CN112054718A - 一种温差发电的灶具电源***及其充电管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种温差发电的灶具电源***及其充电管理方法，该***包括灶具主体，灶具主体上设置有温差发电单元、用于供电点火的电池盒、与温差发电单元、电池盒连接的充电管理模块、以及与电池盒连接的脉冲点火模块，温差发电单元安装在燃气灶主体的温升部件上，用于根据温升部件的温差信号将热能转换成电能，通过产生的电能对电池盒进行充电，充电管理模块用来控制电池盒正向充电，并在检测到电池盒电量充满时控制温差发电单元停止工作或切断充电回路。本发明的方法采用上述的***进行充电管理。本发明利用燃气灶燃烧过程释放的热量来进行充电，无需经常更换电池，可以循环使用并保证使用安全。

Description

一种温差发电的灶具电源***及其充电管理方法

技术领域

本发明涉及家用燃气灶具技术领域，尤其涉及一种温差发电的灶具电源***以及应用于该***的充电管理方法。

背景技术

温差发电是根据塞贝克效应直接将热能转化为电能，半导体温差发电片因具有无噪音、无污染、无磨损、重量轻，使用寿命长等优点，可以运用于各种余热的回收利用。但长期以来，由于受热电转换效率的制约和成本的限制，温差发电技术主要应用在航天和军事等尖端领域。近年来，一批高性能热电转换材料的出现，为温差发电技术在工业和民用产业的应用提供了可能。

气灶是常用的厨房设备，燃气灶的控制装置以及点火针等电气元件通常使用干电池或碱性电池供电。由于干电池或碱性电池寿命较短，电池需要经常更换，不便于用户使用。同时，燃气灶在燃烧的过程中，释放大量的热量，其中40％左右的热量由烟气带走和散热直接浪费。

此外，电池电量有限，因此燃气灶在使用一段时间后当电池电量低于一定值时，燃气灶点火等功能就不能正常工作，因此用户在燃气灶的使用过程中需要频繁的更换电池，一方面增加使用成本，另一方面换下的电池回收不当对环境也会造成污染，因此非常有必要对燃气灶供电结构进行改进。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种利用燃气灶燃烧过程释放的热量来进行充电，无需经常更换电池，可以循环使用并保证使用安全的温差发电的灶具电源***。

本发明的另一目的在于提供一种利用燃气灶燃烧过程释放的热量来进行充电，无需经常更换电池，可以循环使用并保证使用安全的温差发电的灶具电源***的充电管理方法。

为了实现上述的主要目的，本发明提供的一种温差发电的灶具电源***，其包括灶具主体，所述灶具主体上设置有温差发电单元、用于供电点火的电池盒、与所述温差发电单元、所述电池盒连接的充电管理模块、以及与所述电池盒连接的脉冲点火模块，所述温差发电单元安装在所述燃气灶主体的温升部件上，用于根据所述温升部件的温差信号将热能转换成电能，通过产生的电能对所述电池盒进行充电，所述充电管理模块用来控制所述电池盒正向充电，并在检测到所述电池盒电量充满时控制所述温差发电单元停止工作或切断充电回路。

进一步的方案中，所述燃气灶主体的至少一个所述温升部件安装有所述温差发电单元，所述温升部件为所述燃气灶主体炉头上的火盖、燃烧盘或其他在燃气灶工作时有温升的部件上。

更进一步的方案中，所述温差发电单元包括相互串联的温差发电模块以及升压恒流模块。

更进一步的方案中，所述温差发电模块包括导热面、散热面和温差发电片，所述温差发电片夹设在所述导热面和所述散热面之间。

更进一步的方案中，所述升压恒流模块包括第一升压芯片、第二升压芯片，所述第一升压芯片的输入端与所述第二升压芯片的输入端之间依次连接有第一电感、第一滤波电容、第二滤波电容以及第二电感，所述第一滤波电容与所述第二滤波电容并联并接入电源输入端，所述第一升压芯片的输出端与第一电源输出端连接，所述第二升压芯片的输出端与第二电源输出端连接。

更进一步的方案中，所述充电管理模块包括充电管理芯片、第一三极管、第一场效应管、限流电阻、充电指示灯，所述充电管理芯片的第一引脚连接至所述第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极连接至所述第一场效应管的栅极，所述第一场效应管的源极通过所述限流电阻连接至所述电池盒的供电端。

更进一步的方案中，所述电池盒连接至所述脉冲点火模块，用于为所述脉冲点火模块持续供电。

更进一步的方案中，所述电池盒连接至所述充电管理模块，用于储存所述充电管理模块输出的电能，并将储存的电能限定为预先设定的额定电压值，以供灶具内部电路使用。

为了实现上述的另一目的，本发明提供的一种温差发电的灶具电源***的充电管理方法，所述温差发电的灶具电源***是采用上述的温差发电的灶具电源***，所述充电管理方法包括：温差发电模块的导热面与燃气灶燃烧时有温升的部件接触，当燃气灶被点燃后，燃气灶火焰热量传递到灶面，灶面的温度升高，由温差发电模块的导热面吸收燃气灶工作时温升部件周围的热量，在温差发电模块的导热面和散热面之间产生温差，由温差发电模块的导热面通过传递热量到温差发电片，并通过赛贝克效应产生输出电压，温差发电片的输出电压经升压恒流模块升压并稳压后输出充电电压给电池盒进行充电，由充电管理模块控制电池盒正向充电，并实时检测电池盒内充电电压作为反馈，在检测到电池盒电量充满时控制温差发电单元停止工作或切断充电回路。

进一步的方案是，由充电管理模块实时监控电池盒充电时的电量状态，在电池盒处于充电状态时，启动充电指示灯以提示充电状态；当电池盒电量达到满电状态时，由充电管理模块控制切断充电回路，同时关闭充电指示灯以提示满电状态。

更进一步的方案是，当温差发电模块的低电压经升压恒流模块提升至充电电压后，输出电压至充电管理芯片，使充电管理芯片进入正常运行状态，判断电池盒内电池的电压状态，如电池电压小于预先设定的阈值时，判断为缺电状态，充电管理芯片控制信号输出引脚输出高电平至第一开关的基极，第一三极管、第一场效应管均导通，控制充电回路正常导通，由充电管理芯片控制电池盒正向充电，同时闪烁充电指示灯，以提示电池盒处于充状态电，其中，充电管理芯片通过比较升压恒流模块与电池的电压压差大小作为判断是否已达到充电条件的依据。

更进一步的方案是，如电池电压大于预先设定的阈值时，判断为满电状态，充电管理芯片控制信号输出引脚无输出，第一三极管、第一场效应管均截止，控制切断充电回路，同时充电指示灯常亮以提示电池盒为满电状态。

更进一步的方案是，当充电回路电流值超过预先设定的阈值时，即可确定充电回路过载，充电管理芯片控制信号输出引脚输出低电平，第一三极管截止，并控制切断充电回路。

更进一步的方案是，当需要较大的电流或者电压时，在燃气灶主体的温升部件上可安装多片温差发电片，采用多片结构时，各片温差发电片之间采用并联或者串联的方式连接。

由此可见，本发明在家用燃气灶具的火盖/燃烧盘上或靠近火盖/燃烧盘处安装有温差发电模块，利用燃烧产生的热量加热半导体温差发电片的导热面，从而使半导体温差发电片的两端面形成温差而产生了电压，把温差发电片提供的电能通过升压电路，将电能电压提升到可以满足蓄能电池的安全电压及充电管理模块的工作电压，经充电管理模块对电池盒内的充电电池充电，充电电池为家用燃气灶具的控制***供电，补偿燃气灶工作时所消耗的电池电量，达到无需更换电池的目的，解决了现有燃气灶使用过程中需要经常更换电池的难题。

此外，充电管理芯片实时监测电池充电时的电量状态，充电时，启动充电指示灯，告知用户电池盒正在处于充电状态；当电池电量到达满电状态，自动切断充电回路，同时关闭充电指示灯，告知用户此时电池电量已经充满。

附图说明

图1是本发明一种温差发电的灶具电源***实施例的原理图。

图2是本发明一种温差发电的灶具电源***实施例中升压恒流模块的电路原理图。

图3是本发明一种温差发电的灶具电源***实施例中第二温差发电单元的升压恒流模块的电路原理图。

图4是本发明一种温差发电的灶具电源***实施例中充电管理模块的电路原理图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

一种温差发电的灶具电源***实施例：

参见图1，本发明的温差发电的灶具电源***包括灶具主体，灶具主体上设置有温差发电单元10、用于供电点火的电池盒20、与温差发电单元10、电池盒20连接的充电管理模块30、以及与电池盒20连接的脉冲点火模块40，温差发电单元10安装在燃气灶主体的温升部件100上，用于根据温升部件100的温差信号将热能转换成电能，通过产生的电能对电池盒20进行充电，充电管理模块30用来控制电池盒20正向充电，并在检测到电池盒20电量充满时控制温差发电单元10停止工作或切断充电回路。

在本实施例中，燃气灶主体的至少一个温升部件100安装有温差发电单元10，温升部件100为燃气灶主体炉头上的火盖、燃烧盘或其他在燃气灶工作时有温升的部件上。例如，在燃气灶的左燃烧盘上或附近安装一个或多个温差发电单元10，在燃气灶的右燃烧盘上或附近安装一个或多个温差发电单元10，如安装在燃气灶的左燃烧盘上的第一温差发电单元10和安装在燃气灶的右燃烧盘上的第二温差发电单元10。

在本实施例中，温差发电单元10包括相互串联的温差发电模块11以及升压恒流模块12。其中，温差发电模块11包括导热面、散热面和温差发电片，温差发电片夹设在导热面和散热面之间。优选的，温差发电片为半导体温差发电片。可见，通过配置有半导体温差发电片，使得当半导体温差发电片两侧的温度存在一定的差值时，便在电路回路中产生电流，然而该电流对应的电压较低，不适于对电池模块充电，因此在半导体温差发电单元10之后配置有相应的升压恒流模块12后使得经升压恒流模块12输出的电压适于给电池充电并且电流较稳定。

当然，半导体温差发电片可安装在燃气灶的灶面上，半导体温差发电片3可安装在燃气灶工作时有较大温升的部件上，有较大温升的部件可以是但不限于是灶面、炉头等，均属于本发明的保护范围。

参见图2，升压恒流模块12包括第一升压芯片IC1、第二升压芯片IC2，第一升压芯片IC1的输入端与第二升压芯片IC2的输入端之间依次连接有第一电感L1、第一滤波电容C1、第二滤波电容E1以及第二电感L2，第一滤波电容C1与第二滤波电容E1并联并接入电源输入端VIN，第一升压芯片IC1的输出端与第一电源输出端VDD1连接，第二升压芯片IC2的输出端与第二电源输出端VDD连接。

本实施例的第一温差发电单元和第二温差发电单元的电路结构相同，只是升压恒流模块12是独立的，第二温差发电单元的升压恒流模块包括滤波电容E3、C4、电感L2、L4及升压芯片IC3、IC4，如图3所示。

参见图4，充电管理模块30包括充电管理芯片U1、第一三极管Q1、第一场效应管Q2、限流电阻R1、充电指示灯LED1，充电管理芯片U1的第一引脚连接至第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的集电极连接至第一场效应管Q2的栅极，第一场效应管Q2的源极通过限流电阻R1连接至电池盒20的供电端。作为优选，充电管理芯片U1为R5F1026A微控制器。

在本实施例中，电池盒20连接至充电管理模块30，用于储存充电管理模块30输出的电能，并将储存的电能限定为预先设定的额定电压值，以供灶具内部电路使用。电池盒20连接至脉冲点火模块40，用于为脉冲点火模块40持续供电。其中，脉冲点火模块40为脉冲点火器，充电管理模块30可以控制脉冲点火器放电，控制脉冲点火器的开启和关闭，使用脉冲点火器将灶具内的气体点燃。

在实际应用中，将温差发电模块11的低电压经滤波电容E1、C1、电感L1、L3及升压芯片IC1、IC2、提升到3.3V电压，第一升压芯片IC1提升后的电压提供给充电管理芯片U1，使充电管理芯片U1进入正常运行状态，此时充电管理芯片U1判断所接的电池电压状态，如电池电压大于2.7V时，判断为满电状态，芯片20脚无输出，第一三极管Q1不导通，第一场效应管Q2也不导通，升压后的电压不给电池充电，同时通过充电指示灯LED1常亮告知用户，电池为满电状态；如电池电压小于2.4V，则判断为缺电状态，芯片20脚输出高电平，第一三极管Q1导通，第一场效应管Q2也导通，升压后的电压经过限流电阻R1给电池充电；同时通过充电指示灯LED1闪亮告知用户，电池处于缺电状态，正在给电池充电；单片机会记忆上一次的状态，如上次为满电，本次先以满电状态提示，当检测到电池电压低于2.4V是，则进入充电状态。

由此可见，本发明在家用燃气灶具的火盖/燃烧盘上或靠近火盖/燃烧盘处安装有温差发电模块11，利用燃烧产生的热量加热半导体温差发电片的导热面，从而使半导体温差发电片的两端面形成温差而产生了电压，把温差发电片提供的电能通过升压电路，将电能电压提升到可以满足蓄能电池的安全电压及充电管理模块30的工作电压，经充电管理模块30对电池盒20内的充电电池充电，充电电池为家用燃气灶具的控制***供电，补偿燃气灶工作时所消耗的电池电量，达到无需更换电池的目的，解决了现有燃气灶使用过程中需要经常更换电池的难题。

此外，充电管理芯片U1实时监测电池充电时的电量状态，充电时，启动充电指示灯，告知用户电池盒20正在处于充电状态；当电池电量到达满电状态，自动切断充电回路，同时关闭充电指示灯，告知用户此时电池电量已经充满。

一种温差发电的灶具电源***的充电管理方法实施例：

一种温差发电的灶具电源***的充电管理方法，应用于上述的温差发电的灶具电源***，本发明的方法包括温差发电模块11的导热面与燃气灶燃烧时有温升的部件接触，当燃气灶被点燃后，燃气灶火焰热量传递到灶面，灶面的温度升高，由温差发电模块11的导热面吸收燃气灶工作时温升部件100周围的热量，在温差发电模块11的导热面和散热面之间产生温差，由温差发电模块11的导热面通过传递热量到温差发电片，并通过赛贝克效应产生输出电压，温差发电片的输出电压经升压恒流模块12升压并稳压后输出充电电压给电池盒20进行充电，由充电管理模块30控制电池盒20正向充电，并实时检测电池盒20内充电电压作为反馈，在检测到电池盒20电量充满时控制温差发电单元10停止工作或切断充电回路。

进一步的，由充电管理模块30实时监控电池盒20充电时的电量状态，在电池盒20处于充电状态时，启动充电指示灯以提示充电状态；当电池盒20电量达到满电状态时，由充电管理模块30控制切断充电回路，同时关闭充电指示灯以提示满电状态。

进一步的，当温差发电模块11的低电压经升压恒流模块12提升至充电电压后，输出电压至充电管理芯片U1，使充电管理芯片U1进入正常运行状态，判断电池盒20内电池的电压状态，如电池电压小于预先设定的阈值时，判断为缺电状态，充电管理芯片U1控制信号输出引脚输出高电平至第一开关的基极，第一三极管、第一场效应管均导通，控制充电回路正常导通，由充电管理芯片U1控制电池盒20正向充电，同时闪烁充电指示灯，以提示电池盒20处于充状态电，其中，充电管理芯片U1通过比较升压恒流模块12与电池的电压压差大小作为判断是否已达到充电条件的依据。

进一步的，如电池电压大于预先设定的阈值时，判断为满电状态，充电管理芯片U1控制信号输出引脚无输出，第一三极管、第一场效应管均截止，控制切断充电回路，同时充电指示灯常亮以提示电池盒20为满电状态。

进一步的，当充电回路电流值超过预先设定的阈值时，即可确定充电回路过载，充电管理芯片U1控制信号输出引脚输出低电平，第一三极管截止，并控制切断充电回路。

进一步的，当需要较大的电流或者电压时，在燃气灶主体的温升部件100上可安装多片温差发电片，采用多片结构时，各片温差发电片之间采用并联或者串联的方式连接。

由此可见，本发明在家用燃气灶具的火盖/燃烧盘上或靠近火盖/燃烧盘处安装有温差发电模块11，利用燃烧产生的热量加热半导体温差发电片的导热面，从而使半导体温差发电片的两端面形成温差而产生了电压，把温差发电片提供的电能通过升压电路，将电能电压提升到可以满足蓄能电池的安全电压及充电管理模块30的工作电压，经充电管理模块30对电池盒20内的充电电池充电，充电电池为家用燃气灶具的控制***供电，补偿燃气灶工作时所消耗的电池电量，达到无需更换电池的目的，解决了现有燃气灶使用过程中需要经常更换电池的难题。

此外，充电管理芯片U1实时监测电池充电时的电量状态，充电时，启动充电指示灯，告知用户电池盒20正在处于充电状态；当电池电量到达满电状态，自动切断充电回路，同时关闭充电指示灯，告知用户此时电池电量已经充满。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种温差发电的灶具电源***，包括灶具主体，其特征在于：

所述灶具主体上设置有温差发电单元、用于供电点火的电池盒、与所述温差发电单元、所述电池盒连接的充电管理模块、以及与所述电池盒连接的脉冲点火模块，所述温差发电单元安装在所述燃气灶主体的温升部件上，用于根据所述温升部件的温差信号将热能转换成电能，通过产生的电能对所述电池盒进行充电，所述充电管理模块用来控制所述电池盒正向充电，并在检测到所述电池盒电量充满时控制所述温差发电单元停止工作或切断充电回路。

2.根据权利要求1所述的灶具电源***，其特征在于：

所述燃气灶主体的至少一个所述温升部件安装有所述温差发电单元，所述温升部件为所述燃气灶主体炉头上的火盖、燃烧盘或其他在燃气灶工作时有温升的部件上。

3.根据权利要求1所述的灶具电源***，其特征在于：

所述温差发电单元包括相互串联的温差发电模块以及升压恒流模块。

4.根据权利要求3所述的灶具电源***，其特征在于：

所述温差发电模块包括导热面、散热面和温差发电片，所述温差发电片夹设在所述导热面和所述散热面之间。

5.根据权利要求3所述的灶具电源***，其特征在于：

所述升压恒流模块包括第一升压芯片、第二升压芯片，所述第一升压芯片的输入端与所述第二升压芯片的输入端之间依次连接有第一电感、第一滤波电容、第二滤波电容以及第二电感，所述第一滤波电容与所述第二滤波电容并联并接入电源输入端，所述第一升压芯片的输出端与第一电源输出端连接，所述第二升压芯片的输出端与第二电源输出端连接。

6.根据权利要求1至5任一项所述的灶具电源***，其特征在于：

所述充电管理模块包括充电管理芯片、第一三极管、第一场效应管、限流电阻、充电指示灯，所述充电管理芯片的第一引脚连接至所述第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极连接至所述第一场效应管的栅极，所述第一场效应管的源极通过所述限流电阻连接至所述电池盒的供电端。

7.根据权利要求1至5任一项所述的灶具电源***，其特征在于：

所述电池盒连接至所述脉冲点火模块，用于为所述脉冲点火模块持续供电。

8.根据权利要求1至5任一项所述的灶具电源***，其特征在于：

所述电池盒连接至所述充电管理模块，用于储存所述充电管理模块输出的电能，并将储存的电能限定为预先设定的额定电压值，以供灶具内部电路使用。

9.一种温差发电的灶具电源***的充电管理方法，其特征在于，所述温差发电的灶具电源***是采用上述权利要求1至8任一项所述的温差发电的灶具电源***，所述控制方法包括：

温差发电模块的导热面与燃气灶燃烧时有温升的部件接触，当燃气灶被点燃后，燃气灶火焰热量传递到灶面，灶面的温度升高，由温差发电模块的导热面吸收燃气灶工作时温升部件周围的热量，在温差发电模块的导热面和散热面之间产生温差，由温差发电模块的导热面通过传递热量到温差发电片，并通过赛贝克效应产生输出电压，温差发电片的输出电压经升压恒流模块升压并稳压后输出充电电压给电池盒进行充电，由充电管理模块控制电池盒正向充电，并实时检测电池盒内充电电压作为反馈，在检测到电池盒电量充满时控制温差发电单元停止工作或切断充电回路。

10.根据权利要求9所述的充电管理方法，其特征在于：

由充电管理模块实时监控电池盒充电时的电量状态，在电池盒处于充电状态时，启动充电指示灯以提示充电状态；当电池盒电量达到满电状态时，由充电管理模块控制切断充电回路，同时关闭充电指示灯以提示满电状态。

11.根据权利要求9所述的充电管理方法，其特征在于：

当温差发电模块的低电压经升压恒流模块提升至充电电压后，输出电压至充电管理芯片，使充电管理芯片进入正常运行状态，判断电池盒内电池的电压状态，如电池电压小于预先设定的阈值时，判断为缺电状态，充电管理芯片控制信号输出引脚输出高电平至第一开关的基极，第一三极管、第一场效应管均导通，控制充电回路正常导通，由充电管理芯片控制电池盒正向充电，同时闪烁充电指示灯，以提示电池盒处于充状态电，其中，充电管理芯片通过比较升压恒流模块与电池的电压压差大小作为判断是否已达到充电条件的依据。

12.根据权利要求11所述的充电管理方法，其特征在于：

如电池电压大于预先设定的阈值时，判断为满电状态，充电管理芯片控制信号输出引脚无输出，第一三极管、第一场效应管均截止，控制切断充电回路，同时充电指示灯常亮以提示电池盒为满电状态。

13.根据权利要求12所述的充电管理方法，其特征在于：

当充电回路电流值超过预先设定的阈值时，即可确定充电回路过载，充电管理芯片控制信号输出引脚输出低电平，第一三极管截止，并控制切断充电回路。

14.根据权利要求9或10所述的充电管理方法，其特征在于：

当需要较大的电流或者电压时，在燃气灶主体的温升部件上可安装多片温差发电片，采用多片结构时，各片温差发电片之间采用并联或者串联的方式连接。

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