一种高功率密度微型发电车及发电控制方法

技术领域

本发明涉及应急保供电技术领域，具体涉及一种高功率密度微型发电车及发电控制方法。

背景技术

随着科技的进步，用电客户对电力保障的需求日益强烈，电源车在应急用电、断电抢修等电力保障中起到关键作用，而老城区及乡镇巷道狭窄，常规电源车不便通行，楼宇、酒店配电室普遍放置在地下室，因地下室限高≤2.2米，常规电源车也无法进入，需要铺设很长的电缆才能到达保电、抢修区域。给老城区、楼宇等重要活动场所电力保障工作带来诸多不便，造成一定的经济损失和影响。

针对上述问题，高度低、整车尺寸小巧灵便的皮卡电源车需求越来越高。但目前的皮卡电源车存在以下几个问题：

一、为控制整车质量，现有皮卡电源车设备不齐全，车厢内仅装载发电机组，需要配备副车装载油箱、电缆等；或使用底座油箱，整车高度大于2米，无法进出地下室进行作业；

二、因常规发电机组体积大、质量重，现有的皮卡电源车为满足蓝牌重量、车长要求，只能选装小功率发电机组，功率普遍在18-30kW，无法满足重要负载使用；

三、因控制整车长度，车厢空间狭小，现有的皮卡电源车无专用进/排风通道，直接开门作业为发电机组通风散热，给环境带来噪声污染；

四、厢内高度低，空间狭小，为方便装配、检修，车厢多使用卷帘门，不仅外观粗糙，整车密封性也较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高功率密度微型发电车及发电控制方法，可以提升发电系统的发电功率密度，降低发电系统的体积和重量，从而充分利用有限空间，满足正常发电且整车体积小、重量轻的要求。

为实现上述目的，本发明一方面公开了一种高功率密度微型发电车，包括轻型车厢和发电机组，发电机组安装在轻型车厢内，发电机组包括发动机、发电机、稳压控制器、整流装置、逆变装置、发电机组控制柜，发动机采用轻质高转速发动机，发电机采用轻质交流发电机，轻质高转速发动机与轻质交流发电机同轴连接；整流装置与发电机电连接，逆变装置与整流装置电连接，稳压控制器与发电机组控制柜电连接。

进一步地，发动机为汽车发动机，发电机为轻质永磁交流发电机。

进一步地，发电机组还包括发动机控制器，发动机控制器与稳压控制器电连接，发电机组控制柜内设有发电机组控制器和采集终端，稳压控制器与发电机组控制器电连接。

进一步地，轻型车厢为分体式，上车厢与下车厢可拆卸连接。

进一步地，还包括排风系统，排风系统包括进风百叶窗、排风百叶窗和散热器，进风百叶窗安装在上车厢后部，排风百叶窗安装在上车厢顶部前端，上车厢前顶部前端为斜角设置，排风百叶窗安装在斜角处，散热器安装在排风百叶窗下部，散热器下方布置燃油箱。

进一步地，上车厢上安装有若干个检修门。

进一步地，发动机连接有排烟消声装置，排烟消声装置固定于下车厢，排烟口位于上车厢斜角处。

进一步地，轻型车厢底盘为皮卡底盘。

另一方面，本发明还公开了一种发电控制方法，采用上述的高功率密度发电车发电，包括：

(1)日常保电工作时，发电机组控制器上电，给排风百叶窗、进风百叶窗上电，控制其开启，做好通风散热准备工作；

(2)发电机组控制器向发动机控制器发送启动信号，通过发动机控制器开启发动机；

(3)发动机启动后，通过连接轴带动发电机运转，产生交流电；

(4)发电机组控制器向稳压控制器发送检测的负载信号，稳压控制器将负载信息与目标负载进行比对计算，向发动机控制器发送调整发动机转速的指令，发动机控制器调整发动机的转速，发动机通过连接轴调整发电机旋转速度，继而调整发电机发出交流电的电流和频率；

(5)稳压控制器控制整流装置将发电机产生的交流电转为直流电；同时稳压控制器根据目标电压、频率，通过逆变器将整流装置输出的直流电转换为目标电压、频率，继而使系统最终输出稳定电压；

(6)发动机控制器采集发动机内冷却液温度，并反馈给发电机组控制器，当冷却液温达到高温时，发电机组控制器向散热器发送启动命令，开启散热器风机；继而排风系统开始散热模式，从进风百叶窗引入新风，流经冷却轻质车厢，带走本微型发电系统运行时产生的热量，由散热器风机强排，通过排风百叶窗流出；当冷却液温度降到低温时，发电机组控制器向散热器发送关闭命令，散热器风机停止运转，排风系统停止工作；

(7)保电工作结束后，发电机组控制器向发动机控制器发送关闭命令，发动机控制器关闭发动机，停止本系统发电工作；同时向散热器、排风百叶窗、进风百叶窗发送关闭命令，关闭散热器风机、排风百叶窗、进风百叶窗，排风系统停止工作。

进一步地，发电车发电的实时数据采集方法，包括如下步骤：

发动机控制器采集发动机参数信息；

稳压控制器采集发电机的参数信息；

发动机控制器、稳压控制器采集的信息分别传输于发电机组控制器；

发电机组控制器同时采集排风百叶窗、散热器、进风百叶窗的参数信息；

以上参数信息均集成于采集终端，通过手机客户端和PC端显示、记录和管理。

本发明的有益效果是：

相比于现有技术，本发明具有以下优势：

(1)本发明的发电系统采用汽车用高转速轻质发动机搭配永磁交流发电机，利用车用发动机的高速旋转，提高小型发电机组的功率，同时降低了发电系统的体积和重量，提高发电系统的功率密度，解决了车载发电机组体积大、质量重的问题；

(2)本发明发动机与散热器采用分体式，通过管路连接，同时抬高散热器高度，下部放置燃油箱，整车布置紧凑，利于轻型电源车配置的完善；发电机组尾部空间，根据应急需要，可放置卷盘及电缆进行应急保电，也可放置水泵，用于应急排涝；

(3)本发明采用皮卡底盘、铝合金油箱、铝合金轻型车厢，整车重量轻、外形小巧、高度低，方便进入巷道狭窄的老城区、配电室在地下室的楼宇等重要活动场所保电；

(4)本发明的车厢为分体式车厢，且四周留有检修门,检修门方便在厢外对设备及系统进行操作、检修和观察；上车厢可整体拆除，上车厢未装配前，方便在生产线将发电机组、散热器、油箱等部件与下车厢固定；同时检修时，上车厢拆除方便对大部件的检修和维护保养；

(5)本发明的车厢顶部安装有排风百叶窗，后门安装有进风百叶窗，与厢内散热器形成排风系统，作业时可有效对发电系统进行冷却散热，不用开门作业，避免给作业环境带来噪声污染；

(6)本发明的发电控制方法，可以确保发电车平稳有序发电，且发电输出稳定。

(7)本发明的控制系统对发动机控制器、稳压控制器、排风系统进行了集成控制，并于采集终端集成，可通过后台对发电系统进行远程在线操作和监控。

附图说明

图1为本发明结构布置示意图；

图2为本发明无上车厢状态的俯视结构布置示意图；

图3为本发明轻型车厢结构示意图；

图4为本发明轻型车厢分体示意图；

图5为本发明发电车厢内的设备布置图；

图6为本发明的发电车的发电控制系统框图；

图中，1-排风百叶窗；2-散热器；3-燃油箱；4-排烟消声装置；5-发动机控制器；6-发动机；7-发电机；8-稳压控制器；9-整流装置；10-逆变装置；11-发电机组控制柜；12-进风百叶窗；13-发电机组控制器；14-采集终端；15-轻型车厢；15.1-上车厢；15.2-下车厢；15.3-副车架固定组合；16-底盘。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。

本发电系统将汽车上应用的轻质高转速发动机应用到发电系统，通过对控制系统的设计，根据负载要求控制其工作过程中的运转速度。

如图1、图2所示，一种高功率密度微型发电系统，包括轻型车厢和发电机组，发电机组安装在轻型车厢内，发电机组包括发动机6、发电机7、发电机组控制柜11，发动机6采用轻质高转速发动机，发电机7采用轻质交流发电机，轻质高转速发动机6与轻质交流发电机7同轴连接。在本实施例中，轻质高转速发动机6为汽车发动机，轻质交流发电机7为轻质永磁交流发电机，可以有效提高发电功率和密度，从而降低发电系统的体积和重量。发电机组控制柜11包括发电机组控制器13和采集终端14。发电机组还包括发动机控制器5、稳压控制器8、整流装置9、逆变装置10，发动机控制器5用于采集发动机参数，并反馈给稳压控制器8、发电机组控制柜11；整流装置9将发电机产生的三相交流电变为直流电输出；逆变装置10将整流装置输出的直流电逆变为电压、频率恒定的交流电，图6为发电系统的控制原理图。

如图3所示，轻型车厢15为分体式车厢，轻型车厢15顶部斜置排风百叶窗1、后门上装有进风百叶窗12；排风百叶窗1下部布置有散热器2，散热器2下部放置燃油箱3。发电机组包括发动机控制器5、发动机6、发电机7、稳压控制器8、整流装置9、逆变装置10、发电机组控制柜11。

如图4所示，轻型车厢15包括上车厢15.1、下车厢15.2、副车架连接组合15.3，上车厢15.1、下车厢15.2、车门为铝合金材质，上车厢15.1可整体安装在下车厢15.2上，也可整体拆除；上车厢15.1包括若干车门，用于观察、操作、检修；副车架连接组合15.3为碳钢材质，副车架连接组合15.3用于连接轻型车厢15和底盘16；上车厢15.1顶部带有斜角，装有排风百叶窗1；上车厢15.1后门框向下伸出，当上车厢15.1与下车厢15.2装配后，上车厢15.1后门框底端与下车厢15.2紧密配合；上车厢15.1后门上装有进风百叶窗12；上车厢15.1顶部的斜角形状，利于发动机6排烟盖放置，同时实现车厢15与底盘16驾驶室车顶的过渡。

发动机6连接有排烟消声装置4，排烟消声装置4固定于下车厢15.2，排烟口位于上车厢15.1斜角，伸出高度低于车厢15顶部；

散热器2为强排风形式，与排风百叶窗1、进风百叶窗12、散热器2形成本微型发电系统的排风系统，排风系统从进风百叶窗12引入新风，流经冷却轻质车厢15，带走本微型发电系统运行时产生的热量，由散热器2强排，通过排风百叶窗1流出；散热器2通过管路与发动机6连接，给发动机6降温；燃油箱3为铝合金材质，通过油路与发动机6连接，为本微型发电系统工作提供源源不断的燃油。

本发明的微型发电车，其通过将汽车发电动和发电机进行改进，使其体积减少但发电密度增加，从而使车厢空间富余；通过发动机与散热器采用分开，通过管路连接，同时抬高散热器高度，下部放置燃油箱，整车布置紧凑，利于轻型电源车配置的完善；发电机组尾部空间，根据应急需要，可放置卷盘及电缆进行应急保电，也可放置水泵，用于应急排涝，图5为发电车轻型车厢内的设备布置图。

图6为发电车的发电控制系统框图，发动机控制器5与稳压控制器8进行电连接，发动机控制器5采集发动机6转速反馈给稳压控制器8；并接收稳压控制器8指令，调节发动机6的转速。发动机控制器5与发电机组控制器13进行电连接，发动机控制器5采集发动机6运行参数，反馈给发电机组控制器13。同时接收发电机组控制器13的指令，控制本发电系统运行的开启和停止；稳压控制器8与发电机组控制器13进行电连接，稳压控制器8向发电机组控制器13反馈发电系统最终输出的电压、频率。发电机组控制器13分别与排风百叶窗1、散热器2、进风百叶窗12进行电连接，用以控制排风系统的开启和关闭，以调节本微型发电系统的热平衡，保证发电系统正常运行的环境和散热。发电机组控制器13与采集终端14电连接，可通过后台对本发电系统进行远程在线控制和监控。

另一方面，本发明还公开了一种发电控制方法，包括如下步骤：

(1)日常保电工作时，发电机组控制器13上电，给排风百叶窗1、进风百叶窗12上电，控制其开启，做好通风散热准备工作；

(2)发电机组控制器13向发动机控制器5发送启动信号，通过发动机控制器5开启发动机6；

(3)发动机6启动后，通过连接轴带动发电机7运转，产生交流电，即微型发电车开启发电模式；

(4)发电机组控制器13向稳压控制器8发送检测的负载信号，稳压控制器8将负载信息与目标负载进行比对计算，向发动机控制器5发送调整发动机6转速的指令，发动机控制器5调整发动机6的转速，发动机6通过连接轴调整发电机7旋转速度，继而调整发电机7发出交流电的电流和频率；

(5)稳压控制器8控制整流装置9将发电机7产生的交流电转为直流电；同时稳压控制器8根据目标电压、频率，通过逆变器将整流装置9输出的直流电转换为目标电压、频率，继而使系统最终输出稳定电压；

(6)发电系统工作时，发动机控制器5采集发动机6内冷却液温度，并反馈给发电机组控制器13，当冷却液温达到高温时，发电机组控制器13向散热器2发送启动命令，开启散热器2风机；继而排风系统开始散热模式，从进风百叶窗12引入新风，流经冷却轻质车厢，带走本微型发电系统运行时产生的热量，由散热器2风机强排，通过排风百叶窗1流出；当冷却液温度降到低温时，发电机组控制器13向散热器2发送关闭命令，散热器2风机停止运转，排风系统停止工作。

(7)保电工作结束后，发电机组控制器13向发动机控制器5发送关闭命令，发动机控制器5关闭发动机6，停止本系统发电工作；同时向散热器2、排风百叶窗1、进风百叶窗12发送关闭命令，关闭散热器2风机、排风百叶窗1、进风百叶窗12，排风系统停止工作。

另外，本微型发电车实时数据的在线监控控制方法，包括如下步骤：

发动机控制器5采集发动机6参数信息；稳压控制器8采集发电机7的参数信息；发动机控制器5、稳压控制器8采集的信息分别传输于发电机组控制器13；发电机组控制器13同时采集排风百叶窗1、散热器2、进风百叶窗12的参数信息；以上所有参数信息均集成于采集终端14，可通过手机客户端和PC端显示，记录和管理。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于此，在所属技术领域的技术人员所具备的知识范围内，在不脱离本发明宗旨的前提下可以作出的各种变化，都处于本发明权利要求的保护范围之内。