專利名稱：帶電源控制器的電容器型儲(chǔ)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
帶電源控制器的電容器型儲(chǔ)能電池技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電池領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種電容器型儲(chǔ)能電池的電源控制技術(shù)。背景技術(shù)：
要推動(dòng)低碳能源工業(yè)的發(fā)展，高效大功率的儲(chǔ)能器件就成了其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。儲(chǔ)能器件技術(shù)涵蓋太陽能和風(fēng)能的替換儲(chǔ)能器件，緊急情況和瞬時(shí)反應(yīng)儲(chǔ)能電池，大功率和高能儲(chǔ)能器件等，其應(yīng)用領(lǐng)域則涉及電網(wǎng)變電站應(yīng)急儲(chǔ)能器件，醫(yī)院和M小時(shí)運(yùn)營(yíng)的高科技產(chǎn)業(yè)，軍工脈沖電源，航天和深海溫度敏感儲(chǔ)能電池，微型化醫(yī)療移植器件，電動(dòng)自行車和純電動(dòng)汽車用動(dòng)力儲(chǔ)能電池等等。目前市場(chǎng)上的儲(chǔ)能電池主要有鉛酸電池，鉛晶電池，鎳氫電池，鋰離子電池包括磷酸鐵鋰電池等化學(xué)電池。這類化學(xué)電池通過電能-化學(xué)能-電能的轉(zhuǎn)換過程，來實(shí)現(xiàn)能量的儲(chǔ)存和釋放。而化學(xué)電池在能量密度，功率密度，充放電時(shí)間，和安全環(huán)保等方面都已經(jīng)趨于極限。并因此嚴(yán)重制約了新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特別是新能源電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為了克服上述化學(xué)電池功率密度低和充電速率慢的難題，電化學(xué)雙電層超級(jí)電容器(EDLC)在近十年獲得了迅速的發(fā)展。其電池充電可在很短的時(shí)間內(nèi)完成(以秒至分鐘計(jì))。因此，它在短途公交車如2005年在煙臺(tái)試運(yùn)行的城市公交車和2006年在上海試運(yùn)行的11路城市公交車就成功將其運(yùn)用為動(dòng)力電源。而在世博園運(yùn)行的電動(dòng)公交車很多都是采用雙電層超級(jí)電容器作為動(dòng)力電池組。然而，雙電層超級(jí)電容器的單體模塊電壓低(< 3. 5伏)，從而導(dǎo)致比能量小(￡ 30瓦*時(shí)/公斤)，因此大大地限制了其應(yīng)用前景。而新的電容器儲(chǔ)能電池則可以做到比能量>250瓦時(shí)/公斤，甚至可以達(dá)到>400 瓦時(shí)/公斤，功率密度>1000瓦時(shí)/公斤，以50度電計(jì)算充電時(shí)間<5分鐘。所以本實(shí)用新型的電容器儲(chǔ)能電池能量密度大，能夠快速充電，功率大，高效節(jié)能，相比于化學(xué)儲(chǔ)能電池， 該類電容器儲(chǔ)能電池?zé)o能量轉(zhuǎn)換及損耗，充放電效率> 95%。因此，其相對(duì)節(jié)能可達(dá)30%以上，使用壽命長(zhǎng)，充放電次數(shù)>10萬次，而鋰電池約為1000次，鉛氧電池為500次，低碳環(huán)保，無二次環(huán)境污染，無安全隱患等優(yōu)點(diǎn)。請(qǐng)參閱圖1所示，其顯示電容器型儲(chǔ)能電池的線性充放電特性圖。由圖1可以看到，電容器型儲(chǔ)能電池的充放電電壓與時(shí)間成線性關(guān)系，在充電的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)快速充電， 但在放電的時(shí)候通常希望電池能夠提供穩(wěn)定的輸出電壓。因此，需要對(duì)電容器儲(chǔ)能電池的輸出電壓進(jìn)行控制，以輸出平穩(wěn)的電壓。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種輸出電壓平穩(wěn)的電容器儲(chǔ)能電池。為達(dá)成前述目的，本實(shí)用新型一種帶電源控制的電容器儲(chǔ)能電池，所述電池包括介電材料、在介電材料內(nèi)平行間隔交叉排列的第一電極和第二電極、夾持于介電材料兩側(cè)的第一封裝導(dǎo)體以及第二封裝導(dǎo)體；所述第一封裝導(dǎo)體與第一電極的一端相連作為電池的正極，第二封裝導(dǎo)體與第二電極的一端相連作為電池的負(fù)極，所述電池還包括一個(gè)與電池正負(fù)極連接使電池輸出電壓平穩(wěn)的電源控制器。進(jìn)一步地，所述電源控制器為降壓型直流/直流轉(zhuǎn)換器。[0012]進(jìn)一步地，所述電源控制器為升壓型直流/直流轉(zhuǎn)換器。進(jìn)一步地，所述電源控制器為升降壓型直流/直流轉(zhuǎn)換器。進(jìn)一步地，所述介電材料為方形立方體、圓柱體或多邊形柱體中的一種。進(jìn)一步地，所述第一電極和第二電極為矩形平板、圓形平板或多邊形平板中的一種。進(jìn)一步地，所述第一電極為多個(gè)末端平齊的平板電極，所述第二電極為多個(gè)末端平齊的平板電極。進(jìn)一步地，所述第一封裝導(dǎo)體和第二封裝導(dǎo)體為半開口框形，每一封裝導(dǎo)體包括兩端的卡扣部和與卡扣部垂直連接卡扣部的連接部。進(jìn)一步地，所述第一封裝導(dǎo)體和第二封裝導(dǎo)體的卡扣部分別卡扣于介電材料的上下表面。進(jìn)一步地，所述第一封裝導(dǎo)體的連接部與所有第一電極的末端連接，所述第二封裝導(dǎo)體的連接部與所有第二電極的末端連接。本實(shí)用新型的電容器儲(chǔ)能電池比能量>250瓦時(shí)/公斤，甚至可以達(dá)到>400瓦時(shí) /公斤，功率密度>1000瓦時(shí)/公斤，以50度電計(jì)算充電時(shí)間<5分鐘。所以本實(shí)用新型的電容器儲(chǔ)能電池能量密度大，能夠快速充電，功率大，高效節(jié)能，相比于化學(xué)儲(chǔ)能電池，該類電容器儲(chǔ)能電池?zé)o能量轉(zhuǎn)換及損耗，充放電效率彡95%。因此，其相對(duì)節(jié)能可達(dá)30%以上，使用壽命長(zhǎng)，充放電次數(shù)>10萬次，而鋰電池約為1000次，鉛氧電池為500次，低碳環(huán)保，無二次環(huán)境污染，無安全隱患。由于設(shè)置有轉(zhuǎn)換器，因此整個(gè)電池輸出的電壓為平穩(wěn)電壓。
圖1為現(xiàn)有的電池的線性充放電特性圖。圖2為本實(shí)用新型電容式儲(chǔ)能電池的連同電源控制器的結(jié)構(gòu)框圖。圖3為本實(shí)用新型電容式儲(chǔ)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型電容式儲(chǔ)能電池的部分分解示意圖。圖5為本實(shí)用新型電容式儲(chǔ)能電池的外部結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為本實(shí)用新型電容式儲(chǔ)能電池的一種降壓式電壓轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本實(shí)用新型電容式儲(chǔ)能電池的一種升壓式電壓轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為本實(shí)用新型電容式儲(chǔ)能電池的一種升降壓式電壓轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖9為本實(shí)用新型電容式儲(chǔ)能電池設(shè)置電源控制器之后的充放電特性圖。
具體實(shí)施方式
此處所稱的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指可包含于本實(shí)用新型至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個(gè)實(shí)施例中”并非均指同一個(gè)實(shí)施例，也不是單獨(dú)的或選擇性的與其他實(shí)施例互相排斥的實(shí)施例。請(qǐng)參閱圖2所示，其顯示本實(shí)用新型的電容器儲(chǔ)能電池的結(jié)構(gòu)框圖。如圖2所示， 本實(shí)用新型電容器儲(chǔ)能電池100包括電容式儲(chǔ)能電池101和與電容式儲(chǔ)能電池正負(fù)極連接的電源控制器102。電容式儲(chǔ)能電池101充電的時(shí)候可以是線性充電，在放電的時(shí)候經(jīng)過電源控制器102的控制輸出平穩(wěn)的直流電壓。請(qǐng)參閱圖3及圖4所示，其顯示本實(shí)用新型電容式儲(chǔ)能電池的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，本實(shí)用新型電容式儲(chǔ)能電池包括介電材料1、電極2以及封裝導(dǎo)體3。[0035]如圖3及圖4所示，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中所述介電材料1的整體其包括上表面11、下面表12、左側(cè)面13、右側(cè)面14、前端面15以及后端面(未示出)。在其他實(shí)施方式中所述介電材料1也可以為圓柱體或其他多邊形柱體，例如五邊形柱體或六邊形柱體寸。如圖3及圖4所示，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中所述電極2的整體為矩形平板狀， 其包括形狀基本相同的第一電極21和第二電極22。在本實(shí)施例中每一第一電極21和每一第二電極22均包括若干塊相同的電極板21、22，這些相同的電極板構(gòu)成的第一電極21和第二電極22在圖中的上下方向上相互平行，并且間隔交叉排列，即兩塊第一電極21之間設(shè)置一塊第二電極22，兩塊第二電極22之間設(shè)置一塊第一電極21。電極板的層數(shù)取決于電池的容量，若電池的容量大，則電極板的層數(shù)多，電池的容量小，則層數(shù)少，最少可以是僅有一塊第一電極21和一塊第二電極22。所述第一電極21和第二電極22位于前述介電材料1內(nèi)，每?jī)蓧K電極板21、22之間充滿前述介電材料1，這樣每?jī)蓧K電極板21、22則相當(dāng)于電容的兩塊電極板，中間的介電材料1為電容的兩塊電極板之間的介質(zhì)。其中第一電極21和第二電極22的寬度小于介電材料1的寬度，如圖所示，其中位于圖4中左側(cè)的第一電極21的末端均相互平齊并與介電材料1的左側(cè)面13平齊，而位于圖4中右側(cè)的第二電極22的末端也相互平齊并與介電材料1的右側(cè)面14平齊，由于第一電極21和第二電極22的寬度小于介電材料1的寬度，整個(gè)介電材料1并未被電極材料完全隔離開，仍為連續(xù)的一整塊。在其他實(shí)施方式中，所述第一電極和第二電極的寬度也可以大于介電材料的寬度，則整個(gè)介電材料被每?jī)蓧K第一電極和第二電極隔離開來，形成兩塊電極板中間夾一層介電材料的形式。為與前述介電材料的其他實(shí)施例中的形狀相適應(yīng)，所述第一電極21和第二電極 22也可以為圓片形板狀，或者其他多邊形板狀，例如五邊形板狀或六邊形板狀等。請(qǐng)繼續(xù)參閱圖3和圖4所示，所述封裝導(dǎo)體3包括第一封裝導(dǎo)體31和第二封裝導(dǎo)體32，如圖所示，每一封裝導(dǎo)體31、32均為半開口框形，第一封裝導(dǎo)體31包括上下兩端的水平板狀的卡扣部311、312以及連接卡扣部311、312并與每一卡扣部311、312垂直的連接部 313。第二封裝導(dǎo)體32包括上下兩端的水平板狀的卡扣部321、322以及連接卡扣部321、 322并與每一卡扣部321、322垂直的連接部323。如圖3所示，組裝時(shí)第一封裝導(dǎo)體31和第二封裝導(dǎo)體32自兩側(cè)卡扣于介電材料1的兩側(cè)，其中第一封裝導(dǎo)體31和第二封裝導(dǎo)體 32的上端卡扣部311和321卡扣于介電材料1的上表面11，第一封裝導(dǎo)體31和第二封裝導(dǎo)體32的下端卡扣部312和322卡扣于介電材料1的下表面12。由于第一電極21的末端與介電材料1的左側(cè)面13平齊，第一封裝導(dǎo)體31的連接部313的內(nèi)表面與介電材料1的左側(cè)面13平齊，因此第一封裝導(dǎo)體31的連接部313的內(nèi)表面會(huì)與第一電極21的末端相接觸，這樣通過第一封裝導(dǎo)體31可以將第一電極21的末端相互連接在一起，可以作為電池的正極或者負(fù)極。第二封裝導(dǎo)體32的連接部323的內(nèi)表面與介電材料1的右側(cè)面14平齊，因此第二封裝導(dǎo)體32的連接部323的內(nèi)表面會(huì)與第二電極 22的末端相接觸，這樣通過第二封裝導(dǎo)體32可以將第二電極22的末端相互連接在一起，可以作為電池的負(fù)極或者正極。其中圖3中為顯示電極材料與介質(zhì)材料的側(cè)面相平齊，將兩側(cè)的封裝導(dǎo)體與介質(zhì)材料間隔一定距離，在組裝時(shí)封裝導(dǎo)體的連接部的內(nèi)表面與介質(zhì)材料的側(cè)面以及電極材料的末端是相接觸的。在其他實(shí)施例中所述封裝導(dǎo)體與每一電極之間也可以設(shè)置導(dǎo)線或者導(dǎo)電板等其他結(jié)構(gòu)將封裝導(dǎo)體與電池的電極電性連接。對(duì)于介電材料1和電極材料2為圓形或多邊形的實(shí)施例，所述封裝導(dǎo)體3的外形可以相應(yīng)變化以適應(yīng)介電材料和電極材料的形狀，但封裝導(dǎo)體3仍是包括上下的卡扣部和中間的連接部，而連接部的內(nèi)表面與第一電極和第二電極的末端相連作為電池的正負(fù)極。請(qǐng)參閱圖5所示，在整個(gè)電池的外表面可以包裝一個(gè)封裝殼體4，而在殼體4的頂端設(shè)置兩個(gè)導(dǎo)電的螺柱5，其中一個(gè)螺柱5與前述第一封裝導(dǎo)體31相連，作為電池的一個(gè)電極的引出端，另一個(gè)螺柱5與前述第二封裝導(dǎo)體32相連，作為電池的另一個(gè)電極的引出端。請(qǐng)參閱圖6所示，其顯示本實(shí)用新型的電源控制器的一個(gè)實(shí)施例的示意圖。如圖 6所示，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述電源控制器為降壓式變換器(buck轉(zhuǎn)換器)，其包括一個(gè)開關(guān)管Q、電感線圈、Lf，二極管D、電容Cf以及輸出電阻R。其中開關(guān)管Q的第一端與電感線圈Lf的第一端連接，電感線圈的第一端和輸出電阻R的第一端連接，二極管D 的一端連接于開關(guān)管第一端盒電感線圈第一端的連接節(jié)點(diǎn)，電容Cf并聯(lián)于輸出電阻R兩端。電容式儲(chǔ)能電池的正極連接于開關(guān)管Q的第二端，電容式儲(chǔ)能電池的負(fù)極連接于輸出電阻R的第二端。其中輸出電阻R兩端的電壓為輸出電壓。由于該實(shí)施例中電源控制器為降壓式變換器，因此輸出的電壓低于電容器的電池電壓。請(qǐng)參閱圖7所示，其顯示本實(shí)用新型的電源控制器的另一個(gè)實(shí)施例的示意圖。如圖7所示，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述電源控制器為升壓式變換器(Boost轉(zhuǎn)換器)，其同樣包括一個(gè)開關(guān)管Q、電感線圈、Lf，二極管D、電容Cf以及輸出電阻R。電感線圈 Lf的第一端與二極管的第一端連接，二極管D的第二端與輸出電阻的第一端連接，開關(guān)管Q 的第一端連接于電感線圈第一端和二極管第一端的連接節(jié)點(diǎn)，開關(guān)管Q的第二端連接于輸出電阻R的第二端。開關(guān)管電容式儲(chǔ)能電池的正極連接于電感線圈的第二端，電容式儲(chǔ)能電池的負(fù)極連接于輸出電阻R的第二端。其中輸出電阻R兩端的電壓為輸出電壓。由于該實(shí)施例中電源控制器為升壓式變換器，因此輸出的電壓高于電容器的電池電壓。請(qǐng)參閱圖8所示，其顯示本實(shí)用新型的電源控制器的再一實(shí)施例的示意圖。如圖 8所示，在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述電源控制器為升降壓型轉(zhuǎn)換器(Buck-Boost轉(zhuǎn)換器)，其同樣包括一個(gè)開關(guān)管Q、電感線圈、Lf，二極管D、電容Cf以及輸出電阻R。開關(guān)管的第一端連接于二極管的第二端，二極管的第一端連接于輸出電阻的第一端，電感線圈的第一端連接于開關(guān)管Q與二極管第二端的連接節(jié)點(diǎn)，電感線圈的第二端連接于輸出電阻的第二端。電容Cf與輸出電阻并聯(lián)。電容式儲(chǔ)能電池的正極與開關(guān)管的第二端連接，電容式儲(chǔ)能電池的負(fù)極與輸出電阻的第二端連接。其中輸出電阻R兩端的電壓為輸出電壓。由于該實(shí)施例中電源控制器為升降壓式變換器，因此可以將一定范圍的電容式儲(chǔ)能電池轉(zhuǎn)換為介于電容式儲(chǔ)能電池電壓之間的平穩(wěn)輸出電壓。以上只是示意性地列舉出本實(shí)用新型的電源控制器的三個(gè)不同實(shí)施例，在本實(shí)用新型的其他實(shí)施例中，可以通過等效轉(zhuǎn)換(如器件易位、合并、變換和插入高頻變壓器等)和不同的級(jí)聯(lián)組和演化派生出多種轉(zhuǎn)換器，只要保證能夠?qū)崿F(xiàn)將電容式儲(chǔ)能電池的電壓平穩(wěn)輸出即可。[0050]請(qǐng)參閱圖9所示，其顯示依據(jù)本實(shí)用新型電容器儲(chǔ)能電池的一個(gè)實(shí)施例的電池的充放電曲線，如圖中所示，本實(shí)用新型電容器儲(chǔ)能電池在充電時(shí)是線性充電，在放電時(shí)，由于設(shè)置有電源控制器，其輸出電壓為較為平穩(wěn)的電壓。本實(shí)用新型的電容器儲(chǔ)能電池比能量>250瓦時(shí)/公斤，甚至可以達(dá)到>400瓦時(shí) /公斤，功率密度>1000瓦時(shí)/公斤，以50度電計(jì)算充電時(shí)間<5分鐘。所以本實(shí)用新型的電容器儲(chǔ)能電池能量密度大，能夠快速充電，功率大，高效節(jié)能，相比于化學(xué)儲(chǔ)能電池，該類電容器儲(chǔ)能電池?zé)o能量轉(zhuǎn)換及損耗，充放電效率彡95%。因此，其相對(duì)節(jié)能可達(dá)30%以上，使用壽命長(zhǎng)，充放電次數(shù)>10萬次，而鋰電池約為1000次，鉛氧電池為500次，低碳環(huán)保，無二次環(huán)境污染，無安全隱患。而且通過電源控制器能夠?qū)㈦娙萜鲀?chǔ)能電池的電壓轉(zhuǎn)換為平穩(wěn)電壓輸出。上述說明已經(jīng)充分揭露了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
。需要指出的是，熟悉該領(lǐng)域的技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
所做的任何改動(dòng)均不脫離本實(shí)用新型的權(quán)利要求書的范圍。相應(yīng)地，本實(shí)用新型的權(quán)利要求的范圍也并不僅僅局限于前述具體實(shí)施方式
。
權(quán)利要求1.一種帶電源控制的電容器儲(chǔ)能電池，其特征在于所述電池包括介電材料、在介電材料內(nèi)平行間隔交叉排列的第一電極和第二電極、夾持于介電材料兩側(cè)的第一封裝導(dǎo)體以及第二封裝導(dǎo)體；所述第一封裝導(dǎo)體與第一電極的一端相連作為電池的正極，第二封裝導(dǎo)體與第二電極的一端相連作為電池的負(fù)極，所述電池還包括一個(gè)與電池正負(fù)極連接使電池輸出電壓平穩(wěn)的電源控制器。
2.如權(quán)利要求1所述的電容器儲(chǔ)能電池，其特征在于所述電源控制器為降壓型直流/ 直流轉(zhuǎn)換器。
3.如權(quán)利要求1所述的電容器儲(chǔ)能電池，其特征在于所述電源控制器為升壓型直流/直流轉(zhuǎn)換器。
4.如權(quán)利要求1所述的電容器儲(chǔ)能電池，其特征在于所述電源控制器為升降壓型直流/直流轉(zhuǎn)換器。
5.如權(quán)利要求1所述的電容器儲(chǔ)能電池，其特征在于所述介電材料為方形立方體、圓柱體或多邊形柱體中的一種。
6.如權(quán)利要求1所述的電容器儲(chǔ)能電池，其特征在于所述第一電極和第二電極為矩形平板、圓形平板或多邊形平板中的一種。
7.如權(quán)利要求1所述的電容器儲(chǔ)能電池，其特征在于所述第一電極為多個(gè)末端平齊的平板電極，所述第二電極為多個(gè)末端平齊的平板電極。
8.如權(quán)利要求1所述的電容器儲(chǔ)能電池，其特征在于所述第一封裝導(dǎo)體和第二封裝導(dǎo)體為半開口框形，每一封裝導(dǎo)體包括兩端的卡扣部和與卡扣部垂直連接卡扣部的連接部。
9.如權(quán)利要求8所述的電容器儲(chǔ)能電池，其特征在于所述第一封裝導(dǎo)體和第二封裝導(dǎo)體的卡扣部分別卡扣于介電材料的上下表面。
10.如權(quán)利要求8所述的電容器儲(chǔ)能電池，其特征在于所述第一封裝導(dǎo)體的連接部與所有第一電極的末端連接，所述第二封裝導(dǎo)體的連接部與所有第二電極的末端連接。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種帶電源控制的電容器儲(chǔ)能電池，所述電池包括介電材料、在介電材料內(nèi)平行間隔交叉排列的第一電極和第二電極、夾持于介電材料兩側(cè)的第一封裝導(dǎo)體以及第二封裝導(dǎo)體；所述第一封裝導(dǎo)體與第一電極的一端相連作為電池的正極，第二封裝導(dǎo)體與第二電極的一端相連作為電池的負(fù)極，所述電池還包括一個(gè)與電池正負(fù)極連接使電池平穩(wěn)放電的轉(zhuǎn)換器。
文檔編號(hào)H02M3/07GK202034902SQ201120017240
公開日2011年11月9日 申請(qǐng)日期2011年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月19日
發(fā)明者徐燕, 蕭小月, 賴超英 申請(qǐng)人:無錫索垠飛科技有限公司