碳基电容电池组的充电方法及装置的制造方法
【专利摘要】本申请公开了一种碳基电容电池组的充电方法及装置，所涉及的单体碳基电容电池包括：双极板、电解液以及电容纸或膜，极板包括：集流体，以及覆设于集流体上的碳锂混合纳米级多孔材料层，并且充电方法以定压充电方式对碳基电容电池组进行整体充电，直至碳基电容电池组中存在至少一个单体碳基电容电池的实时电量达到预设定电量。这样，碳基电容电池可满足功率型设备要求，并且有较强的温度适应能力，并且定压的充电方式可保证碳基电容电池组充电的安全性。
【专利说明】
碳基电容电池组的充电方法及装置
技术领域
[0001]本申请涉及储能技术领域，尤其涉及一种碳基电容电池组的充电方法及装置。
【背景技术】
[0002]目前，为满足供能需求，传统铅酸电池或锂电池作为常用的储能器件，被广泛用在电力驱动设备中。但是，传统电池一般无法满足功率型设备要求，并且温度适应能力不强。
【发明内容】
[0003]本申请旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。
[0004]根据本申请的第一方面，本申请提供一种碳基电容电池组的充电方法，所述碳基电容电池组包括:若干单体碳基电容电池，所述单体碳基电容电池包括:双极板、位于所述极板之间的电解液，以及位于所述电解液中的电容纸或膜，所述极板包括:金属材料的集流体，以及涂覆于所述集流体上的碳锂混合纳米级多孔材料层，所述碳锂混合纳米级多孔材料层由纳米级多孔碳元素基材与锂粉混合而成，
[0005]所述碳基电容电池组的充电方法包括:
[0006]以定压充电方式对所述碳基电容电池组进行整体充电，直至所述碳基电容电池组中存在至少一个所述单体碳基电容电池的实时电量达到预设定电量。
[0007]进一步的，在所述碳基电容电池组中存在至少一个所述单体碳基电容电池的实时电量达到预设定电量后，对所述碳基电容电池组中实时电量未达到所述预设定电量的部分或全部所述单体碳基电容电池以定压充电方式进行单体充电，直至单体充电所对应的所述单体碳基电容电池的实时电量达到所述预设定电量。
[0008]进一步的，所述碳基电容电池组的充电方法还包括:
[0009]监控所述单体碳基电容电池的实时电压；
[0010]以所述实时电压反映所述实时电量，以预设定电压对应所述预设定电量。
[0011]进一步的，所述预设定电压为所述单体碳基电容电池的额定工作电压的85%-100%，所述单体碳基电容电池的额定工作电压为2.5-3伏特。
[0012]进一步的，整体充电所使用的加载于所述单体碳基电容电池的充电电压小于单体充电所使用加载于所述单体碳基电容电池的的充电电压。
[0013]进一步的，所述纳米级多孔碳元素基材采用活性炭和/或石墨烯;所述电解液采用丙烯碳酸酯或乙腈为溶剂，四乙基四氟硼酸铵盐或三乙基一甲基四氟硼酸铵为溶质；所述膜采用为塑料膜;整体充电所使用的加载于所述单体碳基电容电池的充电电压以及单体充电所使用的加载于所述单体碳基电容电池的充电电压的取值范围均为2.5-3伏特。
[0014]根据本申请的第二方面，本申请提供一种碳基电容电池组的充电装置，所述碳基电容电池组包括:若干单体碳基电容电池，所述单体碳基电容电池包括:双极板、位于所述极板之间的电解液，以及位于所述电解液中的电容纸或膜，所述极板包括:金属材料的集流体，以及涂覆于所述集流体上的碳锂混合纳米级多孔材料层，所述碳锂混合纳米级多孔材料层由纳米级多孔碳元素基材与锂粉混合而成，
[0015]所述碳基电容电池组的充电装置包括:
[0016]用于对所述单体碳基电容电池进行实时电量监控的监控模块；
[0017]用于以定压充电方式对所述碳基电容电池组进行整体充电的充电模块;以及，
[0018]与所述监控模块及所述充电模块相连的、用于根据所述监控模块所得监控信息控制所述充电模块工作直至所述碳基电容电池组中存在至少一个所述单体碳基电容电池的实时电量达到预设定电量的控制模块。
[0019]进一步的，所述充电模块包括:
[0020]受所述控制模块控制以定压充电方式对所述碳基电容电池组进行整体充电的第一充电单元；以及，
[0021]受所述控制模块控制在所述第一充电单元工作完成之后对所述碳基电容电池组中实时电量未达到所述预设定电量的部分或全部所述单体碳基电容电池以定压充电方式进行单体充电直至单体充电所对应的所述单体碳基电容电池的实时电量达到所述预设定电量的第二充电单元。
[0022]进一步的，所述监控模块采用对所述单体碳基电容电池进行实时电压采样的电压采样电路，以所述实时电压反映所述实时电量，以预设定电压对应所述预设定电量。
[0023]进一步的，所述预设定电压为所述单体碳基电容电池的额定工作电压的85%-100%，所述单体碳基电容电池的额定工作电压为2.5-3伏特;整体充电所使用的加载于所述单体碳基电容电池的充电电压小于单体充电所使用加载于所述单体碳基电容电池的的充电电压，整体充电所使用的加载于所述单体碳基电容电池的充电电压以及单体充电所使用的加载于所述单体碳基电容电池的充电电压的取值范围均为2.5-3伏特;所述纳米级多孔碳元素基材采用活性炭和/或石墨烯;所述电解液采用丙烯碳酸酯或乙腈为溶剂，四乙基四氟硼酸铵盐或三乙基一甲基四氟硼酸铵为溶质;所述膜采用为塑料膜。
[0024]本申请的有益效果是:
[0025]通过提供一种碳基电容电池组的充电方法及装置，所涉及的单体碳基电容电池包括:双极板、电解液以及电容纸或膜，极板包括:集流体，以及覆设于集流体上的碳锂混合纳米级多孔材料层，并且充电方法以定压充电方式对碳基电容电池组进行整体充电，直至碳基电容电池组中存在至少一个单体碳基电容电池的实时电量达到预设定电量。这样，碳基电容电池可满足功率型设备要求，并且有较强的温度适应能力，并且定压的充电方式可保证碳基电容电池组充电的安全性。
【附图说明】
[0026]图1为本申请实施例一的碳基电容电池组的结构示意图。
[0027]图2为本申请实施例一的单体碳基电容电池的结构示意图。
[0028]图3为本申请实施例一的碳基电容电池组的充电装置的结构示意图。
[0029]图4为本申请实施例二的碳基电容电池组的充电方法的流程示意图。
[0030]图5为本申请实施例二的碳基电容电池组的充电装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
[0032]在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
[0033]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0034]在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接;可以是机械连接，也可以是电连接;可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0035]在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0036]下面通过【具体实施方式】结合附图对本申请作进一步详细说明。
[0037]实施例一:
[0038]本实施例提供了一种碳基电容电池组的充电方法，该充电方法适用于一种碳基电容电池组，如图1所示，该碳基电容电池组包括:若干单体碳基电容电池1I，单体碳基电容电池101可通过串联、并联或串并联结合的方式组成上述碳基电容电池组，其中，单体碳基电容电池101包括如图2所示的结构:第一极板201、第二极板202、位于第一极板201与第二极板202之间的电解液203，以及位于电解液203中的电容纸或膜204，第一极板201及第二极板202均包括:金属材料的集流体200(例如铝或铜等)，以及涂覆于集流体200上的碳锂混合纳米级多孔材料层100，碳锂混合纳米级多孔材料层由纳米级多孔碳元素基材与锂粉混合
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[0039]在本实施例中，纳米级多孔碳元素基材采用活性炭和/或石墨烯等；电解液203采用丙烯碳酸酯和/或乙腈等为溶剂，四乙基四氟硼酸铵盐或三乙基一甲基四氟硼酸铵等为溶质；膜204可采用为聚乙烯微孔膜或塑料膜等。采用活性炭或石墨烯，或者活性炭与石墨烯的混合材料，这样，可有效降低单体碳基电容电池的漏电率，实验数据对应的年漏电率可达到10%甚至以下。
[0040]上述碳基电容电池组的充电方法包括:[0041 ]以定压充电方式对碳基电容电池组进行整体充电，直至碳基电容电池组中存在至少一个单体碳基电容电池101的实时电量达到预设定电量。
[0042]这样，在进行碳基电容电池组整体充电时，当其中至少有一个单体碳基电容电池的实时电量达到预设定电量时停止整体充电，保证了单体碳基电容电池不会过充，从而保证了碳基电容电池的正常工作性能，延长了碳基电容电池的使用寿命。另外，以定压的充电方式进行整体充电，可达到快充的效果，例如，充电10秒-10分钟即可使其中单体碳基电容电池的实时电量就达到预设定电量。定压的充电方式还可以简化充电控制方式，从而控制简单易行，降低了成本。
[0043 ]在本实施例中，碳基电容电池组的充电方法还包括:监控单体碳基电容电池1I的实时电压；以实时电压反映实时电量，以预设定电压对应预设定电量。预设定电压通常可设为单体碳基电容电池的额定工作电压的85%_100%，具体可取值为单体碳基电容电池的额定工作电压的85%、90%、95%或100%等。而单体碳基电容电池的额定工作电压为2.5-3伏特，具体可取值为2.5、2.61、2.62、2.7、2.8、2.85或3伏特等。由于单体碳基电容电池的实时电压与其实时电量存在几乎线性的对应关系，这样，当需要监控单体碳基电容电池的实时电量时，只需要监控单体碳基电容电池的实时电压即可，简单方便。另外，根据碳基电容电池的实时电量与实时电压的对应关系，碳基电容电池使用后的剩余电量也可以通过其电压反映并可供读数。
[0044]相应的，本实施例还提供了一种碳基电容电池组的充电装置，如图3所示，碳基电容电池组包括如图1所示的结构，单体碳基电容电池包括如图2所示的结构，此处不再赘述。
[0045 ]上述碳基电容电池组的充电装置包括如图3所示的结构:
[0046]用于对单体碳基电容电池101进行实时电量监控的监控模块301;
[0047]用于以定压充电方式对碳基电容电池组进行整体充电的充电模块302;以及，
[0048]与监控模块301及充电模块302相连的、用于根据监控模块301所得监控信息控制充电模块302工作直至碳基电容电池组中存在至少一个单体碳基电容电池101的实时电量达到预设定电量的控制模块303。
[0049]这样，在利用充电模块进行碳基电容电池组整体充电时，当监控模块监控到其中至少有一个单体碳基电容电池的实时电量达到预设定电量时，控制模块控制充电模块停止整体充电，保证了单体碳基电容电池不会过充，从而保证了碳基电容电池的正常工作性能，延长了碳基电容电池的使用寿命。另外，以定压的充电方式进行整体充电，可达到快充的效果，例如，充电10秒-10分钟可使其中单体碳基电容电池的实时电量就达到预设定电量。定压的充电方式还可以简化充电装置的结构，从而简化了结构，降低了成本。
[0050]在本实施例中，监控模块301采用对单体碳基电容电池101进行实时电压采样的电压采样电路，以实时电压反映实时电量，以预设定电压对应预设定电量。预设定电压通常可设为单体碳基电容电池的额定工作电压的85%-100%，具体可取值为单体碳基电容电池的额定工作电压的85%、90%、95%或100%等。而单体碳基电容电池的额定工作电压为2.8-3伏特，具体可取值为2.5、2.61、2.62、2.8、2.85或3伏特等。由于单体碳基电容电池的实时电压与其实时电量存在几乎线性的对应关系，这样，当需要监控单体碳基电容电池的实时电量时，只需要监控单体碳基电容电池的实时电压即可，简单方便。另外，根据碳基电容电池的实时电量与实时电压的对应关系，碳基电容电池使用后的剩余电量也可以通过其电压反映并可供读数。
[0051]实施例二:
[0052]本实施例与其它实施例区别主要在于:
[0053]本实施例的碳基电容电池组的充电方法除包括如实施例一中所示流程401之外，还进一步包括如图4所示的流程:402，在碳基电容电池组中存在至少一个单体碳基电容电池101的实时电量达到预设定电量后，对碳基电容电池组中实时电量未达到预设定电量的部分或全部单体碳基电容电池101以定压充电方式进行单体充电，直至单体充电所对应的单体碳基电容电池101的实时电量达到预设定电量。
[0054]这样，对碳基电容电池进行单体充电时，当其中单体碳基电容电池的实时电量达到预设定电量时停止单体充电，保证了单体碳基电容电池不会过充，从而保证了碳基电容电池的正常工作性能，延长了碳基电容电池的使用寿命，也保证了碳基电容电池组中各个单体碳基电容电池之间电压均衡。另外，定压的充电方式还可以简化充电控制方式，例如无需充电电流检测、无需电流泄放等，从而控制简单易行，降低了成本。
[0055]在本实施例中，整体充电所使用的加载于单体碳基电容电池的充电电压一般会小于单体充电所使用加载于单体碳基电容电池的的充电电压，整体充电所使用的加载于单体碳基电容电池的充电电压以及单体充电所使用的加载于单体碳基电容电池的充电电压的取值范围均为2.5-3伏特，例如，整体充电所使用的加载于单体碳基电容电池的充电电压可为2.5-2.7伏特，而单体充电所使用的加载于单体碳基电容电池的充电电压可为2.6-2.85伏特，这样，整体充电可使用小电压定压充电，实现快速充电且可以防止大电流冲击，单体充电可采用较大的电压以压入的方式定压充电，可保证充电过程的完全。
[0056]相应的，如图5所示，本实施例的碳基电容电池组的充电装置中，充电模块302包括:
[0057]受控制模块303控制以定压充电方式对碳基电容电池组进行整体充电的第一充电单元501 ；以及，
[0058]受控制模块303控制在第一充电单元501工作完成之后对碳基电容电池组中实时电量未达到预设定电量的部分或全部单体碳基电容电池101以定压充电方式进行单体充电直至单体充电所对应的单体碳基电容电池101的实时电量达到预设定电量的第二充电单元502。
[0059]这样，利用第二充电单元对碳基电容电池进行单体充电时，当监控模块监控到其中单体碳基电容电池的实时电量达到预设定电量时，控制模块控制第二充电单元停止单体充电，保证了单体碳基电容电池不会过充，从而保证了碳基电容电池的正常工作性能，延长了碳基电容电池的使用寿命，也保证了碳基电容电池组中各个单体碳基电容电池之间电压均衡。另外，定压的充电方式还可以简化充电装置的结构，例如无需充电电流检测电路、无需电流泄放电路等，从而简化了结构，降低了成本。
[0060]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“一些实施方式”、“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0061]以上内容是结合具体的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
【主权项】
1.一种碳基电容电池组的充电方法，其特征在于，所述碳基电容电池组包括:若干单体碳基电容电池，所述单体碳基电容电池包括:双极板、位于所述极板之间的电解液，以及位于所述电解液中的电容纸或膜，所述极板包括:金属材料的集流体，以及涂覆于所述集流体上的碳锂混合纳米级多孔材料层，所述碳锂混合纳米级多孔材料层由纳米级多孔碳元素基材与锂粉混合而成， 所述碳基电容电池组的充电方法包括: 以定压充电方式对所述碳基电容电池组进行整体充电，直至所述碳基电容电池组中存在至少一个所述单体碳基电容电池的实时电量达到预设定电量。2.如权利要求1所述的碳基电容电池组的充电方法，其特征在于，在所述碳基电容电池组中存在至少一个所述单体碳基电容电池的实时电量达到预设定电量后，对所述碳基电容电池组中实时电量未达到所述预设定电量的部分或全部所述单体碳基电容电池以定压充电方式进行单体充电，直至单体充电所对应的所述单体碳基电容电池的实时电量达到所述预设定电量。3.如权利要求2所述的碳基电容电池组的充电方法，其特征在于，所述碳基电容电池组的充电方法还包括: 监控所述单体碳基电容电池的实时电压； 以所述实时电压反映所述实时电量，以预设定电压对应所述预设定电量。4.如权利要求3所述的碳基电容电池组的充电方法，其特征在于，所述预设定电压为所述单体碳基电容电池的额定工作电压的85%-100%，所述单体碳基电容电池的额定工作电压为2.5-3伏特。5.如权利要求2所述的碳基电容电池组的充电方法，其特征在于，整体充电所使用的加载于所述单体碳基电容电池的充电电压小于单体充电所使用加载于所述单体碳基电容电池的的充电电压。6.如权利要求5所述的碳基电容电池组的充电方法，其特征在于，所述纳米级多孔碳元素基材采用活性炭和/或石墨烯;所述电解液采用丙烯碳酸酯或乙腈为溶剂，四乙基四氟硼酸铵盐或三乙基一甲基四氟硼酸铵为溶质;所述膜采用为塑料膜;整体充电所使用的加载于所述单体碳基电容电池的充电电压以及单体充电所使用的加载于所述单体碳基电容电池的充电电压的取值范围均为2.5-3伏特。7.—种碳基电容电池组的充电装置，其特征在于，所述碳基电容电池组包括:若干单体碳基电容电池，所述单体碳基电容电池包括:双极板、位于所述极板之间的电解液，以及位于所述电解液中的电容纸或膜，所述极板包括:金属材料的集流体，以及涂覆于所述集流体上的碳锂混合纳米级多孔材料层，所述碳锂混合纳米级多孔材料层由纳米级多孔碳元素基材与锂粉混合而成， 所述碳基电容电池组的充电装置包括: 用于对所述单体碳基电容电池进行实时电量监控的监控模块； 用于以定压充电方式对所述碳基电容电池组进行整体充电的充电模块；以及， 与所述监控模块及所述充电模块相连的、用于根据所述监控模块所得监控信息控制所述充电模块工作直至所述碳基电容电池组中存在至少一个所述单体碳基电容电池的实时电量达到预设定电量的控制模块。8.如权利要求7所述的碳基电容电池组的充电装置，其特征在于，所述充电模块包括: 受所述控制模块控制以定压充电方式对所述碳基电容电池组进行整体充电的第一充电单元；以及， 受所述控制模块控制在所述第一充电单元工作完成之后对所述碳基电容电池组中实时电量未达到所述预设定电量的部分或全部所述单体碳基电容电池以定压充电方式进行单体充电直至单体充电所对应的所述单体碳基电容电池的实时电量达到所述预设定电量的第二充电单元。9.如权利要求8所述的碳基电容电池组的充电装置，其特征在于，所述监控模块采用对所述单体碳基电容电池进行实时电压采样的电压采样电路，以所述实时电压反映所述实时电量，以预设定电压对应所述预设定电量。10.如权利要求9所述的碳基电容电池组的充电装置，其特征在于，所述预设定电压为所述单体碳基电容电池的额定工作电压的85 % -100 %，所述单体碳基电容电池的额定工作电压为2.5-3伏特;整体充电所使用的加载于所述单体碳基电容电池的充电电压小于单体充电所使用加载于所述单体碳基电容电池的的充电电压，整体充电所使用的加载于所述单体碳基电容电池的充电电压以及单体充电所使用的加载于所述单体碳基电容电池的充电电压的取值范围均为2.5-3伏特;所述纳米级多孔碳元素基材采用活性炭和/或石墨烯;所述电解液采用丙烯碳酸酯或乙腈为溶剂，四乙基四氟硼酸铵盐或三乙基一甲基四氟硼酸铵为溶质;所述膜采用为塑料膜。
【文档编号】H01M10/42GK105932347SQ201610481694
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年6月27日
【发明人】郑东冬, 郑路, 郑役军
【申请人】深圳市图门新能源有限公司