CN113422415A - 一种可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及移动电源技术领域，公开了一种可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源，针对目前市面上户外移动电源所存在的交流输出功率小，不能支持容量扩展及提升，且功能单一的弊端，提出了一种可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源，通过提高逆变器的设计输出功率，使其满足常用大功率家用电器的用电需求，并且将充电器集成于移动电源内部，使其同时支持交流市电充电、太阳能光伏充电以及行车充电，充电时间大为缩短，另外，本发明支持通过加电包输入接口外接加电包，使移动电源电能翻番，且支持多种供电接口输出，兼容性广，可满足复杂的户外环境使用要求，具有较高的市场推广价值。

Description

一种可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源
技术领域
本发明涉及移动电源技术领域，特别涉及一种可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源。
背景技术
现代社会物质文化生活水平日益提高，社会竞争压力越来越大，每逢周末和节假日，越来越多的人开始逃离大都市，奔向无拘无束的郊野户外，享受难得的惬意时光，而户外环境大多数情况下没有交流市电或者不方便接电、用电，这个时候拥有一台大容量的便携式户外移动电源就显得非常有必要。
目前，市面上各种便携式户外移动电源产品层出不穷，良莠不齐，功率大多集中在300W、500W、800W、1000W等几种规格上，可以满足为智能穿戴设备、手机、相机、平板电脑、笔记本电脑、电动工具等中小型电子设备供电的需求，但却无法驱动电饭煲、电磁炉、电炒锅、热水壶、吹风机等大功率家用电器，无法在郊外进行加热、食物烹饪等作业，这势必会降低户外旅游的体验与感受，除此之外，现有的便携式户外移动电源大多不能支持容量扩展及提升，功能较为单一，无法适用于复杂的户外环境。
发明内容
本发明的主要目的是提出一种可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源，旨在解决现有的便携式户外移动电源不能支持容量扩展及提升，且功能较为单一，无法适用于复杂的户外环境的问题，通过提高逆变电源的交流输出功率，预留加电包输入接口，使其满足常用大功率家用电器的用电需求，且支持容量扩展及提升。
为实现上述目的，本发明提出的可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源，包括磷酸铁锂电池组、电池管理系统(BMS)、充电器、逆变器、DC/DC直流降压电源、DC/DC直流升压电源、数显控制屏、反流二极管、LED手电照明灯、加电包输入接口、行车充电输入接口、DC光伏输入接口、AC交流输入接口、AC交流输出接口、点烟器输出接口、Type-C输出接口、USB-A输出接口、USB-A快充输出接口以及DC直流输出接口，所述AC交流输入接口、充电器以及磷酸铁锂电池组依次串联电连接，所述行车充电输入接口、DC/DC直流升压电源以及磷酸铁锂电池组依次串联电连接，所述加电包输入接口与所述磷酸铁锂电池组电连接，所述DC光伏输入接口、反流二极管以及磷酸铁锂电池组依次串联电连接，所述电池管理系统(BMS)、逆变器以及DC/DC直流降压电源均分别与所述磷酸铁锂电池组电连接，所述AC交流输出接口和数显控制屏分别与所述逆变器电连接，所述点烟器输出接口、Type-C输出接口、USB-A输出接口、USB-A快充输出接口、DC直流输出接口以及LED手电照明灯分别与所述DC/DC直流降压电源电连接，所述电池管理系统(BMS)、充电器、DC/DC直流降压电源以及数显控制屏分别通过RS485通信总线与所述逆变器通信连接。
可选地，所述磷酸铁锂电池组包括8个电池组件，8个所述电池组件依次串联电连接，所述电池组件均由3个并联电连接的高倍率单体电芯组成，所述高倍率单体电芯的额定容量均为21Ah，所述磷酸铁锂电池组的总电量为1612.8Wh。
可选地，所述充电器输出功率为600W。
可选地，所述AC交流输出接口的数量设置有4个。
可选地，所述逆变器的持续输出功率为2000W，峰值功率为3500W@1s。
可选地，所述DC光伏输入接口的电压输入范围为30Vdc～66Vdc。
可选地，所述DC/DC直流升压电源的输入电压范围为9Vdc～36Vdc，功率为120W。
可选地，所述DC直流输出接口为DC5525直流输出母座，功率为13.6Vdc/5A。
可选地，所述Type-C输出接口的最大电流/功率为3A/60W，所述USB-A输出接口的输出功率为5Vdc/2.4A，所述USB-A快充输出接口的输出功率为5Vdc/9Vdc/12Vdc@2.4A，所述LED手电照明灯的输出功率为5W，内部供电电压为12Vdc。
采用本发明的技术方案，具有以下有益效果：
1、本发明提出的便携式户外移动电源通过提高逆变器的设计输出功率，可以满足常用大功率家用电器的用电需求；
2、本发明提出的便携式户外移动电源可同时支持交流市电充电、太阳能光伏充电以及行车充电，使充电时间大为缩短；
3、本发明提出的便携式户外移动电源支持在线容量扩展，可通过加电包输入接口外接加电包，使电能翻番；
4、本发明提出的便携式户外移动电源提供点烟器输出接口功能，可以通过汽车打火线为汽车电瓶充电，提供应急点火服务；
5、本发明提出的便携式户外移动电源提供多种供电接口输出功能，兼容性广，可满足复杂的户外环境使用要求。
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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明提出的一种可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源的内部模块电气链接框图；
图2为本发明提出的一种可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源的内部通信链接关系图。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
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的一部分实施例，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作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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源。
如图1和图2所示，在本发明一实施例中，该可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源，包括磷酸铁锂电池组、电池管理系统(BMS)、充电器、逆变器、DC/DC直流降压电源、DC/DC直流升压电源、数显控制屏、反流二极管、LED手电照明灯、加电包输入接口、行车充电输入接口、DC光伏输入接口、AC交流输入接口、AC交流输出接口、点烟器输出接口、Type-C输出接口、USB-A输出接口、USB-A快充输出接口以及DC直流输出接口，所述AC交流输入接口、充电器以及磷酸铁锂电池组依次串联电连接，所述行车充电输入接口、DC/DC直流升压电源以及磷酸铁锂电池组依次串联电连接，所述加电包输入接口与所述磷酸铁锂电池组电连接，所述DC光伏输入接口、反流二极管以及磷酸铁锂电池组依次串联电连接，所述电池管理系统(BMS)、逆变器以及DC/DC直流降压电源均分别与所述磷酸铁锂电池组电连接，所述AC交流输出接口和数显控制屏分别与所述逆变器电连接，所述点烟器输出接口、Type-C输出接口、USB-A输出接口、USB-A快充输出接口、DC直流输出接口以及LED手电照明灯分别与所述DC/DC直流降压电源电连接，所述电池管理系统(BMS)、充电器、DC/DC直流降压电源以及数显控制屏分别通过RS485通信总线与所述逆变器通信连接。
具体地，本发明提出的便携式户外移动电源将充电器集成于内部，支持交流市电充电、太阳能光伏充电以及行车充电，支持加电包扩容，本发明提出的便携式户外移动电源交流输出功率设计为2000W，额定电压/频率是230Vac/50Hz，支持我国及欧洲各国的电器设备用电规范。
具体地，磷酸铁锂电池具有能量密度高、寿命长、体积小、重量轻、高温特性好等优点，比较适合作为移动电源的储能电池，折中考虑重量和电量，磷酸铁锂电池组选择8串额定容量为21Ah的高倍率单体电芯3并后再串联成组，构成25.6V/63Ah电压/容量规格的储能电池，总电量1612.8Wh，能够持续提供2000W的放电功率。
具体地，电池管理系统(BMS)主要职责是为磷酸铁锂电池组的工作过程保驾护航，防止电池出现过充电、过放电、过温、过流和短路等伤害性故障，保证移动电源安全可靠，同时BMS会将电池电压、电流、温度以及SOC等模拟量数据和状态信息通过RS485通信总线实时传送给逆变器。
具体地，AC交流输入接口为移动电源的充电接口，220Vac交流市电经过该接口后进入充电器的输入端，充电器将交流电整流、降压变换到合适的电压平台后对磷酸铁锂电池组进行充电，充电器输出功率设计为600W，约3个小时可以将电池充满，其输出电压和输出电流完全受逆变器的控制，逆变器会根据BMS上送的电池电压和温度数据按照既定的充电控制算法计算出充电器的输出电流值，并通过RS485通信总线下发给充电器。为了满足电池充电容量最大化的需求，逆变器会根据电池温升和极端单体电压实时调整充电电流，采取分阶段恒流的充电策略，以使电池的充电特性曲线更加符合马斯定律，在保证安全可靠的情况下，使电池组的SOC更大，充电效率更高。
具体地，AC交流输出接口提供4路230Vac/50Hz交流输出，移动电源储能电池经过逆变器逆变后可以为外界提供230Vac交流电，逆变器持续输出功率设计为2000W，峰值功率为3500W@1s，可以外接电饭煲、电磁炉、电炒锅、热水壶、吹风机等大功率家用电器。逆变器作为移动电源的控制核心，需要与电池管理系统(BMS)、充电器、DC/DC直流降压电源以及数显控制屏进行交互通信，逆变器作为RS485通信的主机，其余设备为从机，采取问答式通信，通信链接关系如图2所示。
具体地，DC光伏输入接口支持10A/300W太阳能光伏充电输入，电压输入范围为30～66Vdc，约6.5小时可以将电池充满；反流二极管的作用是防止储能电池的能量倒灌进太阳能光伏板，以免造成太阳能光伏板损坏。
具体地，行车充电输入接口支持车载点烟器的输出经过DC/DC直流升压电源后对移动电源储能电池进行充电，DC/DC直流升压电源的输入电压范围为9～36Vdc，设计功率为120W。
具体地，点烟器输出接口、Type-C输出接口、USB-A输出接口、USB-A快充输出接口以及DC直流输出接口为移动电源对外的附加直流输出端口，均由DC/DC直流降压电源将移动电源储能电池能量降压转换而得到。点烟器输出接口提供13.6Vdc/10A输出功率，通过汽车打火线可以为汽车电瓶充电，提供应急点火服务；DC直流输出接口为DC5525直流输出母座，设计功率为13.6Vdc/5A；Type-C输出接口支持USB-PD快充协议，输出电压自适应5Vdc/9Vdc/12Vdc/15Vdc/20Vdc，设计最大电流/功率为3A/60W，兼容APPLE2.4A、DCP1.5A、QC3.0/4-12V、QC2.0/9V/12V、SamsungAFC9V、HuaweiFCP9V等多种快充协议；USB-A输出接口提供5Vdc/2.4A输出功率；USB-A快充输出接口提供5Vdc/9Vdc/12Vdc@2.4A输出功率，可以为手机、小型音视频娱乐设备、便携式电动玩具等提供充电服务。LED手电照明灯方便户外露营和夜间作业，输出功率设计为5W，内部供电电压为12Vdc。
具体地，如果户外用电设备功率大、用电时间长，那么即使配置高容量的储能电池，移动电源供电时间也是有限的，电能也有耗光的时候，此时就可以通过加电包连接线外接加电包到移动电源的加电包输入接口，使电能翻番。加电包的额定容量可以根据备电时间定制，但其额定电压平台必须与移动电源储能电池保持一致。
具体地，数显控制屏为移动电源的人机界面，用于对外显示交流、直流输入以及输出电压、电流和功率等参数，显示储能电池SOC进度条及电量百分比，显示AC交流输入与输出，DC直流输入与输出，Type-C输出，USB-A输出以及USB-A快充输出的状态量信息。
本发明针对目前市面上户外移动电源所存在的交流输出功率小，不能支持容量扩展及提升，且功能单一的弊端，提出了一种可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源，通过提高逆变器的设计输出功率，使其满足常用大功率家用电器的用电需求，并且将充电器集成于移动电源内部，使其同时支持交流市电充电、太阳能光伏充电以及行车充电，充电时间大为缩短，另外，本发明支持通过加电包输入接口外接加电包，使移动电源电能翻番，且支持多种供电接口输出，兼容性广，可满足复杂的户外环境使用要求，具有较高的市场推广价值。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源，其特征在于，包括磷酸铁锂电池组、电池管理系统(BMS)、充电器、逆变器、DC/DC直流降压电源、DC/DC直流升压电源、数显控制屏、反流二极管、LED手电照明灯、加电包输入接口、行车充电输入接口、DC光伏输入接口、AC交流输入接口、AC交流输出接口、点烟器输出接口、Type-C输出接口、USB-A输出接口、USB-A快充输出接口以及DC直流输出接口，所述AC交流输入接口、充电器以及磷酸铁锂电池组依次串联电连接，所述行车充电输入接口、DC/DC直流升压电源以及磷酸铁锂电池组依次串联电连接，所述加电包输入接口与所述磷酸铁锂电池组电连接，所述DC光伏输入接口、反流二极管以及磷酸铁锂电池组依次串联电连接，所述电池管理系统(BMS)、逆变器以及DC/DC直流降压电源均分别与所述磷酸铁锂电池组电连接，所述AC交流输出接口和数显控制屏分别与所述逆变器电连接，所述点烟器输出接口、Type-C输出接口、USB-A输出接口、USB-A快充输出接口、DC直流输出接口以及LED手电照明灯分别与所述DC/DC直流降压电源电连接，所述电池管理系统(BMS)、充电器、DC/DC直流降压电源以及数显控制屏分别通过RS485通信总线与所述逆变器通信连接。
2.根据权利要求1所述的可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源，其特征在于，所述磷酸铁锂电池组包括8个电池组件，8个所述电池组件依次串联电连接，所述电池组件均由3个并联电连接的高倍率单体电芯组成，所述高倍率单体电芯的额定容量均为21Ah，所述磷酸铁锂电池组的总电量为1612.8Wh。
3.根据权利要求1所述的可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源，其特征在于，所述充电器输出功率为600W。
4.根据权利要求1所述的可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源，其特征在于，所述AC交流输出接口的数量设置有4个。
5.根据权利要求1所述的可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源，其特征在于，所述逆变器的持续输出功率为2000W，峰值功率为3500W@1s。
6.根据权利要求1所述的可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源，其特征在于，所述DC光伏输入接口的电压输入范围为30Vdc～66Vdc。
7.根据权利要求1所述的可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源，其特征在于，所述DC/DC直流升压电源的输入电压范围为9Vdc～36Vdc，功率为120W。
8.根据权利要求1所述的可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源，其特征在于，所述DC直流输出接口为DC5525直流输出母座，功率为13.6Vdc/5A。
9.根据权利要求1所述的可支持加电包扩容的大功率便携式户外移动电源，其特征在于，所述Type-C输出接口的最大电流/功率为3A/60W，所述USB-A输出接口的输出功率为5Vdc/2.4A，所述USB-A快充输出接口的输出功率为5Vdc/9Vdc/12Vdc@2.4A，所述LED手电照明灯的输出功率为5W，内部供电电压为12Vdc。
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