DE19922948A1

DE19922948A1 - Elektrischer Doppelschicht-Kondensator mit Kurzschlußfunktion

Info

Publication number: DE19922948A1
Application number: DE19922948A
Authority: DE
Inventors: Yukari Kibi; Takashi Saito
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1999-05-15
Publication date: 1999-12-09
Anticipated expiration: 2019-05-16
Also published as: JPH11329907A; DE19922948B4; US6219221B1; KR100339328B1; DE19922948B9; KR19990088292A; JP3379432B2

Abstract

Um ein Mißverhältnis der Spannung zwischen allen elektrischen Doppelschicht-Kondensator-Einheiten ohne elektrischen Verlust zu reduzieren, wenn eine Mehrzahl der elektrischen Doppelschicht-Kondensator-Einheiten in Reihe zum Aufbau eines elektrischen Doppelschicht-Kondensators geschaltet sind, ist ein Schaltelement zu jeder elektrischen Doppelschicht-Kondensator-Einheit parallel geschaltet, um während des Entladens des elektrischen Doppelschicht-Kondensators individuell kurzgeschlossen zu werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Erfindungsgebiet

Diese Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinrichtung und insbesondere auf eine Einrichtung, die durch eine Mehrzahl von in Reihe geschalteten elektri schen Doppelschicht-Kondensatoren gebildet ist.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Eine elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinrichtung des beschriebenen Typs weist einen niedrigen Widerstand und eine große Kapazität auf. Da die elektrische Doppelschicht- Kondensatoreinrichtung keine chemische Reaktion verursacht, wie es im Gegensatz bei einer Batterie vorkommt, ist ihre Verschlechterung wegen der Wiederholung des Ladens und Ent ladens sehr gering. Deshalb kann die Einrichtung häufig als ein wartungsfreier Akkumulator verwendet werden. Weiter ist sie nicht umweltschädlich, weil die elektrische Doppelschicht- Kondensatoreinrichtung keine schädliche Substanz, wie z. B. Schwermetall, als ihr Bauele mentmaterial enthält. Diese Vorteile nutzend, wurde die elektrische Doppelschicht- Kondensatoreinrichtung weithin als Speichersicherungseinrichtung verwendet. Im allgemei nen ist der elektrische Doppelschicht-Kondensator mit einer Batterie oder einer (elektrischen) Stromquelle, die durch Umformung herkömmlicher Wechselstromleistung in Gleichstrom erhalten wird, parallel geschaltet. Elektrische Ladung, die in dem elektrischen Doppelschicht- Kondensator angesammelt ist, sichert mehrere Teile, wenn die Stromversorgung zufällig un terbrochen wird. Weiter wurde kürzlich eine elektrische Doppelschicht- Kondensatoreinrichtung entwickelt, die eine außerordentlich große Kapazität aufweist, so daß erwartet wird, daß sie als Batterie-Ersatz-(Austausch)Bauteil oder als Hilfsbauteil für einen Motorantrieb verwendet werden soll. Dies zeigt, daß solch eine Einrichtung nicht nur für den Speicher als Notaggregat dienen, sondern auch das gesamte System sichern kann. Die elektri sche Doppelschicht-Kondensatoreinrichtung wurde kürzlich besonders für Leistungsanwen dungen, die sich durch eine große Stromkennlinie auszeichnen, wegen der Forderung nach Stromversorgung von elektrischen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen weiterentwickelt.

Solch ein elektrischer Doppelschicht-Kondensator weist übrigens eine Arbeits- oder Einsatz spannung auf, die unterhalb der elektrolytischen Spannung des verwendeten Elektrolyten be grenzt ist. Die Grenzspannung beträgt etwa 1 V, wenn ein Elektrolyt auf Wasserbasis, wie z. B. Schwefelsäure, verwendet wird. Zum anderen beträgt sie etwa 2,5 V, wenn ein Elektrolyt auf Basis einer organischen Lösung, wie z. B. Propylenkarbonat, verwendet wird. Wenn eine Spannung, die diese Spannungsgrenze überschreitet, angelegt wird, wird die Lebensdauer des Kondensators beträchtlich reduziert. Deshalb ist es notwendig, eine erforderliche Anzahl der selben in Serie zu schalten, wenn der Kondensator unter Umgebungsbedingungen über der Spannungsgrenze verwendet wird.

Wenn jedoch an eine Kondensatoreinrichtung, in der die Kondensatoreinheiten in Reihe ge schaltet sind, eine Spannung angelegt wird, tritt ein Mißverhältnis bzw. eine Dispari tät/Ungleichheit (im folgenden Ungleichheit) in der Spannung auf, die an jeder Kondensa toreinheit anliegt, und zwar infolge der Ungleichheit der Kapazität und des inneren Wider standes jeder Kondensatoreinheit. Weiter kann diese Ungleichheit durch die Möglichkeit des wiederholten Ladens und Entladens gesteigert werden. Als Folge davon wird eine Spannung, die die Grenzspannung überschreitet, an die Kondensatoreinheit angelegt, so daß sich eine Zerstörung desselben ereignen kann.

Als Verfahren zur Unterdrückung der Ungleichheit der Spannung zwischen den Einheitskon densatoren 12, offenbart die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung (JP-A) Nr. SHO 62-4848 (hiernach als Dokument 1 bezeichnet) ein Verfahren zur Reduzierung der Ungleich heit/Disparität der Spannung, die durch Parallelschalten einer Mehrzahl von Widerständen, die einen gleichen Widerstand aufweisen, an die Kondensatoreinheiten angelegt werden. Weiter hat die ungeprüfte Japanische Patentveröffentlichung (JP-A) Nr. HEI 6-30247 (hier nach als Dokument 2 bezeichnet) ein Verfahren offenbart, in dem eine Schutzschaltung eine Zener-Diode und einen Widerstand, die in Serie geschaltet sind, umfaßt und mit der Konden satoreinheit parallel geschaltet ist.

Weil es jedoch, gemäß dem Verfahren, auf das in dem obigen Dokument 1 hingewiesen ist, notwendig ist, die Widerstände 1/5-1/10 des Isolierwiderstands jeder Kondensatoreinheit zu verbinden, wie entsprechend im Dokument 1 beschrieben, ist der Verluststrom des gesamten Kondensators 5- bis 10fach gestiegen, verglichen mit einem Fall, in dem kein Widerstand geschaltet ist. Deshalb existiert ein Problem, indem der Elektrizitätsverlust außerordentlich steigt.

Weil weiterhin, gemäß dem Verfahren, das in dem obigen Dokument 2 beschrieben ist, der Strom immer durch die Schutzschaltung gleich dem Verfahren, das in dem obigen Dokument 1 angezeigt ist, fließt, bleibt ein Problem, daß der Leistungsverbrauch groß ist. Das Verfahren der Steuerung der Spannung durch solch einen Umgehungsstrom ist wirksam, wenn die Lade zeit sehr lang ist. Der Umgehungsstrom steigt jedoch beträchtlich, wenn das Laden in einem kurzen Zeitintervall in der Größenordnung mehrerer Sekunden ausgeführt wird. Die Schutz schaltung ist durch die Verwendung eines solch großen Stroms so gut wie nie verfügbar, weil nicht nur der Leistungsverbrauch groß ist, sondern die Teile sehr teuer sind. Weil die Span nungen aller Kondensatoreinheiten gemäß dieser Steuerverfahren durch Steuerung der La despannung erwähnt werden müssen, existiert das Problem, daß die Schutzschaltung kompli ziert und teuer ist.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist entsprechend Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen elektrischen Doppelschicht- Kondensator vorzusehen, der geeignet ist, eine Spannungsungleichheit/-disparität zwischen den Kondensatoren ohne Elektrizitätsverlust zu reduzieren, wenn ein elektrischer Doppel schicht-Kondensator durch in Serie schalten der Kondensatoreinheiten gebildet ist. Nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine elektrische Doppelschicht- Kondensatoreinrichtung vorgesehen, die eine Mehrzahl elektrischer Doppelschicht- Kondensatoreinheiten umfaßt, die in Serie geschaltet sind und einen Kurzschlußmechanismus zum Kurzschließen jedes elektrischen Doppelschicht-Kondensators während des Entladens umfassen.

Unter dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, daß der Kurzschlußmecha nismus ein Schaltelement umfaßt, das parallel zu jeder der elektrischen Doppelschicht- Kondensatoreinheit geschaltet ist. Bevorzugterweise umfaßt der Kurzschlußmechanismus weiter einen externen Schalter zum Steuern des Betriebs des Schaltelements.

Unter dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, daß das Schaltelement aus einem Element, das aus einer Gruppe, bestehend aus einem Thyristor, einem Triac, einem Leistungstransistor, einem Leistungs-MOS FET und einem isolierten Tor-Bipolar-Transistor ausgewählt ist, gebildet wird.

Unter dem Blickwinkel der vorliegenden Erfindung ist es weiter vorteilhaft, daß der Einheits- Doppelschicht-Kondensator bzw. die Doppelschicht-Kondensatoreinheit ein Paar Kollekto ren, ein Paar polarisierter Elektroden, die zwischen den Kollektoren angebracht sind, einen Separator, der zwischen den polarisierten Elektroden (sandwichartig) eingeschlossen ist, Elektrolyt, das in die polarisierten Elektroden gefüllt ist, und einen Separator und eine Dich tung, die um die polarisierte Elektrode herum angebracht ist und mit den Kollektoren verbun den ist, umfaßt, wobei die Doppelschicht-Kondensatoreinheiten auf einer Oberfläche des Kollektors gestapelt sind, so daß sie in Serie geschaltet sind.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist weiter ein elektrischer Doppel schicht-Kondensator vorgesehen, der eine Mehrzahl von elektrischen Doppelschicht- Kondensatoreinheiten in Serie und eine Steuerschaltung umfaßt, die mit der elektrischen Doppelschicht-Kodensatoreinheit parallel geschaltet ist. In der elektrischen Doppelschicht schließt die Steuerschaltung ein Schaltelement ein.

Unter dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Steuerschaltung weiter einen Widerstand umfaßt, der mit dem Schaltelement in Serie geschaltet ist. Vorzugs weise kann der Widerstand ein Regelwiderstand sein.

Unter dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, daß das Schaltelement aus einem Element, das aus einer Gruppe, bestehend aus einem Thyristor, einem Triac, einem Leistungsstransistor, einem Leistungs-MOS FET und einem isolierten Tor-Bipular-Transistor ausgewählt ist, gebildet ist.

Unter dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Steuerschaltung weiter einen externen Schalter zur Steuerung des Betriebs des Schaltelements umfaßt.

Unter dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Doppelschicht- Kondensatoreinheit ein Paar Kollektoren, ein Paar polarisierte Elektroden, die zwischen den Kollektoren angebracht sind, einen Separator, der zwischen den polarisierten Elektroden ein geschlossen ist, Elektrolyt, das in die polarisierten Elektroden gefüllt ist, und einen Separator und eine Dichtung, die um die polarisierte Elektrode herum angebracht ist und mit den Kol lektoren verbunden ist, aufweist und daß die Doppelschicht-Kondensatoreinheiten auf einer Oberfläche des Kollektors gestapelt sind, so daß sie in Serie geschaltet sind und das Schalt element oder die Steuerschaltung in die Dichtung integriert ist.

Gemäß dem elektrischen Doppelschicht-Kodensator der vorliegenden Erfindung kann durch Kurzschließen jeder Doppelschicht-Kondensatoreinheit (hiernach manchmal als Einheitskon densator/Kondensatoreinheit bezeichnet) die Ungleichheit/Disparität der Spannung während des Entladens zwischen den Einheitskondensatoren unterdrückt werden.

Die vorliegende Erfindung weist insbesondere den Effekt auf, eine Vergrößerung der Un gleichheit der Spannung zu unterdrücken. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die restli che Ladung jedes Kondensators durch Kurzschließen des Einheitskondensators während der Entladung zurückgestellt. Als Ergebnis kann die Ungleichheit der Spannung zwischen den Kondensatoreinheiten innerhalb eines anfänglichen Ungleichheitsbereichs unterdrückt wer den. Das oben erwähnte herkömmliche Verfahren zur Unterdrückung der Ungleichheit der Spannung besteht darin, elektrische Ladung durch eine Umgehungsschaltung zu der Zeit des Ladens abzugeben, so daß die obere Grenze der Spannung nicht überschritten wird.

Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich von einem solchen herkömmlichen Mittel, absie ist zur Unterdrückung der Ungleichheit der Spannung zwischen den Kondensatoreinheiten ohne elektrischen Verlust geeignet, um so eine lange Lebensdauer des Kondensators zu errei chen.

Durch Kurzschließen der Kondensatoreinheit kann die Spannung, wenn der Kondensator entladen wird, so daß die Spannung etwa 0 Volt erreicht, weiter durch eine einfache Schal tung ohne die Notwendigkeit der Überwachung der Spannung jede Kondensatoreinheit oder Festlegen einer oberen Grenze oder einer unteren Grenze derselben gesteuert werden. Der Kurzschlußstrom jeder Kondensatoreinheit kann weiter auf einen kleinen Wert unterdrückt werden.

Durch Einfügen eines Regelwiderstands in die Steuerschaltung kann der Kurzschlußstrom eingestellt werden. Weiter ist das Kurzschließen jeder Kondensatoreinheit nicht immer dann erforderlich, wenn das Laden/Entladen durchgeführt wird, aber es ist effektiv, selbst wenn es unter geeigneter Zeitsteuerung ausgeführt wird.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Fig. 1 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel eines herkömmlichen elektrischen Doppelschicht- Kondensators zeigt;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht, die einen elektrischen Doppelschicht-Kondensator gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 3 ist eine Schnittansicht, die die elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinheit der Fig. 2 zeigt;

Fig. 4 ist ein Schaltbild, das den elektrischen Doppelschicht-Kondensator der Fig. 2 zeigt;

Fig. 5 ist ein Schaltbild, das eine Ausführungsform des elektrischen Doppelschicht- Kondensators gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6 ist ein erläuterndes Diagramm der Spannungswechsel in jeder Kondensatoreinheit vor und nach dem Lade-/Entladetest an dem elektrischen Doppelschicht-Kondensator jedes Bei spiels;

Fig. 7 ist ein erläuterndes Diagramm der Spannungswechsel in jeder Kondensatoreinheit vor und nach dem Lade-/Entladetest an dem elektrischen Doppelschicht-Kondensator jedes Bei spiels, und

Fig. 8 ist ein erläuterndes Diagramm der Spannungswechsel in jeder Kondensatoreinheit vor und nach dem Lade-/Entladetest an dem elektrischen Doppelschicht-Kondensator eines ver gleichenden Beispiels.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Vor der Beschreibung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinrichtung des Standes der Technik beschrieben, und zwar mit Bezug auf Fig. 1, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern.

Bezugnehmend auf Fig. 1, sind die Kondensatoreinheiten 11 in Serie geschaltet. Wenn Span nung an die in Serie geschalteten Kondensatoren angelegt wird, tritt ein Mißverhältnis in der an jeder Kondensatoreinheit anliegenden Spannung wegen des Mißverhältnisses der Kapazi tät und des inneren Widerstandes jeder Kondensatoreinheit 11 auf. Diese Ungleichheit kann weiter durch Wiederholung des Ladens und Entladens ausgeweitet werden. Im Ergebnis kann die Kondensatoreinheit 11 zerstört werden, weil eine Spannung, die größer als ihr Grenzwert ist, angelegt wird.

Nun wird die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Fig. 2 bis 8 beschrieben.

Zuerst wird eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben.

Bezugnehmend auf Fig. 2 umfaßt eine elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinrichtung (hiernach als Kondensatoreinrichtung bezeichnet) 13 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinheiten (hiernach als Kon densatoreinheit/Einheitskodensator bezeichnet) 15, die in Serie geschaltet sind, wie dies ind Fig. 1 gezeigt ist.

Bezugnehmend auf Fig. 3 enthält die elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinheit 15 (hier nach als Kondensatoreinheit/Einheitskondensator bezeichnet) gemäß der ersten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung ein Paar polarisierter Elektroden 17, die aktivierte Holz kohle mit einem großen Flächenverhältnis verwenden, die zwischen einem Paar Kollektoren 19 sandwichartig eingeschlossen sind.

Ein Separator 21 ist zwischen den polarisierten Elektroden 17, 17 angebracht, um einen Kurz schluß zu verhindern, und die polarisierten Elektroden 17 und der Separator 21 werden in Elektrolyt eingetaucht. Eine Dichtung 23 ist um die elektrische Doppelschicht- Kondensatoreinrichtung 13 herum angeordnet, so daß sie mit einem peripheren Endabschnitt des Kollektors 17 verbunden ist, um eine Leckage des inneren Elektrolyts nach außen zu ver hindern.

Gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erimdung wird in Wasser gelöste Schwefelsäure als Elektrolyt verwendet.

Bezugnehmend auf Fig. 4 ist ein Thyristor 25 gemäß der ersten Ausführungsform der vorlie genden Erfindung als Schaltelement zu jeder elektrischen Doppelschicht-Kondensatoreinheit 15 parallel geschaltet, und Schaltungen, von denen jede die elektrische Doppelschicht- Kondensatoreinheit 15 und Thyristor 25 umfaßt, sind in Reihe geschaltet. Alle Tor-Signale zu jedem Thyristor 25 werden durch einen externen Schalter 27 gemeinsam gesteuert. Die Thyri storen 25 und der externe Schalter 27 bilden eine Kurzschlußanordnung. Eine Schaltung, die zu jedem elektrischen Einheits-Doppelschicht-Kondensator 15 parallel geschaltet werden soll, ist integral als ein Körper gebildet, um so in der Dichtung 23 vergraben zu werden. Das Miß verhältnis/die Ungleichheit des Kondensators jeder elektrischen Doppelschicht- Kondensatoreinheit 15 soll weiterhin so klein wie möglich sein.

Als nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die Fig. 5 beschrieben.

Bezugnehmend auf Fig. 5 nutzt die elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinrichtung 33 die gleiche Kondensatoreinheit 15 wie die erste Ausführungsform.

Bei der zweiten Ausführungsform ist jede Kondensatoreinheit mit einer Steuerschaltung ver bunden, in der ein Thyristor 25 und ein Widerstand 29 in Reihe geschaltet sind, um Schaltun gen zu bilden, von denen jede die Kondensatoreinheit 15, Thyristor 25 und Widerstand 29 umfaßt. Die Schaltungen sind in Reihe geschaltet.

Alle Tor-Signale zu den Thyristoren sind gleich und durch den externen Schalter 27 gesteuert. Die Schaltung, die mit jeder Kondensatoreinheit 15 verbunden werden soll, ist integral als ein Körper gebildet, um in der Dichtung 23 vergraben zu werden, wie die in Fig. 4 gezeigte. Die Ungleichheit des Kondensators jeder Kondensatoreinheit 15 soll weiterhin so klein wie mög lich sein.

Als nächstes wurden die elektrischen Doppelschicht-Kodensatoreinrichtungen gemäß der er sten und zweiten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung produziert, und dann wur den ihre Eigenschaften untersucht.

Beispiel 1

Ein elektrischer Doppelschicht-Kondensator, der einen Aufbau wie in Fig. 4 aufweist, wurde produziert, und die anfänglichen Eigenschaften des inneren Widerstands und des Kondensa tors wurden gemessen.

Obwohl die Ungleichheit des Kondensators jeder Kondensatoreinheit, die den elektrischen Doppelschicht-Kondensator bildet, so klein wie möglich sein sollte, wurde bei dieser Ausfüh rungsform, um eine merkliche Wirkung der Erfindung zu erzielen, für nur eine Einheitskapa zität der in Reihe geschalteten Kondensatoreinheiten eine Kondensatoreinheit verwendet, de ren Kapazität um 10% kleiner als die der anderen war. Bei dieser Ausführungsform wurden 15 Kondensatoreinheiten in Reihe geschaltet. Tabelle 1 zeigt die erhaltenen anfänglichen Ei genschaften des inneren Widerstandes und der Kapazität der Gesamtkapazität.

Als nächstes wurde der folgende Lade-/Entladetest am Kondensator des Beispiels 1 ausge führt. 100 A-konstanter Ladestrom wurde verwendet, bis die Spannung zwischen beiden En den des gesamten Kondensators von 6 V auf 12 V anwuchs, und als nächstes wurde 100 A- konstanter Entladestrom von 12 V auf 6 V eingesetzt. Dabei betrugen die Ladezeit und Entla dezeit jeweils 3 Sekunden, und es trat eine Ruhezeit von 24 Sekunden nach dem Entladen auf. Es wurde ein Lade-/Entlademuster von 30 Sekunden pro Zyklus wurden an dem Kondensa tor dieser Ausführungsform wiederholt. Dieser Lade-/Entladezyklustest wurde 10.000 mal wiederholt, und dann wurde der Lade-/Entladetest unterbrochen, um beide Enden des ge samten Kondensators kurzzuschließen. Dann wurde der externe Schalter 7, als die Spannung an beiden Enden unter 0,1 V fiel, angeschaltet, um jede Kondensatoreinheit kurzzuschließen. Danach wurde der Lade-/Entladezyklustest gestartet. Das gleiche Kurzschließen wurde bei einer Frequenz von 1 pro 10000 mal des Lade-/Entladezyklus ausgeführt. Der innere Wider stand und die Kapazität nach dem Lade-/Entladezyklustest wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt, 10000 mal wiederholt.

Beispiel 2

Ein elektrischer Doppelschicht-Kodensator, der einen in Fig. 5 gezeigten Aufbau aufweist, wurde hergestellt und die anfänglichen Eigenschaften eines inneren Widerstands und Kapa zität des Kondensators wurden gemessen.

Obwohl die Ungleichheit der Kapazität jede Kondensatoreinheit, die den elektrischen Dop pelschicht-Kondensator bildet, so klein wie möglich sein sollte, wurde bei dieser Ausfüh rungsform, um eine merkliche Wirkung der Erfindung zu erzielen, für nur eine Einheitskapa zität der in Reihe geschalteten Kondensatoreinheiten eine Kondensatoreinheit verwendet, de ren Kapazität um 10% kleiner als die der anderen war. Bei dieser Ausführungsform wurden 15 Kondensatoreinheiten in Reihe geschaltet. Tabelle 1 zeigt die erhaltenen anfänglichen Ei genschaften des inneren Widerstands und der Kapazität der Gesamtkapazität.

Als nächstes wurde der folgende Lade-/Entladetest am Kondensator des Beispiels 2 ausge führt. 100 A-konstanter Strom wurde geladen, bis die Spannung zwischen beiden Enden des gesamten Kondensators von 6 V auf 12 V angestiegen war, und als nächstes wurde der kon stante 100 A Strom von 12 V auf 6 V entladen. Dabei betrugen Ladezeit und Entladezeit je weils 3 Sekunden, und es wurde nach dem Entladen eine Ruhezeit von 24 Sekunden genom men. Das Lade-/Entlademuster von 30 Sekunden pro Zyklus wurde wiederholt. Dieser Lade- /Entladezyklustest wurde 10000 mal wiederholt, und dann wurde der Lade-/Entladetest un terbrochen und der externe Schalter 11 wurde angeschaltet, um jede Kondensatoreinheit kurz zuschließen.

Dabei kann der Kurzschlußstrom, der durch die Kondensatoreinheit fließt, durch einen Wi derstand eines variablen Widerstandes einer Steuerschaltung, die parallel geschaltet ist, und die Spannung des Kondensators gesteuert werden.

Dann wurde der Lade-/Entladezyklus gestartet und das gleiche Kurzschließen wurde einmal pro 10000 mal wiederholt. Der innere Widerstand und die Kapazität nach dem der Lade-/ Entladezyklus wurde 100 000 mal wiederholt, gezeigt in Tabelle 1.

Vergleichsbeispiel

Ein Kondensator, der einen in Fig. 1 gezeigten Aufbau aufweist, wurde als herkömmliches Vergleichsbeispiel hergestellt. Die gleichen Kondensatoreinheiten 11, wie das oben beschrie bene Beispiel 1, wurden verwendet und 15 Kondensatoreinheiten 11 wurden in Reihe ge schaltet. Obwohl die Ungleichheit der Kondensatoreinheit in diesem Vergleichsbeispiel so klein wie möglich sein sollte, um eine merkbare Wirkung zu erzielen, wurde eine Kondensa toreinheit, deren Kapazität um 10% kleiner als der anderer war, für eine Kondensatoreinheit der in Reihe geschalteten Kondensatoren verwendet, und Tabelle 1 zeigt die erhaltenen an fänglichen Eigenschaften des inneren Widerstands und der Kapazität der Gesamtkapazität. Dann wurde der Lade-/Entladetest an dem Kondensator dieses Vergleichsbeispiels ausge führt. Das Laden wurde mit einem konstanten 100 A-Strom ausgeführt, bis die Spannung an beiden Enden des gesamten Kondensators von 6 V auf 12 V anstieg, und dann wurde das Ent laden mit 100 A ausgeführt von 12 V auf 6 V. Dabei war die Ladezeit und Entladezeit 3 Se kunden. Weiterhin wurde eine Ruhezeit von 24 Sekunden aufgenommen und das Laden/Ent laden wurde mit einem Zyklus pro 30 Sekunden wiederholt. Die innere Kapazität und Kapa zität nach diesem Lade-/Entladezyklus wurde 100 000 mal wiederholt, gezeigt in Tabelle 1.

Tabelle 1

Was den Kondensator des Vergleichsbeispiels betrifft, bei dem das Schaltelement oder die Steuerschaltung nicht zu jeder Kondensatoreinheit parallel geschaltet ist, kann deshalb das Kurzschließen nicht während des Lade-/Entladetests ausgeführt werden, wie aus Tabelle 1 ersichtlich, nachdem das Laden-/Entladen 100 000 mal wiederholt wurde, und der Innenwi derstand wurde etwa zweifach vergrößert und die Kapazität um etwa 25% reduziert. Ein An stieg des Innenwiderstands nach dem Laden-/Entladen von 100000 mal kann jedoch auf we niger als 5% unterdrückt werden, und zwar durch Kurzschließen jeder Kondensatoreinheit bei einer Frequenz von 1 pro 10 000 mal, wie in den Beispielen 1 und 2, wobei die Kapazität nur geringfügig verändert wurde. Dieses ergibt sich aus den folgenden Gründen.

Bezugnehmend auf die Fig. 6, 7 und 8 werden die Spannungen vor dem Lade-/Entladetest und nach dem Lade-/Entladetest beschrieben, wobei etwa 15 Kondensatoreinheiten die Kon densatoren der Beispiele 1 und 2 und des Vergleichsbeispiels bilden. Die Spannung jeder Kondensatoreinheit wurde zu dem Zeitpunkt gemessen, zu dem die Spannung des gesamten Kondensators 12 V erreichte, und zwar als ein Ergebnis der Ladung mit 100 A. Weil die Spannung während des Ladens mit dem konstanten Strom von der Kapazität jeder Konden satoreinheit abhängt, ist die Spannung der Kondensatoreinheit, deren Kapazität 10% kleiner als die anderen Kondensatoreinheiten gesetzt sein soll, ca. 10% höher. Diese Tendenz vor dem Lade-/Entladetest ist nahezu die gleiche für die Kondensatoren der Beispiele 1 und 2 und des Vergleichsbeispiels. Die Spannung nach dem Lade-/Entladetest ist jedoch nahezu die gleiche wie vor dem Laden/Entladen in den Kondensatoren der Beispiele 1 und 2, ge zeigt in den Fig. 6, 7. Für den Kondensator des Standes der Technik in Fig. 8 war nach dem Laden/Entladen eine Spannungsdifferenz zwischen der Kondensatoreinheit, deren Kapazität etwa 10% kleiner war, und der anderen Kondensatoreinheit größtenteils im Vergleich zu der Differenz vor dem Laden/Entladen angestiegen. Als Ergebnis wurde eine Spannung über 1,0 V an der Kondensatoreinheit, deren Kapazität klein war, angelegt, so daß der Innenwiderstand dieser Kondensatoreinheit anstieg, verglichen mit den anderen. Deshalb stieg der Innenwider stand des gesamten Kondensators, wodurch ein Kapazitätsabfall wegen eines Verlustes durch den Innenwiderstand verursacht wurde.

Wenn ein großer Lade-/Entladestrom für eine kurze Zeit, wie in diesem Test durchgeführt, wiederholt wird, steigt manchmal die Spannung in der Kondensatoreinheit, die mit einer hö heren Spannung als die anderen versorgt wird, weiter an. Dadurch ergibt sich, durch Kurz schließen von 1 pro 10 000 mal, wie in den Beispielen 1 und 2, ein Effekt, bei dem eine Ver größerung der Spannungsdifferenz zurückgesetzt wird.

Bei dem elektrischen Doppelschicht-Kondensator, der organische Elektrolyte verwendet, er hält man den gleichen Effekt wie in den obigen Beispielen 1 und 2. Sogar dann, wenn entwe der ein Triac, ein Leistungstransistor, ein Leistungs-MOS FET oder ein isolierter Tor-Bipolar- Transistor sowie wie ein Thyristor als Schaltelement verwendet wird, erhält man den gleichen Effekt.

Wie gemäß der vorliegenden Erfindung oben beschrieben, kann eine Vergrößerung der Un gleihheit der Spannung zwischen den Kondensatoreinheiten des elektrischen Doppelschicht- Kondensators, in dem eine Mehrzahl der Doppelschicht-Kondensatoren in Reihe geschaltet sind, durch Kurzschließen jeder Kondensatoreinheit während eines Entladens des Kondensa tors verhindert werden.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es weiterhin möglich, einen elektrischen Doppel schicht-Kondensator zu erhalten, der nur eine kleine Ungleichheit der Spannung aufweist, wo bei ein Schaltelement oder eine Steuerschaltung, die das Schaltelement und den Widerstand enthält, die in Reihe geschaltet sind, parallel zu jeder Kondensatoreinheit geschaltet wird.

Claims

1. Elektrische Doppelschicht-Kodensatoreinrichtung, umfassend eine Mehrzahl elektri scher Doppelschicht-Kondensator-Einheiten, die in Reihe geschaltet sind und einen Kurzschlußmechanismus zum Kurzschließen jedes elektrischen Doppelschicht- Kondensators während eines Entladens.

2. Elektrischer Doppelschicht-Kondensator nach Anspruch 1, wobei der Kurzschlußme chanismus ein Schaltelement umfaßt, das parallel zu jeder elektrischen Doppelschicht- Kondensator-Einheit geschaltet ist.

3. Elektrischer Doppelschicht-Kodensator nach Anspruch 2, wobei der Kurzschlußme chanismus weiter einen externen Schalter zum Steuern einer Betätigung des Schalt elements umfaßt.

4. Elektrischer Doppelschicht-Kondensator nach Anspruch 2, wobei das Schaltelement aus einem Element, das aus einer Gruppe, bestehend aus einem Thyristor, einem Triac, einem Leistungstransistor, einem Leistungs-MOS FET und einem isolierten Tor- Bipolar-Transistor ausgewählt ist, gebildet ist.

5. Elektrischer Doppelschicht-Kondensator nach Anspruch 1, wobei die Doppelschicht- Kondensator-Einheit ein Paar Kollektoren, ein Paar polarisierte Elektroden, die zwi schen den Kollektoren angebracht sind, einen Separator, der zwischen den polarisier ten Elektroden eingelagert/eingeschlossen ist, Elektrolyt, das in die polarisierten Elek troden und den Separator eingefüllt ist, und eine Dichtung, die um die polarisierte Elektrode angeordnet und mit den Kollektoren verbunden ist, umfaßt, wobei die Dop pelschicht-Kondensator-Einheiten auf einer Oberfläche des Kollektors gestapelt sind, so daß sie in Reihe geschaltet sind.

6. Elektrischer Doppelschicht-Kondensator, umfassend eine Mehrzahl elektrischer Dop pelschicht-Kondensator-Einheiten und eine Steuerschaltung, die mit der elektrischen Doppelschicht-Kondensator-Einheit parallel geschaltet ist, wobei die Steuerschaltung ein Schaltelement einschließt.

7. Elektrischer Doppelschicht-Kondensator nach Anspruch 6, wobei die Steuerschaltung weiter einen Widerstand umfaßt, der mit dem Schaltelement in Serie geschaltet ist.

8. Elektrischer Doppelschicht-Kondensator nach Anspruch 7, wobei der Widerstand ein Regelwiderstand ist.

9. Elektrischer Doppelschicht-Kondensator nach Anspruch 6, wobei das Schaltelement aus einem Element, das aus einer Gruppe, bestehend aus einem Thyristor, einem Triac, einem Leistungstransistor, einem Leistungs-MOS FET und einem isolierten Tor- Bipolar-Transistor, ausgewählt ist, gebildet ist.

10. Elektrischer Doppelschicht-Kondensator nach Anspruch 6, weiter umfassend einen externen Schalter zum Steuern einer Betätigung des Schaltelements.

11. Elektrischer Doppelschicht-Kodensator nach Anspruch 6, wobei die Doppelschicht- Kondensator-Einheit ein Paar Kollektoren, ein Paar polarisierte Elektroden, die zwi schen den Kollektoren angebracht sind, einen Separator, der zwischen den polarisier ten Elektroden eingelagert/eingeschlossen ist, Elektrolyt, das in die polarisierten Elek troden und den Separator eingefüllt ist, und eine Dichtung, die um die polarisierte Elektrode angeordnet und mit den Kollektoren verbunden ist, umfaßt, wobei die Dop pelschicht-Kondensator-Einheiten auf einer Oberfläche des Kollektors gestapelt sind, so daß sie in Reihe geschaltet sind, und wobei das Schaltelement oder die Steuer schaltung in die Dichtung integriert sind.