一种基于广义共振的快速、高效、升压充电方法与流程

本发明属于能量收集与管理电子电路和快速充电领域，具体涉及一种基于广义共振的快速、高效、升压充电方法。
背景技术：
：经典理论对于电能传输/获取的最高效率原则是阻抗匹配。其意为：当能源具有内阻r时，负载获取最高效率的“负载电阻”也应等于r。如附图1-1～附图1-4所示：当能源的空载“开路电压”为10v、内阻rn＝5ω时，只有负载电阻rw＝5ω，才能获得最大的“负载功率”＝5w，但能源功率＝10w、能源内耗＝5w，能源的利用率仅为50％。但在用交流能源对超级电容或/和电池充电时，如附图1-4，大多数条件下能源的阻抗是极低的，负载(超级电容和电池)的视在阻抗是变化的，没有阻抗匹配可言。特别是，经典的充电储能技术是对交流的能源电压直接经过整流为直流电对电容或/和电池充电，其所存在的两个极限状态是：a，储能的“负载电压”永远低于能源“开路电压”，如附图1-5、附图1-6；b，能源开路电压低于已经储能的负载电压时，充电停止，充电效果为零。上述极限的限制，导致经典的(对交流整流为)直流储能充电带来了严重的问题：交流能源电压的峰值低于已储电压时无法对储能器充电，使得偶获的宝贵能源不能储存利用；储能电容器cc的极限储能电量q，取决于最高的能源电压ui：q≤ui*cc。由于上述限制，若电动车需要约1000v电压时，经典的整流充电方法使用220vrms(311vp)的工频电网能源只能对储能超级电容充电到310vp，不得已采取对多个超级电容并联充电(到310v)、再用多个(例如3个)超级电容串联对负载供电(输出930v)。由此带来了并联充电、串联用电变换的繁琐控制问题，而且，n个电容量c相同的电容并联充电的峰值电流是单个电容的n倍；而为了减小充电峰值电流，就需要更长的充电时间。这又带来了不能快速充电的问题。由于上述经典整流充电方法的限制，还导致无(电)源无线电子设备的将环境能量变换为电能的电源获取装置之能源电压ui对储能电容cc充电到ucc接近与ui电压时，不能对储能电容继续充电；当储能电容cc的电压ucc大于电源获取装置的能源电压ui时，也不能继续利用能源于充电和增加储能；当储能电池e的电压ue大于电源获取装置的能源电压ui时，也不能继续利用能源于充电和增加储能。现有技术在解决高效率充电、储能问题时的主要手段是减小整流器的压降，如使用肖特基二极管(其典型压降为0.2v，而普通二极管的典型压降在0.7v以上)，甚至使用以检测逻辑电路控制的vmos三级管(其典型压降约0.01v)整流，但仍不能解决对已储电压vcc、vee高于能源电压ui的储能电容cc或电池e继续充电的问题；而解决低电压能源整流所得的低电压向高电压的储能电容或电池充电的主要手段是使用升压型的dc/dc变换器，仍然不能解决从能源尽量多获取能量的问题。因此，需要解决对储能装置(超级电容或/和充电电池)快速、高效、升压充电的问题。技术实现要素：本发明针对上述传统方法的技术缺陷，提出一种基于广义共振的快速、高效、升压充电方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于广义共振的快速、高效、升压充电方法，为了实现在交流能源的电压ui低于期望的储能电容cc的电压ucc时，或能源的电压ui低于储能电池e电压ue时，仍能用能源电压ui对储能电容cc或储能电池e继续充电，其特征在于：在能源输出电压端增加rlc串联谐振电路，实施rlc广义共振升压，令lc的串联谐振频率fd＝1/[2π*(lc)0.5]等于或接近于交流能源电压的频率fn，偏差不大于5％，并从谐振电容c两端取用电压供给整流充电储能电路，其中，rlc串联谐振电路的电阻r主要包括能源的内部电阻rn和增加的电阻rw，r＝rn+rw，即：当需要串联电阻为r，而能源已经含有内电阻rn，则在外部添加串联电阻rw＝r-rn；rlc串联谐振电路的电感l主要包括能源的内部电感ln和增加的电感lw，l＝ln+lw，即：当需要串联电感为r，而能源已经含有内电感ln，则在外部添加串联电感lw＝l-ln。附图1-7为一个广义共振快速、高效、升压充电装置的原理说明仿真电路图，频率为50hz，幅值为100vp的能源，含有内电阻rn＝3.141593ω，内电感ln＝100mh，外接c＝101.32uf的谐振电容于lw的外端到公共地线，rlc谐振频率fd，等于能源的电压频率fn＝50hz；从谐振电容c的两端取用“电容升压”电压供给整流器gr1，整流器gr1的输出端接储能电容器cc＝1mf，输出“储能电压”。当附图1-7被设置在经典充电方式，即以开关ws1断开谐振电容c。附图1-8为经典充电方式在1秒充电过程的测试图，平均充电功率4.84w/s，1秒后最终“储能电压”为96.41v，低于能源的“开路电压”100vp；在储能电容cc上储存的功、能为4.65w。当附图1-7被设置在广义共振充电方式时如附图1-9，即以ws1接通谐振电容c。附图1-10为广义共振充电方式在1秒充电过程的测试图，平均充电功率287w/s，充电到96.41v仅需0.06秒，经过1s后最终“储能电压”为755v，高于能源的“开路电压”100vp；在储能电容cc上储存的功、能为286w。比较上述数据，可见在1秒钟充电后，本发明之基于广义共振的快速、高效、升压充电方法与经典充电方式比较，充电平均功率提升287/4.48＝64倍，储能电压提升755/96.41＝7.83倍，储存的能量提升286/4.65＝61倍，充电至经典终充电最终电压的速度提升1/0.06＝16倍。该仿真效果表明：广义共振升压充电方法，解决了经典充电方法所存在的“储能电压”永远低于能源“开路电压”，和能源开路电压低于已经储能的“储能电压”时，充电停止，充电效果为零的问题。本发明之基于广义共振的快速、高效、升压充电方法的基本原理在于：在实施当rlc广义共振升压的过程中，当谐振电容c的电压出现接近(偏差不大于5％)峰值的电压，高于储能电容cc的储能电压加整流充电储能电路的整流器压降时，来自交流能源的电流不再单独供给lc谐振储能，而主要转向整流器整流进而向储能电容cc充电。这个瞬时的交流能源电流，等于该瞬时能源开路电压在内阻r上的压降除以能源内电阻r；能源电流还有一部分仍流经l、流入电容c的电流之“虚”功率，储存于lc中并增强其广义共振，它们并不被当作有用(实)功消耗，而是为下一个周期继续实现广义共振升压充电做准备，直到谐振电容c的峰值电压升高到(由rlc参数设计xl＝xc＝g*r所决定的升压系数)g倍于能源的“开路电压”峰值时停止。由于rlc串联谐振电路的l和c的端电压之相位，较电流相位差90度，所以，发生上述谐振升压充电的过程的时机，是在rlc回路电流相位即将过零但尚未不为零的时机、亦即谐振电容c的电压出现峰值的时机。附图1-11的充电瞬时信息测试图，清晰地揭示了上述广义共振升压充电原理。附图1-11，当rlc广义共振的过程出现谐振电容c的电压值364.77v接近峰值，状况1：谐振电容c的电压突然限幅于364.77v时，同时有状况3：谐振电容c电压高于储能电容的储能电压362.22v：364.77-362.22＝2.55v＝(2个1.29v)，为整流器中两个整流管压降，于是有状况4：来自电源的能源电流8.32a不再单独供给lc谐振储能(状况2：0.921a)，而主要转向整流器及储能电容cc(状况2：充电电流7.4a，7.4+0.921＝8.321＝能源电流8.32！)。这个瞬时的能源电流8.32a，等于瞬时(状况5：)能源开路电压41.15v在内阻r(状况6：)压降26.13v除以电源内电阻r＝3.141593欧后获得的电流：26.13v/3.141593＝8.317a，能源电压还有一部分(41.15-26.13＝15.02v)产生电流，即流经l、流入电容c的电流，所对应的“虚”功率储存于lc中并增强其广义共振。由于l和c端电压的相位较电流相位差90度，所以，发生上述谐振升压充电的过程的时机，是在rlc回路电流及能源开路电压的幅度及相位即将过零但尚不为零的时机、亦即谐振电容电压出现峰值的时机。这与如附图1-12所示的经典充电时充电电流发生在能源开路电压、能源电流峰值的状况完全不同。附图1-11至附图1-16是经典整流充电带“匹配”负载与广义共振升压整流充电带等效匹配负载的效率对比仿真电路，条件是：能源正弦电压峰值100vp，频率fn＝50hz，内阻r＝0.3141593ω；经典整流充电带经典“匹配”负载，负载电阻rhj＝r＝0.3141593ω，储能电容cc＝1f；广义共振升压整流充电带等效“匹配”负载，负载电阻rhg＝100r＝31.41593ω，储能电容cc＝1f，广义共振的l＝10mh，c＝1.0132mf，谐振频率fd＝1/[2π*(l*c)0.5]＝50hz＝fn，感抗xl＝2π*fd*l＝3.141593＝10r，即极限升压系数g＝xl/r＝10。由于储能电容cc及负载rhg的得到的功为n＝vcc2/rhg，当我们期望广义共振升压整流储能的输出功率与经典整流储能的输出功率大约相等而输出电压为10倍时，则广义共振升压整流储能的负载rhg与经典整流储能的负载rhj之比应为102倍，所以取rhg＝100rhj＝100*0.3141593ω＝31.41593ω。将上述仿真信号图的信息统计分析于下。上述统计表明：“广义共振升压整流带等效负载充电”与“经典整流充电带匹配负载”相比，负载电压提升了11倍，将能源输出总功率消耗降低到0.728倍，负载所获得的功率也降低到0.8691倍，但输出功率的效率提升到1.19倍＝0.8691/0.7280。所述快速、高效、升压充电方法的条件在于：一般用于对储能器件(电容器、可充电电池)充电的能源是低内阻抗的、电压基本恒定和频率很稳定的交流电源，例如对电动汽车储能电容器、可充电电池充电用的ui＝220vrms(310vp)50hz的市电电源为能源是具有低内阻和恒定电压的。目前存在的不能短时间内充电便能行车数百公里的主要问题有两个：其一是超级电容或蓄电池不允许快速、大电流充电以防过热，已经有石墨烯等技术可以解决；其二是不能用市电能源(ui＝310vp)对超级电容cc实现期望的更高电压ucc＝1000v～3000v、更快速度、更高效率的充电，或不能用更低电压的、更短时间的、无线电磁感应的电源对超级电容cc实现更高电压、更快速度、更高效率的充电。以致成为对停站的、甚至行驶中的电动车实现无线充电(以免除现有接触网供电的电火花强烈干扰)的“瓶颈”，特别是，对大功率的磁悬浮列车、地铁、动车组、高铁实现无线供电时，在沿途设置对行进中车辆的超级电容充电的“道床无线供电器n1”来对“车载受电器n2”通过磁感应供电，如附图1-17。图中，在道床两条钢轨之间设置“道床无线供电器n1”，在“道床无线供电器n1”的e形铁芯的中部极靴1上绕线圈3并由地面有线电路供给交流电，“道床无线供电器n1”的中部极靴1与两边极靴2之间产生交变磁场；在车底对准“道床无线供电器n1”非接触、小间隙地设置“车载受电器n2”，在“车载受电器n2”的e形铁芯的中部极靴4上绕线圈6，“车载受电器n2”的中部极靴4与两边极靴5之间产生感应耦合“道床无线供电器n1”产生的交变磁场；“道床无线供电器n1”的线圈3由地面有线电路供给交流电源，“车载受电器n2”的线圈6感应“道床无线供电器n1”的磁场输出感应电势电压ui。图2-1～图2-6是一个对经典无线充电电路进行rlc广义共振无线充电改造的效果对比仿真电路。如附图2-1所示，假定某电动车使用vcc＝2000～3000v的超级电容供电，超级电容cc＝(cc1＝cc2＝)1f，在超级电容无电时，无线供电方法的“车载受电器n2”对电容冷充电20秒，行车后每10秒无线供电2秒。用电负载为rh＝(rh1＝rh2＝)100欧姆。“车载受电器n2”供电能源电压ui＝310vp(220vrms)，fn＝50hz，“车载受电器n2”线圈的电感l＝(l1＝l2＝)1mh，线圈内电阻r＝(rn1＝rn2＝)31.4mω，为了实现广义共振升压，即谐振升压，增加谐振电容c＝(c1＝c2＝)10mf，根据f＝1/(2π*(lc)0.5)＝50hz＝fn，满足谐振频率f等于能源频率fn的技术要求。附图中，rn1、c1、l1、cc1、rh1是谐振升压电路的参数，rn2、c2、l2、cc2、rh2是经典电路的参数，输入电流i1、输入功率p1、放电功率ph1、谐振升压uc1、充电电压vcc1、储能放电vh1是谐振升压电路的测量参数，输入电流i2、输入功率p2、放电功率ph2、谐振升压uc2、充电电压vcc2、储能放电vh2是经典电路的测量参数。附图2-2、如图2-3、附图2-4是仿真测试图。对仿真测试得到的参数统计比较如下：仿真数据分析可见：广义共振升压(谐振升压)充电法较之经典方法充电具有充电速度快、充电电压高、储能能量多，允许间断(每10秒充电2秒)从而节约无线供电的“道床无线供电器n1”的长度而大量节约建设投资(例如减小到约1/5)，并保证负载能得到满足要求的电压、提高了充电效率等优越性。又例如：对于无线传感器供电的能源获取器所能得到的能源电压ui时常是低微的电压，如附图2-5的“经典充电与谐振升压充电电路图”所示，能源电压ui＝0.1vp，含有内阻r1＝10mω和内部电感l1＝1mh。当经典充电方式以该能源电压ui直接经过桥式整流器gr2整流对储能电容cc2＝1f充电时，由于桥式整流器的导通电压需要约1.2v，因此，如附图2-6所示，经过100秒钟“充电”之后放电100秒，由于桥式整流器的输入电压也仅uc2＝0.1vp，所以储能电容cc2所获得的电压vcc2≈0，储能电容cc2没有获得充电功率和功。而经过广义共振升压方法，cc1得到终电压vcc1＝1.41v，储存的功达到4.31*200＝862mw*s。上述例子的经典充电效果为0的原因在于：能源电压ui使用经典充电方法不能提供高于桥式整流器导通所需要的电压uc2。解决提升uc2的最简单有效的途径之一，是利用能源的现有条件(含有r1和l1)及rlc广义共振原理。如附图2-5的广义共振测试仿真电路所示：在桥式整流器的输入端，即能源(含有r1和l1)的输出电压端并联一个谐振电容c1，构成r1l1c1串联谐振电路。图2-6的测试表明：当充电到100秒时，桥式整流器rg1输入端的电压uc1＝2.99v，足以使rg1导通并向储能电容器cc1充电。谐振电容c1设计方法为使串联谐振频率fd，等于交流能源电压的频率fn。设能源的频率fn＝500hz，根据公式fd＝1/((lc)0.5·2π)，计算c1＝1/(2πfd)2·l1＝101.3211836uf，近似取c1＝100uf。r1l1c1广义共振自然规律是：能够不断地从自然界中(例如本电路的能源中)不断获取引起广义共振的能量并以广义共振(即以其广义共振频率fd振荡)的方式储存在其l1c1器件中，并使其r1l1c1广义共振电路的谐振电感l1和谐振电容c1的端电压不断上升，直到振荡的电流在r1l1c1广义共振电路的电阻r1上的消耗功率等于从能源获取的功率时停止上升。当谐振电容c1两端之间的电压uc1大于桥式整流器的压降加储能电容cc1上的储存电压vcc1时，便向储能电容cc1充电。成功地实现了从微电压能源获取并储存电能的目的。一种基于广义共振的快速、高效、升压充电方法，为了进一步降低所述方法在充电时对能源吸收的峰值电流、降低整流器的峰值电流、提升储能充电输出电压和储能功率，其特征在于：在能源输出电压端增加rlc串联谐振电路，具体l＝l1,c＝c1，令rlc的串联谐振频率fd＝1/[2π*(l1c1)0.5]，等于或接近于能源电压的频率fn，偏差不大于5％，并在从电容器c1两端取用电压供给整流器时再串联限流电感器l2，构成广义共振限流充电电路，限流电感器l2的量值为0.1l1～1.0l1，若要追求降低输入峰值电流，但允许降低输出功率，则取l2＝0.1l1最佳；若要追求既降低输入峰值电流，又兼顾提升输出功率，则l2＝0.9l1最佳。附图3-1～附图3-12是研究lc广义共振限流充电电路的分析电路图和仿真测试图。进行了能源低电压和高电压、经典充电电路、广义共振充电电路和广义共振限流充电电路的仿真分析。对附图3-1-附图3-12的仿真数据统计如下：对附图3-1～附图3-12的仿真统计数据分析计算如下：可见：广义共振限流方法比广义共振方法的输出电压增大到1.11倍，储存功率增大到1.22倍，最大输入电流降低到0.93倍，最大充电电流降低到0.67倍，储能效率提高到1.01倍。取得了良好的效果。附图3-13是所述在能源输出电压的两个端点之间增加rlc串联谐振电路，具体l＝l1,c＝c1，令lc的串联谐振频率fd＝1/[2π*(l1c1)0.5]，等于或接近于能源电压的频率fn，并在从电容器c1两端取用电压供给整流器时再串联限流电感器l2，构成广义共振限流充电电路，l2的量值为0.1l1～1.0l1的仿真证明：对附图3-13～附图3-18的仿真统计数据分析计算如下：可见：若要追求降低输入峰值电流，但允许降低输出功率，则取l2＝0.1l1最佳；若要追求既降低输入峰值电流，又兼顾提升输出功率，则l2＝0.9l1最佳。所述一种基于广义共振的快速、高效、升压充电方法，其特征在于，基于广义共振原理，在能源输出电压端增加rlc串联谐振电路谐振频率fd＝1/[2π*(lc)0.5]，等于能源电压的频率fn，并从电容器c两端取用电压供给整流充电储能电路时，基本设计方法为：步骤1，根据规定的能源最大电路限制电流i1、能源电势ui和频率fn，计算最小限流电阻r1：因为谐振升压时，谐振电容与谐振电感上的电压绝对值相等但符号相反，以致谐振电容电压uc1+谐振电感电压ul1＝0，全部输入电压ui，即能源电势ui施加在r1上，所以有：r1＝ui/i1(1)；步骤2，根据能源电势ui和充电最高限制电压um及最小限流电阻r1，计算回路串联谐振电容c1、电感l1：由于回路谐振最大电流i1＝ui/r1，谐振时电容c1的容抗xc＝1/(2π*fn*c1)，则其端电压uc1＝um＝i1*xc＝i1/(2π*fn*c1)；谐振时电感l1的感抗xl＝2π*fn*l1，则其端电压uc2＝um＝i1*xl＝i1*2π*fn*l1。所以有：c1＝i1/(2π*fn*um)(2),l1＝um/(i1*2π*fn)(3)。例如：设能源最大电路限制电流i1＝100a、能源电势ui＝100v、频率fn＝50hz、最大输出电压um(即充电最高限制电压)＝1000v，即放大增益20db，亦即10倍。求r1、c1、l1，并仿真验证。根据式(1)：r1＝ui/i1，则r1＝100v/100a＝1ω根据式(2)：c1＝i1/(2π*fn*um)，则有c1＝100/(2π*50*1000)＝318.3098862uf，根据式(3)：l1＝um/(i1*2π*fn)，则有l1＝1000/(100*2π*50)＝31.83098862mh。根据上述公式的计算结果设计的广义共振升压充电电路如附图3-19。如附图3-20，能源开路电压为100vp50hz，实测：谐振放大增益20db，即10倍，如附图3-21；对于ui＝100v50hz正弦输入的输出uc＝1000v，如附图3-22；附图3-23表明充电时机：能源电压ui接近过零；附图3-24表明充电时机：能源电流i1接近过零；附图3-25表明充电时机：电阻电压ur接近过零；附图3-26表明充电时机：电容电压uc是峰值电压。上述测试结果证明了设计公式(1)～(3)正确，也证明了电路的实际特征复合前述的广义共振升压的原理。当uc＝902.08v时，vcc＝898.99v，uc-vcc＝3.09v，等于2个二极管的压降(2*vdd＝3.1v)，整流器导通，此时ur＝13.36v，产生电流13.16a，谐振器原本试图用来储能的此13a电流转移到储能电容cc，引起vcc升高0.44v到899.43v。而uc则出现限幅波形。鉴于交流能源电压的频率fn可能在某种范围内发生变化，例如获取环境振动能、风能等能源获取器输出的电压频率可能从fn1到fn2变化，变化的频带的带宽fb＝fn2-fn1；为了保证在交流能源频率变化的情况下仍然能实现广义共振升压充电，所述一种基于广义共振的快速、高效、升压充电方法，提出一种宽带谐振升压器，将谐振频率fn的频带带宽比展宽至b＝(fn2-fn1)/fn，在能源输出电压的两个输出端之间增加rlc串联谐振电路，令rlc的串联谐振频率fn＝1/[2π*(lc)0.5]，并对电容器c两端再并联一个l’c’串联支路，从所述串联支路的电容器c’两端取用电压供给整流充电储能电路，如附图4-1；所述串联支路的谐振频率设计为fn＝1/[2π*(l’c’)0.5]，其中fn＝[(fn22+fn12)/2]0.5，l’＝l*b2，c’＝c/b2。附图4-2为广义共振宽带升压器传输特性仿真图。宽带谐振升压器由rlc串联谐振电路和l’c’串联支路共同构成。所述宽带谐振升压器的具体设计方法是：设计要求为：谐振频率范围为fn1到fn2，极限升压增益为g，最小限流电阻为r；设计计算宽带谐振升压器的参数l、c、l’、c’的方法为：根据所需的谐振频率范围为fn1到fn2，则宽带谐振其的中心频率设计为:fn＝[(fn22+fn12)/2]0.5(4)，所需的带宽比为：b＝(fn2-fn1)/fn(5)，两个谐振频率均为fn的、前一个为lc、后一个为l’c’的谐振器级联，其中l/l’＝c’/c＝b2(6)，根据谐振的感抗等于容抗的原则xl＝2πfn*l＝xc＝1/(2πfn*c)，和谐振时感抗xl和容抗xc为(极限升压增益)g倍于阻抗r，则有：xl＝2πfn*l＝rg，xc＝1/(2πfn*c)＝rg，从而有：l＝rg/(2πfn)(7)，c＝1/(2πfn*rg)(8)。设计例：设计fn2＝500hz，fn1＝400hz，限流电阻最小值r＝10mω，最大放大系数g＝100的宽带升压器。计算：根据公式(4)，fn＝[(fn22+fn12)/2]0.5，则谐振中心频率fn＝[(5002+4002)/2]0.5＝452.769hz；根据公式(5)，b＝(fn2-fn1)/fn，则有b＝(500-400)/452.77＝0.22086；根据r＝2πfn*l/g和公式(7)，则有l＝rg/2πfn＝0.01*100/(2π*452.769)＝351.5uh；根据公式(4)fn＝1/[2π*(lc)0.5]，则有：lc＝1/(2πfn)2，c＝1/(2πfn)2/l＝351.5uf；根据公式)6)l/l’＝c’/c＝b2，则有l’＝l/b2＝7.206mh，c’＝c*b2＝17.15uf。根据上述计算参数设计的“广义共振宽带升压器”如附图4-1，附图4-2为该设计电路的传输特性仿真图。可见实际仿真结果非常接近于设计目标：fn1＝405hz、fn2＝505hz与设计值(fn1＝400hz、fn2＝500hz)偏差5hz(误差约1％)，该偏差是由于计算时取近似值以及桥式整流器的界面电容所造成的；lc级的最大增益40.95db与设计目标g＝100对应的级差20log(100)＝40db的偏差小于1db。附图4-3是令能源的频率从400hz到500hz按照每秒钟变化一次，电压峰值为1v，进行100秒充电而不放电的“能源变频仿真电路”，附图4-4是能源变频充电测试效果图，表明在cc＝1f的储能电容上获得了17v的储能电压。图4-5至图4-8是说明必须从宽带谐振的电容c’两端输出电压给桥式整流器而不能从电容c两端输出电压给桥式整流器的仿真图，因为宽带谐振升压器的电容c’的端电压从fn1到fn2都是放大倍数大于18倍、增益大于25db的正值，而在450hz电容c的端电压放大倍数时小于1倍、增益小于0db的负值。因此，附图4-8的测试所示，能源频率450hz，电压幅值1v从c输出充电100秒充电未得到储能的测试图表明充电失败。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：使用本发明，解决了环境能量获取装置不能对极低电压收集和电动交通工具的储能装置快速充电效率不高两个问题。实现快速充电，实现以低压交流电源对储能电容、电池进行升压充电，提高充电效率，实现在能源交流电压低于已经储存了高压电的储能电容、电池继续充电，极大地提高了储能电容和电池对偶然获得的宝贵交流能源电能的收集、储能电容器和电池对环境极低交流能源电能的收集、储存能力，可以解决电动交通工具储能装置的快速高效充电和无源无线电器之能源获取器电能的高效收集。附图说明图1-1为经典阻抗匹配理论的仿真证明仿真电路图；图1-2为经典阻抗匹配理论的直流仿真证明数据趋势图；图1-3为经典阻抗匹配理论的直流仿真证明局部数据趋势图；图1-4为经典阻抗匹配理论的交流仿真证明数据趋势图；图1-5为经典的交流整流供电电路示意图；图1-6为经典整流储能的“负载电压”永远低于能源“开路电压”示意图；图1-7为经典充电方式之装置的原理说明仿真电路图；图1-8为经典充电方式在1秒充电过程的测试图；图1-9为广义共振充电方式之装置的原理说明仿真电路图；图1-10为广义共振充电方式在1秒充电过程的测试图；图1-11为广义共振升压充电原理充电瞬时信息测试图；图1-12为经典充电电流发生在能源开路电压峰值的测试图；图1-13为经典整流充电带“匹配”负载仿真图；图1-14为广义共振升压整流充电带等效匹配负载仿真图；图1-15为经典整流充电带“匹配”负载信号图；图1-16为广义共振升压整流充电带等效匹配负载信号图；图1-17为无线供电方法的示意图；图2-1为无线供电接收充电仿真电路；图2-2为无线供电接收充电传输特性测试图；图2-3为无线供电接收充电超级电容cc充电20秒后对负载rh放电测试图；图2-4为无线供电接收充电初始充电20秒后对负载rh放电并且每10秒充电2秒的测试图；图2-5为无线供电接收经典充电与谐振升压充电电路图；图2-6为无线供电接收经典充电与谐振升压充电效果对比图；图3-1为经典充电方法的电路仿真图；图3-2为经典充电能源电压1vp，充电1s，输出电压20.33u测试图；图3-3为经典充电，能源电压1vp，充电10s，输出电压203uv，平均功率1.98uw，输出功率0.206uw，效率0.1042的测试图；图3-4为经典充电，能源电压100vp，充电10s，输出电压79.15v，平均功率34.79w，输出功率31.32w，效率0.9002的测试图；图3-5为广义共振充电方法的电路仿真图；图3-6为广义共振充电，能源电压1vp，充电1s，输出电压165mv的测试图；图3-7为广义共振充电，能源电压1vp，充电10s，输出电压1.62v，平均功率41.74mw，输出功率13.12mw，效率0.3146的测试图；图3-8为广义共振充电，能源电压100vp，充电10s，输出电压171v，平均功率158.19w，输出功率146.24w，效率0.9245的测试图；图3-9为广义共振限流充电方法的电路仿真图；图3-10为广义共振限流充电，能源电压1vp，充电1s，输出电压183mv的测试图；图3-11为广义共振限流充电，能源电压1vp，充电10s，输出电压1.77v，平均功率46.34mw，输出功率15.71mw，效率0.3390的测试图；图3-12为广义共振限流充电，能源电压100vp，充电10s，输出电压190v，平均功率193.68w，输出功率181.1w，效率0.9350的测试图；图3-13为l2＝0的效果图；图3-14为l2＝0.1l1的效果图；图3-15为l2＝0.9l1的效果图；图3-16为l2＝1.0l1的效果图；图3-17为l2＝1.1l1的效果图；图3-18为l2＝1.2l1的效果图；图3-19为广义共振升压充电电路；图3-20为能源开路电压设置图；图3-21为实测：谐振放大增益20db，即10倍的测试图；图3-22为对于ui＝100v50hz正弦输入的输出uc＝1000v的测试图；图3-23为充电时机：能源电压ui接近过零的测试图；图3-24为充电时机：能源电流i1接近过零的测试图；图3-25为充电时机：电阻电压ur接近过零的测试图；图3-26为充电时机：电容电压uc是峰值电压的测试图；图3-27为使用储能电容cc＝10mf的广义共振升压充电仿真图；图3-28为储能升压到50％、70％，耗时1.43、2.54秒的测试图；图3-29为谐振升压的充电过程分析测试图；图3-30为谐振升压时，谐振电容器的电压限幅测试图；图4-1为广义共振宽带升压器电路图；图4-2为广义共振宽带升压器传输特性仿真图；图4-3为能源变频广义共振升压仿真电路；图4-4为能源变频充电测试效果图；图4-5为能源500hz1v从c’输出充电100秒充电得到充电电压为12v的测试图；图4-6为能源500hz1v从c输出充电100秒充电得到1231v的测试图；图4-7为能源450hz1v从c’输出充电100秒充电得到17v的测试图；图4-8为能源450hz1v从c输出充电100秒充电未得到储能的测试图；图5-1为检查仿真测试电路正确性的直流能源经典充电电路供电的电路图；图5-2为1.1865v的能源感应电压经桥式整流对r2＝1k负载供电得到1v电压的测试校验图；图5-3为在能源输出电压的两个端点之间增加lc串联谐振电路，并从电容器c3两端取用电压供给整流充电储能电路但没有储能电容时的测试电路图；图5-4为在无储能电容时r2＝1k负载供电得到0.995v证明lc谐振电路不影响直流传输性能的测试图；图5-5为在附图5-3的基础上，在整流之后增加储能电容cc＝c2＝10mf时的仿真测试电路；图5-6为在能源的感应电压为突然施加的直流电压ui＝1.19v时，出现了储能瞬时电压1.51v高于能源感应电压1.19v的效果测试图；图5-7为检查仿真测试电路正确性的交流能源经典充电电路供电的电路图；图5-8为1vp的能源感应交流电压经桥式整流对r2＝1k负载供电得到0.812vp电压和10s时累积功为6.6mw的测试校验图；图5-9为在能源输出电压的两个端点之间增加lc串联谐振电路，并从电容器c3两端取用交流电压供给整流充电储能电路但没有储能电容时的测试电路图；图5-10为在无储能电容时r2＝1k负载得到电压为19.94vp和10s时累积功3.98wp的测试校验图；图5-11为在图5-9的基础上在整流之后增加储能电容cc＝c2＝10mf时的仿真测试电路图，图5-12为在能源的感应电压为与lc谐振频率同频率的交流电压ui＝1vp时，储能输出直流电压在10s时上升到10v，累积功达到1w，较之无谐振电容和储能电容时的10s累积功6.6mwp的测试图；图6-1为以能源电势为300v的直流电压，直接经过桥式整流器，对超级电容c2＝1f充电的测试仿真图；图6-2为充电20s，终电压299v，等效储能355w，效率为0.742的测试图；图6-3为以能源电势为300v50hz交流电压，直接经过桥式整流器，对超级电容c2＝1f充电的测试仿真图；图6-4为充电20s，终电压298v，等效储能1.18kw，效率为0.742的测试图；图6-5为以能源电势为300v50hz交流电压，经过lc广义共振再经过桥式整流器，对超级电容c2＝1f充电的测试仿真图；图6-6为充电20s，终电压993v，等效储能324kw，效率为0.945的测试图；图7-1为300vp50hz交流电以经典方式对300v电池充电仿真电路；图7-2为充电20s，终电压300v，等效储能0w的测试图；图7-3为300vp50hz交流电经过lc广义共振后对300v电池充电仿真电路；图7-4为充电20s，终电压300v，等效储能151kw的测试图。具体实施方式下面结合实施例对本发明做进一步的说明。实施例1，风能发电器对超级电容和负载以广义共振实现快速、高效、升压充电附图5-1～附图5-12是用来说明本发明的“用风能发电器对超级电容和负载以广义共振实现快速、高效、升压充电”例子。为了检验所提出的仿真研究电路的正确性，附图5-1设置为检查仿真测试电路正确性的直流能源经典充电电路。附图5-2表明：1.1865v的能源感应电压经桥式整流对r2＝1k负载供电得到1v电压，损失的0.1865v电压是桥式整流器的压降造成的。附图5-3是在能源输出电压的两个端点之间增加lc串联谐振电路，线圈电感l＝10mh，谐振电容容器c3＝10uf，并从谐振电容器c3两端取用电压供给整流充电储能电路但没有储能电容时的测试电路图，附图5-4的测试结果表明：在能源电压为感应电压1v、无储能电容时r2＝1k负载供电得到0.995v，证明lc谐振电路不影响直流传输性能。附图5-5是在附图5-3的基础上，在整流之后增加储能电容cc＝c2＝10mf时的仿真测试电路；附图5-6的测试结果表明：在能源的感应电压为突然施加的直流电压ui＝1.19v时，储能输出电压瞬时值为1.51v，出现了储能电压1.51v高于能源电压1.19v的效果。附图5-7设置为：检查仿真测试电路正确性的交流能源经典充电电路。附图5-8表明：1vp的能源感应电压经桥式整流对r2＝1k负载供电得到0.812vp电压，10s时的累积功为6.6mw，损失的0.188v电压是桥式整流器的压降造成的。附图5-9是在能源输出电压的两个端点之间增加lc串联谐振电路，线圈电感l＝10mh，谐振电容容器c3＝10uf，并从谐振电容器c3两端取用电压供给整流充电储能电路但没有储能电容时的测试电路图，附图5-10的测试结果表明：在能源感应电压为1vp、无储能电容时r2＝1k负载得到的电压接近20vp，10s时累积功达到3.98wp，证明lc谐振电路能够提升供给负载的交流电压。附图5-11是在附图5-9的基础上，在整流之后增加储能电容cc＝c2＝10mf时的仿真测试电路；附图5-12的测试结果表明：在能源的感应电压为与lc谐振频率同频率的交流电压ui＝1vp时，储能输出直流电压在10s时上升到10v，累积功达到1w，较之无谐振电容和储能电容时的10s累积功6.6mwp，至少取得了提升150倍的效果。实施例2，用工频能源对超级电容以广义共振实现快速、高效、升压充电下面，以用工频频率为50hz的能源对超级电容以广义共振实现快速、高效、升压充电为例，证明本发明的效果。附图6-1是以能源电势为300v的直流电压，直接经过桥式整流器，对超级电容c2＝1f充电的测试仿真图。附图6-2是在充电20s后，储能电容的终压为299v，等效储能355w，相对于能源输出等效能量的效率0.742的测试图。附图6-3是以能源电势为300vp的50hz交流电压，直接经过桥式整流器，对超级电容c2＝1f充电的测试仿真图。附图6-4是在充电20s后，储能电容的终压为298v，等效储能1.18w(折算1.18/20/(20/3600)＝10.62kw/h)，相对于能源输出等效能量的效率0.742的测试图。附图6-5是以能源电势为300vp的50hz交流电压，经过lc广义共振后再经过桥式整流器，对超级电容c2＝1f充电的测试仿真图。附图6-6是在充电20s后，储能电容的终压为993v，等效储能324kw(折算342/20/(20/3600)＝3078kw/h)，相对于能源输出等效能量的效率0.742的测试图。比较经过lc谐振与直接用经典方法的效果如下：充电储能方法20s充电终压20s等效储能储能效率经典储能298v1.18kw74.2％经lc广义共振储能993v324kw94.5％本发明效果比较3.44倍245倍1.274倍实施例3，用工频电源对电池以广义共振实现快速、高效、升压充电下面，以用工频频率为50hz的能源对蓄电池以广义共振实现快速、高效、升压充电为例，证明本发明的效果。附图7-1是以能源电势为300vp的50hz交流电压，直接经过桥式整流器，对已经有300v电压的被充电电池e充电的测试仿真图。附图7-2是在充电20s后，被充电电池的终压仍为300v，全过程的充电电流为0，等效储能0w的测试图。表明能源峰值电压为300v的能源电势不能对已经有300v电压的电池充电补充储能。附图7-3是以能源电势为300vp的50hz交流电压，经过lc广义共振后再经过桥式整流器，对超级电容c2＝1f充电的测试仿真图。附图7-4是在充电20s后，储能电容的终压虽仍为300v，但充电电流峰值达到207a，等效储能151kw(折算151/20/(20/3600)＝1359kw/h)，相对于能源输出等效能量的效率0.936的测试图。表明能峰值电压为300v或更低的能源电势也能对已经有300v电压的电池充电补充储能。当前第1页12