JP2019186076A - バッテリーシステム - Google Patents

Abstract

【課題】充電状態になるまでの時間を短縮することができるバッテリーシステムを提供する。【解決手段】バッテリーシステム１００は、電解液を循環させることによってイオンの酸化還元反応を進行させて電池１０の充放電を行う。バッテリーシステム１００は、正極側媒介部材１３と、正極側エネルギー付与部材１１１と、負極側媒介部材１５と、負極側エネルギー付与部材１２１とを有している。正極側媒介部材１３は、放電時にイオンを吸収することによって電池１０の正極における還元反応を媒介する。正極側エネルギー付与部材１１１は、正極側媒介部材１３に対して酸化反応することでエネルギーを付与する。負極側媒介部材１５は、放電時にイオンを放出することによって電池１０の負極における酸化反応を媒介する。負極側エネルギー付与部材１２１は、負極側媒介部材１５に対して還元反応することでエネルギーを付与する。【選択図】図３

Description

本発明は、フロー型の電池を充電状態にするバッテリーシステムに関する。

従来から、フロー型の電池が知られている。このような電池では、正極側電解液室に循環される正極側電解液に対して酸化剤を供給し、かつ、負極側電解液室に循環される負極側電解液に対して還元剤を供給する（例えば、特許文献１を参照）。このような電池は、活物質が含浸された電解液を交換することによって、充電状態にすることができる。

特開２０１７−１１７５２７号公報

特許文献１の技術では、正極側電解液室における酸化反応と、負極側電解液室における還元反応が、活物質を含浸させる電解液の濃度や容量に依存することから、充電状態になるまでに時間が掛かる虞がある。

本発明の目的は、充電状態になるまでの時間を短縮することができるバッテリーシステムを提供することにある。

かかる目的を達成するために、本発明のバッテリーシステムは、電池と、電解液を貯蔵するタンクと、電池とタンクとの間で電解液を循環させる配管と、を備え、電解液を循環させることによってイオンの酸化還元反応を進行させて電池の充放電を行う。本発明のバッテリーシステムは、正極側媒介部材と、正極側エネルギー付与部材と、負極側媒介部材と、負極側エネルギー付与部材と、を有している。正極側媒介部材は、放電時にイオンを吸収することによって電池の正極における還元反応を媒介する。正極側エネルギー付与部材は、正極側媒介部材に対して酸化反応することでエネルギーを付与する。負極側媒介部材は、放電時にイオンを放出することによって電池の負極における酸化反応を媒介する。負極側エネルギー付与部材は、負極側媒介部材に対して還元反応することでエネルギーを付与する。

本発明によれば、充電状態になるまでの時間を短縮することができるバッテリーシステムを実現することができる。

一実施形態のバッテリーシステムによって、車両に搭載されている複数の電池を充電状態にする構成を示す模式図。 図１のバッテリーシステムの具体的な構成であって、複数の電池を充電状態にする構成を示す模式図。 図２のバッテリーシステムによって、電池を充電状態にする構成を示す模式図。 他の実施形態のバッテリーシステムの具体的な構成であって、複数の電池を充電状態にする構成を示す模式図。 図４のバッテリーシステムによって、電池を充電状態にする構成を示す模式図。

「一実施形態」
「車両１の構成」
車両１には、図１に示すように、バッテリーシステム１００が搭載されている。

バッテリーシステム１００は、電池１０と、電解液（正極側電解液１７と、負極側電解液１８）を貯蔵するタンク（正極側の反応槽１１２と、負極側の反応槽１２２）と、電池１０とタンクとの間で電解液を循環させる配管（供給配管１１３及び循環配管１１４と、供給配管１２３及び循環配管１２４）と、を備えている。バッテリーシステム１００は、電解液を循環させることによってイオンの酸化還元反応を進行させて電池１０の充放電を行う。バッテリーシステム１００は、例えばガソリンスタンドのような施設において、短時間で充電状態にされる。

車両１のうち、バッテリーシステム１００に直接的に関係する構成（電池１０及び駆動部２０）について、図２及び図３を参照して説明する。

電池１０は、図２に示すように、一例として、直列に複数接続して電池モジュール１０Ｍを構成している。実際には、電池モジュール１０Ｍは、駆動部２０のモータ２１の駆動電圧に応じて、複数の電池１０を直列に接続して構成される。また、電池モジュール１０Ｍは、航続距離に応じて、複数の電池１０を並列に接続して構成される。換言すると、電池１０は、必要とされる仕様に応じて、直列接続及び並列接続される個数が決定される。
電池１０は、図２及び図３に示すように、筐体部１１と、正極側集電体１２と、正極側媒介部材１３と、負極側集電体１４と、負極側媒介部材１５と、セパレータ１６と、正極側電解液１７と、負極側電解液１８とを有している。

筐体部１１は、電池１０の筐体を構成している。筐体部１１は、図２及び図３に示すように、正極側セル１１ａと、正極側供給配管１１ｂと、正極側循環配管１１ｃと、正極側供給継手１１ｄと、正極側循環継手１１ｅと、負極側セル１１ｆと、負極側供給配管１１ｇと、負極側循環配管１１ｈと、負極側供給継手１１ｉと、負極側循環継手１１ｊとを有している。

正極側セル１１ａには、正極側集電体１２が収容されている。また、正極側セル１１ａには、正極側媒介部材１３が含浸された正極側電解液１７が充填されている。正極側セル１１ａは、セパレータ１６を介して、負極側セル１１ｆと区切られている。

正極側供給配管１１ｂは、バッテリーシステム１００から複数の電池１０の正極側セル１１ａに対して、正極側媒介部材１３が含浸された正極側電解液１７を供給する。正極側供給配管１１ｂは、下流側が複数に分岐されている。正極側供給配管１１ｂの下流側の複数の端部は、複数の電池１０の正極側セル１１ａの上部に接続されている。なお、正極側供給配管１１ｂは、簡略化されて構成されている。正極側供給配管１１ｂは、正極側媒介部材１３が含浸された正極側電解液１７を、各々の正極側セル１１ａに対して均等に供給するように構成されている。このため、正極側供給配管１１ｂは、各々の正極側セル１１ａとの接続部分に流量を調整する弁を設けて構成してもよい。また、正極側供給配管１１ｂは、１本を分岐させて構成することなく、複数本から構成してもよい。この場合、各々の正極側供給配管１１ｂは、各々の正極側セル１１ａに対してそれぞれ直結する。

正極側循環配管１１ｃは、複数の電池１０の正極側セル１１ａからバッテリーシステム１００に対して、正極側媒介部材１３が含浸された正極側電解液１７を循環させる。正極側循環配管１１ｃは、上流側が複数に分岐されている。正極側循環配管１１ｃの上流側の複数の端部は、複数の電池１０の正極側セル１１ａの下部に接続されている。なお、正極側循環配管１１ｃは、簡略化されて構成されている。正極側循環配管１１ｃは、正極側供給配管１１ｂと同様に、正極側媒介部材１３が含浸された正極側電解液１７を、各々の正極側セル１１ａからバッテリーシステム１００に対して均等に循環させるように構成されている。

正極側供給継手１１ｄは、バッテリーシステム１００から正極側供給配管１１ｂに対して、正極側媒介部材１３が含浸された正極側電解液１７の供給を受けるための継手である。正極側供給継手１１ｄは、正極側供給配管１１ｂの上流側の端部に接続される。正極側供給継手１１ｄは、いわゆるワンタッチ継手であり、バッテリーシステム１００の供給配管１１３が接続されると開き、供給配管１１３が外されると閉じる。

正極側循環継手１１ｅは、正極側循環配管１１ｃからバッテリーシステム１００に対して、正極側媒介部材１３が含浸された正極側電解液１７を循環させるための継手である。正極側循環継手１１ｅは、正極側循環配管１１ｃの下流側の端部に接続される。正極側循環継手１１ｅは、いわゆるワンタッチ継手であり、バッテリーシステム１００の循環配管１１４が接続されると開き、循環配管１１４が外されると閉じる。

負極側セル１１ｆには、負極側集電体１４が収容されている。また、負極側セル１１ｆには、負極側媒介部材１５が含浸された負極側電解液１８が充填されている。負極側セル１１ｆは、セパレータ１６を介して、正極側セル１１ａと区切られている。

負極側供給配管１１ｇは、バッテリーシステム１００から複数の電池１０の負極側セル１１ｆに対して、負極側媒介部材１５が含浸された負極側電解液１８を供給する。負極側供給配管１１ｇは、下流側が複数に分岐されている。負極側供給配管１１ｇの下流側の複数の端部は、複数の電池１０の負極側セル１１ｆの上部に接続されている。なお、負極側供給配管１１ｇは、簡略化されて構成されている。負極側供給配管１１ｇは、負極側媒介部材１５が含浸された負極側電解液１８を、各々の負極側セル１１ｆに対して均等に供給するように構成されている。このため、負極側供給配管１１ｇは、各々の負極側セル１１ｆとの接続部分に流量を調整する弁を設けて構成してもよい。また、負極側供給配管１１ｇは、１本を分岐させて構成することなく、複数本から構成してもよい。この場合、各々の負極側供給配管１１ｇは、各々の負極側セル１１ｆに対してそれぞれ直結する。

負極側循環配管１１ｈは、複数の電池１０の負極側セル１１ｆからからバッテリーシステム１００に対して、負極側媒介部材１５が含浸された負極側電解液１８を循環させる。負極側循環配管１１ｈは、上流側が複数に分岐されている。負極側循環配管１１ｈの上流側の複数の端部は、複数の電池１０の負極側セル１１ｆの下部に接続されている。なお、負極側循環配管１１ｈは、簡略化されて構成されている。負極側循環配管１１ｈは、負極側供給配管１１ｇと同様に、負極側媒介部材１５が含浸された負極側電解液１８を、各々の負極側セル１１ｆからバッテリーシステム１００に対して均等に循環させるように構成されている。

負極側供給継手１１ｉは、バッテリーシステム１００から負極側供給配管１１ｇに対して、負極側媒介部材１５が含浸された負極側電解液１８の供給を受けるための継手である。負極側供給継手１１ｉは、負極側供給配管１１ｇの上流側の端部に接続される。負極側供給継手１１ｉは、いわゆるワンタッチ継手であり、バッテリーシステム１００の供給配管１２３が接続されると開き、供給配管１２３が外されると閉じる。

負極側循環継手１１ｊは、負極側循環配管１１ｈからバッテリーシステム１００に対して、負極側媒介部材１５が含浸された負極側電解液１８を循環させるための継手である。負極側循環継手１１ｊは、負極側循環配管１１ｈの下流側の端部に接続される。負極側循環継手１１ｊは、いわゆるワンタッチ継手であり、バッテリーシステム１００の循環配管１２４が接続されると開き、循環配管１２４が外されると閉じる。

正極側集電体１２は、正極側媒介部材１３から集電する。正極側集電体１２は、図２及び図３に示すように、正極側セル１１ａに収容されている。正極側集電体１２は、例えば、アルミニウムからなり、板状に形成されている。

正極側媒介部材１３は、放電時にリチウムイオンを吸収することによって電池１０の正極における還元反応を媒介する。具体的には、正極側媒介部材１３は、電池１０の放電時の還元反応に伴い、負極側媒介部材１５から放出されたリチウムイオンを吸収し、リチウム原子の状態で貯蔵する。

また、正極側媒介部材１３は、充電時にリチウムイオンを放出することによって正極における酸化反応を媒介する。具体的には、正極側媒介部材１３は、電池１０の充電時の酸化反応に伴い、貯蔵しているリチウム原子（リチウム分子やリチウム化合物を含む）をリチウムイオンの状態で放出する。

このような正極側媒介部材１３は、正極側活物質に相当する。正極側媒介部材１３は、図２及び図３に示すように、正極側電解液１７に含浸されている。正極側媒介部材１３は、正極側電解液１７に濃密に含まれ、正極側集電体１２と十分に接触することができる。

正極側媒介部材１３は、例えば、コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウム、マンガン酸リチウムなどの層構造の結晶、キノン系、２，５−ジテトラブチル−１，４−ビス（２−メトキシエトキシ）ベンゼン（ＤＢＢＢ）、２，２，６，６−テトラメチルピペリジン−１−オキルなどの有機化合物、ヨウ素、臭素などのハロゲン化合物などからなる。換言すると、正極側媒介部材１３は、リチウム原子を貯蔵可能な物質から構成されている。

負極側集電体１４は、負極側媒介部材１５から集電する。負極側集電体１４は、図２及び図３に示すように、負極側セル１１ｆに収容されている。負極側集電体１４は、例えば、銅からなり、板状に形成されている。

負極側媒介部材１５は、放電時にイオンを放出することによって電池１０の負極における酸化反応を媒介する。具体的には、負極側媒介部材１５は、電池１０の放電時の酸化反応に伴い、貯蔵しているリチウム原子をリチウムイオンの状態で放出する。

また、負極側媒介部材１５は、充電時にリチウムイオンを吸収することによって負極における還元反応を媒介する。具体的には、負極側媒介部材１５は、電池１０の充電時の還元反応に伴い、正極側媒介部材１３から放出されたリチウムイオンを吸収し、リチウム原子（リチウム分子やリチウム化合物を含む）の状態で貯蔵する。

このような負極側媒介部材１５は、負極側活物質に相当する。負極側媒介部材１５は、図２及び図３に示すように、負極側電解液１８に含浸されている。負極側媒介部材１５は、負極側電解液１８に濃密に含まれ、負極側集電体１４と十分に接触することができる。

負極側媒介部材１５は、例えば、コバルトセン、トリス−（２，２’−ビピリジン）鉄、チタン酸リチウム、黒鉛などからなる。換言すると、負極側媒介部材１５は、リチウム原子を貯蔵可能な物質から構成されている。

セパレータ１６は、図２及び図３に示すように、正極側電解液１７に含浸された正極側媒介部材１３と、負極側電解液１８に含浸された負極側媒介部材１５とを隔離する。セパレータ１６は、正極側電解液１７と負極側電解液１８との間でリチウムイオンを循環させる。換言すると、セパレータ１６は、充電時において、正極側電解液１７から負極側電解液１８に向かってリチウムイオンを通過させる。また、セパレータ１６は、放電時において、負極側電解液１８から正極側電解液１７に向かってリチウムイオンを通過させる。

セパレータ１６は、正極側セル１１ａと負極側セル１１ｆを区切っている。セパレータ１６を介して、正極側集電体１２と負極側集電体１４が対向している。セパレータ１６は、例えば、ポリオレフィン系の化合物のポリエチレンなど、リチウムイオン導電性ポリマーのＰＥＯ、ナフィオンなど、リチウムイオン導電性セラミックスのＬＬＺ、ＬＴＡＰなどからなり、十分な厚みを有する板状に形成されている。

正極側電解液１７には、正極側媒介部材１３が含浸され、かつ、リチウムイオンを移動させる。正極側電解液１７は、図２及び図３に示すように、正極側セル１１ａに充填される。正極側電解液１７は、例えば、リチウム塩からなる電解質と、電解質を溶解する有機系の溶媒とから構成されている。

負極側電解液１８には、負極側媒介部材１５が含浸され、かつ、リチウムイオンを移動させる。負極側電解液１８は、図２及び図３に示すように、負極側セル１１ｆに充填される。負極側電解液１８は、正極側電解液１７と同様に、リチウム塩からなる電解質と、電解質を溶解する有機系の溶媒とから構成されている。換言すると、負極側電解液１８は、正極側電解液１７と同一の材質からなるが、含浸させる活物質が異なる。

駆動部２０は、電池１０から電力の供給を受けて、車両１のタイヤを駆動させて走行させる。

駆動部２０は、図２及び図３に示すように、モータ２１と、連結配線２２と、正極側配線２３と、負極側配線２４とを有している。

モータ２１は、車両１のタイヤを回転させる。モータ２１は、複数の電池１０によって構成される電池モジュール１０Ｍから電力の供給を受ける。連結配線２２は、複数の電池１０を電気的に接続する。連結配線２２は、一例として、複数の電池１０を直列接続するために、隣り合う一の電池１０の正極側集電体１２と、他の電池１０の負極側集電体１４とを電気的に接続する。正極側配線２３は、直列接続された複数の電池１０の正極側の終端と、モータ２１の正極側端子とを電気的に接続する。負極側配線２４は、直列接続された複数の電池１０の負極側の終端と、モータ２１の負極側端子とを電気的に接続する。

「バッテリーシステム１００の構成」
電池１０を短時間で充電状態にするバッテリーシステム１００の構成について、図１〜図３を参照して説明する。

バッテリーシステム１００は、図１〜図３に示すように、正極側酸化反応部１１０と、負極側還元反応部１２０とを有している。

正極側酸化反応部１１０は、正極側媒介部材１３の酸化反応を行う。

正極側酸化反応部１１０は、図２及び図３に示すように、正極側エネルギー付与部材１１１と、反応槽１１２と、供給配管１１３と、循環配管１１４と、ポンプ１１５と、供給弁１１６と、循環弁１１７とを有している。

正極側エネルギー付与部材１１１は、正極側媒介部材１３に対して酸化反応することでエネルギーを付与する。これにより、正極側媒介部材１３は、正極側集電体１２と負極側集電体１４との間に電位差を発生させる。電池１０は、エネルギーが付与されることによって、充電状態となり、モータ２１を回転させて車両１を走行させることが可能になる。

このような正極側エネルギー付与部材１１１は、フロー型の電池１０の充電に寄与する高エネルギーを備えた構成からなる。ここで、正極側エネルギー付与部材１１１は、正極側媒介部材１３に対して化学的にエネルギーを付与することによって、正極側媒介部材１３に対して電気的にエネルギーを付与する場合と比較して、非常に短時間で充電を行うことができる。換言すると、正極側エネルギー付与部材１１１は、負極側エネルギー付与部材１２１と共に、電池１０を急速充電することができる。

正極側エネルギー付与部材１１１は、図２に示すように、例えば、上下に複数重ねられ、網状に形成された不活性の部材に固着されて構成されている。図２及び図３に示すように、還元反応した状態の正極側媒介部材１３ｂには、正極側エネルギー付与部材１１１から酸化エネルギーが供給され、酸化反応した状態の正極側媒介部材１３ａに化学的に変化する。

また、正極側エネルギー付与部材１１１は、使用部材によっては、外部電源からの充電によって、酸化された正極側媒介部材１３を介して酸化され、エネルギーを得て再使用可能ともなる。

反応槽１１２には、正極側エネルギー付与部材１１１が収容されている。反応槽１１２は、正極側エネルギー付与部材１１１を交換するための図示せぬゲート部を有している。また、反応槽１１２とともに、正極側エネルギー付与部材１１１を交換してもよい。反応槽１１２は、複数の電池１０の正極側セル１１ａとの間において、正極側媒介部材１３が含浸された正極側電解液１７を循環させる。

供給配管１１３は、上流側の端部が反応槽１１２に接続され、下流側の端部が供給弁１１６に接続されている。供給配管１１３は、反応槽１１２から複数の電池１０の正極側セル１１ａに対して、酸化反応した状態の正極側媒介部材１３が含浸された正極側電解液１７などを供給する。

循環配管１１４は、上流側の端部が循環弁１１７に接続され、下流側の端部が反応槽１１２に接続されている。循環配管１１４は、複数の電池１０の正極側セル１１ａから反応槽１１２に対して、還元反応した状態の正極側媒介部材１３が含浸された正極側電解液１７などを循環させる。

ポンプ１１５は、供給配管１１３に接続されている。ポンプ１１５は、反応槽１１２と複数の電池１０の正極側セル１１ａとの間において、正極側媒介部材１３が含浸された正極側電解液１７などを循環させる。

供給弁１１６は、供給配管１１３の下流側に設けられている。供給弁１１６は、例えば電磁弁からなる。供給弁１１６は、供給配管１１３を開閉する。供給弁１１６は、反応槽１１２から複数の電池１０の正極側セル１１ａに対する、正極側媒介部材１３が含浸された正極側電解液１７の供給を制御する。

循環弁１１７は、循環配管１１４の上流側に設けられている。循環弁１１７は、例えば電磁弁からなる。循環弁１１７は、循環配管１１４を開閉する。循環弁１１７は、複数の電池１０の正極側セル１１ａから反応槽１１２に対する、正極側媒介部材１３が含浸された正極側電解液１７の循環を制御する。

負極側還元反応部１２０は、負極側媒介部材１５の還元反応を行う。

負極側還元反応部１２０は、図２及び図３に示すように、負極側エネルギー付与部材１２１と、反応槽１２２と、供給配管１２３と、循環配管１２４と、ポンプ１２５と、供給弁１２６と、循環弁１２７とを有している。

負極側エネルギー付与部材１２１は、負極側媒介部材１５に対して還元反応することでエネルギーを付与する。これにより、負極側媒介部材１５は、正極側集電体１２と負極側集電体１４との間に電位差を発生させる。

このような負極側エネルギー付与部材１２１は、フロー型の電池１０の充電に寄与する高エネルギーを備えた構成からなる。ここで、負極側エネルギー付与部材１２１は、負極側媒介部材１５に対して化学的にエネルギーを付与することによって、負極側媒介部材１５に対して電気的にエネルギーを付与する場合と比較して、非常に短時間で充電を行うことができる。換言すると、負極側エネルギー付与部材１２１は、正極側エネルギー付与部材１１１と共に、電池１０を急速充電することができる。

負極側エネルギー付与部材１２１は、図２に示すように、例えば、上下に複数重ねられ、網状に形成された不活性の部材に固着されて構成されている。図２及び図３に示すように、酸化反応した状態の負極側媒介部材１５ｂには、負極側エネルギー付与部材１２１から還元エネルギーが供給され、還元反応した状態の負極側媒介部材１５ａに化学的に変化する。

また、負極側エネルギー付与部材１２１は、使用部材によっては、外部電源からの充電により、より還元された負極側媒介部材１５を介して酸化され、エネルギーを得て再使用可能ともなる。

反応槽１２２には、負極側エネルギー付与部材１２１が収容されている。反応槽１２２は、負極側エネルギー付与部材１２１を交換するための図示せぬゲート部を有している。また、反応槽１２２とともに、負極側エネルギー付与部材１２１を交換してもよい。反応槽１２２は、複数の電池１０の負極側セル１１ｆとの間において、負極側媒介部材１５が含浸された負極側電解液１８を循環させる。

供給配管１２３は、上流側の端部が反応槽１２２に接続され、下流側の端部が供給弁１２６に接続されている。供給配管１２３は、反応槽１２２から複数の電池１０の負極側セル１１ｆに対して、還元反応した状態の負極側媒介部材１５が含浸された負極側電解液１８などを供給する。

循環配管１２４は、上流側の端部が循環弁１２７に接続され、下流側の端部が反応槽１２２に接続されている。循環配管１２４は、複数の電池１０の負極側セル１１ｆから反応槽１２２に対して、酸化反応した状態の負極側媒介部材１５が含浸された負極側電解液１８などを循環させる。

ポンプ１２５は、供給配管１２３に接続されている。ポンプ１２５は、反応槽１２２と複数の電池１０の負極側セル１１ｆとの間において、負極側媒介部材１５が含浸された負極側電解液１８などを循環させる。

供給弁１２６は、供給配管１２３の下流側に設けられている。供給弁１２６は、例えば電磁弁からなる。供給弁１２６は、供給配管１２３を開閉する。供給弁１２６は、反応槽１２２から複数の電池１０の負極側セル１１ｆに対する、負極側媒介部材１５が含浸された負極側電解液１８の供給を制御する。

循環弁１２７は、循環配管１２４の上流側に設けられている。循環弁１２７は、例えば電磁弁からなる。循環弁１２７は、循環配管１２４を開閉する。循環弁１２７は、複数の電池１０の負極側セル１１ｆから反応槽１２２に対する、負極側媒介部材１５が含浸された負極側電解液１８の循環を制御する。

「バッテリーシステム１００の効果」
電池１０を短時間で充電状態にするバッテリーシステム１００の効果について説明する。

本実施形態によれば、バッテリーシステム１００は、正極側媒介部材１３と、正極側エネルギー付与部材１１１と、負極側媒介部材１５と、負極側エネルギー付与部材１２１とを有している。正極側媒介部材１３は、放電時にイオンを吸収することによって電池１０の正極における還元反応を媒介する。正極側エネルギー付与部材１１１は、正極側媒介部材１３に対して酸化反応することでエネルギーを付与する。負極側媒介部材１５は、放電時にイオンを放出することによって電池１０の負極における酸化反応を媒介する。負極側エネルギー付与部材１２１は、負極側媒介部材１５に対して還元反応することでエネルギーを付与する。

これにより、バッテリーシステム１００は、正極側のエネルギー源を正極側エネルギー付与部材１１１に集約することができる。また、バッテリーシステム１００は、負極側のエネルギー源を負極側エネルギー付与部材１２１に集約することができる。換言すると、正極側エネルギー付与部材１１１が交換できることで、充電を早く完了することができる。この結果、バッテリーシステム１００は、充電状態になるまでの時間を短縮することができる。

また、本実施形態によれば、電池１０に対して電気的な充電を必要としない。これにより、本実施形態によれば、特に急速充電のために電池１０に大電流を流す場合に懸念される、電気部材の過熱による充電効率の低下の問題が発生しない。同様に、本実施形態によれば、電気部材の耐熱性に関する仕様（例えば、溶解を防ぐために必要な電線の最少太さ）の問題が発生しない。

本実施形態によれば、正極側エネルギー付与部材１１１は、正極側媒介部材１３を含有する正極側電解液１７に浸され、負極側エネルギー付与部材１２１は、負極側媒介部材１５を含有する負極側電解液１８に浸される。これにより、正極側エネルギー付与部材１１１は、正極側電解液１７に浸されている状態で、正極側媒介部材１３における酸化反応を媒介する。また、本実施形態によれば、負極側エネルギー付与部材１２１は、負極側電解液１８に浸されている状態で、負極側媒介部材１５における還元反応を媒介する。このように、バッテリーシステム１００は、簡便な構成によって具現化することができる。

本実施形態によれば、正極側エネルギー付与部材１１１は、正極側電解液１７に交換可能に浸され、負極側エネルギー付与部材１２１は、負極側電解液１８に交換可能に浸される。この結果、バッテリーシステム１００は、エネルギーレベルが低下した正極側エネルギー付与部材１１１及び負極側エネルギー付与部材１２１を交換して、直ちに使用可能な状態にすることができる。バッテリーシステム１００は、エネルギーレベルが低下した正極側エネルギー付与部材１１１及び負極側エネルギー付与部材１２１を、再充電可能な状態にして、繰り返し使用することができる。

本実施形態によれば、バッテリーシステム１００は、車両１に適用することが好ましい。バッテリーシステム１００は、例えばガソリンスタンドのような施設において、正極側エネルギー付与部材１１１及び負極側エネルギー付与部材１２１を交換、もしくは、外部からエネルギーを供給できるように構成することによって、遅延させることなく（渋滞させることなく）、短時間で対応（電池１０を充電状態にする）することができる。また、バッテリーシステム１００は、航続距離の伸長に対応した大容量の電池を搭載した車両１に対しても、短時間で対応（電池１０を充電状態にする）することができる。

「他の実施形態」
「バッテリーシステム２００の構成」
電池１０を短時間で充電状態にするバッテリーシステム２００の構成について、図４及び図５を参照して説明する。

バッテリーシステム２００の構成は、前述した一実施形態のバッテリーシステム１００の構成と異なる点について説明する。

正極側酸化反応部２１０は、前述した正極側酸化反応部１１０に対して、正極側充電部材２１１と反応槽２１２の構成が異なる。更に、正極側酸化反応部２１０は、前述した正極側酸化反応部１１０には存在しない、第１フィルタ２１８と第２フィルタ２１９とを有している。

正極側充電部材２１１は、図４及び図５に示すように、正極側電解液１７に浸された状態の正極側エネルギー付与部材１１１のエネルギーレベルを高める。正極側充電部材２１１は、正極側エネルギー付与部材１１１を酸化反応可能な部材からなる。本実施形態において、正極側エネルギー付与部材１１１は、固体によって構成しているが、液体から構成してもよい。また、正極側エネルギー付与部材１１１は、場合によっては、正極側媒介部材１３（溶液を含む）を用いて充電可能である。

反応槽２１２は、図４及び図５に示すように、正極側充電部材２１１を導入させる導入管２１２ａと、正極側充電部材２１１を導出させる導出管２１２ｂを有している。反応槽２１２は、複数の電池１０の正極側セル１１ａとの間において、正極側媒介部材１３が含浸された正極側電解液１７を循環させる。導入管２１２ａを介して、図示せぬ酸化反応用タンクから反応槽２１２に対して、正極側充電部材２１１が導入される。導入管２１２ａは、供給配管１１３と隣り合うように、反応槽２１２の上部に接続されている。導出管２１２ｂを介して、反応槽２１２から酸化反応用タンクに対して、正極側充電部材２１１が導出される。導出管２１２ｂは、循環配管１１４と隣り合うように、反応槽２１２の下部に接続されている。正極側充電部材２１１は、導入管２１２ａと導出管２１２ｂによって、酸化反応用タンクと反応槽２１２との間を循環される。

第１フィルタ２１８は、図４及び図５に示すように、反応槽２１２の内部において、供給配管１１３の開口を被覆するように設けられている。第１フィルタ２１８は、充電中に、反応槽２１２から供給配管１１３に対して、正極側充電部材２１１が流出することを防止する。

第２フィルタ２１９は、図４及び図５に示すように、反応槽２１２の内部において、循環配管１１４の開口を被覆するように設けられている。第２フィルタ２１９は、第１フィルタ２１８と同様の仕様からなる。第２フィルタ２１９は、充電中に、反応槽２１２から循環配管１１４に対して、正極側充電部材２１１が流出することを防止する。

負極側還元反応部２２０は、前述した負極側還元反応部１２０に対して、負極側充電部材２２１と反応槽２２２の構成が異なる。更に、負極側還元反応部２２０は、前述した負極側還元反応部１２０には存在しない、第１フィルタ２２８と第２フィルタ２２９とを有している。

負極側充電部材２２１は、図４及び図５に示すように、負極側電解液１８に浸された状態の負極側エネルギー付与部材１２１のエネルギーレベルを高める。負極側充電部材２２１は、負極側エネルギー付与部材１２１を還元反応可能な部材からなる。本実施形態において、負極側エネルギー付与部材１２１は、固体によって構成しているが、液体から構成してもよい。また、負極側エネルギー付与部材１２１は、場合によっては、負極側媒介部材１５（溶液を含む）を用いて充電可能である。

反応槽２２２は、図４及び図５に示すように、負極側充電部材２２１を導入させる導入管２２２ａと、負極側充電部材２２１を導出させる導出管２２２ｂを有している。反応槽２２２は、複数の電池１０の負極側セル１１ｆとの間において、負極側媒介部材１５が含浸された負極側電解液１８を循環させる。導入管２２２ａを介して、図示せぬ還元反応用タンクから反応槽２２２に対して、負極側充電部材２２１が導入される。導入管２２２ａは、例えば、供給配管１２３と隣り合うように、反応槽２２２の上部に接続されている。導出管２２２ｂを介して、反応槽２２２から還元反応用タンクに対して、負極側充電部材２２１が導出される。導出管２２２ｂは、例えば、循環配管１２４と隣り合うように、反応槽２２２の下部に接続されている。負極側充電部材２２１は、導入管２２２ａと導出管２２２ｂによって、還元反応用タンクと反応槽２２２との間を循環される。

第１フィルタ２２８は、図４及び図５に示すように、反応槽２２２の内部において、供給配管１２３の開口を被覆するように設けられている。第１フィルタ２２８は、反応槽２２２から供給配管１２３に対して、負極側充電部材２２１が流出することを防止する。

第２フィルタ２２９は、図４及び図５に示すように、反応槽２２２の内部において、循環配管１２４の開口を被覆するように設けられている。第２フィルタ２２９は、第１フィルタ２２８と同様の仕様からなる。第２フィルタ２２９は、反応槽２２２から循環配管１２４に対して、負極側充電部材２２１が流出することを防止する。

「バッテリーシステム２００の効果」
電池１０を短時間で充電状態にするバッテリーシステム２００の効果について説明する。

本実施形態によれば、正極側エネルギー付与部材１１１には、正極側電解液１７に浸された状態でエネルギーレベルを高める正極側充電部材２１１が供給される。また、負極側エネルギー付与部材１２１には、負極側電解液１８に浸された状態でエネルギーレベルを高める負極側充電部材２２１が供給される。これにより、正極側エネルギー付与部材１１１を酸化できる物質を、正極側エネルギー付与部材１１１に対して外部から供給することで、ガソリンを供給するような形態でエネルギーを供給することができる。また、負極側エネルギー付与部材１２１を還元できる物質を、負極側エネルギー付与部材１２１に対して外部から供給することによって、ガソリンを供給するような形態でエネルギーを供給することができる。また、正極側エネルギー付与部材１１１及び負極側エネルギー付与部材１２１を交換する必要がない。

「変形例」
バッテリーシステムは、リチウムイオン二次電池のような電池システムに適用することを想定している。これに代えて、バッテリーシステムは、例えば、ニッケル−カドミウム電池やニッケル−水素電池のような電池に適用してもよい。バッテリーシステムは、フロー型の一次電池及び二次電池にそれぞれ適用することができる。

バッテリーシステムは、車両１に搭載される電池システムに適用することを想定している。これに代えて、バッテリーシステムは、施設などに設置される電池システムに適用することもできる。

バッテリーシステムは、外部の電源を用いた充電や、車両１のエンジンによる発電を用いた充電と、併用してもよい。

バッテリーシステムは、電池１０の個数や仕様などに応じて、正極側酸化反応部及び負極側還元反応部を、それぞれ複数設けてもよい。

１…車両、１０…電池、１０Ｍ…電池モジュール、１１…筐体部、１１ａ…正極側セル、１１ｂ…正極側供給配管、１１ｃ…正極側循環配管、１１ｄ…正極側供給継手、１１ｅ…正極側循環継手、１１ｆ…負極側セル、１１ｇ…負極側供給配管、１１ｈ…負極側循環配管、１１ｉ…負極側供給継手、１１ｊ…負極側循環継手、１２…正極側集電体、１３…正極側媒介部材（正極側活物質）、１３ａ…（酸化反応した状態の）正極側媒介部材、１３ｂ…（還元反応した状態の）正極側媒介部材、１４…負極側集電体、１５…負極側媒介部材（負極側活物質）、１５ａ…（還元反応した状態の）負極側媒介部材、１５ｂ…（酸化反応した状態の）負極側媒介部材、１６…セパレータ、１７…正極側電解液、１８…負極側電解液、２０…駆動部、２１…モータ、２２…連結配線、２３…正極側配線、２４…負極側配線、１００…バッテリーシステム、１１０…正極側酸化反応部、１１１…正極側エネルギー付与部材、１１２…反応槽（タンク）、１１３…供給配管、１１４…循環配管、１１５…ポンプ、１１６…供給弁、１１７…循環弁、１２０…負極側還元反応部、１２１…負極側エネルギー付与部材、１２２…反応槽（タンク）、１２３…供給配管、１２４…循環配管、１２５…ポンプ、１２６…供給弁、１２７…循環弁、２００…バッテリーシステム、２１０…正極側酸化反応部、２１１…正極側充電部材、２１２…反応槽（タンク）、２１２ａ…導入管、２１２ｂ…導出管、２１８…第１フィルタ、２１９…第２フィルタ、２２０…負極側還元反応部、２２１…負極側充電部材、２２２…反応槽（タンク）、２２２ａ…導入管、２２２ｂ…導出管、２２８…第１フィルタ、２２９…第２フィルタ。

Claims (5)

1. 電池と、電解液を貯蔵するタンクと、前記電池と前記タンクとの間で前記電解液を循環させる配管と、を備え、前記電解液を循環させることによってイオンの酸化還元反応を進行させて前記電池の充放電を行うバッテリーシステムであって、
   放電時に前記イオンを吸収することによって前記電池の正極における還元反応を媒介する正極側媒介部材と、
   前記正極側媒介部材に対して酸化反応することでエネルギーを付与する正極側エネルギー付与部材と、
   放電時に前記イオンを放出することによって前記電池の負極における酸化反応を媒介する負極側媒介部材と、
   前記負極側媒介部材に対して還元反応することでエネルギーを付与する負極側エネルギー付与部材と、を有するバッテリーシステム。
2. 前記正極側エネルギー付与部材は、前記正極側媒介部材を含有する正極側電解液に浸され、
   前記負極側エネルギー付与部材は、前記負極側媒介部材を含有する負極側電解液に浸される、請求項１に記載のバッテリーシステム。
3. 前記正極側エネルギー付与部材は、前記正極側電解液に交換可能に浸され、
   前記負極側エネルギー付与部材は、前記負極側電解液に交換可能に浸される、請求項２に記載のバッテリーシステム。
4. 前記正極側エネルギー付与部材には、前記正極側電解液に浸された状態でエネルギーレベルを高める正極側充電部材が供給され、
   前記負極側エネルギー付与部材には、前記負極側電解液に浸された状態でエネルギーレベルを高める負極側充電部材が供給される、請求項２に記載のバッテリーシステム。
5. 車両に搭載される請求項１に記載のバッテリーシステム。

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