JPS62254337A

JPS62254337A - アルカリ金属スイツチ装置

Info

Publication number: JPS62254337A
Application number: JP62027464A
Authority: JP
Inventors: グラハム　ロビンソン; ピーター　ビンディン; ジョン　モリィニュークス
Original assignee: Chloride Silent Power Ltd
Current assignee: Chloride Silent Power Ltd
Priority date: 1986-02-10
Filing date: 1987-02-10
Publication date: 1987-11-06
Also published as: CN1011007B; GB2186420B; EP0235973A1; US4759998A; EP0235973B1; CN87102177A; GB8603212D0; KR950006494B1; GB2186420A; KR870008357A; DE3763598D1; ZA87935B

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】〔産業上の利用分野〕本発明はアルカリ金属スイッチ装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

アルカリ金属電気化学セルは、従来から仰られているが
、現在特に研究・開発の対象となっているセルは、ナト
リウム／硫黄セルである。そのようなセルでは、ナトリ
ウム金属が陽極を構成し、また硫黄／ナトリウム多硫化
物が陰極を構成する。

このセルは陽極及び陰極の材料が液体状態である温度で
動作するものであり、また、陽極と陰極は、ナトリウム
陽イオンに対して伝導性を有する電子絶縁材料から製作
された固体電解質部材によって分離されている。代表的
な電解質材料はベータ・アルミナである。充分に充電さ
れたセルでは、陰極林料は実質的にすべて硫黄になる。

セルが放電つて移動し、ナトリウムが形成するナトリウ
ム多硫化物と反応する。セルは、実質的にすべてのナト
リウムが陽極の領域から移動したとき、すなわち、すべ
ての硫黄が最低の状態のナトリウム多硫化物と反応した
ときに十分な放電状態となる。セルの再充電中に、ナト
リウムは多硫化物から解離し電解質を通って陽極佃域に
戻る。

所望の全蓄電容量と出力電圧を得るために、°ナトリウ
ム負負セルは、電池の回路網によつ１相互に接続される
。必機な出力電圧を得るために電池において直列接続の
セルの列が機数必要であるときは、理想的には、直列接
続された各セル列の同一電位位置にあるセル同士を直接
に並列接続することによって、異なる列の互いに対応す
るセルを並列に接続するのが通常の方法である。このよ
うに電池のセルｆｒ、直列及び並列に接続するのは、何
個のセルが十分に充電するか又は十分に放電するとき（
又は伺らかの故障によって）、開路となる可能性がある
ためそれを防ぐ必要があるからである。仮に、直列接続
されたセル列が列の末端だけで他の列と並列に相互接続
されている場合には、列中の１個のセルが開放回路とな
るとその列を体が電池の他の回路から切断されることに
なる。

しかしなから、異なる列の対応セルを多重並列接続する
場合には、１個のセルが短絡回路故障を起こしたときに
は、並列に接続されたすべてのセルがその故障セルを通
して放電することになるので、電池はさらに故障しやす
いものとなる。その結果、現在までの実施方法は、いく
つがのセルを直列接続した列を使用し、こｎらの列上並
列に接続する方法であった。この場合、電池全体は、と
ｎらの並列接続された列をいくつか直列接続したものと
なる。

米国特許第４４１４２９７号は、電池における一つの直
列接続されたセル列中の１個のセルに並列に接続される
分路素子を開示している。この分路素子は、それが並列
に接続さｎているセルの両端に通常の動作電圧が現ゎｎ
ているときは、開放回路となる。しかしなから、そのセ
ルが故障し、その本来の出力電圧で失って比較的高抵抗
となるときは、故障したセルを通る放電電流の流ｎによ
って故障セルの両端の電位差が逆転する。この反対の電
位差に応答して、分路装置が最終的に短絡回路となるこ
とによって故障したセルのまわりにバイパス回路をつく
る。

その分路装置は、液体状アルカリ金属を含七二つの領域
ケ具備するがこｎら二つの領域は陽イオンに対し伝導性
を有し電子絶縁性の膜によって分離される。第１領域に
は２個の電流コレクタを具備する。その中の１個は常に
領域内に残存しているアルカリ金属と接触しているが、
他の１個はアルカリ金属が領域内で所定レベルに達した
ときにのみ接触する。第２頌域には第２領域内のアルカ
リ金属と常に接触する１個の電流コレクタを具備する。

第２飴域内の電流コレクタは、第１領域内で通常アルカ
リ金属とは接触しない第１領域内の′−電流コレクタ直
接接続される。第１＠域中で常にアルカリ金属と接触し
絖ける電流コレクタは、分路されるセルの正端子に接続
され、また、他のワ佃小４２嘉ゴ１４力１１１汁　沿漣
ヱＩＦ憚広（嘴１　？のようにして、セルの動作中第１
領域と第２領域のアルカリ金属間に電圧が発生して、ア
ルカリ金属を第２領域内に移動させる。セルの故障によ
って、極性が反転するときは、アルカリ金属が第２頌域
から第１＠域に駆動され、ついに第１領域内におけるア
ルカリ金属のレベルはアルカリ金属を第１領域内の第２
電流コレクタと接触させるレベルになる。このとき第１
領域内のアルカリ金属を通って故障電池を分路とする短
絡回路を生じる。

前述した従来技術の分路素子については、第１頌域中の
アルカリ金属のレベルが上昇して第１領域中の第２電流
コレクタと接触するとき、分路素子は故障したセルに関
し分流されたバイパス電流の伝導を止め実質的に非動作
となる。第２仙城中の電流コレクタと第１＠域中の第２
電流コレク、りとは直接に接続されているので、アルカ
リ金属が第１領域内の第２電流コレクタのレベルに達す
るときは、２つの領域内のアルカリ金属間に電位差は生
じない。その結果として、前述した分路素子は開状態か
ら閉状態に非可逆的に変化できる分路素子として有用な
だけである。

また、英国特許公開第１５１６６６８号に開示さｎてい
るナトリウム硫黄セルでは、陽極領域に配置された付加
電流コレクタを使゛用し、とｆｉ’に抵抗を介して陰極
領域の電流コレクタに接続する。

陽極領域内のこの付加電流コレクタは、アルカリ金属が
電池の最大充電レベルに相当するレベルに達するときに
のみ、陽極領域内のアルカリ金属゛と接触し、そのとき
バイパス回路が設けられて抵抗を通ってさらに多くの充
電電流が流れる。この第４成では直列接続されたセル列
のセルのすべてが最大の充電に確実に達することができ
る。

〔問題点ｔＭ決するための手段とその作用及び効果〕

本発明の一態様によｎば、アルカリ金属スイッチ装置に
は、装置の動作湯度で液体状態であるアルカリ金属をそ
１ぞｎ含む第１領域及び第２領域を具備し、陽イオン伝
導性電子絶縁性の膜が、両方の領域でアルカリ金属と接
触するようになっており、前記の第１領域と第２領域と
を分離する。

前記スイッチ装置は動作する所定の方向をもっており、
また、前記第１頓域内の推体アルカリ金属のレベルは、
その中に含まするアルカリ金属の量によって定まり、前
記第１領域内の第１及び第２の電流コレクタは両方とも
液体アルカリ金属が前記第１領域内で所定のレベルか又
はそｎ以上のときにのみ前記第１領域中の液体アルカリ
金属と゛電子的に接触をしており、第６電流コレクタは
第２仙域中で液体アルカリ金属と電子的に接触をしてお
ジ、第１接続端子は第１電流コレクタに電気的に接続さ
れ、第２接続端子は第３電流コレクタと電気的に接続さ
れ、また、所定の抵抗が第２電流コレクタと第２接続端
子とｔ互いに接続する。

このようなスイッチ装置においては、第１領域内の液体
アルカリ金属レベルが所定のレベル又はそれ以上のとき
には、第２端子から第１端子に流ｎる電流は、主として
茂定の抵抗を通って第２電流コレクタと第１電流コレク
タとの間に流ｎて、そハにより第２領域中のアルカリ金
属と第１儲域中のアルカリ金属間に電位差を生じて、残
存アルカリ金属を第２領域から第１領域へと移動させる
ようになる。

これに反して、第１頒城中のアルカリ金属レベルが所定
のレベル以上である間に、電流が第１端子から第２端子
へ通過するときは、抵抗を通って流れる電流が第１領域
と第２佃域のアルカリ金属間に電位差を生じて、アルカ
リ金属陽イオンを第１領域から第２領域へ移動するよう
になる。その結果として、第１領域内のアルカリ金属の
レベルは遂次低下して、ついに所定のレベル以下に低下
すると、第１電流コレクタと第２電流コレクタのうちの
少くとも一方とアルカリ金属との間の接触が失わｎて、
そｎにより、抵抗を通る電流通路を遮断する。アルカリ
金属と接触を失うのが第２電流コレクタだけであって、
第１電流コレクタは接触を維持しているときは、第１領
域中のアルカリ金属が消耗するか、又は、第１電流コレ
クタと接触をし続けるレベル以下に降下するまで、継続
した電流が膜を通る陽イオン伝導によって流ｎるこ流が
流することはない。

上記の場合と異なり、液体アルカリ金属のレベルが所定
のレベル以下に降下した時において、アルカリ金属との
接触を失うのが第１を流コレクタであるときは、第１接
続端子から第２接ｆ２端子への電流通路が、ただちに失
われる。いずｎの場合においても、第１接続端子から第
２接続端子への電流の積分値が所定の総電荷量を超過す
るときには、前記スイッチ装置は第１接続端子と第２接
続端子との間が開数される回路となる。

このようにして、好適な適用例では、検数側のアルカリ
金属セルを並列したもの又は同椋なセルを直列に接続し
た列を更に並列接続したものｔ含み、且つ前述したアル
カリ金属スイッチ装置を少くとも１個含む、複数のアル
カリ金属セルからなる電池が得られる。前記のスイッチ
装置は、通常の動作では液体アルカリ金属を１前記の第
１領域に所定レベル又はそれ以上のレベル状態にて保持
し、その接続端子によってセル又はセルの列と厘第１領
域内の第１及び第２の電流コレクタを介してスイッチ装
置を流ｎ、所定の抵抗の端子間に電位差を発生し、この
電位差によって第３電流コレクタと第１及び第２の電流
コレクタとの間に正のバイアスを与える。その結果、放
電電流がアルカリ金属スイッチ装置内を流れるとき、ア
ルカリ金属は第２傾城から第１領域中に移動するが、第
１領域内のアルカリ金属は前記所定レベル以上に維持さ
れる。しかしなから、充電電流がスイッチ装置全通って
セル又はセルの直列接続された列に流詐るときは、第６
電流コレクタが第１及び第２の電流コレクタに対して負
にバイアスされ、そｎによりアルカリ金属の陽イオンを
第１領域から第２領域内に移動するようになる。陽イオ
ンの転送速度、従って第１飴域内のアルカリ金属の消耗
速度は、電位差を生じる抵抗の値とスイッチ装置を流ｎ
る充電電流の値とによって定まる。使用に際して、スイ
ッチ装置は抵抗の値と、第１飴域内のアルカリ金属のレ
ベルが所定のレベル以下に降下する前に第１領域から第
２領域へ転送しなけｎばならないアルカリ金属の量とを
適当に選択するよりに設計されているので、充電電流は
スイッチ装置を流ｎつづけて、直列に接続されたセルに
対し正規の十分な容量の充電を与えることができる、し
かしなから、充電電流が著しく長時間継続した９又は過
度々高レベルを継続して、全体の充電が直列に接続され
たセルの正規容量の充電を実質上超過するときには、第
１領域内のアルカリ金属が前記の所定レベル以下になる
まで消耗することによって、即時に又は短時間後にスイ
ッチ装置を開路状態にさせる。

従って、直列に接続されたスイッチ装置は、セルの故障
がセル全通過する連続した伝導路を生ずるようなもので
あるとき、故障したセル、又は故障したセルを含むセル
の列を効果的に隔離することができる。通常、セルの故
障は、セルの陽極領域と陽極領域を分離している固体電
解質部材の完全性の喪失から２こる。そのような場合、
陰極及応ｖＩＪが陽極領域内に移動する結果として、セ
ルが放電して、ついにセルの中に連α伝導路が形成され
る。前述したような電池にスイッチ装置を接続しないと
きは、故障したセルが他の多数のセルと並列に接続され
ているとき、故障したセルを通して他のセルを放電させ
るようになる。こ詐に反して、故障した電池に直列にス
イッチ装置が接続してあれば、過大な充電電流が故障し
たセルに流入した後は、この故障したセルを隔離するの
で、残りの並列に接続されたセルはその後も゛電池内で
電力を継続して供給することができる。

本発明は、また、別の一点から見ることができるが、そ
れによれば、並列に接続された複数個のアルカリ金属セ
ル又は直列接続されたセル列を並列接続した複数個のセ
ルを備え、各セル又はセル列にそれぞれ直列に接続され
たスイッチ装置を含む電池が得られる。前日己のスイッ
チ装置は、通常閉回路となって、光°−電流及び放電電
流がスイッチ装置を介してセル又はセル列に流れること
を可能にするが、結合される単一のセル又は＋）Ｊ数個
のセルの容量を超過する所定のｇ電荷がスイッチ装置を
通って電池の充′成方向に流れたときにはスイッチ装置
は開放回路となって、セル又はセル列を隔離する。前述
したように′ｄ池にこの工うなスイッチ装置を使用する
ときは、夷賞的に各個別のセルを同−電流の隣接するセ
ルと並列に散続するが、それぞれの場合スイッチ装置を
介して接続することが可能である。スイッチ装置を含め
ることによって、配列された複数のセルの中の１個の故
障セルを通して全体の隣接セルが放′−するという問題
を避けることができる。

前記の各スイッチ装置には、請合されたセルに流れる充
’ｄｉ　’、ｔ　ｉに対応するバイアス電圧を発生する
装置、動作温度において液体状態のアルカリ金属の容器
、アルカリ金属０陽イオンに関して伝導性の電子絶縁性
を有し前記容器を第１領域と第２領域とに分割する電子
杷縁換、前記バイアス′ぼ圧を前記膜の反対側の液体ア
ルカリ金属に加え、このバイアス電圧に従ってアルカリ
金属の陽イオンを腺を通して一方の領域から他方の鎖酸
に移動させるバイアス装置、ならびに通常は閉略となっ
ている接触装置で前記の充電電流及び放電４流を伝達す
るが、前記第１項域中の液体アルカリ金属のレベルに応
答して、前記所定の総′４荷に対応した液体アルカリ金
属の所定量が膜を通して一方の領域から他方の領域へ転
送し終ったとき、開路となって前記の電流の流れを中断
させる前記の接触装置をそれぞれ言んでいる。

前記の接触装置には、前記第１領域内で所定のレベル又
は所定レベル以上において通常゛１子接触を行う第１及
び第２の１流コレクタを備え、また前記バイアス装置は
、充電電流の流れに応答して、陽イオンを前記の＠１饋
域から前記の第２頭域に移動するようになっているもの
が好ましい。

前記のバイアス電圧を発生するのに便利な装置は、ｎｌ
前記の第２螺流コＶクタと直列に接Ｗｃされた抵抗を會
み、この抵抗は前記の充電電流及び放′４′ル流を伝達
する。この場合、バイアス装置は第２領域で液体アルカ
リ金属と゛４子依触する第６電流コレクタを備え、第２
電流コ／クタと反対の磁気抵抗の側に″４気的に接続さ
れる。

〔実施例〕

前に述べた工９に、ナトリウム硫黄セルの１池は並列に
接続された個別セルの個列に工っで構成され、そのよう
な配列を直列に接続して所望出力電圧を有する電池を得
ることができる。４池のセルを並列に相互接続すること
によって、損−又は完全な放電すなわち過放電による単
一セルの開路となる効果に対し保護を与えるものである
。しかしなから、その工うな゛電池Ｖよ、１個のセルが
故障するとき短絡回路となりやすく又は少くとも故障セ
ルを通る連続導電路を生じやすい。そのとき、故障セル
に並列接続されている他のすべてのセルが、故障したセ
ルを通して放′１することがある。

本発明の実施例に従って、それぞれのスイッチ装置は、
電池を構成する谷セルに直列に接続される。スイッチ装
置は通常、導通回路を提供するが、セルの総充成谷量を
こえて特定のセルに充電電流が供給されるときは、その
セルと直列のスイッチ装置が開路となることによって、
故障したセルを電池から取除いて、それと並列接続にな
っているセルが放電するのを防止する。

第１図には、並列に接続されたナトリウム硫黄セル１０
及び１１を含む電池回路の一部分を示した。また各セル
１０．１１と直列に接続されたスイッチ装置１２．１３
も図示した。

スイッチ装置１２．１３は、ベータ・アルミナによって
製作された端部開放ｆ１４の各端部をアルファ・アルミ
ナのような絶縁性セラミック材料の円板１５．１６で閉
鎖したものを備える。

導体棒１１及び１８は、円板１５及び１６′ｌｆ：貞通
し中心位置で密封固設される。図示されるように、導体
棒１７及び１８はベータ・アルミナの管１４と同軸状に
設げられているが、切几目ｍｌＳ材１９に工って管１４
の内部で分離されている。切れ口部材１９は開放のまま
でもよく、又は絶縁材料で充満してもよい。

円板１５及び１６は賃１４の直径エリも犬さな直径のも
ので、これと外部伝導管２１に二って囲まれた環状領域
２０が画定される。外部伝導管２１の端辺はそれぞれ円
板１５及び１６０周辺と密封固設される。

環状領域２０にはカーボン・フェルトのような電気伝導
多孔性灯芯材料が含まれる。ベータ・アルミナ管１４の
内部唄域２２は、最初は、嚢体俸１Ｔと１８との間部分
エリ上のレベルまでナトリウム金属で満されているので
導体ｌ１１１７と１８の間にす）　ＩＪウム金属によっ
て電子的短絡回路ができる。

スイッチ装置１２は、ナトリウム硫黄セル又は電池の通
常の動作温度、すなわち、ナトリウム金属が液体である
通常６５０°の温度で動作するようになっている。

外部の環状領域２０も、最初は、多孔性充填材料に少量
含浸されたす）　ＩＪウムを含む。

内部領域２２及び環状領域２０は、この液体ナトリウム
金属を含み、また動作中のナトリウム硫黄電池において
予期される温度変化に耐えるように効果的に密封されて
いることが重債である。従って、ベータ・アルミナ・ｇ
１４は、アルファ・アルミナ円板１５及び１６に上薬を
かけることによって封入される。熱圧縮接着技術を使用
して、導体棒１１及び１８を円板１５及び１６の孔部に
密封固設し、また外部導体管２１を円板１５及び１６の
周辺に密封固設することができる。

スイッチ装置１２ｄ、２つの端子２３及び２４を備える
。端子２３は最上部の導体棒１Ｔに直接電気的に接続さ
れる。端子２４は外部導体管２１に直接接続される。下
部の導体棒１８は抵抗２５を介して端子２４に接続され
る。抵抗２５は通常故メグオームの値であって、寸法及
び材料構造を適当に選択してつくられる。

正常な動作にあっては、２個の導体棒１γ及び１８は内
部領域２２の中の液体ナトリウムレベル属して電子的に
相互に接続される。下方端子２４をナトリウム硫黄セル
１０の正端子に接続し、また上方端子２３を電池内のセ
ル配列の瞬接スイッチ装置１３の対応した端子と並列に
接続した状態で、セル１０からスイッチ装置を通して成
鉱電流を流すときは、抵抗２５の両端に小さな電位差を
発生して、外部導体＋ｆ２１を等本俸１８に対してわず
かに正電位とする。その結果、外部の環状領域２０内に
存在するナトリウムの陽イオンは、陽イオン透過性のベ
ータ・アルミナｇ１４を通って内部領域２２内に移動さ
れる。このようにして、セル１０の放゛或中には、内部
領域２２中のナトリウムのレベルは増力旧頃向を示すか
、又は最大レベルに維持されて、導体棒１γ及び１８の
間のナトリウムを介した放、を電流に対して連続した云
導を与える。

しかしなから、ナトリウム硫黄セル１０の再充電の期間
中、充電を流は端子２３から２４の反対方向に流れ抵抗
２５０両端子間に４位差を発生し、内部領域２２内のナ
トリウムを環状領域２０に対して少し正電位状態にする
。その結果、セル１０の充電中ｌこおいて、ナトリウム
の陽イオンはベータ・アルミナ・♂１４をこえて内部領
域２２から外部猥状領域２０へ移動される。従って、内
部領域２２内のナトリウムのレベルは徐々に低下する。

ナ）　ＩＪウムのレベルが、上部導体棒１γと接触可能
なレベル以下に低下すると、スイッチ装置１２の端子２
３と２４との間の伝導路が切断されセル１０は電池回路
から分離される。

スイッチ装置１２は抵抗２５の値とナトリウム金属の量
を適当に選択することによって設計される。ナトリウム
金属は充電の期間中、・♂１４を通って移動し、領域２
２中のナトリウムのンベル乞導体俸１Ｔの端以下に引下
げるように作用するが、領域２２中のナトリウムのレベ
ルは、セル１０の所定容量に応じてセル１０に供給され
る電荷量に七の７清果として、セル１０が正常に機能し
ているときは、スイッチ装置１２は電池１０の継続する
充電及び放電のサイクルに対して端子２３と２４との間
に伝導路を提供し続ける。

しかしなから、セル１０に故障がおきたときには、セル
の両端の正常な電位差が失われるので、このセル１０に
対し並列に接続されているセルの出カル流がセル１０ヶ
通して放′１するようになる。

これは、セル１０に対する連続的充電シ光としてスイッ
チ装置１２に現われるが、七の充電電流は、やがて正規
に予期されるセルの答蛍を超過し、領域２２中のナトリ
ウムレベルを導体棒１Ｔの下端以下に１葎下させ、スイ
ッチ装置１２を開放させる。

そうなるとセル１０に対してそれ以上の４流の流入又は
流出はないので、セル１０は′醒池ｌ！！回路から除去
される。

スイッチ装置１２の寸法は電池に使用されるセル１１３
　、１１の寸法に応じて、広範囲に変化することができ
る。約１０アンペア時谷蓋のセルでは、約１ＣｒＩＬで
長さ約１儂である。

スイッチ装置については、多くの代替設計が考えられる
。例えば第２図に示すように、液体ナトリウム金属を言
む内部領域内に二つの伝導素子を上部閉鎖円板を通して
挿入することができる。第２図において、同心状配置の
装置を示したが、この装置は、内部導体棒３０を営み、
これが外部伝導円筒部３１の中に同軸状に密封固設され
、またこれら双方はセラミック製絶縁円板３２の開口部
に封入固設される。この装置で、ベータ・アルミナ管３
３は閉鎖端部３４Ｙもつ筒体として形成される。上部開
放端部はアルファ・アルミニウム円板３２によって閉鎖
される。図示した例では、管３３内のす）　ＩＪウムの
レベルが円筒部３１の下端以下に降下しないかぎり、内
部導体ｆｉ１３０と外部円筒部３１との間にはベータ・
アルミナ看３３内の液体す）　ＩＪウム３５を介して直
接成子的に相互接続される。

前の実施例と同じ工うに、円面部３１は抵抗２５によっ
て外部導体容器３６と接続される。外部導体容器３６自
体は端子２４に直接接読される。

第２図に示したスイッチ装置は、第１図について前述し
たものと同一の作用を有する。しかしなから、この装装
置については、金属導体部材とセラミック部材間の准−
の密封が外部円筒部３１と円板３２との間の密封である
。この密封は、ナトＩＪウム蒸気に対してのみ露出され
ることになる。この密封は、管３３内のｒＬ体ナナトリ
ウム最高レベル以上の位置にあるからである。その結果
、このそ封の１ぎ照性が改善される。

スイッチ装装置はフェールセーフでめることが望ましい
。このフェールセーフ恢能は、ベータ・アルミナ管の内
側及び外側Ｖこ必るスイッチ装置の二つの狽域内のす）
　ｌ）ラムの全体量を、ベータ・アルミナ管が破損した
ときでめっでも、官内に残るナトリウムのレベルが２つ
の眠気伝導部材間の接触を保持するレベル以下に降下す
ることによって実現される。これによれば、スイッチ装
置内のベータ・アルミナ電解質が故障したときスイッチ
装置λは開放回路となる。

゛電池には、ナトリウム詭黄セルの数よりもより少ない
数のスイッチ装置を使用することが望ましい。例えば、
スイッチ装置は、２個以上のす）　ＩＪウム硫黄セルを
直列接続した列にスイッチ装置を直列接続し、先金に保
護された列のみを対応する列の配列に並列に接続するこ
ともできる。そのように構成すると電池のコストを低減
するばかりでなく、１個のセルが故障したとじ℃も保護
されるべき列のすべてのセルを電池回路から除去し、保
護配置からの補給を減少させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は並列に接続されたナトリウム硫黄セル及び谷セ
ルに直列接続された本発明に係るアルカリ金属スイッチ
装置の縦断面図、第２図はスイッチ装置ｔＯ別実施例を示す第１図と同様
な図である。〔符号の説明〕ｉｏ、ｉｉ・・・ナトリウム硫黄セル１２．１３・・・スイッチ装置１７．１８・・・導体棒２０・・・壇状煩域２１・・・外部導体管２２・・・内部領域２５・・・抵抗３０・・・内部導本俸３１・・・外部伝導円筒部３２・・・セラミック絶縁円板３３・・・筒３４・・・閉鎖端部３５・・・液体ナトリウム

Claims

【特許請求の範囲】

（１）動作温度では液体であるアルカリ金属をそれぞれ
含んでいる第１領域及び第２領域を具備するアルカリ金
属スイツチ装置であつて、前記第１領域及び第２領域を
陽イオン伝導性電子絶縁性の膜が双方の領域においてア
ルカリ金属と接触しており、前記スイツチ装置は動作す
る所定の方向をもつており、また前記第１領域内の液体
アルカリ金属のレベルはその中に含まれるアルカリ金属
の量に支配され、前記第１領域内の第１及び第２の電流
コレクタは、いずれも前記第１領域内における液体アル
カリ金属が所定のレベル以上のときにのみ前記第１領域
内の液体アルカリ金属と電子接触を続けるものであり、
第３電流コレクタは前記第２領域内の液体アルカリ金属
と電子接触を保ち、第１接続端子は、前記の第１電流コ
レクタに電気的に接続され、第２接続端子は前記第３電
流コレクタに接続され、また所定の抵抗が前記第２電流
コレクタと前記第２接続端子とを相互に接続しているア
ルカリ金属スイツチ装置。
（２）特許請求の範囲第１項において、液体アルカリ金
属が前記の所定レベル以下となるときは、前記の第１及
び第２の電流コレクタのうちの一方が前記第１領域にお
いて液体アルカリ金属と接触を維持するアルカリ金属ス
イツチ装置。
（３）特許請求の範囲第２項において、前記電流コレク
タのうちの前記の一方が前記第２電流コレクタであるア
ルカリ金属スイツチ装置。
（４）アルカリ金属セルからなる電池であつて、並列に
接続された複数個のセル又は直列に接続されたセル列の
並列接続からなる複数個のセルが前項いずれかに示した
アルカリ金属スイツチ装置を少くとも１個を含む前記の
電池において、前記アルカリ金属スイツチ装置は、通常
の動作では前記第１領域内に前記所定レベル以上の液体
アルカリ金属を含み、またその接続端子はセル又はセル
列と直列に接続されていて、セルからの放電電流が第１
領域内の第１電流コレクタ及び第２電流コレクタを経由
して前記スイツチ装置内に流れるとき、前記の所定抵抗
の両端に電位差を発生して、その電位差が前記第１及び
第２の電流コレクタに対して第３電流コレクタを正電位
にバイアスさせるようになつているアルカリ金属セルの
電池。
（５）特許請求の範囲第４項において、アルカリ金属ス
イツチ装置が前記第１領域内に所定の最大量の液体アル
カリ金属を、前記所定レベルに相当する最小量を超過し
て具備し、また、前記所定の抵抗を、前記最大超過量及
び前記スイツチ装置を通して前記セル又はセル列に供給
できる総電荷量に関連して選択して、前記第１領域内の
液体アルカリ金属が前記の所定レベル以下に降下する以
前に前記の総電荷を供給することを可能としているアル
カリ金属セルの電池。
（６）並列接続された複数個のアルカリ金属セル、又は
直列接続されたアルカリ金属セル列の並列接続からなる
複数個のアルカリ金属セルを含み、また各セル又は各セ
ル列に直列に接続されたそれぞれのスイツチ装置を含む
アルカリ金属セルからなる電池において、前記各スイツ
チ装置は、通常、閉路となつていて、そのスイツチ装置
を通つて結合するセル又はセル列に充電電流及び放電電
流の流れを可能とし、また、結合されるセル又はセル列
の容量を超過する所定の総電荷が前記スイツチ装置内を
セル充電方向に通過とるときは、ただちに開放回路とな
つて結合するセル又はセル列を隔離するようになつてい
る前記の電池。
（７）特許請求の範囲第６項において、前記の各スイツ
チ装置に、結合された電池へ流入する充電電流に対応す
るバイアス電流を発生する装置、動作温度では液体であ
るアルカリ金属を収容する容器、前記容器を第１領域と
第２領域に分割して、アルカリ金属の陽イオンに対して
は伝導性である電子絶縁性の膜、前記バイアス電圧を前
記膜の反対側にある液体アルカリ金属に加えて、前記の
加えた電圧に従つてアルカリ金属の陽イオンを前記膜を
通して一方の領域から他方の領域へと移動させるバイア
ス装置、及び前記の充電電流ならびに放電電流の流れを
導く、通常は閉鎖している接触装置であつて、前記の所
定総電荷に相当する液体アルカリ金属の所定量が膜を通
つて一方の領域から他方の領域へ遷移したとき、前記第
１領域内の液体アルカリ金属のレベルに応答して開放に
なつて、前記の電流の流れをしや断する前記の接触装置
を備える電池。
（８）特許請求の範囲第７項において、前記の接触装置
に、前記第１領域内における所定レベル以上の液体アル
カリ金属と通常電子接触をしている第１及び第２の電流
コレクタを備え、前記バイアス装置が充電電流の流れに
応答して陽イオンを前記第１領域から前記第２領域へ移
動するようになつている電池。
（９）特許請求の範囲第８項において、バイアス電圧を
発生する前記の装置が前記の第２電流コレクタと直列の
抵抗を備えて、前記の充電電流及び放電電流の流れを伝
導する電池。
（１０）特許請求の範囲第９項において、前記のバイア
ス装置に、第２領域で液体アルカリ金属と電子接触し、
また、前記第２電流コレクタとは対抗した前記抵抗の側
に電気的に接続される第３電流コレクタを備える電池。