(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルに分割されたタンクを含む一体結合型蓄電池であって、各セルが電極アセンブリと、前記タンクの密閉手段と、前記電極アセンブリの大きい面と対向する流体式熱交換器とを受容し、流体が２つのフランジによって画定された区画内を循環し、前記区画が、共通入口マニホルドに通じている流体入口オリフィスと、共通出口マニホルドに通じている流体出口オリフィスとを有し、前記タンクが少なくとも２つの一体構造のユニットから構成され、各ユニットが、前記２つのフランジの一方を構成する前記電極アセンブリの大きい面と対向する少なくとも１つの壁によって画定された前記セルのうちの少なくとも１つを含み、各ユニットがさらに前記入口マニホルドの一部分と前記出口マニホルドの一部分とを含み、前記２つのフランジを互いに向かい合うように配置したときに密封循環区画が形成され、かつ同一マニホルドの前記一部分同士が互いに一列に整列するように少なくとも１つの隣接するユニットと結合されることを特徴とする一体結合型蓄電池。
【請求項２】
前記蓄電池の各端部に位置する前記各ユニットが、他のユニットと反対側で、前記２つのフランジの一方を構成しているプレートに接続される請求項１に記載の蓄電池。
【請求項３】
前記密閉手段が前記タンクの下部に位置しており、前記タンクに固定密封された底面を構成する請求項１または２に記載の蓄電池。
【請求項４】
前記入口マニホルドおよび前記出口マニホルドが前記密閉手段と反対側の前記タンクの面上にある請求項１から３のいずれか一項に記載の蓄電池。
【請求項５】
前記２つのフランジの少なくとも一方が複数のリブを有し、前記リブが前記流体を前記区画内で一方の方向および反対の方向に交互に循環させるためのバッフルを形成している請求項１から４のいずれか一項に記載の蓄電池。
【請求項６】
前記各ユニットのうちの少なくとも２つを一体構造の単体として鋳造するステップと、
前記２つのフランジが互いに押しつけ合い、かつ前記各マニホルドの一部分が互いに一致するように、前記各ユニットを並べて配置するステップと、
前記２つのフランジと前記各マニホルドの一部分の各壁とによって形成された前記区画の縁部を溶接密封して前記タンクを得るステップと、
電極アセンブリを各セル内に挿入するステップと、
底面を前記タンクに溶接するステップとを含む請求項１から５のいずれか一項に記載の蓄電池を製造する方法。
【請求項７】
前記２つのフランジと前記各マニホルドの一部分の各壁とによって形成された前記区画の縁部を溶接密封した後で、１つのフランジを構成している１つのプレートを各端部に溶接して前記タンクを得る請求項６に記載の蓄電池を製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、循環流体式熱交換器を内蔵した一体結合型蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単体設計の蓄電池では、各電極アセンブリは単一容器の各セル内に収容される。容器は通常角柱形をしている。各電極アセンブリは、隔離板によって互いに隔離された正と負の電極の交互アセンブリによって構成され、電解液に浸される。電極アセンブリは、重ねられた電極の縁部に対応している２つの小さい面と、電極の表面に平行な２つの大きい面とを有する。
【０００３】
これらの蓄電池は特に電気自動車への給電用に使用される。ニッケルカドミウムあるいはニッケル金属水素化物の単体蓄電池は、５アンペア時から２５０アンペア時までの容量を有する。
【０００４】
蓄電池は、様々な使用状態（充電、過充電、放電）によって温度が上昇し、性能が変化することが知られている。循環流体、特に冷却液によって熱を除去することは蓄電池を冷却する最も効果的な方法である。蓄電池から独立しており、それと接触して配置される多数の熱交換システムが提案されている。これらのシステムのほとんどは、蓄電池の重量および外形寸法を容認できない程度にまで増大させる。
【０００５】
コンパクトな冷却装置を備えた一体結合型蓄電池が最近提案された。この蓄電池は、タンクと端子を有するフタとから構成された角柱形のプラスチック製単一容器を有している。タンクは隔壁によって分離されたいくつかのセルを備えており、そのセル内には電極アセンブリが配置されている。冷却装置は、プラスチック製タンクの対向する２つの壁にそれぞれ溶接密封された２つのフランジを備えており、各フランジは、蓄電池のフタに通じている入口オリフィスと出口オリフィスとを上部に有する流体用循環区画を、対応する壁と協働して画定している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
各電極アセンブリが均一に冷却されるためには、このような装置は、電極の縁部に対向しているタンクの壁上に配置されることが好ましい。大容量蓄電池の場合には、電極の縁部を冷却するだけでは蓄電池を適切な温度に保持するのに十分でない。従って熱交換の面積を増やすには、各電極アセンブリの大きい面と対向する壁上で熱が伝達される必要がある。
【０００７】
角柱形の単一タンクと複数の部分からなるフタとから構成されている容器を有するこのような熱交換システムを内蔵した一体結合型蓄電池は、欧州特許ＥＰ−０６２４９１６に記載されている。流体循環区画は２つの対向するフランジによって形成されている。これらの区画はセルを分離する隔壁として使用される。そのために、隔壁の縁部はタンクの壁上に形成された溝に係合している。各区画は入口／出口マニホルドに個別的に接続されている。液がセル内に侵入しないように、ハウジング内に配置されたカップリングユニットが各区画とマニホルドとの問の連絡を確保している。この複雑なアセンブリシステムは多数の接合部を有しているために、特に冷却液がセル内に漏れる危険があるという点で若干信頼性に欠ける。
【０００８】
各区画の液体の入口と出口は、取付けフタに設けられた長手マニホルドによって共通の入口と出口に接続されている。これらの２つの長手マニホルドの存在はフタ上の利用可能な表面を塞ぐことになる。これを補償するために、フタは蓄電池を外部回路に接続するのに必要な電気端子を２つしか有していない。このような構成では、隣接する２つのセルを分離しかつ液体循環区画を備えている隔壁を密閉された形で貫通しなければならない内部電気接続構成を使用する必要がある。このような貫通装置は、電気自動車内で使用するには電気的にも機械的にも十分な信頼性がない。
【０００９】
直径が増大するマニホルドは、それぞれ通路を有するフタの２つの相補部品を接合することによって形成される。３つの重ね合わされた部分で形成されたフタはタンク上にぴったりはまる。所与の数の電極アセンブリを備えた蓄電池については、容器を構成している様々な部品の寸法は固定されている。従って、所与の容量の各蓄電池はそれ自体の特定の構成要素を有する。このため蓄電池の工業的製造のフレキシビリティが低くなり、またより多くの費用がかかることになる。
【００１０】
本発明の目的は、すでに知られている装置よりも製造がより簡単であり、かつより信頼性の高い、効果的でコンパクトな熱交換器を備えた一体結合型蓄電池を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、熱交換器を備えており、かつ電極アセンブリの数を容易に変えることができる一体結合型蓄電池を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のセルに分割されたタンクを含む一体結合型蓄電池であって、各セルが電極アセンブリと、前記タンクの密閉手段と、前記電極アセンブリの大きい面と対向する流体式熱交換器とを受容し、流体が２つのフランジによって画定された区画内を循環し、前記区画が、共通入口マニホルドに通じている流体入口オリフィスと、共通出口マニホルドに通じている流体出口オリフィスとを有する一体結合型蓄電池からなる。
【００１３】
本発明による蓄電池は、前記タンクが少なくとも２つの一体構造のユニットから構成され、各ユニットが前記２つのフランジの一方を構成する前記電極アセンブリの大きい面と対向する少なくとも１つの壁によって画定された前記セルのうちの少なくとも１つを含み、各ユニットがさらに前記入口マニホルドの一部分と前記出口マニホルドの一部分とを含み、前記２つのフランジを互いに向かい合うように配置したときに密封循環区画が形成されるように、かつ同一マニホルドの前記一部分同士が互いに一列に整列するように少なくとも１つの隣接するユニットと結合されることを特徴とする蓄電池である。
【００１４】
本発明の一体結合型蓄電池は、一般にプラスチック製のタンクを有するが、プラスチック製のタンクに限定されない。タンクは壁によって複数のセルに分割されており、各セルは１つの電極アセンブリを受容する。
【００１５】
本発明によれば、タンクは複数のユニットを並べて組み立て、それらを例えば溶接または接着により結合することによって形成される。各ユニットは壁によって画定された少なくとも１つのセルを提供するが、２つ以上のセルを有することもできる。各ユニットは単体として製造され、例えば単体として鋳造される。従って、ユニットはユニット構造であるので、接合の数が制限される。
【００１６】
蓄電池は電極アセンブリの大きい面と対向する循環流体式熱交換器も含んでいる。流体は、２つのフランジによって画定され、かつセル間の壁のうちの少なくとも１つを形成している平坦な区画内を流れる。区画は、その上部において、共通入口マニホルドに通じている流体入口オリフィスと、共通出口マニホルドに通じている流体出口オリフィスとを有する。
【００１７】
本発明によれば、電極アセンブリの大きい面と対向する各ユニットの壁のうちの少なくとも１つは２つのフランジの一方を構成する。角柱形ユニットの場合には、電極アセンブリの大きい面と対向する対向する２つの壁はそれぞれ１つのフランジを構成することが好ましい。ユニットが複数のセルを有する場合には、これらのセルは電極の縁部と対向する面によって接合される方が好ましい。
【００１８】
ユニットは、流体循環区画を形成するために１つのユニットのフランジが隣接ユニットのフランジと対向するように相互接続される。タンクの端部を構成しているユニットは片側しか隣接ユニットを有していない。電極アセンブリの大きい面と対向する壁のうちの１つだけが２つのフランジの一方を構成しており、その１つのフランジは隣接ユニットのフランジに溶接される。
【００１９】
蓄電池の端部に位置するユニットは、片側で隣接ユニットに接続されており、他のユニットと反対側で、循環区画を密閉するためにフランジを構成しているプレートに接続されることが有利である。プレートによって密閉されたこの区画は蓄電池の外部側壁を構成している。従って、蓄電池の端部ユニットに収容されている電極アセンブリは、蓄電池の中央に位置するユニットと同様に対向する２つの面上で冷却される。
【００２０】
好ましい実施形態によれば、前記密閉手段は前記タンクの下部に位置しており、前記タンクに固定密封された底面を構成している。
【００２１】
前記入口マニホルドおよび前記出口マニホルドは前記底面と反対側の前記タンクの面上に位置していることが好ましい。また各ユニットは、底面と反対側の面上で、例えば各セルごとに２つの端子と、１つのリリーフ弁と、１つの電解液充填オリフィスなどを設けるのに必要なオリフィスを有している。オリフィスのようなマニホルドの一部分は、例えば溶接によってユニットと同時に形成される。各セルは各極性の端子を備えている。電極アセンブリの電気接続はセルの外部で行われるので、内部電気接続装置は一切不要である。
【００２２】
２つのフランジの少なくとも一方は、前記流体を前記区画内で一方の方向および反対の方向に交互に循環させるためのバッフルを形成している複数のリブを有していることが好ましい。本発明の１つの実施形態によれば、２つのフランジの一方は、その上部において、流体入口オリフィスと流体出口オリフィスとを有しているが、循環区画を形成しているフランジの各々がこれらのオリフィスの半分を有していてもよい。
【００２３】
各ユニットはさらに入口マニホルドの一部分と出口マニホルドの一部分も含んでいる。各区画の流体入口オリフィスおよび流体出口オリフィスは、ユニットの一部をなす対応するマニホルド部分にそれぞれ通じている。各ユニットを互いに接して配置したとき、各マニホルド部分は対応する隣接部分にぴったりはまり、共通入口マニホルドまたは出口マニホルドを形成する。なお、このマニホルドの長さは蓄電池の長さに、すなわち結合されるユニットの数に依存する。
【００２４】
本発明の利点は、場合によってはわずかな変更が加えられている端部ユニットを除けば、同一であるユニットの数を変えることによって容易に容量を変えることができるモジュール設計の一体結合型蓄電池を提供することである。底面だけはサイズが異なっているが、あらかじめ一緒に溶接されたいくつかのユニットから底面をつくることも可能である。
【００２５】
また本発明は、本発明による一体結合型蓄電池を製造する方法も目的とし、この方法は次のステップを含む。
【００２６】
前記各ユニットのうちの少なくとも２つを一体構造の単体として鋳造するステップ。
【００２７】
前記２つのフランジが互いに押しつけ合い、かつ前記各マニホルドの一部分が互いに一致するように、前記２つのユニットを並べて配置するステップ。
【００２８】
前記２つのフランジと前記各マニホルドの一部分の各壁とによって形成された前記区画の縁部を溶接密封して前記タンクを得るステップ。
【００２９】
端子を備えた電極アセンブリを各セル内に挿入するステップ。このとき、端子をそのために設けられているオリフィスに固定することができる。
【００３０】
前記底面を前記タンクに溶接し、最後に電解液をセル内に、例えばそのために設けられているオリフィスから挿入するステップ。
【００３１】
本発明の改善形によれば、前記２つのフランジと前記各マニホルドの一部分の各壁とによって形成された区画の縁部を溶接密封した後で、１つのフランジを構成している１つのプレートを各端部に溶接してタンクを得る。
【００３２】
本発明は、タンクを形成しているユニットが最初に相互に溶接されることによって流体回路の密封性が確保される一体結合型蓄電池を製造する方法を提供するという利点を有する。流体回路はセルとの共通溶接部を一切有していない。従って、流体がセル内に漏れる危険が完全になくなる。
【００３３】
添付の図面を参照しながら非限定的な例として示す以下の説明を読めば、本発明はより良く理解されるであろうし、その他の利点および特徴も明確になるであろう。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明による蓄電池の角柱形容器１を図１に示す。容器１はポリプロピレン製タンク２と、底面を構成している密閉手段３とを含む。タンク２は２つの側壁４と、２つの縦壁５と、底面３と反対側の１つの水平上壁６とを含む。底面３は、電極アセンブリがそれぞれのセル内に挿入された後でタンク２に溶接される。
【００３５】
タンク２の水平壁６は、各セルごとに、各極性の端子をそれぞれ受容する２つの穴７と、最初に電解液を挿入するのに使用され、充填後にリリーフ弁によって閉鎖される開口部８とを有する。中央の入口／出口中央マニホルド９には、熱交換器内を循環する液体の人口と出口が集合する。変形形態によれば、マニホルド９は、その端部の各々において、液体循環システムかまたは別の一体結合型蓄電池への接続のために入口パイプ１０と出口パイプ１１とを有する。
【００３６】
図２は本発明による蓄電池の水平断面図であり、図３はその部分拡大図である。タンク２はいくつかのセル２０に分割され、各セルは、隔離板２３によって互いに隔離された正と負の電極２２の交互アセンブリによって構成され、電極アセンブリ２１を収容する。各セル２０は電極の縁部と対向するセルの面２４を介して並置される。電極アセンブリの大きい面と対向するセル間の壁２５は、冷却液が循環する区画２７を形成している対向する２つのフランジ２６から構成される。タンク２の各端部には、片側が隣接セル２０と接続されており、反対側が壁２５’によって画定されているセル２０’がある。壁２５’は、フランジ２６と、セル２０’の外側の冷却液循環区画を密閉するためのフランジとして役立つプレート２８とによって形成される。
【００３７】
タンク２は、図４に示すように、２つのセルを内蔵したユニット４０から製造される。各ユニット４０は、その上面において、各セル内に収容されている電極アセンブリに電気的に接続されている正極端子と負極端子をそれぞれ受容する４つの穴７を有する。また各ユニット４０は、各セルに電解液を充填することを可能にする２つの開口部８も有する。電極アセンブリの電極の大きい面と対向する壁はフランジ２６を構成する。フランジ２６は、冷却液のための回路を画定しているリブ４１と、入口マニホルド４３と通じている液体入口オリフィス４２と、液体出口マニホルド４５と通じている液の出口オリフィス４４とを有する。リブ４１および／またはオリフィス４２、４４は、対向するフランジ２６間で等分することができる。リブ４１の全高は約３〜４ｍｍである。入口マニホルド４３および出口マニホルド４５はマニホルド部分４６を形成するために並置される。
【００３８】
図５に示す一体結合型蓄電池の端部ユニット５０も、マニホルド部分４６を除いて図３のユニットと類似しているダブルユニットである。すなわち、マニホルド部分４６の一方の端部は、外部回路に接続することができるパイプ５１を含む。ユニット５０は一体結合型蓄電池の端部の各々に使用することができる。従って、パイプ５１は液体入口パイプ１０であってもよいし、液体出口パイプ１１であってもよい。これらのパイプは同一である。この端部ユニット５０は片側でユニット４０と接合される。ユニット４０と接合される反対側で、電極アセンブリの大きい面と対向する壁は第１のフランジ２６を構成する。このフランジは第二のフランジを構成しているエンドプレート２８と協働する。従って、蓄電池の端部に位置している液循環区画は密閉される。リブ４１は対向するフランジ２６とプレート２８間で等分することができる。
【００３９】
当然のことながら、マニホルド部分４６の端部に適切なコネクタを単に取り付けることによってユニット４０を蓄電池の端部で使用することもできる。ただし、この場合には、セル２０’内に収容されている電極アセンブリはそれらの両面の冷却は行われない。このことは電極アセンブリの動作の不均衡をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】  １０個の電極アセンブリを含む本発明による一体結合型蓄電池の容器の透視図である。
【図２】  セル内の電極アセンブリの配置と流体循環区画の位置とを示す図１のＩＩ−ＩＩの断面図である。
【図３】  図２の領域ＩＩＩの拡大図である。
【図４】  ２つのセルを含む図１のタンクの中央ユニットを示す図である。
【図５】  ２つのセルを含む図１のタンクの端部ユニットを示す図３と類似の図である。
【符号の説明】
１  角柱形容器
２  タンク
３  底面
４  側壁
５  縦壁
７  端子用穴
８  電解液挿入用開口部
９  入口／出口マニホルド
１０  入口パイプ
１１  出口パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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