風(fēng)力發(fā)電技術(shù)應(yīng)用到新能源電動(dòng)汽車領(lǐng)域

楊長(zhǎng)慶

摘 要：太陽(yáng)能和風(fēng)能是目前兩種最具有發(fā)展前途的可再生清潔能源，發(fā)展工作可靠、效率高、成本低的風(fēng)力發(fā)電裝置成為我國(guó)和世界各國(guó)的追求。在當(dāng)代工業(yè)發(fā)展不斷壯大的背景下，汽車工業(yè)逐漸成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱型產(chǎn)業(yè)之一。隨著人們生活水平的提升，燃油汽車已然無(wú)法滿足其對(duì)質(zhì)量的追求，因而新能源電動(dòng)汽車應(yīng)運(yùn)而生。為有效解決新能源電動(dòng)汽車的供電、節(jié)能需求，本文在對(duì)汽車與風(fēng)能發(fā)電加以概述的基礎(chǔ)上，提出發(fā)電機(jī)的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，并嘗試對(duì)電動(dòng)汽車風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)加以設(shè)想，旨在為業(yè)內(nèi)同仁提供參考。

關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能；風(fēng)能；風(fēng)力

中圖分類號(hào)：U469.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）30-0152-01

引 言

風(fēng)是空氣流動(dòng)的現(xiàn)象，空氣有一定的質(zhì)量，空氣的流動(dòng)具有一定的動(dòng)能，就是可利用的風(fēng)能，風(fēng)能是清潔的、無(wú)污染的、取之不盡用之不竭的可再生能源。在常規(guī)能源面臨嚴(yán)重短缺以及全人類對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高雙重壓力下，風(fēng)能將逐漸成為21世紀(jì)人類利用的主要能源。

1 風(fēng)力發(fā)電與汽車風(fēng)能

1.1 風(fēng)力發(fā)電概述

風(fēng)力發(fā)電，英文寫作“wind power generation”，是指將風(fēng)力作用下，將其動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的一中過(guò)程，風(fēng)能也成為近年來(lái)備受矚目的可再生新能源之一。目前，風(fēng)力發(fā)電主要流行于芬蘭、丹麥等特殊氣候國(guó)家。其主要工作原理為：在風(fēng)力作用下，風(fēng)車葉片產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，同時(shí)利用增速機(jī)，將其旋轉(zhuǎn)速度大幅度提升，借此帶動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電力。由于風(fēng)力發(fā)電不需要燃料，且無(wú)輻射、無(wú)空氣污染，效果較好且可再生，因而備受世界人民喜愛(ài)[1]。

1.2 汽車與風(fēng)能

早期汽車所使用的常規(guī)能源通常為汽油、柴油等，一方面該類資源面臨枯竭，間接造成汽車使用成本逐漸上升；另一方面，隨著人們環(huán)保意識(shí)的崛起，新能源的不斷開(kāi)發(fā)，致使新能源中的代表——風(fēng)能，開(kāi)始在各行各業(yè)暫露頭角。

由于風(fēng)的速度和方向是不斷變化的，因而風(fēng)能存在變化性和不穩(wěn)定性，利用風(fēng)能發(fā)電面臨困難，但風(fēng)能的變化是有規(guī)律可循的。隨著風(fēng)力發(fā)電技術(shù)研究的深入，發(fā)電裝置的不斷簡(jiǎn)化及創(chuàng)新，人們開(kāi)始將風(fēng)能與汽車相結(jié)合。試想，汽車高速行駛過(guò)程中，與流動(dòng)空氣摩擦形成具有一定方向性的風(fēng)能，風(fēng)速吹在與風(fēng)速垂直的汽車表面形成風(fēng)壓，掌握風(fēng)速與風(fēng)壓等風(fēng)力資源的開(kāi)發(fā)利用，具有極大經(jīng)濟(jì)價(jià)值[2]。

利用汽車高速行駛的風(fēng)阻，通過(guò)風(fēng)力渦輪機(jī)或風(fēng)輪將獲取的風(fēng)能轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能驅(qū)動(dòng)，通過(guò)專用發(fā)電機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)化成電能，實(shí)現(xiàn)持續(xù)穩(wěn)定地向電動(dòng)汽車蓄電池充電，以解決新能源電動(dòng)汽車的電力自給自足。

2 風(fēng)能發(fā)電機(jī)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)

2.1 風(fēng)能發(fā)電機(jī)現(xiàn)存問(wèn)題

發(fā)電機(jī)是將風(fēng)能收集的機(jī)械能變成電能，傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)是按輸入穩(wěn)定的轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速設(shè)計(jì)的，無(wú)法適應(yīng)風(fēng)能輸出的變化轉(zhuǎn)距和轉(zhuǎn)速，汽車風(fēng)力發(fā)電機(jī)組必須保證其在各種行駛風(fēng)況、氣候條件下能夠長(zhǎng)期安全運(yùn)行，還必須考慮湍流和其他極端風(fēng)況?！半p凸極直流發(fā)電機(jī)”為電動(dòng)汽車風(fēng)力發(fā)電專項(xiàng)設(shè)計(jì)定制[3]。

雙凸極電機(jī)的相電動(dòng)勢(shì)波形很難達(dá)到正弦波，因而不易構(gòu)成交流發(fā)電機(jī)，一般和二極管整流電路組合構(gòu)成直流發(fā)電機(jī)，由于永磁雙凸極電機(jī)磁場(chǎng)調(diào)節(jié)困難，常用電勵(lì)磁雙凸極式混合勵(lì)磁雙凸極電機(jī)與整流器構(gòu)成汽車直流發(fā)電機(jī)。

2.2 電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)

電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)是近年來(lái)新興起的一種發(fā)電機(jī)，與傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)磁阻發(fā)電機(jī)相比，電勵(lì)磁雙凸極直流發(fā)電機(jī)有以下優(yōu)勢(shì)：①雙凸極發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上沒(méi)有磁鋼，沒(méi)有線圈，僅由硅鋼片疊壓而成，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，制造方便，維護(hù)簡(jiǎn)單。②雙凸極發(fā)電機(jī)的輸出為二極管整流電路，通過(guò)勵(lì)磁調(diào)節(jié)保持輸出直流電壓不因轉(zhuǎn)速和負(fù)載太小而變，它的后接直接向蓄電池充電[4]。③雙凸極發(fā)電機(jī)發(fā)電運(yùn)行時(shí)，不需要多管功率電子變換器。由于它轉(zhuǎn)子上沒(méi)有永磁磁鋼，沒(méi)有鼠籠，消除了永磁同步電機(jī)和鼠籠感應(yīng)電機(jī)的缺陷，在用作高轉(zhuǎn)速、大功率汽車風(fēng)力發(fā)電裝置方面，比其它開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)更可靠[5]。

3 電動(dòng)汽車風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)想

3.1 工作狀態(tài)

電動(dòng)汽車風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)有四種工作狀態(tài)：①剩余風(fēng)能向蓄電池充電，高速大風(fēng)時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率大，除供給電動(dòng)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，汽車環(huán)境控制系統(tǒng)和汽車艙門窗及制動(dòng)系統(tǒng)、操縱機(jī)構(gòu)等本地用戶供電外，還有余量，多余電能向蓄電池充電；②風(fēng)小或大風(fēng)時(shí)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)不能輸出功率，蓄電池直接向動(dòng)力系統(tǒng)和本地用戶供電；③風(fēng)力發(fā)電機(jī)和蓄電池同時(shí)向動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和本地用戶供電；④風(fēng)力發(fā)電機(jī)僅向蓄電池充電，不向其它或本地用戶供電。

3.2 電動(dòng)汽車直流電源系統(tǒng)設(shè)想

由于汽車風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作轉(zhuǎn)速在寬廣的范圍內(nèi)變化，必須有電壓調(diào)節(jié)器和發(fā)電機(jī)配套使用，電壓調(diào)節(jié)器的作用是通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁電流使電機(jī)輸出電壓保持不變，電動(dòng)汽車風(fēng)力直流發(fā)電機(jī)通常和蓄電池并聯(lián)工作，在汽車起動(dòng)時(shí)或發(fā)電機(jī)故障不能工作時(shí)，由蓄電池供電。同時(shí)，直流發(fā)電機(jī)還應(yīng)有過(guò)電壓、低電壓、過(guò)電流和反向電流等保護(hù)電器，微處理器已將發(fā)電機(jī)的電壓調(diào)節(jié)和故障保護(hù)電器合一為發(fā)電機(jī)控制器，于是電動(dòng)汽車直流電源系統(tǒng)由：風(fēng)力發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)控制器、蓄電池三部分構(gòu)成。

在大型載重運(yùn)輸汽車上面，可以配置多臺(tái)發(fā)電機(jī)：多臺(tái)風(fēng)力發(fā)電機(jī)并聯(lián)工作時(shí)，電壓調(diào)節(jié)器還具有發(fā)電機(jī)向并聯(lián)均流的功能，多臺(tái)相互獨(dú)立的發(fā)電機(jī)控制器互為冗余，顯著提高了電源的可靠性。多電汽車的特點(diǎn)是：用電能代替集中式液壓、氣壓能，從而提高了汽車的可靠性、維護(hù)性，降低了機(jī)械設(shè)備重量和全周期費(fèi)用。

4 結(jié) 論

不可否認(rèn)，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)為世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生了不容忽視的作用，進(jìn)一步促進(jìn)了我國(guó)乃至世界工業(yè)的發(fā)展。無(wú)論是從經(jīng)濟(jì)發(fā)展的角度，或是環(huán)境保護(hù)的角度，將風(fēng)力發(fā)電技術(shù)應(yīng)用于新能源電動(dòng)汽車領(lǐng)域，其前景十分廣闊。目前，新能源電動(dòng)汽車尚處于開(kāi)拓階段，供電、節(jié)能等現(xiàn)狀均亟待改善，本文中提及的電動(dòng)汽車風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)設(shè)想則可有效緩解相應(yīng)問(wèn)題，筆者愿和相關(guān)機(jī)構(gòu)共同完成該項(xiàng)目的推廣應(yīng)用落地。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-9-18