專利名稱：慣性儲(chǔ)能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池，特別是一種充電電池。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，使用最多最廣的儲(chǔ)能電池?zé)o疑是化學(xué)電池，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能儲(chǔ)存，再轉(zhuǎn)化為電能輸出，它價(jià)格低廉，技術(shù)成熟，但污染嚴(yán)重，效率低下，充電時(shí)間長(zhǎng)，用電時(shí)間短，使用過(guò)程中電能不易控制。這類化學(xué)電池的代表是鉛酸蓄電池，鉛酸蓄電池已有100多年的歷史，廣泛用作內(nèi)燃機(jī)汽車的起動(dòng)動(dòng)力源。它也是成熟的電動(dòng)汽車蓄電池，目前約有8％-90％的采用率。
還有一種燃料電池，是用氫氣為動(dòng)力燃料。將這種電池用于電動(dòng)汽車，其能量轉(zhuǎn)化效率很高，接近內(nèi)燃機(jī)汽車的2.5倍，而且重量小、功率大、壽命長(zhǎng)、少污染。但缺點(diǎn)是成本高、不安全、氫的制取與存儲(chǔ)困難。
另外有一種飛輪電池。飛輪電池是90年代才提出的新概念電池，它突破了化學(xué)電池的局限，用物理方法實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能。當(dāng)飛輪以一定角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，它就具有一定的動(dòng)能。飛輪電池正是以其動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能的。飛輪電池中有一個(gè)電機(jī)，充電時(shí)該電機(jī)以電動(dòng)機(jī)形式運(yùn)轉(zhuǎn)，在外電源的驅(qū)動(dòng)下，電機(jī)帶動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，即用電給飛輪電池“充電”增加了飛輪的轉(zhuǎn)速?gòu)亩龃笃涔δ?；放電時(shí)，電機(jī)則以發(fā)電機(jī)狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，在飛輪的帶動(dòng)下對(duì)外輸出電能，完成機(jī)械能(動(dòng)能)到電能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)飛輪電池輸出電的時(shí)，飛輪轉(zhuǎn)速逐漸下降，飛輪電池的飛輪是在真空環(huán)境下運(yùn)轉(zhuǎn)的，轉(zhuǎn)速極高(150000～200000r/min)，使用的軸承為非接觸式磁軸承。飛輪電池比能耗可達(dá)150W·h/kg，比功率達(dá)5000-10000W/kg，使用壽命長(zhǎng)達(dá)25年，可供電動(dòng)汽車行駛500萬(wàn)公里。先進(jìn)的飛輪電池其比能量比鎳氫電池大2～3倍，比功率遠(yuǎn)高于一般化學(xué)蓄電池和內(nèi)燃機(jī)其快速充電可在十幾分鐘完成且能量?jī)?chǔ)存時(shí)間長(zhǎng)，即使超快速充電也無(wú)化學(xué)電池的壽損問(wèn)題，整個(gè)電池的使用壽命遠(yuǎn)長(zhǎng)于各種化學(xué)蓄電池。更重要的是，飛輪電池為純機(jī)械結(jié)構(gòu)，不會(huì)像內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生排氣污染，也沒(méi)有化學(xué)蓄電池的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，不會(huì)引起腐蝕，也無(wú)廢料的處理回收問(wèn)題。因此，飛輪電池具有能量密度高、體積小、質(zhì)量輕、充電快、壽命長(zhǎng)、無(wú)任何廢氣、廢料等優(yōu)點(diǎn)。但是由于其技術(shù)和材料價(jià)格的因素，使得其造價(jià)很高而且還存在機(jī)械磨損等問(wèn)題，特別是在轉(zhuǎn)速很高的情況下，還存在電池散熱問(wèn)題。例如專利號(hào)ZL95227629.1的飛輪電池就設(shè)有熱交換器；申請(qǐng)?zhí)?00310118907.x的飛輪電池設(shè)有導(dǎo)流氣孔。另外，飛輪電池還存在機(jī)械零件偏多，機(jī)構(gòu)復(fù)雜的不足之處。由于上述諸多原因，因此無(wú)法將其應(yīng)用在小型場(chǎng)合和廣泛普及。雖然飛輪電池有一些缺陷而影響其應(yīng)用普及，但飛輪電池利用旋轉(zhuǎn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的原理的物理儲(chǔ)能方式體現(xiàn)出巨大的性能優(yōu)勢(shì)。飛輪電池提供了一種新的儲(chǔ)能方式，這種儲(chǔ)能方式非常符合未來(lái)儲(chǔ)能技術(shù)的發(fā)展方向。圍繞這種儲(chǔ)能方式，亟待更完善、更實(shí)用的技術(shù)和研制在這種儲(chǔ)能方式的框架下的全新儲(chǔ)能電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在利用旋轉(zhuǎn)電機(jī)能實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的原理開發(fā)一種儲(chǔ)能電池。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種慣性儲(chǔ)能電池，其特征在于所述電池主要由轉(zhuǎn)子、真空管、永磁體、線圈、控制單元和電極構(gòu)成，所述線圈作為勵(lì)磁繞組繞在所述永磁體上，永磁體內(nèi)設(shè)有真空管，所述轉(zhuǎn)子懸浮在真空管內(nèi)，所述線圈與控制單元連接，控制單元與電極連接?？刂茊卧饕强刂齐姵匮b置能量輸入輸出量的大小。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)是所述永磁體與真空管之間填充有勵(lì)磁物質(zhì)。
有益效果本發(fā)明公開的電池，在電池充電時(shí)，真空內(nèi)轉(zhuǎn)子加速運(yùn)動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；電池放電時(shí)，轉(zhuǎn)子減速運(yùn)動(dòng)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。上述相互轉(zhuǎn)化利用了旋轉(zhuǎn)電機(jī)將電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的原理，拓展了儲(chǔ)能電池設(shè)計(jì)新思路，其發(fā)明在儲(chǔ)能電池領(lǐng)域具有開拓性。更為突出的是，具有本發(fā)明技術(shù)結(jié)構(gòu)的充電電池，性能明顯優(yōu)于其他充電電池，具有儲(chǔ)能大，內(nèi)耗小，瞬時(shí)放電為普通鉛酸蓄電池的5倍，而且由于其為全機(jī)械方式存儲(chǔ)能量，因此對(duì)于環(huán)境是無(wú)污染的，特別是無(wú)論高溫還是低溫低到哪怕-50℃對(duì)電池性能沒(méi)有太大影響，這點(diǎn)與其他充電電池相比具有很明顯的優(yōu)勢(shì)。相比飛輪電池，在不減少利用旋轉(zhuǎn)電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的原理的物理儲(chǔ)能方式體現(xiàn)出的巨大性能優(yōu)勢(shì)的前提下，本發(fā)明部件數(shù)減少，制作工藝簡(jiǎn)化，成本有很大的降低，其造價(jià)同比鉛酸蓄電池略高，比鎳氫蓄電池要低。而且，內(nèi)耗也少，飛輪電池一般為5％，而本發(fā)明內(nèi)耗為1/10000。本發(fā)明涉及的電池壽命長(zhǎng)，超過(guò)氫燃料電池的使用壽命，而且應(yīng)用廣泛，造價(jià)低廉，略高于鉛酸電池，體積可大可小，幾乎可以替代所有的現(xiàn)行電池。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明的利用了旋轉(zhuǎn)電機(jī)能實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的原理。如圖1所示，電池主要由轉(zhuǎn)子1、真空管2、永磁體3、線圈4、控制單元6和電極8構(gòu)成，在圖中還有電池外殼5及其上的散熱孔7和勵(lì)磁物質(zhì)9。線圈4作為勵(lì)磁繞組嵌放在永磁體3上，永磁體3可為一般的磁鐵材料。永磁體3內(nèi)有真空管2，真空管2內(nèi)被抽成真空，轉(zhuǎn)子1懸浮在真空管2內(nèi)。在永磁體3與真空管2之間填充滿有勵(lì)磁物質(zhì)9，勵(lì)磁物質(zhì)9可采用常見的釹鐵硼稀土。線圈4與控制單元6連接，控制單元6與電極8連接。控制單元6為具備控制功能的電路或芯片，具有控制電流遞增和電流強(qiáng)度等功能?？刂茊卧?可為電力電子變換裝置，這種電力電子變換裝置通常是由MOSFET和IGBT組成的雙向逆變器，控制單元6決定了控制電池裝置能量輸入輸出量的大小。電池有一個(gè)金屬外殼5。當(dāng)電池功率很大時(shí)，在外殼5上有必要開若干散熱孔7。本發(fā)明的核心是機(jī)械結(jié)構(gòu)，當(dāng)發(fā)熱量很大的時(shí)候，為了保證電子部分的正常使用，甚至可以把控制單元安置在電池外殼的外面。
本發(fā)明儲(chǔ)能電池的充電過(guò)程在外接電源的作用下，控制單元6發(fā)出指令。此時(shí)，永磁體3和線圈4在電流不斷遞增的情況下，磁場(chǎng)強(qiáng)度也隨之增強(qiáng)，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子，此時(shí)該裝置就是一臺(tái)電動(dòng)機(jī)。轉(zhuǎn)子1在真空管2內(nèi)從0開始作加速運(yùn)動(dòng)，直到達(dá)到控制單元6給定設(shè)定值50000轉(zhuǎn)/分。因?yàn)檗D(zhuǎn)子1的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為磁懸浮狀態(tài)，運(yùn)行環(huán)境為真空，所以該裝置內(nèi)耗為1/10000，此時(shí)轉(zhuǎn)子1開始以50000轉(zhuǎn)/分的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。該運(yùn)動(dòng)狀態(tài)可保持8天，從而達(dá)到儲(chǔ)能的目的。
放電過(guò)程在放電時(shí)，此時(shí)轉(zhuǎn)子1在真空管2內(nèi)作切割磁力線運(yùn)動(dòng)而作為發(fā)電機(jī)的狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，完成機(jī)械能到動(dòng)能的轉(zhuǎn)換。當(dāng)輸出電流時(shí)，轉(zhuǎn)子能量發(fā)生轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)子1在真空管2內(nèi)轉(zhuǎn)速逐漸下降，直至轉(zhuǎn)子1達(dá)到控制單元6設(shè)定值后停止對(duì)外輸電。
針對(duì)常用化學(xué)電池性能比較本發(fā)明電池的綜合性能小于氫燃料電池優(yōu)于其它電池，更優(yōu)于化學(xué)鉛酸電池，成本高于鉛酸電池小于鎳電池，所以該電池是雙12V鉛酸電池串連使用及對(duì)電池有更大能量要求的汽車、輪船、工程車等的升級(jí)產(chǎn)品技術(shù)。
性能比較如下表所示
權(quán)利要求1.一種慣性儲(chǔ)能電池，其特征在于所述電池主要由轉(zhuǎn)子、真空管、永磁體、線圈、控制單元和電極構(gòu)成，所述線圈作為勵(lì)磁繞組繞在所述永磁體上，永磁體內(nèi)設(shè)有所述真空管，所述轉(zhuǎn)子懸浮在真空管內(nèi)，所述線圈與控制單元連接，控制單元與電極連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池，其特征在于所述電池有一個(gè)外殼。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池，其特征在于所述外殼上有散熱孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的電池，其特征在于所述永磁體與真空管之間填充有勵(lì)磁物質(zhì)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種慣性儲(chǔ)能電池，其特征在于所述電池主要由轉(zhuǎn)子、真空管、永磁體、線圈、控制單元和電極構(gòu)成，所述線圈作為勵(lì)磁繞組繞在所述永磁體上，永磁體內(nèi)設(shè)有所述真空管，所述轉(zhuǎn)子懸浮在真空管內(nèi)，所述線圈與控制單元連接，控制單元與電極連接。本實(shí)用新型公開的電池，在電池充電時(shí)，真空內(nèi)轉(zhuǎn)子加速運(yùn)動(dòng)，將電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能；電池放電時(shí)，轉(zhuǎn)子減速運(yùn)動(dòng)，將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能。本實(shí)用新型為利用旋轉(zhuǎn)電機(jī)能實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的原理開發(fā)一種儲(chǔ)能電池。本實(shí)用新型電池壽命長(zhǎng)，超過(guò)氫燃料電池的使用壽命，而且應(yīng)用廣泛，造價(jià)低廉，略高于鉛酸電池，體積可大可小，幾乎可以替代所有的現(xiàn)行電池。
文檔編號(hào)H02K57/00GK2796232SQ200520096249
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月29日
發(fā)明者王元湘, 薛衛(wèi)中, 陳顯 申請(qǐng)人:王元湘, 薛衛(wèi)中, 陳顯