JPH11307140A - 金属／空気バッテリ用セル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バッテリの熱を効率的に除去することがで
き、かつ軽量である亜鉛／空気マルチセルバッテリを提
供する。 【解決手段】 本発明は、セル１２の各々が、内部に亜
鉛電極２２を収納すると共に反応空気２６を受容するよ
うにされたハウジング１４と、窓状開口３２内に設置さ
れた気体透過性かつ液体不透過性の空気電極３０と、亜
鉛電極及び空気電極と接触する電解質３４と、反応空気
の流れを第１取入口３８内に導向すると共に、均一な分
配流で空気電極を通り、第２吐出口４２から吐出させる
反応空気導向手段とを備えている形式の電気化学的亜鉛
／空気マルチセルバッテリを提供する。冷却空気４８は
反応空気とは逆向きに、セル１２の外側を通して反応空
気を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マルチセル金属／
空気バッテリシステム、より詳細には電気動力自動車に
使用されるマルチセル金属／空気バッテリシステムの為
のモジュラー・セル、および、該セルを取入れた冷却金
属／空気バッテリに関する。

【０００２】

【従来の技術】1995年9 月20日に欧州公報第0673076 号
として発行された欧州特許出願第94307391.6号には、２
個の主要面を有すると共に一対のカソードを収容する比
較的平坦なセルハウジングを備え、上記一対のカソード
は、離間して対向配設されると共に空気透過性かつ液体
不透過性であり、かつ、該カソードは、上記セルハウジ
ングの上縁に向けて開口すると共に該セルハウジングの
両側縁および底部にて閉塞するスペースを画成する空気
電極の形態であり、上記スペースは当該バッテリのアノ
ードを収容すべく配置構成され、上記ハウジングの主要
面の相当の部分は除去されることにより上記空気電極の
主要部分を露出している、マルチセル型金属／空気バッ
テリシステム用のモジュラー・セルにおいて、上記２個
の主要面は、隣接するセルハウジングの主要壁の同様に
凹められた外側表面と協働して、空気取入部および空気
排出部を備えた空気スペースを形成する如く部分的に凹
められ、かつ、上記空気電極の露出部分は、上記空気取
入部から上記空気排出部に向かう該空気電極の該露出部
分を通る空気の流れを案内するダクトを画成する複数の
細長レールにより少なくとも構成されたリブにより支持
かつ補強されている、ことを特徴とするマルチセル型金
属／空気バッテリシステム用のモジュラー・セルが記述
かつクレームされている。上記の如く発行された出願の
教示およびその中で言及された当業界の状況は、参照し
たことにより本願中に援用する。

【０００３】上記特許に記述された基本的モジュラー設
計態様に基づくと、電気自動車用のバッテリが用意かつ
試験されると共に、バッテリの再充電を要することなく
400km までの距離を100 km/hまでの速度で走行する如く
車両に動力を与えるという目覚ましい成果が達成されて
いる。

【０００４】一方、全ての電気バッテリは作動中に熱を
発生するが、その一つの源はセル内で生ずる化学反応で
あり、第２の源はバッテリ自身のオーム抵抗に伴う電流
である。また、殆どのバッテリにおいて斯かる熱は自然
に消散するが、それは主に対流によるものである。しか
し乍ら、電気自動車に動力を与えるべく設計されたバッ
テリは、小寸のバッテリケースから高出力を付与すべく
設計されており、もし冷却に対する付加的設備が無けれ
ば高温となる可能性がある。問題を更に深刻にさせるの
は、路上車両は45℃〜50℃もの高い周囲温度の下で作動
し得るべく設計されていることであり；斯かる条件の下
では、発生した熱がバッテリを損傷する程度までバッテ
リ温度が上昇される可能性もある。

【０００５】作動温度が高くてもバッテリ性能に関して
必ずしも有害ではないが、この形式のバッテリに何らか
の冷却装置を設けることを正当化する幾つかの理由はあ
る。第１に、自然に冷却されるバッテリにおいて内部セ
ルは、バッテリ周囲部のセルよりも相当に高温で作用
し、セル間での作用が相違してしまう。第２に、必要な
場合に車両の乗員室を暖めるべくバッテリからの除去熱
を利用することが好都合なことも多い。第３に、バッテ
リ内の固体材料および液体材料が熱により尚早に劣化す
ることを回避せねばならない。

【０００６】電気バッテリ用の冷却システムは、米国特
許第754,969 号、米国特許第3,767,468 号、米国特許第
4,007,315 号、米国特許第4,463,064 号、米国特許第4,
578,324 号および米国特許第5,212,024 号に記述されて
いる。これらの特許明細書は、空気などの冷却気体また
は水などの液体をバッテリ内で循環させて其処から熱を
除去する種々のシステムを開示している。

【０００７】米国特許第3,290,176 号および米国特許第
5,093,213 号には、電解質に対する冷却システムが記述
されている。斯かるシステムは特に濃度差を均等にすべ
く電解質の混合を行う上では一定の利点を有するが、こ
れらのシステムはポンプ手段を必要とすると共に更に複
雑であって、直接的な空気冷却を使用するシステムより
も高重量となる。驚くべきことに、電解質冷却システム
は、例えば路面車両推進用のバッテリに使用するに適し
た約24cm×24cmのサイズのバッテリセルの各々から約40
ワットの熱を抽出するに過ぎない。

【０００８】また、冷却空気の流れを、金属製の電流コ
レクタフレームの頂部に亙って導く様に設計されたシス
テムは、上述したバッテリ・セルのサイズに対して約20
ワットを除去する容量しか保有せず、これは、路面車両
を推進する実用的なバッテリに必要とされる容量の約25
％にしか過ぎない。この点、大きなブロワを使用して、
空気電極に接触する反応空気の流速を増加することによ
り、過剰な熱を十分に除去することは可能である。この
配置構成は、たとえば、その作動時間が僅か数分間とい
う魚雷を推進するバッテリなどの短時間の使用に対して
は非常に適している。しかし乍ら、空気電極と交わる空
気の流速が、反応酸素を供給するに必要な流速を大幅に
超えたとすれば、それは最終的に空気電極の電解質を乾
燥させてしまい、セルの電力損失は容認出来ないほどに
なる。

【０００９】更に、空気は、金属／空気セルの高効率作
用に有害であることが知られている二酸化炭素を約0.03
14体積％だけ含むことから、冷却媒体として使用される
反応空気の流れを十分に増加する上での更なる障害とな
る。従って、本発明者等は、欧州公報第0677883 号とし
て発行された欧州特許出願第95301398.4号に記述された
バッテリと組合せて使用されるに適したスクラッバ(scr
ubber)形態の装置を提案した。CO₂ を除去するスクラッ
バ装置はCO₂ 吸収材料を使用するのが通常であり、それ
は例えば、粒子状のアルカリ金属水酸化物、または、多
孔性担体に吸収された水性のアルカリ金属水酸化物であ
る。如何なる吸収材料が使用されるにせよ、吸収材は長
期間の使用後に化学的に消耗することから、交換もしく
は化学的再充填が必要となる。バッテリ反応に対して十
分な酸素を含む量の空気を処理する為にのみスクラッバ
を用いれば吸収材の尚早な消耗は回避され得るかも知れ
ない。しかし乍ら、バッテリ作用に必要とされる空気の
量は、高速冷却を達成する上では不十分であることが立
証されている。

【００１０】上述の欧州特許出願第94307391.6号にクレ
ームされた如きバッテリに対する冷却システムは米国特
許第5,447,805 号に記述かつクレームされているが、該
米国特許は、２個の主要面を有すると共に一対のカソー
ドを収容する比較的平坦なセルハウジングを備え、上記
一対のカソードは、離間して対向配設されると共に空気
透過性かつ液体不透過性であり、かつ、該カソードは、
上記セルハウジングの上縁に向けて開口すると共に該セ
ルハウジングの両側縁および底部にて閉塞するスペース
を画成する空気電極の形態であり、上記スペースは当該
バッテリのアノードおよび電解質を収容すべく配置構成
され、上記ハウジングの主要面の相当の部分は除去され
ることにより上記空気電極の主要部分を露出している、
マルチセル型金属／空気バッテリシステム用のモジュラ
ー・セルにおいて、上記２個の主要面は、隣接するセル
ハウジングの主要壁の同様に凹められた外側表面と協働
して、空気取入部および空気排出部を備えた空気スペー
スを形成する如く部分的に凹められ、かつ、上記空気電
極の露出部分は、上記空気取入部から上記空気排出部に
向かう該空気電極の該露出部分を通る空気の流れを案内
するダクトを画成する複数の細長レールにより少なくと
も構成されたリブにより支持かつ補強されていることを
特徴とすると共に、上記ハウジングの少なくとも一方の
主要面の上部には、上記ハウジングの短面の壁部内に設
けられた取入口および吐出口を有する流体流路が配備さ
れて、上記取入口内に導入された冷却媒体を上記セルの
上部領域に亙り案内して、上記ハウジング部の内壁を介
して上記開放スペースの上部内に含まれた電解質と熱交
換を行うことを特徴とする、マルチセル型金属／空気バ
ッテリシステム用のモジュラー・セルを記述かつクレー
ムしている。

【００１１】欧州特許第0744784 号には、電気化学的な
亜鉛／空気式のマルチセルバッテリが記述かつクレーム
されているが、各セルは：基部と、亜鉛電極を収納する
為の内部空間を画成する２個の主要面および２個の短面
と、を有するハウジングと；気体透過性であり乍らも液
体不透過性である略平坦な少なくとも１個の空気電極で
あって、少なくとも１個の空気電極の各々は上記主要面
の少なくとも１個に設けられた窓開口内に取付けられた
少なくとも１個の空気電極と；上記亜鉛電極および上記
空気電極と接触する電解質と；隣接して接触する２個の
空気電極の外側面と交差させて反応空気の流れをスクラ
ッバから導く手段と；を備えて成り、上記バッテリは更
に、隣接セル間に位置せしめられて離間された一対の薄
肉プレートから成る冷却空気流導入手段を有し、薄肉プ
レートの各々は上記主要面と類似した寸法を有し、且
つ、上記一対の薄肉プレート間に冷却空気を付勢流通さ
せる手段が配備され、上記薄肉プレートの外側面は上記
反応空気と接触してそれを冷却すべく配置されている。

【００１２】一方、２個のハウジング半体が厳密に同一
であるという分割型のセルハウジングから成る上述の欧
州特許出願第94307391.6号のモジュラー・セルは、セル
の組立の間に、セルの周縁に沿って、即ち、それらの頂
部側および底部側を含む結合側部に沿って形成された継
目を以て、相互に接合される。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし乍ら、２個のハ
ウジング半体の周縁の側部同士を溶着するというこの形
式は、漏出に関する限り幾分か問題であることが見出さ
れた。更に、バッテリのハウジングに向けて開口する２
個の接触空気電極の外面を横切る如く反応空気を導く配
置構成では、浄化された大容量の反応空気を用意して使
用する必要がある。

【００１４】これに加え、対称的な２個の半体を接着の
為に整列することを含め、上記セルの製造は物理的に困
難であった。遭遇する別の問題は、隣接セルの電流コレ
クタ間の電気的な相互連結部が露出されて、損傷を蒙っ
たり短絡を生ずることであった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、セルの各々
が、２個の外側主要面と、内部に亜鉛電極を収納する第
１内部チャンバを画成すると共に上記外側主要面と協働
して反応空気を受容する２個の外側チャンバを画成する
２個の離間内壁と、を有するハウジングと、上記内壁の
各々に設けられた窓状開口内に夫々設置された略平坦な
気体透過性かつ液体不透過性の２個の空気電極と、上記
亜鉛電極および上記空気電極と接触する電解質と、上記
反応空気の流れを、上記ハウジングの第１外側面に設け
られた第１取入口内に導向すると共に、上記空気電極の
両者の外面に亙る実質的に均一な分配流にて上記外側チ
ャンバの両者を通し、且つ、上記ハウジングの逆側の外
側面に設けられた第２吐出口から吐出させる反応空気導
向手段と、を備えて成る形式である、電気化学的亜鉛／
空気マルチセルバッテリに使用されるモジュラー・セル
を提供する。

【００１６】本発明の好適実施の形態において、モジュ
ラー・セルは非対称に分割されたセル半体から形成さ
れ、上記内壁の第１のものは、上記内壁の第２のものを
緊密摩擦嵌合して受容かつ収容すべき寸法とされたフレ
ーム状開口を備え、上記第１内壁の底部および両側面
は、夫々、上記ハウジングの基部および両側部を形成
し、且つ、上記第１内壁の頂部は、組立られたセルのシ
ームレス上部を構成する。

【００１７】また、本発明の特に好適な実施の形態にお
いては、上記内壁の各々は、上記２個の外側主要面の一
方を受入れるべき寸法とされた周縁凹所と、上記２個の
空気電極の一方を受入れるべき寸法とされた窓状開口と
を備え、上記凹所の各々および上記開口の各々は、上記
電極の一方および上記主要面の一方の位置決めを行う役
割を果たすと共に、上記外側面と上記周縁凹所との間の
空気不透過性接合の形成を促進する。

【００１８】好適には、上記セルは反応空気に対する単
一の取入口および単一の吐出口を備えて成り、且つ、上
記空気電極の両者の上記外面に亙り実質的に均一な分配
流にて上記反応空気の流れを導向する上記導向手段は、
上記内壁内の上記窓状開口内に支持された実質的に水平
な一連のレールを備えて成り、上記レール間に形成され
たスペースは、上記単一の取入口から受容された上記反
応空気を上記単一の吐出口に向けて導向する水平ダクト
の上壁および下壁を画成する。

【００１９】上述の欧州特許出願第94307391.6号および
それに基づく更なる特許により当初に企図された設計と
は対照的に、本発明のモジュラー・セルは従来の上記セ
ルと比較した場合に多くの利点を備えた自己収納型であ
る。より詳細に述べると、従来のセル設計およびそれに
基づくバッテリにおいては、反応空気は共通のマニフォ
ルドから、隣接する２個のセル間に通過せしめられ、も
しいずれかのセルで漏出が生ずると電解質が上記共通の
マニフォルドに入り込んでいた。しかも、空気電極は、
その外面に位置せしめられた支持／補強リブにより部分
的に保護されているが、交換の為にセル全体がバッテリ
から引き抜かれるときに損傷を蒙っていた。

【００２０】これと対照的に、本発明は自己収納型のセ
ルを初めて提供したものであり、空気電極は上記二重壁
セルの内壁の内部に位置せしめられると共に、反応空気
は各セル内を循環するが、これは、夫々の隣接内壁およ
び外壁の表面の間で上記二重壁により形成された反応空
気チャンバ内において循環するものであり、隣接するセ
ル同士の間で循環するものではない。

【００２１】本発明においては、個々のセルの冷却は、
該セルを含むバッテリに対し、隣接接触せしめられた２
個のセルの主要面であって、夫々の主要面により境界付
けられた外側チャンバの各々における上記反応空気と接
触して冷却すべく配置された主要面の外面に沿い、隣接
位置せしめられた２個のセルの間で冷却空気を流す冷却
空気流導向手段、を更に配備することにより実現され
る。

【００２２】従って、本発明の更に好適な形態において
は、セルの各々が、２個の外側主要面と、内部に亜鉛電
極を収納する第１内部チャンバを画成すると共に上記外
側主要面と協働して反応空気を受容する２個の外側チャ
ンバを画成する２個の離間内壁と、を有するハウジング
と、上記内壁の各々に設けられた窓状開口内に夫々設置
された略平坦な気体透過性かつ液体不透過性の２個の空
気電極と、上記亜鉛電極および上記空気電極と接触する
電解質と、上記反応空気の流れを、上記ハウジングの第
１外側面に設けられた第１取入口内に導向すると共に、
上記空気電極の両者の外面に亙る実質的に均一な分配流
にて上記外側チャンバの両者を通し、且つ、上記ハウジ
ングの逆側の外側面に設けられた第２吐出口から吐出さ
せる反応空気導向手段と、隣接接触せしめられた２個の
セルの主要面であって、夫々の主要面により境界付けら
れた外側チャンバの各々における上記反応空気と接触し
て冷却すべく配置された主要面の外面に沿い、隣接位置
せしめられた２個のセルの間で冷却空気を流す冷却空気
流導向手段と、を備えて成る形式である、電気化学的亜
鉛／空気マルチセルバッテリが提供される。

【００２３】本発明のこの見地の好適実施の形態におい
ては、記冷却空気流導向手段はブロワ手段を含んでい
る。本発明のこの見地の別の好適実施の形態において
は、上記冷却空気流導向手段は、上記ハウジングに設け
られて上記セル間で自然な空気流を導向する通気手段を
含んでいる。

【００２４】本発明に係るセルから形成されたバッテリ
は２個の別個の空気流に対する配置構成を有し、熱は反
応空気から冷却空気に転移されることは理解されよう。
但し、このふたつの空気流は、単一の空気ブロワから発
せられるか、もしくは、少ない容量の浄化済反応空気の
使用を許容すべく別個の源から発するのが好適である。
反応空気はバッテリを作動するに十分な量で供給される
が、反応空気から不要な熱を抽出すべく大量の冷却空気
が使用される。

【００２５】本発明の特に好適な実施の形態において
は、上記ハウジングの上記外側主要面はプラスチック材
料から成っている。この点、プラスチックは熱交換用途
における適切な候補材料とは考えられないのが通常であ
る、と言うのも、金属の熱伝導度は典型的な固体プラス
チックよりも約1,000 倍ほど大きいからである。しかし
乍ら、この考察は、壁を介した伝導により熱が伝達され
るときに実際に生ずる処を過剰に単純化したものであ
る。即ち、壁体の高温表面および冷却側表面の両者は、
斯かる壁体と接触する夫々の媒体の薄膜により覆われ、
これは本願においては空気である。膜の係数の値は多く
の要因、中でも、熱伝導度、粘度、密度および比熱、に
依存する。正確な計算は複雑なものであるが、一般的
に、流れが乱流でなく且つ熱交換壁が厚くなければ、単
一薄膜の各々の熱流抵抗は、壁体を形成する固体材料の
抵抗より何倍も大きいのが典型的であり；勿論、斯かる
空気薄膜はふたつあり、壁体に緊密に接触する静止空気
の薄膜の熱伝導性は極めて低い。

【００２６】本発明においてはこの考察が特定の影響を
有するが、それは、上記外側主要面の壁厚が極めて小さ
く約1mm であり且つブロワの動力消費に関して制限を与
えれば、空気流は層状になるものと期待される。最終的
な結果として、壁材料の熱伝導度を単純に考えるのでは
なく、全体的な熱抵抗を考慮すると、固体プラスチック
で作成された薄寸壁は、この用途においては金属より僅
かに劣るだけである。

【００２７】この点、本発明におけるハウジングの外面
に使用する上でプラスチックは上記を補う幾つかの魅力
的な特性を有しており、それは例えば、高い電気抵抗、
軽量性、低い製造コスト、および、記述された形式のバ
ッテリで常用されるアルカリ媒体による化学的浸食に対
する優れた耐性、である。例えば、等しい厚さの銅をポ
ロプロピレンと比較すると、プラスチックは重量の点で
9.9 倍も有利である。斯かる利点を、満足な車両性能を
達成する為に軽量性が決定的要件となる路面車両の推進
を行う為のバッテリに取入れることは相当に重要であ
る。

【００２８】本発明の特に好適な実施の形態における亜
鉛電極は、活性金属要素により囲繞された略平坦な導電
性の骨格部材から形成されており、電解質により含浸さ
れたスラリの静電床として形成された多孔性亜鉛粒子か
ら成ると共に、上記ハウジングの上記内部空間は上記基
部の反対側の開口と通じており、該開口を介して上記亜
鉛電極は取り外されて新たに充電された金属電極と物理
的に交換することが可能とされている。

【００２９】米国特許第5,354,625 号には、金属／空気
動力供給および空気管理システムと、そこで使用される
金属／空気セルとが記述かつクレームされている。しか
し乍ら、この特許は、頂部に空気電極カソードを備える
と共に底部には固体セルケースを備えた亜鉛／空気セル
を教示しており、反応空気はセルの頂部上のカソード用
空間に導かれる一方、冷却空気はセルの底部の冷却空気
用空間に導向されている。従って、冷却空気を使用して
反応空気を冷却することをこの特許は教示も示唆もして
おらず、寧ろ、冷却空気をセルの異なる面、即ち空気カ
ソードを有さない面、に導向していることは明らかであ
る。

【００３０】上記特許の第６欄、第6 〜13行に詳細に述
べられた様に、“これに加え、積層可能なセルのトレイ
整合部はコンポーネント内に形成されることからセルケ
ースおよびトレイは夫々の空気カソードに隣接する各区
画室内にカソード空間を画成し、且つ、冷却空気空間は
空気カソードから遮断され、これにより、反応空気は空
気カソードに対して導向されると共に、冷却空気は、夫
々の空気カソードから遮断された各セルケースの一部に
対して導向され得る”のである。

【００３１】

【発明の実施の形態】次に、以下の例示的図面を参照し
乍ら幾つかの好適実施の形態に関して本発明を記述する
が、これにより本発明は更に十分に理解されるであろ
う。尚、図面に関して特に詳細に言及すると、図示され
た詳細は例示的なものであると共に本発明の好適実施の
形態を説明することのみを目的としており、本発明の原
則および概念的見地の説明を最も有用かつ容易に理解せ
しめるものと確信される処を提供する為に提示されたも
のである。この点に関し、本発明の構造的な詳細を発明
の基礎的理解に必要とされる以上に示す試みは為されて
いないが、当業者であれば、図面と共に為される記述に
より本発明の幾つかの形態が如何にして実用に供される
かは明らかであろう。

【００３２】図１には、複数回の放電および再充電サイ
クルで使用される形式の電気化学的亜鉛／空気マルチセ
ルバッテリ10が示されている。バッテリ10は多数のセル
12、12a を含むと共に、車両推進用に適したものであ
る。マニフォルド13は、バッテリ内の一連のセルの各々
に対して反応空気を供給する。

【００３３】図２及び図３を参照すると、バッテリ10に
含まれたバッテリ・セル12のひとつが更に詳細に示され
ている。セル12は、２個の外側主要面16および16' と、
２個の離間内壁18とを有するハウジング14を有してい
る。内壁18は亜鉛電極22を内部に収納する為の第１内部
チャンバ20を画成すると共に、外側主要面16と協働し
て、反応空気26を受容する２個の外側チャンバ24を画成
する。

【００３４】図３に関して更に明確に示された実施の形
態においては、第１の上記内壁18Lは、第２の内壁18R
を緊密摩擦嵌合により受容かつ収納すべき寸法とされた
フレーム状開口19を備えて成る一方、第１の上記内壁18
L の底部25と各側面40および44とは夫々上記ハウジング
14の基部および側部を形成し、且つ、上記第１内壁の頂
部21は組立られたセルのシームレス上部を構成してい
る。

【００３５】亜鉛電極22は、活性金属要素2 により囲繞
された略平坦な導電性の骨格部材23から形成されてお
り、電解質により含浸されたスラリの静電床として形成
された多孔性亜鉛粒子から成っている。亜鉛電極22は、
所定位置に置かれたときにＵ形状フレーム28により保持
されると共に、使用された電極が消耗したときに引き抜
かれて新たな亜鉛電極22と交換され得るものである。

【００３６】図４、図５および図６と組合せて参照すべ
き図３に示された様に、内壁18L は一体的セル接触ハウ
ジング3 を備えており、該ハウジング3 は、金属導体5
を介して空気電極の接点6 と電気接続されたスプリング
クリップ接点4 を含み、このクリップ接点4 は隣接セル
のアノード電流コレクタ部材23から延在するフランジ7
を受容し得るが、これは、図６に見られる様に隣接セル
12、12' 、12" の接触ハウジング3 3' 3" が段状に組重
ねられていることに依るものである。ハウジング3 は閉
塞部材8 により密閉されてスプリングクリップ4 および
フランジ7 の露出を好適に回避すると共に、上記ハウジ
ング3 および上記閉塞部材8は、非導電性の耐KOH プラ
スチックから好適に形成される。

【００３７】理解される様に本発明の配置構成によれ
ば、隣接セル間の内部的な電気的相互連結は、外部接続
ではなく、前記米国特許第5,447,805 号の図１に示され
た端子クリップ48により提供される。外側面16、16'
は、セルの取扱いの間における物理的な損傷から空気電
極30を保護するに十分な強度の0.3mm 〜1.5mm 厚さのプ
ラスチック板から成る。好適なプラスチックとしては、
軽量で良好な化学耐性の故にノリル(Noryl（登録商標))
およびポリプロピレンが挙げられる。

【００３８】略平坦な気体透過性かつ液体不透過性の２
個の空気電極30は、亜鉛電極22の各側に１個ずつ位置せ
しめられている。空気電極30の各々は内壁18の各々に設
けられた窓状開口32内に設置される。内壁18の各々は、
２個の外側主要面16の一方を受容するサイズとされた周
縁凹所31と、２個の空気電極30の一方を受容するウィン
ドウ32とを備えて成る。凹所31は、図３に見られる外側
面16、16' の位置決めを行うと共に、外側面16および1
6' と周縁凹所31との間の空気不透過性接合の形成を容
易なものとする。この接合は、エポキシ樹脂もしくは超
音波溶着により為され得る。代わりに、外側主要面16お
よび16' と内壁18とは、単一の一体ユニットとして鋳造
することも可能である。

【００３９】例えば水酸化カリウムである電解質34は、
第１内部チャンバ20内に保持されて、亜鉛電極22および
空気電極30に接触する。セル作用に必要な酸素を提供す
べく、ハウジング14の第１外側面40に設けられた第１取
入口38から反応空気26の流れを導く手段が提供される。
反応空気の流れは、実質的に均一な分配流となって外側
チャンバ24の両者を通り、空気電極30の両者の外面を横
切る。消費酸素分だけ減少した反応空気26は、ハウジン
グ14の逆側の側面44に設けられた第２吐出口42を介して
退出する。セル12を通過する反応空気26は、高温の空気
電極30との接触に依り、セル12内で相当に加熱される。

【００４０】上述した如く本発明においては、加熱され
た反応空気26は（図１に示された）冷却空気48により冷
却され得るが、この冷却空気48は、各セルの外側面16お
よび16' に沿って流れると共に上記外側面を介した熱伝
達により冷却を行い、かつ、上記反応空気および上記冷
却空気の流れは相互に逆流方向に流れるのが好適であ
る。

【００４１】図示された実施の形態において、冷却空気
流導向手段は複数の外側突起46を含み、該突起は上記外
側面の少なくとも一方に設けられるものであり、本実施
例では後側の外側面16上にのみ示されている。突起46は
隣接セル間のスペーサとして作用すると共に、隣接位置
せしめられた２個のセル12および12' 間で図１に見られ
るスペース50を介して冷却空気48が流れるのを許容す
る。この故に、外側面16および16' の両者に斯かる突起
を設け得ることは自明であるが、上記接触面の一方のみ
に突起を載置すれば十分である。

【００４２】冷却空気48はセル12には入り込まないが、
隣接して接触する２個のセル12および12' の接触する外
側主要面16および16' と接触する。表面16および16' は
外側チャンバ24の各々における反応空気26と接触してそ
れを冷却すべく配置される。従って、高流速の冷却空気
48が使用されたとしても、セル12の二酸化炭素汚染は生
じない。従って、セルの熱は部分的に反応空気26により
直接的に除去されると共に、セルの外側面16および16'
から熱を除去する冷却空気48により部分的に除去され
る。24cm平方のセルを有するバッテリにおいては、各セ
ル12から最小限で50ワットの熱が除去される。

【００４３】本発明に係るバッテリは所定位置において
自動二輪車および他の車両に対して使用され得ることは
理解される処であり、其処では、バッテリに沿った空気
流の結果として冷却空気が隣接セル間を、且つ、車両の
運動の結果としてセル間を流れることが可能であり、ま
た、隣接セル間の冷却空気流を導向する為に必要な手段
は斯かるスペーサ即ち突起46のみであり、一方、他の閉
塞実施の形態においては上記手段は、ダクト、通気孔、
ブロワ、およびそれらの組合せなどを含み得る。好適に
は、内方に向けられた突起47を外側面16および16' の両
者上に設ければ、上述した如き反応空気の流れに対する
外側反応チャンバ24内のスペースの維持が更に確かなも
のとされる。

【００４４】図７に見られるのは、空気流の好適な配置
構成である。冷却空気流導向手段はブロワ手段52を含め
ば好都合である。セル12が別個のふたつの空気流に晒さ
れ、反応空気26から冷却空気48に熱が転移されることは
既に説明した。本実施の形態におけるこのふたつの空気
流は単一の空気ブロワ52から発している。反応空気26は
セル12を作動させるに十分な量で供給される一方、反応
空気26から不都合な熱を抽出すべく大量の冷却空気48が
用いられる。

【００４５】冷却空気48の流速は反応空気26の流速の少
なくとも２倍を越えるのが好都合である。好適には、反
応空気26がセル12に流入する前に該反応空気26から二酸
化炭素を除去すべくスクラッバ54が配置される。このス
クラッバ54は、例えば粒子状のアルカリ金属水酸化物、
または、多孔性担体に吸収された水性のアルカリ金属水
酸化物であるCO₂ 吸収材料56を含んでいる。スクラッバ
54を反応空気26に対してのみ使用することにより、材料
56の尚早な消耗は回避される。即ち、セル12の外側面16
上を流れる大量の冷却空気48は、スクラッバ54を通らな
い。尚、スペース50の幅は説明の為に誇張して示してあ
る。図中には、各セルの取入口38に反応空気26を供給す
べく配置されたマニフォルド58が示されている。

【００４６】図８は、図１に示されたものと類似する電
気化学的亜鉛／空気マルチセルバッテリ60を示してい
る。移動車両62に使用されるバッテリ60は、冷却空気48
を収集する通気孔64を備えている。バッテリ60は、セル
ハウジング14の外側面16などの主要面が車両62の運動方
向に一致する様に配向されている。冷却空気48の流れ導
向手段は、セル間に自然な空気流を導向すべくセルハウ
ジング14内に設けられた通気手段66を含んでいる。反応
空気26の配備に対する小型ブロワ68は選択的なものであ
る。上記において図７に関して記述された大型のブロワ
52はこの実施例では不要であり、従って、重量を軽減し
得ると共にコストを削減し、無駄な動力消費も回避す
る。

【００４７】図９に見られるのは、協働してハウジング
14を形成する２個の離間内壁18L 、18R のセル詳細であ
る。合致する左側内壁18L および右側内壁18R は、相互
に連結して配置される。左側内壁18L は、自身の頂部内
に形成された上部チャネル70を有している。右側内壁18
R の薄肉舌片部74は、上部チャネル70と係合して示され
ている。左側内壁18L は、両側部および底部に沿って延
在するフレーム状の周縁開口19を有する。右側内壁18R
は、フレーム状開口19に嵌合する寸法とされ、且つ、組
立られたときに該フレーム状開口19の頂縁76と共面を為
すものである。連結された内壁18L 、18R は図２および
図３に示された様に両者間に、空気電極、亜鉛電極およ
び電解質を保持するが、これらの要素並びに接触ハウジ
ング3 は明瞭化の為にここでは省略されている。

【００４８】図10に見られるのは、図３に示された両空
気電極30の外面に亙り実質的に均一な分配流で反応空気
26の流れを導向する手段を備えたセル88の詳細である。
上記手段は、内壁94内の窓状開口92に支持された実質的
に水平な一連のレール90を含んでいる。各レール90間に
形成されたスペースは、第１取入口38から受けた反応空
気26を導向する水平ダクト96の上壁および下壁を画成す
る。レール90間を通過した後、反応空気26は第２吐出口
42に向けて導向される。

【００４９】図示された好適実施の形態においては、複
数のウェブ98が垂直方向に延伸し、レール90を相互連結
かつ補強している。ウェブ98は更に、機械的に弱い空気
電極30に対する支持部を提供する。ウェブ98の更なる利
点は、水平ダクト96内で更なる乱流を生じせしめ、セル
効率およびセル冷却の両者を改善することである。

【００５０】当業者であれば、本発明は上述の例示的実
施の形態の詳細に制限されるものではなく、且つ、本発
明の精神および本質的な属性から逸脱することなく本発
明を実施し得ることは明らかであろう。従って、全ての
見地において本実施の形態は例示的なものであって限定
的なものでなく、本発明の範囲は上述の記載ではなく添
付の請求の範囲により示されるものであり、故に、請求
の範囲の意味および均等性の範囲内に収まる全ての変更
はその中に含まれるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係る複数のモジュラー・セル
を取入れたバッテリの好適実施の形態の概略破断斜視図
である。

【図２】図２は、組立られたセルの破断斜視図であり、
収納された電解質を示している。

【図３】図３は、図２に示されたセルの分解図である。

【図４】図４は、図２のセルの上部角隅部の斜視図であ
る。

【図５】図５は、閉塞要素を取り外した図２のセルの上
部角隅部の斜視図である。

【図６】図６は、組重ねられた３個のセルの側断面図で
ある。

【図７】図７は、空気流の好適な配置構成を示す実施の
形態の概略図である。

【図８】図８は、移動車両で使用されるバッテリが冷却
空気を収集する通気孔を有する実施の形態の平面図であ
る。

【図９】図９は、密閉ユニットを形成すべく組立中のセ
ルの２個の離間内壁の詳細を示す図である。

【図１０】図10は、空気電極の外面に亙る均一な分配流
にて反応空気の流れを導く手段を備えた実施の形態の斜
視図である。

【符号の説明】

２…活性金属要素 ３…一体的セル接触ハウジング ４…スプリングクリップ接点 ５…金属導体 ６…接点 ７…フランジ ８…閉塞部材 １０，６０…電気化学的亜鉛／空気マルチセルバッテリ １２，８８…セル １３，５８…マニホールド １４…ハウジング １９…開口 ２０…第１内部チャンバ ２２…亜鉛電極 ２３…骨格部材、アノード電流コレクタ部材 ２４…外側反応チャンバ ２６…反応空気 ３０…空気電極 ３２，９２…窓状開口 ３４…電解質 ３８…第１取入口 ４２…第２吐出口 ４６…外側突起 ４７…突起 ４８…冷却空気 ５２…ブロワ手段 ５４…スクラッバ ５６…CO₂ 吸収材 ６２…移動車両 ６４…通気孔 ９０…レール ９８…ウェブ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年５月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ヨエル ギロン イスラエル国，エルサレム，ヨルデイ ハ シラ 11 (72)発明者 ヤロン シュリム イスラエル国，エルサレム，ピスギャット ジーブ，マザル ショア ストリート 20／１ (72)発明者 フラディミア シュナイダー イスラエル国，エルサレム，ネブ ヤコブ 508／16 (72)発明者 アレックス ガトキン イスラエル国，エルサレム，ミドバー シ ナイ ストリート ８

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２個の外側主要面と、内部に亜鉛電極を
   収納する第１内部チャンバを画成すると共に上記外側主
   要面と協働して反応空気を受容する２個の外側チャンバ
   を画成する２個の離間内壁と、を有するハウジングと、 上記内壁の各々に設けられた窓状開口内に夫々設置され
   た略平坦な気体透過性かつ液体不透過性の２個の空気電
   極と、 上記亜鉛電極および上記空気電極と接触する電解質と、 上記反応空気の流れを、上記ハウジングの第１外側面に
   設けられた第１取入口内に導向すると共に、上記空気電
   極の両者の外面に亙る実質的に均一な分配流にて上記外
   側チャンバの両者を通し、且つ、上記ハウジングの逆側
   の外側面に設けられた第２吐出口から吐出させる導向手
   段と、 を備えて成る、マルチセル金属／空気バッテリに使用さ
   れるモジュラー亜鉛／空気セル。
2. 【請求項２】 前記内壁の第１のものは、前記内壁の第
   ２のものを緊密摩擦嵌合して受容かつ収容すべき寸法と
   されたフレーム状開口を備え、 上記第１内壁の底部および両側面は、夫々、前記ハウジ
   ングの基部および両側部を形成し、且つ、 上記第１内壁の頂部は、組立られたセルのシームレス上
   部を構成する、請求項１記載のモジュラー・セル。
3. 【請求項３】 前記セルは、反応空気に対する単一の取
   入口および単一の吐出口を備えて成る、請求項１記載の
   モジュラー・セル。
4. 【請求項４】 前記セルハウジングの前記外側主要面は
   プラスチック材料から成る、請求項１記載のモジュラー
   ・セル。
5. 【請求項５】 前記空気電極の両者の前記外面に亙り実
   質的に均一な分配流にて前記反応空気の流れを導向する
   前記導向手段は、前記内壁内の前記窓状開口内に支持さ
   れた実質的に水平な一連のレールを備えて成り、 上記レール間に形成されたスペースは、前記第１取入口
   から受容された上記反応空気を前記第２吐出口に向けて
   導向する水平ダクトの上壁および下壁を画成する、請求
   項１記載のモジュラー・セル。
6. 【請求項６】 垂直方向に延伸すると共に前記レールを
   相互連結して補強し、更に、前記空気電極に対する支持
   部を提供し乍ら前記水平ダクト内の乱空気流を生成する
   複数のウェブを更に備えて成る、請求項５記載のモジュ
   ラー・セル。
7. 【請求項７】 前記内壁の各々は、前記２個の外側主要
   面の一方を受入れるべき寸法とされた周縁凹所と、前記
   ２個の空気電極の一方を受入れるべき寸法とされた窓状
   開口とを備え、 上記凹所の各々および上記開口の各々は、上記電極の一
   方および上記主要面の一方の位置決めを行う役割を果た
   すと共に、上記外側面と上記周縁凹所との間の空気不透
   過性接合の形成を促進する、請求項１記載のモジュラー
   ・セル。
8. 【請求項８】 前記外側主要面は、超音波溶着により前
   記内壁に接合されている、請求項１記載のモジュラー・
   セル。
9. 【請求項９】 各セルの側部に反応空気を供給すべく配
   置されたマニフォルドを更に備えて成る、請求項１記載
   のモジュラー・セル。
10. 【請求項１０】 前記外側面は、セル取扱いの間におけ
    る物理的損傷から前記空気電極を保護するに十分な強度
    の0.3mm 乃至1.5mm の厚さを有するプラスチック板であ
    る、請求項１記載のモジュラー・セル。
11. 【請求項１１】 前記内壁の第１のものは、金属導体を
    介して空気電極の接点に電気接続されたスプリングクリ
    ップ接点であって隣接セルのアノード電流コレクタ部材
    から延出するフランジを受容し得るスプリングクリップ
    接点を含む一体的セル接触ハウジングを備え、 上記一体的セル接触ハウジングは、隣接セル間の組重ね
    整列と、隣接セルの電流コレクタ部材のフランジの自身
    への挿入を可能とする段状構造を備えて成る、請求項１
    記載のモジュラー・セル。
12. 【請求項１２】 前記一体的セル接触ハウジングは閉塞
    部材により密閉される、請求項１１記載のモジュラー・
    セル。
13. 【請求項１３】 前記一体的セル接触ハウジングおよび
    前記閉塞部材は、非導電性の耐KOH 性プラスチックで形
    成される、請求項１２記載のモジュラー・セル。
14. 【請求項１４】 セルの各々が、 ２個の外側主要面と、内部に亜鉛電極を収納する第１内
    部チャンバを画成すると共に上記外側主要面と協働して
    反応空気を受容する２個の外側チャンバを画成する２個
    の離間内壁と、を有するハウジングと、 上記内壁の各々に設けられた窓状開口内に夫々設置され
    た略平坦な気体透過性かつ液体不透過性の２個の空気電
    極と、 上記亜鉛電極および上記空気電極と接触する電解質と、 上記反応空気の流れを、上記ハウジングの第１外側面に
    設けられた第１取入口内に導向すると共に、上記空気電
    極の両者の外面に亙る実質的に均一な分配流にて上記外
    側チャンバの両者を通し、且つ、上記ハウジングの逆側
    の外側面に設けられた第２吐出口から吐出させる反応空
    気導向手段と、 隣接接触せしめられた２個のセルの主要面であって、夫
    々の主要面により境界付けられた外側チャンバの各々に
    おける上記反応空気と接触して冷却すべく配置された主
    要面の外面に沿い、隣接位置せしめられた２個のセルの
    間で冷却空気を流す冷却空気流導向手段と、 を備えて成る形式である、電気化学的亜鉛／空気マルチ
    セルバッテリ。
15. 【請求項１５】 前記冷却空気流導向手段はブロワ手段
    を含む、請求項１４記載の電気化学的亜鉛／空気マルチ
    セルバッテリ。
16. 【請求項１６】 前記冷却空気流導向手段は、前記ハウ
    ジングに設けられて前記セル間で自然な空気流を導向す
    る通気手段を含む、請求項１４記載の電気化学的亜鉛／
    空気マルチセルバッテリ。
17. 【請求項１７】 前記冷却空気の流速は前記反応空気の
    流速の少なくとも２倍を超える、請求項１４記載の電気
    化学的亜鉛／空気マルチセルバッテリ。
18. 【請求項１８】 前記反応空気が前記セル内に入り込む
    前に上記反応空気から二酸化炭素を除去すべく配置され
    たスクラッバを更に含む、請求項１４記載の電気化学的
    亜鉛／空気マルチセルバッテリ。