DE60129273T2

DE60129273T2 - Rechteckige alkalische Batterie und Batteriemodul und Batterie-Pack zu seiner Verwendung

Info

Publication number: DE60129273T2
Application number: DE60129273T
Authority: DE
Inventors: Shinichi Kyotanabe-shi Yuasa; Nobuyasu Toyohashi-shi Morishita; Akihiro Toyohashi-shi Taniguchi; Munehisa Shiki-gun Ikoma
Original assignee: Toyota Motor Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-05-08
Filing date: 2001-05-07
Publication date: 2008-04-03
Anticipated expiration: 2021-05-08
Also published as: EP1154507A2; JP4757369B2; DE60129273D1; EP1154507B1; US20020022179A1; JP2001319682A; EP1154507A3

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen alkalischen Akkumulator, bzw. eine Batterie, welcher durch einen Nickel-Cadmium Akkumulator und eine(n) Nickel-Metallhydrid Akkumulator/Batterie repräsentiert wird, im Besonderen auf einen rechteckigen alkalischen Akkumulator. Weiter im Besonderen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Bauweise einer Gruppe von Elektrodenplatten, eines Elektrolyten und eines Behälters, der das Gleichgewicht in der Quantität der Wärmeerzeugung, Wärmeabgabe und Wärmespeicherung optimiert.
Ein alkalischer Akkumulator, welcher durch einen Nickel-Cadmium Akkumulator und einen Nickel-Metallhydrid Akkumulator repräsentiert wird, weist eine hohe Energiedichte und hervorragende Betriebssicherheit auf. Deshalb werden diese Akkumulatoren weitgehend als Energiequelle für Vorrichtungen, die zum Beispiel Videorecorder, Laptopcomputer und tragbare Geräte, wie tragbare Telefone einschließen, eingesetzt. Für praktische Anwendungen werden mehrere bis Dutzende in einem Kunstharzbehälter bzw. -röhre beherbergte Zellen im Allgemeinen als Einheit verwendet.
Diese alkalischen Akkumulatoren haben eine Akkumulatorkapazität von ungefähr 0,5 Ah bis 3 Ah und die Vorrichtungen, welche sie beinhalten, verbrauchen weniger Strom. Folglich ist die Quantität der Wärmeerzeugung pro Zelle während des Aufladens/Entladens gering. Deshalb wird, selbst in einem Kunstharzbehälter bzw. -röhre das Gleichgewicht zwischen Wärmeerzeugung und Wärmeabgabe gut aufrechterhalten, so dass kein beträchtliches Problem, das mit einem Anstieg der Temperatur des Akkumulators (battery) im Zusammenhang steht, vorliegt. In den letzten Jahren besteht eine Nachfrage nach Akkumulatoren mit hoher Energiedichte, hoher Leistung und hoher Betriebssicherheit als eine Stromquelle für bewegliche Körper, welche von Haushaltsgeräten bis elektrischen Fahrzeugen, wie zum Beispiel rein elektrischen Fahrzeugen und hybrid-elektrischen Fahrzeugen unter Verwendung eines Elektromotors, um zusätzliche Antriebskraft zur Verfügung zu stellen, reicht. Wenn der Akkumulator in diesen Anwendungen verwendet wird, wird eine Akkumulatorkapazität von ungefähr mehreren bis 100 Ah benötigt. Außerdem ist eine größere Akkumulatorspannung erforderlich, um eine ausreichende Antriebskraft für ein Fahrzeug zu gewährleisten. Deshalb ist es erforderlich, mehrere bis hunderte von Zellen in Reihe zu schalten und eine Eingabe/Ausgabe von Dutzenden bis Hunderten Ampere Laststrom zu erlauben.
Ein Akkumulator erzeugt die Reaktionswärme, welche durch eine Elektrodenreaktion verursacht wird, und Joulesche Wärme während des Aufladens/Entladens, was in einem Anstieg der Temperatur des Akkumulators resultiert. Wenn sich die Akkumulatorkapazität und der Laststrom der Zelle vergrößern, ist die Quantität der Wärmeerzeugung vergrößert. Deshalb ist die Wärmeabgabe an die Außenseite des Akkumulators verzögert und die erzeugte Wärme wird in dem Akkumulator gespeichert. Infolgedessen wird die Akkumulatortemperatur stärker erhöht als in einem herkömmlichen, schwachen Akkumulator. Darüber hinaus sind ein Akkumulatormodul (battery modul), welches solche, elektrisch in Reihe geschaltete Zellen enthält, und eine Akkumulatorgruppe, welche die elektrisch in Reihe oder parallel geschalteten Akkumulatormodule enthält, mit Dutzenden bis Hunderten von angrenzenden Zellen versehen. Daher wird die Wärmeabgabe weiter verzögert, was bewirkt, dass der Temperaturanstieg des Akkumulators beschleunigt wird. Solch eine Steigerung im Temperaturanstieg des Akkumulators während des Aufladens/Entladens fördert eine Verringerung der Ladeeffizienz und Zersetzung des Bindemittels oder Ähnliches in der Elektrode und den Separatoren im Akkumulator, so dass die Zyklenlebensdauer des Akkumulators verkürzt wird.
Der Stand der Technik WO 98/31059 offenbart mechanisch und thermisch verbesserte wiederaufladbare Akkumulatoren, Module und flüssigkeitsgekühlte Akkumulatorsysteme. Der Akkumulator weist ein optimiertes Dicke-zu-Breite-zu-Höhe Längenverhältnis auf, was die Zelle mit ausgewogen optimalen Eigenschaften ausstattet. Dies lässt die maximale Kapazität und Abgabeleistung zu, während schädliche Nebeneffekte unterbunden werden. In einem Modul sind die Akkumulatoren in einem Bündelungs/Komprimierungsmittel unter externer mechanischer Komprimierung verbunden. Die Breite der Strömungskanäle des Kühlmittels lässt einen maximalen Wärmetransfer zu. Letztendlich können die Akkumulatoren, Module und Gruppen (packs) ebenso Mittel für das Zur-Verfügung-stellen einer variablen thermischen Isolierung zumindest des Abschnitts des wiederaufladbaren Akkumulatorensystems enthalten, welcher am direktesten den thermischen Umgebungsbedingungen ausgesetzt ist, um so die Temperatur des Systems in seinem gewünschten Betriebsbereich unter variablen Umgebungsbedingungen konstant zu halten.
Als Ergebnis der Studie über das Verhältnis in der Quantität der Wärmeerzeugung, Wärmeabgabe und Wärmespeicherung eines Akkumulators haben die vorliegenden Erfinder die folgende Erkenntnis erhalten.
Die Quantität der Wärmeerzeugung eines Akkumulators hängt von dem Inneren Widerstand (R: Die Gesamtheit des Widerstands der Elektrodenreaktion und des eines Strom sammelnden Teiles) des Akkumulators ab. Der Innere Widerstand wird durch einen Spannungsabfall beim Anlegen einer Gleichspannung ermittelt. Ebenso wird die Quantität der Wärmeerzeugung durch das Produkt (RI²) des Inneren Widerstandes und des Quadrates des Laststroms (I) ausgedrückt. Die Quantität der Wärmeabgabe hängt von der Wärmeleitfähigkeit ab, das heißt, der Wärmetransport vom Inneren an die Außenseite des Akkumulators. Deshalb wird die Dicke einer Elektrodenplatte und die einer Gruppe von Elektrodenplatten, einschließlich zwei oder mehr Elektrodenplatten und Separatoren ein wichtiger Faktor. Darüber hinaus wird die Quantität der Wärmeabgabe maßgeblich durch ein Mittel zum Entfernen von Wärme aus dem Akkumulator (die Art des Kühlmittels, wie zum Beispiel Luft und Wasser, welche die Außenseite des Akkumulators durchströmen, und seine Menge) beeinflußt. Die Quantität der Wärmespeicherung hängt von der Menge des Elektrolyten und seiner Wärmekapazität ab.
Der Akkumulatortemperaturanstieg wird durch das Gleichgewicht in der Quantität der Wärmeerzeugung, Wärmeabgabe und Wärmespeicherung bestimmt. Insbesondere, wenn Strom an den Akkumulator angelegt wird, wird Wärme durch die Größenordung des Stroms und Inneren Widerstandes entsprechend des Zustands des Akkumulators (Ladezustand) erzeugt. Die auf diese Weise erzeugte Wärme erhöht die Akkumulatortemperatur in Übereinstimmung mit der Größenordnung der Wärmespeicherung des Akkumulators. Ebenso wird die in dem Akkumulator erzeugte Wärme zur Außenseite transferiert, und auf diese Weise wird die Wärme, welche dem Temperaturunterschied zwischen dem Inneren und dem Äußeren des Akkumulators entspricht, abgegeben. Wenn eine solche Energieeingabe/ausgabe in der Nähe des vorher festgelegten Zustandes des Akkumulators (Ladezustand) wiederholt wird, ist die Akkumulatortemperatur im Verhältnis entsprechend zur Größenordnung und zum Gleichgewicht in der Quantität der Wärmeerzeugung, Wärmeabgabe und Wärmespeicherung erhöht. Folglich ist die Akkumulatortemperatur scheinbar konstant.
Deshalb ist es notwendig, um einen alkalischen Akkumulator, der niedrig gehaltenen Temperaturanstieg, große Leistung und eine lange Lebensdauer zur Verfügung stellt, zu erhalten, eine Gruppe von Elektrodenplatten, einen Elektrolyten und einen Behälter zu entwickeln, um so das Gleichgewicht in der Quantität der Wärmeerzeugung, Wärmeabgabe und Wärmespeicherung eines Akkumulators zu optimieren.
Deshalb, mit dem Vorangehenden im Sinn, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen rechteckigen alkalischen Akkumulator zur Verfügung zu stellen, welcher das optimale Gleichgewicht in der Quantität der Wärmeerzeugung, Wärmeabgabe und Wärmespeicherung, hohe Leistung und hervorragende Akkumulatoreigenschaften verwirklicht, selbst wenn er wiederholt aufgeladen/entladen wird und für eine lange Zeit verwendet wird, sowie ein Akkumulatormodul und eine Akkumulatorgruppe unter Verwendung desselben.
Um die oben genannte Aufgabe zu erfüllen, enthält ein rechteckiger alkalischer Akkumulator der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl an positive Elektrodenplatten, eine Vielzahl an negativen Elektrodenplatten, eine Vielzahl an Separatoren, wobei sich jeder einzelne zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte befindet, einen alkalischen Elektrolyten sowie ein Behälter zur Unterbringung der positiven und negativen Elektrodenplatten, der Separatoren und des Elektrolyten. In dem Akkumulator beträgt der Innere Widerstand 5mΩ oder weniger, weist eine Gruppe von Elektrodenplatten einschließlich der positiven und der negativen Elektrodenplatten und den Separatoren eine Dicke von 30mm oder weniger auf, ist eine Wärmeabgabefläche 60 cm² oder mehr und ist die Menge des Elektrolyten 1,3 bis 8,0 g/Ah. Diese Konfiguration kann einen rechteckigen alkalischen Akkumulator verwirklichen, der das optimale Gleichgewicht in der Quantität der Wärmeerzeugung, Wärmeabgabe und Wärmespeicherung, hohe Leistung und hervorragenden Akkumulatoreigenschaften selbst wenn er wiederholt aufgeladen/entladen wird und für eine lange Zeit verwendet wird.
In der oben genannten Konfiguration eines rechteckigen alkalischen Akkumulator der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass positive und negative Strom sammelnde Platten, welche jeweils mit den positiven Elektrodenplatten und den negativen Elektrodenplatten verbunden sind, an beiden Seitenflächen der Gruppe der Elektrodenplatten in Richtung ihrer Breite vorgesehen sind, und dass die Gruppe der Elektrodenplatten in dem Behälter mit jeder, an den kurzen Seitenflächen des Behälters befestigte, Strom sammelnde Platte beherbergt ist.
In der oben genannten Konfiguration eines rechteckigen alkalischen Akkumulators der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass die positiven Elektrodenplatten auf Nickeloxid basieren und die negativen Elektrodenplatten eine Wasserstoff absorbierende Legierung enthalten, welche Wasserstoff elektrochemisch absorbieren/desorbieren kann.
In der oben genannten Konfiguration eines rechteckigen alkalischen Akkumulators der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass der Separator eine Dicke von 0,1 bis 0,3 mm aufweist.
In der oben genannten Konfiguration eines rechteckigen alkalischen Akkumulators der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass der Elektrolyt eine Innenleitfähigkeit von 400 bis 600 mS/cm aufweist.
In der oben genannten Konfiguration eines rechteckigen alkalischen Akkumulators der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass ein Material des Behälters eine Wärmeleitfähigkeit von 0,15 W/m·K oder mehr aufweist, und der Behälter eine Dicke von 0,5 bis 1,5 mm aufweist. Als ein Material des Behälters, welches diesen Anforderungen gerecht wird, kann zum Beispiel ein Kunstharzmaterial, wie zum Beispiel eine auf Polyphenylenether-Harz und Polyolefinharz basierende Polymermischung (polymer alloy) verwendet werden.
Ein Akkumulatormodul der vorliegenden Erfindung enthält 3 bis 40 elektrisch in Reihe geschaltete Zellen. Der rechteckige alkalische Akkumulator der vorliegenden Erfindung wird als diese Zelle verwendet.
In der oben genannten Konfiguration eines Akkumulatormoduls der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass das Akkumulatormodul eine Vielzahl an Behältern enthält, von denen jeder einzelne in der Gestalt eines rechteckigen Festkörpers mit kurzen Seitenflächen ist, die Breite kleiner als die Breite der langen Seitenfläche ist und die Behälter in einem integralen Behälter unter Verwendung der kurzen Seitenflächen als eine Trennwand zwischen den angrenzenden Behältern ausgebildet sind, eine Gruppe von Elektrodenplatten in jedem einzelnen Behälter beherbergt ist, so dass eine Zelle für jeden einzelnen Behälter vorgesehen ist und die Zellen elektrisch in Reihe geschaltet sind.
In der oben genannten Konfiguration eines Akkumulatormoduls der vorliegenden Erfindung wird bevorzugt, dass die Wärmeleitfähigkeit pro Akkumulatormodul 0,3 W/m·K oder mehr beträgt.
Diese Konfiguration kann ein Akkumulatormodul erzielen, welches einen niedrig gehaltenen Temperaturanstieg, hohe Leistung und hervorragende Akkumulatoreigenschaften aufweist, selbst wenn wiederholt aufgeladen/entladen wird und es für eine lange Zeit verwendet wird.
Eine Akkumulatorgruppe der vorliegenden Erfindung enthält eine Vielzahl an elektrisch in Reihe und/oder parallel geschalteten Akkumulatormodulen und einen zwischen den angrenzenden Akkumulatormodulen gebildeten Kühlmitteldurchflussweg. Das Akkumulatormodul der vorliegenden Erfindung wird als dieses Akkumulatormodul verwendet. Diese Konfiguration kann eine Akkumulatorgruppe erzielen, welche einen niedrig gehaltenen Temperaturabstieg, hohe Leistung und hervorragende Akkumulatoreigenschaften zur Verfügung stellt, selbst wenn es wiederholt aufgeladen/entladen wird und für eine lange Zeit verwendet wird.
Wie oben beschrieben, kann die vorliegende Erfindung einen rechteckigen alkalischen Akkumulator verwirklichen, welcher das optimale Gleichgewicht in der Quantität der Wärmeerzeugung, Wärmeabgabe und Wärmespeicherung, hohe Leistung und hervorragende Akkumulatoreigenschaften zur Verfügung stellt, selbst wenn er wiederholt aufgeladen/entladen wird und für eine lange Zeit verwendet wird. Darüber hinaus kann die Verwendung eines rechteckigen alkalischen Akkumulators der vorliegenden Erfindung ein Akkumulatormodul und eine Akkumulatorgruppe, welche einen niedrig gehaltenen Temperaturabstieg, hohe Leistung und hervorragende Akkumulatoreigenschaften zur Verfügung stellt, selbst wenn es wiederholt aufgeladen/entladen wird und für eine lange Zeit verwendet wird, verwirklichen.
1 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration einer Gruppe von Elektrodenplatten einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, welche einen integralen Behälter für ein Akkumulatormodul einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden, einen rechteckige alkalische Nickel-Metallhydrid-Akkumulator zum Beispiel nehmend; der Nickel-Metallhydrid-Akkumulator ist ein typischer rechteckiger alkalischer Akkumulator. Eine in dieser Ausführungsform verwendete positive Elektrode aus Nickel und eine negative Elektrode aus einer Wasserstoff absorbierenden Legierung wurden auf folgende Art und Weise erstellt.
Zu einem Nickelhydroxid-Mischkristall (solid solution), welcher als ein aktives Material für die positive Nickelelektrode fungiert, werden Co und Zn gemischt, um Teilchen eines Mischkristalls mit der durchschnittlichen Teilchengröße von 10 μm und einer Raumdichte von 2,0 g/cm³ zu bilden. Auf 100 Gewichtsteile von Teilchen des Nickelhydroxid-Mischkristalls wurden 7,0 Gewichtsteile Kobalthydroxid und eine angemessene Menge an destilliertem Wasser hinzugefügt, was dann vermengt und dispergiert wurde, in einer Aufschlämmung von aktivem Material resultierend. Ein aufgeschäumtes poröses Nickelsubstrat mit einer Porosität von 95% und einer Dicke von 1,3 mm, wurde mit der Aufschlämmung von aktivem Material befüllt und dann bei 80°C in einem Trockenschrank getrocknet. Danach wurde das Substrat auf eine Dicke von 0,4 mm unter Druck ausgewalzt und in eine rechteckige Form der vorbestimmten Größe, gezeigt in der folgenden Tabelle 1, geschnitten, dadurch die positive Nickelelektrode zur Verfügung stellend.
Eine Wasserstoff absorbierende Legierung mit der Legierungszusammensetzung von MmNi_3,5Co_0,75Al_0,3Mn_0,4 wurde in einer Kugelmühle gemahlen. Das erhaltene Pulver der Legierung mit einer durchschnittlichen Teilchengröße von ungefähr 20 μm wurde mit einem Bindemittel auf ein perforiertes Stahlblech aufgebracht und dann getrocknet. Danach wurde das perforierte Stahlblech auf eine Dicke von 0,28 mm ausgewalzt und in eine rechteckige Form vorbestimmter Größe, gezeigt in der folgenden Tabelle 1, geschnitten, dadurch die negative Elektrode aus einer Wasserstoff absorbierenden Legierung zur Verfügung stellend.
1 ist eine perspektivische Ansicht, welche die Konfiguration einer Gruppe von Elektrodenplatten eines rechteckigen Nickel-Metallhydrid-Akkumulators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in 1 gezeigt, wurden die in Tabelle 1 vorgelegten positiven Elektrodenplatten 1 und negativen Elektrodenplatten 2 abwechselnd mittels Separatoren 3 geschichtet, so dass Gruppen von Elektrodenplatten mit unterschiedlicher Elektrodendicke ausgestattet wurden. Die Separatoren 3 waren gleichartig rechteckig zu den positiven und negativen Elektrodenplatten und aus einem nicht gewebten Polypropylengewebe, welches bearbeitet wurde, um eine hydrophile Eigenschaft aufzuweisen. Strom sammelnde Platten 4, 5 aus Nickel beschichtetem Eisen wurde an die Stirnflächen der Anschlüsse 1a, 2a geschweißt, welche sich an beiden Stirnflächen der Gruppe der Elektrodenplatten in Richtung der Breite befinden, im Anschlussteil der positiven und negativen Elektrode resultierend. Die Gruppe der Elektrodenplatten zusammen mit einem Elektrolyten mit Kaliumhydroxid als Hauptkomponente wurde in einem rechteckigen Behälter mit den jeweils an den kurzen Seitenflächen des Behälters befestigten, Strom sammelnden Platten 4, 5 beherbergt. Der Behälter wurde aus einer auf Polypropylenharz und Polyphenyletherharz basierenden Polymermischung (polymer alloy) gefertigt. Auf diese Weise wurde ein rechteckiger Nickel-Metallhydrid-Akkumulator mit einer Akkumulatorkapazität von 8Ah versehen.
Den rechteckigen Nickel-Metallhydrid-Akkumulator (Zelle) mit der oben genanten Konfiguration verwendend, wurden die folgenden Faktoren des Akkumulators geändert, um die Verhältnisse jedes einzelnen Faktors zu dem Temperaturanstieg und der Zyklenlebensdauer des Akkumulators während des Aufladens/Entladens zu untersuchen: Innerer Widerstand, die Dicke einer Gruppe von Elektrodenplatten, eine Wärmeabgabefläche, die Menge an Elektrolyt, die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten, die Dicke des Behälters und die Wärmeleitfähigkeit des Behältermaterials.
Der Innere Widerstand ist die Gesamtheit des Widerstandes der Elektrodenreaktion, des Widerstandes in Zusammenhang mit der Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten und des Widerstandes eines Strom sammelnden Teiles und Elektrodenkernmaterials. Deshalb ist der Innere Widerstand bedeutsam durch eine Akkumulatorkapazität, eine Elektrodenplattenfläche und dem Material, der Dicke oder der Form eines Strom sammelnden Teiles und dem Elektrodenkernmaterial beeinflusst. Allerdings, weil Experimente dieser Ausführungsform ausgeführt wurden, so dass die Akkumulatorkapazität und die Elektrodenplattenfläche des Akkumulators im Wesentlichen feststehend waren, konnte ihr Effekt auf den Inneren Widerstand ignoriert werden. Folglich wurde der Innere Widerstand des Akkumulators durch Variieren der Dicke der Strom sammelnden Platten 4, 5 aus Nickel beschichtetem Eisen und das der Nickelbeschichtung verändert.

Darüber hinaus wurde der Innere Widerstand auf folgende Art und Weise gemessen: Die effektive Kapazität [Ah] des erstellten Akkumulators wurde durch ein Verfahren zum Messen des Nutzungsgrades, welcher später beschrieben werden wird, ermittelt; der Akkumulator im Entladezustand wurde durch 50% der effektiven Kapazität aufgeladen und musste sich für 3 Stunden bei einer Umgebungstemperatur von 25°C befinden; dann wurde elektrischer Strom an den Akkumulator unter den Bedingungen, welche in der folgenden Tabelle 2 gezeigt werden, angelegt und die Akkumulatorspannung wurde nach 10 Sekunden gemessen. Ein Diagramm, das die angelegte Strommenge als horizontale Achse und die gemessene Akkumulatorspannung als vertikale Achse aufträgt, wurde erstellt. Die durch das Diagramm erhaltene Steigung wurde erachtet der Innere Widerstand des Akkumulators zu sein, basierend auf dem Ohm'schen Gesetz, welches durch die Formel V = R × I ausgedrückt wird. Folglich wurde der Innere Widerstand des Akkumulators auf die oben beschriebene Art und Weise unter Verwendung der Methode der kleinsten Quadrate berechnet. TABELLE 2

Zustand	Stromwert [A]	Zeit (Sekunden]
Entladung	10	10
Pause	-	60
Aufladung	10	10
Pause	-	60
Entladung	25	10
Pause	-	60
Aufladung	25	10
Pause	-	60
Entladung	40	10
Pause	-	60
Aufladung	40	10
Pause	-	60
Entladung	60	10
Pause	-	60
Aufladung	60	10
Pause	-	60
Entladung	80	10
Pause	-	60
Aufladung	80	10
Pause	-	60
Entladung	100	10
Pause	-	60

Die Dicke einer Gruppe von Elektrodenplatten bedeutet die Dicke einer Sammlung von den positiven Elektrodenplatten 1, den negativen Elektrodenplatten 2 und den Separatoren 3, gemessen in mm. Die Wärmeabgabefläche bezieht sich auf die Fläche mit welcher ein Kühlmittel an der äußeren Oberfläche des Akkumulators direkt in Kontakt kommt, gemessen in cm². Die Menge des Elektrolyten ist das Gewicht des Elektrolyten pro Amperestunde Kapazität, gemessen in g/Ah. Die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten hängt von dem spezifischen Gewicht des Elektrolyten ab. Die Zyklenlebensdauer steht für die Zyklenzahl, bei welcher die Akkumulatorenkapazität auf 80% oder weniger der Ursprungskapazität verringert ist.
(1) Das Verhältnis von Inneren Widerstand zu Temperaturanstieg und Zyklenlebensdauer
Die folgende Tabelle 3 zeigt das Ergebnis der Messungen des Temperaturanstiegs und der Zyklenlebensdauer des Akkumulators während des Aufladens/Entladens, wo die Dicke einer Gruppe von Elektrodenplatten 20 mm betrug, eine Wärmeabgabefläche 100 cm² war, die Menge des Elektrolyten 3 g/Ah, eine Separatordicke 0,2 mm betrug, die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten 500 mS/cm war und der Innere Widerstand von 3 bis 6 mΩ geändert wurde. Der „Nutzungsgrad" in Tabelle 3 wurde auf folgende Art und Weise berechnet: der Akkumulator wurde bei einer Aufladerate von 0,1 CmA für 15 Stunden aufgeladen und dann bei einer Entladerate von 0,2 CmA entladen bis die Akkumulatorspannung 1,0V betrug; dieser Zyklus wurde 5 Mal wiederholt; eine Akkumulatorenkapazität wurde im fünften Zyklus gemessen und die auf diese Weise gemessene Akkumulatorkapazität wird durch eine theoretische Kapazität (erhalten durch Multiplizieren des Gewichts von in die positive Elektrode imprägniertem Nickelhydroxid mit 289 mAh/g, was eine Akkumulatorkapazität ist, die zur Verfügung gestellt wird, wenn Nickelhydroxid mit einem Elektron reagiert), geteilt. Auf diese Weise wurde der Nutzungsgrad berechnet.
Wie in Tabelle 3 gezeigt, wenn der Innere Widerstand 3 mΩ, 4 mΩ, 5 mΩ betrug, war der Temperaturanstieg im Akkumulator während des Aufladens/Entladens jeweils 5°C, 5°C und 7°C und die Zyklenlebensdauer war jeweils 1000, 1000 und 900. Andererseits, wenn der Innere Widerstand 6 mΩ betrug, war der Temperaturanstieg auf 14°C erhöht und die Zyklenlebensdauer auf 300 verringert. Die Betrachtung dieses Ergebnisses wird nachstehend näher aufgeführt. Wenn sich der Innere Widerstand vergrößert, wird die Quantität der Wärmeerzeugung des Akkumulators während des Aufladens/Entladens erhöht, eine Zunahme des Temperaturanstiegs des Akkumulators verursachend. Der erhöhte Temperaturanstieg fördert eine Verringerung in der Aufladungseffizienz und die Zersetzung des Bindemittels oder Ähnlichem in der Elektrode und den Separatoren in dem Akkumulator, so dass die Zyklenlebensdauer des Akkumulators verkürzt wird.
Deshalb wird bevorzugt, dass der Innere Widerstand des Akkumulators 5 mΩ oder weniger beträgt.
(2) Das Verhältnis der Dicke einer Gruppe von Elektrodenplatten zum Temperaturanstieg und zur Zyklenlebensdauer
Die folgende Tabelle 4 zeigt das Ergebnis von Messungen von Temperaturanstieg und Zyklenlebensdauer des Akkumulators während des Aufladens/Entladens, wo der Innere Widerstand des Akkumulators 4 mΩ betrug, eine Wärmeabgabefläche 100 cm² war, die Menge des Elektrolyten 3 g/Ah betrug, eine Separatordicke 0,2 mm war, die Innenleitfähigkeit des Elektrolyten 500 mS/cm betrug und die Dicke einer Gruppe von Elektrodenplatten von 10 bis 35 mm geändert wurde. In diesem Fall wurde die Wärmeabgabefläche durch Anbringen einer Isolierfolie (insulating sheet) auf die Außenseite des Behälters angepasst, um konstant (100 cm²) zwischen den Akkumulatoren, welche sich in der Dicke der Gruppe der Elektrodenplatten unterscheiden, zu sein.
Wie in Tabelle 4 gezeigt, wenn die Dicke einer Gruppe 10 mm, 20 mm und 30 mm betrug, war die Temperaturerhöhung des Akkumulators während des Aufladens/Entladens jeweils 7°C, 5°C und 7°C und die Zyklenlebensdauer war jeweils 900, 1000 und 900. Andererseits, wenn die Dicke einer Gruppe von Elektrodenplatten 35 mm betrug, war der Temperaturanstieg auf 12°C erhöht und die Zyklenlebensdauer war auf 400 verringert. Die Betrachtung dieses Ergebnisses wird nachstehend näher aufgeführt. Im dem Fall, wo die Anzahl der Elektrodenplatten und die Dicke der Elektrodenplatten groß ist, ist die Temperaturleitfähigkeit abgesenkt, welche wiederum die Wärmeleitfähigkeit in dem Akkumulator senkt. Deshalb ist der Temperaturanstieg in dem Akkumulator erhöht. Der erhöhte Temperaturanstieg fördert eine Verringerung in der Aufladungseffizienz und die Zersetzung des Bindemittels oder Ähnlichem in der Elektrode und den Separatoren in dem Akkumulator, so dass die Zyklenlebensdauer des Akkumulators verkürzt wird.
Deshalb wird bevorzugt, dass die Dicke einer Gruppe von Elektrodenplatten 30 mm oder weniger ist.
(3) Das Verhältnis zwischen Wärmeabgabefläche zu Temperaturanstieg und Zyklenlebensdauer
Die folgende Tabelle 5 zeigt das Ergebnis der Messungen des Temperaturanstiegs und der Zyklenlebensdauer des Akkumulators während des Aufladens/Entladens, wo der Innere Widerstand des Akkumulators 4 mΩ betrug, die Dicke einer Gruppe von Elektrodenplatten 20 mm war, die Menge des Elektrolyten 3 g/Ah war, eine Separatordicke 0,2 mm betrug, die Innenleitfähigkeit des Elektrolyten 500 mS/cm war und die Wärmeabgabefläche von 50 bis 120 cm² geändert wurde. In diesem Fall wurde die Wärmeabgabefläche auf einer vorher festgelegten Fläche durch Anbringen einer Isolierfolie (insulating sheet) auf die Außenseite des Behälters angepasst.
Wie in Tabelle 5 gezeigt, wenn die Wärmeabgabefläche 60 cm², 80 cm², 100 cm² und 120 cm² betrug, war der Temperaturanstieg in dem Akkumulator während des Aufladens/Entladens jeweils 7°C, 5°C, 5°C und 4°C und die Zyklenlebensdauer war jeweils 900, 1000, 1000 und 1000. Andererseits, wenn die Wärmeabgabefläche 50 cm² war, war der Temperaturanstieg auf 13°C erhöht und die Zyklenlebensdauer war auf 300 verringert. Die Betrachtung dieses Ergebnisses wird nachstehend näher aufgeführt. Im dem Fall, wo die Wärmeabgabefläche klein ist, ist die Quantität der Wärmeabgabe verringert. Folglich ist der Temperaturanstieg des Akkumulators erhöht. Der erhöhte Temperaturanstieg fördert eine Verringerung in der Aufladeeffizienz und die Zersetzung des Bindemittels oder Ähnlichem in der Elektrode und Separatoren in dem Akkumulator, so dass die Zyklenlebensdauer des Akkumulators verkürzt ist.
Deshalb wird bevorzugt, dass eine Wärmeabgabefläche 60 cm² oder mehr beträgt.
(4) Das Verhältnis der Menge des Elektrolyten auf den Temperaturanstieg und die Zyklenlebensdauer.
Die folgende Tabelle 6 zeigt das Ergebnis der Messungen des Temperaturanstiegs und der Zyklenlebensdauer des Akkumulators während des Aufladens/Entladens, wo der Innere Widerstand des Akkumulators 4 mQ betrug, die Dicke einer Gruppe von Elektrodenplatten 20 mm betrug, eine Wärmeabgabefläche 100 cm² war, eine Separatordicke 0,2 mm betrug, die Innenleitfähigkeit des Elektrolyten 500 mS/cm war und die Menge des Elektrolyten von 1,2 bis 8,1 g/Ah geändert wurde.
Wie in Tabelle 6 gezeigt, wenn die Menge des Elektrolyten 1,3 g/Ah, 3 g/Ah, 6 g/Ah und 8 g/Ah betrug, war der Temperaturanstieg des Akkumulators während des Aufladens/Entladens jeweils, 7°C, 5°C, 5°C und 4°C und die Zyklenlebensdauer war jeweils 900, 1000, 1000 und 900. Andererseits, wenn die Menge des Elektrolyten 1,2 g/Ah betrug, war der Temperaturanstieg auf 12°C erhöht und die Zyklenlebensdauer auf 400 verringert. Ebenso, wenn die Menge des Elektrolyten 8,1 g/Ah betrug, war der Temperaturanstieg 4°C, während die Zyklenlebensdauer auf 500 verringert war. Die Betrachtung dieses Ergebnisses wird nachstehend näher aufgeführt. Im dem Fall, wo die Menge des Elektrolyten gering ist, ist die Quantität der Wärmespeicherung verringert. Folglich ist die Quantität der Wärmeerzeugung des Akkumulators während des Aufladens/Entladens erhöht, eine Steigerung im Temperaturanstieg des Akkumulators verursachend. Der erhöhte Temperaturanstieg fördert eine Verringerung in der Aufladeeffizienz und die Zersetzung des Bindemittels oder Ähnlichem in der Elektrode und Separatoren in dem Akkumulator, so dass die Zyklenlebensdauer des Akkumulators verkürzt ist. Darüber hinaus, in dem Fall, wo die Menge des Elektrolyten groß ist, ist die Quantität der Wärmespeicherung erhöht. Folglich ist die Quantität der Wärmeerzeugung des Akkumulators während des Aufladens/Entladens verringert, eine Senkung im Temperaturanstieg des Akkumulators verursachend. Allerdings ist die Zyklenlebensdauer des Akkumulators infolge eines Anstieges im Innendruck des Akkumulators verkürzt, resultierend aus einer abgesenkten Aufladungseffizienz.
Deshalb wird bevorzugt, dass die Menge des Elektrolyten 1,3 bis 8,0 g/Ah beträgt.
Um die Ergebnisse von (1) bis (4) zusammenzufassen, ein rechteckiger Nickel-Metallhydrid-Akkumulator, welcher das optimale Gleichgewicht in der Quantität der Wärmeerzeugung, Wärmeabgabe und Wärmespeicherung, hohe Leistung und hervorragende Akkumulatoreigenschaften zur Verfügung stellt, selbst wenn wiederholt aufgeladen/entladen wird und für eine lange Zeitdauer verwendet wird, kann durch Erfüllen des Folgenden erreicht werden:
Der Innere Widerstand ist 5 mΩ oder weniger; die Dicke der Gruppe der Elektrodenplatten ist 30 mm oder weniger; eine Wärmeabgabefläche ist 60 cm² oder mehr und die Menge des Elektrolyten ist 1,3 bis 8,0 g/Ah.
(5) Das Verhältnis von einer Separatordicke zum Temperaturanstieg und Zyklenlebensdauer
Die folgende Tabelle 7 zeigt das Ergebnis der Messungen des Temperaturanstiegs und der Zyklenlebensdauer des Akkumulators während des Aufladens/Entladens, wo der Innere Widerstand des Akkumulators 4 mΩ betrug, die Dicke einer Gruppe von Elektrodenplatten 20 mm betrug, eine Wärmeabgabefläche 100 cm² war, die Menge des Elektrolyten 3 g/Ah, die Innenleitfähigkeit des Elektrolyten 500 mS/cm war und die Separatordicke von 0,08 bis 0,32 mm geändert wurde.
Wie in Tabelle 7 gezeigt, wenn die Separatordicke 0,1 mm, 0,15 mm, 0,2 mm und 0,3 mm betrug, war die Temperaturerhöhung des Akkumulators während des Aufladens/Entladens jeweils 7°C, 4°C, 4°C, 4°C und 7°C und die Zyklenlebensdauer war jeweils 900, 1000, 1000, 1000 und 900. Andererseits, wenn die Separatordicke 0,08 mm war, war der Temperaturanstieg 7°C, während die Zyklenlebensdauer auf 400 verringert wurde. Ebenso, wenn die Separatordicke 0,32 mm war, war der Temperaturanstieg auf 12°C erhöht und die Zyklenlebensdauer war auf 500 verringert. Die Betrachtung dieses Ergebnisses wird nachstehend näher aufgeführt. Im dem Fall, wo die Separatordicke gering ist, ist die in den Separator absorbiert werdende Menge des Elektrolyten verringert. Folglich ist die Menge des Elektrolyten in der Elektrode erhöht, was zu einer Steigerung in der Quantität der Wärmespeicherung führt. Daher ist die Quantität der Wärmeerzeugung des Akkumulators während des Aufladens/Entladens verringert, eine Senkung im Temperaturanstieg des Akkumulators verursachend. Allerdings ist die Zyklenlebensdauer des Akkumulators infolge eines Anstieges im Innendruck des Akkumulators, resultierend aus einer abgesenkten Aufladungseffizienz verkürzt. Darüber hinaus, in dem Fall, wo die Separatordicke groß ist, ist die Menge des in den Separator absorbiert werdenden Elektrolyten erhöht. Folglich ist die Menge des Elektrolyten in der Elektrode gesenkt, was zu einem großen Widerstand der Elektrodenreaktion führt. Daher ist die Quantität der Wärmeerzeugung des Akkumulators während des Aufladens/Entladens erhöht, eine Steigerung im Temperaturanstieg des Akkumulators verursachend. Der erhöhte Temperaturanstieg fördert eine Verringerung in der Aufladeeffizienz und die Zersetzung des Bindemittels oder Ähnlichem in der Elektrode und Separatoren in dem Akkumulator, so dass die Zyklenlebensdauer des Akkumulators verkürzt ist.
Deshalb wird bevorzugt, das die Separatordicke 0,1 bis 0,3 mm beträgt.
(6) Das Verhältnis der Ionenleitfähigkeit zum Temperaturanstieg und Zyklenlebensdauer
Die folgende Tabelle 8 zeigt das Ergebnis der Messungen des Temperaturanstiegs und der Zyklenlebensdauer des Akkumulators während des Aufladens/Entladens, wo der Innere Widerstand des Akkumulators 4 mΩ betrug, die Dicke einer Gruppe von Elektrodenplatten 20 mm betrug, eine Wärmeabgabefläche 100 cm² war, die Menge des Elektrolyten 3 g/Ah, die Separatordicke 0,2 mm betrug und die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten von 370 bis 650 mS/cm geändert wurde.
Wie in Tabelle 8 gezeigt, wenn die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten 400 mS/cm, 500 mS/cm und 600 mS/cm betrug, war der Temperaturanstieg des Akkumulators während des Aufladens/Entladens jeweils 7°C, 5°C und 7°C und die Zyklenlebensdauer war jeweils 900, 1000 und 900. Andererseits, wenn die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten 370 mS/cm betrug, war der Temperaturanstieg auf 12°C erhöht und die Zyklenlebensdauer war auf 400 verringert. Ebenso, wenn die Ionenleitfähigkeit 650 mS/cm betrug, war der Temperaturanstieg auf 13°C erhöht und die Zyklenlebensdauer war auf 400 verringert. Die Betrachtung dieses Ergebnisses wird nachstehend näher aufgeführt. Im dem Fall, wo die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten niedrig ist, ist das spezifische Gewicht des Elektrolyten verringert. Folglich wird die Menge an Flüssigkeit (cm³) überhöht, was zu einem großen Widerstand der Elektrodenreaktion führt. Daher ist die Quantität der Wärmeerzeugung des Akkumulators während des Aufladens/Entladens erhöht, eine Steigerung im Temperaturanstieg des Akkumulators verursachend. Darüber hinaus, im dem Fall, wo die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten groß ist, ist das spezifische Gewicht des Elektrolyten erhöht. Folglich wird die Menge an Flüssigkeit (cm³) klein, was zu einer Senkung in der Quantität der Wärmespeicherung führt, weil die Quantität der Wärmespeicherung von dem Elektrolyten und seiner Wärmekapazität abhängt, selbst wenn die Wärmeabgabe des Elektrolyten die gleiche ist. Daher ist der Temperaturanstieg des Akkumulators erhöht. Der erhöhte Temperaturanstieg fördert eine Verringerung in der Aufladeeffizienz und die Zersetzung des Bindemittels oder Ähnlichem in der Elektrode und Separatoren in dem Akkumulator, so dass die Zyklenlebensdauer des Akkumulators verkürzt ist.
Deshalb wird bevorzugt, dass die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten 400 bis 600 mS/cm beträgt.
(7) Das Verhältnis der Wärmeleitfähigkeit eines Behältermaterials zum Temperaturanstieg und zur Zyklenlebensdauer
Die folgende Tabelle 9 zeigt das Ergebnis der Messungen des Temperaturanstiegs und der Zyklenlebensdauer des Akkumulators während des Aufladens/Entladens, wo der Innere Widerstand des Akkumulators, die Dicke einer Gruppe von Elektrodenplatten, eine Wärmeabgabefläche, die Menge des Elektrolyten, eine Separatordicke und die Ionenleitfähigkeit des Elektrolyten jeder einzelne auf einen gewünschten, in (1) bis (6) beschriebenen Wert gesetzt wurden, die Dicke des Behälters 1,0 mm betrug und die Wärmeleitfähigkeit eines Materials des Behälters von 0,13 bis 0,18 W/m·K geändert wurde. Die Wärmeleitfähigkeit des Behältermaterials hängt von der Wärmeleitfähigkeit des verwendet wordenen Harzes ab; für eine Polymerharzmischung (polymer alloy resin) hängt es von den Mischungsverhältnissen ab. TABELLE 9

Dicke des Behälters [mm] Wärmeleitfähigkeit [W/m·K] Nutzungsgrad [%] Temperaturanstieg [°C] Zyklenlebensdauer

1,0 0,13 82 14 400

0,14 88 11 500

0,15 93 7 900

0,18 95 5 1000
Wie in Tabelle 9 gezeigt, wenn die Wärmeleitfähigkeit des Behältermaterials 0,15 W/m·K und 0,18 W/m·K war, war der Temperaturanstieg des Akkumulators während des Aufladens/Entladens jeweils 7°C und 5°C und die Zyklenlebensdauer betrug jeweils 900 und 1000. Anderseits, wenn die Wärmeleitfähigkeit des Behältermaterials 0,13 W/m·K und 0,14 W/m·K war, war der Temperaturanstieg des Akkumulators jeweils auf 14°C und 11°C erhöht und die Zyklenlebensdauer war jeweils auf 400 und 500 verringert. Die Betrachtung dieses Ergebnisses wird nachstehend näher aufgeführt. Im dem Fall, wo die Wärmeleitfähigkeit des Behältermaterials niedrig ist, ist der Temperaturanstieg des Akkumulators erhöht. Der erhöhte Temperaturanstieg fördert eine Verringerung in der Aufladeeffizienz und die Zersetzung des Bindemittels oder Ähnlichem in der Elektrode und Separatoren in dem Akkumulator, so dass die Zyklenlebensdauer des Akkumulators verkürzt ist.
(8) Das Verhältnis einer Behälterdicke zum Temperaturanstieg und zur Zyklenlebensdauer.

Die folgende Tabelle 10 zeigt das Ergebnis der Messungen des Temperaturanstiegs und der Zyklenlebensdauer des Akkumulators während des Aufladens/Entladens, wo jeder einzelne, der Innere Widerstand des Akkumulators, die Dicke einer Gruppe von Elektrodenplatten, eine Wärmeabgabefläche, die Menge des Elektrolyten, eine Separatordicke und die Innenleitfähigkeit des Elektrolyten, auf einen gewünschten, in (1) bis (6) beschriebenen Wert gesetzt wurden, die Wärmeleitfähigkeit eines Materials des Behälters 0,2 W/m·K betrug und die Dicke des Behälters von 0,4 bis 1,6 mm geändert wurde. TABELLE 10

Dicke des Behälters [mm]	Wärmeleitfähigkeit [W/m·K]	Nutzungsgrad [%]	Temperaturanstieg [°C]	Zyklenlebensdauer
0,4	0,2	96	4	400
0,5		96	4	900
0,8		96	5	1000
1,0		96	5	1000
1,2		95	5	1000
1,5		93	7	900
1,6		86	12	500

Wie in Tabelle 10 gezeigt, wenn die Behälterdicke 0,5 mm, 0,8 mm, 1,0 mm, 1,2 mm und 1,5 mm war, war der Temperaturanstieg des Akkumulators während des Aufladens/Entladens jeweils 4°C, 5°C, 5°C, 5°C und 7°C und die Zyklenlebensdauer betrug jeweils 900, 1000, 1000, 1000 und 900. Anderseits, wenn die Behälterdicke 0,4 mm war, war der Temperaturanstieg des Akkumulators 4°C und die Zyklenlebensdauer war auf 400 verringert. Ebenso, wenn die Behälterdicke 1,6 mm war, war der Temperaturanstieg auf 12°C erhöht und die Zyklenlebensdauer war auf 500 verringert. Die Betrachtung dieses Ergebnisses wird nachstehend näher aufgeführt. In dem Fall, wo die Behälterdicke gering ist, wird die Wärmeabgabe gut. Deshalb ist die Quantität der Wärmeerzeugung des Akkumulators während des Aufladens/Entladens gesenkt, eine Senkung in dem Temperaturanstieg des Akkumulators verursachend.
Allerdings ist die Zyklenlebensdauer des Akkumulators infolge der aus einem Fehlen der Behälterdicke gegen den inneren Druck des Akkumulators resultierenden Verformung des Behälters verkürzt. Darüber hinaus, in dem Fall, wo die Behälterdicke groß ist, wird die Wärmeabgabe mangelhaft. Dadurch ist die Quantität der Wärmeerzeugung des Akkumulators während des Aufladens/Entladens erhöht, eine Steigerung in dem Temperaturanstieg des Akkumulators verursachend. Der erhöhte Temperaturanstieg fördert eine Verringerung in der Aufladeeffizienz und die Zersetzung des Bindemittels oder Ähnlichem in der Elektrode und Separatoren in dem Akkumulator, so dass die Zyklenlebensdauer des Akkumulators verkürzt ist.
Deshalb zeigen die Ergebnisse von (7) und (8), dass es wünschenswert ist, dass die Wärmeleitfähigkeit des Behältermaterials 0,15 W/m·K oder mehr beträgt und eine Behälterdicke 0,5 bis 1,5 mm beträgt.
Als das Behältermaterial, welches diesen Anforderungen Genüge tut, kann zum Beispiel ein Harzmaterial, wie zum Beispiel eine auf Polyphenylenetherharz und Polyolefinharz basierende Polymermischung (polymer alloy), verwendet werden.
Als nächstes wurden 3 bis 40 rechteckige Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren (Zellen) mit der oben genannten Konfiguration elektrisch in Reihe geschaltet, um ein Akkumulatorenmodul zu erzeugen.
2 ist eine perspektivische Ansicht eines integralen Behälters für ein Akkumulatorenmodul mit sechs elektrisch in Reihe geschalteten, rechteckigen Nickel-Metallhydridakkumulatoren (Zellen). Wie in 2 gezeigt, sind sechs Behälter 6, von welchen ein jeder in der Form eines rechteckigen Festkörpers mit einer kurzen Seitenfläche mit einer geringen Breite und langen Seitenflächen mit einer großen Breite ist, in einen integralen Behälter 8 unter Verwendung der kurzen Seitenfläche als eine Trennwand 7 zwischen den angrenzenden Behältern 6 gebildet. Eine Gruppe von Elektrodenplatten (nicht gezeigt) ist in jedem einzelnen Behälter 6 beherbergt. In anderen Worten, die angrenzenden Zellen sind an dem oberen Teil der Trennwand 7 elektrisch in Reihe geschaltet. Die Elektrodenanschlüsse (nicht gezeigt) des Akkumulatormoduls sind jeweils auf den oberen Teilen der beiden Schlusswänden 9 versehen. Die oberen Öffnungen des integralen Behälters 8 sind integral mit oberen Abdeckungen (nicht gezeigt) verschlossen. Darüber hinaus sind lamellenförmige Vorsprünge 10 zur Bildung eines Kühlmitteldurchflussweges zwischen den angrenzenden Akkumulatormodulen auf der langen Seitenfläche auf dem integralen Behälter 8 versehen.
(9) Das Verhältnis der Wärmeleitfähigkeit pro Akkumulatormodul zum Temperaturanstieg und zur Zyklenlebensdauer
Die folgende Tabelle 11 zeigt das Ergebnis der Messungen des Temperaturanstiegs und der Zyklenlebensdauer des Akkumulators während des Aufladens/Entladens, wo das Akkumulatormodul 6 rechteckige, elektrisch in Reihe geschaltete Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren (Zellen) einschloss, wobei eine jede Zelle einen Innere Widerstand, die Dicke einer Gruppe von Elektrodenplatten, eine Wärmeabgabefläche, die Menge des Elektrolyten, eine Separatordicke und eine Innenleitfähigkeit des Elektrolyten hat, welche auf einen gewünschten, in (1) bis (6) beschriebenen Wert gesetzt wurden und die Wärmeleitfähigkeit pro Akkumulatormodul von 0,2 bis 0,4 W/m·K geändert wurde. In diesem Fall war die Wärmeleitfähigkeit pro Akkumulatormodul auf einen vorbestimmten Wert durch Verändern der Mischungsverhältnisse eines Harzmaterials des Behälters und der Dicke davon angepasst. TABELLE 11

Wärmeleitfähigkeit [W/m·K] Nutzungsgrad [%] Temperaturanstieg [°C] Zyklenlebensdauer

0,2 82 13 400

0,3 95 6 900

0,4 96 5 1000
Wie in Tabelle 11 gezeigt, wenn die Wärmeleitfähigkeit pro Akkumulatorenmodul 0,3 W/m·K und 0,4 W/m·K betrug, war der Temperaturanstieg des Akkumulatormoduls während des Aufladens/Entladens jeweils 6°C und 5°C und die Zyklenlebensdauer war jeweils 900 und 1000. Andererseits, wenn die Wärmeleitfähigkeit pro Akkumulatorenmodul 0,2 W/m·K betrug, war der Temperaturanstieg des Akkumulatormoduls während des Aufladens/Entladens auf 13°C erhöht und die Zyklenlebensdauer war auf 400 verringert. Die Betrachtung dieses Ergebnisses wird nachstehend näher aufgeführt. Im dem Fall, wo die Wärmeleitfähigkeit pro Akkumulatorenmodul gering ist, wird die Wärmeabgabe mangelhaft. Deshalb ist die Quantität der Wärmeerzeugung des Akkumulators während des Aufladens/Entladens erhöht, eine Steigerung in dem Temperaturanstieg des Akkumulators verursachend. Der erhöhte Temperaturanstieg fördert eine Verringerung in der Aufladeeffizienz und die Zersetzung des Bindemittels oder Ähnlichem in der Elektrode und Separatoren in dem Akkumulator, so dass die Zyklenlebensdauer des Akkumulators verkürzt ist.
Deshalb wird bevorzugt, dass die Wärmeleitfähigkeit pro Akkumulatorenmodul 0,3 W/m·K oder mehr beträgt.
Wie oben beschrieben kann ein Akkumulatorenmodul, das einen niedrig gehaltenen Temperaturanstieg, große Leistung und hervorragende Akkumulatoreneigenschaften zur Verfügung stellt, selbst wenn es wiederholt aufgeladen/entladen wird und für eine lange Zeitdauer verwendet wird, auf die folgende Art und Weise erhalten werden: rechteckige Nickel-Metallhydrid-Akkumulatoren (Zellen), eine jeder mit einem gewünschten, in (1) bis (9) beschriebenen Wert wurden verwendet, um ein Akkumulatorenmodul zu bilden, und die Wärmeleitfähigkeit pro Akkumulatorenmodul ist auf 0,3 W/m·K oder mehr gesetzt.
Als nächstes wurden eine Vielzahl von Akkumulatormodulen mit der oben genannten Konfiguration elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet, um eine Akkumulatorengruppe (battery pack) zu erzeugen. Ein Kühlmitteldurchflussweg wurde zwischen den angrenzenden Akkumulatormodulen gebildet. In diesem Fall kann eine Akkumulatorengruppe, welche einen niedrig gehaltenen Temperaturanstieg, große Leistung und hervorragende Akkumulatoreneigenschaften zur Verfügung stellt, selbst wenn es wiederholt aufgeladen/entladen wird und für eine lange Zeitdauer verwendet wird, ebenso durch das Bilden der Akkumulatorengruppe unter Verwendung von Akkumulatormodulen, ein jedes mit einem gewünschten, in (9) beschrieben Wert erhalten werden.

Claims

Rechteckiger alkalischer Akkumulator mit: einer Vielzahl an positiven Elektrodenplatten (1); einer Vielzahl an negativen Elektrodenplatten (2); einer Vielzahl an Separatoren (3), von denen sich jeder einzelne zwischen der positiven Elektrodenplatte (1) und der negativen Elektrodenplatte (2) befindet; einem alkalischen Elektrolyt, und einem Behälter (6) zur Aufnahme der positiven und negativen Elektrodenplatten (1, 2), der Separatoren (3) und des Elektrolyten, wobei der Innere Widerstand 5mΩ oder weniger beträgt, eine Gruppe von Elektrodenplatten mit den positiven und negativen Elektrodenplatten (1, 2) und den Separatoren (3) eine Dicke von 30 mm oder weniger aufweist, eine Wärmeabgabefläche 60 cm² oder mehr beträgt und eine Menge des Elektrolyten 1,3 bis 8,0 g/Ah beträgt.
Rechteckiger alkalischer Akkumulator nach Anspruch 1, wobei positive und negative, Strom sammelnde, jeweils mit den positiven Elektrodenplatten (1) und den negativen Elektrodenplatten (2) verbundene Platten (4, 5) an beiden Seitenflächen der Gruppe der Elektrodenplatten in Richtung ihrer Breite vorgesehen sind, und die Gruppe der Elektrodenplatten in dem Behälter (6) mit jeder, an den kurzen Seitenflächen des Behälters (6) befestigte, Strom sammelnden Platte (4, 5) beherbergt ist.
Rechteckiger alkalischer Akkumulator nach Anspruch 2, wobei die positiven Elektrodenplatten (1) auf Nickeloxid basieren und die negativen Elektrodenplatten (2) eine Wasserstoff absorbierende Legierung enthalten, welche Wasserstoff elektrochemisch absorbieren/desorbieren kann.
Rechteckiger alkalischer Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Separator (3) eine Dicke von 0,1 bis 0,3 mm aufweist.
Rechteckiger alkalischer Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Elektrolyt eine Innenleitfähigkeit von 400 bis 600 mS/cm aufweist.
Rechteckiger alkalischer Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Material des Behälters (6) eine Wärmeleitfähigkeit von 0,15 W/m·K oder mehr aufweist, und der Behälter (6) eine Dicke von 0,5 bis 1,5 mm aufweist.
Akkumulatormodul mit: 3 bis 40 elektrisch in Reihe geschalteten Zellen, wobei der rechteckige alkalische Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6 als diese Zelle verwendet wird.
Akkumulatormodul (8) nach Anspruch 7 mit einer Vielzahl an Behältern (6), von denen jeder einzelne in der Gestalt eines rechteckigen Festkörpers mit kurzen Seitenflächen (7) ist, die Breite kleiner als die Breite der langen Seitenflächen ist und die Behälter (6) in einem integralen Behälter unter Verwendung der kurzen Seitenfläche als eine Trennwand zwischen den angrenzenden Behältern (6) ausgebildet sind, wobei eine Gruppe von Elektrodenplatten in jedem einzelnen Behälter (6) beherbergt ist, so dass eine Zelle für jeden einzelnen Behälter (6) vorgesehen ist und die Zellen elektrisch in Reihe geschaltet sind.
Akkumulatormodul (8) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Wärmeleitfähigkeit pro Akkumulatormodul 0,3 W/m·K oder mehr beträgt.
Akkumulatorgruppe mit: einer Vielzahl an elektrisch in Reihe und/oder parallel geschalteten Akkumulatormodulen (8) und einem zwischen den angrenzenden Akkumulatormodulen gebildeten Kühlmitteldurchflussweg, wobei das Akkumulatormodul (8) nach einem der Ansprüche 7 bis 9 als dieses Akkumulatormodul (8) verwendet wird.