基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)，包括動能復(fù)得單元、熱能復(fù)得單元、儲能單元；所述動能復(fù)得單元包括與汽車發(fā)動機(jī)中的曲軸相連的發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)包括勵磁裝置和轉(zhuǎn)子，所述勵磁裝置在汽車制動時開啟以產(chǎn)生用于發(fā)電的磁場，所述轉(zhuǎn)子與所述曲軸相連并在曲軸驅(qū)動下轉(zhuǎn)動；所述發(fā)電機(jī)將制動時汽車發(fā)動機(jī)輸出的動能轉(zhuǎn)化為電能并存儲在儲能單元中；所述熱能復(fù)得單元用于回收發(fā)動機(jī)排放的廢氣的熱能，將熱能轉(zhuǎn)化為電能存儲在儲能單元中。本發(fā)明提高了車載通信監(jiān)控系統(tǒng)的能量復(fù)得效率，有效提高了功率輸出，而且滿足大功率、占用空間少、重量輕、行進(jìn)中使用、各種車型均適用的需求。
【專利說明】
基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于車載通信領(lǐng)域，尤其涉及一種基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]車載通信監(jiān)控系統(tǒng)目前廣泛應(yīng)用于政府、公安、武警、消防、人防、水利防汛、電力搶險、海監(jiān)巡查等各行業(yè)，適用于復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行信息的實時移動傳輸。在惡劣的地理條件、危險的環(huán)境，可以第一時間抵達(dá)現(xiàn)場并將現(xiàn)場圖像傳出，是保證特殊環(huán)境下應(yīng)急通信任務(wù)及時、尚效完成的關(guān)鍵。
[0003]車載通信監(jiān)控系統(tǒng)由于使用環(huán)境的特殊性對供電系統(tǒng)提出了很高的需求，目前現(xiàn)有常用的供電方式有如下幾種:原車蓄電池供電；加裝蓄電池供電；發(fā)動機(jī)取力供電；外加發(fā)電機(jī)供電。但是，現(xiàn)有供電技術(shù)存在各種缺點:
[0004]1、原車蓄電池供電
[0005]此種方法是簡單的由原車蓄電池來為車載通信監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行供電，在通信及監(jiān)控模塊功率需求較小的情況下才可以正常使用，如果設(shè)備較多功率需求較大的情況下，原車硅發(fā)的輸出功率無法滿足設(shè)備使用功率會導(dǎo)致原車蓄電池虧電，從而影響車輛啟動性能，所以該種方式無法滿足較大功率設(shè)備的使用需求。
[0006]2、加裝蓄電池供電
[0007]這是在利用原車蓄電池供電的方式上發(fā)展而來的方案，通過加裝后備蓄電池來進(jìn)行供電，由后備蓄電池的儲能給車載通信監(jiān)控系統(tǒng)供電，而當(dāng)后備蓄電池儲能耗盡時則系統(tǒng)無法工作，如果通過原車蓄電池與后備蓄電池并聯(lián)的方式，仍然會存在第一種方法的使用缺陷，影響車輛啟動性能，因此該方法仍然無法滿足大功率的使用需求。
[0008]3、發(fā)動機(jī)取力供電
[0009]通過在車輛發(fā)動機(jī)加裝取力發(fā)電機(jī)，利用發(fā)動機(jī)冗余功率發(fā)電來為車載通信監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行供電，該方法由于需要在發(fā)動機(jī)艙加裝取力發(fā)電機(jī)，對原車發(fā)動機(jī)改動較大，一旦設(shè)計施工使用不慎容易造成發(fā)動機(jī)損失，而且并非對所有車型都適合安裝，由于各車型的發(fā)動機(jī)冗余功率不同，安裝之后能夠穩(wěn)定輸出的功率也并不相同，并且由于使用時需一直保持發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，長期使用會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)容易產(chǎn)生故障。
[0010]4、加裝發(fā)電機(jī)供電
[0011]通過在車輛上加裝一臺發(fā)電機(jī)來為車載通信監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行供電，存在改裝量大、占用空間太多、易引起超重等問題，而且因為發(fā)電機(jī)的使用時需要保證散熱良好，車輛高速行進(jìn)中由于負(fù)壓的緣故，發(fā)電機(jī)的熱量難以散出，容易導(dǎo)致發(fā)電機(jī)過熱保護(hù)，基本上只能在車輛停止或者低速行進(jìn)狀態(tài)下才可以使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]發(fā)明目的:為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，為車載通信監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行供電，并且可以滿足功率大、占用空間少、重量輕、行進(jìn)中使用、各種車型均適用的需求，本發(fā)明提供一種基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)。
[0013]技術(shù)方案:本發(fā)明提供的基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)，包括動能復(fù)得單元、熱能復(fù)得單元、儲能單元;所述動能復(fù)得單元包括與汽車發(fā)動機(jī)中的曲軸相連的發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)包括勵磁裝置和轉(zhuǎn)子，所述勵磁裝置在汽車制動時開啟以產(chǎn)生用于發(fā)電的磁場，所述轉(zhuǎn)子與所述曲軸相連并在曲軸驅(qū)動下轉(zhuǎn)動;所述發(fā)電機(jī)將制動時汽車發(fā)動機(jī)輸出的動能轉(zhuǎn)化為電能并存儲在儲能單元中；所述熱能復(fù)得單元用于回收發(fā)動機(jī)排放的廢氣的熱能，將熱能轉(zhuǎn)化為電能存儲在儲能單元中。
[0014]有益效果:相比較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過動能復(fù)得單元、熱能復(fù)得單元以及儲能單元的設(shè)計，對車輛行駛過程中的動能、熱能進(jìn)行回收，為車載通信監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行供電，不僅提高了能量復(fù)得效率，而且有效提高了功率輸出，具有功率大、占用空間少、重量輕、行進(jìn)中使用、各種車型均適用的技術(shù)優(yōu)點。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發(fā)明基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0017]如圖1所示，基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)(圖中未示出)、動能復(fù)得單元、熱能復(fù)得單元、主控單元、儲能單元、通訊模塊、監(jiān)控模塊。主控單元用于監(jiān)控動能復(fù)得單元對動能的回收、熱能復(fù)得單元對熱能的回收，控制儲能單元吸收和釋放能量，監(jiān)測通訊模塊和監(jiān)控模塊的運(yùn)行。動能復(fù)得單元與熱能復(fù)得單元將回收的能量儲存在儲能單元中，儲能單元用于向主控單元、通訊模塊、監(jiān)控模塊供電。
[0018]現(xiàn)有技術(shù)中，動能復(fù)得單元回收的是剎車的時候所浪費(fèi)的動能，車輛剎車過程中不是切斷發(fā)動機(jī)的動力，而是切斷傳動軸輸送到車輪的動力，當(dāng)剎車的時候引擎動力是被浪費(fèi)的，所以這部分的回收潛力和價值非常大。本發(fā)明的動能復(fù)得單元包括一臺與汽車發(fā)動機(jī)中的曲軸相連的發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)為無刷電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)包括勵磁裝置和轉(zhuǎn)子，所述勵磁裝置在汽車制動時開啟以產(chǎn)生用于發(fā)電的磁場，所述轉(zhuǎn)子與所述曲軸相連并在曲軸驅(qū)動下轉(zhuǎn)動。發(fā)電機(jī)還設(shè)有控制勵磁裝置開閉的行程開關(guān)，該行程開關(guān)安裝在剎車踏板下，當(dāng)剎車踏板踩下觸碰行程開關(guān)則勵磁裝置打開。該發(fā)電機(jī)的勵磁裝置的啟動由剎車來控制，當(dāng)發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，該發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通過曲軸傳動轉(zhuǎn)動，但是因為勵磁裝置未啟動，無法產(chǎn)生工作磁場，發(fā)電機(jī)無法正常運(yùn)行，此時發(fā)電機(jī)并不能將動能轉(zhuǎn)化為電能，因此并不會額外消耗發(fā)動機(jī)的動能;而當(dāng)車輛制動時，剎車踏板踩下觸碰行程開關(guān)則勵磁裝置打開，產(chǎn)生工作磁場，發(fā)電機(jī)開始正常運(yùn)行，將發(fā)動機(jī)空轉(zhuǎn)產(chǎn)生的動能轉(zhuǎn)化為電能，一旦松開剎車踏板，勵磁裝置隨即關(guān)閉，發(fā)電機(jī)停止將動能轉(zhuǎn)化為電能。該發(fā)電機(jī)通過汽車制動時浪費(fèi)的動力輸出發(fā)電，在汽車制動時啟動，將制動時汽車發(fā)動機(jī)輸出的動能轉(zhuǎn)化為電能并存儲在儲能單元中。動能復(fù)得單元具有啟動次數(shù)少，瞬間功率大的特點。相比較現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明通過動能復(fù)得單元在制動時對車輛發(fā)動機(jī)的動能進(jìn)行回收，不僅提高了能量復(fù)得效率，而且有效提高了功率輸出，具有功率大、占用空間少、重量輕、行進(jìn)中使用、各種車型均適用的技術(shù)優(yōu)點。
[0019]熱能復(fù)得單元回收的熱能來源于發(fā)動機(jī)排放的廢氣。車輛發(fā)動機(jī)的熱能量是很大的，然而被利用的熱能僅有30%_40%，排氣的熱損失占了很大一部分，熱能復(fù)得單元的作用就是將排氣熱損失的能量加以回收利用，它的回收主要可以作用于高速行駛時。本發(fā)明的熱能復(fù)得單元包括封閉式水循環(huán)吸熱系統(tǒng)以及一臺安裝在排氣歧管上的汽輪發(fā)電機(jī)，當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時，溫度最高的區(qū)域就是排氣歧管。普通低速駕駛環(huán)境下，排氣歧管的溫度就可以達(dá)到5000C，如果長時間高速行駛，排氣歧管基本都在800°C以上，封閉式水循環(huán)吸熱系統(tǒng)吸收排氣歧管的熱量，產(chǎn)生的熱蒸汽進(jìn)入汽輪發(fā)電機(jī)內(nèi)膨脹做功，使葉片轉(zhuǎn)動而帶動該汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電，做功后的廢汽經(jīng)凝汽器、循環(huán)水栗、凝結(jié)水栗等循環(huán)使用。熱能回收電機(jī)可以將車輛高速行駛時浪費(fèi)的熱能轉(zhuǎn)化成電能，與在剎車制動時才啟動的動能復(fù)得單元相比，熱能復(fù)得單元只要發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時就可以穩(wěn)定輸出電能，相比動能復(fù)得單元的電能輸出更加持續(xù)穩(wěn)定。
[0020]目前常規(guī)的技術(shù)方案中，通常只是回收了剎車動能的能量，本發(fā)明不僅回收了剎車動能，還回收了散熱熱能做為能量來源，進(jìn)一步提高了能量復(fù)得效率，進(jìn)一步有效提高功率輸出，并且由于散熱熱能的回收相比剎車動能更加持續(xù)穩(wěn)定，整個能量復(fù)得單元的能量來源相比單純動能回收會更加穩(wěn)定，能夠回收的能量也更多。
[0021]儲能單元包括電源管理模塊和儲能元件，現(xiàn)有技術(shù)的儲能元件僅采用鉛酸蓄電池，而本發(fā)明中該儲能元件包括鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰電池、超級電容等儲能元件中的一種或幾種，并且由電源管理模塊統(tǒng)一管理，可以根據(jù)需求進(jìn)行配置，滿足不同狀態(tài)下對于功率、電壓、壽命、儲能效率等多種技術(shù)參數(shù)的需求。
[0022]鉛酸蓄電池是常規(guī)的儲能元件，具有技術(shù)成熟、產(chǎn)品型號齊全、成本低廉等優(yōu)點，然后做為能量復(fù)得技術(shù)的儲能元件而言，存在充電效率低下的明顯缺陷，尤其是在進(jìn)行動能回收時，剎車的短時間內(nèi)有大量動能轉(zhuǎn)換為電能放出，然而鉛酸蓄電池低下的充電效率無法將此能量充分儲蓄吸收，所以需要有其他的儲能元件和其進(jìn)行配合使用。
[0023]到目前為止，鎳氫電池技術(shù)的效能仍然非常低。這種電池雖然技術(shù)成熟，但是弱點也非常明顯，那就是能量密度和功率密度低，所以在能量復(fù)得技術(shù)中，無法以主要儲能元件的身份出現(xiàn)，只能做為輔助儲能。
[0024]因此現(xiàn)在各大汽車廠商都將目光轉(zhuǎn)向了新電池類型一一鋰電池。根據(jù)目前掌握的信息，幾乎所有選用電池-電機(jī)動能回收系統(tǒng)的Fl車隊，都是使用的這種類型的電池，但這幾乎是一個全新的技術(shù)領(lǐng)域。鋰電池已經(jīng)在我們的生活中的得到廣泛應(yīng)用，比如手機(jī)、筆記本，鋰電池儲能具有能量密度高，功率密度低，成本低的特點，但相對的缺陷為反應(yīng)慢，充放電循環(huán)次數(shù)低。對于汽車工業(yè)而言，鋰電池存在兩項關(guān)鍵的技術(shù)問題限制了其使用。
[0025]鋰電池第一個問題就是電源管理單元的復(fù)雜度。與鎳氫電池不同，鋰電池?zé)o法進(jìn)行統(tǒng)一管理，而是需要對每個電池進(jìn)行單獨監(jiān)控，這是一個和成本以及系統(tǒng)復(fù)雜程度直接相關(guān)的問題?？紤]到在能量復(fù)得技術(shù)中回收的能量大小，鋰電池需要采取蓄電池組的形式進(jìn)行鏈接以獲得更高的電壓。但因鋰電池允許的放電電壓幅度區(qū)間小，因此必須對電壓進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控。
[0026]鋰電池的第二個問題是其對電化學(xué)過程的溫度很敏感，必須在25?40度之間才能發(fā)揮最大作用。溫差大于5度不僅會影響其性能，還會縮短壽命。考慮到車載使用環(huán)境，如果想發(fā)揮鋰電池的最大作用，勢必要為其配置恒溫系統(tǒng)(例如水冷散熱)，這無形中會增加能量復(fù)得技術(shù)的復(fù)雜度和成本，不利于此項技術(shù)的使用，而且鋰電池的充電效率也仍然難以滿足能量復(fù)得技術(shù)的需求。
[0027]超級電容具有功率密度大的特點，可以滿足能量復(fù)得技術(shù)需求的瞬時大功率儲能需求，但是超級電容的能量密度低的缺陷決定了其無法儲存能量復(fù)得技術(shù)回收的大量能量，無法單獨擔(dān)負(fù)其能量復(fù)得技術(shù)中儲能元件的重任。
[0028]結(jié)合超級電容功率密度高與鋰電池能量密度高的特點，再輔以鉛酸蓄電池和鎳氫電池的各自特點(成本低、易替換)，通過電源管理模塊統(tǒng)一管理，可以將超級電容與鋰電池進(jìn)行并聯(lián)，使用超級電容作為鋰電池與電機(jī)間的功率過渡模塊，從而降低大功率充放電對鋰電池壽命的影響，并可以保證對能量復(fù)得技術(shù)所回收能量的充分儲存。
[0029]主控單元對動能復(fù)得單元、熱能復(fù)得單元、儲能單元、通訊模塊、監(jiān)控模塊進(jìn)行實時的監(jiān)測及控制，能量復(fù)得技術(shù)所需的主控單元在車載通信監(jiān)控系統(tǒng)中同時可以作為整個系統(tǒng)的主控單元，省去了額外在為通訊模塊及監(jiān)控模塊增加一個主控單元，這樣整個系統(tǒng)中的主控單元不但可以監(jiān)測車輛本身的狀態(tài)信息，還可以有效監(jiān)測后期加裝的通訊設(shè)備和監(jiān)控設(shè)備的狀態(tài)信息，真正起到了整車整系統(tǒng)的監(jiān)測控制功能。
【主權(quán)項】
1.一種基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，包括動能復(fù)得單元、熱能復(fù)得單元、儲能單元;所述動能復(fù)得單元包括與汽車發(fā)動機(jī)中的曲軸相連的發(fā)電機(jī)，所述發(fā)電機(jī)包括勵磁裝置和轉(zhuǎn)子，所述勵磁裝置在汽車制動時開啟以產(chǎn)生用于發(fā)電的磁場，所述轉(zhuǎn)子與所述曲軸相連并在曲軸驅(qū)動下轉(zhuǎn)動;所述發(fā)電機(jī)將制動時汽車發(fā)動機(jī)輸出的動能轉(zhuǎn)化為電能并存儲在儲能單元中；所述熱能復(fù)得單元用于回收發(fā)動機(jī)排放的廢氣的熱能，將熱能轉(zhuǎn)化為電能存儲在儲能單元中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述熱能復(fù)得單元包括封閉式水循環(huán)吸熱系統(tǒng)以及安裝在汽車排氣歧管上的汽輪發(fā)電機(jī)，所述封閉式循環(huán)吸熱系統(tǒng)吸收排氣歧管的熱量后產(chǎn)生熱蒸汽，所述熱蒸汽帶動汽輪發(fā)電機(jī)發(fā)電。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，發(fā)電機(jī)還設(shè)有控制勵磁裝置開閉的行程開關(guān)，該行程開關(guān)安裝在剎車踏板下，當(dāng)剎車踏板踩下觸碰行程開關(guān)則勵磁裝置打開。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)為無刷電機(jī)。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，還包括主控單元，所述主控單元用于監(jiān)控?zé)崮軓?fù)得單元對熱能的回收及動能復(fù)得單元對動能的回收。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，還包括通訊模塊和監(jiān)控模塊，所述儲能單元為所述通訊模塊和監(jiān)控模塊供能，所述主控單元用于監(jiān)測通訊模塊和監(jiān)控模塊的運(yùn)行。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能單元包括電源管理模塊和儲能元件，所述儲能元件包括鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰電池、超級電容中的一種或幾種，所述電源管理模塊用于配置所述儲能元件。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于能量復(fù)得技術(shù)的車載通信監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，所述儲能元件包括鋰電池和超級電容，所述鋰電池與超級電容并聯(lián)。
【文檔編號】B60K25/02GK105898231SQ201610344973
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】譚孝虎, 陳 峰
【申請人】南京萊斯信息技術(shù)股份有限公司