JP2015032356A - 蓄電システム、及びこれを有する車両 - Google Patents
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Abstract
【課題】安全性を確保した上で、小規模の設備若しくは装置、又は車両に搭載可能なフロー蓄電システムを提供する。更に、フロー蓄電システムを有する車両、及び車両の安全を確保する方法を提供する。【解決手段】金属リチウムから構成される固体負極活物質及び固体電解質を含む電池本体と、硫黄を含む正極活物質、電解液及び導電助剤から構成される液体状の正極材料を含み、前記電池本体とは別体として構成される外部タンクと、前記電池本体と前記外部タンクとを連通させる結合ラインと、前記結合ラインに設けられた連結器と、を有し、前記連結器により、前記電池本体と前記外部タンクとの、前記結合ラインを介した連結、及び外部から封止された状態での分離が行われることを特徴とするフロー蓄電システムが得られた。【選択図】 図1
Description
本発明は、蓄電システム、特に、安全確保のための機構を有する蓄電システム、これを有する車両、及びその車両の安全を確保する方法に関する。
長期間使用可能な大容量の蓄電システム(二次電池)として、例えば、特許文献1及び特許文献2では、レドックスフロー電池等のフロー蓄電システム(フロー電池)が紹介されている。
レドックスフロー電池としては、例えば、バナジウムなどのイオンの酸化状態変化やリチウムと硫黄との結合・分離による電子の受け渡しを利用して充放電を行う蓄電池(バナジウムレドックスフロー電池、Li−Sフロー二次電池)等があり、いずれも酸化還元反応が行われる電池本体(電池本体)と、別体のタンク(外部タンク)とが結合した構造を有する。
フロー蓄電システムは充放電を繰り返しても劣化しにくく、長寿命であり、かつ、発火等の危険性も少ないため、信頼性に優れた大型二次電池システムとして、工場や商業施設等の大規模な施設にて実用化が進んでいる。
特にLi−Sフロー二次電池は他のレドックスフロー電池と比較してエネルギー密度も高く、さらなる実用化の進展が期待される。
しかしながら、大型二次電池であるフロー蓄電システムは、多数の電池セルを直列および並列に接続して組電池として用いられることが多く、組電池内部で部分的な短絡事故の検出は難しい。このため、特許文献3では、電池発熱時に活物質の循環を停止させる等の安全対策を備えたフロー電池も提案されている。
フロー蓄電システムは、一般に正極活物質及び負極活物質がいずれも液体であること、及び電池本体、外部タンク、これらをつなぐ連結部、及び液体活物質循環用のポンプが必要とされることから、容量及び重量が増大する。このため、小規模の設備又は装置への適用は進展していない。また、同様の理由から、車両への搭載についても実用例は報告されていない。
特に、Li−Sフロー蓄電システムについては、電池性能は優れるものの、Li-S二次電池の放電状態で生成されるLi2Sは、液体活物質の流動経路・反応部が破損した場合等に外界に流出すると、大気中の水分と反応して硫化水素を発生する。硫化水素は有毒である上、比重が大きく、滞留するため、人体に多大な影響を与える懸念がある。従って、実用には安全対策が必須である。
特に、Li−Sフロー蓄電システムを電気自動車等の車両に搭載する場合には、衝突等により蓄電池が損傷して、液体活物質が外部流出した場合、空気中の水分と反応し、硫化水素が発生した場合、乗員の生命を危険にさらす上、救出も困難となり、重大事故に発展する可能性が否定出来ない。
しかるに、本発明は、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、安全性を確保した上で、小規模の設備若しくは装置、又は車両に搭載可能なフロー蓄電システム、及びフロー蓄電システムを有する車両、及び車両の安全を確保する方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明のフロー蓄電システムは、
金属リチウムから構成される固体負極活物質及び固体電解質を含む電池本体と、
硫黄を含む正極活物質、電解液及び導電助剤から構成される液体状の正極材料を含み、電池本体とは別体として構成される外部タンクと、
電池本体と前記外部タンクとを連通させる結合ラインと、
結合ラインに設けられた連結器と、を有し、
連結器により、電池本体と外部タンクとの、結合ラインを介した連結、及び外部から封止された状態での分離が行われることを特徴とする。
金属リチウムから構成される固体負極活物質及び固体電解質を含む電池本体と、
硫黄を含む正極活物質、電解液及び導電助剤から構成される液体状の正極材料を含み、電池本体とは別体として構成される外部タンクと、
電池本体と前記外部タンクとを連通させる結合ラインと、
結合ラインに設けられた連結器と、を有し、
連結器により、電池本体と外部タンクとの、結合ラインを介した連結、及び外部から封止された状態での分離が行われることを特徴とする。
上記フロー蓄電システムによると、緊急時には、電池本体より外部タンクが分離され、電池本体、外部タンク及びこれらを連結する結合ラインの内部に存在する液体材料及び反応物の外部への放出を最小限とすることができるため、安全対策を確保した上での稼働が可能となる。
さらに、本発明のフロー蓄電システムは、所定以上の衝撃を受けた場合に電池本体から外部タンクを自動的に脱離することを特徴とする。
これにより、緊急時に乗員が自ら操作を行わなくても、外部タンクは、脱離が必要と判断される場合に速やかに電池本体から脱離可能とされる。
本発明のフロー蓄電システムでは、連結器は、プラグ部とこれに嵌合可能なソケット部とから構成されて、複数の結合ラインを外部から封止された状態で相互に結合し、所定以上の衝撃を受けた場合に、プラグ部から前記ソケット部を分離することにより、電池本体と前記外部タンクとを、それぞれ外部から封止された状態で相互に分離することを特徴とする。
これにより、本発明のフロー蓄電システムは、搭載及び作動の双方において簡便な態様で安全装置を確保できる。
この他、本発明によると、上記のフロー蓄電システムを有する車両、及び車両の衝突またはフロー蓄電システムの異常等の異常発生時に、外部タンクを電池本体から離脱することにより車両の安全を確保する方法が提供される。
本発明におけるレドックスフロー蓄電システムとは、電池本体とは別体の外部タンクに存在する液体活物質を電池本体に供給することで充放電を行う蓄電システムである。
本実施の形態では、Li−Sフロー蓄電システムを車両に搭載した場合を例として、本発明の構成及び効果を説明する。
図1は本発明の一実施の形態であるLi−Sフロー蓄電システム100の模式図である。図1に示すように、本発明のLi−Sフロー蓄電システム100は、電池本体10と、これとは別体として構成された外部タンク20とを有している。
本発明では、外部タンク20に含まれる正極材料が結合ライン30内を流動して電池本体10内の金属リチウムに到達し、硫化リチウム(Li2S)が発生することにより、Li−S蓄電池の放電が行われる。また、充電時にはリチウムイオンが還元されて金属リチウムとなり、硫化物イオンは還元されて硫黄となることで、充電が行われる。この反応により得られる硫化リチウムは蓄電システム内の閉鎖系では安定性が高いものの、大気中では水分と反応し、硫化水素を発生する危険性を伴う。
放電が開始され蓄電システム内部に硫化リチウムが生じた状態で、結合ライン30等、蓄電システム100のいずれかの箇所に損傷が生じると、液体材料(液体活物質、溶媒、反応生成物等)が蓄電システム外部へ漏洩する可能性があり、漏洩した硫化リチウムと大気中の水分とが反応することで、硫化水素が発生する。
硫化水素は人体に対し有害な作用を有するため、本発明では、蓄電システム100に損傷が生じたとしても、硫化水素発生を最低限に抑えることの可能なフロー蓄電システムが構成されている。
まず、電池本体10は、負極としての役割を有するとともに、充放電を行う電池の主要部分である。電池本体10は一対の端子12を有しており、端子12から車両等の電力供給対象に対して、電力が供給される。
電池本体10は負極活物質としての金属リチウムを含む固体の負極14、これと接するように配置された固体電解質16とを含んでいる。負極14及び固体電解質16の形状に特に制限はないが、充放電にはリチウムイオンが固体電解質16の全体を通過可能とする必要がある。成形及び電池構成を簡易とするためには、負極14及び固体電解質16は図1に示したような平板状に成形されることが好ましい。
負極14及び電解質16を固体とすることにより、スペースの節減となり、電池本体の容量を小さく保たれる。
[負極の製造]
本実施の形態では、負極活物質として箔状又は板体状の金属リチウム、又はリチウムとアルミニウム等との合金を用いることができる。
本実施の形態では、負極活物質として箔状又は板体状の金属リチウム、又はリチウムとアルミニウム等との合金を用いることができる。
また、Li−Sフロー二次電池として機能する限り、金属リチウムの他に、負極活物質として、リチウムを脱挿入可能な材料を用いることも可能である。例えば、グラファイトやシリコン・スズの合金系等が挙げられる。この場合、負極14は、通常の負極の成形方法に準じて作製されるが、例えばグラファイトと、結合剤とを含む混合物を、負極合材として負極集電体14aに塗布して成形することにより、負極合材層14bと負極集電体14aとから成る負極14が形成される。
具体的には、まず、本発明の負極活物質を分級などにより所望の粒度に調整し、結合剤と混合して得た混合物を溶剤に分散させ、攪拌機、混合機、混練機、ニーダーなどを用いて攪拌混合してペーストないしスラリー状の負極合材とし、これを負極集電体14aの片面または両面に塗布、成形し、乾燥させる。これにより、負極合剤層14bが均一かつ強固に接着した負極14が得られる。
負極合剤層の膜厚は10〜200μm、好ましくは20〜100μmであり、これを乾燥させることにより負極14が得られる。
負極活物質が、平均粒径0.5〜30μm、及び比表面積0.1〜1000m2/gの粒子状とされると負極の表が均一化されて、負極表面近傍でのリチウムイオンの移動が円滑化される。この結果、電池の充放電性も安定化する。
負極合材の製造に用いられる溶剤としては、イソプロピルアルコール、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド等が挙げられ、負極活物質の総質量に対して、1〜30質量%の範囲で使用することができる。
負極活物質に添加可能な結合剤としては、例えばポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素系樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を用いることができ、これらの中でもフッ素系バインダを用いることが好ましい。フッ素系バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン、フッ化ビニリデン−3フッ化エチレン共重合体、エチレン−4フッ化エチレン共重合体、プロピレン−4フッ化エチレン共重合体等が挙げられる。結合剤は負極活物質の総質量に対して、1〜30質量%の範囲で使用することができる。
このほか、負極合材層14bは、本発明の負極活物質と、ポリエチレン、ポリビニルアルコールなどの樹脂粉末を乾式混合し、金型内でホットプレス成形して作製することもできる。負極合材層14bの成形後にプレス加圧などの処理を行うことにより、負極集電体14aとの接着強度をさらに高めることができる。
また、負極合材層14bに対して、カーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、金属粉末等の導電性材料を適宜加えるようにしても良い。
[固体電解質]
電池本体10には、ガラス、セラミック、ガラス−セラミック、及びこれら以外の他のケイ素含有各種結晶等の無機物等による、リチウムイオンの透過可能な膜が固体電解質として配置される。
電池本体10には、ガラス、セラミック、ガラス−セラミック、及びこれら以外の他のケイ素含有各種結晶等の無機物等による、リチウムイオンの透過可能な膜が固体電解質として配置される。
[正極の製造]
外部タンク20は、硫黄(好ましくはS8等の単体粒子、又は可溶のポリスルフィド)を含む液体の正極活物質、硫黄を溶解可能な溶媒、及び導電助剤を含む液体状の正極材料を含んでいる。
また、負極にリチウムを含まない材料を用いる場合は、Li2S等のリチウム含有活物質を硫黄の代わりに用いることで、同様の効果を得られる。
外部タンク20は、硫黄(好ましくはS8等の単体粒子、又は可溶のポリスルフィド)を含む液体の正極活物質、硫黄を溶解可能な溶媒、及び導電助剤を含む液体状の正極材料を含んでいる。
また、負極にリチウムを含まない材料を用いる場合は、Li2S等のリチウム含有活物質を硫黄の代わりに用いることで、同様の効果を得られる。
また、硫黄を、外部タンク20から電池本体内10に流動し、電池本体10のリチウムイオンと反応可能な溶液として用いるために、以下の溶媒が使用される。
[電解液(溶媒・電解質)]
使用可能な溶媒の例は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ビニルカーボネート、及びトリフルオロメチルプロピレンカーボネート等のカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、及びジエチルエーテル等のエーテル、スルホラン、及びメチルスルホラン等のスルホン、アセトニトリル、及びプロピオニトリル等のニトリル、ジメチルスルホキシド、N−メチルホルムアミド、N−メチルピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルホルムアルデヒド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMA)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、テトラ(エチレングリコール)ジメチルエーテル、塩基性溶媒(pH>13)、及びこれら2種類以上の混合溶媒を用いるようにしてもよい。
使用可能な溶媒の例は、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ビニルカーボネート、及びトリフルオロメチルプロピレンカーボネート等のカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、及びジエチルエーテル等のエーテル、スルホラン、及びメチルスルホラン等のスルホン、アセトニトリル、及びプロピオニトリル等のニトリル、ジメチルスルホキシド、N−メチルホルムアミド、N−メチルピロリドン(NMP)、N,N−ジメチルホルムアルデヒド(DMF)、ジメチルアセトアミド(DMA)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、テトラ(エチレングリコール)ジメチルエーテル、塩基性溶媒(pH>13)、及びこれら2種類以上の混合溶媒を用いるようにしてもよい。
また、電解質としては、リチウムビス(トリフルオロメタン)スルホンイミド等を使用することが出来る。
[導電助剤]
また、公知の導電助剤、例えばカーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、金属粉末等を添加することができる。この他、レドックスフロー電池に一般的に用いられる各種添加剤を適宜に使用することができる。
また、公知の導電助剤、例えばカーボンブラック、アセチレンブラック、グラファイト、カーボンナノチューブ、金属粉末等を添加することができる。この他、レドックスフロー電池に一般的に用いられる各種添加剤を適宜に使用することができる。
[外装容器]
また、電池本体10及び外部タンク20の外装容器としては、一般に電池に用いられている種々の材質を用いることができ、鉄やアルミニウム等の金属材料を使用しても良く、フィルム材料等を使用しても良い。また、外装容器の形状についても特に限定されることはなく、円筒型や角型など用途に応じて適宜選択することが可能であるが、蓄電システム100の小型化や軽量化の観点からは、アルミニウムのラミネートフィルム等を用いたフィルム型の外装容器を用いることが好ましい。
また、電池本体10及び外部タンク20の外装容器としては、一般に電池に用いられている種々の材質を用いることができ、鉄やアルミニウム等の金属材料を使用しても良く、フィルム材料等を使用しても良い。また、外装容器の形状についても特に限定されることはなく、円筒型や角型など用途に応じて適宜選択することが可能であるが、蓄電システム100の小型化や軽量化の観点からは、アルミニウムのラミネートフィルム等を用いたフィルム型の外装容器を用いることが好ましい。
電池の形態としては、正極には液体状の活物質・負極は固体の活物質が配置されていることから、正極側は燃料電池の空気極の様な構造・負極はリチウムイオン二次電池の様な構造を取る。このため、燃料電池や金属空気電池に準じる構造を採用しても良い。
[結合ライン]
電池本体10と外部タンク20とには、これらを相互に連通させるように管状の結合ライン30が結合している。結合ライン30は、外部タンク20内の正極材料を電池本体10内の液体活物質反応場18に供給するための配管であり、正極活物質を外部タンク20から電池本体10に供給し、更に充電の際にはこれを外部タンク20に戻すことを可能とするように、複数本設けることが好ましい。図1においては結合ライン30内の材料の流動が矢印により示されている。
電池本体10と外部タンク20とには、これらを相互に連通させるように管状の結合ライン30が結合している。結合ライン30は、外部タンク20内の正極材料を電池本体10内の液体活物質反応場18に供給するための配管であり、正極活物質を外部タンク20から電池本体10に供給し、更に充電の際にはこれを外部タンク20に戻すことを可能とするように、複数本設けることが好ましい。図1においては結合ライン30内の材料の流動が矢印により示されている。
結合ライン30は、電池本体10、又は外部タンク20と同様の材料により構成可能であり、電池本体10、外部タンク20及び結合ライン30をすべて異なる材料としても、これらの2部材以上を同一材料で構成してもよい。一般に、結合ラインは、金属、プラスチック、金属とプラスチックの複合材料等から構成されるが、限られたスペース内に電池本体10及び外部タンク20を効率的に配置するためには、結合ライン30は、プラスチック等の可撓性の材料、シリコンチューブ又はPTFE(ポリテトラフルオロエチレン)チューブで構成される。
また、結合ライン30と、外部タンク20または電池本体10との結合は、液密状態を維持できれば、各部の材料に応じて、溶接及びシール部材を用いた嵌合ないし螺合等の慣用技術により行うことができる。
[連結器]
本発明では、結合ライン30毎に、連結器40が少なくとも1個配置される。
本発明では、結合ライン30毎に、連結器40が少なくとも1個配置される。
以下、図2を参照しつつ、連結器40の構成について詳細に説明する。
図2は、本発明のLi−Sフロー蓄電システムにおける結合ライン30と連結器40との結合状態を示す斜視図である。
本発明では、電池本体10と外部タンク20とが結合ライン30で連結されるが、結合ライン30は連結器40により相互に着脱可能に連結されている。例えば、連結器40は、少なくとも一対のソケット部41とプラグ部42の二つの別個の部材から着脱可能な、全体形状が略円筒状の部材であり、1本の結合ライン30には少なくとも1個の連結器40が配される。1本の結合ライン30は、二分割されて、右半体30aがソケット部41のライン接続部41aに挿入され、左半体30bがプラグ部42のライン接続部42aに挿入される。この状態で、ソケット部41とプラグ部42が嵌合することにより1本の結合ライン30として構成されている。平常時にはソケット部41とプラグ部が嵌合して結合ライン右半体30aと左半体30bが結合状態を保つため、外部タンク20内の正極材料が結合ライン30を通過して電池本体10に供給可能な状態とされる。
連結器40は、電池本体10と外部タンク20とを結合し、及び外部から封止された状態で分離できる限り、いかなる装置も適用可能である。
ここで、「外部から封止された状態で分離」とは、電池本体10及び外部タンク20の内部に存在する材料(特に液体及び気体)がこれらの外部の環境に放出されることなく、また外部環境より電池本体10及び外部タンク20の内部に周囲の空気等の気体や液体等が導入されないことを意味する。
また、連結器40の結合ライン30上の設置個所及び個数も限定されない。
例えば、図2に示すように、結合ライン30はその長手方向中間部等のいずれかの部位にソケット部41とプラグ部42を有することができる。ソケット部41は管状のプラグ挿入口41bを有し、略円柱状のプラグ部42を挿入口41aの内部に受け入れることにより嵌合し、通常の車両の運転による振動等では結合状態を維持する。
この他の設置例では、電池本体10と外部タンク20の形状に応じて、結合ライン30の末端にソケット部41を設け、電池本体10または外部タンク20の一部、例えば開口部、又は開口部に連続するホースや金属部材等の管体にプラグ部42を設けることも可能である。
また、液体材料の漏洩、及び硫化水素の量を最小限とするためには、結合ライン1本に対して複数の連結器40を設けることが好ましい。
特に、結合ライン30はプラスチック等の可撓性材料から構成されることが多いために損傷しやすく、結合ライン30が損傷することにより、これと連通する電池本体10内及び外部タンク20内の材料が流出してしまう。このような事態を防止するためには、結合ライン30を電池本体10及び外部タンク20のいずれからも切り離し、電池本体10及び外部タンク20の材料流出を阻止可能として備える必要がある。すなわち、図1に示したように、電池本体10と外部タンク20に隣接する各位置にそれぞれ1個の連結器40(一対のソケット部41とプラグ部42)を設けることにより、緊急時の液体材料流出を最小限とすることが可能となる。
また、結合ライン30が比較的長い場合には、電池本体10と外部タンク20に隣接する各位置以外にも、更に1個以上の連結器を設けることにより、結合ライン30の損傷を受けた部分(およびその周囲)を選択的に切り離すことも可能とされる。多数の連結器40が装着されている場合には、結合ライン30の分離の必要な場所(損傷個所)のみを脱離させるように、圧力センサー等を用いて、車両コントロールユニット(ECU)により制御することも可能である。
連結器40は結合ライン30の引っ張り強度よりも弱い脆弱部として形成され、緊急時に所定の牽引力が加えられた場合に相互に分離する構成とすることができる。また、連結器40には、分離の際に、電池本体10及び外部タンク20のいずれからも液体が漏れ出さないように、ソケット部41とプラグ部42にいずれも遮断弁(図示せず)等の液体の流出入を阻止する機構を有することが必要である。
ソケット部41は、管状体内部に連通する管状等のガス導入口41cを有することが好ましく、ガス導入口に対し、エアー駆動用ガスをとして導入可能なように予め配管しておくことが好ましい。これにより、緊急時に自動的にガスがガス導入口よりソケット部41内に導入され、エアー駆動により、プラグ42を自動的に脱離させることが可能となる。
エアー駆動用ガスとしては、CO2、N2等の、水素を含まず、正極及び負極活物質に対して不活性なガスを用いることができる。市販の小型ガスボンベの使用により用いることができる。
連結器40は、電池本体10と外部タンク20とを液密状態で結合可能であり、かつ衝撃により分離可能ないかなる装置、一般にカプラーとして市販されている公知の装置を用いることができる。例えば、ナスコフィッティング株式会社製のNS−SR型カプラー等のカプラーが、本発明の蓄電システムに簡便に適用されるため好ましい。液体正極材料の遮断に、カプラーを用いることにより、液体の漏出が阻止された結合ラインの切り離しを、低コストで行うことが可能となる。また、カプラーの分離には電力が必要とされないため、蓄電システム内に残存する電力を、カプラー切り離し後の安全な場所への走行にのみに集中させることが可能となる。
[その他]
また、本発明の蓄電システム100、又はこれを搭載する車両には、結合ライン30や外部タンク20が電池本体10から分離した場合、路上に落下する事を防止するため、分離した結合ライン30や外部タンク20を保持可能なように、あらかじめ落下防止装置を設けておくことが好ましい。落下防止装置は、ワイヤやボルト等の公知の部材を用いて構成することができる。これらの結合装置は、例えば新たな蓄電システムを車両に搭載する際に、結合ラインや外部タンクの一部を保持可能なベルト、ワイヤ又はカセット状の部材等を、蓄電システム100の他の部分又は車両に対して予め施しておくことにより設置可能である。これにより、仮に連結器40が分離しても、道路に脱落することはなく、交通への影響を最小限に止めることができる。
また、本発明の蓄電システム100、又はこれを搭載する車両には、結合ライン30や外部タンク20が電池本体10から分離した場合、路上に落下する事を防止するため、分離した結合ライン30や外部タンク20を保持可能なように、あらかじめ落下防止装置を設けておくことが好ましい。落下防止装置は、ワイヤやボルト等の公知の部材を用いて構成することができる。これらの結合装置は、例えば新たな蓄電システムを車両に搭載する際に、結合ラインや外部タンクの一部を保持可能なベルト、ワイヤ又はカセット状の部材等を、蓄電システム100の他の部分又は車両に対して予め施しておくことにより設置可能である。これにより、仮に連結器40が分離しても、道路に脱落することはなく、交通への影響を最小限に止めることができる。
本発明のLi−Sフロー蓄電システムは、電池本体10が金属リチウムを含む固体負極活物質及び固体電解質から構成されるため、限られた容積範囲にも設置可能であり、車両への搭載に有益である。また、外部タンクにおける正極材料は充電により長期間使用であるが、電池の充放電性能が低下した場合には、外部タンク20に対する正極材料の補充、又は新たな外部タンクとの交換により、電池性能を向上させることができる。
図3は、本発明のLi−Sフロー蓄電システムを車両に搭載した場合のシステム図である。
蓄電システム10の稼働は車両コントロールユニット(ECU)U10の中央制御により、電池コントロールユニットU20を介して制御される。電池コントロールユニットU10は正極材料を電池本体に供給するための液体材料輸送ポンプU30及び結合ライン分離機構40と接続され、結合ライン分離機構U40は連結器40の分離を制御している。
更に、車両コントロールユニットには、衝突監視センサーU50、エマージェンシーボタンU60、及び車両内のマルチファンクションディスプレー(MFD)が接続されている。
これにより、本発明では衝突監視センサーU50が衝撃を検知した場合に車両コントロールユニットU10に衝撃検知信号が入力される。衝撃検知信号は電池コントロールユニットU20を経て結合ライン分離機構U40に伝達されることにより、連結器40のソケット部40aとプラグ部40bが分離する。衝撃検知から連結器分離までの一連の動作はすべて自動で行われる。
また、衝突監視センサーU50が作動しない場合であっても、例えば、乗員が臭い又は目視による点検時等に蓄電システムの何らかの異常を確認した場合には、手動でエマージェンシーボタンU60を操作して、緊急信号を車両コントロールユニットに入力することができる。緊急信号は車両コントロールユニットU10を経て電池コントロールユニットU20に伝達され、結合ライン分離機構U40が作動して連結器40のソケット部40aとプラグ部40bとが分離する。
従って、自動及び手動のいずれの操作によっても、結合ライン30の分離により、電池本体10から外部タンク20が脱離し、蓄電システムからの液体材料の外部への放出が回避されるため、硫化水素の発生が極めて有効に阻止される。
更に、車両コントロールユニットU10は液体材料輸送ポンプU30を停止させて、正極材料の外部タンク20から電池本体10への給送を停止する。
また、車両コントロールユニットU10に衝突監視センサーU50からの衝撃検知信号又は手動による緊急信号が入力された場合には、MFDに衝撃検知ランプが表示される。
図4は、本発明におけるLi−Sフロー蓄電システムの安全機構を説明するためのフローチャートである。
本発明の蓄電システムを搭載した車両は、電池本体10からの電力供給により、通常の走行が行われる。
ステップS10において、車両コントロールユニットU10が衝突等による車両の衝撃を検知する。衝突が検知されず、ドライバーも何ら異常を感じない場合にはそのまま衝突検知処理をリターンする。
ステップS20では、衝撃センサーが衝撃を検知した場合、衝撃による信号を車両コントロールユニットU10に出力する。衝撃センサーとしては、エアバック作動センサーを利用して別途センサーを省略することも、エアバック作動センサーとは別のセンサーを設けることも可能である。
ステップS30では、コントロールユニットU10が、入力された衝撃信号を、あらかじめ設定した値α以上の値であるか否かを判断する。入力信号が設定値α以上である場合、ステップS40にてコントロールユニットU10は液体材料輸送ポンプU30に停止指示信号を、及び結合ライン分離機構U40に対して連結器40の分割指示を出力する。
また、ステップS10で衝撃センサが衝突を検知しない場合や、ステップS30でコントロールユニットが所定値α以上の衝撃を検知しない場合であっても、乗員が電池の異常、例えば異臭を感じた場合、又は点検時に外部タンクの損傷等を発見した場合(ステップS31)には、手動にてイマージェンシーボタンを押すことができる(ステップS32)。
これにより、ステップS40に進み、液体材料輸送ポンプに停止指示信号が液体材料輸送ポンプに伝達されるとポンプが停止し、及び結合ライン分離指示信号が連結器40に伝達されて連結器40が分離し、電池本体10から外部タンク20が切り離されて(ステップS50)、液体材料の供給が停止する(ステップS60)。
また、衝撃センサーとは別に、電池本体10と外部タンク20とを連結する結合ライン30内に圧力センサーを設けることも可能である。結合ライン30の損傷が生じ、内部の気体ないし液体材料が流出すると、結合ライン内部の圧力の低下が生ずる。従って、圧力センサーを設けて結合ライン内の圧力低下を監視し、急激な圧力低下が生じた際に、これを液体材料漏えいとしてMFDに表示することもできる。更に、これを結合ラインからのMDFに表示することもできる。
また、本発明では、上記圧力センサーで検知した圧力低下の信号を、センサーから自動的に車両コントロールユニット出力する構成とすることも(ステップS20’)、又はMDFの表示を確認した後に、緊急信号として手動にてイマージェンシーボタンより入力する構成としてもよい(ステップS32)。
これにより、液体材料給送ポンプが稼働停止し、連結器40は分割されて結合ライン30が封止されるため、結合ライン又は液体材料が放出されることなく蓄電システムよる電力供給が停止する。
上記により、Li−Sフロー蓄電システム内の材料が外部に放出されること、及びこれにより硫化水素が発生する可能性が抑制される。
このように安全性を確保した上で、蓄電システムにより取り出せる電力により車両を安全な場所に退避させ(ステップS70)、事故処理を行う(ステップS80)。事故処理後は、電池本体10の点検や修理及び外部タンクを新たに取り付ける等により蓄電システムを安全に使用可能な状態にリセットする(ステップS90)。
本発明のLi−Sフロー蓄電システムは、結合ライン30上に連結器40を有することにより、車載の場合に、万が一衝突等が生じても、かつタンク内部の材料が流出しないように連結器の端部をできる限り封止した状態で、電池本体10から外部タンク20を分割することにより、硫化水素の発生を最小限に制限することが可能である。
なお、本発明は上記の実施の形態の構成及び実施例に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々変形が可能である。例えば、本発明の蓄電システムは、主に車載を目的としたものであるが、これを工場及び商業施設等における安全装置付きの蓄電システムとして用いることもできる。
100 蓄電システム
10 電池本体
14 負極
16 固体電解質
20 外部タンク
30 結合ライン
40 連結器
10 電池本体
14 負極
16 固体電解質
20 外部タンク
30 結合ライン
40 連結器
Claims (6)
- 金属リチウムから構成される固体負極活物質及び固体電解質を含む電池本体と、
硫黄を含む正極活物質、電解液及び導電助剤から構成される液体状の正極材料を含み、 前記電池本体とは別体として構成される外部タンクと、
前記電池本体と前記外部タンクとを連通させる結合ラインと、
前記結合ラインに設けられた連結器と、を有し、
前記連結器により、前記電池本体と前記外部タンクとの、前記結合ラインを介した連結、及び外部から封止された状態での分離が行われることを特徴とするフロー蓄電システム。 - 前記連結器は、所定以上の衝撃を受けた場合に前記電池本体から前記外部タンクを自動的に脱離することを特徴とする請求項1に記載のフロー蓄電システム。
- 前記連結器は、プラグ部とこれに嵌合可能なソケット部とから構成されて、複数の結合ラインを外部から封止された状態で相互に結合し、所定以上の衝撃を受けた場合に、前記プラグ部から前記ソケット部が分離することにより、前記電池本体と前記外部タンクとを、それぞれ外部から封止された状態で相互に分離することを特徴とする請求項1又は2に記載のフロー蓄電システム。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載のフロー蓄電システムを有する車両。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載に記載のフロー蓄電システムを有する車両の安全を確保する方法であって、異常発生時に、前記外部タンクを前記電池本体から離脱することにより車両の安全を確保する方法。
- 前記異常が、車両の衝突またはフロー蓄電システムの異常である請求項5に記載の方法。
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JP2013158808A JP2015032356A (ja) | 2013-07-31 | 2013-07-31 | 蓄電システム、及びこれを有する車両 |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106340663A (zh) * | 2015-07-06 | 2017-01-18 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种单液流锂硫电池 |
CN107210480A (zh) * | 2015-12-08 | 2017-09-26 | 香港中文大学 | 高能量密度和低成本液流电化学装置 |
WO2019087366A1 (ja) * | 2017-11-02 | 2019-05-09 | 住友電気工業株式会社 | レドックスフロー電池 |
WO2020021610A1 (ja) * | 2018-07-23 | 2020-01-30 | 住友電気工業株式会社 | レドックスフロー電池用電解液の再生装置、レドックスフロー電池、及びレドックスフロー電池用再生電解液の製造方法 |
-
2013
- 2013-07-31 JP JP2013158808A patent/JP2015032356A/ja active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106340663A (zh) * | 2015-07-06 | 2017-01-18 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种单液流锂硫电池 |
CN106340663B (zh) * | 2015-07-06 | 2019-04-09 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种单液流锂硫电池 |
CN107210480A (zh) * | 2015-12-08 | 2017-09-26 | 香港中文大学 | 高能量密度和低成本液流电化学装置 |
JP2019506700A (ja) * | 2015-12-08 | 2019-03-07 | ザ チャイニーズ ユニバーシティー オブ ホンコン | 高エネルギー密度かつ低コストのフロー電気化学装置 |
US11784341B2 (en) | 2015-12-08 | 2023-10-10 | The Chinese University Of Hong Kong | High-energy density and low-cost flow electrochemical devices with moving rechargeable anode and cathode belts |
WO2019087366A1 (ja) * | 2017-11-02 | 2019-05-09 | 住友電気工業株式会社 | レドックスフロー電池 |
JPWO2019087366A1 (ja) * | 2017-11-02 | 2020-09-24 | 住友電気工業株式会社 | レドックスフロー電池 |
EP3706222A4 (en) * | 2017-11-02 | 2020-11-18 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | REDOX FLOW BATTERY |
US10950879B2 (en) | 2017-11-02 | 2021-03-16 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Redox flow battery |
WO2020021610A1 (ja) * | 2018-07-23 | 2020-01-30 | 住友電気工業株式会社 | レドックスフロー電池用電解液の再生装置、レドックスフロー電池、及びレドックスフロー電池用再生電解液の製造方法 |
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