JPS60119084A - 高温蓄電池 - Google Patents

高温蓄電池

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JPS60119084A
JPS60119084A JP59234231A JP23423184A JPS60119084A JP S60119084 A JPS60119084 A JP S60119084A JP 59234231 A JP59234231 A JP 59234231A JP 23423184 A JP23423184 A JP 23423184A JP S60119084 A JPS60119084 A JP S60119084A
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BBC BROWN BOVERI and CIE
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、それぞれ金属ケースの中に設けられ、モジュ
ールを形成するように集結配置された、アルカリ金属又
はカルコダンをペースとする少くとも２個の蓄電池セル
（以下単にセルと記す）を有する高温蓄電池に関する。
電気化学セルを使用して構成した上記の高温蓄電池は、
車輛の電気駆動装置用として次第に多く使用されている
。
〔従来の技術〕
従来の高温蓄電池は多数の電気化学セルで構成される。
例えば４０ｋＷ−ｈの電気エネルギを蓄える高温蓄電池
を構成するには、約５００個のセルが必要である。この
ような高温蓄電池は温度３５０ないし５００℃で動作す
る。熱損失を回避するために、各セルは熱絶縁物によっ
て取囲まれる。しかしセルの温度が所定の使用温度を超
過せぬため、又セルの損傷を防止するために、高温蓄電
池内部の十分な冷却が必要であるＯ 多くのセルを高温蓄電池内に収容するために、特殊なホ
ルダーが必要であシ、各セルは、冷却材が各セルに到達
して十分に該セルを冷却するように配置されなければな
らない。
複数個のモジュールで構成された高温蓄電池は西独公開
特許公報第３１１８６９３号に示されており、その実施
例では各モジュールは少くとも１６個のセルを含んでい
る。モジュール内の各セルは自立的に保持されておシ、
高温蓄電池の内側壁とセルの上下端面との間に空隙が設
けられ、この空隙を冷却材が流される。各セルの上端と
下端の周囲に締付は部材が配置され、該部材は隣接する
セルの締付は部材に固着される。各締付は部材とセルの
間には絶縁物が配設される。各モジュール内のセルは上
述のように互に結合され、隣接セルの間には空隙が形成
され、該空隙の中を通して冷却材が流れる。
この高温蓄電池の欠点は、締付は部材の使用によって各
モジュールのセルの間の間隔が必要以上に大きくなるが
、この間隔は締付は部材の存在によシ縮小できないこと
である。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、セルに対する冷却効果を低めることな
しに、従来以上にセルを密集配置するのに最適の高温蓄
電池を提供することにある。
上記目的は特許請求の範囲第（１）項に記載の高温蓄電
池によって達成される。
〔問題を解決する手段〕
上記目的を達成するために、それぞれ金属ケースの中に
設けられ、モジュールを形成するように集結配置された
、アルカリ金属又はカルコダンをペースとする少くとも
２個のセルを有する本発明の高温蓄電池に於ては、各セ
ルの金属ケースが、電気絶縁物によって互に隔壁された
少くとも２個の、同軸に配置されたケース部材を備え、
各モジーール内のセルが所定の配列をなし、隣接するセ
ルは外側ケースにより、少くとも部分的に互に結合され
るように形成されている。
〔作用と効果〕
本発明による高温蓄電池を用いることにより、高温蓄電
池内のセルの数を増加し、又セルの数を一定とすれば高
温蓄電池の大きさ乞従来のものに比べて減少することが
できる。この発明によればモジュール内のセルは隣接す
るセルに対して電気的に絶縁されている。この絶縁物は
雲母又はガラスの被筒で形成され、各電池の内側及び外
側ケース部材の間に配設される。上記絶縁物はまた内側
ケース部材の外面又は外側ケース部材の内面に設けられ
た絶縁物の層でもよい。
又各モジュールは、隣接するモジュールとの間に挿入さ
れた電気絶縁物によって分離されている。該電気絶縁物
としては、雲母又はガラス乞用いることが好ましｂ６ま
た各モジーール内の収容されるセルは隣接するとの間に
空隙が存在するように配置される。この空隙はセルの全
長に延び、冷却材（好ましく冷却空気）はセルの全長に
わたって冷却作用を行なう。
セルを収容するモジュールは、セル上下の端面との間に
空隙があるように配置され、この空隙の中にも冷却空気
の質流が行なわれる。該空隙を流れる冷却空気は、モジ
ュール内のセル間の空隙に導入される。上記空気の導入
はセル上に形成された空隙がら行なわれ、セル間を通し
て流れる冷却空気は下側の空隙を経て排出される。モジ
ュール内のセルの間の空隙の寸法は相当に大きいので、
該空隙の内部に生ずる冷却空気の圧力低下は実際上無視
できる。
本発明のもう一つの利点は、軸方向の温度差が少いこと
である。このような効果はセルのケースを組立式に構成
し、しかも異なる拐料で製作することによって達成され
る。更に絶縁材料、特に雲母管がケースを形成する部材
間に配置されている。本発明によれば、内側ケース部材
はアルミニウムその他の金属材料で作製され、外側ケー
ス部材は鋼、分散強化アルミニウム、チタン又はニッケ
ルを用いて製作される。内側ケース部材をアルミニウム
、外側ケース部材を鋼で作製し、両者の間に上述の絶縁
材を配設すれば、セルに？８５温度差は極めて僅少とな
る。これは上記絶縁材によって冷却が妨げられるからで
ある。アルミニウム製の内側ケース部材は良好な熱伝導
体であって、温度の均等化に有効であるため、極めて均
一な周縁温度が得られ、従ってセルの均一な冷却が達成
できる。この発明の高温蓄電池によれば、各セルビモジ
ュールから個別に取出し、又挿入することができ、各モ
ジュールは隣接モジュールに関係なく高温蓄電池から取
出し、又再び挿入することができる。
又本発明によれば、セルの特殊な形状とモジュールへの
結合によって、例えば蓄電容量が１８ｋＷｈの高温蓄電
池はＩｋｇあだ、！ｌｌｌＩ２５ｗｈ乃至１３０　Ｗｈ
の重量で形成することができる。又上記高温蓄電池の容
積１リツトル当シの蓄電容量を算出すれば、１３０Ｗｈ
乃至１３５Ｗｈとなる。
本発明の他の特徴は従属フレイムに記載されている。
〔実施列〕
次に図面に基づき本発明の詳細な説明する。
第１図は２個のセル１及び５０を示す。これらはいずれ
も同様に構成されているから、セル１の構造のみを詳述
する。セル１の外側はカップ状の金属ケース２によって
囲まれている。金属ケース２は内側ケース部材２Ｉと外
側ケース部材２Ａから成る。内側及び外側ケース部材２
Ｉ、２にの間に絶縁物２Ｇが配設されている。
この絶縁物は雲母の被筒から成る。内側ケース部材２工
はカップ状に形成され、アルミニウム與であることが好
ましく、その寸法は、内側及び外側ケース部材２Ｉ、２
にの間に絶縁物２Ｇを配設できるように選定する。本発
明によれば、外側ケース部材２Ａの内面又は内側ケース
部材２■の外面に塗布した適宜な被覆によって絶縁物２
Ｇｆｉ形成することも可能である。外側ケース部材２Ａ
は組立式に構成されている。特に外側ケース部材は外部
部材すなわち円筒形の被筒２Ｈと２個の円板２Ｓから成
る。円筒形被筒２Ｈによって内側ケース部材２工の側部
領域は決定され、２個の円板２Ｓはセルの上端と下端を
閉じる。被筒２Ｈと２個の円板２Ｓは銅製であることが
好ましい。しかし分散硬化アルミニウム、チタン又はニ
ッケルで作製することもできる。内側ケース部材２Ｉは
電流を流すために利用されるが、外側ケース部材２人は
内側ケース部材を保護する働きをもなす。外側ケース部
材２Ａは極めて薄く形成されている。ここに示す実施例
では、円筒形被筒２Ｈと２個の円板２Ｓは約０．２瓢の
肉厚を有する。セル１の内部にやはシカッゾ状に形成さ
れた固体電解質３が挿入され、その寸法は、固体電解質
３と内側ケース部材２Ｉの間に、連続する空隙が円環状
に形成されるように選定されている。この空隙は、ここ
に示す実施例では陰極室４として使用される。陰極室４
には硫黄Ｚ含浸した黒鉛（図示せず）が充填される。固
体電解質３の内部区域は陽極室として使用され、ここに
示す実施例では液状ナトリウム（図示せず）ｙ！ｌ−収
容する。固体電解質の上端は、α酸化アルミニウム製の
絶縁リング６と結合される。絶縁リング６は溶封用ガラ
ス（図示せず）によって固体電解質３と結合される。絶
縁リング６は外向きのフランジをなすように形成されて
いる。絶縁リング６の横境界面は内側ケース部材２Ｉ、
特にその内面忙固着される。絶縁リング６と内側ケース
部材２工の間の結合は、例えば加熱圧縮によって行うこ
とができる。陽極室５は、絶縁リング６の上に載置され
た絶縁円板７によって閉鎖される。
外側ケース部材２Ａに属する円板２Ｓがこの絶縁円板７
の上に載置され、外部に対するセルの閉鎖を行なうと共
に、保護部拐として用いらｔ′Ｌる。絶縁円板７は例え
は雲母で作製される。円板２Ｓは外側ケース部材２人の
残余の部分と同じ材料で作製される。円板２ｓｙ＜セル
１の表偵ｉに取付けるために、円筒形被筒２Ｈの縁端は
内側に折り返されている。この折返しのために、被筒２
Ｈは内側ケース部材２ＩＹ上下に数ミリメートル越えて
突出するように形成されている。
セルの下端には内側ケース部材２工の底部に面して、例
えは雲母製の絶縁円板７が配置される。外側ケース部材
２ＡＫ属する円板２Ｓがこの雲母円板の下に配設され、
保護機能をなしている。上記２個の円板２Ｓ及び７は、
周囲に突起を有する止め輪８によって保持される。被筒
２Ｈの内面の適当な個所に止め輪８とほぼ同じ高さの切
欠部が形成され、ここに止め輪８の外周部が係止され、
２個の円板２Ｓ及び７は、内側へ折返した被筒２Ｈによ
って保持される。但しこの端部の幅は電池の上端程広く
形成されていないから、止め輪８を取外して２個の円板
２Ｓ及び７火取除き、内側ケース部材、？ＩＹその中に
配設された固体電解質３と共に引き出すことができる。
セルの上端には陰極接続端子９にと陽極接続端子９Ａが
設けられ、これを介してセル１が別のセル５０と電導可
能に接続される。
本発明によれば、セル１は外側ケース部材、２Ａ、特に
被筒２Ｈを介して、別のセルに固結される。第１図には
セル１と同様に形成された、もう一つのセル５０が示さ
れている。又第１図に明示するように、２個のセル１及
び５０の両方の被筒２Ｈの上端と下端は点溶接１０によ
り互いに機械的に固着される。外側ケース部材２Ａと内
側ケース部材２工の間には絶縁物が介在されているので
、セル１及び５０を点溶接１０を用いて電気的結合する
ことはできない。
外側ケース部材２人を用いて上述のようにセルを結合し
、セルを１つのモジュールに集成することができる。第
２図にこのようなモジュール１１Ｚ示す。該モジュール
１１は１６個のセル１及び５０からなる。第２図のよう
なモジュール馨構成するために、モジュール１Ｊ内のセ
ルは、該モジュールの長手方向に広がるように配列され
る。高温蓄電池内のセルの最適を密集状態を得るために
、１組のセルＪ、５０はモジュール１ノの上記長手方向
とほぼ垂直方向に並べて平面的に配置され、上記セル１
及び５０の１又は５０は、次の対のセル１及び５０の外
周の接触部に形成されたくにみに、少くとも一部が進入
するように配置される。本発明によれば４個のセル１，
５０の被筒２Ｈの上部及び下部の接触する部分が点溶接
１０（図示せず）によって結合される。次の１対のセル
１および５０はその前の１対のセルの上記くほみの中に
、進入するように配置される。この場合に上記くほみに
進入するセルは、その前段の結合の際に進入したセル１
又は５０と反対のセル５０又は１が進入するように選ば
れる。以下の１対ずつのセルの結合は上記結合を交互に
くり返して行なわれる。この場合、直接隣接するモル１
および５０は、外側ケース部材２ＡＹ介して結合される
。
この発明に基いてセル乞結合することによって、モジュ
ール１ノに属するセルン可能な限り密集して配列するこ
とができる。このとき直接に隣接する各３個のセルの間
には、空隙２６が形成され、この空隙ケ通して冷却材ン
流すことができる。このように互いに連結されたセルは
結合体を構成し、該結合体はモジュール１ノの端部に設
けたホルダーを介して、高温蓄電池の内部に自立的に固
定することかできる。保持部材は第２図に示すように、
モジュールの両端に配列されたセル１及び５０の一部を
把持するＷ形保持部材Ｊ、？、７．９である。保持部材
１２及びＪ３は、対をなすセル１および５０の上端と下
端に固定されている。保持部材ｉ２．ｉｓはこれらのセ
ル１，５０の外側ケース部材に溶接して固定することが
好ましい。保持部材１２゜１３は２個のセルの間の部分
に少くとも１個の孔１２Ｂ又は１３Ｂンそれぞれ有し、
この孔にねじ（図示せず）乞螺入し、保持部材１２．１
３を高温蓄電池の内側境界面又は支枠２１１１Ｃ螺着す
ることができる。
第３図には、本発明によるモジュール１ノで構成した高
温蓄電池が示されている。高温蓄電池は金属製の二重ケ
ース２０から成る。ケースの外壁２０Ａと内壁２０■の
間隔は、絶縁材（図示せず）ケ詰める空間が存在するよ
うに定められる。ケース２０の内室はセルを収容するた
めに使用される。高温蓄電池を組立てるために用いられ
るモジュール７ノは、本発明に基づき箱形支枠２ノの中
に配設される。支枠２ノは引出しのようにケース２０の
内室に挿入され、また内室から引き出すことができる。
支枠２１の端面には蓋２２が固定され、この蓋２２によ
シ、ケース２０．特に支枠２１を高温蓄電池の中に出し
入するケース２０の端面の開口を閉じることができる。
蓋２２は内部に絶縁材が挿入されている。蓋２２は、電
気接続線２３と冷却空気給排管２４を引き出す開口を有
する。第３図によって明らかなように、モジュール１ノ
はその長手方向が支枠２１の延出する方向と直交するよ
うに、支枠２ノの間に装着される。モジュール１１は保
持部材（ここに図示せず）を介して支枠２ノの内側面に
螺着される。支枠２１の寸法は、該螺着によってセルの
下端面と支枠２１の底部との間に所定の間隔か形成され
るように定められている。その結果、支枠２ノの底部２
１Ｂとセルの下面との間には、連続する空隙が形成され
、支枠２ノの底部２１Ｂには、冷脚材を導く開口が形成
されている。高温蓄電池の内室の寸法は、セルの上端と
ケース２０の内側の表面２０１の間に、冷却材を流す空
隙が残るように選定される。
第３図で明らかなように、２個の隣接モジュールＪ１の
間には、モジュールＪ１の全長にわたって伸張されるそ
れぞれ１個の絶縁層２５が設けられている。上記の絶縁
層２５は雲母又はガラス繊維のシートで形成されるのが
好ましい。
高温蓄電池に配列されたモジュール１ノのセル間、特に
隣接するセルの間には、空隙２６が形成され、この空隙
はセルの上端から下端まで伸びて（おシ、この空隙は、
セルの上下に設けられ冷却材を頁送する空隙と接続され
ている。従ってセル冷却用の冷却材をセルの下端に形成
された空隙に導くことができる。冷却材はそこから、各
モジュールのセルの間に形成された空隙２６に流れ、そ
の際セルから放出された熱を吸収する。冷却材はこのよ
うにしてセル上部の空隙に至り、更に高温蓄電池の流出
口に向かって流れる。
第４図には、第２図に示したモジュールの変型列を示す
。この変形列では、モジュールは１０個のセルを有する
のみであるが、必要に応じて多く、たとえば１６個にし
てもよし、又１０個よシ少くしてもよい。この場合モジ
ュール１）を形成するセルは５個づつ一列にまとめられ
、それらは順次を念ハ平行かつ密接して積重ねられる。
５個ずつ一列にまとめられたセルは第４図７０及び８０
で示されている。２つのセルの列７Ｑ及び８０は、列８
０のセルが部分的に列７０のセルの間のくほみに進入す
るように組合わされる。本発明によれば、セル１の外側
ケース部材はこの場合、被筒２Ｈで形成されていない。
モジュール１１の製造の際に列７０のセルの両側は薄い
板材７１．７２で取囲まれ、その際２枚の板材７０．７
１はセル１の長さ一杯に該セルを覆う。２枚の板材７２
．７２は例えば鋼材で形成される。また、別の耐熱材で
作製してもよい。２枚の板材７１．７２は、各セル１の
それぞれ周囲の半分を完全に取囲むように成形されてい
る。順次続く２個のセルの間で２枚の板材７１．７２は
点溶接１０によって接合される。モジュール１１の両端
でも２枚の板７１．７２は互いに結合され、両端にある
セル１も２枚の板７１．７２によって被筒とはぼ似た状
態で取囲まれる。列８Ｑのセルも列７０のセルと同様に
２枚の板材７ノ及び７２によって取囲壕れ、これらの板
材はセル１の外側ケース部１２Ａを形成する＠ セル１の内側ケース部材はアルミニウム製であって、第
１図ないし第３図に示したセルの内側ケース部材と同様
に形成されている。セル１の上下の端は円板２Ｓから成
る。円板２Ｓは板材７１及び７２と同じ材料で作製され
ている。
第１図ないし第３図に示した実施例と異なり、円板２５
はこの場合、外側ケース部材を内側へ折返すことによっ
て保持されるのではなく、第１図の実施態様で説明した
止め輪８によってそれぞれ保持される。止め輪８の周囲
には突起が設けられ該突起（図示せず）は板材７１．７
２の内面にある切入部に係止される。更に第４図に示す
ように、各セルには電気接続端子９Ａ及び９Ｋが設けら
れ、これらの端子を介して各セルは隣接するセルと接続
される。モジュール１１６両端にはそれぞれホルダー１
２．１３が設けられ、該ホルダーによってモジュールを
高温蓄電池（図示せず）の内部に自立的に保持すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はモジュールの、互いに結合された２個のセルの
断面図、第２図は完全なモジュールの斜視図、第３図は
高温蓄電池の斜視図、第４図はモジュール構造の変型例
の部分斜視図ン示す。 Ｊ・・・蓄電池セル、セル、２・・・金属ケース、２人
・・・外側ケース部材、２Ｇ・・・絶縁物、２Ｈ・・・
被筒、２工・・・内側ケース部材、２Ｓ・・・円板、１
０・・・点溶接、１１・・・モジュール、１２・・・Ｗ
形保持装置、１３・・・Ｗ形保持装置、２ノ・・・支枠
、２５・・・絶縁層、５０・・・蓄電池セル、７０・・
・セルの列、７ノ・・・板部材、７２・・・板部材、８
０・・・セルの列。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １）それぞれ金属ケースの中に設けられ、モジュールを
    形成するように集結配置された、アルカリ金属又はカル
    コゲンをベースとする少くとも２個の蓄電池セルを有す
    る高温蓄電池に於すて、 各蓄電池セル（１，５０）の金属ケース（２）が電気絶
    縁物（２Ｇ）によって互に隔離された少くとも２個の、
    同軸に配列されたケース部材（ＪＡ、２Ｉ）’に有する
    こと、各モジュール（１））の蓄電池セル（Ｊ、ｓｏ）
    が所定の配列ななし、隣接する蓄電池セル（Ｊ　、ｓｏ
    ）は外側ケース（２Ｈ）により、少くとも部分的に互に
    結合されていることを特徴とする高温蓄電池０ ２）内側ケース部材（２工）がアルミニウム又はその他
    の金属でカップ状に製作されていること、外側ケース部
    材（２人）が円筒形被筒（６）と蓄電池セル（Ｊ　、５
    ０）の上下に配置された２個の円板（２Ｓ）から成るこ
    と、及び円板（２Ｓ）が鋼、分散強化アルミニウム、ニ
    ッケ゛ル又はチタンで作製されていることを特徴とする
    特許請求の範囲第１項に記載の高温蓄電池◎３）２個の
    ケース部材（２に、２Ｉ）の間の絶縁物（２Ｇ）が雲母
    又はガラスの被筒若しくは外側ケース部材（２Ｈ）の内
    面又は内側ケース部材（２工）の外面の雲母又はガラス
    の核種から成ることケ特徴とする、特許請求の範囲第１
    項又は第２項に記載の高温蓄電池。 ４）モジュール（１））に収容された複数個の蓄電池セ
    ル（１）が逐次配列されて列馨成す場合、蓄電池セル（
    １）の列（７０，８０）の外側ケース部材（２人）が、
    対向して配置され蓄電池セル（１）を筒状に挾持する２
    個の板材（ｖＪ、ｙ２）から成シ、蓄電池セル（１）の
    列（７０，８０）に属する２個の蓄電池セル（１）間の
    板材（７１，７，？）が、該蓄電池セルの全長又はその
    一部分で互に当接されていることを特徴とする特許請求
    の範囲第１項な込し第３項のいずれか１に記載の高温蓄
    電池。 ５）上記モジュールＣ１１）が一つの方向に延びるよう
    に形成され、該モジュール（７７）に属する蓄電池セル
    （ｌ、５０）がモジュール（ＪＪ）が延びる長手方向に
    対して、はぼ直角に延びる平面に最大２個の範囲で配置
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ない
    し第４項のいずれか１に記載の高温蓄電池。 ６）各モジュール（）Ｊ）に収容される蓄電池セル（１
    ，ｓｏ）が対をなして順次配設され、後に配設された１
    対の蓄電池セル（１，５０）のそれぞれ一方の蓄電池セ
    ルの少くとも一部分が、前に配設された１対の蓄電池セ
    ル（Ｊ、５０）の間に形成されたくほみに進入するよう
    に配列され、かつ蓄電池セル（１，５０）の両性側ケー
    ス部材（２Ａ）が蓄電池セル（１，５０）の上部及び下
    部に相等する部分に点溶接（１０）によって互に連接さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし
    第４項のいずれか１に記載の高温蓄電池。 ７）蓄電池セル（Ｊ、５０）の配列を収容するモジュー
    ル（ＪＪ）の上記配列の両端に位置する各蓄電池セル（
    １，５０）がそれぞれ２個のホルダー（１ｚ、１ｓ）が
    設けられ、このホルダーによって各モジュール（１））
    が高温電池のケースの内面に直接固定され、又高温蓄電
    池かち取外し可能な支枠（２１）ＶＣ固定されることを
    特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第６項のいずれ
    か１に記載の高温蓄電池。 ８）各モジュール（７））が直接隣接するモジュール（
    Ｉ））に対して絶縁物（２５）によって離隔され、かつ
    各モジュール（）、５０）の蓄電池セルの少くとも上部
    及び下部の端面が他の部材と無接触で保持されるように
    、モジーール（１１）が固定されていること乞特徴とす
    る、特許請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１に
    記載の高温蓄電池〇
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