CN220857647U - 一种应用于机场飞机供电的车载电源系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种应用于机场飞机供电的车载电源系统，属于机场飞机供电电源技术领域；所要解决的技术问题为：提供一种应用于机场飞机供电的车载电源系统硬件结构的改进；解决该技术问题采用的技术方案为：设置的储能模块包括储能单元和上装储能单元；在储能单元中安装有电动底盘动力电池，在上装储能单元中安装有蓄电池，电动底盘电池和蓄电池的控制端均与控制器相连；控制板上还设置有输入整流模块、电池接口模块、工频逆变模块、中频逆变模块和直流静变模块，各模块的控制端均与控制器相连；输入整流模块的输入端与控制模块的交流电源输入接口相连，输入整流模块的输出端接入高压直流母线；本实用新型应用于机场车载电源。

Description

一种应用于机场飞机供电的车载电源系统

技术领域

本实用新型提供一种应用于机场飞机供电的车载电源系统，属于机场飞机供电电源技术领域。

背景技术

近年来随着技术的不断发展，大批技术先进、信息化和智能化程度高的新型航空地面电源入驻机场，同时随着“绿色机场建设”的浪潮，一批新型绿色电源被应用于机场供电，机场目前使用的燃油式底盘也在逐步替换为电动式底盘，使得电动车载式航空地面静变电源在机场逐步得到推广。

目前使用的地面静变电源属于UPS式电源，供电时不会因突发断电导致正在通电中飞机装备受损坏，同时电动底盘电池和自带储能式电池可以双向利用，既可以通过底盘取电转换为飞机用电源，也可以在底盘电源不足时通过自带储能式电池给底盘供电，延伸机动保障距离，可从实际需求出发双向切换。

车载式航空地面电源主要通过市电或上装储能电池供电，输出航空地面需要的不同电源规格，但是目前使用的地面静变电源却存在利用率不足的问题，由于UPS电源主要采用电池供电，对于市电的输入存在限制，无法实现交直流多形式电源供电输入，不能满足底盘动力电池与上装储能电池供电切换与选配，且无法实现多种规格的交直流输出电源，使得应用场景受到限制。

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术中存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种应用于机场飞机供电的车载电源系统硬件结构的改进。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：一种应用于机场飞机供电的车载电源系统，包括设置在车辆电动底盘上的储能模块和控制模块，所述储能模块包括储能单元和上装储能单元，所述控制模块中安装有控制板，在控制板上集成有控制器；

在储能单元中安装有电动底盘电池，在上装储能单元中安装有蓄电池，所述电动底盘电池和蓄电池的控制端均与控制器相连；

所述控制板上还设置有输入整流模块、电池接口模块、工频逆变模块、中频逆变模块和直流静变模块，所述输入整流模块、电池接口模块、工频逆变模块、中频逆变模块、直流静变模块的控制端均与控制器相连；

所述输入整流模块的输入端与控制模块的交流电源输入接口相连，所述输入整流模块的输出端接入高压直流母线；

所述电池接口模块的输入端分别与储能单元、上装储能单元的电源输出端相连，所述电池接口模块的输出端接入高压直流母线；

所述工频逆变模块、中频逆变模块、直流静变模块的输入端分别接入高压直流母线；

所述工频逆变模块输出三相工频电压至控制模块的工频电源输出接口；

所述中频逆变模块输出三相中频电压至控制模块的中频电源输出接口；

所述直流静变模块分别输出多种规格的直流电源至控制模块的相应直流电源输出接口。

所述控制器还通过导线与电源开关、指示灯相连。

所述控制器还通过导线与CAN总线模块或RS485通信模块相连。

在高压直流母线和储能模块上还设置有电流电压传感器，所述电流电压传感器的输出端与控制器相连。

在电池接口模块的内部设置有输入软启动模块、输入滤波模块、DC/DC模块、输出滤波模块、输出软启动模块，所述输入软启动模块的输出端依次串接输入滤波模块、DC/DC模块、输出滤波模块后与输出软启动模块相连；

所述输入软启动模块的输入端接入高压直流母线；

所述输出软启动模块的输出端与上装储能单元相连；

所述输入软启动模块、DC/DC模块还通过导线分别与控制器相连，用于接收控制器发送的PWM调制信号。

在中频逆变模块的内部设置有中频软启动模块、中频输入滤波模块、中频DC/AC模块、中频输出滤波模块，所述中频软启动模块的输出端依次串接中频输入滤波模块、中频DC/AC模块后与中频输出滤波模块相连；

所述中频软启动模块的输入端接入高压直流母线；

所述中频输出滤波模块与中频电源输出接口相连；

所述中频软启动模块、中频DC/AC模块还通过导线分别与控制器相连，用于接收控制器发送的SPWM调制信号。

在直流静变模块的内部设置有直流软启动模块、直流输入滤波模块、直流DC/AC模块、变压整流模块、直流输出滤波模块，所述直流软启动模块的输出端依次串接直流输入滤波模块、直流DC/AC模块、变压整流模块后与直流输出滤波模块相连；

所述直流软启动模块的输入端接入高压直流母线；

所述直流输出滤波模块与直流电源输出接口相连；

所述直流软启动模块、直流DC/AC模块还通过导线分别与控制器相连，用于接收控制器发送的PWM调制信号。

在DC/DC模块内部设置有两组并联的升降压变换电路，所述升降压变换电路包括并联在直流电源接口两端的电容C1，所述电容C1的两端并联有三条支路，每条支路上分别设置有两组器件，每组器件由一个功率管和一个二极管反并联组成，两组器件之间接出的导线与电感的一端相连，电感的另一端接储能单元的正极；

在储能单元的正极、负极之间还并接有电容C2。

所述控制模块的工频电源输出接口输出的交流电规格为AC220/380V 50Hz三相或单相输出；

所述控制模块的中频电源输出接口输出的交流电规格为AC115/200V 400Hz三相或单相输出；

所述控制模块的直流电源输出接口输出的直流电规格包括DC28V、DC28/57V、DC0～70V、DC270V、DC540V。

所述输入整流模块的型号为MKREC750；

所述中频逆变模块的型号为MKINV115；

所述电池接口模块的型号为MKDC750。

本实用新型相对于现有技术具备的有益效果为：本实用新型针对现有地面静变电源在输入输出端存在的不足进行结构上的改进，使其具备双电源供电输入及多制动式电源输出的功能，解决目前电动底盘上电池的供电形式单一，无法实现多种交直流输出电源造成电池利用不充分的问题；本实用新型可同时满足底盘动力电池与上装储能电池供电切换与选配，最终实现多种规格电源不间断输出功能，且各功能单元均为模块化设计，可以根据用电需求进行选择性组装。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的电路结构示意图；

图3为本实用新型电池接口模块的电路结构示意图；

图4为本实用新型中频逆变模块的电路结构示意图；

图5为本实用新型直流静变模块的电路结构示意图；

图6为本实用新型DC/DC模块的电路图；

图7为本实用新型DC/AC模块的电路图；

图中：1为控制模块、2为储能单元、3为上装储能单元、11为控制器、12为输入整流模块、13为电池接口模块、14为工频逆变模块、15为中频逆变模块。

具体实施方式

如图1至图7所示，本实用新型提供一种应用于机场飞机供电的车载电源系统，具体涉及对基于多电源形式供电的多制式地面不间断供电系统结构的改进，该电源控制系统应用于机场飞机维护时的电力供应；本实用新型采用上装储能电池与底盘动力电池的双直流电源兼容供电，实现单独供电或同时供电，满足车载式航空地面静变电源供电需求，实现绿色保障需求；设置的交直流多形式电源供电实现不间断输出，有效解决用电设备因电网异常导致供电失败的问题，同时市电输入状态对电池进行充电维护；同时将功能单元模块化设计，输出电源种类多制式，各功能模块协调控制实现用户自定义选配，减少产品功能浪费和用户多余消费。

进一步的，本实用新型采用电动底盘电池和上装电池与高压直流母线电压的双向DC/DC供电设计，实现交直流同时供电时，不间断电源功能的实现及必要时对蓄电池的电量补充，避免供电设备因电网波动或突发断电导致装备损坏，同时提高电动底盘电池电能的利用率；属于机库、停机坪通用型电源。

本实用新型主要由交流供电模块、底盘动力电池、上装储能电池、直流供电模块、交流工频输出电源模块、交流中频电源输出模块、直流28V电源输出模块、直流28/57V电源输出模块、直流0～70V电源输出模块、直流270V电源输出模块、直流540V电源输出模块、操作及控制系统、输出电缆等部分组成。

本实用新型在使用时，由三相交流电源经交流供电模块输入得到某一特定高压直流电源，该高压直流电源作为整个系统的转换平台与各功能单元进行对接，主要对接形式为：

1、高压直流电源与底盘动力电池或上装储能电池通过直流供电模块实现电源的双向装换，进而实现电池的充电维护和供电不间断输出；

2、高压直流电源作为供电输入和交流工频输出电源模块进行联结实现三相和单相AC220/380V 50Hz电源的输出；

3、高压直流电源作为供电输入和交流中频电源输出模块进行联结实现三相和单相AC115/200V 400Hz电源的输出；

4、高压直流电源作为供电输入和直流28V电源输出模块进行联结实现DC28V电源的输出；

5、高压直流电源作为供电输入和直流28/57V电源输出模块进行联结实现DC28/57V电源的输出；

6、高压直流电源作为供电输入和直流0～70V电源输出模块进行联结实现DC0～70V电源的输出；

7、高压直流电源作为供电输入和直流270V电源输出模块进行联结实现DC270V电源的输出。

8、高压直流电源作为供电输入和直流540V电源输出模块进行联结实现DC540V电源的输出。

如图1和图2所示，本实用新型具体提供一种双电源供电输入及多制动式电源输出的UPS电源设备，主要由输入整流模块、电池接口模块、电动底盘储能单元、上装储能单元（可选配）、工频逆变模块、中频逆变模块、直流静变模块等构成；在使用时，三相交流电输入经PWM高频整流电路整流后得到高压直流电（约700～800V可调），为后级交直流供电提供高压直流母线支撑；电池接口模块用于实现高压直流母线和储能单元双向DC/DC能量转换，挂接于高压直流母线的工频逆变模块用于输出三相220/380V 50Hz交流电源（单相220V 50Hz交流电源）；中频逆变模块用于输出三相115/200V 400Hz交流电源（单相115V 400Hz交流电源）；直流静变模块用于输出28V、28/57V、0～70V、270V直流电源、540V直流电源，同时高压母线可用于其他用电设备的电源输入；上述各模块电路可以集成控制也可以分散控制，均可根据需求进行并机实现容量扩充。

本实用新型在交流电源输入端设置有输入整流模块，市电输入经过软起动电路和输入滤波后由AC/DC模块SPWM工作整流成直流电，经输出滤波电路滤波后输出稳定的高压直流电源。

系统的直流供电模块工作原理如图3所示。由于直流供电模块需要连接电池和高压直流电源实现电流的双向流动，为保护电路避免对直流供电模块造成冲击，双端均需加入软启动电路。在给电池充电时，高压直流电源输入经过滤波后DC/DC模块降压成与蓄电池相当的电压给电池充电；在电池释放能量时，电池电压经滤波后DC/DC模块升压成高压直流电源，给直流母线提供能量。直流供电模块电路采用升降压变换器，在市电供电时降压变换，从高压直流电源取电向电池充电；在市电供电能力不足，如电网晃电、缺相乃至供电中断时，变换器工作于升压模式，从电池取电向高压直流电源供电，此时电池作为电源向整个系统进行供电以此实现电源不间断输出。

系统的中频（工频）交流电源输出模块工作原理如图4所示。高压直流电源输入经过软起动电路和输入滤波后由DC/AC模块SPWM工作逆变成中频交流电，经输出滤波电路滤波后光滑的正弦交流电。工频交流电源输出模块工作原理与交流电源输出模块工作原理相同，通过对参数的调节可实现工频交流电的输出，同时工频电的输出具有旁路工作模式。

如图5所示为系统的直流静变模块结构，软起动电路和输入滤波与中频逆变相同，整形过的高压直流电经过DC/AC高频逆变模块后变压整流成低压直流电，再经输出滤波滤除谐波后得到稳定的直流输出。

如图7所示，DC/AC模块在进行功率变换时，高压直流母线电压经逆变电路逆变成高频方波，变压整流电路把高频整流电路降压整流成所需直流电压；变压整流电路采用六组输入串联输出并联的模块搭建而成，各模块均分功率，热源分散，过载能力强。另外采用模块化结构，便于设备制造和维护，有利于合理利用设备内部空间，实现设备体积小型化、重量轻量化。

直流28V电源输出模块工作原理如图5所示，软起动电路和输入滤波与中频逆变相同，整形过的高压直流电源经过DC/AC高频逆变模块后变压整流成低压直流电，再经输出滤波滤除谐波后得到稳定的直流输出。采用模块化结构，便于设备制造和维护，有利于合理利用设备内部空间，实现设备体积小型化、重量轻量化。直流28V电源输出模块工作原理与直流270V（540V）电源输出模块工作原理相同，通过对参数的调节可实现不同直流电源的输出。

直流28/57V电源输出模块主要工作原理图同图5，高压直流电源经逆变电路逆变成高频方波，变压整流电路把高频整流电路降压整流成两组直流28V电压，两组直流电源可以通过两组用于连接直流28V电源电缆输出，亦可通过一组用于连接直流28/57V电源电缆输出，通过控制实现两组直流28V电源串/并联供电。

直流0～70V电源输出模块主要工作原理图同图5，高压直流电源经逆变电路逆变成高频方波，变压整流电路把高频整流电路降压整流成两组直流电源,两组直流电源可以通过一组用于连接直流0～70V电源电缆输出，通过控制实现两组直流电源串供电，电压可按照设定曲线从0至70V在规定时间内达到限定值。

以上经整流或升压变换的高压直流电源可实现对外输出，满足其他用电设备的供电需求，同时实现其他电源的输出，比如常见的直流24V、直流12V、直流5V、直流3.3V等常用电源以及其他特种电源。

如图6所示为电池接口模块中DC/DC模块的电路接线图，电池接口模块采用升降压变换器，两组并联，其中一组变换器电路结构如图6所示，该电路在市电供电时降压变换，从直流母线取电向电池充电，S1、S3、S5功率管工作于PWM模式，S2、S4、S6功率管关断；在市电供电能力不足，如电网晃电、缺相乃至供电中断时，变换器工作于升压模式，从电池取电向系统直流供电母线供电，以支撑中频电源、直流电源的供电不中断，此时S2、S4、S6功率管工作于PWM模式，S1、S3、S5功率管关断。

通过设计合适的滤波电感，同时设置S1、S3、S5功率管工作于PWM模式时S2、S4、S6功率管互补导通且S2、S4、S6功率管工作于PWM模式时S1、S3、S5功率管互补导通，可以使得变换器功率管实现ZVS和ZCS软开关状态，降低开关损耗，提高变换器的工作效率。

进一步的，本实用新型采用将“电动式底盘+上装特装设备”的装配方式代替“燃油式底盘+上装特装设备”，减少燃气排放，实现绿色保障需求；直流电源模块双向电源转换，充分提高电池的利用率，同时减少电池的维护频次；储能电池与底盘动力电池的双直流电源兼容供电，实现单独供电或同时供电，满足车载式航空地面静变电源供电需求，增加静变电源供电形式；输出电源种类多制式，各功能模块协调控制实现用户自定义选配，减少产品功能浪费和多余消费。

进一步的，本实用新型采用双向DC/DC电路设计，实现交直流同时供电时，不间断电源功能的实现及必要时对蓄电池的电量补充；

储能单元选择根据设计需求选择可大倍率充放电的磷酸铁锂电池、钛酸锂电池及其他类型电池；

该设备采用高压直流为母线的储能式设计，较传统储能式UPS电源而言，提升了电源的转换效率，且高压直流母线电压经变换可输出三相220/380V 50Hz、三相115/200V400Hz、DC28.5V、DC28.5/57V、DC0～70V、DC270V交流电源、DC540V交流电源，满足各型飞机的供电需求，具有通用化、模块化、多制式、可扩容等特点；

通过控制器在输入端采用PWM整流控制，可实现输入端功率因数和谐波可控；

此外，电动底盘电池与上装电池均配置有BMS管理系统，底盘储能单元还采用人机交互界面，可对各模块工作状态及电池电压等信息可以通过人机交互界面进进行实时显示。

关于本实用新型具体结构需要说明的是，本实用新型采用的各部件模块相互之间的连接关系是确定的、可实现的，除实施例中特殊说明的以外，其特定的连接关系可以带来相应的技术效果，并基于不依赖相应软件程序执行的前提下，解决本实用新型提出的技术问题，本实用新型中出现的部件、模块、具体元器件的型号、相互间连接方式以及，由上述技术特征带来的常规使用方法、可预期技术效果，除具体说明的以外，均属于本领域技术人员在申请日前可以获取到的专利、期刊论文、技术手册、技术词典、教科书中已公开内容，或属于本领域常规技术、公知常识等现有技术，无需赘述，使得本案提供的技术方案是清楚、完整、可实现的，并能根据该技术手段重现或获得相应的实体产品。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种应用于机场飞机供电的车载电源系统，包括设置在车辆电动底盘上的储能模块和控制模块（1），其特征在于：所述储能模块包括储能单元（2）和上装储能单元（3），所述控制模块（1）中安装有控制板，在控制板上集成有控制器（11）；

在储能单元（2）中安装有电动底盘电池，在上装储能单元（3）中安装有蓄电池，所述电动底盘电池和蓄电池的控制端均与控制器（11）相连；

所述控制板上还设置有输入整流模块（12）、电池接口模块（13）、工频逆变模块（14）、中频逆变模块（15）和直流静变模块，所述输入整流模块（12）、电池接口模块（13）、工频逆变模块（14）、中频逆变模块（15）、直流静变模块的控制端均与控制器（11）相连；

所述输入整流模块（12）的输入端与控制模块（1）的交流电源输入接口相连，所述输入整流模块（12）的输出端接入高压直流母线；

所述电池接口模块（13）的输入端分别与储能单元（2）、上装储能单元（3）的电源输出端相连，所述电池接口模块（13）的输出端接入高压直流母线；

所述工频逆变模块（14）、中频逆变模块（15）、直流静变模块的输入端分别接入高压直流母线；

所述工频逆变模块（14）输出三相工频电压至控制模块（1）的工频电源输出接口；

所述中频逆变模块（15）输出三相中频电压至控制模块（1）的中频电源输出接口；

所述直流静变模块分别输出多种规格的直流电源至控制模块（1）的相应直流电源输出接口。

2.根据权利要求1所述的一种应用于机场飞机供电的车载电源系统，其特征在于：所述控制器（11）还通过导线与电源开关、指示灯相连。

3.根据权利要求1所述的一种应用于机场飞机供电的车载电源系统，其特征在于：所述控制器（11）还通过导线与CAN总线模块或RS485通信模块相连。

4.根据权利要求1所述的一种应用于机场飞机供电的车载电源系统，其特征在于：在高压直流母线和储能模块上还设置有电流电压传感器，所述电流电压传感器的输出端与控制器（11）相连。

5.根据权利要求1所述的一种应用于机场飞机供电的车载电源系统，其特征在于：在电池接口模块（13）的内部设置有输入软启动模块、输入滤波模块、DC/DC模块、输出滤波模块、输出软启动模块，所述输入软启动模块的输出端依次串接输入滤波模块、DC/DC模块、输出滤波模块后与输出软启动模块相连；

所述输入软启动模块的输入端接入高压直流母线；

所述输出软启动模块的输出端与上装储能单元（3）相连；

所述输入软启动模块、DC/DC模块还通过导线分别与控制器（11）相连，用于接收控制器（11）发送的PWM调制信号。

6.根据权利要求1所述的一种应用于机场飞机供电的车载电源系统，其特征在于：在中频逆变模块（15）的内部设置有中频软启动模块、中频输入滤波模块、中频DC/AC模块、中频输出滤波模块，所述中频软启动模块的输出端依次串接中频输入滤波模块、中频DC/AC模块后与中频输出滤波模块相连；

所述中频软启动模块的输入端接入高压直流母线；

所述中频输出滤波模块与中频电源输出接口相连；

所述中频软启动模块、中频DC/AC模块还通过导线分别与控制器（11）相连，用于接收控制器（11）发送的SPWM调制信号。

7.根据权利要求1所述的一种应用于机场飞机供电的车载电源系统，其特征在于：在直流静变模块的内部设置有直流软启动模块、直流输入滤波模块、直流DC/AC模块、变压整流模块、直流输出滤波模块，所述直流软启动模块的输出端依次串接直流输入滤波模块、直流DC/AC模块、变压整流模块后与直流输出滤波模块相连；

所述直流软启动模块的输入端接入高压直流母线；

所述直流输出滤波模块与直流电源输出接口相连；

所述直流软启动模块、直流DC/AC模块还通过导线分别与控制器（11）相连，用于接收控制器（11）发送的PWM调制信号。

8.根据权利要求5所述的一种应用于机场飞机供电的车载电源系统，其特征在于：在DC/DC模块内部设置有两组并联的升降压变换电路，所述升降压变换电路包括并联在直流电源接口两端的电容C1，所述电容C1的两端并联有三条支路，每条支路上分别设置有两组器件，每组器件由一个功率管和一个二极管反并联组成，两组器件之间接出的导线与电感的一端相连，电感的另一端接储能单元（2）的正极；

在储能单元（2）的正极、负极之间还并接有电容C2。

9.根据权利要求1所述的一种应用于机场飞机供电的车载电源系统，其特征在于：所述控制模块（1）的工频电源输出接口输出的交流电规格为AC220/380V 50Hz三相或单相输出；

所述控制模块（1）的中频电源输出接口输出的交流电规格为AC115/200V 400Hz三相或单相输出；

所述控制模块（1）的直流电源输出接口输出的直流电规格包括DC28V、DC28/57V、DC0～70V、DC270V、DC540V。

10.根据权利要求1所述的一种应用于机场飞机供电的车载电源系统，其特征在于：所述输入整流模块（12）的型号为MKREC750；

所述中频逆变模块（15）的型号为MKINV115；

所述电池接口模块（13）的型号为MKDC750。