[发明专利]一种陶瓷电容器的充电方法

说明书

技术领域

本发明内容涉及电量储能领域，一种对具有电量锁存功能的陶瓷电容器进行充电的电路暨装置。

背景技术

自1800年意大利科学家伏达(Vlota)发明的电化学电池问世以来，基于电化学电池的各类产品已经应用到人们日常生活和工作中的许多领域，其中应用最为广泛的是铅酸电池。

属于电化学的铅酸电池腐蚀性强，对环境污染严重，保养成本高，充电时间长，使用寿命短，并且单位重量存储电量指标较低，往往不能满足许多方面的更高的应用要求。

以后，人类陆续开发了镍金属类电池(包括：镍-镉(Ni-Cad)，镍-锌(Ni-Z)和镍-氢电池)，锂电池，燃料电池，太阳能电池等。这些电池虽然相对铅酸电池在某些性能上有所改善，但是一些基本问题依然存在，如：防爆安全问题，电量记忆效应，低的转换效率，一般为1-3年的有限使用寿命，较长的充电时间，以及产品自身成本和维护成本高，化学腐蚀性强，对环境的污染等。

上述类型的电池应用中，基于电化学原理的电池占据了目前产品的主要市场。

以前，基于物理电容器原理的电池研究由于漏电快，存储电量低，体积大，有些(如含铅)材料还对环境污染造成较大影响等等原因，阻碍了其商业应用，长期处于停滞状态。

随着技术进步，由于人们对电容器机理有了新的认识，一种具有电量锁存功能的陶瓷电容器将解决上述物理电池带来的性能缺陷，从而为电池发展带来新的机会。

本发明描述了一种针对具有电量锁存功能的陶瓷电容器暨物理电池进行的特殊充电方法。

具有电量锁存功能的陶瓷电容器使用的电介质核心材料是分子复合的粉体，这是一种钙钛类反铁磁分子材料类(antiferromagnetism，AFM)与四方相铁电分子材料类(Ferroelectrics tetragonal，FET)相复合的新型结构材料(Antiferromagnetism & Ferroelectrics，简称AFM-FET，或AFF)，其典型代表之一是锰氧化合物和钛酸钡粉体复合的材料。由AFF材料制作的电介质膜，与电极和绝缘组成的电容器称为AFF电容器暨充电陶瓷电池。

这种电容器最大的特点在于在电场方向的作用下，AFF复合结构可以发生磁电阻的巨大变化，从而实现分子级别的电路开关控制。

这种开关特性可以使得AFF陶瓷电容器，在AFF处于ON的状态下，对电容器进行充电，使电荷聚集在电极表面；在AFF处于OFF状态下，当外部电场去掉后，将电极表面电荷阻挡在高介电材料的外部，有效防止了快速反向漏电现象的发生，使电量得以长期保存。

根据AFF的材料上述特性和电容器结构要求，本发明描述了一种对AFF电容器进行充电的方法，对于配合AFF电容器应用，具有现实意义。

目前市场上有许多类型的充电器，如锂电池和铅酸电池充电器；本专利与这些电池充电装置的不同之处在于：1、针对AFF开关特性进行的特殊控制，而这种特性是其他电池所没有的；2、描述了AFF电容器进行快速充电，放电，以及磁电阻发生转变过程中，采取特殊的信号控制和散热措施3、描述了一种常规开关器件SW与光导开关(PhoteConductive Semiconductor Switches，PCSS)串联组合，以及在结构上集成的技术方法，如继电器JS和PCSS组合，可以极大的减少电量锁存时产生的能量损失，并且减少成本，为高压AFF电容器的应用提供了实用技术。

关于上述内容的历史、现状和技术进展，有大量文献和资料可供参考，其中包括路秋生《常用充电器电路与应用》(2005年，机械工业出版社)。

此外，目前为止，在国内外公开的资料和消息中，还未见有关此类AFF充电器的报道。

由于本专利描述的有关AFF电池充电器的技术内容，其关键在于对其相关核心材料AFF粉体和薄膜取得的重要认识，本专利文件中将同时介绍其中一些重要的物理作用机理，其目的是便于对本专利的理解。

发明内容

本发明描述了一种陶瓷电容器充电电路暨装置的方法。这种装置(图1)至少包括：开关控制及监测单元100，以AC-DC，或DC-DC方式提供的充电电源110，充电电缆120，散热装置130，组态开关模块140，至少一个(或一组)AFF辅助电容器150，至少一个(或一组)AFF电容器(电量存储体)160，放电170模块；

其中开关控制及监测单元100，包括对组态开关模块140内的所有开关器件进行器件关断的同步信号控制及充电过程的监测，以及必要的备用电源；