便携式应急启动电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种便携式应急启动电源，包括充电控制模块、电力储能模块和电能输出模块；其中，充电控制模块用于对所述电力储能模块充电，电力储能模块用于通过电能输出模块向特种车辆提供电源；其中，充电控制模块包括主电路模块和控制模块，主电路模块用于将交流电转换为直流电，并输送给电力储能模块；控制模块用于对电力储能模块的电容电压以及主电路模块的充电电流、电压进行检测，并根据检测结果通过PWM调整主电路模块的充电电流及电压；电力储能模块包括并联的至少两组超级电容，且每组超级电容由至少10个超级电容串联组成。通过本实用新型能够安全、有效、环保且灵活的在极端条件下满足特种车辆的供电及启动需求。
【专利说明】
便携式应急启动电源
技术领域
[0001]本实用新型涉及电源技术领域，更为具体地，涉及一种便携式应急启动电源。
【背景技术】
[0002]特种车辆启动电源是指特种车上能够外部直流电能转变成化学能储存起来，又能将储存的化学能转变成电能输出的装置，俗称特种车用蓄电池。特种车用蓄电池是特种车辆的辅助电源，主要用于在特种车辆启动时，为特种车辆的发动机供电；发电机不工作时，可单独向用电装置供电；当发电机输出功率不能满足用电装置需要时，与发电机共同向用电装置供电。
[0003]目前，在特种车辆中，尤其是训练用特种车辆中，使用最多的是固定式启动电源。然而，固定式启动电源无法脱离大功率市电(220伏或380V)进行使用，体型笨重、无法满足复杂多变的野外使用需求，有必要使用特种车用蓄电池。
[0004]特种车用蓄电池按电解液的性质可分为酸性蓄电池和碱性蓄电池，实用应用的特种车辆大多采用铅酸电池作为启动电源。这种蓄电池的容量一般为100?200安培小时，工作电压为12伏(个别为24伏)，通常连接成蓄电池组使用。蓄电池组的电压一般为24伏，有的在起动发动机时转换为48伏。随着某些特种车辆发动机功率的增大和用电装置的逐渐增多，要求蓄电池的容量也相应增大，这使得酸性蓄电池和碱性蓄电池已不能满足特种车辆对辅助电源的需求了；并且传统的铅酸电池存在环境适应范围窄、使用寿命短、维护成本高、环境污染大等缺陷，无法适应恶劣的野外环境。
[0005]为了改进蓄电池的结构和工艺，现开发出了更高性能的磷酸铁锂电池。磷酸铁锂电池在循环使用寿命以及环境温度适应性上有了很大的提高，但其研发成本高，且在结构稳定性上存在极大的风险。
【实用新型内容】
[0006]鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种便携式应急启动电源，以解决现有的特种车辆保障电源存在的问题。
[0007]本实用新型提供的便携式应急启动电源包括充电控制模块、电力储能模块和电能输出模块;其中，充电控制模块与电力储能模块相连，用于对电力储能模块进行充电，充电控制模块包括主电路模块和控制模块;其中，主电路模块用于将交流电转换为直流电并输出给电力储能模块;控制模块用于对电力储能模块的电容电压，以及主电路模块的充电电流、电压进行检测，并根据检测结果通过PWM调整主电路模块输出的直流电的电流及电压；电力储能模块与电能输出模块相连，用于通过电能输出模块向特种车辆供电；其中，电力储能模块包括并联的至少两组超级电容，且每组超级电容由至少10个超级电容串联组成。
[0008]此外，优选的结构为:主电路模块进一步包括:电磁干扰抑制模块，用于接入电网电压，并减少电网与充电控制模块之间的电磁干扰;缓冲模块，与电磁干扰模块相连，用于使接入的电网电压缓慢上升;工频整流滤波模块，与缓冲模块相连，用于将接入的电网电压变换为固定直流电压并输出;DC/DC模块，与工频整流滤波模块相连，用于通过PffM将工频整流滤波模块输出的固定直流电逆变为可变的直流电。
[0009]此外，优选的结构为:DC/DC模块进一步包括:DC/AC模块，与工频整流滤波模块相连，用于通过PWM将固定直流电逆变为高频交流电，再通过高频变压器对高频交流电进行降压处理;高频整流滤波模块，与DC/AC模块相连，用于将经过降压处理的高频交流电变换为直流电。
[0010]此外，优选的结构为:控制模块进一步包括:检测模块，分别与主电路模块和所述电力储能模块相连，用于对主电路模块和电力储能模块进行检测并输出检测值；中央控制模块，与检测模块相连，用于根据检测模块所输出的检测值发出控制指令，控制主电路模块和电能输出模块。
[0011]此外，优选的结构为:检测模块进一步包括:充电电流电压检测模块，与主电路模块相连，用于对主电路模块输出的直流电的电流电压进行检测，并将检测值输出给中央控制模块；电容电压检测模块，与电力储能模块相连，用于对电力储能模块的电压进行检测，并将检测值输出给中央控制模块;输入电压检测模块，用于对接入的电网电压进行检测，并将检测值输出给中央控制模块。
[0012]此外，优选的结构为:控制模块进一步包括:PWM隔离驱动模块，与DC/DC模块相连，用于根据中央控制模块发出的控制指令进行隔离和放大，驱动DC/DC模块中的开关管进行逆变;启动输出控制模块，与电能输出模块相连，用于根据中央控制模块发出的控制指令启动电能输出模块输出电能。
[0013]此外，优选的结构为:电能输出模块进一步包括:操作显示模块，与中央控制模块相连，用于提供人机操作界面且根据中央控制模块发出的控制指令进行状态显示。
[0014]此外，优选的结构为:每组超级电容由18个超级电容串联组成，且每组超级电容之间采用绝缘板隔离。
[0015]通过上述，根据本实用新型实施例的便携式应急启动电源，将超级电容作为电力储能模块，从而替代传统的蓄电池作为特种车辆启动电源的电力储能系统，同时将电力储能模块与充电控制模块相结合，从而能够更加安全有效、且环保灵活的在极端环境下满足特种车辆的供电和启动需求。
【附图说明】
[0016]通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中:
[0017]图1为根据本实用新型实施例的便携式应急启动电源的第一逻辑结构示意图；
[0018]图2为根据本实用新型实施例的便携式应急启动电源的第二逻辑结构示意图。
[0019]在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
【具体实施方式】
[0020]以下将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述。
[0021]针对前述现有的蓄电池存在的使用寿命短、维护成本高、环境污染大、适应性不强，不能满足特种车辆的供电需求的问题，本实用新型通过将超级电容作为电力储能模块替代传统蓄电池，同时将电力储能模块与充电控制模块相结合，从而更加安全有效，且环保灵活的在极端环境下满足特种车辆的供电和启动需求。
[0022]为了说明本实用新型提供的便携式应急启动电源，图1示出了根据本实用新型实施例的便携式应急启动电源的第一逻辑结构；图2示出了根据本实用新型实施例的便携式应急启动电源的第二逻辑结构。
[0023 ]如图1所示，本实用新型提供的便携式应急启动电源1000包括充电控制模块1100、电力储能模块1200和电能输出模块1300。其中，充电控制模块1100与电力储能模块1200相连，用于对电力储能模块1200进行充电，充电控制模块包括主电路模块1110和控制模块
1120ο
[0024]其中，主电路模块1110用于将交流电转换为直流电并输出给电力储能模块1200，控制模块1120用于对电力储能模块1200的电容电压，以及主电路模块1110的充电电流、电压进行检测，并根据检测结果，通过P丽(Pulse Width Modulat1n，脉冲宽度调制)调整主电路模块1110输出的直流电的电流及电压。
[0025]电力储能模块1200与电能输出模块1300相连，用于通过电能输出模块1300向特种车辆供电；其中，电力储能模块1200包括并联的至少两组超级电容，且每组超级电容由至少10个超级电容串联组成。具体地，在本实用新型的一个示例中，每组超级电容由18个超级电容串联组成，且每组超级电容之间采用绝缘板隔离以防止端接。
[0026]进一步地，如图2所示，在本实用新型提供的便携式应急启动电源1000中，主电路模块1110进一步包括电磁干扰抑制模块1111、缓冲模块1112、工频整流滤波模块1113、DC/DC模块 1114。
[0027]其中，电磁干扰抑制模块1111用于接入电网电压，并减少电网与充电控制模块1100之间的电磁干扰;缓冲模块1112与电磁干扰模块1111相连，用于使接入的电网电压缓慢上升;工频整流滤波模块1113与缓冲模块相连，用于将接入的电网电压变换为固定直流电压并输出；DC/DC模块1114与工频整流滤波模块1113相连，用于通过PWM将工频整流滤波模块输出的固定直流电逆变为可变的直流电。
[0028]具体地，在DC/DC模块1114将固定直流电逆变为可变的直流电的过程中，DC/DC模块1114还进一步包括DC/AC模块41、高频整流滤波模块42。其中，DC/AC模块41与工频整流滤波模块相连，用于通过PWM将固定直流电逆变为高频交流电，再通过高频变压器对高频交流电进行降压处理;高频整流滤波模块42与DC/AC模块41相连，用于将经过降压处理的高频交流电变换为直流电。
[0029]在本实用新型的一个示例中，工频整流滤波模块1113将接入的电网电压为220V交流电变为约300V的直流电，然后在DC/AC模块41中，采用PWM将300V直流电逆变为高频(10kHz)交流电，再通过高频变压器隔离降压为30V的高频流电，最后再通过高频整流滤波模块42将经过隔离降压处理的高频交流电变换为直流电。至此，则完成了将固定直流电逆变为可变的直流电，且在逆变的过程中，采用可靠、先进、高效的逆变拓扑结构和高性能的场效应管，能够使整个充电控制模块稳定可靠且高效的运行。
[0030]此外，控制模块1120进一步包括检测模块1121和中央控制模块1122。其中，检测模块1121分别与主电路模块1110和电力储能模块1200相连，用于对主电路模块1110和电力储能模块1200进行检测并输出检测值；[0031 ]中央控制模块1122与检测模块1121相连，用于根据检测模块1121所输出的检测值发出控制指令，控制主电路模块1110和电能输出模块1300。具体地，检测模块1121进一步包括充电电流电压检测模块11、电容电压检测模块12和输入电压检测模块13。
[0032]其中，充电电流电压检测模块11与主电路模块1110相连，用于对主电路模块110输出的直流电的电流电压进行检测，并将检测值输出给中央控制模块1122，以使中央控制模块根据检测值对主电路模块110的输出电流、电压进行控制；电容电压检测模块12与电力储能模块1200相连，用于对电力储能模块1200的电压进行检测，并将检测值输出给中央控制模块1122，以使中央控制模块根据检测值对电力储能模块的充电或放电过程进行控制;输入电压检测模块13用于对接入的电网电压随时进行检测，并将检测值输出给中央控制模块，以便于在电压输入异常时，及时对保障电源进行保护。通常情况下，当接入的电网电压超出220V±20%时，输入电压检测模块13将会发出报警信号给中央控制模块，中央控制模块会发出相应的控制指令使保障电源实施停机保护。
[0033]此外，控制模块1120进一步包括PffM隔离驱动模块1123和启动输出控制模块1124。其中，P^隔离驱动模块1123与DC/DC模块相连，用于根据中央控制模块1122发出的控制指令进行隔离和放大，驱动DC/DC模块中的开关管进行逆变;启动输出控制模块1124与电能输出模块相连，用于根据中央控制模块1122发出的控制指令启动电能输出模块1300输出电會K。
[0034]另外，电能输出模块1300还包括与中央控制模块1122相连的操作显示模块1310，用于提供人机操作界面且根据中央控制模块1122发出的控制指令进行状态显示。例如，当电力储能模块1200已经充满时，中央控制模块1122会发出控制指令控制操作显示模块1310中的充电状态灯亮起，当电力储能模块放电后电压低于预设值时，中央控制模块1122会发出控制指令控制充电状态灯熄灭。此处仅以充电状态作为示例进行说明，当然操作显示模块1310还可以随时加入其他的状态，例如充电过程中的状态等，在此不再一一赘述。
[0035]上述说明了本实用新型提供的便携式应急启动电源，下述将以示例的方式对本实用新型提供的便携式应急启动电源的工作过程进行说明。
[0036]本实用新型提供的便携式应急启动电源的过程为:在电力储能模块的电压低于30V时，充电控制模块维持100A的恒定电流给电力储能模块快速充电，充电控制模块输出电压为电力储能模块此时的电压；当电力储能模块的电压接近30V时，充电控制模块以30V恒定电压充电，充电电流逐渐减小，到设定的最小充电电流时即认为电力储能模块已充满，充电控制模块会自动停止充电并且控制操作显示模块的“充电状态灯”亮起；当需要启动特种车辆时，连接好“启动电源”的线缆后将操作显示模块的“启动输出”开关旋钮置于“通”处，即可接通启动输出；在启动车辆多次后，当电力储能模块放电后的电压低于18V时，“充电状态灯”熄灭，保障电源需要进行下一次充电方可使用。
[0037]通过上述可知，本实用新型提供的便携式应急启动电源采用超级电容作为电力储能模块，具有功率密度大，使用寿命长、名维护、工作温度范围宽、安全放电、安装简单、结构紧凑、环境适应性强且无污染的特点，能够替代目前普遍使用的铅酸电池，可以杜绝二次污染，并能长时间免维护的使用。
[0038]具体地，超级电容主要有以下特点:
[0039](I)功率密度高:可达10kW/kg，远高于目前蓄电池的功率密度水平；
[0040](2)循环寿命长:深度充放电循环可达50万次?100万次；
[0041](3)工作温度范围宽:目前超级电容器工作温度范围可达_40°C?+70°C;
[0042](4)免维护:超级电容充放电效率高，对过充电和过放电有一定的承受能力，可稳定地反复充放电，理论上不需要进行维护；
[0043](5)绿色环保:超级电容器在生产过程中不使用重金属和其它有害的化学物质，且自身寿命长，是一种新型的绿色环保电源。
[0044]因此，本实用新型采用超级电容作为保障电源中的电力储能模块可以承受大电流充放电，且仅需较少电量就可以得到极大的短时功率输出，一般在几十秒到几分钟之内即可完成补充电(传统蓄电池一般需6?8小时以上)，从而实现启动装置的快速补充电；并且由于超级电容的特性可以采用较小的超级电容即可达到启动的目的，从而可以实现保障电源的轻量化、便携化。此外，需要说明的是，本实用新型提供的便携式应急启动电源不仅可以作为特种车辆的保障电源，也可以作为其他需要应急启动的设备的保障电源。
[0045]如上参照附图以示例的方式描述了根据本实用新型的便携式应急启动电源。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本实用新型所提出的便携式应急启动电源，还可以在不脱离本【实用新型内容】的基础上做出各种改进。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
【主权项】
1.一种便携式应急启动电源，其特征在于，包括充电控制模块、电力储能模块和电能输出模块;其中， 所述充电控制模块与所述电力储能模块相连，用于对所述电力储能模块进行充电，所述充电控制模块包括主电路模块和控制模块;其中， 所述主电路模块用于将交流电转换为直流电并输出给所述电力储能模块； 所述控制模块用于对所述电力储能模块的电容电压，以及主电路模块的充电电流、电压进行检测，并根据检测结果通过PWM调整所述主电路模块输出的直流电的电流及电压； 所述电力储能模块与所述电能输出模块相连，用于通过所述电能输出模块向特种车辆供电;其中， 所述电力储能模块包括并联的至少两组超级电容，且每组超级电容由至少10个超级电容串联组成。2.如权利要求1所述的便携式应急启动电源，其特征在于，所述主电路模块进一步包括: 电磁干扰抑制模块，用于接入电网电压，并减少电网与充电控制模块之间的电磁干扰； 缓冲模块，与所述电磁干扰模块相连，用于使接入的电网电压缓慢上升； 工频整流滤波模块，与所述缓冲模块相连，用于将接入的电网电压变换为固定直流电压并输出； DC/DC模块，与所述工频整流滤波模块相连，用于通过PWM将所述工频整流滤波模块输出的固定直流电逆变为可变的直流电。3.如权利要求2所述的便携式应急启动电源，其特征在于，所述DC/DC模块进一步包括: DC/AC模块，与所述工频整流滤波模块相连，用于通过PWM将所述固定直流电逆变为高频交流电，再通过高频变压器对所述高频交流电进行降压处理； 高频整流滤波模块，与所述DC/AC模块相连，用于将经过降压处理的高频交流电变换为直流电。4.如权利要求2所述的便携式应急启动电源，其特征在于，所述控制模块进一步包括: 检测模块，分别与所述主电路模块和所述电力储能模块相连，用于对所述主电路模块和所述电力储能模块进行检测并输出检测值； 中央控制模块，与所述检测模块相连，用于根据所述检测模块所输出的检测值发出控制指令，控制所述主电路模块和所述电能输出模块。5.如权利要求4所述的便携式应急启动电源，其特征在于，所述检测模块进一步包括:充电电流电压检测模块，与所述主电路模块相连，用于对所述主电路模块输出的直流电的电流电压进行检测，并将检测值输出给所述中央控制模块； 电容电压检测模块，与所述电力储能模块相连，用于对所述电力储能模块的电压进行检测，并将检测值输出给所述中央控制模块；输入电压检测模块，用于对接入的电网电压进行检测，并将检测值输出给中央控制模块。6.如权利要求5所述的便携式应急启动电源，其特征在于，所述控制模块进一步包括: PWM隔离驱动模块，与所述DC/DC模块相连，用于根据中央控制模块发出的控制指令进行隔离和放大，驱动所述DC/DC模块中的开关管进行逆变； 启动输出控制模块，与所述电能输出模块相连，用于根据中央控制模块发出的控制指令启动所述电能输出模块输出电能。7.如权利要求5所述的便携式应急启动电源，其特征在于，所述电能输出模块进一步包括: 操作显示模块，与所述中央控制模块相连，用于提供人机操作界面且根据所述中央控制模块发出的控制指令进行状态显示。8.如权利要求1所述的便携式应急启动电源，其特征在于，每组超级电容由18个超级电容串联组成，且每组超级电容之间采用绝缘板隔离。
【文档编号】H02J7/02GK205544441SQ201620217912
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年3月21日
【发明人】周建明, 宋虎亭, 宋文杰, 张建民, 刘学霖, 庹小勇, 许桂春, 杨洪军, 冯明, 徐文静
【申请人】中国人民解放军63963部队