充电装置

充电装置（精选九篇）

充电装置 篇1

本专利项目适用于电动汽车, 利用电动汽车在行驶中所产生的风能, 在汽车的顶部、前部或底部安装风动叶轮, 带动发电机工作, 给电瓶充电。或者在汽车的瓦圈、传动轴上安装皮带轮, 带动发电机工作给电瓶充电, 使电动汽车长时间、长距离行驶, 不用另外充电, 从而达到环保减排、省力方便、节约能源、节约支出的目的。X13.05-06

[王忠强供稿山东烟台市芝罘区面市街53-8号

[编辑刘荫春]

充电装置 篇2

上海电力公司：

为响应市政府颁布的《上海市新能源汽车推广应用实施方案（2013-2015），根据市国资委下发到企业的推广要求，本人已自费购置一辆新能源车（汽车品牌：比亚迪秦，系上海市经信委公布的第五批混合动力新能源乘用车）。先申请在本人固定车位安装220V/16A充电装置。

本人系

区

路

弄

号

室产权房业主，小区仅有地面停车条件，没有产权车位。根据物业公司的安排，本人使用小区第号专用固定车位，按时交纳地面停车费。

特此申请安装新能源车用电装置，望予以批准为感！

申请人：

****年**月**日

充电装置 篇3

关键词：加压装置 便携 可充电 计量 验收

中图分类号：TM64文献标识码：A文章编号：1674-098X（2014）01（c）-0021-01

目前河北南网各地市供电公司计量专业在对新建变电站和扩建变电站计量装置进行现场验收时，由于技术条件限制，存在计量电压二次回路验收不到位的问题。送电后发现计量电压二次接线不正确的情况时有发生。影响计量装置的准确计量，给企业造成经济损失。该文主要从目前电能计量专业的实际情况出发，汇总了在验收计量电压二次回路时遇到的一些问题，进而提出直流加压装置的设计思路、工作原理，以及在计量电压二次回路验收工作中所取得的成效。

1 计量电压二次回路

计量电压二次回路走向（以变电站10 kV为例）：电压互感器A、B、C、N为其一次接线端子，a、b、c、n为其二次接线端子。计量电压二次回路从电压互感器二次接线端子开始接入，依次经过电压互感器开关柜接线端子排U1、二次电压小母线、出线开关柜端子排U2、试验接线盒最后接到电能表电压接线端子，可见计量电压二次线从电压互感器二次接线端子出来后需经过多个接线端子才能到达电能表。而且电压互感器二次线很多（保护回路、测量回路、计量回路），容易造成电能表计量二次电压线接线错误。

2 计量二次电压回路检查目的

计量电压二次回路检查的目的：在新建变电站和扩建变电站在投入生产运行前，电力部门各个专业要对工程进行验收。验收合格后方能投入生产运行。目前各地市供电公司计量专业在进行计量装置和计量二次回路的验收时由于技术条件限制无法对计量电压二次回路进行有效的验收，存在验收不到位的情况。一般采取委托现场施工人员对其二次电压回路进行检查，采用的方法为交流加压检查。由于很难做到随工质检，所以往往会造成一些问题：有时现场工作人员答复说已经加压了，可往往并没有加压。有时确实做了加压检查，但是只检查到接线端子排或试验接线盒处，并没有检查到电能表表尾接线端子处。所以并不能保证从接线端子排或试验接线盒到电能表之间的这段二次线是否正确。当变电站送电时或送电后一个月内进行电能表首次校验时才发现电能表计量二次电压接线错误，这种情况时有发生。如果计量电压二次线在接到二次小母線时就错了，导致整条小母线所带的出线和进线电能表计量电压相序都错误，在功率因数和负荷适合的情况下，其母线电量平衡率正常。计量人员是发现不了的。故障时间越长，企业受到的经济损失就越大。

3 交流加压装置存在的问题

使用交流加压装置的弊端

（1）受施工现场条件的影响较大，因为交流加压装置需要外接一个交流电源提供工作电压。一般交流电源位于试验电源箱或者是低压站变交流屏处，有时与电压互感器位置距离很远。电源线需要敷设很长距离，很容易受到现场施工车辆或各种工器具的碾压造成损坏，导致漏电造成人身触电事故。另外工作人员在交流屏处接电源线时，由于与低压带电部分（交流220 V、交流380 V）距离很近，容易造成人身触电事故。

（2）当使用交流加压装置时，施工人员一旦将加压线接至电压互感器二次端子处，由于电磁感应原理，电压会通过电压互感器二次反到电压互感器一次上，使得与之相关联的一次母线和一次设备带电。此时一次若有施工人员在相关一次设备上工作，势必造成人身触电伤亡事故。存在很大的安全风险。由于直流电压不像交流电压会产生交变的磁通，所以即使人为错误将直流加压线接至电压互感器二次接线端子处时，也不会在电压互感器一次处感应出电压来。所以从安全性的角度考虑，采用直流电压要远远优于采用交流电压。

（3）采用交流加压装置，需要携带电源线轴。而且还要寻找合适的电源箱，工作起来费时费力，携带也不方便。

（4）交流加压装置在加压时一般都是单相加压，即分别对a相、b相、c相电压线加压，加压时一次只能加一相电压。

4 计量电压二次回路检查过程

利用直流加压装置进行电能表计量电压二次回路接线检查的过程：

电能表计量二次电压接线顺序从左到右为：a相、b相、c相和n（零线）电压。分别接到二次电压小母线的a相、b相、c相和n（零线）上。

将直流加压装置电压线（电池正极）端接分别同时接到电压互感器出口计量电压二次线的A相电压线头、B相电压线头和C相电压线头，三个直流电池组E1、E2、E3的负极接地。（E1采用直流电池组型号AJ-22.2 V/10.4 AH：输出直流电压22 V，E2采用直流电池组型号AJ-12 V/8.8AHWYSJH：输出直流电压12 V，E3采用直流电池组型号AJ-7.4 V/19.8AH：输出直流电压7 V。备注：所选用得三个直流电池组要求输出电压数值不要过于接近，以免妨碍计量工作人员作出正确的判断。）

当装置对计量电压二次回路加上电压后，装置的W测试端依次分别测量电能表表尾电压接线端子的A相、B相和C相端子，此时由于加压装置输出电压不同，电能表表尾电压各相数值也就不同。验收人员从加压装置的电压表显示数值判断计量二次电压接线是否正确。例如：加压装置给电压互感器二次A相、B相、C相线所加电压分别为：22 V、12 V、7 V，则在加压装置电压表中显示的数值应分别应为22 V、12 V、7 V，则说明接线正确。否则接线错误。若出现22 V、7 V、12 V，则说明b相和c相两相电压线接线错误，应将b相和c相两相电压线颠倒。（对于三相三线接线的方法原理相同）

5 直流加压装置的优越性

此装置不仅弥补了计量验收工作的缺陷，而且又很好的杜绝了交流加压装置的很多弊端。同时又具有良好的操作性和便携性。一次加压便可以完成对整条母线所带全部电能表的接线检查，方便快捷，应用效果良好。

6 结语

该文通过对直流加压装置的探索与研究，解决了目前电力计量电压二次回路验收工作中存在的一些问题，从而有效保证了生产工作的安全和工作效率的提高。随着我国科技水平的不断提高，科技成果、技术创新的不断涌现，势必会有更好的方法来满足计量电压二次回路验收的要求。

参考文献

[1]齐忠玉，刘欣凯.利用短路电流检查二次回路接线的正确性[J].黑龙江电力技术，1997（2）.

[2]纵榜林，高丽.从一起事故谈二次回路的重要性[J].大众用电，2008（3）.

运动鞋发电充电装置 篇4

关键词：运动鞋,发电,充电

1 引言

在日常生活中, 人们越来越离不开小型家用电器, 如手机、平板电脑、播放器、GPS导航仪等电子产品越来越多, 通常都是靠锂或镍电池等作为电力供应, 很容易把电力耗尽而无法使用, 特别在某些山区、沙漠、草原等地区, 因为电源耗尽而使电子产品无法工作, 很容易出现意外情况。

针对这种情况, 笔者设计了一种运动鞋发电充电装置。该产品结构紧凑, 改装容易, 便于携带, 主要适用于由于条件限制而远离电源特殊环境下的小型家用电器, 具有一定的社会推广价值。

1.鞋体2.平板3.移动平板4.弹簧5.支柱6.齿条7.齿轮8.微型发电机9.蓄电池10.输出端子

2 产品结构组成及设计思路

图1所示为一种运动鞋发电充电装置, 由鞋体、齿轮齿条、微型发电机、弹簧、铰链平板、蓄电池、导线、输出端子组成, 该产品在鞋体1上与足底相接触时一端2固定, 另一端是通过铰链连接可上下移动平板3, 活动平板下有弹簧4、支柱5, 弹簧4高出支柱5, 活动平板中间下有一个齿条6, 在齿条上装上相啮合齿轮7, 齿轮带动微型发电机8转动, 微型发电机8与蓄电池9相连接, 蓄电池9与输出端子10连接。

3 结语

该产品具有结构紧凑、改装容易、便于携带的特点, 主要适用于在日常生活中由于条件限制、远离电源的山区、沙漠、草原等因为电源耗尽而使电子产品无法工作的地方, 该产品已获国家专利 (专利号:ZL201310336365.7) , 可广泛用于各种小型用电器电力供应, 投资成本小, 生产工艺简单, 具有一定的社会推广价值。

参考文献

一种手机无线充电装置的研制 篇5

为了减少便携设备 (如手机, 数码相机) 有线充电带来的如数据线接口型号不同、电池容量偏小等不便, 将便携设备放置在冲电座板上实现无线充电, 方便快捷。

目前无线能量传输技术中, 根据其传输原理分为三类:第一类是采用松耦合变压器或者可分离变压器方式。该方法可以实现较大功率的电能无线传输, 传输距离被限制在毫米级。第二类是电磁波无线能量传输技术如微波技术, 直接利用了电磁波能量通过天线发送和接收的原理。能实现极高功率的无线传输, 但在能量传输过程中, 发射器必须对准接收器, 不能绕过或穿过障碍物, 且微波在空气中的损耗大, 效率低, 对人体和其他生物都有严重伤害。第三类是磁耦合谐振式无线能量传输技术。通过磁场的近场耦合, 使接收线圈和发射线圈产生共振, 来实现能量的无线传输。该技术可以在有障碍物的情况下传输, 传输距离可以达到米级范围。

2 系统设计

2.1 系统原理

本设计采用的是第一类原理。原理图如图1所示。单片机MCU用于系统的管理, 控制方波的产生、停止、定时以及检测手机的有无, 充电电流控制, 充电过程显示等人机交互内容。

2.2 充电电路实现

采用三个反相器并联驱动H桥, 在H桥的输出端输出峰峰值为21.2v的方波。用H桥驱动耦合变压器的原边, 即发射线圈, 将电能转换成交变的电磁波场。这些构成充电底座的电路。耦合接收线圈集成在手机里面, 将手机放到底座上, 两个线圈通过磁耦合传递能量。接收线圈输出的交流信号通过整流桥整流, 电容滤波, 最后变成稳定的直流电压, 即可以对手机进行充电。

说明:f为系统工作频率, U, I分别为负载端电压和电流, Win为输入变压器原边的功率, Wout为负载上的功率, η为效率。

2.3 有无手机检测

选择采用红外线检测元件感应有无手机。充电设备放在充电底座上时, 红外线反射回来, 使红外接收头导通, 再用电压比较器LM339将模拟电压转换成“0”和“1”高低电平, 通过手机反射回来的红外线从而感应手机的有无。单片机根据这个检测信号控制充电回路的接通避免在没有手机存在的情况下输出电流, 可实现节能管理。

2.4 耦合变压器设计

实现无线充电关键在耦合变压器设计。变压器的原边和副边分辨是无线能量传输的发射和接收线圈。充电频率为12kHz, 发射和接收线圈采用34圈, 采用较细的铜丝, 接收线圈容易集成到手机上也不会影响到手机等充电设备的的外观。

2.5 充电管理及界面设计

在人机界面上, 选择1602液晶显示器作为系统的显示窗口。按下电源开关, 在1602液晶显示器出现开机界面。将接收线圈放到指定的位置, 发射线圈就会发射电磁波, 自动开始按设定时间对电池充电, 同时有充电倒计时显示, 当时间减到零时停止。充电时间可以通过键盘进行常规的时分秒设定。充电时, 显示“Charging!”和剩余的充电时间;没有检测到手机时显示“NoCellphone!”。当时间倒计时归零时显示“TimeOut!”, 表示充电结束。同时, 无线充电系统设定充电时间, 可以避免电池充电时间过长而损坏电池。

3 系统测试试验

用9欧姆的电阻当负载, 用万用表的直流档测电阻上的电流及电压。在耦合变压器的原边串联一个一欧姆的电阻, 用示波器测此电阻上的电压波形和耦合变压器原边的波形, 用手工积分的方法粗略的估算输入功率的大小。数据记录如表1所示:

由以上数据可以看出, 随着f的增大, I, Wout先增大, 后减小Win不断减小, η不断增大。由此可知, 当频率越高时, 耦合变压器效率越高。其最好效果在20KHz左右。

4 结语

该设计突破以往我们日常生活中的便携电器带线充电的的传统模式, 使“隔空充电”的想象成为了现实。

(1) 用反相器进行方波的放大, 将反相器Vcc接8.3V, 峰峰值5V的方波就可以就可以放大成峰峰值8.3V的方波, 再一次放大, 就可以放大成峰峰值12V的方波。驱动电流放大也通过简单的反相器并联实现。 (2) H桥的供电电压是10.6V, 但H桥桥臂是用峰峰值12V的方波驱动的, 三极管b极电压比H桥供电电源电压还高1.4V, 可以实现超饱和导通, 四个三极管导通时Uce基本上都等于零, 三极管基本不会发热, 既减低能耗, 还能保护三极管, 避免过热被损坏。

摘要：通过高频电源和线圈耦合的能量传递, 实现手机无线充电。实验证明该方案可行, 且具有较高的应用价值。

关键词：无线充电,H桥,高频电源

参考文献

[1]清华大学电子学教研组编.杨素行主编.模拟电子技术基础简明教程[M].北京:高等教育出版社, 2006.

[2]清华大学电子学教研组编.阎石主编.数字数字电子技术基础[M].北京:高等教育出版社, 2006.

手机无线充电装置的设计与制作 篇6

随着科技的发展, 电子产品等得到广泛利用。从而产生一系列对电池供能的需求问题, 无线电池充电装置这一课题旨在不影响用电器的正常使用的条件下, 利用电磁波作为能量的载体, 实现能量的无线传输。该装置是对新能源利用的探索。解决了高能传输的危害, 成本低, 不需要大量的导线, 电能热效应少, 减少了资源的浪费。作为新型的电能传输方式, 其安全性、便捷性、维护费用与传统相比有很大优势, 这将给电池技术带来广阔的发展前景。

二、原理介绍

无线供电技术采用“磁耦合共振”原理, 这种新技术所消耗的电能远小于传统电磁感应供电技术消耗。当发射端通电时, 不会向外发射电磁波, 而只是在周围形成一个非辐射的磁场。这个磁场用来激发接收端的共振, 从而以很小的消耗为代价来传输能量。接收线圈选用与发射线圈同样大小匝数绕制, 线圈输出的交流电压经开关稳压模块输出直流电压。

三、电路设计

电无线电波作为传输能量的无线充电方式, 主要是对可控制能量的发射与接收储存, 但实际操作需要考虑多方面因素, 我们考虑了实验的装置需求, 通过查阅文献, 考察了电子产品的市场, 获得了相关资料, 整体规划了实验流程, 其工作原理框图如图1:

稳压电源:装置的供电系统为市电, 为了安全可靠, 采取了AC-DC整流电路, 交流电经变压器降压, 经整流桥输出为直流电, 利用LM315可调稳压芯片, 提供所需的直流电源, 电路图如图2:

高频逆变电路:交流线圈电磁波是由变化的电流产生, 需要将5V直流稳压源经逆变电路转化为高频交流电, 装置中选取的逆变模块为555多谐振荡发生器, 将输出波经稳压管幅值稳压, 通过高频LC振荡器产生高频正弦波。原理图如图3:

电磁波发射装置:采用交流线圈震荡发射电路, 先将要传递能量施加到高频振荡电流上, 经调制后的高频电流产生的电磁波就载着高能量发射出去。

电磁波接收装置:利用放在电磁波传播空间中的导体, 就可以接收到电磁波, 当接收装置的固有频率与发射的电磁波频率相同时, 接收电路感应的电流最强。接收装置采用敏感的线圈装置, 可以感应出较大的电流, 对限定波段的电磁波能量感应。

聚能整流电路:电磁波接收装置接收到高频率的电磁波产生感应电动势, 感应电动势是交变的电压, 电压波动大。装置采用AD736集成芯片, 交流—直流转化模块, 可实现输出稳定的直流电压。

充电电路:充电装置是把已集聚接收的的能量, 通过逆变器转化为直流电对充电电池充电。装置中考虑到不对手机产品带来负面影响, 直接采用手机串行接口USB电源线给手机锂电池供电。

四、电路安装与调试

经过对电路装置各个模块的仿真, 验证了各个环节的可行性。开始对系统进行组装与调试, 首先是稳压电源模块, 将变压器、整流桥、LM317焊接到一块电路板上, 经调试可输出5-10V的直流电。然后是电磁波发射与接收模块进行能量传输, 分别采用逆变和整流电路, 感应电流频率为5KHz。该环节对逆变信号要求高, 需要不断调试。在接收线圈得到输出电压后经整流电路接入手机充电端口。

上图为调试后的整合电路, 将输出电压接到手机USB充电端口, 可以看到明显的充电效果, 电路装置对手机充电稳定可靠。

五、总结

装置经过不断的调试与改进后, 实现了将电磁波的能量经整流装置转化成稳定的直流电, 输出电压可达到5V, 电流为20m A, 有效距离3cm, 输出电能通过充电回路可存储到手机电池中。考虑到进一步的研究, 使装置满足更广泛的需求, 采用机器加工精密制作电路以增加对其它电磁波的屏蔽效果, 使输出电流更加稳定, 同时将装置中的小功率管改为大功率管可以增加电压输出, 提高装置的输出功率。

摘要：利用电磁场耦合磁共振原理的电能传输技术, 制作并改进出一套手机无线充电装置。将不可控制能量通过充电装置, 产生的感应电磁波激发出感应电动势。将装置获得的电能经整流装置转化成稳定的直流电, 电能通过充电回路存储到手机电池中。

球形透镜太阳能聚光充电装置研究 篇7

太阳光是取之不尽用之不竭的绿色能源, 将太阳光合理有效的收集并利用是人类科学进步的体现。随着数码电子设备的普及, 给人们社会生活带来了极大的方便, 电子设备在使用一段时间后需要用充电器或移动电源来充电, 在外出行用移动电源就尤其方便。移动电源按充电方式分直接电源充电式和太阳能式, 现有的太阳能移动电源的太阳能板都是平板, 目前还没有用弧形或球形太阳能板做的太阳能聚光充电装置, 也没有通过配上指南针来调整摆放位置的太阳能聚光充电装置。文章将介绍一种球形透镜太阳能聚光充电装置, 实现对太阳光汇聚, 将光能转化为电能, 从而实现对太阳光的合理收集与利用。

2 装置介绍

该球形透镜太阳能聚光充电装置主要包括聚光系统、电能输入输出控制系统两大系统, 现将其特征展示如下:

所述聚光系统包括聚光透镜1、太阳能电池板9、指南针3 和球座2, 所提到的聚光透镜1 放置于球座2 之上, 由于不是紧固在球座上, 该聚光系统可随意拿下把玩, 所述太阳能电池板9 镶嵌于球座2 上, 同时位于透镜1 之下, 接受来自透镜1 聚集的太阳光, 指南针3 嵌于球座2 内位于均匀透镜1 背面, 针对不同纬度地区和季节通过指南针3 调整透镜1 的朝向可以实现聚光效果的最大化;

所述电能输入输出控制系统包括主电路板11、照明单元4、蓄电池组10 和基座5, 照明单元4 位于球座2 之下与电路板11 连接, 蓄电池组10 在基座5 内的底部与电路板11 连接, 电路板11 位于蓄电池组10 和照明单元4 之间控制整个与电相关的器件。

其中, 球形透镜太阳能聚光充电装置, 它的主要特征有如下几点:聚光系统可以实现直接采集光线, 避免跟踪光线, 不需要外界额外的能量的输入, 因而更加节能。整个装置的最佳摆放位置可以通过指南针决定。而电能输入输出控制系统合理控制电能转化, 节省了电路的功率损耗。

3 该装置的原理介绍

本装置的目的是针对现有太阳能移动电源对阳光利用效率低下, 提出的一种新型球形透镜太阳能聚光充电装置, 以提高太阳能的利用效率。它的主要原理是:根据所处地理位置以及季节得到指南针最佳指向角, 使装置按照指向角摆放, 太阳光通过球形透镜折射汇聚在太阳能电池板上对蓄电池组进行充电, 在有设备连接时, 电路控制蓄电池组对设备充电, 触发延时开关控制节能观赏灯的亮灭状况。

4 装置效果展示

该装置包括聚光系统、电能输入输出控制系统, 聚光系统中指南针提供了最佳朝向, 使更多的太阳光得以收集, 独特形状的太阳能电池板角度及位置设计也使装置获得更多的太阳光。其中的照明单元, 可以提供照明, 增加了太阳能的利用和功能。其次, 电能输入输出控制系统合理控制电能转化, 节省了电路功率损耗。最后, 该装置小巧美观, 极具观赏性。

具体实施方式:

如图1 所示:1 是透镜, 2 是球座, 3 是指南针, 4 是照明单元, 5是基座, 6 是触发延时开关以及四级电量指示灯, 7 是Mini USB电源充电接口, 8 是USB充电接口。该装置中太阳能电池板9 嵌于球座2 上, 聚光透镜1 放置于球座2 上, 也在太阳能电池板9 之上, 指南针3 嵌于球座2 内位于均匀透镜1 背面, 球座2、照明单元4、基座5依次按由上到下的顺序固定。

如图2 所示:4 是照明单元, 6 是触发延时开关以及四级电量指示灯, 7 是Mini USB电源充电接口, 8 是USB充电接口, 9 是太阳能电池板, 10 是蓄电池组, 11 是主电路板。主电路板11 完成对电能输入和输出的控制, 太阳能电池板9 在光照下将太阳能转化为电能, 给蓄电池组10 充电, 电池为5×4V的蓄电池组10, 充电时, 4 级电量指示灯6 显示蓄电池的电量情况, 触摸延时开关6 控制照明单元4关断, 只在人触摸后才打开, 一定的延时后就关断, 节省了能耗, 2 个USB充电接口8 供给手机、平板等移动设备充电, 一个为5V 1A, 一个为5V 2A, Mini USB电源充电接口7 是5V 1A的, 在无太阳光照时接入市电给蓄电池组10 充电, 保证蓄电池组10 有足够的电来给手机、平板等移动设备充电。

5 结束语

在提倡充分利用可再生资源的今天, 太阳光作为一种取之不尽用之不竭的绿色能源, 如能将太阳光合理有效的收集起来并进行一定的利用, 也是人类科学进步的体现。文章介绍的这种球形透镜太阳能聚光充电装置, 主要包括聚光系统、电能输入输出控制系统, 聚光系统, 将光能转化为电能, 给所有带USB充电的设备使用如手机、平板电脑、MP4 等电子产品, 而且还可以作为照明装置使用, 具有一定的实用价值。

参考文献

[1]吴贺利.菲涅尔透镜聚光性能研究[D].武汉理工大学, 2010.

[2]周改改.聚光太阳能光伏系统的研究[D].大连交通大学, 2010.

[3]王远.太阳能电池及其应用技术研究[D].华中科技大学, 2006.

一种蓄电池随车补充充电装置的设计 篇8

汽车上蓄电池的充电由发电机完成。发电机发出的直流电直接加在蓄电池正负极上,如该电压选定为16.5V,发电机能保证蓄电池充足电,但充足电的蓄电池在车辆继续行驶过程中,两极上所加的发电机电压一直保持在16.5V左右,电解液会一直处于“沸腾”状态,同时过高的电压还易损坏用电设备。

为防止这种“过充”现象发生,汽车上安装有电压调节器对发电机输出电压进行限定,汽油车限定电压为14.4V左右(柴油车多采用2块串联的6单格蓄电池,相应电压增加1倍),该电压虽能保证蓄电池处于基本充足电状态,但不能使蓄电池完全充足电。而蓄电池如长期充电不足,会出现极板硫化等故障而缩短使用寿命。因而车辆保养规定常用车每隔3个月,停用车每隔1个月(免维护蓄电池可相对延长时间间隔),应将蓄电池从车上卸下,使用充电机按照充电特性曲线对蓄电池进行完全充电,这种充电称其为“补充充电”。

因补充充电时间较长 (约8~24h),且通常要将蓄电池从车上卸下,会在一定程度上影响车辆正常使用。而车辆蓄电池如不进行补充充电,则会造成蓄电池使用性能下降,寿命缩短。因而设计并安装一种在车辆行驶过程中能利用发电机来完成蓄电池补充充电的“随车补充充电装置”成为必要。本文主要介绍该装置的电路设计与工作情况。

一、随车补充充电装置的设计分析

(一)工作原理分析

“随车补充充电装置”是针对车上发电机不能对蓄电池完全充电的问题,在不损坏蓄电池及用电设备的前提下,通过提高发电机充电电压,来实现蓄电池的补充充电,使其达到完全充足电状态的装置。

由于正常情况下汽车上发电机和蓄电池是并联连接,联合对外部用电设备供电(如图2所示),因此,要实现发电机随车对蓄电池的补充充电,发电机对外供电必须具有2条独立电路,一条用于满足正常工作过程中对用电设备供电和对蓄电池的充电,此路发电机供电或充电电压不超过其限额电压 (汽油车为14.4V左右,柴油车为28.8V左右);另一条为发电机对蓄电池的补充充电电路,该电路用于完成对蓄电池的完全充电,其充电电压应为16.5V左右。因其充电电压高于发电机正常供电电压,可在电路中加装1个直流增压模块。该电路只在发电机对蓄电池正常充电完成后实施补充充电,并在补充充电结束后断电,所以在该电路中应加装增压开关。因此,“随车补充充电装置”应具有以下特点:

1.对原有汽车电路不作大的改动,仅通过加设增压充电装置而完成蓄电池补充充电。

2.对用电设备的供电电压,在任何情况下汽油车不超过14.4V(柴油车不超过28.8V)。增压只针对发电机对蓄电池的充电电路。

3. 增压充电时机选取 在发电机对 全车供电,且蓄电池正常充电结 束后(观察仪表盘电流表指示 为0时,或电压表长时间指示为大于14V时),增压充电约2h后停止充电,此时蓄电池完全充足电。

4. 增压充电由驾驶员 通过开关操纵,并由控制机构完成。控制机构可在发电机不发 电时(如停车),自动回复到原有非增压供电状态,以防驾驶员未及时断开增压开关而影响车辆正常工作。

(二)工作电路设计

图3所示为随车补充充电装置电路设计。它主要由增 压模块、增压继电器及增压 开关K等三部分组成。增压模块用于将发电机14.4V左右直流电通过直流升压电路(DC/DC Converter)转换为需要的16.5V左右直流电输出;增压继电器用于正常供电电路与增压电路的转换;而增压开关K用来控制增压继电器双联触点的开闭。

1.增压继电器

串接在蓄电池正极与发电机正极之间,保证发电机无论在正常供电或增压供电状况均能对蓄电池充电,而在起动或怠速状况,蓄电池则可以对用电设备供电。主要由常闭触点K1、常开触点K2及电磁铁机构等组成。常闭触点通过正常供电电路连接蓄电池正极与发电机正极;常开触点与增压模块连接,当其闭合时,发电机通过增压模块与蓄电池正极导通,实施随车补充充电;继电器线圈两端连接发电机正极和增压开关K,当K接通时,继电器线圈通电,使K1断开,使K2闭合。因此增压开关K实际控制着补充充电过程的进行。

2.增压模块

其功用是将发电机提供的较低的直流电压,提升到需要的直流电压,即通常意义上的直流增压器。目前这种直流增压器有多种形式,但基本的工作过程都是:先通过高频振荡产生低压脉冲,然后利用脉冲变压器将电压升至预定电压值,最后将脉冲整流获得高压直流电。图4、图5所示为2种典型的增压模块电路原理图。前者为分立元件式增压电路原理图,其结构较为简单,输出功率相对较小;后者为摩托罗拉芯片控制的增压电路。这些增压电路通常可通过调整分立元件参数或控制芯片型号改变其输出功率大小,各元件参数可查阅相关手册获得。

模块额定输出电流值可依据公式进行计算:I=蓄电池额定容量/20。

二、随车补充充电装置的工作过程分析

如图3所示,该装置工作过程分析如下:

1.不增压时充电电路的工作过程:车辆正常行驶,驾驶员不打开增压开关K,增压继电器线圈无电流,K1闭合,此时电路即为基本充电电路(等同于图2所示),此时发电机电压高于蓄电池电压,发电机即通过常闭触点K1对蓄电池实施正常充电,充电电压为14.4V左右。充电回路为:发电机正接线柱“B”→常闭触点K1→增压继电器支架→增压继电器“M”接柱→蓄电池→搭铁→发电机负极。同时,发电机通过正极对用电设备实施供电。

2.增压电路实施补充充电时的工作过程:当仪表盘上电流表指针指向“0”时,表明发电机对蓄电池正常充电完毕,此时蓄电池处于半充足电状态。驾驶员可根据需要(间隔1~2个月左右)接通增压开关K,此时发电机增压对继电器线圈通电,并经开关K构成回路,线圈产生磁场使触点K1断开、K2闭合,发电机实施对蓄电池补充充电。补充充电回路为:发电机正接线柱“B”→增压模块→增压继电器接柱“P”→K2触点→增压继电器支架→增压继电器“M”接柱→蓄电池→搭铁→发电机负极。此时充电电压为16.5V左右。正常情况下,车辆累计行驶2h左右可断开开关K,此时蓄电池处于 完全充足电 状态。

三、几点说明

1. 该补充充电 装置更适用 于柴油载重车,也可应用于 部分汽油车,因汽油车多采用12V电系,其增压模块输出电压较柴油车应减小一半,输出电流不变。

2.增压模块输出电压应严格控制在规定范围内,因而对内部电子元件精密度要求较高。其输出功率依据需求可选择小一些,但因最大输出电流减小,补充充电时间相应要延长。

3.在补充充电过程中,车辆有可能停驶。车辆再次起动前,驾驶员须断开开关K,待汽车正常行驶后再接通开关K,否则易造成发动机无法工作,发电机不能发电。这是因为在车辆停驶时,增压继电器线圈无电流,即使K接通,K1触点在弹簧力作用下仍会自动闭合。车辆再次起动时,蓄电池可通过K1对增压继电器供电,使K1断开,K2闭合。K1断开后,继电器线圈失电(发电机此时不发电),K1又闭合,如此反复,最终使触点不断振动,发动机无法正常工作。

充电装置 篇9

脑起搏器在医学术语上称“脑深部刺激系统(DBS)”。DBS用于治疗帕金森病、震颤和肌张力障碍等。DBS的脉冲发生器持续发出高频脉冲电刺激,抑制不正常的脑核团放电,消除帕金森病症状。但脉冲发生器电池容量是一定的,一般可供使用3~7年。如电池耗完,则需要更换脉冲发生器。

胶囊内窥镜、植入式医用胶囊可以窥探人体消化道或肠道的健康状况,帮助医生对病人进行诊断。内窥镜携带的摄像头可提供一些影响肠道或消化道的溃疡、异常的增长以及出血等症状。胶囊内窥镜靠胶囊内的电池供电,但电池容量是一定的[1]。

参考文献[2]针对人工心脏起搏器无线能量供电而设计的松耦合变压器,其罐状铁芯式结构的二维面积为72 mm×13 mm,最佳工作频率为100 k Hz,气隙间距为5 mm,对于植入式医疗装置来说,这样结构的松耦合变压器体积有些偏大,气隙间距偏小。

参考文献[3]提出RF无线遥控型能量植入式设备。该设备基于生物学组织中的无线能量传输的电流研究,但由于组织吸收损耗趋向于工作在10 MHz以下,如此大的频率导致需要更大的接收天线。该文献评估和公式推导出接收能量和组织吸收之间折衷频率大概在1 GHz。值入深度从1 cm增大到6 cm,传输效率从10-1数量级减小到10-4数量级。对于其他一些植入式刺激医疗设备来说,这样的传输效率太低,很难满足需要。

针对小型植入式医疗装置(如无线胶囊内窥镜)的电池使用时间的限制,参考文献[4]提出一种计算经皮耦合无线能量传输效率的方法。通过该方法计算得出变压器的串联谐振电路,在频率500 k Hz,次级线圈的尺寸是5 mm×20 mm。气隙间距为100 mm时,能够达到的最高传输效率为33.1%。这样的传输效率对于某些植入式医疗装置来说偏低。

针对医疗植入式刺激装置的松耦合变压器,通过ANSYS对其在各种电路情况下的传输效率进行仿真分析,得到一种较为优秀的松耦合变压器结构并制作了相应的电路,对其传输效率进行测试并对比分析。

1 系统模型和工作原理

医疗植入式刺激装置无线充电系统的模型主要由体外和体内两部分组成。系统的模型如图1所示。

体外部分包括电源模块、高频逆变驱动模块和松耦合变压器的初级线圈;体内部分包括次级线圈、整流滤波模块、稳压电源模块、电源管理模块和可充电电池。

医疗植入式刺激装置无线充电系统的工作原理为:直流电源模块经过高频逆变驱动模块把直流电逆变为高频的交流电供给松耦合变压器初级线圈,体内的次级线圈感应出高频的交流电经过整流模块,从而把交流电整流成直流电,整流出的直流电经过稳压电源模块稳压供给电源管理芯片,对体内的电池进行充电。松耦合变压器由于气隙的存在,其耦合系数变低,磁动势主要降落到气隙的磁阻上,导致松耦合变压器的效率很低。所以,如何提高能量传输效率是无线能量传输系统研究的关键[5]。

2 高效率松耦合变压器磁路仿真与实测

无线充电系统中,松耦合变压器负责能量的直接传输,所以它是影响该系统中供电效率的关键因素。本文以松耦合变压器作为研究对象,通过ANSYS软件分析松耦合变压器影响传输效率的因素和无功补偿电路仿真以及实验分析[6,7]。

2.1 松耦合变压器磁路结构仿真对比

松耦合变压器中将其原边和副边分开一定的距离进行无限能量传输,由于气隙的存在,其耦合系数变低,磁动势主要降落到气隙的磁阻上,导致松耦合变压器的效率很低。为了提高松耦合变压器系统的耦合系数减小线圈的体积,一般采用铁芯式线圈。由于本文中采用的工作频率很高,为了减小铁芯损耗,一般铁芯采用Mn Zn铁氧体材料,而线圈则采用铜绞线以减小集肤效应的影响。本设计选取了几种结构的松耦合变压器进行对比分析选取。有平板式铁芯、罐状铁芯等。

罐装和平板式铁芯变压器的结构如图2所示,体外采用罐装,体内采用平板式。其中D1=28 mm,D2=14 mm,H1=9 mm,H2=3 mm,H3=6 mm,GAP=7 mm。

通过有限元法软件对三种铁芯变压器结构进行了建模仿真,计算线圈耦合系数k随气隙的变化,变压器的耦合系数随气隙变化图如图3所示。

通过比较图3所示的结果可以发现,随着气隙的增大,两种结构的变压器耦合系数k均逐渐减小。但当气隙距离相等时,罐状结构的变压器耦合系数相对较高,那么传输效率就相对偏高。因为生物体的特殊要求,除了变压器耦合系数满足要求之外,植入体内的器件要求体积尽量小,结构尽量简单。本文研究的松耦合变压器针对的是医疗植入式刺激装置的特殊场合,因此体外部分选择罐状结构,体内部分选择平板式结构。

2.2 高效率磁路的仿真与实测对比

磁芯设为线性导磁材料,相对磁导率定为2 500;不考虑涡流损耗;气隙间距GAP=7 mm;初级电压加幅值为6 V的正弦波,频率为100 k Hz~2 MHz;负载为100Ω,初级、次级匝数比为1:1。根据上面的的分析,本文松耦合变压器三种电路进行仿真和实验。

第一种电路结构是初级、次级都不加谐振时进行仿真和实验,最高传输效率是14.5%,最低传输效率是1.2%。

第二种电路结构是仅初级线圈加串联谐振时进行仿真和实验,频率在100 k Hz~2 MHz范围内时,最高传输效率是35.0%,最低传输效率是15.1%。

第三种电路结构是初级、次级均加串联谐振时进行仿真和实验。如图4所示为第三种电路结构的仿真传输效率和实际测量传输效率对比图。

从图4可以分析得出,频率为1.5 MHz时的最大效率为61.13%。频率在1.5 MHz~2 MHz之间,变压器传输效率趋于稳定在60%左右。

针对医疗植入式刺激装置在临床中的供电和供电效率的关键问题,本文以无线能量传输系统中的松耦合变压器作为研究对象。通过对各种磁路结构的对比,选择医疗植入式刺激装置最适合的变压器磁路结构。在实际应用条件下,对松耦合变压器的传输效率进行仿真和实验,仿真实验中,气隙距离为7 mm,频率在100 k Hz~2 MHz范围内,初次级均加串联谐振线圈的最大传输效率为61.13%,仿真实验证明可以满足高效率医疗植入式刺激装置的供电需求。

参考文献

[1]PANESCU D.An imaging pill for gastrointestinal endoscopy[J].IEEE Engineering in Medicine and Biology Magazine.2005,24(4):12-14.

[2]Ma Jimei,Yang Qingxin,Chen Haiyan.Transcutaneous energyand information transmission system with optimized trans-former parameters for the artificial heart[J].IEEE Trans.Applied Superconductivity 2010,20(3):798-801.

[3]POON A S Y,DRISCOLL SO,MENG T H.Optimal frequencyfor wireless power transmission into dispersive tissue[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,2010,58(5):1739-1750.

[4]SHIBA K,MORIMASA A,HIRANO H.Design and devel-opment of low-loss transformer for powering small implan-table medical devices[J].IEEE Transactions on BiomedicalCircuits and Systems,2010,4(2):77-85.

[5]JOAQUIN J.Casanova,et al.A loosely coupled planar wire-less power system for multiple receivers[J].IEEE Transac-tions on Industrial Electronics,2009,56(8):3060-3068.

[6]YU X J,CHENG J M.Leakage inductance compensation forloosely coupled transformer considering parasitic resistance[J].Electronics Letters,2010,46(10):717-719.