淺談車輛改裝中綜合電源供電系統(tǒng)的運用

錢 鵬

（常熟華東汽車有限公司，江蘇 常熟 215500）

淺談車輛改裝中綜合電源供電系統(tǒng)的運用

錢 鵬

（常熟華東汽車有限公司，江蘇 常熟 215500）

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和技術的進步，各類專用車輛在國民經(jīng)濟的各個行業(yè)和領域內得到深入應用，房車、指揮車、通信車、轉播車等各類具有專用特種功能的車輛不斷涌現(xiàn)，車內所有的電子、通信設備和生活設施正常工作需要車內能夠提供持續(xù)、穩(wěn)定、足功率的供電支撐。在移動環(huán)境下提供穩(wěn)定的供電是一個值得研究的問題。通過分析各種電源特性，立足于近年來迅速發(fā)展的發(fā)電、逆變、電源轉換技術，基于車輛使用環(huán)境和特點，設計了車載綜合電源供電系統(tǒng)，實現(xiàn)了車輛移動環(huán)境下可持續(xù)穩(wěn)定供電。

改裝車輛；移動環(huán)境；綜合電源應用

無論何種用途的特種車輛，車載電源系統(tǒng)都屬于車載電氣系統(tǒng)中最基本的子系統(tǒng)，沒有有效、持續(xù)的供電保證，車載設備將無法正常工作。因此，使用何種車載供電模式，一直以來都是特種車輛改裝行業(yè)從業(yè)者所努力探討的課題之一。在日常維修改裝工作中，經(jīng)常有客戶根據(jù)自身行業(yè)或實際需要提出在車內增添各類電源規(guī)格的電氣設備，并要求能夠正常使用。目前一般沿用的是從車載點煙器或蓄電池取直流電來進行供電的方式，但在車輛行駛或駐車狀態(tài)下，為保證車內大功率設備的長時間使用，這種方式顯然已經(jīng)無法滿足客戶的需求。因此筆者立足于近年來迅速發(fā)展的發(fā)電、逆變、電源轉換技術，自行設計了一套車載綜合電源供電系統(tǒng)，并成功應用于多種特種專用車輛，實現(xiàn)了車輛移動環(huán)境下可持續(xù)穩(wěn)定供電。

1 車載電源供電現(xiàn)狀

車載供電一般分為外接電充電、蓄電池放電逆變和自發(fā)電2大類。目前，在車輛改裝中一般采用這2種模式的組合運用，實現(xiàn)車內電源的供應。

1.1 外接電源充電、蓄電池放電逆變模式

當車輛駐車時，通過電纜盤連接停車位附近低壓交流電源插座，引進交流電源對車內設備供電或對蓄電池進行充電。在車輛行駛中或無市電狀態(tài)下，利用蓄電池進行放電、逆變實現(xiàn)車內設備的直流、交流供電。其放電時間取決于電池容量、用電功率和工作溫度等，這種供電模式缺乏持久性，只適合在小功率、短時間內使用。在日常使用中，大功率用電狀態(tài)下，持續(xù)供應時間短、充電時間比放電時間長等缺點都嚴重制約了蓄電池充、放電模式作為車載設備的基礎供電電源。在這種供電模式下，為獲得長時間電源供應，采用唯一的辦法就是增加蓄電池數(shù)量、擴大蓄電池容量，但這種方式受到車廂內部空間位置、車輛配重等各種因素制約，所以在當今車載設備越來越多、用電功率越來越大、要求供電時間越來越長的情況下，只能作為一般車載備用供電手段。

1.2 自發(fā)電模式

在自發(fā)電模式中，最常見的是油機組供電。油機組使用的燃料包括汽油、柴油及燃氣等。油機組是由一臺獨立原動機驅動一臺發(fā)電機實現(xiàn)自發(fā)電。油機組技術成熟，種類繁多，但是不同種類的油機組有很明顯的優(yōu)點和缺點。例如汽油機和燃氣機因其燃料具易燃性，不適用于消防、電磁和靜電環(huán)境較復雜場合；而柴油機因其噪聲高、質量和體積大，也從根本上限制了自身的應用范圍。另外，油機組在車輛行駛中工作時，其產(chǎn)生的油氣、煙氣、自身發(fā)熱、振動等問題尚待解決。

在自發(fā)電模式中還有一種取力發(fā)電系統(tǒng)，是利用車輛自身發(fā)動機作為驅動源，根據(jù)取力點不同，還可分為取力器取力、液壓泵取力、曲軸輪取力3種驅動模式。但是這種取力發(fā)電模式對車輛底盤要求有配套取力接口和改裝空間，具有較強的專業(yè)性和難度，需要在所加裝的底盤上有對應的接口才能完成。因此，在日常改裝中很難實現(xiàn)。

2 車載綜合電源供電系統(tǒng)工作原理和系統(tǒng)構成

綜合電源供電系統(tǒng)是基于目前市場上成熟運用的充電、逆變、光伏發(fā)電技術，設計一套由充電型逆變器、蓄電池組、電池智能分離系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)等模塊單元組成的車載電源綜合系統(tǒng)。該套系統(tǒng)以充電式逆變器為核心，以智能電池分離系統(tǒng)、蓄電池組、綠色能源（太陽能、風能等）發(fā)電系統(tǒng)為輔助的組合式發(fā)電、充電、逆變綜合型電源系統(tǒng)。

首先，系統(tǒng)可通過逆變器，將存儲在蓄電池中的直流電源逆變輸出為交流220 V電源，供交流設備使用。同時，系統(tǒng)可通過車輛底盤發(fā)電機、外接交流電源、綠色能源（太陽能、風能等）發(fā)電系統(tǒng)等多類型發(fā)電模式給蓄電池組充電。在主車蓄電池外，根據(jù)加裝設備功率、使用需要，加裝對應規(guī)格容量的鉛酸蓄電池組，在使用過程中通過智能電池分離系統(tǒng)，實現(xiàn)主、副蓄電池組的有效結合與分離。此系統(tǒng)輸出功率規(guī)格為1～4 kW，具有占地空間小、安裝方便、使用車型范圍廣、可長時間持續(xù)供電等特點；并實現(xiàn)了車載蓄電池、加裝蓄電池智能連接；市電充電、光伏發(fā)電、車輛發(fā)電多渠道、多形式能源利用方式并存；交流電源和直流電源綜合輸出等功能，可滿足目前車輛改裝過程中加裝的各類用電設備的電源供應。

2.1 系統(tǒng)工作原理圖

車載綜合電源系統(tǒng)由充電逆變器、加裝蓄電池、智能電池分離器、光伏發(fā)電4大模塊組成，通過這4個模塊的組合運用，實現(xiàn)了車內電器設備的可靠、穩(wěn)定、可持續(xù)使用。如圖1所示。

圖1 車載綜合電源系統(tǒng)工作原理圖

2.2 系統(tǒng)模塊組成

2.2.1 充電型逆變器

該套系統(tǒng)的核心部件是可充電型逆變器，通過該設備實現(xiàn)系統(tǒng)內各類電源的綜合轉換利用，如圖2所示。當有交流電源供應時，該設備可將交流電源穩(wěn)壓后對車內交流設備供電，同時輸出直流充電電流對蓄電池進行充電和對車內直流設備供電；當無交流電源供應時，該設備可將蓄電池的直流電源逆變輸出為交流電源，使車輛在行駛時正常使用電器設備。同時車載蓄電池作為車內設備的直流電源供應來源。

圖2 充電型逆變器系統(tǒng)構成圖

2.2.2 加裝蓄電池組

首先根據(jù)車輛底盤蓄電池電壓規(guī)格（12V/24V）選擇對應電壓規(guī)格的蓄電池組，便于和主車電池系統(tǒng)的并接；然后根據(jù)車內空間大小和車內設備功率情況選擇合適容量、數(shù)量的蓄電池組，形成加裝蓄電池。該蓄電池組作為該系統(tǒng)電源能量主儲存模塊，是車輛行駛過程中電源供應的主要來源。

2.2.3 智能電池分離系統(tǒng)

智能電池分離器是雙電池隔離充電系統(tǒng)，能很好地實現(xiàn)主車起動電池和加裝輔助電池的完全充電和智能分離隔斷。智能電池分離器系統(tǒng)構成見圖3。

圖3 智能電池分離器系統(tǒng)構成圖

1）雙電池自動充電模式 當起動發(fā)動機工作時，帶動車載發(fā)電機對主車起動電池充電。當主車起動蓄電池達到13.6～13.8 V（12 V系統(tǒng)）或27.2～27.6 V（24 V系統(tǒng)）時，分離器吸合，此時車載發(fā)電機在對主車起動蓄電池充電時，同時對加裝蓄電池充電。當主車起動蓄電池降低時（12 V系統(tǒng)：12.5～12.8 V；24 V系統(tǒng)：25～25.6 V）時，分離器斷開，主車起動蓄電池和加裝蓄電池分開，主車蓄電池停止對加裝設備供電，防止主車蓄電池過放電。

2）雙電池手動輔助啟動、充電模式 智能電池分離器具有手動/自動控制開關。當該開關處于自動模式時，電池分離器的吸合根據(jù)主車起動蓄電池電壓自動吸合/分離。當處于手動模式時，電池分離器可強制吸合，主車蓄電池和加裝蓄電池連接。當主車長時間停駛，主車蓄電池虧電時，加裝蓄電池可以參與車輛起動時的大電流輸出，提高主車起動的成功性。與此同時，還可通過外接交流電源、充電型逆變器，對加裝蓄電池和主車起動蓄電池同時充電，快速提高主、副蓄電池的容量。

2.2.4 光伏綠色能源發(fā)電模塊

為保證車輛能源來源的多渠道、多形式，利用車輛頂部的有效空間，可平鋪粘貼安裝柔性太陽能發(fā)電膜，其實際安裝布置見圖4。條件允許情況下可加裝小型風力發(fā)電裝置，對加裝蓄電池進行充電儲能，有效合理地利用太陽能和風能等綠色能源，實現(xiàn)車輛在野外工作環(huán)境下的電源長時間供應。

圖4 柔性太陽能發(fā)電膜車頂布置

3 車載綜合電源供電系統(tǒng)實際中應用

車載綜合電源供電系統(tǒng)的設計，立足于實際，充分考慮了車輛的周邊環(huán)境條件和各類設備的用電需求。通過多種形式的電源輸入、多種類型的電源轉換等方式，在實際應用中滿足車輛在行駛、靜止等不同狀態(tài)下用戶對車輛持續(xù)供電的需求。圖5為車載綜合電源供電系統(tǒng)實際運用示意圖。

圖5 車載綜合電源供電系統(tǒng)實際運用示意圖

3.1 在車輛停止狀態(tài)下

通過電纜盤連接市電插座引進交流電源，通過充電型逆變器對車內交流設備供電，同時對蓄電池組充電，蓄電池組對車內的直流設備供電。在這種模式下，在保證外接交流穩(wěn)定的情況下，可保證所有車載交直流設備的長時間滿負荷運行。

3.2 在車輛行駛中或無市電輸入狀態(tài)下

撥動智能電池分離器的手動/自動模式開關為自動工作模式。充電型逆變器利用加裝蓄電池組進行逆變，實現(xiàn)車內設備的交流供電，同時加裝蓄電池組對車內直流設備進行供電。由于在車輛行駛或無市電狀況下，加裝蓄電池組自身容量的局限性，不可能長時間維持車內設備的電源供應，而此時主車發(fā)電機在車輛發(fā)動機帶動下開始工作，主車蓄電池電壓經(jīng)過發(fā)電機充電后電壓開始上升，當恢復到智能電池分離器吸合電壓時，分離器自動吸合，主車起動蓄電池和加裝蓄電池并接，實現(xiàn)雙電池并聯(lián)輸出。而主車發(fā)電機的持續(xù)電流輸出，在用電設備功率不大于發(fā)電機輸出功率情況下，蓄電池保持充電、用電的平衡，可維持長時間車內設備用電。同時車頂?shù)娜嵝蕴柲馨l(fā)電膜在有日照的情況下，可持續(xù)為加裝蓄電池供電。在這種模式下，只要用電設備功率不超出主車發(fā)電機輸出功率和太陽能發(fā)電功率之和，就可以維持車載設備在移動環(huán)境下的長效、多種類電源供應。在實際運用中，可通過加大主車發(fā)電機功率、增添太陽能、風能等綠色能源的種類和發(fā)電功率，來滿足大功率用電設備在車載移動環(huán)境下的長效供電。

3.3 在主車長時間停用、主車蓄電池虧電狀況下

當車輛難以起動時，過去只能采取臨時搭電或更換蓄電池的方式來實現(xiàn)車輛起動運行，然而這種方法需要現(xiàn)場具有電量充足的蓄電池才能實現(xiàn)。對于采用車載綜合電源系統(tǒng)的車輛，可撥動智能電池分離器的手動/自動模式開關為手動模式，此時智能電池分離器強制吸合，主車起動蓄電池和加裝蓄電池并接，加裝的蓄電池和主車起動蓄電池一起參與車輛起動。如果加裝蓄電池電量也不足，可尋找附近交流電源接入車輛，通過充電型逆變器對加裝蓄電池和主車蓄電池進行充電；或通過車頂?shù)奶柲馨l(fā)電膜將太陽能轉化為蓄電池電能，實現(xiàn)車載蓄電池組的電量補充。

3.4 系統(tǒng)功能優(yōu)勢

改裝車輛過程中，車載電源系統(tǒng)的改裝是整個系統(tǒng)改裝過程中的基礎環(huán)節(jié)。以往的改裝設計方案是停車時為儲能模塊單元（蓄電池）充電，車輛行駛時通過儲能模塊單元（蓄電池）供電方式的方案。此種車載電源供電方案由于受到儲能模塊單元（蓄電池）的限制，造成無法保證車載電氣設備的大功率、有效、長時間使用。

筆者認為，改裝車載電源系統(tǒng)的核心是必須解決車載儲能單元模塊（蓄電池組）能源的多形式、多狀態(tài)、多渠道的可持續(xù)補充的問題。本文所闡述車載綜合電源系統(tǒng)可以把交流電源、車載發(fā)電機、太陽能、風能等綠色能源進行綜合利用，實現(xiàn)了多形式、多狀態(tài)、多渠道的能源補充，實現(xiàn)了車載電源設備的長時間使用。同時通過充電型逆變器和智能電池分離器的組合使用，實現(xiàn)了車載直流電源供電情況下的交流設備的有效使用和主、副蓄電池組之間的智能分/合。通過這種方式，實現(xiàn)了主、副蓄電池組之間供電方式科學搭配組合使用，使主車蓄電池在容量充足時在保證主車電氣設備可靠使用情況下，可對外輸出，實現(xiàn)了車輛行駛狀態(tài)下的電源系統(tǒng)的有效可持續(xù)供應。在容量不足時可依靠外界電源進行充電，解決了車輛長期不用，而導致起動困難的頑疾。

4 結論

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和在國民經(jīng)濟中的普及應用，車輛的使用功能從單一的交通工具逐漸向車載移動平臺轉型升級，車輛也從單一運輸功能向面于用戶自身需求的各類個性化功能擴展。在這一發(fā)展趨勢中，移動行駛中車輛電源的持續(xù)供應是制約車輛功能拓展和使用范圍延伸的瓶頸，通過該車載綜合電源供電系統(tǒng)可以很好滿足不同用戶的各類電氣設備使用需求，實現(xiàn)了車輛的功能和用途的有效擴大。目前此車載綜合電源供電系統(tǒng)已成功在筆者設計改裝的電視轉播車、警用巡邏車、房車等各類特種專用車上成功應用，滿足了不同客戶的對車載移動環(huán)境下的用電設備的使用需求。

（編輯 凌 波）

Kreisel的電池組獲得Frosta & Sullivan技術領導獎；新的生產(chǎn)設施九月份開工

Frosta & Sullivan咨詢公司最近選擇奧地利Kreisel Electric作為2017年歐洲電動汽車技術領導獎的獲獎者，F(xiàn)rosta & Sullivan表示，該下一代鋰離子電池的獨特技術使得Kreisel Electric在電動汽車市場上具有獨特的競爭優(yōu)勢。

Kreisel確保其電池組以最小的重量提供最大的容量，該公司擁有最安全的鋰離子電池，保證使用壽命為40萬kms,這使得其是獨特的并且仍然是市場上最輕的電池。

——Frosta & Sullivan行業(yè)經(jīng)理Prajyot N.Sathe

Kreisel將于今年九月在奧地利的Rainhach開啟一個7000m2的新建的生產(chǎn)基地。

用于家庭儲能系統(tǒng)MAVERO的全自動化生產(chǎn)線已經(jīng)安裝，幾千個預留系統(tǒng)中的500個將很快準備好交付給客戶。該MAVERO有四種不同的大小，從8 kWh到22 kWh。該Kreisel家庭儲能系統(tǒng)不需要常規(guī)的顯示器，而是與創(chuàng)新的燈光效果進行通信，其安裝只需要一個人。Kreisel與跨學科設計機構合作，于六月份獲得洛杉磯國際設計大獎。

我們新業(yè)務的投資成本約為1400萬歐元，這有助于支持一個集成的1000 kWh的電池儲能系統(tǒng)和一個200 kWp的光伏系統(tǒng)，這將確保我們的新的生產(chǎn)設施可以不間斷地完成一周的工作。目前，具有70名員工的Kreisel可以從事42個電動汽車項目，到2018年年底，我們公司希望將員工人數(shù)擴大到200人。

——Kreisel Electric CEO,Christian Schlōgl

(信息來源：2017.8.3 Green Car Congress） 戴朝典編譯

Discussion on the Integrated Electricity Power Supply System in Vehicle Modification

QIAN Peng
(Changshu Huadong Motor Co.,Ltd.,Changshu 215500,China)

With the development of economy and technology,specialized vehicles have been widely used in various industries.New specialized vehicles like house van, mobile control van,communication van and broadcast van keep coming up.To support the use of all kinds of electrics on those vehicles,a stable,reliable and powerful electricity supply is especially important.Reliable power supply in mobile environment has been a valuable research topic.In this paper,through analysis of various power supply features,based on recent electricity technology and vehicle working environment,an integrated vehicle power supply system is proposed,which could realize a sustainable electricity supply in mobile environment.

vehicle modification；mobile environment；integrated power supply

U463.63

A

1003-8639（2017）09-0012-04

2016-11-24；

2017-04-07

錢鵬（1973-），男，江蘇常熟人，高級工程師，從事各類特種車輛的電氣系統(tǒng)的改裝設計，具有豐富的特種改裝車電氣系統(tǒng)設計、安裝實踐經(jīng)歷和從業(yè)經(jīng)驗。