国外先进智能电源系统

为了满足在信息化战场上的作战需求，地面作战车辆开始加装越来越多的C4ISR/EW（指挥、控制、通信、计算机、情报、监视&侦察/电子战）系统，这些系统都有其控制装置和电力需求，从而使车辆内电力分配、监测和控制变得更加困难。地面作战车辆不但迫切需要增强C4ISR/EW能力，又有严格的SWaP-C约束。为了解决地面作战车辆在可缩放性、作战人员负担和多车辆电源分配复杂性等方面存在的问题，西方国家研制出先进的智能配电用智能电源体系结构。车辆内静态负载用的传统电源管理不需要复杂排序要求，总线、综合布线、开关和断路器内的电力分配基本上按照自然方式进行;而现代化电力分配和管理需要对配备现代化电子设备的车辆所呈现出的复杂及广泛变化的负载和敏感性进行更加智能化地处理。下面，以国外具有代表性的Curtiss Wright电子系统公司的智能配电用智能电源体系结构为例，对先进的智能电源体系结构进行简要说明。

主要体系结构

对于智能配电，需着重考虑可缩放性和模块化。所有车辆并非都需要相同类型电源，也并非都需要具有相同数量或类型的负载。为此，该体系结构需要尽可能地保留传统物理分配的灵活性――根据需要布线，在载荷点配备总线/配电装置。该体系结构考虑到这些不同需求，通过一组标准组件为设计者提供灵活性。

控制和监控 智能电源体系结构中的每个元件都连接到分布式实时控制总线，并针对具体车辆需求（成本、灵活性和冗余操作等）进行优化和配置。智能电源体系结构中至少有一个元件通过开放标准（例如：定义电力子系统接口的VICTORY标准）连接至车载网络，以便对电力子系统进行高等级的指挥和监控。此外，也可有多个元件连接车载网络，以提供进入智能电源体系结构的多条路径。

智能电源体系结构的整体控制可被保持分配到每个设备，控制网络上的一台或两台设备可作为主设备使用。该选项为一个优化设计选项，旨在满足特定车辆需求。

配电装置 智能电源体系结构的基础标准组件为配电装置（PDU）。该装置提供源自公用输入端的一组通道（如8通道）。该装置作为一个SWaP和成本效益型装置，在电力调节或管控方面起到的作用甚微。配电装置可以包含不同容量的通道，可选择成组通道以增加容量，但其核心功能保持不变。在该装置内，每个通道都是被单独监测、控制和保护（例如：I2T跳闸配置）。嵌入式控制器提供控制网络和车载网络接口。

电源调节及配电装置 可选性电力调节及配电装置（PCDU）是PDU的加强型，可为敏感或独特负载（例如：需要稳定28 VDC的敏感性ISR或EW装置）或者在12 VDC（商用汽车）或5 VDC（USB）电力上运行的商业/消费类设备提供具体调节。预计该装置将更加复杂，并增大SWaP和成本，因此仅根据需求在车辆内使用。与PDU相同，该装置提供一组被单独监测、控制和保护的通道，并提供一个嵌入式控制器，用于提供控制网络和车载网络接口。

电力切换装置 智能电源体系结构的先进标准组件为可选性电力切换装置（PSU），它提供原始电源封装，并从负载角度使电源抽象化。这对于无缝电力切换而言至关重要，例如：从发电机切换至电池，或者从电池切换至净电力/岸电。通过保持到负载的恒定输出，即可跳过复杂的关机和开机序列。由于电力切换装置包含一个提供控制网络和车载网络接口的嵌入式控制器，因此，该装置可以向智能电源体系结构中的其余部分提供整体电源容量、电源选择和电源状况的相关信息，并允许配电装置和负载（通过车载网络）了解车辆当前运行状态以及做出相应反应。

AC/DC整流装置 通过外部电网电源（100-240VAC@50/60Hz）增加车载电源，能够为车辆提供非常大的灵活性。AC/DC整流装置（ADRU）可提供这种简单的可选功能，可以在输出端上串联多个装置，以提供更高容量。监测和控制可由提供控制网络和车载网络接口的一个嵌入式控制器进行。

DC/AC逆变装置 DC/AC逆变装置（DAIU）为一个可选项，用来对AC/DC整流装置进行补充。该装置为预期需要标准电网电源的设备提供配标准电网电源（100-240VAC@50/60Hz）的板载电源。SWaP的调整和输出波形质量成本（例如：方形与纯正弦波）为设计者提供灵活性，可使用多个装置用于不同负载（灵敏性和容量），以实现更高容量。监测和控制可由提供控制网络和车载网络接口的一个嵌入式控制器进行。

先进概念

通用性 鉴于智能电源体系结构的标准组件性质，同一配电装置以及先进标准组件可用于多种车辆，具有通用性。此外，多种车辆间的通用负载可以结合通用排序和控制指令组，作为一个完全集成式功能装置，简化该子系统的开机和关机。

自动负载管理 负载的自动负载管理是一个关键问题。智能电源体系结构可充分利用初始电源、负载、电源状况以及通过车载网络（如VICTORY）与其他车辆之间的互相连接，根据车辆当前状态自动配置负载和优先级排序。如果作战人员未实际操作传统线路、总线和交换机，那么将无法根据检查表和规程对负载进行手动排序。通过将负载管理移入控制网络上的软件，车辆用户群体、集成商和子系统供应商可以提供场景和负载配置，如同在车辆设计期间或者甚至在现场进行升级/改造期间进行软件配置一样。

在这方面内，一个重要特征是应变负载管理和对特定事件的反应，例如：不理想系统（如干扰发射机）的翻倒检测和关闭。通过向车辆提供为不同故障模式编程的自动负载管理，可减少车辆对作战人员在高强度作战环境下手动操控开关和指示器的需求。

负载测序 C4ISR/EW设备的复杂性和相互作用往往会导致开机和关机顺序过长。通过在智能电源体系结构中编程自动排序（包括设备反馈检测），可避免这些冗长且容易出错的检查表。在网络环境中，在启动设备之前，通常需要等待网络基础设施（交换机、路由器、网络附加存储器）运行。由于智能电源体系结构中的元件也连接到车载网络，因此信息反馈（如ping响应）可在进行序列中下一个开启步骤（例如：打开任务计算机）之前继续等待。此外，通过确保合理错开重负载启动，该负载排序也可确保避免出现过流/涌浪电流。

最大负载大小 智能配电提供“自动负载管理”和“负载排序”。这两个功能均能够改变驱动最大发电容量的最大负载大小。“自动负载管理”可确保从不使用无需同时使用的负载;“负载排序”能确保涌浪电流和启动电流获得适当序列，以避免峰值负载。这允许设计者根据最大实际操作负载大小确定车载发电量，而不是基于对所有负载均可打开或同时打开的假设的所有最大装置负载和装置涌浪电流的总和。该功能在控制板载发电的整体SWaP-C负担方面具有关键性优势。

预测/诊断 智能电源体系结构中的网络化嵌入式控制器提供一组丰富数据，用于通过负载特性分析（例如：电机负载的电流分析）进行预测。由于该体系结构中的每个节点都提供内部监测和控制，使诊断更加简单，因此有助于快速查找出至特定通道的故障。数据记录使诊断小组能够清楚了解设备故障相关电力事件。通过提高车辆可用性，智能电源体系结构的这些优点最终可为作战人员提供优质服务。

结束语

上述智能配电用智能电源体系结构可为车辆电子装置提供一种开放、灵活、强大、可缩放以及健全的解决方案。该方案为发展至车辆智能化和可缩放性电源管理提供了一个明确的途径，即通过增加现代化成果或新设计。简单的模块化方案使设计者能够根据需要为一辆车或一个车族选择、调整以及优化系统。自动负载管理和负载排序可显著减轻作战人员在电源管理任务方面的负担，并确保车辆板载发电量适当（而非过大）。源自监测元件的丰富数据最终会使得车辆和设备具有更强可用性。

随着更加复杂的C4ISR/EW设备及其他电子系统（如遥控武器站）安装到地面作战车辆上，电源系统必须相应地发展。对此，智能配电用智能电源体系结构完全满足这些现代化负载的发展和复杂性的需求。