CN102255342A - 装甲车辆用电源管理器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装甲车辆用电源管理器，属于装甲车辆电源领域。电源管理器含有输入模块、固态继电器模块、电流电压采集模块、控制模块、显示模块和输出模块并构成与车上用电单元数量相等的供电管理支路；通过输入模块实现对各用电单元的过流保护，通过控制模块实现对各用电单元的欠压和过压保护以及时序上电，同时还可对车载综合电源工作状态进行监测，将检测数据和各用电单元的监测数据传给车长任务计算机。本发明解决了传统车辆供电品质差、自动化程度低、负载管理困难、电磁干扰严重等技术问题，为实现车辆持续、安全、可靠地供电和用电提供了技术支持。

Description

装甲车辆用电源管理器

技术领域

本发明属于电源管理技术领域，主要涉及一种装甲车辆用电源管理器，尤其涉及一种可对装甲车辆的用电进行智能化管理的电源管理器。

背景技术

早期的装甲车辆电气系统较为简单，用电设备不是很多，由于技术条件所限，为保证用电安全可靠，采用专用设备供电系统与底盘供电系统相互隔离，各用电设备通过配电盘经过保险丝直接供电。这种供电方式，没有实现对各用电设备参数的监测和管理。随着技术的发展和车载设备功耗的增大，这种分离模式供电已经不能满足要求，更多的是统一供电。这种供电方式会带来以下问题。由于各用电设备功耗和负载特性的不同，上电时会在系统上带来干扰。这种干扰会影响一些精密设备的工作。统一供电后需要实时监测蓄电池的容量，防止过度用电，使车辆无法启动。同时大量的用电设备，给整车的功耗估算带来了巨大的难度，无法准确的得到各用电设备的功耗以及使用频率，造成供电分配和工作任务剖面难度增加，同时也造成了整车电气故障排除难度的增加。为了解决传统车辆供电存在的供电品质差、自动化程度低、负载管理控制困难、电磁干扰严重、没有分路供电参数在线监测等技术问题，迫切需要一种新的电源管理器。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对现有分离模式供电存在的问题，提供一种可对装甲车辆用电进行智能化管理的电源管理器，该装置具有时序上电、过流保护、过压和欠压保护，电池电量监测、对车载综合电源工作状态进行监测和数据传输等功能。

为解决上述技术问题，本发明电源管理器包括含有N个热保护开关的输入模块，含有N个继电器的固态继电器模块，含有N个电流调理电路、N个电压调理电路和N个电流传感器的电流电压采集模块，含有DSP芯片、2N个A/D转换器、N个驱动电路的控制模块、显示模块和含有N个滤波器的输出模块并构成与车上用电单元相对应的N条供电管理支路，5≤N≤30；所述供电管理支路由单个热保护开关、继电器、电流传感器、电源滤波器、电压调理电路、电流调理电路、驱动电路和两个A/D转换器构成，热保护开关的“+”端和电压调理电路的输入端均接在车载蓄电池的正极，电源滤波器的输入地端接在车载蓄电池的负极，继电器和电流传感器串接在热保护开关的“-”端与电源滤波器之间且电流传感器的输出端与电源滤波器的输入端连接，电流传感器的信号输出端与电流调理电路的输入端连接，电源滤波器的输出端接在对应的车上用电单元上，所述继电器的一个控制端通过所述驱动电路与所述DSP芯片连接，所述电压调理电路的输出信号通过第一A/D转换器、所述电流调理电路的输出信号通过第二A/D转换器均送入所述DSP芯片；所述的功能是：监测各车上用电单元的电压和电流，按照相应时序向电压正常的供电管理支路中的驱动电路输出闭合继电器指令或者向欠压或过压的供电管理支路中的驱动电路输出断开继电器指令；按照设定的时间间隔查询车载综合电源的工作状态，按照设定的时间间隔查询车载综合电源的工作状态，并将查询结果和监测结果上传给车长任务计算机进行存储。

根据本发明，所述显示模块含有测试开关键、发光二极管、第一组多位数码管和第二组多位数码管，当所述蓄电池的电容量低到设定阈值时，所述DSP芯片点亮所述发光二极管，当蓄电池的电容量恢复到正常值后，DSP芯片熄灭发光二极管；当测试开关键处于闭合状态时，所述DSP芯片向所述第一组数码管送各供电管理支路监测到的电压值，向所述第二组数码管送各供电管理支路监测到的电流值；当测试开关键处于开启状态下，所述DSP芯片向所述第一组数码管送电源管理器输出的总电压值，向所述第二组数码管送电源管理器输出总电流值。

本发明的有益效果体现在以下几个方面。

(一)本发明设置了与用单元数量相同的供电管理支路，并通过DSP实现对各支路电压和电流的监测，同时在继电器的配合下，实现了对各用电单元的过压或欠压保护功能，此外，在每条供电管理支路中设置了热保护开关，以对各用电单元进行过流保护，从而提高了整车供电的安全性和可靠性。

(二)在本发明中，通过DSP实现了各用电单元时序上电功能，通过滤波器对供电输出进行低通滤波，增加了车上供电系统的抗干扰能力，从而提高了供电系统的供电品质。

(三)本发明通过DSP实现了对车载综合电源的监测功能，并可将监测结果通过显示模块进行显示并上传给车长任务计算机进行存储，从而使车内人员清楚地掌握目前整车供电情况和各用电单元的功耗；此外，通过对这些存储数据进行分析，既可对各用电单元的功耗和使用频率进行统计，还可以为装甲车辆的用电分配设计和工作剖面设计提供数据支持，同时还能对各用电单元的性能进行评估，有利于提前发现问题和排除故障。

附图说明

图1是本发明电源管理器与装甲车辆上关联设备的关系图。

图2是本发明电源管理器的组成及原理方框图。

图3是电源管理器其中一条供电管理支路的组成及原理框图。

图4是图3中所示的电压调理电路的具体电路图。

图5是图3中所示的电流调理电路的具体电路图。

图6是图3中所示的DSP的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

从图1可以看出本发明电源管理器与装甲车辆上个关联设备的连接关系。车载综合电源和车辆发动机给蓄电池充电，并同时给车载武器系统供电，车载综合电源的输入为交流电。电源管理器通过RS422通讯端口定时查询车载综合电源的状态，并根据查询的状态信息(状态信息包括充电电压、电流数据、充放电状态、交流输入欠压或过压、电源模块故障等信息)控制车载综合电源将电能安全地送给车载蓄电池，同时通过电源管理器将电能安全地分配给车上各用电单元；还要通过CAN总线将车载综合电源的状态信息和各用电单元的电压和电流数据传送给车长任务计算机。

根据图2所示，本发明电源管理器的优选实施例包括六个模块，分别是输入模块、固态继电器模块、电流电压采集模块、控制模块、显示模块和输出模块。输入模块含有30个ZKC系列热保护开关，每个热保护的具体型号要根据其实际负载要求来选取，其主要功能是对车载综合电源提供给车上各用电单元的电信号进行分路过流保护。固态继电器模块含有30个JGX系列继电器，每个继电器的具体型号也是根据其实际负载要求来选取。电压电流采集模块的主要功能是采集输入模块输出的电压、电流信号，通过相应的调理电路将电压、电流信号范围转换至模数转换器的输入范围。电压电流采集模块含有30个电压调理电路、30个电流调理电路、30个电流传感器，电流传感器选用CHB系列霍尔传感器，其输出电流信号是0～20mA。控制模块含有DSP芯片、60个A/D转换器、30个驱动电路、用于时序上电控制的上电开关键、RS422总线和CAN总线。显示模块含有测试开关键、发光二极管和十二位数码管。十二位数码管分两组，第一组六位数码管为一排，第二组六位数码管为一排。在测试开关键闭合状态下，第一组、第二组数码管分别按序显示各供电管理支路监测获得的电压值和电流值，各支路显示的间隔时间为2s；其中，每组前两位数码管显示的是通道序号，即01、02、……、30，后四位数码管显示的是与通道号相对应的用电单元的电压值或电流值。在测试开关键打开状态下，第一、第二组数码管的后四位数码管分别显示的是车载武器系统输出的总电压和总电流，此时，每组数码管的第一位和第二位数码管为熄灭状态。发光二极管用于馈电指示，在正常馈电情况下，发光二极不亮，当蓄电池的电容量低于20％时，发光二极管点亮。输出模块含有30个JLC6101系列滤波器，该类滤波器是由电容、电感组成的低通滤波器，其功能是对车载综合电源提供给各用电单元的电信号进行低通滤波，以抑制车载武器系统中的共模和差模干扰。

根据图3所示，在本发明的电源管理器中，由单个热保护开关、继电器、电流传感器、电源滤波器、电压调理电路、电流调理电路、驱动电路和两个A/D转换器构成了一条供电管理支路，可见，本优选实施例共有30条供电管理支路，且30条供电管理支路对应于30个车上用电单元。对于每一条供电管理支路而言，蓄电池输出端的26V+接热保护开关的“+”端，26V-接滤波器的输入地N，从热保护开关的“+”端接出的这路电压经电压调理电路调理后送入第二A/D转换器。继电器输出正端1接热保护开关“-”端，输出负端2接霍尔传感器的输入端。霍尔传感器的输出端接滤波器的输入端L。继电器的第一控制端3通过驱动电路接DSP，第二控制端4接+5V电压。霍尔传感器的信号输出是电流信号，该电流信号经电流调理电路调理后送入第二A/D转换器。

根据图4所示，电压调理电路的作用是将采集的电压信号范围转换至第一A/D转换器的输入范围。电压调理电路的输入电压范围是0～30V，输入电压先经过R1，R2和电位器RP1进行分压，使运放N1端点3的电压为0～4V，该电压经过运放N1隔离输出给R4和C4组成的滤波器，经滤波后送给第一A/D转换器。运放N1接成电压跟随器模式，R3是限流电阻。C2和C3是运放N1的+15V和-15V电源的滤波电容。在本优选实施例中，运放N1的型号为OP27GS，分压R1取10k，分压R2取1k，电位器RP1取500Ω。C1取5500PF，限流电阻R3取10K，C2和C3均取0.1uf，R4取33Ω，C4取33nf。

根据图5所示，电流调理电路的主要作用是将霍尔传感器输出的电流信号转换为适合于第二A/D转换器采集的电压信号。输入到电流调理电路的电流信号为0～25ma，该电流信号经过采样电阻R5转换为0～4V的电压，然后经过R6和C5组成的第一级滤波器滤波后，该电压再经过运放N2隔离输出，经过运放N2隔离输出的电压通过R8和C8组成的第二级滤波器滤波后输出送给第二A/D转换器。运放N2接成电压跟随器模式，R7是限流电阻，C6和C7是运放N2+15V和-15V电源的滤波电容。在本优选实施例中，采样电阻R5取160Ω，R6取300Ω，R8取33Ω，C8取33nf，C5、C6和C7均取0.1uf，限流电阻R7取10k。

从图3不难看出，DSP是本发明电源管理器的控制中心，其内装有控制软件。当电源管理器上电且人工闭合上电开关键后，DSP按照图6所示的工作流程进行控制：通过第一组30个A/D转换器实时采集30条供电管理支路中电压调理电路输出的电压值，判断各供电管理支路中的电压是否超压或欠压；按照相应时序向电压正常的供电管理支路中的驱动电路输出闭合继电器指令并设置上电标识位，或者向欠压或过压的供电管理支路中的驱动电路输出断开继电器指令并取消上电标识位，直到该支路电压恢复到正常值后再向驱动电路输出闭合继电器指令；与此同时，DSP对蓄电池中的电容量进行监测，当其低于总容量的20％时，DSP点亮发光二极管，当蓄电池的电容量恢复到正常值后，DSP熄灭发光二极管；此外，DSP还通过第二组A/D转换器和电流调理电路实时采集30条供电管理支路中霍尔传感器输出的电流值。DSP在监测运行期间，每隔100ms就会通过S422总线对车载综合电源的工作状态进行一次查询，并将车载综合电源的反馈信息以及监测获得的相关信息，如30条供电管理支路的电压、电流、蓄电池的电量或过压、欠压信息通过CAN总线发给车长任务计算机，同时根据测试开关键的开启或闭合状态，按照时序向第一组数码管和第二组数码管输送各管理支路获得的电压和电流监测数据，或者向第一组数码管和第二组数码管输送本发明电源管理器输出的总电压和总电流数据。

Claims (2)

1.一种装甲车辆用电源管理器，其特征在于：它包括含有N个热保护开关的输入模块，含有N个继电器的固态继电器模块，含有N个电流调理电路、N个电压调理电路和N个电流传感器的电流电压采集模块，含有DSP芯片、2N个A/D转换器、N个驱动电路的控制模块、显示模块和含有N个滤波器的输出模块并构成与车上用电单元相对应的N条供电管理支路，5≤N≤30；所述供电管理支路由单个热保护开关、继电器、电流传感器、电源滤波器、电压调理电路、电流调理电路、驱动电路和两个A/D转换器构成，热保护开关的“+”端和电压调理电路的输入端均接在车载蓄电池的正极，电源滤波器的输入地端接在车载蓄电池的负极，继电器和电流传感器串接在热保护开关的“-”端与电源滤波器之间且电流传感器的输出端与电源滤波器的输入端连接，电流传感器的输出信号端与电流调理电路的输入端连接，电源滤波器的输出端接在对应的车上用电单元上，所述继电器的一个控制端通过所述驱动电路与所述DSP芯片连接，所述电压调理电路的输出信号通过第一A/D转换器、所述电流调理电路的输出信号通过第二A/D转换器均送入所述DSP芯片；所述的功能是：监测各车上用电单元的电压和电流，按照相应时序向电压正常的供电管理支路中的驱动电路输出闭合继电器指令或者向欠压或过压的供电管理支路中的驱动电路输出断开继电器指令；按照设定的时间间隔查询车载综合电源的工作状态，并将查询结果和监测结果上传给车长任务计算机进行存储。

2.根据权利要求1所述的装甲车辆用电源管理器，其特征在于：所述显示模块含有测试开关键、发光二极管、第一组多位数码管和第二组多位数码管，当所述蓄电池的电容量低到设定阈值时，所述DSP芯片点亮所述发光二极管，当蓄电池的电容量恢复到正常值后，DSP芯片熄灭发光二极管；当测试开关键处于闭合状态时，所述DSP芯片向所述第一组数码管送各供电管理支路监测到的电压值，向所述第二组数码管送各供电管理支路监测到的电流值；当测试开关键处于开启状态下，所述DSP芯片向所述第一组数码管送电源管理器输出的总电压值，向所述第二组数码管送电源管理器输出的总电流值。

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