安全快速大功率放電裝置及充電放電方法
【專利摘要】本發明公開了一種安全快速大功率放電裝置，至少包括一供電電源、一電源開關、一電能儲存裝置、一放電開關、一快速大功率放電負載部件。其中所述電源、電源開關、電能儲存裝置構成充電電路,所述電能儲存裝置、放電開關、快速大功率放電負載器件構成放電電路。所述充電電路與放電電路在電能儲存裝置兩端并聯連接。大功率快速放電裝置的電能儲存裝置是超級電容。該裝置還包括充放電控制電路，串聯連接在所述電能儲存裝置上，該充放電控制電路包括控制芯片以及與超級電容數量對應的充放電開關，每一個超級電容分別連接一充電控制開關和一放電控制開關。
【專利說明】
安全快速大功率放電裝置及充電放電方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種瞬時大功率放電裝置，特別涉及一種能夠使電源保持安全可靠工作并且又能夠實現對大功率負載器件快速供電做功的裝置，本發明還涉及上述裝置的充放電方法。
【背景技術】
[0002]隨著社會的進步和電子技術的發展，越來越多的電子產品或者電子器件被大家發現或者發明，也有越來越多的各種電子電路應用在社會生活的各個領域。如電子煙領域，利用電池供電在受控時段內加熱發熱器件，使發熱器件升溫到需求溫度以霧化各種電子煙油，經霧化的電子煙油形成氣霧供吸煙者吸入，達到了吸煙的效果。其有益效果是避免了明火點燃煙草產生二手煙危害，進而減少了環境污染，同時經過電子煙油的調配可以極大地降低吸煙危害、有利于吸煙者的身心健康。
[0003]但是，瞬時加熱發熱器件產生一定的高溫則需要較大的電流，而電池在較大電流放電時會加快反應速度，使電池本身的溫度也迅速升高，可能會使電池直接損壞或引起燃燒等，或至少造成電池性能下降，減少使用壽命。
[0004]不僅在電子煙領域是這樣，其它電子產品領域也有這種缺陷，只要是需要瞬時大電流放電的器件，都存在損害電源或者降低電源使用壽命的問題。
[0005]當前應用電源技術發展迅速，但在高能量快速大電流放電條件下，仍然沒有完全解決電源的上述問題，受限于原材料/加工工藝等原因，性能不穩定、安全特性等依然存在諸多問題/隱患(如鋰離子/聚合物電池)。
[0006]如今電池技術相對成熟，但高溫特性、穩定性、能量密度小、循環充放電次數少等諸多問題依然突出。如電池在實現大電流高能量放電時，設計體積增大，成本很高，電芯溫度特性受限，循環充放電次數受限。
[0007]近期出現的超級電容是一種可實現高能量快速大電流工作，同時理論上具有無限次充放電循環，一般達到數十萬次，但不能實現長時間儲能，能量密度相對較小，故本發明提出了將兩者有效結合，通過嚴密精確的控制技術，經過嚴格精密的制造工藝，實現了安全快速大能量放電。
【發明內容】
[0008]本發明的目的在于提供一種可實現安全快速的大功率放電裝置，用以解決瞬時工作的電源需求；
[0009]本發明還提供一種快速安全大功率放電的方法。
[0010]本發明安全快速大功率放電裝置，至少包括一供電電源、一電源開關、一電能儲存裝置、一放電開關、一快速大功率放電/負載部件。其中所述電源、充電控制開關、電能儲存裝置構成充電電路。所述電能儲存裝置、放電控制開關、快速大功率放電負載器件構成放電電路。所述充電電路與放電電路在電能儲存裝置兩端并聯連接。[0011 ] 所述大功率快速放電裝置的電能儲存裝置是超級電容。
[0012]所述超級電容是一個、兩個或者多數個。
[0013]上述裝置還包括充放電控制電路，串聯連接在所述電能儲存裝置上，該充放電控制電路包括控制芯片以及與超級電容數量對應的充放電開關，每一個超級電容分別連接一充電控制開關和一放電控制開關。
[0014]所述供電電源是干電池、可充電電池以及各種滿足供電規格的直流電源其中之
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[0015]所述快速大功率負載是電發熱器件、電發光器件以及電動器件其中之一或者它們的組合。
[0016]本發明所述的安全快速大功率放電裝置的放電方法，包括以下步驟:
[0017]A:打開電源開關，為所述一個或者多數個超級電容充電，使全部超級電容儲存滿電能；
[0018]B:打開放電開關，使超級電容依次放電，對快速大功率負載器件做功。
[0019]上述所述的安全快速大功率放電裝置的放電方法，在步驟B還包括多數個超級電容依次充放電的過程，具體步驟為:充放電控制電路在依次打開放電控制開關的同時，利用邏輯時序控制，接下來再依次打開充電開關，使不同的超級電容充放電交替進行，以保證每個時序內都有超級電容為負載供電做工，每個時序內都有超級電容在接受充電
[0020]由于本發明采用了多數超級電容與多路控制開關電路進行充放電時序控制的結構，可以實現利用超級電容儲電、放電功能，實現低壓電源為大功率負載供電做功的效果，而且充分保證了電源的安全。實現了安全快速的大功率放電的功能。結構簡單，可以使用在不同領域的電路或者電子產品上。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的快速安全大功率放電裝置電路功能原理圖。
【具體實施方式】
[0022]現結合附圖對本發明作進一步說明。
[0023]如圖1所示，本發明的安全快速大功率放電裝置是一種適用于保證電源安全的小功率電源實現大功率瞬時放電的裝置。
[0024]該裝置電路圖中BAT為儲能電池，精確的說是一種相對于大功率放電負載來說，是一種小功率電源，在直接為大功率負載供電時由于存在放電電流增大，容易損壞電源本身的問題。
[0025]Kl為工作開關，用于控制本裝置的工作狀態。
[0026]K2為電池放電控制開關，即充電開關。
[0027]K3為電容充電控制開關，通過單片機CPU芯片進行時序充放電控制。
[0028]C1、C2、C3、......Cn為超級電容，S1、S2、S3......Sn分別為對應超級電容放電控制開關。
[0029]Kl為輸出控制開關，RL為負載
[0030]CPU為PIC系列單片機/ARM系列微控制器等。
[0031]本發明的裝置的充放電次序和方法是這樣的:
[0032]首先，打開電池放電控制開關K2，充放電控制電路CPU控制K3使電池依次對Cl、C2、C3......Cn預充電。
[0033]接著，首次按下Kl工作開關，K3便跳開與Cl的連接，同時Cl通過接通SI對負載RL放電。
[0034]再次打開工作開關Kl，電池接通K2與K3對Cl充電，同時C2通過S2對負載RL放電。
[0035]第三此次打開工作開關Kl，電池接通K2與K3對C2充電，同時C3通過S3對負載RL放電。
[0036]以此類推，可以實現對多個超級電容進行多次的充放電，直至第N次打開工作開關Kl，則電容CN-1充電。通過控制電路時序控制，重復以上Cl、C2、C3、……Cn沖放電過程。
[0037]上述超級電容的充放電時間和工作功率可以通過如下計算得出:以超級電容LIC1235R 3R8406 為例。
[0038]該超級電容基本參數為耐壓/容量3.8V/40F，耐溫85攝氏度，充電閥值為3.8V，放電閥值為2.2V，恒流充電電流為10A。
[0039]初始充滿電時間:
[0040]T = CU/I = 40* (3.8-2.2)/10 = 6.4S
[0041]放電能量:
[0042]P = 0.5CU*U = 0.5*40*1.6*1.6 = 51.2ff
[0043]假設負載電阻為0.4歐，則需輸出電流為:
[0044]I = 3.8/0.4 = 9.5A
[0045]此時電池理論上在安全工作范圍內可滿足輸出需求。
[0046]若負載為0.2歐電阻，則需輸出電流為:
[0047]I = 3.8/0.2 = 19A
[0048]此時電池本身特性受限較難滿足功率輸出需求，則可以通過超級電容取電同時具備安全可靠性。
[0049]綜合以上功率需求及應用安全性，負載RL能通過超級電容瞬時得到高功率能量，達到預想溫度，同時確保電池工作的安全可靠性。
[0050]使用本發明超級電容實現能量中繼，理論上無充放電循環限制，對電池要求大大降低，可選用較小電流較大容量通用電池，極大降低成本的同時提高電池的使用壽命，提高安全可靠性。
【主權項】
1.一種安全快速大功率放電裝置，其特征在于:至少包括一供電電源、一電源開關、一電能儲存裝置、一放電開關、一大功率放電負載部件；其中所述電源、電源開關、電能儲存裝置構成充電電路；所述電能儲存裝置、放電開關、快速大功率放電負載器件構成放電電路；所述充電電路與放電電路在電能儲存裝置兩端并聯連接。2.根據權利要求1所述的安全快速大功率放電裝置，其特征在于:所述大功率快速放電裝置的電能儲存裝置是超級電容。3.根據權利要求2所述的安全快速大功率放電裝置，其特征在于:所述超級電容是一個、兩個或者多個并聯并各自分別獨立控制。4.根據權利要求3所述的安全快速大功率放電裝置，其特征在于:還包括充放電控制電路，串聯連接在所述電能儲存裝置上，該充放電控制電路包括控制芯片以及與超級電容數量對應的充放電開關，每一個超級電容分別連接一充電控制開關和一放電控制開關。5.根據權利要求1、2、3或4所述的安全快速大功率放電裝置，其特征在于:所述供電電源是干電池、可充電電池以及符合充電規格的直流電源其中之一。6.根據權利要求1、2、3或4所述的安全快速大功率放電裝置，其特征在于:所述快速大功率負載是電發熱器件、電發光器件以及電動器件其中之一或者它們的組合。7.一種如權利要求4所述的安全快速大功率放電裝置的放電方法，其特征在于:包括以下步驟: A:打開電源開關，為所述一個或者多數個超級電容依次充電，使全部超級電容儲存滿電能； B:打開放電開關，使超級電容依次放電，對快速大功率負載器件做功。8.根據權利要求7所述的安全快速大功率放電裝置的放電方法，其特征在于:在步驟B還包括多數個超級電容依次充放電的過程，具體步驟為: 充放電控制電路在依次打開放電控制開關的同時，利用邏輯時序控制，接下來再依次打開充電開關，使不同的超級電容充放電交替進行，以保證每個時序內都有超級電容為負載供電，每個時序內都有超級電容在蓄電儲能。
【文檔編號】H02J7/00GK105846481SQ201510016649
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月13日
【發明人】彭爭戰
【申請人】深圳市新宜康科技有限公司