直流能量源和耗电器的制作方法

本发明涉及直流能量源。此外，本发明涉及耗电器，所述耗电器被设立用于由直流能量源被供应电能。

背景技术：

具有多于1000瓦特的能量消耗的家用电器、诸如吹风机、熨斗和吸尘器必须借助于电缆被连接到插座上用于能量供应。这限制这样的设备的空间使用范围，因为所述这样的设备仅能够在插座可供使用的地方被使用。其他家用电器可以通过以下方式被给予不受限制的移动性，即所述其他家用电器被配备电池用于能量供应，而这对于之前提及的设备是不可能的。目前可用的电池不能提供由这样的设备需要的高的电功率。

混合超级电容器（Hybride Super Capacitor, HSC）、诸如锂离子电容器是新一代电容器，所述新一代电容器可以比锂离子电池提供更多的功率，所述锂离子电池虽然拥有多于100Wh/kg的大的能量密度，然而所述能量仅能缓慢地发出。混合超级电容器拥有比高能超级电容器（EDLC/SC）更高的能量密度，所述高能超级电容器虽然可以提供多于100kW/kg，然而仅拥有低的能量密度。混合超级电容器例如可以借助于如在机动车辆的制动能量再生时出现的短的高能量脉冲被充电。以这种方式回收的电能紧接着可以被使用，以便将机动车辆加速。这能够实现燃料的节省以及二氧化碳排放的减少。混合超级电容器也被考虑用于用作电动工具中的能量源。因为相比于其他类型的超级电容器以及相比于电池，混合超级电容器是新的技术，所以目前在商业上仅可获得使用混合超级电容器的少量产品。大多在可能会适用于混合超级电容器的应用领域中使用尺寸过大的锂离子电池，所述尺寸过大的锂离子电池由于其大小能够分别以对于相关的应用所需要的速度提供能量。

混合超级电容器原则上可能会适合作为用于具有高功率要求的家用电器的能量源。然而，目前混合超级电容器的实施不可供使用，所述混合超级电容器的实施将会使耗电器能够利用所述混合超级电容器作为用于家用电器、诸如熨斗、吸尘器等等的能量源。

技术实现要素：

按照本发明的直流能量源具有混合超级电容器、正的电接触元件和负的电接触元件。接触元件被设立用于同时将直流能量源与耗电器以及与其他的类似的直流能量源电连接。这能够实现：利用多个串联的直流能量源，以便给耗电器供应电能。因此，唯一的直流能量源可以被设计，使得所述直流能量源具有小的尺寸和小的重量。如果需要耗电器的长运行持续时间，那么能够将多个这样的直流能量源彼此连接，以便能够实现所需要的运行持续时间，并且实现功率的提高。

通过将混合超级电容器用作直流能量源的能量存储器，所述能量源可以再次被充电。通过将多个直流能量源彼此连接的可能性，所述直流能量源在充电设备中可以同时再次被充电。

为了能够将直流能量源简单地连到耗电器上或者其他直流能量源上，优选的是，每个接触元件具有固定区域，所述固定区域被设立用于以机械方式被与耗电器和其他类似的直流能量源的电接触元件连接。固定区域的特别简单地要操作的构型是附着区域，所述附着区域被设立用于在耗电器和其他类似的直流能量源的电接触元件处附着。为此，附着区域尤其可以包含可再次溶解的、导电的粘合剂。但是原则上也可能的是，固定区域例如被实施为挂钩连接、卡槽连接、扣接或者夹紧连接。

为了给予直流能量源高的机械灵活性，优选的是，混合超级电容器具有由碳纤维织物组成的集电器。这样的直流能量源可以被使用用于不同类型的耗电器，并且相对机械损伤具有高稳健性。如果直流能量源应当通过可能不会以所需要的小心方式操作灵敏的能量源的用户操作，那么所述特性是重要的。

混合超级电容器的至少一个电极优选地包含至少一种金属氧化物，所述金属氧化物分散（dispergiert）在碳纤维织物上。这能够实现在电极和集电器之间的固定的连接，所述固定的连接即使在碳纤维织物或者电极的机械变形的情况下也不能被无意地解开。

为了能够提供足够的电功率给家用电器，优选的是，直流能量源包含混合超级电容器，所述混合超级电容器具有至少37.5Wh/kg的范围内的能量密度。最大的能量密度优选地为75.0Wh/kg。在该能量密度的情况下，混合超级电容器优选地具有100g至500g的范围内的质量。因此，唯一的直流能量源已经可以提供足够的能量，以便在典型的使用时间间隔内给家用电器供应电能。但是，直流能量源同时保持如此轻，使得所述直流能量源可以舒适地被用户操作。

在本发明的一个实施方式中，混合超级电容器被布置在袋（Tasche）或者荷包袋（Pouch-Bag）中，所述袋或者荷包袋具有第一接触面和第二接触面。两个接触面是彼此电绝缘的电接触面。第一接触面与正的电接触元件连接，并且构成混合超级电容器的第一集电器。第二接触面与负的电接触元件连接，并且构成混合超级电容器的第二集电器。以这种方式，在集电器和单独的电接触元件之间不需要敷设电缆。代替地，直接地经由接触面接触集电器。混合超级电容器在袋中由电绝缘体围绕。所述电绝缘体例如可以被构造为薄膜或者塑料壳体。

耗电器具有第一电接触元件和第二电接触元件。第一电接触元件被设立用于接触直流能量源的正的电接触元件。第二电接触元件被设立用于接触直流能量源的负的电接触元件。以这种方式，可以由直流能量源给耗电器供应电能。

耗电器尤其是具有至少1000瓦特的输入功率的耗电器。这样的耗电器可以特别从以下获利：直流能量源可以比传统的电池提供明显更多的功率。这样的耗电器例如是吸尘器、熨斗或者吹风机。

在耗电器的一个实施方式中，所述耗电器具有接纳装置，所述接纳装置被设立用于接纳多个直流能量源。在此，第一直流能量源的正的电接触元件同时接触耗电器的第一电接触元件和第二直流能量源的正的电接触元件。第一直流能量源的负的电接触元件同时接触耗电器的第二电接触元件和第二直流能量源的负的电接触元件。以这种方式，可以同时由多个直流能量源给耗电器供应电能。所述接纳装置可以如此被设计，使得直流能量源被保护免受损伤或者随机脱落。这尤其在具有很多内部结构空间的耗电器、诸如吸尘器的情况下可以简单地被实现。而在耗电器的另一实施方式中，放弃接纳装置。在该实施方式中，耗电器的两个电接触元件被安置在其表面处，使得一个或多个直流能量源可以被固定在电接触元件处，并且可以给所述耗电器供应电能。于是，耗电器上在外面挂着所述直流能量源。所述实施方式尤其在不具有用于接纳直流能量源的足够的内部结构空间的耗电器的情况下是特别有利的。在此情况下例如可以是吹风机或者熨斗。

附图说明

在附图中示出并且在下面的描述中进一步阐述本发明的实施例。

图1示意性地示出布置在按照本发明的直流能量源的一个实施例中的混合超级电容器。

图2示意性地示出按照本发明的一个实施例的直流能量源。

图3示意性地示出：在本发明的一个实施例中按照图2的两个直流能量源如何与耗电器连接。

具体实施方式

在图1中示意性地示出的混合超级电容器11布置在按照本发明的直流能量源的一个实施例中。所述混合超级电容器11具有两个集电器111、112，所述两个集电器111、112分别由碳纤维构成的纺织织品（Gewirk）组成。由LiMn₂O₄粒子组成的阴极113分散在第一集电器111上。由Li₄Ti₅O₁₂粒子组成的阳极114分散在第二集电器112上。H₄[W₁₂SiO₄₀](钨硅酸；SiWA)被浓缩成聚合电解质115，所述电解质布置在阴极113和阳极114之间。此外，由多孔聚四氟乙烯组成的分离器116用于将阴极113与阳极114分开。在图中示意性地以四倍放大率示出Li⁺离子到阴极113和阳极114中的镶嵌（条状圆圈）。所述混合超级电容器具有50Wh/kg的能量密度。

直流能量源1被构造为袋，所述袋包含混合超级电容器11。正的电接触元件12和负的电接触元件13用于从直流能量源1引取电流。正的电接触元件12被焊接到构成第一集电器111的第一电接触面122上，并且负的电接触元件13被焊接到构成第二集电器112的第二电接触面132上。两个电接触面122、132由袋的电绝缘体（未示出）围绕，所述袋包围混合超级电容器11。电绝缘体被实施为用聚氨酯涂布的铝薄膜。电接触元件12、13和接触面122、132分别具有金属薄膜用于传导电能。在电接触元件12、13的一侧上，分别在固定区域121、131中施加可再次溶解的、导电的粘合剂。

在第一实施例中，耗电器是具有1800 W的输入功率和10 A的电流强度的吸尘器。对于所述吸尘器，直流能量源1按照其上面的实施例来设置，所述直流能量源1的混合超级电容器11具有0.18kg的质量。所述直流能量源1存储9Wh的电能，这在2.5V的电压的情况下对应于3.6Ah的电荷。对此，吸尘器可以被供应10A的电流强度0.36小时、也即大约20分钟长。为了吸尘器的更长时间运行，多个直流能量源1可以被连接到所述吸尘器上。这在图3中示意性地示出。耗电器2具有两个电接触元件21和22，所述电接触元件布置在吸尘器壳体中的接纳装置23中。第一直流能量源1a如此布置在接纳装置23中，使得所述直流能量源1a的正的电接触元件12a以其固定区域121a布置在第一电接触元件21上，并且所述直流能量源1a的负的电接触元件13a以其固定区域131a布置在第二电接触元件22上。第二直流能量源1b如此布置在第一直流能量源1a上，使得第二直流能量源1b的正的电接触元件12b以其固定区域121b附着在第一直流能量源1a的正的电接触元件12a上。第二直流能量源1b的负的电接触元件13b以其固定区域131b附着在第一直流能量源1a的负的电接触元件13b上。两个直流能量源1a、1b在接纳装置23中被保护免受损伤、污染和随机脱落。为此，接纳装置23可以通过未示出的盖被封闭。

在耗电器2的未进一步示出的第二实施例中，所述耗电器2被实施为具有2900 W的输入功率和12 A的电流强度的熨斗。为了给所述熨斗供应电能，直流能量源1按照其上面的实施例来设置，所述直流能量源1包含具有0.29kg的质量的混合超级电容器11。所述混合超级电容器11存储14.5Wh的能量，这在2.5V的电压的情况下对应于5.8Ah的电荷。所述直流能量源1可以提供12A的电流强度0.48小时、也即大约半个小时长。熨斗的电接触元件21、22不布置在其内部，而是在外面被布置在熨斗的手柄处。尽管熨斗的壳体不具有用于接纳直流能量源的足够的空间并且此外所述直流能量源在其中可能会遭受非常高的温度，但是布置在手柄处的电接触元件能够实现将直流能量源1固定在熨斗处，其方式是，手柄上挂着所述直流能量源1。

在耗电器的未进一步示出的第三实施例中，所述耗电器被实施为吹风机。所述吹风机具有2000 W的输入功率和8.3 A的电流强度。直流能量源1按照其实施例来设置用于所述吹风机的能量供应，所述直流能量源1的混合超级电容器11具有0.20kg的质量。所述混合超级电容器存储10Wh的能量，这在2.5V的电压的情况下对应于4 Ah的电荷。由此，所述混合超级电容器可以提供8.3 A的电流0.48小时、也即大约半个小时长。吹风机也具有电接触元件21、22，所述电接触元件21、22布置在所述吹风机的外侧处，使得直流能量源1挂在吹风机处。因此，所述直流能量源1被保护免受在吹风机中出现的高的温度，并且尽管吹风机的小的壳体可以被固定在所述吹风机处。