CN105144461B - 电容器铅组电池以及耦合装置 - Google Patents

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Abstract

在组合了铅蓄电池和电容器的电容器铅组电池中,需要同时利用脉冲电路和电容器,但是因电容器,存在脉冲电路受到影响而脉冲被衰减的问题。在铅蓄电池中设置具备电容器、脉冲电路以及滤波器的耦合装置,使硫酸盐化作用防止和放电电流的急剧的变化平滑化,以便不会影响脉冲波形,由此大大改善铅蓄电池的劣化。

Description

电容器铅组电池以及耦合装置
技术领域
本发明涉及电容器铅组电池。更详细而言,涉及向电解液中的电极施加赋予用于对通过硫酸盐化作用现象形成的非传导性硫酸铅(PbSO4)皮膜进行分解并去除的能量的脉冲状电压的手段、搭载电容器的组电池及其耦合装置。
背景技术
在现有技术中,在汽车等车辆或服务器等蓄电装置中,作为蓄电装置通常具备铅二次蓄电池等二次蓄电池(以下称作二次蓄电池)。此外,近年来,二次蓄电池由于其能量密度大,因此耐于比较长时间使用,而且由于一旦过放电,再次充电需要时间,因此提出了将双电层电容器用作辅助蓄电装置的系统。例如,提出了在进行动作时为了驱动消耗大电流的电子设备负载(发动机启动装置)而与二次蓄电池分开连接双电层电容器的构成(例如专利文献1以及2)。
近几年,为了降低耗油量,开始利用了停车时自动停止发动机的搭载了所谓光动能系统(eco-drive system)的车辆。其中,在车辆暂时停止的情况下,在预定的发动机条件下强制停止发动机的空转,然后再次启动。由此,削减排出气体的排出量,且降低耗油量。在这种光动能车中,需要迅速进行发动机的再次启动,因此试着采用将发动机作为用于电子设备负载启动的电子设备负载的电源来代替原有的二次蓄电池从而能够瞬间放出大电力的双电层电容器。
但是,在具备双电层电容器以及二次蓄电池这两者的蓄电装置中,由于双电层电容器的耐压必须要在19V以上,因此如果是目前使用的活性炭双电层电容器,则存在大型化且不容易安装到发动机室的问题。
另一方面,二次电池经常使用铅蓄电池,存在在电极上形成的硫酸盐化作用会缩短电池寿命的问题。硫酸盐化作用是通过铅蓄电池的放电生成的硫酸铅(PbSO4)通过放电条件等而析出到电解液中的电极板上,依次生长而形成不导电皮膜的现象。由此,内部电阻会变大,输出电压降低,存在在短时间内变成无法使用的问题。
为了阻止这种硫酸铅皮膜的生长,需要密切关注并管理放电条件、温度、振动等。但是,实际上,使用者不间断地关注这种情况是极其困难的。因此,开发了如下的技术:从外部电极始终施加脉冲状电压,通过脉冲状电能来始终分解并去除硫酸铅(PbSO4)皮膜,以防止使其生长成较大块,由此解决问题。
例如,专利文献3及4记载的铅电池中产生的硫酸铅皮膜的基于脉冲状电压的施加的分解去除方法和装置是公知的。相应电能源是从铅蓄电池自身得到的,因此只要与铅蓄电池的外部电极连接脉冲状电能产生器即可。这样就能够始终从外部电极施加脉冲状电压。
但是,在与铅蓄电池连接脉冲状电能产生器的技术中虽然能够防止氧化铅的结晶化,但是却无法防止放电电流急剧地发生变化而导致电极材料劣化的情况。铅蓄电池的劣化原因中有因硫酸铅的结晶化和负载电流的急剧变化而引起的电极的劣化,因此即使防止了一方的劣化,也无法获得足够的寿命延长效果。
对于铅蓄电池的寿命延长而言,使放电电流的急剧变化这样的负载变动平均化是非常重要的。从该观点出发,考虑到将如上所述的电容器连接到铅蓄电池的方案。
也就是说,同时进行连接电容器、连接电脉冲电路这两者。但是,若连接电脉冲电路和电容器,则脉冲被电容器吸收,存在效果消失的大问题。
在先技术文献
专利文献
专利文献1 JP特开平9-247856号
专利文献2 JP特开平10-191576号公报
专利文献3 WO2004/030138
专利文献4 WO2004/030137
发明内容
发明要解决的课题
本发明鉴于以上的背景,目的在于提供一种为了抑制伴随硫酸铅的生成(结晶化)的铅蓄电池的电极劣化和因负载电流的急剧变化引起的铅蓄电池的电极劣化而将电脉冲电路和电容器连接到铅蓄电池之际,来自电脉冲电路的脉冲不会被电容器吸收而是能够有效起到作用的新的技术手段。
此外,本发明的目的在于,作为所述电容器使用双电层电容器,并且能够与铅蓄电池一起将其安装到汽车发动机室。
用于解决课题的手段
本发明为了解决上述课题,提供具有以下特征的电容器铅组电池。
1.一种电容器铅组电池,在具有阴极端子和阳极端子的铅蓄电池中,设置具有电容器、脉冲电路和配置在该电容器与该脉冲电路之间的无法通过1KHz以上的信号的滤波器的耦合装置,所述电容器和所述脉冲电路连接在所述阴极端子和所述阳极端子。
2.所述电容器是双电层电容器。
3.所述双电层电容器通过碳纳米管构成极化电极,所述极化电极是碳纳米管的薄膜、碳纳米管的薄片、使分散处理的碳纳米管浸渍到无纺布的浸渍体、或者将碳纳米管与树脂粘合剂一起设为树脂成形体的电极。
4.在以上的电容器铅组电池用的耦合装置中,连结电容器、脉冲电路以及设置在该电容器与该脉冲电路之间的无法通过1KHz以上的信号的滤波器,所述电容器和所述脉冲电路连接在铅蓄电池的阴极端子和阳极端子。
如以上所述,在本发明中,将电容器和脉冲电路同时连接到铅蓄电池。由此,能够在进行电容器到电子设备负载的电流供给的同时向铅蓄电池施加电脉冲。即,对流动大电流的电子设备负载从专用功率密度高的电容器进行供电,对变化少的电子设备负载从二次蓄电池进行供电。因此,可减轻铅蓄电池的负荷,能够降低劣化。
为了防止铅蓄电池的硫酸化铅的结晶化(防止硫酸盐化作用),使用脉冲产生电路。脉冲的频率分布其能量集中在1MHz左右的频带。但是,输入或输出到电容器的电流的频率范围在几KHz以内。利用该频率差,能够分离两者的影响。也就是说,利用阻止低频波的滤波器,使得脉冲不会被衰减。
该电路由电感和电阻构成。将其截止频率设定为约1MHz。由此,从脉冲电路侧观察到的电容器的阻抗变得极大,脉冲不会流向电容器侧。
发明效果
若使用本发明的耦合装置,能够将电容器和脉冲电路同时连接到铅蓄电池,能够强有力地防止铅蓄电池的劣化。
本发明的耦合装置可实现小型化,能够安装到铅电池的外侧、端子之间。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的从电容器铅组电池的上表面观察到的结构图。
图2是本发明的实施方式所涉及的从电容器铅组电池的侧面观察到的结构图。
图3是表示耦合装置的结构例的图。
图4是表示耦合装置的电路例子的图。
图5是在耦合装置中例示滤波器的频率特性的图。
具体实施方式
以下,基于附图,详细说明本发明的实施方式。首先,图1例示了本发明的实施方式所涉及的从电容器铅组电池的上表面观察到的结构。图2例示了从侧面观察到的结构。
在铅蓄电池101中安装有阴极端子102和阳极端子103。在这两个端子之间安装耦合装置200。安装通过粘接材料或粘接带等手段来实现。耦合装置200具有内封到框体201中的形态。当然,并不限于此定。此外,耦合装置通过电线202被连接到阴极端子102和阳极端子103。连接通过接线片端子和螺旋夹等手段来实现。
图3是例示耦合装置200的结构的框体201内的配置图,(A)是俯视配置图,(B)是侧视配置图。在耦合装置200中,配置有脉冲电路203、滤波器204以及电容器205。脉冲电路203例如可以是以定时器IC作为发送源的通常的脉冲电路。关于该部分的结构,也可以是通常的结构。例如,可以是组合脉冲电路203、滤波器204以及电容器205来安装到印刷基板208,容纳到框体201中,通过电线202向外部引出上述的脉冲电路203和电容器205的端子的结构。
例如,图4示出了脉冲电路203的结构。例如,以1KHz左右的频率产生脉冲宽度为1微秒、25V左右的陡峭的脉冲。该条件是通过实验确认了其效果。
将脉冲电路的输出信号连接到阴极端子102和阳极端子103。另一方面,电容器205也同样被连接到端子,但是经由滤波器204连接。
电容器205的电容例如是21V(串联连接6个3.5V的电容器)且1F左右。这是因为,在这种能量下能够向3000W的负载在0.1秒左右内供给能量。
关于电容器205,例如可以是双电层电容器。从市场上购买了高耐压双电层电容器时,体积较大,因而在安装上存在问题的情况下,可以使用碳纳米管电容器。在该情况下,可将电容器的体积降低至一半以下。碳纳米管电容器通过碳纳米管构成极化电极。此时的极化电极可以是通过单层或多层碳纳米管的合成过程得到的薄膜或薄片、将分散处理的碳纳米管浸渍到树脂无纺布、导电性树脂无纺布中而得到的浸渍体、与树脂粘合剂一起成形的成形体。更优选是碳纳米管的薄膜、薄片或者无纺布浸渍体。碳纳米管电容器可实现小型化,容易在铅蓄电池上的狭窄的空间内配置耦合装置。
滤波器204设置在电容器205的端子与脉冲电路203的端子之间。滤波器204是所谓的高通滤波器,例如由电阻206和电感207构成,具有如图5所示的特性。1KHz以上的信号无法通过。因此,不会影响脉冲的波形。这是本申请的重点。若使用该耦合装置200,无须采取充分的劣化防止对策,因此非常重要。
另外,本发明并不限于上述各实施方式,可进行各种变形。例如,在耦合装置200中内置了电容器205,但是也可以在外部设置电容器205,这样也能获得同样的效果。在这种情况下,也能够使用大容量的电容器。
此外,电容器可以是纽扣型、铝层压包装形、圆筒形等各种形状。无论是哪一种方法,都能够同样地使用。
工业上的可利用性
如以上说明,通过铅蓄电池和耦合装置的组合,能够达成电容器铅组电池的长寿命,以前只能使用3年至5年左右,但是本发明能够得到10年至15年的寿命。
这在风力或太阳能发电中的蓄电装置中,或者在汽车用铅蓄电池中,能够带来极大的利益。
铅蓄电池和电容器在目前考虑的蓄电元件之中是安全性最高的。在需要大规模蓄电系统的状况中,必需要求安全的蓄电装置。
另外,比较锂离子电池的蓄电装置和本申请的电容器铅组电池,电容器铅组电池的体积可减小50%至30%左右。这样能够推翻锂离子电池的优越性,且能够通过本装置解决周期性劣化,因此能够实现已经不逊色于锂离子电池的蓄电装置。
符号说明
100 电容器铅组电池
101 铅蓄电池
102 阴极端子
103 阳极端子
200 耦合装置
201 框体
202 电线
203 脉冲电路
204 滤波器
205 电容器
206 电阻
207 电感
208 印刷基板

Claims (4)

1.一种电容器铅组电池,其特征在于,
在具有阴极端子和阳极端子的铅蓄电池中,设置具有电容器、脉冲电路以及配置在该电容器与该脉冲电路之间的无法通过1KHz以上的信号的滤波器的耦合装置,所述电容器和所述脉冲电路连接在所述阴极端子和所述阳极端子。
2.根据权利要求1所述的电容器铅组电池,其特征在于,
所述电容器是双电层电容器。
3.根据权利要求2所述的电容器铅组电池,其特征在于,
所述双电层电容器通过碳纳米管构成极化电极,所述极化电极是碳纳米管的薄膜、碳纳米管的薄片、使分散处理的碳纳米管浸渍到无纺布的浸渍体、或将碳纳米管与树脂粘合剂一起设为树脂成形体的电极。
4.一种耦合装置,是用于权利要求1至3中任一项所述的电容器铅组电池中的耦合装置,其特征在于,
连结电容器、脉冲电路、和设置在该电容器与该脉冲电路之间的无法通过1KHz以上的信号的滤波器,所述电容器和所述脉冲电路连接在铅蓄电池的阴极端子和阳极端子。
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