專利名稱：自供電充電器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于可充電設(shè)備的充電裝置。更具體地，本發(fā)明涉及用于便攜 設(shè)備或移動(dòng)設(shè)備的并具有一個(gè)主能量源的電池組充電器，其中，該主能量源包 括至少一個(gè)發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
目前的改進(jìn)涉及由燃料箱供應(yīng)如液態(tài)甲醇或氣態(tài)氫等燃料的燃料電池，從 而該燃料電池可以為如便攜式終端等充電。
目前己經(jīng)存在一種用于為移動(dòng)電話再充電的利用電池工作的自供電充電
器。該裝置包括電池，從而不需要連接到電源插/^:。其配備有一個(gè)輸出端，為 了向電話電池組提供再充電所需的能量，該連接裝置是必須的。
但是，與成本、體積和質(zhì)量相同的快速電源充電器所提供的平均能量相比， 具有卨能量密度的電池并不能提供的高平均能量。此外，由于電池的電壓通常 較低并且常常不足以單獨(dú)地使用，為了獲得足夠的電壓，必須將多塊電池串聯(lián) 或者利用電子的方式增加其電壓。盡管如此，平均起來對(duì)一個(gè)電池來說已經(jīng)很 低的有效強(qiáng)度，進(jìn)一步地被串聯(lián)中的強(qiáng)度最弱的那個(gè)電池或者被電損耗所限 制，從而進(jìn)一步地降低了總的有效能量強(qiáng)度。此外，包括升高溫度的電池的啟 動(dòng)時(shí)間，可能是非常長(zhǎng)的，且與電池組相比，其工作條件不好控制。因此，使 用這種類型的裝置為電池組充電是非常慢的，特別是在使用燃料電池的情況"F。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的在于通過提供一種充電器來克服上述缺點(diǎn)，該充電器具 有主能量源，該主能量源使得可以為可再充電設(shè)備快速充電。
因此，本發(fā)明提供了一種充電器，該充電器包括電能存儲(chǔ)模塊，所述電能
存儲(chǔ)模塊具有與外部電池組連接的連接接口；發(fā)電機(jī)，被以可控的方式提供能
量，以在一工作點(diǎn)上為存儲(chǔ)模塊提供電能；發(fā)電機(jī)的控制裝置，用于在發(fā)電機(jī) 向存儲(chǔ)模塊供應(yīng)電能時(shí)，根據(jù)與存儲(chǔ)模塊的狀態(tài)相關(guān)的信息和與發(fā)電機(jī)的狀態(tài) 相關(guān)的信息，調(diào)整所述發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)。
發(fā)電機(jī)緩慢地為電能存儲(chǔ)模塊充電。而電能存儲(chǔ)模塊又可以快速地放電， 從而為連接到輸出端上的設(shè)備的電池組充電，該輸出端具有快速充電所需的功 率。隨后，如果沒有連接有需要充電的設(shè)備，或者如果電能存儲(chǔ)模塊的充電水 平下降到低于--預(yù)定的閾值，控制裝置重新啟動(dòng)發(fā)電機(jī)。根據(jù)存儲(chǔ)模塊的狀態(tài) 和發(fā)電機(jī)的狀態(tài)調(diào)整發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)，發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)由其輸出電壓和其輸出 電流強(qiáng)度而決定。從而，控制存儲(chǔ)模塊的輸入電壓和輸入電流，使得降低對(duì)電 能存儲(chǔ)模塊進(jìn)行充電時(shí)的損耗，同時(shí)避免損壞該模塊，例如由于過度充電而損 壞模塊。舉例來說，所提供的信息包括電能存儲(chǔ)模塊的剩余電量、溫度或壓力。
類似地，還可以控制這個(gè)r作點(diǎn)，從而獲得發(fā)電機(jī)的最大輸出。傳送到控制裝
置的與發(fā)電機(jī)的工作點(diǎn)相關(guān)的信息還包括其溫度或者可用的能量。
這樣，由丁-可以調(diào)整發(fā)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)以獲得最優(yōu)的工作點(diǎn)，從而可以改進(jìn)發(fā)
電機(jī)的輸出。此外，也可以避免電能存儲(chǔ)模塊的損耗和劣化。
舉例來說，發(fā)電機(jī)nj以是熱電或熱力發(fā)電機(jī)、或著電化學(xué)電池如燃料電池。 電能存儲(chǔ)模塊可以是電能存儲(chǔ)元件的陣列，該電能存儲(chǔ)元件例如電池組或超級(jí)電容，或者電池組與超級(jí)電容的結(jié)合。
此外，本發(fā)明的各種實(shí)施例可以包括F述裝置中的一個(gè)和/或其他的 所述發(fā)電機(jī)為電化學(xué)發(fā)電機(jī)；
所述發(fā)電機(jī)控制裝置被設(shè)計(jì)成根據(jù)與存儲(chǔ)模塊的狀態(tài)有關(guān)的信息控制
發(fā)電機(jī)中的化學(xué)反應(yīng)； 所述存儲(chǔ)模塊連接接口包括一匹配電路，以使該存儲(chǔ)模塊的輸出參數(shù)
與電池組的充電參數(shù)相適應(yīng)； 與所述存儲(chǔ)模塊的狀態(tài)相關(guān)的信息包括其電量、溫度、壓力、輸入端
或輸出端的電壓或者電流強(qiáng)度； 所述存儲(chǔ)模塊包括多個(gè)存儲(chǔ)元件和開關(guān)裝置，所述開關(guān)裝置在充電時(shí)
并聯(lián)所述存儲(chǔ)元件，而在放電時(shí)串聯(lián)所述存儲(chǔ)元件； 所述充電器還包括利用外部電源為存儲(chǔ)模塊充電的裝置； 所述外部電源包括電源連接電纜或USB電纜；
所述發(fā)電機(jī)、所述存儲(chǔ)模塊和所述外部電池組中的至少一個(gè)包括用于 向控制電路提供數(shù)據(jù)的識(shí)別裝置，所述控制電路被設(shè)置為根據(jù)這些數(shù)
據(jù)調(diào)整其控制； 所述電化學(xué)發(fā)電機(jī)包括一個(gè)燃料電池。


本發(fā)明的其它的特性和優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合非限定性的實(shí)施例和附圖進(jìn)行詳細(xì)說 明，其中
圖1為本發(fā)明的充電器的概要性示意圖2示出了使用燃料電池陣列和鎳金屬氫(NiMH)電池組的第--實(shí)施例；
圖3示出了將鋅-空氣電池和鎳金屬氫電池組在充電時(shí)并聯(lián)，而后在放電 時(shí)串聯(lián)的一個(gè)實(shí)施例；
圖4示出了使用鋅-空氣電池的一個(gè)實(shí)施例，該鋅-空氣電池包括設(shè)置在電 池和緩沖電池組之間的升壓器。
在不同的附圖中，相問的標(biāo)號(hào)用于指代相同或相似的元件。
具體實(shí)施例方式
圖l示出了充電器l，其包括一個(gè)電化學(xué)發(fā)電機(jī)2，該電化學(xué)發(fā)電機(jī)2將 其過濾傳送到一個(gè)電能存儲(chǔ)模塊3。 一個(gè)電子設(shè)備陣列4連接到充電器1的輸 出端，其中，該電子設(shè)備陣列4可以包括多個(gè)電子設(shè)備41、 42等。
舉例來說，電化學(xué)發(fā)電機(jī)2可以包括電池20。匹配裝置21使得電池20 的工作點(diǎn)與電能存儲(chǔ)模塊3的輸入?yún)?shù)相匹配。
在所示的實(shí)施例中，電能存儲(chǔ)模塊3包括一個(gè)由電池組30構(gòu)成的蓄電池。 所述電池組具有相對(duì)較低的能量密度，但相比于電化學(xué)發(fā)電機(jī)2的電池20， 該能量密度是較高的。匹配電路31使得電池組30的輸出參數(shù)與電子設(shè)備4K 42等的輸入?yún)?shù)相匹配。
與電池組30的狀態(tài)相關(guān)的信息530和與電池20的狀態(tài)相關(guān)的信息520 被傳送到控制電路5，該控制電路5控制電化學(xué)發(fā)電機(jī)2的電池20的工作以 對(duì)電池組30進(jìn)行充電?？刂齐娐?還控制電化學(xué)發(fā)電機(jī)2的匹配電路21，使 得以正確的方式對(duì)存儲(chǔ)模塊3進(jìn)行充電，同時(shí)保持自身接近于電化學(xué)發(fā)電機(jī)2
的最優(yōu)工作點(diǎn)?？刂齐娐?還根據(jù)與電池組的狀態(tài)相關(guān)的信息530控制緩沖電 路3的匹配電路31。舉例來說，信息520和530包括電池20和電池組30的 壓力、溫度、其接線端的電壓、電池20的輸出電流強(qiáng)度或者進(jìn)入到電能存儲(chǔ) 模塊的電流強(qiáng)度、或者電池組30的電量、電池20中可用能量的數(shù)量、或者至 少這些參數(shù)的估計(jì)值。
在圖2所示的實(shí)施例中，電化學(xué)發(fā)電機(jī)2可以包括串聯(lián)或并聯(lián)的多個(gè)電池 元件，更具體地，該電化學(xué)發(fā)電機(jī)2包括串聯(lián)或者并聯(lián)的燃料電池201至205， 以及，舉例來說，通過微型泵24為燃料電池元件201至205供應(yīng)燃料的甲醇 貯存器22。氧氣通過一空氣入口 (圖中未示出)提供。
圖2所示的電能存儲(chǔ)模塊3包括鎳電池組30、電阻器32和匹配電路31。 其中，該鎳電池組30諸如鎳鎘電池組或鎳金屬氫電池組，該電阻器32串聯(lián)到 該電池組并使得電池組30的輸入電流II和輸出電流12能夠測(cè)量。匹配電路 31在充電器1的輸出端上提供一個(gè)5V的直流電/K，該輸出端迮接到具有需要 對(duì)艽電池組充電的設(shè)備上。
控制電路5根據(jù)在電阻器32的接線端測(cè)量得到的與電池組30的電流II 成比例的電壓以及電池組30的接線端的電壓控制燃料電池20的貯存器22的 微型泵24。
如果電池組30放電完畢，其接線端的電壓U較低，并且無法提供高的電 流強(qiáng)度。從而，如果電壓U低于1.35V且如果電池組的輸出電流I2的強(qiáng)度小 于10mA，控制電路5控制燃料電池20的甲醇貯存器22的微型泵24，為電池 組30充電。如果電池組充電完畢，其接線端的電壓U較高，但只允許輸入較 低的充電電流強(qiáng)度。例如，如果電壓U大于1.43V且輸入電流I1的強(qiáng)度小于 25mA，控制電路5停止微型泵24，從而使燃料電池20停止產(chǎn)生電能。
當(dāng)為電池組30充電時(shí)，控制電路5可以通過微型泵24調(diào)節(jié)甲醇的消耗， 以達(dá)到燃料電池20的最優(yōu)工作點(diǎn)。從而微型泵24可以，舉例來說，控制燃料 的壓力和流動(dòng)。以相似的方式，通過調(diào)節(jié)微型泵或者入口或出口處的風(fēng)扇來調(diào) 節(jié)電池20的空氣入口 (圖中未示出)或者在反應(yīng)期間形成的水的流動(dòng)，也可 以影響控制。在后一種情況，來自于電池20的信息520可以包括燃料電池的 質(zhì)量或者水汽的輸出壓力。
可以將燃料電池效率最大的工作點(diǎn)，或者能夠以最快地或者效率最高的方
式為存儲(chǔ)模塊充電的工作點(diǎn)作為最優(yōu)工作點(diǎn)使用。實(shí)際上，電池組中所含能量 的多少與充電強(qiáng)度有關(guān)。該充電強(qiáng)度越低，電池組所含的能量越多，而充電時(shí) 間也更長(zhǎng)。
這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于其提供了--種充電器，該充電器使用燃料電池，盡 管如此這個(gè)充電器為連接到輸出端的電子設(shè)備的電池組提供了快速充電。此
外，由于升壓器31的存在，這種充電器可以提供-個(gè)為目前便攜設(shè)備所使用 的鋰電池組再充電的足夠高的電壓U2。
如圖3所示，另一個(gè)不同的實(shí)施例使用鋅-空氣電池20，該鋅-空氣電池包 括兩個(gè)串連的電池元件201和202。存儲(chǔ)模塊包括三個(gè)串聯(lián)的鎳電池組301、 302和303，每個(gè)鎳電池組具有一個(gè)電阻器321、 322和323。設(shè)置開關(guān)311、 312、 313、 314和315，使得它們可以串聯(lián)地或者并聯(lián)地連接電池組301、 302 和303。此外，二極管35連接在輸出端和電池組301、 302和303之間，使得 町以避免任何電流回流進(jìn)電池組301、 302和303。
由升壓器電路52供電的控制電路5控制一個(gè)晶體管51，如雙極晶體管， 以在電池組301、 302和303充電后斷開電池20。
舉例來說，當(dāng)電池組301、 302和303在充電B、t，操作開關(guān)311、 312、 313、 314和315，使得電池組301、 302和303并聯(lián)。從而，鋅-空氣電池20向電池 組301、 302和303中的每一個(gè)傳遞低強(qiáng)度電流。該電流可以通過調(diào)節(jié)晶體管 51的基極電流Ib來調(diào)節(jié)。
相反地，當(dāng)電池組301、 302和303在放電時(shí)，操作開關(guān)311、 312、 313、 314和315，使得電池組301、 302和303串聯(lián)。從而，輸出電壓在放電時(shí)很高。
這個(gè)實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)在于，不需要在輸出端設(shè)置升壓器電路就可以提供高的 輸出電壓。
圖4示出了第四個(gè)實(shí)施例，其中，將鋅-空氣電池20用作電化學(xué)發(fā)電機(jī)。 電池的輸出電壓通過電壓適配器電路21升壓。作為例子，電池輸出端的0.9V 至1.2V的電壓被電路21升壓到5.7V。
電能存儲(chǔ)模塊3包括四個(gè)串聯(lián)的電池組30和一個(gè)電阻器31，該電阻器能 夠限制輸出到需要進(jìn)行充電的設(shè)備(未示出)的電流。
由電池組30供電的控制電路5以這種方式控制匹配電路，該方式使得如 果電池組30的接線端的電壓低于如5.4V，該匹配電路21允許電池20的功率
傳送到電池組30 。相反地，如果電池組30充電完畢，其接線端的電壓高于5.7V， 而匹配電路21停止從電池20向電池組30傳送功率。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)不同的方面，充電器還包括一個(gè)輸入端，該輸入端可以 連接到如USB端口或電源電壓的外部電源上。舉例來說，如果電化學(xué)發(fā)電機(jī) 不能再提供能量，可以將這個(gè)外部電源用作第二發(fā)電機(jī)。外部電源通過匹配電 路和止回二極管連接到電能存儲(chǔ)模塊，該匹配電路用于調(diào)節(jié)電壓并限制電流。
在-一個(gè)實(shí)施例中，使用了顯示電池組和發(fā)電機(jī)的存儲(chǔ)狀態(tài)的測(cè)量?jī)x器。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，發(fā)電機(jī)或者可能是電能存儲(chǔ)模塊的控制電路為電子的， 并且可以包括微控制器或者微處理器。從而，可以根據(jù)充電器使用的元件，即 發(fā)電機(jī)、存儲(chǔ)模塊、或者需要充電的設(shè)備，對(duì)控制電路進(jìn)行編程?？梢愿鶕?jù)用 戶的命令進(jìn)行編程，例如，通過無線電命令、或者通過接線電纜傳送的命令、 或通過替換包含程序的存儲(chǔ)器。
控制電路可以識(shí)別發(fā)電機(jī)、存儲(chǔ)模塊或者需要充電的設(shè)備的類型，以根據(jù) 這些設(shè)備調(diào)整操作。舉例來說，如果這些器件包括附著在其上的町以通過如無 線電波或者通過與控制電路接觸而進(jìn)行通信的無線電標(biāo)簽或者芯片，則識(shí)別可 以自動(dòng)進(jìn)行。
根據(jù)一個(gè)不同的實(shí)施例，發(fā)電機(jī)為熱力發(fā)電機(jī)，其屮熱源為環(huán)境空氣，而 冷源為液態(tài)空氣儲(chǔ)存物。
權(quán)利要求
1、一種充電器(1)，包括電能存儲(chǔ)模塊(3)，該電能存儲(chǔ)模塊具有一個(gè)和外部電池組(41、42)相連的連接接口(31)；發(fā)電機(jī)(2)，被以可控的方式提供電能，以在一工作點(diǎn)上為該存儲(chǔ)模塊(3)提供電能；發(fā)電機(jī)(2)的控制裝置(5)，用于在發(fā)電機(jī)(2)為存儲(chǔ)模塊(3)提供電能時(shí)，根據(jù)與存儲(chǔ)模塊的狀態(tài)相關(guān)的信息(530)和與發(fā)電機(jī)的狀態(tài)相關(guān)信息(520)調(diào)整發(fā)電機(jī)(2)的工作點(diǎn)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電器(1)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)為電化 學(xué)發(fā)電機(jī)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的充電器(1)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)(2) 的控制裝置(5)被設(shè)計(jì)成根據(jù)與存儲(chǔ)模塊的狀態(tài)相關(guān)的信息(530)控制發(fā)電 機(jī)(2)屮的化學(xué)反應(yīng)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的充電器(1),其特征在于，所述電化學(xué)發(fā) 電機(jī)(2)包括一個(gè)燃料電池。
5、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的充電器(1)，其特征在于，存儲(chǔ)模塊的 連接接口包括一匹配電路(31)，以使該存儲(chǔ)模塊(3)的輸出參數(shù)與電池組(41、 42)的充電參數(shù)相匹配。
6、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的充電器(1)，其特征在于，與存儲(chǔ)模塊 (3)的狀態(tài)相關(guān)的信息(530)包括其電量、溫度、壓力、輸入端或輸出端的電壓或電流強(qiáng)度。
7、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的充電器(1),其特征在于，存儲(chǔ)模塊(3) 包括多個(gè)存儲(chǔ)元件(30、 301、 302、 303)和開關(guān)裝置(311、 312、 313、 314、 315)，其中所述開關(guān)裝置在充電時(shí)并聯(lián)所述存儲(chǔ)元件(30、 301、 302、 303) 而放電時(shí)串聯(lián)所述存儲(chǔ)元件。
8、 根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的充電器(1)，其特征在于，還包括利用 外部電源為存儲(chǔ)模塊(3)充電的裝置。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的充電器(1)，其特征在于，所述外部電源包括電源連接電纜或者USB電纜。
10、根據(jù)前述任一權(quán)利要求所述的充電器(1)，其特征在于，所述發(fā)電 機(jī)中(1)、所述存儲(chǔ)模塊(3)和所述外部電池組(41、 42)中的至少一個(gè)包 括用于向控制電路(5)提供數(shù)據(jù)的識(shí)別裝置，所述控制電路(5)被設(shè)置為根 據(jù)這些數(shù)據(jù)調(diào)整其控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種充電器(1)，其包括電能存儲(chǔ)模塊(3)，所述電能存儲(chǔ)模塊具有與外部電池組連接的連接接口；發(fā)電機(jī)(2)，被以可控的方式提供能量，以在一工作點(diǎn)上為該存儲(chǔ)模塊(3)提供電能；發(fā)電機(jī)(2)的控制裝置(5)，用于在發(fā)電機(jī)向存儲(chǔ)模塊(3)提供電能時(shí)，根據(jù)與存儲(chǔ)模塊(3)的狀態(tài)相關(guān)的信息(530)和與發(fā)電機(jī)的狀態(tài)相關(guān)的信息(520)，調(diào)整發(fā)電機(jī)(2)的工作點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02J7/34GK101194407SQ200580039013
公開日2008年6月4日 申請(qǐng)日期2005年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月15日
發(fā)明者米歇爾·韋爾內(nèi), 迪迪埃·馬凱 申請(qǐng)人:法國(guó)電信公司