CN101194407A - 自供电充电器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种充电器(1)，其包括电能存储模块(3)，所述电能存储模块具有与外部电池组连接的连接接口；发电机(2)，被以可控的方式提供能量，以在一工作点上为该存储模块(3)提供电能；发电机(2)的控制装置(5)，用于在发电机向存储模块(3)提供电能时，根据与存储模块(3)的状态相关的信息(530)和与发电机的状态相关的信息(520)，调整发电机(2)的工作点。

Description

自供电充电器

技术领域

本发明涉及用于可充电设备的充电装置。更具体地，本发明涉及用于便携设备或移动设备的并具有一个主能量源的电池组充电器，其中，该主能量源包括至少一个发电机。

背景技术

目前的改进涉及由燃料箱供应如液态甲醇或气态氢等燃料的燃料电池，从而该燃料电池可以为如便携式终端等充电。

目前已经存在一种用于为移动电话再充电的利用电池工作的自供电充电器。该装置包括电池，从而不需要连接到电源插座。其配备有一个输出端，为了向电话电池组提供再充电所需的能量，该连接装置是必须的。

但是，与成本、体积和质量相同的快速电源充电器所提供的平均能量相比，具有高能量密度的电池并不能提供的高平均能量。此外，由于电池的电压通常较低并且常常不足以单独地使用，为了获得足够的电压，必须将多块电池串联或者利用电子的方式增加其电压。尽管如此，平均起来对一个电池来说已经很低的有效强度，进一步地被串联中的强度最弱的那个电池或者被电损耗所限制，从而进一步地降低了总的有效能量强度。此外，包括升高温度的电池的启动时间，可能是非常长的，且与电池组相比，其工作条件不好控制。因此，使用这种类型的装置为电池组充电是非常慢的，特别是在使用燃料电池的情况下。

发明内容

本发明的一个目的在于通过提供一种充电器来克服上述缺点，该充电器具有主能量源，该主能量源使得可以为可再充电设备快速充电。

因此，本发明提供了一种充电器，该充电器包括电能存储模块，所述电能存储模块具有与外部电池组连接的连接接口；发电机，被以可控的方式提供能量，以在一工作点上为存储模块提供电能；发电机的控制装置，用于在发电机向存储模块供应电能时，根据与存储模块的状态相关的信息和与发电机的状态相关的信息，调整所述发电机的工作点。

发电机缓慢地为电能存储模块充电。而电能存储模块又可以快速地放电，从而为连接到输出端上的设备的电池组充电，该输出端具有快速充电所需的功率。随后，如果没有连接有需要充电的设备，或者如果电能存储模块的充电水平下降到低于一预定的阈值，控制装置重新启动发电机。根据存储模块的状态和发电机的状态调整发电机的工作点，发电机的工作点由其输出电压和其输出电流强度而决定。从而，控制存储模块的输入电压和输入电流，使得降低对电能存储模块进行充电时的损耗，同时避免损坏该模块，例如由于过度充电而损坏模块。举例来说，所提供的信息包括电能存储模块的剩余电量、温度或压力。类似地，还可以控制这个工作点，从而获得发电机的最大输出。传送到控制装置的与发电机的工作点相关的信息还包括其温度或者可用的能量。

这样，由于可以调整发电机的运转以获得最优的工作点，从而可以改进发电机的输出。此外，也可以避免电能存储模块的损耗和劣化。

举例来说，发电机可以是热电或热力发电机、或着电化学电池如燃料电池。

电能存储模块可以是电能存储元件的阵列，该电能存储元件例如电池组或超级电容，或者电池组与超级电容的结合。

此外，本发明的各种实施例可以包括下述装置中的一个和/或其他的：

◆所述发电机为电化学发电机；

◆所述发电机控制装置被设计成根据与存储模块的状态有关的信息控制发电机中的化学反应；

◆所述存储模块连接接口包括一匹配电路，以使该存储模块的输出参数与电池组的充电参数相适应；

◆与所述存储模块的状态相关的信息包括其电量、温度、压力、输入端或输出端的电压或者电流强度；

◆所述存储模块包括多个存储元件和开关装置，所述开关装置在充电时并联所述存储元件，而在放电时串联所述存储元件；

◆所述充电器还包括利用外部电源为存储模块充电的装置；

◆所述外部电源包括电源连接电缆或USB电缆；

◆所述发电机、所述存储模块和所述外部电池组中的至少一个包括用于向控制电路提供数据的识别装置，所述控制电路被设置为根据这些数据调整其控制；

◆所述电化学发电机包括一个燃料电池。

附图说明

本发明的其它的特性和优点将结合非限定性的实施例和附图进行详细说明，其中：

图1为本发明的充电器的概要性示意图；

图2示出了使用燃料电池阵列和镍金属氢(NiMH)电池组的第一实施例；

图3示出了将锌-空气电池和镍金属氢电池组在充电时并联，而后在放电时串联的一个实施例；

图4示出了使用锌-空气电池的一个实施例，该锌-空气电池包括设置在电池和缓冲电池组之间的升压器。

在不同的附图中，相同的标号用于指代相同或相似的元件。

具体实施方式

图1示出了充电器1，其包括一个电化学发电机2，该电化学发电机2将其过滤传送到一个电能存储模块3。一个电子设备阵列4连接到充电器1的输出端，其中，该电子设备阵列4可以包括多个电子设备41、42等。

举例来说，电化学发电机2可以包括电池20。匹配装置21使得电池20的工作点与电能存储模块3的输入参数相匹配。

在所示的实施例中，电能存储模块3包括一个由电池组30构成的蓄电池。所述电池组具有相对较低的能量密度，但相比于电化学发电机2的电池20，该能量密度是较高的。匹配电路31使得电池组30的输出参数与电子设备41、42等的输入参数相匹配。

与电池组30的状态相关的信息530和与电池20的状态相关的信息520被传送到控制电路5，该控制电路5控制电化学发电机2的电池20的工作以对电池组30进行充电。控制电路5还控制电化学发电机2的匹配电路21，使得以正确的方式对存储模块3进行充电，同时保持自身接近于电化学发电机2的最优工作点。控制电路5还根据与电池组的状态相关的信息530控制缓冲电路3的匹配电路31。举例来说，信息520和530包括电池20和电池组30的压力、温度、其接线端的电压、电池20的输出电流强度或者进入到电能存储模块的电流强度、或者电池组30的电量、电池20中可用能量的数量、或者至少这些参数的估计值。

在图2所示的实施例中，电化学发电机2可以包括串联或并联的多个电池元件，更具体地，该电化学发电机2包括串联或者并联的燃料电池201至205，以及，举例来说，通过微型泵24为燃料电池元件201至205供应燃料的甲醇贮存器22。氧气通过一空气入口(图中未示出)提供。

图2所示的电能存储模块3包括镍电池组30、电阻器32和匹配电路31。其中，该镍电池组30诸如镍镉电池组或镍金属氢电池组，该电阻器32串联到该电池组并使得电池组30的输入电流I1和输出电流I2能够测量。匹配电路31在充电器1的输出端上提供一个5V的直流电压，该输出端连接到具有需要对其电池组充电的设备上。

控制电路5根据在电阻器32的接线端测量得到的与电池组30的电流I1成比例的电压以及电池组30的接线端的电压控制燃料电池20的贮存器22的微型泵24。

如果电池组30放电完毕，其接线端的电压U较低，并且无法提供高的电流强度。从而，如果电压U低于1.35V且如果电池组的输出电流I2的强度小于10mA，控制电路5控制燃料电池20的甲醇贮存器22的微型泵24，为电池组30充电。如果电池组充电完毕，其接线端的电压U较高，但只允许输入较低的充电电流强度。例如，如果电压U大于1.43V且输入电流I1的强度小于25mA，控制电路5停止微型泵24，从而使燃料电池20停止产生电能。

当为电池组30充电时，控制电路5可以通过微型泵24调节甲醇的消耗，以达到燃料电池20的最优工作点。从而微型泵24可以，举例来说，控制燃料的压力和流动。以相似的方式，通过调节微型泵或者入口或出口处的风扇来调节电池20的空气入口(图中未示出)或者在反应期间形成的水的流动，也可以影响控制。在后一种情况，来自于电池20的信息520可以包括燃料电池的质量或者水汽的输出压力。

可以将燃料电池效率最大的工作点，或者能够以最快地或者效率最高的方式为存储模块充电的工作点作为最优工作点使用。实际上，电池组中所含能量的多少与充电强度有关。该充电强度越低，电池组所含的能量越多，而充电时间也更长。

这个实施例的优点在于其提供了一种充电器，该充电器使用燃料电池，尽管如此这个充电器为连接到输出端的电子设备的电池组提供了快速充电。此外，由于升压器31的存在，这种充电器可以提供一个为目前便携设备所使用的锂电池组再充电的足够高的电压U₂。

如图3所示，另一个不同的实施例使用锌-空气电池20，该锌-空气电池包括两个串连的电池元件201和202。存储模块包括三个串联的镍电池组301、302和303，每个镍电池组具有一个电阻器321、322和323。设置开关311、312、313、314和315，使得它们可以串联地或者并联地连接电池组301、302和303。此外，二极管35连接在输出端和电池组301、302和303之间，使得可以避免任何电流回流进电池组301、302和303。

由升压器电路52供电的控制电路5控制一个晶体管51，如双极晶体管，以在电池组301、302和303充电后断开电池20。

举例来说，当电池组301、302和303在充电时，操作开关311、312、313、314和315，使得电池组301、302和303并联。从而，锌-空气电池20向电池组301、302和303中的每一个传递低强度电流。该电流可以通过调节晶体管51的基极电流I_b来调节。

相反地，当电池组301、302和303在放电时，操作开关311、312、313、314和315，使得电池组301、302和303串联。从而，输出电压在放电时很高。

这个实施例的优点在于，不需要在输出端设置升压器电路就可以提供高的输出电压。

图4示出了第四个实施例，其中，将锌-空气电池20用作电化学发电机。电池的输出电压通过电压适配器电路21升压。作为例子，电池输出端的0.9V至1.2V的电压被电路21升压到5.7V。

电能存储模块3包括四个串联的电池组30和一个电阻器31，该电阻器能够限制输出到需要进行充电的设备(未示出)的电流。

由电池组30供电的控制电路5以这种方式控制匹配电路，该方式使得如果电池组30的接线端的电压低于如5.4V，该匹配电路21允许电池20的功率传送到电池组30。相反地，如果电池组30充电完毕，其接线端的电压高于5.7V，而匹配电路21停止从电池20向电池组30传送功率。

根据本发明的一个不同的方面，充电器还包括一个输入端，该输入端可以连接到如USB端口或电源电压的外部电源上。举例来说，如果电化学发电机不能再提供能量，可以将这个外部电源用作第二发电机。外部电源通过匹配电路和止回二极管连接到电能存储模块，该匹配电路用于调节电压并限制电流。

在一个实施例中，使用了显示电池组和发电机的存储状态的测量仪器。

根据一个实施例，发电机或者可能是电能存储模块的控制电路为电子的，并且可以包括微控制器或者微处理器。从而，可以根据充电器使用的元件，即发电机、存储模块、或者需要充电的设备，对控制电路进行编程。可以根据用户的命令进行编程，例如，通过无线电命令、或者通过接线电缆传送的命令、或通过替换包含程序的存储器。

控制电路可以识别发电机、存储模块或者需要充电的设备的类型，以根据这些设备调整操作。举例来说，如果这些器件包括附着在其上的可以通过如无线电波或者通过与控制电路接触而进行通信的无线电标签或者芯片，则识别可以自动进行。

根据一个不同的实施例，发电机为热力发电机，其中热源为环境空气，而冷源为液态空气储存物。

Claims (10)

1.一种充电器(1)，包括：

电能存储模块(3)，该电能存储模块具有一个和外部电池组(41、42)相连的连接接口(31)；

发电机(2)，被以可控的方式提供电能，以在一工作点上为该存储模块(3)提供电能；

发电机(2)的控制装置(5)，用于在发电机(2)为存储模块(3)提供电能时，根据与存储模块的状态相关的信息(530)和与发电机的状态相关信息(520)调整发电机(2)的工作点。

2.根据权利要求1所述的充电器(1)，其特征在于，所述发电机为电化学发电机。

3.根据权利要求2所述的充电器(1)，其特征在于，所述发电机(2)的控制装置(5)被设计成根据与存储模块的状态相关的信息(530)控制发电机(2)中的化学反应。

4.根据权利要求2或3所述的充电器(1)，其特征在于，所述电化学发电机(2)包括一个燃料电池。

5.根据前述任一权利要求所述的充电器(1)，其特征在于，存储模块的连接接口包括一匹配电路(31)，以使该存储模块(3)的输出参数与电池组(41、42)的充电参数相匹配。

6.根据前述任一权利要求所述的充电器(1)，其特征在于，与存储模块(3)的状态相关的信息(530)包括其电量、温度、压力、输入端或输出端的电压或电流强度。

7.根据前述任一权利要求所述的充电器(1)，其特征在于，存储模块(3)包括多个存储元件(30、301、302、303)和开关装置(311、312、313、314、315)，其中所述开关装置在充电时并联所述存储元件(30、301、302、303)而放电时串联所述存储元件。

8.根据前述任一权利要求所述的充电器(1)，其特征在于，还包括利用外部电源为存储模块(3)充电的装置。

9.根据权利要求8所述的充电器(1)，其特征在于，所述外部电源包括电源连接电缆或者USB电缆。

10.根据前述任一权利要求所述的充电器(1)，其特征在于，所述发电机中(1)、所述存储模块(3)和所述外部电池组(41、42)中的至少一个包括用于向控制电路(5)提供数据的识别装置，所述控制电路(5)被设置为根据这些数据调整其控制。

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