CN112952981A - 一种油电混合移动电源系统及其工作方法 - Google Patents

一种油电混合移动电源系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种油电混合移动电源系统及其工作方法，系统包括燃油发电机供电单元、蓄电池供电单元、整流模块、DC‑DC转换模块、第一逆变模块、第二逆变模块、充电控制开关和控制单元；燃油发电机供电单元与整流模块连接，整流模块分别与DC‑DC转换模块、第一逆变模块连接；蓄电池供电单元与第二逆变模块连接；蓄电池供电单元与直流输出端之间通过充电控制开关连接，燃油发电机供电单元、DC‑DC转换模块、第一逆变模块、第二逆变模块和充电控制开关分别与控制单元通信连接。本发明使得用户可以根据应用环境选择蓄电池供电和/或发电机供电，能够满足不同需求的用户，扩大了单台移动电源的适用范围。

Description

一种油电混合移动电源系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及移动电源技术领域，尤其涉及一种油电混合移动电源系统及其工作方法。
背景技术
在移动电源市场应用中，市场主流有单独以锂电池提供能源的便携式移动电源和单独以燃油为能源的发电机两种；相比较而言，便携式锂电移动电源优点在于重量轻，体积小，无噪音污染，在室内和户外都可以使用，缺点是续航能力不足，充电速度慢，电池放电完以后需要很长的时间充电才能再次使用，而燃油发电机存在相对体积较大，有一定的噪音污染，需要在通风良好的环境中使用，优点在于续航能力充足，输出功率强劲。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种油电混合移动电源系统及其工作方法，使得用户可以根据应用环境选择蓄电池供电和/或发电机供电，能够满足不同需求的用户，扩大了单台移动电源的适用范围。
为了实现上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供一种油电混合移动电源系统，包括燃油发电机供电单元、蓄电池供电单元、整流模块、DC-DC转换模块、第一逆变模块、第二逆变模块、充电控制开关和控制单元；
所述燃油发电机供电单元的输出端与所述整流模块的输入端连接，所述整流模块的输出端分别与所述DC-DC转换模块的输入端、第一逆变模块的输入端连接，所述DC-DC转换模块的输出端作为用于连接直流负载的直流输出端，所述第一逆变模块的输出端作为用于连接交流负载的第一交流输出端；
所述蓄电池供电单元的供电端与所述第二逆变模块的输入端连接，所述第二逆变模块的输出端作为用于连接交流负载的第二交流输出端；
所述蓄电池供电单元的充电端与所述直流输出端之间通过所述充电控制开关连接，所述燃油发电机供电单元、DC-DC转换模块、第一逆变模块、第二逆变模块和充电控制开关分别与所述控制单元通信连接。
优选地，所述油电混合移动电源系统还包括用于检测所述蓄电池供电单元的剩余电量的电量检测模块，所述电量检测模块的输入端与所述蓄电池供电单元连接，所述电量检测模块的输出端与所述控制单元的电量信息输入端连接。
优选地，所述第一交流输出端和所述第二交流输出端之间通过并联线路并联连接，且所述并联线路上设有用于开关所述并联线路的并联控制开关，所述并联控制开关的控制信号输入端与所述控制单元的并联信号输出端通信连接。
优选地，所述燃油发电机供电单元包括燃油发动机和发电机，所述燃油发动机和所述发电机传动连接，所述燃油发动机的控制端与所述控制单元通信连接，所述发电机的输出端作为所述燃油发电机供电单元的输出端与所述整流模块的输入端连接。
优选地，所述燃油发动机为内燃机。
优选地，所述发电机为永磁发电机。
优选地，所述蓄电池供电单元包括锂电池组。
优选地，所述充电控制开关和并联控制开关均为半导体开关器件。
据本发明的第二个方面，本发明提供一种上述第一个方面所述的油电混合移动电源系统的工作方法，所述工作方法包括：
控制单元获取供电控制指令；
控制单元基于所述供电控制指令选择对应的供电模式控制所述油电混合移动电源系统供电，所述供电模式包括发电机输出供电模式和蓄电池输出供电模式，其中，
在所述发电机输出供电模式下：
所述控制单元根据所述供电控制指令控制所述燃油发电机供电单元启动，以通过所述直流输出端和/或所述第一交流输出端为负载提供预设电压的直流电源或交流电源；
在所述蓄电池输出供电模式下：
所述控制单元根据所述供电控制指令控制所述蓄电池供电单元开启，以通过所述第二交流输出端为负载提供预设电压的交流电源；
当所述蓄电池供电单元的电量低于第一预设电量时，所述控制单元控制所述燃油发电机供电单元启动，以通过所述第一交流输出端为负载提供预设的交流电源，且所述控制单元控制所述充电控制开关闭合，以通过所述直流输出端输出的直流电源为所述蓄电池供电单元充电；
在所述蓄电池供电单元充电过程中，所述控制单元根据所述第一逆变模块当前的输出功率自动分配所述DC-DC转换模块的输出功率；
当所述蓄电池供电单元充电达到第二预设电量时，所述控制单元控制所述蓄电池供电单元再次开启，并控制所述燃油发电机供电单元关闭，以通过所述第二交流输出端为负载提供预设电压的交流电源。
优选地，所述供电模式还包括并联输出供电模式，
在所述并联输出供电模式下：
所述控制单元控制所述燃油发电机供电单元和所述蓄电池供电单元同时开启，并控制所述第一交流输出端和所述第二交流输出端并联为负载供电。
由以上方案可知，本发明提供了一种油电混合移动电源系统及其工作方法，通过将蓄电池供电和发电机供电相结合，使得用户可以根据应用环境选择蓄电池供电和/或发电机供电，既可以满足静音工作需求，又可以满足长时间的户外工作需求，进而满足不同需求的用户，扩大了单台移动电源的适用范围；在蓄电池供电单元电量不足时，可直接启动燃油发电机供电单元切换为发电机供电，实现无缝切换，并可通过控制单元控制充电控制开关闭合，使得直流输出端为蓄电池供电单元快速充电，有效减少充电时间，解决单独以锂电池提供能源的便携式移动电源续航能力不足的问题；在发电机供电时，可以通过直流输出端和第一交流输出端同时提供直流和交流输出，满足更多应用场景；DC-DC转换模块和第一逆变模块共用一个整流模块，有效降低成本；在单独采用发电机供电或蓄电池供电无法满足输出功率需求时，可同时启动发电机供电和蓄电池供电，并将第一交流输出端和第二交流输出端并联输出，有效提高移动供电电源的输出总功率。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本发明提供的一种优选实施方式中油电混合移动电源系统的结构示意图；
图2是本发明提供的一种优选实施方式中油电混合移动电源系统的工作方法的流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
如图1所示，本实施例提供一种油电混合移动电源系统，其包括燃油发电机供电单元1、蓄电池供电单元2、整流模块3、DC-DC转换模块4、第一逆变模块5、第二逆变模块6、充电控制开关7和控制单元8；燃油发电机供电单元1的输出端与整流模块3的输入端连接，整流模块3的输出端分别与DC-DC转换模块4的输入端、第一逆变模块5的输入端连接，DC-DC转换模块4的输出端作为用于连接直流负载的直流输出端，第一逆变模块5的输出端作为用于连接交流负载的第一交流输出端；蓄电池供电单元2的供电端与第二逆变模块6的输入端连接，第二逆变模块6的输出端作为用于连接交流负载的第二交流输出端；蓄电池供电单元2的充电端与直流输出端之间通过充电控制开关7连接，燃油发电机供电单元1、DC-DC转换模块4、第一逆变模块5、第二逆变模块6和充电控制开关7分别与控制单元8通信连接。
具体地，在本实施例中，控制单元8可以采用MCU(Microcontroller Unit，微控制单元8)控制器。
本实施例中，燃油发电机供电单元1输出供电时，整流模块3将燃油发电机供电单元1输出的交流电通过整流转换为直流电，第一逆变模块5将整流模块3输出的直流电通过逆变转换为所需电压的交流电，并通过第一交流输出端为负载供电，DC-DC转换模块4将整流模块3输出的直流电转换为所需电压的直流电，并通过直流输出端为负载供电或为蓄电池供电单元2充电；电池供电单元输出供电时，第二逆变模块6将蓄电池供电单元2输出的直流电通过逆变转换为所述的交流电，并通过第二交流输出端为负载供电。通过将蓄电池供电和发电机供电相结合，使得用户可以根据应用环境选择蓄电池供电和/或发电机供电，既可以满足静音工作需求，又可以满足长时间的户外工作需求，进而满足不同需求的用户，扩大了单台移动电源的适用范围；在蓄电池供电单元2电量不足时，可直接启动燃油发电机供电单元1切换为发电机供电，实现无缝切换，并可通过控制单元8控制充电控制开关7闭合，使得直流输出端为蓄电池供电单元2快速充电，有效减少充电时间，解决单独以锂电池提供能源的便携式移动电源续航能力不足的问题；在发电机供电时，可以通过直流输出端和第一交流输出端同时提供直流和交流输出，满足更多应用场景；DC-DC转换模块4和第一逆变模块5共用一个整流模块3，有效降低成本；在单独采用发电机供电或蓄电池供电无法满足输出功率需求时，可同时启动发电机供电和蓄电池供电，并将第一交流输出端和第二交流输出端并联输出，有效提高移动供电电源的输出总功率。
在一个实施例中，油电混合移动电源系统还包括用于检测蓄电池供电单元2的剩余电量的电量检测模块9，电量检测模块9的输入端与蓄电池供电单元2连接，电量检测模块9的输出端与控制单元8的电量信息输入端连接。当采用蓄电池供电单元2供电时，通过电量检测模块9实时检测蓄电池供电单元2的当前电量，为不同电源输出之间的切换提供准确的量化条件，当蓄电池供电单元2的电量不足时，通过控制单元8控制燃油发电机供电单元1工作，从而实现发电机供电和蓄电池供电的自动无缝切换。
在一个实施例中，第一交流输出端和第二交流输出端之间通过并联线路并联连接，且并联线路上设有用于开关并联线路的并联控制开关10，并联控制开关10的控制信号输入端与控制单元8的并联信号输出端通信连接。通过并联线路可以将第一交流输出端和第二交流输出端并联，在并联控制开关10断开时，第一交流输出端和第二交流输出端分别独立输出，当负载所需的功率较大时，通过控制单元8控制燃油发电机供电单元1和蓄电池供电单元2同时工作，同时控制并联控制开关10闭合，第一交流输出端和第二交流输出端实现并联，此时交流输出的总功率为第一交流输出端和第二交流输出端输出的功率之后，这样有效提高了移动供电电源的交流输出总功率，从而满足更多的应用场景。
在一个实施例中，燃油发电机供电单元1包括燃油发动机101和发电机102，燃油发动机101和发电机102传动连接，燃油发动机101的控制端与控制单元8通信连接，发电机102的输出端作为燃油发电机供电单元1的输出端与整流模块3的输入端连接。当需要燃油发电机供电单元1供电时，控制单元8控制燃油发动机101启动，燃油发动机101带动发电机102转动，发电机102输出的交流电输入至整流模块3。
在一个实施例中，燃油发动机101为内燃机。采用内燃机作为发电机102的动力源，热能利用率高，结构紧凑，体积小，启动快，适应性能好。本实施例中，具体可以采用汽油机，相对于柴油机噪音小、功率大。
在一个实施例中，发电机102为永磁发电机。永磁发电机与励磁发电机相比，结构简单、可靠性高，体积小、重量轻、比功率大，能显著延长蓄电池的使用寿命、减少蓄电池维护工作，效率高，适于潮湿、灰尘多或爆炸性危险程度较大的工作环境。
在一个实施例中，蓄电池供电单元2包括锂电池组201。锂电池能量密度高，使用寿命长，资方电驴很低，重量轻，高低温适应性强。
在一个实施例中，充电控制开关7和并联控制开关10均为半导体开关器件。具体地，充电控制开关7和并联控制开关10分别可以采用不同的半导体开关器件，例如晶闸管。
如图2所示，本实施例提供一种上述实施例中的油电混合移动电源系统的工作方法，该工作方法包括：
S1，控制单元获取供电控制指令；
当需要使用油电混合移动电源系统进行供电时，首先，通过控制单元获取供电控制指令。具体地，该供电控制指令可以是用户通过操作控制面板或远程控制终端发出。
S2，控制单元基于供电控制指令选择对应的供电模式控制油电混合移动电源系统供电，供电模式包括发电机输出供电模式和蓄电池输出供电模式。
获取得供电控制指令后，控制单元根据控制指令选择相应的供电模式，并根据选择的供电模式对油电混合移动电源系统进行供电控制。
在发电机输出供电模式下：
控制单元根据供电控制指令控制燃油发电机供电单元启动，以通过直流输出端和/或第一交流输出端为负载提供预设电压的直流电源或交流电源；
在蓄电池输出供电模式下：
控制单元根据供电控制指令控制蓄电池供电单元开启，以通过第二交流输出端为负载提供预设电压的交流电源；
当蓄电池供电单元的电量低于第一预设电量(例如5％)时，控制单元控制燃油发电机供电单元启动，以通过第一交流输出端为负载提供预设的交流电源，且控制单元控制充电控制开关闭合，以通过直流输出端输出的直流电源为蓄电池供电单元充电；
在蓄电池供电单元充电过程中，控制单元根据第一逆变模块当前的输出功率自动分配DC-DC转换模块的输出功率，具体可优先保证第一逆变模块的输出功率；
当蓄电池供电单元充电达到第二预设电量(例如100％)时，控制单元控制蓄电池供电单元再次开启，并控制燃油发电机供电单元关闭，以通过第二交流输出端为负载提供预设电压的交流电源。
由以上方案可知，本实施例提供的油电混合移动电源系统的工作方法，可以根据供电控制指令选择对应的供电模式控制油电混合移动电源系统供电，使得用户可以根据应用环境选择蓄电池供电和/或发电机供电，既可以满足静音工作需求，又可以满足长时间的户外工作需求，进而满足不同需求的用户，扩大了单台移动电源的适用范围；在蓄电池供电单元电量不足时，可直接启动燃油发电机供电单元切换为发电机供电，实现无缝切换，并可通过控制单元控制充电控制开关闭合，使得直流输出端为蓄电池供电单元快速充电，有效减少充电时间，解决单独以锂电池提供能源的便携式移动电源续航能力不足的问题；在发电机供电时，可以通过直流输出端和第一交流输出端同时提供直流和交流输出，满足更多应用场景。
在一个实施例中，供电模式还包括并联输出供电模式，
在并联输出供电模式下：
控制单元控制燃油发电机供电单元和蓄电池供电单元同时开启，并控制第一交流输出端和第二交流输出端并联为负载供电。
将第一交流输出端和第二交流输出端并联输出，有效提高移动供电电源的输出总功率。
需要说明的是，本申请未述及之处与现有技术相同。
本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种油电混合移动电源系统，其特征在于，包括燃油发电机供电单元、蓄电池供电单元、整流模块、DC-DC转换模块、第一逆变模块、第二逆变模块、充电控制开关和控制单元；
所述燃油发电机供电单元的输出端与所述整流模块的输入端连接，所述整流模块的输出端分别与所述DC-DC转换模块的输入端、第一逆变模块的输入端连接，所述DC-DC转换模块的输出端作为用于连接直流负载的直流输出端，所述第一逆变模块的输出端作为用于连接交流负载的第一交流输出端；
所述蓄电池供电单元的供电端与所述第二逆变模块的输入端连接，所述第二逆变模块的输出端作为用于连接交流负载的第二交流输出端；
所述蓄电池供电单元的充电端与所述直流输出端之间通过所述充电控制开关连接，所述燃油发电机供电单元、DC-DC转换模块、第一逆变模块、第二逆变模块和充电控制开关分别与所述控制单元通信连接。
2.根据权利要求1所述的油电混合移动电源系统，其特征在于，还包括用于检测所述蓄电池供电单元的剩余电量的电量检测模块，所述电量检测模块的输入端与所述蓄电池供电单元连接，所述电量检测模块的输出端与所述控制单元的电量信息输入端连接。
3.根据权利要求2所述的油电混合移动电源系统，其特征在于，所述第一交流输出端和所述第二交流输出端之间通过并联线路并联连接，且所述并联线路上设有用于开关所述并联线路的并联控制开关，所述并联控制开关的控制信号输入端与所述控制单元的并联信号输出端通信连接。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的油电混合移动电源系统，其特征在于，所述燃油发电机供电单元包括燃油发动机和发电机，所述燃油发动机和所述发电机传动连接，所述燃油发动机的控制端与所述控制单元通信连接，所述发电机的输出端作为所述燃油发电机供电单元的输出端与所述整流模块的输入端连接。
5.根据权利要求4所述的油电混合移动电源系统，其特征在于，所述燃油发动机为内燃机。
6.根据权利要求4所述的油电混合移动电源系统，其特征在于，所述发电机为永磁发电机。
7.根据权利要求4所述的油电混合移动电源系统，其特征在于，所述蓄电池供电单元包括锂电池组。
8.根据权利要求3所述的油电混合移动电源系统，其特征在于，所述充电控制开关和并联控制开关均为半导体开关器件。
9.一种权利要求1-8任意一项所述的油电混合移动电源系统的工作方法，其特征在于，包括：
控制单元获取供电控制指令；
控制单元基于所述供电控制指令选择对应的供电模式控制所述油电混合移动电源系统供电，所述供电模式包括发电机输出供电模式和蓄电池输出供电模式，其中，
在所述发电机输出供电模式下：
所述控制单元根据所述供电控制指令控制所述燃油发电机供电单元启动，以通过所述直流输出端和/或所述第一交流输出端为负载提供预设电压的直流电源或交流电源；
在所述蓄电池输出供电模式下：
所述控制单元根据所述供电控制指令控制所述蓄电池供电单元开启，以通过所述第二交流输出端为负载提供预设电压的交流电源；
当所述蓄电池供电单元的电量低于第一预设电量时，所述控制单元控制所述燃油发电机供电单元启动，以通过所述第一交流输出端为负载提供预设的交流电源，且所述控制单元控制所述充电控制开关闭合，以通过所述直流输出端输出的直流电源为所述蓄电池供电单元充电；
在所述蓄电池供电单元充电过程中，所述控制单元根据所述第一逆变模块当前的输出功率自动分配所述DC-DC转换模块的输出功率；
当所述蓄电池供电单元充电达到第二预设电量时，所述控制单元控制所述蓄电池供电单元再次开启，并控制所述燃油发电机供电单元关闭，以通过所述第二交流输出端为负载提供预设电压的交流电源。
10.根据权利要求9所述的油电混合移动电源系统的工作方法，其特征在于，所述供电模式还包括并联输出供电模式，
在所述并联输出供电模式下：
所述控制单元控制所述燃油发电机供电单元和所述蓄电池供电单元同时开启，并控制所述第一交流输出端和所述第二交流输出端并联为负载供电。
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