[发明专利]一种基于广义共振的快速、高效、升压充电方法

说明书

本发明公开了一种基于广义共振的快速、高效、升压充电方法，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。本发明通过在交流能源输出端增加RLC串联谐振电路，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，并从电容器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，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。实现了以低电压交流电源对储能电容、电池进行升压快速充电，提高了储能电容器、电池对环境极低交流能源电能的收集、储存能力和电动交通工具的储能装置快速充电的效率。

技术领域

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。

发明内容

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。