CN114312634A - 一种多功能的电源分配系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多功能的电源分配系统和方法，包括高压预充模块、电机控制器供电模块、高压负载供电模块、低压负载供电模块、发电系统控制器、市电供电模块和绝缘监测电路模块，本发明将不同用电需求进行分离,采用的带隔离功能的DC/DC、DC/AC模块可实现输出、输入的隔离，避免使用端电击风险，还可有效阻止动力回路浪涌对控制电流的冲击；同时兼顾市电输入，两种供电系统可零响应时差切换。
Description
技术领域
本发明属于电动汽车电源技术领域，具体涉及一种多功能的电源分配系统和方法。
背景技术
随着车载移动发电系统的日益普及，大功率移动发电技术在车载系统使用日益普及，但是不同装备对电源配置要求不同，尤其是谐波、纹波在电源中的危害受到广泛关注。对雷达系统，控制电路等具有很大的干扰。
纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号，指在额定输出电压、电流的情况下，输出电压中的交流电压的峰-峰值。纹波对要求较高的精密仪器、控制电路都有比较大的影响，因此，需要在实际使用中尽可能进行滤除。
市场主流供电系统采用一套电源给不同用电需求的设备供电，一部分设备需要控制纹波，另一部分无需控制纹波，为控制纹波，供电系统需要对电路进行复杂滤波设计，导致系统成本、重量、体积大幅度增加；单一电源供电还会导致动力电路、控制电路混用电源，而发电系统不带隔离电路，控制电路人员会直接接触，存在潜在的安全风险；单一电源供电会因电压波动，发电机起动、电机阶段的浪涌电流，导致控制电路系统在电压过低、电流过大时不能正常工作；单一电源在发动机停机或者故障状态不能正常发电，驻车状态需要发动机不停机才能保证供电，因此舒适性、环保型较差。
发明内容
本发明的目的就是针对实际使用需求，为满足上装多路用电需求在一套移动供电系统上设计两种输出模式，根据上装用电性质，可以分别提供高低品质的多路用电输出，确保系统可靠性。同时，本系统还可以拓展引入市电输入，与移动发电系统实现互锁，提高系统适应性。
实现本发明目的之一的多功能的电源分配系统，包括高压预充模块、电机控制器供电模块、高压负载供电模块、低压负载供电模块和发电系统控制器；所述多功能体现在多路输出、多路输入电路系统的集成。
发电系统控制器控制高压预充模块的预充继电器K2的闭合和主继电器K1的断开使储能器件B的高压直流电流入电机控制器供电模块，从而对电机控制器中的薄膜电容进行预充电；
发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、预充继电器K2的断开使储能器件B的高压直流电流入电机控制器供电模块，从而对电机控制器进行供电；
电机控制器用于将车载发电机发出来的交流电整流成直流电，发电机控制器与储能器件并联，统一出口给负载供电；
发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、高压负载供电模块的预充继电器K3的闭合和主继电器K4的断开使储能器件B的高压直流电通过主继电器K1后端流入高压负载供电模块的预充继电器K3，再流入高压负载供电模块的高压负载R3，从而对高压负载供电模块的高压负载R3进行预充电；
发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、高压负载供电模块的预充继电器K3的断开和主继电器K4的闭合使储能器件B的高压直流电通过主继电器K1后端流入高压负载供电模块的主继电器K4，再流入高压负载供电模块的高压负载R3，从而对高压负载供电模块的高压负载R3进行供电；
发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、低压负载供电模块的继电器K5的闭合使储能器件B的高压直流电通过主继电器K1后端流入直流转换器DC/DC，再通过直流转换器DC/DC将高压直流电转换为低压直流电后给低压负载供电模块中的低压负载R4进行供电。
所述高压预充模块包括主继电器K1、预充继电器K2和电阻R1，储能器件B的正极分别与预充继电器K2的一端、主继电器K1的一端相连，预充继电器K2的另一端与电阻R1的一端相连组成串联电路，主继电器K1的另一端与电阻R1的另一端相连，主继电器K1的一端、预充继电器K2的一端都与绝缘监测电路模块的高压检测端相连。
所述电机控制器供电模块包括熔断器F，其一端与高压预充模块的主继电器K1的另一端相连，另一端与高压电机控制器的正极相连，高压电机控制器的负极与储能器件B的负极相连。
所述高压负载供电模块包括预充继电器K3、主继电器K4、电阻R2和高压负载R3，预充继电器K3的一端与高压预充模块的主继电器K1的另一端相连，另一端与电阻R2的一端相连；主继电器K4的一端与高压预充模块的主继电器K1的另一端相连，另一端与电阻R2的另一端相连，电阻R2的另一端与高压负载R3的正极相连，高压负载R3的负极与储能器件B的负极相连；主继电器K4的一端、预充继电器K3的一端都与绝缘监测电路模块的高压检测端相连。
所述低压负载供电模块包括继电器K5、直流转换器DC/DC和低压负载R4，继电器K5的一端分别与高压预充模块的主继电器K1的另一端、绝缘监测电路模块的高压检测端相连，另一端与直流转换器DC/DC的输入端相连，直流转换器DC/DC的输出端与低压负载R4相连。直流转换器DC/DC的输入负极端与储能器件B的负极相连。
进一步地，本系统还包括市电供电模块和绝缘监测模块，发电系统控制器控制低压负载供电模块的继电器K5的断开、市电供电模块继电器K6的闭合，使交流电流入交流转换器AC/DC转为直流电，再通过继电器K6流入直流转换器DC/DC，直流转换器DC/DC将高压直流电转换为低压直流电后给低压负载供电模块中的低压负载R4进行供电；所述绝缘监测模块包括一个绝缘监测控制仪，用于对电路进行绝缘监测。
所述市电供电模块包括继电器K6和交流转换器AC/DC，继电器K6的一端与继电器K5的另一端相连，继电器K6的另一端与交流转换器AC/DC的输入正极端相连，交流转换器AC/DC的输入端与市电相连，交流转换器AC/DC的输出负极端与直流转换器DC/DC的输入负极端相连。
实现本发明目的之二的一种多功能的电源分配方法，其包括：发电系统控制器控制高压预充模块的预充继电器K2的闭合和主继电器K1的断开使储能器件B的高压直流电流入高压电机控制器供电模块，从而对电机控制器供电模块中的电机控制器的薄膜电容进行预充电；预充电完毕后发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、预充继电器K2的断开使储能器件B的高压直流电流入高压电机控制器供电模块，从而对电机控制器供电模块中的电机控制器进行供电；
发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、高压负载供电模块的预充继电器K3的闭合和主继电器K4的断开使储能器件B的高压直流电通过主继电器K1后端流入高压负载供电模块的预充继电器K3，再流入高压负载供电模块的高压负载R3，从而对高压负载供电模块的高压负载R3进行预充电；预充电完毕后发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、高压负载供电模块的预充继电器K3的断开和主继电器K4的闭合使储能器件B的高压直流电通过主继电器K1后端流入高压负载供电模块的主继电器K4，再流入高压负载供电模块的高压负载R3，从而对高压负载供电模块的高压负载R3进行供电。
进一步地，还包括发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、低压负载供电模块的继电器K5的闭合使储能器件B的高压直流电通过主继电器K1后端流入直流转换器DC/DC，直流转换器DC/DC将高压直流电转换为低压直流电后给低压负载供电模块中的低压负载R4进行供电。
进一步地，还包括发电系统控制器控制低压负载供电模块的继电器K5的断开、市电供电模块继电器K6的闭合，使市电交流电流入交流转换器AC/DC转为直流电后通过继电器K6流入直流转换器DC/DC，直流转换器DC/DC将高压直流电转换为低压直流电后给低压负载供电模块中的低压负载R4进行供电。
有益效果：
相比现有技术中多采用的IGBT桥式整流、硅整流发电机供电存在的纹波、谐波高达10～50V进而对电源品质要求较高的控制电路、特殊装备有比较大的影响的问题，本发明将不同用电需求进行分离，控制选用带稳压功能及共模滤波电路的DC/DC，电路峰-峰值可以控制在±1V以内；
本系统采用的DC/DC、DC/AC模块带隔离功能，实现输出、输入的隔离，避免使用端电击风险，确保人员安全；
通过选用带隔离电路及共模滤波的DC/DC器件可以滤掉纹波及纹波噪声，从而可以分别提供高低品质的多路用电输出，确保系统可靠性；
负载紧急制动时会产生几百安的电流，控制电路与动力电路中间带DC/DC模块，有效阻止动力回路浪涌对控制电流的冲击，高压负载的浪涌电流会被电路中的储能器件吸收，确保电路安全、稳定运行；
本发明兼顾市电输入，市电输入与车载发电系统供电实现互锁功能，通过车载储能系统调节，两种供电系统可用实现零响应时差切换。
附图说明
图1是本发明所述的电路图；
图中，B+表示储能器件正极、B-表示储能器件负极、K1表示主继电器、K2表示预充继电器、R1表示预充电阻、F表示熔断器、MCU+表示电机控制器正极、MCU-表示电机控制器负极、K3表示预充继电器、R2表示预充电阻、R3表示高压负载、K4表示主继电器、K5表示继电器、DC/DC表示直流转换器、R4表示低压直流负载、K6表示继电器、AC/DC表示交流转换器。
具体实施方式
下列具体实施方式用于对本发明权利要求技术方案的解释，以便本领域的技术人员理解本权利要求书。本发明的保护范围不限于下列具体的实施结构。本领域的技术人员做出的包含有本发明权利要求书技术方案而不同于下列具体实施方式的也是本发明的保护范围。
下面结合图1，对本发明专利做进一步详细地描述。
本实施例中电机控制器将车载发电机发出来的交流电整流成直流电，电机控制器与储能系统中的储能器件并联，统一出口给车辆负载供电。车辆储能系统相当于一个车载的移动发电站，主要用于给车载装备进行供电，绝大多数情况下车载装备由发电机与储能系统中的储能器件同时进行供电，当储能器件的SOC大于60％时，也可由储能器件单独对车辆负载进行供电；储能器件由车载发电系统对其进行充电。
为实现储能器件给高压负载R3单独供电功能，首先由发电系统控制器给预充继电器K2闭合指令，继电器K2闭合，高压直流电由储能器件正极B+流经预充电阻R1及熔断器F后，流入高压电机控制器MCU正极，开始给高压电机控制器薄膜电容进行预充。本实施例中储能器件B可以是高压电池，也可以是超级电容。
车辆发电系统的控制器检测到高压电机控制器薄膜电容电压与电池电压的压差小于20V时判断预充完成。完成预充后，由发电系统控制器给预充继电器K2断开指令使继电器K2断开，而后给主继电器K1闭合指令使主继电器K1闭合。此时高压直流电从储能器件正极B+通过主继电器K1及熔断器F流入高压电机控制器MCU正极，然后再由高压电机控制器MCU负极流回到储能器件负极B-，从而形成闭环电路，实现储能器件B给高压负载R3进行单独供电功能。
为实现车载发电系统与车载储能系统共同对高压负载R3进行供电功能，当车载储能系统SOC大于60％时车载储能系统可以单独给高压负载R3供电；当车载储能系统SOC小于60％时需要车载发电机和车载储能系统同时给高压负载R3供电，此时需要高压电机控制器MCU启动发电功能的情况下进行。给高压负载R3进行供电时首先由发电系统控制器给预充继电器K3闭合指令使继电器K3闭合，高压直流电由储能器件正极B+流经预充电阻R2后流入高压负载R3正极，并开始给高压负载R3预充。本实施例中车载储能系统可以是高压动力电池组或者高压超级电容组；高压负载R3可以是伺服电机或者雷达系统等。
车辆发电系统的控制器检测到高压负载R3完成预充后，由发电系统控制器给预充继电器K3断开指令使继电器K3断开，然后给主继电器K4闭合指令使主继电器K4闭合。此时高压直流电从主继电器K1后端流入主继电器K4后，再流入高压负载R3正极，然后再由负载R3负极流回到储能器件负极B-，形成闭环电路，实现储能器件给高压负载R3供电。
为实现车载发电系统给低压负载R4供电功能，当车载储能系统SOC大于60％时可以单独供电；当车载储能系统SOC小于60％时，需要高压电机控制器MCU启动发电功能的情况下进行。
为实现对低压负载R4进行供电，首先由发电系统控制器给继电器K5闭合、继电器K6断开指令，继电器K5闭合和继电器K6断开后高压直流电流入直流转换器DC/DC正极，再由直流转换器DC/DC负极回流到储能器件负极，形成闭环电路。此时直流转换器DC/DC将高压直流电转换为低压直流电，然后再给低压负载R4供电，从而实现储能器件给低压负载R4供电功能，所述低压负载R4可以是各种电器系统，如指挥系统、电台或导航。
为实现系统拓展引入市电输入，与移动发电系统实现互锁并给低压直流负载R4供电功能，首先由发电系统控制器给继电器K5断开、继电器K6闭合指令，继电器K5断开和继电器K6闭合后220V/380V的交流电流入交流转换器AC/DC正极，交流转换器AC/DC负极接储能器件负极B-，交流转换器AC/DC先将220V/380V的交流电转换为直流电，然后通过继电器K6流入直流转换器DC/DC正极，再由直流转换器DC/DC负极回流到储能器件负极，形成闭环电路。
此时直流转换器DC/DC将高压直流电转换为低压直流电，然后再给低压负载R4供电，从而实现系统拓展引入市电输入，与移动发电系统实现互锁并给低压直流负载R4供电功能。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (10)
1.一种多功能的电源分配系统，其特征在于，包括高压预充模块、电机控制器供电模块、高压负载供电模块、低压负载供电模块和发电系统控制器；
发电系统控制器控制高压预充模块的预充继电器K2的闭合和主继电器K1的断开使储能器件B的高压直流电流入电机控制器供电模块，从而对电机控制器供电模块中的电机控制器的薄膜电容进行预充电；
发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、预充继电器K2的断开使储能器件B的高压直流电流入电机控制器供电模块，从而与电机控制器形成充放电回路；
发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、高压负载供电模块的预充继电器K3的闭合和主继电器K4的断开使储能器件B的高压直流电通过主继电器K1后端流入高压负载供电模块的预充继电器K3，再流入高压负载供电模块的高压负载R3，从而对高压负载供电模块的高压负载R3进行预充电；
发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、高压负载供电模块的预充继电器K3的断开和主继电器K4的闭合使储能器件B的高压直流电通过主继电器K1后端流入高压负载供电模块的主继电器K4，再流入高压负载供电模块的高压负载R3，从而对高压负载供电模块的高压负载R3进行供电；
发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、低压负载供电模块的继电器K5的闭合使储能器件B的高压直流电通过主继电器K1后端流入直流转换器DC/DC，再通过直流转换器DC/DC将高压直流电转换为低压直流电后给低压负载供电模块中的低压负载R4进行供电。
2.如权利要求1所述的多功能的电源分配系统，其特征在于，还包括市电供电模块和绝缘监测电路模块，发电系统控制器控制低压负载供电模块的继电器K5的断开、市电供电模块继电器K6的闭合，使交流电流入交流转换器AC/DC转为直流电，再通过继电器K6流入直流转换器DC/DC，直流转换器DC/DC将高压直流电转换为低压直流电后给低压负载供电模块中的低压负载R4进行供电；绝缘监测电路模块用于对电路进行缘缘监测。
3.如权利要求1所述的多功能的电源分配系统，其特征在于，所述高压预充模块包括主继电器K1、预充继电器K2和电阻R1，储能器件B的正极分别与预充继电器K2的一端、主继电器K1的一端相连，预充继电器K2的另一端与电阻R1的一端相连组成串联电路，主继电器K1的另一端与电阻R1的另一端相连，主继电器K1的一端、预充继电器K2的一端都与绝缘监测电路模块的正极检测端相连。
4.如权利要求1所述的多功能的电源分配系统，其特征在于，所述电机控制器供电模块包括熔断器F，其一端与高压预充模块的主继电器K1的另一端相连，另一端与高压电机控制器的正极相连，电机控制器的负极与储能器件B的负极相连。
5.如权利要求1所述的多功能的电源分配系统，其特征在于，所述高压负载供电模块包括预充继电器K3、主继电器K4、电阻R2，预充继电器K3的一端与高压预充模块的主继电器K1的另一端相连，另一端与电阻R2的一端相连；主继电器K4的一端与高压预充模块的主继电器K1的另一端相连，另一端与电阻R2的另一端相连，电阻R2的另一端与高压负载R3的正极相连，高压负载R3的负极与储能器件B的负极相连；主继电器K4的一端、预充继电器K3的一端都与绝缘监测电路模块的高压检测端相连。
6.如权利要求1所述的多功能的电源分配系统，其特征在于，所述低压负载供电模块包括继电器K5和直流转换器DC/DC，继电器K5的一端分别与高压预充模块的主继电器K1的另一端、绝缘监测电路模块的高压检测端相连，另一端与直流转换器DC/DC的正极输入端相连，直流转换器DC/DC的正极输出端与低压负载R4的正极相连，直流转换器DC/DC的负极输出端与低压负载R4的负极相连，直流转换器DC/DC的负极输入端与储能器件B的负极相连。
7.如权利要求1所述的多功能的电源分配系统，其特征在于，所述市电供电模块包括继电器K6和交流转换器AC/DC，继电器K6的一端与继电器K5的另一端相连，继电器K6的另一端与交流转换器AC/DC的输出直流端相连，交流转换器AC/DC的输入交流端与市电相连，交流转换器AC/DC的输出直流端与直流转换器DC/DC的输入端相连。
8.一种多功能的电源分配方法，其特征在于：包括如下步骤：
发电系统控制器控制高压预充模块的预充继电器K2的闭合和主继电器K1的断开使储能器件B的高压直流电流入电机控制器供电模块，从而对电机控制器供电模块中的电机控制器的薄膜电容进行预充电；预充电完毕后发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、预充继电器K2的断开使储能器件B的高压直流电流入电机控制器供电模块，从而对电机控制器进行供电；
发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、高压负载供电模块的预充继电器K3的闭合和主继电器K4的断开使储能器件B的高压直流电通过主继电器K1后端流入高压负载供电模块的预充继电器K3，再流入高压负载供电模块的高压负载R3，从而对高压负载供电模块的高压负载R3进行预充电；
高压负载R3预充电完毕后发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、高压负载供电模块的预充继电器K3的断开和主继电器K4的闭合使储能器件B的高压直流电通过主继电器K1后端流入高压负载供电模块的主继电器K4，再流入高压负载供电模块的高压负载R3，从而对高压负载供电模块的高压负载R3进行供电。
9.如权利要求8所述的多功能的电源分配方法，其特征在于，还包括：发电系统控制器控制高压预充模块的主继电器K1的闭合、低压负载供电模块的继电器K5的闭合使储能器件B的高压直流电通过主继电器K1后端流入直流转换器DC/DC，直流转换器DC/DC将高压直流电转换为低压直流电后给低压负载供电模块中的低压负载R4进行供电。
10.如权利要求8所述的多功能的电源分配方法，其特征在于，还包括发电系统控制器控制低压负载供电模块的继电器K5的断开、市电供电模块继电器K6的闭合，使市电交流电流入交流转换器AC/DC转为直流电后通过继电器K6流入直流转换器DC/DC，直流转换器DC/DC将高压直流电转换为低压直流电后给低压负载供电模块中的低压负载R4进行供电。
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