CN103779939B - 一种电源车和供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源车和供电系统，该电源车包括设置在车箱内的储能装置和控制柜，该储能装置包括至少一个电池组，每一个电池组包括多个电池支路，每一个电池支路由串联连接的多节电池组成，且任意两个相邻的电池支路之间通过第一软启动电路并联连接，以及与多节电池一一对应，用于安装一节电池的电池架，从而避免了因电源车运行造成的电池之间的磨损，提高了电池的使用寿命，另外，通过该控制柜内的控制系统控制逆变装置将储能装置输出的直流电压转换成交流电压，以供外接设备使用，无需购买柴油，降低了成本，减少了噪声，增强了环保性。

Description

一种电源车和供电系统

技术领域

本发明涉及机电一体化技术领域，尤其涉及一种电源车和供电系统。

背景技术

目前，国内外的电源车主要使用柴油发电，以柴油机作为电源车的发电机，保证该电源车的正常工作，但是，申请人发现这种基于柴油发电的电源车需不断购买柴油，成本非常高，降低了经济性能；而且，电源车工作过程中，发电产生的噪声大，同时环保性差，并不适于可持续发展。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种电源车和供电系统，以解决现有技术成本高、噪声大及环保性差的问题。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种电源车，包括车体，还包括：设置在所述车体的车箱内的储能装置和控制柜，其中，

所述储能装置包括：至少一个电池组，每一个所述电池组包括多个电池支路，每一个电池支路由串联连接的多节电池组成，且任意两个相邻的电池支路之间通过第一软启动电路并联连接，以及与所述多节电池一一对应，用于安装一节电池的电池架；

所述控制柜内设置有与所述储能装置的所有电池组相连的逆变装置和控制系统，所述逆变装置与所述控制系统相连，用于根据所述控制系统输出的控制指令，将所述储能装置输出的直流电压转换成交流电压输出，或者将变压器输出的交流电压转换成直流电压，并输送至所述储能装置。

优选的，还包括：第二软启动电路，则所述逆变装置通过所述第二软启动电路与所述储能装置的所有电池组相连。

优选的，所述任意两个相邻的电池支路之间的第一软启动电路均包括：第一电阻、第一接触器和第二接触器，其中，

所述第一接触器的第一端和所述第二接触器的第一端均与相邻的两个电池支路的一个电池支路相连，所述第一接触器的第二端与所述相邻的两个电池支路的另一个电池支路相连，所述第二接触器的第二端通过所述第一电阻与所述相邻的两个电池支路的另一个电池支路相连。

优选的，当所述储能装置包括2个电池组时，所述第二软启动电路包括：第一断路器、第二断路器、第三接触器、第四接触器、第五接触器和第二电阻，其中，

所述第一断路器一端与所述逆变装置相连，另一端通过第三接触器与所述2个电池组中的第一电池组相连；

所述第二断路器一端与所述逆变装置相连，另一端通过第四接触器与所述2个电池组中的第二电池组相连；

所述第五接触器的一端所述第一电池组相连，另一端通过所述第二电阻与所述第二电池组相连。

优选的，还包括分别与每节电池和所述控制系统相连的电池管理系统，用于将采集到的每节电池的当前单体电压发送给所述控制系统判断充电或放电的截止条件。

优选的，所述逆变装置包括：依次相连的直流侧软启动器、逆变器和输出电路，其中，所述直流侧软启动器、所述逆变器和所述输出电路均与所述控制系统相连，且所述直流侧软启动器与所述第二软启动电路相连。

优选的，所述逆变器包括：第一电容、第二电容和三相DC-AC逆变桥，其中，所述第一电容与所述第二电容串联连接后，分别与所述直流侧软启动器和所述三相DC-AC逆变桥并联连接；

所述输出电路包括：依次相连的电抗器、交流侧软启动器、滤波器和主接触器，所述电抗器与所述三相DC-AC逆变桥相连，所述交流侧软启动器和所述主接触器均与所述控制系统相连，所述主接触器与变压器相连。

优选的，所述控制系统包括与所述电池管理系统相连的监测装置，用于根据接收到的所述电池管理系统发送的所述当前单体电压，确定任意相邻两个电池支路之间的电压差，并根据所述电压差输出控制指令。

优选的，所述电池组中的每节电池均为容量大于原容量的20%且小于原容量的80%的退役动力电池。

一种供电系统，其特征在于，包括至少两台电源车。

从上述的技术方案可以看出，本发明公开提供了一种电源车和供电系统，在该电源车的车箱内设置有储能装置和控制柜，在实际应用中，设置在控制柜内的逆变装置能够根据控制系统输出的控制指令，从而将储能装置输出的直流电压转换成交流电压，以供外接设备使用，与现有的基于柴油机发电的电源车相比，本发明的这种基于储能装置的电源车无需购买柴油，降低了成本，而且，无需发电机工作，大大减少了噪声，增强了环保性；而且，该逆变装置还能够将变压器输出的交流电压转换成直流电压，为储能装置充电，从而使该储能装置内的电池循环利用，进一步降低了成本，满足了可持续发展的需求。

另外，该储能装置内包括至少一个电池组，以便在实际应用中，据实际电压的需求选择所要使用的电池组数量，非常方便且应用范围广泛；并且，电池组中的每节电池都放置在一个对应的电池架上，避免了因电源车运行造成的电池之间的磨损，提高了电池的使用寿命，而且，由于本发明将逆变装置和控制系统设置在控制柜内，不仅使电源车车箱更加美观，而且方便了工作人员的检修和维护，保证了工作人员的人身安全。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种电源车的俯视图；

图2为本发明一种电源车的侧视图；

图3为本发明一种电源车的电路结构示意图；

图4为本发明一种逆变装置的电路结构示意图；

图5为本发明一种电源车的侧视结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种电源车和供电系统，在该电源车的车箱内设置有储能装置和控制柜，在实际应用中，设置在控制柜内的逆变装置能够根据控制系统输出的控制指令，从而将储能装置输出的直流电压转换成交流电压，以供外接设备使用，与现有的基于柴油机发电的电源车相比，本发明的这种基于储能装置的电源车无需购买柴油，降低了成本，而且，无需发电机工作，大大减少了噪声，增强了环保性；而且，该逆变装置还能够将变压器输出的交流电压转换成直流电压，为储能装置充电，从而使该储能装置内的电池循环利用，进一步降低了成本，满足了可持续发展的需求。

另外，该储能装置内包括至少一个电池组，以便在实际应用中，据实际电压的需求选择所要使用的电池组数量，非常方便且应用范围广泛；并且，电池组中的每节电池都放置在一个对应的电池架上，避免了因电源车运行造成的电池之间的磨损，提高了电池的使用寿命，而且，由于本发明将逆变装置和控制系统设置在控制柜内，不仅使电源车车箱更加美观，而且方便了工作人员的检修和维护，保证了工作人员的人身安全。

具体的，如图1和2所示的本发明一种电源车俯视图和侧视图，该电源车可以包括：车体100、设置在车体100的车箱内的储能装置200和控制柜300，其中，

如图3所示的本发明一种电源车的电路结构示意图，该储能装置200包括：至少一个电池组（图2仅以2个电池组211、212为例进行说明，），每一个所述电池组包括多个电池支路，每一个电池支路由串联连接的多节电池组成，且任意两个相邻的电池支路之间通过第一软启动电路220并联连接，以及与多节电池一一对应，用于安装一节电池的电池架230（图3未示出）。

优选的，以任意两个相连的电池支路之间的第一软启动电路220为例进行说明，该第一软启动电路220可以包括：第一电阻R1、第一接触器K1和第二接触器K2，其中，第一接触器K1的第一端和第二接触器K2的第一端均与相邻的两个电池支路的一个电池支路相连，第一接触器K1的第二端与该相邻的两个电池支路的另一个电池支路相连，第二接触器K2的第二端通过第一电阻R1与该相邻的两个电池支路的另一个电池支路相连。

在实际应用中，当确定需要将两条电池支路进行并联时，首先由控制系统控制第二接触器K2闭合，从而使该第一电阻R1接入，此时，与每一节电池相连的电池管理系统（BatteryManagementSystem，BMS）将会把实时采集到的每节电池的当前单体电压发送给控制系统，由该控制系统根据预设算法，计算出每一条电池支路的总电压，进而得到所要并联的两电池支路的电压差，当确定该电压差小于预设电压差时，将控制第一接触器K1闭合，从而将第一电阻R1短路，实现两电压支路的并联。其中，BMS可通过CAN（ControllerAreaNetwork，控制器局域网络）总线与所述控制系统中的监控系统相连。

需要说明的是，由于任意相邻的电压支路之间均设置由第一软启动电路，所以，本发明可根据实际电压的需要，选择一个或多个电池组供电，也可以仅选择一个电池组中的一个或多个电池支路供电，本发明对此不做任何限定。

其中，在本实施例的实际应用中，由于每节电池都安装在电池架上，这避免了因电源车的运行而导致电池之间相互摩擦，提高了电池的使用寿命。而且，如图1所示，在实际应用中，可以将每个电池组分成两部分，分别位于相连的三台控制柜的两边，因而在本实施例中，当储能装置包括两个电池组，可将每个电池组与三台控制柜作为一个整体，分布在电源车车箱的两边。同时，在该车箱的这两边还可以设置上卷帘500，这样，只要将该卷帘门500打开即可直接看到分别位于车箱两边边缘的储能装置和控制柜，非常便于工作人员的操作。其中，当每个电池组包括32节电池时，可将这些电池分成四层放置，当然，还可以采用其他方式放置电池，在此将不再一一列举。

另外，本发明中的控制柜内设置有与储能装置200的所有电池组相连的逆变装置310和控制系统320，该逆变装置310与控制系统320相连，用于根据控制系统320输出的控制指令，将储能装置200输出的直流电压转换成交流电压输出，或者将变压器输出的交流电压转换成直流电压，并输送至储能装置200。

优选的，本发明实施例中的电源车还可以包括第二软启动电路240，以使逆变装置310通过该第二软启动电路240与储能装置200的所有电池组相连。

具体的，本发明仅以储能装置200包括两个电池组为例进行说明，为了方便描述，将这两个电池组分别命名为第一电池组211和第二电池组212，则该第二软启动电路240可以包括：第一断路器DK1、第二断路器DK2、第三接触器K3、第四接触器K4、第五接触器K5和第二电阻R2，其中，

第一断路器DK1一端与逆变装置310相连，另一端通过第三接触器K3与第一电池组211相连；

第二断路器DK2一端与逆变装置310相连，另一端通过第四接触器K4与第二电池组212相连；

第五接触器K5的一端第一电池组211相连，另一端通过第二电阻R2与第二电池组212相连。

在实际应用中，控制系统首先根据电池容量、电网负载等参数确定需要投入电池组的数量，然后再控制第二软启动电路中与需要投入的电池组相连的断路器和接触器闭合，使得电池组与逆变装置之间实现通路，进而经过逆变装置及第二软启动电路，实现对电池组电能的存储和释放（即充电和放电）。

另外，如图4所示的本发明一种逆变装置的电路结构示意图，该逆变装置310具体可以包括：依次相连的直流侧软启动器311、逆变器312和输出电路313，其中，直流侧软启动器311、逆变器312和输出电路313均与控制系统320相连，且直流侧软启动器311与第二软启动电路240相连。

优选的，该逆变器312可以包括：第一电容C1、第二电容C2和三相DC-AC逆变桥3211，第一电容C1与第二电容C2串联连接后，分别与直流侧软启动器311和三相DC-AC逆变桥3121并联连接。

其中，第一电容和第二电容主要是用于缓冲该逆变器交流侧和直流侧的能量交换，稳定直流电压的同时抑制直流侧谐波电压。

优选的，输出电路313可以包括：依次相连的电抗器3131、交流侧软启动器3132、滤波器3133和主接触器3134，其中，该电抗器3131与三相DC-AC逆变桥3121相连，交流侧软启动器3132和主接触器3134均与控制系统320相连，且主接触器3134与变压器相连。

在实际应用中，控制系统先闭合交流侧软启动器3132，再闭合主接触器3134，从而控制逆变器的直流侧电压等于或稍大于（即不小于）储能装置的电池所提供的电压（即电池电压）时，闭合直流侧软启动器311，从而使逆变器320的直流侧电压与电池电压相等之后，再闭合第二软启动电路240中的第三接触器和/或第四接触器，从而实现对储能装置200中的电池充放电管理。

其中，三相DC-AC逆变桥3121可以采用空间矢量调制的全桥结构，将直流电变换成交流电，通过直流母线灵活与储能装置200中的电池组相连，操作非常方便，而且无需升压模块，直接实现双向逆变。

优选的，电抗器3131可以选用与三相DC-AC逆变桥3121的每一相相连的三个电感构成，从而使逆变装置具有Boost变换性能、滤除交流侧谐波电流等功能。

另外，本发明实施例中的滤波器3133可以采用RC滤波器，其具体电路结构可以参照现有的RC滤波电路，本发明在此将不再详述。当然，在系统并网运行时，该滤波器3133可以采用单电感结构。

其中，本发明中的控制系统320可以包括控制器和监测系统，该控制器分别与逆变装置310中的逆变器312和输出电路313相连，作为该逆变装置的控制核心，控制其实现上述工作过程。优选的，该控制器可以为DSP（DigitalSignalProcessor，数字信号处理器），具体采用数字控制技术和模拟保护电路设计，即可提供系统运行灵活性又可增加系统的安全稳定性。

作为本发明另一实施例，如图5所示的一种电源车的侧视结构图，为了方便工作人员使用、维护电源车，还可以在该电源车的车箱外部和内部顶端分别设置照明设备，即场照明灯600和示廊灯700（图中未示出），以及设置在车箱尾部，便于工作人员进入车箱内进行维修的单开门800，同理，还可以在车箱的头部与车头相对的一侧设置登顶梯900，以及设置在车箱后侧面的进风门1000等等，本发明实施例将不再一一列举，只要不是本领域技术人员通过创造性努力确定的均属于本发明的保护范围。

此外，经研究发现，现有的电动汽车在实际使用过程中，当其动力电池的蓄电量无法达到原容量的80%时，将不再适合于继续在电动汽车上使用，此时，若对这些退役动力电池（即不能满足电动汽车功率和能量需求的动力电池）直接报废进行回收处理，由于未能实现物尽其用，非常浪费资源；而且，经实验发现，在这些退役动力电池的外观完好、没有破损、各功能元件（如继电器、管理系统、散热和加热装置等）有效的情况下，可进行二次利用，即可在其它产品，如电源车上继续发挥它的作用。

因此，作为本发明实施例的优选实施例，储能装置中的电池均可以采用容量大于原容量的20%且小于原容量的80%的退役动力电池，使得其蓄电量（即当前容量）无法达到原有容量的20%时，才会进行报废处理，此时该退役动力电池用于储能的循环寿命约为1000次，大大降低了电池成本，且缓解了大量退役动力电池进入回收阶段给回收工作带来的压力，延伸了动力电池的产业链。而且，由于这种退役动力电池均为锂电池，相对于目前常用的铅酸电池，起到了保护环境的作用。

具体的，以64节电池为例进行说明，其中，这64节电池分成两组，且每个电池组包括4个电池支路，则每个电池支路由8节电池构成，如图2所示，由上述数据可知，动力电池从80%蓄电量到20%蓄电量过程中共计可以放电（64×4.8×（80%－20%）×1000／2）=92160kWh。目前电力公司上网电价为0.46元/kWh，在不考虑动力电池充放电效率的情况下，充电92160kWh将需要向电力公司缴纳92160×0.46=4.24万元。

根据相关资料，目前0号柴油的价格一般为7.55元/L，普通柴油机组电源车每发电1kWh约消耗柴油200g，约0.24L柴油（0.832kg/L）。因此，普通柴油机组电源车发电92160度需要消耗柴油22118.4L，约需要16.70万元（22118.4×7.55／10000）购买柴油。

由此可见，采用电动汽车所淘汰的动力电池（即退役动力电池）作为所述储能系统中电池组的电池，比现有技术中用柴油发电的技术，将节省燃料费用12.46万元，具有非常可观的经济效益。

综上所述，本发明实施例通过在电源车的车箱内设置有储能装置和控制柜，并在该控制柜内设置逆变装置和控制系统，以便在实际应用中，该逆变装置能够根据控制系统输出的控制指令，从而将储能装置输出的直流电压转换成交流电压，以供外接设备使用，与现有的基于柴油机发电的电源车相比，本发明的这种基于储能装置的电源车无需购买柴油，降低了成本，而且，无需发电机工作，大大减少了噪声，增强了环保性；而且，该逆变装置还能够将变压器输出的交流电压转换成直流电压，为储能装置充电，从而使该储能装置内的电池循环利用，进一步降低了成本，满足了可持续发展的需求。

另外，该储能装置内包括至少一个电池组，以便在实际应用中，据实际电压的需求选择所要使用的电池组数量，非常方便且应用范围广泛；并且，电池组中的每节电池都放置在一个对应的电池架上，避免了因电源车运行造成的电池之间的磨损，提高了电池的使用寿命，而且，由于本发明将逆变装置和控制系统设置在控制柜内，不仅使电源车车箱更加美观，而且方便了工作人员的检修和维护，保证了工作人员的人身安全。

本发明还提供了一种供电系统，其可以包括至少两台由上述实施例所提供的电源车构成。需要说明的是，该电源车的组成结构、电路结构以及工作过程请参见上述各实施例，此处将不再赘述。

其中，在实际应用中，本发明实施例可以将一台电源车作为工作电源车，独立向供电设备提供电能，将其他的一台或多台作为备用电源车，实现与该工作电源车的更换，或动力电池的运输，以便在该工作电源车的电能容量不足时，备用电源车将在不停止正常供电情况下，切入供电网络作为工作电源车继续为供电设备提供电能，从而保证了电源车实现可持续不间断地供电；而且，退出工作状态的电源车，可安全断开并退出供电网络，并行驶到相应的充换电站进行动力电池的拆卸和更换，或根据实际情况对其进行充电，之后，将作为新的备用电源车继续工作，大大提高了退役动力电池的利用率以及对供电设备的供电效率。

对于本发明上述各实施例中的电源车，可以采用NJK5160TDY型号8吨电源车，此时，该电源车可采用图1所示的电源车，即储能装置包括64节动力电池，总重65kg/节×64节=4160kg，64个电池架，总重15kg/个×64个=960kg，再加上控制柜、电缆、液压、壳体等设备，合计2000kg，由此可见这种电源车需承重总计约8000kg，完全符合NJK5160TDY型号的电源车，且使得该型号的电源车的利用达到了最大化。

当然，对于其他型号的电源车，可根据实际承重来选择储能电池所包括的动力电池的节数，本申请在此将不再一一列举。

另外，需要说明的是，在本申请文件中，诸如第一、第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体区分开来，而并不一定要求或暗示这些实体或参数之间存在任何这种实际的关系或顺序；且，术语“包括”、“包含”或其他任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法或设备，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列车的其他要求，也就是说，本发明实施例中除了上述各部件，还可以包括汽车牵引装置、电机绞盘、用于连接各部件的连接线或连接设备等，在此将不再一一列举，只要不是本领域技术人员付出创造性劳动确定的，均属于本发明的保护范围。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其包括与实施例公开的电源车，所以描述的比较简单，相关之处参见电源车部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种电源车，包括车体，其特征在于，还包括：设置在所述车体的车箱内的储能装置和控制柜，其中，

所述储能装置包括：至少一个电池组，每一个所述电池组包括多个电池支路，每一个电池支路由串联连接的多节电池组成，且任意两个相邻的电池支路之间通过第一软启动电路并联连接，以及与所述多节电池一一对应，用于安装一节电池的电池架；

所述控制柜内设置有与所述储能装置的所有电池组相连的逆变装置和控制系统，所述逆变装置与所述控制系统相连，用于根据所述控制系统输出的控制指令，将所述储能装置输出的直流电压转换成交流电压输出，或者将变压器输出的交流电压转换成直流电压，并输送至所述储能装置；

所述任意两个相邻的电池支路之间的第一软启动电路均包括：第一电阻、第一接触器和第二接触器，其中，

所述第一接触器的第一端和所述第二接触器的第一端均与相邻的两个电池支路的一个电池支路相连，所述第一接触器的第二端与所述相邻的两个电池支路的另一个电池支路相连，所述第二接触器的第二端通过所述第一电阻与所述相邻的两个电池支路的另一个电池支路相连。

2.根据权利要求1所述的电源车，其特征在于，还包括：第二软启动电路，则所述逆变装置通过所述第二软启动电路与所述储能装置的所有电池组相连。

3.根据权利要求2所述的电源车，其特征在于，当所述储能装置包括2个电池组时，所述第二软启动电路包括：第一断路器、第二断路器、第三接触器、第四接触器、第五接触器和第二电阻，其中，

所述第一断路器一端与所述逆变装置相连，另一端通过第三接触器与所述2个电池组中的第一电池组相连；

所述第二断路器一端与所述逆变装置相连，另一端通过第四接触器与所述2个电池组中的第二电池组相连；

所述第五接触器的一端所述第一电池组相连，另一端通过所述第二电阻与所述第二电池组相连。

4.根据权利要求1所述的电源车，其特征在于，还包括分别与每节电池和所述控制系统相连的电池管理系统，用于将采集到的每节电池的当前单体电压发送给所述控制系统判断充电或放电的截止条件。

5.根据权利要求3所述的电源车，其特征在于，所述逆变装置包括：依次相连的直流侧软启动器、逆变器和输出电路，其中，所述直流侧软启动器、所述逆变器和所述输出电路均与所述控制系统相连，且所述直流侧软启动器与所述第二软启动电路相连。

6.根据权利要求5所述的电源车，其特征在于，所述逆变器包括：第一电容、第二电容和三相DC-AC逆变桥，其中，所述第一电容与所述第二电容串联连接后，分别与所述直流侧软启动器和所述三相DC-AC逆变桥并联连接；

所述输出电路包括：依次相连的电抗器、交流侧软启动器、滤波器和主接触器，所述电抗器与所述三相DC-AC逆变桥相连，所述交流侧软启动器和所述主接触器均与所述控制系统相连，所述主接触器与变压器相连。

7.根据权利要求4所述的电源车，其特征在于，所述控制系统包括与所述电池管理系统相连的监测装置，用于根据接收到的所述电池管理系统发送的所述当前单体电压，确定任意相邻两个电池支路之间的电压差，并根据所述电压差输出控制指令。

8.根据权利要求1-7任一项所述的电源车，其特征在于，所述电池组中的每节电池均为容量大于原容量的20％且小于原容量的80％的退役动力电池。

9.一种供电系统，其特征在于，包括至少两台如权利要求1-8任一项所述的电源车。