本發(fā)明涉及一種汽車行進(jìn)中自發(fā)電輸出功率自動補(bǔ)償設(shè)備，屬汽車自發(fā)電領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

特種車輛改裝時(shí)，車內(nèi)需要加裝各類儀器及設(shè)備，既有交流供電設(shè)備，也有直流供電設(shè)備，且所需功率較大，汽車原有供電系統(tǒng)無法滿足用電要求。此時(shí)可在汽車發(fā)動機(jī)后端加裝發(fā)電機(jī)，利用汽車發(fā)動機(jī)過剩動能轉(zhuǎn)化為電能，為用電設(shè)備供電，這種供電方式稱為汽車取力發(fā)電技術(shù)，即汽車自發(fā)電。

當(dāng)前，汽車自發(fā)電通常按使用工況分為駐車自發(fā)電與行進(jìn)中自發(fā)電兩種。駐車自發(fā)電一般在汽車駐車時(shí)，將通過離合器將發(fā)動機(jī)與汽車傳動系統(tǒng)脫離(即置空檔)，調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)即可提供平穩(wěn)供電輸出，該類技術(shù)相對較為成熟；行進(jìn)中自發(fā)電是在汽車行駛過程中，利用汽車本身的部分動力和所加裝的發(fā)電機(jī)及其他系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對用電設(shè)備的持續(xù)平穩(wěn)供電，由于行進(jìn)中自發(fā)電可解決該類問題。汽車在行使過程中，發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)不穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速波動范圍較大，導(dǎo)致汽車發(fā)電機(jī)輸出的電壓、功率參數(shù)穩(wěn)定性差。可通過改進(jìn)發(fā)電機(jī)控制策略，保證對外恒壓輸出，提高輸出電壓穩(wěn)定性。但輸出功率受發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速影響較大(圖1中是某型號發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速/功率對應(yīng)關(guān)系圖)，從圖中可以看出，發(fā)電機(jī)的額定功率為4.5kW，轉(zhuǎn)速為750rpm時(shí)輸出功率約為2kW，轉(zhuǎn)速為1000rpm時(shí)輸出功率約為3.5kW，轉(zhuǎn)速為1100rpm時(shí)輸出功率約為4.5kW，轉(zhuǎn)速為大于1400rpm時(shí)輸出功率4.5kW幾乎不變。在低轉(zhuǎn)速情況下輸出遠(yuǎn)小于額定功率，難以保障用電設(shè)備滿載工作，也無法應(yīng)對發(fā)動機(jī)短暫熄火時(shí)不間斷供電要求，依然是行業(yè)難點(diǎn)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種成本較低的汽車行進(jìn)中自發(fā)電方式功率補(bǔ)償設(shè)備電路，汽車行駛過程中，在發(fā)電機(jī)輸出電壓穩(wěn)定的情況下對輸出功率進(jìn)行智能補(bǔ)償，維持供電功率平穩(wěn)可靠，從而保證整個行駛過程中后級設(shè)備不間斷平穩(wěn)供電。本發(fā)明通過智能調(diào)度發(fā)電機(jī)輸出與蓄電池輸出供電比例，保證輸出功率穩(wěn)定的同時(shí)，極大地降低了備用電源使用時(shí)間，提高了備用電源使用壽命。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種行進(jìn)中自發(fā)電功率補(bǔ)償設(shè)備，包括轉(zhuǎn)速傳感器、蓄能單元、電源選擇控制電路和穩(wěn)壓與均流電路；所述的轉(zhuǎn)速傳感器測量發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，進(jìn)而計(jì)算出發(fā)電機(jī)在發(fā)動機(jī)帶動下的瞬時(shí)輸出功率f；所述的電源選擇控制電路連接發(fā)電機(jī)、蓄能單元和若干組穩(wěn)壓與均流電路；當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率大于后級負(fù)載的需求時(shí)，電源選擇控制電路通過若干組穩(wěn)壓與均流電路為后級負(fù)載供電，同時(shí)為蓄能單元進(jìn)行充電；當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率不能滿足后級負(fù)載的需求時(shí)，發(fā)電機(jī)和蓄能單元同時(shí)為后級負(fù)載供電，其中，后級負(fù)載所需功率F＝kN，其中k為穩(wěn)壓與均流電路數(shù)量，N為每組穩(wěn)壓與均流電路的輸出功率，則發(fā)電機(jī)輸出功率f和通過發(fā)電機(jī)供電的穩(wěn)壓與均流電路數(shù)量i滿足iN≤f＜(i+1)N，0≤i≤k。

各組穩(wěn)壓與均流電路的輸出電流相等，誤差小于2％。

所述的蓄能單元采用蓄電池或超級電容。

所述的電源選擇控制電路采用若干功率開關(guān)器件構(gòu)成開關(guān)矩陣，每一組穩(wěn)壓與均流電路由一個功率開關(guān)器件控制，每一組穩(wěn)壓與均流電路采用常閉觸點(diǎn)選通蓄能單元供電，通過接通與常閉觸點(diǎn)互斥的常開觸點(diǎn)選通發(fā)電機(jī)供電，進(jìn)行電源切換。

本發(fā)明的有益效果是：通過對發(fā)電機(jī)進(jìn)行功率補(bǔ)償供電，能夠在汽車行駛過程中的低轉(zhuǎn)速或怠速的情況下為后級設(shè)備提供輸出功率穩(wěn)定的電源，保證后級用電設(shè)備可以在無特殊要求的情況下正常使用。

另一方面，由于降低了轉(zhuǎn)速功率輸出要求，能夠適當(dāng)降低發(fā)電機(jī)額定輸出功率，從而降低發(fā)電機(jī)采購成本。同時(shí)，由于汽車在正常行駛時(shí)通常轉(zhuǎn)速均達(dá)到或超過發(fā)電機(jī)額定轉(zhuǎn)速，后備電源使用率較低，因此能夠極大提高后備電源使用壽命。

同時(shí)，能夠在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)快速做出電源供電策略切換，保證行駛過程中供配電平穩(wěn)，即便遇到汽車熄火等行駛中的意外情況，也能提供短時(shí)不間斷供電，為后級用電設(shè)備采取應(yīng)對措施提供一定保障時(shí)間。

另外，由于發(fā)動機(jī)減速后，輸出功率降低，但后級用電設(shè)備所需功率并未減少，會對發(fā)動機(jī)產(chǎn)生瞬時(shí)沖擊，影響汽車駕駛，而本發(fā)明通過強(qiáng)制分流功率，能夠減少此類影響。

附圖說明

圖1為某型發(fā)電機(jī)功率-轉(zhuǎn)速變化曲線圖；

圖2為行進(jìn)中自發(fā)電功率補(bǔ)償設(shè)備組成框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明，本發(fā)明包括但不僅限于下述實(shí)施例。

本發(fā)明提供的行進(jìn)中自發(fā)電功率補(bǔ)償設(shè)備由轉(zhuǎn)速傳感器、蓄能單元、電源選擇控制電路、穩(wěn)壓與均流電路組成。系統(tǒng)組成框圖參見圖2。

行進(jìn)中自發(fā)電功率補(bǔ)償設(shè)備工作原理如下：

系統(tǒng)具有兩種供電電源，一種為由汽車發(fā)動機(jī)提供動能的發(fā)電機(jī)供電，另一種為蓄能單元。通過傳感器對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測量，間接計(jì)算出發(fā)電機(jī)瞬時(shí)輸出功率，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果，采用多電源供電通道組合方式，動態(tài)調(diào)整發(fā)電機(jī)與蓄能單元的輸出比例或工作狀態(tài)，從而達(dá)到輸出功率穩(wěn)定的效果。供電通道將后級負(fù)載輸入源分為若干組，每組具有獨(dú)立輸入，并可選擇不同輸入源，經(jīng)穩(wěn)壓、均流處理后合并輸出。改變各通道輸入，即可改變輸入源對后級供電的比例。其中，后級負(fù)載所需功率F＝kN，其中k為穩(wěn)壓與均流電路數(shù)量，N為每組穩(wěn)壓與均流電路的輸出功率，則發(fā)電機(jī)輸出功率f和通過發(fā)電機(jī)供電的穩(wěn)壓與均流電路數(shù)量i之間的關(guān)系滿足iN≤f＜(i+1)N，0≤i≤k。例如系統(tǒng)共有6組供電通道，其中2組通道使用蓄能單元供電，另外4組使用發(fā)電機(jī)供電，帶載時(shí)經(jīng)過后級均流后，各模塊輸出電流大致相等，則蓄能單元為后級提供能量約為總能量的1/3，而發(fā)電機(jī)為后級提供的能量約為總能量的2/3，在發(fā)動機(jī)供電能力較弱時(shí)，改變蓄能單元與發(fā)電機(jī)供電的通道數(shù)量，即可控制蓄能單元按指定比例為發(fā)電機(jī)補(bǔ)充供電。

行進(jìn)中自發(fā)電功率補(bǔ)償設(shè)備各組成部分功能如下：

蓄能單元可采用可存儲電能的元器件(如蓄電池、超級電容)，在發(fā)電機(jī)輸出功率足夠滿足車內(nèi)輸出要求且依然有足夠輸出功率余量時(shí)，可對其進(jìn)行充電，在發(fā)電機(jī)輸出功率不能滿足后級用電設(shè)備使用要求時(shí)，為后級設(shè)備補(bǔ)充供電，在發(fā)動機(jī)熄火或其異常狀態(tài)時(shí)，短時(shí)后備供電。

系統(tǒng)含有多組穩(wěn)壓與均流電路構(gòu)成的若干電源供電通道，各通道輸入相互獨(dú)立，可各自選擇輸入源，電路內(nèi)部對不同輸入源進(jìn)行穩(wěn)壓，得到統(tǒng)一電氣性質(zhì)的輸出電源后并聯(lián)輸出，并對各供電通道進(jìn)行輸出均流，保證各通道電流相差<2％，以平衡各通道帶載狀態(tài)。

電源選擇控制電路用于接收轉(zhuǎn)速傳感器信號，計(jì)算出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，根據(jù)轉(zhuǎn)速與輸出功率的對應(yīng)關(guān)系，決定輸出控制策略。同時(shí)電源選擇電路采用多個功率開關(guān)器件構(gòu)成開關(guān)矩陣，用于切斷或接通指定供電電源，從而進(jìn)行供電電源選擇與切換，各供電通道輸入電源由開關(guān)進(jìn)行選擇。單供電通道采用“常閉”觸點(diǎn)在系統(tǒng)默認(rèn)狀態(tài)選通蓄能單元供電，系統(tǒng)工作時(shí)，首先采用蓄能單元供電，等待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，通過接通與之互斥的“常開”觸點(diǎn)選通發(fā)電機(jī)供電，進(jìn)行電源切換。蓄能單元與發(fā)電機(jī)供電同一時(shí)刻只能有一路接通，無控制信號時(shí)使用蓄能單元供電。

如圖2所示，汽車發(fā)動機(jī)通過傳動裝置帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，轉(zhuǎn)速傳感器對汽車發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行監(jiān)控，并送電源選擇控制電路。電源選擇控制電路跟據(jù)轉(zhuǎn)速情況，確定各穩(wěn)壓與均流電路輸入情況，穩(wěn)壓與均流電路對輸入電源穩(wěn)壓均流后并聯(lián)輸出。

圖2中轉(zhuǎn)速傳感器在實(shí)際設(shè)計(jì)中可使用光電或電磁增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，增量式旋轉(zhuǎn)編碼器輸出為脈沖信號，脈沖頻率與轉(zhuǎn)速成正比，即可測得被測物轉(zhuǎn)速。旋轉(zhuǎn)編碼器與發(fā)動機(jī)通過柔性連軸器連接，發(fā)動機(jī)帶動編碼器轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)編碼器與電源選擇控制電路通過通信電纜連接，電源選擇控制電路跟據(jù)單位時(shí)間內(nèi)的脈沖數(shù)可計(jì)算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。

電源選擇與控制電路主要由運(yùn)算處理電路與功率開關(guān)矩陣兩部分組成。運(yùn)算處理電路可采用實(shí)時(shí)性較高的MCU處理器及外圍電路構(gòu)成，如ARM處理器，DSP處理器、FPGA處理器等。采用與旋轉(zhuǎn)編碼器對應(yīng)的通信接口(常用的有CAN總線、RS422、并口總線等)與編碼器進(jìn)行信號交互，通過通用GPIO口控制功率矩陣開關(guān)。功率矩陣開關(guān)常用的核心開關(guān)部件為電磁繼電器、固態(tài)繼電器、接觸器、MOSFET功率器件等。

穩(wěn)壓與均流電路需要具有寬范圍輸入的DC/DC電路將不同電壓大小的各電源通道穩(wěn)壓為統(tǒng)一的電壓輸出，輸出級進(jìn)行并聯(lián)提高總帶載能力。