專利名稱：基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于發(fā)電以及能源利用領(lǐng)域，涉及一種基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng) 及其控制方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)移動(dòng)車載發(fā)電系統(tǒng)是指在滿足正常行車載人載貨的需求之外，能夠利用車載的柴 油發(fā)電機(jī)在停車或行車進(jìn)行發(fā)電，為多種電力設(shè)備提供緊急電力供應(yīng)，在野外作業(yè)、科學(xué) 考察、極地救援等領(lǐng)域，特別是在嚴(yán)重自然災(zāi)害和甚至戰(zhàn)爭(zhēng)等嚴(yán)酷的環(huán)境下發(fā)揮著關(guān)鍵作 用。
傳統(tǒng)移動(dòng)車載發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電形式采用柴油動(dòng)力，該模式存在如下問(wèn)題1)在野外 作業(yè)、科學(xué)考察、極地救援等特殊環(huán)境下，通常距離可加油區(qū)極遠(yuǎn)，無(wú)法完成柴油的及時(shí) 供給，而由于車載發(fā)電系統(tǒng)自身體積的限制，車載柴油量有限，從而造成電源供電能力和 工作時(shí)間受到很大限制；2) —次能源的日益缺乏，造成國(guó)際石油價(jià)格日益飆升，發(fā)電成 本逐步增加；3)人類環(huán)境的日益惡化、污染程度的加劇，迫切需求有新的能源替代方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力 的車載發(fā)電系統(tǒng)及其控制方法，該發(fā)明可在戶外風(fēng)力充足的工作環(huán)境下，利用風(fēng)力發(fā)電機(jī) 實(shí)現(xiàn)風(fēng)能到電能的轉(zhuǎn)換，為電力設(shè)備提供能源供給，能源過(guò)剩時(shí)通過(guò)蓄能裝置進(jìn)行儲(chǔ)存， 當(dāng)風(fēng)力不足且蓄能裝置不足以提供電力設(shè)備能源供給需求時(shí)，啟用柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電，從而 最大程度上減少柴油耗油量，提高車載發(fā)電系統(tǒng)供電能力，減少環(huán)境污染，更好的為災(zāi)害 現(xiàn)場(chǎng)救援、野外探險(xiǎn)、軍用作戰(zhàn)等領(lǐng)域服務(wù)。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是
一種基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括風(fēng)力發(fā)電裝置、燃油 發(fā)電裝置、蓄電裝置、用電設(shè)備以及控制器；
所述風(fēng)力發(fā)電裝置和燃油發(fā)電裝置的電能輸出端并聯(lián)后向用電設(shè)備供電，并同時(shí)與蓄 電裝置電連接；
所述的風(fēng)力發(fā)電裝置為風(fēng)力機(jī)、連軸器、高速飛輪以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)依次串接；所述風(fēng)
力發(fā)電機(jī)的控制端接控制器；
所述的燃油發(fā)電裝置為柴油機(jī)、變速箱、電磁離合器、飛輪、同步發(fā)電機(jī)依次連接； 所述電磁離合器的控制端接控制器；
所述的蓄電裝置由電磁開關(guān)、雙向逆變器和蓄電池組依次串接組成；所述電磁開關(guān)和 雙向逆變器的控制端連接控制器。
所述的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔架部分為可升降式液壓缸結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)或多個(gè)活塞套裝而成，
下一級(jí)活塞桿是上一級(jí)活塞缸的缸筒，最上一級(jí)活塞的活塞桿支撐風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片及其
他上部機(jī)構(gòu)；缸筒與第一活柱組成一級(jí)缸；第一活柱與第二活柱組成二級(jí)缸；第二活柱與
活塞桿組成三級(jí)缸，其它依次類推。
所述同步發(fā)電機(jī)的安裝底座為機(jī)底油箱結(jié)構(gòu)；所述的柴油機(jī)還通過(guò)所述的變速箱連接 用于驅(qū)動(dòng)車體的傳動(dòng)裝置。
基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，包括以下步驟
1) 首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后切斷電磁開關(guān)和電磁離合器；將控制變量電磁開關(guān)狀 態(tài)&、電磁離合器狀態(tài)&、風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)&、風(fēng)速J^、用電負(fù)荷^、蓄電池組
電壓f/r蓄電池組輸出功率^、同步發(fā)電機(jī)發(fā)電功率^均設(shè)置為零；讀入風(fēng)力發(fā)電機(jī)額 定功率pw 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)速度^ 、蓄電池組飽和電壓t/^ 、蓄電池組最小允許電壓t/ss 、
高速飛輪飽和蓄能容量五^、高速飛輪最小允許蓄能容量五^、同步發(fā)電機(jī)額定功率/^、
同步發(fā)電機(jī)最低負(fù)荷功率i^^，轉(zhuǎn)入步驟2);
2) 控制工作流程如下
① 實(shí)時(shí)采集風(fēng)速PV、用電負(fù)荷Pu、蓄電池組電壓f^、風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)Sw、電 磁離合器狀態(tài)^D、蓄電裝置電磁開關(guān)狀態(tài)&，轉(zhuǎn)入流程②；
② 如果蓄電池組電壓t/B大于蓄電池組飽和電壓，或蓄電池組電壓f/s小于蓄電池
組最小允許電壓C/^，若電磁開關(guān)閉合，則切斷電磁開關(guān)，以避免蓄電池組的過(guò)度充放電;
若風(fēng)速^大于風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)速度^,，則轉(zhuǎn)入流程③，否則轉(zhuǎn)入流程④；
(D若用電負(fù)荷Pu大于零或高速飛輪蓄能值五F小于高速飛輪飽和蓄能容量五^，則啟 動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，轉(zhuǎn)入步驟3);否則返回步驟2);
④在風(fēng)速l^小于風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)速度^,時(shí)，若用電負(fù)荷^大于零，則利用高速飛輪 帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，執(zhí)行完畢后轉(zhuǎn)向步驟3);否則停止風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行，斷開電磁離合 器，停止同步發(fā)電機(jī)利用柴油發(fā)電，斷開電磁開關(guān)，然后返回步驟2); 3)控制工作流程如下
① 若風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率Pwo小于用電負(fù)荷A，則閉合電磁開關(guān)，蓄電池組通過(guò)雙
向逆變器向用電設(shè)備補(bǔ)充供電，若風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率Pw。與蓄電池組輸出功率A之和仍
小于用電負(fù)荷^，則閉合電磁離合器，啟動(dòng)同步發(fā)電機(jī)利用柴油發(fā)電；否則斷開電磁離合 器，關(guān)閉同步發(fā)電機(jī)，停止利用柴油發(fā)電；轉(zhuǎn)入步驟2);
② 若Pw。大于等于用電負(fù)荷^，則對(duì)高速飛輪蓄能，若高速飛輪蓄能值五F達(dá)到飽和
蓄能容量^^，且蓄電池組電壓C^小于飽和電壓C/^，則閉合電磁開關(guān)，多余能量通過(guò)雙 向逆變器向蓄電池組充電；轉(zhuǎn)入步驟2)。
本發(fā)明的有益效果
基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)是集機(jī)、電和自動(dòng)控制技術(shù)為一體的綜合性高 科技裝置，其機(jī)械、電氣、控制部分互相協(xié)調(diào)工作，共同構(gòu)成一個(gè)有機(jī)的整體。
本發(fā)明基于各參量(如當(dāng)前的風(fēng)速I^、用電負(fù)荷&、蓄電池組電壓C^、風(fēng)力發(fā)電 機(jī)工作狀態(tài)Sw、電磁離合器狀態(tài)S^蓄電裝置電磁開關(guān)狀態(tài)&等)的實(shí)際檢測(cè)值，再通
過(guò)科學(xué)的控制策略，使得系統(tǒng)中的各機(jī)構(gòu)(包括風(fēng)力發(fā)電裝置、燃油發(fā)電裝置、蓄電裝置) 充分配合、協(xié)調(diào)工作，最大限度的提高發(fā)電效率和能源的利用效率；其中，具體涉及到風(fēng) 力發(fā)電機(jī)和燃油發(fā)電機(jī)的配合，高速飛輪的儲(chǔ)能和風(fēng)力發(fā)電機(jī)的配合，電池(組)和發(fā)電 機(jī)、用電設(shè)備的配合等。因此，本發(fā)明具有智能控制以及能源利用效率高的特點(diǎn)。
本發(fā)明充分利用豐富的自然風(fēng)能發(fā)電，可最大程度上減少柴油耗油量，節(jié)能環(huán)保，且 能提高車載發(fā)電系統(tǒng)供電能力，提高車載發(fā)電系統(tǒng)的供電時(shí)間，可在野外作業(yè)、科學(xué)考察， 特別是在嚴(yán)重自然災(zāi)害和戰(zhàn)爭(zhēng)等嚴(yán)酷的環(huán)境下為多種用電設(shè)備提供長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定而可靠的 緊急電力供應(yīng)，在極端環(huán)境下能發(fā)揮關(guān)鍵作用。該發(fā)明可應(yīng)用于各種工程車輛、坦克、遠(yuǎn) 洋船舶、潛艇、極地科考車輛等民用和軍工領(lǐng)域。


圖1為基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖2為基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1的三級(jí)伸縮液壓缸示意圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例1控制流程圖1; 圖5為本發(fā)明實(shí)施例1控制流程圖2; 圖6為本發(fā)明實(shí)施例1控制流程圖3。
附圖標(biāo)號(hào)說(shuō)明1-車載發(fā)電系統(tǒng)，2-伸縮式升降塔架，3-風(fēng)力機(jī)，4-連軸器，5-高速飛 輪，6-風(fēng)力發(fā)電機(jī)，7-柴油機(jī)，8-電磁離合器，9-飛輪，10-同步發(fā)電機(jī)，ll-電磁開關(guān)，12-缸筒，13-第一活柱，14-第二活柱，15-活塞桿，16-負(fù)載R， 17-油來(lái)f。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 實(shí)施例1:
如圖1 3所示，風(fēng)力發(fā)電裝置通過(guò)伸縮式升降塔架2安裝于移動(dòng)車輛的車廂內(nèi)。當(dāng)需 要啟動(dòng)風(fēng)力發(fā)電時(shí)，將風(fēng)力發(fā)電裝置升高至一定高度，以獲取足夠強(qiáng)度的風(fēng)能；當(dāng)停止風(fēng) 力發(fā)電時(shí)，將風(fēng)力發(fā)電裝置收縮至最低高度，從而使其處于車廂體內(nèi)，以提高安全性，便
于運(yùn)輸。該發(fā)明通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)風(fēng)能和柴油的混合優(yōu)化發(fā)電控制，其原理如下在戶外風(fēng)
力充足的工作環(huán)境下，利用風(fēng)力發(fā)電裝置實(shí)現(xiàn)風(fēng)能到電能的轉(zhuǎn)換，為用電設(shè)備提供能源供
給，能源過(guò)剩時(shí)通過(guò)蓄能裝置進(jìn)行儲(chǔ)存；當(dāng)風(fēng)力不足時(shí)，優(yōu)先考慮蓄能裝置對(duì)電力設(shè)備負(fù) 荷進(jìn)行供電；當(dāng)風(fēng)力不足且蓄能裝置不足以提供電力設(shè)備負(fù)荷的能源供給需求時(shí)，啟用車 載的柴油機(jī)進(jìn)行發(fā)電。該發(fā)明可最大程度上減少柴油耗油量，提高車載發(fā)電系統(tǒng)供電能力， 減少環(huán)境污染，提高車載發(fā)電系統(tǒng)的工作時(shí)間和應(yīng)用范圍，更好的為災(zāi)害現(xiàn)場(chǎng)救援、野外 探險(xiǎn)、軍用作戰(zhàn)等領(lǐng)域服務(wù)。
如圖l所示，基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)主要包括風(fēng)力發(fā)電裝置、燃油發(fā) 電裝置、蓄電裝置、控制器和用電設(shè)備。其中風(fēng)力發(fā)電裝置主要由風(fēng)力機(jī)3、聯(lián)軸器4、 高速飛輪5、風(fēng)力發(fā)電機(jī)6依次串接組成，其中風(fēng)力機(jī)3通過(guò)聯(lián)軸器4與高速飛輪5實(shí)現(xiàn) 機(jī)械固接，高速飛輪5通過(guò)機(jī)械連接以驅(qū)動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)6;燃油發(fā)電裝置主要包括變速箱、 電磁離合器8、普通飛輪9、同步發(fā)電機(jī)10和傳動(dòng)裝置，柴油機(jī)7通過(guò)變速箱與傳動(dòng)裝置 形成機(jī)械連接，從而驅(qū)動(dòng)車輛，變速箱用以調(diào)整柴油機(jī)1的輸出的轉(zhuǎn)動(dòng)速度；另一方面柴 油機(jī)1和變速箱形成機(jī)械連接后，通過(guò)電磁離合器8與飛輪9相連驅(qū)動(dòng)同步發(fā)電機(jī)10發(fā) 電，其中電磁離合器8的通斷用于控制同步發(fā)電機(jī)10的啟停動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)是否通過(guò)柴油機(jī)7 進(jìn)行發(fā)電的控制。風(fēng)力發(fā)電機(jī)6和同步發(fā)電機(jī)10的輸出電能，通過(guò)電纜線并聯(lián)后向用電
設(shè)備供電，并通過(guò)電磁開關(guān)11與蓄電裝置形成電連接。蓄電裝置主要由電磁開關(guān)11、雙
向逆變器、蓄電池組成，其中雙向逆變器可向負(fù)載供電，即DC-AC功能，也可以向電池 充電，即AC-DC功能，可實(shí)現(xiàn)直流和交流電能的雙向流動(dòng)，而電磁開關(guān)的通斷控制蓄電 池組的電能到用電設(shè)備的連通與否，從而實(shí)現(xiàn)蓄電池組的充放電控制。風(fēng)力燃油混合發(fā)電 控制系統(tǒng)與風(fēng)力發(fā)電裝置、燃油發(fā)電裝置、蓄電裝置存在電連接，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息的采集和 控制執(zhí)行信號(hào)的傳輸?？刂破鞲鶕?jù)用電設(shè)備負(fù)荷情況、風(fēng)力發(fā)電功率、蓄電池組容量情況 等信息實(shí)時(shí)調(diào)整控制風(fēng)力發(fā)電機(jī)功率與轉(zhuǎn)速、柴油發(fā)電機(jī)功率和蓄電池組充放電，在滿足 電力設(shè)備負(fù)荷需求的前提下，保證發(fā)電質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)燃油最低損耗，提高車載發(fā)電系統(tǒng)供電 能力和供電時(shí)間，延長(zhǎng)蓄電池組使用壽命。
在本發(fā)明中，風(fēng)力發(fā)電裝置的特點(diǎn)是風(fēng)力機(jī)3通過(guò)聯(lián)軸器4與高速飛輪5相連后，利 用風(fēng)力發(fā)電機(jī)6實(shí)現(xiàn)風(fēng)能和電能的轉(zhuǎn)換，直接為電力設(shè)備供電，當(dāng)風(fēng)力較強(qiáng)或電力設(shè)備負(fù) 荷較小時(shí)，若電能有剩余，則經(jīng)過(guò)雙向逆變器向蓄電池組充電，實(shí)現(xiàn)能量存儲(chǔ)。高速飛輪 5安裝于風(fēng)力發(fā)電機(jī)6的軸系上，利用高速飛輪5旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣性儲(chǔ)能原理，當(dāng)風(fēng)力強(qiáng)時(shí)， 風(fēng)能即以動(dòng)能形式儲(chǔ)存在高速飛輪5中；當(dāng)風(fēng)力弱時(shí)，儲(chǔ)存在高速飛輪5中的動(dòng)能則釋放 出來(lái)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，采用高速飛輪5蓄能可以平抑由于風(fēng)力起伏而引起的發(fā)電機(jī)輸出電 能的波動(dòng)，改善電能質(zhì)量。此外高速飛輪5具有體積小、蓄能容量大的優(yōu)點(diǎn)，特別適于移 動(dòng)式儲(chǔ)能。本發(fā)明采用高速飛輪5進(jìn)行蓄能，在提供同等蓄電容量的同時(shí)，可有效減少蓄 電池組的容量和移動(dòng)車載發(fā)電系統(tǒng)整體重量，并提高供電質(zhì)量。
由于風(fēng)速隨高度發(fā)生變化，高度越高風(fēng)速越大，從而可獲取的風(fēng)能越多，風(fēng)力發(fā)電機(jī) 效率相應(yīng)會(huì)提高。因此發(fā)電過(guò)程中，要求風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔架具有一定高度。因此移動(dòng)車載 發(fā)電系統(tǒng)在運(yùn)動(dòng)行駛過(guò)程中， 一定高度的風(fēng)輪將會(huì)產(chǎn)生很大的阻力，且存在很大的安全隱 患。因此在本發(fā)明中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔架部分采用可升降式機(jī)械結(jié)構(gòu)2，當(dāng)移動(dòng)車載發(fā)電 系統(tǒng)行駛過(guò)程中，塔架縮至最低高度，從而使風(fēng)力發(fā)電裝置基本處于車廂體內(nèi)，當(dāng)移動(dòng)車 載發(fā)電系統(tǒng)處于停止?fàn)顟B(tài)且具有一定風(fēng)速時(shí)，根據(jù)當(dāng)前蓄能狀態(tài)和設(shè)備需求升高塔架，進(jìn) 行風(fēng)力發(fā)電。
該發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的伸縮式升降塔架采用伸縮式液壓缸結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電裝置
的升降，它是由兩個(gè)或多個(gè)活塞套裝而成，前一級(jí)活塞桿是后一級(jí)活塞缸的缸筒，是可以
得到較長(zhǎng)工作行程的具有多級(jí)套筒形活塞桿的液壓缸。當(dāng)負(fù)載不發(fā)生變化時(shí)，隨著缸筒內(nèi)
液壓力的增加，各級(jí)缸筒將由低級(jí)缸筒到高級(jí)缸筒依次伸出；隨著缸筒內(nèi)液壓力的下降，
各級(jí)缸筒將按高級(jí)缸筒到低級(jí)缸筒依次回縮，實(shí)現(xiàn)塔架的自動(dòng)伸縮和高度調(diào)整。伸縮式液
壓缸因其安裝距離短、行程長(zhǎng)的特點(diǎn)，在船舶、車輛等要求安裝空間有限而行程要求卻很
高的場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。
圖3為三級(jí)伸縮液壓缸。缸筒12與第一活柱13組成一級(jí)缸；第一活柱13與第二活 柱14組成二級(jí)缸；第二活柱14與活塞桿15組成三級(jí)缸。當(dāng)負(fù)載R16不發(fā)生變化時(shí)，隨 著缸筒內(nèi)液壓力的增加，各級(jí)缸筒將按一、二、三級(jí)依次伸出。對(duì)于多級(jí)伸縮式液壓缸
伸出時(shí)，由于前一級(jí)活塞的有效面積比后一級(jí)有效面積大，前一級(jí)活塞所受到的推力比后
一級(jí)活塞受到的推力大，所以前一級(jí)活塞先被推動(dòng)；當(dāng)前一級(jí)活塞運(yùn)動(dòng)到行程終點(diǎn)的時(shí)候， 前一級(jí)活塞不能再運(yùn)動(dòng)，后一級(jí)活塞在液壓的推動(dòng)下運(yùn)動(dòng)。回縮的時(shí)候，后一級(jí)活塞首先 受外力回縮。這時(shí)候前一級(jí)活塞還沒(méi)有受到外力推動(dòng)，當(dāng)后一級(jí)全部回縮并與前一級(jí)活塞 接觸后，外力傳遞到前一級(jí)活塞，前一級(jí)活塞開始回縮。
燃油發(fā)電裝置中，發(fā)電機(jī)為無(wú)刷自勵(lì)交流同步發(fā)電機(jī)，采用自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)，發(fā)電機(jī)的 安裝底座為機(jī)底油箱結(jié)構(gòu)。柴油機(jī)發(fā)出的動(dòng)力一部分經(jīng)變速箱輸出用于驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行，另 一部分通過(guò)變速箱輸出帶動(dòng)同步發(fā)電機(jī)發(fā)電。在變速箱和同步發(fā)電機(jī)之間裝有一個(gè)電磁離 合器，可接收風(fēng)力燃油混合發(fā)電控制系統(tǒng)的啟停信號(hào)，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的自動(dòng)發(fā)電控制。電磁 離合器通過(guò)飛輪與同步發(fā)電機(jī)相連接，可減少柴油機(jī)起停對(duì)系統(tǒng)造成的頻率擾動(dòng)和功率起 伏影響，并可實(shí)現(xiàn)部分多余電能的儲(chǔ)存，從而進(jìn)一步減少蓄電池組容量。
控制器與風(fēng)力發(fā)電裝置、燃油發(fā)電裝置、蓄電裝置、用電設(shè)備存在電氣連接，并采用 基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，實(shí)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電裝置、燃油發(fā)電裝置、 蓄電裝置、用電設(shè)備組成的車載發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)化控制。
基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)的控制方法涉及的變量定義如下
1) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率Pw，風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率Pw。；
2) 風(fēng)速&,風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)速度F^;
3) 用電負(fù)荷i^;
4) 蓄電池組電壓C^，蓄電池組飽和電壓C/^，蓄電池組最小允許電壓C/^，蓄電
池組輸出功率/V
5) 高速飛輪蓄能值五F，高速飛輪飽和蓄能容量五^，高速飛輪最小允許蓄能容量
五ra;
6) 同步發(fā)電機(jī)額定功率i^，同步發(fā)電機(jī)最低負(fù)荷功率^^，同步發(fā)電機(jī)發(fā)電功
率尸w
7) 電磁離合器狀態(tài)S^，閉合時(shí)&=1，斷開時(shí)&=0;
8) 蓄電裝置電磁開關(guān)狀態(tài)&，閉合時(shí)& = 1，斷開時(shí)&=0;
9) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)&，發(fā)電狀態(tài)&=1，停止?fàn)顟B(tài)&=0;
如圖4 6所示，基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，具體包括三個(gè)步
驟
1) 如圖4所示，步驟l)的控制工作流程如下
首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后切斷電磁開關(guān)和電磁離合器；將控制變量電磁開關(guān)狀態(tài)&、 電磁離合器狀態(tài)&、風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)&、風(fēng)速^、用電負(fù)荷i^、蓄電池組電壓"3、 蓄電池組輸出功率&、同步發(fā)電機(jī)發(fā)電功率P^均設(shè)置為零；讀入風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率Pw、 風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)速度f(wàn)^、蓄電池組飽和電壓C/^、蓄電池組最小允許電壓f/^、高速飛輪 飽和蓄能容量五，、高速飛輪最小允許蓄能容量^s、同步發(fā)電機(jī)額定功率/^、同步發(fā)電
機(jī)最低負(fù)荷功率P。mh，轉(zhuǎn)入步驟2);
2) 如圖5所示，步驟2)的控制工作流程如下
① 實(shí)時(shí)采集風(fēng)速^V、用電負(fù)荷&、蓄電池組電壓[/^、風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)Sw、電 磁離合器狀態(tài)SD、蓄電裝置電磁開關(guān)狀態(tài)&，轉(zhuǎn)入流程②；
② 如果蓄電池組電壓C/s大于蓄電池組飽和電壓，或蓄電池組電壓t/B小于蓄電池
組最小允許電壓C/^，若電磁開關(guān)閉合，則切斷電磁開關(guān)，以避免蓄電池組的過(guò)度充放電；
若風(fēng)速^大于風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)速度P^，則轉(zhuǎn)入流程③，否則轉(zhuǎn)入流程④；
(D若用電負(fù)荷&大于零或高速飛輪蓄能值￡F小于高速飛輪飽和蓄能容量￡fM ，則啟
動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，轉(zhuǎn)入步驟3);否則返回步驟2);
在風(fēng)速4小于風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)速度&5時(shí)，若用電負(fù)荷A大于零，則利用高速飛輪
帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，執(zhí)行完畢后轉(zhuǎn)向步驟3);否則停止風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行，斷開電磁離合 器，停止同步發(fā)電機(jī)利用柴油發(fā)電，斷開電磁開關(guān)，然后返回步驟2);
3) 步驟3)的控制工作流程如下
①若風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率Pw。小于用電負(fù)荷A，則閉合電磁開關(guān)，蓄電池組通過(guò)雙
向逆變器向用電設(shè)備補(bǔ)充供電，若風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率Pw。與蓄電池組輸出功率A之和仍
小于用電負(fù)荷i^，則閉合電磁離合器，啟動(dòng)同步發(fā)電機(jī)利用柴油發(fā)電；否則斷開電磁離合 器，關(guān)閉同步發(fā)電機(jī)，停止利用柴油發(fā)電；轉(zhuǎn)入步驟2);
②若Pw。大于等于用電負(fù)荷^，則對(duì)高速飛輪蓄能，若高速飛輪蓄能值五F達(dá)到飽和
蓄能容量￡^,且蓄電池組電壓C^小于飽和電壓C/^，則閉合電磁開關(guān)，多余能量通過(guò)雙 向逆變器向蓄電池組充電；轉(zhuǎn)入步驟2)。
權(quán)利要求
1. 一種基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，包括風(fēng)力發(fā)電裝置、燃油發(fā)電裝置、蓄電裝置、用電設(shè)備以及控制器；所述風(fēng)力發(fā)電裝置和燃油發(fā)電裝置的電能輸出端并聯(lián)后向用電設(shè)備供電，并同時(shí)與蓄電裝置電連接；所述的風(fēng)力發(fā)電裝置為風(fēng)力機(jī)、連軸器、高速飛輪以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)依次串接；所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)的控制端接控制器；所述的燃油發(fā)電裝置為柴油機(jī)、變速箱、電磁離合器、飛輪、同步發(fā)電機(jī)依次連接；所述電磁離合器的控制端接控制器；所述的蓄電裝置由電磁開關(guān)、雙向逆變器和蓄電池組依次串接組成；所述電磁開關(guān)和雙向逆變器的控制端連接控制器。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述 的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔架部分為可升降式液壓缸結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)或多個(gè)活塞套裝而成，下一級(jí)活 塞桿是上一級(jí)活塞缸的缸筒，最上一級(jí)活塞的活塞桿支撐風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片及其他上部機(jī) 構(gòu)；缸筒與第一活柱組成一級(jí)缸；第一活柱與第二活柱組成二級(jí)缸；第二活柱與活塞桿組 成三級(jí)缸，其它依次類推。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述 同步發(fā)電機(jī)的安裝底座為機(jī)底油箱結(jié)構(gòu)；所述的柴油機(jī)還通過(guò)所述的變速箱連接用于驅(qū)動(dòng) 車體的傳動(dòng)裝置。
4. 如權(quán)利要求1~3任一項(xiàng)所述的基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)的控制方法， 其特征在于，包括以下步驟1) 首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，然后切斷電磁開關(guān)和電磁離合器；將控制變量電磁開關(guān)狀 態(tài)&、電磁離合器狀態(tài)&、風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)&、風(fēng)速PV、用電負(fù)荷&、蓄電池組電壓[/8、蓄電池組輸出功率^、同步發(fā)電機(jī)發(fā)電功率^均設(shè)置為零；讀入風(fēng)力發(fā)電機(jī)額定功率Pw 、風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)速度^ 、蓄電池組飽和電壓V^ 、蓄電池組最小允許電壓^ 、 高速飛輪飽和蓄能容量五^、高速飛輪最小允許蓄能容量五w、同步發(fā)電機(jī)額定功率/^、同步發(fā)電機(jī)最低負(fù)荷功率A^，轉(zhuǎn)入步驟2);2) 控制工作流程如下①實(shí)時(shí)采集風(fēng)速^、用電負(fù)荷",、蓄電池組電壓f^、風(fēng)力發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)Sw、電磁離合器狀態(tài)<^、蓄電裝置電磁開關(guān)狀態(tài)&，轉(zhuǎn)入流程②；② 如果蓄電池組電壓(7S大于蓄電池組飽和電壓t/flA/ ，或蓄電池組電壓(7B小于蓄電池 組最小允許電壓t/^，若電磁開關(guān)閉合，則切斷電磁開關(guān)，以避免蓄電池組的過(guò)度充放電； 若風(fēng)速^大于風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)速度&,，則轉(zhuǎn)入流程③，否則轉(zhuǎn)入流程④；③ 若用電負(fù)荷大于零或高速飛輪蓄能值￡F小于高速飛輪飽和蓄能容量￡FA/ ，則啟動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，轉(zhuǎn)入步驟3);否則返回步驟2);④ 在風(fēng)速^小于風(fēng)力發(fā)電機(jī)啟動(dòng)速度F^時(shí)，若用電負(fù)荷A大于零，則利用高速飛輪帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，執(zhí)行完畢后轉(zhuǎn)向步驟3);否則停止風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)行，斷開電磁離合 器，停止同步發(fā)電機(jī)利用柴油發(fā)電，斷開電磁開關(guān)，然后返回步驟2); 3)控制工作流程如下① 若風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率Pw。小于用電負(fù)荷A，則閉合電磁開關(guān)，蓄電池組通過(guò)雙向逆變器向用電設(shè)備補(bǔ)充供電，若風(fēng)力發(fā)電機(jī)輸出功率Pw。與蓄電池組輸出功率A之和仍小于用電負(fù)荷^，則閉合電磁離合器，啟動(dòng)同步發(fā)電機(jī)利用柴油發(fā)電；否則斷開電磁離合 器，關(guān)閉同步發(fā)電機(jī)，停止利用柴油發(fā)電；轉(zhuǎn)入步驟2);② 若P^大于等于用電負(fù)荷A,則對(duì)高速飛輪蓄能，若高速飛輪蓄能值五F達(dá)到飽和蓄能容量五^，且蓄電池組電壓^小于飽和電壓C/^,則閉合電磁開關(guān)，多余能量通過(guò)雙 向逆變器向蓄電池組充電；轉(zhuǎn)入步驟2)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)，包括風(fēng)力發(fā)電裝置、燃油發(fā)電裝置、蓄電裝置、用電設(shè)備和控制器；所述風(fēng)力發(fā)電裝置和燃油發(fā)電裝置的電能輸出端并聯(lián)后向用電設(shè)備供電，并同時(shí)與蓄電裝置電連接；所述的風(fēng)力發(fā)電裝置為風(fēng)力機(jī)、連軸器、高速飛輪以及風(fēng)力發(fā)電機(jī)依次串接，并通過(guò)伸縮式升降塔架安裝于移動(dòng)車輛的車廂內(nèi)；本發(fā)明還公開了基于風(fēng)能燃油混合動(dòng)力的車載發(fā)電系統(tǒng)的控制方法，通過(guò)控制器實(shí)現(xiàn)風(fēng)能和燃油的混合優(yōu)化發(fā)電與儲(chǔ)能控制，最大程度上減少柴油耗油量，提高發(fā)電能力和供電時(shí)間，更好的為災(zāi)害救援、野外探險(xiǎn)、軍用作戰(zhàn)等領(lǐng)域服務(wù)。
文檔編號(hào)B60L1/00GK101380905SQ20081014339
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者余洪山, 方國(guó)浩, 李孟秋, 王耀南 申請(qǐng)人:余洪山;方國(guó)浩