JPS6154166A - ブリツジ素子 - Google Patents

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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、電気部品、特に再充電可能な電気化学電池を
橋絡するための２個の電気接続端子を有するブリッジ素
子に関する。

〔発明の技術的背景〕

ブリッジ素子は、再充電可能な電気化学電池で構成され
た高温蓄電池（バッテリ）に特に使用される。この場合
、機能に障害が生じたため、電池列の容量をあ１）減少
しないように、高温蓄電池の電流回路から分離しなけれ
ばならない蓄電セルを橋絡するために、ブリッジ素子が
使用される。車両に使用される高温蓄電池においては、
多数の電気化学電池（蓄電セル）を直列に接続し、ごく
少数を並列に接続することが必要である。その理由は、
上記の蓄電池のエネルギ容量が一般に４０　ｋＷｈ未満
であって、個別電池のエネルギ容量が８０Ｗｈ以上であ
ることにある。その結果、車両用電池列は５００個以下
の電池を包含しなければならない。個別電池の電圧が約
２ｖで上記の蓄電池によフ合計２００Ｖを発生しようと
する場合は、１００個の電池を直列に接続しなけれがな
らない。それは、最大５個の電池を並列に接続すればよ
いことを意味する。５個の並列接続の電池では冗長度が
あまシ大きくないから、な゛るべく多数の電池を直列に
接続することが好ましい。そしてこの分岐を並列に接続
することができるから、第１図に示す回路図が生じる。

この図では、電池は単に電気接続で示されている。この
図で判るように、それぞれｎ個の電池が直列に接続され
て１つの分岐Ｋまとめられる。それぞれｎ個の電池を有
するｍ個の分岐が並列に接続され、１つのブロックを構
成する。電池列全体はこのような直列接続の２個のブロ
ックから成る。第１図に示す例によれば、電池列はｎ　
Ｘ　ｍ　Ｘ　ｐ個の電池を含む。

直列回路の１個の電池が欠陥を生じると、上記の回路に
問題が起こる。ナトリウム硫黄電池においては、固体電
解質に割れが発生し、このため反応物質でちるナトリウ
ムと硫黄が互いに直接に化学反応し、電池からもはや電
圧が送出されないことによって、欠陥が生じる場合が多
いことが判明した。このような欠陥電池は、無傷の電池
のオーム抵抗のたいてい２倍以上の大きな内部抵抗を有
する。その結果、欠陥電池がある分岐には充電又は放電
電流が極めて僅かしか、又は全く流れない。欠陥電池の
抵抗が極めて大きければ、欠陥電池がある分岐は電流供
給に対して全く働かない。つまシ全電池列の容量は無傷
の電池の容量の（ｍ　−１）　／　ｍである。

〔従来技術とその問題点〕

個別電池の橋絡のために設けられたブリッジ素子は、西
独特許第３１１７３８５号明細書によシ公知である。ブ
リッジ素子は実質的［２個の相接する室から成る。第１
の室は金属又は分解可能な金属化合物が充填されている
。金属は電池の使用温度で融状であシ、金属化合物はこ
の温度で分解可能でなければならない。ブリッジ素子の
第２の室は２個の電極の、所定の相互間隔で配設された
接触面を収容する。もう一つの電極が、金属又は金属化
合物を充填した室に納められている。電池が高オームに
なると、その電極の電圧が反転すると共Ｋ、ブリッジ素
子の接続端子の電圧が反転する。これによって第１の室
に収容された金属又は金属化合物が第２の室へ運ばれる
。第２の室が金属又は金属化合物で完全に充填されると
、この室の中に配設された２個の電極が融状材料によっ
て電導結合されるから、直列回路を流れる電流が今度は
ブリッジ素子を流れる。このブリッジ素子の欠点は、構
造があまシに高価であシ、多くの場所を必要とすること
でおる。熱絶縁で取囲まれた高温蓄電池には、このよう
な多大な場所の余裕はない。

〔発明の目的〕

この発明の目的は、寸法が小さく定められ、簡単な構造
を有し、しかも安価に製造することができる。電気部品
用、特に電気化学電池用ブリッジ素子を提供することで
ある。

本発明に基づき一部がばねとして形成された少くとも２
個の電導部材を介して一方の接続端子と電導結合された
半導体部品と、電流が流れて半導体部品の温度を所定の
値に上昇すると、両方の接続端子が互いに低オーム結合
されるこ゛とによって、上記の目的が達成される。

〔発明の概要〕

本発明によれば、必要に応じて橋絡しようとする各電気
部品毎に上記のブリッジ素子が並列に接続される。ナト
リウム及び硫黄ペースの電池で構成された高温蓄電池の
場合、各電池の両方の接続端子が上記のブリッジ素子を
介して互いに結合される。

ブリッジ素子は、他の電池と直列に接続された電池が無
傷の場合は、電流がこの電池自体を流れるように構成さ
れている。電池の内部に故障、例えば電池の２つの反応
対案を互いに隔離するβ酸化アルミニウム製固体電解質
の破損が起こると、電池は高オームになシ、電池を通る
電７候の流れが遮断される。この場合、電流は完全にブ
リッジ素子によって受領される。

本発明の一実施態様においては、ブリッジ素子が並列に
接続された電池に持続的機能障害がある時に初めてブリ
ッジ素子が応答するように構成される。この場合、電池
の機能が正常ならば、ブリッジ素子に微弱な逆電流しか
流れない。

また本発明によれば、電池が最大容量まで充電され、又
は完全に放電した時も応答するように構成することがで
きる。完全に充電された電池は高オームになる。すなわ
ち電池には極めて小さな電流しか流孔ない。つまシミ池
の直列回路でこの直列接続を通る電流の流れが遮断され
る訳である。まだ完全に充電されていない電池はそれ以
上充電されないから、この直列接続の電池の総容量は他
の直列回路よシ低い０本発明に基づくプリツノ素子によ
って電池は最大充電に到達しても、その直列回路のすべ
ての電池が充電されるまで橋絡される。電圧がゼロの値
に到達するまで電池が放電した場合も、上記の橋絡が可
能であシ、有意義である。電池を通る電池回路がその場
合、同じくブリッジ素子によって橋絡されるならば、短
絡電流が電池を通って流れることが回避される。特に電
池電圧を転極させて負にする電流が、外部から電池に強
制されることが防止される。

本発明によれば、ブリッジ素子は、一部がばねとして構
成された少くとも２個の電導部材を。

介してブリッジ素子の一方の接続端子と電気的結合され
た半導体素子から成る。各部品、特に各電気化学電池毎
に１個の上記ブリッジ素子が並列に接続される。ブリッ
ジ素子は蓄電セルと共に、外部に対して熱絶縁によって
画成された蓄電池の内部に配設される。蓄電池の内室に
は、電池の使用温度に和尚する３　５０　’Ｃの温度が
支配する。１つの電池が高オームになると、直列回路の
すべての電流がブリッジ素子、特にその半導体部品を流
れる。このためブリッジ素子内部の温度が５７０℃以上
に上昇するから、半導体部品のガラスカプセルが融解し
始める。一実施態様においては、半導体部品が円板状部
材と接触ばねを介して第１の接続端子と結合される。

半導体部品はケースの内面に載坐して電導結合される。

接触ばねの第１の端部は、接触ばねと半導体部品の間に
配設された部材を押圧する。

接触ばねの第２の端部は絶縁されてケースの壁体を貫い
て外へ導き出され、そこでブリッジ素子の第１の接続端
子と結合される。金属ケースの外面にブリッジ素子の第
２の接続端子が固定されている。ブリッジ素子の内部の
温度上昇によシ円板状部材も融解し始めるから、この円
板状部材は半導体部品と共に短絡素子を形成する。

更に接触ばねによってこの短絡素子と電気接続端子の間
の電気的結合が形成される。

本発明の別の実施態様においては、半導体部品の第１の
接続端子が接触ばねと共にさらばねを介して、この半導
体部品が内設されたケースの内面と電導結合される。ケ
ースのこの第１の内側境界面に対向して、同じく電導性
の第２の境界面がちシ、これに半導体部品が直結される
。

２つの電導性境界面の間に２個の絶縁性境界面が配設さ
れ、こうして閉じたケースが形成される。第１の電導性
境界面の外面にブリッジ素子の第１の接続端子が、第２
の電導性壁体に第２の電気接続端子が固定される。通常
、電池を流れるすべての電流がこのブリッジ素子を流れ
ると、半導体部品の温度が急激に上昇するから、半導体
部品のガラスカプセルが融解し始める。

それによってばねの緊圧が減少する。そこでさらばねが
伸びるから、接触ばねが半導体部品の方向に押されて、
ケースの内部に突出するピンの上に当接する。ピンは第
２の金属境界面と電導結合されている。こうしてケース
の２つの壁体の間、特にこれらの壁体に固定された、ブ
リッジ素子の２つの接続端子の間に、低オーム結合が形
成される。

ブリッジ素子の製造に使用される半導体部品は、例えば
ツェナーダイオードとして構成することができる。

半導体部品としてシリコンダイオードを使用する場合は
、電池の機能が正常な時に小さな逆電流しか流れないよ
うに分極する。電池が高オームになり、その接続端子に
電圧の反転が起こると、半導体部品が順方向に分極する
から、ブリッジ素子は全電流と受領することができる。

しかし高い蓄電池温度のもとて逆電流を低減するために
は、Ｅ化ガリウム又はリン化ガリウムの半導体素子を使
用した方がよい。

〔実施例〕

第２図に示すブリッジ素子１は実質的に半導体部品２と
円板状部材３と接触ばね４から成る。

ブリッジ素子１の外側は、カップ状に形成された金属ケ
ース５によって画定される。半導体部品２はシリコンダ
イオード又はツェナーダイオードとして構成される。そ
して金属ケース５の内面に配設され、直接にこの内面と
電気的結合される。半導体部品２の第２の電気接続端子
は円板状部材３を介して接触ばねに接続する。円板状部
材３は易融合金、例えばアルミニウム合金製である。円
板状部材３の表面上に接触ばね４が配設され、部材３と
接触ばね４の間に電気的結合が生じる。接触ばね４は、
その第１の端部が円板状部材３の表面をしりか９と押圧
するように設置されている。特に接触ばね４は予圧状態
でケース５の内部に配設される。接触ばね４の第２の端
部は蓋６を貫いて外へ導き出される。蓋６は５８°Ｃ以
上の温度に耐える絶縁材料で作られている。接触ばねの
第２の端部は外へ張り出し、ブリッジ素子の第１の接続
端子と電気的結合される。接続端子７は例えば棒形導体
から成る。ブリッジ素子１の第２の接続端子８も棒形導
体から成り、ケース５の外面と電気的結合される。通常
、電池を流れる全電流がこのブリッジ素子１に流れ込む
ならば、少くとも半導体部品２と円板状部材３の区域Ｋ
、少くとも５７０℃以上の温度上昇をもたらす。

この温度上昇により半導体部品の周囲のガラスカプセル
と部材３が融解し始める。同時に半導体部品２が接触ば
ね４によって部材３に押込まれるから、こうして形成さ
れた短絡素子を介して接触ばねが境界面と結合され、そ
れによってブリッジ素子の接続端子７及び８の間に電気
的結合が形成される。

第３図は実質的に半導体部品２と接触ばね３とさらばね
４から成るブリッジ素子１の変型を示す。半導体部品２
は直方体状のケース５の内部に配設される。ケース５は
２個の相対する電導性境界壁５Ａ及び５Ｂを有し、残余
の境界壁５Ｄ及び５Ｅは絶縁材料製である。半導体部品
の第１の接続端子は電導性境界壁５Ａに直結される。そ
の接続端子２Ａは境界面５Ａの凹陥部に電導的に挿着さ
れている。半導体の第２の接続端子２Ｂは接触ばね３の
空欠部に電導的に挿着される。円板状接触ばね３の外縁
は、ケース５の第２の電導性境界面５Ｂの、ケース５の
内室に突出する、かぎ形に形成された腕５Ｅに接続する
。円板状接触ばね３の表面と境界面５Ｂの内面の間に、
さらばね４が緊圧状態で配設される。上述の処置によっ
て半導体部品２の接続端子２Ｂが一方では接触ばね３と
腕５Ｅを介して、他方では接触ばね３とさらばね４を介
して、電導性境界面５Ｂと電気的結合される。ケース５
の内室に突出し、境界面５Ａと電気的結合されたピン６
が、境界面５ＤＫ平行する。ビン６は接触ばね４から僅
かな間隔で終わるように、内室に挿入されている。第１
の電導接続部材７はケース５の境界面５Ａと結合される
。この接合部材７は、ここに示す実施例では棒形導体か
ら成る。第２の電気接続部材８は境界面５Ｂの外側に固
定され、同じく棒形導体から成る。

電池を通って流れる全電流がこのブリッジ素子に流れ込
むと、ここでも特に半導体部品２の区域に５７０°Ｃ以
上の温度上昇が起こ）、このため半導体部品のガラスカ
プセルが融解し始める。さらばねを緊圧状態で接触ばね
３と境界面５Ｂの間に保持するガラスカプセルの強度カ
減少する。さらばね４が伸びるので、接触ばね３がビン
６の方向に押圧されて、ピンの表面上に載坐する。こう
して電導性境界面５Ａと、同じく電導性の境界面５Ｂと
の間に低オーム電気的結合が形成される。

第２図と第３図で説明した２つの実施例では、電池に欠
陥がある場合ばかシでなく、電池が最大容量まで充電さ
れ、又はその電圧がゼロの値に達した場合にも、ブリッ
ジ素子が電池を通る電流を受は入れるように、使用する
半導体部品２をツェナーダイオードとして構成すること
が可能である。定格電圧が電池の最大充電電圧に相当し
、かつブリッジ素子が前述の条件のもとて一時的に電流
を受領することもできるように、順方向電圧が極めて微
弱であるツェナーダイオードを使用することが好ましい
。

第４図に３個の直列接続の電池（蓄電セル）２０を示す
。各電池２０にブリッジ素子１が並列に接続されている
。電池２０の内２個は、第２図に示し、当該の明細書で
詳しく説明した各各１個のブリッジ素子を装備し、第３
の電池２゜は、第３図に示し、当該の明細書で説明した
ブリッジ素子１と結合される。２つの実施態様は等価で
ち）、必要ならば第３図に示すように使用することがで
きる。各電池２０の外側はカップ状の金属ケース２１に
よって画定される。その内部にはβ酸化アルミニウムの
、同じくカップ状の固体電解質２２が配設される。ここ
に示す実施態様では、固定電解質２２と金属ケース２ノ
の間に陰極室２３が配設され、固定電解質２２の内部に
陽極室２４がある。陽極室２４はナトリウム（ここに図
示せず）で充填されている。陰極室２３の中には、第２
の反応体の役割をする硫黄（ここに図示せず）である。

各反応体室２３．，２４の中に集電体２５．２６が突出
する。集電体２５にブリッジ素子の当該の接続部材７が
、また集電体２６に当該の接続部材８が電気的結合され
る。電池２０が完全に機能し得る限り、電流は電池２０
を貫いて流れる。ブリッジ素子１は前述のように、電池
が完全に機能する場合、ブリッジ素子に極めて微弱な逆
電流しか流れないように設置されている。ブリッジ素子
１に含まれる半導体部品２をツェナーダイオードとして
構成すれば、電池が完全に充電され、又は完全に放電し
た場合でも、ブリッジ素子は電流を受は入れることがで
きる。しかしこの電流受入は短時間に過ぎない。電池２
０の内部に欠陥が現れた場合に初めて、電流回路がブリ
ッジ素子１によって持続的に橋絡される。

【図面の簡単な説明】

第１図は高温電池列の回路構造略図、第２図は本発明に
基づくブリッジ素子の断面略図、第３図は本発明に基づ
くブリッジ素子の変型の断面略図、第４図はそれぞれブ
リッジ素子を装備する複数個の電池の直列回路の略図を
示す。 ２・・・半導体部品、３・・・円板状部材、４・・・接
触ばね、７・・・接続端子、８・・・接続端子、２０・
・・電気化学電池。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電気部品、特に再充電可能な電気化学電池を橋絡す
   るための２個の電気接続端子（７、８）を有するブリッ
   ジ素子において、一部がばねとして形成された少くとも
   ２個の電導部材（３、４）を介して一方の接続端子（７
   、８）に前記半導体部品（２）が電気的に接続され、通
   電により半導体部品（２）の温度が所定の値まで上昇す
   ると、前記両接続端子（７、８）が互いに低オーム結合
   されることを特徴とするブリッジ素子。 ２）前記半導体部品（２）が易融合金の円板状部材（３
   ）を介して、予圧された接触ばね（４）と結合され、第
   １の接続端子（７）が上記の接触ばねの第２の自由端に
   接続され、かつ半導体部品（２）が第２の接続端子（８
   ）に直結されることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項に記載のブリッジ素子。 ３）前記半導体部品（２）を金属ケース（５）の内面上
   に電導的に配設し、かつ第２の接続端子（８）の役割を
   する棒形電気導体をケース（５）の外面に固定したこと
   を特徴とする、特許請求の範囲第１項又は第２項に記載
   のブリッジ素子。 ４）易融合金製の前記円板状部材（３）が ５７０℃以上の温度上昇で前記半導体部品（２）と接合
   されて低オーム短絡部材となることを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項ないし第３項のいずれか１に記載のブ
   リッジ素子。 ５）前記円板状部材（３）がアルミニウム又はアルミニ
   ウム合金製であ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に記載のブリッジ素子。 ６）接触ばね（４）をケース（５）の内部に予圧状態で
   設置し、かつ接触ばね（４）の第２の端部を絶縁してケ
   ース（５）から導き出し、第１の接続端子（７）の役割
   をする棒形電気導体と結合したことを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１に記載のブ
   リッジ素子。 ７）相対して配設された２個の電導性境界面（５Ａ、５
   Ｂ）を有するケース（５）と、前記半導体部品（２）が
   第１の境界面（５Ａ）に直結され、第２の境界面（５Ｂ
   ）に一方では接触ばね（３）を介し、他方では接触ばね
   （３）とさらばね（４）を介して結合されることを特徴
   とする、特許請求の範囲第１項に記載のブリッジ素子。 ８）接触ばね（３）の縁端部の一部区域が第２の境界面
   （５Ｂ）の、ケース（５）の内室に向かってかぎ形に曲
   がった腕（５Ｅ）に接し、接触ばね（３）と第２の境界
   面（５Ｂ）の間に別の電気接続として単数個又は複数個
   のさらばね（４）が配設され、かつ前記半導体部品（２
   ）の第１の接続端子（２Ｂ）が接触ばね（３）の空欠部
   に、前記半導体部品（２）の第２の接続端子（２Ａ）が
   第１の境界面（５Ａ）の空欠部に挿着されれいることを
   特徴とする、特許請求の範囲第７項に記載のブリッジ素
   子。 ９）第１の境界面（５Ａ）と結合された電導性のピン（
   ６）がケース（５）の内室に突出し、接触ばね（３）か
   ら僅かな間隔で終わることを特徴とする、特許請求の範
   囲第６項ないし第８項に記載のブリッジ素子。 １０）半導体部品（２）をシリコンダイオード又はツェ
   ナーダイオードとして構成したことを特徴とする、特許
   請求の範囲第１項ないし第９項のいずれか１に記載のブ
   リッジ素子。