DE69412452T2

DE69412452T2 - Zelle und Batteriemodul aus gasdichten alkalischen Akkumulatoren

Info

Publication number: DE69412452T2
Application number: DE69412452T
Authority: DE
Inventors: Shinji Neyagawa City 572 Hamada; Munehisa Shiki-Gun Nara Prefecture 636-03 Ikoma; Hiromu Kawabe-Gun Hyogo Prefecture 666-02 Matsuda; Kanji Neyagawa City 572 Takata; Akinori Moriguchi City 570 Yokota
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1994-02-23
Filing date: 1994-10-24
Publication date: 1999-06-24
Anticipated expiration: 2014-10-25
Also published as: JP3260951B2; EP0669663B1; EP0669663A1; JPH07235326A; US5510203A; DE69412452D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul aus einem gasdichten alkalischen Akkumulator vergleichsweise großer Kapazität, eine Zelle und ein Batteriegehäuse zum Erstellen der Batterie.

Beschreibung des Standes der Technik

Gasdichte alkalische Akkumulatoren, die typischerweise Nickelcadmium-Akkumulatoren und Nickelmetallhydrid-Akkumulatoren umfassen, werden weit verbreitet als Energieversorgungsquellen für tragbare Geräte, wie etwa Videocassettenrecorder, Laptop-Computer und tragbare Telefone, verwendet, und zwar auf Grund ihrer hohen Energiedichte und Zuverlässigkeit. Diese Batterien bzw. Akkumulatoren weisen ein Metallgehäuse zylindrischer oder rechteckiger Form auf, eine Kapazität von etwa 0,5 Ah bis 3 Ah, und sie sind aus Zellen aufgebaut, um einen gasdichten alkalischen Akkumulator kleiner Bauform zu bilden. In praktischen Anwendungen sind in einem Gehäuse oder einer Röhre aus Kunstharz mehrere bis mehrere zehn Zellen üblicherweise enthalten.
Diese gasdichten alkalischen Akkumulatoren kleiner Bauform weisen eine Batteriekapazität von gerade eben etwa 0,5 Ah bis 3 Ah auf und erzeugen deshalb lediglich eine geringe Wärmemenge pro Zelle zum Zeitpunkt des Ladens oder Entladens. In dem Fall, daß sie in einem Kunstharzgehäuse oder einer -röhre enthalten sind, wird deshalb zwischen der Wärmeerzeugung und der Wärmeabgabe ein ausreichendes Gleichgewicht oder eine ausreichende Balance beibehalten. Bezüglich der Temperaturerhöhung der Batterie hat sich deshalb kein wesentliches Problem gestellt. Obwohl die Elektroden des alkalischen Akkumulators infolge wiederholten Ladens und Entladens sich ausdehnen, besteht kein ernsthaftes Problem einer Gehäuseverformung aufgrund der Elektrodenausdehnung im Hinblick auf die Tatsache, daß das Gehäuse aus einem zylindrischen Metall hergestellt ist. Dies trifft auch auf eine rechteckige Batterie zu, für welche für das Gehäuse keine spezielle Konfiguration erforderlich war.
Dessen ungeachtet besteht ein ständig wachsender Bedarf für mittelgroße und große Batterien bzw. Akkumulatoren (eine mittelgroße Batterie ist festgelegt als eine derartige mit einer Kapazität von 10 Ah bis 100 Ah, und die große Batterie als eine solche mit 100 Ah oder einer größeren Kapazität, die Anzahl an verwendeten Zellen für jeden Typ mehrere bis mehrere hundert beträgt), die eine hohe Energiedichte als mobile Energieversorgung für unterschiedliche Vorrichtungen aufweisen, einschließlich Geräten zum Heimgebrauch und Elektrofahrzeugen. Der offene Nickelcadmium-Akkumulator und der Blei- Säure-Akkumulator werden zur Energiespeicherung und als Energiequelle im Fall eines Stromausfalls genutzt. Trotz dieser Vorteile weisen diese Batterien bzw. Akkumulatoren den Nachteil auf, daß sie eine mühsame Wartung erfordern, wie etwa das Nachfüllen einer Elektrolytlösung während des Betriebs bzw. der Lebenszeit. Angesichts dessen besteht ein Bedarf an einer Batterie bzw. einem Akkumulator, der bzw. die für eine mobile Energiequelle für unterschiedliche Anwendungen geeignet ist, einschließlich Geräten zum Heimgebrauch und Elektrofahrzeugen, die bzw. der wartungsfrei ist, indem er bzw. sie eine gasdichte Konfiguration aufweist.
In dem Fall, daß ein alkalischer Akkumulator als mobile Energieversorgung für unterschiedliche Vorrichtungen, einschließlich Geräten zum Heimgebrauch und Elektrofahrzeugen verwendet wird, muß die Batterie, wie vorstehend erläutert, gasdicht gemacht werden und gleichzeitig auf eine mittlere oder große Abmessung vergrößert werden. Insbesondere ist erforderlich, mehrere der Zellen in Reihe zu schalten, um sie gasdicht zu machen, um die elektrische Kapazität und Spannung einer Einheit zu erhöhen.
Die Batterie erzeugt Joule'sche Wärme und Reaktionswärme aufgrund von Elektrodenreaktion bei Lade- und Entladevorgängen. Die Zellen mit erhöhter elektrischer Kapazität und gasdichter Konfiguration zeigen eine erhöhte Wärmeansammlung, mit dem Ergebnis, daß die Wärmeableitung aus der Batterie verzögert und die erzeugte Wärme in der Batterie angesammelt wird. Folglich steigt die Innentemperatur einer derartigen Batterie um einen Grad, der größer ist als derjenige einer kleineren Batterie. Eine Modulbatterie mit einer Reihe von Zellen, die eine derartige hohe Kapazität aufweisen, oder ein Batteriepaket mit einer Reihe von Modulbatterien, ist aus mehreren zehn oder mehreren hundert Zellen aufgebaut, die aneinander angrenzen.
Um die vorstehend genannten Probleme zu überwinden, ist durch die japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. Hei 3-291867 ein Akkumulatorsystem vorgeschlagen, das aus mehreren Zellen aufgebaut ist, die Wärme zum Entladezeitpunkt erzeugen, wobei jede Zelle positive Elektroden, negative Elektroden und einen Elektrolyten umfaßt, und wobei ein Raum zum Ermöglichen einer Luftströmung zwischen den Zellen mit einem Verhältnis der (Zwischen)Raumbreite zur Zellenbreite auf einen Bereich von 0,1 bis 1,0 eingestellt ist.
Die vorstehend genannte Konfiguration, demnach zwischen den Zellen ein Luftzwischenraum mit einem Verhältnis zwischen der (Zwischen)Raumbreite und der Zellenbreite, eingestellt auf 0,1 bis 1,0, gebildet wird, stellt jedoch noch die folgenden Probleme:
(1) Aufgrund der Tatsache, daß die Elektrodengruppe sich bei wiederholtem Laden und Entladen ausdehnt, und eines erhöhten Innendrucks der Batterie, dehnt sich das Gehäuse aus und erschwert es, eine konstante Zwischenraumbreite zur Ermöglichung der Luftströmung beizubehalten. Um einen konstanten Luftzwischenraum zwischen den Zellen aufrechtzuerhalten, muß die Festigkeit des Gehäuses erhöht werden. Die Erhöhung der Gehäusefestigkeit erfordert eine erhöhte Dicke auf Kosten eines erhöhten Gehäusegewichts oder eines erhöhten Gehäusevolumens, eines erhöhten Batteriegewichts oder -volumens, was eine Abnahme der Energiedichte zur Folge hat.
(2) In dem Fall, daß das Gehäuse sich ausdehnt und aufgrund eines erhöhten Innendrucks der Batterie verformt wird, setzt zwischen der Elektrodengruppe und dem Gehäuse ein Zwischenraum auf. Durch den zwischen der Elektrodengruppe und dem Gehäuse gebildeten Zwischenraum wird die Wärmerate, die zu dem Gehäuse übertragen wird, im Vergleich zu der Wärme extrem reduziert, die durch die Elektrodengruppe erzeugt wird. Infolge davon ist es erwünscht, das Gehäuse im Kontakt mit der Elektrodengruppe zu halten.
(3) Für Anwendungen bei mobiler Energieversorgung ist eine Konfiguration eines Batteriemoduls bzw. einer Modulbatterie, die etwa 5 bis 40 Zellen oder eine Batteriepackung, zwei oder mehr Modulbatterien enthält und äquivalent zu etwa 10 bis 300 Zellen ist, erforderlich, um die Schwan kungen bzw. Abweichungen des Batterieleistungsvermögens, wie etwa der Batteriekapazität zu reduzieren und das Batterieleistungsvermögen, wie etwa die Energiedichte und die mechanische Festigkeit zu verbessern, um eine Verschiebung aufgrund von Vibrationen zu verhindern.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die vorstehend genannten Probleme zu überwinden und eine Batterie zu schaffen, bei welcher die Energiedichteverringerung und die Verformung oder das Zubruchgehen des Gehäuses oder des Moduls oder der Batteriepackung verhindert werden und die mechanische Festigkeit des Moduls oder der Batteriepackung gegenüber Vibrationen verbessert ist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Batterie zu schaffen, bei welcher das Gehäuse frei von Verformungen ist oder nicht zu Bruch geht oder bei der das Verschieben der Batterieeinheit oder des Batteriepakets nach wiederholtem Laden und Entladen oder einer langen Betriebszeit unterbleibt, und die die Wärme, die in der Batterie zum Zeitpunkt des Ladens und Entladens erzeugt wird, wirksam aus dem Batteriesystem abgeben kann, was zu einem überlegenen konstanten Batterieleistungsvermögen führt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung schafft ein Batteriegehäuse aus Kunstharz zum Erstellen einer Modulbatterie bzw. eines Batteriemoduls, umfassend mehrere Zellen, die in einer Richtung akkumuliert sind, wobei das Batteriegehäuse mehrere parallele Rippen in Kontakt mit einem benachbarten Batteriegehäuse auf der Außenfläche der Seitenwände entlang der Zellenstapelrichtung aufweist. Die Dicke der Seitenwände des Gehäuses entlang der Stapelrichtung beträgt von 1 mm bis 3 mm, die Höhe der Rippe beträgt von 1 mm bis 2 mm, der Rippenzwischenraum beträgt von 10 mm bis 15 mm und die Breite der Rippe beträgt von 3 mm bis 10 mm.
Eine Zelle des gasdichten alkalischen Akkumulators gemäß der vorliegenden Erfindung enthält einen alkalischen Elektrolyten und eine Elektrodengruppe mit positiven Elektrodenplatten und negativen Elektrodenplatten mit zwischen benachbarten Platten vorgesehenen Trennelementen bzw. Abstandhaltern innerhalb des Batteriegehäuses, und sie ist durch einen Deckel mit einem Sicherheitsventil abgedeckt.
Eine Modulbatterie bzw. ein Batteriemodul des gasdichten alkalischen Akkumulators gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt mehrere der vorstehend genannten Zellen in einer Richtung gestapelt und in der Stapelrichtung durch Verbindungselemente verbunden, welche an beiden Enden in der Stapelrichtung zueinander vorgesehene Platten verbinden, wobei die Zellen in Anlagebeziehung miteinander durch mehrere parallele Rippen angeordnet sind, die auf der Außenseite des Batteriegehäuses in der Stapelrichtung gebildet sind, um Räume bzw. Zwischenräume zu bilden, damit zwischen den Zellen Luft strömen kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beträgt die Dicke der Seitenwände des Gehäuses ohne Rippen, wie vorstehend erläutert, von 3 mm bis 5 mm, und die Dicke des Deckels beträgt von 3 mm bis 5 mm.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen die Bestandteile des Batteriegehäuses aus Kunstharz mit einem elastischen Biegemodul von 14.000 bis 28.000 kg/cm².
Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist zumindest eine der Batteriegehäuserippen einen Vorsprung auf ihrer Oberfläche auf, und eine weitere weist eine Vertiefung bzw. Ausnehmung auf ihrer Oberfläche auf, um die Relativpositionen der Zellen festzulegen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Rippen in Längs- oder Seitenrichtung des Batteriegehäuses kontinuierlich gebildet.
Eine Vertiefung bzw. Ausnehmung zum Positionieren der Verbindungselemente ist bevorzugt auf der Seitenwand des Batteriegehäuses gebildet. Flachmaterial bzw. bandförmige positive und negative Elektroden der Elektrodengruppe sind entlang der Stapelrichtung der Zelle durch ein Trennelement angeordnet und zumindest ein Teil der Elektrodengruppe ist bevorzugt im Kontakt mit der Innenfläche des Batteriegehäuses gehalten.
Der Betriebsdruck des Sicherheitsventils beträgt bevorzugt 2 kg/cm² bis 8 kg/cm².
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der positiven Elektrodenplatte um eine Nickelelektrode mit Nickelhydroxid als aktives Material und bei der negativen Elektrodenplatte handelt es sich um eine Wasserstoffspeicherlegierungselektrode, deren Hauptbestandteil aus einer Wasserstoffspeicherlegierung besteht, welche Wasserstoff elektrochemisch absorbiert und desorbiert.
Während die neuartigen Merkmale der Erfindung vorstehend erläutert sind, läßt sich die Erfindung sowohl hinsichtlich ihres Aufbaus wie Inhalts zusammen mit weiteren Aufgaben und Merkmalen besser aus der folgenden detaillierte Beschreibung und den Beispielen in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine teilweise aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer Zelle eines gasdichten alkalischen Akkumulators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Batteriegehäuses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von unten nach oben gesehen.
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Batteriegehäuses gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von oben nach unten gesehen.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Modulbatterie gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Eine bevorzugte Konfiguration des gasdichten alkalischen Akkumulators, der Zellen und eines Batteriegehäuses, welche die Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung bilden, wird nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert.
Wie in Fig. 3 gezeigt, umfaßt eine Zelle 10 ein rechteckiges Batteriegehäuse 12 aus Kunstharz, wie etwa Polypropylen, enthaltend eine Elektrodengruppe 11 und einen Elektrolyten. Die Elektrodengruppe umfaßt positive und negative Elektrodenplatten und Trennelemente, die aneinandergrenzend gestapelt sind. Ein Deckel 13 aus demselben Kunstharzmaterial wie dasjenige des Gehäuses 12 ist an die obere Öffnung des Batteriegehäuses 12 wärmegeschweißt. Der Deckel 13 umfaßt an ihm befestigt einen positiven Anschluß 14 und einen negativen Anschluß 15, bestehend aus nickelplattiertem Eisen und ein Sicherheitsven til 16. Der negative Anschluß 15 weist einen verschobenen bzw. versetzten Abschnitt an seinem unteren Ende auf (nicht gezeigt), verbunden durch Verschweißen von Zuleitungen 17 der negativen Elektrodenplatten. Der obere Abschnitt des negativen Anschlusses 15 ist auf dem Deckel 13 in sowohl flüssigkeits- wie gasdichter Weise angebracht. Das untere Ende des positiven Elektrodenanschlusses 14 ist mit Zuführleitungen der positiven Elektrodenplatten verbunden, die nicht gezeigt sind.
Das Batteriegehäuse 12 umfaßt breite Seitenwände 18, 18, die in der Stapelrichtung der Zellen angeordnet sind, schmale Seitenwände 19, 19 und eine Bodenwand 20. Mehrere Rippen 21 zum Plazieren der Zellen in Anlagebeziehung miteinander sind in Längsrichtung zueinander parallel in beabstandeter Beziehung auf der Außenfläche bzw. -seite der Seitenwand 18 angeordnet. Andererseits sind zwei Ausnehmungen 22 zum Positionieren der Verbindungselemente, die nachfolgend näher erläutert sind, auf der Außenfläche der Seitenwand 19 angeordnet. Die Endrippen weisen einen Vorsprung 23 und eine Ausnehmung 24 in einer der gegenüberliegenden Positionen auf, um die Rippen in Anlagebeziehung zu positionieren. Dieser Vorsprung und diese Ausnehmungen werden als Positionierungselemente bezeichnet. Die Außenfläche der Bodenwand 20 des Batteriegehäuses weist an ihrem zentralen Abschnitt ebenfalls eine Ausnehmung 25 auf.
Der Deckel 13 weist mehrere Rippen 27 ähnlich den Rippen 21 des Batteriegehäuses 12 auf der Außenfläche der breiteren Seitenwand 26 auf.
Der Schweißabschnitt zwischen dem Deckel 13 und dem Gehäuse 12 ist durch die Bezugsziffer 28 bezeichnet, und der Ab schnitt des Schweißrandes, der durch den Schweißvorgang nach außen vorsteht, ist durch Schleifen entfernt.
Der obere Abschnitt des Gehäuses 12, der frei von den Rippen 21 und mit der Bezugsziffer 29 bezeichnet ist, stellt einen Schweißrand zum Verschweißen mit dem Deckel 13 dar.
Die Seitenwand 19 des Gehäuses 12 ist dicker als die Seitenwand 18 und mit der Rippe 30 auf der Außenseite der Rippe 21 kontinuierlich gebildet. Der Deckel 13 weist eine ähnliche Konfiguration auf.
Es ist bevorzugt, daß die Zelle 10 eine Höhe von 5 cm bis 20 cm, eine Breite von 5 cm bis 20 cm und eine Dicke in der Stapelrichtung von 1,5 cm bis 5 cm aufweist.
Fig. 4 zeigt ein Batteriemodul 31 mit fünf Zellen 10, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Aneinandergrenzende Zellen weisen die Rippen 21, 30 des Gehäuses 12 aneinander anliegend auf, und der Vorsprung 23, der auf der Rippe 21 von einer der Zellen gebildet ist, ist in die Ausnehmung 24 der Rippe 21 der anderen Zelle eingesetzt, um die Relativpositionen sicherzustellen. Die positiven und negativen Anschlüsse benachbarter Zellen sind mittels Verbindungsleitern 32 verbunden.
Der gestapelte Aufbau der fünf Zellen, die auf diese Weise in Reihe geschaltet sind, weist Aluminiumendplatten 33, 33 auf, die in Kontakt mit ihren Enden gehalten sind. Diese Platten sind durch vier prismatische Verbindungselemente 34 verbunden, wodurch die Zellen fest miteinander verbunden sind, um durch den erhöhten Innendruck der Zellen oder die Ausdehnung der Elektroden nicht getrennt zu werden. Jede Endplatte 33 weist Verstärkungsrippen 35 auf. Die Abmessung der Endplatte 33 und des Verbindungselements 34 wird ermittelt, indem die Ausdehnungskraft der Elektrodengruppe, die Anzahl von gestapelten Zellen und der Innendruck der Batterie berücksichtigt werden. Bei den nachfolgend erläuterten Ausführungsformen beträgt die Dicke der Endplatte 33 3 mm, die Höhe der Rippen beträgt 10 mm und bei dem Verbindungselement handelt es sich um ein 8 · 8 mm-Prisma.
In dem wie vorstehend angeführten Batteriemodul sind Räume bzw. Zwischenräume 36 zwischen den Rippen 21 und 30 gebildet. Räume bzw. Zwischenräume 37 entsprechend der Höhe der Rippen 21 sind außerdem zwischen der Endzelle und der Endplatte 33 gebildet.
Anstelle der prismatischen Struktur gemäß den vorstehend genannten Fällen kann eine zylindrische oder Bandstruktur alternativ für die Verbindungselemente verwendet werden.
Die Rippen 21, die entlang der Längsrichtung des Batteriegehäuses kontinuierlich gebildet sind, können auch alternativ in mehrere Abschnitte unterteilt sein. Der Vorteil der kontinuierlichen Struktur besteht jedoch in einer festen Luftströmungsrichtung für eine verbesserte Wärmeableitung.
Selbst dann, wenn gemäß dem Batteriemodul mit der vorstehend genannten Konfiguration die Elektrodengruppe sich ausdehnt oder der Innendruck der Batterie ansteigt, werden die Zellen durch die durch die Verbindungselemente verbundenen Endplatten sicher gehalten und Zwischenräume für Kühlluft sind durch die in Anlagebeziehung miteinander stehenden Rippen sichergestellt.
Infolge davon wird Wärmeableitung in geeigneter Weise erreicht.
Durch Einstellen der Dicke des Deckels und der anderen Seitenwand des Batteriegehäuses oder durch Wählen eines geeigneten Materials, wobei der Biegeelastizitätsmodul der Gehäusebestandteile einen geeigneten Wert aufweist, vermögen die Zellen der Verbindungskraft durch die Endplatten und die Verbindungselemente und der Ausdehnung der Elektrodengruppe zu widerstehen, während gleichzeitig eine wirksame Wärmeableitung von den Seitenwänden des Gehäuses erreicht wird.
Außerdem erlauben die Paßsitze zwischen den Vorsprüngen und Ausnehmungen, die auf den Rippenoberflächen gebildet sind, eine Relativpositionierung der Zellen zum Zeitpunkt ihres Stapelns.
Da die Rippen in Längs- oder Seitenrichtung kontinuierlich gebildet sind, ist die Strömungsrichtung der Kühlluft dadurch festgelegt, wodurch der Wärmeableitungswirkungsgrad verbessert wird.
Die Verbindungselemente lassen sich außerdem durch die Ausnehmungen, die in den Seitenwänden des Batteriegehäuses gebildet sind, problemlos positionieren. Eine Verschiebung aufgrund von Vibrationen wird in Zusammenwirkung mit der geeigneten Positionierung der Vorsprünge und Ausnehmungen der Rippen unterbunden, wodurch ein widerstandsfähiges Batteriemodul bereitgestellt wird.
In dem Fall, daß die Elektrodenplatten der Elektrodengruppe in derselben Richtung wie die Zellenstapelrichtung geschichtet sind, wobei zumindest ein Teil der Elektrodengruppe in Kontakt mit der Innenfläche des Batteriegehäuses gehalten ist, wird die Ausdehnung der Zellen durch die Verbindungskraft der Endplatten, der Ausdehnung der Elektrodengruppe entgegenwirkend, verhindert. Außerdem wird eine wirksame Wärmeableitung von der Elektrodengruppe durch das Batteriegehäuse sichergestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung sind die das Batteriemodul bildenden Zellen miteinander durch Sicherstellen von Räumen fest verbunden, die durch die Rippen in Anlagebeziehung gebildet sind. Infolge davon wird die Ausdehnung oder Verformung des Batteriegehäuses verhindert und die in der Batterie erzeugte Wärme kann wirksam aus der Batterie abgeleitet werden. Infolge davon werden Schwankungen der Entladekapazität zwischen Zellen oder eine Beeinträchtigung der Zykluszeit unterdrückt.
Die Verschiebung zwischen den Zellen wird außerdem verhindert, indem die Vorsprünge und Ausnehmungen der Rippen im Paßeingriff miteinander gebracht werden, und die Vertiefungen zum Positionieren der Verbindungselemente sind in den Seitenwänden des Batteriegehäuses gebildet, wodurch ein Batteriemodul verwirklicht ist, das angesichts von Vibrationen frei von Verschiebungen ist.
Wie vorstehend erläutert, wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein mittelgroßer oder großer gasdichter alkalischer Akkumulator hoher Zuverlässigkeit geschaffen.

BEISPIEL 1

Ein Nickelhydroxidpulver als Hauptbestandteil-enthaltendes Elektrodengemisch wurde in ein poröses Nickelschaumsubstrat gefüllt. Dieses Substrat wurde daraufhin durch eine Preßwalze gepreßt und auf eine vorbestimmte Größe zugeschnitten, um eine positive Nickelelektrodenplatte mit einer Kapazität von 10 Ah pro Platte zuzubereiten. Außerdem wurde ein Pulver aus einer Wasserstoffspeicherlegierung, deren Zusammensetzung durch die Formel: MmNi3,6Co0,7Mn0,4Al0,4 (Mm: Mischmetall) dargestellt ist, auf ein gestanztes Metall zusammen mit einem Bindemittel aufgetragen, durch eine Preßwalze gepreßt und auf eine vorbestimmte Größe zugeschnitten, wodurch eine negative Wasserstoffspeicherlegierungselektrode mit einer Kapazität von 13 Ah pro Platte gefertigt wurde.
Jede dieser positiven und negativen Elektrodenplatten wurde in ein beutelförmiges Trennelement gewickelt. Zehn positive Elektrodenplatten und 11 negative Elektrodenplatten wurden abwechselnd gestapelt, um eine Elektrodengruppe zu konfigurieren. Die positiven und negativen Elektroden wurden mit jeweiligen Anschlüssen mittels Zuleitungen verbunden und in das vorstehend erläuterte Batteriegehäuse eingesetzt. Daraufhin wurden 180 cm³ eines alkalischen Elektrolyten dort eingespritzt, um eine Zelle zu bilden, wie vorstehend erläutert.
Das Batteriegehäuse 12 hat Seitenwände 18 mit einer Dicke von 2 mm, Rippen 21 und 30 mit einer Höhe von 1,5 mm, wobei die Rippen 21 eine Breite von 5 mm und eine Breite von 12 mm zwischen den Rippen aufweisen, Seitenwände 19 und eine Bodenwand 20, jeweils mit einer Dicke von 4 mm. Außerdem betrug die Dicke des Deckels 13 4 mm.
Die Zelle mit der vorstehend genannten Konfiguration wurde für 15 Stunden mit einem Strom von 10 A geladen und mit einem Strom von 20 A entladen, bis die Zellenspannung auf 1,0 V abgenommen hatte, und zwar als anfänglicher Lade- und Entladevorgang. Infolge davon dehnten sich die Elektroden aus und gelangten in engen Kontakt mit den Seitenwänden des Gehäuses 12. Die Kapazität dieser Zelle war durch die positive Elektrode beschränkt, und diese Zelle hatte eine Batteriekapazi tät von 100 Ah. Fünf derartige Zellen wurden verwendet, um das in Fig. 4 gezeigte Batteriemodul zu konfigurieren.
Die Zelle 10 hatte eine Höhe von 17 cm, eine Breite von 12 cm und eine Dicke von 3,5 cm in Stapelrichtung.

VERGLEICHSBEISPIEL 1

Ein Batteriemodul wurde gefertigt, bei welchem keine Rippen auf der Außenfläche des Deckels gebildet waren, und das Batteriegehäuse und fünf Zellen waren in Abständen von 3 mm festgelegt bzw. fest verbunden.

VERGLEICHSBEISPIEL 2

Ein Batteriemodul wurde weder unter Verwendung der Endplatte noch des Verbindungselements gefertigt, wobei die Zellen miteinander lediglich durch Leiter verbunden waren, welche ihre Anschlüsse verbinden.
Die Modulbatterien bzw. Batteriemodule, die so konfiguriert waren, wie in Beispiel 1 und in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 gezeigt, wurden einem Entladekapazitätstest und einem Zykluslebensdauertest unterworfen. Der Entladekapazitätstest wurde mit einem Strom von 20 A durchgeführt, bis die Batteriespannung auf 5 V abgenommen hatte, nachdem die betreffende Modulbatterie für 12 Stunden mit einem Strom von 10 A geladen wurde und für 1 Stunde stehengelassen wurde. Die Entladekapazität der Modulbatterie wurde in bezug auf die Entladezeit berechnet, bevor die Batteriespannung auf 5 V abgenommen hatte. Außerdem wurden Berechnungen für die Zellen im Hinblick auf die Entladezeit durchgeführt, bevor die Zellenspannung auf 1 V abgenommen hatte. Zum Ladezeitpunkt waren die Zwischenräume zwischen den Zellen, die Seiten der Modulbatte rie und die Oberflächen der Endplatten Luft ausgesetzt, die von der Unterseite der Batterie mittels eines Lüfters zugeführt wurde. Die Lüfterkapazität wurde derart geregelt, daß eine mittlere Geschwindigkeit der Luft, die durch die Zwischenräume 36 hindurchtrat, 1,0 m/s betrug. Die Umgebungstemperatur betrug 20ºC. Das Testergebnis ist in Tabelle 1 gezeigt. Der Zykluslebensdauertest wurde durch Wiederholen derselben Bedingungen wie der Lade- und Entladevorgang vorgenommen, unter welchem die Entladekapazität untersucht wurde. Das Testergebnis ist in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 1 Tabelle 2
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, weist die Modulbatterie gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung eine Entladekapazität von 98 Ah auf, bei welcher es sich um 98% der Entladekapazität der Zelle mit einer Entladekapazität von 100 Ah handelt. Im Gegensatz hierzu weisen die Modulbatterien gemäß den Vergleichsbeispielen 1 und 2 die entsprechenden Größen von 82 Ah bzw. 77 Ah auf, bei denen es sich um nicht mehr als 75 bis 85% der Zellenentladekapazität von 100 Ah handelt.
Tabelle 1 zeigt die Entladekapazität und die Temperatur der Elektroden am Ende des Ladevorgangs der Zellen 1 bis 5, welche die Modulbatterie bilden. Die Nummer war an jeder Zelle in der Stapelabfolge angebracht. Die Zellen 1 bis 5 sind an den Enden der Zelle 3 im Zentrum der Modulbatterie angeordnet. Die Zellen 1 bis 5, welche die Modulbatterie in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung bilden, zeigen eine ähnliche Entladekapazität und stimmen mit den Eigenschaften bzw. Kennlinien der Modulbatterie überein. Dies trifft für den Fall zu, daß die durch die Elektroden jeder Zelle zum Zeitpunkt des Ladens erzeugte Wärme ausreichend und gleichmäßig durch die Luft abgeführt wird, die zwischen den Zellen aufwärts strömt, so daß die Zellentemperaturzunahme auf 15ºC über der Umgebungstemperatur begrenzt ist.
Der Grund zur Sicherstellung einer überlegenen Entladekapazität von Beispiel 1, wie in Tabelle 1 gezeigt, besteht insbesondere darin, daß die Temperatur in der Batterie zum Ladezeitpunkt jeder Zelle, welche die Modulbatterie bildet, bei 35ºC konstant ist, und daß jede Zelle gleichmäßig und ausreichend unter den Temperaturbedingungen geladen wird, welche den Ladewirkungsgrad der positiven Nickelelektrode jeder Zelle nicht beeinträchtigen. Wie in Tabelle 2 gezeigt, weist die Modulbatterie gemäß Beispiel 2 in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung eine überlegene Zykluslebensdauereigenschaft bzw. -kennlinie ohne Verringerung der Entladekapazität selbst nach 900 Lade- und Entladevorgangszyklen auf.
Die Modulbatterie gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 weist Zellen mit einem Gehäuse auf, das keine Ausnehmungen oder Vorsprünge auf seiner Außenfläche aufweist und weist einen Zwischenzellenabstand von 3 mm auf, der einen Lufthindurchtritt ermöglicht. Die Gehäuse benachbarter Zellen befinden sich jedoch nicht in Kontakt miteinander. Wie in Tabelle 1 gezeigt, beträgt die Entladekapazität der Modulbatterie gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 82 Ah und ist damit kleiner als diejenige der Modulbatterie in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung. Dies ist deshalb der Fall, weil dann, wenn das Gehäuse durch die Zunahme des Batterieinnendrucks oder der Ausdehnung der Elektroden zum Ladezeitpunkt verformt wird, das Weglassen der Rippen, welche anderweitig erforderlich sein können, um die Abstände zwischen den benachbarten Zellen aufrechtzuerhalten, die Zwischenzellenabstandsweite veranlaßt, sich mit der Gehäuseverformung zu ändern, wodurch die Luftströmung sich ändert. Selbst dann, wenn Luft zwischen den Zellen zugeführt wird, vermag folglich Wärme nur mühsam zu entweichen. Die Temperatur der Zellen, die im Zentrum der Modulbatterie angeordnet sind, steigt aufgrund der Wärme der benachbarten Zellen beträchtlich. Die Entladekapazität der Zellen wird ebenfalls ungleichmäßig und reicht von 80 bis 85 Ah.
Wie in Tabelle 2 gezeigt, nimmt die Kapazität der in Rede stehenden Modulbatterie lediglich auf 50% der anfänglichen Entladekapazität nach 350 Zyklen ab. Grund hierfür ist wahrscheinlich die Tatsache, daß die Gehäuseverformung durch wiederholte Lade- und Entladevorgänge stärker zum Tragen kommt, und die resultierende deutliche Zwischenraumbreitenabnahme den Wärmeableitungseffekt durch Ventilation verringert. Die Batterietemperatur nimmt dadurch zu und beeinträchtigt das Leistungsvermögen der negativen Elektrode und verringert die Entladekapazität.
Bei der Modulbatterie gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 sind die Endzellen hingegen so konfiguriert, daß sie in Richtung auf das Zentrum des Zellenaufbaus durch die Endplatten und die Verbindungselemente gehalten sind. Zum Ladezeitpunkt kann deshalb die Gehäuseverformung aufgrund des erhöhten Batterieinnendrucks oder der Ausdehnung der Elektroden nicht unterdrückt bzw. verhindert werden, was zu einer ziemlich deutlichen Ausdehnung der Elektroden führt. Aus diesem Grund wird der Kontaktbereich bzw. die Kontaktfläche zwischen dem porösen Nickelschaumsubstrat oder dem gestanzten Metall, aus welchem der positive oder negative Elektrodenkern und das positive oder negative aktive Material besteht, mit der Folge einer verringerten Leitfähigkeit reduziert. Durch die Abnahme der Leitfähigkeit der positiven und negativen Elektrodenplatten nimmt der Ladewirkungsgrad der Zellen ab, wodurch die Wärmemenge erhöht wird, die zum Entladezeitpunkt erzeugt wird. Wie in Tabelle 1 gezeigt, beträgt die Temperatur am Ende des Ladevorgangs der Zellen, aus denen die Modulbatterie besteht, im Vergleichsbeispiel 50 bis 54ºC, was um 15 bis 19ºC höher ist als im Fall der Modulbatterie von Beispiel 1. Die Entladekapazität beträgt 76 bis 81 Ah und liegt damit unter derjenigen von Beispiel 1.
Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, weist diese Modulbatterie nach 320 Zyklen bestenfalls lediglich 50% der anfänglichen Entladekapazität auf. Es wird angenommen, daß dies auf der Tatsache beruht, daß wiederholte Lade- und Entladevorgänge die Elektrodengruppe ausdehnen und damit die Leitfähigkeit der positiven und negativen Elektrodenplatten reduziert, und zwar mit dem Ergebnis, daß der Ladewirkungsgrad reduziert wird und die Batterietemperatur ansteigt. Das Leistungsvermögen der negativen Elektrode wird beeinträchtigt, wodurch die Entladekapazität verringert ist.
In Übereinstimmung mit der vorstehend erläuterten Ausführungsform umfaßt die Modulbatterie fünf Zellen. Abgesehen hiervon, sind fünf bis vierzig Zellen für jede Modulbatterie angesagt, wenn die Batterieverwaltung, die Wartung, der Ersatz oder die Tragbarkeit der Batteriepackung berücksichtigt werden.
Verschiedene Batteriegehäuse mit unterschiedlichen Abmessungen und Elastizitätsmodulen wurden gefertigt, um eine Zelle und eine Modulbatterie herzustellen, die aus fünf Zellen ähnlich denjenigen in Beispiel 1 konfiguriert ist.

BEISPIEL 2

Batteriegehäuse mit Rippenhöhen von 0,5 mm, 1 mm, 2 mm bzw. 3 mm, wie in Tabelle 3 gezeigt, wurden mit feststehenden Außenabmessungen gefertigt. Unter Verwendung dieser Batteriegehäuse wurden eine Zelle und eine Modulbatterie ähnlich denjenigen in Beispiel 1 gefertigt. Das Ergebnis eines Entladekapazitätstests und eines Zykluslebensdauertests ist in Tabelle 3 gezeigt. Tabelle 3

BEISPIEL 3

Wie in Tabelle 4 gezeigt, wurden Batteriegehäuse in ähnlicher Weise wie diejenigen im Beispiel 1 gefertigt, mit der Ausnahme, daß die Rippenzwischenräume 5 mm, 10 mm, 15 mm oder 20 mm betrugen. Eine Zelle und eine Modulbatterie wurden mit diesen Rippen hergestellt. Das Ergebnis eines Zykluslebensdauertests und eines Entladekapazitätstests ist in Tabelle 4 gezeigt. Tabelle 4

BEISPIEL 4

Wie in Tabelle 5 gezeigt, wurden Batteriegehäuse in einer Weise ähnlich derjenigen im Beispiel 1 gefertigt, mit der Ausnahme, daß die Rippenbreite zwischen 1 mm, 3 mm, 10 mm und 15 mm variierte. Eine Zelle und eine Modulbatterie wurden unter Verwendung dieser Rippenformen gefertigt. Das Ergebnis eines Entladekapazitätstests und eines Zykluslebensdauertests ist in Tabelle 5 gezeigt. Tabelle 5

BEISPIEL 5

Wie aus Tabelle 6 hervorgeht, wurden Batteriegehäuse in ähnlicher Weise wie diejenigen in Beispiel 1 gefertigt, mit der Ausnahme, daß die Dicke des Batteriegehäuses ohne die Rippen zwischen 0,5 mm, 1 mm, 3 mm und 5 mm variierte, und eine Zelle und eine Modulbatterie wurden unter Verwendung dieser Konfigurationen zusammengestellt. Das Ergebnis eines Entladekapazitätstests und eines Zykluslebensdauertests ist in Tabelle 6 gezeigt. Tabelle 6

BEISPIEL 6

Wie in Tabelle 7 gezeigt, wurden Batteriegehäuse in ähnlicher Weise wie diejenigen im Beispiel 1 gefertigt, mit Ausnahme, daß die Dicke der schmalen Seitenwand 19 des Gehäuses, die nicht in Stapelrichtung liegt, zwischen 1 mm, 3 mm, 5 mm und 7 mm beträgt. Eine Zelle und eine Modulbatterie wurden unter Verwendung dieser Konfiguration gefertigt. Das Ergebnis eines Entladekapazitätstests und eines Zykluslebensdauertests ist in Tabelle 7 gezeigt. Tabelle 7

BEISPIEL 7

Wie in Tabelle 8 gezeigt, wurden Batteriegehäuse in ähnlicher Weise wie diejenigen im Beispiel 1 gefertigt, mit Ausnahme, daß der Biegeelastizitätsmodul des Gehäusematerials zwischen 10.000 kg/cm², 14.000 kg/cm², 28.000 kg/cm² und 32.000 kg/cm² variierte (in Übereinstimmung mit dem ASTM-Testverfahren D- 790). Eine Zelle und eine Modulbatterie wurden unter Verwendung dieser Konfiguration gefertigt. Das Ergebnis eines Entladekapazitätstests und eines Zykluslebensdauertests ist in Tabelle 8 gezeigt. Tabelle 8
In Übereinstimmung mit dem Beispiel 2 weist die Batterie-Nr. 1 mit einem Batteriegehäuse 0,5 mm bezüglich der Rippenhöhe, wie in Tabelle 3 gezeigt, eine niedrige Entladekapazität von 88 Ah und eine kurze Zykluslebensdauer auf. Dies ist deshalb der Fall, weil der Zwischenraumquerschnitt zur Ermöglichung von Luftdurchtritt, gebildet durch aneinanderliegende Rippen zwischen den Zellen so klein ist, daß eine Luftströmungsgeschwindigkeit von lediglich etwa 0 bis 0,1 m/s in dem Zwischenraumabschnitt beim Entladestart aufgrund von Druckverlust erhalten wird, und die zu der Gehäuseoberfläche übertragene Wärme nicht ausgetragen wird, wodurch die Temperatur zum Ende des Ladens der Zelle ansteigt. Eine Erhöhung der Lüfterkapazität als Mittel zur Vergrößerung der Luftströmungsgeschwindigkeit im Zwischenraumabschnitt ist nicht erwünscht, weil dies zu einer Erhöhung des Energieverbrauchs des Lüfters führen würde. Wenn die Rippenhöhe auf 3 mm vergrößert wird, wie in der Batterie Nr. 4, hat sich andererseits bestätigt, daß die Entladekapazität und die Zykluslebensdauer beeinträchtigt sind. Dies ist deshalb der Fall, weil ein vergrößerter Zwischenraumquerschnitt, der den Lufthindurchtritt ermöglicht, die Luftströmungsgeschwindigkeit in dem Zwischenraum mit dem Ergebnis verringert, daß die Strömung sich in eine laminare Strömung ändert, während gleichzeitig der Wär meableitungswirkungsgrad verringert wird. Da die äußeren Abmessungen des Batteriegehäuses dieselben bleiben, ist die resultierende Verringerung des Zwischenraums für die Elektrodengruppe aus dem Gesichtspunkt der Volumenenergiedichte unerwünscht. Diese Tatsachen zeigen, daß eine geeignete Rippenhöhe zwischen 1 mm und 2 mm beträgt.
In Übereinstimmung mit Beispiel 3 nehmen die Rippen, die 5 mm voneinander beabstandet sind, der Batterie Nr. 5, wie in Tabelle 4 gezeigt, einen derartig großen Teil der Gehäuseoberfläche ein, daß die resultierende verringerte Fläche es schwierig macht, daß die Luftströmung die Wärme abführt, die in der Elektrodengruppe erzeugt wird. Die Entladekapazität nimmt dadurch auf 85 Ah ab, wodurch die Zykluslebensdauer verringert wird. In der Batterie Nr. 8 mit einem Rippenzwischenraum von 20 mm ist der Zwischenraum zwischen den Gehäusen aufgrund aneinanderliegender Rippen im Vergleich zu dem Batterieinnendruck groß, weshalb das Gehäuse durch die Luftwärmeisolationsschicht verformt wird, die zwischen der Elektrodengruppe und dem Gehäuse gebildet ist. Der verringerte Zwischenraumquerschnitt, der einen Lufthindurchtritt zwischen den Zellen erlaubt, macht es schwierig, die Wärme auszuleiten, die in der Elektrodengruppe erzeugt wird. Die Entladekapazität nimmt dadurch auf 88 Ah ab, wodurch die Zykluslebensdauer verkürzt wird. Angesichts dessen ist es erwünscht, daß der Zwischenraum zwischen den vorstehenden Rippen zwischen 10 mm bis 15 mm beträgt.
Wie aus Tabelle 5 hervorgeht, nehmen im Beispiel 4 die 15 mm breiten Rippen der Batterie Nr. 12 einen derart großen Anteil der Fläche der Gehäuseoberfläche ein, daß die Fläche, die eine Luftströmung erlaubt, verringert ist. Die in der Elektrodengruppe erzeugte Wärme ist schwer auszuleiten, mit dem Ergebnis, daß die Entladekapazität auf 85 Ah für eine ver kürzte Zykluslebensdauer verringert ist. Bei der Batterie Nr. 9 mit einer Rippenbreite von 1 mm beginnt andererseits die Entladekapazität nach 120 Zyklen scharf abzufallen, und die Entladekapazität nach 350 Zyklen beträgt lediglich 50% der anfänglichen Größe. Dies beruht auf der Tatsache, daß die aneinanderliegenden Abschnitte der Rippen durch die Ausdehnung der Elektrodengruppe zu Bruch gehen und die resultierende Verschiebung zu einem Verlust der Bindewirkung führt, die anderweitig durch die Endplatten und die Verbindungselemente sichergestellt wäre. Diese Tatsache zeigt, daß die bevorzugte Breite der vorstehenden Rippen von 3 mm bis 10 mm beträgt.
Wie in Tabelle 6 gezeigt, weist gemäß dem Beispiel 5 die Batterie Nr. 13 eine Gehäusedicke von 0,5 mm auf. Aufgrund dieser geringen Dicke im Vergleich zu dem Batterieinnendruck wird das Gehäuse verformt, eine Luftwärmeisolationsschicht wird zwischen der Elektrodengruppe und dem Gehäuse gebildet und der Luftzwischenraumbereich, der es erlaubt, daß Luft zwischen den Zellen hindurchtritt, ist bezüglich der Breite verringert. Folglich kann die in der Elektrodengruppe erzeugte Wärme schwer abgeleitet werden, so daß die Entladekapazität auf 85 Ah für eine verkürzte Zykluslebensdauer fällt. Hinsichtlich der Batterie Nr. 16 mit einer Gehäusedicke von 5 mm macht es andererseits die dicke Gehäusedicke schwierig, die Wärme abzuleiten, die in der Elektrodengruppe erzeugt wird, und die Entladekapazität fällt auf 88 Ah, wodurch die Zykluslebensdauer verringert ist. Sämtliche dieser Tatsachen zeigen an, daß die Gehäusedicke von 1 mm bis 3 mm bevorzugt ist.
Wie aus Tabelle 7 hervorgeht, weist unter bezug auf das Beispiel Nr. 6 die Batterie Nr. 17 mit einer Seitenwanddicke des Gehäuses von 1 mm eine kurze Lebensdauer von 110 Zyklen auf. Dies ist deshalb der Fall, weil die Stärke der Seitenwand des Gehäuses unzureichend ist, um den Anstieg des Batterieinnendrucks aufzunehmen und im spannungskonzentrierten Abschnitt tritt in etwa 100 Zyklen Rißbildung auf, was zu einer Leckage des Elektrolyten führt. Dies ist auch bei der Dicke des Bodens des Gehäuses und des Deckels der Fall. Bei der Batterie Nr. 20 mit einer Seitenwanddicke des Gehäuses von 7 mm fällt jedoch die Entladekapazität wie die Abnahme der Wärmeableitung von den Seitenwänden des Gehäuses, wodurch die Zykluslebensdauer hiervon verkürzt ist. Aus dem Gesichtspunkt der Volumenenergiedichte beträgt die Dicke der Seitenwand des Gehäuses und des Bodens bevorzugt von 3 mm bis 5 mm. Der Gehäuseboden ist bevorzugt mit Verstärkungsvorsprüngen oder -ausnehmungen gebildet.
Wie aus Tabelle 8 unter Bezugnahme auf Beispiel 7 hervorgeht, weist die Batterie Nr. 21 ein Gehäuse auf, das aus einem niedrigdichten Polyethylen mit einem Biegeelastizitätsmodul von 10.000 kg/cm² besteht. Das Gehäuse dieser Batterie wird aufgrund seiner geringen Steifigkeit bzw. Festigkeit gegenüber dem Batterieinnendruck verformt und eine Luftwärmeisolationsschicht wird zwischen den Elektrodenplatten und dem Gehäuse gebildet. Die kleine Zwischenraumbreite zwischen den Zellen, die eine Luftströmung ermöglicht, macht es schwierig, die durch die Elektroden erzeugte Hitze abzuleiten. Infolge davon fällt die Entladekapazität auf 88 Ah und die Zykluslebensdauer ist verkürzt. Was die Batterie Nr. 24 betrifft, die aus ABS-Harz mit einem Biegeelastizitätsmodul von 32.000 kg/cm² hergestellt ist, ist die Zykluslebensdauer andererseits 180 Zyklen kurz. Dies ist angesichts der Tatsache der Fall, daß ein Material mit kleinem Biegeelastizitätsmodul üblicherweise kaum brüchig ist. Insbesondere wird der wärmegeschweißte Abschnitt zwischen dem Gehäuse und dem Deckel so brüchig, daß die Ausdehnung der Elektrodenplatten ein Reißen verursacht, was zu einer Leckage bzw. einem Auslecken des Elektrolyten führt. Unter Berücksichtigung der vorstehend genannten Tatsache liegt ein geeigneter Biegeelastizitätsmodul im Bereich von 14.000 kg/cm² bis 28.000 kg/cm².
Gemäß dieser Ausführungsform wird Polypropylen als steifer bzw. starrer Kunstharz mit einem Biegeelastizitätsmodul von 14.000 kg/cm² bis 28.000 kg/cm² verwendet. Es ist jedoch möglich, denaturierten Polyphenylether, Polyamid oder eine Legierung aus einem dieser Stoffe mit Polypropylen alternativ zu verwenden.

BEISPIEL 8

Eine Modulbatterie wurde unter Verwendung von zehn Zellen wie in Beispiel 1 konfiguriert.

VERGLEICHSBEISPIEL 3

Eine Zelle wurde unter Verwendung eines Batteriegehäuses ohne Positionierungsvorsprung oder -ausnehmung auf der Rippenoberfläche gebildet. Eine Modulbatterie wurde unter Verwendung von zehn derartigen Zellen wie in Beispiel 1 konfiguriert.

VERGLEICHSBEISPIEL 4

Eine Zelle wurde durch ein Batteriegehäuse ohne Ausnehmung 22 zum Positionieren des Verbindungselements 34 auf der Seitenwand des Batteriegehäuses gefertigt. Eine Modulbatterie wurde unter Verwendung von zehn derartigen Zellen wie in Beispiel 1 gefertigt.
Ein Vibrationstest wurde an den Modulbatterien in Übereinstimmung mit Beispiel 8 und den Vergleichsbeispielen 3 und 4 durchgeführt. Die Vibrationsbedingungen waren derart, daß jede Modulbatterie für 6 Stunden bei einer Beschleunigung von 5 G in vertikalen, seitlichen und Längsrichtungen jeweils in Schwingung versetzt wurde, um eine Änderung des Aussehens der Modulbatterie zu beobachten. Das Ergebnis ist in Tabelle 9 gezeigt. Tabelle 9
Keine der Modulbatterien in Übereinstimmung mit dem Beispiel 8 der vorliegenden Erfindung änderte das äußerliche Aussehen infolge des Vibrationstests. Bei der Modulbatterie in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 3, die weder einen Positionierungsvorsprung noch eine -ausnehmung in der Rippenoberfläche aufweist, wurde eine Fehlausrichtung der aneinander anliegenden Rippen von zwei von zehn Zellen beobachtet.
Um eine Fehlausrichtung der Rippen in aneinanderliegender Beziehung zu verhindern, ist es angesichts der vorstehend genannten Tatsache wirksam, einen Positionierungsvorsprung oder eine -ausnehmung in den Rippen vorzusehen. Bei den Modulbatterien in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 4, die keine Ausnehmungen zum Positionieren der Verbindungselemente in der Seitenwand des Gehäuses in Kontakt mit den Verbindungselementen aufweist, wurde bei zwei von zehn Einheitszellen beobachtet, daß die Verbindungselemente, die Endplatten und das Batteriegehäuse fehlausgerichtet sind. Um die Verbindungselemente, die Endplatten und das Batteriegehäuse positionsmäßig festzusetzen, ist es wirksam, eine Positionierungsausnehmung in der Seitenwand des Batteriegehäuses in Kontakt mit dem Verbindungselement zu bilden.

BEISPIEL 9

Eine Modulbatterie wurde in ähnlicher Weise wie diejenige in Beispiel 1 gefertigt.

VERGLEICHSBEISPIEL 5

Eine Modulbatterie wurde in ähnlicher Weise wie diejenige in Beispiel 1 mit der Ausnahme gefertigt, daß eine Endplatte 33 aus Polypropylen verwendet wurde.

VERGLEICHSBEISPIEL 6

Eine Modulbatterie wurde in einer Weise ähnlich derjenigen von Beispiel 1 mit der Ausnahme gefertigt, daß die Endplatte aus Kupfer hergestellt war.
Ein Entladekapazitätstest und ein Zykluslebensdauertest wurden für die Modulbatterien in Übereinstimmung mit dem Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 5 und 6 durchgeführt. Das Testergebnis und ein Vergleich der spezifischen Energie sind in Tabelle 10 gezeigt. Tabelle 10
Wie aus Tabelle 10 hervorgeht, macht es in dem Fall, daß die Endplatten aus Polypropylen hergestellt sind, wie im Vergleichsbeispiel 5, die unzureichende Steifigkeit bzw. Festigkeit der Endplatten unmöglich, die Gehäuseausdehnung gegenüber dem Anstieg des Batterieinnendrucks zu verhindern und die Wärmeableitung wird durch den Luftzwischenraum verhindert, der zwischen der Elektrodengruppe und dem Gehäuse erzeugt ist. Da die Wärmeleitfähigkeit der Polypropylen-Endplatte geringer ist als diejenige von Aluminium, wird auch die Wärmeableitung von den Endzellen der Modulbatterie insbesondere beschränkt. Infolge davon sind die Entladekapazität und die Zykluslebensdauer der Modulbatterie gemäß dem Vergleichsbeispiel 5 im Vergleich zu denjenigen der Modulbatterie von Beispiel 1 verringert. Die Modulbatterie in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 6, die Endplatten aufweist, die aus Kupfer hergestellt sind, und welche die Leistungsmerkmale äquivalent zum Beispiel 1 bezüglich der Entladekapazität und der Zykluslebensdauer aufweist, hat eine schwerere Endplatte und ist aus dem Gesichtspunkt der Gewichtsenergiedichte nicht erwünscht.
Im Hinblick auf die vorstehend genannten Tatsachen haben die Endplatten bevorzugt ein geringes Gewicht und eine ausreichende Festigkeit, um keinerlei Verformung innerhalb des Rahmens begrenzter Abmessungen bei Anstieg des Batterieinnendrucks zu verursachen. Die Endplatten sind bevorzugt aus einem Hauptmaterial in Gestalt von Aluminium hergestellt, das bezüglich der Wärmeleitfähigkeit überlegen ist. Abgesehen von der prismatischen Struktur der Verbindungselemente, die bei den vorstehend genannten Beispielen verwendet werden, wird eine ähnliche Wirkung durch ein Band oder eine zylindrische Form erzielt.

BEISPIEL 10

Eine Modulbatterie wurde in einer Weise ähnlich derjenigen in Beispiel 1 konfiguriert.

VERGLEICHSBEISPIEL 7

Eine Modulbatterie wurde in einer Weise ähnlich zu derjenigen im Beispiel 1 mit der Ausnahme konfiguriert, daß die Endplatten aus einer flachen Aluminiumplatte einer Dicke von 3 mm ohne Rippen konfiguriert wurden.

VERGLEICHSBEISPIEL 8

Eine Modulbatterie wurde in einer Weise ähnlich zu derjenigen in Beispiel 1 mit der Ausnahme konfiguriert, daß die Endplatten einer flachen Aluminiumplatte mit einer Dicke von 10 mm ohne Rippen verwendet wurden.
Tabelle 11 zeigt das Ergebnis eines Zykluslebensdauertests und eines Entladekapazitätstests, die an den Modulbatterien gemäß dem Beispiel 1 und den Vergleichsbeispielen 7 und 8 durchgeführt wurden, und einen Vergleich der spezifischen Energie. Tabelle 11
Wie aus Tabelle 11 hervorgeht, vermag die Modulbatterie in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 7 unter Verwendung einer flachen Aluminiumplatte einer Dicke von 3 mm ohne Rippen für die Endplatten die Ausdehnung des Batteriegehäuses aufgrund der Festigkeit der Endplatten gegen eine Erhöhung des Batterieinnendrucks nicht zu verhindern und die Wärmeableitung wird durch den Zwischenraum verhindert, der zwischen der Elektrodengruppe und dem Batteriegehäuse gebildet ist. Das Ergebnis ist eine höhere Batterieinnentemperatur und eine verringerte Entladekapazität und Zykluslebensdauer im Vergleich zu der Modulbatterie in Übereinstimmung mit Beispiel 1. Eine Modulbatterie in Übereinstimmung mit dem Vergleichsbeispiel 8 ohne die Rippen der Endplatten und aus einer flachen Aluminiumplatte einer Dicke von 10 mm hergestellt weist, obwohl die Ausdehnung des Gehäuses beim Anstieg der Batterieinnentemperatur unterdrückt bzw. verhindert wurde, eine vergrößerte Dicke der Endplatten im Vergleich zu der Modulbatterie in Übereinstimmung mit dem Beispiel 1 auf. Die resultierende Verringerung der Oberfläche verringert die Wärmeableitung von den Zellen an den Enden der Modulbatterie. Folglich ist die Entladekapazität auf 94 Ah und die Zykluslebensdauer auf 800 Zyklen reduziert. Das erhöhte Gewicht der Endplatte ist aus dem Gesichtspunkt der Gewichtsenergiedichte nachteilig.
Angesichts der vorstehend genannten Tatsachen sind zumindest zwei Rippen bevorzugt auf den Endplatten zum Verbessern der Verstärkung und der Wärmeableitung und zur Verringerung des Gewichts gebildet.
Die Rippen, die in Längsrichtung bei der vorstehend genannten Ausführungsform gebildet sind, können alternativ in Querrichtung bzw. seitlicher Richtung auf der Oberfläche des Batteriegehäuses gebildet sein.
Der Betriebsdruck des Sicherheitsventils beträgt bevorzugt 2 kg/cm² bis 8 kg/cm² unter Berücksichtigung der Festigkeit des Batteriegehäuses und der Schweißzone zwischen dem Gehäuse und dem Deckel. In dem Fall, daß der Betriebsdruck des Sicherheitsventils größer ist als 8 kg/cm², geht das Batteriegehäuse oder die Schweißzone zwischen dem Gehäuse und dem Dec kel zu Bruch. Außerdem wäre es schwierig, den Batterieinnendruck selbst gegen die Entladerate bei 0,1ºC auf unter 2 kg/cm² zu steuern. Folglich beträgt der Betriebsdruck des Sicherheitsventils bevorzugt von 2 kg/cm² bis 8 kg/cm² aus dem Gesichtspunkt des Batterieleistungsvermögens und der Zuverlässigkeit des Batteriegehäuses.
Es versteht sich, daß verschiedene weitere Modifikationen sich dem Fachmann erschließen und durch diesen realisierbar sind, ohne vom Umfang und Geist dieser Erfindung abzuweichen. Es ist deshalb nicht beabsichtigt, daß der Umfang der anliegenden Ansprüche auf die vorstehend angeführte Beschreibung beschränkt ist; vielmehr ist beabsichtigt, daß die Ansprüche sämtliche Merkmale der patentierbaren Neuheit umfassen, welche die vorliegende Erfindung ausmacht, einschließlich sämtlichen Merkmalen, die durch den Fachmann, an den sich die Erfindung wendet, als Äquivalente erschließen.

Claims

1. Zelle (10) aus gasdichten alkalischen Akkumulatoren, aufweisend:

Ein Akkumulatorgehäuse (12) aus Kunstharz,

einen alkalischen Elektrolyten und eine Elektrodengruppe (11), die in dem Akkumulatorgehäuse aufgenommen sind, und

einen Deckel (13) mit einem Sicherheitsventil (16), der an der Öffnung des Akkumulatorgehäuses dichtend angebracht ist,

dadurch gekennzeichnet, daß das Akkumulatorgehäuse mehrere Rippen (21) (30) parallel zueinander an seinen Außenseiten aufweist, wobei die Dicke der Seitenwände (18) des Gehäuses mit den Rippen von 1 mm bis 3 mm beträgt, die Rippenhöhe von 1 mm bis 2 mm beträgt, ein Zwischenraum zwischen den Rippen von 10 mm bis 15 mm beträgt und eine Rippenbreite von 3 mm bis 10 mm beträgt.

2. Zelle aus gasdichten alkalischen Akkumulatoren nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Seitenwände des Gehäuses ohne Rippen von 3 mm bis 5 mm beträgt, und die Dicke des Deckels (13) von 3 mm bis 5 mm beträgt.

3. Zelle aus gasdichten alkalischen Akkumulatoren nach Anspruch 1, wobei das Material, aus welchem das Akkumulatorengehäuse besteht, Kunstharz mit einem Biegeelastizitätsmodul von 14.000 kg/cm² bis 28.000 kg/cm² besteht.

4. Zelle aus gasdichten alkalischen Akkumulatoren nach Anspruch 1, wobei zumindest eine der Rippen einen Vorsprung (23) auf ihrer Oberfläche aufweist und eine weitere eine Ausnehmung (24) auf ihrer Oberfläche hat, um Relativpositionen von Zellen festzulegen.

5. Zelle aus gasdichten alkalischen Akkumulatoren nach Anspruch 1, wobei die Rippen (21) (30) in Längs- oder Seitenrichtung des Akkumulatorgehäuses durchgehend gebildet sind.

6. Zelle aus gasdichten alkalischen Akkumulatoren nach Anspruch 1, wobei Positivelektrodenplatten der Elektrodengruppe Nickelelektroden sind, die Nickelhydroxid als aktives Material enthalten, und wobei Negativelektrodenplatten der Elektrodengruppe als Hauptbestandteil aus einer Wasserstoffspeicherlegierung bestehen, die Wasserstoff elektrochemisch absorbiert und desorbiert.

7. Batteriemodul (31) aus gasdichten alkalischen Akkumulatoren, aufweisend mehrere Zellen (10), die in einer Richtung übereinander angeordnet sind und einen Stapelaufbau bilden, wobei jede Zelle ein Akkumulatorgehäuse (12) aus Kunstharz aufweist, einen alkalischen Elektrolyten und eine Elektrodengruppe (11), die in dem Akkumulatorgehäuse aufgenommen sind, und einen Deckel (13) mit einem Sicherheitsventil (16), der an der Öffnung des Batteriegehäuses dichtend angebracht ist, wobei die Zellen in einer Stapelrichtung der Zellen durch Verbindungselemente (34) verbunden sind, welche Endplatten (33) miteinander verbinden, die auf beiden Seiten des Stapelaufbaus vorgesehen sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

Räume (36) zum Ermöglichen einer Luftströmung zwischen den Zellen durch mehrere parallele Rippen (21) (30) gebildet sind, die in aneinanderliegender Beziehung auf den Außenseiten des Akkumulatorgehäuses in der Stapelrichtung gebildet sind und die Dicke der Seitenwände (18) des Akkumulatorgehäuses in der Stapelrichtung von 1 mm bis 3 mm beträgt, die Rippenhöhe von 1 mm bis 2 mm beträgt, der Rippenzwischenraum von 10 mm bis 15 mm beträgt und die Rippenbreite von 3 mm bis 10 mm beträgt.

8. Batteriemodul aus gasdichten alkalischen Akkumulatoren nach Anspruch 7, wobei die Dicke der anderen Seitenwände (19) des Akkumulatorgehäuses von 3 mm bis 5 mm beträgt und die Dicke des Deckels von 3 mm bis 5 mm beträgt.

9. Batteriemodul aus gasdichten alkalischen Akkumulatoren nach Anspruch 7, wobei Ausnehmungen (22) zum Positionieren der Verbindungselemente (34) auf den Seitenwänden des Akkumulatorgehäuses gebildet sind.

10. Batteriemodul aus gasdichten alkalischen Akkumulatoren nach Anspruch 7, wobei benachbarte Zellen relativ zueinander durch zumindest zwei Positionierelemente positioniert sind, die eine Ausnehmung (34) auf der Rippenoberfläche eines Akkumulatorgehäuses und einen Vorsprung (23) auf der Rippenoberfläche des anderen Akkumulatorgehäuses aufweisen, die aneinandergesetzt sind.

11. Batteriemodul aus gasdichten alkalischen Akkumulatoren nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, wobei Positiv- und Negativelektrodenplatten der Elektrodengruppe entlang der Stapelrichtung der Zellen durch ein Trennelement laminiert sind und die Elektrodengruppe sich zumindest teilweise im Kontakt mit der Innenseite des Akkumulatorgehäuses befindet.

12. Batteriemodul aus gasdichten alkalischen Akkumulatoren nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, wobei der Betriebsdruck des Sicherheitsventils von 2 kg/cm² bis 8 kg/cm² beträgt.

13. Batteriemodul aus gasdichten alkalischen Akkumulatoren nach Anspruch 7, 8, 9 oder 10, wobei die Positivelektrodenplatten der Elektrodengruppe aus Nickelelektroden bestehen, die aus Nickelhydroxid als aktives Material bestehen, und die Negativelektrodenplatten als Hauptbestandteil aus einer Wasserstoffspeicherlegierung bestehen, die Wasserstoff elektrochemisch absorbiert und desorbiert.

14. Akkumulatorgehäuse aus Kunststoff zum Aufbau eines Batteriemoduls durch Stapeln mehrerer Zellen in einer Richtung,

dadurch gekennzeichnet, daß

mehrere parallele Rippen (21) (30) in Anlagebeziehung mit einem benachbarten Akkumulatorgehäuse auf den Außenseiten der Seitenwände des Gehäuses entlang der Stapelrichtung gebildet sind, wobei die Dicke der Seitenwände (18) entlang der Stapelrichtung von 1 mm bis 3 mm beträgt und die Dicke der anderen Gehäuseseitenwände (19) von 3 mm bis 5 mm beträgt.