CN104779674A - 一种自行车载式太阳能风能混合充电装置 - Google Patents

一种自行车载式太阳能风能混合充电装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自行车载式太阳能风能混合充电装置，该装置包括太阳能电板、风力发电机、底座、聚合物电池；风力发电机设于底座上；太阳能电板设于混合充电装置上端，且位于风力发电机下方；底座一侧设有风槽，另一侧设有通风孔；聚合物电池设于底座内；太阳能电板和风力发电机分别通过充电电路与聚合物电池相连；底座上设有USB接口；聚合物电池与USB接口相连。本发明混合充电装置结构简单，携带方便，且充电安全可靠。

Description

一种自行车载式太阳能风能混合充电装置
技术领域
    本发明涉及一种充电装置，具体涉及一种用于自行车上的太阳能、风能混合充电装置。
背景技术
随着现代化技术的不断发展，各种电子设备不断出现。但是设备的供电一直是缠绕人们的一个难题。申请号为201320167932.6、名称为《一种用于电动自行车的太阳能、风能互补充电装置》的专利申请公开了一种利用太阳能和风能对蓄电池进行充电的装置，其包含太阳能和风能两种发电组件，并于风光互补转换器连接实现对电动车蓄电池组的充电。但是这种装置体积较大，从电动自行车绿色充电的角度进行实施的。考虑到现今人们使用电子设备越来越频繁，电子设备常因电量不足而影响到人们的出行，尽管可以随身携带移动充电设备，但是其仍然需要消耗非绿色能源并不环保，同时移动充电设备也存在电量有限的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种结构简单、便携、绿色环保的充电装置。
为了达到上述目的，本发明提供了一种自行车载式太阳能风能混合充电装置，该装置包括太阳能电板、风力发电机、底座、聚合物电池；所述风力发电机设于底座上；所述太阳能电板设于所述混合充电装置上端，且位于所述风力发电机下方；所述底座一侧设有风槽，另一侧设有通风孔；所述聚合物电池设于所述底座内；所述太阳能电板和风力发电机分别通过充电电路与所述聚合物电池相连；所述底座上设有USB接口；所述聚合物电池与所述USB接口相连。
其中，底座包括电机底座和底舱；所述电机底座为中空圆柱状，且上端开口；所述风槽设于所述电机底座一侧；所述通风孔设于所述电机底座另一侧；所述风力发电机水平固定设于所述电机底座上；所述底舱设于所述电机底座下端；所述聚合物电池设于所述底舱内；所述USB接口设于所述底舱侧面。
本发明混合充电装置还包括太阳能电板底座；所述太阳能电板底座设于所述风力发电机上方；所述太阳能电板水平固定于所述太阳能电板底座上；所述太阳能电板底座下端中心设有与风力发电机轴对应的凹槽。
其中，风力发电机轴上分4排对称安装有8片风叶。
上述充电电路包括整流稳压单元和蓄电模块；所述整流稳压单元包括用于控制工作状态的开关Ⅰ、整流桥、滤波电容和三端稳压集成电路；所述太阳能电板和风力发电机产生的电信号经过所述整流桥由交流转为直流，然后通过所述滤波电容滤波后，通过三端稳压集成电路输出；所述蓄电模块包括小电流硅二极管；所述整流稳压单元经所述小电流硅二极管与所述聚合物电池相连。
上述聚合物电池通过对外充电电路与所述USB接口相连；所述对外充电电路包括用于控制工作状态的开关Ⅱ、升压变压器；所述聚合物电池的输出电压经升压变压器升压后，输出至USB接口。
其中，开关Ⅰ、开关Ⅱ设于所述底舱一侧。
上述充电电路的电路板设于所述底舱内、聚合物电池上方。
本发明相比现有技术具有以下优点：(1) 结构简单、携带方便、便于安装、抗震性能好，具有充电安全可靠的特点；(2)    该装置输出电压稳定，为4.2~4.4V，可以防止过充；(3) 使用USB口充电，适用性强；(4)       充分利用骑行途中的风能与太阳能，绿色环保；(5)   使用聚合物电池，电池容量大、安全系数高；(6)       该装置应用广泛，可以安装在各种自行车上。
附图说明
图1为本发明混合充电装置的拆分部件图；
图2为本发明混合充电装置的整体结构示意图；
图3为本发明混合充电装置的基本原理图；
图4为图3中发电模块的电路图；
图5为图3中整流稳压单元的电路图；
图6为图3中蓄电模块的电路图；
图7为图3中对外充电系统的电路图。
图中，101-太阳能电板，102-太阳能电板底座，103-风力发电机，31-风力发电机轴，32-风叶，104-电机底座，41-风槽，42-通风孔，105-电路板，V1-聚合物电池，107-底舱，K1-开关Ⅰ，K2-开关Ⅱ，73-USB接口。
具体实施方式
    下面结合附图对本发明进行详细说明。
结合图1、图2，本发明的自行车载式太阳能风能混合充电装置包括太阳能电板101、太阳能电板底座102、风力发电机103、电机底座104、电路板105、聚合物电池V1和底舱107。太阳能电板101水平安装在太阳能电板底座102中，用于保证日照时间，太阳能电板底座102中心处有一凹槽，用于固定风力发电机轴31。风力发电机103采用水平放置方式固定在电机底座104上，与太阳能电板底座102一起将风力发电机103完全固定，水平安装在电机底座104内可以避免外力碰撞，同时可以节省装置空间且起到抗震的效果。电机底座104呈圆柱状，其中一面开口用作风槽41，用于接收骑行方向的来风，尾部开有通风孔42。风力发电机轴31上对称安装4排8片风叶32，风叶采用弧形结构。底舱107内放置电路板105与聚合物电池V1，电机底座104安装在底舱107顶部。底舱107一侧设有充电开关ⅠK1、对外充电开关ⅡK2和USB接口73，当需要为聚合物电池106充电时按下开关ⅠK1表示电路合，此时电路工作，再次按下时电路不工作。
使用时，首先将本发明混合充电装置固定在自行车车把上，然后将太阳能电板1朝上，电机底座风槽41朝向骑行方向。按下充电开关ⅠK1，当自行车行驶时，迎面自然风由风槽41进入，使风叶32转动带动风力发电机103转动，实现风力发电。与此同时太阳能由太阳能电板1转化为电能与风力发电机103发出的电能一起经充电电路的整流稳压单元、蓄电模块对聚合物电池V1充电。按下开关ⅡK2，则外部电子设备可通过 USB接口73实现充电，若再次按下开关Ⅱ72时，电路断开，对外充电停止。
如图3所示是本发明的基本原理图。发电模块由太阳能电板101、微型风力发电机103构成，用于将太阳能和风能转化为电能；整流稳压单元作用是将太阳能、风能转化的电能进行整流、稳压，输出5V直流电源；蓄电模块由小电流硅二极管、保护熔丝和聚合物电池组成，通过在电池前端加接小电流硅二极管，从而防止聚合物电池过充，熔丝可以防止电池发生短路；对外充电系统由升压变压器，防过充二极管和USB接口组成，用于对外以恒定电压对外充电，并可以防止外部电池过充。
如图4所示是发电模块的电路图。该模块主要由太阳能电板101和微型风力发电机103组成，D1和D2为小电流硅二极管，防止相互间产生的电流出现逆流现象。输出电流通过端子1与2提供给后方电路。
如图5所示是整流稳压单元，其中K1是开关（也即开关Ⅰ），用于控制发电电路部分工作状态，开关K1为闭合时，发电模块工作。B1为整流桥，由四个完全一样的二极管构成，发电模块产生的电信号进过端口3和端口4输入，经过整流桥实现电流由交流转为直流的作用，然后通过滤波电容C1进行滤波，使得输出的直流信号更加平滑，然后通过三端稳压集成电路LM7805使5，6端口输出5V恒定直流电压。
如图6所示是蓄电模块，该模块由小电流硅二极管D3和聚合物电池V1组成。具有能量密度高、更小型化、超薄化、轻量化，以及高安全性等多种优势。利用D3的压降可以使整流稳压单元5、6输出端口输出的5V电压降至4.2~4.4V，因此当聚合物电池电量充满使左右两侧电压因无电压差，聚合物电池停止充电，从而达到防止聚合物电池过充现象，最大化地保证了聚合物电池的使用寿命。相比较于其它方法，该方法更简单，成本也更低。端口9与10为对外充电端口。
如图6所示是对外充电系统。当需要对电子设备进行充电时，将开关K2（也即开关Ⅱ）合上，蓄电模块输出口9与10将通过匝数比为1：1.35的升压变压器将3.7V电压抬升至5V，然后利用小电流硅二极管D4的压降降至4.2~4.4V，为连接在USB接口73上的电子设备进行充电。D4功能与D3相同，可以防止电池的过充，最大化保证电池的使用寿命，同时还可以防止逆流现象发生。
上述电路的基本工作过程是：将装置固定在车身，当骑行的时候将产生风力带动微型风力发电机103工作产生电能，与此同时，太阳能电板101因阳光照射也将源源不断产生电能，二者产生的电能将通过整流稳压单元输出5V直流电压。该电压经过蓄电系统时，由硅二极管将电压降低0.6~0.8V，输出4.2V~4.4V电压，实现对聚合物电池充电，当电池电压达到4.2V~4.4V时，充电停止，实现聚合物电池防过充功能，保证蓄电系统的寿命最大化。聚合物电池对外输出3.7V直流电压，然后通过升压变压器将电压升至5V，再经小电流硅二极管降低0.6~0.8V，输出4.2V~4.4V电压，外部设备通过USB接口73即可实现充电。

Claims (8)

1.一种自行车载式太阳能风能混合充电装置，其特征在于，所述混合充电装置包括太阳能电板、风力发电机、底座、聚合物电池；所述风力发电机设于底座上；所述太阳能电板设于所述混合充电装置上端，且位于所述风力发电机下方；所述底座一侧设有风槽，另一侧设有通风孔；所述聚合物电池设于所述底座内；所述太阳能电板和风力发电机分别通过充电电路与所述聚合物电池相连；所述底座上设有USB接口；所述聚合物电池与所述USB接口相连。
2.根据权利要求1所述的混合充电装置，其特征在于，所述底座包括电机底座和底舱；所述电机底座为中空圆柱状，且上端开口；所述风槽设于所述电机底座一侧；所述通风孔设于所述电机底座另一侧；所述风力发电机水平固定设于所述电机底座上；所述底舱设于所述电机底座下端；所述聚合物电池设于所述底舱内；所述USB接口设于所述底舱侧面。
3.根据权利要求2所述的混合充电装置，其特征在于，所述混合充电装置还包括太阳能电板底座；所述太阳能电板底座设于所述风力发电机上方；所述太阳能电板水平固定于所述太阳能电板底座上；所述太阳能电板底座下端中心设有与风力发电机轴对应的凹槽。
4.根据权利要求3所述的混合充电装置，其特征在于，所述风力发电机轴上分4排对称安装有8片风叶。
5.根据权利要求4所述的混合充电装置，其特征在于，所述充电电路包括整流稳压单元和蓄电模块；所述整流稳压单元包括用于控制工作状态的开关Ⅰ、整流桥、滤波电容和三端稳压集成电路；所述太阳能电板和风力发电机产生的电信号经过所述整流桥由交流转为直流，然后通过所述滤波电容滤波后，通过三端稳压集成电路输出；所述蓄电模块包括小电流硅二极管；所述整流稳压单元经所述小电流硅二极管与所述聚合物电池相连。
6.根据权利要求5所述的混合充电装置，其特征在于，所述聚合物电池通过对外充电电路与所述USB接口相连；所述对外充电电路包括用于控制工作状态的开关Ⅱ、升压变压器；所述聚合物电池的输出电压经升压变压器升压后，输出至USB接口。
7.根据权利要求6所述的混合充电装置，其特征在于，所述开关Ⅰ、开关2设于所述底舱一侧。
8.根据权利要求7所述的混合充电装置，其特征在于，所述充电电路的电路板设于所述底舱内、聚合物电池上方。
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