通信车智能化供电系统研究.pdf
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1、理论研究48与车辆2023年第3期移动电源通信车智能化供电系统研究周琳琳,林茂森,王毅,王衡(军委装备发展部军事代表局驻镇江地区军事代表室)摘要:本文基于现役通信车供电系统集中式供电体制现状分析的基础上,考虑向分布式架构转化,进而以“数字化、智能化、通用化、系列化、高效率”为目标,构建通信车智能化供电系统,适应任务系统装车集成架构的应用需求。关键字:供电系统;分布式;智能化Doi:10.3969/j.issn.1003-4250.2023.03.011中图分类号:TM91文献标志码:A文章编号:1 0 0 3-42 50(2 0 2 3)0 3-0 0 48-0 51现役通信车供电系统现状通信
2、车供电系统主要用于对通信指挥车辆的公用平台和任务系统设备提供优质、高效、稳定和不间断输出。现役通信车供电能源主要有市电(交流单相2 2 0 V或三相四线制38 0 V)、油机或自发电机(交流单相2 2 0 V或三相四线制38 0 V)、硅整流发电机(直流2 8 V)和电池(铅酸或锂离子蓄电池组2 4V);输出主要有交流旁路输出(供空调或壁插等)、直流输出(供各直流2 4V通指设备、照明、风机和暖风机等)。车载电源将以上供电输入源进行合理配电、功率变换等处理,输出2 4V低压直流电,通过直流输出接口连接后级多个直流分配盒,再由直流分配盒将车载电源的直流输出能源分配至各用电设备。现役车载电源框图如
3、图1 所示。交流用电设备交流配电传输直流分配盒多个用电设备一市电输入一次变换电源线缆一油机输入一直流分配盒多个用电设备一自发电机一直流分配盒多个用电设备充电一电池输入一硅发输入图1现役车载电源框图现役通信车供电系统存在的不足,主要包括以下几个方面。随着上装通指装备的小型化、高度集成化和LRM化,整车所需电源功率不断增加,从1kW2 k W左右增加至现在的5kW6 k W,甚至7kW8 k W,车载电源的单体体积也从2 U4U(1 9英寸标准机箱)增高至5U6 U,总体积和重量也增加较大,带来了安装不便、维修困难等问题。由于采用统一输出供电方式,输出接口至用电负载端电缆长度总和最长可至1 0 m
4、,随着电源功率不断增加,导致电缆直径太粗、电压压降大、损耗增大等。49与车辆2023年第3期移动电源同时,随着车载电源功率的增大,输入输出连接器的载流量也随之不断加大,如车载电源功率增加至5kW,则车载电源使用的电连接器则需要提供200A以上的载流量,若选用YGD系列电连接器,32壳体的连接器方能满足需求,若所需载流量再增加,或选无可选,不断增加的载流量还会造成电缆制作难度加大,转弯半径加大,且还会存在一定的安全隐患。现役车载电源配套使用的蓄电池组绝大部分为铅酸蓄电池组,能量密度低,随着车载电源输出功率的增大,其配套使用的蓄电池组容量也不断加大,从50 Ah1 0 0 A h 加大至现在的2
5、0 0 Ah,甚至40 0 Ah,由于蓄电池组容量的增加,其体积也加大,受装车空间限制,蓄电池组安装位置往往与车载电源之间距离较大,两者之间采用电缆连接,所需电缆长而粗,电池供电时在此电缆上能量损耗较大,则需不断增加蓄电池容量和增粗连接电缆直径。当车载电源出现故障时,集中式的供电方式整车所有设备均无法供电,从而造成最低限度任务系统无法应急使用。同时缺乏用电设备的加载、卸载,各支路用电等情况的数字化管理,可扩展性极低,通用性差。2通信车供电系统优化分析交流旁路输出交流传输总线直流输出1kWAC/DC直流电源市电交流输入50Ah锂电池组1kW供电需求机柜油机交流输入1kW直流不间断电源智能供电系统
6、自发电机1交流传输总线直流输出1kWAC/DC直流电源交流输入50Ah锂电池组1kW供电自发电机2需求机柜交流输入1kW直流不间断电源交流传输总线直流输出2kWAC/DC直流电源通信网络通信100Ah锂电池组2kW供电终端需求机柜2kW直流不间断电源交流传输总线直流输出2kWAC/DC直流电源100Ah锂电池组2kW供电需求机柜硅发电2kW直流不间断电源机输入图2车载分布式供电构架框图针对现役通信车供电系统存在的不足,对传统车载电源进行优化,提出车载分布式供电系统的概念2 1 3,车载分布式供电构架框图如图2 所示。车载分布式供电构架概念UI2的提出是源于将50与车辆2023年第3期移动电源A
7、C/DC稳压直流电源的输出、电池和硅发的输出尽可能与用电设备靠近,将供电单元随用电设备机架分布式安装的原则提出。如图2 车载分布式供电构架框图所示,根据装车时各机柜所需直流电源功率选择不同功率的直流电源和不同容量的锂电池组。再根据装车交流供电源的选择配套研制不同需求的交流配电箱,用于多路交流输入的配电和装车所需交流旁路输出供电控制等功能。根据不同机柜的用电需求,选择不同功率等级的直流电源和锂电池组,从而满足整车功率需求为3kW、4k W、5k W、6 k W,甚至7 kW或8 kW的需求。采用分布式供电使整车供电配置较为灵活,且单个体积和重量也较小较轻,搬运相对容易、降低维修难度。锂电池相比于
8、同容量的铅酸电池,能量密度可提高1 倍。由于AC/DC稳压直流电源和锂电池组与其直接用电设备置于同一机柜,直流电源直流输出至用电设备的连接电缆最长可以控制在2m以内,大大地降低了电缆压降损耗,且相对电流较小,避免电缆直径太粗。每个机柜根据用电功率选择不同容量的锂电池组,锂电池组与直流电源就近安装,保证其与直流电源的互连电缆最短,可以大大地降低电缆压降损耗,提高电池不间断供电利用率,且相对电流较小,电缆直径不会太粗,使用中不会造成电池供电时在此电缆上损耗较大能量。由于直流电源的功率较小,其输出电流为40 A或8 0 A,查阅YGD系列电连接器手册,可以选择16或1 8 壳体的即可满足使用,电缆制
9、作难度不大,转弯半径较小。当某一机柜出现直流电源故障或锂电池故障,在紧急情况下,可以将其他机柜的直流电源或锂电池组移至本机柜,从而有途径可以保证最低限度任务系统应急使用。作为分布式供电构架终端供电设备,直流不间断AC/DC电源的设计将成为关键。直流UPS电源具有电路简单,技术成熟,成本低,可靠性好,功率密度大,效率高等诸多优点。易于实现电源的标准化设计,可根据用电需求灵活配置功率等级。采用直流不间断供电方案无需配置交流UPS电源即可实现系统的不间断工作功能,大大提高了电池供电效率提升了续航能力。后级用电设备采用直流低压输入,大大降低用电设备电源的设计难度,提高整个系统的用电可靠性和安全性。其组
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