CN100379115C - 蓄电装置及电路板 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种蓄电装置，具备串联连接的多个电双层电容器、并联连接电阻值相同的五个电阻的平衡电阻部，在各个电双层电容器上连接平衡电阻部。由此，可使串联连接的电双层电容器均衡充电。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用电双层电容器的蓄电装置技术。
背景技术
近年来，采用电双层电容器的蓄电装置，有望成为电动汽车等的动力源。电双层电容器是，采用比表面积大且电化学惰性的活性炭作为电极，将该电极浸渍到电解质中，利用在电极和电解质界面处生成的电双层上蓄积的电荷的电容器。
电双层电容器，因其耐电压(额定电压)为2-3V较低，所以蓄电装置一般由多个电双层电容器构成。并且，已知电双层电容器在元件之间静电容量、内部电阻等有比较大的不一致(vary widely)。因此，当蓄电装置由多个电双层电容器而构成时，就会出现很快充满电的电双层电容器或不易充满电的电双层电容器，存在无法使各个电双层电容器均衡充电的问题。
为解决该问题，已知有种被称为“平衡电路方式”的技术。图6示出实现“平衡电路方式”的电路图。图6所示的电路由串联连接的n(n为正数)个电双层电容器C101-C10n，以及n个平衡电阻R101-R10n构成。平衡电阻R101-R10n的各个电阻值相同，且并联连接在电双层电容器C101-C10n上。由此，施加在各个电双层电容器C101-C10n上的偏压相同，可使各个电双层电容器均衡充电。
为实现“平衡电路方式”，已知还有一种电路：在不充电时将平衡电阻从电双层电容器上电断开，而在该电容器的两端电压达到规定值以上时，将该电容器与平衡电阻进行并联连接，以此防止不充电时的放电，能长期蓄积电能(实开平5-23527号公报)。
为实现“平衡电路方式”，已知还有另外一种电路：具备将电双层电容器两端之间的电压和充电基准电压进行比较的比较电路；以及接受来自比较电路的输出，对电双层电容器的充电电流进行分流的旁路电路，通过根据用途适当地切换充电基准电压的大小，能够调整电双层电容器的偏压(特开平6-343225号公报)。
发明内容
然而，图6所示的电路、实开平5-23527号公报和特开平6-343225公报所记载的发明，因为都是对电双层电容器并联连接一个平衡电阻，由于平衡电阻的电阻值的不一致，存在无法使电双层电容器均衡充电的问题。
另外，一旦平衡电阻损坏而断路，施加在电双层电容器上的偏压会大幅增加，这样施加在各电双层电容器上的偏压的均衡崩溃，而出现无法使各电双层电容器均衡充电的问题。并且，当偏压超过电双层电容器的额定电压时，会出现损坏电双层电容器的问题。
本发明的目的在于提供一种既能使电双层电容器均衡充电，又能防止电双层电容器损坏的蓄电装置。
本发明所提供的蓄电装置，具有，串联连接的多个电双层电容器、将电阻值相同的m(m为2以上的整数)个电阻并联连接而构成的平衡电阻部，在上述各个电双层电容器上，并联连接上述平衡电阻部。
根据本发明的上述结构，因为对多个串联连接的每个电双层电容器，并联连接有平衡电阻部，该平衡电阻部上并联连接有电阻值相同的m(m为2以上的整数)个电阻，所以可抑制平衡电阻部电阻值的不一致，可使电双层电容器均衡充电。即使构成平衡电阻部的电阻一部分损坏而断路，因还存在其它并联连接的电阻，可抑制施加在该电双层电容器的偏压的增加，防止电双层电容器损坏。由此，提高了蓄电装置的可靠性，可避免连接蓄电装置的整个装置不起作用的事态的发生。并且，即使是某个电阻损坏，因施加在各电双层电容器的偏压的均衡得到保持，所以可使蓄电装置正常工作。
上述平衡电阻部的电阻值，可以是上述平衡电阻部的各个电阻阻值的1/4以下。
根据此结构，因平衡电阻部的电阻值为构成上述平衡电阻部的各个电阻阻值的1/4以下，即，构成平衡电阻部的电阻的数目为四个以上，所以，即使构成平衡电阻部的任意一个电阻损坏而断路，也能抑制平衡电阻部的电阻值上升率使其在25％以下，随之能抑制偏压的增加率使其在25％以下。因此，若将偏压值设定在电双层电容器额定电压的25％以下，即使电阻损坏而断路，也可降低偏压值超过额定电压的可能性，能延长电双层电容器的寿命。
并且，上述平衡电阻部的电阻值，也可以是上述平衡电阻部的各个电阻阻值的1/6以上。
根据此结构，因平衡电阻部的电阻值为各电阻阻值的1/6以上，即，平衡电阻部的电阻的数目在六个以下，所以既抑制因电阻损坏而引起的偏压增加，又降低伴随电阻数目增加所造成的电力损失，可抑制蓄积在电双层电容器上的电荷放电。
并且，上述平衡电阻部的电阻值，还可以是大于等于各个电阻阻值的1/6且小于等于各个电阻阻值的1/4。
根据此结构，既可延长电双层电容器的使用寿命，又可抑制蓄积在电双层电容器上的电荷放电。
并且，上述平衡电阻部的电阻值，以大于等于10Ω且小于等于500Ω为佳。
根据此结构，能降低电双层电容器在充放电时的损失。
并且，将串联连接的电双层电容器的数目调整为，使施加在各个电双层电容器上的偏压小于电双层电容器的额定电压的数目为佳。
根据此结构，施加在各个电双层电容器上的偏压小于额定电压，因此能防止电双层电容器损坏。
并且，对所述平衡电阻部再并联连接一个或多个电双层电容器为佳。
根据此结构，对平衡电阻部，再并联连接一个或者多个电双层电容器。即，电双层电容器连接成矩阵形状，使并联连接的电双层电容器串联连接，因此能提供高容量、高耐久性的蓄电装置。
本发明还提供一种电路板，包括设有规定间隔排列的三条以上的布线图案，上述布线图案由导电体构成，在每两个相邻的上述布线图案间并联连接多个电双层电容器，同时在每组被并联连接的电双层电容器中的一对相邻的电双层电容器之间，将电阻值相同的多个电阻与上述一对相邻的电双层电容器并联连接。
根据此结构，对于纵向平行排列的三条以上布线图案，在相邻的布线图案之间并联连接多个电双层电容器，由于其中相邻的两个电双层电容器之间，有多个电阻与电双层电容器并联连接，因此，能缩短布线图案的全长，从而降低布线电阻，能提高电双层电容器的充放电效率。
并且，因平行排列的多个布线图案之间，有多个电阻及多个电双层电容器相互电连接，所以，即使电阻损坏，也因存在其它并联连接的电阻，抑制施加在该电双层电容器上的偏压的增加，可防止电双层电容器损坏。
另外，上述电阻，从上述电路板的一侧布线面连接，上述电双层电容器，从上述电路板的另一侧布线面连接为佳。
根据此结构，因电路板的一侧布线面上连接有电双层电容器，而电路板的另一侧布线面上连接有电阻，所以电双层电容器和电阻之间的两个元件，与仅从电路板一侧连接时相比，可缩短布线图案的全长。这样能降低布线电阻，可提高电双层电容器的充放电效率。
附图说明
图1是根据本发明实施例1的蓄电装置的电路图。
图2是将构成平衡电阻部的电阻数目设为三个时的蓄电装置的电路图。
图3是对图2中的蓄电装置，将构成平衡电阻部的电阻数目设为七个时的电路图。
图4是本发明实施例2的蓄电装置的电路图。
图5是对图4中的蓄电装置，将单元组CL1-CLn的数目设为七个时的结构图。
图6是现有蓄电装置的电路图。
具体实施方式
下面，参照附图说明本发明的具体实施方式。
实施例1
图1中示出根据本发明实施例1的蓄电装置的电路图。如图1所示，本发明的蓄电装置具备n(n为2或2以上的整数)个电双层电容器(electric double-layer capacitor)C1-Cn和n个平衡电阻部R1-Rn。以下，将“电双层电容器”简称为“电容器”。电容器C1-Cn为串联连接，平衡电阻部R1-Rn分别并联连接于电容器C1-Cn。
由于平衡电阻部R1-Rn都是相同的结构，因此在此仅对平衡电阻部R1进行说明。平衡电阻部R1具备并联连接的五个电阻R11-R15，电阻R11-R15的每个阻值相同。另，作为电阻R11-R15可使用芯片型或导线型的电阻，但并不仅限于此。
由于电容器C1Cn也都是相同的结构，因此在此仅对电容器C1进行说明。电容器C1是这样来形成的：在安装有外部引线且厚度为20-50μm的、经过蚀刻的(etched)铝箔上面，涂上在活性炭粉末中加进所期望的粘合剂及导电剂而制成的由混合粉末构成的膏形成导电层。在该导电层上，形成以活性炭为主要成分的活性炭层的极化电极，从而构成电双层电容器的一对电极。将该电双层电极通过隔离物彼此相对并滚卷而形成电容器元件，然后，在该电容器元件灌入电解液，再插入到铝外壳中，封闭开口。
电双层电容器的耐电压由其电解液的种类而定，而电双层电容器的额定电压则由该耐电压而决。通常，一个电双层电容器的额定电压在2-3V之间。
在图1所示的电容器C1-Cn之间施加直流电压V，对各个电容器进行充电时，各个电容器C1-Cn，因并联连接有电阻值相同的平衡电阻部R1-Rn，所以施加在其上的是直流电压V除于电容器数目所得的偏压(V/n)。
在此，设想是串联连接六个额定电压为2.6V且静电容量为100F的电容器Ci，将电阻Ri1-Ri5的阻值设为100Ω，在电容器C1-C6的两端施加12V的直流电压，对电容器C1-C6进行充电时的情况。因电阻Ri1-Ri5的电阻值为100Ω，所以平衡电阻部Ri的电阻值为100除于5所得的20Ω。
此时，各电容器C1-C6的偏压为12V除于6所得的2.0V。该值比电容器C1-C6的额定电压2.6V低，所以能防止电容器C1-C6损坏。因此，串联连接的电容器的数目n，假设施加在串联连接的电容器两端的直流电压作为V，各个电容器的额定电压为VT，则满足n＞V/VT为佳。
下面，对本发明的蓄电装置与现有的蓄电装置，就平衡电阻损坏时偏压的变化进行比较。只有一个平衡电阻的现有的蓄电装置，由于不存在本发明的蓄电装置那样的并联连接的电阻，一旦电阻损坏而断路，施加在电容器上的偏压大幅增加，就无法使串联连接的电容器均衡充电。而且，当偏压超过电容器的额定电压时还有可能损坏电容器。
但是，在本发明的蓄电装置中，即使平衡电阻部R1的电阻R11损坏而断路，还存在四个电阻R12-R15。所以，电阻R11损坏后，平衡电阻部R1的电阻值与电阻R11损坏前的电阻值相比较，能控制在25Ω/20Ω＝1.25倍以内。因此，电容器C1的偏压成为2.0V×1.25＝2.5V，不会超过电容器C1的额定电压2.6V，从而能防止电容器C1损坏。
下面，对构成平衡电阻部Ri的电阻的最佳数目进行说明。图2是将构成平衡电阻部Ri的电阻数目设为三个时的蓄电装置的电路图。电阻Ri1-Ri3的阻值为r，电容器C1C6的额定电压为2.6V，电容器C1-C6的两端施加有12V的电压。
在图2所示的蓄电装置中，设想电阻R11损坏时的情况。此时，平衡电阻部R1，因为是两个电阻R12、R12并联连接的电路，所以其电阻值为r/2。另一方面，电阻R11损坏之前，平衡电阻部的R1的电阻值为r/3。因此，电阻R11损坏后的平衡电阻部R1的电阻值与损坏前相比，成(r/2)/(r/3)＝1.5倍，增加50％。随之，偏压也增加50％，电容器C1的偏压值成为2.0×1.5＝3.0V，超过电容器C1的额定电压2.6V。
图3是对图2中的蓄电装置，将构成平衡电阻部Ri的电阻数目设为七个时的电路图。在图3所示的蓄电装置中，电阻R11损坏时，平衡电阻部Ri的电阻值成r/6，与损坏前相比，成(r/6)/(r/7)＝7/6倍，偏压的增加小于图2所示的蓄电装置。因此，从抑制因电阻损坏而导致偏压上升的观点出发，增加构成平衡电阻部Ri的电阻的数目为佳。
可是，这样以来，会增大因电阻的数目增加而引起的电力损失，因所充电荷会在充电后立即放电。因此，构成平衡电阻部Ri的数目以四至六个为佳，五个为更佳。即，平衡电阻部Ri的电阻值，以构成平衡电阻部Ri的各个电阻值的1/6以上、1/4以下为佳，1/5为更佳。
如上所述，根据实施例1的蓄电装置，平衡电阻部R1-Rn，各个都由并联连接的多个电阻Ri1-Ri5构成，所以能抑制平衡电阻部R1-Rn的阻值的不一致，可使电容器C1-Cn均衡充电。
而且，因平衡电阻部Ri由并联连接的多个电阻构成，即使任意一个电阻损坏而断路，也因还存在其它并联连接的电阻，因此可以抑制偏压增加，即可使电容器C1-Cn均衡充电，也能防止电容器损坏。
另外，从降低电容器C1-Cn放电时损失的角度来说，上述平衡电阻部的电阻值在10-500Ω之间为佳。
实施例2
图4是本发明实施例2的蓄电装置的电路图。实施例2的蓄电装置，是对实施例1的蓄电装置上并联连接电容器的。具体而言，图4所示的蓄电装置，具备串联连接的n个单元组CL1-CLn，以及对各个单元组CL1-CLn并联连接的n个平衡电阻部R1-Rn。第i(i＝1，2，3，…n)个单元组CLi上，并联连接有四个电容器Ci1-Ci4。在此，平衡电阻部R1-Rn的结构与图1所示的实施例1的蓄电装置是相同的结构，因此省略其说明。
这样，即使并联连接电容器，增加蓄电装置的电容，因单元组CL1-CLn上并联连接有平衡电阻部R1-Rn，平衡电阻部R1-Rn的电阻值的不一致能够得到抑制，能使电容器C1-Cn均衡充电。
此外，构成平衡电阻部Ri的电阻Ri1-Ri5中，即使某一个电阻损坏而断路，因存在其它并联连接的电阻，因此单元组CLi偏压的上升能够得到抑制，能对各个单元组CL1-CLn均衡施加偏压，可防止电容器C11-Cn5损坏。
而且，因并联连接有四个电双层电容器，所以能提高静电容量。例如，作为需要大容量、大电流的电动汽车的各个控制用电源或辅助电源，可使用本发明的蓄电装置。另外，在图4中，构成单元组CLi的电容器的数目设为四个，但不局限于此，也可以是两个，三个，或是五个以上。
下面，对蓄电装置的结构进行说明。图5是对图4所示的蓄电装置，将单元组CL1-CLn的数目设为七个时的结构图。如图5所示，本发明的蓄电装置具有：印刷有八条布线图案1-8的电路基板10，以四行七列排列成矩阵形状的二十八个电容器C11-C74，以及三十五个电阻R11-R75。
布线图案1-8是由铜或银等导电体构成的，具有细长形状，纵向平行，以一定间隔形成在电路基板10上。在此，布线图案1-8之间的间隔相当于电容器C11-C74的配置间距。
布线图案1和8上，各个沿着纵向，以一定间隔形成四个凸起部11-14。而布线图案2-7，则沿着纵向一侧边上，以一定间隔形成四个凸起部11-14；沿着纵向另一侧边上，以一定间隔形成四个凸起部11-14。在此，凸起部11-14的间隔相当于电容器C11-C74的配置间距。而且，凸起部11-14上还形成有插入电容器导线的通孔，通孔的内壁上也形成导电体。
而且，凸起部11和12之间，用于连接五个电阻的T字型端子20，向与布线图案1-8的纵向垂直的方向突出而形成。且布线图案1-8是使凸起部11-14和端子20相对而形成的。
布线图案1的端子20、布线图案2的端子20之间，连接有五个电阻R11-R15。同样，其它相邻的布线图案之间，也都通过端子20连接有五个电阻。由此，电阻R11-R15被并联连接。其它电阻也是同样被并联连接。
布线图案1和2之间，从连接有电阻的电路板10的反面，连接有电容器C11-C14，布线图案2和3之间，连接有电容器C21-C24，……，布线图案7和8之间，连接有电容器C11-C74。具体而言，电容器Cij(i＝1-7的整数，j＝1-4的整数)，将一侧导线插入第j个布线图案j的凸起部11的通孔上进行锡焊，将另一侧导线插入布线图案j+1的凸起部11的通孔上进行锡焊。
由此，电容器C11-C14被并联连接，其它的电容器也是同样被并联连接。
这样，纵向平行配设布线图案1-8，在相邻的布线图案之间并联连接多个电容器，在并联连接的两个电容器之间形成端子部20，在该端子部20上连接五个电阻的同时，由于在相邻的布线图案之间从反面连接了四个电容器，因此能缩短布线图案的全长。由此，降低了布线电阻，既可提高电容器C11-C74的充电效率，也可谋求电路基板10的小型化。
在图5中，虽然端子20是形成在凸起部11和12之间，但并不局限于此，形成在其它的凸起部之间也可。另外，作为布线图案1-8，虽然是采用了印刷在电路基板10上的布线图案，但并不局限于此，采用以导电性构件构成的平板状构件也可。
Claims (9)
1.一种蓄电装置，其特征在于包括：
串联连接的多个电双层电容器；
将电阻值相同的m个电阻并联连接而构成的平衡电阻部，其中m为2以上的整数，其中，
在上述各个电双层电容器上，并联连接上述平衡电阻部。
2.根据权利要求1所述的蓄电装置，其特征在于：上述平衡电阻部的电阻值为构成上述平衡电阻部的各个电阻阻值的1/4以下。
3.根据权利要求1所述的蓄电装置，其特征在于：上述平衡电阻部的电阻值为构成上述平衡电阻部的各个电阻阻值的1/6以上。
4.根据权利要求1所述的蓄电装置，其特征在于：上述平衡电阻部的电阻值大于等于构成上述平衡电阻部的各个电阻阻值的1/6且小于等于构成上述平衡电阻部的各个电阻阻值的1/4。
5.根据权利要求1所述的蓄电装置，其特征在于：上述平衡电阻部的电阻值大于等于10Ω且小于等于500Ω。
6.根据权利要求1所述的蓄电装置，其特征在于：将串联连接的电双层电容器的数目调整为，使施加在各个电双层电容器上的偏压小于电双层电容器的额定电压的数目。
7.根据权利要求1所述的蓄电装置，其特征在于：对上述平衡电阻部，再并联连接一个或多个电双层电容器。
8.一种电路板，其特征在于：
印刷有以规定间隔排列的三条以上的布线图案，
上述布线图案由导电体构成，
在每两个相邻的上述布线图案间多个电双层电容器被并联连接，
在每组被并联连接的电双层电容器中的一对相邻的电双层电容器之间，将电阻值相同的多个电阻与上述一对相邻的电双层电容器并联连接。
9.根据权利要求8所述的电路板，其特征在于：
上述电阻，从上述电路板的一侧布线面连接；
上述电双层电容器，从上述电路板的另一侧布线面连接。
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