专利名称：一种具有大电流输出高能量密度的移动工具锂电容加锂电池混合电源系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于发电和工业设备领域，尤其是一种具有大电流输出高能量密度的移动工具锂电容加锂电池混合电源系统。
背景技术：
根据环保法规要求和产业政策导向，近几年电动工具用锂离子电池发展很快，从国际著名的百德、牧田、博世、TTI等工具制造业的巨头，到国内著名的如泉峰、宝时得等企业在新研的电动工具时都已经将动力型锂离子电池作为首先的动力源。越来越多的电动工具整机厂也正逐步试用锂离子电池作为新产品的动力源。锂电容器凭借着充电放电时间快、寿命长、环保、性价比高及能量密度相对较高等优势特点，势必将成为未来移动电动工具，新能源交通市场的首选电源系统。对于传统的传统电容是从平板状导电材料得到其储存电荷面积的，只有将一很长材料缠绕起来才能获得大的面积，从而获得大的电容。另外传统电容是用塑料薄膜、纸张或陶瓷等将电荷板隔开。这类绝缘材料的厚度不可能做得非常簿。锂电容器(LIC)的负极采用锂电池结构，正极采用双电层电容器(EDLC)。它是这两种结构的的混合。LIC是正极采用活性炭、负极采用碳材料、电解液采用锂离子有机物的电容器。正极通过双电层的效果蓄电，负极与LIB—样，由锂离子的氧化还原反应而蓄电。锂电容器比锂离子充电电池稳定，又超越了双电层电容器的电气性能，热致击穿及老化少，自放电也很少。锂电容器的 特点是，有与双电层电容器等数量级充电速度，而能量密度却高于EDLC。通常，EDLC的比能量密度小于等于6Wh/kg，而新产品锂电容器的比能量密度在25-35ffh/kg ;体积可减小三分之一至五分之一。先对锂电容器技术原理进行说明。锂电容器也属于双电层电容器，它是世界上双电层电容器中容量最大的一种，其基本原理和其它种类的双电层电容器一样，都是利用活性炭多孔电极和电解质组成的双电层结构获得超大的容量。传统物理电容中储存的电能来源于电荷在两块极板上的分离，两块极板之间为真空(相对介电常数为I)或一层介电物质(相对介电常数为e )所隔离，电容值为:C= e A/3.6 n d 10-6 ( U F)其中A为极板面积，d为介质厚度[0〇10] 所储存的能量为:E=1/2C ( AV2)其中C为电容值，AV为极板间的电压降。可见，若想获得较大的电容量、储存更多的能量，必须增大面积A或减少介质厚度d。双电层电容器中，采用活性炭材料制作成多孔电极，同时在相对的碳多孔电极之间充填电解质溶液，当在两端施加电压时，相对的多孔电极上分别聚集正负电子，而电解质溶液中的正负离子将由于电场作用分别聚集到与正负极板相对的界面上，从而形成两个集电层，相当于两个电容器串联。由于活性碳材料具有> 1200 m2/g的超高比表面积(即获得了极大的电极面积A)，而且电解液与多孔电极间的界面距离不到Inm (即获得了极小的介质厚度d)，根据前面的计算公式可以看出，这种双电层电容器比传统的物理电容的容值要大很多，比容量可以提高100倍以上，从而使利用电容器进行大电量的储能成为可能。锂电容放电特性平稳，在一定区间内会有个恒定的电压，波动很小，且能维持大电流输出。常规超级电容只有峰值电压且维持时间很短，电压波动大。
实用新型内容本实用新型的目的是提供在日常生活中，许多作业需要用到高功率短脉冲。例如:电钻、冲击钻、电锯、电动螺丝刀、割草机、应急灯、电动自行车等等，关键时刻都需要提供瞬间动力能源，通过用高峰值电流施加一个大的力矩来完成，直流电动工具的使用便利在于不需要电源线，也没有场所限制，也就是说，他们可用于远离电源的地方，也不受电压起伏的影响。本实用新型公开了一种具有大电流输出高能量密度的移动工具锂电容加锂电池混合电源系统，应用于一外部电机，其特征在于，所述电源系统进一步包括:一电池包，由锂电容组和锂电池组电连接组成；一控制电路，连接所述电池包，用用于自动切换瞬时大电流放电和正常维持电流放电的状态，并随时监控所述电池包充放电状态和工作温度，当超过设定值，会自动停止工作；一调速电路，连接所述控制电路的输出端；一换向器，其输入端连接所述调速电路，其输出端连接所述外部电机。比较好的是，本实用新型的具有大电流输出高能量密度的移动工具锂电容加锂电池混合电源系统进一步包括:一外壳，包覆所述电池包、控制电路、调速电路和换向器；一指示灯，用于提示电路正常或异常工作状况。比较好的是，本实用新型的具有大电流输出高能量密度的移动工具锂电容加锂电池混合电源系统，其特征在于，所述锂电池组设置在所述外壳的底座内，所述锂电容组设置在所述底座上，所述底座上下两部分通过卡簧和螺钉连接为一体。比较好的是，本实用新型的具有大电流输出高能量密度的移动工具锂电容加锂电池混合电源系统，所述外壳顶部包括与所述外部电机电连接的一电池负极端和一电池正极端。比较好的是，本实用新型的具有大电流输出高能量密度的移动工具锂电容加锂电池混合电源系统，所述外壳还包括一装卸按钮，用于卡合装卸外壳。比较好的是，本实用新型的具有大电流输出高能量密度的移动工具锂电容加锂电池混合电源系统，所述外 壳材质包括金属、塑料。[0032]本实用新型中的锂电容瞬间放电特性好，适用于短时间大电流放电，以保护锂电池，延长锂电池寿命，短时间大电流放电对锂电池极为不利。锂电容能量密度高，相同体积可以达到更大的容量。充电时间短，数分钟即可达到70-80%的常规电量。成本较低，锂电容理论循环充放电次数可达50万次。
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本实用新型的详细描述中，本实用新型的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。图1是本实用新型的锂电容锂电池混合电源示意图；图2为本实用新型的结构示意图；图3是锂电容放电特性曲线图；图4是常规超级电容放电特性曲线图。
具体实施方式
请参见图1所示，本实用新型的一种具有大电流输出高能量密度的移动工具锂电容加锂电池混合电源系统10，包括电池包1，控制电路2，调速电路3，换向器4，其中电池包I由锂电容组11和锂电池组12电连接组成，外部电机20通过电连接换向器4，调速电路3和控制电路2再连接电池包I。图2给出了本实用新型的外部结构示意图，如图可见，本实用新型的电源系统包括位于底座的锂电池组12 和设置其上的锂电容组11组成，两部分之间通过卡簧23、螺钉29组合，并包覆一由金属或塑料材质的外壳21，在该系统顶部有与外部电机20连接的电池负极端27和电池正极端25，控制电路2，调速电路3和换向器4均设置在该外壳21中。为便于拆卸，底座外壳21还有一装卸按钮22，用于卡合装卸外壳。一指示灯21用于提示电路正常或异常工作状况。以下结合结构介绍本实用新型的工作情况。器具启动时，由锂电容组11提供大电流输出，避免了锂电池组12的大电流放电导致其快速损坏，从而大大延长了锂电池组12的循环充放电次数，避免锂电池由于大电流放电导致发热，炸包等不安全隐患。控制电路2用于自动切换瞬时大电流放电和正常维持电流放电的状态；控制电路2可随时监控电池包I充放电状态和工作温度，当超过设定值，会自动停止工作，以保护电池，延长电池寿命。此外，控制电路2可对电池包I的电量做出状态显示，指示灯21由绿色变为黄色再变为红色，这个渐变过程，反映电量的持有程度，绿色时表示电量充足，黄色时表示电量适中，红色时表示需充电。本实用新型利用锂电容高能量密度特点，可瞬时输出，当负载需要大于等于电池模块0.5C以上电流时，可以自动切换为锂电容供电，可大大提升器具的启动力矩和冲击扭矩；同时，还避免了锂电池由于大电流放电导致发热，炸包等不安全隐患。图3表示锂电容放电特性平稳，可以在一定时间内保持恒定电压输出。图4表示一般超级电容放电特性，电压波动大，不恒压。电动工具使用此发明的电池可以变得紧凑、轻便、经济，和随时待用。使用此发明的电池模块和其附配件，可以使得手持多功能一体化脉冲电动工具适用于各种工作。依据能量转化方式，脉冲便携电动工具可以运用于以下三项:1.使用脉冲和机械组件发射物体，例如钉子、图钉等用于紧固或者钉合的工具；2.使用脉冲和机械组件施加影响力，用于刮擦、敲击、冲压切割、雕凿等的工具；3.使用脉冲直接产生高电流用于启动发动机，例如电动自行车，或驱动机器的工
亘..,N 9此发明的目的之一，就是为了方便、经济地完成以上工作，寻找一种能够提供所需脉冲能量的方法。虽然以往的各种工作，需要各种各样的电力，但是以上的电力需求，都可以由通用的电池和电容并联组合形成的可控电路的电源模块来提供。电容可以在很低的成本下，做成各种构造，他们相对常见的设置使用的转换器、电感应器、飞轮增强电池输出而言，是一个更好的装置。目前发明的电源模块，当电子控制板通过脉宽调制器调整脉冲输出时，电池用于给电容充电。为达到长期使用的目的，电池被设定总是在较低电流时放电，就是说，电池负责满足所有的低电流需求，一旦负载需要高电流时，电容会提供额外的电量。通过把电池从大量供电输出解放出来，电池保持小电流供电，从而大大延长了电池的使用寿命。以上三种电子脉冲，一个机体带有多个附配件，再运用上述新发明的电池模块，可以组成一个多功能一体化的工具。某些情况下，根据新发明，通用配件可以和机体灵活组成一个整体工具；而另外一些情况下，通配件可以作为补充的元件，伴随机体适用于多种作业任务。以上诸实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化，因此所有等同的技术方案也 应该属于本实用新型的范畴应由各权利要求限定。
权利要求1.一种具有大电流输出高能量密度的移动工具锂电容加锂电池混合电源系统，应用于一外部电机，其特征在于，所述电源系统进一步包括: 一电池包，由锂电容组和锂电池组电连接组成； 一控制电路，连接所述电池包，用用于自动切换瞬时大电流放电和正常维持电流放电的状态，并随时监控所述电池包充放电状态和工作温度，当超过设定值，会自动停止工作； 一调速电路，连接所述控制电路的输出端； 一换向器，其输入端连接所述调速电路，其输出端连接所述外部电机。
2.根据权利要求1所述的具有大电流输出的锂电容加锂电池的移动工具电源系统，其特征在于，所述系统进一步包括: 一外壳，包覆所述电池包、控制电路、调速电路和换向器； 一指示灯，用于提 示电路正常或异常工作状况。
3.根据权利要求1或2所述的具有大电流输出高能量密度的移动工具锂电容加锂电池混合电源系统，其特征在于， 所述锂电池组设置在所述外壳的底座内，所述锂电容组设置在所述底座上，所述底座上下两部分通过卡簧和螺钉连接为一体。
4.根据权利要求3所述的具有大电流输出高能量密度的移动工具锂电容加锂电池混合电源系统，其特征在于， 所述外壳顶部包括与所述外部电机电连接的一电池负极端和一电池正极端。
5.根据权利要求4所述的具有大电流输出高能量密度的移动工具锂电容加锂电池混合电源系统，其特征在于， 所述外壳还包括一装卸按钮，用于卡合装卸外壳。
6.根据权利要求5所述的具有大电流输出高能量密度的移动工具锂电容加锂电池混合电源系统，其特征在于， 所述外壳材质包括金属、塑料。
专利摘要本实用新型公开了一种具有大电流输出的锂电容加锂电池的移动工具电源系统，应用于一外部电机，其特征在于，所述电源系统进一步包括一电池包，由锂电容组和锂电池组电连接组成；一控制电路，连接所述电池包，用用于自动切换瞬时大电流放电和正常维持电流放电的状态，并随时监控所述电池包充放电状态和工作温度，当超过设定值，会自动停止工作；一调速电路，连接所述控制电路的输出端；一换向器，其输入端连接所述调速电路，其输出端连接所述外部电机。本实用新型中的锂电容瞬间放电特性好，适用于短时间大电流放电，以保护锂电池，延长锂电池寿命。
文档编号H02J7/34GK203135551SQ201320085478
公开日2013年8月14日 申请日期2013年2月25日 优先权日2013年2月25日
发明者王福英 申请人:上海力玛赫机电制造有限公司