[發(fā)明專利]一種基于廣義共振的快速、高效、升壓充電方法

有效

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• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107204656B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐德堯
• 申請（專利權(quán)）人: 唐智科技湖南發(fā)展有限公司
• 主分類號: H02J7/06
• 分類號: H02J7/06;H02J50/12
• 代理公司: 長沙明新專利代理事務(wù)所(普通合伙) 43222
• 代理人: 徐新

本發(fā)明公開了一種基于廣義共振的快速、高效、升壓充電方法，解決了環(huán)境能量獲取裝置不能對極低電壓收集和電動交通工具的儲能裝置快速充電效率不高兩個(gè)問題。本發(fā)明通過在交流能源輸出端增加RLC串聯(lián)諧振電路，令LC的串聯(lián)諧振頻率FD＝1/[2π*(LC)^0.5]等于或接近于交流能源電壓的頻率FN，并從電容器C兩端取用電壓供給整流充電儲能電路。其中，RLC串聯(lián)諧振電路的電阻R主要包括能源的內(nèi)部電阻RN和增加的電阻RW，R＝RN+RW，RLC串聯(lián)諧振電路的電感L主要包括能源的內(nèi)部電感LN和增加的電感LW，L＝LN+LW。實(shí)現(xiàn)了以低電壓交流電源對儲能電容、電池進(jìn)行升壓快速充電，提高了儲能電容器、電池對環(huán)境極低交流能源電能的收集、儲存能力和電動交通工具的儲能裝置快速充電的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于能量收集與管理電子電路和快速充電領(lǐng)域，具體涉及一種基于廣義共振的快速、高效、升壓充電方法。

背景技術(shù)

經(jīng)典理論對于電能傳輸/獲取的最高效率原則是阻抗匹配。其意為：當(dāng)能源具有內(nèi)阻R時(shí)，負(fù)載獲取最高效率的“負(fù)載電阻”也應(yīng)等于R。如附圖1-1～附圖1-4所示：當(dāng)能源的空載“開路電壓”為10V、內(nèi)阻RN＝5Ω時(shí)，只有負(fù)載電阻RW＝5Ω，才能獲得最大的“負(fù)載功率”＝5W，但能源功率＝10W、能源內(nèi)耗＝5W，能源的利用率僅為50％。

但在用交流能源對超級電容或/和電池充電時(shí)，如附圖1-4，大多數(shù)條件下能源的阻抗是極低的，負(fù)載(超級電容和電池)的視在阻抗是變化的，沒有阻抗匹配可言。特別是，經(jīng)典的充電儲能技術(shù)是對交流的能源電壓直接經(jīng)過整流為直流電對電容或/和電池充電，其所存在的兩個(gè)極限狀態(tài)是：

A，儲能的“負(fù)載電壓”永遠(yuǎn)低于能源“開路電壓”，如附圖1-5、附圖1-6；

B，能源開路電壓低于已經(jīng)儲能的負(fù)載電壓時(shí)，充電停止，充電效果為零。

上述極限的限制，導(dǎo)致經(jīng)典的(對交流整流為)直流儲能充電帶來了嚴(yán)重的問題：

交流能源電壓的峰值低于已儲電壓時(shí)無法對儲能器充電，使得偶獲的寶貴能源不能儲存利用；儲能電容器CC的極限儲能電量Q，取決于最高的能源電壓UI：Q≤UI*CC。

由于上述限制，若電動車需要約1000V電壓時(shí)，經(jīng)典的整流充電方法使用220VRMS(311Vp)的工頻電網(wǎng)能源只能對儲能超級電容充電到310Vp，不得已采取對多個(gè)超級電容并聯(lián)充電(到310V)、再用多個(gè)(例如3個(gè))超級電容串聯(lián)對負(fù)載供電(輸出930V)。由此帶來了并聯(lián)充電、串聯(lián)用電變換的繁瑣控制問題，而且，N個(gè)電容量C相同的電容并聯(lián)充電的峰值電流是單個(gè)電容的N倍；而為了減小充電峰值電流，就需要更長的充電時(shí)間。這又帶來了不能快速充電的問題。

由于上述經(jīng)典整流充電方法的限制，還導(dǎo)致無(電)源無線電子設(shè)備的將環(huán)境能量變換為電能的電源獲取裝置之能源電壓UI對儲能電容CC充電到UCC接近與UI電壓時(shí)，不能對儲能電容繼續(xù)充電；當(dāng)儲能電容CC的電壓UCC大于電源獲取裝置的能源電壓UI時(shí)，也不能繼續(xù)利用能源于充電和增加儲能；當(dāng)儲能電池E的電壓UE大于電源獲取裝置的能源電壓UI時(shí)，也不能繼續(xù)利用能源于充電和增加儲能。

現(xiàn)有技術(shù)在解決高效率充電、儲能問題時(shí)的主要手段是減小整流器的壓降，如使用肖特基二極管(其典型壓降為0.2V，而普通二極管的典型壓降在0.7V以上)，甚至使用以檢測邏輯電路控制的VMOS三級管(其典型壓降約0.01V)整流，但仍不能解決對已儲電壓VCC、VEE高于能源電壓UI的儲能電容CC或電池E繼續(xù)充電的問題；而解決低電壓能源整流所得的低電壓向高電壓的儲能電容或電池充電的主要手段是使用升壓型的DC/DC變換器，仍然不能解決從能源盡量多獲取能量的問題。

因此，需要解決對儲能裝置(超級電容或/和充電電池)快速、高效、升壓充電的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對上述傳統(tǒng)方法的技術(shù)缺陷，提出一種基于廣義共振的快速、高效、升壓充電方法。