基于能量复得技术的车载通信监控系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于能量复得技术的车载通信监控系统，包括动能复得单元、热能复得单元、储能单元；所述动能复得单元包括与汽车发动机中的曲轴相连的发电机，所述发电机包括励磁装置和转子，所述励磁装置在汽车制动时开启以产生用于发电的磁场，所述转子与所述曲轴相连并在曲轴驱动下转动；所述发电机将制动时汽车发动机输出的动能转化为电能并存储在储能单元中；所述热能复得单元用于回收发动机排放的废气的热能，将热能转化为电能存储在储能单元中。本发明提高了车载通信监控系统的能量复得效率，有效提高了功率输出，而且满足大功率、占用空间少、重量轻、行进中使用、各种车型均适用的需求。
【专利说明】
基于能量复得技术的车载通信监控系统
技术领域
[0001]本发明属于车载通信领域，尤其涉及一种基于能量复得技术的车载通信监控系统。
【背景技术】
[0002]车载通信监控系统目前广泛应用于政府、公安、武警、消防、人防、水利防汛、电力抢险、海监巡查等各行业，适用于复杂环境中进行信息的实时移动传输。在恶劣的地理条件、危险的环境，可以第一时间抵达现场并将现场图像传出，是保证特殊环境下应急通信任务及时、尚效完成的关键。
[0003]车载通信监控系统由于使用环境的特殊性对供电系统提出了很高的需求，目前现有常用的供电方式有如下几种:原车蓄电池供电；加装蓄电池供电；发动机取力供电；外加发电机供电。但是，现有供电技术存在各种缺点:
[0004]1、原车蓄电池供电
[0005]此种方法是简单的由原车蓄电池来为车载通信监控系统进行供电，在通信及监控模块功率需求较小的情况下才可以正常使用，如果设备较多功率需求较大的情况下，原车硅发的输出功率无法满足设备使用功率会导致原车蓄电池亏电，从而影响车辆启动性能，所以该种方式无法满足较大功率设备的使用需求。
[0006]2、加装蓄电池供电
[0007]这是在利用原车蓄电池供电的方式上发展而来的方案，通过加装后备蓄电池来进行供电，由后备蓄电池的储能给车载通信监控系统供电，而当后备蓄电池储能耗尽时则系统无法工作，如果通过原车蓄电池与后备蓄电池并联的方式，仍然会存在第一种方法的使用缺陷，影响车辆启动性能，因此该方法仍然无法满足大功率的使用需求。
[0008]3、发动机取力供电
[0009]通过在车辆发动机加装取力发电机，利用发动机冗余功率发电来为车载通信监控系统进行供电，该方法由于需要在发动机舱加装取力发电机，对原车发动机改动较大，一旦设计施工使用不慎容易造成发动机损失，而且并非对所有车型都适合安装，由于各车型的发动机冗余功率不同，安装之后能够稳定输出的功率也并不相同，并且由于使用时需一直保持发动机运转状态，长期使用会导致发动机容易产生故障。
[0010]4、加装发电机供电
[0011]通过在车辆上加装一台发电机来为车载通信监控系统进行供电，存在改装量大、占用空间太多、易引起超重等问题，而且因为发电机的使用时需要保证散热良好，车辆高速行进中由于负压的缘故，发电机的热量难以散出，容易导致发电机过热保护，基本上只能在车辆停止或者低速行进状态下才可以使用。
【发明内容】
[0012]发明目的:为了解决现有技术存在的问题，为车载通信监控系统进行供电，并且可以满足功率大、占用空间少、重量轻、行进中使用、各种车型均适用的需求，本发明提供一种基于能量复得技术的车载通信监控系统。
[0013]技术方案:本发明提供的基于能量复得技术的车载通信监控系统，包括动能复得单元、热能复得单元、储能单元;所述动能复得单元包括与汽车发动机中的曲轴相连的发电机，所述发电机包括励磁装置和转子，所述励磁装置在汽车制动时开启以产生用于发电的磁场，所述转子与所述曲轴相连并在曲轴驱动下转动;所述发电机将制动时汽车发动机输出的动能转化为电能并存储在储能单元中；所述热能复得单元用于回收发动机排放的废气的热能，将热能转化为电能存储在储能单元中。
[0014]有益效果:相比较现有技术，本发明通过动能复得单元、热能复得单元以及储能单元的设计，对车辆行驶过程中的动能、热能进行回收，为车载通信监控系统进行供电，不仅提高了能量复得效率，而且有效提高了功率输出，具有功率大、占用空间少、重量轻、行进中使用、各种车型均适用的技术优点。
【附图说明】
[0015]图1为本发明基于能量复得技术的车载通信监控系统框图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图与【具体实施方式】对本发明做进一步说明。
[0017]如图1所示，基于能量复得技术的车载通信监控系统包括发动机(图中未示出)、动能复得单元、热能复得单元、主控单元、储能单元、通讯模块、监控模块。主控单元用于监控动能复得单元对动能的回收、热能复得单元对热能的回收，控制储能单元吸收和释放能量，监测通讯模块和监控模块的运行。动能复得单元与热能复得单元将回收的能量储存在储能单元中，储能单元用于向主控单元、通讯模块、监控模块供电。
[0018]现有技术中，动能复得单元回收的是刹车的时候所浪费的动能，车辆刹车过程中不是切断发动机的动力，而是切断传动轴输送到车轮的动力，当刹车的时候引擎动力是被浪费的，所以这部分的回收潜力和价值非常大。本发明的动能复得单元包括一台与汽车发动机中的曲轴相连的发电机，该发电机为无刷电机，所述发电机包括励磁装置和转子，所述励磁装置在汽车制动时开启以产生用于发电的磁场，所述转子与所述曲轴相连并在曲轴驱动下转动。发电机还设有控制励磁装置开闭的行程开关，该行程开关安装在刹车踏板下，当刹车踏板踩下触碰行程开关则励磁装置打开。该发电机的励磁装置的启动由刹车来控制，当发动机运转时，该发电机的转子通过曲轴传动转动，但是因为励磁装置未启动，无法产生工作磁场，发电机无法正常运行，此时发电机并不能将动能转化为电能，因此并不会额外消耗发动机的动能;而当车辆制动时，刹车踏板踩下触碰行程开关则励磁装置打开，产生工作磁场，发电机开始正常运行，将发动机空转产生的动能转化为电能，一旦松开刹车踏板，励磁装置随即关闭，发电机停止将动能转化为电能。该发电机通过汽车制动时浪费的动力输出发电，在汽车制动时启动，将制动时汽车发动机输出的动能转化为电能并存储在储能单元中。动能复得单元具有启动次数少，瞬间功率大的特点。相比较现有技术，本发明通过动能复得单元在制动时对车辆发动机的动能进行回收，不仅提高了能量复得效率，而且有效提高了功率输出，具有功率大、占用空间少、重量轻、行进中使用、各种车型均适用的技术优点。
[0019]热能复得单元回收的热能来源于发动机排放的废气。车辆发动机的热能量是很大的，然而被利用的热能仅有30%_40%，排气的热损失占了很大一部分，热能复得单元的作用就是将排气热损失的能量加以回收利用，它的回收主要可以作用于高速行驶时。本发明的热能复得单元包括封闭式水循环吸热系统以及一台安装在排气歧管上的汽轮发电机，当发动机工作时，温度最高的区域就是排气歧管。普通低速驾驶环境下，排气歧管的温度就可以达到5000C，如果长时间高速行驶，排气歧管基本都在800°C以上，封闭式水循环吸热系统吸收排气歧管的热量，产生的热蒸汽进入汽轮发电机内膨胀做功，使叶片转动而带动该汽轮发电机发电，做功后的废汽经凝汽器、循环水栗、凝结水栗等循环使用。热能回收电机可以将车辆高速行驶时浪费的热能转化成电能，与在刹车制动时才启动的动能复得单元相比，热能复得单元只要发动机运转时就可以稳定输出电能，相比动能复得单元的电能输出更加持续稳定。
[0020]目前常规的技术方案中，通常只是回收了刹车动能的能量，本发明不仅回收了刹车动能，还回收了散热热能做为能量来源，进一步提高了能量复得效率，进一步有效提高功率输出，并且由于散热热能的回收相比刹车动能更加持续稳定，整个能量复得单元的能量来源相比单纯动能回收会更加稳定，能够回收的能量也更多。
[0021]储能单元包括电源管理模块和储能元件，现有技术的储能元件仅采用铅酸蓄电池，而本发明中该储能元件包括铅酸蓄电池、镍氢电池、锂电池、超级电容等储能元件中的一种或几种，并且由电源管理模块统一管理，可以根据需求进行配置，满足不同状态下对于功率、电压、寿命、储能效率等多种技术参数的需求。
[0022]铅酸蓄电池是常规的储能元件，具有技术成熟、产品型号齐全、成本低廉等优点，然后做为能量复得技术的储能元件而言，存在充电效率低下的明显缺陷，尤其是在进行动能回收时，刹车的短时间内有大量动能转换为电能放出，然而铅酸蓄电池低下的充电效率无法将此能量充分储蓄吸收，所以需要有其他的储能元件和其进行配合使用。
[0023]到目前为止，镍氢电池技术的效能仍然非常低。这种电池虽然技术成熟，但是弱点也非常明显，那就是能量密度和功率密度低，所以在能量复得技术中，无法以主要储能元件的身份出现，只能做为辅助储能。
[0024]因此现在各大汽车厂商都将目光转向了新电池类型一一锂电池。根据目前掌握的信息，几乎所有选用电池-电机动能回收系统的Fl车队，都是使用的这种类型的电池，但这几乎是一个全新的技术领域。锂电池已经在我们的生活中的得到广泛应用，比如手机、笔记本，锂电池储能具有能量密度高，功率密度低，成本低的特点，但相对的缺陷为反应慢，充放电循环次数低。对于汽车工业而言，锂电池存在两项关键的技术问题限制了其使用。
[0025]锂电池第一个问题就是电源管理单元的复杂度。与镍氢电池不同，锂电池无法进行统一管理，而是需要对每个电池进行单独监控，这是一个和成本以及系统复杂程度直接相关的问题。考虑到在能量复得技术中回收的能量大小，锂电池需要采取蓄电池组的形式进行链接以获得更高的电压。但因锂电池允许的放电电压幅度区间小，因此必须对电压进行严密监控。
[0026]锂电池的第二个问题是其对电化学过程的温度很敏感，必须在25?40度之间才能发挥最大作用。温差大于5度不仅会影响其性能，还会缩短寿命。考虑到车载使用环境，如果想发挥锂电池的最大作用，势必要为其配置恒温系统(例如水冷散热)，这无形中会增加能量复得技术的复杂度和成本，不利于此项技术的使用，而且锂电池的充电效率也仍然难以满足能量复得技术的需求。
[0027]超级电容具有功率密度大的特点，可以满足能量复得技术需求的瞬时大功率储能需求，但是超级电容的能量密度低的缺陷决定了其无法储存能量复得技术回收的大量能量，无法单独担负其能量复得技术中储能元件的重任。
[0028]结合超级电容功率密度高与锂电池能量密度高的特点，再辅以铅酸蓄电池和镍氢电池的各自特点(成本低、易替换)，通过电源管理模块统一管理，可以将超级电容与锂电池进行并联，使用超级电容作为锂电池与电机间的功率过渡模块，从而降低大功率充放电对锂电池寿命的影响，并可以保证对能量复得技术所回收能量的充分储存。
[0029]主控单元对动能复得单元、热能复得单元、储能单元、通讯模块、监控模块进行实时的监测及控制，能量复得技术所需的主控单元在车载通信监控系统中同时可以作为整个系统的主控单元，省去了额外在为通讯模块及监控模块增加一个主控单元，这样整个系统中的主控单元不但可以监测车辆本身的状态信息，还可以有效监测后期加装的通讯设备和监控设备的状态信息，真正起到了整车整系统的监测控制功能。
【主权项】
1.一种基于能量复得技术的车载通信监控系统，其特征在于，包括动能复得单元、热能复得单元、储能单元;所述动能复得单元包括与汽车发动机中的曲轴相连的发电机，所述发电机包括励磁装置和转子，所述励磁装置在汽车制动时开启以产生用于发电的磁场，所述转子与所述曲轴相连并在曲轴驱动下转动;所述发电机将制动时汽车发动机输出的动能转化为电能并存储在储能单元中；所述热能复得单元用于回收发动机排放的废气的热能，将热能转化为电能存储在储能单元中。2.根据权利要求1所述的基于能量复得技术的车载通信监控系统，其特征在于，所述热能复得单元包括封闭式水循环吸热系统以及安装在汽车排气歧管上的汽轮发电机，所述封闭式循环吸热系统吸收排气歧管的热量后产生热蒸汽，所述热蒸汽带动汽轮发电机发电。3.根据权利要求1或2所述的基于能量复得技术的车载通信监控系统，其特征在于，发电机还设有控制励磁装置开闭的行程开关，该行程开关安装在刹车踏板下，当刹车踏板踩下触碰行程开关则励磁装置打开。4.根据权利要求1或2所述的基于能量复得技术的车载通信监控系统，其特征在于，所述发电机为无刷电机。5.根据权利要求1或2所述的基于能量复得技术的车载通信监控系统，其特征在于，还包括主控单元，所述主控单元用于监控热能复得单元对热能的回收及动能复得单元对动能的回收。6.根据权利要求5所述的基于能量复得技术的车载通信监控系统，其特征在于，还包括通讯模块和监控模块，所述储能单元为所述通讯模块和监控模块供能，所述主控单元用于监测通讯模块和监控模块的运行。7.根据权利要求1或2所述的基于能量复得技术的车载通信监控系统，其特征在于，所述储能单元包括电源管理模块和储能元件，所述储能元件包括铅酸蓄电池、镍氢电池、锂电池、超级电容中的一种或几种，所述电源管理模块用于配置所述储能元件。8.根据权利要求7所述的基于能量复得技术的车载通信监控系统，其特征在于，所述储能元件包括锂电池和超级电容，所述锂电池与超级电容并联。
【文档编号】B60K25/02GK105898231SQ201610344973
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】谭孝虎, 陈 峰
【申请人】南京莱斯信息技术股份有限公司