车载直流应急电源的研发

沈佳成 朱桂英

摘 要：汽车蓄电池由于各种原因，经常出现亏电而不能启动的情况，随车电源是应急的首选，而目前有些随车充电设备中电池有热失控缺陷，会造成遇高温爆炸的风险，因此研究和开发便携的、安全的车载直流应急电源是有市场应用价值，该设备有永磁电机、变速机构、显示部分和辅助功能四个部分组成，优点是快速可靠的充电又不会产生危险。

关键词：车载电源;应急电源;永磁电机;变速机构

中图分类号：V423.4+4  文献标识码：B  文章编号：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

汽車已经走进千家万户，是必不可少的主要交通工具之一。据相关数据统计，截止2018年底，全国汽车保有量已达2.4亿辆，比2017年增加2285万辆，增长10.51%。如此庞大的汽车市场，人们在使用时安全可靠是至关重要的。

人们在使用汽车时希望能安全安心，但是在使用过程中，由于操作不当或汽车故障以及汽车使用年限的增加，比如频繁启动，下车忘记关用电设备等，经常会使汽车蓄电池亏电而造成在野外无法启动的情况。请求救援需要等待较长时间，如果长时间停留在高速上也有安全隐患。有些车主会自备充电设备，以便应急自救。

目前车载直流应急电源多用于军工领域，在野外给用电设备或汽车充电。对于车载直流应急电源民用的应用也有报道，主要有两种类型。一种是需要220V电源供电的小型充电机，在家里或是有电源的地方可以使用，如果汽车在野外或是高速公路等地方，就使用不方便，并且充电时间较长;一种是便携式的锂电池充电宝，也是目前大多数车主车上常备的一种应急设备，其优点是小巧、便携;但是缺点是存在热失控缺陷、物理损坏后遇到高温会爆炸的安全隐患，长时间放在后备箱里，由于高温特别是炎热的夏天或操作不当会引起爆炸，从而引起汽车自燃的情况，网络上有报道多起因为后备箱放应急充电宝爆炸引起火灾的事件。除此之外还有低温无法使用、保护线路复杂、不能过载、容量小等缺点。所以研究便携的、安全的车载直流应急电源是有一定需求和意义的，并且具有一定的市场应用价值。

2 项目研究

本项目要研究的是便携的安全的车载直流应急电源。设备有四个部分组成，一是永磁发电机，提供14V直流电源，为了电压的稳定会进行电路的输出保护;二是变速机构，运用多级变速，提供即轻便又快捷的操作，使得力气再小的人也可以轻松自如的使用，手摇5到10分钟就能够使亏电的蓄电池进入正常启动电压的状态;三是显示部分，主要有电压和电流的数字显示，让车主一目了然知道电池的充电状态以及是否完成，以来判断是否该停止摇动;四是辅助部分，安装有照明灯可以为野外提供应急照明，有电压的转换功能，可以为手机等移动电子设备充电，以备野外应急救援使用。

除此之外设备还预留扩展模块，可以为后续的功能进行扩展和安装。

2.1 电机选择

汽车用电的特点是直流低压12V，根据特点采用汽车车载永磁发电机，输出直流14V电压，可以为汽车充电，在手摇发电机旋转过程中，由于励磁和转速的原因，会造成电压的不稳定，因此需要进行电压的保护，在输出端进行电容电压的保护。图1为所选车用永磁发电机，图2 为电机原理图。

2.2 变速结构

为了实现轻便快捷，采用多级变速机构，大齿轮带动小齿轮，进行变速比的计算，最后达到能手摇5～10分钟就能实现充电完成。变速机构为三级变速机构，设计图如图3所示。

2.3 显示结构

为了使客户一目了然，是不是可以停止操作，显示机构上显示了电压、电流，可以直观的观察电池的充电状态和完成情况。利用数显的电压电流表，将发电机的输出参数进行时时显示。显示机构面板设计如图4所示。

2.4 辅助机构

此设备功能非单一，除了能供汽车充电外，还能为野外操作进行应急照明，手机没电还可以进行应急充电，实现救援的功能。选用LED灯作为应急照明，采用降压模块，将14V电压降至5V，可靠的为手机等电器充电。设计时采用开关的形式，两个开关一个灯开关，可以打开LED灯，220V开关打开可以输出220V电源，插口的AC220V有电，5V使用USB插口进行电源的输出。

3 结语

研究设计的车载直流充电机实现了快速可靠的为汽车充电，后续需要改进的是便携性、小型性，如果能成为汽车的标配随车工具，将会有不小的的经济效益，并且会大大减少电池问题造成的汽车自燃等危害。

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