一种高速机动车高效节能的设计的制作方法

本发明属于高速机动车高效节能技术，涉及机动车节能和降低排放技术领域。具体为利用该技术设计一种装置，该装置一方面利用吸收机动车迎面风动能降低高速机动车的行驶阻力；另一方面利用高速机动车行驶时产生的风能发电并辅助驱动机动车行驶，进一步提高机动车能效的方法和装置。

背景技术：

环境恶化和资源的短缺对机动车行业的发展具有较大的制约性。如何在保证机动车原有功效的基础上进一步提高能源的利用率并降低对环境的污染，是一个亟待解决的问题。现有内燃机的效率的提高受其工作原理的制约具有相当的难度和极限性；电动等新能源机动车又面临着诸如行驶里程、电池容量、寿命、成本以及其他因素的制约。如何高效的利用能源、提高效率一直是机动车行业不懈的追求。

高速机动车行驶速度快，数量众多。高速行驶的机动车迎风面积大，高速行驶时会受到迎面气流的阻力，根据测试，当小型轿车以80km/h的速度行驶，有60％的能源输出用来克服风阻，而且随着车速的增加，这个比例还会直线上升。但该部分能量损失是机动车高速行驶时所必然产生的并被浪费的。如果能将该部分能量进行部分回收并用于驱动机动车行驶，则可降低高速机动车的能源消耗，提高能源的利用率并降低了相应的污染物排放。

技术实现要素：

本发明提供一种设计装置，在高速机动车迎风面安装风力发电装置，在适当的位置安装动力电池组及管理系统以及车轮驱动电机等，将高速机动车高速行驶时产生的风能进行部分回收并用于发电，所发电力由动力电池组储存并通过电机辅助驱动机动车行驶，提高机动车的能源利用效率并减少污染物的排放。

本发明实现的技术方案：本方案设计的装置由安装在高速机动车迎风面的风机以及和它相配套的发电机、适当容量的动力电池组及其电能传输、管理保护系统、车轮驱动电机及其安装支架等共同构成。该系统在燃油车上独立于现有燃油动力系统，在新能源车上发电机发出的电能可直接接入原车动力电池组，直接利用原车电池组、管理保护和电机驱动系统。

本发明装置的安装并不增大机动车迎风面积和改变机动车正面气动特征，相反的从迎风面积上提取了风的动能，实际上降低了风对机动车的行驶阻力，减少机动车能源的输入。

安装在高速机动车(1)迎风面(7)的风机(2或8)位于车辆最前部，配套的发电机(3或9)位于风机后面。可设计布置1个平行轴式风机(8)或并排布置多个垂直轴式风机(2)，最大限度的利用原有机动车前脸高度和宽度方向的迎风面积。在机动车高速行驶时，风机带动发电机发电并将电能存储到动力电池组(5)中。

高速机动车车速高，风速大，初步计算：在车速100km/h时，普通家用轿车的迎风面可回收的电能功率可达到1.3-2.4kw甚至更多(按迎风面积450mm高x900mm长左右计算，和风机能源利用率有关)。只要机动车在行驶，就会产生电能，而且车速越高，回收的电能越多，理论上可以回收机动车当时工况下的输入机械功率的6-12％或更多(依赖于风机效率)。

风机的设计要能适应宽范围的风速变化，特别要提高高风速的效率，同时要注意安全保护机构的设计。发电机的容量和风机输出功率相匹配。

动力电池组(5)布置在车内适当的地方，发电机发出的电能输送到电池组存储。电能管理系统对电池组进行管理、保护。对普通燃油车而言，电池组及管理、保护系统是新增的组件；而对新能源车型可直接利用原车的动力电池组和电源管理、保护系统、驱动电机系统。

对两驱的高速机动车，驱动电机(6)及其支架安装在原车自由轮上，由电源管理系统管理驱动电机直接带动车轮转动而给车辆提供额外的动力输入；对四驱机动车，可将驱动电机(6)安装在机动车后轮传动系统中，和原有驱动力一起驱动车轮转动而给车辆提供额外的动力输入，由于此额外动力的输入，降低了原车动力系统的输出功率和能耗。

综上所述，本发明设计的高速机动车高效节能装置从能量回收和利用的角度出发，最大限度的利用机动车高速行驶中被浪费的能源，从能量回收和回馈两方面着手设计。根据能量守恒原理并通过具体案例分析计算，理论上可降低原有动力系统能耗12-24％甚至更多(具体和车速、车型及回收系统和回馈系统的效率有关)。本发明设计的装置结构简单、合理，对现有车辆结构影响小，节能降耗及减排效果显著，具有很好的经济和社会效益。

附图说明

图1为垂直轴式并排风机装置侧视图。

1-车身2-垂直轴式风机3-发电机4-延伸部分5动力电池组6-驱动电机7-新迎风面10-原迎风面

图2为垂直轴式并排风机装置正视图。

1-车身2-垂直轴式风机6-驱动电机7-新迎风面

图3为平行轴式风机装置侧视图。

1-车身4-延伸部分5动力电池组6-驱动电机7-新迎风面8-平行轴式风机9-发电机10-原迎风面

图4为平行轴式风机装置正视图。

1-车身7-新迎风面8-平行轴式风机9-发电机6-驱动电机

具体实施方法

下面结合附图及具体实施对本发明的装置设计、实施方案和功能的实现进行进一步的说明，但本发明的保护范围并不仅限于此。

将原机动车前部(10)(包括格栅、防撞保护装置及保险杠等)向前延伸100-500mm左右(4)(延伸长度和风扇结构、原有车辆外形及结构有关)，用于安装风机及发电机，原燃油车的散热水箱及风扇(10)位置保持不变。根据设计采用平行轴式单风机(8)或并排垂直轴式多风机(2)，如图2和图3所示。改动后机动车的格栅、防撞保护装置及保险杠等(7)位于风机前部，其结构和外形稍加变动以适应风机的安装并能最大限度的将高速气流引向风机，对机动车安全防护和保护功能不变。

高速气流通过风机(2或8)交换能量后，其动能降低并有一定的方向离散性，但仍然指向燃油车散热器等需要冷却的部件，不影响散热冷却的功能需求。

机动车高速行驶时，迎面产生高速气流作用于整个车身迎风面，风机收集作用于机动车前部部分的风能并用于发电。以普通家用轿车尺寸为例进行分析计算，在车速100km/h时，普通家用轿车的迎风面可回收的电能功率可达到1.3-2.4kw甚至更多(按迎风面积450mm高x900mm长左右计算，和风机能源利用率有关，垂直轴式并排风机设计回收效率较平行轴式单风扇高)，占当时工况下动力系统输出功率的6-12％甚至更多。车速越高，回收的能量越多。

根据能量守恒定律，风机收集了部分风的动能，风的总动能降低，降低了对机动车的阻力，相应的机动车动力系统可减少动力输出，因此降低了机动车在该工况下的能耗，这对燃油车和新能源车并没有区别，对燃油车同时也减低了污染物的排放。根据【0020】分析计算，理论上可降低机动车6-12％甚至更多的能耗。

发电机发出的电能存储在动力电池组中，电能管理系统对电池组进行管理、保护。对普通燃油车而言，电池组及管理、保护系统是新增的组件；而对新能源车型，可直接利用原车的动力电池组和电源管理、保护系统、驱动电机系统。

对两驱的高速机动车，驱动电机(6)及其支架安装在原自由轮上，由电源管理系统管理驱动电机直接带动车轮转动而给车辆提供额外的动力输入；对四驱机动车，可将驱动电机(6)安装在机动车后轮传动系统中，和原有驱动力一起驱动车轮转动而给车辆提供额外的动力输入。此额外动力的输入，降低了原动力系统的输出功率和能耗。

综合【0021】和【0023】的分析计算，本发明设计的装置能较大幅度的降低机动车高速行驶时的能耗。以上述分析的普通家用轿车案例，在车速100km/h时，普通家用轿车理论上可降低12-24％甚至更多的能耗，燃油车可减排12-24％的污染物。

上述实施例为本发明优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式。在未背离本发明实质原理和设计思想的情况下，本领域的技术人员能够做出的任何显而易见的修改、改进、替换或变形的装置和型式均属于本发明的保护范围。