CN106976433B - 一种车载智能供电系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车载智能供电系统，包括燃油发电机组、取力发电装置、交流并网控制器一、交流并网控制器二、蓄电池、充放电控制器、光伏发电装置、直流并网控制器、双向交直流变换器、智能监控系统、市电输入接口、交流输出接口、直流输出接口。本发明引入太阳能等可再生能源，实现部分能源自主供给，减少燃油消耗；把车载供电系统分成交流和直流网络，直流网络基于储能蓄电池形成，并采用双向交直流变换器实现交流和直流的双向能量流动，蓄电池作为能源后备，在其他发电装置故障时，实现快速切换不间断供电，确保了供电的高可靠性。

Description

一种车载智能供电系统

技术领域

本发明涉及汽车供电领域，尤其是一种多种供电形式、可智能变换的供电系统。

背景技术

传统车载供电系统采用柴油机组发电机或车载取力发电装置，具有噪音大、污染大、供电可靠性不高等缺点。针对现有车用供电系统的技术特点，以各种能源互补、动力互补为技术特点的车用供电系统成为车载供电技术的发展主流。引入可再生能源，采用合理的控制策略，充分发挥可再生能源、传统燃油发电等多种发电系统各自的特点，提高系统的效率和燃油经济性，降低对燃油的依赖。传统车用供电系统能量流向单一，不成网络，因此供电可靠性较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种车载智能供电系统，解决传统车载供电系统噪声大、污染大、供电效率不高、供电可靠性低的问题。

具体的，本发明提供了一种车载智能供电系统，包括燃油发电机组、取力发电装置、交流并网控制器一、交流并网控制器二、蓄电池、充放电控制器、光伏发电装置、直流并网控制器、双向交直流变换器、智能监控系统、市电输入接口、交流输出接口、直流输出接口；

燃油发电机组通过交流并网控制器一连接至交流母线；取力发电装置通过交流并网控制器二连接至交流母线；市电输入接口通过三相开关连接至交流母线；蓄电池通过充放电控制器连接至直流母线；光伏发电装置通过直流并网控制器连接至直流母线；交流母线上有交流输出接口，直流母线上有直流输出接口；双向交直流变换器分别与直流母线和交流母线相连；智能监控系统分别与充放电控制器、直流并网控制器、交流并网控制器一、交流并网控制器二、双向交直流变换器相连。

进一步地，所述燃油发电机组与交流并网控制器一通过导线相连，在交流并网控制器一的控制下发电，其发电为交流电，电压为380V，频率为50Hz，交流电汇入交流母线。

进一步地，所述取力发电装置与交流并网控制器二相连，在交流并网控制器二的控制下，利用车辆发动机动力组发电，所发电为交流电，电压为380V，频率为50Hz，交流电汇入交流母线。

进一步地，所述智能监控系统与充放电控制器、直流并网控制器、交流并网控制器一、交流并网控制器二和双向交直流变换器相连，采集其电压、电流信息，并施加控制信号。

进一步地，所述充放电控制器采集蓄电池所发直流电的电压、电流，并对蓄电池的充放电进行控制。

进一步地，所述直流并网控制器采集光伏发电装置所发直流电的电压、电流，并进行控制。

进一步地，所述双向交直流变换器分别连接直流母线和交流母线，在智能监控系统的控制下实现直流母线和交流母线中的能量相互转换，实现能量双向流动。

特别地，一种所述的车载智能供电系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤1：智能监控系统判断此时阳光是否充足，能量需求是否超过预设值E，若阳光充足，且能量需求小于预设值E，则智能监控系统向交流并网控制器一、交流并网控制器二和双向交直流变换器发出控制指令，断开燃油发电机组、取力发电装置、市电的连接，并向直流并网控制器发出控制指令，由光伏发电装置发电，同时智能监控系统判断蓄电池电量是否充足，若电量不充足，则向充放电控制器发出控制指令，对蓄电池进行充电，若阳光不充足或能量需求超过预设值E，则转入步骤2；

步骤2：智能监控系统判断此时有无市电供应，若有市电，则智能监控系统向直流并网控制器、交流并网控制器一、交流并网控制器二和双向交直流变换器发出控制指令，断开燃油发电机组、取力发电装置的连接，由市电输入接口输入交流电，光伏发电装置和市电输入同时工作，以光伏发电为主，不足的能量由市电补充；同时智能监控系统判断蓄电池电量是否充足，若电量不充足，则向充放电控制器发出控制指令，对蓄电池进行充电，若无市电，则转入步骤3；

步骤3：智能监控系统判断此时取力发电装置是否设备故障、能量需求是否超过预设值M(M＞E)，若取力发电装置可正常工作，且能量需求未超过预设值M，则智能监控系统向交流并网控制器一和双向交直流变换器发出控制指令，断开燃油发电机组的连接，向交流并网控制器二发出控制指令，由取力发电装置发电，光伏发电与取力发电装置同时工作；同时智能监控系统判断蓄电池电量是否充足，若电量不充足，则向充放电控制器发出控制指令，对蓄电池进行充电，若取力发电装置故障或者能量需求超过预设值M，则转入步骤4；

步骤4：智能监控系统判断此时燃油发电机组是否设备故障、能量需求是否超过预设值H(H＞M＞E)，若燃油发电机组可正常工作，且能量需求未超过预设值H，则智能监控系统向交流并网控制器一发出控制指令，由燃油发电机组发电，此时光伏发电装置、取力发电装置、燃油发电机组同时协同工作；同时智能监控系统判断蓄电池电量是否充足，若电量不充足，则智能监控系统向充放电控制器发出控制指令，对蓄电池进行充电，若燃油发电机组故障或者能量需求超过预设值H，则转入步骤5；

步骤5：智能监控系统向充放电控制器发出控制指令，由蓄电池放电进行用电功率补充。

本发明车载智能供电系统，首先在传统车载供电系统基础上，引入太阳能等可再生能源，实现部分能源自主供给，减少燃油消耗；然后把车载供电系统分成交流和直流网络，直流网络基于储能蓄电池形成，并采用双向交直流变换器实现交流和直流的双向能量流动，蓄电池作为能源后备，在其他发电装置故障时，实现快速切换不间断供电，确保了供电的高可靠性。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1是本发明的车载智能供电系统原理结构图；

图2是本发明的车载智能供电系统控制过程流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明提供了一种车载智能供电系统，如图1所示，包括燃油发电机组、取力发电装置、交流并网控制器一、交流并网控制器二、蓄电池、充放电控制器、光伏发电装置、直流并网控制器、双向交直流变换器、智能监控系统、市电输入接口、交流输出接口、直流输出接口以及开关，该车载供电系统具有多种能量来源，两种输出形式。

燃油发电机组通过交流并网控制器一连接至交流母线；取力发电装置通过交流并网控制器二连接至交流母线；市电输入接口通过三相开关连接至交流母线；蓄电池通过充放电控制器连接至直流母线；光伏发电装置通过直流并网控制器连接至直流母线；交流母线上有交流输出接口，直流母线上有直流输出接口；双向交直流变换分别与直流母线和交流母线相连；智能监控系统分别与充放电控制器、直流并网控制器、交流并网控制器一、交流并网控制器二、双向交直流变换器相连。

交流母线为交流电路的总导线；直流母线为直流电路的总导线。

燃油发电机组与交流并网控制器一通过导线相连，在交流并网控制器一的控制下发电，其发电电压为380V，频率为50Hz，交流电汇入交流母线；取力发电装置与交流并网控制器二相连，在交流并网控制器二的控制下，利用车辆发动机动力组发电，所发电为交流电，电压为380V，频率为50Hz，交流电汇入交流母线；市电输入接口通过三相开关连接至交流母线。光伏发电装置与直流并网控制器相连，光伏发电装置在直流并网控制器的控制下输出直流电，直流电汇合至直流母线；蓄电池通过充放电控制器与直流母线相连，可以实现直流母线对蓄电池的充电和蓄电池对直流母线的放电，充放电控制器对蓄电池的充电和放电进行控制；双向交直流变换器分别连接直流母线和交流母线，并可以在智能监控系统的控制下实现直流母线和交流母线中的能量相互转换，实现能量双向流动。智能监控系统与充放电控制器、直流并网控制器、交流并网控制器一、交流并网控制器二和双向交直流变换器相连，采集其电压、电流等信息，并施加控制信号。直流母线通过开关与直流输出接口相连；交流母线通过开关与交流输出接口相连。

交流并网控制器采集燃油发电机组、取力发电装置所发交流电的电压、频率、相位等信号，并进行控制，实现燃油发电机组和取力发电装置的平稳接入和断开。

直流并网控制器采集光伏发电装置所发直流电的电压、电流等信号，并进行控制，实现光伏发电装置的平稳接入和断开。

充放电控制器采集蓄电池所发直流电的电压、电流等信号，并进行控制，实现蓄电池的智能充放电控制。

光伏发电装置包括太阳能接收板或柔性太阳能膜，安装于车辆的顶部和四周，尽可能多的增加采光面积，提高光伏发电功率。

取力发电装置在行驶和驻车都可以发电。

在任一装置突然供电故障的情况下，蓄电池转入放电状态实时供电，实现不间断供电，在其他发电装置恢复工作后，蓄电池转入充电状态或热备份状态。

智能监控系统根据外部环境和供电设备的运行情况进行供电调节，实现高质量的供电。

与该结构特征相对应的，该车载供电系统的电能来源主要有：(1)利用燃油燃烧发电的燃油发电机组发出的交流电；(2)利用车辆发动机动力发电的取力发电装置发出的交流电；(3)市电输入接口所提供的交流电；(4)光伏发电装置利用可再生能源阳光发出的直流电；(5)蓄电池作为储能装置，所提供的直流电。

该车载供电系统的供电形式有：(1)交流输出与市电电压规格一致，可以为三相或单相输出，交流输出接口不止一个；(2)直流输出，交流输出接口不止一个。

该车载智能供电系统中燃油发电机组发出的交流电和取力发电装置发出的交流电可以在交流母线实现交流并网，形成交流网，光伏发电装置发出的直流电和蓄电池发出的直流电可以在直流母线实现直流并网，形成直流网，交流网和直流网之间可以通过双向交直流变换器进行双向能量转换，即双向交直流变换器可以将交流电变换为直流电，也可将直流电变换为交流电。交流并网、直流并网和双向能量转换是通过智能监控系统采集电压和电流信息并下发控制指令。

该车载智能供电系统主要有但不限于以下工作模式：

(1)在阳光充足、能量需求比较小的情况下，主要采用光伏发电装置发出直流电并经过直流并网控制器并网输出直流，同时向蓄电池充电，经双向交直流变换器形成交流输出，满足轻负载情况下的车载供电。

(2)在阳光充足、能量需求比较大的情况下，光伏发电装置发出直流电并经过直流并网控制器并网输出直流，同时向蓄电池充电。在车辆发动机启动时采用车载取力发电装置发电，如果功率需求仍然不满足，则启动燃油发电机组发电。

(3)在光线不好或者不适宜光伏发电的情况下，光伏发电装置停止工作，由其他发电装置发电。

(4)在有市电情况下，关闭燃油发电机组，接入市电，经过双向交直流变换器形成交流输出，同时为蓄电池充电。

(5)在没有市电、其他发电装置故障停机状态下，蓄电池自动转入放电状态，形成直流输出，并经双向交直流变换器形成交流输出。

本车载智能供电系统的控制过程，如图2所示，具体包括以下控制步骤：

步骤1：智能监控系统判断此时阳光是否充足，能量需求是否超过预设值E，若阳光充足，且能量需求小于预设值E，则智能监控系统向交流并网控制器一、交流并网控制器二和双向交直流变换器发出控制指令，断开燃油发电机组、取力发电装置、市电的连接，并向直流并网控制器发出控制指令，由光伏发电装置发电，同时智能监控系统判断蓄电池电量是否充足，若电量不充足，则向充放电控制器发出控制指令，对蓄电池进行充电，若阳光不充足或能量需求超过预设值E，则转入步骤2；

步骤2：智能监控系统判断此时有无市电供应，若有市电，则智能监控系统向直流并网控制器、交流并网控制器一、交流并网控制器二和双向交直流变换器发出控制指令，断开燃油发电机组、取力发电装置的连接，由市电输入接口输入交流电，光伏发电装置和市电输入同时工作，以光伏发电为主，不足的能量由市电补充；同时智能监控系统判断蓄电池电量是否充足，若电量不充足，则向充放电控制器发出控制指令，对蓄电池进行充电，若无市电，则转入步骤3；

步骤3：智能监控系统判断此时取力发电装置是否设备故障、能量需求是否超过预设值M(M＞E)，若取力发电装置可正常工作，且能量需求未超过预设值M，则智能监控系统向交流并网控制器一和双向交直流变换器发出控制指令，断开燃油发电机组的连接，向交流并网控制器二发出控制指令，由取力发电装置发电，光伏发电与取力发电装置同时工作；同时智能监控系统判断蓄电池电量是否充足，若电量不充足，则向充放电控制器发出控制指令，对蓄电池进行充电，若取力发电装置故障或者能量需求超过预设值M，则转入步骤4；

步骤4：智能监控系统判断此时燃油发电机组是否设备故障、能量需求是否超过预设值H(H＞M＞E)，若燃油发电机组可正常工作，且能量需求未超过预设值H，则智能监控系统向交流并网控制器一发出控制指令，由燃油发电机组发电，此时光伏发电装置、取力发电装置、燃油发电机组同时协同工作；同时智能监控系统判断蓄电池电量是否充足，若电量不充足，则智能监控系统向充放电控制器发出控制指令，对蓄电池进行充电，若燃油发电机组故障或者能量需求超过预设值H，则转入步骤5；

步骤5：智能监控系统向充放电控制器发出控制指令，由蓄电池放电进行用电功率补充。

供电量是否充足，主要取决于负载功率是否大于发电装置的功率，本控制过程中，E、M、H均代表功率值。

综上所述，本发明提供了一种车载智能供电系统，引入太阳能等可再生能源，实现部分能源自主供给，减少燃油消耗；把车载供电系统分成交流和直流网络，直流网络基于储能蓄电池形成，并采用双向交直流变换器实现交流和直流的双向能量流动，蓄电池作为能源后备，在其他发电装置故障时，实现快速切换不间断供电，确保了供电的高可靠性。

尽管已经结合优选的实施例对本发明进行了详细地描述，但是本领域技术人员应当理解的是在不违背本发明精神和实质的情况下，各种修正都是允许的，它们都落入本发明的权利要求的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种车载智能供电系统，其特征在于，包括燃油发电机组、取力发电装置、交流并网控制器一、交流并网控制器二、蓄电池、充放电控制器、光伏发电装置、直流并网控制器、双向交直流变换器、智能监控系统、市电输入接口、交流输出接口、直流输出接口；

燃油发电机组通过交流并网控制器一连接至交流母线；取力发电装置通过交流并网控制器二连接至交流母线；市电输入接口通过三相开关连接至交流母线；蓄电池通过充放电控制器连接至直流母线；光伏发电装置通过直流并网控制器连接至直流母线；交流母线上有交流输出接口，直流母线上有直流输出接口；双向交直流变换器分别与直流母线和交流母线相连；智能监控系统分别与充放电控制器、直流并网控制器、交流并网控制器一、交流并网控制器二、双向交直流变换器相连，采集其电压、电流信息，并施加控制信号；包括：

在阳光充足、能量需求比较小的情况下，采用光伏发电装置发出直流电并经过直流并网控制器并网输出直流，同时向蓄电池充电，经双向交直流变换器形成交流输出，满足轻负载情况下的车载供电；

在阳光充足、能量需求比较大的情况下，光伏发电装置发出直流电并经过直流并网控制器并网输出直流，同时向蓄电池充电；在车辆发动机启动时采用车载取力发电装置发电，如果功率需求仍然不满足，则启动燃油发电机组发电；

在光线不好或者不适宜光伏发电的情况下，光伏发电装置停止工作；

在有市电情况下，关闭燃油发电机组，接入市电，经过双向交直流变换器形成交流输出，同时为蓄电池充电；

在没有市电、取力发电装置和燃油发电机组故障停机状态下，蓄电池自动转入放电状态，形成直流输出，并经双向交直流变换器形成交流输出。

2.根据权利要求1所述的一种车载智能供电系统，其特征在于，所述燃油发电机组与交流并网控制器一通过导线相连，在交流并网控制器一的控制下发电，其发电为交流电，电压为380V，频率为50Hz，交流电汇入交流母线。

3.根据权利要求1或2所述的一种车载智能供电系统，其特征在于，所述取力发电装置与交流并网控制器二相连，在交流并网控制器二的控制下，利用车辆发动机动力组发电，所发电为交流电，电压为380V，频率为50Hz，交流电汇入交流母线。

4.根据权利要求1所述的一种车载智能供电系统，其特征在于，所述充放电控制器采集蓄电池的电压、电流，并对蓄电池的充放电进行控制。

5.根据权利要求4所述的一种车载智能供电系统，其特征在于，所述直流并网控制器采集光伏发电装置所发直流电的电压、电流，并进行控制。

6.根据权利要求4-5任一所述的一种车载智能供电系统，其特征在于，所述双向交直流变换器分别连接直流母线和交流母线，在智能监控系统的控制下实现直流母线和交流母线中的能量相互转换，实现能量双向流动。

7.一种权利要求1-6任一所述的车载智能供电系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：智能监控系统判断此时阳光是否充足，能量需求是否超过预设值E，若阳光充足，且能量需求小于预设值E，则智能监控系统向交流并网控制器一、交流并网控制器二和双向交直流变换器发出控制指令，断开燃油发电机组、取力发电装置、市电的连接，并向直流并网控制器发出控制指令，由光伏发电装置发电，同时智能监控系统判断蓄电池电量是否充足，若电量不充足，则向充放电控制器发出控制指令，对蓄电池进行充电，若阳光不充足或能量需求超过预设值E，则转入步骤2；

步骤2：智能监控系统判断此时有无市电供应，若有市电，则智能监控系统向直流并网控制器、交流并网控制器一、交流并网控制器二和双向交直流变换器发出控制指令，断开燃油发电机组、取力发电装置的连接，由市电输入接口输入交流电，光伏发电装置和市电输入同时工作，以光伏发电为主，不足的能量由市电补充；同时智能监控系统判断蓄电池电量是否充足，若电量不充足，则向充放电控制器发出控制指令，对蓄电池进行充电，若无市电，则转入步骤3；

步骤3：智能监控系统判断此时取力发电装置是否设备故障、能量需求是否超过预设值M，其中M＞E，若取力发电装置可正常工作，且能量需求未超过预设值M，则智能监控系统向交流并网控制器一和双向交直流变换器发出控制指令，断开燃油发电机组的连接，向交流并网控制器二发出控制指令，由取力发电装置发电，光伏发电与取力发电装置同时工作；同时智能监控系统判断蓄电池电量是否充足，若电量不充足，则向充放电控制器发出控制指令，对蓄电池进行充电，若取力发电装置故障或者能量需求超过预设值M，则转入步骤4；

步骤4：智能监控系统判断此时燃油发电机组是否设备故障、能量需求是否超过预设值H，其中H＞M＞E，若燃油发电机组可正常工作，且能量需求未超过预设值H，则智能监控系统向交流并网控制器一发出控制指令，由燃油发电机组发电，此时光伏发电装置、取力发电装置、燃油发电机组同时协同工作；同时智能监控系统判断蓄电池电量是否充足，若电量不充足，则智能监控系统向充放电控制器发出控制指令，对蓄电池进行充电，若燃油发电机组故障或者能量需求超过预设值H，则转入步骤5；

步骤5：智能监控系统向充放电控制器发出控制指令，由蓄电池放电进行用电功率补充。