一种便携式车载备用电源的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种便携式车载备用电源，包括锂电池、开关、超级电容、第一交换器、第二DC/DC模块、电压采样环节和控制器；第一交换器的输入端为与充电电源连接，第一交换器的输出端与锂电池连接；锂电池通过开关与超级电容连接，超级电容与第二DC/DC模块的输入端连接，第二DC/DC模块的输出端为备用电源的输出接口与汽车启动系统连接；控制器分别与第一交换器和第二DC/DC模块连接；控制器还通过电压采样环节检测与第二DC/DC模块的输出端连接。本实用新型由锂电池和超级电容作为电量存储单元，由于备用电源采用了寿命长和功率密度高的超级电容及体积小的锂电池，因此本实用新型备用电源具有寿命长和体积小的优点。
【专利说明】一种便携式车载备用电源
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及直流电源领域，特别涉及一种便携式车载备用电源。
【背景技术】
[0002]随着我国经济水平的提高，汽车进入了普通家庭，作为一种日常交通工具。在汽车使用过程中，经常存在因为电瓶亏电或者冬天天气寒冷导致汽车启动困难甚至不能启动，给人们带来较大的麻烦。便携式车载备用电源能够为汽车提供启动电源，在紧急情况下，可以将备用电源连接到汽车的启动系统，从而启动汽车。另外，备用电源还可以为移动设备供电，解决因户外长时间行车使移动设备不能及时得到充电的问题。目前，市场上的便携式车载备用电源大部分采用铅酸蓄电池供电，在汽车启动时，电池需要承受较大的启动电流，导致电池寿命降低，因此电池的也就性能大打折扣，并且能满足汽车直接启动的电池体积较大，价格也较贵。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种使用寿命长且体积小的便携式车载备用电源，使汽车能够在原有汽车电瓶不能正常工作的情况下进行应急启动。
[0004]本实用新型的目的通过下述技术方案实现:一种便携式车载备用电源，包括锂电池、超级电容、第一交换器、第二 DC/DC模块、电压采样环节和控制器；
[0005]所述第一交换器的输入端为备用电源的充电接口与充电电源连接，所述第一交换器的输出端与锂电池连接；所述锂电池通过开关与超级电容连接，所述超级电容与第二DC/DC模块的输入端连接，所述第二 DC/DC模块的输出端为备用电源的输出接口与汽车启动系统连接；所述控制器分别与第一交换器和第二 DC/DC模块连接，为第一 DC/DC模块和第
二DC/DC模块提供控制信号；控制器还通过电压采样环节检测与第二 DC/DC模块的输出端连接，通过电压采样环节检测第二 DC/DC模块输出端的输出电压。
[0006]优选的，所述第一交换器为第一 DC/DC模块,所述第一 DC/DC模块为降压斩波电路，充电电源提供的电压通过降压斩波电路降压后供给锂电池充电，所述降压斩波电路包括晶体管T1、二极管D1和电感L1 ；
[0007]所述晶体管T1的集电极与充电电源的输出正端连接；所述晶体管T1的发射极通过电感L1与锂电池正端连接，所述锂电池的负端与充电电源的输出负端连接且接地；
[0008]所述二极管D1的阴极与晶体管T1的发射极连接，所述二极管D1的阳极接地；所述晶体管T1的基极与控制器连接。
[0009]优选的，所述第二 DC/DC模块为升压电路，所述升压电路包括晶体管T2、二极管D2、电感L2和电容C2 ；
[0010]所述超级电容与开关连接的一端通过电感L2与晶体管T2集电极连接，所述超级电容另一端接锂电池的负端，所述晶体管1~2集电极与二极管D2的阳极连接；所述二极管D2的阴极连接电容C2的一端，作为第二 DC/DC模块的输出正端，与汽车启动系统的输入正端连接；所述电容(:2的另一端接地，作为第二 DC/DC模块的输出负端，与汽车启动系统的输入负端连接；
[0011]所述晶体管T2的发射极接锂电池的负端；所述晶体管T2的基极与控制器连接。
[0012]更进一步的，所述电压采样环节包括电阻R1和电阻R2，所述第二 DC/DC模块中二极管D2的阴极依次连接电阻R1和电阻R2后接地，所述电阻R1和电阻R2连接的一端与控制器连接。
[0013]优选的，还包括与锂电池连接的第二交换器，所述锂电池通过所述第二交换器与外部设备连接，为外部设备供电。
[0014]更进一步的，所述第二交换器为升压电路，包括体管T3、二极管D3、电感L3和电容C3;
[0015]所述晶体管T3的集电极通过电感L3与锂电池的正端连接，所述晶体管T3的集电极与二极管D3的阳极连接；二极管D3的阴极连接电容C3的一端，作为第二交换器的输出正端，与外部设备的输入正端连接，所述电容C3的另一端与锂电池的负端连接且接地，作为第二交换器的输出负端，与外部设备的输入负端连接；
[0016]所述晶体管T3的发射极与接地；
[0017]所述晶体管T3的基极与控制器连接。
[0018]更进一步的，所述第二交换器为降压电路，包括晶体管T31、二极管D31、电感L31和电容C31 ；
[0019]所述晶体管T31的集电极与锂电池的正端连接；
[0020]所述晶体管T31的发射极分别与二极管D31的阴极以及电感L31的一端连接，所述电感L31的另一端作为第二交换器的输出正端，与外部设备的输入正端连接；所述二极管D31的阳极接锂电池的负端且接地，作为第二交换器的输出负端，与外部设备的输入负端连接;
[0021]所述晶体管T31的基极与控制器连接。
[0022]更进一步的，所述第二交换器为降压电路，包括稳压芯片7805，所述稳压芯片7805的输入端与锂电池的正端连接，所述稳压芯片7805的输出端作为第二交换器的输出正端，与外部设备的输入正端连接；所述7805的接地端接锂电池的负端且接地，作为第二交换器的输出负端，与外部设备的输入负端连接。
[0023]更进一步的，所述第二交换器为DC/AC逆变电路，所述DC/AC逆变电路包括晶体管
T33、晶体管T34、二极管D33、二极管D34和中心抽头变压器Tr ；
[0024]所述晶体管T33和晶体管T34的集电极分别与中心抽头变压器I；的两个输入端口连接，所述晶体管T33的集电极通过二极管D33与其发射极连接，所述晶体管T34的集电极通过二极管D34与其发射极连接，所述晶体管T33的发射极和晶体管T34的发射极均与锂电池的负端连接且接地；所述晶体管T33的基极和晶体管T34的基极分别与控制连接；
[0025]所述中心抽头变压器I；的中心抽头与锂电池的正端连接；所述中心抽头变压器I；的输出端为第二交换器的输出端，与外部设备的输入端连接。
[0026]优选的，所述为锂电池充电的充电电源为车载点烟器。
[0027]其中本实用新型的工作原理如下:[0028]本实用新型备用电源在使用之前，首先在充电接口上连接上外部的充电电源，充电电源通过第一交换器为备用电源中的锂电池进行充电，其中可以在汽车正常行驶的时候利用汽车自带的车载点烟器作为充电电源为锂电池进行充电。当用户在电瓶电量耗尽或者冬季气温较低电瓶不能达到启动需求时，闭合连接在锂电池和超级电容之间的开关，使得锂电池为超级电容充电，待超级电容充电完成后，断开开关，隔离锂电池，使得超级电容单独为汽车启动系统供电，保证汽车启动系统的正常启动。另外本实用新型第二交换器输出接口接上外部设备后，锂电池通过第二交换器进行电压变换后为外部设备进行应急供电。
[0029]本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果:
[0030](I)本实用新型的便携式车载备用电源中，由锂电池和超级电容作为电量存储单元，当汽车自带电瓶电量耗尽或者冬季气温较低电瓶不能达到启动需求时，闭合备用电源中连接锂电池和超级电容的开关，使得锂电测为超级电容充电，当超级电容充满电后，断开开关，超级电容通过第二 DC/DC模块单独为汽车启动系统提供较大的启动电流。由于超级电容可以提供较大的启动电流且具有寿命长的优点，因此可以避免大电流下电池寿命端的缺陷，延长本实用新型备用电源的使用寿命。另外由于本实用新型备用电源采用了高功率密度超级电容以及体积较小的锂电池，因此本实用新型备用电源还具有性能更好且体积更小的优点。
[0031](2)本实用新型备用电源的控制器通过电压采样环节与第二 DC/DC模块的输出端连接，实时的检测第二 DC/DC模块输出电压的大小，然后根据第二 DC/DC模块输出电压的大小实时的调整控制器为晶体管T2提供的PWM控制信号的占空比，使得本实用新型备用电源能够输出稳定的直流电压给汽车启动系统，保证汽车启动系统能够正常的启动。
[0032](3)本实用新型备用电源的锂电池还通过第二交换器连接外部设备，因此本实用新型能够为用户使用的移动设备进行及时的充电，解决因户外长时间行车使移动设备不能得到及时充电的问题，给用户带来了极大的方便。另外本实用新型通过选择使用不同的第二交换器可以实现对不同电压需求的外部设备进行供电，如当本实用新型中第二交换器为DC/AC逆变电路时，可以提供220V交流电给外部设备。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是本实用新型便携式车载备用电源的结构框图。
[0034]图2是本实用新型便携式车载备用电源中第二交换器为升压电路时的电路原理图。
[0035]图3是本实用新型便携式车载备用电源中第二交换器为降压电路时的电路原理图。
[0036]图4是本实用新型便携式车载备用电源中第二交换器为稳压芯片时的电路原理图。
[0037]图5是本实用新型便携式车载备用电源中第二交换器为逆变电路时的电路原理图。
【具体实施方式】
[0038]下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
[0039]实施例1
[0040]如图1所示，本实施例公开了一种便携式车载备用电源，包括锂电池2、开关3，超级电容4、第一交换器1、第二 DC/DC模块5、电压采样环节、控制器9和第二交换器7 ；
[0041]第一交换器I的输入端为备用电源的充电接口 10与充电电源连接,第一交换器I的输出端与锂电池2连接；锂电池2通过开关3与超级电容4连接，超级电容4与第二 DC/DC模块5的输入端连接，第二 DC/DC模块的输出端为备用电源的输出接口 6与汽车启动系统连接，超级电容4通过第二DC/DC模块将电传送给汽车启动系统；第二交换器7的输入端与锂电池连接，锂电池通过第二交换器与外部设备连接，为外部用户常用的移动设备等供电。控制器9分别与第一交换器1、第二 DC/DC模块5和第二交换器7连接,分别为第一交换器1、第二 DC/DC模块5和第二交换器7提供控制信号；控制器9还通过电压采样环节检测与第二 DC/DC模块5的输出端连接，通过电压采样环节检测第二 DC/DC模块5输出端的输出电压。
[0042]其中本实施例中的第一交换器为第二 DC/DC模块，充电电源为12V直流车载点烟器，提供12V的直流电压；当需要对锂电池2充电时，将充电电源与充电接口 10连接即可。当然本实施例中的第一交换器I也可以为AC/DC模块，此时充电电源可以为交流电充电电 源。
[0043]本实施例中在开关3处于断开时，首先充电电源通过第一 DC/DC模块为锂电池2充电，当汽车自带电瓶电量耗尽或者冬季气温较低电瓶不能达到启动需求时，闭合备用电源中连接锂电池2和超级电容4的开关3，锂电池2放电并且为超级电容4充电，当超级电容4充满点后断开开关3，以隔离锂电池2，然后超级电容4开始放电，通过第二 DC/DC模块5将超级电容4输出的电压传送给汽车启动系统，以使得汽车启动系统能够正常启动。
[0044]本实施例中备用电源用于对一般小汽车的汽车启动系统进行启动，由于一般小汽车启动仅需要12V的电压，因此本实施例中采用了 I节3.7V的锂电池2，如图2所示，第一DC/DC模块为降压斩波电路，12V的直流充电电源提供的电压通过降压斩波电路降压后供给锂电池2充电，其中降压斩波电路包括晶体管T1、二极管D1和电感U。晶体管T1的集电极与充电电源的输出正端连接；晶体管T1的发射极通过电感L1与锂电池正端连接，锂电池的负端与充电电源的输出负端连接且接地；二极管D1的阴极与晶体管T1的发射极连接，二极管D1的阳极接地；晶体管T1的基极与控制器连接，通过控制器提供PWM控制信号给晶体管！\。当与锂电池连接的开关3处于断开状态时，在充电接口 10连接上车载点烟器，车载点烟器输出的12V的直流电压通过降压斩波电路降压后对锂电池2充电。在锂电池2充电过程中，第一 DC/DC模块的输入电压和输出电压之前的关系为:
[0045]Vol=Q1Vi ；
[0046]ql为控制器9为晶体管T1提供的PWM控制信号的占空比；
Y
[0047]
[0048]其中Vi为降压斩波电路输入端的电压，即充电电源输出的电压，V01为降压斩波电路降压后输出的电压，在本实施例中Vi为12V，、为5V，因此本实施例中控制器9提供给晶体管T1的PWM控制器9为晶体管T1提供占空比为q1=v0/12的PWM信号制信号的占空比ql为512。
[0049]本实施例中超级电容4输出的电压需要经过升压后才能使汽车启动系统启动，因此本实施例中第二 DC/DC模块5为升压电路，该升压电路包括晶体管T2、二极管D2、电感L2和电容C2 ;超级电容与开关连接的一端通过电感L2与晶体管T2集电极连接，超级电容另一端接地，晶体管T2集电极与二极管D2的阳极连接；二极管D2的阴极连接电容C2的一端，作为第二 DC/DC模块5的输出正端，与汽车启动系统的输入正端连接；电容C2的另一端接接地，作为第二 DC/DC模块5的输出负端，与汽车启动系统的输入负端连接；晶体管T2的发射极接锂电池的负端；晶体管T2的基极与控制器连接；
[0050]电压采样环节包括电阻札和电阻R2，第二 DC/DC模块5中二极管仏的阴极依次连接电阻R1和电阻R2后接地，电阻R1和电阻R2连接的一端与控制器9连接。控制器9根据电阻R2上的电压可以检测出第二 DC/DC模块的输出电压。
[0051]在汽车需要应急启动时，首先闭合开关3，此时已充好电的锂电池2为超级电容4充电，当超级电容4充满电后，断开开关，超级电容4开始放电，其输出的电压经过第二 DC/DC模块5升压后输入到汽车启动系统，为汽车启动系统提供启动所需的大电流。由于超级电容4可以提供较大的启动电流且具有寿命长的优点，因此可以避免大电流下电池寿命的降低，延长本实施例备用电源的使用寿命。其中在超级电容4输出电压的过程中，第二 DC/DC模块5的输入电压和输出电压满足的关系为:
[0052]
【权利要求】
1.一种便携式车载备用电源，包括锂电池，其特征在于，还包括开关、超级电容、第一交换器、第二 DC/DC模块、电压采样环节和控制器； 所述第一交换器的输入端为备用电源的充电接口与充电电源连接，所述第一交换器的输出端与锂电池连接；所述锂电池通过开关与超级电容连接，所述超级电容与第二 DC/DC模块的输入端连接，所述第二 DC/DC模块的输出端为备用电源的输出接口与汽车启动系统连接；所述控制器分别与第一交换器和第二 DC/DC模块连接，为第一 DC/DC模块和第二 DC/DC模块提供控制信号；控制器还通过电压采样环节检测与第二 DC/DC模块的输出端连接，通过电压采样环节检测第二 DC/DC模块输出端的输出电压。
2.根据权利要求1所述的便携式车载备用电源，其特征在于，所述第一交换器为第一DC/DC模块，所述第一 DC/DC模块为降压斩波电路，充电电源提供的电压通过降压斩波电路降压后供给锂电池充电，所述降压斩波电路包括晶体管T1、二极管D1和电感L1 ； 所述晶体管T1的集电极与充电电源的输出正端连接；所述晶体管T1的发射极通过电感L1与锂电池正端连接，所述锂电池的负端与充电电源的输出负端连接且接地； 所述二极管D1的阴极与晶体管T1的发射极连接，所述二极管D1的阳极接地；所述晶体管T1的基极与控制器连接。
3.根据权利要求1所述的便携式车载备用电源，其特征在于，所述第二DC/DC模块为升压电路，所述升压电路包括晶体管T2、二极管D2、电感L2和电容C2 ； 所述超级电容与开关连接的一端通过电感L2与晶体管T2集电极连接，所述超级电容另一端与锂电池的负端连接且接地，所述晶体管T2集电极与二极管D2的阳极连接；所述二极管D2的阴极连接电容C2的一端，作为第二 DC/DC模块的输出正端，与汽车启动系统的输入正端连接；所述电容(:2的另一端接地，作为第二 DC/DC模块的输出负端，与汽车启动系统的输入负端连接； 所述晶体管T2的发射极接锂电池的负端且接地；所述晶体管T2的基极与控制器连接。
4.根据权利要求3所述的便携式车载备用电源，其特征在于，所述电压采样环节包括电阻R1和电阻R2，所述第二 DC/DC模块中二极管D2的阴极依次连接电阻R1和电阻R2后接地，所述电阻R1和电阻R2连接的一端与控制器连接。
5.根据权利要求1所述的便携式车载备用电源，其特征在于，还包括与锂电池连接的第二交换器，所述锂电池通过所述第二交换器与外部设备连接，为外部设备供电。
6.根据权利要求5所述的便携式车载备用电源，其特征在于，所述第二交换器为升压电路，包括体管T3、二极管D3、电感L3和电容C3 ； 所述晶体管T3的集电极通过电感L3与锂电池的正端连接，所述晶体管T3的集电极与二极管D3的阳极连接；二极管D3的阴极连接电容C3的一端，作为第二交换器的输出正端，与外部设备的输入正端连接，所述电容C3的另一端与锂电池的负端连接且接地，作为第二交换器的输出负端，与外部设备的输入负端连接； 所述晶体管T3的发射极与锂电池的负端连接且接地； 所述晶体管T3的基极与控制器连接。
7.根据权利要求5所述的便携式车载备用电源，其特征在于，所述第二交换器为降压电路，包括晶体管T31、二极管D31、电感L31和电容C31 ； 所述晶体管T31的集电极与锂电池的正端连接；所述晶体管T31的发射极分别与二极管D31的阴极以及电感L31的一端连接，所述电感L31的另一端作为第二交换器的输出正端，与外部设备的输入正端连接；所述二极管D31的阳极与锂电池的负端连接且接地，作为第二交换器的输出负端，与外部设备的输入负端连接； 所述晶体管T31的基极与控制器连接。
8.根据权利要求5所述的便携式车载备用电源，其特征在于，所述第二交换器为降压电路，包括稳压芯片7805，所述稳压芯片7805的输入端与锂电池的正端连接，所述稳压芯片7805的输出端作为第二交换器的输出正端，与外部设备的输入正端连接；所述7805的接地端与锂电池的负端连接且接地，作为第二交换器的输出负端，与外部设备的输入负端连接。
9.根据权利要求5所述的便携式车载备用电源，其特征在于，所述第二交换器为DC/AC逆变电路，所述DC/AC逆变电路包括晶体管T33、晶体管T34、二极管D33、二极管D34和中心抽头变压器I；; 所述晶体管T33和晶体管T34的集电极分别与中心抽头变压器I；的两个输入端口连接，所述晶体管T33的集电极通过二极管D33与其发射极连接，所述晶体管T34的集电极通过二极管D34与其发射极连接，所述晶体管T33的发射极和晶体管T34的发射极均与锂电池的负端连接且接地；所述晶体管T33的基极和晶体管T34的基极分别与控制连接； 所述中心抽头变压器1；的中心抽头与锂电池的正端连接；所述中心抽头变压器I；的输出端为第二交换器的输出端，与外部设备的输入端连接。
10.根据权利要求1所述的便携式车载备用电源，其特征在于，所述充电电源为车载点烟器。
【文档编号】H02J9/00GK203722298SQ201420052229
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2014年1月26日
【发明者】罗玉涛 申请人:华南理工大学