JPH0533505B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ この発明はアルカリ金属又はコルコゲンをベー
スとする少くとも２個の蓄電池セルを有する高温
蓄電池であつて、上記蓄電池セルはそれぞれ所定
数ずつ少くとも１個の金属ケースに収容されてモ
ジユールを形成する高温蓄電池に関する。

［従来の技術］ 従来の高温蓄電池は多数の電気化学セルで構成
される。例えば40Kw・ｈの電気エネルギを蓄え
る高温蓄電池を構成するには、約500個のセルが
必要である。このような高温蓄電池は温度350な
いし500℃で動作する。熱損失を回避するために、
各セルは熱絶縁物によつて取囲まれる。しかしセ
ルの温度が所定の使用温度を超過せぬため、又セ
ルの損傷を防止するために、高温蓄電池内部の十
分な冷却が必要である。

多くのセルを高温蓄電池内に収容するために、
特殊なホルダーが必要であり、各セルは、冷却材
が各セルに到達して十分に該セルを冷却するよう
に配置されなければならない。

複数個のモジユールで構成された高温蓄電池は
西独公開特許公報第3118693号に示されており、
その実施例では各モジユールは少くとも16個のセ
ルを含んでいる。モジユール内の各セルは自立的
に保持されており、高温蓄電池の内側壁とセルの
上下端面との間に空〓が設けられ、この空〓を冷
却材が流される。各セルの上端と下端の周囲に締
付け部材が配置され、該部材は隣接するセルの締
付け部材に固着される。各締付け部材とセルの間
には絶縁物が配設される。各モジユール内のセル
は上述のように互に結合され、隣接セルの間には
空〓が形成され、該空〓の中を通して冷却材が流
れる。

この高温蓄電池の欠点は、締付け部材の使用に
よつて各モジユールのセルの間の間隔が必要以上
に大きくなるが、この間隔は締付け部材の存在に
より縮小できないことである。

［考案が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は、セルに対する冷却効果を低め
ることなしに、従来以上にセルを密集配置するの
に最適の高温蓄電池を提供することにある。

上記目的は特許請求の範囲第１項に記載の高温
蓄電池によつて達成される。

［問題を解決する手段］ 上記目的を達成するためにこの発明の高温蓄電
池は、それぞれの金属ケースは互に同軸でかつ電
気的絶縁物を介して分離して配置された少くとも
２個のケース部材によつて形成され、内側ケース
部材はアルミニウム又はその他の金属でポツト形
に製作されていること、外側のケース部材は、円
筒状に外側ケースと蓄電池セルの上端と下端を覆
う２個の円板から成り、鋼、分散強化アルミニウ
ム、ニツケル又はチタンで製作されていることを
特徴として製作されている。

［作用と効果］ 本発明による高温蓄電池を用いることにより、
高温蓄電池内のセルの数を増加し、又セルの数を
一定とすれば高温蓄電池の大きさを従来のものに
比べて減少することができる。この発明によれば
モジユール内のセルは隣接するセルに対して電気
的に絶縁されている。この絶縁物は雲母又はガラ
スの被筒で形成され、各電池の内側及び外側ケー
ス部材の外面又は外側ケース部材の内面に設けら
れた絶縁物の層でもよい。又各モジユールは、隣
接するモジユールとの間に挿入された電気絶縁物
によつて分離されている。該電気絶縁物として
は、雲母又はガラスを用いることが好ましい。ま
た各モジユール内の収容されるセルは隣接すると
の間に空隙が存在するように配置される。この空
隙はセルの全長に延び、冷却材（好ましくは冷却
空気）はセルの全長にわたつて冷却作用を行な
う。

セルを収容するモジユールは、セル上下の端面
との間に空隙があるように配置され、この空隙の
中にも冷却空気の貫流が行なわれる。該空〓を流
れる冷却空気は、モジユール内のセル間の空隙に
導入される。上記空気の導入はセル上に形成され
た空〓から行なわれ、セル間を通して流れる冷却
空気は下側の空隙を経て排出される。モジユール
内のセルの間の空隙の寸法は相当に大きいので、
該空隙の内部に生ずる冷却空気の圧力低下は実際
上無視できる。

本発明のもう一つの利点は、軸方向の温度差が
少いことである。このような効果はセルのケース
を組立式に構成し、しかも異なる材料で製作する
ことによつて達成される。更に絶縁材料、特に雲
母管がケースを形成する部材間に配置されてい
る。本発明によれば、内側ケース部材はアルミニ
ウムその多の金属材料で作製され、外側ケース部
材は鋼、分散強化アルミニウム、チタン又はニツ
ケルを用いて製作される。内側ケース部材をアル
ミニウム、外側ケース部材を鋼で作製し、両者の
間に上述の絶縁材を配設すれば、セルに沿う温度
差は極めて僅少となる。これは上記絶縁材によつ
て冷却が妨げられるからである。アルミニウム製
の内側ケース部材は良好な熱伝導体であつて、温
度の均等化に有効であるため、極めて均一な周縁
温度が得られ、従つてセルの均一な冷却が達成で
きる。この発明の高温蓄電池によれば、各セルを
モジユールから個別に取出し、又挿入することが
でき、各モジユールは隣接モジユールに関係なく
高温蓄電池から取出し、又再び挿入することがで
きる。又本発明によれば、セルの特殊な形状とモ
ジユールへの結合によつて、例えば蓄電容量が
18kWhの高温蓄電池は１Kgあたり125Wh乃至
130Whの重量で形成することができる。又上記
高温蓄電池の容積１リツトル当りの蓄電容量を算
出すれば、130Wh乃至135Whとなる。

本発明の他の特徴は従属クレイムに記載されて
いる。

［実施例］ 次に図面に基づき本発明の実施例を説明する。

第１図は２個のセル１及び５０を示す。これら
はいずれも同様に構成されているから、セル１の
構造のみを詳述する。セル１の外側はカツプ状の
金属ケース２によつて囲まれている。金属ケース
２は内側ケース部材２Ｉと外側ケース部材２Ａか
ら成る。内側及び外側ケース部材２Ｉ，２Ａの間
に絶縁物２Ｇが配設されている。この絶縁物は雲
母の被筒から成る。内側ケース部材２Ｉはカツプ
状に形成され、アルミニウム製であることが好ま
しく、その寸法は、内側及び外側ケース部材２
Ｉ，２Ａの間に絶縁物２Ｇを配設できるように選
定する。本発明によれば、外側ケース部材２Ａの
内面又は内側ケース部材２Ｉの外面に塗布した適
宜な被覆によつて絶縁物２Ｇを形成することも可
能である。外側ケース部材２Ａは組立式に構成さ
れている。特に外側ケース部材は外部部材すなわ
ち円筒形の被筒２Ｈと２個の円板２Ｓから成る。
円筒形被筒２Ｈによつて内側ケース部材２Ｉの側
部領域は決定され、２個の円板２Ｓはセルの上端
と下端を閉じる。被筒２Ｈと２個の円板２Ｓは鋼
製であることが好ましい。しかし分散硬化アルミ
ニウム、チタン又はニツケルで作製することもで
きる。内側ケース部材２Ｉは電流を流すために利
用されるが、外側ケース部材２Ａは内側ケース部
材を保護する働きをもなす。外側ケース部材２Ａ
が極めて薄く形成されている。ここに示す実施例
では、円筒形被筒２Ｈと２個の円板２Ｓは約0.2
mmの肉厚を有する。セル１の内部にやはりカツプ
状に形成された固体電解質３が挿入され、その寸
法は、固体電解質３と内側ケース部材２Ｉの間
に、連続する空隙が円環状に形成されるように選
定されている。この空隙は、ここに示す実施例で
は陰極室４として使用される。陰極室４には硫黄
を含浸した黒鉛（図示せず）が充填される。固体
電解質３の内部区域は陽極室として使用され、こ
こに示す実施例では液状ナトリウム（図示せず）
を収容する。固体電解質の上端は、α酸化アルミ
ニウム製の絶縁リング６と結合される。絶縁リン
グ６は熔封用ガラス（図示せず）によつて固体電
解質３と結合される。絶縁リング６は外向きのフ
ランジをなすように形成されている。絶縁リング
６の横境界面は内側ケース部材２Ｉ，特にその内
面に固着される。絶縁リング６と内側ケース部材
２Ｉの間の結合は、例えば加熱圧縮によつて行う
ことができる。陽極室５は、絶縁リング６の上に
載置された絶縁円板７によつて閉鎖される。外側
ケース部材２Ａに属する円板２Ｓがこの絶縁円板
７の上に載置され、外部に対するセルの閉鎖を行
うと共に、保護部材として用いられる。絶縁円板
７は例えば雲母で作製される。円板２Ｓは外側ケ
ース部材２Ａの残余の部分と同じ材料で作製され
る。円板２Ｓをセル１の表面に取付けるために、
円筒形被筒２Ｈの終端は内側に折り返されてい
る。この折返しのために、被筒２Ｈは内側ケース
部材２Ｉを上下に数ミリメートル越えて突出する
ように形成されている。

セルの下端には内側ケース部材２Ｉの底部に面
して、例えば雲母製の絶縁円板７が配置される。
外側ケース部材２Ａに属する円板２Ｓがこの雲母
円板の下に配設され、保護機能をなしている。上
記２個の円板２Ｓ及び７は、周囲に突起を有する
止め輪８によつて保持される。被筒２Ｈの内面の
適当な個所に止め輪８とほぼ同じ高さの切欠部が
形成され、ここに止め輪８の外周部が係止され、
２個の円板２Ｓ及び７は、内側へ折返した被筒２
Ｈによつて保持される。但しこの端部の幅は電池
の上端程広く形成されていないから、止め輪８を
取外して２個の円板２Ｓ及び７を取除き、内側ケ
ース部材２Ｉをその中に配設された固体電解質３
と共に引き出すことができる。セルの上端には陰
極接続端子９Ｋと陽極接続端子９Ａが設けられ、
これを介してセル１が別のセル５０と電導可能に
接続される。

本発明によれば、セル１の外側ケース部材２
Ａ、特に被筒２Ｈを介して、別のセルに固結され
る。第１図にはセル１と同様に形成された、もう
一つのセル５０が示されている。又第１図に明示
するように、２個のセル１及び５０の両方の被筒
２Ｈの上端と下端は点溶接１０により互いに機械
的に固着される。外側ケース部材２Ａと内側ケー
ス部材２Ｉの間には絶縁物が介在されているの
で、セル１及び５０を点溶接１０を用いて電気的
結合することはできない。

外側ケース部材２Ａを用いて上述のようにセル
を結合し、セルを１つのモジユールに集成するこ
とができる。第２図にこのようなモジユール１１
を示す。該モジユール１１は16個のセル１及び５
０からなる。第２図のようなモジユールを構成す
るためにモジユール１１内のセルは、該モジユー
ルの長手方向に広がるように配列される。高温蓄
電池内のセルの最適の密集状態を得るために、１
組のセル１，５０はモジユール１１の上記長手方
向とほぼ垂直方向に並べて平面的に配置され、上
記セル１及び５０の外周の接触部に形成されたく
ぼみに、少くとも一部が進入するように配置され
る。本発明によれば４個のセル１，５０の被筒２
Ｈの上部及び下部の接触する部分が点溶接１０
（図示せず）によつて結合される。次の１対のセ
ル１および５０はその前の１つのセルの上記くぼ
みの中に、進入するように配置される。この場合
に上記くぼみに進入するセルは、その前段の結合
の際に進入したセル１又は５０と反対のセル５０
又は１が進入するように選ばれる。以下の１対ず
つのセルは結合は上記結合を交互にくり返して行
なわれる。この場合、直接隣接するセル１および
５０は、外側ケース部材２Ａを介して結合され
る。

この発明に基いてセルを結合することによつ
て、モジユール１１に属するセルを可能な限り密
集して配列することができる。このとき直接に隣
接する各３個のセルの間には、空隙２６が形成さ
れ、この空隙を通して冷却材を流すことができ
る。このように互いに連結されたセルは結合体を
構成し、該結合体はモジユール１１の端部に設け
たホルダーを介して、高温蓄電池の内部に自立的
に固定することができる。保持部材は第２図に示
すように、モジユールの両端に配列されたセル１
及び５０の一部を把持するＷ形保持部材１２，１
３である。保持部材１２及び１３は、対をなすセ
ル１および５０の上端と下端に固定されている。
保持部材１２，１３はこれらのセル１，５０の外
側ケース部材に溶接して固定することが好まし
い。保持部材１２，１３は２個のセルの間の部分
に少くとも１個の孔１２Ｂ又は１３Ｂをそれぞれ
有し、この孔にねじ（図示せず）を螺入し、保持
部材１２，１３を高温蓄電池の内側境界面又は支
枠２１に螺着することができる。

第３図には、本発明によるモジユール１１で構
成した高温蓄電池が示されている。高温蓄電池は
金属製の二重ケース２０から成る。ケースの外壁
２０Ａと内壁２０Ｉの間隔は、絶縁材（図示せ
ず）を詰める空間が存在するように定められる。
ケース２０の内室はセルを収容するために使用さ
れる。高温蓄電池を組立てるために用いられるモ
ジユール１１は、本発明に基づき箱形支枠２１の
中に配設される。支枠２１は引出しのようにケー
ス２０の内室に挿入され、また内室から引き出す
ことができる。支枠２１の端面には蓋２２が固定
され、この蓋２２により、ケース２０、特に支枠
２１を高温蓄電池の中に出し入するケース２０の
端面の開口を閉じることができる。蓋２２は内部
に絶縁材が挿入されている。蓋２２は、電気接続
線２３と冷却空気給排管２４を引き出す開口を有
する。第３図によつて明らかなように、モジユー
ル１１はその長手方向が支枠２１の延出する方向
と直交するように、支枠２１の間に装着される。
モジユール１１は保持部材（ここに図示せず）を
介して支枠２１の内側面に螺着される。支枠２１
の寸法は、該螺着によつてセルの下端面と支枠２
１の底部との間に所定の間隔が形成されるように
定められている。その結果、支枠２１の底部２１
Ｂとセルの下面との間には、連続する空隙が形成
され、支枠２１の底部２１Ｂには、冷却材を導く
開口が形成されている。高温蓄電池の内室の寸法
は、セルの上端とケース２０の内側の表面２０Ｉ
の間に、冷却材を流す空隙が残るように選定され
る。

第３図で明らかなように、２個の隣接モジユー
ル１１の間には、モジユール１１の全長にわたつ
て伸張されるそれぞれ１個の絶縁層２５が設けら
れている。上記の絶縁層２５は雲母又はガラス繊
維のシートで形成されるのが好ましい。

高温蓄電池の配列されたモジユール１１のセル
間、特に隣接するセルの間には、空隙２６が形成
され、この空隙はセルの上端から下端まで伸びて
おり、この空隙は、セルの上下に設けられ冷却材
を貫送する空隙と接続されている。従つてセル冷
却用の冷却材をセルの下端に形成された空隙に導
くことができる。冷却材はそこから、各モジユー
ルのセルの間に形成された空隙２６に流れ、その
際セルから放出された熱を吸収する。冷却材はこ
のようにしてセル上部の空隙に至り、更に高温蓄
電池の流出口に向かつて流れる。

第４図には、第２図に示したモジユールの変型
例を示す。この変形例では、モジユールは10個の
セルを有するのみであるが、必要に応じて多く、
たとえば16個にしてもよいし、又10個より少くし
てもよい。この場合モジユール１１を形成するセ
ルは５個づつ一列にまとめられ、それらは順次ほ
ぼ平行かつ密接して積重ねられる。５個ずつ一列
にまとめられたセルは第４図７０及び８０で示さ
れている。２つのセルの列７０及び８０は、列８
０のセルが部分的に列７０のセルの間のくぼみに
進入するように組合わされる。本発明によれば、
セル１の外側ケース部材はこの場合、被筒２Ｈで
形成されていない。モジユール１１の製造の際に
列７０のセルの両側は薄い板材７１，７２で取囲
まれ、その際２枚の板材７０，７１はセル１の長
さ一杯に該セルを覆う。２枚の板材７１，７２は
例えば鋼材で形成される。また、別の耐熱材で作
製してもよい。２枚の板材７１，７２は、各セル
１のそれぞれ周囲の半分を完全に取囲むように形
成されている。順次続く２個のセルの間で２枚の
板材７１，７２は点溶接１０によつて接合され
る。モジユール１１の両端でも２枚の板７１，７
２は互いに結合され、両端にあるセル１も２枚の
板７１，７２によつて被筒とほぼ似た状態で取囲
まれる。列８０のセルも列７０のセルと同様に２
枚の板材７１及び７２によつて取囲まれ、これら
の板材はセル１の外側ケース部材２Ａを形成す
る。

セル１の内側ケース部材はアルミニウム製であ
つて、第１図ないし第３図に示したセルの内側ケ
ース部材と同様に形成されている。セル１の上下
の端は円板２Ｓから成る。円板２Ｓは板材７１及
び７２と同じ材料で作製されている。第１図ない
し第３図に示した実施例と異なり、円板２５はこ
の場合、外側ケース部材を内側へ折返すことによ
つて保持されるのではなく、第１図の実施態様で
説明した止め輪８によつてそれぞれ保持される。
止め輪８の周囲には突起が設けられ該突起（図示
せず）は板材７１，７２の内面にある切欠部に係
止される。更に第４図に示すように、各セルには
電気接続端子９Ａ及び９Ｋが儲けられ、これらの
端子を介して各セルは隣接するセルと接続され
る。モジユール１１の両端にはそれぞれホルダー
１２，１３が設けられ、該ホルダーによつてモジ
ユールを高温蓄電池（図示せず）の内部に自立的
に保持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はモジユールの、互いに結合された２個
のセルの断面図、第２図は完全なモジユールの斜
視図、第３図は高温蓄電池の斜視図、第４図はモ
ジユール構造の変型例の部分斜視図を示す。 １……蓄電池セル、セル、２……金属ケース、
２Ａ……外側ケース部材、２Ｇ……絶縁物、２Ｈ
……被筒、２Ｉ……内側ケース部材、２Ｓ……円
板、１０……点熔接、１１……モジユール、１２
……Ｗ形保持装置、１３……Ｗ形保持装置、２１
……支枠、２５……絶縁層、５０……蓄電池セ
ル、７０……セルの列、７１……板部材、７２…
…板部材、８０……セルの列。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ アルカリ金属又はコルコゲンをベースとする
   少くとも２個の蓄電池セル１，５０を有する高温
   蓄電池であつて、上記蓄電池セルはそれぞれ所定
   数ずつ少くとも１個の金属ケースに収容されてモ
   ジユール１１を形成する高温蓄電池に於て、 それぞれの金属ケース２は互に同軸でかつ電気
   的絶縁物２Ｇを介して分離して配置された少くと
   も２個のケース部材２Ａ，２Ｉによつて形成さ
   れ、内側ケース部材２Ｉはアルミニウム又はその
   他の金属でポツト形に製作されていること、外側
   のケース部材２Ａは、円筒状に外側ケース２と蓄
   電池セル１，５０の上端と下端を覆う２個の円板
   ２Ｓから成り、鋼、分散強化アルミニウム、ニツ
   ケル又はチタンで製作されていることを特徴とす
   る高温蓄電池。 ２ 外側エース部材２Ａと内側ケース部材２Ｉと
   の間の電気絶縁物２Ｇは雲母、ガラス又は、外側
   ケース部材２Ａの内面又は内側ケース部材２Ｉの
   外面に施された雲母又はガラス被覆であることを
   特徴とする請求項１に記載の高温蓄電池。 ３ 複数個の蓄電池セル１のモジユール１１に於
   ては、該蓄電池セルは列となして前後に並設さ
   れ、蓄電池セル１の列７０、８０の外側ケース部
   材２Ａは、２つの互に対向する板材７１，７２で
   形成され、該板材７１，７２の間には、蓄電池セ
   ル１が収容され、該蓄電池セルは互いに対向して
   波形に形成された板材７１，７２の間に保持され
   ており、列７０，８０の２つの蓄電池セル１の間
   には、２つの板材７１，７２が蓄電池セル１の全
   長にわたつて接続されていること、を特徴とする
   請求項１及び２のいずれか１に記載の高温蓄電
   池。 ４ それぞれのモジユール１１の蓄電池セル１，
   ５０は、該モジユール１１の長手方向軸に直角な
   平面内で配置されていること、を特徴とする請求
   項１乃至３のいずれかの１に記載の高温蓄電池。 ５ 蓄電池セル１，５０の各モジユール１１は、
   対をなして前後に並列に配列され、次の列の対の
   １方の蓄電池セルは、第１の対の蓄電池セルの間
   に形成されたくぼみの少くとも１部を覆うように
   位置すること、及び蓄電池セル１，５０の外側ケ
   ース部材２Ａは該蓄電池セルの上部及び下部の領
   域で点溶接によつて結合されていること、を特徴
   とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の高温
   蓄電池。 ６ それぞれのケースに於いて、モジユール１１
   の端部では、蓄電池セル１、５０の最後の対は２
   つのホルダ１２，１３を備え、該ホルダ１２，１
   ３によつて各モジユールは高温蓄電池の内側境界
   面に直接、又は該高温蓄電池から取外し可能な支
   枠２１を介して取付けられていること、を特徴と
   する請求項１乃至５のいずれか１に記載の高温蓄
   電池。 ７ 上記蓄電池セル１１は、すぐ隣に配置された
   蓄電池セルと電気絶縁物２Ｇだけ離れた位置をと
   り、それぞれのモジユール１１はすべての蓄電池
   セル１，５０が上方及び下方の領域で無接触状態
   にあるように配置されていること、を特徴とする
   請求項１乃至６のいずれか１に記載の高温蓄電
   池。