CN105634330A - 一种具有电能收集功能的织物和电能存储装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种具有电能收集功能的织物和电能存储装置，该织物通过分布在该材料中的压电材料(101)形变后产生的电场，使该电场内的分布的驻极体材料(102)被极化并储存电能，再由导电线(103)将驻极体材料(102)存储的电能传输给电能存储装置的方法，实现了收集电能的功能，且可以简单的制成可穿戴产品，同时不降低该产品的穿着舒适度。

Description

一种具有电能收集功能的织物和电能存储装置

技术领域

本申请涉及压电领域，尤其涉及一种具有电能收集功能的织物和电能存储装置。

背景技术

自压电材料被发现以来，经过上世纪60～70年代的高速发展和近几十年来的不断完善，压电材料已经被越来越多的运用在人们的生产和生活之中。

近年来，随着智能穿戴设备的发展，压电材料的使用范围得到了进一步的扩展。由于智能穿戴设备本身体积的限制，使得电能的供应成为这类设备的短板，而压电材料恰好具备了将机械能转化为电能的特点，成为了解决这一问题的方法之一。

在现有技术中，通常采用在物体表面整体覆盖压电材料，利用压电材料能够将该压电材料的压缩、弯折、拉伸等形变产生的机械能转化为电能的特点，通过该物体的形变获得电能，并使用获得的电能支持各种用电设备。

但是，现有技术方案中对压电材料的利用方法，由于采用在物体表面整体覆盖压电材料的形式，使得生产的织物难以运用到穿戴物品中。例如利用现有技术生产出覆盖有一整块压电材料的布料，会导致该布料难以弯折，难以制成可穿戴的物品，并且使用一整块的压电材料还会大大的提高产品的生产成本。所以现有技术中利用压电材料生产的织物，不仅存在生产成本高的问题，同时，由于该材料覆盖了一整块压电材料，导致该织物的柔软度低、重量大，难以制成可穿戴的产品，制成的产品穿戴的舒适性也很低的问题。

发明内容

本申请实施例提供一种具有电能收集功能的织物和电能存储装置，用以解决现有技术中采用在物体表面整体覆盖压电材料的织物，其生产成本高昂、柔软度低、重量大，难以制成可穿戴的产品的问题。

本申请实施例提供的一种具有电能收集功能的织物，包括：

压电材料、驻极体材料和导电线；

所述压电材料分布在所述具有电能收集功能的织物中，用于在所述电能收集材料产生形变时产生电场；

所述驻极体材料分布在所述具有电能收集功能的织物中所述压电材料的周围，用于在所述压电材料产生的电场中被极化，以收集电能；

所述导电线与驻极体材料相连，用于传输所述驻极体材料收集的电能。

所述具有电能收集功能的织物的截面呈网格状；

所述导电线沿所述截面的网格分布。

所述网格为多边形结构；

所述驻极体材料分布在所述多边形结构的节点上。

所述压电材料为聚偏氟乙烯材料。

所述驻极体材料为聚偏氟乙烯材料。

所述压电材料位于所述具有电能收集功能的织物的表面。

所述具有电能收集功能的织物还包括无纺布。

本申请还提供一种电能存储装置，所述电能储存装置通过导电线与上述的具有电能收集功能的织物相连，所述电能存储装置包括电池和多个缓冲元件。

所述电池通过导电线与所述驻极体材料相连；

所述多个缓冲元件分别并联在所述电池上。

本申请实施例提供一种具有电能收集功能的织物和电能存储装置，通过分布在该织物中的压电材料受压形变后产生的电场，该电场内分布的驻极体材料被极化并储存电能，再由导电线将驻极体材料存储的电能传输给电能存储装置的方法，实现了收集电能的功能。相较于现有技术中，整体覆盖压电材料制成的织物，由于本申请提供的织物中的压电材料、驻极体材料的体积较小，所以一方面可以实现降低材料生产成本的可能，另一方面可以使得在不破坏该织物的柔软度的情况下，实现利用压电材料收集电能的功能，使得本申请提供的织物可以简单的制成可穿戴产品，同时不降低该产品的穿着舒适度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的具有电能收集功能的织物的截面示意图；

图2为本申请实施例提供的具有电能收集功能的织物与电能存储装置相连的截面结构示意图；

图3为本申请实施例提供的具有电能收集功能的织物被压时的截面示意图；

图4为本申请实施例提供的具有电能收集功能的织物被压时与电能存储装置相连的截面结构示意图；

图5为本申请实施例提供的电能存储装置的结构示意图。

具体实施方式

由于在现有技术中，利用压电材料生产的织物，都是在现有织物上覆盖一整块压电材料而制成的，所以这种覆盖一整块压电材料的织物存在生产成本高昂、重量大、柔软度低、不适于制成可穿戴产品的问题。为了解决这一问题，本申请实施例提供了一种具有电能收集功能的织物，如图1-图5所示，该织物中分布有压电材料101、驻极体材料102和导电线103，并将驻极体材料102通过该导电线103与电能存储装置104相连，使得该织物在保持重量轻、柔软度高的同时还可以通过压电材料101的形变收集电能，解决了现有技术中利用压电材料101制成的织物存在的问题。

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

图1为本申请实施例提供的具有电能收集功能的织物的截面示意图，该织物具体可以包括：

分布在该织物中的压电材料101、分布在该织物中的驻极体材料102和导电线103，该织物中的驻极体材料102通过导电线103相连。

具体的，本申请实施例中涉及的压电材料101为多个压电材料101小块，所述驻极体材料102为多个驻极体材料102小块。

其中，该压电材料101用于受压后产生电场，具体的，针对每一个压电材料101小块，当该织物产生形变时，若该压电材料101也产生了形变，则根据压电材料101的特性，压电材料101会将导致该形变的机械能转化为电能，进而产生电场。并且该电场的大小与该织物的形变导致的压电材料101的形变是直接相关的，即压电材料101的形变越大，该压电材料101产生的电场越大。需要说明的是，本申请中所述的压电材料101并不覆盖整个织物，而是采用体积较小的压电材料101分布在该织物中，该压电材料101的形状例如可以是片状物、颗粒物等，并且该压电材料101可以位于该织物的表面，或者位于该织物中的其他位置。其中，由于位于织物表面的压电材料101的形变量较大，所以当压电材料101位于织物表面时该压电材料101所产生的电能更多。

该驻极体材料102用于收集电能，具体的，针对每一个驻极体材料102小块，当该驻极体材料102位于压电材料101产生的电场中时，该驻极体材料102被该电场极化，并且当该驻极体材料102被极化时，由于是该驻极体材料102极化的电荷保存在了该驻极体材料102的内部和表面，即该驻极体材料102起到收集电能的作用。需要说明的是，本申请中所述的驻极体材料102也是采用体积较小的驻极体材料102小块分布在该织物中，该驻极体材料102的形状例如可以是片状物、颗粒物等。

另外，为了保证该驻极体材料102可以更好的收集电能，该驻极体材料102可以位于该压电材料101的周围。

该导电线103用于传输电能，具体的，该导电线103与上述驻极体材料102相连，并传输该驻极体材料102收集的电能。

进一步的，该织物的截面呈网格状，而该网格形状可以增加该织物的缓冲能力，同时也可以增加该织物的透气能力，则该导电线103沿该网格分布，并且，由于该网格可以是多边形结构，所以该驻极体材料102可以分布在该网格的多边形结构的节点上。其中，该多边形结构例如可以是正六边形结构，则该导电线103是沿该织物截面网格的正六边形结构分布的，该驻极体材料102是分布在该正六边形结构的节点上。

基于图1所示的具有电能收集功能的织物，在本申请中还提供一种具有电能收集功能的织物与电能存储装置，如图2所示。

图2为本申请实施例提供的具有电能收集功能的织物与电能存储装置相连的截面结构示意图。其中，该具有电能收集功能的织物中包含的驻极体材料102，通过导电线103与该电能存储装置104相连，该导电线103具体用于将该驻极体材料102收集的电能传输至电能存储装置104中存储。

进一步的，在本申请实施例中，该压电材料101可以为聚偏氟乙烯材料，该驻极体材料102也可以为聚偏氟乙烯材料。即该织物中的压电材料101也可以作为驻极体材料102，并实现驻极体材料102的功能，即用于收集电能，同理，该织物中的驻极体材料102也可以作为压电材料101，并实现压电材料101的功能，即，某个聚偏氟乙烯的材料产生形变时，该材料就会产生电场，此时，该聚偏氟乙烯的材料就充当了压电材料101，而位于该材料附近的其他聚偏氟乙烯的材料即可被该电场极化而收集电能，这些其他聚偏氟乙烯的材料就充当了驻极体材料102，并且此时该导电线103就不仅仅只与驻极体材料102相连，而是该压电材料101和该驻极体材料102均通过导电线103相连，如图2所示。

图3为本申请实施例提供的压电材料101和驻极体材料102的材料均为聚偏氟乙烯时，所述具有电能收集功能的织物被压时的截面示意图。其中，当该具有电能收集功能的织物形变时，产生了形变的聚偏氟乙烯的材料充当压电材料101，位于该材料附近的其他聚偏氟乙烯的材料充当了驻极体材料102。其中，该压电材料101和该驻极体材料102可以分布在该网格的多边形结构的节点上，同时该压电材料101和该驻极体材料102均可通过导电线103相连，并且在图3中，位于织物表面的聚偏氟乙烯的材料充当压电材料101，位于该材料附近的其他聚偏氟乙烯的材料充当了驻极体材料102。

当然在本申请实施例中，还可以选用其他的方案，如当该织物中的聚偏氟乙烯材料被电场极化时，则被极化的聚偏氟乙烯材料充当该材料的驻极体材料102，而产生电场的其他聚偏氟乙烯材料则充当压电材料101，所以此时该材料中的压电材料101并不一定位于该织物的表面。

基于图3所示的具有电能收集功能的织物，在本申请中还提供一种具有电能收集功能的织物与电能存储装置，如图4所示。

图4为本申请实施例提供的具有电能收集功能的织物被压时与电能存储装置相连的截面结构示意图。其中，该驻极体材料102通过该导电线103与电能存储装置104相连，则该导电线103具体用于将该驻极体材料102收集的电能传输至电能存储装置104中存储。

更进一步的，由于该压电材料101和驻极体材料102分布在该织物之中，而该压电材料101和该驻极体材料102的体积大小和分布密度关系到该织物的柔软度、重量等参数，所以该织物中的压电材料101和该驻极体材料102的体积大小是可以通过预先的选择来确定的，并根据不同的选择达到不同的效果。

例如，为了使织物的柔软度更高，可以选择体积更小的压电材料101或者驻极体材料102(如，直径为5mm，厚度为1mm的圆片)，同时也可以减少单位体积中分布的该压电材料101或者驻极体材料102的数量，来提高该织物的柔软度。

为了使织物收集电能的能力更高，可以选择体积较大的压电材料101或者驻极体材料102(如，直径为20mm，厚度为5mm的圆柱)，同时也可以增加单位体积中分布的该压电材料101或者驻极体材料102的数量，来提供织物收集电能的能力。需要说明的是，由于现有技术中采用的是一整片压电材料101覆盖织物的表面的方式，所以相对于现有技术中采用的一整片压电材料101来说，在本申请中的织物即使采用较大的压电材料101(如，直径为20mm，厚度为5mm的圆柱)，也可以保证该织物的柔软度和较轻的重量，并有效的提升制成产品后的穿戴舒适性。

同时，该压电材料101或者驻极体材料102的分布可以是随机分布的或者均匀分布的。

此外，本申请提供的织物可以是布料，具体可以是无纺布，则上述的压电材料101、驻极体材料102、导电线103可以是分布在无纺布中的。具体可以是，该导电线103是沿无纺布截面的六边形结构网格分布的，该压电材料101、驻极体材料102是位于无纺布的六边形结构的节点的。并且，当该材料为无纺布并被制成可穿戴物品时，该压电材料101和驻极体材料102可以更加密集的分布在该可穿戴物品预期会产生大量形变的部分。如，当使用该无纺布制成的衣服中，该压电材料101和驻极体材料102可以密集的分布在该衣服的手肘、肩膀、膝盖等会产生大量形变的部分，使该压电材料101可能产生形变更多，进一步使该材料制成的衣服产生的电能更多。

需要说明的是，该压电材料101或者驻极体材料102的体积大小、分布多寡、分布密度并不在本申请并不做具体限定。

通过如图1和图3所示的具有电能收集功能的织物，可见本申请所述的具有电能收集功能的织物，采用多个压电材料101小块和多个驻极体材料102小块分布在织物中，并通过沿该织物的网格状结构分布的导电线103相连的结构，使得该织物在形变时可以产生并收集电能。并且相对于现有技术中采用表面覆盖一整块压电材料101的织物，本申请实施例提供的织物中的压电材料101和驻极体材料102分布在该织物之中，且体积较小，所以可以不破坏该织物的柔软度，使该织物具有较好的柔软度和较轻的重量。进一步的，由于该织物的截面呈网格状，所以该织物的缓冲能力和透气性相对于现有技术中的织物也更好。最终使得采用该织物制成的可穿戴产品在实现利用压电材料101收集电能的功能的同时，不降低该产品的穿着舒适度。

在本申请实施例中，还提供一种电能存储装置104，该电能存储装置104通过导电线103与图1或图3中所述的具有电能收集功能的织物中的驻极体材料102相连，如图2和图4所示，且该电能存储装置104包括电池1041和多个缓冲元件1042。

图5为本申请实施例提供的电能存储装置104的结构示意图，其中，电池1041是包含磁棒1043和导电线103的电池，并且有多个缓冲元件1042分别并联在该电池1041上。

其中，该电池1041用于通过导电线103接收并存储该多个驻极体材料102收集的电能。

多个缓冲元件1042分别并联在该电池1041上，用于当该电池1041接收到的导电线103传输的瞬时电能大于该电池1041所能存储的瞬时最大电能时，存储该导电线103传输的瞬时电能中大于所述瞬时最大电能的剩余电能，并在该导电线103传输的瞬时电能小于该电池1041所能存储的瞬时最大电能时，利用多个缓冲元件1042自身存储的电能为该电池1041充电。即，当驻极体材料102收集的并通过导电线103传输给电池1041的电能太多，以致该电池1041不能全部接收并存储时，由于该电池1041连接了多个并联的缓冲元件1042，所以该缓冲元件1042可以接收并存储该电池1041不能接收和存储的那一部分电能，并当该电池1041可以接收除通过导电线103传输的驻极体材料102的电能时，缓冲元件1042则可利用自身存储的电能为该电池1041充电。

进一步的，该电池1041还可以是包含多级子电池的子电池串联结构，则每一级子电池都可以连接多个并联的缓冲元件1042，其中该缓冲元件1042可以是电容，或者其他可以存储、释放电能的材料或者装置，本申请对该缓冲元件1042并不做具体限定。另外，本申请提所述的电池1041可以是包含磁棒1043和导电线103的、或者其类型的电池1041，本申请并不做具体限定。当该电池1041是包含磁棒1043和导电线103的电池时，电池1041的结构如图3所示。

需要说明的是，该电能存储装置104可以被安置于该具有电能收集功能的织物中的一个区域中，或者是独立于该织物的、通过导电线103与该织物相连的一个装置。具体该电能存储装置104位于何处，本申请并不做具体限定。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种具有电能收集功能的织物，其特征在于，包括：压电材料(101)、驻极体材料(102)和导电线(103)，其中：

所述压电材料(101)分布在所述具有电能收集功能的织物中，用于在所述具有电能收集功能的织物产生形变时产生电场；

所述驻极体材料(102)分布在所述具有电能收集功能的织物中所述压电材料(101)的周围，用于在所述压电材料(101)产生的电场中被极化，以收集电能；

所述导电线(103)与驻极体材料(102)相连，用于传输所述驻极体材料(102)收集的电能。

2.如权利要求1所述的具有电能收集功能的织物，其特征在于，所述具有电能收集功能的织物的截面呈网格状；

所述导电线(103)沿所述截面的网格分布。

3.如权利要求2所述的具有电能收集功能的织物，其特征在于，所述网格为多边形结构；

所述驻极体材料(102)分布在所述多边形结构的节点上。

4.如权利要求1所述的具有电能收集功能的织物，其特征在于，所述压电材料(101)为聚偏氟乙烯材料。

5.如权利要求1所述的具有电能收集功能的织物，其特征在于，所述驻极体材料(102)为聚偏氟乙烯材料。

6.如权利要求1所述的具有电能收集功能的织物，其特征在于，所述压电材料(101)位于所述具有电能收集功能的织物的表面。

7.如权利要求1所述的具有电能收集功能的织物，其特征在于，所述具有电能收集功能的织物还包括无纺布。

8.一种电能存储装置，其特征在于，所述电能存储装置通过导电线(103)与如权利要求1～7任一所述的具有电能收集功能的织物相连，所述电能存储装置(104)包括电池(1041)和多个缓冲元件(1042)，其中：

所述电池(1041)通过导电线(103)与所述驻极体材料(102)连接；

所述多个缓冲元件(1042)分别并联在所述电池(1041)上。