JP4778753B2 - Battery module - Google Patents
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Description
本発明は、バックアップ電源用に好適に適用できる電池モジュールに関し、特に複数のニッケル水素蓄電池をケース部内に配置した電池モジュールに関するものである。 The present invention relates to a battery module that can be suitably applied to a backup power source, and more particularly to a battery module in which a plurality of nickel metal hydride storage batteries are arranged in a case portion.
ニッケル水素蓄電池は、クリーンで高容量な上、リチウムイオン二次電池に比べて長期信頼性に優れるため、各種電気自動車の主電源及び副電源などの移動用電源のほかに、例えば携帯電話の通信基地局におけるバックアップ電源のような据置型の電源や移動の少ない用途の電源として注目されており、公害物質を含む鉛蓄電池やニッケルカドミウム蓄電池との代替が進みつつある。 Nickel-metal hydride storage batteries are clean and high-capacity and superior in long-term reliability compared to lithium-ion secondary batteries. Therefore, in addition to mobile power sources such as main power supplies and sub power supplies for various electric vehicles, communication for mobile phones, for example It is attracting attention as a stationary power source such as a backup power source in a base station and a power source for applications with little movement, and replacement with lead storage batteries and nickel cadmium storage batteries containing pollutants is progressing.
ニッケル水素蓄電池の負極活物質には、水素吸蔵合金が用いられているが、この材料の特質として、高温になると充電時に吸蔵した水素を放出するために、充電効率が低下する傾向がある。さらには、正極活物質である水酸化ニッケルも高温下での充電効率が低いため、この電池を数セル以上直列接続して電池モジュールを構成する場合、電池を効率よく冷却して高温に至らないように配慮する必要がある。 A hydrogen storage alloy is used as the negative electrode active material of the nickel-metal hydride storage battery. As a characteristic of this material, since the stored hydrogen is released at the time of charging, the charging efficiency tends to decrease. Furthermore, since nickel hydroxide, which is a positive electrode active material, also has low charging efficiency at high temperatures, when a battery module is configured by connecting several cells or more in series, the battery is efficiently cooled and does not reach high temperature. It is necessary to consider so.
冷却機能を設けた電池モジュールの構造として、ケース内に複数の電池を相互間に適当な通気路を形成する状態で並列配置し、ケースの一端から冷却風を送入し、ケースの他端から排出することで、ケース内に形成された通気路を流れる冷却風によって各電池を冷却するようにしたものが知られている(例えば、特許文献1、特許文献2参照。)。
ところで、電気自動車などの移動体に設置される電源のように、大量の外気を取り入れて電池モジュールに冷却風として流通させるようにしているものと異なって、据置型電源においては、外気との換気が比較的に少ない閉空間に電池モジュールが設置されるので、その閉空間から取り入れた空気を電池モジュールのケース内に流通させても、ケース内部に配置された蓄電池を十分に冷却するのが困難であり、充放電を繰り返すことによる蓄熱増で寿命特性が著しく低下するという問題がある。 By the way, unlike a power source installed in a moving body such as an electric vehicle, a large amount of outside air is taken in and distributed as cooling air to the battery module. Since the battery module is installed in a closed space with relatively little, it is difficult to sufficiently cool the storage battery placed inside the case even if the air taken from the closed space is circulated in the case of the battery module. In addition, there is a problem that the life characteristics are remarkably deteriorated due to an increase in heat storage due to repeated charging and discharging.
また、バックアップ用の据置型電源においては、微少電流にて常時充電し続けるトリクル充電を行って常に満充電状態を保つように構成されているので、蓄電池の中心部と端子周辺での蓄熱度合が大きく、そのため蓄電池を配置したケース内に冷却風を流通させても電池の外周面が冷却されるだけであり、そのため中心部の熱はある程度放熱できても両端の端子周辺の冷却は不十分になってしまい、蓄熱増で寿命特性が著しく低下するという問題がある。 In addition, the stationary power supply for backup is configured to always maintain a fully charged state by performing trickle charging that always charges with a small current, so the degree of heat storage around the center of the storage battery and around the terminals is Therefore, even if the cooling air is circulated in the case where the storage battery is arranged, only the outer peripheral surface of the battery is cooled, so even if the heat at the center can be radiated to some extent, the cooling around the terminals at both ends is insufficient. Therefore, there is a problem that the life characteristics are remarkably deteriorated due to an increase in heat storage.
本発明は、上記従来の問題点に鑑み、据置型電源に適用しても蓄電池の中心部と両端の端子部を効果的に冷却でき、蓄熱増による寿命特性の低下を抑制できる電池モジュールを提供することを目的とする。 In view of the above-described conventional problems, the present invention provides a battery module that can effectively cool the central portion and the terminal portions at both ends of a storage battery even when applied to a stationary power source, and can suppress a decrease in life characteristics due to increased heat storage. The purpose is to do.
本発明の電池モジュールは、2枚の支持板に設けられた複数の貫通穴に複数のニッケル水素蓄電池の両端部をそれぞれ挿通させて一体化した電池群と、隣接した前記ニッケル水素蓄電池の両端面の端子同士を順次直列接続する複数の接続板と、前記電池群の上下面及び前記支持板が配置された側面の4面を覆うとともに前記支持板の少なくとも下縁が接するケース部と、ケース部の一方の開口面に配置されかつ通気孔が形成された正面部と、ケース部の他方の開口面に配置されかつファンを設けられた背面部とを備え、前記ニッケル水素蓄電池の両端面間の長さをA、前記支持板の1枚の厚さをBとして、0.2≦2B/A≦0.4であり、前記支持板は、熱伝導率が0.25W/mK以上としたものである。 The battery module of the present invention includes a battery group in which both end portions of a plurality of nickel hydride storage batteries are inserted into and integrated with a plurality of through holes provided in two support plates, and both end faces of the adjacent nickel hydride storage batteries. A plurality of connecting plates that sequentially connect the terminals of the battery, a case portion that covers the upper and lower surfaces of the battery group and the four sides of the side surface on which the support plate is disposed, and at least the lower edge of the support plate contacts, Between the both end faces of the nickel-metal hydride battery, comprising a front part disposed on one of the opening surfaces and having a vent and a back surface disposed on the other opening surface of the case part and provided with a fan. The length is A, the thickness of one of the support plates is B, and 0.2 ≦ 2B / A ≦ 0.4 , and the support plate has a thermal conductivity of 0.25 W / mK or more. It is.
この構成によると、背面部のファンを駆動することで正面部の通気孔からケース部外の空気がケース内に流入し、ケース部内を冷却風として流れて排出されることで、ニッケル水素蓄電池の外周面が冷却風にて冷却されてニッケル水素蓄電池の中心部の熱が放熱され、かつニッケル水素蓄電池の両端部の熱が支持板を介してケース部に伝達され、広い放熱面積を有するケース部から外部に放熱されるため、ニッケル水素蓄電池の中心部と両端の端子部がともに効果的に冷却され、蓄熱増による寿命特性の低下を効果的に抑制することができる。 According to this configuration, by driving the fan on the back surface, air outside the case portion flows into the case from the vent hole in the front portion, and flows inside the case portion as cooling air to be discharged. The outer peripheral surface is cooled with cooling air to dissipate heat at the center of the nickel-metal hydride storage battery, and the heat at both ends of the nickel-metal hydride storage battery is transmitted to the case part via the support plate, thereby having a large heat dissipation area. Since the heat is radiated from the outside to the outside, both the central portion and the terminal portions at both ends of the nickel-metal hydride storage battery are effectively cooled, and the deterioration of the life characteristics due to increased heat storage can be effectively suppressed.
特に、支持板の厚さを、ニッケル水素蓄電池の両端面間の長さの0.1〜0.2倍とし、かつ、支持板を、熱伝導率が0.25W/mK以上としていることで、端子部の熱が支持板を介してケース部に確実に伝達され、かつ支持板間に冷却風による冷却領域も十分に確保される。支持板の厚さが、上記範囲より小さいと端子周辺の冷却が不十分となり、上記範囲より大きいと中心部の冷却が不十分となる。かくして、上記構成によりニッケル水素蓄電池の中心部と両端端子部の放熱バランスが最適化され、両者の蓄熱をともに効果的に抑制することができる。 In particular, the thickness of the support plate is 0.1 to 0.2 times the length between both end faces of the nickel metal hydride storage battery , and the support plate has a thermal conductivity of 0.25 W / mK or more. Thus, the heat of the terminal portion is reliably transmitted to the case portion via the support plate, and a cooling region by the cooling air is sufficiently secured between the support plates. When the thickness of the support plate is smaller than the above range, cooling around the terminals becomes insufficient, and when it is larger than the above range, cooling of the central portion becomes insufficient. Thus, the above configuration optimizes the heat dissipation balance between the central portion and both end terminal portions of the nickel-metal hydride storage battery, and can effectively suppress both the heat storage.
また、支持板は、金属製の板材からなり、少なくとも貫通穴部分が電気絶縁性を有すると、支持板を通じて放熱を効果的かつ確実に行うことができ、かつ蓄電池間の絶縁の確保が容易であるため好適である。支持板の熱伝導率が、0.3W/mK以上であるとより好ましい。この支持板の材質としては、熱伝導率の点からは金属が好適であるが、電気的絶縁性を確保するのが困難である。そこで、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリフェニレンオキサイドなどを主体として複合化した樹脂などの熱伝達率の高い樹脂が好ましい。 In addition, the support plate is made of a metal plate material, and if at least the through-hole portion has electrical insulation, heat can be effectively and reliably radiated through the support plate, and insulation between the storage batteries can be easily ensured. Therefore, it is preferable. The thermal conductivity of the support plate is more preferably 0.3 W / mK or more. As the material of the support plate, metal is preferable from the viewpoint of thermal conductivity, but it is difficult to ensure electrical insulation. Therefore, a resin having a high heat transfer coefficient such as a resin mainly composed of polyethylene terephthalate (PET) or polyphenylene oxide is preferable.
また、本発明はニッケル水素蓄電池の容量が30Ah以上のものに対して好適に適用される。すなわち、30Ah以上の蓄電池は、 特に蓄熱度合が高いので、大きな効果を発揮する。 Moreover, this invention is applied suitably with respect to the capacity | capacitance of a nickel hydride storage battery 30 Ah or more. That is, a storage battery of 30 Ah or more exhibits a great effect because the degree of heat storage is particularly high.
また、ニッケル水素蓄電池が、水酸化ニッケルを活物質とする正極と、負極と、セパレータと、電解液と、電槽とからなり、前記正極中には少なくとも金属Co及びYbが含まれているものであると、金属Coは正極中の導電ネットワークを築く導電剤として特に導電性が高いので、内部抵抗を大幅に減少でき、充放電時のジュール発熱を抑制することができ、またYb化合物は充電時の正極の酸素発生過電圧を高めることができるので、特に高温域における充電時の反応抵抗を飛躍的に抑制し、電池の高温雰囲気下でのジュール発熱を抑制でき、ニッケル水素蓄電池自身が発熱抑制機能を持つことで、より一層大きな効果を発揮する。 The nickel-metal hydride storage battery includes a positive electrode using nickel hydroxide as an active material, a negative electrode, a separator, an electrolytic solution, and a battery case, and the positive electrode contains at least metals Co and Yb. In this case, since the metal Co is particularly conductive as a conductive agent for forming a conductive network in the positive electrode, the internal resistance can be greatly reduced, the Joule heat generation during charging / discharging can be suppressed, and the Yb compound is charged. The oxygen generation overvoltage of the positive electrode at the time can be increased, so the reaction resistance during charging especially in the high temperature range can be drastically suppressed, the Joule heat generation in the high temperature atmosphere of the battery can be suppressed, and the nickel metal hydride storage battery itself suppresses the heat generation By having a function, the effect is even greater.
また、金属Coの含有量が、前記水酸化ニッケル100重量部に対して4〜8重量部であると、上記効果が確実に得られて好適である。金属Coの含有量が上記範囲より少ないと効果が十分に発揮されず、過多になると活物質である水酸化ニッケルの比率が低下して容量が低下する。 In addition, it is preferable that the content of metal Co is 4 to 8 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the nickel hydroxide because the above-described effect can be obtained with certainty. When the content of the metal Co is less than the above range, the effect is not sufficiently exhibited. When the content is excessive, the ratio of nickel hydroxide as the active material is reduced and the capacity is reduced.
また、Ybの含有量が、前記水酸化ニッケル100重量部に対して1〜6重量部であると、上記効果が確実に得られて好適である。Yb化合物の含有量が上記範囲より少ないと効果が十分に発揮されず、過多になると活物質である水酸化ニッケルの比率が低下して容量が低下するとともに、導電性が低下する。 Moreover, the said effect is acquired reliably and it is suitable that content of Yb is 1-6 weight part with respect to 100 weight part of said nickel hydroxide. When the content of the Yb compound is less than the above range, the effect is not sufficiently exerted, and when it is excessive, the ratio of nickel hydroxide as an active material is reduced, the capacity is lowered, and the conductivity is lowered.
また、電解液が、塩としてNaOH、KOH及びLiOHを含み、その溶解量はモル比でNaOH≧KOH>LiOHであるのが好適である。通常は解離度、すなわちイオン伝導性が最も高いKOHを主体として電解液が構成されるが、このように高温充電効率を高める効果を有するNaOHをKOHと同等以上にすることで、特に高温域における充電時の反応抵抗を飛躍的に抑制することができて、 電池の高温雰囲気下でのジュール発熱を抑制でき、さらに正極利用率を高める効果を有するLiOHを少量加えていることで、反応抵抗を大幅に減少でき、充放電時のジュール発熱を総合的に抑制できる。 Moreover, it is preferable that electrolyte solution contains NaOH, KOH, and LiOH as a salt, and the dissolution amount is NaOH> = KOH> LiOH by molar ratio. Normally, the electrolyte is composed mainly of KOH having the highest degree of dissociation, that is, ionic conductivity, but by making NaOH having the effect of improving the high-temperature charging efficiency equal to or higher than KOH, particularly in the high temperature range. The reaction resistance at the time of charging can be drastically suppressed, the Joule heat generation under the high temperature atmosphere of the battery can be suppressed, and the reaction resistance can be reduced by adding a small amount of LiOH which has the effect of increasing the positive electrode utilization rate. It can be greatly reduced, and Joule heat generation during charging and discharging can be comprehensively suppressed.
本発明の電池モジュールによれば、ケース部内を流通する冷却風にてニッケル水素蓄電池の外周面が確実に冷却されてニッケル水素蓄電池の中心部の熱が放熱され、かつニッケル水素蓄電池の両端部の熱が所要の厚みを有する支持板を介して確実にケース部に伝達され、広い放熱面積を有するケース部から外部に放熱されるため、ニッケル水素蓄電池の中心部と両端の端子部がともに効果的に冷却され、蓄熱増による寿命特性の低下を効果的に抑制することができる。 According to the battery module of the present invention, the outer peripheral surface of the nickel-metal hydride storage battery is reliably cooled by the cooling air flowing in the case part, and the heat of the center part of the nickel-metal hydride storage battery is dissipated, and at both ends of the nickel-metal hydride storage battery Heat is reliably transmitted to the case part via the support plate having the required thickness, and heat is radiated to the outside from the case part having a large heat radiation area, so both the center part and the terminal parts at both ends of the nickel-metal hydride battery are effective. It is possible to effectively suppress a decrease in life characteristics due to increased heat storage.
以下、本発明の電池モジュールの一実施形態について、図1〜図5を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a battery module of the present invention will be described with reference to FIGS.
図1において、1は携帯電話の通信基地局のバックアップ用電源であり、その筐体2内の上部に充電器や放電器、制御基板などを配置する機器配置空間3が設けられ、筐体2内の下部に電池配置空間4が設けられ、4個の電池モジュール10から成る電源用電池5が2セット並列して配置されている。各電源用電池5は、4個の電池モジュール10を直列接続して構成され、各電池モジュール10は、それぞれ10個の円筒型ニッケル水素蓄電池11を直列接続して構成されている。円筒型ニッケル水素蓄電池11の出力電圧は1.2Vであるので、電源用電池5の出力電圧は48Vである。
In FIG. 1,
電池モジュール10においては、図2〜図4に示すように、10個の円筒型ニッケル水素蓄電池11の両端部が、2枚の支持板12に設けられた貫通穴13にそれぞれ挿通されて一体化され、電池群14が構成されている。この電池群14において、隣接する円筒型ニッケル水素蓄電池11の両端の端子同士を順次直列接続するために、支持板12の外側面に沿って複数の接続板15が配置されている。なお、接続板15と支持板12との間に隙間を設けることにより、支持板12が導電性を有する場合にも両者を電気的に絶縁することができる。また、直列接続した円筒型ニッケル水素蓄電池11における両端の端子にはそれぞれ接続端子16が接合されている。これら接続板15及び接続端子16には、鉄、ニッケルなどの導電性の高い材質からなる薄板を用いることができる。
In the
電池群14の上面及び支持板12と平行する両側面を覆うように上部ケース17が配設され、電池群14の下面に接して下部ケース18が配設され、これら上部ケース17と下部ケース18にて電池群14の上下面及び両側面の4面を覆うケース部19が構成されている。ケース部19の一方の開口面には、通気孔20を設けた正面部21が配置され、ケース部19の他方の開口面には、ファン22を設けた背面部23が配置されている。また、背面部23には、接続端子16を外部に突出される端子開口24が設けられている。なお、支持板12は、図3に示すように、その上縁と上部ケース17の天井面との間に間隔があくように構成してもよいが、図4に示すように、上縁が上部ケース17の天井面に接触し、支持板12から上部ケース17に直接伝熱されるようにするのが好適である。
An
電池群14が、ケース部19と正面部21と背面部23にて囲まれた空間に収容配置された状態で、各円筒型ニッケル水素蓄電池11、11間、及び円筒型ニッケル水素蓄電池11と、ケース部19や正面部21や背面部23との間には、冷却通路25となる隙間が形成されている。これにより、ファン24を作動することで、正面部21の通気孔20から導入された外部の空気が冷却通路25を通って背面部23から外部に排出され、その際各円筒型ニッケル水素蓄電池11の支持板12、12間の外周面が、冷却通路25を流通する空気流にて冷却される。
In a state where the
支持板12は、熱伝導率が0.25W/mK以上のものが好適に用いられ、その厚さBは、円筒型ニッケル水素蓄電池11の両端の端子面の間の長さをAとして、0.2≦2B/A≦0.4の範囲に設定される。これにより、円筒型ニッケル水素蓄電池11の中心部は上記冷却通路25を流通する空気流にて冷却され、円筒型ニッケル水素蓄電池11の両端部の端子近傍は、支持板12を介してケース部19に伝熱されることで、ケース部19から外部放熱されて外気冷却される。支持板12の厚さBが上記範囲より小さいと、円筒型ニッケル水素蓄電池11の端子近傍の冷却が不十分となり、逆にこの範囲より大きいと、円筒型ニッケル水素蓄電池11の中心部の冷却が不十分となり、この範囲に設定することで、円筒型ニッケル水素蓄電池11の端子近傍と中心部がバランス良く冷却される。
The
支持板12としては、高い熱伝導率を有するものが好適であることから、一般的には金属製のものが考えられるが、電気的絶縁性を構造上確保するのが困難である。そこで、一般の樹脂は熱伝導率が0.2W/mK程度であるのに対して、上記のように熱伝導率が0.25W/mK以上、より好ましくは0.3W/mK以上の樹脂を用いるのが良い。例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)やポリフェニレンオキサイドなどを主体として複合化した樹脂などが好適に用いられる。具体例としては、株式会社キョードー製の商品名「ユニレート」(PETとガラス繊維とマイカの混合物)が挙げられ、その熱伝導率は0.31〜0.51W/mKである。また、ケース部19としては放熱性の高い鉄系素材が好適である。
As the
本実施形態では、電気的絶縁性を有する樹脂板を用いた例を示したが、アルミ合金などの熱伝導性の高い金属製の板材や、薄鋼板などの金属薄板のプレス成形品や板金製品を用い、貫通穴13の部分に電気絶縁性と高い熱伝導性を有する材料を複合させた構成とすることもできる。さらに、円筒型ニッケル水素蓄電池11と貫通穴13の間や、支持板12とケース部19の間の接触面間に熱伝導性の高いシール材料を介装して、接触面間での熱伝達率を向上するのが好適である。
In this embodiment, an example in which a resin plate having electrical insulation is used has been shown. However, a metal plate material having high thermal conductivity such as an aluminum alloy, or a press-formed product or sheet metal product of a metal thin plate such as a thin steel plate. The material of the through
円筒型ニッケル水素蓄電池11は、図5に示すように、正極板31と負極板32をセパレータ33を介して巻回してなる極板群34を電解液とともに金属製の円筒型ケース35内に収容し、円筒型ケース35の開口部を、安全弁36を設けた封口板37にて円筒型ケース35に対して電気的に絶縁された状態で密閉することにより構成されている。なお、負極板32の最外周を円筒型ケース35の内周に接触されて、円筒型ケース35の底面が負極端子を構成しており、正極板31がリード(図示せず)を介して封口板37に接続されて、封口板37が正極端子を構成している。円筒型ケース35は、鉄にニッケルメッキを施したものが好適であり、その外周面を絶縁性フィルムにて被覆することにより、円筒型ニッケル水素蓄電池11と支持板12やケース部19とを容易かつ確実に電気的に絶縁することができる。
As shown in FIG. 5, the cylindrical nickel-metal
正極板31は、Niの発泡メタルに、水酸化ニッケル(本明細書では、Coなどを固溶、コートしたものなどについても、Ni(OH)2 と記す)を主材料とする正極材料を塗着保持させて構成されている。本実施形態では、水酸化ニッケルを主体とする正極材料に金属CoとYb2 O3 やYb(OH)3 などのYb化合物を含んでいる。具体的には、金属Coは、Ni(OH)2 100重量部に対して4〜8重量部含有し、Yb化合物は、Ni(OH)2 100重量部に対して1〜6重量部含有している。具体例を示すと、Ni(OH)2 :100重量部、金属Co:5重量部、Yb2 O3 :4重量部、ZnO:2.5重量部にて正極材料が構成されている。
The
負極板32は、Niのパンチングメタルに水素吸蔵合金を主材料とする負極材料を塗着保持させて構成されている。セパレータ33は、ポリアミド系やポリオレフィン系の不織布に、必要に応じて親水化処理(スルホン化処理など)を施したものにて構成されている。
The
電解液は、NaOH、KOH、LiOHの3成分の混合液にて構成し、かつその組成をNaOH≧KOH>LiOHとしている。具体例を示すと、NaOH:KOH:LiOH=4:2.5:1としている。なお、電解液の濃度は、7.5mol/Lとしている。 The electrolytic solution is composed of a mixed solution of three components of NaOH, KOH, and LiOH, and the composition satisfies NaOH ≧ KOH> LiOH. As a specific example, NaOH: KOH: LiOH = 4: 2.5: 1. In addition, the density | concentration of electrolyte solution is 7.5 mol / L.
以上の構成の円筒型ニッケル水素蓄電池11においては、正極板31の添加材料に金属Coを含んでいるため、正極板31の面積が大きくても、 導電性の高い金属Coの存在によって正極板31の電気抵抗を小さくできて充放電時の発熱を抑制し、電池の長期信頼性を高めることができる。
In the cylindrical nickel-metal
また、正極板31の添加材料にYb化合物を含んでいることで、充電時の正極の酸素発生過電圧を高めることができ、特に高温域における充電時の発熱を飛躍的に抑制し、電池の高温雰囲気下での寿命特性を向上させることができる。
Further, the inclusion of the Yb compound in the additive material of the
さらに、電解液が、NaOH、KOH、LiOHの3成分から成り、その組成をNaOH:KOH:LiOH=4:2.5:1とし、高温における導電性が高いNaOHの量を多くしているので、特に高温域での充電時の発熱を抑制し、電池の高温雰囲気下での寿命特性を向上させることができる。 Furthermore, the electrolytic solution is composed of three components of NaOH, KOH, and LiOH, and its composition is NaOH: KOH: LiOH = 4: 2.5: 1, and the amount of NaOH having high conductivity at high temperature is increased. In particular, heat generation during charging in a high temperature range can be suppressed, and the life characteristics of the battery in a high temperature atmosphere can be improved.
以下に、本発明に係る電池モジュールの実施例と比較例について説明する。 Below, the Example and comparative example of the battery module which concern on this invention are demonstrated.
(実施例1)
正極板31は、水酸化ニッケル100重量部に対し、金属Co5重量部、Yb2 O3 4重量部、フッ素樹脂0.5重量部を加えた合剤を発泡ニッケル三次元多孔体に充填して作製した。負極板32は、一般式MmNi3.55Co0.75Mn0.4 Al0.3 (Mmは、La、Ce、Nd、Prの混合物)で表される水素吸蔵合金100重量部に対し、アセチレンブラック0.3重量部、スチレン−ブタジエン共重合体0.7重量部、カルボキシメチルセルロース0.2重量部を加えた合剤を鉄にニッケルメッキを施したパンチングメタルに塗布して作製した。セパレータ33はポリプロピレンの不織布にスルホン化処理したものを用いた。これら正極板31と負極板32をセパレータ33を介して巻回して極板群34を構成し、これを鉄にニッケルメッキを施した円筒型ケース35に収納した後、NaOH:KOH:LiOH=4:2.5:1の組成の電解液を注入し、直径60mm、長さ(両端子間距離)176mmの円筒型ニッケル水素蓄電池11を作製した。
Example 1
The
上記円筒型ニッケル水素蓄電池11を10個、それぞれの両端部を厚さ20mm(2B/A=0.23)の2枚の支持板12(「ユニレート」、詳細は前述)に設けられた貫通穴13に挿入嵌合させ、電池間の隙間が5mmとなるように横5列、縦2列に配設し、接続板15で直列接続して電池群14を構成した。この電池群14を下部ケース18上に設置し、電池群14の上面及び両側面を覆う上部ケース17を配置してケース部19にて電池群14の4面を覆い、さらにその両端開口に前面部21と背面部23を配置して電池モジュール10を作製した。
Through holes provided on two support plates 12 (“unilate”, details are described above) having 10 cylindrical nickel-metal
(実施例2、3)
支持板12の厚さを、それぞれ13mm(2B/A=0.15)、35mm(2B/A=0.4)に変えた以外は、実施例1と同様の電池モジュール10を作製した。
(Examples 2 and 3)
A
(実施例4〜7)
正極板の合剤における金属Coの添加量を、それぞれ3重量部、4重量部、8重量部、10重量部に変えた以外は、実施例1と同様の電池モジュール10を作製した。
(Examples 4 to 7)
A
(実施例8〜11)
正極板の合剤におけるYb2 O3 の添加量を、それぞれ0.5重量部、1重量部、6重量部、8重量部に変えた以外は、実施例1と同様の電池モジュール10を作製した。
(Examples 8 to 11)
A
(実施例12〜14)
電解液の組成(NaOH:KOH:LiOH)を、それぞれ3.25:3.25:1、2.5:4:1、4:1.5:1に変えた以外は、実施例1と同様の電池モジュール10を作製した。
(Examples 12 to 14)
Example 1 except that the composition of the electrolyte (NaOH: KOH: LiOH) was changed to 3.25: 3.25: 1, 2.5: 4: 1, and 4: 1.5: 1, respectively. The
(比較例1、2)
支持板12の厚さを、それぞれ10mm(2B/A=0.11)、40mm(2B/A=0.45)に変えた以外は、実施例1と同様の電池モジュール10を作製した。
(Comparative Examples 1 and 2)
A
以上の実施例1〜14、及び比較例1、2の電池モジュール10について、レート特性評価と、寿命特性評価を行った。
About the
レート特性評価は、25℃雰囲気下で、各電池モジュール10に対して20Aの電流値にて5時間の充電後、19Aにて10Vに達するまで放電した。その後、同様に充電した後、95Aで10Vに達するまで放電した。その際の19A放電容量に対する95A放電容量の比率(%)を測定した。90%以上を優、85%以上を良、80%以上を可と評価した。
In the rate characteristic evaluation, each
寿命特性評価は、50℃雰囲気下においた各電池モジュール10に対して、20Aの電流値にて5時間の充電後、30Aの電流値にて放電(終止電圧は10V)を行う充放電サイクルを繰り返し、300サイクル経過後の放電容量の維持率(初期容量に対する比率)(%)を測定した。なお、電池モジュール10の冷却に用いるファン22としては、最大風量1.5m3 /分の能力を持つ冷却ファンを使用した。84%以上を優、83%を良、80%以上を可、80%未満を不可と評価した。
The life characteristic evaluation is a charge / discharge cycle in which each
表1の各実施例と比較例から、2B/Aが0.2から0.4の範囲内の各実施例では寿命特性評価が良好であるのに対して、比較例のようにその範囲より小さくても、範囲より大きくても不可の評価となることが分かる。また、実施例1〜3から、上記範囲の上下限に近くなると寿命特性評価が低下し、中間が最良であることが分かる。 From each example and comparative example in Table 1, the life characteristics evaluation is good in each example in which 2B / A is in the range of 0.2 to 0.4, but from the range as in the comparative example. It can be seen that evaluation is impossible even if it is small or larger than the range. Moreover, from Examples 1-3, it turns out that lifetime characteristic evaluation falls and it is the best in the middle when it approaches the upper and lower limits of the said range.
また、実施例1及び4〜7から、金属Coの添加量が3〜10重量部で、レート特性評価及び寿命特性評価が「可」の結果が得られるが、実施例1、5、6のように4〜8重量部にすることで、レート特性評価及び寿命特性評価が「良」ないし「優」の結果が得られることが分かる。 In addition, from Examples 1 and 4-7, the addition amount of metal Co is 3 to 10 parts by weight, and the results of the rate characteristics evaluation and the life characteristics evaluation “OK” are obtained. Thus, it can be seen that the result of “good” or “excellent” in the rate characteristic evaluation and the life characteristic evaluation can be obtained by using 4 to 8 parts by weight.
また、実施例1及び8〜11から、Yb2 O3 の添加量が0.5〜8重量部でレート特性評価及び寿命特性評価として「可」の結果が得られるが、実施例1、9、10のように1〜6重量部にすることで、レート特性評価及び寿命特性評価が「良」ないし「優」の結果が得られることが分かる。また、実施例8と11からYb2 O3 の添加量が少ないと寿命特性評価が低下し、多くなるとレート特性評価が低下することが分かる。 In addition, from Examples 1 and 8 to 11, the result of “Yes” is obtained as the rate characteristic evaluation and the life characteristic evaluation when the addition amount of Yb 2 O 3 is 0.5 to 8 parts by weight. It can be seen that by using 1 to 6 parts by weight as in 10, the rate characteristic evaluation and the life characteristic evaluation are “good” or “excellent”. Further, from Examples 8 and 11, it can be seen that when the amount of Yb 2 O 3 added is small, the life characteristic evaluation is lowered, and when it is increased, the rate characteristic evaluation is lowered.
また、実施例1から電解液の組成がNaOH>KOH>LiOHの場合には、レート特性評価及び寿命特性評価が「優」となり、実施例12からNaOH=KOH>LiOHの場合には、寿命特性評価は「優」となるが、レート特性評価が多少劣ることになり、実施例13のようにNaOH<KOH≫LiOHの場合には、逆にレート特性評価は「優」となるが、寿命特性評価がかなり劣ることになり、実施例14のようにNaOH≫KOH<LiOHの場合には、レート特性評価がかなり劣り、寿命特性評価も多少劣ることが分かる。 Further, when the composition of the electrolytic solution from Example 1 is NaOH> KOH> LiOH, the rate characteristic evaluation and the life characteristic evaluation are “excellent”. From Example 12, when the NaOH = KOH> LiOH, the life characteristic is obtained. Although the evaluation is “excellent”, the rate characteristic evaluation is somewhat inferior. In the case of NaOH <KOH >> LiOH as in Example 13, the rate characteristic evaluation is conversely “excellent”, but the life characteristic is The evaluation is considerably inferior, and when NaOH >> KOH <LiOH as in Example 14, the rate characteristic evaluation is considerably inferior and the life characteristic evaluation is also somewhat inferior.
本発明の電池モジュールは、ニッケル水素蓄電池の中心部の熱がケース部内を流通する冷却風にて放熱され、かつ両端部の熱が所要の厚みを有する支持板を介して確実にケース部に伝達されて外部に放熱されるため、ニッケル水素蓄電池の中心部と両端の端子部がともに効果的に冷却され、蓄熱増による寿命特性の低下を効果的に抑制することができるので、据置型のバックアップ電源用の電池電源に有用である。 In the battery module of the present invention, the heat at the center of the nickel-metal hydride storage battery is radiated by the cooling air flowing through the case, and the heat at both ends is reliably transmitted to the case through the support plate having the required thickness. Therefore, both the central part and the terminal part of both ends of the nickel-metal hydride storage battery are effectively cooled and the deterioration of the life characteristics due to increased heat storage can be effectively suppressed. Useful for battery power supply.
10 電池モジュール
11 円筒型ニッケル水素蓄電池
12 支持板
13 貫通穴
14 電池群
15 接続板
19 ケース部
20 通気孔
21 前面部
22 ファン
23 背面部
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記支持板は、熱伝導率が0.25W/mK以上であることを特徴とする電池モジュール。 A battery group in which both ends of a plurality of nickel metal hydride storage batteries are inserted into and integrated with a plurality of through holes provided in two support plates, and terminals on both end faces of the adjacent nickel metal hydride storage batteries are sequentially connected in series. A plurality of connecting plates, a case portion that covers four surfaces of the battery group, the upper and lower surfaces and the side surface on which the support plate is disposed, and at least the lower edge of the support plate is in contact, and is disposed on one opening surface of the case portion And a rear portion disposed on the other opening surface of the case portion and provided with a fan, the length between both end surfaces of the nickel-metal hydride battery being A, the support If the thickness of one plate is B, 0.2 ≦ 2B / A ≦ 0.4 ,
The battery module , wherein the support plate has a thermal conductivity of 0.25 W / mK or more .
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