JP2765325B2 - Thermal battery - Google Patents

Thermal battery

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電池内部に発熱剤を内蔵
し、電池使用時に発熱剤に点火することにより、電池内
部を高温に加熱して活性化させる熱電池に関するもの
で、使用済み熱電池の確認を容易にするものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a thermal battery having a built-in exothermic agent inside a battery and igniting the exothermic agent when the battery is used to heat and activate the inside of the battery to a high temperature. This facilitates checking of the battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱電池とは溶融塩を電解質とする電池で
あり、保存中は電解質が非電導性の固体塩であるため
に、不活性状態にあるが、内蔵されている発熱剤を燃焼
させて、電池内部を高温に加熱することにより、電解質
が溶融して電導性を示すようになり、活性化される。
2. Description of the Related Art A thermal battery is a battery using a molten salt as an electrolyte, and is in an inactive state during storage because the electrolyte is a non-conductive solid salt. Then, by heating the inside of the battery to a high temperature, the electrolyte is melted and becomes conductive and activated.

【0003】熱電池は保存中の自己放電がほとんどな
く、長期間の保存が可能であり、必要なときは瞬時に活
性化させることができる貯蔵型電池の一種である。ま
た、-55〜100 ℃というような広範囲な環境温度下でも
使用が可能であり、ミサイル、ロケット等の飛しょう体
用の電源や各種非常用電源として欠かせないものとなっ
ている。
[0003] A thermal battery is a type of storage battery that has little self-discharge during storage, can be stored for a long period of time, and can be activated instantaneously when needed. In addition, it can be used in a wide range of environmental temperatures such as -55 to 100 ° C, and is indispensable as a power source for missiles, rockets and other flying objects, and various emergency power sources.

【0004】熱電池の活物質として、負極にカルシウム
を、正極にクロム酸カルシウムを用いた系がよく知られ
ているが、さらに高容量、高出力用として負極にリチウ
ムやリチウム合金を、正極に硫化物や酸化物を用いた熱
電池も開発されている。
A well-known system using calcium as a negative electrode and calcium chromate as a positive electrode as an active material of a thermal battery is known. However, lithium and lithium alloys are used as a negative electrode and a positive electrode is used as a positive electrode for higher capacity and higher output. Thermal batteries using sulfides and oxides have also been developed.

【0005】鉄や、ニッケル、クロム、コバルト、銅、
タングステン、モリブデン等の硫化物や酸化物は高い起
電力とエネルギー密度を有しいる。これらの金属を複合
化合物としたり、一部リチウムイオンをドープして、熱
安定性や放電特性を改善したものが正極に使用されてい
る。
[0005] Iron, nickel, chromium, cobalt, copper,
Sulfides and oxides such as tungsten and molybdenum have high electromotive force and energy density. The positive electrode is made of a composite compound of these metals or a part of which is doped with lithium ions to improve thermal stability and discharge characteristics.

【0006】電解質としては LiCl- 59 モル%、KCl- 4
1 モル%の共晶塩が一般に用いられているが、KBr-LiBr
-LiCl 系、LiBr-KBr-LiF系、LiBr-LiCl-LiF 系等の、イ
オン電導度の高いその他の溶融塩も使用可能であり、カ
オリンや酸化マグネシウム、酸化ホウ素、酸化ジルコニ
ウム等の絶縁体粉末を混合して流動性をなくした状態で
使用される。電解質層は、熱電池作動時のイオンの伝導
体であると同時に、正極と負極のセパレータとしても作
用している。
As an electrolyte, LiCl-59 mol%, KCl-4
1 mol% eutectic salt is commonly used, but KBr-LiBr
Other molten salts with high ionic conductivity, such as -LiCl-based, LiBr-KBr-LiF-based, and LiBr-LiCl-LiF-based, can be used. Is used in a state where fluidity is lost by mixing. The electrolyte layer is a conductor of ions during operation of the thermal battery, and also functions as a separator between the positive electrode and the negative electrode.

【0007】発熱剤は、燃焼にともなうガス発生の少な
い酸化剤と還元剤の混合物が用いられている。一般に、
鉄粉と過塩素酸カリウムの混合物が使用されており、平
板状に成形したものが素電池と交互に積層して用いられ
ている。発熱剤は電池活性化時に点火されることによ
り、酸化還元反応を起こして発熱し、電池内を作動温度
まで加熱する。この発熱剤は鉄が発熱反応に必要な量よ
りも過剰に含まれており、発熱反応後も導電性があり、
隣接する素電池間の接続体としても作用している。
[0007] As the exothermic agent, a mixture of an oxidizing agent and a reducing agent, which generate little gas upon combustion, is used. In general,
A mixture of iron powder and potassium perchlorate is used, and a plate-shaped product is alternately laminated with a unit cell. The exothermic agent is ignited when the battery is activated, causing an oxidation-reduction reaction to generate heat, thereby heating the inside of the battery to the operating temperature. This exothermic agent contains iron in excess of the amount required for the exothermic reaction, is conductive even after the exothermic reaction,
It also acts as a connector between adjacent unit cells.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】熱電池は、一回のみ使
用が可能であり、内蔵した発熱剤に点火する活性化操作
によって初めて起電力を発生する。このため、未活性状
態では、他の一次電池のように端子電圧の測定によっ
て、未使用品を判別することは不可能である。
A thermal battery can be used only once, and generates an electromotive force only by an activation operation of igniting a built-in exothermic agent. For this reason, in an inactive state, it is impossible to determine an unused product by measuring a terminal voltage like other primary batteries.

【0009】従来、熱電池容器表面の一部に温度によっ
て不可逆に変色する感熱塗料を塗り、その色の変化によ
って活性化済みを表示する提案が行われている。(特公
昭50-11056号)すなわち、未使用品であれば感熱塗料の
変色はなく、変色していれば使用済み品であると判断す
るものである。
Conventionally, a proposal has been made to apply a heat-sensitive paint that changes color irreversibly depending on the temperature to a part of the surface of a thermal battery container, and to indicate activation by a change in the color. That is, if the product is not used, there is no discoloration of the heat-sensitive paint, and if it is discolored, it is determined that the product is a used product.

【0010】この方法は、活性化した熱電池の容器表面
の温度上昇を検出して活性化済みの有無を判定するもの
であるために、容器表面の温度が上昇しないと使用でき
ないという欠点があった。熱電池を低温度で使用した
り、感熱塗料表面を金属ブロックや、金属バンドに接し
て固定すると、表面からの熱の逃げによって、容器表面
の温度が充分上昇しなくなった。また、長時間放電用の
熱電池は、厚い断熱層を使用するために、容器の温度上
昇はわずかである。近年の断熱法の改良により、容器の
温度上昇は更に抑えられる傾向にあり、感熱塗料の変色
に必要な温度上昇を示さない場合があった。
This method detects the temperature rise on the surface of the container of the activated thermal battery and determines whether or not the battery has been activated. Therefore, there is a drawback that the method cannot be used unless the temperature of the container surface rises. Was. When the thermal battery was used at a low temperature, or when the surface of the heat-sensitive paint was fixed in contact with a metal block or a metal band, heat from the surface escaped, so that the temperature on the surface of the container did not rise sufficiently. In addition, since the thermal battery for long-time discharge uses a thick heat-insulating layer, the temperature rise of the container is small. With the recent improvement of the heat insulation method, the temperature rise of the container tends to be further suppressed, and the temperature rise required for discoloration of the heat-sensitive paint may not be exhibited in some cases.

【0011】更に、感熱塗料が変色したとしても、熱電
池が使用済みかどうかは、熱電池の表面を観察する必要
があり、熱電池が機器に取り付けられていて感熱塗料の
部分が観察できないと、判断できないという欠点があっ
た。
Furthermore, even if the thermal paint has discolored, it is necessary to observe the surface of the thermal battery to determine whether the thermal battery has been used. If the thermal battery is attached to the equipment and the thermal paint cannot be observed, the thermal battery cannot be observed. There was a drawback that it could not be determined.

【0012】熱電池の活性化済みの有無を検出する手段
として、点火玉の抵抗を測定することが検討されたこと
があった。しかしながら、燃焼した点火玉の抵抗値は燃
焼条件によって変化して、一定値を示さず、抵抗値の測
定では熱電池の活性化の有無は判断できなかった。
As a means for detecting whether or not the thermal battery has been activated, it has been considered to measure the resistance of the ignition ball. However, the resistance value of the burned ignition ball varies depending on the combustion conditions and does not show a constant value, and the measurement of the resistance value did not determine whether the thermal battery was activated.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は、素電池および
発熱剤を断熱材で包んで密閉容器に収納した熱電池にお
いて、活性化された熱電池の内部温度で作動する温度ヒ
ューズを内蔵し、その温度ヒューズの作動状態を検出す
るための端子を備えたことを特徴とするものである。
According to the present invention, there is provided a thermal battery in which a unit cell and a heat generating agent are wrapped in a heat insulating material and housed in a closed container, wherein a thermal fuse which operates at an internal temperature of the activated thermal battery is incorporated. And a terminal for detecting the operation state of the thermal fuse.

【0014】[0014]

【作用】本発明熱電池を活性化すると、内蔵された発熱
剤の燃焼により、熱電池内部は瞬時に作動温度まで上昇
し、起電力を発生する。熱電池内が温度ヒューズの作動
温度以上になると、温度ヒューズの開路が切断され導通
しなくなる。温度ヒューズの作動は非可逆であり、一旦
熱電池が活性化すれば、熱電池内の温度に関わりなく、
非導通となる。温度ヒューズの作動状態、すなわち導通
の有無は検出用の端子を介して外部から検察することが
できる。温度ヒューズは熱電池内に内蔵されているため
に、容器表面温度が上昇しないような低温環境において
も確実に作動する。
When the thermal battery of the present invention is activated, the internal temperature of the thermal battery instantaneously rises to the operating temperature due to the combustion of the built-in exothermic agent, thereby generating an electromotive force. When the temperature inside the thermal battery becomes equal to or higher than the operating temperature of the thermal fuse, the open circuit of the thermal fuse is cut off, and the thermal fuse does not conduct. The operation of the thermal fuse is irreversible, and once the thermal battery is activated, regardless of the temperature inside the thermal battery,
It becomes non-conductive. The operating state of the thermal fuse, that is, the presence or absence of conduction, can be detected from the outside via a terminal for detection. Since the thermal fuse is built in the thermal battery, it operates reliably even in a low temperature environment where the container surface temperature does not rise.

【0015】温度ヒューズは、ある定められた一定温度
で作動して電流の導通状態を遮断するもので、低融点金
属や樹脂と電気接点とを組み合わせたもの等が使用され
ている。
The thermal fuse operates at a predetermined fixed temperature to cut off the conduction of electric current. For example, a thermal fuse in which a low melting point metal or resin is combined with an electric contact is used.

【0016】[0016]

【実施例】図1は本発明の一実施例として製作した熱電
池の断面図である。1は素電池、2は発熱剤であり、交
互に積層して発電部3を構成している。4は正極端子、
5は負極端子であり、6は熱電池を活性化するための点
火玉で、7は点火用端子である。点火用端子7に点火電
流を通電することにより、熱電池が活性化し、正極端子
4と負極端子5間に起電力が発生する。8は断熱材、9
は容器であり、熱電池内部を保温している。10は容器
内部に内蔵した温度ヒューズであり、11はその作動状
態を検出するための端子である。
FIG. 1 is a sectional view of a thermal battery manufactured as an embodiment of the present invention. Reference numeral 1 denotes a unit cell, and 2 denotes a heat generating agent. 4 is a positive terminal,
Reference numeral 5 denotes a negative electrode terminal, 6 denotes an ignition ball for activating the thermal battery, and 7 denotes an ignition terminal. By supplying an ignition current to the ignition terminal 7, the thermal battery is activated and an electromotive force is generated between the positive terminal 4 and the negative terminal 5. 8 is a heat insulating material, 9
Is a container, which keeps the inside of the thermal battery warm. Reference numeral 10 denotes a thermal fuse built in the container, and reference numeral 11 denotes a terminal for detecting the operation state.

【0017】作動温度が130 ℃の温度ヒューズを使用し
て本発明電池を構成し、-55 ℃の低温度で活性化した。
検出端子の導通状態を観察したところ、熱電池を活性化
後、12秒目に検出端子間は非導通となり、温度ヒューズ
の作動が検出された。検出端子間の非導通状態は、熱電
池の内部温度が低下後も保たれており、熱電池がすでに
活性化済みであることを示している。
The battery of the present invention was constructed using a temperature fuse operating at 130 ° C. and activated at a low temperature of −55 ° C.
When the conduction state of the detection terminal was observed, the conduction between the detection terminals became non-conductive 12 seconds after the thermal battery was activated, and the operation of the thermal fuse was detected. The non-conducting state between the detection terminals is maintained even after the internal temperature of the thermal battery has dropped, indicating that the thermal battery has already been activated.

【0018】なお、試験電池には従来の感熱塗料による
活性化の有無の表示も行った。容器表面に、130 ℃以上
に加熱されることにより、うす赤紫色から青紫色に変色
する非可逆の感熱塗料を塗布した。しかしながら、-55
℃の低温環境では、容器表面温度は120 ℃までしか上昇
せず、感熱塗料の変色は認められなかった。
The test battery was also indicated whether or not it was activated by a conventional heat-sensitive paint. An irreversible heat-sensitive paint that changes color from light reddish purple to blue-violet when heated to 130 ° C. or higher was applied to the surface of the container. However, -55
In a low temperature environment of ° C., the surface temperature of the container rose only to 120 ° C., and no discoloration of the heat-sensitive paint was observed.

【0019】[0019]

【発明の効果】本発明は、熱電池内部の温度履歴により
活性化の有無を検出するものであり、容器全体の温度が
上昇しないような構造の熱電池や、低温等の使用条件で
も判別が可能である。また、熱電池の活性化の有無を電
気的に検出するために、熱電池から離れた場所での動作
チェックや、複数の熱電池の一括管理が可能となった。
According to the present invention, the presence or absence of activation is detected based on the temperature history inside the thermal battery, and the determination can be made even in a thermal battery having a structure in which the temperature of the entire container does not rise or in a use condition such as a low temperature. It is possible. In addition, in order to electrically detect the activation of the thermal battery, it is possible to perform an operation check at a location away from the thermal battery and collectively manage a plurality of thermal batteries.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す熱電池の断面図。FIG. 1 is a sectional view of a thermal battery showing one embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 素電池 2 発熱剤 3 発電部 4 正極端子 5 負極端子 6 点火玉 7 点火用端子 8 断熱材 9 容器 10 温度ヒューズ 11 温度ヒューズ用端子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Unit cell 2 Heating agent 3 Power generation part 4 Positive terminal 5 Negative terminal 6 Ignition ball 7 Ignition terminal 8 Insulation material 9 Container 10 Thermal fuse 11 Thermal fuse terminal

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】素電池および発熱剤を断熱材で包んで密閉
容器に収納した熱電池において、活性化された熱電池の
内部温度で作動する温度ヒューズを内蔵し、その温度ヒ
ューズの作動状態を検出するための端子を備えたことを
特徴とする熱電池。
1. A thermal battery in which a unit cell and a heat generating agent are wrapped in a heat insulating material and housed in a closed container, wherein a thermal fuse which operates at an internal temperature of the activated thermal battery is incorporated, and the operating state of the thermal fuse is determined. A thermal battery comprising a terminal for detection.
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