JP3891229B2

JP3891229B2 - 熱電池

Info

Publication number: JP3891229B2
Application number: JP12662897A
Authority: JP
Inventors: 芳和並河
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 1997-05-16
Filing date: 1997-05-16
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2017-05-16
Also published as: JPH10321243A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電池使用時に熱によって電解質が溶融し導電性となることにより発電を行う熱電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
熱電池は、貯蔵中の常温では導電性のない固体であり、電池使用時に加熱されると溶融して導電性となる無機塩を電解質として用いた一次電池であり、長期の保存が可能で短時間に大電流を取り出すことができるという特徴を有し、非常時等の電源として使用される。
【０００３】
上記熱電池は、例えば図３に示すように、電池セル１と集電円板２と発熱体３を多数枚交互に積層することにより発電ユニット４を構成する。ただし、図では、４枚の電池セル１と５枚ずつの集電円板２と発熱体３を積層した場合について示すが、通常はさらに多数枚が積層される。電池セル１は、正極活物質と負極活物質との間に上記加熱溶融時に導電性となる電解質を挟んだ円盤状の素電池であり、この円盤状の上下面がそれぞれ正負極となる。集電円板２は、この電池セル１の正極又は負極の集電を行うための良導電体からなる円板である。発熱体３は、電池使用時に着火されて発熱する円盤状の発火剤であり導電性を有する。そして、これらの電池セル１と集電円板２と発熱体３は、外径をほぼ同じにすることにより、図４に示すように、円筒状に積層されて発電ユニット４となる。なお、これら電池セル１と集電円板２と発熱体３の中央部に形成された孔には導火材が挿入され、電池使用時に発電ユニット４の上端中央部に配置された点火玉が点火されると、この導火材を伝って各発熱体３に着火するようになっている。
【０００４】
上記集電円板２は、図３に示すように、最上層の１枚と最下層の１枚とこれらの間の中央の１枚に、それぞれ突起部２ａが１箇所ずつ外周側に突設されて形成されている。そして、これら各集電円板２の突起部２ａは、それぞれ円周上の異なる位置に突出するように配置されて積層され、図４に示すように、これらの突起部２ａにそれぞれリード５〜７がスポット溶接等により接続される。また、このようにリード５〜７が接続された発電ユニット４は、図示しない電池容器内に収納され、内部で各リード５〜７を電池容器の正負極端子にそれぞれ接続することにより熱電池が完成される。
【０００５】
上記発電ユニット４は、各電池セル１の正負極が同じ向きとなるように直列に積層した場合には、例えば図５に示すように、最上層のリード５が負極端子に接続され、最下層のリード７が正極端子に接続され、中央のリード６がこれらの中間の電圧の中間端子に接続されることになる。また、各電池セル１の正負極が上部と下部とで逆向きとなるように並列に積層した場合には、例えば図６に示すように、最上層と最下層のリード５，７が負極端子に接続され、中央のリード６が正極端子に接続されることになる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記発電ユニット４の各発熱体３は、電池セル１を最適な温度に加熱する発熱量が得られるように、発火剤の量等が調整されている。また、この際には、各集電円板２の材質や板厚による熱容量も影響するので、各層に発熱量が等しい共通の発熱体３を用いることができるように、リード５〜７を接続する必要のない電池セル１にも突起部２ａのない集電円板２を挿入して温度条件を等しくしている。
【０００７】
しかし、発電ユニット４を図６に示したような並列接続にすると、図５に示した直列接続の場合に比べて、中央のリード６に流れる電流の大きさが最大で２倍まで増大する。ところが、突起部２ａの許容電流がこのような大きな電流に耐え得るように、集電円板２の板厚を一律に厚くしたのでは、並列接続の場合に中央に用いる集電円板２以外の全ての集電円板２の熱容量が不必要に大きくなりすぎるので、発熱体３の発火剤等に無駄が多くなる。
【０００８】
このため、従来の熱電池は、発電ユニット４を並列接続にした場合に、中央の集電円板２の突起部２ａに過大な電流が流れて焼き切れるおそれがあるという問題があった。しかも、この問題を解消するために、中央の集電円板２の板厚だけを厚くすると、この部分の熱容量が大きくなり、発熱体３による電池セル１の加熱が不十分になるので、内部インピーダンスが大きくなって電池性能が低下するという問題が生じる。さらに、この加熱不足を解消するために、中央の集電円板２に隣接する発熱体３にだけ発熱量が大きい専用品を用いた場合には、発熱体３を全て共通部品とすることができなくなるので、生産性が低下すると共に、組み立て時に部品間違いが生じ易くなるという問題も発生する。
【０００９】
また、上記問題は、並列接続の場合の中央の集電円板２に限らず、熱電池から大電流を取り出そうとする場合の集電板一般に共通するものである。
【００１０】
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、集電板に複数の突起部を形成することにより、この集電板の板厚を厚くすることなく大電流が取り出し可能となる熱電池を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、上記課題を解決するために、電池使用時に発熱する発熱体と、導電体からなる集電板と、加熱溶融時に導電性となる電解質を用いた電池セルとを多数積層し、一部の集電板から外周側に突設された突起部をリードを介して端子に接続した熱電池において、全ての集電板に板厚が同じものを使用すると共に、最上層の１枚と最下層の１枚の集電板にはそれぞれ１箇所ずつの突起部を形成し、中央の集電板に複数の突起部を形成し、残りの集電板には突起を形成しないことを特徴とする。
【００１２】
上記手段によれば、中央の１枚の集電板の複数の突起部にそれぞれリードを接続して、ここから電流を分けて取り出すことにより、各突起部に流れる電流を複数分の１に減少させることができる。従って、中央の集電板の板厚を他の集電板よりも厚くしなくても、この中央の集電板から大電流を取り出した場合に、突起部が焼け切れるようなことがなくなる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１及び図２は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は熱電池の発電ユニットの構成を説明するための組み立て斜視図、図２は熱電池の発電ユニットの斜視図である。なお、図３〜図６に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００１５】
本実施形態は、熱電池の発電ユニット４を図６に示したように並列接続とした場合について説明する。この発電ユニット４は、図１に示すように、４枚の電池セル１と５枚ずつの集電円板２と発熱体３を多数枚交互に積層することにより構成される。ただし、実際の熱電池では、これらの電池セル１と集電円板２と発熱体３がさらに多数枚積層されるのが通常である。電池セル１と発熱体３は、図３に示した従来例と同じものを使用する。そして、並列接続のために、上部の２枚の電池セル１は上面を負極とし、下部の２枚の電池セル１は上面を正極とするように配置される。
【００１６】
集電円板２は、上部の２枚と下部の２枚については図３に示した従来例と同じものを使用する。即ち、最上層の１枚と最下層の１枚の集電円板２は、それぞれ突起部２ａが１箇所ずつ形成されたものである。また、残りの２枚の集電円板２は、いずれも突起部２ａのないものである。そして、中央の１枚の集電円板２も、板厚はこれら上部と下部の４枚の集電円板２と同じものを使用する。しかし、この中央の集電円板２は、図３に示した従来例と異なり、突起部２ａが２箇所外周側に突設されて形成されている。
【００１７】
上記電池セル１と集電円板２と発熱体３は、図２に示すように、円筒状に積層されて発電ユニット４を構成する。この際、各集電円板２の突起部２ａは、それぞれ円周上の異なる位置に突出するように配置される。また、これらの突起部２ａには、それぞれリード５〜７がスポット溶接等により接続される。即ち、図４に示した従来例と同様に、最上層の集電円板２の突起部２ａにはリード５が接続され、最下層の集電円板２の突起部２ａにはリード７が接続される。しかし、中央の集電円板２の２箇所の突起部２ａには、２本のリード６がそれぞれ接続される。そして、この発電ユニット４は、図示しない電池容器内に収納され、内部で各リード５〜７を電池容器の正負極端子に接続することにより熱電池が完成される。この際、２本のリード６は、共に同じ端子に接続するのが好ましい。
【００１８】
上記構成の熱電池は、図６に示したように、中央のリード６に流れる電流が最大の場合に他のリード５，７の２倍の大きさとなる。しかし、この電流は、中央の集電円板２から２箇所の突起部２ａを介して２本のリード６に分かれて流れるので、各突起部２ａに流れる電流の大きさは、他の突起部２ａからリード５，７に流れる電流と同じ大きさになる。
【００１９】
従って、本実施形態によれば、発電ユニット４を並列接続にした場合に、中央の集電円板２の板厚を他の集電円板２と同じにしても、突起部２ａが大電流により焼け切れるようなおそれがなくなる。しかも、このように中央の集電円板２の板厚を他と同じにすると、共通部品の発熱体３を使用しても電池セル１を十分に加熱することができるので、加熱不足により電池性能が低下するようなおそれがなくなる。また、これにより発熱量が大きい専用の発熱体３を製造する必要がなくなるので、この発熱体３の生産性の低下を防止し、発電ユニット４の組み立て時の部品間違いも回避できるようになる。
【００２０】
なお、上記実施形態では、中央の集電円板２の突起部２ａを２箇所としたが、さらに３箇所以上形成してもよい。
【００２１】
また、上記実施形態では、発電ユニット４を並列接続にすることにより、中央の集電円板２から取り出す電流が大きくなる場合について説明したが、本発明はこれに限らず、大電流を取り出す集電円板２であれば、どのような接続でいずれの層に配置される集電円板２であっても、同様に実施することができる。
【００２２】
さらに、上記実施形態では、円筒状の発電ユニット４に用いる円板状の集電円板２について説明したが、本発明は、他の形状の発電ユニット４に用いる適宜形状の集電板にも同様に実施可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の熱電池によれば、中央の１枚の集電板に複数の突起部が形成されるので、各突起部に流れる電流を減少させることができ、この中央の集電板から大電流を取り出しても突起部が焼け切れるようなおそれがなくなる。また、これにより中央の集電板の板厚を他の集電板よりも厚くする必要がなくなるので、電池セルの加熱が不足して電池性能が低下するのを防止すると共に、専用の発熱体を製造する必要もなくすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】発明の一実施形態を示すものであって、熱電池の発電ユニットの構成を説明するための組み立て斜視図である。
【図２】発明の一実施形態を示すものであって、熱電池の発電ユニットの斜視図である。
【図３】従来例を示すものであって、熱電池の発電ユニットの構成を説明するための組み立て斜視図である。
【図４】従来例を示すものであって、熱電池の発電ユニットの斜視図である。
【図５】熱電池の発電ユニットを直列接続とした場合の回路図である。
【図６】熱電池の発電ユニットを並列接続とした場合の回路図である。
【符号の説明】
１電池セル
２集電円板
２ａ突起部
３ヒートプレート
５リード
６リード
７リード

Claims

電池使用時に発熱する発熱体と、導電体からなる集電板と、加熱溶融時に導電性となる電解質を用いた電池セルとを多数積層し、一部の集電板から外周側に突設された突起部をリードを介して端子に接続した熱電池において、全ての集電板に板厚が同じものを使用すると共に、最上層の１枚と最下層の１枚の集電板にはそれぞれ１箇所ずつの突起部を形成し、中央の１枚の集電板に複数の突起部を形成し、残りの集電板には突起を形成しないことを特徴とする熱電池。