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电能存储装置

阅读:1043发布:2020-05-30

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1.一种构造成用于在时变电磁场中使用的电能存储装置,所述存储装置包括:
电极,所述电极的至少一部分构造成阻碍由所述场感应出的涡电流在其中循环的能
其中,所述电能存储装置具有小于0.5%的吸收系数和小于10%的反射系数。
2.根据权利要求1所述的存储装置,其中,所述电极的所述部分的结构具有阻碍由所述场感应出的涡电流在其中循环的能力的图案。
3.根据权利要求1或2所述的存储装置,其中,所述电极的所述部分构造成使得不存在涡电流可绕其流动的闭环。
4.根据权利要求1或2所述的存储装置,其中,所述电极的所述部分是金属性的。
5.根据权利要求1或2所述的存储装置,其中,所述电极的所述部分成仅仅在一端电连接于所述电极的剩余部分的一个或多个指状物的形式。
6.根据权利要求5所述的存储装置,其中,所述指状物或每个所述指状物具有大致正方形或矩形截面。
7.根据权利要求5所述的存储装置,其中,所述指状物或每个所述指状物的尺寸设定为阻碍由所述场感应出的涡电流在其中循环的能力。
8.根据权利要求5所述的存储装置,其中,所述电极的所述部分成仅仅在一端电连接在一起的多个这种指状物的形式。
9.根据权利要求8所述的存储装置,其中,所述指状物以及所述指状物之间的这种电连接构成所述电极的所述部分的全部。
10.根据权利要求8或9所述的存储装置,其中,所述指状物基本上是直的。
11.根据权利要求8或9所述的存储装置,其中,所述电极的每个所述指状物都具有沿其长度基本相同的宽度。
12.根据权利要求8或9所述的存储装置,其中,所述电极的指状物具有彼此基本相同的宽度。
13.根据权利要求8或9所述的存储装置,其中,所述电极的指状物具有彼此基本相同的长度。
14.根据权利要求8或9所述的存储装置,其中,所述电极的指状物的宽度比所述电极部分的宽度或长度小。
15.根据权利要求8或9所述的存储装置,其中,所述电极的指状物的宽度小于
0.25mm。
16.根据权利要求15所述的存储装置,其中,所述电极的指状物的宽度在0.1mm至
0.2mm的范围内。
17.根据权利要求8、9以及16中任一项所述的存储装置,其中,所述电极的相邻指状物之间的间距或每个这种间距的宽度比所述电极部分的宽度或长度小。
18.根据权利要求8或9所述的存储装置,其中,所述电极的相邻指状物之间的间距或每个这种间距的宽度小于0.25mm。
19.根据权利要求18所述的存储装置,其中,所述电极的相邻指状物之间的间距或每个这种间距的宽度在0.1mm至0.2mm的范围内。
20.根据权利要求8、9以及19中任一项所述的存储装置,其中,所述电极的指状物全部连接于所述电极的同一公共部分。
21.根据权利要求20所述的存储装置,其中,所述公共部分朝向所述电极的一侧设置,使得所述指状物从该侧伸到所述电极的相反侧。
22.根据权利要求20所述的存储装置,其中,所述电极包括两组从所述电极的所述公共部分沿相反方向伸出的这种指状物。
23.根据权利要求22所述的存储装置,其中,所述公共部分朝向所述电极的所述部分的中心设置。
24.根据权利要求8、9、21至23中任一项所述的存储装置,其中,电极的具有所述指状物的所述部分通常为其内具有一个或多个狭缝的片材的形式,每个所述狭缝形成所述电极的相邻指状物之间的间距。
25.根据权利要求24所述的存储装置,包括多个这样的电极:这些电极的通常为片材形式的部分以层叠的形式一个在另一个之上地堆积成层。
26.根据权利要求25所述的存储装置,其中,所述层叠包括插入在相邻的所述电极之间的多层电解质或分离层。
27.根据权利要求25或26所述的存储装置,具有棱柱形式,其中所述层叠以平直结构设置在所述存储装置内。
28.根据权利要求25或26所述的存储装置,具有柱体形式,其中所述层叠以卷绕结构设置在所述存储装置内。
29.根据权利要求24所述的存储装置,其中,所述时变电磁场具有基波频率,并且其中用于所述电极或每个所述电极的所述片材的厚度小于所述基波频率处的趋肤深度的1/5。
30.根据权利要求29所述的存储装置,其中,所述基波频率在10kHz到500kHz的范围内。
31.根据权利要求29至30中任一项所述的存储装置,其中,所述电极部分的所述厚度的组合小于所述基波频率处的趋肤深度的所述1/5。
32.根据权利要求29至30中任一项所述的存储装置,其中,用于所述电极或每个所述电极的所述片材由厚度为0.01mm至0.2mm的、含银的墨、锂、锂-碳或金属化物形成。
33.根据权利要求32所述的存储装置,其中,所述电极或每个所述电极包括金属性片材,所述金属性片材具有包括设置在聚合物基底的面上的一个或多个指状物的所述部分。
34.根据权利要求33所述的存储装置,其中,所述聚合物基底或每个所述聚合物基底是连续的,不具有这种指状物或这些指状物。
35.根据权利要求33或34所述的存储装置,其中,所述电极或每个所述电极包括设置在其所述聚合物基底的相反面上的两个这种金属性片材。
36.根据权利要求1-2中任一项所述的存储装置,具有10微米至30微米厚的箔壳体。
37.根据权利要求1-2中任一项所述的存储装置,还包括用于当处于这种时变电磁场中时以感应的方式接收电力的线圈。
38.一种构造成用于在时变电磁场中使用的电能存储装置,所述存储装置包括:
电极,所述电极包括连接在一起、从而阻碍由所述场感应出的涡电流在其中循环的能力的多个条带,
其中,所述电能存储装置具有小于0.5%的吸收系数和小于10%的反射系数。

说明书全文

电能存储装置

技术领域

[0001] 本发明涉及电能存储装置,以及具有这种存储装置的设备(例如,电气或电子装置)。更具体地,本发明涉及用于在时变电磁场中(例如,在感应充电系统中)使用的电能存储装置。

背景技术

[0002] 电能存储装置通常是用来存储电能(虽然可能以化学的形式)以供稍后使用并且是可以再充电的装置。这种存储装置可以存储电能一段相对较短的时间(例如,数毫秒)或一段相对较长的时间(例如,数小时)。很多不同类型的电能存储装置是已知的,例如电池(例如,可再充电的锂基电池)、超级电容器(例如,电化学双层电容器)以及混合型电池-电容器装置。例如,电池可以以化学能的形式存储电能,该化学能能够在需要时被转化为电势能,以驱动电流
[0003] 在感应式电传输系统中对电能存储装置(例如,电池)进行充电是已知的。鉴于热因素方面的考虑,电能存储装置在时变电磁场中、例如在这种感应充电系统中的使用可能是有问题的。例如,出于安全原因,一些锂基二次电池技术在充电期间具有45℃的最大温度极限。充电期间出现的任何损失都促进了温度升高。如果在充电期间使用的磁场延伸到电能存储装置自身内,那么已经发现可能由于任何导电部件的涡电流加热而出现损失。这些损失影响热考虑因素,因为这些损失自身表现为在电能存储装置内直接产生的热。

发明内容

[0004] 根据本发明的第一方面的实施例,提供了一种构造成用于在时变电磁场中使用的电能存储装置,该存储装置包括电极,该电极的至少一部分构造成阻碍由该场感应出的涡电流在其中循环的能力。
[0005] 阻碍涡电流循环的能力是有利的,因为这种涡电流的循环产生热。在一个实施例中,该电极部分可以构造成充分地减少乃至防止这些涡电流循环。
[0006] 电极的所述部分可以被成形成阻碍由场感应出的涡电流在其中循环的能力。也就是说,电极的所述部分的物理结构在阻碍涡电流的循环方面能够是有效的。电极的所述部分的结构可以例如具有阻碍由场感应出的涡电流在其中循环的能力的图案。该图案可以例如在检查电极时能够被看到。电极的所述部分可以构造成使得基本没有或者具有相对较少的涡电流可绕其流动的闭环。
[0007] 电极的所述部分可以是金属性的。例如,其可以由金属制成。合适的材料的示例包括(例如,用于阳极)、金属化物(例如,用于阴极,如LiCoO2、LiMnO2、LiFePO4、Li2FePO4F)、锂或锂-碳(lithium-carbon)(例如,用于阳极)、、含银的墨(silver-loaded ink)或碳。
[0008] 在一个实施例中,电极的所述部分可以是一个或多个指状物的形式,所述指状物仅仅在一端电连接于电极的剩余部分。也就是说,可以提供一种构造成用于在时变电磁场中使用的电能存储装置,该存储装置包括电极,该电极的至少一部分是仅仅在一端电连接于电极的剩余部分的一个或多个指状物的形式。这种指状物可以通常为细长构件,或者是端点(extremity),或者是突出部。所述指状物或每个指状物可以例如具有从其突出的一个或多个子指状物。所述指状物或每个指状物在形状上可以是基本规则的,或者在形状上可以是大致不规则的。通过仅仅在一端进行连接,这种指状物可以不形成闭环的一部分(否则如果其端部都连接在一起,则指状物可能形成闭环的一部分)。与电极和/或电极的所述部分的宽度相比,所述指状物或每个指状物可以基本上是窄的。
[0009] 所述指状物或每个指状物可以具有沿其长度恒定或变化的截面。例如,所述指状物或每个指状物可以具有大致正方形或矩形截面。在一个实施例中,所述指状物或每个指状物可以具有圆形或三形截面。
[0010] 所述指状物或每个指状物的尺寸可以设定成阻碍由场感应出的涡电流在其中循环的能力。也就是说,每个指状物在其每个尺寸方面(长度、宽度、厚度)都可以足够小,从而阻碍涡电流在该指状物自身内循环。
[0011] 电极的所述部分可以是仅仅在一端电连接在一起的多个这种指状物的形式。也就是说,可以提供一种构造成用于在时变电磁场中使用的电能存储装置,该存储装置包括电极,该电极的至少一部分是仅仅在一端电连接在一起的多个这种指状物的形式。这种结构可以类似于手或梳子。指状物和它们之间的这种电连接可以基本上构成电极的所述部分的全部。电连接自身可以构成电极的所述部分的较小部分,指状物构成电极的所述部分的大部分。这样,电极的所述部分可以基本上没有涡电流可绕其流动的闭环。
[0012] 指状物可以基本上是直的,并且每个指状物可以具有沿其长度基本相同的宽度。实际上,电极的指状物可以具有彼此基本相同的宽度和长度。这种相同的结构可使电极制造起来相对容易和低廉。所述电极的部分可以例如基本上是层状的,诸如片材(sheet),其可以是平面状的。可以在片材的平面内(该平面可以是弯曲的)测量这种长度和宽度尺寸,而可以垂直于该平面测量厚度尺寸。
[0013] 与所述的电极的部分的宽度或长度相比,电极的指状物的宽度可以相当小。例如,电极的所述部分可以由大量的窄的指状物构成。指状物越窄,则越不易导致涡电流在其中的循环。作为示例,电极的指状物的宽度可以小于0.25mm,并且可选地在0.1mm至0.2mm的范围内。
[0014] 与所述的电极的部分的宽度或长度相比,电极的相邻指状物之间的间距或每个这种间距的宽度可以相当小。该间距越窄,电极的平面则越完整,并且该电极的通用电气性能更好。作为示例,电极的相邻指状物之间的间距或每个这种间距的宽度可以小于0.25mm,并且可选地在0.1mm至0.2mm的范围内。
[0015] 间距和指状物的宽度可以例如彼此相同,并且通常是均匀的。这可以有助于这种电极的制造。
[0016] 电极的指状物可以全部连接于电极的同一公共部分,例如像梳子的结构中的那样。该公共部分可以朝向电极的一侧设置,乃至设置在电极的一侧处或沿着电极的一侧设置,使得指状物从该侧伸到电极的相反侧。电极可以包括两组这样的从电极的公共部分沿相反的方向伸出的指状物。在该情况下,公共部分可以朝向电极的所述部分的中心设置。
[0017] 具有指状物的电极的所述部分可以通常为其内具有一个或多个狭缝的片材的形式,每个狭缝形成电极的相邻指状物之间的间距。片材可以是大致平直的,或者其可以是弯曲的或卷绕的或折叠的,或者呈某种其他的三维形式。
[0018] 存储装置可以包括多个这种电极,这些电极的通常为片材形式的部分以层叠的形式一个在另一个之上地堆积成层。该层叠可以包括插入在相邻的这种电极之间的多层电解质或分离层。存储装置可以具有棱柱形式,其中层叠以平直的结构设置在存储装置内。存储装置可以具有柱形形式,其中层叠以卷绕的结构设置在存储装置内。存储装置可以具有另外的形式,例如所谓的“按钮”或“硬币”形式。
[0019] 时变电磁场可以具有基波频率,即场变化或波动时的主频率或调谐频率。用于所述电极或每个电极的片材的厚度可以小于基波频率处的趋肤深度(skin depth)的预定的若干分之几(fraction)。这样,磁场可以以很小的损失或者没有损失地穿透或穿过电极的所述部分。
[0020] 基波频率可以根据应用而变化。在一个实施例中,基波频率可以在几十kHz至几十MHz的范围内,可选地在10kHz至500kHz的范围内,例如为323kHz。所述预定的若干分之几可以根据应用而变化。在一个实施例中,所述预定的若干分之几可以在1/5至1/30的范围内,例如为1/6或1/20。
[0021] 在存储装置具有多个电极的情况下,电极部分的厚度的组合可以小于基波频率处的趋肤深度的所述预定的若干分之几。
[0022] 用于所述电极或每个电极的片材可以例如由具有大约0.01mm至0.2mm(例如,0.01mm)的厚度的铝片材形成。
[0023] 所述电极或每个电极可以包括金属片材,该金属片材具有包括设置在聚合物基底的面上的一个或多个指状物的部分。所述聚合物基底或每个聚合物基底可以是连续的,不具有这种一个或多个指状物。所述电极或每个电极可以包括设置在同一聚合物基底的相反面上的两个这种金属片材。
[0024] 用于基底的示例性材料包括PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PI(聚酰亚胺)、聚酯薄膜、PTFE(聚四氟乙烯)、FR-4(阻燃剂4)、以及CEM-3(复合环氧材料3)。这种基底可以例如为0.01mm至0.2mm厚。例如,0.05mm的PET可以是合适的基底材料。这种材料可以带来柔性的PCT型电极。
[0025] 存储装置可以具有壳体,诸如箔壳体,并且该壳体可以具有小于在场的基波频率处的趋肤深度的预定的若干分之几的厚度。这样,磁场可以以很小的损失或者没有损失地穿透或穿过所述部分的壳体。所述壳体可以例如为大约10至30微米厚。
[0026] 存储装置可以包括用于当在处于这种时变电磁场中时感应地接收电力的线圈。也就是说,存储装置可以配置成用作感应式电力传输系统中的次级单元。
[0027] 根据本发明的第二方面的实施例,提供了一种构造成用于在时变电磁场中使用的电能存储装置,该存储装置包括电极,该电极的至少一部分通常是其内具有一个或多个狭缝的片材的形式,所述狭缝从片材内穿向片材的边缘并且设置成使得片材成仅仅在一端连接在一起的多个条带的形式。这样构造的电极可以在这种电磁场内使用而不会由于涡电流而造成显著的损失。
[0028] 根据本发明的第三方面的实施例,提供了一种构造成用于在时变电磁场中使用的电能存储装置,该存储装置包括电极,该电极包括连接在一起从而阻碍由场感应出的涡电流在其中循环的能力的多个条带。这样构造的电极可以在这种电磁场内使用而不会由于涡电流而造成显著的损失。
[0029] 根据本发明的第四方面的实施例,提供了一种构造成用于在时变电磁场中使用的电能存储装置,该时变电磁场的变化具有基波频率,该存储装置包括电极,该电极的至少一部分通常为厚度小于在基波频率处的趋肤深度的预定的若干分之几的片材的形式。这样构造的电极可以在这种电磁场内使用而不会在场穿透电极时造成显著的损失。
[0030] 基波频率可以根据应用而变化。在一个实施例中,基波频率可以在几十kHz至几十MHz的范围内,可选地在10kHz至500kHz的范围内,例如为323kHz。所述预定的若干分之几可以根据应用而变化。在一个实施例中,所述预定的若干分之几可以在1/5至1/30的范围内,例如为1/6或1/20。
[0031] 存储装置可以包括多个这样的电极:这些电极的通常为片材形式的部分以层叠的形式一个在另一个之上地堆积成层。电极部分的厚度的组合可以小于基波频率处的趋肤深度的所述预定的若干分之几。
[0032] 所述电极或每个电极的所述部分可以是该电极的主要部分或几乎是全部电极。
[0033] 根据本发明的第五方面的实施例,提供了一种构造成用于在时变电磁场中使用的电能存储装置,该时变电磁场的变化具有基波频率,该存储装置包括壳体,诸如箔壳体,其厚度小于所述基波频率处的趋肤深度的预定的若干分之几。这样构造的壳体可以在这种电磁场内使用而不会在场穿透壳体时造成显著的损失。
[0034] 存储装置可以是任何类型的电能存储装置,如电池或超级电容器或混合型电池-电容器装置。
[0035] 根据本发明的第六方面的实施例,提供了一种电气或电子装置,其包括根据本发明的上述第一至第五方面中的任一方面的存储装置。这种装置可以是需要电力的任何电气或电子装置,并且可以是便携式的这种装置,如移动电话、PDA(个人数字助理)、膝上型计算机、个人立体声设备、MP3播放器及其类似物、无线头戴送话器、交通工具充电单元、诸如厨房用具的家用器具、诸如信用卡的个人卡、以及可用于追踪商品的无线标签。
[0036] 这种电气或电子装置可以适于在处于时变电磁场中时通过电磁感应而以无线方式接收电力,该电气或电子装置还包括:线圈,该线圈构造成与这种场耦合,从而在其内感应出电流;以及用于向存储装置和/或电气或电子装置中的其他电路提供电流的电路,从而向其提供所接收的电力。线圈可以与存储装置相邻地定位,使得当线圈在使用中时存储装置良好地处于场内,因为存储装置构造成致使与电磁场相关的低损失。
[0037] 根据本发明的第七方面的实施例,提供了一种组合,该组合包括根据本发明的上述第一至第五方面中的任一方面的存储装置以及用于在处于这种时变电磁场中时以感应的方式接收电力的线圈。
[0038] 根据本发明的第八方面的实施例,提供了一种感应式电力传输系统,该系统包括:具有可操作地产生时变电磁场的初级线圈的初级单元;和次级单元,其适于在处于时变电磁场中时通过电磁感应从初级单元以无线的方式接收电力,该次级单元包括:次级线圈,其构造成与场耦合,从而在其内感应出电流;根据本发明的上述第一至第五方面中的任一方面的存储装置;以及用于向存储装置和/或次级单元中的其他电路提供电流的电路,从而向其提供所接收的电力。由于这种存储装置构造成致使与电磁场相关的低损失,所以初级单元可以例如是成本降低的初级单元,因为其可以比未受益于本发明的实施例的系统中的初级单元效能较低。
[0039] 根据本发明的第九方面的实施例,提供了一种制造根据本发明的上述第一至第五方面中的任一方面的存储装置的方法,所述方法包括通过光刻和化学刻蚀、或者通过丝网印刷工艺、或者通过压印工艺来形成所述一个或多个指状物。
[0040] 根据本发明的第十方面的实施例,提供了一种构造成用于在时变电磁场中使用的电气部件,该部件包括电气端子或板,该电气端子或板的至少一部分构造成阻碍由场感应出的涡电流在其中循环的能力。例如,该部件可以是仅仅在一端连接在一起的多个指状物的形式。这种部件可以例如是电容器或电池或任何其他的电气部件。
[0041] 一个方面的可选特征可以等同地应用于另一个方面,反之亦然。附图说明
[0042] 现在将通过示例的方式对附图进行参照,其中:
[0043] 图1是根据本发明的一个实施例的电池的结构的示意图;
[0044] 图2是根据本发明的一个实施例的电池的电极的一部分的示意性拓扑图;
[0045] 图3A和3B是示出次级线圈相对于根据本发明的一个实施例的电池的可能布置的示意图;
[0046] 图4A和4B是示出不同材料的不同厚度层的典型吸收(损失)系数和反射系数的曲线图;
[0047] 图5是用于在根据本发明的一个实施例的电池中使用的电极的一部分的示意性拓扑图;
[0048] 图6是用于认识根据本发明的不同实施例的电池的两种可能的形式的示意图;以及
[0049] 图7是根据本发明的一个实施例的感应式电力传输系统的示意图。

具体实施方式

[0050] 尽管公开的实施例涉及电池,但应当理解,这些实施例仅仅是本发明的示例性实施方式。本发明应当理解为更普遍地涉及电能存储装置(例如,用于在电路中使用的电能存储装置)。
[0051] 图1是根据本发明的一个实施例的电池1的结构的示意图。电池1具有复数个层的一般层叠结构,包括位于该结构的外端的箔壳体2,以及向内地与壳体2相邻的间隔件4。在这些外部元件之间设有中间层组,其包括电极6和电解质/分离层8。
[0052] 一般地,中间层构造成使得这些层在电极6与电解质/分离层8之间交替,例如以正电极-电解质-负电极-电解质的形式交替,并且该模式可以重复若干次,例如重复10至20次。当然,这种布置是中间层的一种示例布置,并且其他的布置可以形成本发明的其他实施例。
[0053] 尽管为了简化起见没有在图1中示出,但箔壳体2(并且可能还有间隔件4)可以形成围绕中间层的壳体,例如用作密封容器(用于穿过其中的电极的端子)。
[0054] 本实施例中的电池是锂离子聚合物(锂聚合物)电池,尽管其他的实施例可以使用不同的电池技术(例如,镍金属氢化物、镍镉等)。应当理解,超级电容器一般使用与锂聚合物电池类似的层结构,因此体现本发明的超级电容器可以以与本文公开的电池实施例类似的方式形成。
[0055] 锂聚合物电池技术良好地适于本发明,因为对壳体层2的要求不像其他技术中那样严格。例如,在锂-聚合物-电池技术电池中,不需要壳体用作压力容器,壳体因此可以相当薄。
[0056] 在本实施例中,箔壳体2构造成具有为将电池设计成在其中运行的电磁场的基波频率(驱动频率)处的趋肤深度的小的若干分之几的厚度。
[0057] 在一个实施例中,可以预计驱动频率是从几十kHz直至几十MHz的任何频率。在本实施例中,以示例的方式假定希望电池在具有几百kHz(例如323kHz)的驱动频率的时变场(一般为感应式电力传输系统的时变场)中运行。然而,应当理解,这里提供的尺寸和其他值是作为示例,并且这些值可以被调节以适于其他的频率。
[0058] 在本实施例中,箔壳体2是10至30微米厚的铝箔。通过为示例性驱动频率处的趋肤深度的小的若干分之几(例如,1/6或1/20),箔壳体2允许磁场以很小的损失或者没有损失地穿过其中。这种薄壳体可以通过以下方式被加强:通过附接于较厚的聚合物背衬材料(例如或者以及间隔件4)、或者通过将电池全部或部分地封闭在坚固耐用的可塑壳体(未示出)。然而,聚合物层单独可用来代替箔壳体2,假设其具有适当的机械属性(用于支撑)和诸如穿透率的化学属性(例如,氧屏蔽涂层)。
[0059] 本实施例中的电极6构造成使它们的厚度为在示例性驱动频率处的趋肤深度的非常小的若干分之几,并且同样这允许磁场以很小的损失或者没有损失地穿过其中。这可以通过使用诸如导电聚合物或碳的低导电率材料来实现。
[0060] 对于特定材料的趋肤深度可以简单地如下计算:
[0061]
[0062] 其中:
[0063] δ是趋肤深度;
[0064] σ是材料导电率;
[0065] μ是材料穿透率;以及
[0066] ω是场的角频率(2π乘以单位为Hz的频率)。
[0067] 对于较高导电率的材料(例如,诸如金属的金属性材料),电极可以被图案化成这样的形状:其中没有或者仅有很少的涡电流可绕其流动的闭环,这种涡电流由电池所设计成在其中运行的电磁场产生。这种涡电流可以导致表现为热的损失,并且本实施例构造成减小这种损失,即构造成在驱动频率处或者通常在任何频率处具有低涡电流损失。
[0068] 在一个实施例中,电极可以由导电但非金属制成的图案化的层形成。例如,这些层可以是碳或金属氧化物材料。
[0069] 在本实施例中,如能够从图1中看到的,电极6构造成使它们的一部分具有一组梳状的指状物。这种图案化可以通过在基底上光刻和化学刻蚀金属层、或者通过诸如丝网印刷或压印的其他方法来执行。
[0070] 图2是电极6的一部分10的示意性拓扑图。
[0071] 电极部分10包括在一端一起连接于公共部分14的一组指状物12。在本实施例中,指状物12通常为直的,具有相同的宽度并且均匀地间隔开,使得整体形状类似于梳子的形状。当然,在本发明的其他实施例中,指状物可以具有不相同的形状和间距。
[0072] 在本实施例中,指状物宽度和间距彼此基本相同,并且在0.1mm至0.2mm的范围内。在实际的实施中,这些宽度和间距可以选择为提供可接受的损失、电池性能和制造成本。例如,指状物宽度可以被最小化以使涡电流最小化,然而减小宽度可能增大电池的内阻。最小化指状物间距使得电极表面面积并因此使得电极的性能最大化,然而以非常小的指状物间距来制造电极可能是高成本的。最小化指状物的厚度还使这些指状物所占的驱动频率处的趋肤深度的若干分之几最小化;然而,一般地,指状物越薄,其制造起来则越精细和昂贵。
[0073] 在一些锂聚合物电池技术中,电极集合器的金属性梳状结构可以与连续的聚合物电极层相结合,以形成每个电极6。在本实施例中,电极图案形成在聚合物基底的两面上(例如,当制造双面柔性PCB时)。如果要求导电聚合物层形成指状物图案,那么其可以被涂覆到基底的两面上。在另一个实施例中,通过在牺牲基底上形成金属性电极梳状结构以及然后将其转移到连续的聚合物电极层上来制造电极6。在另一个实施例中,金属性电极梳状结构被直接图案化到连续的聚合物电极层上。在又一个实施例中,电极集合器和聚合物电极材料两者都被图案化,从而具有指状物(梳状)结构,尽管该方法可能在某些情况下导致电池性能的一些损失。
[0074] 本实施例中的电池构造的一个优点在于,其允许无遮蔽的感应电力接收线圈(作为感应式电力传输系统中的次级线圈)直接靠近电池设置而不出现系统中次级线圈与初级线圈的耦合的过热或过度劣化。感应电力接收线圈(次级线圈)可以例如呈盘状平面圆形线圈的形式,具有或者不具有可穿过的芯部,或者呈围绕可穿过的芯部缠绕的横向杆状线圈的形式。
[0075] 图3A和3B是示出了用于在感应式电力传输系统(具有可操作地产生时变电磁场的相应初级线圈的系统)中使用的与电池1相邻的次级线圈的上述布置的示意图。在图3A中(其示出了透视图),盘状平面圆形线圈20定位成其平面与电池1的正面相邻,而在图3B中(其示出了截面图),绕杆状芯部24缠绕的柱形线圈22设置成其线圈轴线平行于电池1的正面。
[0076] 对于各种材料的不同厚度层的典型吸收(损失)系数示出在图4A的曲线中。一般而言,如能够从磁性(416不锈钢)的图形中看到的,可穿透性材料是无吸引力的,因为高的穿透率导致小的趋肤深度。使用比铝合金的导电率低的低导电率金属的箔壳体是一种选择。例如,非磁性316不锈钢或合金箔可提供比相似厚度的铝合金低的损失。高反射系数可导致耦合的损失,并且通常对于供不具有芯部的盘状接收线圈使用是无吸引力的。图4B呈现了各种材料的不同厚度层的典型反射系数的曲线。也可以对更复杂的层结构计算吸收系数和反射系数。用于本发明的一个实施例的实现的设计目标可以例如是保持总吸收系数在0.5%之下和反射系数在10%之下。那么可以直接靠近无线电力接收器(如前面提到的次级线圈)使用这种电池。
[0077] 图5是可以与图2的部分10互换地使用的电极6的部分30的示意性拓扑图。当然,根据本发明的一个实施例,部分10和30可以在电池中一起使用(例如,在基底的不同面上的不同电极或同一电极中)。
[0078] 电极部分30包括从公共部分36沿相反方向伸出的两组指状物32和34。公共部分36朝向电极部分30的中心定位(而图2的部分10中的公共部分朝向该部分的一侧定位或者甚至定位在该部分的一侧处)。应当注意,与电极部分10相比并且假定比例相似,指状物32和34的尺寸大约为指状物12尺寸的一半(在长度方面),并且可以因此比指状物12更强固(断裂的可能性要低),并且导致内部电池电阻减小。
[0079] 图6是用于认识电池1的两种可能形式的示意图。在图6A中(透视图),一个实施例中的电池1具有棱柱结构40。因此,如图1的电极6的层叠层(和其他中间层)可以以平直的结构42设置在这种电池中,如图6B所示(截面图)。在图6C中(透视图),电池1在另一个实施例中具有柱形结构44。因此,如图1的电极6的层叠层(和其他中间层)可以以卷绕的结构46(像“面包卷”一样)设置在这种电池中,如图6D所示(截面图)。当然,本发明在其他实施例中扩展到其他的电池结构,如按钮或硬币型电池结构。
[0080] 图7是根据本发明的一个实施例的感应式电力传输系统50的示意图。系统50包括初级单元52和次级单元54。
[0081] 初级单元52包括初级线圈56,而次级单元54包括次级线圈20/22和电池1。初级单元52可操作成使用其初级线圈56来产生时变电磁场。次级单元54中的次级线圈20/22构造成当接近初级单元52时与该场耦合,从而在其中感应出电流。这样,电力通过电磁感应以无线的方式从初级单元传输到次级单元。
[0082] 在次级单元54中,次级线圈20/22可以被连接成将接收到的电力(通过感应电流)供给到电池1(或者,更一般地,供给到次级单元的电能存储装置)和/或该次级单元54的其他电路。
[0083] 尽管未在图7中示出,但应当理解,系统50可以包括多于一个初级单元52和/或多于一个次级单元54。例如,一个初级单元52可以同时传输电力给多于一个的次级单元54。类似地,一个次级单元54可以同时从多于一个的初级单元52接收电力。
[0084] 上面的描述是对本发明的当前实施例的描述。可以在不偏离如所附权利要求限定的本发明的精神和较宽方面(其应当根据包括等同原则的专利法则来理解)的情况下实现多种改变和变化。任何例如使用冠词“一”、“该”或“所述”以单数形式对权利要求元素的提及都不应理解为将该元件限定为单数。
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