基于户外探险灯的改良

[摘 要]随着户外探险灯的广泛使用，其安全性与实用性愈来愈被使用者所关注，我国探险灯产品技术落后，已经成为影响探险者生命安全的重要隐患，解决好户外探险灯的改良问题不仅可以为探险者以生命的保障更是带动相关产业的发展。本论文提出一种以磷酸铁锂电池作为矿灯电源，以大功率LED灯为光源，双层高强度镜面玻璃的新型防水探险灯的改良方案。

[关键词]LED冷光源；磷酸铁锂电池；双层镜面玻璃；改良

中图分类号：TM923.02 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）13-0227-01

一、国外研究现状

国外先进水平的探险灯灯主要有如下特点：采用双光源，1个光源烧坏后，可用辅助光源照明；采用阻燃耐脂肪酸电缆和防静电塑料外壳；灯头和蓄电池部分达到IP54防护等级，可防水和粉尘；蓄电池容量大，可保证照明时间。

探险灯电源主要有铅酸蓄电池和碱性蓄电池两种类型，蓄电池具有少维护或免维护性能，美、英、德、俄罗斯、澳大利亚等国家的矿灯安全性能普遍高于我国，几乎没有因矿灯引起的安全事故，只有朝鲜和越南等少数国家探险灯的结构和安全性能与我国类似。

二、国内研究现状

以铅酸蓄电池和锡镍蓄电池为电源，尤其是KS型酸性电池，其安全性能不太高，它采用熔丝过电流保护装置，这种保护装置动作速度慢，可靠性低，灯线短路会产生火花；采用蓄电池作为电源的话需要定期补水维护，若补水控制不当容易造成蓄电池电解液浓度降低，在使用时会出现红灯现象，若密封不良也容易造成酸碱液泄漏，而且蓄电池部分工艺复杂，且对充电架精度要求高，寿命不长；采用镍氢电池和铿电池的话，镍氢矿灯其自放电率较高，在高温和压力下容易发上爆炸，而铿电池矿灯也存在同样的安全问题。

三、新型探险灯

本论文提出一种以聚合物锂电池作为电源，以大功率LED灯为光源的改良灯的方案，具体改良如下：

1.探险灯电源

我国在世界上率先使用锂电子电池用作探险灯电源，但是锂电池还有不稳定因素，该项目则采用软包装的聚合物立电子电池作为探险灯电源，软外壳蓄电池可以保证高效和电池的容量，软外壳的设计更是保证了电池对环境的适应性和使用性能，保证电池不会因极端环境而发生爆炸。

2.探险灯灯头

目前大多数探险灯灯头都是采用白炽灯泡为电源，更换灯泡比较方便，但是其封闭装置很容易打开这存在很大的隐患。采用新型冷光LED的探险灯，由于使用过程中不需要更换电源，因此灯头就选用胶封闭锁使之成为不能轻易拆卸的半永久式装置，另外，采用双灯头保证了在一个灯头损坏的情况下不会影响探险灯的正常使用。

3.LED高功率冷光源

LED冷光源是新型电光源，发光率高，它的光通量52LM理论寿命是大于3万个小时的，正常工作时的温度低，属于冷光源，目前该产品主要用于电子屏和信号灯等领域，单只功率只有0.3W左右，因此为了达到探险灯的照明需求将其集成使其功率提高至2W左右，充分保证探险队员的照明需求。

4.聚合物锂电池

GPE型聚合物锂电子电池在安全性能方面比液态锂电池拥有更好的性能，其聚合物电解质由聚合物基体、增塑剂以及电解质锂盐通过互溶的方法制成，与液态锂电池相比，它的形状可以根据应用设备不同做相应的改变，，并且不会有漏液或燃烧爆炸等安全上的问题。 因而显著提高了探险灯的安全系数。

5.聚氨酯

电线的外护套主要采用聚氨酯材料，它不仅可以保证绝缘层免受酸碱环境的腐蚀和空气的氧化作用，还可以有效避免外界的物理破坏。聚氨酯新型高分子材料，集防水、隔热、保温为一体，是由多种高分子材料和多种添加剂、塑料橡胶乳液，经科学配方聚合而成。优点：韧性好、耐冲击性能好、整体性、柔韧性好、不吸水、无间隙，无论边角、拐角、接头等都不会出现针孔或缝隙，与任何物体都能很好结合，该防水涂料具有优越的弹性和隔热效果。

6.恒流源驱动LED

LED是电流驱动型元件，工作电流与电压及发光效率呈线性关系，及工作电流越大，电压越高，发光效率也越高。但是超出工作电流将缩短LED的寿命，而随着点灯时间的延长，LED的工作电压越来越低，发光效率也大幅度降低，后期几乎失去照明的作用。因此就需要对LED光源器件通过恒流电源部件进行供电，恒流部件的作用是在电池电压较高的时候限制工作电流的增大，在电压较低的时候，提供相对满足的电流，目的是保证LED发光元件可靠工作。恒流式逆变电源克服了这一缺点。

7.锂电池的保护

由于锂电池相对活跃的特点，在充放电过程中，需要精细的电路进行控制，而且是长期稳定的控制。所以，采用锂电池作为矿灯电源，需要设计适合锂电池特性的充电设备和放电控制电路。

8.恒流源式电源

基于恒流源式的开关电源设计的原理，根据具体使用要求进行了电路的总体结构及应用电路设计，采用典型的电流模式PWM控制器的结构，将整体电路划分为六个部分，分别是输入整流部分、逆变部分、过流保护部分、控制电路部分、恒流部分、输出整流部分。接着在此基础上完成了各个子电路的电路的设计及相关重要参数的分析、计算。使其体积变小，稳定性和工作效率得到了提高。

四、总结

通过该项目的合理改良与研发，确保产品的使用稳定性和环境适应性，与同类产品相比较而言在材料的选用拥有独特的先进性，不仅防水性加强了，抗外界干扰能力和安全系数也大幅度提高了。

参考文献

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