一種雙輸入雙輸出不間斷車載綜合電源供電系統的製作方法
2023-08-05 16:20:11 1
本發明涉及一種雙輸入雙輸出不間斷車載綜合電源供電系統。
背景技術：
傳統車載綜合電源，一般採用市電和底盤發電機供電模式，且輸出為單相交流電或者直流電。同時，當市電和底盤發電機同時出現異常時，為了實現不間斷供電，往往將蓄電池接入直流母線，處於熱備份狀態，隨時能接入供電。這種工作模式已不能滿足日益發展的負載用電需求，現在許多設備都逐步使用直流供電模式，因此，要求電源模塊不僅能輸出穩定的交流電，同時還需求穩定的直流電。同時，為了達到不間斷供電模式，蓄電池組往往通過DC/DC模塊與直流母線形成一個熱備份狀態，這種接入方式使蓄電池組一直工作，大大降低了蓄電池組的使用壽命及儲能容量，同時增加了整體供電系統的功耗，造成能源浪費。
技術實現要素：
本發明的目的在於提出一種雙輸入雙輸出不間斷車載綜合電源供電系統，將傳統的車載綜合電源系統技術改進，變為能接受交直流同時輸入，且同時輸出交直流電源，同時將傳統的不間斷UPS熱備份狀態變為UPS冷備份狀態，減少系統器件和能量損耗。達到多電源輸出、節能、高效的目的。
本發明是這樣來實現的，一種雙輸入雙輸出不間斷車載綜合電源供電系統，本供電系統是一種能量轉換設備，通過轉接市電、底盤發電機和蓄電池的電源，轉換成不間斷的穩定的24V直流電源和220V單相交流電源；主要包括UPS系統、電源管理系統、配電系統；其特徵在於：UPS系統由交流220V市電交流電源、底盤發電機27V直流電源、AC/DC組件模塊、充電器、DC/AC組件模塊、DC/DC組件模塊組成；電源管理系統由保護和邏輯控制單元模塊組成；配電系統由漏電保護模塊、接地保護裝置組成；所述交流220V市電交流電源通過AC/DC組件模塊接入直流母線，底盤發電機27V直流電源直接接入直流母線，直流母線分別連接DC/AC組件模塊和DC/DC組件模塊；DC/AC組件模塊連接漏電保護模塊、接地保護裝置後輸出穩定的交流220V供電電源；DC/DC組件模塊連接漏電保護模塊、接地保護裝置後輸出穩定的直流24V供電電源；所述充電器分別和交流220V市電交流電源、底盤發電機27V直流電源、儲能蓄電池組三者連接；儲能蓄電池組通過多個二極體串聯接入直流母線；所述保護和邏輯控制單元模塊分別連接AC/DC組件模塊、DC/AC組件模塊、DC/DC組件模塊、儲能蓄電池組、漏電保護模塊、接地保護裝置。
本發明所述AC/DC組件模塊接入直流母線之間設有開關。
本發明所述底盤發電機27V直流電源直接接入直流母線之間設有開關。
本發明多個二極體串聯後並聯一個旁路繼電器。
本發明的電源供電系統能將底盤發電機發出的波動的直流電以及單相交流市電變換為AC220V交流單相輸出及24V直流輸出；當市電接入時，通過AC/DC組件模塊變換，接入直流母線；當底盤發電機輸入時，直接接入直流母線。匯集後的直流母線分別通過DC/AC組件模塊和DC/DC變換組件模塊為穩定的交流220V和直流24V供電電源，並通過對操控面板的控制，最終提供給設備用電。同時，當市電和底盤發電機同時供電異常時，儲能蓄電池組通過二極體向母線供電，同時輸入檢測電路判斷輸入端異常，二極體旁路繼電器動作，儲能蓄電池組直接與直流母線間連接，減少損耗，保證正常工作。
本發明的有益效果：傳統車載綜合電源系統是一種成熟的應用技術，但輸入和輸出源往往形式單一，使用中有諸多限制。同時，為了保障系統不間斷供電模式，蓄電池組往往採用熱備份狀態接入系統，造成蓄電池組壽命短、容量變小等缺點。基於傳統車載綜合電源基礎上，將系統升級改進，通過AC/DC、DC/DC、DC/AC及多組二極體旁路電路等組件進行電力變換，使系統不僅能工作在市電供電模式下，也可以同時工作在底盤發電機供電模式下，當兩種輸入同時異常時，能立即啟動通過多個二極體組及旁路繼電器相連接的冷備份狀態下的儲能蓄電池組。通過DC/DC及DC/AC模塊形成穩定的單相交流及直流共2路輸出，可以滿足供電及供電要求。使系統工作範圍廣泛，不受野外和市內地點限制。更符合作戰要求。
系統將底盤發電機發出的不穩定的直流電以及單相的市電，通過AC/DC、DC/DC、及DC/AC組件變換為穩定的直流電以及單相交流電。同時，當底盤發電機和市電同時異常時，能實時切換到蓄電池組供電模式，實現不間斷雙輸入雙輸出車載綜合電源供電模式。
附圖說明
圖1為本發明的雙輸入雙輸出不間斷車載綜合電源供電系統工作原理框圖。
圖2為本發明的市電供電模式示意圖。
圖3為本發明的底盤發電機供電模式示意圖。
圖4為本發明的儲能蓄電池組供電模式示意圖。
圖5為本發明的AC/DC組件的拓撲結構示意圖。
在圖中，1、UPS系統，2、電源管理系統，3、配電系統，4、交流220V市電交流電源，5、底盤發電機27V直流電源，6、AC/DC組件模塊,7、充電器,8、DC/AC組件模塊,9、DC/DC組件模塊，10、保護和邏輯控制單元模塊，11、漏電保護模塊，12、接地保護裝置,13、儲能蓄電池組，14、旁路繼電器。
具體實施方式
如圖1所示，本發明這樣來工作和實施的，一種雙輸入雙輸出不間斷車載綜合電源供電系統，本供電系統是一種能量轉換設備，通過轉接市電、底盤發電機和蓄電池的電源，轉換成不間斷的穩定的24V直流電源和220V單相交流電源；主要包括UPS系統1、電源管理系統2、配電系統3；其特徵在於：UPS系統1由交流220V市電交流電源4、底盤發電機27V直流電源5、AC/DC組件模塊6、充電器7、DC/AC組件模塊8、DC/DC組件模塊9組成；電源管理系統由保護和邏輯控制單元模塊10組成；配電系統由漏電保護模塊11、接地保護裝置12組成；所述交流220V市電交流電源4通過AC/DC組件模塊6接入直流母線，底盤發電機27V直流電源5直接接入直流母線，直流母線分別連接DC/AC組件模塊8和DC/DC組件模塊9；DC/AC組件模塊8連接漏電保護模塊11、接地保護裝置12後輸出穩定的交流220V供電電源；DC/DC組件模塊9連接漏電保護模塊11、接地保護裝置12後輸出穩定的直流24V供電電源；所述充電器7分別和交流220V市電交流電源4、底盤發電機27V直流電源5、儲能蓄電池組13三者連接；儲能蓄電池組13通過多個二極體串聯接入直流母線；所述保護和邏輯控制單元模塊10分別連接AC/DC組件模塊4、DC/AC組件模塊8、DC/DC組件模塊9、儲能蓄電池組13、漏電保護模塊11、接地保護裝置12；所述AC/DC組件模塊接入直流母線之間設有開關；所述底盤發電機27V直流電源直接接入直流母線之間設有開關；多個二極體串聯後並聯一個旁路繼電器14。
本發明的工作模式為：如圖2所示，市電輸入模式示意圖，在市電正常時，自動選擇市電輸入模式。如圖3所示，底盤發電機輸入模式示意圖，當市電異常時，由底盤發電機輸入。如圖4所示，儲能蓄電池組輸入模式示意圖，當市電以及底盤發電機同時異常時，立即啟動蓄電池組工作。
車載綜合電源的輸入來自交流220V市電或底盤發電機27V直流電以及蓄電池組，通過自動邏輯控制選擇其中的一種作為輸入源。當市電接入時，通過AC/DC組件變換，接入直流母線；當底盤發電機輸入時，直接接入直流母線。匯集後的直流母線分別通過DC/AC和DC/DC變換為穩定的交流220V和直流24V供電電源，並通過對操控面板的控制，最終提供給設備用電。
系統的直流母線上同時掛有儲能蓄電池組，當輸入端正常時，直流母線電壓為27V~32V，蓄電池組電壓為24V~28.6V，蓄電池組通過多個二極體串聯接入母線並進行隔離，蓄電池組不向外輸出。當輸入端異常時，蓄電池組通過二極體向母線供電，同時輸入檢測電路判斷輸入端異常，二極體旁路繼電器動作，蓄電池組直接與直流母線間連接，減少損耗，保證正常工作。車載電源管理系統通過對系統中各支路的電壓、電流、頻率（交流）等進行實時檢測，確定車載綜合電源系統的輸入輸出的工作和保護模式。同時通過讀取儲能電池的BMS，獲取電池的充放電、電量等信息，進行充放電邏輯管理和狀態保護。
一種雙輸入雙輸出不間斷車載綜合電源供電系統，首先，市電通過AC/DC組件輸出直流，形成直流母線，即輸入的市電通過整流橋與PFC電路變換為約400V的高壓脈動直流，再通過100kHz的頻率對MOSFET進行高頻斬波，通過隔離變壓器的傳遞，在次級形成低壓脈動直流，再通過LC濾波電路，變換為符合輸出要求的高精度32V直流電源，AC/DC組件的拓撲結構示意圖如圖5所示。
底盤發電機發出的直流電直接接入直流母線，與市電輸出的直流母線做並聯，同時儲能蓄電池組通過多個二極體串聯接入直流母線，用二極體將蓄電池組和直流母線進行隔離，使蓄電池組工作在一個冷備份情況下，同時將一個旁路繼電器與多個二極體串聯。當市電和底盤發電機正常工作時，蓄電池組的電壓為24V~28.6V，直流母線電壓為27V~32V，因此蓄電池組電壓通過二極體串聯模塊後低於直流母線電壓，存在4V壓降，使蓄電池組工作在一個冷備份情況下，當市電和底盤發電機兩路輸入同時異常時，蓄電池組可以通過二極體串聯模塊立即輸出直流母線電壓，供給後級電路。同時，旁路繼電器工作，閉合旁路開關，此時電流從旁路流入直流母線，減少蓄電池組工作損耗。直流母線電壓再通過DC/DC組件和DC/AC組件同時輸出一向穩定的單相交流輸出和一向穩定的直流輸出。再通過配電系統，供給負載工作電源。系統整體供電輸入輸出源切換由電源管理系統的控制板進行邏輯控制，工作模式如圖1~4所示。
本發明所述供電系統由UPS系統、電源管理系統、配電系統三大部分組成。其中UPS系統包括AC/DC組件、DC/DC組件、DC/AC組件、蓄電池組動態接入組件；電源管理系統包括控制板；配電系統包括配電組件、各類保護及控制操作面板。