车载UPS电源解决方案

2006年3月4日,航天部某基地自行研发的近空间飞行器试飞成功。这标志着航天部某基地平流层飞艇的研制工作进入了实质性实验操作阶段。此次研制成功的近空间飞行器是集通信、导航于一体的新平台,对国家科学技术和国民经济的发展都将起到重要的作用。对于应用于航空航天领域的相关设备,对其技术性能及可靠性的要求都是相当严格的。此次对于飞行器指控车的配套电源产品尤是如此。因为没有可靠稳定的电源,其它设备的稳定性也就无从谈起了。

车载UPS逆变器的应用环境特点

经分析发现,车辆上的应用环境与普通机房和办公室有很大不同。主要表现在于:负载多为感性或开关整流性;受空间及载重限制,无法配备较多电池组,但又需长时间在无市电的情况下工作;充放电频繁,任务紧急时需在短时间内将后备电池充满;路况不好的情况下会出现剧烈晃动和震动;安装空间狭小、通风情况不好等。

由此可见,车辆应用对电源产品是有着特殊要求的。对于普通UPS而言,其电气设计理念是以强调“不间断”为重点。普通逆变器也只是考虑一般应用环境下的性能。而车载电源系统除了要具备普通指标外,还需要一些特殊性的指标来满足车载的应用特点。

解决方法与途径

首先考虑的是带载能力问题。UPS需要有很强的瞬间抗过载能力,以适应车载设备中各种不同类型的负载(由于车上空间所限,所以加大电源功率的方法不太合适)。并且其直流输入端可接入汽车本身的直流发电机。只要发动机不停,就无需使用后备电池组,这样以来,也就不必配备太多电池组,以免占用有限的空间及载重量,同时也能节约一定的成本。而UPS逆变器本身也需具备体积小、重量轻等特点。在抗震动及温度环境上也必须适应车载的应用情况。

应用实例

目前,航天部某基地近空间飞行器指挥控制车采用的是CCZ系列车载UPS产品。以此为例,介绍一下车载电源的应用情况:

指控车内主要负载为通讯设备、飞行器控制设备及电脑等。平时负载功率不大，但在发射大功率射频信号或进行大量数据交换和存储时。负载功率则呈阶跃性递增。而该产品可在此时提供三倍额定功率的输出，有效地解决了这一问题。在电气安装上采用了该公司的组合供电方案。

将车上本身的12V直流发电机(即直流马达)接入电池组与UPS的直流端,这样指控车在正常行驶的情况下,负载所需电能均由直流发电机来提供。停车作业时,才使用后备电池组。电池电能不足时,只要启动汽车便可以再次充电及向负载供电。汽车启动电池与后备电池之间的电池隔离器,主要是为了隔离启动电池与后备电池组,以避免启动电池的电能被消耗而造成汽车无法启动。另外配有一个并联开关,可在启动电池无法工作时,使后备电池组与启动电池并联,达到利用后备电池组启动汽车的目的。

采用此方案,无论在外工作多长时间都无需配置太多的电池组。因为此方案中,后备电池仅作为临时的供电保障。主要的电能提供来自车辆本身的直流发电机。指挥控制车返回基地后,将UPS逆变器接入市电就可以继续工作。指挥控制车内设备安装的空间较为狭小。如果太大的电源设备肯定是不适合的,。

而此次采用的CCZ车载UPS(开关排背后)。可以很容易地安装在控制台内部底部可用螺丝固定，以防行驶过程中的碰撞。其本身抗震等IEC68-2-6:10-150Hz/1.0G，也能保障在剧烈的颠簸中稳定地工作,同时它符合欧洲车载电子产品电子兼容和安全标准95/54/EC。控制台底部的门关闭后,里面的设备基本处于不通风的环境中。内部的工作温度一般都在40℃左右。但这款UPS却可在-20℃～60℃环境下工作。

并且这样的温度对蓄电池的使用寿命也是一大挑战。如果UPS的充电部分没有对电池温度的监控系统的话,很可能使电池高温情况更加严重。自带有温度传感器的CCZ系列UPS逆变器则可以很好地解决这一难题,并独有四阶段式充电曲线,更能在充电时有效地保护电池。