(57)【要約】【課題】ダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置の提供。【解決手段】ダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置１０は、一個或いは多数の相同の電池セル１１を直／並列接続して組成する。各電池セル１１は酸性二次セル組１２、アルカリ性二次セル組１３を有する。酸性二次セル組１２は少なくとも１個の酸性二次セル１２１を有し、アルカリ性二次セル組１３は少なくとも１個のアルカリ性二次セル１３１を有し、各アルカリ性二次セル１３１間は直列接続する。酸性二次セル組１２とアルカリ性二次セル組１３との間は電性並列連接する。酸性二次セル組１２電位はアルカリ性二次セル組１３の電位に近いか或いは等しく、しかも酸性二次セル組１２の容量はアルカリ性二次セル組１３の容量に近いか或いは等しく、これにより酸性二次セル組１２とアルカリ性二次セル組１３との間には共振のダンパー作用を生じる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の相同の電池セルを直／並列接続して組成する電池装置であるダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置であって、
前記各電池セルは、酸性二次セル組、アルカリ性二次セル組を有し、
該酸性二次セル組は、少なくとも１個の酸性二次セルを有し、
該アルカリ性二次セル組は、少なくとも１個のアルカリ性二次セルを有し、該各アルカリ性二次セル間は、直列接続し、
該酸性二次セル組と該アルカリ性二次セル組との間は、電性並列連接し、
該酸性二次セル組の電位は、該アルカリ性二次セル組の電位の９０〜１１０％で、
該酸性二次セル組の容量は、該アルカリ性二次セル組の容量の９０〜１１０％で、
該酸性二次セル組と該アルカリ性二次セル組との間は、電位平衡関係により、共振のダンパー作用を生じることを特徴とするダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置。
【請求項２】
前記酸性二次セルは、リン酸リチウム鉄酸性二次セル電池であることを特徴とする請求項１に記載のダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置。
【請求項３】
前記アルカリ性二次セルは、亜鉛ニッケルアルカリ性二次セル電池であることを特徴とする請求項１に記載のダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置。
【請求項４】
前記酸性二次セル組は、一個の電位３．３〜３．４Ｖの酸性二次セルにより組成され、
該アルカリ性二次セル組は、２個の電位１．６〜１．８Ｖのアルカリ性二次セルにより組成され、
該酸性二次セルの容量は、該アルカリ性二次セルの容量の９０〜１１０％であることを特徴とする請求項１に記載のダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置。
【請求項５】
前記酸性二次セル組は、２個の電位３．２〜３．６Ｖの酸性二次セルを並列接続して連接し組成され、
該アルカリ性二次セル組は、２個の電位１．６〜１．８Ｖのアルカリ性二次セルにより組成され、
該酸性二次セルの容量は、該アルカリ性二次セルの容量の４５〜５５％であることを特徴とする請求項１に記載のダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置。
【請求項６】
ダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置は、酸性二次セル組、アルカリ性二次セル組を有し、
該酸性二次セル組は、少なくとも１個の酸性二次セルを有し、
該アルカリ性二次セル組は、少なくとも１個のアルカリ性二次セルを有し、該各アルカリ性二次セル間は、直列接続し、
該酸性二次セル組と該アルカリ性二次セル組との間は、電性並列連接し、
該酸性二次セル組の電位は、該アルカリ性二次セル組の電位の９０〜１１０％で、
該酸性二次セル組の容量は、該アルカリ性二次セル組の容量の９０〜１１０％で、
該酸性二次セル組と該アルカリ性二次セル組との間は、電位平衡関係により、共振のダンパー作用を生じることを特徴とするダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置。
【請求項７】
前記酸性二次セルは、リン酸リチウム鉄酸性二次セル電池であることを特徴とする請求項６に記載のダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置。
【請求項８】
前記アルカリ性二次セルは、亜鉛ニッケルアルカリ性二次セル電池であることを特徴とする請求項６に記載のダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置。
【請求項９】
前記酸性二次セル組は、一個の電位３．２〜３．６Ｖの酸性二次セルにより組成され、
該アルカリ性二次セル組は、２個の電位１．６〜１．８Ｖのアルカリ性二次セルにより組成され、
該酸性二次セルの容量は、該アルカリ性二次セルの容量９０〜１１０％であることを特徴とする請求項６に記載のダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置。
【請求項１０】
前記酸性二次セル組は、２個の電位３．２〜３．６Ｖの酸性二次セルを並列接続して連接し組成され、
該アルカリ性二次セル組は、２個の電位１．６〜１．８Ｖのアルカリ性二次セルにより組成され、
該酸性二次セルの容量は、該アルカリ性二次セルの容量の４５〜５５％であることを特徴とする請求項６に記載のダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置に関し、特に酸性二次セル組とアルカリ性セル組とを電性並列連接して組成するダンパー機能を備えた酸アルカリ共振二次電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
セル（ｃｅｌｌ）は電池を構成する基本ユニットである。二次セルは、電解液の種類に応じて、酸性電池とアルカリ性電池に分けられる。酸性電池の電解液は、硫酸水溶液で、鉛酸電池などがある。鉛酸電池の体積が大きく重く、環境汚染問題があり、酸化還元反応が遅いため、リン酸リチウム鉄電池に置換されている。酸性二次セルは電流型態の電気エネルギーを貯蔵し、放電して電流がゼロになる（Ｉ＝０）と、電池は損壊する。
【０００３】
アルカリ性二次セルの電解液は、水酸化カリウム水溶液が主で、アルカリ性亜鉛マンガン電池、ニッカド電池、ニッケル水素電池などがある。アルカリ性二次セルは、電圧型態の電気エネルギーを貯蔵する。電圧がゼロになるまで放電（Ｖ＝０。一般電圧は１．０Ｖ以下まで放電すると電池は失効し、それ以上の放電できない。Ｖ＝０の状況をいかにして発生させるか）すると、電池は損壊する。アルカリ性二次セルは、非常に小さな電流を用いて充電する必要があるため、しばしば２４時間を超える時間を費やさなければフル充電できず、しかも再充電可能な回数は多くなく、使用において不便である。アルカリ性二次セルは充電、放電の過程で、温度上昇現象が発生しやすい。
【０００４】
二次セルを電源として使用する電気設備には、電池管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ、ＢＭＳと略称）を設置し、電池を管理している。電池管理システム（ＢＭＳ）は通常は、電池電圧を測定する機能を備え、電池の過放電、過充電、温度超過等の異常状況の出現を防止或いは回避することができる。ある電気設備の電源が多数の並列接続した二次セルである時、電池管理システム（ＢＭＳ）がその内の一個の二次セルの電圧の不足を探知すると、電池装置全体が給電を停止する。しかし、一般の消費者は、電池には電気エネルギーがあるのに、放電できず、しかもロード端がフリーズする可能性があることが理解できない。この種のロード端のフリーズは、例えば走行中の電動車が突然電力を失えば、危険を引き起こすこともある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】台湾特許第Ｍ４８４８５４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記先行技術には、ある電気設備の電源が、多数の並列接続した二次セルで、しかも電池管理システム（ＢＭＳ）がその内の一個の二次セルの電圧の不足を探知すると、電池装置全体が給電を停止する欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、多数の相同の電池セルを直／並列接続して組成され、各電池セル内部は自体共振のダンパー効果を備え、快速充電、快速放電の目的を達成し、内部電位自動平衡の作用を達成し、電池管理システム（ＢＭＳ）の使用が不要なダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置に関する。
【０００８】
本発明によるダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置は、多数の相同の電池セル（ｃｅｌｌ）を直／並列接続して組成する電池装置である。各電池セルは、酸性二次セル組、アルカリ性二次セル組を有する。該酸性二次セル組と該アルカリ性二次セル組との間の共振作用により、而電位平衡を自動的に達成し、充電と放電に利する。
【０００９】
本発明によるダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置において、該酸性二次セル組は、少なくとも１個の酸性二次セルを有する。該アルカリ性二次セル組は、少なくとも１個のアルカリ性二次セルを有し、該各アルカリ性二次セル間は、直列接続する。該酸性二次セル組と該アルカリ性二次セル組との間は、電性並列連接する。該酸性二次セル組の電位は、該アルカリ性二次セル組の電位に近いか、或いは等しく、しかも該酸性二次セル組の容量は、該アルカリ性二次セル組の容量に近いか、或いは等しく、これにより該酸性二次セル組と該アルカリ性二次セル組との間には、共振のダンパー作用が発生する。
【００１０】
本発明によるダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置において、該酸性二次セルは、リン酸リチウム鉄酸性二次電池で、該アルカリ性二次セルは、亜鉛ニッケルアルカリ性二次電池である。
【００１１】
本発明によるダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置において、該酸性二次セル組中の各酸性二次セルは、並列連接により、容量を高めることができる。
【００１２】
本発明によるダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置において、該アルカリ性二次セル組の各アルカリ性二次セルは、直列連接により、容量を高めることができる。
【００１３】
本発明は以下の特性を備える。
１.酸性二次セル組とアルカリ性二次セル組との間の電位平衡を自動的に達成するため、電池管理システム（ＢＭＳ）を設置する必要がない。
２.酸性二次セル組とアルカリ性二次セル組との間の内部抵抗が低いため、温度上昇の状況を発生せず、安定性が高い。
３.多数組の電池セルの直／並列接続により組成される電池装置は、電圧蓄電と電流放電を高められ、多数組の充、放電ルートを構成でき、充、放電速度を加速することができる。
【発明の効果】
【００１４】
上記を総合すると、本発明が提供するダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置は、酸性二次セル組とアルカリ性二次セル組との間の共振ダンパー効果により、以下の特性を備える。
１.酸性二次セル組とアルカリ性二次セル組との間の電位平衡を自動的に達成するため、電池管理システム（ＢＭＳ）を設置する必要がない。
２.酸性二次セル組とアルカリ性二次セル組との間の内部抵抗が低いため、温度上昇の状況を発生せず、安定性が高い。
３.多数組の電池セルの直／並列接続により組成される電池装置１０は、電圧蓄電と電流放電を高められ、多数組の充、放電ルートを構成でき、充、放電速度を加速することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明実施形態の構造図である。
【図２】図１に示す実施形態中の電池セルの構造図である。
【図３】ダンパー充電装置が図１に示す実施形態に対して充電を行う回路のブロックチャートである。
【図４】本発明の第二実施形態の構造図である。
【図５】図４に示す実施形態中の電池セルの構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１、図２に示す通り、本発明が開示するダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置１０は、多数の相同の電池セル１１（ｃｅｌｌ）を直／並列接続して組成する電池装置である。各電池セル１１は、酸性二次セル組１２、アルカリ性二次セル組１３を有する。酸性二次セル組１２とアルカリ性二次セル組１３との間は、電性並列連接する。
【００１７】
酸性二次セル組１２は、少なくとも１個の酸性二次セル１２１を有する。アルカリ性二次セル組１３は、少なくとも１個のアルカリ性二次セル１３１を有し、各アルカリ性二次セル１３１間は、直列接続して連接する。酸性二次セル組１２とアルカリ性二次セル組１３との間は、電性並列連接する。
【００１８】
酸性二次セル組１２の電位は、アルカリ性二次セル組１３の電位に近いか或いは等しい。その好ましい程度は、酸性二次セル組１２の電位が、アルカリ性二次セル組１３の電位の９０〜１１０％である。酸性二次セル組１２の電位がアルカリ性二次セル組１３の電位に等しい時には、最良の実施効果を得ることができる。一般に市販されている酸性二次セル１２１の電位は、３．３〜３．４Ｖで、アルカリ性二次セル１３１の電位は、およそ１．８Ｖで、現時点では、酸性二次セル組１２の電位がアルカリ性二次セル組１３の電位に等しい電池装置１０を組み立てることがまだできない。
【００１９】
酸性二次セル１２１とアルカリ性二次セル１３１の材料が異なるため、両者のエネルギーレベルも異なる。中でも、酸性二次セル組１２は、電流型態の電気エネルギーの貯蔵に有利で、アルカリ性二次セル組１３は、電圧型態の電気エネルギーの貯蔵に有利である。
【００２０】
酸性二次セル組１２の容量は、２個のアルカリ性二次セル組１３の容量に近いか或いは等しい。その好ましい程度は、酸性二次セル組の容量がアルカリ性二次セル組の容量の９０〜１１０％である。酸性二次セル組１２の容量が、２個のアルカリ性二次セル組１３の容量と等しい時、最良の実施効果を達成できる。但し、電池１２１、１３１の実際の容量とは、電池１２１、１３１が収容できる作動量（Ｗ）である。作動（Ｗ）＝電圧（Ｖ）×電流（Ｉ）×時間（Ｔ）であるため、酸性二次セル組１２の実際作動容量を、２個のアルカリ性二次セル組１３の実際の作動容量と等しくするのは容易ではない。酸性二次セル１２とアルカリ性二次セル１３のエネルギーレベルは異なり、及び酸性二次セル組１２とアルカリ性二次セル組１３との間は、電位が完全に等しい平衡関係を達成する必要があり、電池セル１１の充電、放電過程においては、酸性二次セル組１２とアルカリ性二次セル組１３との間で起きる瞬間電圧のバランスの崩れ（電圧差が大きい）により、瞬間電位が高いアルカリ性二次セル組１３は、電位が低い酸性二次セル組１２内に自動的に電気エネルギーを伝送する。或いは、瞬間電位が高い酸性二次セル組１２は、電気エネルギーを、電位が相対的に低いアルカリ性二次セル組１３内に自動的に伝送する。これにより、酸性二次セル組１２とアルカリ性二次セル組１３との間の電位は、完全な平衡状態に等しいように向かう。この種の自体内部共振を自動的に行う現象が、ダンパー効果（Ｄａｍｐｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）である。電池セル１１に充電、放電を行わなくとも、その内部では自体共振のダンパー効果が生じるため、酸性二次セル組１２とアルカリ性二次セル組１３との間の電位は、等しく向かい、或いは相同に等しい平衡状態となる。
【００２１】
図１、図２に示す実施形態において、酸性二次セル組１２は、１個の電位３．３〜３．４Ｖの酸性二次セル１２１により構成される。アルカリ性二次セル組１３は、２個の電位１．６〜１．８Ｖのアルカリ性二次セル１３１が直列接続して組成される。酸性二次セル１２１の電位３．３〜３．４Ｖは、２個のアルカリ性二次セル１３１の合計電位３．２〜３．６Ｖに近い。
すなわち、酸性二次セル組１２の電位は、アルカリ性二次セル組１３の電位の９０〜１１０％の範囲内である。酸性二次セル１２１の容量は、２０Ａｈである。アルカリ性二次セル１３１の容量は、２０Ａｈである。すなわち、酸性二次セル組１２の容量は、アルカリ性二次セル組１３の容量の９０〜１１０％の範囲内である。つまり、酸性二次セル組１２の実際作動容量も、２個のアルカリ性二次セル組１３の実際作動容量に近い。
【００２２】
酸性二次セル１２１は、リン酸リチウム鉄酸性二次電池で、アルカリ性二次セル１３１は、亜鉛ニッケルアルカリ性二次電池である。ダンパー機能を備えた酸アルカリ共振電池装置は、特許文献１に開示する「ダンパー充電装置」などのダンパー機能を備える充電装置來充電を使用する必要がある。
【００２３】
図３に示す通り、充電装置２０は、電源出力装置２１、コントロール回路２２、ダンパーインダクタンス２３、及び高周波発振スイッチ２４を有する。電源出力装置２１は、電気エネルギー発生装置３０と連接し、電気エネルギー発生装置３０が出力する電気エネルギーを昇圧或いは降圧した後に電源を出力する。酸アルカリ共振電池装置の正極端は、ダンパーインダクタンス２３と連接し、負極端は、高周波発振スイッチ２４と連接する。電気エネルギー発生装置３０は、再生エネルギー発生装置、または家庭用電源である。充電装置２０は、高周波発振スイッチ２４の作動により、ダンパーインダクタンス２３は高周波の蓄電、放電の連続動作を行う。高周波発振スイッチ２４がＯＮの状態下では、ダンパーインダクタンス２３は、電気エネルギーを貯蔵できる。高周波発振スイッチ２４がＯＦＦの状態下では、ダンパーインダクタンス２３は、貯蔵した電気エネルギーを放電し、酸アルカリ共振電池装置に対して充電する。よって、充電装置２０が放出可能な電気エネルギーは、周波数応答の電気エネルギーを備え、電池装置１０に充電する。電池装置１０は放電し、ロード４０を作動させられる。
【００２４】
酸性二次セル組１２とアルカリ性二次セル組１３との間は、瞬間的に迅速に共振型態により、電圧平衡を達成し、これは一種のダンパー効果である。電池装置１０中の各電池セル１１は充電、放電過程において、自体共振を発生するため、温度上昇現象を招くことがなく、電池装置１０の使用寿命を延長することができる。酸性二次セル組１２とアルカリ性二次セル組１３との間の電位は、自動的に平衡状態に向かい或いは等しくなるように接近するため、電池管理システム（ＢＭＳ）の使用が不要で、電気設備内には、電池管理システム（ＢＭＳ）回路板を設置する必要がなく、電気設備の生産コストと機体の重量を低下させることができる。
【００２５】
電池装置１０の各電池セル１１はすべて、自体共振のダンパー特性を備えるため、電池装置を構成する電池セル１１の個数が多ければ多いほど、その充電と放電のルートは多くなり、充電と放電の速度を加速することができる。
【００２６】
図４、図５は、本発明の別種の実施形態を示す。電池装置１０の各電池セル１１の酸性二次セル組１２は、２個の電位３．２〜３．６Ｖの酸性二次セル１２２を並列接続して連接し組成する。アルカリ性二次セル組１３は、２個の電位１．６〜１．８Ｖのアルカリ性二次セル１３２により組成される。酸性二次セル組１２の電位は、アルカリ性二次セル組１３の電位の９０〜１１０％の範囲内である。酸性二次セル１２２の容量は、１２５０ｍＡｈで、アルカリ性二次セル１３２の容量２５００ｍＡｈの二分の一である。つまり、酸性二次セル１２２の容量は、アルカリ性二次セル１３２の容量の４５〜５５％の範囲内にある。酸性二次セル組１２の容量は、１２５０ｍＡｈ×２＝２５００ｍＡｈで、アルカリ性二次セル組１３のキャパシターの９０〜１１０％の範囲内にある。よって、２個の酸性二次セル１２２を並列接続して連接し、酸性二次セル組１２の容量を高め、アルカリ性二次セル組１３の容量に近づけることができる。
【００２７】
上述した本発明の実施形態は本発明を限定するものではなく、よって、本発明により保護される範囲は後述される特許請求の範囲を基準とする。
【符号の説明】
【００２８】
１０  電池装置
１１  電池セル
１２  酸性二次セル組
１２１  酸性二次セル
１２２  酸性二次セル
１３  アルカリ性二次セル組
１３１  アルカリ性二次セル
１３２  アルカリ性二次セル
２０  充電装置
２１  電源出力装置
２２  コントロール回路
２３  ダンパーインダクタンス
２４  高周波発振スイッチ
３０  電気エネルギー発生装置
４０  ロード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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