CN207797876U - 超级电容供电电击棒 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超级电容供电电击棒，该电击棒包括有超级电容快速充电电路、电容均衡模块、超级电容储能单元、电击棒控制系统、低功耗控制与电极使能接口、高频高压升压电路，所述超级电容快速充电电路、电容均衡模块、超级电容储能单元、电击棒控制系统依次连接，所述低功耗控制与电极使能接口连接电击棒控制系统与高频高压升压电路。本实用新型能够快速进行充电，且可以增加电源循环使用的次数，具有更长的使用寿命以及更好的温度特性，避免环境污染。

Description

超级电容供电电击棒

技术领域

本实用新型属于电击棒的技术领域，特别涉及超级电容供电的电击棒。

背景技术

目前市面上的便携式电击棒的供电系统采用电池供电，电池功率密度低，瞬间带载能力较弱，并且容易受到不同地区的温度影响，如过冷或过热，电击效果难以得到保障，存在关键时刻不能起到保护作用的风险。

目前便携式电击棒的电路多采用电池供电，电池的使用时间短，需要经常更换，不环保，如果采用的是充电电池，则充电电池充电的时间比较长。

如专利申请201621374765.2公开了一种多功能警用装备，包括手柄，所述手柄表面安装有防滑层，所述防滑层和手柄固定连接，所述手柄侧面分别对称安装有蓄电池，所述蓄电池侧面安装有微型摄像头，所述蓄电池和微型摄像头电性连接，所述蓄电池底端安装有电源接口，所述蓄电池和电源接口电性连接，所述蓄电池侧面安装有手电筒柄，该种多功能警用装备，两边分别安装有手电筒和电击棒，实现了巡视防卫于一体，并且好安装有微型摄像头，可以随时摄有用的影像资料，通过插板和插槽的连接实现手柄和蓄电池的连接，方便拆卸，太阳能板的安装可以有效的节省电量，节约了电量，电量表可以显示蓄电池的使用情况，方便及时充电，防水灯罩可以有效的防止雨水对装置的破坏。

有部分设计为了提升带载能力，采用了多串电池，但多串电池的充电系统存在电池不均衡的现象，容易导致部分电池过充、过放或者提前保护，能源的是使用效率低。

实用新型内容

基于此，因此本实用新型的首要目地是提供一种超级电容供电电击棒，该电击棒能够快速进行充电，且可以增加电源循环使用的次数，具有更长的使用寿命以及更好的温度特性，避免环境污染。

本实用新型的另一个目地在于提供一种超级电容供电电击棒，该电击棒可以在最大程度上合理使用储能单元的电荷，延长储能单元的使用时间，不会因为某单节电容(或电池)电压截止而导致其他仍存有较多电荷的电容(或电池)不能继续放电；而且通过低功耗的休眠方法，提升系统能耗的使用效率，让系统更加高效，节能。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种超级电容供电电击棒，其特征在于该电击棒包括有超级电容快速充电电路、电容均衡模块、超级电容储能单元、电击棒控制系统、低功耗控制与电极使能接口、高频高压升压电路，所述超级电容快速充电电路、电容均衡模块、超级电容储能单元、电击棒控制系统依次连接，所述低功耗控制与电极使能接口连接电击棒控制系统与高频高压升压电路。

所述超级电容储能单元包括有多个单体电容，所述多个单体电容并联设置构成超级电容储能单元。

所述电击棒，还包括有快速充电保护电路，快速充电保护电路连接于超级电容快速充电电路，对输送电能的过程进行保护，若超级电容储能单元储能已处于满电状态，则快速充电保护电路会启动充电保护功能，若在向电压均衡模块输送电能的过程中电流或电压值异常，快速充电保护电路启动保护功能，切断电能的输送。

所述电击棒，还包括有电压均衡保护电路，所述电压均衡保护电路连接于所述电容均衡模块，若发现均衡电路工作电流异常或均衡电路其他异常，电压均衡保护电路启动，关闭电压均衡模块。

所述电击棒，还包括有所述储能单元保护电路及防电荷泄露电路，所述所述储能单元保护电路及防电荷泄露电路连接于超级电容储能单元，实时监测储能单元，若出现过压、欠压、温度过高、温度过低、短路等异常，则保护电路启动保护功能，若恢复正常，则保护解除。

本实用新型有益效果是：

1、相比普通充电电池，超级电容器充电速度快，可以在几十秒到10多分钟的时间内完成系统储能，提高使用者体验，方便使用者紧急携带外出使用。

2、使用超级电容储能单元替代电池，可以增加电源循环使用的次数，具有更长的使用寿命以及更好的温度特性，避免环境污染。

3、超级电容器功率密度大，可以产生较高的峰值电流，相比使用其他储能电源供电，使用超级电容供电的高频升压电路效率更高。

4、带超级电容均衡电路的电击棒设计，可以在最大程度上合理使用储能单元的电荷，延长储能单元的使用时间，不会因为某单节电容(或电池)电压截止而导致其他仍存有较多电荷的电容(或电池)不能继续放电。

5、通过低功耗的休眠方法，提升系统能耗的使用效率，让系统更加高效，节能。

附图说明

图1是本实用新型所实施的电路图。

图2是本实用新型所实施一种具体应用的电路框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1所示，为本实用新型所实现的超级电容供电电击棒，其特征在于该电击棒包括有超级电容快速充电电路、电容均衡模块、超级电容储能单元、电击棒控制系统、低功耗控制与电极使能接口、高频高压升压电路、快速充电保护电路、电压均衡保护电路及所述储能单元保护电路及防电荷泄露电路，所述超级电容快速充电电路、电容均衡模块、超级电容储能单元、电击棒控制系统依次连接，所述低功耗控制与电极使能接口连接电击棒控制系统与高频高压升压电路。

所述超级电容储能单元包括有多个单体电容，所述多个单体电容并联设置构成超级电容储能单元。

所述快速充电保护电路连接于超级电容快速充电电路，对输送电能的过程进行保护，若超级电容储能单元储能已处于满电状态，则快速充电保护电路会启动充电保护功能，若在向电压均衡模块输送电能的过程中电流或电压值异常，快速充电保护电路启动保护功能，切断电能的输送。

所述电压均衡保护电路连接于所述电容均衡模块，若发现均衡电路工作电流异常或均衡电路其他异常，电压均衡保护电路启动，关闭电压均衡模块。

所述储能单元保护电路及防电荷泄露电路连接于超级电容储能单元，实时监测储能单元，若出现过压、欠压、温度过高、温度过低、短路等异常，则保护电路启动保护功能，若恢复正常，则保护解除。

具体作用过程及原理如下：

接通外部电源时，外部电源把电能提供给超级电容快速充电电路，充电电路对输入的电能进行一阶管理，在超级电容整体未充满电的前提下，把一阶管理的结果提供给电容均衡模块；若超级电容储能单元储能已处于满电状态，则快速充电保护电路会启动充电保护功能，若在向电压均衡模块输送电能的过程中电流或电压值异常，快速充电保护电路启动保护功能，切断电能的输送。

电压均衡模块根据快速充电电路提供的电能，以及当前超级电容储能单元中各单体的电压情况，向超级电容储能单元中的各个单体电容提供合适的电流。在均衡充电的过程中，偌其中有一个单体电容先充满电，则电压均衡模块会先停止对该单体进行充电，其他的电容仍保持充电状态，依此进行，直到所有单体电容均达到充满状态，电压均衡模块停止向超级电容储能单元输送电能，通过该控制方式可以解决充电过程部分单体电容过充、部分未充满的问题。在均衡控制的过程，若发现均衡电路工作电流异常或均衡电路其他异常，电压均衡保护电路启动，关闭电压均衡模块。

超级电容储能单元保护电路实时监测储能单元，若出现过压、欠压、温度过高、温度过低、短路等异常，则保护电路启动保护功能，若恢复正常，则保护解除。超级电容储能单元保护电路的电能由超级电容储能单元提供。

超级电容储能单元向电击棒控制系统供电，确保系统稳定运行。

低功耗控制与电极使能接口连接电击棒控制系统与高频高压升压电路。当低功耗控制启动时，高频高压升压电路不工作，电击棒控制系统不工作，防电荷泄漏电路工作，超级电容储能单元与负载断开；档低功耗控制关闭时，超级电容储能单元继续为负载供电，各模块恢复正常工作。

当使能接口有使能信号时，电击棒控制系统会检测到该信号。同时超级电容储能单元同时向高频高压升压电路供电。当电击棒需要发挥出电击时，电击棒控制系统给出相关控制信号控制高频升压电路，通过该电路输出高频电击电压。当使能信号消失时，则电击棒控制系统控制高频高压升压电路停止输出，进入低功耗待机状态，降低系统功耗。

在高频高压升压电路工作的过程中，超级电容储能单元会提供升压所需的电能，由于储能单元中每个单体电容的内阻以及老化的情况不一样，每个电容最大提供电荷的能力不一样，在提供电荷的过程中，电压均衡模块会检测单体电容的电压变化状态，当有单体电容电压较其他单体电压低时，电压均衡模块会减小该电压偏低电容对外的输出电流，增大其他电压较高的电容对外提供的电流，从而达到总体电容电压相近的目的。通过在输出电流的过程中对储能单元中的电容进行均衡控制，可以最大程度延长单元对外提供电能的时间，否则当其中一个单体电容过早达到截止放电电压点时，则整个储能单元体停止对外放电。

图2为本实用新型具体应用的一种电路框图，图中所示，在该应用中，整个硬件电路环境有两个输入源。

输入源分别通过外部电源接口与外部输入信号输入至电击棒硬件电路系统，其中外部电源通过外部电源接口为超级电容器进行供电，提供电源。外部输入信号可通过按键，无线信号等方式将使用者的控制信息传输至电击棒控制系统电击棒控制系统根据输入的信号将电击棒输出高频高压或者进入休眠。亦可直接通过外部硬件直接打开或者断开超级电容储能单元与外部电路的连接。

其中外部电源的输入通过充电保护电路给电压均衡保护电路供电，电压均衡保护电路根据充电保护电路的控制信号控制是否给超级电容储能单元充电。

在没有外部电源时，电压均衡保护电路由超级电容储能单元供电。电击棒所需要的带有点击效果的高频高压由高频高压升压电路产生，高频高压升压电路需要的激励源由电压均衡保护电路提供，电击棒控制系统提供控制信号。

超级电容储能单元向电击棒控制系统持续供电，确保系统稳定运行。

因此，本实用新型有益效果是：

1、相比普通充电电池，超级电容器充电速度快，可以在几十秒到10多分钟的时间内完成系统储能，提高使用者体验，方便使用者紧急携带外出使用。

2、使用超级电容储能单元替代电池，可以增加电源循环使用的次数，具有更长的使用寿命以及更好的温度特性，避免环境污染。

3、超级电容器功率密度大，可以产生较高的峰值电流，相比使用其他储能电源供电，使用超级电容供电的高频升压电路效率更高。

4、带超级电容均衡电路的电击棒设计，可以在最大程度上合理使用储能单元的电荷，延长储能单元的使用时间，不会因为某单节电容(或电池)电压截止而导致其他仍存有较多电荷的电容(或电池)不能继续放电。

5、通过低功耗的休眠方法，提升系统能耗的使用效率，让系统更加高效，节能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种超级电容供电电击棒，其特征在于该电击棒包括有超级电容快速充电电路、电容均衡模块、超级电容储能单元、电击棒控制系统、低功耗控制与电极使能接口、高频高压升压电路，所述超级电容快速充电电路、电容均衡模块、超级电容储能单元、电击棒控制系统依次连接，所述低功耗控制与电极使能接口连接电击棒控制系统与高频高压升压电路。

2.如权利要求1所述的超级电容供电电击棒，其特征在于所述超级电容储能单元包括有多个单体电容，所述多个单体电容并联设置构成超级电容储能单元。

3.如权利要求1所述的超级电容供电电击棒，其特征在于所述电击棒，还包括有快速充电保护电路，快速充电保护电路连接于超级电容快速充电电路，对输送电能的过程进行保护。

4.如权利要求1所述的超级电容供电电击棒，其特征在于所述电击棒，还包括有电压均衡保护电路，所述电压均衡保护电路连接于所述电容均衡模块。

5.如权利要求1所述的超级电容供电电击棒，其特征在于所述电击棒，还包括有所述储能单元保护电路及防电荷泄露电路，所述储能单元保护电路及防电荷泄露电路连接于超级电容储能单元。