[发明专利]用于电器的基于超级电容器的储能装置

说明书

背景技术

本发明涉及由超级电容器供电电器。

基于超级电容器的电器通常使用单个电容器或串联/并联组合的多个电容器。当电容器并联连接时，有效电容增大，从而提供了较高的能量储存。如今，超级电容器被限制为2.7伏。因此，为了增加它们的输出电压，串联连接电容器，这减小了它们的电容。然而，由于储存的能量与电压的平方成正比，所以可导致较高电压下的较高能量储存。

超级电容器也称为超电容器(super capacitor)、超电容器(super condenser)或双电层电容器。它们与其它电容器的区别在于它们在两个板之间具有分隔件，从而有效地形成了双电容器。

附图说明

参照以下的图描述一些实施例：

图1是根据一个实施例的牙刷的透视图；

图2是根据一个实施例的螺丝刀的透视图；

图3是根据一个实施例的钻具的透视图；

图4是根据一个实施例的手电筒的透视图；

图5是一个实施例的示意图；

图6是用于一个实施例的电压相对于相关能量的假想曲线图；

图7是根据一个实施例的图5的调节器的更详细的示意图；

图8是根据一个实施例的图5所示的充电电路的示图；

图9是根据一个实施例的参考电压发生器的电路示意图；

图10是根据一个实施例的产生感测块的感测电压的电路示意图；

图11是根据一个实施例的图7所示的极限检测中的上下控制的电路示意图；

图12是一个实施例的低压报警电路；

图13是根据一个实施例的关断用于电路44的电压变换器的电路；

图14是上/下变换器的一个实施例；并且

图15示出了对根据一个实施例的电压变换器的操作的波形。

具体实施方式

在非持续很久使用电器消费应用中，超级电容器可代替诸如可再充电池之类的电池。即，如果使用是间歇式的，则超级电容器可在连续的使用之间快速再充电。特别是对于电器将大部分时间花费在充电托架上的那些应用，超级电容器可有效地代替电器中的电池。

超级电容器使用充电电路来代替传统的可再充电池(例如，NiCd、NiMH或Li-ion)。单个或多个超级电容器可按照串联/并联组合的方式使用以储存电荷，并且利用简单电阻器来限制电流。电子充电电路对电容器进行充电，电子电压变换器维持对电器的恒定电压。电容器的串联和并联的数量取决于电压、能量储存和典型的使用时间。

当电器被开启时，它使用来自电容器(而非电池)的能量。电容器在电器消耗能量时放电，从而降低了电容器的输出电压。尽管电子器件将输出电压转换为电器能够接受的值，可适当选择电容器的大小，使得电容器足够大以保存电器的典型间歇使用的持续时间所需量的能量。

可在间歇使用之间通过将电器中的电容器放回充电托架上来对该电容器快速充电。如果充电托架能够以高电流对电容器进行充电，则间歇使用之间的充电时间可相对较小。

潜在应用包括图1所示的电动牙刷、图2所示的电动螺丝刀、图3所示的电动钻具以及图4所示的手电筒。在充电循环之间使用较短时间段的任何电器可适于与超级电容器电源一起使用。

与寿命为两年或三年的可再充电池相比，超级电容器具有非常长的寿命，通常为约30年。标准的一次性电池具有甚至更短的寿命。超级电容器不像电池那样使用有毒化学品，从而使它们“更绿色”。基于超级电容器的电池可重量更轻。随着技术成熟，在未来基于超级电容器的解决方案与可再充电池比可更便宜。

超级电容器表现出泄漏(由Rleak表示)，从而引起放电。另外，当电容器按照串联组合的方式使用以增加电压时，有意地增加泄漏电阻器以使串联叠堆中的所有电容器的放电平稳。如果没有使泄漏平稳，则不平稳的放电可使电容器两端的电压升高超过其最大额定电压，从而损害电容器。

如图5所示，基于超级电容器的电器20可包括从充电电路26充电的电容器22。在一些实施例中可使用泄漏电阻器24。当电容器被充电时，无论是全充至充电电压还是充至足够高的电压，电容器都向负载30提供电源电压。随着负载消耗来自电容器的能量，电容器两端的电压降低，因此电器(负载)随着使用而经历电源电压的逐渐下降，这可能危及效能。

因此，一个可能的解决方案是使用大电容器以使得电压下降不会这样大。然而，越大的超级电容器可能越笨重、越昂贵，并且对大电容器充电花费的时间越长。