一种多源野战供电系统的制作方法

1.本发明涉及储能领域，尤其涉及一种多源野战供电系统。


背景技术：

2.近年来，储能材料技术发展迅速，越来越多的移动式储能被应用，尤其在野战过程中，常常需要有合适的储能电源。但野战供电系统对能量的输入类型需要多元化，可以接入多种类型的数据源；另外，供电系统需要有合适的状态载体，传统的载体很难保证系统在移动过程容易被各类探测设备发现，且充放电不稳定的问题。


技术实现要素：

3.为了解决上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种多源野战供电系统，以解决野战储能输入单一、易于被探测的问题。
4.本专利提供了一种多源野战供电系统，所述多源野战供电系统包括柴油发电模块、光伏发电模块、风力发电模块、超级电容、蓄电池组、恒压限流充放电模块、移动电源车、多源野战控制模块；所述柴油发电模块、所述光伏发电模块和所述风力发电模块接到所述恒压限流充放电模块的输入；所述多源野战控制模块向所述恒压限流充放电模块提供驱动电信号；所述恒压限流充放电模块同一时间仅向所述超级电容和所述蓄电池组中的一个充电；所述恒压限流充放电模块向所述移动电源车提供电能。
5.优选地，所述移动电源车包括厢体、泛光灯、电热设备、柴油发动机、蓄电池、高架照明设备；其中，所述厢体表面涂敷降低红外辐射的绝热涂料，在所述柴油发电机外涂覆热障涂层，采用外层金属，内夹层为石棉的材料作所述蓄电池的衬里进行绝缘隔热，所述泛光灯和所述高架照明设备布置与所述移动电源车的两侧与顶部。
6.优选地，其特征在于，所述柴油发电模块为所述移动电源车提供动力电源，所述柴油发电模块为所述恒压限流充电模块提供电能输入；所述移动电源车的所述电热设备的电能输入为所述蓄电池，所述电热设备在所述柴油发电模块在启动过程中提升温度。
7.优选地，所述光伏发电模块包含太阳能电池板、基准电压发生器、比较器；其中，所述光伏发电模块通过太阳能电池板吸收阳光的能量，通过具有温度自动补偿功能的所述基准电压发生器和所述比较器进行电流的输出。
8.优选地，所述风力发电模块采用双转子发电机，所述风力发电模块包括外转子轴和内转子轴，所述内转子轴和外转子轴两者旋转方向始终相反，风流外力为作用驱动，所述内转子轴和外转子轴受到的电磁转矩大小相等。
9.优选地，所述超级电容与所述蓄电池共同储存能量，所述超级电容在充电功率大于等于额定充电功率2倍时的电能，所述蓄电池用于存储1-2倍额定充电功率之间的电能。
10.优选地，所述恒压限流充电模块采用1.5a电流的限流输出，采用串联滑动变阻器方式对输出的电流，通过调节滑动变阻器的阻值控制输出电压为2.7v，进而控制多个2.7v的并联，形成不同电压等级的输出。
11.优选地，所述蓄电池可同时储存所述柴油发电模块、所述光伏发电模块和所述风力发电模块的电能，当系统需要电能输出时，所述蓄电池的能量输出为优先级最高的能量输出。
12.同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
13.(1)本发明中采用野战供电方案，设计了移动电源车，可以提升运行稳定性，采用特殊涂料和隔热使设备不易被探测；
14.(2)本发明中采用多源电源输入，可以同时接入太阳能、风电、柴油发电机的电能，提升野战供电系统的可充电场景。
附图说明
15.图1为本发明提出的一种多源野战供电系统结构图；
16.图2为本发明提出的一种多源野战供电系统的移动电源车结构图；
17.图3为本发明提出的一种多源野战供电系统的风力发电供电模块；
18.图4为本专利提出的一种多源野战供电系统的太阳能发电模块图；
19.图5为本专利提供的一种多源野战供电系统的恒压限流充电模块电路图。
20.具体实施方式
21.为了能够进一步了解本发明的结构、特征及其他目的，现结合所附较佳实施例附以附图详细说明如下，本附图所说明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
22.如图1所示，为本发明提出的一种多源野战供电系统结构图。所述多源野战供电系统包括柴油发电模块、光伏发电模块、风力发电模块、超级电容、蓄电池组、恒压限流充放电模块、移动电源车、多源野战控制模块；所述柴油发电模块、所述光伏发电模块和所述风力发电模块接到所述恒压限流充放电模块的输入；所述多源野战控制模块向所述恒压限流充放电模块提供驱动电信号；所述恒压限流充放电模块同一时间仅向所述超级电容和所述蓄电池组中的一个充电；所述恒压限流充放电模块向所述移动电源车提供电能。
23.如图2所示，为本发明提出的一种多源野战供电系统的移动电源车结构图。所述移动电源车包括厢体、泛光灯、电热设备、柴油发动机、蓄电池、高架照明设备；其中，所述厢体表面涂敷降低红外辐射的绝热涂料，在所述柴油发电机外涂覆热障涂层，采用外层金属，内夹层为石棉的材料作所述蓄电池的衬里进行绝缘隔热，所述泛光灯和所述高架照明设备布置与所述移动电源车的两侧与顶部。电源车由 volvo fm420 66r b型越野二类底盘、降噪厢体、柴油发动机、发电机、控制系统及配电网络等组成。电源车厢体分为3个部分：前部设有排风舱；后部设有进风舱，并安装有2个电缆；中部安装有柴油发电机组及ats切换柜。厢体前部左右侧各有一个排风门，中部左右侧各设有一个维修门，右侧还设有控制柜门和输出门。车厢前部平台安装有高架照明系统、登顶梯和手动电缆盘箱，车厢后部设有2个登车梯，车厢下方挂有电动电缆盘、2.8kw柴油发电机组、电缆箱、液压泵站及控制箱等。整个电源车布置紧凑、功能齐全、性能优越。
24.在移动电源车表面涂敷降低红外辐射的绝热涂料，可降低移动电源车表面涂层的
红外发射率，减弱对太阳能的吸收和辐射，降低车体表面的温度，减少对外辐射和反射。
25.在发动机外涂覆热障涂层或其他复合涂层，以降低发动机外部部件的温度和发射率，可降低通信车红外辐射。用金属-石棉-金属夹层材料作发动机舱的衬里进行绝缘隔热，减少发动机传递到车身的热量，可降低移动电源车的红外特征。
26.将排气管口隐蔽于车身内并安装排气挡板遮挡，可有效地减弱红外辐射。
27.通过隔热层降低移动电源车的红外辐射强度。在排气管道发热部位外表面，使用由泡沫塑料或镀金属塑料膜等隔热材料组成的绝缘隔热材料，可减少发动机运转期间的热传导，减少发动机传递给通信车的热量。还可以在隔热层的表面涂覆不同的涂料，以同时达到对其他波段的隐身效果。
28.由于橡胶轮胎升温快、导热性能差，是移动电源车的重要红外辐射源。使用新型橡胶材料，导热效果好，有效降低橡胶轮胎的温度，从而降低其红外辐射强度。还可使用裙板遮挡橡胶轮胎。
29.发动机功率大、温度高，是移动电源车的重要红外辐射源，使用燃料添加剂，使排气的红外频谱绝大部分在大气窗口之外；合理布置排气管，改善通风冷却系统，降低发动机排气的温度，并用挡板改变其辐射方向。
30.隐身技术的不断发展和武器装备的全天候作战需求，过去不被重视的可见光隐身越来越重要。可见光探测技术主要是通过目标与背景间的亮度对比以及颜色对比来识别目标。可见光隐身目的是使通信车尽量与背景保持一致。
31.现代迷彩兼具吸波作用，既可降低通信车的目视发现概率，又可减少通信车的红外辐射，还可随时更换适应复杂多变的作战环境。
32.根据电源车高海拔额定功率匹配计算，电源的额定输出功率可按下式计算：
33.p＝αβγp0ꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
34.其中，p为高海拔时的修正功率；p0为发动机标定功率；α为发动机功率调整系数，可由指示功率比k查得；β为功率损耗系数；γ为发电机效率。
35.指示功率比k由下式计算：
[0036][0037]
其中，m、n、s为功率校正用系数；tc为中冷器冷却介质进口温度， t为高海拔处温度，t0为25℃标准温度；p为高海拔处大气压，p0 为标准大气压(100kpa)。估算电源车的机组消声器、通风、散热、降噪等低噪声措施的功率损耗约为12％，则β＝0.88。
[0038]
柴油发动机作为电源车的动力系统，将燃料燃烧所产生的热能转化为机械能，为发电机运转提供动力。电源车选用的柴油发动机型号为mtu10v1600g20f，功率为448kw，额定转速为1500r/min，进气形式为涡轮增压，额定燃油消耗率为190g/kwh，供油方式为电喷。电源车选用的发电机型号为lsa47.2m7，额定功率为400kw，额定频率为50hz，额定转速为1500r/min，额定电压为400v，额定功率因数为0.8(滞后)，相数及接法为三相四线、y接，绝缘等级为h 级，励磁方式为无刷励磁式。该发电机采用无刷相复励励磁技术，具有精度高、动态性能好、电压波形畸变小及效率高等特点。
[0039]
如图3所示，为本发明提出的一种多源野战供电系统的风力发电供电模块。双转子发电机使传统发电机静止不动的定子即电枢部分相对于机座自由的旋转，减小了设备体
积、重量，提高了工作效率。风力发电机传动轴与外转子共轴，水轮机传动轴与内转子共轴，且两者旋转方向始终相反，风流等外力作用驱。动两者逆向旋转以发电。风力机与水轮机轴承系统均在径向采用机械轴承、在轴向采用磁轴承来控制转子的5个自由度。
[0040]
参考永磁同步发电机的运动方程，得到双转子发电机的运动方程为：
[0041][0042]
式中：ω1，ω2分别为内、外转子角速度，rad/s；i1，i2分别为内外转子总转动惯量，kg/m2；t1，t2分别为内外转子的机械转矩，n
·
m； f1，f2分别为内外转子总摩擦阻尼系数，n
·m·
s；te为电磁转矩，n
·
m。
[0043]
内外转子受到的电磁转矩大小相等，发电机稳定运行时，f1和 f2为常数，此时机械转矩与内外转子角速度的关系为
[0044]
t
1-t2＝f1ω
1-f2ω2ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0045]
偏角固定的h型叶轮的机械输入转矩t与流速v的关系为
[0046]
t＝0.5cmρv2s
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0047]
其中，对于h型叶轮，s＝bd
[0048]
式中，cm为转矩系数，无量纲；ρ为流体密度，kg/m3；r为转子半径，m；v为来流速度，m/s；s为叶轮的截面面积，m2；d为叶轮直径，m；b为叶片展长，m。
[0049]
垂直轴叶轮从流体中捕获的功率pf为
[0050]
pf＝tω＝0.5c
p
ρv3ss
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0051]
式中：ω为叶轮旋转的角速度，rad/s；c
p
为能源利用系数，无量纲。
[0052]
如图4所示，为本发明提出的一种多源野战供电系统的太阳能发电模块图。
[0053]
太阳能供电系统输出能源通过太阳能电池板吸收阳光。由于太阳光的光线变化较大，导致输出电压不稳，输出电流较小，无法对锂电池正常充电，使用时需要太阳能控制电路对电池板输出的电压进行电压、输出电流变换后再给锂电池充电，其整个太阳能供电系统结构图如图3所示整个太阳能供电系统选择的太阳能电池板的工作电压为 5～8v，并通过太阳能控制电路限定5.4v电压给锂电池充电，进而为野战手术头灯提供电压。
[0054]
太阳能控制电路采用的主芯片为mc34063。其包含dc/dc变换器，由具有温度自动补偿功能的基准电压发生器、比较器、占空比可控的振荡器、r-s触发器和大电流输出开关电路等组成。
[0055]
从电路图上可知，太阳能输出电压为5～8v，锂电池的充电电压为4.2v，mc34063应该设定为降压模式[9]。当太阳能电池板输出正常电压时，一方面通过r1限流给发光二极管d1通电，显示太阳能电池板是否输出电压；另一方面通过二极管给mc34063的vcc提供工作电压。mc34063的fb端通过r3、r4分压给锂电池充电，当电池电压与参考电压相等时，fb端输出低电平，停止对锂电池充电。整个太阳能供电系统经过4h左右的充电就可以将锂电池的电量充满，基本满足野战手术头灯的使用。
[0056]
如图5所示，为本发明提出的一种多源野战供电系统的恒压限流充电模块电路图。通过对以上各种超级电容充电方案的分析，首先设计了以下的充电电路，基于lm317芯片不
仅可以达到稳压限流的目的，更可以达到1.5a的输出电流，电路的设计是基于lm317芯片的恒压电路图，由太阳能电池板和代替机械能产能的蓄电池组成的共同供电系统，本电路的控制主要表现在基于lm317芯片的恒压限流的充电电路，在实验中，通过对rp的调节，调节滑动变阻器rp的电阻大小使输出的电压控制在2.7v，根据lm317的芯片特性，限制最大的输出电流为1.5a。同时，电路中设置了led灯作为提示灯来进行充电提示，当超级电容的储能达到2.7v的额定电压的时候led等就会熄灭，此时可以适当的调节和选择26r和27r，然后再通过单片机msp430控制不同的反馈电阻接入稳压电源，实现恒压充电状态转换到浮充状态，控制输出电压略高于额定电压的2.7v，一般为3v时进入浮充充电。
[0057]
lm317是电源集成电路应用中最为广泛的使用之一，lm317芯片特点是即具备输出电压可调的特点，又是固定式三端稳压电路的最简单形式。此外，还具有纹波抑制比高调、稳压性能好、压范围宽等优点。lm317芯片是可调节的三端正电压稳压器，在输出电压范围 1.2v～37v时能够提供最大1.5a的电流，此稳压器非常易于使用。
[0058]vout
＝1.25*(1 rp/r
27
)
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0059]
虽然输出的电压是由28r和29r的比值结果决定的，但是考虑到芯片lm317的输出特性，它的电压输出范围是1.2v～37v，所以要控制rp和r
27
的比值在0～28.6之间。但是芯片lm317的最小工作电流一般为1.5ma，所以要控制它的输出电流大于这个数值，以免 lm317不能正常的工作。
[0060]
通过上述方式可以实现对用于野战储能电源箱的主从控制实现对电源放电过程的精度控制和协调控制，提升电池寿命和电池容量。
[0061]
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。