JP3120348U - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２１世紀において益々重要となる地球環境問題から不可避的に要求される省エネを実現し、経済的に長期間安定的に作動する鉛蓄電池とキャパシタとからなる電源装置を提供する。
【解決手段】電槽内に鉛蓄電池とキャパシタとを並列接続して収納した電源であって、電槽内に収納された前記鉛蓄電池の極板群並びにキャパシタ両方が圧迫度１５ｋＰａ以上に加圧されている電源である。前記電源を構成する鉛蓄電池の極板群が収納されている電槽にＡｌイオン含有の電解液が充填されている。前記電槽内に収納する前記キャパシタはラミネート包装されていることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本考案は鉛蓄電池とキャパシタとを並列に接続した電源装置に関するもので、特に、アイドリングストップやエネルギー回生用途の自動車用電源、無停電電源装置（ＵＰＳ）やサイクルユース等の産業用電源に最適な電源装置に関するものである。

自動車用の鉛蓄電池は自動車の始動時のスタータ起動、照明、イグニッション、各種モータの電源として使用されている。自動車用電源としては始動時のスタータ起動以外はエンジンが発電機を駆動して鉛蓄電池に電力を供給するため、鉛蓄電池はさほど深い放電を行うことがなく、長期間の使用に適していた。一方、自動車用の鉛蓄電池は発電機からの充電により多くの場合満充電状態に置かれるため、過充電に耐えられる強さが求められていた。

近年、自動車は燃費の改善、排ガス規制等により電池の使用条件が大きく変化してきている。その一つは信号等による停車中にエンジンを停止するアイドリングストップである。エンジンの停止により発電機からの電力供給が停止するため、この間の自動車内電力は鉛蓄電池の放電で賄うことになる。従って従来と比較して深く放電されることになる。

もう一つは鉛蓄電池への回生充電である。近時の自動車は制動を電動機で行い、電動機のエネルギーを電気に変換して鉛蓄電池の充電に用いている。回生充電は電流が大きいことと、充電時間が短いことから充電効率が悪い。この充電効率を高めるためには鉛蓄電池を充電不足状態、いわゆるＰＳＯＣで使用する必要があるが、このような使い方は電池寿命を著しく縮めることになる。

特に充電不足状態、いわゆるＰＳＯＣ条件での長期使用は、負極表面に放電物質の硫酸鉛が蓄積するサルフェーション現象により電池の負極劣化を引き起こす。その結果、負極は更に充電効率が低下する。この改善手段として負極にカーボンを通常より多く添加し、カーボンを硫酸鉛の間隙に入れて導電パスを作る技術が提案されている（非特許文献１参照）。しかし、提案された技術につき本考案者が種々実験検証したが寿命の延長には限定的であり、自動車用、或いは工業用として実用化するには不十分な結果しか得られなかった。

一方、上記の課題を解消する他の提案として電池とキャパシタを組み合わて用いる試みがなされている。この試みは負荷を電気回路を用いて電池とキャパシタに振り分け、短時間の大電流充放電負荷はキャパシタに、長時間小電流負荷は電池に負担させる、との発想である。しかし、電池とキャパシタを別々に配置するために配置面積を多く要し、自動車等の限られたスペースに配置することが困難であり、また、回路構成が非常に高価となることが問題となっている。
Ｊ．Ｐｏｗｅｒ Ｓｏｕｒｃｅ， ｖｏｌ．５９，（１９９６），Ｐ．１５３−１５７

考案が解決しようとする課題は、電池とキャパシタとの配置を改善し、配置面積を縮小すると共に電源を安価に提供することにある。

本考案はかかる従来の問題点を解消し、２１世紀において益々重要となる地球環境問題から不可避的に要求される省エネを実現し、経済的に長期間安定的に作動する鉛蓄電池とキャパシタとからなる電源装置を提供することを目的とする。

本考案の第１の電源装置は、電槽内に鉛蓄電池とキャパシタとを並列接続して収納した電源装置であって、電槽内に収納された前記鉛蓄電池の極板群並びにキャパシタ両方に圧迫度１５ｋＰａ以上の加圧力を負荷した電源装置である。同一の電槽内に収納することで、容器の材料コストや組み立て加工コストを下げるとともに、一体化した電源モジュールとすることで取扱が容易となる。

本考案の第２の電源装置は、電槽内に鉛蓄電池とキャパシタとを並列接続して収納した電源装置であって、電槽内に前記鉛蓄電池の極板群並びに前記キャパシタ両方が圧迫度１５ｋＰａ以上に加圧されて収納されており、鉛蓄電池の極板群が収納されている電槽にＡｌイオン含有の電解液が充填されている電源装置である。電解液中にＡｌイオンを含有することで、充電受け入れ性を特に良好にすることができる。好ましいＡｌの添加範囲は、電解液に対し硫酸塩換算で２〜５０ｇ／ｌである。

本考案において、前記電槽内に収納する前記キャパシタはラミネート包装された状態で収納されていることが好ましい。ラミネート包装された状態で収納する場合は挿入が容易となり、収納の作業性が良くなる。

本考案によれば、２１世紀において益々重要となる地球環境問題から不可避的に要求される省エネを実現でき、経済的に長期間安定的に作動する鉛蓄電池とキャパシタとからなる電源装置を提供することができる。

実施形態１
本考案の第一実施形態を図１、２により詳細に説明する。
図１は本考案の第一の実施形態に係る電源装置の構成を示すもので、電槽１はポリプロピレン製で、隔壁１１により、平行した6個の部屋１ａ〜１ｆと、これに直交する1個の部屋１ｇの計7部屋に仕切られている。７部屋の内平行した６部屋１ａ〜１ｆには鉛蓄電池の極板群２が挿入されている。残りの直交する部屋１ｇにはラミネート包装された平板状のキャパシタ３が挿入されている。図２は本実施形態の配線図（回路図）で、６つの部屋１ａ〜１ｆの各部屋に挿入した各極板群２を直列に接続することで１２V相当の鉛蓄電池が形成される。また、ラミネート包装されたキャパシタ３は、１０００F、３Vの平板状キャパシタ群を５個、図示するように直列に接続して１６６F、１５Vのキャパシタ３としている。

電槽１の各部屋に挿入された極板群２、キャパシタ３には電槽１により１５ｋＰａの圧迫度（群圧）が付与されている。極板群２、キャパシタ３に圧迫度を付与する方法としては、電槽１の各部屋の内寸より極板群２或いはキャパシタ３の外寸を大きくし、各群を加圧しながら電槽１内に収納するか、電槽１と極板群２やキャパシタ３間に挿入するスペーサ（図示せず）の厚さを調整することで達成することができる。

電槽１に極板群２、キャパシタ３を１５ｋＰａの圧迫度で挿入後、通常の鉛蓄電池と同様、各極板群２に形成されたストラップのセル間接続部（図示せず）を、隔壁１１を貫通して互いに直列接続すると共に、最外端の極板群には極柱（図示せず）を植立し、その後電槽１にポリプロピレン製の蓋４を被せ、熱融着して密封する。図中、５は極柱と溶接された外部端子である。

次いで、極板群２を挿入した部屋２〜７に２０ｇ／ｌの硫酸アルミニウムを添加した希硫酸水溶液からなる電解液を注入して電槽化成し、電解液比重が１．３２としたＤ２６サイズ相当、５０Ａｈの１２Ｖの鉛蓄電池と、１６６F、１５Vのキャパシタが並列に接続された電源を完成した。電解液中にＡｌイオンが存在することにより鉛蓄電池の充電受け入れ性を特に良好にし得る。化成後、蓋４を貫通して形成されたキャパシタの端子６を蓋上面で外部端子５に接続して共用の外部端子とした。７はキャパシタの端子６の貫通部に施された封口用の接着剤である。
完成した電源の回生寿命を下記の方法で測定し、その測定結果を表１に示す。

実施形態２
本考案の第二実施形態は第一実施形態と同じ構成で、極板群２、キャパシタ３に負荷する圧迫度を３０ｋＰａとした点のみが相違する電源装置を作成した。作成した電源装置の回生寿命を下記の方法で測定し、その測定結果を表１に併記示す。

比較例
比較例として第一実施形態と同じ構成で、極板群２、キャパシタ３に負荷する圧迫度を１０ｋＰａとした点のみが相違する電源を作成し、作成した電源の回生寿命を下記の方法で測定し、その測定結果を表１に併記して示す。

また、比較例からキャパシタを取り除いた電源装置（従来の鉛蓄電池）についても回生寿命を測定し、その結果を表１に併記した。

第一、第二実施形態で作成した電源装置、比較例で作成した電源装置、従来の鉛蓄電池のそれぞれにつき回生寿命試験を行った。

先ず、作製した電源装置を温度２５℃の環境下で、５時間率電流で完全充電した後、同じ電流で放電を行い、ＳＯＣ（充電状態）７０％に調節した。次いで、温度５０℃で１００Ａ、２秒間の放電と１００Ａ、２秒間、上限電圧１５Ｖの充電の組み合わせを１サイクルとする回生寿命試験を行い、放電時の電圧が１０Ｖを下回るまで試験を繰り返し、１０Ｖを下回った時点で電源の寿命と判断した。その結果を表１に示す。なお、回生寿命は３万サイクル以上が目安となるので、３万サイクルを限度とした測定を行った。

表１に示すように、電槽１の各部屋に挿入された極板群２、キャパシタ３に１５ｋＰａ以上の圧迫度が負荷されている本考案の電源装置はその寿命が３万サイクル以上と規定値をクリアしたのに対し、電槽１の各部屋に挿入された極板群２、キャパシタ群３に負荷する圧迫度が１０ｋＰａ以下の比較例、従来例では規定値に達しない時点で寿命が尽きてしまっている。

本考案は上述したように、鉛蓄電池とキャパシタとを１つの電槽に収納し、極板群、キャパシタを１５ｋＰａの圧迫度で収納することで電源の寿命を大幅に延ばすことができ、電池とキャパシタを一つに纏めることで配置面積を従来の電源に比較して縮小することができ、取り扱いが便利となり、しかも電源を安価に提供することができる。

本考案は、２１世紀において益々重要となる地球環境問題から不可避的に要求される省エネを実現し、経済的に長期間安定的に作動する鉛蓄電池とキャパシタとからなる電源装置を提供することができる優れた工業的効果を有するものである。

図１は極板群とキャパシタとを電槽に収納した一実施形態を示す電源装置の分解斜視図である。 図２は極板群とキャパシタ群とからなる電源装置の回路図である。

符号の説明

１ 電槽
１１ 隔壁
２ 極板群
３ キャパシタ
４ 蓋
５ 外部端子

Claims (3)

1. 同一電槽内に、鉛蓄電池とこれとは隔壁を介して収納されたキャパシタとを並列接続して収納し、外部端子を共用した電源装置であって、電槽内に収納された前記鉛蓄電池の極板群並びにキャパシタ両方が圧迫度１５ｋＰａ以上に加圧されている電源装置。
2. 同一電槽内に、鉛蓄電池とこれとは隔壁を介して収納されたキャパシタとを並列接続して収納し、外部端子を共用した電源装置であって、電槽内に前記鉛蓄電池の極板群並びに前記キャパシタ両方が圧迫度１５ｋＰａ以上に加圧されて収納されており、鉛蓄電池の極板群が収納されている電槽にＡｌイオン含有の電解液が充填されている電源装置。
3. 電槽内に収納される前記キャパシタはラミネート包装されている請求項１または２に記載の電源装置。