专利名称：无铅电池和使用其的车辆系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及作为在电极板中不使用铅，且在电解液中不使用硫 酸，不^f吏用铅、石危酸等引起污染的物质的高性能、高容量的二次电 池的无铅电池，以及使用电池快速充放电特性比铅电池更优异的上 述无铅电池作为二次电池的适于车辆〗吏用的车辆系统。
背景技术：
在电极中使用铅、在电解液中使用石克酸的铅电池在^艮长的 一段 期间作为代表性的二次电池而普及，并改良材料和结构，提高性能、 寿命。即，通过极板、隔膜、电池壳体等的改良，达到免维护、封 闭型电;也。
但是，除了能量容量低、重、体积大的问题之外，由于使用硫
酸作为电解液， 一般地，当提高性能时，容易引起硫化(sulfuration), 无法避免电池的内部电阻的增加。
而且，如果进4亍碌"匕，则离子的移动变得困难，无法工作而导 致废弃，但爿琉酸、电极的铅等污染物质的废弃处理并不容易。
此外，在重负载下使用铅电池的情况下，极板与电解液均被消 耗，特别是上述的封闭型电池的情况下，当然极板与电解液的补充 都是不可能的。 虽然进行了一些电池内部的结构、电解液等的改良，但是大部 分情况下电池的性能恶化，无法回避材料固有的污染物质的危险因 素。
例如，关于铅电池内部结构的改良，如专利文献l, /〉开了在 电解液槽的盖上i殳置配置有催化剂的控制阀，^吏在电池内产生的气 体高效地与催化剂反应，使生成的水返流，并且防止负极的硫化的 技术。因为铅电池具有上述问题，所以其用途和使用方法被限定。
伴随着最近的便携式设备的普及，作为其二次电池，能够一定 程度上回避铅电池所具有的上述问题的锂离子电池被普及。即，这 是因为锂离子电池能量密度高、小型、重量轻且污染性低。
但是，锂离子电池具有下述问题制造成本高，而且循环寿命 为300次左右，与铅电池的1000次左右相比，循环寿命较低，因 此运转成本更高。
此外，锂离子电池相对过放电和过充电的耐力不够，特别是进 4亍过充电时电池过热，当超过约130。C时电池石皮裂，导致电解液的 喷出。
于是，开发了在电池内部由于高温即将破裂时，将气体从封入 部的衬垫的一部分放出的方法、使盖部分(正极端子)飞出而将气 体放出的方法、通过破坏内部隔膜产生短路以抑制气体的产生等方 法。
或者是，参照专利文献2， 7>开了通过使用凝胶状的非水类电 解液，将可燃性的有4几溶剂用作电解液的、溶剂的情况下的减少火灾 的危险性的技术。
另一方面，关于车辆系统中^f吏用的二次电池，存在以下所述的 问题。
在现有的车辆中使用铅电池，但存在下述的各种问题。其中一 个是，每单位容积的能量容量低、当使用于车辆时太重、导致容积 变大。
在此之外，当如上所述由于硫化导致铅电池的内部电阻增加 时，该铅电池的斩b酸和铅等污染物质的废弃成为车辆系统的问题。
特别是在重负载下使用车辆用铅电池时，极板和电解液均被消 耗，但在封闭型电池的情况下，存在无法进行极板的替换、电解液 的补充等缺点，对于车辆系统也是不方1"更的。
专利文献l改良了4&电池内部结构，以能够7 义受车辆用的重负
载，但不管怎样，作为二次电池的铅电池限制了车辆系统的提高。
专利文献l:日本特开2001-148256号公才艮(第2、 3页，第l
图)
专利文献2:日本净争开平09-270271号/>净艮(第2、 3页，第1
图)
发明内容
本发明的目的是提供一种用于解决上述二次电池的各种问题 的、不〗吏用作为污染原因的铅、石危酸的无铅电池。
为此，本发明的课题是提供在阳极设置混合有钩(Ca)、氧化 银(Ag20)、碳等的电极，在阴极设置混合有锌(Zn)、碳的电极，
电解质溶液为石咸性水溶液而构成电池，比铅电池性能高、容量大的 二次电池。
进而，以提供将该无铅电池用作比铅电池快速充放电特性更优
异的二次电池的车辆系统为i果题，详细而言，以4是供一种具有通过 一次外部充电能够行驶较长距离的车辆行驶中的补充充电功能，并 且车辆污染因素的产生4交少的车辆系统。
为了解决上述课题，本发明的无铅电池在阳极设置混合有4丐、 氧化银和碳的电极，在阴极设置混合有锌和碳的电极，在阳极和阴 极的中间部设置选择性地通过氢氧离子的隔膜，在这些电极间配置 的电解质溶液4吏用石威性水溶液，且不^f吏用4S。
此外，上述阳极包括铜镍合金网状的电极基材；和在4丐、氧 化4艮、碳中掺入粘合剂进行混合，涂敷在上述电极基材上并干燥而 得到的阳极侧浆料(paste material),上述阴极包括锌板网状的电 极基材；和在锌、碳中掺入粘合剂进行混合，涂敷在上述电极基材 上并干燥而得到的阴极侧浆料。
此夕卜，上述阳极的钩、氧化4艮和碳的混合比例至少在4丐40%~ 60% 、氧化4艮20% ~ 3 0% 、碳10% ~ 40%的范围内。
此夕卜，上述阴极的锌和石友的混合比例至少在锌60%~90%、石岌 10%~40%的范围内。
进而，本发明的使用无铅电池的车辆系统是使用上述的无铅电 池的车辆系统，包4舌
一单位单元，交替地重叠配置有多个上述无铅电池的阳极和阴 极，并分别隔着上述隔膜^f吏各才及的两面相对而构成，能够增加容量；
第一和第二电池组，串联连^妄关见定容量的上述单元，车ir出关见定
DC电压；
轮毂发电机，包括分别固定在车辆的各车轮的轮盘上的转子和 固定在上述各车轮的轴承上的定子，该转子和定子的至少一部分收 納设置在由该车轮的轮缘和轮盘包围的空间中，通过车辆的行驶， 车轮旋转，从而输出电力；
动力电才几，其利用电力^f吏该车辆4亍马史；
放电*充电切换装置，其进行下述两种模式的切换
第一电池放电.第二电池充电模式，通过电子控制ON信号，使 上述第一电池组的电极端子与上述动力电机的输入端子连接，并且 通过电子控制ON信号使上述第二电池组的电极端子与上述轮毂发 电机连接，
第二电池放电.第一电池充电才莫式，通过电子控制ON信号，使 上述第二电池組的电极端子与上述动力电机的输入端子连接，并且 通过电子控制ON信号使上述第 一 电池组的电极端子与上述轮毂发 电才几连4妄；以及
切换控制部，包括具有模式切换单元的计算机，该模式切换单 元计测上述各第一、第二电池组的各自的电力消耗量，在存储器中 累积，并且为了在一个电池组的剩余量为存储在存储器中的M^定量 以下时自动地切换至另 一个电池组，对上述放电*充电切换装置的电 子控制开关组分别发送电子控制信号。
此外，上述单元的阳极包括铜镍合金网状的规定的容积尺寸 (体积和尺寸)的电极基材；和在规定混合比的钙、氧化4艮、碳中
掺入粘合剂进行混合，涂敷在上述电极基材上并干燥而得到的阳极 侧浆料，
上述单元的阴极包括锌板网状的与上述阳极的容积尺寸相同 的电极基材；和在规定混合比的锌、碳中掺入粘合剂进行混合，涂 敷在上述电极基材上并干燥而得到的阴极侧浆料。
此夕卜，上述阳才及侧浆料的头见定混合比至少在4丐40%~60%、氧 化银20% ~ 30%、碳10% ~ 40%的范围内，上述阴极侧浆料的规定 的混合比至少在锌60% ~ 90%、碳10% ~ 40%的范围内。
此外，上述切换控制部包括发电机分离单元，上述发电机分离 单元总是(constantly)计测所连4妄的电池组与上述l仑毂发电机的发 电输出电压，在4仑毂发电机的电压值低于该电池组的时刻，向来自 轮毂发电机的输出端子上的所有的电子控制开关发送切断(OFF ) 信号。
此外，在上述放电.充电切换装置中，将第三蓄电装置与上述第 一和第二电池组并联设置，该第三蓄电装置包括电容器部，该电容 器部包括n (整数)个双层电容器；通过输入的电力对n个该双 层电容器以规定时间依次进行充电的充电切换控制电路；和从已充
路，
上述切换控制电路部包括电容器放电单元，上述电容器放电单 元检测车辆开始行驶的时刻，从该时刻发送使上述电容器部与车辆 的上述动力电机连接的控制信号，以前进时必需的大电流使动力电 机运行。
本发明的无4g电池达到以下的效果。即，因为在电才及中不4吏用
铅(Pb),在电解液中不使用碌u酸，所以不包含污染物质，容易进 行废弃处理。
此外，解决了上述铅电池的各种问题，进而还添加了下述特性。
1 )能够快速充电。即能够以铅电池的约1/3的时间进行满充电。 进而，因为阳极、极极混合有碳，所以具有一部分电容器的特性。
2) 没有记忆效应，因此能够进行追加充电。因为能够进行该 追加充电，所以能够^f吏电池的维护才几构变得简单。其中，记忆效应 是Ni-Cd、 Ni-MH电池所特有的，尤其在阳极使用镍(Ni)时会产 生i亥i己忆效应。
3) 能够进行快速放电，具有超极电容器的特性。
4) 小型轻量，能够使重量为铅电池的约1/5,大小(容积)为 4&电池的1/3。
因为每一单元的电压为约2.5V，比铅电池(一单元2.0V)高， 所以在要求身见定电压的情况下，能够以4交少的单元ft达成目标，因 此能够达到小型轻量。
5) 电极、电解液均能够再生，没有环境负担。包括电解液， 阳极、阴极均没有必要使用有机添加剂等，因此能够再生。
6) 电池内部结构与铅电池同样简单，且材料费便宜，因此能 够以低成本进行制造。进而，重量比铅电池小，外壳也可以是小重 量结构，材料费便宜。
A匕夕卜，本发明的车辆系纟充达到以下岁文果。即，因为用作二次电
池的无铅电池不4吏用4g、碌L^酸，所以不包4舌污染物质，车辆废弃处 理变得容易。
此外，也解决了上述铅电池的各种问题，例如重量较重，容积 较大等问题，没有硫化，维护容易。
此夕卜，在车辆前进时，电池需要在短时间内快速放电，相比于 现有的铅电池，具有承受快速放电的性能，此外，由快速放电引起 的电池故障比现有技术少。进而，通过并联添加多个双层构成的电
容器部，能够进一步减少相对快速^:电的故障。
因为能够进4亍快速充电，所以能够以铅电池的约1/3的时间进 4亍满充电。电池《且为空而进4亍充电的'lt况下当然是可以的，本发明 的系统中，在车辆行驶中两组电池组交替充电的情况下，也能够在 短时间内充分地进4亍充电。
进而，因为无铅电池没有记忆效应，所以能够追加充电，由此 本系统中的两组电池组能够任意进4亍切换，能够在4亍马史中一个一个 地进行补充充电，从而行马史距离大幅增加。此外，能够使接受外部 电源的满充电的时间间隔比王见有4支术的长。
此夕卜，每一单元的电压比铅电池(1单元2.0V)高，约为2.5V， 因此在要求规定电压的情况下，能够以较少的单元数达到目标，能 够达到小型轻量化。
此外，电池内部结构与铅电池同样简单，重量低、材料费便宜， 因此成本较低。进而，因为外壳也可以是小重量结构，所以材料费 便宜。
此夕卜，4吏交*#地进行车辆系统的方文电、充电的一对电池组并联， 配置燃料电池，与充电的电池组连接，则，能够进一步使接受外部
电源的满充电的时间间隔变得相当长，成为向空气中;^文出的有害物 质才及少的车辆。
进而，在该车辆的外侧喷射或涂#1光催化剂(例如二氧化钬等 超樣史粒子液体等)，则车辆的电子由于光(紫外线)而脱离，生成 空穴，结果分解大气中的有机物。综合以上所述，可知能够产生成 为现有4支术所没有的解决环境问题的车辆系统的效果。
图1是本发明的无铅电池的各单元的内部结构图2表示本发明的无铅电池的阳极、阴极的结构，(a)是阳极 板的制造流程图，(b)是阴极板的制造流程图3表示本发明的无铅电池的实施方式，(a)是电动轮椅 (DC24V规格)的实施例，(b)是电钻(DC12V规格)的实施例；
图4是本发明的无铅电池与铅电池的比较图5是充电特性的比较图6是放电特性的比较图7是本发明的车辆系统的第一实施例的结构图； 图8是本发明的车辆系统的第二实施例的结构图； 图9是安装在车轮上的轮毂发电机的结构图10是表示轮毂发电机的转子和定子的详细结构的图，是通
过车轴与地面垂直的截面图11是表示放电.充电切换装置41的一实施例的示意图； 图12是表示电容器部60的结构的图；以及 图13是表示车辆用无铅电池的单元结构和其电池组的图。 附图才示i己i兌明
a 阳才及端子
b 阴才及端子
c 阴才及板
d 阳极板
e 碱性水溶液
g 夕卜壳
隔膜
hl h8 桂控制整流元件的棚-极端子
10 单元
12 第二电池纟且
30 轮毂发电机
31 前轮
33 车轴
34 轮盘
11 第一电池纟且 20 动力电枳a 30a 多路转换器 32 后轮 33a ^J求砵由岸义 34a 突起固定部
34b 轮缘 35a 线圏 37 轴承 37b 支承体 39 4俞出电^苋 51、 52 ^刀4奂4空制部 54 4空制车叙出I/F电路 60 电容器部 62 充电切换控制电路 64 充电侧端子 90 车辆 90b 轮胎 90d 弹簧
具体实施例方式
35转子 36 定子 37a 滚球轴承 37c 延伸部
41、 42 力文电.充电切换装置
53 存储装置
55 l俞入I/F电路
61 双层电容器
63 》丈电切换控制电3各
65 ;改电侧端子
90a 底盘
90c 悬架装置
100、 200 车辆系统
下面参照附图具体i兌明本发明的无铅电池的实施例。
图1是每个单元的无铅电池的内部结构图。此处，a、 b分别表 示阳极端子、阴极端子。c、 d分別表示阴极板、阳极板，e表示石咸
性水溶液。f表示选择性地通过氢氧离子的隔膜(separator), g表 示它们的外壳。
图2表示图1的无4&电池的阴招j反c、阳核j反d的结构，(a) 是阳极板d的制造流程图，(b )是阴极板c的制造流程图。
阳极板d是使作为最初的电极基材的铜镍合金板成为网状而制 作的电极基板。在一端上预先设置有+端子a。
接着，在钙(Ca)、氧化银(Ag20)、粒状的碳中掺入粘合剂 进行混合，将成为浆状的物质涂敷在上述铜镍合金板网状的电极基 板上。
涂敷之后，使浆料干燥再烘干，完成阳极板d的制作。
另 一方面，阴极板c是使作为最初的电极基材的锌板成为网状 而制作的电极基板。在一端上预先设置有-端子。
接着，在锌(Zn)、粒状的碳中掺入粘合剂进行混合，将成为 浆状的物质涂#丈在上述锌才反网状的电才及基^反上。
涂敷之后，使浆料干燥再烘干，完成阴极板c的制作。
此处，阳极板d的4丐(Ca)、氧化4艮(Ag20)、碳的混合比例 和阴极^反c的锌(Zn)、碳的比例分别在以下的范围内。
阳才及4丐40% ~ 60% 、氧4匕4艮20% ~ 3 0% 、碳10% ~ 40%
阴极锌60% ~ 90% 、碳10% ~ 40%
接着，对以上结构的电池的动作进行说明。
电极的反应式如下所述，2e /人负才及流入正才及。 正极Ag20+H20+2e ——2Ag + 20H_ 负 极Zn+20H — —ZnO+H20+2e_ 在正极生成的20HT通过隔膜向负极移动。
上述反应式以4艮为基准记载，钓离子的反应在充电时》文出Ca+, 主要在负极件(板)处被碳吸附。此外，在放电时，该钙离子0&+ /人石友脱离，回到阳才及件(4反)。
Ca离子的离子半径(0.99)较大，充电时的状况很大程度地依 赖于储存该离子的负极件的性能。
但是，因为Ca离子具有2价的阳离子，所以为高电压(每一 单元1.8V~3.0V)、大容量、能量密度高。
本发明的无铅电池是具有Ca离子的特性和现有的4艮锌电池的 复合电池。
对能量密度进行比较，银锌电池是铅电池的大约3倍，因此能 够实现小型、轻量化。
接着，在图3 (a)中表示串联连接有10个上述无铅电池的单 元的电动轮椅等中能够使用的DC24V规格的一个实施例。
在图3 (a)的右侧表示一个单元的内部结构。 一个单元2.5V, 组合5个单元成为一个才莫块，4吏用两个该才莫块形成一个组件。即， 一个组件25V，能够得到60Ahx2的容量。
图3 (b)中表示相比(a)容量较小的情况下的电钻(DC12V 左右)的一个实施例，在右侧表示该一个单元的内部结构。 一个单 元能够得到2.5V、 4000mAh ~ 5000mAh的容量。5个单元是12.5V。
接着，在图4中表示本发明的无铅电池和铅电池的比较图。
图4是对为了得到容量60Ah左右的性能的容积、重量、电解 液的比4交。可知，本发明的无4&电池的容积、重量举交少。
图5是比较本发明的无铅电池和铅电池的充电特性的图。以无 铅电池容量为40Ah而进行比4交。在10.8V下开始，到达12.5V的 时间差表示出l.OH和3.8H的时间差。
图6是分别比较40Ah容量性能的本发明的无铅电池和铅电池 的》文电特性的图。
通过10A恒定电流;故电，/人12.5V到终止电压10.8V的时间分 别为3.5H、 2.2H。
其中，本发明的无铅电池的终止电压为约8.0V，能够更长时间 的放电而变得更低，但因为一般的铅电池的终止电压为10.8V,所 以在图6中使测定条件与铅电池的10.8V—致。
以下，参照附图对本发明的车辆系统的实施例进行具体的说明。
图7是车辆系统的第一实施例的结构图。在车辆系统100中， IO表示无铅电池的一单位的单元。在该实施例中，串联连接5个单 位单元，分别构成第一和第二电池组11、 12。此外，将在后述中介 绍单元10。
20表示车辆90 (参照图9)的刊v驶用的动力电才几，30表示安 装在车辆90的前轮31、后轮32 (参照图9 )的轮盘34 (参照图9 ) 上的4台4仑毂发电才几(in-wheel generators )。在后述中参照图9、图 10 ，对轮毂发电机30向轮盘34的安装和内部结构的详细内容进行说明。
4台轮毂发电机30的输出电缆39通过多路转换器30a与放电 充电切:换装置41连才姿。
充电、；改电切4灸装置41具有以下所示的"第一电池;改电.第二 电池充电模式"和"第二电池放电.第一电池充电模式"这两个模式。 以后，将前者称为A模式，将后者称为B模式。
A模式中，通过切换控制部51发出的电子控制ON信号，第 一电池组11的电才及端子与动力电机20的输入端子连接，并且，通 过电子控制ON信号，第二电池组12的电极端子与轮毂发电机30连接。
另一方面，在B^^莫式中，通过切换控制部51发出的电子控制 ON4言号，第二电池纟且12的电才及端子与动力电才几20的l俞入端子连 接，并且，通过电子控制ON信号，第一电池组11的电极端子与轮 毂发电机30连接。在后述中使用图11说明该具体例。
如图11所示，计算才几构成的切换控制部51包括CPU (计算 才几中央控制部)；存+者装置53;输入和显示装置56、 57;包括朝向 放电*充电切换装置41的控制端子的控制输出I/F电路54;输入与 放电.充电切换装置41连接的第一、第二电池组11、 12和/或轮毂 发电才几30的电压、电流等4言息的l叙入I/F电路55。
切换控制部51具有切换上述A模式和B模式的模式切换单元。 以下i兌明其动作。
在模式切换单元中，CPU每隔规定时间计测第一、第二电池组 11、 12的各自的电力消耗量(电流和使用时间)，并存储在存储装 置53(或存储器)中，合计各自的电力消^>量，当一个电池组的剩 余量低于存储在存储装置53 (或存储器)中的规定量时，为了自动 地向另一电池组切换，通过切换控制部51的控制输出I/F电路54, CPU对;故电，充电切换装置41的电子控制开关组分别发送切换A才莫 式或B模式的电子控制信号。
而且，该动作也可以是从输入I/F电路55得到使用电流或电压 传感器而获得的来自第一、第二电池组ll、 12、轮毂发电机30等 的信息，而进行切换的判定。
以下，进一步详细i兌明第一实施例。图13表示为了增加容量， 交^齐重叠阴阳电才及，4吏用各电极的两面以增加相乂寸面积、的无4&电地^ 的一单位单元的结构，和车辆用DC12V中4吏用的电池。图13所示 的车辆用无铅电池的一单位单元，如前所述，包括阳极端子a、阴 极端子b、阴极板c、卩日极板d、和选择性地通过氬氧离子的隔膜f、 充满石威性水〉容液e的夕卜壳g。
图7的第一、第二电池组11、 12是串联连4妄5个上述的无铅 电池的单元10的DC12V规j各的车辆用无铅电池。
此外，图13左侧的单元的结构是在图2所示的电招j反的制造 时4吏阳核j反d和阴核j反c的面积变大，从而增加招j反的相对面积， 使用各自的两面，并且进而重叠多个极板，使得容量增加到60Ah 左右。图13右侧的立体图表示串联连4妄5个单元的12.5V电池组。
使上述的车辆用电池组与现有的铅电池为相同容量60Ah而进 4亍比專交，/人图4可知，其容积为约1/3~1/4左右，重量为约l/8左 右，显著减少。
此外，在图5中表示以相同容量40Ah进行比较的快速充电特 性，无铅电池能够以4&电池的约1/3的时间(/人3.8小时减少至1.0 小时)进行满充电，即，可知快速充电特性优异。
进而，在图6中表示由相同的10A恒定电流放电进行比较的放 电特性，无铅电池相对于铅电池变长至1.5~1.6倍左右(从2.2小 时增加至3.5小时)，即，可知快速放电特性也优异。
由此可知，无铅电池不会由于快速放电而容易地使电压下降。 这是因为无4&电池的内部电阻少，具有 一 定的所谓的超才及电容器的 特性。
接着说明安装在车轮上的轮毂发电机的详细结构。图9是安装 在车轮上的轮毂发电机的结构图。
车辆90的各车轴33的前轮31和后轮32的轮盘34上分别固 定有转子35。
当车轴33通过车辆90的动力电才几20旋转时，转子35相对定 子36 (参照图10)旋转，发出的电力通过输出电缆39经由多路转 换器30a向上述》文电《充电切换装置41输出。
图IO是表示轮毂发电机的转子与定子的详细结构的图。
图10表示通过车轴33与地面垂直的面的截面，卯a表示车辆 的底盘，90b表示轮胎，90c表示悬架装置，90d表示弹簧。
车轴33通过滚球轴承33a被轴承37支承，轴承37通过悬架 装置卯c和弹簧90d支承底座90a,轮盘34在其中心部分上固定车 轴33的端部，在其外周部分上设置有轮缘34b，支承轮胎90b。
轮盘34在其中间部分设置有突起固定部34a，另一方面，轴承 37具有延伸部37c和设置在其外周的支承体37b，突起固定部34a 以贯通i殳置在延伸部37c和支 K体37b之间的同心圆状的开口部的 方式配置。
在该支岸义体37b的内部沿周向排列有多个线圏35a的转子35 固定在突起固定部34a上，进而通过滚球轴承37a被轴承37支承。
另一方面，由7JOF兹体构成的定子36固定在乂人轴 K37延伸的支 承体37b上。
才艮才居以上结构，当在定子36的内侧，转子35与车轴33共同 旋转时，通过与线圏35a的两端连接的配线取出发电输出。
接着，说明放电.充电切换装置41的实施例。图11是表示放电 .充电切换装置41的一个实施例的示意图。
在该实施例中，在使用8个硅控制整流元件的实施例中，以 hl h8表示由卩日才及、阴才及、棚4及构成的石圭控制整流元件的4册电极端 子。
该才册电纟及端子hi ~ h8与上述计算才几构成的切换控制部51的控 制输出I/F电路54的输出端子组分别连接。而且，使用传感器，向 输入I/F电路55的输入端子组输入充电所必需的、包括第一、第二 电池组11、 12的每隔规定经过时间的放电电流值的各种信息值， 并在存储装置53中累积，计算其累积值，如果超过预先确定的放 电值则向各4册电极hi ~ h8发送控制信号ON或OFF,切换才莫式。
在图11中，切换控制部51的CPU具有A、 B才莫式切换单元， 根据通过输入I/F电路55输入的至少第一、第二电池组11、 12的 各个时刻的放电量和存储在存储装置53中的电池的规定全放电量， 计算剩余量，当到达预先确定的剩余量时，自动地切换至另一^f莫式。 此时，通过控制输出I/F电路54向放电*充电切换装置41的栅极端 子hl h8发送的ON、 OFF信号表示在表中。
如表所示，在A模式中从CPU向hl、 h2、 h7、 h8发送ON信 号，向h3、 h4、 h5、 h6发送OFF信号，根据这些控制信号，放电. 充电切换装置41使第一电池组11和动力电机20连接，使第二电 池组12和4仑毂发电才几30连4妄。
另一方面，在B才莫式中从CPU向hl、 h2、 h7、 h8发送OFF 信号，向h3、 h4、 h5、 h6发送ON信号，根据这些控制信号，放 电'充电切换装置41使第一电池组11和轮毂发电机30连接，使第 二电池组12和动力电才几20连才妄。
接着，说明本发明的车辆系统的第二实施例。图8是表示本发 明的车辆系统的第二实施例的结构图。与图7的符号相同的符号为 相同的功能，省略i兌明。
60是与第一和第二电池组11、 12并列i殳置的电容器部。图12 是表示电容器部60的结构的图。
如图12所示，电容器部60包括n (整数)个双层电容器 (double-layer capacitors) 61; 4吏用##入的电力只于n个双层电容器
61以规定时间T依次进行充电的充电切换控制电路62;和从已充 电的n个双层电容器61的每一个依次放电的放电切换控制电路63。
以上结构的电容器部60作为第三蓄电装置，与放电.充电切换 装置42连"t妄。其中，充电侧端子64和方文电侧端子65分为两对与 放电.充电切换装置41连接。
而且，如果在电容器部60内部设置充电、；改电切换电3各，切 换控制部52控制其切换，则充电侧端子64和方丈电侧端子65成为 一对。
无i仑如^f可，切才灸控制部52的CPU在A、 B才莫式切才灸单元之外， 还追加有下述的电容器》文电单元。
即，切换控制部52的CPU 4全测停止的车辆开始行驶的时刻，
连接的ON信号，以及使第一和第二电池组11、 12为OFF的信号， 以4亍马史时必需的大电*"吏动力电才几20运4亍*见定时间(n个只又层电容 器61全部》文电的时间)，然后回到通常的才莫式切4灸单元。
而且，充电切换控制电路62 乂人轮毂发电4几30接受充电电力， 由图12的虚线右侧所示的多路分解器进行多路分解，向n个双层 电容器61供给时间分割信号。
另一方面，》文电切换控制电if各63以利用时间分割信号对存卡者 在n个双层电容器61中的电力进4亍;改电的方式来进4亍控制。由图 12所示的虚线右侧的多路转换器对其放电电力进行多路转换，向车 辆的动力电才几20供给该》文电电力。
权利要求
1.一种无铅电池，其特征在于，在阳极设置混合有钙、氧化银和碳的电极，在阴极设置混合有锌和碳的电极，在阳极和阴极的中间部设置选择性地通过氢氧离子的隔膜，在这些电极间配置的电解质溶液使用碱性水溶液，且不使用铅。
2. 根据权利要求1所述的无铅电池，其特征在于，所述阳极包括铜镍合金网状的电极基材；以及在4丐、 氧化银、碳中掺入粘合剂进行混合，涂敷在所述电极基材上并 干燥而得到的阳极侧浆料，所述阴极包括锌板网状的电极基材；以及在锌、碳中 掺入粘合剂进行混合，涂敷在所述电极基材上并干燥而得到的 阴极侧浆料。
3. 根据权利要求1或2所述的无铅电池，其特征在于，所述阳4及的钙、氧4b4艮和石灰的混合比例至少在钙40% ~ 60%、氧化4艮20% ~ 30%、碳10% ~ 40%的范围内。
4. 根据权利要求1或2所述的无铅电池，其特征在于，所述阴极的锌和碳的混合比例至少在锌60%~90%、碳 10%~40%的范围内。
5.一种使用权利要求1所述的无铅电池的车辆系统，其特征在于包括一单位单元，交替地重叠配置有多个所述无铅电池的阳极和阴极，并分别隔着所述隔膜使各极的两面相对而构成，能够增加容量；第一和第二电池组，串联连接规定容量的所述单元，输出规定DC电压；轮毂发电机，包括分别固定在车辆的各车轮的轮盘上的 转子和固定在所述各车轮的轴承上的定子，该转子和定子的至少一部分收纳设置在由该车4仑的4仑缘和轮盘包围的空间中，通 过车辆的行驶，车轮旋转从而输出电力；动力电机，其利用电力使该车辆行驶；放电.充电切换装置，其进行下述两种模式的切换第一电池放电.第二电池充电模式，通过电子控制ON信号，使所述第一电池组的电极端子与所述动力电机的输入端子连接，并且通过电子控制ON信号使所述第二电池组的电才及端 子与所述轮毂发电机连接，第二电池放电*第一电池充电模式，通过电子控制ON信号，使所述第二电池组的电才及端子与所述动力电才几的输入端子连接，并且通过电子控制ON信号使所述第一电池组的电极端 子与所述轮毂发电机连接；以及切换控制部，包括具有模式切换单元的计算机，所述模 式切换单元计测所述第一、第二电池组的各自的电力消耗量，在存储器中累积，并且为了在一个电池组的剩余量为存储在存 储器中的规定量以下时自动地切换至另一个电池组，对所述放电 充电切换装置的电子控制开关组分别发送电子控制信号。
6. 根据权利要求5所述的车辆系统，其特征在于，所述单元的阳极包括铜镍合金网状的规定的容积尺寸 的电极基材；以及在规定混合比的4丐、氧化银、碳中掺入粘合 剂进行混合，涂敷在所述电极基材上并干燥而得到的阳极侧浆 料，所述单元的阴极包括锌板网状的与所述阳极的容积尺 寸相同的电极基材；以及在规定混合比的锌、碳中掺入粘合剂 进行混合，涂敷在所述电极基材上并干燥而得到的阴极侧浆 料。
7. 根据权利要求6所述的车辆系统，其特征在于，所述阳才及侧浆^1"的^见定混合比至少在钓40% ~ 60%、氧化 银20% ~ 30%、碳10% ~ 40%的范围内，所述阴极侧浆料的规 定的混合比至少在锌60% ~ 90%、碳10% ~ 40%的范围内。
8. 根据权利要求5所述的车辆系统，其特征在于，所述切换控制部包括发电机分离单元，所述发电机分离 单元总是计测所连接的电池组与所述轮毂发电机的发电输出 电压，在轮毂发电机的电压值低于该电池组的时刻，向来自4仑 毂发电机的输出端子上的所有的电子控制开关发送切断、即 OFF信号。
9. 根据权利要求5所述的车辆系统，其特征在于，在所述放电.充电切换装置中，第三蓄电装置与所述第一 电池组和所述第二电池组并联i殳置，所述第三蓄电装置包括电 容器部，所述电容器部包括n个双层电容器，其中n为整数； 通过输入的电力对n个该双层电容器以规定时间依次进行充电的充电切换控制电路；以及从已充电的n个所述双层电容器 的每个电容器依次放电的放电切换控制电路，所述切换控制电路部包括电容器放电单元，所述电容器 放电单元，所述电容器放电单元检测车辆开始行马史的时刻，从该时刻发送使所述电容 器部与车辆的所述动力电机连接的控制信号，以前进时必需的 大电流使动力电机运行。
全文摘要
本发明的目的是提供一种在电极板中不使用铅、且在电解液中不使用硫酸的不包括公害物质的高性能且高容量的二次电池。此外，本发明的目的还在于提供一种不使用作为污染原因的硫酸，使用相比于铅电池性能容量更高的无铅电池，利用其高速充放电特性优于铅电池的事实，具有通过一次外部充电能够行驶较长距离的行驶中的补充充电功能的车辆系统。提供一种二次电池，在阳极设置混合有钙、氧化银、碳的电极，在阴极设置混合有锌、碳的电极，使用碱性水溶液作为电解液而构成电池，并且提供一种车辆系统，使用该无铅电池，至少包括第一、第二电池组，安装在车轮上的轮毂发电机，车辆用的动力电机，具有自动切换第一、第二电池组的控制部的放电·充电切换装置。
文档编号H01M10/32GK101346849SQ200680049430
公开日2009年1月14日 申请日期2006年12月20日 优先权日2005年12月28日
发明者森幸信 申请人:森幸信