智能配电设备的设计.pdf

182023年第2 期与车辆移动电源智能配电设备的设计李绍民，邹加壮，赖厚川，贺廿六，周欣沂，王率军，雷晗（西南技术物理研究所，成都，6 10 0 41）摘要：为了满足对系统各个设备的配电控制与管理，设计了一种将设备电源启动、电源分配、设备状态显示以及控制功能规划为配电控制部件、配电执行部件和配电面板三个单体实现的智能配电设备。该智能配电设备采用功能全面的智能控制系统，实现了设备分时/分流受控输出、直流输出过压/过流保护和交流输入过欠压/输出过流保护等功能；采用多路并网控制，通过以太网与指控分系统通讯，可实时上报设备状态和故障信息，并且具有数据存储功能，可通过上位机实现数据分析。关键词：智能；配电设备；配电控制部件；配电执行部件；配电面板Doi:10.3969/j.issn.1003-4250.2023.02.005中图分类号：TM64文献标志码：A文章编号：10 0 3-42 50（2 0 2 3）0 2-0 0 18-0 61引言随着经济和社会的发展，对于安全、可靠、高效智能化的配电设备引得持续关注。使得军工配电系统的设计向着通用化、系列化、组合化的方向发展 。传统配电箱为设备提供电能的配电与控制装置，主要具有配电、短路及过载保护、简单的开关控制等功能 2 。智能用电作为电力“发、输、调、变、配、用”的重要环节，是智能配电技术的重要组成部分。智能配电设备应当具有电能数据采集测量、远程控制能力、简洁的操作界面等功能 3 。本文设计了一款符合智能配电要求的智能配电设备，实现了智能配电设备的通用化、系列化、组合化 41-6 1,满足智能化时代的配电需求。2智能配电设备设计要求2.1智能配电设备技术参数要求智能配电设备技术参数见表1。表1智能配电设备技术参数技术名称单位技术参数工作环境温度-40+55表1智能配电设备技术参数（续）技术名称单位技术参数贮存环境温度-45+65交流电压V220频率Hz50直流电压V28底盘电池电压V242.2智能配电设备性能指标要求智能配电设备由配电控制部件、配电执行部件和配电面板组成，见图1。智能配电设备是集电源分配、控制及管理为一体的智能配电控制系统，将交流AC220V、直流DC28V输入分配给各用电设备，满足系统要求，性能指标见表2。智能配电设备配电控制配电执行配电部件部件面板图1智能配电设备组成框图19移动电源与车辆2023年第2 期表2智能配电设备性能指标用电设备电源要求功率驾驶室空调AC220V/50Hz额定2 kW驾驶室插座AC220V/50Hz额定2 kW方舱电气AC220V/50Hz额定2 kW方舱空调AC220V/50Hz额定5kW控制设备AC220V/50Hz额定1kW电控柜AC220V/50Hz额定3.5kW额定1kW转接板AC220V/50Hz额定1kW额定1.4kW控制箱AC220V/50Hz额定8 kW制氮机AC220V/50Hz额定3 kW备用AC220V/50Hz额定1kWVPX机箱DC28V额定3 0 0 W主显示控制DC28V额定150 W副显示控制DC28V额定150 W辅助显示屏DC28V额定12 0 W驾驶舱交换机DC28V额定10 0 W视频监控DC28V额定10 0 W备用DC28V额定3 0 0 W控制箱DC28V额定6 50 W额定2 50 W额定2 0 0 W转接板DC28V额定10 0 W额定2 2 0 W设备舱交换机DC28V额定10 0 W惯导DC28V额定10 0 W电源管理组件DC24V额定50 0 W备用DC28V额定3 0 0 W3智能配电设备设计3.1智能配电设备设计方案智能配电设备三维图如图2、图3、图4所示，由配电控制部件、配电执行部件、配电面板组成。其中配电控制部件尺寸不小于40 0 mm250mm200mm（宽深高）；配电执行部件尺寸不小于500mm250mm350mm（宽高深）；配电面板尺寸不小于2 3 0 mm220mm60mm（宽高深）；主要由前面板、箱体、盖板、底板、电器元件以及箱体配套件组成，前面板、盖板、底板以及支脚均采用铝板加工，箱体采用不锈钢焊接而成，各部分间使用不锈钢紧固件连接紧固。智能配电设备由配电控制部件、配电执行部件以及配电面板组成，是系统供电控制和分配的主要设备。配电执行部件将底盘电池DC24V电源供电给电源管理组件，电源管理组件得电控制电源组合输出2 kW/DC28V和15kW/AC220V供电给配电执行部件，配电执行部件分配电源给相应设备，配电执行部件内部电源变化产生直流DC26V/DC24V控制电，为内部模块提供控制电同时为配电控制部件、配电面板提供控制电。配电控制部件将来自配电执行部件的交、直流电分配给驾驶室用电设备，接收、显示来自配电执行部件各用电设备状态运行信息以及配电面板设备开关状态信息；对外通讯通过以太网接口将状态信息上报给交换机，同时接收上位控制指令。配电执行部件、配电控制部件与配电面板之间内部通过CAN总线通信，配电执行部件、配电面板将运行信息上传至配电控制部件，配电控制部件实现系统运行的集中管理，具有系统运行信息的显示、用电设备的配电控制、故障提示及故障复位等功能，可直观了解各设备用电使用状态及远控制功能。图2 配电控制部件三维示意图202023年第2 期移动电源与车辆80000008000000图3 配电执行部件三维示意图000000图4配电面板三维示意图3.2智能配电设备控制部件设计方案配电控制部件主要由显示控制模块、交流配电模块、过压吸收模块、智能功率模块、数据采集模块、接触器、开关、电连接器等组成，配电控制部件组成框图如图5所示。配电控制部件显示控制制模块交流配电模块过压吸收模块智能功率模块数据采集模块接触器开关电连接器图5配电控制部件组成框图TZ322:336交洗配电模块A1XS011T2K1XS10交流输入空调3K/AC220V2插座：Y50DP-1203ZX10新座：Y50DP-1203ZJ10A26-40-00XS11插座XS03五孔10 A新座DC2SYXS02VPX机箱300V直流输入电压XS04插座：Y50DP-1202Z101KW/DC28V车长显示操控折座：Y50DP-1204ZJ10智能功率模块150W12TZP28PC()-15XS05插座：Y50P-0804ZX10过压吸收模块TZOVAM(O-28YA2炮手显示操控150V与配电执行部件插度：Y50P-080410XS12(CAN/DC26YXS06通信接口1轴助显示屏CANO新座:Y50EP-1007Z10120V与配电面板C26YXS13(CAN/DC26V)插座：Y50P-0802Z10曼示电压XS07通信接口2控制交换机插座：YSOEP-1007ZX10模块显示屏100W数据采集模块CAN2智能功率模块数据导出2122.1017DC26Y蜂鸣馨TZP28PC()-15 XS08新崖：Y50P-0804Z101(网口插座:Ym120P01S1视频监控指示灯A3XS14100W上位机通讯备用XS09 折室：Y5OP-08042101折座:nT16P12Z1B12(C2)备用升级测试饨上电300新座：Y50ODP-1202Z10图6配电控制部件原理框图配电执行部件通过通讯互联接口与配电控制部件进行CAN通讯、DC26V控制电互联CAN通讯互联为设备间建立通讯通道；DC26V控制电互联为配电执行部件内部交流配电模块、IO扩展板、显示控制模块、智能功率模块、过压吸收模块以及数据采集模块提供控制电；配电控制模块获得控制电工作后，交流输入接入配电控制部件，显示控制模块控制交流配电模块执行触器吸合配电给空调、壁插。直流输入接入配电控制部件，显示控制模块控制智能功率模块将直流输入DC28V电源分配给VPX机箱、车长显示操控、炮手显示操控、辅助显示屏、交换机、视频监控、备用。数据采集模块通过CAN总线与显示控制模块互联，采集、记录存储智能配电设备各路设备配电运行状态信息。从而完成对整个配电设备的控制着目的。交流配电模块A1具有电流采样功能，当输出电流高于过流保护值时（过流保护值为设备额定电流1.5倍，保护时间2 s，保护值适应性可设），交流配电模块关断接触器，实现交流输出过流保护功能；智能功率模块设计有电压采样电路，当采样电压高于设定值时，模块内部主控单元控制MOS管断开，实现过压保护功能；智能功率模块具有输出与车辆21移动电源2023年第2 期过流采样电路，当采样电流高于设定值时（过流保护值为设备额定电流1.5倍，保护时间2 s,保护值适应性可设），智能功率模块主控单元控制MOS管断开，实现过流保护功能。此外配电控制部件通过CAN总线与配电执行部件、配电面板互联通信，监测各单体运行状态，输出设备加电状态，并将运行状态信息、输出设备加电状态信息在液晶显示屏中显示，通过显示屏操作按键可查看各分机以及各输出设备运行信息。配电控制部件原理如图6 所示。3.3智能配电设备执行部件技术方案设计配电执行部件主要由智能配电控制模块、交流配电模块、辅助电源模块、过压吸收模块、智能功率模块、IO扩展板、接触器、固态继电器、断路器、开关、电连接器等组成。配电执行部件的组成框图如图7 所示，原理框图如图8 所示。配电执行模块智能配电控制模块交流配电模块辅助电源模块过压吸收模块智能功率模块固态继电联10扩展板接触器电连接器断开路关器器图7配电执行部件组成框图3T1-40.0/156-16018-L3-C1-0-1-H1T35C26A2智能配电器T1S21随信快口1(1/0 C24m)控制模块IS11跟踪雷达插座：Y50BP-1007ZK10TZ-1604L2(2)饮牌米灯(1kW)C267A15A3插座：Y50DP-1606ZK101S22远翟启动XS11-5.a)搜索雷达插座：Y50P-0802ZK10XS11-600XS03(1.4kW)底盘电池输入K111-1a)500W/DC24VCANODC26Y照明器1插座：Y50DP-1202ZJ10CANO1kW/AC220VXSOSDC26电源管理XS13文此配电换桃500W/DC24VXS13-1C)激光控制插座：Y50DP-1202ZK1011m1121.109(1kW）A14A9S19插座：Y50DP-1203ZK10IV10扩展板配电开关XS19-1C交流备用1kW/AC220V191516000125-L来A1-00插座：Y50DP-1203ZK10A5T2史波配电模换KIT23.222.336国K5XS04T2104-0-30A1QP1S15交流输入L1NN展数设备15KW/AC220V(8kW)83T1-4.0/250-16013-4-C1-0-HT35诚助电源换723.314.630插座：Y50DP-1804ZJ104插座Y50DP-1403ZK10DC26Y交流接触器GSC1-6504/220VXS01T23.214.X12直流输入110KS1600D125-L2kV/DC28V(3.5kW)插座：Y50DP-1604ZJ10XS02插座：Y50DP-1203ZK101电医系A6T2直流辅入D2YTZ3.222.3362V/DC28VK6XS14方舱电气插座：Y50DP-1604ZJ10过压吸收模块五A13TZOVANO0-28V(2kW）1507A7T2插座：Y50DP-1203ZK10650#/DC28Y光来临A10YT23.222.336插座：50 0 P-51204ZK101320CARK7XS16B2Y/0C24空调300N/DC28YTZDPCCD-40智能功率模块(5kW)插座：Y50DP-1202ZX1013105OV/DC28Y导A11A8T2插座：Y50DP-1403ZK101插座：Y50P-08032K10130TZ3.22.336交换机DaTYK8X318100V/DC28Y制氮机插座：Y50P-0804ZX10T2F28PC-73(3kW)调IS09416-40-40/AC118200W/DC2.8Y插座：Y50DP-1203ZK10补催器XS09XS17交流互联1001/DC28V(3kW)电视/红外XS09DC2Y插座：Y50DP-1203ZK101250/DC28VA12插座：Y50P-1808ZX10智能功丰模块XS09晨距器/明器2DYTZD28PC0KO-20220/DC28Y15061K#/DC2Y插座：Y50DP-1204ZK101图：8配电执行部件原理框图将底盘电池输入接入配电执行部件至接触器K11，接触器K11吸合供电电源管理组件，电源管理组件得电控制电源组合机柜输出4路2kW/DC28V、2 路15kW/AC220V供电给配电执行部件；接触器K11线包动作受控配电执行部件面板设置的“启动开关”；配电执行部件系统工作2 min后，IO扩展板控制继电器常闭触点断开，接触器K11线包控制电断电，切换底盘电池供电电源管理组件。交流输入经辅助电源模块输出为DC26V为配电执行部件内部模块提供控制电；无交流输入时，取电直流输入的DC28V纟经辅助电源模块输出2023年第2 期22与车辆移动电源DC24V为配电执行部件内部模块提供控制电；两路辅助供电同时存在优先用交流变换的DC26V控制电。配电执行部件开始工作，交流配电模块控制接触器吸合将交流电源接入配电执行部件配电端，闭合面板“交流输入开关”，智能配电模块依据面板设备开关状态以及控制逻辑，控制交流配电模块、带电操断路器、接触器将交流AC220V电源供给相应设备以及交流备用，交流配电模块采集交流输出电压、电流，执行配电以及保护功能；同时直接输出1路交流互联，给配电控制部件供电。2路直流输入接入配电执行部件经过压吸收模块至智能功率模块，智能功率模块依据控制逻辑以及面板设备开关状态，控制智能功率模块将直流输入DC28V电源分配给相应设备；智能功率模块采集直流输出电压、电流，执行配电以及保护功能，并将采集的状态信息通过CAN总线上传至智能配电控制模块；同时直接输出1路直流互联，给配电控制部件供电。配电执行部件内部交流配电模块、智能功率模块监测输入输出的电压、电流等运行参数，实现过压保护、欠压保护、过流保护等功能，将采集的状态信息通过CAN总线上传至智能配电控制模块，智能配电控制模块通过通信互联接口将故障信息上传至配电控制部件，进行声光提示以及显示。3.4配电设备配电面板配电面板主要由IO扩展板、开关、指示灯、电连接器等组成，配电面板组成框图如图9 配电面板组成框图所示，原理框图如图10 所示。配电执行部分电连接器10扩展板指示灯开关图9配电面板组成框图对外遗讯（以大）灯地制（绿）故牌指示灯状态采对外理讯（以大）灯链制（鲜）工作指米灯启动开关灯拉制（像/红）XS1对外理讯（以大变进关机推令）1启动状态采样灯拉钢（缘/红）激光使能开关状超采样DC2F-灯控锁（最/虹）D24f+激光使能控制4接口状态采样灯妆（鲜/红）急停电觀虹外5状态采裤灯世钢（/红）6急停优调念状态采样灯拉创（绿/红）10扩展板XS2状态来辉CAN_H灯控创（峰/红）CAN.LCAN_GND通信状态采裤DC24V+接口灯控制（嫩/红）DC24V-服明幕秋态采辉制氨机灯旋制（缘/虹）秋态采裤灯控创（绿/红）状态采帮对外遗讯（以大灯控制（像）激光电源展数设备对外道讯（以大）对外班讯（以大）灯放制（绿）灯垫制（像/红）（电部、外部两设备）图10配电面板原理框图配电面板设置启动开关、应急开关、故障指示灯、工作指示灯、设备开关。配电执行部件通过通讯互联接口与配电面板进行CAN通讯、DC26V控制电互联，CAN通讯互联为设备间建立通讯通道；DC26V控制电互联为配电面板内部IO扩展板提供控制电；智能配电设备运行正常，面板“工作”指示灯亮绿色，运行异常时，面板“故障”指示灯亮红色。配电执行部件面板“本控/远控”处于远控模式，配电面板采集面板开关控制信号，通过CAN总线将开关控制信号传输至显示控制模块集中处理。4结语研发设计的智能配电设备通过将智能配电设备电源启动、电源分配、设备状态显示以及控制功能规划为配电控制部件、配电执行部件和配电面板三个单体实现；设计的配电控制部件实现了智能配电设备运行状态信息显示功能、交直流用电设备配电控制功能以及对外通讯功能；配电执行部件实现（上接第33页）与车辆23移动电源2023年第2 期电源启动控制，交直流用电设备的配电、电压电流采样以及保护功能；配电面板实现电源启动控制、使能控制、急停控制以及设备的远程控制功能；实现了智能配电设备的通用化、系列化、组合化。参考文献：1陈国辉，王博，肖祯勇智能配电箱的设计与应用J现代建筑电气，2 0 15（11）：56-58.2 张东霞，姚良忠，马文媛中外智能电网发展战略J中国电机工程学报，2 0 13，33（31)：2-14.3张亚楠，陆一歌，殷业瑜，等一种网络化的家用智能化配电箱设计 J.现代计算机，2 0 16（1）：49-53.4孙巧玲，官清，李燕配电箱变智能采集终端的设计及实践J电子测试，2 0 17（6)：2 2-2 3.5王立娜，王曜飞，宋维忧移动式箱变的研究及应用 J科技创新与应用2 0 15（11.6李维阔.基于NanoPi的智能配电箱设计D.山东科技大学2 0 2 0.作者简介：李绍民（19 9 7-），男，四川巴中人，硕士，初级工程师，主要研究方向为系统总体结构。Design of Intelver Distribution EquipmentLI Shao-min,ZOU Jia-zhuang,LAIHou-chuan,HE Nian-liu,ZHOU Xin-yi,WANG Shuai-jun,LEIHan(Southwest Institute of Technical Physics,Chengdu610041,China)Abstract:In order to satisfy the power distribution control and management of each device in the system,an intelligent powerdistribution equipment is designed,which plans the power startup,power distribution,device status display and control functions intopower distribution control unit,power distribution executive unit and power distribution panel.The intelligent power distributionequipment uses a comprehensive intelligent control system to realize the functions of time-sharing/shunt controlled output,DCoutput overvoltage/overcurrent protection and AC input overvoltage/undervoltage/output overcurrent protection.It adoptsmulti-channel grid-connected control,communicates with the charge subsystem through Ethernet,can report the equipment statusand fault information in real time,and has the data storage function,can realize the data analysis through the upper computer.Keyword:Intelligence,Distribution equipment,Distribution control unit,Distribution executive unit,Distribution panelStudy on Thermal Characteristics Of High-Power Power Battery UsedOn VehicleXU Bao-li,CHENG Shi-ye,SHEN Jian,HE Gang,XIA Huan,WANG Huil(1.Beijing Institute of Space Launch Technology,Beijing100076,China;2.China Aerospace Wanyuan International Group Co.Ltd,Beijing100076,China)Abstract:For the use characteristics of vehicle high-power power battery,taking a certain type of lithium iron phosphate powerbattery as the research object,the rate charge and discharge tests under 1C to 5C and special setting conditions were carriedout.Study on thermal characteristics of high-power power battery used on vehicle,the law of temperature rise under different chargeand discharge rates is found out.For the use of vehicle mounted high-power power battery under complex working conditions,hightemperature safety warning,alarm,provide important design reference for designers.Keyword:vehicle,high power,power battery,temperature