CN109398113A - 一种基于20kw柴油发电的挂车式电动汽车备用电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车电源技术领域，尤其涉及一种基于20KW柴油发电的挂车式电动汽车备用电源，包括纯电动汽车动力系统和拖车柴油动力系统；技术方案为纯电动汽车需要跑长途时，后挂一辆安装有20KW柴油静音发电机的拖车，通过柴油发电机输出220V20KW交流电为纯电动汽车提供行驶能源，通过像燃油车那样不断在加油站加柴油，可以实现纯电动车的长途跋涉。而在市区或短途行驶时，则取下车挂车单独行驶。

Description

一种基于20KW柴油发电的挂车式电动汽车备用电源

技术领域

本发明涉及汽车电源技术领域，尤其涉及一种基于20KW柴油发电的挂车式电动汽车备用电源。

背景技术

早在19世纪后半叶的1873年，英国人罗伯特·戴维森(Robert Davidson)制作了世界上最初的可供实用的电动汽车。这比德国人戴姆勒(Gottlieb Daimler)和本茨(KarlBenz)发明汽油发动机汽车早了10年以上。

1900年美国制造的汽车中，电动汽车为15755辆，蒸汽机汽车 1684辆，而汽油机汽车只有936辆。进入20世纪以后，由于内燃机技术的不断进步，电动汽车由于存在着技术及经济性能上的不足，呈萎缩状态。

进入21世纪，我国大城市的大气污染已不能忽视，汽车排放是主要污染源之一，目前我国汽车保有量还在迅速增加，大气污染继续恶化，另外我国是煤多油少，石油进口也是大问题。因此在我国研究发展电动汽车不是一个临时的短期措施，而是意义重大的、长远的战略考虑。

电动汽车目前分混和动力和纯电动两种，混合动力的优势是保留了传统汽油汽车的使用生活方式，根据汽油机和电动机混合程度，充电次数和传统汽油汽车加油次数相当，或者不用充电。行驶距离也不受限制。但缺点是动力系统复杂，车辆成本昂贵、使用成本偏高。

纯电动车省去了油箱、发动机、变速器、冷却系统和排气系统，相比传统汽车的内燃汽油发动机动力系统，电动机和控制器的成本更低，且纯电动车能量转换效率更高。因电动车的能量来源——电，来自大型发电机组，其效率是小型汽油发动机甚至混合动力发动机所无法比拟的。纯电动车的使用成本才是传统汽油汽车的八分之一。

从技术发展成熟程度和中国国情来看，纯电动汽车应是大力推广的发展方向，而混合动力作为大面积充电网络还没建立起来之前的过渡技术。

但纯电动车的缺点是它改变了传统汽车的使用生活方式，每次出行最多三、四百公里的距离限制，使得长途行驶成为问题。

解决这个问题有两种方法，一是增加电池容量，二是完善充电桩网络。

先谈电池容量，电池是电动汽车发展的首要关键，最早使用的是铅酸蓄电池，但随着电动汽车技术的发展，铅酸蓄电池由于能量低，充电速度慢，寿命短，逐渐被其他蓄电池所取代。正在发展的电源主要有镍氢电池、锂离子电池、燃料电池等，这些新型电源的应用，为电动汽车的发展开辟了广阔的前景。但汽车动力电池难在“低成本要求”、“高容量要求”及“高安全要求”等三个要求上。镍氢电池单位重量储存能量比铅酸电池多一倍，其它性能也都优于铅酸电池，但价格为铅酸电池的4-5倍；锂离子电池单位重量储能为铅酸电池的3倍，锂聚合物电池为4倍，但价格依然很贵；氢燃料电池的成本相比以上两种电池更高。

所以依靠增加电池容量来增加续航里程会使得电动汽车成本大幅增加，普通大众将无法接受，另外由于电池数量增加，电动汽车的重量也在增加，过重的车身加剧了电能的损耗，增加了车辆在承重及刹车上的成本。

在纯电动汽车的发展过程中，充电问题一直都是消费者的一个“后顾之忧”。对于居住于城市之中的电动汽车消费者而言，建立一个私有的充电桩并非易事。首先，停车难早已成为城市发展中的一大难题，据统计在一二线城市，只有不到40％的汽车有固定停车位，停车尚且困难，建立私人充电桩更是奢侈。其次，充电桩在全功率使用时功耗十分惊人，大多数小区电网很难承受大量电动汽车同时充电，这也是很多小区拒绝私人安装充电桩的主要理由。所以，在目前私人充电桩的全面普及还存在难度的时候，电动汽车的普及必须依仗建立大量公共充电桩，公共充电桩的普及程度将直接影响着消费者购买纯电动车的热情。

然而，在纯电动汽车市场的普及推广还存在不少困难的时候，充电服务企业在投入充电桩建设时也有所顾忌。数据显示，目前已建成的充电站普遍存在盈利难的问题，国家电网已建成的充电站几乎全线亏损，充电站之忧，既有消费者对充电不便的担心，也有充电服务企业对生存盈利的顾虑。

综上所述，目前纯电动汽车车载电池方案在使用中最大的缺点就是续航里程短、充电难、充电时间长，不能像传统燃油汽车那样即加即走。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供了一种基于 20KW柴油发电的挂车式电动汽车备用电源，技术方案为纯电动汽车需要跑长途时，后挂一辆安装有20KW柴油静音发电机的拖车，通过柴油发电机输出220V20KW交流电为纯电动汽车提供行驶能源，通过像燃油车那样不断在加油站加柴油，可以实现纯电动车的长途跋涉。而在市区或短途行驶时，则取下车挂车单独行驶。

本发明是通过以下技术方案实现：

一种基于20KW柴油发电的挂车式电动汽车备用电源，包括纯电动汽车动力系统和拖车柴油动力系统；

所述纯电动汽车动力系统包括用于控制驱动轮的电机和锂离子电池组，所述锂离子电池组通过功率转化器和电机进行能量的转化，所述锂离子电池组通信连接有电池管理系统和充电管理系统，所述电池管理系统通过控制信号接口和外部的柴油动力系统通信连接，所述充电管理系统通过220V充电口和柴油动力系统通电连通；所述电机通过电子控制器受到外部的制动踏板及加速踏板的动力控制；

所述拖车柴油动力系统包括20KW静音柴油发电机和拖车信号系统，所述20KW静音柴油发电机和拖车上的邮箱油路连通，所述20KW 静音柴油发电机通过电源接口对锂离子电池组进行充电工作；所述电池管理系统通过控制信号接口控制20KW静音柴油发电机工作。

上述系统的工作原理为当纯电动车挂上装有柴油发电机的挂车并开启外接电源模式时，电子控制器发出信号经过电池管理系统，一方面通过纯电动车控制信号接口、控制连接线及挂车控制信号接口，启动20KW柴油静音发电机，油箱供油给柴油，柴油机发出220V交流电通过挂车电源接口、纯电动车220V充电口到达充电管理系统，另一方面电子控制器发出信号经过电池管理系统控制充电管理系统工作，220V交流电开始对锂离子电池组供电，这时会有以下三种工作状态：

1、纯电动车工作功率高于20KW，电池管理系统输出满功率发电信号，该信号经过电动车控制信号接口、控制信号连接电缆、挂车控制信号接口，作用到柴油发电机功率调节器上，这时柴油发电机发电为满功率(20KW)，挂车上柴油发电机与电动车上的锂离子电池组同时为电动车电机供电。

2、纯电动车工作功率低于20KW，锂离子电池组容量低于额定容量，电池管理系统输出满功率发电信号，该信号经过电动车控制信号接口、控制信号连接电缆、拖车控制信号接口，作用到柴油发电机功率调节器上，这时柴油发电机发电为满功率(20KW)，挂车上的柴油发电机为电动车电机供电的同时，剩余电量为锂离子电池组充电。

3、纯电动车工作功率低于20KW，锂离子电池组已充电完成，容量达到额定容量，这时电池管理系统输出调低功率信号，该信号经过电动车控制信号接口、控制信号连接电缆、挂车控制信号接口，作用到柴油发电机功率调节器上，将柴油机发电功率调到与电动车工作功率一致。

下面对涉及柴油发电挂车的关键部件如20KW静音柴油发电机、挂车外部形状及油箱、挂车信号系统的构成加以详细论述；

所述20KW静音柴油发电机包括静音型发电机组，所述静音型发电机组和一般的发电机组的区别主要是静音型发电机组加上了以下几项很有效的声音消除装置：

1、减振设施，柴油机和发电机与桥架之间采用高性能减震器，减少震动产生的噪音。

2、隔声罩，采用四至五层的吸音材料的隔声罩，技术成熟，吸音隔音，效果明显。

3、进风消声体，三层吸音材料的迷宫式进风消声体，既保证新鲜空气的足够进入，又有效地密闭了噪声外扬。

4、排风消声体，三层吸音材料的迷宫式排风消声体，既保证排风的通畅，又有效地密闭了噪声传播扩散。

5、排气消声器，阻抗复合型消声器的采用，大大降低了废气排放出时的噪音，排放能够符合国家标准。

6、电力电缆连接采用固定式接线盒结构，直接在箱体外连接。

进一步地，所述20KW静音柴油发电机组由低噪音柴油机、发电机、控制电路及外壳组成。其中柴油发电机采用德国道依茨(DEUTZ) 低噪音柴油机，型号为D-2.2-L3，为最新设计的3缸发动机，带有冷却的外部废气再循环，使用氧化催化剂(DOC)可在所有应用和环境条件下实现免维护运行，强大的共轨喷射系统和高效的燃烧过程确保在低油耗下发动机性能最佳。与TCD 2.9和G 2.2/G 2.9 LPG发动机类似的和主要安装界面，易于安装在柴油和气动机器中。换油周期高达1000h，免维护的气门机构和可选的多维V带驱动系统可降低维护成本并提高机器的可用性。极其紧凑的发动机设计和客户友好型配件降低了安装成本并增加了应用数量。发动机配备了模块化排气后处理系统(EAT)配置，包括发动机安装系统的选项。这大大简化了OEM的机器集成，并且实际上意味着一种便捷的解决方案。飞轮和前端采用100％的动力输出装置，另外采用高达120Nm的侧向PTO驱动装置来安装液压泵。

进一步地，所述拖车信号系统原理为：当踩下制动踏板时，制动踏板发出的电信号输入到电子控制器，电子控制器输出12V刹车信号通过电池管理系统、电动车控制信号接口，控制线电缆及挂车控制信号接口，作用在挂车刹车指示灯电路上，12V电压经过限流电阻R，点亮安装挂车后方左右各四颗串联的高亮红色LED刹车灯，提醒后车注意。

当踩下加速踏板时，加速踏板发出的电信号输入到电子控制器，电子控制器输出12V加速信号通过电池管理系统、电动车控制信号接口，控制线电缆及挂车控制信号接口，作用在挂车加速指示灯电路上， 12V电压经过限流电阻R，点亮安装在挂车后方左右各四颗串联的高亮绿色LED灯，提醒后车注意。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：相比现有的纯电动汽车电池解决方案，本技术发明方案有以下优点：目前纯电动汽车车载电池方案在使用中最大的缺点就是续航里程短、，不能像传统燃油汽车那样。

相比现有的纯电动汽车电池解决方案，本技术发明方案有以下优点： 1、解决了现有方案充电难、充电时间长的问题

本发明技术方案克服了现有纯电动车充电难、充电时间长的问题。当纯电动车车主找不到空闲的充电位或因急于办事而不愿花费时间充电时，可以在充电站挂一台加满油的柴油发电挂车备用电源就走，完全不像现有的纯电动汽车那样在充电站等待，像燃油车那样即加即走，符合现有人们用车观念。

2、解决了现有方案续航里程短、无法像燃油车那样跑长途的缺点

本发明技术方案克服了现有纯电动车续航里程短、无法像燃油车那样跑长途的缺点，当需要跑长途时，后挂一辆安装有20KW柴油静音发电机的挂车，通过柴油发电机输出220V20KW交流电为纯电动汽车提供行驶能源，通过像当燃油车那样不断在加油站加柴油，可以实现纯电动车的长途跋涉。而在市区或短途行驶时，则取下挂车，单独行驶。

附图说明

图1为本发明的系统原理框图；

图2为本发明挂车加速指示灯电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

请参阅图1，图1为本发明的结构示意图。

本发明涉及一种基于20KW柴油发电的挂车式电动汽车备用电源，包括纯电动汽车动力系统和拖车柴油动力系统；

所述纯电动汽车动力系统包括用于控制驱动轮的电机和锂离子电池组，所述锂离子电池组通过功率转化器和电机进行能量的转化，所述锂离子电池组通信连接有电池管理系统和充电管理系统，所述电池管理系统通过控制信号接口和外部的柴油动力系统通信连接，所述充电管理系统通过220V充电口和柴油动力系统通电连通；所述电机通过电子控制器受到外部的制动踏板及加速踏板的动力控制；

所述拖车柴油动力系统包括20KW静音柴油发电机和拖车信号系统，所述20KW静音柴油发电机和拖车上的邮箱油路连通，所述20KW 静音柴油发电机通过电源接口对锂离子电池组进行充电工作；所述电池管理系统通过控制信号接口控制20KW静音柴油发电机工作。

上述系统的工作原理为当纯电动车挂上装有柴油发电机的挂车并开启外接电源模式时，电子控制器发出信号经过电池管理系统，一方面通过纯电动车控制信号接口、控制连接线及挂车控制信号接口，启动20KW柴油静音发电机，油箱供油给柴油，柴油机发出220V交流电通过挂车电源接口、纯电动车220V充电口到达充电管理系统，另一方面电子控制器发出信号经过电池管理系统控制充电管理系统工作，220V交流电开始对锂离子电池组供电，这时会有以下三种工作状态：

1、纯电动车工作功率高于20KW，电池管理系统输出满功率发电信号，该信号经过电动车控制信号接口、控制信号连接电缆、挂车控制信号接口，作用到柴油发电机功率调节器上，这时柴油发电机发电为满功率(20KW)，挂车上柴油发电机与电动车上的锂离子电池组同时为电动车电机供电。

2、纯电动车工作功率低于20KW，锂离子电池组容量低于额定容量，电池管理系统输出满功率发电信号，该信号经过电动车控制信号接口、控制信号连接电缆、拖车控制信号接口，作用到柴油发电机功率调节器上，这时柴油发电机发电为满功率(20KW)，挂车上的柴油发电机为电动车电机供电的同时，剩余电量为锂离子电池组充电。

3、纯电动车工作功率低于20KW，锂离子电池组已充电完成，容量达到额定容量，这时电池管理系统输出调低功率信号，该信号经过电动车控制信号接口、控制信号连接电缆、挂车控制信号接口，作用到柴油发电机功率调节器上，将柴油机发电功率调到与电动车工作功率一致。

下面对涉及柴油发电挂车的关键部件如20KW静音柴油发电机、挂车外部形状及油箱、挂车信号系统的构成加以详细论述；

所述20KW静音柴油发电机包括静音型发电机组，所述静音型发电机组和一般的发电机组的区别主要是静音型发电机组加上了以下几项很有效的声音消除装置：

1、减振设施，柴油机和发电机与桥架之间采用高性能减震器，减少震动产生的噪音。

2、隔声罩，采用四至五层的吸音材料的隔声罩，技术成熟，吸音隔音，效果明显。

3、进风消声体，三层吸音材料的迷宫式进风消声体，既保证新鲜空气的足够进入，又有效地密闭了噪声外扬。

4、排风消声体，三层吸音材料的迷宫式排风消声体，既保证排风的通畅，又有效地密闭了噪声传播扩散。

5、排气消声器，阻抗复合型消声器的采用，大大降低了废气排放出时的噪音，排放能够符合国家标准。

6、电力电缆连接采用固定式接线盒结构，直接在箱体外连接。

进一步地，所述所述20KW静音柴油发电机组由低噪音柴油机、发电机、控制电路及外壳组成。其中柴油发电机采用德国道依茨 (DEUTZ)低噪音柴油机，型号为D-2.2-L3，为最新设计的3缸发动机，带有冷却的外部废气再循环，使用氧化催化剂(DOC)可在所有应用和环境条件下实现免维护运行，强大的共轨喷射系统和高效的燃烧过程确保在低油耗下发动机性能最佳。与TCD 2.9和G 2.2 /G 2.9LPG发动机类似的和主要安装界面，易于安装在柴油和气动机器中。换油周期高达1000h，免维护的气门机构和可选的多维V 带驱动系统可降低维护成本并提高机器的可用性。极其紧凑的发动机设计和客户友好型配件降低了安装成本并增加了应用数量。发动机配备了模块化排气后处理系统(EAT)配置，包括发动机安装系统的选项。这大大简化了OEM的机器集成，并且实际上意味着一种便捷的解决方案。飞轮和前端采用100％的动力输出装置，另外采用高达120Nm 的侧向PTO驱动装置来安装液压泵。

进一步地，所述拖车信号系统原理为：当踩下制动踏板时，制动踏板发出的电信号输入到电子控制器，电子控制器输出12V刹车信号通过电池管理系统、电动车控制信号接口，控制线电缆及挂车控制信号接口，作用在挂车刹车指示灯电路上，12V电压经过限流电阻R，点亮安装挂车后方左右各四颗串联的高亮红色LED刹车灯，提醒后车注意。

当踩下加速踏板时，加速踏板发出的电信号输入到电子控制器，电子控制器输出12V加速信号通过电池管理系统、电动车控制信号接口，控制线电缆及挂车控制信号接口，作用在挂车加速指示灯电路上， 12V电压经过限流电阻R，点亮安装在挂车后方左右各四颗串联的高亮绿色LED灯，提醒后车注意。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于20KW柴油发电的挂车式电动汽车备用电源，其特征在于，包括纯电动汽车动力系统和拖车柴油动力系统；

所述纯电动汽车动力系统包括用于控制驱动轮的电机和锂离子电池组，所述锂离子电池组通过功率转化器和电机进行能量的转化，所述锂离子电池组通信连接有电池管理系统和充电管理系统，所述电池管理系统通过控制信号接口和外部的柴油动力系统通信连接，所述充电管理系统通过220V充电口和柴油动力系统通电连通；所述电机通过电子控制器受到外部的制动踏板及加速踏板的动力控制；

所述拖车柴油动力系统包括20KW静音柴油发电机和拖车信号系统，所述20KW静音柴油发电机和拖车上的邮箱油路连通，所述20KW静音柴油发电机通过电源接口对锂离子电池组进行充电工作；所述电池管理系统通过控制信号接口控制20KW静音柴油发电机工作。

2.根据权利要求1所述的一种基于20KW柴油发电的挂车式电动汽车备用电源，其特征在于，所述20KW静音柴油发电机组由低噪音柴油机、发电机、控制电路及外壳。

3.根据权利要求1所述的一种基于20KW柴油发电的挂车式电动汽车备用电源，其特征在于，所述拖车信号系统原理为：当踩下制动踏板时，制动踏板发出的电信号输入到电子控制器，电子控制器输出12V刹车信号通过电池管理系统、电动车控制信号接口，控制线电缆及挂车控制信号接口，作用在挂车刹车指示灯电路上，12V电压经过限流电阻R，点亮安装挂车后方左右各四颗串联的高亮红色LED刹车灯。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于20KW柴油发电的挂车式电动汽车备用电源，其特征在于，所述拖车信号系统原理为：所述当踩下加速踏板时，加速踏板发出的电信号输入到电子控制器，电子控制器输出12V加速信号通过电池管理系统、电动车控制信号接口，控制线电缆及挂车控制信号接口，作用在挂车加速指示灯电路上，12V电压经过限流电阻R，点亮安装在挂车后方左右各四颗串联的高亮绿色LED灯。