EA014146B1 - Гибридная батарея - Google Patents
Гибридная батарея Download PDFInfo
- Publication number
- EA014146B1 EA014146B1 EA200870291A EA200870291A EA014146B1 EA 014146 B1 EA014146 B1 EA 014146B1 EA 200870291 A EA200870291 A EA 200870291A EA 200870291 A EA200870291 A EA 200870291A EA 014146 B1 EA014146 B1 EA 014146B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- power source
- battery
- capacitor
- hybrid battery
- electric layer
- Prior art date
Links
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 49
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 27
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 7
- SOZVEOGRIFZGRO-UHFFFAOYSA-N [Li].ClS(Cl)=O Chemical compound [Li].ClS(Cl)=O SOZVEOGRIFZGRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000011149 active material Substances 0.000 claims description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 22
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 11
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 8
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 7
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 5
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 5
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- FYSNRJHAOHDILO-UHFFFAOYSA-N thionyl chloride Chemical compound ClS(Cl)=O FYSNRJHAOHDILO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M16/00—Structural combinations of different types of electrochemical generators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/08—Structural combinations, e.g. assembly or connection, of hybrid or EDL capacitors with other electric components, at least one hybrid or EDL capacitor being the main component
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/10—Multiple hybrid or EDL capacitors, e.g. arrays or modules
- H01G11/12—Stacked hybrid or EDL capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/32—Carbon-based
- H01G11/38—Carbon pastes or blends; Binders or additives therein
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G17/00—Structural combinations of capacitors or other devices covered by at least two different main groups of this subclass with other electric elements, not covered by this subclass, e.g. RC combinations
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M10/4264—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing with capacitors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Primary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)
- Polymers With Sulfur, Phosphorus Or Metals In The Main Chain (AREA)
- Pharmaceuticals Containing Other Organic And Inorganic Compounds (AREA)
- Beans For Foods Or Fodder (AREA)
- Cereal-Derived Products (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
В изобретении предложена гибридная батарея. Гибридная батарея включает в себя основной источник питания и вспомогательный источник питания, подключенный параллельно основному источнику питания. Вспомогательный источник питания представляет собой конденсатор с двойным электрическим слоем, включающий в себя электрод на основе активированного угля.
Description
Настоящее изобретение относится к гибридной батарее высокой мощности, способной к разрядке переходным сильноточным импульсом, а конкретнее, к гибридной батарее высокой мощности, имеющей характеристики разряда сильноточным импульсом и длительного срока службы посредством гибридизации высокомощного конденсатора с двойным электрическим слоем, обладающего большой площадью поверхности, с параллельно включенной литиевой первичной батареей.
Уровень техники
За последнее время беспроводные системы связи значительно развились, тип мобильных приборов и оборудования изменился с аналогового на цифровой, а их функции стали значительно более сложными. В ответ на эту тенденцию от приборов беспроводной мобильной связи требуются такие характеристики, как высокая мощность, небольшой вес и тонкое конструктивное исполнение, низкая себестоимость единицы продукции, а особенно высокие переходные импульсные токи, протекающие в них для беспроводной передачи данных. Глобальная система мобильной связи (О8М) требует сильноточных импульсов в приблизительно 2 А и приблизительно 500 мкс.
Помимо мобильных приборов при беспроводной связи характеристик переходных сильноточных импульсов требуют обычно и системы автоматического считывания показаний счетчиков (АМН). Были созданы системы АМН, способные считывать показания счетчиков беспроводным путем, поскольку измерительные счетчики, такие как водомер, изменились на цифровые. Источник питания, применяемый в системах АМН, должен характеризоваться высокой мощностью и долговечностью работы, что соответствует сильноточному импульсу, аналогично приборам беспроводной мобильной связи. Кроме того, так как системы АМН обычно устанавливаются вне помещений, в отличие от мобильных приборов, очень важно получить характеристики в широком диапазоне температур.
Раскрытие изобретения Техническая проблема
В традиционной системе с одной единственной батареей, которая является источником питания для мобильных приборов или систем АМН, характеризующихся сильноточными импульсами, собственное сопротивление из-за разряда высоким током генерирует падение напряжения, тем самым уменьшая напряжение питания, и из-за разряда высоким током существует ограничение по продолжительности срока службы. Это значительно увеличивает стоимость замены батареи.
По этой причине внимание привлек вспомогательный источник питания для обеспечения переходной высокой мощности при использовании батареи в качестве основного источника питания. Когда вспомогательный источник питания для обеспечения переходной высокой мощности параллельно гибридизируют с батареей, служащей в качестве основного источника питания, к батарее прикладывается небольшая нагрузка. Соответственно, срок службы батареи значительно увеличивается и реализуется миниатюризация батареи, уменьшая себестоимость единицы продукции.
На фиг. 1 представлена принципиальная схема гибридной батареи в соответствии с предшествующим аналогом 1.
Обращаясь к фиг. 1, гибридная батарея 1 включает в себя первичную батарею 2 и обмоточный конденсатор 3, включенный параллельно первичной батарее 2 и работающий как вспомогательный источник питания. Обмоточный конденсатор 3 включает в себя электродную структуру, сформированную металлической пластиной, и имеет очень низкую плотность энергии по сравнению с конденсатором с двойным электрическим слоем (ДЭС-конденсатором), включающим в себя электрод на основе активированного угля.
Здесь первичная батарея 2 имеет напряжение на зажимах V и собственное сопротивление Нь, а обмоточный конденсатор 3 имеет емкость С3 и собственное сопротивление Н3. Так как собственное сопротивление Н3 обмоточного конденсатора 3 меньше, чем собственное сопротивление Нь первичной батареи 2, гибридная батарея 1 более выгодна по сильноточным импульсам, чем использование только первичной батареи 2. Однако емкость С3 обмоточного конденсатора 3 составляет менее чем несколько сотен мкФ и, таким образом, имеет ограничения по использованию в системе АМН с длительностью импульсов в несколько десятков миллисекунд.
На фиг. 2 представлена принципиальная схема гибридной батареи в соответствии с предшествующим аналогом 2.
Обращаясь к фиг. 2, гибридная батарея 4 включает в себя первичную батарею 2 и таблеточный конденсатор 5 с двойным электрическим слоем, используемый в качестве вспомогательного источника питания и подключенный параллельно первичной батарее 2.
Емкость С5 таблеточного конденсатора 5 с двойным электрическим слоем составляет несколько сотен мФ, что в несколько сотен раз больше, чем емкость обмоточного конденсатора 3 по фиг. 1, и, таким образом, достаточно для импульса. Однако таблеточный конденсатор 5 с двойным электрическим слоем имеет небольшую площадь электрода, ограничиваемую размером ячейки, и в такой структуре не может одновременно переноситься большое количество электрических зарядов. Поэтому таблеточный конденсатор 5 с двойным электрическим слоем имеет очень большое собственное сопротивление Н5 в несколько десятков Ом, что является невыгодным по отношению к разряду сильноточным импульсом.
- 1 014146
На фиг. 3 представлена принципиальная схема гибридной батареи в соответствии с предшествующим аналогом 3.
Обращаясь к фиг. 3, гибридная батарея 6 включает в себя первичную батарею 2 и высокомощную вторичную батарею 7, используемую в качестве вспомогательного источника питания.
Емкость С7 высокомощной вторичной батареи 7 в несколько сотен раз больше, чем емкость С5 таблеточного конденсатора 5 с двойным электрическим слоем. Кроме того, собственное сопротивление Евторичной батареи 7 имеет характеристику высокой мощности, соответствующую нескольким сотням мОм, из-за тонкопленочной конструкции электрода. Таким образом, гибридная батарея 6 представляет собой улучшенную систему по сравнению с гибридными батареями 1 и 4, представленными на фиг. 1 и
2. Однако, хотя вторичная батарея имеет прекрасные емкостные характеристики при химической реакции, вторичная батарея не может нормально работать в течение небольшого времени менее нескольких сотен миллисекунд, тем самым резко уменьшается ее емкость. В особенности вторичная батарея не может работать при -40°С, т.е. температурных условиях при использовании установленной вне помещения системы АМЕ, и таким образом имеет ограничения по применению.
Техническое решение
Цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить гибридную батарею, которая удовлетворяет различным импульсным режимам в широком диапазоне температур, включая -40°С, путем использования первичной батареи, включающей в себя первичную батарею в качестве основного источника питания и высокомощный конденсатор с двойным электрическим слоем в качестве вспомогательного источника питания.
Выгодные эффекты
Гибридная батарея согласно настоящему изобретению включает в себя первичную батарею в качестве основного источника питания и высокомощный конденсатор с двойным электрическим слоем в качестве вспомогательного источника питания и может использоваться для различного оборудования беспроводной связи, такого как глобальная система мобильной связи, и системы автоматического считывания показаний счетчиков. При этом, так как потребление тока может быть значительно снижено и может выдаваться номинальное напряжение, такая гибридная батарея может обеспечивать электропитание стабильно в течение долгого времени и может использоваться в широком диапазоне температур.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 представлена принципиальная схема гибридной батареи в соответствии с предшествующим аналогом 1;
на фиг. 2 - принципиальная схема гибридной батареи в соответствии с предшествующим аналогом 2;
на фиг. 3 - принципиальная схема гибридной батареи в соответствии с предшествующим аналогом 3;
на фиг. 4 - принципиальная схема гибридной батареи в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения;
на фиг. 5 - вид, иллюстрирующий структуру пакетного конденсатора с двойным электрическим слоем, применяемого в одном варианте реализации настоящего изобретения;
на фиг. 6 - вид, иллюстрирующий структуру обмоточного конденсатора с двойным электрическим слоем, применяемого в одном варианте реализации настоящего изобретения;
на фиг. 7 - график, показывающий характеристики падения напряжения в сравнительных примерах 1-3 и варианте реализации в эксперименте 1 для иллюстрирования эффекта настоящего изобретения;
на фиг. 8 - график, показывающий потребление тока первичной батареи в сравнительных примерах 1-3 и варианте реализации в эксперименте 1 для иллюстрации эффекта настоящего изобретения;
на фиг. 9 - график, показывающий характеристики падения напряжения в сравнительных примерах 1-3 и варианте реализации в эксперименте 2 для иллюстрации эффекта настоящего изобретения;
на фиг. 10 - график, показывающий потребление тока первичной батареи в сравнительных примерах 1-3 и варианте реализации в эксперименте 2 для иллюстрации эффекта настоящего изобретения;
на фиг. 11 - график, показывающий характеристики падения напряжения в сравнительных примерах 1-3 и варианте реализации в эксперименте 3 для иллюстрации эффекта настоящего изобретения;
на фиг. 12 - график, показывающий потребление тока первичной батареи в сравнительных примерах 1-3 и варианте реализации в эксперименте 3 для иллюстрации эффекта настоящего изобретения;
на фиг. 13 - график, показывающий характеристики падения напряжения в сравнительных примерах 1-3 и варианте реализации в эксперименте 4 для иллюстрации эффекта настоящего изобретения;
на фиг. 14 - график, показывающий потребление тока первичной батареи в сравнительных примерах 1-3 и варианте реализации в эксперименте 4 для иллюстрации эффекта настоящего изобретения.
Наилучший вариант реализации изобретения
Для достижения вышеуказанных цели и преимуществ предложена гибридная батарея, включающая в себя основной источник питания и вспомогательный источник питания, подключенный параллельно основному источнику питания, причем гибридная батарея включает в себя в качестве вспомогательного источника питания конденсатор с двойным электрическим слоем, включающий в себя электрод на осно
- 2 014146 ве активированного угля.
Основной источник питания может представлять собой литий-тионил-хлоридную батарею в качестве первичной (неперезаряжаемой) батареи.
Электрод на основе активированного угля может содержать слой активного материала толщиной 10-40 мкм.
Электрод на основе активированного угля может содержать 25-50 мас.% проводящего материала в расчете на общее содержание твердых веществ.
Конденсатор с двойным электрическим слоем может быть пакетным или обмоточным.
Вспомогательный источник питания может представлять собой множество соединенных друг с другом конденсаторов с двойным электрическим слоем.
Теперь будут подробно описаны предпочтительные варианты реализации настоящего изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи.
На фиг. 4 представлена принципиальная схема гибридной батареи в соответствии с вариантом реализации настоящего изобретения, а на фиг. 5 представлен вид, иллюстрирующий структуру конденсатора с двойным электрическим слоем по фиг. 4.
Обращаясь к фиг. 4, гибридная батарея 10 включает в себя первичную батарею 11 и конденсатор 12 с двойным электрическим слоем, включенный параллельно первичной батарее 11 и использующийся в качестве вспомогательного источника питания.
В качестве первичной батареи 11 могут использоваться широко применяемые первичные батареи, но предпочтительно использовать катушечную литий-тионил-хлоридную батарею, которая включает в себя металлический литий с высокой плотностью энергии, угольный электрод, выполненный катушечным по типу, и неорганический электролит хлорида тионила (8ОС12).
Катушечная литий-тионил-хлоридная батарея может выдавать ток в широком диапазоне температур в течение долгого времени за счет наличия высокой плотности энергии и прекрасной низкотемпературной работы и таким образом пригодна для основного источника питания для импульса. С другой стороны, так как ее мощностные характеристики не очень хорошие, плотность энергии значительно уменьшается при разряде сильным током. Однако такой недостаток может быть восполнен конденсатором 12 с двойным электрическим слоем.
Кроме того, конденсатор 12 с двойным электрическим слоем может быть одним конденсатором с двойным электрическим слоем или же может представлять собой множество конденсаторов с двойным электрическим слоем, подключенных последовательно или параллельно и представленных эквивалентно.
Конденсатор 12 с двойным электрическим слоем предпочтительно является обмоточным или пакетным конденсатором, имеющим электродную структуру с большой площадью, где может одновременно переноситься большое количество электрических зарядов для обеспечения большой емкости С12 и низкого собственного сопротивления В12.
На фиг. 5 представлен вид, иллюстрирующий структуру пакетного конденсатора с двойным электрическим слоем. Обращаясь к фиг. 5, два электрода 21 и 22 на основе активированного угля со сформированным на них металлическим токосъемником 23 и сепаратор 24 уложены поочередно друг на друга в виде пакета, погружены в электролит и герметично изолированы в корпусе.
На фиг. 6 представлен вид, иллюстрирующий структуру обмоточного конденсатора с двойным электрическим слоем. Обращаясь к фиг. 6, электроды 33 и 34 на основе активированного угля со связанным с ними металлическим токосъемником и сепараторы 31 и 32, помещенные между этими электродами 33 и 34 на основе активированного угля, расположены поочередно, намотаны в форме рулона, погружены в электролит и герметично изолированы в корпусе.
В представленных на фиг. 5 и 6 конденсаторах с двойным электрическим слоем только ионы могут проводиться между погруженными в электролит электродами, а между ними помещен пористый сепаратор для изоляции и предотвращения короткого замыкания. Кроме того, положительные и отрицательные электрические заряды, распределенные по поверхностям раздела между электродами и электролитом, образуют двойной слой при приложении напряжения. При этом, так как на электродах на основе активированного угля с максимальной площадью поверхности накапливается большое количество электрических зарядов, емкость С12 гибридной батареи 10 составляет несколько сотен мФ, что является очень большим значением по сравнению с обмоточным конденсатором 3. Более того, конденсатор 12 с двойным электрическим слоем обладает собственным сопротивлением К,12 в несколько десятков мОм, и электрические заряды абсорбируются на поверхности электрода и отделяются от нее для протекания в нем зарядки и разрядки в отличие от вторичной батареи 7. Поэтому конденсатор 12 с двойным электрическим слоем имеет высокую скорость реакции и таким образом пригоден для источника питания для импульсов, требующих высоких скоростей зарядки/разрядки, и удовлетворяет различным импульсным режимам в широком диапазоне температур, включая -40°С.
В то время как на электродах таблеточного конденсатора 5 с двойным электрическим слоем в соответствии с предшествующим аналогом 2 формируется слой активного материала толщиной несколько сотен микрометров, на электродах конденсатора 12 с двойным электрическим слоем формируется слой активного материала с небольшой толщиной в 10-40 мкм. Толщина электродов конденсатора с двойным
- 3 014146 электрическим слоем непосредственно связана с длиной пробега электрических зарядов при зарядке/разрядке. Для того чтобы получить высокие мощностные характеристики, длина пробега электрических зарядов должна быть минимизирована для увеличения скоростей зарядки/разрядки. Когда толщина слоя активного материала составляет больше 40 мкм, величина сопротивления увеличивается. С другой стороны, когда его толщина составляет меньше 10 мкм, расстояние между электродами становится очень маленьким, и электрические заряды, сформированные на поверхности раздела электродов, отделяются друг от друга.
Также конденсатор 12 с двойным электрическим слоем предпочтительно содержит 25-50 мас.% проводящего материала в расчете на содержание твердых веществ в его электроде. Электроды, содержащие 25-50 мас.% проводящего материала, могут иметь характеристики высокой мощности по сравнению с конденсатором с двойным электрическим слоем, содержащим 25% или менее проводящего материала. Также при уменьшении относительного содержания активированного угля микропористая структура электродов становится меньше, а деформация микропористой структуры, вызванная повторяющимися разрядками/зарядками, минимизируется, значительно улучшая их циклические характеристики. Однако когда содержание проводящего материала превышает 50%, емкостные характеристики снижаются слишком сильно для того, чтобы соответствовать импульсным характеристикам. Поэтому содержание проводящего материала предпочтительно лежит в диапазоне от 25 до 50%.
В представленной ниже табл. 1 показаны технические характеристики гибридной батареи 1 (здесь и далее называемой сравнительным примером 1) по фиг. 1, гибридной батареи 4 (здесь и далее называемой сравнительным примером 2) по фиг. 2, гибридной батареи 6 (здесь и далее называемой сравнительным примером 3) по фиг. 3, а также гибридной батареи 10 (здесь и далее называемой вариантом реализации) по фиг. 4 при комнатной температуре 25°С. Первичная батарея, используемая в качестве основного источника питания в сравнительных примерах 1, 2 и 3 и в варианте реализации, представляет собой литийтионил-хлоридную батарею с высокой плотностью энергии, продукция 8Β-Ό02 настоящего заявителя.
Таблица 1
| Основной источник питания | Вспомогательный источник питания | ||||
| Тип | Емкость [мА-ч] | Сопротивление [Ом] | Тип | Емкость [Ф] | |
| Сравнительный пример 1 | Первичная литиевая батарея | 19000 | 2 | Катушечный конденсатор | 0,001 |
| Сравнительный пример 2 | Таблеточный ДЭС- конденсатор | 1 | |||
| Сравнительный пример 3 | Литиевая вторичная батарея | 160 | |||
| Вариант реализации | Катушечный ДЭС-конденсатор | 1 |
В представленной ниже табл. 2 показаны переходные характеристики вспомогательного источника питания при разряде постоянным током с силой тока 40 мА при комнатной температуре в 25°С и при низкой температуре в -40°С в течение 1 с.
Таблица 2
| Характеристики разряда постоянным током (40 мА, 1 сек) | |||||||
| Комнатная температура 25°С | Низкая температура -40°С | Увеличена скорость | |||||
| собственное сопротивление | емкость | собственное сопротивление | емкость | собственное сопротивление | емкость | ||
| [Ом] | [ф] | [Ом] | [ф] | [Ом] | [ф] | ||
| вспомогательны й источник питания сравнительного примера I | катушечный конденсатор | 0,18 | 0,0012 | 0,25 | 0,001 | 140,0 | 92,0 |
- 4 014146
точником питания в сравнительном примере 2, и вторичная литиевая батарея, которая является вспомогательным источником питания в сравнительном примере 3, очень сильно отличаются по техническим характеристикам в табл. 1 и переходным характеристикам в табл. 2. Это обусловлено тем, что их мощностные характеристики не очень хороши по сравнению с другими вспомогательными источниками питания.
В представленной ниже табл. 3 показаны рабочие характеристики сравнительных примеров и варианта реализации по импульсным характеристикам и изменению температуры. На фиг. 7-14 представлены графики для сравнения этих рабочих характеристик сравнительных примеров и варианта реализации.
Таблица 3
| Ток в импульсе [А] | Длительность импульса [мсек] | Рабочая температура [°С] | Падение напряжения [В] | Потребление тока [мА-сек] | Характерное напряжение менее 3,0 В после импульса ΝΟ | ||
| Эксперимент 1 | Сравнительный пример 1 | од | 50 | 25 | 0,20 | 4,99 |
- 5 014146
| Сравнительный пример 2 | 0,1 | 50 | 25 | 0,14 | 3,59 | ||
| Сравнительный пример 3 | 0,1 | 50 | 25 | 0,03 | 0,75 | ||
| Вариант реализации | 0,1 | 50 | 25 | 0,01 | 0,17 | ||
| Эксперимент 2 | Сравнительный пример 1 | 1 | 50 | 25 | 2,00 | 49,95 | N6 |
| Сравнительный пример 2 | 1 | 50 | 25 | 1,44 | 35,«7 | ΝΟ | |
| Сравнительный пример 3 | 1 | 50 | 25 | 0,30 | 7,51 | ||
| Вариант реализации | 1 | 50 | 25' | 0,0$ | 1,73 | ||
| Эксперимент 3 | Сравнительный пример 1 | 0,1 | 50 | -40 | 0,60 | 4,85 | |
| Сравнительный пример 2 | 0,1 | 50 | -40 | 0,53 | 4,41 | ||
| Сравнительный пример 3 | 0,1 | 50 | -40 | 0,15 | 1,25 | ||
| Вариант реализации | од | 50 | -40 | 0,02 | одз | ||
| Эксперимент 4 | Сравнительный пример 1 | 1 | 50 | -40 | 6,00 | 48,46 | ΝΟ |
| Сравнительный пример 2 | 1 | 50 | -40 | 5,30 | 44,08 | N6 | |
| Сравнительный пример 3 | 1 | 50 | -40 | 1,59 | 12,50 | N<3 | |
| Вариант реализации | 1 | 50 | -40 | 0,17 | 1Д9 |
Эксперимент 1 выполняют с использованием тока 0,1 А при температуре 25°С в течение 50 мс. Эксперимент 2 выполняют с использованием тока 1 А при температуре 25°С в течение 50 мс. Эксперимент 3 выполняют с использованием тока 0,1 А при температуре -40°С в течение 50 мс. Эксперимент 4 выполняют с использованием тока 1 А при температуре -40°С в течение 50 мс.
На фиг. 7 и 8 представлены результаты эксперимента 1, на фиг. 9 и 10 - результаты эксперимента 2, на фиг. 11 и 12 - результаты эксперимента 3, а на фиг. 13 и 14 - результаты эксперимента 4.
Обращаясь к табл. 3, падение напряжения и потребление тока в варианте реализации настоящего изобретения очень малы вне независимости от величины тока и изменения температуры. В табл. 3 N0 означает, что гибридная батарея не может быть использована в качестве источника питания, когда напряжение на зажимах устанавливается равным 3,67 В при разомкнутом состоянии гибридной батареи и происходит падение напряжения на 0,67 В или более при подаче импульсной мощности.
Claims (6)
1. Гибридная батарея, содержащая основной источник питания в виде первичной батареи и вспомогательный источник питания, подключенный параллельно основному источнику питания, причем гибридная батарея содержит в качестве вспомогательного источника питания конденсатор с двойным электрическим слоем, включающий в себя электрод на основе активированного угля, при этом электрод на основе активированного угля включает в себя слой активного материала с толщиной 10-40 мкм.
2. Гибридная батарея по п.1, в которой конденсатор с двойным электрическим слоем является пакетным.
3. Гибридная батарея по п.1, в которой конденсатор с двойным электрическим слоем является катушечным.
4. Гибридная батарея по любому из пп.1-3, в которой основной источник питания представляет собой литий-тионил-хлоридную батарею в качестве первичной батареи.
5. Гибридная батарея по любому из пп.1-3, в которой электрод на основе активированного угля содержит 25-50 мас.% проводящего материала в расчете на общее содержание твердых веществ.
- 6 014146
6. Гибридная батарея по любому из пп.1-3, в которой вспомогательный источник питания представляет собой множество соединенных друг с другом конденсаторов с двойным электрическим слоем.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020060018200A KR100614118B1 (ko) | 2006-02-24 | 2006-02-24 | 하이브리드 전지 |
| PCT/KR2007/000681 WO2007097534A1 (en) | 2006-02-24 | 2007-02-08 | Hybrid battery |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EA200870291A1 EA200870291A1 (ru) | 2009-02-27 |
| EA014146B1 true EA014146B1 (ru) | 2010-10-29 |
Family
ID=37602848
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| EA200870291A EA014146B1 (ru) | 2006-02-24 | 2007-02-08 | Гибридная батарея |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1987561B1 (ru) |
| KR (1) | KR100614118B1 (ru) |
| CN (1) | CN101310410B (ru) |
| AT (1) | ATE524852T1 (ru) |
| EA (1) | EA014146B1 (ru) |
| ES (1) | ES2372981T3 (ru) |
| IL (1) | IL193324A (ru) |
| MY (1) | MY146863A (ru) |
| WO (1) | WO2007097534A1 (ru) |
| ZA (1) | ZA200705185B (ru) |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2537534T3 (es) | 2003-09-18 | 2015-06-09 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Dispositivos de almacenamiento de energía de alto rendimiento |
| AR064292A1 (es) | 2006-12-12 | 2009-03-25 | Commw Scient Ind Res Org | Dispositivo mejorado para almacenamiento de energia |
| AR067238A1 (es) | 2007-03-20 | 2009-10-07 | Commw Scient Ind Res Org | Dispositivos optimizados para el almacenamiento de energia |
| KR100964865B1 (ko) | 2008-05-16 | 2010-06-23 | 웰메이트 주식회사 | 용접장치의 대전류 방전장치 |
| KR101032866B1 (ko) * | 2009-02-26 | 2011-05-06 | 주식회사 비츠로셀 | 리튬티오닐 전지의 보호회로 |
| WO2010122873A1 (ja) | 2009-04-23 | 2010-10-28 | 古河電池株式会社 | 鉛蓄電池用負極板の製造法及び鉛蓄電池 |
| JP5711483B2 (ja) | 2009-08-27 | 2015-04-30 | 古河電池株式会社 | 鉛蓄電池用複合キャパシタ負極板の製造法及び鉛蓄電池 |
| CN102725883B (zh) | 2009-08-27 | 2015-08-26 | 联邦科学和工业研究组织 | 电存储装置及其电极 |
| JP5797384B2 (ja) | 2009-08-27 | 2015-10-21 | 古河電池株式会社 | 鉛蓄電池用複合キャパシタ負極板及び鉛蓄電池 |
| US20110189507A1 (en) * | 2010-02-03 | 2011-08-04 | International Battery, Inc. | Extended energy storage unit |
| JP2012133959A (ja) | 2010-12-21 | 2012-07-12 | Furukawa Battery Co Ltd:The | 鉛蓄電池用複合キャパシタ負極板及び鉛蓄電池 |
| CN103633364B (zh) * | 2013-12-05 | 2016-09-14 | 河北洁神新能源科技有限公司 | 大容量脉冲型动力锂离子电池及其制备方法 |
| KR101525879B1 (ko) * | 2014-01-17 | 2015-06-03 | 비나텍주식회사 | 복합 전기 에너지 저장 장치 |
| KR102288234B1 (ko) * | 2019-08-02 | 2021-08-10 | (주)플렉스파워 | 미세전류 패치 |
| CN110797963B (zh) * | 2019-10-25 | 2021-06-11 | 上海空间电源研究所 | 一种电容器与热电池的复合电源 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5587250A (en) * | 1995-09-27 | 1996-12-24 | Motorola, Inc. | Hybrid energy storage system |
| US5670266A (en) * | 1996-10-28 | 1997-09-23 | Motorola, Inc. | Hybrid energy storage system |
| US6117585A (en) * | 1997-07-25 | 2000-09-12 | Motorola, Inc. | Hybrid energy storage device |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6246568B1 (en) * | 1997-06-16 | 2001-06-12 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Electric double-layer capacitor and method for manufacturing the same |
| CN1265407C (zh) * | 2000-07-21 | 2006-07-19 | 中国科学院上海冶金研究所 | 电化学超电容器的制造方法 |
| TWI299591B (en) * | 2002-03-20 | 2008-08-01 | Nec Tokin Corp | Battery pack |
| CN1187208C (zh) * | 2003-08-27 | 2005-02-02 | 西安交通大学 | 电动车超级电容辅助电源系统 |
| ES2537534T3 (es) * | 2003-09-18 | 2015-06-09 | Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation | Dispositivos de almacenamiento de energía de alto rendimiento |
| KR100686804B1 (ko) | 2005-04-25 | 2007-02-26 | 삼성에스디아이 주식회사 | 초고용량 캐패시터을 구비하는 전극 조립체 및 이를포함하는 리튬 이차 전지 |
-
2006
- 2006-02-24 KR KR1020060018200A patent/KR100614118B1/ko not_active Expired - Lifetime
-
2007
- 2007-02-08 EP EP07708831A patent/EP1987561B1/en active Active
- 2007-02-08 ES ES07708831T patent/ES2372981T3/es active Active
- 2007-02-08 WO PCT/KR2007/000681 patent/WO2007097534A1/en not_active Ceased
- 2007-02-08 MY MYPI20083118A patent/MY146863A/en unknown
- 2007-02-08 EA EA200870291A patent/EA014146B1/ru not_active IP Right Cessation
- 2007-02-08 AT AT07708831T patent/ATE524852T1/de not_active IP Right Cessation
- 2007-02-08 CN CN2007800001036A patent/CN101310410B/zh active Active
- 2007-06-27 ZA ZA200705185A patent/ZA200705185B/xx unknown
-
2008
- 2008-08-07 IL IL193324A patent/IL193324A/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5587250A (en) * | 1995-09-27 | 1996-12-24 | Motorola, Inc. | Hybrid energy storage system |
| US5670266A (en) * | 1996-10-28 | 1997-09-23 | Motorola, Inc. | Hybrid energy storage system |
| US6117585A (en) * | 1997-07-25 | 2000-09-12 | Motorola, Inc. | Hybrid energy storage device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP1987561A1 (en) | 2008-11-05 |
| IL193324A (en) | 2013-09-30 |
| KR100614118B1 (ko) | 2006-08-22 |
| ZA200705185B (en) | 2008-11-26 |
| EP1987561A4 (en) | 2010-01-06 |
| EA200870291A1 (ru) | 2009-02-27 |
| IL193324A0 (en) | 2009-05-04 |
| CN101310410B (zh) | 2011-11-30 |
| MY146863A (en) | 2012-09-28 |
| CN101310410A (zh) | 2008-11-19 |
| EP1987561B1 (en) | 2011-09-14 |
| ATE524852T1 (de) | 2011-09-15 |
| WO2007097534A1 (en) | 2007-08-30 |
| ES2372981T3 (es) | 2012-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EA014146B1 (ru) | Гибридная батарея | |
| US6510043B1 (en) | Cylindrical high voltage supercapacitor having two separators | |
| US20160087460A1 (en) | Ultra-capacitor structures with multiple ultra-capacitor cells and methods thereof | |
| EP1154448A1 (en) | Capacitor with dual electric layer | |
| US10312028B2 (en) | Electrochemical energy storage devices and manufacturing methods | |
| KR20030038687A (ko) | 혼합된 산화 활성물질, 전극 및 전극의 제조방법 및 그를 구성한 전기화학적 전지 | |
| KR101059891B1 (ko) | 단위셀 및 상기 단위셀을 갖는 고출력 전기에너지 저장장치 | |
| JP2011009690A (ja) | 電気二重層キャパシタ用電極とその製造方法、電気二重層キャパシタ | |
| EP3713007A1 (en) | Electrode assembly | |
| EP0818057A1 (en) | Electrochemical charge storage device having constant voltage discharge | |
| WO2017128751A1 (zh) | 电源组件及电子设备 | |
| WO2003088374A2 (en) | Asymmetric supercapacitor device with extended capability | |
| CN106653378B (zh) | 储存和释放电能的层合装置 | |
| EP0060642A1 (en) | Third electrode for lead-acid standby batteries | |
| JP2006324591A (ja) | 電気二重層キャパシタ、その制御方法及びこれを用いた蓄電システム並びに二次電池 | |
| KR101101546B1 (ko) | 전기 화학 커패시터 및 이의 제조방법 | |
| KR100799795B1 (ko) | 전압 균등화를 위한 저항을 구비하는 단위셀 및 이를이용한 전기에너지 저장장치 | |
| CN207441882U (zh) | 一种层叠式固体电池 | |
| TW201019561A (en) | Power system | |
| KR101022308B1 (ko) | 에너지 저장장치 | |
| CN107705997B (zh) | 一种超级电容器的元件结构 | |
| JP2024140304A (ja) | 屋内用エネルギーハーベスティング装置 | |
| KR101369738B1 (ko) | 콘덴서용 전극구조체 및 상기 전극구조체를 포함하는 콘덴서 | |
| JPH08287970A (ja) | 積層型二次電池 | |
| KR20010101559A (ko) | 이중 전기 층을 갖는 커패시터 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): AM AZ BY KZ KG MD TJ TM |
|
| MM4A | Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s) |
Designated state(s): RU |