CN215436314U - 一种适用于演示车辆的蓄电池替代电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种适用于演示车辆的蓄电池替代电源。包括交直流转换模块和超级电容模块；交直流转换模块的输出正极与超级电容模块的输入正极连接且在连接线路上设有缓冲模块，交直流转换模块的输出负极与超级电容模块的输入负极连接；超级电容模块的输出正极作为替代电源的输出正极且在输出正极的连接线路上设有输出继电器，超级电容模块的输出负极作为替代电源的输出负极；在超级电容模块的输出正极与输出负极之间还设有电压检测模块，在超级电容模块的输出正极或输出负极上设有电流检测模块；还包括单片机及接口模块。本实用新型的替代电源结构设计合理，解决了现有车辆蓄电池存在的易损坏问题，同时满足车辆用电负荷对电源的要求。

Description

一种适用于演示车辆的蓄电池替代电源

技术领域

本实用新型属于汽车部件技术领域，尤其涉及一种适用于演示车辆的蓄电池替代电源。

背景技术

车载铅酸电池是汽车的重要部件之一，起到为汽车提供电力的基本功能。铅酸电池是一种电极主要由铅及其氧化物制成，电解液是硫酸溶液的蓄电池。铅酸电池在放电状态下，正极主要成分为二氧化铅，负极主要成分为铅；在充电状态下，正负极的主要成分均为硫酸铅。正常使用的汽车其铅酸电池由车载发电机进行充电，充电过程由车载控制器进行控制，铅酸电池不断重复充放电循环，一般情况下，铅酸电池具有一定的使用寿命，达到使用寿命后电池的充放电能力下降，需要进行更换。

安装在演示车辆内的铅酸电池由于车辆处于非正常使用状态下，因而电池的情况与正常使用状态下的情况完全不同。非正常使用状态下一般指车辆处于演示/展示场景时的状态，具体地是指4S展厅车辆中的铅酸电池、汽车教学样车上的铅酸电池的使用状态。车用铅酸电池在前述场景中的使用过程中容易出现亏电损坏等情况，比如在4S展厅就存在车辆电瓶长时间放电而发动机启动时间短、蓄电池充电不足导致的电池过放电问题。在实际应用中通常情况下，为了避免电池过放电采用直流电源对电池进行浮充或者直接用直流电源对车上的铅酸电池进行替代的方式来解决上述问题，其中长时间的浮充对蓄电池的寿命会有一定的影响，而用直流电源进行直接替代在遇到冲击性的大的用电负荷如起动机启动瞬间时会对直流电源造成冲击，通常的直流电源很难满足汽车所有工况的需要。同理，前述问题在汽车教学的车辆设备中问题更加突出，由于课程设置等原因，通常会出现车辆等相关教学设备长期放置且集中使用的现象，而由于车辆电器***的自身损耗经常会出现电池亏电而导致蓄电池损坏的问题。

因此，需要针对前述以演示为主的车辆蓄电池进行替代方案设计，解决现有车辆蓄电池存在的易损坏问题，同时满足车辆用电负荷对电源的要求。

实用新型内容

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种结构设计合理的适用于演示车辆的蓄电池替代电源，解决现有车辆蓄电池存在的易损坏问题，同时满足车辆用电负荷对电源的要求。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种适用于演示车辆的蓄电池替代电源包括包括用于对市电进行交直流转换的交直流转换模块和用于储能的超级电容模块；交直流转换模块的输入正极作为替代电源的输入正极、输入负极作为替代电源的输入负极，交直流转换模块的输出正极与超级电容模块的输入正极连接且在连接线路上设有缓冲模块，交直流转换模块的输出负极与超级电容模块的输入负极连接；超级电容模块的输出正极作为替代电源的输出正极且在输出正极的连接线路上设有输出继电器，超级电容模块的输出负极作为替代电源的输出负极；在超级电容模块的输出正极与输出负极之间还设有电压检测模块，在超级电容模块的输出正极或输出负极上设有电流检测模块；还包括单片机及接口模块，缓冲模块、输出继电器、电压检测模块和电流检测模块均与单片机及接口模块连接。

本实用新型的优点和积极效果是：

本实用新型提供了一种结构设计合理的适用于演示车辆的蓄电池替代电源，与现有演示车辆的铅酸蓄电池相比，本实用新型中提供了一种基于超级电容器的替代电源设计。由于传统的铅酸蓄电池得到了整体式的替代，因此不再存在蓄电池的充放电问题，因而也就不存在演示车辆的蓄电池长时间亏电以及长时间浮充导致的蓄电池易于损坏的问题。通过采用超级电容模块对电能进行储存，并对充放电过程进行管理，令本替代电源能够满足车辆用电负荷如启动机等对电源的要求。通过设置交直流转换模块，实现了对市电的交直流转换，通过设置超级电容模块，实现了对电能的存储，通过设置缓冲模块和输出继电器并设置两者与单片机及接口模块连接，实现了对超级电容模块的充放电过程的控制，通过设置电压检测模块和电流检测模块，实现了对本替代电源工作状态的持续监控。

优选地：还包括电池外壳，交直流转换模块、超级电容模块、单片机及接口模块、缓冲模块、输出继电器、电压检测模块和电流检测模块均封装在电池外壳内；在电池外壳上安装有接线端子，该接线端子与交直流转换模块连接且通过带有接线端子的电源线与市电连接；在电池外壳上还设有输出正极柱和输出负极柱，输出正极柱与输出继电器连接，输出负极柱与超级电容模块的输出负极连接。

优选地：在交直流转换模块的输出阳极与超级电容模块的输入阳极之间的线路上、缓冲模块的前方设有止逆二极管。

优选地：缓冲模块包括并联连接的缓冲继电器和缓冲电阻，缓冲继电器与单片机及接口模块连接。

优选地：电压检测模块为安装在超级电容模块的输出正极与输出负极之间的电压传感器，电压传感器与单片机及接口模块连接。

优选地：电流检测模块为安装在超级电容模块的输出正极或输出负极上的电流传感器，电流传感器与单片机及接口模块连接。

优选地：还包括用于显示电压检测模块获取的电压值和电流检测模块获取的电流值的显示模块，显示模块与单片机及接口模块连接，显示模块安装在电池外壳上。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图，虚线部分为电池外壳；

图2是本实用新型的电路图。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明。

请参见图1，本实用新型的适用于演示车辆的蓄电池替代电源包括包括用于对市电进行交直流转换的交直流转换模块和用于储能的超级电容模块，其中交直流转换模块用于对市电进行交直流转换，将220V的交流电源转变为12V的直流电源，以适配超级电容模块对输入电源的要求，超级电容模块用于存储电能并可控地输出电能。

超级电容器电池又叫双电层电容器，是一种储能装置，它具有充电时间短、使用寿命长、温度特性好、节约能源和绿色环保等特点。超级电容器用途广泛，可以用作电力平衡电源，可提供超大电流。电力超级电容模块为现有组件，可以通过市购获取，在结构上，超级电容模块包括法拉电容以及保护电路板，保护电路板主要用于对各法拉电容进行均压保护，避免法拉电容的电压超出最大允许电压导致的电容损坏问题。

交直流转换模块的输入正极作为本替代电源的输入正极、输入负极作为本替代电源的输入负极。交直流转换模块的输出正极与超级电容模块的输入正极连接且在连接线路上设有缓冲模块，交直流转换模块的输出负极与超级电容模块的输入负极连接。超级电容模块的输出正极作为替代电源的输出正极且在输出正极的连接线路上设有输出继电器，超级电容模块的输出负极作为替代电源的输出负极。

交直流转换模块的输入正极与输入负极与市电电源连接，交直流转换模块对市电进行处理后向超级电容模块输送，最终车辆的用电线缆与超级电容模块的输出正极和输出负极连接，实现接电和用电。缓冲模块用于控制超级电容模块的充电过程，输出继电器用于控制超级电容模块的电能输出。

本实施例中，在交直流转换模块的输出阳极与超级电容模块的输入阳极之间的线路上、缓冲模块的前方设有止逆二极管，止逆二极管具有单方向导电的特性，电流只能从止逆二极管的正极流入、负极流出，当正极电压高于负极电压时，止逆二极管单向导通，当正极电压低于负极电压时，止逆二极管逆止。通过设置止逆二极管，达到以下技术效果：车辆发动机启动后车辆发电机工作，车辆发电机产生的电压大于交直流转换模块提供的直流电源电压，止逆二极管能够避免电流流向直流电源，起到对直流电源的保护作用。

在超级电容模块的输出正极与输出负极之间还设有电压检测模块，在超级电容模块的输出正极或输出负极上设有电流检测模块，其中电压检测模块和电流检测模块分别用于检测本替代电源在工作过程中的电压和电源，实现对本替代电源工作状态的持续监控。

还包括单片机及接口模块，缓冲模块、输出继电器、电压检测模块和电流检测模块均与单片机及接口模块连接。电压检测模块检测获取的电压值和电流检测模块检测获取的电流值发送给单片机及接口模块，单片机及接口模块根据接收的电压值和电流值判断本替代电源的工作状态变化，单片机及接口模块控制缓冲模块动作，实现对超级电容模块的充电过程控制，单片机及接口模块控制输出继电器动作，实现对超级电容模块的放电过程控制。

本实施例中，缓冲模块包括并联连接的缓冲继电器和缓冲电阻，缓冲继电器与单片机及接口模块连接，单片机及接口模块控制缓冲继电器动作，当缓冲继电器闭合时，缓冲电阻被短接，因此交直流转换模块直接与超级电容模块连接进行快速充电过程，当缓冲继电器打开时，交直流转换模块通过缓冲电阻与超级电容模块连接进行慢速充电过程。

单片机及接口模块控制输出继电器的动作，当输出继电器关闭时，本替代电源内部导通，则外部用电线缆接电，当输出继电器开启时，本替代电源内部断路，则外部用电线缆掉电。

本实施例中，电压检测模块为安装在超级电容模块的输出正极与输出负极之间的电压传感器，电压传感器与单片机及接口模块连接，电压传感器将检测获取的电压值发送给单片机及接口模块。

本实施例中，电流检测模块为安装在超级电容模块的输出正极或输出负极上的电流传感器，电流传感器与单片机及接口模块连接，电流传感器将检测获取的电流值发送给单片机及接口模块。

考虑到对本替代电源进行封装、提供类似现有蓄电池的封装结构以及接电方式将有利于提升本替代电源使用的便利性，本实施例中还设置有电池外壳，将交直流转换模块和超级电容模块封装在电池外壳内。电池外壳与现有铅酸电池的结构及形状相似，因此在取下现有演示车辆的蓄电池后，可以将本替代电源置入原蓄电池所在位置的空间内。

进一步地，在电池外壳上安装有接线端子，该接线端子与交直流转换模块连接，并且通过带有接线端子的电源线与市电连接，具体地，电源线的接线端子与本替代电源上的接线端子插接连接实现导通，在电源线的端部设有插头，插头与演示现场的电源插座插接连接。在电池外壳上还设有输出正极柱和输出负极柱，输出正极柱与输出继电器连接，输出负极柱与超级电容模块的输出负极连接。设置输出正极柱和输出负极柱的目的是令本替代电源具备与现有铅酸蓄电池相同的接线结构，保证接线操作的一致性与便利性。

本实施例中，还包括用于显示电压检测模块获取的电压值和电流检测模块获取的电流值的显示模块，显示模块与单片机及接口模块连接，显示模块安装在电池外壳上。具体地，显示模块可以选取为数码显示屏或者液晶显示屏，安装在易于查看的电池外壳的顶部，单片机及接口模块对接收到的电压值和电流值进行处理并且在显示模块上进行显示，供现场人员进行随时查看。

单片机及接口模块基于PLC芯片进行搭建，包括必要的外设电路，同时为缓冲模块的缓冲继电器、电压检测模块的电压传感器、电流检测模块的电流传感器、输出继电器以及显示屏提供接口，便于各组件与PLC芯片之间的连接。

图2为本实用新型的完整电路图，给出了本替代电源的完整电路结构，可以看出单片机及接口模块、缓冲模块、交直流转换模块以及超级电容模块等组件的具体搭建方式，本领域的技术人员能够根据图2中给出的具体电路图构建得到本实用新型的蓄电池替代电源。

工作过程：

将演示车辆上的原蓄电池解除线缆连接后充车辆上取下，将本替代电源整体式置入原蓄电池所在位置的空间内并进行固定，将电源线以及原用电线缆分别与本本替代电源上的接线端子和输出正负极柱连接；

交直流转换模块将市电的220V交流电源转变成12V的直流电源，该直流电源通过止逆二极管和缓冲模块向超级电容模块输送；

本替代电源开始工作后，首先单片机及接口模块控制缓冲模块的缓冲继电器打开，则12V的直流电源经过缓冲电阻给超级电容模块充电，待超级电容模块的输出电压升高到安全电压(如11.5V)时，单片机及接口模块控制缓冲模块的缓冲继电器闭合，则缓冲电阻被短接，此时12V的直流电源直接给超级电容模块供电；缓冲电阻被短路1s后，单片机及接口模块控制输出继电器闭合，则本替代电源在内部导通，实现对外部用电设备的供电；

在运行过程中，显示模块显示电压检测模块和电流检测模块获取的电压值和电流值，即获取并显示本替代电源的工作状态；

车辆发动机点火后车辆发电机启动，由于车辆发电机的输出电压高于交直流转换模块输出的直流电源电压，因此直流电源侧的止逆二极管处于逆止状态，超级电容模块的供电由车辆发电机提供，车辆发动机熄火后自动恢复为交直流转换模块的直流电源供电。

Claims (7)

1.一种适用于演示车辆的蓄电池替代电源，其特征是：包括用于对市电进行交直流转换的交直流转换模块和用于储能的超级电容模块；交直流转换模块的输入正极作为替代电源的输入正极、输入负极作为替代电源的输入负极，交直流转换模块的输出正极与超级电容模块的输入正极连接且在连接线路上设有缓冲模块，交直流转换模块的输出负极与超级电容模块的输入负极连接；超级电容模块的输出正极作为替代电源的输出正极且在输出正极的连接线路上设有输出继电器，超级电容模块的输出负极作为替代电源的输出负极；在超级电容模块的输出正极与输出负极之间还设有电压检测模块，在超级电容模块的输出正极或输出负极上设有电流检测模块；还包括单片机及接口模块，缓冲模块、输出继电器、电压检测模块和电流检测模块均与单片机及接口模块连接。

2.如权利要求1所述的适用于演示车辆的蓄电池替代电源，其特征是：还包括电池外壳，交直流转换模块、超级电容模块、单片机及接口模块、缓冲模块、输出继电器、电压检测模块和电流检测模块均封装在电池外壳内；在电池外壳上安装有接线端子，该接线端子与交直流转换模块连接且通过带有接线端子的电源线与市电连接；在电池外壳上还设有输出正极柱和输出负极柱，输出正极柱与输出继电器连接，输出负极柱与超级电容模块的输出负极连接。

3.如权利要求2所述的适用于演示车辆的蓄电池替代电源，其特征是：在交直流转换模块的输出正极与超级电容模块的输入正极之间的线路上、缓冲模块的前方设有止逆二极管。

4.如权利要求3所述的适用于演示车辆的蓄电池替代电源，其特征是：缓冲模块包括并联连接的缓冲继电器和缓冲电阻，缓冲继电器与单片机及接口模块连接。

5.如权利要求4所述的适用于演示车辆的蓄电池替代电源，其特征是：电压检测模块为安装在超级电容模块的输出正极与输出负极之间的电压传感器，电压传感器与单片机及接口模块连接。

6.如权利要求5所述的适用于演示车辆的蓄电池替代电源，其特征是：电流检测模块为安装在超级电容模块的输出正极或输出负极上的电流传感器，电流传感器与单片机及接口模块连接。

7.如权利要求6所述的适用于演示车辆的蓄电池替代电源，其特征是：还包括用于显示电压检测模块获取的电压值和电流检测模块获取的电流值的显示模块，显示模块与单片机及接口模块连接，显示模块安装在电池外壳上。

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