CN212784820U - 一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统，属于蓄电池供电优化技术领域，包含反激式开关电源、充电控制电路、车载蓄电池、电压转换电路和放电控制模块，所述反激式开关电源通过充电控制电路连接车载蓄电池，所述反激式开关电源包含EMI滤波模块、AC/DC转换装置、高频变压器以及环路补偿模块；所述EMI滤波模块通过AC/DC转换装置连接高频变压器，所述环路补偿模块分别与高频变压器的输出端和AC/DC转换装置的输入端连接；所述车载蓄电池通过电压转换电路和放电控制电路连接；本实用新型通过对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命。

Description

一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统

技术领域

本实用新型属于智能监控领域，尤其涉及一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统。

背景技术

蓄电池被广泛应用于多种工业领域和人们的日常生活当中，其使用寿命与欠充、过充以及过放密切相关。如何有效保证和提高蓄电池的使用寿命是蓄电池管理系统设计中急需解决的问题。

蓄电池管理系统的设计主要从充电和放电两个方面进行，不同的应用场景所采取的充放电控制策略也各有侧重。目前，充电策略主要采用三段式充电，研究较热的主要是脉冲充电，旨在避免蓄电池欠充与过充；放电策略主要采用设置门限电压的方式，旨在避免蓄电池过放。

开关电源以小型、轻量和高效率等特点被广泛应用于几乎所有的电子设备，是当今电子信息产业飞速发展不可缺少的一种电源方式。原边反馈开关电源因省去光耦加TL431的结构，节省了系统板上的空间，降低了成本并且提高了系统的可靠性，在电源管理中得以快速发展并广泛应用。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对背景的不足提供了一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统，通过对蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案

一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统，包含反激式开关电源、充电控制电路、车载蓄电池、电压转换电路和放电控制模块，所述反激式开关电源通过充电控制电路连接车载蓄电池，所述车载蓄电池通过电压转换电路和放电控制电路连接；

所述反激式开关电源包含EMI滤波模块、AC/DC转换装置、高频变压器以及环路补偿模块；所述EMI滤波模块通过AC/DC转换装置连接高频变压器，所述环路补偿模块分别与高频变压器的输出端和AC/DC转换装置的输入端连接；

所述放电控制模块包含熔断器、真空继电器、DC/DC变换器、PWM整流器、交流滤波器、隔离变压器、断路器、端电压检测模块、放电电流检测模块和微处理器模块；

所述车载蓄电池分别通过熔断器、真空继电器连接DC/DC变换器，所述DC/DC变换器与PWM整流器连接，所述PWM整流器依次经过交流滤波器、隔离变压器连接断路器，所述微控制器模块分别与DC/DC变换器与PWM整流器连接，所述端电压检测模块、放电电流检测模块分别与微控制器模块连接。

作为本实用新型一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统的进一步优选方案，所述充电控制电路包含信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。

作为本实用新型一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统的进一步优选方案，所述EMI滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻；所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成，用于消除回路差分电流；所述X电容并接在共模电感两侧，用于消除差模干扰；所述Y电容跨接在输出端且串联中点接地，用于抑制共模干扰；所述泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。

作为本实用新型一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统的进一步优选方案，所述PWM整流器的芯片型号为IR4427。

作为本实用新型一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统的进一步优选方案，所述放电电流检测模块采用霍尔传感器。

作为本实用新型一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统的进一步优选方案，所述隔离变压器包含光耦U1、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和三极管V1，光耦U1的IN1输入端上通过第一电阻连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接光耦U1的+12V电压端，光耦U1的正极输出端通过第三电阻连接三极管V1的集电极，光耦U1的负极输出端连接第四电阻的一端和第五电阻的一端，第四电阻的另一端连接三极管V1的基极，第五电阻的另一端连接三极管V1的发射极。

作为本实用新型一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统的进一步优选方案，还包含一信号调理电路，所述端电压检测模块、放电电流检测模块分别通过信号调理电路与微控制器模块连接，所述信号调理电路包含放大电路和双运放带通滤波器，所述放大电路由OPA277运算放大器及电阻电容组成，所述双运带通滤波器由2个OPA277运算放大器组成。

作为本实用新型一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统的进一步优选方案，所述微控制器模块的芯片型号为DSP-TMS320F2812PGFA。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本实用新型通过对供电蓄电池工作过程中电压和电流的变化进行分析，合理控制蓄电池的工作进程，从而保证和提高了蓄电池的循环使用寿命；

2、本实用新型的AC-DC转换装置省去了外部启动电路，大大降低启动部分的功耗；本实用新型采用合封三极管实现启动，待机功耗低，速度快，本实用新型采用合封技术，无需高压工艺，易于实现、节约成本；本实用新型当输出短路时，系统自动进入固定频率模式，提高稳定性；

3、本实用新型的EMI滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻，可以有效滤除电网中的共模与差模干扰，所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成，用于消除回路差分电流；X电容并接在共模电感两侧，用于消除差模干扰；Y电容跨接在输出端且串联中点接地，用于抑制共模干扰；泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。

附图说明

图1是本实用新型整体系统的结构原理图；

图2是本实用新型悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统反激式开关电源的结构原理图；

图3是本实用新型悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统放电控制模块的结构原理图；

图4是本实用新型充电控制电路电路图；

图5是本实用新型隔离变压器电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统，如图1所示，包含反激式开关电源、充电控制电路、车载蓄电池、电压转换电路和放电控制模块，所述反激式开关电源通过充电控制电路连接车载蓄电池，所述车载蓄电池通过电压转换电路和放电控制电路连接；

如图2所示，所述反激式开关电源包含EMI滤波模块、AC/DC转换装置、高频变压器以及环路补偿模块；所述EMI滤波模块通过AC/DC转换装置连接高频变压器，所述环路补偿模块分别与高频变压器的输出端和AC/DC转换装置的输入端连接；

如图3所示，所述放电控制模块包含熔断器、真空继电器、DC/DC变换器、PWM整流器、交流滤波器、隔离变压器、断路器、端电压检测模块、放电电流检测模块和微处理器模块；

所述车载蓄电池分别通过熔断器、真空继电器连接DC/DC变换器，所述DC/DC变换器与PWM整流器连接，所述PWM整流器依次经过交流滤波器、隔离变压器连接断路器，所述微控制器模块分别与DC/DC变换器与PWM整流器连接，所述端电压检测模块、放电电流检测模块分别与微控制器模块连接。

如图4所示，所述充电控制电路包含信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。

所述EMI滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻；所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成，用于消除回路差分电流；所述X电容并接在共模电感两侧，用于消除差模干扰；所述Y电容跨接在输出端且串联中点接地，用于抑制共模干扰；所述泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。

所述PWM整流器的芯片型号为IR4427。所述放电电流检测模块采用霍尔传感器。

如图5所示，所述隔离变压器包含光耦U1、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和三极管V1，光耦U1的IN1输入端上通过第一电阻连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接光耦U1的+12V电压端，光耦U1的正极输出端通过第三电阻连接三极管V1的集电极，光耦U1的负极输出端连接第四电阻的一端和第五电阻的一端，第四电阻的另一端连接三极管V1的基极，第五电阻的另一端连接三极管V1的发射极。

还包含一信号调理电路，所述端电压检测模块、放电电流检测模块分别通过信号调理电路与微控制器模块连接，所述信号调理电路包含放大电路和双运放带通滤波器，所述放大电路由OPA277运算放大器及电阻电容组成，所述双运带通滤波器由2个OPA277运算放大器组成。

微控制器模块主要负责对DC/DC电路、PWM整流器进行相关控制，采集传感器的相关信号。DC/DC变换器的主要作用是将外部被试直流电源的直流电压转变到系统运行要求的值域范围内，此外将对输入功率进行调节和控制，DC/DC变换器前端设计的熔断器和真空继电器是为了提高系统的可靠性；PWM整流器则将DC/DC变换器输出的稳定直流电压逆变为三相交流电压；隔离变压器实现蓄电池放电与电网的隔离，提高试验系统的安全性能，保障操作者的人身安全，提高蓄电池放电对被试电源的适应性。隔离变压器与交流电网之间的滤波器和断路器则是为了滤除PWM整流器工作产生的高频谐波污染和在需要时将蓄电池放电从电网中完全切除。

电压检测模块即电压传感器板用于蓄电池电压和中间电压的检测，同时完成与其他传感器的接口。电压反馈采用LV25-P。测量蓄电池电压：按220 V/10 mA设计，输出关系200 V-25 mA；测量中间直流环节电压：按400 V/10 mA设计，输出关系400 V-25 mA。在F2812控制板中，对应的采样电阻降电流变换为3 V电压，电阻大小为120.0 Ω。F2812控制板上的采样电阻应为精度在0.5％以上的高精度电阻，其最大功耗为25 mA×3 V＝0.075W，所以可采用0.5 W电阻。

微控制器模块硬件设计采用DSP-TMS320F2812PGFA为核心，实现反馈信号的处理、A/D转换、DC/DC变换器和PWM整流器控制脉冲的产生、系统运行状态的监视和控制、故障保护和存储、RS485通信等功能，外部扩展了CPLD、SRAII、双口RAM、四通道14位A/D转换器、四通道12位D/A转换器等，利用CPLD实现了16路数字输入通道和16路数字输出通道，另外还具有16路PWM输出通道、八路模拟信号输入及处理电路，对外串行接口包括符合CAN2．0A/B协议的隔离的CAN总线接口、符合USBI.1协议的USB总线接口、SPI同步串口等。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。上面对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽

管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进 行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统，其特征在于：包含反激式开关电源、充电控制电路、车载蓄电池、电压转换电路和放电控制模块，所述反激式开关电源通过充电控制电路连接车载蓄电池，所述车载蓄电池通过电压转换电路和放电控制电路连接；

所述反激式开关电源包含EMI滤波模块、AC/DC转换装置、高频变压器以及环路补偿模块；所述EMI滤波模块通过AC/DC转换装置连接高频变压器，所述环路补偿模块分别与高频变压器的输出端和AC/DC转换装置的输入端连接；

所述放电控制模块包含熔断器、真空继电器、DC/DC变换器、PWM整流器、交流滤波器、隔离变压器、断路器、端电压检测模块、放电电流检测模块和微控制器模块；

所述车载蓄电池分别通过熔断器、真空继电器连接DC/DC变换器，所述DC/DC变换器与PWM整流器连接，所述PWM整流器依次经过交流滤波器、隔离变压器连接断路器，所述微控制器模块分别与DC/DC变换器与PWM整流器连接，所述端电压检测模块、放电电流检测模块分别与微控制器模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统，其特征在于：所述充电控制电路包含信号控制端、充电电源端、设备供电端、电池端、三极管、第一MOS管和第二MOS管；其中，所述充电电源端通过串联的第一电阻和第二电阻接地；所述三极管的基极分别连接所述信号控制端和充电电源端，所述三极管的集电极通过第四电阻连接所述第二MOS管的栅极，还通过第三电阻连接所述第一MOS管的源极，所述三极管的发射极接地；所述第二MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，漏极连接所述设备供电端；所述第一MOS管的源极通过第一二极管连接所述充电电源端，栅极连接所述第一电阻和第二电阻的连接点，漏极连接所述电池端。

3.根据权利要求1所述的一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统，其特征在于：所述EMI滤波模块包含共模电感、X电容、Y电容与泄放电阻；所述共模电感由两个同向绕制的线圈组成，用于消除回路差分电流；所述X电容并接在共模电感两侧，用于消除差模干扰；所述Y电容跨接在输出端且串联中点接地，用于抑制共模干扰；所述泄放电阻用于消除在滤波器中出现的静电积累。

4.根据权利要求1所述的一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统，其特征在于：所述PWM整流器的芯片型号为IR4427。

5.根据权利要求1所述的一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统，其特征在于：所述放电电流检测模块采用霍尔传感器。

6.根据权利要求1所述的一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统，其特征在于：所述隔离变压器包含：光耦U1、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻和三极管V1，光耦U1的IN1输入端上通过第一电阻连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端连接光耦U1的+12V电压端，光耦U1的正极输出端通过第三电阻连接三极管V1的集电极，光耦U1的负极输出端连接第四电阻的一端和第五电阻的一端，第四电阻的另一端连接三极管V1的基极，第五电阻的另一端连接三极管V1的发射极。

7.根据权利要求1所述的一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统，其特征在于：还包含一信号调理电路，所述端电压检测模块、放电电流检测模块分别通过信号调理电路与微控制器模块连接，所述信号调理电路包含放大电路和双运放带通滤波器，所述放大电路由OPA277运算放大器及电阻电容组成，所述双运带通滤波器由2个OPA277运算放大器组成。

8.根据权利要求1所述的一种悬挂式单轨车辆用蓄电池供电优化控制系统，其特征在于：所述微控制器模块的芯片型号为DSP-TMS320F2812PGFA。

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