CN212543400U - 一种大功率12v无源自发电与蓄电电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及移动电源技术领域，尤其涉及一种大功率12V无源自发电与蓄电电源，包括：电池、DCDC升压模块、太阳能充电模块；电池采用单片电芯；电池与DCDC升压模块的低压输入端电连接，DCDC升压模块还设置有高压输出端；电池与太阳能充电模块电连接以接收太阳能充电模块输入的充电电压。现有技术中，通常采用电池包进行供电，而电池包由多节电芯串并联组成，存在不同电芯之间存在压差、能量衰减及安全的缺陷。相较于现有技术，本实用新型采用单片电芯由DCDC升压模块升压后进行供电，从而有效避免了多节电池串并联带来的压差、能量衰减及安全的缺陷，提高了供电的稳定性。

Description

一种大功率12V无源自发电与蓄电电源

技术领域

本实用新型涉及移动电源技术领域，尤其涉及一种大功率12V无源自发电与蓄电电源。

背景技术

随着技术的不断发展，当今社会涌现出了多种不同的户外嵌入式设备，这些嵌入式设备被广泛应用于生活中的方方面面，例如：应用于智慧城市中的视频监控设备、数据采集设备以及应用于智能家具系统中的太阳能庭院灯等等。这些嵌入式设备通常需要12V电压供电，但常见的供电电压远大于此，例如：家用电压为220V。导致在户外利用常见的供电电缆获取稳定的12V电压极其困难，因此这些设备通常采用移动电源进行供电。

中国专利公开了一种用于户外供电的移动电源【申请号：CN201710453148.4、公开号：CN107181299A】电源箱体、电池包、行走机构、控制器和自动跟踪装置，电池包设于所述电源箱体内，电源箱体设有与电池包电连接的插座接口，所述电池包通过插座接口为户外作业的电动工具供电，行走机构包括轮子和驱动轮子行走的驱动电机，控制器与驱动电机连接，自动跟踪装置与控制器连接，自动跟踪装置用于跟踪移动电源的用户，控制器根据自动跟踪装置的跟踪结果控制行走机构带动电源箱体自动跟踪用户行走。该专利虽然能够有效的为户外嵌入式设备提供供电电源，但是该专利采用的电池包供电，而电池包通常采用多节电芯串并联结合形成，不可避免的存在各电芯之间存在压差、能量衰减的缺陷，同时随着电芯串并联的数量的增加，会更容易出现电池的安全问题。

实用新型内容

针对现有技术的技术问题，本实用新型提供了一种大功率12V无源自发电与蓄电电源。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了以下的技术方案：

一种大功率12V无源自发电与蓄电电源，包括：电池、DCDC升压模块、太阳能充电模块；电池采用单片电芯；电池与DCDC升压模块的低压输入端电连接，DCDC升压模块还设置有高压输出端；电池与太阳能充电模块电连接以接收太阳能充电模块输入的充电电压。

在实际使用时，单片电芯通过DCDC升压模块的电压输入端为DCDC升压模块提供电压，DCDC升压模块将接收到的电压进行升压后由高压输出端输出至用电设备，电池还与太阳能充电模块电连接以接收太阳能充电模块输入的充电电压，使得本实用新型能够在户外维持长期的运转。本实用新型的技术方案采用单片电芯为户外设备进行供电而非采用电池包，有效的避免了电池包内各电芯之间的压差、能量衰减以及电池安全问题的缺陷。

进一步的，还包括调控模块；调控模块上设置有接收端、输出端、反馈接收端，调控模块能够依据反馈接收端获取的检测电流、检测电压控制输出端的输出电压；调控模块的数量为2个，分别为第一调控模块、第二调控模块。

进一步的，第二调控模块的接收端与DCDC升压模块的高压输出端电连接，第二调控模块的反馈接收端与第二调控模块的输出端电连接。

进一步的，还包括检测模块；检测模块上设置有检测端以实时获取检测电流、检测电压，检测模块通过第一调控模块的反馈接收端与第一调控模块电连接；第一调控模块的接收端与太阳能充电模块电连接，第一调控模块的输出端与电池电连接。

进一步的，检测端包括电流检测端、电压检测端；检测模块包括电流环、电压环、反馈模块；反馈模块上设置有反馈输出端，反馈输出端与反馈接收端电连接，反馈模块与电流环、电压环电连接；电流环通过电流检测端与第一调控模块的输出端电连接以获取检测电流；电压环通过电压检测端与电池电连接以获取检测电压。

进一步的，电流环上还设置有参考电流接收端；电压环上还设置有参考电压接收端。

进一步的，调控模块包括响应模块、主控模块；响应模块与接收端、输出端电连接；主控模块与反馈接收端电连接，主控模块上设置有控制信号输出端，控制信号输出端与响应模块电连接。

进一步的，主控模块包括PWM控制模块、驱动模块；PWM控制模块与反馈接收端电连接，PWM控制模块与驱动模块电连接；驱动模块通过控制信号输出端与响应模块电连接。

进一步的，响应模块包括控制开关、滤波模块；控制开关与接收端电连接，控制开关与滤波模块电连接，所述控制开关通过所述控制信号输出端与所述主控模块电连接；滤波模块与输出端电连接。

进一步的，太阳能充电模块输出的充电电压大于4V或等于4V。

相较于现有技术，本实用新型具有以下优点：

本实用新型采用单片电芯进行供电，有效避免了电池包内多个电芯之间存在压差、能量损耗以及电池安全问题的缺陷，从而提高了供电的稳定性和可靠性，特别是安全性大大提高。

通过采用单片电芯无需设置BMS系统，从而降低了成本。

通过采用单片电芯有效降低了对太阳能充电模块充电电压的需求，进而降低了对太阳能充电模块上多晶硅数量需求，一方面更进一步的降低了成本，另一方面减少了太阳能充电模块的体积。

通过电源外壳上固定爪、耳状凸起的配合，使得本实用新型能够安装在多种不同形状的物体上，从而使得本实用新型能够适应多种不同的安装环境。

附图说明

图1：移动电源内部线路图。

图2：充电线路图。

图3：供电线路图。

图4：调整模块线路图。

图5：电源外壳整体结构图。

图6：爆炸图。

图中：1-电源外壳、11-安装槽、12-销轴、13-固定爪、14-耳状凸起、131-扭簧。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

一种大功率12V无源自发电与蓄电电源，包括：电池、太阳能充电模块、调控模块、检测模块。电池采用单片电芯，作为优选，电池采用能够支持4C充放电，工作温域为-50℃-90℃，具备8000至20000次循环寿命的钛酸锂二次锂电池。太阳能充电模块输出的充电电压大于4V或等于4V，作为优选，太阳能充电模块输出的充电电压为4V至6V。调控模块能够依据反馈接收端获取的检测电流、检测电压控制输出端的输出电压。调节模块上设置有接收端、输出端、反馈接收端。调节模块包括响应模块、主控模块。主控模块上设置有控制信号输出端，主控模块通过控制信号输出端与响应模块电连接。其中，响应模块包括控制开关、滤波模块，控制开关与接收端、滤波模块电连接，控制开关通过控制信号输出端与主控模块电连接，滤波模块与输出端电连接。主控模块包括PWM控制模块、驱动模块，PWM控制模块与反馈接收端电连接，PWM控制模块与驱动模块电连接，驱动模块通过控制信号输出端与相应模块的控制开关电连接。调控模块的数量为两个，分别为第一调控模块、第二调控模块。其中，第一调控模块的接收端与太阳能充电模块的正极、负极电连接从而接收太阳能充电模块的电压，输出端与电池电连接，反馈接收端与检测模块电连接。

检测模块上设置有电流检测端、电压检测端。检测模块包括电流环、电压环、反馈模块。反馈模块上设置有反馈输出端，反馈模块通过反馈输出端与第一调控模块的反馈接收端电连接。电流环通过电流检测端与第一调控模块的输出端电连接从而实时获取检测电流，电流换上还设置有参考电流接收端以接收参考电流。电压环通过电压检测端与电池电连接以获取检测电压，电压环上还设置有参考电压接收端以接收参考电压。

在实际运行时，太阳能充电模块将太阳能转换为电能，太阳能充电模块产生的电压通过第一调控模块为电池进行充电。在充电过程中，电流环实时接收第一调控模块输出端的电流以获取检测电流，电压环实时接收电池电压以获取检测电压。电流环自身的状态受检测电流与参考电流之间的比例关系影响，当检测电流与参考电流之间的比例关系发生变化时，电流环自身的状态发生变化。电压环自身的状态受检测电压与参考电压之间的比例关系影响，当检测电压与参考电压之间的比例关系发生变化时，电压环自身的状态发生变化。反馈模块的状态随电流环、电压环的状态变化而变化。PWM控制模块则能够通过反馈接收端感应到反馈模块状态变化，从而输出不同的PWM信号，驱动模块依据PWM信号控制控制开关的通断状态，从而对滤波模块的输出进行调控。以检测电流小于参考电流的10%时，电流环的状态发生变化，检测电压大于参考电压的80%时，电压环的状态发生变化为例。当检测电压小于参考电压的80%时，在电流环、电压环自身状态的影响下，驱动模块依据PWM信号控制控制开关的通断状态使得滤波模块输出的电流不变，电压发生变化。随着充电过程的逐渐进行，电池电压逐渐增大，当检测电压大于参考电压的80%时，电压环的状态发生变化从而影响反馈模块的状态进而影响到PWM控制模块的状态，进而使得控制开关的通断状态发生变化，最终使得滤波模块的输出电压恒定，输出电流逐渐变小。当检测电流小于参考电流的10%时，电流环的状态发生变化从而影响反馈模块的状态进而影响到PWM控制模块的状态，进而使得控制开关处于关断状态，使得太阳能充电模块停止为电池进行充电。

综上，利用第一调节模块与检测模块的配合，一方面使得第一调控模块输出至电池的电压更加稳定，另一方面随着充电过程的逐渐进行，电池电压的逐渐增大可及时停止充电过程，从而避免因过度充电造成电池损坏。

值得注意的是，电流环、电压环、反馈模块自身不具备处理信息的能力，受自身自然属性的影响，电流环、电压环、反馈模块的自身状态随电流、电压的变化进行固定变化。其中，检测电流与参考电流的比例关系因电流环自身型号的不同有所不同，检测电压与参考电压的比例关系因电压环自身型号的不同有所不同。

作为优选的，本实用新型还设置有CPU模块，通过CPU模块一方面为电流环、电压环提供参考电流、参考电压，另一方面为检测模块、第一调控模块提供辅助调控，使得检测模块、第一调控模块具备处理复杂情况的能力。

还包括DCDC升压模块，DCDC升压模块上设置有低压输入端、高压输出端，DCDC升压模块包括储能模块，储能模块通过低压输入端与电池电连接以接收电池输出的低电压，储能模块与高压输出端电连接，从而将接收到的单片电芯的低电压经过升压之后转换为12V高电压经高压输出端输出。第二调控模块的接收端与DCDC模块的高压输出端电连接，第二调控模块的反馈接收端与第二调控模块的输出端电连接，从而对DCDC模块输出的高电压进行实时调节，最终使得传递至用电设备的电压更加稳定。

其中，高压输出端与低压输入端仅表述两者的相对关系，即输出端的电压大于输入端的电压，并不表述某一具体的电压范围。

综上，本实用新型能够有效长期的提供12V电压。本实用新型的技术方案采用单片电芯而非采用电池包进行供电，有效避免了电池包中多节电芯之间产生的电池压差以及能量衰减的缺陷，从而有效的提高了供电稳定性，一方面无需为电池设置稳压电路，降低了生产成本，另一方面无需设置BMS系统进行电压管理，从而进一步降低了生产成本。同时，本实用新型采用的单片电芯有效的降低了对太阳能充电模块提供的充电电压的需求，本实用新型的技术方案只需4V至6V的充电电压即可，而太阳能充电模块能够提供的充电电压的大小与串联拼接的多晶硅数量有关，串联拼接的多晶硅数量越大太阳能充电模块能够提供的充电电压就越大，因而本实用新型的技术方案有效降低了多晶硅的数量需求，一方面更进一步降低了成本，另一方面有效降低了太阳能充电模块的体积。

其中，虽然本技术方案也能够利用12V或24V等更高电压水平的充电电压，但随着充电电压的增大，充电效率逐渐降低。

受单片电芯所能提供的电压上限以及DCDC升压模块的升压上限的影响，本实用新型的技术方案更适用于提供12V及以下的移动电源。

同时，还包括电源外壳1，电池、第一调控模块、第二调控模块、DCDC升压模块、检测模块均设置在电源外壳1内，电源外壳1上还设置有安装槽11，太阳能充电模块安装在安装槽11内。电源外壳1上还设置有多个固定爪13，固定爪13呈弧形，固定爪13的一端通过销轴12可摆动的与电源外壳1连接，销轴12可拆卸的与电源外壳1连接，固定爪13与销轴12连接的一端还设置有扭簧131，在扭簧131弹力的作用下使得安装在电源外壳1两侧的固定爪13相互靠拢，从而便于电源外壳1安装在诸如电线杆等圆柱状物体上。电源外壳1上还设置有耳状凸起14，耳状凸起14上设置有螺丝通口，若需要将电源外壳1安装在诸如墙壁等平面物体上时，则将销轴12拆除，从而将固定爪13拆除，进而便于操作人员利用耳状凸起14将电源外壳1安装在平面物体上。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种大功率12V无源自发电与蓄电电源，其特征在于：包括：电池、DCDC升压模块、太阳能充电模块；

所述电池采用单片电芯；

所述电池与所述DCDC升压模块的低压输入端电连接，所述DCDC升压模块还设置有高压输出端；

所述电池与所述太阳能充电模块电连接以接收所述太阳能充电模块输入的充电电压。

2.根据权利要求1所述的一种大功率12V无源自发电与蓄电电源，其特征在于：还包括调控模块；

所述调控模块上设置有接收端、输出端、反馈接收端，所述调控模块能够依据所述反馈接收端获取的检测电流、检测电压控制所述输出端的输出电压；

所述调控模块的数量为2个，分别为第一调控模块、第二调控模块。

3.根据权利要求2所述的一种大功率12V无源自发电与蓄电电源，其特征在于：所述第二调控模块的接收端与所述DCDC升压模块的高压输出端电连接，所述第二调控模块的反馈接收端与所述第二调控模块的输出端电连接。

4.根据权利要求2所述的一种大功率12V无源自发电与蓄电电源，其特征在于：还包括检测模块；

所述检测模块上设置有检测端以实时获取所述检测电流、所述检测电压，所述检测模块通过所述第一调控模块的反馈接收端与所述第一调控模块电连接；

所述第一调控模块的接收端与所述太阳能充电模块电连接，所述第一调控模块的输出端与所述电池电连接。

5.根据权利要求4所述的一种大功率12V无源自发电与蓄电电源，其特征在于：所述检测端包括电流检测端、电压检测端；

所述检测模块包括电流环、电压环、反馈模块；

所述反馈模块上设置有反馈输出端，所述反馈输出端与所述反馈接收端电连接，所述反馈模块与所述电流环、所述电压环电连接；

所述电流环通过所述电流检测端与所述第一调控模块的输出端电连接以获取所述检测电流；

所述电压环通过所述电压检测端与所述电池电连接以获取所述检测电压。

6.根据权利要求5所述的一种大功率12V无源自发电与蓄电电源，其特征在于：所述电流环上还设置有参考电流接收端；

所述电压环上还设置有参考电压接收端。

7.根据权利要求2至4任意一项权利要求所述的一种大功率12V无源自发电与蓄电电源，其特征在于：所述调控模块包括响应模块、主控模块；

所述响应模块与所述接收端、所述输出端电连接；

所述主控模块与所述反馈接收端电连接，所述主控模块上设置有控制信号输出端，所述控制信号输出端与所述响应模块电连接。

8.根据权利要求7所述的一种大功率12V无源自发电与蓄电电源，其特征在于：所述主控模块包括PWM控制模块、驱动模块；

所述PWM控制模块与所述反馈接收端电连接，所述PWM控制模块与所述驱动模块电连接；

所述驱动模块通过所述控制信号输出端与所述响应模块电连接。

9.根据权利要求7所述的一种大功率12V无源自发电与蓄电电源，其特征在于：所述响应模块包括控制开关、滤波模块；

所述控制开关与所述接收端电连接，所述控制开关与所述滤波模块电连接，所述控制开关通过所述控制信号输出端与所述主控模块电连接；

所述滤波模块与所述输出端电连接。

10.根据权利要求1所述的一种大功率12V无源自发电与蓄电电源，其特征在于：所述太阳能充电模块输出的充电电压大于4V或等于4V。

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