专利名称：用于对蓄电池进行充电的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对充电蓄电池进行充电的装置，包括用于通 过转化外部供应的处于不同于电能的形式的能量而产生电流，并且以 输出电位差提供电流的装置，和用于以采用的电位差向要被充电的蓄 电池提供充电电流的端子。本发明还涉及对充电蓄电池进行充电的方法，包括通过转化外部 供应的不同于电能的形式的能量而产生电流，并且以输出电位差提供 电流，以及以采用的电位差向要被充电的蓄电池提供充电电流。本发明还涉及这样的装置的使用。
背景技术：
己知可通过太阳能电池板对蓄电池或电池进行充电。与此相关的问题在于单个光生伏打电池所提供的电压约为0.45 V，该电压不足以 为最常用的电池和蓄电池充电。因此，太阳能电池板大致包括串联连 接的光生伏打电池。其缺点在于在较少入射光的情况下提供很少的能 量，从而充电占用了很长时间。此外，串联连接的电池的电压总和常 常仍然太低。由于所发生的能量损耗，将并联连接的光生伏打电池与 电压放大器结合也不能以令人满意的方式缓解这个问题。发明内容本发明的目的是提供上述类型的装置，该装置在外部供应的低强 度的不同于电能形式的能量情况下，也能以简单的方式相对快速且有 效对蓄电池进行充电。通过根据本发明的装置而实现了该目的，根据本发明的装置特征 在于该装置设置有第二充电蓄电池，该第二蓄电池与用于产生电流的 装置串联连接在端子之间，从而整个串联连接的电位差大于电流生成 装置的输出电位差。由于第二蓄电池与用于产生电流的装置串联连接，从而整个串联 连接的电位差大于电流生成装置的输出电位差，电压放大器或由类似 电流产生元件串联连接组成的电流生成装置的使用是多余的。该装置 对用于提供足够高的充电电压的外部能量供应的依赖大大降低。在优选实施方式中，用于提供电流的装置至少包括一个光生伏打 电池。这样的变形具有独立于电力网的优点。优选地，用于提供电流的装置包括至少两个并联连接的电流生成 电池，该电池优选为光生伏打电池。在该实施方式中，对光生伏打装置的可用表面面积进行最大程度 利用。单个电池供应的电流相加，因此即使在弱水平的入射光也能传 递较高的功率。其结果为，即使在弱入射光的时候，也可快速地对蓄 电池进行充电。因此提高了敏感性且同时縮短了充电时间。在很强的 入射光的时候，要被充电的蓄电池的最大充电电压不会被轻易的超过， 因此具有耗散能量的电阻的分压器是多余的。这样的效果还能够通过 将入射的热福射转化为电能的装置而实现。例如在燃料电池中，通过 并联而获得较紧凑，且仍然提供大电流的装置。优选地，第二充电蓄电池包括至少一个电化电池，更优选地包括 至少一个硫酸铅电池。该实施方式具有简单的优点。电化电池提供了明确的电位差，因 此装置可被容易地设计成向要被充电的蓄电池提供必需的充电电压。优选地，电流生成装置被设置成提供在大致处于被充电的蓄电池 的最大允许充电电压和要在放完电状态下的电压之间的差所界定的范 围内的范围中的输出电压。这样，外部能量供应的差别不会导致长期超过最大充电电压，或 者过低的充电电压。这提高了装置的效率。在优选实施方式中，第二蓄电池具有等于或大于当要被充电的蓄 电池在处于放完电的欠载状态时的端子电压的电位差。这样，不需要另外的电压源或放大器以获得所需充电电压。根据另一方面，根据本发明的方法的特征在于，第二充电蓄电池 与用于提供电流的装置串联连接在要被充电的蓄电池的端子之间，从而整个串联连接的电位差大于所产生的输出电位差。根据本发明的另一方面，根据本发明的装置用于为硫酸铅电池充电。
具体实施方式
在下文中将参考附图
对本发明进行说明，其中以示意性的方式示 出了用于对蓄电池进行充电的装置的实例。图中所示的装置在对电池1进行充电的示意性实例中使用。因此， 在上下文中表示包括至少一个电化电池的装置。在电化电池中，在充 电过程中电能被转化为化学能，而在放电过程中将化学能转化为电能。 电池1优选为硫酸铅蓄电池，例如，用于车辆的蓄电池。在这样的电 池的单元中，如已知的，电极由铅和氧化铅(可加入添加剂)制成， 且电解液基本由硫酸组成。该装置还可用于对如镉镍蓄电池和钠硫蓄 电池进行充电。与硫酸铅蓄电池相关的应用较有优势，因为装置的工 作基本独立于温度，这将在下文中进行说明。硫酸铅蓄电池，具体地 车辆蓄电池形式，也适于在大温度范围内工作。因此，要被充电的蓄 电池和充电装置的组件非常适用于在远程位置获取外部供应的能量。 其它类型的蓄电池通常需要加热装置。尽管该装置优选用于对如电池1进行充电，然而其还可用于对其 它充电蓄电池进行充电。实例是一个或多个电容的组件，例如所谓的 超电容器、燃料电池和超导电流回路。为了对电池1进行充电，将第一端子2连接至电池1的正极4，并 将第二端子3连接至电池1的负极5。正极4是在使用中具有两个电极 4、 5的最高电压的电极。用于提供电流的装置通过对外部供应的不同于电能形式的能量进 行转化而提供电流。在该实例中，该装置包括光生伏打装置6，该光生 伏打装置6将光能转化为电能。可选地，可使用风车或热电装置。前 者将动能转化为电能，而后者将热转化为电能。光生伏打装置6还具有正极端子7和负极端子8。在电流供应过程 中，建立了输出电位差，该电位差在正极端子7和负极端子8之间， 其中正极端子7具有较高电位。因为该电路还仅包括第二电池9，在所示的装置中不需要与电力网 的连接。第二电池9与光生伏打装置6串联连接，从而整个串联连接 的电位差大于光生伏打装置6的输出电位差。从而将这两种电压相加。 由于没有其它有源元件，所以充电电压与总电压相等，防止了端子2、 3上的任何压降。从而充电装置设置成总电压在端子之间基本可用。要 被充电的电池1的负极5直接连接至第二电池9的负极10。其中要被 充电的电池的正极直接连接至第二电池的正极，且用于提供电流的装 置连接在负极之间的变形也是可行的。这样的变形同样运行良好。已 经发现相同极性的电极的直接连接产生高的充电电流，因而快速地对 要被充电的电池1进行充电。第二电池9优选为硫酸铅蓄电池，更优选为牵引电池(traction battery)或者半牵'引电池(semi-traction battery)。这样的蓄电、池具有如 下特性大部分的能含量，如在动力电池的情况下约百分之八十，而 在半牵引电池的情况下约百分之五十的能含量是有效可用的。这可通 过将大量的厚铅板作为电极，从而电解液中的较大部分硫酸盐被使用。 由于该电池较不适合于以启动器电池的方式短暂地提供较大的电流， 所以所存储的能量仅在较长的时间段上变得可用。光生伏打装置6包括光生伏打电池(未示出)的组件，其每个提 供在0.35 V至0.65 V的范围内的电压，平均0.45V。光生伏打装置6 包括至少两个并联连接的光生伏打电池。在并联连接的每个分支中， 多个光生伏打电池可被串联连接，以在正和负端子7、 8之间提供预期 范围内的输出电压。该预期范围大致存在于最大允许充电电流和电池1 的放完电状态的电位差之间的差所界定的范围内。例如，对于常规硫 酸铅蓄电池，最大充电电流是在范围12.8 V至13.8 V之间的值。放电 状态的电位差是在约10.8 V的范围内的值。通过在并联连接的每个分 支中串联连接至少两个光生伏打电池，在一些优选变形中为六个光生 伏打电池，从而可保证在不同光强度的电压变化基本不会引起充电过 程的中断。可选地，对于短暂的连续充电，在并联连接的每个分支中 也可仅包括一个光生伏打电池。由第二电池9提供剩余的电位差。在 第二电池9与要被充电的电池1是相同类型且以放完电状态包括在电 路中的情况下，自动就是这样的情况，而无需其它控制。应指出，如果光电装置由热伏打装置替换，那么可有利地应用相同的设计原理， 其中热伏打装置包括使用塞贝克效应以将热转换为电流的电池。由于仅有少量的光生伏打电池串联连接，所以每单元表面面积会 产生更大的充电电流。甚至已经证明可在月光下对电池进行充电。所示出的实施方式具有简单的优点。在实例中，如上文中所述，第二电池9也是硫酸铅电池，其与要被充电的电池的类型大致相同。 这具有的装置构造简单的优点。在另外的实施方式中，第二充电蓄电 池包括这样的电池的并联连接，或者具有较低标称电位差的电池的串 联连接。第二电池9还可以是胶体电池。此外，除了具有电化电池的 蓄电池以外，还可使用超电容器或燃料电池。本发明不限于上述实施方式，其可在附属权利要求的范围内进行 修改。在电路中，以及在光生伏打装置6中还可包括继电器或其它开 关元件。在为蓄电池充电的方法的某些变形中，在向要被充电的电池1 提供电流后将脉冲，优选电流脉冲传送通过第二电池9，至少部分地适 于晶体的反向形成。
权利要求
1. 一种用于对充电蓄电池(1)进行充电的装置，包括用于通过转化外部供应的处于不同于电能的形式的能量而产生电流，并且以输出电位差提供电流的装置(6)，和用于以采用的电位差向要被充电的蓄电池(1)提供充电电流的端子(2、3)，其特征在于所述装置设置有第二充电蓄电池(9)，所述第二充电蓄电池(9)与用于产生电流的所述装置(6)串联连接在所述端子(2、3)之间，从而所述串联连接的电位差大于电流生成装置的所述输出电位差。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中用于生成电流的所述装置(6) 包括至少一个光生伏打电池。
3. 根据权利要求1或2所述的装置，其中用于产生电流的所述装 置(6)包括并联连接的至少两个电流生成电池，优选光生伏打电池。
4. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中所述第二 充电蓄电池(9)包括至少一个电化电池。
5. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中所述第二 充电蓄电池(9)包括至少一个硫酸铅电池。
6. 根据权利要求4或5所述的装置，其中所述第二充电蓄电池(9) 包括至少一个牵引电池或半牵引电池。
7. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中所述端子 (2、 3)中的一个将已连接的要被充电的蓄电池(1)的负极端子(5)直接连接至第二蓄电池(9)的负极端子(10)。
8. 根据前述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中所述电流生成装置(6)被设置以提供在基本处于要被充电的所述蓄电池(1)的最大允许充电电压和放完电的欠载状态电压之间的差所界定的范围内的范围中的输出电位差。
9. 根据权利要求8所述的装置，其中第二蓄电池(9)具有的电位 差等于或大于要被充电的蓄电池(1)在处于放完电的欠载状态时的端 子电压。
10. —种对充电蓄电池(1)进行充电的方法，包括 通过转化外部供应的处于不同于电能的形式的能量而产生电流，并以输出电位差提供电流，并且以采用的电位差向要被充电的蓄电池(1)提供充电电流，其特征在于第二充电蓄电池(9)与用于提供电流的装置(6)串联连接在要 被充电的所述蓄电池(1)的端子(4、 5)之间，从而所述串联连接的 电位差大于产生的输出电位差。
11. 使用根据权利要求1-9的任一权利要求所述的装置对硫酸铅电 池进行充电。
全文摘要
一种用于对充电蓄电池进行充电的装置，包括用于通过转化外部供应的处于不同于电能的形式的能量而产生电流，并且以输出电位差提供电流的装置，和用于以采用的电位差向要被充电的蓄电池提供充电电流的端子，装置设置有第二充电蓄电池，第二充电蓄电池与用于产生电流的装置串联连接在端子之间，从而在整个串联连接的电位差大于电流生成装置的输出电位差。
文档编号H02J7/35GK101268598SQ200580039576
公开日2008年9月17日 申请日期2005年10月10日 优先权日2004年10月14日
发明者R·P·范德伊尔斯特, T·W·内布 申请人:泰德里斯解决方案私人有限公司