一种用于车载高压直流电源的切换装置的制作方法

本实用新型属于高压电源领域，具体涉及一种用于车载高压直流电源的切换装置。

背景技术：

不间断电源是在电网异常(如停电、欠压)的情况下不间断的为电器负载设备提供后备电源，维持电器正常运作的设备。一般来说，不间断电源需要使用电源切换开关(transferswitch)，将负载线路由一电源切换至另一电源的电源回路切换装置，从而实现电源的不间断切换。

目前，对于车载用电设备来说，由于大多数车载用电设备使用低压供电，可采用蓄电池直接并接在电源母线上实现电源的不间断切换。然而，对于高压车载用电设备来说，车载用电设备采用高压电池回路实现电源的不间断切换，而高压电池长期并接在高压电源母线上会大幅缩短高压电池的使用寿命，因此采用电池直接并接在电源母线上的方式无法适应车载高压供电的需求，而国内的一些高压电源不间断切换装置电路复杂、体积大不能适应车载使用的要求。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种用于车载高压直流电源的切换装置，该切换装置包括主控单元、三相整流桥、第一二极管、第二二极管、高压电池、高压电容、第一高压开关和第一电阻，通过各模块之间的具体连接方式和参数设置解决车载用电设备中各供电方式切换过程存在供电断点的问题。

为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种用于车载高压直流电源的切换装置，该切换装置包括主控单元、三相整流桥、第一二极管、第二二极管、高压电池、高压电容、第一高压开关和第一电阻，主控单元连接所述三相整流桥、车载高压直流电源和第一高压开关，三相整流桥的电源输入端连接三相市电，三相整流桥的正端连接第一二极管的阴极，第一二极管的阳极连接车载高压直流电源的正端，三相整流桥的正端和车载高压直流电源的负端之间通过第一高压开关和高压电池串联连接，三相整流桥的正端和车载高压直流电源的负端之间还通过第一电阻和第二二极管并联后与串联高压电容连接。

作为本发明的进一步改进，该切换装置还包括保险丝，三相整流桥的正端通过保险丝与车载用电设备端的正端连接，车载用电设备的负端连接车载高压直流电源的负端。

作为本发明的进一步改进，该切换装置还包括第二高压开关，三相整流桥的正端与车载用电设备端的正端之间通过保险丝与第二高压开关的串联电路连接。

作为本发明的进一步改进，该切换装置还包括第三高压开关，三相整流桥的正端与车载用电设备端的正端通过第三高压开关连接。

作为本发明的进一步改进，高压电池为锂电池组。

作为本发明的进一步改进，锂电池组的切换时间不大于3毫秒。

作为本发明的进一步改进，锂电池组的充放电电压范围450v～590v。

作为本发明的进一步改进，高压电容c1为薄膜电容。

作为本发明的进一步改进，三相整流桥和第一二极管的反向重复峰值电压vrrm为1000v。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

本实用新型的一种用于车载高压直流电源的切换装置，该切换装置包括主控单元、三相整流桥、第一二极管、第二二极管、高压电池、高压电容、第一高压开关和第一电阻，通过各模块之间的具体连接方式和参数设置解决车载用电设备中各供电方式切换过程存在供电断点的问题，即当三相市电或车载高压直流电源供电正常时，第二高压接触器吸合实现给车载用电设备供电，当三相市电和高压直流电断电时，高压电容通过第二二极管为用电设备短时间供电，同时第一高压开关吸合，高压电池为车载用电设备供电，同时也通过第一电阻限流后为高压电容充电，从而实现供电方式的不间断切换。

本实用新型的一种用于车载高压直流电源的切换装置，通过设置各个组成部件的参数设置，实现供电方式的切换时间不大于3ms，从而进一步确保供电方式的不间断切换，同时本装置具有操作简单、通用性强、体积小重量轻、抗干扰能力强等优点。

附图说明

图1是本实用新型技术方案的实施例的一种用于车载高压直流电源的切换装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本实用新型进一步详细说明。

图1是本实用新型技术方案的实施例的一种用于车载高压直流电源的切换装置的结构示意图。如图1所示，该切换装置包括主控单元、三相整流桥v1、二极管v2-v3、高压电池bt1、高压电容c1、高压开关k1-k3、电阻r1-r2和保险丝f1。

三相整流桥v1的电源端连接三相市电，三相整流桥v1的正端连接二极管v2的阴极，二极管v2的阳极连接车载高压直流电源的正极u+，三相整流桥v1的正端和车载高压直流电源的负极u-之间通过高压开关k1和高压电池bt1的串联连接，其中，高压电池bt1的负极更靠近车载高压直流电源的负极u-，三相整流桥v1的正端和车载高压直流电源的负极u-之间还通过电阻r1和二极管v3并联后串联高压电容c1连接，图1中的连接方式仅为一个示例，电阻r1和二极管v3并联电路既可以设置在车载高压直流电源母线u+1端，也可以设置在车载高压直流电源母线u－端；

作为一个示例三相整流桥的正端通过保险丝f1与车载用电设备端的正端u+2连接；作为一个优选的方案，u+1和保险丝f1之间通过高压开关k2串联一个电阻r2后连接；进一步地，u+1和保险丝f1之间还通过高压开关k3连接；车载用电设备的负端连接车载高压直流电源的负端；

主控单元连接三相市电、车载高压直流电源母线和高压开关k1-k3，主控单元用于采集三相市电、高压直流输入、高压电池bt1、高压电源母线的电压和电流信息，对信息进行分析后控制高压开关的吸合和断开，从而实现高压电源供电的自动切换和保护。

作为本发明的一个示例，主控单元可以采集三相市电和或高压直流电u+、高压电池的电压和电流等信息采集、分析，当主控单元采集到有三相市电或高压直流电供电时，由三相市电或高压直流电给用电设备供电；当主控单元采集到三相市电和高压直流电均断电时，主控单元控制高压开关吸合，切换高压电池为用电设备供电。作为一个示例，主控单元选用ti公司dsp芯片sm320f28335。该芯片基于cmos工艺，主频高达150mhz，具有高性能32位cpu和哈佛总线架构，512kb闪存和68kbram，同时具备6通道dma处理器，16位/32位外部接口(2m×16寻址范围)，18路pwm输出，6路事件捕捉输入，16路定时器，16通道12位a/d，2路mcbsp，1路i2c，3路sci，1路spi，2路can，1路16位/32位外部存储总线等外设接口。该芯片满足高压电源不间断切换装置信息的采集和对接触器控制的需求，主控单元的通讯接口可将信息发送到上位机上进行显示。

三相市电经三相整流桥整流后的直流电、高压直流电u+形成冗余供电模式，三相市电、高压直流电u+供电时可通过电阻r1限流后为高压电容c1充电。主控单元对三相市电、高压直流电u+、高压电池bt1和高压电源母线u+1的电压和电流信息进行采集。当三相市电、高压直流电u+供电电压和电流正常时，控制高压开关k2吸合，通过限流电阻r2给车载用电设备充电，充电完成后控制高压开关k3吸合、高压开关k2断开。当三相市电和高压直流电断电时，高压电容c1通过二极管v3为用电设备短时间供电，同时高压开关k1吸合，高压电池bt1为用电设备供电，同时也通过电阻r1限流后为高压电容c1充电。当采集到三相市电或高压直流电供电时，主控单元控制高压开关k1断开，由三相市电或高压直流为用电设备供电，实现高压电源供电的不间断切换,切换时间不大于3ms。当主控单元采集到电压和电流异常时，控制高压开关k3断开，实现对用电设备的保护。

作为一个示例，三相整流桥v1将三相市电整流为高压直流电，同时也具有防反串功能，防止高压电u+反串到三相市电端。v1选用西安卫光科技有限公司的硅三相桥式整流器ql93m，反向重复峰值电压vrrm为1000v，整流平均输出电流i0为60a，正向不重复浪涌电流ifsm为600a，反向电流ir不大于30ua，正向平均电压vf(av)不大于1.0v，最高工作频率fm为3khz，储存温度tstg为﹣55℃～125℃。

作为一个示例，二极管v2具有防反串功能，防止三相整流后的高压直流反串到u+端。三相整流高压直流电与高压直流电u+可分别输入，也可同时输入，同时输入时，只会有电压高的一路输入到高压电源母线u+1上，电压低的一路因三相整流桥、二极管反向截止而不能输入。二极管v2选用国营第八七三厂的2cz143(r)，反向重复峰值电压vrrm为1000v，整流平均输出电流i0为85a，正向不重复浪涌电流ifsm为230a，反向电流ir不大于100ua，正向平均电压vf(av)不大于1.2v，储存温度tstg为﹣55℃～150℃。

作为一个优选的方案，高压电池bt1采用切换时间不大于3ms的锂电池组，在三相市电、高压直流电u+供电时不接入高压电源母线u+1，以延长锂电池组的使用寿命，在三相市电和高压直流电u+断电时，锂电池组通过高压开关k1接到高压电源母线u+1为用电设备供电，切换时间不大于3ms。锂电池组采用纳米化磷酸铁锂正极材料、复合石墨负极材料、功能性电解液、优化电极工艺和电池结构设计，低温性能优异。锂电池组电压额定值520v，电池组额定容量不小于20ah，电池组充放电电压范围450v～590v，电池组最大放电能力不小于3c(60a)，电池组循环充放电次数1000次。

作为一个优选的方案，高压电容c1采用薄膜电容，主要功能是在高压直流电与锂电池切换之间为用电设备供电，同时也有滤波、改善系统供电质量的作用。电阻r1可以限制高压电容的充电电流，防止电容c1充电时的大电流损坏设备。在高压电源母线上供电电压断开时，高压电容c1中储存的能量可通过二极管v3为用电设备供电。作为一个优选的方案，高压电容c1容量为4000uf，额定电压650v，额定电流50a，恒流50a放电时间不小于10ms。

高压开关k2和电阻r2可在高压开关k3给用电设备供电前先进行充电，防止大电流冲击损坏设备。高压开关k3将高压电源母线上的高压电输送给用电设备。保险f1可在用电设备出现故障而导致线路中出现大电流冲击时熔断，避免损坏设备。作为一个优选的方案，高压开关选用891厂的jq－86f/028t，触点阻性负载100a/1000vdc，最大切换功率75000w，触点负载与寿命次数100a/1000vdc/1000次，20a/1000vdc/8000次，线圈额定工作电压28v，最大值30.5v，启动电流3.5a，保持电流0.35a。电阻r2选用718厂rig5型电阻，最大工作电压为1500v，额定功率200w。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。