电力供应装置及电力供应方法制造方法及图纸

本发明专利技术是关于一种电力供应装置及电力供应方法，其是利用超电容的电极无极性的特性，反复切换电池与超电容间的连结极性，以改善电池的能量利用效率，同时令超电容的电压大致保持在一定的位准。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电力供应设备，特别是涉及一种使用电池与超电容以稳定输出电力的，其是重复反转电池与超电容之间的连结极性，以节省能源。
技术介绍
电池已成为现代生活的必需品，其每天都应用在各种领域中，从汽车到行动电话、膝上型电脑及音乐播放机等消费性产品等等。电池在充放电时皆是以化学反应进行能量转换，且通常设计用于低电力需求的场合。由于电池的化学反应必须克服一定的活化能，故无法快速充放电。另外，铅酸电池虽具有高电力密度，而普遍用以启动汽车，但其供应高电流的时间却不长。虽然理论上只要材料方面能突破，所有的电池皆可具有高电力密度，但电池的使用时间与寿命却会为之缩短；而如果要长时间使用，则电池的体积将十分庞大。与电池相较下，超电容(supercapacitor)则是利用快速的表面吸附与脱附转换能量。当其电极充电储能时，其电解质中的离子会快速吸附在电解质与电极的介面处。此聚集在介面处的离子即代表超电容的电容或其中所储存的能量。当超电容受控放电时，离子即迅速脱附。因此，超电容的电力密度远高于电池。超电容又称超极电容(ultracapacitor)或电双层电容，其最常用的吸附材料为活性碳。由于活性碳表面积很大，所以超电容所能储存的能量较铝电解质电容器等传统电容器高出好几个数量级。为制造方便起见，超电容的两个电极通常以配方及制程皆相同的活性碳材料来制作。就此设计来看，在超电容充电之前，其二电极是互相对称而无极性。反之，电池及传统电容器皆有特定的不同材料的阴极与阳极，其以极性观点来看是不能互换的。当超电容连接至电源充电时，即决定了其二电极的极性。连接至电池正极者即带正电，连至负极者即带负电，此表示超电容的电极会因充电而产生极性。在充过电的超电容将其储能完全释放给负载后，其电极即回复无极性状态。因此，在下次充电时，每一电极皆可连至正极或负极，不论其前次充电时的极性为何。由于二电极对称且具相同化学性质，所以充电时的电极切换并不会对超电容造成任何损害。此种连结极性的切换不可以应用到电池或传统的电容器上，因其电极极性是固定的。如果电极连接错误，甚至可能导致爆炸等灾难。另外，超电容仅能储存能量，而无法产生能量。因此，超电容是一种被动元件，其使用上必有下列两项缺点。其一是使用时间短，其二是放电时电压会快速下降。事实上，此二缺点皆因超电容的低能量含量所致。为补足超电容在电力应用上的缺陷，其必须配合电池、燃料电池、发电机或公用电力网格(utility power grid)等电源来使用。此种组合可完全发挥超电容电力密度高且充电快速的优点，而可大幅提升电源的电力位准。换言之，超电容可作为前述电压源的负载调节机制，而可延长其使用寿命，并减小其体积。至今已有许多使用超电容-电池组合的实例，特别是在电动车方面，其例如可见于Shirata的美国专利案US 5,157,267、De Doncker的US5,373,195、Matsui的US 5,642,696、Esser的US 5,734,258及Nozu的US 6,617,830中，此处仅列出其中数例而已。在上述各研究的设计中，是有多个电池与多个超电容分别连接成分离的两排，并与包含转换器及处理器的电子电路搭配，以控制超电容的电力传送与再充电。电池与超电容的组合使用亦可见于低耗电的应用中，如Wang的US6,373,152所述。再者，将电池-超电容组合与切换机制并用，以使前者的电力输出倍增的方法亦可见于Baughman的US 6,016,049(‘049)及Shiue的US 6,650,091(‘091)。在‘049中，电池与超电容是在放电至负载之前由并联改成串联；而在‘091中，只有超电容由并联改成串联。上述所有使用混合电源的现有技术皆依靠一组电池快速地对超电容进行再充电，以使超电容可提供连续而稳定的尖峰电流。然而，超电容的电压在放电时仍会快速减弱。另一方面，在许多以可抛式或一次碱性电池驱动的家用产品中，电池寿命的结束并不表示其中的储能已完全耗尽。事实上，在丢弃电池时，其中仍有大约65％的能量并未使用，不过此时电池的剩余电压已在产品的驱动电之下。因此，每次当电池用尽而被丢弃时，都浪费了许多能量。由此可见，上述现有的混合电源及电力供应方法在结构、方法与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决混合电源及电力供应方法存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。有鉴于上述现有的混合电源及电力供应方法存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新的，能够改进一般现有的混合电源及电力供应方法，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有的电力供应方法存在的缺陷，而提供一种新的电力供应方法，所要解决的技术问题是使其是利用对称超电容无极性的特性，以扩展电池-超电容混合电源的应用范围，从而更加适于实用。本专利技术的另一目的在于，提供一种电力供应装置，所要解决的技术问题是使其是使用本专利技术的电力供应方法来供应电力，从而更加适于实用。本专利技术目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本专利技术提出的一种电力供应装置，其包括至少一电压源；至少一超电容，其是与该电压源串联；以及至少一切换机构，其是连接于该电压源与该超电容之间，且能反复切换该电压源与该超电容之间的连结极性。本专利技术的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。前述的电力供应装置，其中所述的切换机构是置于该电压源侧。前述的电力供应装置，其中所述的切换机构包括一双刀双掷(DPDT)切换器。前述的电力供应装置，其中所述的切换机构是置于该超电容侧。前述的电力供应装置，其中所述的切换机构包括一双刀双掷(DPDT)切换器。前述的电力供应装置，更包括一旁路机构(bypassing mechanism)，其是在该电池对该超电容的一充电阶段中与该电力供应装置的一负载并联。前述的电力供应装置，其中所述的切换机构包括一三刀双掷(TPDT)切换器，其亦可切换该旁路机构。前述的电力供应装置，其中所述的电压源是选自由一次电池、二次电池、燃料电池、燃机、涡轮发电机及公用电力网格所组成的族群。前述的电力供应装置，其中所述的超电容的一工作电压为1.5V，电容量为0.5F或以上。前述的电力供应装置，其中所述的超电容有二电极连接至该电压源，且该二电极的化学组成相同。前述的电力供应装置，其中所述的切换机构是选自由机械开关、电磁继电器、场效晶体管、集成双载子晶体管(IGBTs)及智慧型集成电子电路(IIEC)所组成的族群。前述的电力供应装置，其中所述的切换机构的一切换时间为60秒或更短。前述的电力供应装置，其中所述的智慧型集成电子电路可感应该超电容的电压与电流，并据以触发置于该智慧型集成电子电路中的开关。本专利技术的目的及解决其技术问题还采用以下的技术方案来实现。依据本专利技术提出的一种电力供应方法，适用于包括至少一电压源及至少一超电容的电力供应系统，该方法包括以下步骤使该电压源与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力供应装置，其特征在于其包括：至少一电压源；至少一超电容，其是与该电压源串联；以及至少一切换机构，其是连接于该电压源与该超电容之间，且能反复切换该电压源与该超电容之间的连结极性。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：薛立人，锺兴振，
申请(专利权)人：友昕科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]