[发明专利]优选的能量储存装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种能量储存装置，包括例如铅-酸电池组的电池组。 

背景技术

对几乎完全不依赖化石燃料的车辆的开发和使用的要求正在增加，以防止城市环境的空气污染，并减少化石燃料有限供应的全球消耗。这样的车辆分为三类：燃料-电池组车辆(FCVs)、电动车辆(EVs)以及混合电动车辆(HEVs)。存在几种类型的混合电动车辆，即微混合、轻混合、中混合以及全混合。混合电动车辆的电池组电压增加的顺序是：微混合12V，轻混合36V，中混合144V和全混合超过200V。另一方面，电池组容量减少的顺序是：微混合50-60Ah，轻混合15-20Ah，中混合6-8Ah和全混合6Ah。 

电动车辆和混合电动车辆可使用多种不同的电池组类型，包括铅-酸电池组。微混合与轻混合电动车辆可由于低成本而主要使用铅-酸电池组。混合电动车辆依靠内燃机和供能电池组的结合。混合电动车辆在现有的内燃机引擎汽车的基础上提供一些优点，包括更多使用电产生的能量，达到更低的排放和更少的燃料消耗。 

在用于至少部分依赖电能的车辆的新型电池组和能量网络的开发已取得很大进展的同时，在这些车辆中所使用的电池组仍然存在一些问题。 

在所有这些电池组中，根据在车辆工作过程中，不同阶段电流从电池组抽取和向电池组充入，而对电池组有不同的要求。在车辆应用的情况下，作为一个例子，需要从电池组的更高的放电率，以使电动车辆能够加速，或者混合电动车辆引擎起动的加速。更高的电池组充电率与再生制动相关。在这样的高速应用中(以及在电池组的高充电应用中)，电池组优选需要能够在 一分钟或更多的时间内提供高放电率。 

在铅-酸电池组使用的场合，特别是在混合电动车辆中，电池组的高充放电速度造成在负极板表面上硫酸铅层的形成，以及在负极板和正极板上产生氢/氧。这主要由于电池组上需要高电流而产生。这些电池组通常工作的局部充电状态条件(PSoC)是：电动车辆20-100％，中混合电动车辆和全混合电动车辆40-70％，微混合电动车辆和轻混合电动车辆70-90％。这是个高速局部充电状态(HRPSoC)。在模拟的HRPSoC负载下，例如混合电动车辆运行情况下，铅-酸电池组过早失效，主要由于在负极板表面上硫酸铅的持续积聚。这由于硫酸铅在从再生制动或从引擎充电的过程中不能有效转回为海绵铅而发生。最终，这层硫酸铅所发展的程度使得极板的有效表面区域显著减小，极板无法再传递汽车所需的更高的电流。这严重降低了电池组的潜在寿命。 

在其他技术领域，提供选择性的电池组类型是有利的，所述电池组类型具有更高的寿命和性能，同时适合电池组的不同能量要求。 

因此，存在改进电池组的需要，例如铅-酸电池组，其对比目前的电池组具有改进的寿命和/或改进的总体性能。也存在根据容量和寿命的平衡，识别可修改以改进性能的电池组部件的需要。 

发明内容

根据一个方面，提供一种铅-酸电池组，包括： 

-至少一个负电极，其包括铅基电池组电极材料和至少一个覆盖在所述铅基电池组电极材料上面的电容器材料区域，每个电极与一电池组的外部接线端电连接， 

-至少一个基于电池组电极的阳性二氧化铅，每个正电极与电池组的第二外部接线端电连接， 

-分隔面对的电极的隔板，以及 

-填充至少电极与隔板的空间的电解液， 

其中，覆盖铅基电池组电极材料的电容器材料包括重量为20-65％的高电传导性碳质材料、30-70％的高特殊表面区域碳质材料、铅以及粘合剂。 

优选电容器材料中的铅含量至少为重量的0.1％。 

优选粘合剂的量为重量的1-30％之间，优选为重量的5至20％之间。 

电容器材料可进一步包括纤维加强材料，其量为重量的0至10％。 

根据一个实施例，电容器材料包含21-65％的高电传导性碳质材料、35-65％的高特殊表面区域碳质材料、3-40％的铅、5-20％的粘合剂以及2-10％的纤维加强材料。 

已经发现层状结构提供电池组最佳的工作状态，特别是采用上述的电容器材料中的碳质材料的量。而且，已经发现每个负电极的电容器材料应该由重量为1-15％的负电池组电极材料组成。低于1％对于该装置的最小性能要求是不足的。已经发现，高于10％即达到饱和，使得重量的进一步增加不能增加性能。然而，除了成本和重量的考虑，电容器材料的质量的高于10％的增加直到大约15％的水平是可接受的。