CN105846481B - 安全快速大功率放电装置及充电放电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全快速大功率放电装置，至少包括一供电电源、一电源开关、一电能储存装置、一放电开关、一快速大功率放电负载部件。其中所述电源、电源开关、电能储存装置构成充电电路,所述电能储存装置、放电开关、快速大功率放电负载器件构成放电电路。所述充电电路与放电电路在电能储存装置两端并联连接。大功率快速放电装置的电能储存装置是超级电容。该装置还包括充放电控制电路，串联连接在所述电能储存装置上，该充放电控制电路包括控制芯片以及与超级电容数量对应的充放电开关，每一个超级电容分别连接一充电控制开关和一放电控制开关。

Description

安全快速大功率放电装置及充电放电方法

技术领域

本发明涉及一种瞬时大功率放电装置，特别涉及一种能够使电源保持安全可靠工作并且又能够实现对大功率负载器件快速供电做功的装置，本发明还涉及上述装置的充放电方法。

背景技术

随着社会的进步和电子技术的发展，越来越多的电子产品或者电子器件被大家发现或者发明，也有越来越多的各种电子电路应用在社会生活的各个领域。如电子烟领域，利用电池供电在受控时段内加热发热器件，使发热器件升温到需求温度以雾化各种电子烟油，经雾化的电子烟油形成气雾供吸烟者吸入，达到了吸烟的效果。其有益效果是避免了明火点燃烟草产生二手烟危害，进而减少了环境污染，同时经过电子烟油的调配可以极大地降低吸烟危害、有利于吸烟者的身心健康。

但是，瞬时加热发热器件产生一定的高温则需要较大的电流，而电池在较大电流放电时会加快反应速度，使电池本身的温度也迅速升高，可能会使电池直接损坏或引起燃烧等，或至少造成电池性能下降，减少使用寿命。

不仅在电子烟领域是这样，其它电子产品领域也有这种缺陷，只要是需要瞬时大电流放电的器件，都存在损害电源或者降低电源使用 寿命的问题。

当前应用电源技术发展迅速，但在高能量快速大电流放电条件下，仍然没有完全解决电源的上述问题，受限于原材料/加工工艺等原因，性能不稳定、安全特性等依然存在诸多问题/隐患(如锂离子/聚合物电池)。

如今电池技术相对成熟，但高温特性、稳定性、能量密度小、循环充放电次数少等诸多问题依然突出。如电池在实现大电流高能量放电时，设计体积增大，成本很高，电芯温度特性受限，循环充放电次数受限。

近期出现的超级电容是一种可实现高能量快速大电流工作，同时理论上具有无限次充放电循环，一般达到数十万次，但不能实现长时间储能，能量密度相对较小，故本发明提出了将两者有效结合，通过严密精确的控制技术，经过严格精密的制造工艺，实现了安全快速大能量放电。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可实现安全快速的大功率放电装置，用以解决瞬时工作的电源需求；

本发明还提供一种快速安全大功率放电的方法。

本发明安全快速大功率放电装置，至少包括一供电电源、一电源开关、一电能储存装置、一放电开关、一快速大功率放电/负载部件。其中所述电源、充电控制开关、电能储存装置构成充电电路。所述电能储存装置、放电控制开关、快速大功率放电负载器件构成放电电路。 所述充电电路与放电电路在电能储存装置两端并联连接。

所述大功率快速放电装置的电能储存装置是超级电容。

所述超级电容是一个、两个或者多数个。

上述装置还包括充放电控制电路，串联连接在所述电能储存装置上，该充放电控制电路包括控制芯片以及与超级电容数量对应的充放电开关，每一个超级电容分别连接一充电控制开关和一放电控制开关。

所述供电电源是干电池、可充电电池以及各种满足供电规格的直流电源其中之一。

所述快速大功率负载是电发热器件、电发光器件以及电动器件其中之一或者它们的组合。

本发明所述的安全快速大功率放电装置的放电方法，包括以下步骤：

A：打开电源开关，为所述一个或者多数个超级电容充电，使全部超级电容储存满电能；

B：打开放电开关，使超级电容依次放电，对快速大功率负载器件做功。

上述所述的安全快速大功率放电装置的放电方法，在步骤B还包括多数个超级电容依次充放电的过程，具体步骤为：充放电控制电路在依次打开放电控制开关的同时，利用逻辑时序控制，接下来再依次打开充电开关，使不同的超级电容充放电交替进行，以保证每个时序内都有超级电容为负载供电做工，每个时序内都有超级电容在接受充 电

由于本发明采用了多数超级电容与多路控制开关电路进行充放电时序控制的结构，可以实现利用超级电容储电、放电功能，实现低压电源为大功率负载供电做功的效果，而且充分保证了电源的安全。实现了安全快速的大功率放电的功能。结构简单，可以使用在不同领域的电路或者电子产品上。

附图说明

图1为本发明的快速安全大功率放电装置电路功能原理图。

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的安全快速大功率放电装置是一种适用于保证电源安全的小功率电源实现大功率瞬时放电的装置。

该装置电路图中BAT为储能电池，精确的说是一种相对于大功率放电负载来说，是一种小功率电源，在直接为大功率负载供电时由于存在放电电流增大，容易损坏电源本身的问题。

K1为工作开关，用于控制本装置的工作状态。

K2为电池放电控制开关，即充电开关。

K3为电容充电控制开关，通过单片机CPU芯片进行时序充放电控制。

C1、C2、C3、……Cn为超级电容，S1、S2、S3……Sn分别为对应超级电容放电控制开关。

K1为输出控制开关，RL为负载

CPU为PIC系列单片机/ARM系列微控制器等。

本发明的装置的充放电次序和方法是这样的：

首先，打开电池放电控制开关K2，充放电控制电路CPU控制K3使电池依次对C1、C2、C3……Cn预充电。

接着，首次按下K1工作开关，K3便跳开与C1的连接，同时C1通过接通S1对负载RL放电。

再次打开工作开关K1，电池接通K2与K3对C1充电，同时C2通过S2对负载RL放电。

第三此次打开工作开关K1，电池接通K2与K3对C2充电，同时C3通过S3对负载RL放电。

以此类推，可以实现对多个超级电容进行多次的充放电，直至第N次打开工作开关K1，则电容CN-1充电。通过控制电路时序控制，重复以上C1、C2、C3、……Cn冲放电过程。

上述超级电容的充放电时间和工作功率可以通过如下计算得出：以超级电容LIC1235R 3R8406为例。

该超级电容基本参数为耐压/容量3.8V/40F，耐温85摄氏度，充电阀值为3.8V，放电阀值为2.2V，恒流充电电流为10A。

初始充满电时间：

T＝CU/I＝40*(3.8-2.2)/10＝6.4S

放电能量：

P＝0.5CU*U＝0.5*40*1.6*1.6＝51.2W

假设负载电阻为0.4欧，则需输出电流为：

I＝3.8/0.4＝9.5A

此时电池理论上在安全工作范围内可满足输出需求。

若负载为0.2欧电阻，则需输出电流为：

I＝3.8/0.2＝19A

此时电池本身特性受限较难满足功率输出需求，则可以通过超级电容取电同时具备安全可靠性。

综合以上功率需求及应用安全性，负载RL能通过超级电容瞬时得到高功率能量，达到预想温度，同时确保电池工作的安全可靠性。

使用本发明超级电容实现能量中继，理论上无充放电循环限制，对电池要求大大降低，可选用较小电流较大容量通用电池，极大降低成本的同时提高电池的使用寿命，提高安全可靠性。

Claims (2)

1.一种放电装置的放电方法，其特征在于：至少包括一供电电源、一电源开关、一电能储存装置、一超级放电控制开关、一放电负载部件；其中所述电源、所述电源开关、所述电能储存装置构成充电电路；所述电能储存装置、所述放电开关、所述放电负载部件构成放电电路；所述充电电路与所述放电电路在所述电能储存装置两端并联连接；所述放电装置的所述电能储存装置是超级电容；所述超级电容为C1、C2、C3、…、Cn，是采用并联连接并各自分别独立控制，其中n为大于3的正整数；所述放电装置还包括充放电控制电路，串联连接在所述电能储存装置上，所述充放电控制电路包括控制芯片以及与所述超级电容数量对应的充放电开关，每一个所述超级电容分别连接一电容充电控制开关和一超级放电控制开关，所述放电开关即为所述超级放电控制开关；且这些所述超级电容C1、C2、C3、…、Cn之间采用并联的方式连接；所述放电装置用于实现多个所述超级电容进行多次的充放电，直至第N次打开工作开关，则所述超级电容Cn-1充电，所述工作开关两端分别连接所述超级放电控制开关和所述放电负载部件，通过所述充放电控制电路的时序控制，重复各所述超级电容C1、C2、C3、……Cn充放电过程，所述充放电过程具体包括：

A：所述充放电控制电路打开所述电源开关，为多个所述超级电容依次充电，使全部所述超级电容储存满电能；

B：所述充放电控制电路在依次打开所述超级放电控制开关的同时，利用逻辑的所述时序控制，接下来再依次打开所述电容充电控制开关，使不同的所述超级电容充放电交替进行，以保证每个所述时序内都有所述超级电容为所述放电负载部件供电，每个所述时序内都有所述超级电容的蓄电储能。

2.根据权利要求1所述的放电方法，其特征在于，所述放电负载部件是电发热器件、电发光器件以及电动器件其中之一或者它们的组合。

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