JPS6340357B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般には新規でかつ有用な電源モジユ
ールの改良に関し、より詳細には、負極とが積層
関係に配置され両者間を均一な圧力接触状態に維
持するため加圧しかつ両者間にある電解液の流れ
が電源モジユールを全て作動状態におくようにし
た電気化学電池形式の電源モジユールに関する。

〔先行技術〕

本発明が言及する一般的形式の電源モジユール
においては、通常負極と正極とが単一のケース内
に積層関係にて配置され、必要な電解液が隣接す
る負極と正極の接触面を横切つて流れる。

またこの負極及び正極積層体はその一方端に配
置された単独の加圧要素によつて加圧接触するよ
うに維持されている。このような電源モジユール
組立体は、機能はするものの、ある望ましくない
欠点を有している。

分路損失電力の源である。昨今の二極モジユー
ルにおいては、これらの損失を減じるために、加
圧された浮動側壁から成る非常に複雑な今日では
信頼をおけるとはいえないシステムと、分路カー
テンと、分路マニホルドとが使用されている。ま
たリチウム又はそれと同様な材料から成る負極が
消耗すると分路通路が減少する。

〔目的、構成および効果〕

本発明のモジユールにおいては分路損失は固定
式の単独の流れマニホルドによつて減じられてい
る。流れマニホルドを固定することによつて分路
抑圧系がかなり信用のおけるものとなつている。
またこのモジユールにおいては分路マニホルドが
水平をなしモジユールの全体の垂直高さを減じて
いるので、非常に小型化したモジユールが得られ
ている。

二極モジユールにおいては、電解液流れ分布の
主要部分は分路マニホルド内での圧力降下によつ
て得られる。許容分路損失及び勝れた流れ分布を
得るような1.0psi圧力降下は、1.0psi圧力降下を
呈するように設計された分路マニホルドが使用さ
れるとき縁部において変形し且つ漏れを生じがち
な今日の分路カーテンにおいては非常な困難を生
じている。

本件モジユールにおいては分路マニホルド内で
の許容圧力降下を所望値とすることが出来る。な
ぜならかかる分路カーテン及び公知の加圧流動側
壁は不用だからである。こうして最適の流れ分布
及び分路抑圧が出来る。

二極モジユールの各セルは正極板上に押圧され
ているリチウム又はそれと同様の負極材料のブロ
ツクから成る単一ユニツトである。正極板は溝付
の炭素鋼板であり、該鋼板はそこに溶接されてい
るプラチナをめつきした正極スクリーンと前述の
分路抑圧系とを有する。この正極板は安価ではな
くまたこのような組立体はレリチエーテング（再
尿酸塩化：relithiating）及びレフアビツシング
（再光沢化：refurbishing）のために戻されねば
ならない。レフアビツシングには分路カーテンの
取替えと、バーノライトコーテイング
（varnolyte coating）が未だ完全であり且つ電場
作業からの比較的繊細な正極板とスクリーンの持
運びにおいて物理的損失が発生していないことを
確認する物理的検査と、が必要である。

本発明のモジユールにおいては、正極はモジユ
ールケース内に恒久的に固着されており動くこと
はない。リチウムの負極は安価な消耗形炭素鋼板
の正極に押圧されている。このため使用者は、プ
ログラムを支持するために必要な正極板の量のみ
ならず、レフアビツシング及び在庫問題をも解消
出来る。

二極モジユールにおいて、電極は積層状に組立
てられる。これはモジユールケース内に（現在行
なつているように）個々の電極を配置することに
よつてなされ、又は電極をたな状に組立て次いで
それらの電極組立体をモジユールケース内に押し
込むことによつてなされる。これまで分路カーテ
ンは負極面とそれに隣接する正極スクリーンとの
間に存する傾向があつた。これは電極が無駄に且
つ非常にモジユールの機能を減じている。本発明
のモジユールではモジユールがカーテンを有して
いなので作業員は間違を生じない。加圧系は簡単
に押戻され（又は真空により押戻され）、負極は
個々の基礎部上に戻される。

この二極モジユールは積層体の加圧のためにゴ
ム製袋を使用している。これは適切であるがモジ
ユールが再装填される度毎に処理されねばならな
いような薄いゴム製品の場合のように、組立ての
際に破損されがちである。このような破損はモジ
ユールが作動されるまでは発見されないものであ
る。

本発明のモジユールにおいては、同様にゴム製
袋も使用される。もしかかる袋が使用される場合
には、袋はモジユールからはなされずこうして作
業員による破損を防止する。然しより一層信頼の
おける金属製ベローズが加圧のため及びモジユー
ルを通る電導体として使用される。

約12インチのストロークを越える二極電源モジ
ユールでは金属組ベローズは適切でない。経験に
よればベローズの波形とばね定数とが大きい問題
であり、約12インチのストロークを越えるものの
場合には大きに相矛盾する技術上の要求事項が存
在している。本発明においては各ベローズは1.6
インチ（即ち１個の陽極の厚み）ほどだけ移動
し、そのため上記の如き制限を受けない。

1.6インチ厚の負極を使用している単一電極試
験では24〜26時間満足に作動した。二極モジユー
ルにおいては複数の1.6インチ負極を使用した場
合の作動時間は単一の電極の耐用時間の約半分で
ある。本発明のモジユールは基本的には一連の単
一電極である。

二極電極積層体では、しばしば１つ又はそれ以
上の電極は作用しない。即ち出力が低いが零ボル
トである。本発明のモジユールにおいては単一モ
ジユール電圧が容易にモニタされ、電極圧力が各
電極から適当な作用を呈するように調整される。

本発明のモジユールの別の特徴は所望の電圧に
接続することが出来る。

例えば５個の6.0ボルトタツプは低電力ソレノ
イドを作動するため30ボルト電力モジユールを容
易に提供出来る。この特徴は30ボルト以外の補助
装置電力を作るため全ての出力電力をDC／DC変
換器へ入れなければならない二極モジユールにお
いては不可能である。

即ち本発明は電気化学電池式の電力モジユール
組立体に関し、この組立体は一対の端部板間に積
層関係に載置された複数の独立した単極セルによ
り構成されている。各セルは一般に電解液供給を
除いては自己含有形であり、加圧袋組立体によつ
て正極板に一定圧力で接する滑動自在に設けられ
た負極を含んでいる。負極の両側面は電解液が流
出しないようにシールされ、電力を消失する渦電
流を生じないよう隣接するセルを分離している。

〔実施例〕

以下具体例について述べる。

図を詳細に検討するに、第１図には本発明の電
源モジユール組立体が示してある。この電源モジ
ユール組立体は電気化学電池の形態をなし、番号
５には概括的に指称している。この電源モジユー
ル組立体５は基本的には一対の端部板６，７を含
んでいる。これらの端部板６，７間には番号８で
示すような実質的に同一の複数の電池（セル）が
配置されている。初めに個々のセルの詳細につい
て述べ、次に電源モジユール組立体５を形成する
セルの取付けについて述べる。

各セル８は番号９で概括的に指称されているセ
ルフレームを有している。各セルフレーム９は一
般に外観が矩形形状をなしかつ中空となつてい
る。各セルフレーム９の一端面にはシール溝１０
が設けてあり、この溝１０内にはシールリング１
１が設けてあり、これにより隣接するセルフレー
ム９間に流体密のシールを形成している。

通常、これらのセルフレーム９は一般に垂直面
内に配置されている。記述上、各セルフレーム９
は、上側部１２と、底側部１３と、一対の垂直側
部１４と、を有するものとして述べる。

セルフレーム９のこれらの側部は一般に矩形の
貫通開口１５を形成している。各セルフレーム９
の上下部分には、セルフレーム９の厚みより僅か
に少ない厚みを持つ一般に矩形断面形状の負極支
持及び案内組合部材１６が載置されている。ここ
で厚みとはセルの積層方向の寸法であり、セルが
垂直方向に配列されている電源モジユール組立体
の場合には水平の方向を意味している。

各負極支持案内部材１６は開口１５内に間隔を
おいて配置した一対の支持ブロツク１７によつて
セルフレーム９の開口１５内に位置ずけられてい
る。

支持ブロツク１７は、セルフレームの開口を長
手方向に伸びかつ該セルフレームの垂直側部１４
内の貫通孔１９を通つているピン１８によつて支
持されている。ピン１８は垂直側部１４のための
構造支持体を提供している。

消耗形負極２０は、負極支持案内部材１６間及
びセルフレーム９の垂直側部１４間に配置されて
いる。第１図において負極２０は一部が消耗した
状態にて示してある。

各負極支持案内部材１６は番号２１で示すよう
な流れ分布・変更抑制マニホルドを有している。

このマニホルドは協働する負極支持案内部材１
６と共に突出リブ２２を形成している。該突出リ
ブ２２は負極支持案内部材１６を越えて厚み方向
に伸びている。該リブ２２は、その自由表面上
に、隣接する負極支持案内部材１６と共にシール
を形成するためのシール要素２３を載置してい
る。

一般にリブ２２間には正極の部分を形成してい
るスクリーン２４が設けられており、該スクリー
ン２４は隣接する負極２０の面に接するようにな
つている。スクリーンは負極の面と広い範囲に渡
つて密接すると同時に負極及び正極の接触面間に
電解液が絶えず循環するように選択される。

このスクリーン２４は正極板２５と衝合接触の
状態にある。第４図によく示すように、スクリー
ン２４に係合する正極板２５の面は多数の突出リ
ブ２６を有しており、これらのリブ２６はスクリ
ーン２４の面を横つて電解液が流れるための浅い
流動通路２７を形成する機能を備えている。正極
板２５の溝を有しない側の面は負極と直接接触
し、隣りのセル８の陽極のための裏板をなす。

負極２０の側面端が電解液の流れを制止するよ
うにシールされかつ負極が消耗したときに包み込
むように負極の側面を保護するため使用するゴム
状（マイクロフレツクス：MICCROFLEX）コ
ーテング２０Ａのための凹部を提供するために、
各負極支持案内部材１６にはシール部材２８が支
持されている。該シール部材２８は、当該部材２
８がスクリーン２４と、負極２０の水平配置縁又
は面とに係合する位置において負極支持案内部材
内に形成された切込２９内に着座している。

更に、第２図によりわかるように、セルフレー
ム９の垂直側部１４は、溝１０が形成されている
該側部１４の面内に、開口１５にすぐ近接して、
切込又は凹み３０を有している。

該凹み３０内には封止要素又は封止片３１が配
置されており、この要素３１はスクリーン２４の
側縁及び負極の垂直側面へ封止接合している。こ
うして、全ての実用的目的のために負極２０の垂
直側面とセルフレーム９の側部１４との間を通る
電解液の流れが阻止される。

スクリーン２４と正極板２５とは負極の上下を
越えて伸びており、電解液が負極へ達する前に電
解液へ均一な流れをもたらしている。こうして二
極モジユールにおいて通常経験するような負極縁
の腐蝕を減じている。

第４図に示すマニホルド組立体に関し、各負極
支持案内部材１６はその部材全長にわたつて延び
ている深い溝３２を備えている。各溝３２内には
溝付板３３が配設されている。該溝３２と溝付板
３３との寸法は、流れ通路３４（第１図）が溝の
底部に形成されるような関係を有する。溝付板３
３の両面には電解液の流れ通路として作用する複
数の等間隔をもつて平行に配置された溝３５が形
成されている。これらの流れ通路は、(1)電解液を
スクリーン２４と正極板３５の全幅に渡つて均等
に分布することが出来、(2)各セル９へ対する電解
液の流れ速度を調整し、更に(3)電解液が長い最小
流れ面積を有する通路を流れるようにすることに
よりセル間の電気的分路損失を減少出来るのであ
る。

また各セル８は負極２０の全ての腐蝕状態下に
おいて最適の力を付与するため、圧力装置３６を
含んでいる。この装置３６により負極２０とスク
リーン２４との間の圧力接触が常に最適状態に維
持される。使用状態によつては、この圧力付与装
置３６は金属製のベローズとすることが出来、ま
たは後述のような、電解液による腐蝕に耐えうる
材料を作つた袋となすことも出来る。図において
袋は番号３７にて概括的に表示されている。該袋
３７は折込まれた側方溝３８を有していて、これ
により袋３７は所望の膨脹をなしうるようになつ
ている。換言すると、袋３７は負極２０の厚みに
実質的に等しい距離だけ膨脹しなければならな
い。袋３７の取付けを容易にするために、該袋が
接合される裏板４０が用いられうる。

袋３７が膨脹するように該袋へ流体を導入する
ため、袋３７には導入管４１が設けてある。該管
４１はセルフレーム９の上側部１２内にある穴４
２を通つてセルフレーム９の外方へ伸びている。

この穴４２は対をなす各負極支持案内部材１６
の上方の部材内にある同様の穴４３と整合してい
る。

袋３７は適当なゴム材料によつて作られかつ管
４１もまた同様の材料によつて作られる。然し管
４１は少なくとも多少の弾性を有し、穴４２，４
３を通して引張つたときに該管４１がセルフレー
ム９と上方負極支持案内部材１６との間で封止を
形成するようにする。

セルフレーム９の上下側部１２，１３と負極支
持案内部材１６との間には各々上下の負極支持案
内部材１６の上下部に大きい断面の流れ通路４
４，４５が形成されている。１つのセルの各電解
液流れ通路４４，４５は隣にあるセル内の同様の
電解液流れ通路内に開口している。

端部板７は単に蓋板として作用するもので、適
当な取付ボルト用の貫通孔（図示なし）と端子４
６受入用の中心孔以外はめくら板となつている。
上述のように右端のセル８の正極板２５はそれが
端子正極板であり端子４６を担持している点にお
いて他の正極板と異なつている。端子正極板２５
は端子４６によつて支持されているナツト・ワツ
シヤ４７によつて端部板７へ固着されている。端
子４６の少なくとも外方部分には外ねじが切つて
ある。該端子４６はまた第２のナツト・ワツシヤ
部材４８を有しており、これは該端子４６に対し
て導線端部を電気的に導通関係に固く止めてい
る。

各陰極板２５は伸長部２５Ａを有している。該
伸長部２５Ａはセルフレーム９の垂直側部１４に
ある切込を通り該セルフレーム９の外側に封止関
係にて伸び個々のセルタツプを形成している。こ
の外方電気タツプは個々のセルの外部的に制御さ
れた袋３７の圧力や、端子４６，４９の電圧以下
の補助装置の作動を感知するのに使用されてい
る。

端部板６は電源モジユール組立体の端子を支持
する作用のみならず電解液の供給及び排出を行な
う作用も行なつている。まず、この端部板６は端
子４９が貫通している中央開口を有している。

端子４９は裏板４０に接しかつ負極端子を構成
している。裏板４０はナツト・ワツシヤ部材５０
によつて端部板６へ固着されている。この部材５
０は端子４９の外ねじ部分へ螺合している。第２
のナツト・ワツシヤ部材５１が端子４９へ第２の
導線を電気的に導通関係に固定するために設けら
れている。

端部板６はまた入口通路５２と出口通路５３と
を有している。これらの通路５２，５３には夫々
適当な取付具５４，５５が設けてあり、これらに
対して電解液供給・排出管（図示なし）が簡単に
接続されるようになつている。両通路５２，５３
は流れ通路５６へ開口し、該通路５６は第３図に
示すように端部板６の側方に拡張している。端部
板６の内面に隣接しているこの流れ通路５６は周
辺肩部即ち段部５７を形成するため拡大寸法とな
つている。各段部５７には邪魔板５８が据付けら
れており、該板５８は一般に各流れ通路５８を閉
じている。この邪魔板５８はそこを貫通する複数
の流れ分散開口５９を有している。

邪魔板５８の開口５９は第１図に示すように電
解液通路４４，４５の夫々一方に通じている。

第２及び３図に示すように、該部板６，７及び
全てのセルフレーム９は、それらの周辺付近にボ
ルト開口６０を有している。ボルト６１がそれら
の各整合する開口を通りまた適当なヘツド・ナツ
ト（図示なし）がそれらのボルト６１に設けてあ
り端部板６，７間におけるセルの固い締付けを容
易になしている。

各袋３７の管４１は共通の流体供給部へ連結さ
れる。通常流体供給はガスによつてなされ望まし
くは不活性ガス状のものである。管４１を該供給
部へ接続する方法は本発明の部分を構成するもの
ではないのでそれについて図示しない。

負極２０が最大限度まで消耗した後には各セル
８の内部から電解液を適当に洗い流し、電源モジ
ユール５を開放する。負極２０はリチウムのよう
な高度に腐蝕性で直接手をふれられないような金
属で形成される。しかしながら本発明によれば電
源モジユール５は開放され個々のセル８が互いに
分離され又は適当に分離可能な側方板が設けら
れ、消耗した各負極が新らしい負極と取替えられ
うるようになつている。セル８は再び組付けられ
る。本発明によれば、消耗してない負極材料の利
用可能目的を除いては各負極は最大限まで消耗し
た後に処理されるように構成されている。多くの
場合、負極は袋又はベローズが係合している鋼製
裏板によつて支持される。

圧力付与装置が金属製ベローズの場合そのベロ
ーズは隣接する電源セル間に電気的接続を生じ
る。換言すれば圧与付与装置が非導電性材料から
成る袋の場合、袋と協働する対をなす端部板６
２，６３が可撓性ケーブル又はストラツプ６４に
よつて相互に連結される必要がある。中間のセル
においては板６２が正極板２５と係合しまた板６
３は負極２０に係合する。

ここでは本発明の好ましい実施例を１つだけ詳
細に図示し且つ述べたが既述の特許請求の範囲に
よつて画定されるような本発明の精神から出るこ
となしに電源モジユールにおいて多少の変更がな
しうるものであることは理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によつて形成した電源モジユー
ルの側面図であつて中間部分をはぶきまた別の部
分を断面を示すためにはぶいた図、第２図は第１
図の線２−２に概ね沿つて取つた横断面図であつ
てセルの詳細を示しセルフレームとそれに取付け
た構成要素の形状を示す図、第３図は第１図の線
３−３に概ね沿つて取つた横断面図であつて電解
液の流動が効果的になされる端部板の詳細を示す
図、第４図は概括的に正極スクリーンと正極板と
負極支持案内部材と該部材に支持される電解液流
動調整部材との相違関係を示している拡大寸法の
破断分解斜視図である。 符号の説明、５＝電源モジユール、６，７＝端
部板、８＝セル、９＝セルフレーム、１０＝溝、
１１＝シールリング、１２＝上側部、１３＝底側
部、１４＝垂直側部、１５＝貫通開口、１６＝負
極支持案内部材、１７＝支持ブロツク、１８＝ピ
ン、１９＝貫通孔、２０＝負極、２０Ａ＝コーテ
ング、２１＝流れ分布変更抑制マニホルド、２２
＝突出リブ、２３＝シール要素、２４＝スクリー
ン、２５＝正極板、２５Ａ＝伸長部、２６＝リ
ブ、２７＝通路、２８＝シール部材、２９＝切込
み、３０＝凹み、３１＝封止要素、３２＝溝、３
３＝溝付板、３４＝流れ通路、３５＝溝、３６＝
圧力装置、３７＝袋、３８＝側方溝、４０＝裏
板、４１＝導入管、４２，４３＝穴、４４，４５
＝通路、４６＝端子、４７，４８＝ナツト・ワツ
シヤ、４９＝端子、５０，５１＝ナツト・ワツシ
ヤ、５２＝入口通路、５３＝出口通路、５４，５
５＝取付具、５６＝通路、５７＝段部、５８＝邪
魔板、５９＝開口、６０＝ボルト開口、６１＝ボ
ルト、６２，６３＝端部板、６４＝ケーブル。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一対の隔置された端部板６，７と、前記端部
   板の間に配置された複数の同一の電源セル８と、 を有する電源モジユール組立体であつて、前記電
   源セル８のそれぞれが、 一対の側部を有する管状のセルフレーム９と、 前記セルフレームを隣接セルフレームに封止す
   る手段１１と、 前記セルフレームの側部に隔置された関係で配
   置されかつ隣接セルフレームの側部と共に電解液
   流通路を形成する負極案内部材１６と、 前記負極案内部材の間に配置され前記セルフレ
   ームを通つて滑動する消耗型負極２０と、 前記負極案内部材に支持されかつ前記負極の一
   面に係合しているスクリーン２４と、 前記スクリーンと対面係合し前記負極案内部材
   に支持されている正極板２５と、 前記負極案内部材によつて担持され、前記電解
   液流通路の一方から前記スクリーンまでおよび前
   記スクリーンから前記電解液流通路の他方までの
   電解液の流通を調整する電解液流通調整手段３３
   と、 前記負極に一定の力を与え前記スクリーンに一
   定の圧力接触にて前記負極を維持するよう前記負
   極に作用する前記セルフレーム内の力付与手段３
   ６と、 前記電解質流通路に結合され電解液を前記通路
   に供給し前記通路から電解液を受けるマニホルド
   手段５８と、 を含んで成る電源モジユール組立体。 ２ 前記負極案内部材１６がスペーサ１７によつ
   て前記セルフレーム９の第１の側部１２，１３か
   ら隔置されている特許請求の範囲第１項記載の電
   源モジユール組立体。 ３ 前記負極案内部材１６が前記セルフレーム９
   の第２の側部１４，１４によつて担持されたスペ
   ーサ１７によつて前記セルフレームの第１の側部
   １２，１３から隔置されている特許請求の範囲第
   １項記載の電源モジユール組立体。 ４ 前記電解液流通調整手段３３が隣接する前記
   電源セル８及び前記端部板６，７とシールを形成
   するため各電源セルの軸線方向に突出するリブ２
   ２を含み、該リブの突出部の大きさが前記スクリ
   ーン２４と前記正極板２５とを組合せた厚みにほ
   ぼ一致し、前記リブが前記スクリーンと前記正極
   板とを位置決めをする手段を形成している特許請
   求の範囲第１項記載の電源モジユール組立体。 ５ 特許請求の範囲第４項記載の組立体におい
   て、前記リブの周辺及び該リブの全長にわたつて
   均一な電解液の流通に効果を与える手段３５を有
   している電源モジユール組立体。 ６ リブが前記負極案内部材１６の各々に形成さ
   れた溝内にシールされた別々に形成された溝付板
   ３３でなる特許請求の範囲第１項記載の電源モジ
   ユール組立体。 ７ 特許請求の範囲第６項記載の組立体におい
   て、前記溝付板の全長にわたつて前記溝内にて前
   記溝付板周囲に均一な電解液の流通に効果を与え
   る手段３５を有している電源モジユール組立体。 ８ 前記均一な電解液の流通に効果を与える手段
   が前記溝付板の両面に沿つた複数の流通通路３５
   を含んでいる特許請求の範囲第７項記載の電源モ
   ジユール組立体。 ９ 前記力付与手段３６が前記セルフレーム９の
   外方に配置された流体供給源を有する膨脹可能部
   材３７を含む特許請求の範囲第１項記載の電源モ
   ジユール組立体。 １０ 前記力付与手段３６が前記セルフレーム９
   の外方に配置された流体供給源を有する膨脹可能
   部材３７を含み、この膨脹可能部材は前記負極案
   内部材１６の１つと前記セルフレーム９とに設け
   た整合穴を通り伸びる供給管４１を有している特
   許請求の範囲第１項記載の電源モジユール組立
   体。 １１ 前記マニホルド手段５８は前記端部板の１
   つを含み、この端部板は入口５２および出口５３
   を有する流れ板６である特許請求の範囲第１項記
   載の電源モジユール組立体。 １２ 前記セルフレームのほぼ全内方幅にわたつ
   て前記組立体の横方向に伸びる通路５６が各前記
   入口および出口に関連し、流通邪魔板５８が各前
   記通路内に設けてある特許請求の範囲第１１項記
   載の電源モジユール組立体。 １３ 少なくともいくつかの前記正極板２５が露
   出した頂部延長部２５Ａを有し、当該組立体の全
   電圧以下の所望の電圧を得ることができるように
   なつている特許請求の範囲第１項記載の電源モジ
   ユール組立体。 １４ 前記案内部材１６は前記負極２０の縁部の
   腐蝕を減少するため前記負極の前方に均一な電解
   液流を与える形状を有している特許請求の範囲第
   １項記載の電源モジユール組立体。 １５ 前記電解液調整手段３３が分路損失を減少
   させるため電解液流を調整する構成を持つマニホ
   ルド組立体３５を含んでいる特許請求の範囲第１
   項記載の電源モジユール組立体。