熵能转移方法以及电路技术

公开了用于使储存并且释放熵能的熵能储存装置(EESD)放电的方法的实施例。还公开了包括所述EESD的电路的实施例。所述方法包括：提供电路，其包括被充电至第一电压电平的EESD，所述EESD包括第一电极和第二电极，介电膜位于这两个电极之间，该介电膜包括熵材料，并且所述第一电极相对于所述第二电极带正电或负电；并且在该电路的第一操作模式下在放电时间段中施加反向极化电位至该EESD的第一电极，从而从该EESD供应功率至负载。在一些实施例中，所述方法包括利用交替的放电和恢复时间段对该EESD进行脉冲式放电。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】熵能转移方法以及电路相关申请的交叉引用本申请案主张于2015年6月6日提交的美国专利申请案第14/729,851号的优先权，该案为2014年12月17日提交的美国专利申请案第14/574,175号的部分接续案，其为2014年1月16日提交的美国专利申请案第14/156,457号的部分接续案，该案已在2015年1月27日获颁为美国专利案第8,940,850号，该案主张于2013年4月5日提交的美国临时专利申请案第61/808,733号的权益并且其为2013年3月29日提交的美国专利申请案第13/853,712号的部分接续案，该案已在2015年4月21日获颁为美国专利案第9,011,627号，并且是2012年8月30日提交的美国专利申请案第13/599,996号的部分接续案，该案已在2014年1月21日获颁为美国专利案第8,633,289号，前述申请案均通过引用并入本文。
本公开内容涉及一种使储存并且释放熵能的能量储存装置放电的方法以及包括该能量储存装置的电路的实施例。
技术介绍
静电式电容是一种尚未广泛用于体电能储存的能量储存方法。作为能量储存的方法，静电式电容器具有可以累积与释放能量的卓越速度。可以用来进行这种能量储存的物理机制已被广泛记录和描述。一般来说，在介电材料中的传统静电式能量储存的充电和放电机制在数微微秒至数百微秒的时域范围内。近来的趋势是使用电化学电容器来提高电能储存。这些电容器的增强的特性得自于两种主要机制：双层电容以及伪电容。双层型电容器使用电气双层(在下面解释)来实现非常小的电荷间隔(d)，这会提高给定电压的电场(E)，提高电容(C)，并且因此相对于常规平面电容器来提高针对该给定电压所储存的能量(U)，如在下面的等式1至3中显而易见的。Eq.1其中，E＝电场，V＝电位差或电压，以及d＝带电平板的间隔。Eq.2其中，k＝相对电容率或介电常数，C＝电容，以及ε0＝自由空间的电容率，A＝截面表面积。Eq.3其中，U＝所储存的能量，C＝电容，以及V＝电压。实际上，较小的厚度(d)允许这些平板的更多表面积封装(通常是以滚动或堆叠的方式)在给定的体积内。如从等式2中显而易见的是，该面积增加同样会显着地提高电容。具有上述本性的装置通常被称为电气双层电容器(EDLC)。在伪电容器(其为双层电容器与电池之间的混合物)中，材料的主体和表面两者均起关键作用。因此，虽然可以比常规的平面电容器储存更多的能量，但是和先进的电池一样会面临很多相同的可靠度和科学性的难题，包括因昂贵的原料以及复杂处理所造成的高成本。伪电容仿效电池技术，以发生在相关电极的表面处或非常接近于该表面处的化学反应(氧化与还原)来储存能量。这些反应的表面本性是和化学电池技术不同的特性。这些效应(即，双层和伪电容)中的任一者或两者可以用在所谓的“超电容器”中。目前的EDLC仅可以处理击穿之前的低电压。为获取很多实际应用(例如，电动车辆)所需要的较高电压，多个低电压EDLC会以和用于高电压用途的串联连接电池大致相同的方式串联连接。存在对可以串联连接的并且能够处理更高电压的具有更大储存容量的能量储存装置的需要。还存在对用于使这种能量储存装置放电的方法的需要。
技术实现思路
本公开内容涉及用于使熵能储存装置(EESD)放电的方法的实施例。还公开了包括一个或多个EESD的电路的实施例。一种从能量储存装置向负载供应能量的方法，包括：(i)提供电路，其包括被充电至第一电压电平的第一能量储存装置，所述第一能量储存装置包括第一电极和第二电极，介电膜位于这两个电极之间，该介电膜包括熵材料，并且所述第一电极相对于所述第二电极带正电或带负电；以及(ii)在放电时间段内以该电路的第一操作模式将反向极化电位施加至所述第一能量储存装置的第一电极，从而从所述第一能量储存装置向连接至所述第一能量储存装置的第二电极的负载供应功率。在一些实施例中，所述反向极化电位小于所述第一电压电平并且小于由所述第一能量储存装置在高阻抗状态中产生的电压。在某些实施例中，所述第一电极相对于所述第二电极带正电，并且向所述第一电极施加该反向极化电位，包括向所述第一电极施加负电压。在任一个或所有前述实施例中，所述电路可以包括串联连接的多个第一能量储存装置。提供被充电至第一电压的第一能量储存装置，可以包括：将所述第一能量储存装置连接至地；并且在将所述第一能量储存装置充电至所述第一电压的有效时间段内，向所述第一能量储存装置施加充电电压。在一些实施例中，将所述第一能量储存装置充电还包括：在施加该充电电压时对所述第一能量储存装置的充电电流进行监测；将所述充电电流与选定的最小值进行比较；以及当所述充电电流等于或低于所述选定的最小电平时，将所述电路切换至第二操作模式，在该第二操作模式中，所述电路处于高阻抗状态中，以使得所述第一能量储存装置不接收所述充电电压，并且使得实质上没有任何能量从所述第一能量储存装置供应至所述负载。在独立实施例中，所述电路还包括：第二能量储存装置，其被充电至第一电压电平并且与所述第一能量储存装置串联耦合；第一开关，其能够操作用于将所述第二能量储存装置连接至地；以及第二开关，其能够操作用于将该第二能量储存装置连接至所述负载，并且以所述电路的第一操作模式向所述第一能量储存装置的第一电极施加反向极化电位包括：启动所述第一开关，以将所述第二能量储存装置连接至地，以及启动所述第二开关，以将所述第二能量储存装置连接至所述负载。所述第二能量储存装置可以包括第一电极和第二电极，介电膜位于这两个电极之间，该介电膜包括熵材料。在任一个或所有上述实施例中，从能量储存装置向负载供应能量的方法还可以包括：在至少阈值恢复时间段中将所述电路切换至第二操作模式，以提供电压恢复周期，在此期间，所述电路处于高阻抗状态，以使得实质上没有任何能量从所述第一能量储存装置供应至所述负载并且所述熵材料会恢复至所希望的熵平衡电平；并且在所述第一操作模式与第二操作模式之间反复地切换所述电路，而不从外部电源对所述第一能量储存装置进行重新充电。在一些实施例中，所述放电时间段和所述恢复时间段共同构成工作周期，并且其中，所述放电时间段为所述工作周期的0.1至99.9％。在任一个前述实施例中，如果所述能量储存装置在处于所述第二操作模式中时与所述负载中断连接，则所述方法还包括在将所述电路从所述第二操作模式切换至所述第一操作模式之前将所述能量储存装置重新连接至所述负载。在一些实施例中，在第一与第二操作模式之间切换该电路可以由控制器来执行。在一个实施例中，该方法包括：(i)当处于所述第一操作模式时利用控制器来监测所述第一能量储存装置的电压，直到该电压到达所希望的放电电压电平；(ii)当到达所希望的放电电压电平时，利用所述控制器将所述电路从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式；(iii)当处于所述第二操作模式时利用所述控制器来监测所述第一能量储存装置的电压，直到该电压到达所希望的恢复电压电平；以及(iv)当到达所希望的恢复电压电平时，利用所述控制器将所述电路从所述第二操作模式切换至所述第一操作模式。在独立实施例中，该方法包括：(a)利用控制器接收所述放电时间段的时间值；(b)利用所述控制器接收所述恢复时间段的时间值；(c)当所述电路处于第一操作模式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从能量储存装置向负载供应能量的方法，包括：提供电路，所述电路包括被充电至第一电压电平的第一能量储存装置，所述第一能量储存装置包括第一电极和第二电极，介电膜位于第一电极与第二电极之间，所述介电膜包括熵材料，并且所述第一电极相对于所述第二电极带正电或带负电；以及在所述电路的第一操作模式下在放电时间段内向所述第一能量储存装置的所述第一电极施加反向极化电位，其中，所述反向极化电位小于所述第一电压电平并且小于由所述第一能量储存装置在高阻抗状态中所产生的电压，从而从所述第一能量储存装置向连接至所述第一能量储存装置的所述第二电极的负载供应功率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.17 US 14/574,175;2015.06.03 US 14/729,8511.一种从能量储存装置向负载供应能量的方法，包括：提供电路，所述电路包括被充电至第一电压电平的第一能量储存装置，所述第一能量储存装置包括第一电极和第二电极，介电膜位于第一电极与第二电极之间，所述介电膜包括熵材料，并且所述第一电极相对于所述第二电极带正电或带负电；以及在所述电路的第一操作模式下在放电时间段内向所述第一能量储存装置的所述第一电极施加反向极化电位，其中，所述反向极化电位小于所述第一电压电平并且小于由所述第一能量储存装置在高阻抗状态中所产生的电压，从而从所述第一能量储存装置向连接至所述第一能量储存装置的所述第二电极的负载供应功率。2.根据权利要求1所述的从能量储存装置向负载供应能量的方法，其中，所述第一电极相对于所述第二电极带正电，并且其中，向所述第一电极施加所述反向极化电位包括向所述第一电极施加负电压。3.根据权利要求1或2所述的从能量储存装置向负载供应能量的方法，其中，所述电路包括串联连接的多个第一能量储存装置。4.根据权利要求1-3中的任一项所述的从能量储存装置向负载供应能量的方法，其中，所述电路进一步包括：第二能量储存装置，其被充电至第一电压电平并且与所述第一能量储存装置串联耦合；第一开关，其能够操作用于将所述第二能量储存装置连接至地；以及第二开关，其能够操作用于将所述第二能量储存装置连接至所述负载，并且其中，在所述电路的所述第一操作模式下向所述第一能量储存装置的所述第一电极施加反向极化电位包括：启动所述第一开关，以将所述第二能量储存装置连接至地，以及启动所述第二开关，以将所述第二能量储存装置连接至所述负载。5.根据权利要求4所述的从能量储存装置向负载供应能量的方法，其中，所述第二能量储存装置包括第一电极和第二电极，介电膜位于第一电极与第二电极之间，所述介电膜包括熵材料。6.根据权利要求1-5中的任一项所述的从能量储存装置向负载供应能量的方法，其中，提供包括被充电至第一电压的第一能量储存装置的电路，包括：将所述第一能量储存装置连接至地；以及在将所述第一能量储存装置充电至所述第一电压的有效时间段内，向所述第一能量储存装置施加充电电压。7.根据权利要求6所述的方法，进一步包括：在施加所述充电电压时监测所述第一能量储存装置的充电电流；将所述充电电流与选定的最小值进行比较；以及当所述充电电流等于或低于所述选定的最小电平时，将所述电路切换至第二操作模式，在所述第二操作模式下所述电路处于高阻抗状态，以使得所述第一能量储存装置不接收所述充电电压，并且使得实质上没有能量从所述第一能量储存装置供应至所述负载。8.根据权利要求1-7中的任一项所述的从能量储存装置向负载供应能量的方法，进一步包括：将所述电路切换至第二操作模式持续至少阈值恢复时间段，以提供电压恢复周期，在所述电压恢复周期期间，所述电路处于高阻抗状态，以使得实质上没有能量从所述第一能量储存装置供应至所述负载并且使得所述熵材料恢复至期望的熵平衡电平；以及在所述第一操作模式与所述第二操作模式之间反复地切换所述电路，而不从外部电源对所述第一能量储存装置重新充电。9.根据权利要求8所述的从能量储存装置向负载供应能量的方法，其中，所述放电时间段和所述恢复时间段共同构成工作周期，并且其中，所述放电时间段为所述工作周期的0.1-99.9％。10.根据权利要求8或9所述的从能量储存装置向负载供应能量的方法，其中，所述能量储存装置在处于所述第二操作模式下时与所述负载中断连接，所述方法还包括在将所述电路从所述第二操作模式切换至所述第一操作模式之前将所述能量储存装置重新连接至所述负载。11.根据权利要求8-10中的任一项所述的从能量储存装置向负载供应能量的方法，进一步包括：当处于所述第一操作模式时利用控制器来监测所述第一能量储存装置的电压，直到所述电压到达期望的放电电压电平；当到达所述期望的放电电压电平时，利用所述控制器将所述电路从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式；当处于所述第二操作模式时利用所述控制器来监测所述第一能量储存装置的电压，直到所述电压到达期望的恢复电压电平；以及当到达所述期望的恢复电压电平时，利用所述控制器将所述电路从所述第二操作模式切换至所述第一操作模式。12.根据权利要求8-11中的任一项所述的从能量储存装置向负载供应能量的方法，进一步包括：(a)利用控制器接收所述放电时间段的时间值；(b)利用所述控制器接收所述恢复时间段的时间值；(c)当所述电路处于所述第一操作模式时，利用所述控制器监测所述放电时间段；(d)当到达所述放电时间段的时间值时，利用所述控制器将所述电路从所述第一操作模式切换至所述第二操作模式；(e)当所述电路处于所述第二操作模式时，利用所述控制器监测所述恢复时间段；(f)在到达所述恢复时间段的时间值之后，利用所述控制器接收所述第一能量储存装置的电流电平和电压电平；(g)利用所述控制器将所述电流电平和电压电平与所述电流电平和电压电平的目标值进行比较，以提供目标值比较结果；以及(i)至少部分基于所述目标值比较结果，利用所述控制器来更新所述放电时间段的时间值以及所述恢复时间段的时间值。13.根据权利要求12所述的从能量储存装置向负载供应能量的方法，进一步包括：(j)利用所述控制器将所述电路从所述第二操作模式切换至所述第一操作模式；以及(k)重复步骤(c)-(i)。14.根据权利要求1所述的从能量储存装置向负载供应能量的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·R·卡弗，S·C·霍尔，S·W·雷诺兹，
申请(专利权)人：卡弗科学有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US