JPS628120Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案はたとえば人工衛星に搭載されて使用さ
れるアルカリ電池に関する。

一般にアルカリ電池は、蓄電力源として用いら
れるときには単セルのみで用いられる場合は少な
く、たとえば第１図に示すように多数個の電池セ
ル１がラツク２の底板３上に並設されかつラツク
２の一対の側板４間でラツク締め付け用ボルト５
で一体的に固定される。そして隣接セル１相互は
正、負端子６，７がリード線８で直列接続され、
両端セルは電力取出用リード線９により外部回路
へ接続される。

ところで宇宙などの高真空下で使用される電池
は、高い気密性と強固な構造の他にも、電池の充
電、放電の制御を完全に行なうために電池温度の
均一化が重要な要素として要求される。そして従
来の電池セルは、第２図に示すように気密性を維
持するため、厚い耐アルカリ性の金属板を屈由
し、少なくとも１ケ所を溶接したコーナー１０を
有する電槽側面板３０を形成し、これに電槽底面
金属板４０の四辺１１，１２，１３，１４を溶接
して電槽１を強固に構成し、この電槽１に発電要
素を内蔵し、正、負端子６，７を１個づつ有する
上蓋を電槽１上端に溶接して成つていた。

また各セル１間を電気的に絶縁するため、各セ
ルの外側にガラスクロス、ポリアミドシートある
いはポリエチレンシートなどを接着あるいは付着
被覆して絶縁層２０を形成している。

このようなセル１は第３図、第４図に示すよう
に側壁コーナー部１０、底面の四ケ所のコーナー
エツジ１１〜１４における溶接部に溶接による凹
凸３１，４１があるため、これらを用いて構成さ
れた電池では隣接セル１相互間に空隙が生ずるこ
とが避けられない。また第４図に示すようにセル
底面が平らでないことから、セル底面とラツク２
の底面（固定用プレート）３との間に空隙が生じ
易い。

然るに高真空下においては熱の移動はすべて伝
導プロセスによるものであるから、上述したよう
な空隙が生じている場合には、セル１間の熱伝導
抵抗が大となり、セル１間の温度に大きな差が生
ずることになり問題であり、またセル底面からラ
ツク底板３への熱伝導は全く期待できない。

なお各セル１間の絶縁層として、溶接部の凹凸
３１，４１を埋めるために熱伝導性及び電気絶縁
特性の優れたポリイミド系の片面粘付などの片面
テープにて厚く形成しても、一般に熱伝導が良好
と云われる樹脂でも実際には熱伝導抵抗は大きい
ことから絶縁層の熱抵抗の増加を招くのみなら
ず、電池自体の単位面積当たりの容量の低下をも
たらすことになる。

またアルカリ電池は、放電時には内部抵抗によ
り電力損失の発熱があり、充電に際しては初期に
は化学変化に基ずくエントロピー変化による吸熱
が大きく、充電末期には副反応により発生した酸
素を吸収するための反応により発熱を伴なうなど
温度変化が大きい。

上述したように従来のアルカリ電池は、高真空
下において熱移動、熱放散が悪く、温度変化が大
きい。したがつて一般的に電池の電流−電圧曲線
をモニターして電池の充電情況を検出しながら充
放電制御を行う場合に、個々のセルの温度が異な
るために電池の充放電状態を把握することが不可
能であり、熱暴走現象を招くことは明白であり、
特に人工衛星など非常に高い信頼性を要求される
条件下では従来のアルカリ電池を使用することが
できなかつた。

本考案は上記の事情に鑑みてなされたもので、
高い気密性、強固な構造を有すると共にセル間お
よびセル底面、ラツク底板間に空隙が生じない構
成によつて熱均一化を図り、高真空下でも信頼性
の高いアルカリ電池を提供するものである。

以下図面を参照して本考案の一実施例を詳細に
説明する。第５図に示す電池セル５０において、
５１は深しぼり缶であり、JISで規定されるステ
ンレスステイール鋼３１６などの耐アルカリ性金
属板の深さしぼり加工により製作されたものであ
る。５２は上記缶５１に内蔵された発電要素、５
３は上蓋であつて上記缶５１の上端に溶接され、
これにより缶５１は密閉されている。上記上蓋５
３には、絶縁シール材たとえばセラミツクシール
材５４の中心を貫通する導電体からなる正極用、
負極用各１個づつの端子５５，５６が設けられて
いる。そして上記缶５１の外側面と底面には、第
６図に示すようにたとえば片面粘着性のポリイミ
ド、弗化ビニールなどの片面粘着テープの圧着に
より熱伝導性の良い電気絶縁性樹脂層６１がま
ず、設けられ、さらにこの外側には熱伝導性を良
好にするためにたとえば片面粘着処理が施されて
いるアルミテープの圧着により熱良導体からなる
金属材の熱伝導層６２が設けられ、電池セル５０
は３層構造になつている。このようなセル５０
は、たとえば第１図に示したように多数個がラツ
ク２に締め付け固定されて電池を構成する。

上記構成の電池において、各セル５０は深しぼ
り缶５１を用いているので４側面のコーナーがす
べて滑らかであり、かつ底面が平らであるから、
外側に樹脂層６１、熱伝導層６２を設けてセル５
０相互を締め付け保持したとき、セル５０相互間
に空隙は生ぜず、またセル底面とラツク底板（第
１図３）との間にも空隙が生じない。しかも熱伝
導層６２を設けているのでセル５０の熱移動性、
熱放散性が良く、セル５０相互間、セル底面とラ
ツク底板との間の熱伝導性が良い。したがつて高
真空下のように熱が伝導のみにより移動する場合
でありかつ充放電に伴なう温度変化が大きいアル
カリ電池であつても、上記構成によれば電池の熱
均一性がよくなり、充放電制御を安全に行うこと
ができ電池の信頼性が高い。また前記電池セル５
０は深しぼり缶５１に上蓋５３を溶接しており、
気密性が高く、強固である。

次に具体的実施例で説明する。ステンレスステ
イール３１６から成るNi−Cd（ニツケル・カド
ミウム）蓄電池セル（容量10A.H、高さ89.0mm、
幅70mm、厚さ25.0mm、端子直径３mm、シール材直
径8.0mm）の深しぼり缶の各側面および底面に放
熱性及び電気絶縁特性の優れたポリイミド系の片
面粘付テープ（厚さ50μｍ）を均一に圧着し、さ
らにその上部に粘着性アルミテープ（厚さ200μ
ｍ）を圧着する。このセルを厚さ方向に12個第１
図のようにアルミ材から成る２mm厚さの底板部３
間に配置し、同じくアルミ材から成る両側板４間
に配置して、アルミ材のねじ５で締め付け、各セ
ル相互及び各セルと底板部３とを一体化して固定
し、15Vの電池を製作した。

この電池を25℃、10^-5mmHg真空中の熱絶縁基
体上に設置し、0.5Aの電流を30時間通じて充電
状況におき、各セルにおける温度をモニターした
ところ、セルの中央部と端部との温度差は５℃程
度にすぎない。また重量効率20A.H／Kgであつ
た。

これに対して第２図乃至第４図に示したような
従来の溶接加工により、上記実施例と同じ容量、
大きさで、同じ端子直径、シール材直径を有する
電池セルを製作して同じように電池構成を行な
い、この電池を上記実施例と同条件で充電状況に
おいたところ、セルの底部からの熱移動が殆んど
なく、セルの中央部と端部との温度差は10℃以上
もあつた。すなわち本考案の電池は従来の電池に
比べて熱均一性が優れていることが認められる。

なお第５図及び第６図に示した実施例では、深
しぼり缶５１の外側面と底面に片面粘着性を有す
る熱伝導性及び電気絶縁性の優れたポリイミド系
のテープを圧着し、さらにこの外側に熱伝導性を
有する片面粘着性のアルミテープを圧着したが、
本考案はこれに限らず第７図に示すように変形実
施してもよい。すなわち金属酸化物等のフイラー
を含むエポキシ等の未硬化の熱伝導性のよい樹脂
７０が、予め注入された熱伝導性の良いアルミ材
等の外側缶７１内に深しぼり缶５１を挿入したの
ち樹脂７０を硬化させて内蔵の深しぼり缶５１と
外側缶７１とを樹脂７０で互に密着させ、３層構
造のセルを構成しても前記実施例と同様な硬化が
得られる。さらに第７図において予め深しぼり缶
５１のコーナー部に一定の厚みを有する耐熱性の
優れた絶縁性不織布を圧着したのち外側缶７１に
深しぼり缶５１を挿入して前記樹脂７０を封入硬
化させても前記実施例で得られた良好な熱伝導性
が得られるほか、不織布によつて外側缶７１と内
側缶５１との間隔を一定にでき電気的な絶縁を行
ない得る利点がある。また、これらの実施例にお
いて樹脂７０の硬化前に予め減圧雰囲気下で脱泡
処理することにより、さらに熱伝導性の優れた丈
夫な電池を得ることができる。また第７図の実施
例では外側缶７１に熱伝導性の良い材質を使用し
たが、特にアルミニウム等電解液中で陽極として
通電すると酸素ガスを出さずに酸化物層を形成す
る弁金属を使用する場合には予めその酸化物層を
形成するための処理であつて、例えばアルミニウ
ムの耐食性を向上させるためのアルマイト処理等
の陽極酸化処理を施すことにより絶縁性の優れた
硬い皮膜を形成でき、これによつて樹脂層の厚み
をさらに薄くでき、熱伝導性の高い、重量の少な
い電池が得られるのは勿論である。

本考案は上述したように、高い気密性、強固な
構造を有すると共にセル間およびセル底面、ラツ
ク底板間に空隙が生じない構成によつて、熱均一
化を図り、高真空下でも信頼性の高いアルカリ電
池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアルカリ電池の一般的構成を示す斜視
図、第２図は従来のアルカリ電池セルの底面側を
示す斜視図、第３図は第２図のＡ−Ａ線に沿つて
裁断したセル側面溶接部を示す断面拡大図、第４
図は第２図のＢ−Ｂ線に沿つて裁断したセル底面
部を示す断面拡大図、第５図は本考案に係るアル
カリ電池の構成要素である電池セルの一実施例を
示す部分切断斜視図、第６図は第５図のＡ−Ａ線
に沿つて裁断したセル底面コーナー部の断面拡大
図、第７図は第５図の変形例を示す部分切断斜視
図である。 ２……ラツク、３……ラツク底板、５０……電
池セル、５１……深しぼり缶、５２……発電要
素、５３……上蓋、５４……絶縁シール材、５
５，５６……端子、６１……電気絶縁性樹脂層、
６２……熱伝導層。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 耐アルカリ性金属板の深しぼり加工により製作
   された缶と、この缶に内蔵された発電要素と、上
   記缶の上端に溶接され缶を密閉する上蓋と、この
   上蓋に設けられ絶縁シール材の中心部を貫通する
   導電体からなる正極用および負極用の端子と、前
   記缶の外側に形成された熱伝導性の良い電気絶縁
   性樹脂層と、この樹脂層の外側に形成された熱良
   導体から成る金属材の熱伝導層とを有する電池セ
   ルをラツク底板に設けた一対の側板間に複数個並
   設し、側板を締付けて各電池セルを相互及び各電
   池とラツク底板を一体的に固定することを特徴と
   するアルカリ電池。