车载移动电源：灵活适应各路况

1.车载电站的定义及特点

车载电站又称移动电源车，是一种将柴油发电机组安装于厢式车辆内的应急备用电源，主要由柴油发电机组、控制系统、电源输出系统、汽车底盘、电站专用车厢及辅助配套和降噪装置等组成，其主要功能是为特定场所提供备用电源，车载电站的结构采用一体化设计，对通风、排烟、排气、供油、电缆等进行统一布局，最低噪声可达65dB的低噪声电站。具有移动快捷、低噪声运行、操作简便和全天候工作等特点，不仅适用于野外移动作业，也适用于人口稠密的都市供电之用。

移动电源车具有良好的越野性和对各种路况的适应型，并且具有灵活的可移动性（上海科泰电源股份有限公司专用车曾经在核电领域设计开发出一款具备直升机起吊功能的车载电站）。主要用于抢险救灾、野外勘探、工程作业、突发事件、军事、不可停电行业等领域。适应于全天后的野外露天作业，具有整体性能稳定可靠、操作简单、噪声低、排放性能好、维护性好等特点，能很好地满足户外作业和应急供电的需要。

2.车载电站基本技术介绍

车载电站主要由汽车底盘、车载箱体、柴油发电机组、启动系统、供油系统、控制系统等部分组成。车载电站作为一种全天候不定点工作的备用电源需要具备防雨、防雪、防冻、防风沙、降噪性能好、移动快捷、安全和方便等特点。

（1）汽车底盘的选择

汽车底盘作为车载电站的动力装置，要求汽车底盘既能满足车载的经济性，又能保证车载行驶的安全性。汽车底盘的选择需要根据机组功率及用户的要求进行选择，首先根据要求计算出机组、厢体及所有配件的总重量，根据设备重量，在保证配重平衡的基础上进行布置设计，以载重量及所需厢体体积来匹配最合适的二类底盘，做到略有裕度，从而保证汽车行驶的安全性。同时，要满足车载电站长时间承受较大载荷的能力、重心低、通过性好的要求，车辆的载重量一般要有5%的裕度。

车载重量为二类底盘车、车厢、柴油发电机组（柴油及防冻液）、电缆绞盘、电缆、液压支腿系统、排烟系统、控制屏、开关柜、蓄电池等辅助设备之和，其重量之和不应超过车载总重量的95%。

（2）车载箱体的设计

车载箱体的设计需要从目录公告、配重平衡性、进排风通风量、降噪等方面进行考虑。典型的车载电站结构如图6-5所示。

图6-5 典型的车载电站结构图

1）产品目录 车载电站的车厢外形尺寸及承载重量需要满足国家相关规定，上路前需要在国家车管所进行产品目录登记，并挂车牌，因此车载电站箱体设计时必须按照国家电源车产品目录的规定尺寸进行。

上海科泰电源股份有限公司国Ⅳ排放应急电源车的公告目录见表6-2。

表6-2 上海科泰电源股份有限公司国Ⅳ排放应急电源车的公告目录

（续）

2）配重平衡性 汽车重心位置的高低以及前后的位置对汽车的安全驾驶都有较大的影响，在对车载电站车厢进行设计时，应该考虑车厢内所有配件所处的位置和重量并进行综合重心的计算；原则上，X轴的重心应处于前后轮中心偏后，靠近后轮位置，在Y轴上所有大型物件都以左右两车轮的中轴线为中心进行对称布置，小物件按功能及重量进行合理的分配布置，重心位置应处于左右轮中心或略偏路中一侧，在Z轴应尽量降低其重心。

下面以车载电站为例对X轴上的重心位置计算：车载电站各组成部件以车载前轮为原点做出重量及坐标如图6-6所示，计算方法是把各部件对应原点位置的力矩之和除以车载的总质量所得的距离就是车载电站X轴的实际重心位置，计算过程及图解如图6-6所示，此车载电站X轴上的重心位置大约在距离前轮4.46m的位置，靠近与后轮位置。

3）进、排风通风量 电源车应充分考虑到机组正常运行时所需的最低进、排风量，否则将会严重影响机组的功率输出、使机组的温升较高、频繁发生故障、甚至会缩短柴油发电机组的使用寿命。通常机组排风口的面积应略大于水箱的有效面积，保证排风口处的风速能够在和风以内（≤8m/s），从降低风阻考虑，排风口离前面障碍物的距离应在600mm以上，如图6-7所示，车载电站厢体进风量应大于机组的排风量和燃气量的总和。

一般情况下，在车载电站厢体侧面、前部及后部上方各开有进、排风手动百叶窗，必要时也可在厢体前端面和后端面布置进、排风窗或辅助进、排风窗，以保证机组正常工作的进风量和排风量。在多雨、多风沙、潮湿、寒冷地区等特殊情况下，百叶窗也可选择加装电动机构。电站在不使用的情况下封闭所有进、排风窗口，从而有效地起到防雨、防风沙和防寒的效果。

图6-6 某型车载电站X轴重心位置计算

图6-7 排风示意图

在进行厢体进排风计算时，不仅需要考虑进排风百叶窗的面积是否满足机组进、排风量要求，还需要对整体通道进行考虑，一般以通道内最小位置作为计算对象，如图6-8所示，其中进风通道主要有进风百叶窗、进风挡板、进风降噪箱，三处进风通道都需要验证通道面积，并按照最小通道面积的位置通风来设计。

图6-8 进风通道

1—百叶窗 2—进风挡板 3—进风降噪箱

4）降噪 车载电站作为一种全天候工作的备用电源，工作地点不固定，必须做好降噪处理，车载电源的降噪可以从排烟降噪、进、排风口降噪以及墙面降噪这三个方面来考虑。

①排烟降噪 柴油机在运行时，由于缸体内燃油的燃烧爆炸，会产生高分贝的宽频噪声经由排气系统对外传播。本方案采用工业型消音器和住宅型消音器组成的组合式消音器如图6-9所示，工业型消声器具有吸收中高频声等特点，主要是利用多孔吸声材料来降低噪声的。把吸声材料固定在气流通道的内壁上或按照一定方式在管道中排列，当声波进入阻性工业型消音器时，一部分声能在多孔材料的孔隙中摩擦而转化成热能耗散掉，使通过消音器的声波减弱。阻性消音器对中高频消声效果好，但对低频消声效果较差。住宅型消声器是由突变界面的管和室组合而成的，每一个带管的小室是滤波器的一个网孔，管中的空气质量称为声质量和声阻。小室中的空气体积称为声顺。与电学滤波器类似，每一个带管的小室都有自己的固有频率，当包含有各种频率成分的声波进入第一个短管时，只有在第一个网孔固有频率附近的某些频率的声波才能通过网孔到达第二个短管口，而另外一些频率的声波则不可能通过网孔，只能在小室中来回反射，从而达到滤掉某些频率噪声成分的效果，住宅型消音器消除了中、低频噪声。

图6-9 组合式消音器

通过以上两级消音器就可以分别降低高频和低频段的噪声，一般能降低35～40dB（A）。排气系统的设计，必须同时满足柴油机的背压要求，使排气顺畅并正常运行。消声器在机组运行时的温度高达几百度，同时表面会散发较高的噪声，通常应将消声器安装在厢体中的专用排风舱内，排烟管需要进行隔热隔音包扎，此外消声器还应具有好的刚性结构、防止受激振而辐射再生噪声，其尺寸必须大小适宜，体积大消声效果会更好，但不便于安装，体积小便于安装但效果不会很好，同时消声器的材料要能耐高温和抗腐蚀。

②进、排风口降噪 在进行厢体进、排风设计时，进排风室与机组需要隔开，进风室、排风室与发动机室之间采用降噪箱或者吸音挡板进行隔开，这样既能保证了进风、排风良好进行，又能实现良好的降噪效果。

车载电站进风端的噪声比排风端噪声低，因此排风端降噪箱要比进风端降噪箱厚，这样才能使车载电站的噪声整体下降，有效地利用厢体内部有限的空间。根据使用地点的要求，可以选择图6-10所示的静音型以及图6-11所示的超静音型车载电站。

图6-10 静音型车载电站（70～80dB（A））

图6-11 超静音型车载电站（最低可达65dB（A））

③墙面降噪 噪声具有极强的辐射性和穿透性，一般结构的车厢墙面无法有效的阻碍噪声的传播，厢体墙壁采用夹层结构如图6-12所示，外壁采用车厢专用钢板，内壁采用镀锌冲孔钢板，中间填充高效吸音阻燃棉，使厢体壁起到隔离噪声的效果，同时又能最大限度地吸收和衰减部分噪声，提高降噪效果。根据机组功率的大小和降噪的要求，中间填充吸音棉的厚度一般为60～100mm。可使噪声衰减6～10dB（A）。机厢底部柴油机部分也需要进行填充隔音棉处理，以防噪声从底部泄露。

另外，车厢门的接合位置，也是噪声渗漏传播的关键部位，所有车厢门位置都采用具有弹性的密封件进行处理，提高了厢体的降噪性能。

5）控制屏及输出断路器的布置 机组控制屏及断路器柜位于厢体后部一侧，打开透视门可对控制屏及断路器进行操作，机组正常工作时，将透视门关闭，将噪声隔绝在厢体内，可通过透视窗观察机组参数。这种布置方式在操作机组时，人不需进入高风速、高噪声的厢体内，操作方便，如图6-13所示。

图6-12 车载电站厢体墙壁结构图

图6-13 透视窗及接线箱示意图(www.xing528.com)

6）厢体其他设计

①按交通部门对上路机动车要求，车厢顶盖两边前角安装有示廓灯，尾部有转向灯、刹车灯、尾灯。对于车身较长的电源车，在车厢侧面中间也设有相应数量的示廓灯。

②厢体两侧面开有检修门，门下有一踏步阶梯，阶梯可总体翻起并用销钉固定于车厢的下部。对于车身较高的电源车，除侧面阶梯外，在后门位置也有阶梯，以方便操作人员上下车厢。另外，厢体门都设有防风钩。

③车厢所有门窗都设有防雨沿，所有门边都有密封包边，增大车厢的防雨性能。

④车厢内部表层采用花纹防滑钢板或花纹防滑铝板，美观防滑。车厢顶部中间略高，两边略低，能有效地防止车厢顶部积水。

⑤急停开关安装在侧门旁边，当机组出现异常情况时便于紧急停机。急停开关装有保护罩壳，以防误动作。紧急情况时，如果打开控制屏门或者进入厢体内操作，最少需要几十秒时间，门边的急停按钮能以最短的时间将机组停机以确保安全。

⑥在车厢后部侧面配有接线箱，接线箱里布置有电缆接线铜排（可选快速接插件）。车载电站上一般均配置有重型软橡套动力电缆，电缆通过设于厢体后下部的电缆接线箱对外连接。接线箱正面开门，下部为活动式电缆进入口，周边设有绝缘橡胶条。机组正常发电输出时，正面开门可锁闭，防止非操作人员误操作造成事故。不用时，下部电缆进入口密闭，可防止泥土、杂物进入箱内，保持清洁。

⑦电缆绞盘有手动、液压驱动和电动几种型式，对于外径在ϕ35mm以上的电缆，手动收放困难，液压驱动成本高，而且存在漏油污染，而传统的电动电缆绞盘传动机构复杂，且占用空间较大。上海科泰电源股份有限公司设计的内装式电动电缆绞盘克服了以上三种电缆绞盘的不足，将电动机和减速器装进电缆绞盘的滚筒里面，滚筒利用电动机的冷却风扇，自然通风冷却，没有漏油污染电缆橡套的问题。只要接通电源，就能使电动电缆绞盘转动，完成电缆的收放，现在广泛应用于汽车电站和挂车电站等。电动电缆绞盘结构见本章附录。

⑧机械（液压）支腿的作用是在车载电站停放时将车载电站支撑起来，防止汽车板簧及轮胎长时间受压而损坏。支腿有机械支腿和液压支腿两种。机械支腿操作方便，安全可靠，价格低廉，缺点是操作费力；液压支腿操作省力，可用遥控器遥控支腿的升降，安全和可靠性也高，缺点是保养和维护麻烦，配置成本较高。

⑨厢体内设有交、直流一体防爆荧光灯及直流灯、应急照明灯等照明设备，当机组停止时，由蓄电池供电采用直流照明，当机组工作时，使用防爆荧光灯进行照明，应急灯是在交流灯以及直流灯都没有电源时使用。车厢内所有电气布线均走PVC阻燃绝缘管，线路藏于吸音棉中，整体美观。

车载电站配置两个干粉灭火器安放在侧门内，车载比较大时可以配置三个，两侧门各一个，后门一个。客户也可以选配在车厢内安装烟感报警装置以及吊挂式干粉灭火器。

⑩工具安放在车厢内一个工具箱中，配有一套专用工具及10m长专用线排，方便用户对机组维修和使用。

3.柴油发电机组的选择

车载电站常用的机组功率范围在15～800kW，某些特殊的场合会用到800kW以上的柴油发动机组。输出电压通常为400/230V。

随着近几年我国电力行业高压线路建设的加快，变电站的维护与维修需要直接用到高压电源，核电站应急移动电源也有高电压要求，发电行业对高压备用电源的需求越来越大，高压用户也越来越多，对备用电源的使用也越来越多样化，新型高压车载电站也应运而生。高压车载电站可直接输出10.5kV高电压交流电，也可利用变压器把机组输出的高压交流电转化成低压交流电为低压设备供电。需要注意的是，高压电路安全防护比较复杂，高低压电缆的敷设需要独立分开以免相互干扰，高压开关柜体积较大，为了满足方便操作以及后期的维护保养，这对空间较小的车载电站结构布置来说也是一个技术难点，需要从整体做好策划。高压车载电站厢体内部布局如图6-14所示。

图6-14 高压车载电站厢体内部布局图（上海科泰电源股份有限公司）

4.上海科泰电源股份有限公司的车载电站的应用

（1）应急电源照明车

如图6-15所示是一种低噪声实用应急电源照明车。上海科泰电源股份有限公司专利技术，专利号：ZL02227992.X。

在应急电源车上加装了大功率升降照明灯。是一种车载式全方位夜间应急照明系统。其光源部分采用金属卤化物灯，具有功率大、亮度高、照射范围广、射程远等特点。其操作使用方便、具有手动及远程控制、自动复位及全方位定位的优点。可广泛用于消防照明、工程抢修、抗灾抢险和警案等现场的夜间应急照明。

图6-15 应急电源照明车

1）照明系统 照明系统由4只主灯、控制箱、控制器、无线遥控以及弹簧电缆线组成，如图6-16所示。

2）气动升降云台 气动升降云台由云台、升降杆、气泵以及空压机组成，如图6-17所示。

（2）常用型车载电站

图6-16 照明系统

多年以来，上海科泰电源股份有限公司为国家电网、南方电网提供数百台电源车，在2008年奥运会、2008年南方冰雪灾害、2010年世博会、2016年“G20峰会”等重大活动和自然灾害中起到重要作用。

（3）特殊型高压车载电站

高压车载电站主要用于变压器故障检修以及高压区域停电等需要直接输入10.5kV电源时使用。

（4）核电行业应用实例

当停堆、失去外电和固定备用电源设备瘫痪时，能在最短的时间内可靠提供足够的电源，确保核反应堆及其设备的安全；当出现核渗漏时，能够远离辐射源监控，提供抢险和恢复核电站所需要的电源。具有反应速度更快，路况适应性强的特点，如图6-18所示，可通过飞机起吊。

图6-17 升降杆气动原理图

1—空压机 2—带调节过滤器 3—节流阀 4—进气阀＜两位三通电磁阀＞ 5—排气阀＜两位两通电磁阀＞ 6—消音器 7—气动升降杆

图6-18 某核电站车载电源车

5.上海科泰电源股份有限公司车载电站新技术拓展

随着电动汽车技术的逐步成熟，汽车将采用电池作为动力装置，当车载电站在给客户供电时，也为电池进行充电，能满足车载电站的日常行驶的需要，又提高柴油发电机组的使用效率。