CN107026503A - 一种火箭发射车柔性不间断直流电源系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种火箭发射车柔性不间断直流电源系统及控制方法，电源系统包括输电电路和控制电路两部分，由高压采集单元、主控单元、电池组、静态切换开关模块、充电机、输出接触器和直流配电箱组成；输电电路的主干路由外部供电连接输出接触器，输出接触器连接直流配电箱；静态切换开关和充电机并联形成互锁，连接储能电池组和输电主干路，控制电路主要由高压采集单元连接主控单元构成，高压采集单元监测外部供电电压的波动，主控单元分别连接并控制静态切换开关、充电机和输出接触器，实现发射车柔性不间断直流供电。

Description

一种火箭发射车柔性不间断直流电源系统及控制方法
技术领域
本发明属于运载火箭发射车供电系统技术领域，具体涉及一种火箭发射车柔性不间断直流电源系统及控制方法。
背景技术
传统的运载火箭发射车供电，大多采用28V低压供电方案。但是随着对系统大功率、高品质、轻量化的要求日趋迫切，大功率、高压供电的方案也逐步成为如今的发展趋势。现阶段，实际应用中的高压直流供电，基本都是通过将三相交流电整流为直流电来实现的；三相交流电的获得大致有三种方式：外部工业380V三相电、柴油发电机三相电和自身底盘发电机。然而，当三相电供电蓓突然切断时，整车的供电网络将会被直接关断，特别是在执行某个任务流程的时候，此流程将会在中途直接中断，这样不仅会对电气设备带来不可修复的破坏，还会极大地延误整个任务流程，耽误发射任务。
发明内容
本发明提出了一种火箭发射车柔性不间断直流电源系统及控制方法，能解决当三相电供电蓓突然切断时，连续柔性不间断直流给发射车供电，技术方案如下：
一种火箭发射车柔性不间断直流电源系统及控制方法，包括高压采集单元、主控单元、电池组、静态切换开关模块、充电机、输出接触器和直流配电箱；高压采集单元一端接外部直流供电通路上，另一端接主控单元的输入端；主控单元输出端分别连接控制切换开关模块、充电机和输出接触器；输出接触器接在直流配电箱前，控制输出通路的通断；静态切换开关模块与充电机并联，一端接在输出接触器与外部电源之间，一端连接电池组正极。
主控单元包括微处理器模块，供电电源模块，通讯模块，存储模块，接触器驱动模块等，主控单元采取标准的CAN总线通讯接口，用于与其他模块的通讯获取信息并实现与整车的信息交互。
电池组由若干节磷酸铁锂电芯串联形成，使用电池管理系统(BMS)的电池采集单元对单体电芯的电压、温度进行采集，对单体电芯的信息采集覆盖率达到100％。并且电池具有耐高温低温的能力。
静态切换开关由IGBT管和二极管串联构成，IGBT管处于导通状态时，锂电池通过IGBT管和二极管给输出供电；当IGBT管处于关断状态时，锂电池不接入回路，二极管能够防止母线电压通过IGBT的体二极管给锂电池充电。
充电机的输入为直流电，输出的电压以及最大限流可以通过CAN总线调节；通过调节BUCK电路的开关占空比来实现输出电压的稳压以及调节功能，通过LLC电路实现充电机的输入输出隔离功能。
主控单元监测控制外部供电多余功率给电池组充电。
输出接触器由主控模块中的驱动电路控制，驱动电路输出控制信号给接触器，控制其闭合与断开。
控制方法是：
(1)高压采集单元从外部直流供电通路上采集电压信号，实时判断电压变化的情况，将电压信号转化为电流信号输入给主控单元；
(2)主控单元通过获取高压采集单元输入的电流信号，从而获取、判断外部直流供电通路上电压变化情况，当外部直流供电通路上电压低于负载额定值区间下线时，主控单元发送开关闭合信号给静态切换开关模块，同时发送断开信号给充电机，充电机断电；
(3)静态切换开关模块迅速导通电池组到输出负载的回路，充电机会维持在断开的状态。这样储能电池组就能够保证在主线路很小的电压降的情况下，迅速介入，实现系统的柔性不间断直流供电；
(4)当高压采集单元检测到外部供电电压恢复到负载额定值区间内时，主控单元获取高压采集单元发送的外部直流供电通路上电压变化情况，判断为正常后，主控单元就会发送断开信号给静态切换开关模块，系统恢复外部直流供电，主控单元同时发送接通信号给充电机，充电机给电池组充电。
附图说明
图1：本发明供电系统原理框架图
图2：主控单元组成原理框架图
图3：柔性静态切换原理电路图
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1所示，一种火箭发射车柔性不间断直流电源系统及控制方法，包括高压采集单元、主控单元、电池组、静态切换开关模块、充电机、输出接触器和直流配电箱；高压采集单元一端接外部直流供电通路上，另一端接主控单元的输入端；主控单元输出端分别连接控制切换开关模块、充电机和输出接触器；输出接触器接在直流配电箱前，控制输出通路的通断；静态切换开关模块与充电机并联，一端接在输出接触器与外部电源之间，一端连接电池组正极。
如图2所示，主控单元包括微处理器模块，供电电源模块，通讯模块，存储模块，接触器驱动模块等，主控单元采取标准的CAN总线通讯接口，用于与其他模块的通讯获取信息并实现与整车的信息交互。
电池组由若干节磷酸铁锂电芯串联形成，使用电池管理系统(BMS)的电池采集单元对单体电芯的电压、温度进行采集，对单体电芯的信息采集覆盖率达到100％。并且电池具有耐高温低温的能力。
如图3所示，静态切换开关由IGBT管和二极管串联构成，IGBT管处于导通状态时，锂电池通过IGBT管和二极管给输出供电；当IGBT管处于关断状态时，锂电池不接入回路，二极管能够防止母线电压通过IGBT的体二极管给锂电池充电。
充电机的输入为直流电，输出的电压以及最大限流可以通过CAN总线调节；通过调节BUCK电路的开关占空比来实现输出电压的稳压以及调节功能，通过LLC电路实现充电机的输入输出隔离功能。
主控单元监测控制外部供电多余功率给电池组充电。
输出接触器由主控模块中的驱动电路控制，驱动电路输出控制信号给接触器，控制其闭合与断开。
控制方法是：
(1)高压采集单元从外部直流供电通路上采集电压信号，实时判断电压变化的情况，将电压信号转化为电流信号输入给主控单元；
(2)主控单元通过获取高压采集单元输入的电流信号，从而获取、判断外部直流供电通路上电压变化情况，当外部直流供电通路上电压低于负载额定值区间下线时，主控单元发送开关闭合信号给静态切换开关模块，同时发送断开信号给充电机，充电机断电；
(3)静态切换开关模块迅速导通电池组到输出负载的回路，充电机会维持在断开的状态。这样储能电池组就能够保证在主线路很小的电压降的情况下，迅速介入，实现系统的柔性不间断直流供电；
(4)当高压采集单元检测到外部供电电压恢复到负载额定值区间内时，主控单元获取高压采集单元发送的外部直流供电通路上电压变化情况，判断为正常后，主控单元就会发送断开信号给静态切换开关模块，系统恢复外部直流供电，主控单元同时发送接通信号给充电机，充电机给电池组充电。
具体实施的效果是：
目前发射车辆共有三种外部实时供电方式，一般情况下只选取其中一种方式进行供电。高压采集单元检测到外部直流供电线路上电压的升高，达到某一值时，就会发送输出信号给主控单元，主控单元控制输出接触器的吸合，外部直流电供电给直流配电箱，这样直流配电箱就将直流电分配给后端运行的负载。
当供电被突然切断时，高压采集单元能够检测到供电线路上电压的下降，当电压的下降达到一定值时，高压采集单元会发送外部电源断开的信号给主控单元，主控单元会发送开关闭合信号给静态切换开关模块，并发送断开信号给充电机。此时静态切换开关模块会迅速导通电池组到输出负载的回路，并且充电机会维持在断开的状态。这样储能电池组就能够保证在主线路很小的压降的情况下，迅速介入，维持系统的直流供电。当外部供电恢复后，高压采集单元检测到外部供电电压的恢复，发送信号给主控单元，主控单元就会断开静态切换开关模块。
当外部供电正常输出给负载供电时，主控单元可以在必要时控制充电机的闭合，这样多余的供电功率可以通过充电机的闭合来实现给电池组的充电。
如图1所示，本发明的整体系统可以分为输电电路和控制电路两部分。输电电路的主干路由外部供电连接输出接触器，输出接触器连接直流配电箱；静态切换开关和充电机并联形成互锁，连接储能电池组和输电主干路。控制电路主要由高压采集单元连接主控单元构成，高压采集单元监测外部供电电压的波动，主控单元分别连接并控制静态切换开关、充电机和输出接触器。
本发明系统的工作过程为：
车辆正常运转时，由外部三种供电中的一种给车辆进行供电，输出接触器吸合；当供电被突然切断时，高压采集单元能够检测到供电线路上电压的下降，当电压的下降达到一定值时，高压采集单元会发送外部电源断开的信号给主控单元，主控单元会发送开关闭合信号给静态切换开关模块，并发送断开信号给充电机。此时静态切换开关模块会迅速导通电池组到输出负载的回路，并且充电机会维持在断开的状态。这样储能电池组就能够保证在主线路很小的压降的情况下，迅速介入，维持系统的直流供电。这样既避免了用电系统中电压的跳变对设备的冲击，又保证了车辆任务不被中断。
当外部供电恢复后，高压采集单元检测到外部供电电压的恢复，发送信号给主控单元，主控单元就会断开静态切换开关模块。
通过预先的多次试验校准以判断外部供电电压的波动对应的不同情况，这样高压采集单元能够准确的分辨外部供电的接入输出、外部供电的突然断开、外部供电的恢复工况。

Claims (7)

1.一种火箭发射车柔性不间断直流电源系统及控制方法，电源系统包括输电电路和控制电路两部分，由高压采集单元、主控单元、电池组、静态切换开关模块、充电机、输出接触器和直流配电箱组成；高压采集单元一端接外部直流供电通路上，另一端接主控单元的输入端；主控单元输出端分别连接控制切换开关模块、充电机和输出接触器；输出接触器接在直流配电箱前，控制输出通路的通断；静态切换开关模块与充电机并联，一端接在输出接触器与外部电源之间，一端连接电池组正极；控制方法是：
(1)高压采集单元从外部直流供电通路上采集电压信号，实时判断电压变化的情况，将电压信号转化为电流信号输入给主控单元；
(2)主控单元通过获取高压采集单元输入的电流信号，从而获取、判断外部直流供电通路上电压变化情况，当外部直流供电通路上电压低于负载额定值区间下线时，主控单元发送开关闭合信号给静态切换开关模块，同时发送断开信号给充电机，充电机断电；
(3)静态切换开关模块迅速导通电池组到输出负载的回路，充电机维持在断开的状态，储能电池组在主线路很小的电压降的情况下迅速介入，实现系统的柔性不间断直流供电；
(4)当高压采集单元检测到外部供电电压恢复到负载额定值区间内时，主控单元获取高压采集单元发送的外部直流供电通路上电压变化情况，判断为正常后，主控单元就会发送断开信号给静态切换开关模块，系统恢复外部直流供电，主控单元同时发送接通信号给充电机，充电机给电池组充电。
2.根据权利要求1所述的一种火箭发射车柔性不间断直流电源系统及控制方法，主控单元包括微处理器模块、供电电源模块、通讯模块、存储模块、接触器驱动模块等，主控单元采取标准的CAN总线通讯接口，用于与其他模块的通讯获取信息并实现与整车的信息交互。
3.根据权利要求1所述的一种火箭发射车柔性不间断直流电源系统及控制方法，电池组由若干节磷酸铁锂电芯串联形成，使用电池管理系统(BMS)的电池采集单元对单体电芯的电压、温度进行采集，对单体电芯的信息采集覆盖率达到100％。并且电池具有耐高温低温的能力。
4.根据权利要求1所述的一种火箭发射车柔性不间断直流电源系统及控制方法，静态切换开关由IGBT管和二极管串联构成，二极管阻止母线电压通过IGBT管给锂电池充电，IGBT管处于导通状态时，锂电池通过IGBT管和二极管给输出供电；当IGBT管处于关断状态时，锂电池不接入回路。
5.根据权利要求1所述的一种火箭发射车柔性不间断直流电源系统及控制方法，充电机的输入为直流电，输出的电压以及最大限流可以通过CAN总线调节；通过调节BUCK电路的开关占空比来实现输出电压的稳压以及调节功能，通过LLC电路实现充电机的输入输出隔离功能。
6.根据权利要求1所述的一种火箭发射车柔性不间断直流电源系统及控制方法，输出接触器由主控模块中的驱动电路控制其闭合与断开。
7.根据权利要求1所述的一种火箭发射车柔性不间断直流电源系统及控制方法，特别的，主控单元监测控制外部供电多余功率给电池组充电。
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