專利名稱:模塊化車載電源的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種模塊化車載電源，其特征在于包括機箱，其特征在于機箱內(nèi)設(shè)置控制管理模塊、顯控模塊、交流充電模塊、交流檢測輸入模塊、直流充電模塊、功能按鍵、DC24V輸出模塊、逆變輸出模塊、DC5V輸出模塊、DC12V輸出模塊以及DC24V輸出模塊：控制管理模塊與顯控模塊、交流充電模塊、交流檢測輸入模塊、直流充電模塊、DC24V輸出模塊、逆變輸出模塊、DC5V輸出模塊、DC24V輸出模塊以及設(shè)備電瓶同時連接；顯控模塊與功能按鍵連接；在交流充電模塊的電流輸入端接入交流檢測輸入模塊。電源基于功能單元模塊化的設(shè)計思想，每個單元模塊具有自己獨立的功能，功能模塊之間通過專用通訊接口連接系統(tǒng)電源管理模塊，控制管理模塊實時采集和處理每個單元的工作狀態(tài)信息。
【專利說明】模塊化車載電源
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及車載電源，尤其是一種采用模塊化結(jié)構(gòu)，提高整機散熱、電磁兼容和抗震動沖擊能力的模塊化車載電源。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的車載電源多為電源適配器和電源轉(zhuǎn)化器，將DC12V或24V直流電轉(zhuǎn)換為和市電相同的AC220V交流電，供一般電器使用，通常是把汽車點煙器提供的電源轉(zhuǎn)換為適用于VCD、行車記錄儀、電子狗等小功率設(shè)備使用，一般車內(nèi)的點煙器保險為1A或15A，使得車內(nèi)可以使用的車載電源功率為120W或180W，當(dāng)使用超過180W的大功率車載電源時容易使點煙器的保險燒掉，造成不必要的麻煩。
[0003]由于車內(nèi)點煙器保險的限制，不能滿足一些特種車輛，如通訊指揮車、應(yīng)急救援車或是環(huán)境監(jiān)測車等特種車輛上信息化設(shè)備的用電需要，同時還存在安裝零散、不易安裝、可靠性低、維修不方便、種類雜亂等缺點。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實用新型所要解決的就是現(xiàn)有車內(nèi)利用點煙器作為車載電源，由于受到點煙器保險的限制，不能滿足車輛信息化設(shè)備的用電需要，提供一種采用汽車底盤電源和外部交流電源作為供電電源，經(jīng)直流轉(zhuǎn)直流、交流換直流后對車載后備電瓶進行充電配電智能化管理，其結(jié)構(gòu)采用模塊化結(jié)構(gòu)，散熱、電磁兼容以及抗震動沖擊能力好的模塊化車載電源。
[0005]本實用新型的模塊化車載電源，包括機箱，其特征在于機箱內(nèi)設(shè)置控制管理模塊、顯控模塊、交流充電模塊、交流檢測輸入模塊、直流充電模塊、功能按鍵、DC24V輸出模塊、逆變輸出模塊、DC5V輸出模塊、DC12V輸出模塊以及DC24V輸出模塊，其中:
[0006]控制管理模塊與顯控模塊、交流充電模塊、交流檢測輸入模塊、直流充電模塊、DC24V輸出模塊、逆變輸出模塊、DC5V輸出模塊、DC24V輸出模塊以及設(shè)備電瓶同時連接；
[0007]顯控模塊與功能按鍵連接；
[0008]在交流充電模塊的電流輸入端接入交流檢測輸入模塊。
[0009]控制管理模塊為主控電路板，主控電路板由電源部分、控制部分、功率部分、溫控部分、通訊部分組成，其中:
[0010]電源部分采用DC/DC變換加線性LDO器件，既能保證較低的損耗，又能保證較低的紋波。
[0011]控制部分采用Contex-M3架構(gòu)的STM32F103處理器，保證了系統(tǒng)速度和可靠性，處理器主要負(fù)責(zé)信號采集，處理以及控制以及各模塊的通訊功能，使整個系統(tǒng)實現(xiàn)了閉環(huán)控制。
[0012]功率部分采用集成智能功率開關(guān)器件，對車載電源的AC/DC、DC/DC、各路輸出端口的電壓和電流進行檢測和保護，智能功率器件集成了過壓，過流，超溫以及短路保護，并且集成電流傳感功能，不但降低了成本并且增加系統(tǒng)可靠性。
[0013]溫控部分采用集成溫度傳感器DS18B20，溫度范圍-40°C ~125°C，能夠有效的控制散熱系統(tǒng)的工作。
[0014]通訊部分的上位機接口采用RS485接口，內(nèi)部總線采用CAN，擴展接口采用RS232，能夠很好適應(yīng)各種總線類型。
[0015]交流充電模塊和直流充電模塊分別用于實現(xiàn)交流(AC)轉(zhuǎn)直流(DC)和直流(DC)轉(zhuǎn)直流(DC)充電模式，其中DC/DC、AC/DC電模塊各2只，通過汽車底盤電源和外接交流電源對車載電瓶進行串聯(lián)充電。充電模塊均采用鋁殼和導(dǎo)熱硅膠灌封的電源轉(zhuǎn)換模塊，在抗振動，沖擊和高溫、低溫時都具有良好的工作特性。
[0016]顯控模塊是整個電路系統(tǒng)的重要組成部分，由OLED顯示屏和顯控電路組成，與主控電路板采用內(nèi)部CAN總線連接，能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化車載電源的工作狀態(tài)、報警提示信息的本地顯示。
[0017]交流檢測輸入模塊通過隔離變壓器轉(zhuǎn)換后整流采樣，負(fù)責(zé)實施監(jiān)控交流電源，并借助于管理控制軟件實現(xiàn)交流優(yōu)先充電的功能。
[0018]功能按鍵通過按鈕控制電路與軟件控制，實現(xiàn)模塊化車載電源人機交換功能。
[0019]逆變輸出模塊采用純正弦波逆變器與控制管理模塊連接，把設(shè)備電瓶轉(zhuǎn)換為交流電源輸出。
[0020]DC5V輸出模塊和DC24V輸出模塊采用外接連接器，實現(xiàn)各DC輸出電路的自動控制和管理。
[0021]所述的模塊化車載電源，其特征在于機箱成立方體，由U形機殼、前面板、后面板及上蓋組成，其中:顯控模塊、功能按鍵安裝在前面板上；直流充電模塊、交流充電模塊、交流檢測輸入模塊、控制管理模塊安裝在U形機殼的內(nèi)部；DC5V輸出模塊、DC24V輸出模塊、逆變輸出模塊的輸出端設(shè)置在機箱后面板上；前面板及后面板固定于U形機殼上，頂部安裝上蓋。
[0022]模塊化車載電源的機箱采用開放式的U形形狀進行設(shè)計，為生產(chǎn)過程中布線、裝配提供足夠的操作空間，同時U形機殼作為模塊化車載電源的內(nèi)外熱交換的主要器件，采用熱導(dǎo)率良好的鋁材經(jīng)陽極氧化發(fā)黑、導(dǎo)電氧化處理加工而成，確保機箱具有良好的散熱特性和整體良好的導(dǎo)電特性。同時在U形機殼的底部設(shè)置卡扣形的腳墊，來滿足與減振器安裝的配合。
[0023]所述的管理控制模塊還與遠控開關(guān)和上位機連接，上位機端口與遠控開關(guān)端口設(shè)置在后面板上。
[0024]所述U形機殼左右兩側(cè)設(shè)置散熱面，散熱面采用翅片式散熱器，并設(shè)置凹陷風(fēng)口式把手，散熱面及U形機殼底部開有陣列式通風(fēng)孔；后面板上設(shè)有換氣風(fēng)扇。
[0025]因模塊化車載電源是功率型設(shè)備，內(nèi)部裝有大功率的發(fā)熱器件，如何把內(nèi)部的熱量傳遞到箱體外，改善箱體內(nèi)部溫度環(huán)境，使車載電源更好地滿足可靠性使用要求，是結(jié)構(gòu)設(shè)計中的一個技術(shù)難點。車載電源通過傳導(dǎo)、自然對流和強迫風(fēng)冷三種散熱形式的混合方式來實現(xiàn)散熱設(shè)計。
[0026]模塊化車載電源由設(shè)備電瓶作為供電電源，可通過交流或直流充電單元，連接外部交流電源、汽車底盤電源(汽車發(fā)動機或汽車電瓶)對設(shè)備電瓶充電，維持設(shè)備電瓶的電能。在汽車運行狀態(tài)下、汽車底盤電源對設(shè)備電瓶進行浮充充電，并為車載設(shè)備提供DCl2、DC24V電源；同時，可根據(jù)需要配置DC5V或逆變電源。當(dāng)汽車停止運行且汽車底盤電源電壓低于預(yù)定值時，車載電源通過設(shè)備電瓶對車載設(shè)備提供所需的DC12V、DC24V、DC5V或逆變交流電源，在設(shè)備電瓶電壓低于預(yù)定值時，且有外部交流電源接入時，車載電源通過AC/DC轉(zhuǎn)換對設(shè)備電瓶進行充電，保證設(shè)備電瓶能對車載設(shè)備進行持續(xù)供電。
[0027]本實用新型的模塊化車載電源，內(nèi)部的各組裝器件均按照相對獨立的模塊化結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，各功能模塊的結(jié)構(gòu)滿足產(chǎn)品層級和相對獨立裝配的結(jié)構(gòu)要求，各功能模塊在進行整機裝配之前，均可以組裝成獨立的結(jié)構(gòu)體。該電源基于功能單元模塊化的設(shè)計思想，每一個功能單元模塊具有自己獨立的功能，功能模塊之間通過專用通訊接口連接系統(tǒng)電源管理模塊，整個電源系統(tǒng)在電源管理模塊的統(tǒng)一管理和控制下工作，電源管理模塊實時采集和處理每一個功能單元的工作狀態(tài)信息。
【附圖說明】
[0028]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框圖；
[0029]圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3為本實用新型的立體圖；
[0031]圖4為本實用新型側(cè)視圖；
[0032]圖5為本實用新型后面板的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]其中，其中:U形機殼1，直流充電模塊2，控制管理模塊3，DC24V輸出模塊4，上蓋5，逆變輸出模塊6，DC5V輸出模塊7，DC12V輸出模塊8，后面板9，換氣風(fēng)扇10，狀態(tài)指示燈11，功能按鍵12，前面板13，交流充電模塊14，顯控模塊15。
【具體實施方式】
[0034]實施例1:本實用新型的模塊化車載電源，包括機箱，其特征在于機箱內(nèi)設(shè)置控制管理模塊3、顯控模塊15、交流充電模塊14、交流檢測輸入模塊、直流充電模塊2、功能按鍵
12、DC24V輸出模塊4、逆變輸出模塊6、DC5V輸出模塊7、DC12V輸出模塊8以及DC24V輸出模塊4，其中:
[0035]控制管理模塊3與顯控模塊15、交流充電模塊14、交流檢測輸入模塊、直流充電模塊2、DC24V輸出模塊4、逆變輸出模塊6、DC5V輸出模塊7、DC24V輸出模塊4以及設(shè)備電瓶同時連接；
[0036]顯控模塊15與功能按鍵12連接；
[0037]在交流充電模塊14的電流輸入端接入交流檢測輸入模塊。
[0038]控制管理模塊3為主控電路板，主控電路板由電源部分、控制部分、功率部分、溫控部分、通訊部分組成，其中:
[0039]電源部分采用DC/DC變換加線性LDO器件，既能保證較低的損耗，又能保證較低的紋波。
[0040]控制部分采用Contex-M3架構(gòu)的STM32F103處理器，保證了系統(tǒng)速度和可靠性，處理器主要負(fù)責(zé)信號采集，處理以及控制以及各模塊的通訊功能，使整個系統(tǒng)實現(xiàn)了閉環(huán)控制。
[0041]功率部分采用集成智能功率開關(guān)器件，對車載電源的AC/DC、DC/DC、各路輸出端口的電壓和電流進行檢測和保護，智能功率器件集成了過壓，過流，超溫以及短路保護，并且集成電流傳感功能，不但降低了成本并且增加系統(tǒng)可靠性。
[0042]溫控部分采用集成溫度傳感器DS18B20，溫度范圍-40°C ~125°C，能夠有效的控制散熱系統(tǒng)的工作。
[0043]通訊部分的上位機接口采用RS485接口，內(nèi)部總線采用CAN，擴展接口采用RS232，能夠很好適應(yīng)各種總線類型。
[0044]交流充電模塊14和直流充電模塊2分別用于實現(xiàn)交流(AC)轉(zhuǎn)直流(DC)和直流(DC)轉(zhuǎn)直流(DC)充電模式，其中DC/DC、AC/DC電模塊各2只，通過汽車底盤電源和外接交流電源對車載電瓶進行串聯(lián)充電。充電模塊均采用鋁殼和導(dǎo)熱硅膠灌封的電源轉(zhuǎn)換模塊，在抗振動，沖擊和高溫、低溫時都具有良好的工作特性。
[0045]顯控模塊15是整個電路系統(tǒng)的重要組成部分，由OLED顯示屏和顯控電路組成，與主控電路板采用內(nèi)部CAN總線連接，能夠?qū)崿F(xiàn)模塊化車載電源的工作狀態(tài)、報警提示信息的本地顯示。
[0046]交流檢測輸入模塊通過隔離變壓器轉(zhuǎn)換后整流采樣，負(fù)責(zé)實施監(jiān)控交流電源，并借助于管理控制軟件實現(xiàn)交流優(yōu)先充電的功能。
[0047]功能按鍵12通過按鈕控制電路與軟件控制，實現(xiàn)模塊化車載電源人機交換功能。
[0048]逆變輸出模塊6采用純正弦波逆變器與控制管理模塊3連接，把設(shè)備電瓶轉(zhuǎn)換為交流電源輸出。
[0049]DC5V輸出模塊7和DC24V輸出模塊4采用外接連接器，實現(xiàn)各DC輸出電路的自動控制和管理。
[0050]所述的模塊化車載電源，其特征在于機箱成立方體，由U形機殼1、前面板13、后面板9及上蓋5組成，其中:顯控模塊15、功能按鍵12安裝在前面板13上；直流充電模塊2、交流充電模塊14、交流檢測輸入模塊、控制管理模塊3安裝在U形機殼I的內(nèi)部；DC5V輸出模塊7、DC24V輸出模塊4、逆變輸出模塊6的輸出端設(shè)置在機箱后面板9上；前面板13及后面板9固定于U形機殼I上，頂部安裝上蓋5。
[0051 ] 所述的管理控制模塊還與遠控開關(guān)和上位機連接，上位機端口與遠控開關(guān)端口設(shè)置在后面板9上。
[0052]所述U形機殼I左右兩側(cè)設(shè)置散熱面，散熱面采用翅片式散熱器，并設(shè)置凹陷風(fēng)口式把手，散熱面及U形機殼I底部開有陣列式通風(fēng)孔；后面板9上設(shè)有換氣風(fēng)扇10。
【權(quán)利要求】
1.模塊化車載電源，包括機箱，其特征在于機箱內(nèi)設(shè)置控制管理模塊(3)、顯控模塊(15 )、交流充電模塊(14)、交流檢測輸入模塊、直流充電模塊(2 )、功能按鍵(12 )、DC24V輸出模塊(4)、逆變輸出模塊^)、DC5V輸出模塊(7)、DC12V輸出模塊⑶以及DC24V輸出模塊⑷，其中: 控制管理模塊(3)與顯控模塊(15)、交流充電模塊(14)、交流檢測輸入模塊、直流充電模塊(2)、DC24V輸出模塊(4)、逆變輸出模塊^)、DC5V輸出模塊(7)、DC24V輸出模塊(4)以及設(shè)備電瓶同時連接； 顯控模塊(15)與功能按鍵(12)連接； 在交流充電模塊(14)的電流輸入端接入交流檢測輸入模塊。2.如權(quán)利要求1所述的模塊化車載電源，其特征在于機箱成立方體，由U形機殼(I)、前面板(13)、后面板(9)及上蓋(5)組成，其中:顯控模塊(15)、功能按鍵(12)安裝在前面板(13)上；直流充電模塊(2)、交流充電模塊(14)、交流檢測輸入模塊、控制管理模塊(3)安裝在U形機殼(I)的內(nèi)部；DC5V輸出模塊(7)、DC24V輸出模塊(4)、逆變輸出模塊(6)的輸出端設(shè)置在機箱后面板(9)上；前面板(13)及后面板(9)固定于U形機殼(I)上，頂部安裝上蓋(5)。3.如權(quán)利要求1所述的模塊化車載電源，其特征在于所述的控制管理模塊還與遠控開關(guān)和上位機連接，上位機端口與遠控開關(guān)端口設(shè)置在后面板(9 )上。4.如權(quán)利要求1所述的模塊化車載電源，其特征在于所述U形機殼(I)左右兩側(cè)設(shè)置散熱面，散熱面采用翅片式散熱器，并設(shè)置凹陷風(fēng)口式把手，散熱面及U形機殼(I)底部開有陣列式通風(fēng)孔；后面板(9)上設(shè)有換氣風(fēng)扇(10)。
【文檔編號】H02M1-10GK204271899SQ201420776447
【發(fā)明者】王榮統(tǒng), 陳 光, 馬祥興, 蕭平, 高崇輝, 石蕊 [申請人]云南省計算機軟件技術(shù)開發(fā)研究中心