一种CNG汽车压力能综合利用系统技术方案

本发明专利技术公开了一种CNG汽车压力能综合利用系统，该系统包括透平机(a2)，还包括用于与该透平机(a2)相连的永磁同步电机(a3)、涡轮(a4)、空调压缩机(a5)中的至少一者，透平机(a2)用于将CNG中的压力能转化为机械能；永磁同步电机(a3)与透平机(a2)可断开式的相连，还与电池组(a6)相连，用于利用机械能发电并将电能储存于电池组(a6)中，或者用于在电能的作用下将储存的电能转化为机械能。本发明专利技术结合现有CNG汽车的工作原理及各个组件设置，通过对关键的天然气物流及能量流进行控制，并对该系统中关键组件的结构及其设置方式等进行改进，与现有技术相比能够有效解决CNG汽车资源利用率不高的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种CNG汽车压力能综合利用系统
本专利技术属于汽车行业
，更具体地，涉及一种CNG汽车压力能综合利用系统，该系统尤其还能够与冷能综合利用组件相配合，实现CNG汽车压力能及冷能的综合利用。
技术介绍
为了缓解能源和环境压力，世界各国汽车工业纷纷调整汽车燃料结构，研发清洁能源汽车，例如天然气汽车(NGV)、电动汽车、醇类燃料汽车、氢燃料汽车、太阳能汽车和混合动力汽车等。其中，以压缩天然气(CNG)汽车为代表的天然气汽车以其低成本、低排放、抑制温室效应和降低对石油依赖度等优点，成为当前世界汽车工业的一个重要发展方向。以天然气代替汽油和柴油等作为汽车新燃料，是有效降低汽车尾气污染的重要方式。CNG汽车的排放比汽油车和柴油车的综合排放污染低约85％，其中碳氧减少约97％，碳氢减少70％～80％，氮氧化物减少30％～40％，颗粒悬浮物减少40％，噪音减少约40％，而且CNG汽车不会产生硫、铅、苯等有害有毒物质。目前，中国正处在工业化进程中，大气污染和环保压力尤其大，在中国发展低污染的CNG汽车，不仅是改善城市大气质量和人们生活条件的迫切需要，更是发展低碳经济、保护生态环境、追求可持续发展的需要。除此之外，混动汽车也是目前的一个发展热点，以发动机为主动力，电动马达作为辅串联混合动力电动汽车原理助动力的“并联方式”。这种方式主要以发动机驱动行驶，利用电动马达所具有的再启动时产生强大动力的特征，在汽车起步、加速等发动机燃料消耗较大时，用电动马达辅助驱动的方式来降低发动机的能耗，提高能源的利用率。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术的目的在于提供一种CNG汽车压力能综合利用系统，结合现有CNG汽车的工作原理及各个组件设置，通过对该CNG汽车压力能综合利用系统中关键的天然气物流及能量流进行控制，并对该系统中关键组件的结构及其设置方式等进行改进，与现有技术相比能够有效解决CNG汽车资源利用率不高的问题，本专利技术将CNG汽车与电动马达相结合，同时考虑将CNG的压力能以及冷能进行回收并进行合理利用，在降低汽车能耗的同时也提高了汽车的动力性能，并且本专利技术还优选设置冷能综合利用组件与CNG汽车压力能综合利用系统相配合，可以实现CNG汽车压力能及冷能的综合利用，进一步提高资源利用率。为实现上述目的，按照本专利技术，提供了一种CNG汽车压力能综合利用系统，其特征在于，该系统包括透平机(a2)，还包括永磁同步电机(a3)、涡轮(a4)、空调压缩机(a5)中的至少一者，所述永磁同步电机(a3)、所述涡轮(a4)或所述空调压缩机(a5)均用于与该透平机(a2)相连；所述透平机(a2)的物流输入端用于与CNG储罐(a1)相连，该透平机(a2)用于对原始CNG进行降压，并将所述原始CNG中的压力能转化为机械能，其物流输出端用于输出降压后的CNG；当该系统包括所述永磁同步电机(a3)时，该永磁同步电机(a3)与所述透平机(a2)可断开式的相连，即该透平机(a2)的动力输出端与所述永磁同步电机(a3)的输入端可断开式的相连，用于向所述永磁同步电机(a3)输出动力；该永磁同步电机(a3)的输出端还与电池组(a6)的输入端相连，所述电池组(a6)的输出端也与所述永磁同步电机(a3)的输入端相连；所述永磁同步电机(a3)用于利用所述透平机(a2)输出的机械能发电并将电能储存于所述电池组(a6)中，或者用于在所述电池组(a6)输出的电能的作用下将所述电池组(a6)中储存的电能转化为机械能；当该系统包括所述涡轮(a4)时，该涡轮(a4)与所述透平机(a2)相连，即该透平机(a2)的动力输出端与所述涡轮(a4)的输入端相连，用于向所述涡轮(a4)输出动力；所述涡轮(a4)用于增大汽车发动机(b5)进气量，从而提高所述汽车发动机(b5)的动力性能；当该系统包括所述空调压缩机(a5)时，该空调压缩机(a5)与所述透平机(a2)相连，即该透平机(a2)的动力输出端与所述空调压缩机(a5)的输入端相连，用于向所述空调压缩机(a5)输出动力；所述空调压缩机(a5)用于对空调循环介质进行加压，从而实现制冷。作为本专利技术的进一步优选，所述CNG汽车压力能综合利用系统还包括冷能综合利用组件，该冷能综合利用组件包括第一换热器(b1)、加热器(b2)、第二换热器(b3)、以及第三换热器(b4)；所述第一换热器(b1)、所述加热器(b2)、所述第二换热器(b3)和所述第三换热器(b4)中均流通有中间介质，并形成循环回路；其中，所述第一换热器(b1)的中间介质输出端与所述加热器(b2)的输入端相连；所述加热器(b2)的输出端分别与第二换热器(b3)和第三换热器(b4)两者的输入端相连；所述第一换热器(b1)的中间介质输入端分别与所述第二换热器(b3)和所述第三换热器(b4)两者的输出端相连；所述第一换热器(b1)的物流输入端与所述透平机(a2)的物流输出端相连，其物流输出端与所述汽车发动机(b5)的输入端相连，所述第一换热器(b1)用于将所述透平机(a2)输出的所述降压后的CNG与中间介质进行换热，并得到升温后的天然气；所述加热器(b2)用于将中间介质与环境进行换热，并用于将多余冷量排放到环境中；所述第二换热器(b3)用于接入汽车冷却液回路中，用于将中间介质与汽车发动机冷却液进行换热；所述第三换热器(b4)用于接入汽车空调循环回路中，用于将中间介质与车内新风进行换热；所述汽车发动机(b5)则用于将所述第一换热器(b1)输出的所述升温后的天然气其内能转化为机械能。作为本专利技术的进一步优选，当所述永磁同步电机(a3)与所述透平机(a2)相接合时，此时所述永磁同步电机(a3)处于发电状态，并将电能储存于所述电池组(a6)中；当所述电池组(a6)的电量已满时，该永磁同步电机(a3)与所述透平机(a2)两者不接合；当所述电池组(a6)提供电能给所述永磁同步电机(a3)时，该永磁同步电机(a3)处于做功状态、并用于将动能传递给汽车传动系统，该永磁同步电机(a3)与所述透平机(a2)两者不接合。作为本专利技术的进一步优选，所述CNG汽车压力能综合利用系统同时包括所述永磁同步电机(a3)、所述涡轮(a4)和所述空调压缩机(a5)三者，并且所述涡轮(a4)、所述空调压缩机(a5)均与所述透平机(a2)可断开式的相连；当所述涡轮(a4)和所述空调压缩机(a5)均不需要工作时，此时默认将透平机(a2)与永磁同步电机(a3)相接合，利用永磁同步电机(a3)进行发电。作为本专利技术的进一步优选，所述降压后的CNG其压力值为0.08～0.12MPa，优选为0.1MPa。作为本专利技术的进一步优选，所述加热器(b2)、所述第二换热器(b3)、以及所述第三换热器(b4)三者处于协同工作状态，工作优先级为先第三换热器(b4)、然后第二换热器(b3)及最后加热器(b2)，即，第三换热器(b4)优先进行换热对车内新风进行降温；当中间介质的冷能有余量或车内不需要新风或者不需要对新风进行制冷时，则第二换热器(b3)开始工作用来降低汽车发动机冷却液的温度；若中间介质的冷能仍有余量或发动机不需要额外散热时，则加热器(b2)开始工作将冷能传递至环境中。作为本专利技术的进一步优选，所述中间介质同时进入所述第三换热器(b4)和所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CNG汽车压力能综合利用系统，其特征在于，该系统包括透平机(a2)，还包括永磁同步电机(a3)、涡轮(a4)、空调压缩机(a5)中的至少一者，所述永磁同步电机(a3)、所述涡轮(a4)或所述空调压缩机(a5)均用于与该透平机(a2)相连；所述透平机(a2)的物流输入端用于与CNG储罐(a1)相连，该透平机(a2)用于对原始CNG进行降压，并将所述原始CNG中的压力能转化为机械能，其物流输出端用于输出降压后的CNG；当该系统包括所述永磁同步电机(a3)时，该永磁同步电机(a3)与所述透平机(a2)可断开式的相连，即该透平机(a2)的动力输出端与所述永磁同步电机(a3)的输入端可断开式的相连，用于向所述永磁同步电机(a3)输出动力；该永磁同步电机(a3)的输出端还与电池组(a6)的输入端相连，所述电池组(a6)的输出端也与所述永磁同步电机(a3)的输入端相连；所述永磁同步电机(a3)用于利用所述透平机(a2)输出的机械能发电并将电能储存于所述电池组(a6)中，或者用于在所述电池组(a6)输出的电能的作用下将所述电池组(a6)中储存的电能转化为机械能；当该系统包括所述涡轮(a4)时，该涡轮(a4)与所述透平机(a2)相连，即该透平机(a2)的动力输出端与所述涡轮(a4)的输入端相连，用于向所述涡轮(a4)输出动力；所述涡轮(a4)用于增大汽车发动机(b5)进气量，从而提高所述汽车发动机(b5)的动力性能；当该系统包括所述空调压缩机(a5)时，该空调压缩机(a5)与所述透平机(a2)相连，即该透平机(a2)的动力输出端与所述空调压缩机(a5)的输入端相连，用于向所述空调压缩机(a5)输出动力；所述空调压缩机(a5)用于对空调循环介质进行加压，从而实现制冷。...

【技术特征摘要】
1.一种CNG汽车压力能综合利用系统，其特征在于，该系统包括透平机(a2)，还包括永磁同步电机(a3)、涡轮(a4)、空调压缩机(a5)中的至少一者，所述永磁同步电机(a3)、所述涡轮(a4)或所述空调压缩机(a5)均用于与该透平机(a2)相连；所述透平机(a2)的物流输入端用于与CNG储罐(a1)相连，该透平机(a2)用于对原始CNG进行降压，并将所述原始CNG中的压力能转化为机械能，其物流输出端用于输出降压后的CNG；当该系统包括所述永磁同步电机(a3)时，该永磁同步电机(a3)与所述透平机(a2)可断开式的相连，即该透平机(a2)的动力输出端与所述永磁同步电机(a3)的输入端可断开式的相连，用于向所述永磁同步电机(a3)输出动力；该永磁同步电机(a3)的输出端还与电池组(a6)的输入端相连，所述电池组(a6)的输出端也与所述永磁同步电机(a3)的输入端相连；所述永磁同步电机(a3)用于利用所述透平机(a2)输出的机械能发电并将电能储存于所述电池组(a6)中，或者用于在所述电池组(a6)输出的电能的作用下将所述电池组(a6)中储存的电能转化为机械能；当该系统包括所述涡轮(a4)时，该涡轮(a4)与所述透平机(a2)相连，即该透平机(a2)的动力输出端与所述涡轮(a4)的输入端相连，用于向所述涡轮(a4)输出动力；所述涡轮(a4)用于增大汽车发动机(b5)进气量，从而提高所述汽车发动机(b5)的动力性能；当该系统包括所述空调压缩机(a5)时，该空调压缩机(a5)与所述透平机(a2)相连，即该透平机(a2)的动力输出端与所述空调压缩机(a5)的输入端相连，用于向所述空调压缩机(a5)输出动力；所述空调压缩机(a5)用于对空调循环介质进行加压，从而实现制冷。2.如权利要求1所述CNG汽车压力能综合利用系统，其特征在于，所述CNG汽车压力能综合利用系统还包括冷能综合利用组件，该冷能综合利用组件包括第一换热器(b1)、加热器(b2)、第二换热器(b3)、以及第三换热器(b4)；所述第一换热器(b1)、所述加热器(b2)、所述第二换热器(b3)和所述第三换热器(b4)中均流通有中间介质，并形成循环回路；其中，所述第一换热器(b1)的中间介质输出端与所述加热器(b2)的输入端相连；所述加热器(b2)的输出端分别与第二换热器(b3)和第三换热器(b4)两者的输入端相连；所述第一换热器(b1)的中间介质输入端分别与所述第二换热器(b3)和所述第三换热器(b4)两者的输出端相连；所述第一换热器(b1)的物流输入端与所述透平机(a2)的物流输出端相连，其物流输出端与所述汽车发动机(b5)的输入端相...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡磊，韩逸骁，管延文，刘文斌，余露，林奇，曹艳光，刘泽曦，孙彬，郑莉，喜玲玲，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42