毕业论文-风电混合新能源汽车风力发电系统设计说明书.docx

中北大学2017届毕业设计说明书风电混合新能源汽车风力发电系统设计摘要随着全球汽车保有量的不断增长和人们日常生活中对于汽车的依赖不断增强，传统能源产业与环境保护工作面临着前所未有的压力，开发新能源汽车也成为了汽车行业急需面对的重要问题。本文开创性的利用汽车行驶时的风能为汽车提供动力，具体阐述为在汽车中高速行驶时，风电混合新能源汽车风力发电系统利用行驶时的相对风能，通过收风口将风速提高，带动风力发电机发电，再利用交流变压器将电压升高，通过熔断保险丝，从而为车载蓄电池充电的过程。首先文章针对传统能源与环境保护现状进行了讨论，其次针对风电混合新能源汽车的国内外发展现状进行了论述，再次对于风电混合新能源汽车风力发电系统进行了结构与工作原理的分析，然后对风力发电系统所需的零件进行了选择，设计以及计算，之后检验并计算出了该系统在中高速行驶时的输出功率，最后完成收风口三维图绘制。关键词 ：新能源汽车风，力发电系统，收风口 Design of Wind Power Generation System for Wind Power Hybrid New Energy VehicleAbstractWith the continuous growth of the global car ownership and peoples daily life reliance on cars is growing, the traditional energy industry and environmental protection work is facing the hitherto unknown pressure, the development of new energy vehicles has also become an important issue for the automotive industry need to face. This created by the car when driving wind power cars, specifically for high-speed travel in cars, wind power hybrid wind power generation system of new energy vehicles using the relative wind speeds, wind speed will improve the export by air inlet, driven by wind power, the AC transformer voltage increased by fuse thus, as the vehicle battery charging process. This paper first discuss the traditional energy and environmental protection situation, then mixed in wind power development status of new energy vehicles at home and abroad are discussed, again for the wind power hybrid wind power generation system of new energy vehicles, analyzed the structure and working principle, and then required for wind power system components for the selection, design after the test and calculation, and calculated in high speed output power of the system, finally finish the air-inlet assembly drawingKey words: new energy vehicle;wind power generation system; air inlet目录1 绪论11.1 课题研究的背景和意义11.2 风电混合新能源汽车的优势21.3 风电混合新能源汽车的发展现状21.3.1 风电混合新能源汽车国内发展现状31.3.2 风电混合新能源汽车国外发展现状91.4 课题研究的主要内容和任务102 汽车主要参数及要求112.1 风电混合新能源汽车主要参数112.1 风电混合新能源汽车风力发电系统要求113 汽车风力发电系统结构分析123.1 传统风力发电机的结构分析123.2 风电混合新能源汽车风力发电机结构分析123.3 收风口的结构与作用分析123.4 变压器与熔断保险的必要性分析134 汽车风力发电系统材料选择154.1 风力发电机的材料选择154.2 收风口的材料选择155 汽车风力发电系统参数的确定与零件的选用175.1 风力发电机的选用175.2 收风口尺寸的确定与风能变化175.2.1 收风口尺寸的确定175.2.2 风能变化185.3 熔断保险的选用185.4 连接方法的确定196 汽车风电系统输出能力的校核206.1 汽车中速行驶风电系统输出校核20第 页 共 页6.2 汽车高速行驶风电系统输出校核206.3 最高输出功率的校核206.4 校核结果分析20结论22参考文献23致谢25第 页 共 页1 绪论1.1 课题研究的背景和意义 随着人类社会生活水平的不断提高和人工智能的不断优化，大家生活中越来越离不开汽车，汽车正在人类的社会生活中扮演者一个史无前例无法比拟的重要角色。在汽车还没有诞生之前，人们的主要交通工具就是火车，但是火车行驶速度并不快，而且特别的不方便，有时候人们下车的地点离最终目的地还有几百公里，所以火车只能说是在一定程度上方便了人们的出行。但是随着汽车的发明，人们可以驾驶汽车直接到达自己的目的地，再也不是从自己的家出发去车站，坐上漫长的火车，然后再下车徒步。驾驶汽车，不仅方便，而且特别快捷。这个依靠内燃机行驶的汽车，在过去的一个多世纪的发展与应用中，已经为人们做出了不可估量的贡献，同时它也在不断的完善，趋于完美。步入到21世纪，人们对于汽车的需求空前的大，从巨商富贾到平民百姓，从政府机关到民营小企，无一例外的离不开汽车。 但是随着汽车的保有量以一种惊人的速度增长的同时，我们也不得不面临这样几个问题，比如汽车的燃料问题。目前为止，绝大多数的汽车都是以汽油和柴油为燃料，也就是说所需燃料基本都是从地下的石油资源中分馏提取压缩而来，通过燃料在发动机内的燃烧产生的能量经过机械系统的传导从而使汽车行驶。但是，石油资源虽然储备量很大，但是毕竟也是有限的，而且短期之内不可能再生，随着人们对石油资源的利用，石油资源带给人们的依赖越来越大，石油的价格也越来越高。最关键的是，石油资源的枯竭也并非遥遥无期。根据目前最新的针对油气资源的统计来看，世界上的常规可开采的资源量为4138亿吨，现在已经探明的石油总储备量为1567亿吨，按照当前的开采进度来计算，全球的石油储备量只够未来三十年到四十年开采，如果没有新的大型油气资源被发现，那么将来就会面临无油可采的尴尬处境。同时，进入21世纪以来，世界油价也一直呈现出单边震荡上扬的走势，价格是市场基本力量运动的必然结果，以2005年为例，新一轮的世界石油价格的上涨，其幅度之大和持续时间的长久性，远远出乎消费者的预料，同时也是空前的，但所有业内人士都说，这绝对不是绝后的，随着油气资源的不断开采和人们对于油气资源以及其附属品的依赖性越来越大，以后还会出现更大规模的价格上涨及供应紧张。再有就是随着科学技术的不断提高，环境问题也越来越受到重视，汽车行驶中排放的尾气，包含有大量的二氧化碳，氮氧化合物，甚至是含硫气体等，城市雾霾现象的产生可以说汽车尾气排放就是始作俑者之一，所以我们必须想办法找到新的绿色能源来减缓油气资源利用以及环境保护的压力。1.2 风电混合新能源汽车的优势 我们寻找新的能源来代替石油也可谓是迫在眉睫。现在的汽车有油气混合型的，但是还是不能满足要求，而且一旦行程过远，很容易找不到加油站或者加气站，进而导致无法发动汽车。随着研发人员的开发，一种种新能源汽车也横空出世。其中电动汽车可谓是领军人物，不仅被消费者接受，同时也被业内人员认为是将来新能源汽车的中流砥柱。本文就将在电动汽车的基础上进行改进升级，在电动汽车的基础上，研发一款装置，让本来是行驶阻力的风，变为动力，源源不断的为电动汽车提供电力，即风电混合新能源汽车风力发电系统设计。虽然风力能源应用在汽车领域还未实现大规模批量生产，但风电混合新能源汽车风力发电系统，适用于一切风电混合新能源汽车，甚至可以将其安装在纯电动汽车上，将纯电动汽车改装成风电混合新能源汽车。风电混合新能源汽车风力发电系统，可以在风电混合新能源汽车行驶中，源源不断的为蓄电池充电，一方面它的输入端是自然风，是纯粹的绿色能源。另一方面它的输出端与汽车蓄电池相连。虽然该系统发电量不足以提供汽车行驶中所需要的全部电能，但是边行走边充电，可以有效的增大风电混合新能源汽车的续航里程，将行驶阻力应用起来，转化为汽车自身行驶的动力，绝对不失为一种明智的选择。这样不仅可以大大的减少为风电混合新能源汽车蓄电池充电的次数和时间，而且也有限的节省了电能。众所周知，我国现在发电业依然是主要以火力发电为主，其他形式的发电为辅。全球范围内，虽然发电形式多样，发电方法丰富，但是依然是火力发电占的比重最大。风电混合新能源汽车风力发电系统的研发与运用，一方面不简单是表面上节省了很大一部分电能，同时也是更深层次上的保护了很大一部分的矿物资源，使不可再生能源的应用减少了许多。另一方面清洁能源的运用也极大的减轻了环保压力。所以，风电混合新能源汽车风力发电系统的重要性与实际应用的意义不言而喻，该系统不仅应用广泛，适用于任何天气状况和道路状况，适用于各种大中小车，而且带来的长远意义也是非常的重大，随着风力发电系统的应用，风电混合新能源汽车风力发电效率的提高，燃油在未来的汽车行驶中几乎用不到。这不仅是研发人员的目标，更是广大消费者喜闻乐见的。1.3 风电混合新能源汽车的发展现状目前为止，风电混合新能源汽车的发展几乎是一张白纸，国内外没有任何汽车厂量产风电混合新能源汽车，但是汽车行业关于风电混合新能源汽车的探索以及风电混合新能源汽车风力发电系统的研究一直在持续进步。1.3.1 风电混合新能源汽车国内发展现状 就目前的国内形势来看，我国风电混合型能源汽车业的发展几乎是一张白纸，还有很大的发展空间。虽然我国汽车厂众多，而且每个汽车厂都有新能源汽车研发部，但是目前为止，并没有任何一个汽车厂已经批量生产风电混合新能源汽车，甚至没有任何一个汽车厂的研发部门研发出一款风电混合新能源汽车。不过值得一提的是，国内已经有很多专业人士和非专业人士发现了这个堪称完美的方案，并且有些已经完成了相关专利的申请，实际应用意义重大。专利发明人聂圣男公开了一种车用风力发电系统和电动汽车，具体阐述为圆桶状进气通道，中轴和风力发电机组以及车载蓄电池。他将中轴固定连接在进气通道的中心轴线上，圆桶状进气通道中的风能，用于提供多个风力发电机组动力输入。圆桶状的进气通道的一端用于进气，即为进气口，另一端则为出气口。风力发电机组从进气口依次排列至出气口，且全部连接在中轴线上。众多风力发电机组的输出端通过导线连接到车载蓄电池的输入端。发明人将圆筒状进气通道安装在风电混合新能源汽车的前机盖的底部，并且圆筒状进气通道的输入端即进风口对准风电混合新能源汽车的进气隔栅。具体细节如下:发电机组均为风叶式发电机组。发电机组扇叶围绕中轴均匀呈相同夹角布置，中轴与圆筒状进气通道之间利用三根支撑杆组成支撑架支撑。发电机组叶片为铸铁或合金材质。且发电机为交流发电机。以上叙述的专利为纯粹利用风力发电为风电混合新能源汽车提供动力支持。具体方案示意图如下：同时，专利发明人张正璞以另一种思路向我们展示了风能在新能源汽车中的应用，他将风能转换成电能，利用电能点解水，高效的通过物理的方式存储，不仅利用蓄电池储存能量，而且利用电能电解水的方法来储存氢气能，最为关键的是两种能源都是新型环保能源，可以反复利用。将环保型能源的发展推上了一个新的高度，而且在市场中的实际应用价值也很大。具体实施方法阐述如下，该发明用到PSOC控制器，PSOC控制器可以将风能转换成电能，是一个风能和电能的转换模块，同时它可以将水电解为氢气，氢气可以作为燃料汽车的理想燃料，所以它也是一个可以将水电解为氢气和氧气的转换模块。PSOC控制器的输入端与风能转换成电能的电压采样器相连接。同时也必须用到采集风速数据的传感器，即风速采集传感器。压缩氢气时，需要压力传感器。PSOC控制器的输出端连接显示器，显示器用来展示风速实时数据，电能剩余量，以及氢气实时压力等。风电转换模块主要包括依次相连的控制风能装电能开关的电路中所用到的晶体管开关控制电路。蓄电池充电保护电路用于稳定充电的蓄电池以及保护蓄电池寿命。蓄电池用来储存风能转换成电能之后多余的电能。而负载接口电路用于提供给直流负载使用或者充电。风电机组的主要作用是将汽车行驶中得风能有限利用并且转换成电能，而功率转换器是将电能功率进行转换，整流变换器用于将转换的功率去毛刺整流滤波平滑。离子水机装置的作用是将水经过电解产生的氢离子保存，将氢气经过高压变成液化氢气用氢气压缩机来实现，氢气压缩机的输出端连接PSOC控制器的输入端，这样就形成了一个完整的利用风力发电电解水，然后产生氢气，压缩氢气成为高能燃料的完整系统。具体实施方案如图所示：另外，专利发明人常洪杰发明了一种原理简单，成本低廉的风电混合新能源汽车风力发电系统，众所周知，风力机的作用是利用风能，将风能转换成电能，热能或者机械能的装置。风力机如果按照风轮轴的位置不同划分的话，可以分为垂直轴风力机和水平轴风力机，顾名思义，能量驱动链呈垂直方向布置的称为垂直轴风力机，能量驱动链呈水平分布的称之为水平轴风力机。能量驱动链即为风轮，增速箱，主轴，发电机。水平轴风力机是目前在中国应用最广泛的，也是因为其技术成熟，结构简单。但是水平轴风力发电机也有很大的弊端，因为水平轴风力机的启动力矩很大，所以应用时必须时刻调节扫风面，使翼形叶轮垂直于风向，所以操作很繁琐。而且噪声特别大，抗损能力比较差，重心高，安装维护困难大，结构不稳定。专利内容具体阐述为风电混合新能源汽车的顶部设有支架，类似于越野车或SUV车型的支架，支架内安装有风力发电机。风力发电机的输出端连接导线，蓄电池控制器还有风力发新能源汽车的蓄电池。转轴的一端与发电机轴铰连接，另一端与风轮连接。新型的斜支杆使用液压型推拉杆，实现液压自动控制。碗状的风轮叶片可以保证不会出现反转的情况，风轮上预计安装有三个或者四个碗状的叶片，同时叶片的形状和材质也可以采用现有的成熟型的叶片代替。为了减小汽车行驶时的风阻力，支架的前端安装有顺风罩。本实用型中转动轴利用渡轴连接在发动机转轴上，转动轴与过度轴呈铰连接。过度轴与发动机轴的连接通过联轴器来实现。或者通过齿轮传动机构或者皮带传动来实现。同时，在汽车驻停时，也能发电。具体阐述为在汽车驻停时，利用液压斜支架，将收集风力的叶片抬高，使其高于顺风罩，这样自然风就能够带动发电叶片，为蓄电池充电。这样的好处是使那些上班族或者长期在家不经常用车的车主们尤为方便，大大减少了汽车充电的频率。具体实施办法与机构简介如下：图中原件分别为：1：输出端连接导线2：顺风罩3：顶部支架4：风轮支架5：碗状扇叶风轮6：液压斜支架7：转动轴与过渡轴铰连接机构最后一个专利发明是利用在我们传统能源汽车上安装风力发电设备，进而使对传统能源的依赖减小。专利发明人牟瑛的专利具体阐述为在汽车利用传统能源启动以后，在行驶过程中，中央集成控制装置会自动的检测我们汽车的蓄电池等的能量状态，如果其处于未饱和的状态，中央集成控制装置就会给风力发电装置传输指令，从而使风力发电装置自动启动，将汽车行驶中的风能转换成电能，通过导线变压器等输送到汽车的蓄电池等装置中，经过充电，如果我们汽车的蓄电池等装置电量充足了，中央集成控制装置将会再次发送指令到风力发电装置，从而使风力发电装置自动停止发电，周而复始，如果储能装置再次储能不充足，那么将会再次循环这个指令，从而实现源源不断的供电，保证汽车储能装置时刻处于饱和或接近饱和的状态。具体实施办法示意图及机构简介如下：图中元件分别为：1：输出端变压装置等2：蓄电池3：风力发电装置4：中央控制元件 国内的发展状况基本都是处于专利阶段或者想法阶段，目前并没有做出可用于实际生产的实物。现在主要的优点很集中，风电混合风力发电系统可以在一定程度上较小燃油消耗的巨大压力，可以更有效的利用绿色清洁能源为汽车提供动力。不仅减少了温室气体的排放，减轻了环保压力，放慢了城市热岛效应的加剧，而且为广大汽车车主减轻了经济压力。但是主要的缺点在于应用价值不高，不足与打动车主们全装风力发电系统。 1.3.2 风电混合新能源汽车国外发展现状 目前国外的发展程度与中国类似，并没有实现，甚至也没有一台车安装风力发电系统。众所周知，德国日本美国等发达国家的汽车制造业发展水平要明显高于国内，但依然没有量产利用风力发电或者以风力发电为辅助动力的新能源汽车。不过值得一提的是，德国奥迪汽车早在2013年就曾公开一辆试验车，该车利用风力发电，将风力发电的电能利用于电解水等物质，从而产生沼气，利用沼气燃烧为汽车提供行驶动力。不过至今也没有公开声明研制成功或量产。1.4 课题研究的主要内容和任务 风电混合新能源汽车是一个全新的设计理念，设计难度极大，但优点众多，一旦研制成功对于汽车行业的发展的推动作用将是巨大的，是里程碑式的新型车。本课题研究的主要内容为风电混合新能源汽车风力发电系统的工作原理，风力发电系统的结构布置，以及可行性探究。设计一套可行性强，创新环保的风电混合新能源汽车风力发电系统是本课题的主要任务。2 汽车主要参数及要求2.1 风电混合新能源汽车主要参数 满载质量（Kg） ： 980 最大功率Max output (Kw/ rpm) ：33.5/4000 最大扭矩Max torque (N/m/ rpm)：72/3000 最高车速Max speed (km/h)：125 长宽高301016051600 轴距2025 前轮距/后轮距Track width (f /r mm) 1390/1390 最小转弯半径Min. Turning Circle semi diameter（m） 最小离地间隙Min. Ground-clearance (mm) 170 轮胎Tire P195/50R152.1 风电混合新能源汽车风力发电系统要求 要求所设计的风电混合新能源汽车风力发电系统为一种辅住发电系统，在汽车行驶时能为汽车减轻蓄电池电量消耗压力，为蓄电池充电或利用风力发点系统为汽车某些耗电元件提供电能。设计须有实际应用价值，可以设计在风电混合新能源汽车某一速度下开始发电，也可以所设计风电混合新能源汽车风力发电系统随时发电。 3 汽车风力发电系统结构分析3.1 传统风力发电机的结构分析 风能是具有一定的动能的，风力发电系统是通过风轮机将风能转化为机械能，利用机械能带动发电机发电。风力发电的基本原理是利用风带动发电机的叶片旋转，然后通过增速器将旋转的速度提高到可以带动发电机发电的。就目前成熟的风车技术，大约3m/s的微弱自然风就可以发电。风力发电的基本原理非常简单，最简单的风力发电机可由叶片和发电机两部分组成。首先，自然风中的动能通过叶片，将动能转换成叶片运动的动能，叶片带动转动轴转动，然后通过发电机组内部线圈做切割磁感线运动，将动能转换为电能，这样就实现了风力发电。 由于我们常见的风力发电系统都是运用自然风进行发电，而自然风普遍风力低，风速相对很小，所以风力发电系统必须要有增速器来提高发电机的输入端速度。3.2 风电混合新能源汽车风力发电机结构分析 我们所研制的风电混合新能源汽车风力发电系统是应用于车载的特殊风力发电机，本设计以汽车中速行驶和高速行驶为例，分别取60km/h和100km/h，即为16.7m/s和27.8m/s,该速度已经达到了风力发电机输入端所需要的速度，所以不需要增速器。风电混合新能源汽车风力发电系统应用最简单的扇叶和发电机两部分来实现风力发电。3.3 收风口的结构与作用分析由于本风力发电系统安装在风电混合新能源汽车的进气格栅内，所以为了更好的能收集风能源，在风电混合新能源汽车的进气格栅后方安装收风口。首先安装收风口，可以有效地将风电混合新能源汽车行驶中的风收集起来，最大化的利用风能。其次，虽然在风经过收风口的过程中会有一定的能量损耗，但最后输出的风速将会有所提高。最后，因为风电混合新能源汽车的动力源为蓄电池，所以几乎不用考虑散热问题，故将收风口的前端直接对准进气格栅即可，设计简单，实用性强。 具体阐述为：收风口的前端为长方形，与进气格栅尺寸一致，尾端为圆形，与风轮尺寸一致。详情请看如下示意图。3.4 变压器与熔断保险的必要性分析收风口后端直接与风力发电机的扇叶对准，保证将风能的损失降到最小。风力发电机的输出端与变压器相连接，因为风力发电机的输出电压要远远小于风电混合新能源汽车蓄电池的额定充电电压，所以为了能够提供足够高的电压给蓄电池充电，变压器是必不可少的。变压器的输入端与风力发电机的输出端相连， 变压器的输出端与熔断保险连接，以防在风力发电过程中，风电混合新能源汽车的风力发电系统出现故障，尤其是变压器故障的出现，损坏蓄电池。所以，风电混合新能源汽车的风力发电系统包括收风口，风力发电机，变压器以及熔断保险。具体流程图如下示意图。4 汽车风力发电系统材料选择 4.1 风力发电机的材料选择 现有的大型风力发电系统的扇叶，普遍采用挤拉型玻璃钢，玻璃纤维强化塑料(GRP)等复合材料，小型风力发电多采用钢和铝合金等。这些材料的主要优点在于拥有良好的耐久性，抗腐蚀性，抗酸碱以及大气环境的腐蚀能力比较高，不需要定期维护，柔韧性强，材质均匀，表面光滑，但是缺点在于重量大，不容易转动。风电混合新能源汽车风力发电系统的发电机，属于微型风力发电机，所以以上材料并不适合采用。本设计将采用碳纤维材料作为扇叶材料。碳纤维材料的主要特点是密度小，耐酸碱等的腐蚀性强，柔韧性强，耐久性强，材质均匀，但造价偏高。风电混合新能源汽车风力大小系统所需要的扇叶比较小，需要普通风力发电的扇叶的优点的同时，还必须质量轻，这样才能尽可能小的增大整车质量。虽然碳纤维材料造价偏高，但是性能突出，而且风电混合新能源汽车风力发电系统所需碳纤维比较少，所以价格方面可以接受。连接扇叶的轴在现有中大型风力发电机构中，多数采用合金钢，复合材料或与扇叶相同的材料作为轴的材料，所以我们风电混合新能源汽车风力发电系统的发电机扇叶也采用碳纤维材料。4.2 收风口的材料选择风电混合新能源汽车风力发电系统收风口材料的选择，因为此装置之前并没有使用先例，所以我们根据性能和车载零件的分析，选出三种材料，最后敲定。因为是收风口，所以在汽车行驶中所承受的大气压强比较大，首先强度必须要高。然后考虑到复杂路况，该材料必须耐腐蚀，不容易生锈，能长时间经受住酸碱盐的腐蚀，以及大气腐蚀，耐高温和低温，在温度大幅度变化的情况下对其性能不能够造成太大影响，最后因为是风电混合新能源汽车，汽车整车质量偏高，且动力方面相对于传统燃料汽车略小，所以所选材料密度不应太大，质量要小。根据以上论述，所备选材料为薄不锈钢板，航空铝，以及与扇叶材料相同的碳纤维材料。 薄不锈钢板抗挤压变形的能力比较弱，因为该装置位于风电混合新能源汽车的进气格栅后方，所以相对产生碰撞的几率比较大，这样就否定了。而航空铝硬度合格，且密度不太大，但是众所周知，汽车保险杠的作用是缓冲碰撞，这也是为什么绝大多数汽车在前部发生碰撞的情况下，保险杠很容易破碎的原因，如果我们采用航空铝材料作为风电混合新能源汽车风力发电系统的收风口材料，那样在汽车发生碰撞时，保险杠将无法起到缓冲碰撞的作用，相反，由于航空铝的强度太高，反倒将前部的碰撞直接传递到驾驶室，反而对驾驶员造成一种伤害，所以在考虑到安全性能方面的问题的情况下，我们不能选择航空路或者其他有过高刚度的复合材料。综上所述，确定风电混合新能源汽车风力发电系统的收风口采用碳纤维材料制作。 5 汽车风力发电系统参数的确定与零件的选用5.1 风力发电机的选用 风电混合新能源汽车风力发电系统中发电机的选择从现有的微型发电机中选择。目前市场上的风力发电机都有增速装置，因为绝大多数风力发电机都是设置在自然风的状态下使用的，自然风速比较低，所以必须通过增速器来实现风力发电机组的正常工作。但是在汽车行驶中，相对风速与自然风速比起来，非常高，所以我们必须选择额定风速足够高的风力发电机组。市场上既能满足尺寸足够小，额定风速又非常大的风力发电机组几乎没有。所以我们将在现有的微型风力发电机组中寻找尺寸适合，能够满足空间条件的，然后拆除增速装置，直接利用自然风给风轮速度，实现发电。 最终经过重重挑选和计算，拆除增速器的情况下，我们选定为风轮尺寸为20cm,扇叶片数为3片。中心轴的直径为2cm。在额定风速下，风轮扇叶的边缘速度为45m/s，最高风速不可超过100m/s，中心速度为0m/s.这样风电混合新能源汽车风力发电系统的风力发电机组就选定完成了。传统汽车的进气格栅大约是20-40厘米，长度大约是70-90厘米，参考现有的多种新能源汽车的进气格栅尺寸，本文选取风电混合新能源汽车进气格栅为长80厘米，宽30厘米的长方形。所以收风口前端长方形的尺寸也是长为80厘米，宽为30厘米。因为风轮的直径为20厘米，中心轴直径为2厘米，所以扇叶长度为9厘米，收风口末端直径为20厘米。 5.2 收风口尺寸的确定与风能变化5.2.1 收风口尺寸的确定 考虑到风电混合新能源汽车风力发电系统的布置问题，风力发电系统不应设计过大。风电混合新能源汽车风力发电系统的收风口尺寸已经确定，所以我们只能在不损失太多风能的情况下，尽可能的使风力发电系统短一些。考虑到风力发电机组的长度为40厘米，传统汽车的轴距基本为200厘米左右，风电混合新能源汽车的蓄电池非常大，所以设计收风口的长度为60厘米。这样我们就可以计算出收风口斜面角度。 5.2.2 风能变化 因为行驶中的风能在转换成电能的过程中首先需要经过进气格栅，会有一定的损失，然后经过收风口，同样会有一定的损失。在风能经过进气格栅的过程中，因为进气格栅的阻挡作用，风能大约损失百分之五，然后在经过风力发电系统收风口的过程中，虽然收风口的形状规则，但是由于收风面经历一个越来越小的过程，所以风能也有损失，大约损失行驶中相对风速的百分之十五左右。这样风能在经过两段损失之后，到达风电混合新能源汽车风力发电机扇叶的风能为行驶中相对风能的百分之八十。也就是说，在汽车中速行驶时（车速60km/h），相对风速为16.7m/s,有效风速为13.4m/s。当汽车高速行驶时（车速100km/h）,相对风速27.8m/s,有效风速为22.2m/s。 在风经过进气格栅进入收风口时，进风面积为，而出风口的面积为，所以风速将提升倍。在汽车中速行驶时，风力发电系统风轮接收到的风速为，同理高速行驶时风轮接收到的风速为，经过进气格栅与收风口后，风速有所提高，且输出风速在风电混合新能源汽车风力发电机的额定风速内，所以满足设计要求。5.3 熔断保险的选用 风电混合新能源汽车风力发电系统所发电直接供给汽车蓄电池，为保证风力发电系统发电正常输入到车载蓄电池，保证不损坏蓄电池，所以在变压器输出端安装熔断保险丝。熔断类保险丝保险管等工作原理简单，具有故障率低，起效快，成本低廉，不可重复利用的特点。当电路发生故障或非正常工作时，电流会不断升高，并且升高的电流会损坏电路中的用电器或造价高昂的零件，也非常有可能烧毁电路甚至引发火灾。若电路中安装了熔断器，那么，保险丝就会在电流异常而温度升高到一定的程度时，自身熔断切断电流，从而起到保护电路的作用。根据可知，当工作电流过大时，在一定时间内会产生很高的热量，同时熔断电阻多数为熔点很低的金属，在接受热量过高，自身温度升高到自身熔点时，熔断电阻丝熔断，从而使电路变成断路，非常简单有效的起到保护电路的作用。根据变压器额定参数我们知道，其峰值功率为1000W，输出电压为交流220V，所以根据，我们可以选择熔断电流为5A,熔断电压250V的熔断保险丝或熔断保险管。经市场调研，我们最终选择Risym带引脚保险管，熔断电流为5A，最高电压为250V，该带引脚熔断保险管为长10mm，底面直径为3mm的圆柱形微型保险管，正常工作时间长，出现故障的几率几乎为零。5.4 连接方法的确定风电混合新能源汽车风力发电系统是安装在新能源汽车内部，前端与进气格栅对准，后方与车载蓄电池相连接完整体系，所以该系统必须固定在汽车地盘上。常用的金属链接方法有螺栓连接、铆钉连接、粘接和焊接等四种。因为所选材料并非都是金属材料，而且必须保证底盘的强度，所以我们不能直接将各个零部件装在底盘上。我们采用一根与底盘材料相同的中轴，中轴前端与汽车前轴中心相连接，后端与蓄电池载重平台相连接，即中轴固定连接在进气通道的中心轴线上，为了方便安装，风力发电机及变压器外部均有金属壳体固定，依次将风电混合新能源汽车风力发电系统的收风口，发电机，变压器以及熔断电阻固定在中轴上连接方法分别为粘接，焊接，焊接和捆绑。中轴长度为风电混合新能源汽车的轴距，直径为50mm，中轴强度远远高于承担风电混合新能源汽车风力发电系统所需要的强度，所以和根本不需要强度校核。6 汽车风电系统输出能力的校核6.1 汽车中速行驶风电系统输出校核 汽车低速行驶时，车速为60km/h，相对风速为16.7m/s，有效风速为13.4m/s，经收风口加速后风轮转速为25.5m/s，风力发电系统额定转速为45m/s，额定输出功率为800W，所以经计算汽车中速行驶风力发电系统的输出功率为510W.具体计算过程如下 6.2 汽车高速行驶风电系统输出校核 汽车高速行驶时，车速为100km/h，相对风速为27.8m/s，有效风速为22.2m/s，经收风口加速后风轮转速为42.2m/s，风力发电系统额定转速为45m/s，额定输出功率为800W，所以经计算汽车中速行驶风力发电系统的输出功率为754W.具体计算过程如下6.3 最高输出功率的校核 当风电混合新能源汽车以最高车速120km/h行驶时，相对风速为120km/h，即33.3m/s，考虑自然风向问题，在汽车逆风行驶时，相对风速最大，按自然风为五级计算，那么此时自然风最大风速为10m/s,风电混合新能源汽车相对风速为43.3m/s,经收风口后损失20%风能，此时风速为34.6m/s，经收风口输出风速为m/s，此时输出功率为,当前输出功率不仅能够为汽车所有耗电元件供电，而且可以在汽车行驶中，为汽车蓄电池充电。在最高输出功率状态下，风电混合新能源汽车在行驶中汽车蓄电池的电量消耗将极大地降低，有效的减轻了蓄电池的耗电压力，虽然该风速略高于风电混合新能源汽车风力发电机的额定风速，但依然小于风力发电机可以正常承受的最高风速，而且该情况为极端情况，汽车行驶速度为最高车速，且逆风风速非常高，所以该情况并不是最常见工作状态，相反极少出现，所以无需考虑超负荷等相关问题。6.4 校核结果分析经检验，该风电混合新能源汽车风力发电系统在中高速行驶时都能为汽车提供有效的动力输入，在中速行驶时，发电功率为510W，所提供的电能输入到蓄电池后，足够为汽车内部空调以及CD播放系统等提供电力，高速行驶时，发电功率为754W，所提供的电能不仅能够提供驾驶室内的耗电元件用电，也能为空调等大型耗电元件减轻压力，当汽车在最高速逆风的状态下行驶时，风力发电系统不仅能够为汽车所有附属耗电元件供电，而且剩余的电能可以为汽车蓄电池供电。这样风电混合新能源汽车风力发电系统在汽车行驶时，可以有效地为汽车提供电能，极大程度的减轻了风电混合新能源汽车的耗电压力，有效的增强了汽车的续航里程，满足设计任务书中的所有要求，故校核通过。结论 2017年三月，我开始了我的毕业设计，时至今日，在崔俊杰老师和同学们的指导帮助下，我成功地完成了风电混合新能源汽车风力发电系统的设计，并按照崔俊杰老师下发的毕业设计任务书要求完成了毕业设计所有相关工作。风电混合新能源汽车风力发电系统设计，满足设计要求，在中高速行驶时，完全能够实现较高功率的发电，有效的减缓了风电混合新能源汽车蓄电池的压力，极大地增强了汽车的续航能力，将直接尾气排放污染消除，间接减缓了温室效应的加剧，完成了风电混合新能源汽车风力发电系统典型零件收风口的设计，并绘制了三维图。毕业设计圆满完成。 参考文献 1张琨.一种用于混合动力汽车供能的风力发电装置P. 中国专利：CN104290608A, 2015.01.252郑辉,郑赛翔.一种新能源汽车自充电装置P. 中国专利：CN106143204A, 2016.11.233李武亮.一种新能源汽车P. 中国专利：CN205706202U,2016.11.234阿纳亚-劳拉.风力发电的模拟与控制J. 机械工业出版社,2011（2）：372-3765范海宽.风力发电技术及应用J.北京大学出版社,2013（3）：23-256(德) Manfred Stiebler.风力发电系统J.机械工业出版社, 2011(3):37-487(阿联酋) S. 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