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，该装置包括用于从外部供应能量提供电流，并且用于以输出电位差提供电流的装置，和用于以所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，包括从外部源以输出电位差提供电流，和以所采用的电位差向要被充电的蓄电池提供电流。
本发明还涉及使用如上文所述的装置。
背景技术：
已知从外部供应能量通过太阳能电池板或其它装置，诸如连接至电力网的变压器和整流器，向蓄电池或电池充电。与此相关的问题取决于外部供应能量的供应者。例如，在太阳能电池板的情况下，必须具有充足的光线。在从电力网供应的情况下，电流通常仅在高峰期之外便宜。
发明内容
本发明的目的是提供上述类型的装置，该装置以高效的方式减少了对外部供应能量的依赖。
通过根据本发明的装置而实现了该目的，其特征在于该装置设置有第二充电蓄电池，该第二充电蓄电池包括至少一个电化电池，其与提供电流的装置串联连接在端子之间，从而串联连接的电位差大于电流供应装置的输出电位差。
由于第二蓄电池与用于提供电流的装置串联连接，从而串联连接的电位差大于电流供应装置的输出电位差，用于供应电流的装置仅需要桥接较小的电位差。意外地，已经发现使用包括至少一个电化电池的第二蓄电池使充电装置能将相对高的功率传递至要被充电的蓄电池。从而较快地完成充电。
在优选实施方式中，用于供应电流的装置包括至少一个光生伏打电池。
该变形所具有独立于电力网的优点。
优选地，用于供应电流的装置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。
在该实施方式中，光生伏打装置的特定有效表面面积进行了最大化的使用。单个电池供应的电流是相加的，所以即使在入射光等级较低的情况下也能传递较强的功率。其结果是，即使在低等级的入射光的情况下，也可较快地对蓄电池进行充电。从而还提高了灵敏度，同时缩短了充电时间。在很高等级入射光的情况下，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热辐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，至少一个电化电池处于基本放完电的状态。
令人吃惊的是发现可提供非常大的充电功率，因此要被充电的蓄电池可在很短的时间内被充电。该效果是由于电能的第二蓄电池的电化电池中的化学平衡的恢复。
优选地，电流供应装置被设置以提供在大致处于最大允许充电电压和要被充电的蓄电池的放完电的欠载状态电压之间的差所界定的范围中的输出电位差。
这样，外部能量供应的差别不会导致长时间超过最大充电电压，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，第二蓄电池具有的电位差等于或大于要被充电的蓄电池在放完电的欠载状态时的端子电压。
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包括至少一个电化电池的第二充电蓄电池与用于提供电流的装置串联连接在端子之间，从而串联连接的电位差大于电流供应装置的输出电位差。
根据本发明的另一方面，根据本发明的装置用于对包括至少一个电化电池，优选为硫酸铅电池的充电蓄电池进行充电。
这样，相对高效地获得了外部提供的能量。
具体实施例方式
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。
图中所示的装置用作对电池1进行充电的示意性的实例。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成化学能，而在放电过程中化学能被转化成电能。电池1优选为硫酸铅蓄电池，例如，车用电池。在这样的蓄电池的电池中，如已知的，电极由铅和氧化铅(可能具有添加剂)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。
通过用于供应电流的装置转换提供的能量而提供电流。在该实例中，装置包括光生伏打装置6，其将光能转化为电能。可选地，可使用风车或热电装置。前者将动能转化为电能，而后者将热能转化为电能。替代这一点，可实现与电力网的连接，其中装置6替换成变压器和整流器的组合。如有需要，装置还可包括用于放置一个或多个电池的支架，当电池1已经被充电时，不断地对电池进行更换。
在所示的实施方式中，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，形成了输出电位差，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具有较高电压。
因为该电流还仅包括第二电池9，所以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，所以充电电压与总和电压相等，阻止了端子2、3上的任何压降。从而充电装置被设置成使得在端子之间总和电压基本可用。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，而用于供应电流的装置连接在负极之间的一种变形也是可行的。这样的改变同样运行良好。很明显，同等极性的电极的直接连接产生较高的充电电流，因此可快速地对需要充电的电池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(tractionbattery)或者半牵引电池(semi-traction battery)。这样的电池具有以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是有效可用的。这可通过将大量的厚铅板作为电极而实现，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。另外，第二电池9还可包括镍金属氢化物电池或者锂离子电池，其可选地与电解电容器结合。因此，水溶盐形式的电解质不需要实现这里所说明的有益效果。
为了测试本发明的原理，以示例性的方式使用具有以下特征值的电池标称电压12V；充电电容74Ah(5小时)；充电电容90Ah(20小时)。
这表示电池可以以15安培的电流提供约12伏的电压5小时，或者以4.5安培的电流提供约12伏的电压20小时。研究显示在充电过程中，电池显示了相同的性能特征。测量还显示以约12伏和45安培充电一小时之后电池完全充满，表示即使继续充电，开路端子电压实际上也不会继续升高。还可以以约12伏和150安培对电池进行充电。随后，电池可以以约12伏和4.5安培放电20小时。
开路端子电压是电池能含量尺度，其中开路端子是在充电后，在形成基本恒定的平衡状态时的时间点测量。在基本完全充满电的状态下，与标称提供12伏电压的示例性电池类似的电池的开路端子电压总数约12.8伏电压。在基本放完电状态，开路端子电压总数约为11.8伏。电池9包括在用于对电池进行充电的装置中，其中电池9处于开路端子电压的值与放完电状态对应的状态，在放完电状态下电池通常无法独立作为能量源工作。然而，通过使用如图所示的结构，电池9的化学平衡受到影响，从而电流流过蓄电池9且要被充电的电池1被充电。此外，对欠载的空电池进行测量，得到的电位差为10.8伏。在充电过程中，欠载的端子电压为13.8伏。
在具有上述特性的电池的实验中，空电池被连接至开路端子电压为11.8伏的负载。几小时之后，开路端子电压下降至0.13伏，然而24小时后其自身形成大致恒定的平衡状态。
光生伏打装置6包括光生伏打电池(未示出)，该光生伏打电池的每个提供在0.35伏至0.65伏的范围内，平均0.45伏的电压。光生伏打装置6包括并联连接的至少两个光生伏打电池。在该并联连接的各个分支中，多个光生伏打电池可串联连接，以在正和负端子7、8提供预期范围内的输出电压。该预期范围大致在电池1的最大允许充电电流和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伏至13.8伏之间的值。放完电状态的电位差是在约10.8伏的范围内的值。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，对于短期连续充电，可在并联连接的每个分支中仅包括有一个光生伏打电池。由第二电池9提供剩下的电位差。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被包括在电路中的情况下，这是自动的情况，而无需其它控制。应指出，如果光电装置被热伏打装置替换，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。
在使用如上特征的示例性第二电池9进行充电的过程中，第二电池9的电位差在充电过程中大幅降低。在充电后的短时间内恢复原始的电位差。在充电后，充电的电池1自然地具有较高的电压水平。通过使用对第一电池1进行充电的装置，将更将良好地使用第二蓄电池的能含量。这产生了经济效益。
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，包括用于从外部供应的能量提供电流，并用于以输出电位差提供电流的装置(6)，和用于以所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)包括至少一个电化电池，所述至少一个电化电池与用于提供电流的所述装置(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供应装置的所述输出电位差。
2.根据权利要求1所述的装置，其中用于提供电流的所述装置(6)包括至少一个光生伏打电池。
3.根据权利要求1或2的装置，其中用于提供电流的所述装置(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)包括至少一个硫酸铅电池。
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包括至少一个牵引电池或半牵引电池。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中至少一个所述电化电池处于基本放完电状态。
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的正极端子(4)直接连接至第二蓄电池(9)的正极端子(10)。
8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的装置，其中所述电流供应装置(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与放完电的欠载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)在放完电的欠载状态时的端子电压。
10.一种对充电蓄电池(1)进行充电的方法，包括从外部源以输出电位差提供电流，和以所采用的电位差向要被充电的蓄电池(1)提供充电电流，其特征在于包括至少一个电化电池的第二充电蓄电池(9)与用于提供电流的装置(6)串联连接在端子(2、3)之间，从而所述串联连接的电位差大于电流供应装置的所述输出电位差。
11.使用根据权利要求1-9中任一权利要求所述装置对包括至少一个电化电池，优选为硫酸铅电池的充电蓄电池(1)进行充电。
全文摘要
用于对充电蓄电池(1)进行充电的装置，包括用于从外部供应能量提供电流且以输出电位差提供电流的装置，以及用于以所采用的电位差将充电电流提供至要被充电的蓄电池(1)的端子。装置设置有包括至少一个电化电池的第二充电蓄电池(9)，其与用于提供电流的装置(6)串联连接在端子(2、3)之间，从而串联连接的电位差大于电流供应装置的输出电位差。
文档编号H02J7/35GK101061619SQ200580039570
公开日2007年10月24日 申请日期2005年10月6日 优先权日2004年10月14日
发明者T·W·内布, R·P·范德伊尔斯特 申请人:泰德里斯解决方案私人有限公司