JP2017098243A

JP2017098243A - ダンパー機能を備える共鳴形リチウムイオン電池

Info

Publication number: JP2017098243A
Application number: JP2016222463A
Authority: JP
Inventors: 夫子徐; Fu-Tzu Hsu; 傑生 ▲とぅ▼; Chieh-Sen Tu
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-11-18
Filing date: 2016-11-15
Publication date: 2017-06-01
Also published as: TWI591877B; KR20170058312A; TW201719961A

Abstract

【課題】ダンパー機能を備える共鳴形リチウムイオン電池を提供する。
【解決手段】少なくとも１つの同じのボタル電堆を直／並列結合して構成される。各ボタル電堆は、リチウムイオン電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ−ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ）と、リチウムイオンポリマー電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ−ｉｏｎｐｏｌｙｍｅｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ）とを含む。リチウムイオン電池と、リチウムイオンポリマー電池とは並列に電気接続されている。リチウムイオン電池は、電流形態の電池であり、放電に適している。リチウムイオンポリマー電池は、電圧形態の電池であり、充電に適している。リチウムイオン電池の電位と、リチウムイオンポリマー電池は同電位または同電位に近い。リチウムイオン電池と、リチウムイオンポリマー電池が電圧の自動バランスによって、共鳴のダンパー効果を形成し、昇温現象を発生することなく、高速充電、高速放電できるため、イオン電池装置の使用寿命を向上することができる。
【選択図】図１

Description

本発明はリチウムイオン電池と、リチウムイオンポリマー電池を並列に電気接続して構成するイオン電池装置に関し、内部に電流、電圧の共鳴遷移を形成して、ダンパー機能を有し、高速充電、高速放電に適する、ダンパー機能を備える共鳴形リチウムイオン電池に関する。

リチウムイオン電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ−ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ）は、各種消費形電子製品でもっとも幅広く使用されている電池である。その例を挙げると、各種の携帯式電子製品の充電池はリチウムイオン電池がほとんどである。リチウムイオン電池は高いエネルギー密度を有し、体積は小さく、大出力パワーで、しかもメモリ効果を有しない。さらに、使用していない時の自己放電率が小さい。リチウムイオン電池の稼働温度範囲は広く、２０℃〜６０℃の環境で正常に稼働することができる。

リチウム電池に充電するときは、静電容量によるコンデンサー両端の電圧変化に抵抗する静電力があるため、長い時間充電しなければならない。リチウムイオン電池の使用寿命と、環境温度、稼働時の温度とは密に関係している。しかし、リチウムイオン電池を常に高温環境で充放電または稼働すると、充電容量が徐々に減少する。さらに、リチウムイオン電池の過充電、過放電は禁物である。よって、リチウムイオン電池は、過充電、過放電、過負荷、加熱を防止するために保護回路を組み合わせなければならない。

リチウムイオンポリマー電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ−ｉｏｎｐｏｌｙｍｅｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ）は様々な形状に仕上げることができる。この特徴によって、リチウムイオンポリマー電池は軽薄短小を要求された携帯電話機の製造業に一定の地位を占めている。今ではエアガーン製品と、リモコン模型製品にもリチウムイオンポリマー電池が使用されている。

リチウムイオンポリマー電池の負荷が放電するときに、電池セルは３．０ボルトより低くすることができないことになっている。このときには電気供給をただちに中止して置かなければ、電池の完全充電状態に戻らなくなり、リチウムイオンポリマー電池が電気供給するときの内部抵抗が高くなる。現在はチップを設けて、電池の過充電、過放電を防止している。リチウムイオンポリマー電池には、特殊な充電器を使用しており、この種の充電器は、各電池セルを監視しながら、バランス充電が行われる。この種の充電器は、リチウムイオンポリマー電池の昇温による爆発と、発火を防止することができる。

本発明の主要目的は、主にリチウムイオン電池と、リチウムイオンポリマー電池とを並列に電気接続して、両者間に共鳴のダンパー効果を形成することによって、高速充電、高速放電の目的を達成する。

本発明の次の目的は、リチウムイオン電池と、リチウムイオンポリマー電池との共鳴により、充電、放電するときに高温を発生せず、電池の使用寿命を向上できる。

本発明のまた一つの目的は、内部のリチウムイオン電池と、リチウムイオンポリマー電池の電圧の自動バランス効果を形成することによって、電池管理システム（ＢＭＳ）を設置する必要はない。

上述した目的を達成するために、本発明で提供するダンパー機能を備える共鳴形リチウムイオン電池は、少なくとも１つの同じのボタル電堆を直／並列結合して構成される。各ボタル電堆がリチウムイオン電池と、リチウムイオンポリマー電池とを含む。リチウムイオン電池と、リチウムイオンポリマー電池とは並列に電気接続されている。リチウムイオン電池の電位と、リチウムイオンポリマー電池は同電位または同電位に近い。リチウムイオン電池と、リチウムイオンポリマー電池との間は電圧の自動バランスによって、共鳴のダンパー効果を形成する。

リチウムイオン電池の電位はリチウムイオンポリマー電池の電位の９０〜１１０％である。

本発明で提供するダンパー機能を備える共鳴形リチウムイオン電池１０は、リチウムイオン電池１２と、リチウムイオンポリマー電池１３との間の共鳴のダンパー効果によって、以下の特徴を有する。
１．充電、放電するときはリチウムイオン電池１２と、リチウムイオンポリマー電池１３との間の共振のダンパー効果によって、充電と、放電がよりスムーズになり、高速充電、高速放電の目的を達成できる。
２．リチウムイオン電池１２と、リチウムイオンポリマー電池１３との間の電圧が自動に一致するバランス状態になるため、電池管理システム（ＢＭＳ）を設置する必要がない。
３．リチウムイオン電池１２と、リチウムイオンポリマー電池１３との間が共振により、低い内部抵抗を形成され、充電、放電するときに、温度の上昇を発生せず、安定性が高い。
４．複数組のボタル電堆１１を直／並列にイオン電池装置１０を組み合わせて、電気エネルギーを蓄積するときの電圧と放電電流を向上できるほか、複数組による充電、放電パスを構成し、充電、放電速度を向上することができる。

本発明の実施例による構造を示す図である。図１に示す実施例によるボタル電堆の構造図である。ダンパー充電装置が図１に示す実施例に充電するための電気回路ブロック図である。

以下に本発明の技術内容、構造特徴、達成する目的及び作用効果について、例を挙げ並びに図面を組み合わせて詳細に説明する。

図１と図２を参照する。本発明で開示するダンパー機能を備える共鳴形リチウムイオン電池１０は、少なくとも１つの同じボタル電堆１１を直列／並列して構成する。各ボタル電堆１１がリチウムイオン電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ−ｉｏｎｂａｔｔｅｒｙ）１２と、リチウムイオンポリマー電池（Ｌｉｔｈｉｕｍ−ｉｏｎｐｏｌｙｍｅｒｂａｔｔｅｒｉｅｓ）１３と、を含む。リチウムイオン電池１２と、リチウムイオンポリマー電池１３との間は、並列に電気接続されている。

リチウムイオン電池１２は電流形態の電池であり、放電に適している。リチウムイオンポリマー電池１３は電圧形態の電池であり、充電に適している。リチウムイオン電池１２の電位と、リチウムイオンポリマー電池１３は同電位または同電位に近い。リチウムイオン電池１２と、リチウムイオンポリマー電池１３との間は並列に電気接続しているため、両者が電気エネルギーを蓄積した後の電圧は同じでなければならない。よって、リチウムイオン電池１２と、リチウムイオンポリマー電池１３との間で自動的に電圧バランスの関係を形成し、電流、電圧が共鳴遷移のダンパー効果を形成する。

リチウムイオン電池１２の電位と、リチウムイオンポリマー電池１３が同電位の場合が、もっとも好ましい。しかし、実際に作るときにリチウムイオン電池１２の電位と、リチウムイオンポリマー電池１３を同電位にすることは容易でない。本発明人が実際に操作したところ、リチウムイオン電池１２の電位がリチウムイオンポリマー電池１３の電位の９０〜１１０％に達せば、リチウムイオン電池１２と、リチウムイオンポリマー電池１３との間に電圧バランスの共鳴効果が自動に形成される。

リチウムイオン電池１２の電位と、リチウムイオンポリマー電池１３のエネルギーレベルは異なる。そのうち、リチウムイオン電池１２は電流形態の電気エネルギー蓄積に適しており、リチウムイオンポリマー電池１３は電圧形態の電気エネルギー蓄積に適している。

リチウムイオン電池１２と、リチウムイオンポリマー電池１３との間に、電圧が完全に等しいバランス関係を達することで、ボタル電堆１１が充電、放電する過程中に、リチウムイオン電池１２と、リチウムイオンポリマー電池１３との間に瞬間電圧のアンバランスが発生し（比較的に大きな電圧差がある）、瞬間電圧が高いリチウムイオンポリマー電池１３は、電気エネルギーを、電圧が低いリチウムイオン電池１２に自動的に伝送し、或は瞬間電圧が高いリチウムイオン電池１２は電気エネルギーを電圧が低いリチウムイオンポリマー電池１３に自動的に伝送し、リチウムイオン電池１２と、リチウムイオンポリマー電池１３との間の電圧を等しい完全なバランス状態にさせる。このようなことは、内部の自己共鳴現象と言い、すなわち、ダンパー効果（Ｄａｍｐｉｎｇｅｆｆｅｃｔ）と言う。仮に、ボタル電堆１１が充電、放電していないときであっても、その内部に自己共鳴のダンパー効果を形成し、リチウムイオン電池１２と、リチウムイオンポリマー電池１３との間の電圧が等しいバランス状態を形成される。

前述ダンパー機能を備える共鳴形リチウムイオン電池装置１０には、ダンバー機能を持つ充電装置で充電する必要がある。一例として、台湾実用新案第Ｍ４８４８５４号、ダンパー充電装置がある。引き続き、図３を参照する。充電装置２０が電源出力装置２１と、制御回路２２と、インダクタダンパー２３と、高周波発振スイッチ２４とを含む。電源出力装置２１は電気エネルギー発生装置３０に接続することができる。主に電気エネルギー発生装置３０より出力する電気エネルギーを昇圧又は降圧した後に電気を出力される。イオン電池装置１０の正極端をインダクタダンパー２３と接続し、負極端を高周波発振スイッチ２４に接続する。電気エネルギー発生装置３０は、再生エネルギー発生装置か、または家庭用電源であっても良い。充電装置２０は高周波発振スイッチ２４の作動によって、インダクタダンパー２３を高周波の電気蓄積、放電に連続動作させることができる。高周波発振スイッチ２４がＯＮのときは、インダクタダンパー２３に電気エネルギーが蓄積される。高周波発振スイッチ２４がＯＦＦのときは、インダクタダンパー２３で蓄積された電気エネルギーを放出しイオン電池装置１０に充電される。よって、充電装置２０から放出する電気エネルギーは、周波数応答の電気エネルギーであり、イオン電池装置１０を負荷４０のパワーとして、放電することができる。

充電装置２０がボタル電堆１１に充電するときは、電気エネルギーをリチウムイオンポリマー電池１３に充電することによって、リチウムイオンポリマー電池１３の電圧が瞬間的に上昇し、リチウムイオン電池１２の電圧より高くなる。そのとき、リチウムイオンポリマー電池１３が自動的電気エネルギーを放出し、リチウムイオン電池１２に流して、共鳴効果を形成することによって、両者の電圧を一致させる。充電装置２０より周波数応答を帯びる電気エネルギーを出力すると、イオン電池装置１０の内部に周波数を帯びる共鳴効果が発生する。

イオン電池装置１０が負荷４０のパワーとして放電するとき、リチウムイオン電池１２内部の電気エネルギーが電気を供給し、リチウムイオン電池１２の電圧が瞬間的に低くなり、すなわち、リチウムイオンポリマー電池１３の電圧が瞬間的にリチウムイオン電池１２の電圧より高くなる。そのとき、リチウムイオンポリマー電池１３が自動に電気エネルギーを放出し、リチウムイオン電池１２に流して、共鳴効果を形成することによって、両者の電圧が一致する。

リチウムイオン電池１２と、リチウムイオンポリマー電池１３との間に、瞬間的に高速共鳴現象で電圧バランスを実現することは、ダンパー効果という。イオン電池装置１０の各ボタル電堆１１は充電、放電のときに、自己共鳴を発生するが、昇温現象を発生することはなく、自然にイオン電池装置１０の使用寿命を向上できる。リチウムイオン電池１２と、リチウムイオンポリマー電池１３との間の電圧が自動的に一致するバランス状態になるため、電池管理システム（ＢＭＳ）を取り付ける必要はない。よって、電気装置の内部に電池管理システム（ＢＭＳ）の電気回路板を取り付ける必要もなく、電気装置の生産コストを軽減できると共に、機器の重量を軽くすることができる。

イオン電池装置１０の各ボタル電堆１１とも自己共鳴のダンパー特性を有しているため、イオン電池装置１０を構成するボタル電堆１１の数が多いほど、特に充電と放電のパスが多くなり、充電と、放電の速度も速くなる。

上述の実施例は僅かに本発明の原理及びその作用効果を説明するものであり、本発明を制限するものではない。これにより、この発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者が上述の実施例に対してなし得る修正或いは変化は、すなわち、本発明の精神より逸脱しない。本発明はすでに産業上の利用性、新規性及び進歩性を有し、並びに特許の要件を満たす。

１０リチウムイオン電池装置
１１ボタル電堆
１２リチウムイオン電池
１３リチウムイオンポリマー電池
２０充電装置
２１電源出力装置
２２制御回路
２３インダクタダンパー
２４高周波発振スイッチ
３０電気エネルギー発生装置
４０負荷

Claims

少なくとも１つの同じのボタル電堆を直／並列結合して構成する、ダンパー機能を備える共鳴形リチウムイオン電池であって、
前記それぞれのボタル電堆がリチウムイオン電池と、リチウムイオンポリマー電池とを含み、
前記リチウムイオン電池は、放電に適する電流形電池であり、前記リチウムイオンポリマー電池は、充電に適する電流形電池であり、前記リチウムイオン電池と、前記リチウムイオンポリマー電池とを並列に電気接続しており、前記リチウムイオン電池の電位が前記リチウムイオンポリマー電池の電位の９０〜１１０％であり、前記リチウムイオン電池と、前記リチウムイオンポリマー電池との間が電圧の自動バランスによって、共鳴のダンパー効果を形成することを特徴とする、ダンパー機能を備える共鳴形リチウムイオン電池。
ダンパー機能を備える共鳴形リチウムイオン電池であって、
リチウムイオン電池と、リチウムイオンポリマー電池とを含み、
前記リチウムイオン電池は、放電に適する電流形電池であり、前記リチウムイオンポリマー電池は、充電に適する電流形電池であり、前記リチウムイオン電池と、前記リチウムイオンポリマー電池とを並列に電気接続しており、前記リチウムイオン電池の電位が前記リチウムイオンポリマー電池の電位の９０〜１１０％であり、前記リチウムイオン電池と、前記リチウムイオンポリマー電池との間が電圧の自動バランスによって、共鳴のダンパー効果を形成することを特徴とする、ダンパー機能を備える共鳴形リチウムイオン電池。