CN109586398A - 一种房车用油电混合能源供电系统及工作方法 - Google Patents

Abstract

一种房车用油电混合能源供电系统，包括车载电池组供电模块、车载直流电机供电模块、市电供电模块和综合控制模块MCU；综合控制模块MCU的控制端口组分别与车载电磁组供电模块、车载直流电机供电模块和市电供电模块的控制端口相连；车载电池组供电模块、车载直流电机供电模块和市电供电模块的输出端口分别与直流母线相连，该直流母线与用电设备系统的输入端口组相连。系统通过一体式设计，用户能够接触到的都是低压部分，高压部分都集中在本发明箱体内部。解决了用户自己动手改装房车供电系统的麻烦和带来的风险，且便于用户安装。

Description

一种房车用油电混合能源供电系统及工作方法

技术领域

本发明涉及汽车电子电路领域，具体涉及一种房车用油电混合能源供电系统及工作方法。

背景技术

随着经济社会的发展，自驾车旅游、房车露营旅游在全球范围内迅速发展，我国依旧如此，但总体还属于比较新兴的旅游业态，特别是房车露营相对来说还属于较新的概念，但也在开始快速发展。

与此同时，房车游的增长同与之配套的露营地发展还比较迟缓的矛盾体现得越发明显，至今国内很少有成规模的营地的出现，且其质量尚未达到国际标准。因此多数用户不能不将汽车停在宾馆院内，或者自己动手改装一个供电系统解决用电问题。但是，大多数用户都不是专业的，私自改装不但效果不好，还有很大的风险，因此可能造成对财产甚至人身安全的危害。

众所周知，房车用电设备较多，如空调、冰箱、各种影音娱乐设备、照明、电饭锅等，特别是空调开启后对电源要求是很高的。目前，房车驻车时要么依靠12V电池组提供电源，要么依靠驻地的市电(国家电网)。但12V电源电路电压低，电流大(电流可达200A以上)，DC-DC电源以及DC-AC逆变器的转换效率也较低。

目前市面上有采用电压高于300VDC的直流电源(一般都是锂电池组)给房车供电的，虽然降低了工作电流和线路损耗，提高了电路效率，但是这样的电池组需要超过100节锂电池电芯串联成高压，故障率是非常高的。因电压高，其充放电系统的故障率也高，更重要的是这个电压对人是致命的，更增大用户改装的风险，一旦漏电或者无意碰触就会造成不可挽回的损失。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种房车用油电混合能源供电系统，具体技术方案如下：

一种房车用油电混合能源供电系统的具体工作方式如下：

一种房车用油电混合能源供电系统，其特征在于：包括车载电池组供电模块、车载直流电机供电模块、市电供电模块和综合控制模块HCU、电池组充电模块、DC-AC逆变模块、12VDC低压输出模块和变频发电机组；

所述综合控制模块HCU的控制端口组分别与车载电池组供电模块、车载直流电机供电模块、市电供电模块、电池组充电模块、DC-AC逆变模块和12VDC低压输出模块、变频发电机组的控制端口相连；

车载电池组供电模块、车载直流电机供电模块和市电供电模块的输出端口分别与直流母线相连，该直流母线通过DC-AC逆变模块和12VDC低压输出模块转换，最终同用电设备系统的输入端口组相连。

进一步地：所述综合控制模块HCU包括控制器，该控制器的输入端口组分别与行车信号和控制输入端相连，该控制输入端包括触摸屏、按钮或键盘；

所述控制器的第一输出端口与第一继电器相连，该继电器作为多路DC输出电源的开关；

所述控制器的第二输出端口与多路CAN通信端口相连；

所述控制器的第三输出端口与第二继电器相连，该第二继电器用于控制变频发电机组。

进一步地：所述车载电池组供电模块、电池组充电模块、12VDC低压输出模块和车载直流电机供电模块均包括DC-DC转换拓扑模块、辅助电源模块、PWM驱动控制模块、电信号采样模块和CAN通信模块；

所述DC-DC转换拓扑模块的输入端同车载DC电池组相连，该DC-DC转换拓扑模块的输出端与输出电信号采样模块相连；

所述辅助电源模块的输入端与车载DC电池组相连，该辅助电源模块提供多路DC电压，该辅助电源模块分别与输入信号采集模块的电源端、PWM驱动控制模块的电源端，输出信号采样控制模块的电源端相连；

所述输入电信号采样模块采集DC-DC转换拓扑模块的输入电压和电流；

所述输入电信号采样模块的输出端与PWM驱动控制模块的第一输入端相连；

所述PWM驱动控制模块的控制端口与所述DC-DC转换拓扑模块的控制端口相连；

所述输出电信号采样控制模块采集DC-DC转换拓扑模块的输出端电压和电流、以及整个模块温度；

所述输出电信号采样控制模块的输出端口与所述PWM驱动控制模块的第二输入端口相连，数据采用隔离通信方式；

CAN通信模块的控制端口与所述PWM驱动控制模块的输入端口相连，数据采用隔离通信方式。

进一步地：所述输出电信号采样控制模块的输出端口还与所述CAN通信模块的输入端口相连。

其中，一种房车用油电混合能源供电系统工作方法的技术方案如下：

一种房车用油电混合能源供电系统工作方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：HCU模块判断汽车是否处于行驶状态中，如果是，则进入步骤S2，否则，进入步骤S6；

S2：启动车载供电模块，车载发动机供电；

S3：HCU模块判断负载是否小于车载发电机的功率，如果是，则进入步骤4，否则，进入步骤S5；

S4：启动充电器给电池组充电，上传车载发电机和电池组数据到LCD显示模块中；

S5：如果电池组满电，则启动电池组放电，上传车载发电机和电池组数据到LCD显示模块中；

S6：HCU模块检测是否存在市电信号，如果有，则进入步骤S7，否则，进入步骤S14；

S7：HCU模块启动市电供电模块；

S8：HCU模块判断负载是否小于市电的功率，如果是，则进入步骤S9，否则，进入步骤S10；

S9：启动充电器给电池组充电，上传车载发电机和电池组数据到LCD显示模块中；

S10：HCU模块判断电池组是否满足，如果是，则进入步骤S10，否则，进入步骤S11；

S11：如果电池组满电，则启动电池组放电，上传车载发电机和电池组数据到LCD显示模块中；

S12：关闭市电供电模块，启动发电机；

S13：如果负载小于发电机功率，则启动充电器给电池组充电，且上传发电机和电池组的数据到LCD显示模块中；

S14：如果电池组满电，则启动电池组放电，上传电池组数据到LCD显示模块中。

本发明的有益效果为：第一，系统通过一体式设计，用户能够接触到的都是低压部分，高压部分都集中在本发明箱体内部。解决了用户自己动手改装房车供电系统的麻烦和带来的风险，且便于用户安装；

第二，系统实现对整个供电系统的电压、电流、带载情况、故障提示、数据传输等多种控制和显示，以便被用户检测到。

第三，系统根据负载情况自动切换电源输入模式，不需要人工控制。

第四，系统采用的变频发电机组是静音式，大幅降低了噪声，不影响用户休息。

第五，系统采用技术成熟的对人体几乎无伤害的60VDC电池组取代12VDC低压以及高压电池组，且60VDC电池组价格较低，很容易买到，充放电系统的故障率也很低，避免了高压电池组带来的维修、更换的麻烦和危险。

附图说明

图1为本发明的结构框图；

图2为本发明的车载电池组供电模块示意图；

图3为本发明的市电供电模块示意图；

图4为综合控制模块HCU结构图；

图5为工作方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

如图1至图4所示：

一种房车用油电混合能源供电系统，包括车载电池组供电模块、车载直流电机供电模块、市电供电模块和综合控制模块HCU、电池组充电模块、DC-AC逆变模块、12VDC低压输出模块和变频发电机组；

综合控制模块HCU的控制端口组分别与车载电池组供电模块、车载直流电机供电模块、市电供电模块、电池组充电模块、DC-AC逆变模块和12VDC低压输出模块、变频发电机组的控制端口相连；

车载电池组供电模块、车载直流电机供电模块和市电供电模块的输出端口分别与直流母线相连，该直流母线通过DC-AC逆变模块和12VDC低压输出模块转换，最终同用电设备系统的输入端口组相连。

该车载电池组供电模块为60V转380V开关电源模块。

综合控制模块HCU包括控制器，该控制器的输入端口组分别与行车信号和控制输入端相连，该控制输入端包括触摸屏、按钮或键盘；

控制器的第一输出端口与第一继电器相连，该继电器作为多路DC输出电源的开关；

控制器的第二输出端口与多路CAN通信端口相连；

控制器的第三输出端口与第二继电器相连，该第二继电器用于控制变频发电机组。

车载电池组供电模块、电池组充电模块、12VDC低压输出模块和车载直流电机供电模块均包括DC-DC转换拓扑模块、辅助电源模块、PWM驱动控制模块、电信号采样模块和CAN通信模块；

DC-DC转换拓扑模块的输入端同车载DC电池组相连，该DC-DC转换拓扑模块的输出端与输出电信号采样模块相连；

辅助电源模块的输入端与车载DC电池组相连，该辅助电源模块提供多路DC电压，该辅助电源模块分别与输入信号采集模块的电源端、PWM驱动控制模块的电源端，输出信号采样控制模块的电源端相连；

输入电信号采样模块采集DC-DC转换拓扑模块的输入电压和电流；

输入电信号采样模块的输出端与PWM驱动控制模块的第一输入端相连；

PWM驱动控制模块的控制端口与DC-DC转换拓扑模块的控制端口相连；

输出电信号采样控制模块采集DC-DC转换拓扑模块的输出端电压和电流、以及整个模块温度；

输出电信号采样控制模块的输出端口与PWM驱动控制模块的第二输入端口相连，数据采用隔离通信方式；

CAN通信模块的控制端口与PWM驱动控制模块的输入端口相连，数据采用隔离通信方式。

本系统工作原理为：根据车辆负载情况，通过综合控制模块MCU，自动切换各个供电模块并给房车载各种负载、电器提供AC或DC电源。系统的直流母线电压可以根据用户的所在的市电电压调整，本设计以市电220VAC为例。

系统主要分为：12V转380VDC开关电源模块、60V转380VDC开关电源模块、市电转380VDC开关电源模块、380VDC转12VDC开关电源模块、380VDC转60VDC充电控制模块、380VDC转220VAC逆变模块、系统综合控制模块HCU。

车载DC电源模块包括12V直流电机或者12VDC电池组或者60VDC电池组(特别地，对于60VDC充电管理模块则是380VDC直流母线)。各模块功率较大，采用全桥、半桥或者推挽DC-DC转换拓扑模块将电压转换成需要的380VDC或者12VDC，以便给后面的模块或者用电器使用。

模块具有一个独立的隔离辅助电源模块，可以输出多路彼此隔离的12VDC或15VDC电压给输入电信号采样模块、PWM驱动控制模块和输出电信号采样控制模块供电。

车载DC电源模块具有一个独立的CAN通信电路，通过数据总线将相关数据以及故障信息传输给HCU。CAN模块由HCU提供12VDC电源，因此CAN模块工作与否由HCU决定，而本车载DC电源模块的工作与否由CAN模块决定。

市电供电模块具有一个全桥整流滤波电路，将市电转换成300VDC左右的直流电压。该DC电压连接DC-DC转换拓扑模块，该DC-DC转换拓扑模块为全桥拓扑，转换成系统需要的直流电压。

市电供电模块具有一个独立的辅助电源模块，可以输出多路彼此隔离的12VDC或15VDC电压给输入电信号采样模块、PWM驱动控制模块的电源端，输出电信号采样控制模块的供电。

该市电供电模块有一个将市电信号隔离传递(如光耦)给CAN模块的电路。

模块包含输入和输出电压、电流采集电路，并且具有过流保护、超温保护。

该市电供电模块有一个独立的CAN通信电路，通过数据总线将相关数据以及故障信息传输给HCU。CAN模块由HCU提供12VDC电源，因此CAN模块的工作与否由HCU决定。

HCU模块包含多路60VDC电源转12VDC电路，12VDC电压提供给各个分模块的CAN模块使用，并通过继电器控制是否各个CAN模块是否工作。

HCU模块能够接受房车行车或者驻车信号，并且能接受通过光耦隔离传递过来的CAN数据。

HCU模块还包含一个键盘和LCD显示器，用户可以时时控制和监控系统。键盘和LCD屏也可以根据需求更换为触摸屏。

HCU设置有一个用于控制变频静音发电机组的继电器，当负载超出系统能力，或者60VDC电池组电压过低等情况下，系统根据用户选择的不同变频发电机组，要么直接控制机启动，要么在LCD显示屏上提醒用户启动变频机组。

如图5所示，一种房车用油电混合能源供电系统工作方法，包括如下步骤：

S1：HCU模块判断汽车是否处于行驶状态中，如果是，则进入步骤S2，否则，进入步骤S6；

S2：启动车载供电模块，车载发动机供电；

S3：HCU模块判断负载是否小于车载发电机的功率，如果是，则进入步骤4，否则，进入步骤S5；

S4：启动充电器给电池组充电，上传车载发电机和电池组数据到LCD显示模块中；

S5：如果电池组满电，则启动电池组放电，上传车载发电机和电池组数据到LCD显示模块中；

S6：HCU模块检测是否存在市电信号，如果有，则进入步骤S7，否则，进入步骤S14；

S7：HCU模块启动市电供电模块；

S8：HCU模块判断负载是否小于市电的功率，如果是，则进入步骤S9，否则，进入步骤S10；

S9：启动充电器给电池组充电，上传车载发电机和电池组数据到LCD显示模块中；

S10：HCU模块判断电池组是否满足，如果是，则进入步骤S10，否则，进入步骤S11；

S11：如果电池组满电，则启动电池组放电，上传车载发电机和电池组数据到LCD显示模块中；

S12：关闭市电供电模块，启动发电机；

S13：如果负载小于发电机功率，则启动充电器给电池组充电，且上传发电机和电池组的数据到LCD显示模块中；

S14：如果电池组满电，则启动电池组放电，上传电池组数据到LCD显示模块中。

Claims (6)

1.一种房车用油电混合能源供电系统，其特征在于：包括车载电池组供电模块、车载直流电机供电模块、市电供电模块和综合控制模块HCU、电池组充电模块、DC-AC逆变模块、12VDC低压输出模块和变频发电机组；

所述综合控制模块HCU的控制端口组分别与车载电池组供电模块、车载直流电机供电模块、市电供电模块、电池组充电模块、DC-AC逆变模块和12VDC低压输出模块、变频发电机组的控制端口相连；

车载电池组供电模块、车载直流电机供电模块和市电供电模块的输出端口分别与直流母线相连，该直流母线通过DC-AC逆变模块和12VDC低压输出模块转换，最终同用电设备系统的输入端口组相连。

2.根据权利要求1所述一种房车用油电混合能源供电系统，其特征在于：

所述综合控制模块HCU包括控制器，该控制器的输入端口组分别与行车信号和控制输入端相连，该控制输入端包括触摸屏、按钮或键盘；

所述控制器的第一输出端口与第一继电器相连，该继电器作为多路DC输出电源的开关；

所述控制器的第二输出端口与多路CAN通信端口相连；

所述控制器的第三输出端口与第二继电器相连，该第二继电器用于控制变频发电机组。

3.根据权利要求1所述一种房车用油电混合能源供电系统，其特征在于：所述车载电池组供电模块、电池组充电模块、12VDC低压输出模块和车载直流电机供电模块均包括DC-DC转换拓扑模块、辅助电源模块、PWM驱动控制模块、电信号采样模块和CAN通信模块；

所述DC-DC转换拓扑模块的输入端同车载DC电池组相连，该DC-DC转换拓扑模块的输出端与输出电信号采样模块相连；

所述辅助电源模块的输入端与车载DC电池组相连，该辅助电源模块提供多路DC电压，该辅助电源模块分别与输入信号采集模块的电源端、PWM驱动控制模块的电源端，输出信号采样控制模块的电源端相连；

所述输入电信号采样模块采集DC-DC转换拓扑模块的输入电压和电流；

所述输入电信号采样模块的输出端与PWM驱动控制模块的第一输入端相连；

所述PWM驱动控制模块的控制端口与所述DC-DC转换拓扑模块的控制端口相连；

所述输出电信号采样控制模块采集DC-DC转换拓扑模块的输出端电压和电流、以及整个模块温度；

所述输出电信号采样控制模块的输出端口与所述PWM驱动控制模块的第二输入端口相连，数据采用隔离通信方式；

CAN通信模块的控制端口与所述PWM驱动控制模块的输入端口相连，数据采用隔离通信方式。

4.根据权利要求1所述一种房车用油电混合能源供电系统，其特征在于：所述输出电信号采样控制模块的输出端口还与所述CAN通信模块的输入端口相连。

5.根据权利要求1所述一种房车用油电混合能源供电系统，其特征在于：

所述市电供电模块包括全桥整流滤波模块、DC-DC转换拓扑模块、辅助电源模块、PWM驱动控制模块、电信号采样模块和CAN通信模块；

所述全桥整流滤波模块的输入端与市电相连，所述全桥整流滤波模块的输出端与DC-DC转换拓扑模块的输入端相连，该DC-DC转换拓扑模块的输出端与电信号采样模块相连；

所述车全桥整流滤波模块的输出端还与辅助电源模块的输入端相连，该辅助电源模块提供多路DC电压，该辅助电源模块分别与输入电信号采样模块的电源端、PWM驱动控制模块的电源端，输出电信号采样控制模块的电源端相连；

所述辅助电源模块还采集市电信号，并通过隔离通信方式转递给CAN通信模块；

所述输入电信号采样模块采集DC-DC转换拓扑模块的输入电压和电流；

所述输入电信号采样模块的输出端与PWM驱动控制模块的第一输入端相连；

所述PWM驱动控制模块的控制端口与所述DC-DC转换拓扑模块的控制端口相连；

所述输出电信号采样控制模块采集DC-DC转换拓扑模块的输出端电压和电流以及整个模块温度；

所述输出电信号采样控制模块的输出端口与所述PWM驱动控制模块的第二输入端口相连，数据采用隔离通信方式；

CAN通信模块的控制端口与所述PWM驱动控制模块的输入端口相连，数据采用隔离通信方式。

6.一种房车用油电混合能源供电系统工作方法，其特征在于：包括如下步骤：

S1：HCU模块判断汽车是否处于行驶状态中，如果是，则进入步骤S2，否则，进入步骤S6；

S2：启动车载供电模块，车载发动机供电；

S3：HCU模块判断负载是否小于车载发电机的功率，如果是，则进入步骤4，否则，进入步骤S5；

S4：启动充电器给电池组充电，上传车载发电机和电池组数据到LCD显示模块中；

S5：如果电池组满电，则启动电池组放电，上传车载发电机和电池组数据到LCD显示模块中；

S6：HCU模块检测是否存在市电信号，如果有，则进入步骤S7，否则，进入步骤S14；

S7：HCU模块启动市电供电模块；

S8：HCU模块判断负载是否小于市电的功率，如果是，则进入步骤S9，否则，进入步骤S10；

S9：启动充电器给电池组充电，上传车载发电机和电池组数据到LCD显示模块中；

S10：HCU模块判断电池组是否满足，如果是，则进入步骤S10，否则，进入步骤S11；

S11：如果电池组满电，则启动电池组放电，上传车载发电机和电池组数据到LCD显示模块中；

S12：关闭市电供电模块，启动发电机；

S13：如果负载小于发电机功率，则启动充电器给电池组充电，且上传发电机和电池组的数据到LCD显示模块中；

S14：如果电池组满电，则启动电池组放电，上传电池组数据到LCD显示模块中。