CN208015440U - 一种智能化多功能便携式供电电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能化多功能便携式供电电源，交流电网连接通过双向PWM变流器连接第一双向DC/DC变流器，第一双向DC/DC变流器模块连接第二双向DC/DC变流器，太阳能电池板分别连接双向PWM变流器和第一双向DC/DC变流器，柔性薄膜太阳能板和蓄电池均分别连接第一双向DC/DC变流器和第二双向DC/DC变流器，第二双向DC/DC变流器还连接储能电池。本实用新型有益效果：高效利用太阳能清洁能源，以及实现数字化智能化控制；模块化的设计，使得产品的功能更加丰富，能满足多种电压等级用电设备的能供电需求；产品具有多种场合通用性，标准化接口，智能化程度高，可以快速投入市场使用；产品有过压保护，过流、短路保护，使产品更加安全可靠。

Description

一种智能化多功能便携式供电电源

技术领域

本实用新型涉及供电设备技术领域，尤其是一种智能化多功能便携式供电电源。

背景技术

随着全球经济的不断发展和世界人口的不断增长，人类越来越离不开电能。可现在随着科技的快速发展，许多产品的问世，使人类面对许许多多的供电问题：(1)电能需求的不断增长，而随着传统的化石能源煤、石油、天然气的不断消耗，且它们具有不可再生性，它们已不可能满足我们所有的供电需求；(2)科技的发展，产生了许多电子产品，智能手机、笔记本电脑、平板电脑，还有数码相机等等各种各样的数码电子产品，这些电子产品电池储能不大，但利用频率高且耗电快，也急需解决它们的充供电问题；(3)电动代步车的流行，尤其是家用和物流领域电动车数量日益增加和频繁使用，也要急需解决它们的充供电问题；(4)在无供电电网地区人类的活动日益增加(野外探险、旅游等等)，也要满足他们的一些日常用电需求；(5)随着城市化进程的加快、智能家居的加速发展、智慧城市的迅速发展，以及电动汽车的普及，这就急需一种便捷快速的充供电方式满足供电需求。面对这些问题，我们有必要设计发明一种具有多功能，多用途、智能化的产品来满足这些需求，从而尽快占领这些市场，以获得高的经济效益。

而现在的便携式供电电源：

1、如图1所示，这种便携式供电电源仅仅通过电网给蓄电池充电，然后用蓄电池给一些场合的某些特定设备进行供电，因此它又很多明显的缺点：(1)能量来源单一化(仅仅通过蓄电池的储能来给用电设备进行供电)；(2)供电电源设备会受到外界环境干扰而不能持续供电的缺陷；(3)不能提供多种电压类型的用电设备的供电需求；(4)当在外自驾游、野外探险等长时间户外活动时，不能满足长时间的供电需求，不能完全应对户外的恶劣条件，应用场合受到限制；(5)不能进行能量双向流动，将多余的能量回馈给电网，造成能源的浪费。

2、如图2所示，利用太阳能来设计的便携式供电电源，其也有很多缺点：(1)对环境的要求比较大；(2)其功率转化效率极低；(3)虽然有蓄电池可以储能，但其能量也不会满足很长时间的供电；(5)当蓄电池充满电时，太阳能就无法再利用，造成对太阳能源的浪费。

因此，对于上述问题有必要提出一种智能化多功能便携式供电电源。

实用新型内容

本实用新型目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种智能化多功能便携式供电电源。

为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现：

一种智能化多功能便携式供电电源，包括交流电网、双向PWM变流器、第一双向DC/DC变流器、第二双向DC/DC变流器、太阳能电池板、储能电池、柔性薄膜太阳能板和蓄电池，所述交流电网连接通过双向PWM变流器连接第一双向DC/DC变流器，所述第一双向DC/DC变流器模块连接第二双向DC/DC变流器，所述太阳能电池板分别连接双向PWM变流器和第一双向DC/DC变流器，所述柔性薄膜太阳能板和蓄电池均分别连接第一双向DC/DC变流器和第二双向DC/DC变流器，所述第二双向DC/DC变流器还连接储能电池。

优选地，所述双向PWM变流器和第一双向DC/DC变流器均连接大电压直流用电设备，所述第二双向DC/DC变流器连接小电压电子设备。

优选地，所述双向PWM变流器通过驱动电路连接第一DSP控制系统，所述第一双向DC/DC变流器和第二双向DC/DC变流器分别连接第二DSP控制系统和第三DSP控制系统。

优选地，所述第一DSP控制系统、第二DSP控制系统和第三DSP控制系统均通过CAN总线连接触摸显示屏。

优选地，所述双向PWM变流器包括第一功分耦合器、第二功分耦合器、第二功分耦合器、第四功分耦合器和第一电容，所述第一功分耦合器、第二功分耦合器、第二功分耦合器和第四功分耦合器均连第一电容。

优选地，所述第一功分耦合器、第二功分耦合器、第二功分耦合器、第四功分耦合器均通过第一电感连接滤波模块，所述滤波模块包括第二电感和第四电容。

优选地，所述第一双向DC/DC变流器包括第五功分耦合器、第六功分耦合器、第三电感和第二电容。

优选地，所述第二双向DC/DC变流器包括第七功分耦合器、第八功分耦合器、第四电感和第三电容。

优选地，所述第一DSP控制系统、第二DSP控制系统和第三DSP控制系统的型号均为TMS320F28035。

优选地，所述太阳能电池板和薄膜太阳能电池板均连接MPPT-DCDC变流器，所述MPPT-DCDC变流器和太阳能电池板通过DC-AC逆变器连接交流电网。

本实用新型有益效果：1、高效利用太阳能清洁能源，以及实现数字化智能化控制；2、模块化的设计，使得产品的功能更加丰富，能满足多种电压等级用电设备的能供电需求；3、产品具有多种场合通用性，标准化接口，智能化程度高，可以快速投入市场使用；4、产品有过压保护，过流、短路保护，使产品更加安全可靠。整个产品即可以提供一种清洁绿色的电能，并且以DSP为控制核心，还有模块化的设计使这个产品更加便携，应用市场更加广阔。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是现有技术的单一便携式充供电电源图；

图2是现有的太阳能供电电源图；

图3是本实用新型的模块框图；

图4是本实用新型的主电路图；

图5是本实用新型的小型支路并网逆变器结构；

图6是本实用新型的运用蓄电池的组合模块图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图3并结合图4至图6所示，一种智能化多功能便携式供电电源，包括交流电网1、双向PWM变流器2、第一双向DC/DC变流器3、第二双向DC/DC变流器4、太阳能电池板9、储能电池5、柔性薄膜太阳能板7和蓄电池6，所述交流电网1连接通过双向PWM变流器2连接第一双向DC/DC变流器3，所述第一双向DC/DC变流器3连接第二双向DC/DC变流器4，所述太阳能电池板9分别连接双向PWM变流器2和第一双向DC/DC变流器3，所述柔性薄膜太阳能板7和蓄电池6均分别连接第一双向DC/DC变流器3和第二双向DC/DC变流器4，所述第二双向DC/DC变流器4还连接储能电池5。

其中，所述双向PWM变流器2和第一双向DC/DC变流器3均连接大电压直流用电设备8，所述第二双向DC/DC变流器4连接小电压电子设备10，所述双向PWM变流器2通过驱动电路连接第一DSP控制系统，所述第一双向DC/DC变流器3和第二双向DC/DC变流器4分别连接第二DSP控制系统和第三DSP控制系统。

此外，所述第一DSP控制系统、第二DSP控制系统和第三DSP控制系统均通过CAN总线连接触摸显示屏，所述双向PWM变流器包括第一功分耦合器VT1、第二功分耦合器VT2、第二功分耦合器VT3、第四功分耦合器VT4和第一电容E1，所述第一功分耦合器VT1、第二功分耦合器VT2、第二功分耦合器VT3、第四功分耦合器VT4均连第一电容E1。

其中，第一功分耦合器VT1、第二功分耦合器VT2、第二功分耦合器VT3、第四功分耦合器VT4均通过第一电感L1连接滤波模块，所述滤波模块包括第二电感L2和第四电容E4，所述第一双向DC/DC变流器3包括第五功分耦合器VT5、第六功分耦合器VT6、第三电感L3和第二电容E2。所述第二双向DC/DC变流器4包括第七功分耦合器VT7、第八功分耦合器VT8、第四电感L4和第三电容E3。

其中，所述第一DSP控制系统、第二DSP控制系统和第三DSP控制系统的型号均为TMS320F28035。所述太阳能电池板和薄膜太阳能电池板均连接MPPT-DCDC变流器，所述MPPT-DCDC变流器和太阳能电池板通过DC-AC逆变器连接交流电网。

本实用新型有益效果：1、高效利用太阳能清洁能源，以及实现数字化智能化控制；2、模块化的设计，使得产品的功能更加丰富，能满足多种电压等级用电设备的能供电需求；3、产品具有多种场合通用性，标准化接口，智能化程度高，可以快速投入市场使用；4、产品有过压保护，过流、短路保护，使产品更加安全可靠。整个产品即可以提供一种清洁绿色的电能，并且以DSP为控制核心，还有模块化的设计使这个产品更加便携，应用市场更加广阔。

可实现电池能量的双向使用，通过控制算法可以实现对电池的快速充电，也可以提供稳定的直流电压源，最关键的是可以将储能电池的能量可给各种电池充电，也可以直接作为稳压电源使用，具有快速、安全、节能环保等优点。

(1)采用双向PWM变流器，双向DC/DC变流器模块化电路设计，可以将太阳能存储到蓄电池，回馈到电网，也可以直接供给用电设备使用；(2)当无太阳能时，我们可以利用存储到蓄电池的能量来供给用电设备；(3)电路中运用的电力电子器件具有开关速度快，能量转化效率高的特性，可以实现电网、太阳能、蓄电池、用电设备之间电能转化和高效安全的使用；(4)本发明还提供了一种集电力电子技术、智能控制(以DSP为控制芯片)于一身的快充充电器接口，设计巧妙，控制有效，智能化程度高，既能实现快速给蓄电池、各种电子产品充电又能快速给蓄电池进行放电，使用安全节能环保。

结合模块图3和主电路图4来说明设计产品的原理和功能：

(1)当双向PWM变流器工作在整流状态时，其可将电网电压220V交流电整成稳定的直流电，此时这个大直流电可以供一些大电压设备进行使用；同时还可以将大电压经过双向DC/DC变流器模块3将电压降低成稳定的可调的电压，来给各种规格的蓄电池，电动汽车等等一些需要充电的较大电压的蓄电池进行充供电；最后还可以将降压之后的电压再次经过双向DC/DC变流器模块4进行一定的降压，降低到可供手机、电脑、MP3等一些电子产品进行充供电的稳定可调电压。

(2)当双向PWM变流器模块工作在逆变状态时，其一，可以将太阳能电池板吸收的太阳能回馈给电网存储起来，用来供以后使用；其二，可以将蓄电池中的电能先经过双向DC/DC变流器模块3进行升压，升高到稳定可靠的能回馈给电网的电压等级，进而回馈给电网，供一些设备短暂的使用。

(3)利用太阳能电池板时，控制系统首先会检测蓄电池中的能量存储状态，当蓄电池中的能量不足时，太阳能电池板会将其电压经过双向DC/DC变流器模块3进行降压斩波，使其降低到可调的一个范围，用来满足各种不同规格的蓄电池充电，同时还可以给电动汽车进行充电；当蓄电池能量充满时，此时可以将太阳能的能量回馈给电网，也可以给其他用电设备使用，以达到对太阳能的多重利用。

(4)利用柔性薄膜太阳能电池板时，可以将其背在身上，随时进行太阳能的收集，且设计功率最大跟踪，但由于其产生的能量比较小，可以再步行中利用柔性薄膜太阳能板来给手机、MP3等一些电子产品进行充供电。

(5)本产品可以给蓄电池，各种电子产品进行智能化充供电，在充供电时，可以实现变电流快速充电，进而提高蓄电池、各类电子产品的充电效率和使用寿命。

(6)在没有市电和太阳能供电时，此时可以利用蓄电池的存储能量。蓄电池的能量可以经过双向DC/DC变流器模块4进行降压斩波，通过控制触发脉冲的占空比进而控制输出的电压，进而满足各类低电压电子设备的充供电问题；也可以直接给一些电动汽车等一些电动代步汽车进行充供电；最重要的是还可以回馈给电网，先将蓄电池的电能经过双向DC/DC变流器模块3进行升压，达到满足回馈电网的电压要求，然后控制双向PWM变流器工作在逆变状态，将蓄电池的能量回馈发给电网，来满足一些家用电器的供电需求。

(7)产品中有3个独立的控制系统，来实现对两个双向DC/DC变流器和双向PWM变流器的控制，进而实现能量的双向流动，丰富产品的功能。同时3个控制器可以实时的检测各个所控制模块的运行状态，并及时有效的通过CAN总线反馈给触摸显示屏，以便人更加及时的了解各个模块的运行状态，从而更好的控制和使用本产品。

(8)对产品进行模块化设计，可以将具有独立功能的单元作为模块，可以在不同模块之间进行组合，拼凑出多种规格产品，满足客户和市场多样化的需求。模块化设计的灵活性和可变性极大程度上满足了设备对于不同电压的要求，这样也更便于维修，若出现故障模块可以及时进行更换，且不会影响到其他功能模块，然后就只针对这个故障模块进行维修，明显降低设计生产时间、提高电源供电的工作效率，同时也能起到降低成本的作用。

为了解决各模块之间接线复杂、缓慢、不灵活，且安全性不高的状况，对每个模块进行插拔式设计。插拔件采用防误插设计，实现各模块快速插拔紧凑连接，提高抗震动性。插拔式设计可以使各模块之间的独立性增强、融合匹配更容易、功能扩展性更好，使产品的市场竞争性更突出。

产品的运用：

(1)对于我们设计的这智能化多功能便携式供电电源，在刚购买回来时，我们可以用220V市电来给蓄电池进行充电。

1)根据主电路图4，AC220V/110V的市电→经过L2、C1的滤波电路→L1输入电感后，通过以DSP1为核心的驱动电路控制双向PWM变流器将AC220V/110V整流并使直流母线维持在310V/155V左右，同时实现网测的高功率因数，减少谐波污染；

2)直流母线上的大电压可以给大电压直流设备应用；

3)将直流母线的大电压通过第一级的可调双向DC/DC变流器2，降压至可供蓄电池、电动汽车进行充电的电压范围，来给各种规格的蓄电池进行充电(锂离子蓄电池，铅酸蓄电池，电动汽车，电动自行车等)，并可以实现对蓄电池的恒压恒流充电，这是进行市网供电的的主要作用；

4)还可以将降压后的电压再进行第二级的双向DC/DC变流器3降压斩波，变成可供各种电子数码产品(手机、笔记本电脑、数码相机等移动设备)进行恒流充电的电压等级。

(2)现在人类对可持续发展环保节能的新型能源的需求愈发强烈，太阳能作为众多可再生能源当中最具潜力的一种，它具有节能、绿色、环保、无地域限制，并且用于吸收太阳能的太阳能板等设备故障率低，维护简单等等这些优点，非常实用。充分利用了太阳能，设计运用太阳能板和柔性薄膜太阳能电池板两种方式来吸收太阳能。主要有两中运行方式：1)当在家里面或开车到户外旅行时，我们可以采用大型太阳能电池板9，将其放在屋顶或车顶等空间大的地方用来吸收太阳能；2)当我们徒步旅行在户外时，我们可以采用柔性薄膜太阳能板7，将它背在身上来收集太阳能。柔性薄膜太阳能板具有体积相对较小，材料本身性能好且柔软性和防水性较好，可以固定在衣服上进行太阳能的收集，非常适合于户外的恶劣环境。

利用太阳能是本次设计的一个最大亮点，在家里面时，可以利用本产品来收集太阳能回馈到电网中存储起来；当在长时间旅途或野外活动时，会优先选择利用太阳能来满足一些供电需求并可以把多余的能量存储在蓄电池中，然后在太阳能不足以提供需求时，可以利用蓄电池中存储的电能，这样使产品的利用最大化。下面来说明本产品对太阳能的利用过程：

1)如图5所示，说明太阳能回馈电网。我们采用小型支路并网逆变器结构，这种结构具有效率高，配置灵活，还有最大功率跟踪准确(MPPT)，且不会出现电路失配的状况。如图4所示用到双向变流器3、双向变流器4、薄膜太阳能板7、太阳能板9这些模块，首先太阳光照射到太阳能板上→然后对太阳能板产生的小电压进行升压→小电压经过MPPT—DC/DC变流器3进行升压→升压到高压侧310V左右的直流母线上，此时以DSP芯片为核心的控制驱动电路将双向PWM变流器工作在逆变状态(DC/AC逆变)，并检测电网侧电压、电流、相序→然后将两种太阳能板产生的直流电回馈到家庭电网中存储起来。

2)同时在户外时，我们可以将太阳能电池板9产生的电能经过双向DC/DC变流器3模块进行一定的降压然后给电动自行车、电动汽车、笔记本电脑以及蓄电池(锂离子蓄电池、铅酸蓄电池)充电，还可以将产生的低电压同薄膜太阳能板产生的电压经过双向DC/DC变流器4模块进行降压，给各种电子类产品(手机、平板电脑、MP3等等)进行充电。当然，如果遇到太阳光弱时，太阳能板输出电压会比较低，不能直接给电动自行车、电动汽车和蓄电池充电，这时可以将太阳能板的输出电压经过双向DC/DC变流器3、4模块进行两次升压，以达到对电动自行车、电动汽车和蓄电池充电的电压要求，更好的利用太阳能，并提高利用率。

当在旅游或其他一些户外活动中遇到长时间的阴雨电气时，此时这个产品可以发挥它很大的作用：使用蓄电池中的电能。结合图4和图6，我们将蓄电池组放在主电路图中的P1、N之间，这样：1)我们可以通过第二级的双向DC/DC变流器4模块将蓄电池的电压降低，来给各种电子类产品进行供电；2)还可以通过第一级的双向DC/DC变流器3模块将蓄电池的电压升高，来满足一些大电压直流设备的供电；3)同时对于蓄电池本身，可以直接来给电动汽车，电动自行车进行供电使用；4)当家里面停电时，蓄电池的电压可以经过第一级的双向DC/DC变流器3模块升高到高压侧310V左右的直流母线上，DSP控制器并让双向PWM变流器2模块工作在逆变状态，将蓄电池的电能回馈到家庭电网，同时实现高压侧的高功率因数，保证310V直流母线上电压稳定，来满足家庭对AC220V电压的短暂需求。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能化多功能便携式供电电源，其特征在于：包括交流电网、双向PWM变流器、第一双向DC/DC变流器、第二双向DC/DC变流器、太阳能电池板、储能电池、柔性薄膜太阳能板和蓄电池，所述交流电网连接通过双向PWM变流器连接第一双向DC/DC变流器，所述第一双向DC/DC变流器模块连接第二双向DC/DC变流器，所述太阳能电池板分别连接双向PWM变流器和第一双向DC/DC变流器，所述柔性薄膜太阳能板和蓄电池均分别连接第一双向DC/DC变流器和第二双向DC/DC变流器，所述第二双向DC/DC变流器还连接储能电池。

2.如权利要求1所述的一种智能化多功能便携式供电电源，其特征在于：所述双向PWM变流器和第一双向DC/DC变流器均连接大电压直流用电设备，所述第二双向DC/DC变流器连接小电压电子设备。

3.如权利要求1所述的一种智能化多功能便携式供电电源，其特征在于：所述双向PWM变流器通过驱动电路连接第一DSP控制系统，所述第一双向DC/DC变流器和第二双向DC/DC变流器分别连接第二DSP控制系统和第三DSP控制系统。

4.如权利要求3所述的一种智能化多功能便携式供电电源，其特征在于：所述第一DSP控制系统、第二DSP控制系统和第三DSP控制系统均通过CAN总线连接触摸显示屏。

5.如权利要求4所述的一种智能化多功能便携式供电电源，其特征在于：所述双向PWM变流器包括第一功分耦合器、第二功分耦合器、第二功分耦合器、第四功分耦合器和第一电容，所述第一功分耦合器、第二功分耦合器、第二功分耦合器和第四功分耦合器均连第一电容。

6.如权利要求5所述的一种智能化多功能便携式供电电源，其特征在于：所述第一功分耦合器、第二功分耦合器、第二功分耦合器、第四功分耦合器均通过第一电感连接滤波模块，所述滤波模块包括第二电感和第四电容。

7.如权利要求6所述的一种智能化多功能便携式供电电源，其特征在于：所述第一双向DC/DC变流器包括第五功分耦合器、第六功分耦合器、第三电感和第二电容。

8.如权利要求7所述的一种智能化多功能便携式供电电源，其特征在于：所述第二双向DC/DC变流器包括第七功分耦合器、第八功分耦合器、第四电感和第三电容。

9.如权利要求8所述的一种智能化多功能便携式供电电源，其特征在于：所述第一DSP控制系统、第二DSP控制系统和第三DSP控制系统的型号均为TMS320F28035。

10.如权利要求9所述的一种智能化多功能便携式供电电源，其特征在于：所述太阳能电池板和薄膜太阳能电池板均连接MPPT-DCDC变流器，所述MPPT-DCDC变流器和太阳能电池板通过DC-AC逆变器连接交流电网。