CN110556911A - 一种监测轨道车蓄电池寿命的通用ups稳压电源 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源。所述通用UPS稳压电源包括：浮动连接器插头、锂电池、滤波器、万能转换开关、断路器、船型开关、保险丝、蜂鸣器、显示板以及主控板均设于不间断电源UPS机箱机构的内部；浮动连接器插头分别与主控板以及船型开关相连接；主控板分别与锂电池、显示板、断路器以及万能转换开关相连接；UPS稳压电源的三个输入电源为轨道车电源、内置锂电池及外接蓄电池，主控板电源切换电路可根据电压和优先级实现对输入电源的无缝切换，避免出现电压跌落情况，以免影响负载设备的正常运行；同时，能够实时监测蓄电池运行状态，估计内阻值，进而估算蓄电池的剩余寿命。

Description

一种监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源
技术领域
本发明涉及UPS稳压电源领域，特别是涉及一种监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源。
背景技术
随着铁路事业的高速发展，轨道车越显重要，受限于轨道车的工作环境，车上直流电源存在电压尖峰、电压瞬变、电压跌落等问题，为了提高轨道车上直流电源的质量，以及防止突然掉电影响监控设备的运行，采用串接UPS稳压电源对轨道车运行监控设备进行供电。
目前针对蓄电池的检测主要是内阻和有效容量，内阻的检测主要采用蓄电池的内阻检测仪，大都采用直流放电法或交流注入法进行实现，需要人工介入操作，且该检测仪相对蓄电池的价格来说比较昂贵；有效容量的检测主要是以恒定电流对蓄电池进行放电，通过放电时间计算蓄电池的有效容量，需要人工介入操作，易引起误操作，且放电时间周期长，检测次数很少。
轨道车蓄电池作为不间断电源(Uninterruptible Power System/Uninterruptible Power Supply，UPS)的1路输入电源，会随着使用年限增加，容量下降，寿命减小，由于人力成本和设备成本等因素，很少轨道车上能配备蓄电池的检测仪器，且不能实时进行监测轨道车蓄电池的寿命状态，导致轨道车车上人员对蓄电池的运行状态不了解，存在运行作业过程中出现蓄电池损害的隐患，影响作业效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源，以解决不能对轨道车蓄电池的寿命进行实时监测的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源，包括：不间断电源UPS机箱机构、浮动连接器插头、锂电池、滤波器、万能转换开关、断路器、船型开关、保险丝、蜂鸣器、显示板以及主控板；
所述浮动连接器插头、所述锂电池、所述滤波器、所述万能转换开关、所述断路器、所述船型开关、所述保险丝、所述蜂鸣器、所述显示板以及所述主控板均设于所述不间断电源UPS机箱机构的内部；
所述浮动连接器插头分别与所述主控板、所述断路器以及所述船型开关相连接；所述主控板分别与所述锂电池、所述显示板、所述断路器以及所述万能转换开关相连接；
所述滤波器分别与所述万能转换开关以及所述保险丝相连接；所述断路器与所述万能转换开关相连接；所述显示板与所述蜂鸣器相连接；UPS稳压电源通过所述浮动连接器对外进行电源和信号交互；输入电源经所述船型开关后分成两路，当所述船型开关的状态为“开”时，输入电源经所述保险丝以及所述滤波器后到所述万能转换开关，并当所述万能转换开关的状态为“正常”时，所述输入电源输入至所述主控板；当所述船型开关的状态为“关”时，所述输入电源输入至所述万能转换开关，并当所述万能转换开关的状态为“隔离”时，所述输入电源经所述断路器后，接入所述浮动连接器直接对外输出；所述输入电源为UPS的主输入电源，即为轨道车上的直流电源。
可选的，所述主控板通过无缝切换电路对3路输入电源进行管理，分成4路输出，分别为轨道车运行控制设备GYK、轨道车远程维护监测系统GMS、应答器信息传输模块BTM以及电磁阀供电；同时产生两路直流电源DC5V电源，经直流转直流电源DC/DC隔离，向数字电路供电；经非隔离DC/DC向模拟电路供电。
可选的，所述浮动连接器包括金属盲插定位销，所述浮动连接器用于UPS稳压电源及信号的输入输出。
可选的，所述万能转换开关用于切换UPS稳压电源的“隔离”状态或“正常”状态；
当所述万能转换开关切换UPS稳压电源为“隔离”状态时，输入电源直接输出；当所述万能转换开关切换UPS稳压电源为“正常”状态时，输入电源经滤波器滤波后输入至所述主控板。
可选的，所述锂电池用为内置备用电源，额定电压为DC22.2V，标称容量为13.2Ah。
可选的，所述滤波器用于对输入电源进行电磁兼容性EMC滤波。
可选的，所述船型开关用于切换所述输入电源，并辅助所述万能转换开关转换UPS稳压电源的“隔离”状态和“正常”状态。
根据权利要求1所述的监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源，其特征在于，所述保险丝用于对所述输入电源的过流保护；所述断路器用于输出电源的过流保护。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供一种监测轨道车蓄电池寿命状态的通用UPS稳压电源，UPS稳压电源的三个输入电源为轨道车电源、内置锂电池及外接蓄电池，主控板电源切换电路可根据电压和优先级实现对输入电源的无缝切换，避免出现电压跌落情况，以免影响负载设备的正常运行；同时，能够实时监测蓄电池运行状态，估计内阻值，进而估算蓄电池的剩余寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源的内部连接示意图；
图2为本发明所提供的主控板10原理框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源，能够实时监测蓄电池运行状态，估算蓄电池的剩余寿命，实现断电完全无缝切换。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源的内部连接示意图，如图1所示，一种监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源，包括：不间断电源UPS机箱机构、浮动连接器插头1、锂电池2、滤波器3、万能转换开关4、断路器5、船型开关6、保险丝7、蜂鸣器8、显示板9以及主控板10；所述浮动连接器插头1、所述锂电池2、所述滤波器3、所述万能转换开关4、所述断路器5、所述船型开关6、所述保险丝7、所述蜂鸣器8、所述显示板9以及所述主控板10通过螺丝或卡扣固定到设于所述不间断电源UPS机箱机构的内部；所述浮动连接器插头1分别与所述主控板10、所述断路器5以及所述船型开关6相连接；所述主控板10分别与所述锂电池2、所述显示板9、所述断路器5以及所述万能转换开关4相连接；所述滤波器3分别与所述万能转换开关4以及所述保险丝7相连接；所述断路器5与所述万能转换开关4相连接；所述显示板9与所述蜂鸣器8相连接；UPS稳压电源通过所述浮动连接器对外进行电源和信号交互；输入电源经所述船型开关6后分成两路，当所述船型开关6的状态为“开”时，输入电源经所述保险丝7以及所述滤波器3后到所述万能转换开关4，并当所述万能转换开关4的状态为“正常”时，所述输入电源输入至所述主控板10；当所述船型开关6的状态为“关”时，所述输入电源输入至所述万能转换开关4，并当所述万能转换开关4的状态为“隔离”时，所述输入电源经所述断路器5后，接入所述浮动连接器直接对外输出；所述输入电源为UPS的主输入电源，即为轨道车上的直流电源。
锂电池2接到主控板10的1路输入接口；外部的蓄电池通过浮动连接器接到主控板10的另1路输入接口；主控板10的电源输出经断路器5后引到浮动连接器；主控板10与显示板9通过排线连接，通用串行总线(Universal Serial Bus，USB)信号和蜂鸣器8通过显示板9接到主控板10。
浮动连接器用于UPS稳压电源及信号的输入输出，该连接器具备金属盲插定位销，插头和插座都是浮动校准定位，可实现UPS稳压电源在集成式机柜中盲插对准，方便进行安装。
万能转换开关4用于切换UPS的“隔离”或“正常”状态，隔离时相当于旁路UPS，输入电源直接输出，正常时输入电源经UPS滤波后提供给主控板10。UPS故障时可打到“隔离”，输入电源可以绕过UPS直接给外部设备供电，避免影响设备的正常运行。
锂电池2用作内置备用电源，额定电压为DC22.2V，标称容量为13.2Ah，可坚持带载不小于10s，UPS根据采集锂电池2的电压值判断是否对其进行充电处理，不需人员参与。
滤波器3实现对输入电源的电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility，EMC)滤波，减少干扰串入主控板10，抑制和泄放雷击浪涌干扰中的大电流流入到后端电路，主控板10上瞬态抑制二极管(TransientVoltage Suppressor，TVS)管用于保护后级电路免受瞬间脉冲干扰，同时还可以吸收雷击浪涌干扰存在的过高残压，可以将残压钳位在后端电路可以容忍的范围内。
船型开关6用于切换输入电源，配合万能转换开关4实现UPS稳压电源的“隔离”和“正常”状态。
保险丝7用于对输入电源的过流保护，断路器5用于输出电源的过流保护。
USB实现数据转储，可把UPS的运行记录导出，以便对UPS的运行状态进行分析。
蜂鸣器8实现故障时声报警功能，提示UPS的状态。
显示板9采用发光二极管(Light Emitting Diode，LED)指示UPS的状态，包含输入电源状态、输入过欠压状态、输出电源状态、锂电池2电量状态、锂电池2充电状态等，方便进行调试和维护。
主控板10是UPS稳压电源的核心部分，通过无缝切换电路对3路输入电源进行管理，然后分成4路输出分别给轨道车运行控制设备(RailwayVehicle Operation ControlEquipment，GYK)、轨道车远程维护监测系统(GYKRemote Maintenance MonitoringSystem，GMS)、应答器信息传输模块(Balise TransmissionModule，BTM)、电磁阀供电，同时产生两路DC5V电源，经直流转直流(Direct Current/Direct Current，DC/DC)隔离产生一路DC5V电源给数字电路使用，经非隔离直流转直流电源DC/DC产生另一路DC5V电源给模拟电路使用，微控制单元(MicrocontrollerUnit，MCU)主要负责电压电流数据的采集、记录，时钟管理，与GYK通信及输出控制等，图2为本发明所提供的主控板10原理框图，如图2所示。
主控板10具备输入电源的过欠压保护，可限制输入电压的范围，以保护后级电路；具备锂电池2和蓄电池的接入控制和反接保护；具备输入电源和输出电源的电流电压监测，可实时监测电源状态；具备锂电池2的充电管理功能，可实现恒流充电，并可调节最大充电电流，最大充电电压设置为DC24.8V，最大充电电流可达2A；具备输入电源切换电路，可实现无缝切换，MCU可隔离检测3路输入电源的连接状态；具备2路隔离RS422总线，可现实与GYK和GMS进行通信；具备温度检测功能，用于检测散热片和电源模块附件温度；具备USB接口电路，可进行过流保护和静电防护；具备非易失性内存FLASH存储电路，用于存储采集的数据和工作状态数据；具备实时时钟电路，可通过与GYK通信获取时间进行校时；具备调试接口电路，可进行串行调试接口(SerialWire Debug，SWD)仿真调试和串口打印数据。
UPS的三个输入电源为轨道车直流电源、内置锂电池2及外接蓄电池，主控板10电源切换电路可根据电压和优先级实现对输入电源的无缝切换，避免出现电压跌落情况，以免影响负载设备的正常运行。
蓄电池状态的重要标志之一就是它的内阻。无乱是蓄电池即将失效、容量不足或是充放电不当，都能从它的内阻变化中体现出来，蓄电池的内阻值随蓄电池的性能下降而升高。
UPS稳压电源外接蓄电池时，主控板10会实时监测蓄电池的运行状态，包含采集蓄电池的端电压和放电电流，再通过浮充电压估计蓄电池的内阻，根据长时间记录运行状态数据，分析内阻变化趋势，粗略预测蓄电池的剩余寿命，通过RS422总线将信息发送给轨道车运行控制设备进行显示，以提醒管理人员蓄电池电量低需进行充电，以及何时需更换蓄电池，以免影响作业效率。
UPS稳压电源电压输入范围为DC18V～DC36V，2路稳压DC24V输出，2路非稳压输出，输出电压范围为DC18V～DC36V，总体输出功率可达300W。
UPS稳压电源机箱结构高度为2U，即：88.9mm，在集成式机柜中可通过把手和导轨方便的对UPS稳压电源进行抽出或插入操作，UPS稳压电源故障时可快速的进行整体更换，减少维修时间，提高可靠性。
UPS稳压电源针对分布式设备集成式机柜安装，带载接口通用可同时对接多个分布式设备，改变以往每个分布式设备需配备一个UPS板卡或独立UPS稳压电源的方式，减小UPS稳压电源所占用的空间，并减少成本。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源，其特征在于，包括：不间断电源UPS机箱机构、浮动连接器插头、锂电池、滤波器、万能转换开关、断路器、船型开关、保险丝、蜂鸣器、显示板以及主控板；
所述浮动连接器插头、所述锂电池、所述滤波器、所述万能转换开关、所述断路器、所述船型开关、所述保险丝、所述蜂鸣器、所述显示板以及所述主控板均设于所述不间断电源UPS机箱机构的内部；
所述浮动连接器插头分别与所述主控板、所述断路器以及所述船型开关相连接；所述主控板分别与所述锂电池、所述显示板、所述断路器以及所述万能转换开关相连接；
所述滤波器分别与所述万能转换开关以及所述保险丝相连接；所述断路器与所述万能转换开关相连接；所述显示板与所述蜂鸣器相连接；UPS稳压电源通过所述浮动连接器对外进行电源和信号交互；输入电源经所述船型开关后分成两路，当所述船型开关的状态为“开”时，输入电源经所述保险丝以及所述滤波器后到所述万能转换开关，并当所述万能转换开关的状态为“正常”时，所述输入电源输入至所述主控板；当所述船型开关的状态为“关”时，所述输入电源输入至所述万能转换开关，并当所述万能转换开关的状态为“隔离”时，所述输入电源经所述断路器后，接入所述浮动连接器直接对外输出；所述输入电源为UPS的主输入电源，即为轨道车上的直流电源。
2.根据权利要求1所述的监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源，其特征在于，所述主控板通过无缝切换电路对3路输入电源进行管理，分成4路输出，分别为轨道车运行控制设备GYK、轨道车远程维护监测系统GMS、应答器信息传输模块BTM以及电磁阀供电；同时产生两路直流电源DC5V电源，经直流转直流电源DC/DC隔离，向数字电路供电；经非隔离DC/DC向模拟电路供电。
3.根据权利要求1所述的监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源，其特征在于，所述浮动连接器包括金属盲插定位销，所述浮动连接器用于UPS稳压电源及信号的输入输出。
4.根据权利要求1所述的监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源，其特征在于，所述万能转换开关用于切换UPS稳压电源的“隔离”状态或“正常”状态；
当所述万能转换开关切换UPS稳压电源为“隔离”状态时，输入电源直接输出；当所述万能转换开关切换UPS稳压电源为“正常”状态时，输入电源经滤波器滤波后输入至所述主控板。
5.根据权利要求1所述的监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源，其特征在于，所述锂电池用为内置备用电源，额定电压为DC22.2V，标称容量为13.2Ah。
6.根据权利要求1所述的监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源，其特征在于，所述滤波器用于对输入电源进行电磁兼容性EMC滤波。
7.根据权利要求1所述的监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源，其特征在于，所述船型开关用于切换所述输入电源，并辅助所述万能转换开关转换UPS稳压电源的“隔离”状态和“正常”状态。
8.根据权利要求1所述的监测轨道车蓄电池寿命的通用UPS稳压电源，其特征在于，所述保险丝用于对所述输入电源的过流保护；所述断路器用于输出电源的过流保护。
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