JP2000012071A - 循環流体式熱交換器を内蔵した単体蓄電池 - Google Patents

循環流体式熱交換器を内蔵した単体蓄電池

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 複数のセルに分割されたタンクを含む単体蓄
電池であって、各セルが電極アセンブリと、前記タンク
の密閉手段と、前記電極アセンブリの大きい面と対向す
る流体式熱交換器とを受容する単体蓄電池を提供するこ
と。 【解決手段】 流体が循環する区画は、共通入口マニホ
ルドに通じている流体入口オリフィスと、共通出口マニ
ホルドに通じている流体出口オリフィスとを有する。タ
ンクは少なくとも２つのユニットから構成され、各ユニ
ットは壁によって画定されたセルのうちの少なくとも１
つを含む。電極アセンブリの大きい面と対向する壁はフ
ランジの一方を構成する。各ユニットはさらに入口マニ
ホルドの一部分と出口マニホルドの一部分とを含む。２
つのフランジを互いに向かい合うように配置したときに
密封循環区画が形成され、かつ同一マニホルドの一部分
同士が互いに一列に整列するように各ユニットは結合さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、循環流体式熱交換
器を内蔵した単体蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】単体設計の蓄電池では、各電極アセンブ
リは単一容器の各セル内に収容される。容器は通常角柱
形をしている。各電極アセンブリは、隔離板によって互
いに隔離された正と負の電極の交互アセンブリによって
構成され、電解液に浸される。電極アセンブリは、重ね
られた電極の縁部に対応している２つの小さい面と、電
極の表面に平行な２つの大きい面とを有する。
【０００３】これらの蓄電池は特に電気自動車への給電
用に使用される。ニッケルカドミウムあるいはニッケル
金属水素化物の単体蓄電池は、５アンペア時から２５０
アンペア時までの容量を有する。
【０００４】蓄電池は、様々な使用状態（充電、過充
電、放電）によって温度が上昇し、性能が変化すること
が知られている。循環流体、特に冷却液によって熱を除
去することは蓄電池を冷却する最も効果的な方法であ
る。蓄電池から独立しており、それと接触して配置され
る多数の熱交換システムが提案されている。これらのシ
ステムのほとんどは、蓄電池の重量および外形寸法を容
認できない程度にまで増大させる。
【０００５】コンパクトな冷却装置を備えた単体蓄電池
が最近提案された。この蓄電池は、タンクと端子を有す
るフタとから構成された角柱形のプラスチック製単一容
器を有している。タンクは隔壁によって分離されたいく
つかのセルを備えており、そのセル内には電極アセンブ
リが配置されている。冷却装置は、プラスチック製タン
クの対向する２つの壁にそれぞれ溶接密封された２つの
フランジを備えており、各フランジは、蓄電池のフタに
通じている入口オリフィスと出口オリフィスとを上部に
有する流体用循環区画を、対応する壁と協働して画定し
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】各電極アセンブリが均
一に冷却されるためには、このような装置は、電極の縁
部に対向しているタンクの壁上に配置されることが好ま
しい。大容量蓄電池の場合には、電極の縁部を冷却する
だけでは蓄電池を適切な温度に保持するのに十分でな
い。従って熱交換の面積を増やすには、各電極アセンブ
リの大きい面と対向する壁上で熱が伝達される必要があ
る。
【０００７】角柱形の単一タンクと複数の部分からなる
フタとから構成されている容器を有するこのような熱交
換システムを内蔵した単体蓄電池は、欧州特許ＥＰ−０
６２４９１６に記載されている。流体循環区画は２つの
対向するフランジによって形成されている。これらの区
画はセルを分離する隔壁として使用される。そのため
に、隔壁の縁部はタンクの壁上に形成された溝に係合し
ている。各区画は入口／出口マニホルドに個別的に接続
されている。液がセル内に侵入しないように、ハウジン
グ内に配置されたカップリングユニットが各区画とマニ
ホルドとの間の連絡を確保している。この複雑なアセン
ブリシステムは多数の接合部を有しているために、特に
冷却液がセル内に漏れる危険があるという点で若干信頼
性に欠ける。
【０００８】各区画の液体の入口と出口は、取付けフタ
に設けられた長手マニホルドによって共通の入口と出口
に接続されている。これらの２つの長手マニホルドの存
在はフタ上の利用可能な表面を塞ぐことになる。これを
補償するために、フタは蓄電池を外部回路に接続するの
に必要な電気端子を２つしか有していない。このような
構成では、隣接する２つのセルを分離しかつ液体循環区
画を備えている隔壁を密閉された形で貫通しなければな
らない内部電気接続構成を使用する必要がある。このよ
うな貫通装置は、電気自動車内で使用するには電気的に
も機械的にも十分な信頼性がない。
【０００９】直径が増大するマニホルドは、それぞれ通
路を有するフタの２つの相補部品を接合することによっ
て形成される。３つの重ね合わされた部分で形成された
フタはタンク上にぴったりはまる。所与の数の電極アセ
ンブリを備えた蓄電池については、容器を構成している
様々な部品の寸法は固定されている。従って、所与の容
量の各蓄電池はそれ自体の特定の構成要素を有する。こ
のため蓄電池の工業的製造のフレキシビリティが低くな
り、またより多くの費用がかかることになる。
【００１０】本発明の目的は、すでに知られている装置
よりも製造がより簡単であり、かつより信頼性の高い、
効果的でコンパクトな熱交換器を備えた単体蓄電池を提
供することである。
【００１１】本発明の他の目的は、熱交換器を備えてお
り、かつ電極アセンブリの数を容易に変えることができ
る単体蓄電池を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明は、複数のセルに
分割されたタンクを含む単体蓄電池であって、各セルが
電極アセンブリと、前記タンクの密閉手段と、前記電極
アセンブリの大きい面と対向する流体式熱交換器とを受
容し、流体が２つのフランジによって画定された区画内
を循環し、前記区画が、共通入口マニホルドに通じてい
る流体入口オリフィスと、共通出口マニホルドに通じて
いる流体出口オリフィスとを有する単体蓄電池からな
る。
【００１３】本発明による蓄電池は、前記タンクが少な
くとも２つのユニットから構成され、各ユニットが前記
２つのフランジの一方を構成する前記電極アセンブリの
大きい面と対向する少なくとも１つの壁によって画定さ
れた前記セルのうちの少なくとも１つを含み、各ユニッ
トがさらに前記入口マニホルドの一部分と前記出口マニ
ホルドの一部分とを含み、前記２つのフランジを互いに
向かい合うように配置したときに密封循環区画が形成さ
れるように、かつ同一マニホルドの前記一部分同士が互
いに一列に整列するように前記各ユニットが結合される
ことを特徴とする蓄電池である。
【００１４】本発明の単体蓄電池は、一般にプラスチッ
ク製のタンクを有するが、プラスチック製のタンクに限
定されない。タンクは壁によって複数のセルに分割され
ており、各セルは１つの電極アセンブリを受容する。
【００１５】本発明によれば、タンクは複数のユニット
を並べて組み立て、それらを例えば溶接または接着によ
り結合することによって形成される。各ユニットは壁に
よって画定された少なくとも１つのセルを提供するが、
２つ以上のセルを有することもできる。各ユニットは単
体として製造され、例えば単体として鋳造される。従っ
て、ユニットはユニット構造であるので、接合の数が制
限される。
【００１６】蓄電池は電極アセンブリの大きい面と対向
する循環流体式熱交換器も含んでいる。流体は、２つの
フランジによって画定され、かつセル間の壁のうちの少
なくとも１つを形成している平坦な区画内を流れる。区
画は、その上部において、共通入口マニホルドに通じて
いる流体入口オリフィスと、共通出口マニホルドに通じ
ている流体出口オリフィスとを有する。
【００１７】本発明によれば、電極アセンブリの大きい
面と対向する各ユニットの壁のうちの少なくとも１つは
２つのフランジの一方を構成する。角柱形ユニットの場
合には、電極アセンブリの大きい面と対向する対向する
２つの壁はそれぞれ１つのフランジを構成することが好
ましい。ユニットが複数のセルを有する場合には、これ
らのセルは電極の縁部と対向する面によって接合される
方が好ましい。
【００１８】ユニットは、流体循環区画を形成するため
に１つのユニットのフランジが隣接ユニットのフランジ
と対向するように相互接続される。タンクの端部を構成
しているユニットは片側しか隣接ユニットを有していな
い。電極アセンブリの大きい面と対向する壁のうちの１
つだけが２つのフランジの一方を構成しており、その１
つのフランジは隣接ユニットのフランジに溶接される。
【００１９】蓄電池の端部に位置するユニットは、片側
で隣接ユニットに接続されており、他のユニットと反対
側で、循環区画を密閉するためにフランジを構成してい
るプレートに接続されることが有利である。プレートに
よって密閉されたこの区画は蓄電池の外部側壁を構成し
ている。従って、蓄電池の端部ユニットに収容されてい
る電極アセンブリは、蓄電池の中央に位置するユニット
と同様に対向する２つの面上で冷却される。
【００２０】好ましい実施形態によれば、前記密閉手段
は前記タンクの下部に位置しており、前記タンクに固定
密封された底面を構成している。
【００２１】前記入口マニホルドおよび前記出口マニホ
ルドは前記底面と反対側の前記タンクの面上に位置して
いることが好ましい。また各ユニットは、底面と反対側
の面上で、例えば各セルごとに２つの端子と、１つのリ
リーフ弁と、１つの電解液充填オリフィスなどを設ける
のに必要なオリフィスを有している。オリフィスのよう
なマニホルドの一部分は、例えば溶接によってユニット
と同時に形成される。各セルは各極性の端子を備えてい
る。電極アセンブリの電気接続はセルの外部で行われる
ので、内部電気接続装置は一切不要である。
【００２２】２つのフランジの少なくとも一方は、前記
流体を前記区画内で一方の方向および反対の方向に交互
に循環させるためのバッフルを形成している複数のリブ
を有していることが好ましい。本発明の１つの実施形態
によれば、２つのフランジの一方は、その上部におい
て、流体入口オリフィスと流体出口オリフィスとを有し
ているが、循環区画を形成しているフランジの各々がこ
れらのオリフィスの半分を有していてもよい。
【００２３】各ユニットはさらに入口マニホルドの一部
分と出口マニホルドの一部分も含んでいる。各区画の流
体入口オリフィスおよび流体出口オリフィスは、ユニッ
トの一部をなす対応するマニホルド部分にそれぞれ通じ
ている。各ユニットを互いに接して配置したとき、各マ
ニホルド部分は対応する隣接部分にぴったりはまり、共
通入口マニホルドまたは出口マニホルドを形成する。な
お、このマニホルドの長さは蓄電池の長さに、すなわち
結合されるユニットの数に依存する。
【００２４】本発明の利点は、場合によってはわずかな
変更が加えられている端部ユニットを除けば、同一であ
るユニットの数を変えることによって容易に容量を変え
ることができるモジュール設計の単体蓄電池を提供する
ことである。底面だけはサイズが異なっているが、あら
かじめ一緒に溶接されたいくつかのユニットから底面を
つくることも可能である。
【００２５】また本発明は、本発明による単体蓄電池を
製造する方法も目的とし、この方法は次のステップを含
む。
【００２６】前記各ユニットのうちの少なくとも２つを
単体鋳造するステップ。
【００２７】前記２つのフランジが互いに押しつけ合
い、かつ前記各マニホルドの一部分が互いに一致するよ
うに、前記２つのユニットを並べて配置するステップ。
【００２８】前記２つのフランジと前記各マニホルドの
一部分の各壁とによって形成された前記区画の縁部を溶
接密封して前記タンクを得るステップ。
【００２９】端子を備えた電極アセンブリを各セル内に
挿入するステップ。このとき、端子をそのために設けら
れているオリフィスに固定することができる。
【００３０】前記底面を前記タンクに溶接し、最後に電
解液をセル内に、例えばそのために設けられているオリ
フィスから挿入するステップ。
【００３１】本発明の改善形によれば、前記２つのフラ
ンジと前記各マニホルドの一部分の各壁とによって形成
された区画の縁部を溶接密封した後で、１つのフランジ
を構成している１つのプレートを各端部に溶接してタン
クを得る。
【００３２】本発明は、タンクを形成しているユニット
が最初に相互に溶接されることによって流体回路の密封
性が確保される単体蓄電池を製造する方法を提供すると
いう利点を有する。流体回路はセルとの共通溶接部を一
切有していない。従って、流体がセル内に漏れる危険が
完全になくなる。
【００３３】添付の図面を参照しながら非限定的な例と
して示す以下の説明を読めば、本発明はより良く理解さ
れるであろうし、その他の利点および特徴も明確になる
であろう。
【００３４】
【発明の実施の形態】本発明による蓄電池の角柱形容器
１を図１に示す。容器１はポリプロピレン製タンク２
と、底面を構成している密閉手段３とを含む。タンク２
は２つの側壁４と、２つの縦壁５と、底面３と反対側の
１つの水平上壁６とを含む。底面３は、電極アセンブリ
がそれぞれのセル内に挿入された後でタンク２に溶接さ
れる。
【００３５】タンク２の水平壁６は、各セルごとに、各
極性の端子をそれぞれ受容する２つの穴７と、最初に電
解液を挿入するのに使用され、充填後にリリーフ弁によ
って閉鎖される開口部８とを有する。中央の入口／出口
中央マニホルド９には、熱交換器内を循環する液体の入
口と出口が集合する。変形形態によれば、マニホルド９
は、その端部の各々において、液体循環システムかまた
は別の単体蓄電池への接続のために入口パイプ１０と出
口パイプ１１とを有する。
【００３６】図２は本発明による蓄電池の水平断面図で
あり、図３はその部分拡大図である。タンク２はいくつ
かのセル２０に分割され、各セルは、隔離板２３によっ
て互いに隔離された正と負の電極２２の交互アセンブリ
によって構成され、電極アセンブリ２１を収容する。各
セル２０は電極の縁部と対向するセルの面２４を介して
並置される。電極アセンブリの大きい面と対向するセル
間の壁２５は、冷却液が循環する区画２７を形成してい
る対向する２つのフランジ２６から構成される。タンク
２の各端部には、片側が隣接セル２０と接続されてお
り、反対側が壁２５’によって画定されているセル２
０’がある。壁２５’は、フランジ２６と、セル２０’
の外側の冷却液循環区画を密閉するためのフランジとし
て役立つプレート２８とによって形成される。
【００３７】タンク２は、図４に示すように、２つのセ
ルを内蔵したユニット４０から製造される。各ユニット
４０は、その上面において、各セル内に収容されている
電極アセンブリに電気的に接続されている正極端子と負
極端子をそれぞれ受容する４つの穴７を有する。また各
ユニット４０は、各セルに電解液を充填することを可能
にする２つの開口部８も有する。電極アセンブリの電極
の大きい面と対向する壁はフランジ２６を構成する。フ
ランジ２６は、冷却液のための回路を画定しているリブ
４１と、入口マニホルド４３と通じている液体入口オリ
フィス４２と、液体出口マニホルド４５と通じている液
の出口オリフィス４４とを有する。リブ４１および／ま
たはオリフィス４２、４４は、対向するフランジ２６間
で等分することができる。リブ４１の全高は約３〜４ｍ
ｍである。入口マニホルド４３および出口マニホルド４
５はマニホルド部分４６を形成するために並置される。
【００３８】図５に示す単体蓄電池の端部ユニット５０
も、マニホルド部分４６を除いて図３のユニットと類似
しているダブルユニットである。すなわち、マニホルド
部分４６の一方の端部は、外部回路に接続することがで
きるパイプ５１を含む。ユニット５０は単体蓄電池の端
部の各々に使用することができる。従って、パイプ５１
は液体入口パイプ１０であってもよいし、液体出口パイ
プ１１であってもよい。これらのパイプは同一である。
この端部ユニット５０は片側でユニット４０と接合され
る。ユニット４０と接合される反対側で、電極アセンブ
リの大きい面と対向する壁は第１のフランジ２６を構成
する。このフランジは第二のフランジを構成しているエ
ンドプレート２８と協働する。従って、蓄電池の端部に
位置している液循環区画は密閉される。リブ４１は対向
するフランジ２６とプレート２８間で等分することがで
きる。
【００３９】当然のことながら、マニホルド部分４６の
端部に適切なコネクタを単に取り付けることによってユ
ニット４０を蓄電池の端部で使用することもできる。た
だし、この場合には、セル２０’内に収容されている電
極アセンブリはそれらの両面の冷却は行われない。この
ことは電極アセンブリの動作の不均衡をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】１０個の電極アセンブリを含む本発明による単
体蓄電池の容器の透視図である。
【図２】セル内の電極アセンブリの配置と流体循環区画
の位置とを示す図１のＩＩ−ＩＩの断面図である。
【図３】図２の領域ＩＩＩの拡大図である。
【図４】２つのセルを含む図１のタンクの中央ユニット
を示す図である。
【図５】２つのセルを含む図１のタンクの端部ユニット
を示す図３と類似の図である。
【符号の説明】
１ 角柱形容器 ２ タンク ３ 底面 ４ 側壁 ５ 縦壁 ７ 端子用穴 ８ 電解液挿入用開口部 ９ 入口／出口マニホルド １０ 入口パイプ １１ 出口パイプ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数のセルに分割されたタンクを含む単
    体蓄電池であって、各セルが電極アセンブリと、前記タ
    ンクの密閉手段と、前記電極アセンブリの大きい面と対
    向する流体式熱交換器とを受容し、流体が２つのフラン
    ジによって画定された区画内を循環し、前記区画が、共
    通入口マニホルドに通じている流体入口オリフィスと、
    共通出口マニホルドに通じている流体出口オリフィスと
    を有し、前記タンクが少なくとも２つのユニットから構
    成され、各ユニットが、前記２つのフランジの一方を構
    成する前記電極アセンブリの大きい面と対向する少なく
    とも１つの壁によって画定された前記セルのうちの少な
    くとも１つを含み、各ユニットがさらに前記入口マニホ
    ルドの一部分と前記出口マニホルドの一部分とを含み、
    前記２つのフランジを互いに向かい合うように配置した
    ときに密封循環区画が形成され、かつ同一マニホルドの
    前記一部分同士が互いに一列に整列するように前記各ユ
    ニットが結合されることを特徴とする単体蓄電池。
  2. 【請求項２】 前記蓄電池の各端部に位置する前記各ユ
    ニットが、他のユニットと反対側で、前記２つのフラン
    ジの一方を構成しているプレートに接続される請求項１
    に記載の蓄電池。
  3. 【請求項３】 前記密閉手段が前記タンクの下部に位置
    しており、前記タンクに固定密封された底面を構成する
    請求項１または２に記載の蓄電池。
  4. 【請求項４】 前記入口マニホルドおよび前記出口マニ
    ホルドが前記密閉手段と反対側の前記タンクの面上にあ
    る請求項１から３のいずれか一項に記載の蓄電池。
  5. 【請求項５】 前記２つのフランジの少なくとも一方が
    複数のリブを有し、前記リブが前記流体を前記区画内で
    一方の方向および反対の方向に交互に循環させるための
    バッフルを形成している請求項１から４のいずれか一項
    に記載の蓄電池。
  6. 【請求項６】 前記各ユニットのうちの少なくとも２つ
    を単体鋳造するステップと、 前記２つのフランジが互いに押しつけ合い、かつ前記各
    マニホルドの一部分が互いに一致するように、前記各ユ
    ニットを並べて配置するステップと、 前記２つのフランジと前記各マニホルドの一部分の各壁
    とによって形成された前記区画の縁部を溶接密封して前
    記タンクを得るステップと、 電極アセンブリを各セル内に挿入するステップと、 底面を前記タンクに溶接するステップとを含む請求項１
    から５のいずれか一項に記載の蓄電池を製造する方法。
  7. 【請求項７】 前記２つのフランジと前記各マニホルド
    の一部分の各壁とによって形成された前記区画の縁部を
    溶接密封した後で、１つのフランジを構成している１つ
    のプレートを各端部に溶接して前記タンクを得る請求項
    ７に記載の蓄電池を製造する方法。
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