JP2012174492A

JP2012174492A - 溶融塩電池の充放電制御装置

Info

Publication number: JP2012174492A
Application number: JP2011035547A
Authority: JP
Inventors: Shoichiro Sakai; 将一郎酒井; Atsushi Fukunaga; 篤史福永; Koji Nitta; 耕司新田; Shinji Inazawa; 信二稲澤
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2011-02-22
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-09-10

Abstract

【課題】低温下において充電時のエネルギーロスを抑えるとともに、放電時に必要な電圧を確保することができる溶融塩電池の充放電制御装置を提供する。
【解決手段】溶融塩を電解質として含む溶融塩電池２の充放電を制御する充放電制御装置１は、溶融塩電池２の温度を測定する温度センサ１２と、この温度センサ１２の測定温度が溶融塩の融点よりも高い所定温度以下のとき、当該測定温度が低くなるほど充放電の電流値を小さくするように制御する制御部１３とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融塩電池の充放電を制御する充放電制御装置に関する。

近年、二次電池は、ハイブリッド車両や電気自動車用等の電動車両の駆動用電源としてのニーズが高まっている。この目的に対応した二次電池として、高エネルギー密度で大容量の溶融塩電池が着目されている。この溶融塩電池は、溶融塩を電解質として用いており、この溶融塩を所定温度で融解することにより、充放電することができるようになっている（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１３８７３２号公報

前記溶融塩電池は、その温度が低下すると、内部抵抗が大きくなるという特性を有している。このため、溶融塩電池を低温下で充電した場合、前記内部抵抗によって電圧降下（ＩＲドロップ）が生じるため、エネルギーロスが大きくなるという問題が生じる。また、溶融塩電池を低温下で放電した場合には、大電流を流すと電圧が降下するため、必要な電圧を得ることができないという問題が生じる。

本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、低温下において充電時のエネルギーロスを抑えるとともに、放電時に必要な電圧を確保することができる溶融塩電池の充放電制御装置を提供することを目的としている。

（１）本発明の溶融塩電池の充放電制御装置は、溶融塩を電解質として含む溶融塩電池の充放電を制御する充放電制御装置であって、前記溶融塩電池の温度を測定する温度測定部と、前記温度測定部の測定温度が前記溶融塩の融点よりも高い所定温度以下のとき、当該測定温度が低くなるほど充放電の電流値を小さくするように制御する制御部と、を備えていることを特徴とする。

本発明によれば、溶融塩電池の温度が低くなると充電時の電流値を小さくすることができるため、溶融塩電池の内部抵抗による電圧降下を低減することができる。したがって、低温下で充電したときのエネルギーロスを抑制することができる。
また、溶融塩電池の温度が低くなると放電時の電流値も小さくすることができるため、放電時の電圧降下を防止することとができる。したがって、低温下で放電したときに必要な電圧を確保することができる。

（２）前記制御部は、前記溶融塩電池の温度に応じて予め定められた電流値となるように、充放電の電流値を制御するのが好ましい。
この場合、制御部による電流値の制御が容易となり、溶融塩電池の充放電を好適に制御することができる。

（３）前記制御部は、前記温度測定部の測定温度が前記溶融塩の融点未満のとき、充放電の電流供給を停止させるのが好ましい。
この場合、溶融塩電池２が前記融点未満の導電性のない状態で充放電されるのを防止することができる。

本発明によれば、低温下で充電したときのエネルギーロスを抑制することができるとともに、低温下で放電したときに必要な電圧を確保することができる。

本発明の一実施の形態に係る溶融塩電池の充放電制御装置の概略構成図である。溶融塩電池の概略構成図である。溶融塩電池の内部抵抗と温度との関係を示すグラフである。溶融塩電池の温度に応じて予め定められた電流密度を示す表である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る溶融塩電池の充放電制御装置の概略構成図である。
図１において、充放電制御装置１は、例えば、図示しないエンジンと電動モータとを適宜切り替えて駆動するハイブリッド車両（ＨＥＶ）において、前記電動モータの電力源として用いられる溶融塩電池２の充放電を制御するものである。

図２は、溶融塩電池２の概略構成図である。図２において、溶融塩電池２は、ボックス状の電池容器２１（図１参照）の内部に、正極２２と、負極２３と、これら両極２２，２３間に介在するセパレート２４とを収容して構成されている。

正極２２は、正極集電体２２ａと、この正極集電体２２ａの内側に配置された正極活物質層２２ｂとを有している。正極集電体２２ａは例えばアルミニウム合金の多孔質体により構成されており、正極活物質層２２ｂは正極活物質として例えば亜クロム酸ナトリウム（ＮａＣｒＯ_２）を含んでいる。

負極２３は、負極集電体２３ａと、この負極集電体２３ａの内側に配置された負極活物質層２３ｂとを有している。負極集電体２３ａは例えばアルミニウム箔により構成されており、負極活物質層２３ｂは負極活物質として例えば錫（Ｓｎ）を含んでいる。

セパレータ２４は、溶融塩電池２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多孔質膜により構成されており、電池容器２１内に充填されている溶融塩（図示省略）に浸漬されている。
以上の構成により、溶融塩電池２をヒータ（図示省略）により８０℃〜１００℃に加熱することにより、溶融塩が融解して充電及び放電が可能となる。

図３は、溶融塩電池２の温度と内部抵抗との関係を示すグラフである。溶融塩電池２は、図３から明らかなように、その温度が約７０度以下になると、内部抵抗が極端に大きくなるという特性を有している。
なお、このグラフに示す内部抵抗値は、溶融塩電池２の極間距離（セパレータ２４の厚み）が２００μｍときの温度に基づいて、下記式（１）により算出したものである。
σ（Ｔ）＝Ａ_σ／ＳＱＲＴ（Ｔ）×ｅｘｐ（−Ｂ_σ／（Ｔ−Ｔ_０））・・・（１）
ここで、σは内部抵抗値、Ｔは溶融塩電池２の温度、Ａ_σ及びＢ_σは溶融塩の種類によって定まる係数、Ｔ_０はイオンの移動が止まる温度であり、ＳＱＲＴはかっこ内の数式で求めた値の平方根を計算するための演算子を表す。本実施形態の溶融塩電池２の場合、Ａ_σ＝１．９２×１０^２、Ｂ_σ＝０．８３７×１０^３、Ｔ_０＝２４５Ｋとなる。

図１において、充放電制御装置１は、溶融塩電池２の上記特性を考慮して充放電を制御するものであり、充電時に溶融塩電池２に電流を供給する定電流電源１１と、溶融塩電池２の温度を測定する温度センサ（温度測定部）１２と、この温度センサ１２の測定温度に基づいて充放電の電流値を制御する制御部１３とを備えている。

制御部１３は、温度センサ１２の測定温度が７０℃以下のとき、当該測定温度が低くなるほど充放電の電流値を小さくするように制御している。その電流値は、図４に示すように、溶融塩電池２の温度に応じて予め定められた電流密度（電流値）となるように設定される。図４に示す電流密度は、溶融塩電池２の温度が９０℃のときに５０ｍＡ／ｃｍ^２を基準として、各温度でのＩＲ値が同一になるように下記式（２）により算出したものである。
Ｉ_Ｔ＝Ｉ_９０×Ｒ_９０／Ｒ_Ｔ・・・（２）
ここで、Ｉ_Ｔは電流密度、Ｉ_９０は溶融塩電池２の温度が９０℃のときの電流密度（＝５０ｍＡ／ｃｍ^２）、Ｒ_Ｔは内部抵抗値、Ｒ_９０は溶融塩電池２の温度が９０℃のときの内部抵抗値である。

以上より、制御部１３は、温度センサ１２の測定温度が７０℃以下のとき、その測定温度に応じて図４の表により予め定められた電流密度となるように、充放電の電流値を制御する。例えば、温度センサ１２の測定温度が６０℃の場合、図４の表より６０℃に対応する電流密度である４ｍＡ／ｃｍ^２となるように、充放電の電流値を制御する。そして、制御部１３は、温度センサ１２の測定温度が溶融塩の融点である５７℃未満になると、充放電の電流供給を停止するようになっている。

なお、本実施形態では前記測定温度が７０℃以下のときに制御部１３が制御するようになっているが、図４の表では、溶融塩電池２の温度が１１０℃に対応する電流密度まで用意されている。したがって、実際の充放電制御に応じて制御部１３が制御を開始する所定温度を７０℃〜１１０℃の範囲で適宜調整することができる。

以上、本実施形態の溶融塩電池２の充放電制御装置１によれば、溶融塩電池２の温度が低くなると充電時の電流値を小さくすることができるため、溶融塩電池２の内部抵抗による電圧降下を低減することができる。したがって、低温下で充電したときのエネルギーロスを抑制することができる。また、定期運行バスや電車等の車両を駆動させる時間が予め定められている電動車両の場合には、その駆動前に車庫等において十分に加熱されていない溶融塩電池を充電することができるので、これらの電動車両に好適に使用することができる。
さらに、溶融塩電池２の温度が低くなると放電時の電流値も小さくすることができるため、放電時の電圧降下を防止することとができる。したがって、低温下で放電したときに必要な電圧を確保することができる。

また、制御部１３は、溶融塩電池２の温度に応じて予め定められた電流密度となるように充放電の電流値を制御しているため、制御部１３による電流値の制御が容易となり、溶融塩電池２の充放電を好適に制御することができる。

また、制御部１３は、温度センサ１２の測定温度が溶融塩の融点未満になると、充放電の電流供給を停止させているので、溶融塩電池２が前記融点未満の導電性のない状態で充放電されるのを防止することができる。

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ないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、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、及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、上記実施形態において、制御部１３は、測定温度が７０℃以下のときに電流値を制御しているが、溶融塩の融点より高い温度であってかつ内部抵抗が大きくなる温度であれば、７０℃以外の任意の測定温度以下のときに電流値を制御するようにしてもよい。

また、溶融塩電池２の温度に応じて予め定められた電流密度は、前記式（２）により算出されているが、他の算出式を用いてもよい。
さらに、本発明の充放電制御装置１は、ハイブリッド車両以外に、電気自動車（ＥＶ）や電車等の電動車両にも適用することができる。

１充放電制御装置
２溶融塩電池
１２温度センサ（温度測定部）
１３制御部

Claims

溶融塩を電解質として含む溶融塩電池の充放電を制御する充放電制御装置であって、
前記溶融塩電池の温度を測定する温度測定部と、
前記温度測定部の測定温度が前記溶融塩の融点よりも高い所定温度以下のとき、当該測定温度が低くなるほど充放電の電流値を小さくするように制御する制御部と、を備えていることを特徴とする溶融塩電池の充放電制御装置。
前記制御部は、前記溶融塩電池の温度に応じて予め定められた電流値となるように、充放電の電流値を制御する請求項１に記載の溶融塩電池の充放電制御装置。
前記制御部は、前記温度測定部の測定温度が前記溶融塩の融点未満のとき、充放電の電流供給を停止させる請求項１又は２に記載の溶融塩電池の充放電制御装置。