CN109774480B - 一种机场地面特种车辆混合供电系统及供电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明中公开了一种机场地面特种车辆混合供电系统及供电控制方法，该混合供电系统，包括发电机组、动力电池系统和控制总成，动力电池系统通过控制总成连接驱动电机；所述上装负载包括上装负载一和上装负载二，发电机组分别连接上装负载一和上装负载二，动力电池系统连接上装负载二；上装负载启动时，所述发电机组为上装负载一提供启动所需的电能，动力电池系统为上装负载二提供启动所需的电能。在上装负载启动时采用同时通过发电机组和动力电池系统为上装负载供电的方式，降低了发电机组在启动上装负载时的峰值功率要求，从而降低了供电系统中发电机组的功率，实现了降低发电机组成本及节能减排的目的。

Description

一种机场地面特种车辆混合供电系统及供电控制方法

技术领域

本发明涉及车辆混合供电技术领域，特别涉及一种机场地面特种车辆混合供电系统及供电控制方法。

背景技术

机场地面空调车是用于在飞机远机位停泊时，为停靠在地面的飞机提供经过过滤、加压、除湿以及降湿(或加热)的新鲜空气服务的特种车辆。从机动性上来看，机场地面空调车分为拖挂式和自行式两种；拖挂式没有行走设备，工作时需要采用其它车辆拖动至工作场所；自行式通常采用通用车辆底盘作为行走装置，在底盘上装备动力机组、空调机组等专用设备。现有的自行式地面空调车通常包括汽车底盘、空调机组和发电机组，通过汽车发动机为汽车底盘提供驱动，而空调机组则由发电机组为其提供动力源。

发明专利CN101580132B中公开了一种共用动力源移动式航空地面设备，其在底盘上设置发电机组，将底盘部分转运动力源与上装部分功能输出用动力源合二为一；底盘由三相交流电动机牵引，电源由上装部分箱体内的柴油(或汽油)发电机组提供。地面空调车需要转运时，启动发电机组向牵引电机供电；到达机位停车后启动自动控制系统，电源切换向空调/电源系统供电。该设备采用一套动力源，以降低设备成本，提高动力源利用率，可达到零排放无污染的效果。但由于通常空调机组与底盘工作所需的功率往往不同，并且存在较大的差异，并且空调机组中各用电设备的启动功率与额定功率之间同样具有较大的差异，为了满足底盘和空调机组的运行功率要求，往往需要使发电机组的功率达到其中所需最大功率的要求，导致发电机组的功率没有得到充分的利用，降低了发电机组的利用效率，使得大量的能源被损耗，实际上并不能起到节能减排的目的。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的上述技术问题，提供一种机场地面特种车辆混合供电系统及供电控制方法，将底盘供电系统和和车辆上装供电系统相结合，共同为上装负载提供启动所需的功率，达到降低车辆上装发电机组功率的效果，实现节能减排的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种机场地面特种车辆混合供电系统，包括

发电机组，所述发电机组为车辆上装负载提供正常工作所需的电能；

动力电池系统，所述动力电池系统为车辆底盘的驱动电机提供工作所需的电能；

控制总成，动力电池系统通过控制总成连接驱动电机；

所述上装负载包括上装负载一和上装负载二，发电机组分别连接上装负载一和上装负载二，动力电池系统连接上装负载二；

上装负载启动时，所述发电机组为上装负载一提供启动所需的电能，动力电池系统为上装负载二提供启动所需的电能。

上述技术方案中，第一方面，所述动力电池系统和发电机组均通过控制总成连接上装负载二，所述控制总成与驱动电机和上装负载二之间分别设置有第一继电器和第二继电器；所述控制总成包括控制单元、AC/DC整流模块和DC/AC逆变模块，控制单元用于控制AC/DC整流模块和DC/AC逆变模块的通断，AC/DC整流模块的输出端连接DC/AC逆变模块的输入端，所述发电机组连接AC/DC整流模块的输入端，动力电池系统连接DC/AC逆变模块的输入端，DC/AC逆变模块的输出端分别连接驱动电机和上装负载二。

进一步地，结合第一方面，所述发电机组与控制总成及控制总成与上装负载二之间均设置有变压器。

进一步地，结合第一方面，所述动力电池系统和控制总成之间设置有DC/DC直流变压模块。

上述技术方案中，第二方面，所述发电机组的输出端连接上装负载二的输入端，发电机组与上装负载二之间设置有第三继电器，所述动力电池系统通过控制总成连接上装负载二；所述控制总成包括DC/AC逆变模块，动力电池系统连接DC/AC逆变模块的输入端，DC/AC逆变模块的输出端分别连接驱动电机和上装负载二，控制总成和上装负载二之间设置有换路保护器。

进一步地，结合第二方面，所述控制总成和上装负载二之间设置有变压器。

进一步地，结合第二方面，所述动力电池系统和控制总成之间设置有DC/DC直流变压模块。

本发明还可采用以下技术方案：

一种机场地面特种车辆混合供电系统，包括

发电机组，所述发电机组为车辆上装负载提供正常工作所需的电能；

动力电池系统，所述动力电池系统为车辆底盘的驱动电机提供工作所需的电能；

控制总成，动力电池系统通过控制总成连接驱动电机；

所述上装负载包括上装负载一和上装负载二，发电机组分别连接上装负载一和上装负载二，动力电池系统连接上装负载二；

上装负载启动时，所述动力电池系统与发电机组一部分电能耦合后为上装负载二供电，发电机组其余电能为上装负载一供电。

上述技术方案中，进一步地，所述动力电池系统和发电机组均通过控制总成连接上装负载二，所述控制总成与驱动电机和上装负载二之间分别设置有第一继电器和第二继电器；所述控制总成包括控制单元、AC/DC整流模块和DC/AC逆变模块，控制单元用于控制AC/DC整流模块和DC/AC逆变模块的通断，AC/DC整流模块的输出端连接DC/AC逆变模块的输入端，所述发电机组连接AC/DC整流模块的输入端，动力电池系统连接DC/AC逆变模块的输入端，DC/AC逆变模块的输出端分别连接驱动电机和上装负载二。

上述技术方案中，进一步地，所述发电机组与控制总成及控制总成与上装负载二之间均设置有变压器。

上述技术方案中，进一步地，所述动力电池系统和控制总成之间设置有DC/DC直流变压模块。

本发明还提供一种机场地面特种车辆混合供电控制方法，包括：

S1、上装负载启动时，控制发电机组为上装负载一供电，动力电池系统为上装负载二供电；优选地，当动力电池系统输出电流小于上装负载二启动电流时，控制发电机组一部分电能与动力电池系统进行耦合后，为上装负载二供电，控制发电机组其余电能为上装负载一供电；

S2、上装负载启动后，控制动力电池停止向上装负载二供电，控制发电机组同时向上装负载一和上装负载二供电。

上述技术方案中，进一步地，所述步骤S2中，上装负载正常工作状态下，

1)当发电机组输出功率大于上装负载工作功率时，控制发电机组为动力电池系统充电；

2)当发电机组输出功率小于上装负载工作功率时，控制动力电池系统为上装负载二供电。

本发明中根据特种车辆中上装负载的启动功率往往大于额定功率的特点，在上装负载启动时采用同时通过发电机组和动力电池系统为上装负载供电的方式，降低了发电机组在启动上装负载时的峰值功率要求，从而降低了车辆供电系统中发电机组的功率，实现了降低发电机组成本及节能减排的目的。

附图说明

图1为本发明实施例一结构示意图。

图2为本发明实施例二结构示意图。

图3为本发明实施例三结构示意图。

图4为本发明实施例四结构示意图。

图5为本发明实施例五结构示意图。

图6为本发明实施例六结构示意图。

图中：101、发电机组，102、上装负载一，103、上装负载二，201、动力电池系统，202、驱动电机，203、控制总成，231、AC/DC整流模块，232、DC/AC逆变模块，204、变压器，205、DC/DC直流变压模块，206、换路保护器；

KM1、第一继电器，KM2、第二继电器，KM3、第三继电器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

基于现有特种车辆上装负载启动功率往往大于其启动后正常工作时额定功率的情况，在通过发电机组为上装负载供电时，为保证上装负载的正常启动和工作，往往需要使发电机组的工作功率能达到上装负载启动所需的启动功率，无疑增加了对发电机组的功率要求，提高了发电机组的启动；而在上装负载正常工作过程中，此时由于发电机组的输出功率大于上装负载的工作功率，从而造成能源的浪费。为解决上述问题，本发明中的机场地面特种车辆混合供电系统，充分利用特种车辆上现有动力系统所提供的能源，在上装系统启动时采用发电机组和动力电池系统分别为上装负载中的部分负载提供启动所需的电能，达到削减发电机组启动峰值功率的目的。

为实现上述目的，本发明可采用以下技术方案：

一种机场地面特种车辆混合供电系统，包括：

发电机组101，所述发电机组为车辆上装负载提供正常工作所需的电能；

动力电池系统201，所述动力电池系统为车辆底盘的驱动电机提供工作所需的电能；

控制总成203，动力电池系统通过控制总成连接驱动电机；

所述上装负载包括上装负载一102和上装负载二103，发电机组101分别连接上装负载一102和上装负载二103，动力电池系统201连接上装负载二103；

上装负载启动时，所述发电机组101为上装负载一提供启动所需的电能，动力电池系统201为上装负载二提供启动所需的电能。

具体地，上述技术方案可通过以下几个具体实施方式来实现。

实施例一

如图1所示，发电机组101一输出端直接与上装负载一102连接，为上装负载一供电；发电机组101的另一输出端连接到控制总成203，通过控制总成与上装负载二103连接。

动力电池系统通过控制总成分别连接驱动电机和上装负载二，控制总成和驱动电机之间设置有第一继电器KM1，控制总成和上装负载二之间设置有第二继电器KM2。

这里的控制总成203包括控制单元、AC/DC整流模块231和DC/AC逆变模块232，控制单元用于控制AC/DC整流模块和DC/AC逆变模块的开启和关闭，AC/DC整流模块231的输出端通过直流母线连接DC/AC逆变模块232的输入端。这里的AC/DC整流模块，用于将输入的交流电转换为直流电，DC/AC逆变模块则将AC/DC整流模块或动力电池系统输出的直流电转换为交流电。本实施例中控制总成可采用湖南中车时代电动汽车股份有限公司的tDriver-DE5型控制总成，这种控制总成为目前电动汽车上的常用部件，用于实现将整车高压配电的直流电逆变成交流电，以驱动电机工作。该控制总成结构及电路为现有技术，本领域技术人员可在现有技术的基础上清楚地知道采用该控制总成实现本实施例中控制总成所实现的功能，这里不对其进行详细的描述。

发电机组101与上装负载二103连接的输出端连接到AC/DC整流模块231的输入端，AC/DC整流模块231的输出端通过直流母线连接DC/AC逆变模块232的输入端，DC/AC逆变模块232的输出端连接到上装负载二103，形成发电机组对上装负载二供电的供电电路。

动力电池系统201输出端连接DC/AC逆变模块232的输入端，DC/AC逆变模块232的输出端分别连接驱动电机202和上装负载二103，分别形成动力电池系统对驱动电机供电的供电电路和动力电池系统对上装负载二供电的供电电路。本实施例中在动力电池系统对驱动电机供电的供电电路的基础上，设置动力电池系统对上装负载二供电的供电电路，未增加其他的结构即可实现动力电池系统为上装负载供电，电路结构简单，改造成本低。

上装负载启动时，第二继电器KM2闭合，第一继电器KM1处于断开状态，控制单元控制AC/DC整流模块关闭，发电机组为上装负载一供电，提供上装负载一启动所需的功率；动力电池系统输出电流经DC/AC逆变模块，将直流电逆变为交流电输出，动力电池系统为上装负载二供电，提供上装负载二启动所需的功率。待上装负载完全启动后，控制动力电池系统停止电流的输出，控制单元控制AC/DC整流模块开启，发电机组对上装负载二供电的供电电路连通，此时由发电机组同时为上装负载一和上装负载二供电。

上装负载工作过程中，当发电机组的输出功率大于上装负载正常工作时的工作功率时，可通过发电机组、控制总成(AC/DC整流模块)和动力电池系统之间组成的充电电路，如图1所示，利用发电机组输出的剩余电量为动力电池系统进行充电，这样即可实现混合供电系统为上装负载混合供电的同时，发电机组为动力电池系统充电的功能。

实施例二

如图2所示，在实施例一的基础上，在发电机组101与控制总成203、控制总成203与上装负载二103之间均设置变压器204；通过设置变压器解决动力电池系统、发电机组、上装负载及驱动电机电压不同的问题。

本实施例中发动机组的输出电压根据上装负载的电压要求，输出460V的交流电，为上装负载供电；在发电机组为上装负载二正常工作状态下供电时，发电机组通过变压器将电压转换为380V，输入到控制总成，控制总成输出的电流经变压器再次转换为460V，为上装负载二正常工作提供工作电压。

实施例三

如图3所示，在实施例一的基础上，在动力电池系统201和控制总成203之间设置有DC/DC直流变压模块205，实现与实施例二中同样的功能；即采用一个DC/DC直流变压模块实现设置两个变压器所实现的目的，可达到降低系统成本的目的。

实施例四

本实施例为实现上述技术方案的另一种实施方式，如图4所示，发电机组101的一输出端连接上装负载一102，另一输出端直接连接上装负载二103，在发电机组101和上装负载二103之间设置有第三继电器KM3；实现发电机组分别为上装负载一和上装负载二供电。

控制总成203包括DC/AC逆变模块232，动力电池系统201连接DC/AC逆变模块232的输入端，DC/AC逆变模块232的输出端分别连接驱动电机202和上装负载二103，分别组成动力电池系统对驱动电机供电的供电电路和动力电池系统对上装负载二供电的供电电路。

在控制总成203和上装负载二103之间设置有换路保护器206。换路保护器206可采用UPS等类似用于对电路转换瞬间为电路提供稳定供电保护的装置。

上装负载启动时，第一继电器KM1和第三继电器KM3断开，第二继电器KM2闭合，发电机组为上装负载一供电，提供上装负载一启动所需的功率；动力电池系统输出电流经DC/AC逆变模块，将直流电逆变为交流电输出，动力电池系统为上装负载二供电，提供上装负载二启动所需的功率。待上装负载完全启动后，控制动力电池系统停止电流的输出，断开第二继电器KM2，闭合第三继电器KM3，由发电机组同时为上装负载一和上装负载二供电。上装负载二由动力电池系统供电切换到发电机组供电时，换路保护器提供换路瞬间的电路保护。

实施例五

如图5所示，在实施例四的基础上，在控制总成203和上装负载二103之间设置有变压器204；以解决动力电池系统、发电机组、上装负载及驱动电机电压不同的问题。

实施例六

如图6所示，在实施例四的基础上，在动力电池系统201和控制总成203之间设置有DC/DC直流变压模块205；实现与实施例五中同样的功能。

为实现上述目的，本发明还可以采用以下另一技术方案：

一种机场地面特种车辆混合供电系统，包括：

发电机组101，所述发电机组为车辆上装负载提供正常工作所需的电能；

动力电池系统201，所述动力电池系统为车辆底盘的驱动电机提供工作所需的电能；

控制总成203，动力电池系统通过控制总成连接驱动电机；

所述上装负载包括上装负载一102和上装负载二103，发电机组101分别连接上装负载一102和上装负载二103，动力电池系统201连接上装负载二103；

上装负载启动时，所述动力电池系统201与发电机组101一部分电能耦合后为上装负载二103供电，发电机组101其余电能为上装负载一102供电。

实施例七

如图1所示，本实施例中采用与实施例中相同的结构，不同的是，当二号负载启动时所需的电流大于动力电池系统的输出电流时，控制总成中的控制单元控制AC/DC整流模块开启，发电机组输出一部分电能与动力电池输出的电能通过控制总成耦合后，为上装负载二进行供电；此时，发电机组101其余电能为上装负载一102供电。

本发明中还涉及一种机场地面特种车辆混合供电控制方法，包括：

S1、上装负载启动时，控制发电机组为上装负载一供电，动力电池系统为上装负载二供电；

S2、上装负载启动后，控制动力电池停止向上装负载二供电，控制发电机组同时向上装负载一和上装负载二供电。

采用这种供电控制方法可有效解决目前普遍存在的特种车辆上装负载启动功率大于工作功率的问题，从而有效降低特种车辆上为上装负载供电的发电机组的功率，起到降低发动机组使用成本及节能减排的目的。

步骤S1中，当动力电池系统输出电流小于上装负载二启动电流时，控制发电机组一部分电能与动力电池系统进行耦合，共同为上装负载二供电，控制发电机组其余电能为上装负载一供电。

步骤S2中，上装负载正常工作状态下：

1)当发电机组输出功率大于上装负载工作功率时，控制发电机组利用剩余功率为动力电池系统充电；

2)当发电机组输出功率小于上装负载工作功率时，控制动力电池系统为上装负载二供电。采用这种供电方式可在满足上装负载工作功率的需求下进一步降低发电机组的功率。

本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本发明基础上，本领域技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和变形，均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种机场地面特种车辆混合供电系统，其特征在于：包括

发电机组，所述发电机组为车辆上装负载提供正常工作所需的电能，所述上装负载启动功率大于其启动后正常工作时的额定功率；

动力电池系统，所述动力电池系统为车辆底盘的驱动电机提供工作所需的电能；

控制总成，动力电池系统通过控制总成连接驱动电机；

所述上装负载包括上装负载一和上装负载二，发电机组分别连接上装负载一和上装负载二，动力电池系统连接上装负载二；

上装负载启动时，所述发电机组为上装负载一提供启动所需的电能，动力电池系统为上装负载二提供启动所需的电能；或上装负载启动时，当动力电池系统输出电流小于上装负载二启动电流时，所述动力电池系统与发电机组一部分电能耦合后为上装负载二供电，发电机组其余电能为上装负载一供电；

上装负载启动后，控制动力电池停止向上装负载二供电，控制发电机组同时向上装负载一和上装负载二供电。

2.根据权利要求1所述的机场地面特种车辆混合供电系统，其特征在于：所述动力电池系统和发电机组均通过控制总成连接上装负载二，所述控制总成与驱动电机和上装负载二之间分别设置有第一继电器和第二继电器；所述控制总成包括控制单元、AC/DC整流模块和DC/AC逆变模块，控制单元用于控制AC/DC整流模块和DC/AC逆变模块的通断，AC/DC整流模块的输出端连接DC/AC逆变模块的输入端，所述发电机组连接AC/DC整流模块的输入端，动力电池系统连接DC/AC逆变模块的输入端，DC/AC逆变模块的输出端分别连接驱动电机和上装负载二。

3.根据权利要求2所述的机场地面特种车辆混合供电系统，其特征在于：所述发电机组与控制总成及控制总成与上装负载二之间均设置有变压器。

4.根据权利要求2所述的机场地面特种车辆混合供电系统，其特征在于：所述动力电池系统和控制总成之间设置有DC/DC直流变压模块。

5.根据权利要求1所述的机场地面特种车辆混合供电系统，其特征在于：所述发电机组的输出端连接上装负载二的输入端，发电机组与上装负载二之间设置有第三继电器，所述动力电池系统通过控制总成连接上装负载二；所述控制总成包括DC/AC逆变模块，动力电池系统连接DC/AC逆变模块的输入端，DC/AC逆变模块的输出端分别连接驱动电机和上装负载二，控制总成和上装负载二之间设置有换路保护器。

6.根据权利要求5所述的机场地面特种车辆混合供电系统，其特征在于：所述控制总成和上装负载二之间设置有变压器。

7.根据权利要求5所述的机场地面特种车辆混合供电系统，其特征在于：所述动力电池系统和控制总成之间设置有DC/DC直流变压模块。

8.一种机场地面特种车辆混合供电控制方法，其特征在于，发电机组为车辆上装负载提供正常工作所需的电能，上装负载启动功率大于其启动后正常工作时的额定功率，上装负载包括上装负载一和上装负载二，发电机组分别连接上装负载一和上装负载二，动力电池系统连接上装负载二；包括：

S1、上装负载启动时，控制发电机组为上装负载一供电，动力电池系统为上装负载二供电；或上装负载启动时，当动力电池系统输出电流小于上装负载二启动电流时，控制发电机组一部分电能与动力电池系统进行耦合后，为上装负载二供电，控制发电机组其余电能为上装负载一供电；

S2、上装负载启动后，控制动力电池停止向上装负载二供电，控制发电机组同时向上装负载一和上装负载二供电。

9.根据权利要求8所述的机场地面特种车辆混合供电控制方法，其特征在于，所述S2中，上装负载正常工作状态下，

1）当发电机组输出功率大于上装负载工作功率时，控制发电机组为动力电池系统充电；

2）当发电机组输出功率小于上装负载工作功率时，控制动力电池系统为上装负载二供电。