CN101888001B - 复合电池及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合电池，包括电池壳体，所述电池壳体上设有正、负极端子，在所述电池壳体内还包括母体电池、超级电容器和均压电路板，所述母体电池、超级电容器和均压电路板三者并联电连接，均压电路板上的正、负极端子分别与超级电容器的正、负极对应电连接，母体电池的正、负极分别与电池壳体上的正、负极端子对应电连接，母体电池可以是铅酸蓄电池、锂离子电池或镍氢电池。本发明复合电池能量高、功率大、耐低温，保护母体电池、使用寿命长，还能够回收能量、节能减排、节约资源，用于电启动系统、电驱动系统、不间断电源、牵引车的启动和机动车制动能量回收中的应用。其制备方法工艺简单，成本低廉、适于工业化生产的复合电池制备方法。
Description
技术领域
本发明属于电化学及化学电源技术领域，具体的说是涉及一种复合电池及其制备方法和应用。
背景技术
电池工业是新能源产业的重要组成部分，新型电池技术是影响科技和产业发展高新技术之一，是二十一世纪最具发展潜力的朝阳产业。随着科技的进步，电池工业在国家经济建设、国防建设中将发挥越来越重要的作用。
能源危机的日益加剧和汽车保有量的与日俱增，使传统内燃机汽车面临严峻挑战。特别是经济处于高速发展的中国，石油消耗和进口量不断攀升，给油耗大户汽车工业的发展造成了前所未有的压力，也为传统汽车的技术升级、新能源汽车及电池产业的发展带来了机遇。传统汽车的技术升级取决于科技进步，新能源电动汽车的发展取决于电池技术的革命。
世界所有以内燃机为动力的火车、飞机、汽车、拖拉机、坦克、发电机、船舶的打火启动，无一例外的都是配置使用铅酸蓄电池。然而，铅酸蓄电池并非十全十美，它比能量密度低、零下20度启动困难、自身重量大，打火启动瞬间又要求蓄电池要释放300～800A的大电流，这相当于蓄电池3～8C或更大的深度放电，导致电池使用寿命缩短或终止。现有市场销售蓄电池的使用寿命1～2年不等，其中出租车、城市公交客车因频繁启停，电池使用寿命不足一年。
锂离子电池具有高比能量、循环使用寿命长、绿色环保、重量轻体积小等优点，是新能源纯电汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)的动力电源，但目前锂离子电池还存在着有待解决的价格高、电池一致性及安全等方面的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种复合电池，该复合电池能量高、功率大、耐低温，保护母体电池、使用寿命长，还能够回收能量、节能减排、节约资源。
本发明的另一目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、适于工业化生产的复合电池制备方法。
本发明进一步的目的在于提供一种复合电池在电启动系统、电驱动系统、不间断电源、牵引车的启动和制动能量回收器件、电力供电系统智能电网控制器件的直流电源、飞机直流地面电源、军用激光武器、潜艇、导弹、航天飞机、载重卡车、装甲车或坦克中的应用。
为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：
一种复合电池，包括电池壳体，所述电池壳体上设有正、负极端子，在所述电池壳体内还包括母体电池、超级电容器和均压电路板，所述母体电池、超级电容器和均压电路板分别固定于电池壳体内部，所述母体电池、超级电容器和均压电路板三者并联电连接构成并联系统，所述并联系统的正极、负极分别与电池壳体上的正、负极端子对应电连接；
所述超级电容器是电压为5V～125V、容量为50F～500F的超级电容器模组。
以及，一种复合电池制备方法，包括如下步骤：
分别提供电池壳体、母体电池、超级电容器和均压电路板；
将母体电池、超级电容器和均压电路板三者并联连接，形成并联系统；
将并联系统的正、负极分别与壳体上的正、负极端子进行电连接；
将电连接完毕后的母体电池、超级电容器和均压电路板置于电池壳体内固定，得到所述的复合电池；
其中，所述超级电容器是电压为5V～125V、容量为50F～500F的超级电容器模组。
进一步的，本发明复合电池在电启动系统、电驱动系统、不间断电源、牵引车的启动和制动能量回收器件、电力供电系统智能电网控制器件的直流电源、飞机直流地面电源、军事的激光武器、潜艇、导弹、航天飞机、载重卡车、装甲车、坦克中的应用。
上述技术方案是将高比能量的母体电池与高比功率的超级电容器匹配复合，取长补短、优势互补，使得该复合电池具有双重性能优势，其至少具有如下有益效果：
1.能量高、功率大：复合电池除保持原有母体电池高比能量密度外，可瞬间向负载提供30～800A的大电流和5～20KW的高功率；
2.保护母体电池、延长电池使用寿命：由于复合电池中的超级电容器具有瞬间释放数百至数千安培(A)大电流和高功率保持等特性，母体电池不深度放电，减轻了母体电池极板极化深度，延长了其寿命；
3.由于超级电容器可在极低温度如-40℃～+70℃温度范围内正常释放大电流和功率，有效扩展了该复合电池的使用范围；
4.回收能量、节能减排：将复合电池应用于电驱动系统中，复合电池中的超级电容器能有效的回收、储存制动刹车及发动机富余能量，能有效节约油的用量，有利于节能减排；
5.节约了资源，复合电池由于采用超级电容器与不同种类的母体电池复合，使母体电池体积减小，重量减轻，如母体为12V、110Ah铅酸电池的复合电池与12V、200Ah传统铅酸电池的输出功率相当，两者铅用量相差近半，因此，复合电池的重量减轻了33～50％，从而有效节约了铅用量。同理，也减少了锂离子电池、镍氢电池正、负极材料的用量；
6.制备方法简单，成本低廉、适于工业化生产。
附图说明
图1是本发明复合电池的等效电路图；
图2是本发明复合电池第一实施例的结构示意图；
图3是本发明复合电池第二实施例的结构示意图；
图4是本发明复合电池第三实施例的结构示意图；
图5是本发明复合电池第四实施例的结构示意图；
图6是本发明复合电池第五实施例的结构示意图；
图7是本发明复合电池第六实施例的结构示意图。
图8是本发明复合电池制备方法的流程图；
图9是本发明复合电池的另一种制备方法的流程图；
图10是本发明复合电池的第三种制备方法的流程图；
图11是本发明复合电池与相同容量的传统电池均在常温下和相同放电电流条件下进行的放电循环曲线图；
图12是本发明复合电池与相同容量的传统电池均在低温下和相同放电电流条件下进行的放电循环曲线图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，显示本发明实施例的一种复合电池的电路图，该电路图包括母体电池2、超级电容器3和均压电路板4以及电池壳体1上设有正、负极端子11和12，所述母体电池2、超级电容器3和均压电路板4三元件并联构成并联系统，所述并联系统的正极、负极分别与电池壳体上的正、负极端子11和12对应电连接。
图2显示本发明复合电池的第一实施例的结构示意图，该复合电池包括电池壳体1，电池壳体1上设有正、负极端子11和12，在所述电池壳体1内还包括母体电池2、超级电容器3和均压电路板4，所述母体电池2与超级电容器3并排固定于电池壳体1内腔底部，所述均压电路板4固定于电池壳体1内腔顶盖上，所述均压电路板4上的正、负极端子41、42分别与超级电容器3的正、负极31、32对应电连接，所述超级电容器3的正、负极31、32分别与母体电池2的正、负极21、22对应电连接，所述母体电池2的正、负极21、22分别与电池壳体1上的正、负极端子11、12对应电连接。该实施例中的各元件的电连接优选采用导线5连接，也可以采用导电板或焊接，各元件在电池壳体1内腔的固定优选采用粘结剂粘结固定，但不限于粘接固定。
图3显示本发明实施例复合电池的第二种优选实施例的结构示意图。母体电池2垂直固定于电池壳体1内腔底部，超级电容器3横卧固定于电池壳体1内腔底部，均压电路板4固定于靠近超级电容器3的电池壳体1内腔侧壁，所述均压电路板4上的正、负极端子41、42和超级电容器3的正、负极31、32分别与母体电池2的正、负极21、22对应电连接，母体电池2的正、负极21、22分别与电池壳体1上的正、负极端子11、12对应电连接。该实施例中的各元件的电连接优选采用导线5连接，也可以采用导电板或焊接，各元件在电池壳体1内腔的固定优选采用但不限于粘结剂粘结固定。
图4显示本发明实施例复合电池的第三种优选实施例的结构示意图。图中的母体电池2与超级电容器3并排固定于电池壳体1内腔底部，均压电路板4固定于超级电容器3的顶部，例如通过螺钉6或焊接或其它固定方式，并不限于此。均压电路板4优选位于超级电容器3的正、负极31、32之间，方便电极连接，使复合电池的结构更加紧凑。均压电路板4上的正、负极端子41、42分别与超级电容器3的正、负极31、32对应电连接，超级电容器3的正、负极31、32分别与母体电池2的正、负极21、22对应电连接，母体电池2正、负极21、22延伸至电池壳体1外，与电池壳体1上的正、负极端子11、12成为一体。该实施例中的各元件的电连接优选采用导线5连接，也可以采用导电板或焊接。
图5显示本发明实施例复合电池的第四种优选实施例的结构示意图。图中母体电池2的电池壳体1内设有空腔，超级电容器3均压电路板4都置于并固定于母体电池2的电池壳体1内空腔中，所述均压电路板4固定于母体电池2与超级电容器3中间，将均压电路板4固定于其中一元件体上，所述均压电路板4上的正、负极端子41、42分别与超级电容器3的正、负极31、32对应电连接，超级电容器3的正、负极31、32分别与母体电池2的正、负极21、22对应电连接。本实施例中的电池壳体1即是母体电池2外壳，母体电池2的正、负极21、22也即是电池壳体1的正、负极端子11、12，这样就不用另设置电池壳体1，降低了复合电池的生产成本。该实施例中的各元件的电连接优选但不限于采用导线5连接，也可以采用导电板或焊接。
图6显示本发明实施例复合电池的第五种优选实施例的结构示意图。图中的母体电池2与超级电容器3并排固定于电池壳体1内腔底部，所述均压电路板4设置于母体电池2与超级电容器3两元件中间，将均压电路板4固定于其中一元件体上，均压电路板4上的正、负极端子41、42分别与超级电容器3的正、负极31、32对应电连接，超级电容器3的正、负极31、32分别与母体电池2的正、负极21、22对应电连接，母体电池2的正、负极21、22分别与电池壳体1上的正、负极端子11、12对应电连接。该实施例中的各元件的电连接优选采但不限于用导线5连接。母体电池2正、负极21、22也可以延伸至电池壳体1外，与电池壳体1上的正、负极端子11、12成为一体。
图7显示本发明实施例复合电池的第六种优选实施例的结构示意图。图中的母体电池2与超级电容器3并排固定于电池壳体1内腔底部，均压电路板4固定于电池壳体1内腔顶盖上，均压电路板4上的正、负极端子41、42分别与超级电容器3的正、负极31、32对应电连接，超级电容器3的正、负极31、32分别与母体电池2的正、负极21、22对应电连接，均压电路板4的正、负极端子41、42分别与电池壳体1上的正、负极端子11、12对应电连接。当然，均压电路板4的正、负极端子41、42可以延伸至电池壳体1外，与电池壳体1上的正、负极端子11、12成为一体。该实施例中的各元件的电连接优选但不限于采用导线5连接。
当然，本实施例复合电池中的母体电池2、超级电容器3和均压电路板4以及电池壳体1上设有的正、负极端子11和12之间的连接关系不仅仅限于上述的6种优选的链接关系，只要满足母体电池2、超级电容器3和均压电路板4三者并联电连接所构成的复合电池，均在发明的所限定的范围之内。
上述各实施例中的母体电池2优选为化学电源中的二次电池，母体电池2更优选为铅酸蓄电池、锂离子电池或镍氢电池。其中，铅酸蓄电池优选为免维护铅酸电池、胶体铅酸电池、固体铅酸电池、管式极板铅酸电池或板栅涂膏卷绕式铅酸电池；锂离子电池优选为磷酸铁锂、锰酸锂或钛酸锂的锂离子电池。当母体电池2是铅酸电池时，该复合电池可定为P-系列复合电池；当母体电池2是磷酸铁锂、锰酸锂、钛酸锂等锂离子电池时，该复合电池可定为L-系列复合电池；当母体电池2是镍氢电池时，该复合电池可定为N-系列复合电池。当然，该复合电池按应用功能分类，可将本实施例复合电池分为启动型复合电池、动力型复合电池、动力兼启动复合电池。
上述母体电池2可以是铅酸电池，其优选为电压为2V～24V，容量为10Ah～1000Ah的铅酸蓄电池，也可优选为电压为3.2V、容量为1～10Ah的磷酸铁锂电池单体所集成的电池组或电压3.6～3.7V、容量1～10Ah锰酸锂电池单体所集成的电池组，也可以是电压为1.2V、容量为1～10Ah的镍氢电池单体所集成的电池组；超级电容器3优选电压为5V～125V、容量为50F～500F的超级电容模组或优选用电压为2.5V～2.7V、容量为350～3000F电容器单体或串或并或串、并结合而集成的模组，该电容器单体或模组可市购获得。超级电容器3的耐受电压优选与前述母体电池2的电压值相匹配，而且根据不同的应用对象，对母体电池2的电压、容量、体积、重量可做灵活调整，如电动自行车的母体电池电压，可选用24V、36V、48V，小汽车用启动电池电压可选用12V，柴油客车可选用24V，其容量也是根据不同的应用对象而定，如铁路、矿山内燃机车可选用2V、500～560Ah的铅酸蓄电池为母体电池的复合电池。
上述超级电容器3是近年来面世的一种新型储蓄电能器件，学术名称：电化学电容器(Electrochemcial Capacitor，EC)，又叫双电层电容器(ElectricalDoule-Layer Capacitor)、黄金电容、法拉电容，在中国通俗名称为：超级电容器(supercapacitor，ultracapacitor)。它与普通电容器有明显的、本质的差别：
a.容量单位，普通电容是以微法(μF)作为容量单位，超级电容器3的容量单位是法拉(F)，1F＝100万μF；
b.体积超小、容量大、范围宽(0.1-5000F)，同体积的两种电容器，超级电容器3的容量比普通电解电容器大数千倍；
c.寿命超长，超级电容器3充电、放电循环大于10万次，是铅酸电池、锂电池的100倍以上；
d.释放电流大、功率高，一只3000F超级电容器3单体，一秒钟放电可达4000安培，最大输出功率达13800W/kg；
e.它使用温度宽，可在-40℃～+70℃温度范围内正常使用；
f.可快充快放，超级电器3的充电时间可在几分钟内完成，放电时间只需1～3秒；
g.能量密度低，它的能量密度只有铅酸电池六分之一、铁锂电池的十分之一。
除上述之外，超级电容器3还具有性能稳定、安全性高、免维护、无污染等优点，是一种真正意义上的“绿色”的、理想的储能型二次电源。
上述的电池壳体1材质优选但不仅仅限于ABS树脂外壳，电池壳体1上的正极端子11、负极端子12材质优选但不仅仅限于铜。超级电容器3的正、负极端子31、32也可分别与电池壳体1上的正、负极端子11、12对应电连接。当然，超级电容器3的正、负极31、32也可以延伸至电池壳体1外，与电池壳体1上的正、负极端子11、12成为一体。
至于母体电池2、超级电容器3、均压电路板4在电池壳体1的位置可以根据实际的需要而灵活设置，如超级电容器3，可设置在电池壳体1内壁的顶部、内壁的侧部、内壁的底部、均压电路板4可置于超级电容器3的上部并与超级电容器3相对固定或设置在母体电池2与超级电容器3中间位置等，母体电池2与超级电容器3相对位置关系可以优选是并排设置，但母体电池2、超级电容器3、均压电路板4三者位置关系不仅仅限于前述位置关系，无论三者怎么设置，以节约空间为最优方案。
母体电池2、超级电容器3、均压电路板4在电池壳体1内的固定方式，可以是采用粘结剂将三者分别于壳体粘结或三者彼此之间粘结后再与壳体粘结固定，也可以在电池壳体1内设置相应的格栅，将母体电池2、超级电容器3、均压电路板4分别压或挤入对应体积的格栅内进行固定，当然也可以通过其他方式将母体电池2、超级电容器3、均压电路板4固定于电池壳体1内。无论通过什么方式固定，最终目的是防止母体电池2、超级电容器3、均压电路板4在电池壳体1自由移动，以免在使用过程中，意外造成正负极直接电连接，从而烧坏电元件，或者造成母体电池2、超级电容器3、均压电路板4三者之间或三者与电池壳体1内壁碰撞而造成损坏。
上述的母体电池2、超级电容器3、均压电路板4三者的并联连接优选但不仅仅限于采用低电阻导线5进行电连接，当然，也可以采用具有其他导电性能的材质进行电连接，如铜片、铝片，还可以将均压电路板4与超级电容器3采用焊接连接等等。
上述实施例所述的复合电池是将母体电池2、超级电容器3匹配复合，取长补短、优势互补，使得该复合电池具有双重性能优势，获得了如下的有益效果：
1.能量高、功率大、具快充、快放性能：复合电池除保持原有母体电池2的高比能量密度外，可瞬间向负载提供30～800A的大电流和5～20KW的高功率，它的功率密度是铅酸电池的百倍、铁锂电池数十倍，另外，母体电池2是可充电、放电的二次电池，超级电器3也具可充电、放电特性，前者充电、放电时间以小时计算，后者以分钟、以秒计算，它在几分钟内充满电，而放电仅需1～3秒释放数百至数千安培电流和功率保持，因此，复合电池具快充、快放特性。
2.保护母体电池、延长了电池的使用寿命：由于复合电池中的超级电容器3具有瞬间释放数百至数千安培(A)大电流和高功率保持等特性，可避免母体电池深度放电，减轻了电池极板极化深度，延长了其寿命。例如，车辆的启动、爬坡、提速和正常运行，对电池释放的电流和输出的功率有较大差别，打火启动需要电池在1～3秒钟释放输出300～550A，约5000W的功率，其能量全部由复合电池中的超级电容器3输出，母体电池2处于被保护状态，减轻了电池极板极化深度，延长电池使用寿命，当车辆进入正常运行状态后，对电池输出的电流和功率需要值不会超过启动值的十分之一，车辆机械系统内的发电机开始供电并对亏电的母体电池2充电，电池对超级电容器3充电，如此循环。本实施例的复合电池与传统的电池循环使用寿命的测试见图11和图12，在图11中，在常温下和12V/55Ah的复合电池和相同容量的传统电池于300A放电循环次数进行测试，结果复合电池的放电循环次数是传统电池的3倍；在图12中，在-18℃下和12V/55Ah的复合电池和相同容量的传统电池于100A放电循环次数进行测试，结果复合电池的放电循环次数也是传统电池的3倍，由此可见，本实施例的复合电池的寿命明显延长，是传统电池的3倍。
3.由于超级电容器3可在极低温度如-40℃～+70℃温度范围内正常释放大电流和功率，有效扩展了该复合电池的使用范围，从而弥补了化学电源在低温下化学反应速度变得十分缓慢，导致在低温环境中释放的电流和功率小的不足；而现今的常用的铅酸蓄电池、锂离子电池属化学电源，气温的变化对放电性能有较大影响，常温下均可正常发挥固有特性。如铅酸蓄电池在环境温25℃时容量为100％，超过25℃时，每升高10℃电池的容量减少50％，容量随温度变化而变化；当在-10℃时，化学反应速度变得非常缓慢，-18℃(称低温)至-20℃电池电压下降25％，容量很难达到常温容量的85％，用动电启动系统，需多次点火启动，当在-30℃至-40℃时，很难或不能启动电启动系统，而超级电容器3可在-40℃至+70℃温度范围内正常释放大电流和功率保持，即使在-30℃下仍可以在1～3秒内一次成功启动电启动系统，对战车、坦克、潜艇在低温等恶劣环境中的打火启动有重大意义，如将超级电容器3与胶体铅酸电池2作为母体电池复合时，在-40℃条件下，该复合电池能正常释放大电流和功率保持。
4.回收能量、节能减排：复合电池中的超级电容器3能有效的回收、储存制动刹车及发动机富余能量，将该复合电池用于电驱动系统中，能有效节约油的用量，有利于节能减排，以锂电为母体的复合电池，作为EV、HEV等电动车动力电源，不仅保护电池，助力爬坡、提速，还回收、储存了刹车制动、发电机富余能量，当将复合电池用于混合动力汽车中，能使油耗下降20～25％，当用于电动车的动力源，可实现有害气体零排放，有利于节能减排、对新能源汽车等低碳经济发展有重大意义。
5.节约了资源：复合电池中母体电池2由于采用超级电容器3与之复合，相对传统的铅酸蓄电池而言，其体积减小，重量减轻了33～50％，从而有效节约了铅的用量，同理也减少了锂离子电池、镍氢母体电池正、负极材料的用量。由于复合超能电池中复合了超级电容器3，在电启动系统中所需电流不需电池提供，因此，可使传统铅酸蓄电池的容量大幅度降低；铅用量是决定电池容量重要因素，一只12V、200Ah的传统铅酸蓄电池重约60Kg，其中铅用量42Kg，大客车打火启动需两只前述蓄电池串联使用，两只电池铅的用量约为84Kg，而计算和试验证明，使用一只24V(或二只12V串联)、容量110Ah的复合电池与二只12V、200Ah的传统铅酸蓄电池1～3秒输出的功率相当，此时，二只12V，110Ah复合电池中母体电池用铅用量仅需为42Kg，铅用量减少50％。
本发明实施例还提供上述复合电池制备方法，包括如下步骤：
分别提供电池壳体1、母体电池2、超级电容器3和均压电路板4；
将母体电池2、超级电容器3和均压电路板4三者并联连接，形成并联系统；
将并联系统的正、负极分别与壳体1上的正、负极端子11和12进行对应电连接；
将电连接完毕后的母体电池2、超级电容器3和均压电路板4置于电池壳体1内固定，得到所述的复合电池。
上述复合电池制备方法中的步骤可以根据实际情况作适当的灵活调整，如图8所示，步骤如下：
S11：分别提供电池壳体1、母体电池2、超级电容器3和均压电路板4；
S12：将超级电容器3与均压电路板4并联；
S13：将母体电池2与上述超级电容器3并联；
S14：将母体电池2的正、负极端子21、22分别与壳体1上的正、负极端子11、12进行电连接；
S15：将电连接完毕后的母体电池2、超级电容器3和均压电路板4置于电池壳体1内固定，得到所述的复合电池。
上述复合电池制备方法中的步骤也可以如图9所示，步骤如下：
S21：分别提供电池壳体1、母体电池2、超级电容器3和均压电路板4；
S22：将母体电池2与上述超级电容器3并联；
S23：将超级电容器3与均压电路板4并联；
S24：将母体电池2的正、负极端子21、22分别与壳体1上的正、负极端子11、12进行电连接；
S25将电连接完毕后的母体电池2、超级电容器3和均压电路板4置于电池壳体1内固定，得到所述的复合电池。
上述复合电池制备方法中的步骤还可以如图10所示，步骤如下：
S31：分别提供电池壳体1、母体电池2、超级电容器3和均压电路板4；
S32：将母体电池2的正、负极端子21、22分别与壳体1上的正、负极端子11、12进行电连接；
S33：将超级电容器3与均压电路板4并联；
S34：将母体电池2与上述超级电容器3并联；
S35：将电连接完毕后的母体电池2、超级电容器3和均压电路板4置于电池壳体1内固定，得到所述的复合电池。
上述关于复合电池制备方法中，也可以先将母体电池2、超级电容器3和均压电路板4分别固定于电池壳体1内腔中，然后再将各元件电连接，但无论采用上述哪种方式制备本实施例的复合电池，只要包含本实施复合电池中的各器件，以及各器件之间的连接关系，均落入本实施例技术方案之中。
上述复合电池制备方法工艺简单，成本低廉、适于工业化生产，同时母体电池2、超级电容器3复合，两者的优势互补，有效的解决和弥补了化学电源功率密度低的难题。
由于本实施例复合电池具有上述优点，因此，复合电池具可在电启动系统、电驱动系统、不间断电源、牵引车的启动和制动能量回收器件、电力供电系统智能电网控制器件的直流电源、飞机直流地面电源、军用激光武器、潜艇、导弹、航天飞机、载重卡车、装甲车或坦克等高功率军事装备中应用。
其具体应用范围包括但不仅仅限于如下方面：
a.用于各种内燃机为动力的各类机动车、飞机、船舶、工程机械、发电机组的电启动系统。
b.用于高铁动车组和城市地铁牵引车的启动和制动能量回收，也用于机动车制动能量回收，保护并延长了电池寿命。
c.用于混合动力汽车和电动汽车的动力电源，特别是代替蓄电池用于短距离电动车辆的动力电源。
d.用于电力供电系统智能电网控制器件的直流电源。不仅可提供高压开关电磁操作机构开合瞬间所需的大电流，也能满足电网测量控制设备对小电流的需求。
e.用于UPS电源。
f.用于风力发电、太阳能电池离网型储供电系统和重要用户的不间断供电系统。
g.用于飞机直流地面电源，解决电源车启动飞机发动机瞬间功率不足的技术难题并保护直流电源车发电系统的内燃机。
h.用于军事的激光武器、潜艇、导弹、航天飞机等高功率军事装备中，以提供其在发射阶段所需的高功率脉冲大电流，此外，军事用途的载重卡车、装甲车、坦克等在恶劣条件下的启动、爬坡、刹车等特殊操作。
本实施例复合电池的工作原理：母体电池2的高能量密度的性能优势和利用超级电容器3瞬间释放大电流和高功率的性能优势具有互补性，利用母电池2、超级电容器3的放电时间差和如上其他特性的不同，完成电容器的大电流放电，由于超级电容器3具有瞬间释放大大电流和高功率的特点，当工作件接通电路后，超级电容器3在瞬间向工作件提供大电流，均压电路板4的作用下，将本发明并联系统的电压维持恒定，因此，在电压一定的条件下，超级电容器3向工作提供了高功率，使工作件启动并工作，当超级电容器3放电完毕后，母电池有迅速对超级电容器3充电，完成一个循环，同时母电池也对工作件提供所需的电流使其持续工作。
现结合实施例，对本发明进行进一步举例详细说明。
实例1
如图4所示，本实施例复合电池中12V、100Ah铅酸蓄电池的母体电池2与15V～110F的超级电容器模组3，固定于电池壳体1内腔中，均压电路板4通过焊接、螺钉6固定于超级电容器3的正、负极31、32之间，均压电路板4上的正、负极端子41、42分别与超级电容器3的正、负极31、32对应电连接，超级电容器3的正、负极31、32分别与母体电池2的正、负极21、22对应电连接，母体电池2正、负极21、22延伸至电池壳体1外，与电池壳体1上的正、负极端子11、12成为一体，该实施例中的各元件的电连接采用导线5连接。该复合电池制备步骤如下：
S11分别提供电池壳体1，12V、100Ah铅酸蓄电池的母体电池2，15V、110F的超级电容器模组3和均压电路板4；
S12采用焊接、导线5将均压电路板4上的正、负极端子41、42分别与超级电容器3的正、负极31、32对应电连接，超级电容器3的正、负极31、32分别与母体电池2的正、负极21、22对应电连接；
S13将均压电路板4通过焊接、螺钉6固定于超级电容器3的正、负极31、32之间；
S14按上述位置关系，将电连接完毕后的母体电池2和超级电容器3、均压电路板4置于电池壳体1内固定并密封，得到所述的复合电池，其中，母体电池2、超级电容器3通过导线5连接，并通过但不限于粘胶固定于电池壳体1内。
本实例复合电池的主要技术参数如下：
标称电压：12V
标称容量：(C20，25℃)100Ah
能量密度：45Wh/Kg
放电电流：100～800A
最大放电：(1-3S)800A
功率：24W～9600W
瞬间最大功率：9.6KW
自放电：(25℃，28天，荷电保持率≥95％)
循环使用寿命：是母体电池的2.0倍以上
放电温度：-35℃～+70℃。
实例2
如图3所示，本实施例复合电池中24V、10Ah的磷酸铁锂母体电池组2垂直固定于电池壳体1内腔中，27V、35F的超级电容器模组3横卧固定于电池壳体1内腔底部，均压电路板4固定于靠近超级电容器3的电池壳体1内腔侧壁，所述均压电路板4上的正、负极端子41、42和超级电容器3的正、负极31、32分别与母体电池2的正、负极21、22对应电连接，母体电池2的正、负极21、22分别与电池壳体1上的正、负极端子11、12对应电连接，该实施例中的各元件的电连接采用铜片连接。该复合电池制备步骤如下：
S21分别提供内腔设有分别与母体电池2、超级电容器3和均压电路板4对应体积格栅的电池壳体1，24V、10Ah的磷酸铁锂类型母体电池组2和27V、35F的超级电容器模组3以及均压电路板4；
S22采用焊接、将均压电路板4上的正、负极端子41、42和超级电容器3的正、负极31、32分别与母体电池2的正、负极21、22对应电连接；
S23将母体电池2的正、负极端子21、22分别与壳体1上的正、负极端子11、12采用导线电连接；
S24按上述位置关系，将电连接完毕后的母体电池2、超级电容器3和均压电路板4分别固定于电池壳体1内，并密封，得到所述的复合电池。
本实例复合电池的主要技术参数如下：
标称电压：24V
标称容量：(C20，25℃)10Ah
能量密度：60～150Wh/Kg
放电电流：5～250A
功率：60～2400W
最大放电：(1～3S)250A
瞬向最大功率：6KW
自放电：(25℃，28天，荷电保持率≥95％)
循环使用寿命：是母体电池的1.5倍
使用温度：-20℃～+55℃。
实例3
如图5所示，本实施例复合电池中14V、10Ah的镍氢母体电池组2与15V、110F超级电容器模组3，母体电池2的电池壳体1内设有空腔，超级电容器3固定于母体电池2的电池壳体1内空腔中，所述均压电路板4固定于母体电池2与超级电容器3中间，将均压电路板4固定于其中一元件体上，所述均压电路板4上的正、负极端子41、42分别与超级电容器3的正、负极31、32对应电连接，超级电容器3的正、负极31、32分别与母体电池2的正、负极21、22对应电连接。该复合电池制备步骤如下：
S31分别提供电池壳体1，14V、10Ah的镍氢电池母体电池2，母体电池2的壳体内设有空腔，15V、110F的超级电容器模组3和均压电路板4；
S32用焊接方式将均压电路板4上的正、负极端子41、42分别与超级电容器3的正、负极31、32对应电连接；
S33将超级电容器3的正负极端子31、32分别与母体电池2的正、负极21、22也即是电池壳体1上的正、负极端子11、12采用导线电连接；
S34按上述位置关系，将电连接完毕后超级电容器3、压电路板4放置于电池壳体1内腔中也即是母体电池2壳体内设有的空腔中，并用粘胶将其固定，然后密封，得到所述的复合电池。
本实施例主要技术参数如下：
标称电压：14V
标称容量：(C20，25℃)10Ah
能量密度：80Wh/Kg
放电电流：100～550A
最大放电：(1～3S)550A
功率：2800W
瞬向最大功率：7.7KW
自放电：(25℃，28天，荷电保持率≥75～80％)
循环使用寿命：是母体电池的1.5倍
使用温度：-30℃～+55℃。
以上所述仅为本发明的实施例之一而已，并不用以限制本发明，它可以根据母体电池的不同电压和容量值，采用相应电压和容量值的超级电容器复合出不同系列、多种不同电压、容量不同应用场合的复合电池。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种复合电池，包括电池壳体，所述电池壳体上设有正、负极端子，其特征在于：在所述电池壳体内还包括母体电池、超级电容器和均压电路板，所述母体电池、超级电容器和均压电路板分别固定于电池壳体内部，所述母体电池、超级电容器和均压电路板三者并联电连接构成并联系统，所述并联系统的正极、负极分别与电池壳体上的正、负极端子对应电连接；
所述超级电容器是电压为5V～125V、容量为50F～500F的超级电容器模组。
2.根据权利要求1所述的复合电池，其特征在于：所述母体电池为化学电源中的二次电池。
3.根据权利要求1或2所述的复合电池，其特征在于：所述母体电池为铅酸蓄电池、锂离子电池或镍氢电池。
4.根据权利要求3所述的复合电池，其特征在于：所述铅酸蓄电池为免维护铅酸电池、胶体铅酸电池、固体铅酸电池、管式极板铅酸电池或板栅涂膏卷绕式铅酸电池。
5.根据权利要求3所述的复合电池，其特征在于：所述锂离子电池为磷酸铁锂、锰酸锂或钛酸锂的锂离子电池。
6.根据权利要求1或2所述的复合电池，其特征在于：所述母体电池是电压为2V～24V、容量为10Ah～1000Ah的铅酸蓄电池或电压为3.2V、容量为1～10Ah的磷酸铁锂离子电池单体所集成的电池组或电压3.6～3.7V、容量1～10Ah锰酸锂离子电池单体所集成的电池组或电压为1.2V、容量为1～10Ah的镍氢电池单体所集成的电池组。
7.根据权利要求1所述的复合电池，其特征在于：所述超级电容器是电压2.5V～2.7V、容量350～3000F电容器单体或串或并或串并结合联接而成的模组。
8.一种复合电池制备方法，包括如下步骤：
分别提供电池壳体、母体电池、超级电容器和均压电路板；
将母体电池、超级电容器和均压电路板三者并联连接，形成并联系统；
将并联系统的正、负极分别与壳体上的正、负极端子进行电连接；
将电连接完毕后的母体电池、超级电容器和均压电路板置于电池壳体内固定，得到所述的复合电池；
其中，所述超级电容器是电压为5V～125V、容量为50F～500F的超级电容器模组。
9.根据权利要求1所述的复合电池在电启动系统、电驱动系统、不间断电源、牵引车的启动和制动能量回收器件、电力供电系统智能电网控制器件的直流电源、飞机直流地面电源、军用激光武器、潜艇、导弹、航天飞机、载重卡车、装甲车或坦克中的应用。
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