(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
均圧装置を有する電池収納槽と、該電池収納槽に収納された単電池群と、該電池収納槽内の空間部に充填された絶縁液とを備えた油漬均圧型蓄電池において、
単電池群と前記電池収納槽内壁との間及び単電池群間に、流体通路形成部材を配置して、電池収納槽上部空間の絶縁油と下部空間の絶縁油とが対流により入れ替わるよう、電池収納槽の下部空間と上部空間とを連通する複数の流体通路を形成し、前記流体通路形成部材は、その高さが単電池上端から極板群に達しない部材であることを特徴とする油漬均圧型蓄電池。
【請求項２】
流体通路形成部材は、楔状体である請求項１に記載の油漬均圧型蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、深海等の高圧下で使用される油漬均圧型蓄電池、特に充電時の発熱量を低く抑えることの出来る油漬均圧型蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
深海等の高圧下で使用される電池として、油漬均圧型蓄電池がある。この蓄電池は、一般的には大気圧下で充電され、深海等の高圧下での計測機器の電源や水中走行体の駆動用電源として使用される。
このような蓄電池は、本願と同一出願人による特開昭４９−８５５３０号や特開昭４９−８５５３１号に開示されている。その概要は、図１２（Ａ）に示すように、電池収納槽１と均圧装置２とで形成される密封空間内に、複数の開放型単電池３，３，・・・（単電池群）と絶縁油とを収納した構成であり、一括して単電池の均圧群の均圧を図るものである。
【０００３】
図１２（Ｂ）は、前記均圧装置２の内部構造を示す図であり、この例では蛇腹式伸縮部としたゴム袋製の伸張収縮体８が均圧機能部材である。この図では均圧装置２のゴム袋製の伸張収縮体８外周部に海水を導入するための海水導入孔は省略されているが、この油漬均圧型蓄電池を搭載した深海調査船等が潜水したとき、海水導入孔を通って均圧装置２内に流入した海水がゴム袋製の伸張収縮体８を圧縮することにより、電池収納槽１の外部圧力と電池収納槽１内部の圧力とが釣り合い、もって深海等での蓄電池の破損が防止される。尚、単電池３にも均圧手段が備えられているが、その構成と本願発明の要旨とは直接関係はないので説明を省略する。
【０００４】
油漬均圧型蓄電池の代表的な用途に、深海調査船用電源がある。この深海調査船は『しんかい２０００』や『しんかい６５００』の名で実用に供されている。これには、単電池として酸化銀亜鉛二次電池が用いられており、そのおおよその単電池仕様は、定格容量４５０〜５４０Ａｈ、重量９〜９．５Ｋｇ、寸法約１１０×９０×４３０ｍｍ、重量エネルギ−密度７５〜８５Ｗｈ／Ｋｇ、容積エネルギ−密度１６０〜２００Ｗｈ／ｌ（リットル）、といわれている。このような単電池が、数１０個、電池収納槽内に配置されている。
【０００５】
周知の通り、かかる用途における油漬均圧型蓄電池においては、サイクル寿命や放電性能等とともに、重量効率、体積効率が最重視される。重量効率、体積効率を上げる観点から、従来、電池収納槽内の不要空間部をなるべく減らすとともに、不要部材の削減を図るべく、特開昭４９−８５５３０号や特開昭４９−８５５３１号に図示されているように（これらを図１２に示す）、単電池同士を隣接させて収容していた。
図１３は、従来の単電池収納方法を示す図であり、図１２（Ａ）のＹ−Ｙ矢視断面図である。この図に示すように、電池収納槽１内には単電池３が並べて配置され、電池収納槽１の壁面にはスペ−サ４が貼り付けられ、また、電池収納槽１の角部には絶縁油移動通路６が設けられている。この絶縁油移動通路６は前記均圧装置２内及び電池収納槽１の上部空間１ａと繋がっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
油漬均圧蓄電池は、深海等の高圧下で使用（放電）した後、地上なり或いは支援船上なりで充電されるのが一般的であるが、その際、いちいち絶縁油を抜き取って充電するなどという煩雑な方法によるのではなく、電池収納槽１内に密閉されたまま行われる。
充電時には単電池温度が上昇するが、過度の温度上昇がセパレ−タや電極の劣化、電解液の分解等の悪影響を及ぼすことは周知の通りであり、充電時における単電池温度上昇をいかに低く抑えるかが、この種電池技術分野における重要な課題の一つである。しかるに、単電池同士を隣接させて配備していた従来の油漬均圧型蓄電池は、その構造上、放熱特性が必ずしもよくないという問題がある。
【０００７】
このような課題に対しては、従来、止むを得ず、油漬均圧型蓄電池をテント内に収納してスポットク−ラ−で冷却したり、陣地収納槽上部にたくさんの氷を載せるなりして、温度上昇をおさえるという方法が採用されていた。しかしながら、これらの方法ではいまだ十分とは言えず、結果としてサイクル寿命や放電特性の点で当初の期待通りの目標に到達しえないケ−スが皆無とは言えなかった。
【０００８】
この発明は上記する課題に対処するためになされたものであり、放熱特性に優れ、もってサイクル寿命や放電特性も改善された油漬均圧型蓄電池を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、この発明は上記する課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、均圧装置を有する電池収納槽と、該電池収納槽に収納された単電池群と、該電池収納槽内の空間部に充填された絶縁液とを備えた油漬均圧型蓄電池において、
単電池群と前記電池収納槽内壁との間及び単電池群間に、流体通路形成部材を配置して、電池収納槽上部空間の絶縁油と下部空間の絶縁油とが対流により入れ替わるよう、電池収納槽の下部空間と上部空間とを連通する複数の流体通路を形成し、前記流体通路形成部材は、その高さが単電池上端から極板群に達しない部材であることを特徴とする。
【００１０】
或いは請求項２に記載の発明は、前記流体通路形成部材は、楔状体であることを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の具体的実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、この発明の油漬均圧型蓄電池の内部を示す一部断面図であり、図２は図１のＸ−Ｘ矢視断面図である。この油漬均圧型蓄電池は、例えばチタン合金製の電池収納槽１内に単電池群（３，３，・・・）を所定の空間をおいて配置し、内部に例えばシリコンオイル絶縁油（以下、単に絶縁油とする）を充填する構造としてある。これらの単電池３としては、通常、酸化銀亜鉛電池が用いられる。該電池収納槽１には均圧装置２（図１２に示すものと同様）が設けられる。また、該電池収納槽１の側壁１ｗに沿って合成樹脂（例えばポリエチレン樹脂）製のスペ−サ４を設置し、該スペ−サ４（電池収納槽内壁１ｗ）と単電池３との間及び単電池３と単電池３との間には流体通路形成部材５，５，・・を配置して所定の空間１０，１０，・・が形成される。これらの空間１０は、絶縁油の流体通路となるものである（以下、この空間１０を流体通路１０とする）。
【００１２】
前記電池収納槽内壁１ｗと単電池３との間或いは単電池３と単電池３との間に配置した流体通路形成部材５は、図３に示すように、楔状体としてある。この流体通路形成部材５を楔状体としたのは、単電池３と単電池３の間や電池収納槽内壁１ｗ（スペ−サ４）と単電池３との間に挿入しやすくするためであるが、装着上の支障がなければ棒状体或いは平板状体のものを使用してもよい。なお、楔状体の流体通路形成部材５では、この流体通路形成部材５の側面に空間ができるので一部を絶縁油通路とすることができる。
【００１３】
上記するように、電池収納槽内壁１ｗと単電池３との間或いは単電池３と単電池３との間に流体通路形成部材５を配置することにより、電池収納槽１の内部において、下部空間１ｂと上部空間１ａとの間及びこれら単電池３と単電池３の間や電池収納槽内壁１ｗと単電池３との間に流体（絶縁油）が流通する流体通路１０が多数形成され、上部空間１ａと下部空間１ｂとはこれら流体通路１０で連通する。従って、電池収納槽１内の上部空間１ａの絶縁油と下部空間１ｂの絶縁油との間に温度差が生じると、流体通路１０を通じて下部空間１ｂの絶縁油は上方へ上がり、冷たい上部空間１ａの絶縁油は下方へ移動して入れ替わる対流が生じて、充電時の温度上昇を抑えることができる。
【００１４】
図４は、この発明の油漬均圧型蓄電池の変形実施の形態の内部を示す一部断面図であり、図５は図４のＸ−Ｘ矢視断面図である。この油漬均圧型蓄電池では、電池収納槽１の側壁１ｗに沿って合成樹脂（例えばポリエチレン樹脂）製のスペ−サ４、及び単電池３と単電池３との間にはスペ−サ４ａ，４ａを設置し（ただし、この単電池３と単電池３との間のスペ−サ４ａは必ずしも設ける必要はない）、これらスペ−サ４（電池収納槽内壁１ｗ）と単電池３との間及び単電池３と単電池３との間（スペ−サ４ａとスペ−サ４ａとの間）には流体通路形成部材として、図６に示すような短い楔状体５’，５’，・・を配置して所定の流体通路１０，１０，・・が形成される。
【００１５】
前記電池収納槽内壁１ｗと単電池３との間或いは単電池３と単電池３との間（スペ−サ４ａとスペ−サ４ａとの間）に配置した短い楔状体５は、図６に示すように、その高さＨは、単電池３上端から極板群に達しない程度の短い楔状体とする。このように短い楔状体５’としたのは、単電池３と単電池３の間（スペ−サ４ａとスペ−サ４ａとの間）や電池収納槽内壁１ｗ（スペ−サ４）と単電池３との間のすき間の幅に差があっても挿入しやすく、且つ確実に挿入できるためであるが、装着上の支障がなければ棒状体或いは平板状体のものであってもよい。
【００１６】
更に、前記短い楔状体５’の高さを単電池上端から極板群に達しない程度の短い高さＨの楔状体としたのは次のような理由による。
即ち、図７に示すように、単電池３の内部は、正極板とセパレ−タと負極板とを交互に積層した極板群３ａから構成され、各極板からのリ−ド線３ｂ、３ｃが正極端子３ｄと、負極端子３ｅに接続された構造となっている。
これらの単電池３，３，・は、図８の二点鎖線に示すように、充放電を行うと極板の積層方向に膨れる特性を持っている。そして単電池単体で充放電を繰り返すと、短絡に至る単電池はないが、電池収納槽１に多数の単電池３，３，・を収納し、単電池３と単電池３との間（スペ−サ４ａとスペ−サ４ａとの間）に、これら単電池３と殆ど同じ高さの長い楔状体５’を設置して固定した状態で充放電を繰り返すと、短絡に至る単電池が発生することがある。その理由は、充放電の繰り返しによる単電池３の膨張を該長い楔状体５’が阻害することにより、単電池３内のセパレ−タに負荷がかかり、短絡に至るものと考えられる。そこで、短い楔状体５’を電池収納槽内壁１ｗと単電池３との間或いは単電池３と単電池３との間に設けると、これら短い楔状体５’の側面及び該楔状体５’の下部に空間ができるが、これらの空間が流体通路１０となると共に、充放電時の膨張を許容する空間ともなるので短絡を防止することができる。
【００１７】
上記実施の形態において、単電池群（３，３，・・）と電池収納槽内壁１ｗとの間或いは単電池３と単電池３との間に、流体通路形成部材（５或いは５’）を配置して流体通路１０を形成するとは、全ての単電池３と電池収納槽内壁１ｗとの間に流体通路１０を形成することを意味するのではなく、電池収納槽内壁１ｗとの間に流体通路１０が形成されていない単電池３，３，・・があってもよい。即ち、単電池群間に流体通路１０を形成するとは、図９に示すように、単電池３と単電池３との間に流体通路１０が形成されていない単電池があっても極板群の積層方向でなければよいのである。肝要なことは、単電池の大きさ、数量、電池収納槽１の内容積、絶縁油の種類による粘度等を考慮して電池収納槽１の上部空間１ａの絶縁油と下部空間１ｂの絶縁油とが対流により効果的に入れ替わるよう、適切に流体通路１０の断面積と数量を設計することである。
【００１８】
【実施例】
この発明の実施例として、この発明の油漬均圧型蓄電池と、隣接密着収納した従来の油漬均圧型蓄電池とを用いて行ったサイクル寿命試験と充電時の温度上昇試験とを行った。
ここで使用した酸化銀亜鉛単電池３は、底面１１０×９０（ｍｍ2)、高さ４００（ｍｍ）、の角柱形電池であり、初期容量６５０Ａｈである。
また、これらの油漬均圧型蓄電池では、同じ構成の単電池を同数とし、両者を常圧（大気圧）、周囲温度２５°Ｃ、の環境下で充放電試験に供した。放電条件は、『９０Ａ定電流放電、充電終止電圧２．０５Ｖ／単電池』である。          図１０はサイクル寿命特性試験の結果を示す図であり、図１１は２０サイクル目の充電時の温度変化を示す図である。尚、温度変化は、単電池底面に付設した温度センサにより測定した。
これらの結果から明らかなように、本発明の方が従来品に比べてサイクル寿命性能においても、また、充電中の温度上昇抑制の点でも優れていることは一目瞭然である。
【００１９】
従来の油漬均圧型蓄電池の問題は、充電時の電池温度上昇が大きく、これが電池特性に悪影響を与えているということであった。この原因を調査したところ、単電池同士が隣接配備されているため単電池内部で発生した熱が単電池外部に放出されにくいこと、電池収納槽内部の上部空間１ａの絶縁油と下部空間１ｂの絶縁油が良好に対流が生じるような通路が確保されておらず、いくら電池収納槽１上部を冷却しても下部の絶縁油が冷却しきれないことに起因していること、が判明した。そこで、本発明者らは、単電池３と電池収納槽内壁１ｗとの間及び単電池群の中の適切な箇所に、流体通路形成部材（５或いは５’）を配置して、電池収納槽１の下部空間１ｂと上部空間１ａとを連通する複数の流体通路１０を形成すれば、電池収納槽１の上部空間１ａの絶縁油と下部空間１ｂの絶縁油とが対流によりうまく入れ替わり、充電時の温度上昇を低く抑えることができることを見いだしたものである。
【００２０】
なお、この発明では、単電池３として酸化銀亜鉛電池を例に説明したが、この電池に限らず、リチウム電池やニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等、充電字における温度上昇が電池特性に悪影響を及ぼすような全ての電池に適用することができるのはいうまでもない。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明の油漬均圧型蓄電池によれば、電池収納槽内の上部空間の絶縁油と下部空間の絶縁油とが対流により効果的に入れ替えることができるので、充電時の温度上昇を低く抑えることができる。また、短い楔状体を用いることにより、単電池は充放電時自由に膨張することができるようになるので、複数個の単電池を電池収納槽に収納した場合でも、単電池単体で充放電を繰り返すのと同じ状態となり、短絡が生じる恐れは殆どなくなる。従って、サイクル寿命や放電特性が改善された油漬均圧型蓄電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の油漬均圧型蓄電池の内部を示す一部断面図である。
【図２】  図１のＸ−Ｘ矢視断面図であって、単電池と単電池との間に流体通路形成部材を配置して流体通路を形成した状態を示す図である。
【図３】  この発明の油漬均圧型蓄電池で使用する楔状体の流体通路形成部材の例を示す斜視図である。
【図４】  この発明の油漬均圧型蓄電池の変形実施の形態の内部を示す一部断面図である。
【図５】  図４のＸ−Ｘ矢視断面図であって、単電池と単電池との間に流体通路形成部材を配置して流体通路を形成した状態を示す図である。
【図６】  この発明の油漬均圧型蓄電池で使用する流体通路形成部材の短い楔状体の斜視図である。
【図７】  この発明の油漬均圧型蓄電池の電池収納槽に配置した単電池間に短い楔状体を設置した状態の断面図である。
【図８】  単電池内の極板群の充放電時の膨れを示す断面図である。
【図９】  この発明の油漬均圧型蓄電池の内部の単電池と単電池との間に流体通路形成部材を配置して流体通路を形成する他の実施の形態を示す平面図である。
【図１０】  この発明の油漬均圧型蓄電池と従来の油漬均圧型蓄電池とを用いて行ったサイクル寿命試験結果を示す図である。
【図１１】  この発明の油漬均圧型蓄電池と従来の油漬均圧型蓄電池とを用いて行った充電時における温度上昇試験結果を示す図である。
【図１２】  図１２（Ａ）は従来の油漬均圧型蓄電池の内部を示す一部断面図であり、図１２（Ｂ）は均圧装置の内部の概要を示す図である。
【図１３】  図１２（Ａ）のＹ−Ｙ矢視断面図であって、電池収納槽内における単電池群の配置状態を示す図である。
【符号の説明】
１    電池収納槽
１ａ  電池収納槽上部空間
１ｂ  電池収納槽下部空間
２    均圧装置
３    単電池
４    スペ−サ
５    流体通路形成部材
５’    短い流体通路形成部材
１０  流体通路
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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