CN106160239A - 具阻尼功能的储电装置 - Google Patents

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Abstract

一种具阻尼功能的储电装置，其是由多个电容电堆做串/并联所组成的电容电堆电池。所述每一电容电堆是由一超级电容(Super Cap)与一超高电容(Pseudo Cap)所组成。该超级电容为内部设有分隔板的无极性电容。该超高电容为有极性的电化学电容。该超级电容与该超高电容之间为电性并联连结。该超高电容的容量接近或等于该超级电容的容量。所述电容电堆在充电时，该超级电容会产生极化效应而充入电压型态的电能。充入该超级电容内的电能会因电位平衡关系，快速地转换成电流型态的电能流入该超高电容内储存。

Description

具阻尼功能的储电装置
技术领域
本发明有关于一种具阻尼功能的储电装置，其是一种由多个电容电堆做串/并联所组成的电容电堆电池。
背景技术
电池装置就是一种储能装置。其中，锂电池是目前使用最为普遍的电池装置。锂电池是一种不太稳定的电池装置，危险性高，而且在使用上也有很多限制。例如：锂电池在使用中不能过充、过放，如果发生过充、过放的情形，会造成锂电池损坏或报废。对锂电池的充电时，环境温度不能超过产品所设定的温度范围。锂电池在不同温度下放电曲线是不同的，其放电电压及放电时间也不同。
电容有暂存电能的特性，但都无法作为储电装置。图1A揭示一无极性电容，其多用于电气耦合的电路中。图1B揭示一有极性电容，其在电路中多用于滤波及缓冲作用。图1C揭示一有极性超级电容，在电路中多用于暂存电能，不是真正的储电装置。图1D揭示一无极性超级电容(在电路中可被极化)，在电路中多用于暂存电能，不是真正的储电装置。图1E揭示一有极性超高电容，在电路中多用于大直流电力传输的滤波作用。前述五种电容都无法真正储存电能，不具有电池或二次电池的功能。
锂电池最大的特点是「比能量」高，也造成本身为高内阻(DCR)，不宜作快充、快放。坊间有将锂电池与超高电容(Pseudo Cap)并联使用。所述超高电容的容量大到接近电池容量。该超高电容有隔离直流电的特性，充电上有一定的困难性。锂电池与超高电容并联使用时，在高压充电下偶会发生瞬间短路的情形，稳定性差。
业内亦有将锂电池与超级电容(Super Cap)并联使用。所述超级电容在充电时会产生强大的静电场(极化效应)，并因电容特性的反法拉力，阻碍充电，电位上升，温度上升，对锂电池造成不利使用的环境温度。不论锂电池是与超高电容(Pseudo Cap)并联使用，还是与超级电容(Super Cap)并联使用，都不能排除前述锂电池本身稳定性差的问题。
发明内容
本发明主要目的在提供一种具阻尼功能的储电装置，其是由多数个电容电堆做串/并联所组成的电容电堆电池，其可搭配适当地充电器达到快充、快放的目的。
本发明再一目的在提供一种具阻尼功能的储电装置，其内阻(DCR)极低，在充、放电中发生瞬间短路时不会造成温度升高，装置的稳定性高。
为达到以上的目的，乃提供一种具阻尼功能的储电装置，其是由多个电容电堆做串/并联所组成的电容电堆电池。所述每一电容电堆包含有：一超级电容(Super Cap)、及一超高电容(Pseudo Cap)。该超级电容为内部设有分隔板的无极性电容。该超高电容为有极性的电化学电容。该超级电容与该超高电容之间为电性并联连结。该超级电容的容量接近或等于该超高电容。所述电容电堆在充电时，该超级电容会产生极化效应而充入电压型态的电能。充入该超级电容内的电能会因电位平衡关系，快速地转换成电流型态的电能流入该超高电容内储存，谓的阻尼效应(Damping effect)。
附图说明
图1A为无极性电容的示意图。
图1B为有极性电容的示意图。
图1C为有极性超级电容的示意图。
图1D为无极性超级电容的示意图。
图1E为有极性超高电容(Pseudo Cap)的示意图。
图2为本发明实施例的结构示意图。
图3为图2所示实施例中电容电堆的结构图。
图4为阻尼充电装置对本发明实施例进行充电的电路方块图。
图5为本发明的等效电路图。
附图标记说明：10-电容电堆电池；11-电容电堆；12-超级电容；13-超高电容；20-充电装置；21-电源输出装置；22-控制电路；23-阻尼电感；24-高频振荡开关；30-电能产生装置；40-负载；50-串/并自动开关；51-电性串联的超级电容；52-电性并联的超高电容；L1-串联性质的电感；L2-并联性质的电感；R1-电阻；R2-电阻。
具体实施方式
请参阅图2、图3。本发明所揭露的具阻尼功能的储电装置，是由多个电容电堆11做串/并联所组成的电容电堆电池10。所述储电装置必须使用具有阻尼功能的充电装置来充电，例如：已核准的新型第M484854号「阻尼充电装置」。
前述电容电堆电池10中的每一电容电堆11包含有：一超级电容(Super Cap)12、及一超高电容(Pseudo Cap)13。该超级电容12为内部设有分隔板的无极性电容。该超高电容13为有极性的电化学电容。该超级电容12与该超高电容13之间为电性并联连结，以及隐藏式的物理性串联(极化)。该超级电容12的容量接近或相等于该超高电容13的容量。实作时，以该超级电容12的容量为该超高电容13的容量的90～110％范围内为较佳。对该电容电堆电池10充电时，每一电容电堆11的超级电容12会产生极化效应而充入电压型态的电能。因该超级电容与该超高电容的电位平衡关系，令充入该超级电容12内的电能会快速地转换成电流型态的电能流入该超高电容13内储存，使该超级电容与该超高电容的电位逐渐趋于相同，并终止于完全相同。此谓的具有共振现象的阻尼效应(Damping effect)。
请参阅图4，具有阻尼功能的充电装置20对该电容电堆电池10充电时，对任一电容电堆11而言，是利用该超级电容12能够产生强大的极化作用，而将电能充入该电容电堆11的超级电容12内。充入该超级电容12内的电能会快速地转换成电流型态的电能存入该超高电容13内。所述充电装置20包含：一电源输出装置21、一控制电路22、一阻尼电感23、及一高频振荡开关24。该电源输出装置21能够与一电能产生装置30连接，其主要将电能产生装置30所输出的电能做升压或降压的作用后输出电源。该电容电堆电池10的正极端与该阻尼电感23连接，负极端与该高频振荡开关24连接。该电能产生装置30可以是再生能产生装置，也可以是家用电源。该充电装置20凭借该高频振荡开关24的作动，使该阻尼电感23作高频率的储电、放电的连续动作。该高频振荡开关24在ON的状态下，该阻尼电感23会储存电能。该高频振荡开关24在OFF的状态下，该阻尼电感23会将所储存电能释放出来对该电容电堆电池10充电。故该充电装置20所放出的电能是具有频率响应的电能。
该超级电容12被充入电压型态的电能后，会升高电位。该超级电容12的电位升高后，自然会将所充入电能转换成电流型态输出，而流入该超高电容13内储存。充入该超级电容12内的电能流入该超高电容13内后，该超级电容12的电位自然会降低，以便于再次吸电。该充电装置20对该电容电堆10充入具有频率响应的电能，会对该超级电容12的电位产生升高、降低的高频变化。
阻尼充电装置20对该电容电堆11充入具有频率响应的电能时，会循充电路径I1的路径，将电压型态的电能充入该超级电容12内。充入该超级电容12内的电能会因前述高频振荡开关24在瞬间关闭的情形下(充电装置20瞬间停止对电容电堆电池10充电)，快速地循储电路径I2的路径，以电流型态充入该超高电容13内。该超级电容12将极化电压快速地转成电流而流入该超高电容13储存的情形，是一种共振转态过程(可称为阻尼效应)，使该电容电堆11的内阻接近零。该电容电堆11内部是在无损失状态下，将电压电能转态电流电能储存，是构成一种由静电场物理现象转成电化学场现象的电容电堆11。
该电容电堆电池10在放电供负载40作功时，是由每一个电容电堆11的超高电容13循放电路径I3的路径放出电能。该电容电堆11充电路径I1与放电路径I3的路径不同，故可同时充电与放电。
图5为本发明的等效电路图，其中，包含一串/并自动开关50、电性串联的超级电容51、电性并联的超高电容52、串联性质的电感L1、并联性质的电感L2。该串/并自动开关50切换为串联型态时，可将电能充入该电性串联的超级电容51内，使该电性串联的超级电容51的电位升高，为充电状态。该电性串联的超级电容51内的电能会快速地以电流型态流入该电性并联的超高电容52内储存。该串/并自动开关50切换为并联型态时，该电性并联的超高电容52内所储存的电能会向外放电。电阻R1、R2为电路中的内阻。
本发明有下列特点：
本发明的电路结构简单。本发明充电时，利用该超级电容12做物理性质的极化介电效应。本发明放电时，利用该超高电容13做化学氧化还原效应。
本发明可做为大功率电力、动力的电能储存。本发明电容电堆电池10的储电量是由串/并联的电容电堆11数量来决定。因此，只要由足够数量的电容电堆12所构成的电容电堆电池11，就能够储存大功率的电能。
本发明储存有超高频率响应的电能，能产生共振转态的阻尼效应。本发明所搭配的充电装置20能够放出具有频率响应的电能，使本发明内部能够产生共振转态的阻尼效应，使充电、储电顺畅，加速充电效率。
本发明的充电路径I1与放电路径I3不同，适合作快速充电与快速放电。
由于每一电容电堆内的共振作用，致使内阻极低，在充、放电中即使发生瞬间短路时，也不会发生温度升高的情形，稳定性高。
本发明能够运用半导体制程，使体积缩小，以作为3C产品的储电装置，例如：石墨郗、介磁材料(磁阻材料)。又，依本发明技术所制成的产品，其能量密度及容量大小，可凭借电极材料及几何条件的选择来达到。
综上所陈，本发明所提供的具阻尼功能的储电装置，在前述阻尼充电装置20的充电下，凭借可在充电时产生强大静电场的极化作用的超级电容12，以及利用有极性超高电容13的强大储存容量，做阻尼效应的超高频率响应的储电作用，可加速充电，且令储电装置的稳定性提高。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改，变化，或等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种具阻尼功能的储电装置，其特征在于，是由多个电容电堆做串/并联所组成的电容电堆电池；每一电容电堆包含有：一超级电容及一超高电容；该超级电容为内部设有分隔板的无极性电容；该超高电容为有极性的电化学电容；该超级电容与该超高电容之间为电性并联连结，以及隐藏式的物理性串联；该超级电容的容量为该超高电容的容量的90-110％以内；所述电容电堆在充电时，该超级电容会产生极化效应而充入电压型态的电能；因该超级电容与该超高电容的电位平衡关系，令充入该超级电容内的电能会因快速地转换成电流型态的电能流入该超高电容内储存，形成共振型态的阻尼效应。
2.如权利要求1所述的具阻尼功能的储电装置，其特征在于，该超级电容为能够在充电时产生强大静电场的EDLC。
3.如权利要求1所述的具阻尼功能的储电装置，其特征在于，该超高电容为金属氧化物所制成的电化学电容。
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