JPH0568833B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電気部品特に再充電可能な電気化学
電池の電流回路の橋絡のために２個の接続部材を
有する分流素子に関する。

上記の分流素子は、再充電可能な電気化学電池
で構成された高温電池列に特に使用される。この
場合、分流素子は破損した電池を橋絡するために
用いられ、破損した電池をこうして高温電池列か
ら切離すことができるから、高温電池列の機能が
実質的に維持される。車両に使用される高温電池
列においては、多数の電気化学電池を直列に、ご
く少数の電池を並列に接続することが必要であ
る。その理由は、この電池列のエネルギ容量が一
般に40kWh未満であり、個別電池のエネルギ容
量が80Wh以上であることにある。その結果、車
両用電池列は500個以下の電池で構成されること
になる。個別電池の電圧が約2Vであつて、この
電池列１個で合計200Vを発生しようとすれば、
100個の電池を直列に接続しなければならない。
つまり最大５個の電池を並列に接続すればよい訳
である。５個の並列接続の電池の場合、冗長度が
あまり大きくないから、なるべく多数の電池を直
列に接続するのが適当である。このような枝を更
に並列に接続することができるから、第１図に示
す回路図が生じる。この図では、電池を電気接続
端子だけで示した。この図で判るように、それぞ
れｎ個の電池が直列接続されて１つの枝にまとめ
られる。各々ｎ個の電池を有するｍ個の枝が並列
に接続されて、１個のブロツクを形成する。全電
池列はこのような直列接続されたｐ個のブロツク
から成る。第１図に示した例によれば、電池列は
ｎ×ｍ×ｐ個の電池から成る。

電池が欠陥を生じると、上記の回路に問題が起
こる。ナトリウム硫黄電池の場合、欠陥はたいて
い、固体電解質が割れを生じて、反応物質である
ナトリウムと硫黄が互いに直接に化学反応するこ
とによつて生じることが判明した。その場合、電
池はもはや電圧を発生せず、無傷の電池のたいて
い２倍以上の内部抵抗を示す。その結果、欠陥電
池を含む枝に充電又は放電電流がごく僅かしか又
は全く流れない。欠陥電池の抵抗が極めて大きけ
れば、この電池が配列された枝は電流供給に対し
て全く働かない。つまりこの条件のもとで、全電
池列の容量は無傷の電池列の容量の（ｍ−１）／
ｍである。

個別電池の橋絡のために設けられた分流素子は
西独特許公告公報第3117385号明細書により公知
である。この分流素子は基本的には、直接相接し
互いに連通し得る２個の室から成る。第１の室は
融状金属又は分解可能な金属化合物で充填され
る。金属は少くとも電池の使用温度で融状でなけ
ればならない。金属化合物を使用する場合は、こ
の温度で金属化合物が分解しなければならない。
分流素子の第２の室は所定の相互間隔で配設され
た２個の電極の接触面を具備する。電池が高抵抗
になると、電池の電極の電圧が反転すると共に分
流素子の接続端子の電圧が反転する。このため第
１の室に収容された金属が第２の室へ運ばれる。
第２の室が金属で完全に満たされると、この室の
中に配設された電極が金属によつて電導結合され
るから、欠陥電池の隣接の電池から来る電流はこ
の分流素子を通つて流れることができる。この分
流素子の欠点は、製造が極めて高価であり、しか
も構成が多くの場所を取ることである。熱絶縁に
より取囲まれた高温電池列では、このような多大
の場所の余裕がない。

そこで本発明の目的とするところは、寸法が小
さく定められ、構造が簡単であり、しかも安価に
製造することができる、電気部品用、特に電気化
学電池用の分流素子を提供することである。

本発明に基づき少くとも１個の電導層を介して
２個の接続部材と結合され、電流が流れて電導層
及び半導体部品の値を所定の値まで上昇すると、
電導層と融合して短絡素子を作る、少くとも１個
の半導体部品によつて上記の目的が達成される。

本発明によれば、必要に応じて橋絡しようとす
る各電気部品毎に１個の上記分流素子が並列に接
続される。ナトリウム及び硫黄ベースの電池で構
成された高温電池列においては、各電池の両方の
接続端子が上記の分流素子を介して互いに結合さ
れる。

分流素子は、他の電池と直列に接続された当該
電池が無傷ならば、電流が当該電池自体を流れる
ように構成される。電池の内部に障害、例えば電
池の２つの反応体室を互いに隔離するβ酸化アル
ミニウム製固体電解質の破損が起こると、電池が
高抵抗になり、電池を通る電流の流れが遮断され
る。本発明に基づく分流素子は、これを並列に接
続した電池が高抵抗になつた時に初めて応答する
ように構成されている。分流素子は、それ以外の
時は電流を流れる全電流の流れを受け継ぐ。この
電流は分流素子内部に温度上昇をもたらす。分流
素子は電池に対して並列に接続され、しかも高温
電池列の内部に配設されているから、分流素子の
環境温度は個別電池の使用温度に相当する約350
℃である。電池が高抵抗になつた後、これに並列
に接続された分流素子を電流が流れることによつ
て、分流素子の内部に570℃以上又はそれを遥か
に超える値への温度上昇が起こる。本発明におい
ては、半導体部品はシリコンダイオードとして構
成される。半導体部品は円板状に形成される。そ
の両側の表面にアルミニウム又はアルミニウム合
金の電導層がそれぞれ被着されている。570℃以
上の温度でアルミニウム層と半導体部品の少くと
も外層が融解し始める。これらの層はダイオード
と共に共晶を形成し、これが低抵抗短絡素子の働
きをする。

半導体部品の表面に被着されたアルミニウム又
はアルミニウム合金層に、それぞれニツケル・ク
ロム・モリブデン層が接続される。ニツケル・ク
ロム・モリブデン層は当該の電気接続部材と半導
体部材の良好な感触をもたらす。これに銀層がさ
らに接続され、銀層の外側にモリブデン層が接続
する。２つの外側モリブデン層の各々は電気接続
部材と結合される。ニツケル・クロム・モリブデ
ン層と外側モリブデン層の間に配設された銀層
は、モリブデン層の熱膨張を吸収し、補償作用を
行わせるためのものである。半導体部品と隣接の
諸層は不動態化層で取囲まれる。分流素子全体を
保護のために、ケースの内部に配設することがで
きる。

次に図面に基づいて本発明を詳述する。

第２図に示す分流素子１は実質的に半導体部品
２から成る。ここに示す実施例では、半導体部品
２は円板状のシリコンダイオードとして作製され
ている。半導体部品の両方の表面の上に、各々１
個のアルミニウム電導層３が被着される。これら
の２個のアルミニウム層３のそれぞれの外側にニ
ツケル・クロム・モリブデン層４が続く。両方の
層４の上に覆設された銀層５は、接続するモリブ
デン層６の熱膨張の補償のために設けられてい
る。第２図が示すように、本発明に基づく分流素
子１は対称に構成され、仮想の対称軸は半導体部
品２を通る。両方の外側モリブデン層６は電気接
続部材７及び８を直結するために設けられてい
る。接続部材７，８は各々１個の針金であつて、
それぞれ一方のモリブデン層６にはんだ付けされ
ている。それぞれアルミニウム層３の上に覆設さ
れたニツケル・クロム・モリブデン層４は、電気
接続部材７及び８と半導体部品２の良好な接触の
ために設けたものである。ここに示す実施例で参
照番号７は正の接続部材、８は負の接続部材を表
す。更に第２図に示すように、半導体部品２及び
その上に被着された層３，４，５，６は保護ガラ
ス不動態化層９によつて取囲まれる。分流素子全
体が保護ケース１０の中に挿設され、２個の電気
接続部材７及び８の自由端だけがケース１０から
外へ突出する。

第３図は、高温電池列（ここに図示せず）に属
する３個の電気化学電池の直列回路を示す。ここ
に示す実施例では、各電池２０を略図で示す。各
電池２０は外側を金属ケース２１で形成され、そ
の内部にカツプ状の固体電解質２２が配設されて
いる。固体電解質２２はβ酸化アルミニウム製で
あつて、２つの反応体室２３及び２４を互いに隔
離する。ここに示す実施例では固体電解質２２の
中、特に陽極室２３の中にナトリウム（ここに図
示せず）が充填され、一方、金属ケース２１と固
体電解質２２の間に配設された陰極室２４は硫黄
（ここに図示せず）を収容する。各反応体室２３，
２４の中に集電体２５又は２６が突出している。
第３図が示すように、固体電解質２２の中に突出
している集電体２６はそれぞれ電気導体２７を介
して、隣接の電池２０の陰極室２４の中に突出し
ている集電体２５と電導結合される。各電池２０
の２個の集電体２５及び２６は各々１個の本発明
分流素子１を介して互いに接続される。電池２０
は温度350℃又はそれよりやや高い温度で動作す
る。電池が全く正常であれば、充放電の際に電流
が電池の直列接続を貫いて、電池から電池へと流
れる。図示のこの直列回路の単数個又は複数個の
電池に固体電解質２２の破損が起こると、欠陥を
伴なう各電池が極めて短時間で高抵抗になる。な
ぜなら２つの反応体室に収容された反応体が今や
合流して、反応し合うことができるからである。
各欠陥電池はこのように高抵抗になるから、隣接
電池から通常、この電池を貫流するように供給さ
れている放電又は充電電流はもはや貫流すること
ができない。電流回路をこの欠陥電池を介して橋
絡すると共に、直列接続全体の停止を回避するた
めに、本発明に基づき電池２０は各々１個の分流
素子を具備する。無傷な電池から欠陥電池に流れ
る電流は、分流素子１が受け継ぐ。各電池２０に
並列に接続された分流素子は、各電池２０の動作
が正常な場合、すなわち電池が完全に機能する場
合は、分流素子に含まれる半導体部品が逆方向に
分極するように配設されている。固体電解質２２
の破損によつて電池が高抵抗になると、集電体２
５及び２６の電圧の反転が起こる。つまり分流素
子の接続部材７及び８に印加される電圧も反転
し、それによつて半導体部品が順方向に分極す
る。直列接続の隣接電池から来る電流は、この
時、分流素子、特に半導体部品２を流れる。ダイ
オード電流と共に急激に増加するオーム損熱が分
流素子２の特に半導体部品２の区域が加熱するか
ら、そこでは570℃以上の温度に到達する。この
温度上昇の結果、半導体部品の少くとも外面区域
が融解し始める。半導体部品２を取囲むアルミニ
ウム層３も同様に融解する。融状アルミニウムは
シリコンの融点を引き下げる。こうして共晶の発
生が生じ、それによつて短絡素子が形成される。
この発明による分流素子は欠陥電池を通る回路を
持続的に橋絡することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は高温電池列の内部の電池の結線図、第
２図は本発明に基づく分流素子の概略を示す図、
第３図は各電池に分流素子を並列に接続した３個
の電池の直列回路を示す図である。 ２……半導体部品、３……アルミニウム電導
層、７，８……接続部材、２０……電気化学電
池。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電気部品を橋絡する２つの端子と、円盤形状
   のシリコンダイオードからなり２つの表面を有す
   る半導体とを具備し、前記半導体の各表面にはア
   ルミニウム合金からなる電導層が被着され、前記
   各電導層の外側にはニツケル・クロム・モリブデ
   ン層、銀層、モリブデン層が順次積層され、前記
   モリブデン層は前記２つの端子のそれぞれに接続
   され、前記アルミニウム合金からなる電導層は前
   記電導層及び半導体内部の温度を所定値まで増加
   する電流が流れる時に前記半導体と合金化され短
   絡要素を形成することを特徴とする分流素子。 ２ 電気部品を橋絡する２つの端子と、円盤形状
   のシリコンダイオードからなり２つの表面を有す
   る半導体とを具備し、前記半導体の各表面にはア
   ルミニウムからなる電導層が被着され、前記各電
   導層の外側にはニツケル・クロム・モリブデン
   層、銀層、モリブデン層が順次積層され、前記モ
   リブデン層は前記２つの端子のそれぞれに接続さ
   れ、前記アルミニウムからなる電導層は前記電導
   層及び半導体内部の温度を所定値まで増加する電
   流が流れる時に前記半導体と合金化され短絡要素
   を形成することを特徴とする分流素子。 ３ 電気部品を橋絡する２つの端子と、円盤形状
   のシリコンダイオードからなり２つの表面を有す
   る半導体とを具備し、前記半導体の各表面にはア
   ルミニウム合金、またはアルミニウムからなる電
   導層が被着され、前記各電導層の外側にはニツケ
   ル・クロム・モリブデン層、銀層、モリブデン層
   が順次積層され、前記モリブデン層は前記２つの
   端子のそれぞれに接続され、前記電導層は前記電
   導層及び半導体内部の温度を577℃まで増加する
   電流が流れる時に前記半導体と合金化され短絡要
   素を形成することを特徴とする分流素子。