CN211859720U - 一种用于在线实时采集设备的智能备电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于在线实时采集设备的智能备电装置，包括箱体、设置在箱体上的光伏组件和分别设置在箱体内的电池组及电路板，所述电路板上分别设置有充电管理电路、直流升压电路、异常检测电路、控制器、投切电路和逆变电路，所述光伏组件通过所述充电管理电路连接所述电池组，所述电池组通过所述直流升压电路连接所述逆变电路的输入端，所述逆变电路的输出端通过所述投切电路连接在线负载；所述异常检测电路的输入端采样连接在线负载的供电电源，所述异常检测电路的输出端连接控制器，控制器控制连接所述投切电路。该用于在线实时采集设备的智能备电装置具有使用方便、供电可靠、在线率高的优点。

Description

一种用于在线实时采集设备的智能备电装置

技术领域

本实用新型涉及了一种用于在线实时采集设备的智能备电装置。

背景技术

当前，随着电能采集技术、移动互联网、物联网技术、云计算及大数据信息处理技术的应用，各种在线式实时采集设备被不断安装在现场进行各种数据采集和检测工作，这些设备除了部分低功耗的传感器可以采用电池供电外，其余大多数设备均需要采用现场的交流电供电才能正常工作。对于这些特殊用电设备，一旦现场发生停电事件，该设备即不能工作，造成采集数据的中断，特别是对于已经普及的智能在线负载、电能采集终端、专变采集终端、集中器、采集器以及其它各种智能用电信息采集设备，数据采集突然中断，给电力部门及时用电量的结算会带来很大不便。在实际运行过程中，由于故障及意外停电等情况的发生造成采集设备上线及抄读率低下，无法有效保证采集设备实时在线的情况时有发生。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的问题，本实用新型提出了一种用于在线实时采集设备的智能备电装置。

一种用于在线实时采集设备的智能备电装置，包括箱体、设置在箱体上的光伏组件和分别设置在箱体内的电池组及电路板，所述电路板上分别设置有充电管理电路、直流升压电路、异常检测电路、控制器、投切电路和逆变电路，所述光伏组件通过所述充电管理电路连接所述电池组，所述电池组通过所述直流升压电路连接所述逆变电路的输入端，所述逆变电路的输出端通过所述投切电路连接在线负载；所述异常检测电路的输入端采样连接在线负载的供电电源，所述异常检测电路的输出端连接控制器，控制器控制连接所述投切电路。

基于上述，还包括组网组件，所述组网组件为无线通信组件或定位组件。

基于上述，所述充电管理电路包括防反接单元和充电管理单元，充电管理单元的输入端通过防反接单元连接光伏组件，充电管理单元的输出端连接电池组。

基于上述，所述直流升压电路包括电源调控单元、调节执行单元、变压单元和整流单元，电源调控单元控制连接调节执行单元的输入端，调节执行单元的输出端连接变压单元的一次侧，变压单元的二次侧连接整流单元的输入端，整流单元的输出端用于连接逆变电路的输入端。

基于上述，异常检测电路包括隔离检测电路和指示电路，隔离检测电路的输入端采样连接在线负载的供电电源，隔离检测电路的输出端以上拉的方式连接控制器；指示电路通过隔离检测电路接地。

基于上述，所述投切电路包括投切控制单元和投切执行单元，控制器控制连接投切控制单元的输入端，投切控制单元的输出端连接投切执行单元的输入端，投切执行单元的输出端分别连接逆变电路和在线负载。

基于上述，所述逆变电路包括正弦波逆变驱动单元和逆变执行单元，正弦波逆变驱动单元驱动连接逆变执行单元，逆变执行单元的输出端通过投切电路连接在线负载。

基于上述，所述直流升压电路还包括电池检测单元、过压保护单元、欠压控制单元和欠压报警单元，电池检测单元、欠压报警单元和过压保护单元的输入端分别连接电池组，电池检测单元的输出端连接欠压控制单元的输入端和电源调控单元，欠压控制单元输出端反馈连接电池检测单元，欠压报警单元的输出端连接报警单元，过压保护单元的输出端连接电源调控单元。

基于上述，所述直流升压电路还包括温度检测单元、过温输出单元和风扇，温度检测单元用于检测直流升压电路的工作温度，温度检测单元的输出端连接过温输出单元的输入端，过温输出单元的输出端连接风扇。

基于上述，所述直流升压电路还包括输出反馈单元，输出反馈单元的输入端连接直流升压电路的输出端，输出反馈单元的输处端连接电源调控单元。

本实用新型相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本实用新型通过光伏组件、电池组和电路板构建备电装置，市电断电时智能切换为电池组为在线采集设备供电，为供电现场采集设备提供高质量的备用电源，保证采集***终端在线率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的结构示意框图。

图2是本实用新型充电管理电路的电路结构示意图。

图3、图4和图5是本实用新型直流升压电路的电路结构示意图。

图6和图7是本实用新型逆变电路的电路结构示意图。

图8是本实用新型异常检测电路的电路结构示意图。

图9是本实用新型投切电路的电路结构示意图。

图10是本实用新型控制器的电路结构示意图。

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付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。

如图1所示，一种用于在线实时采集设备的智能备电装置，包括箱体、设置在箱体上的光伏组件和分别设置在箱体内的电池组及电路板，所述电路板上分别设置有充电管理电路、直流升压电路、异常检测电路、控制器、投切电路和逆变电路，所述光伏组件通过所述充电管理电路连接所述电池组，所述电池组通过所述直流升压电路连接所述逆变电路的输入端，所述逆变电路的输出端通过所述投切电路连接在线负载；所述异常检测电路的输入端采样连接在线负载的供电电源，所述异常检测电路的输出端连接控制器，控制器控制连接所述投切电路。

使用时，箱体设置在在线负载也即在线实时采集设备旁，异常检测电路的输入端采样连接在线负载的供电电源，投切电路的输出端连接在线负载的供电端，也即投切电路用于对在线负载的电源进行切换控制。光伏组件通过充电管理电路连接电池组，将太阳能转换为电能并为电池充电。正常情况下，在线负载的供电电源如市电等对在线负载进行供电，投切电路将在线负载与电池组断开连接。异常检测电路检测到在线负载的供电电源断电时，控制器通过投切电路控制在线负载与电池组接通，电池组的直流电压经过直流升压电路的升压作用及逆变电路的逆变作用后，输出交流电，为在线负载提供电源。实际中，控制器还可通过自身的定时单元，定时控制投切电路，对市电和电池组进行切换，使电池组对在线负载进行供电，以对电池进行放电。

优选地，该用于在线实时采集设备的智能备电装置还包括组网组件，所述组网组件为无线通信组件或定位组件。本实施例中，所述无线通信组件为RS485通讯组件，主要包括RS485收发器及其***电路，型号为SN65HVD3082E，用于将多个备电装置进行编号和组网，便于在备电装置出现故障时能及时发现出现故障的备电装置，而无需逐个排查。在其他实施例中，组网组件还可采用定位组件，如GPS组件、北斗组件等。

具体的，所述充电管理电路包括防反接单元和充电管理单元，充电管理单元的输入端通过防反接单元连接光伏组件，充电管理单元的输出端连接电池组。如图2所示，MOS管U2的漏极连接光伏组件的输出端，MOS管U2的源极分别连接稳压管W1的一端、电阻R2的一端和电阻R10的一端，MOS管U2的源极还通过电容E1接地；电阻R2的一端还通过电阻R1连接充电管理芯片U1的1脚，电管理芯片U1的1脚还分别通过电容C1和电容C2接地，电阻R2的另一端分别连接稳压管W1的另一端、MOS管U2的栅极和电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接充电管理芯片U1的5脚；电阻R10的另一端分别连接发光二极管D2的阳极和发光二极管D3的阳极，发光二极管D2的阴极连接充电管理芯片U1的3脚，发光二极管D3的阴极连接充电管理芯片U1的5脚；充电管理芯片U1的2脚依次通过电阻R4和电阻R11接地，电阻R12并联在电阻R11的两端，充电管理芯片U1的4脚通过电阻R8接地，充电管理芯片U1的6脚和7脚依次通过电阻R5、电阻R4和电阻R11接地，充电管理芯片U1的6脚和7脚还依次通过电阻R9、电阻R8接地，电容C3并联在电阻R9和电阻R8的两端；充电管理芯片U1的8脚通过电阻R6接地，充电管理芯片U1的8脚依次通过电阻R13和电阻R7连接电阻R15的一端，电阻R14并联在电阻R13两端，充电管理芯片U1的8脚还通过电容C6连接电阻R15的一端，充电管理芯片U1的9脚连接电阻R15的一端，充电管理芯片U1的10脚连接电阻R15的另一端，电阻R15的一端连接电池正极并通过电容E2接地，电阻R15的另一端分别通过电容C8和电容C9接地，充电管理芯片U1的11脚接地，充电管理芯片U1的12脚通过电容C4和电容C5接地并通过二极管连接电容C7的一端，电容C7的另一端通过电感L1连接电阻R15的另一端；充电管理芯片U1的13脚连接MOS管N2的栅极，MOS管N2的源极接地，MOS管N2的漏极连接MOS管N1的源极，MOS管N1的栅极连接充电管理芯片U1的15脚，MOS管N1的漏极连接MOS管U2的源极。U2为防反接单元，具体为MOS管，型号为AO4407A。U1为充电管理芯片，用于对充电进行控制，型号为BQ24650，B+和B-连接电池组。U2的漏极连接电池组，即VIN连接电池组。光伏组件也即太阳能板反接时，VIN处为低电平，U2截止，充电电路不工作。光伏组件正接时，由于U2内部漏极和源极之间的二极管，U2直接导通；不反接的状态下，U2始终处于导通状态。充电时，充电管理芯片U1产生PWM信号控制MOS管N1和MOS管N2交替导通，通过电感L1滤波后给电池充电，通过对MOS管N1和MOS管N2的交替导通控制，以控制充电功率，也就是控制充电电流。充电管理芯片U1对充电进行控制调节，采用MPPT光伏最大功率跟踪方式对电池组进行充电。实际中，充电管理芯片U1的9脚对电池组电压进行采样反馈，充电时，充电管理芯片U1的3脚为低电平，5脚为高电平，充电指示灯D2点亮，充满指示灯D3不亮。充满时，充电管理芯片U1的3脚为高电平，5脚为低电平，充电指示灯D2不亮，充满指示灯D3点亮。充满时控制MOS管N1和MOS管N2截止，避免电池组过充。

所述直流升压电路包括电源调控单元、调节执行单元、变压单元和整流单元，电源调控单元控制连接调节执行单元的输入端，调节执行单元的输出端连接变压单元的一次侧，变压单元的二次侧连接整流单元的输入端，整流单元的输出端用于连接逆变电路的输入端。如图3、图4和图5所示，电源调控单元主要为脉宽调制单元，U7为脉宽调制芯片，型号为TL494，用于对电源进行调控，BAT+端用于连接电池，本实施例中脉宽调制芯片U7正常输出40kHz的PWM信号，控制三极管N3、三极管N4、三极管P3、三极管P2的通断，进而控制MOS管N102～N107的通断，使得12V的直流电压变换为脉冲电压，通过高频升压变压器T101的变压作用，由二次侧升压输出，并经过二极管D101～D104组成的整流桥整流输出。具体的，脉宽调制芯片U7的10脚输出高电平时，三极管N3导通，三极管P2截止，G2处为高电平，MOS管N105～N107导通；脉宽调制芯片U7的10脚输出低电平时，三极管N3截止，三极管P2导通，G2处为低电平，MOS管N105～N107截止。G1处的电平变化原理同G2处。通过G1、G2的分时控制，可以产生不间断的交变磁场，使逆变效率高达90％以上。实际中，二次侧和整流单元之间还可设置切换单元，实际即继电器的触点开关，继电器由控制器控制，通过切换作用，使整流单元的输入端切换到高频升压变压器T101不同的抽头以输出不同的直流电压，以实现输出不同升压电压的目的。本实施例中，升压输出峰值为320V的直流电压，以经过逆变电路的处理后得到220V的交流电。

优选地，所述直流升压电路还包括功能辅助单元，功能辅助单元包括电池检测单元、过压保护单元、欠压控制单元、欠压报警单元、温度检测单元、过温输出单元、风扇、输出反馈单元等。电池检测单元、欠压报警单元和过压保护单元的输入端分别连接电池组，电池检测单元的输出端连接欠压控制单元的输入端和电源调控单元，欠压控制单元输出端反馈连接电池检测单元，欠压报警单元的输出端连接报警单元，过压保护单元的输出端连接电源调控单元。温度检测单元用于检测直流升压电路的工作温度，温度检测单元的输出端连接过温输出单元的输入端，过温输出单元的输出端连接风扇。输出反馈单元的输入端连接直流升压电路的输出端，输出反馈单元的输处端连接电源调控单元。如图3和图5所示，运放U8C的反相输入端采样连接电池组，正常情况下运放U8C的反相输入端为高电平，运放U8C的输出端输出低电平，指示灯D109不亮；电池组欠压时，运放U8C的反相输入端为低电平，运放U8C的输出端输出高电平，指示灯D109点亮报警。运放U8D的反相输入端采样连接电池组，正常情况下运放U8D的反相输入端为高电平，运放U8D的输出端输出低电平，U7的1脚为低电平，且三极管N5截止；电池组欠压时，运放U8D的反相输入端为低电平，运放U8D的输出端输出高电平，U7的1脚接收高电平，U7控制三极管N3、三极管N4、三极管P3、三极管P2均截止，停止输出，同时三极管N5导通，继续拉低运放U8D的反相输入端电平，实现闭锁，防止电池组欠压输出。稳压管D9起到过压保护的作用，过压时，稳压管D9导通，U7的1脚接收高电平。也即过压和欠压时，U7的1脚电平高于2脚电平，U7控制三极管N3、三极管N4、三极管P3、三极管P2均截止，停止输出。TEMP端用于连接温度检测电路，电阻RT101为PTC电阻，也即温敏电阻，正常情况下，TEMP端为高电平，三极管P1截止，运放U8A的同相输入端为电平，运放U8A的输出端输出低电平，FENG端连接的风扇不工作；直流升压电路过温时，电阻RT101阻值增大至TEMP端无法接通电源，也即TEMP端为低电平，三极管P1导通，运放U8A的同相输入端为高电平，运放U8A的输出端输出高电平，风扇启动，进行散热。DC EN端为直流升压电路的使能端，连接控制器，用于控制直流升压电路与电池组的通断连接。三端电压基准芯片W102、光耦G101、运放U8B等，用于对直流升压电路的直流输出进行检测和反馈控制，实际中电池组的电压会产生波动，正常情况下电池组经直流升压电路作用输出320V直流电，当输出的直流电低于320V电压时，光耦G101的2脚电压变低，光耦G101的初级侧电流增大，导通充分，VFB端电压升高，反馈增大，U7进行调控以提高直流输出电压，同理当输出的直流电高于320V电压时，U7进行调控以降低直流输出。

另，图4中，W103、W104和W106分别为电源转换芯片，型号分别为7812、78L05、7805，用于进行电压转换，以提供合适的电压。AC_EN端为逆变单元使能端，连接控制器，用于控制逆变单元的供电通断。

所述逆变电路包括正弦波逆变驱动单元和逆变执行单元，正弦波逆变驱动单元驱动连接逆变执行单元，逆变执行单元的输出端通过投切电路连接在线负载。如图6和图7所示，U4为正弦波逆变发生器芯片，型号为EG8010，U3和U5为驱动器，型号为IR2110S，U6为双电压比较器，型号为LM393，正弦波逆变发生器U4通过驱动器U3和U5控制MOS管N108～N111的通断，以将+320V直流电逆变为交流电。正弦波逆变发生器U4生成20kHz的四象限SPWM正弦波调制信号，通过U3、U5驱动后控制N108～N111这四个高压MOS管分时导通，正半周时N111和N108导通，负半周时N109和N110导通，形成H桥，高压SPWM正弦波调制信号经过电感L101滤除20kHz高频载波信号后，将220V、50Hz纯正弦交流电由UL和UN输出。当输出电压过高或负载短路造成输出过流时，电压比较器U6输出高电平信号关闭SPWM正弦波发生电路以保护逆变回路。

异常检测电路包括隔离检测电路和指示电路，隔离检测电路的输入端采样连接在线负载的供电电源，隔离检测电路的输出端以上拉的方式连接控制器；指示电路通过隔离检测电路接地。异常检测电路用于检测计量装置也即在线负载的供电电源，如图8所示，G201为隔离光耦，型号为EL817，UAI、UBI、UCI分别用于连接三相交流电的输入侧，UI_STS连接控制器的57脚，控制器实际为单片机，如图10所示，型号为GD32F303RX。电压正常时，光耦U201导通，控制器接收低电平，指示灯D219点亮。电源断电时，光耦U201不导通，控制器接收高电平，指示灯D219熄灭。电源断电时，控制器控制投切电路的继电器闭合，以启动直流升压电路。实际中，光耦G201的初级侧用于连接在线负载的输入侧，光耦G202的初级侧用于连接在线负载的输出侧，分别进行检测。

所述投切电路包括投切控制单元和投切执行单元，控制器控制连接投切控制单元的输入端，投切控制单元的输出端连接投切执行单元的输入端，投切执行单元的输出端分别连接逆变电路和在线负载。如图9所示，投切控制单元为三极管和MOS管，投切执行单元为继电器。正常情况下，在线负载通过继电器的常闭触点连接市电等供电电源，由市电进行供电，在线负载通过继电器的常开触点连接逆变单元。正常情况下控制器输出高电平，三极管P204截止，三极管N201基极为低电平截止，MOS管P205的栅极接高电平而截止，市电等供电电源通过投切电路的继电器的常闭触点接通在线负载，市电为在线负载供电。在线负载的供电电源断电时，控制器输出低电平，三极管P204导通，三极管N201基极为高电平导通，MOS管P205的栅极接低电平而导通，继电器K201A的线圈通电，继电器K201A的常开触点闭合，直流升压电路和交流逆变电路接入在线负载，同时继电器的常闭触点打开，也即在线负载和外部供电电源断开。实际中，继电器有多个，本实施例中仅示出了继电器K201A。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种用于在线实时采集设备的智能备电装置，其特征在于：包括箱体、设置在箱体上的光伏组件和分别设置在箱体内的电池组及电路板，所述电路板上分别设置有充电管理电路、直流升压电路、异常检测电路、控制器、投切电路和逆变电路，所述光伏组件通过所述充电管理电路连接所述电池组，所述电池组通过所述直流升压电路连接所述逆变电路的输入端，所述逆变电路的输出端通过所述投切电路连接在线负载；所述异常检测电路的输入端采样连接在线负载的供电电源，所述异常检测电路的输出端连接控制器，控制器控制连接所述投切电路。

2.根据权利要求1所述的用于在线实时采集设备的智能备电装置，其特征在于：还包括组网组件，所述组网组件为无线通信组件或定位组件。

3.根据权利要求1所述的用于在线实时采集设备的智能备电装置，其特征在于：所述充电管理电路包括防反接单元和充电管理单元，充电管理单元的输入端通过防反接单元连接光伏组件，充电管理单元的输出端连接电池组。

4.根据权利要求1所述的用于在线实时采集设备的智能备电装置，其特征在于：所述直流升压电路包括电源调控单元、调节执行单元、变压单元和整流单元，电源调控单元控制连接调节执行单元的输入端，调节执行单元的输出端连接变压单元的一次侧，变压单元的二次侧连接整流单元的输入端，整流单元的输出端用于连接逆变电路的输入端。

5.根据权利要求1所述的用于在线实时采集设备的智能备电装置，其特征在于：异常检测电路包括隔离检测电路和指示电路，隔离检测电路的输入端采样连接在线负载的供电电源，隔离检测电路的输出端以上拉的方式连接控制器；指示电路通过隔离检测电路接地。

6.根据权利要求1所述的用于在线实时采集设备的智能备电装置，其特征在于：所述投切电路包括投切控制单元和投切执行单元，控制器控制连接投切控制单元的输入端，投切控制单元的输出端连接投切执行单元的输入端，投切执行单元的输出端分别连接逆变电路和在线负载。

7.根据权利要求1所述的用于在线实时采集设备的智能备电装置，其特征在于：所述逆变电路包括正弦波逆变驱动单元和逆变执行单元，正弦波逆变驱动单元驱动连接逆变执行单元，逆变执行单元的输出端通过投切电路连接在线负载。

8.根据权利要求4所述的用于在线实时采集设备的智能备电装置，其特征在于：所述直流升压电路还包括电池检测单元、过压保护单元、欠压控制单元和欠压报警单元，电池检测单元、欠压报警单元和过压保护单元的输入端分别连接电池组，电池检测单元的输出端连接欠压控制单元的输入端和电源调控单元，欠压控制单元输出端反馈连接电池检测单元，欠压报警单元的输出端连接报警单元，过压保护单元的输出端连接电源调控单元。

9.根据权利要求4所述的用于在线实时采集设备的智能备电装置，其特征在于：所述直流升压电路还包括温度检测单元、过温输出单元和风扇，温度检测单元用于检测直流升压电路的工作温度，温度检测单元的输出端连接过温输出单元的输入端，过温输出单元的输出端连接风扇。

10.根据权利要求4所述的用于在线实时采集设备的智能备电装置，其特征在于：所述直流升压电路还包括输出反馈单元，输出反馈单元的输入端连接直流升压电路的输出端，输出反馈单元的输处端连接电源调控单元。

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