便携式多功能机车充电机研究及应用分析

孙燕亭，周 震

（中国铁路北京局集团有限公司怀柔北机务段，北京 101408）

0 引 言

随着新能源产业和动力电池的快速发展，以储能电池为能源核心的对外放电设备越来越受到人们的青睐。便携式多功能机车充电机作为一种集多功能性、便携性和高效性为一体的充电机，能有效解决机车蓄电池充电过程中需要调车作业的种种不便。

充电机作为一种临时补能设备，应用场景丰富。在野外施工作业环境中，经常通过充电机为各种设备供电。它也可以为各种类型的车辆充电，如大型铁道机车、小型家用汽车等，还可以在工厂中为临时停电提供电能[1]，但目前还存在需要改进之处。以铁道机车为例，目前铁道机车充电主要依靠固定式充电机，其安装对场地要求较高。实际工作中，常常因为一些机车蓄电池组存在长时间不使用或者检修时使用蓄电池组电量过多而导致亏电欠压的情况发生[2]。这时需通过调车机将机车牵引至固定的充电区域进行充电，导致人工、燃油和时间成本大。此时，可以利用便携式充电机为机车补充电量。但是，受限于动力电池技术的发展，充电机机身和电池组通常体型庞大且沉重，不便于整体搬运和携带[2]。经过不断研究和试验，本文介绍一种通过控制能将2 个开关电源串联使用的充电机，使得同一个充电机中的2 个开关电源能拆分搬运，以达到方便搬运使用的效果。它具有高效、便捷、灵活等优点，可以满足人们不同场合的不同需求。

1 工作原理

以铁道机车充电为例，电力机车和内燃机机车的充电电压不同，需要使用外部开关电源进行转换[3]。外部开关电源可以将220 V 市电转换为机车充电需要的电压，并且可以通过选择单个开关电源或串联2 个开关电源分别对电力机车和内燃机机车充电。为了确保外部开关电源的正常运作，需要将开关电源通信电路与主控电路相连。这样开关电源的运作信息可以被输送至主控电路，以便主控电路进行控制和监测。外部开关电源还能够对控制电路进行供电，确保整个系统的正常运行。在充电过程中，主控电路将输出控制信号至单极性连接电路。单极性连接电路能够采集开关电源和机车蓄电池的正负极信号，并将这些信号一并传输至电压检测电路。电压检测电路检测这些信号，并将检测结果反馈至主控电路，以供主控电路进行判断和控制。通过这样的方式，主控电路可以判断外部开关电源的运作情况和机车电池的充电情况，从而确保整个充电系统的稳定和安全[4]。通过与主控电路相连，外部开关电源可以实现对充电过程的监测和控制，确保整个充电系统的稳定和安全。此外，报警机制的引入可为整个充电过程增加一层保障[5]。

2 电路分析

2.1 报警电路

报警电路包括电阻R27、三极管Q4、开关二极管D5、电容C18以及蜂鸣器，如图1 所示。电阻R27的一端作为信号输入端，与主控电路的报警信号输出端电连接，另一端与三极管Q4的基极电连接。集电极与开关二极管D5的中间连接点电连接。开关二极管D5的阳极通过电容C18与其阴极电连接，同时阳极接地。开关二极管D5的阴极与蜂鸣器的正极和外部开关电源电连接。三极管Q4的集电极与蜂鸣器的负极电连接。

图1 报警电路结构

2.2 稳压电路

稳压电路包括电容C3、电容C2、稳压器U3、电容C1以及电容C4，如图2 所示。稳压器U3的输入端与外部开关电源电连接，输入端通过电容C3接地。电容C2并联于电容C3两端。稳压器U3的使能端与其输入端电连接，旁路调节端通过电容C1接地，输出端通过电容C4接地，同时将电容C4的公共端作为输出端为主控电路和电压检测电路供电。

图2 稳压电路结构

2.3 开关电源通信电路

开关电源通信电路包括电容C13、电容C19、线对板连接器CN1、电阻R23、电阻R25以及电阻R26，如图3（a）所示。线对板连接器CN1的1 号端子和3号端子分别与外部开关的不同电压输出端电连接，其3 号端子通过电容C13接地，电容C19并联于电容C13两端，2 号端子接地。5 号端子与其2 号端子电连接，7 号端子通过电阻R26与外部开关电源电连接同时与其8 号端子分别与主控电路的数据控制端和时钟控制端电连接，8 号端子通过电阻R25与外部开关电源电连接。4 号端子作为控制端与主控电路的第一远程启闭控制端电连接，6 号端子通过电阻R23与主控电路的第一报警控制端电连接。

图3 开关电源部分通信电路结构

开关电源通信电路还包括电容C14、线对板连接器CN2以及电阻R24，如图3（b）所示。线对板连接器CN2的1 号端子和3 号端子分别与外部开关的不同电压输出端电连接，3 号端子通过电容C14接地，5号端子与其2 号端子电连接7 号端子与其8 号端子分别与主控电路的数据控制端和时钟控制端电连接。4号端子作为控制端与主控电路的第二远程启闭控制端电连接，6 号端子通过电阻R24与主控电路的第二报警控制端电连接。

3 主要功能实现

充电机具有体积小、重量轻、携带方便等特性。当机车蓄电池组严重亏电而无法正常启动（升弓）时，可以随时随地就近取电（附近交流220 V 插座取电）为机车蓄电池组充电，从而保证机车在不需调车的情况下使用充电机充电0.5 ～1.0 h。蓄电池组电压可满足启动（升弓）要求，即完成启机（升弓）作业。

高频开关电源采用软开关技术，减小了高频变压器体积，同时提高了其散热性能。使用高速串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）驱动一块2.4 寸有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode，OLED）点阵图形液晶屏，实现人机交互界面显示，并通过输入输出口驱动扫描矩阵薄膜按键，实现人机交互界面的按键操作输入检测，大大提升了设备操作的便捷性，如图4 所示。根据内燃/电力机车蓄电池组容量的大小，采用自动均流技术，使充电机自动选择单台或多台（并联同步输出）方式，实现对电力机车和内燃机车蓄电池组的兼容充电。

图4 便携式充电机操作面

4 结 论

随着便携式多功能充电机的不断发展和应用，它在各个领域的优势和潜力逐渐显现。在家庭、办公室、工厂等日常场所，便携式多功能充电机的高效性、便捷性和多功能性为人们的生活和工作带来了诸多便利。随着科技的不断发展，便携式多功能充电机的应用前景将会越来越广阔，也将不断获得改进和完善。