CN105914859B - 发电装置与充电系统 - Google Patents

Abstract

一种发电装置与充电系统，所述发电装置包括：温差发电部件、散热部件、加热部件、第一导热垫片、第二导热垫片、第一电能输出部件和供电接口；所述第一导热垫片包括第一表面和第二表面，第一表面与散热部件的散热端贴合，第二表面与温差发电部件的冷端贴合；第二导热垫片包括第三表面和第四表面，第三表面与温差发电部件的热端贴合，第四表面与加热部件的加热端贴合；第一导热垫片和/或第二导热垫片采用能够储能且均匀传热的柔性材料；第一电能输出部件与温差发电部件相连，用于输出温差发电部件产生的电能，并通过供电接口实现对外供电。本发明技术方案能够确保热传导过程中均匀地分散热量，避免产生局部高温，提高热传导效率和发电效率。

Description

发电装置与充电系统

技术领域

本发明涉及发电充电技术领域，特别涉及一种发电装置与充电系统。

背景技术

温差发电又叫热电发电(generating electricity by thermoelectric)，是一种绿色环保的发电方式，其基木原理为利用两种导体接触点间的温差产生电动势(塞贝克效应)直接发电。温差发电技术是一种利用热能直接进行发电的技术，与传统的发电方式(汽轮发电机)相比，具有结构简单、坚固耐用、无运动部件、工作时无噪声、无废弃物排放、使用寿命长、可靠性高等一系列的优点，是一种环境友好型的发电方式。利用温差发电技术可以将太阳能、地热能、工业余热废热等各种低品位热能直接转化成电能，正是由于温差发电具有上述优点，使得其在航空、军事等领域得到了广泛应用。随着能源的短缺及人们不断提高的环境保护意识，特别是全球气候变暖问题，半导体温差发电技术以其各种优点越来越引起人们的关注。

温差发电器是利用塞贝克效应，将热能直接转换成电能的一种发电器件。一般采用将一个P型温差电元件和一个N型温差电元件在热端用金属导体电极连接起来，在其冷端分别连接冷端电极，就构成一个温差电单体或单偶。在温差电单体开路端接入电阻为RL的外负载，如果温差电单体的热面输入热流，在温差电单体热端和冷端之间建立了温差，则将会有电流流经电路，负载上将得到电功率I²RL，因而得到了将热能直接转换为电能的发电器。

通常意义来说，“半导体温差发电器”、“温差发电器”、“热电片”、“温差发电片”都是指热电转换器件。热电转换器件是温差发电器的基本元件，能将热能直接转换为电能，其效率取决于热电材料的性能和器件的设计制造水平。热电转换器件有单级和多级之分。一般单级的温差发电片的结构如图1所示，它由N、P两种不同类型的半导体热电材料经过导电性好的导流片(金属片，例如铜)串联而成，在实际应用中通常在导流片上加一层热导率较高和电绝缘性较好的陶瓷片作为外壳，当热端加热时，使器件的两端建立起温差，两种载流子都流向冷端，形成一定量的直流电。

为了解决野外等恶劣条件下的用电问题，现有技术中存在一种应用温差发电片形成的热电发电装置，如图2所示，该热电发电装置包括：底部平整且开口向上的盛水容器101、安装有温差发电片(图中未示出)的发电部件102、用于容纳热源104的加热部件103以及用于输出发电部件102所产生电能的电能输出部件及其供电接口105；容器101底部与温差发电片的冷端保持良好的热接触，温差发电片的热端则紧贴发电部件102的底部，热源104具体为蜡烛，通过点燃该蜡烛产生热量，持续不断地提供给发电部件102的底部，而聚集于温差发电片的热端的热量传导至冷端，在冷端通过加热容器101中的水而达到散热的目的，由此使温差发电片的两端产生足够量的温差，从而产生一定量的直流电，发出的直流电的大小与两端温差的大小有关，当然与温差发电片的规格也非常有关。虽然该热电发电装置发出的电量很有限，但仍是可以利用发出的电量同时给手机、GPS、智能手环等用电设备充电、LED照明、听收音机、或遇险时发出声光求救信号，因此非常适合解决野外生存情况下的用电问题。

然而，上述热电发电装置仍存在一些缺陷，其中最主要的是热源对于温差发电片的热端的加热不均匀，易产生局部高温，且加热端与温差发电片的热端之间以及散热端与温差发电片的冷端之间热量传导也存在不均匀的情况，导致热传导效率差，从而使发电效率较低。

发明内容

本发明要解决的问题是现有技术中因加热端与温差发电片的热端之间以及散热端与温差发电片的冷端之间热量传导不均匀而影响热传导效率，从而使发电效率较低。

为解决上述问题，本发明技术方案提供一种发电装置，包括：温差发电部件、散热部件、加热部件、第一导热垫片、第二导热垫片、第一电能输出部件和供电接口；所述第一导热垫片包括第一表面和第二表面，所述第一表面与所述散热部件的散热端贴合，所述第二表面与所述温差发电部件的冷端贴合；所述第二导热垫片包括第三表面和第四表面，所述第三表面与所述温差发电部件的热端贴合，所述第四表面与所述加热部件的加热端贴合；所述第一导热垫片和/或第二导热垫片采用能够储能且均匀传热的柔性材料；所述第一电能输出部件与所述温差发电部件相连，用于输出所述温差发电部件产生的电能；所述第一电能输出部件输出的电能通过所述供电接口实现对外供电。

可选的，所述第一导热垫片和/或第二导热垫片的主要材质为硅胶，其中加入比热容大于或等于预定阈值的金属丝网。

可选的，所述散热部件为用于容纳散热液体且具有开口的容器。

可选的，所述加热部件为用于容纳热源且能够形成封闭加热腔室的加热炉。

可选的，所述加热炉的炉壁设置有保温层。

可选的，所述加热炉的炉壁设置有进风口和出风口。

可选的，所述第二表面与所述温差发电部件的冷端之间的贴合面，和/或所述第三表面与所述温差发电部件的热端之间的贴合面还涂覆有导热胶。

可选的，所述第一电能输出部件包括稳压单元，用于对所述温差发电部件的输出电压进行稳压处理以获得稳定的电压。

可选的，所述发电装置还包括与所述供电接口相连的第二电能输出部件，用于容纳储能部件以及控制所述储能部件释放电能并通过所述供电接口实现对外供电。

可选的，所述发电装置还包括与所述第一电能输出部件与第二电能输出部件的相连的切换部件，所述切换部件用于对所述第一电能输出部件与第二电能输出部件的工作状态进行切换，以通过所述供电接口实现对外供电。

可选的，所述温差发电部件为热电发生器(TEG，Thermoelectric Generator)或热电致冷器(TEC，Thermoelectric Cooler)。

为解决上述问题，本发明技术方案还提供一种充电系统，包括：待充电的目标电池、适于对所述目标电池进行充电的充电装置以及上述发电装置，所述发电装置与所述充电装置相连，用于为所述充电装置提供电源。

可选的，所述充电装置包括充电单元、放电单元和控制单元；所述控制单元与所述充电单元和放电单元相连，所述充电单元和放电单元在所述控制单元的控制下，对目标电池进行的充电过程包含依次连续且循环往复的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段；所述充电单元在所述第一充电阶段以恒定充电电压对所述目标电池进行直流充电；所述放电单元在所述放电阶段以持续降低的放电电压对所述目标电池进行放电，直至施加的电压为零；所述充电单元还在所述第二充电阶段以持续上升的充电电压对所述目标电池进行充电，直至施加的电压达到所述恒定充电电压；所述放电阶段的初始放电电压小于或等于所述恒定充电电压。

可选的，所述控制单元控制所述充电单元对于所述第一充电阶段的维持时间T₀为100微秒～1200微秒；所述控制单元控制所述放电单元对于所述放电阶段的维持时间T₁满足：T₀/30<T₁<T₀/102；所述控制单元控制所述充电单元对于所述第二充电阶段的维持时间T₂满足：T₁<T₂≤5*T₁。

可选的，所述放电阶段和第二充电阶段叠加形成的波形为倒锯齿波形。

可选的，所述放电单元为反向微分电路。

与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下优点：

通过在散热部件的散热端与温差发电部件的冷端之间以及温差发电部件的热端与加热部件的加热端之间，加入特殊(能够储能且均匀传热的柔性材料)的导热垫片，以确保热传导过程中能够均匀地分散热量，避免产生局部高温，从而能够提高热传导效率，进而提高发电效率。

进一步地，将加热部件采用容纳热源且能够形成封闭加热腔室的加热炉，以及在加热炉的炉壁设置有保温层，既能够适合各类可燃物作为热源，又能够避免热量的白白流失，提高加热效率，从而能更好地提高发电效率。

在应用上述发电装置提供电源的充电系统中，通过在以恒定充电电压对目标电池进行充电的过程中间隔地插入适度的放电过程，该放电过程以持续降低的放电电压对所述目标电池进行放电，并在该放电过程完毕后施加逐步上升的充电电压直至达到所述恒定充电电压继续进行恒定充电，从而使整个充电过程包含依次连续且循环往复的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段，如此能在目标电池的电极周围形成微环境中电子流的涡流，去除电极周边的短暂“钝化”现象，使电极始终保持“新鲜”状态，即最佳充电状态，使电池充电始终保持最佳的充电性能，由此不但能实现目标电池的快速充电，而且还能修复目标电池以延长电池寿命。

进一步地，将所述放电过程施加的电压、电流和功率等均控制在合适的范围内，既能够较好地达到快速充电以及修复电池延长电池寿命的目的，又能够避免因过度放电而影响充电效率以及电池寿命。

附图说明

图1是现有技术中温差发电片的结构示意图；

图2是现有技术中应用温差发电片的热电发电装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的发电装置的一种结构示意图；

图4是本发明实施例提供的发电装置的另一种结构示意图；

图5是本发明实施例提供的充电系统的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的充电系统在充电过程对应充电曲线的示意图。

具体实施方式

本申请发明人经过对现有技术中图2所示的热电发电装置进行研究分析后发现了诸多缺陷，尤其是热源对于温差发电片的热端的加热不均匀，易产生局部高温，且加热端与温差发电片的热端之间以及散热端与温差发电片的冷端之间热量传导也存在不均匀的情况，导致热传导效率差，从而使发电效率较低。

此外，还存在着其他一些问题，例如：图2所示热源104的种类通常只局限在蜡烛，一旦蜡烛耗尽又缺乏可替换蜡烛，不方便使用其他热源替代；图2所示加热部件103被设计为镂空结构，即仅仅采用几根金属条形成支架以支撑盛水容器101以及安装有温差发电片的发电部件102，如此结构虽然有“依靠点燃的蜡烛提供热量同时实现照明”的目的，但却使热能大量流失，降低了加热效率，进而使发电效率降低；现有技术中通过温差发电片输出的电压是不稳定的，通常会在0.9V～5.5V之间波动，这对于被供电设备的正常工作是极为不利的；图2所示的热电发电装置的仅允许采用燃烧加热的方式输出电能以实现供电，供电方式单一，使用不够灵活；通过现有发电装置提供电源为待充电的电池进行充电，充电速度较慢以及会缩短电池使用寿命。

为此，本发明技术方案提供一种发电装置，能够使加热端与温差发电片的热端之间以及散热端与温差发电片的冷端之间热量传导更为均匀，防止产生局部高温，从而能够提高热传导效率，进而提高发电效率；此外，还采取了相应的措施解决上述提及的其他问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例作详细的说明。

实施例一

本发明实施例提供的发电装置的一种结构如图3所示，所述发电装置包括：温差发电部件303、散热部件301、加热部件305、第一导热垫片302、第二导热垫片304、第一电能输出部件308和供电接口309；所述第一导热垫片302包括第一表面和第二表面，所述第一表面与所述散热部件301的散热端(即图3所示散热部件301的底部，图中未标示)贴合，所述第二表面与所述温差发电部件303的冷端贴合；所述第二导热垫片304包括第三表面和第四表面，所述第三表面与所述温差发电部件303的热端贴合，所述第四表面与所述加热部件305的加热端312贴合；所述第一导热垫片302和/或第二导热垫片304采用能够储能且均匀传热的柔性材料；所述第一电能输出部件308与所述温差发电部件303相连，用于输出所述温差发电部件303产生的电能；所述第一电能输出部件308输出的电能通过所述供电接口309实现对外供电。

具体实施时，所述温差发电部件303可以采用TEG类型的温差发电片，其他实施例中，也可以为TEC、TEP等类型的温差发电片。

本实施例中，所述第一导热垫片302和/或第二导热垫片304的主要材质可以为硅胶，并在其中加入比热容大于或等于预定阈值的金属丝网。实际实施时，所述金属尽量采用铝、铜等比热容较高的金属，例如所述预定阈值可以取0.38千焦/(公斤·摄氏度)(KJ/(kg·℃))；以此类金属制成的丝网加入到采用硅胶为主要材质所形成的第一导热垫片302和/或第二导热垫片304之中，如此使导热垫片不但具有更好的存储热能的能力，又能够具有良好的均匀传热的特性，从而使加热端312与温差发电部件303的热端之间以及散热端与温差发电部件303的冷端之间热量传导更为均匀，避免产生局部高温，由此提高热传导效率，进而提高发电效率。在其他实施例中，所述第一导热垫片302和/或第二导热垫片304也可以采用其他能够储能且均匀传热的柔性材料。

需要说明的是，第一导热垫片302和第二导热垫片304可以是同样的导热垫片，主要作用也都是分散热量以达到均匀导热、不至于产生局部高温的目的，但两者所处的位置有所不同，前者位于散热端与温差发电部件303的冷端之间，起到对散热端进行散热的作用，而后者位于加热端312与温差发电部件303的热端之间，起到对加热端312进行加热的作用。

本实施例中，所述散热部件301具体可以是用于容纳散热液体301a且具有开口的容器。所述散热液体既可以是普通的水，也可以是具有更好吸热及散热性能的其他液体。温差发电部件303的冷端的热量由第一导热垫片302均匀传导至所述容器的底部，从而对容器内的液体(例如水)进行加热，被加热的液体在实际实施时可以达到60℃～100℃左右的温度，若液体为水，则除了起到散热的作用，加热后的水还可以满足日常生活所需。

当然，在本实施例中，所述第二表面与所述温差发电部件303的冷端之间的贴合面，和/或所述第三表面与所述温差发电部件的热端之间的贴合面还可以进一步涂覆导热胶，达到更好的热传导效果。

本实施例中，所述加热部件305具体为用于容纳热源307且能够形成封闭加热腔室306的加热炉。由于现有技术中如图2所示热源104只局限于蜡烛，一旦蜡烛耗尽又缺乏可替换蜡烛，不方便使用其他热源替代，而本实施例中采用加热炉的方式，则任何可以燃烧的物质(例如树枝、木柴、花草等)都能放入加热炉中焚烧，而在野外生存的情况下，将树木等作为热源是极为容易获得的，若再配合一些液体燃料(例如酒精、汽油等)，则燃烧发出的热量较蜡烛要大许多，所以适用性更佳；另外，图2所示加热部件103为镂空结构，这势必使热能大量流失，降低了加热效率，进而使发电效率降低，而本实施例中的加热炉可以形成封闭加热腔室306(当然，并非全封闭，至少应保证空气流通以满足必要的燃烧条件)，如此能有效防止热量流失，并且在加热炉的炉壁还可以设置有保温层311，则热量将更好地被保存起来，通过加热端312传导至第二导热垫片304。

为了更好地实现加热炉内的空气循环，本实施例中还可以在所述加热炉的炉壁设置进风口310a和出风口301b，进风口、出风口均可以设置小型风扇，使新鲜空气自进风口310a进入，加热腔室内燃烧后的气体从出风口301b排出，如此能够使燃烧效率更高，由此提高发电效率。

鉴于现有技术中温差发电片所输出的电压存在不稳定的情况，本实施例中的第一电能输出部件308还可以包括稳压单元(图3中未示出)，用于对所述温差发电部件的输出电压进行稳压处理以获得稳定的电压。实际实施时，所述稳压单元可以通过一定的稳压电路实现，由温差发电部件输出的可能存在不稳定的电压从输入端308a输入，经过稳压电路的处理后，在输出端308b则输出稳定的电压。实际实施时，可以确保输出的电压稳定在5V左右，如此能够维持被供电设备(例如LED电灯、收音机等用电设备)的正常工作。需要说明的是，所述第一电能输出部件308同样可以通过电路的方式予以实现，所述稳压电路可以是实现第一电能输出部件308的电路一部分。

当然，为了能够使所述发电装置输出的电能服务于各类设备，所述供电接口309可以包括各种类型的接口，其中可以包括最为常用的USB接口，还可以包括为LED电灯供电的专用接口。当然，有些用电设备(例如LED电灯)也可以集成于所述发电装置之上。

实施例二

现有技术中，如图2所示的热电发电装置仅允许采用燃烧加热的方式输出电能以实现供电，供电方式单一，使用不够灵活，因为在有些情况下，难以及时找到合适的燃烧物质，却又急需用电。为此，本实施例在实施例一的基础上作进一步改进，提供另一种结构的发电装置，如图4所示：所述发电装置除了包括实施例一中介绍的各个部件之外，还包括与所述供电接口309相连的第二电能输出部件313，用于容纳储能部件314以及控制所述储能部件314释放电能并通过所述供电接口309实现对外供电。

具体实施时，所述储能部件314可以是指单节或多节的电池，所述第二电能输出部件313则可以包括电池盒以及连接所述电池盒与供电接口309的相应电路，通过在该电池盒中安装的电池输出电能，经由相应电路以及供电接口309实现对外供电。因此，本实施例提供的发电装置既可以采用加热取电，也可以不加热，用单节(或多节)电池对外供电，以备应急之需。

此外，所述发电装置还可以包括与所述第一电能输出部件308与第二电能输出部件313的相连的切换部件(图4中未示出)，所述切换部件用于对所述第一电能输出部件308与第二电能输出部件313的工作状态进行切换，以通过所述供电接口实现对外供电。具体实施时，所述切换部件可以通过现有技术中常用的电路予以实现，当采用加热取电的方式时，所述第一电能输出部件308处于工作状态，第二电能输出部件313处于非工作状态，当没有采用加热取电的方式时，则可以将第二电能输出部件313自动切换为工作状态，通过储能部件314输出电能。

本实施例的发电装置的具体实施还可以参考实施例一中发电装置的实施的相关内容，此处不再赘述。

实施例三

应用实施例二或三中的发电装置，对手机、GPS、智能手环等用电设备中的蓄电池进行充电，以确保这些用电设备的续航能力，这是野外环境中最主要的用途之一。为此，基于实施例二或三中的发电装置，本实施例还提供一种充电系统，如图5所示，所述充电系统包括：待充电的目标电池40、适于对所述目标电池40进行充电的充电装置50以及上述发电装置30，所述发电装置30与所述充电装置50相连，用于为所述充电装置50提供电源。

在本实施例中，为了更高效地实现所述发电装置30对目标电池40的充电，除了提高发电装置30自身的发电效率之外，还应当考虑被充电装置50的充电效率。

本领域技术人员知晓，对于蓄电池的充电通常采用恒流充电法或恒压充电法。恒流充电法：在充电过程中，充电电流保持恒定，蓄电池电压逐渐升高，此法充电时间较少，但在充电后期，充电电流大部分能量都用来电解水，蓄电池冒出大量气泡，不仅浪费大量电能，而且使极板活性物质脱落。恒压充电法：在充电过程中，充电电压保持恒定，刚充电时，充电电流很大，随着蓄电池电压的升高，充电电流逐渐减小。此法可避免蓄电池过量充电，但充电初期产生的大电流，亦可损坏极板。

为了避免单独采用恒流充电或恒压充电所产生的弊端，通常的做法是采用分级定流充电法或定流定压充电法，即快充浮充法。分级定流充电法将充电过程分成两个阶段，第一阶段用10小时率电流充电6～7小时，第二阶段用20小时率电流充电14～17小时，一般充到单只蓄电池端电压2.6～2.7伏，连续两小时电压不变，并且直到极板冒泡为止。定流定压充电法将充电周期分成两半，前半周期用0.1C电流将蓄电池端电压充至2.3V左右，后半周期自动切换到定压充电。采用这种方法充电，电解液气泡较少，可节省能源，降低蓄电池温升，减少蒸馏水损耗，改善工作环境，避免极板损耗。

无论是恒流充电法、恒压充电法，还是分级定流充电法、定流定压充电法，在充电过程中都不可避免地会产生如下三种极化现象：

1.电阻极化现象：蓄电池充电过程中，正负离子分别向相反符号极板运动，运动中受到一定阻力，称蓄电池内阻，充电电流流过蓄电池内阻，内阻上产生压降，因此，蓄电池端电压将升高。这种因蓄电池内阻变化引起端电压变化称电阻极化。当充电电流流过极化电阻时，内阻上不断产生热量，导致蓄电池温度上升。

2.浓差极化现象：蓄电池充电过程中，极板表面产生大量离子，在外电源电场作用下，正负离子分别向相反符号极板运动，称离子的电迁移。这种离子电迁移的运动速度远小于化学反应的速度，因此极板和极板附近的离子浓度远大于远离极板处的离子浓度。电解液中离子浓度的不同，必然导致电解液极化。这种因离子浓度差引起的电极电位的变化，称浓差极化。充电电流越大，电化学反应越剧烈，极板表面产生的正负离子越多，因此浓差极化越严重。

3.电化学极化现象：蓄电池充电过程中，外电源不断从蓄电池正极板取得电子输送到负极板，而正负极板上的活性物质与电解液发生电化学反应，但由于电化学反应的速度远小于电子运动的速度，因此，正负极板上形成电荷积累。蓄电池的正负极板形成一个一定容量的电容器，正负极板上积累的电荷越多，则电容器两端电压(即蓄电池端电压)越高，由于电化学反应速度小于电子运动速度而引起的蓄电池端电压升高，称为电化学极化现象。

这三种极化现象都会对充电过程产生影响，其结果是使充电需要更多的电能和更多的时间，尤其是电化学极化现象在实际情况中引起电池电极周边的短暂“钝化”现象，更是大大降低电池充电速度以及缩短电池使用寿命。

当通过热电发电装置提供电源为待充电的电池进行充电时，由于加热取电的方式所产生的电能有限，需要最大限度地提高能源利用率，因此如何使电池充电省时节能，并延长电池的使用寿命更是成为亟待解决的问题。

为解决因充电过程产生的极化/钝化现象而使待充电电池充电速度降低以及缩短电池使用寿命的问题，本实施例中的充电装置50采用一种能够实现快速充电且修复电池、延长电池寿命的充电方式。

继续参阅图5，本实施例中的所述充电装置50可以包括充电单元501、放电单元502和控制单元503；所述控制单元503与所述充电单元501和放电单元502相连，所述充电单元501和放电单元502在所述控制单元503的控制下，对目标电池40进行的充电过程包含依次连续且循环往复的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段；所述充电单元501在所述第一充电阶段以恒定充电电压对所述目标电池40进行直流充电；所述放电单元502在所述放电阶段以持续降低的放电电压对所述目标电池40进行放电，直至施加的电压为零；所述充电单元501还在所述第二充电阶段以持续上升的充电电压对所述目标电池40进行充电，直至施加的电压达到所述恒定充电电压；所述放电阶段的初始放电电压小于或等于所述恒定充电电压。

本实施例中，图5所示的发电装置30用于满足通过充电单元501对目标电池40进行充电时的供电需求，充电单元501和放电单元502在控制单元503的控制下，交替地对目标电池40进行充电和放电。

在实际实施时，所述充电装置50对于目标电池40的具体充电过程通常可以通过充电曲线予以体现，本发明实施例中使用特殊的充电曲线。如图6所示，横轴表示充电过程的时间进度，纵轴表示充电过程中施加的电压；平行于横轴的水平直线表示以恒定充电电压V_c对目标电池进行直流充电的第一充电阶段，第一充电阶段的持续时间为T₀，T₀＝t₀-0；第一充电阶段结束后，紧接着是以持续降低的放电电压对所述目标电池进行放电的放电阶段，所述放电阶段在图6中以t₀时刻与t₁时刻之间的弧线表示，其在t₀时刻的初始放电电压值(绝对值)一般小于或等于恒定充电电压V_c，图6中以“-V_c”表示该初始放电电压，从t₀时刻开始所施加的放电电压值不断降低，直至达到t₁时刻的0电压，所述放电阶段的持续时间为T₁，T₁＝t₁-t₀；放电阶段结束后，紧接着是以持续上升的充电电压对目标电池进行充电的第二充电阶段，所述第二充电阶段在图6中以t₁时刻与t₂时刻之间的弧线表示，其在t₁时刻所施加的充电电压为0，此后充电电压持续上升，直至达到t₂时刻的充电电压，该充电电压的值即为第一充电阶段的恒定充电电压V_c，所述第二充电阶段的持续时间为T₂，T₂＝t₂-t₁，至此完成由依次连续的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段构成的一个充电循环过程。

在一个充电循环过程中的所述第二充电阶段结束后，便开始下一个充电循环过程，继续参阅图6，仍然先以恒定充电电压V_c对目标电池进行直流充电，即执行下一个充电循环过程中的第一充电阶段，其持续时间为T₃，T₃＝t₃-t₂，显然T₃＝T₀；同理，此后便继续依次执行本次充电循环过程中放电阶段和第二充电阶段，此前已详细描述，此处不再赘述。

因此，对于目标电池40的整个充电过程是由一个个充电循环过程构成，其中的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段依次连续且循环往复。

需要说明的是，本实施例中，一个充电循环过程中是以所述第一充电阶段作为起始阶段为例进行说明的，而本领域技术人员能够理解的是，作为循环往复的过程，所述第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段中的任何一个阶段均可以作为整个充电过程的起始阶段，例如先执行第二充电阶段，而后依次执行第一充电阶段和放电阶段，或者先执行放电阶段，而后依次执行第二充电阶段和第一充电阶段。

本实施例中，所述放电阶段和第二充电阶段叠加在一起形成的波形为倒锯齿波形，如图6中t₀时刻与t₂时刻之间的弧线所示，如此实现了放电阶段与充电阶段之间的平滑过渡，该过程中既没有过多的电压突变，也不存在停止充电的时间间隔，却能够达到去除电极周边的短暂“钝化”现象以保持电池最佳充电性能的目的，并且确保了更高的充电效率，所以整个充电过程的充电曲线可以直观地认为是在“直流波形”(水平的直线)的基础上叠加了“倒锯齿波形”，整体上呈现为一段直线，然后一段斜向上的弧线(即倒锯齿形状的弧线)，再一段直线，再一段斜向上的弧线，如此间隔呈现的波形图。

通过使用上述特殊的充电曲线，能够实现在目标电池40的电极周围形成微环境中电子流的涡流，从而去除电池电极周边的短暂“钝化”现象，使电极始终保持“新鲜”状态，即最佳充电状态，使电池充电始终保持最佳的充电性能；此外，由于充电电流决定了电阻极化现象和浓差极化现象的强度，当充电电流中断时(放电阶段)，电阻极化现象和浓差极化现象立即消失。

需要说明的是，虽然现有技术中也会存在对电池进行放电过程，然后再充电，但与本发明技术方案提供的充电方式相比存在本质区别，因为现有技术通常是先经过一个电池放电过程达到一定程度，然后持续以恒定电压进行直流充电，即使另有变化，也只是分阶段，例如前期大功率充电，后期减小充电功率，而非如本发明技术方案那样放电阶段和充电阶段是间隔形成且中间不存在停止充电的时间间隔。

在实际实施时，所述充电过程中的各个阶段的持续时间以及施加的电压、电流、功率等均需要控制在合理的范围之内，尤其是所述放电阶段的反向电流的电压、电流、功率等均要在实验数据以内，否则不但反而会达不到快速充电、修复电池以延长使用寿命的目的，甚至还可能会损坏电池，因为过度放电首先降低充电效率，持续时间长就会容易造成电极表面损伤，影响电极寿命，从而影响电池寿命。

为此，本申请发明人经过长期实验，努力探求所述充电过程中的各个阶段之间的关系以及每个阶段中各项参数的取值范围，这些对于充电效率和电池性能、电池寿命的影响。

作为优选的实施例，可以结合图5，本实施例中，所述控制单元503控制所述充电单元501对于所述第一充电阶段的维持时间T₀为100微秒～1200微秒；所述控制单元503控制所述放电单元502对于所述放电阶段的维持时间T₁满足：T₀/30<T₁<T₀/102；所述控制单元503控制所述充电单元501对于所述第二充电阶段的维持时间T₂满足：T₁<T₂≤5*T₁。

当然，在实际实施时，所述放电阶段的维持时间以及施加的电压和电流是需要根据所述目标电池的性能进行确定的。

具体实施时，所述放电单元503可以通过反向微分电路予以实现。本领域技术人员知晓，所述反向微分电路可以通过现有技术中的常用手段实现，只不过该反向微分电路工作时需要配合特定的参数设置，具体对充电装置50中的反向微分电路的参数设置可以参考上述相关描述。

所述充电系统的具体实施还可以参考上述发电装置的实施相关内容，此处不再赘述。

本领域技术人员可以理解，实现本实施例中的充电系统及其充电装置的全部或部分是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于计算机可读存储介质中，所述存储介质可以是ROM、RAM、磁碟、光盘等。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (15)

1.一种发电装置，其特征在于，包括：温差发电部件、散热部件、加热部件、第一导热垫片、第二导热垫片、第一电能输出部件和供电接口；所述第一导热垫片包括第一表面和第二表面，所述第一表面与所述散热部件的散热端贴合，所述第二表面与所述温差发电部件的冷端贴合；所述第二导热垫片包括第三表面和第四表面，所述第三表面与所述温差发电部件的热端贴合，所述第四表面与所述加热部件的加热端贴合；所述第一导热垫片和/或第二导热垫片采用能够储能且均匀传热的柔性材料；所述第一电能输出部件与所述温差发电部件相连，用于输出所述温差发电部件产生的电能；所述第一电能输出部件输出的电能通过所述供电接口实现对外供电。

2.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述第一导热垫片和/或第二导热垫片的主要材质为硅胶，其中加入比热容大于或等于预定阈值的金属丝网。

3.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述散热部件为用于容纳散热液体且具有开口的容器。

4.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述加热部件为用于容纳热源且能够形成封闭加热腔室的加热炉。

5.根据权利要求4所述的发电装置，其特征在于，所述加热炉的炉壁设置有保温层。

6.根据权利要求4所述的发电装置，其特征在于，所述加热炉的炉壁设置有进风口和出风口。

7.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述第二表面与所述温差发电部件的冷端之间的贴合面，和/或所述第三表面与所述温差发电部件的热端之间的贴合面还涂覆有导热胶。

8.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述第一电能输出部件包括稳压单元，用于对所述温差发电部件的输出电压进行稳压处理以获得稳定的电压。

9.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，还包括与所述供电接口相连的第二电能输出部件，用于容纳储能部件以及控制所述储能部件释放电能并通过所述供电接口实现对外供电。

10.根据权利要求9所述的发电装置，其特征在于，还包括与所述第一电能输出部件与第二电能输出部件的相连的切换部件，所述切换部件用于对所述第一电能输出部件与第二电能输出部件的工作状态进行切换，以通过所述供电接口实现对外供电。

11.根据权利要求1所述的发电装置，其特征在于，所述温差发电部件为TEG。

12.一种充电系统，其特征在于，包括：待充电的目标电池、适于对所述目标电池进行充电的充电装置以及如权利要求1至11任一项所述的发电装置，所述发电装置与所述充电装置相连，用于为所述充电装置提供电源。

13.根据权利要求12所述的充电系统，其特征在于，所述充电装置包括充电单元、放电单元和控制单元；所述控制单元与所述充电单元和放电单元相连，所述充电单元和放电单元在所述控制单元的控制下，对目标电池进行的充电过程包含依次连续且循环往复的第一充电阶段、放电阶段和第二充电阶段；所述充电单元在所述第一充电阶段以恒定充电电压对所述目标电池进行直流充电；所述放电单元在所述放电阶段以持续降低的放电电压对所述目标电池进行放电，直至施加的电压为零；所述充电单元还在所述第二充电阶段以持续上升的充电电压对所述目标电池进行充电，直至施加的电压达到所述恒定充电电压；所述放电阶段的初始放电电压小于或等于所述恒定充电电压。

14.根据权利要求13所述的充电系统，其特征在于，所述控制单元控制所述充电单元对于所述第一充电阶段的维持时间T₀为100微秒～1200微秒；所述控制单元控制所述放电单元对于所述放电阶段的维持时间T₁满足：T₀/30<T₁<T₀/102；所述控制单元控制所述充电单元对于所述第二充电阶段的维持时间T₂满足：T₁<T₂≤5*T₁。

15.根据权利要求13所述的充电系统，其特征在于，所述放电阶段和第二充电阶段叠加形成的波形为倒锯齿波形。