一种基于复合电源系统的移动式充电电源车

1.一种基于复合电源系统的移动式充电电源车，其特征在于，包含发动机(1)、双转子电机(2)、驱动桥(3)、第一电源变换器(4)、第二电源变换器(5)、第一充电机模块(7)、第二充电机模块(6)、主接触器组(9)、旁路接触器组(8)、复合电源系统(10)；所述复合电源系统(10)包括储能动力电池组(100)、太阳能电源变换器(101)和太阳能电池组件(102)；
所述双转子电机(2)两侧分别与所述发动机(1)和所述驱动桥(3)机械连接；所述第一电源变换器(4)通过所述主接触器组(9)与所述复合电源系统(10)电气连接，第一电源变换器(4)通过所述旁路接触器组(8)与所述第二充电机模块(6)电气连接，第一电源变换器(4)与所述双转子电机(2)直接电气连接；所述第二电源变换器(5)分别与所述双转子电机(2)、所述复合电源系统(10)、所述第一充电机模块(7)直接电气连接；所述太阳能电源变换器(101)分别与所述储能动力电池组(100)、太阳能电池组件(102)直接电气连接；
所述双转子电机(2)包括外壳(202)，以及外壳(202)内的电滑环(201)、外转子(203)、定子绕组(204)、永磁体(205)、内转子绕组(206)、内转子(207)和轴承(208)，所述电滑环(201)嵌套安装在所述内转子(207)上，所述内转子绕组(206)安装在所述内转子(207)的外侧，所述永磁体(205)安装在所述外转子(203)的内外两侧，所述定子绕组(204)安装在所述外壳(202)的内侧，所述外转子(203)通过所述轴承(208)安装在所述内转子(207)上，所述外壳(202)通过所述轴承(208)一端支撑在所述内转子(207)上，另一端支撑在所述外转子(203)上。
2.如权利要求1所述的一种基于复合电源系统的移动式充电电源车，其特征在于，所述主接触器组(9)与旁路接触器组(8)的状态是互斥的，且都由两个直流接触器组成，分为正极直流接触器、负极直流接触器。
3.如权利要求2所述的一种基于复合电源系统的移动式充电电源车，其特征在于，所述主接触器组(9)与旁路接触器组(8)中的两个直流接触器状态是一致的。
4.如权利要求1所述的一种基于复合电源系统的移动式充电电源车，其特征在于，所述太阳能电池组件(12)为硅太阳能电池板或者薄膜太阳能电池板。
5.如权利要求1所述的一种基于复合电源系统的移动式充电电源车，其特征在于，所述第一充电机模块(7)和所述第二充电机模块(6)可同时工作，输出电能。
6.如权利要求5所述的一种基于复合电源系统的移动式充电电源车，其特征在于，所述第一充电机模块(7)和所述第二充电机模块(6)同时工作时，所述第一充电机模块(7)的电能来源为所述复合电源系统(10)；所述第二充电机模块(6)的电能来源为所述发动机(1)输出的动能经过所述第一电源变换器(4)转换而来的。
7.如权利要求1所述的一种基于复合电源系统的移动式充电电源车，其特征在于：所述储能动力电池组(100)的壳体上分布有可供冷却剂流过的水道。
8.如权利要求7所述的一种基于复合电源系统的移动式充电电源车，其特征在于：所述冷却剂为硅油。
9.如权利要求1所述的一种基于复合电源系统的移动式充电电源车，其特征在于，所述复合电源系统(10)配置有直流充电插座接口。
10.如权利要求1所述的一种基于复合电源系统的移动式充电电源车，其特征在于，所述复合电源系统(10)的电能来源有以下四种方式：
1)通过所述太阳能电池组件(12)将太阳光能转化为电能，再经所述太阳能电源变换器(11)升压转换后得到；
2)将所述主接触器组(9)闭合，所述发动机(1)通过连接轴带动所述双转子电机(2)的所述内转子(207)旋转，经所述第一电源变换器(4)将所述发动机(1)输出的动能转化为电能而得到；
3)在车辆滑行或者制动时，车辆的动能通过所述驱动桥(3)带动所述双转子电机(2)的所述外转子(203)旋转并通过所述第二电源变换器(5)转换为电能而得到；
4)车辆处于空闲状态时，通过所述复合电源系统(10)配置的充电插座接口进行补电而得到。

一种基于复合电源系统的移动式充电电源车\n技术领域\n[0001] 本发明属于充电技术领域，涉及车用充电技术领域，具体涉及一种基于复合电源系统的移动式充电电源车。\n背景技术\n[0002] 近几年伴随国家新能源汽车推广政策的引导，新能源汽车在我国呈现爆发式地增长。而纯电动汽车以其“无污染、噪声小、结构简单、维修方便、能量转换效率高”等优点首当其冲，在新能源汽车保有量中占据较高的份额，同时是发展节能、环保和低碳经济的需要。\n据估计到2020年，纯电动汽车的保有量将会突破100万辆。然而受动力电池能量密度低的限制，纯电动汽车的续航里程较低，需要通过及时充电来提高车辆的行驶里程和用户的体验。\n目前我国受电源负荷、建设用地的限制，相应的配套充电设施并不够完善，充电站并不像加油站那样能够做到大面积覆盖。这就导致了纯电动汽车在电量较低时，如果无法及时到达临近的充电站，在电量耗尽后将会在路上熄火，无法行车。在这种情况下，就急需要一种移动式专用充电设施对没电或者电量低的纯电动汽车进行救援，对其快速充电，使其能够有足够的电量行驶到最近的充电站。\n[0003] 中国专利CN103595109 B，名称为”一种电动汽车移动充电方法和装置”所公开的方案在公路旁建设专用充电车道，在车道路面下方敷设高频交流母线，多个发射线圈并联在交流母线上构成阵列，利用发射线圈与电动汽车上的接收线圈通过谐振耦合的方式进行电能传输，给电动汽车充电。可实现移动中电动汽车的持续、不间断充电。采用这种方式成本较高，需要占用一条固定车道，对原本拥挤的城市道路来说并不具有可操作性。同时要在电动汽车上安装相对应的接收线圈进行配对，也进一步限制了其适用性。\n[0004] 中国专利CN104333108 B，名称为“一种用于电动汽车的应急救援充电车电气系统及其工作方法”所公开的方案是通过柴油发电机、移动式交直流快慢充一体化装置、车载蓄电池、来构成充电车充电系统。在闲置状态下，由市电接入给车载蓄电池充电直至充满；充电状态下，采用车载蓄电池与柴油发电机单独或联合充电的方式。但是，增加的柴油发电机系统将减少了所装的车载蓄电池的容量。而且柴油发电机的尾气排放也会带来空气污染的问题。\n[0005] 中国公开专利申请号201610560900.0，公开了一种太阳能移动充电车及其工作方法，通过在货车上设置太阳能充电模块以及为充电模块提供电源的储电模块构成太阳能移动充电车，为半路没电或者需要寻找充电桩充电的电动汽车提供充电服务。太阳能的充电方式虽然清洁环保，但是没有考虑气候的因素，尤其是在东部地区梅雨季节，车载的储电模块是无法得到补电，也就限制了充电车的使用。\n发明内容\n[0006] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于复合电源系统的移动式充电电源车，可及时地为在道路上需要紧急充电的电动汽车提供充电服务。同时扩展了移动式充电电源车上所搭载复合电源系统的电能来源，除了通过传统的直流充电插座接口补电外，还充分利用了太阳光能、车辆滑行的动能、行车中的制动能量和发动机所输出的动能，都可转化为电能并存储在复合电源系统的储能动力电池组中。当复合电源系统中储能动力电池组荷电状态(State of Charge)较低时，可通过将发动机输出的一部分动能转化为电能的方式进行补电，而并不一定需要通过接入充电桩的方式来补电，避免了充电过程所消耗的时间，极大地拓展了移动式充电车的机动性，也突破了受复合电源系统中储能动力电池组荷电状态低而无法连续提供充电服务的限制这个难题。同时，考虑到复合电源系统中储能动力电池组放置在车厢内，对车厢有密闭性的要求。而在相对封闭的车厢内，若储能动力电池组在长时间、连续放电的状态下会引起自身温度的快速上升，进而造成储能动力电池组输出功率的下降甚至超温故障，必须考虑到对储能动力电池组进行散热冷却的设计。\n[0007] 为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于复合电源系统的移动式充电电源车，包含发动机、双转子电机、驱动桥、第一电源变换器、第二电源变换器、第一充电机模块、第二充电机模块、主接触器组、旁路接触器组、复合电源系统；所述复合电源系统包括储能动力电池组、太阳能电源变换器和太阳能电池组件；所述双转子电机两侧分别与所述发动机和所述驱动桥机械连接；所述第一电源变换器通过所述主接触器组与所述复合电源系统电气连接，所述第一电源变换器通过所述旁路接触器组与所述第二充电机模块电气连接，第一电源变换器与所述双转子电机直接电气连接；所述第二电源变换器分别与所述双转子电机、所述复合电源系统、所述第一充电机模块直接电气连接；所述太阳能电源变换器分别与所述储能动力电池组、太阳能电池组件直接电气连接；所述双转子电机包括外壳，以及外壳内的电滑环、外转子、定子绕组、永磁体、内转子绕组、内转子和轴承，所述电滑环嵌套安装在所述内转子上，所述内转子绕组安装在所述内转子的外侧，所述永磁体安装在所述外转子的内外两侧，所述定子绕组安装在所述外壳的内侧，所述外转子通过所述轴承安装在所述内转子上，所述外壳通过所述轴承一端支撑在所述内转子上，另一端支撑在所述外转子上。\n[0008] 进一步，所述主接触器组与旁路接触器组的状态是互斥的，都由两个直流接触器组成，分为正极直流接触器、负极直流接触器；且同一组内的两个直流接触器状态是一致的。\n[0009] 进一步，所述太阳能电池组件为硅太阳能电池板或者薄膜太阳能电池板。\n[0010] 进一步，所述第一充电机模块和所述第二充电机模块可同时工作，输出电能。两者同时工作时，所述第一充电机模块的电能来源为所述复合电源系统；所述第二充电机模块的电能来源为所述发动机输出的动能经过所述第一电源变换器转换而来的。\n[0011] 进一步，所述储能动力电池组的壳体上分布有可供冷却剂流过的水道。\n[0012] 在本发明的一个较佳的实施例中，所述冷却剂为硅油。\n[0013] 进一步，所述复合电源系统配置直流充电插座接口。\n[0014] 进一步，所述复合电源系统的电能来源有以下四种方式：\n[0015] 1)通过所述太阳能电池组件将太阳光能转化为电能，再经所述太阳能电源变换器升压转换后得到；\n[0016] 2)将所述主接触器组闭合，所述发动机通过连接轴带动所述双转子电机的所述内转子旋转，经所述第一电源变换器将所述发动机输出的动能转化为电能而得到；\n[0017] 3)在车辆滑行或者制动时，车辆的动能通过所述驱动桥带动所述双转子电机的所述外转子旋转并通过所述第二电源变换器转换为电能而得到；\n[0018] 4)车辆处于空闲状态时，通过所述复合电源系统配置的充电插座接口进行补电而得到。\n[0019] 本发明的有益效果是：本发明公开的一种基于复合电源系统的移动式充电电源车，在保留通过外接直流充电桩进行补电方式的基础上，可将太阳光能、车辆滑行的动能、行车中制动的能量和发动机所输出的动能转化为电能存储在复合电源系统的储能动力电池组中，将可利用的能量充分利用起来，实现了节能环保的目的。同时减少了对直流充电桩的依赖，突破了受复合电源系统中储能动力电池组电荷状态低而无法连续提供充电服务的限制这个难题。并将绝缘性能良好的硅油作为储能动力电池组的冷却剂，可有效地降低在相对封闭的车厢内储能动力电池组长时间放电状态下的温升情况，消除了由其温度高引发故障、甚至是自燃的安全隐患。\n附图说明\n[0020] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：\n[0021] 图1是根据本发明公开的一种基于复合电源系统的移动式充电电源车结构的示意图；\n[0022] 图2是本发明所述的储能动力电池组冷却循环系统结构图示意图。\n具体实施方式\n[0023] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。\n[0024] 详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。\n[0025] 图1为根据本发明公开的一种基于复合电源系统的移动式充电电源车结构的示意图，仅以示意方式显示与本发明有关的构成。如图1所示的移动式充电电源车包含发动机1、双转子电机2、驱动桥3、第一电源变换器4、第二电源变换器5、第一充电机模块7、第二充电机模块6、主接触器组9、旁路接触器组8、复合电源系统10；复合电源系统10包括储能动力电池组100、太阳能电源变换器101和太阳能电池组件102；双转子电机2两侧分别与发动机1和驱动桥3机械(刚性)连接；第一电源变换器4通过主接触器组9与复合电源系统10电气连接，第一电源变换器4通过旁路接触器组8与第二充电机模块6电气连接，第一电源变换器4与双转子电机2直接电气连接；第二电源变换器5分别与双转子电机2、复合电源系统10以及第一充电机模块7直接电气连接；太阳能电源变换器101分别与储能动力电池组100、太阳能电池组件102直接电气连接；这里优选的发动机方案为液化天然气(LNG)或者压缩天然气(CNG)发动机，其所需的燃料为甲烷，燃烧以后的污染物几乎没有，属于一种清洁能源。优选的复合电源系统中储能动力电池组额定电压为500V。\n[0026] 双转子电机2包括电滑环201、外壳202、外转子203、定子绕组204、永磁体205、内转子绕组206、内转子207和轴承208；电滑环201嵌套安装在内转子207上，内转子绕组206安装在内转子207的外侧，永磁体205安装在外转子203的内外两侧，定子绕组204安装在外壳202的内侧，外转子203通过轴承208安装在内转子207上，外壳202通过轴承208将一端支撑在内转子207上，另一端支撑在外转子203上。\n[0027] 主接触器组9与旁路接触器组8都是分别由两个直流接触器组成的，分为正极直流接触器、负极直流接触器；同一组的两个直流接触器状态保持一致。即同一时刻内，同一组的两个直流接触器同时闭合或者同时断开。而对于主接触器组9和旁路接触器组8来说，两者之间状态是互斥的，即若主接触器组9处于闭合状态时，旁路接触器8组就处于断开状态；\n反之若主接触器组9是断开状态时，旁路接触器组8就处于闭合状态。这里，直流接触器的优选方案为松下的AEV19024，其持续导通电流可达到300A。\n[0028] 而太阳能电池组件12为硅太阳能电池板或者薄膜太阳能电池板，考虑到最大限度地吸收太阳光能，可优选地将太阳能电池组件12布置在车厢的顶部。对于车厢的侧面，在不影响道路安全的情况下，也可以进行布置。这里并不对其进行限制。\n[0029] 第一充电机模块7和第二充电机模块6可同时工作，输出的电能可同时为两台电动汽车补充电能。当第一充电机模块7和第二充电机模块6同时工作时，第一充电机模块7的电能来源为复合电源系统10储存的电能；第二充电机模块6的电能来源为发动机1输出的动能经过第一电源变换器4转换而来的，在这里就是气-电转化而来的能量。需要强调的是，第一充电机模块7和第二充电机模块6同时工作时，主接触器组9处于断开状态，旁路接触器组8处于闭合状态。即第一充电机模块7和第二充电机模块6此时在电气上是独立的两个部分，没有联系的。\n[0030] 现在结合图2，对所述复合电源系统10中储能动力电池组100冷却循环系统进行说明，图中箭头的方向为冷却剂流动的方向，其单向流动。冷却循环系统由第一水泵301、第二水泵302、散热器303、单向阀304以及储能动力电池组100构成。储能动力电池组100的壳体上分布有可供冷却剂流过的水道，经过管路其将与第一水泵301、第二水泵302、散热器303、单向阀304连接起来。第一水泵301和第二水泵302驱动冷却剂单向循环流动。采用液冷的方式进行散热，防止储能动力电池组100在连续工作的情况下，温升过高而引发的自燃隐患。\n考虑到管路有老化渗漏的可能，这里选择绝缘性能良好的硅油作为冷却剂，即使发生渗液的现象，也不会造成储能动力电池组的短路现象，安全可靠。需要说明的是，如果单个水泵的功率能够满足带动冷却剂循环流动达到散热目的的话，可选择只有一个水泵来提供冷却剂循环流动的动力。图2中水泵数量的选择仅为示例性的，这里并不加以限制。\n[0031] 本发明中的复合电源系统10的电能来源主要有以下四种方式：\n[0032] 1)通过太阳能电池组件12将太阳光能转化为电能，经太阳能电源变换器11升压转换后所提供的电能。这里优选的太阳能电池组件为硅太阳能电池板或者薄膜太阳能电池。\n对于硅太阳能电池的发电原理是利用了半导体材料(硅)的光电效应，当太阳光照射到太阳能电池组件时，一部分光子被硅材料吸收并将能量传递给硅原子，使电子发生了越迁，在PN结两侧集聚形成电位差。在外部电路接通的情况下，会有电流流过产生一定的输出功率。多个硅太阳能电池串联形成硅太阳能电池板。这里选择36个硅太阳能电池串联起来，得到电压为18～25.2V的硅太阳能电池板。再经过太阳能电源变换器11将电压升高到510V左右，将电能存储在复合电源系统10的储能动力电池组100中。对于薄膜太阳能电池是在玻璃衬底上沉积透明导电膜，用等离子体反应沉积P型、i型、N型三层非晶硅，再蒸镀金属电极铝形成。发电原理也与硅太阳能电池是相类似的。由于太阳光能是取之不尽用之不竭的清洁能源，通过光电转换，将光能转化为电能并储存在复合电源系统10，可有效地提高能源的利用率，达到节能环保的效果。\n[0033] 2)当主接触器组9处于闭合状态，旁路接触器组8处于断开状态时，发动机1通过连接轴带动双转子电机2的内转子207旋转，第一电源变换器4将发动机1输出的动能转化为电能为复合电源系统10中的储能动力电池组100补电；选择LNG或者CNG发动机通过气-电转换，可随时随地对储能动力电池组100进行补电，而无需接入直流充电桩，节约了充电所需要的等待时间，极大地拓展了移动式充电电源车的机动性。即移动式充电电源车可为外界提供连续充电的服务。这里需要说明的是，在车辆行驶中，也可实现行车充电。此时，发动机\n1输出的动能一部分来满足车辆行驶的需求，另一部分则转化为电能给复合电源系统10中的储能动力电池组100来补电。\n[0034] 3)在车辆滑行或者制动时，车辆的动能通过驱动桥3带动双转子电机2的外转子\n203旋转并经第二电源变换器5转化为电能所提供的。车辆在滑行或者制动时，可将车辆的动能转化为电能，存储在储能动力电池组100中。这里优选的实施方案为当车辆的车速大于\n45km/h且油门踏板被松开时或者制动踏板被踩下时，通过控制第二电源变换器5，利用双转子电机2的外转子203与定子绕组204之间的磁场耦合产生电制动转矩并将动能转换为电能，传输给复合电源系统10中的储能动力电池组100存储起来。这样可将原先只能通过摩擦制动消耗掉的动能充分利用起来，提高了整车能量的综合利用率，符合节能环保的要求，也减少了摩擦制动片的使用频次，延长了摩擦制动片的使用寿命。\n[0035] 4)车辆处于空闲状态时，通过储能动力电池组100配置的充电插座接口进行补电。\n即车辆空闲状态且储能动力电池组100的荷电状态不满时，可通过充电站进行补电。将直流充电桩上的充电枪插入储能动力电池组100配置的充电插座，即可将电网上的电能传输到储能动力电池组100中。尤其是在夜间，此时电网的费率较低，可优选通过此方式来对储能动力电池组100进行补电。\n[0036] 通过本发明提供的一种基于复合电源系统的移动式充电电源车可为外部车辆提供不分天气状况、全天候、长时间连续充电的服务，机动性能不受自身储能动力电池组的荷电状态限制。同一时刻可为两台电动汽车进行充电，其发挥的作用等价于一个小型充电站，而且最主要的不受当地电网电源容量的限制，并不一定需要接入当地的电网。\n[0037] 综上，本发明的一种基于复合电源系统的移动式充电电源车，该移动式充电电源车除了可通过复合电源系统中的直流充电插座接口进行补电之外，还可对太阳的光能、车辆滑行的动能、行车中的制动能量和发动机所输出的动能进行利用，将其转化为电能并为车载的复合电源系统中的储能动力电池组补电，进一步扩展了移动式充电电源车的服务范围，具有节能、环保、安全、可靠、便捷的优势。\n[0038] 以上所述的是本发明的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本发明所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本发明的保护范围内。