劉沖建

（廈門(mén)金龍旅行車(chē)有限公司技術(shù)中心，福建 廈門(mén) 361022）

太陽(yáng)能在特種客車(chē)上的應(yīng)用

劉沖建

（廈門(mén)金龍旅行車(chē)有限公司技術(shù)中心，福建 廈門(mén) 361022）

突破傳統(tǒng)采血車(chē)220V供電系統(tǒng)模式，采用環(huán)保節(jié)能新型太陽(yáng)能技術(shù)對(duì)采血車(chē)內(nèi)部設(shè)備提供電源，保證了整車(chē)工作環(huán)境的舒適性。且太陽(yáng)能是一種清潔能源，太陽(yáng)能電池可以把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，推廣使用太陽(yáng)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。

太陽(yáng)能；電池；逆變器

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，環(huán)境保護(hù)和能源合理利用是人類(lèi)生存所面臨的長(zhǎng)久問(wèn)題，生態(tài)環(huán)境的保護(hù)也時(shí)刻制約著當(dāng)今世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。太陽(yáng)能作為一種豐富的自然資源，近來(lái)已經(jīng)得到了科學(xué)領(lǐng)域的認(rèn)可和社會(huì)的普及推廣，隨著太陽(yáng)能技術(shù)的不斷發(fā)展和創(chuàng)新，太陽(yáng)能技術(shù)的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣，目前太陽(yáng)能應(yīng)用于諸如民用、交通等各個(gè)領(lǐng)域。隨著人們生活水平的提高和環(huán)境意識(shí)的不斷增強(qiáng)，環(huán)保無(wú)疑成為了現(xiàn)代社會(huì)生活的主流發(fā)展趨勢(shì)。

1　太陽(yáng)能供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

根據(jù)客戶(hù)要求，車(chē)內(nèi)空調(diào)不采用傳統(tǒng)采血車(chē)安裝的家用空調(diào)（停車(chē)時(shí)用，行車(chē)時(shí)用原車(chē)載空調(diào)），而是用直流電空調(diào)（無(wú)論停車(chē)及行車(chē)都可以使用）。車(chē)內(nèi)用電設(shè)備有儲(chǔ)血冰柜、熱合機(jī)、采血機(jī)、直流電空調(diào)、車(chē)內(nèi)照明燈及電池管理系統(tǒng)。其中，儲(chǔ)血冰柜、熱合機(jī)及采血機(jī)為交流負(fù)載。儲(chǔ)血冰柜峰功率1kW，正常220W以?xún)?nèi)。電子秤在100W以?xún)?nèi)（無(wú)峰值）；熱合機(jī)峰值500W左右，共計(jì)1.6kW左右。安裝6kW逆變器可滿(mǎn)足用電量要求。而直流電空調(diào)（工作電壓為DC280～400V）、車(chē)內(nèi)照明燈及電池管理系統(tǒng)為直流24V負(fù)載。其中，直流電空調(diào)為冷暖兩用的，制冷時(shí)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(hù)每天滿(mǎn)負(fù)荷用電，至少保證4小時(shí)供電。

2　太陽(yáng)能供電系統(tǒng)的實(shí)施

圖1　BMS系統(tǒng)圖

圖2　電池總成原理圖

2.1太陽(yáng)能控制器及太陽(yáng)能電池板

2.1.1太陽(yáng)能控制器的輸入電壓在DC100V-500V，為了充分利用客車(chē)外部空間，最大限度地多安裝太陽(yáng)能柔性電池板，同時(shí)也為了滿(mǎn)足太陽(yáng)能控制器輸入電壓的要求，根據(jù)車(chē)身結(jié)構(gòu)及客戶(hù)要求，在車(chē)身左側(cè)及車(chē)頂分別安裝21及7塊太陽(yáng)能電池板。太陽(yáng)能板之間采用牢固的MC4連接器連接。為了提高太陽(yáng)能板的發(fā)電效率，太陽(yáng)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(yáng)能板能正常采集到太陽(yáng)光，輸出電壓較低。因此將太陽(yáng)能板做成角度可調(diào)的機(jī)構(gòu)，則可以大大增加太陽(yáng)能板的發(fā)電效率。太陽(yáng)能板采用串聯(lián)方式接入太陽(yáng)能控制器。

2.1.2太陽(yáng)能控制器為太陽(yáng)能充放電控制器，是控制多路太陽(yáng)能電池方陣對(duì)蓄電池充電以及蓄電池給太陽(yáng)能逆變器負(fù)載供電的自動(dòng)控制設(shè)備。其綜合恒流充電法和恒壓充電法的優(yōu)點(diǎn)，將充電過(guò)程分為：強(qiáng)充、均充、吸收和浮充四個(gè)過(guò)程，根據(jù)蓄電池組端電壓的變化趨勢(shì)自動(dòng)控制太陽(yáng)能方陣輸入MOSFET的接通和關(guān)斷，實(shí)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(shè)計(jì)

2.2.1本次設(shè)計(jì)的電池總成系統(tǒng)由十個(gè)電池模塊單體并聯(lián)構(gòu)成。1個(gè)電池模塊單體由5個(gè)電池模組串聯(lián)組成，1個(gè)電池模組又由20個(gè)單體電池串聯(lián)組成。為了使車(chē)上的用電設(shè)備能夠正常運(yùn)行，需保證串聯(lián)后的單個(gè)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(chē)直流供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝了2個(gè)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(zhǎng)了太陽(yáng)能系統(tǒng)的使用壽命。

2.2.2考慮到整車(chē)行李艙空間的有限性及配重的問(wèn)題，需留一定空間放置醫(yī)護(hù)人員的工作設(shè)備，整車(chē)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(gè)電池箱單體，后輪前面的行李艙內(nèi)放置6個(gè)電池箱單體。

2.2.3該車(chē)裝了2個(gè)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(chǔ)能量少、壽命短、串并聯(lián)使用問(wèn)題、電池電量估算困難等缺點(diǎn)。BMS能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過(guò)充電和過(guò)放電，延長(zhǎng)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(cè)、加熱控制等基本功能外，還創(chuàng)新性的開(kāi)發(fā)了主動(dòng)均衡、遠(yuǎn)程監(jiān)控、容量管理、充電管理，配電管理等高級(jí)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(guò)CAN接口與采集模塊進(jìn)行高速通信，BMU通過(guò)對(duì)電池組數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集分析，動(dòng)態(tài)制定電池管理策略，通過(guò)熱管理、主動(dòng)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(mǎn)足多種場(chǎng)合的應(yīng)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(fēng)扇控制輸出接口、加熱控制輸出接口、USB接口、GPRS無(wú)線接口、干接點(diǎn)輸出接口、電流高速采集輸入接口、高壓信號(hào)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(duì)電池的充放電控制方式如下：

（a）系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)兩個(gè)電池模塊的總電壓，選擇總壓高的電池模塊優(yōu)先放電，當(dāng)其中一個(gè)電池模塊放電快結(jié)束時(shí)，會(huì)自動(dòng)切換到第二個(gè)電池模塊放電，兩個(gè)電池模塊輪流放電，保證負(fù)載供電不中斷；

（b）電池模塊在放電的同時(shí)，不能夠?qū)Ψ烹姷碾姵啬K同時(shí)進(jìn)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(guò)充電或過(guò)放電對(duì)電池造成損傷，從而隨時(shí)預(yù)報(bào)儲(chǔ)能電池還剩余多少能量或者儲(chǔ)能電池的荷電狀態(tài)；

（c）在電池充放電過(guò)程中，實(shí)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(guò)充電或過(guò)放電現(xiàn)象。同時(shí)能夠及時(shí)給出電池狀況，挑出有問(wèn)題的電池，保持整組電池運(yùn)行的可靠性和高效性，使電池組中各個(gè)電池達(dá)到均衡一致的狀態(tài)；

（d）白天時(shí)，太陽(yáng)能發(fā)電，優(yōu)先供給負(fù)載使用，多余的電量補(bǔ)充進(jìn)電池模塊中；

（e）太陽(yáng)能正在充電時(shí)，如果系統(tǒng)檢測(cè)到有充電樁接入，會(huì)自動(dòng)斷開(kāi)太陽(yáng)能充電端，當(dāng)充電槍拔出時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)切換到太陽(yáng)能充電；

（f）系統(tǒng)會(huì)設(shè)置一個(gè)總電源開(kāi)關(guān)，只有將開(kāi)關(guān)合上時(shí)，系統(tǒng)才會(huì)運(yùn)行。

對(duì)于車(chē)內(nèi)交流220V用電設(shè)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(fù)載，要耐短時(shí)大電流沖擊，因負(fù)載有車(chē)載儲(chǔ)血冰柜。輸出220V交流電接至車(chē)內(nèi)兩側(cè)相應(yīng)設(shè)備位置靠側(cè)墻的地方，這樣就避免傳統(tǒng)采血車(chē)行車(chē)過(guò)程無(wú)法使用交流設(shè)備的問(wèn)題。

2.4整車(chē)系統(tǒng)原理圖（如圖3所示）

圖3整車(chē)系統(tǒng)原理圖

結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能供電系統(tǒng)在采血車(chē)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(jī)發(fā)電的供電方式。對(duì)太陽(yáng)能模塊在采血車(chē)上的應(yīng)用及相應(yīng)控制方式做了研究，對(duì)于太陽(yáng)能在汽車(chē)上的應(yīng)用具有一定的理論及工程參考價(jià)值，為新能源汽車(chē)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用提供一種新的方案。相信在不久的將來(lái)，太陽(yáng)能定會(huì)在汽車(chē)上逐漸應(yīng)用普及。太陽(yáng)能的廣泛應(yīng)用不僅能為人們生活帶來(lái)便利，也會(huì)給我們賴(lài)以生存的地球帶來(lái)和諧的發(fā)展。

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