組電池
【課題】 室温より高い温度にて動作させられる素電池を複数接続した組電池において、各素電池内部の温度を均一に保つことができるとともに、各素電池を動作温度まで早く昇温させることができ、かつ、断熱容器に収容した全体の大きさを小型化可能な組電池を提供する。
【解決手段】 組電池１０を構成する断熱容器としての筐体２内には、９個の扁平形状の単位組電池１がその厚み方向に積層されて収容されている。単位組電池１同士はその構成要素としての素電池の側面を密着させるように配置されて全体の組電池１０を構成している。単位組電池１を加熱するためのヒーター３が、その幅広面が単位組電池１の幅広面と接するように、隣接する単位組電池１間に配置されている。
【解決手段】 組電池１０を構成する断熱容器としての筐体２内には、９個の扁平形状の単位組電池１がその厚み方向に積層されて収容されている。単位組電池１同士はその構成要素としての素電池の側面を密着させるように配置されて全体の組電池１０を構成している。単位組電池１を加熱するためのヒーター３が、その幅広面が単位組電池１の幅広面と接するように、隣接する単位組電池１間に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室温より高い温度にて動作させられる素電池を複数接続した組電池に関し、特に溶融塩電池に適した組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力貯蔵や自動車向けの比較的大型の二次電池の開発が進められている。所望の電圧及び所望の容量を得るためには、複数の素電池（単電池）を直並列に接続した組電池が用いられる。
常温で動作させる組電池として、リチウムイオン電池やニッケルマンガン電池の素電池を複数接続した組電池が知られている。この組電池においては、充放電の際に組電池を構成する各素電池内で熱が発生するため、発生した熱を速やかに冷却できるように組電池の放熱性を確保することが要求される。例えば、特許文献１においては、隣接する各素電池間に放熱部材として機能し得る間隔保持板（スペーサ）を挟んで組電池の放熱性を高めている。
【０００３】
また、室温よりも高い温度で動作させる組電池として、ナトリウム硫黄電池の素電池を複数接続した組電池が知られている。この組電池は保温のため真空断熱容器に収容されており、また、安全性の問題から各素電池の隙間には絶縁性の砂が充填され、各素電池を動揺しないように固定すると同時に局所的な異常加熱や活物質の漏洩を防止している。
また、この組電池の動作温度は３００〜３５０℃という高温度であり、組電池をこの温度まで昇温する必要があるとともに、組電池を構成する各素電池の特性を十分に引き出すため、組電池を収容した断熱容器内の温度分布を均一にする必要がある。例えば、特許文献２や特許文献３においては、断熱容器内の底面や周壁面に電気ヒータを設置し、そのヒータにより断熱容器内の温度を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−４８９９６号公報
【特許文献２】特開平１１−１６２５０７号公報
【特許文献３】特開２００３−２３４１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、１００℃以下の温度で動作し、加熱時の安全性の高い溶融塩電池の素電池を複数接続した組電池を開発している。かかる溶融塩電池は、常温では固体の塩を比較的低温に加熱して溶融塩とし、電解質として用いる。このため、加熱手段を備えるとともに組電池を断熱容器に収容することで、電解質を溶融状態に維持しつつ運転する必要がある。
この溶融塩電池の組電池においては、各素電池内部の温度の均一性が要求される。電解質である溶融塩の温度にばらつきがあると、温度の高い部分では溶融塩の局所的な蓄熱により電池寿命の低下を引き起こし、また、温度の低い部分ではイオン伝導度が大きく低下して電池の内部抵抗の不均一が発生し、特定の電池のみに過大な電流が流れるなどの負荷の分布による特性の低下、電池寿命の低下を引き起こす。
また、溶融塩電池の組電池を電気自動車やハイブリッド自動車の二次電池に用いる場合には、組電池をできる限り早く動作温度まで昇温させる必要がある。また、断熱容器に収容した組電池全体の大きさを小型化することも要求される。
【０００６】
しかしながら、上述のナトリウム硫黄電池の組電池のように、断熱容器内の底面や周壁面に加熱手段を備える場合、各素電池内部の温度を均一に保つためには断熱容器を構成する断熱材を厚くする必要があるため、断熱容器に収容した組電池全体の大きさが大型化するという問題がある。
また、底面や周壁面の加熱手段に近い素電池は早く動作温度まで昇温することができるが、加熱手段から遠い素電池は動作温度まで昇温するのに時間がかかるという問題がある。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、各素電池内部の温度を均一に保つことができるとともに、各素電池を動作温度まで早く昇温させることができ、かつ、断熱容器に収容した全体の大きさを小型化可能な組電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る組電池は、複数の扁平形状の素電池がその厚み方向に積層されて断熱容器に収容され、室温より高い温度にて動作させられる組電池であって、前記素電池を加熱する扁平形状の加熱手段を備え、前記加熱手段は、その幅広面が前記素電池の幅広面と接するように、隣接する前記素電池間に介在されている（請求項１）。
【０００９】
本発明によれば、隣接する素電池間に加熱手段が介在されているため、組電池の内側から素電池を昇温することができる。このため、組電池の外側から加熱する従来の方法よりも、各素電池内部の温度を均一に保ち易く、また、各素電池を動作温度まで早く昇温させることができる。また、断熱容器を薄くすることができるため、断熱容器に収容した組電池全体の大きさを小さくすることができる。
なお、ここでいう断熱容器とは、断熱材を内部に備える容器であればよく、容器が断熱材と一体になっていることを要しない。
【００１０】
特に、前記素電池は、室温より高い温度で溶融する溶融塩を電解質として用いた溶融塩電池であると、本発明の効果が著しく、好ましい（請求項２）。
【００１１】
隣接する素電池間に加熱手段が介在されていることにより、素電池の電解質である溶融塩の温度を均一に保つことができるため、電池寿命の低下や電池特性の低下を防止することができる。
【００１２】
また、前記組電池は、前記加熱手段の前記幅広面と前記素電池の前記幅広面とが密着する方向に、前記素電池を加圧する加圧手段を前記断熱容器内に備えることが好ましい（請求項３）。
【００１３】
加熱手段と素電池との密着性が高まり、加熱手段から素電池への熱伝導性が良くなるため、素電池内部の温度を均一に保ち易い。また、素電池を動作温度まで早く昇温させることができる。
【００１４】
また、前記加熱手段は、前記素電池が複数積層される毎に前記素電池間に介在されていることが好ましい（請求項４）。
【００１５】
素電池が積層される毎に、隣接する素電池間に加熱手段が介在されていると、各素電池内部の温度を均一に保ち易く、また、各素電池を早く昇温させることはできるが、加熱手段の数が増えることから、組電池全体のコスト増と容積増を招く。そこで、複数の素電池が積層される毎に、隣接する素電池間に加熱手段が介在されるようにすることで、各素電池の内部温度の均一性・昇温の速度と、組電池全体のコスト・容積とのバランスを良好にすることができる。
【００１６】
また、前記加熱手段は、さらに、前記断熱容器の内壁面に対向する幅広面を備える前記素電池に対し、当該加熱手段の幅広面が当該素電池の前記幅広面と対向するように設置されていることが好ましい（請求項５）。
【００１７】
組電池の内側から素電池を加熱するだけでなく、組電池の外側からも素電池を加熱することで、各素電池内部の温度をより均一に保ち易く、また、各素電池を動作温度までより早く昇温させることができる。
【００１８】
また、前記素電池が直方体形状であると（請求項６）、素電池と加熱手段とを互いに密着させやすいため、各素電池内部の温度を均一に保ち易く、また、各素電池を動作温度まで早く昇温させることができる。なお、直方体形状には略直方体形状も含まれるものとする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、各素電池内部の温度を均一に保つことができるとともに、各素電池を動作温度まで早く昇温させることができ、かつ、断熱容器に収容した全体の大きさを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１に係る組電池の全体構造を説明する斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’部で切った断面を模式的に示した図である。
【図３】実施の形態１に係る組電池の一例として、図１に用いる単位組電池の構成を説明する図である。
【図４】実施の形態１に係る組電池に用いる素電池の一例としての溶融塩電池の構成を示す図であり、Ａは溶融塩電池の内部構成を模式的に示す上面図、Ｂは同縦断面図である。
【図５】加熱シミュレーション対象とした組電池の１／２モデルを説明するための図である。
【図６】１／２モデルの組電池を用いて加熱シミュレーションを実施したときの各素電池の温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態１：
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、実施の形態１に係る組電池の全体構造を説明する斜視図である。内部を説明するために一部を開口して表現している。図１は、素電池が４個直列に接続されてなる単位組電池を９個並列に接続されてなる組電池の構成例である。
図１において、組電池１０を構成する断熱容器としての筐体２内には、９個の扁平形状の単位組電池１がその厚み方向に積層されて収容されている。単位組電池１は直方体形状であり、両端部側面に充放電のための端子が形成されている。本例において筐体２の大きさは２９５×７２０×４５０ｍｍである。９個の各単位組電池１は、並列に並べられ、接続端子板４ａおよび４ｂにボルト５によりそれぞれ固定されて電気的に並列に接続されている。接続端子板はその端部を筐体２の外部に引き出す構造になっており、接続端子板４ａがプラス極、接続端子板４ｂがマイナス極として利用される。また各単位組電池１は複数の加熱手段としてのヒーター３により加熱される。ヒーターは扁平形状であり、外部からの配線（図示せず）により通電され、その発熱により組電池１０を室温よりも高温状態に維持できるように加熱する。温度調節は温度センサと制御回路による既知の制御手段により行うことができる。
【００２２】
図２を用いて内部構成をさらに説明する。図２は図１のＡ−Ａ’部で切った断面を模式的に示した図である。
筐体２の内面は断熱材７に覆われ、筐体内全体を保温するように構成されている。筐体２および断熱材７の材質は特に限定されず、組電池全体の機械的保護、保温等の観点で選択される材料を用いることができる。たとえば筺体２をアルミニウム合金で構成すると軽量化および強度の両立の点で好ましい。
【００２３】
内部には９個の単位組電池１が並べられ、その３個毎の単位組電池間に、ヒーター３としての板状ヒーターが、その幅広面と単位組電池の幅広面とが接するように配置されている。
このように、隣接する単位組電池間（隣接する素電池間）にヒーターが介在されていることから、組電池の内側から素電池を昇温することができ、組電池の外側のみから加熱するよりも、各素電池内部の温度を均一に保ち易く、また、各素電池を動作温度まで早く昇温させることができる。また、筐体２の断熱材７の厚みを薄くすることができるため、筐体２に収容した組電池１０全体の大きさを小さくすることができる。
【００２４】
また、ヒーター３は、両端側の単位組電池１、すなわち、断熱材７の内壁面に対向する幅広面を備える単位組電池に対し、ヒーター３の幅広面が当該単位組電池の幅広面と対向するように設置されている。
このように、組電池の外側からも素電池を加熱することにより、各素電池内部の温度をより均一に保ち易く、また、各素電池を動作温度までより早く昇温させることができる。
【００２５】
単位組電池１とヒーター３とは、より密着して接するように板バネ６によって単位組電池１の積層方向に加圧付勢されている。ここで、密着とは、通常の意味において顕著な隙間無く、面と面が互いに接している状態をいうものであり、言い換えれば面と面の間を流体が容易に流動しない程度に接している状態である。
これにより、単位組電池（素電池）とヒーターとの密着性が高まり、ヒーターから単位組電池（素電池）への熱伝導性が良くなるため、素電池内部の温度を均一に保ち易い。また、各素電池を動作温度まで早く昇温させることができる。さらに、組電池全体の振動や断熱材等の長期的な変形などがあっても密着が崩れない効果がある。
なお、密着するように並べられた単位組電池１とヒーター３のそれぞれの間に隙間が生じないように付勢する加圧手段であれば、板バネに限定されるものではない。
【００２６】
ヒーター３は本例のように単位組電池（素電池）が複数積層される毎に単位組電池間（素電池間）に配置されるものに限定されず、またその数も本例に限定されるものではない。
単位組電池が１つ積層される毎に単位組電池間にヒーターを配置すると、温度の均一性及び昇温の速度の点から好ましいが、ヒーターの数が増えることから、組電池全体のコスト増と容積増を招く。そこで、本例では各素電池の内部温度の均一性・昇温速度と、組電池全体のコスト・容積とのバランスを考慮して、単位組電池が複数（例えば、３個）積層される毎に単位組電池間にヒーターを配置している。
【００２７】
ヒーター３は板状ヒーターを例示しており、これに限定されるものではないが、ヒーター３が扁平形状であれば、単位組電池（素電池）と密着させやすく、特にヒーター３が板状ヒーターであれば、直方体形状の単位組電池（素電池）とより密着させやすい。また、個々の単位組電池、あるいはその構成要素となる個々の素電池を効率よく、また出来るだけ均一に加熱するために、ヒーター３は単位組電池の側面と同程度に面積の大きな板状ヒーターが好ましい。
【００２８】
単位組電池１、あるいはその構成要素となる個々の素電池の形状は直方体形状に限られないが、直方体形状とすることで、単位組電池（素電池）と板状ヒーターとを互いに密着させやすくなるため、各素電池内部の温度を均一に保ち易く、また、各素電池を動作温度まで早く昇温させることができる。なお、ここでの直方体形状には略直方体形状も含まれるものとする。
【００２９】
単位組電池１の隣り合う面同士（例えば図２の最も右に図示される単位組電池１の面１１ａとその左となりの単位組電池１の面１１ｂ）は電極等の突起を有さない平面で構成されており、互いに密着しやすいようになっている。
【００３０】
単位組電池１の表面は金属が好ましい。単位組電池の表面は後述の例のように単位組電池を構成する素電池の表面そのものであっても良いし、素電池の組を収納する別なケースの表面であってもよい。金属は熱伝導が良好であることから好ましく用いられる。電池全体の軽量化も考慮すると、ケースにはアルミニウムまたはその合金が好ましく用いられる。さらに軽量化を目的としてマグネシウム合金を用いることも好ましい。
【００３１】
図３は、上記の単位組電池１の内部構造を説明する縦断面図である。単位組電池１は、複数の素電池を電気的に直列接続して電池電圧を高くした組電池である。本例では図３のように４つの素電池２０を連結した例を示すが、連結数は４つに限定されるものではない。例えば素電池が電圧３Ｖの溶融塩電池であれば連結数を４つとすることで、単位組電池としての公称電圧が１２Ｖとなり、既存の自動車用鉛蓄電池等に相当する電池として使用でき、また既存の電池に用いられる機器（例えば充電器）の流用が容易にできる点で好ましく用いられる。
【００３２】
図４は、図３を構成する素電池２０としての溶融塩電池の構造を説明する図であり、図４のＡは溶融塩電池の内部構成を模式的に示す上面図、Ｂは同溶融塩電池の構成を模式的に示す縦断面図である。
【００３３】
まず図４および図３を参照して素電池２０から説明する。本例の溶融塩電池では、複数（図では６つ）の矩形平板状の負極２１と、袋状のセパレータに各別に収容された複数（図では５つ）の矩形平板状の正極４１とが、上下方向に沿う状態で交互に対向して横方向（図では前後方向）に並設されている。１組の負極２１、セパレータ３１及び正極４１が１つの発電要素を構成し、本実施の形態では５つの発電要素及び１つの他の負極２１が積層されて、直方体状のアルミニウム合金からなる電池容器内に収容されている。電池容器は、上面に開口部を有する容器本体２５と、容器本体２５の開口部の内周に形成された段部に内嵌されて開口部を塞ぐ矩形平板状の蓋体２６とを有している。電池容器の内側は、フッ素樹脂コーティングによって絶縁処理が施されている。
【００３４】
負極２１のそれぞれの上端部には、容器本体２５の短辺側に位置する一方の側壁２５Ａに近い側に、電流を取り出すための矩形のアルミニウム合金からなる接続タブ２２の下端部がそれぞれ接合されている。接続タブ２２及びその上部は、平面視が側壁２５Ｂ側に開いたコの字状をなす接続部材２３が有する２つの腕部２３１及び２３１の相対向する２面に夫々溶接されている。接続部材２３は、面方向が腕部２３１と平行な矩形の接続板部２３２を有し、該接続板部２３２の上部中央には、側壁２５Ａに開設された貫通孔２５Ｈと対向する取付孔２３３が設けられている。
【００３５】
正極４１のそれぞれの上端部には、容器本体２５の短辺側に位置する他方の側壁２５Ｂに近い側に、電流を取り出すための矩形のアルミニウム合金からなる接続タブ４２の下端部がそれぞれ接合されている。接続タブ４２及びその上部は、平面視が側壁２５Ａ側に開いたコの字状をなす接続部材４３が有する２つの腕部４３１及び４３１の相対向する２面に夫々溶接されている。接続部材４３は、面方向が腕部４３１と平行な矩形の接続板部４３２を有し、該接続板部４３２の上部中央には、側壁２５Ｂに開設された貫通孔２５Ｈと対向する取付孔４３３が設けられている。このように、上述した５つの発電要素及び１つの負極２１が電気的に並列接続されて、電池容量が大きい溶融塩電池を構成する。
【００３６】
負極２１は、負極活物質である錫がメッキされたアルミニウム箔からなる。アルミニウムは、正／負各電極の集電体に適した材料であり、且つ溶融塩に対して耐腐食性を有する。負極２１は活物質を含めた厚さが約０．１４ｍｍであり、縦方向及び横方向夫々の寸法が、１００ｍｍ及び１２０ｍｍである。なお容器本体の大きさは縦方向（高さ）１８０ｍｍ×横方向（横幅）１５０ｍｍ×厚さ３５ｍｍである。
【００３７】
正極４１は、アルミニウム合金の多孔質体を集電体とし、該集電体にバインダと導電助剤と正極活物質であるＮａＣｒＯ２とを含む合剤を充填して、約１ｍｍの板厚に形成してある。正極４１の縦方向及び横方向夫々の寸法は、デンドライトの発生を防止するために、負極２１の縦方向及び横方向の寸法より小さくしてあり、正極４１の外縁が、セパレータ３１を介して負極２１の周縁部に対向するようになっている。尚、正極４１の集電体は、例えば、繊維状のアルミニウムからなる不織布であってもよい。
【００３８】
セパレータ３１は、溶融塩電池が動作する温度で溶融塩に対する耐性を有するフッ素樹脂の膜からなり、多孔質に且つ袋状をなすように形成されている。セパレータ３１は、負極２１及び正極４１と共に、直方体状の電池容器内に満たされた溶融塩３０の液面下約１０ｍｍの位置から下側に浸漬されている。これにより、多少の液面低下が許容される。
【００３９】
接続部材２３及び４３の夫々は、負極２１及び正極４１と外部の電気回路とを接続するための外部電極の役割を果たすものであり、溶融塩３０の液面より上側に位置するようにしてある。溶融塩３０は、ＦＳＩ（ビスフルオロスルフォニルイミド）又はＴＦＳＩ（ビストリフルオロメチルスルフォニルイミド）系アニオンと、ナトリウム及び／又はカリウムのカチオンとからなるが、これに限定されるものではない。
【００４０】
上述した構成において、上述のヒーター３を用いて電池容器全体を８５℃〜９５℃に加熱することにより、溶融塩３０が融解して、接続部材２３，４３を介しての充電及び放電が可能となる。
【００４１】
以下、単位組電池１について図３および図４を参照して説明する。素電池２０としての４つの溶融塩電池が、隣り合う容器本体２５の短辺側の側壁同士が密着するように配置される。各容器本体２５内には、接続部材２３，４３によって並列接続された前記５つの発電要素（負極２１、セパレータ３１に包まれた正極４１）及び１つの負極２１と溶融塩３０とが組み込まれている。密着された側壁の上部中央には、横方向に貫通する貫通孔２５Ｈが設けられており、この貫通孔２５Ｈにテフロン（登録商標）等からなる絶縁性のブッシング（軸受筒）を解して、アルミニウム合金からなるボルト５１が挿通されている。ボルト５１は、同じくアルミニウム合金からなるナット５２により締め付けられ、素電池２０が固定されると共に電気的に直列に接続される。
【００４２】
次に、溶融塩電池に用いた導電材料について説明する。溶融塩３０のような電解質に接する部位にイオン化傾向が異なる金属（導電材料）を置いた場合、一方の金属から他の金属に電流が流れることによって電蝕が発生する。このため、本実施の形態では、上述したように、接続タブ２２，４２、接続部材２３，４３、ボルト５１及びナット５２は、負極２１及び正極４１と同種の導電材料（本実施の形態ではアルミニウム合金）を含むようにしてあり、電蝕の発生が防止されている。上述したように、電池容器もアルミニウム合金からなる。
【００４３】
以上のように、素電池２０同士はその電池容器の側面を密着させるように配置されて単位組電池１を構成し、また、単位組電池１同士はその構成要素としての素電池２０の側面を密着させるように配置されて全体の組電池１０を構成している。
この溶融塩電池の組電池１０は、各素電池２０内部の温度の均一性が要求される。電解質である溶融塩の温度にばらつきがあると、温度の高い部分では溶融塩の局所的な蓄熱により電池寿命の低下を引き起こし、また、温度の低い部分ではイオン伝導度が大きく低下して電池の内部抵抗の不均一が発生し、特定の電池のみに過大な電流が流れるなどの負荷の分布による特性の低下、電池寿命の低下を引き起こす。
また、溶融塩電池の組電池１０を電気自動車やハイブリッド自動車の二次電池に用いる場合には、組電池をできる限り早く動作温度まで昇温させる必要がある。また、断熱容器に収容した組電池全体の大きさを小型化することも要求される。
そこで、実施形態１に係る溶融塩電池の組電池１０においては、ヒーター３を、その幅広面が単位組電池１（素電池２０）の幅広面と接するように、隣接する単位組電池１（素電池２０）間に介在させている。
これにより、組電池１０の内側から素電池２０を昇温することができ、組電池１０の外側のみから加熱するよりも、各素電池２０内部の温度を均一に保ち易く、また、各素電池２０を動作温度まで早く昇温させることができ、溶融塩電池の組電池１０の電池寿命の低下や電池特性の低下を防止することができる。
【実施例】
【００４４】
発明者らは、上記の組電池１０について加熱シミュレーションを実施した。加熱シミュレーションの対象とした組電池１０の詳細は以下の通りである。
まず、筐体２をアルミニウム製とし、筐体２の断熱材７は、厚みを５０ｍｍとした。
素電池２０については、容器本体２５をアルミニウム製とし、その大きさを縦方向（高さ）１５０ｍｍ×横方向（横幅）１３０ｍｍ×厚さ３６ｍｍとした。溶融塩３０は、その液面が素電池２０の容器本体２５の底面から１１０ｍｍの高さとなるように、当該素電池２０の容器本体２５内に注入する状態とした。
ヒーター３については、その大きさを縦方向（高さ）１００ｍｍ×横方向（横幅）２６０ｍｍとし、横幅が素電池２０の容器本体２５の２つ分の横幅に一致するようにした。また、ヒーター３の縦方向の中心が、素電池２０の容器本体２５において溶融塩３０が満たされた部分の縦方向の中心に一致するように、ヒーター３の下端を素電池２０の容器本体２５の下から５ｍｍの位置となるように配置した。周囲環境温度は２５℃とし、ヒーター３の温度は１００℃とした。
また、簡単のため、ヒーター３の厚みはないものとし、断熱材７と素電池２０（組電池１０）の隙間はないものとした。
【００４５】
図５は、加熱シミュレーション対象とした組電池の１／２モデルを説明するための図である。図５は、上記の組電池１０の縦方向（高さ方向）の中心における断面を上から見た図であり、組電池１０の太線で囲った右半分を加熱シミュレーションの対象とした。
組電池１０の１／２モデルには素電池２０が１８個含まれており、図５に示すようにそれぞれに２０−１〜２０−１８の番号を付した。
ヒーター３は、素電池２０−１と断熱材７の間、素電池２０−１０と断熱材７の間、素電池２０−３と素電池２０−４の間、素電池２０−１２と素電池２０−１３の間、素電池２０−６と素電池２０−７の間、素電池２０−１５と素電池２０−１６の間、素電池２０−９と断熱材７の間、素電池２０−１８と断熱材７の間に配置されている。
【００４６】
図６は、１／２モデルの組電池を用いて加熱シミュレーションを実施したときの各素電池の温度変化を示すグラフである。図６において、曲線Ａは１８個の素電池のうちヒーター３に隣接している素電池２０（素電池２０−１、２０−３、２０−４、２０−６、２０−７、２０−９、２０−１０、２０−１２、２０−１３、２０−１５、２０−１６、２０−１８）の温度変化を示すものであり、曲線Ｂはヒーター３に隣接していない素電池２０（素電池２０−２、２０−５、２０−８、２０−１１、２０−１４、２０−１７）の温度変化を示すものである。
図６から、ヒーター３に隣接している素電池２０は溶融塩電池の動作温度である８５℃に約１０分で到達しており、ヒーター３に隣接していない素電池２０は９０℃に約１３分で到達しており、いずれの素電池も溶融塩電池の動作温度に早く達していることがわかる。
このように、ヒーター３を、素電池２０が３つ積層される毎に素電池２０間に配置する構成とすることにより、組電池全体のコストと容積が大きくなることを抑制しつつ、各素電池２０を組電池１０の動作温度まで早く昇温させることができる。
【００４７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、上述の実施の形態においては、素電池は直方体形状のアルミニウム合金からなる容器で形成される構成であったが、これに限定されるわけではなく、扁平の袋状のラミネートフィルムからなる容器で形成される構成であっても良い。
【符号の説明】
【００４８】
１ 単位組電池
２ 筐体
３ ヒーター
４ａ，４ｂ 接続端子板
５ ボルト
６ 板バネ
７ 断熱材
１０ 組電池
１１ａ，１１ｂ 面
２０ 素電池
２１ 負極
２２，４２ 接続タブ
２３，４３ 接続部材
２３１，４３１ 腕部
２３２，４３２ 接続板部
２３３，４３３ 取付孔
２５ 容器本体
２５Ａ，２５Ｂ 側壁
２５Ｈ 貫通孔
２６ 蓋体
３０ 溶融塩
３１ セパレータ
４１ 正極
５１ ボルト
５２ ナット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、室温より高い温度にて動作させられる素電池を複数接続した組電池に関し、特に溶融塩電池に適した組電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力貯蔵や自動車向けの比較的大型の二次電池の開発が進められている。所望の電圧及び所望の容量を得るためには、複数の素電池（単電池）を直並列に接続した組電池が用いられる。
常温で動作させる組電池として、リチウムイオン電池やニッケルマンガン電池の素電池を複数接続した組電池が知られている。この組電池においては、充放電の際に組電池を構成する各素電池内で熱が発生するため、発生した熱を速やかに冷却できるように組電池の放熱性を確保することが要求される。例えば、特許文献１においては、隣接する各素電池間に放熱部材として機能し得る間隔保持板（スペーサ）を挟んで組電池の放熱性を高めている。
【０００３】
また、室温よりも高い温度で動作させる組電池として、ナトリウム硫黄電池の素電池を複数接続した組電池が知られている。この組電池は保温のため真空断熱容器に収容されており、また、安全性の問題から各素電池の隙間には絶縁性の砂が充填され、各素電池を動揺しないように固定すると同時に局所的な異常加熱や活物質の漏洩を防止している。
また、この組電池の動作温度は３００〜３５０℃という高温度であり、組電池をこの温度まで昇温する必要があるとともに、組電池を構成する各素電池の特性を十分に引き出すため、組電池を収容した断熱容器内の温度分布を均一にする必要がある。例えば、特許文献２や特許文献３においては、断熱容器内の底面や周壁面に電気ヒータを設置し、そのヒータにより断熱容器内の温度を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−４８９９６号公報
【特許文献２】特開平１１−１６２５０７号公報
【特許文献３】特開２００３−２３４１３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明者らは、１００℃以下の温度で動作し、加熱時の安全性の高い溶融塩電池の素電池を複数接続した組電池を開発している。かかる溶融塩電池は、常温では固体の塩を比較的低温に加熱して溶融塩とし、電解質として用いる。このため、加熱手段を備えるとともに組電池を断熱容器に収容することで、電解質を溶融状態に維持しつつ運転する必要がある。
この溶融塩電池の組電池においては、各素電池内部の温度の均一性が要求される。電解質である溶融塩の温度にばらつきがあると、温度の高い部分では溶融塩の局所的な蓄熱により電池寿命の低下を引き起こし、また、温度の低い部分ではイオン伝導度が大きく低下して電池の内部抵抗の不均一が発生し、特定の電池のみに過大な電流が流れるなどの負荷の分布による特性の低下、電池寿命の低下を引き起こす。
また、溶融塩電池の組電池を電気自動車やハイブリッド自動車の二次電池に用いる場合には、組電池をできる限り早く動作温度まで昇温させる必要がある。また、断熱容器に収容した組電池全体の大きさを小型化することも要求される。
【０００６】
しかしながら、上述のナトリウム硫黄電池の組電池のように、断熱容器内の底面や周壁面に加熱手段を備える場合、各素電池内部の温度を均一に保つためには断熱容器を構成する断熱材を厚くする必要があるため、断熱容器に収容した組電池全体の大きさが大型化するという問題がある。
また、底面や周壁面の加熱手段に近い素電池は早く動作温度まで昇温することができるが、加熱手段から遠い素電池は動作温度まで昇温するのに時間がかかるという問題がある。
【０００７】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、各素電池内部の温度を均一に保つことができるとともに、各素電池を動作温度まで早く昇温させることができ、かつ、断熱容器に収容した全体の大きさを小型化可能な組電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る組電池は、複数の扁平形状の素電池がその厚み方向に積層されて断熱容器に収容され、室温より高い温度にて動作させられる組電池であって、前記素電池を加熱する扁平形状の加熱手段を備え、前記加熱手段は、その幅広面が前記素電池の幅広面と接するように、隣接する前記素電池間に介在されている（請求項１）。
【０００９】
本発明によれば、隣接する素電池間に加熱手段が介在されているため、組電池の内側から素電池を昇温することができる。このため、組電池の外側から加熱する従来の方法よりも、各素電池内部の温度を均一に保ち易く、また、各素電池を動作温度まで早く昇温させることができる。また、断熱容器を薄くすることができるため、断熱容器に収容した組電池全体の大きさを小さくすることができる。
なお、ここでいう断熱容器とは、断熱材を内部に備える容器であればよく、容器が断熱材と一体になっていることを要しない。
【００１０】
特に、前記素電池は、室温より高い温度で溶融する溶融塩を電解質として用いた溶融塩電池であると、本発明の効果が著しく、好ましい（請求項２）。
【００１１】
隣接する素電池間に加熱手段が介在されていることにより、素電池の電解質である溶融塩の温度を均一に保つことができるため、電池寿命の低下や電池特性の低下を防止することができる。
【００１２】
また、前記組電池は、前記加熱手段の前記幅広面と前記素電池の前記幅広面とが密着する方向に、前記素電池を加圧する加圧手段を前記断熱容器内に備えることが好ましい（請求項３）。
【００１３】
加熱手段と素電池との密着性が高まり、加熱手段から素電池への熱伝導性が良くなるため、素電池内部の温度を均一に保ち易い。また、素電池を動作温度まで早く昇温させることができる。
【００１４】
また、前記加熱手段は、前記素電池が複数積層される毎に前記素電池間に介在されていることが好ましい（請求項４）。
【００１５】
素電池が積層される毎に、隣接する素電池間に加熱手段が介在されていると、各素電池内部の温度を均一に保ち易く、また、各素電池を早く昇温させることはできるが、加熱手段の数が増えることから、組電池全体のコスト増と容積増を招く。そこで、複数の素電池が積層される毎に、隣接する素電池間に加熱手段が介在されるようにすることで、各素電池の内部温度の均一性・昇温の速度と、組電池全体のコスト・容積とのバランスを良好にすることができる。
【００１６】
また、前記加熱手段は、さらに、前記断熱容器の内壁面に対向する幅広面を備える前記素電池に対し、当該加熱手段の幅広面が当該素電池の前記幅広面と対向するように設置されていることが好ましい（請求項５）。
【００１７】
組電池の内側から素電池を加熱するだけでなく、組電池の外側からも素電池を加熱することで、各素電池内部の温度をより均一に保ち易く、また、各素電池を動作温度までより早く昇温させることができる。
【００１８】
また、前記素電池が直方体形状であると（請求項６）、素電池と加熱手段とを互いに密着させやすいため、各素電池内部の温度を均一に保ち易く、また、各素電池を動作温度まで早く昇温させることができる。なお、直方体形状には略直方体形状も含まれるものとする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、各素電池内部の温度を均一に保つことができるとともに、各素電池を動作温度まで早く昇温させることができ、かつ、断熱容器に収容した全体の大きさを小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１に係る組電池の全体構造を説明する斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ’部で切った断面を模式的に示した図である。
【図３】実施の形態１に係る組電池の一例として、図１に用いる単位組電池の構成を説明する図である。
【図４】実施の形態１に係る組電池に用いる素電池の一例としての溶融塩電池の構成を示す図であり、Ａは溶融塩電池の内部構成を模式的に示す上面図、Ｂは同縦断面図である。
【図５】加熱シミュレーション対象とした組電池の１／２モデルを説明するための図である。
【図６】１／２モデルの組電池を用いて加熱シミュレーションを実施したときの各素電池の温度変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施の形態１：
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、実施の形態１に係る組電池の全体構造を説明する斜視図である。内部を説明するために一部を開口して表現している。図１は、素電池が４個直列に接続されてなる単位組電池を９個並列に接続されてなる組電池の構成例である。
図１において、組電池１０を構成する断熱容器としての筐体２内には、９個の扁平形状の単位組電池１がその厚み方向に積層されて収容されている。単位組電池１は直方体形状であり、両端部側面に充放電のための端子が形成されている。本例において筐体２の大きさは２９５×７２０×４５０ｍｍである。９個の各単位組電池１は、並列に並べられ、接続端子板４ａおよび４ｂにボルト５によりそれぞれ固定されて電気的に並列に接続されている。接続端子板はその端部を筐体２の外部に引き出す構造になっており、接続端子板４ａがプラス極、接続端子板４ｂがマイナス極として利用される。また各単位組電池１は複数の加熱手段としてのヒーター３により加熱される。ヒーターは扁平形状であり、外部からの配線（図示せず）により通電され、その発熱により組電池１０を室温よりも高温状態に維持できるように加熱する。温度調節は温度センサと制御回路による既知の制御手段により行うことができる。
【００２２】
図２を用いて内部構成をさらに説明する。図２は図１のＡ−Ａ’部で切った断面を模式的に示した図である。
筐体２の内面は断熱材７に覆われ、筐体内全体を保温するように構成されている。筐体２および断熱材７の材質は特に限定されず、組電池全体の機械的保護、保温等の観点で選択される材料を用いることができる。たとえば筺体２をアルミニウム合金で構成すると軽量化および強度の両立の点で好ましい。
【００２３】
内部には９個の単位組電池１が並べられ、その３個毎の単位組電池間に、ヒーター３としての板状ヒーターが、その幅広面と単位組電池の幅広面とが接するように配置されている。
このように、隣接する単位組電池間（隣接する素電池間）にヒーターが介在されていることから、組電池の内側から素電池を昇温することができ、組電池の外側のみから加熱するよりも、各素電池内部の温度を均一に保ち易く、また、各素電池を動作温度まで早く昇温させることができる。また、筐体２の断熱材７の厚みを薄くすることができるため、筐体２に収容した組電池１０全体の大きさを小さくすることができる。
【００２４】
また、ヒーター３は、両端側の単位組電池１、すなわち、断熱材７の内壁面に対向する幅広面を備える単位組電池に対し、ヒーター３の幅広面が当該単位組電池の幅広面と対向するように設置されている。
このように、組電池の外側からも素電池を加熱することにより、各素電池内部の温度をより均一に保ち易く、また、各素電池を動作温度までより早く昇温させることができる。
【００２５】
単位組電池１とヒーター３とは、より密着して接するように板バネ６によって単位組電池１の積層方向に加圧付勢されている。ここで、密着とは、通常の意味において顕著な隙間無く、面と面が互いに接している状態をいうものであり、言い換えれば面と面の間を流体が容易に流動しない程度に接している状態である。
これにより、単位組電池（素電池）とヒーターとの密着性が高まり、ヒーターから単位組電池（素電池）への熱伝導性が良くなるため、素電池内部の温度を均一に保ち易い。また、各素電池を動作温度まで早く昇温させることができる。さらに、組電池全体の振動や断熱材等の長期的な変形などがあっても密着が崩れない効果がある。
なお、密着するように並べられた単位組電池１とヒーター３のそれぞれの間に隙間が生じないように付勢する加圧手段であれば、板バネに限定されるものではない。
【００２６】
ヒーター３は本例のように単位組電池（素電池）が複数積層される毎に単位組電池間（素電池間）に配置されるものに限定されず、またその数も本例に限定されるものではない。
単位組電池が１つ積層される毎に単位組電池間にヒーターを配置すると、温度の均一性及び昇温の速度の点から好ましいが、ヒーターの数が増えることから、組電池全体のコスト増と容積増を招く。そこで、本例では各素電池の内部温度の均一性・昇温速度と、組電池全体のコスト・容積とのバランスを考慮して、単位組電池が複数（例えば、３個）積層される毎に単位組電池間にヒーターを配置している。
【００２７】
ヒーター３は板状ヒーターを例示しており、これに限定されるものではないが、ヒーター３が扁平形状であれば、単位組電池（素電池）と密着させやすく、特にヒーター３が板状ヒーターであれば、直方体形状の単位組電池（素電池）とより密着させやすい。また、個々の単位組電池、あるいはその構成要素となる個々の素電池を効率よく、また出来るだけ均一に加熱するために、ヒーター３は単位組電池の側面と同程度に面積の大きな板状ヒーターが好ましい。
【００２８】
単位組電池１、あるいはその構成要素となる個々の素電池の形状は直方体形状に限られないが、直方体形状とすることで、単位組電池（素電池）と板状ヒーターとを互いに密着させやすくなるため、各素電池内部の温度を均一に保ち易く、また、各素電池を動作温度まで早く昇温させることができる。なお、ここでの直方体形状には略直方体形状も含まれるものとする。
【００２９】
単位組電池１の隣り合う面同士（例えば図２の最も右に図示される単位組電池１の面１１ａとその左となりの単位組電池１の面１１ｂ）は電極等の突起を有さない平面で構成されており、互いに密着しやすいようになっている。
【００３０】
単位組電池１の表面は金属が好ましい。単位組電池の表面は後述の例のように単位組電池を構成する素電池の表面そのものであっても良いし、素電池の組を収納する別なケースの表面であってもよい。金属は熱伝導が良好であることから好ましく用いられる。電池全体の軽量化も考慮すると、ケースにはアルミニウムまたはその合金が好ましく用いられる。さらに軽量化を目的としてマグネシウム合金を用いることも好ましい。
【００３１】
図３は、上記の単位組電池１の内部構造を説明する縦断面図である。単位組電池１は、複数の素電池を電気的に直列接続して電池電圧を高くした組電池である。本例では図３のように４つの素電池２０を連結した例を示すが、連結数は４つに限定されるものではない。例えば素電池が電圧３Ｖの溶融塩電池であれば連結数を４つとすることで、単位組電池としての公称電圧が１２Ｖとなり、既存の自動車用鉛蓄電池等に相当する電池として使用でき、また既存の電池に用いられる機器（例えば充電器）の流用が容易にできる点で好ましく用いられる。
【００３２】
図４は、図３を構成する素電池２０としての溶融塩電池の構造を説明する図であり、図４のＡは溶融塩電池の内部構成を模式的に示す上面図、Ｂは同溶融塩電池の構成を模式的に示す縦断面図である。
【００３３】
まず図４および図３を参照して素電池２０から説明する。本例の溶融塩電池では、複数（図では６つ）の矩形平板状の負極２１と、袋状のセパレータに各別に収容された複数（図では５つ）の矩形平板状の正極４１とが、上下方向に沿う状態で交互に対向して横方向（図では前後方向）に並設されている。１組の負極２１、セパレータ３１及び正極４１が１つの発電要素を構成し、本実施の形態では５つの発電要素及び１つの他の負極２１が積層されて、直方体状のアルミニウム合金からなる電池容器内に収容されている。電池容器は、上面に開口部を有する容器本体２５と、容器本体２５の開口部の内周に形成された段部に内嵌されて開口部を塞ぐ矩形平板状の蓋体２６とを有している。電池容器の内側は、フッ素樹脂コーティングによって絶縁処理が施されている。
【００３４】
負極２１のそれぞれの上端部には、容器本体２５の短辺側に位置する一方の側壁２５Ａに近い側に、電流を取り出すための矩形のアルミニウム合金からなる接続タブ２２の下端部がそれぞれ接合されている。接続タブ２２及びその上部は、平面視が側壁２５Ｂ側に開いたコの字状をなす接続部材２３が有する２つの腕部２３１及び２３１の相対向する２面に夫々溶接されている。接続部材２３は、面方向が腕部２３１と平行な矩形の接続板部２３２を有し、該接続板部２３２の上部中央には、側壁２５Ａに開設された貫通孔２５Ｈと対向する取付孔２３３が設けられている。
【００３５】
正極４１のそれぞれの上端部には、容器本体２５の短辺側に位置する他方の側壁２５Ｂに近い側に、電流を取り出すための矩形のアルミニウム合金からなる接続タブ４２の下端部がそれぞれ接合されている。接続タブ４２及びその上部は、平面視が側壁２５Ａ側に開いたコの字状をなす接続部材４３が有する２つの腕部４３１及び４３１の相対向する２面に夫々溶接されている。接続部材４３は、面方向が腕部４３１と平行な矩形の接続板部４３２を有し、該接続板部４３２の上部中央には、側壁２５Ｂに開設された貫通孔２５Ｈと対向する取付孔４３３が設けられている。このように、上述した５つの発電要素及び１つの負極２１が電気的に並列接続されて、電池容量が大きい溶融塩電池を構成する。
【００３６】
負極２１は、負極活物質である錫がメッキされたアルミニウム箔からなる。アルミニウムは、正／負各電極の集電体に適した材料であり、且つ溶融塩に対して耐腐食性を有する。負極２１は活物質を含めた厚さが約０．１４ｍｍであり、縦方向及び横方向夫々の寸法が、１００ｍｍ及び１２０ｍｍである。なお容器本体の大きさは縦方向（高さ）１８０ｍｍ×横方向（横幅）１５０ｍｍ×厚さ３５ｍｍである。
【００３７】
正極４１は、アルミニウム合金の多孔質体を集電体とし、該集電体にバインダと導電助剤と正極活物質であるＮａＣｒＯ２とを含む合剤を充填して、約１ｍｍの板厚に形成してある。正極４１の縦方向及び横方向夫々の寸法は、デンドライトの発生を防止するために、負極２１の縦方向及び横方向の寸法より小さくしてあり、正極４１の外縁が、セパレータ３１を介して負極２１の周縁部に対向するようになっている。尚、正極４１の集電体は、例えば、繊維状のアルミニウムからなる不織布であってもよい。
【００３８】
セパレータ３１は、溶融塩電池が動作する温度で溶融塩に対する耐性を有するフッ素樹脂の膜からなり、多孔質に且つ袋状をなすように形成されている。セパレータ３１は、負極２１及び正極４１と共に、直方体状の電池容器内に満たされた溶融塩３０の液面下約１０ｍｍの位置から下側に浸漬されている。これにより、多少の液面低下が許容される。
【００３９】
接続部材２３及び４３の夫々は、負極２１及び正極４１と外部の電気回路とを接続するための外部電極の役割を果たすものであり、溶融塩３０の液面より上側に位置するようにしてある。溶融塩３０は、ＦＳＩ（ビスフルオロスルフォニルイミド）又はＴＦＳＩ（ビストリフルオロメチルスルフォニルイミド）系アニオンと、ナトリウム及び／又はカリウムのカチオンとからなるが、これに限定されるものではない。
【００４０】
上述した構成において、上述のヒーター３を用いて電池容器全体を８５℃〜９５℃に加熱することにより、溶融塩３０が融解して、接続部材２３，４３を介しての充電及び放電が可能となる。
【００４１】
以下、単位組電池１について図３および図４を参照して説明する。素電池２０としての４つの溶融塩電池が、隣り合う容器本体２５の短辺側の側壁同士が密着するように配置される。各容器本体２５内には、接続部材２３，４３によって並列接続された前記５つの発電要素（負極２１、セパレータ３１に包まれた正極４１）及び１つの負極２１と溶融塩３０とが組み込まれている。密着された側壁の上部中央には、横方向に貫通する貫通孔２５Ｈが設けられており、この貫通孔２５Ｈにテフロン（登録商標）等からなる絶縁性のブッシング（軸受筒）を解して、アルミニウム合金からなるボルト５１が挿通されている。ボルト５１は、同じくアルミニウム合金からなるナット５２により締め付けられ、素電池２０が固定されると共に電気的に直列に接続される。
【００４２】
次に、溶融塩電池に用いた導電材料について説明する。溶融塩３０のような電解質に接する部位にイオン化傾向が異なる金属（導電材料）を置いた場合、一方の金属から他の金属に電流が流れることによって電蝕が発生する。このため、本実施の形態では、上述したように、接続タブ２２，４２、接続部材２３，４３、ボルト５１及びナット５２は、負極２１及び正極４１と同種の導電材料（本実施の形態ではアルミニウム合金）を含むようにしてあり、電蝕の発生が防止されている。上述したように、電池容器もアルミニウム合金からなる。
【００４３】
以上のように、素電池２０同士はその電池容器の側面を密着させるように配置されて単位組電池１を構成し、また、単位組電池１同士はその構成要素としての素電池２０の側面を密着させるように配置されて全体の組電池１０を構成している。
この溶融塩電池の組電池１０は、各素電池２０内部の温度の均一性が要求される。電解質である溶融塩の温度にばらつきがあると、温度の高い部分では溶融塩の局所的な蓄熱により電池寿命の低下を引き起こし、また、温度の低い部分ではイオン伝導度が大きく低下して電池の内部抵抗の不均一が発生し、特定の電池のみに過大な電流が流れるなどの負荷の分布による特性の低下、電池寿命の低下を引き起こす。
また、溶融塩電池の組電池１０を電気自動車やハイブリッド自動車の二次電池に用いる場合には、組電池をできる限り早く動作温度まで昇温させる必要がある。また、断熱容器に収容した組電池全体の大きさを小型化することも要求される。
そこで、実施形態１に係る溶融塩電池の組電池１０においては、ヒーター３を、その幅広面が単位組電池１（素電池２０）の幅広面と接するように、隣接する単位組電池１（素電池２０）間に介在させている。
これにより、組電池１０の内側から素電池２０を昇温することができ、組電池１０の外側のみから加熱するよりも、各素電池２０内部の温度を均一に保ち易く、また、各素電池２０を動作温度まで早く昇温させることができ、溶融塩電池の組電池１０の電池寿命の低下や電池特性の低下を防止することができる。
【実施例】
【００４４】
発明者らは、上記の組電池１０について加熱シミュレーションを実施した。加熱シミュレーションの対象とした組電池１０の詳細は以下の通りである。
まず、筐体２をアルミニウム製とし、筐体２の断熱材７は、厚みを５０ｍｍとした。
素電池２０については、容器本体２５をアルミニウム製とし、その大きさを縦方向（高さ）１５０ｍｍ×横方向（横幅）１３０ｍｍ×厚さ３６ｍｍとした。溶融塩３０は、その液面が素電池２０の容器本体２５の底面から１１０ｍｍの高さとなるように、当該素電池２０の容器本体２５内に注入する状態とした。
ヒーター３については、その大きさを縦方向（高さ）１００ｍｍ×横方向（横幅）２６０ｍｍとし、横幅が素電池２０の容器本体２５の２つ分の横幅に一致するようにした。また、ヒーター３の縦方向の中心が、素電池２０の容器本体２５において溶融塩３０が満たされた部分の縦方向の中心に一致するように、ヒーター３の下端を素電池２０の容器本体２５の下から５ｍｍの位置となるように配置した。周囲環境温度は２５℃とし、ヒーター３の温度は１００℃とした。
また、簡単のため、ヒーター３の厚みはないものとし、断熱材７と素電池２０（組電池１０）の隙間はないものとした。
【００４５】
図５は、加熱シミュレーション対象とした組電池の１／２モデルを説明するための図である。図５は、上記の組電池１０の縦方向（高さ方向）の中心における断面を上から見た図であり、組電池１０の太線で囲った右半分を加熱シミュレーションの対象とした。
組電池１０の１／２モデルには素電池２０が１８個含まれており、図５に示すようにそれぞれに２０−１〜２０−１８の番号を付した。
ヒーター３は、素電池２０−１と断熱材７の間、素電池２０−１０と断熱材７の間、素電池２０−３と素電池２０−４の間、素電池２０−１２と素電池２０−１３の間、素電池２０−６と素電池２０−７の間、素電池２０−１５と素電池２０−１６の間、素電池２０−９と断熱材７の間、素電池２０−１８と断熱材７の間に配置されている。
【００４６】
図６は、１／２モデルの組電池を用いて加熱シミュレーションを実施したときの各素電池の温度変化を示すグラフである。図６において、曲線Ａは１８個の素電池のうちヒーター３に隣接している素電池２０（素電池２０−１、２０−３、２０−４、２０−６、２０−７、２０−９、２０−１０、２０−１２、２０−１３、２０−１５、２０−１６、２０−１８）の温度変化を示すものであり、曲線Ｂはヒーター３に隣接していない素電池２０（素電池２０−２、２０−５、２０−８、２０−１１、２０−１４、２０−１７）の温度変化を示すものである。
図６から、ヒーター３に隣接している素電池２０は溶融塩電池の動作温度である８５℃に約１０分で到達しており、ヒーター３に隣接していない素電池２０は９０℃に約１３分で到達しており、いずれの素電池も溶融塩電池の動作温度に早く達していることがわかる。
このように、ヒーター３を、素電池２０が３つ積層される毎に素電池２０間に配置する構成とすることにより、組電池全体のコストと容積が大きくなることを抑制しつつ、各素電池２０を組電池１０の動作温度まで早く昇温させることができる。
【００４７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
例えば、上述の実施の形態においては、素電池は直方体形状のアルミニウム合金からなる容器で形成される構成であったが、これに限定されるわけではなく、扁平の袋状のラミネートフィルムからなる容器で形成される構成であっても良い。
【符号の説明】
【００４８】
１ 単位組電池
２ 筐体
３ ヒーター
４ａ，４ｂ 接続端子板
５ ボルト
６ 板バネ
７ 断熱材
１０ 組電池
１１ａ，１１ｂ 面
２０ 素電池
２１ 負極
２２，４２ 接続タブ
２３，４３ 接続部材
２３１，４３１ 腕部
２３２，４３２ 接続板部
２３３，４３３ 取付孔
２５ 容器本体
２５Ａ，２５Ｂ 側壁
２５Ｈ 貫通孔
２６ 蓋体
３０ 溶融塩
３１ セパレータ
４１ 正極
５１ ボルト
５２ ナット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の扁平形状の素電池がその厚み方向に積層されて断熱容器に収容され、室温より高い温度にて動作させられる組電池であって、
前記素電池を加熱する扁平形状の加熱手段を備え、
前記加熱手段は、その幅広面が前記素電池の幅広面と接するように、隣接する前記素電池間に介在されている、
組電池。
【請求項２】
前記素電池は、室温より高い温度で溶融する溶融塩を電解質として用いた溶融塩電池である、
請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記加熱手段の前記幅広面と前記素電池の前記幅広面とが密着する方向に、前記素電池を加圧する加圧手段を前記断熱容器内に備える、
請求項１又は２に記載の組電池。
【請求項４】
前記加熱手段は、前記素電池が複数積層される毎に前記素電池間に介在されている、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の組電池。
【請求項５】
前記加熱手段は、さらに、前記断熱容器の内壁面に対向する幅広面を備える前記素電池に対し、当該加熱手段の幅広面が当該素電池の前記幅広面と対向するように設置されている、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の組電池。
【請求項６】
前記素電池は、直方体形状である、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の組電池。
【請求項１】
複数の扁平形状の素電池がその厚み方向に積層されて断熱容器に収容され、室温より高い温度にて動作させられる組電池であって、
前記素電池を加熱する扁平形状の加熱手段を備え、
前記加熱手段は、その幅広面が前記素電池の幅広面と接するように、隣接する前記素電池間に介在されている、
組電池。
【請求項２】
前記素電池は、室温より高い温度で溶融する溶融塩を電解質として用いた溶融塩電池である、
請求項１に記載の組電池。
【請求項３】
前記加熱手段の前記幅広面と前記素電池の前記幅広面とが密着する方向に、前記素電池を加圧する加圧手段を前記断熱容器内に備える、
請求項１又は２に記載の組電池。
【請求項４】
前記加熱手段は、前記素電池が複数積層される毎に前記素電池間に介在されている、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の組電池。
【請求項５】
前記加熱手段は、さらに、前記断熱容器の内壁面に対向する幅広面を備える前記素電池に対し、当該加熱手段の幅広面が当該素電池の前記幅広面と対向するように設置されている、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載の組電池。
【請求項６】
前記素電池は、直方体形状である、
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の組電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１７４５７０（Ｐ２０１２−１７４５７０Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３６５９６（Ｐ２０１１−３６５９６）
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【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２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２３日（２０１１．２．２３）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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