CN204271899U - 模块化车载电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种模块化车载电源，其特征在于包括机箱，其特征在于机箱内设置控制管理模块、显控模块、交流充电模块、交流检测输入模块、直流充电模块、功能按键、DC24V输出模块、逆变输出模块、DC5V输出模块、DC12V输出模块以及DC24V输出模块：控制管理模块与显控模块、交流充电模块、交流检测输入模块、直流充电模块、DC24V输出模块、逆变输出模块、DC5V输出模块、DC24V输出模块以及设备电瓶同时连接；显控模块与功能按键连接；在交流充电模块的电流输入端接入交流检测输入模块。电源基于功能单元模块化的设计思想，每个单元模块具有自己独立的功能，功能模块之间通过专用通讯接口连接系统电源管理模块，控制管理模块实时采集和处理每个单元的工作状态信息。

Description

模块化车载电源

技术领域

本实用新型涉及车载电源，尤其是一种采用模块化结构，提高整机散热、电磁兼容和抗震动冲击能力的模块化车载电源。

背景技术

现有的车载电源多为电源适配器和电源转化器，将DC12V 或24V 直流电转换为和市电相同的AC220V 交流电，供一般电器使用，通常是把汽车点烟器提供的电源转换为适用于VCD、行车记录仪、电子狗等小功率设备使用，一般车内的点烟器保险为10A 或15A，使得车内可以使用的车载电源功率为120W 或180W，当使用超过180W 的大功率车载电源时容易使点烟器的保险烧掉，造成不必要的麻烦。

由于车内点烟器保险的限制，不能满足一些特种车辆，如通讯指挥车、应急救援车或是环境监测车等特种车辆上信息化设备的用电需要，同时还存在安装零散、不易安装、可靠性低、维修不方便、种类杂乱等缺点。

发明内容

本实用新型所要解决的就是现有车内利用点烟器作为车载电源，由于受到点烟器保险的限制，不能满足车辆信息化设备的用电需要，提供一种采用汽车底盘电源和外部交流电源作为供电电源，经直流转直流、交流换直流后对车载后备电瓶进行充电配电智能化管理，其结构采用模块化结构，散热、电磁兼容以及抗震动冲击能力好的模块化车载电源。

本实用新型的模块化车载电源，包括机箱，其特征在于机箱内设置控制管理模块、显控模块、交流充电模块、交流检测输入模块、直流充电模块、功能按键、DC24V输出模块、逆变输出模块、DC5V输出模块、DC12V输出模块以及DC24V输出模块，其中：

控制管理模块与显控模块、交流充电模块、交流检测输入模块、直流充电模块、DC24V输出模块、逆变输出模块、DC5V输出模块、DC24V输出模块以及设备电瓶同时连接；

显控模块与功能按键连接；

在交流充电模块的电流输入端接入交流检测输入模块。

控制管理模块为主控电路板，主控电路板由电源部分、控制部分、功率部分、温控部分、通讯部分组成，其中：

电源部分采用DC/DC变换加线性LDO器件，既能保证较低的损耗，又能保证较低的纹波。

控制部分采用Contex-M3架构的STM32F103处理器，保证了系统速度和可靠性，处理器主要负责信号采集，处理以及控制以及各模块的通讯功能，使整个系统实现了闭环控制。

功率部分采用集成智能功率开关器件，对车载电源的AC/DC、DC/DC、各路输出端口的电压和电流进行检测和保护，智能功率器件集成了过压，过流，超温以及短路保护，并且集成电流传感功能，不但降低了成本并且增加系统可靠性。

温控部分采用集成温度传感器DS18B20，温度范围-40℃~125℃，能够有效的控制散热系统的工作。

通讯部分的上位机接口采用RS485接口，内部总线采用CAN，扩展接口采用RS232，能够很好适应各种总线类型。

交流充电模块和直流充电模块分别用于实现交流（AC）转直流（DC）和直流（DC）转直流（DC）充电模式，其中DC/DC、AC/DC电模块各2只，通过汽车底盘电源和外接交流电源对车载电瓶进行串联充电。充电模块均采用铝壳和导热硅胶灌封的电源转换模块，在抗振动，冲击和高温、低温时都具有良好的工作特性。

显控模块是整个电路系统的重要组成部分，由OLED显示屏和显控电路组成，与主控电路板采用内部CAN总线连接，能够实现模块化车载电源的工作状态、报警提示信息的本地显示。

交流检测输入模块通过隔离变压器转换后整流采样，负责实施监控交流电源，并借助于管理控制软件实现交流优先充电的功能。

功能按键通过按钮控制电路与软件控制，实现模块化车载电源人机交换功能。

逆变输出模块采用纯正弦波逆变器与控制管理模块连接，把设备电瓶转换为交流电源输出。

DC5V输出模块和DC24V输出模块采用外接连接器，实现各DC输出电路的自动控制和管理。

所述的模块化车载电源，其特征在于机箱成立方体，由U形机壳、前面板、后面板及上盖组成，其中：显控模块、功能按键安装在前面板上；直流充电模块、交流充电模块、交流检测输入模块、控制管理模块安装在U形机壳的内部；DC5V输出模块、DC24V输出模块、逆变输出模块的输出端设置在机箱后面板上；前面板及后面板固定于U形机壳上，顶部安装上盖。

模块化车载电源的机箱采用开放式的U形形状进行设计，为生产过程中布线、装配提供足够的操作空间，同时U形机壳作为模块化车载电源的内外热交换的主要器件，采用热导率良好的铝材经阳极氧化发黑、导电氧化处理加工而成，确保机箱具有良好的散热特性和整体良好的导电特性。同时在U形机壳的底部设置卡扣形的脚垫，来满足与减振器安装的配合。

所述的管理控制模块还与远控开关和上位机连接，上位机端口与远控开关端口设置在后面板上。

所述U形机壳左右两侧设置散热面，散热面采用翅片式散热器,并设置凹陷风口式把手,散热面及U形机壳底部开有阵列式通风孔;后面板上设有换气风扇。

因模块化车载电源是功率型设备，内部装有大功率的发热器件，如何把内部的热量传递到箱体外，改善箱体内部温度环境，使车载电源更好地满足可靠性使用要求，是结构设计中的一个技术难点。车载电源通过传导、自然对流和强迫风冷三种散热形式的混合方式来实现散热设计。

模块化车载电源由设备电瓶作为供电电源，可通过交流或直流充电单元，连接外部交流电源、汽车底盘电源（汽车发动机或汽车电瓶）对设备电瓶充电，维持设备电瓶的电能。在汽车运行状态下、汽车底盘电源对设备电瓶进行浮充充电，并为车载设备提供DC12、DC24V电源；同时，可根据需要配置DC5V或逆变电源。当汽车停止运行且汽车底盘电源电压低于预定值时，车载电源通过设备电瓶对车载设备提供所需的DC12V、DC24V、DC5V或逆变交流电源，在设备电瓶电压低于预定值时，且有外部交流电源接入时，车载电源通过AC/DC转换对设备电瓶进行充电，保证设备电瓶能对车载设备进行持续供电。

本实用新型的模块化车载电源，内部的各组装器件均按照相对独立的模块化结构进行设计，各功能模块的结构满足产品层级和相对独立装配的结构要求，各功能模块在进行整机装配之前，均可以组装成独立的结构体。该电源基于功能单元模块化的设计思想，每一个功能单元模块具有自己独立的功能，功能模块之间通过专用通讯接口连接系统电源管理模块，整个电源系统在电源管理模块的统一管理和控制下工作，电源管理模块实时采集和处理每一个功能单元的工作状态信息。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图；

图2为本实用新型的结构示意图；

图3为本实用新型的立体图；

图4为本实用新型侧视图；

图5为本实用新型后面板的结构示意图。

其中，其中：U形机壳1，直流充电模块2，控制管理模块3，DC24V输出模块4，上盖5，逆变输出模块6，DC5V输出模块7，DC12V输出模块8，后面板9，换气风扇10，状态指示灯11，功能按键12，前面板13，交流充电模块14，显控模块15。

具体实施方式

实施例1：本实用新型的模块化车载电源，包括机箱，其特征在于机箱内设置控制管理模块3、显控模块15、交流充电模块14、交流检测输入模块、直流充电模块2、功能按键12、DC24V输出模块4、逆变输出模块6、DC5V输出模块7、DC12V输出模块8以及DC24V输出模块4，其中：

控制管理模块3与显控模块15、交流充电模块14、交流检测输入模块、直流充电模块2、DC24V输出模块4、逆变输出模块6、DC5V输出模块7、DC24V输出模块4以及设备电瓶同时连接；

显控模块15与功能按键12连接；

在交流充电模块14的电流输入端接入交流检测输入模块。

控制管理模块3为主控电路板，主控电路板由电源部分、控制部分、功率部分、温控部分、通讯部分组成，其中：

电源部分采用DC/DC变换加线性LDO器件，既能保证较低的损耗，又能保证较低的纹波。

控制部分采用Contex-M3架构的STM32F103处理器，保证了系统速度和可靠性，处理器主要负责信号采集，处理以及控制以及各模块的通讯功能，使整个系统实现了闭环控制。

功率部分采用集成智能功率开关器件，对车载电源的AC/DC、DC/DC、各路输出端口的电压和电流进行检测和保护，智能功率器件集成了过压，过流，超温以及短路保护，并且集成电流传感功能，不但降低了成本并且增加系统可靠性。

温控部分采用集成温度传感器DS18B20，温度范围-40℃~125℃，能够有效的控制散热系统的工作。

通讯部分的上位机接口采用RS485接口，内部总线采用CAN，扩展接口采用RS232，能够很好适应各种总线类型。

交流充电模块14和直流充电模块2分别用于实现交流（AC）转直流（DC）和直流（DC）转直流（DC）充电模式，其中DC/DC、AC/DC电模块各2只，通过汽车底盘电源和外接交流电源对车载电瓶进行串联充电。充电模块均采用铝壳和导热硅胶灌封的电源转换模块，在抗振动，冲击和高温、低温时都具有良好的工作特性。

显控模块15是整个电路系统的重要组成部分，由OLED显示屏和显控电路组成，与主控电路板采用内部CAN总线连接，能够实现模块化车载电源的工作状态、报警提示信息的本地显示。

交流检测输入模块通过隔离变压器转换后整流采样，负责实施监控交流电源，并借助于管理控制软件实现交流优先充电的功能。

功能按键12通过按钮控制电路与软件控制，实现模块化车载电源人机交换功能。

逆变输出模块6采用纯正弦波逆变器与控制管理模块3连接，把设备电瓶转换为交流电源输出。

DC5V输出模块7和DC24V输出模块4采用外接连接器，实现各DC输出电路的自动控制和管理。

所述的模块化车载电源，其特征在于机箱成立方体，由U形机壳1、前面板13、后面板9及上盖5组成，其中：显控模块15、功能按键12安装在前面板13上；直流充电模块2、交流充电模块14、交流检测输入模块、控制管理模块3安装在U形机壳1的内部；DC5V输出模块7、DC24V输出模块4、逆变输出模块6的输出端设置在机箱后面板9上；前面板13及后面板9固定于U形机壳1上，顶部安装上盖5。

所述的管理控制模块还与远控开关和上位机连接，上位机端口与远控开关端口设置在后面板9上。

所述U形机壳1左右两侧设置散热面，散热面采用翅片式散热器,并设置凹陷风口式把手,散热面及U形机壳1底部开有阵列式通风孔;后面板9上设有换气风扇10。

Claims (4)

1.模块化车载电源，包括机箱，其特征在于机箱内设置控制管理模块（3）、显控模块（15）、交流充电模块（14）、交流检测输入模块、直流充电模块（2）、功能按键（12）、DC24V输出模块（4）、逆变输出模块(6)、DC5V输出模块(7)、DC12V输出模块(8)以及DC24V输出模块(4)，其中：

控制管理模块(3)与显控模块(15)、交流充电模块(14)、交流检测输入模块、直流充电模块(2)、DC24V输出模块(4)、逆变输出模块(6)、DC5V输出模块(7)、DC24V输出模块(4)以及设备电瓶同时连接；

显控模块（15）与功能按键(12)连接；

在交流充电模块(14)的电流输入端接入交流检测输入模块。

2.如权利要求1所述的模块化车载电源，其特征在于机箱成立方体，由U形机壳(1)、前面板(13)、后面板(9)及上盖(5)组成，其中：显控模块(15)、功能按键(12)安装在前面板(13)上；直流充电模块(2)、交流充电模块(14)、交流检测输入模块、控制管理模块(3)安装在U形机壳(1)的内部；DC5V输出模块(7)、DC24V输出模块（4）、逆变输出模块（6）的输出端设置在机箱后面板（9）上；前面板（13）及后面板（9）固定于U形机壳（1）上，顶部安装上盖（5）。

3.如权利要求1所述的模块化车载电源，其特征在于所述的控制管理模块还与远控开关和上位机连接，上位机端口与远控开关端口设置在后面板（9）上。

4.如权利要求1所述的模块化车载电源，其特征在于所述U形机壳（1）左右两侧设置散热面，散热面采用翅片式散热器,并设置凹陷风口式把手,散热面及U形机壳（1）底部开有阵列式通风孔;后面板（9）上设有换气风扇（10）。