DE68917593T2

DE68917593T2 - Alkalische Speicherbatterie.

Info

Publication number: DE68917593T2
Application number: DE68917593T
Authority: DE
Inventors: Kenichi Hoshino; Hiromi Maruyama; Sennosuke Oda; Norio Suzuki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-08-23
Filing date: 1989-10-31
Publication date: 1995-01-05
Anticipated expiration: 2009-11-01
Also published as: JP2762599B2; EP0413867B1; EP0413867A3; JPH0378964A; DE68925431T2; EP0545906A2; EP0413867A2; US5006426A; DE68925431D1; EP0545906A3; DE68917593D1; EP0545906B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine alkalische Speicherbatterie, wie etwa eine abgeschlossene Nickel- Cadmium-Speicherbatterie oder dergleichen, und insbesondere auf eine alkalische Speicherbatterie mit einer verbesserten Stromaufnehmerstreifen -oder lappenstruktur für eine gesteigerte Stoßentladeleistung.
Eine herkömmliche alkalische Speicherbatterie ist in den Figuren 6 und 7 der begleitenden Zeichnungen gezeigt. Die bekannte alkalische Speicherbatterie hat eine Elektrodenanordnung 34 mit einer positiven Elektrode 32 und einer negativen Elektrode 33, welche mit einer dazwischen eingelagerten Trennschicht 31 wie spiralförmige Spulen gewickelt sind. Die Elektrodenanordnung 34 ist in einem nickelplattierten Stahlgehäuse 35 aufgenommen, das zusätzlich der negative Pol der Speicherbatterie ist. Die positive Elektrode 32 hat eine von einem Ende der Elektrodenanordnung 34 vorstehende Polkante 36, wohingegen die negative Elektrode 33 eine von dem anderen Ende der Elektrodenanordnung 34 vorstehende Polkante 37 hat. Die Polkante 36 ist mit einem oberen Stromaufnehmerstreifen 38 verbunden, der einen kreisförmigen, an die Polkante 36 geschweißten aufnehmenden Streifen 39 und einen sich von dem kreisförmigen aufnehmenden Streifen 39 aus erstreckenden rechtwinkligen Leitungsstreifen 40 hat. Der rechtwinklige Leitungsstreifen 40 hat eine Breite, die schmaler als der Durchmesser des kreisförmigen aufnehmenden Streifens 39 ist. Der Leitungsstreifen 40 ist an einem Verschlußdeckel 41 des Gehäuses 35 punktverschweißt, wobei der Verschlußdeckel 41 der positiver Pol der Speicherbatterie ist. Die Polkante 37 ist mit einem unteren Stromaufnehmerstreifen 42 verbunden, welcher einen an die Polkante 37 geschweißten kreisförmigen auf nehmenden Streifen 43 und einen an die Mitte des kreisförmigen aufnehmenden Streifens 43 angebrachten zungenartigen Leitungsstreifen 44 hat. Der Leitungsstreifen 44 ist an die Innenfläche des Bodens des Gehäuses 35 an der Mitte des kreisförmigen auf nehmenden Streifens 43 punktverschweißt.
Bekanntermaßen variiert die Stoßentladeleistung der alkalischen Speicherbatterie einer derartigen Konstruktion abhängig von dem inneren Widerstand der Speicherbatterie sehr stark.
Die Stromaufnehmerstreifen 38, 42 sind jeweils an die Polkanten 36, 37 der Elektrodenanordnung 34 punktverschweißt. Um einen derartigen Stromaufnehmerstreifen an eine Polkante einer Elektrodenanordnung zu punktverschweißen, wird eine Oberfläche des Stromaufnehmerstreifens gegen die Polkante der Elektrodenanordnung gehalten und zwei punktverschweißende Elektroden an der anderen Oberfläche des Stromaufnehmerstreifens angeordnet. Der zwischen den punktverschweißenden Elektroden eingespeiste Schweißstrom fließt von der Polkante der Eletrodenanordnung über den Stromaufnehmerstreifen zur Elektrodenanordnung selbst. Wird der Stromaufnehmerstreifen, der dieselbe Dicke bzw. Stärke wie sein stromaufnehmender Streifen und sein Leitungsstreifen hat, zur Verminderung seines elektrischen Widerstands in seiner Gesamtstärke gesteigert, dann erhöht sich beim Schweißen des Stromaufnehmerstreifens an die Polkante der Elektrodenanordnung der durch den Stromaufnehmerstreifen fließende Verluststrom, so daß der durch die zwischen der Polkante der Elektrodenanordnung befindliche Verbindung und dem Stromaufnehmerstreifen fließende Schweißstrom verringert wird. Daraus resultiert, daß die Verbindung nicht wirkungsvoll geschweißt werden kann. Deshalb wird vorzugsweise die Stärke des Stromaufnehmerstreifens vermindert, um den während des Schweißens fließenden Verluststrom zu minimieren. Wird die Stärke der Stromaufnehmerstreifen verringert, erhöht sich jedoch der elektrische Widerstand des Leitungsstreifen, auf dem sich der Strom konzentriert. Folglich ist es unmöglich, den elektrischen Widerstand des Leitungsstreifens und somit des gesamten Stromaufnehmerstreifens zu verringern.
Die US-A-4322484 zeigt eine alkalische Speicherbatterie gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine alkalische Speicherbatterie geschaffen, mit:
einer Elektrodenanordnung mit einer positiven Elektrodenplatte und einer negativen Elektrodenplatte, wobei die Platten mit einer dazwischen eingelagerten Trennschicht spiralförmig gewickelt sind;
einem Gehäuse, das die Elektrodenanordnung darin aufnimmt und als ein negativer Pol dient und eine Öffnung hat;
einem Verschlußdeckel, der init einer dazwischenliegenden isolierenden Abdichtung in der Öffnung angebracht ist, wobei der Verschlußdeckel ein positiver Pol ist;
einer Stromaufnehinereinrichtung für die negative Elektrode, die eine Kante der negativen Elektrodenplatte mit dem Gehäuse elektrisch verbindet;
einer Stromaufnehmereinrichtung für die positive Elektrode, die eine Kante der positiven Elektrodenplatte mit der verschließenden Abdeckung verbindet, wobei die Stromaufnehmereinrichtung für die positive Elektrode erste und zweite Stromaufnehmer hat, wobei jeder ein, an die Kante der positiven Elektrodenplatte angebrachtes stromaufnehmendes Teil und ein, an den Verschlußdeckel angebrachtes Leitungsteil hat, und dadurch gekennzeichnet ist, daß zwischen den ersten und zweiten Stromaufnehmern in dem Bereich der Mitte der Elektrodenanordnung eine Öffnung definiert ist.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Batterie unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen ausschließlich beispielhaft beschrieben.
Es zeigen:
Figur 1 eine Querschnittslängsansicht einer alkalischen Speicherbatterie gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine Perspektivansicht einer inneren Struktur der in Figur 1 gezeigten alkalischen Speicherbatterie mit oberen Stromaufnehmerstreifen, von denen aus sich Leitungsstreifen erstrecken, und einer Elektrodenanordnung;
Figur 3 eine Perspektivansicht einer inneren Struktur einer alkalischen Speicherbatterie gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 eine Perspektivansicht einer inneren Struktur einer alkalischen Speicherbatterie, die nicht mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmt;
Figur 5 einen Graphen mit den Entladeleistungen der in den Figuren 1 bis 4 gezeigten alkalischen Speicherbatterien und einer herkömmlichen alkalischen Speicherbatterie;
Figur 6 eine Querschnittslängsansicht einer herkömmlichen alkalischen Speicherbatterie; und
Figur 7 eine Perspektivansicht einer inneren Struktur einer herkömmlichen alkalischen Speicherbatterie.
Die Figuren 1 und 2 zeigen eine alkalische Speicherbatterie gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die alkalische Speicherbatterie ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wie eine Nickel-Cadmium- Speicherbatterie ausgebildet und hat eine Nennkapazität von 1,2 Ah. Die alkalische Speicherbatterie hat eine Elektrodenanordnung 54 mit einer positiven Elektrode 52 und einer negativen Elektrode 53, welche mit einer dazwischen befindlichen Trennschicht 51 wie spiralförmige Spulen gewickelt sind. Die Elektrodenanordnung 54 ist in einem nickelplattierten Stahlgehäuse 55 auf genommen, welches zusätzlich der negative Pol der Speicherbatterie ist. Die positive Elektrode 52 hat eine von einem Ende der Elektrodenanordnung 54 vorstehende Polkante 56, wohingegen die negative Elektrode 53 eine von dem anderen Ende der Elektrodenanordnung 54 vorstehende Polkante 57 hat.
Die alkalische Speicherbatterie hat zwei mit der Polkante 56 der positiven Elektrode 52 verbundene obere Stromaufnehmerstreifen 1, 2. Die oberen Stromaufnehmerstreifen 1, 2 haben jeweils halbkreisförmige stromaufnehmende Streifen 5, 6, die an die Polkante 56 der positiven Elektrode 52 punktverschweißt sind, und jeweils rechtwinklige Leitungsstreifen 7, 8, die sich ausgehend von den stromaufnehmenden Streifen 5, 6 jeweils nach oben erstrecken. Die oberen Stromaufnehmerstreifen 1, 2 haben eine Stärke von 0,15 mm. Die Leitungsstreifen 7, 8 sind einander gegenüberstehend angeordnet und haben distale Enden, die an einem Verschlußdeckel 10 des Gehäuses 55 punktverschweißt sind, wobei der Verschlußdeckel 10 zusätzlich der positive Pol der Speicherbatterie ist. Der Verschlußdeckel 10 ist in einer Endöffnung des Gehäuses 55 mit einem dazwischenliegenden isolierenden Abdichtring 58 montiert. Die Polkante 57 ist mit einem unteren Stromaufnehmerstreifen 62 verbunden, der einen an der Polkante 57 punktverschweißten kreisförmigen stromaufnehmenden Streifen 63 und einen an die Mitte des kreisförmigen auf nehmenden Streifens 63 angebrachten zungenförmigen Leitungsstreifen 64 aufweist. Der Leitungsstreifen 64 ist an der Mitte des kreisförmigen aufnehmenden Streifens 63 an die Innenfläche des Gehäusebodens punktverschweißt.
Die derart aufgebaute Speicherbatterie wird nachstehend als Speicherbatterie A bezeichnet. Ein von den stromaufnehmenden Streifen 5, 6 der beiden Stromaufnehmerstreifen 1, 2 eingespeister elektrischer Strom fließt über die mit den stromaufnehmenden Streifen 5, 6 verbundenen Leitungsstreifen 7, 8 zum Verschlußdeckel 10. Gemäß der Speicherbatterie A ist die Dichte des durch die stromaufnehmenden Streifen 5, 6 und den Leitungsstreifen 7, 8 fließenden Stroms um die Hälfte und der elektrische Widerstand der Stromaufnehmerstreifen 1, 2 wesentlich vermindert. Der innere Widerstand der Speicherbatterie A ist um 20 % niedriger als der innere Widerstand einer herkömmlichen Nickel-Cadmium- Speicherbatterie.
Um die stromaufnehmenden Streifen 5, 6 an der Elektrodenanordnung 54 zu punktverschweißen, werden jeweils zwei Schweißelektroden gegen die stromaufnehmenden Streifen 5, 6 gehalten und wird zwischen die Schweißelektroden ein Schweißstrom gespeist. Daher konzentriert sich der Schweißstrom auf zwischen den stromaufnehmenden Streifen 5, 6 und der Polkante 56 der Positiven Elektrode 52 befindliche Verbindungstellen.
Eine andere Speicherbatterie, nachstehend als Speicherbatterie B bezeichnet, ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Speicherbatterie A ähnlich, ausgenommen, daß die oberen Stromaufnehmerstreifen mit 0,20 mm eine größere Stärke haben. Der innere Widerstand der Speicherbatterie A ist um ungefähr 25 % niedriger als der innere Widerstand einer herkömmlichen Nickel-Cadmium-Speicherbatterie.
Während in den Speicherbatterien des ersten Ausführungsbeispiels zwei obere Stromaufnehmerstreifen angewendet werden, können mehrere obere Stromaufnehmerstreifen und/oder eine Vielzahl von unteren Stromaufnehmerstreifen angewendet werden.
Figur 3 zeigt eine innere Struktur einer alkalischen Speicherbatterie gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die alkalische Speicherbatterie des zweiten Ausführungsbeispiels ist eine Nickel-Cadmium-Batterie mit einer Nennkapazität von 1,2 Ah und unterscheidet sich von den alkalischen Speicherbatterien des ersten Ausführungsbeispiels nur hinsichtlich zweier oberer Stromaufnehmerstreifen 11, 12. Genauer gesagt ist der obere Stromaufnehmerstreifen 11 unterhalb des oberen Stromaufnehmerstreifens 12 angeordnet. Der obere Stromaufnehmerstreifen 11 hat einen im wesentlichen kreisförmigen stromaufnehmenden Streifen 13, der an der Polkante der positiven Elektrode verschweißt ist, und einen rechtwinkligen Leitungsstreifen 15, der durch Einschneiden hochgezogen bzw. aufgerichtet wurde und sich ausgehend von dem stromaufnehmenden Streifen 13 nach oben erstreckt. Der andere Stromaufnehmerstreifen 12 hat einen im wesentlichen kreisförmigen stromaufnehmenden Streifen 14 mit einem, an einem Abschnitt der Randkante der positiven Elektrode punktverschweißten Oberflächenbereich, wobei der andere Oberflächenbereich an den stromaufnehmenden Streifen 13 punktverschweißt ist, und einen Leitungsstreifen 16, der durch Einschneiden aufgerichtet wurde und sich ausgehend von dem stromaufnehmenden Streifen 14 nach oben erstreckt. Die Leitungsstreifen 15, 16 sind einander gegenüberstehend angeordnet. Die derart konstruierte Speicherbatterie wird nachstehend als Speicherbatterie C bezeichnet. Der innere Widerstand der Speicherbatterie C ist um 30 % geringer als der innere Widerstand einer herkömmlichen Nickel-Cadmium- Batterie. Um den inneren Widerstand der Speicherbatterie weiter zu verkleinern, können mehrere nacheinander verschweißte Stromaufnehmerstreifen übereinandergeschichtet werden. Ferner können zwei oder mehrere untere Stromaufnehmerstreifen angewendet und in derselben Weise wie die oberen Stromaufnehmerstreifen angeordnet werden.
Figur 4 zeigt eine innere Struktur einer alkalischen Speicherbatterie, die nicht mit der vorliegenden Erfindung übereinstimmt. Die alkalische Speicherbatterie gemäß Figur 4 ist eine Nickel-Cadmium-Speicherbatterie mit einer Nennkapazität von 1,2 Ah und unterscheidet sich von der alkalischen Speicherbatterie gemäß Figur 1 insofern, als nur ein einziger oberer Stromaufnehmerstreifen 24 angewendet wird. Der obere stromaufnehmende Streifen 24 hat einen an die Polkante der positiven Elektrode geschweißten, im wesentlichen kreisförmigen stromaufnehmenden Streifen 25 und einen rechtwinkligen Leitungsstreifen 26, der mit dem stromaufnehmenden Streifen 25 verbunden ist und-sich von diesem nach oben erstreckt. Der stromaufnehmende Streifen 25 hat eine Stärke von 0,15 mm, und der Leitungsstreifen 26 eine Stärke von 0,50 mm. Dem durch den stärkeren Leitungsstreifen 26 geleitete Strom wird ein verminderter elektrischer Widerstand entgegengesetzt. Die in Figur 4 gezeigte Speicherbatterie wird nachstehend als Speicherbatterie F bezeichnet. Der innere Widerstand der Speicherbatterie F ist um ungefähr 20 % niedriger als der innere Widerstand einer herkömmlichen Nickel-Cadmium-Speicherbatterie. Der untere Stromaufnehmerstreifen kann mit dem oberen Stromaufnehmerstreifen 24 im Aufbau übereinstimmen.
Das Konzept, dickere Leitungsstreifen gemäß Figur 4 zu verwenden, ist auf die Figuren 1 bis 3 anwendbar.
Figur 5 zeigt die Entladespannungen der Speicherbatterien A, B, C, F und einer herkömmlichen Speicherbatterie G, wobei die Entladespannungen gegen die Zeit aufgetragen wurden, nachdem die Speicherbatterien vollständig aufgeladen und anschließend mit einem von den Speicherbatterien fließenden Strom von 20 A entladen wurden. Aus Figur 5 ist ersichtlich, daß die Speicherbatterien A, B, C, F mit dem verminderten inneren Widerstand höhere Stoßentladeleistungen und höhere Entladespannungen zeigen als die herkömmliche Speicherbatterie G. (Entladekurven D und E sollten nicht berücksichtigt werden, da sich diese nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele der Batterie beziehen).
Mit der vorstehend beschriebenen vorliegenden Erfindung hat die alkalische Speicherbatterie aufgrund des verminderten elektrischen Widerstands des Stromaufnehmerstreifens oder der Stromaufnehmerstreifen eine höhere Stoßentladeleistung, d.h. sie kann aufgrund einer Schnellentladung eine höhere Entladespannung halten.

Claims

1. Alkalische Speicherbatterie, mit:

einer Elektrodenanordnung (54) mit einer positiven Elektrodenplatte (52) und einer negativen Elektrodenplatte (53), wobei die Platten mit einer dazwischen eingelagerten Trennschicht (5l) spiralförmig gewunden sind;

einem Gehäuse (55), das die Elektrodenanordnung (54) darin aufnimmt und als ein negativer Pol dient und eine Öffnung hat;

einer verschließenden Abdeckung (10), die mit einer dazwischenliegenden isolierenden Abdichtung (58) in der Öffnung angebracht ist, wobei die verschließende Abdeckung ein positiver Pol ist;

einer Stromaufnehmereinrichtung (62) für die negative Elektrode, die eine Kante (57) der negativen Elektrodenplatte (53) mit dem Gehäuse (55) elektrisch verbindet;

einer Stromaufnehmereinrichtung (1, 2) für die positive Elektrode, die eine Kante (56) der positiven Elektrodenplatte (52) mit der verschließenden Abdeckung (10) verbindet, wobei die Stromaufnehmereinrichtung für die positive Elektrode erste und zweite Stromaufnehmer (1, 2, 11, 12) hat, wobei jeder ein, an die Kante (56) der positiven Elektrodenplatte (52) angebrachtes stromaufnehmendes Teil (5, 6, 13, 14) und ein, an die verschließende Abdeckung (10) angebrachtes Leitungsteil (7, 8, 15, 16) hat, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den ersten und zweiten Stromaufnehmern (1, 2) in dem Bereich der Mitte der Elektrodenanordnung (54) eine Öffnung definiert ist.

2. Alkalische Speicherbatterie nach Anspruch 1, wobei die Öffnung generell vieleckig ist.

3. Alkalische Speicherbatterie nach Anspruch 2, wobei die Öffnung generell quadratisch ist.

4. Alkalische Speicherbatterie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei die besagte Öffnung durch in den stromaufnehmenden Teilen (5, 6, 13, 14) der ersten und zweiten Stromaufnehmer (1, 2, 11, 12) gebildeten Ausssparungen definiert ist.

5. Alkalische Speicherbatterie nach Anspruch 4, wobei das Leitungstei1 (7, 8, 15, 16) jedes Stromaufnehmers (1, 2, 11, 12) gebildet wurde, indem es aus der Ebene des stromaufnehmenden Teils (5, 6, 13, 14) seines jeweiligen Stromaufnehmers herausgeformt wurde, so daß sich eine besagte Aussparung in dem stromaufnehmenden Teil bildet.

6. Alkalische Speicherbatterie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei die ersten und zweiten Stromaufnehmer (1, 2, 11, 12) mit ihren Leitungsteilen (7, 8, 15, 16) einander gegenüberstehend angeordnet sind, und wobei zwischen den gegenüberstehenden Leitungsteilen die besagte Öffnung definiert ist.

7. Alkalische Speicherbatterie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei ein Abschnitt des stromaufnehmenden Teils (13, 14) eines der Stromaufnehmer (11, 12) über einen Abschnitt des stromaufnehmenden Teils des anderen Stromaufnehmers angeordnet ist.

8. Alkalische Speicherbatterie nach Anspruch 7, wobei die stromaufnehmenden Teile der ersten und zweiten Stromaufnehmer (11, 12) zusammengeschweißt sind.

9. Alkalische Speicherbatterie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei mehr als zwei Stromaufnehmer (1, 2, 11, 12) vorgesehen sind.

10. Alkalische Speicherbatterie nach einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, wobei das Leitungsteil (7, 8, 15, 16) von zumindest einem der ersten und zweiten Stromaufnehmer (1, 2, 11, 12) dicker als sein jeweiliges stromaufnehmendes Teil (5, 6, 13, 14) ist.