專利名稱：用于對蓄電池進(jìn)行充電的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于對充電蓄電池進(jìn)行充電的裝置，包括用于通 過轉(zhuǎn)化外部供應(yīng)的處于不同于電能的形式的能量而產(chǎn)生電流，并且以 輸出電位差提供電流的裝置，和用于以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)明還涉及對充電蓄電池進(jìn)行充電的方法，包括通過轉(zhuǎn)化外部 供應(yīng)的不同于電能的形式的能量而產(chǎn)生電流，并且以輸出電位差提供 電流，以及以采用的電位差向要被充電的蓄電池提供充電電流。本發(fā)明還涉及這樣的裝置的使用。
背景技術(shù)：
己知可通過太陽能電池板對蓄電池或電池進(jìn)行充電。與此相關(guān)的問題在于單個(gè)光生伏打電池所提供的電壓約為0.45 V，該電壓不足以 為最常用的電池和蓄電池充電。因此，太陽能電池板大致包括串聯(lián)連 接的光生伏打電池。其缺點(diǎn)在于在較少入射光的情況下提供很少的能 量，從而充電占用了很長時(shí)間。此外，串聯(lián)連接的電池的電壓總和常 常仍然太低。由于所發(fā)生的能量損耗，將并聯(lián)連接的光生伏打電池與 電壓放大器結(jié)合也不能以令人滿意的方式緩解這個(gè)問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供上述類型的裝置，該裝置在外部供應(yīng)的低強(qiáng) 度的不同于電能形式的能量情況下，也能以簡單的方式相對快速且有 效對蓄電池進(jìn)行充電。通過根據(jù)本發(fā)明的裝置而實(shí)現(xiàn)了該目的，根據(jù)本發(fā)明的裝置特征 在于該裝置設(shè)置有第二充電蓄電池，該第二蓄電池與用于產(chǎn)生電流的 裝置串聯(lián)連接在端子之間，從而整個(gè)串聯(lián)連接的電位差大于電流生成 裝置的輸出電位差。由于第二蓄電池與用于產(chǎn)生電流的裝置串聯(lián)連接，從而整個(gè)串聯(lián) 連接的電位差大于電流生成裝置的輸出電位差，電壓放大器或由類似 電流產(chǎn)生元件串聯(lián)連接組成的電流生成裝置的使用是多余的。該裝置 對用于提供足夠高的充電電壓的外部能量供應(yīng)的依賴大大降低。在優(yōu)選實(shí)施方式中，用于提供電流的裝置至少包括一個(gè)光生伏打 電池。這樣的變形具有獨(dú)立于電力網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)選地，用于提供電流的裝置包括至少兩個(gè)并聯(lián)連接的電流生成 電池，該電池優(yōu)選為光生伏打電池。在該實(shí)施方式中，對光生伏打裝置的可用表面面積進(jìn)行最大程度 利用。單個(gè)電池供應(yīng)的電流相加，因此即使在弱水平的入射光也能傳 遞較高的功率。其結(jié)果為，即使在弱入射光的時(shí)候，也可快速地對蓄 電池進(jìn)行充電。因此提高了敏感性且同時(shí)縮短了充電時(shí)間。在很強(qiáng)的 入射光的時(shí)候，要被充電的蓄電池的最大充電電壓不會(huì)被輕易的超過， 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 將入射的熱福射轉(zhuǎn)化為電能的裝置而實(shí)現(xiàn)。例如在燃料電池中，通過 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)電化電池，更優(yōu)選地包括 至少一個(gè)硫酸鉛電池。該實(shí)施方式具有簡單的優(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，電流生成裝置被設(shè)置成提供在大致處于被充電的蓄電池 的最大允許充電電壓和要在放完電狀態(tài)下的電壓之間的差所界定的范 圍內(nèi)的范圍中的輸出電壓。這樣，外部能量供應(yīng)的差別不會(huì)導(dǎo)致長期超過最大充電電壓，或 者過低的充電電壓。這提高了裝置的效率。在優(yōu)選實(shí)施方式中，第二蓄電池具有等于或大于當(dāng)要被充電的蓄 電池在處于放完電的欠載狀態(tài)時(shí)的端子電壓的電位差。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，第二充電蓄電池 與用于提供電流的裝置串聯(lián)連接在要被充電的蓄電池的端子之間，從而整個(gè)串聯(lián)連接的電位差大于所產(chǎn)生的輸出電位差。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，根據(jù)本發(fā)明的裝置用于為硫酸鉛電池充電。
具體實(shí)施方式
在下文中將參考附圖
對本發(fā)明進(jìn)行說明，其中以示意性的方式示 出了用于對蓄電池進(jìn)行充電的裝置的實(shí)例。圖中所示的裝置在對電池1進(jìn)行充電的示意性實(shí)例中使用。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 電過程中電能被轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，而在放電過程中將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。 電池1優(yōu)選為硫酸鉛蓄電池，例如，用于車輛的蓄電池。在這樣的電 池的單元中，如已知的，電極由鉛和氧化鉛(可加入添加劑)制成， 且電解液基本由硫酸組成。該裝置還可用于對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，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)選用于對如電池1進(jìn)行充電，然而其還可用于對其 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。用于提供電流的裝置通過對外部供應(yīng)的不同于電能形式的能量進(jìn) 行轉(zhuǎn)化而提供電流。在該實(shí)例中，該裝置包括光生伏打裝置6，該光生 伏打裝置6將光能轉(zhuǎn)化為電能?？蛇x地，可使用風(fēng)車或熱電裝置。前 者將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，而后者將熱轉(zhuǎn)化為電能。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)過程 中，建立了輸出電位差，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具有較高電位。因?yàn)樵撾娐愤€僅包括第二電池9，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，從而整個(gè)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。 由于沒有其它有源元件，所以充電電壓與總電壓相等，防止了端子2、 3上的任何壓降。從而充電裝置設(shè)置成總電壓在端子之間基本可用。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，且用于提供電流的裝 置連接在負(fù)極之間的變形也是可行的。這樣的變形同樣運(yùn)行良好。已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)相同極性的電極的直接連接產(chǎn)生高的充電電流，因而快速地對 要被充電的電池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(traction battery)或者半牽'引電池(semi-traction battery)。這樣的蓄電、池具有如 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的能含量是有效可用的。這可通 過將大量的厚鉛板作為電極，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)的能量僅在較長的時(shí)間段上變得可用。光生伏打裝置6包括光生伏打電池(未示出)的組件，其每個(gè)提 供在0.35 V至0.65 V的范圍內(nèi)的電壓，平均0.45V。光生伏打裝置6 包括至少兩個(gè)并聯(lián)連接的光生伏打電池。在并聯(lián)連接的每個(gè)分支中， 多個(gè)光生伏打電池可被串聯(lián)連接，以在正和負(fù)端子7、 8之間提供預(yù)期 范圍內(nèi)的輸出電壓。該預(yù)期范圍大致存在于最大允許充電電流和電池1 的放完電狀態(tài)的電位差之間的差所界定的范圍內(nèi)。例如，對于常規(guī)硫 酸鉛蓄電池，最大充電電流是在范圍12.8 V至13.8 V之間的值。放電 狀態(tài)的電位差是在約10.8 V的范圍內(nèi)的值。通過在并聯(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 程的中斷。可選地，對于短暫的連續(xù)充電，在并聯(lián)連接的每個(gè)分支中 也可僅包括一個(gè)光生伏打電池。由第二電池9提供剩余的電位差。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)包括在電 路中的情況下，自動(dòng)就是這樣的情況，而無需其它控制。應(yīng)指出，如果光電裝置由熱伏打裝置替換，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)證明可在月光下對電池進(jìn)行充電。所示出的實(shí)施方式具有簡單的優(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 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. 一種用于對充電蓄電池(1)進(jìn)行充電的裝置，包括用于通過轉(zhuǎn)化外部供應(yīng)的處于不同于電能的形式的能量而產(chǎn)生電流，并且以輸出電位差提供電流的裝置(6)，和用于以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)與用于產(chǎn)生電流的所述裝置(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生成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，其中用于生成電流的所述裝置(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所述的裝置，其中用于產(chǎn)生電流的所述裝 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)電化電池。
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(9)包括至少一個(gè)硫酸鉛電池。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的裝置，其中所述第二充電蓄電池(9) 包括至少一個(gè)牽引電池或半牽引電池。
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(1)的負(fù)極端子(5)直接連接至第二蓄電池(9)的負(fù)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，其中所述電流生成裝置(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和放完電的欠載狀態(tài)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)在處于放完電的欠載狀態(tài)時(shí)的端 子電壓。
10. —種對充電蓄電池(1)進(jìn)行充電的方法，包括 通過轉(zhuǎn)化外部供應(yīng)的處于不同于電能的形式的能量而產(chǎn)生電流，并以輸出電位差提供電流，并且以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)連接在要 被充電的所述蓄電池(1)的端子(4、 5)之間，從而所述串聯(lián)連接的 電位差大于產(chǎn)生的輸出電位差。
11. 使用根據(jù)權(quán)利要求1-9的任一權(quán)利要求所述的裝置對硫酸鉛電 池進(jìn)行充電。
全文摘要
一種用于對充電蓄電池進(jìn)行充電的裝置，包括用于通過轉(zhuǎn)化外部供應(yīng)的處于不同于電能的形式的能量而產(chǎn)生電流，并且以輸出電位差提供電流的裝置，和用于以采用的電位差向要被充電的蓄電池提供充電電流的端子，裝置設(shè)置有第二充電蓄電池，第二充電蓄電池與用于產(chǎn)生電流的裝置串聯(lián)連接在端子之間，從而在整個(gè)串聯(lián)連接的電位差大于電流生成裝置的輸出電位差。
文檔編號(hào)H02J7/35GK101268598SQ200580039576
公開日2008年9月17日 申請日期2005年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月14日
發(fā)明者R·P·范德伊爾斯特, T·W·內(nèi)布 申請人:泰德里斯解決方案私人有限公司