CN103683476A - 车载综合移动不间断电源供给装置 - Google Patents

Abstract

车载综合移动不间断电源供给装置是集一次配电功率变换和对后各蓄电池组充电与维护于一体的交流不间断电源，即可为交流220V要求的通信车辆进行稳压供电也也可作为其他独立设备或系统的综合电源。除内置后备电源外，还具备综合配电能力，可实现市电或发电机（交流）和汽车充电（直流）混合同时供电模式，并可以随意转换不停机，使车载负载具有多项供电选择性。可对负载进行双系统并机备份供电工作方式，双机工作模式下，不光是交流供电是冗余供电模式，其UPS内置直流充电模块也是冗余备份工作方式，保证储能电池或汽车电瓶都能得到一个高可靠的电能补充。

Description

车载综合移动不间断电源供给装置

技术领域

本发明涉及不间断电源领域，特别是涉及特种改装车辆车载综合移动不间断电源供给装置。

背景技术

车载综合移动不间断电源供给装置是集一次配电功率变换和对后各蓄电池组充电与维护于一体的交流不间断电源，即可为交流220V要求的通信车辆进行稳压供电也也可作为其他独立设备或系统的综合电源。

目前应用于特种改装车辆的车载供电设备现状：

1、随车装备的小型汽油（柴油）发电机：使用功率范围在1―5KW，其优点是可随车跟行，在车内设备需要工作时，提供交流供电，并可加油续电。缺点是不能提供优质交流电，使用时必须手动启动供电，噪音非常大，影响车上人员工作环境；

2、车用逆变电源：使用功率500VA―3KVA。这类电源采用了汽车充电发电机提供的浮充直流电，经逆变后给设备提供交流电。其优点是体积小，供电优质。其缺点则是，仅能提供短时用电，稳定性能较差，供电方式单一，不能形成一个车上集中式供电中心；

3、通用UPS后备电源：这是目前采用较为普遍的配电方式。优点是可以提供高精的优质交流电，并有较长的后备供电能力，最长达到8 小时。容量上可以最大扩展，不受限制。但缺点也非常明显，必须外接交流电进行充电储能，储能越多，则占用车内空间就大,也增加车身重量，这对于有限空间的汽车来说，是非常致命的；

4、混装供电方式：一些专用的通信或移动指挥车采用多种供电方式，如配装发电机和逆变电源或UPS 电源，以满足设备供电要求。其优点在于供电实现了多功能化，优质供电等。但缺点也明显，供电转换需要手动甚至停机转换，设备分散臃肿而复杂；

5、直流配电中心电源：采用统一的直流供电方式，利用电瓶进行储能，配备发电机进行补充充电。优点是采用统一式的直流电，节约中间转换能耗。缺点也明显，必须所有的设备供电要求为直流，即是设备专用化。另外，就是必须有较充足的储能电池，占用载荷大。对于扭矩要求大的设备，其也无能为力。相对来说，该电源的应变能力小，对设备接驳用电要求高，不具通用性。

以上均是目前车载主要的车用配电方式，其一个共同的特点就是，拼凑式设备，也没有考虑汽车特殊性的要求，均是通用性产品，并非针对汽车专门设计的供电设备。

因此，随着我国机动信息化的不断发展，配备一种与车辆相融合的车载综合移动不间断电源供给装置是非常必要的。关系到整个车上用电设备使用的可靠性和稳定性。也是未来车用标准化设备建设的大势所趋。

发明内容

本发明目的是提供一种能够与车辆相融合的车载综合移动不间断电源供给装置，保证车上用电设备使用的可靠性和稳定性。

本发明为实现上述目的，采用以下技术方案:车载综合移动不间断电源供给装置，其特征在于：外接市电输入交流电源和外接发电机电源送入应急旁路开关单元25 ，应急旁路开关单元25输出与输入电压选择单元3连接，外接市电输入交流电源和外接发电机电源经传感器1和传感器2将检测信号输入到微处理器单元23，经过微处理器单元23判断输出控制信号到输入电压选择单元3开启相应开关将外接市电输入交流电源和外接发电机电源中的一路输出到防雷控制单元4后送入维护控制单元5，维控信号送入微处理器23后输出控制信号到维护控制单元5，控制其开启和关闭；维护控制单元5输出送入输入电压保护单元6，同时经传感器24输入到微处理器23，由微处理器23控制输入电压检测保护单元6的工作状态，输入电压检测保护单元6输出到交流稳压器7和交流稳压器8, 交流稳压器7和交流稳压器8接受微处理器23的指令决定是否处于工作状态；交流稳压器7和交流稳压器8交流输出电压分别输入到不间断后备电源USBa9和USBb10，然后输出到并机单元11经输出保护单元12送入应急旁路单元13，在正常工作状态由应急旁路单元输出交流电源到交流输出插座a或交流输出插座b,向负载提供交流电源。

作为本发明的进一步改进，其特征还在于: 微处理器23检测蓄电池18、汽车电瓶17和汽车硅发16的输出电压，然后发出指令给直流智能并联单元22，直流智能并联单元22根据指令将检测蓄电池18、汽车电瓶17和汽车硅发16的输出电压的其中一路送入USBa9和USBb10不间断电源中，在外部交流电源出现故障时进行逆变供电，将直流电源转换为交流电源为负载继续提供工作电源。

作为本发明的进一步改进，其特征还在于: 微处理器23检测蓄电池18、汽车电瓶17和汽车硅发16的输出电压，然后发出指令给直流智能并联单元22，直流智能并联单元22根据指令将USBa9和USBb10不间断电源的直流电压送入蓄电池18、汽车电瓶17的其中一路或两路对其进行充电，以保证蓄电池18、汽车电瓶17的电压处于正常状态中。

作为本发明的进一步改进，其特征还在于: 在外接市电输入交流电源和外接发电机电源送入输入电压选择单元3的同时，外接市电输入交流电源和外接发电机电源也送入了应急旁路开关25，在装置出现故障时，操作应急旁路开关25时，外接输入交流电源和外接发电机电源将直接送入应急旁路单元13输给用电设备14或15，保证车载设备的正常工作，同时将送入输入电压选择单元3的通道断开，以避免装置故障进一步恶化。

作为本发明的进一步改进，其特征还在于: 传感器24用于检测输入电压，并将检测信号送入微处理器23，输入电压保护单元6检测输入电压的大小，当输入电压超过预定值时，微处理器23发出动作指令给输入电压保护单元6，断开送往交流稳压器7和交流稳压器8交流电源。

作为本发明的进一步改进，其特征还在于: 并机单元11的输入为USBa9和USBb10不间断电源输出的交流电压，并机单元11自身有自识别能力，当USBa9有输出时它会开启一通道，关闭二通道；当USBa10有输出时它会开启二通道，关闭一通道。

作为本发明的进一步改进，其特征还在于: 输出保护单元12用于在输出电压超出允许范围时切断输出到负载的电压，用于保护本装置和车载用电设备的安全。

作为本发明的进一步改进，其特征还在于: 应急旁路开关25和应急旁路单元13采用硬链接方式，在应急情况下启动应急旁路开关25后，一方面断开了送入到输入电压选择单元3的外接输入交流电源和外接发电机电源，另一方面断开了应急旁路单元13中从前面送来的交流电压而接通从启动应急旁路开关25送入的电源，并将此电源直接通过交流输出插座14和交流输出插座15输出给车载用电设备。

作为本发明的进一步改进，其特征还在于: 微处理器23通过键盘20进行人机对话操作，通过显示屏将输入电源、输出电源、温度、工作状态等等参数予以显示。

本发明的有益效果是: 除内置后备电源外，还具备综合配电能力，可实现市电或发电机（交流）和汽车充电（直流）混合同时供电模式，并可以随意转换，不停机，使车载负载具有多项供电选择性。可对负载进行双系统并机备份供电工作方式，当一台出现故障后，备用机随时切入供电而不宕机，使野外设备作业得到高可靠性的应急供电，避免宕机后，无法自救，双机工作模式下，不光是交流供电是冗余供电模式，其UPS内置直流充电模块也是冗余备份工作方式，保证储能电池或汽车电瓶都能得到一个高可靠的电能补充。并且具备双机冗余供电的功能，也能和车上充电机接驳续航，必要时可接入野外发电机或市电，并且能和风能发电机或太阳能发电机等供电设备相接，总之，一切有供电的地方，均可进行接入，达到最高的生存转换能力。

具体工作过程将在具体实施方案中予以详细阐述。

 附图说明

图1：系统框图

图2：输入检测、转换控制、防雷控制原理框图

图3：应急旁路原理框图

图4：输入电压保护、维护控制、交流断电控制/直流交流并机及输出保护原理框图

图5：交流稳压器工作原理框图1

图6：交流稳压器工作原理框图2

图7：交流稳压器工作原理框图3

图8：交流稳压器工作原理框图4。

 具体实施方式

下面结合附图对本发明的一实施例进行进一步的说明。

图2是输入检测、转换控制、防雷控制原理框图，当有两路以上的输入均符合要求时自动按照交流市电、发电机电源、汽车电瓶、蓄电池的顺序进行输入优先供电控制。交流市电输入电源输入接入第一应急旁路开关，发电机输入电源接入第二应急旁路开关，传感器A和B分别检测交流输入电源和发电机输入电源，并将检测信号送往输入检测单元；输入检测单元的输出信号送往微处理器，微处理器对信号进行分析判断后发出指令给第一转换开关K1或给第二转换开关K2，如果是检测到是市电交流输入电源输入，则第一转换开关K1吸合导通，交流输入电源经第一应急旁路开关到第一转换开关送往防雷控制单元，如果是检测到是发电机输入电源输入，则第二转换开关K2吸合导通，交流输入电源经第二应急旁路开关到第二转换开关送往防雷控制单元，经防雷控制单元输出给维护控制单元。

图3：应急旁路原理框图，在电源系统出现问题的情况下，如果不采取有效措施和手段，一方面将使得故障进一步恶化，另一方面将严重影响车载用电设备的正常工作。在这种情况下，如果输入的是市电交流电源则操作第一应急旁路开关将送往第一转换开关K1的电源断开，使得后级电路失去电源而无法工作，避免了故障的进一步恶化，同时将市电交流电源经第一应急旁路开关的另一对触点接通送往应急旁路单元而直接给车载用电设备供电；如果输入的是发电机交流电源则操作第二应急旁路开关将送往第二转换开关K2的电源断开，同时将市电交流电源经第二应急旁路开关的另一对触点接通送往应急旁路单元而直接给车载用电设备供电。

  应急旁路单元和第一应急旁路开关及第二应急旁路开关在机械结构上面有硬链接，当操作第一应急旁路开关及第二应急旁路开关动作时，应急旁路单元中的转换开关触点也随之动作，其作用一是断开与前级电路的联系，二是将经第一应急旁路开关及第二应急旁路开关送来的交流电源接通直接输出给负载。

图4是输入电压保护、维护控制、交流断电控制/直流交流并机及输出保护原理框图，图中第一交流稳压单元、第二交流稳压单元、UPSa、UPSb是4个相对独立的单元模块，它们采用插拔连接方式安装在装置中。来自前级防雷单元的输入交流电压输入到维控单元，经维控单元输入到输入电压保护单元，当第一交流稳压单元、第二交流稳压单元、UPSa、UPSb出现问题需要快速更换时，有人工操作按键输入维控信号到微处理器，微处理器发出指令给维控单元迅速切断维控单元输出的交流电源，方便操作者更换处理故障。

  来自前级防雷单元的输入交流电压输入到维控单元，由维控单元输出到输入电压保护单元，在维控单元输出装有电压传感器，传感器信号输出到微处理器i6口，当电压过高或过低时，微处理器将发出指令从o6口输出信号给输出保护单元使其动作切断输出电压。

  电压保护单元输出的正常交流电压分别送入第一交流稳压单元和第二交流稳压单元中，本装置默认第一交流稳压单元处于工作状态，第二交流稳压单元处于待机状态，在第一交流稳压单元出现问题后第二交流稳压单元开始工作，实现交流双机冗余供电的功能。

  第一交流稳压单元输出经过稳压的交流电源送入UPSa，第二交流稳压单元输出经过稳压的交流电源送入UPSb，本装置默认UPSa处于工作状态，UPSb处于待机状态，在UPSa单元出现问题后UPSb单元开始工作，实现直流双机冗余供电的功能。

  UPSa和UPSb输出电压送入交流并机单元，交流并机单元实际上是一个转换开关，它让UPSa和UPSb输出电压各自通过自己的通道输出，以保证供电的稳定和器件寿命。

  交流并机单元输出装有电压传感器，传感器信号输出到微处理器i5口，当UPSa和UPSb输出电压过高或过低时，微处理器将发出指令从o6口输出信号给输出保护单元使其动作切断输出电压。

  交流并机单元输出到输出保护单元，经输出保护单元向车载用电设备提供稳定可靠的交流电源电压。

  电池及发动机硅发自动并联功能：直流工作模式时，自动判断并入的汽车发电机硅发，当达到送电要求时，则对蓄电池或汽车电瓶进行供电，未到达送电要求则切断送电。保证汽车启动的安全性。反之，发现汽车电瓶亏电时，由车载综合移动不间断电源供给装置对汽车电瓶进性充电。

汽车电瓶、蓄电池、汽车发电机硅发的正极分别通过开关K1、K2、K3连在一起，汽车电瓶、蓄电池、汽车发电机硅发的负极连在一起，三者呈并联关系。微处理器i1、i2、i3口分别采集三者的输出电压，当检测到汽车发电机硅发电压达到要求时，微处理器发出指令给直流并机单元，直流并机单元输出驱动信号使得继电器K3动作将汽车发电机硅发正电压接通；如果检测到蓄电池电压低于正常值，则微处理器发出指令给直流并机单元输出驱动信号打开继电器K2，汽车发电机硅发正极与蓄电池正极联通对蓄电池进行充电，如果检测到蓄电池电压高于正常值，则微处理器发出指令给直流并机单元输出驱动信号关闭继电器K2，汽车发电机硅发正极与蓄电池正极断开停止对蓄电池进行充电；对汽车电瓶的充电管理同样如此。

当市电交流和发电机交流输入全部中断后，微处理器将检测到的蓄电池、汽车发电机硅发及汽车电瓶电压状态和先蓄电池工作，然后汽车发电机硅发工作，最后汽车电瓶工作的顺序，立即发出动作指令给直流并机单元开启或关闭相应通路。

首先如果蓄电池电压正常，将由蓄电池输出直流电压给UPSa和UPSb的逆变器电路，由UPSa和UPSb的逆变器电路将蓄电池直流电压转变为交流电压输出给负载。

如果蓄电池电压不正常，则将由汽车发电机硅发输出直流电压给UPSa和UPSb的逆变器电路，由UPSa和UPSb的逆变器电路将汽车发电机硅发输出直流电压转变为交流电压输出给负载。

如果汽车发电机硅发不正常，则将由汽车电瓶输出直流电压给UPSa和UPSb的逆变器电路，由UPSa和UPSb的逆变器电路将汽车电瓶直流电压转变为交流电压输出给负载。

交流稳压电源能为负载提供稳定交流电源的电子装置, 随着电力电子技术的发展，很多设备都要求稳定的交流电源供电，作为特种改装车辆的特殊性，在交流供电系统上存在电力欠缺、电网不尽合理、驳接的交流电源种类多等问题，这一切都会导致车载用电设备出现工作不正常、精度下降等问题，甚至造成意外的损坏，交流供电品质的改善成了保证系统正常工作的前提。本发明采用的交流稳压技术如图5所示，T1是变压器原边绕组，T2、T3、T4、T5是变压器副边绕组，K1、K2、K3、K4是执行切换开关，交流输入电压送入原边绕组T1，通过电磁感应在副边绕组T2、T3、T4、T5上得到不同的输出电压。

电压检测单元检测原边绕组输入电压的高低将数据送入微处理器，微处理器根据预先软件程序进行判断，如果输入电压在正常范围值内，微处理器发出指令给执行单元，此时执行切换开关K1动作，有副边绕组T2输出交流电压，如图6所示，图中虚线表示电流流动方向。

如果输入电压低于某一设定范围值内，微处理器发出指令给执行单元，此时执行切换开关K2动作，有副边绕组T3输出交流电压，如图7所示，图中虚线表示电流流动方向。

如果输入电压再低于某一设定范围值内，微处理器发出指令给执行单元，此时执行切换开关K3动作，有副边绕组T4输出交流电压，如图8所示，图中虚线表示电流流动方向。

本发明软件采用C语言编写，软件分多个功能模块，程序在此就不予以详细阐述。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域技术人员公知的现有技术，虽然本发明己通过有关的实施案例进行了图示和描述，但是，本专业技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化，因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种车载综合移动不间断电源供给装置，其特征在于：外接市电输入交流电源和外接发电机电源送入应急旁路开关单元25 ，应急旁路开关单元25输出与输入电压选择单元3连接，外接市电输入交流电源和外接发电机电源经传感器1和传感器2将检测信号输入到微处理器单元23，经过微处理器单元23判断输出控制信号到输入电压选择单元3开启相应开关将外接市电输入交流电源和外接发电机电源中的一路输出到防雷控制单元4后送入维护控制单元5，维控信号送入微处理器23后输出控制信号到维护控制单元5，控制其开启和关闭；维护控制单元5输出送入输入电压保护单元6，同时经传感器24输入到微处理器23，由微处理器23控制输入电压检测保护单元6的工作状态，输入电压检测保护单元6输出到交流稳压器7和交流稳压器8, 交流稳压器7和交流稳压器8接受微处理器23的指令决定是否处于工作状态；交流稳压器7和交流稳压器8交流输出电压分别输入到不间断后备电源USBa9和USBb10，然后输出到并机单元11经输出保护单元12送入应急旁路单元13，在正常工作状态由应急旁路单元输出交流电源到交流输出插座a或交流输出插座b,向负载提供交流电源。

2.根据权利要求1所述一种车载综合移动不间断电源供给装置，其特征在于：微处理器23检测蓄电池18、汽车电瓶17和汽车硅发16的输出电压，然后发出指令给直流智能并联单元22，直流智能并联单元22根据指令将检测蓄电池18、汽车电瓶17和汽车硅发16的输出电压的其中一路送入USBa9和USBb10不间断电源中，在外部交流电源出现故障时进行逆变供电，将直流电源转换为交流电源为负载继续提供工作电源。

3. 根据权利要求1所述一种车载综合移动不间断电源供给装置，其特征在于：微处理器23检测蓄电池18、汽车电瓶17和汽车硅发16的输出电压，然后发出指令给直流智能并联单元22，直流智能并联单元22根据指令将检测蓄电池18、汽车电瓶17和汽车硅发16的输出电压的其中一路送入USBa9和USBb10不间断电源中，在外部交流电源出现故障时进行逆变供电，将直流电源转换为交流电源为负载继续提供工作电源。

4. 根据权利要求1所述一种车载综合移动不间断电源供给装置，其特征在于：微处理器23检测蓄电池18、汽车电瓶17和汽车硅发16的输出电压，然后发出指令给直流智能并联单元22，直流智能并联单元22根据指令将USBa9和USBb10不间断电源的直流电压送入蓄电池18、汽车电瓶17的其中一路或两路对其进行充电，以保证蓄电池18、汽车电瓶17的电压处于正常状态中。

5. 根据权利要求1所述一种车载综合移动不间断电源供给装置，其特征在于：在外接市电输入交流电源和外接发电机电源送入输入电压选择单元3的同时，外接市电输入交流电源和外接发电机电源也送入了应急旁路开关25，在装置出现故障时，操作应急旁路开关25时，外接输入交流电源和外接发电机电源将直接送入应急旁路单元13输给用电设备14或15，保证车载设备的正常工作，同时将送入输入电压选择单元3的通道断开，以避免装置故障进一步恶化。

6. 根据权利要求1所述一种车载综合移动不间断电源供给装置，其特征在于：传感器24用于检测输入电压，并将检测信号送入微处理器23，输入电压保护单元6检测输入电压的大小，当输入电压超过预定值时，微处理器23发出动作指令给输入电压保护单元6，断开送往交流稳压器7和交流稳压器8交流电源。

7. 根据权利要求1所述一种车载综合移动不间断电源供给装置，其特征在于：应急旁路开关25和应急旁路单元13采用硬链接方式，在应急情况下启动应急旁路开关25后，一方面断开了送入到输入电压选择单元3的外接输入交流电源和外接发电机电源，另一方面断开了应急旁路单元13中从前面送来的交流电压而接通从启动应急旁路开关25送入的电源，并将此电源直接通过交流输出插座14和交流输出插座15输出给车载用电设备。

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