CN102371910B - 电池和超级电容器装置以及使用方法 - Google Patents

电池和超级电容器装置以及使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN102371910B
CN102371910B CN201110220477.7A CN201110220477A CN102371910B CN 102371910 B CN102371910 B CN 102371910B CN 201110220477 A CN201110220477 A CN 201110220477A CN 102371910 B CN102371910 B CN 102371910B
Authority
CN
China
Prior art keywords
battery
negative pole
pole
supercapacitor device
positive pole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201110220477.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102371910A (zh
Inventor
R·C·艾尔德
杨晓光
F·伦娜迪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ford Global Technologies LLC
Original Assignee
Ford Global Technologies LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ford Global Technologies LLC filed Critical Ford Global Technologies LLC
Publication of CN102371910A publication Critical patent/CN102371910A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102371910B publication Critical patent/CN102371910B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/383—Hydrogen absorbing alloys
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
    • B60L50/40—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power supplied by capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/04—Hybrid capacitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/30—Electrodes characterised by their material
    • H01G11/32—Carbon-based
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/54—Electrolytes
    • H01G11/58—Liquid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/489—Separators, membranes, diaphragms or spacing elements inside the cells, characterised by their physical properties, e.g. swelling degree, hydrophilicity or shut down properties
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/13—Energy storage using capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/16—Information or communication technologies improving the operation of electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

本发明涉及一种在车辆中使用的电池和超级电容器装置，其包括正极、第一负极、第二负极、设置在正极与第一和第二负极之间的第一隔板以及与正极、第一负极和第二负极连通的控制器。第一负极具有第一组合物并且与第一正极连通。第二负极具有第二组合物并且与第一负极和第二隔板相邻。第二负极与正极和第一负极连通。第一负极包括二级电池负极。第二负极包括超级电容器负极。

Description

电池和超级电容器装置以及使用方法
技术领域
本发明涉及单个电芯水平的电池和超级电容器装置以及使用方法。
背景技术
一些混合动力电动车辆(HEVs)结合有作为一级能量源的高压电池装置和用于提供短持续时间高电流脉冲的超级电容器。这种装置设计提供卓越的动力和足够的能量来为HEVs提供动力。
使用至少两个能量源来为HEVs提供动力需要多重控制装置，这增加了重量和额外的成本。
发明内容
根据本文公开的至少一个实施例，用在车辆中的电池和超级电容器装置减少了增加重量且占据车辆空间的控制装置的数量。该装置包括电池和超级电容器电芯，该电池和超级电容器电芯具有正极、第一负极、第二负极、第一隔板和控制器。第一负极具有第一组合物并且与正极连通。第二负极具有第二组合物并且与第一负极相邻。第二负极也与第二隔板相邻。第二负极与正极和第一负极连通。第一隔板设置在正极与第一和第二负极之间。控制器与正极、第一负极和第二负极连通。第一负极包括二级电池负极，并且第二负极包括超级电容器负极。
根据另一个实施例，电池和超级电容器装置包括至少一个电池和超级电容器电芯，该电池和超级电容器电芯具有二级电池电芯、电化学双层电容器和控制器。二级电池电芯包括正极和第一负极，该第一负极包括第一区段。电化学双层电容器包括正极和第二负极，该第二负极包括第二区段。用于控制该装置以实现至少一个电芯的充电或放电的控制器与二级电池电芯和电化学双层电容器两者均连通。
在另一个实施例中，公开了用于为车辆中使用的电动马达提供动力的方法。车辆具有利用电池和超级电容器装置的充电系统。电池和超级电容器装置包括至少一个电池和超级电容器电芯，该电池和超级电容器电芯具有羟基氧化镍正极、组合负极，该组合负极具有金属氢化物负极部分和活性炭负极部分。组合负极与正极连通。正极和活性炭负极部分包括电芯的超级电容器部分。正极和金属氢化物负极部分包括电池部分电芯。设置在正极和组合负极之间的隔板将正极与组合负极电绝缘。该方法包括以下步骤：当对该装置放电时利用与电池和超级电容器装置连通的单个控制器控制来自组合负极的电子流。利用该电子流为车辆的电动马达提供动力。
附图说明
图1示出了具有根据至少一个实施例的电池和超级电容器装置的混合动力电动车辆；
图2示意性地示出了根据至少一个实施例的电池和超级电容器装置的电池和超级电容器电芯；
图3示意性地示出了根据至少一个实施例的电池和超级电容器电芯构造；
图4示意性地示出了根据至少一个实施例的电池和超级电容器电芯构造；
图5示意性地示出了根据至少一个实施例的电池和超级电容器电芯构造；
图6示意性地示出了根据至少一个实施例的电池和超级电容器电芯的棱柱构造；
图7示意性地示出了根据至少一个实施例的电池和超级电容器电芯的圆柱形构造；和
图8图解示出了使用根据至少一个实施例的电池和超级电容器电芯的过程的步骤。
具体实施方式
现在详细参考本文所述的组合物、实施例和方法，其包括目前对于发明人而言已知的实施本发明的最佳模式。但是，应当理解，所公开的实施例仅仅只是本发明的示例，本发明可以以多种和可替代的形式实施。因此，本文所公开的特定细节并不被解释为限制性，而是仅仅作为本发明任何方面的代表性基础和/或作为教导本领域技术人员以不同的方式实施本发明的代表性基础。
除了在操作实例中或者以另外的方式明确地指出之外，在描述发明最宽泛的范围时，在本说明书中表示材料量、反应条件或用途的所有数字均应理解为由词语“大约”进行修饰。通常优选的是在所述的数字限制之内进行实施。另外，除非明确地相反指示，否则：
(i)百分比和比值按重量计；
所述适合于或优选用于与本发明相关的指定目的的材料组或类暗示这些材料中的任何两种或更多种可以被混合且可以是同等地适合或优选的；
(ii)化学术语中所述的组分指的是添加到说明书中记载的任何组合中时的组分，并且不排除一旦混合之后混合物组分中的化学相互作用；
(iii)只取首字母的第一定义或其它缩写在这里应用于同一缩写以及对起始定义的缩写的正常文法变化所作的必要修正的所有后续用途；并且
(iv)除非明确地相反指示，否则，性能的量度由对于同一性能的之前或之后参考的相同技术确定。
图1示出了根据至少一个实施例的混合动力电动车辆(HEV)10。HEV10连接有电池和超级电容器装置12，该电池和超级电容器装置12包括控制器14并且与控制器14直接地或间接地电连通。控制器14与牵引马达16电连通。牵引马达16通过动力传动装置154连接至车辆10的至少一个车轮156。
根据至少一个实施例，电池和超级电容器装置12与高压总线150电连通并且向高压总线150提供能量。高压总线150与DC/DC转换器152电连通并且向DC/DC转换器152提供能量。DC/DC转换器152利用信号网络与牵引马达16电连通。
虽然电池和超级电容器装置12示出为向牵引马达16提供动力，但是在不背离实施例的范围或精神的情况下，电池和超级电容器装置12可以用来向车辆10上的其它电负载提供动力，例如需要供电的附件。
图2示意性地示出了根据至少一个实施例的电池和超级电容器电芯28。电池和超级电容器装置12可以包括多个电池和超级电容器电芯28。电池和超级电容器电芯28包括壳体26，该壳体26覆盖正极30，正极30通过诸如电缆线或电线的第一电缆32与控制器14电连通。控制器14还通过第二电缆36与组合负极34电连通。
应当理解，因为电池和超级电容器电芯28能够可逆地充电和放电，所以负极在充电期间可以是发生还原反应的阴极，并且正极可以是发生氧化反应的阳极。在放电期间，负极可以是阳极，而正极可以是阴极。
组合负极34具有金属氢化物电极40和设置在金属氢化物电极40附近的双层电极42。第一隔板44位于正极30和组合负极34之间，该第一隔板44抑制正极30和组合负极34之间的电子流动。电解质36位于正极30和组合负极34之间，该电解质36能够方便正极30和组合负极34之间的电子的迁移。第二隔板46将双层电极42与最接近的正极48电绝缘，该相邻的正极48设置在可选择地位于附近的另一个电池和超级电容器电芯50(不完整地示出)中。
在至少一个实施例中，金属氢化物电极40具有的氢含量按重量计处于0.1％的氢至3％的氢的范围内。在另一个实施例中，金属氢化物电极40具有的氢含量按重量计处于0.5％的氢至2.5％的氢的范围内。在另一个实施方案中，金属氢化物电极40包括混合稀土金属镍基氢化物合金组合物电极。
正极30、双层电极42、第一隔板44和第二隔板46包括超级电容器。
正极30、金属氢化物电极40和第一隔板44包括电池电芯。
在至少一个实施例中，正极30包括羟基氧化镍(NiOOH)组合物。在另一个实施例中，正极30具有羟基氧化镍粒子，该羟基氧化镍粒子具有涂覆层，该涂覆层覆盖每个羟基氧化镍粒子的表面的至少一部分。正极30主要由镍化合物和添加剂构成，该镍化合物的镍平均化合价大于2，该添加剂含有分布在羟基氧化镍粒子中的Nb和Y。在另一个实施例中，正极30可以包括多孔镍组合物结构，该多孔镍组合物结构包括正极30的具有羟基氧化镍组合物的一部分。
应当理解，正极30可以包括一个或多个羟基氧化镍晶体结构，例如α、β或γ晶体结构。还应当理解，羟基氧化镍组合物可以是非化学计量的组合物，可以包括在不同氧化状态下的镍原子的组合，并且可以通过延长暴露于电解质36而转换为一个或多个不同组合物。还应当理解，除了羟基氧化镍组合物，正极30可以包括额外的合金和/或添加剂。
在至少一个实施例中，组合负极34包括储氢合金和超级电容器负极。储氢合金包括能够可逆地形成金属氢化物化合物的混合物的组合物。在至少一个实施例中，储氢合金包括金属间组合物，该金属间组合物具有两个或多个固相金属元件。在另一个实施例中，金属间组合物可任选地包括一个或多个非金属元件，该非金属元件的晶体结构与金属组分的晶体结构不同。金属间组合物的非限制性实例包括两个类别：AB5组合物，其中A是镧、铈、钕、镨的稀土混合物，B是镍、钴、锰和/或铝；以及AB2组合物，其中A是钛和/或锆，B是利用铬、钴、铁和/或锰改性的钒或镍。
在至少一个实施例中，超级电容器负极包括双层负极。包括双层负极的组合物的非限制性实例包括碳基负极、气凝胶和/或钡钛酸盐，该碳基负极具有活性炭、活性木炭、石墨烯和/或碳纳米管。
现在转到图3，以重叠的方式示意性地示出了电池和超级电容器电芯28构造的至少一个实施例。组合负极34包括金属氢化物电极40，该金属氢化物电极40作为具有纵向轴线62和与纵向轴线62平行的表面64的层60。组合负极34还包括双层电极42，该双层电极42作为具有纵向轴线68和与纵向轴线68平行的表面70的层66。表面64和表面70彼此相邻，使得层60和层66是重叠的。
现在转到图4，示意性地示出了电池和超级电容器电芯28构造的至少一个实施例。组合负极34包括金属氢化物电极40，该金属氢化物电极40作为具有端部82的层80。组合负极34还包括双层电极42，该双层电极42作为具有端部88的层86。端部82和端部88彼此相邻，使得层80和层86端部对端部对准。
现在转到图5，示意性地示出了电池和超级电容器电芯28构造的另一个实施例。组合负极34包括金属氢化物电极40，该金属氢化物电极40作为具有端部102的第一区段100。组合负极34还包括双层电极42，该双层电极42作为具有端部108和110的第二区段106。端部102和端部108彼此相邻，使得区段100和区段106端部对端部对准。组合负极34还包括金属氢化物电极40的第二区段112。第二区段112具有端部114。端部114和端部110彼此相邻，使得区段106和112端部对端部对准。应当理解，图5的构造可以具有区段的变化。
在至少一个实施例中，电解质36是能够通过负极和正极极化的电活性固体和/或液体。阳离子和阴离子在电极处产生并且通过超级电容器中的静电而排列在双层中。在充电和放电过程期间，阳离子和阴离子在电解质中移动。通过沿相反的方向运动，阳离子和阴离子形成双层，由此存储能量。在水溶液中，电解质36的非限制性实例包括可分解的盐中的至少一种，例如氢氧化钾、氢氧化钠和/或氢氧化锂。盐的浓度可以为0.2-8摩尔的范围内。
在至少一个实施例中，隔板44和46是聚合物型组合物基底。聚合物型组合物基底的非限制性实例包括聚酰胺膜、丙烯酸接枝非织造网或磺化聚烯烃非织造网。在某些实施例中，隔板44和46具有的厚度处于从50微米至200微米的范围内。
现在转到图6和7，在至少一个实施例中，电池和超级电容器装置12可以被构造为棱柱构造。在另一个实施例中，电池和超级电容器装置12可以被构造为圆柱形构造。
在图6中，电池和超级电容器装置12的至少一个实施例是棱柱构造，装置12的棱柱构造是通过卷绕(wind)正极的束带形式120和负极的束带形式122同时插入的隔板124位于这两者之间而获得的。棱柱构造位于壳体126内，该壳体126包括彼此电绝缘并且分别电连接至正极120和负极122的正端子128和负端子130。
在图7中，以圆柱形构造示意性地示出了电池和超级电容器装置12的至少一个实施例，该圆柱形构造是通过卷起(roll)正极的片层形式140和负极的片层形式142同时插入的隔板144位于这两者之间而获得的。圆柱形构造位于壳体146内，该壳体146包括彼此电绝缘并且分别电连接至正极140和负极142的正端子148和负端子140。
现在转到图8，在至少一个实施例中，图解示出了当向用于具有充电系统的车辆的电动马达提供动力时使用电池和超级电容器装置12的方法。电池和超级电容器电芯28包括羟基氧化镍正极30、组合负极34，该组合负极34包括金属氢化物负极40部分和与正极30连通的活性炭负极部分。正极30和活性炭负极部分包括电芯的超级电容器部分。正极30和金属氢化物负极40部分包括电芯的电池部分。电解质36和隔板44设置在正极和组合负极之间。
在至少一个实施例中，电池和超级电容器电芯28的使用方法可以包括以下步骤：
(i)步骤160，当对电池和超级电容器电芯28放电时，利用电池和超级电容器电芯28的单个控制器控制来自负极的电子流；以及
(ii)步骤162，利用电子流向电动马达提供动力。
当对电池和超级电容器电芯28充电时，额外的步骤164包括控制流向负极的电子流。
当构造电池和超级电容器电芯12时，组合负极34可以包括步骤166：以重叠构造利用金属氧化物和活性炭使得组合负极形成图案。
当对电池和超级电容器装置12放电时，步骤160还可以包括步骤168：在脉冲时间段内控制基本上来自超级电容器的电子流，使得由于组合负极34的多个电池和超级电容器部分之间不同的内阻而在所述多个电池和超级电容器部分之间出现电流隔断。
在某些实施例中，步骤168可以防止组合负极34的电池部分受到在脉冲时间段内从超级电容器发射的高电流脉冲的伤害。
在某些实施例中，电池和超级电容器装置12将对多重控制装置的需要从至少三个控制器(即对于电池、超级电容器和对电池和超级电容器控制器进行控制的主控制器中每一者都需要一个控制器)减少至单个控制器，从而降低了电池和超级电容器装置12的成本。此外，电池和超级电容器装置12具有期望的优点，即由于减少了控制器的数量，所以重量轻且空间需求小。
电池和超级电容器装置12还可以具有期望的优点，即提供25％或更高的较高速率、短脉冲时间段、电流脉冲。可以利用电池和超级电容器装置12的超级电容器部分进行相对较多的HEV操作。至少30％的HEV操作负载可以由装置12的超级电容器部分提供。相对减少由金属氢化物电池供应的负载，可以延长装置12的金属氢化物部分的使用寿命，延长金属氢化物部分的使用寿命可以减少对金属氢化物电池的额外量的需要，以减轻车辆整个寿命中负载的金属氢化物供应的减少。超级电容器部分可以允许相对较高的动力能力，这又允许装置12在提供相同动力的同时具有较小的尺寸和减小的重量。
此外，因为在较低温度下超级电容器比电池相对较为稳定，所以装置中经济性地包括具有电池的超级电容器在低温动力性能期间可以具有期望的优点。之前的HEV动力装置相对较大，这是因为动力装置的尺寸形成为减轻金属氢化物电池的相对较低低温动力的效应。此外，在一些实施例中，负极中活性炭的存在降低了对电子流的内阻，在所有的温度范围内改进了动力传递。此外，降低的内阻可以增加装置的效率，这是因为更多的能量可以用于做功，而较少的能量通过内部电芯加热而作为热量耗散掉。
在细胞尺度中，当组合金属氢化物负极和超级电容器负极时，将相对昂贵的金属氢化物组合物替换为相对廉价的活性炭组合物可以降低整体装置成本。
虽然已经示出和描述了本发明的实施例，但是这些实施例并不意图示出和描述本发明的所有可能的形式。相反，说明书中所用的词语是说明性的词语而非限制性的词语。应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以进行各种改变。

Claims (6)

1.一种在车辆中使用的电池和超级电容器装置，其特征在于，所述在车辆中使用的电池和超级电容器装置包括：
(a)二级电池电芯，所述二级电池电芯包括正极和第一负极，所述第一负极包括第一区段；和
(b)电化学双层电容器，所述电化学双层电容器包括所述正极和第二负极，所述第二负极包括第二区段，所述第一负极与所述第二负极相邻。
2.根据权利要求1所述的在车辆中使用的电池和超级电容器装置，其中所述第一区段和所述第二区段包括组合负极。
3.根据权利要求1所述的在车辆中使用的电池和超级电容器装置，还包括用于控制所述在车辆中使用的电池和超级电容器装置的单个控制器，所述控制器与所述二级电池电芯和所述电化学双层电容器连通。
4.根据权利要求1所述的在车辆中使用的电池和超级电容器装置，其中所述正极、所述第一负极和所述第二负极包括圆柱形装置设计。
5.根据权利要求1所述的在车辆中使用的电池和超级电容器装置，其中所述电化学双层电容器包括双层活性炭电极。
6.根据权利要求1所述的在车辆中使用的电池和超级电容器装置，其中所述二级电池是镍金属氢化物电池。
CN201110220477.7A 2010-08-17 2011-08-02 电池和超级电容器装置以及使用方法 Expired - Fee Related CN102371910B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/858041 2010-08-17
US12/858,041 US8134333B2 (en) 2010-08-17 2010-08-17 Battery and ultracapacitor device and method of use

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102371910A CN102371910A (zh) 2012-03-14
CN102371910B true CN102371910B (zh) 2015-09-02

Family

ID=44224328

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201110220477.7A Expired - Fee Related CN102371910B (zh) 2010-08-17 2011-08-02 电池和超级电容器装置以及使用方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US8134333B2 (zh)
CN (1) CN102371910B (zh)
DE (1) DE102011080626A1 (zh)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120056600A1 (en) * 2010-09-03 2012-03-08 Nevin Donald M Capacitor vehicle having high speed charging ability and method of operating a capacitor vehicle
CN104125925A (zh) 2011-12-21 2014-10-29 加州大学评议会 互连波纹状碳基网络
US9340114B2 (en) 2012-01-23 2016-05-17 Ford Global Technologies, Llc Electric vehicle with transient current management for DC-DC converter
ES2934222T3 (es) 2012-03-05 2023-02-20 Univ California Condensador con electrodos hechos de una red a base de carbono corrugado interconectado
US9564275B2 (en) 2012-03-09 2017-02-07 The Paper Battery Co. Supercapacitor structures
US9174525B2 (en) 2013-02-25 2015-11-03 Fairfield Manufacturing Company, Inc. Hybrid electric vehicle
WO2014145451A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 The Paper Battery Company, Inc. Energy storage structures and fabrication methods thereof
US9583277B2 (en) 2013-09-30 2017-02-28 The Paper Battery Company, Inc. Ultra-capacitor structures and electronic systems with ultra-capacitor structures
EA201790003A1 (ru) 2014-06-16 2019-07-31 Дзе Риджентс Ов Зе Юниверсити Ов Калифорния Гибридный гальванический элемент
AU2015349949B2 (en) 2014-11-18 2019-07-25 The Regents Of The University Of California Porous interconnected corrugated carbon-based network (ICCN) composite
CN108431918B (zh) 2015-12-22 2020-12-29 加利福尼亚大学董事会 蜂窝状石墨烯膜
WO2017127539A1 (en) 2016-01-22 2017-07-27 The Regents Of The University Of California High-voltage devices
EP3433865A4 (en) 2016-03-23 2019-11-20 The Regents of The University of California DEVICES AND METHODS FOR HIGH VOLTAGE AND SOLAR APPLICATIONS
EP3440683B1 (en) 2016-04-01 2021-12-08 The Regents Of The University Of California Direct growth of polyaniline nanotubes on carbon cloth for flexible and high-performance supercapacitors
US11097951B2 (en) 2016-06-24 2021-08-24 The Regents Of The University Of California Production of carbon-based oxide and reduced carbon-based oxide on a large scale
CN109845004B (zh) 2016-08-31 2022-10-14 加利福尼亚大学董事会 包括碳基材料的装置以及其制造
US11133134B2 (en) 2017-07-14 2021-09-28 The Regents Of The University Of California Simple route to highly conductive porous graphene from carbon nanodots for supercapacitor applications
US10938032B1 (en) 2019-09-27 2021-03-02 The Regents Of The University Of California Composite graphene energy storage methods, devices, and systems

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6265851B1 (en) * 1999-06-11 2001-07-24 Pri Automation, Inc. Ultracapacitor power supply for an electric vehicle
CN1604361A (zh) * 2003-09-29 2005-04-06 新神户电机株式会社 电池组和电动车辆
US7528581B2 (en) * 2001-08-29 2009-05-05 Shin-Kobe Electric Machinery Co., Ltd. Battery apparatus for controlling plural batteries and control method of plural batteries

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5426561A (en) * 1992-09-29 1995-06-20 The United States Of America As Represented By The United States National Aeronautics And Space Administration High energy density and high power density ultracapacitors and supercapacitors
US5439756A (en) * 1994-02-28 1995-08-08 Motorola, Inc. Electrical energy storage device and method of charging and discharging same
US5585999A (en) * 1994-09-30 1996-12-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Supercapacitor electrochemical cell
US5429895A (en) * 1994-10-13 1995-07-04 Motorola, Inc. Nickel alloy electrodes for electrochemical devices
US5621609A (en) * 1994-12-09 1997-04-15 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Composite electrode materials for high energy and high power density energy storage devices
US5751541A (en) * 1995-07-05 1998-05-12 Motorola, Inc. Polymer electrodes for energy storage devices and method of making same
ATE186421T1 (de) * 1995-08-14 1999-11-15 Aktsionernoe Obschestvo Zakryt Kondensator mit elektrischer doppelschicht
US5926361A (en) * 1995-09-28 1999-07-20 Westvaco Corporation High power density double layer energy storage devices
US6181545B1 (en) * 1998-09-24 2001-01-30 Telcordia Technologies, Inc. Supercapacitor structure
US6181546B1 (en) * 1999-01-19 2001-01-30 Aktsionernoe Obschestvo Zakrytogo Tipa “Elton” Double layer capacitor
US20030077515A1 (en) * 2001-04-02 2003-04-24 Chen George Zheng Conducting polymer-carbon nanotube composite materials and their uses
US6628504B2 (en) * 2001-05-03 2003-09-30 C And T Company, Inc. Electric double layer capacitor
KR20030014988A (ko) * 2001-08-14 2003-02-20 한국전자통신연구원 하이브리드 전원소자 및 그 제조방법
US7808214B2 (en) * 2006-12-19 2010-10-05 Bradley Wayne Bartilson Short-cycling serial hybrid drivetrain with high power density storage

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6265851B1 (en) * 1999-06-11 2001-07-24 Pri Automation, Inc. Ultracapacitor power supply for an electric vehicle
US7528581B2 (en) * 2001-08-29 2009-05-05 Shin-Kobe Electric Machinery Co., Ltd. Battery apparatus for controlling plural batteries and control method of plural batteries
CN1604361A (zh) * 2003-09-29 2005-04-06 新神户电机株式会社 电池组和电动车辆

Also Published As

Publication number Publication date
US20110163699A1 (en) 2011-07-07
US8134333B2 (en) 2012-03-13
DE102011080626A1 (de) 2012-02-23
CN102371910A (zh) 2012-03-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102371910B (zh) 电池和超级电容器装置以及使用方法
KR101026433B1 (ko) 축전 디바이스용 음극 활물질
US8914176B2 (en) Surface-mediated cell-powered vehicles and methods of operating same
KR101283134B1 (ko) 전극 및 그 제조 방법
JP5407110B2 (ja) リチウムイオン二次電池用電極およびその製造方法ならびにリチウムイオン二次電池
JP6187602B2 (ja) 電気デバイス
JP2006252902A (ja) ハイブリッド電池
JP2010238426A (ja) リチウムイオン二次電池用負極およびこれを用いたリチウムイオン二次電池
CN106415896A (zh) 电器件
JP2013131415A (ja) リチウムイオン二次電池用正極、リチウムイオン二次電池、これを搭載した乗り物および電力貯蔵システム
CN101326601A (zh) 锂离子电容器
JP2019169292A (ja) 二次電池、電池パック、車両、及び定置用電源
JP6740011B2 (ja) 非水電解質二次電池
WO2015111190A1 (ja) 電気デバイス
KR20230029985A (ko) 비수계 알칼리 금속 축전 소자 및 정극 도공액
JP2022007986A (ja) キャパシタ、キャパシタ電池、二次電池を用いた回生制動装置及び回生制動方法、充電装置、モータを有する車及び当該車の制御方法。
JP4731974B2 (ja) リチウムイオンキャパシタ
JP5359131B2 (ja) 二次電池用正極
JP5216953B2 (ja) 車両用ハイブリッドシステム
KR20130085564A (ko) 연성 구조의 슈퍼 커패시터 및 이의 제조 방법
CN102224619A (zh) 电池的改善电极结构
JPWO2012056557A1 (ja) 非水系二次電池
CN201886904U (zh) 一种叠片式高电压混合电化学电容器
JP2004048872A (ja) モータ駆動システムおよびこれを用いた電気自動車
CN109314277A (zh) 非水电解质二次电池

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150902

Termination date: 20190802