JPH04230962A - 高温蓄電池 - Google Patents

高温蓄電池

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JPH04230962A
JPH04230962A JP3095308A JP9530891A JPH04230962A JP H04230962 A JPH04230962 A JP H04230962A JP 3095308 A JP3095308 A JP 3095308A JP 9530891 A JP9530891 A JP 9530891A JP H04230962 A JPH04230962 A JP H04230962A
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storage battery
cooling
temperature
cells
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シュテファン・メニッケ
Walter Andres
バルター・アンドレス
Gismar Eck
ギスマー・エック
Wilfried Flory
ビルフリート・フロリ
Bernhard Kowalczyk
ベルンハルト・コバルチク
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内側と外側のケ−シン
グ部により画定された断熱部を有し、相互に接続した蓄
電単電池が内部空間に配置され、その蓄電単電池に対し
て少なくとも一つの加熱装置と冷却装置が設けられた高
温蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術および課題】アルカリ金属とカルコゲンに
基づく電気化学蓄電単電池から構成された高温蓄電池は
、電気自動車用のエネルギ−源としてますます使用され
てきている。前述のタイプの電気化学蓄電単電池を有す
るこれまでの高温蓄電池は、約３５０℃の温度で動作す
る。高温蓄電池の遊び期間内の熱損失を避けるために、
蓄電池は断熱部で取り囲まれている。この断熱部は、二
重壁ケ−シングで画定されており、壁間の空間は排気さ
れ、断熱材で充填されている。断熱部の内側の空間は蓄
電単電池を収容する作用をする。所望の位置に蓄電単電
池を固定することを可能にするために、保持装置が設け
られている。高温蓄電池の動作中に蓄電単電池を冷却す
る必要があり、一方で、蓄電池の遊び期間内に蓄電単電
池を最小温度に維持しなければならないため、加熱装置
を使用することが適切であるなら、保持装置はそれぞれ
の蓄電単電池が必要とされる加熱または冷却を受けるよ
うに設計されなければならない。
【０００３】これまで知られている保持装置の場合は、
高温蓄電池の動作中に発生する熱を除去することはしば
しば不可能である。もう一つの問題は、遊び期間内での
蓄電単電池の均一な加熱である。
【０００４】それゆえ、本発明は蓄電単電池の安全な保
持を確保し、同時に各蓄電単電池を、必要な方法で冷却
または加熱することを可能とする高温蓄電池を提供する
ことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的は、本発明に従
って、蓄電単電池を封止用コンパウンドまたはル−ス材
の中に埋め込み、蓄電単電池の冷却用として、直接また
は間接冷却装置を設けることによって達成される。硬化
後に、要求される機械的安定性を有する封止用コンパウ
ンド内に蓄電単電池を埋め込むことにより、極端な条件
下でさえ所望の位置に蓄電単電池を固定する保持が提供
される。その中に蓄電単電池を埋め込むことができる粗
い粒子のル−ス材によっても同様の効果が示される。そ
のル−ス材によって蓄電単電池の直接冷却が与えられる
。ル−ス材をとおして、気体あるいは液体の冷却剤を導
くことができる。このことは、隣接する蓄電単電池間に
隙間が形成されるときに好ましく生じる。これらの隙間
は同様にル−ス材で充填されている。冷却剤が気体か液
体かにかかわらず、ル−ス材は冷却剤に対して等しい水
力抵抗をもつ。その結果、同量の冷却剤がすべての隙間
に導かれることが保証され、それゆえ、蓄電単電池の均
一な冷却が達成される。封止用コンパウンド中に埋め込
まれた蓄電単電池を冷却するために、隣接する蓄電単電
池間の隙間に潜熱蓄熱器を配列することができる。これ
らの蓄熱器は隙間の全長にわたって延び、電池の動作温
度よりも、多少高い融解熱を有する物質を含むように設
計されている。これらの物質の融解熱は、例えば、蓄電
単電池の損失熱を補償するための冷却に用いることがで
きる。封止用コンパウンドが、欠陥のある蓄電単電池か
らの反応生成物の広がりを効果的に制限するために、封
止用コンパウンド中に埋め込まれた蓄電単電池を有する
高温蓄電池の設計には、そのような溶融性物質の使用が
好ましい。従って、蓄電単電池材料と潜熱蓄熱器との間
での激しい反応の危険性は確実に減少する。同時に、蓄
電単電池に対する潜熱蓄熱器の熱結合に必要な機械的固
定の複雑さは相当に減少する。潜熱蓄熱器による高温蓄
電池の重量の増加は、冷却剤をなくすことで相殺される
。本発明に従うと、封止用コンパウンド中に埋め込まれ
た蓄電単電池を、直接冷却することもできる。この目的
のために、蓄電単電池および蓄電単電池間の隙間に隣接
する冷却路が形成される。そのような冷却路は、例えば
、蓄電単電池のケ−シング中の凹部により形成される。 その凹部は蓄電単電池の全長にわたって広がる。各冷却
路は隙間の内側に凸状に湾曲した壁によって画定するこ
とができる。これらの凸状に湾曲した壁は、同様に凹部
の全長にわたって広がっている。これらの凸状に湾曲し
た壁は、隙間の残りの領域を満たしている封止用コンパ
ウンドによって機械的保持を受ける。封止用コンパウン
ド中に埋め込まれた蓄電単電池は、別々に取り付けられ
た熱交換器および一体化熱交換器の双方によって冷却さ
れる。一体化熱交換器が使用される場合、熱交換管は相
隣る蓄電単電池間の隙間に配置される。気体、または液
体の熱交換媒体はこれらの管を通して導かれる。本発明
によると、封止用コンパウンドにより直接画定された経
路によってこれらの熱交換管を形成することができる。 隙間中の熱交換管、あるいはこれらの経路は、収集およ
び分配空間によって接しており、その空間から熱媒体が
管または経路を通って導かれる。熱交換媒体の分布は水
力抵抗によって制御できる。一体化熱交換器を有する統
合冷却システムは、直接冷却と間接冷却との本質的な利
点を結び付けている。一方で、冷却システム自体は閉鎖
しており、熱交換媒体と蓄電単電池との直接接触は避け
られる。他方、蓄電単電池により放出された熱は蓄電単
電池の全長にわたって運び去られ、これにより蓄電単電
池の垂直方向の温度勾配が減少する。熱交換器は、蓄電
単電池ブロックや、あるいはそう呼ばれている単電池マ
トリックスのすべての境界表面に配置することができる
。単電池マトリックスはまた、その間に熱交換器が配置
されるように複数の部分に分割されてもよい。しかしな
がら、単電池マトリックスの上方と下方に熱交換器を取
り付けることは特に有利である。これは、すべての蓄電
単電池を熱交換器から等しい距離に設置する事実上の唯
一の方法であるからである。この方法においてのみ、単
電池マトリックス中に等しい温度分布が達成できる。本
発明によれば、蓄電池は、蓄電池を画定する断熱部の内
壁が、同時に熱交換器の外側境界壁を形成するように設
計されてもよい。単電池マトリックスの底またはカバ−
表面は、この境界壁の反対側に位置しており、熱交換器
の内側境界壁を形成することができる。蓄電単電池ブロ
ック内の垂直温度分布および蓄電単電池ブロックと熱交
換器との熱的結合を改良するために、良熱伝導性材料の
棒を封止用コンパウンド内に埋め込むことができる。棒
は蓄電単電池に平行に通っており、蓄電単電池とちょう
ど同じ長さであり、さらに熱交換器に連結している。特
に、高い連続負荷使用のために設計された高温蓄電池に
、分離熱交換器および統合潜熱蓄熱器を備えた一体冷却
用連結システムを取り付けることができる。高温蓄電池
の加熱および遊び期間温度の維持は、電気的に動作され
る加熱部材によってすべての場合に可能になる。 これらの加熱部材は熱交換器内に集積することができる
。
【０００６】
【実施例】以下、本発明を図面を参照してさらに詳細に
説明する。
【０００７】図１には、単電池マトリックスとしても知
られている蓄電単電池ブロック１Ｂの部分的な領域が、
高温蓄電池１の内側に配置されている様子を示す。蓄電
単電池２は模式的に表現され、硬化した封止用コンパウ
ンド３中に埋め込まれている。本発明によると、封止用
コンパウンドは熱硬化性樹脂と１またはそれ以上の充填
材とを包含する混合物によって形成されている。封止用
コンパウンド３の機械的安定性は非常に高く、そのため
蓄電単電池２は、極端な条件下でさえ所望の位置に固定
され、蓄電池集合体から外れることはない。すでに最初
に述べたように、各高温蓄電池１の蓄電単電池２は、高
温蓄電池１が動作している間に冷却されなければならな
い。高温蓄電池が、殆ど連続使用されないものであれば
、本発明に従い、潜熱蓄熱器を冷却に使用できる。図２
に見られるように、潜熱蓄熱器４は、蓄電単電池２が隣
接している各ケ−ス３の中に残っている各隙間５に配置
されている。前記蓄熱器は、円筒状のケ−シングによっ
て画定され、そのケ−シングは両端で閉じている。円筒
状のケ−シングの長さは蓄電単電池２の長さに適合して
いる。潜熱蓄熱器４は隙間５の中心部に設置され、同様
に封止用コンパウンド３に埋め込まれてる。潜熱蓄熱器
４は、好ましくは、蓄電単電池２の動作温度より幾分高
い融点を有する材料（図示せず）で充填されている。 例えば、潜熱蓄熱器４は共晶ＬｉＣｌ／ＫＣｌ混合物で
充填されている。この材料を溶融するのに必要な熱は蓄
電単電池２から取り出され、それにより、蓄電単電池を
冷却するか、またはそれらが失った熱を補償する。図３
は、蓄電単電池ブロック１Ｂが高温蓄電池内に固定され
ている様子を示したものである。まず第一に、蓄電単電
池２はバッテリ−ボックス（図示せず）内に配置されて
、粗い粒子のル−ス材３の中に埋め込まれる。これは、
石英砂やアルミニウム酸化物からなる。ル−ス材３の粒
径は０．５〜２ｍｍである。残存する中空空間は、同様
にル−ス材で充填されている。蓄電単電池２を冷却する
ために、気体あるいは液体の冷媒がル−ス材を通り、蓄
電単電池を経て導かれる。図３に示すように、冷媒は分
配板２４を通して蓄電単電池ブロック１Ｂに供給される
。分配板２４には開孔２４Ｅが設けられている。 開孔２４Ｅの大きさと分配板２４上でのその分布は、蓄
電単電池２の適切な冷却を達成するために、各蓄電単電
池２に供給されるべき冷却剤の量によって決定される。 ル−ス材３が粗い粒子なので、冷媒は何の問題もなく導
かれる。ル−ス材３が均一な粒子であるために、至る所
で冷媒について均一な水力抵抗が与えられ、その結果と
して、冷媒の均一な分布が、蓄電単電池２の至る所で得
られる。
【０００８】高温蓄電池１が高い連続使用で動作される
場合、その蓄電単電池２の冷却はこの事実に適合される
べきである。これは蓄電単電池２のより強い冷却が必要
であることを意味する。潜熱蓄熱器およびル−ス材を通
した冷媒の直接導入はこの強い冷却には適していないの
で、この目的のために、蓄電単電池２に直接接する冷却
路６が形成される。図４はこれらの冷却路６の一具体例
を示す。蓄電単電池２は、図１あるいは図３に示すよう
にル−ス材３または封止用コンパウンド３の中に同様に
埋め込まれる。冷却路６は、各ケ−ス３内において相隣
る蓄電単電池２の間に生じる隙間５の領域内に配列され
る。冷却路６を形成するために、各蓄電単電池２はその
ケ−シング２Ｇ中に皿（ｄｉｓｈ）状の凹部６Ｓを有す
る。これは、蓄電単電池２の全長にわたって延びている
。各冷却路６の第２の画定をおこなうために、凸状に湾
曲した壁６Ｗがそれぞれの皿状凹部６Ｓの前方に配置さ
れる。この壁６Ｗは、同様に蓄電単電池２の全長にわた
って延びている。隙間５をル−ス材３、あるいは封止用
コンパウンド３で充填することにより、壁６Ｗが所望の
位置に保持されるということがもたらされる。これは、
隙間５の残部から冷却路６を遮断することを確保する。 冷却剤の分布は、図５に示すように収集あるいは分配空
間を通して生じる。蓄電単電池ブロック１Ｂの下側にお
いて、少なくとも一つの分配空間８が配設され、この空
間と冷却路６は連結している。冷却剤は外側からその中
に導入され、冷却路６を通り蓄電単電池２を経て取り出
される。蓄電単電池ブロック１Ｂの上方には収集空間９
が設けられ、その空間は冷却路６から流出してきた冷却
剤を受け取る。収集空間９から、冷却剤は高温蓄電池１
から外に導かれる。図６は、高温蓄電池を示し、その装
置の内側に蓄電単電池ブロック１Ｂが配置されている。 蓄電単電池２の冷却は１つかそれ以上の熱交換器１１に
よって行われる。ここに示される具体例の場合は、熱交
換器１１は１つだけ提供され、蓄電単電池ブロック１Ｂ
の下側に配置される。状況に応じて、蓄電単電池ブロッ
ク１Ｂの上方にさらに熱交換器（図示せず）を設置して
もよい。必要ならば、蓄電単電池ブロック１Ｂの横方向
の境界表面上にさらに熱交換器を配置してもよい。 図６の高温蓄電池は、外側および内側のケ−シング部１
Ａ、１Ｉによって画定されている。内側ケ−シング部１
Ｉの大きさは、２つのケ−シング部１Ａ、１Ｉ間に、排
気され、断熱材１０Ｉが充填される空間１０を生じるよ
う、より小さく選択される。蓄電単電池２あるいは蓄電
単電池ブロック１Ｂを冷却するために熱交換器１１が与
えられ、それは蓄電単電池ブロック１Ｂまたは蓄電単電
池２の底部と熱伝導接触している。本具体例の場合は、
内側ケ−シング部１Ｉはその底部において、二重壁設計
となっており、熱交換器１１はこの二重底２０の間に設
置されている。蓄電単電池ブロック１Ｂの蓄電単電池２
が封止用コンパウンド中に埋め込まれているなら、熱交
換器１１がこの蓄電単電池ブロック１Ｂの下側に直接に
接するように設置することができる。熱交換器１１は金
属箔製のバッグ１４によって形成されている。そのバッ
グは冷媒が中を流れることができるように設計されてい
る。図６に示すように、冷却剤の供給ライン１５は金属
箔に固定されている。冷却剤（図示せず）がバッグ１４
から搬送されると、バッグ１４は蓄電単電池ブロック１
Ｂの下部にしっかりと固定される。その結果、密な熱伝
導接触が蓄電単電池２と熱交換器１１との間に達成され
る。本発明に従うと、内側ケ−シング部１Ｉの内側境界
面２０Ｉは穿孔された板（図示せす）として設計されて
もよい。冷媒がバッグ１４を通って流れる（上述のよう
に）と、前記バッグは穿孔板に押圧される。これはさら
に、熱交換器１１と蓄電単電池ブロック、または個々の
蓄電単電池２とのあいだに密な熱伝導接触を発生させる
。本発明によると、このような熱交換器１１はまた、相
応する方法で、蓄電単電池ブロック１Ｂの上方に取り付
けられてもよい（図示せず）。ここに述べられた熱交換
器１１や熱交換器と蓄電単電池２との密な接触の形成の
例は、本態様に限られない。むしろ、それは、熱交換器
と蓄電単電池との密な接触が達成されるすべての可能性
を包含する。
【０００９】この蓄電単電池ブロック１Ｂにおける垂直
温度分布および熱交換器と蓄電単電池ブロック１Ｂ間の
熱的結合を改良するために、伝導性のよい材料の、好ま
しくは銅のロッド１６が、封止用コンパウンド中に埋め
込まれる。これらのロッド１６は熱交換器群、あるいは
熱交換器１１と直接接触する。
【００１０】本発明によると、特に高い連続使用に意図
された高温蓄電池に、間接冷却、１またはそれ以上の分
離熱交換器、および蓄電単電池間に配置された付加的潜
熱蓄熱器を包含する組合せシステムを取り付けることが
できる。要求される最小温度が高温蓄電池の遊び期間に
維持されることを確保するために、加熱部材１７を、図
６に示すように、熱交換器群や熱交換器１１の中に集積
し、要求される熱供給量を提供するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】高温蓄電池内に配置される蓄電単電池ブロック
の部分的な領域を示す図。
【図２】その間に潜熱蓄熱器が配置された蓄電単電池を
示す図。
【図３】粗い粒子のル−ス材中に埋め込まれた蓄電単電
池を示す図。
【図４】隣接して配置されている蓄電単電池間の冷却剤
の流れる経路を示す図。
【図５】高温蓄電池内の冷却剤についての収集、分配装
置を示す図。
【図６】熱交換器を内蔵した高温蓄電池の切断面を示す
図。
【符号の説明】
１…蓄電単電池，１Ａ…外側ケ−シング，１Ｉ…内側ケ
−シング １Ｂ…蓄電単電池ブロック，４…潜熱蓄熱器，６…冷却
経路 １０…断熱部，１０Ｉ…断熱材，１１…熱交換器１４…
金属箔製バッグ，１５…冷却剤供給ライン，１６…ロッ
ド

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　内側と外側のケ−シング部（１Ａ、１
    Ｉ）により画定された断熱部（１０）を有し、相互に接
    続した蓄電単電池（２）が内部空間（１Ｒ）に配置され
    、その蓄電単電池に対して少なくとも一つの加熱装置と
    冷却装置（４、６、１１、１７）が設けられた高温蓄電
    池において、蓄電単電池（２）が封止用コンパウンド（
    ３）またはル−ス材（３）の中に埋め込まれ、蓄電単電
    池（２）の冷却用として、直接または間接冷却装置（４
    、６、１１）が設けられたことを特徴とする高温蓄電池
    。
  2. 【請求項２】　　蓄電単電池（２）を冷却するために、
    少なくとも１つの潜熱蓄熱器（４）が、隣接している蓄
    電単電池（２）間の各隙間（５）に配置されていること
    を特徴とする請求項１に記載の高温蓄電池。
  3. 【請求項３】　　粗い粒子のル−ス材（３）中に埋め込
    まれた蓄電単電池（２）を冷却するために、液体または
    気体の冷却剤が、ル−ス材（３）で同様に充填された蓄
    電単電池（２）間の隙間（５）を通って導かれることを
    特徴とする請求項１に記載の高温蓄電池。
  4. 【請求項４】　　封止用コンパウンド（３）中に埋め込
    まれた蓄電単電池（２）を冷却するために、各蓄電単電
    池（２）の端領域に一体化された冷却路（６）を設けた
    ことを特徴とする請求項１に記載の高温蓄電池。
  5. 【請求項５】　　冷却路（６）が各蓄電単電池（２）の
    ケ−シング（２Ｇ）中の皿状凹部（６Ｓ）によって形成
    され、皿状凹部（６Ｓ）が各蓄電単電池（２）の全長に
    わたって延び、凸状湾曲壁（６Ｗ）によって隙間（５）
    の外側と画定され、壁（６Ｗ）が隙間（５）に充填され
    たル−ス材（３）または封止用コンパウンド（３）によ
    って所望の位置に固定されていることを特徴とする請求
    項４に記載の高温蓄電池。
  6. 【請求項６】　　各隙間（５）内に冷却路（６）を形成
    するために、隙間（５）の全長にわたり封止用コンパウ
    ンド（３）中に貫通孔を設けたことを特徴とする請求項
    ５に記載の高温蓄電池。
  7. 【請求項７】　　冷却路（６）が一方の端（６Ａ）で少
    なくとも一つの分配空間（８）に、もう一方の端で冷却
    剤のための収集空間（９）につながっていることを特徴
    とする請求項５または６に記載の高温蓄電池。
  8. 【請求項８】　　蓄電単電池（２）を冷却するために、
    蓄電単電池（２）と直接熱伝導接触する一つまたはそれ
    以上の熱交換器（１１）を設けたことを特徴とする請求
    項１に記載の高温蓄電池。
  9. 【請求項９】　　各蓄電単電池（２）の底部および／ま
    たはカバ−が一つまたはそれ以上の熱交換器（１１）と
    直接熱伝導接触していることを特徴とする請求項８に記
    載の高温蓄電池。
  10. 【請求項１０】　　各熱交換器（１１）が、まとまって
    蓄電単電池ブロック（１Ｂ）を形成している蓄電単電池
    （２）に直接に接していることを特徴とする請求項８ま
    たは９に記載の高温蓄電池。
  11. 【請求項１１】　　各内側ケ−シング（１Ｉ）の底部お
    よび／またはカバ−表面が二重壁設計であり、熱交換器
    （１１）がその間に配置されていることを特徴とする請
    求項８ないし１０のいずれか１項に記載の高温蓄電池。
  12. 【請求項１２】　　ケ−シング（１Ｉ）の最内壁（２０
    Ｉ）が穿孔板として設計されていることを特徴とする請
    求項１１に記載の高温蓄電池。
  13. 【請求項１３】　　各熱交換器（１１）がその中を冷却
    剤が流れる金属箔のバッグ（１４）として設計され、か
    つ冷却剤の流れにより、隣接する表面に対して熱伝導的
    に押圧されることを特徴とする請求項８ないし１２のい
    ずれか１項に記載の高温蓄電池。
  14. 【請求項１４】　　垂直温度分布を形成するために、熱
    伝導性のよい材料のロッド（１６）が蓄電単電池ブロッ
    ク（１Ｂ）の蓄電単電池（２）間に配置され、そのロッ
    ドは蓄電単電池（２）の全長にわたって延び、かつ少な
    くとも一つの熱交換器（１１）と連結していることを特
    徴とする請求項８ないし１３のいずれか１項に記載の高
    温蓄電池。
  15. 【請求項１５】　　加熱部材（１７）が各熱交換器（１
    １）中に集積されて、熱損失を補償することを特徴とす
    る請求項８ないし１４のいずれか１項に記載の高温蓄電
    池。
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