CN102082454A - 基于电池的供电装置及其供电控制方法 - Google Patents

基于电池的供电装置及其供电控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电池的供电装置及其供电控制方法。该供电装置至少包括内置电池、外部电源接口、电源选择模块、断电控制模块、第一电压转换模块、第二电压转换模块、CPU模块和串口模块；其中，内置电池和外部电源接口作为电源输入端，分别连接电源选择模块；电源选择模块一方面连接断电控制模块，另一方面连接第二电压转换模块，第二电压转换模块分别与CPU模块和串口模块进行连接，CPU模块分别与断电控制模块和串口模块进行双向的数据通信；断电控制模块与第一电压转换模块进行连接，由第一电压转换模块向目标设备供电。本发明独有的间歇式供电方式显著降低了电池电量的消耗，使目标设备实现了超低功率损耗。

Description

基于电池的供电装置及其供电控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于电池的供电装置，同时也涉及使目标设备如光纤通话柱装置实现超低功率损耗的供电控制方法，属于电池能量管理技术领域。
背景技术
经过长期的建设，我国铁路系统已经建成了一张覆盖全国完整且独立的铁路通信网络。但是，目前铁路区间通信(包括隧道应急通信)仍然严重依赖于现有铁路沿线敷设的铜质电缆，通信手段较为落后。
具体而言，为了满足铁路区间通信的要求，在铁路沿线铺设有各种铜质电缆。在2个车站之间每隔1.5公里左右引出4对抽头，这4对抽头被固定在铁路旁边的柱子上，主要用于区间电话接入、故障电话和自动电话接入，铁路行业上把它称为区间通话柱。目前，常用的区间通话柱多采用传输线远程馈电或者使用外部电源短时供电的供电方式。这种供电方式存在如下的问题：1.传输线远程馈电提供的电压功率受限，且稳定性较差；2.由工作人员携带外部电源短时间为区间通话柱供电，很难确保电源与区间通话柱的当前可用性。在紧急事件突发的情况下，无法保证电源和区间通话柱能够及时投入使用；3.使用内置电池长期为区间通话柱供电，在电池的能源消耗上和更换周期上会带来很大的人力物力损耗，实施成本较高。
随着中国高速铁路的兴起，铁路通信系统正朝着IP化、宽带化、综合化、智能化的方向迅速发展。原有铁路区间电话用作区间联络、故障上报的重要技术手段，随着铜缆线路的逐年老化及高额的维护费用，将逐渐被淘汰。同时，为适应区间宽带化的要求，需要在各区间通话柱接入点提供足够的接入带宽。而近十年来光通信系统在民用接入通信领域的大量运用，使光缆及设备价格大幅下降。因此采用基于光网络的区间接入设备成为替代原有区间电缆通话系统的首选。
在申请号为200710121711.4的中国发明专利申请中，提供了一种铁路通信的方法及系统。该铁路通信系统包括：设置在车站或GSM-R基站的光线路终端设备，光线路终端设备与车站或GSM-R基站的外部网连接；在车站或GSM-R基站之间的区间部署并且通过光纤与光线路终端设备连接的光纤通话柱装置；以及，与光纤通话柱装置连接的光网络单元。由于采用将EPON技术应用到铁路沿线的区间通信中，从而可提供足够的传输带宽，为区间与车站或GSM-R基站之间多媒体信息的传输提供了基础，并且可实现点对多点的铁路区间通信能力，提高了铁路区间通信的可用性、可靠性、及时性。
在申请人另案提出的发明专利申请“基于EPON网络的铁路区间宽带通信系统、装置及方法”中，申请人对上述的光纤通话柱装置作了进一步的改进。该光纤通话柱装置包括用于EPON网络的ONU设备单元、IAD单元、通信接口、内置电池和控制单元，其中控制单元由内置电池供电，分别连接ONU设备单元和IAD单元。该光纤通话柱装置一方面通过通信接口挂接区间通信终端设备，另一方面通过分光器接入光网络中。
但是，针对上述光纤通话柱装置的长期供电问题，现有技术中并没有行之有效的解决方案。
发明内容
本发明所要解决的首要技术问题在于提供一种基于电池的供电装置。该供电装置可以显著降低电池电量的消耗，尤其适合在光纤通话柱装置上使用。
本发明所要解决的另一技术问题在于提供一种使目标设备实现超低功率损耗的供电控制方法。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：
一种基于电池的供电装置，其特征在于：
所述供电装置包括内置电池、外部电源接口、电源选择模块、断电控制模块、第一电压转换模块、第二电压转换模块、CPU模块和串口模块；其中，
所述内置电池和所述外部电源接口作为电源输入端，分别连接所述电源选择模块；
所述电源选择模块一方面连接所述断电控制模块，另一方面连接所述第二电压转换模块，所述第二电压转换模块分别与所述CPU模块和所述串口模块进行连接，所述CPU模块分别与所述断电控制模块和所述串口模块进行双向的数据通信；
所述断电控制模块与所述第一电压转换模块进行连接，由所述第一电压转换模块向目标设备供电。
其中，所述电源选择模块实现内置电池和外部电源的互斥选择，且外部电源的优先级高于所述内置电池。
所述CPU模块经所述串口模块、所述目标设备、传输网络建立与网管系统的通信连接，实现所述网管系统对所述目标设备供电情况的远程控制。
所述目标设备为光纤通话柱装置或者区间通话柱。
一种供电控制方法，基于上述的供电装置实现，其特征在于包括如下步骤：
(1)当电源选择模块确定使用内置电池时，输入电压的一路经断电控制模块、第一电压转换模块向目标设备供电，另一路经第二电压转换模块后为CPU模块和串口模块供电；
(2)所述CPU模块通过向所述断电控制模块发送控制指令，实现内置电池向目标设备供电的通断；同时，所述CPU模块通过向串口模块发送控制指令，实现对串口模块工作状态的控制；
(3)设置所述CPU模块工作状态的定时切换，实现所述供电装置对所述目标设备的间歇式供电。
其中，所述步骤(2)中，所述CPU模块向所述串口模块发送控制指令，使所述串口模块的工作时间同步于向所述目标设备供电的时间。
所述步骤(3)中，当所述CPU模块处于深度睡眠工作模式，且默认切换所述CPU模块工作状态的时间尚未到达时，通过网管系统向所述CPU模块发送唤醒CPU模块的控制指令，实现所述CPU模块从深度睡眠工作模式向普通工作模式的转换；或者，手动调节所述断电控制模块中的供电开关，实现所述内置电池向所述目标设备的供电。
本发明采用内置电池对目标设备进行供电，提高了输入电压的稳定性、安全可靠性和便携性。独有的间歇式供电方式显著降低了电池电量的消耗，使目标设备如光纤通话柱装置等实现了超低功率损耗。供电装置所采用的多电源输入选择、内置电池供电时间的多重控制方式，为工程人员调试和检修提供了极大的便利。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1为一种基于EPON网络技术实现的铁路区间宽带通信系统的整体结构示意图；
图2为本发明所提供的供电装置的组成结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，在基于EPON网络技术实现的铁路区间宽带通信系统中，通过铁路专用的承载网实现多个区间通信终端设备之间的通信。该铁路区间宽带通信系统包括至少一个中心装置，其包括网络交换机和中继网关。网络交换机通过第一网络接口与承载网连接，中继网关将网络交换机连接到外部网络或设备。多个车站装置分别设置在各铁路车站处，通过第二网络接口连接到承载网。多个光纤通话柱装置分别通过单方向或双方向的光纤分支连接到至少一个车站装置，并且具有用于连接区间通信终端设备的接口。
光纤通话柱装置包括用于EPON网络的ONU设备单元、IAD(综合接入设备)单元、各类通信接口、内置电池和控制单元等，可以完全替代铁路原有的区间通话柱。该控制单元由内置电池供电，并分别连接ONU设备单元和IAD单元，从而通过分光器接入光网络中。控制单元可以定时上报设备状态和电池电量等信息到中心装置的网管单元，不需要维护工程师现场检查。光纤通话柱装置可以定时启动和停止，也可以由中心装置的网管单元通过控制单元远程控制光纤通话柱装置的启动和停止。
光纤通话柱装置的一个重要特点是：由于铁路沿线没有电力支持，在正常情况下光纤通话柱装置处于深度睡眠状态，由内置电池供电，并由控制单元来定时唤醒、监测和检查设备各种状态，实时将数据上报给中心装置的网管单元，维护人员可远程确定现场的光纤通话柱装置是否处于可正常使用状态。若现场人员需要使用时，可通过手动启动，启动唤醒后光纤通话柱装置处于工作状态，之后可由人工、网管或由控制单元定时关闭，定时的时间间隔由网管单元设置。
光纤通话柱装置还具有内部电池电源接口、外部电池电源接口和交流电源接口。为了给该光纤通话柱装置提供长期、可靠的电源供应，本发明专门提供了一种基于电池的供电装置。如图2所示，该供电装置至少包括内置电池、外部电源接口、电源选择模块、断电控制模块、电压转换模块1(DC/DC)、电压转换模块2(DC/DC)、CPU模块和串口模块。其中，内置电池和外部电源接口为该供电装置的电源输入端，分别连接电源选择模块。该电源选择模块一方面连接断电控制模块，另一方面连接电压转换模块2。电压转换模块2分别与CPU模块和串口模块进行连接。该CPU模块分别与断电控制模块和串口模块进行双向的数据通信。断电控制模块与电压转换模块1进行连接，由电压转换模块1分别向目标设备1和目标设备2供电。串口模块分别与目标设备1和目标设备2进行数据通信，以便获得目标设备的状态信息。
需要说明的是，此处的目标设备1和目标设备2可以是上述的光纤通话柱装置，也可以是背景技术中提到的区间通话柱，还可以是其它的用电设备如通信基站等。因此，本供电装置并不限于给光纤通话柱装置供电，给其它有类似需求的用电设备供电也是完全可行的。另外，目标设备的数量也不限于本实施例中的两个。根据供电装置的供电能力和目标设备的用电量，其数量调整为一个或者多个都是可行的。
本供电装置的工作过程是这样的：
内置电池和外部电源经电源选择模块确定由何种电源为光纤通话柱装置供电。电源选择模块实现内置电池和外部电源的互斥选择，且外部电源的优先级高于内置电池，即当内置电池与外部电源同时可为供电装置供电时，供电装置的输入电源为外部电源。工程人员在现场使用、调试、检修光纤通话柱装置或者区间通话柱时，优选使用外部电源为目标设备供电。
当电源选择模块确定由内置电池为系统供电时，则输入电压经电源选择模块后，一路经断电控制模块、电压转换模块1向目标设备1和目标设备2输入符合电压要求的电压，实现正常的供电。另一路经电压转换模块2后，形成符合CPU模块和串口模块输入电压要求的输入电压，为CPU模块和串口模块供电。CPU模块通过向断电控制模块发送控制指令来实现向目标设备的间歇式供电，并从断电控制模块处采集内置电池的电池容量信息。CPU模块通过向串口模块发送控制指令来实现对串口模块工作情况的控制，使串口模块的工作时间同步于向目标设备供电的时间。另外，CPU模块经串口模块、目标设备2、传输网络建立与网管系统的通信连接，实现网管系统对目标设备供电情况的远程控制，间歇式、实时可调式地控制向目标设备的电量供给。
上述对目标设备的间歇式供电是这样实现的：CPU模块通过向断电控制模块发送控制指令，实现内置电池向目标设备供电的通断。同时，CPU模块通过向串口模块发送控制指令，实现对串口模块工作状态的控制。在默认状态下，设置CPU模块工作状态的定时切换，从而实现供电装置对目标设备的间歇式供电。
在内置电池供电的情况下，当CPU模块处于深度睡眠工作模式，且默认切换CPU模块工作状态的时间尚未到达时，有两种方式可以实现内部电池向目标设备的供电：(1)通过网管系统向CPU模块发送唤醒CPU模块的控制指令，从而实现CPU模块从深度睡眠工作模式向普通工作模式的转换；(2)由工程人员手动调节断电控制模块中的供电开关，实现内置电池向目标设备的供电。在经工程人员手动执行供电动作时，有两种供电方式可供选择：(1)由输入电源到目标设备的直传式供电；(2)由CPU模块检测供电方式选择信号，控制内置电池向目标设备供电。
当电源选择模块确定由外部电源为系统供电时，外部电源的输入电压经电源选择模块后，再经电压转换模块1进行电压转换，形成符合目标设备1和目标设备2输入电压要求的输入电压，从而为目标设备1、目标设备2供电。
本供电装置还可以实现对内置电池容量的实时检测。具体而言，CPU模块通过来自断电控制模块的取样电压，实现内置电池容量的实时检测，并将检测结果经串口模块、目标设备2、传输网络，送至网管系统。网管系统对内置电池的容量信息进行分析记录，并实时显示该容量信息。在内置电池的容量低于最低阈值时产生告警信息，提示工程人员及时更换电池。
在专为光纤通话柱装置供电的情况下，本供电装置中的CPU模块可以与光纤通话柱装置中的控制单元合二为一，从而进一步降低整个铁路区间宽带通信系统的成本。
上面对本发明所述的基于电池的供电装置及其供电控制方法进行了详细的说明，对于本技术领域的一般技术人员来说，再不背离本发明所属技术方案的精神和权利要求范围的情况下对它进行的各种显而易见的改变都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于电池的供电装置，其特征在于：
所述供电装置包括内置电池、外部电源接口、电源选择模块、断电控制模块、第一电压转换模块、第二电压转换模块、CPU模块和串口模块；其中，
所述内置电池和所述外部电源接口作为电源输入端，分别连接所述电源选择模块；
所述电源选择模块一方面连接所述断电控制模块，另一方面连接所述第二电压转换模块，所述第二电压转换模块分别与所述CPU模块和所述串口模块进行连接，所述CPU模块分别与所述断电控制模块和所述串口模块进行双向的数据通信；
所述断电控制模块与所述第一电压转换模块进行连接，由所述第一电压转换模块向目标设备供电。
2.如权利要求1所述的基于电池的供电装置，其特征在于：
所述电源选择模块实现内置电池和外部电源的互斥选择，且外部电源的优先级高于所述内置电池。
3.如权利要求1所述的基于电池的供电装置，其特征在于：
所述CPU模块经所述串口模块、所述目标设备、传输网络建立与网管系统的通信连接，实现所述网管系统对所述目标设备供电情况的远程控制。
4.如权利要求1所述的基于电池的供电装置，其特征在于：
所述目标设备为光纤通话柱装置。
5.如权利要求1所述的基于电池的供电装置，其特征在于：
所述目标设备为区间通话柱。
6.一种供电控制方法，基于如权利要求1所述的供电装置实现，其特征在于包括如下步骤：
(1)当电源选择模块确定使用内置电池时，输入电压的一路经断电控制模块、第一电压转换模块向目标设备供电，另一路经第二电压转换模块后为CPU模块和串口模块供电；
(2)所述CPU模块通过向所述断电控制模块发送控制指令，实现内置电池向目标设备供电的通断；同时，所述CPU模块通过向串口模块发送控制指令，实现对串口模块工作状态的控制；
(3)设置所述CPU模块工作状态的定时切换，实现所述供电装置对所述目标设备的间歇式供电。
7.如权利要求6所述的供电控制方法，其特征在于：
所述步骤(2)中，所述CPU模块向所述串口模块发送控制指令，使所述串口模块的工作时间同步于向所述目标设备供电的时间。
8.如权利要求6所述的供电控制方法，其特征在于：
所述步骤(3)中，当所述CPU模块处于深度睡眠工作模式，且默认切换所述CPU模块工作状态的时间尚未到达时，通过网管系统向所述CPU模块发送唤醒CPU模块的控制指令，实现所述CPU模块从深度睡眠工作模式向普通工作模式的转换。
9.如权利要求6所述的供电控制方法，其特征在于：
所述步骤(3)中，当所述CPU模块处于深度睡眠工作模式，且默认切换所述CPU模块工作状态的时间尚未到达时，手动调节所述断电控制模块中的供电开关，实现所述内置电池向所述目标设备的供电。
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