军用特种车车载电源管理系统

2018-01-22 神汽专用车

摘要: 介绍了军用特种车辆车载电源管理系统在管理、控制专用设备供电系统与底盘供电系统方面功能特点。

随着武器装备信息化建设的发展,军用车辆的车载电器设备越来越多, 用电量也越来越大, 有些车辆附加设备的总的消耗功率已高达数10kw。一方面, 车辆本身的供电系统( 称为底盘供电系统) 不能满足附加的车载电器设备的用电需要, 特别是当起动汽车发动机时, 底盘供电系统会出现瞬间的电压陡降而影响车载电器设备的使用;另一方面,军用车辆多在野外使用,为保证持续、安全、可靠地使用车载电器设备, 避免因断电等引起信息丢失和工作损失, 要求车辆供电方式多样化。因此, 除底盘供电系统外, 许多军用车辆发展了专用设备供电系统。

专用设备供电系统由供电电源、车载电源管理系统和用电设备组成。供电电源包括市电、专用发电机和专用蓄电池等多种供电方式。车载电源管理系统是专用设备供电系统的中枢,对供电电源和用电设备进行智能化管理和控制。

1、车载电源管理系统的发展

       早期的车载电源管理系统较为简单,由于技术条件所限,为保证使用安全可靠,专用设备供电系统与底盘供电系统相互隔离,车载电源管理系统仅起充电机和电源分配器的作用, 负责市电、专用发电机向专用蓄电池的充电和专用蓄电池向各用电设备的供配电。这样在专用蓄电池的电能耗尽后,必须使用市电或专用发电机将专用蓄电池充至一定量后,专用设备才能恢复工作,汽车行进间工作不方便,同时两个系统的多余电能也得不到有效的利用。因此, 只有将专用设备供电系统与底盘供电系统有机地结合起来,才能真正做到车辆全部电器系统在任何时机(行进或静止、野外或驻地)的持续、安全、可靠的供电和用电。

       现代车载电源管理系统已普遍利用底盘供电系统中硅发的多余电能为专用蓄电池充电和向专用设备供电, 其原理框图如图1 所示。

特种车电源系统.jpg


       该系统只具有底盘供电系统向专用设备用电系统的单向供电功能,还不是真正意义上的结合。

存在的问题是:当底盘供电系统中的硅发损坏, 且汽车蓄电池的电能耗尽后, 由于无法利用专用设备供电系统中的电能,汽车不能正常起动,影响野外生存性能。


2、军用特种车车载电源管理系统

       我们在某型军用特种车辆车载电源管理系统的设计中,解决了专用设备供电系统与底盘供电系统的双向供电问题。

       通过电源管理系统使得这两个系统既相互独立, 又相辅相成。此外,还赋予其无缝转接供电、智能配电、分路保护及自恢复和自动安全保护等功能。原理框图如图2 所示。


车载电源系统工作原理.jpg

2.1  交、直流电源变换和多种方式充、供电

       该车供电电源有市电、专用发电机和汽车硅发,并在汽车蓄电池的基础上增加了专用蓄电池。由于市电、专用发电机为2 20 V 交流电源, 而系统对用电设备输入电压的要求为稳定的直流24 V, 因此车载电源管理系统设置了3 个供电模块, 进行交、直流电源变换后可直接向用电设备供电。此外还设置了1个充电模块, 负责向专用蓄电池充电。蓄电池充电结束后可自动转人浮充状态, 并在汽车硅发不工作的情况下将双向限流器导通, 向汽车蓄电池充电或向底盘用电系统供电, 充分利用专用设备供电系统的多余电能。

       双向限流器的另一功用是在汽车硅发充满汽车蓄电池后, 在没有市电和专用发电机不工作的情况下导通, 向专用蓄电池充电或向专用设备用电系统供电, 以充分利用底盘供电系统的多余电能。此外,双向限流器在任一方向导通的情况下还起限制线路中最大电流的作用, 保证系统用电安全。


2.2  供电电源输人优先判断和无缝转接供电

       车载电源管理系统设置了供电电源输人的优先次序, 依次为市电、专用发电机、汽车硅发。在交流电源与直流电源同时存在的情况下, 交流输入优先;在市电和专用发电机同时供电的情况下, 市电输入优先, 这样可防止在多种电源同时存在或误操作的情况下造成相互间的干扰和对设备的损坏。配置了专用蓄电池, 可在没有市电和专用发电机、汽车硅发不工作的情况下自动转换为蓄电池供电的方式, 保证在转接供电、短时断电或误操作等的情况下, 用电设备能持续、正常地工作。


2.3  智能配电和分路保护、自恢复

       车载电源管理系统中的配电模块根据各用电设备的电气特性分路管理这些设备的用电, 具有故障自诊断、发生故障后分路保护和排除故障后自恢复等功能。即当任一分路上的用电设备出现过载、短路等故障时, 能通过声光告警进行指示判断, 同时自动切断这一分路的供电, 而不影响其它分路的供电,当故障排除后可自动恢复这一分路的正常供电。

       对设备采取的保护措施除了各分路的过载、短路保护外, 还有对交流输人的过、欠压保护。当交流输人电压超过规定范围( 1 5 4 士s v ~ 2 5 3 士s v ) 时,车载电源管理系统自动发出声光报警信号。当交流电压超过2 64 + S V 或低于14 3 一S V 时, 系统自动切断交流电输入, 对设备和线路进行过载保护。


2.4  蓄电池充、放电智能检测和保护

       专用蓄电池是专用设备供电系统的重要组成部分。为适应军用车辆高低温环境大范围变化的使用要求, 提高蓄电池的使用寿命, 车载电源管理系统在给专用蓄电池充电时采用了环境温度补偿技术。

       当环境温度升高时, 蓄电池所允许的浮充电压的数值会有所下降, 此时若保持浮充电压值不变, 就会对蓄电池造成“ 过压充电” , 加剧电池的化学反应,造成蓄电池中的水分子大量电解, 电解液不断干涸,电池容量逐渐减少, 寿命缩短。因此, 采用计算机技术自动检测环境温度, 带温度补偿功能的充电器就可根据环境温度的不同自动调整浮充电压的数值,蓄电池就不会“ 过充失水” , 从而延长了蓄电池的使用寿命。

       蓄电池供电工作时的过度欠压也会造成容量下降甚至损坏, 因此, 车载电源管理系统设置了专用蓄电池终止放电的电压, 数值为21 士0.S V。


2.5  自动安全检测和漏电安全防护

       由于系统可接人交流20V 电源, 因此, 漏电保护是本车对人员安全防护的重点, 采取的主要措施是将系统可靠地接地。为此, 在车载电源管理系统内设置了地桩检测单元, 由车皮地与测量地组成。

       在接交流电时, 如未打地桩, 或检测到车皮地和测量地之间的环路电阻大于规定值( 50 士10 kn), 系统自动发出声光告警, 同时交流电无法进人系统;打好地桩且确认接地良好后,系统才自动解除声光告警并自动将交流电接入;工作中能不间断地进行安全检测, 当检测到车体与大地之间的电压超过规定值( 3 6 士4 V ) 时, 系统自动发出声光告警并自动切断交流电输入, 不间断地为蓄电池供电。车载电源管理系统已在通信车、侦察车、电子对抗车、情报处理车等军用特种车辆上得到普遍应用,对医疗检测、机场照明、电视广播、仪器检测等使用电器设备较多的民用专用汽车电气系统的设计研究有重要参考价值。