一种超级电容手摇式充电宝的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种超级电容手摇式充电宝，包括手摇发电机、充电控制电路、高能量密度超级电容器、放电控制电路、电池及照明设备，所述手摇发电机的输出端与充电控制电路的输入端连接，所述的充电控制电路的输出端与高能量密度的超级电容器的输入端连接，所述的高能量密度的超级电容器的输出端与放电控制电路的输入端连接，所述的放电控制电路与所述的电池双向连接；本发明的优点在于：能量来源便捷多样，充电速度快，储存能量多，使用效率高。
【专利说明】
一种超级电容手摇式充电宝
[0001 ] 技术领域:
本发明涉及一种电源技术领域中的快速充电技术，尤其是用超级电容作为储能元件的手摇式充电宝。
[0002]【背景技术】:
随着电子技术的发展，音乐或视频播放器、手机、相机、平板电脑等数码产品更新换代十分迅速，层出不穷。手机是使用最为普遍的消费品之一，智能手机的可视性和娱乐性得到大大提高，应用功能操作的增加，使得耗电量也成倍增加，然而电池的电量却无法成倍的增加，导致手机的使用时间缩短，给用户带来工作和生活上的不便和麻烦。针对这种情况，专门用来给手机等数码产品充电的充电宝应运而生。
[0003]现有的充电宝大多数采用电池来蓄能，而为了限制电池在充电过程的发热量，以保证安全性以及使用寿命，在对电池进行充电时要严格控制充电电流。根据电池容量的不同，其充电时间从8?10小时不等。存在充电时间太长的缺陷，用户要充满一次电携带外出要等待很长时间，导致时间的浪费，给用户带来很多的不方便。另一方面，充电宝电量耗尽且远离电源接口的情况还是经常出现，这将严重影响用户的使用。为了解决以上状况，超级电容手摇充电宝应运而生，既可以给手机、相机等数码设备随时随地充电或待机供电，同时用户消耗了一定量的能量，身体得到了锻炼。
[0004]
【发明内容】
:
本发明的目的是为了克服以上的不足，提供了一种超级电容手摇充电宝，此种充电宝利用手摇发电机将机械能转化成电能，通过充电控制电路向超级电容器快速充电，通过放电控制电路将超级电容器中的电能输送给电池或者手机等外部用电设备，电池也可以通过放电控制电路给用电设备供电。这种超级电容手摇充电宝的设计利用了超级电容器大功率快速充电和电池能量密度高的特性，具有能量来源便捷多样，充电速度快，储存能量多和使用效率高的优点。
[0005]本发明的目的通过以下技术方案来实现:一种超级电容手摇充电宝，包括手摇发电机、充电控制电路、高能量密度超级电容器、放电控制电路、电池及照明设备，所述手摇发电机的输出端与充电控制电路的输入端连接，所述的充电控制电路的输出端与高能量密度的超级电容器的输入端连接，所述的高能量密度的超级电容器的输出端与放电控制电路的输入端连接，所述的放电控制电路与所述的电池双向连接。
[0006]优选的是，手摇发电机是由摇动手柄、齿轮联动装置和微型发电机组成，微型发电机的输出功率范围为5?300W，输出电压为O?28V，微型发电机的输出电流可以是直流，也可以是交流。
[0007]优选的是，高能量密度的超级电容器是宽温度区间高安全电容器，其稳定的工作电压是O?5V，工作温度是-90?300°C，能量密度在8Wh/kg以上。
[0008]优选的是，高能量密度的超级电容器的能量密度在12Wh/kg以上，超级电容器通过并联或串联或串并联组合在一起，其放电电压在预定区间[U1，U2]，其充电是通过手摇发电机，放电对象可以是外部设备或者电池;而电池的充电是通过超级电容器或者市电，放电是外部设备。
[0009 ]优选的是，充电控制电路由整流电路、能量控制电路和保护电路组成，整流电路与保护电路均与能量控制电路连接，所述能量控制电路输出端经过整流电路回流至保护电路，所述整流电路将手摇发电机的电流转化成直流电，并将电压控制在预定范围内，能量控制电路负责功率调节，电压、电流稳定到预定范围，保护电路监视充电控制电路的电流、电压及输出参数，保证电路的安全。
[0010]优选的是，放电控制电路由电压检测电路、整流电路和控制开关等组成，所述电压检测电路检测超级电容器、外部设备和电池的电压，并产生相应的放电信号控制信号，整流电路将超级电容器输入的变量电压稳定到第一预定值U3以便给电池充电，稳定到第二预定值U4以便给外部设备充电，控制开关接受电压检测信号，进行电路切换，如果高能量密度的超级电容器的电压高于预设值Ul，所述放电控制电路控制超级电容器给外部设备充电；当超级电容器电压低于预设值Ul，电池电压高于预定值U5时，放电控制电路断开超级电容器的供电，切换至电池给外部设备充电；当超级电容器和电池的电压均低于预设值Ul和U5时，则切断给外部设备的充电并提示缺电。
[0011]优选的是，电池内置于超级电容手摇充电宝，其输出端与所述放电控制电路的输入端连接，形成电能在放电控制电路和电池间的双向输运，电池的放电电压在预定区间内[U5，U6]，放电控制电路将电池输入的变量电压稳定到预定值U4以便给外部设备放电。
[0012]优选的是，照明设备内置于上述的放电控制电路上，实现照明功能。
[0013]优选的是，放电控制电路直接对外部设备充电或与电池双向连接;双向连接是指放电控制电路可向电池充电，电池也可通过放电控制电路对外部设备放电。
[0014]超级电容手摇充电宝能够通过摇动手摇发电机对高能量密度的超级电容器充电，并且此充电方式可以实现快充慢放机制;快充慢放机制是指手摇发电机I?5min，快速对高能量密度超级电容器/组充电，然后可以持续放电20?60min给手机或其他外部设备充电，从而可以实现机械能间歇性输入，电能连续性输出，超级电容手摇充电宝能够连接市电对电池常规充电，也能通过超级电容器对充电宝内置电池充电。
[0015]本发明的超级电容手摇充电宝采用高能量密度的超级电容器作为快充蓄能介质，采用电池作为大容量蓄能介质，并且安装手摇发电机。因此，在野外或旅行等缺电的环境中，通过手摇发电机给高能量密度的超级电容直接快速储能充电，对电池进行间接储能充电；在室内等市电充足的环境中，对电池进行常规储能充电，具有能量来源便捷多样，充电速度快，储存能量多和使用效率高的优点。
[0016]【附图说明】:
图1是本发明第一实施例中超级电容手摇充电宝的能量流向示意图；
图2是高能量密度超级电容器放电工况时能量流向示意图；
图3是锂电池放电工况时能量流向示意图；
图4是充电控制电路连接示意图；
图5是放电控制电路连接示意图。
[0017]【具体实施方式】:
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
[0018]如图1、4、5所示，本发明的超级电容手摇充电宝包括:手摇发电机、充电控制电路、高能量密度超级电容器、放电控制电路、电池及照明设备等;本实施例中手摇发电机的输出功率为5?10W，输出端与所述充电控制电路的输入端连接，由充电控制电路将电能调节成额定的输出电压和输出电流。所述的充电控制电路的输出端与高能量密度的超级电容器的输入端连接，所述高能量密度超级电容器的能量密度为5?40Wh/kg，通过并联或串联或串并联组合在一起，可携带电能300?600mAh，通过放电控制电路将电能调节成额定的输出电压和输出电流。所述电池可携带电能3000?20000mAh，通过放电控制电路将电能调节成额定的输出电压和输出电流。
[0019]为了更加清楚的描述实施例中超级电容手摇充电宝的使用，下面分别以高能量密度的超级电容器和锂电池的供电工况进行详细阐述。
[0020]如图2所示，是本发明超级电容器手摇充电宝的超级电容器放电工况时能量流向示意图。通过手摇发电机、充电控制电路向高能量密度的超级电容器输入电能，其中，输入功率为10?100W，在I?5min内可将携带电能300?600mAh的高能量密度的超级电容器充满。
[0021]超级电容器通过并联或串联或串并联组合在一起形成超级电容器组，其放电电压区间设为[2.8V，5.7V]，充满电时超级电容器组端电压为5.7V，可以通过上述放电控制电路控制超级电容器组给各设备供电，当超级电容器组的放电电压低于预设值2.8V，则停止供电。
[0022]在缺电而又急需用电的环境下(野外手机没电了或旅行时找不到充电插座)，适合通过摇动手摇发电机I?5min将超级电容器组迅速充满，由放电控制电路控制到额定的输出电压(比如5V的USB端口直流电压)给智能手机充上300?600mAh的电量(此过程需要20?60min)，如此手机使用时间可达40?120min，可以为用户解决燃眉之急。
[0023]上述的快充慢放的机制对锂电池也适用，可以允许用户短时摇动长时休息。因此，在缺电而不急用的环境下，用户间歇性摇动手摇发电机，可以通过放电控制电路向锂电池充电，实现手摇充电宝电能的大容量存储。
[0024]另外，高能量密度的超级电容器可通过放电控制电路向手摇充电宝内置的LED强光灯供电。
[0025]如图3所示，是超级电容手摇充电宝的锂电池放电工况时能量流向示意图。对锂电池的充电方式有两种，第一种是通过市电，由充电控制电路向锂电池进行常规充电，第二种充电方式如以上描述，通过超级电容器给锂电池充电。
[0026]锂电池的放电电压区间设为[2.7 V，3.7 V ]，输出端与放电控制电路的输入端连接，通过放电控制电路将锂电池的变量电压控制到额定输出电压(如5V的USB端口直流电压)给智能手机充电。
[0027]另外，锂电池可以通过放电控制电路给照明设备(如LED强光灯)供电，实现照明功會K。
[0028]相较于现有技术，本发明设计的超级电容手摇充电宝采用高能量密度的超级电容器作为快充蓄能介质，采用电池作为大容量蓄能介质，并且安装手摇发电机，实现在野外等缺电的环境中通过手摇给高能量密度的超级电容快速充电，在室内等市电充足的环境中对电池进行常规充电，能量来源便捷多样，充电速度快，储存能量多和使用效率高的优点。
[0029]另外，本发明在对超级电容器进行充电时利用手摇发电机充电，对电池充电可以采用市电和超级电容两种方式。所述超级电容手摇充电宝对外部设备(如手机)充电时，优先选择快充储能介质即超级电容器，其次选择电池。
[0030]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的详细说明，不能认定具体实施只局限于这些说明。对于所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换(比如在本发明的基础上去掉内置电池的使用)，都应当视为属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种超级电容手摇式充电宝，其特征在于:包括手摇发电机、充电控制电路、高能量密度超级电容器、放电控制电路、电池及照明设备，所述手摇发电机的输出端与充电控制电路的输入端连接，所述的充电控制电路的输出端与高能量密度的超级电容器的输入端连接，所述的高能量密度的超级电容器的输出端与放电控制电路的输入端连接，所述的放电控制电路与所述的电池双向连接。2.根据权利要求1所述的一种超级电容手摇式充电宝，其特征在于:所述手摇发电机是由摇动手柄、齿轮联动装置和微型发电机组成，摇动手柄通过齿轮联动装置驱动微型发电机，微型发电机的输出功率范围为5?300W，输出电压为O?28V。3.根据权利要求1所述的一种超级电容手摇式充电宝，其特征在于:所述高能量密度的超级电容器是宽温度区间高安全电容器，其稳定的工作电压是O?5V，工作温度是-90?300°C，能量密度在8Wh/kg以上。4.根据权利要求3所述的一种超级电容手摇式充电宝，其特征在于:所述高能量密度的超级电容器的能量密度在12ffh/kg以上。5.根据权利要求1所述的一种超级电容手摇式充电宝，其特征在于:所述充电控制电路由整流电路、能量控制电路和保护电路组成，整流电路与保护电路均与能量控制电路连接，所述能量控制电路输出端经过整流电路回流至保护电路，所述整流电路将手摇发电机的电流转化成直流电，并将电压控制在预定范围内，所述能量控制电路负责功率调节，电压、电流稳定到预定范围，所述保护电路监视充电控制电路的电流、电压及输出参数，保证电路的安全。6.根据权利要求1所述的一种超级电容手摇式充电宝，其特征在于:所述放电控制电路由电压检测电路、整流电路和控制开关等组成，所述电压检测电路检测超级电容器、外部设备和电池的电压，并产生相应的放电信号控制信号，所述整流电路将超级电容器输入的变量电压稳定到第一预定值，以便给电池充电，稳定到第二预定值以便给外部设备充电，所述控制开关接受电压检测信号，进行电路切换。7.根据权利要求1-6所述的一种超级电容手摇式充电宝，其特征在于:所述电池内置于超级电容手摇充电宝，其输出端与所述放电控制电路的输入端连接，形成电能在放电控制电路和电池间的双向输运，所述电池的放电电压在预定区间内，所述放电控制电路将电池输入的变量电压稳定到预定值以便给外部设备放电。8.根据权利要求1-6所述的一种超级电容手摇式充电宝，其特征在于:所述照明设备内置于上述的放电控制电路上，实现照明功能。9.根据权利要求1所述的一种超级电容手摇式充电宝，其特征在于:所述放电控制电路直接对外部设备充电。
【文档编号】H02J7/32GK105958596SQ201610450827
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】周海涛, 薛海洋, 高宏权, 于延芬, 文茂荣
【申请人】南通绿业中试技术研究院有限公司