本發(fā)明涉及電能儲存技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種集合式電容器及其制作方法。

背景技術(shù)：

磁性電容器尤其是電容的容量，影響電子裝備的執(zhí)行效能和作業(yè)時間，尤其是發(fā)展電能存儲量大的電容取代電池，有重量輕、體積小、無污染等優(yōu)勢，能改善現(xiàn)今人們的生活。

巨磁阻效應(yīng)是一種量子力學(xué)和凝聚態(tài)物理學(xué)現(xiàn)象，磁阻效應(yīng)的一種，可在磁性材料和非磁性材料相間的薄膜層(幾個納米厚)結(jié)構(gòu)中觀察到。這種結(jié)構(gòu)物質(zhì)的電阻值與鐵磁性材料薄膜層的磁化方向有關(guān)，兩層磁性材料磁化方向相反情況下的電阻值，明顯大于磁化方向相同時的電阻值，電阻在很弱的外加磁場下具有很大的變化量。

利用巨磁阻效應(yīng)做高效絕緣體，利用磁性電容做電容器，磁性電容的結(jié)構(gòu)中包含的磁性層具有磁南極和磁北極，磁極化是磁體中磁疇綜合反映的結(jié)果，由于磁性電容中磁性物質(zhì)分布不均勻及磁極化強度不均勻等原因?qū)е聦訝畲判詫泳植看女牁O化方向不同，磁極化方向是眾多磁疇綜合反映的結(jié)果，值得注意的是磁鐵邊緣存在磁力線，而這種磁力線因為磁鐵內(nèi)部磁疇的分布而閉合。

由于現(xiàn)有技術(shù)中的磁電容體積較大、質(zhì)量大且容量小。因此，提供一種容量大，體積小，合理排布以提高空間利用效率的集合式電容器，有實際需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中磁電容體積較大、質(zhì)量大、容量小、空間利用效率低的問題，提供一種集合式電容器及其制作方法。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一方面，提供一種集合式電容器，包括：

外殼；

一至多個單體卷狀電容，一至多個所述單體卷狀電容于所述外殼內(nèi)形成m行n列的陣列，m及n均為大于或等于1的正整數(shù)；

橫向電路板，設(shè)置于所述外殼內(nèi)，并設(shè)置于所述陣列第一行的外側(cè)；

n條縱向電路板，n條所述縱向電路板的一端連接于所述橫向電路板，n條所述縱向電路板分別設(shè)置于所述陣列的n列一側(cè)。

在本發(fā)明所述的集合式電容器中，每個所述單體卷狀電容均包括卷芯；

所述卷芯包括依次層疊的第一磁性層、第二磁性層、第一順磁顆粒層、第一介電顆粒層、介電層、第二介電顆粒層、第二順磁顆粒層、第三磁性層及第四磁性層。

在本發(fā)明所述的集合式電容器中，所述卷芯為卷狀結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明所述的集合式電容器中，所述第一磁性層的磁極化方向與所述第二磁性層的磁極化方向垂直；所述第一磁性層的磁極化方向與所述第四磁性層的磁極化方向平行；所述第二磁性層的磁極化方向與所述第三磁性層的磁極化方向平行。

在本發(fā)明所述的集合式電容器中，所述第一磁性層的磁極化方向與所述第四磁性層的磁極化方向相同或相反，所述第二磁性層的磁極化方向與所述第三磁性層的磁極化方向相同或相反。

在本發(fā)明所述的集合式電容器中，所述第一磁性層的磁極化方向與所述第四磁性層的磁極化方向為水平方向，所述第二磁性層的磁極化方向與所述第三磁性層的磁極化方向為垂直方向。

在本發(fā)明所述的集合式電容器中，每條所述縱向電路板均包括：

第一縱向電極；

第二縱向電極；

m個第一接線觸腳，每個所述第一接線觸腳均通過線路電性連接至所述第一縱向電極，m個所述第一接線觸腳分別電性連接于位于所述陣列的m行及縱向電路板所在列一側(cè)的單體卷狀電容的第一磁性層；

m個第二接線觸腳，每個所述第二接線觸腳均通過線路電性連接至所述第二縱向電極，m個所述第二接線觸腳分別電性連接于位于所述陣列的m行及縱向電路板所在列一側(cè)的單體卷狀電容的第四磁性層。

在本發(fā)明所述的集合式電容器中，所述橫向電路板包括：

第一橫向電極，電性連接于一至多個所述縱向電路板的第一縱向電極；

第二橫向電極，電性連接于一至多個所述縱向電路板的第二縱向電極。

在本發(fā)明所述的集合式電容器中，所述第一磁性層、所述第二磁性層、所述第三磁性層及所述第四磁性層均包括一至多層磁性薄膜；

所述第一順磁顆粒層及所述第二順磁顆粒層均為順磁金屬顆粒堆積結(jié)構(gòu)；

所述第一介電顆粒層及所述第二介電顆粒層均為介電物質(zhì)顆粒堆積結(jié)構(gòu)；

所述介電層包括一至多層介電物質(zhì)薄膜。

另一方面，提供一種集合式電容器的制作方法，包括：

將一至多個單體卷狀電容于外殼內(nèi)形成m行n列的陣列，m及n均為大于或等于1的正整數(shù)；

將橫向電路板設(shè)置在所述外殼內(nèi)，并將所述橫向電路板設(shè)置于所述陣列第一行的外側(cè)；

將n條縱向電路板的一端連接于所述橫向電路板，并將n條所述縱向電路板分別設(shè)置于所述陣列的n列一側(cè)。

上述公開的一種集合式電容器及其制作方法具有以下有益效果：通過合理布置卷狀電容并形成陣列，合理利用空間，并增加集合式電容器的容量；將原有的長方形平板磁電容繞卷成卷曲的形態(tài)以減小體積，便于制作。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例提供的一種集合式電容器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一實施例提供的卷芯的結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖3為本發(fā)明一實施例提供的一種單體卷狀電容的卷狀結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明一實施例提供的縱向電路板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一實施例提供的橫向電路板的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明一實施例提供的充電電路的連接示意圖；

圖7為本發(fā)明一實施例提供的放電電路的連接示意圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明提供了一種集合式電容器1及其制作方法，其目的在于，通過層層疊合的方式，纏繞制成基本的單體電容器件，纏繞的直徑依據(jù)電容容量要求進行，隨后沿軸向進行切割，制成單體電容器元件，對切割的單體電容配以導(dǎo)電電路裝置，根據(jù)實際情況和容量要求進行電容并聯(lián)或串聯(lián)組合，隨后進行封裝，封裝后的集合式電容器1依據(jù)封裝的單體電容器的數(shù)量進行對應(yīng)的排列，采用并聯(lián)和/或串聯(lián)方式將每個單體電容連接起來，以作為電池使用。

參見圖1，圖1為本發(fā)明一實施例提供的一種集合式電容器1的結(jié)構(gòu)示意圖，該集合式電容器1包括外殼40、一至多個單體卷狀電容10、橫向電路板20及n條縱向電路板30。

一至多個所述單體卷狀電容10于所述外殼40內(nèi)形成m行n列的陣列，m及n均為大于或等于1的正整數(shù)；每個所述單體卷狀電容10均包括卷芯100；參見圖2，圖2為本發(fā)明一實施例提供的卷芯100的結(jié)構(gòu)剖面圖，所述卷芯100包括依次層疊的第一磁性層101、第二磁性層102、第一順磁顆粒層103、第一介電顆粒層104、介電層105、第二介電顆粒層106、第二順磁顆粒層107、第三磁性層108及第四磁性層109。由于納米顆粒堆積層狀介質(zhì)結(jié)構(gòu)及具有三層結(jié)構(gòu)的介電質(zhì)結(jié)構(gòu)可以有效降低磁性電容器的電導(dǎo)損耗和快速充電過程中的極化損耗，本申請?zhí)峁┯芯?xì)結(jié)構(gòu)薄膜層的電容，內(nèi)部總共有9層，結(jié)構(gòu)上包含三個部分即第一極板、第二極板及電介質(zhì)層，第一極板包含第一磁性層101、第二磁性層102和第一順磁顆粒層103，第二極板包含第二順磁顆粒層107、第三磁性層108和第四磁性層109，電介質(zhì)層包含第一介電顆粒層104、介電層105和第二介電顆粒層106。

第一介電顆粒層104、第二介電顆粒層106和介電層105配置于第一順磁顆粒層103和第二順磁顆粒層107之間，用于儲存電能。第一磁性層101和第四磁性層109用于約束電子逃逸。第二磁性層102、第三磁性層108、第一順磁顆粒層103和第二順磁顆粒層107用于存儲電子，增加電容的電容量。第一介電顆粒層104、第二介電顆粒層106及具有剩余電極化強度的介電層105用于降低快速充電過程中出現(xiàn)的電導(dǎo)損耗和極化損耗。

所述第一磁性層101的磁極化方向與所述第二磁性層102的磁極化方向垂直；所述第一磁性層101的磁極化方向與所述第四磁性層109的磁極化方向平行；所述第二磁性層102的磁極化方向與所述第三磁性層108的磁極化方向平行。所述第一磁性層101的磁極化方向與所述第四磁性層109的磁極化方向相同或相反，所述第二磁性層102的磁極化方向與所述第三磁性層108的磁極化方向相同或相反。所述第一磁性層101的磁極化方向與所述第四磁性層109的磁極化方向為水平方向，所述第二磁性層102的磁極化方向與所述第三磁性層108的磁極化方向為垂直方向。例如：第一磁性層101和第四磁性層109的磁極化方向為水平方向，磁極化方向顆粒同向，也可以反向；第二磁性層102和第三磁性層108的磁極化方向平行，可以同向平行，也可以反向平行，且和第一磁性層101及第四磁性層109的磁極化方向垂直；第一順磁顆粒層103和第二順磁顆粒層107中為順磁性顆粒材料制作，具有顆粒堆積結(jié)構(gòu)，以提高磁性電容的表面積；第一介電顆粒層104和第二介電顆粒層106具有納米顆粒堆積結(jié)構(gòu)，介電層105具有剩余極化強度，該些結(jié)構(gòu)利于降低該介電層105(第一介電顆粒層104、第二介電顆粒層106和介電層105)的電導(dǎo)損耗和極化損耗，保證電容快速充電。由于第二磁性層102和第三磁性層108的磁場分別對第一順磁顆粒層103和第二順磁顆粒層107有磁化作用，經(jīng)過磁極化的第一順磁顆粒層103和第二順磁顆粒層107將分別對相接觸的第一介電顆粒層104和第二介電顆粒層106的表面產(chǎn)生磁極化，該磁極化將分別提高第一介電顆粒層104和第二介電顆粒層106的介電常數(shù)，從而增加了該磁性電容器的容量。

所述第一磁性層101、所述第二磁性層102、所述第三磁性層108及所述第四磁性層109均包括一至多層磁性薄膜；所述第一順磁顆粒層103及所述第二順磁顆粒層107均為順磁金屬顆粒堆積結(jié)構(gòu)，第一順磁顆粒層103和第二順磁顆粒層107可由順磁性材料的金屬顆粒堆積而成，因顆粒細(xì)微，可以極大增加這種結(jié)構(gòu)的表面積，因而增加磁性電容的電容量，該顆粒層可以通過晶體生長的方式制成；所述第一介電顆粒層104及所述第二介電顆粒層106均為介電物質(zhì)顆粒堆積結(jié)構(gòu)；所述介電層105包括一至多層介電物質(zhì)薄膜。例如：第一磁性層101和第四磁性層109以及第三磁性層108和第四磁性層109為磁性薄膜(鐵基、鎳基或鈷基合金等材料，厚度為納米級)，第一順磁顆粒層103和第二順磁顆粒層107可用鐵基、鎳基或鈷基合金等材料納米級粉末制備，第一介電顆粒層104和第二介電顆粒層106可由相對介電常數(shù)大的材料如鈦酸鋇或鈦的氧化物制成，介電層105可由相對介電常數(shù)大的駐極體材料如鈦酸鋇或鈦的氧化物制成。

當(dāng)充電后，第一順磁顆粒層103對第一介電顆粒層104進行磁極化，第二順磁顆粒層107對第二介電顆粒層106進行磁化，第一介電顆粒層104和第二介電顆粒層106及介電層105中電子旋轉(zhuǎn)方向整體趨于一致，且第二磁性層102和第三磁性層108遠離介電層105的一側(cè)磁極化方向會接近與第一磁性層101和第四磁性層109平行的狀態(tài)，根據(jù)巨磁阻效應(yīng)原理，電流將難以通過第一磁性層101和第四磁性層109，此時，電子將被約束在第一順磁顆粒層103和第二順磁顆粒層107之中，阻止其逃逸。

具有剩余極化率的介電層105的電極化方向?qū)呌诮殡妼?05的極化方向，電能被存儲在其中，由于電極化的電子旋轉(zhuǎn)方向一致，且整體平行于由于第一順磁顆粒層103和第二順磁顆粒層107中的電荷產(chǎn)生的電場，在這個過程中第一介電顆粒層104和第二介電顆粒層106將難以通過電子，從而降低電導(dǎo)損耗，同時具有剩余極化方向的介電層105在沒有明確原始剩余極化方向的情況下，外部由于電容電場的存在，其將降低極化損耗，實現(xiàn)快速充電時降低外部電場。該些結(jié)構(gòu)的主要作用是提高介電質(zhì)的電容率，從而提高電場能量的存儲。

第一磁性層101和第四磁性層109在制作前期需要在外部磁場中順切向方向磁化，以保證其最大限度保留磁性，磁化的方向應(yīng)沿著易磁化方向。在進行這些薄膜層疊合時，并不要求第一磁性層101和第四磁性層109的磁化方向一致，只要磁化方向平行即可，即第一磁性層101和第四磁性層109的磁化方向可以一致或反向。

第一順磁顆粒層103和第二順磁顆粒層107分別被第二磁性層102和第三磁性層108磁化后，磁極化的方向?qū)⒋怪庇诘谝唤殡婎w粒層104和第二介電顆粒層106以及介電層105所在的平面。

其中，第一磁性層101可以作為磁性電容的第一導(dǎo)電層，第二磁性層102可以作為該磁性電容的第二導(dǎo)電層。充電時，第二磁性層102和第一順磁顆粒層103可以作為該磁性電容的第一電極，第二順磁顆粒層107和第三磁性層108可以作為該磁性電容器第二電極。

由于該型磁性電容器利用了巨磁阻效應(yīng)，且電容的極板顆粒特征及介電顆粒層的顆粒堆積結(jié)構(gòu)均為薄層，產(chǎn)生巨磁電容效應(yīng)，這種電容的容量大，體積小，重量輕，某種程度上可以取代電池使用，有實際需求。

參見圖3，圖3為本發(fā)明一實施例提供的一種單體卷狀電容10的卷狀結(jié)構(gòu)示意圖，即所述卷芯100為卷狀結(jié)構(gòu)。為了防止電極接觸，在第一磁性層101或第四磁性層109之外敷設(shè)絕緣體薄膜，保證第一磁性層101和第四磁性層109在繞制過程中不相互接觸，也就是說，繞制后的卷狀電容為平行板磁性電容器。

參見圖4，圖4為本發(fā)明一實施例提供的縱向電路板30的結(jié)構(gòu)示意圖，n條所述縱向電路板30的一端連接于所述橫向電路板20，n條所述縱向電路板30分別設(shè)置于所述陣列的n列一側(cè)。每條所述縱向電路板30均包括第一縱向電極301、第二縱向電極302、m個第一接線觸腳303及m個第二接線觸腳304；

每個所述第一接線觸腳303均通過線路電性連接至所述第一縱向電極301，m個所述第一接線觸腳303分別電性連接于位于所述陣列的m行及縱向電路板30所在列一側(cè)的單體卷狀電容10的第一磁性層101；每個所述第二接線觸腳304均通過線路電性連接至所述第二縱向電極302，m個所述第二接線觸腳304分別電性連接于位于所述陣列的m行及縱向電路板30所在列一側(cè)的單體卷狀電容10的第四磁性層109。通過并聯(lián)線路連接方式，最終將縱向陣列的單體電容器并聯(lián)在一起，并引出第一縱向電極301和第二縱向電極302。例如：第一條縱向電路板30的第一個第一接線觸腳303及第一個第二接線觸腳304的一端均連接至第一縱向電極301，第一條縱向電路板30的第一個第一接線觸腳303的另一端連接至第一行第一列的單體卷狀電容10的第一磁性層101，第一條縱向電路板30的第一個第二接線觸腳304的另一端連接至第一行第一列的單體卷狀電容10的第四磁性層109；第一條縱向電路板30的第二個第一接線觸腳303及第二個第二接線觸腳304的一端均連接至第一縱向電極301，第一條縱向電路板30的第二個第一接線觸腳303的另一端連接至第二行第一列的單體卷狀電容10的第一磁性層101，第一條縱向電路板30的第二個第二接線觸腳304的另一端連接至第二行第一列的單體卷狀電容10的第四磁性層109；第二條縱向電路板30的第一個第一接線觸腳303及第一個第二接線觸腳304的一端均連接至第一縱向電極301，第二條縱向電路板30的第一個第一接線觸腳303的另一端連接至第一行第一列的單體卷狀電容10的第一磁性層101，第二條縱向電路板30的第一個第二接線觸腳304的另一端連接至第一行第二列的單體卷狀電容10的第四磁性層109……

參見圖5，圖5為本發(fā)明一實施例提供的橫向電路板20的結(jié)構(gòu)示意圖；橫向電路板20設(shè)置于所述外殼40內(nèi)，并設(shè)置于所述陣列第一行的外側(cè)；所述橫向電路板20包括第一橫向電極201及第二橫向電極202。

第一橫向電極201電性連接于一至多個所述縱向電路板30的第一縱向電極301；第二橫向電極202電性連接于一至多個所述縱向電路板30的第二縱向電極302。

綜上，該集合式電容器1通過縱向電路板30和橫向電路板20中的電路實現(xiàn)內(nèi)部單體電容器的并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其外用絕緣材料制成外殼40，并將第一橫向電極201和第二橫向電極202引出外殼40之外。

圖6為本發(fā)明一實施例提供的充電電路500的連接示意圖。當(dāng)本電池充電時，將集合式電容器1的第一橫向電極201和第二橫向電極202耦接至一電源501，此時電能會由電源501輸入到第一介電顆粒層104、第二介電顆粒層106和介電層105中。

圖7為本發(fā)明一實施例提供的放電電路600的連接示意圖。當(dāng)本電池放電時，將集合式電容器1的第一橫向電極201和第二橫向電極202耦接至負(fù)載601，此時電能將從第一介電顆粒層104、第二介電顆粒層106和介電層105向負(fù)載601輸出。

另一方面，提供一種集合式電容器1的制作方法，包括步驟S1-S3：

S1、將一至多個單體卷狀電容10于外殼40內(nèi)形成m行n列的陣列，m及n均為大于或等于1的正整數(shù)；

S2、將橫向電路板20設(shè)置在所述外殼40內(nèi)，并將所述橫向電路板20設(shè)置于所述陣列第一行的外側(cè)；從圖1中可以看出，橫向電路板20設(shè)置在陣列的上側(cè)，即陣列與外殼40之間的縫隙處。

S3、將n條縱向電路板30的一端連接于所述橫向電路板20，并將n條所述縱向電路板30分別設(shè)置于所述陣列的n列一側(cè)。例如：第一條縱向電路板30設(shè)置于陣列的第一列的右側(cè)，第二條縱向電路板30設(shè)置于陣列的第二列的右側(cè)，第三條縱向電路板30設(shè)置于陣列的第三列的右側(cè)……第n條縱向電路板30設(shè)置于陣列的第n列的右側(cè)。

以上，本發(fā)明提供的是一種集合式電容器1及其制作方法，由于巨磁效應(yīng)的作用，加之可以不考慮磁致伸縮效應(yīng)，同時利用顆粒層表面大，介電層105厚度薄等特點，該型磁性電容具有很大的電量。

本文提供了實施例的各種操作。在一個實施例中，所述的一個或操作可以構(gòu)成一個或計算機可讀介質(zhì)上存儲的計算機可讀指令，其在被電子設(shè)備執(zhí)行時將使得計算設(shè)備執(zhí)行所述操作。描述一些或所有操作的順序不應(yīng)當(dāng)被解釋為暗示這些操作必需是順序相關(guān)的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解具有本說明書的益處的可替代的排序。而且，應(yīng)當(dāng)理解，不是所有操作必需在本文所提供的每個實施例中存在。

而且，本文所使用的詞語“優(yōu)選的”意指用作實例、示例或例證。奉文描述為“優(yōu)選的”任意方面或設(shè)計不必被解釋為比其他方面或設(shè)計更有利。相反，詞語“優(yōu)選的”的使用旨在以具體方式提出概念。如本申請中所使用的術(shù)語“或”旨在意指包含的“或”而非排除的“或”。即，除非另外指定或從上下文中清楚，“X使用A或B”意指自然包括排列的任意一個。即，如果X使用A；X使用B；或X使用A和B二者，則“X使用A或B”在前述任一示例中得到滿足。

而且，盡管已經(jīng)相對于一個或?qū)崿F(xiàn)方式示出并描述了本公開，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員基于對本說明書和附圖的閱讀和理解將會想到等價變型和修改。本公開包括所有這樣的修改和變型，并且僅由所附權(quán)利要求的范圍限制。特別地關(guān)于由上述組件(例如元件等)執(zhí)行的各種功能，用于描述這樣的組件的術(shù)語旨在對應(yīng)于執(zhí)行所述組件的指定功能(例如其在功能上是等價的)的任意組件(除非另外指示)，即使在結(jié)構(gòu)上與執(zhí)行本文所示的本公開的示范性實現(xiàn)方式中的功能的公開結(jié)構(gòu)不等同。此外，盡管本公開的特定特征已經(jīng)相對于若干實現(xiàn)方式中的僅一個被公開，但是這種特征可以與如可以對給定或特定應(yīng)用而言是期望和有利的其他實現(xiàn)方式的一個或其他特征組合。而且，就術(shù)語“包括”、“具有”、“含有”或其變形被用在具體實施方式或權(quán)利要求中而言，這樣的術(shù)語旨在以與術(shù)語“包含”相似的方式包括。

本發(fā)明實施例中的各功能單元可以集成在一個處理模塊中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以多個或多個以上單元集成在一個模塊中。上述集成的模塊既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，也可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中。上述提到的存儲介質(zhì)可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。上述的各裝置或系統(tǒng)，可以執(zhí)行相應(yīng)方法實施例中的存儲方法。

綜上所述，雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例揭露如上，但上述優(yōu)選實施例并非用以限制本發(fā)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求界定的范圍為準(zhǔn)。