CN113858950A - 一种旅居车智能互补电源系统及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旅居车智能互补电源系统，其为车用负载提供电源，包括太阳能光伏单元、动力电池单元、金属空气电池单元以及能源管理与控制中心；能源管理与控制中心包括电压检测模块、温度检测模块及电解液控制模块；电压检测模块和温度检测模块均分别与太阳能光伏单元、动力电池单元和金属空气电池单元连接，分别用以监测各单元的电压和温度；电解液控制模块与金属空气电池单元连接，用以动态控制金属空气电池单元的启闭。本发明旅居车智能互补电源系统，可实现在车辆行驶过程中边充电边放电的功能，且不同电源之间切换灵活，具有电力保障强、安全性高等优点。

Description

一种旅居车智能互补电源系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及电源系统的技术领域，尤其涉及一种旅居车智能互补电源系统及其控制方法。
背景技术
随着经济快速发展，人们生活水平提高，户外旅行渐渐成为人们休闲度假，放松身心的主要方式。然而，旅行中的现有条件往往会限制人们的衣食住行，耽误了一番好心情。近年来，旅居车因其可以同时解决旅行中住宿、烹饪、沐浴、娱乐等所需，成了很多人追求的一种旅行方式。但是，旅居车的电源供给多依靠自带的蓄电池以及燃油或者燃气发电机，以及营地所提供的电力。然而，旅居车耗电量大，蓄电池不能实现快速充放电，因而无法短时间进行大功率输出或储能。而使用燃气或者燃油发电机，噪音污染严重，影响休息，另外燃油燃烧的废气还污染空气。使用市电充电也存在诸多不便。因此开发智能互补的电源系统以及有效利用清洁能源是解决旅居车上述问题的有效途径。
中国专利CN 205326813 U公开了一种房车及其多能源互补的联合供电系统，该联合供电系统包括燃料电池、太阳能电池板和动力电池，燃料电池的进气端分别连接有进气装置和储氢装置，太阳能电池板输出端还连接有用于制氢的电解水装置，燃料电池和太阳能电池通过DC/DC与动力电池连接，DC/DC与动力电池之间的线路上连接有DC/AC逆变器，该系统还包括用于将通过电解水装置制得的氢气供给车辆用气设备使用的辅助储氢装置。该专利虽然在一定程度上对旅居车的电力来源进行了优化，比如舍弃了带来噪音污染的柴油/汽油发电机，也将清洁能源引入到能源系统中。但是，整个系统的设计还存在诸多问题。该专利采用的氢燃料电池作为一种备用电源，抛开氢燃料电池本身诸多问题没有解决外，仍有很多问题：比如Pt催化剂比较昂贵，氢气易燃易爆，储存时需要很大的压力，对储存的容器要求较高，都存在很大的安全隐患，让人不能放心使用。该专利中，仅设置了动力电池作为能量存储体，虽说可以通过DC/DC来稳压充电，但是在车辆行驶过程中，边充边放影响动力电池性能，并且存在一定的危险性。
鉴于上述问题，亟需提供一种适用于旅居车的智能互补电源系统，以满足旅居车电力保障的同时具备安全性保障。
发明内容
鉴于以上现有技术的不足之处，本发明首先提供了一种旅居车智能互补电源系统及其控制方法，以解决现有旅居车电源系统电力保障弱、安全性低等使用问题。
为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：
一种旅居车智能互补电源系统，所述电源系统为车用负载提供电源，所述电源系统包括太阳能光伏单元、动力电池单元、金属空气电池单元以及能源管理与控制中心；所述能源管理与控制中心包括电压检测模块、温度检测模块及电解液控制模块；所述电压检测模块分别与太阳能光伏单元、动力电池单元和金属空气电池单元连接，用以监测各单元的电压；所述温度检测模块分别与太阳能光伏单元、动力电池单元和金属空气电池单元连接，用以监测各单元的温度；所述电解液控制模块与金属空气电池单元连接，用以动态控制金属空气电池单元的启闭。
优选地，所述电源系统还包括用于接入市电网络的外接端口。
优选地，所述太阳能光伏单元电连接有1#DC/AC逆变器和1#DC/DC转换器，所述1#DC/AC逆变器和1#DC/DC转换器分别电连接至220V用电器和动力电池单元。
优选地，所述太阳能光伏单元与电解液控制模块建立电连接关系。
优选地，所述动力电池单元还电连接有2#DC/AC逆变器、2#DC/DC转换器和双向DC/DC转换器，所述2#DC/AC逆变器、2#DC/DC转换器和双向DC/DC转换器分别电连接至220V用电器、电解液控制模块和驱动电机。
优选地，所述金属空气电池单元还电连接有3#DC/AC逆变器和3#DC/DC转换器，所述3#DC/AC逆变器电连接至220V用电器，所述3#DC/DC转换器则电连接至动力电池单元和驱动电机。
优选地，所述温度检测模块还与热水及水暖设施连接。
优选地，所述动力电池单元由多个独立的储能模块组成。
优选地，所述金属空气电池单元为镁空气电池或铝空气电池。
本发明的另外一方面是提供一种如上述的旅居车智能互补电源系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
当太阳光照充足时，打开太阳能光伏单元接收光照，启动能源管理与控制中心，通过电压检测模块检测太阳能光伏单元的电压，将太阳能转化为电能输出，输出电能一方面经过1#DC/AC逆变器将直流电转化为220V交流电为负载提供电源，另外一方面经1#DC/DC转换器将多余的电能储存在动力电池单元的储能模块中，储能模块连接有电量指示器；另外通过温度检测模块检测太阳能光伏单元的温度；
当太阳光照不足时，太阳能光伏单元无法接收足够光照将太阳能转化为电能输出，此时能源管理与控制中心通过电压检测模块检测金属空气电池单元的电压，切换开启电解液控制模块，向金属空气电池单元注入电解液，金属空气电池单元启动运行输出电能，输出电能一方面经过3#DC/AC逆变器将直流电转化为220V交流电继续为负载提供电源，另外一方面经3#DC/DC转换器将多余的电能储存在动力电池单元的储能模块中或为驱动电机提供电能；另外通过温度检测模块检测金属空气电池单元的温度；以及
能源管理与控制中心通过电压检测模块检测动力电池单元的电压，储存有足够电量的动力电池单元输出电能，一方面经过2#DC/AC逆变器将直流电转化为220V交流电不间断地为负载提供电源，另外一方面经2#DC/DC转换器转换后为电解液控制模块提供电能，进而为金属空气电池单元注入电解液，启动金属空气电池单元运行输出更多电能，第三经双向DC/DC转换器为驱动电机提供电能；另外通过温度检测模块检测动力电池单元的温度。
优选地，所述动力电池单元由多个独立的储能模块组成。各储能模块与电压检测模块连接，通过电压的设定值，判断储能模块处于待充电状态还是待放电状态，各储能模块独立控制充放电，从而实现电源系统在车辆行驶过程中边充电边放电的功能，提高了电源系统的互补性，有利保障旅居车的电力供应。
优选地，所述动力电池单元为动力锂电池。
本发明的有益效果：
本发明的旅居车智能互补电源系统，包括太阳能光伏单元、动力电池单元和金属空气电池单元，各单元均可输出电能为旅居车车用负载提供电源，且不同电源之间切换灵活，可持续不断地为车用负载提供电力保障。
本发明的旅居车智能互补电源系统，通过动力电池单元设置的多个独立储能模块，可实现在车辆行驶过程中边充电边放电的功能。
本发明的旅居车智能互补电源系统，采用金属空气电池单元作为主要电源补充来源，相对于氢燃料电池，具有燃料来源广泛、成本低、安全性高等优点。
总的来说，本发明的旅居车智能互补电源系统，可持续不断地为旅居车车用负载提供电力保障，具有电力保障强、安全性高等优点。
附图说明
图1为本发明所提供的旅居车智能互补电源系统的示意图。
图2为本发明所提供的太阳能光伏单元能源互补利用的原理示意图。
图3为本发明所提供的动力电池单元能源互补利用的原理示意图。
图4为本发明所提供的金属空气电池单元能源互补利用的原理示意图。
图5为本发明所提供的市电网络能源利用的原理示意图。
其中，太阳能光伏单元1、金属空气电池单元2、动力电池单元3、能源管理与控制中心4、市电网络5、220V用电器6、热水及水暖设施7、驱动电机8、电压检测模块41、温度检测模块42、电解液控制模块43、1#DC/AC逆变器401、1#DC/DC转换器402、2#DC/AC逆变器403、2#DC/DC转换器404、双向DC/DC转换器405、3#DC/AC逆变器406、3#DC/DC转换器407、AC/DC逆变器408。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。
实施例
如图1至5所示，本实施例的旅居车智能互补电源系统，所述电源系统为车用负载提供电源，所述电源系统包括太阳能光伏单元1、动力电池单元3、金属空气电池单元2以及能源管理与控制中心4；通过所述太阳能光伏单元1、动力电池单元3和金属空气电池单元2的互补作用，使所述太阳能光伏单元1、动力电池单元3和金属空气电池单元2作为电力来源为旅居车提供电力保障；所述能源管理与控制中心4包括电压检测模块41、温度检测模块42及电解液控制模块43；所述电压检测模块41分别与太阳能光伏单元1、动力电池单元3和金属空气电池单元2连接，用以监测各单元的电压；所述温度检测模块42分别与太阳能光伏单元1、动力电池单元3和金属空气电池单元2连接，用以监测各单元的温度；所述电解液控制模块43与金属空气电池单元2连接，用以动态控制金属空气电池单元2的启闭；所述能源管理与控制中心4作为旅居车控制总成的核心部分，为旅居车各电力单元的互补作用发挥提供有利保障；通过所述能源管理与控制中心4以便为旅居车驱动电机8、220V用电器6和热水及水暖设施7等电力输出部分提供保障，其中，不仅为旅居车驱动电机8、220V用电器6提供用电负荷的及时供给，并有利为旅居车热水及水暖设施7提供热能补充。在一个优选的实施例中，所述金属空气电池单元2包括电解液输送泵和镁空气电池或铝空气电池，所述金属空气电池单元2由模块化的电池堆组成，所述电池堆由阴极片和阳极板组合而成的多个单电池构成，所述阴极片和阳极板在电解液的作用下输出电能。所述电解液控制模块43通过控制电解液输送泵的启停来完成电解的注入和排出。
本实施例的旅居车，所采用的金属空气电池单元2，其启动和关闭方便，只需要注入和排除电解液即可，方便智能化控制。在长途行驶时，也可以由金属空气电池单元2辅助动力电池单元3为驱动电机8提供电力，增加行驶里程。另外，金属空气电池单元2工作过程中，电解液温度会升高，能源管理与控制中心4可以协调电解液控制模块43及温度检测模块42，利用该电解液的热能进行供暖。
所述能源管理与控制中心4可以通过电压检测模块41监测各个能源板块的电压，并合理调控各能源板块，实现太阳能光伏单元1、动力电池单元3、金属空气电池单元2及市电网络5的智能互补；能源管理与控制中心4可以通过温度检测模块42监测各能源板块的温度，以便有效进行热能利用及设备散热的调控操作；能源管理与控制中心4可以通过电解液控制模块43对金属空气电池单元2进行实时地开启及关闭作业，及时进行电能的供给。
在至少一个实施例中，所述电源系统还包括用于接入市电网络5的外接端口，接入的市电可以直接供给220V用电器6，或通过AC/DC逆变器408为动力电池单元3提供电力补充。所述市电网络5也作为电力来源为旅居车提供电力保障。
本实施例，所述太阳能光伏单元1电连接有1#DC/AC逆变器401和1#DC/DC转换器402，所述1#DC/AC逆变器401和1#DC/DC转换器402分别电连接至220V用电器6和动力电池单元3。所述太阳能光伏单元1与电解液控制模块43建立电连接关系。本实施例，可对太阳能光伏单元1进行更加有效的利用，所述太阳能光伏单元1输出的电能进行220V用电器6使用以及电能储备，以及在需要启动金属空气电池单元2时，为电解液控制模块43提供电力保障。通过温度检测模块42实时监控太阳能光伏单元1、动力电池单元3、金属空气电池单元2和热水及水暖设施7的温度，以便将太阳能光伏单元1所收集的热能传导给动力电池单元3、金属空气电池单元2和热水及水暖设施7使用。
所述动力电池单元3由多个独立的储能模块组成。各储能模块与电压检测模块41连接，通过电压的设定值，判断储能模块处于待充电状态还是待放电状态，各储能模块独立控制充放电，从而实现电源系统在车辆行驶过程中边充电边放电的功能，提高了电源系统的互补性，有利保障旅居车的电力供应。在其中的一个优选实施例中，所述动力电池单元3为动力锂电池。
本实施例所述动力电池单元3还电连接有2#DC/AC逆变器403、2#DC/DC转换器404和双向DC/DC转换器405，所述2#DC/AC逆变器403、2#DC/DC转换器404和双向DC/DC转换器405分别电连接至220V用电器6、电解液控制模块43和驱动电机8。动力电池单元3具有多个独立的储能模块，可以单独或者联合供电，可避免储能模块充放电同时进行，缩减电池寿命。所述动力电池单元3取代旅居车原有蓄电池，所占体积减少，储备的电能增多，蓄电池无法短时间放出大电流，而动力电池可以克服该缺陷。此外，动力电池会保留一点的电量阀值，在太阳能光伏单元1及动力电池单元3供能不足，当远离市电网络5时，为电解液控制模块43提供电能，用来启动金属空气电池单元2。
本实施例所述金属空气电池单元2还电连接有3#DC/AC逆变器406和3#DC/DC转换器407，所述3#DC/AC逆变器406电连接至220V用电器6，所述3#DC/DC转换器407则电连接至动力电池单元3和驱动电机8。
本实施例所述温度检测模块42还与热水及水暖设施7连接。旅居车中设置的热水及水暖设施7，通过太阳能光伏单元1可将太阳能转换成热能，能源管理与控制中心4通过温度检测模块42实时监测热水及水暖设施7温度，以提供70℃生活用热水及为寒冷季节水暖设施提供热能供应。
本实施例旅居车智能互补电源系统的控制方法，所述控制方法包括以下步骤：
当太阳光照充足时，打开太阳能光伏单元1的面板接收光照，启动能源管理与控制中心4，通过电压检测模块41检测太阳能光伏单元1的电压，将太阳能转化为电能输出，输出电能一方面经过1#DC/AC逆变器401将直流电转化为220V交流电为负载提供电源，另外一方面经1#DC/DC转换器402将多余的电能储存在动力电池单元3未处于工作状态下的储能模块中，储能模块连接有电量指示器；另外通过温度检测模块42检测太阳能光伏单元1的温度；将太阳能光伏单元1产生的热能提供给热水及水暖设施7，以得到70℃生活用热水及为寒冷季节水暖设施提供热能供应；在一个优选的实施例中，在低温条件下，通过温度检测模块42检测太阳能光伏单元1的温度，以控制太阳能光伏单元1的热能用来对金属空气电池单元2所用电解液以及动力电池单元3进行预热，保证金属空气电池单元2电解液在一个合适的温度范围，改善动力电池单元3低温启动性能；
在一个优选的实施例中，当光照强度不强时，行驶过程中也可以打开顶部的太阳能电池面板，太阳能光伏单元1将太阳能转换成电能，通过1#DC/DC转换器402将能量依次储存在动力电池单元30处于工作状态下的储能模块中。此外，能源管理与控制中心4通过电压检测模块41实时监测动力电池单元3中储能模块的电压，当发现太阳能光伏单元1补充入动力电池单元3电量过少时，及时利用太阳能光伏单元1提供电能，开启电解液控制模块43，进而开启金属空气电池单元2，辅助动力电池单元3为驱动电机8提供动力，并将多余的电能依次储存入动力电池单元3未处于工作状态的储能模块中，增加车辆的行驶里程；
当太阳光照不足时，太阳能光伏单元1的面板无法接收足够光照将太阳能转化为电能输出，此时能源管理与控制中心4通过电压检测模块41检测金属空气电池单元2的电压，切换开启电解液控制模块43，向金属空气电池单元2注入电解液，金属空气电池单元2启动运行输出电能，输出电能一方面经过3#DC/AC逆变器406将直流电转化为220V交流电继续为负载提供电源，另外一方面经3#DC/DC转换器407将多余的电能储存在动力电池单元3的储能模块中或为驱动电机8提供电能，增加车辆的行驶里程；另外通过温度检测模块42检测金属空气电池单元2的温度；以及
能源管理与控制中心4通过电压检测模块41检测动力电池单元3的电压，储存有足够电量的动力电池单元3输出电能，一方面经过2#DC/AC逆变器403将直流电转化为220V交流电不间断地为负载提供电源，另外一方面经2#DC/DC转换器404转换后为电解液控制模块43提供电能，进而为金属空气电池单元2注入电解液，启动金属空气电池单元2运行输出更多电能，第三经双向DC/DC转换器405为驱动电机8提供电能；另外通过温度检测模块42检测动力电池单元3的温度。本实施例，旅居车车辆正常行驶时,动力电池单元3通过双向DC/DC转换器405为驱动电机8提供动力，同时，驱动电机8产生的能量通过双向DC/DC转换器405反充入动力电池单元3中。
在一个优选的实施例中，当车辆停止后，太阳能光伏单元1的面板可以横向张开，扩大一倍太阳能光伏单元1面板的接收面积，增大太阳能光伏单元1转换的能量。
在一个优选的实施例中，若车辆没有停入驻扎营地，无法使用市电，动力电池单元3将通过2#DC/AC逆变器403将电压逆变至220V，为220V用电器6提供电能。当能源管理与控制中心4通过电压检测模块41检测到动力电池单元3消耗过半，能源管理与控制中心4利用动力电池单元3，通过2#DC/DC转换器404提供电能，打开电解液控制模块43，开启金属空气电池单元2，一方面，金属空气电池单元2通过3#DC/AC逆变器406为220V用电器6提供电能，另一方面，通过3#DC/DC转换器407将电能储存入动力电池单元3未处于工作状态下的储能模块中。
在一个优选的实施例中，金属空气电池单元2工作时，电解液温度随着反应进行会升高，能源管理与控制中心4可以协同电解液控制模块43及温度检测模块42，将电解液高温产生的热能用来辅助太阳能光伏单元1提供给热水及水暖设施7。
在一个优选的实施例中，若车辆进入驻扎营地或者可以进行市电网络5进行充电时，优先选择市电网络5通过AC/DC逆变器408对动力电池单元3进行电能补给，并直接给220V用电器6提供电能。
本实施例的能源互补利用过程，能源管理与控制中心4都会通过温度检测模块42实时监测各板块的温度，有效进行散热处理。如果发现温度异常情况，会及时报警，确保安全。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种旅居车智能互补电源系统，所述电源系统为车用负载提供电源，其特征在于，所述电源系统包括太阳能光伏单元、动力电池单元、金属空气电池单元以及能源管理与控制中心；所述能源管理与控制中心包括电压检测模块、温度检测模块及电解液控制模块；所述电压检测模块分别与太阳能光伏单元、动力电池单元和金属空气电池单元连接，用以监测各单元的电压；所述温度检测模块分别与太阳能光伏单元、动力电池单元和金属空气电池单元连接，用以监测各单元的温度；所述电解液控制模块与金属空气电池单元连接，用以动态控制金属空气电池单元的启闭。
2.如权利要求1所述的旅居车智能互补电源系统，其特征在于，所述电源系统还包括用于接入市电网络的外接端口。
3.如权利要求1所述的旅居车智能互补电源系统，其特征在于，所述太阳能光伏单元电连接有1#DC/AC逆变器和1#DC/DC转换器，所述1#DC/AC逆变器和1#DC/DC转换器分别电连接至220V用电器和动力电池单元。
4.如权利要求1所述的旅居车智能互补电源系统，其特征在于，所述太阳能光伏单元与电解液控制模块建立电连接关系。
5.如权利要求1所述的旅居车智能互补电源系统，其特征在于，所述动力电池单元还电连接有2#DC/AC逆变器、2#DC/DC转换器和双向DC/DC转换器，所述2#DC/AC逆变器、2#DC/DC转换器和双向DC/DC转换器分别电连接至220V用电器、电解液控制模块和驱动电机。
6.如权利要求1所述的旅居车智能互补电源系统，其特征在于，所述金属空气电池单元还电连接有3#DC/AC逆变器和3#DC/DC转换器，所述3#DC/AC逆变器电连接至220V用电器，所述3#DC/DC转换器则电连接至动力电池单元和驱动电机。
7.如权利要求1所述的旅居车智能互补电源系统，其特征在于，所述温度检测模块还与热水及水暖设施连接。
8.如权利要求1所述的旅居车智能互补电源系统，其特征在于，所述动力电池单元由多个独立的储能模块组成。
9.如权利要求1所述的旅居车智能互补电源系统，其特征在于，所述金属空气电池单元为镁空气电池或铝空气电池。
10.一种如权利要求1至9任一项所述的旅居车智能互补电源系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：
当太阳光照充足时，打开太阳能光伏单元接收光照，启动能源管理与控制中心，通过电压检测模块检测太阳能光伏单元的电压，将太阳能转化为电能输出，输出电能一方面经过1#DC/AC逆变器将直流电转化为220V交流电为负载提供电源，另外一方面经1#DC/DC转换器将多余的电能储存在动力电池单元的储能模块中，储能模块连接有电量指示器；另外通过温度检测模块检测太阳能光伏单元的温度；
当太阳光照不足时，太阳能光伏单元无法接收足够光照将太阳能转化为电能输出，此时能源管理与控制中心通过电压检测模块检测金属空气电池单元的电压，切换开启电解液控制模块，向金属空气电池单元注入电解液，金属空气电池单元启动运行输出电能，输出电能一方面经过3#DC/AC逆变器将直流电转化为220V交流电继续为负载提供电源，另外一方面经3#DC/DC转换器将多余的电能储存在动力电池单元的储能模块中或为驱动电机提供电能；另外通过温度检测模块检测金属空气电池单元的温度；以及
能源管理与控制中心通过电压检测模块检测动力电池单元的电压，储存有足够电量的动力电池单元输出电能，一方面经过2#DC/AC逆变器将直流电转化为220V交流电不间断地为负载提供电源，另外一方面经2#DC/DC转换器转换后为电解液控制模块提供电能，进而为金属空气电池单元注入电解液，启动金属空气电池单元运行输出更多电能，第三经双向DC/DC转换器为驱动电机提供电能；另外通过温度检测模块检测动力电池单元的温度。
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