专利名称：具储能及供电的电能储存装置及其使用方法
技术领域：
本发明有关于储电装置及其使用方法，尤指一种兼具储能及供电的电能储 存装置及其使用方法，藉由巧妙的设计，该电能储存装置能在用电离峰时段进 行电力储存，而在用电尖峰时段将储存的电力高效能的转换成负载所需电源， 使尖、离峰用电趋于一致，达到节省电费的目的。
背景技术：
由于生活作息上的诸多因素影响下，人类在电力的使用，往往造成市电的 供电情形不同，于某一时间形成供电较为吃紧的尖峰时段，而于尖峰时段，容 易发生缺电的现象；相反的，于某一时间会形成供电过量的离峰时段，亦即发 电厂生产的电力过多，电力供给大于消费者的需求。
发电厂为了避免于尖峰时期跳电，其解决方法便是让发电厂的发电量高于 尖峰时段的用电量，以避免发生缺电的现象；但，发电厂的发电机组于白天或 夜晚，其运转的发电机组数量皆相同，因此造成在用电离峰时段会产生过多的 剩余电力，而电力公司为了解决剩余电力的问题，电力公司通常在「用电尖峰 时段」采取增加每度电费的方式，藉此降低消费者的用电量，或者在于「用电 离峰时段」进行促销，让过多的剩余电力以打折的方式低价销售给消费者，藉 此消耗过多的剩余电力。
而消费者为了要使用「用电离峰时段」的剩余电力而以电力储备装置进行 储能，以便于「用电尖峰时段」供给用电，节省电费；但目前的电力储备装置 却有以下缺点
1、 对于目前电力储备装置，由于其不具有计时的功能，因此消费者必 需于「用电离峰时段」将电力储备装置与电力源做电性连接，藉此进行充电， 但充电完成后，又必需将电力储备装置与电力源分离，然后才可以于「用电尖 峰时段」进行供电，如此操作方式极不方便。
2、 一旦消费者忘记于「用电离峰时段」对电力储备装置进行充电，消
4为了解决上述的问题，台湾专利申请案号第0 9 3 2 0 7 4 9 4号「储备 电力的转换输出装置」的新型专利案，其揭露了一种储备电力的转换输出装置， 是一充电机与市电相接上，由一定时器的时间控制，对一个以上『蓄电瓶』进 行充电，主要特征在于该蓄电瓶内的储备电力，经过一马达控制器后，供给
一直流马达，且由该直流马达的运转带动一交流发电机，而交流发电机所发出
的电力，则以一电力箱分配电力给负载;其中，直流马达对交流发电机的带动，
配置有一个以上配重飞轮，及设有一小型发电器，由该马达控制器依据小型发 电器的电压，以加大脉波的方式，让直流马达在配重飞轮及交流发电机的负荷 上，从慢速启动的过程，逐渐增大直流马达电流，并达到预定高转速，据以高 速旋转的配重飞轮运动惯性加速度作用，令使直流马达能省力且稳定的驱动交 流发电机运转及发电，藉此于用电离峰时段，可进行电力储备，而在用电尖峰 时段才将储备电力，高效率的转换成负载所需电源。
上述的专利案虽可利用尖、离峰时段，但却有以下的缺点 1 、该储备电力是藉由蓄电瓶达到储电，但因蓄电瓶的特性是其蓄电容量
不大，若要达到蓄电量足以在尖峰时段使用，则其势必至少要结合io个以上 的『蓄电瓶』，如此一来，则i o个以上串接的『蓄电瓶』，再加上其转换输
出装置的整个设备的体积，将会非常庞大，故其对于一般的家庭，势必要占据 非常大的空间，大大影响其应用面。
2、 由该专利案揭露可知，该储备电力的转换输出装置的建造成本太高， 因此无法普及于各家庭中，甚至是小型的家庭式公司、工厂也无法负担该成本； 仅适用于非常大规模的公司或工厂。
3、 再者，目前所使用的蓄电池，虽然标榜着可重复使用，但还是有其寿 命的限制。在多次充放电或长时间不使用的情况下，蓄电池的容量会下降，且 容易损坏，原因在于蓄电池是利用化学能转换为电能，化学物质要常保其活性， 才不至于失效变质，当原来的化合物活性都作用完或将近用完时，便无法再进 行新的化学反应，进而导致蓄电池老化而宣告寿终。
4 、又， 一般的蓄电池无法提供等量的容量来储存电能，因而必须增加充 放电的次数，进而导致蓄电池的使用寿命降低。若是利用多颗蓄电池来储存电 能，却造成充电电路的结构复杂、空间过于庞大、成本昂贵等现象。
5因此，本发明人有感上述缺失的可改善，提出一种合理且有效改善上述 缺失的本发明。发明内容本发明的一 目的在于提供一种应用具有能量储存密度高、体积小、重量轻、 储能容量大、使用寿命长等优点的储能组件的具储能及供电的电能储存装置。本发明的另一 目的是提出以一磁性电容(Magnetic Capacitor)作为能量储存 模块，于用电尖峰时间提供负载所需的电力，期能达到节省电费。本发明又一目的在于提供一种具储能及供电的电能储存装置及其使用方 法，其整体体积小，能应用于家庭、公司或工厂，并藉由该电能储存装置的切 换控制功能，于用电离峰时段进行储电，而于用电尖峰时段进行供电，如此以 充分利用尖、离峰电价差距，来达到节省电费的目的。为了达成上述的目的，本发明提供一种具储能及供电的电能储存装置，其 特征在于，包括有 一储能模块； 一充电模块，该充电模块电性连接该储能模 块，且该充电模块另电性连接一电力源； 一放电模块，该放电模块电性连接该 储能模块，且该充电模块另电性连接一负载； 一切换装置，该切换装置电性连 接该充电模块与该放电模块且分别控制该充电模块与该放电模块的运作。较佳地，该储能模块包括由多个磁性电容以串联、并联等方式组成的一磁 性电容。较佳地，该磁性电容包含有一第一磁性电极、 一第二磁性电极以及设于其 间的一介电层，其中该第一磁性电极与第二磁性电极内具有磁偶极以抑制该磁 性电容的漏电流。较佳地，该第一磁性电极包含有 一第一磁性层，具有排列成第一方向的 磁偶极； 一第二磁性层，具有排列成第二方向的磁偶极；以及一隔离层，包含 有非磁性材料，设于该第一磁性层与该第二磁性层之间；其中该第一方向与该 第二方向互为反向，以抑制该磁性电容的漏电流。本发明提供一种具储能及供电的电能储存装置的使用方法，其特征在于， 包括步骤如下以一切换装置可设定出一第一预定时间与一第二预定时间；当 到达该第一预定时间，可启动一充电模块，使该充电模块自一电力源接收电力， 经一电力转换处理，对一储能模块进行充电；当到达该第二预定时间，另启动一放电模块，使该放电模块接收来自该储能模块的电力，经另一电力转换处理， 对一负载进行供电。是以，本发明的具储能及供电的电能储存装置及其使用方法具以下有益效果1、 让尖、离峰用电趋于一致，藉由尖、离峰电价差距，让使用者节省 电费。2、 本发明提出一具储能及供电的电能储存装置，能依据使用者设定的 时间进行充电与供电的功能。3、 利用「用电离峰时间」来进行充电，而于「用电尖峰时间」使用储 存的电力，使尖、离峰用电趋于一致，进而减少电厂增加发电机组的必要，以 利减少二氧化碳的排放，达到节能省碳的目的。4、 可依据不同的电压或电容值需求，进行适当的串联或并联，以满足 各种不同装置的电力供应需求。5、 本发明的具储能及供电的电能储存装置的应用面广，适合于家庭、 公司、工厂或发电厂的使用。为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的 详细说明与附图，然而所附图式仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以 限制者。
图1本发明的具储能及供电的电能储存装置的装置架构示意图； 图2本发明的储能模块的结构示意图； 图3本发明的储能模块的另一结构示意图； 图4A本发明的储能模块的组合示意图； 图4B本发明的储能模块的另一组合示意图； 图5本发明的储能模块的第一磁性电极的结构示意图； 图6本发明的储能模块与其它习知能量储存媒介的比较示意图； 图7本发明的具储能及供电的电能储存装置的使用流程图。主要组件符号说明
1切换装置2储能模块21 第一磁性电极211 磁偶极212 第一磁性层2 12 1 磁偶极213 隔离层214 第二磁性层2 14 1 磁偶极 2 2 第二磁性电极2 2 1 磁偶极 2 3 介电层 3充电模块4 放电模块5 电力源6 负载具体实施方式
请参阅图l所示，本发明提出一种具储能及供电的电能储存装置，该电能 储存装置包括有 一切换装置1 、 一储能模块2 、 一充电模块3与一放电模块 4 ，其中该切换装置1电性连接该充电模块3与该放电模块4 ，该切换装置1 用以控制该充电模块3与该放电模块4的运作。该切换装置1能设定一第一预定时间与一第二预定时间，当位于该第一预 定时间启动该充电模块3，而当位于该第二预定时间启动该放电模块4，于本实施例中，该第一预定时间可为用电离峰时间，而该第二预定时间可为用电尖 峰时间，当位于用电尖峰时间时，该切换装置1去启动该放电模块4，而当位 于用电离峰时间时，该切换装置1去启动该充电模块3 ，其中该切换装置1可 为一定时器、 一控制电路或可人为进行切换的切换开关，即该切换装置能l提 供预定时间控制启动的功能。该充电模块3电性连接该储能模块2 ，且其亦电性连接于一电力源5 ，藉 由该电力源5输送电力至该充电模块3 ，电力经该充电模块3处理，使得交流电转换成直流电，经转换后的电力则传输进入该储能模块2储存，其中该电力 源5可为家庭用电力源或工业用电力源。该放电模块4电性连接该储能模块2 ，且其亦电性连接于一负载6 ，藉由 该储能模块2输送电力至该放电模块4，电力经该放电模块4处理，使得直流 电转换成交流电，经转换后的电力则传输进入该负载6，使该负载6获得电力 并开始运作，其中该负载6可为家用电气用品或工业机台。故可思及的是，本 发明的具储能及供电的电能储存装置可应用于家庭、小型(或个人)公司、工 厂或发电厂。请参阅图2所示，该储能模块2为一磁性电容(Magnetic Capacitor)单元， 其结构包括有 一第一磁性电极2 1、 一第二磁性电极2 2与一介电层2 3， 该介电层2 3位于该第一磁性电极2 l与该第二磁性电极2 2之间，其中该介 电层2 3用以分隔该第一磁性电极2 l与该第二磁性电极2 2，藉此让该第一 磁力电极2 l与该第二磁性电极2 2能累积电荷，储存电位能。该第一磁性电极2 l与该第二磁性电极2 2由磁性导电材料构成，其中该 第一磁性电极2 l与该第二磁性电极2 2接受适当的外加电场进行磁化，使得 其内部形成二磁偶极(Magenetic Dipole) 2 11、 2 2 1，而该两磁偶极2 11、 2 2 1的方向可为同向或反向(如图3所示)，该二磁偶极2 1 1、 2 2 1于该储能模块2内部构成一磁场，影响带电离子的移动，藉此抑制漏电流， 大幅提升电能储存的密度。此外，该储能模块2可依据使用者需求，进行串联 或并联(如图4A与图4B所示)，以满足不同装置的电力供应需求。另外请参考图5，图5为该第一磁性电极2 1的结构示意图，该第一磁性 电极2 1为一多层结构，包含有一第一磁性层2 1 2 、 一隔离层2 1 3以及一 第二磁性层2 1 4。其中该隔离层2 1 3是由非磁性材料所构成，而该第一磁 性层2 1 2与该第二磁性层2 1 4则包含有具磁性的导电材料，并在磁化时， 藉由不同的外加电场，使得第一磁性层2 1 2与第二磁性层2 1 4中的磁偶极 2 112 1、 2 14 l分别具有不同的方向，其中磁偶极2 12 1、 2 14 1 的方向为反向，藉此能进一歩抑制磁性电容的漏电流。此外，需要强调的是， 该第一磁性电极2 1的结构并不限于前述的三层结构，而可以类似的方式，以 多个磁性层与非磁性层不断交错堆栈，再藉由各磁性层内磁偶极方向的调整来 进一步抑制漏电流，甚至达到几乎无漏电流的效果。请参阅图6所示，图6为本发明的储能模块与其它习知能量储存媒介的比较示意图，本发明的储能模块2储存的能量以磁性电容(Magnetic Capacitor)为 主，主要是以物理反应的电位能的方式进行储存，而相较于主要以化学能储存 的其它能量储存媒介(例如传统电池)，以化学能为储存方式的能量储存媒介的缺点为(A) 充、放电速度慢并且会产生热。(B) 在多次充放电后容量会下降(有漏电的虞)，甚至长时间不使用，也会 有容量下降问题(有漏电的虞)。(C) 再者，电池因利用化学物质由化学能转换为电能，化学物质要常保其活 性，才不致失效变质，当原来化合物活性都作用完或将近用完时，此时电池容 量下降，就是电池已老化了，电池便宣告寿终，再者若经过长期充放电后，因 电池内部电解液的损耗，以及电池内部化学物质活性的降低，以至电池内部的 电量无法正常释放出来，常见的现象就是电池发热，此时电池老化，相对容量 也会下降，造成使用寿命短。另外，超级电容也有化学储能架构，故存在有传 统电池的缺点；而一般电容虽然在工艺上较为简单，但因其储存容量小，只能 当做极短暂储能使用。由于习知电容中，电容值C由电容的面积A、介电层的介质常数^^及 厚度d决定，如下公式所示G 二 ￡0￡3 一 J因此模拟于现有电容，本实施例的储能模块2相当于藉由磁场的作用来改变介 电层的介电常数，故而造成电容值的大幅提升。比较上述现有能量储存媒介多半以化学能的方式进行储存，因此都需要有 一定的尺寸；而，本发明的储能模块2由于是以物理反应的电位能的方式进 行储存，所使用的材料可适用于半导体工艺，故可藉由适当的半导体工艺来形 成，进而縮小体积与重量，所以本发明的储能模块2不仅具有高能量储存密度 外，更因充分保有电容的特性，而具有寿命长(高充放电次数)、无记忆效应、 可进行高功率输出、快速充放电等特点，故可有效解决当前电池所遇到的各种 问题。请参阅图7所示，本发明提出一种具储能及供电的电能储存装置的使用方 法，其使用方法歩骤包括如下(A) 依据使用者需求，使用者由一切换装置l (如图l所示)设定一第 一预定时间与一第二预定时间。(B) 当时间到达该第一预定时间时，该切换装置1启动一充电模块3 ，该充电模块3接收一电力源5提供的电力并对一储能模块2进行充电。(C) 当时间来到该第二预定时间时，该切换装置1启动一放电模块4， 该放电模块4接收来自该储能模块2的电力并对一负载6进行供电。为了帮助本领域技术人员明白并实施本发明，在此详细介绍说明本发明的 方法细节，并请配合参考图l所示，首先，使用者依据用电离峰时间与用电尖 峰时间，藉由该切换装置l设定该第一预定时间与该第二预定时间，其中设定 该第一预定时间为用电离峰时间，设定该第二预定时间为用电尖峰时间。此外， 本实施例中，该切换装置1可为一定时器、 一控制电路或可人为进行切换的切 换开关。当时间来到用电离峰时间，该切换装置1启动该充电模块3，而该充电模 块3用来进行交、直流电的转换处理，使该充电模块3输出适合的直流电进入 该储能模块2，以便该储能模块2能进行电力储存，亦即受启动的充电模块3 接收来自该电力源5的交流电，交流电进入该充电模块3中进行转换处理，使 得交流电转换成直流电，最后直流电自该充电模块3输出并进入该储能模块2 储存；可考虑到的是，该电力源5可为家用电力源或工业用电力源。而当时间来到用电尖峰时间，该切换装置1停止该充电模块3 ，使该充电 模块3不再对该储能模块2进行充电(也可以是该切换装置1并不停止该充电 模块3的状态下)，该切换装置1则进一步启动该放电模块4，该放电模块4 于是进行直、交流电的转换处理，对该储能模块2输入的直流电进行转换处理， 使直流电转换成交流电，最后交流电自该放电模块4输出并进入该负载6，启 动该负载6运作，而其中该负载6可为家用电气用品或工业机台。此外，该储能模块2为磁性电容，且该储能模块2可依据使用者需求，进 行串联或并联，以满足不同装置的电力供应需求，而另可考虑到的是，本发明 的具储能及供电的电能储存装置可进一歩应用于家庭、小型(或个人)公司、 工厂或发电厂。综合上述，使用者能藉由本发明以利用「用电离峰时间」来进其使用方法具有如下述的 特点1、 提出一定时电能储存装置，能依据使用者设定的时间进行充电与供 电的功能。2、 藉由本发明的具储能及供电的电能储存装置及其使用方法，使用者 可利用「用电离峰时间」来进行充电，然后于「用电尖峰时间」使用储存的电 力，使尖、离峰用电趋于一致，进而减少电厂增加发电机组的必要，以利减少 二氧化碳的排放，达到节能省碳的目的。3、 藉由本发明的具储能及供电的电能储存装置及其使用方法，可充分 利用尖、离峰电价差距帮使用者节省电费。4、 以本发明的具储能及供电的电能储存装置，使用者可依据需求进行 适当的串联或并联，以满足各种不同装置的电力供应需求。5 、本发明的具储能及供电的电能储存装置及其使用方法可应用于家 庭、公司、工厂或发电厂，故应用面广泛。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在不 背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作 出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权 利要求的保护范围。
权利要求
1、一种具储能及供电的电能储存装置，其特征在于，包括有一储能模块，具有磁性电容(Magnetic Capacitor)单元；一充电模块，该充电模块电性连接该储能模块，且该充电模块另电性连接一电力源；一放电模块，该放电模块电性连接该储能模块，且该放电模块另电性连接一负载；一切换装置，电性连接该充电模块与该放电模块，且该切换装置可设定出一第一预定时间与一第二预定时间，当位于第一预定时间，可启动该充电模块对该储能模块进行充电，当位于该第二预定时间，即启动该放电模块根据该储能模块对该负载进行放电。
2、 如权利要求l所述的具储能及供电的电能储存装置，其特征在于，该磁性电容单元包含有一第一磁性电极，该第一磁性电极内具有一磁偶极；一第二磁性电极，该第二磁性电极内具有另一磁偶极；以及一介电层，该介电层夹设于该第一磁性电极与该第二磁性电极之间。
3、 如权利要求2所述的具储能及供电的电能储存装置，其特征在于，该第一磁性电极的磁偶极与该第二磁性电极的磁偶极指向同一方向或互为反向。
4、 如权利要求2所述的具储能及供电的电能储存装置，其特征在于，该第一磁性电极包含有一第一磁性层，具有排列成第一方向的磁偶极；一第二磁性层，具有排列成第二方向的磁偶极；一隔离层，包含有非磁性材料，设于该第一磁性层与该第二磁性层之间；其中该第一方向与该第二方向互为反向，以抑制该磁性电容单元的漏电流°
5、 如权利要求l所述的具储能及供电的电能储存装置，其特征在于，该储能模块进一步增设多个且以并联方式互相电性连接或以串联方式互相电性连接。
6、 如权利要求l所述的具储能及供电的电能储存装置，其特征在于，该切换装置为一定时器、 一控制电路或一可人为进行切换的切换开关。
7、 如权利要求l所述的具储能及供电的电能储存装置，其特征在于，该第一预定时间为用电离峰时间，该第二预定时间为用电尖峰时间。
8、 一种具储能及供电的电能储存装置的使用方法，其中该电能储存装置包括有 一储能模块、 一充电模块、 一放电模块、 一切换装置，而其使用方法的特征在于，包括步骤如下(a) 以该切换装置设定一第一预定时间与一第二预定时间；(b) 当到达该第一预定时间，该切换装置启动该充电模块，该充电模块自一电力源接收电力，经一电力转换处理，对该储能模块进行充电；(C)当到达该第二预定时间，该切换装置启动该放电模块，该放电模块接收来自该储能模块的电力，经另一电力转换处理，对一负载进行供电。
9、 如权利要求8所述的具储能及供电的电能储存装置的使用方法，其特征在于，第一预定时间为用电离峰时间，而该第二预定时间为用电尖峰时间。
10 、如权利要求8所述的具储能及供电的电能储存装置的使用方法，其特征在于，该储能模块为磁性电容(Magnetic Capacitor)。
全文摘要
本发明公开了一种具储能及供电的电能储存装置，其包括有一充电模块、一放电模块与一储能模块，该储能模块电性连接该充电模块与该放电模块，而该电能储存装置进一步具有一切换装置，该切换装置控制该充电模块与该放电模块，该切换装置于用电离峰时间控制该充电模块对该储能模块进行充电，而于用电尖峰时间透过该放电模块接收来自该储能模块的电力，并进行供电，藉此使尖、离峰的用电趋于一致、平衡，以达到节省电费的目的。本发明亦提出一具储能及供电的电能储存装置的使用方法。
文档编号H02J15/00GK101630867SQ20081013201
公开日2010年1月20日 申请日期2008年7月16日 优先权日2008年7月16日
发明者许跃腾 申请人:光宝科技股份有限公司;北极光股份有限公司