基于背负式大容量供电装置研制与应用

基于背负式大容量供电装置研制与应用

李方硬 吕谢超 王昌鹏 王慧琦 刘木疆

深圳供电局有限公司，广东 深圳 518000

摘要：电力工作中，日常使用到电动工具的情况较为频繁。在进行电力作业时，时间长，有时电动工具使用需要携带多块电池，频繁更换以及后期维护保养存在诸多不便。本项目拟设计一款背包款便携式移动电源，可以直流输出供给电动工具使用。背包电源，是一款双肩背包形式的移动电源，电池容量大，体积小。背负在身上时，其重量分散到使用者肩部、背部以及腰部等区域，对人体局部的压力较小，使用时电动工具可直接插电在背包电源上取电工作，电动工具本体重量减轻，极大地减轻了使用者的操作困难情况。该项目设计的背包电源导致的直接结果可以极大的提高使用者工作效率，减少工作时长，提供方便，间接的为电力公司减少时间成本。

关键词：背负式；大容量；供电；

一、背负式大容量供电装置的现状

1.国内外研究水平的现状和发展趋势

目前，国内外背包电源种类较为繁多，绝大多数的背包电源设计是针对日常生活情况下的，对于电动工具类的使用，专业性的电源输出较为稀少。现阶段，国内电力行业发展较为迅速，电力施工时电动工具使用越来越频繁。因此设计一款背包电源供电动工具使用前景较为可观。

2.介绍国内研究机构对本项目的研究情况

现阶段国内针对电动工具的背包式移动电源种类稀少，且规格单一，外观设计较为日常化，工业性亮点较少。

3.项目研究的技术关键与难点

背包电源的研究关键点在于要适用工业施工作业，设计要坚固耐用，设计多款不同规格，输出电压DC14V、DC14.4V、DC18V、DC24V，基本涵盖市场绝大多数的电动工具电池类型。

背包电源的研究难点在于既要容量较大，又要控制体积和重量，满足日常工作需求的同时，尽可能做到便携性。

二、背负式大容量供电装置的目的及意义

为解决上述技术中提出的问题，本项目计划研制一种具有背包式的充电装置，能够通过单人背负式，解放双手，超大容量，给户外运行和应急运行的电气设备提供随时随地的供电保障，最终达到“优化现场操作，节省工作时间及避免安全风险”的目标。该装置根据人体工程学设计理念，外形设计为双肩背包形式。双肩包的形式可以极大地将电源自重分散到使用人员的身体各个部位，减轻使用者的负担。本项目设计的一款背包电源，外壳采用工程塑料，背包选用软性布带，束缚感较低。电源规格样式多，主要输出分为14V、14.4V、18V和24V，基本满足市面上绝大多数电动工具的供电需求。

该装置背负在身上时，其重量分散到使用者肩部、背部以及腰部等区域，对人体局部的压力较小，使用时电动工具可直接插电在背包电源上取电工作，电动工具本体重量减轻，极大地减轻了使用者的操作困难情况。该项目设计的背包电源导致的直接结果可以极大的提高使用者工作效率，减少工作时长，提供方便，间接的为电力公司减少时间成本，这才是改项目的意义所在。

三、背负式大容量供电装置的原理及结构特点

1.技术路线

（1）背包电源外壳采用工程塑料ABS注塑成型，坚固耐摔。结构设计可背可手提；

（2）电源内部电路根据电动工具专用电池调节输出（DC14V、DC14.4V、DC18V、DC24V其一），电芯采用三元锂，设计漏电保护和短路保护电路；

（3）背包电源双肩背带选用帆布带缝制，内包软性材料，背负时更舒适。

2.项目实施方案

方案设计：3d建模，模拟产品外形。绘图软件设计外壳后3d打印样品，组装成品。

样品测试：实地测试续航，漏电保护和短路保护功能，确认合格后计划生产制造。

3．以下是外观功能介绍图：

图1为外观功能介绍

图2为外观功能介绍

图3显示屏外观示意图

图4侧面装置框架图

四、背负式大容量供电装置的实用特点

1、短按直流开关后，开启所有直流输出端口。再次短按直流开关可进行关闭。当直流开关开启后，本产品不会自动关机。

2、短按LED灯开关后，本产品LED灯会被点亮；第二次短按LED灯开关后，LED灯会爆闪；第三次短按LED灯开关后，LED灯启动SOS功能; 第四次短按可进行关闭。

3、拨下交流开关，开启三个使用交流输出端口；拨上交流开关可进行关闭。

4、本产品交流充电采用充电器转换技术，充电最大电压29.4V，电流可达10A，快充可达15A。本产品充满电的状态时，请断开交流电源并收好充电器。

5、可使用汽车上的车充口对本产品进行充电，本产品支持12V/24V车充充电，最大充电功率150W。在汽车启动后使用车充充电，以免汽车电瓶亏电无法启动。同时确保汽车点烟口和车充输入线的点烟器接触良好。若因不按规范操作而造成损失，本公司不予承担相应责任。

五、背负式大容量供电装置的应用效果及成果

该背负式大容量供电装置的应用效果主要是提高作业次数，减少换电频率。预计作业次数提高8-10倍。改变了传统的电池安装模式，设计外接更符合人体工程学的背包式电池供电方式。总的来说，我在该项目的设计中收获了很多东西，这些东西不仅是知识性的。将所学的知识变成了实际的工作。背负式大容量供电装置的主题对与我来说，从一个实用又急需改进的话题，真正落到了实处，让我对该专业的发展也有了一个更为务实的态度和努力的方向。

参考文献：

[1]周贻荃.21世纪单兵背负式电源系统[J].现代兵器, 1993(12):3.DOI:CNKI:SUN:XDBQ.0.1993-12-005.

[2] 吴文海等. "一种基于碳化硅的高效结构扁平化单兵背负式电池组电源转换装置." 移动电源与车辆 3(2017):3.

[3] 黄芳, 张伟, & 罗云行. (2016). 一种适应单兵背负式的高能密度电源系统设计. 空军预警学院学报, 30(2), 3.

[4] 尹鑫,姚万业.一种电源系统冗余设计方案及其功能测试的方法[J].工业控制计算机, 2012.