浅谈车辆改装中综合电源供电系统的运用

钱 鹏

（常熟华东汽车有限公司，江苏 常熟 215500）

浅谈车辆改装中综合电源供电系统的运用

钱 鹏

（常熟华东汽车有限公司，江苏 常熟 215500）

随着国民经济的发展和技术的进步，各类专用车辆在国民经济的各个行业和领域内得到深入应用，房车、指挥车、通信车、转播车等各类具有专用特种功能的车辆不断涌现，车内所有的电子、通信设备和生活设施正常工作需要车内能够提供持续、稳定、足功率的供电支撑。在移动环境下提供稳定的供电是一个值得研究的问题。通过分析各种电源特性，立足于近年来迅速发展的发电、逆变、电源转换技术，基于车辆使用环境和特点，设计了车载综合电源供电系统，实现了车辆移动环境下可持续稳定供电。

改装车辆；移动环境；综合电源应用

无论何种用途的特种车辆，车载电源系统都属于车载电气系统中最基本的子系统，没有有效、持续的供电保证，车载设备将无法正常工作。因此，使用何种车载供电模式，一直以来都是特种车辆改装行业从业者所努力探讨的课题之一。在日常维修改装工作中，经常有客户根据自身行业或实际需要提出在车内增添各类电源规格的电气设备，并要求能够正常使用。目前一般沿用的是从车载点烟器或蓄电池取直流电来进行供电的方式，但在车辆行驶或驻车状态下，为保证车内大功率设备的长时间使用，这种方式显然已经无法满足客户的需求。因此笔者立足于近年来迅速发展的发电、逆变、电源转换技术，自行设计了一套车载综合电源供电系统，并成功应用于多种特种专用车辆，实现了车辆移动环境下可持续稳定供电。

1 车载电源供电现状

车载供电一般分为外接电充电、蓄电池放电逆变和自发电2大类。目前，在车辆改装中一般采用这2种模式的组合运用，实现车内电源的供应。

1.1 外接电源充电、蓄电池放电逆变模式

当车辆驻车时，通过电缆盘连接停车位附近低压交流电源插座，引进交流电源对车内设备供电或对蓄电池进行充电。在车辆行驶中或无市电状态下，利用蓄电池进行放电、逆变实现车内设备的直流、交流供电。其放电时间取决于电池容量、用电功率和工作温度等，这种供电模式缺乏持久性，只适合在小功率、短时间内使用。在日常使用中，大功率用电状态下，持续供应时间短、充电时间比放电时间长等缺点都严重制约了蓄电池充、放电模式作为车载设备的基础供电电源。在这种供电模式下，为获得长时间电源供应，采用唯一的办法就是增加蓄电池数量、扩大蓄电池容量，但这种方式受到车厢内部空间位置、车辆配重等各种因素制约，所以在当今车载设备越来越多、用电功率越来越大、要求供电时间越来越长的情况下，只能作为一般车载备用供电手段。

1.2 自发电模式

在自发电模式中，最常见的是油机组供电。油机组使用的燃料包括汽油、柴油及燃气等。油机组是由一台独立原动机驱动一台发电机实现自发电。油机组技术成熟，种类繁多，但是不同种类的油机组有很明显的优点和缺点。例如汽油机和燃气机因其燃料具易燃性，不适用于消防、电磁和静电环境较复杂场合；而柴油机因其噪声高、质量和体积大，也从根本上限制了自身的应用范围。另外，油机组在车辆行驶中工作时，其产生的油气、烟气、自身发热、振动等问题尚待解决。

在自发电模式中还有一种取力发电系统，是利用车辆自身发动机作为驱动源，根据取力点不同，还可分为取力器取力、液压泵取力、曲轴轮取力3种驱动模式。但是这种取力发电模式对车辆底盘要求有配套取力接口和改装空间，具有较强的专业性和难度，需要在所加装的底盘上有对应的接口才能完成。因此，在日常改装中很难实现。

2 车载综合电源供电系统工作原理和系统构成

综合电源供电系统是基于目前市场上成熟运用的充电、逆变、光伏发电技术，设计一套由充电型逆变器、蓄电池组、电池智能分离系统、光伏发电系统等模块单元组成的车载电源综合系统。该套系统以充电式逆变器为核心，以智能电池分离系统、蓄电池组、绿色能源（太阳能、风能等）发电系统为辅助的组合式发电、充电、逆变综合型电源系统。

首先，系统可通过逆变器，将存储在蓄电池中的直流电源逆变输出为交流220 V电源，供交流设备使用。同时，系统可通过车辆底盘发电机、外接交流电源、绿色能源（太阳能、风能等）发电系统等多类型发电模式给蓄电池组充电。在主车蓄电池外，根据加装设备功率、使用需要，加装对应规格容量的铅酸蓄电池组，在使用过程中通过智能电池分离系统，实现主、副蓄电池组的有效结合与分离。此系统输出功率规格为1～4 kW，具有占地空间小、安装方便、使用车型范围广、可长时间持续供电等特点；并实现了车载蓄电池、加装蓄电池智能连接；市电充电、光伏发电、车辆发电多渠道、多形式能源利用方式并存；交流电源和直流电源综合输出等功能，可满足目前车辆改装过程中加装的各类用电设备的电源供应。

2.1 系统工作原理图

车载综合电源系统由充电逆变器、加装蓄电池、智能电池分离器、光伏发电4大模块组成，通过这4个模块的组合运用，实现了车内电器设备的可靠、稳定、可持续使用。如图1所示。

图1 车载综合电源系统工作原理图

2.2 系统模块组成

2.2.1 充电型逆变器

该套系统的核心部件是可充电型逆变器，通过该设备实现系统内各类电源的综合转换利用，如图2所示。当有交流电源供应时，该设备可将交流电源稳压后对车内交流设备供电，同时输出直流充电电流对蓄电池进行充电和对车内直流设备供电；当无交流电源供应时，该设备可将蓄电池的直流电源逆变输出为交流电源，使车辆在行驶时正常使用电器设备。同时车载蓄电池作为车内设备的直流电源供应来源。

图2 充电型逆变器系统构成图

2.2.2 加装蓄电池组

首先根据车辆底盘蓄电池电压规格（12V/24V）选择对应电压规格的蓄电池组，便于和主车电池系统的并接；然后根据车内空间大小和车内设备功率情况选择合适容量、数量的蓄电池组，形成加装蓄电池。该蓄电池组作为该系统电源能量主储存模块，是车辆行驶过程中电源供应的主要来源。

2.2.3 智能电池分离系统

智能电池分离器是双电池隔离充电系统，能很好地实现主车起动电池和加装辅助电池的完全充电和智能分离隔断。智能电池分离器系统构成见图3。

图3 智能电池分离器系统构成图

1）双电池自动充电模式 当起动发动机工作时，带动车载发电机对主车起动电池充电。当主车起动蓄电池达到13.6～13.8 V（12 V系统）或27.2～27.6 V（24 V系统）时，分离器吸合，此时车载发电机在对主车起动蓄电池充电时，同时对加装蓄电池充电。当主车起动蓄电池降低时（12 V系统：12.5～12.8 V；24 V系统：25～25.6 V）时，分离器断开，主车起动蓄电池和加装蓄电池分开，主车蓄电池停止对加装设备供电，防止主车蓄电池过放电。

2）双电池手动辅助启动、充电模式 智能电池分离器具有手动/自动控制开关。当该开关处于自动模式时，电池分离器的吸合根据主车起动蓄电池电压自动吸合/分离。当处于手动模式时，电池分离器可强制吸合，主车蓄电池和加装蓄电池连接。当主车长时间停驶，主车蓄电池亏电时，加装蓄电池可以参与车辆起动时的大电流输出，提高主车起动的成功性。与此同时，还可通过外接交流电源、充电型逆变器，对加装蓄电池和主车起动蓄电池同时充电，快速提高主、副蓄电池的容量。

2.2.4 光伏绿色能源发电模块

为保证车辆能源来源的多渠道、多形式，利用车辆顶部的有效空间，可平铺粘贴安装柔性太阳能发电膜，其实际安装布置见图4。条件允许情况下可加装小型风力发电装置，对加装蓄电池进行充电储能，有效合理地利用太阳能和风能等绿色能源，实现车辆在野外工作环境下的电源长时间供应。

图4 柔性太阳能发电膜车顶布置

3 车载综合电源供电系统实际中应用

车载综合电源供电系统的设计，立足于实际，充分考虑了车辆的周边环境条件和各类设备的用电需求。通过多种形式的电源输入、多种类型的电源转换等方式，在实际应用中满足车辆在行驶、静止等不同状态下用户对车辆持续供电的需求。图5为车载综合电源供电系统实际运用示意图。

图5 车载综合电源供电系统实际运用示意图

3.1 在车辆停止状态下

通过电缆盘连接市电插座引进交流电源，通过充电型逆变器对车内交流设备供电，同时对蓄电池组充电，蓄电池组对车内的直流设备供电。在这种模式下，在保证外接交流稳定的情况下，可保证所有车载交直流设备的长时间满负荷运行。

3.2 在车辆行驶中或无市电输入状态下

拨动智能电池分离器的手动/自动模式开关为自动工作模式。充电型逆变器利用加装蓄电池组进行逆变，实现车内设备的交流供电，同时加装蓄电池组对车内直流设备进行供电。由于在车辆行驶或无市电状况下，加装蓄电池组自身容量的局限性，不可能长时间维持车内设备的电源供应，而此时主车发电机在车辆发动机带动下开始工作，主车蓄电池电压经过发电机充电后电压开始上升，当恢复到智能电池分离器吸合电压时，分离器自动吸合，主车起动蓄电池和加装蓄电池并接，实现双电池并联输出。而主车发电机的持续电流输出，在用电设备功率不大于发电机输出功率情况下，蓄电池保持充电、用电的平衡，可维持长时间车内设备用电。同时车顶的柔性太阳能发电膜在有日照的情况下，可持续为加装蓄电池供电。在这种模式下，只要用电设备功率不超出主车发电机输出功率和太阳能发电功率之和，就可以维持车载设备在移动环境下的长效、多种类电源供应。在实际运用中，可通过加大主车发电机功率、增添太阳能、风能等绿色能源的种类和发电功率，来满足大功率用电设备在车载移动环境下的长效供电。

3.3 在主车长时间停用、主车蓄电池亏电状况下

当车辆难以起动时，过去只能采取临时搭电或更换蓄电池的方式来实现车辆起动运行，然而这种方法需要现场具有电量充足的蓄电池才能实现。对于采用车载综合电源系统的车辆，可拨动智能电池分离器的手动/自动模式开关为手动模式，此时智能电池分离器强制吸合，主车起动蓄电池和加装蓄电池并接，加装的蓄电池和主车起动蓄电池一起参与车辆起动。如果加装蓄电池电量也不足，可寻找附近交流电源接入车辆，通过充电型逆变器对加装蓄电池和主车蓄电池进行充电；或通过车顶的太阳能发电膜将太阳能转化为蓄电池电能，实现车载蓄电池组的电量补充。

3.4 系统功能优势

改装车辆过程中，车载电源系统的改装是整个系统改装过程中的基础环节。以往的改装设计方案是停车时为储能模块单元（蓄电池）充电，车辆行驶时通过储能模块单元（蓄电池）供电方式的方案。此种车载电源供电方案由于受到储能模块单元（蓄电池）的限制，造成无法保证车载电气设备的大功率、有效、长时间使用。

笔者认为，改装车载电源系统的核心是必须解决车载储能单元模块（蓄电池组）能源的多形式、多状态、多渠道的可持续补充的问题。本文所阐述车载综合电源系统可以把交流电源、车载发电机、太阳能、风能等绿色能源进行综合利用，实现了多形式、多状态、多渠道的能源补充，实现了车载电源设备的长时间使用。同时通过充电型逆变器和智能电池分离器的组合使用，实现了车载直流电源供电情况下的交流设备的有效使用和主、副蓄电池组之间的智能分/合。通过这种方式，实现了主、副蓄电池组之间供电方式科学搭配组合使用，使主车蓄电池在容量充足时在保证主车电气设备可靠使用情况下，可对外输出，实现了车辆行驶状态下的电源系统的有效可持续供应。在容量不足时可依靠外界电源进行充电，解决了车辆长期不用，而导致起动困难的顽疾。

4 结论

随着汽车工业的发展和在国民经济中的普及应用，车辆的使用功能从单一的交通工具逐渐向车载移动平台转型升级，车辆也从单一运输功能向面于用户自身需求的各类个性化功能扩展。在这一发展趋势中，移动行驶中车辆电源的持续供应是制约车辆功能拓展和使用范围延伸的瓶颈，通过该车载综合电源供电系统可以很好满足不同用户的各类电气设备使用需求，实现了车辆的功能和用途的有效扩大。目前此车载综合电源供电系统已成功在笔者设计改装的电视转播车、警用巡逻车、房车等各类特种专用车上成功应用，满足了不同客户的对车载移动环境下的用电设备的使用需求。

（编辑 凌 波）

Kreisel的电池组获得Frosta & Sullivan技术领导奖；新的生产设施九月份开工

Frosta & Sullivan咨询公司最近选择奥地利Kreisel Electric作为2017年欧洲电动汽车技术领导奖的获奖者，Frosta & Sullivan表示，该下一代锂离子电池的独特技术使得Kreisel Electric在电动汽车市场上具有独特的竞争优势。

Kreisel确保其电池组以最小的重量提供最大的容量，该公司拥有最安全的锂离子电池，保证使用寿命为40万kms,这使得其是独特的并且仍然是市场上最轻的电池。

——Frosta & Sullivan行业经理Prajyot N.Sathe

Kreisel将于今年九月在奥地利的Rainhach开启一个7000m2的新建的生产基地。

用于家庭储能系统MAVERO的全自动化生产线已经安装，几千个预留系统中的500个将很快准备好交付给客户。该MAVERO有四种不同的大小，从8 kWh到22 kWh。该Kreisel家庭储能系统不需要常规的显示器，而是与创新的灯光效果进行通信，其安装只需要一个人。Kreisel与跨学科设计机构合作，于六月份获得洛杉矶国际设计大奖。

我们新业务的投资成本约为1400万欧元，这有助于支持一个集成的1000 kWh的电池储能系统和一个200 kWp的光伏系统，这将确保我们的新的生产设施可以不间断地完成一周的工作。目前，具有70名员工的Kreisel可以从事42个电动汽车项目，到2018年年底，我们公司希望将员工人数扩大到200人。

——Kreisel Electric CEO,Christian Schlōgl

(信息来源：2017.8.3 Green Car Congress） 戴朝典编译

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

钱鹏（1973-），男，江苏常熟人，高级工程师，从事各类特种车辆的电气系统的改装设计，具有丰富的特种改装车电气系统设计、安装实践经历和从业经验。