JP3561524B2 - 充電し得る蓄電池の内部抵抗を低減する方法 - Google Patents

Description

本発明は、充電し得る蓄電池、特にニッケル−カドミウム蓄電池、の内部抵抗を低減する方法に関する。しかしながら、本発明は、他の種類の蓄電池（ニッケル−金属水素化物、リチウムイオン蓄電池など）に対する当該方法の適用にも関する。加えて、本発明は、本発明の方法によって得ることができる蓄電池に関する。
充電し得る蓄電池の静電容量を低減するために、現在到達し得る技術水準において、種々の方法が知られている。これらの方法の大部分は、蓄電池の充電操作の間、時間及び絶対値に関して、充電電流又は充電電圧を制御することに基づく。更に又、特別の放電装置が、その充電の前の蓄電池の完全な放電を保証する。
しかしながら、充電し得る蓄電池の処理のためのこれらすべての方法及び試みは、蓄電池が相対的に低電圧且つ低電流の手段によって充電される点で共通している。
この観点において、本発明は、蓄電池それ自体の静電容量を大きくするという目的に基づく。
この目的のために、本発明は、蓄電池の内部抵抗を低減することが可能であるという驚くべき発見を利用する。
本発明によれば、蓄電池の両極が、短絡電流の絶対値と未処理の蓄電池の公称電圧の絶対値との積の少なくとも40倍の電気エネルギーを出力するように調整された、電気エネルギー源に連結される。本発明方法の好適実施態様によれば、エネルギー源は、直流電圧源であり、その正電極は、蓄電池の陽極と連結され、その負電極は、蓄電池の陰極と連結される。しかしながら、極性を反対にすることもでき、その結果、正電極は、蓄電池の陰極と連結され、その負電極は、蓄電池の陽極と連結される。替わりに、エネルギー源は、交流電圧源であることも出来る。
本発明によれば、エネルギー源は、少なくとも１ミリ秒の間、蓄電池と連結される。
蓄電池に電気エネルギーが数回に分けて供給されるように、エネルギー源に、繰り返しスイッチを入れたり切ったりすることも出来る。
エネルギー源は、好ましくは、短絡電流の少なくとも1.5倍で且つ蓄電池の公称電圧の概そ30倍での出力に適合させられる。本発明の効果を高めるために、エネルギー源は、短絡電流の少なくとも1.5倍で且つ蓄電池の公称電圧の概そ40倍での出力に適合させられる。現在の特に好ましい態様によれば、エネルギー源は、短絡電流の少なくとも60倍で、且つ、６個の個々の単電池を有する蓄電池の公称電圧の概そ40倍での出力に適合させられる。7.2ボルト（Ｖ）の公称電圧を有するニッケル−カドミウム蓄電池と概そ150アンペア（Ａ）の短絡電流では、これは、概そ10kAにて直流電圧は概そ300Vであることを意味する。
エネルギー源は、好ましくは概そ１マイクロ秒の間、蓄電池と連結される。
電圧又は電流は、内部抵抗を低減するという所望の効果を高めるために、それぞれ増加され得る。仮に、蓄電池の処理の間の発熱に関連して問題が生じるのであれば、蓄電池は適宜冷却され得る。
これは、好ましくは、液体（油、フリゲン、液体窒素等）中への浸漬によって行われる。
エネルギー源は、好ましくは少なくとも２ミリ秒の間、蓄電池と連結される。蓄電池の望ましくない又は有害な加熱を避けるための、上記した蓄電池の冷却に加え、エネルギー源に繰り返しスイッチを入れたり切ったりし、それにより、蓄電池の処理を数回の連続して生じる区間に分けることも出来る。１回あたりの持続時間が概そ１マイクロ秒〜2.5ミリ秒の、２〜200回の律動（パルス）による蓄電池の律動的作動処理もまた、所望の本発明の結果をもたらす。
本発明によれば、蓄電池の各個々の単電池が（もし必要であれば、数個の個々の蓄電単電池を組み立てて、蓄電池ユニットを形成する前にも）、上記方法によって処理され得るし、あるいは、数個の個々の蓄電単電池からなる蓄電池組み立てユニットが、組み立ての後に処理される。後者の場合、電流及び／又は電圧は、数個の蓄電単電池の並列での連結及び／又は直列での連結が含まれているか否かに応じて増加される。
本発明の方法は、新品の蓄電池を本発明の方法に供するとき、あるいは、10回以下、好ましくは２〜３回の充電・放電操作を受けたそのような蓄電池を本発明の方法に供するとき、特に良好な結果を達成する。
本発明は又、上記の方法又はそれを修飾した方法によって入手され得る蓄電池、特にニッケル−カドミウム蓄電池であって、その内部抵抗が低減されているものにも関する。
最後に、本発明は、本発明の方法の実施に適するエネルギー源に関する。所望の時間、必要な高い電流及び電圧を提供できるためには、仮に、エネルギー源が、コンデンサー装置であって、その静電容量及び絶縁耐力はエネルギー源が（短時間）電気エネルギーを蓄電池に出力できるように選択されているコンデンサー装置を含むのであれば、それは有利である。コンデンサー装置Ｃが所定の方法で抵抗器Ｒ（ここでは蓄電池の内部抵抗）を通じて放電されるという事実のために、蓄電池に供給されたエネルギーの量は、非常に単純で且つ時間に対して定義された方法（時間定数τ＝Ｒ・Ｃ）にて決定され得る。その代わりとして、適切な半導体スイッチ及び対応するドライバー回路の手段により、電気回路網からエネルギーを直接的に引き出すという可能性もある。
更に、本発明の性質、有利な点及び特徴が、次の記載中において、現在の好適実施態様に関して説明されるであろう。
図１は、蓄電池がエネルギー源に連結されている場合の基本回路図を示す。
図２は、本発明の方法を実施するための本発明のエネルギー源の基本回路図を示す。
図１に示すように、（公称電圧は1.2Vである）ニッケル−カドミウム蓄電単電池は、絶対値で少なくとも42Vの電圧と、絶対値で短絡電流I_Kの少なくとも1.5倍の電流を出力できるエネルギー源に連結される。仮に、このエネルギー（13.5kW）が、ニッケル−カドミウム電池に概そ２ミリ秒間加えられるならば、蓄電単電池の内部抵抗を低減するという本発明の効果は、概そ60Vの直流電圧及び概そ255Aの直流電流を生ずることを、試験が示している。現在の好ましい変形によれば、300Vの直流電圧と概そ10kAの直流電流とが、ニッケル−カドミウム電池に２ミリ秒間加えられる。
図２は、本発明の方法を実施するための、可能性ある回路配置を示す。蓄電池の本発明による処理のために、所望の高い電圧において必要な電流を提供できるためには、記載したコンデンサー装置は、絶縁耐力約500Vにおいて、概そ80マイクロファラデー（μＦ）〜概そ250ミリファラデー（mF）（好ましくは概そ7mF）の静電容量を有する。ニッケル−カドミウム蓄電池をコンデンサー装置Ｃに連結するスイッチＳは、手動で操作できる回路遮断器又は電子的に制御可能な電力半導体スイッチとして、設計され得る。コンデンサー装置Ｃは、整流器を通じて、電気回路網から（明確には示されていない方法で）充電される。
本発明によれば、0.2〜５ミリ秒の間、直流電圧300Vにて概そ10kAの直流電流を受け取るニッケル−カドミウム蓄電池は、次の操作において、（個々の単電池あたり）放電電流20Aで20mV強められている出力電圧を有するであろう。これは、1mΩ低減されている内部抵抗R_iに相当する。
上記のやり方で本発明の方法を修飾すること（より高い電流、より高い電圧、より長い処理の持続時間、又は蓄電池への電気エネルギーの律動による付与）は可能であり、修飾された方法は、本発明の趣旨に包含される。本発明の回路（図２）は又、他のエネルギー源により、当該エネルギー源が本発明となるように記載されたやり方でエネルギーを供給する限りにおいて、本発明の趣旨から離れることなく置き換えられ得る。

Claims (17)

1. 充電し得る蓄電池の内部抵抗（R_i）を低減する方法であって、電気エネルギー源が蓄電池の両極（＋／−）に連結され、当該電気エネルギー源は、短絡電流（I_K）の絶対値と蓄電池の公称電圧の絶対値との積の少なくとも40倍の電気エネルギーを出力するように調整されており、且つ、当該蓄電池は、所定の時間、当該エネルギーを受け取る、方法。
2. エネルギー源が直流電圧源であり、その正電極（＋）が蓄電池の陽極と連結され、且つその負電極（−）が蓄電池の陰極と連結される、請求項１に従う方法。
3. エネルギー源が直流電圧源であり、その正電極が蓄電池の陰極と連結され、且つその負電極が蓄電池の陽極と連結される、請求項１に従う方法。
4. エネルギー源が二つの出力端子を有する交流電圧源であり、その二つの出力端子の各々が蓄電池の陽極又は陰極とそれぞれ連結される、請求項１に従う方法。
5. 蓄電池に電気エネルギーを受け取らせるために、エネルギー源が少なくとも１マイクロ秒（１μ秒）の間蓄電池と連結される、請求項１−４の中の一つに従う方法。
6. エネルギー源が、繰り返し且つ交互にスイッチを入れたり切ったりされる、請求項５に従う方法。
7. エネルギー源が、短絡電流（I_K）の少なくとも1.5倍で且つ蓄電池の公称電圧の概そ40〜30倍を出力するように調整されていることを特徴とする、請求項１−４の中の一つに従う方法。
8. エネルギー源が、短絡電流（I_K）の少なくとも1.5倍で且つ蓄電池の公称電圧の概そ40倍を出力するように調整されている、請求項７に従う方法。
9. エネルギー源が、短絡電流の少なくとも60倍で且つ蓄電池の公称電圧の概そ40倍を出力するように調整されている、請求項８に従う方法。
10. 蓄電池に電気エネルギーを受け取らせるために、エネルギー源が少なくとも１マイクロ秒の間蓄電池と連結される、請求項７−９の中の一つに従う方法。
11. エネルギー源が、繰り返し且つ交互にスイッチを入れたり切ったりされることを特徴とする、請求項10に従う方法。
12. 数個の単電池を含む蓄電池の各単電池が個々に処理される、請求項１−11の中の一つに従う方法。
13. 数個の単電池が並列で処理され、且つ電流が単電池の数に従って増加される、請求項１−12の中の一つに従う方法。
14. 数個の単電池が直列で処理され、且つ電圧が単電池の数に従って増加される、請求項１−12の中の一つに従う方法。
15. 新品の蓄電池が蓄電池として用いられる、請求項１−14の中の一つに従う方法。
16. 請求項１−15の中の一つ又は幾つかに従う方法によって得られる蓄電池。
17. 請求項１−15の中の一つに従う方法を行うためのエネルギー源であって、当該エネルギー源が必要とされる電気エネルギーを蓄電池に出力できるように、その静電容量及び絶縁耐力が選択されているコンデンサー装置を含む、エネルギー源。

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