CN102510602B - 一种便携式太阳能照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式太阳能照明装置，包括光伏发电模块、市电充电器、控制开关模块、锂离子电池组、电量显示模块、直流变换器，光伏发电模块与控制开关模块相连，市电充电器与控制开关模块相连，锂离子电池组与电量显示模块相连，还设置有逆变器和LED灯具，锂离子电池组与控制开关模块相连，控制开关模块与逆变器输入端相连，控制开关模块与直流变换器相连，逆变器输出端与LED灯具相连。本发明采用锂离子电池组作为储能单元，重量轻、储能量大、充电方式灵活。本发明集成有高亮度LED灯具，满足户外作业的照明需要。本发明逆变器能够对作业现场市电电气设备进行供电；直流变换器能够为工作现场低压设备供电：满足多种用电设备供电需要，适用面广泛。

Description

一种便携式太阳能照明装置

技术领域

本发明涉及一种便携式太阳能照明装置。

背景技术

电力、铁路和冶金等行业的户外作业现场和抢险救灾、事故处理等工作现场，要求提供大面积、高亮度的照明装置。在这些工况下，便捷的市电供应常常是无法得到保证的，因此,需要提供独立的、便携式照明电源。同时，由于作业现场还存在诸如通讯终端、动力装置和检测仪器等电气设备，所以往往还要求移动电源能够为这些设备提供合适的供电接口。现有移动电源靠自身储存的能量为作业现场提供电能，但是,当在作业现场其能量用尽时，需要及时补充电能，也不方便携带。

经过对现有技术的公开文档检索发现，中国专利号为200510094268.7，公开日：2006.03.15，名称为“太阳能移动电源”的发明公开了一种除了采用市电充电，还具备太阳能充电方式的锂离子电池移动电源。该技术能够使得移动电源在工作现场就能够及时补充能量。但是，该技术应用主要针对登山、旅游等户外活动中手机和相机等小功率产品的充电，只提供低压、小电流的直流输出接口，系统容量过小，不能满足较大功率的工作现场采用的LED灯和其他电气设备的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中所存在的上述不足，而提供一种结构简洁、适用范围广、方便实用的便携式太阳能照明装置。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该便携式太阳能照明装置，包括光伏发电模块、市电充电器、控制开关模块、锂离子电池组、电量显示模块、直流变换器，光伏发电模块与控制开关模块相连，市电充电器与控制开关模块相连，锂离子电池组与电量显示模块相连，其特征是还设置有逆变器和LED灯具，锂离子电池组与控制开关模块相连，控制开关模块与逆变器输入端相连，控制开关模块与直流变换器相连，逆变器输出端与LED灯具相连。本发明采用锂离子电池作为储能单元，重量轻、储能量大。储能单元的充电方式灵活，包括市电充电和太阳能充电。其中，后者所用太阳能电池采用折叠式非晶薄膜材质，具有易携带、重量轻的优点。本发明针对户外作业的特点，集成有高亮度LED灯具，能够满足户外作业的照明需要。同时，本发明含有的市电逆变器，能够对作业现场的包括测试仪器在内的市电电气设备进行供电；含有的直流变换器，能够为工作现场的包括手机、笔记本在内的低压设备供电：能够满足多种用电设备供电需要，适用面广泛。

本发明所述的光伏发电模块包括折叠式太阳能电池和光伏控制器，折叠式太阳能电池与光伏控制器相连，光伏控制器与控制开关模块相连。折叠式太阳能电池在保证较多吸收太阳能的同时降低了太阳能电池的体积，方便携带。

本发明所述控制开关模块包括一个三档开关和三个两档开关，所述三档开关公共点与锂离子电池组正极相连，三档开关第一档与光伏控制器相连传，三档开关第二档与市电充电器相连，第一两档开关两端分别与锂离子电池组正极和逆变器正向输入端相连，第二两档开关两端分别与锂离子电池组正极和直流变换器正向输入端相连，第三两档开关接在锂离子电池组负极与市电充电器输出端的负极之间，光伏控制器输出端负极、市电充电器输出端负极、直流变换器输入端负极、逆变器输入端负极、电量显示模块负极连接在一起。

本发明所述电量显示模块包括第一分压电阻和第二分压电阻、电压基准模块、比较器模块、译码器模块、驱动器模块和发光二极管模块，第一分压电阻一端和第二分压电阻一端连接构成分压电阻公共点，第一分压电阻另一端与锂离子电池组正极相连，第二分压电阻另一端与与市电充电器输出端负极连接，分压电阻公共点连接至比较器模块的负向输入端传输锂离子电池组分压电压信息，电压基准模块连接至比较器模块的正向输入端传输参考比较电平，比较器模块的输出与译码器模块的输入连接，译码器模块的输出经驱动器模块与发光二极管模块连接。

本发明所述第一分压电阻和第二分压电阻的阻值分别为7千欧姆和1千欧姆，电压基准模块含3.6V、3V和2.8V三个电压基准，比较器模块包括三个比较器并采用LM339，译码器模块采用74LS138，驱动器模块包括四个驱动器，发光二极管模块包括四个发光二极管。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：为户外作业现场提供长时间、高亮度、大范围的照明，并为其他电气设备提供供电接口，同时，采用了市电充电器与便携式薄膜太阳能电池两种充电电源，能够满足户外作业现场就地充电需求，使得移动电源的能量补充变得更为灵活。

附图说明

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例电量显示模块的原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的系统作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下属实施例。

实施例

如图1所示，本实施例包括：光伏发电模块1、市电充电器2、控制开关模块、锂离子电池组3、电量显示模块4、逆变器5、直流变换器6和LED灯具7。其中：光伏发电模块1与控制开关模块相连传输光伏发电输出的电能，市电充电器2与控制开关模块相连传输市电充电器2输出的电能，锂离子电池组3与控制开关模块相连传输锂离子电池组3充放电能量，锂离子电池组3与电量显示模块4相连传输锂离子电池组3剩余电量状态信息，控制开关模块与逆变器5输入端相连传输经由控制开关模块输出的电能，控制开关模块与直流变换器6相连传输经由控制开关模块输出的电能，逆变器5输出端与LED灯具7或其他负载相连传输逆变器输出电能，直流变换器6输出端与直流负载相连传输直流变换器输出电能。

所述光伏发电模块1包括一块60W/36V/1.67A折叠式非晶硅薄膜太阳能电池11，重量为3.1kg，折叠后大小为390mm×250mm×55mm；一个锂离子电池专用光伏控制器12，重量160g，型号为DPSC24V05A。其中：太阳能电池11与光伏控制器12相连传输太阳能电池输出电能，光伏控制器12正向输出端与控制开关模块2相连传输光伏发电模块1输出的电能。

所述市电充电器2为24V/5A聚合物锂离子电池充电器，采用三段式充电。

所述锂离子电池组3为24V/40Ah聚合物锂离子电池，7串4并，内带均衡保护板，额定保护电流为20A，最大电流40A，过充保护电压29.4V，过放保护电压21V。其采用10Ah 单体，过充保护电压4.25±0.05V，过放保护电压2.90±0.08V，重量8kg，尺寸250mm×208mm×130mm。

所述逆变器5为额定500W修正正弦波逆变器DP-13C，额定输入电压为直流24V，输入电压过压保护为30V，输入欠压保护为21V；额定输出为三路交流220V/200VA（电气上属并联关系）。逆变器5正向输入端与控制开关模块相连传输经控制开关模块输出的电能；逆变器5交流输出第一路51与LED灯具7相连传输交流220V电能，逆变器5交流输出第二路52和逆变器5交流输出第三路53与其他电气设备负载相连传输交流220V电能。

所述直流变换器6为额定145W直流电源降压器，输入电压范围为直流13V~40V，额定输出直流5VDC（5V/5A，USB接口）和直流12VDC（12V/10A，柱形接口）。输出直流5VDC与USB供电负载相连传输直流电能，输出直流12VDC与笔记本等电气设备相连传输直流电能。

所述控制开关模块包括：一个三档(船型)开关3K，三个两档(船型)开关（包括第一两档开关2K1、第二两档开关2K2、第三两档开关2K3）。其中：三档开关3K公共点（脚4）与锂离子电池组3正极相连传输充电电能，三档开关3K第一档（脚1）与光伏控制器12相连传输光伏发电模块1输出电能，三档开关3K第二档（脚2）与市电充电器2相连传输市电充电器2输出电能，三档开关3K第三档（也叫零档，即脚0）悬空；第一两档开关2K1两端分别与锂离子电池组3正极和逆变器5正向输入端相连传输锂离子电池组3输出电能，第二两档开关2K2两端分别与锂离子电池组3正极和直流变换器6正向输入端相连传输锂离子电池组3输出电能，第三两档开关2K3接在锂离子电池组3负极与市电充电器2输出端的负极之间，控制总系统的开断。

光伏控制器12输出端负极、市电充电器2输出端负极、直流变换器6输入端负极、逆变器5输入端负极、电量显示模块4负极连接在一起构成负接点。

如图2所示，所述电量显示模块4包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2（阻值分别为7kΩ和1kΩ）、电压基准模块41（本实施例电压基准模块41含三个电压基准，分别为3.6V、3V和2.8V）、比较器模块42（本实施例比较器模块42包括三个比较器，实际采用LM339）、译码器模块43（本实施例译码器模块43采用74LS138）、驱动器模块44（本实施例驱动器模块44包括四个驱动器）和发光二极管模块45（本实施例发光二极管模块45包括四个发光二极管，每个发光二极管的管压降1.8V、电流20mA）。其中：第一分压电阻R1一端和第二分压电阻R2一端连接构成分压电阻公共点，第一分压电阻R1另一端与锂离子电池组3正极相连，第二分压电阻R2另一端与市电充电器2输出端负极（负接点）连接；分压电阻公共点连接至比较器模块的负向输入端（LM339的第4、第6和第8引脚）传输锂离子电池组3分压电压信息；电压基准模块41连接至比较器模块42的正向输入端（3.6V、3V和2.8V分别与LM339的第5、第7和第9引脚相连）传输参考比较电平；比较器模块42的输出与译码器模块43的输入连接（LM339的第1、第2和第3引脚与74LS138的第1、第2和第3引脚相连）传输锂离子电池组3电压编码信息；译码器模块43的输出经驱动器模块44与发光二极管模块45连接（74LS138的第7、第9、第11和第15引脚分别经四个驱动器与四个发光二极管相连）传输锂离子电池电量信息。当锂离子电池组3分压电压高于3.6V时，只有第一发光二极管451亮，表示锂离子电池组3电量满；当锂离子电池组3分压电压介于3V~3.6V之间时，只有第二发光二极管452亮，表示锂离子电池组3电量充足；当锂离子电池组3分压电压介于2.8V~3V之间时，只有第三发光二极管453亮，表示锂离子电池组3电量不足，提示需要充电；当锂离子电池组3分压电压小于2.8V时，只有第四发光二极管454亮，表示锂离子电池组3达到设计放电极限，若继续放电将会导致锂离子电池内部保护启动，闭锁锂离子电池组3的电能输出。

图2中省略了所用芯片的电源、地和使能引脚连线，但不代表实际电路上的省略。

所述LED灯具7的灯头包括两个12W泛光型和两个12W聚光型，光通量都为1080lm，输入电压都为220V交流。

本实施例的工作过程是：将第三两档开关2K3闭合，使锂离子电池组3的负极接入系统，为电量显示模块4供电使其显示锂离子电池组3电量；当电量充足时，将三档开关3K拨至零档（即脚4与脚0连通），将第一两档开关2K1闭合，锂离子电池组3将电能传输至逆变器5输入端，逆变器5输出端接负载可实现对外供电；当电量充足时，将三档开关拨至零档（脚4与脚0连通），将第二两档开关2K2闭合，锂离子电池组3将电能传输至直流变换器6输入端，直流变换器6输出端接负载可实现对外供电；当电量显示模块4显示电量不足或电量到达设计放电极限时，将三档开关3K拨至第一档，接通市电充电器2为锂离子电池组3充电；当电量显示模块4显示电量不足或电量到达设计放电极限时，将三档开关3K拨至第二档，接通光伏发电模块1为锂离子电池组3充电；LED灯具7接逆变器5的220V输出接口，从逆变器5获得电能；当笔记本电脑在无适配器情况下需要供电时，接直流变换器6的12V输出接口，从直流变换器6获得电能；当手机在无适配器情况下需要充电时，接直流变换器6的5V输出接口，从直流变换器6获得电能。

本实施例的优点：针对于电力、铁路和冶金等行业的户外作业现场和抢险救灾、事故处理等工作现场，提供大面积、高亮度照明，并为相关工作电气设备提供不同电压等级的电源。同时，充分考虑体积和重量，采用高能量密度的锂离子电池和可折叠的非晶硅薄膜太阳能电池，不仅便携性好，还具备现场就地及时的充电能力。 

Claims (2)

1.一种便携式太阳能照明装置，包括光伏发电模块、市电充电器、控制开关模块、锂离子电池组、电量显示模块、直流变换器，光伏发电模块与控制开关模块相连，市电充电器与控制开关模块相连，锂离子电池组与电量显示模块相连，其特征是：还设置有逆变器和LED灯具，锂离子电池组与控制开关模块相连，控制开关模块与逆变器输入端相连，控制开关模块与直流变换器相连，逆变器输出端与LED灯具相连，所述的光伏发电模块包括折叠式太阳能电池和光伏控制器，折叠式太阳能电池与光伏控制器相连，光伏控制器与控制开关模块相连，所述控制开关模块包括一个三档开关和三个两档开关，所述三档开关控制锂离子电池组的充电，三档开关公共点与锂离子电池组正极相连，三档开关第一档与光伏控制器相连传，三档开关第二档与市电充电器相连，所述的三个两档开关中，第一、第二两档开关控制锂离子电池组的放电，第一两档开关两端分别与锂离子电池组正极和逆变器正向输入端相连，第二两档开关两端分别与锂离子电池组正极和直流变换器正向输入端相连，第三两档开关接在锂离子电池组负极与市电充电器输出端的负极之间，控制总系统的开断，光伏控制器输出端负极、市电充电器输出端负极、直流变换器输入端负极、逆变器输入端负极、电量显示模块负极连接在一起，所述电量显示模块包括第一分压电阻和第二分压电阻、电压基准模块、比较器模块、译码器模块、驱动器模块和发光二极管模块，第一分压电阻一端和第二分压电阻一端连接构成分压电阻公共点，第一分压电阻另一端与锂离子电池组正极相连，第二分压电阻另一端与与市电充电器输出端负极连接，分压电阻公共点连接至比较器模块的负向输入端传输锂离子电池组分压电压信息，电压基准模块连接至比较器模块的正向输入端传输参考比较电平，比较器模块的输出与译码器模块的输入连接，译码器模块的输出经驱动器模块与发光二极管模块连接。

2.根据权利要求1所述的便携式太阳能照明装置，其特征是：所述第一分压电阻和第二分压电阻的阻值分别为7千欧姆和1千欧姆，电压基准模块含3.6V、3V和2.8V三个电压基准，比较器模块包括三个比较器并采用LM339，译码器模块采用74LS138，驱动器模块包括四个驱动器，发光二极管模块包括四个发光二极管。