車載直流應急電源的研發

沈佳成 朱桂英

摘 要：汽車蓄電池由于各種原因，經常出現虧電而不能啟動的情況，隨車電源是應急的首選，而目前有些隨車充電設備中電池有熱失控缺陷，會造成遇高溫爆炸的風險，因此研究和開發便攜的、安全的車載直流應急電源是有市場應用價值，該設備有永磁電機、變速機構、顯示部分和輔助功能四個部分組成，優點是快速可靠的充電又不會產生危險。

關鍵詞：車載電源;應急電源;永磁電機;變速機構

中圖分類號：V423.4+4 ?文獻標識碼：B ?文章編號：1671-7988（2020）04-41-02

Research of vehicle DC emergency power supply^*

Shen Jiacheng， Zhu Guiying^*

（ Zhejiang Economic & Trade Polytechnic， Zhejiang?Hangzhou?310018?）

Abstract： Due to various reasons， the automotive battery often fails to start due to power loss. The on-board power supply is the first choice for emergency response. At present， the battery in some on-board charging equipment has the defect of thermal runaway， which will cause the risk of high temperature explosion. Therefore， the research and development of portable and safe on-board DC emergency power supply has market application value. The equipment composed of four parts.It includes permanent magnet motor， speed change mechanism， display part and auxiliary function .The advantages of the equipment are fast and reliable charging without danger.

Keywords： Vehicular power supply;Emergency supply;Permanent magnet motor;Gearshift mechanism

CLC NO.：?V423.4+4 ?Document Code： B Article ID： 1671-7988（2020）04-41-02

1 引言

汽車已經走進千家萬戶，是必不可少的主要交通工具之一。據相關數據統計，截止2018年底，全國汽車保有量已達2.4億輛，比2017年增加2285萬輛，增長10.51%。如此龐大的汽車市場，人們在使用時安全可靠是至關重要的。

人們在使用汽車時希望能安全安心，但是在使用過程中，由于操作不當或汽車故障以及汽車使用年限的增加，比如頻繁啟動，下車忘記關用電設備等，經常會使汽車蓄電池虧電而造成在野外無法啟動的情況。請求救援需要等待較長時間，如果長時間停留在高速上也有安全隱患。有些車主會自備充電設備，以便應急自救。

目前車載直流應急電源多用于軍工領域，在野外給用電設備或汽車充電。對于車載直流應急電源民用的應用也有報道，主要有兩種類型。一種是需要220V電源供電的小型充電機，在家里或是有電源的地方可以使用，如果汽車在野外或是高速公路等地方，就使用不方便，并且充電時間較長;一種是便攜式的鋰電池充電寶，也是目前大多數車主車上常備的一種應急設備，其優點是小巧、便攜;但是缺點是存在熱失控缺陷、物理損壞后遇到高溫會爆炸的安全隱患，長時間放在后備箱里，由于高溫特別是炎熱的夏天或操作不當會引起爆炸，從而引起汽車自燃的情況，網絡上有報道多起因為后備箱放應急充電寶爆炸引起火災的事件。除此之外還有低溫無法使用、保護線路復雜、不能過載、容量小等缺點。所以研究便攜的、安全的車載直流應急電源是有一定需求和意義的，并且具有一定的市場應用價值。

2 項目研究

本項目要研究的是便攜的安全的車載直流應急電源。設備有四個部分組成，一是永磁發電機，提供14V直流電源，為了電壓的穩定會進行電路的輸出保護;二是變速機構，運用多級變速，提供即輕便又快捷的操作，使得力氣再小的人也可以輕松自如的使用，手搖5到10分鐘就能夠使虧電的蓄電池進入正常啟動電壓的狀態;三是顯示部分，主要有電壓和電流的數字顯示，讓車主一目了然知道電池的充電狀態以及是否完成，以來判斷是否該停止搖動;四是輔助部分，安裝有照明燈可以為野外提供應急照明，有電壓的轉換功能，可以為手機等移動電子設備充電，以備野外應急救援使用。

除此之外設備還預留擴展模塊，可以為后續的功能進行擴展和安裝。

2.1 電機選擇

汽車用電的特點是直流低壓12V，根據特點采用汽車車載永磁發電機，輸出直流14V電壓，可以為汽車充電，在手搖發電機旋轉過程中，由于勵磁和轉速的原因，會造成電壓的不穩定，因此需要進行電壓的保護，在輸出端進行電容電壓的保護。圖1為所選車用永磁發電機，圖2 為電機原理圖。

2.2 變速結構

為了實現輕便快捷，采用多級變速機構，大齒輪帶動小齒輪，進行變速比的計算，最后達到能手搖5～10分鐘就能實現充電完成。變速機構為三級變速機構，設計圖如圖3所示。

2.3 顯示結構

為了使客戶一目了然，是不是可以停止操作，顯示機構上顯示了電壓、電流，可以直觀的觀察電池的充電狀態和完成情況。利用數顯的電壓電流表，將發電機的輸出參數進行時時顯示。顯示機構面板設計如圖4所示。

2.4 輔助機構

此設備功能非單一，除了能供汽車充電外，還能為野外操作進行應急照明，手機沒電還可以進行應急充電，實現救援的功能。選用LED燈作為應急照明，采用降壓模塊，將14V電壓降至5V，可靠的為手機等電器充電。設計時采用開關的形式，兩個開關一個燈開關，可以打開LED燈，220V開關打開可以輸出220V電源，插口的AC220V有電，5V使用USB插口進行電源的輸出。

3 結語

研究設計的車載直流充電機實現了快速可靠的為汽車充電，后續需要改進的是便攜性、小型性，如果能成為汽車的標配隨車工具，將會有不小的的經濟效益，并且會大大減少電池問題造成的汽車自燃等危害。

參考文獻

[1] 余庚.車載電源的設計[J].唐山師范學院學報.2016，38（5）：61-64.

[2] 廖傳書，程鑫.車載電源系統開關電源的設計[J].金日電子.2006， （9）：72-73.

[3] 李麗霞，李健.基于單片機的車載電源控制系統設計[J].計算機與網絡，2013，（22）：58-61.

[4] 武忠.汽車電源電壓轉換開關的改進[J].汽車電器.2019，（08）：44- 45.

[5] 劉長明，沈小林，王凡.?軍用車載電源異常電壓檢測模塊的研制[J].火力與指揮控制，2016，41（4）：177-180.

[6] 孫航雨，楊迪青.汽車電源管理系統簡介[J].汽車維護與修理.2019. 9.74-75.