專利名稱：一種具有大電流輸出高能量密度的移動(dòng)工具鋰電容加鋰電池混合電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用于發(fā)電和工業(yè)設(shè)備領(lǐng)域，尤其是一種具有大電流輸出高能量密度的移動(dòng)工具鋰電容加鋰電池混合電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
根據(jù)環(huán)保法規(guī)要求和產(chǎn)業(yè)政策導(dǎo)向，近幾年電動(dòng)工具用鋰離子電池發(fā)展很快，從國(guó)際著名的百德、牧田、博世、TTI等工具制造業(yè)的巨頭，到國(guó)內(nèi)著名的如泉峰、寶時(shí)得等企業(yè)在新研的電動(dòng)工具時(shí)都已經(jīng)將動(dòng)力型鋰離子電池作為首先的動(dòng)力源。越來越多的電動(dòng)工具整機(jī)廠也正逐步試用鋰離子電池作為新產(chǎn)品的動(dòng)力源。鋰電容器憑借著充電放電時(shí)間快、壽命長(zhǎng)、環(huán)保、性價(jià)比高及能量密度相對(duì)較高等優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，勢(shì)必將成為未來移動(dòng)電動(dòng)工具，新能源交通市場(chǎng)的首選電源系統(tǒng)。對(duì)于傳統(tǒng)的傳統(tǒng)電容是從平板狀導(dǎo)電材料得到其儲(chǔ)存電荷面積的，只有將一很長(zhǎng)材料纏繞起來才能獲得大的面積，從而獲得大的電容。另外傳統(tǒng)電容是用塑料薄膜、紙張或陶瓷等將電荷板隔開。這類絕緣材料的厚度不可能做得非常簿。鋰電容器(LIC)的負(fù)極采用鋰電池結(jié)構(gòu)，正極采用雙電層電容器(EDLC)。它是這兩種結(jié)構(gòu)的的混合。LIC是正極采用活性炭、負(fù)極采用碳材料、電解液采用鋰離子有機(jī)物的電容器。正極通過雙電層的效果蓄電，負(fù)極與LIB—樣，由鋰離子的氧化還原反應(yīng)而蓄電。鋰電容器比鋰離子充電電池穩(wěn)定，又超越了雙電層電容器的電氣性能，熱致?lián)舸┘袄匣伲苑烹娨埠苌?。鋰電容器?特點(diǎn)是，有與雙電層電容器等數(shù)量級(jí)充電速度，而能量密度卻高于EDLC。通常，EDLC的比能量密度小于等于6Wh/kg，而新產(chǎn)品鋰電容器的比能量密度在25-35ffh/kg ;體積可減小三分之一至五分之一。先對(duì)鋰電容器技術(shù)原理進(jìn)行說明。鋰電容器也屬于雙電層電容器，它是世界上雙電層電容器中容量最大的一種，其基本原理和其它種類的雙電層電容器一樣，都是利用活性炭多孔電極和電解質(zhì)組成的雙電層結(jié)構(gòu)獲得超大的容量。傳統(tǒng)物理電容中儲(chǔ)存的電能來源于電荷在兩塊極板上的分離，兩塊極板之間為真空(相對(duì)介電常數(shù)為I)或一層介電物質(zhì)(相對(duì)介電常數(shù)為e )所隔離，電容值為:C= e A/3.6 n d 10-6 ( U F)其中A為極板面積，d為介質(zhì)厚度[0〇10] 所儲(chǔ)存的能量為:E=1/2C ( AV2)其中C為電容值，AV為極板間的電壓降?？梢?，若想獲得較大的電容量、儲(chǔ)存更多的能量，必須增大面積A或減少介質(zhì)厚度d。雙電層電容器中，采用活性炭材料制作成多孔電極，同時(shí)在相對(duì)的碳多孔電極之間充填電解質(zhì)溶液，當(dāng)在兩端施加電壓時(shí)，相對(duì)的多孔電極上分別聚集正負(fù)電子，而電解質(zhì)溶液中的正負(fù)離子將由于電場(chǎng)作用分別聚集到與正負(fù)極板相對(duì)的界面上，從而形成兩個(gè)集電層，相當(dāng)于兩個(gè)電容器串聯(lián)。由于活性碳材料具有> 1200 m2/g的超高比表面積(即獲得了極大的電極面積A)，而且電解液與多孔電極間的界面距離不到Inm (即獲得了極小的介質(zhì)厚度d)，根據(jù)前面的計(jì)算公式可以看出，這種雙電層電容器比傳統(tǒng)的物理電容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，從而使利用電容器進(jìn)行大電量的儲(chǔ)能成為可能。鋰電容放電特性平穩(wěn)，在一定區(qū)間內(nèi)會(huì)有個(gè)恒定的電壓，波動(dòng)很小，且能維持大電流輸出。常規(guī)超級(jí)電容只有峰值電壓且維持時(shí)間很短，電壓波動(dòng)大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供在日常生活中，許多作業(yè)需要用到高功率短脈沖。例如:電鉆、沖擊鉆、電鋸、電動(dòng)螺絲刀、割草機(jī)、應(yīng)急燈、電動(dòng)自行車等等，關(guān)鍵時(shí)刻都需要提供瞬間動(dòng)力能源，通過用高峰值電流施加一個(gè)大的力矩來完成，直流電動(dòng)工具的使用便利在于不需要電源線，也沒有場(chǎng)所限制，也就是說，他們可用于遠(yuǎn)離電源的地方，也不受電壓起伏的影響。本實(shí)用新型公開了一種具有大電流輸出高能量密度的移動(dòng)工具鋰電容加鋰電池混合電源系統(tǒng)，應(yīng)用于一外部電機(jī)，其特征在于，所述電源系統(tǒng)進(jìn)一步包括:一電池包，由鋰電容組和鋰電池組電連接組成；一控制電路，連接所述電池包，用用于自動(dòng)切換瞬時(shí)大電流放電和正常維持電流放電的狀態(tài)，并隨時(shí)監(jiān)控所述電池包充放電狀態(tài)和工作溫度，當(dāng)超過設(shè)定值，會(huì)自動(dòng)停止工作；一調(diào)速電路，連接所述控制電路的輸出端；一換向器，其輸入端連接所述調(diào)速電路，其輸出端連接所述外部電機(jī)。比較好的是，本實(shí)用新型的具有大電流輸出高能量密度的移動(dòng)工具鋰電容加鋰電池混合電源系統(tǒng)進(jìn)一步包括:一外殼，包覆所述電池包、控制電路、調(diào)速電路和換向器；一指示燈，用于提示電路正?；虍惓９ぷ鳡顩r。比較好的是，本實(shí)用新型的具有大電流輸出高能量密度的移動(dòng)工具鋰電容加鋰電池混合電源系統(tǒng)，其特征在于，所述鋰電池組設(shè)置在所述外殼的底座內(nèi)，所述鋰電容組設(shè)置在所述底座上，所述底座上下兩部分通過卡簧和螺釘連接為一體。比較好的是，本實(shí)用新型的具有大電流輸出高能量密度的移動(dòng)工具鋰電容加鋰電池混合電源系統(tǒng)，所述外殼頂部包括與所述外部電機(jī)電連接的一電池負(fù)極端和一電池正極端。比較好的是，本實(shí)用新型的具有大電流輸出高能量密度的移動(dòng)工具鋰電容加鋰電池混合電源系統(tǒng)，所述外殼還包括一裝卸按鈕，用于卡合裝卸外殼。比較好的是，本實(shí)用新型的具有大電流輸出高能量密度的移動(dòng)工具鋰電容加鋰電池混合電源系統(tǒng)，所述外 殼材質(zhì)包括金屬、塑料。[0032]本實(shí)用新型中的鋰電容瞬間放電特性好，適用于短時(shí)間大電流放電，以保護(hù)鋰電池，延長(zhǎng)鋰電池壽命，短時(shí)間大電流放電對(duì)鋰電池極為不利。鋰電容能量密度高，相同體積可以達(dá)到更大的容量。充電時(shí)間短，數(shù)分鐘即可達(dá)到70-80%的常規(guī)電量。成本較低，鋰電容理論循環(huán)充放電次數(shù)可達(dá)50萬次。

下面，參照附圖，對(duì)于熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員而言，從對(duì)本實(shí)用新型的詳細(xì)描述中，本實(shí)用新型的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將顯而易見。圖1是本實(shí)用新型的鋰電容鋰電池混合電源示意圖；圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是鋰電容放電特性曲線圖；圖4是常規(guī)超級(jí)電容放電特性曲線圖。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參見圖1所示，本實(shí)用新型的一種具有大電流輸出高能量密度的移動(dòng)工具鋰電容加鋰電池混合電源系統(tǒng)10，包括電池包1，控制電路2，調(diào)速電路3，換向器4，其中電池包I由鋰電容組11和鋰電池組12電連接組成，外部電機(jī)20通過電連接換向器4，調(diào)速電路3和控制電路2再連接電池包I。圖2給出了本實(shí)用新型的外部結(jié)構(gòu)示意圖，如圖可見，本實(shí)用新型的電源系統(tǒng)包括位于底座的鋰電池組12 和設(shè)置其上的鋰電容組11組成，兩部分之間通過卡簧23、螺釘29組合，并包覆一由金屬或塑料材質(zhì)的外殼21，在該系統(tǒng)頂部有與外部電機(jī)20連接的電池負(fù)極端27和電池正極端25，控制電路2，調(diào)速電路3和換向器4均設(shè)置在該外殼21中。為便于拆卸，底座外殼21還有一裝卸按鈕22，用于卡合裝卸外殼。一指示燈21用于提示電路正常或異常工作狀況。以下結(jié)合結(jié)構(gòu)介紹本實(shí)用新型的工作情況。器具啟動(dòng)時(shí)，由鋰電容組11提供大電流輸出，避免了鋰電池組12的大電流放電導(dǎo)致其快速損壞，從而大大延長(zhǎng)了鋰電池組12的循環(huán)充放電次數(shù)，避免鋰電池由于大電流放電導(dǎo)致發(fā)熱，炸包等不安全隱患?？刂齐娐?用于自動(dòng)切換瞬時(shí)大電流放電和正常維持電流放電的狀態(tài)；控制電路2可隨時(shí)監(jiān)控電池包I充放電狀態(tài)和工作溫度，當(dāng)超過設(shè)定值，會(huì)自動(dòng)停止工作，以保護(hù)電池，延長(zhǎng)電池壽命。此外，控制電路2可對(duì)電池包I的電量做出狀態(tài)顯示，指示燈21由綠色變?yōu)辄S色再變?yōu)榧t色，這個(gè)漸變過程，反映電量的持有程度，綠色時(shí)表示電量充足，黃色時(shí)表示電量適中，紅色時(shí)表示需充電。本實(shí)用新型利用鋰電容高能量密度特點(diǎn)，可瞬時(shí)輸出，當(dāng)負(fù)載需要大于等于電池模塊0.5C以上電流時(shí)，可以自動(dòng)切換為鋰電容供電，可大大提升器具的啟動(dòng)力矩和沖擊扭矩；同時(shí)，還避免了鋰電池由于大電流放電導(dǎo)致發(fā)熱，炸包等不安全隱患。圖3表示鋰電容放電特性平穩(wěn)，可以在一定時(shí)間內(nèi)保持恒定電壓輸出。圖4表示一般超級(jí)電容放電特性，電壓波動(dòng)大，不恒壓。電動(dòng)工具使用此發(fā)明的電池可以變得緊湊、輕便、經(jīng)濟(jì)，和隨時(shí)待用。使用此發(fā)明的電池模塊和其附配件，可以使得手持多功能一體化脈沖電動(dòng)工具適用于各種工作。依據(jù)能量轉(zhuǎn)化方式，脈沖便攜電動(dòng)工具可以運(yùn)用于以下三項(xiàng):1.使用脈沖和機(jī)械組件發(fā)射物體，例如釘子、圖釘?shù)扔糜诰o固或者釘合的工具；2.使用脈沖和機(jī)械組件施加影響力，用于刮擦、敲擊、沖壓切割、雕鑿等的工具；3.使用脈沖直接產(chǎn)生高電流用于啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，例如電動(dòng)自行車，或驅(qū)動(dòng)機(jī)器的工
亙..,N 9此發(fā)明的目的之一，就是為了方便、經(jīng)濟(jì)地完成以上工作，尋找一種能夠提供所需脈沖能量的方法。雖然以往的各種工作，需要各種各樣的電力，但是以上的電力需求，都可以由通用的電池和電容并聯(lián)組合形成的可控電路的電源模塊來提供。電容可以在很低的成本下，做成各種構(gòu)造，他們相對(duì)常見的設(shè)置使用的轉(zhuǎn)換器、電感應(yīng)器、飛輪增強(qiáng)電池輸出而言，是一個(gè)更好的裝置。目前發(fā)明的電源模塊，當(dāng)電子控制板通過脈寬調(diào)制器調(diào)整脈沖輸出時(shí)，電池用于給電容充電。為達(dá)到長(zhǎng)期使用的目的，電池被設(shè)定總是在較低電流時(shí)放電，就是說，電池負(fù)責(zé)滿足所有的低電流需求，一旦負(fù)載需要高電流時(shí)，電容會(huì)提供額外的電量。通過把電池從大量供電輸出解放出來，電池保持小電流供電，從而大大延長(zhǎng)了電池的使用壽命。以上三種電子脈沖，一個(gè)機(jī)體帶有多個(gè)附配件，再運(yùn)用上述新發(fā)明的電池模塊，可以組成一個(gè)多功能一體化的工具。某些情況下，根據(jù)新發(fā)明，通用配件可以和機(jī)體靈活組成一個(gè)整體工具；而另外一些情況下，通配件可以作為補(bǔ)充的元件，伴隨機(jī)體適用于多種作業(yè)任務(wù)。以上諸實(shí)施例僅供說明本實(shí)用新型之用，而非對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化，因此所有等同的技術(shù)方案也 應(yīng)該屬于本實(shí)用新型的范疇?wèi)?yīng)由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.一種具有大電流輸出高能量密度的移動(dòng)工具鋰電容加鋰電池混合電源系統(tǒng)，應(yīng)用于一外部電機(jī)，其特征在于，所述電源系統(tǒng)進(jìn)一步包括: 一電池包，由鋰電容組和鋰電池組電連接組成； 一控制電路，連接所述電池包，用用于自動(dòng)切換瞬時(shí)大電流放電和正常維持電流放電的狀態(tài)，并隨時(shí)監(jiān)控所述電池包充放電狀態(tài)和工作溫度，當(dāng)超過設(shè)定值，會(huì)自動(dòng)停止工作； 一調(diào)速電路，連接所述控制電路的輸出端； 一換向器，其輸入端連接所述調(diào)速電路，其輸出端連接所述外部電機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有大電流輸出的鋰電容加鋰電池的移動(dòng)工具電源系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括: 一外殼，包覆所述電池包、控制電路、調(diào)速電路和換向器； 一指示燈，用于提 示電路正?；虍惓９ぷ鳡顩r。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有大電流輸出高能量密度的移動(dòng)工具鋰電容加鋰電池混合電源系統(tǒng)，其特征在于， 所述鋰電池組設(shè)置在所述外殼的底座內(nèi)，所述鋰電容組設(shè)置在所述底座上，所述底座上下兩部分通過卡簧和螺釘連接為一體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有大電流輸出高能量密度的移動(dòng)工具鋰電容加鋰電池混合電源系統(tǒng)，其特征在于， 所述外殼頂部包括與所述外部電機(jī)電連接的一電池負(fù)極端和一電池正極端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有大電流輸出高能量密度的移動(dòng)工具鋰電容加鋰電池混合電源系統(tǒng)，其特征在于， 所述外殼還包括一裝卸按鈕，用于卡合裝卸外殼。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有大電流輸出高能量密度的移動(dòng)工具鋰電容加鋰電池混合電源系統(tǒng)，其特征在于， 所述外殼材質(zhì)包括金屬、塑料。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種具有大電流輸出的鋰電容加鋰電池的移動(dòng)工具電源系統(tǒng)，應(yīng)用于一外部電機(jī)，其特征在于，所述電源系統(tǒng)進(jìn)一步包括一電池包，由鋰電容組和鋰電池組電連接組成；一控制電路，連接所述電池包，用用于自動(dòng)切換瞬時(shí)大電流放電和正常維持電流放電的狀態(tài)，并隨時(shí)監(jiān)控所述電池包充放電狀態(tài)和工作溫度，當(dāng)超過設(shè)定值，會(huì)自動(dòng)停止工作；一調(diào)速電路，連接所述控制電路的輸出端；一換向器，其輸入端連接所述調(diào)速電路，其輸出端連接所述外部電機(jī)。本實(shí)用新型中的鋰電容瞬間放電特性好，適用于短時(shí)間大電流放電，以保護(hù)鋰電池，延長(zhǎng)鋰電池壽命。
文檔編號(hào)H02J7/34GK203135551SQ201320085478
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者王福英 申請(qǐng)人:上海力瑪赫機(jī)電制造有限公司