具有故障内短路的镍氢蓄电池制造技术

镍氢蓄电池（１２），它具有在电池（１２）的压力容器（４０）内部的装置，当出现开路状态的电池故障时将电池短路，使其所在电池组在仅减少故障电池电压的电压下继续蓄电。在容器内部平行于有效平板部件（１８）的短路平板部件（５０）包括银电极（５４），它在常态为惰性的，而当电池两端放电电压增大到大负值（表明电池的开路故障）时溶在电池电解液中。于是银被镀到常态下是正的镍电极上，银在镍电极和银电极间的空隙中搭成桥，将其短路，从而将电池短路。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术总的涉及蓄电池，特别涉及增压的镍氢蓄电池。可再充电的电池或电池组是储存和保持电荷并在其后以有效电流的形式输出电荷的电化学器件。可再充电电池的熟知例子是汽车用铅酸电池。另一种类型的、就其重量来说具有更大储蓄容量的电池为增压的气体一金属电池，它的一个重要形式是用在空间飞行器上的镍氢电池。卫星上所用镍氢电池周期性地由空间飞行器上的太阳能板产生的电流充电，然后当空间飞行器在阴影中或在用电高峰时放电以提供电能。镍氢蓄电池以大约1.3伏的电压输出电流，并且通常将几个电池串联以产生空间飞行器系统所需电压下的电流。镍氢电池包括一系列有效平板单元，它们用电化学方法储存电荷，然后以有效电流的形式输出电荷，电池装在包含平板单元的电解液的压力容器中，要不然，电池工作时产生的氢气和氧气，以及电池工作时产生的水汽，所有这些都可能漏失，使蓄电池不能工作。增压气体蓄电池通常具有良好的可靠性，并且在卫星或其它类型的空间飞行器上的正常寿命中可工作上千个充放电周期。然而，这种电池也可能出故障，例如因压力容器裂缝使一些所含液体和气体漏失。当这种类型的故障发生时，电池处于开路状态而不能工作，因为电流通过电池的唯一通路是电解液，而它已经逐渐损失掉了。我们记得，通常是将几个电池串联成电池组以提供所需电压下的电流的。其中任何一个电池的开路故障都会危及整个电池组的工作，这是因为不存在通过电池组的绕过故障电池的电流通路。因为单个电池的故障导致的整个电池组的电位故障，也因为在空间中电池组无法修理，所以空间中用的电池组通常包括探测每一单个电池的故障和提供故障发生时绕过故障电池的电流通道的故障保护电路。如果发生故障，故障保护电路将故障电池隔离，并绕过故障电池接通电流。电池组的输出电压减少了故障电池的电压部分，但是通常的做法是在设计电池组时提供足够的余量使得少数几个电池的故障不会使电池组的电压降到空间飞行器所需的电压以下。故障保护电路在电池外面，但在电池组内部，它通常包括二极管网络或继电器以探测电池的故障并使电流绕过故障电池。这些电子部件和其连带的导线的重量大大增加了电池组的重量，从而降低了空间飞行器的有效载荷。另外，故障保护电路的故障也会对整个电池组和空间电行器造成危害。因此，用改进的方法消除这种蓄电池组的单个电池的故障是必要的。这种方法应在不依赖外电路和不超过取消故障保护电路节省下的重量的情况下可靠地工作以使电池组的功能保持连续。这种方法也应与现有的镍氢电池的设计原理完全兼容，因为已知现行设计总的是可靠的。本专利技术满足该要求，并进一步提供了相关的优点。本专利技术在镍氢电池之中，通过其内部的设计，而不需电池外的故障保护电路，在电池出现故障时使电池处于短路状态。这样电池组的单个电池的故障不会造成电池组的故障，只是使其输出电压减少了故障电池的电压。安有这种电池的电池组的重量比通常具有故障保护电路的电池组降低，同时电池的蓄电部分不需改变。根据本专利技术，镍氢蓄电池包括含有镍正电极，氢负电极和正负电极之间的隔离器的有效平板部件(亦称平板单元);含有有效平板单元和在电极中，电极之间的电解液的并具有联到所述有效平板部件的馈电通路的压力容器;在压力容器之中用来当电池上的电压超过负的特征值时将电流通路短路从而使故障电池处于短路状态的装置。更具体的，镍氢蓄电池包括有效平板部件，有效平板部件包括镍正电极，氢负电极和正负电极之间的隔离器;与有效平板部件平行的短路平板部件，短路平板部件包括镍短路电极，银可溶电极以及镍短路电极与银可溶电极之间的短路隔离器;和包含有效平板部件，短路平板单元和电解液的压力容器，压力容器包括联到平板部件上的馈电通路路。可溶电极也可用银以外的材料制成，只要其向电池提供大致相同的功能。从材料的功能上描述，镍氢蓄电池包括有效平板部件，有效平板部件包括镍正电极、氢负电极和正负电极之间的隔离器;与有效平板部件平行的短路平极单元，短路平板单元包括短路电极，可溶电极和处在短路电极和可溶电极之间的短路隔离器，可溶电极由与短路电极的材料结合在电池的最高负电压约0.3伏的正常电池工作情况下具有高过压的材料而构成，并且它在电解液中是惰性的，而当加到短路平板单元上的负电压大于约负1.5伏时可溶电极材料在电解液中溶解并可淀积在短路电极上;和包含有效平板单元，短路平板单元和电解液的压力容器，压力容器包括联到平板单元上的馈电通路。短路电极最好是镍的。银是做可溶电极的最佳材料，但是其它用于可溶电极的合适材料包括铅，铜和镉。因为在镍和银的界面有过压，所以在电池正常工作的正向约正1.7伏至反向约负0.3伏的范围内，流过短路平板部件的电流可以忽略。在比正常操作下，本专利技术的蓄电池与普通镍氢电池的工作是基本相同的。如果发生例如压力容器壁破裂的故障，则在放电过程中会有大的负电压加在短路平板部件两侧。如果负电压超过(即，更负于)约负1.5伏时，银电极被氧化成一氧化银Ag2O，它在电解液中是可溶的。可溶的氧化银迁移到短路电极并还原成银，结果银开始淀积在短路电极上。最后，构成跨在短路和银电极之间空隙上的银桥，将电极短路，从而将电池本身短路。因为短路平板部件与有效平板单元平行，所以电池被内短路而处于短路状态。因此本专利技术电池的故障就导致闭路或短路故障，从而电流通过故障电池。故障电池不再产生电压，但是以故障电池为其中的串联分量的电池组的总输出电压仅减小了故障电池的电压。不需要外电路就可达到这种故障短路状态。现在可知道，通过使用本专利技术，不需要重的故障保护电路，空间飞行器的电池组也可防止因单个电池的开路故障造成的完全失效。在单个电池出故障时，电池中的短路平板部件使电池停止工作处于短路状态，所以电池组继续工作，只是电压减少了故障电池的电压。通过下面结合附图的详细描述，本专利技术的其它特征和优点将变得很明显，上述附图以举例的方式说明了本专利技术的原理。在附图中图1是具有若干串联电池的飞行型镍氢电池组的正视简图;图2是图1中所说明的型式的一种飞行型镍氢电池的正剖面图;图3是图2沿线3-3的详细说明，说明有效平板部件的结构，分布和电联接以及短路平板部件装置的较好型式;图4是短路平板部件的另一种结构的正剖面图;图5是短路平板部件的又一种结构的正剖面图;图6是在短路平板单元的工作中作为时间的函数的电压图。镍氢电池组10储存由空间飞行器的太阳电池产生的多余能量，然后当太阳电池不能满足需要时向空间飞行器系统输出储存的能量。电池组10包括多个作为能量存储单元的镍氢电池12。每个电池12以约1.3伏输出储存的能量，这对向大多数空间飞行器系统提供能量来说太低。于是电池12按图1所描述的形式串联起来以提供等于电池12的单个电压之和的电池组电压。在图1的例中，如果五个电池12中的每一个都有1.3伏的输出电压，则串联的五个电池以6.5伏的电池组电压输出电流。如果电池12之一失效且未提供故障保护，则会出现开路，它阻止电池组10输出任何电流。通常的外部故障保护电路提供绕过故障电池的外部电流通路，象由图中虚线导体14所表示的。本专利技术提供通过故障电池的内部电流通路，如图中虚线导体16所表示，从而使电池组10以所剩电池的减少了的电压继续工作，在图1的例子中为5.2伏。本方法避免了为建立外部电流通路14所需的重的故障保护电路部件的要求。图2显示了镍氢本文档来自技高网...

【技术保护点】
镍氢蓄电池，包括：有效平板部件，所述有效平板部件包括镍正电极、氢负电极以及在所述正电极和所述负电极之间的隔离器；与所述有效平板部件平行的短路平板部件，所述短路平板部件包括短路电极，可溶电极和在所述短路电极和所述可溶电极之间的短路隔离 器，所述可溶电极是由与短路电极的材料配合在电池正常工作时（此时所述电池最高负电压为约负０．３伏）具有高过压的材料构成，并且它在电解液中是惰性的，而当加到所述短路平板部件上的负电压大于负１．５伏左右时所述可溶电极材料在所述电解液中可溶解并能淀积在短路电极上；包括所述有效平极部件，所述短路平板部件和电解液的压力容器，所述压力容器包括联到所述平板部件上的馈电通路。

【技术特征摘要】
US 1986-6-30 880451书。权利要求1.镍氢蓄电池，包括有效平板部件，所述有效平板部件包括镍正电极、氢负电极以及在所述正电极和所述负电极之间的隔离器；与所述有效平板部件平行的短路平板部件，所述短路平板部件包括短路电极，可溶电极和在所述短路电极和所述可溶电极之间的短路隔离器，所述可溶电极是由与短路电极的材料配合在电池正常工作时(此时所述电池最高负电压为约负0.3伏)具有高过压的材料构成，并且它在电解液中是惰性的，而当加到所述短路平板部件上的负电压大于负1.5伏左右时所述可溶电极材料在所述电解液中可溶解并能淀积在短路电极上；包括所述有效平板部件，所述短路平板部件和电解液的压力容器，所述压力容器包括联到所述平板部件上的馈电通路。2.权利要求1的蓄电池，其中所述可溶电极由从包括银，铅，铜和镉的一组材料中选出的材料构成。3.权利要求1的蓄电池，其中所述可溶电极由银构成。4.权利要求1的蓄电池，其中所述短路电极由镍构成。5.权利要求1的蓄电池，其中所述可溶电极支撑在电极支架上。6.权利要求1的蓄电池，其中所述短路平板单元进一步包括插在所述短路电极和所述短路隔离器之间的网。7.权利要求1的蓄电池，包括许多所述有效平板单元。...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯达特尼克斯蒂文J，罗格斯哈瓦德J，
申请(专利权)人：休斯航空公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]