JPS62170164A - 活性化可能なバツテリ− - 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】 本発明は活性化可能バッテリー用の熱交換器の構成に係
わる。

１里立互１ より詳細に言うと、本発明は単位質員当りの電力供給量
の大きいバッテリーに係わる。このようなバッテリーは
Ｌ　１−８ＯＣＱ２またはし１−８Ｏ２Ｃρ２の電対を
使用しており、数百キロワットの電力を送電できるが、
この時送出エネルギーの１０〜２０％を熱の形で発生す
る。バッテリーを冷却しない限りリチウムが溶融して、
バッテリーの放電を完全に終えるよりはるか以前にバッ
テリーを破損するおそれがある。

このため、電気化学反応によって発生する熱を除去し、
最初に電気化学ブロックから、最後にこの電気化学ブロ
ックを収容する外囲体から熱を放逐することが必要であ
る。

各セルが電極間距離の短い非常に薄い構成部品で構成さ
れているボルタ電堆形の１ｉ−８ＯＣρ２またはしｉ−
８○２Ｃ４’２バツテリーの場合、この問題の解決が非
常に難しくなる。例えば各セルが、 −１さ１０分の数ミリメートルの多孔性陰極と、−厚さ
約１０分の１ミリメートルのセパレータと、 −８と乃１０分の１ミリメートルの　リ÷つＡ門」かと
、−厚さ　１００分の数ミリメートルのニッケルめっき
した銅製電流コレクタとを含む場合が考えられる。

銅製電流コレクタを用いて熱を伝導させることもできる
が、厚さを大きくすると必然的に重重も増大する難点の
ため厚さの増加は不可能である。

また、電極を更に移動すると空隙が大きくなってバッテ
リーの性能が急激に低下する原因となるため、電極の移
動も不可能である。

本発明の目的は、以上の条件にも係わらずバッテリー中
で発生する熱を放逐することのできるバッテリー構造を
提供することである。

１１豊里上 本発明は絶縁性外周体の中に格納されているボルタ電堆
から成り、前記電堆の各セルが多孔性陰極と、セパレー
タと、リチウム陽極と、金属コレクタとを含んで成る活
性化可能バッテリー用の熱交換器の構成を提供する。こ
の熱交換器は電＠質の強制循環回路によって構成されて
おり、前記回路が、 −それぞれ前記絶縁性外囲体の外側に開口している電解
質注入用マニホルドおよび電解質収集用マニホルドと、 −各セルの少なくとも１つの電極を通して形成されてい
るチャネルを含んでおり、前記注入用マニホルドから前
記収集用マニホルドまで各セルを通して電解質を伝達す
る手段と、 −前記注入用マニホルドから前記収集用マニホルドへ電
解質を循環させるポンプとを含んで成る。

陽極をリチウムで形成する場合、前記チャネルはセルの
陰極側に設ける方が望ましい。

前記チャネルが電極面積において占める割合は５〜２０
％が有利である。

最初の実施態様では、前記注入用マニホルドと前記収集
用マニホルドが複数のオリフィスを含む１組の同軸的中
心ワッシ１１を積重ねることによって構成される。

これらのワッシレが前記チャネルから電解質を伝達する
ための満を含んでいる他、１つおきのセルがまずそのセ
ル自身のチャネルと連通し、次に適当なオリフィスを介
して隣接レルと連通ツる周辺セルを含む。

第２の実施態様においては、注入用マニホルドが複数の
オリフィスを含む１組の同軸的中心ワラシトをｆａ重ね
て形成され、収集用マニホルドが複数のオリフィスを含
む１組の同軸的周辺ワッシャを積重ねて形成される。

中心ワッシャはその注入オリフィスをＩＩに設けたチマ
！ネルと連通させる溝を含ｌυでおり、周辺ワッシャは
そのオリフィスを前記電極に設けたチャネルと連通させ
る周辺連けいチ１１ネルを備えている。

ある電極対の電極に設けられている半径方向チャネルは
、その前に位置する電極対の電極およびその後に位置す
る電極対のｉｌ！ｉに設けられている半径方向チャネル
に関して角度的に偏位させるのが望ましい。

次に添付図面を参照しながら本発明の実Ｍｌ様中 につい例示的に説明する。

具体例 第１図はバッテリーとその電解質供給構造の簡略断面図
である。

本発明によるバッテリー１は密封ケーシング２の中に収
容されている。バッテリー１は電気化学セル１１．１２
．１３．１４・・・・・・を積重ねて構成されている。

その構造については後に詳述することにする。堆積アセ
ンブリは軸４に沿って貫通する中心ダクト３を備えてお
り、絶縁性外囲体５によって被覆されている。

電解質はタンク内に貯蔵されているが、このタンクは本
発明の−・部を成すものではない。バッテリーを作動す
ると、電解質がダクト２１内を矢印２０の方向に通って
供給され、ポンプ２２によってバッテリ１の全体に循環
される。参照番号２３と２４はそれぞれ弁を示している
。後に詳述するように軸４を中心として各種のダクトが
中心ブロック３０を貫通して設けられている。電解質は
注入用マニホルド２５を流れた後、奇数番号のセル１１
，１３．・・・・・・を通り、次に偶数番号セルを通る
（叩ら、セル１１からセル１２へ、セル１３からセル１
４へ・・・・・・と進む）。最後に偶数番号のセルから
収集用マニホルド２６へ流入する。ＩＩＲ集用マニボル
ドは、ケーシング２と絶縁性外囲体５との間に形成され
る周辺環状室２８と連通する入口２７を有する。前記環
状室からの出口２９がポンプへの導入ダクト２１と連通
している。

６００Ｖのセルブロック３１〜３６を６個並列に接続し
て成る。この回路図には２つの注入用マニホルド２５．
２５’と２つの収集用マニホルド２６．２６°が示され
ている。矢印４１，４１°は電解質が注入用マニホルド
から各ブロックの奇数番号のセルに注入される方向に相
当し、矢印４０．４０’は偶数番号のセルから収集マニ
ホルドへ放出される方向に相当する。

ブロック３０に複数の注入、排出用マニホルドを設けて
も良い。ブロック３０の構成について次に述べる。

ブロック３０はそれぞれセル１つ分と同じ高さの絶縁性
ワッシャ５０を積重ねて構成される。各ワッシャが中心
孔を備えており、これらが軸４を中心としてダクト３を
形成する。

第３図はセル５１と関連するワッシャ５０の概略半断面
図である。このセル５１は、 −厚さ０．４ｍｍの多孔性陰極５２と、−厚さ０．１Ｍ
のセパレータ５３と、 −厚さ０．１５＃のリチウム陽極５４と、−厚さ０．０
２５Ｍのニッケルめっきした銅コレクタ５５とを含んで
成る。

分かり易くするため、この図は正確な尺度に拠っていな
い。

隣接素子の陽極５４、コレクタ５５、陽極５６がバイポ
ーラ電極を構成する。

陰極５２に設けられる半径方向チ【Ｉネル５１と連通す
る注入用ダクトに電解質を流すこともできる。

第４図と第５図を参照しながら電ｒＫ質の流れのメカニ
ズムについて更に詳細に説明する。第４図および第５図
はそれぞれバイポーラ電極の隘１４面１００と、その先
行バイポーラ電極の真下に隣接するバイポーラ電極の陰
極面２００とを示す平面図である。

陰極１００はワッシャ１５０と関連している。ワッシャ
１５０の周囲には１２個のオリフィス１０１〜１１２が
規則的に分布しており、注入用マニホルドまたは収集用
マニホルドに適合するように構成されている。

便宜上、電堆のワッシャは全て同じオリフィスを備えて
いる（第５図の陰極２００のワッシャ２５０とその１２
個のオリフィス２０１〜２１２を参照のこと）。またワ
ッシｔｌｏｏとワッシャ２００は電気接続線を通すため
のオリフィス１２０，２２０を備える。

陰極１００は、半径方向チャネル１２１〜１２６および
周辺チャネル１２７をその厚さ方向に設けられており、
周辺チャネルはバイポーラ電極を貫通するオリフィス１
３１〜１３６と連通している。オリフィス１３１〜１３
６は、陰極２００にチャネル１２１〜１２６とは角度的
に偏位して設けられているそれぞれの半径方向チャネル
２２１〜２２らまで続いている。

最後にワッシャ１５０は溝１４１，１４６を備えており
、それらの溝によって、オリフィス１０１をチャネル１
２１．１２６とそれぞれ連通させるように構成されてい
る。オリフィス１０５とチ１１ネル１２２．１２３の間
にある溝１４２．１４３およびオリフィス１０９とチャ
ネル１２４、１２５の間にある満１４４，１４５につい
ても同じことが言える。

陰極２００のワッシｔｚ２５０については、溝２４１．
２４２がオリフィス２０２をチャネル２２１，２２２と
連通させる。同様に溝２４３．２４４もオリフィス２０
６をチャネル２２３．２２４と連通させ、溝２４５．２
４６がオリフィス２１０をチ（ｌネル２２５，２２６と
連通させる。

第４図と第５図に示した２つのバイポーラｍｈを重ね合
わせると、オリフィス１０１．１０５．１０９を通って
来る電解質が溝１４１〜１４６を経由して、周辺チ１？
ネル１２７に続く半径方向チャネル１２１〜１２６に沿
ってセル周辺に向かって拡流する（矢印の経路参照）。

その後電解質はオリライス１３１〜１３６を通過してチ
ャネル２２１〜２２６沿いに再びセル中心部に戻り、収
集用マニホルドに含まれるオリフイス２０２．２０６．
２１０の溝２４１〜２４６に達する。

−・例を挙げると、バイポーラ電極の内径を２００朧、
バイポーラＷ　１Ｍの外径を４８５１１１１１１．各ワ
ツシｐの高さを約０．７ｍ、チャネルの深さを０．４線
、半径方向チＩＩネルの幅を６ｍ、周辺チャネルの幅を
３馴、中心ダクトの直径を１００Ｍとすることができる
。

チャネルが電極対の面積に対して占める割合は５〜２０
％が有利である。

第６図と第７図は本発明によるバイポーラ電極の変形例
を示す。

第４図と類似の第６図はバイポーラ電極の陰極面３００
を示す平面図であり、第５図と類似の第７図は先行の電
極のすぐ下に配置されるバイポーラ電極の陰極面４００
を示す平面図である。

陰極３００もワッシャ１５０と類似のワッシャ３５０を
備えており、オリフィス３３１〜３３６に続く半径方向
チャネル３２１〜３２６を含んでいるが、この例では周
辺チ（１ネルが設けられていない。

矢印はワッシャ３５０の内側のオリフィスから出た′ｉ
Ｈ解質の遠心経路を示す。ワッシャ２５０と類似のワッ
シャ４５０を取Ｎけた陰極４００は周辺チャネル４２７
へ続く半径方向チ【／ネル４２１〜４２６を含む。

周辺チャネル４２７が第６図のバイポーラ電極のオリフ
ィス３３１，３３６と連通ずる。

周辺チャネル４２７からワッシャ４５０の内側オリフィ
スへ向かう電解質の求心経路を矢印で示す。

第４〜７図の実＃ｉ態様では、電流の漏れを防止するた
め、電極対間を連通ざＶるオリフィス（例えば１３１〜
１３６）の周りに小型の絶縁性ワッシャを設けるのが有
利である。

第８図は６００ボルトのブロック６１〜６６を６個並列
に接続して成るバッテリーに供給するための水圧系回路
の変形例を示す。この図では２つの同形の電解質注入用
マニホルド７５□７５′が中心に配置される一方、２つ
の収集用マニホルド７６．７６°が周辺に配置されてい
る。矢印７１．７１’は電解質が注入用マニホルドから
ブロックのセルへ注入される方向に対応しており、矢印
７０．７０’はセルから収集用マニホルドへ放出される
方向に対応する。この他にも注入用マニホルドおよび収
集用マニホルドを回路図に追加して設けてよいことは当
然である。

第９図と第１０図は中心ワッシャの変形例を示す。

この中心ワッシャは周辺ワッシャと関連して使用され、
上述と同じ水圧系回路を促供する。

第９図から分かるように、中心ワッシャ５５０と周辺ワ
ツシｐ　５６０は同軸的である。中心ワッシャ５５０は
１２個のオリフィスを備えており、電解質注入用マニホ
ルドの−・部を形成する。これらのオリフィスのうら、
正三角形の頂点に位置する３つのオリフィス５０１．５
０５．５０９は陰極面５００に設（プられている参照番
号５２１〜５２６を付した半径方向チャネルと溝５４１
〜５４６を介して連通ずる。

周辺ワッシャ５６０には更に、電界買収集用マニホルド
に含まれる１２個のオリフィスが設けられている。これ
らのオリフィスのうち３つの５６１，５６２゜５６３は
周辺接続チマｌネル５７１〜５７６を介して半径方向チ
ャネル５２１〜５２６の各々と連通している。

第１０図も第９図と類似の構成を示しているが、第９図
から角度的に偏位している。中心ワッシャ６５０と周辺
ワッシャ６６０とを含み、中心ワッシＶ６５０のオリフ
ィス６０１．６０５　、６０９が電解質注入用マニホル
ドの一部を形成する−・方、ワッシャ６６０のオリフィ
ス６６１　、６６２．６６３が収集用マニホルドと連通
している。陰極面６００の半径方向チャネル６２１〜６
２６がまず中心ワッシャ６５０の溝６４１〜６４６と連
通した後ワッシャ６６０の周辺接続チＶネル６７１〜６
７６と連通ずる。

上記のように構成したために、金属板（リチウムと金属
の電流コレクタ）によって熱が半径方向に伝導され、更
に電極対全部を通って電解質収集用マニホルドまで循環
する電解質によって熱がバッテリから外部へと伝速され
る。電極に直接通して設りたチャネルが金属と電解質を
直接接触させるためである。

本発明の構成によると、どの電極対についてもその電堆
の中での位置とは無関係に非常に近似した熱損失と電解
質の流員を得ることができる。

また電解質は電堆の絶縁性外囲体と熱交換用ケーシング
の間を移動するため、バッテリー全体から熱を放逐する
ことができる。

Ｓ論本発明は、ここに記載したような各陰極に６木の半
径方向チャネルを設ける実施態様に限定されるものでは
なく、このようなチャンネルを４本だけにしても良いし
、あるいは逆にその数を多くしでも良い。

ニッケルめっきした銅〕レクタの代わりに、厚さ約２５
〜１００ミクＤンのニッケルめっきしたアルミニウムコ
レクタを用いることもできる。

別の実施態様では、リチウム陽極に周辺チャネルを設け
てもよい。但し、陰極の方が厚く、また放電中に収縮す
る傾向のある陽極と異なって陰極は膨張する傾向にある
ため、陰極の方に周辺チ１７ネルを設りる方が有利なよ
うである。

【図面の簡単な説明】

第１図は電解質循環用の手段と関連させた本発明による
バッテリーの概略部分断面図、第２図は第１図のバッテ
リーに送られる電解質の水圧系回路図、第３図は中心ワ
ラシトを含む第１図のバッテリーのセルの１つを示す概
略半断面図、第４図は中心ワッシャを含む本発明による
バイポーラ電極の平面図、第５図は第４図の電極と関連
させたバイポーラ電極の平面図、第６図は第４図と類似
の平面図であり、バイポーラ電極の変形例、第７図も策
５図と類似の平面図であり、第６図の電極と関連させた
バイポーラ電極を示す図、第８図は第１図のバッテリー
に供給される電解質の水圧系形例を示す平面図、第１０
図は第９図の電極と関連させたバイポーラ電極の平面図
である。 １・・・・・・バッテリー、５・・・・・・絶縁性外囲
体、１１．１２．１３．１４・・・・・・電気化学セル
、２２・・・・・・ポンプ、２５．７５・・・・・・注
入用マニホルド、２６、７６・・・・・・収集用マニホ
ルド、５１・・・・・・セル、５２・・・・・・陰極、
５３・・・・・・セパレータ、５４・・・・・・リチウ
ム陽極、５５・・・・・・金属コレクタ、５７・・・・
・・半径方向チ１１ネル、１００、２００．３００．４
００．５００．６００・・・・・・陰極、１５０、２５
０．３５０．４５０・・・・・・ワッシャ、５５０、６
５０・・・・・・中心ワッシャ、５６０、６６０・・・
・・・周辺ワッシャ、１２１〜１２６，２２１〜２２６
．　３２１〜３２６．　４２１〜４２６．　５２１〜５
２６．６２１〜６２６・・・・・・半径方向チャネル、
１２７．４２７・・・・・・周辺チャネル。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱交換器内蔵形の活性化可能バッテリーであって
   、該バッテリーが絶縁性外囲体の中に格納されているボ
   ルタ電堆から成り、前記電堆の各セルが多孔性陰極と、
   セパレータと、リチウム陽極と、金属コレクタとを含ん
   で成り、前記熱交換器が電解質の強制循環回路によつて
   構成されており、前記回路が、 −それぞれ前記絶縁性外囲体の外側に開口している電解
   質注入用マニホルドおよび電解質収集用マニホルドと、 −各セルの少なくとも１つの電極を通して形成されてい
   るチャネルを含んでおり、前記注入用マニホルドから前
   記収集用マニホルドへ各セルを通して電解質を伝達する
   手段と、 −前記注入用マニホルドから前記収集用マニホルドへ電
   解質を循環させるポンプとを含んでなるバッテリー。
2. （２）前記チャネルがセルの陰極側に設けられている、
   特許請求の範囲第１項に記載のバッテリー。
3. （３）前記チャネルが電極面積の５〜２０％を占めてい
   る、特許請求の範囲第１項に記載のバッテリー。
4. （４）前記注入用マニホルドと前記収集用マニホルドが
   、複数のオリフィスを含む１組の同軸的中心ワッシャを
   積重ねることによつて形成されている、特許請求の範囲
   第１項に記載のバッテリー。
5. （５）前記電解質伝達手段がまず各ワッシャ内に前記チ
   ャネルと連通して設けられた溝によって構成され、次に
   １つおきのセルに設けられており最初にそのセル自身の
   チャネルと連通し次に隣接セルのチャネルとオリフィス
   を介して連通している周辺チャネルによって構成されて
   いる、特許請求の範囲第４項に記載のバッテリー。
6. （６）前記注入用マニホルドが複数のオリフィスを含む
   １組の同軸的中心ワッシャを積重ねることによって形成
   されており、前記収集用マニホルドが複数のオリフィス
   を含む１組の同軸的周辺ワッシャを積重ねることによつ
   て形成されている、特許請求の範囲第１項に記載のバッ
   テリー。
7. （７）前記中心ワッシャが注入オリフィスを前記電極に
   設けられているチャネルと連通させる溝を備えている、
   特許請求の範囲第６項に記載のバッテリー。
8. （８）前記周辺ワッシャがそのオリフィスを前記電極に
   設けられているチャネルと連通させる周辺接続チャネル
   を備えている、特許請求の範囲第６項または第７項に記
   載のバッテリー。
9. （９）電極対の電極に設けられているチャネルが半径方
   向を向いており、かつその先行の電極対の電極およびそ
   の後に位置する電極対の電極に設けられているチャネル
   に関して角度的に偏位している、特許請求の範囲第１項
   に記載のバッテリー。