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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Erfindungsgebiet
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Diese
Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinrichtung
und insbesondere auf eine Einrichtung, die durch eine Mehrzahl von
in Reihe geschalteten elektrischen Doppelschicht-Kondensatoren gebildet
ist.
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Eine
elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinrichtung des beschriebenen
Typs weist einen niedrigen Widerstand und eine große Kapazität auf. Da
die elektrische DoppelschichtKondensatoreinrichtung keine chemische
Reaktion verursacht, wie es im Gegensatz bei einer Batterie vorkommt,
ist ihre Verschlechterung wegen der Wiederholung des Ladens und
Entladens 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 Bauelementmaterial enthält. Diese
Vorteile nutzend, wurde die elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinrichtung
weithin als Speichersicherungseinrichtung verwendet. Im allgemeinen
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 unterbrochen 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 elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinrichtung
wurde kürzlich
besonders für
Leistungsanwendungen, die sich durch eine große Stromkennlinie auszeichnen,
wegen der Forderung nach Stromversorgung von elektrischen Fahrzeugen
oder Hybridfahrzeugen weiterentwickelt.
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Solch
ein elektrischer Doppelschicht-Kondensator weist übrigens
eine Arbeits- oder Einsatzspannung auf, die unterhalb der elektrolytischen
Spannung des verwendeten Elektrolyten begrenzt 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. Propylenlkarbonat, 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 derselben
in Serie zu schalten, wenn der Kondensator unter Umgebungsbedingungen über der
Spannungsgrenze verwendet wird.
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Wenn
jedoch an eine Kondensatoreinrichtung, in der die Kondensatoreinheiten
in Reihe geschaltet sind, eine Spannung angelegt wird, tritt ein
Mißverhältnis bzw.
eine Disparität/Ungleichheit
(im folgenden Ungleichheit) in der Spannung auf, die an jeder Kondensatoreinheit
anliegt, und zwar infolge der Ungleichheit der Kapazität und des
inneren Widerstandes 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.
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Als
Verfahren zur Unterdrückung
der Ungleichheit der Spannung zwischen den Einheitskondensatoren 12,
offenbart die Japanische Patentveröffentlichung (JP-A) Nr. SHO
62-4848 (hiernach als Dokument 1 bezeichnet) ein Verfahren zur Reduzierung
der Ungleichheit/Disparität
der Spannung, die durch Parallelschalten einer Mehrzahl von Widerständen, die
einen gleichen Widerstand aufweisen, an die Kondensatoreinheiten
angelegt werde Weiter hat die Japanische Patentveröffentlichung
(JP-A) Nr. HEI 6-302472 (hiernach 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 Kondensatoreinheit parallel geschaltet ist.
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Weil
es jedoch, gemäß dem Verfahren,
auf das in dem obigen Dokument 1 hingewiesen ist, notwendig ist,
die Widerstände
mit 1/5–1/10
des Isolierwiderstands jeder Kondensatoreinheit mit dieser 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.
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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 Ladezeit sehr lang ist. Der Umgehungsstrom
steigt jedoch beträchtlich,
wenn das Laden in einem kurzen Zeitintervall in der Größenordnung
mehrerer Sekunden ausgeführt
wird. Die Schutzschaltung 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 Ladespannung erwähnt werden müssen, existiert
das Problem, daß die
Schutzschaltung kompliziert und teuer ist.
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Die
JP 05-023527 U betrifft eine elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinrichtung
mit einer Mehrzahl in Reihe geschalteter elektrischer Doppelschicht-Kondensatoren.
Parallel zu jedem Doppelschicht-Kondensator ist eine Stromsteuereinrichtung
in Form eines Widerstands und eines in Serie geschalteten Steuerkondensators
vorgesehen. Der Steuerkondensator wird von einem Spannungsdifferenzvergleichsmittel
gesteuert, um eine Spannungsdifferenz des entsprechenden Doppelschicht-Kondensators
auszugleichen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG:
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Es
ist entsprechend Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektrische
Doppelschicht-Kondensatoreinrichtung
zu schaffen, die einfach und kostengünstig aufgebaut ist und die
es ermöglicht,
eine Spannungsungleichheit zwischen den Kondensatoren ohne Elektrizitätsverlust
zu reduzieren.
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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 eine Kurzschlußschaltung zum Kurzschließen jedes
elektrischen Doppelschicht-Kondensators während des Entladens umfassen.
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Unter
dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Schaltung
zum Kurzschließen ein
Schaltelement umfaßt,
das parallel zu jeder der elektrischen Doppelschicht-Kondensatoreinheit
geschaltet ist. Bevorzugterweise umfaßt die Schaltung zum Kurzschließen weiter
einen externen Schalter zum Steuern des Betriebs des Schaltelements.
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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, bipolaren Gatetransistor ausgewählt ist,
gebildet wird.
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Unter
dem Blickwinkel der vorliegenden Erfindung ist es weiter vorteilhaft,
daß der
Einheits-Doppelschicht-Kondensator
bzw. die Doppelschicht-Kondensatoreinheit ein Paar Kollektoren,
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 Dichtung, die um die polarisierte
Elektrode herum angebracht ist und mit den Kollektoren verbunden
ist, umfaßt,
wobei die Doppelschicht-Kondensatoreinheiten auf einer Oberfläche des
Kollektors gestapelt sind, so daß sie in Serie geschaltet sind.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung ist weiter ein elektrischer
Doppelschicht-Kondensator vorgesehen, bei dem eine Mehrzahl von
elektrischen Doppelschicht- Kondensatoreinheiten
in Serie parallel mit einer Steuerschaltung geschaltet ist. In der
elektrischen Doppelschicht schließt die Steuerschaltung ein
Schaltelement ein.
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Unter
dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Steuerschaltung
weiter einen Widerstand umfaßt,
der mit dem Schaltelement in Serie geschaltet ist. Vorzugsweise
kann der Widerstand ein Regelwiderstand sein.
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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, bipolaren Gatetransistor ausgewählt ist,
gebildet ist.
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Unter
dem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Steuerschaltung
weiter einen externen Schalter zur Steuerung des Betriebs des Schaltelements
umfaßt.
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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 eingeschlossen 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 Kollektoren verbunden
ist, aufweist und daß die
Doppelschicht-Kondensatoreinheiten auf einer Oberfläche des
Kollektors gestapelt sind, so daß sie in Serie geschaltet sind
und das Schaltelement oder die Steuerschaltung in die Dichtung integriert
ist.
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Gemäß dem elektrischen
Doppelschicht-Kodensator der vorliegenden Erfindung kann durch Kurzschließen jeder
Doppelschicht-Kondensatoreinheit (hiernach manchmal als Einheitskondensator/Kondensatoreinheit
bezeichnet) die Ungleichheit/Disparität der Spannung während des
Entladens zwischen den Einheitskondensatoren unterdrückt werden.
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Die
vorliegende Erfindung weist insbesondere den Effekt auf, eine Vergrößerung der
Ungleichheit der Spannung zu unterdrücken. Gemäß der vorliegenden Erfindung
wird die restliche 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
werden. 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.
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Die
vorliegende Erfindung unterscheidet sich von einem solchen herkömmlichen
Mittel, denn sie ist zur Unterdrückung
der Ungleichheit der Spannung zwischen den Kondensatoreinheiten
ohne elektrischen Verlust geeignet, um so eine lange Lebensdauer
des Kondensators zu erreichen.
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Durch
Kurzschließen
der Kondensatoreinheit kann, wenn der Kondensator entladen wird,
die Spannung etwa 0 Volt erreichen, weiter durch eine einfache Schaltung
ohne die Notwendigkeit der Überwachung der
Spannung jeder Kondensatoreinheit oder Festlegen einer oberen Grenze
oder einer unteren Grenze derselben gesteuert werden. Der Kurzschlußstrom jeder
Kondensatoreinheit kann weiter auf einen kleinen Wert gedrückt werden.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ERFINDUNG
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1 ist
ein Schaltbild, das ein Beispiel eines herkömmlichen elektrischen Doppelschicht-Kondensators zeigt;
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2 ist
eine Schnittansicht, die einen elektrischen Doppelschicht-Kondensator
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist
eine Schnittansicht, die die elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinheit
der 2 zeigt;
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4 ist
ein Schaltbild, das den elektrischen Doppelschicht-Kondensator der 2 zeigt;
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5 ist
ein Schaltbild, das eine Ausführungsform
des elektrischen Doppelschicht-Kondensators
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
ein erläuterndes
Diagramm der Spannungswechsel in jeder Kondensatoreinheit vor und
nach dem Lade-/Entladetest an dem elektrischen Doppelschicht-Kondensator
jedes Beispiels;
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7 ist
ein erläuterndes
Diagramm der Spannungswechsel in jeder Kondensatoreinheit vor und
nach dem Lade-/Entladetest an dem elektrischen Doppelschicht-Kondensator
jedes Beispiels, und
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8 ist
ein erläuterndes
Diagramm der Spannungswechsel in jeder Kondensatoreinheit vor und
nach dem Lade-/Entladetest an dem elektrischen Doppelschicht-Kondensator
eines vergleichenden Beispiels.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN:
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Vor
der Beschreibung der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird eine elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinrichtung
des Standes der Technik beschrieben, und zwar mit Bezug auf 1,
um das Verständnis
der vorliegenden Erfindung zu erleichtern.
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Bezugnehmend
auf 1, sind die Kondensatoreinheiten 11 in
Serie geschaltet. Wenn Spannung an die in Serie geschalteten Kondensatoren
angelegt wird, tritt ein Mißverhältnis in
der an jeder Kondensatoreinheit anliegenden Spannung wegen des Mißverhältnisses
der Kapazität
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.
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Nun
wird die Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 2 bis 8 beschrieben.
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Zuerst
wird eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 2 bis 4 beschrieben.
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Bezugnehmend
auf 2 umfaßt
eine elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinrichtung (hiernach als
Kondensatoreinrichtung bezeichnet) 13 gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinheiten
(hiernach als Kondensatoreinheit/Einheitskodensator bezeichnet) 15,
die in Serie geschaltet sind, wie dies in 1 gezeigt
ist.
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Bezugnehmend
auf 3 enthält
die elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinheit 15 (hiernach
als Kondensatoreinheit/Einheitskondensator bezeichnet) gemäß der ersten
Ausführungsform
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.
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Ein
Separator 21 ist zwischen den polarisierten Elektroden 17, 17 angebracht,
um einen Kurzschluß 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 verhindern.
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Gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird in Wasser gelöste Schwefelsäure als
Elektrolyt verwendet.
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Bezugnehmend
auf 4 ist ein Thyristor 25 gemäß der ersten
Ausführungsform
der vorliegenden 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
Thyristoren 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 Mißverhältnis/die Ungleichheit des
Kondensators jeder elektrischen Doppelschicht-Kondensatoreinheit 15 soll
weiterhin so klein wie möglich
sein.
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Als
nächstes
wird eine zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die 5 beschrieben.
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Bezugnehmend
auf 5 nutzt als elektrische Doppelschicht-Kondensatoreinrichtung 33 die
gleiche Kondensatoreinheit 15 wie die erste Ausführungsform.
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Bei
der zweiten Ausführungsform
ist jede Kondensatoreinheit mit einer Steuerschaltung verbunden,
in der ein Thyristor 25 und ein Widerstand 29 in
Reihe geschaltet sind, um Schaltungen zu bilden, von denen jede die
Kondensatoreinheit 15, Thyristor 25 und Widerstand 29 umfaßt. Die
Schaltungen sind in Reihe geschaltet.
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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 4 gezeigte. Die Ungleichheit
des Kondensators jeder Kondensatoreinheit 15 soll weiterhin
so klein wie möglich
sein.
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Als
nächstes
wurden die elektrischen Doppelschicht-Kodensatoreinrichtungen gemäß der ersten
und zweiten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung produziert, und dann wurden ihre Eigenschaften
untersucht.
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(Beispiel 1)
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Ein
elektrischer Doppelschicht-Kondensator, der einen Aufbau wie in 4 aufweist,
wurde produziert, und die anfänglichen
Eigenschaften des inneren Widerstands und des Kondensators wurden
gemessen.
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Obwohl
die Ungleichheit des Kondensators jeder Kondensatoreinheit, die
den elektrischen Doppelschicht-Kondensator bildet, so klein wie
möglich
sein sollte, wurde bei dieser Ausführungsform, um eine merkliche
Wirkung der Erfindung zu erzielen, für nur eine Einheitskapazität der in
Reihe geschalteten Kondensatoreinheiten eine Kondensatoreinheit
verwendet, deren Kapazität
um 10% kleiner als die der anderen war. Bei dieser Ausführungsform
wurden 15 Kondensatoreinheiten in Reihe geschaltet. Tabelle 1 zeigt
die erhaltenen anfänglichen
Eigenschaften des inneren Widerstandes und der Kapazität der Gesamtkapazität.
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Als
nächstes
wurde der folgende Lade-/Entladetest am Kondensator des Beispiels
1 ausgeführt.
100 A-konstanter Ladestrom wurde verwendet, bis die Spannung zwischen
beiden Enden 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 Entladezeit 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 an dem Kondensator dieser Ausführungsform
wiederholt. Dieser Lade-/Entladezyklustest wurde 10.000 mal wiederholt,
und dann wurde der Lade-/Entladetest unterbrochen, um beide Enden
des gesamten 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 Widerstand und die Kapazität nach dem Lade-/Entladezyklustest
wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt, 10000 mal wiederholt.
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(Beispiel 2)
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Ein
elektrischer Doppelschicht-Kodensator, der einen in 5 gezeigten
Aufbau aufweist, wurde hergestellt und die anfänglichen Eigenschaften eines
inneren Widerstands und Kapazität
des Kondensators wurden gemessen.
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Obwohl
die Ungleichheit der Kapazität
jede Kondensatoreinheit, die den elektrischen Doppelschicht-Kondensator
bildet, so klein wie möglich
sein sollte, wurde bei dieser Ausführungsform, um eine merkliche
Wirkung der Erfindung zu erzielen, für nur eine Einheitskapazität der in
Reihe geschalteten Kondensatoreinheiten eine Kondensatoreinheit
verwendet, deren Kapazität
um 10% kleiner als die der anderen war. Bei dieser Ausführungsform
wurden 15 Kondensatoreinheiten in Reihe geschaltet. Tabelle 1 zeigt
die erhaltenen anfänglichen
Eigenschaften des inneren Widerstands und der Kapazität der Gesamtkapazität.
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Als
nächstes
wurde der folgende Lade-/Entladetest am Kondensator des Beispiels
2 ausgeführt.
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 konstante 100 A Strom von 12 V auf 6 V entladen. Dabei
betrugen Ladezeit und Entladezeit jeweils 3 Sekunden, und es wurde
nach dem Entladen eine Ruhezeit von 24 Sekunden genommen. Das Lade-/Entlademuster
von 30 Sekunden pro Zyklus wurde wiederholt. Dieser Lade- /Entladezyklustest
wurde 10000 mal wiederholt, und dann wurde der Lade-/Entladetest
unterbrochen und der externe Schalter 11 wurde angeschaltet,
um jede Kondensatoreinheit kurzzuschließen.
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Dabei
kann der Kurzschlußstrom,
der durch die Kondensatoreinheit fließt, durch einen Widerstand
eines variablen Widerstandes einer Steuerschaltung, die parallel
geschaltet ist, und die Spannung des Kondensators gesteuert werden.
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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 100000 mal wiederholt, gezeigt in
Tabelle 1.
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(Vergleichsbeispiel)
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Ein
Kondensator, der einen in 1 gezeigten
Aufbau aufweist, wurde als herkömmliches
Vergleichsbeispiel hergestellt. Die gleichen Kondensatoreinheiten 11,
wie das oben beschriebene Beispiel 1, wurden verwendet und 15 Kondensatoreinheiten 11 wurden
in Reihe geschaltet. Obwohl die Ungleihheit 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 anfänglichen
Eigenschaften des inneren Widerstands und der Kapazität der Gesamtkapazität.
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Dann
wurde der Lade-/Entladetest an dem Kondensator dieses Vergleichsbeispiels
ausgeführt.
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 Entladen mit 100 A ausgeführt von
12 V auf 6 V. Dabei war die Ladezeit und Entladezeit 3 Sekunden.
Weiterhin wurde eine Ruhezeit von 24 Sekunden aufgenommen und das
Laden/Entladen wurde mit einem Zyklus pro 30 Sekunden wiederholt.
Die innere Kapazität
und Kapazität
nach diesem Lade-/Entladezyklus wurde 100000 mal wiederholt, gezeigt
in Tabelle 1.
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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 100000
mal wiederholt wurde, und der Innenwiderstand wurde etwa zweifach
vergrößert und
die Kapazität
um etwa 25% reduziert. Ein Anstieg des Innenwiderstands nach dem
Laden/Entladen von 100000 mal kann jedoch auf weniger als 5% unterdrückt werden,
und zwar durch Kurzschließen
jeder Kondensatoreinheit bei einer Frequenz von 1 pro 10000 mal,
wie in den Beispielen 1 und 2, wobei die Kapazität nur geringfügig verändert wurde.
Dieses ergibt sich aus den folgenden Gründen.
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Bezugnehmend
auf die 6, 7 und 8 werden
die Spannungen vor dem Lade-/Entladetest und nach dem Lade-/Entladetest
beschrieben, wobei etwa 15 Kondensatoreinheiten die Kondensatoren
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 Kondensatoreinheit
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, gezeigt
in den 6, 7. Für den Kondensator des Standes
der Technik in 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 Innenwiderstand des gesamten Kondensators,
wodurch ein Kapazitätsabfall
wegen eines Verlustes durch den Innenwiderstand verursacht wurde.
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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 höheren Spannung
als die anderen versorgt wird, weiter an. Dadurch ergibt sich, durch
Kurzschließen
von 1 pro 10000 mal, wie in den Beispielen 1 und 2, ein Effekt,
bei dem eine Vergrößerung der
Spannungsdifferenz zurückgesetzt
wird.
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Bei
dem elektrischen Doppelschicht-Kondensator, der organische Elektrolyte
verwendet, erhält
man den gleichen Effekt wie in den obigen Beispielen 1 und 2. Sogar
dann, wenn entweder 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.
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Wie
gemäß der vorliegenden
Erfindung oben beschrieben, kann eine Vergrößerung der Ungleihheit 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 Kondensators verhindert werden.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es weiterhin möglich,
einen elektrischen Doppelschicht-Kondensator zu erhalten, der nur
eine kleine Ungleihheit der Spannung aufweist, wobei ein Schaltelement
oder eine Steuerschaltung, die das Schaltelement und den Widerstand
enthält,
die in Reihe geschaltet sind, parallel zu jeder Kondensatoreinheit
geschaltet wird.
