JP3454510B2 - シールした再充電可能なバッテリー - Google Patents

シールした再充電可能なバッテリー

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JP3454510B2 JP52006094A JP52006094A JP3454510B2 JP 3454510 B2 JP3454510 B2 JP 3454510B2 JP 52006094 A JP52006094 A JP 52006094A JP 52006094 A JP52006094 A JP 52006094A JP 3454510 B2 JP3454510 B2 JP 3454510B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 固体電極を持つ再充電可能なバッテリー・セルには、
一般に２つのタイプがある。（１）解放または開口され
た、“フラッデド（flooded）”とも呼ばれるタイプ、
及び（２）シールした、通常は“スターブド（starve
d）”と呼ばれるタイプである。一般に、フラッデド・
セルでは電極が電解液に浸漬されるが、スターブド・セ
ルでは電極は電解液に浸漬されない。これら２つのタイ
プのバッテリーは、バッテリー・セル中で、充電の終了
に向けてあるいは過充電の間に発生するガス、即ち酸素
及び／または水素を取り扱う方法において主に相違して
いる。
タイプ１は、ガスを大気中に排出し、タイプ２におい
ては、ガス（主に酸素）がシールしたバッテリー・セル
内部の水中に再結合される。使用者の立場から見れば、
タイプ２が好ましい。シールしたセルは周期的な保守を
必要とせず、プレート間の電荷均衡を維持し、任意の場
所で操作でき、爆発性ガスを放出せず、さらに環境に腐
食性の化合物を漏洩しないからである。
２種類の異なるシールしたセル（タイプ２）が工業的
に知られている。一方は消費者に馴染みの深い設計の、
円柱状、小型の角柱状または矩形のセルであり、Ni−Cd
では約50Ah、Pb−酸（acid）では約500Ahまでの容量を
持つ。他方は（Ni−Cdバッテリーのみが商品化されてい
るが）、組み替えプレート（recombination plate）を
採用し、分割した負極プレートを使用し、100Ahまでの
容量を得ることが可能である。構造及び性能は異なる
が、これらのシールしたセルはともに、以下のような基
本概念を共有する。
1.過剰な放電した負極材料を用いることにより水素発生
を最小にすることを指向し、あらゆる時間において放電
した負極材料を維持するための酸素サイクルによってい
る。
2.個々の容器設計が限定される、即ち、個々のセルは、
密封シールされ、あるセル内で発生したすべての酸素
は、そのセル内で再結合されるようにされている（但
し、いくつかの例外があり、モノブロック（monobloc
k）Pb−酸では共通のガス空間が用いられることもあ
る）。
3.負極に酸素を輸送するために、電極とスペーサーとの
積層体内のスターブド電解液を用いている。このこと
は、電極の緊密な積層、小さな電極間隔、及びセル内の
電解液レベルの綿密な制御を要求する。
4.多重セル・バッテリーに配置するときは、長寿命を保
証し、セル反転、水素発生、過圧力及び過熱を避けるた
めに、セル容量、充電効率、及び温度を正確に適合させ
ることが必要とされる。
一方、開口したセルでは、より粗雑である。製造にお
ける綿密な制御は必要とされず、過充電及び過放電また
は深い放電（deep discharge）に対する感度が鈍く、セ
ル温度及び圧力に対する注意が少なくて済む。これら
は、一般に製造が安価であり、大きなセル及び大きなバ
ッテリーに適用可能である。しかしながら、使用者にか
なりの負担をかけ、周期的に保守を行い、環境に爆発性
のガスを放出し、電解液が飛散し、セル内のプレート均
衡が損なわれる。
上述の議論により、シールされて保守は不要である
が、設計、製造及び使用が荒くて済み、大きなセル及び
大きな多重セル・バッテリーに適用でき、経済的なコス
トで容易に製造でき、エネルギー密度の向上をもたらす
ようなバッテリーの必要性が示されている。
これらの課題のいくつかを解決しようと試みた先の米
国特許は、米国特許番号5,143,799であるが、ここで、
そのすべてを参考文献として取り入れる。この特許は、
シールした再充電可能なニッケル亜鉛または銀亜鉛セル
を開示しており、それは、２つの区画に分割され、その
一方は亜鉛電極及び第一の水素電極を有し、他方はニッ
ケルまたは銀電極及び第一の水素電極と電気的に接続さ
れた第二の水素電極を有する。通常のガス空間が２つの
区画に設けられ、水素及び酸素ガスが再結合して水とな
るようにされ、容器はシールすることができる。他の高
価な特徴の中で、このバッテリーは各セルに水素電極を
必要とし、よって非常にコストがかかり、また、セルは
スターブドである必要がある。
発明の要旨 本発明は、ひとつまたはそれ以上の再充電可能な作動
セルを有し、その再充電可能な作動セルを充電する間
に、シールしたバッテリー内のガス空間にガスを発生す
ることができるシールした再充電可能な貯蔵バッテリー
に関する。バッテリー内には少なくともひとつの調整セ
ルが設けられ、それは、そのガス空間と気体的に連通し
ている。この調整セルは、ガス空間内のガス量を調整す
るための制御回路によって、充電及び放電が可能であ
る。この制御回路は、前記バッテリーの外部にあるのが
好ましい。過剰なガスとは、設定あるいは予め選択した
ガスの量または濃度または圧力を上回るガスの量または
濃度または圧力のことである。典型的には、過剰なガス
圧は、約1.5絶対気圧（atm absolute）（ata）より大き
い。
本発明は、共通な容器構造を持つ再充電可能なシール
したバッテリーにも関する。そのようなバッテリーは、
酸化ニッケル、酸化銀、または二酸化マンガンの正電
極、及びカドミウム、鉄、水酸化金属、または亜鉛の負
電極を有する。議論は、固体電極を持つ再充電可能なア
ルカリ・バッテリーに最も普通に用いられる酸化ニッケ
ル正電極とカドミウム負電極との組み合わせに注目す
る。この組み合わせは、Ni−Cdバッテリーという一般名
で知られ、しばしばニッカド（Nicad）と呼ばれる。し
かしながら、この議論においては、ほとんどの場合、酸
化ニッケルは酸化銀（AgO）及び二酸化マンガン（Mn
O2）に置き換えられ、カドミウムは亜鉛（Zn）、水素化
金属（MHx）、または鉄（Fe）に置き換えられてもよ
い。従って、本発明を適用できる他のバッテリーの組み
合わせは、Ni−Zn、Ni−Fe、Ni−MHx、Ag−MHx、Ag−C
d、Ag−Zn、Ag−Fe、及びMnO2−Znである。また、この
基本概念は、（Pb酸として知られた）PbO2−Pbのような
非−アルカリの再充電可能なバッテリー系にも適用でき
る。
本発明は、共通な容器のシールした再充電可能なバッ
テリーからなってもよく、それは、シールしたハウジン
グ（housing）、そのシールしたハウジング内の複数の
第１のタイプのセル、すべてのセルを連続的に接続する
手段、シールしたハウジングの壁面を通して、接続され
た一連のセルの正極及び負極末端に接続された正極及び
負極端子、前記シールした区画内にあり、互いに平行に
接続され、水素を満たした即ち充填した前記第一のタイ
プのセルと共通のガス空間を有するひとつまたはそれ以
上の第二のタイプのセル、前記第二のタイプのセル内の
少なくともひとつの金属電極及び少なくともひとつの水
素電極、シールしたハウジングの壁面を通って前記第二
のタイプのセル内の水素電極に接続された水素端子、及
び、前記第二のタイプのセルを前記負電極に外部接続を
なす手段を組み合わせてなる。好ましくは、一般に１絶
対気圧より低い正の水素ガス圧が、すべての時間におい
てバッテリー内で維持されている。
さらに本発明は、水素で満たされ即ち水素が充填され
たシールした容器、そのシールした容器内の少なくとも
ひとつの再充電可能なセル、容器内の圧力調節器、シー
ルした容器内の圧力を検出するように実装された圧力検
出器、前記容器内の前記少なくともひとつの再充電可能
なセルと前記圧力調整器とに共通したガス空間、及び、
シールされたまま容器を通って延設され、前記少なくと
もひとつの再充電可能なセル及び前記圧力調整器に接続
された少なくとも３つの端子を有するシールした再充電
可能な貯蔵バッテリーと要約することもできる。
さらにまた、本発明は、壁面を持つ容器、その容器内
の複数の作動セル、、前記各作動セル中の負及び正電
極、前記作動セルのセルを正極及び負極端子間に連続し
て接続する手段であって、その端子が前記接続された一
連のセルを外部に接続するよう容器壁面を通って延設さ
れたもの、前記シールした容器内のひとつまたはそれ以
上の調整セル、前記シールした容器内のすべてのセルに
共通した水素で満たされ即ち水素を充填したガス空間、
前記調整セル中の水素電極及び金属電極、及び、前記調
整セル中の前記電極を外部に接続する手段の組み合わせ
からなる再充電可能なバッテリーと要約することもでき
る。
よって本発明の目的は、開口したバッテリー及びシー
ルしたバッテリーの利点を持つ再充電可能なシールした
バッテリーを提供することにある。
本発明の他の目的は、周期的な保守を必要とせず、プ
レート間の電荷均衡を維持し、爆発性ガスを放出せず、
腐食性化合物を環境に漏洩しないシールしたバッテリー
を提供することにある。
本発明の他の目的は、個々のセルをシールするのとは
異なるシールが可能な再充電可能なバッテリーを提供す
ることである。
本発明の他の目的は、再充電可能な調整器を有するシ
ールした再充電可能なバッテリーを提供することにあ
り、その調整器の放電は水素を発生し、調整器の放電は
水素を消費し、開回路において化学量論的な水素及び酸
素が消費される。このことにより、個々のセルは開口設
計（フラッデド）であり、酸素及び水素両方の発生を処
理することのできるシールしたバッテリーを作動させる
という特異な可能性が提供される。
本発明の他の目的及び十分な理解は、添付した図面を
考慮しながら以下の説明及び請求の範囲を参照すること
によって得られる。
図面の簡単な説明 図１は、本発明のシールした再充電可能なバッテリー
を示す図である。
図２は、充電及び放電におけるバッテリー電圧及び圧
力の変化を示すグラフである。
図３も、充電及び放電におけるバッテリー電圧及び圧
力の変化を示すグラフである。
図４は、試験バッテリーの140サイクル以上に渡るバ
ッテリー容量の変化を示すグラフである。
図５は、調整器の充電及び放電における調整器電圧及
びバッテリー圧力の変化を示すグラフである。
好ましい実施態様の説明 図１は、シールした再充電可能なバッテリー10を模式
的に示しており、密封シールされた容器即ちケース様ハ
ウジング12を形成する壁面11を有している。このバッテ
リーは、少なくともひとつの第一のタイプの作動セル13
を備えている。通常このバッテリーは、そのようなセル
13を複数備えているが、ここでは10個のセル13が示され
ている。液体不透過性の障壁14が、各セル間を分離し、
各セルは少なくともひとつの正電極15及び少なくともひ
とつの負電極16を有している。例示したバッテリーにお
いては、各セルにおいて、２本の負電極16と１本の正電
極15が示されている。本発明を、Ni−Cdセル及びCd−H2
調整器を用いて説明するが、原理的には、作動Ni−Cdバ
ッテリー（Ni−Fe、Ni−Zn、Ag−Zn、Pb−PbO2、Ni−MH
x、等）を、数種のＭ−H2型の調整セルと組み合わせて
用いることが可能であることを記しておく。ここで、Ｍ
はCd、Zn、Fe、Pb、等といった任意の適当な可逆的金属
電極を表している。
作動セル13は、数個の開口した、僅かにフラッデドな
Ni−Cdセルを導体17で連続的に接続したものを並べた連
続体であり、その一端はシールを保ったまま容器12の壁
面を通して外部正極端子18に接続されている。連続体の
他端は、容器12の壁面を通して外部負極端子19に接続さ
れている。
本発明によれば、シールしたケース12の内部に、作動
セルのための調整器が備えられている。この調整器は、
水素を発生または消費でき、酸素を消費することができ
る。この好ましい実施態様では、調整器は補助セル22で
ある。これは、シールされたケース12内にはあるが、液
体不透過性障壁23によって、作動セルからは電気化学的
に分離されている。調整セル22は、少なくともひとつの
金属電極24及び少なくともひとつの水素電極25を有して
いる。この水素電極25は、導体26によって、容器12の壁
面を通って外部水素端子27に接続されている。調整器の
主要な機能は、水素を発生または逆に水素を消費して、
作動セル13の均衡を保つことにあるので、この端子27を
“水素”端子と呼ぶ。この調整セル22と作動セル13と
は、共通のガス空間28を共有し、水素と酸素は自由に混
合して結合する。逆に、各セルが、その上部に個々のガ
ス空間を有し、これらガス空間のすべてが互いに気体的
に連通するようにしても良い。水素電極25は、この分野
において、燃料電池即ちニッケル−水素電池から、触媒
電極として知られている。この電極は、水素に対して高
い活性を持たなければならず、低圧で作動しなければな
らず、アルカリ性電解液中で安定でなければならない。
好ましいアルカリ性電解液は、この分野で良く知られて
いるように、水酸化リチウム及び／または水酸化ナトリ
ウムを幾分加えた水酸化カリウムである。作動セルの電
解液は、調整器の電解液と異なっていても良いが、すべ
てのセルが共通の蒸気圧下にあるので、２つの電解液の
全活量は等しくするのが好ましい。調節セルは“スター
ブド”であり、電解液はプレートを濡らすのに十分なだ
けで、セパレーターは、水素電極への効率的なガス拡散
を保証している。
シールした容器12は、調整器の金属電極に接続される
第４の端子を有していても良い。しかし、バッテリー及
び調節器の負電極を、図１に示すように共通にする方が
経済的である。
作動 バッテリーが放電しているときは、このバッテリー
は、通常の開口したバッテリーのように作動し、開口し
たフラッデド電解液バッテリーのすべての利点を有して
いるが、環境からはシールされている。
充電状態では、このバッテリーは、ガス発生が始まる
までは通常の開口バッテリーのように作動する。
調整器における反応 ケース1:酸化ニッケル電極での好ましい酸素の発生 酸素はニッケル電極上で生成され、調整器セル中で、
バッテリー内のH2と化学的に再結合して水を生成する。
1.1 水素電極における化学反応： （1.1） H2＋1/2O2−−H2O これは、バッテリー内の圧力を低減させ、再結合反応
の発熱性によって急激な温度上昇を起こす。水素圧力を
回復させるために、我々は調整器を以下の反応1.2に従
って活動させる。
1.2 調整器の電気化学的放電： （1.2a） Cd−2e-＋２（OH）−−−Cd（OH）２（カド
ミウム電極） （1.2b） 2H2O＋2e-−−H2＋２（OH）−（水素電極） 1.2aと1.2bを加えると（1.2c）となる。
（1.2c） Cd＋2H2O−−Cd（OH）２＋H2 もし、バッテリー内のすべての水素が反応（1.1）に
よって消費され、反応（1.2）が活動されないと、反応
（1.3）が起こる。
1.3 カドミウム電極での化学反応： （1.3） Cd＋1/2O2＋H2O−−Cd（OH）２ ケース2:好ましい過充電におけるカドミウム電極 このケースでは、セル内のH2圧力及びバッテリー電圧
が上昇する。水素圧力を維持するために、水素は調整器
内で反応2.aに従って消費される。
2.a 調整器セルの充電： （2.a） Cd（OH）２＋H2−−Cd＋2H2O（水素圧力減
少） これは、逆反応（1.2c）と等価である。
ケース3:過充電におけるニッケル及びカドミウム このケースでは、酸素及び水素が生成され、調整器セ
ルの水素電極で化学的に再結合されて水と大量の熱を生
成し（反応1.1）、調整器は不活性（開回路）モードに
ある。
圧力の増大、圧力の低下、電圧の上昇、及び温度の上
昇は、すべてが過充電状態を示すものであり、充電速度
を低下させたり充電を終了させたりする信号をトリガー
（trigger）する。充電におけるバッテリー電圧の上昇
は、セル当たり300ミリボルトのオーダーである。充電
中の温度上昇は、５−10℃のオーダーである。好ましく
は、約0.1気圧の全ガス圧力の上昇が、充電速度の変化
をトリガーする。好ましくは、約１気圧の全ガス圧力の
上昇により、充電が終了される。本発明によるバッテリ
ーは、過充電状態がガス圧力の変化を通して即座に検出
されるので、高速で充電することができる。熱発生のほ
とんどは、調整器において水素と酸素が再結合して水を
生成するときに生ずる。
図１において、制御回路30が示されているが、これに
は、圧力トランスデューサ31、好ましくは調整器セル22
に配置された温度プローブ32、及び端子18及び19との間
の電圧が、導体33を介して入力される。これらが制御回
路に入力されることにより、制御回路が選択スイッチ34
を制御して、充電器35、負荷36、あるいは実際にはバッ
テリーの作動セルを開回路37状態にするよう選択するこ
とができる。制御回路は、他の選択スイッチ40を制御し
て、調整器セル22を充電器41、放電器即ち負荷42、また
は開回路端子43に選択的に切り換えることができる。
開回路では、バッテリーは好ましい作動方法におけ
る、名ばかりの（nominal）水素圧で作動する。酸化ニ
ッケル電極が開回路で酸素を発生するときは、その酸素
はセル内の水素と反応して水を生成する。このことは、
セル内の圧力を低減させる。この効果に中和するため
に、調整器を放電（反応1.2c）して水素を発生させる、
または酸素発生を最小にするため、高抵抗38のような外
部負荷を介して作動セルを低電圧に維持することができ
る。酸素ガスは、水素電極を不活性化即ちそれに悪影響
を与えるので、ガス空間の酸素ガスは最小にするのが好
ましい。
Ni−Cdセルは、通常の開口設計と同様に作動する。原
理的には、あらゆるタイプのNi及びCd電極を用いること
ができるが、過剰の電解液は極めて少なくできる。これ
により、作動セルは僅かにフラッデド設計となる。
調整器セル22は、全バッテリーの過充電を留保するよ
うに、十分なカドミウム容量を持たなければならない。
例えば、バッテリーが、各々が100Ahの10個の連続したN
i−Cdセルと１個の調整器セルから構成されるとき、そ
して水素発生無しで酸素を発生させるために合計10％の
正電極容量を望む場合は、補助セルの金属Cd容量は少な
くとも:100×10×10％＝100Ahでなければならない。
バッテリーの均衡をとることは、設計基準の一部であ
る。化学的な及び圧力の均衡を得るために、調整器セル
は、過充電緩衝材及び充電検出器の末端として提供す
る。セルに、部分的に充電したカドミウム電極及び中間
の水素圧力を組み込んだ名ばかりの作動ウインドウ（wi
ndow）に戻るのが好ましい。調整器のカドミウム電極の
充電状態、及びセルのガス圧力は、調整器を充電または
放電することによって、バッテリーの寿命の間に渡って
調節することができる。
典型的には、深く放電されたバッテリーは、いくらか
の時間の後、不均衡になり、弱いセルは反転してH2ガス
を発生する。本願のバッテリーでは、共通のガス空間で
の圧力増大は圧力検出器で検出可能であるので、このこ
とも検出することができる。従って、深い放電も検出す
ることができ、電気自動車や他の牽引バッテリーのよう
な応用において、信号または表示器を活動させ、バッテ
リーが再充電を必要としていることを知らせることがで
きる。また、調整器セルは、H2ガスを消費するために活
性化することもできる。さらに、調整器セルは、バッテ
リーの作動セルの充電または放電とは無関係に充電また
は放電すること、及びその逆も可能である。
電解液及び水の均衡も、バッテリーの均衡の一部であ
る。過充電の間、ガスは作動電極で発生し、補助セル内
で水を生成する。これにより、作動セルにおける電解液
の濃度の上昇と、補助セルにおける電解液の濃度の低下
をもたらす。しかし、すべてのセルは共通のガス空間28
を共有している。希釈電解液の蒸気圧は濃縮電解液の蒸
気圧より高いので、水は補助セルから蒸発して作動セル
内で凝集する。これは、電解液の活量が等しくなるまで
起こる。その結果、過充電の間に補助セルに移動したす
べての水は、時間に渡って、作動セルに逆戻りし、結果
的に、水即ち電解液の移動はゼロになる。このことは、
自己均衡状態をもたらす。
本発明のこの態様の利点は、以下の通りである。
1.重量、容量及びコストを削減する。
a.過剰のCdOが無い。
b.過剰の電解液が無い（開口設計に比較して）。
c.10個のセルに対して単一の低圧の容器。
d.10個のセルに対して、わずか３つの端子。
2.圧力変動及び温度の急上昇を介して過充電が検出され
る。
3.大きな多量セルバッテリーに適用可能である。過充電
または反転した第１のセルは、バッテリーの全圧力及び
温度の均衡に影響を与え、電気的状態を変更すべき信号
を発生する。
4.許容される製造に対する要求が低い。
5.開口セル・バッテリーの欠点を持たない。
6.バッテリー内の水素雰囲気が、電極及びセパレーター
を保護し、シールしたNi−Cd電池に典型的な酸素雰囲気
に比較して部材の寿命が長くなる。
実施例及び試験例 本発明の基本的概念を、0.4Ahの容量を持つ５−セル
のNi−Cdのシールした再充電可能なバッテリーを用いて
確認した。
作動セル13には、繊維状のニッケル及びカドミウム電
極を、調整器22には、カドミウム及び水素電極を採用し
た。調整器のカドミウム電極の容量は0.40Ahであった。
水素電極は、この分野で知られているニッケル−水素
電池で用いられるのと同様の設計にした。活性層は、白
金（4mg/cm2）と、テフロンとして知られデュポン社か
ら市販されているテトラフルオロエチレンポリマーとの
混合物を持ち、それらがニッケル・スクリーンに圧着さ
れている。また、低圧で水素の早い拡散を可能にするよ
うに、テトラフルオロエチレンポリマーのみからなる拡
散層も有している。
セルは連続的に接続され、１個の調整器セルとともに
容器に収納された。容器は0.5気圧の水素で満たした。
このバッテリーは３個の端子を持ち、ひとつは作動セル
の正電極、ひとつは調整器の正電極、他のひとつは作動
セルと調整器に共通の負電極である。上記のバッテリー
を、図２−５に示す試験に使用した。
この設計のものを、図２−４に示すように、室温で充
電及び放電の両方のモードで、0.5A（1.25C5）でサイク
ルさせることによって試験した。充電は、圧力が0.1気
圧変化することによって停止し、放電は5Vまで低下する
ことにより停止した。これらの条件は図２−４に適用し
た。
図２は、室温における充電及び放電中のバッテリー電
圧及び圧力の変化を示す。酸素発生による幾分の圧力増
加の後、水素電極において酸素と水素とが再結合して水
を生成する結果圧力が減少する。この圧力減少が充電器
をトリガーし、充電速度を低下させるか充電を停止す
る。充電は、1.8Vよりわずかに上昇し、約0.1気圧圧力
が低下することによって停止される。水素圧は、調整器
を放電することによって回復する。このとき、調整器は
活性である。
図３も、室温における充電及び放電中のバッテリー電
圧及び圧力の変化を示す。過充電が起こってO2及びH2が
発生し、圧力上昇を招く。充電中の圧力上昇は、放電中
の圧力減少と同様である。このとき調整器は不活性であ
り、水素及び酸素の化学量論的量の消費に用いられる。
これは、酸素と水素の全発生量が化学量論的であること
を示している。図３において調整器は電気的に不活性で
あり、それは、酸素と水素を再結合させるが、充電また
は放電ではない。
図４は、図３と同様な試験によるものであり、上記の
バッテリーが140を越えるサイクルのバッテリー容量を
持つことを示す。全ガス発生量が化学量論的であるの
で、調整器は不活性である。図から明らかなように、こ
のバッテリーは安定した性能を有している。
図５は、本発明によれば、調整器が、バッテリー内の
ガス圧を効果的に制御するために、また、非常にわずか
なエネルギー消費によってバッテリーないのガス圧変化
を大いに変化させるために、室温で充電及び放電するこ
とができることを示している。
上述したように、本発明は、Ni−Cdバッテリー以外に
も適用できる。それらのうちのいくつかの性能及び特徴
を以下に説明する。
1.Zn−H2調整器を持つNi−Zn a.このバッテリーは、個々のセルを分割することな
く、酸素及び水素を消費する手段を提供する。これは、
米国特許番号5,143,799に記載されたものとは反対であ
る。
b.この系では、よりよい過充電回復を得るためのフラ
ッデド電解質設計と、亜鉛イオン（ZnO2 -2）泳動を最小
にするためのスターブド電解質とを交換してもよい。
c.この設計では、水素圧を回復させるために、正のセ
ル電圧においてニッケル電極で水素を生成することがで
きる。
2.Ag−Zn 直前に記載したａ、ｂ、及びｃの議論がここでも適用
される。さらに、両方の電極が非常にわずかな過充電し
か要求しないので、調整器の使用、即ちその容量（過充
電回復）を極めて低減できる。
3.Ni−MHx（ニッケル金属水素化物） a.この系は、一般に水素圧で作動する。しかし、平衡
圧は温度依存性である。よって、充電調節及び停止は、
圧力信号ではなく温度信号によって行われなければなら
ない。
b.作動セルの水素化金属電極が酸素還元を補助する必
要がないので、水素化金属電極の寿命は、通常の設計の
Ni−MHxセルに比較して著しく向上する。後者の反応は
水素化金属を劣化させることが知られている。
c.本発明は、通常のシールしたセル設計において作動
させるのが実用的ではない大きなニッケル水素化金属セ
ルを構成することを可能にする。
d.作動圧は、Ni−Cdモノブロックよりも、数気圧ほど
高いように思われる。
e.容積をほとんど損なうことなく、円筒型の容器とす
ることが可能であると思われる。円筒型容器は、角型容
器より高い圧力に耐えるので有利である。
4.Cd−H2またはFe−H2調整器を持つニッケル鉄（Ni−F
e） a.この設計は、この分野でまだ知られていないニッケ
ル鉄バッテリーを可能にする。
b.鉄電極は充電効率が低いので、調整器の容量は、Ni
−Cdバッテリーの調整器よりも大きくすべきである。
5.Pb酸（Pb−酸） このバッテリーでは、調整器の反応は以下のようであ
る。
PbSO4＋H2−−Pb＋H2SO4 Pb−酸バッテリーはフラッデドで得られ、VRLAで知ら
れる半シールしたバルブ調節Pb酸構造である。
VRLAバッテリーの寿命は、フラッデド・バッテリーの
寿命よりもかなり短い。これは、VRLAバッテリーのバル
ブが時々開き、過剰のガスを逃してスターブド・セルを
乾燥させるからである。本発明は、フラッデド・セルを
用いたシールしたバッテリーを提供する。よって、個々
のセルは過剰の電解液を有しているので、乾燥前の寿命
は著しく長くなる。
この開示は、次の請求の範囲の開示及びこれまでの説
明を含んでいる。本発明を、有る程度または特に好まし
い形態によって説明したが、これらの好ましい形態の開
示は、例として示したにすぎず、後に請求する本発明の
思想及び範囲から離れることなく、回路や回路部品の組
み合わせ及び変更といった詳細における多くの変形が可
能である。
フロントページの続き (72)発明者 アンダーマン，メナヘム アメリカ合衆国 アリゾナ 85020 フ ェニックス イー マンザニタ ドライ ヴ 1823 (56)参考文献 特開 昭64−67878（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−36442（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 10/00 H01M 10/44 102 H01M 10/52

Claims (19)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ひとつまたはそれ以上の再充電可能な作動
    セルを有し、前記再充電可能な作動セルを充電する間
    に、シールしたバッテリー内のガス空間にガスを発生す
    ることができるシールした再充電可能な貯蔵バッテリー
    において、 前記バッテリー内に、前記ガス空間と気体的に連通した
    少なくともひとつの調整セルが設けられ、前記調整セル
    が、前記ガスの量を調整するための制御回路によって充
    電及び放電されることを特徴とするバッテリー。
  2. 【請求項２】前記調整セルが、前記ガス空間内の水素ガ
    スを消費または生成することのできる金属水素セルであ
    り、それによってガス空間内のガス量を調整することを
    特徴とする請求項１記載のバッテリー。
  3. 【請求項３】前記ガス空間が、前記再充電可能な作動セ
    ルのすべて及び前記調整セルに共通であり、前記ガス空
    間が水素で充填されることを特徴とする請求項１記載の
    バッテリー。
  4. 【請求項４】バッテリーを電気回路に接続するための少
    なくとも３つの電気的端子を有し、それらの端子の少な
    くとも１つが、前記金属水素セルの水素電極に接続さ
    れ、それを介して、前記調整セルが、前記再充電可能な
    作動セルの充填及び放電とは無関係に充電及び放電可能
    であることを特徴とする請求項２記載のバッテリー。
  5. 【請求項５】前記ガス空間内のガス圧を検出する手段を
    有し、その検出されたガス圧が、前記調整セルの充電及
    び放電を制御するために用いられることを特徴とする請
    求項１記載のバッテリー。
  6. 【請求項６】前記バッテリーの温度を検出する手段を有
    し、その検出された温度が、前記調整セルの充電及び放
    電を制御するために用いられることを特徴とする請求項
    １記載のバッテリー。
  7. 【請求項７】シールしたハウジング； シールしたハウジング内の、複数の再充電可能な作動セ
    ル； 前記作動セルを、互いに電気的に連続した関係に接続す
    る手段； シールしたハウジングの壁面を通して、連続して接続さ
    れた作動セルの正極末端及び負極末端に各々接続された
    正極端子及び負極端子； 前記シールしたハウジング内にあり、前記作動セルと共
    通のガス空間を有する少なくともひとつの調整セル； 前記調整セル内の金属電極及び水素電極； シールしたハウジングの壁面を通して、前記調整セル内
    の水素電極に接続された水素端子；及び 前記調整セルの前記金属電極を外部接続させる手段から
    なることを特徴とするシールした再充電可能な貯蔵バッ
    テリー。
  8. 【請求項８】前記各セルに電解液を有し、前記作動セル
    と前記調整セルの電解液の混合を防止する手段を備える
    ことを特徴とする請求項７記載のバッテリー。
  9. 【請求項９】前記シールしたハウジングの、前記共通の
    ガス空間内の圧力に応答するように接続された圧力検出
    器を有することを特徴とする請求項７記載のバッテリ
    ー。
  10. 【請求項１０】前記調整セルが、前記共通のガス空間内
    の水素を生成または消費することができることを特徴と
    する請求項７記載のバッテリー。
  11. 【請求項１１】調整セルが、バッテリーの作動セルの充
    電または放電とは無関係に充電または放電できることを
    特徴とする請求項７記載のバッテリー。
  12. 【請求項１２】シールしたハウジング； 前記シールしたハウジング内部の少なくともひとつの再
    充電可能なセル； 前記シールしたハウジング内部の圧力調整セル； 前記シールしたハウジング内部の圧力を検出するために
    設けられた圧力検出器； 前記シールしたハウジング内部の、前記再充電可能なセ
    ルの少なくともひとつと前記調整セルに共通したガス空
    間；及び シールされた状態でハウジングを通って延設され、前記
    再充電可能なセルの少なくともひとつと、前記圧力調整
    セルとに接続された少なくとも３つの端子の組み合わせ
    からなることを特徴とするシールした再充電可能な貯蔵
    バッテリー。
  13. 【請求項１３】前記シールしたハウジングの共通ガス空
    間が水素を含むことを特徴とする請求項12記載のバッテ
    リー。
  14. 【請求項１４】前記共通ガス空間内のガス圧が、前記圧
    力検出器に応じて前記調整セルを充電または放電するこ
    とによって調整されることを特徴とする請求項12記載の
    バッテリー。
  15. 【請求項１５】前記３つの端子のひとつが、前記圧力調
    整セルにのみ接続されることを特徴とする請求項12記載
    のバッテリー。
  16. 【請求項１６】バッテリーの充電が、共通ガス空間の圧
    力が所定の範囲を上回るか下回るか、温度が所定の値を
    越えるか、バッテリーの電圧が所定の値を越えたときに
    停止されることを特徴とする請求項14記載のバッテリ
    ー。
  17. 【請求項１７】再充電可能なセルが、ニッケル−カドミ
    ウム、ニッケル−亜鉛、銀−亜鉛、ニッケル−水素化金
    属、ニッケル−鉄、マンガン−亜鉛、及び鉛−酸（Pb−
    PbO2）のいずれかであることを特徴とする請求項12記載
    のバッテリー。
  18. 【請求項１８】調整セルが、金属−水素可逆セルからな
    ることを特徴とする請求項12記載のバッテリー。
  19. 【請求項１９】調整セルが、カドミウム−水素、、鉄−
    水素、亜鉛−水素、水素化金属−水素、及び鉛−水素セ
    ルのいずれかの再充電可能なセルであることを特徴とす
    る請求項18記載のバッテリー。
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