CN107872162B - 一种用于车载实验的综合电源管理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于车载实验的综合电源管理装置，包括外壳、显示模块、转换模块、接插件。其中，外壳包括壳体结构、柜门、前面板、左面板、右面板、后面板、内隔板；显示模块包括显示屏、指示灯、状态监测器；转换模块包括转换开关、逆变器、UPS；接插件包括航空插头、三孔插座。可用于长时间户外作业或长距离车载实验等无市电供应的情况，同时能够基本满足精密实验设备对电源的高质量要求。本发明重点是将逆变器、转换开关、UPS进行组合，将蓄电池的直流电转换为220V50Hz交流电输出，同时具有不切断交流输出更换蓄电池的功能、紧急情况短时供电功能，整套装置采用模块化设计，体积小成本低，便于推广与维护。

Description

一种用于车载实验的综合电源管理装置

技术领域

本发明涉及逆变电源技术领域，具体涉及一种用于车载实验的综合电源管理装置。

背景技术

为了验证精密设备的精度及可靠性等指标，一些精密设备在投入使用前需进行长距离的车载实验或长时间的户外实验，但多数户外场地或试验车通常无法直接提供交流电供给，需要加装额外设备来提供电力。传统车载供电方法大致分为两类，一种是采用蓄电池逆变供电，供电优质，但工作过程中不能更换蓄电池，无法满足长时间或长距离实验要求；一种采用小型汽油(柴油)发电机提供交流电，并可加油蓄电，但工作噪音大，不能提供优质交流电，无法满足一些精密实验设备对供电电源的高质量要求。因此，研制一种能够输出220V50Hz高质量正弦波交流电，可不切断交流输出更换蓄电池组，体积小成本低的试验车用逆变电源装置具有重要意义。

逆变器(Inverter)，是一种把直流电能(电池、蓄电池组)转变成交流电(多为220V50Hz正弦波)的电源转换装置。逆变器主要由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。其输出的交流电可用于各类设备，最大限度地满足外场车载实验等移动供电场所以及无电地区用户对交流电源的需要。

UPS(Uninterruptible Power System)，即不间断电源，是将蓄电池(多为铅酸免维护蓄电池)与主机相连接，通过主机模块电路将直流电转换成市电的系统设备。主要用于给计算机、精密实验设备或其它电力电子设备如电磁阀、压力变送器等提供稳定、不间断的电力供应。当市电输入正常时，UPS将市电稳压后供应给负载使用，此时的UPS就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断(事故停电)时，UPS立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220V交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏。UPS通常对电压过高或电压过低都能提供保护。

本发明的重点是将转换开关、逆变器、UPS进行组合，通过控制转换开关选择蓄电池组供能，通过逆变器将蓄电池输出的直流电转换为220V50Hz正弦波的交流电，通过UPS来稳定输出交流电的电压、频率和波形，同时确保紧急情况下短时间的电力输出，最终实现了一种能够输出220V50Hz高质量正弦波交流电，可不切断交流输出更换蓄电池组，紧急情况下可提供短时间电力输出，体积小成本低的试验车用逆变电源装置。

发明内容

本发明要解决的技术问题为：本发明针对长时间户外作业或长距离车载试验等无市电供应的情况以及一些精密实验设备对电源的高质量要求，为实验设备提供一种能够将蓄电池储备的直流电转换为电压频率稳定、波形准确完好的220V50Hz高质量正弦波交流电输出、可不切断交流输出更换能源电池、紧急情况可提供短时间电力输出、体积小成本低的可用于车载实验的综合电源管理装置。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：一种用于车载实验的综合电源管理装置，其主要结构包括外壳、显示模块、转换模块、接插件，其中：

外壳包括壳体结构、柜门、前面板、左面板、右面板、后面板、内隔板。其中，柜门与壳体结构铰接，前面板、左面板、右面板、后面板通过螺栓与壳体结构固定连接，内隔板通过螺栓固定安装在壳体结构内部；

显示模块包括显示屏、指示灯、状态监测器。其中，显示屏固定安装在前面板上方中央，用于显示系统各项状态；两个指示灯固定安装在显示屏两侧的前面板上，用于指示正在供电的蓄电池组；状态监测器固定安装在第一层内隔板上，用于监测系统各项状态；

转换模块包括转换开关、逆变器、UPS。其中，转换开关固定安装在显示屏下侧的前面板上，用于切换系统供电状态；逆变器固定安装在第二层内隔板上，用于完成DC-AC供电转换；UPS固定安装在第三层内隔板上，用于输出稳定高质量的交流电，并在紧急情况提供短时间电力保障；

接插件包括航空插头、三孔插座。其中，两个航空接插头固定安装在外壳的后面板上方，用于连接提供能源的蓄电池组；三孔插座固定安装在在外壳的后面板中部，用于实验设备连接用电；

进一步地，本发明所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其外壳柜门中部镂空并安装树脂玻璃，以便查看显示屏信息和设备运转状态；左面板、右面板、后面板底部均开散热孔以利设备散热；前面板、后面板、内隔板上均按照安装尺寸预留安装孔以便固定安装相应设备；

进一步地，本发明所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，显示模块的状态监测器可以监测系统电流、电压、功率、电池电量、运行时间等参数；显示屏可以显示系统电流、电压、功率、电池电量、运行时间等参数；指示灯为红色LED指示灯，以减少能量损耗；

进一步地，本发明所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其转换模块的转换开关采用1-0-2三挡两节开关，允许通过的最大电流为50A；逆变器采用直流24V输入，交流220V50Hz输出的纯正弦波逆变器，最大输出功率1000W，带有输入异常、输出过载报警功能；UPS的额定输出容量为3KVA，满负载情况下至少提供10分钟电力，半负载情况下至少提供15分钟电力，具有上电自动开机，输入异常报警功能；

进一步地，本发明所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其接插件的航空插头采用三芯快速卡扣式公插头，最大允许通过电流为50A；三孔插座允许通过的最大电流为10A；

进一步地，本发明所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其线缆允许通过的最大电流为50A；

进一步地，本发明所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其各个模块的具体连接关系如下：航空插头通过线缆与转换开关的输入端固定连接，转换开关的输出端通过线缆分别与状态监测器的输入端、逆变器的输入端固定连接，状态监测器的信号输出端分别通过线缆与显示屏的输入端和指示灯的输入端固定连接，逆变器的输出端通过线缆与UPS的输入端固定连接，UPS的输出端通过线缆与三孔插座固定连接，各设备接地端子分别与航空插头接地端子连接，航空插头接地端子与车体接地端子连接；

进一步地，本发明所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其操作方式如下：首先，确保转换开关置于0档位，将蓄电池组与本发明通过线缆固定连接好；然后，将转换开关转到1档位，1号指示灯亮，确认显示屏各项信息正常；最后，打开逆变器开关，UPS自动上电，三孔插座输出220V50Hz交流电；当一组蓄电池组电量用尽时，将转换开关转到2档位，重复上述操作；当系统发生故障时，将转换开关置于零位，此时，UPS将提供短时间电力，以便实验人员对实验数据进行保存，安全关闭实验设备。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明可为精密实验设备提供电压频率稳定、波形准确完好的220V50Hz高质量正弦波交流电输出；在一组蓄电池没电时，本发明可在不切断输出电力的情况下切换蓄电池继续供电，确保车载实验连续不间断；当遇到电力故障等紧急情况时，本发明可为实验设备提供短时间的电力供应，以便实验人员对实验数据进行保存，安全关闭实验设备；本发明采用模块化设计，体积小成本低，便于推广与维护。

附图说明

图1为本发明一种用于车载实验的综合电源管理装置的结构示意图；

图2为本发明一种用于车载实验的综合电源管理装置主视图；

图3为本发明一种用于车载实验的综合电源管理装置俯视图；

图4为本发明一种用于车载实验的综合电源管理装置后视图；

图5为本发明一种用于车载实验的综合电源管理装置的线缆连接示意图。

图中附图标记含义为：1为外壳，2为显示模块，3为转换模块，4为接插件，11为壳体结构，12为柜门，13为前面板，14为左面板，15为右面板，16为后面板，17为内隔板，21为显示屏，22为指示灯，23为状态监测器，31为转换开关，32为逆变器，33为UPS，41为航空插头，42为三孔插座。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式进一步说明本发明。

如图1-图4所示，本发明为一种用于车载实验的综合电源管理装置，其主要结构包括外壳1、显示模块2、转换模块3、接插件4。

外壳1包括壳体结构11、柜门12、前面板13、左面板14、右面板15、后面板16、内隔板17。其中，柜门12与壳体结构11铰接，前面板13、左面板14、右面板15、后面板16通过螺栓与壳体结构11固定连接，内隔板17通过螺栓固定安装在壳体结构11内部，且第一层距离壳体结构11顶部20cm，第二层距离第一层10cm，第三层距离第二层47cm；

显示模块2包括显示屏21、指示灯22、状态监测器23。其中，显示屏21固定安装在前面板13上方中央，用于显示系统各项状态；两个指示灯22固定安装在显示屏21两侧的前面板13上，用于指示正在供电的蓄电池组；状态监测器23固定安装在第一层内隔板17上，用于监测系统各项状态；

转换模块3包括转换开关31、逆变器32、UPS33。其中，转换开关31固定安装在显示屏21下侧的前面板13上，用于切换系统供电状态；逆变器32固定安装在第二层内隔板17上，用于完成DC-AC供电转换；UPS33固定安装在第三层内隔板17上，用于输出稳定高质量的交流电，并在紧急情况提供短时间电力保障；

接插件4包括航空插头41、三孔插座42。其中，两个航空插头41固定安装在外壳1的后面板16上方，用于连接提供能量的蓄电池组；三孔插座42固定安装在外壳1的后面板16中部，用于输出220V50Hz交流电；

进一步地，本发明所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其柜门12中部镂空并固定安装树脂玻璃，以便查看显示屏21显示的信息和各设备运转状态；左面板14、右面板15、后面板16底部均开有散热孔以利设备散热；前面板13、后面板16、内隔板17均按照安装尺寸预留安装孔以便固定安装相应设备；

进一步地，本发明所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其显示屏21可以显示系统电流、电压、功率、电池电量、运行时间等参数；其指示灯22为额定电压24VDC的红色LED指示灯，可减少能量消耗；其状态监测器23可以监测系统电流(0-100A)、电压(0-50VDC)、功率、电池电量、运行时间等参数；

进一步地，本发明所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其转换开关31采用1-0-2三挡两节开关，允许通过的最大电流为50A，按照双输入单输出的接线方式进行连接；其逆变器32采用直流24V输入，交流220V50Hz输出的纯正弦波逆变器，最大输出功率1000W，且带有输入异常、输出过载报警功能；UPS33的额定输出容量为3KVA，满负载情况下至少提供10分钟电力，半负载情况下至少提供15分钟电力，且具有上电自动开机，输入异常报警功能；

进一步地，本发明所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其航空插头41采用三芯快速卡扣式公插头，最大允许通过电流为50A；三孔插座42允许通过的最大电流为10A；

进一步地，本发明所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其线缆采用横截面积为10平方毫米的BV单芯铜线，且直流正极或交流火线采用红线，负极或零线采用蓝线进行连接，所有线缆使用绕线管进行缠绕保护以免磨损造成漏电；

进一步地，本发明所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其各模块具体连接关系如下：航空插头41通过线缆与转换开关31的输入端固定连接，转换开关31的输出端通过线缆分别与状态监测器23的输入端、逆变器32的输入端固定连接，状态监测器23的信号输出端分别通过线缆与显示屏21的输入端和指示灯22的输入端固定连接，逆变器32的输出端通过线缆与UPS33的输入端固定连接，UPS33的输出端通过线缆与三孔插座42固定连接，各设备接地端子分别与航空插头接地端子连接，航空插头接地端子与车体接地端子连接；

进一步地，本发明所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其操作方式如下：首先，确保转换开关31置于0档位，将蓄电池组与本发明通过线缆固定连接好；然后，将转换开关31转到“1”档位，1号指示灯22亮，确认显示屏21各项信息正常；最后，打开逆变器32开关，UPS33自动上电，三孔插座42输出220V50Hz交流电，将实验设备插头插入三孔插座即可正常使用；当一组蓄电池组电量用尽时，将转换开关31转到“2”档位，重复上述操作即可；当系统发生故障时，将转换开关31置于零位，此时，UPS33将提供短时间电力，可保证实验人员对实验数据进行保存，安全关闭实验设备。

本发明中涉及到的本领域公知技术未详细阐述。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (7)

1.一种用于车载实验的综合电源管理装置，其特征在于：包括外壳、显示模块、转换模块、接插件，其中：

外壳包括壳体结构、柜门、前面板、左面板、右面板、后面板、内隔板，其中，柜门与壳体结构铰接，前面板、左面板、右面板、后面板通过螺栓与壳体结构固定连接，内隔板通过螺栓固定安装在壳体结构内部；

显示模块包括显示屏、指示灯、状态监测器，其中，显示屏固定安装在前面板上方中央，用于显示系统各项状态；两个指示灯固定安装在显示屏两侧的前面板上，用于指示正在供电的蓄电池组；状态监测器固定安装在第一层内隔板上，用于监测系统各项状态；

转换模块包括转换开关、逆变器、UPS，其中，转换开关固定安装在显示屏下侧的前面板上，用于切换系统供电状态；逆变器固定安装在第二层内隔板上，用于完成DC-AC供电转换；UPS固定安装在第三层内隔板上，用于输出稳定高质量的交流电，并在紧急情况提供短时间电力保障；

接插件包括航空插头、三孔插座，其中，两个航空接插头固定安装在外壳的后面板上方，用于连接提供能源的蓄电池组；三孔插座固定安装在在外壳的后面板中部，用于实验设备连接用电；

其操作方式如下：首先，确保转换开关置于0档位，将蓄电池组与所述综合电源管理装置通过线缆固定连接好；然后，将转换开关转到1档位，1号指示灯亮，确认显示屏各项信息正常；最后，打开逆变器开关，UPS自动上电，三孔插座输出220V50Hz交流电；当一组蓄电池组电量用尽时，将转换开关转到2档位，重复上述操作；当系统发生故障时，将转换开关置于零位，此时，UPS将提供短时间电力，以便实验人员对实验数据进行保存，安全关闭实验设备。

2.根据权利要求1所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其特征在于：外壳柜门中部镂空并安装树脂玻璃，以便查看显示屏信息和设备运转状态；左面板、右面板、后面板底部均开散热孔以利设备散热；前面板、后面板、内隔板上均按照安装尺寸预留安装孔以便固定安装相应设备。

3.根据权利要求1所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其特征在于：显示模块的状态监测器可以监测系统电流、电压、功率、电池电量、运行时间参数；显示屏可以显示系统电流、电压、功率、电池电量、运行时间参数；电流范围0-100A、电压范围0-50VDC；指示灯为额定电压24VDC的红色LED指示灯，可减少能量消耗。

4.根据权利要求1所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其特征在于：转换模块的转换开关采用1-0-2三挡两节开关，允许通过的最大电流为50A；逆变器采用直流24V输入，交流220V50Hz输出的纯正弦波逆变器，最大输出功率1000W，且带有输入异常、输出过载报警功能；UPS的额定输出容量为3KVA，满负载情况下至少提供10分钟电力，半负载情况下至少提供15分钟电力，且具有上电自动开机，输入异常报警功能。

5.根据权利要求1所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其特征在于：接插件的航空插头采用三芯快速卡扣式公插头，最大允许通过电流为50A；三孔插座允许通过的最大电流为10A。

6.根据权利要求1所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其特征在于：航空插头通过线缆与转换开关的输入端固定连接，转换开关的输出端通过线缆分别与状态监测器的输入端、逆变器的输入端固定连接，状态监测器的信号输出端分别通过线缆与显示屏的输入端和指示灯的输入端固定连接，逆变器的输出端通过线缆与UPS的输入端固定连接，UPS的输出端通过线缆与三孔插座固定连接，各设备接地端子分别与航空插头接地端子连接，航空插头接地端子与车体接地端子连接。

7.根据权利要求6所述的一种用于车载实验的综合电源管理装置，其特征在于：线缆采用横截面积为10平方毫米的BV单芯铜线，且直流正极或交流火线采用红线，负极或零线采用蓝线进行连接，所有线缆使用绕线管进行缠绕保护以免磨损造成漏电。