JP3054965B2 - 積層形熱電池 - Google Patents

積層形熱電池

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JP3054965B2
JP3054965B2 JP29304891A JP29304891A JP3054965B2 JP 3054965 B2 JP3054965 B2 JP 3054965B2 JP 29304891 A JP29304891 A JP 29304891A JP 29304891 A JP29304891 A JP 29304891A JP 3054965 B2 JP3054965 B2 JP 3054965B2
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博資 山崎
和典 原口
彰規 粟野
剛 畑中
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    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M6/30Deferred-action cells
    • H01M6/36Deferred-action cells containing electrolyte and made operational by physical means, e.g. thermal cells

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱電池、とくに高電圧
を出力する積層形熱電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、パーソナル機器を中心に、特殊機
器においてもこれに用いられる電子機器は小形、高出
力、メンテナンスフリー化が急速に進んでいる。とくに
駆動用電源として高電圧、大出力、高速起動性に優れる
熱電池への改良開発の要望が強い。そこで電気サーボモ
ータを駆動する電源として、前記の諸特性を実現するこ
とができる点でリチウム熱電池への開発期待が大きい。
そして高電圧形熱電池を開発する場合、公知の積層形電
池をベースとする従来技術によって素電池と発熱剤の積
層枚数を増加すれば一応の電池性能が得られるが、多段
に積層すればする程、素電池と発熱剤の枚数が増え、積
層間の接触抵抗が増加し、出力の低下が大きくなる。ま
た、発熱剤の燃焼熱も素電池に熱伝播し難くなり、加え
て積層されている各発熱体に着火する導火体の燃焼距離
が長くなって、熱電池の起動時間(本明細書において
は、起動信号を熱電池が入力した後、熱電池のもつ最大
電圧の70%の電圧に到達する時間を以下起動時間と云
う)の遅れが生ずる。そこで高電圧形熱電池ではこれら
の技術的課題の解決が必要であるが従来例では下記する
構成のものが知られていた。図面を参照しながらその説
明をする。
【0003】図3において、素電池1と発熱剤2とを堆
積して構成したスタック3(以下この堆積体をスタック
と云う)の中央に火導孔4を設け、火導孔4の上部に発
火する点火器5が備えられている。なお上記の発熱剤2
は還元剤の鉄粉と酸化剤の過塩素酸カリウム粉との混合
成型体である。6はスタック3の外周に設けた帯状の導
火体で、この導火体6から各発熱剤2に点火させるもの
である。7a、7bは着火剤よりなる円板状の着火パッ
ドでスタック3の上下に配置したものである。8a、8
bは内部リード板で一対の出力端子9a、9bと導火体
6の上方部と下方部とを電気的に接続するものである。
10はリチウムまたはリチウム合金からなる負極で、セ
ラミックに溶融塩を含浸させた電解質11と二硫化鉄を
主成分とする正極12とで素電池1を構成している。1
3a、13bは一対の起動端子で一対の点火器リード線
により夫々点火器5に電気的に接続されており、スタッ
ク3ならびにスタック3を包囲した断熱材を収容した電
池容器15の電池ケース16を覆蓋する電池蓋17に固
着されている。なお電池容器15は電池ケース16に電
池蓋17を溶接部18にて密閉して覆着して構成されて
いる。
【0004】上記図3に示す構成のものは、外周着火方
式と云うべきものでスタック3の上下に配置した着火剤
よりなる円板状の着火パッド7a、7bを介してスタッ
ク3の外周に設けた帯状の導火体6から発熱剤2に点火
させる構造になっている。従ってスタック3を構成する
素電池1および発熱剤2の積層枚数を増加して高電圧を
得ようとするとスタック3の高さが大きくなり、その結
果導火体6も長くしなければならない。その結果、起動
時間を律速する導火体6の燃焼時間は長くなり熱電池の
起動時間は遅れる。
【0005】図4に示す従来例は、図3に示すものと同
じ部分に同一番号を付してその詳細な説明は省略する
が、図3に示す外周着火方式に付加する方式がある点で
異る。すなわち、中央の火導孔4を構成する発熱剤2の
夫々に着火リング30を設け、この着火リング30とス
タック3の外周の導火体6によるダブル着火方式すなわ
ち内・外周着火方式と云うべきもので高速起動型の構造
である。しかしながら本方式の難点は全発熱剤2に着火
リング30を取り付けねばならないので、組立工数が多
く、これが熱電池を高価とすることである。
【0006】図5に示す他の従来例は図3に示すものと
同じ部分に同一番号を付して、その詳細な説明は省略す
るが、図3に示すものと異る点は中央の火導孔4に着火
片31を装填し、この着火片31により中央から着火す
る方式で、火導孔内への着火片充填方式と云うべきもの
である。なおスタック3の外周の導火体6はない。そし
て図3に示す外周着火方式とほぼ同様の起動時間を必要
とし、着火片31により中央からの着火が若干早くはな
るが、難点としては着火片31が燃焼中に短時間だけ短
絡状態となって電圧変動を発生することであった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する従来の問題点は、前述のように起動時間が遅いこと
であり、起動時間を速くしようとすれば製造工数が多
く、また電圧変動を発生するということである。
【0008】本発明はこのような従来の熱電池の問題点
を解決して、高出力の積層形熱電池であり乍ら、高速起
動性を実現し、製造は簡単であり、しかも出力が安定し
た構成の高電圧積層形の熱電池を提供することを目的と
するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、前記する課題
を解決するために、素電池と発熱剤を交互に多段に堆積
して構成したスタックを電池容器に収納し、上記スタッ
クはその中央には点火器の炎に連通し、長手方向に貫通
する火導孔を有し、外周には導火体を具備しており、か
つ上記スタックは複数の積層体ブロックに分割した位置
に中央の火導孔と外周の導火体に着火剤の接触により
々接続する着火板を設置し、上記着火板は着火剤を固着
した電気導通部を具備しており、上記着火剤の上面また
は下面にある露出面は電気導通部の露出面より突出する
ことなく着火板の厚みは電気導通部の厚みとした積層形
熱電池である。
【0010】
【作用】本発明の構成によれば、要求される起動時間に
応じて、予め指定時間で電圧が立ち上がるようにスタッ
クを計算した積層体ブロック数に分割し、それぞれの積
層体ブロック間に着火板を配置したものであるため、着
火板と着火板との間の導火体の長さは一定長にすること
ができスタックの高さに関係なく一定の高速起動時間が
得られる。また着火板は板状体であるため単に素電池と
発熱剤との組み合わせを多段に積層した間に通常1乃至
数枚程度介在するのみで製造が容易である。しかも火導
孔に従来のように着火片の装填を必要としないので安定
した電池出力が得られる。特に着火剤が燃焼した後、着
火剤の厚みが薄く変化しても電気導通部の厚みは変らな
いので、着火板の電気導通部の接触状況は変化がなく、
着火板を含む積層ブロック全体にゆるみが発生せず電池
の内部抵抗を小さく抑制でき放電特性が良い。
【0011】従って、従来例のようにスタックの高さに
よって導火体の長さが変化し、導火体の燃焼時間が電池
起動時間の遅れとなることがない。また従来の技術で述
べたように発熱剤1枚1枚に着火リングを取り付けるこ
とがなく、製作工数に与える影響も少ない。さらに火導
孔中に着火片を入れるものでもないので、着火片を入れ
る従来例に比較して、火導孔中の着火片が燃焼する時に
生ずる一次的な高熱によって、着火片スラグの絶縁低下
や火導孔内の過度の加熱で素電池が損傷して電池電圧が
変動することもなく、安定した高電圧を出力することが
できる。
【0012】また、副次的効果として複数の積層体ブロ
ックに分割することによって、作業管理がし易くなり、
スタック構成時の組み立てミスが防止できる。
【0013】
【実施例】以下本発明の実施例を図1、図2を参照して
説明する。
【0014】図1に示す本発明の一実施例における熱電
池が図3に示す従来例の熱電池と同じ部分については同
一符号を付し詳細な説明は省略する。そして図1におい
て19はスタック3を4つの積層体ブロックA、B、C
ならびにDに分割した位置に設けた着火板である。そし
て積層体ブロックA、B、CならびにDは夫々6ケの素
電池1と7枚の発熱剤2とを交互に組み合せて構成され
ている。勿論この素電池1の積層数は求める電圧により
定めるものであり、例えばスタック3を120ケの素電
池を堆積して構成すれば積層体ブロックA、B、Cなら
びにDには夫々素電池を30ケとし発熱剤を31枚を含
むことになり、着火板19の電気導通部20により各素
電池と発熱剤は直列に接続されてスタック3の最両端で
は200ボルト以上の高電圧を発生することができる。
なお積層体ブロックAの最上端およびDの最下端には夫
々着火板19が配置されている。21は着火板19に設
けられた着火剤で金属片22と金属基板23とにより構
成される電気導通部20と一体となっており、端部24
はスタック3の外周にある2本の帯状の導火体6に接触
している。
【0015】図2の(a)、(b)は夫々本発明の請求
項1と請求項2における着火板19の実施例の形態を示
すものである。すなわち請求項1に対応する実施例であ
図2の(a)においては着火剤21は点火器が発生す
る微小火炎で確実に着火し、ジルコニウムとクロム酸バ
リウムの微細粉末と無機繊維の混合成形シートなどの材
料で作られており、導火体6も同様な成分になってい
る。そしてこの着火板19は着火剤21が装着される部
分だけの間隔をあけて略半円板状の金属片22を対向し
て金属基板23に溶接固定されていて、着火剤21の上
面の露出面と金属片22の上面の露出面が同一平面であ
る。従って着火剤21が燃焼しても着火板19の厚みは
金属基板23と金属片22とによって変化することがな
い。
【0016】図2の(b)に示す他の着火板19の実施
例は請求項2に対応するものであり、厚板の金属板を機
械加工や化学エッチングにより溝部25を形成して得た
電気導通部20に、着火剤21を充填したものである。
従って着火剤21が燃焼しても着火板19の厚みに変化
はない。
【0017】次に、以上に示す本発明の実施例の起動に
ついて述べる。まず、外部電源から起動端子13a、1
3bにパルス電流を通電すると、点火器5が火導孔4に
向って火炎を発して各層の着火板19の着火剤21に点
火する。着火剤21は外周方向に燃焼拡散し着火剤端部
24に到達すると導火体6を点火させ、図1に示す矢印
の方向に燃焼伝播していき、各積層体ブロックA、B、
C、Dの発熱剤2を点火する。導火体6の燃焼長さは着
火板3の間の長さとなる。発熱剤2は燃焼しながら素電
池1を約550℃に加熱して発電させ、スタック3全体
が活性状態となる。積層体ブロックA、B、C、Dは着
火板3の電気導通部20によって全素電池1が直列に接
続されるため、出力端子には素電池を120ケ堆積した
場合には最大電圧275ボルトを発電し、外部負荷たと
えば電気サーボモータを駆動し平均作動電圧220ボル
トを出力する。スタック3は断熱材14により保温され
規定時間の電力供給が可能である。なお、熱電池は完全
密閉型であるため周辺の電子機器への影響はない。
【0018】次に、従来の技術の項で図面と共に説明し
た従来例の積層形熱電池を試作したものを、図3のもの
を(イ)、図4のものを(ロ)、図5のものを(ハ)と
し、図1に示す本発明の実施例によるものを(ニ)とし
て、それぞれの起動時間、内部抵抗、工数を(イ)を1
00とした指数で比較した結果を(表1)に示す。
【0019】
【表1】
【0020】この(表1)により明らかなように、本発
明の実施例の熱電池は起動時間において(イ)、(ハ)
に、内部抵抗において(イ)、(ロ)、(ハ)に、工数
において(ロ)に比較して夫々優れている。また(ハ)
のみは不安定な電圧変動を起こしたことが実験によって
判明している。
【0021】
【発明の効果】前述した実施例の説明から明らかなよう
に、スタックを複数の積層体ブロックに分割し、その分
割位置に着火剤と電気導通部から構成した着火板を配設
し、スタック中央の火導孔から点火し着火板を介してス
タック外周の導火体に燃焼伝播させる構成の本発明の熱
電池は、従来の熱電池に比較して、起動時間が速く、内
部抵抗が小さく、製作工数が少く、かつ安定した放電電
圧を示すことができる。特に着火剤が燃焼して着火剤の
厚みが変化しても金属部分の電気導通部によって着火板
自身の厚みは変化しないから積層形熱電池全体にゆるみ
ができなく、従って内部抵抗が増加する危惧は全くな
い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例における積層形熱電池の断面
【図2】(a)同積層形熱電池における着火板の斜視図 (b)同他の形態の着火板の斜視図
【図3】従来例における積層形熱電池の断面図
【図4】同他の積層形熱電池の断面図
【図5】同さらに他の積層形熱電池の断面図
【符号の説明】
1 素電池 2 発熱剤 3 スタック 4 火導孔 5 点火器 6 導火体 19 着火板 20 電気導通部 21 着火剤
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑中 剛 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−145064(JP,A) 実開 昭63−109444(JP,U) 特公 昭48−14569(JP,B1) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 6/36

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】素電池と発熱剤を交互に多段に堆積して構
    成したスタックを電池容器に収納し、上記スタックはそ
    の中央には点火器の炎に連通し、長手方向に貫通する火
    導孔を有し、外周には導火体を具備しており、かつ複数
    の積層体ブロックに分割した位置に中央の火導孔と外周
    の導火体に夫々着火剤の接触により接続する着火板を設
    置し、前記着火板は、着火剤を挾んで対向する金属片を
    金属基板に密着して構成される電気導通部を具備し、前
    記着火剤の上面または下面にある露出面を前記電気導通
    部の露出面より突出させないで着火板の厚みを電気導通
    部の厚みとした事を特徴とする積層形熱電池。
  2. 【請求項2】素電池と発熱剤を交互に多段に堆積して構
    成したスタックを電池容器に収納し、上記スタックはそ
    の中央には点火器の炎に連通し、長手方向に貫通する火
    導孔を有し、外周には導火体を具備しており、かつ複数
    の積層体ブロックに分割した位置に中央の火導孔と外周
    の導火体に着火剤の接触により夫々接続する着火板を設
    置し、前記着火板は着火剤を装着した溝部を有する電気
    導火部を具備し、前記着火剤の上面または下面にある露
    出面を前記電気導通部の露出面より突出させない着火板
    の厚みを電気導通部の厚みとした事を特徴とする積層形
    熱電池。
  3. 【請求項3】着火板は、着火剤と電気導通部とを有し、
    前記電気導通部により積層体ブロック間は電気導通状態
    に構成された請求項1または2記載の積層形熱電池。
  4. 【請求項4】着火板は着火剤を備えており、前記着火剤
    の中央部は火導孔に露出し、外周の端部はスタックの外
    周の導火体に接触する構成とした請求項1または2記載
    積層形熱電池。
  5. 【請求項5】スタックの長手方向の両端に着火板を設け
    た請求項1乃至4のいずれか1項に記載の積層形熱電
    池。
  6. 【請求項6】スタックは断熱材にて断熱して電池容器に
    収納する構成とした請求項1乃至5のいずれか1項に
    載の積層形熱電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015048084A (ja) * 2013-08-30 2015-03-16 株式会社悠心 滴下式包装構造体および滴下式包装体

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