CN112290663A - 一种应急启动电源 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应急启动电源。应急启动电源包括：电容电池、直流稳压电源模块和功率测控模块；所述直流稳压电路模块与所述电容电池连接，所述直流稳压电路模块用于将所述电容电池输出的电流转换成稳压直流，所述稳压直流用于为外部设备提供应急启动电源；所述功率测控模块与所述电容电池连接，所述功率测控模块用于检测所述外部设备的蓄电池组中每块蓄电池的工作状态，并将所述电容电池的输出电流变换为每块所述蓄电池的充电状态对应的充电电流，以所述充电电流为所述外部设备的蓄电池组中的蓄电池充电，并在判断蓄电池为满电状态时切断充电回路。本发明能够为车辆提供稳定电流且电量充足的启动电源。

Description

一种应急启动电源

技术领域

本发明涉及电源技术领域，特别是涉及一种应急启动电源。

背景技术

传统的启动电源一般采用大功率变压器及整流模块技术，使得启动电源的体积笨重，启动能力差，尤其在低温条件下，一次启动失败率较高。并且在启动过程中需要外接电源，不能够实现离线式启动，携行性差不适合野外作业使用。

而现有的便携式启动电源虽体积小，重量轻，却功率不足，电容量不足，无法满足设备或车辆等启动电源需求，或者使用率不高，不耐用，甚至会因电压电流不稳，损害车辆上电气元器。

发明内容

本发明的目的是提供一种应急启动电源，能够提供稳定电流且电量充足的启动电源。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种应急启动电源，所述电源包括：电容电池、直流稳压电源模块和功率测控模块；

所述直流稳压电路模块与所述电容电池连接，所述直流稳压电路模块用于将所述电容电池输出的电流转换成稳压直流，所述稳压直流用于为外部设备提供应急启动电源；

所述功率测控模块与所述电容电池连接，所述功率测控模块用于检测所述外部设备的蓄电池组中每块蓄电池的工作状态，将所述电容电池的输出电流变换为每块所述蓄电池的充电状态对应的充电电流后为所述外部设备的蓄电池组中的蓄电池充电，并在判断蓄电池为满电状态时切断充电回路。

可选的，所述直流稳压电源模块包括：多个并联的功率模块；

所述功率模块包括：高频逆变器、高频变压器和第一整流器；

所述电容电池、所述高频逆变器、所述高频变压器和所述第一整流器依次连接。

可选的，所述功率模块还包括：第一滤波电容器、第二滤波电容器和数字电位器；

所述高频逆变器和所述高频变压器之间并联第一滤波电容器；

所述高频变压器和所述第一整流器之间并联第二滤波电容器；

所述第一整流器的输出端并联所述数字电位器。

可选的，所述功率测控模块包括：功率变换模块、测控模块和多个电池充电切换继电器；

所述功率变换模块分别与所述电容电池和多个所述电池充电切换继电器的输入端连接，多个所述电池充电切换继电器的输出端与所述外部设备的蓄电池组中每块蓄电池连接；所述功率变换模块用于获得所述电容电池的输出电流，将所述电容电池的输出电流变换为每块所述蓄电池的充电状态对应的充电电流，通过多个所述电池充电切换继电器为所述外部设备的蓄电池组充电；

所述测控模块与所述功率变换模块的控制端连接，所述测控模块用于控制所述功率变换模块的输出电流等于每块所述蓄电池的充电状态对应的充电电流；

所述测控模块还分别与多个所述电池充电切换继电器的控制端和所述外部设备的蓄电池组中每块蓄电池连接，所述测控模块还用于检测所述外部设备的蓄电池组中每块蓄电池的工作状态，并根据每块所述蓄电池的工作状态控制多个所述电池充电切换继电器的闭合与断开。

可选的，所述测控模块包括：电流测控模块、电压测控模块和人机接口模块；

所述电流测控模块分别与多个所述功率变换模块和所述外部设备的蓄电池组中每块蓄电池连接，所述电流测控模块用于检测所述外部设备的蓄电池组中每块蓄电池的电流和工作状态，并在所述蓄电池的工作状态为在充状态时控制所述功率变换模块的输出电流等于每块所述蓄电池的在充状态对应的充电电流；

所述电压测控模块分别与多个所述电池充电切换继电器和所述外部设备的蓄电池组中每块蓄电池连接，所述电压测控模块用于检测所述外部设备的蓄电池组中的每块蓄电池的电压和工作状态，并在所述蓄电池的工作状态为充满状态时切断与所述蓄电池连接的电池充电切换继电器；

所述电流测控模块、所述电压测控模块均与所述人机接口模块连接，所述人机接口模块用于显示每块蓄电池的电流、电压和工作状态。

可选的，所述功率变换模块包括多个输出连续可调的恒流源的功率变换子模块。

可选的，每个所述功率变换子模块设置一个远程控制开关。

可选的，所述电源还包括：外壳；

所述电容电池、所述直流稳压电源模块和所述功率测控模块均设置于所述外壳内部。

可选的，所述电源还包括：反向充电接触器、多个反向充电电阻和第二整流器；

所述反向充电接触器的常开触点与所述第二整流器的输入端连接，所述第二整流器的输出端与所述电容电池连接；多个所述反向充电电阻分别一一对应地设置在所述反向充电接触器的常开触点与所述第二整流器的输入端之间；

所述外部设备的发动机启动后，发动机输出的交流电通过所述反向充电接触器和多个所述反向充电电阻传输至所述第二整流器，所述第二整流器将所述交流电转换为直流电后为所述电容电池充电。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供的应急启动电源使用了电容电池，电容电池电容量大，瞬时输出功率大于一般汽车启动电源，能够满足车辆自启动时所需要的启动电源；直流稳压电路模块与所述电容电池连接，所述直流稳压电路模块用于将所述电容电池输出稳压直流，为车辆提供稳定的电流源；功率测控模块通过检测车辆蓄电池的工作状态为车辆的蓄电池充电，并能满足蓄电池各阶段的充电电流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种应急启动电源的结构图；

图2为本发明实施例提供的应急启动电源与车辆蓄电池连接的启动原理图；

图3为本发明提供的功率模块的结构图；

附图说明：1-电容电池，2-直流稳压电源模块，3-功率变换模块，4-测控模块，5-电流测控模块，6-电压测控模块，7-人机接口模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种应急启动电源，能够提供稳定电流且电量充足的启动电源。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明提供的一种应急启动电源的结构图。本发明的应急启动电源内置大容量的电容电池1，并且瞬时输出功率大于一般汽车启动电源，可供汽车使用。如图1所示，一种应急启动电源包括：电容电池1、直流稳压电源模块2和功率测控模块4。

直流稳压电路模块与电容电池1连接，直流稳压电路模块用于将电容电池1输出的工频电流转换成稳压直流，稳压直流用于为外部设备提供应急启动电源。

功率测控模块4与电容电池1连接，功率测控模块4用于检测外部设备的蓄电池组中每块蓄电池的工作状态，并将电容电池1的输出电流变换为每块蓄电池的充电状态对应的充电电流，以充电电流为外部设备的蓄电池组中的蓄电池充电，并在判断蓄电池为满电状态时切断充电回路。

直流稳压电源模块2的主要功能是支持车辆辆应急启动、通电检测及维修。

直流稳压电源模块2包括：多个并联的功率模块。优选地，由三个独立的标称为12kW的功率模块并联而成。每个功率模块为恒压输出，稳压限流值为650A，瞬态限流值为1550A(电压22V)，稳压电压调节范围为20-35V，连续可调。

每个功率模块包括：高频逆变器、高频变压器和整流器。电容电池1、高频逆变器、高频变压器和第一整流器依次连接。

每个功率模块还包括：第一滤波电容器、第二滤波电容器和数字电位器。

如图3所示，高频逆变器和高频变压器之间并联第一滤波电容器C1。高频变压器和第一整流器之间并联第二滤波电容器C2。滤波电容器用于降低交流脉动波纹系数提升高效平滑直流输出。第一整流器的输出端并联数字电位器RL。数字电位器用于调节电流。

功率测控模块4的主要功能是在车辆未点火启动的状态下，进行蓄电池活化维护及快速充电。

功率测控模块4包括：功率变换模块3、测控模块4和多个电池充电切换继电器。

功率变换模块3分别与电容电池1和多个电池充电切换继电器的输入端连接，多个电池充电切换继电器的输出端与外部设备的蓄电池组中每块蓄电池连接。功率变换模块3用于获得电容电池1的输出电流，将电容电池1的输出电流变换为每块蓄电池的充电状态对应的充电电流，通过多个电池充电切换继电器为外部设备的蓄电池组充电。

测控模块4与功率变换模块3的控制端连接，测控模块4用于控制功率变换模块3的输出电流等于每块蓄电池的充电状态对应的充电电流。

测控模块4还分别与多个电池充电切换继电器的控制端和外部设备的蓄电池组中每块蓄电池连接，测控模块4还用于检测外部设备的蓄电池组中每块蓄电池的工作状态，并根据每块蓄电池的工作状态控制多个电池充电切换继电器的闭合与断开。

测控模块4实际上是一个单片机系统。测控模块4包括：电流测控模块5、电压测控模块6和人机接口模块7。

电流测控模块5分别与多个功率变换模块3和外部设备的蓄电池组中每块蓄电池连接，电流测控模块5用于检测外部设备的蓄电池组中每块蓄电池的电流和工作状态，并在蓄电池的工作状态为在充状态时控制功率变换模块3的输出电流等于每块蓄电池的在充状态对应的充电电流。

电压测控模块6分别与多个电池充电切换继电器和外部设备的蓄电池组中每块蓄电池连接，电压测控模块6用于检测外部设备的蓄电池组中的每块蓄电池的电压和工作状态，并在蓄电池的工作状态为充满状态时切断与蓄电池连接的电池充电切换继电器，实现继电器的软起动。

电流测控模块5、电压测控模块6均与人机接口模块7连接，人机接口模块7用于显示每块蓄电池的电流、电压和工作状态。具体的是蓄电池组每一块电池的电压信号和电流信号被送入单片机内置的A/D转换模块采样，通过通信口将模块数据发送到人机接口，进行可视化。

人机接口模块7还可同时显示每块蓄电池的电压、电流、充电时间、已充容量和各块电池的状态(在充、故障、充满)。在人机接口模块7上可设置模式参数，并能通过人机接口模块7上的通信口实现连网。车辆车载电池组中会配备4块、6块或8块蓄电池，由于蓄电池组长期使用过后可能会出现电压不平，蓄电池损耗不均的情况，在外接启动电源与车辆连接后，需要监测到每一块蓄电池的状态。

功率变换模块3包括多个输出连续可调的恒流源的功率变换子模块。优选地，功率变换模块3配置两个5kW的功率变换子模块。两个功率变换模块3是完全独立输出的0～20A连续可调的恒流源，稳流限压值为200V，满足充电系统对直流电源的各种需求。功率变换模块3同时具备逻辑开关控制功能、限流、过电压、过热关闭保护及宽范围输出电压调整功能。

每个功率变换子模块设置一个远程控制开关。远程控制开关的设置实现了对每一块蓄电池进行跟踪测控并最大限度地减少电缆长度。

为了抑制大功率逆变对微机的干扰，在功率变换模块3中采用了光耦隔离数字传输和看门狗技术。

本发明提供的应急启动电源具有启动成功后进行设备反充的功能，应急启动电源连接车辆并启动车辆发动机后，不移除应急启动电源，而是继续保持连接，从人机交互界面选择反向充电模式，车辆发动机输出的直流电可同时给车载蓄电池和应急启动电源进行充电，实现应急启动电源反充功能的结构包括：反向充电接触器、多个反向充电电阻和第二整流器；

反向充电接触器的常开触点与第二整流器的输入端连接，第二整流器的输出端与电容电池连接；多个反向充电电阻分别一一对应地设置在反向充电接触器的常开触点与第二整流器的输入端之间；

外部设备的发动机启动后，发动机输出的交流电通过反向充电接触器和多个反向充电电阻传输至第二整流器，第二整流器将交流电转换为直流电后为电容电池充电。

电容电池1由超微孔碳纤维基板制成，电容量大，体积小。

应急启动电源还包括：外壳。电容电池1、直流稳压电源模块2和功率测控模块4均设置于外壳内部。启动电源的外壳选用铝合金板，应用数控机床弯板、剪切和等离子焊接工艺，制成整体薄壳箱体，达到体积小、重量轻、强度高和外观美的效果。

本发明提供的应急启动电源具有以下特点：重量轻；输入端具有过压、欠压及缺相报警功能；输出电压连续可调。

本发明采用高频功率变换技术和软开关技术，能够有效的提高整机效率，并具备直流稳压电源和启动车辆两种功能，应急启动电源实现了体积小、重量轻、便携化、低温正常启动的需求。

图2为应急启动电源与车辆蓄电池连接的启动原理图。如图2所示，XDC为车辆蓄电池，FL1、FL2为分流器，C为应急启动电源，D为二极管，QBC为起动滑油泵接触器，Q为三极管，R为充电限流电阻，QD为起动发动机，idc为车载蓄电池电流，ic为电容器电流，iL为负载电流，XK1、XK2为选择开关，QC为刀开关。

图2的工作原理为：应急启动电源使用时，连接车辆上车载蓄电池，与之并联，然后开启应急启动电源，通过测控模块4，识别蓄电池状态，可辅助启动正常状态下的蓄电池，对车辆进行启动，也可以激活亏电状态下的蓄电池，对车辆进行应急启动，外接启动电源内置的电容电池具备瞬时放电量大，电池容量大等特点，与车载蓄电池并联既加强车辆启动稳定性，同时减小对蓄电池的损伤，能够一定程度上激活维护亏点状态的蓄电池。启动电源与车辆蓄电池通电后，即可启动车辆，电容电池瞬间释放大功率电流，带起起动机高速运转，通过齿轮传动带动发动起启动。

本发明具有如下优点：

输出电流稳定，输出电压稳定，启动效率高，安全性能好，原因：小型高频变压器，二段变压，稳定电压输出，添加滤波电容器，降低交流脉动波纹系数以提升高效平滑直流输出。

启动电源内部设有短路报警，及过压(≥440V)、欠压(≤330V)及缺相报警功能，可保证启动电源在各种恶劣气候条件下不损害车辆发动机，降低事故率。

大功率启动电源，通常会面临低温时无法正常启动，高温时又温度过高产生安全隐患，该启动电源采用内置电容电池，比铅酸蓄电池和锂离子电池温度适用范围更广，在低气温环境中电池容量损失少，在高温环境，本身电容电池温度变化小，同时该启动电源中，三个独立的电源模块，分别配置三个Φ12mm的风机。元器件的排列预留气流通道，确保电源温升ΔT≤20℃(ΔT＝电源器件表面温度-环境温度)。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种应急启动电源，其特征在于，所述电源包括：电容电池、直流稳压电源模块和功率测控模块；

所述直流稳压电路模块与所述电容电池连接，所述直流稳压电路模块用于将所述电容电池输出的电流转换成稳压直流，所述稳压直流用于为外部设备提供应急启动电源；

所述功率测控模块与所述电容电池连接，所述功率测控模块用于检测所述外部设备的蓄电池组中每块蓄电池的工作状态，将所述电容电池的输出电流变换为每块所述蓄电池的充电状态对应的充电电流后为所述外部设备的蓄电池组中的蓄电池充电，并在判断蓄电池为满电状态时切断充电回路。

2.根据权利要求1所述的应急启动电源，其特征在于，所述直流稳压电源模块包括：多个并联的功率模块；

所述功率模块包括：高频逆变器、高频变压器和第一整流器；

所述电容电池、所述高频逆变器、所述高频变压器和所述第一整流器依次连接。

3.根据权利要求2所述的应急启动电源，其特征在于，所述功率模块还包括：第一滤波电容器、第二滤波电容器和数字电位器；

所述高频逆变器和所述高频变压器之间并联第一滤波电容器；

所述高频变压器和所述第一整流器之间并联第二滤波电容器；

所述第一整流器的输出端并联所述数字电位器。

4.根据权利要求1所述的应急启动电源，其特征在于，所述功率测控模块包括：功率变换模块、测控模块和多个电池充电切换继电器；

所述功率变换模块分别与所述电容电池和多个所述电池充电切换继电器的输入端连接，多个所述电池充电切换继电器的输出端与所述外部设备的蓄电池组中每块蓄电池连接；所述功率变换模块用于获得所述电容电池的输出电流，将所述电容电池的输出电流变换为每块所述蓄电池的充电状态对应的充电电流，通过多个所述电池充电切换继电器为所述外部设备的蓄电池组充电；

所述测控模块与所述功率变换模块的控制端连接，所述测控模块用于控制所述功率变换模块的输出电流等于每块所述蓄电池的充电状态对应的充电电流；

所述测控模块还分别与多个所述电池充电切换继电器的控制端和所述外部设备的蓄电池组中每块蓄电池连接，所述测控模块还用于检测所述外部设备的蓄电池组中每块蓄电池的工作状态，并根据每块所述蓄电池的工作状态控制多个所述电池充电切换继电器的闭合与断开。

5.根据权利要求4所述的应急启动电源，其特征在于，所述测控模块包括：电流测控模块、电压测控模块和人机接口模块；

所述电流测控模块分别与多个所述功率变换模块和所述外部设备的蓄电池组中每块蓄电池连接，所述电流测控模块用于检测所述外部设备的蓄电池组中每块蓄电池的电流和工作状态，并在所述蓄电池的工作状态为在充状态时控制所述功率变换模块的输出电流等于每块所述蓄电池的在充状态对应的充电电流；

所述电压测控模块分别与多个所述电池充电切换继电器和所述外部设备的蓄电池组中每块蓄电池连接，所述电压测控模块用于检测所述外部设备的蓄电池组中的每块蓄电池的电压和工作状态，并在所述蓄电池的工作状态为充满状态时切断与所述蓄电池连接的电池充电切换继电器；

所述电流测控模块、所述电压测控模块均与所述人机接口模块连接，所述人机接口模块用于显示每块蓄电池的电流、电压和工作状态。

6.根据权利要求4所述的应急启动电源，其特征在于，所述功率变换模块包括多个输出连续可调的恒流源的功率变换子模块。

7.根据权利要求6所述的应急启动电源，其特征在于，每个所述功率变换子模块设置一个远程控制开关。

8.根据权利要求1所述的应急启动电源，其特征在于，所述电源还包括：外壳；

所述电容电池、所述直流稳压电源模块和所述功率测控模块均设置于所述外壳内部。

9.根据权利要求1所述的应急启动电源，其特征在于，所述电源还包括：反向充电接触器、多个反向充电电阻和第二整流器；

所述反向充电接触器的常开触点与所述第二整流器的输入端连接，所述第二整流器的输出端与所述电容电池连接；多个所述反向充电电阻分别一一对应地设置在所述反向充电接触器的常开触点与所述第二整流器的输入端之间；

所述外部设备的发动机启动后，发动机输出的交流电通过所述反向充电接触器和多个所述反向充电电阻传输至所述第二整流器，所述第二整流器将所述交流电转换为直流电后为所述电容电池充电。

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