專利名稱：一種用于野外工作的多功能供電系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種供電系統，具體為一種可用于野外的多功能充電供電系統。
背景技術：
隨著科學技術的發展及武器裝備的更新與換代，我國軍隊的單體、車載光電裝備和電臺的型號和數量越來越多，極大提高了武器裝備作戰的快速性和準確性，提高了部隊的通信能力和作戰能力。然而，由于多種原因，不同類型、不同型號的光電儀器及通信設備的工作電壓、電池型號和充電器型號等都不 相同，給光電儀器和通信設備的作戰訓練、操作使用、維修保養等帶來巨大的不便和困難，特別是在執行特別任務或在一些特殊地區中，如作戰訓練、獨立島嶼、邊防哨所、高原哨所以及抗震救災、抗擊雪災等特殊情況下，很難獲得220V、50Hz交流電或其直接供電電源，造成光電裝備和通訊設備無法使用，嚴重影響部隊的作戰能力和作戰任務的完成。目前雖然有多種太陽能供電系統裝備部隊，用于部隊的武器裝備和日常生活中，但缺乏光電儀器、通信設備等的太陽能供電設備。
發明內容
為克服現有技術的不足，本發明提供一種用于野外工作的多功能供電系統，解決現有供電設備無法滿足當前部隊在野外執行任務時對電供電設備的多元化需求問題。一種用于野外工作的多功能供電系統，該多功能供電系統包括以下部分充電儲能輸入接口、充電儲能模塊、直流供電輸出模塊、交流供電輸出模塊。其中，充電儲能輸入接口包括太陽能儲能模塊和市電輸入模塊；充電儲能模塊包括充電控制模塊及蓄電池組；直流供電輸出模塊包括電壓轉換與控制模塊及直流電輸出接口 ；交流供電輸出模塊包括逆變電源電路及220V、50Hz電壓輸出接口。其中，充電儲能接口連接充電儲能模塊，充電儲能模塊通過充電控制模塊選通充電模式，將電能充入蓄電池組，蓄電池組中的電能通過電壓轉換與控制模塊，將直流電從直流電輸出接口輸出，蓄電池組的電能也可通過逆變電源電路，從交流供電輸出模塊輸出220V、50Hz交流電。優選的,充電控制模塊由微處理器、太陽能充能電壓米樣模塊、蓄電池電壓米樣模塊，電阻分壓網絡、輸出驅動模塊、顯示模塊、時鐘電路模塊組成。其中，電阻分壓網絡為供電系統提供采樣電壓值Vl，電壓采樣模塊分別采集太陽能電池板電壓V2及蓄電池電壓V3，通過控制芯片將太陽能電池板電壓V2、蓄電池電壓V3分別與采樣電壓值Vl作比，在芯片輸出端輸出代表電壓比值的方波信號，檢測方波信號計算太陽能電池板電壓及蓄電池電壓。優選的，充電控制模塊通過設置微處理器的兩種選址方式選通兩種充電模式，分另Ij為太陽能電池板充電及220V、50Hz市電充電。優選的，充電控制模塊采用斬波式PWM原理，分兩個充電階段，第一階段為快充階段，第二階段為慢充階段(PWM階段)。優選的，交流供電輸出模塊包括輸入電路、逆變主電路、控制電路、輸出電路、保護電路。其中，充電儲能模塊輸出的直流電壓通過輸入電路輸入逆變主電路，逆變主電路為全橋結構；通過晶振產生的脈沖信號，分頻后得到50Hz的方波信號，再經推挽結構產生50Hz的標準方波信號，將標準方波信號輸入正弦波發生器產生基準50Hz的正弦波,輸出電路與輸入電路輸出的信號送入保護電路進行比較，比較結果送入控制電路，控制電路將判斷結果送入逆變主電路。優選的，蓄電池組為一組鋰電池，且該系統的充、放電控制電路中都設有過流保護
裝直。該發明的有益效果該設備可為光電儀器、通訊設備等提供直流工作電源；可為光電儀器、通訊設備以及計算機、手機等提供220V、50Hz交流電，滿足充電的需求。該供電設備具有儲電功能。充電后可提供多種直流電源和220V、50Hz交流電，可滿足邊關、島嶼、高原以及雪災、地震等野外困難環境的供電需求。該設備具有雙重充電功能，在晴朗的天氣下，可以使用太陽能電池板對設備進行充電；在惡劣天氣情況下，太陽能供電系統也可以采用220V、50Hz交流電進行充電。該設備具有體積小、重量輕、攜帶方便等特點，可以滿足多方面的應用需求。該設備可用于光電裝備、通信設備的使用操作、技術保障、維護保養中，既能夠滿足光電儀器、通信設備以及計算機、手機、衛星定位儀等的供電、充電的需求，也能夠滿足叉車等蓄電池充電。該設備的研制具有重要的軍事和經濟意義。
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I該用于野外工作的多功能供電系統的結構示意圖；圖2為充電控制模塊結構示意圖；圖3為交流供電輸出模塊結構示意圖；圖4為脈寬調制方式流程圖；圖5為逆變主電路圖；圖6為方波信號發生圖；圖7為正弦波信號發生圖；圖8為斬波式PWM原理圖。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。參見圖1，為本發明所提供的用于野外工作的多功能供電系統結構示意圖，該多功能供電系統包括以下部分充電儲能輸入接口 I、充電儲能模塊2、直流供電輸出模塊3、交流供電輸出模塊4。其中，充電儲能輸入接口 I包括太陽能儲能模塊5和市電輸入模塊6 ；充電儲能模塊2包括充電控制模塊7及蓄電池組8 ;直流供電輸出模塊3包括電壓轉換與控制模塊9及直流電輸出接口 10 ;交流供電輸出模塊4包括逆變電源電路11及220V、50Hz電壓輸出接口 12。其中，充電儲能接口 I連接充電儲能模塊2，充電儲能模塊2通過充電控制模塊7選通充電模式，將電能充入蓄電池組8，蓄電池組8中的電能通過電壓轉換與控制模塊9，將直流電從直流電輸出接口 10輸出，蓄電池組8的電能也可通過逆變電源電路11，從交流供電輸出模塊4輸出220V、50Hz交流電。充電控制模塊7由微處理器7-1、太陽能充能電壓采樣模塊7-2、蓄電池電壓采樣模塊7-3、電阻分壓網絡7-7、輸出驅動模塊7-4、顯示模塊7-5、時鐘電路模塊7_6組成。其中，電阻分壓網絡7-3為供電系統提供采樣電壓值VI，電壓采樣模塊7-2分別采集太陽能電池板電壓V2及蓄電池電壓V3，通過控制芯片將太陽能電池板電壓V2、蓄電池電壓V3分別與采樣電壓值Vl作比，在芯片輸出端輸出代表電壓比值的方波信號，檢測方波信號計算太 陽能電池板電壓及蓄電池電壓。蓄電池組8為一組鋰電池。本實施例采用LM331芯片來構成V/F轉換器來實現A/D轉換技術，采樣蓄電池的電壓。用LM331把蓄電池的電壓信號轉變成與電壓信號大小相對應的一定頻率的方波信號，檢測頻率信號即可知道蓄電池的電壓的大小。充電控制模塊7通過設置微處理器7-1的兩種選址方式選通兩種充電模式，分別為太陽能電池板充電及220V、50Hz市電充電。在充放電驅動模塊的設計中，作為一實施例，采用了 P0WERM0SFET作為開關器件。參見圖8，本發明提供計的充電控制模塊7采用的斬波式PWM原理圖，充電分兩階段，第一階段為快充階段，第二階段為PWM階段(慢充階段)，其原理為，檢測蓄電池的充電端電壓，將檢測得到的蓄電池端電壓，與給定點電壓比較，若小于給定電壓，斬波器全通，迅速給蓄電池充電；當蓄電池的電壓大于給定電壓，則根據比例調整功率管的占空比，充電進入慢充階段，改善充電特性，防止過充。脈寬調制子程序完成太陽電池向蓄電池以脈寬調制的方式充電，控制器根據蓄電池的荷電狀態來決定白天太陽電池向蓄電池充電，其目的是為了改善充電效果和保護蓄電池，防止蓄電池被過充。具體的方案是當檢測到蓄電池的電壓小于13. 5V時，開關管始終接通，即采取全通充電方式。如果檢測到蓄電池電壓大于13. 5V并小于14. 4V時采取脈寬調制方式充電。隨著蓄電池電壓的增加，脈寬不斷的變窄，直到蓄電池端電壓上升為14. 4V時，脈寬檢校為停止充電。脈寬調制方式的實現是由軟件來實現的，其原理如圖4所示。交流供電輸出模塊4包括輸入電路4-1、逆變主電路4-2、控制電路4_3、輸出電路4-4、保護電路4-5。其中，充電儲能模塊4輸出的直流電壓通過輸入電路4-1輸入逆變主電路4-2，逆變主電路為全橋結構；通過晶振產生的脈沖信號，分頻后得到50Hz的方波信號，再經推挽結構產生50Hz的標準方波信號，將標準方波信號輸入正弦波發生器產生基準50Hz的正弦波，輸出電路4-4與輸入電路4-1輸出的信號送入保護電路4-5進行比較，比較結果送入控制電路4-3，控制電路4-3將判斷結果送入逆變主電路4-2。對于交流供電輸出模塊4的設計實現，由于太陽能板或蓄電池輸出的電壓一般為直流48V左右，這 樣的大小不足以提供逆變器輸出220V的交流電壓，所以需要利用一種直流一直流變流電路將太陽能系統輸出的48V直流電壓升高到310V左右的直流電壓提供給逆變器作為輸入電壓。目前用來做高頻變壓器鐵心的材料主要用陶鐵磁材料，根據下式次定所需的磁心大小
權利要求
1.一種用于野外工作的多功能供電系統，其特征在于，該多功能供電系統包括以下部分充電儲能輸入接口(I)、充電儲能模塊(2)、直流供電輸出模塊(3)、交流供電輸出模塊(4)。其中，充電儲能輸入接口⑴包括太陽能儲能模塊(5)和市電輸入模塊(6);充電儲能模塊⑵包括充電控制模塊(7)及蓄電池組⑶；直流供電輸出模塊(3)包括電壓轉換與控制模塊(9)及直流電輸出接口(10);交流供電輸出模塊⑷包括逆變電源電路(11)及220v、50Hz電壓輸出接口(12)。其中，充電儲能接口(I)連接充電儲能模塊(2)，充電儲能模塊⑵通過充電控制模塊(7)選通充電模式，將電能充入蓄電池組(8)，蓄電池組⑶中的電能通過電壓轉換與控制模塊(9)，將直流電從直流電輸出接口(10)輸出，蓄電池組(8)的電能也可通過逆變電源電路(11)，從交流供電輸出模塊⑷輸出220V、50Hz交流電。
2.根據權利要求I所述的一種用于野外工作的多功能供電系統，其特征在于充電控制模塊(7)由微處理器(7-1)、太陽能充能電壓采樣模塊(7-2)、蓄電池電壓采樣模塊(7-3)、電阻分壓網絡(7-7)、輸出驅動模塊(7-4)、顯示模塊(7-5)、時鐘電路模塊(7_6)組成。其中，電阻分壓網絡(7-3)為供電系統提供采樣電壓值VI，電壓采樣模塊(7-2)分別采集太陽能電池板電壓V2及蓄電池電壓V3，通過控制芯片將太陽能電池板電壓V2、蓄電池電壓V3分別與米樣電壓值Vl作比,在芯片輸出端輸出代表電壓比值的方波信號，檢測方波信號計算太陽能電池板電壓及蓄電池電壓。
3.根據權利要求2所述的一種用于野外工作的多功能供電系統，其特征在于充電控制模塊(7)通過設置微處理器(7-1)的兩種選址方式選通兩種充電模式，分別為太陽能電池板充電及220V、50Hz市電充電。
4.根據權利要求2所述的一種用于野外工作的多功能供電系統，其特征在于充電控制模塊(7)采用斬波式PWM原理，分兩個充電階段，第一階段為快充階段，第二階段為慢充階段(PWM階段)。
5.根據權利要求I所述的一種用于野外工作的多功能供電系統，其特征在于交流供電輸出模塊⑷包括輸入電路(4-1)、逆變主電路(4-2)、控制電路(4-3)、輸出電路(4-4)、保護電路(4-5)。其中，充電儲能模塊(4)輸出的直流電壓通過輸入電路(4-1)輸入逆變主電路(4-2)，逆變主電路為全橋結構；通過晶振產生的脈沖信號，分頻后得到50Hz的方波信號，再經推挽結構產生50Hz的標準方波信號，將標準方波信號輸入正弦波發生器產生基準50Hz的正弦波，輸出電路(4-4)與輸入電路(4-1)輸出的信號送入保護電路(4-5)進行比較，比較結果送入控制電路(4-3)，控制電路(4-3)將判斷結果送入逆變主電路(4-2)。
6.根據權利要求I所述的一種用于野外工作的多功能供電系統，其特征在于蓄電池組⑶為一組鋰電池。
7.根據權利要求I所述的一種用于野外工作的多功能供電系統，其特征在于該系統的充、放電控制電路中都設有過流保護裝置。
全文摘要
一種用于野外工作的多功能供電系統，其特征在于該系統包括充電儲能輸入接口，充電儲能模塊，直流供電輸出模塊，交流供電輸出模塊，充電儲能接口連接充電儲能模塊，充電儲能模塊通過充電控制模塊選通充電模式，將電能充入蓄電池組，蓄電池組中的電能通過電壓轉換與控制模塊，將直流電從直流電輸出接口輸出，蓄電池組的電能也可通過逆變電源電路，從交流供電輸出模塊輸出220V、50Hz交流電。該設備可用于光電裝備、通信設備的使用操作、技術保障、維護保養中，既能夠滿足光電儀器、通信設備以及計算機、手機、衛星定位儀等的供電、充電的需求，也能夠滿足叉車等蓄電池充電，該設備的研制具有重要的軍事和經濟意義。
文檔編號H02J7/00GK102638078SQ20121010756
公開日2012年8月15日 申請日期2012年4月12日 優先權日2012年4月12日
發明者和婷, 張鵬, 牛海莎, 牛燕雄, 蘇平 申請人:北京航空航天大學