CN219893200U - 组合式新能源应急电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种组合式新能源应急电源，包括：发电单元、惯性单元和底盘；所述发电单元包括：发电装置、逆变器、储能电池；惯性单元包括：变频器、循环控制开关、离合蓄能器和发电机；发电装置、逆变器、储能电池、发电机和离合蓄能器均安装在底盘上，发电装置通过逆变器与储能电池电连接并为储能电池充电；离合蓄能器包括：一级蓄能器、二级蓄能器，一级蓄能器为离心式离合器，二级蓄能器包括：二级皮带轮、离心式皮带轮、以及惯性轮；本实用新型的优点是：采用风光互补的充电方式，与惯性发电相结合，保证应急电源的全天候使用，单兵应急电源，具有手摇发电功能，特殊情况下，能给蓄电池充电，和应急供电，保证应急电源正常运行。

Description

组合式新能源应急电源

技术领域

本实用新型涉及应急电源技术领域，具体涉及一种适用于无市电环境及其它特殊环境下的高效率节能环保电源。

背景技术

对于长期从事特种作业、露营、勘探、登山等野外作业的人们来说，需要一个能够在野外工作的、便于携带的、满足通讯和基本工作设备用电的便携式电源。现有技术中通常将蓄电池用于野外供电，但是蓄电池需要定期充电，不适合长期在野外环境下使用。为保证野外长期活动，大多配带了燃油发动机或太阳能等发电设备，但是燃油发动机的形式，有以下弊端，发电时排放一氧化碳，在密闭空间使用会导致人员一氧化碳中毒，在室外使用也存在负载与发电量不能精准匹配的问题，造成余电不能有效回收，产生资源浪费，而蓄电池和太阳能组成的应急电源，在夜间充电成为瓶颈，现亟需一种保证应急电源的全天候使用的单兵应急电源。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种适用于无市电环境及其它特殊环境下的高效率节能环保电源，用于采用风光互补的充电方式，与惯性发电相结合，保证应急电源的全天候使用，单兵应急电源，以克服上述现有技术的不足。

本实用新型提供的一种组合式新能源应急电源，包括：发电单元、惯性单元和底盘；所述发电单元包括：发电装置、逆变器、储能电池；所述惯性单元包括：变频器、循环控制开关、离合蓄能器和发电机；

所述发电装置、逆变器、储能电池均安装在底盘上，所述发电装置通过逆变器与储能电池电连接；所述发电装置通过逆变器为储能电池充电；

所述发电机和离合蓄能器均安装在底盘上，所述离合蓄能器包括：与电动机相连接的一级蓄能器、与发电机相连接的二级蓄能器，所述一级蓄能器为离心式(惰轮)离合器，所述离心式离合器通过一级皮带轮和传动皮带与二级蓄能器连接，所述二级蓄能器包括：与一级皮带轮连接的二级皮带轮、与发电机通过传动皮带连接的离心式(惰轮)皮带轮、以及惯性轮，所述二级皮带轮、离心式皮带轮和惯性轮均安装在蓄能器主轴上，所述电动机通过变频器与储能电池连接，所述循环控制开关用于控制电动机的启闭。电动机启动后旋转至设定转速度时，离心式离合器的离合器芯与皮带轮在离心力作用下耦合张紧，平稳输出动力，所述一级蓄能器通过传动皮带输出动力到二级皮带轮上时，惯性轮开始平稳转动，二级蓄能器开始蓄能，当二级蓄能器的惯性轮旋转至设定转速度时，离心式(惰轮)皮带轮的离合器芯与皮带轮在离心力作用下耦合张紧，平稳输出动力，带动发电机皮带转动，开始平稳发电。

作为本实用新型的优选结构，所述发电装置包括：太阳能光伏板、或风力发电机、燃油发电机、手摇发电机中的一种或多种。

作为本实用新型的优选结构，所述发电装置包括：所述储能电池包括：锂电池和/或便携式单兵电源。

作为本实用新型的优选结构，所述离心式皮带轮为带有离心式离合器的皮带轮。

作为本实用新型的优选结构，所述二级蓄能器还包括：惯性轮蓄能器支架、安装在蓄能器主轴两端的球面轴承及轴承座，所述蓄能器主轴通过球面轴承及轴承座安装在惯性轮蓄能器支架上，所述惯性轮蓄能器支架安装在底盘上，所述蓄能器主轴上设置有惯性轮槽，所述惯性轮通过轴承转动连接在惯性轮槽内。

作为本实用新型的优选结构，所述发电机为三相四线制380V永磁发电机。

作为本实用新型的优选结构，还包括：遥控开关，所述遥控开关用于控制太阳能储能电池发电单元和惯性单元。

作为本实用新型的优选结构，还包括：输出计量器，所述输出计量器用于输出电能进行计量。

作为本实用新型的优选结构，组合式新能源应急电源包括：所述发电单元、惯性单元和底盘；所述发电单元包括：发电装置、逆变器、储能电池；所述惯性单元包括：变频器、循环控制开关、离合蓄能器和发电机；

所述发电装置、逆变器、储能电池均安装在底盘上，所述发电装置通过逆变器与储能电池电连接；所述发电装置通过逆变器为储能电池充电；

所述发电机和离合蓄能器均安装在底盘上，所述离合蓄能器包括：与电动机通过传动皮带连接的二级皮带轮、与发电机通过传动皮带连接的离心式(惰轮)皮带轮、以及惯性轮，所述二级皮带轮、离心式皮带轮和惯性轮均安装在蓄能器主轴上，所述电动机通过变频器与储能电池连接，所述循环控制开关用于控制电动机的启闭。

本实用新型的优点及积极效果是：

1、本实用新型采用风光互补的充电方式，与惯性发电相结合，保证应急电源的全天候使用，单兵应急电源，具有手摇发电功能，特殊情况下，能给蓄电池充电，和应急供电，保证应急电源正常运行。

2、本实用新型使采用燃油发电机代替市电时，组合式新能源应急电源，也可根据负载情况，通过逆变控制一体机，回收发电机输出的多余电量，用于负载或储存于锂电池。

3、本实用新型大功率风能发电机，采用万万象型叶片，在日光不足的情况下，特别是在夜间，没有阳光的情况下，效果理想。

4、本实用新型的底座为车载支架，方便组合安装，分解后可手提。组合时几分钟安装完。

5、本实用新型的新能源应急电源能救援没有电的电动汽车，还能利用充电桩应急充电，并且单兵电源具有手摇充电功能，以应对特殊情况。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图之一。

图2是本实用新型的整体结构示意图之二。

图3是本实用新型的发电单元结构示意图。

附图标记：底盘1、发电装置2、逆变器3、储能电池4、锂电池401组、便携式单兵电源402、变频器5、循环控制开关6、发电机7、电动机8、一级蓄能器9、蓄能器主轴10、一级皮带轮11、二级蓄能器12、二级皮带轮13、离心式皮带轮14、惯性轮15、输出计量器16。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。

实施例1

参阅图1-3，本实施例提供的一种组合式新能源应急电源，包括：发电单元、惯性单元和底盘1；发电单元包括：发电装置2、逆变器3、储能电池4；所述惯性单元包括：变频器5、循环控制开关6、离合蓄能器和发电机7。发电装置2、逆变器3、储能电池4均安装在底盘1上，发电装置2通过逆变器3与储能电池4电连接；发电装置2通过逆变器3为储能电池4充电。发电机7和离合蓄能器均安装在底盘1上，离合蓄能器包括：与电动机8相连接的一级蓄能器9、与发电机7相连接的二级蓄能器12，一级蓄能器9为离心式(惰轮)离合器，离心式离合器通过一级皮带轮11和传动皮带与二级蓄能器12连接，二级蓄能器12包括：与一级皮带轮11连接的二级皮带轮13、与发电机7通过传动皮带连接的离心式(惰轮)皮带轮14、以及惯性轮15，二级皮带轮13、离心式皮带轮14和惯性轮15均安装在蓄能器主轴10上，电动机8通过变频器3与储能电池4连接，循环控制开关6用于控制电动机8的启闭。遥控开关用于控制太阳能储能电池发电单元和惯性单元。输出计量器16用于输出电能进行计量。电动机8启动后旋转至设定转速度时，一级蓄能器9的离合器芯与皮带轮在离心力作用下耦合张紧，平稳输出动力，一级蓄能器9通过传动皮带输出动力到二级皮带轮13上时，惯性轮15开始平稳转动，二级蓄能器12开始蓄能，当二级蓄能器12的惯性轮15旋转至设定转速度时，离心式皮带轮14的离合器芯与皮带轮在离心力作用下耦合张紧，平稳输出动力，带动发电机7皮带转动，开始平稳发电。

本实施例中的发电装置2包括：太阳能光伏板、或风力发电机、燃油发电机、手摇发电机中的一种或多种。

本实施例中的储能电池4包括：锂电池401组和便携式单兵电源402。

本实施例中的离心式皮带轮14为带有离心式离合器的皮带轮。

本实施例中的二级蓄能器12还包括：惯性轮蓄能器支架、安装在蓄能器主轴两端的球面轴承及轴承座，所述蓄能器主轴10通过球面轴承及轴承座安装在惯性轮蓄能器支架上，所述惯性轮蓄能器支架安装在底盘1上，所述蓄能器主轴10上设置有惯性轮槽，所述惯性轮15通过轴承转动连接在惯性轮槽内。

本实施例中当电机启动后旋转至每分钟1800转速度时，一级蓄能器9的离合器芯与皮带轮在离心力作用下耦合张紧，平稳输出动力。当二级蓄能器12的惯性轮15旋转至每分钟1800转速度时，离心式皮带轮14的离合器芯与皮带轮在离心力作用下耦合张紧，平稳输出动力。

本实施例中的惯性轮15分为标准配置和重载配置，标准配置：5KW至26KW惯性轮配置可参照各型号柴油发动机飞轮的标准配置，5KW发电机标准配置为12马力柴油机的飞轮规格；8KW发电机标准配置为15马力柴油机的飞轮规格；15KW发电机标准配置为25马力柴油机的飞轮规格；18KW发电机标准配置为28马力柴油机的飞轮规格；20KW发电机标准配置为30马力柴油机的飞轮规格；26KW发电机标准配置为36马力柴油机的飞轮规格。重载配置：同型号的两只飞轮用螺丝组合成一体，这样可起到事半功倍的效果。

本实施例中的发电机7通过对单相5KW、10KW和三相8KW、20KW发电机测试，组合式新能源应急电源应选用三相四线制380V永磁发电机为宜，其优点是效率高、重量轻、体积小，且容易解决220V、380V双电源输出问题。

本实施例中的电动机8可选用220V电动机和380V电动机两种电机作为动力源。试验样机采用380V/2.2KW三相电机和220V/2.2KW单相电机并进行了互换试验，试验样机采用380V/2,2KW电机，试验中220V/2.2KW单相电机和380V/2.2KW三相电机均达到测试要求，从试验中看电动机和匹配的发电机功率比为1:4左右。220V单相电机和380V三相电机在连接主电源线时需并联旁路控制电源线，未使用时做好绝缘，保证安全。220V单相电机可直接连接太阳能锂电池单元供电的220V电源，特殊情况也可直接连接市电。使用380V三相电机作为动力源时，需连接与之匹配的变频器供电，在太阳能锂电池单元逆变控制互补一体机有三相交流电输出功能或特殊情况下方便使用市电380V电源时可选择与电动机相匹配的380V/380V矢量变频器。逆变控制互补一体机如输出电源为220V，需使用220V/380V矢量变频器，即输入220V/输出380V的变频器，特殊需要时变频器输入端也可接220V市电，输出380V给电动机供电。

本实施例中的发电装置2中的太阳能光伏板是由太阳能电池板矩阵(规模根据匹配锂电池容量、型号，太阳能逆变控制互补一体机功率和现有的空间条件限制设置)。逆变器3为太阳能逆变控制互补一体机是将光伏控制器与逆变电源融为一体，使用方便，操作简单，高转换效率，具有完善的保护功能。它是能够把太阳能电池板矩阵产生的直流电能逆变成220V(380V)高质量交流电的设备。和大容量锂电池匹配后，具有输入储存电能和输出电能的功能。太阳能光伏板矩阵光伏逆变控制一体机与大容量锂电池安装组合形成能够稳定发电，稳定输出，保护功能完善的发电系统。光伏逆变控制一体机设有光伏太阳能端口和光伏太阳板矩阵相连，设有主端子与锂电池连接，设有交流电输出端子，输出高品质交流电，设有交流电输入端子和市电电源线，在有市电的情况下连接市电电源后，可为负载供电的同时为锂电池充电。来自惯性发电单元的电力可通过交流输入端子，输入光伏逆变控制一体机，经优化后，为负载提供高质量电能。除为负载提供电能外，如有富余电能可为蓄电池蓄电。当外输入的电力停止或功率小于负载用电时，逆变控制一体机启动锂电池在电池容量内为负载稳定供电。

本实施例中的单兵应急电源：为了方便用电，体现电源的应急性，设计了单兵电源。电源具有直流12V/24V交流220V三种输出模式，选用具有直流12V/24V的便携式锂电池，和直流12V/24V逆变220V交流电的兼容式2KW逆变器组合而成。具有多电源、电流大、用途广的特点，可启动小型机动车、大型机动车特别是24V柴油机，开启逆变器电源可提供220V交流电源，可使用角磨机、电钻等便携工具。220V发电机配有12V接口可直接充电；380V发电机可在配电箱220V电源插座用充电器充电，太阳能锂电池发电单元其选用12V或24V锂电池时可直接充电，选用其他规格锂电池时，可用充电器插入逆变互补控制一体机快捷220V插座充电。

本实施例中的锂电池组选用的三元锂电池(磷酸铁锂电池)正负极通过匹配的直流电缆接逆变控制互补一体机的直流输入主端子，选用的电缆需与逆变控制互补一体机和锂电池功率相匹配，电缆截面积宁大勿小，接线电缆和接线端子之间要检查是否紧固，避免因松动打火，烧毁端子接线柱和电缆。逆变控制互补一体机交流输出端子连接电缆准备接动力发电单元的电动机输入端电缆需安装匹配的空气开关。

本实施例中的逆变控制互补一体机交流电输入端子准备接惯性发电单元的发电机配电盒输出端。固定逆变控制互补一体机和与之连接完成的锂电池安装在底盘1上并做好接地。

本实施例中的电动机8按功率匹配安装一级蓄能器9用传动皮带与二级蓄能器12连接，功率为8KW发电机以下的组合式新能源应急电源系统也可省略一级蓄能器(具体参见实施例2)，在电动机上直接安装皮带轮驱动，与二级蓄能器相连。

本实施例中的惯性轮15是采用两只柴油机R175/180飞轮经加工改造后，用螺栓组合成一体惯性轮。离心式皮带轮14采用以190柴油、汽油机皮带轮离合器为基础经加工改造而成。

实施例2

本实施例中的组合式新能源应急电源包括：发电单元、惯性单元和底盘1；所述发电单元包括：发电装置2、逆变器3、储能电池4；所述惯性单元包括：变频器5、循环控制开关6、离合蓄能器和发电机7；

所述发电装置2、逆变器3、储能电池4均安装在底盘1上，所述发电装置2通过逆变器3与储能电池4电连接；所述发电装置2通过逆变器3为储能电池4充电；

所述发电机7和离合蓄能器均安装在底盘1上，所述离合蓄能器包括：与电动机8通过传动皮带连接的二级皮带轮13、与发电机7通过传动皮带连接的离心式皮带轮14、以及惯性轮15，所述二级皮带轮13、离心式皮带轮14和惯性轮15均安装在蓄能器主轴10上，所述电动机8通过变频器5与储能电池4连接，所述循环控制开关6用于控制电动机8的启闭。

本实施例中的组合式新能源应急电源的使用方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：利用发电单元所积蓄的电能启动惯性单元的电动机8；

步骤S2：利用电动机8驱动一级蓄能器9蓄能，其中，电动机8启动后旋转至1800/分时速度时，一级蓄能器的离合器芯与皮带轮在离心力作用下耦合张紧，平稳输出动力通过传动皮带输出动力到二级蓄能器12；

步骤S3：利用二级蓄能器12驱动发电机7，其中，一级蓄能器9通过传动皮带输出动力到二级皮带轮13上时，惯性轮15开始平稳转动，二级蓄能器开始蓄能，当二级蓄能器惯性轮旋转至2800转/分时，离心式皮带轮14的离合器芯与皮带轮在离心力作用下耦合张紧，平稳输出动力，带动发电机皮带转动，开始平稳发电；

步骤S4：当发电机7和惯性轮15达到额定转速运转正常后，循环控制开关6自动停止供电电动机8，由惯性轮15产生的惯性能保持发电机7运转并持续平稳发电；当惯性轮15发电至衰减临界点1900转/分时，循环控制开关6启动电动机8启动补偿供电；保证发电机7持续平稳发电；

步骤S5：利用发电机7在给负载供电的同时给储能电池4充电。

本实施例中的惯性发电单元使用时具有节能运转模式，由发电单元给惯性单元的电动机8开启供电。电动机8运转第一蓄能器9开始蓄能，当转速达到1800转，蓄能器蓄积一定能量时，离合器芯张紧耦合启动惯性轮二级蓄能器12，当转速达到1800转，惯性轮15开始蓄能，蓄积一定能量时，启动发电机7平稳发电。当发电机7发电达到标称且运行稳定时，惯性轮15转速持续2800转/分时，安装在惯性轮15上采样的速度传感器S向控制器传送断电信号，电动机8停止供电，这时惯性发电系统在惯性作用下继续运转，发电机7正常发电。当惯性轮15转速下降至1900转/分，速度传感器向控制器传送信号给电动机8供电，形成循环。(由变频器控制的电机上述功能由变频器启停功能和简易PLC程序实现，不需安装速度感应器和其他控制器)。

本实施例中的惯性单元发出的电力由发电机配电箱(包含若干220V插座、380V三相插座、380V四相插座和计量电度表)首先供电给连接惯性单元的负载，如用于负载后还有余量或没有负载的情况下，电力通过电缆连接的太阳能锂电池电源的交流输入端子，输入太阳能锂电池单元的逆变互补控制一体机。逆变互补控制一体机需处于开机状态，工作模式为交流电输入模式(交流电优先、市电优先)，太阳能锂电池单元在输出的电能给惯性发电单元发电的电动机8供电时，惯性单元输出的电力在逆变互补控制一体机自动互补功能控制下转换为高质量电力输出。

本实施例中当发电机7输送至逆变器互补控制一体机的电力很小时，逆变器互补控制一体机启动逆变功能，由锂电池补差供电给电动机8，保证正常运转所需的电力。需要说明的是使用三相四线制380V发电机时，向逆变器互补控制一体机交流电输入端口送电时，如无380V转220V隔离变压器送电的问题，以配备发电机380V/8KW，电动机2.2KW，锂电池为48V/200AN。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种组合式新能源应急电源，其特征在于，包括：发电单元、惯性单元和底盘；所述发电单元包括：发电装置、逆变器、储能电池；所述惯性单元包括：变频器、循环控制开关、离合蓄能器和发电机；

所述发电装置、逆变器、储能电池均安装在底盘上，所述发电装置通过逆变器与储能电池电连接；所述发电装置通过逆变器为储能电池充电；

所述发电机和离合蓄能器均安装在底盘上，所述离合蓄能器包括：与电动机相连接的一级蓄能器、与发电机相连接的二级蓄能器，所述一级蓄能器为离心式离合器，所述离心式离合器通过一级皮带轮和传动皮带与二级蓄能器连接，所述二级蓄能器包括：与一级皮带轮连接的二级皮带轮、与发电机通过传动皮带连接的离心式皮带轮、以及惯性轮，所述二级皮带轮、离心式皮带轮和惯性轮均安装在蓄能器主轴上，所述电动机通过变频器与储能电池连接，所述循环控制开关用于控制电动机的启闭。

2.根据权利要求1所述的一种组合式新能源应急电源，其特征在于，所述发电装置包括：太阳能光伏板、或风力发电机、燃油发电机、手摇发电机中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种组合式新能源应急电源，其特征在于，所述发电装置包括：所述储能电池包括：锂电池和/或便携式单兵电源。

4.根据权利要求1所述的一种组合式新能源应急电源，其特征在于，所述离心式皮带轮为带有离心式离合器的皮带轮。

5.根据权利要求1所述的一种组合式新能源应急电源，其特征在于，所述二级蓄能器还包括：惯性轮蓄能器支架、安装在蓄能器主轴两端的球面轴承及轴承座，所述蓄能器主轴通过球面轴承及轴承座安装在惯性轮蓄能器支架上，所述惯性轮蓄能器支架安装在底盘上，所述蓄能器主轴上设置有惯性轮槽，所述惯性轮通过轴承转动连接在惯性轮槽内。

6.根据权利要求1所述的一种组合式新能源应急电源，其特征在于，所述发电机为三相四线制380V永磁发电机。

7.根据权利要求1所述的一种组合式新能源应急电源，其特征在于，还包括：遥控开关，所述遥控开关用于控制太阳能储能电池发电单元和惯性单元。

8.根据权利要求1所述的一种组合式新能源应急电源，其特征在于，还包括：输出计量器，所述输出计量器用于输出电能进行计量。

9.一种组合式新能源应急电源，其特征在于，包括：发电单元、惯性单元和底盘；所述发电单元包括：发电装置、逆变器、储能电池；所述惯性单元包括：变频器、循环控制开关、离合蓄能器和发电机；

所述发电装置、逆变器、储能电池均安装在底盘上，所述发电装置通过逆变器与储能电池电连接；所述发电装置通过逆变器为储能电池充电；

所述发电机和离合蓄能器均安装在底盘上，所述离合蓄能器包括：与电动机通过传动皮带连接的二级皮带轮、与发电机通过传动皮带连接的离心式皮带轮、以及惯性轮，所述二级皮带轮、离心式皮带轮和惯性轮均安装在蓄能器主轴上，所述电动机通过变频器与储能电池连接，所述循环控制开关用于控制电动机的启闭。