间既设置保温层9，又将外壳8的内壁设置成镜面，以更有效地减少内胆1的热量损失。

本实施例是利用市电为电热蓄能器提供相变能量，电热蓄能器容易携带，使用时再将相变能量直接转换为机械能或电能加以利用，可为各种车辆提供动力，其作用与动力电池相同，但对环境没有任何污染，回收利用成本低，而且结构简单，制造成本低。而且，相对于动力电池，能量密度更高，即单位重量提供的能量更高，有利于降低车辆的重量以及提高行驶里程。

实施例二

如图2所示，用于车辆的电热蓄能器主要包括内胆1、电热元件2和介质通路3，其中，内胆1用于储存储能介质水，介质通路3是将低能态的液态水输入内胆1以及将高能态的气态水输出内胆1，电热元件2设置于内胆1的内部，其用于使低能态的液态水相变为高能态的气态水，用保温的方式储存热能。从而将能量以相变能的形式储存起来。

在本实施例中，内胆1的截面形状采用但不限于椭圆形，但椭圆形内胆1的抗压能力和内部容积较大，而且易于制造。

介质通路3包括管路31、介质输入口32、介质输出口33、输入孔34和输出孔35，其中，介质输入口32和介质输出口33设于内胆1的外侧，输入孔34和输出孔35设于内胆1的内侧。本实施例管路31为一体结构，即介质输入口32、介质输出口33、输入孔34和输出孔35均设置在一根管路上，管路31贯穿内胆1，管路31的两个端部伸出内胆1外，分别作为介质输入口32和介质输出口33，在管路31位于内胆1区域设置输入孔34和输出孔35，低能态的液态水依次通过介质输入口32和输入孔34进入内胆1，高能态的气态水依次通过输出孔35和介质输出口33输出内胆1。

本实施例中，管路31贯穿内胆1，管路1不仅提供了储能介质的输入和输出的通道，而且可以作为加强部件提高内胆1的抗压强度，从而提高储存在内胆1内的能量密度，进而提高车辆的运行里程，而且简化了电热蓄能器的结构，降低了制造成本。由于椭圆形内胆1的长轴方向是内胆1的抗压强度薄弱区域，因此优选将管路31设置在椭圆形内胆1的长轴位置。

在介质输入口32设置有逆止阀4，用以防止储存在内胆1的储能介质从介质输入口流出。当然，逆止阀4也可以采用截止阀或其他阀门代替。在介质输出口33设置有电磁阀5，用以控制处于高能态的储能介质的输出速度。当然，电磁阀5也可以用其他阀门代替。

本实施例中，储能介质是无毒性的环保介质，如采用水或纯水，其低能态时为液态，高能态时为气态，水无毒性、无污染，而且容易获得，是一种廉价环保的储能介质。电热元件2采用但不限于电阻加热元件或电磁加热元件，加热元件用于使水从低能态的液态水相变为高能态的气态水。加热元件可以设置在内胆1的内侧，也可以设置在内胆1的外侧。优选将加热元件设置在内胆1的外侧，这样可以避免因设置加热元件而破坏内胆1的结构，从而避免内胆1的抗压强度降低。

在内胆1外侧设置有温控元件6和压力控制元件7，温控元件6和压力控制元件7分别用于监测内胆1内的温度和压力，当内胆1内的温度和压力之一超过预设的温度和压力范围时，电热元件2停止工作。例如，当内胆1内的温度达到预设的300度或压力超过25mpa时，使电热元件2停止工作。

在本实施例中，用于车辆的电热蓄能器还包括外壳8，外壳8包裹内胆1，管路31的介质输入口32和介质输出口33设置于外壳8的外侧，外壳8采用金属材料制作，也可以采用非金属材料制作，优选采用高强度、质轻的材料制作。

在外壳8和内胆1之间设置有保温层9，保温层9用于降低内胆1和外壳1之间的热传递，从而减少内胆1的热量向外扩散，以延长高能态的储能介质的保存时间。保温层9采用但不限于隔热棉或隔热粉，也可将外壳8和内胆1之间的空间抽成真空状态，同样能够降低内胆1和外壳1之间的热传递。

另外，本实施例还可通过提高外壳8内壁的热反射能力的方式减少内胆1内的热量向外扩散，如使外壳8的内壁形成镜面，利用热反射提高了内胆1外壁的温度，从而降低内胆1内外的温度差，进而减少内胆1热量的损耗。

优选地，在内胆1和外壳8之间既设置保温层9，又将外壳8的内壁设置成镜面，这可以更有效地减少内胆1的热量向外扩散。

本实施例是利用市电为电热蓄能器提供相变能量，电热蓄能器便于携带，使用时再将相变能量直接转换为机械能或电能加以利用，可为各种车辆提供动力，其作用与动力电池相同，但整个过程无任何碳排放，对环境特别友好，回收利用成本低，而且结构简单，制造成本低。而且，相对于动力电池，能量密度更高，即单位重量提供的能量更高，有利于降低车辆的重量以及提供行驶里程。

本实施例提供的用于车辆的电热蓄能器是借助电热元件使内胆内的储能材料发生由低能态到高能态的相变，用保温的方式储存热能。从而将能量储存起来，储能材料不存在毒性，对环境没有任何污染，回收利用成本低，而且结构简单，制造成本低。另外，由于使相变材料发生相变即可将能量储存，可以无限次使用，因此电热蓄能器的使用寿命长。而且单位重量的电热蓄能器比动力电池提供的行驶里程更大，相对于锂离子电池的能量密度更高。

实施例一和实施例二提供的电热蓄能器安装于车辆，当车辆停止时，将市电以相变能(热能)形式储存在内胆1，车辆运行时可以直接将热能转换为机械能或者电能并驱动车辆运行。图4示出电热蓄能器储存能量时的电路图。在市电和电热元件2之间设置插电耦合器41，当内胆内的温度达到预设的温度范围或压力范围时，温控元件6或压力元件7将市电和电热元件2之间的电路断开。

实施例三

实施例三提供一种混合动力电动车辆，包括电热蓄能器、蒸汽马达和变速箱，电热蓄能器用于输出储能介质输出口与蒸汽马达的输入口连通，蒸汽马达的传动轴与变速箱的传动轴连接，蒸汽马达在高能态的液态水(水蒸气)的驱动下转动，从而带动变速箱的传动轴转动，进而驱动混合动力电动车辆运行。

在本实施例中，电热蓄能器采用本发明实施例一和实施例二提供的用于车辆的电热蓄能器，在此不再赘述。

需要说明的是，在实施例三中，电热蓄能器可以作为电动汽车的增程器，与动力电池配合使用，以提高电动汽车的行驶里程，而且，单位重量的电热蓄能器提供的行驶里程比单位重量的动力电池提供的行驶里程要多，有利于减轻混合动力电动车辆的重量以及降低混合动力电动车辆的成本。

实施例四

如图3所示，实施例四提供一种车辆增程器。该电动车辆增程器包括电热蓄能器31、汽轮机32和发电机33，电热蓄能器31用于输出储能介质输出口，通过管路36与汽轮机32的入口连通，汽轮机32的传动轴与发电机33的传动轴连接，汽轮机32在高能态的储能介质的驱动下转动，从而带动发电机33的传动轴转动，发电机产生的电为车辆提供动力。其中，电热蓄能器采用本发明实施例一和实施例二介绍的用于车辆的电热蓄能器，在此不再赘述。

在实施例四中，电动车增程器用于混合动力车辆，与动力电池混合使用，电动车增程器与动力电池有很好的互补性，动力电池充电复杂速度慢，电动车增程器能量转换简单速度快，不但可以提高纯电动汽车的续航里程，而且，单位重量的电热蓄能器提供的行驶里程比单位重量的动力电池提供的行驶里程要多，因此，电热蓄能器相对于动力电池更易减轻车辆的重量以及降低车辆的成本。

实施例三和实施例四还可以将汽轮机排出的余热利用，如利用蒸汽马达的余热活化动力电池，或者利用蒸汽马达的余热为车辆提供暖风。

以实施例四为例，当车辆上的动力电池温度较低时，容量利用率较低，反之，当温度较高时，容量利用率较高，换言之，动力电池活化有利于提高其容量的利用率。具体地，如图3所示，电动车辆还包括动力电池35以及动力电池活化装置34，通过管路36将电热蓄能器31与蒸汽马达32连通，蒸汽马达32为变速箱33提供动力。蒸汽马达32的余热排出口与动力电池活化装置34连通，动力电池35置于活化动力电池35内，蒸汽马达32的余热为动力电池活化装置34提供活化动力电池的热能。

第二种利用方式是：车辆还包括换热器，换热器的输入口与蒸汽马达的余热排出口连通，换热器的输出口与车辆的空调入口连通，自换热器输出的热量为车辆提供暖风。实际上，由于蒸汽马达的余热不能直接用于为车辆提供暖风，因此换热器作为蒸汽马达的余热利用的辅助装置。

需要说明的是，上述实施例提供的电热蓄能器不仅适用于电动汽车，而且使用于电动自行车和电动三轮车等，为这些电动车辆提供助动力，提高行驶里程。

本发明提供的车辆采用本发明提供的电热蓄能器为车辆提供动力，储能材料不存在毒性，对环境没有任何污染，而且还具有结构简单，制造成本低，能量密度大和使用寿命长的优点。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。