便携式移动电源电能变换装置研制

1、便携式移动电源电能变换装置的研制 1745年（乾隆十年），普鲁士的克莱斯特利用导线将摩擦所起的电引向装有铁钉的玻璃瓶。当他用手触及铁钉时，受到猛烈的一击。可能是在这个发现的启发下，莱亚里士多德顿大学的马森布罗克在1746年（乾隆十一年）发明了收集电荷的“莱顿瓶”。因为他看到好不容易收集的电却很容易地在空气中逐渐消失，他想寻找一种保存电的方法。有一天，他用一支枪管悬在空中，用起电机与枪管连着，另用一根铜线从枪管中引出，浸入一个盛有水的玻璃瓶中，他让一个助手一只手握着玻璃瓶，马森布罗克在一旁使劲摇动起电机。这时他的助手不小心将中另一只手与枪管碰上，他猛然感到一次强烈的电击，喊了起来。马森布罗克于是

2、与助手互换了一下，让助手摇起电机，他自己一手拿水瓶子，另一只手去碰枪管。电池的历史 1780年（乾隆四十五年），意大利解剖学家伽伐尼（Luigi Galvani）在做青蛙解剖时，两手分别拿着不同的金属器械，无意中同时碰在青蛙的大腿上，青蛙腿部的肌肉立刻抽搐了一下，仿佛受到电流的刺激，而如果只用一种金属器械去触动青蛙，就无此种反应。伽伐尼认为，出现这种现像是因为动物躯体内部产生的一种电，他称之为“生物电”。 伽伐尼的发现引起了物理学家们极大兴趣的，他们竞相重复枷伐尼的实验，企图找到一种产生电流的方锂亚硫酰氯电池法，意大利物理学家伏特在多次实验后认为：伽伐尼的“生物电”之说并不正确，青蛙的肌肉之所

3、以起作用。为了论证自己的观点，伏特把两种不同的金属片浸在各种溶液中进行试验。结果发现，这两种金属片中，只要有一种与溶液发生了化学反应，金属片之间就能够产生电流。 1799年（嘉庆四年），伏特把一块锌板和一块锡板浸在盐水里，发现连接两块金属的导线中有电流通过。于是，他就把许多锌片与银片之间垫上浸透盐水的绒布或纸片，平叠起来。用手触摸两端时，会感到强烈的电流刺激。伏特用这种方法成功地制成了世界上第一个电池“伏特电堆”。这个“伏特电堆”实际上就是串联的电池组。它成为早期电学实验，电报机的电力来源。 1836年（道光十六年），英国的丹尼尔对“伏特电堆”进行了改良。他使用稀硫酸作电解液，解决了电池极化问

4、题，制造出第一个不极化，能保持平衡电流的锌铜电池此后，这些电池都存在电压随着使用时间延长而下降的问题。 当电池使用一段时间后电压下降时，电池电压回升。因为这种电池能充电，可以反复使用，所以称它为“蓄电池”。然而，无论哪种电池都需在两个金属板之间灌装液体，因此搬运很不方便，特别是蓄电池所用液体是硫酸，在挪动时很危险。 也是在1860年（咸丰十年），法国的雷克兰士（GeorgeLeclanche）还发明了世界广受使用的电池（碳锌电池）的前身。它的负极是锌和汞的合金棒（锌伏特原型电池的负极，经证明是作为负极制作材料的最佳金属之一），而它的正极是以一个多孔的杯子盛装着碾碎的二氧化锰和碳的混合物。在此混

5、合物中插有一根碳棒作为电流收集器。负极棒和正极杯都被浸在作为电解液的氯化铵溶液中。此系统被称为“湿电池”。雷克兰士制造的电池虽然简陋但却便宜，所以一直到1880年（光绪 七年）才被改进的“干电池”取代。负极被改进成锌罐（即电池的外壳），电解液变为糊状而非液体，基本上这就是现在我们所熟知的碳锌电池。 1887年（光绪十三年），英国人赫勒森发明了最早的干电池。干电池的电解液为糊状，不会溢漏，便于携带，因此获得了广泛应用。1890（光绪十六年）年Thomas Edison 发明可充电铁镍电池。 从能查到的文献看，便携式移动电源都是将整流技术、逆变技术与自动控制技术相结合，使输出电压变为用电设备所需的

6、稳定的单相交流电。便携式移动电源被广泛的应用于各个领域，其市场前景远大，已经引起了国内多家厂商的注意。 国内的生产厂商有上柴、潍柴、康明斯、开普动力等。无锡开普动力有限公司生产的便携式移动电源便是国内便携式移动电源中具有代表性的产品。与传统发电机组相比，开普便携式移动电源的尺寸、重量都减小了将近 50%左右，这便彻底改变了发电设备在消费者心目中的“大，笨，粗”的传统形象。开普便携式移动电源具有以下特点便携式移动电源电能变换装置的研制 安静、惬意。设计独特的双层降噪系统使得便携式移动电源的噪声要比传统发电机组低 3-9 分贝。它采用国际知名专业设计公司所设计的风道，使得进气排气更为通畅，噪声和机

7、械振动更小。 优质、稳定。开普便携式移动电源的关键部件是其内置式微处理器，配合功能强大的模块化设计，它会对发电机产生的原始电力进行处理、净化，使得便携式移动电源组的电力输出是非常洁净和平稳。特别适合对电压电流波动比较敏感的电气设备和仪器，如：电脑、传真机、打印机、通讯设备等。 绿色、环保。运行时的排放和噪声较小，这样对环境的影响就非常小，符合严格的环保标准，是一种很不错的环保型动力。不论是用于人口密集的市区，还是在野外露营，或是作为家用室内的备用电源，开普便携式移动电源组都是一个非常理想的选择。 经济、节能。在正常使用情况下，开普便携式移动电源油耗比普通机组要低 20%40%。机组配备智能节气

8、门，可根据负载变化状况来自动调节转速，达到转速与负载的最佳匹配。同时，也大大地延长了整机的使用寿命。 开普便携式移动电源开普便携式移动电源 便携式移动电源国外研究现状 国外许多厂商都也对便携式移动电源做了大量的研究，如瑞典 VOLVO、美国 卡特皮勒、日本雅马哈、本田等。 图 1.2 雅马哈便携式移动电源 三电平直流变换器研究现状三电平直流变换器研究现状 随着电力电子技术的发展，对电能变换装置的要求越来越高，特别是对输入功率因数的要求越来越高。如果采用功率因数校正变换器，那么其输出电压一般为760800V，有时甚至达到 1000V，这就要求提高直流变换器开关管的耐压值以及4电容的耐压值，结合成

9、本等多方面的因素，就使得很难选择合适的器件。为了克服这个问题，巴西的 Pinheiro J R 和 Barbi I 教授在 IEEE 工业电子、控制、仪器和 自动化(IECON)会议上提出了三电平直流变换器(Three-level Converters)的概念三电平直流变换器的发展是建立在三电平逆变器的基础上的，在该变换器中，开关管的电压应力是输入直流电压的一半。 三电平直流变换器不仅广泛应用在通信电源、功率因数校正等场合，还可以应用于船舶、高速电气铁路、城市交通等高压场合和低压大电流等场合。将三电平直流变换器用于通信电源中，满足了通信业对电源的高功率密度、高效率和高可靠性的要求。在船舶、高速铁路和城市轨道交通等场合，供电电压一般