CN104734321B - 无线射频识别设备用超级电容器供电装置 - Google Patents

无线射频识别设备用超级电容器供电装置 Download PDF

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Abstract

一种无线射频识别设备用超级电容器供电装置，包括移动电源盒，移动电源盒内安装RFID设备，供电装置还包括超级电容模组和充电触点盒，超级电容模组位于移动电源盒内，超级电容模组的输出端与DC‑DC降压电路连接，DC‑DC降压电路与RFID设备的电源端连接，超级电容模组的输入端与充电母触点连接，充电触点盒包括充电公触点，充电公触点位于充电母触点的下方，充电公触点与充电母触点插接式配合，外接电源端与DC‑DC升压电路连接，DC‑DC升压电路与充电公触点连接，DC‑DC升压电路位于充电触点盒内。本发明有效适用于自然环境寒冷的情况、间歇供电、充电速度较快的无线射频识别设备用超级电容器供电装置。

Description

无线射频识别设备用超级电容器供电装置
技术领域
本发明涉及一种无线射频识别设备，尤其是无线射频识别设备的供电装置，该无线射频识别设备应用在物流高架叉车上。
背景技术
无线射频识别(Radio Frequency Identification Devices)技术，简称RFID，采用射频原理来识别无源的RFID标签，在物联网的应用中起到越来越大的作用；频谱分125KHz、13.56MHz和920MHz等，根据无线射频识别距离的远近，功耗也在上升。
尤其在烟草物流的高架仓库中，托盘上用的就是920MHz的超高频无源标签，要读取高架仓库中托盘的超高频无源标签，只能将RFID设备装在高架叉车托盘移动架上；RFID设备有内置的蓝牙模块，与叉车电脑相联；但RFID设备的供电电流比较大，电压12伏，功耗20瓦-50瓦；RFID设备上下的行程有3.5米左右，供电是个大问题，有的将RFID设备直接用通过电源线连接，导线长，收线易乱会断而且不安全；如果电源直接供电，在北方，进入寒冷期室外工作温度在-20℃以下，工作时间长达三个月以上，一般的移动电源在低温下电源容量衰退非常厉害，不能正常使用；高架叉车托盘移动架上下一次的时间不超过1分钟，全天读取次数不超过200次。
发明内容
为了克服已有无线射频识别设备的供电方式的无法适用于自然环境寒冷的情况、无法实现间歇供电、充电速度较慢的不足，本发明提供了一种有效适用于自然环境寒冷的情况、间歇供电、充电速度较快的无线射频识别设备用超级电容器供电装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种无线射频识别设备用超级电容器供电装置，包括移动电源盒，所述移动电源盒内安装RFID设备，所述供电装置还包括超级电容模组和充电触点盒，所述超级电容模组位于所述移动电源盒内，所述超级电容模组的输出端与DC-DC降压电路连接，所述DC-DC降压电路与所述RFID设备的电源端连接，所述超级电容模组的输入端与充电母触点连接，所述充电触点盒包括充电公触点，所述充电公触点位于所述充电母触点的下方，所述充电公触点与所述充电母触点插接式配合，外接电源端与DC-DC升压电路连接，所述DC-DC升压电路与所述充电公触点连接，所述DC-DC升压电路位于所述充电触点盒内。
进一步，所述超级电容模组的输入端与充电母触点之间设有浪涌过滤触点保护电路。
再进一步，所述外接电源端与DC-DC升压电路之间设有浪涌过滤电路。
所述DC-DC升压电路与所述充电公触点之间设有过热短路触电保护电路。
所述充电母触点呈插孔状，所述盲孔内布置胀紧弹簧，所述充电公触点为插销，所述插销与所述插孔配合。当然，可以需要，也可以设置为其他形状。
本发明的技术构思为：在直接连线供电不安全的情况下，现在的移动电源有很多种，核心是电池，现在的电池分蓄电池、镍氢、锂电池；这些电池在室外寒冷的温度下，工作温度可以达到-20℃，传统的电池容量衰退非常厉害，不能正常使用。超级电容正好解决了这个问题，对温度不敏感，工作温度在-40℃到65℃之间，-20℃低温不影响容量。
结合间歇读取超高频无源标签的特点，充电可以在20秒钟内充满，保证在2分钟内提供稳定的电压和大电流(如果供电时间不够，可以加大超级电容的容量)。
为了给超级电容模组快速充电，充电触点的接触性能、抗震动，大电流，短路保护是关键问题；充电母触点的内结构设计保证了触点的接触性能和抗震动能力；DC-DC升压电路，通过提高电压而降低电流，使充电电流减少一半以上；充电公触点的短路保护采用了DC-DC升压电路，充电母触点的短路保护采用了二极管，使得超级电容模组的电流不会反作用到充电触点上。给RFID设备供电的时候，通过DC-DC降压电路保护电压稳定。
本发明的有益效果主要表现在：有效适用于自然环境寒冷的情况、间歇供电、充电速度较快，实现大电流供电。
附图说明
图1是无线射频识别设备用超级电容器供电装置的示意图。
图2是升压电路的电路图。
图3是降压电路的电路图。
图4是移动电源盒和充电触点盒之间的配合示意图。
图5是移动电源盒和充电触点盒之间的配合放大示意图。
图6是母触点的示意图。
图7是公触点的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图7，一种无线射频识别设备用超级电容器供电装置，包括移动电源盒1，所述移动电源盒1内安装RFID设备4，所述供电装置还包括超级电容模组2和充电触点盒3，所述超级电容模组2位于所述移动电源盒1内，所述超级电容模组2的输出端与DC-DC降压电路连接，所述DC-DC降压电路与所述RFID设备4的电源端连接，所述超级电容模组2的输入端与充电母触点7连接，所述充电触点盒3包括充电公触点8，所述充电公触点8位于所述充电母触点7的下方，所述充电公触点8与所述充电母触点7插接式配合，外接电源端与DC-DC升压电路连接，所述DC-DC升压电路与所述充电公触点8连接，所述DC-DC升压电路位于所述充电触点盒3内。
进一步，所述超级电容模组2的输入端与充电母触点7之间设有浪涌过滤触点保护电路。
再进一步，所述外接电源端与DC-DC升压电路之间设有浪涌过滤电路。
所述DC-DC升压电路与所述充电公触点8之间设有过热短路触电保护电路。
所述充电母触点7呈插孔状，所述盲孔内布置胀紧弹簧，所述充电公触点8为插销，所述插销与所述插孔配合。当然，可以需要，也可以设置为其他形状。
本实施例中，采用超级电容的电气特性、通过DC-DC升、降压技术和防震、大电流触点的创新设计为RFID设备提供安全、实用、可靠、成熟的移动电源。
RFID设备在托盘移动架不上提时，是通过充电触点供电的，只有托盘移动架上提时，用基于超级电容模组的移动电源备份供电；同时，因震动、充电触点插、拔过程中而导致充电触点瞬间接触不好时，又可以作为应急供电。所以，原则上会保证RFID设备持续供电。
超级电容的电气特性：对温度不敏感，工作温度在-40℃到65℃之间，低温不影响容量；常温循环充放电实验>500000次；超级电容器模组27V/12F，用于RFID设备的备份供电时间2分钟左右，充电时间在20秒以内；
充电DC-DC升压电路：安全是DC-DC升压技术最大的特点，芯片内置过热和短路的保护电路，在第一时间起到保护充电触点被短路的作用，只要清除短路因素就可以正常工作；稳压是DC-DC升压技术的保证，不论高架叉车电瓶或柴油发电机的电压如何不稳，通过充电输出的电压会稳定在27V
放电DC-DC降压电路：除了安全和稳压，DC-DC降压技术在为RFID设备供电的过程中，超级电容电压从27伏下降至12伏，输出电压维持在12伏不变，正常工作。
充电触点的结构设计特点：不用直接连线，避免导线过长、收线易乱等不安全因素，用充电触点替代直接连线；充电母触点内结构是弹簧，以弥补震动环境下充电触点的公差。采用这一结构设计的充电触点，正常使用>10000次。
充电触点分公、母二类，为了在震动的环境下也可以正常充电；充电母触点内有二种线圈，一种采用边长为0.7毫米的方形铜线绕成外径为11毫米，间距为3毫米的螺纹线圈，总长15毫米；另一种用直径为0.2毫米的镀金不锈钢丝绕成外径为2.5毫米、间距紧密、总长130毫米左右，绕在间距为3毫米的方形铜线圈槽上。材料可以用黄铜、镀银、镀金或导电好的合金材料组成。
本实施例中，充电触点盒3位于高架叉车底盘前面的叉车固定架5上，从电瓶或从柴油发电机取电，为了防止叉车启动时对电路的浪涌，加入了过滤电路，通过DC-DC对电瓶24V(叉车开动时电压可能低于24V)进行升压到27V，为超级电容模组供电，为了安全，DC-DC对过热和短路有芯片级保护。
移动电源盒1安装在高架叉车的托盘移动架6，上升时，离开充电触点盒3位置，超级电容模组通过DC-DC降压电路，对RFID设备提供12V的备份电压，可维持2分钟左右；正常情况下，高架叉车的托盘移动架在一分钟内会回到原位，充电触点相接，RFID设备直接供电；同时，超级电容进入充电状态，20秒以内迅速充好超级电容；充电指示灯长亮，表示一切正常，灯灭有可能是触点短路了，要清理一下充电触点的位置，或触点折旧、损坏了，换上新的备件；充电触点的保护电路中有防浪涌、被短路时防反向放电的保护功能。
图2是充电触点盒的电子线路，+24V(车载电源)连接的是电瓶，+27V(充电触点)连的充电触点盒的充电触点；T1是防浪涌器件，F2是慢断型熔断器，+27V(充电触点)的短路是有XL6009的集成电路提供的，充电触点盒最大输出能达到3A*27V＝81W，DC-DC的效率90％以上，其中20W用于RFID设备，其它59W用于超级电容模组充电。
图3是移动电源盒的电子线路，T1和F1都是保护器件，在图1中介绍过；D1是防超级电容模组反向放电器件，C1是超级电容模组，其它就是一个DC-DC降压到12V的标准电路。
超级电容器单体类型：2.7V/120F，模组内单体数量：10只，模组内单体组合方式：附加均压电路的串联；电容单体参数如下表1：
表1
超级电容模组的参数如表2：
表2
超级电容模组MK-27V-P12FDJ的整体尺寸；内部单体电容排列方式为5cell*2，可根据实际要求调整。

Claims (4)

1.一种无线射频识别设备用超级电容器供电装置，包括移动电源盒，所述移动电源盒内安装RFID设备，其特征在于：所述供电装置还包括超级电容模组和充电触点盒，所述超级电容模组位于所述移动电源盒内，所述超级电容模组的输出端与DC-DC降压电路连接，所述DC-DC降压电路与所述RFID设备的电源端连接，所述超级电容模组的输入端与充电母触点连接，所述充电触点盒包括充电公触点，所述充电公触点位于所述充电母触点的下方，所述充电公触点与所述充电母触点插接式配合，所述充电母触点呈插孔状，盲孔内布置胀紧弹簧，所述充电公触点为插销，所述插销与所述插孔配合，外接电源端与DC-DC升压电路连接，所述DC-DC升压电路与所述充电公触点连接，所述DC-DC升压电路位于所述充电触点盒内。
2.如权利要求1所述的无线射频识别设备用超级电容器供电装置，其特征在于：所述超级电容模组的输入端与充电母触点之间设有浪涌过滤触点保护电路。
3.如权利要求1或2所述的无线射频识别设备用超级电容器供电装置，其特征在于：所述外接电源端与DC-DC升压电路之间设有浪涌过滤电路。
4.如权利要求1或2所述的无线射频识别设备用超级电容器供电装置，其特征在于：所述DC-DC升压电路与所述充电公触点之间设有过热短路触电保护电路。
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