[發明專利]直流電源系統、及其監控方法

有效

• 申請號: 201911016751.1
• 申請日: 2019-10-24
• 公開（公告）號: CN110661333B
• 公開（公告）日: 2020-12-01
• 發明（設計）人: 張立強;王瀟;季志鵬;楊睿;劉蘭軍;金久才
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: H02J9/06
• 分類號: H02J9/06;H02J7/34;H02H3/00;H02J13/00;G01R19/165;G01R31/40
• 代理公司: 青島清泰聯信知識產權代理有限公司 37256
• 代理人: 張媛媛

本發明涉及一種直流電源系統、及其監控方法，系統包括外部儲能電池組、上位機、開關電源單元、電源管理單元、穩壓與分流器單元；電源管理單元與開關電源單元、外部儲能電池組、上位機、穩壓與分流器單元連接；電源管理單元包括恒壓限流DC?DC單元、輔助電源單元、主控單元；穩壓與分流器單元包括DC?DC穩壓單元、分流器單元；開關電源單元、電源管理單元、以及穩壓與分流器單元均配置有檢測模塊，以監控各單元的狀態；同時各檢測模塊與主控單元通信，以進行故障診斷與隔離。本發明的直流電源系統系統為可擴展的多電壓等級輸出的系統，采用了硬件模塊化、軟件層次化設計，具有故障診斷與隔離功能，提高了整個電源系統的可靠性和安全性。

技術領域

本發明屬于直流電源技術領域，尤其涉及一種支持故障診斷的直流電源系統、及其監控方法。

背景技術

海洋儀器裝備中，負載形式多樣，為保障長時間穩定運行，一般必須帶有電源管理系統或直流供電單元。目前常見的形式為儲能電池結合DC-DC變換器結構。其中，儲能電池一般為不可充電的鋰電池或者可多次充電的鋰離子電池兩種。

不可充電的鋰一次電池一般用于Argo浮標、水下滑翔機等領域，電池成組后通過相應的DC-DC變換器得到儀器電路所需的電壓等級，對整個電路進行供電，總供電功率較小。鋰一次電池在放電完畢后，隨設備拋棄或者回收至岸上或母船后拋棄。鋰一次電池不僅經濟性較差，處置不當甚至會造成一定的環境污染。由于鋰一次電池是一次性使用，這類供電系統中并沒有包含對電池、變換器或者負載的監測，因此無法獲得供電系統本身工作狀態、健康狀態或者故障狀態的準確信息。

可多次充電的鋰離子電池的優點是能量密度大、可大倍率放電、可重復充放電，目前主要用于各類無人船、ROV、AUV等電推進領域。第一類直流供電系統類似，電池成組后通過DC-DC變換器得到負載所需的電壓，可提供中等功率的直流電源輸出。這類直流電源系統一般會配備鋰離子電池組保護、均衡和剩余容量(SOC)估計電路，僅對鋰離子電池的狀態做出被動監測，且缺乏對整個電源系統內各變換器、負載狀態的監測。因此這類系統也無法獲得整個電源系統中各部件詳細的工作狀態、故障狀態信息。第二類直流電源系統用于大型船舶、水面或水下平臺的直流供電系統，一般是直流微網，與陸地直流微網的結構十分類似。這類直流電源系統中一般帶有完善的繼電保護、監測系統，但該直流電源系統一般為成品，用戶難以根據需求自由增減功能，且由于其結構復雜、體積較大，難以直接用于一般海洋儀器裝備中。

而且，海洋儀器裝備工作環境惡劣，其供電系統和各類負載極易出現故障。若電源故障不能及時定位、隔離，則會影響整個儀器裝備的可靠性。因此，有必要研究一種帶有故障診斷功能的直流供電系統，能夠對電源系統內部各部件、儲能電池、各類負載進行實時監控，并根據監控數據做出故障定位，主動進行故障隔離。

發明內容

本發明在上述不足的基礎上提供了一種直流電源系統、及其監控方法，采用該系統，能夠對電源系統內部各部件、儲能電池、各類負載進行實時監控，并根據監控數據做出故障定位，主動進行故障隔離。

為了實現上述目的，本發明提供了一種直流電源系統，包括硬件部分，所述硬件部分包括外部儲能電池組、上位機、開關電源單元、電源管理單元、穩壓與分流器單元；

所述開關電源單元包括開關電源模塊、開關電源檢測模塊，所述開關電源模塊用于將交流輸入電源電壓轉換為直流輸入母線電壓，為直流電源系統供電；所述開關電源檢測模塊與所述開關電源模塊連接，用于監控所述開關電源狀態；

所述外部儲能電池組接入直流輸入母線，用于穩定直流輸入母線電壓，并在所述開關電源模塊故障時為直流電源系統供電；

所述電源管理單元與所述開關電源單元、外部儲能電池組、上位機、穩壓與分流器單元連接；所述電源管理單元包括恒壓限流DC-DC單元、輔助電源單元、主控單元；