专利名称：惯性储能电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池，特别是一种充电电池。
背景技术：
现在，使用最多最广的储能电池无疑是化学电池，它将电能转变为化学能储存，再转化为电能输出，它价格低廉，技术成熟，但污染严重，效率低下，充电时间长，用电时间短，使用过程中电能不易控制。这类化学电池的代表是铅酸蓄电池，铅酸蓄电池已有100多年的历史，广泛用作内燃机汽车的起动动力源。它也是成熟的电动汽车蓄电池，目前约有8％-90％的采用率。
还有一种燃料电池，是用氢气为动力燃料。将这种电池用于电动汽车，其能量转化效率很高，接近内燃机汽车的2.5倍，而且重量小、功率大、寿命长、少污染。但缺点是成本高、不安全、氢的制取与存储困难。
另外有一种飞轮电池。飞轮电池是90年代才提出的新概念电池，它突破了化学电池的局限，用物理方法实现储能。当飞轮以一定角速度旋转时，它就具有一定的动能。飞轮电池正是以其动能转换成电能的。飞轮电池中有一个电机，充电时该电机以电动机形式运转，在外电源的驱动下，电机带动飞轮高速旋转，即用电给飞轮电池“充电”增加了飞轮的转速从而增大其功能；放电时，电机则以发电机状态运转，在飞轮的带动下对外输出电能，完成机械能(动能)到电能的转换。当飞轮电池输出电的时，飞轮转速逐渐下降，飞轮电池的飞轮是在真空环境下运转的，转速极高(150000～200000r/min)，使用的轴承为非接触式磁轴承。飞轮电池比能耗可达150W·h/kg，比功率达5000-10000W/kg，使用寿命长达25年，可供电动汽车行驶500万公里。先进的飞轮电池其比能量比镍氢电池大2～3倍，比功率远高于一般化学蓄电池和内燃机其快速充电可在十几分钟完成且能量储存时间长，即使超快速充电也无化学电池的寿损问题，整个电池的使用寿命远长于各种化学蓄电池。更重要的是，飞轮电池为纯机械结构，不会像内燃机产生排气污染，也没有化学蓄电池的化学反应过程，不会引起腐蚀，也无废料的处理回收问题。因此，飞轮电池具有能量密度高、体积小、质量轻、充电快、寿命长、无任何废气、废料等优点。但是由于其技术和材料价格的因素，使得其造价很高而且还存在机械磨损等问题，特别是在转速很高的情况下，还存在电池散热问题。例如专利号ZL95227629.1的飞轮电池就设有热交换器；申请号200310118907.x的飞轮电池设有导流气孔。另外，飞轮电池还存在机械零件偏多，机构复杂的不足之处。由于上述诸多原因，因此无法将其应用在小型场合和广泛普及。虽然飞轮电池有一些缺陷而影响其应用普及，但飞轮电池利用旋转电机来实现电能和机械能相互转化的原理的物理储能方式体现出巨大的性能优势。飞轮电池提供了一种新的储能方式，这种储能方式非常符合未来储能技术的发展方向。围绕这种储能方式，亟待更完善、更实用的技术和研制在这种储能方式的框架下的全新储能电池。
发明内容
本发明的目的旨在利用旋转电机能实现电能和机械能相互转化的原理开发一种储能电池。
为了实现上述目的，本发明公开了一种惯性储能电池，其特征在于所述电池主要由转子、真空管、永磁体、线圈、控制单元和电极构成，所述线圈作为励磁绕组绕在所述永磁体上，永磁体内设有真空管，所述转子悬浮在真空管内，所述线圈与控制单元连接，控制单元与电极连接。控制单元主要是控制电池装置能量输入输出量的大小。
本发明的进一步改进是所述永磁体与真空管之间填充有励磁物质。
有益效果本发明公开的电池，在电池充电时，真空内转子加速运动，将电能转化为动能；电池放电时，转子减速运动，将动能转化为电能。上述相互转化利用了旋转电机将电能和机械能相互转化的原理，拓展了储能电池设计新思路，其发明在储能电池领域具有开拓性。更为突出的是，具有本发明技术结构的充电电池，性能明显优于其他充电电池，具有储能大，内耗小，瞬时放电为普通铅酸蓄电池的5倍，而且由于其为全机械方式存储能量，因此对于环境是无污染的，特别是无论高温还是低温低到哪怕-50℃对电池性能没有太大影响，这点与其他充电电池相比具有很明显的优势。相比飞轮电池，在不减少利用旋转电机来实现电能和机械能相互转化的原理的物理储能方式体现出的巨大性能优势的前提下，本发明部件数减少，制作工艺简化，成本有很大的降低，其造价同比铅酸蓄电池略高，比镍氢蓄电池要低。而且，内耗也少，飞轮电池一般为5％，而本发明内耗为1/10000。本发明涉及的电池寿命长，超过氢燃料电池的使用寿命，而且应用广泛，造价低廉，略高于铅酸电池，体积可大可小，几乎可以替代所有的现行电池。
图1为本发明的结构简图。
具体实施方式
本发明的利用了旋转电机能实现电能和机械能相互转化的原理。如图1所示，电池主要由转子1、真空管2、永磁体3、线圈4、控制单元6和电极8构成，在图中还有电池外壳5及其上的散热孔7和励磁物质9。线圈4作为励磁绕组嵌放在永磁体3上，永磁体3可为一般的磁铁材料。永磁体3内有真空管2，真空管2内被抽成真空，转子1悬浮在真空管2内。在永磁体3与真空管2之间填充满有励磁物质9，励磁物质9可采用常见的钕铁硼稀土。线圈4与控制单元6连接，控制单元6与电极8连接。控制单元6为具备控制功能的电路或芯片，具有控制电流递增和电流强度等功能。控制单元6可为电力电子变换装置，这种电力电子变换装置通常是由MOSFET和IGBT组成的双向逆变器，控制单元6决定了控制电池装置能量输入输出量的大小。电池有一个金属外壳5。当电池功率很大时，在外壳5上有必要开若干散热孔7。本发明的核心是机械结构，当发热量很大的时候，为了保证电子部分的正常使用，甚至可以把控制单元安置在电池外壳的外面。
本发明储能电池的充电过程在外接电源的作用下，控制单元6发出指令。此时，永磁体3和线圈4在电流不断递增的情况下，磁场强度也随之增强，从而驱动转子，此时该装置就是一台电动机。转子1在真空管2内从0开始作加速运动，直到达到控制单元6给定设定值50000转/分。因为转子1的运动状态为磁悬浮状态，运行环境为真空，所以该装置内耗为1/10000，此时转子1开始以50000转/分的速度运转。该运动状态可保持8天，从而达到储能的目的。
放电过程在放电时，此时转子1在真空管2内作切割磁力线运动而作为发电机的状态运转，完成机械能到动能的转换。当输出电流时，转子能量发生转换，转子1在真空管2内转速逐渐下降，直至转子1达到控制单元6设定值后停止对外输电。
针对常用化学电池性能比较本发明电池的综合性能小于氢燃料电池优于其它电池，更优于化学铅酸电池，成本高于铅酸电池小于镍电池，所以该电池是双12V铅酸电池串连使用及对电池有更大能量要求的汽车、轮船、工程车等的升级产品技术。
性能比较如下表所示
权利要求1.一种惯性储能电池，其特征在于所述电池主要由转子、真空管、永磁体、线圈、控制单元和电极构成，所述线圈作为励磁绕组绕在所述永磁体上，永磁体内设有所述真空管，所述转子悬浮在真空管内，所述线圈与控制单元连接，控制单元与电极连接。
2.根据权利要求1所述的电池，其特征在于所述电池有一个外壳。
3.根据权利要求2所述的电池，其特征在于所述外壳上有散热孔。
4.根据权利要求1或2或3所述的电池，其特征在于所述永磁体与真空管之间填充有励磁物质。
专利摘要本实用新型公开了一种惯性储能电池，其特征在于所述电池主要由转子、真空管、永磁体、线圈、控制单元和电极构成，所述线圈作为励磁绕组绕在所述永磁体上，永磁体内设有所述真空管，所述转子悬浮在真空管内，所述线圈与控制单元连接，控制单元与电极连接。本实用新型公开的电池，在电池充电时，真空内转子加速运动，将电能转化为动能；电池放电时，转子减速运动，将动能转化为电能。本实用新型为利用旋转电机能实现电能和机械能相互转化的原理开发一种储能电池。本实用新型电池寿命长，超过氢燃料电池的使用寿命，而且应用广泛，造价低廉，略高于铅酸电池，体积可大可小，几乎可以替代所有的现行电池。
文档编号H02K57/00GK2796232SQ200520096249
公开日2006年7月12日 申请日期2005年4月29日 优先权日2005年4月29日
发明者王元湘, 薛卫中, 陈显 申请人:王元湘, 薛卫中, 陈显