一种军用多功能移动电源车的制作方法

本发明涉及移动电源车技术领域，尤其涉及一种军用多功能移动电源车。

背景技术

随着国家经济与科技的发展，移动电源车在各领域的经济建设中发挥着重要的作用。移动电源车具有机动、灵活的特点，在抢险，灾害、应急等急需电力供应的一些特殊的场合发挥着特有的功能，是其他供电方式无法比拟的；移动电源车除了提供电能外还可以携带一些人员和作业设备，完成现场的各种作业需求。

目前，移动电源多用车载式电站，主要由发电机组成成套设备，很多企业利用厢式货车进行改装。由于柴油发电机组质量较大，污染大，特别是噪声大，成为了制约移动电源车应用的重要因素。尤其是部队使用的移动电源车，柴油发电机组并不适用，因为其噪声大易暴露目标，另外污染大受环保限制。

当前，锂电池技术发展已趋于成熟，为移动电源车采用储能方式提供了可能。用于提供储能电源的方式也很多，如采用固定电源的市电、适合移动充电的光伏发电和电气机车的牵引电源供电，完全可以放弃由柴油发电机组供电。

采用储能方式的移动电源车用途十分广泛，用于军用时，可作为部队野外宿营照明、取暖、制冷、洗浴、通讯、导弹发射、工程施工、行军炊饮、军营应急电源和变电站抢修用直流电源等，因此多功能的移动电源车将成为部队备战、应战的必备利器。

技术实现要素：

本发明提供了一种军用多功能移动电源车，采用锂电池储能，具备光伏发电、市电充电、铁路牵引供电系统在线充电等多种充电方式，具有移动充电和快速充电功能，同时可输出ac380v、ac220v、dc110v、dc48v和dc24v等多种电源，能够实现连续稳定供电，从而为部队各种用电负载的有效使用提供了有力保障。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

一种军用多功能移动电源车，包括牵引车和拖车移动电站；所述牵引车顶部设有可折叠光伏板组件，可折叠光伏板组件中设有光伏板，且光伏板具备折叠、水平旋转及俯仰调节功能；拖车移动电站包括由汇流器、系统控制器、电池保护板、储能锂电池组、充电及控制单元、接入切换单元、双向逆变器及出端切换单元组成的电源系统；所述光伏板的电流输出端通过传输电缆连接汇流器；接入切换单元的一路控制点依次连接双向逆变器、出端切换单元，出端切换单元用于与铁路牵引供电系统中的输电线路、市电网络及用电负载相连；系统控制器分别与光伏板组件、汇流器、电池保护板、充电及控制单元、接入切换单元、双向逆变器及出端切换单元相连；充电及控制单元分别与接入切换单元及储能锂电池组相连，储能锂电池组与电池保护板相连；拖车移动电站顶部设受电弓，用于与铁路牵引供电系统中的输电线路接触取电；拖车移动电站外部设出端电源端子用于自市电电网取电或向用电负载供电；拖车移动电站与轨道之间设磁性软接触线用作接地保护；

所述接入切换单元由接入操作控制器及电子开关qf1、qf2、qf3组成；接入操作控制器控制电子开关qf1、qf2和qf3开闭，当qf1和qf2闭合、qf3打开时，控制接点qf11、qf12分别与控制接点qf21、qf22连通；当qf1打开、qf2和qf3闭合时，控制接点qf31、qf32分别与控制接点qf21、qf22连通；

所述出端切换单元由出端操作控制器及电子开关qf4、qf5、qf6、qf7、qf8、qf9、qf10组成；出端操作控制器控制电子开关qf4～qf10的开闭；在出端切换单元中，当qf4闭合、其它电子开关打开时，控制接点qf41、qf42、qf43分别与控制接点a、b、c连通,电源系统接受市电电网的低谷电储能；当qf6闭合、其它电子开关打开时，控制接点qf41、qf42、qf43分别与控制接点qa、qb、qc连通，电源系统自铁路牵引供电系统取电；当qf5闭合、其它电子开关打开时，控制接点qf41、qf42、qf43分别与控制接点ya、yb、yc连通，电源系统输出380v三相四线制交流电；当qf7闭合、其它电子开关打开时，控制接点qf44与控制接点yn连通，电源系统输出220v交流电；当qf8闭合、其它电子开关打开时，通过储能锂电池组输出110v直流电；当qf9闭合、其它电子开关打开时，通过储能锂电池组输出48v直流电；当qf10闭合、其它电子开关打开时，通过储能锂电池组输出24v直流电。

所述可折叠光伏板组件由上部光伏板、下部光伏板、光伏板支承柱、光伏板上转轴、光伏板下转轴及光伏板回转机构组成；上部光伏板和下部光伏板通过光伏板上转轴铰接，上部光伏板能够绕光伏板上转轴转动后与下部光伏板呈180度角组成光伏板，或与下部光伏板平行折叠在一起；光伏板上转轴的铰支座固定在转轴支承板上，转轴支撑板与光伏板支承柱的上端铰接，且铰接处设光伏板俯仰手动调节旋钮，用于调节光伏板的俯仰角度；光伏板支承柱的下端与光伏板回转机构铰接，在光伏板回转机构带动下，光伏板能够在水平方向转动；光伏板回转机构通过光伏板托板与牵引车车体固定连接；可折叠光伏板组件整体折叠时，上部光伏板、下部光伏板及光伏板支承柱均呈水平状态。

所述光伏板回转机构采用蜗轮蜗杆传动机构，蜗杆为驱动端，蜗轮水平转动，光伏板支承柱设于蜗轮上。

所述汇流器中设有直流熔断器、电流传感器、直流断路器和网络数据采集器，直流熔断器和电流传感器依次串连在某电池串列的阳极导线及阴极导线上，电流传感器的电流信号输出端与网络数据采集器的输入端相连；网络数据采集器接收多路电流信号并与系统控制器通讯连接；阳极导线和阴极导线上分别设有直流断路器，并且通过避雷器接地。

所述双向逆变器包括电压变换电路、逆变器、滤波器及双向逆变器控制器，电压变换电路的输入信号取自接入切换单元的控制接点qf21、qf22的直流输出，接触器k合上时，直流信号经电容c1、电感l1及开关管t7形成脉动方波，由开关管t1、t2、t3、t4、t5、t6和电容c2组成的逆变器转化成三相交流电，由电感l2、l3和电容c3组成的滤波器滤波后经输出端qf41、qf42、qf43输出至接入切换单元。

所述系统控制器包括全固态微电脑、触摸显示屏、报警单元及nb-lot窄带物联网，所述全固态微电脑分别与触摸显示屏、报警单元、nb-lot窄带物联网连接，全固态微电脑通过profibus-dp通讯电缆分别与光伏板跟踪控制单元、汇流器电流监测单元、接入切换单元、双向逆变器、充电及控制单元、电池保护板及出端切换单元连接；光伏板跟踪控制单元包括设置在光伏板上的太阳跟踪传感器及光伏板回转机构中的驱动装置；汇流器电流监测单元包括其中的各个电流传感器与网络数据采集器。

所述充电及控制单元由嵌入式微电脑、开关管t8、开关管t9、由电感l4和电容c5组成的滤波电路以及滤波电容c4组成；用于将由接入切换单元的控制接点qf31、qf32输出的直流信号变成方波，对储能锂电池组充电；嵌入式微电脑同时具有联网功能以及开关量、模拟量输入输出功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)采用锂电池储能，避免了常规采用柴油发电机组发电存在的重量大、污染大、噪声大的弊端，特别适合部队备战、应战使用；

2)可采用光伏发电、市电充电、铁路牵引供电系统在线充电等多种充电方式，提供了多种电源方便随时充电；同时可输出ac380v、ac220v、dc110v、dc48v和dc24v等多种电源，能够满足部队野外宿营照明、取暖、制冷、洗浴，通讯、导弹发射、工程施工、行军炊饮、军营应急电源和变电站抢修用直流电源等不同的应用需求；

3)太阳光好时直接采用光伏发电，电量有剩全时随时进行储能，市电低谷时段榀使用低谷电储能，实现节能、环保的目标；

4)将现代电力电子技术和现代信息技术相结合，集成了多路网络数据采集器、快速充电电路、双向逆变器(既可整流，又可逆变)、全固态微电脑、无线wifi和nb-lot窄带物联网等先进技术，实现了信息化和智能化控制。

附图说明

图1是本发明所述一种军用多功能移动电源车的外形示意图。

图2是本发明所述可折叠光伏板组件的结构示意图(折叠状态)。

图3是本发明所述电源系统的组成原理图。

图4是本发明所述接入切换单元组成原理图。

图5是本发明所述出端切换单元组成原理图。

图6是本发明所述汇流器的组成及电流检测原理图。

图7是本发明所述汇流器中网络数据采集器的原理图。

图8是本发明所述双向逆变器的原理图。

图9是本发明所述系统控制器的原理图。

图10是本发明所述充电及控制单元的原理图。

图11是电气机车牵引供电系统中at供电系统的原理图一。

图12是电气机车牵引供电系统中at供电系统的原理图二。

图13是本发明所述军用多功能移动电源车在电气机车轨道道岔处充电时的示意图。

图14是本发明所述军用多功能移动电源车在电气机车轨道上移动充电时的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本发明所述一种军用多功能移动电源车，包括牵引车1和拖车移动电站7；所述牵引车1顶部设有可折叠光伏板组件，可折叠光伏板组件中设有光伏板，且光伏板具备折叠、水平旋转及俯仰调节功能；拖车移动电站7包括由汇流器、系统控制器、电池保护板、储能锂电池组、充电及控制单元、接入切换单元、双向逆变器及出端切换单元组成的电源系统(如图3所示)；所述光伏板的电流输出端通过传输电缆4连接汇流器；接入切换单元的一路控制点依次连接双向逆变器、出端切换单元，出端切换单元用于与铁路牵引供电系统中的输电线路、市电网络及用电负载相连；系统控制器分别与光伏板组件、汇流器、电池保护板、充电及控制单元、接入切换单元、双向逆变器及出端切换单元相连；充电及控制单元分别与接入切换单元及储能锂电池组相连，储能锂电池组与电池保护板相连；拖车移动电站7顶部设受电弓6，用于与铁路牵引供电系统中的输电线路接触取电；拖车移动电站7外部设出端电源端子5用于自市电电网取电或向用电负载供电；拖车移动电站7与轨道之间设磁性软接触线18用作接地保护；

如图4所示，所述接入切换单元由接入操作控制器及电子开关qf1、qf2、qf3组成；接入操作控制器控制电子开关qf1、qf2和qf3开闭，当qf1和qf2闭合、qf3打开时，控制接点qf11、qf12分别与控制接点qf21、qf22连通；当qf1打开、qf2和qf3闭合时，控制接点qf31、qf32分别与控制接点qf21、qf22连通；

如图5所示，所述出端切换单元由出端操作控制器及电子开关qf4、qf5、qf6、qf7、qf8、qf9、qf10组成；出端操作控制器控制电子开关qf4～qf10的开闭；在出端切换单元中，当qf4闭合、其它电子开关打开时，控制接点qf41、qf42、qf43分别与控制接点a、b、c连通,电源系统接受市电电网的低谷电储能；当qf6闭合、其它电子开关打开时，控制接点qf41、qf42、qf43分别与控制接点qa、qb、qc连通，电源系统自铁路牵引供电系统取电；当qf5闭合、其它电子开关打开时，控制接点qf41、qf42、qf43分别与控制接点ya、yb、yc连通，电源系统输出380v三相四线制交流电；当qf7闭合、其它电子开关打开时，控制接点qf44与控制接点yn连通，电源系统输出220v交流电；当qf8闭合、其它电子开关打开时，通过储能锂电池组输出110v直流电；当qf9闭合、其它电子开关打开时，通过储能锂电池组输出48v直流电；当qf10闭合、其它电子开关打开时，通过储能锂电池组输出24v直流电。

如图1、图2所示，所述可折叠光伏板组件由上部光伏板11、下部光伏板16、光伏板支承柱14、光伏板上转轴12、光伏板下转轴15及光伏板回转机构2组成；上部光伏板11和下部光伏板16通过光伏板上转轴12铰接，上部光伏板11能够绕光伏板上转轴12转动后与下部光伏板16呈180度角组成光伏板，或与下部光伏板16平行折叠在一起；光伏板上转轴12的铰支座固定在转轴支承板13上，转轴支撑板13与光伏板支承柱14的上端铰接，且铰接处设光伏板俯仰手动调节旋钮9，用于调节光伏板的俯仰角度；光伏板支承柱14的下端与光伏板回转机构2铰接，在光伏板回转机构2带动下，光伏板能够在水平方向转动；光伏板回转机构2通过光伏板托板8与牵引车1车体固定连接；可折叠光伏板组件整体折叠时，上部光伏板11、下部光伏板16及光伏板支承柱14均呈水平状态。

所述光伏板回转机构2采用蜗轮蜗杆传动机构，蜗杆为驱动端，蜗轮水平转动，光伏板支承柱14设于蜗轮上。

如图6所示，所述汇流器中设有直流熔断器、电流传感器、直流断路器和网络数据采集器wscq(如图7所示)，直流熔断器和电流传感器依次串连在某电池串列的阳极导线及阴极导线上，电流传感器的电流信号输出端与网络数据采集器wscq的输入端相连；网络数据采集器wscq接收多路电流信号并与系统控制器通讯连接；阳极导线和阴极导线上分别设有直流断路器，并且通过避雷器接地。

如图8所示，所述双向逆变器包括电压变换电路、逆变器、滤波器及双向逆变器控制器，电压变换电路的输入信号取自接入切换单元的控制接点qf21、qf22的直流输出，接触器k合上时，直流信号经电容c1、电感l1及开关管t7形成脉动方波，由开关管t1、t2、t3、t4、t5、t6和电容c2组成的逆变器转化成三相交流电，由电感l2、l3和电容c3组成的滤波器滤波后经输出端qf41、qf42、qf43输出至接入切换单元。

如图9所示，所述系统控制器包括全固态微电脑、触摸显示屏、报警单元及nb-lot窄带物联网，所述全固态微电脑分别与触摸显示屏、报警单元、nb-lot窄带物联网连接，全固态微电脑通过profibus-dp通讯电缆分别与光伏板跟踪控制单元、汇流器电流监测单元、接入切换单元、双向逆变器、充电及控制单元、电池保护板及出端切换单元连接；光伏板跟踪控制单元包括设置在光伏板上的太阳跟踪传感器及光伏板回转机构2中的驱动装置；汇流器电流监测单元包括其中的各个电流传感器与网络数据采集器wscq。

如图10所示，所述充电及控制单元由嵌入式微电脑、开关管t8、开关管t9、由电感l4和电容c5组成的滤波电路以及滤波电容c4组成；用于将由接入切换单元的控制接点qf31、qf32输出的直流信号变成方波，对储能锂电池组充电；嵌入式微电脑同时具有联网功能以及开关量、模拟量输入输出功能。

以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

【实施例】

本实施例中，一种军用多功能移动电源车的牵引车1与拖车移动电站7之间通过活动连接器3连接；储能锂电池组由多个磷酸铁锂电池组成，具有快速充电功能，并带有低温加热、高温散热的温控系统，由电池保护板提供保护。

光伏板用于将光能装换成电能(直流电)；汇流器用于将光伏板输出并联起来一路输出，起到汇流作用；双向逆变器用于将光伏板产生的直流电转换成交流电，双向逆变器同时具有整流作用，本实施例中，双向逆变器采用iegt双向逆变器。

系统控制器中采用的全固态微电脑带wifi无线上网功能，并设有包括rs-485、usb在内的多个接口。

可折叠光伏板组件中，上部光伏板11和下部光伏板16在运输时处于折叠状态，在工作时通过设于上部光伏板11两侧的光伏板扳手10将上部光伏板11绕光伏板上转轴12转动，使上部光伏板11和下部光伏板16的工作面形成一个平面。光伏板的俯仰角度通过光伏板俯仰手动调节旋钮9进行手动调节。光伏板回转机构2采用蜗轮蜗杆传动机构，蜗杆由步进电机17带动旋转，并驱动蜗轮进行水平旋转；光伏板上设有太阳跟踪传感器，能够自动检测光伏板的当前位置及太阳光的位置，通过系统控制器控制步进电机17实时调节光伏板的水平转动角度，经过俯仰角度及水平位置的调节，使光伏板的工作面始终与太阳光的方向垂直。

本实施例中，汇流器中的网络数据采集器wscq为多功能数据采集器，其由多路输入单元sr、万能变换单元bh、隔离可编程放大单元fd和a/d转换-嵌入式微电脑qw依次连接组成，8路信号in1～in8分时送入多路输入单元sr后，依次经万能变换单元bh、隔离可编程放大单元fd和a/d转换-嵌入式微电脑qw进行处理，a/d转换-嵌入式微电脑qw设有现场总线接口与系统控制器通信连接，多路输入单元sr、万能变换单元bh和隔离可编程放大单元fd的各选通信号均来自a/d转换-嵌入式微电脑qw，a/d转换-嵌入式微电脑qw根据系统控制器指令控制整个网络数据采集器wscq的运作。网络数据采集器wscq采集8路模拟信号，处理过程包括数据变换、隔离放大、a/d转换及数据采集控制管理，能够分时采集数据，其精度高、体积小、价格低廉。本实施例中每2个光伏电池为一组，共分8组，对应网络数据采集器wscq的8个输入端，网络数据采集器wscq由单独的dc/dc直流变压器供电。

如图7所示，网络数据采集器中的锁存器1和锁存器3选通为低电平工作，而锁存器2选通为高电平工作。隔离可编程放大单元fd输出的模拟信号，经a/d转换-嵌入式微电脑处理后，通过数据总线送至系统控制器，再通过wifi发送到现场wifi或nb-lot窄带物联网传输，最后传到云服务平台，供总控室决策使用。

多路输入单元sr由三个单8通道数字控制模拟电子开关组成。多路输入单元sr对应a1、a2、a3三个输出端分别输出，万能变换单元bh的三个输出端分别为b1、b2、b3。

如图4所示，接入切换单元中接入操作控制器控制电子开关qf1、qf2和qf3开闭，当qf1和qf2闭合、qf3打开时，控制接点qf11、qf12分别与控制接点qf21、qf22连通；当qf1打开、qf2和qf3闭合时，控制接点qf31、qf32分别与控制接点qf21、qf22连通，从而实现由光伏电池向储能锂电池组充电或由市电电网的低谷电或铁路牵引供电系统向储能锂电池组充电的切换功能。

采用铁路牵引供电系统为军用多功能移动电源车充电是本发明的一个创新，高铁能够跑起来，依靠的是铁路牵引供电系统给高速列车提供电力。电气化铁路的牵引供电方式主要有：bt(吸流变压器)供电方式、at(自耦变压器)供电方式和tr直接供电方式。

我国电气化铁路如高铁的机车负荷主要采用交直交型动车组，此类型动车组功率大，再加之高铁行车密度大，所以对通信线路的电磁干扰较大。理论上，带回流线的直供方式和at供电方式均可以满足高铁的需求。但与直供方式相比，at供电方式对通信线路的影响更小，而且供电能力更强口，因此，我国新建高铁主要采用at供电方式。典型的at供电系统如图11所示。

如图12所示，采用at供电方式的铁路牵引供电系统主要由牵引变电站(变电所)、自耦变压器at(at1～atn)、接触网t、回馈线f、铁轨r及高速列车组成。基本原理为：牵引变电站为整个铁路牵引供电系统提供电源，电流i(电压27.5kv)从牵引变电站流出，通过接触网t给高速列车提供电能，然后通过回馈线f流回牵引变电站(变电所)。铁路牵引供电系统为高铁提供电力，高铁依靠电力来获得动力，其基本原理为：高速列车通过受电弓与接触网t接触将高压交流电取回车内，然后通过变压器降压和四象限整流器转换成直流，再经过逆变器转换成可调幅调频的三相交流电，输入三相异步/同步牵引电机，通过传动系统带动车轮运行。

本发明所述军用移动电源车的工作过程如下：

1、光伏充电储能：军用多功能移动电源车停在某一固定位置，将光伏板支承柱14立起，通过光伏板扳手10向外打开上部光伏板11，使其与下部光伏板16形成一个平面，然后通过调节光伏板俯仰手动调节旋钮9及光伏板回转机构2，使光伏板的工作面与太阳光线近于垂直，调节好后将光伏板与光伏板支承柱14锁紧固定。通过设置在光伏板上的太阳跟踪传感器自动检测光伏板的当前位置及太阳光的位置，通过系统控制器控制步进电机17调节光伏板的水平转动，从而使光伏板的工作面始终朝向太阳光的方向。光伏板通过汇流器将获得的直流电送入接入切换单元，根据需要，或者直接进入双向逆变器将直流电变换成交流电，再经过出端切换单元输出使用；或者由接入切换单元送到储能锂电池组进行充电，直流电也可直接输出使用。

2、市电充电储能：市电电网通过出端切换单元、双向逆变器、接入切换单元对储能锂电池组充电，在低谷时间进行充电储能。

3、铁路牵引供电系统充电储能：

如图13所示，是军用多功能移动电源车在铁路道岔处进行充电作业的示意图。将拖车移动电站7上方的受电弓6支起与铁路牵引供电系统中的接触线t接触受电，电流依次流过出端切换单元、双向逆变器、接入切换单元及充电及控制单元后，向储能锂电池组充电。图中it是自牵引变电站流出的电流，if是流回牵引变电站的电流，两者之间形成回路。

如图14所示，是军用多功能移动电源车在铁路上行进过程中进行充电作业的示意图。军用多功能移动电源车整体由铁路货运平板车19拉载沿铁轨r行进，在此过程中，将拖车移动电站7上方的受电弓6支起与铁路牵引供电系统中的接触线t接触受电，电流依次流过出端切换单元、双向逆变器、接入切换单元及充电及控制单元后，向储能锂电池组充电。

4、向用电负载供电：在系统控制器的控制下，储能锂电池组中存储的电能依次通过充电及控制单元、接入切换单元、双向逆变器和出端切换单元，通过拖车移动电站7外部设出端电源端子5用相应的引出线，引送到用电负载供使用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。