JP2013247101A - Hybrid battery - Google Patents

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昭 松澤
Takeshi Ikeda
毅 池田
Kanehiro Nitta
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery having an excellent total performance at low cost.SOLUTION: In a hybrid battery 1, lead dioxide plates 11 to be positive electrode plates and lead plates 12 to be negative electrode plates, which are respectively connected with wires 190 and 180, are immersed in an electrolyte 100 in a state that they are aligned alternately. A capacitor cell 10 is configured by a unit obtained by making a pair of adjacent positive electrode plate and negative electrode plate and interposing a dielectric body or an electrolyte therebetween. A plurality of capacitor cells 10 are arranged so that each positive electrode plate and each negative electrode plate are aligned to be opposed to each other. Each positive electrode plate and each negative electrode plate opposed to each other configure a battery cell 50 together with the intermediate electrolyte 100.

Description

本発明は、バッテリとキャパシタを融合させてなるハイブリッドバッテリに関する。   The present invention relates to a hybrid battery obtained by fusing a battery and a capacitor.

近年、米国において乗用車の平均燃費(km/l)を将来的に2倍にする燃費規制が発表され、EUにおいても2015年までにCO排出量を120g/km以下に抑える規制案が発表されて、日本でも2015年までに乗用車の燃費を2004年実績に対し23.5%改善することが求められており、世界的に自動車のCO排出規制・燃費規制が強化される傾向にある。そのため、日本の自動車産業界では斯かる燃費改善・CO排出量抑制に対応した環境対策車の開発が急務となっている。 In recent years, fuel efficiency regulations have been announced in the US to double the average fuel economy (km / l) of passenger cars in the future, and the EU has also announced a proposed regulation to reduce CO 2 emissions to 120 g / km or less by 2015. Te, it has been required to be improved 23.5% with respect to the actual 2004 fuel consumption of passenger cars in 2015 in Japan, in the worldwide trend that CO 2 emission regulations and fuel consumption regulations of the car is enhanced. Therefore, in the Japanese automobile industry, there is an urgent need to develop an environmentally-friendly vehicle that can improve such fuel consumption and CO 2 emissions.

このような環境対策車として、HV(ハイブリッド車)・EV(電気自動車)が周知であるが、その蓄電デバイスとしては、鉛蓄電池よりもエネルギー密度・出力密度の高いニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池が採用されている。しかし、ニッケル水素電池はリチウムイオン二次電池と比べて電池容量が劣り、リチウムイオン二次電池はニッケル水素電池と比べて安全性の面で劣るとされ、また両者とも充電に長時間を要するなど、現状においては一長一短がある。さらに、斯かる蓄電デバイスは材料原価が高いことに加え、安全性対策を講じる必要があるため鉛蓄電池と比べて高コストであり、車両価格の低廉化を困難にしている。   HV (hybrid vehicle) and EV (electric vehicle) are well known as such environmentally-friendly vehicles, but as their electricity storage devices, nickel-metal hydride batteries and lithium ion secondary batteries having higher energy density and output density than lead storage batteries. Batteries are adopted. However, nickel metal hydride batteries are inferior in battery capacity compared to lithium ion secondary batteries, lithium ion secondary batteries are considered inferior in safety compared to nickel metal hydride batteries, and both require a long time to charge. Currently, there are advantages and disadvantages. In addition to the high cost of materials, such power storage devices are costly compared to lead-acid batteries because it is necessary to take safety measures, making it difficult to reduce vehicle prices.

そのため、生産車両の殆どをHVやEVにすることは非現実的であり、既存のガソリンエンジン車において種々の燃費改善技術を検討しているのが現状である。例えば、信号待ちの間はエンジンを停止させるアイドリングストップ技術が近年普及しつつあり、HVに近い燃費性能を実現しているものもある。この場合、蓄電デバイスは鉛蓄電池であるが、アイドリング停止中であっても車載電子機器やエアコンが作動していることに加え、エンジン停止の度にクランキングによる急速放電を繰り返すため、短期間で容量低下を来して過放電状態となりやすく、またブレーキ制動時の回生電力の充電性能も不充分であることから、その急速充放電性能と耐久性の向上が大きな課題となっている。   Therefore, it is unrealistic to make most of the production vehicles HV or EV, and various fuel consumption improvement technologies are currently being studied for existing gasoline engine vehicles. For example, an idling stop technique for stopping the engine while waiting for a signal has been spreading in recent years, and some have realized fuel efficiency performance close to HV. In this case, the electricity storage device is a lead-acid battery, but even when idling is stopped, in-vehicle electronic devices and air conditioners are operating, and rapid discharge due to cranking is repeated every time the engine is stopped. Since the capacity is likely to be reduced and the battery is likely to be in an overdischarged state, and the charging performance of regenerative power during braking is insufficient, the rapid charging / discharging performance and the improvement of durability are major issues.

斯かる鉛蓄電池は、開発されてから100年以上が経過した古い技術ではあるが、安価で信頼性が高いことから現在でも車両用として主流の地位にある。しかし、鉛蓄電池の理論エネルギー密度は167Wh/kgとリチウムイオン二次電池の150Wh/kgよりも大きいにもかかわらず、車両の動力用としては主流になり得なかった。また、鉛蓄電池は太陽光発電や風力発電の分野でもその蓄電デバイスとして汎用されているが、この自然エネルギーを利用した発電においても、時々刻々変動する日照量や風量の状態によりその出力レベルが安定しないことから、その変動分を充分に吸収しうる急速充放電性能が求められるとともに、長期間の使用に耐える耐久性も求められている。   Such lead-acid batteries are an old technology that has been developed for more than 100 years, but are still in the mainstream position for vehicles due to their low cost and high reliability. However, although the theoretical energy density of the lead storage battery is 167 Wh / kg, which is larger than 150 Wh / kg of the lithium ion secondary battery, it cannot be mainstream for vehicle power. Lead-acid batteries are also widely used as power storage devices in the fields of solar power generation and wind power generation, but even in power generation using this natural energy, the output level is stable depending on the amount of sunlight and air volume that change from moment to moment. Therefore, rapid charge / discharge performance that can sufficiently absorb the fluctuation is required, and durability that can withstand long-term use is also required.

したがって、低廉で安全性・信頼性に優れた鉛蓄電池において、急速充放電性能と耐久性を大きく向上させることができれば、車両に使用するニッケル水素電池やリチウムイオン二次電池の少なくとも一部を代用可能となって、コスト面で極めて有利なものとなり、また、アイドリングストップ技術や自然エネルギー発電における要請にも充分に応えられるようになる。   Therefore, if lead-acid batteries that are inexpensive and excellent in safety and reliability can greatly improve rapid charge / discharge performance and durability, at least part of nickel-metal hydride batteries and lithium ion secondary batteries used in vehicles can be substituted. It will be possible and will be extremely advantageous in terms of cost, and will be able to fully meet the demands for idling stop technology and renewable energy power generation.

そこで、特表2007−506230号公報には、鉛ベース負極と二酸化鉛ベース正極に加えてコンデンサ負極を設けて鉛蓄電池部分と非対称コンデンサ部分を構成するものとして、高電流の充電・放電が行われる間は非対称コンデンサ部分で電荷の受け入れ・放出が優先的に行われる方式とした鉛蓄電池が提案されている。また、特開2008−210636号公報には、正極板と負極板の一方の表面の一部にキャパシタ層を各々形成して、各キャパシタ層に電荷を蓄える方式の鉛蓄電池も提案されている。   Therefore, in Japanese Translation of PCT International Publication No. 2007-506230, charge / discharge of high current is performed by providing a capacitor negative electrode in addition to a lead-based negative electrode and a lead dioxide-based positive electrode to constitute a lead storage battery portion and an asymmetric capacitor portion. In the meantime, lead storage batteries have been proposed in which asymmetric capacitors are used to preferentially accept and release charges. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-210636 also proposes a lead storage battery in which a capacitor layer is formed on a part of one surface of each of a positive electrode plate and a negative electrode plate, and charges are stored in each capacitor layer.

このように、キャパシタと同様に電荷を蓄える部分を鉛蓄電池内に設けたことで、この部分が電池電極部分と比べて内部抵抗が小さいことにより高電流の充電・放電を優先的に行うことになるため、充放電性能が向上することに加え電池部分の負担を軽減してバッテリとしての耐久性も3〜4倍程度向上する結果となる。   Thus, by providing a part for storing electric charge in the lead storage battery as in the case of the capacitor, this part has a lower internal resistance than the battery electrode part, so that high current charging / discharging is preferentially performed. Therefore, in addition to improving the charge / discharge performance, the burden on the battery portion is reduced and the durability as a battery is also improved by about 3 to 4 times.

しかしながら、斯かるハイブリッド式の鉛蓄電池では、その電荷を蓄える部分が実際のキャパシタのように対の電極の内側部分が封止されておらずキャパシタ内部がバッテリ液に曝されているため、完全なキャパシタと同等の耐久性を発揮しにくい状態となっている。また、キャパシタによる電荷を蓄える部分の面積が正・負の電極面積と比較して小さいことから、全体容量に対するキャパシタ機能の貢献割合は実に小さく、さらに、単にキャパシタと電池を融合したのみではエネルギー密度の大幅な改善は期待することができない。そのため、バッテリとしての総合性能の改善は全体的にはさほど大きくはなく、上述した要請への対応は充分に達成されていないのが現状である。   However, in such a hybrid lead-acid battery, the inner part of the pair of electrodes is not sealed like the actual capacitor, and the inside of the capacitor is exposed to the battery fluid, so that the complete storage is complete. It is in a state where it is difficult to exhibit the same durability as a capacitor. In addition, since the area of the capacitor where charges are stored is small compared to the area of the positive and negative electrodes, the contribution ratio of the capacitor function to the total capacity is very small. Can not be expected to improve significantly. Therefore, the improvement of the overall performance as a battery is not so large as a whole, and the present situation is that the response to the above request has not been sufficiently achieved.

特表2007−506230号公報Special table 2007-506230 gazette 特開2008−210636号公報JP 2008-210636 A

本発明は、上記のような問題を解決しようとするものであり、総合性能に優れたバッテリを低コストで提供することを課題とする。   The present invention is intended to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a battery having excellent overall performance at a low cost.

そこで、本発明は、導電体に各々接続された正極板と負極板を交互に並べた状態で電解液に浸漬してなるバッテリにおいて、隣り合う正極板と負極板が対をなしその間に誘電体又は電解質を挟装してなるユニットでキャパシタセルを構成し、複数の前記キャパシタセルが正極板と負極板が向かい合って並ぶ配置とされており、この向かい合う正極板と負極板は中間の電解液とともに各々電池セルを構成している、ことを特徴とするハイブリッドバッテリとした。   Accordingly, the present invention provides a battery in which a positive electrode plate and a negative electrode plate connected to a conductor are alternately immersed in an electrolyte solution, and adjacent positive electrode plates and negative electrode plates form a pair between the dielectric plates. Alternatively, a capacitor cell is constituted by a unit formed by sandwiching an electrolyte, and a plurality of the capacitor cells are arranged so that a positive electrode plate and a negative electrode plate face each other, and the opposite positive electrode plate and negative electrode plate together with an intermediate electrolyte Each of the battery cells constitutes a hybrid battery.

このように、交互に並ぶ正極板と負極板を対にしてキャパシタセルを構成するとともに、複数並んだキャパシタセルの対向面となる正極板と負極板とで電池セルを構成するようにしたことで、正極板と負極板において電池を構成する部分に対しキャパシタで電荷を溜める部分の割合を大きく確保することができ、且つ、対の正極板と負極板で完全なるキャパシタセルになるとともに、対向する正極板と負極板と間の電解液とで完全なる電池セルになるため、バッテリとキャパシタの両機能を充分に発揮しながら、優れた充放電性能と耐久性を実現することができる(従来のキャパシタとバッテリの組み合わせでは複雑な同調回路が必要であり、各電極間でのキャパシタとバッテリの調整が容易ではないという事情もあった)。   In this way, a capacitor cell is configured by pairing alternately arranged positive electrode plates and negative electrode plates, and a battery cell is configured by a positive electrode plate and a negative electrode plate which are opposed surfaces of a plurality of arranged capacitor cells. The positive electrode plate and the negative electrode plate can ensure a large proportion of the portion that stores the charge with the capacitor relative to the portion constituting the battery, and the pair of positive electrode plate and negative electrode plate form a complete capacitor cell and face each other. Since the battery cell is completely formed by the electrolyte solution between the positive electrode plate and the negative electrode plate, excellent charge / discharge performance and durability can be realized while fully exhibiting both functions of the battery and the capacitor (conventional The combination of a capacitor and a battery requires a complicated tuning circuit, and it is not easy to adjust the capacitor and battery between each electrode).

またこのハイブリッドバッテリにおいて、その向かい合う正極板と負極板を、電位差のある異なる金属の組み合わせ、例えばMg>Al>Zn>Cuというようなイオン化傾向の異なる金属同士の組み合わせとすることにより、電池セルとしての機能を確実に発揮可能なものとなる。この場合、その異なる金属の組み合わせを、二酸化鉛と鉛、銅又は銅合金とアルミニウム又はアルミニウム合金、のいずれかとすることにより、低コストでバッテリ性能とキャパシタ性能の両方に優れたものとなる。   Moreover, in this hybrid battery, the positive and negative electrodes facing each other are combined with different metals having a potential difference, for example, a combination of metals with different ionization tendencies such as Mg> Al> Zn> Cu. It will be possible to demonstrate the functions of. In this case, the combination of the different metals is any one of lead dioxide and lead, copper or copper alloy and aluminum or aluminum alloy, so that both battery performance and capacitor performance are excellent at low cost.

また、上述したハイブリッドバッテリにおいて、そのキャパシタセルと電池セルが、共通の電解液を使用する方式とされていることを特徴としたものとすれば、コスト面で有利なものとなる。   In the hybrid battery described above, if the capacitor cell and the battery cell are characterized by using a common electrolyte solution, it is advantageous in terms of cost.

さらに、上述したハイブリッドバッテリにおいて、そのキャパシタセルを、正極板と負極板の間に挟装された部分が、外周面を除く内部側が電解液に対し密封されていることを特徴としたものとすれば、キャパシタセル内部が電解液側に開放されることによるキャパシタ機能の低下・劣化を回避することができる。   Furthermore, in the hybrid battery described above, if the capacitor cell is characterized in that the portion sandwiched between the positive electrode plate and the negative electrode plate is characterized in that the inner side excluding the outer peripheral surface is sealed against the electrolyte solution, It is possible to avoid deterioration and deterioration of the capacitor function due to the inside of the capacitor cell being opened to the electrolyte side.

さらにまた、上述したハイブリッドバッテリにおいて、そのキャパシタセルを、薄膜化してシート状にした誘電体が正極板と負極板の間に挟装されてフィルムコンデンサを構成してなることを特徴としたものとすれば、キャパシタセルを過剰に厚くすることなく電荷を蓄える部分を充分に確保することができ、装置のコンパクト化が容易なものとなる。   Furthermore, in the hybrid battery described above, if the capacitor cell is formed into a film capacitor by sandwiching a thin film sheet-like dielectric material between a positive electrode plate and a negative electrode plate, Thus, it is possible to secure a sufficient portion for storing charges without excessively thickening the capacitor cell, and the device can be easily made compact.

この場合、そのシート状の誘電体を、正極板から延長されたシート状電極と負極板から延長されたシート状電極との間に挟まれた状態で、両シート状電極とともに蛇腹状に折り畳まれて正極板と負極板の間に挟装されたことを特徴としたものとすれば、コンパクトさを維持しながら電荷を蓄える部分の面積を一層大きくすることができ、キャパシタ容量をバッテリ容量に合わせた比率調整(例えば2:8〜3:7)とすることができる。   In this case, the sheet-like dielectric is folded between the sheet-like electrode extended from the positive electrode plate and the sheet-like electrode extended from the negative electrode plate in a bellows shape together with both the sheet-like electrodes. If it is characterized by being sandwiched between the positive electrode plate and the negative electrode plate, the area of the charge storage part can be further increased while maintaining compactness, and the ratio of the capacitor capacity to the battery capacity Adjustment (for example, 2: 8 to 3: 7) can be performed.

加えて、上述したハイブリッドバッテリにおいて、その誘電体が主成分をチタン酸バリウムとされていることを特徴としたものとすれば、蓄電デバイスとして高いエネルギー密度を達成しやすいものとなる。   In addition, in the hybrid battery described above, if the dielectric is characterized in that the main component is barium titanate, a high energy density can be easily achieved as an electricity storage device.

また加えて、上述したハイブリッドバッテリにおいて、そのキャパシタセルが電気二重層キャパシタを構成していることを特徴としたものとすれば、大きな静電容量を確保して高いエネルギー効率を実現しやすいものとなる。   In addition, in the hybrid battery described above, if the capacitor cell constitutes an electric double layer capacitor, it is easy to ensure high capacitance and achieve high energy efficiency. Become.

さらに加えて、上述したハイブリッドバッテリにおいて、そのキャパシタセルを、少なくとも負極板の内面側及び正極板の外面側、又は負極板と正極板の両内面側に活性炭素層が形成されていることを特徴としたものとすれば、その細孔構造で大きな比表面積を確保して高い静電容量を実現しながら、その低い熱抵抗で高い放熱機能を発揮するとともに、その低い電気抵抗で優れた充放電性能を発揮可能なものとなる。この場合、その活性炭素層をナノカーボン材料で構成してなるものとすれば、より優れたキャパシタ性能の発揮が可能となって、総合性能に一層優れた蓄電デバイスとなる。尚、カーボンナノチューブは多層のものを酸処理することで、約7倍の容量を得られることが知られている。   In addition, in the hybrid battery described above, the activated carbon layer is formed at least on the inner surface side of the negative electrode plate and the outer surface side of the positive electrode plate, or on both inner surface sides of the negative electrode plate and the positive electrode plate. As a result, while maintaining a large specific surface area with its pore structure and realizing a high capacitance, it exhibits a high heat dissipation function with its low thermal resistance and excellent charge and discharge with its low electrical resistance The performance can be demonstrated. In this case, if the activated carbon layer is made of a nanocarbon material, the capacitor performance can be further improved, and the power storage device can be further improved in overall performance. In addition, it is known that about 7 times the capacity can be obtained by acid-treating multi-walled carbon nanotubes.

そして、上述したハイブリッドバッテリにおいて、その複数のキャパシタセルが、所定形状の電解液槽の中でその中心軸線に対し平面視放射状かつ互いに同一間隔となるように配設されて、いずれのキャパシタセルも順列上の両端部を構成しない配置とされており、そのキャパシタセルの数と電池セルの数が一致していることを特徴としたものとすれば、キャパシタセルと電池セルの組み合わせにおいて順列上の両端側になる場合のように不完全な部分が形成されないものとなって、全体として高い電池性能を発揮しやすいものとなる。   In the hybrid battery described above, the plurality of capacitor cells are arranged in a predetermined shape in an electrolytic solution tank so as to be radially in plan view with respect to the central axis and at the same interval. If the number of capacitor cells and the number of battery cells are the same, the arrangement of both ends on the permutation is not configured. Incomplete portions are not formed as in the case of both end sides, and high battery performance is easily exhibited as a whole.

正極板と負極板を対にしてキャパシタセルを構成するとともに複数並んだキャパシタセルの対向面となる正極板と負極板とで電池セルを構成するものとした本発明によると、低コストでも総合性能に優れたバッテリとすることができる。   According to the present invention, the positive electrode plate and the negative electrode plate constitute a capacitor cell, and the battery cell is constituted by the positive electrode plate and the negative electrode plate which are opposed surfaces of a plurality of capacitor cells arranged according to the present invention. The battery can be made excellent.

本発明における第1の実施の形態のハイブリッドバッテリの構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the hybrid battery of 1st Embodiment in this invention. 図1のハイブリッドバッテリのキャパシタセルの詳細な構成を示す部分縦断面図である。It is a fragmentary longitudinal cross-section which shows the detailed structure of the capacitor cell of the hybrid battery of FIG. (A)は図1のハイブリッドバッテリの応用例の構成を示す縦断面図、(B)は(A)の応用例を示す縦断面図である。(A) is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the application example of the hybrid battery of FIG. 1, (B) is a longitudinal cross-sectional view which shows the application example of (A). (A)は図3のハイブリッドバッテリの他の応用例の構成を示す縦断面図、(B)は(A)の応用例を示す縦断面図である。(A) is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the other application example of the hybrid battery of FIG. 3, (B) is a longitudinal cross-sectional view which shows the application example of (A). (A)及び(B)は本発明における第2の実施の形態のハイブリッドバッテリの構成を示す縦断面図である。(A) And (B) is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the hybrid battery of 2nd Embodiment in this invention. 本発明における第3の実施の形態のハイブリッドバッテリの構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the hybrid battery of 3rd Embodiment in this invention. 図1のハイブリッドバッテリにおけるキャパシタセルの構成に関する他の応用例の縦断面図であって、(A)は誘電体部分を折り畳んだ状態、(B)は誘電体部分を広げた状態である。FIG. 4 is a longitudinal sectional view of another application example regarding the configuration of the capacitor cell in the hybrid battery of FIG. 1, in which (A) shows a state in which the dielectric portion is folded, and (B) shows a state in which the dielectric portion is expanded. 図7のキャパシタセルの応用例を示す誘電体部分を広げた状態の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the state which expanded the dielectric material part which shows the application example of the capacitor cell of FIG. 図8のキャパシタセルのさらなる応用例を示す誘電体部分を広げた状態の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the state which expanded the dielectric material part which shows the further application example of the capacitor cell of FIG. 図1のハイブリッドバッテリにおけるキャパシタセルの配置に関する応用例の構成を示す横断面図である。It is a cross-sectional view which shows the structure of the application example regarding arrangement | positioning of the capacitor cell in the hybrid battery of FIG. 電極板およびキャパシタセルを極力薄くした一例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows an example which made the electrode plate and the capacitor cell thin as much as possible.

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための形態を説明する。尚、本発明において、キャパシタとは電気二重層キャパシタに限定されずに電荷を蓄えることのできる電子部品としてのコンデンサと同義のものとする。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. In the present invention, the capacitor is not limited to the electric double layer capacitor and is synonymous with a capacitor as an electronic component capable of storing electric charge.

図1は、本発明における第1の実施の形態であるハイブリッドバッテリ1の構成を簡略化して示した縦断面図である。このハイブリッドバッテリ1は、主として車載用の蓄電デバイスを想定したものであるが、太陽光発電や風力発電の蓄電用デバイス等、他の用途にも使用することができる。また、図示の都合上、正極板と負極板の合計数は8枚となっているが、実際はこれよりも多い場合が殆どである。   FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a simplified configuration of a hybrid battery 1 according to a first embodiment of the present invention. The hybrid battery 1 is mainly assumed to be an in-vehicle power storage device, but can be used for other purposes such as a power storage device for solar power generation or wind power generation. Further, for the convenience of illustration, the total number of positive and negative electrode plates is eight, but in reality, there are almost more cases than this.

斯かるハイブリッドバッテリ1は、端子19,18に繋がる配線190,180に各々接続されて、正極になる二酸化鉛板11,11,11,11と、負極になる鉛板12,12,12,12を、交互に並べた状態でケーシング6中に溜めたバッテリ液(硫酸電解液)100に浸漬してなるものであり、隣り合う二酸化鉛板11と鉛板12が対をなし、図2に示すように、その間に電解質200とセパレータ16を挟装してなるユニットでキャパシタセル10を各々構成し、キャパシタセル10,10,10,10の間では二酸化鉛板(正極)11と鉛板(負極)12が対向して中間のバッテリ液100とで電池セル50を各々構成しており、これが本発明における特徴部分となっている。   Such a hybrid battery 1 is connected to wirings 190 and 180 connected to terminals 19 and 18, respectively, and leads plates 11, 11, 11, and 11 serving as positive electrodes and lead plates 12, 12, 12, and 12 serving as negative electrodes. Are immersed in a battery solution (sulfuric acid electrolyte) 100 stored in the casing 6 in an alternately arranged state, and the adjacent lead dioxide plate 11 and lead plate 12 form a pair, as shown in FIG. As described above, each of the capacitor cells 10 is composed of a unit in which the electrolyte 200 and the separator 16 are sandwiched therebetween, and between the capacitor cells 10, 10, 10, and 10, the lead dioxide plate (positive electrode) 11 and the lead plate (negative electrode). ) 12 are opposed to each other to form the battery cell 50 with the intermediate battery liquid 100, which is a characteristic part of the present invention.

即ち、交互に並ぶ正極板と負極板を対のユニットにしてキャパシタセル10を各々構成し、複数並んだキャパシタセル10,10の間で対向する正極板と負極板の組み合わせで電池セル50を各々構成しており、これらは完全なるキャパシタセルと電池セルであることから、バッテリとキャパシタの両機能が充分に発揮されることになって、優れた充放電性能(短い充電時間・高い出力密度)と優れた耐久性(キャパシタ性能・バッテリ性能の維持)を実現することができる。   That is, each of the capacitor cells 10 is constituted by a pair of alternately arranged positive electrode plates and negative electrode plates, and each of the battery cells 50 is formed by a combination of a positive electrode plate and a negative electrode plate facing each other between the plurality of capacitor cells 10, 10. Since these are complete capacitor cells and battery cells, both battery and capacitor functions are fully demonstrated, and excellent charge / discharge performance (short charge time, high output density) And excellent durability (maintenance of capacitor performance and battery performance).

また、電池において電極として機能する部分(電極がバッテリ液100に露出している外面側部分)の面積とキャパシタにおいて電荷を溜める部分(キャパシタセル10の電極内面側部分)の面積がほぼ同等とされており、従来例と比べて電荷を溜める部分の割合が格段に大きいことから、電池機能とキャパシタ機能のバランスが従来例よりも改善されたものとなっている。   In addition, the area of the part functioning as an electrode in the battery (the outer surface part where the electrode is exposed to the battery solution 100) and the area of the capacitor where the electric charge is accumulated (the inner surface part of the electrode of the capacitor cell 10) are substantially equal. In addition, since the ratio of the portion that accumulates charges is much larger than that of the conventional example, the balance between the battery function and the capacitor function is improved compared to the conventional example.

さらに、本実施の形態では、キャパシタセル10において正極になる二酸化鉛板11と負極になる鉛板12とで電解質200及びセパレータ16を挟み込んで電気二重層キャパシタを構成しており、大きな静電容量と高い出力密度を実現している。加えて、この二酸化鉛板11と鉛板12とで挟んでいる部分の外周面を除く内部側が、外周部分をシール材15でシールされてバッテリ液100に対し密封されているため、内部に電解質200を封止した完全なる電気二重層キャパシタを構成しており、キャパシタとして機能の低下・劣化を回避可能としている。   Further, in the present embodiment, the electric double layer capacitor is configured by sandwiching the electrolyte 200 and the separator 16 between the lead dioxide plate 11 serving as the positive electrode and the lead plate 12 serving as the negative electrode in the capacitor cell 10, and has a large electrostatic capacity. High power density is achieved. In addition, since the inner side excluding the outer peripheral surface of the portion sandwiched between the lead dioxide plate 11 and the lead plate 12 is sealed with respect to the battery fluid 100 by sealing the outer peripheral portion with the sealing material 15, the electrolyte is contained inside. A complete electric double layer capacitor 200 is sealed, and it is possible to avoid deterioration and deterioration of the function as a capacitor.

尚、二酸化鉛板11と鉛板12は図において単一の素材で示しているが、少なくとも各電極の表面側(バッテリ液側)部分を構成しているものであれば良く、内面側(キャパシタ内部側)部分は、電荷を蓄えるのに適した素材、例えば後述する活性炭素のほか、導電性ポリマー等の素材で構成しても良く、斯かる機能性素材を用いることでキャパシタの更なる大容量化・高作動電圧化を図ることも可能となる。また、図ではセパレータ16を用いる構成としたが、両電極板の内面同士が接触する畏れがない場合は、これを省略することができる。   Note that the lead dioxide plate 11 and the lead plate 12 are shown as a single material in the figure, but may be any material as long as they constitute at least the surface side (battery liquid side) portion of each electrode. The (inner side) part may be made of a material suitable for storing electric charge, for example, activated carbon (to be described later), or a material such as a conductive polymer. By using such a functional material, the capacitor is further increased. It is also possible to increase the capacity and the operating voltage. Further, in the figure, the separator 16 is used, but this can be omitted when the inner surfaces of both electrode plates are not in contact with each other.

その電解質200としては、キャパシタに通常用いられる液状又はゲル状のもので良く、その溶媒として非水系のものを用いれば高いエネルギー密度を達成しやすくなり、イオン性液体を用いれば作動電圧を広げやすくなる。尚、電解質200にゲル状のものを用いた場合、セル外部への漏出を防止しやすくなることに加え、状況によってはセパレータ16が不要になる。   The electrolyte 200 may be a liquid or gel that is usually used for capacitors, and it is easy to achieve a high energy density if a non-aqueous solvent is used as the solvent, and an operating voltage can be easily expanded if an ionic liquid is used. Become. In addition, when the gel-like thing is used for the electrolyte 200, in addition to becoming easy to prevent the leakage to the cell exterior, the separator 16 becomes unnecessary depending on the condition.

さらに、電解質200に液状又はゲル状のものを用いる代わりに、固形の誘電体、例えばチタン酸バリウム(BaTiO)や誘電率の高いシート状プラスチック等を二酸化鉛板11と鉛板12の内側面に密着させるように挟装してもよく、この場合は、キャパシタセル10をより薄くしてセル枚数の増量が容易になることに加え、状況によりシール材15が不要なものとなる。 Further, instead of using a liquid or gel electrolyte 200, a solid dielectric such as barium titanate (BaTiO 3 ) or a sheet-like plastic having a high dielectric constant is used as the inner surface of the lead dioxide plate 11 and the lead plate 12. In this case, the capacitor cell 10 can be made thinner and the number of cells can be easily increased, and the sealing material 15 is unnecessary depending on the situation.

図3(A)は、図1のハイブリッドバッテリ1における各キャパシタセル10を、その二酸化鉛板11と鉛板12の内面側に活性炭素層110,120を各々形成してなるキャパシタセル20としたハイブリッドバッテリ2Aを示している。これは、キャパシタとして電荷を蓄える部分の面積(比表面積)を拡大しながら電気抵抗を低下させて、さらなる高容量化と充放電の高速化の実現を図ったものである。また、負極になる鉛板12の内面側のみに活性炭素層120を設けた場合でも、前記効果に準じた効果を発揮するものとなり、さらに、図3(B)に示すように、二酸化鉛板11の内面側ではなく外面側に活性炭素層110設けたキャパシタセル21としてもよく、この場合はバッテリ性能を一層高めることができる。   FIG. 3A shows each capacitor cell 10 in the hybrid battery 1 of FIG. 1 as a capacitor cell 20 in which activated carbon layers 110 and 120 are formed on the inner surfaces of the lead dioxide plate 11 and the lead plate 12, respectively. A hybrid battery 2A is shown. In this method, the electric resistance is reduced while increasing the area (specific surface area) of a portion for storing electric charges as a capacitor, thereby realizing further higher capacity and higher charge / discharge speed. Further, even when the activated carbon layer 120 is provided only on the inner surface side of the lead plate 12 serving as the negative electrode, the effect equivalent to the above effect is exhibited. Further, as shown in FIG. 11 may be the capacitor cell 21 provided with the activated carbon layer 110 on the outer surface side instead of the inner surface side. In this case, the battery performance can be further enhanced.

その活性炭素層の素材としては、ナノカーボン材料がその電気伝導度の高さと容量密度の高さの観点から推奨される。このナノカーボン材料としては、通常の活性炭素よりも格段に高い電気伝導度を有してミクロ細孔よりもメソ細孔の多いカーボンナノチューブが好適である。また、カーボンナノファイバーや活性炭ナノファイバーも比表面積が大きいことから、優れたキャパシタ性能が期待できる。以下の表1は、活性炭素層にカーボンナノチューブを用いた場合のハイブリッドバッテリの特性について、他の蓄電デバイスと比較したものである(推定値)。   As a material for the activated carbon layer, a nanocarbon material is recommended from the viewpoint of high electrical conductivity and high capacity density. As this nanocarbon material, a carbon nanotube having an electric conductivity much higher than that of normal activated carbon and having more mesopores than micropores is preferable. Carbon nanofibers and activated carbon nanofibers also have a large specific surface area, so that excellent capacitor performance can be expected. Table 1 below compares the characteristics of the hybrid battery when carbon nanotubes are used in the activated carbon layer with other power storage devices (estimated values).

Figure 2013247101
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このように、エネルギー密度は従来の鉛蓄電池を大きく上回る性能が期待され、出力密度においては急速な充放電をキャパシタ部分が受け持つため、鉛蓄電池の300W/kgに対し、約2000W/kgと圧倒的な特性の改善が推定される。また、充電時間も鉛蓄電池の30〜60分に対し約半分の20〜30分と推定され、その耐久性についても急速な充放電をキャパシタ部分が受け持つことで、鉛蓄電池に対し3〜4倍の寿命が推定される。一方、製造コストではキャパシタ部分を作るために約20%のコストアップが見込まれるが、前記各特性と3〜4倍の製品寿命を考慮すると、相対的には大幅な特性アップとコストダウンが期待できる。   In this way, the energy density is expected to greatly exceed the performance of conventional lead-acid batteries, and the capacitor part is responsible for rapid charge / discharge at the output density, which is overwhelmingly about 2000 W / kg compared to 300 W / kg for lead-acid batteries. The improvement of the characteristic is estimated. Moreover, the charging time is estimated to be about 20 to 30 minutes, which is about half of 30 to 60 minutes of the lead storage battery, and the durability is 3 to 4 times that of the lead storage battery because the capacitor part takes charge of rapid charging and discharging. Life expectancy is estimated. On the other hand, the manufacturing cost is expected to increase by about 20% to make the capacitor part, but considering the above characteristics and 3 to 4 times the product life, a relatively large characteristic increase and cost reduction are expected. it can.

以上のように、急速充放電性能・耐久性に優れた本発明によるハイブリッドバッテリは、例えばマイルドハイブリッド車におけるブレーキ制動時の回生電力の充電用、発進・加速時のアシスト電力用として好適であり、HVにおける製造コストの低廉化と普及促進において大きな貢献が期待される。また、アイドリングストップ技術においても、回生電力の充電性能に優れるとともに頻繁なクランキングによる急速放電に対応可能として、優れた総合性能を発揮することが期待され、さらに自然エネルギー発電においてもその急速充電性能により、日照量や風量の変動を吸収しやすいものとなる。   As described above, the hybrid battery according to the present invention having excellent rapid charge / discharge performance and durability is suitable for charging regenerative power at the time of braking in a mild hybrid vehicle, for example, and assist power at start / acceleration. A significant contribution is expected in reducing the production cost and promoting the use of HV. In idling stop technology, regenerative power charging performance is also excellent, and it is expected to exhibit excellent overall performance as it can respond to rapid discharge due to frequent cranking. This makes it easier to absorb fluctuations in the amount of sunlight and airflow.

図4(A)は、図3(A)のハイブリッドバッテリ2Aの各キャパシタセル20の正極になる二酸化鉛板11の外面にも活性炭素層310を設けた応用例としてのハイブリッドバッテリ3Aを示している。その活性炭素層310は、二酸化鉛板11の外面側において硫酸イオンとの化学反応を行うための部分を確保する観点で、プリント等の手段でドット状又は格子状に設けることが好適である。この例では、活性炭素層310が電池セル55において電荷を蓄える機能を発揮するため、高エネルギー密度化・高出力化が期待できる。また、この活性炭素層310は、ボルタ電池の原理を応用して負極になる鉛板12の外面に設けても良く、さらに、図4(B)に示すように、キャパシタセル30の二酸化鉛板11内側面の活性炭素層120を除いたキャパシタセル31としても良い。   FIG. 4 (A) shows a hybrid battery 3A as an application example in which an activated carbon layer 310 is also provided on the outer surface of the lead dioxide plate 11 that becomes the positive electrode of each capacitor cell 20 of the hybrid battery 2A of FIG. 3 (A). Yes. The activated carbon layer 310 is preferably provided in the form of dots or lattices by means of printing or the like from the viewpoint of securing a portion for performing a chemical reaction with sulfate ions on the outer surface side of the lead dioxide plate 11. In this example, since the activated carbon layer 310 exhibits a function of storing electric charge in the battery cell 55, high energy density and high output can be expected. Further, this activated carbon layer 310 may be provided on the outer surface of the lead plate 12 which becomes a negative electrode by applying the principle of the voltaic battery, and further, as shown in FIG. 4B, the lead dioxide plate of the capacitor cell 30. 11 may be the capacitor cell 31 excluding the activated carbon layer 120 on the inner surface.

図5(A)は、本発明における第2の実施の形態であるハイブリッドバッテリ1Bの構成を示すものであり、鉛板12,12の組み合わせによるキャパシタセル10Aと、二酸化鉛板11,11の組み合わせによるキャパシタセル10Bが交互に並んで間の電解液100とともに各々電池セル57,57,57を形成している点を特徴としている。このように、同じ材質の電極板でキャパシタセルを構成した場合でも、電解液100を挟んだ電極板同士に電位差が生じる限り、バッテリとして機能することができる。尚、図5(B)のように、二酸化鉛板11,鉛板12の各内面側に活性炭素層110,120を形成するとともに二酸化鉛板11の外面側に活性炭素層310を形成した場合も同様であり、前述と同様の機能の発揮が期待できる。   FIG. 5A shows the configuration of a hybrid battery 1B according to the second embodiment of the present invention. The capacitor cell 10A is a combination of lead plates 12 and 12, and the lead dioxide plates 11 and 11 are combined. The battery cells 57, 57, 57 are formed together with the electrolyte solution 100 between the capacitor cells 10B. As described above, even when the capacitor cell is configured with the electrode plates made of the same material, the capacitor cell can function as long as a potential difference is generated between the electrode plates sandwiching the electrolytic solution 100. As shown in FIG. 5B, when the activated carbon layers 110 and 120 are formed on the inner surfaces of the lead dioxide plate 11 and the lead plate 12, and the activated carbon layer 310 is formed on the outer surface of the lead dioxide plate 11. The same function as described above can be expected.

図6は、本発明における第3の実施の形態であるハイブリッドバッテリ4の構成を示すものであり、そのキャパシタセルの正極板と負極板を構成する各素材の組み合わせの応用例として、銅板13とアルミニウム板14の組み合わせによるキャパシタセル40を備えており、且つ、アルミニウム板14の内面側に活性炭素層140、銅板13の外面側に活性炭素層130を各々設けた点を特徴としている。この場合は、活性炭素層130として両者ともカーボンナノチューブが好適であるが、多層カーボンナノチューブを予め酸処理することで約7倍の容量を達成することが知られている。   FIG. 6 shows the configuration of the hybrid battery 4 according to the third embodiment of the present invention. As an application example of the combination of each material constituting the positive electrode plate and the negative electrode plate of the capacitor cell, The capacitor cell 40 is provided with a combination of aluminum plates 14, and an activated carbon layer 140 is provided on the inner surface side of the aluminum plate 14 and an activated carbon layer 130 is provided on the outer surface side of the copper plate 13. In this case, both are preferably carbon nanotubes as the activated carbon layer 130, but it is known that a capacity of about 7 times is achieved by acid treatment of the multi-walled carbon nanotubes in advance.

本実施の形態では、銅板13とアルミニウム板14の間には透水性のセパレータを有している(間隔が維持できれば不要)ものの、挟まれている内側空間は密封されずに開放されて、バッテリ液(硫酸電解液)100で満たされている。即ち、内面のカーボンナノチューブによる活性炭素層140は硫酸電解液100に曝されて酸化される環境にあるが、それによりキャパシタ性能が劣化するのではなく逆に一般的な活性炭素と比べて顕著に活性化することが分かっている(予め酸処理をしなくてもカーボンナノチューブが時間の経過により酸処理した場合と同様の状態になる)。また、外面の活性炭素層130はバッテリ性能の向上に貢献することから、これらの特性を各々利用した構成としている。その結果、このハイブリッドバッテリ4では、キャパシタの性能及びバッテリの総合性能が大きく改善されたものとなっている。   In the present embodiment, although there is a water-permeable separator between the copper plate 13 and the aluminum plate 14 (unnecessary if the interval can be maintained), the sandwiched inner space is opened without being sealed, and the battery Filled with liquid (sulfuric acid electrolyte) 100. That is, the activated carbon layer 140 made of carbon nanotubes on the inner surface is exposed to the sulfuric acid electrolyte solution 100 and is oxidized, but the capacitor performance is not deteriorated by this, but conversely, the activated carbon layer is remarkably compared with general activated carbon. It is known that the carbon nanotubes are activated (the carbon nanotubes are in the same state as when the acid treatment is carried out over time without performing the acid treatment in advance). Moreover, since the activated carbon layer 130 on the outer surface contributes to the improvement of the battery performance, each of these characteristics is used. As a result, in this hybrid battery 4, the performance of the capacitor and the overall performance of the battery are greatly improved.

尚、前述の銅板13とアルミニウム板14の組み合わせによるキャパシタセルは上述した各態様の場合にも適用することができ、また、銅板13の内面に活性炭素層を追加することで、キャパシタ性能の向上も期待できる。さらに、上述した負極板と正極板を構成する素材の組み合わせとしては、電位差のある異なる金属の組み合わせ(例えばMg>Al>Zn>Cu)で対の電気電極を構成するものであれば様々な組み合わせが想定される。例えば、正極の外面側を活性炭素として負極をリチウムとしたキャパシタセルも想定できるが、その場合も上述した各態様に適用することで上述と同様の効果が期待できる。そして、斯かるハイブリッドバッテリは、上述した従来のハイブリッド化した鉛蓄電池と比べて、格段に高いエネルギー密度を実現することができる。   In addition, the capacitor cell by the combination of the copper plate 13 and the aluminum plate 14 described above can be applied to each of the above-described embodiments, and by adding an activated carbon layer to the inner surface of the copper plate 13, the capacitor performance can be improved. Can also be expected. Furthermore, as a combination of the material constituting the negative electrode plate and the positive electrode plate described above, various combinations are possible as long as the pair of electric electrodes is composed of a combination of different metals having a potential difference (for example, Mg> Al> Zn> Cu). Is assumed. For example, a capacitor cell in which the outer surface side of the positive electrode is activated carbon and the negative electrode is lithium can be assumed. In this case, the same effect as described above can be expected by applying to each of the above embodiments. And such a hybrid battery can implement | achieve a much higher energy density compared with the conventional hybrid lead acid battery mentioned above.

図7(A)は、図1のハイブリッドバッテリ1におけるキャパシタセル10の構成を変更した応用例としてのキャパシタセル45を示しており、電気二重層キャパシタではなくフィルムコンデンサ方式のキャパシタとした点を特徴としている。即ち、正極になる二酸化鉛板11と負極になる鉛板12とが、薄膜状の誘電体からなるプラスチックフィルム145で連結されており、二酸化鉛板11から延設された電極板としてのアルミ箔116がプラスチックフィルム145の一方の面に密着し、鉛板12から延設された電極板としてのアルミ箔126がプラスチックフィルム145の他方の面に密着して、全体としてフィルムコンデンサを構成している。   FIG. 7A shows a capacitor cell 45 as an application example in which the configuration of the capacitor cell 10 in the hybrid battery 1 of FIG. 1 is changed, and is characterized in that it is a film capacitor type capacitor instead of an electric double layer capacitor. It is said. That is, a lead dioxide plate 11 that is a positive electrode and a lead plate 12 that is a negative electrode are connected by a plastic film 145 made of a thin film dielectric, and an aluminum foil as an electrode plate extending from the lead dioxide plate 11. 116 is in close contact with one surface of the plastic film 145, and an aluminum foil 126 as an electrode plate extending from the lead plate 12 is in close contact with the other surface of the plastic film 145 to constitute a film capacitor as a whole. .

また、図7(B)の展開図に示すように、プラスチックフィルム145の両面にアルミ箔116,126を密着してなるフィルムコンデンサ部分の全長が、二酸化鉛板11、鉛板12の幅(長さ)に対し顕著に大きいものとされ、図7(A)の収装状態の図に示すように、これを蛇腹状に折り畳みながら重なる部分にセパレータ160を介装し、その外周側にシール部材17を設けて内部側が密封された状態となっている。これにより、キャパシタ部分の容量を加減することができ、全体的なキャパシタ部分とバッテリ部分の容量の割合を調整することが容易なものとなる。   Further, as shown in the development view of FIG. 7B, the total length of the film capacitor portion in which the aluminum foils 116 and 126 are adhered to both surfaces of the plastic film 145 is the width (long) of the lead dioxide plate 11 and the lead plate 12. 7), the separator 160 is interposed in the overlapping portion while being folded in a bellows shape, and a seal member is provided on the outer peripheral side thereof, as shown in FIG. 17 is provided and the inner side is sealed. Thereby, the capacity of the capacitor part can be adjusted, and it becomes easy to adjust the ratio of the capacity of the entire capacitor part and the battery part.

またこれにより、上述した実施の形態と比べてキャパシタにおける電荷を蓄える部分の単純面積(比表面積ではない)が拡大されており、キャパシタセル45のコンパクトさを維持しながら、より大きな静電容量・エネルギー密度の実現を可能としている。尚、図示は省略するが、プラスチックフィルム145の代わりに、誘電体からなる極薄のフィルム表面にチタン酸バリウム等の誘電性の高い素材を塗布又は蒸着しながら薄膜化して設けた誘電体シートを用いても良く、これにより、さらなる高エネルギー密度化・高出力化が期待できるものとなる。   In addition, this increases the simple area (not the specific surface area) of the portion for storing electric charges in the capacitor as compared with the above-described embodiment, while maintaining the compactness of the capacitor cell 45 and the larger capacitance / Realization of energy density is possible. Although not shown in the figure, instead of the plastic film 145, a dielectric sheet provided by thinning the surface of a very thin film made of a dielectric while applying or depositing a highly dielectric material such as barium titanate is provided. It may be used, and as a result, higher energy density and higher output can be expected.

図8は、図7のキャパシタセル45の応用例としてのキャパシタセル46を示している。この例では、アルミ箔116,126の内面側にカーボンナノチューブのようなナノカーボン材料による極薄の活性炭素層111,121が形成されており、これらが誘電体であるプラスチックフィルム145の各面に密着した構成となっている。このように、コンデンサ電極の内面側を活性炭素層とした場合においても、その大きな静電容量と電気抵抗の低さにより、エネルギー密度と充放電性能の向上が期待できるものである。尚、図9に示すように、キャパシタセル46における活性炭素層111を除いたキャパシタセル47としても良い。   FIG. 8 shows a capacitor cell 46 as an application example of the capacitor cell 45 of FIG. In this example, ultrathin activated carbon layers 111 and 121 made of a nanocarbon material such as a carbon nanotube are formed on the inner surfaces of the aluminum foils 116 and 126, and these are formed on each surface of a plastic film 145 that is a dielectric. The structure is in close contact. Thus, even when the inner surface side of the capacitor electrode is an activated carbon layer, improvement in energy density and charge / discharge performance can be expected due to its large capacitance and low electrical resistance. As shown in FIG. 9, a capacitor cell 47 excluding the activated carbon layer 111 in the capacitor cell 46 may be used.

図10は、図1のハイブリッドバッテリ1におけるキャパシタセル10の配置についての応用例の構成を横断面図で示している。上述したように、本発明は複数並んだキャパシタセル間でバッテリ部分を構成するものであるが、上述した実施の形態では、各キャパシタセル10が互いに平行な状態で真っ直ぐ並んでいるため、両端のキャパシタセル10,10の端面側には対向する電極が存在しない。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of an application example regarding the arrangement of the capacitor cell 10 in the hybrid battery 1 of FIG. As described above, the present invention constitutes a battery portion between a plurality of arranged capacitor cells. However, in the above-described embodiment, each capacitor cell 10 is arranged in a straight line in parallel with each other. There are no opposing electrodes on the end faces of the capacitor cells 10 and 10.

承知のように、バッテリの機能発現においては電解液中の各イオン濃度が重要であるため、両端の電極においてもある程度のバッテリ機能は発揮されると考えられるが、中間のキャパシタセルと比較してその機能が減弱してしまうことが懸念される。そこで、図のように、円形のケーシング7の内部で各キャパシタセル10を等間隔の放射状に配置したことにより、両端部分を形成しない配置方法のハイブリッドバッテリ5としたものである。   As you know, the concentration of each ion in the electrolyte is important for the function of the battery, so it seems that a certain amount of battery function can be achieved even at the electrodes at both ends, but compared to the intermediate capacitor cell. There is a concern that the function will be weakened. Thus, as shown in the figure, the capacitor cells 10 are arranged radially at equal intervals in a circular casing 7, thereby forming a hybrid battery 5 having an arrangement method in which both end portions are not formed.

これにより、各キャパシタセル10の間は総て同じ形状の空間を形成して、総て同じ条件の電池セル70を各々構成するため、複数のキャパシタセル10の中で機能を減弱させる部分が生じる心配がない。また、このハイブリッドバッテリ5は外形が円柱状となるため、用途に応じて配置上有利なケースも想定できる。さらに、図示は省略するが、隣り合うキャパシタセル10,10の間の空間部分に、これよりも短いキャパシタセルを挿入してセルの枚数を増量しても良い。尚、斯かる配置方法の応用は、前述した総ての態様においても適用することができる。   As a result, spaces having the same shape are formed between the capacitor cells 10 and the battery cells 70 having the same conditions are formed, so that a portion of the plurality of capacitor cells 10 whose functions are attenuated is generated. There is no worry. In addition, since the external shape of the hybrid battery 5 is cylindrical, a case that is advantageous in terms of arrangement can be assumed depending on the application. Furthermore, although illustration is omitted, a shorter capacitor cell may be inserted into the space between adjacent capacitor cells 10 and 10 to increase the number of cells. In addition, the application of such an arrangement method can be applied to all the above-described embodiments.

尚、図11に示すように、キャパシタセルを構成する対の電極板として使用する個々の電極板を極力薄くして(例えば二酸化鉛板と鉛板の厚さを0.5〜1.0mm以下にする等)して各キャパシタセルの重量を軽くすることにより、キャパシタ機能・バッテリ機能の低下を伴わずにバッテリ全体の重量当たりのエネルギー密度を上げることができる。即ち、本発明では電池を構成している電極自体がキャパシタとなっている(電池電極にキャパシタが入っているのと同等)ことから、図のように個々のキャパシタセルを一枚の電極のように薄くすることで、ハイブリッドバッテリの大幅なコンパクト化が実現するとともに、キャパシタによる電池電極の束を捲回した態様で実施することも容易なものとなる。   As shown in FIG. 11, the individual electrode plates used as the pair of electrode plates constituting the capacitor cell are made as thin as possible (for example, the thickness of the lead dioxide plate and the lead plate is 0.5 to 1.0 mm or less). By reducing the weight of each capacitor cell, the energy density per weight of the entire battery can be increased without deteriorating the capacitor function and battery function. That is, in the present invention, the electrode itself constituting the battery is a capacitor (equivalent to a capacitor being included in the battery electrode), so that each capacitor cell is like a single electrode as shown in the figure. By reducing the thickness, the hybrid battery can be significantly reduced in size and can be easily implemented in a manner in which a bundle of battery electrodes by a capacitor is wound.

また、上述した各ハイブリッドバッテリは、バッテリとコンデンサが並列接続した状態とも言えるが、これをガソリンエンジン車に使用した場合、エンジンが駆動している状態では、ダイナモの発電電圧14.4Vがバッテリとコンデンサに印加されて各々充電される。そして、エンジンが停止するとバッテリ電圧は14.4Vから13〜12.5V程度に低下するため、この際のコンデンサ電圧14.4Vとの電圧差により、コンデンサの電荷がバッテリに充電されると考えられる。   Each hybrid battery described above can also be said to be in a state where the battery and the capacitor are connected in parallel. However, when this is used in a gasoline engine vehicle, the dynamo power generation voltage of 14.4 V is connected to the battery when the engine is driven. Each is charged by being applied to a capacitor. When the engine is stopped, the battery voltage drops from 14.4V to about 13 to 12.5V. Therefore, it is considered that the capacitor charge is charged to the battery due to the voltage difference from the capacitor voltage 14.4V at this time. .

以上、述べたように、電池セルとキャパシタセルを最適な状態で融合させた本発明によると、低コストでも総合性能に優れたバッテリとなった。   As described above, according to the present invention in which the battery cell and the capacitor cell are fused in an optimum state, the battery has excellent overall performance even at low cost.

1,1B,2A,2B,3A,3B,3C,4,5 ハイブリッドバッテリ、10,20,21,30,30A,30B,31,40,41,45,46,47 キャパシタセル、11 二酸化鉛板、12 鉛板、13 銅板、14 アルミニウム板、16,160 セパレータ、50,51,55,56,57,58,59,60,70 電池セル、100 バッテリ液、110,111,120,121,130,140,310 活性炭素層、116,126 アルミ箔、145 プラスチックフィルム、200 電解質   1, 1B, 2A, 2B, 3A, 3B, 3C, 4, 5 Hybrid battery 10, 20, 21, 30, 30A, 30B, 31, 40, 41, 45, 46, 47 Capacitor cell, 11 Lead dioxide plate , 12 Lead plate, 13 Copper plate, 14 Aluminum plate, 16,160 Separator, 50, 51, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 70 Battery cell, 100 Battery solution, 110, 111, 120, 121, 130 , 140, 310 Activated carbon layer, 116, 126 Aluminum foil, 145 Plastic film, 200 Electrolyte

Claims (12)

導電体に各々接続された正極板と負極板を交互に並べた状態で電解液に浸漬してなるバッテリにおいて、隣り合う前記正極板と前記負極板が対をなしその間に誘電体又は電解質を挟装してなるユニットでキャパシタセルを構成し、複数の前記キャパシタセルが前記正極板と前記負極板が向かい合って並ぶ配置とされており、該向かい合う正極板と負極板は中間の前記電解液とともに各々電池セルを構成している、ことを特徴とするハイブリッドバッテリ。   In a battery in which positive and negative plates connected to a conductor are alternately immersed in an electrolyte solution, adjacent positive and negative plates are paired and a dielectric or electrolyte is sandwiched between them. A capacitor cell is constituted by a unit formed by mounting, and a plurality of the capacitor cells are arranged so that the positive electrode plate and the negative electrode plate face each other, and the positive electrode plate and the negative electrode plate facing each other together with the intermediate electrolyte solution A hybrid battery comprising a battery cell. 前記向かい合う正極板と負極板は、電位差のある異なる金属の組み合わせとされている、ことを特徴とする請求項1に記載したハイブリッドバッテリ。   The hybrid battery according to claim 1, wherein the positive electrode plate and the negative electrode plate facing each other are a combination of different metals having a potential difference. 前記異なる金属の組み合わせは、二酸化鉛と鉛、銅又は銅合金とアルミニウム又はアルミニウム合金、のいずれかであることを特徴とする請求項2に記載したハイブリッドバッテリ。   The hybrid battery according to claim 2, wherein the combination of the different metals is any one of lead dioxide and lead, copper or copper alloy, and aluminum or aluminum alloy. 前記キャパシタセルと前記電池セルは、共通の電解液を使用する方式とされている、ことを特徴とする請求項1,2または3に記載したハイブリッドバッテリ。   4. The hybrid battery according to claim 1, wherein the capacitor cell and the battery cell use a common electrolyte solution. 5. 前記キャパシタセルの前記正極板と前記負極板の間に挟装された部分は、外周面を除く内部側が前記電解液に対し密封されている、ことを特徴とする請求項1,2,3または4に記載したハイブリッドバッテリ。   The portion sandwiched between the positive electrode plate and the negative electrode plate of the capacitor cell has an inner side except an outer peripheral surface sealed against the electrolytic solution. The described hybrid battery. 前記キャパシタセルは、薄膜化してシート状にした誘電体が前記正極板と前記負極板の間に挟装されてフィルムコンデンサを構成してなるものである、ことを特徴とする請求項1,2,3,4又は5に記載したハイブリッドバッテリ。   4. The capacitor cell according to claim 1, 2, or 3, wherein a thin film-formed dielectric is sandwiched between the positive electrode plate and the negative electrode plate to form a film capacitor. , 4 or 5 described above. 前記シート状の誘電体は、前記正極板から延長されたシート状電極と前記負極板から延長されたシート状電極との間に挟まれた状態で、両シート状電極とともに蛇腹状に折り畳まれて前記正極板と前記負極板の間に挟装されている、ことを特徴とする請求項6に記載したハイブリッドバッテリ。   The sheet-like dielectric is folded between the sheet-like electrode and the sheet-like electrode extended from the negative electrode plate and the sheet-like electrode extended from the negative electrode plate together with the two sheet-like electrodes. The hybrid battery according to claim 6, wherein the hybrid battery is sandwiched between the positive electrode plate and the negative electrode plate. 前記誘電体は、その主成分がチタン酸バリウムであることを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6又は7に記載したハイブリッドバッテリ。   The hybrid battery according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6 or 7, wherein the main component of the dielectric is barium titanate. 前記キャパシタセルは、電気二重層キャパシタを構成していることを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6,7又は8に記載したハイブリッドバッテリ。   The hybrid battery according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 or 8, wherein the capacitor cell constitutes an electric double layer capacitor. 前記キャパシタセルは、少なくとも前記負極板の内面側及び前記正極板の外面側、又は前記負極板と前記正極板の両内面側に活性炭素層が形成されている、ことを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6,7,8又は9に記載したハイブリッドバッテリ。   The activated carbon layer is formed in the capacitor cell at least on the inner surface side of the negative electrode plate and the outer surface side of the positive electrode plate, or on both inner surface sides of the negative electrode plate and the positive electrode plate. , 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, or 9. 前記活性炭素層は、ナノカーボン材料で構成されていることを特徴とする請求項10に記載したハイブリッドバッテリ。   The hybrid battery according to claim 10, wherein the activated carbon layer is made of a nanocarbon material. 前記複数のキャパシタセルは、所定形状の電解液槽の中でその中心軸線に対し平面視放射状かつ互いに同一間隔となるように配設されて、いずれの前記キャパシタセルも順列上の両端部を構成しない配置とされており、前記キャパシタセルの数と前記電池セルの数が一致する、ことを特徴とする請求項1,2,3,4,5,6,7,8,9,10又は11に記載したハイブリッドバッテリ。

The plurality of capacitor cells are disposed in an electrolyte bath of a predetermined shape so as to have a radial shape in a plan view with respect to the central axis thereof and at the same interval from each other. The number of the capacitor cells and the number of the battery cells coincide with each other, and the number of the battery cells is equal to the number of the battery cells. Hybrid battery described in 1.

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