Ali Pourahmad 的发明 | 类别：世界新发明 | 相关：科学发现与技术发明
无需充电站的新型电动汽车！
◉ 发明：无需充电站的电动汽车
◉ 发明人和专利所有人：Ali Pourahmad
◉ 类别：发明家的新发明
◉ 简介和目标:
在本文中，我们将简要回顾一下全电动汽车（EBV）内部电池充电系统的新发明，该系统无需一级、二级和三级充电站。
插电式混合动力电动汽车结合了内燃机和电动机，在行驶过程中耗尽推进能量的风险非常低，但对于纯电动汽车 (BEV) 而言，唯一的能源是电池，如果电池耗尽，在没有直流充电站或交流电源的偏远地区为 BEV 充电会很困难。
新一代电池的结构由固体电解质技术和无阳极技术组成，这增加了阴极容量，并允许电池存储更多能量。最新款电动汽车固态电池的能量密度非常高，估计约为550 Wh/kg。正如其制造商（丰田和本田）所承诺的那样，这种电池的高能量密度将使其能够快速行驶900至1200公里以上的距离，当然，截至本文撰写之日，这两家公司尚未兑现这一承诺。然而，尽管第一代固态电池即将问世，但纯电动汽车（BEV）仍将依赖直流或交流电源进行充电。显然，配备"再生制动"系统的车辆无法满足续航里程的电池充电需求，尤其是在纯电动汽车（BEV）类别中，但最有效利用减速或制动过程中产生的再生能量的方法是交替减少电池的充电和放电次数。再生制动系统的这种积极性能无疑降低了电池损坏的可能性并延长了制动系统的使用寿命。
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◉ 类别：发明家的新发明
为了更好地理解充电挑战，我们需要考虑能效因素。例如，使用直流电源对最大输出功率为22千瓦的化学电池充电一小时后，根据输入功率与电动机扭矩的比率计算，其输出功率约等于电动机行驶约120公里所需的能量。然而，如果车辆在没有充电站的地方行驶了一段距离后，由于化学电池或固体电解质电池（续航里程为600公里）的电量耗尽而停止，这时我们就需要一种替代解决方案来提高储能的可靠性。
尽管提供了诸如延长电池寿命、减少充电时间和增加固体电解质电池的能量存储等解决方案，但这些解决方案仍然不够，城市内外对充电站的需求仍然是能源生产和消费周期的主要组成部分之一。
考虑到迫切需要以不同的时间间隔（取决于电池类型）对电池进行充电的挑战，我决定提出一个新想法，既可以大大减少电动汽车对充电站的依赖，又可以减少对臭氧消耗（化石）燃料的能源生产需求，不幸的是，尽管它们对环境造成严重破坏，但世界许多地方仍然使用化石燃料作为大型发电厂能源生产的唯一燃料。
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◉ 类别：发明家的新发明
为了打造一款利用免费风能的电动汽车，风力发电场是我的设计灵感来源。为了完成车身设计的初步草图，我必须根据空气分子与车头静态物体重心碰撞时产生的压力差和与动态物体重心碰撞时产生的压力差做出相应的调整，因为发电厂风力涡轮机所承受的压力与汽车行驶时产生的压力截然不同。事实上，风是从高压处流向低压处的气流，因此，考虑到这个因素，如果我们在两点之间人为制造压力差，就会产生风，风会沿着压力的反方向移动，而车身在行驶时就能很好地产生这种压力差。
在发电厂中，由于风力变化无常，大多数风力涡轮发电机无法持续发电，这是因为涡轮机处于静态。但在车辆中，由于动态、摩擦和形状系数，可以产生风并将其用作连续能量。如果两点之间的压力梯度（压力差）增加，气流强度就会增加，这构成了我构思和设计机头概念的结构和主要基础，目的是增加压力梯度。压力梯度应被视为优化气动条件和降低车辆阻力系数的重要因素，对于旨在利用压力发电的车辆来说，创造连续的压力流以传输动力并将其转化为能量也很重要。
◉ 发明技术说明：
为了实现风力发电系统，我们需要进行特定的车身设计，尤其是在车头部分。车辆在行驶过程中与氮气、氧气、氩气和二氧化碳分子的碰撞系数很高，这些分子在压力变化时会以变量函数的形式进行计算。根据热力学效应，通过控制和改变粒子（空气中的气体分子）由于体积和压力等参数的变化而产生的位置，可以通过提高粒子与表面碰撞的效率来提高平均动能。
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◉ 类别：发明家的新发明
考虑到热力学原理，我重新设计了车窗，充分利用了压力梯度，用两个大型进气口取代了通常的前窗，以增加两点之间的压力差。换句话说，当汽车处于静止状态时，PA 速率（压力/帕斯卡的计量单位）没有变化，但随着空气密度 (ρ) 和车速 (V)（流体动力学模拟测试中 CFD 的决定性参数）的变化，PA 速率也会发生变化；如果车速增加，压力梯度也会增大。这些增加会激发空气分子的动能，从而产生持续的风源。
从文章末尾的视频以及与机头设计相关的图库中可以看出，机头前部共有5个进气口，包括机头中央的两个大型主进气口、机头两侧（机鼻前缘）的两个辅助进气口，以及一个位于机罩表面带有吸风斜面的进气口。就进气量而言，机头中央的两个大型主进气口的直径大于其他3个进气口的直径。为了增加平均动能的热力学效应，5个进气口汇合处（靠近涡轮）的直径均较小。
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根据计算机模拟测试，这款车车身设计的风阻系数（Cd）约为0.4到0.5。当然，如此高的风阻系数是由于车身的气动外形设计所致。如果去除车身的进气口，考虑到车身线条的流畅性和压力释放的原理，风阻系数将大幅降低，接近0.22。虽然降低风阻系数被认为是降低能耗的标准措施，但我们必须注意，高速行驶时过低的风阻系数会降低附着力，增加车辆脱离路面并发生事故的可能性。换句话说，采用尖锐的车头设计不仅会降低车辆的视觉美感，还会降低车辆的附着力，使车身的气动平衡失去稳定状态。另一方面，高风阻系数也会导致下压力的增加，从而增加气压阻力，并增加燃油消耗。因此，计算车身的气动平衡在车辆设计中尤为重要。
◉ 单击下面的任意图库图像即可放大：
我设计的解决方案是为了减少气流对这款车车头的影响，即在进入"进气吞咽"区后，气流在车尾排出后，不间断地进行转移和流动。换句话说，风进入车头后，会通过阻力系数 (Cd) 效应进入通往风力涡轮机舱的通道，并在产生旋转涡轮叶片和风力发电机转子所需的力后，从车尾流过电池板表面排出。这种方法可以抵消压力，使气流从车头持续流向车身后部，最终降低车内的摩擦系数，并减少平均能耗。通过这一理念，我们既降低了阻力系数，又显著提高了电池的性能。
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◉ 类别：发明家的新发明
在该车辆中，为了利用内部涡轮系统产生的电压，需要通过外部直流电源进行初始充电，以便在车辆行驶后，仅使用内部涡轮机即可提供其减少的电量存储。换句话说，只需一次"初始充满电"，车辆就能依靠内部风力涡轮机继续行驶，直至达到"系统最大寿命"，而无需依赖外部充电源。对于无法使用任何家用充电源或直流和交流充电站的偏远地区，该系统被认为是一项重要优势。
由于PMSG（永磁同步发电机）无法根据变化的风速以恒定频率发电，因此必须通过转换器将其连接到输出线路。例如，频率和振幅可变的交流电必须先通过转换器转换为恒定的直流电，才能将其存储在电池中。鉴于此，在本车的发动机设计中，考虑到风力推进发电的联合循环，我使用了同步发电机，并增加了整流器，将交流电转换为直流电，以便将输出电压存储在电池中，并轻松产生扭矩并将其施加到电动机轴上所需的力。
同步发电机是一种交流电机，能够高效地将机械能转化为电能并将其存储在锂离子电池中。在同步发电机中，直流电流传输到发电机的转子绕组，并作为驱动力来提高定子产生的磁场的转速，从而产生恒定的输出电压和频率。同步发电机的转速与此类发电机的设计频率和极数直接相关。换句话说，同步发电机可以通过保持正确的转速高效发电，并可用于稳定地将直流电流存储在电池中。
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在这种车辆中，发电系统可以根据风力涡轮机转子的运动进行优化，各种类型的直流或交流发电机可以与转换器一起使用，将交流电转换为直流电，或改变所需的电压和频率。例如，永磁同步发电机由于其高功率密度和低质量而适用于各种类型的风力涡轮机，因为这种发电机中使用的线圈消除了磁场和功率损耗。虽然控制磁场并不容易，而且需要先进的系统来改变总生产成本，但根据技术创新，始终存在改变和更换发电机类型的可能性。
容纳涡轮叶片的腔室的形状和尺寸旨在从 5 个风洞入口获得最大的吸力。虽然从车辆机头入口到涡轮的运动会因风洞中的运动而产生少量压力下降，但这种反压效应会被连接到液压轴的 16 个高柔性橡胶叶片的快速旋转所抵消，并且由于风洞的吸力结构，会产生必要的力，使液压轴稳定快速地旋转并传输到转子。该气压流经电池板（安装在驾驶室下方和车辆底盘上）后，会导致电池板冷却并降低温度，然后从两个后轮附近的出口流出。
根据计算机模拟测试（排气量与气压变化之比的公式），如果车辆以 100 公里/小时的速度行驶，并产生 62.1371 英里/小时的气压，我们可以确定，经过 1 小时的连续行驶，车辆将能够在内部为电池充满电，而无需任何外部充电源。当然，在较低的速度下，例如 60 公里/小时，并产生 37.2823 英里/小时的气压，车辆仍可以将电池充电至最高所需效率的 65%。
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显然，在没有其他方式为 EBV 充电的情况下，这种充电效率可以被视为配备此项技术的车辆的一个重要的积极因素。
与其他发明一样，该发明在免费清洁能源的利用方面也具有进一步开发和优化的潜力，并且随着商业化，可以为防止有害气体和温室气体的增加做出重大贡献。
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◉ 无需充电站的新型电动汽车视频 / 类别：Ali Pourahmad 的发明
◉ 本视频动画创作者：Ali Pourahmad
◉ 本视频的音乐作曲家：Ali Pourahmad
◉ 叙述者：阿里·普拉哈迈德
◉ 语言：英语
◉ 字幕：无
◉ 阿里·普拉哈迈德的科学发明
◉ 阿里·普拉哈迈德的科幻电影
◉ 阿里·普拉哈迈德奖
◉ 阿里·普拉哈马德的画作
◉ Ali Pourahmad 器乐
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