專利名稱：用于對(duì)蓄電池進(jìn)行充電的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對(duì)充電蓄電池進(jìn)行充電的裝置，該裝置包括用于從外部供應(yīng)能量提供電流，并且用于以輸出電位差提供電流的裝置，和用于以所采用的電位差向要被充電的蓄電池提供充電電流的端子。
本發(fā)明還涉及對(duì)充電蓄電池進(jìn)行充電的方法，包括從外部源以輸出電位差提供電流，和以所采用的電位差向要被充電的蓄電池提供電流。
本發(fā)明還涉及使用如上文所述的裝置。
背景技術(shù)：
已知從外部供應(yīng)能量通過(guò)太陽(yáng)能電池板或其它裝置，諸如連接至電力網(wǎng)的變壓器和整流器，向蓄電池或電池充電。與此相關(guān)的問(wèn)題取決于外部供應(yīng)能量的供應(yīng)者。例如，在太陽(yáng)能電池板的情況下，必須具有充足的光線。在從電力網(wǎng)供應(yīng)的情況下，電流通常僅在高峰期之外便宜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供上述類型的裝置，該裝置以高效的方式減少了對(duì)外部供應(yīng)能量的依賴。
通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的裝置而實(shí)現(xiàn)了該目的，其特征在于該裝置設(shè)置有第二充電蓄電池，該第二充電蓄電池包括至少一個(gè)電化電池，其與提供電流的裝置串聯(lián)連接在端子之間，從而串聯(lián)連接的電位差大于電流供應(yīng)裝置的輸出電位差。
由于第二蓄電池與用于提供電流的裝置串聯(lián)連接，從而串聯(lián)連接的電位差大于電流供應(yīng)裝置的輸出電位差，用于供應(yīng)電流的裝置僅需要橋接較小的電位差。意外地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)使用包括至少一個(gè)電化電池的第二蓄電池使充電裝置能將相對(duì)高的功率傳遞至要被充電的蓄電池。從而較快地完成充電。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，用于供應(yīng)電流的裝置包括至少一個(gè)光生伏打電池。
該變形所具有獨(dú)立于電力網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
優(yōu)選地，用于供應(yīng)電流的裝置包括并聯(lián)連接的至少兩個(gè)電流生成電池，優(yōu)選光生伏打電池。
在該實(shí)施方式中，光生伏打裝置的特定有效表面面積進(jìn)行了最大化的使用。單個(gè)電池供應(yīng)的電流是相加的，所以即使在入射光等級(jí)較低的情況下也能傳遞較強(qiáng)的功率。其結(jié)果是，即使在低等級(jí)的入射光的情況下，也可較快地對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。從而還提高了靈敏度，同時(shí)縮短了充電時(shí)間。在很高等級(jí)入射光的情況下，要被充電的蓄電池的最大充電電壓不會(huì)被輕易的超過(guò)，因此具有耗散能量的電阻的分壓器是多余的。這樣的效果還能夠通過(guò)將入射熱輻射轉(zhuǎn)化為電能的裝置而實(shí)現(xiàn)。例如，在燃料電池中，通過(guò)并聯(lián)而獲得較緊湊，且仍然提供大電流的裝置。
優(yōu)選地第二充電蓄電池包括至少一個(gè)硫酸鉛電池。
該實(shí)施方式具有簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。電化電池提供了明確的電位差，因此裝置可被容易地設(shè)計(jì)成向要被充電的蓄電池提供必需的充電電壓。
優(yōu)選地，至少一個(gè)電化電池處于基本放完電的狀態(tài)。
令人吃驚的是發(fā)現(xiàn)可提供非常大的充電功率，因此要被充電的蓄電池可在很短的時(shí)間內(nèi)被充電。該效果是由于電能的第二蓄電池的電化電池中的化學(xué)平衡的恢復(fù)。
優(yōu)選地，電流供應(yīng)裝置被設(shè)置以提供在大致處于最大允許充電電壓和要被充電的蓄電池的放完電的欠載狀態(tài)電壓之間的差所界定的范圍中的輸出電位差。
這樣，外部能量供應(yīng)的差別不會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)最大充電電壓，或者過(guò)低的充電電壓。這提高了裝置的效率。
在優(yōu)選實(shí)施方式中，第二蓄電池具有的電位差等于或大于要被充電的蓄電池在放完電的欠載狀態(tài)時(shí)的端子電壓。
這樣，不需要另外的電壓源或放大器以獲得所需充電電壓。
根據(jù)另一方面，根據(jù)本發(fā)明的方法的特征在于包括至少一個(gè)電化電池的第二充電蓄電池與用于提供電流的裝置串聯(lián)連接在端子之間，從而串聯(lián)連接的電位差大于電流供應(yīng)裝置的輸出電位差。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，根據(jù)本發(fā)明的裝置用于對(duì)包括至少一個(gè)電化電池，優(yōu)選為硫酸鉛電池的充電蓄電池進(jìn)行充電。
這樣，相對(duì)高效地獲得了外部提供的能量。
具體實(shí)施例方式
在下文中將參考附圖
對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，其中以示意性的方式示出了用于對(duì)蓄電池進(jìn)行充電的裝置的實(shí)例。
圖中所示的裝置用作對(duì)電池1進(jìn)行充電的示意性的實(shí)例。因此，在上下文中表示包括至少一個(gè)電化電池的裝置。在電化電池中，在充電過(guò)程中電能被轉(zhuǎn)化成化學(xué)能，而在放電過(guò)程中化學(xué)能被轉(zhuǎn)化成電能。電池1優(yōu)選為硫酸鉛蓄電池，例如，車用電池。在這樣的蓄電池的電池中，如已知的，電極由鉛和氧化鉛(可能具有添加劑)制成，且電解液基本由硫酸組成。該裝置還可用于對(duì)如鎘鎳蓄電池和鈉硫蓄電池進(jìn)行充電。與硫酸鉛蓄電池相關(guān)的應(yīng)用較有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)檠b置的工作基本獨(dú)立于溫度，這將在下文中進(jìn)行說(shuō)明。硫酸鉛蓄電池，具體地車輛蓄電池形式，也適于在大溫度范圍內(nèi)工作。因此，要被充電的蓄電池和充電裝置的組件非常適用于在遠(yuǎn)程位置獲取外部供應(yīng)的能量。其它類型的蓄電池通常需要加熱裝置。
盡管該裝置優(yōu)選用于對(duì)如電池1進(jìn)行充電，然而其還可用于對(duì)其它充電蓄電池進(jìn)行充電。實(shí)例是一個(gè)或多個(gè)電容的組件，例如所謂的超電容器、燃料電池和超導(dǎo)電流回路。
為了對(duì)電池1進(jìn)行充電，將第一端子2連接至電池1的正極4，并將第二端子3連接至電池1的負(fù)極5。正極4是在使用中具有兩個(gè)電極4、5的最高電壓的電極。
通過(guò)用于供應(yīng)電流的裝置轉(zhuǎn)換提供的能量而提供電流。在該實(shí)例中，裝置包括光生伏打裝置6，其將光能轉(zhuǎn)化為電能。可選地，可使用風(fēng)車或熱電裝置。前者將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，而后者將熱能轉(zhuǎn)化為電能。替代這一點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)與電力網(wǎng)的連接，其中裝置6替換成變壓器和整流器的組合。如有需要，裝置還可包括用于放置一個(gè)或多個(gè)電池的支架，當(dāng)電池1已經(jīng)被充電時(shí)，不斷地對(duì)電池進(jìn)行更換。
在所示的實(shí)施方式中，光生伏打裝置6還具有正極端子7和負(fù)極端子8。在電流供應(yīng)過(guò)程中，形成了輸出電位差，該電位差在正極端子7和負(fù)極端子8之間，其中正極端子7具有較高電壓。
因?yàn)樵撾娏鬟€僅包括第二電池9，所以在所示的裝置中不需要與電力網(wǎng)的連接。第二電池9與光生伏打裝置6串聯(lián)連接，從而串聯(lián)連接的電位差大于光生伏打裝置6的輸出電位差。從而將這兩種電壓相加。由于沒(méi)有其它有源元件，所以充電電壓與總和電壓相等，阻止了端子2、3上的任何壓降。從而充電裝置被設(shè)置成使得在端子之間總和電壓基本可用。要被充電的電池1的負(fù)極5直接連接至第二電池9的負(fù)極10。其中要被充電的電池的正極直接連接至第二電池的正極，而用于供應(yīng)電流的裝置連接在負(fù)極之間的一種變形也是可行的。這樣的改變同樣運(yùn)行良好。很明顯，同等極性的電極的直接連接產(chǎn)生較高的充電電流，因此可快速地對(duì)需要充電的電池1進(jìn)行充電。
第二電池9優(yōu)選為硫酸鉛蓄電池，更優(yōu)選為牽引電池(tractionbattery)或者半牽引電池(semi-traction battery)。這樣的電池具有以下特性大部分的能含量，如在動(dòng)力電池的情況下約百分之八十，而在半牽引電池的情況下約百分之五十是有效可用的。這可通過(guò)將大量的厚鉛板作為電極而實(shí)現(xiàn)，從而電解液中的較大部分硫酸鹽被使用。由于該電池較不適合于以啟動(dòng)器電池的方式短暫地提供較大的電流，所以所存儲(chǔ)的能量?jī)H在較長(zhǎng)的時(shí)間段上變得可用。另外，第二電池9還可包括鎳金屬氫化物電池或者鋰離子電池，其可選地與電解電容器結(jié)合。因此，水溶鹽形式的電解質(zhì)不需要實(shí)現(xiàn)這里所說(shuō)明的有益效果。
為了測(cè)試本發(fā)明的原理，以示例性的方式使用具有以下特征值的電池標(biāo)稱電壓12V；充電電容74Ah(5小時(shí))；充電電容90Ah(20小時(shí))。
這表示電池可以以15安培的電流提供約12伏的電壓5小時(shí)，或者以4.5安培的電流提供約12伏的電壓20小時(shí)。研究顯示在充電過(guò)程中，電池顯示了相同的性能特征。測(cè)量還顯示以約12伏和45安培充電一小時(shí)之后電池完全充滿，表示即使繼續(xù)充電，開(kāi)路端子電壓實(shí)際上也不會(huì)繼續(xù)升高。還可以以約12伏和150安培對(duì)電池進(jìn)行充電。隨后，電池可以以約12伏和4.5安培放電20小時(shí)。
開(kāi)路端子電壓是電池能含量尺度，其中開(kāi)路端子是在充電后，在形成基本恒定的平衡狀態(tài)時(shí)的時(shí)間點(diǎn)測(cè)量。在基本完全充滿電的狀態(tài)下，與標(biāo)稱提供12伏電壓的示例性電池類似的電池的開(kāi)路端子電壓總數(shù)約12.8伏電壓。在基本放完電狀態(tài)，開(kāi)路端子電壓總數(shù)約為11.8伏。電池9包括在用于對(duì)電池進(jìn)行充電的裝置中，其中電池9處于開(kāi)路端子電壓的值與放完電狀態(tài)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)，在放完電狀態(tài)下電池通常無(wú)法獨(dú)立作為能量源工作。然而，通過(guò)使用如圖所示的結(jié)構(gòu)，電池9的化學(xué)平衡受到影響，從而電流流過(guò)蓄電池9且要被充電的電池1被充電。此外，對(duì)欠載的空電池進(jìn)行測(cè)量，得到的電位差為10.8伏。在充電過(guò)程中，欠載的端子電壓為13.8伏。
在具有上述特性的電池的實(shí)驗(yàn)中，空電池被連接至開(kāi)路端子電壓為11.8伏的負(fù)載。幾小時(shí)之后，開(kāi)路端子電壓下降至0.13伏，然而24小時(shí)后其自身形成大致恒定的平衡狀態(tài)。
光生伏打裝置6包括光生伏打電池(未示出)，該光生伏打電池的每個(gè)提供在0.35伏至0.65伏的范圍內(nèi)，平均0.45伏的電壓。光生伏打裝置6包括并聯(lián)連接的至少兩個(gè)光生伏打電池。在該并聯(lián)連接的各個(gè)分支中，多個(gè)光生伏打電池可串聯(lián)連接，以在正和負(fù)端子7、8提供預(yù)期范圍內(nèi)的輸出電壓。該預(yù)期范圍大致在電池1的最大允許充電電流和放完電狀態(tài)的電位差之間的差所界定的范圍內(nèi)。例如，對(duì)于常規(guī)硫酸鉛蓄電池，最大充電電流是在范圍12.8伏至13.8伏之間的值。放完電狀態(tài)的電位差是在約10.8伏的范圍內(nèi)的值。通過(guò)在并聯(lián)連接的每個(gè)分支中串聯(lián)連接至少兩個(gè)光生伏打電池，在一些優(yōu)選變形中為六個(gè)光生伏打電池，從而可保證在不同光強(qiáng)度的電壓變化基本不會(huì)引起充電過(guò)程的中斷?？蛇x地，對(duì)于短期連續(xù)充電，可在并聯(lián)連接的每個(gè)分支中僅包括有一個(gè)光生伏打電池。由第二電池9提供剩下的電位差。在第二電池9與要被充電的電池1是相同類型且以放完電狀態(tài)被包括在電路中的情況下，這是自動(dòng)的情況，而無(wú)需其它控制。應(yīng)指出，如果光電裝置被熱伏打裝置替換，那么可有利地應(yīng)用相同的設(shè)計(jì)原理，其中熱伏打裝置包括使用塞貝克效應(yīng)以將熱轉(zhuǎn)換為電流的電池。
由于僅有少量的光生伏打電池串聯(lián)連接，所以每單元表面面積會(huì)產(chǎn)生更大的充電電流。甚至已經(jīng)證明可在月光下對(duì)電池進(jìn)行充電。
在使用如上特征的示例性第二電池9進(jìn)行充電的過(guò)程中，第二電池9的電位差在充電過(guò)程中大幅降低。在充電后的短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)原始的電位差。在充電后，充電的電池1自然地具有較高的電壓水平。通過(guò)使用對(duì)第一電池1進(jìn)行充電的裝置，將更將良好地使用第二蓄電池的能含量。這產(chǎn)生了經(jīng)濟(jì)效益。
所示出的實(shí)施方式具有簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)例中，如上文中所述，第二電池9也是硫酸鉛電池，其與要被充電的電池的類型大致相同。這具有的裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。在另外的實(shí)施方式中，第二充電蓄電池包括這樣的電池的并聯(lián)連接，或者具有較低標(biāo)稱電位差的電池的串聯(lián)連接。第二電池9還可以是膠體電池。此外，除了具有電化電池的蓄電池以外，還可使用超電容器或燃料電池。
本發(fā)明不限于上述實(shí)施方式，其可在附屬權(quán)利要求的范圍內(nèi)進(jìn)行修改。在電路中，以及在光生伏打裝置6中還可包括繼電器或其它開(kāi)關(guān)元件。在為蓄電池充電的方法的某些變形中，在向要被充電的電池1提供電流后將脈沖，優(yōu)選電流脈沖傳送通過(guò)第二電池9，至少部分地適于晶體的反向形成。
權(quán)利要求
1.一種用于對(duì)充電蓄電池(1)進(jìn)行充電的裝置，包括用于從外部供應(yīng)的能量提供電流，并用于以輸出電位差提供電流的裝置(6)，和用于以所采用的電位差向要被充電的蓄電池(1)提供充電電流的端子(2、3)，其特征在于所述裝置設(shè)置有第二充電蓄電池(9)，所述第二充電蓄電池(9)包括至少一個(gè)電化電池，所述至少一個(gè)電化電池與用于提供電流的所述裝置(6)串聯(lián)連接在所述端子(2、3)之間，從而所述串聯(lián)連接的電位差大于電流供應(yīng)裝置的所述輸出電位差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中用于提供電流的所述裝置(6)包括至少一個(gè)光生伏打電池。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，其中用于提供電流的所述裝置(6)包括并聯(lián)連接的至少兩個(gè)電流生成電池，優(yōu)選光生伏打電池。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述第二充電蓄電池(9)包括至少一個(gè)硫酸鉛電池。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述第二充電蓄電池包括至少一個(gè)牽引電池或半牽引電池。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中至少一個(gè)所述電化電池處于基本放完電狀態(tài)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述端子(2、3)中的一個(gè)將已連接的要被充電的蓄電池的正極端子(4)直接連接至第二蓄電池(9)的正極端子(10)。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一權(quán)利要求所述的裝置，其中所述電流供應(yīng)裝置(6)被設(shè)置以提供在基本處于要被充電的所述蓄電池(1)的最大允許充電電壓與放完電的欠載狀態(tài)下的電壓之間的差所界定的范圍內(nèi)的范圍中的輸出電位差。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中第二蓄電池(9)具有的電位差等于或大于要被充電的蓄電池(1)在放完電的欠載狀態(tài)時(shí)的端子電壓。
10.一種對(duì)充電蓄電池(1)進(jìn)行充電的方法，包括從外部源以輸出電位差提供電流，和以所采用的電位差向要被充電的蓄電池(1)提供充電電流，其特征在于包括至少一個(gè)電化電池的第二充電蓄電池(9)與用于提供電流的裝置(6)串聯(lián)連接在端子(2、3)之間，從而所述串聯(lián)連接的電位差大于電流供應(yīng)裝置的所述輸出電位差。
11.使用根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一權(quán)利要求所述裝置對(duì)包括至少一個(gè)電化電池，優(yōu)選為硫酸鉛電池的充電蓄電池(1)進(jìn)行充電。
全文摘要
用于對(duì)充電蓄電池(1)進(jìn)行充電的裝置，包括用于從外部供應(yīng)能量提供電流且以輸出電位差提供電流的裝置，以及用于以所采用的電位差將充電電流提供至要被充電的蓄電池(1)的端子。裝置設(shè)置有包括至少一個(gè)電化電池的第二充電蓄電池(9)，其與用于提供電流的裝置(6)串聯(lián)連接在端子(2、3)之間，從而串聯(lián)連接的電位差大于電流供應(yīng)裝置的輸出電位差。
文檔編號(hào)H02J7/35GK101061619SQ200580039570
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2005年10月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月14日
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