车载电网多级DC/DC电源控制与通信系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种车载电网多级DC/DC电源控制与通信系统及方法，系统包括车载电网控制器BNS，设有一光纤发射器和一光纤接收器；n个多级DC/DC电源，每个多级DC/DC电源包括主控单元和N个开关模块，n个多级DC/DC电源主控单元与车载电网控制器BNS通过光纤以串联形式依次相连，形成第一光纤环网；主控单元设有两组光纤传输模块，第一组光纤传输模块包括第一光纤发射器和第一光纤接收器，第二组光纤传输模块包括第二光纤发射器和第二光纤接收器；多个开关模块与主控单元通过光纤以串联形式依次相连形成第二光纤环网，每个开关模块设有一光纤发射器和一光纤接收器。本发明专利技术能够实时快速传输数据，数据传输速率及可靠性高。数据传输速率及可靠性高。数据传输速率及可靠性高。

【技术实现步骤摘要】
车载电网多级DC/DC电源控制与通信系统及方法


[0001]本专利技术属于轨道车辆电源控制及通信
，涉及轨道车辆车载电网DC/DC电源控制与通信技术，具体地说，涉及一种车载电网多级DC/DC电源控制与通信系统及方法。

技术介绍

[0002]现有的600km高速磁悬浮车的DC24V电源主要由车载电网的24V供电系统提供。24V供电系统主要由多级DC/DC电源、24V车载电网开关箱BV24和24V车载电网配电柜VT24以及24V蓄电池B24组成。24V车载电网的输入电源来源于440V电网，通过四个多级DC/DC电源将440V直流电转换为24V直流电。多级DC/DC电源输出的电能经过24V车载电网开关箱BV24与24V车载电网配电柜VT24将24V直流电源分配给高速磁悬浮车上的各24V用电设备。由于24V车载电网主要是为控制设备及各部件提供控制电源，所以对24V车载电网供电的安全性、可靠性有更高的要求，并应保证在发生故障使24V车载电网与440V电网断开时，24V车载电网还可以对应急照明与应急通讯提供1小时的电能。这部分电能由24V蓄电池提供。每个24V车载电网上的一组24V蓄电池作为备用电源用于保证电网故障情况下的紧急用电，24V车载电网的主电路拓扑结构如图1所示。
[0003]24V供电系统是高速磁悬浮车载电网的关键系统之一，其中多级DC/DC电源是24V供电系统的核心器件。多级DC/DC电源的正常运行直接影响整个高速磁悬浮车辆的安全运行，因此对多级DC/DC电源的可行控制与通信，以及对整个车载电网24V供电系统的控制与通信显得尤为重要。
[0004]高速磁悬浮每节车辆设有四个多级DC/DC电源，分别向4个24V车载电网提供电流隔离且不接地的24V直流电源(采用IT制式接地)。多级DC/DC电源间相互独立，每个多级DC/DC电源内部有8个相互独立的开关电源模块(开关模块的个数由24V供电系统的用电量决定)和1个主控单元。8个开关电源模块的电源分别取自四个440V直流电网。每一个440V车载电网给2个开关电源模块并联供电，8个开关电源模块的输出端并联。每个多级DC/DC电源的开关电源都有电压调节、电流调节(实现均流)、状态检测电路、绝缘接地检测电路和保护电路等。多级DC/DC电源主电路原理图如图2所示。
[0005]高速磁悬浮车载电网24V供电系统的多级DC/DC电源控制及通信系统主要由车载电网控制器(以下简称：BNS)、多级DC/DC电源主控单元和开关模块三部分组成。其中：BNS是整个车载电网多级DC/DC电源控制及通信系统的核心，用来收集和判断整个车载电网24V供电系统的信息状态以及对车载电网24V供电系统各部件进行控制及通信等，控制车载电网24V供电系统的启动、运行、保护和停止等。多级DC/DC电源主控单元主要实现整个多级DC/DC电源的控制功能，主要包含各传感器的数据采集与分析、多级DC/DC电源的控制、电压控制、均流控制、开关模块的状态估计、绝缘和接地状态估计、保护电路控制以及与BNS和开关模块的通信等功能。多级DC/DC电源根据整车24V负载的配置需求由多个开关模块(现有车辆设计为8个)组成，每一个开关模块都含有一个开关模块控制单元，开关模块控制单元主要实现开关模块的控制、输出电压的采集、输出电流的采集、开关模块状态输出以及与多级
DC/DC电源主控单元的通信等功能。开关模块主电路原理框图如图3所示。
[0006]目前BNS和多级DC/DC电源主控单元之间主要通过CAN总线进行通信。多级DC/DC电源主控单元收集的信息与诊断分析后的信息与BNS进行数据交互，并接收BNS发来的控制指令。多级DC/DC电源主控单元与开关模块控制单元之间主要是通过CAN进行通信。每一个开关模块控制单元都有1对CAN端口与多级DC/DC电源主控单元对应CAN端口进行点对点通信，多级DC/DC电源主控单元CAN通信端口所需数量是开关模块控制单元个数的两倍。开关模块控制单元将采集的信息发送至多级DC/DC电源主控单元，并接收多级DC/DC电源主控单元发送的相关指令。目前BNS、多级DC/DC电源主控单元和开关模块控制单元之间的控制及通信示意图如图4所示。
[0007]目前高速磁悬浮车载电网24V供电系统多级DC/DC电源控制及通信方式主要靠CAN通信以及点对点的通信方式进行控制指令的信息的传输，这种控制及通信方式传输速率较慢存在延时，主控单元通信端口较多，抗干扰能力较弱，在高速磁悬浮车辆复杂的电磁运行环境下，极易受干扰出现控制及通信故障，控制及通信可靠性较低，且一旦控制及通信出现故障，24V供电失效，整个车载电网将瘫痪，列车停运，后果影响恶劣。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对现有技术存在的传输速率慢、可靠性低等上述问题，提供了一种车载电网多级DC/DC电源控制与通信系统及方法，能够实时快速传输数据，数据传输速率及可靠性高，利于列车的稳定可靠运行。
[0009]本专利技术第一方面，提供了一种车载电网多级DC/DC电源控制与通信系统，包括：
[0010]车载电网控制器BNS，设有一光纤发射器和一光纤接收器；
[0011]n个多级DC/DC电源，每个多级DC/DC电源包括主控单元和N个开关模块，n个多级DC/DC电源主控单元与所述车载电网控制器BNS通过光纤以串联的形式依次相连，形成第一光纤环网；所述主控单元设有两组光纤传输模块，第一组光纤传输模块包括第一光纤发射器和第一光纤接收器，第二组光纤传输模块包括第二光纤发射器和第二光纤接收器；所述多个开关模块与所述主控单元通过光纤以串联的形式依次相连形成第二光纤环网，每个开关模块设有一光纤发射器和一光纤接收器。
[0012]在一些实施例中，第一多级DC/DC电源主控单元的第二光纤接收器通过光纤与车载电网控制器BNS的光纤发射器相连，第一多级DC/DC电源主控单元的第二光纤发射器通过光纤与第二多级DC/DC电源主控单元的第二光纤接收器，以此类推，第n多级DC/DC电源主控单元的第二光纤发射器通过光纤与车载电网控制器BNS的光纤接收器相连，形成第一光纤环网。
[0013]在一些实施例中，第一开关模块的光纤接收器通过光纤与主控单元的第二光纤发射器相连，第一开关模块的光纤发射器通过光纤与第二开关模块的光纤接收器相连，以此类推，第N开关模块的光纤发射器与DC/DC电源主控单元的第一光纤接收器相连，形成第二光线环网。
[0014]在一些实施例中，所述车载电网控制器BNS包括：
[0015]DSP，用于执行与所述控制单元的通信及控制；
[0016]第一PLD，与所述DSP通信，用于控制光纤通信信息和控制信息的收发；
[0017]第一转换模块，通过光纤分别与车载电网控制器BNS的光纤发射器和光纤接收器相连，用于将第一PLD发出的控制指令转换成光纤发射器识别的指令，并将光纤接收器接收的信息转换成第一PLD识别的信息。
[0018]在一些实施例中，所述主控单元包括：
[0019]第二PLD，内设：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车载电网多级DC/DC电源控制与通信系统，其特征在于，包括：车载电网控制器BNS，设有一光纤发射器和一光纤接收器；n个多级DC/DC电源，每个多级DC/DC电源包括主控单元和N个开关模块，n个多级DC/DC电源主控单元与所述车载电网控制器BNS通过光纤以串联的形式依次相连，形成第一光纤环网；所述主控单元设有两组光纤传输模块，第一组光纤传输模块包括第一光纤发射器和第一光纤接收器，第二组光纤传输模块包括第二光纤发射器和第二光纤接收器；所述多个开关模块与所述主控单元通过光纤以串联的形式依次相连形成第二光纤环网，每个开关模块设有一光纤发射器和一光纤接收器。2.如权利要求1所述的车载电网多级DC/DC电源控制与通信系统，其特征在于，第一多级DC/DC电源主控单元的第二光纤接收器通过光纤与车载电网控制器BNS的光纤发射器相连，第一多级DC/DC电源主控单元的第二光纤发射器通过光纤与第二多级DC/DC电源主控单元的第二光纤接收器，以此类推，第n多级DC/DC电源主控单元的第二光纤发射器通过光纤与车载电网控制器BNS的光纤接收器相连，形成第一光纤环网。3.如权利要求1所述的车载电网多级DC/DC电源控制与通信系统，其特征在于，第一开关模块的光纤接收器通过光纤与主控单元的第二光纤发射器相连，第一开关模块的光纤发射器通过光纤与第二开关模块的光纤接收器相连，以此类推，第N开关模块的光纤发射器与DC/DC电源主控单元的第一光纤接收器相连，形成第二光线环网。4.如权利要求1至3任意一项所述的车载电网多级DC/DC电源控制与通信系统，其特征在于，所述车载电网控制器BNS包括：DSP，用于执行与所述控制单元的通信及控制；第一PLD，与所述DSP通信，用于控制光纤通信信息和控制信息的收发；第一转换模块，通过光纤分别与车载电网控制器BNS的光纤发射器和光纤接收器相连，用于将第一PLD发出的控制指令转换成光纤发射器识别的指令，并将光纤接收器接收的信息转换成第一PLD识别的信息。5.如权利要求1至3任意一项所述的车载电网多级DC/DC电源控制与通信系统，其特征在于，所述主控单元包括：第二PLD，内设：采集模块，采集所述开关模块的电压、电流；均流模块，根据采集的电压、电流控制开关模块间均流；保护模块，根据采集的电压、电流进行过压、过流和欠压保护；状态估计模块，根据采集的电压、电流估计所述开关模块状态及绝缘和接地状态；控制模块，根据采集的电压、电流和估计的状态形成控制指令；逻辑与时序控制模块，对采集的电压和电流、估计的状态及控制指令形成指令并传输至所述采集模块、均流模块、保护模块、状态估计模块和控制模块；第二转换模块，通过光纤与所述第二光纤接收器相连，将所述第二光纤接收器识别的指令转换为所述逻辑与时序控制模块识别的指令；并通过光纤与第二光纤发射器相连，将接收自所述逻辑与时序控制模块发出的指令转换为所述第二光纤发射器识别的指令。6.如权利要求1至3任意一项所述的车载电网多级DC/DC电源控制与通信系统，其特征在于，所述开关模块包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕京斌，张喆绪，夏猛，徐甲田，李世霖，
申请(专利权)人：中车青岛四方车辆研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：