超級(jí)電容器組的充電/放電裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及蓄電池的充電/放電裝置，特別地是一種應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的超級(jí)電容器組的充電/放電裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]超級(jí)電容器，是代替或附加于電池的容量約很多法拉的電容器，由于它們充電和放電的簡(jiǎn)易性、很多的充電/放電循環(huán)數(shù)量和它們很輕的重量，在汽車行業(yè)得到了越來越多的應(yīng)用。
[0003]超級(jí)電容器越來越多地出現(xiàn)在短時(shí)間間隔內(nèi)需要高功率的應(yīng)用中，例如在發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火期間。基于此原因，超級(jí)電容器組越來越多地用來給發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)器供電和通過限制電池吸收的電流提供需要的峰值電流，因此延長其壽命。
[0004]由于超級(jí)電容器的能量存儲(chǔ)機(jī)制并不是如電池中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，充電/放電的運(yùn)行以相同速度發(fā)生。進(jìn)一步地，超級(jí)電容器具有很低的等效串聯(lián)電阻，因此他們可以比一般的電池以更快的速度充電和放電，這使得它們適用于能量回收，例如在回收制動(dòng)系統(tǒng)中。
[0005]由于超級(jí)電容器具有非常低的等效串聯(lián)電阻，它們引起普通電池的一般充電系統(tǒng)的問題，這是因?yàn)樗鼈儽憩F(xiàn)為虛短電路，并且這將損害充電電路。出于此原因，超級(jí)電容器如今僅僅通過基于交換調(diào)整器的充電/放電系統(tǒng)進(jìn)行充電和放電。
[0006]例如，應(yīng)用于汽車行業(yè)的超級(jí)電容器組，其典型地具有至少100F的總?cè)萘浚梢酝ㄟ^DC-DC恒流調(diào)整器或者通過降壓調(diào)整器或者也通過升壓調(diào)整器充電/放電，它們適用于通過逐漸增加/減少用于超級(jí)電容器充電的輸出電壓提供大體上恒定電流，以便調(diào)節(jié)它至超級(jí)電容器組的充電電壓。
[0007]然而，當(dāng)充電時(shí)，它們表現(xiàn)出一種對(duì)操作者的危險(xiǎn)。即使應(yīng)用于汽車行業(yè)的超級(jí)電容器組的典型充電電壓大約十或幾十伏特(典型電壓為12、24或48V)，與電池不同的是，它們可以傳送幾千安培的非常高的電流，甚至比電焊機(jī)的電流還高，因此它們能夠立刻熔化金屬物體，例如螺絲刀和相當(dāng)大部分的工具，金屬薄片、碳纖維、手鏈、鏈條和電纜，由此意外地造成嚴(yán)重灼傷和/或起火，這是由絕緣材料例如護(hù)套、涂料等燃燒引起的?；诖嗽蛩鼈儜?yīng)當(dāng)在未充電時(shí)安裝(或移除)，并且只在它們?cè)谄嚿系臅r(shí)候充電(或放電)。
[0008]—般地，安裝于汽車的超級(jí)電容器組的充電/放電操作是十分不方便的，因?yàn)樗枰褂脧?fù)雜的、相對(duì)體積龐大的并且昂貴的、一般主要由220V供電的電子裝置來操作，并且從一輛汽車運(yùn)輸至另一輛是十分困難的。然而，基于上面所述的原因，將超級(jí)電容器組在充電臺(tái)架上充電然后安裝至汽車是十分危險(xiǎn)的。
[0009]需要一種為超級(jí)電容器組充電/放電的裝置，尤其是應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，其易于以低成本的組件制成，其可以簡(jiǎn)單地從一輛汽車移動(dòng)至另一輛并且由操作者安全地操作和保護(hù)他不受觸電的危險(xiǎn)。
[0010]US2012/133309 A1公開了根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的一種充電/放電裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]盡管公知的，并且甚至在超能電容器的技術(shù)文獻(xiàn)中記載了(例如麥斯威爾科技的申請(qǐng)?zhí)?008981中記錄的)，它們必須通過使用交換調(diào)整器或者其他特殊且復(fù)雜的裝置，例如具有使其自身適應(yīng)于超級(jí)電容器需求的編程電阻負(fù)載的電子設(shè)備來進(jìn)行充電(由此放電也是)，申請(qǐng)人已經(jīng)證明了，通過放電電路的特別選擇，快速地和安全地給典型地具有大約一百法拉量級(jí)容量和大約十伏特標(biāo)稱充電電壓的汽車行業(yè)的超級(jí)電容器組充電/放電，而不使用電壓交換調(diào)整器是可能的。
[0012]該結(jié)果已經(jīng)通過一主要由低成本無源組件組成的充電/放電裝置得到，其允許汽車行業(yè)的超級(jí)電容器組的充電/放電，而使該設(shè)施的操作者和鄰近設(shè)備免受危險(xiǎn)并且沒有損害此超級(jí)電容器的危險(xiǎn)，包括:
[0013]連接至裝置的供電端的內(nèi)部電氣充電線；
[0014]連接至裝置的接地端的內(nèi)部電氣接地放電線；
[0015]連接至裝置的輸出端的內(nèi)部電氣輸出線；
[0016]開-關(guān)-開撥動(dòng)開關(guān)，配置為:
[0017]—在第一極限位置，將所述的內(nèi)部充電線連接至所述的內(nèi)部輸出線，
[0018]—在中間位置，使所述的內(nèi)部線互相斷開連接，
[0019]一在第二極限位置，將所述的內(nèi)部接地放電線連接至所述的內(nèi)部輸出線；
[0020]具有介于0.1歐姆至10歐姆之間組成的總電阻且插入所述的內(nèi)部電氣輸出線的無源雙極電阻電路，包括至少一個(gè)安裝于散熱器上的功率電阻器。
[0021]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述的無源雙極電阻電路具有每個(gè)大約1歐姆的電阻且適用于約150W的最大功率消耗的兩個(gè)功率電阻器，平行地連接且安裝在由陽極電鍍鋁的翅片板制成的散熱器上。
[0022]提交的權(quán)利要求是整體的描述且此處通過參照描述的方式整合。
【附圖說明】
[0023]圖1示出了本發(fā)明公開的充電/放電裝置的基本的第一實(shí)施例。
[0024]圖2示出了如何將圖1中的裝置連接至電池和至連接于發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)器的超級(jí)電容器組的終端。
[0025]圖3示出了本發(fā)明公開的具有三個(gè)平行功率電阻器的充電/放電裝置，配備有數(shù)字式面板表和信號(hào)LED。
[0026]圖4示出了一種電阻雙極電路，其可以替代圖3中的，其由兩個(gè)平行安裝于散熱器的功率電阻器組成。
[0027]圖5示出了本發(fā)明公開的具有綠色LED和紅色信號(hào)LED的充電/放電裝置的詳細(xì)電路圖，并且具有防御至汽車電池和接地的連接的意外極性反轉(zhuǎn)的二極管。
[0028]圖6為此處公開的充電/放電裝置的底座的立體圖，具有表現(xiàn)為收縮位置的伸縮地可延長的鉤子，用來將裝置懸掛于汽車的車體。
[0029]圖7為圖6中示出的裝置的立體圖，其中鉤子在展開位置。
【具體實(shí)施方式】
[0030]與技術(shù)專家所普遍接受且實(shí)踐中普遍認(rèn)同的相反，快速地和安全地給具有至少100F總?cè)萘亢?2V標(biāo)稱充電電壓的汽車行業(yè)的超級(jí)電容器組充電和放電，不使用昂貴而體積龐大的電壓交換調(diào)整器，而是簡(jiǎn)單地使用無源低成本組件是可能的。
[0031]根據(jù)當(dāng)前公開的充電/放電裝置的一個(gè)基本實(shí)施例示于圖1中。該裝置基本上包括連接至電源的終端P0S的內(nèi)部電氣充電線，連接至接地端GND的內(nèi)部電氣接地放電線，連接至輸出端UCAP的內(nèi)部電氣輸出線，插入所述的內(nèi)部電氣輸出線的無源雙極電阻電路D、RP，以及開-關(guān)-開撥動(dòng)開關(guān)SW。在第一極限位置0N1，開關(guān)SW通過在供電端P0S和輸出端UCAP之間流通電流將充電線連接至輸出線以對(duì)連接至其的超級(jí)電容器組充電；在中間位置0FF，如圖中所示，它使內(nèi)部電氣線互相隔離；在第二極限位置0N2，它通過在輸出端UCAP和裝置的接地端GND之間流通電流使輸出線連接至接地放電線以對(duì)超級(jí)電容器組放電。
[0032]根據(jù)本公開內(nèi)容的裝置在完全安全的條件下對(duì)無源雙極電阻電路上的超級(jí)電容器組進(jìn)行充電，而不使用有源的和無源的交換調(diào)整器，可能也在充電/放電狀態(tài)提供全部的綜合信息。
[0033]本申請(qǐng)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，通過圖1中示出，其無源雙極電阻電路具有由介于0.lOhms和lOOhms之間組成的總體等效電阻Req且具有安裝在散熱器上的功率電阻器的裝置可以實(shí)現(xiàn)在操作者完全安全的情況下超級(jí)電容器組的充電/放電操作。出人意料地，已經(jīng)通過實(shí)驗(yàn)證明的是，通過無源雙極電阻電路構(gòu)成的工作原型可以承受應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的超級(jí)電容器組的指數(shù)充電/放電電流，而不因?yàn)槌潆?放電電流損害到超級(jí)電容器本身，并且以一種極為簡(jiǎn)單、可控和安全的方式，對(duì)操作者和裝置沒有損傷。
[0034]由于雙極電阻電路所消耗的功率與其總體等效電阻Req成反比，后者將選擇為不小于0.lOhms的合適尺寸。最小值由申請(qǐng)人考慮到應(yīng)用于汽車行業(yè)的超級(jí)電容器組具有12V標(biāo)稱充電電壓確定。在總體等效電阻Req小于上面確定地最小值時(shí)，雙極電阻電路的功率消耗將遠(yuǎn)大于一千瓦，這將