溶融塩電池装置及び溶融塩電池装置の制御方法
【課題】容易に溶融塩電池を加熱すると共に、起動時の待機時間を短縮し、溶融塩電池の加熱に必要なエネルギーを低減することができる溶融塩電池装置、及び溶融塩電池装置の制御方法を提供する。
【解決手段】溶融塩電池装置１は、複数の溶融塩電池ユニット３，３，…と、室温で動作可能な補助電池（電力源）４１を備える。各溶融塩電池ユニット３はヒータを備えている。起動時には、補助電池４１は、一の溶融塩電池ユニット３のヒータへ電力を供給し、一の溶融塩電池ユニット３はヒータで加熱されて動作可能になる。動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３は、他の溶融塩電池ユニット３，３，…のヒータへ電力を供給し、他の溶融塩電池ユニット３，３，…はヒータで加熱されて動作可能になる。多くのエネルギーを必要とせずに容易に溶融塩電池が加熱され、溶融塩電池装置１が短時間で起動する。
【解決手段】溶融塩電池装置１は、複数の溶融塩電池ユニット３，３，…と、室温で動作可能な補助電池（電力源）４１を備える。各溶融塩電池ユニット３はヒータを備えている。起動時には、補助電池４１は、一の溶融塩電池ユニット３のヒータへ電力を供給し、一の溶融塩電池ユニット３はヒータで加熱されて動作可能になる。動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３は、他の溶融塩電池ユニット３，３，…のヒータへ電力を供給し、他の溶融塩電池ユニット３，３，…はヒータで加熱されて動作可能になる。多くのエネルギーを必要とせずに容易に溶融塩電池が加熱され、溶融塩電池装置１が短時間で起動する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の溶融塩電池を備えた溶融塩電池装置、及び溶融塩電池を動作させるための制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力の効率的な利用のために、高エネルギー密度・高効率の蓄電池が必要とされている。このような蓄電池として、特許文献１に開示されたナトリウム−硫黄電池が開発されている。他の高エネルギー密度・高効率の蓄電池として、溶融塩電池がある。溶融塩電池は、電解質に溶融塩を用いた電池であり、溶融塩が溶融した状態で動作する。溶融塩電池を用いて蓄電を行う溶融塩電池装置の形態としては、家庭又は工場等に設置された定置型の形態、及び自動車に搭載されたもの等の非定置型の形態が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７３２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
溶融塩電池が安定的に動作するためには、溶融塩が液体の状態を保てるように、溶融塩電池内の温度を溶融塩の融点よりもある程度以上高い温度に保つ必要がある。通常、溶融塩の融点は室温よりも高温であり、溶融塩電池は室温よりも高い温度で動作する。ここで、室温とは、加熱及び冷却のいずれも行われていない状態での温度であり、例えば１℃〜３０℃程度である。このため、溶融塩電池装置には、溶融塩電池を加熱する機能が必要である。室温等の溶融塩の融点以下の温度で溶融塩電池が停止している状態から溶融塩電池装置を起動する際には、まず、溶融塩電池が動作可能な温度にまで溶融塩電池を加熱する必要がある。溶融塩電池を加熱する方法としては、ヒータで溶融塩電池を加熱する方法が考えられるものの、起動時には、溶融塩電池自身をヒータの電源として利用することはできない。特に、非定置型の溶融塩電池装置では、溶融塩電池を加熱するために外部からエネルギーを投入することが困難であるという問題がある。
【０００５】
また、溶融塩電池が動作可能な温度にまで溶融塩電池を加熱するにはある程度の時間が必要であるので、溶融塩電池装置の起動時には使用可能となるまでに待機時間が発生する。特に、容量を増大させるために溶融塩電池を大型化した場合には、待機時間が長大化するという問題がある。また、エネルギー利用の効率化のためには、溶融塩電池を加熱するためのエネルギー消費を低減することが求められる。
【０００６】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、容易に溶融塩電池を加熱すると共に、起動時の待機時間を短縮し、溶融塩電池の加熱に必要なエネルギーを低減することができる溶融塩電池装置、及び溶融塩電池装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る溶融塩電池装置は、電解質として用いた溶融塩が室温よりも高い温度で溶融した状態で動作する複数の溶融塩電池を備える溶融塩電池装置であって、前記複数の溶融塩電池のそれぞれに設けられたヒータと、前記複数の溶融塩電池における一部の溶融塩電池に設けられたヒータへ、室温下で電力を供給する電力源と、前記一部の溶融塩電池からの電力を、他の一部の溶融塩電池に設けられたヒータへ供給する電力供給手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る溶融塩電池装置は、前記電力供給手段は、ヒータへの電力供給により加熱された一部の溶融塩電池から、他の一部の溶融塩電池に設けられたヒータへ、順送りに電力を供給する構成であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る溶融塩電池装置は、前記電力供給手段は、電力を供給すべきヒータの数を調整する手段を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る溶融塩電池装置は、前記電力源は、室温で動作することが可能な二次電池であることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る溶融塩電池装置は、前記電力源は、キャパシタであることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る溶融塩電池装置は、外部から供給された電力で前記電力源を充電させる手段と、前記電力源を放電させて、前記電力源に充電されていた電力で前記複数の溶融塩電池の一部又は全部を充電させる手段とを更に備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る溶融塩電池装置は、前記複数の溶融塩電池の一部又は全部からの電力を外部へ出力する手段と、前記電力源からの電力を外部へ出力する手段とを更に備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る溶融塩電池装置の制御方法は、電解質として用いた溶融塩が室温よりも高い温度で溶融した状態で動作する複数の溶融塩電池と、それぞれの溶融塩電池を加熱するためのヒータと、室温で動作することが可能な電力源とを備える溶融塩電池装置を制御する方法であって、前記複数の溶融塩電池の温度が室温になっている状態で、前記電力源から、前記複数の溶融塩電池における一部の溶融塩電池を加熱するためのヒータへ電力を供給させ、前記ヒータで加熱されて溶融塩が溶融した前記一部の溶融塩電池から、他の一部の溶融塩電池を加熱するためのヒータへ電力を供給させることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る溶融塩電池装置の制御方法は、前記溶融塩電池装置から外部へ出力する電力の需要を示す情報を受け付け、前記複数の溶融塩電池の内、ヒータへ電力を供給すべき溶融塩電池の数を前記情報に応じて調整することを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、複数の溶融塩電池と室温で動作可能な電力源とを備える溶融塩電池装置は、室温下で電力源からの電力で一部の溶融塩電池を加熱して一部の溶融塩電池を動作させ、動作した一部の溶融塩電池からの電力で他の溶融塩電池を加熱する。溶融塩電池装置は、温度が室温になっている状態から起動することができる。
【００１７】
また本発明においては、電力源からの電力で加熱された一部の溶融塩電池は、ヒータへ電力を供給することで他の溶融塩電池の一部を加熱し、加熱された溶融塩電池は更に他の溶融塩電池の一部を加熱することで、順送りに溶融塩電池が加熱される。
【００１８】
また本発明においては、溶融塩電池装置は、複数の溶融塩電池の内、加熱して動作させる溶融塩電池の数を電力需要に応じて調整する。電力需要が小さい場合は、加熱すべき溶融塩電池の数が少なくなり、加熱に必要なエネルギー消費が低減される。
【００１９】
また本発明においては、溶融塩電池装置は、電力源として二次電池を備えている。室温下で最初に二次電池が起動し、溶融塩電池を起動させることが可能である。二次電池は、外部から電力が供給された場合に充電を行うことも可能である。
【００２０】
また本発明においては、溶融塩電池装置は、電力源としてキャパシタを備えている。室温下で最初にキャパシタが起動し、溶融塩電池を起動させることが可能である。キャパシタは、溶融塩電池装置の外部から電力が供給された場合に充電を行うことも可能である。
【００２１】
また本発明においては、溶融塩電池装置は、外部から供給された電力で、電力源として用いる二次電池又はキャパシタに充電させ、その後、二次電池又はキャパシタを放電して溶融塩電池に充電させ直す。溶融塩電池よりも高速で充放電が可能な二次電池又はキャパシタを用いることにより、効率的に充電が行われる。
【００２２】
また本発明においては、溶融塩電池装置は、電力源として用いる二次電池又はキャパシタから外部へ電力を出力することができる。このため、溶融塩電池装置は、起動時に、溶融塩電池がまだ動作できない段階でも、電力を出力することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明にあっては、溶融塩電池装置は、温度が室温になっている状態であっても、電力源を動作させることで、容易に溶融塩電池を加熱して起動することが可能である。また、電力源からの電力は複数の溶融塩電池の一部を加熱するために利用されるので、溶融塩電池を加熱するためのエネルギー消費が低減される。また、加熱された溶融塩電池からの電力で他の溶融塩電池を加熱することにより、複数の溶融塩電池の加熱に必要な時間を短縮し、溶融塩電池装置の起動に必要な待機時間を短縮することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態１に係る溶融塩電池装置の利用形態を示す模式図である。
【図２】実施の形態１に係る溶融塩電池装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】溶融塩電池ユニットの構成例を示す模式的斜視図である。
【図４】溶融塩電池セルの内部構成を示す模式的斜視図である。
【図５】実施の形態２に係る溶融塩電池装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図６】キャパシタの構成を示す模式的断面図である。
【図７】実施の形態３に係る溶融塩電池装置の電気的構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る溶融塩電池装置の利用形態を示す模式図である。溶融塩電池装置１は、車載用の蓄電装置であり、自動車２内に搭載されている。自動車２は、例えば、電気自動車又はハイブリッド車である。溶融塩電池装置１には、使用者が操作することによって動作開始の指示等の指示を入力するための操作部２１が信号線で接続されている。また溶融塩電池装置１には、自動車２に搭載されたモータ等の負荷２２が電力線で接続されている。
【００２６】
図２は、実施の形態１に係る溶融塩電池装置１の電気的構成を示すブロック図である。溶融塩電池装置１は、複数の溶融塩電池ユニット３，３，…と、室温で動作可能な補助電池４１とを備えている。複数の溶融塩電池ユニット３，３，…及び補助電池４１は、外部に対して電力を入出力する入出力回路４２に電力線で接続されている。入出力回路４２は、図２には図示していない負荷２２に接続されている。また、入出力回路４２には、溶融塩電池ユニット３，３，…へ加熱のための電力を供給する電力供給回路４３が接続されている。電力供給回路４３には、溶融塩電池ユニット３，３，…が電力線で接続されている。また溶融塩電池装置１は、溶融塩電池装置１の動作を制御する制御部４４を備え、制御部４４は入出力回路４２に接続されている。また制御部４４には、操作部２１からの信号を入力される信号入力部４５と、溶融塩電池ユニット３，３，…のそれぞれの温度を測定する温度センサ４６とが接続されている。また、図２には図示していないものの、制御部４４は、電力供給回路４３にも接続されている。
【００２７】
図３は、溶融塩電池ユニット３の構成例を示す模式的斜視図である。溶融塩電池ユニット３は、複数の溶融塩電池セル３１，３１，…と、溶融塩電池セル３１，３１，…を加熱するための複数のヒータ３２，３２，…とを含んで構成されている。図３に示した例では、四個の溶融塩電池セル３１を直線状に並べて互いに直列に接続してあり、更に、直列に接続された四個の溶融塩電池セル３１からなる一列を九列並行に並べて互いに並列に接続してある。即ち、溶融塩電池ユニット３には３６個の溶融塩電池セル３１が含まれる。互いに接続された複数の溶融塩電池セル３１の両極は、入出力回路４２に接続されている。
【００２８】
一列が四個の溶融塩電池セル３１からなる九列の両端には、それぞれに、矩形平板状のヒータ３２が配置されている。ヒータ３２は、溶融塩電池セル３１の側面に接触して配置されている。更に、三列目と四列目との間にヒータ３２が配置され、六列目と七列目との間にもヒータ３２が配置されている。即ち、溶融塩電池ユニット３には四個のヒータ３２が含まれており、一列目、三列目、四列目、六列目、七列目及び九列目に含まれる溶融塩電池セル３１のそれぞれにヒータ３２が接触している。それぞれのヒータ３２は、電力供給回路４３に接続されている。ヒータ３２，３２，…は、ラバーヒータ又はセラミックヒータ等、電力を供給されることによって発熱する電熱ヒータである。ヒータ３２，３２，…は、電力供給回路４３から電力を供給されることにより発熱し、溶融塩電池ユニット３内の溶融塩電池セル３１，３１，…を加熱する。溶融塩電池ユニット３の全体は、断熱材３３で覆われている。図３中には、断熱材３３の外形を破線で示している。なお、図３に示した複数の溶融塩電池セル３１の配置及び接続態様並びに複数のヒータ３２の配置は一例であり、複数の溶融塩電池セル３１の配置及び接続態様並びに複数のヒータ３２の配置はその他の形態であってもよい。
【００２９】
図４は、溶融塩電池セル３１の内部構成を示す模式的斜視図である。溶融塩電池３１は、直方体の箱状の電池容器３１６内に、矩形板状に形成された複数の正極３１１，３１１，…及び負極３１２，３１２，…を交互に重ね、それぞれの正極３１１と負極３１２との間にシート状のセパレータ３１３を配置して構成されている。図４中には、電池容器３１６の外形を破線で示している。正極３１１，３１１，…、負極３１２，３１２，…及びセパレータ３１３，３１３，…は、電池容器３１６の底面に対して縦に配置されている。
【００３０】
正極３１１，３１１，…は、矩形板状の集電体上にＮａＣｒＯ2 等の正極活物質を含む正極材を塗布して形成してあり、負極３１２，３１２，…は、矩形板状の集電体上に、Ｓｎ（錫）等の負極活物質を含む負極材をメッキによって形成してある。セパレータ３１３，３１３，…は、ケイ酸ガラス又は樹脂等の絶縁性の材料で、内部に電解質を保持でき、また電荷のキャリアとなるイオンが通過できるような形状に形成されている。セパレータ３１３，３１３，…は、例えばガラスクロス又は多孔質の形状に形成された樹脂である。各セパレータ３１３は、正極３１１と負極３１２との間を離隔すべく配置されている。正極３１１，３１１，…、負極３１２，３１２，…及びセパレータ３１３，３１３，…には、溶融塩からなる電解質が含浸されている。
【００３１】
電解質は、溶融状態で導電性液体となる溶融塩である。融点を低下させるために、電解質は、複数種類の溶融塩が混合していることが望ましい。例えば、電解質は、ナトリウムイオンをカチオンとしＦＳＡ（ビスフルオロスルフォニルアミド）をアニオンとしたＮａＦＳＡと、カリウムイオンをカチオンとしＦＳＡをアニオンとしたＫＦＳＡとの混合塩である。なお、電解質である溶融塩は、ＴＦＳＡ（ビストリフルオロメチルスルフォニルアミド）又はＦＴＡ（フルオロトリフルオロメチルスルフォニルアミド）等の他のアニオンを含んでいてもよく、有機イオン等の他のカチオンを含んでいてもよい。
【００３２】
正極３１１，３１１，…には、導電材製の正極用接続部材３１４が接続されており、負極３１２，３１２，…には、導電材製の負極用接続部材３１５が接続されている。正極用接続部材３１４及び負極用接続部材３１５は、それぞれに、溶融塩電池セル３１で充放電を行うための図示しない端子に接続されている。端子は、他の溶融塩電池セル３１又は入出力回路４２に接続されている。なお、図４に示した溶融塩電池セル３１の構成は模式的な構成であり、溶融塩電池セル３１内には、充放電時の正極３１１，３１１，…及び負極３１２，３１２，…の変形を抑制するための弾性部材等、図示しないその他の構成物が含まれていてもよい。また、図４には負極３１２を正極３１１よりも一枚多く備える形態を示したが、負極３１２及び正極３１１は同数であってもよく、正極３１１の方が多くてもよい。また、溶融塩電池セル３１は、一対の正極３１１及び負極３１２を備える形態であってもよい。また、溶融塩電池セル３１の形状は直方体の形状に限るものではなく、円柱状等のその他の形状であってもよい。
【００３３】
補助電池４１は、鉛蓄電池又はリチウムイオン二次電池等、室温で動作することが可能な二次電池である。補助電池４１は本発明における電力源として機能する。補助電池４１の容量は、溶融塩電池ユニット３の容量よりも小さい。入出力回路４２は、溶融塩電池ユニット３，３，…が放電する電流及び電圧を調整して、負荷２２へ電力を出力する回路である。また入出力回路４２は、負荷２２又は図示しない外部電源から電力を供給され、供給された電力で溶融塩電池ユニット３，３，…及び補助電池４１を充電することができる。更に、入出力回路４２は、補助電池４１又は溶融塩電池ユニット３，３，…からの電力を電力供給回路４３へ入力することができる。電力供給回路４３は、入力された電力を溶融塩電池ユニット３，３，…へ供給する。
【００３４】
制御部４４は、演算を行う演算部並びに各種のデータ及びプログラムを記憶するメモリを含んで構成された電子回路である。信号入力部４５は、操作部２１に接続されたインタフェースであり、操作部２１で入力された動作開始の指示等の指示を示す信号を入力される。制御部４４は、信号入力部４５で入力された指示に従って、補助電池４１、入出力回路４２及び電力供給回路４３を制御する。例えば、動作開始の指示が信号入力部４５に入力された場合に、制御部４４は、補助電池４１から入出力回路４２を介して電力供給回路４３へ電力を出力させ、電力供給回路４３に一の溶融塩電池ユニット３へ電力を供給させる。電力供給回路４３から供給された電力は、溶融塩電池ユニット３内のヒータ３２，３２，…へ供給される。温度センサ４６は、サーミスタ又は熱電対等でなり、溶融塩電池ユニット３の断熱材３３の内側に配置されている。制御部４４は、温度センサ４６が測定する溶融塩電池ユニット３内の温度に基づいて、電力供給回路４３から溶融塩電池ユニット３へ供給する電力を調整することにより、溶融塩電池セル３１，３１，…の温度を制御する処理を行う。
【００３５】
次に、溶融塩電池装置１の動作を説明する。自動車２が移動している場合等、溶融塩電池装置１が動作している間は、溶融塩電池ユニット３，３，…は放電し、放電により出力された電力の一部は、電力供給回路４３から溶融塩電池ユニット３，３，…へ供給される。供給された電力は、各溶融塩電池ユニット３内のヒータ３２，３２，…へ供給され、ヒータ３２，３２，…は溶融塩電池セル３１，３１，…を加熱する。制御部４４は、温度センサ４６が測定する温度に基づいて、溶融塩電池セル３１内の溶融塩が溶融して溶融塩電池セル３１が安定的に動作する温度に溶融塩電池ユニット３内の温度を維持するように、電力供給回路４３から供給する電力を制御する。入出力回路４２は、溶融塩電池ユニット３，３，…からの電力を負荷２２へ出力する。また、入出力回路４２は、適宜、負荷２２からの回生電力、又は自動車２外の図示しない外部電源から電力を供給され、補助電池４１及び溶融塩電池ユニット３，３，…の充電を行う。
【００３６】
自動車２が駐車した場合等、溶融塩電池装置１が停止した場合は、溶融塩電池ユニット３，３，…の充放電が停止し、また電力供給回路４３からの電力供給も停止する。溶融塩電池ユニット３内のヒータ３２，３２，…は加熱を停止し、溶融塩電池セル３１，３１，…の温度は溶融塩の融点未満の室温まで低下する。溶融塩電池セル３１，３１，…の温度が室温まで低下した後は、溶融塩は凝固して絶縁体となり、溶融塩電池ユニット３は動作不能となる。補助電池４１は、充電された状態になっている。
【００３７】
自動車２を始動させる場合等、停止状態から溶融塩電池装置１を起動させる場合は、使用者は、操作部２１を操作することによって起動の指示を入力し、信号入力部４５は、起動の指示を操作部２１から入力される。制御部４４は、信号入力部４５に入力された起動の指示に従って、補助電池４１に放電を開始させる。また、制御部４４は、入出力回路４２に、補助電池４１からの電力を電力供給回路４３へ入力させ、電力供給回路４３に、電力を一の溶融塩電池ユニット３へ供給させる。電力を供給する対象の一の溶融塩電池ユニット３は、予め定められており、電力を供給する対象を示す情報が予め制御部４４に記憶されている。なお、補助電池４１からの電力を供給される一の溶融塩電池ユニット３は適宜変更されてもよい。電力を供給された溶融塩電池ユニット３では、ヒータ３２，３２，…が発熱し、溶融塩電池セル３１，３１，…を加熱する。制御部４４は、温度センサ４６が測定する温度に基づいて、溶融塩が溶融して溶融塩電池セル３１，３１，…が安定的に動作する温度になるまで溶融塩電池ユニット３を加熱させる。溶融塩電池セル３１，３１，…内の溶融塩が溶融して電解液となった状態で、電力を供給された一の溶融塩電池ユニット３は、動作可能になる。
【００３８】
制御部４４は、次に、動作可能になった溶融塩電池ユニット３に、放電を開始させる。また、制御部４４は、入出力回路４２に、溶融塩電池ユニット３からの電力を電力供給回路４３へ入力させ、電力供給回路４３に、電力を残りの溶融塩電池ユニット３，３，…へ供給させる。電力を供給された溶融塩電池ユニット３，３，…では、ヒータ３２，３２，…が溶融塩電池セル３１，３１，…を加熱し、溶融塩が溶融して電解液となった状態で、溶融塩電池ユニット３，３，…は動作可能になる。即ち、本発明では、補助電池４１からの電力で一の溶融塩電池ユニット３を加熱し、動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３からの電力で残りの溶融塩電池ユニット３，３，…を加熱する。このようにして、入出力回路４２、電力供給回路４３及び制御部４４は、本発明における電力供給手段として機能する。全ての溶融塩電池ユニット３が動作可能になった段階で、溶融塩電池装置１の起動が完了する。以後、制御部４４は、溶融塩電池ユニット３，３，…に充放電を行わせ、入出力回路４２に電力の入出力を実行させる。
【００３９】
以上詳述した如く、本実施の形態においては、溶融塩電池装置１は、室温で動作可能な補助電池４１を備えており、起動時には、補助電池４１から一の溶融塩電池ユニット３へ電力を供給することにより、一の溶融塩電池ユニット３を加熱させて動作可能にする。動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３は、残りの溶融塩電池ユニット３，３，…へ電力を供給することにより、残りの溶融塩電池ユニット３，３，…を加熱させて動作可能にする。補助電池４１は室温でも動作可能な電池であるので、溶融塩電池装置１は、温度が室温になっている状態であっても、補助電池４１を放電させて、起動することが可能である。従って、本発明により容易に溶融塩電池を加熱して溶融塩電池装置１を起動することが可能となる。特に、非定置型の溶融塩電池装置１を実現することが可能となる。
【００４０】
また、補助電池４１からの電力では、一つの溶融塩電池ユニット３を加熱するだけであるので、全ての溶融塩電池ユニット３，３，…を加熱することに比べて、溶融塩電池を加熱するためのエネルギー消費を低減することが可能となる。補助電池４１の容量は一つの溶融塩電池ユニット３を加熱するために十分な容量であればよいので、補助電池４１の容量を小さくし、溶融塩電池装置１の小型化・軽量化を図ることができる。また、溶融塩電池ユニット３の容量は補助電池４１よりも大きいので、大電力を他の溶融塩電池ユニット３，３，…へ供給することにより、補助電池４１から全ての溶融塩電池ユニット３，３，…へ電力を供給することに比べて、より効率的に溶融塩電池ユニット３，３，…を加熱することができる。従って、溶融塩電池ユニット３，３，…の加熱に必要な時間を短縮し、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間を短縮することが可能となる。
【００４１】
なお、溶融塩電池装置１は、補助電池４１から電力を供給された一の溶融塩電池ユニット３から残りの溶融塩電池ユニット３，３，…へ電力を供給する形態に限らない。溶融塩電池装置１は、動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３から電力を供給する対象の溶融塩電池ユニット３，３，…の数を調整することができる形態であってもよい。例えば、自動車２は負荷２２に必要な電力を検出するセンサを備え、電力需要を示す情報がセンサから信号入力部４５へ入力される。また例えば、操作部２１に予定走行距離又は乗車人数等の走行に関する情報が入力され、入力された情報に応じた電力需要を示す情報が信号入力部４５へ入力される。制御部４４は、信号入力部４５に入力された情報が示す電力需要に応じて、動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３から電力を供給する対象の溶融塩電池ユニット３，３，…の数を調整する処理を行う。この処理により、動作する溶融塩電池ユニット３，３，…の数が調整される。制御部４４は、動作する溶融塩電池ユニット３，３，…の数を一個単位で調整する。例えば、制御部４４は、電力需要が予め定められた設定値以下である場合は、電力供給回路４３に、一つの溶融塩電池ユニット３からの電力を残りの溶融塩電池ユニット３，３，…の内の一部へ供給させる。電力を供給された溶融塩電池ユニット３は動作可能となり、電力を供給されない溶融塩電池ユニット３は動作しない。即ち、この形態では、必要な電力が小さい場合に、溶融塩電池ユニット３，３，…の内の一部の溶融塩電池ユニット３が動作する。電力需要が小さい場合には、加熱すべき溶融塩電池ユニット３の数が少ないので、溶融塩電池を加熱するためのエネルギー消費がより低減される。また、一つの溶融塩電池ユニット３から電力を供給される溶融塩電池ユニット３の数が少ない場合は、それぞれの溶融塩電池ユニット３へ供給される電力が大きくなり、より早く溶融塩電池ユニット３内の温度が上昇する。従って、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間をより短縮することが可能となる。
【００４２】
また、溶融塩電池装置１は、溶融塩電池ユニット３，３，…のそれぞれが順送りに互いに電力を供給する形態であってもよい。具体的には、補助電池４１から電力を供給された溶融塩電池ユニット３は、残りの溶融塩電池ユニット３，３，…の内の一つに電力を供給し、電力を供給された溶融塩電池ユニット３は、更に次の一つの溶融塩電池ユニット３へ電力を供給する。この形態では、溶融塩電池ユニット３，３，…を加熱するための電力消費を各溶融塩電池ユニット３に分散させることができる。また、この形態では、電力需要に応じて動作させる溶融塩電池ユニット３，３，…の数を調整することも、容易に実行することができる。
【００４３】
また、溶融塩電池装置１は、全ての溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になってから起動する形態に限るものではなく、一つの溶融塩電池ユニット３が動作可能になった段階で起動する形態であってもよい。この形態では、制御部４４は、補助電池４１から電力を供給された一つの溶融塩電池ユニット３からの電力を、他の溶融塩電池ユニット３，３，…へ供給させる一方で、入出力回路４２から負荷２２へ出力させる。補助電池４１から電力を供給された一つの溶融塩電池ユニット３が動作可能となった段階で、他の溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になる前に、溶融塩電池装置１が起動し、電力を出力する。他の溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になった後では、溶融塩電池装置１は、複数の溶融塩電池ユニット３，３，…を用いた電力の入出力を行う。一つの溶融塩電池ユニット３が動作可能となった段階で溶融塩電池装置１が起動するので、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間をより短縮することが可能となる。
【００４４】
また、溶融塩電池装置１は、補助電池４１からの電力を入出力回路４２から負荷２２へ出力することが可能な形態であってもよい。この形態では、入出力回路４２は、補助電池４１が放電する電流及び電圧を調整して、負荷２２へ電力を出力することが可能であり、制御部４４は、必要に応じて、入出力回路４２に、補助電池４１からの電力を負荷２２へ出力させる。例えば、溶融塩電池装置１は、まだ溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になる前の段階で、補助電池４１からの電力を負荷２２へ出力し、負荷２２を動作させることができる。このとき、溶融塩電池装置１は、溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になる前に起動する。溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になった後では、溶融塩電池装置１は、溶融塩電池ユニット３，３，…を用いた電力の入出力を行う。従って、この形態では、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間を見掛け上短縮し、更に、負荷２２を動作させて自動車２を起動する際の起動時間を短縮することが可能となる。
【００４５】
また、本実施の形態においては、入出力回路４２及び電力供給回路４３を介して補助電池４１から溶融塩電池ユニット３へ電力を供給する形態を示したが、溶融塩電池装置１は、補助電池４１が一の溶融塩電池ユニット３に直接に接続されている形態であってもよい。また、溶融塩電池装置１は、補助電池４１から電力を供給される溶融塩電池ユニット３が他の溶融塩電池ユニット３，３，…に直接に接続されている形態であってもよい。また、本実施の形態においては、補助電池４１から一の溶融塩電池ユニット３へ電力を供給する形態を示したが、溶融塩電池装置１は、一部の複数の溶融塩電池ユニット３へ補助電池４１から電力を供給する形態であってもよい。
【００４６】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る溶融塩電池装置１の電気的構成を示すブロック図である。実施の形態２では、溶融塩電池装置１は、実施の形態１における補助電池４１の代わりに、キャパシタ５を備えている。キャパシタ５は入出力回路４２に電力線で接続されており、キャパシタ５は入出力回路４２及び電力供給回路４３を介して一の溶融塩電池ユニット３へ電力を供給する。入出力回路４２は、負荷２２又は図示しない外部電源から電力を供給され、供給された電力でキャパシタ５を充電することができる。また入出力回路４２は、キャパシタ５が放電する電流及び電圧を調整して、溶融塩電池装置１外の負荷２２へキャパシタ５からの電力を出力することができる。また制御部４４は、キャパシタ５に接続されており、キャパシタ５の動作を制御する。溶融塩電池装置１のその他の構成は実施の形態１と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。
【００４７】
図６は、キャパシタ５の構成を示す模式的断面図である。キャパシタ５は、板状の正極層５２及び負極層５４がセパレータ５３を間に挟んで積層された構造となっている。また正極層５２の外側には正極基板５１が設けられ、負極層５４の外側には負極基板５５が設けられている。正極基板５１及び負極基板５５は、ステンレス鋼板等の金属板である。正極層５２及び負極層５４は、何れも、板状の金属多孔体に導電性の活物質を付着させた構造となっている。金属多孔体は、スポンジ状の多孔質樹脂に金属をメッキし、多孔質樹脂を除去することにより製造され、三次元網状構造を持つ金属製の多孔体である。正極層５２及び負極層５４に用いられる金属多孔体は、例えばアルミニウム多孔体又はニッケル多孔体である。正極層５２及び負極層５４に金属多孔体を用いることにより、キャパシタ５は出力密度が高くなる。
【００４８】
正極層５２及び負極層５４に含まれる導電性の活物質は、例えばカーボン粉末である。セパレータ５３は、シート状に形成された多孔質樹脂である。セパレータ５３の材料は例えばポリエチレンである。正極層５２、セパレータ５３及び負極層５３には、キャパシタ５の動作温度で液体である電解質が含浸されている。電解質は、例えば、ＬｉＰＦ6 が溶解したプロピレンカーボネートである。キャパシタ５は、正極層５２と負極層５３との間に電圧が印加されることにより、電気二重層キャパシタとして機能する。なお、キャパシタ５の構造は、複数の正極層５２及び負極層５４がセパレータ５３を間に介して積層した多層構造であってもよい。またキャパシタ５の構造は、積層構造ではなく、シート状の正極層５２、セパレータ５３及び負極層５４が筒状に巻回した構造であってもよい。
【００４９】
次に、溶融塩電池装置１の動作を説明する。自動車２が移動している場合等、溶融塩電池装置１が動作している間は、各溶融塩電池ユニット３内の温度は、電解質として用いている溶融塩が溶融して溶融塩電池セル３１が安定的に動作する温度に維持されている。溶融塩電池ユニット３，３，…は、入出力回路４２を介して充放電を行う。同様に、キャパシタ５は入出力回路４２を介して充放電を行う。キャパシタ５は溶融塩電池セル３１に比べて高速での充放電が可能であるので、制御部４４は、短いサイクルの充放電をキャパシタ５に実行させ、より長いサイクルの充放電を溶融塩電池ユニット３，３，…に実行させる処理を行う。また制御部４４は、一時的な大電流の充電が必要な場合にキャパシタ５に充電を実行させる処理を行う。例えば、自動車２の減速によって回生電力が発生した場合等、負荷２２から入出力回路４２へ大電力が供給された場合に、制御部４４は、入出力回路４２に供給された電力でキャパシタ５を充電させる処理を行う。また、制御部４４は、充電後のキャパシタ５に放電を実行させ、入出力回路４２に、キャパシタ５が放電した電力で溶融塩電池ユニット３，３，…を充電させる処理を行う。この処理により、回生電力等の一時的な大電力を効率的に溶融塩電池装置１で充電することができる。
【００５０】
自動車２が駐車した場合等、溶融塩電池装置１が停止した後は、溶融塩電池ユニット３，３，…の温度は室温まで低下し、溶融塩電池ユニット３，３，…は動作不能となる。キャパシタ５は、充電された状態となっている。
【００５１】
自動車２が始動する場合等、停止状態から溶融塩電池装置１が起動する場合、信号入力部４５は起動の指示を入力され、制御部４４は、キャパシタ５に一の溶融塩電池ユニット３への電力供給を開始させる。このように、キャパシタ５は本発明における電力源として機能する。キャパシタ５から電力を供給された溶融塩電池ユニット３は、ヒータ３２，３２，…によって加熱され、溶融塩電池セル３１，３１，…内の溶融塩が溶融して電解液となった状態で、動作可能になる。制御部４４は、次に、動作可能になった溶融塩電池ユニット３に、残りの溶融塩電池ユニット３，３，…へ電力を供給させる。残りの溶融塩電池ユニット３，３，…は、加熱されて動作可能になり、全ての溶融塩電池ユニット３が動作可能になった段階で、溶融塩電池装置１の起動が完了する。以後、制御部４４は、キャパシタ５及び溶融塩電池ユニット３，３，…に充放電を行わせ、入出力回路４２に電力の入出力を実行させる。
【００５２】
以上詳述したように、本実施の形態においては、溶融塩電池装置１は、キャパシタ５を備え、キャパシタ５からの電力で一の溶融塩電池ユニット３を加熱させ、動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３からの電力で残りの溶融塩電池ユニット３，３，…を加熱させる。キャパシタ５は室温でも動作可能であるので、溶融塩電池装置１は、温度が室温になっている状態であっても、キャパシタ５を放電させて、起動することが可能である。従って、本実施の形態においても、容易に溶融塩電池を加熱して溶融塩電池装置１を起動することが可能となる。また、キャパシタ５からの電力では、一つの溶融塩電池ユニット３を加熱するだけであるので、溶融塩電池を加熱するためのエネルギー消費を低減することが可能となる。また、実施の形態１と同様に、溶融塩電池ユニット３，３，…の加熱に必要な時間を短縮し、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間を短縮することが可能となる。更に、本実施の形態においては、キャパシタ５で外部からの電力の充電及び放電を行うことにより、回生電力等の一時的な大電力を効率的に溶融塩電池装置１で充電することが可能となる。
【００５３】
なお、実施の形態１と同様に、溶融塩電池装置１は、動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３から電力を供給する対象の溶融塩電池ユニット３，３，…の数を調整する形態であってもよい。また、溶融塩電池装置１は、溶融塩電池ユニット３，３，…のそれぞれが順送りに互いに電力を供給する形態であってもよい。また、実施の形態１と同様に、溶融塩電池装置１は、一つの溶融塩電池ユニット３が動作可能になった段階で起動する形態であってもよい。
【００５４】
また、溶融塩電池装置１は、キャパシタ５からの電力を入出力回路４２から負荷２２へ出力することが可能な形態であってもよい。この形態では、入出力回路４２は、キャパシタ５が放電する電流及び電圧を調整して、負荷２２へ電力を出力することが可能であり、制御部４４は、必要に応じて、入出力回路４２に、キャパシタ５からの電力を負荷２２へ出力させる。例えば、溶融塩電池装置１は、まだ溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になる前の段階で、キャパシタ５からの電力を負荷２２へ出力し、負荷２２を動作させることができる。溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になった後では、溶融塩電池装置１は、溶融塩電池ユニット３，３，…を用いた電力の入出力を行う。従って、この形態では、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間を見掛け上短縮し、更に、負荷２２を動作させて自動車２を起動する際の起動時間を短縮することが可能となる。
【００５５】
また、溶融塩電池装置１は、キャパシタ５から複数の溶融塩電池ユニット３へ電力を供給する形態であってもよい。また、溶融塩電池装置１は、キャパシタ５が一つの溶融塩電池ユニット３へ直接に接続されている形態であってもよい。
【００５６】
また、溶融塩電池装置１は、キャパシタ５の代わりに、溶融塩電池よりも高速で充放電可能な二次電池を備えた形態であってもよい。この形態では、二次電池はキャパシタ５と同様に動作する。溶融塩電池装置１は、入出力回路４２に大電力が供給された場合に二次電池を充電させ、充電後の二次電池に放電を実行させ、放電した電力で溶融塩電池ユニット３，３，…を充電させることができる。従って、この形態でも、一時的な大電力を効率的に溶融塩電池装置１で充電することができる。
【００５７】
（実施の形態３）
実施の形態１及び２においては、溶融塩電池装置１が非定置型である形態を示したが、実施の形態３においては、定置型の形態を示す。図７は、実施の形態３に係る溶融塩電池装置１の電気的構成を示すブロック図である。実施の形態２では、溶融塩電池装置１は、実施の形態１における補助電池４１を備えておらず、入出力回路４２には、外部の負荷とは別に、商用電源等の外部電源４７が接続されている。入出力回路４２は、外部電源４７から入力された電力を電力供給回路４３へ供給し、電力供給回路４３は、供給された電力を一の溶融塩電池ユニット３へ供給する。本実施の形態においては、外部電源４７が本発明における電力源として機能する。溶融塩電池装置１のその他の構成は実施の形態１と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
溶融塩電池装置１が動作している間は、各溶融塩電池ユニット３内の温度は、電解質として用いている溶融塩が溶融して溶融塩電池セル３１が安定的に動作する温度に維持されている。溶融塩電池ユニット３，３，…は、入出力回路４２を介して充放電を行う。溶融塩電池装置１が停止した後は、溶融塩電池ユニット３，３，…の温度は室温まで低下し、溶融塩電池ユニット３，３，…は動作不能となる。
【００５９】
停止状態から溶融塩電池装置１を起動させる場合、制御部４４は、信号入力部４５に入力された起動の指示に従って、入出力回路４２及び電力供給回路４３に外部電源４７からの電力を一の溶融塩電池ユニット３へ供給させる。外部電源４７から電力を供給された溶融塩電池ユニット３は、ヒータ３２，３２，…によって加熱され、溶融塩電池セル３１，３１，…内の溶融塩が溶融して電解液となった状態で、動作可能になる。制御部４４は、次に、動作可能になった溶融塩電池ユニット３に、残りの溶融塩電池ユニット３，３，…へ電力を供給させる。残りの溶融塩電池ユニット３，３，…は、加熱されて動作可能になり、全ての溶融塩電池ユニット３が動作可能になった段階で、溶融塩電池装置１の起動が完了する。以後、制御部４４は、溶融塩電池ユニット３，３，…に充放電を行わせ、入出力回路４２に電力の入出力を実行させる。
【００６０】
以上詳述したように、本実施の形態においては、溶融塩電池装置１は、外部電源４７からの電力によって一の溶融塩電池ユニット３を加熱させ、動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３からの電力によって残りの溶融塩電池ユニット３，３，…を加熱させる。外部電源４７からの電力により一つの溶融塩電池ユニット３を加熱するだけであるので、溶融塩電池装置１を起動させるために必要なエネルギー消費を低減することが可能となる。また、実施の形態１及び２と同様に、溶融塩電池ユニット３，３，…の加熱に必要な時間を短縮し、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間を短縮することが可能となる。
【００６１】
なお、溶融塩電池装置１は、電力需要に応じて、動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３から電力を供給する対象の溶融塩電池ユニット３，３，…の数を調整する形態であってもよい。また溶融塩電池装置１は、溶融塩電池ユニット３，３，…のそれぞれが順送りに互いに電力を供給する形態であってもよい。また、溶融塩電池装置１は、一つの溶融塩電池ユニット３が動作可能になった段階で起動する形態であってもよく、外部電源４７から複数の溶融塩電池ユニット３へ電力を供給する形態であってもよい。また、溶融塩電池装置１は、外部電源４７が一つの溶融塩電池ユニット３へ直接に接続されている形態であってもよい。
【００６２】
更に、以上の実施の形態１〜３においては、溶融塩電池ユニット３の単位で溶融塩電池の動作を制御する形態を示したが、溶融塩電池装置１は、溶融塩電池セル３１の単位で溶融塩電池の動作を制御する形態であってもよい。この形態の溶融塩電池装置１では、複数の溶融塩電池セル３１，３１，…の内、まず、一部の溶融塩電池セル３１を加熱するためのヒータ３２へ電力が供給される。一部の溶融塩電池セル３１が動作可能になった後、他の溶融塩電池セル３１，３１，…を加熱するためのヒータ３２，３２，…へ、動作可能になった溶融塩電池セル３１から電力が供給される。複数の溶融塩電池セル３１，３１，…が動作可能になった段階で、溶融塩電池装置１の起動が完了する。この形態においても、溶融塩電池装置１を起動させるために必要なエネルギー消費を低減することが可能となり、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間を短縮することが可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 溶融塩電池装置
２２ 負荷
３ 溶融塩電池ユニット
３１ 溶融塩電池セル
３２ ヒータ
３３ 断熱材
４１ 補助電池
４２ 入出力回路
４３ 電力供給回路
４４ 制御部
４６ 温度センサ
４７ 外部電源
５ キャパシタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の溶融塩電池を備えた溶融塩電池装置、及び溶融塩電池を動作させるための制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力の効率的な利用のために、高エネルギー密度・高効率の蓄電池が必要とされている。このような蓄電池として、特許文献１に開示されたナトリウム−硫黄電池が開発されている。他の高エネルギー密度・高効率の蓄電池として、溶融塩電池がある。溶融塩電池は、電解質に溶融塩を用いた電池であり、溶融塩が溶融した状態で動作する。溶融塩電池を用いて蓄電を行う溶融塩電池装置の形態としては、家庭又は工場等に設置された定置型の形態、及び自動車に搭載されたもの等の非定置型の形態が考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２７３２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
溶融塩電池が安定的に動作するためには、溶融塩が液体の状態を保てるように、溶融塩電池内の温度を溶融塩の融点よりもある程度以上高い温度に保つ必要がある。通常、溶融塩の融点は室温よりも高温であり、溶融塩電池は室温よりも高い温度で動作する。ここで、室温とは、加熱及び冷却のいずれも行われていない状態での温度であり、例えば１℃〜３０℃程度である。このため、溶融塩電池装置には、溶融塩電池を加熱する機能が必要である。室温等の溶融塩の融点以下の温度で溶融塩電池が停止している状態から溶融塩電池装置を起動する際には、まず、溶融塩電池が動作可能な温度にまで溶融塩電池を加熱する必要がある。溶融塩電池を加熱する方法としては、ヒータで溶融塩電池を加熱する方法が考えられるものの、起動時には、溶融塩電池自身をヒータの電源として利用することはできない。特に、非定置型の溶融塩電池装置では、溶融塩電池を加熱するために外部からエネルギーを投入することが困難であるという問題がある。
【０００５】
また、溶融塩電池が動作可能な温度にまで溶融塩電池を加熱するにはある程度の時間が必要であるので、溶融塩電池装置の起動時には使用可能となるまでに待機時間が発生する。特に、容量を増大させるために溶融塩電池を大型化した場合には、待機時間が長大化するという問題がある。また、エネルギー利用の効率化のためには、溶融塩電池を加熱するためのエネルギー消費を低減することが求められる。
【０００６】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、容易に溶融塩電池を加熱すると共に、起動時の待機時間を短縮し、溶融塩電池の加熱に必要なエネルギーを低減することができる溶融塩電池装置、及び溶融塩電池装置の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る溶融塩電池装置は、電解質として用いた溶融塩が室温よりも高い温度で溶融した状態で動作する複数の溶融塩電池を備える溶融塩電池装置であって、前記複数の溶融塩電池のそれぞれに設けられたヒータと、前記複数の溶融塩電池における一部の溶融塩電池に設けられたヒータへ、室温下で電力を供給する電力源と、前記一部の溶融塩電池からの電力を、他の一部の溶融塩電池に設けられたヒータへ供給する電力供給手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る溶融塩電池装置は、前記電力供給手段は、ヒータへの電力供給により加熱された一部の溶融塩電池から、他の一部の溶融塩電池に設けられたヒータへ、順送りに電力を供給する構成であることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る溶融塩電池装置は、前記電力供給手段は、電力を供給すべきヒータの数を調整する手段を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る溶融塩電池装置は、前記電力源は、室温で動作することが可能な二次電池であることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る溶融塩電池装置は、前記電力源は、キャパシタであることを特徴とする。
【００１２】
本発明に係る溶融塩電池装置は、外部から供給された電力で前記電力源を充電させる手段と、前記電力源を放電させて、前記電力源に充電されていた電力で前記複数の溶融塩電池の一部又は全部を充電させる手段とを更に備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明に係る溶融塩電池装置は、前記複数の溶融塩電池の一部又は全部からの電力を外部へ出力する手段と、前記電力源からの電力を外部へ出力する手段とを更に備えることを特徴とする。
【００１４】
本発明に係る溶融塩電池装置の制御方法は、電解質として用いた溶融塩が室温よりも高い温度で溶融した状態で動作する複数の溶融塩電池と、それぞれの溶融塩電池を加熱するためのヒータと、室温で動作することが可能な電力源とを備える溶融塩電池装置を制御する方法であって、前記複数の溶融塩電池の温度が室温になっている状態で、前記電力源から、前記複数の溶融塩電池における一部の溶融塩電池を加熱するためのヒータへ電力を供給させ、前記ヒータで加熱されて溶融塩が溶融した前記一部の溶融塩電池から、他の一部の溶融塩電池を加熱するためのヒータへ電力を供給させることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る溶融塩電池装置の制御方法は、前記溶融塩電池装置から外部へ出力する電力の需要を示す情報を受け付け、前記複数の溶融塩電池の内、ヒータへ電力を供給すべき溶融塩電池の数を前記情報に応じて調整することを特徴とする。
【００１６】
本発明においては、複数の溶融塩電池と室温で動作可能な電力源とを備える溶融塩電池装置は、室温下で電力源からの電力で一部の溶融塩電池を加熱して一部の溶融塩電池を動作させ、動作した一部の溶融塩電池からの電力で他の溶融塩電池を加熱する。溶融塩電池装置は、温度が室温になっている状態から起動することができる。
【００１７】
また本発明においては、電力源からの電力で加熱された一部の溶融塩電池は、ヒータへ電力を供給することで他の溶融塩電池の一部を加熱し、加熱された溶融塩電池は更に他の溶融塩電池の一部を加熱することで、順送りに溶融塩電池が加熱される。
【００１８】
また本発明においては、溶融塩電池装置は、複数の溶融塩電池の内、加熱して動作させる溶融塩電池の数を電力需要に応じて調整する。電力需要が小さい場合は、加熱すべき溶融塩電池の数が少なくなり、加熱に必要なエネルギー消費が低減される。
【００１９】
また本発明においては、溶融塩電池装置は、電力源として二次電池を備えている。室温下で最初に二次電池が起動し、溶融塩電池を起動させることが可能である。二次電池は、外部から電力が供給された場合に充電を行うことも可能である。
【００２０】
また本発明においては、溶融塩電池装置は、電力源としてキャパシタを備えている。室温下で最初にキャパシタが起動し、溶融塩電池を起動させることが可能である。キャパシタは、溶融塩電池装置の外部から電力が供給された場合に充電を行うことも可能である。
【００２１】
また本発明においては、溶融塩電池装置は、外部から供給された電力で、電力源として用いる二次電池又はキャパシタに充電させ、その後、二次電池又はキャパシタを放電して溶融塩電池に充電させ直す。溶融塩電池よりも高速で充放電が可能な二次電池又はキャパシタを用いることにより、効率的に充電が行われる。
【００２２】
また本発明においては、溶融塩電池装置は、電力源として用いる二次電池又はキャパシタから外部へ電力を出力することができる。このため、溶融塩電池装置は、起動時に、溶融塩電池がまだ動作できない段階でも、電力を出力することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明にあっては、溶融塩電池装置は、温度が室温になっている状態であっても、電力源を動作させることで、容易に溶融塩電池を加熱して起動することが可能である。また、電力源からの電力は複数の溶融塩電池の一部を加熱するために利用されるので、溶融塩電池を加熱するためのエネルギー消費が低減される。また、加熱された溶融塩電池からの電力で他の溶融塩電池を加熱することにより、複数の溶融塩電池の加熱に必要な時間を短縮し、溶融塩電池装置の起動に必要な待機時間を短縮することが可能となる等、本発明は優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態１に係る溶融塩電池装置の利用形態を示す模式図である。
【図２】実施の形態１に係る溶融塩電池装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図３】溶融塩電池ユニットの構成例を示す模式的斜視図である。
【図４】溶融塩電池セルの内部構成を示す模式的斜視図である。
【図５】実施の形態２に係る溶融塩電池装置の電気的構成を示すブロック図である。
【図６】キャパシタの構成を示す模式的断面図である。
【図７】実施の形態３に係る溶融塩電池装置の電気的構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下本発明をその実施の形態を示す図面に基づき具体的に説明する。
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る溶融塩電池装置の利用形態を示す模式図である。溶融塩電池装置１は、車載用の蓄電装置であり、自動車２内に搭載されている。自動車２は、例えば、電気自動車又はハイブリッド車である。溶融塩電池装置１には、使用者が操作することによって動作開始の指示等の指示を入力するための操作部２１が信号線で接続されている。また溶融塩電池装置１には、自動車２に搭載されたモータ等の負荷２２が電力線で接続されている。
【００２６】
図２は、実施の形態１に係る溶融塩電池装置１の電気的構成を示すブロック図である。溶融塩電池装置１は、複数の溶融塩電池ユニット３，３，…と、室温で動作可能な補助電池４１とを備えている。複数の溶融塩電池ユニット３，３，…及び補助電池４１は、外部に対して電力を入出力する入出力回路４２に電力線で接続されている。入出力回路４２は、図２には図示していない負荷２２に接続されている。また、入出力回路４２には、溶融塩電池ユニット３，３，…へ加熱のための電力を供給する電力供給回路４３が接続されている。電力供給回路４３には、溶融塩電池ユニット３，３，…が電力線で接続されている。また溶融塩電池装置１は、溶融塩電池装置１の動作を制御する制御部４４を備え、制御部４４は入出力回路４２に接続されている。また制御部４４には、操作部２１からの信号を入力される信号入力部４５と、溶融塩電池ユニット３，３，…のそれぞれの温度を測定する温度センサ４６とが接続されている。また、図２には図示していないものの、制御部４４は、電力供給回路４３にも接続されている。
【００２７】
図３は、溶融塩電池ユニット３の構成例を示す模式的斜視図である。溶融塩電池ユニット３は、複数の溶融塩電池セル３１，３１，…と、溶融塩電池セル３１，３１，…を加熱するための複数のヒータ３２，３２，…とを含んで構成されている。図３に示した例では、四個の溶融塩電池セル３１を直線状に並べて互いに直列に接続してあり、更に、直列に接続された四個の溶融塩電池セル３１からなる一列を九列並行に並べて互いに並列に接続してある。即ち、溶融塩電池ユニット３には３６個の溶融塩電池セル３１が含まれる。互いに接続された複数の溶融塩電池セル３１の両極は、入出力回路４２に接続されている。
【００２８】
一列が四個の溶融塩電池セル３１からなる九列の両端には、それぞれに、矩形平板状のヒータ３２が配置されている。ヒータ３２は、溶融塩電池セル３１の側面に接触して配置されている。更に、三列目と四列目との間にヒータ３２が配置され、六列目と七列目との間にもヒータ３２が配置されている。即ち、溶融塩電池ユニット３には四個のヒータ３２が含まれており、一列目、三列目、四列目、六列目、七列目及び九列目に含まれる溶融塩電池セル３１のそれぞれにヒータ３２が接触している。それぞれのヒータ３２は、電力供給回路４３に接続されている。ヒータ３２，３２，…は、ラバーヒータ又はセラミックヒータ等、電力を供給されることによって発熱する電熱ヒータである。ヒータ３２，３２，…は、電力供給回路４３から電力を供給されることにより発熱し、溶融塩電池ユニット３内の溶融塩電池セル３１，３１，…を加熱する。溶融塩電池ユニット３の全体は、断熱材３３で覆われている。図３中には、断熱材３３の外形を破線で示している。なお、図３に示した複数の溶融塩電池セル３１の配置及び接続態様並びに複数のヒータ３２の配置は一例であり、複数の溶融塩電池セル３１の配置及び接続態様並びに複数のヒータ３２の配置はその他の形態であってもよい。
【００２９】
図４は、溶融塩電池セル３１の内部構成を示す模式的斜視図である。溶融塩電池３１は、直方体の箱状の電池容器３１６内に、矩形板状に形成された複数の正極３１１，３１１，…及び負極３１２，３１２，…を交互に重ね、それぞれの正極３１１と負極３１２との間にシート状のセパレータ３１３を配置して構成されている。図４中には、電池容器３１６の外形を破線で示している。正極３１１，３１１，…、負極３１２，３１２，…及びセパレータ３１３，３１３，…は、電池容器３１６の底面に対して縦に配置されている。
【００３０】
正極３１１，３１１，…は、矩形板状の集電体上にＮａＣｒＯ2 等の正極活物質を含む正極材を塗布して形成してあり、負極３１２，３１２，…は、矩形板状の集電体上に、Ｓｎ（錫）等の負極活物質を含む負極材をメッキによって形成してある。セパレータ３１３，３１３，…は、ケイ酸ガラス又は樹脂等の絶縁性の材料で、内部に電解質を保持でき、また電荷のキャリアとなるイオンが通過できるような形状に形成されている。セパレータ３１３，３１３，…は、例えばガラスクロス又は多孔質の形状に形成された樹脂である。各セパレータ３１３は、正極３１１と負極３１２との間を離隔すべく配置されている。正極３１１，３１１，…、負極３１２，３１２，…及びセパレータ３１３，３１３，…には、溶融塩からなる電解質が含浸されている。
【００３１】
電解質は、溶融状態で導電性液体となる溶融塩である。融点を低下させるために、電解質は、複数種類の溶融塩が混合していることが望ましい。例えば、電解質は、ナトリウムイオンをカチオンとしＦＳＡ（ビスフルオロスルフォニルアミド）をアニオンとしたＮａＦＳＡと、カリウムイオンをカチオンとしＦＳＡをアニオンとしたＫＦＳＡとの混合塩である。なお、電解質である溶融塩は、ＴＦＳＡ（ビストリフルオロメチルスルフォニルアミド）又はＦＴＡ（フルオロトリフルオロメチルスルフォニルアミド）等の他のアニオンを含んでいてもよく、有機イオン等の他のカチオンを含んでいてもよい。
【００３２】
正極３１１，３１１，…には、導電材製の正極用接続部材３１４が接続されており、負極３１２，３１２，…には、導電材製の負極用接続部材３１５が接続されている。正極用接続部材３１４及び負極用接続部材３１５は、それぞれに、溶融塩電池セル３１で充放電を行うための図示しない端子に接続されている。端子は、他の溶融塩電池セル３１又は入出力回路４２に接続されている。なお、図４に示した溶融塩電池セル３１の構成は模式的な構成であり、溶融塩電池セル３１内には、充放電時の正極３１１，３１１，…及び負極３１２，３１２，…の変形を抑制するための弾性部材等、図示しないその他の構成物が含まれていてもよい。また、図４には負極３１２を正極３１１よりも一枚多く備える形態を示したが、負極３１２及び正極３１１は同数であってもよく、正極３１１の方が多くてもよい。また、溶融塩電池セル３１は、一対の正極３１１及び負極３１２を備える形態であってもよい。また、溶融塩電池セル３１の形状は直方体の形状に限るものではなく、円柱状等のその他の形状であってもよい。
【００３３】
補助電池４１は、鉛蓄電池又はリチウムイオン二次電池等、室温で動作することが可能な二次電池である。補助電池４１は本発明における電力源として機能する。補助電池４１の容量は、溶融塩電池ユニット３の容量よりも小さい。入出力回路４２は、溶融塩電池ユニット３，３，…が放電する電流及び電圧を調整して、負荷２２へ電力を出力する回路である。また入出力回路４２は、負荷２２又は図示しない外部電源から電力を供給され、供給された電力で溶融塩電池ユニット３，３，…及び補助電池４１を充電することができる。更に、入出力回路４２は、補助電池４１又は溶融塩電池ユニット３，３，…からの電力を電力供給回路４３へ入力することができる。電力供給回路４３は、入力された電力を溶融塩電池ユニット３，３，…へ供給する。
【００３４】
制御部４４は、演算を行う演算部並びに各種のデータ及びプログラムを記憶するメモリを含んで構成された電子回路である。信号入力部４５は、操作部２１に接続されたインタフェースであり、操作部２１で入力された動作開始の指示等の指示を示す信号を入力される。制御部４４は、信号入力部４５で入力された指示に従って、補助電池４１、入出力回路４２及び電力供給回路４３を制御する。例えば、動作開始の指示が信号入力部４５に入力された場合に、制御部４４は、補助電池４１から入出力回路４２を介して電力供給回路４３へ電力を出力させ、電力供給回路４３に一の溶融塩電池ユニット３へ電力を供給させる。電力供給回路４３から供給された電力は、溶融塩電池ユニット３内のヒータ３２，３２，…へ供給される。温度センサ４６は、サーミスタ又は熱電対等でなり、溶融塩電池ユニット３の断熱材３３の内側に配置されている。制御部４４は、温度センサ４６が測定する溶融塩電池ユニット３内の温度に基づいて、電力供給回路４３から溶融塩電池ユニット３へ供給する電力を調整することにより、溶融塩電池セル３１，３１，…の温度を制御する処理を行う。
【００３５】
次に、溶融塩電池装置１の動作を説明する。自動車２が移動している場合等、溶融塩電池装置１が動作している間は、溶融塩電池ユニット３，３，…は放電し、放電により出力された電力の一部は、電力供給回路４３から溶融塩電池ユニット３，３，…へ供給される。供給された電力は、各溶融塩電池ユニット３内のヒータ３２，３２，…へ供給され、ヒータ３２，３２，…は溶融塩電池セル３１，３１，…を加熱する。制御部４４は、温度センサ４６が測定する温度に基づいて、溶融塩電池セル３１内の溶融塩が溶融して溶融塩電池セル３１が安定的に動作する温度に溶融塩電池ユニット３内の温度を維持するように、電力供給回路４３から供給する電力を制御する。入出力回路４２は、溶融塩電池ユニット３，３，…からの電力を負荷２２へ出力する。また、入出力回路４２は、適宜、負荷２２からの回生電力、又は自動車２外の図示しない外部電源から電力を供給され、補助電池４１及び溶融塩電池ユニット３，３，…の充電を行う。
【００３６】
自動車２が駐車した場合等、溶融塩電池装置１が停止した場合は、溶融塩電池ユニット３，３，…の充放電が停止し、また電力供給回路４３からの電力供給も停止する。溶融塩電池ユニット３内のヒータ３２，３２，…は加熱を停止し、溶融塩電池セル３１，３１，…の温度は溶融塩の融点未満の室温まで低下する。溶融塩電池セル３１，３１，…の温度が室温まで低下した後は、溶融塩は凝固して絶縁体となり、溶融塩電池ユニット３は動作不能となる。補助電池４１は、充電された状態になっている。
【００３７】
自動車２を始動させる場合等、停止状態から溶融塩電池装置１を起動させる場合は、使用者は、操作部２１を操作することによって起動の指示を入力し、信号入力部４５は、起動の指示を操作部２１から入力される。制御部４４は、信号入力部４５に入力された起動の指示に従って、補助電池４１に放電を開始させる。また、制御部４４は、入出力回路４２に、補助電池４１からの電力を電力供給回路４３へ入力させ、電力供給回路４３に、電力を一の溶融塩電池ユニット３へ供給させる。電力を供給する対象の一の溶融塩電池ユニット３は、予め定められており、電力を供給する対象を示す情報が予め制御部４４に記憶されている。なお、補助電池４１からの電力を供給される一の溶融塩電池ユニット３は適宜変更されてもよい。電力を供給された溶融塩電池ユニット３では、ヒータ３２，３２，…が発熱し、溶融塩電池セル３１，３１，…を加熱する。制御部４４は、温度センサ４６が測定する温度に基づいて、溶融塩が溶融して溶融塩電池セル３１，３１，…が安定的に動作する温度になるまで溶融塩電池ユニット３を加熱させる。溶融塩電池セル３１，３１，…内の溶融塩が溶融して電解液となった状態で、電力を供給された一の溶融塩電池ユニット３は、動作可能になる。
【００３８】
制御部４４は、次に、動作可能になった溶融塩電池ユニット３に、放電を開始させる。また、制御部４４は、入出力回路４２に、溶融塩電池ユニット３からの電力を電力供給回路４３へ入力させ、電力供給回路４３に、電力を残りの溶融塩電池ユニット３，３，…へ供給させる。電力を供給された溶融塩電池ユニット３，３，…では、ヒータ３２，３２，…が溶融塩電池セル３１，３１，…を加熱し、溶融塩が溶融して電解液となった状態で、溶融塩電池ユニット３，３，…は動作可能になる。即ち、本発明では、補助電池４１からの電力で一の溶融塩電池ユニット３を加熱し、動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３からの電力で残りの溶融塩電池ユニット３，３，…を加熱する。このようにして、入出力回路４２、電力供給回路４３及び制御部４４は、本発明における電力供給手段として機能する。全ての溶融塩電池ユニット３が動作可能になった段階で、溶融塩電池装置１の起動が完了する。以後、制御部４４は、溶融塩電池ユニット３，３，…に充放電を行わせ、入出力回路４２に電力の入出力を実行させる。
【００３９】
以上詳述した如く、本実施の形態においては、溶融塩電池装置１は、室温で動作可能な補助電池４１を備えており、起動時には、補助電池４１から一の溶融塩電池ユニット３へ電力を供給することにより、一の溶融塩電池ユニット３を加熱させて動作可能にする。動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３は、残りの溶融塩電池ユニット３，３，…へ電力を供給することにより、残りの溶融塩電池ユニット３，３，…を加熱させて動作可能にする。補助電池４１は室温でも動作可能な電池であるので、溶融塩電池装置１は、温度が室温になっている状態であっても、補助電池４１を放電させて、起動することが可能である。従って、本発明により容易に溶融塩電池を加熱して溶融塩電池装置１を起動することが可能となる。特に、非定置型の溶融塩電池装置１を実現することが可能となる。
【００４０】
また、補助電池４１からの電力では、一つの溶融塩電池ユニット３を加熱するだけであるので、全ての溶融塩電池ユニット３，３，…を加熱することに比べて、溶融塩電池を加熱するためのエネルギー消費を低減することが可能となる。補助電池４１の容量は一つの溶融塩電池ユニット３を加熱するために十分な容量であればよいので、補助電池４１の容量を小さくし、溶融塩電池装置１の小型化・軽量化を図ることができる。また、溶融塩電池ユニット３の容量は補助電池４１よりも大きいので、大電力を他の溶融塩電池ユニット３，３，…へ供給することにより、補助電池４１から全ての溶融塩電池ユニット３，３，…へ電力を供給することに比べて、より効率的に溶融塩電池ユニット３，３，…を加熱することができる。従って、溶融塩電池ユニット３，３，…の加熱に必要な時間を短縮し、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間を短縮することが可能となる。
【００４１】
なお、溶融塩電池装置１は、補助電池４１から電力を供給された一の溶融塩電池ユニット３から残りの溶融塩電池ユニット３，３，…へ電力を供給する形態に限らない。溶融塩電池装置１は、動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３から電力を供給する対象の溶融塩電池ユニット３，３，…の数を調整することができる形態であってもよい。例えば、自動車２は負荷２２に必要な電力を検出するセンサを備え、電力需要を示す情報がセンサから信号入力部４５へ入力される。また例えば、操作部２１に予定走行距離又は乗車人数等の走行に関する情報が入力され、入力された情報に応じた電力需要を示す情報が信号入力部４５へ入力される。制御部４４は、信号入力部４５に入力された情報が示す電力需要に応じて、動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３から電力を供給する対象の溶融塩電池ユニット３，３，…の数を調整する処理を行う。この処理により、動作する溶融塩電池ユニット３，３，…の数が調整される。制御部４４は、動作する溶融塩電池ユニット３，３，…の数を一個単位で調整する。例えば、制御部４４は、電力需要が予め定められた設定値以下である場合は、電力供給回路４３に、一つの溶融塩電池ユニット３からの電力を残りの溶融塩電池ユニット３，３，…の内の一部へ供給させる。電力を供給された溶融塩電池ユニット３は動作可能となり、電力を供給されない溶融塩電池ユニット３は動作しない。即ち、この形態では、必要な電力が小さい場合に、溶融塩電池ユニット３，３，…の内の一部の溶融塩電池ユニット３が動作する。電力需要が小さい場合には、加熱すべき溶融塩電池ユニット３の数が少ないので、溶融塩電池を加熱するためのエネルギー消費がより低減される。また、一つの溶融塩電池ユニット３から電力を供給される溶融塩電池ユニット３の数が少ない場合は、それぞれの溶融塩電池ユニット３へ供給される電力が大きくなり、より早く溶融塩電池ユニット３内の温度が上昇する。従って、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間をより短縮することが可能となる。
【００４２】
また、溶融塩電池装置１は、溶融塩電池ユニット３，３，…のそれぞれが順送りに互いに電力を供給する形態であってもよい。具体的には、補助電池４１から電力を供給された溶融塩電池ユニット３は、残りの溶融塩電池ユニット３，３，…の内の一つに電力を供給し、電力を供給された溶融塩電池ユニット３は、更に次の一つの溶融塩電池ユニット３へ電力を供給する。この形態では、溶融塩電池ユニット３，３，…を加熱するための電力消費を各溶融塩電池ユニット３に分散させることができる。また、この形態では、電力需要に応じて動作させる溶融塩電池ユニット３，３，…の数を調整することも、容易に実行することができる。
【００４３】
また、溶融塩電池装置１は、全ての溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になってから起動する形態に限るものではなく、一つの溶融塩電池ユニット３が動作可能になった段階で起動する形態であってもよい。この形態では、制御部４４は、補助電池４１から電力を供給された一つの溶融塩電池ユニット３からの電力を、他の溶融塩電池ユニット３，３，…へ供給させる一方で、入出力回路４２から負荷２２へ出力させる。補助電池４１から電力を供給された一つの溶融塩電池ユニット３が動作可能となった段階で、他の溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になる前に、溶融塩電池装置１が起動し、電力を出力する。他の溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になった後では、溶融塩電池装置１は、複数の溶融塩電池ユニット３，３，…を用いた電力の入出力を行う。一つの溶融塩電池ユニット３が動作可能となった段階で溶融塩電池装置１が起動するので、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間をより短縮することが可能となる。
【００４４】
また、溶融塩電池装置１は、補助電池４１からの電力を入出力回路４２から負荷２２へ出力することが可能な形態であってもよい。この形態では、入出力回路４２は、補助電池４１が放電する電流及び電圧を調整して、負荷２２へ電力を出力することが可能であり、制御部４４は、必要に応じて、入出力回路４２に、補助電池４１からの電力を負荷２２へ出力させる。例えば、溶融塩電池装置１は、まだ溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になる前の段階で、補助電池４１からの電力を負荷２２へ出力し、負荷２２を動作させることができる。このとき、溶融塩電池装置１は、溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になる前に起動する。溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になった後では、溶融塩電池装置１は、溶融塩電池ユニット３，３，…を用いた電力の入出力を行う。従って、この形態では、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間を見掛け上短縮し、更に、負荷２２を動作させて自動車２を起動する際の起動時間を短縮することが可能となる。
【００４５】
また、本実施の形態においては、入出力回路４２及び電力供給回路４３を介して補助電池４１から溶融塩電池ユニット３へ電力を供給する形態を示したが、溶融塩電池装置１は、補助電池４１が一の溶融塩電池ユニット３に直接に接続されている形態であってもよい。また、溶融塩電池装置１は、補助電池４１から電力を供給される溶融塩電池ユニット３が他の溶融塩電池ユニット３，３，…に直接に接続されている形態であってもよい。また、本実施の形態においては、補助電池４１から一の溶融塩電池ユニット３へ電力を供給する形態を示したが、溶融塩電池装置１は、一部の複数の溶融塩電池ユニット３へ補助電池４１から電力を供給する形態であってもよい。
【００４６】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る溶融塩電池装置１の電気的構成を示すブロック図である。実施の形態２では、溶融塩電池装置１は、実施の形態１における補助電池４１の代わりに、キャパシタ５を備えている。キャパシタ５は入出力回路４２に電力線で接続されており、キャパシタ５は入出力回路４２及び電力供給回路４３を介して一の溶融塩電池ユニット３へ電力を供給する。入出力回路４２は、負荷２２又は図示しない外部電源から電力を供給され、供給された電力でキャパシタ５を充電することができる。また入出力回路４２は、キャパシタ５が放電する電流及び電圧を調整して、溶融塩電池装置１外の負荷２２へキャパシタ５からの電力を出力することができる。また制御部４４は、キャパシタ５に接続されており、キャパシタ５の動作を制御する。溶融塩電池装置１のその他の構成は実施の形態１と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。
【００４７】
図６は、キャパシタ５の構成を示す模式的断面図である。キャパシタ５は、板状の正極層５２及び負極層５４がセパレータ５３を間に挟んで積層された構造となっている。また正極層５２の外側には正極基板５１が設けられ、負極層５４の外側には負極基板５５が設けられている。正極基板５１及び負極基板５５は、ステンレス鋼板等の金属板である。正極層５２及び負極層５４は、何れも、板状の金属多孔体に導電性の活物質を付着させた構造となっている。金属多孔体は、スポンジ状の多孔質樹脂に金属をメッキし、多孔質樹脂を除去することにより製造され、三次元網状構造を持つ金属製の多孔体である。正極層５２及び負極層５４に用いられる金属多孔体は、例えばアルミニウム多孔体又はニッケル多孔体である。正極層５２及び負極層５４に金属多孔体を用いることにより、キャパシタ５は出力密度が高くなる。
【００４８】
正極層５２及び負極層５４に含まれる導電性の活物質は、例えばカーボン粉末である。セパレータ５３は、シート状に形成された多孔質樹脂である。セパレータ５３の材料は例えばポリエチレンである。正極層５２、セパレータ５３及び負極層５３には、キャパシタ５の動作温度で液体である電解質が含浸されている。電解質は、例えば、ＬｉＰＦ6 が溶解したプロピレンカーボネートである。キャパシタ５は、正極層５２と負極層５３との間に電圧が印加されることにより、電気二重層キャパシタとして機能する。なお、キャパシタ５の構造は、複数の正極層５２及び負極層５４がセパレータ５３を間に介して積層した多層構造であってもよい。またキャパシタ５の構造は、積層構造ではなく、シート状の正極層５２、セパレータ５３及び負極層５４が筒状に巻回した構造であってもよい。
【００４９】
次に、溶融塩電池装置１の動作を説明する。自動車２が移動している場合等、溶融塩電池装置１が動作している間は、各溶融塩電池ユニット３内の温度は、電解質として用いている溶融塩が溶融して溶融塩電池セル３１が安定的に動作する温度に維持されている。溶融塩電池ユニット３，３，…は、入出力回路４２を介して充放電を行う。同様に、キャパシタ５は入出力回路４２を介して充放電を行う。キャパシタ５は溶融塩電池セル３１に比べて高速での充放電が可能であるので、制御部４４は、短いサイクルの充放電をキャパシタ５に実行させ、より長いサイクルの充放電を溶融塩電池ユニット３，３，…に実行させる処理を行う。また制御部４４は、一時的な大電流の充電が必要な場合にキャパシタ５に充電を実行させる処理を行う。例えば、自動車２の減速によって回生電力が発生した場合等、負荷２２から入出力回路４２へ大電力が供給された場合に、制御部４４は、入出力回路４２に供給された電力でキャパシタ５を充電させる処理を行う。また、制御部４４は、充電後のキャパシタ５に放電を実行させ、入出力回路４２に、キャパシタ５が放電した電力で溶融塩電池ユニット３，３，…を充電させる処理を行う。この処理により、回生電力等の一時的な大電力を効率的に溶融塩電池装置１で充電することができる。
【００５０】
自動車２が駐車した場合等、溶融塩電池装置１が停止した後は、溶融塩電池ユニット３，３，…の温度は室温まで低下し、溶融塩電池ユニット３，３，…は動作不能となる。キャパシタ５は、充電された状態となっている。
【００５１】
自動車２が始動する場合等、停止状態から溶融塩電池装置１が起動する場合、信号入力部４５は起動の指示を入力され、制御部４４は、キャパシタ５に一の溶融塩電池ユニット３への電力供給を開始させる。このように、キャパシタ５は本発明における電力源として機能する。キャパシタ５から電力を供給された溶融塩電池ユニット３は、ヒータ３２，３２，…によって加熱され、溶融塩電池セル３１，３１，…内の溶融塩が溶融して電解液となった状態で、動作可能になる。制御部４４は、次に、動作可能になった溶融塩電池ユニット３に、残りの溶融塩電池ユニット３，３，…へ電力を供給させる。残りの溶融塩電池ユニット３，３，…は、加熱されて動作可能になり、全ての溶融塩電池ユニット３が動作可能になった段階で、溶融塩電池装置１の起動が完了する。以後、制御部４４は、キャパシタ５及び溶融塩電池ユニット３，３，…に充放電を行わせ、入出力回路４２に電力の入出力を実行させる。
【００５２】
以上詳述したように、本実施の形態においては、溶融塩電池装置１は、キャパシタ５を備え、キャパシタ５からの電力で一の溶融塩電池ユニット３を加熱させ、動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３からの電力で残りの溶融塩電池ユニット３，３，…を加熱させる。キャパシタ５は室温でも動作可能であるので、溶融塩電池装置１は、温度が室温になっている状態であっても、キャパシタ５を放電させて、起動することが可能である。従って、本実施の形態においても、容易に溶融塩電池を加熱して溶融塩電池装置１を起動することが可能となる。また、キャパシタ５からの電力では、一つの溶融塩電池ユニット３を加熱するだけであるので、溶融塩電池を加熱するためのエネルギー消費を低減することが可能となる。また、実施の形態１と同様に、溶融塩電池ユニット３，３，…の加熱に必要な時間を短縮し、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間を短縮することが可能となる。更に、本実施の形態においては、キャパシタ５で外部からの電力の充電及び放電を行うことにより、回生電力等の一時的な大電力を効率的に溶融塩電池装置１で充電することが可能となる。
【００５３】
なお、実施の形態１と同様に、溶融塩電池装置１は、動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３から電力を供給する対象の溶融塩電池ユニット３，３，…の数を調整する形態であってもよい。また、溶融塩電池装置１は、溶融塩電池ユニット３，３，…のそれぞれが順送りに互いに電力を供給する形態であってもよい。また、実施の形態１と同様に、溶融塩電池装置１は、一つの溶融塩電池ユニット３が動作可能になった段階で起動する形態であってもよい。
【００５４】
また、溶融塩電池装置１は、キャパシタ５からの電力を入出力回路４２から負荷２２へ出力することが可能な形態であってもよい。この形態では、入出力回路４２は、キャパシタ５が放電する電流及び電圧を調整して、負荷２２へ電力を出力することが可能であり、制御部４４は、必要に応じて、入出力回路４２に、キャパシタ５からの電力を負荷２２へ出力させる。例えば、溶融塩電池装置１は、まだ溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になる前の段階で、キャパシタ５からの電力を負荷２２へ出力し、負荷２２を動作させることができる。溶融塩電池ユニット３，３，…が動作可能になった後では、溶融塩電池装置１は、溶融塩電池ユニット３，３，…を用いた電力の入出力を行う。従って、この形態では、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間を見掛け上短縮し、更に、負荷２２を動作させて自動車２を起動する際の起動時間を短縮することが可能となる。
【００５５】
また、溶融塩電池装置１は、キャパシタ５から複数の溶融塩電池ユニット３へ電力を供給する形態であってもよい。また、溶融塩電池装置１は、キャパシタ５が一つの溶融塩電池ユニット３へ直接に接続されている形態であってもよい。
【００５６】
また、溶融塩電池装置１は、キャパシタ５の代わりに、溶融塩電池よりも高速で充放電可能な二次電池を備えた形態であってもよい。この形態では、二次電池はキャパシタ５と同様に動作する。溶融塩電池装置１は、入出力回路４２に大電力が供給された場合に二次電池を充電させ、充電後の二次電池に放電を実行させ、放電した電力で溶融塩電池ユニット３，３，…を充電させることができる。従って、この形態でも、一時的な大電力を効率的に溶融塩電池装置１で充電することができる。
【００５７】
（実施の形態３）
実施の形態１及び２においては、溶融塩電池装置１が非定置型である形態を示したが、実施の形態３においては、定置型の形態を示す。図７は、実施の形態３に係る溶融塩電池装置１の電気的構成を示すブロック図である。実施の形態２では、溶融塩電池装置１は、実施の形態１における補助電池４１を備えておらず、入出力回路４２には、外部の負荷とは別に、商用電源等の外部電源４７が接続されている。入出力回路４２は、外部電源４７から入力された電力を電力供給回路４３へ供給し、電力供給回路４３は、供給された電力を一の溶融塩電池ユニット３へ供給する。本実施の形態においては、外部電源４７が本発明における電力源として機能する。溶融塩電池装置１のその他の構成は実施の形態１と同様であり、対応する部分に同符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
溶融塩電池装置１が動作している間は、各溶融塩電池ユニット３内の温度は、電解質として用いている溶融塩が溶融して溶融塩電池セル３１が安定的に動作する温度に維持されている。溶融塩電池ユニット３，３，…は、入出力回路４２を介して充放電を行う。溶融塩電池装置１が停止した後は、溶融塩電池ユニット３，３，…の温度は室温まで低下し、溶融塩電池ユニット３，３，…は動作不能となる。
【００５９】
停止状態から溶融塩電池装置１を起動させる場合、制御部４４は、信号入力部４５に入力された起動の指示に従って、入出力回路４２及び電力供給回路４３に外部電源４７からの電力を一の溶融塩電池ユニット３へ供給させる。外部電源４７から電力を供給された溶融塩電池ユニット３は、ヒータ３２，３２，…によって加熱され、溶融塩電池セル３１，３１，…内の溶融塩が溶融して電解液となった状態で、動作可能になる。制御部４４は、次に、動作可能になった溶融塩電池ユニット３に、残りの溶融塩電池ユニット３，３，…へ電力を供給させる。残りの溶融塩電池ユニット３，３，…は、加熱されて動作可能になり、全ての溶融塩電池ユニット３が動作可能になった段階で、溶融塩電池装置１の起動が完了する。以後、制御部４４は、溶融塩電池ユニット３，３，…に充放電を行わせ、入出力回路４２に電力の入出力を実行させる。
【００６０】
以上詳述したように、本実施の形態においては、溶融塩電池装置１は、外部電源４７からの電力によって一の溶融塩電池ユニット３を加熱させ、動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３からの電力によって残りの溶融塩電池ユニット３，３，…を加熱させる。外部電源４７からの電力により一つの溶融塩電池ユニット３を加熱するだけであるので、溶融塩電池装置１を起動させるために必要なエネルギー消費を低減することが可能となる。また、実施の形態１及び２と同様に、溶融塩電池ユニット３，３，…の加熱に必要な時間を短縮し、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間を短縮することが可能となる。
【００６１】
なお、溶融塩電池装置１は、電力需要に応じて、動作可能になった一の溶融塩電池ユニット３から電力を供給する対象の溶融塩電池ユニット３，３，…の数を調整する形態であってもよい。また溶融塩電池装置１は、溶融塩電池ユニット３，３，…のそれぞれが順送りに互いに電力を供給する形態であってもよい。また、溶融塩電池装置１は、一つの溶融塩電池ユニット３が動作可能になった段階で起動する形態であってもよく、外部電源４７から複数の溶融塩電池ユニット３へ電力を供給する形態であってもよい。また、溶融塩電池装置１は、外部電源４７が一つの溶融塩電池ユニット３へ直接に接続されている形態であってもよい。
【００６２】
更に、以上の実施の形態１〜３においては、溶融塩電池ユニット３の単位で溶融塩電池の動作を制御する形態を示したが、溶融塩電池装置１は、溶融塩電池セル３１の単位で溶融塩電池の動作を制御する形態であってもよい。この形態の溶融塩電池装置１では、複数の溶融塩電池セル３１，３１，…の内、まず、一部の溶融塩電池セル３１を加熱するためのヒータ３２へ電力が供給される。一部の溶融塩電池セル３１が動作可能になった後、他の溶融塩電池セル３１，３１，…を加熱するためのヒータ３２，３２，…へ、動作可能になった溶融塩電池セル３１から電力が供給される。複数の溶融塩電池セル３１，３１，…が動作可能になった段階で、溶融塩電池装置１の起動が完了する。この形態においても、溶融塩電池装置１を起動させるために必要なエネルギー消費を低減することが可能となり、溶融塩電池装置１の起動時に必要な待機時間を短縮することが可能となる。
【符号の説明】
【００６３】
１ 溶融塩電池装置
２２ 負荷
３ 溶融塩電池ユニット
３１ 溶融塩電池セル
３２ ヒータ
３３ 断熱材
４１ 補助電池
４２ 入出力回路
４３ 電力供給回路
４４ 制御部
４６ 温度センサ
４７ 外部電源
５ キャパシタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質として用いた溶融塩が室温よりも高い温度で溶融した状態で動作する複数の溶融塩電池を備える溶融塩電池装置であって、
前記複数の溶融塩電池のそれぞれに設けられたヒータと、
前記複数の溶融塩電池における一部の溶融塩電池に設けられたヒータへ、室温下で電力を供給する電力源と、
前記一部の溶融塩電池からの電力を、他の一部の溶融塩電池に設けられたヒータへ供給する電力供給手段と
を備えることを特徴とする溶融塩電池装置。
【請求項２】
前記電力供給手段は、
ヒータへの電力供給により加熱された一部の溶融塩電池から、他の一部の溶融塩電池に設けられたヒータへ、順送りに電力を供給する構成であること
を特徴とする請求項１に記載の溶融塩電池装置。
【請求項３】
前記電力供給手段は、電力を供給すべきヒータの数を調整する手段を有すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の溶融塩電池装置。
【請求項４】
前記電力源は、室温で動作することが可能な二次電池であること
を特徴とする請求項１から３までの何れか一つに記載の溶融塩電池装置。
【請求項５】
前記電力源は、キャパシタであること
を特徴とする請求項１から３までの何れか一つに記載の溶融塩電池装置。
【請求項６】
外部から供給された電力で前記電力源を充電させる手段と、
前記電力源を放電させて、前記電力源に充電されていた電力で前記複数の溶融塩電池の一部又は全部を充電させる手段と
を更に備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の溶融塩電池装置。
【請求項７】
前記複数の溶融塩電池の一部又は全部からの電力を外部へ出力する手段と、
前記電力源からの電力を外部へ出力する手段と
を更に備えることを特徴とする請求項４から６までの何れか一つに記載の溶融塩電池装置。
【請求項８】
電解質として用いた溶融塩が室温よりも高い温度で溶融した状態で動作する複数の溶融塩電池と、それぞれの溶融塩電池を加熱するためのヒータと、室温で動作することが可能な電力源とを備える溶融塩電池装置を制御する方法であって、
前記複数の溶融塩電池の温度が室温になっている状態で、前記電力源から、前記複数の溶融塩電池における一部の溶融塩電池を加熱するためのヒータへ電力を供給させ、
前記ヒータで加熱されて溶融塩が溶融した前記一部の溶融塩電池から、他の一部の溶融塩電池を加熱するためのヒータへ電力を供給させること
を特徴とする溶融塩電池装置の制御方法。
【請求項９】
前記溶融塩電池装置から外部へ出力する電力の需要を示す情報を受け付け、
前記複数の溶融塩電池の内、ヒータへ電力を供給すべき溶融塩電池の数を前記情報に応じて調整すること
を特徴とする請求項８に記載の溶融塩電池装置の制御方法。
【請求項１】
電解質として用いた溶融塩が室温よりも高い温度で溶融した状態で動作する複数の溶融塩電池を備える溶融塩電池装置であって、
前記複数の溶融塩電池のそれぞれに設けられたヒータと、
前記複数の溶融塩電池における一部の溶融塩電池に設けられたヒータへ、室温下で電力を供給する電力源と、
前記一部の溶融塩電池からの電力を、他の一部の溶融塩電池に設けられたヒータへ供給する電力供給手段と
を備えることを特徴とする溶融塩電池装置。
【請求項２】
前記電力供給手段は、
ヒータへの電力供給により加熱された一部の溶融塩電池から、他の一部の溶融塩電池に設けられたヒータへ、順送りに電力を供給する構成であること
を特徴とする請求項１に記載の溶融塩電池装置。
【請求項３】
前記電力供給手段は、電力を供給すべきヒータの数を調整する手段を有すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の溶融塩電池装置。
【請求項４】
前記電力源は、室温で動作することが可能な二次電池であること
を特徴とする請求項１から３までの何れか一つに記載の溶融塩電池装置。
【請求項５】
前記電力源は、キャパシタであること
を特徴とする請求項１から３までの何れか一つに記載の溶融塩電池装置。
【請求項６】
外部から供給された電力で前記電力源を充電させる手段と、
前記電力源を放電させて、前記電力源に充電されていた電力で前記複数の溶融塩電池の一部又は全部を充電させる手段と
を更に備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の溶融塩電池装置。
【請求項７】
前記複数の溶融塩電池の一部又は全部からの電力を外部へ出力する手段と、
前記電力源からの電力を外部へ出力する手段と
を更に備えることを特徴とする請求項４から６までの何れか一つに記載の溶融塩電池装置。
【請求項８】
電解質として用いた溶融塩が室温よりも高い温度で溶融した状態で動作する複数の溶融塩電池と、それぞれの溶融塩電池を加熱するためのヒータと、室温で動作することが可能な電力源とを備える溶融塩電池装置を制御する方法であって、
前記複数の溶融塩電池の温度が室温になっている状態で、前記電力源から、前記複数の溶融塩電池における一部の溶融塩電池を加熱するためのヒータへ電力を供給させ、
前記ヒータで加熱されて溶融塩が溶融した前記一部の溶融塩電池から、他の一部の溶融塩電池を加熱するためのヒータへ電力を供給させること
を特徴とする溶融塩電池装置の制御方法。
【請求項９】
前記溶融塩電池装置から外部へ出力する電力の需要を示す情報を受け付け、
前記複数の溶融塩電池の内、ヒータへ電力を供給すべき溶融塩電池の数を前記情報に応じて調整すること
を特徴とする請求項８に記載の溶融塩電池装置の制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−９３２３９（Ｐ２０１３−９３２３９Ａ）
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３５３２８（Ｐ２０１１−２３５３２８）
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１６日（２０１３．５．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２６日（２０１１．１０．２６）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]