US7990110
摘要
本发明的一个方面提供了一种产生电压用来再充电的电路。电路包括一个感性电压发生器，当电压发生器被电源供能时产生一个磁场，且当断开电源时可以从磁场崩塌中产生电压，并有一个开工用来控制电源供给和断开电压发生器。使用这个电路，电源产生一个比充满的电池稍低一点的电压，可以给电池再充电。同时，电路可以转换电源到不同的形式，例如恒定的直流，可变直流，或者交流，转换成用来给电池充电的第二种电压。此外，电路可以提供任何最适合的充电电压。电流以高能脉冲的形式传递到电池，可以去除或沉淀电池电解质中的材料。随之能显著的延长电池的寿命，并且，在许多情况下，使用非再生手段不能充电的电池能被恢复到可用的情况。
1背景
许多种电池，如铅酸、镍铬、锂离子，能充电补充电荷，因此可以用来重复给MP3、电机等设备供电。使用可充电电池的好处是不用重复购买一次性电池来供电。
电池充电过程涉及提供一个与电池放电相反的电流给电池，这个电流反转电池放电的化学过程。一些充电过程提供一个比电池稍微高一点的电压的恒定电流给电池直到充满电。这个过程的问题是当电池接近充满电的时候电流不会减少。因此，电池接收到的电流高于电池化学反应消耗的电流，多余的电流可能损坏电池：
- 转换电池电解质为气体排出电池
- 不正确的去除或者储存材料到电池的电极
- 加热电池
另一个充电过程是提供稍高于满点电池电压的恒定电压的电流给电池。因此，当电池充电时，电流逐步减少。这个过程的一个问题是电池充满的时间明显较长。另一个问题是电池遭受与恒流充电同样的损坏，因为在充电开始阶段电压差别较大，导致电流过剩。
恒流和恒压充电方法的问题是不能使电池达到放电前的容量。换句话说，电池的在每次放电充电过程中有一部分化学反应没有被转换成充电的条件。结果是电池持续的恶化，知道电池容量下降到不能正常使用。
2总述
这个发明的一方面提供了一个可以用来充电的电压的电路。电路包括一个电源节点可以接收一个初始电压电能，包含一个电压发生器当被供电时用来产生磁场且在发生器断电时磁场崩塌时产生第二个电压，输出节点提供通道到第二个电池，包含一个开关用来控制电压发生器通电断电。
使用这个电路，电源可以产生一个稍高于电池满点状态的电压用来为电池充电。众所周知使用太阳能和风能的充电系统只能在电压高于电池电压时为电池充电。当电压低于电池不能为电池充电时，可以使用这个电路为电池充电。例如，电路可以用0.7v的电源为12v的电池充电。而且，电路可以转换能量的形式，例如恒直流、随时间变化的直流、交流转换为可以为电池充电的第二个电压。此外，电流以高能脉冲的形式输送到电池，能改善充电过程。因此使用这个电路为电池充电可以明显延长电池寿命，在许多情况下，传统方法不能充电的电池能恢复到可用的状态。
3插图的主要描述
图1是本发明的一个实施电路示意图；
图2是本发明的另一个实施电路示意图；
图3也是本发明的另一个实施电路示意图；
图4也是本发明的另一个实施电路示意图；
图5是本发明的另一个实施电路示意图，包含许多图3中的相似电路；
图6是本发明的图3和图4中电压发生器的实施透视图；
图7是本发明的图3和图4中电压发生器的另一个实施透视图；
图8是本发明的图3和图4中电压发生器的另一个实施透视图；
图9是本发明的图3和图4中电压发生器的另一个实施透视图；
图10是本发明包含充电电路的实施系统示意图；
图11是本发明包含充电电路的另一个实施系统示意图；
4详细描述
图1是本发明实施电路20的示意图。电路20用来给电池22充电，也能用来修复电池。电路20包含电源节点24,，可以连接到电源26。电路20包括一个电压发生器28，当发生器28通电时产生一个磁场，当发生器28断电时磁场崩塌产生一个电压。电路20也包括输出节点30，为发生器产生的电压提供通道，开关32控制发生器通电断电。
运行中，电路20产生一个电压尖峰—-一个持续时间很短的高压条件—-来自发生器28的磁场崩塌。因为磁场崩塌的太快，电压尖峰形成的很快，电压很高。当磁场产生然后崩塌，一次又一次，电路20产生了一系列电压尖峰。每一个电压尖峰导向输出节点30.当电路20产生一些列电压尖峰，在输出节点30提供脉冲电压。因此，电路20能提供陡峭的高压尖峰到电池22.
电压发生器28从电流流过发生器28产生磁场。当发生器连接到电源26，开关32闭合，电源26的电压引起电流流过发生器28，为了发生器28产生磁场崩塌，开关32打开，电流停止流过发生器28。
因为电压尖峰是短暂的高压，尖峰能用来为电池22提供巨大的电流脉冲，而不用在电池正极和负极板产生过量的热。以高能脉冲形式的电流可以改善电池充电。另外，因为电压尖峰的电压通常远大于电源26的电压，电路20能用来为高于电源26电压的电池22充电。
仍参照图1，电源26可以是任何能为电压发生器提供足够能量的电源。例如，电源26可以是恒定的10v。因此，当开关32闭合，直流流过发生器28.在另一个实施中，电源26可以是一个随时间变换的电压和电流。那样的一个例子包括太阳能、风能。在另外一个实施中，电源26也可以是一个锯齿波或者正玄波电压。如果电源26提供交流电，在为发生器28宫殿前电源需要整流滤波。因为输出30上的电压尖峰脉冲凭借开关32的开关频率，电路20也能更改电源26的电能形式。
仍参照图1，发生器28包括一个元件产生磁场。例如，在一些实施中，元件可以是导体36绕着轴（没有显示）的线圈，类似于传统的电感，有一个200uh的电感。导体36产生磁场的强度、磁场崩塌产生电压的大小依据流过发生器28的电流量、导体中每一圈的大小、线圈的圈数。导体中每一圈的大小和圈数可以是任何希望的大小用来产生希望的磁场强度。
另外一种发生器元件的实施也是可行的。例如，就像图7所示的，元件可以是一个完全直的导体；没有绕成线圈。另一个例子，元件也可以包含一个铁、铁样子或者其他可磁化的材料用来改变发生器的电感。
仍回到图1，开关32可以是任何控制电流开关的电路。例如，在这个和某些实施中，开关是一个传染的机械开关。当开关32闭合，电流流过发生器28，当开关32打开，发生器停止被供电。
开关32的另一个实施是可行的。例如，开关可以被电子设备控制，就像图2—图5.
仍回到图1，电路20包括一个隔离发生器产生的电压的原件。例如，在这个或某些实施中，原件包括二极管或其他整流设备38，允许电流从发生器28流过节点30.因此，当发生器28充能时电池22的电压可以与发生器28隔离。
图2是电路40的示意图。电路40与电路20相似但是包括一个电子开关42；不是机械开关。开关42包括一个晶体管44控制流过发生器28的电流，一个触发46控制晶体管44的运行。
晶体管44包括一个基极46，一个集电极48和发射极50.当基极46收到一个高于阀值的电压，电流流过集电极48到发射极50，然后晶体管导通。当基极46的电压低于阀值，晶体管断开。
晶体管44可以是任何可以控制电流流过发生器28的合适晶体管。例如，在这个和某些实施中，晶体管44是一个NPN双极晶体管，阀值电压大约是0.7v。在另外的实施中，晶体管可以是PNP双极晶体管。也可以说任何场效应管，例如MOSFET,JFET,或IGBT，源极等同于发射极50，漏极等于与集电极48，栅极等同于基极46.
触发包含一个直流脉冲触发电路52，为基极提供电压。因此，当直流脉冲发生器52提供电压到基极46，晶体管44允许电流流过发生器28，当直流发生器52不提供电压到基极，晶体管阻止电流流过电压发生器28.
仍参照图2，开关42也包括二极管54和56保护基极46和隔离发生器28产生的电压。54和56对开关42来说不是必须的，但是通过导通任何瞬间负的高压到接地34来保护晶体管44。
图3是电路60的示意图。电路60与电路40是相似的（图2），但是包括一个开关62自动闭合和打开—-例如当连接到电源26电路60 自震荡。当使用自动闭合打开的开关62，电路60当被电压电流变化的电源供电时，电路自震荡。那样的电源包括太阳能电池和风车。
开关62包括晶体管44（双极晶体管、MOS、JFET 、IGBT），和一个触发64控制晶体管44操作。触发64产生一个与图1中电源26相反的电压到基极46，当基极46的电压低于阀值，晶体管短卡。电源26为电压发生器28、触发64和晶体管44供电，因此电路60自震荡来激励和不激励电压比较器28.
仍参照图3，在这个和某些其他触发64的实施中，触发64包括一个元件—能通过电压发生器28产生的磁场产生电压。例如，触发64包括一个与传统电感相似的螺旋导体66，有一个200uh的电感。螺旋导体66可以是任意大小和圈数，只要能提供希望的电感产生希望从发生器28的磁场中得到的电压。
螺旋导体66的方向取决于发生器28，螺旋导体66电流的方向与电源26流过发生器28的方向相反。最初电源供电流过螺旋导体66，一个电压加载到晶体管44的基极.开关62关闭，供电开始流过电压发生器28.发生器28产生的磁场在螺旋导体66中诱发一个电压且与电源26的相反。当诱发电压使基极46电压降低到阀值以下，晶体管44打开引起发生器28断电。然后发生器28的磁场崩塌，产生一个电压尖峰。因为磁场崩塌的很快，所以电压尖峰形成的很快，尖峰的电压很高。当发生器的磁场崩塌，它诱发一个正电压在螺旋导体66，增强了来自电源26的电压。当这个混合电压超过晶体管的阀值，晶体管44关闭，发生器28重新被激励。以这种方法电路60可以使用电源26的电能产生一些列的电压尖峰。
电压震荡周期可以是任何想要的。例如，15000hz、60hz。因为发生器磁场崩塌产生的电压尖峰，尖峰的电压取决于磁场的强度。当磁场完全提高以前，磁场强度取决于电流流过发生器28的时间。一个震荡周期长，也就是每秒周期数少，电流流过发生器28的时间增长，因此产生的磁场强，尖峰电压高。一个震荡周期短，也就是每秒周期数多，电流流过发生器28的时间降低，磁场较弱，尖峰电压较低。
仍参照图3，开关60包含一个电阻68，可以是任意想要的值。例如某些实施中，电阻是470欧姆。电阻68的阻值影响震荡周期。电阻68有一个高阻值时，电流流过发生器28的时间较短，较低阻值时，流过发生器28的时间较长。
图4是电路70的示意图。电路70与电路60相似，但是包括一个开关72，其中电阻74代替了二极管54（图2），电阻76偏置施加到晶体管基极上的电压。
电阻74、76、78的组合影响震荡周期。74阻值增加电流流过发生器28的时间变小。增加76或者78的值流过28的时间变长。
图5是电路80 的示意图，包括一组电路82，每一个都与电路60相似（图3）。每一个电路82包含一个发生器28，晶体管44.电路80包括触发84用来开关流过电路82的电能。电路82被这样安排以便每一个发生器28产生的电压尖峰组合成明显可用大量能量到输出节点86.电路80可以有任意数量的电路82提供任意想要的输出能量。
图6是图3中电路60、图4中电路70电压发生器螺旋导体90、触发螺旋导体92 的立体图.在这个实施中，螺旋导体90、92构成一个同轴电缆共同组成线圈。其他实施中，90和92的可以互换使用。
图7是图3中电路60、图4中电路70电压发生器螺旋导体100、触发螺旋导体102 的另一种实施方案立体图.在这个实施中，导体100、102构成一个同轴直线电缆。其他实施中，100和102的可以互换使用。
其他的实施也是可行的。例如100和102可以是任何形状。如图9所示，100和102在一个单一的平面缠绕。
图8中电路60、图4中电路70电压发生器螺旋导体110、触发螺旋导体112 的另一种实施方案立体图.在这个实施中，导体110包括6个单独的线110a、b、c、d、e、f，每股线的磁场共同构成发生器28的磁场。
图9是图3中电路60、图4中电路70电压发生器螺旋导体120、触发螺旋导体122 的另一种实施方案立体图.在这个实施中，导体120包含两个独立的轨迹120a、120b配置在一个电路板上，每一个产生发生器28磁场的一部分。
图10是系统130的示意图，包含一个充电电路132。充电电路32可以是电路20（图1），电路40，电路60或者电路70.系统130也包括电路控制134控制电源26与节点24的连接。控制电路134也可以用来控制电池22到一个负载136，例如一个电机。
在这个和某些实施中，电路控制134包含处理器或者微型开关（未显示），执行软件指令，一个或更多的电路（未显示）来检测负载136、电池22、充电电路132的运行状态。电路134包含一个电路来确认电池22是否需要连接到充电电路的状态。电路134也可以包括其他电路检测电池的电压和温度以便停止充电。
图11是系统140的示意图，包含充电电路132.系统140与130相似，除了包含两个电池142和144.实施中，电池142和144可以交替连接负载136，另一个可以重新充电。因此，控制电路134也可以有一个开关切换电池142和144到充电电路和负载。