太陽能在特種客車上的應用

劉沖建

摘 要：突破傳統(tǒng)采血車220V供電系統(tǒng)模式，采用環(huán)保節(jié)能新型太陽能技術對采血車內(nèi)部設備提供電源，保證了整車工作環(huán)境的舒適性。且太陽能是一種清潔能源，太陽能電池可以把太陽能轉(zhuǎn)化為電能，推廣使用太陽能電池，可節(jié)約化石能源，減少大氣污染，是有效治理霧霾天氣的措施之一。

關鍵詞：太陽能；電池；逆變器

中圖分類號：TK511 文獻標識碼：A

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境保護和能源合理利用是人類生存所面臨的長久問題，生態(tài)環(huán)境的保護也時刻制約著當今世界經(jīng)濟的發(fā)展。太陽能作為一種豐富的自然資源，近來已經(jīng)得到了科學領域的認可和社會的普及推廣，隨著太陽能技術的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，太陽能技術的應用范圍越來越廣，目前太陽能應用于諸如民用、交通等各個領域。隨著人們生活水平的提高和環(huán)境意識的不斷增強，環(huán)保無疑成為了現(xiàn)代社會生活的主流發(fā)展趨勢。

1 太陽能供電系統(tǒng)設計方案

根據(jù)客戶要求，車內(nèi)空調(diào)不采用傳統(tǒng)采血車安裝的家用空調(diào)（停車時用，行車時用原車載空調(diào)），而是用直流電空調(diào)（無論停車及行車都可以使用）。車內(nèi)用電設備有儲血冰柜、熱合機、采血機、直流電空調(diào)、車內(nèi)照明燈及電池管理系統(tǒng)。其中，儲血冰柜、熱合機及采血機為交流負載。儲血冰柜峰功率1kW，正常220W以內(nèi)。電子秤在100W以內(nèi)（無峰值）；熱合機峰值500W左右，共計1.6kW左右。安裝6kW逆變器可滿足用電量要求。而直流電空調(diào)（工作電壓為DC280～400V）、車內(nèi)照明燈及電池管理系統(tǒng)為直流24V負載。其中，直流電空調(diào)為冷暖兩用的，制冷時耗電約9.5kW，制熱耗電約9.0kW，照明燈0.40kW左右，電池管理系統(tǒng)50W左右。另外，客戶每天滿負荷用電，至少保證4小時供電。

2 太陽能供電系統(tǒng)的實施

2.1 太陽能控制器及太陽能電池板

2.1.1 太陽能控制器的輸入電壓在DC100V-500V，為了充分利用客車外部空間，最大限度地多安裝太陽能柔性電池板，同時也為了滿足太陽能控制器輸入電壓的要求，根據(jù)車身結(jié)構(gòu)及客戶要求，在車身左側(cè)及車頂分別安裝21及7塊太陽能電池板。太陽能板之間采用牢固的MC4連接器連接。為了提高太陽能板的發(fā)電效率，太陽能板貼附面需做成與地面的夾角能夠在35°-90°之間的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。如果在側(cè)面背光等光照條件比較差的情況下，僅有頂部太陽能板能正常采集到太陽光，輸出電壓較低。因此將太陽能板做成角度可調(diào)的機構(gòu)，則可以大大增加太陽能板的發(fā)電效率。太陽能板采用串聯(lián)方式接入太陽能控制器。

2.1.2 太陽能控制器為太陽能充放電控制器，是控制多路太陽能電池方陣對蓄電池充電以及蓄電池給太陽能逆變器負載供電的自動控制設備。其綜合恒流充電法和恒壓充電法的優(yōu)點，將充電過程分為：強充、均充、吸收和浮充四個過程，根據(jù)蓄電池組端電壓的變化趨勢自動控制太陽能方陣輸入MOSFET的接通和關斷，實現(xiàn)蓄電池組的安全快速充電。

2.2 電池總成系統(tǒng)模塊設計

2.2.1 本次設計的電池總成系統(tǒng)由十個電池模塊單體并聯(lián)構(gòu)成。1個電池模塊單體由5個電池模組串聯(lián)組成，1個電池模組又由20個單體電池串聯(lián)組成。為了使車上的用電設備能夠正常運行，需保證串聯(lián)后的單個電池模塊電壓在250V-365V之間，電池模塊規(guī)格為320V/100AH，總能量32kW·h。為保證工作的穩(wěn)定性，整車直流供電系統(tǒng)設計安裝了2個電池模塊，共64kW·h。每組電池模組的循環(huán)壽命大于1500次，從而延長了太陽能系統(tǒng)的使用壽命。

2.2.2 考慮到整車行李艙空間的有限性及配重的問題，需留一定空間放置醫(yī)護人員的工作設備，整車的電池組及控制模塊均勻分布在行李艙內(nèi)：前輪后行李艙內(nèi)放置所有控制柜和4個電池箱單體，后輪前面的行李艙內(nèi)放置6個電池箱單體。

2.2.3 該車裝了2個電池模塊及2組BMS（電池管理系統(tǒng)，BATTERYMANA GEMENTSYSTEM）。電池模塊為二次電池，存在存儲能量少、壽命短、串并聯(lián)使用問題、電池電量估算困難等缺點。BMS能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過充電和過放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。主要功能如下：

（a）BMS除具備電池組總壓采集、單體電池電壓采集，溫度采集，電流采集，絕緣監(jiān)測、加熱控制等基本功能外，還創(chuàng)新性的開發(fā)了主動均衡、遠程監(jiān)控、容量管理、充電管理，配電管理等高級功能；

（b）系統(tǒng)由BMU（主控模塊，BatteryManagementUnit）、BSU（采集均衡模塊，BatterySampleUnit）、BDU（顯示模塊，BatteryDisplayUnit）組成。主控模塊通過CAN接口與采集模塊進行高速通信，BMU通過對電池組數(shù)據(jù)的實時采集分析，動態(tài)制定電池管理策略，通過熱管理、主動均衡管理、充電管理、放電管理等手段控制電池工作在合適的工況；

（c）系統(tǒng)具有豐富的外部接口，能夠滿足多種場合的應用需求，這些接口包括：電壓采集輸入接口、溫度采集輸入接口、風扇控制輸出接口、加熱控制輸出接口、USB接口、GPRS無線接口、干接點輸出接口、電流高速采集輸入接口、高壓信號采集輸入接口；

（d）電池管理系統(tǒng)BMS系統(tǒng)圖如圖1所示；

（e）電池總成原理圖如圖2所示。

2.3 電池管理系統(tǒng)（BMS）對電池的充放電控制方式如下：

（a）系統(tǒng)自動檢測兩個電池模塊的總電壓，選擇總壓高的電池模塊優(yōu)先放電，當其中一個電池模塊放電快結(jié)束時，會自動切換到第二個電池模塊放電，兩個電池模塊輪流放電，保證負載供電不中斷；

（b）電池模塊在放電的同時，不能夠?qū)Ψ烹姷碾姵啬K同時進行充電，即電池模塊不支持邊充邊放的模式。保證電池組的荷電狀態(tài)維持在合理的范圍內(nèi)，防止由于過充電或過放電對電池造成損傷，從而隨時預報儲能電池還剩余多少能量或者儲能電池的荷電狀態(tài)；

（c）在電池充放電過程中，實施采集電池組中的每塊電池的端電壓和溫度、充放電電流及電池包總電壓，防止過充電或過放電現(xiàn)象。同時能夠及時給出電池狀況，挑出有問題的電池，保持整組電池運行的可靠性和高效性，使電池組中各個電池達到均衡一致的狀態(tài)；

（d）白天時，太陽能發(fā)電，優(yōu)先供給負載使用，多余的電量補充進電池模塊中；

（e）太陽能正在充電時，如果系統(tǒng)檢測到有充電樁接入，會自動斷開太陽能充電端，當充電槍拔出時，系統(tǒng)會自動切換到太陽能充電；

（f）系統(tǒng)會設置一個總電源開關，只有將開關合上時，系統(tǒng)才會運行。

對于車內(nèi)交流220V用電設備，提供6kW的逆變器供電。該逆變器輸入電壓是直流300V，帶有感性負載，要耐短時大電流沖擊，因負載有車載儲血冰柜。輸出220V交流電接至車內(nèi)兩側(cè)相應設備位置靠側(cè)墻的地方，這樣就避免傳統(tǒng)采血車行車過程無法使用交流設備的問題。

2.4 整車系統(tǒng)原理圖（如圖3所示）

結(jié)語

本文設計的太陽能供電系統(tǒng)在采血車上的電力配給形式上突破了傳統(tǒng)的利用外接電源和發(fā)電機發(fā)電的供電方式。對太陽能模塊在采血車上的應用及相應控制方式做了研究，對于太陽能在汽車上的應用具有一定的理論及工程參考價值，為新能源汽車的開發(fā)與應用提供一種新的方案。相信在不久的將來，太陽能定會在汽車上逐漸應用普及。太陽能的廣泛應用不僅能為人們生活帶來便利，也會給我們賴以生存的地球帶來和諧的發(fā)展。

參考文獻

[1]周劍，何建華.汽車蓄電池虧電問題分析與處理[J].汽車電器，2014（02）：37-39.

[2]康健.淺談可再生能源的合理開發(fā)和利用[J].太陽能，2008（07）：61-62.

[3]胡興軍.探索中的太陽能汽車[J].交通與運輸，2009（01）：56-57.