二次电池组、充电器和放电器的制作方法

1.本发明涉及一种二次电池组、被配置为给二次电池组充电的充电器、以及被配置为给二次电池组放电的放电器。


背景技术：

2.电池是一种将由正极活性材料和负极活性材料通过电解质发生化学反应产生的化学能用作电能的装置。电池大致分为一次电池和二次电池。可以说,一次电池是一次性使用的电池，一旦放电就不能再充电，而二次电池是一种可以反复充电和放电的电池。由于这种性质，二次电池也被称为蓄电池。
3.二次电池用于各种应用。例如，它们用作小型消费电器的电源，例如手持信息终端产品、移动电子产品、便携式音乐播放器或数码相机，或用作电动自行车、混合动力电动汽车或无人机的电池。它们还用作蓄电池装置，该蓄电池装置嵌入使用自然能源(可再生能源)的发电机中，例如太阳能发电或风力发电(专利文献1或2)。
4.通过将二次电池设置在连接到例如商用交流(ac)电源的充电器中来执行二次电池的充电。充电器具有被配置为将交流电转换为直流电的功率调节器(转换器)。该装置将来自商用交流电源的交流电转换为直流电，并在二次电池的正极和负极之间传递产生的电流。
5.另一方面，小型消费电器、电动汽车和其他上述类型的产品通常由交流电驱动。因此，为了利用从二次电池释放的直流电来驱动这种交流驱动设备，需要借助功率调节器(逆变器)或类似装置将直流电转换为交流电。
6.总之，如果使用常规和普通类型的二次电池，为了给交流驱动设备提供电力，需要两级功率转换，其包括交流-直流(ac-dc)功率转换和直流-交流(dc-ac)功率转换。通过逆变器从直流到交流的电力转换效率以及通过转换器从交流到直流的电力转换效率均在80％至90％的范围内。它不能达到100％。因此，存在与功率转换相关的功率损耗问题，这会降低功率利用效率。
7.针对该问题，专利文献3公开了一种能够对交流电和交流电源进行充放电的新型二次电池。这种二次电池具有三个电极，即正电极和负电极以及位于正电极和负电极之间的双极电极，在正电极和负电极之间具有中间电极电位。
8.引文清单
9.专利文献
10.专利文献1：jp 2012-221670 a
11.专利文献2：jp 2013-069431 a
12.专利文献3：jp 2016-171075 a


技术实现要素：

13.技术问题
14.当对专利文献3中记载的二次电池进行充电或放电时，电池在正极端子和双极端子被连接到商业交流电源的一对输出端或负载的一对输入端的状态和负极端子和双极端子被连接到一对输出端或输入端的状态之间交替切换。因此，阳离子在正电极和双极电极之间以及双极电极和负电极之间交替移动。在阳离子在正电极和双极电极之间移动的期间，电子通过外部电路在正电极和双极电极之间流动。在阳离子在双电极和负电极之间移动的期间，电子通过外部电路在双极电极和负电极之间流动。由于电子的流动方向在每个周期反转，交流电的充电和放电是可能的。
15.对于前述的充电和放电操作，必须使已经从正极或负极到双极电极的电子随后应流向同一电池的负电极或正电极。换言之，如果从一个二次电池中的正电极或负电极到双极电极的电子随后流向另一个二次电池的负电极或正电极，则无法实现交流电的充电和放电。这意味着两个或两个以上具有前述配置的二次电池不能串联使用，这阻止了前述二次电池被用作高压电源。
16.本发明要解决的问题是创造一种二次电池，该二次电池允许交流电的充电和放电以及产生高压的二次电池。
17.问题的解决方案
18.为解决前述问题而开发的本发明的第一方面是一种二次电池组，包括：
19.第一电池和第二电池，每个所述第一电池和所述第二电池均包括正极端子和负极端子；
20.第三电池，包括正极端子、负极端子和双极端子；
21.第一连接器，被配置为电连接所述第一电池的负极端子和所述第三电池的正极端子；和
22.第二连接器，被配置为电连接所述第二电池的正极端子和所述第三电池的负极端子，
23.其中所述第三电池包括以下元件，n为等于或大于零的整数：
24.(n 1)个正电极和(n 1)个负电极，交替排列；
25.(2n 1)个双极电极，分别位于彼此相邻的所述正电极和所述负电极之间的空间中；
26.电解质；
27.正电极连接部件，被配置为电连接所述第三电池的正极端子和所述(n 1)个正电极；
28.负电极连接部件，被配置为电连接所述第三电池的负极端子和所述(n 1)个负电极；和
29.双极电极连接部件，被配置为电连接所述第三电池的双极端子和所述(2n 1)个双极电极中的每一个。
30.为解决前述问题而开发的本发明的第二方面是一种二次电池组，包括：
31.第一电池和第二电池，每个所述第一电池和所述第二电池均包括正极端子和负极端子；
32.第三电池，包括正极端子、负极端子和双极端子；
33.第一连接器，被配置为电连接所述第一电池的负极端子和所述第三电池的正极端
子；和
34.第二连接器，被配置为电连接所述第二电池的正极端子和所述第三电池的负极端子，
35.其中所述第三电池包括以下元件，n为等于或大于零的整数：
36.(n 2)个正电极和(n 1)个负电极交替排列，或者(n 2)个负电极和(n 1)个正电极交替排列；
37.(2n 2)个双极电极，分别位于彼此相邻的所述正电极和所述负电极之间的空间中；
38.电解质；
39.正电极连接部件，被配置为电连接所述第三电池的正极端子和所述(n 2)个或(n 1)个正电极；
40.负电极连接部件，被配置为电连接所述第三电池的负极端子和所述(n 1)个或(n 2)个负电极；和
41.双极电极连接部件，被配置为电连接所述第三电池的双极端子和所述(2n 2)个双极电极。
42.在根据本发明的第一或第二方面的二次电池组中，具有正电极和负电极以及布置在正电极和负电极之间的双极电极的第三电池能够进行交流电的充电和放电。所述第三电极与所述第一电池以及所述第二电池的串联连接能够产生高电压。
43.第三电池的正电极、双极电极和负电极(当不区分正电极、双极电极和负电极时，在下文中可简称为“电极”)在电解液中以预定的顺序排列，在相邻的电极之间夹有隔板。“按顺序排列”并不一定意味着电极是线性排列的；它包括各种排列方式，如u形、v形或之字形。也可以将每个正电极、负电极和双极电极制备成片状电极的形式，并将电极以层压形式连接在一起，在相邻的电极之间夹有隔板。
44.在任何前述的二次电池组中，市售的二次电池可以用作所述第一和第二电池。在那种情况下，可以将多个二次电池单元串联连接或并联连接并用作所述第一或第二电池。串联连接多个二次电池单元，可使所述第一和第二电池产生高电压。并联连接多个二次电池单元，可使所述第一和第二电池具有高容量。因此，根据二次电池组的使用目的，可以将串联连接或并联连接的多个二次电池单元用作第一电池和/或第二电池。
45.ec表示所述第三电池的正电极的电极电位，ea表示所述负电极的电极电位，eb表示所述双极电极(“biodes”)的电极电位。三个电位满足表示为ec》eb》ea的关系。这种电位水平的关系反映了每个电极提供或接收电子的能力。正电极、负电极和双极电极的活性材料、集电器的材料以及电解质的选择应满足上述关系式。只要满足上述关系式，根据本发明的第一或第二方面的所述二次电池组可以应用于任何类型的二次电池，例如镍氢二次电池、镍镉二次电池、铅酸二次电池、锂离子二次电池或钠离子二次电池。
46.第一和第二电池的正极的电极电位只需高于第三电池的负极的电极电位ea，而讨论中的电极电位是高于还是低于第三电池的正极的电极电位ec并不重要。同样，第一和第二电池的负极的电极电位只需低于第三电池的正极的电极电位ec，而讨论中的电极电位是高于还是低于第三电池的负极的电极电位ea并不重要。
47.用于第一、第二和第三电池的正电极的活性材料的实例包括但不限于由以下化学
式表示的化合物：licopo4、linipo4、linivo4、limn
3/2
ni
1/2
o4、licopo4、lipto3、licrmno4、limn2o4、limnpo4、lini
1/3
mn
1/3
co
1/3
o2、lini
1/2
mn
1/2
o2、lini
4/5
co
1/5
o2、licovo4、licoo2、linio2、life2(so4)2、lifepo4、li
1 x
(fe
2/5
mn
2/5
ti
1/5
)
1-x
o2、li2fesio4和li2mnsio4。
48.用于第一、第二和第三电池的负电极的活性材料的实例包括但不限于以下名称表示的材料：锂金属、锂合金、石墨、石墨烯(二维石墨片)、硬碳、软碳、晶体(线)硅、非晶硅、硅土(二氧化硅)、硅烯(二维硅片)、锡金属、锡合金。
49.例如，当根据本发明第一或第二方面的二次电池组应用于锂离子二次电池时，可以使用lifepo4作为正极的活性材料，碳基材料作为负极的活性材料，li
4/3
ti
5/3
o4作为双极电极的活性材料。
50.当这样的二次电池组充电时，交流电源的两个输出端中的一个被选择性地连接到所述第一电池的正极端子或第二电池的负极端子，而另一个输出端被连接到所述第三电池的双极端子。当交流电源的前输出端被连接到所述第一电池的正极端子时，电子通过外电路从所述第一电池的正极端子流向所述第三电池的双极端子(双极电极)，引起所述第一电池中正电极的活性材料的氧化。产生的阳离子(正离子，li

)向所述负电极移动，最终被还原为c6li。同时，所述第三电池中正电极的活性材料发生氧化，产生的阳离子向所述双极电极移动。
51.所述交流电源的前输出端随后被连接到所述第二电池的负极端子。然后，电子通过外电路从所述第三电池的双极端子流向所述第二电池的负极端子，阳离子从所述双极电极向所述第三电池的负电极移动，最终被还原为c6li。同时，所述二次电池中正电极的活性材料发生氧化，产生的阳离子(正离子，li

)向所述负电极移动，最终被还原为c6li。
52.在充电过程中，所述第一、第二和第三电池的电极上分别发生的化学反应由以下公式(1)和(2)表示。
53.阴极：
54.life
(iii)
po4→
fe
(iii)
po4 li

e-ꢀꢀꢀ
(1)
55.(1)
56.双极电极：
57.li[li
1/3
ti
(iv)5/3
]o4 li

e-→
li2[li
1/3
ti
(iii)3/3
ti
(iv)2/3
]o4[0058]
双极电极：
[0059]
li2[li
1/3
ti
(iii)3/3
ti
(iv)2/3
]o4→
li[li
1/3
ti
(iv)5/3
]o4 li

e-[0060]
(2)
[0061]
阳极：
[0062]
6c li

e-→
c6li
[0063]
因此，根据本发明第一或第二方面的所述二次电池组是通过两阶段化学反应进行充电的。电子的流动在每个阶段以相反的方向发生。因此，所述电池组可以用交流电充电，通过根据从交流电源获取的交流电的方向，交替连接所述第三电池的双极端子和所述第一电池的正极端子或所述第二电池的负极端子。
[0064]
在放电过程中，所述第一、第二和第三电池中电极处的化学反应以与充电过程相反的方向发生。最初，所述二次电池的负电极的活性材料发生氧化。产生的阳离子(正离子，li

)向所述正电极移动，最终被还原为lifepo4。同时，所述第三电池中负电极的活性材料发
生氧化，产生的阳离子(正离子，li

)向所述双极电极移动。在此过程中，电子通过外部电路从所述第二电池的负极端子流向所述第三电池的双极电极。随后，阳离子在正极中从所述双极电极向所述正电极移动，最终被还原为lifepo4。同时，所述第一电池中负电极的活性材料发生氧化，产生的阳离子(正离子，li

)向所述正电极移动，最终被还原为lifepo4。在此过程中，电子通过外部电路从所述第三电池的双极端子流向所述第一电池的正极端子。因此，通过在适当的时机在所述第二电池的负极端子和所述第一电池的正极端子之间切换被连接到双极电极的电极，可以释放交流电。
[0065]
根据本发明的第一或第二方面的二次电池组不仅允许用于交流电的充电和放电，还可以被修改以允许通过在直流电电池的正极侧和负极侧各提供开关电路用于交流电的充电和放电，并以这样的方式操作所述开关电路以便在所述第一电池的正极端子和所述第三电池的双极端子分别被连接到直流电池的正电极和负电极的状态和所述第三电池的双极端子和所述第二电池的负极端子分别被连接到直流电池的正电极和负电极的状态之间以适当的时间切换电池组。
[0066]
前述的二次电池组可以通过以下装置进行充电和放电。
[0067]
也就是说，本发明的另一方面提供了一种充电器，所述充电器被配置为对前述的二次电池组中的一个进行充电，所述充电器包括：
[0068]
第一输入线和第二输入线，被连接到交流电源的一对输出端；
[0069]
正电极端子和负电极端子，位于所述第一输入线上，并分别被配置为被连接到所述二次电池组的所述第一电池的正极端子和所述第二电池的负极端子；
[0070]
双极电极端子，位于所述第二输入线上，并被配置为被连接到所述二次电池组的第三电池的双极端子；
[0071]
开关装置，位于所述第一输入线和所述正电极端子之间以及所述第一输入线和所述负电极端子之间，并被配置为在所述第一输入线被连接到所述正电极端子的第一连接状态和所述第一输入线被连接到所述负电极端子的第二连接状态之间进行切换；和
[0072]
控制器，被配置为根据交流电源的频率控制所述开关装置。
[0073]
本发明的另一方面是一种放电器，所述放电器被配置为对前述的二次电池组中的一个进行放电，所述放电器包括：
[0074]
第一输出线和第二输出线，被连接到负载的一对输入端子；
[0075]
正电极端子和负电极端子，位于所述第一输出线上，并分别被配置为被连接到所述二次电池组的第一电池的正极端子和第二电池的负极端子；
[0076]
双电极端子，位于所述第二输出线上，被配置为被连接到所述二次电池组的第三电池的双极端子；
[0077]
开关装置，位于所述第一输出线和所述正电极端子之间以及所述第一输出线和所述负电极端子之间，并被配置为在所述第一输出线被连接到所述正电极端子的第一连接状态和所述第一输出线被连接到所述负电极端子的第二连接状态之间进行切换；和
[0078]
控制器，被配置为控制所述开关装置。
[0079]
关于开关装置，例如，可以使用双极型晶体管。
[0080]
本发明的另一方面是一种二次电池模块，所述二次电池模块包括：
[0081]
前述的二次电池组中的一个；
[0082]
第一输入/输出线和第二输入/输出线；
[0083]
正电极端子和负电极端子，位于所述第一输入/输出线上，并被配置为分别被连接到所述二次电池组的与所述第一电池的正极端子和负极端子；
[0084]
双极电极端子，位于所述第二输入/输出线上，并被配置为被连接到所述二次电池组的第三电池的双极端子；
[0085]
开关装置，位于所述第一输入/输出线和所述正电极端子之间以及所述第一输入/输出线和所述负电极端子之间，并被配置为用于在所述第一输入/输出线被连接到所述正电极端子的状态和所述第一输入/输出线被连接到所述所述负电极端子的状态之间进行切换；和
[0086]
控制器，被配置为控制所述开关装置。
[0087]
发明的有益效果
[0088]
在根据本发明的二次电池组中，具有所述正电极、负电极和双极电极的第三电池能够在不借助于功率调节器的情况下对来自交流电源的交流电力进行充电，也能够在不借助于功率调节器的情况下对交流电力进行放电。此外，第一电池和第二电池是常见的二次电池类型，它们与第三电池的串连使二次电池组能够产生高电压。
附图说明
[0089]
图1是根据本发明的二次电池组的第一实施方案的构造示意图。
[0090]
图2a是通过图1示出的二次电池组的第一阶段中的反应充电操作的示例图。
[0091]
图2b是通过图1示出的二次电池组的第二阶段中的反应充电操作的示例图。
[0092]
图3a是通过图1示出的二次电池组的第一阶段中的反应放电操作的示例图。
[0093]
图3b是通过图1示出的二次电池组的第二阶段中的反应放电操作的示例图。
[0094]
图4a是示出第一实施方案中的二次电池组的各部分的电压值的一个图。
[0095]
图4b是示出第一实施方案中的二次电池组的各部分的电压值的另一个图。
[0096]
图5是根据本发明的二次电池组的第二实施方案的构造示意图。
[0097]
图6是根据本发明的二次电池模块的实施方案的构造示意图。
[0098]
图7是使用根据本发明的二次电池组的高压发电机的构造示意图。
[0099]
图8是示出了第三电池的正电极、双极电极和负电极的布置实例的图。
具体实施方式
[0100]
下面描述根据本发明的二次电池的实施方案。
[0101]
[第一实施方案]
[0102]
图1是根据本发明的第一实施方案的二次电池组的构造示意图。二次电池组1包括外壳11以及包含在所述外壳11中的第一电池2、第二电池3和第三电池4。所述第一电池2包括两个二次电池单元12和13。所述第二电池3也包括两个二次电池单元14和15，而所述第三电池4包括一个二次电池单元16。五个二次电池单元12-16各包括密闭容器20以及多个电极21、隔板22和电解质23，它们都被包含在所述密闭容器20中。所述密闭容器20设有外部端子24，通过连接部件25被电连接到包含在所述密闭容器20中的电极21。
[0103]
所述外壳11包括，例如，用金属盖112密封的具有上开口的金属壳体111。所述盖
112具有正极端子113和负极端子114，而所述壳体111在其底部具有双极端子115。
[0104]
构成所述第一电池2的所述两个二次电池单元12和13以及构成所述第二电池3的所述两个二次电池单元14和15均具有两个电极21，即在密闭容器20内排列的正电极(阴极)“c”和负电极(阳极)“a”。构成所述第三电池4的所述二次电池单元16具有在所述密闭容器20内排列的三个电极21。所述三个电极21包括正电极“c”，负电极“a”以及位于所述正电极c和负电极a之间的双极电极(biode)“b”。
[0105]
所述第一电池2是由所述二次电池单元12和13串联形成的。所述二次电池单元12的负电极a的外部端子24通过连接线241被电连接到所述二次电池单元13的正电极c的外部端子24。所述二次电池单元12的正电极c的外部端子24通过连接线242被电连接到所述正极端子113。在本实施方案中，所述二次电池单元12的正电极c的外部端子24和所述二次电池单元13的负电极a的外部端子24分别对应于所述第一电池2的正极端子和负极端子。
[0106]
所述第二电池3是由所述二次电池单元14和15串联形成的。所述二次电池单元14的负电极a的外部端子24通过连接线243被电连接到所述二次电池单元15的正电极c的外部端子24。所述二次电池单元15的负电极a的外部端子24通过连接线244被电连接到所述负极端子114。在本实施方案中，所述二次电池单元14的正电极c的外部端子24和所述二次电池单元15的负电极a的外部端子24分别对应于所述第二电池3的正极端子和负极端子。
[0107]
所述第三电池4被串联到所述第一和第二电池2和3中的每一个。具体地说，所述二次电池单元13的负电极a的外部端子24通过连接线245被电连接到所述二次电池单元16的正电极c的外部端子24，而所述二次电池单元14的正电极c的外部端子24通过连接线246被电连接到所述二次电池单元16的负电极a的外部端子24。所述二次电池单元16的双极电极b的外部端子通过连接线247被电连接到双极端子115。在本实施方案中，被连接到所述正电极c、负电极a和双极电极b的所述外部端子24分别对应于所述第三电池4的正极端子、负极端子和双极端子。将所述正电极c、负电极a和双极电极b连接到相应的所述外部端子24的连接部件25分别对应于正电极连接部件、负电极连接部件和双极电极连接部件。所述连接线245和246分别对应于所述第一连接器和所述第二连接器。
[0108]
所述电极21(正电极c、双极电极b和负电极a)各自包括集电器和在所述集电器表面上形成的活性材料层。所述活性材料层由活性材料和用于将活性材料粘附到集电器上的粘合剂制成。对于所述正电极c和所述负电极a中所含的活性材料，可以使用常用于二次电池的正电极和负电极中的活性材料。所述双极电极b的活性材料层中所包含的活性材料不限于任何特定材料，可以是使所述双极电极b具有介于所述正电极c的电极电位和所述负电极a的电极电位的任何材料。
[0109]
例如，所述正电极c的活性材料层应优选包含电极电位在2v(与li/li

对比)至5v(与li/li

对比)的范围内变化的活性材料，而所述负电极a的活性材料层应优选包含电极电位在0v(与li/li

对比)至2v(与li/li

对比)的范围内变化的活性材料。所述双极电极b的活性材料层应优选包含电极电位在1v(与li/li

对比)至4v(与li/li

对比)的范围内变化的活性材料。
[0110]
对于所述电解质23，可以使用与电极的活性材料相容的适当种类的电解质。它可以是水性或非水性电解质。它可以是电解溶液、聚电解质凝胶或固体聚电解质。
[0111]
下面参照图2a和2b来描述所述二次电池组1的工作原理。图2a和2b示出了在所述
二次电池单元12-16中的负电极a由碳基材料制成，正电极c由lifepo4制成，双极电极b由li
4/3
ti
5/3
o4制成的条件下，在充电过程中阳离子的移动。
[0112]
本发明首先关注的是所述二次电池组1的充电操作。用于所述二次电池组100的充电器100包括一对输入线101和102，被连接到输入线101的一端的单刀双掷开关电路103、被连接到所述开关电路103的两条支线104和105，以及被配置为控制操作所述开关电路103的控制器106。所述开关电路103在所述输入线101被连接到一条支线104的状态(第一状态)和所述输入线101被连接到另一条支线105的状态(第二状态)之间切换。所述开关电路103对应于本发明中的开关装置。这种电路可以使用各种元件，例如双极型晶体管或继电器。
[0113]
当对所述二次电池组1进行充电时，所述二次电池组1被设置在所述充电器100中。所述二次电池组1的正极端子113和负极端子114由此分别被连接到所述二次电池组1的支线104和105，而所述双极端子115被连接到所述输入线102。同时，所述充电器100的输入线101和102被连接到交流电源150的一对输出端。在这样的充电电路中，当电子沿图2a中箭头所示的方向流过所述输入线101和102时，所述控制器106将所述开关电路103切换到输入线101被连接到所述支线104的第一状态。在这种状态下，阳离子(正离子，li

)穿过每个所述二次电池单元12和13中的电解液23从所述正电极c向所述负电极a移动，同时阳离子(正离子，li

)穿过所述二次电池单元16中的电解质23从所述正电极c向所述双极电极b移动。
[0114]
当电子沿图2b中箭头所示的方向流过所述输入线101和102时，所述控制器106将所述开关电路103切换到所述输入线101被连接到所述支线104的第二状态。在这种状态下，阳离子穿过所述二次电池单元16的电解质23从所述双极电极b向所述负电极a移动，同时阳离子穿过所述二次电池单元14和15的电解质23从所述正电极c向所述负电极a移动。结果，c6li沉积在所述负电极a上。
[0115]
因此，所述二次电池组1通过两阶段化学反应进行充电。因此，每当来自所述交流电源150的交流电的方向改变时，通过将所述开关电路103切换为第一连接状态或第二连接状态，能够继续充电。
[0116]
下面参照图3a和3b来描述二次电池组1的放电操作。用于所述二次电池组1的放电器200包括一对输出线201和202、被连接到所述输出线201的一端的单极双掷开关电路203、被连接到所述开关电路203的两条支线204和205，以及被配置为控制操作所述开关电路203的控制器206。所述开关电路203在所述输出线201被连接到一条支线204的状态(第三状态)和所述输出线201被连接到另一条支线205的状态(第四状态)之间切换。
[0117]
当所述二次电池组1放电时，所述二次电池组1被设置在所述放电器200中。所述二次电池组1的正极端子113和负极端子114由此分别被连接到所述放电器200的支线204和205，同时所述双极端子115被连接到所述输出线202。同时，所述放电器200的输出线201和202被连接到负载250的一对输入端。在这样的放电电路中，所述控制器206将所述开关电路203切换到所述输出线201被连接到所述分支205的第四状态(见图3a)。然后，所述负电极a上的活性材料被溶解在每个所述二次电池单元14和15中。产生的阳离子(正离子，li

)穿过电解质23向所述正电极c移动。同时，所述二次电池单元16中的负电极a上的活性材料被溶解，产生的阳离子(正离子，li

)穿过电解质23向所述双极电极b移动。在此过程中，电子通过外部电路(输出线201和202)从所述二次电池的负电极a流向所述二次电池单元16的双极电极b。
[0118]
所述控制器206随后将所述开关电路203切换到所述输出线201被连接到支线204的第三状态(见图3b)。然后，阳离子穿过所述二次电池单元16的电极23从所述双极电极b向所述正电极c移动，并最终以lifepo4的形式沉积。同时，所述负电极a上的活性物质被溶解在每个所述二级电池单元13和12中。产生的阳离子(正离子，li

)穿过电解质23向所述正电极c移动。在此过程中，电子通过外部电路(输出线201和202)从所述二次电池单元16的双极电极b流向所述二次电池单元12的正电极c。因此，可以通过操作所述开关电路203来释放交流电，使要被连接到所述二次电池单元16的双极电极b的电极在适当的时间(例如根据负载250的频率)在所述二次电池单元15的负电极a和所述二次电池单元12的正电极c之间交替变化。
[0119]
从图2a和2b与图3a和3b的比较中可以理解，充电过程中所述输入线101、102、所述开关电路103和所述二次电池组1的关系与放电过程中所述输出线201、202，所述开关电路203和所述二次电池组1的关系基本相同。因此，通过适当地控制所述开关电路的切换时间，能够使所述充电器100或所述放电器200成为兼具充放电功能的充放电器。
[0120]
在具有前述的构造的二次电池组1中，整个所述二次电池组1的电压值由所述二次电池单元12-15中的正电极c和负电极a之间的电压差，所述二次电池单元16中的正电极c和双极电极b之间的电压差，以及所述二次电池单元16中的双极电极b和负电极a之间的电压差确定。图4a示出了在所有二次电池单元12-16中使用由相同电极材料制成的正电极c和由相同电极材料制成的负电极a的情况下的电压值的一个实例。另一方面，图4b示出了在二次电池单元12的负电极和二次电池单元14的负电极均由与二次电池单元16的双极电极b相同的电极材料制成的情况下的电压值的一个实例。这些实例表明，通过适当地选择电极材料，可以获得具有各种电压值的二次电池组1。
[0121]
[第二实施方案]
[0122]
图5是根据本发明的第二实施方案的二次电池组1a的构造示意图。在图5中，所述二次电池组1a的外部形状由长虚线短虚线示出。与根据第一实施方案的所述二次电池组1的相同或对应的部分用相同的参考符号表示。所述二次电池组1a与所述二次电池组1的区别存在于所述第三电池4a的构造。具体地说，所述第三电池4a是由二次电池单元16a形成的，该二次电池单元16a有在密闭容器20内排列的五个电极21。所述五个电极包括位于两端的两个负电极a，位于所述两个负电极a之间的一个正电极c，以及分别位于由所述两个负电极a和所述正电极c之间形成的两个空间中的两个双极电极b。
[0123]
所述两个负电极a通过连接线301彼此电连接。该连接线301通过连接线246被电连接到所述二次电池单元14的正电极c。所述两个双极电极b通过连接线302彼此电连接。该连接线302通过连接线247被电连接到所述双极端子115。
[0124]
具有前述的构造的二次电池组1a也与所述二次电池组1一样可以进行交流电的充电和放电。
[0125]
[第三实施方案]
[0126]
图6示出了根据本发明的二次电池模块的一个实施方案。这种二次电池模块400包括具有一对端子411和412的外壳410、包含在所述外壳410中的二次电池组420、用作开关装置的开关电路430和被配置为控制所述开关电路430的控制器440。所述二次电池组420具有与第一实施方案的前述的二次电池组1几乎相同的构造。因此，与所述二次电池组1相同或
对应的部分标注相同的附图标记，并将省略二次电池组420的详细描述。
[0127]
所述二次电池模块400的端子411通过第一输入/输出线401被连接到所述开关电路430。所述二次电池模块400的端子412通过第二输入/输出线402被连接到所述二次电池组420的双极端子115。所述开关电路430的两个触点中的一个通过第一线404被连接到所述二次电池组420的正极端子113，而另一个触点通过第二线405被连接到负极端子114。
[0128]
在所述二次电池模块400中，当一对端子411和412被连接到交流电源的一对输出端时，形成用于所述二次电池组420的充电电路，所述二次电池组420由此被充电。在这个充电过程中，当第一实施方案的二次电池组1设置在所述充电器100中时，所述电子的流动方向和切换所述开关电路430的切换时间与所述充电器100进行的充电操作相同。
[0129]
当所述二次电池模块400的一对端子411和412被连接到负载的一对输入端时，形成用于所述二次电池组420的放电电路，并且交流电从所述二次电池组420提供给所述负载。在这个放电过程中，当第一实施方案的二次电池组1设置在所述放电器200中时，所述电子的流动方向和切换所述开关电路430的切换时间与所述放电器200进行的充电操作相同。
[0130]
[第四实施方案]
[0131]
图7是使用根据本发明的二次电池组的高压发电机的实施方案。所述高压发电机500包括二次电池组501、开关单元510和包括多级整流电容器电路的高压产生单元520。所述二次电池组501具有与第一实施方案的二次电池组1相同的构造。因此，与所述二次电池组1相同或对应的部分用相同的参考符号表示，并且将省略对所述二次电池组501的详细描述。
[0132]
所述开关单元510包括单刀双掷的开关电路511和被配置为控制操作所述开关电路511的控制器512。所述开关电路511的两个触点分别以可拆卸方式被连接到所述二次电池组501的正极端子113和负极端子114。
[0133]
高压发电机520包括一个具有多个串行连接的二极管di至dn和电容器ci至cn组成多级电路的科克罗夫特-沃尔顿(cockcroft-walton,cw)电路。所述cw电路具有一对输入端子521和522，所述开关单元510的开关电路511和所述二次电池组501的双极端子515分别被连接到输入端子521和522。所述cw电路的输入端子522与所述二次电池组501的双极端子115之间的连接是可拆装的。所述cw电路的一对输出电极523和524作为所述高压发电机500的输出端子。
[0134]
当负载(未示出)的一对输入端子被连接到所述高压发电机500的输出端子523和524时，所述控制器512操作所述开关电路511，使电路在图7中实线表示的第一状态(即cw电路被连接到正极端子113和双极端子115之间的状态)和虚线表示的第二状态(即cw电路被连接到负极端子114和双极端子115之间的状态)之间交替切换。因此，交流电从所述二次电池组501提供给所述高压产生单元520，这产生高压直流电输出到被连接到cw电路的输出端子523和524的负载。可以配置控制器512，使其在检测到cw电路的所有电容器都已充满电时，从正极端子113和负极端子114断开两个触点。
[0135]
当存储在所述二次电池组501中的电荷量已经减少到一定水平时，可以将所述二次电池组501从所述高压发电机500中移开并设置在充电器中。例如，前述的充电器100(见图2a)可以用于此目的。对所述二次电池组501进行充电的操作与使用所述充电器100对所述二次电池组1的充电的操作相同，因此将不会在本实施方案中描述。
[0136]
[修改的实施例]
[0137]
前述的实施方案仅是示例，可以随着本发明的主旨一起被适当地改变或修改。
[0138]
在第一至第四实施方案中，包括在所述二次电池组中的第三电池中的多个电极水平排列成一排(见图1和图5)。如果有相当数量的电极，那些电极可以被排列成v形、u形或之字形。图8示出了一个实例，在该实例中13个电极被排列成之字形。这样的排列使所述正电极c彼此相互靠近，所述双极电极b彼此相互靠近，在第三电池中，所述负电极c彼此相互靠近，从而减少所述正电极c、双极电极b以及负电极a之间的连接距离
[0139]
在所述第一至第四实施方案中，构成所述二次电池组的五个二次电池单元12-16水平排列成一排。那些二次电池单元12-16可以以任何方式排列，只要它们的电连接是相同的。
[0140]
在所述第一至第四实施方案中，多个二次电池单元被串联连接以构建所述第一和第二电池。也可以是一个或所述第一和第二电池都包括多个并联连接的二次电池单元。
[0141]
在第一实施方案中，所述二次电池组1与所述充电器100或放电器200分离。所述二次电池组1和充电-放电电路可以包含在一个外壳中以形成二次电池模块。
[0142]
包括在根据第三实施方案的二次电池模块中的二次电池组以及包括在根据第四实施方案的高压发电机中的二次电池组，可以以与图5所示的二次电池组相同的方式进行配置。
[0143]
参考符号列表
[0144]
1、1a、420、501：二次电池组
[0145]
2：第一电池
[0146]
3：第二电池
[0147]
4、4a：第三电池
[0148]
100：充电器
[0149]
101、102：输入线
[0150]
103：开关电路
[0151]
104、105：支线
[0152]
106：控制器
[0153]ⅱ：外壳
[0154]ⅲ：壳体
[0155]
112：盖
[0156]
113：正极端子
[0157]
114：负极端子
[0158]
115：双极端子
[0159]
12-16、16a：二次电池单元
[0160]
20：密闭容器
[0161]
200：放电器
[0162]
201：输出线
[0163]
202：输出线
[0164]
203：开关电路
[0165]
204、205：支线
[0166]
206：控制器
[0167]
21：电极
[0168]
22：隔板
[0169]
23：电解液
[0170]
24：外部端子
[0171]
25：连接部件
[0172]
241-247、301、302：连接线
[0173]
150：交流电源
[0174]
250：负载
[0175]
400：二次电池模块
[0176]
500：高压发电机。