CN207251288U - 一种用于单兵数字化装备供电的柔性电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于单兵数字化装备供电的柔性电源，包括依次电连接的前端输入电路、最大功率点跟踪电路、存储电路和后端输出电路，前端输入电路包括三结太阳能电池；三结太阳能电池内部设有三个P‑i‑n结，每个P‑i‑n结包括三层不同禁带宽带的p‑a‑SiC:H、i‑a‑Si:H和n‑c‑Si:H结构；三结太阳能电池内部的Al电极和最靠近Al电极的i‑a‑Si:H层之间设有一阻挡层；最大功率点跟踪电路包括MPPT控制器和与MPPT控制器电连接的迟滞电压比较器；存储电路包括用于存储电能的Super Cap；后端输出电路包括DC‑DC变换器。

Description

一种用于单兵数字化装备供电的柔性电源

技术领域

本实用新型属于太阳能电池的技术领域，具体涉及一种用于单兵数字化装备供电的柔性电源。

背景技术

随着导航定位系统、夜视仪和战场数据传输系统等大量数字化装备开始装备部队，部队装备特别是单兵装备对电能的需求急剧增长。

传统的单兵数字化装备供电主要通过士兵随身携带大量的充电电池或者战场移动电源车来实现。但这存在两个弊端：一是随身携带的充电电池增加了士兵的负重和体力消耗，限制了士兵机动性能的发挥；二是战场环境下，移动式电源车的机动能力和伪装性能有限，很难保证每名士兵都能够及时的充电，这又限制了数字化装备作战性能的发挥。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于单兵数字化装备供电的柔性电源，以解决现有单兵数字化装备供电设备体积大、质量大不便于随身携带的问题。

为达到上述目的，本实用新型采取的技术方案是：

提供一种用于单兵数字化装备供电的柔性电源，其包括依次电连接的前端输入电路、最大功率点跟踪电路、存储电路和后端输出电路；

前端输入电路包括三结太阳能电池；三结太阳能电池内部设有三个P-i-n结，每个P-i-n结包括三层不同禁带宽带的p-a-SiC:H、i-a-Si:H和n-c-Si:H结构；三结太阳能电池内部的Al电极和最靠近Al电极的i-a-Si:H层之间设有一阻挡层；最大功率点跟踪电路包括MPPT控制器和与MPPT控制器电连接的迟滞电压比较器；存储电路包括用于存储电能的Super Cap；所述后端输出电路包括DC-DC变换器。

优选地，三结太阳能电池以聚酰亚胺为衬底。

优选地，阻挡层为Ni₂Al₃薄膜层。

优选地，MPPT控制器为LTC3105芯片。

优选地，迟滞电压比较器为MAX9910芯片。

优选地，Super Cap为33mF的超级电容。

优选地，DC-DC变换器内置有LTC3525L-5芯片。

本实用新型提供的用于单兵数字化装备供电的柔性电源，具有以下有益效果：

本实用新型根据半导体PN结的光伏发电效应，利用聚酰亚胺薄膜为三结太阳能电池的衬底，使得本电源质量轻且薄，且具有较好的耐辐射和耐热能力，确保太阳能电池具有较高的体积比功率和重量比功率。配合三层不同禁带宽带的p-a-SiC:H、i-a-Si:H、n-c-Si:H结构的堆叠，增加太阳能电池的响应光谱，提高对光的吸收系数，减少热损失与声子损失，改善光致衰退效应。加之MPPT控制器实时跟踪调节柔性薄膜太阳能电池的工作状态，使其始终工作在最大功率点处，使Super Cap始终以最高效率充电。

本实用新型采用柔性薄膜太阳能电池配合MPPT太阳能控制器，实现了集太阳能量收集与转换和电源管理与一体的便携式的充电电源，成为一种自供电、免维护、长寿命，同时兼具高质量比功率，高环境适应性的电源系统。

附图说明

图1为用于单兵数字化装备供电的柔性电源的电路框图。

图2为用于单兵数字化装备供电的柔性电源的柔性薄膜太阳能电池结构图。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，如图1-2所示，本方案的用于单兵数字化装备供电的柔性电源，包括依次电连接的前端输入电路、最大功率点跟踪电路、存储电路和后端输出电路。

前端输入电路包括三结太阳能电池，三结太阳能电池为柔性薄膜太阳能电池，柔性薄膜太阳能电池通过真空薄膜工艺技术，将光电材料沉积在不锈钢或有机聚合物等可卷曲的柔性材料衬底上，形成柔性薄膜。其中三结太阳能电池包括以聚酰亚胺为衬底的三结太阳能电池，以聚酰亚胺作为电池的衬底材料，具有质量轻且薄和较好的耐辐射和耐热能力的特性，因而制作的电池有很高的体积比功率和重量比功率。

参考图2，三结太阳能电池内设有三个P-i-n结，每个P-i-n结包括三层不同禁带宽带的p-a-SiC:H、i-a-Si:H和n-c-Si:H结构。其中，P-i-n结中的P代表p-a-SiC:H层结构；i代表i-a-Si:H层结构，n代表n-c-Si:H结构层结构。

三层不同禁带宽带的p-a-SiC:H、i-a-Si:H、n-c-Si:H结构的堆叠，以增加太阳能电池的响应光谱，提高对光的吸收系数，减少热损失与声子损失，改善光致衰退效应。除此之外，为了防止在制备薄膜以及太阳能电池使用过程中原子向Si层中扩散，在Al电极和最靠近Al电极的i-a-Si:H层之间制备一层Ni₂Al₃薄膜作为阻挡层。

最大功率点跟踪电路包括MPPT控制器和迟滞电压比较器。MPPT控制器采样柔性薄膜太阳能的输出电压和电流，通过MPPT控制器，使其最大限度地从源头上输出功率电平。迟滞电压比较器将三结太阳能电池的输出电压和经MPPT控制器后的输出电压进行比较，以产生高、低电平来控制开关MOS管的通、断，使得柔性薄膜太阳能电池以最大功率间隙性对Super Cap充电。

存储电路设有用于存储电能的Super Cap，用来存储和缓冲电能，后端输出电路设有DC-DC变换器，将输出电压稳定在5V，供给给士兵的相应装备。

下面对本方案的用于单兵数字化装备供电的柔性电源的工作流程做如下说明：

将柔性薄膜太阳能电池贴附于士兵头盔或军装等装备的表面，柔性薄膜太阳能电池将光能装换为电能，MPPT控制器实时跟踪调节柔性薄膜太阳能电池的工作状态，使其保持在最大功率点的工作状态下，并将电能存储在存储电路中的Super Cap内，并通过后端输出电路，保证电源能量的瞬时释放和稳压输出。

本实用新型采用柔性薄膜太阳能电池配合MPPT太阳能控制器，实现了集太阳能量收集与转换和电源管理与一体的便携式的充电电源，成为一种自供电、免维护、长寿命，同时兼具高质量比功率，高环境适应性的电源系统。

虽然结合附图对实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于单兵数字化装备供电的柔性电源，其特征在于：包括依次电连接的前端输入电路、最大功率点跟踪电路、存储电路和后端输出电路；

所述前端输入电路包括三结太阳能电池；所述三结太阳能电池内部设有三个P-i-n结，每个P-i-n结包括三层不同禁带宽带的p-a-SiC:H、i-a-Si:H和n-c-Si:H结构；所述三结太阳能电池内部的Al电极和最靠近Al电极的i-a-Si:H层之间设有一阻挡层；所述最大功率点跟踪电路包括MPPT控制器和与MPPT控制器电连接的迟滞电压比较器；所述存储电路包括用于存储电能的Super Cap；所述后端输出电路包括DC-DC变换器。

2.根据权利要求1所述的用于单兵数字化装备供电的柔性电源，其特征在于：所述三结太阳能电池以聚酰亚胺为衬底。

3.根据权利要求1所述的用于单兵数字化装备供电的柔性电源，其特征在于：所述阻挡层为Ni₂Al₃薄膜层。

4.根据权利要求1所述的用于单兵数字化装备供电的柔性电源，其特征在于：所述MPPT控制器为LTC3105芯片。

5.根据权利要求1所述的用于单兵数字化装备供电的柔性电源，其特征在于：所述迟滞电压比较器为MAX9910芯片。

6.根据权利要求1所述的用于单兵数字化装备供电的柔性电源，其特征在于：所述Super Cap为33mF的超级电容。

7.根据权利要求1所述的用于单兵数字化装备供电的柔性电源，其特征在于：所述DC-DC变换器内置有LTC3525L-5芯片。