混合电容电池的利记博彩app

本实用新型涉及一种将电池与电容器复合而成的混合电容电池。

背景技术：

近年来，与以往所使用的二次电池相比，具有更高的能量密度和功率密度的镍氢电池及锂离子二次电池广泛普及，并作为混合动力汽车及电动汽车的蓄电装置使用。然而，由于这些电池的材料昂贵且制造需要大量的工作量，所以与现有的二次电池相比，易使成本变高，因而在汽车用发电及太阳能发电等领域中，低价的铅蓄电池仍然占据主流地位。

另外，最近，根据日本实用新型登记第3181140号公报中公开的内容可知，试做了许多通过端子结合的方式将充放电性能优异的双电层电容器与低价的铅蓄电池连接而成的电容电池。如此一来，不仅通过在铅蓄电池上连接电容器而使得充放电时间缩短，而且能够发挥通过电容器承受在急剧充放电时施加给铅蓄电池的过度的负担的功能，因而，有望能够减轻由硫酸盐化作用(sulfation)等引起的电极板的劣化从而提高电池寿命。

然而，作为通过端子将电容器与铅蓄电池进行结合的结果，除了会使得装置容易大型化之外，还会产生与其连接线的长度相应的电阻，从而难以顺利地向电容器侧进行输入和输出的切换并且会随之产生功率损耗，因而，很难说能够通过上述方案充分地减轻铅蓄电池的负担。因此，作为还称为将电容器与电池一体地融合而成的混合式电池的蓄电装置，日本特表2007-506230号公报中提出了一种采用如下方式的方案：在设置铅基负极和二氧化铅基正极的基础上还设置电容器负极，从而构成铅蓄电池部分和非对称电容器部分，在进行高电流的充电和放电的期间，由非对称电容器部分优先进行电荷的接收和释放。另外，日本特开2009-141181号公报也公开了一种具备电容器正极、通用负极以及含有含锂金属化合物的电池正极且提高了电池的综合性能的装置。

这样，通过将作为电容器的存储电荷的部分设置于蓄电池内进行一体化(混合化)，由此，该部分与电池电极部分相比，内部电阻小，并能够优先且快速地进行高电流的充放电，因而，与仅将它们进行通过端子结合相比，容易实现小型化，再加上不存在连接线，有望大幅提高耐久性和功率密度。因此，可设想将这些装置作为车辆的刹车制动时的再生电力的充电装置，或者发电量随时变化的太阳能发电和风力发电的蓄电装置来使用。

然而，在前者的混合式铅蓄电池中，其电容器中存储电荷的部分的面积比正电极和负电极的面积小，电容器功能对整体容量的贡献比率非常小，因而在整体上对电池的综合性能的改善没那么大。另外，由于后者的混合式电池难以进行稳定的商品化等理由，因而目前难以实现量产化。

对此，本申请发明人在之前的日本特开2013-247101号公报中，提出了图9所示的混合式电池。即，将构成负极板的二氧化铅板11和构成负极板的铅板12在交替排列的状态下浸渍于电解质100中从而构成铅蓄电池，但是，相邻的正极板与负极板成对且在该相邻的正极板与负极板之间夹持电解质200而成的单元作为构成电容器单元的电极体20，多个电极体20以正极板与负极板相向的方式排列配置，该相向的正极板和负极板与中间的电解液100一同构成各电池单元。由此，使电容器中存储电荷的部分相对于构成电池的部分的比率扩大，从而可实现优异的充放电性能。

然而，构成该电容器单元的电极体20的内部侧，虽然被构成正极板的二氧化铅板11和构成负极板的铅板12夹持并密封，但由于薄板状的二氧化铅板11和铅板12没有足够的强度和耐久性，因而可能会因冲击或腐蚀等使得其内部侧向外部的电解液100侧联通并开放从而使电容器功能受损。另外，因为这样将电池电极与电容器一体化所以会加快负极板即二氧化铅板11的劣化，从而不得不说在延长电池寿命这点上存在不足。

另一方面，在日本特开2014-175128号公报中提出了如下方案：将多个铅电池单元及包含电容器等的蓄電元件的辅助电池分别容纳于在电池壳内被并排分隔而成的多个室中，并在将其上端开口部盖住的盖部上将各铅电池单元与单个辅助电池并联连接。这样，将铅电池单元与辅助电池容纳于公用的壳内，并以较短的配线长度将它们连接起来，由此，有望能够减小辅助电池与铅电池单元之间的电阻，发挥接近上述混合式电池的功能。

但是，在这样将单个辅助电池与多个铅电池单元并联的方式中，虽然能尽可能地缩短配线长度，但是与上述那样将电池电极与电容器一体化的方式相比，在该配置下，对与辅助电池分离的位置的铅电池单元进行连接的配线的电阻并不小，可能会导致减轻电池单元负担的效果部分地减弱。另外，由于各铅电池单元处于串联连接关系时，充放电时的各电池单元的负担并不一样，因而难以通过单个辅助电池对不同状态下的各铅电池单元进行充分地辅助。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本实用新型登记第3181140号公报

专利文献2：日本特表2007-506230号公报

专利文献3：日本特开2009-141181号公报

专利文献4：日本特开2013-247101号公报

专利文献5：日本特开2014-175128号公报

技术实现要素：

实用新型要解决的问题

本实用新型要解决上述问题，其课题在于获得一种无须过多的工作量和成本的综合性能优异的混合式电池。

解决问题的手段

因此，本实用新型为一种混合电容电池，其特征在于，在由电池壳和多个电池单元构成的电池中，配置有多个电容器单元，所述电池单元具有1个以上的电池构件，所述电池构件由之间具有电解质的相向的1对负极板和正极板构成，所述电池壳内被分割而形成多个并排的容纳室，多个所述电池单元，在分别被收容于各所述容纳室内的状态下串联连接，所述电容器单元，分别具有1个以上的电容器，所述电容器单元，分别配置于各所述电池单元的上方或者侧方，并且分别与1个所述电池单元并联连接，该电容器单元在充放电时的规定的时机对所连接的电池单元进行功能辅助。

这样，与仅通过端子结合的方式将单个的电容器单元连接于电池，或者将单个的电容器单元连接于构成电池的各电池单元等现有例的方式不同，在构成电池的多个电池单元的上方或者侧方分别配置1个电容器单元，并与多个电池单元分别并联连接，由此，与专利文献5所记载的方案相比，易于在缩短了连接线的状态下接近配置电容器单元，并且能够在多个电池单元中发挥对应于各种不同状态的电池辅助功能。

在此情况下，各该电容器单元以在连接线的途中不具有分支部的方式直接连接于所述电池单元，多个电容器单元彼此未通过连接线进行串联连接，且构成1个所述电容器单元的多个电容器彼此并联连接，若具备这样的特征，则能够进一步显著地发挥上述的电池辅助功能。

另外，在上述混合电容电池中，该电池为铅电池，该电池具备2个以上电池单元，并且各电池单元具备1对以上二氧化铅板和铅板，且，全部的所述电池单元以密闭状态收容于所述电池壳内，若具有这样的特征，则通过将1个电容器单元以接近于各电池单元的方式配置于各电池单元并构成密闭式的电池单元，能够避免电极板出现包含硫酸盐化作用而引起的劣化，并能够长时间充分地发挥电池功能。

进而，在上述混合电容电池中，多个该电容器单元以沿电池壳的上盖的上表面而在横向上并排的状态进行配置，多个该电容器单元的端子侧位于并排配置的电池单元中的作为连接目标的电池单元的端子的上方，若具备这样的特征，则能够进一步缩短将电容器单元和电池单元连接起来的连接线的长度。

进一步地，在上述混合电容电池中，在该电池单元中，至少在串联连接的端部侧以完全覆盖位于所述电池单元的端部侧的负极板的外表面的方式且以与所述外表面面连接的方式配设铜板，该铜板与所述电容器单元相连接，若具备这样的特征，则通过铜板，能够容易地避免将电池与电容器连接起来后而容易经常发生的负极板的劣化。

此外，在上述混合电容电池中，在将该电池单元至电容器单元的电容器之间连接起来的连接线的途中配设有充放电控制装置，所述充放电控制装置根据当时的充放电状态控制电容器中的电流的输入和输出，若具备这样的特征，则能够易于进一步有效地发挥电容器的电池辅助功能。

并且，一种电容体，在规定形状的壳内收容有全部上述混合电容电池的电容器单元，且从各电容器单元伸出的正负的连接端子在壳的外表面露出，所述电容体以能够进行装拆操作的状态安装并固定在电池壳的表面的连结面上，所述电池壳的表面的连结面是在将全部电池单元收容于电池壳内的所述容纳室时从各电池单元伸出的正负的连接端子露出到外部的面，通过该安装将从各电池单元伸出的连接端子与从各电容器单元伸出的连接端子连接起来，从而构成上述混合电容电池，若该电容体具备这样的特征，则只要在具有与电容体相连接的连接装置并且发挥普通电池功能的电池上，安装并连接这种电容体，就能够获得上述混合电容电池。

实用新型效果

根据在接近于串联连接的多个电池单元的位置分别并联连接1个电容器单元的本实用新型，能够获得一种无须过多的工作量和成本的综合性能优异的混合式电池。

附图说明

图1是示出本实用新型的第一实施方式的混合电容电池的结构的纵剖面图。

图2是示出图1的混合电容电池的应用例的结构的纵剖面图。

图3中的(A)是安装于图1的混合电容电池内的电容体的放大的横剖面图，图3中的(B)是安装于图2的混合电容电池内的电容体的放大的横剖面图。

图4是示出本实用新型的第二实施方式的混合电容电池的结构的纵剖面图。

图5是图4的混合电容电池的俯视图。

图6是示出图4的混合电容电池的应用例的结构的俯视图。

图7是示出图4的混合电容电池的应用例的结构的纵剖面图。

图8是示出电池单元的应用例的结构的纵剖面图。

图9是示出现有例的结构的纵剖面图。

图10是示出各蓄电装置的特性的图表。

图11是在第一实施例中用于检验图4的混合电容电池的功能的实验装置的代替附图的照片。

图12中的(A)、(B)、(C)是第二实施例中的实验的各结构图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施本实用新型的实施方式进行说明。此外，本实用新型中，相邻位置不仅包含在水平方向上相邻的状态还包含在上下方向上相邻的状态。

图1示出本实用新型第一实施方式的混合电容电池1A。该混合电容电池1A具备电池壳3A，该电池壳3A的上表面开口且该电池壳3A具备内部被分隔而成的6个并排的容纳室3a、3b、3c、3d、3e、3f，在该容纳室3b、3d、3f内分别容纳有电池单元20A，在该电池单元20A中，构成正极板的二氧化铅板11和构成负极板的铅板12相向且交替配置，并在两者之间具有浸润着电解质液100的隔板(石棉)15，它们的正负端子22、21在电池电极18、19间通过连接线51、52串联连接，从而构成电池(铅电池)。

并且，在该电池单元20A、20A、20A上分别并联连接有将3个圆筒状的部件即电容器41并联连接而成的电容器单元10A(参照图3(A))，该电容器单元10A以不漏液体的状态容纳安装于壳10a内而形成电容体4A，电容体4A被收容于在被连接着的电池单元20A的各侧方与电池单元20A相邻的位置上的容纳室3a、3c、3e。

即，在本实用新型中，与仅将电容体和电池通过端子结合的方式来连接的现有例不同，具有下述结构，即，在将电池(铅电池)分割成多个而形成的串联连接的各电池单元20A上分别并联连接配置于其相邻位置的1个电容器单元10A，使各个电容器单元10A发挥电池辅助功能，因而，成为与现有混合式电池结构完全不同的可称为混合电容电池的结构。

因此，在本实施方式中，连接电容器单元10A和电池单元20的连接线61、62、71、72、81、82比专利文献1的连接线短，从而能降低连接线的电阻，因而能够最小限度地抑制电容器单元10A的电池辅助功能的降低，因此能够有效地抑制以电池单元20A中的硫酸盐化作用为首而引起的电极板的劣化。另外，通过在多个电池单元20A上分别连接1个电容器单元10A，能够分别单独应对串联连接且状态常常不同的各电池单元20A，并易于有效地发挥电池辅助功能。

进而，在本实施方式中，如图3中的(A)所示，关于该电容器单元10A，假设使用多个双电层电容器或锂离子电容器等构成的大容量的电容器41，与专利文献3所记载的对电池电极面赋予电容器功能的装置相比，由于电容器容量变得格外大，因而会使得电池辅助功能也显著增加，从而有望能够大幅度改善充放电特性等的电池性能。

图2示出作为上述混合电容电池1A的应用例的混合电容电池1B。在上述的例子中，构成电池的电池单元20A的1个单元的电压大约是2V，将该3个单元串联后大约为6V，但是，在本例子中，使用了相同的具有6个容纳室的电池壳3A，使容纳电容体4B的容纳室为2个，容纳电池单元20A的容纳室为4个，从而能够将4个单元的电池单元20A进行串联后得到约8V的额定电压。

另外，图3中的(B)示出上述的电容体4B的结构，但是其结构为在1个壳10b内容纳了2个将3个电容器42并联连接而构成的电容器单元10B，各电容器单元10B以最短距离与相邻的电池单元20A相连接。通过采用这种结构，即使与上述电池尺寸(容积)相同，也能够扩大电池的电压和容量。

图4示出本实用新型的第三实施方式即混合电容电池1C的结构。在上述的实施方式中，容纳电容器单元10A、10B的电容体4A、4B以与电池单元20A并排的状态收容于电池壳3A内，电池单元20A的数量减少了与电容体的数量对应的量，从而电池整体的电压和容量也相应减少，但是，在本实施方式中，具有电容器单元10C的电容体4C置于电池壳3B外，从而在1个电池单元20A的电压约为2V时，电池整体的电压约为12V。

在假设是车载用铅电池的情况下，由于其上表面侧有比较富余的空间，因而可构成如下状态的电容体4C，即，在电池壳3B的上盖的上方，在呈横向长的长方形的壳4a内收容6个将3个电容器43并联连接而成的电容器单元10C，并使所述6个电容器单元10C沿所述上盖的上表面在横向上并排排列。此时，优选电容体4C相对于电池壳3B的上表面能够自由地进行装拆操作，且作为该铅电池，从避免出现因电池液泄露而引起连接线(图1所示的附图标记51、52、61、62、71、72、81、82以及图2所示的附图标记54、55、56、63、64、73、74、83、84、93、94)短路的事故且长时间维持优异电池功能的观点来看，优选采用密闭式的铅电池。

另外，如图4所示，由于各电容器单元10C位于作为连接目标的电池单元20A的上方，且其连接端子位于从作为连接目标的各电池单元20A伸出并从电池壳3B的上盖的上表面露出的连接端子的上方，因而，能够将其连接距离抑制到最短，且，仅通过固定电容体4C的动作就能够将电容器单元10C与电池单元20A直接连接。

图5示出上述混合电容电池1C的俯视图。如图所示，由于一般的铅电池的上表面有比较大的空间，因而通过将薄型的电容体4C以紧贴铅电池的上表面的方式置于(上置)铅电池之上，在不需要过度使尺寸增大及不需要在连接时耗费过多的工作量的情况下，就能够将铅电池和电容器复合化(混合)。此时，优选电池电极(接头)18、19和通气塞(vent plug)36以靠近一方的长边侧的方式配置。

图6是作为上述混合电容电池1C的应用例的混合电容电池1D，但是没有将电容体4D置于电池壳的上表面上，而是紧贴于电池壳的侧面配置，这种配置方式也可获得与上述配置方式相同的效果。此时，电池电极(接头)18、19和通气塞36可以位于原来的位置，但是需要在用于进行安装的电池侧面设置用于连结电容体4D的结构，并设置用于可将连接端子连接起来的结构。

图7示出作为上述混合电容电池1C的应用例的混合电容电池1E。在该例中，电容电池1E的特征在于，在从各电容器单元10D延伸设置到连接端子的连接线的途中，设置有充放电控制装置即充放电控制电路49，但是，该特征部分的结构，在上述的全部例子中也能够适用。

即，电容器自身由于内部电阻极低因而具有容易在瞬间输入输出大电流的特性，但是也可能会出现因过大的电力输入而受损的情况及在必要的时候不能够充分输出电力的情况，因而对电容器赋予下述功能：将各电容器单元10D的输入输出的量控制在适当的范围内，或者，根据各电池单元20A的充放电状态或/及电力的输入输出情况来控制该输入输出的量。

图8示出作为上述电池单元20A的应用例的电池单元20B。即，将铅电池与电容器复合化时，存在下述问题：电池单元的电极板尤其是与电容器侧连接的端部侧的负极板(铅板)易于在较短的时间内受到损伤。因此，该应用例的特征在于，以完全覆盖该端部侧的负极板即铅板12的外表面的方式且以面连接的方式配设铜板13。

此时，来自电容器单元的连接线连接于该铜板13，由此能够最小限度地抑制铅板的劣化，另外，针对该铜板13，通过混入了碳纳米管等的纳米碳材料的导电性粘合剂等来提高连接性并进行面连接和固定，由此，能够最小限度地抑制连接部位引起的电阻和损耗，并易于长时间且良好地维持该连接状态。并且，优选至少将这种电池单元20B用于处于与电池中的负极的电池电极18接近的位置的电池单元。

图10通过能量密度和功率密度在图表上的分布示出各蓄电装置的特性及本实用新型的特性。即，双电层电容器和锂离子电容器，与锂离子电池相比，具有能量密度明显较低的难点。对此，铅蓄电池的能量密度虽然公开为30～40Wh/kg，但是体积能量密度为60～75Wh/l，理论能量密度超过100Wh/kg。

因此，通过使用双电层电容器或锂离子电容器作为分别并联连接于各电池单元的电容器单元的电容器，再结合上述的电容器与电池的分布的复合化所带来的效果，有望能够大幅度改善能量密度及提高电池性能，且能够有望大幅度延长电池寿命。

第一实施例

图11是用于验证上述混合电容电池的功能而作成的实验装置的照片。在该装置中，在与图4的混合电容电池同样地将市场上出售的由6个2V的电池单元串联连接而成的摩托车用电池(12V)的各电池单元上，分别并联连接1个(图4中为3个)电容器(22F、耐电压2.3V、端子间电压2.1V)，在将该各电池单元与电容器单元连接起来的连接线的途中，连接与马达(负载)连接的用于切换电池/电容器的继电器和用于测量电流的IC，并将该测量值导入定序器(Sequencer)，测量电池单元与电容器单元之间的电流CH1，以及电容器单元与马达之间的电流CH2。

(实验内容)

实验1：从马达启动直至稳定旋转，观察CH1和CH2的电流值的转变。

实验2：从马达稳定旋转到马达停止时，观察CH1和CH2的电流值的转变。

实验3：马达稳定旋转时在马达轴施加负载，观察CH1和CH2的电流值的转变。

(结果)

实验1：在马达启动时，实际上使马达运转的CH2瞬间流过了770mA的电流，相对于此，从电池流出的CH1从起初CH2的一半的电流即350mA的电流开始，然后经过大约30秒显示出与CH2的电流值大致相同的值。

实验2：在马达停止时，CH2的电流瞬间变为0A，相对于此，CH2向启动时的反向流动经过30秒～1分后达到0A。

实验3：若从马达稳定开始对马达施加负载，则CH2从770mA急剧地超过1000mA，相对于此，CH1的电流落后于CH2并以追赶CH2的方式上升。

(考察)

根据以上实验结果可知，对于急剧的电流变化，电容器单元会即刻地应对，然后，从电池单元慢慢地放出电流。因此，能够验证：能通过连接于每个电池单元的电容器单元来充分地弥补电池对急速的电流变化不能即刻应对的弱点。

第二实施例

图12是为了进一步详细验证上述混合电容电池的功能而实施的实验的结构图，图12中的(A)示出如下状态下的本申请A，即，各电容器单元，通过连接线与各电池单元连接，并且在将从相邻的电容器伸出的连接线彼此连接而具有分支部的状态下与电池单元相连接，多个电容器单元彼此串联连接；图12中的(B)示出如下状态下的本申请B，即，各电容器单元通过连接线在不具有分支部的状态下以直接连接的方式与各电池单元相连接，多个电容器单元彼此不通过连接线串联连接；图12中的(C)示出如下状态的对比例C，即，电池单元彼此串联连接且未连接电容器单元。

在该实施例中，电池使用的是将3个2V的电池单元串联连接而成的6V(4Ah)的铅电池，电容器单元使用的是单个的双电层电容器(1000F、2.5V、Rubvcon公司制造)。作为试验方法，使铅电池单独反复地进行10个循环的充放电直至使铅电池稳定为止，然后将电容器连接到各电池单元成为图12所示的各结构，分别反复进行8次充放电，并分别测量各次充放电的充电容量和放电容量。该测量结果示出如下。

表1

(结果)

对于平均充电容量，本申请A为2446.76mAh，本申请B为2177.7mAh，明显大于对比例C的1810.21mAh，本申请A的平均充电容量最大。另外，对于平均放电容量，本申请A为1943.21mAh，本申请B为2054.35mAh，明显大于对比例C的1407.14mAh，本申请B的平均放电容量最大。

(考察)

在本申请A、B中，与各电池单元并联连接的电容器的容量变大多少，则相应地整体容量就会变大多少，并且发挥出电容器的充放电特性，由此认为，与没有电容器的铅电池相比，能够发挥显著优异的充放电性能。尤其，关于放电容量，具有将电容器直接连接到电池的结构的本申请B相对于仅具有电池的对此例C，放电容量增加了约46％，相对于具有将电容器串联连接的结构的本申请A，放电容量增加了约6％。其原因应当在今后进行验证，但是能够想到如下可能性：由于不将电容器单元彼此串联连接而与电池单元直接连接，从而以最短距离从电容器连接到电池单元，并且，由于连接线没有分支部(分支线)，因而放电时的电阻被抑制得更小。

此外，在上述实施方式中，说明了由二氧化铅板11与铅板12组合而成的铅电池的情况，但是本实用新型并不限定于此，也可以在其他的金属电池中实施。另外，使用各电池单元具有2对负极板和正极板的情况的图进行说明，但是使用1对负极板和正极板的情况也包含于本实用新型，通常假设使用比它们更多的3对以上的负极板和正极板的情况。进而，在电容器单元与电池单元的连接端子的连接部分及连接线的露出部分，事先将含有碳纳米管等的纳米碳材料的导电性粘合剂涂布于其接合面或导电体表面，能够降低连接部位的导电损耗及导电部分的电阻。

如上所述，通过本实用新型，能够获得一种无须过多的工作量和成本的综合性能优异的混合式电池。

附图标记说明

1A、1B、1C、1D、1E 混合电容电池，3A、3B、3C 电池壳，3a、3b、3c、3d、3e、3f 容纳室，4A、4B、4C、4D、4E 电容体，10a 壳、10A、10B、10C、10D 电容器单元，11 二氧化铅板，12 铅板，13 铜板、15 隔板，20A、20B 电池单元，18、19 电池电极，21、22 端子，36 通气塞，41、42、43 电容器，49 充放电控制电路，51、52、54、55、56、61、62、63、64、71、72、73、74、81、82、83、84、93、94 连接线，100 电解质液。