一種火箭發射車柔性不間斷直流電源系統及控制方法與流程
2023-09-09 22:33:55 2
本發明屬於運載火箭發射車供電系統技術領域，具體涉及一種火箭發射車柔性不間斷直流電源系統及控制方法。
背景技術：
傳統的運載火箭發射車供電，大多採用28v低壓供電方案。但是隨著對系統大功率、高品質、輕量化的要求日趨迫切，大功率、高壓供電的方案也逐步成為如今的發展趨勢。現階段，實際應用中的高壓直流供電，基本都是通過將三相交流電整流為直流電來實現的；三相交流電的獲得大致有三種方式：外部工業380v三相電、柴油發電機三相電和自身底盤發電機。然而，當三相電供電蓓突然切斷時，整車的供電網絡將會被直接關斷，特別是在執行某個任務流程的時候，此流程將會在中途直接中斷，這樣不僅會對電氣設備帶來不可修復的破壞，還會極大地延誤整個任務流程，耽誤發射任務。
技術實現要素：
本發明提出了一種火箭發射車柔性不間斷直流電源系統及控制方法，能解決當三相電供電蓓突然切斷時，連續柔性不間斷直流給發射車供電，技術方案如下：
一種火箭發射車柔性不間斷直流電源系統及控制方法，包括高壓採集單元、主控單元、電池組、靜態切換開關模塊、充電機、輸出接觸器和直流配電箱；高壓採集單元一端接外部直流供電通路上，另一端接主控單元的輸入端；主控單元輸出端分別連接控制切換開關模塊、充電機和輸出接觸器；輸出接觸器接在直流配電箱前，控制輸出通路的通斷；靜態切換開關模塊與充電機並聯，一端接在輸出接觸器與外部電源之間，一端連接電池組正極。
主控單元包括微處理器模塊，供電電源模塊，通訊模塊，存儲模塊，接觸器驅動模塊等，主控單元採取標準的can總線通訊接口，用於與其他模塊的通訊獲取信息並實現與整車的信息交互。
電池組由若干節磷酸鐵鋰電芯串聯形成，使用電池管理系統(bms)的電池採集單元對單體電芯的電壓、溫度進行採集，對單體電芯的信息採集覆蓋率達到100％。並且電池具有耐高溫低溫的能力。
靜態切換開關由igbt管和二極體串聯構成，igbt管處於導通狀態時，鋰電池通過igbt管和二極體給輸出供電；當igbt管處於關斷狀態時，鋰電池不接入迴路，二極體能夠防止母線電壓通過igbt的體二極體給鋰電池充電。
充電機的輸入為直流電，輸出的電壓以及最大限流可以通過can總線調節；通過調節buck電路的開關佔空比來實現輸出電壓的穩壓以及調節功能，通過llc電路實現充電機的輸入輸出隔離功能。
主控單元監測控制外部供電多餘功率給電池組充電。
輸出接觸器由主控模塊中的驅動電路控制，驅動電路輸出控制信號給接觸器，控制其閉合與斷開。
控制方法是：
(1)高壓採集單元從外部直流供電通路上採集電壓信號，實時判斷電壓變化的情況，將電壓信號轉化為電流信號輸入給主控單元；
(2)主控單元通過獲取高壓採集單元輸入的電流信號，從而獲取、判斷外部直流供電通路上電壓變化情況，當外部直流供電通路上電壓低於負載額定值區間下線時，主控單元發送開關閉合信號給靜態切換開關模塊，同時發送斷開信號給充電機，充電機斷電；
(3)靜態切換開關模塊迅速導通電池組到輸出負載的迴路，充電機會維持在斷開的狀態。這樣儲能電池組就能夠保證在主線路很小的電壓降的情況下，迅速介入，實現系統的柔性不間斷直流供電；
(4)當高壓採集單元檢測到外部供電電壓恢復到負載額定值區間內時，主控單元獲取高壓採集單元發送的外部直流供電通路上電壓變化情況，判斷為正常後，主控單元就會發送斷開信號給靜態切換開關模塊，系統恢復外部直流供電，主控單元同時發送接通信號給充電機，充電機給電池組充電。
附圖說明
圖1：本發明供電系統原理框架圖
圖2：主控單元組成原理框架圖
圖3：柔性靜態切換原理電路圖
具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本發明做進一步的詳細說明。
如圖1所示，一種火箭發射車柔性不間斷直流電源系統及控制方法，包括高壓採集單元、主控單元、電池組、靜態切換開關模塊、充電機、輸出接觸器和直流配電箱；高壓採集單元一端接外部直流供電通路上，另一端接主控單元的輸入端；主控單元輸出端分別連接控制切換開關模塊、充電機和輸出接觸器；輸出接觸器接在直流配電箱前，控制輸出通路的通斷；靜態切換開關模塊與充電機並聯，一端接在輸出接觸器與外部電源之間，一端連接電池組正極。
如圖2所示，主控單元包括微處理器模塊，供電電源模塊，通訊模塊，存儲模塊，接觸器驅動模塊等，主控單元採取標準的can總線通訊接口，用於與其他模塊的通訊獲取信息並實現與整車的信息交互。
電池組由若干節磷酸鐵鋰電芯串聯形成，使用電池管理系統(bms)的電池採集單元對單體電芯的電壓、溫度進行採集，對單體電芯的信息採集覆蓋率達到100％。並且電池具有耐高溫低溫的能力。
如圖3所示，靜態切換開關由igbt管和二極體串聯構成，igbt管處於導通狀態時，鋰電池通過igbt管和二極體給輸出供電；當igbt管處於關斷狀態時，鋰電池不接入迴路，二極體能夠防止母線電壓通過igbt的體二極體給鋰電池充電。
充電機的輸入為直流電，輸出的電壓以及最大限流可以通過can總線調節；通過調節buck電路的開關佔空比來實現輸出電壓的穩壓以及調節功能，通過llc電路實現充電機的輸入輸出隔離功能。
主控單元監測控制外部供電多餘功率給電池組充電。
輸出接觸器由主控模塊中的驅動電路控制，驅動電路輸出控制信號給接觸器，控制其閉合與斷開。
控制方法是：
(1)高壓採集單元從外部直流供電通路上採集電壓信號，實時判斷電壓變化的情況，將電壓信號轉化為電流信號輸入給主控單元；
(2)主控單元通過獲取高壓採集單元輸入的電流信號，從而獲取、判斷外部直流供電通路上電壓變化情況，當外部直流供電通路上電壓低於負載額定值區間下線時，主控單元發送開關閉合信號給靜態切換開關模塊，同時發送斷開信號給充電機，充電機斷電；
(3)靜態切換開關模塊迅速導通電池組到輸出負載的迴路，充電機會維持在斷開的狀態。這樣儲能電池組就能夠保證在主線路很小的電壓降的情況下，迅速介入，實現系統的柔性不間斷直流供電；
(4)當高壓採集單元檢測到外部供電電壓恢復到負載額定值區間內時，主控單元獲取高壓採集單元發送的外部直流供電通路上電壓變化情況，判斷為正常後，主控單元就會發送斷開信號給靜態切換開關模塊，系統恢復外部直流供電，主控單元同時發送接通信號給充電機，充電機給電池組充電。
具體實施的效果是：
目前發射車輛共有三種外部實時供電方式，一般情況下只選取其中一種方式進行供電。高壓採集單元檢測到外部直流供電線路上電壓的升高，達到某一值時，就會發送輸出信號給主控單元，主控單元控制輸出接觸器的吸合，外部直流電供電給直流配電箱，這樣直流配電箱就將直流電分配給後端運行的負載。
當供電被突然切斷時，高壓採集單元能夠檢測到供電線路上電壓的下降，當電壓的下降達到一定值時，高壓採集單元會發送外部電源斷開的信號給主控單元，主控單元會發送開關閉合信號給靜態切換開關模塊，並發送斷開信號給充電機。此時靜態切換開關模塊會迅速導通電池組到輸出負載的迴路，並且充電機會維持在斷開的狀態。這樣儲能電池組就能夠保證在主線路很小的壓降的情況下，迅速介入，維持系統的直流供電。當外部供電恢復後，高壓採集單元檢測到外部供電電壓的恢復，發送信號給主控單元，主控單元就會斷開靜態切換開關模塊。
當外部供電正常輸出給負載供電時，主控單元可以在必要時控制充電機的閉合，這樣多餘的供電功率可以通過充電機的閉合來實現給電池組的充電。
如圖1所示，本發明的整體系統可以分為輸電電路和控制電路兩部分。輸電電路的主幹路由外部供電連接輸出接觸器，輸出接觸器連接直流配電箱；靜態切換開關和充電機並聯形成互鎖，連接儲能電池組和輸電主幹路。控制電路主要由高壓採集單元連接主控單元構成，高壓採集單元監測外部供電電壓的波動，主控單元分別連接並控制靜態切換開關、充電機和輸出接觸器。
本發明系統的工作過程為：
車輛正常運轉時，由外部三種供電中的一種給車輛進行供電，輸出接觸器吸合；當供電被突然切斷時，高壓採集單元能夠檢測到供電線路上電壓的下降，當電壓的下降達到一定值時，高壓採集單元會發送外部電源斷開的信號給主控單元，主控單元會發送開關閉合信號給靜態切換開關模塊，並發送斷開信號給充電機。此時靜態切換開關模塊會迅速導通電池組到輸出負載的迴路，並且充電機會維持在斷開的狀態。這樣儲能電池組就能夠保證在主線路很小的壓降的情況下，迅速介入，維持系統的直流供電。這樣既避免了用電系統中電壓的跳變對設備的衝擊，又保證了車輛任務不被中斷。
當外部供電恢復後，高壓採集單元檢測到外部供電電壓的恢復，發送信號給主控單元，主控單元就會斷開靜態切換開關模塊。
通過預先的多次試驗校準以判斷外部供電電壓的波動對應的不同情況，這樣高壓採集單元能夠準確的分辨外部供電的接入輸出、外部供電的突然斷開、外部供電的恢復工況。