一種超級電容手搖式充電寶的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超級電容手搖式充電寶，包括手搖發(fā)電機、充電控制電路、高能量密度超級電容器、放電控制電路、電池及照明設備，所述手搖發(fā)電機的輸出端與充電控制電路的輸入端連接，所述的充電控制電路的輸出端與高能量密度的超級電容器的輸入端連接，所述的高能量密度的超級電容器的輸出端與放電控制電路的輸入端連接，所述的放電控制電路與所述的電池雙向連接；本發(fā)明的優(yōu)點在于：能量來源便捷多樣，充電速度快，儲存能量多，使用效率高。
【專利說明】
一種超級電容手搖式充電寶
[0001 ] 技術領域:
本發(fā)明涉及一種電源技術領域中的快速充電技術，尤其是用超級電容作為儲能元件的手搖式充電寶。
[0002]【背景技術】:
隨著電子技術的發(fā)展，音樂或視頻播放器、手機、相機、平板電腦等數(shù)碼產品更新?lián)Q代十分迅速，層出不窮。手機是使用最為普遍的消費品之一，智能手機的可視性和娛樂性得到大大提高，應用功能操作的增加，使得耗電量也成倍增加，然而電池的電量卻無法成倍的增加，導致手機的使用時間縮短，給用戶帶來工作和生活上的不便和麻煩。針對這種情況，專門用來給手機等數(shù)碼產品充電的充電寶應運而生。
[0003]現(xiàn)有的充電寶大多數(shù)采用電池來蓄能，而為了限制電池在充電過程的發(fā)熱量，以保證安全性以及使用壽命，在對電池進行充電時要嚴格控制充電電流。根據(jù)電池容量的不同，其充電時間從8?10小時不等。存在充電時間太長的缺陷，用戶要充滿一次電攜帶外出要等待很長時間，導致時間的浪費，給用戶帶來很多的不方便。另一方面，充電寶電量耗盡且遠離電源接口的情況還是經常出現(xiàn)，這將嚴重影響用戶的使用。為了解決以上狀況，超級電容手搖充電寶應運而生，既可以給手機、相機等數(shù)碼設備隨時隨地充電或待機供電，同時用戶消耗了一定量的能量，身體得到了鍛煉。
[0004]
【發(fā)明內容】
:
本發(fā)明的目的是為了克服以上的不足，提供了一種超級電容手搖充電寶，此種充電寶利用手搖發(fā)電機將機械能轉化成電能，通過充電控制電路向超級電容器快速充電，通過放電控制電路將超級電容器中的電能輸送給電池或者手機等外部用電設備，電池也可以通過放電控制電路給用電設備供電。這種超級電容手搖充電寶的設計利用了超級電容器大功率快速充電和電池能量密度高的特性，具有能量來源便捷多樣，充電速度快，儲存能量多和使用效率高的優(yōu)點。
[0005]本發(fā)明的目的通過以下技術方案來實現(xiàn):一種超級電容手搖充電寶，包括手搖發(fā)電機、充電控制電路、高能量密度超級電容器、放電控制電路、電池及照明設備，所述手搖發(fā)電機的輸出端與充電控制電路的輸入端連接，所述的充電控制電路的輸出端與高能量密度的超級電容器的輸入端連接，所述的高能量密度的超級電容器的輸出端與放電控制電路的輸入端連接，所述的放電控制電路與所述的電池雙向連接。
[0006]優(yōu)選的是，手搖發(fā)電機是由搖動手柄、齒輪聯(lián)動裝置和微型發(fā)電機組成，微型發(fā)電機的輸出功率范圍為5?300W，輸出電壓為O?28V，微型發(fā)電機的輸出電流可以是直流，也可以是交流。
[0007]優(yōu)選的是，高能量密度的超級電容器是寬溫度區(qū)間高安全電容器，其穩(wěn)定的工作電壓是O?5V，工作溫度是-90?300°C，能量密度在8Wh/kg以上。
[0008]優(yōu)選的是，高能量密度的超級電容器的能量密度在12Wh/kg以上，超級電容器通過并聯(lián)或串聯(lián)或串并聯(lián)組合在一起，其放電電壓在預定區(qū)間[U1，U2]，其充電是通過手搖發(fā)電機，放電對象可以是外部設備或者電池;而電池的充電是通過超級電容器或者市電，放電是外部設備。
[0009 ]優(yōu)選的是，充電控制電路由整流電路、能量控制電路和保護電路組成，整流電路與保護電路均與能量控制電路連接，所述能量控制電路輸出端經過整流電路回流至保護電路，所述整流電路將手搖發(fā)電機的電流轉化成直流電，并將電壓控制在預定范圍內，能量控制電路負責功率調節(jié)，電壓、電流穩(wěn)定到預定范圍，保護電路監(jiān)視充電控制電路的電流、電壓及輸出參數(shù)，保證電路的安全。
[0010]優(yōu)選的是，放電控制電路由電壓檢測電路、整流電路和控制開關等組成，所述電壓檢測電路檢測超級電容器、外部設備和電池的電壓，并產生相應的放電信號控制信號，整流電路將超級電容器輸入的變量電壓穩(wěn)定到第一預定值U3以便給電池充電，穩(wěn)定到第二預定值U4以便給外部設備充電，控制開關接受電壓檢測信號，進行電路切換，如果高能量密度的超級電容器的電壓高于預設值Ul，所述放電控制電路控制超級電容器給外部設備充電；當超級電容器電壓低于預設值Ul，電池電壓高于預定值U5時，放電控制電路斷開超級電容器的供電，切換至電池給外部設備充電；當超級電容器和電池的電壓均低于預設值Ul和U5時，則切斷給外部設備的充電并提示缺電。
[0011]優(yōu)選的是，電池內置于超級電容手搖充電寶，其輸出端與所述放電控制電路的輸入端連接，形成電能在放電控制電路和電池間的雙向輸運，電池的放電電壓在預定區(qū)間內[U5，U6]，放電控制電路將電池輸入的變量電壓穩(wěn)定到預定值U4以便給外部設備放電。
[0012]優(yōu)選的是，照明設備內置于上述的放電控制電路上，實現(xiàn)照明功能。
[0013]優(yōu)選的是，放電控制電路直接對外部設備充電或與電池雙向連接;雙向連接是指放電控制電路可向電池充電，電池也可通過放電控制電路對外部設備放電。
[0014]超級電容手搖充電寶能夠通過搖動手搖發(fā)電機對高能量密度的超級電容器充電，并且此充電方式可以實現(xiàn)快充慢放機制;快充慢放機制是指手搖發(fā)電機I?5min，快速對高能量密度超級電容器/組充電，然后可以持續(xù)放電20?60min給手機或其他外部設備充電，從而可以實現(xiàn)機械能間歇性輸入，電能連續(xù)性輸出，超級電容手搖充電寶能夠連接市電對電池常規(guī)充電，也能通過超級電容器對充電寶內置電池充電。
[0015]本發(fā)明的超級電容手搖充電寶采用高能量密度的超級電容器作為快充蓄能介質，采用電池作為大容量蓄能介質，并且安裝手搖發(fā)電機。因此，在野外或旅行等缺電的環(huán)境中，通過手搖發(fā)電機給高能量密度的超級電容直接快速儲能充電，對電池進行間接儲能充電；在室內等市電充足的環(huán)境中，對電池進行常規(guī)儲能充電，具有能量來源便捷多樣，充電速度快，儲存能量多和使用效率高的優(yōu)點。
[0016]【附圖說明】:
圖1是本發(fā)明第一實施例中超級電容手搖充電寶的能量流向示意圖；
圖2是高能量密度超級電容器放電工況時能量流向示意圖；
圖3是鋰電池放電工況時能量流向示意圖；
圖4是充電控制電路連接示意圖；
圖5是放電控制電路連接示意圖。
[0017]【具體實施方式】:
為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)明保護范圍的限定。
[0018]如圖1、4、5所示，本發(fā)明的超級電容手搖充電寶包括:手搖發(fā)電機、充電控制電路、高能量密度超級電容器、放電控制電路、電池及照明設備等;本實施例中手搖發(fā)電機的輸出功率為5?10W，輸出端與所述充電控制電路的輸入端連接，由充電控制電路將電能調節(jié)成額定的輸出電壓和輸出電流。所述的充電控制電路的輸出端與高能量密度的超級電容器的輸入端連接，所述高能量密度超級電容器的能量密度為5?40Wh/kg，通過并聯(lián)或串聯(lián)或串并聯(lián)組合在一起，可攜帶電能300?600mAh，通過放電控制電路將電能調節(jié)成額定的輸出電壓和輸出電流。所述電池可攜帶電能3000?20000mAh，通過放電控制電路將電能調節(jié)成額定的輸出電壓和輸出電流。
[0019]為了更加清楚的描述實施例中超級電容手搖充電寶的使用，下面分別以高能量密度的超級電容器和鋰電池的供電工況進行詳細闡述。
[0020]如圖2所示，是本發(fā)明超級電容器手搖充電寶的超級電容器放電工況時能量流向示意圖。通過手搖發(fā)電機、充電控制電路向高能量密度的超級電容器輸入電能，其中，輸入功率為10?100W，在I?5min內可將攜帶電能300?600mAh的高能量密度的超級電容器充滿。
[0021]超級電容器通過并聯(lián)或串聯(lián)或串并聯(lián)組合在一起形成超級電容器組，其放電電壓區(qū)間設為[2.8V，5.7V]，充滿電時超級電容器組端電壓為5.7V，可以通過上述放電控制電路控制超級電容器組給各設備供電，當超級電容器組的放電電壓低于預設值2.8V，則停止供電。
[0022]在缺電而又急需用電的環(huán)境下(野外手機沒電了或旅行時找不到充電插座)，適合通過搖動手搖發(fā)電機I?5min將超級電容器組迅速充滿，由放電控制電路控制到額定的輸出電壓(比如5V的USB端口直流電壓)給智能手機充上300?600mAh的電量(此過程需要20?60min)，如此手機使用時間可達40?120min，可以為用戶解決燃眉之急。
[0023]上述的快充慢放的機制對鋰電池也適用，可以允許用戶短時搖動長時休息。因此，在缺電而不急用的環(huán)境下，用戶間歇性搖動手搖發(fā)電機，可以通過放電控制電路向鋰電池充電，實現(xiàn)手搖充電寶電能的大容量存儲。
[0024]另外，高能量密度的超級電容器可通過放電控制電路向手搖充電寶內置的LED強光燈供電。
[0025]如圖3所示，是超級電容手搖充電寶的鋰電池放電工況時能量流向示意圖。對鋰電池的充電方式有兩種，第一種是通過市電，由充電控制電路向鋰電池進行常規(guī)充電，第二種充電方式如以上描述，通過超級電容器給鋰電池充電。
[0026]鋰電池的放電電壓區(qū)間設為[2.7 V，3.7 V ]，輸出端與放電控制電路的輸入端連接，通過放電控制電路將鋰電池的變量電壓控制到額定輸出電壓(如5V的USB端口直流電壓)給智能手機充電。
[0027]另外，鋰電池可以通過放電控制電路給照明設備(如LED強光燈)供電，實現(xiàn)照明功會K。
[0028]相較于現(xiàn)有技術，本發(fā)明設計的超級電容手搖充電寶采用高能量密度的超級電容器作為快充蓄能介質，采用電池作為大容量蓄能介質，并且安裝手搖發(fā)電機，實現(xiàn)在野外等缺電的環(huán)境中通過手搖給高能量密度的超級電容快速充電，在室內等市電充足的環(huán)境中對電池進行常規(guī)充電，能量來源便捷多樣，充電速度快，儲存能量多和使用效率高的優(yōu)點。
[0029]另外，本發(fā)明在對超級電容器進行充電時利用手搖發(fā)電機充電，對電池充電可以采用市電和超級電容兩種方式。所述超級電容手搖充電寶對外部設備(如手機)充電時，優(yōu)先選擇快充儲能介質即超級電容器，其次選擇電池。
[0030]以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的詳細說明，不能認定具體實施只局限于這些說明。對于所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換(比如在本發(fā)明的基礎上去掉內置電池的使用)，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.一種超級電容手搖式充電寶，其特征在于:包括手搖發(fā)電機、充電控制電路、高能量密度超級電容器、放電控制電路、電池及照明設備，所述手搖發(fā)電機的輸出端與充電控制電路的輸入端連接，所述的充電控制電路的輸出端與高能量密度的超級電容器的輸入端連接，所述的高能量密度的超級電容器的輸出端與放電控制電路的輸入端連接，所述的放電控制電路與所述的電池雙向連接。2.根據(jù)權利要求1所述的一種超級電容手搖式充電寶，其特征在于:所述手搖發(fā)電機是由搖動手柄、齒輪聯(lián)動裝置和微型發(fā)電機組成，搖動手柄通過齒輪聯(lián)動裝置驅動微型發(fā)電機，微型發(fā)電機的輸出功率范圍為5?300W，輸出電壓為O?28V。3.根據(jù)權利要求1所述的一種超級電容手搖式充電寶，其特征在于:所述高能量密度的超級電容器是寬溫度區(qū)間高安全電容器，其穩(wěn)定的工作電壓是O?5V，工作溫度是-90?300°C，能量密度在8Wh/kg以上。4.根據(jù)權利要求3所述的一種超級電容手搖式充電寶，其特征在于:所述高能量密度的超級電容器的能量密度在12ffh/kg以上。5.根據(jù)權利要求1所述的一種超級電容手搖式充電寶，其特征在于:所述充電控制電路由整流電路、能量控制電路和保護電路組成，整流電路與保護電路均與能量控制電路連接，所述能量控制電路輸出端經過整流電路回流至保護電路，所述整流電路將手搖發(fā)電機的電流轉化成直流電，并將電壓控制在預定范圍內，所述能量控制電路負責功率調節(jié)，電壓、電流穩(wěn)定到預定范圍，所述保護電路監(jiān)視充電控制電路的電流、電壓及輸出參數(shù)，保證電路的安全。6.根據(jù)權利要求1所述的一種超級電容手搖式充電寶，其特征在于:所述放電控制電路由電壓檢測電路、整流電路和控制開關等組成，所述電壓檢測電路檢測超級電容器、外部設備和電池的電壓，并產生相應的放電信號控制信號，所述整流電路將超級電容器輸入的變量電壓穩(wěn)定到第一預定值，以便給電池充電，穩(wěn)定到第二預定值以便給外部設備充電，所述控制開關接受電壓檢測信號，進行電路切換。7.根據(jù)權利要求1-6所述的一種超級電容手搖式充電寶，其特征在于:所述電池內置于超級電容手搖充電寶，其輸出端與所述放電控制電路的輸入端連接，形成電能在放電控制電路和電池間的雙向輸運，所述電池的放電電壓在預定區(qū)間內，所述放電控制電路將電池輸入的變量電壓穩(wěn)定到預定值以便給外部設備放電。8.根據(jù)權利要求1-6所述的一種超級電容手搖式充電寶，其特征在于:所述照明設備內置于上述的放電控制電路上，實現(xiàn)照明功能。9.根據(jù)權利要求1所述的一種超級電容手搖式充電寶，其特征在于:所述放電控制電路直接對外部設備充電。
【文檔編號】H02J7/32GK105958596SQ201610450827
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】周海濤, 薛海洋, 高宏權, 于延芬, 文茂榮
【申請人】南通綠業(yè)中試技術研究院有限公司