供电装置和地震台的制作方法

本实用新型涉及供电技术，尤其是一种供电装置和地震台。

背景技术：

随着野外地质大调查的深入和深部探测的发展，对野外长期观测设备的连续供电要求越来越高，除了单一源供电，现可以采用混合两源或者混合多源供电系统，并增加数字监控模块。新研系统以天然地震台站为依托，以保证地震台站在野外有人看护和无人看护下均可以稳定、连续不间断的工作。多源供电系统必须具有反应灵敏、智能切换、工作可靠、实时监控、声光指示等特点。

在实现本实用新型的过程中，实用新型人发现，现有技术至少存在以下问题：

传统地震台站使用单一源供电，如太阳能或者市电，均有各自的优缺点，太阳能受气候、地域和季节因素影响较大，风能可以一定程度上弥补日照不足地区的供电需求，而直接使用市电通过适配器给台站设备供电存在电压稳定性较差，有些区域市电经常断电等，对精密地震台站连续观测数据造成严重影响。

技术实现要素：

本实用新型实施例所要解决的一个技术问题是：提供一种供电装置和地震台。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供的一种供电装置，包括：泄流电路、滤波整形电路和储能装置；

所述泄流电路与所述储能装置电连接；

所述滤波整形电路的输入端与市电连接，所述滤波整形电路的输出端与所述储能装置电连接；

所述储能装置为外部仪器供电。

在基于本实用新型上述装置的另一个实施例中，还包括：太阳能电池板；

所述太阳能电池板与所述泄流电路电连接。

在基于本实用新型上述装置的另一个实施例中，还包括：风能机板；

所述风能机板与所述泄流电路电连接。

在基于本实用新型上述装置的另一个实施例中，还包括：模数转换电路；

所述模数转换电路与所述泄流电路和/或所述滤波整形电路电连接；

并将所述泄流电路和/或所述滤波整形电路传输的电能经过转换后为所述储能装置供电。

在基于本实用新型上述装置的另一个实施例中，所述储能装置包括至少两个储能电池，每个所述储能电池并联有一个分流电路。

在基于本实用新型上述装置的另一个实施例中，所述储能装置包括至少两个储能电池，每个所述储能电池并联有一个分流电路。

在基于本实用新型上述装置的另一个实施例中，还包括：

远程控制装置，通过有线或无线传输将所述储能装置的电量信息发送到客户端；接收客户端反馈的设置信息，根据所述设置信息控制所述泄流电路和/或所述滤波整形电路为所述储能装置充电。

在基于本实用新型上述装置的另一个实施例中，还包括：

远程控制装置，通过有线或无线传输将所述储能装置的电量信息发送到客户端；接收客户端反馈的设置信息，根据所述设置信息控制所述泄流电路和/或所述滤波整形电路为所述储能装置充电。

在基于本实用新型上述装置的另一个实施例中，还包括：

远程控制装置，通过有线或无线传输将所述储能装置的电量信息发送到客户端；接收客户端反馈的设置信息，根据所述设置信息控制所述泄流电路和/或所述滤波整形电路为所述储能装置充电。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供的一种地震台，其特征在于，包括：地震台仪器和如上所述的供电装置；

所述供电装置通过市电、或太阳能和风能为储能装置充电，通过所述储能装置为所述地震台仪器供电。

基于本实用新型上述实施例提供的一种供电装置和地震台，由于风能是随机能源，时有时无不连续，太阳能也是受天气和气候限制的能源，本实用新型实施例通过将基于太阳能和风能转换得到的电压融合形成一路融合电压；实现了将太阳能转换的电压和风能转换的电压合并管理，以提供相对稳定自然能源；将市电输入的电压经过电压转换得到充电电压；通过基于融合电压或充电电压为储能装置充电，通过储能装置为外部仪器供电；实现了多能源充电，消除了单一能源供电的不足，保证了外部设备的持续稳定供电；并且成本低、可靠性高、工作模式多样化、操作简单；对设备的工作环境没有特殊的要求。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本实用新型的实施例，并且连同描述一起用于解释本实用新型的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本实用新型，其中：

图1为本实用新型供电装置一个实施例的结构示意图。

图2为本实用新型供电装置一个具体示例的结构示意图。

图3为本实用新型供电装置具体示例中锂电池充电均衡电路示意图。

图4为本实用新型地震台一个具体示例的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本实用新型的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

华南地区太阳能年总辐射量很低属于贫乏地区，但设计的供电系统主要依靠太阳能，因此，华南野外地震台实际布设遇到的问题，在检查地震台工作的状态的时候，经过三个月一次的观测发现只有不到10％的设备的储能蓄电池是饱和，还有10％的设备的储能蓄电池过度放电或已经无电，其他80％是处在电池供给不足的状态，储能蓄电池在缓慢的馈电，如果在雨季，很有可能一部分地震台站面临长期处于半停止工作状态。

图1为本实用新型供电装置的一个实施例的结构示意图。如图1所示，该实施例装置包括：

泄流电路11、滤波整形电路12和储能装置13；

泄流电路11与储能装置13电连接；

具体地，泄流电路11实现电压融合，可以通过耦合电路实现，耦合电路主要用于风能和太阳能的输入电压和电路的融合，这两个源可以同时输入储能蓄电池，核心为耦合电容，将两路的电能通过耦合电容归并到一起形成一路电压输入电池。采用耦合的原因；风能是随机能源，时有时无不连续，太阳能也是受天气和气候限制的能源，两者归为一路管理。

滤波整形电路12的输入端与市电连接，滤波整形电路12的输出端与储能装置13电连接；

储能装置13为外部仪器供电。

基于本实用新型上述实施例提供的一种供电装置，由于风能是随机能源，时有时无不连续，太阳能也是受天气和气候限制的能源，本实用新型实施例通过将基于太阳能和风能转换得到的电压融合形成一路融合电压；实现了将太阳能转换的电压和风能转换的电压合并管理，以提供相对稳定自然能源；将市电输入的电压经过电压转换得到充电电压；通过基于融合电压或充电电压为储能装置充电，通过储能装置为外部仪器供电；实现了多能源充电，消除了单一能源供电的不足，保证了外部设备的持续稳定供电；并且成本低、可靠性高、工作模式多样化、操作简单；对设备的工作环境没有特殊的要求。

在本实用新型供电装置上述实施例的一个具体示例中，还包括：太阳能电池板；

太阳能电池板与泄流电路电连接。

在本实施例中，对于太阳能转换获得电能可以通过现有技术中的转换技术，如：光伏太阳能板等，具体过程包括：将光伏太阳能板转化的电能接入太阳能输入端口，经过和风电耦合后输出至直流整流滤波电路，整流电路用的是集成芯片模块vicorVI200自适应电压输入半砖模块，模块功率300W，满负荷效率80％，模块可以处理电流涌浪和前端电路漏电产生的高压大电流冲击，保护后段控制和充电电路的稳定，模块可以编程处理开关电压值和滤波整形值，也可使用默认值即硬件自适应保护。本实施例输入太阳能板功率为90W，风能稳定最高转化功率50W，两项之和为模块的额定功率的一半不到(VI200的芯片可处理额定功率300W，外接太阳能板把太能能转换为电能后的额定功率为90W，风能电机将风能换为电能的额定功率为50W，正常工作时都不会达到额定功率，风能太阳能转换如果达到最佳值即额定电压值，是最理想的。模块的额定处理功率300W是其最高处理能力，只要不达到这个值，模块工作都会正常，所以90W加上40W，不到300W的一般，不会出现超过模块能力的危险情况)，安全性有保证，畸变和突发电流不会特别高，所以就采用模块默认硬件模式就可。Load端的电压稳定纯净，可直接输入到蓄电池储能控制电路。

在一些可选的实施例中，基于太阳能转换电路获得第一电压。

具体地，基于太阳能获得第一电源应用了热平衡供电系统，热平衡供电系统包括：基于热电效应原理和第三热电效应制作热平衡电池为野外工作的地震仪提供电能；可选地，图2为本实用新型供电装置一个具体示例的结构示意图。如图2所示，太阳能板包括电池板吸热金属板和负极金属板，电池板吸热金属板朝向太阳，负极金属板背向太阳，中间有储能电池存储电动势，荒漠戈壁郊外，可以在白天利用太阳的热能发电并存储，供给地震台站晚上工作的电能需要，将太阳能版两面加装导热装置，太阳能板(硅片板)下加装吸热板，太阳能板外壳背面加装平衡板，这样在太阳照射时，朝阳的一面热量高，背阳的一面热量低，采用导热金属之间的热电子电压差，为储能蓄电池供电，这种方式是作为太阳能光伏发电的补充，这样供电系统中对光能的利用即包括光伏能和光热能。

在本实用新型供电方法上述实施例的一个具体示例中，还包括：风能机板；

风能机板与泄流电路11电连接。

本实施例中提供了一种风能发电的方式，具体采用小型电机(如：功率在50W左右)，将风能转化为机械能，带动电机工作产生电能，接入风能接口电路，通过泄流电路将风能和太阳能整流耦合输出，进入控制电路的多源供电控制器中，风能发电机的输出功率公式如公式(1)所示：

P＝LπR²V²CP (1)

公式中：L为常数，R风扇叶片半径，V风速，Cp风能转化系数。

风能转化率在60％左右，只有在风机额定风速下才能达到最佳能量转化率。风能是一种随机能源，不连续也不持续，所以风能作为太阳能的补充能源，而不作为主要能源。太阳能是以往地震台布设时的首选供电电源，在太阳光照好的北方和新疆地区可以持续给储能蓄电池充电，但在夏秋季的华南东南沿海和山区阴雨多云持续数天较长，不但储能蓄电池充不不足且馈电严重，地震台站有可能经过数月的连续工作，将储能蓄电池电量耗尽或将电池永久报废，给地震台连续的数据采集带来巨大损失。配合一定风能可以尽量缓解夜晚或阳光不足时电量的亏损，延续储能电池的电量和使用寿命，对于进行长年观察的地震台有重要意义。

在本实用新型供电方法上述实施例的一个具体示例中，还包括：模数转换电路；

模数转换电路与泄流电路11和/或滤波整形电路12电连接；

并将泄流电路11和/或滤波整形电路12传输的电能经过转换后为储能装置13供电。

风速由微风逐渐加大时，输出电压会持续升高至额定电压，为了保护后端电路的安全，泄流电路会把电压钳制在24V左右。风速过小时，转化率都会降低，风机输出的电压也会降低。

可选地，将市电作为极端情况下的备用能源，当太阳能和风能都不能提供足够的能源给储能蓄电池充电时，并且地震台站的设备要将储能蓄电池的电能消耗到设备本身的保护电压10V的时候，市电充电的功能将自动开启，电源控制电路的检测点为11V。在从整流滤波电路反馈的电压为11V时，控制电路会自动给交流电控制芯片的门控使能端EN一个高电平，启动市电转换模块，将市电220V交流电整形滤波稳压输出24V直流电压，给储能蓄电池充电，直至储能蓄电池充满，当控制电路检测到储能蓄电池电压达到饱和电压后，会给交流控制芯片的门控使能端EN一个低电平，市电220V断开供电。

在本实用新型供电方法上述各实施例的一个具体示例中，通过充电电压为储能装置充电时，还包括：

当检测到供电电压跳变、储能装置过饱和充电和/或漏电时，断开市电与储能装置的连接。

为了保证市电端的安全，控制电路会一直监测控制芯片的输出端电压。如有漏电、电压跳变或过饱和充电时，市电电源转换芯片会自动切断电路，确保市电应用的安全可控性。市电220V充电方式的应用比直接用220V适配器给设备供电更加安全可靠。

在本实用新型供电装置的又一个实施例中，基于上述各实施例的基础上，储能装置13包括至少两个储能电池，每个储能电池并联有一个分流电路。

为储能装置13供电的过程可以包括：

基于融合电压或充电电压分别为所有储能电池充电，通过与储能电池并联的分流电路均衡每个储能电池接收的电压。

由于锂离子电池的个体电子活性不同和制造工艺水平的问题，不同电池之间是有差异的，即使同一批电池也有个体差异，为了避免充电过程中两块电池充电不同步的问题，设计了均衡电路，应对电池的个体差异，使两块电池同步充满，不出现过充的现象。均衡电路是在两块电池的充电端采用CMOS芯片和运算放大器芯片，多级运算放大器对两块电池端的电压进行比较，两电池的电压差值大约运算放大器设定的值，coms芯片将充电电压大的旁路分流电路开通，给充电电压低的电池充电，当多级运放比较的充电电压值低于运放设定值，这个电压值反馈给cmos芯片，芯片中的mos管自动关闭旁路分流电路，此时充电状态达到均衡。

本实施例在具体实施时，图3为本实用新型供电方法具体示例中锂电池充电均衡电路示意图。如图3所示，稳压电压V＝0.1Rf/R(设定电池组中单个电池之间的电压差值为0.01V)电池两侧并联分流电阻R0(R0是电池电阻的数十倍)，R0与Q1、Q2之间构成了两个分流电路，当两个电池电压差|V1-V2|≥0.01V时，电压较高的电池所并联的分流电路导通，对电压低的电池进行补偿充电。当两块电池的电压均衡时，分流电路停止工作。图中U1、U2、U3、U4和U5是运算放大器，图中电路的接线方式使运算放大器构成了一个比较运算电路，输出端和输入端电阻的比值即电压差值常量(0.01v)，这个值可以通过接入不同的电阻得出。这样运算放大器输入两个电压，高电压电池接的输出电路导通，将电流给低电压电池充电。

可以通过滤波保护电路控制各路电压电流在可控范围内，具体工作流程可以包括：滤波芯片MAX620多级带通滤波，芯片自动将前端输入电压和设定的额定电压值比较，将跳变电压，谐波电压和畸变电压进行过滤，保证纯净电压进入后续电路。

在本实用新型供电装置的再一个实施例中，基于上述各实施例的基础上，还包括：

远程控制装置，通过有线或无线传输将储能装置的电量信息发送到客户端；接收客户端反馈的设置信息，根据设置信息控制泄流电路和/或滤波整形电路为储能装置充电。

本实施例中，在客户端中可以实现远程监控，通过系统预留接口接入，设计了数据传输功能和参数设置功能，可以将地震台站的工作环境参数实时远程无线传输，模块的通讯电路预留了地震台站的数据传输接口，也可以将台站数据进行远程无线传输，这个功能可以选择开通。参数设置功能包括供电系统的控制参数设定和台站探测设备工作的开启和关闭，这样在灾害性天气下如洪水、泥石流下关闭设备电源保护设备不被短路烧毁，以待人员现场寻找，客户端可以提供断电前最后的设备的位置，保证精准寻找设备。

锂离子电池的充电电压精度要求很高，需要平稳连续的电压，多源供电系统的外部电源来自太阳能风能和市电多种渠道，充电时必须要进行严格的监控，系统使用芯片控制器为核心制作充电控制电路，充电电路能够达到限流恒压的性能，还可以根据储能蓄电池的类型和电压自动选择充电模式，对锂离子电池设计了均衡慢充模式，可以定期为高性能电池进行保养式维护充电，延长锂离子电池的寿命，满足野外地震台站的长期观察需求。

充电电路的核心的芯片可将充电电压处理为限压电流源，适合锂离子电池充电。由于芯片内部有一个精度为千分之五的基源，保证充电电压的精准稳定，也使得外部电路简单容易操控。将CELL2设置为高电平，系统配备了两块锂离子电池。电路具有预充电、恒流充电和涓流充电功能，外部还可以接控制芯片，微控制芯片可以调节限充电流，pwork可以复位微控制芯片。核心芯片内部带有自动断电功能，电池过充和饱和充均会检测，达到设定标准芯片会自动隔离断电。

本实用新型地震台一个实施例中，该实施例地震台包括：地震台仪器和如本实用新型上述任一实施例的供电装置；

供电装置通过市电、或太阳能和风能为储能装置充电，通过储能装置为地震台仪器供电。

图4为本实用新型地震台一个具体示例的结构示意图。如图4所示，该地震台通过太阳能板接口与太阳能光伏板相连接，接收太阳能转换的电能；风能机板接口与风能转换电机相连接，接收风能转换的电能；通过泄流电路将风能和太阳能转换获得的电能进行耦合；通过市电接口与市电相连接，通过滤波整形电路、AC/DC转换电路和DC/DC电路将交流电转换为符合电池充电的直流电压(如：将220V交流电转换为24V直流电)；通过智能控制切换电路控制通过融合电压为储能蓄电池(储能装置)充电，或通过市电充电电压为储能蓄电池充电；通过储能蓄电池为地震台仪器供电。

本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。

本实用新型的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。