太阳能在特种客车上的应用

刘冲建

摘 要：突破传统采血车220V供电系统模式，采用环保节能新型太阳能技术对采血车内部设备提供电源，保证了整车工作环境的舒适性。且太阳能是一种清洁能源，太阳能电池可以把太阳能转化为电能，推广使用太阳能电池，可节约化石能源，减少大气污染，是有效治理雾霾天气的措施之一。

关键词：太阳能；电池；逆变器

中图分类号：TK511 文献标识码：A

随着社会经济的快速发展，环境保护和能源合理利用是人类生存所面临的长久问题，生态环境的保护也时刻制约着当今世界经济的发展。太阳能作为一种丰富的自然资源，近来已经得到了科学领域的认可和社会的普及推广，随着太阳能技术的不断发展和创新，太阳能技术的应用范围越来越广，目前太阳能应用于诸如民用、交通等各个领域。随着人们生活水平的提高和环境意识的不断增强，环保无疑成为了现代社会生活的主流发展趋势。

1 太阳能供电系统设计方案

根据客户要求，车内空调不采用传统采血车安装的家用空调（停车时用，行车时用原车载空调），而是用直流电空调（无论停车及行车都可以使用）。车内用电设备有储血冰柜、热合机、采血机、直流电空调、车内照明灯及电池管理系统。其中，储血冰柜、热合机及采血机为交流负载。储血冰柜峰功率1kW，正常220W以内。电子秤在100W以内（无峰值）；热合机峰值500W左右，共计1.6kW左右。安装6kW逆变器可满足用电量要求。而直流电空调（工作电压为DC280～400V）、车内照明灯及电池管理系统为直流24V负载。其中，直流电空调为冷暖两用的，制冷时耗电约9.5kW，制热耗电约9.0kW，照明灯0.40kW左右，电池管理系统50W左右。另外，客户每天满负荷用电，至少保证4小时供电。

2 太阳能供电系统的实施

2.1 太阳能控制器及太阳能电池板

2.1.1 太阳能控制器的输入电压在DC100V-500V，为了充分利用客车外部空间，最大限度地多安装太阳能柔性电池板，同时也为了满足太阳能控制器输入电压的要求，根据车身结构及客户要求，在车身左侧及车顶分别安装21及7块太阳能电池板。太阳能板之间采用牢固的MC4连接器连接。为了提高太阳能板的发电效率，太阳能板贴附面需做成与地面的夹角能够在35°-90°之间的范围内调节。如果在侧面背光等光照条件比较差的情况下，仅有顶部太阳能板能正常采集到太阳光，输出电压较低。因此将太阳能板做成角度可调的机构，则可以大大增加太阳能板的发电效率。太阳能板采用串联方式接入太阳能控制器。

2.1.2 太阳能控制器为太阳能充放电控制器，是控制多路太阳能电池方阵对蓄电池充电以及蓄电池给太阳能逆变器负载供电的自动控制设备。其综合恒流充电法和恒压充电法的优点，将充电过程分为：强充、均充、吸收和浮充四个过程，根据蓄电池组端电压的变化趋势自动控制太阳能方阵输入MOSFET的接通和关断，实现蓄电池组的安全快速充电。

2.2 电池总成系统模块设计

2.2.1 本次设计的电池总成系统由十个电池模块单体并联构成。1个电池模块单体由5个电池模组串联组成，1个电池模组又由20个单体电池串联组成。为了使车上的用电设备能够正常运行，需保证串联后的单个电池模块电压在250V-365V之间，电池模块规格为320V/100AH，总能量32kW·h。为保证工作的稳定性，整车直流供电系统设计安装了2个电池模块，共64kW·h。每组电池模组的循环寿命大于1500次，从而延长了太阳能系统的使用寿命。

2.2.2 考虑到整车行李舱空间的有限性及配重的问题，需留一定空间放置医护人员的工作设备，整车的电池组及控制模块均匀分布在行李舱内：前轮后行李舱内放置所有控制柜和4个电池箱单体，后轮前面的行李舱内放置6个电池箱单体。

2.2.3 该车装了2个电池模块及2组BMS（电池管理系统，BATTERYMANA GEMENTSYSTEM）。电池模块为二次电池，存在存储能量少、寿命短、串并联使用问题、电池电量估算困难等缺点。BMS能够提高电池的利用率，防止电池出现过充电和过放电，延长电池的使用寿命，监控电池的状态。主要功能如下：

（a）BMS除具备电池组总压采集、单体电池电压采集，温度采集，电流采集，绝缘监测、加热控制等基本功能外，还创新性的开发了主动均衡、远程监控、容量管理、充电管理，配电管理等高级功能；

（b）系统由BMU（主控模块，BatteryManagementUnit）、BSU（采集均衡模块，BatterySampleUnit）、BDU（显示模块，BatteryDisplayUnit）组成。主控模块通过CAN接口与采集模块进行高速通信，BMU通过对电池组数据的实时采集分析，动态制定电池管理策略，通过热管理、主动均衡管理、充电管理、放电管理等手段控制电池工作在合适的工况；

（c）系统具有丰富的外部接口，能够满足多种场合的应用需求，这些接口包括：电压采集输入接口、温度采集输入接口、风扇控制输出接口、加热控制输出接口、USB接口、GPRS无线接口、干接点输出接口、电流高速采集输入接口、高压信号采集输入接口；

（d）电池管理系统BMS系统图如图1所示；

（e）电池总成原理图如图2所示。

2.3 电池管理系统（BMS）对电池的充放电控制方式如下：

（a）系统自动检测两个电池模块的总电压，选择总压高的电池模块优先放电，当其中一个电池模块放电快结束时，会自动切换到第二个电池模块放电，两个电池模块轮流放电，保证负载供电不中断；

（b）电池模块在放电的同时，不能够对放电的电池模块同时进行充电，即电池模块不支持边充边放的模式。保证电池组的荷电状态维持在合理的范围内，防止由于过充电或过放电对电池造成损伤，从而随时预报储能电池还剩余多少能量或者储能电池的荷电状态；

（c）在电池充放电过程中，实施采集电池组中的每块电池的端电压和温度、充放电电流及电池包总电压，防止过充电或过放电现象。同时能够及时给出电池状况，挑出有问题的电池，保持整组电池运行的可靠性和高效性，使电池组中各个电池达到均衡一致的状态；

（d）白天时，太阳能发电，优先供给负载使用，多余的电量补充进电池模块中；

（e）太阳能正在充电时，如果系统检测到有充电桩接入，会自动断开太阳能充电端，当充电枪拔出时，系统会自动切换到太阳能充电；

（f）系统会设置一个总电源开关，只有将开关合上时，系统才会运行。

对于车内交流220V用电设备，提供6kW的逆变器供电。该逆变器输入电压是直流300V，带有感性负载，要耐短时大电流冲击，因负载有车载储血冰柜。输出220V交流电接至车内两侧相应设备位置靠侧墙的地方，这样就避免传统采血车行车过程无法使用交流设备的问题。

2.4 整车系统原理图（如图3所示）

结语

本文设计的太阳能供电系统在采血车上的电力配给形式上突破了传统的利用外接电源和发电机发电的供电方式。对太阳能模块在采血车上的应用及相应控制方式做了研究，对于太阳能在汽车上的应用具有一定的理论及工程参考价值，为新能源汽车的开发与应用提供一种新的方案。相信在不久的将来，太阳能定会在汽车上逐渐应用普及。太阳能的广泛应用不仅能为人们生活带来便利，也会给我们赖以生存的地球带来和谐的发展。

参考文献

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