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HINTERGRUND
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1. Technisches Gebiet
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Diese Offenlegung bezieht sich auf eine Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung auf Einzelzellenebene und deren Verwendungsmethode.
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2. Hintergrund
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Einige Hybridelektrokraftfahrzeuge (HEVs) integrieren eine Hochspannungsbatterie als eine Primärenergiequelle und einen Ultrakondensator, um Hochstromimpulse von kurzer Dauer bereitzustellen. Diese Konstruktion stellt ausgezeichnete Leistung und ausreichend Energie bereit, um HEVs zu betreiben.
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Die Verwendung von mindestens zwei Energiequellen, um HEVs mit Energie zu versorgen erfordert mehrere Steuergeräte, die Gewicht und Mehraufwand hinzufügen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß mindestens einer hier offenbarten Ausführungsform einer Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung zur Verwendung in einem Fahrzeug vermindert sich die Anzahl an Steuergeräten, die Gewicht hinzufügen und Platz auf einem Fahrzeug einnehmen. Die Vorrichtung umfasst eine Batterie- und Ultrakondensatorzelle, die eine positive Elektrode, eine erste negative Elektrode, eine zweite negative Elektrode, einen ersten Separator und einen Controller aufweist. Die erste negative Elektrode weist eine erste Zusammensetzung auf und kommuniziert mit der positiven Elektrode. Die zweite negative Elektrode weist eine zweite Zusammensetzung auf und befindet sich neben der ersten negativen Elektrode. Die zweite negative Elektrode grenzt auch an einen zweiten Separator. Eine zweite negative Elektrode kommuniziert mit der positiven Elektrode und der ersten negativen Elektrode. Der erste Separator ist zwischen der positiven Elektrode und der ersten und zweiten negativen Elektrode angeordnet. Der Controller kommuniziert mit der positiven Elektrode, der ersten negative Elektrode und der zweiten negativen Elektrode. Die erste negative Elektrode umfasst eine sekundäre negative Batterieelektrode und die zweite negative Elektrode umfasst eine negative Ultrakondensatorelektrode.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform, umfasst eine Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung mindestens eine Batterie- und Ultrakondensatorzelle, die eine sekundäre Batteriezelle, einen elektrochemischen Doppelschichtkondensator und einen Controller aufweist. Die zweite Batteriezelle umfasst eine positive Elektrode und eine erste negative Elektrode, die ein erstes Segment umfasst. Der elektrochemische Doppelschichtkondensator umfasst die positive Elektrode und eine zweite negative Elektrode, die ein zweites Segment umfasst. Der Controller zur Steuerung de Vorrichtung, um entweder ein Laden oder Entladen von mindestens einer Zelle zu erreichen, kommuniziert sowohl mit der zweiten Batteriezelle als auch mit dem elektrochemischen Doppelschichtkondensator.
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Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren offenbart, um einen Elektromotor zur Verwendung in einem Fahrzeug mit Energie zu versorgen. Das Fahrzeug hat ein elektrisches Ladesystem mit einer Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung. Die Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung umfasst mindestens eine Batterie- und Ultrakondensatorzelle mit einer positiven Nickeloxyhydroxidelektrode, einer kombinierten negativen Elektrode, die einen negativen Metallhydridelektrodenteil und einen negativen Aktivkohleelektrodenteil aufweist. Die kombinierte negative Elektrode kommuniziert mit der positiven Elektrode. Die positive Elektrode und der negative Aktivkohleelektrodenteil umfassen einen Ultrakondensatorteil der Zelle. Die positive Elektrode und der negative Metallhydridelektrodenteil umfassen einen Batterieteil der Zelle. Ein Separator, der zwischen der positiven Elektrode und der kombinierten negativen Elektrode angeordnet ist, isoliert elektrisch die positive und kombinierte negative Elektrode. Das Verfahren umfasst die Schritte des Steuerns eines Elektronenflusses der kombinierten negativen Elektrode, indem ein einzelner Controller verwendet wird, der mit der Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung kommuniziert, wenn er die Vorrichtung elektrisch entlädt. Der Elektromotor des Fahrzeugs wird mit dem Elektronenfluss mit Energie versorgt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 veranschaulicht ein Hybridelektrokraftfahrzeug, das eine Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung gemäß mindestens einer Ausführungsform aufweist;
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2 veranschaulicht schematisch eine Batterie- und Ultrakondensatorzelle einer Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung gemäß mindestens einer Ausführungsform;
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3 veranschaulicht schematisch eine Batterie- und Ultrakondensatorzellen-Konfiguration gemäß mindestens einer Ausführungsform;
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4 veranschaulicht schematisch eine Batterie- und Ultrakondensatorzellen-Konfiguration gemäß mindestens einer Ausführungsform;
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5 veranschaulicht schematisch eine Batterie- und Ultrakondensatorzellen-Konfiguration gemäß mindestens einer Ausführungsform;
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6 veranschaulicht schematisch eine prismatische Konfiguration einer Batterie- und Ultrakondensatorzelle gemäß mindestens einer Ausführungsform;
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7 veranschaulicht schematisch eine zylindrische Konfiguration einer Batterie- und Ultrakondensatorzelle gemäß mindestens einer Ausführungsform;
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8 stellt die Schritte des Prozesses zur Verwendung einer Batterie- und Ultrakondensatorzelle gemäß mindestens einer Ausführungsform schematisch dar.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Es wird nun im Detail Bezug genommen auf Zusammensetzungen, Ausführungsformen und Verfahren, die hier angeführt sind, welche die beste Art umfassen, die den Erfindern augenblicklich bekannt ist, um die Erfindung zu realisieren. Es ist aber selbstverständlich, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele der Erfindung sind, die in verschiedenen und alternativen Formen verkörpert werden kann. Deshalb sollen spezielle hier offenbarte Details nicht als Begrenzung verstanden werden, sondern lediglich als eine repräsentative Basis für irgendeinen Aspekt der Erfindung und/oder als eine repräsentative Basis, um einen Fachmann zu lehren, die vorliegende Erfindung verschiedenartig zu verwenden.
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Außer bei den Betriebsbeispielen oder wo es anderweitig ausdrücklich angezeigt ist, sind alle Zahlen in dieser Beschreibung, die Materialmengen, Reaktionszustände oder Verwendungen anzeigen, als modifiziert, durch das Wort „über” im Beschreiben des breitesten Umfangs der Erfindung zu verstehen. Das Praktizieren innerhalb der angegebenen numerischen Grenzen ist generell bevorzugt. Außerdem gilt, es sei denn, das Gegenteil ist ausdrücklich erwähnt:
- (i) Prozent- und Verhältniswerte sind per Gewicht;
eine Materialgruppe oder Klasse beschrieben als geeignet oder bevorzugt für einen gegebenen Zweck im Zusammenhang mit der Erfindung impliziert, dass jedwede zwei oder mehr dieser Materialien gemischt werden und ebenso geeignet oder bevorzugt sein können;
- (ii) in chemischen Begriffen beschriebene Bestandteile beziehen sich auf die Bestandteile zur Zeit der Hinzufügung zu irgendeiner Kombination, die in der Beschreibung spezifiziert ist. Dies schließt chemische Interaktionen unter Gemischbestandteilen nicht aus, sobald diese gemischt sind;
- (iii) eine erste Definition eines Akronyms oder einer anderen Abkürzung gilt für alle hier anschließenden Verwendungen der gleichen Abkürzung und gilt entsprechend für normale grammatikalische Variationen der anfangs definierten Abkürzung; und
- (iv) es sei denn, das Gegenteil ist ausdrücklich erwähnt, wird die Messung einer Eigenschaft durch die gleiche Technik wie zuvor oder später für die gleiche Eigenschaft referenziert bestimmt.
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1 veranschaulicht ein Hybridelektrokraftfahrzeug (HEV) 10 gemäß mindestens einer Ausführungsform. Verbunden mit dem HEV 10 ist eine Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12, die einen Controller 14 umfasst und elektrisch direkt oder indirekt mit diesem kommuniziert. Der Controller 14 kommuniziert elektrisch mit einem Fahrmotor 16. Fahrmotor 16 ist mit mindestens einem Rad 156 des Fahrzeugs 10 durch eine Kraftübertragung 154 verbunden. Gemäß mindestens einer Ausführungsform kommuniziert Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12 elektrisch mit einem Hochspannungsbus 150 und stellt Energie an ihn bereit. Hochspannungsbus 150 kommuniziert elektrisch mit einem DC/DC-Wandler 152 und stellt Energie an ihn bereit. Der DC/DC-Wandler 152 kommuniziert elektrisch mit einem Signalnetzwerk mit Fahrmotor 16.
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Während die Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12 als Energie zu Fahrmotor 16 bereitstellend veranschaulicht ist, kann die Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12 verwendet werden, um andere Verbraucher am Fahrzeug 10 mit Energie zu versorgen, wie beispielsweise elektrisch angetriebene Hilfsvorrichtungen, ohne vom Umfang oder Sinn der Ausführungsform abzuweichen.
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2 veranschaulicht schematisch eine Batterie- und Ultrakondensatorzelle 28 gemäß mindestens einer Ausführungsform. Die Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12 kann eine Vielzahl an Batterie- und Ultrakondensatorzellen 28 umfassen. Die Batterie- und Ultrakondensatorzelle 28 umfasst ein Gehäuse 26, das eine positive Elektrode 30 abdeckt, die elektrisch mit dem Controller 14 durch eine erste elektrische Leitung 32, wie beispielsweise ein elektrisches Kabel oder eine Ader kommuniziert. Controller 14 kommuniziert auch elektrisch mit den kombinierten negativen Elektroden 34 durch eine zweite elektrische Leitung 36.
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Es ist jedoch offensichtlich, dass die negative Elektrode während des Ladens eine Kathode sein kann, wo eine Reduktionsreaktion auftritt, und die positive Elektrode eine Anode sein kann, wo eine Oxidationsreaktion auftritt, da die Batterie- und Ultrakondensatorzellen 28 reversibel aufladbar und entladbar sind. Während der Entladung kann die negative Elektrode die Anode sein, und die positive Elektrode kann die Kathode sein.
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Die kombinierten negativen Elektroden 34 weisen eine Metallhydridelektrode 40 und eine Doppelschichtelektrode 42 angeordnet neben der Metallhydridelektrode 40 auf. Zwischen der positiven Elektrode 30 und der kombinierten negativen Elektrode 34 befindet sich ein erster Separator 44, der den Elektronenstrom zwischen der positiven Elektrode 30 und der kombinierten negativen Elektrode 34 hemmt. Zwischen der positiven Elektrode 30 und der kombinierten negativen Elektrode 34 befindet sich ein Elektrolyt 36, der die Wanderung von Elektronen zwischen der positiven Elektrode 30 und der kombinierten negativen Elektrode 34 erleichtern kann. Ein zweiter Separator 46 isoliert elektrisch die Doppelschichtelektrode 42 von einer folgenden positiven Elektrode 48, die in einer anderen Batterie- und Ultrakondensatorzelle 50 (fragmentarisch veranschaulicht) angeordnet ist, welche optional in der Nähe angeordnet sein kann.
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Bei mindestens einer Ausführungsform weist die Metallhydridelektrode 40 einen Wasserstoffgehalt im Bereich von 0,1 Gew-% Wasserstoff bis 3 Gew-% Wasserstoff auf. Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Metallhydridelektrode 40 einen Wasserstoffgehalt im Intervall von 0,5 Gew-% Wasserstoff bis 2,5 Gew-% Wasserstoff auf. Bei noch einer weiteren Ausführungsform umfasst die Metallhydridelektrode 40 eine Cermischmetall-Nickelbasis-Hydrid-Legierungszusammensetzungselektrode.
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Die positive Elektrode 30, Doppelschichtelektrode 42, der erste Separator 44 und der zweite Separator 46 umfassen einen Ultrakondensator.
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Die positive Elektrode 30, Metallhydridelektrode 40 und der erste Separator 44 umfassen eine Batteriezelle.
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Bei mindestens einer Ausführungsform umfasst die positive Elektrode 30 eine Nickeloxyhydroxid-(NiOOH)-Zusammensetzung. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die positive Elektrode 30 Nickeloxyhydroxid-Partikel mit einer Überzugsschicht, die mindestens einen Teil einer Oberfläche jedes Nickeloxyhydroxid-Partikels bedeckt. Die positive Elektrode 30 ist größtenteils aus einer Nickelverbindung zusammengesetzt, die eine durchschnittliche Wertigkeit von Nickel von mehr als 2 aufweist und ein Additiv, das Nb und Y unter den Nickeloxyhydroxid-Partikeln verteilt enthält. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die positive Elektrode 30 eine poröse Nickel-Zusammensetzungsstruktur umfassen und ein Teil der positiven Elektrode 30 weist die Nickeloxyhydroxid-Zusammensetzung auf.
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Es ist selbstverständlich, dass die positive Elektrode 30 eine oder mehrere kristalline Strukturen des Nickeloxyhydroxids, wie beispielsweise die kristallinen Alpha-, Beta- oder Gammastrukturen umfassen kann. Es ist weiter selbstverständlich, dass die Nickeloxyhydroxid-Zusammensetzung eine nicht stöchiometrische Zusammensetzung sein kann, eine Kombination von Nickel-Atomen in unterschiedlichen Oxidationsstufen umfassen kann und zu einer oder mehreren unterschiedlichen Zusammensetzungen durch ausgedehnte Exposition zu Elektrolyt 36 transformiert werden kann. Es ist weiter selbstverständlich, dass die positive Elektrode 30 zusätzlich zur Nickeloxyhydroxid-Zusammensetzung zusätzliche Legierungen und/oder Zusatzstoffe umfassen kann.
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Bei mindestens einer Ausführungsform umfasst die kombinierte negative Elektrode 34 eine Wasserstoffspeicherlegierung und eine negative Ultrakondensatorelektrode. Die Wasserstoffspeicherlegierung umfasst eine Zusammensetzung, die reversibel ein Gemisch aus Metallhydridverbindungen bildet. Bei mindestens einer Ausführungsform umfasst die Wasserstoffspeicherlegierung eine intermetallische Zusammensetzung, die zwei oder mehr metallische Festphasenelemente aufweist. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die intermetallische Zusammensetzung optional ein oder mehrere nicht metallische Elemente, deren Kristallstruktur von derjenigen der metallenen Bestandteile abweicht. Nicht begrenzende Beispiele von intermetallischen Zusammensetzungen umfassen zwei Klassen: Eine AB5-Zusammensetzung, wo A ein Seltenerde-Gemisch aus Lanthan, Cerium, Neodym, Praseodym ist und B ist Nickel, Kobalt, Mangan und/oder Aluminium; und eine AB2-Zusammensetzung, wo A Titan und/oder Zirconium ist und B ist Vanadium oder Nickel, das mit Chrom, Cobalt, Eisen und/oder Mangan modifiziert ist.
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Die negative Ultrakondensatorelektrode in mindestens einer Ausführungsform, umfasst eine negative Doppelschichtelektrode. Nicht begrenzende Beispiele von Zusammensetzungen, welche die negative Doppelschichtelektrode umfassen, schließen eine negative Elektrode auf Kohlenstoffbasis ein, die Absorptionskohle, Aktivkohle, Graphen und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen aufweist; ein Aerogel; und/oder Bariumtitanat.
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Weiterführend ist in 3 mindestens eine Ausführungsform einer Konfiguration von Batterie- und Ultrakondensatorzelle 28 schematisch in einer überlagerten Art veranschaulicht. Die kombinierte negative Elektrode 34 umfasst Metallhydridelektrode 40 als eine Schicht 60, die eine Längsachse 62 und eine Oberfläche 64 parallel zur Längsachse 62 aufweist. Die kombinierte negative Elektrode 34 umfasst weiter Doppelschichtelektrode 42 als eine Schicht 66, die eine Längsachse 68 und eine Oberfläche 70 parallel zur Längsachse 68 aufweist. Oberfläche 64 und Oberfläche 70 sind nebeneinander so angeordnet, dass die Schichten 60 und 66 sich überlagern.
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Weiterführend ist in 4 mindestens eine Ausführungsform einer Konfiguration von Batterie- und Ultrakondensatorzelle 28 schematisch veranschaulicht. Die kombinierte negative Elektrode 34 umfasst Metallhydridelektrode 40 als eine Schicht 80, die ein Ende 82 aufweist. Die kombinierte negative Elektrode 34 umfasst weiter Doppelschichtelektrode 42 als eine Schicht 86, die ein Ende 88 aufweist. Ende 82 und Ende 88 sind nebeneinander so angeordnet, dass Schicht 80 und 86 von Ende zu Ende ausgerichtet sind.
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Weiterführend ist in 5 eine weitere Ausführungsform einer Konfiguration von Batterie- und Ultrakondensatorzelle 28 schematisch veranschaulicht. Die kombinierte negative Elektrode 34 umfasst Metallhydridelektrode 40 als ein erstes Segment 100, das ein Ende 102 aufweist. Die kombinierte negative Elektrode 34 umfasst weiter Doppelschichtelektrode 42 als ein zweites Segment 106, das die Enden 108 und 110 aufweist. Ende 102 und Ende 108 sind nebeneinander so angeordnet, dass Segment 100 und 106 von Ende zu Ende ausgerichtet sind. Die kombinierte negative Elektrode 34 umfasst weiter ein zweites Segment 112 der Metallhydridelektrode 40. Das zweite Segment 112 weist ein Ende 114 auf. Ende 114 und Ende 110 sind nebeneinander so angeordnet, dass Segment 106 und 112 von Ende zu Ende ausgerichtet sind. Es ist selbstverständlich, dass Konfigurationen von 5 Variationen von Segmenten aufweisen können.
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Elektrolyt 36 ist bei mindestens einer Ausführungsform ein elektrisch aktiver Festkörper und/oder eine Flüssigkeit, die durch die negativen und die positiven Elektroden polarisierbar ist. Kationen und Anionen werden an den Elektroden erzeugt und in einer Doppelschicht durch die statische Elektrizität im Ultrakondensator angeordnet. Während der Lade- und Entladeprozesse migrieren die Kationen und Anionen in den Elektrolyten. Sich in entgegengesetzten Richtungen bewegend etablieren die Kationen und Anionen die Doppelschicht, die dadurch Energie speichert. Nicht begrenzende Beispiele des Elektrolyten 36 umfassen mindestens eines aus trennbaren Salzen, wie beispielsweise Ätzkali, NaOH und/oder LiOH in einer wässrigen Lösung. Die Konzentration der Salze kann molar von 0,2–8 reichen.
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Die Separatoren 44 und 46 sind in mindestens einer Ausführungsform ein Polymerzusammensetzungssubstrat. Nicht begrenzende Beispiele des Polymerzusammensetzungssubstrats umfassen eine Polyamidfolie, ein mit Acrylsäure veredelter Vliesstoff oder ein sulfonierter Polyolefin-Vliesstoff. Die Separatoren 44 und 46 weisen bei bestimmten Ausführungsformen Dicken im Bereich von 50 Mikrometer bis 200 Mikrometer auf.
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Unter weiterer Bezugnahme auf die 6 und 7 kann die Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12 bei mindestens einer Ausführungsform als eine prismatische Konfiguration konfiguriert sein. Bei einer weiteren Ausführungsform kann Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12 als eine zylindrische Konfiguration konfiguriert sein.
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In 6 wird bei mindestens einer Ausführungsform der Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12 die prismatische Konfiguration der Vorrichtung 12 durch Wickeln einer Riemenform 120 der positiven Elektrode und einer Riemenform 122 der negativen Elektrode mit einem verschachtelten Separator 124, der sich dazwischen befindet, erreicht. Die prismatische Konfiguration ist in einem Gehäuse 126 einschließlich eines Anodenanschlusses 128 und eines Minuspols 130 untergebracht, die elektrisch voneinander isoliert und elektrisch mit der positiven Elektrode 120 und der negativen Elektrode 122 verbunden sind.
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In 7 ist mindestens eine Ausführungsform der Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12 schematisch in einer zylindrischen Konfiguration veranschaulicht, die durch Rollen einer Blattform 140 der positiven Elektrode und einer Blattform 142 der negativen Elektrode mit einem verschachtelten Separator 144 dazwischen erreicht wird. Die zylindrische Konfiguration ist in einem Gehäuse 146 einschließlich eines Anodenanschlusses 148 und eines Minuspols 140 untergebracht, die elektrisch voneinander isoliert und elektrisch mit der positiven Elektrode 140 und der negativen Elektrode 142 verbunden sind.
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Weiterführend ist in 8 bei mindestens einer Ausführungsform ein Verfahren zur Verwendung der Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12 diagrammatisch veranschaulicht, wenn ein Elektromotor zur Verwendung in einem Fahrzeug, das ein elektrisches Ladesystem aufweist, mit Energie versorgt wird. Die Batterie- und Ultrakondensatorzelle 28 umfasst die positive Nickeloxyhydroxid-Elektrode 30, die kombinierte negative Elektrode 34, die einen negativen Metallhydridelektroden-40-Teil und einen negativen Aktivkohleelektrodenteil umfasst, der mit der positiven Elektrode 30 kommuniziert. Die positive Elektrode 30 und der negative Aktivkohleelektrodenteil umfassen einen Ultrakondensatorteil der Zelle. Die positive Elektrode 30 und der negative Metallhydridelektroden-40-Teil umfassen einen Batterieteil der Zelle. Der Elektrolyt 36 und der Separator 44 sind zwischen der positiven Elektrode und der kombinierten negativen Elektrode angeordnet.
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Die Verwendungsmethode der Batterie- und Ultrakondensatorzelle 28 bei mindestens einer Ausführungsform kann die Schritte umfassen:
- (i) Schritt 160, das Steuern eines Elektronenflusses von der negativen Elektrode mit einem einzelnen Controller für die Batterie- und Ultrakondensatorzelle 28, wenn die Batterie- und Ultrakondensatorzelle 28 elektrisch entladen wird; und
- (ii) Schritt 162, den Elektromotor mit dem Elektronenfluss mit Energie zu versorgen.
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Bei der elektrischen Aufladung der Batterie- und Ultrakondensatorzelle 28 umfasst ein zusätzlicher Schritt 164 das Steuern des Elektronenflusses zur negativen Elektrode.
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Beim Auslegen der Batterie- und Ultrakondensatorzelle 12 kann die kombinierte negative Elektrode 34 Schritt 166, das Bilden der kombinierten negativen Elektrode mit dem Metallhydrid und der Aktivkohle in einer überlagerten Konfiguration, umfassen.
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Bei der elektrischen Entladung der Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12 kann Schritt 160 weiter den Schritt 168 umfassen, den Elektronenfluss im Wesentlichen vom Ultrakondensator während einer Impulszeit zu steuern, sodass eine Stromteilung zwischen der Batterie und den Ultrakondensatorteilen der kombinierten negativen Elektrode 34 als eine Folge unterschiedlicher Innenwiderstände zwischen den Teilen auftritt.
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Schritt 168 kann bei bestimmten Ausführungsformen Schaden am Batterieteil der kombinierten negativen Elektrode 34 aufgrund der Hochstromimpulse verhindern, die vom Ultrakondensator während der Impulszeit abgegeben werden.
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Bei bestimmten Ausführungsformen reduziert die Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12 die Notwendigkeit von mehrfachen Steuerungsvorrichtungen von mindestens drei Controllern (d. h. einem Controller für jeweils die Batterie, Ultrakondensator und einem Mastercontroller, der die Batterie- und Ultrakondensatorcontroller steuert) auf einen einzelnen Controller, wodurch die Kosten der Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12 reduziert werden. Weiter hat die Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12 den wünschenswerten Vorteil, weniger Gewicht und Platzbedarf aufgrund der verminderten Anzahl an Controllern aufzuweisen.
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Die Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12 kann den weiteren wünschenswerten Vorteil haben, 25% oder mehr an Stromimpulsen mit relativ hoher Rate und kurzer Impulszeit bereitzustellen. Es kann relativ mehr HEV-Betrieb erfolgen, indem der Ultrakondensatorteil der Batterie- und Ultrakondensatorvorrichtung 12 verwendet wird. Mindestens 30% der HEV-Betriebslast können durch den Ultrakondensatorteil der Vorrichtung 12 bereitgestellt werden. Die relative Reduzierung der Versorgung der Last durch die Metallhydridbatterie kann die Lebensdauer des Metallhydridteils der Vorrichtung 12 verlängern. Das Erweitern der Lebensdauer des Metallhydridteils kann die Notwendigkeit einer zusätzlichen Menge an Metallhydridbatterie reduzieren, um die Reduzierung der Metallhydridversorgung der Last über die Lebensdauer des Fahrzeugs abzuschwächen. Der Ultrakondensatorteil kann eine relativ höhere Energie zulassen, was wiederum eine geringere Größe und ein reduziertes Gewicht der Vorrichtung 12 ermöglicht, während die gleiche Energie bereitgestellt wird.
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Weiter kann ökonomisch das Aufnehmen des Ultrakondensators mit der Batterie in einer Vorrichtung einen wünschenswerten Vorteil während einer Leistung bei niedriger Temperatur haben, da Ultrakondensatoren bei verhältnismäßig niedrigen Temperaturen relativ robuster sind als Batterien. Vorhergehende HEV-Energievorrichtungen waren im Verhältnis größer, da sie dafür dimensioniert waren, den Effekt der relativ niedrigeren Energie der Metallhydridbatterie bei niedriger Temperatur abzuschwächen. Außerdem verringert die Präsenz der Aktivkohle in der negativen Elektrode bei einigen Ausführungsformen den Innenwiderstand gegenüber dem Elektronenfluss, was die Leistungsabgabe in allen Temperaturbereichen verbessert. Weiter kann der reduzierte Innenwiderstand den Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöhen, weil mehr Energie für die Arbeit verfügbar ist, da weniger Energie als Wärme durch die interne Zellerwärmung abgeleitet wird.
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Wenn man die negative Metallhydridelektrode und die negative Ultrakondensatorelektrode kombiniert, kann der Austausch einer relativ kostspieligen Metallhydrid-Zusammensetzung mit einer weniger kostspieligen Aktivkohle-Zusammensetzung die Gesamtkosten reduzieren.
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Während Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht und beschrieben worden sind, ist es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung veranschaulichen und beschreiben. Vielmehr dienen die in der Beschreibung verwendeten Worte zur Beschreibung und nicht als Begrenzung. Es ist offensichtlich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Sinn und Umfang der Erfindung abzuweichen.
