CN108736345A - 一种多能源互补移动电源车装置 - Google Patents

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何国锋
任兆文
韩耀飞
郭蓓蕾
陈少峰
殷其光
张硕
刘明珠
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Henan University of Urban Construction
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects

Abstract

一种多能源互补移动电源供电装置，包括发电系统模块、直流母线和输出模块；从发电系统模块输出的直流电连接到直流母线的输入侧上；输出模块)连接到直流母线输出侧上；发电系统模块包括柴油发电系统、Boost‑buck和蓄电池；发电系统模块还包括风力发电系统和/或太阳能发电系统，所述风力发电系统、太阳能发电系统、柴油发电系统、EV蓄电池均与Boost‑buck连接，Boost‑buck和蓄电池均与直流母线的输入侧连接。本发明结构简单，实现方便，既保留了传统一次能源发电的稳定性，又消除了只有清洁能源发电的不可靠性，增加了新能源的使用以及环境的保护。

Description

一种多能源互补移动电源车装置
技术领域
本发明属于电源车领域，涉及一种多能源互补移动电源车装置。
背景技术
电源车作为我国专用汽车中厢式工程车中重要的一种,在最近几年的南方雪灾、地震等自然灾害抢险救灾中,发挥了不可替代的作用。而移动电源车市场对移动电源车产品的要求是全方位、多层次的,移动电源车系列产品的开发必须坚持以市场需求为指导原则。
传统的柴油发电机组对于工作环境具有苛刻的要求，在一些环境恶劣、路面情况多种多样的野外很难正常运行。而多能源互补移动电源车具有良好的越野性能，可以在各种各样的路面上正常提供电能，而且能够灵活移动，到达工作目的地。柴油发电机组正常进行供电，需要经过严格的安装过程，一旦发生了各种自然灾害、或者野外突发事件，柴油发电机组就很难满足工作现场的供电要求。
发明内容
为了克服现有用电不方便地区野外作业的用电需求的不足，本发明提供一种基于风、光、柴、多种储能互补的多能源互补移动电源车装置，结构简单，实现方便，既保留了传统一次能源发电的稳定性，又消除了只有清洁能源发电的不可靠性，增加了新能源的使用以及环境的保护。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种多能源互补移动电源供电装置，所述供电装置包括发电系统模块(1)、直流母线(2)和输出模块(3)；从发电系统模块(1)输出的直流电连接到直流母线(2)的输入侧上；输出模块(3)连接到直流母线(2)输出侧上；
所述发电系统模块(1)包括柴油发电系统(103)、Boost-buck(105)和蓄电池(107)；所述发电系统模块(1)还包括风力发电系统(101)和/或太阳能发电系统(102)，所述风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)、柴油发电系统(103)、EV蓄电池(104)均与所述Boost-buck(105)连接，所述Boost-buck(105)和蓄电池(107)均与直流母线(2)的输入侧连接。
进一步，所述发电系统模块(1)还包括EV蓄电池(104)，所述EV蓄电池(104)与所述Boost-buck(105)连接。
再进一步，所述发电系统模块(1)还包括燃料电池发电系统(106)，所述燃料电池发电系统(106)与直流母线(2)的输入侧连接。
所述风力发电系统(101)包括风力发电设备(101-1)，变压器(101-2)和AC/DC整流器(101-3)，风力发电设备(101-1)的输出端连接变压器(101-2)的输入端，变压器(101-2)的输出端连接AC/DC整流器(101-3)的输入端。系统利用风力发电设备(101-1)产生电能，经过变压器(101-2)变压后，通过AC/DC整流器(101-3)使交流电转换为直流电。
所述太阳能发电系统(102)包括太阳能发电设备(102-1)，DC/AC逆变器(102-2)和AC/DC整流器(102-3)，太阳能发电设备(102-1)的输出端连接DC/AC逆变器(102-2)的输入端，DC/AC逆变器(102-2)的输出端连接AC/DC整流器(102-3)的输入端。系统利用太阳能发电设备(102-1)产生电能，通过DC/AC逆变器(102-2)转换成交流电，又通过AC/DC整流器(102-3)转换为直流电。
所述柴油发电系统(103)由柴油发电机(103-1)、变压器(103-2)、AC/DC整流器(103-3)、DC/AC逆变器(103-4)、AC/DC(103-5)、飞轮系统(103-6)和机械转动(103-7)组成，柴油发电机(103-1)的其中两个输出端分别连接AC/DC整流器(103-5)的其中一个输入端和机械传动(103-7)的输入端，柴油发电机(103-1)的另外一个输出端与DC/AC逆变器(103-4)输出端并联连接到变压器(103-2)的输入端，AC/DC整流器(103-5)的输出端连接飞轮系统(103-6)的其中一个输入端，机械传动(103-7)的输出端连接飞轮系统(103-6)的另外一个输入端，飞轮系统(103-6)的输出端连接DC/AC逆变器(103-4)的输入端，变压器(103-2)的输出端连接AC/DC整流器(103-3)的输入端。当风力发电系统(101)和太阳能发电系统(102)输出的电能不足以满足输出模块(3)所接负载所需要的电能时，柴油发电系统(103)利用柴油发电机(103-1)产生电能，这时柴油发电机(103-1)与机械传动(103-7)的连接是断开的，与AC/DC整流器(103-5)和变压器(103-5)的连接是接通的，飞轮系统(103-6)与DC/AC逆变器(103-4)的连接是断开的，由柴油发电机(103-1)产生的电能一部分通过AC/DC整流器(103-5)转换为直流电后接入飞轮系统(103-6)进行储能，另一部分经过变压器(103-2)变压后，通过AC/DC整流器(103-3)转化为直流电；在柴油发电机(103-1)启动产生电能后，发电模块(1)发出的电能超过输出模块(3)所接负载所需要的电能时，柴油发电机(103-1)减少电能的产生，柴油发电机(103-1)与变压器(103-2)的连接断开，与机械传动(103-7)的连接接通，与AC/DC整流器(103-5)的连接依旧保持着接通状态，飞轮系统(103-6)与DC/AC逆变器(103-4)连接依旧保持着断开状态，柴油发电机(103-1)输出的一部分电能使机械传动(103-7)带动飞轮系统(103-6)飞轮旋转，以此来实现储能，柴油发电机(103-1)输出的另一部分电能依然经过AC/DC整流器(103-5)转换为直流电后接入飞轮系统(103-6)进行储能。
所述EV蓄电池(104)为电动车用电池，它从外部实现充电；AC/DC整流器(101-3)的输出端、AC/DC整流器(102-3)的输出端和AC/DC整流器(103-3)的输出端并联连接Boost-buck(105)的输入端，风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)和柴油发电系统(103)输出的电能通过Boost-buck(105)升压。
所述燃料电池发电系统(106)包括储氢设备(106-1)、燃料电池(106-2)和DC/DC功率控制器(106-3)，储氢设备(106-1)的输出端连接燃料电池(106-2)的输入端，燃料电池(106-2)的输出端连接DC/DC功率控制器(106-3)的输入端。当风力风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)和柴油发电系统(103)输出的电能不足以输出模块(3)所接负载所需的电能时，储氢设备(106-1)向燃料电池(106-2)供氢开始发生电化学反应产生电能，通过DC/DC功率控制器(106-3)升压。
所述蓄电池(107)包括蓄电池(107-1)和DC/DC功率控制器(107-2)，蓄电池(107-1)的输出端连接DC/DC功率控制器(107-2)的输入端。当风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)、柴油发电系统(103)和燃料电池发电系统(106)输出的电能不足以输出模块(3)所接负载所需电能时，蓄电池(107-1)向外输出电能，通过DC/DC功率控制器(107-2)升压；当风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)和柴油发电系统(103)输出的电能大于输出模块(3)所接负载所需电能时，输出的一部分电能向蓄电池(107-1)充电。
所述直流母线(2)由输入侧、输出侧的直流母线和一个线路阻抗组成，Boost-buck(105)的输出端、DC/DC功率控制器的输出端和DC/DC功率控制器(107-2)的输出端并联在直流母线(2)的输入侧上，线路阻抗连接在直流母线输入侧和输出侧之间，风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)和柴油发电系统(103)输出的经过Boost-buck(105)升压的直流电，燃料电池发电系统(106)输出的直流电和蓄电池(107)输出的直流电连接到直流母线(2)的输入侧上，通过线路传输到直流母线(2)的输出侧；
所述输出模块(3)包括汽车输出(301)、DC/DC斩波器(302)、三个DC/AC逆变器(303)和DC/AC逆变器(304)，汽车输出(301)的输入端、DC/DC斩波器(302)的输入端、三个DC/AC逆变器(303)的输入端和DC/AC逆变器(304)的输入端并联连接在直流母线(2)输出侧上，从直流母线(2)的输出侧输出的电能接入输出模块(3)为汽车输出(301)、DC/DC斩波器(302)的输出接口、DC/AC逆变器(302)的输出接口、三个DC/AC逆变器(303)的输出接口和DC/AC逆变器(304)的输出接口提供电；电能通过DC/DC斩波器(302)降压，并变换为在12-24V之间可变的直流电压,通过三个DC/AC逆变器(303)转化为220V交流电，通过DC/AC逆变器(304)转换为380V三相交流电；当风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)、柴油发电系统(103)、燃料电池发电系统(106)和蓄电池(107)输出的电能不足输出模块(3)所接负载所需电能时，飞轮系统(103-4)的输出端和DC/AC逆变器(103-4)接通，飞轮系统(103-4)向外输出电能，通过DC/AC逆变器(103-4)转换为交流电，与柴油发电机(103-1)直接向变压器(103-2)输出的电能合在一起向外输出。
本发明的方案，最大特点在于以风能和太阳能等绿色新能源作为主要能源,以飞轮系统为主要储能方式，以柴油作为备用能源。通过合理的容量配置,这种基于风、光、柴、多种储能互补的移动电源系统的有效使用时间可以大大增加,同时在很大程度上降低了系统对柴油的依赖程度。
本发明的移动电源供电的装置是以风能和太阳能等绿色新能源作为主要能源,以飞轮系统为主要储能方式，以柴油作为备用能源，风力发电系统、太阳能发电系统、柴油发电系统、飞轮系统、EV蓄电池、Boost-buck、燃料电池发电系统和蓄电池共同形成发电系统模块，所得的直流电经直流母线传输至输出模块。
本发明的有益效果主要表现在：结构简单，实现方便，既保留了传统一次能源发电的稳定性，又消除了只有清洁能源发电的不可靠性，增加了新能源的使用以及环境的保护。
附图说明
图1是多能源互补移动电源车装置的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1，一种多能源互补移动电源供电装置，包括发电系统模块(1)、直流母线(2)和输出模块(3)；从发电系统模块(1)输出的直流电连接到直流母线(2)的输入侧上；输出模块(3)连接到直流母线(2)输出侧上；
所述发电系统模块(1)包括风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)、柴油发电系统(103)、EV蓄电池(104)、Boost-buck(105)、燃料电池发电系统(106)、蓄电池(107)；风力发电系统(101)包括风力发电设备(101-1)，变压器(101-2)和AC/DC整流器(101-3)，风力发电设备(101-1)的输出端连接变压器(101-2)的输入端，变压器(101-2)的输出端连接AC/DC整流器(101-3)的输入端，，系统利用风力发电设备(101-1)产生电能，经过变压器(101-2)变压后，通过AC/DC整流器(101-3)使交流电转换为直流电；太阳能发电系统(102)包括太阳能发电设备(102-1)，DC/AC逆变器(102-2)和AC/DC整流器(102-3)，太阳能发电设备(102-1)的输出端连接DC/AC逆变器(102-2)的输入端，DC/AC逆变器(102-2)的输出端连接AC/DC整流器(102-3)的输入端，系统利用太阳能发电设备(102-1)产生电能，通过DC/AC逆变器(102-2)转换成交流电，又通过AC/DC整流器(102-3)转换为直流电；柴油发电系统(103)由柴油发电机(103-1)、变压器(103-2)、AC/DC整流器(103-3)、DC/AC逆变器(103-4)、AC/DC(103-5)、飞轮系统(103-6)和机械转动(103-7)组成，柴油发电机(103-1)的其中两个输出端分别连接AC/DC整流器(103-5)的其中一个输入端和机械传动(103-7)的输入端，柴油发电机(103-1)的另外一个输出端与DC/AC逆变器(103-4)输出端并联连接到变压器(103-2)的输入端，AC/DC整流器(103-5)的输出端连接飞轮系统(103-6)的其中一个输入端，机械传动(103-7)的输出端连接飞轮系统(103-6)的另外一个输入端，飞轮系统(103-6)的输出端连接DC/AC逆变器(103-4)的输入端，变压器(103-2)的输出端连接AC/DC整流器(103-3)的输入端；当风力发电系统(101)和太阳能发电系统(102)输出的电能不足以满足输出模块(3)所接负载所需要的电能时，柴油发电系统(103)利用柴油发电机(103-1)产生电能，这时柴油发电机(103-1)与机械传动(103-7)的连接是断开的，与AC/DC整流器(103-5)和变压器(103-5)的连接是接通的，飞轮系统(103-6)与DC/AC逆变器(103-4)的连接是断开的，由柴油发电机(103-1)产生的电能一部分通过AC/DC整流器(103-5)转换为直流电后接入飞轮系统(103-6)进行储能，另一部分经过变压器(103-2)变压后，通过AC/DC整流器(103-3)转化为直流电；在柴油发电机(103-1)启动产生电能后，发电模块(1)发出的电能超过输出模块(3)所接负载所需要的电能时，柴油发电机(103-1)减少电能的产生，柴油发电机(103-1)与变压器(103-2)的连接断开，与机械传动(103-7)的连接接通，与AC/DC整流器(103-5)的连接依旧保持着接通状态，飞轮系统(103-6)与DC/AC逆变器(103-4)连接依旧保持着断开状态，柴油发电机(103-1)输出的一部分电能使机械传动(103-7)带动飞轮系统(103-6)飞轮旋转，以此来实现储能，柴油发电机(103-1)输出的另一部分电能依然经过AC/DC整流器(103-5)转换为直流电后接入飞轮系统(103-6)进行储能；EV蓄电池(104)为电动车用电池，它从外部实现充电；AC/DC整流器(101-3)的输出端、AC/DC整流器(102-3)的输出端和AC/DC整流器(103-3)的输出端并联连接Boost-buck(105)的输入端，风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)和柴油发电系统(103)输出的电能通过Boost-buck(105)升压；燃料电池发电系统(106)包括储氢设备(106-1)、燃料电池(106-2)和DC/DC功率控制器(106-3)，储氢设备(106-1)的输出端连接燃料电池(106-2)的输入端，燃料电池(106-2)的输出端连接DC/DC功率控制器(106-3)的输入端，当风力风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)和柴油发电系统(103)输出的电能不足以输出模块(3)所接负载所需的电能时，储氢设备(106-1)向燃料电池(106-2)供氢开始发生电化学反应产生电能，通过DC/DC功率控制器(106-3)升压；蓄电池(107)包括蓄电池(107-1)和DC/DC功率控制器(107-2)，蓄电池(107-1)的输出端连接DC/DC功率控制器(107-2)的输入端，当风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)、柴油发电系统(103)和燃料电池发电系统(106)输出的电能不足以输出模块(3)所接负载所需电能时，蓄电池(107-1)向外输出电能，通过DC/DC功率控制器(107-2)升压；当风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)和柴油发电系统(103)输出的电能大于输出模块(3)所接负载所需电能时，输出的一部分电能向蓄电池(107-1)充电；
所述直流母线(2)由输入侧、输出侧的直流母线和一个线路阻抗组成，Boost-buck(105)的输出端、DC/DC功率控制器的输出端和DC/DC功率控制器(107-2)的输出端并联在直流母线(2)的输入侧上，线路阻抗连接在直流母线输入侧和输出侧之间，风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)和柴油发电系统(103)输出的经过Boost-buck(105)升压的直流电，燃料电池发电系统(106)输出的直流电和蓄电池(107)输出的直流电连接到直流母线(2)的输入侧上，通过线路传输到直流母线(2)的输出侧；
所述输出模块(3)包括汽车输出(301)、DC/DC斩波器(302)、三个DC/AC逆变器(303)和DC/AC逆变器(304)，汽车输出(301)的输入端、DC/DC斩波器(302)的输入端、三个DC/AC逆变器(303)的输入端和DC/AC逆变器(304)的输入端并联连接在直流母线(2)输出侧上，从直流母线(2)的输出侧输出的电能接入输出模块(3)为汽车输出(301)、DC/DC斩波器(302)的输出接口、DC/AC逆变器(302)的输出接口、三个DC/AC逆变器(303)的输出接口和DC/AC逆变器(304)的输出接口提供电；电能通过DC/DC斩波器(302)降压，并变换为在12-24V之间可变的直流电压,通过三个DC/AC逆变器(303)转化为220V交流电,通过DC/AC逆变器(304)转换为380V三相交流电；当风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)、柴油发电系统(103)、燃料电池发电系统(106)和蓄电池(107)输出的电能不足输出模块(3)所接负载所需电能时，飞轮系统(103-4)的输出端和DC/AC逆变器(103-4)接通，飞轮系统(103-4)向外输出电能，通过DC/AC逆变器(103-4)转换为交流电，与柴油发电机(103-1)直接向变压器(103-2)输出的电能合在一起向外输出；负载根据自身的使用电压接在输出模块(3)中符合的输出接口上使用。
本发明适用于一种多能源互补移动电源车装置。

Claims (10)

1.一种多能源互补移动电源供电装置，其特征在于：所述供电装置包括发电系统模块(1)、直流母线(2)和输出模块(3)；从发电系统模块(1)输出的直流电连接到直流母线(2)的输入侧上；输出模块(3)连接到直流母线(2)输出侧上；
所述发电系统模块(1)包括柴油发电系统(103)、Boost-buck(105)和蓄电池(107)；所述发电系统模块(1)还包括风力发电系统(101)和/或太阳能发电系统(102)，所述风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)、柴油发电系统(103)、EV蓄电池(104)均与所述Boost-buck(105)连接，所述Boost-buck(105)和蓄电池(107)均与直流母线(2)的输入侧连接。
2.如权利要求1所述的多能源互补移动电源供电装置，其特征在于：所述发电系统模块(1)还包括EV蓄电池(104)，所述EV蓄电池(104)与所述Boost-buck(105)连接。
3.如权利要求1或2所述的多能源互补移动电源供电装置，其特征在于：所述发电系统模块(1)还包括燃料电池发电系统(106)，所述燃料电池发电系统(106)与直流母线(2)的输入侧连接。
4.如权利要求1或2所述的多能源互补移动电源供电装置，其特征在于：所述风力发电系统(101)包括风力发电设备(101-1)，变压器(101-2)和AC/DC整流器(101-3)，风力发电设备(101-1)的输出端连接变压器(101-2)的输入端，变压器(101-2)的输出端连接AC/DC整流器(101-3)的输入端。
5.如权利要求1或2所述的多能源互补移动电源供电装置，其特征在于：所述太阳能发电系统(102)包括太阳能发电设备(102-1)，DC/AC逆变器(102-2)和AC/DC整流器(102-3)，太阳能发电设备(102-1)的输出端连接DC/AC逆变器(102-2)的输入端，DC/AC逆变器(102-2)的输出端连接AC/DC整流器(102-3)的输入端。
6.如权利要求1或2所述的多能源互补移动电源供电装置，其特征在于：所述柴油发电系统(103)由柴油发电机(103-1)、变压器(103-2)、AC/DC整流器(103-3)、DC/AC逆变器(103-4)、AC/DC(103-5)、飞轮系统(103-6)和机械转动(103-7)组成，柴油发电机(103-1)的其中两个输出端分别连接AC/DC整流器(103-5)的其中一个输入端和机械传动(103-7)的输入端，柴油发电机(103-1)的另外一个输出端与DC/AC逆变器(103-4)输出端并联连接到变压器(103-2)的输入端，AC/DC整流器(103-5)的输出端连接飞轮系统(103-6)的其中一个输入端，机械传动(103-7)的输出端连接飞轮系统(103-6)的另外一个输入端，飞轮系统(103-6)的输出端连接DC/AC逆变器(103-4)的输入端，变压器(103-2)的输出端连接AC/DC整流器(103-3)的输入端。
7.如权利要求3所述的多能源互补移动电源供电装置，其特征在于：所述燃料电池发电系统(106)包括储氢设备(106-1)、燃料电池(106-2)和DC/DC功率控制器(106-3)，储氢设备(106-1)的输出端连接燃料电池(106-2)的输入端，燃料电池(106-2)的输出端连接DC/DC功率控制器(106-3)的输入端。
8.如权利要求1或2所述的多能源互补移动电源供电装置，其特征在于：所述蓄电池(107)包括蓄电池(107-1)和DC/DC功率控制器(107-2)，蓄电池(107-1)的输出端连接DC/DC功率控制器(107-2)的输入端。
9.如权利要求1或2所述的多能源互补移动电源供电装置，其特征在于：所述直流母线(2)由输入侧、输出侧的直流母线和一个线路阻抗组成，Boost-buck(105)的输出端、DC/DC功率控制器的输出端和DC/DC功率控制器(107-2)的输出端并联在直流母线(2)的输入侧上，线路阻抗连接在直流母线输入侧和输出侧之间，风力发电系统(101)、太阳能发电系统(102)和柴油发电系统(103)输出的经过Boost-buck(105)升压的直流电，燃料电池发电系统(106)输出的直流电和蓄电池(107)输出的直流电连接到直流母线(2)的输入侧上，通过线路传输到直流母线(2)的输出侧；
10.如权利要求1或2所述的多能源互补移动电源供电装置，其特征在于：所述输出模块(3)包括汽车输出(301)、DC/DC斩波器(302)、三个DC/AC逆变器(303)和DC/AC逆变器(304)，汽车输出(301)的输入端、DC/DC斩波器(302)的输入端、三个DC/AC逆变器(303)的输入端和DC/AC逆变器(304)的输入端并联连接在直流母线(2)输出侧上，从直流母线(2)的输出侧输出的电能接入输出模块(3)为汽车输出(301)、DC/DC斩波器(302)的输出接口、DC/AC逆变器(302)的输出接口、三个DC/AC逆变器(303)的输出接口和DC/AC逆变器(304)的输出接口提供电。
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