JPH06150963A - 蓄電池システム - Google Patents

蓄電池システム

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JPH06150963A
JPH06150963A JP29951692A JP29951692A JPH06150963A JP H06150963 A JPH06150963 A JP H06150963A JP 29951692 A JP29951692 A JP 29951692A JP 29951692 A JP29951692 A JP 29951692A JP H06150963 A JPH06150963 A JP H06150963A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 充電時、とくに過充電時に電池に発生する熱
を電池内に蓄積することなく、電池外部へ効率良く放熱
することができ、サイクル寿命に優れた蓄電池システム
を提供する。 【構成】 水素吸蔵合金を負極に用いた電極群を電槽内
に収納した単電池の複数個を、単電池相互間に空間を設
けて並列に配置した蓄電池システムであり、前記電極群
の幅寸法Ｌに厚み寸法Ｗ1を乗じた値Ｋが１０≦Ｋ≦１
００の範囲にあり、かつ単電池相互間の空間幅寸法Ｄ1
と前記電極群の厚み寸法Ｗ1との関係が０．０２≦Ｄ1／
Ｗ1≦０．３の範囲としたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、水素を電気化学的に吸
蔵・放出する水素吸蔵合金を主たる構成材料とする負極
を用いた蓄電池を、複数個、列状態に配置した積層電池
（モジュール電池）、またはこの積層電池をさらに複数
個列状態に組み合わせた群電池からなる蓄電池システム
の、とくにその放熱構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】水素吸蔵合金、あるいはその水素化物か
らなる水素吸蔵電極を負極とし、酸化ニッケルを正極と
するニッケル・水素蓄電池は、ニッケル・カドミウム蓄
電池と互換性があるとともに、ニッケル・カドミウム蓄
電池よりも高容量化が可能であるという特徴を有してい
る。しかしながら、このニッケル・水素蓄電池は、充電
時、とくに過充電時に正極から酸素ガスが多量に発生す
る。
【０００３】この酸素ガスは負極に吸蔵されている水素
と反応して水に還元されるが、このとき発熱反応により
電池温度が上昇する。また、このときの温度上昇は、ニ
ッケル・カドミウム蓄電池の充電時の温度上昇よりも大
きいことが知られている。
【０００４】そして、現在、実用化されている小型円筒
型ニッケル・水素蓄電池では、外装缶（ケース）が金属
であるため、充電時に発生した熱は効率良く電池外部へ
放出され、過充電時においても電池の温度上昇は大きく
ない。
【０００５】しかし、中容量である２０〜３００Ah程度
のニッケル・水素蓄電池では、充電時に多量の熱が発生
する。
【０００６】そして、このとき、電池の電池外部への放
熱効率が良好でないと、発生した熱は電池内に蓄積さ
れ、電池温度は急激に上昇する。
【０００７】また、電池温度が高温になると充放電効率
が低下し、活物質の利用率が低下するため、充電時に発
生した熱を効率良く電池外部へ放熱しないと、目標とす
る電池特性が得られないことがあった。
【０００８】さらに、電池を複数個、積層配置した積層
電池（モジュール電池）や、この積層電池を複数個、積
層配置した群電池からなる蓄電池システムでは、電池の
配置位置によって、充電時における電池温度が異なって
いた。
【０００９】そして、温度が高くなった電池は、電池内
圧が上昇して電槽に備えてある安全弁から電解液やガス
が漏出することがあり、これらの電解液が液枯れした電
池によって、蓄電池システム全体の寿命が早期に劣化し
ていた。
【００１０】また、比較的容量の小さい積層電池では充
放電電流が小さく、電池温度の上昇も大きくないが、容
量が大きくなると充放電電流も大きくなり、さらに、積
層する電池の数が増加するため、電池の放熱効率は低下
し、電池温度の上昇が大きくなっていた。
【００１１】したがって、容量の大きい蓄電池システム
の放熱効率を向上させて、充電時における電池温度の上
昇を抑制することができる蓄電池システムの構成が重要
になる。
【００１２】このような課題を解決するために、特公平
３−２９１８６７号公報では、充電時に発熱をともなう
単電池を多数個並列状態にならべた蓄電池システムにお
いて、単電池間に空気が流通する空間を設けるととも
に、単電池間の空間幅／単電池幅を０．１〜１．０の範
囲にするという技術が提案されている。
【００１３】そして、さらに充電時に電池の温度上昇を
抑制するために、電池間に強制的に冷風を送り込む装置
が蓄電池システムの側面に取り付けられている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
場合、単電池間の空間幅／単電池幅の値を１に近づける
ように大きくすると、放熱効率の点からは好ましいが、
前記の空間幅が大きくなることにより蓄電池システムの
体積が増大してエネルギーの容積密度が低下するという
問題が生じていた。また、前記電池間の空間幅を、電池
の幅、すなわち電槽の幅で規制しているため、電槽の壁
の厚みが変化すると電槽の幅が変化するので、同じ電極
群を用いた場合でも、前記電池間の空間幅は変化してい
た。電池の充電時の温度上昇は、基本的に電槽内に収納
されている電極群の大きさに依存する。
【００１５】すなわち、電極群の厚みが大きくなるほ
ど、発生した熱は放出されにくくなり、電極群に蓄積さ
れる熱量が大きくなる。したがって、蓄電池システムの
放熱効率に影響を及ぼす電池間の空間幅は、電池の幅に
よってではなく、電極群の厚みを考慮して決定するべき
である。そして、電極群の厚み方向の断面積が、ある特
定の範囲であるという条件の下で、電極群の厚みによっ
て電池間の空間幅を規制することが適切である。
【００１６】本発明は、このような課題を解決するもの
であり、単電池を複数個、空間を設けて積層した蓄電池
システムにおいて、電池システムのエネルギーの容積密
度を低下させることなく、充電時に発生する熱の電池外
への放出を効率良く行うことができ、充電時の電池温度
の上昇を抑制して電池容量のバラツキを低減し、サイク
ル寿命特性に優れた蓄電池システムを提供するものであ
る。
【００１７】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明の蓄電池システムは、酸化金属を活物質と
する正極板と、水素を電気化学的に吸蔵・放出する水素
吸蔵合金を主たる構成材料とする負極板と、セパレータ
とからなる電極群を電槽内に収納した単電池を、複数
個、列状態に配置するとともに、隣接した単電池間に空
間を設けた蓄電池システムであって、前記電極群は、そ
の高さ寸法Ｈ、幅寸法Ｌ、厚み寸法Ｗにおいて、Ｈ＞Ｌ
＞Ｗの寸法関係にあり、かつ幅寸法Ｌに厚さ寸法Ｗ（c
m）を乗じた値Ｋが１０≦Ｋ≦１００の範囲にあるとと
もに、隣接した単電池間の空間幅Ｄが前記電極群の厚さ
寸法Ｗに対して０．０２≦Ｄ／Ｗ≦０．３の範囲にある
ものである。
【００１８】
【作用】本構成は、電極群の厚み方向の断面積、すなわ
ち、電極群の幅寸法Ｌ（cm）に、厚み寸法Ｗ（cm）を乗
じた値Ｋが１０≦Ｋ≦１００である条件下で、単電池間
の空間幅寸法Ｄを電極群の厚み寸法Ｗに対して０．０２
≦Ｄ／Ｗ≦０．３の関係になるように規制したものであ
る。電池の充放電時に発生する熱は、電極群の大きさに
依存し、電極面積（電極群の高さ寸法Ｈ×幅寸法Ｌ）に
比例して放熱される。このことから電池に蓄積される熱
量は、電極群の厚み方向の断面積（電極群の幅寸法Ｌ×
厚み寸法Ｗ）に依存する。したがって、前記関係式を満
たすような電極群の厚み寸法に対して、単電池間に設け
た空間の幅寸法Ｄを適切に選ぶことにより、過充電時に
発生した熱を、電池内に蓄積することなく、効率良く電
池外部へ放出することができる。
【００１９】また、前記電極群を２個１組として収納で
きる２セル用電槽内に収納した場合や、単電池の２個を
接続した組電池に対して、この組電池を空間を設けて列
状態に配置した積層電池では、次のようにすれば良い。
【００２０】すなわち、このような組電池では、２個の
単電池を空間を設けないで接合しているので、組電池間
の空間幅寸法Ｄを電極群の厚み寸法Ｗに対して０．０４
≦Ｄ／Ｗ≦０．６になるように、単電池の場合の２倍と
すれば、充電時に発生する熱を効率良く放出することが
できる。
【００２１】また、前記の積層電池の複数個、相互間に
空間を設けて列状態に配置した群電池では、積層電池間
の空間幅寸法Ｄ3を電極群の厚み寸法Ｗに対して０．０
５≦Ｄ3／Ｗ≦２になるように設定することにより、群
電池に発生した熱を効率良く放出することができる。
【００２２】さらに、これらの蓄電池システムには、蓄
電池システムの一方から電池間に設けられた空間に、冷
却用風を強制的に供給し、さらに場合によっては蓄電池
システムの他方から冷却用の風を吸引する空気供給装置
が備えられている。
【００２３】このように蓄電池システムの各電池間の空
間部に、風を強制的に供給することで、各電池間に均等
に風を流すことができ、電池の放熱作用を向上させるこ
とができる。このため、蓄電池システムの各電池間の温
度分布の差がなくなり、各電池の容量バラツキを防止す
ることができ、サイクル寿命特性を向上させることがで
きる。
【００２４】したがって、上記のようにして充電時に発
生する熱を電池外部に効率良く放出することにより、エ
ネルギーの容積密度を低下させない構成で充電時の電池
温度の上昇を抑制することができ、サイクル寿命特性に
優れた蓄電池システムを提供することができる。
【００２５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照にしなが
ら説明する。
【００２６】（実施例１）図１に、本発明で用いたニッ
ケル・水素蓄電池の断面図を示す。
【００２７】図１に示したように、所定の酸化ニッケル
を主たる構成材料とする正極板１と、所定の水素吸蔵合
金を主たる構成材料とする負極板２とセパレータ３とで
電極群４を構成し、この電極群４を所定の電解液ととも
に合成樹脂製電槽５に収納した。そして、この電槽５の
開口部を、安全弁６を備えた蓋７により覆蓋し、正極端
子８と負極端子９を設けて、単電池１０を作製した。
【００２８】ここで、電極群４は、その高さ寸法をＨ、
幅寸法をＬ、厚み寸法をＷ1とした。そして、電池の理
論容量が、２５，５０，１００，２００Ahとなるよう
に、電極群の各寸法Ｈ，Ｌ，Ｗ1を変化させるととも
に、それぞれの幅寸法Ｌに厚み寸法Ｗ1を乗じた値Ｋ
（Ｋ＝Ｌ×Ｗ1）を算出した。これを（表１）に示す。
【００２９】
【表１】
【００３０】（表１）に示したように、各理論容量に対
してＫの値がそれぞれ定まり、電極群の厚み寸法Ｗ1に
比例して容量が増加する。ついで、それぞれのＫの値を
有する電極群を用いて図１に示した単電池を作製し、こ
の単電池を複数個一列状態に積層した蓄電池システムの
電池利用率とエネルギーの容積密度を調べた。
【００３１】その結果を図２に示す。図２に示したよう
に、電極群のＫの値が増加すると、充電時に電池内で発
生した熱の放出が効率良く行われず電池温度が上昇し
て、電極の活物質の利用率が低下する結果、電池の利用
率が低下してくる。
【００３２】また、Ｋの値が減少すると、電池のエネル
ギー容積密度が低下する。ここで、電極群において、そ
の幅寸法Ｌを小さくすると、電極群の放熱面積を大きく
するためには厚み寸法Ｗ1を大きくする必要がある。
【００３３】また、電極群において幅寸法Ｌを大きくす
ると、電極面積が増大して放熱面積が大きくなるので、
その厚み寸法Ｗ1を小さくすることができる。
【００３４】そして、具体的には電極群の幅寸法Ｌが２
０cmの場合、厚み寸法Ｗ1を０．５cmにするとＫの値は
１０になる。
【００３５】しかし、これ以上、Ｋの値を小さくする
と、電池のエネルギー密度が低下して、実用上の最低容
積密度である５０Wh／ｌ以下になってしまう。
【００３６】一方、電極群の幅寸法Ｌが２０cmの場合
で、Ｗ1を５cmにすると、Ｋの値は１００になる。しか
し、これ以上、Ｋの値を大きくすると、電極群に熱が蓄
積して電池の利用率が急速に低下し、実用上、必要な電
池利用率である８０％を下回ってしまう。
【００３７】したがって、Ｋの値は１０≦Ｋ≦１００の
範囲が好ましく、容量が大きく、利用率に優れた電池を
得るためには、２０≦Ｋ≦６０が最適である。
【００３８】次に、電極群の厚み寸法Ｗ1と充電時にお
ける電池温度との関係を図３に示す。
【００３９】ここで、充電は２５±２℃において、電流
０．１Ｃで電池容量の１２０％まで行った。
【００４０】図３に示したように、電極群の厚みによっ
て充電時の電池温度は大きく変化し、その厚みが５０mm
以上になると電池温度は６０℃以上まで上昇して、電池
のサイクル寿命は低下した。
【００４１】（実施例２）実施例１で用いた単電池１０
を、図４に示すように複数個、それぞれの単電池間に寸
法Ｄ1の空間部を設けて並列配置し、積層電池を構成し
た。そして、単電池１０内の電極群４の厚み寸法Ｗ1と
単電池間に設けた空間の幅寸法Ｄ1を変化させ、Ｄ1／Ｗ
1の値と電池利用率およびエネルギーの容積密度との関
係を調べた。
【００４２】その結果を図５に示す。図５に示したよう
に、たとえば、電極群の厚み寸法Ｗ1が２５mmの場合、
空間幅寸法Ｄ1を０．５mm以下とし、Ｄ1／Ｗ1の値を
０．０２以下とすると、充電時に電池内に発生した熱が
電極群に蓄積され、過充電時には５０℃以上の温度上昇
を生じて電池利用率が８０％以下まで低下した。
【００４３】また、積層電池ではこれを構成する電池の
配置された場所による温度のバラツキが大きく、それに
ともなって電池利用率のバラツキも大きくなる。
【００４４】さらに、電極群の厚み寸法Ｗ1が２５mmの
場合、前記空間幅寸法Ｄ1を７．５mm以上とし、Ｄ1／Ｗ
1の値を０．３以上とすると、充電時に発生した熱の電
池外部への放熱は効率良く行われた。そして、過充電時
の温度上昇も４０℃前後となり、電池利用率は９３〜９
５％まで向上した。
【００４５】しかし、これ以上前記空間の幅寸法Ｄ1を
大きくすると、積層電池の容積が大きくなるため、積層
電池のエネルギー容積密度が低下し、実用上の最低容積
密度８５Wh／ｌを下回ってしまうことがあった。
【００４６】これらの結果から、単電池を一列に並べた
積層電池のＤ1／Ｗ1の値の範囲は、０．０２≦Ｄ1／Ｗ1
≦０．３であることが好ましい。
【００４７】（実施例３）実施例２で用いた単電池の合
成樹脂製電槽の形状の他の例と積層電池構成を図６に示
す。
【００４８】図６（１）（２）（３）において各（Ａ）
に示したように、単電池の積層方向に向いた電槽５の左
右の側面には、その片側あるいは両側に凹凸部を設けて
いる。
【００４９】そして、図６（１）（２）（３）において
各（Ｂ）に示したように、電槽５の凸部を設けた側面
を、隣接する電槽５の平面状側面に接して配置するか、
隣接する２つの電槽の凹凸部を組み合わせて並列になら
べ、電池間に空間部Ｄ1を設けた。
【００５０】これらの電池間に設けた空間部Ｄ1を流れ
る空気により、過充電時に発生した熱は効率良く放熱さ
れ、電池の温度上昇を抑制することができた。
【００５１】なお、電槽の材料である合成樹脂の中に熱
伝導性の材料、たとえば、炭素粉末、炭素繊維、カーボ
ンウィスカーなどを含有させると、伝熱性が高まって電
槽表面からの放熱効果が促進されるとともに、電槽の強
度を向上させることができる。
【００５２】（実施例４）実施例１で用いた単電池２個
を、図７（１）に示したように単電池相互間に空間部を
設けることなく接合して並列にならべた組電池１１を作
製した。また、実施例１で用いた電極群４を、図７
（２）に示したように電極群２個を収納することができ
る２セル用電槽１２に収納して組電池１１を作製した。
【００５３】そしてそれぞれの組電池１１を複数個、相
互間に空間を設けて並列に配置し、積層電池（モジュー
ル電池）を作製した。
【００５４】ここで、図７（１）に示した組電池１１に
対して、その電極群４の厚み寸法をＷ2とし、隣接する
組電池１１間の空間部の幅寸法をＤ2とした。また、図
７（２）に示した組電池１１に対して、その電極群４の
厚み寸法をＷ2′とし、隣接する組電池１１間の空間部
の幅寸法をＤ2′とした。そして電極群の厚み寸法Ｗ2，
Ｗ2′と、組電池間の空間幅寸法Ｄ2，Ｄ2′を変化させ
て、Ｄ2／Ｗ2，Ｄ2′／Ｗ 2′の値と電池利用率およびエ
ネルギーの容積密度との関係を調べた。
【００５５】その結果を図８に示す。図８に示したよう
に、たとえば、電極群の厚み寸法Ｗ2，Ｗ2′が２５mmの
場合、空間幅寸法Ｄ2，Ｄ2′を１mm以下とし、Ｄ2／
Ｗ2，Ｄ2′／Ｗ2′の値を０．０４以下とすると、充電
時に電池内に発生した熱が電極群に蓄積され、電池温度
が上昇して電池利用率は８０％以下まで低下した。
【００５６】また、電極群の厚み寸法Ｗ2，Ｗ2′が２５
mmの場合、空間幅寸法Ｄ2，Ｄ2′を１５mm以上とし、Ｄ
2／Ｗ2，Ｄ2′／Ｗ2′の値を０．６以上とすると、放熱
は効率良く行われ、電池の利用率も９０〜９３％まで向
上した。しかし、これ以上、前記空間幅寸法Ｄ2，Ｄ2′
を大きくすると、積層電池の容積が大きくなってエネル
ギー容積密度が低下し、実用上の最低容積密度である８
５Wh／ｌを下回ってしまう。
【００５７】したがって、Ｄ2／Ｗ2およびＤ2′／Ｗ2′
の範囲は０．０４≦Ｄ2／Ｗ2≦０．６，０．０４≦
Ｄ2′／Ｗ2′≦０．６であることが好ましい。
【００５８】なお、上記の組電池１１は、図９に示した
ように組電池１１内の電極群間の接続は内部端子接続体
１３により電槽５の内部で行い、組電池１１相互間の接
続は外部端子接続体１４により電槽５の外部で行った。
【００５９】また、図９に示したような組電池１１を複
数個、並列に配置した積層電池（モジュール電池）は、
電池使用時の電槽の膨れを防止するため、その左右両側
面を固定した。
【００６０】すなわち、図１０に示したように、組電池
１１を並列に配列した積層電池（モジュール電池）の左
右両端の側面に放熱性に優れた固定具１５を配するとと
もに、組電池１１相互間の空間部の一部に補強体１６を
配した。そして、これら全体を前後の締め付け具１７で
締め付け、固定一体化した。
【００６１】さらに、カーボンウィスカーを添加した電
槽では、放熱効果が向上するとともに電槽の強度も向上
してサイクル寿命を３０〜３５％程度伸長することがで
きた。
【００６２】（実施例５）上記の実施例１〜４に用いた
電解液は、その主体をカ性カリ溶液としたが、この電解
液量によっても充電時における電池温度の上昇が異な
り、２０〜３００Ahの中容量電池においては電池容量に
大きく影響する。
【００６３】そこで、単電池単独、または単電池２個以
上を組み合わせた組電池、さらには組電池を複数個、並
列に積層配置した積層電池（モジュール電池）におい
て、電極群の理論放電容量に対して電解液量が１．５〜
３．５ml／Ahの範囲になるように電解液量を注入した。
【００６４】この電解液量（ml／Ah）とエネルギー密度
および電池利用率の関係を図１１に示す。
【００６５】放電容量に対して電解液の量が１．７５ml
／Ah以下の場合には、過充電時における温度上昇速度が
大きく、電池利用率は８５％以下まで低下した。したが
って、単位重量当りのエネルギー密度も５７Wh／kg以下
となり、エネルギー密度は実用上必要な値５５Wh／kgよ
り大きいが、電池温度の上昇速度が大きくサイクル寿命
が低下した。
【００６６】一方、電解液の量が３．０ml／Ah以上の場
合には過充電時における温度上昇は小さく、電池利用率
は９３％まで上昇した。しかし、電解液の注液量の増加
による電池重量の増加のため、単位重量当りのエネルギ
ー密度は５７Wh／kg以下にまで低下した。また、電解液
量が必要以上に多い場合には、過充電時に正極で発生し
た酸素ガスを負極で吸収することが困難となり、電池内
圧が上昇する。電池内圧が大きく上昇すると安全弁より
電解液や分解ガスが排出し、電解液の減少によってサイ
クル寿命が低下した。
【００６７】これらの結果より、電解液量の適切な範囲
は１．７５〜３．０ml／Ahであり、さらに最適な範囲と
しては、２．０〜２．７５ml／Ahである。この範囲であ
れば、中容量２０〜３００Ahの積層電池システムにおい
てもエネルギー密度が大きく、サイクル寿命が長くな
る。
【００６８】（実施例６）単電池単独、または単電池２
個以上を組み合わせた組電池、さらに組電池を複数個、
並列に積層配置した積層電池（モジュール電池）におい
て、電極群４の最外両側面に負極板２を配置して群組み
立てを行い、図１２に示したように前記電槽５の内側壁
面と密着するように構成した。
【００６９】また、電極群４の最外側面の一方あるいは
両方に保液性の優れた保液部材（緩衝部材）１８を配し
て電槽５の内側壁面と密着するように構成した。
【００７０】そして、電極群の最外両側面に負極板２を
配置し、電槽内側壁面に密着させると、正極板１より負
極板２の方が熱伝導性や放熱性に優れているので、負極
板２表面を通して外部に熱が効率良く放出され、さらに
負極板表面と電槽内壁面を密着させると、放熱性が高ま
り２〜３℃程温度上昇が抑制されて正極板を最外両側面
に備えた電池よりもサイクル寿命が１．５〜１．８倍程
度向上した。
【００７１】また、前記負極板２と電槽５の内側壁面に
保液性部材１８を介在させると単なるセパレータ単独よ
りはサイクル寿命が１．７〜２．５倍向上した。この保
液性部材１８は０．２〜１．０mm程度の微孔性の親水性
多孔体であり、比較的大きな圧縮強度を有する部材であ
る。微孔性で親水作用があれば保液性がよいので、比較
的多くの電解液を保持することができる。そして、この
保液性部材１８が電解液を保持しているので、その電解
液が電極群４から発生した熱を速やかに伝え比較的早く
外部に放出することができる。また、最初の注液時にお
ける余分な電解液は、この保液性部材１８が保持してフ
リーな液をなくすことになるので、取扱いもよく、電池
使用中に電解液量が不足してくると保液性部材１８に保
持された電解液が電極群４へ移行し電極反応に必要な電
解液を補充することができる。したがって、サイクル寿
命を大きく向上させることができた。また、この保液性
部材１８は、緩衝部材の役目もしており、充放電中に電
極が膨張するとこの緩衝部材が加圧され、圧縮されて、
保持していた電解液が電極およびセパレータ内に半ば強
制的に補充され、電池内の電解液のバランスを良好に保
つことができる。
【００７２】そして、充放電時の電極の膨張度合に対応
して保液性部材１８から電解液が補充されるので、電池
の長寿命化、とくにメンテナンスフリーには大きな効果
を発揮し、保守、取扱いの点でも大幅な改善が見られ
る。
【００７３】このように保液性部材１８を電極群４の一
部に装着することによって、放熱と電極群への電解液の
内部での補充ができ、積層電池（モジュール電池）のサ
イクル寿命が伸長し、前記保液性部材１８を使用しない
場合と比較して３倍以上も向上した。この部材としては
合成樹脂、セラミック、金属繊維等、耐アルカリ性のあ
る材料が良い。また、この他に親水性で、微孔性部分を
有し、保液性が強く、比較的大きな圧縮強度を保持する
ものであれば同様な効果を発揮する。
【００７４】（実施例７）図１３に示したように、単電
池、あるいは単電池を組み合わせた組電池を、並列に一
列状態で配置した積層電池（モジュール電池）１９を、
さらに相互間に空間を設けて並列に２列状態に配置して
群電池システムを構成した。
【００７５】この群電池は、並列配置した複数個の積層
電池１９の左右両端の側面に固定具１５を配しており、
全体を締め付け具１７によって固定している。
【００７６】このとき、並列配置した各積層電池（モジ
ュール電池）において、固定具１５の無い側面間の空間
幅寸法をＤ3とし、群電池システムとして隣接した固定
具１５間の空間幅寸法をＤ4とした。
【００７７】そして、単電池内の電極群の厚み寸法Ｗ3
と、前記空間幅寸法Ｄ3を変化させてＤ3／Ｗ3の値と電
池特性との関係を調べた。このとき、電極群の厚み寸法
Ｗ3が２０mmの場合、空間幅寸法Ｄ3を１．０mm以下とし
てＤ3／Ｗ3の値を０．０５以下にすると、充電時に発生
した熱が積層電池内に蓄積して電池温度が上昇し、群電
池のサイクル寿命が低下した。
【００７８】また、電極群の厚み寸法Ｗ3が２０mmの場
合、前記空間幅寸法Ｄ3を４０mm以上とし、Ｄ3／Ｗ3の
値を２以上とした。この範囲ではこれ以上前記空間幅寸
法Ｄ3を大きくしても放熱効果は同じになり、逆にＤ3を
大きくしただけ蓄電池システムのエネルギー容積密度が
低下した。
【００７９】したがって、Ｄ3／Ｗ3の値の範囲は、０．
０５≦Ｄ3／Ｗ3≦２であることが好ましい。
【００８０】また、群電池システムにおいて、隣接した
固定具１５間の空間幅寸法Ｄ4は、０．２〜３cm程度で
あることが適切であり、これにより群電池システムのス
ペース効率と放熱とを効率良く行うことができる。
【００８１】（実施例８）図１４および図１５に本発明
の強制空冷用の空気供給装置を備えた蓄電池システムを
示す。
【００８２】図１４および図１５に示したように、単電
池単独または単電池を組み合わせた組電池を、電池相互
間に空間部を設けて複数個並列配置した積層電池（モジ
ュール電池）１９において、隣接する電池相互間の空間
部に、ファン、ブロアなどの空気供給装置２０によって
風を強制的に一方から供給し、場合によっては他方から
吸引する。
【００８３】また、放熱効率を一層高める目的からはク
ーラー用の熱交換器を通った冷風を、電池間の空間部に
下から上に向けて供給するとよい。
【００８４】ここでの空気供給装置は電池、群電池シス
テムの規模によってその風量を調整した。
【００８５】冷却に関して従来のように、風または冷風
を電池間に送り込むだけの場合は空気の流れが不均等
で、電池全体の温度を均一に下げることはできなく、電
池のサイクル寿命は低下していた。
【００８６】これに対して本発明の空気供給装置では、
空気を電池底面および側面から供給し、必要であればそ
の反対側から吸引するものであるので、電池相互の空間
部には均等に空気が流れる。したがって、電池全体の温
度分布をほぼ均一にすることができ、サイクル寿命を大
幅に向上させることができた。
【００８７】また、強制的に冷却しない蓄電池システム
のサイクル寿命を１００とすると、空気を強制的に送り
込む放熱方法では１３０（１．３倍）、空気を供給する
とともに吸引する放熱方法では２００（２倍）、クーラ
ー等の熱交換器で空気を冷却して、これを供給するとと
もに吸引する方法では２５０（２．５倍）以上のサイク
ル寿命が得られた。電池全体の中で１つの電池、あるい
は蓄電池システムの中で１つの積層電池が劣化すると、
蓄電池システム全体の性能が低下する。
【００８８】従って均一な放熱方法は、蓄電池システム
のサイクル寿命を大幅に向上させることができる。
【００８９】
【発明の効果】以上のように、本発明の蓄電池システム
は、水素吸蔵合金を負極に用いた電極群を電槽内に収納
した単電池に関し、この単電池を複数個、電池相互間に
空間を設けて並列に配置した蓄電池システムにおいて、
前記電極群の幅寸法Ｌに厚み寸法Ｗ1を乗じた値Ｋが１
０≦Ｋ≦１００の範囲にあるとともに、単電池間の空間
幅寸法Ｄ1と前記電極群の厚み寸法Ｗ1との関係を０．０
２≦Ｄ1／Ｗ1≦０．３の範囲にしたので、過充電時に電
池に発生した熱を電池内部に蓄積することなく、電池外
部へ効率良く放熱することができ、サイクル寿命に優れ
た蓄電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の単電池の断面図
【図２】電極群のＫの値と電池利用率およびエネルギー
容積密度との関係を示す図
【図３】電極群の厚みと電池温度との関係を示す図
【図４】本発明における積層電池（モジュール電池）の
断面図
【図５】積層電池のＤ1／Ｗ1の値と電池利用率およびエ
ネルギー容積密度との関係を示す図
【図６】（１）本発明の単電池の電槽の形状と、その積
層状態の一例を示す略図 （２）同じく別な例の略図 （３）同じくさらに別な例の略図
【図７】（１）本発明の組電池を積層した積層電池（モ
ジュール電池）の断面図 （２）同じく積層電池の他の例を示す断面図
【図８】積層電池のＤ2／Ｗ2，Ｄ2′／Ｗ2′の値と電池
利用率およびエネルギー容積密度との関係を示す図
【図９】積層電池における組電池の積層状態を示す図
【図１０】両端に固定具を備えた積層電池を示す図
【図１１】電池内の電解液量とエネルギー密度との関係
を示す図
【図１２】電池内の電極群の構成を示す図
【図１３】積層電池を複数個積層した群電池を示す図
【図１４】空気供給装置を備えた積層電池を示す図
【図１５】空気供給装置を備えた積層電池の他の例を示
す図
【符号の説明】
１ 正極板 ２ 負極板 ３ セパレータ ４ 電極群 ５ 電槽 ６ 安全弁 ７ 蓋 ８ 正極端子 ９ 負極端子 １０ 単電池 １１ 組電池 １２ ２セル用電槽 １３ 内部端子接続体 １４ 外部端子接続体 １５ 固定具 １６ 補強体 １７ 締め付け具 １８ 保液部材 １９ 積層電池（モジュール電池） ２０ 空気供給装置 Ｈ 電極群の高さ Ｌ 電極群の幅 Ｗ1，Ｗ2，Ｗ2′，Ｗ3 電極群の厚み Ｄ1，Ｄ2，Ｄ2′，Ｄ3 電池間の空間部の幅
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 功 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】酸化金属を活物質とする正極板と、 水素を電気化学的に吸蔵・放出する水素吸蔵合金を主た
    る構成材料とする負極板と、 セパレータとからなる電極群を電槽内に収納した単電池
    を、複数個、列状態に配置するとともに、その隣接する
    単電池間に空間を設けた蓄電池システムであって、 前記電極群は、その高さ寸法Ｈ、幅寸法Ｌ、厚み寸法Ｗ
    においてＨ＞Ｌ＞Ｗの寸法関係にあり、かつ幅寸法Ｌに
    厚み寸法Ｗを乗じた値Ｋを１０≦Ｋ≦１００とするとと
    もに、 前記隣接した単電池間の空間部の幅寸法Ｄは前記電極群
    の厚み寸法Ｗに対して０．０２≦Ｄ／Ｗ≦０．３の範囲
    にある蓄電池システム。
  2. 【請求項２】前記電槽内に収納された電極群は、その左
    右両端に負極板が配置されていて、この両端の負極板は
    電槽の内側に直接密着するか、あるいはセパレータまた
    は保液部材を介して密着している請求項１記載の蓄電池
    システム。
  3. 【請求項３】前記電極群を収納した電槽は、合成樹脂製
    であって、その配列方向の外側面の一方または両方に電
    槽の縦方向に沿って複数の凹凸部を形成している請求項
    １記載の蓄電池システム。
  4. 【請求項４】合成樹脂製電槽の外側面の一方あるいは両
    方に、電槽の縦方向に沿って設けた複数の凹凸部は、相
    互に隣接する電槽間において、それぞれの凹部と凸部を
    １ヶ所以上で嵌合する請求項３記載の蓄電池システム。
  5. 【請求項５】酸化金属を活物質とする正極板と、 水素を電気化学的に吸蔵・放出する水素吸蔵合金を主た
    る構成材料とする負極板と、 セパレータとからなる電極群を電槽内に収納した単電池
    を２個１組とした組電池を備え、この組電池の複数個を
    その相互間に空間を設けて列状態に配置した積層電池か
    らなる蓄電池システムであって、 前記電槽内に収納した電極群の厚み寸法Ｗ2と、組電池
    相互間の空間の幅寸法Ｄ2との関係が０．０４≦Ｄ2／Ｗ
    2≦０．６の範囲にある蓄電池システム。
  6. 【請求項６】前記組電池内の電極群は、その左右両端に
    負極板が配置されていて、その両端の負極板は電槽内側
    に直接密着するか、あるいはセパレータまたは保液部材
    を介して密着している請求項５記載の蓄電池システム。
  7. 【請求項７】前記組電池を構成する２個の単電池間の電
    気的接続は電槽内で行い、前記積層電池における組電池
    相互間の電気的接続を電槽外で行っている請求項５記載
    の蓄電池システム。
  8. 【請求項８】前記積層電池はその左右両端の側面に固定
    具を配するとともに、前記組電池相互間の空間補強体を
    配して前記積層電池全体を締め付け具で固定している請
    求項５記載の蓄電池システム。
  9. 【請求項９】積層電池はさらにその電池相互間に空間を
    設け、複数を並列に配置して群電池とされ、この群電池
    はその左右の両側面に配した固定具を締め付け具によっ
    て締め付けられて全体が一体化されているとともに、 各積層電池は、前記固定具の無い側面間の空間の幅寸法
    Ｄ3と、各電槽内に収納された電極群の厚さＷ3との関係
    が０．０５≦Ｄ3／Ｗ3≦２であり、 前記隣接した固定具間の空間幅寸法Ｄ4を０．２〜３cm
    の範囲とした請求項５記載の蓄電池システム。
  10. 【請求項１０】単電池内に注液された電解液量は電槽内
    に収納した電極群の理論放電容量に対して、１．７５〜
    ３．０ml／Ahである請求項５記載の蓄電池システム。
  11. 【請求項１１】単電池の複数個を電池相互間に空間を設
    けて列状態に配置して積層電池とし、 前記電池相互間の空間に風を強制的に流す空気供給装置
    を備えている請求項１記載の蓄電池システム。
  12. 【請求項１２】積層電池を電池相互間に空間を設け、複
    数を並列に配置して群電池とし、 前記空間に風を強制的に流す空気供給装置を備えている
    請求項９記載の蓄電池システム。
  13. 【請求項１３】前記積層電池の空間を通過する風または
    冷風が、積層電池の底面から上面に向かって流れるよう
    に、空気供給装置を設置した請求項１１記載の蓄電池シ
    ステム。
  14. 【請求項１４】群電池を構成する積層電池相互間の空間
    を通過する風または冷風が、積層電池の底面から上面に
    向かって流れるように、空気供給装置を設置した請求項
    １２記載の蓄電池システム。
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