应用于带光伏发电房车的48V电源系统的制作方法

本发明涉及电源系统技术领域，特别涉及一种应用于带光伏发电房车的48v电源系统。

背景技术：

早期房车电源是12v系统，发电机发电，对启动蓄电池充电，房车12v储能电池通过隔离器并联在启动电池上，启动蓄电池电压大于14v时隔离器吸合，房车12v储能电池进入充电状态；此时，最大充电电流可达150a这就对整车充电电路系统提出了很高的要求。所有的电缆接头，都要经过特殊的处理，电路上所有的开关、保险、接触器，都必须使用大电流的规格，这无疑增加电路复杂性和安装、维护成本；12v双电池隔离器保险规格是500a，还经常损坏保险。

放电时的问题就更加突出，传统12v储能电池系统的房车在用电过程中，空调和热水壶同时使用，12v线路高达280a的持续电流，这个电流值已超过室内布线的极限工况。电缆和连接器因大电流发热，严重情况下甚至会影响用电安全，引发房车电路起火问题。而把12v电压升高到48v，电路损耗就会大大降低，而且48v电压会大大降低线路电流，有效避免因大电流发热造成的自燃现象，同时避免各种超大电流带来的问题。

技术实现要素：

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种应用于带光伏发电房车的48v电源系统，能够大大降低线路电流，有效避免因大电流发热造成的自燃现象。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种应用于带光伏发电房车的48v电源系统，包括发电机、12v启动电池、双向dcdc模块、锂电池、控制模块、充逆变一体机、光伏充电控制器、智能家居模块、光伏电池板；

所述发电机的输出端正负极分别用电缆接到12v启动电池的正负极；所述12v启动电池的正负极通过电缆分别连接到双向dcdc模块的12v正负极；所述双向dcdc模块的48v侧正负极分别连接到锂电池的正负极；所述锂电池的正负极分别连接充逆变一体机和光伏充电控制器的48v侧的正负极；所述光伏电池板的正负极分别接到光伏充电控制器的输入端口；

所述12v启动电池的输出端还与控制模块的供电端连接，所述控制模块的输出端连接分别连接锂电池的供电端、家居控制模块的供电端，所述发电机的启动信号还与所述控制模块的输入端连接。

在上述任一方案中优选的是，所述双向dcdc模块包括12v转48v升压充电模块、48v转12v降压充电模块、mcu模块、can电平转换模块；所述12v转48v升压充电模块、48v转12v降压充电模块分别与所述mcu模块连接，所述mcu模块与can电平转换模块连接。

在上述任一方案中优选的是，所述48v转12v降压充电模块包括第一浪涌抑制电路、电磁滤波回路、降压h桥、第一变压器、降压整流/滤波电路、第二浪涌抑制电路；所述第一浪涌抑制电路的输入端接48v电压，所述第一浪涌抑制电路的输出端接电磁滤波回路，所述电磁滤波回路的输出端接降压h桥的输入端，所述降压h桥的输出端接第一变压器，所述第一变压器的输出端接降压整流/滤波电路、所述降压整流/滤波电路的输出端接第二浪涌抑制电路，所述第二浪涌抑制电路的输出端输出12v电压。

在上述任一方案中优选的是，所述48v转12v降压充电模块还包括第一驱动电路、降压电压采样电路、降压电流采样电路、降压检测电路、降压mcu、降压侧光耦隔离、降压dsp，所述电磁滤波回路的输出端还与降压检测电路的输入端连接，所述降压检测电路的输出端接降压mcu，所述降压mcu的输出端接降压侧光耦隔离、所述降压侧光耦隔离的输出端接降压dsp，所述降压dsp通过第一级光耦隔离与主mcu连接，所述降压电压采样电路、降压电流采样电路的输入端分别与降压整流/滤波电路的输出端连接，所述降压电压采样电路、降压电流采样电路的输出端分别与降压dsp连接。所述降压dsp还与第一驱动电路的输入端连接，所述第一驱动电路的输出端接降压h桥。

在上述任一方案中优选的是，所述48v转12v降压充电模块还包括降压辅助电源、第三变压器，所述电磁滤波回路还与降压辅助电源的输入端连接，所述降压辅助电源的输出端连接第三变压器，所述第三变压器输出辅助电源。

在上述任一方案中优选的是，所述12v转48v升压充电模块包括升压第二整流/滤波电路、第三浪涌抑制电路、升压第一整流/滤波电路、第五变压器、升压h桥、第四浪涌抑制电路；所述第四浪涌抑制电路的输入端接12v电压，所述第四浪涌抑制电路的输出端接升压h桥，所述升压h桥的输出端接第五变压器，所述第五变压器的输出端接升压第一整流/滤波电路，所述升压第一整流/滤波电路的输出端接第三浪涌抑制电路，所述第三浪涌抑制电路的输出端接升压第二整流/滤波电路，所述升压第二整流/滤波电路的输出端输出48v电压。

在上述任一方案中优选的是，所述12v转48v升压充电模块还包括升压检测电路、升压mcu、升压侧光耦隔离、升压dsp、升压电压采样电路、升压电流采样电路、第二驱动电路；所述第四浪涌抑制电路的输出端还与升压检测电路连接，所述升压检测电路的输出端连接升压mcu，所述升压mcu的输出端连接升压侧光耦隔离，所述升压侧光耦隔离的输出端连接升压dsp，所述升压电压采样电路、升压电流采样电路的输入端都与升压第一整流/滤波电路的输出端连接，所述升压电压采样电路、升压电流采样电路的输出端接升压dsp，所述升压dsp的输出端接第二驱动电路，所述第二驱动电路的输出端接升压h桥，所述升压dsp还通过第二级光耦隔离与主mcu连接。

在上述任一方案中优选的是，所述12v转48v升压充电模块还包括升压辅助电源、第六变压器，所述升压第二整流/滤波电路的输出端接升压辅助电源的输入端，所述升压辅助电源的输出端接第六变压器的输入端，所述第六变压器的输出端输出辅助电源。

在上述任一方案中优选的是，所述智能家居模块至少连接逆变一体机逆变功能开关、娱乐系统开关、照明系统开关、水箱开关、空调开关、加热器开关。

在上述任一方案中优选的是，所述控制模块、双向dcdc模块、充逆变一体机、光伏充电控制器、锂电池、智能家居模块的can通信接口分别接到电源系统的can总线上。

本发明的应用于带光伏发电房车的48v电源系统具有以下有益效果：

1、本发明的将传统的12v储能电池系统转换成48v给房车供电，大大降低线路电流，有效避免因大电流发热造成的自燃现象，同时避免各种超大电流带来的问题。

2、本发明采用双向dcdc模块，能够将发电机能量传递给48v锂电池，还可以把48v锂电池能量传递给12v侧，使得本发明能够与现有的12v房车进行匹配。从而实现行车时，发电机能量传递给48v锂电池e，完成行车充电功能，在驻车时，48v锂电池能量传递给12v侧为原车12v负载提供电能。

3、本发明采用双向dcdc模块、充逆变一体机、光伏充电控制器、光伏电池板等联合的设计，能够实现无论行车还是驻车时，都可以给房车提供电源，采用充逆变一体机将48v转化为220v给房车内220v的电器供电，当没有市电时，光伏电池板将太阳能转化为电能给锂电池供电，从而给房车提供电能。

4、本发明的双向dcdc模块b还设定了动态调节充电电流是为了充分利用发电机的功率，同时避免在原车12v负载较大的情况下，12v启动蓄电池的能量会用来升压充电，避免由此引起的停车后无法再次发动车子的问题。

5、本发明利用can通信接口将各个模块进行连接，即控制模块、双向dcdc模块、充逆变一体机、光伏充电控制器、锂电池、智能家居模块的can通信接口分别接到电源系统的can总线上，使得控制模块能够统一管理各个模块，并把工作状态信息传给家居控制模块的显示面板。

6、本发明采用模块化的结构，将整个电路结构分成多个小的独立、互相作用的模块；一方面可以缩短产品研发与制造周期，增加产品系列，提高产品质量，快速应对市场变化；另一方面，可以减少或消除对环境的不利影响，方便重用、升级、维修和产品废弃后的拆卸、回收和处理。

7、本发明所采用的各个元器件比较通用，电路原理简单，大大降低了整体的制造成本低，便于集成；其升压效率高，用户体验效果好，可以大规模推广使用。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明的结构图；

图2为本发明的双向dcdc模块的结构图；

图3为本发明的双向dcdc模块的电路结构图；

图4为本发明的流程图。

图中，a、控制模块；b、双向dcdc模块；c、充逆变一体机；d、光伏充电控制器；e、锂电池；f、智能家居模块；g、发电机；h、12v启动电池；i、光伏电池板；

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种应用于带光伏发电房车的48v电源系统，如图1-4所示，包括发电机g、12v启动电池h、双向dcdc模块b、锂电池e、控制模块a、充逆变一体机c、光伏充电控制器d、智能家居模块f、光伏电池板i。控制模块a、双向dcdc模块b、充逆变一体机c、光伏充电控制器d、锂电池e、智能家居模块f的can通信接口分别接到电源系统的can总线上。控制模块a通过can总线识别各个设备的工作状态并根据相关状态发送指令。

发电机g的输出端正负极分别用电缆接到12v启动电池h的正负极；12v启动电池h的正负极通过电缆分别连接到双向dcdc模块b的12v正负极；双向dcdc模块b的48v侧正负极分别连接到锂电池e的正负极；锂电池e的正负极分别连接充逆变一体机c和光伏充电控制器d的48v侧的正负极；光伏电池板i的正负极分别接到光伏充电控制器d的输入端口。12v启动电池h的输出端还与控制模块a的供电端连接，控制模块a的输出端连接分别连接锂电池e的供电端、家居控制模块a的供电端，发电机的启动信号还与控制模块a的输入端连接。

工作原理：行车时的，发电机g产生的电能输出给12v启动电池h，由12v启动电池h输出给双向dcdc模块b，双向dcdc模块b将12v电压转换成48v电压后输出给锂电池e存储，完成行车充电功能；当驻车时，锂电池e将电能输出给双向dcdc模块b，由双向dcdc模块b将48v电压转换成12v电压，为原车12v负载提供电能，此外，无论是行车时还是驻车时，锂电池e还可以通过充逆变一体机c将48v逆变成220vac单相交流电，供给房车的220v家用电器使用；发电机g将发电机启动信号传输给控制模块，双向dcdc模块b、锂电池e、充逆变一体机c、光伏充电控制器d通过can通讯将状态信息发送到can总线上，由控制模块统一调配，并把工作状态信息传给家居控制模块的控制面板上。

其中，充逆变一体机c在驻车状态下既可以通过市电给锂电池e充电，也可以在市电没有接入的情况下将锂电池e的电能你变成220vac单相交流电，供给房车的家用电器使用。充逆变一体机c通过can通信与控制模块a通信，上传工作状态至can总线，并从控制模块a接收can总线指令。针对现有12v储能电池存在的问题，充逆变一体机c的升压充电是恒流充电，充逆变一体机c的充电电流跟随锂电池模块e的充电指令。

锂电池e采用能量管理策略，具体为：1)锂电池电量低于90％,控制模块根据设备运行状态启动充电，优先级为充逆变一体机大于双向dcdc模块，光伏充电优先级最低。2)锂电池电量低于10％启动低电量报警，关闭大功率用电器(48v空调、充逆变一体机的逆变模式)，由控制模块发送给家居控制模块请求充电指令，提示车主充电。3)电量低于5％，关闭大部分用电设备，关闭双向dcdc降压状态转入待机，只保留照明灯。4)电量低于3％，控制模块发送指令切断所有负载，等待充电。以上电量信息会由控制模块发给控制面板并提示报警给客户。

光伏充电控制器d从控制模块接收到充电指令后根据光伏电池板的状态调节充电电压和充电电流。光伏充电控制器d通过can总线与控制模块a通信。针对现有12v储能电池存在的问题，光伏充电控制器d的升压充电是恒流充电，光伏充电控制器d的充电电流跟随锂电池模块e的充电指令。

驾乘人员可通过家居控制模块f观察各个设备工作状态，并且家居控制模块f会记录相关状态在后台便于维护人员处理维护。家居控制模块f至少连接充逆变一体机逆变功能开关、娱乐系统开关、照明系统开关、水箱开关、空调开关、加热器开关等。家居控制模块通过can总线与控制模块a通信，接收和发送指令给控制模块a。

双向dcdc模块是实现房车48v电源系统的关键部件，基于双向dcdc模块，既可以把行车时的发电机能量传递给48v锂电池e，完成行车充电功能，也可以把48v锂电池e能量传递给12v侧，在驻车时为原车12v负载提供电能。

双向dcdc模块b集成了两个电源模块：12v转48v升压充电模块j、48v转12v降压充电模块k；双向dcdc模块b内部mcu模块l通过串口分别与12v转48v升压充电模块j和48v转12v降压充电模块k通信，发送指令和接收12v转48v升压充电模块j和48v转12v降压充电模块k的各种状态信息；can电平转换模块m也可以接受并上传can报文，以此与房车48v储能系统相互通信，接收指令和上传状态信息。

双向dcdc模块b的结构如图2所示，包括12v转48v升压充电模块、48v转12v降压充电模块、mcu模块、can电平转换模块；12v转48v升压充电模块、48v转12v降压充电模块分别与mcu模块连接，mcu模块与can电平转换模块连接。

工作时，双向dcdc模块b由内部mcu模块l通过can电平转换模块m上传到can总线的信号包括:双向dcdc模块b工作状态(升压状态、降压状态、待机状态、故障状态)，12v侧工作电压和电流、48v侧工作电压和电流、是否出现保护(过压保护、欠压保护、过流保护、短路保护)。

此外，12v转48v升压充电模块j、48v转12v降压充电模块k将模块的工作状态(12v侧电压电流、48v侧电压电流、是否出现保护)分别通过串口通信传给内部mcu模块l，然后由mcu模块l通过can电平转换模块m上传到can总线。

双向dcdc模块b处于升压充电状态时，会根据发电机输出电压的大小动态调节最大充电电流，电压小于12.6v时，停止充电转入待机状态，电压小于于13v并且大于12.6v时保持现有充电电流，电压大于13v时，调节充电电流至最大充电电流，电流调节根据发电机输出电压每秒增加或减小1a。设定动态调节充电电流是为了充分利用发电机的功率，同时避免在原车12v负载较大的情况下，12v启动蓄电池的能量会用来升压充电，避免由此引起的停车后无法再次发动车子的问题。

冬季时，气温低于零度，锂电池e在充电前要加热至10摄氏度，此时锂电池e会发送加热指令至can总线，控制模块a识别到加热指令后，会根据市电和发电机的状态决定启动充逆变一体机c或者双向dcdc模块b来加热锂电池e。

如图3所示，48v转12v降压充电模块包括第一浪涌抑制电路、电磁滤波回路、降压h桥、第一变压器t1、降压整流/滤波电路、第二浪涌抑制电路；第一浪涌抑制电路的输入端接48v电压，第一浪涌抑制电路的输出端接电磁滤波回路，电磁滤波回路的输出端接降压h桥的输入端，降压h桥的输出端接第一变压器t1，第一变压器t1的输出端接降压整流/滤波电路、降压整流/滤波电路的输出端接第二浪涌抑制电路，第二浪涌抑制电路的输出端输出12v电压。

48v转12v降压充电模块还包括第一驱动电路t2、降压电压采样电路、降压电流采样电路、降压检测电路、降压mcu、降压侧光耦隔离、降压dsp，电磁滤波回路的输出端还与降压检测电路的输入端连接，降压检测电路的输出端接降压mcu，降压mcu的输出端接降压侧光耦隔离、降压侧光耦隔离的输出端接降压dsp，降压dsp通过第一级光耦隔离与主mcu连接，降压电压采样电路、降压电流采样电路的输入端分别与降压整流/滤波电路的输出端连接，降压电压采样电路、降压电流采样电路的输出端分别与降压dsp连接。降压dsp还与第一驱动电路t2的输入端连接，第一驱动电路t2的输出端接降压h桥。

48v转12v降压充电模块还包括降压辅助电源、第三变压器t3，电磁滤波回路还与降压辅助电源的输入端连接，降压辅助电源的输出端连接第三变压器t3，第三变压器t3输出辅助电源。

12v转48v升压充电模块包括升压第二整流/滤波电路、第三浪涌抑制电路、升压第一整流/滤波电路、第五变压器t5、升压h桥、第四浪涌抑制电路；第四浪涌抑制电路的输入端接12v电压，第四浪涌抑制电路的输出端接升压h桥，升压h桥的输出端接第五变压器t5，第五变压器t5的输出端接升压第一整流/滤波电路，升压第一整流/滤波电路的输出端接第三浪涌抑制电路，第三浪涌抑制电路的输出端接升压第二整流/滤波电路，升压第二整流/滤波电路的输出端输出48v电压。

12v转48v升压充电模块还包括升压检测电路、升压mcu、升压侧光耦隔离、升压dsp、升压电压采样电路、升压电流采样电路、第二驱动电路t4；第四浪涌抑制电路的输出端还与升压检测电路连接，升压检测电路的输出端连接升压mcu，升压mcu的输出端连接升压侧光耦隔离，升压侧光耦隔离的输出端连接升压dsp，升压电压采样电路、升压电流采样电路的输入端都与升压第一整流/滤波电路的输出端连接，升压电压采样电路、升压电流采样电路的输出端接升压dsp，升压dsp的输出端接第二驱动电路t4，第二驱动电路t4的输出端接升压h桥，升压dsp还通过第二级光耦隔离与主mcu连接。

本发明12v转48v升压充电模块还包括升压辅助电源、第六变压器t6，升压第二整流/滤波电路的输出端接升压辅助电源的输入端，升压辅助电源的输出端接第六变压器t6的输入端，第六变压器t6的输出端输出辅助电源。当突然断电系统不能正常工作时，升压辅助电源工作，将电能通过第六变压器t6输出给系统，为系统提供备用电源，从而提高系统的应急能力。

本发明的工作流程包括以下步骤：

1)控制模块上电后进入初始化。

2)初始化正常后分别检测双向dcdc模块b、锂电池e、家居控制模块f是否失联，若有设备失联，进入失联处理程序。

3)上述两步骤正常后，48v电源系统进入预充电状态，预充失败需提示维修。

4)预充完成后，分别检测充逆变一体机c和光伏mppt充电控制器d是否失联。若有设备失联，进入失联处理程序。

5)正常启动后，控制模块跟据实际状态决定各个设备的工作状态。

如图4所示，具体步骤为：

步骤t01，系统初始化正常；

步骤t02，有设备出现失联；

步骤t03，

步骤t031、锂电池请求充电、发电机工作、充逆变一体机不处于充电状态，双向dcdc模块进入升压充电状态；

步骤t032、锂电池请求加热、发电机工作、充逆变一体机不处于加热状态，双向dcdc模块进入升压加热状态；

步骤t033、锂电池放电状态、发电机停止、双向dcdc模块进入降压状态；

步骤t034、市电接入、发电机工作，双向dcdc模块进入待机状态；

步骤t035、市电接入、发电机不工作，双向dcdc模块进入降压状态；

步骤t04，

步骤t041、根据家居控制模块发送的指令开关逆变功能；

步骤t042、系统中双向dcdc模块和光伏mppt充电控制器也可以进行充电功能，但是充逆变一体机的充电功能优先级最高，即市电优先(充电和加热功能)。

步骤t05，只有市电没有接入、锂电池请求充电并且双向dcdc模块不处于升压充电状态时，光伏mppt充电控制器进入充电状态；

步骤t06，

步骤t061、家居控制模块可以开关充逆变一体机的逆变功能，为220vac交流用电器提供电能；

步骤t062、家居控制模块，会根据控制模块传递的信号，显示各个在线用电设备的工作状态和报警信息；

步骤t063、家居控制模块会在后台记录各个设备的使用情况，以便于维护；

步骤t07，

步骤t071、根据电量情况充放电；

步骤t072、温度低于零度时，充电前需要发送请求加热指令，加热到10摄氏度才能充电；

步骤t08，预充电失败，系统发生故障，需要维修；

步骤t09，双向dcdc模块b失联；

步骤t10，家居控制模块f失联；

步骤t11，锂电池e失联；

步骤t12，充逆变一体机c失联；

步骤t13，光伏mppt充电控制器失联；

步骤t14，预充电完成；

步骤t15，系统自启动完成。

本发明将传统12v储能电池系统转换成48v电压给房车供电，能够大大降低线路电流，有效避免因大电流发热造成的自燃现象，同时避免各种超大电流带来的问题。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。