JP2948905B2 - 保守管理が軽減されたニッケル―カドミウム蓄電池 - Google Patents
保守管理が軽減されたニッケル―カドミウム蓄電池Info
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Description
【発明の詳細な説明】 特に本発明は、例えば航空機や、所定種類の装置用バ
ックアップ電源において、短時間に高い電力を必要とす
る用途のための保守管理が軽減されたニッケル−カドミ
ウム蓄電池に係わる。
ックアップ電源において、短時間に高い電力を必要とす
る用途のための保守管理が軽減されたニッケル−カドミ
ウム蓄電池に係わる。
焼結された負極と正極とを備え、その（間接的に）つ
ながる２つの電極間の間隙が0.15mm〜0.4mmである所謂
第１の「開放」型のニッケル−カドミウム蓄電池は上記
用途において公知である。上記間隙は、（被）グラフト
（化）ポリエチレンまたは微孔質ポリプロピレンででき
たセロファン膜を伴なうフェルトからなるセパレーター
で充填されている。その電極集成体（両電極、セパレー
ター）は、所定量の非束縛（逃散可能な）電解液を含む
プラスチック材料のケース内に入れられている。動作圧
力は0.2〜0.7バール相対圧であり、この圧力はバルブに
よって規定される。航空機に使用される際には各蓄電池
は、25℃で15秒間充電すると400W/kg〜700W/kgの出力密
度（power density）を与える。
ながる２つの電極間の間隙が0.15mm〜0.4mmである所謂
第１の「開放」型のニッケル−カドミウム蓄電池は上記
用途において公知である。上記間隙は、（被）グラフト
（化）ポリエチレンまたは微孔質ポリプロピレンででき
たセロファン膜を伴なうフェルトからなるセパレーター
で充填されている。その電極集成体（両電極、セパレー
ター）は、所定量の非束縛（逃散可能な）電解液を含む
プラスチック材料のケース内に入れられている。動作圧
力は0.2〜0.7バール相対圧であり、この圧力はバルブに
よって規定される。航空機に使用される際には各蓄電池
は、25℃で15秒間充電すると400W/kg〜700W/kgの出力密
度（power density）を与える。
最も注目すべきことは、このような蓄電池は、一定電
圧及び制限された電流で充電すると、過充電された瞬間
にその電圧が極めて突然に増大するという動作特性を示
すことである。この電圧増大によって、蓄電池の充電は
自己制限的となり得る。この動作特性は、−20℃〜＋60
℃の範囲であれば温度とは無関係に一定電圧での充電に
おいて生じる。
圧及び制限された電流で充電すると、過充電された瞬間
にその電圧が極めて突然に増大するという動作特性を示
すことである。この電圧増大によって、蓄電池の充電は
自己制限的となり得る。この動作特性は、−20℃〜＋60
℃の範囲であれば温度とは無関係に一定電圧での充電に
おいて生じる。
更に上記蓄電池は、使用条件に従って動作時間が5000
〜50,000時間となり得るその寿命を通してずっと極めて
信頼性がある。しかしながら、この蓄電池は、それにか
かる過充電に比例する量の水分を消費するという欠点が
ある。この水分の消費は、蒸留水を定期的に加えること
によって補償せねばならず、この作業によって蓄電池は
運転停止となるし、人の介入をも必要とする。水分消費
は過充電3Ah当たり約1cm3である。
〜50,000時間となり得るその寿命を通してずっと極めて
信頼性がある。しかしながら、この蓄電池は、それにか
かる過充電に比例する量の水分を消費するという欠点が
ある。この水分の消費は、蒸留水を定期的に加えること
によって補償せねばならず、この作業によって蓄電池は
運転停止となるし、人の介入をも必要とする。水分消費
は過充電3Ah当たり約1cm3である。
更に、焼結正極と、活物質がポリマーによって固めら
れている負極とを有する所謂第２の「開放」型の蓄電池
も公知である。負極は特に仏国特許出願公開第2 586 40
7号に記載されている。間接的につながる（連続する）
２つの電極間の間隙は0.4mmより大きく、用途及び所望
の出力密度に応じて1.5mm程度とすることができる。出
力密度は50W/kg〜200W/kgの範囲とすることができる。
セパレーターは、第１のタイプの電池のように膜を伴な
うフェルトによって、または、特に電極間の間隙が0.8m
m〜1.5mmの範囲であればプラスチック材料のスペーサに
よって構成することができる。この蓄電池は加圧下には
動作せず、充電の観点からは極めて広い範囲にわたる温
度で自己制限的であるという第１のタイプの電池と同じ
長所を、一方水分の消費の観点からは同じ欠点を有して
いる。更にこの電池は、航空機用途に必要とされる出力
特性を満足しない。
れている負極とを有する所謂第２の「開放」型の蓄電池
も公知である。負極は特に仏国特許出願公開第2 586 40
7号に記載されている。間接的につながる（連続する）
２つの電極間の間隙は0.4mmより大きく、用途及び所望
の出力密度に応じて1.5mm程度とすることができる。出
力密度は50W/kg〜200W/kgの範囲とすることができる。
セパレーターは、第１のタイプの電池のように膜を伴な
うフェルトによって、または、特に電極間の間隙が0.8m
m〜1.5mmの範囲であればプラスチック材料のスペーサに
よって構成することができる。この蓄電池は加圧下には
動作せず、充電の観点からは極めて広い範囲にわたる温
度で自己制限的であるという第１のタイプの電池と同じ
長所を、一方水分の消費の観点からは同じ欠点を有して
いる。更にこの電池は、航空機用途に必要とされる出力
特性を満足しない。
更に、その寿命の間ずっと水分の消費が実質的にゼロ
である密閉型ニッケル−カドミウム蓄電池も公知であ
る。このような電池は焼結正極とポリマーによって固め
られた負極とを備えており、両電極は0.1〜0.2mmの距離
だけ離れている。セパレーターは、ポリアミド、ポリプ
ロピレン、ポリエチレンまたはこれらの物質の混合物の
フェルトである。その集成体は、バルブを備えた金属容
器内に導入される。動作圧力は一般に３〜４バール相対
圧である。
である密閉型ニッケル−カドミウム蓄電池も公知であ
る。このような電池は焼結正極とポリマーによって固め
られた負極とを備えており、両電極は0.1〜0.2mmの距離
だけ離れている。セパレーターは、ポリアミド、ポリプ
ロピレン、ポリエチレンまたはこれらの物質の混合物の
フェルトである。その集成体は、バルブを備えた金属容
器内に導入される。動作圧力は一般に３〜４バール相対
圧である。
密閉型ニッケル−カドミウム蓄電池は前述のような水
分を消費するという欠点はないが、充電を自己制限し得
るという極めて有利な充電特性を持ってはいない。前述
したような用途にこれら密閉型蓄電池を使用するには、
圧力が超過しないこと及び電解液が失われていないこと
を検証するために充電のモニタリングが不可欠である高
性能の充電システムが必要である。というのは、電解液
の損失は電池の急速な不良につながるからである。
分を消費するという欠点はないが、充電を自己制限し得
るという極めて有利な充電特性を持ってはいない。前述
したような用途にこれら密閉型蓄電池を使用するには、
圧力が超過しないこと及び電解液が失われていないこと
を検証するために充電のモニタリングが不可欠である高
性能の充電システムが必要である。というのは、電解液
の損失は電池の急速な不良につながるからである。
本発明の目的は、第１のタイプのニッケル−カドミウ
ム電池の長所を保持しており、しかもより少ない頻度で
しか水を加える必要のないニッケル−カドミウム蓄電池
を提供することである。
ム電池の長所を保持しており、しかもより少ない頻度で
しか水を加える必要のないニッケル−カドミウム蓄電池
を提供することである。
本発明は、１組の正極と、活物質がポリマーによって
固められているかまたは電着されている１組の負極とを
含む保守管理が軽減されたニッケル−カドミウム蓄電池
であって、 ポリアミド、ポリプロピレンまたはポリエチレンから
選択された単独材料または混合材料でできた少なくとも
１つのフェルトで構成され且つ追加の膜のないセパレー
ターを含んでおり、 電極間の距離が0.2mm〜0.5mmの範囲であり、 内部圧力が０バール〜0.7バール相対圧に維持されて
おり、 該電池が前記電極上で束縛されていない電解液を含ん
でおり、 それらによって、温度−30℃〜＋60℃において一定電
圧、制限された電流または一定電流で充電した場合に
は、電圧の急増の生起により充電の終わりを検出可能に
する充電特性を示すことを特徴とする蓄電池を提供す
る。
固められているかまたは電着されている１組の負極とを
含む保守管理が軽減されたニッケル−カドミウム蓄電池
であって、 ポリアミド、ポリプロピレンまたはポリエチレンから
選択された単独材料または混合材料でできた少なくとも
１つのフェルトで構成され且つ追加の膜のないセパレー
ターを含んでおり、 電極間の距離が0.2mm〜0.5mmの範囲であり、 内部圧力が０バール〜0.7バール相対圧に維持されて
おり、 該電池が前記電極上で束縛されていない電解液を含ん
でおり、 それらによって、温度−30℃〜＋60℃において一定電
圧、制限された電流または一定電流で充電した場合に
は、電圧の急増の生起により充電の終わりを検出可能に
する充電特性を示すことを特徴とする蓄電池を提供す
る。
カドミウム及び酸化カドミウムと結合剤との混合物に
よって実質的に構成される電極の活物質は、５％未満、
好ましくは０％の金属ニッケルを含有するのが有利であ
る。
よって実質的に構成される電極の活物質は、５％未満、
好ましくは０％の金属ニッケルを含有するのが有利であ
る。
電極間の距離は0.2mm〜0.3mmであるのが好ましい。
好ましい実施態様においてはセパレーターは、直径４
μｍ〜20μｍのポリアミド及びポリプロピレンのファイ
バーでできたフェルトを含んでおり、そのフェルトの重
量は約70g/m2〜150g/m2、好ましくは90g/m2〜120g/m2で
ある。
μｍ〜20μｍのポリアミド及びポリプロピレンのファイ
バーでできたフェルトを含んでおり、そのフェルトの重
量は約70g/m2〜150g/m2、好ましくは90g/m2〜120g/m2で
ある。
かかる蓄電池における水分の消費は、電池の形状と充
電条件とに従って２分の１から20分の１となる。
電条件とに従って２分の１から20分の１となる。
本発明の他の特性及び長所は、非限定的な例を用いた
以下の実施態様の説明から明らかとなるであろう。
以下の実施態様の説明から明らかとなるであろう。
添付の図は、 第１図は、過充電の際の従来技術による電池及び電池
D1の水分消費量を示すグラフであり、 第２図は、過充電の際の電池の水分消費量を示すグラ
フである。
D1の水分消費量を示すグラフであり、 第２図は、過充電の際の電池の水分消費量を示すグラ
フである。
３つの従来の蓄電池Ａ、Ｂ及びＣを本発明の蓄電池D1
と比較した。
と比較した。
従来の電池Ａは、焼結正極及び焼結負極を有する航空
機用の開放型ニッケル−カドミウム電池である。連続す
る２つの電極間の間隙は0.25mmであり、セパレーター
は、グラフトポリエチレン膜を伴なうフェルトで形成さ
れており、動作圧力は0.4バール相対圧であった。
機用の開放型ニッケル−カドミウム電池である。連続す
る２つの電極間の間隙は0.25mmであり、セパレーター
は、グラフトポリエチレン膜を伴なうフェルトで形成さ
れており、動作圧力は0.4バール相対圧であった。
９時間定電圧充電した後に電池Ａの電圧曲線が急増し
ていることに留意されたい。
ていることに留意されたい。
第１図の曲線Ｅは、Cnのフラクションとして表される
過充電電流ｉの関数として、電池Ａにおける理論的消費
量の％で表した水分消費量ｃを示す。
過充電電流ｉの関数として、電池Ａにおける理論的消費
量の％で表した水分消費量ｃを示す。
従来の蓄電池Ｂは、航空機以外の工業用途の開放型ニ
ッケル−カドミウム電池であって、焼結正極とポリマー
によって固められた負極とを含んでいた。２つの電極間
の間隙は0.50mmであり、セパレーターは、電池Ａと同様
に膜を伴なうフェルトによって構成されていた。
ッケル−カドミウム電池であって、焼結正極とポリマー
によって固められた負極とを含んでいた。２つの電極間
の間隙は0.50mmであり、セパレーターは、電池Ａと同様
に膜を伴なうフェルトによって構成されていた。
ここでも、一定電圧で９時間充電した後に電池Ｂの電
圧が急増したことが判る。電池Ｂは、第１図の曲線Ｅで
示されるように、過充電の際には電池Ａと同様に水分を
消費した。
圧が急増したことが判る。電池Ｂは、第１図の曲線Ｅで
示されるように、過充電の際には電池Ａと同様に水分を
消費した。
従来の蓄電池Ｃは密閉型ニッケル−カドミウム電池で
あって、正極は焼結されており、負極はポリマーで固め
られていた。２つの電極間の間隙は0.20mmであり、ポリ
プロピレンフェルトで充填されていた。電解液は所定域
に制限されており、動作圧力は４バール相対圧であっ
た。
あって、正極は焼結されており、負極はポリマーで固め
られていた。２つの電極間の間隙は0.20mmであり、ポリ
プロピレンフェルトで充填されていた。電解液は所定域
に制限されており、動作圧力は４バール相対圧であっ
た。
電池Ａ及びＢとは異なり、充電の終わりに電圧の急増
がないことは明らかである。しかしながら、水分消費は
実質的に無い。
がないことは明らかである。しかしながら、水分消費は
実質的に無い。
本発明の蓄電池D1は、電池Ｂのものと同じタイプの正
極及び負極を備えていた。しかしながら、カドミウム及
び酸化カドミウムと結合剤との混合物によって実質的に
構成されている負極は金属ニッケルを含有していない。
電極間の距離は0.3mmであり、セパレーターは、直径４
μｍ〜20μｍを有するポリアミド及びポリプロピレンで
できたフェルトのみで構成されていた。セパレーターの
重量は約120g/m2であり、電解液は電極上で束縛されて
おらず、動作圧力は0.4バール相対圧であった。
極及び負極を備えていた。しかしながら、カドミウム及
び酸化カドミウムと結合剤との混合物によって実質的に
構成されている負極は金属ニッケルを含有していない。
電極間の距離は0.3mmであり、セパレーターは、直径４
μｍ〜20μｍを有するポリアミド及びポリプロピレンで
できたフェルトのみで構成されていた。セパレーターの
重量は約120g/m2であり、電解液は電極上で束縛されて
おらず、動作圧力は0.4バール相対圧であった。
電池Ａ及びＢと同様に第１図の曲線D1は、電池D1を定
電圧条件下に充電した場合に、９時間充電した後に電圧
が急増したことを示している。しかしながら、その水分
消費量は第１図の曲線F1で示されているように、前述の
２つの電池よりも著しく少ない。
電圧条件下に充電した場合に、９時間充電した後に電圧
が急増したことを示している。しかしながら、その水分
消費量は第１図の曲線F1で示されているように、前述の
２つの電池よりも著しく少ない。
曲線D1は、充電が自己制限的となり得ることを示して
いるので、過充電電流ｉは小さくなり得、水分消費量は
10分の１にまで少なくなり得る。
いるので、過充電電流ｉは小さくなり得、水分消費量は
10分の１にまで少なくなり得る。
この長所に加えて電池D1は、−30℃〜＋60℃の範囲の
温度において一定電圧で24時間ほどの間、熱の放散の危
険性もなく充電し得る可能性を有する。
温度において一定電圧で24時間ほどの間、熱の放散の危
険性もなく充電し得る可能性を有する。
電池D1は同じ形状を有する従来の開放型蓄電池と同一
の放電特性を有し、しかも同じ寿命を有する。
の放電特性を有し、しかも同じ寿命を有する。
この蓄電池D2は、電池Ｂのものと同じ特性の正極及び
負極を備えていた。しかしながら、実質的にカドミウム
及び酸化カドミウムと結合剤との混合物によって構成さ
れている負極の活物質は金属ニッケルを含有していな
い。電極間距離は0.3mmであり、セパレーターは、大部
分が直径５μｍを有するポリアミドまたはポリプロピレ
ンのファイバーでできたフェルトのみによって構成され
ていた。このセパレーターの重量は約100g/m2であり、
電解液は束縛されておらず、動作圧力は0.4バール相対
圧であった。
負極を備えていた。しかしながら、実質的にカドミウム
及び酸化カドミウムと結合剤との混合物によって構成さ
れている負極の活物質は金属ニッケルを含有していな
い。電極間距離は0.3mmであり、セパレーターは、大部
分が直径５μｍを有するポリアミドまたはポリプロピレ
ンのファイバーでできたフェルトのみによって構成され
ていた。このセパレーターの重量は約100g/m2であり、
電解液は束縛されておらず、動作圧力は0.4バール相対
圧であった。
電池Ａ及びＢと同様に曲線D2から、蓄電池D2を定電圧
条件下に充電すると９時間充電した後に電圧が急増し、
次いで次第に降下したことが判る。しかしながら、水分
消費量は第２図の曲線F2によって示されているように、
前述の２つの蓄電池よりも著しく少ない。これは、例え
ば航空機のバッテリーに電解液量を再調整する必要のな
い３〜５年間の寿命を賦与することになる。
条件下に充電すると９時間充電した後に電圧が急増し、
次いで次第に降下したことが判る。しかしながら、水分
消費量は第２図の曲線F2によって示されているように、
前述の２つの蓄電池よりも著しく少ない。これは、例え
ば航空機のバッテリーに電解液量を再調整する必要のな
い３〜５年間の寿命を賦与することになる。
曲線D2から、電池の電圧の上昇を測定することにより
充電の終わりが容易に検出されることが判る。
充電の終わりが容易に検出されることが判る。
この長所に加えて電池D2は−30℃〜＋60℃の範囲の温
度で充電し得る可能性を有する。
度で充電し得る可能性を有する。
電池D2は同じ形状を有する従来の開放型蓄電池と同一
の放電特性を有し、しかも同じ寿命を有する。
の放電特性を有し、しかも同じ寿命を有する。
別の実施態様においては、電極間の距離は0.5mmであ
り、セパレーターフェルトの重量は150g/m2である。こ
うして得られる蓄電池の充電特性は電池D2のそれに類似
である。
り、セパレーターフェルトの重量は150g/m2である。こ
うして得られる蓄電池の充電特性は電池D2のそれに類似
である。
更に本発明の電池の正極は、ファイバーもしくはフォ
ームで支持された電極または他のポケット電極とするこ
とができる。
ームで支持された電極または他のポケット電極とするこ
とができる。
容量5Ah〜1000Ahを有する本発明の蓄電池のバッテリ
ーは、高い電力を必要とする起動のため及び短時間にピ
ーク電流を必要とする装置のバックアップのために適し
ており、電話交換機等のための非常発電機を起動するの
に使用することもできる。
ーは、高い電力を必要とする起動のため及び短時間にピ
ーク電流を必要とする装置のバックアップのために適し
ており、電話交換機等のための非常発電機を起動するの
に使用することもできる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−140661（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−196556（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−72459（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−97258（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−57265（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 10/24 - 10/30 H01M 2/16
Claims (7)
- 【請求項１】１組の正極と、活物質がポリマーによって
固められているかまたは電着されている１組の負極とを
含む保守管理が軽減されたニッケル−カドミウム蓄電池
であって、 ポリアミド、ポリプロピレンまたはポリエチレンから選
択された単独材料または混合材料でできた少なくとも１
つのフェルトで構成され且つ追加の膜のないセパレータ
ーを含んでおり、 電極間の距離が0.2mm〜0.5mmの範囲であり、 内部圧力が０バール〜0.7バール相対圧に維持されてお
り、 該電池が前記電極上で束縛されていない電解液を含んで
おり、 それらによって、温度−30℃〜＋60℃において一定電圧
で充電を行い、電流を制限した時、突然の電圧上昇を生
じるという充電特性を示し、 上記充電特性によって充電の終わりが検出可能となるこ
とを特徴とする蓄電池。 - 【請求項２】前記電極間の距離が0.2mm〜0.3mmの範囲で
あることを特徴とする請求項１に記載のニッケル−カド
ミウム電池。 - 【請求項３】前記セパレーターが、直径４μｍ〜20μｍ
のポリアミド及びポリプロピレンのファイバーを含有し
ており、該セパレーターの重量が70g/m2〜150g/m2の範
囲であることを特徴とする請求項１または２に記載のニ
ッケル−カドミウム電池。 - 【請求項４】前記負極の活物質が、５％未満の金属ニッ
ケルを含有していることを特徴とする請求項１から３の
いずれか一項に記載のニッケル−カドミウム電池。 - 【請求項５】前記負極の活物質が金属ニッケルを含有し
ていないことを特徴とする請求項４に記載のニッケル−
カドミウム電池。 - 【請求項６】１組の正極と、活物質がポリマーによって
固められている１組の負極とを含む保守管理が軽減され
たニッケル−カドミウム電池であって、 ポリプロピレン及びポリアミドのファイバーの少なくと
も１つのフェルトで構成され且つ追加の膜のないセパレ
ーターであって、前記フェルトの重量が120g/m2であり
且つ前記ファイバーの直径が４μｍ〜20μｍの範囲であ
るセパレーターを含んでおり、 電極間の距離が0.2mm〜0.3mmの範囲であり、 内部圧力が０バール〜0.7バール相対圧に維持されてお
り、 該電池が前記電極上で束縛されていない電解液を含んで
おり、 それらによって、温度−30℃〜＋60℃において一定電圧
で充電を行い、電流を制限した時、突然の電圧上昇を生
じるという充電特性を示し、 上記充電特性によって充電の終わりが検出可能となるこ
とを特徴とする電池。 - 【請求項７】１組の正極と、活物質がポリマーによって
固められているかまたは電着されている１組の負極とを
含む保守管理が軽減されたニッケル−カドミウム蓄電池
であって、 ポリアミド、ポリプロピレンまたはポリエチレンから選
択された単独材料または混合材料でできた少なくとも１
つのフェルトで構成され且つ追加の膜のないセパレータ
ーを含んでおり、 電極間の距離が0.2mm〜0.3mmの範囲であり、 前記フェルトは重量が90g/m2〜120g/m2の範囲にあり、
且つ大部分の直径が５μｍであるファイバーでできてお
り、 内部圧力が０バール〜0.7バール相対圧に維持されてお
り、 該電池が前記電極上で束縛されていない電解液を含んで
おり、 それらによって、温度−30℃〜＋60℃において一定充電
で充電を行い、電流を制限した時、突然の電圧上昇を生
じるという充電特性を示し、 上記充電特性によって充電の終わりが検出可能となるこ
とを特徴とする蓄電池。
Applications Claiming Priority (4)
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|---|---|---|---|
| FR89/06364 | 1989-05-16 | ||
| FR8906364A FR2647268B1 (fr) | 1989-05-16 | 1989-05-16 | Accumulateur nickel-cadmium a maintenance reduite |
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