JPH0799688B2 - 亜鉛臭素電池 - Google Patents

亜鉛臭素電池

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JPH0799688B2
JPH0799688B2 JP2406600A JP40660090A JPH0799688B2 JP H0799688 B2 JPH0799688 B2 JP H0799688B2 JP 2406600 A JP2406600 A JP 2406600A JP 40660090 A JP40660090 A JP 40660090A JP H0799688 B2 JPH0799688 B2 JP H0799688B2
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battery
temperature
electrolytic solution
bromine
zinc
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初男 中尾
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Toyota Motor Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Hybrid Cells (AREA)
  • Filling, Topping-Up Batteries (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、亜鉛臭素電池、特に凍
結防止機能を有する亜鉛臭素電池に関する。
【0002】
【従来の技術】亜鉛臭素電池は次の1式に示されるよう
な構造を有している。
【0003】 (−)Zn|ZnBr2(aq) :ZnBr2(aq) ,Br2 錯体|C(+) −式 すなわち、電解液として臭化亜鉛水溶液を、陰極に亜鉛
を、陽極に臭素を用いている。ここで、臭素と水との接
触によりこれらが反応してしまうのを防止するために、
臭素分子をマスキングする錯体を形成させ、この臭素錯
体を炭素電極に接触させることにより、炭素電極上で臭
素を還元して臭化物イオンを形成させている。このよう
な金属ハロゲン電池は、金属のイオン化傾向の差を利用
したダニエル電池などと比べて起電力が大きいために、
電気自動車などのエネルギー源としてその用途が開かれ
つつある。
【0004】さらに、この亜鉛臭素電池は正極側と負極
側の電解液が両方とも臭化亜鉛水溶液であるため、正極
側と負極側の電解液を分離するためのセパレータは、臭
素錯体が負極の亜鉛電極に接触するのを防止するだけで
よい。
【0005】したがって、セパレータには半透膜などを
用いる必要はなく多孔性物質を用いることができる。
【0006】ここで、下に示す式は、この亜鉛臭素電
池が放電状態にあるときの反応を示す化学反応式であ
り、式は電池が充電状態にあるときに起こる化学反応
を示した化学反応式である。
【0007】 Zn + Br2 → ZnBr2 (aq) −式 ZnBr2 (aq) → Zn + Br2 −式 ところで、式から、充電時において亜鉛臭素電池の電
解液の濃度が薄まるということがわかる。さらに、溶液
の濃度と溶液の凝固点には一定の法則性があり、溶液の
濃度が濃くなれば濃くなるほどその凝固点は低くなり、
溶液は凝固しにくくなる。
【0008】以上のような理由により、充電の状態が進
行し、それに伴って溶液の濃度が低下すると寒冷地など
においては電解液の凍結などという問題が生じてくる。
電解液の凍結は、電池全体の破損などという事態を招
き、非常に危険である。なお、臭化亜鉛の水溶液におい
て、その濃度が2.5M〜3.0Mのときの凍結温度は
−20°〜−30°であり、0.6M〜1.0Mのとき
は−5°〜−10°である。濃度が2.5M〜3.0M
のときは、0%の充電状態の濃度に相当し、0.6M〜
1.0Mのときは100%の充電状態の濃度に相当す
る。
【0009】このように充電の前後で凍結温度が異な
り、充電に伴って電解液の凍結温度の上昇が起こるため
に、高充電状態の電池を屋外に放置する場合は特に電解
液の凍結防止が問題になる。
【0010】このような問題を解決するために、実開昭
62−147265においては亜鉛臭素電池内に凍結を
防止するための温度調節用熱交換器を負極側電解液の電
解液タンク内に設置する発明を開示している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの従来
例においては、専用の熱交換器を必要とするという問題
と、この熱交換器を作動するために電池のエネルギー効
率の低下を招くという問題があった。
【0012】すなわち、温度調整用熱交換器を用いて凍
結防止を行った場合は、この温度調整用熱交換器御を制
御するコントローラや、電解液の温度を検出する温度セ
ンサや、これらを作動させるための手段などが必要であ
り、電池が大型化して取扱いに難が生じてくる。また、
これらを作動させるための手段のエネルギーは電気であ
るため、この電池の電力をそのまま使用することになる
が、これは一旦電気エネルギーに変換された化学エネル
ギーを再び電気エネルギーに再変換するということであ
るので、電池のエネルギー効率の低下を招く結果にな
る。
【0013】本発明は、以上のような課題を鑑みてなさ
れたものであり、その目的はエネルギー効率が良く構造
が簡単な電解液の防止装置を備えた亜鉛臭素電池を提供
することにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】以上のような課題を解決
するために、本発明に係る亜鉛臭素電池においては電池
の充電状態を検出する充電状態検出手段と、電池の温度
を計測する温度センサと、この温度センサの計測結果
、電池の充電状態に対応して設定された所定の低温の
しきい値と比較する温度比較手段と、前記充電状態検出
手段により検出された充電状態において前記計測結果が
前記しきい値より低いときに正極液タンク内の臭素錯体
を正極室に循環する錯体循環手段と、を有することを特
徴とする。
【0015】
【作用】以上のような構成を有する本発明の亜鉛臭素電
池においては、充電状態検出手段により電池の充電状態
が検出されると共に、温度センサにより電池内の温度が
検出され、これが電池の充電状態に応じて予め設定され
所定の低温のしきい値と比較される。このときに、電
池内の温度が、このしきい値よりも低かった場合は臭素
錯体が正極室に供給される。正極液に供給された臭素錯
体は、電池が放電状態にないため多孔性のセパレータを
浸透して負極側の電解液に混入する。正極側から負極側
の電解液に混入した臭素錯体はそこで亜鉛と反応するこ
とにより、反応熱を放出して電解液の温度を上昇させ
る。
【0016】
【実施例】図1には、本発明に係る亜鉛臭素電池の一実
施例が示されている。この電池自体の構成は従来と同じ
であり、反応室11と、電解液タンク12と、電解液タ
ンクから反応室に電解液を供給する配管と、電解液を循
環させるポンプ13とから構成されている。この内、電
解液タンクは正極側タンク12aと負極側タンク12b
とに分離されており、反応室11も正極側反応室11a
と負極側反応室11bとに分離されており、正極側反応
室11aと負極側反応室11bの間は多孔性のセパレー
タ19によって分離されている。
【0017】ところで、負極側反応室11bでは電析亜
鉛18がそのまま負極となっている。一方、正極側タン
ク12aには臭素錯体20が収納されており、これはバ
ルブ14を開くことにより正極側反応室11aに供給さ
れ、この臭素錯体20は正極側反応室11aの炭素電極
上で還元されて臭化物イオンとなるため、炭素電極が正
極となっている。
【0018】本発明に係る亜鉛臭素電池において特徴的
なことは、電池の温度を検出するセンサ15と、電池の
充電状態を検出するセンサ16a,16bと、さらに、
これらのセンサからの信号に呼応してバルブ14と液循
環用ポンプ13a,13bとを制御するコントローラ1
7を有していることである。
【0019】この電池が負荷に接続されていない場合、
コントローラ17の指令によりバルブ14が開かれ、臭
素錯体20が正極側タンク12aから正極側反応室11
aに供給されると、電池が放電状態にないためこの臭素
錯体20は多孔性のセパレータ19を介して徐々に負極
側反応室11bへ浸透し、負極側電解液に混入する。そ
れにより、負極側反応室11bの亜鉛と直接反応して臭
化亜鉛を生成する反応が起こる。亜鉛と臭素が反応する
ことにより生成する生成エンタルピーは、実測によれば
−91kcal/molであり、この反応熱を用いて電
解液の温度を上昇させることが本発明の特徴である。こ
こで、充電状態は溶液の濃度と関係しているため、充電
状態(SOC)を検出する手段としては、電気量積算な
どよりも電解液の濃度を検出する方式が望ましく、実施
例において、センサ16a及び16bは濃度センサであ
る。なお、亜鉛臭素電池においてこのSOC検出手段と
して用いる濃度センサとしては電解液濃度の代用特性で
ある電解液の密度を測定する手段による濃度センサを用
いるのが好適である。
【0020】図2は本発明に係る亜鉛臭素電池の制御の
流れを表す制御フローチャートであり、図3はこの制御
機構に伴う温度及び充電状態の変化を示すタイムチャー
トである。
【0021】図2のフローチャートにおいて、ブロック
200は電池内に濃度の不均衡が生じることによりその
薄い部分が部分的に凝固するのを防止するために、温度
の不均衡が検出された場合に、これを電解液を循環させ
ることにより解消するためのものである。一方、ブロッ
ク300は前述の負極側反応室11bの亜鉛上での化学
反応を起こすために、臭素錯体20を反応室11へ送り
込むための手段であり、ブロック400は反応層に供給
された臭素錯体20が亜鉛と反応する時間を設定するた
めのものである。
【0022】このフローチャートにおいて、ステップ1
01において充電状態の読み込みがされ、次に、この充
電状態が高く、設定された値よりも大きければS103
に進む。しかしながら、S102において、充電状態が
低くて凍結の心配がないと判断された場合には終了す
る。すなわち、充電状態が低いということは電解液の濃
度が高いということを意味し、濃度が高ければ凝固点は
低くなり、その結果、電解液は凝固しにくいということ
を意味するからである。
【0023】S103においては、温度センサ15で反
応室側11の温度が、温度センサ15bで負極側タンク
12bの温度が読み込まれ、これらの差がS104にお
いて検討され、これらの差が大きく反応室側とタンク側
とで温度の不均衡が生じていると判断された場合にはブ
ロック200の方に進み、電池全体の電解液が循環され
る。ブロック200においては、S201でタイマがセ
ットされ、S202でポンプ13がオンされる。そし
て、S203で、S201において設定されたタイムが
終了するまで電解液が循環されることとなり、反応室と
タンクの温度の不均衡が解消される。セットされた時間
が経過すると、この制御の流れはS204に進みポンプ
13はオフされる。
【0024】一方、S104において電池内の電解液の
温度に不均衡が生じていないと判断された場合にはS1
05に進み、ここで反応室11の中の反応液の温度が設
定値より高いか低いかが判断され、S106でタンク1
2の温度が設定された温度よりも高いか低いかが判断さ
れる。S105及びS106においても設定された温度
よりも温度が低ければ、ブロック300に進み、S30
1においてタイマがセットされてS302とS303で
一定期間ポンプ13bがオンされると同時にバルブ14
が開かれることにより一定期間錯体が正極側反応室11
aに供給される。ブロック300が終了すると、制御の
流れはブロック400に進み、S401においてバルブ
14が閉じられて錯体の供給が止められポンプ13aも
オフされる。そしてS402とS403の作用により反
応室11において、臭素錯体がセパレータ19を浸透し
て正極側反応室11aから負極側反応室11bに移動
し、亜鉛と反応して電解液の温度が上がるまで一定時間
(例えば5分程度)置かれる。ブロック400の制御機
構が終了すると、この制御の流れは再びS101に戻
り、S102において充電状態がまだ高くて凍結の可能
性があると判断された場合には再び103の方に進む
が、充電状態が低く外気温に晒されても電解液が凍結す
る心配がない場合にはこの制御の流れは終了する。
【0025】図3において、B部はS102において充
電状態が低く凍結の心配がないとされたときの状態を表
したものである。この制御機構が働くのは、この図中の
A部である。この内、ブロック300及びブロック40
0の作用により、電池の電解液の温度が上昇するのはA
2及びA4の期間である。このように、電解液の温度を
上昇させるための制御が行われると充電状態はこの図に
明らかなように低下していく。充電状態がある程度まで
低下すると外気温に晒されていたとしても凝固しないほ
どに電解液の濃度が上昇し、それにより制御の必要がな
くなることが理解できる。
【0026】すなわち、まず電解液を循環させるだけの
制御で凍結の防止が図られ、それでも凍結が回避されな
かった場合には、上述のように反応熱を発生させながら
電解液が循環されることにより凍結防止が図られる。
【0027】このように、外気温などの状況に応じただ
けの凍結防止機構が働き、外部状況に追従した制御がで
きることがわかる。
【0028】
【効果】以上のように、本発明の亜鉛臭素電池において
は、従来技術のように熱交換器などで電解液の温度を上
昇するのではなく、電池内で起こる化学変化をそのまま
利用したものであるためエネルギー効率も良く、また、
センサとコントローラを新しく設置するだけで、ポンプ
やバルブは従来のものに改良を加えればそのま使用でき
るので機構上の制約がなくなる。これにより、寒冷地な
どにおいても安定に電力を供給する電池を提供すること
ができるようになる。また、本願発明は、電池の充電状
態に応じたしきい値が設定できると共に、充電状態があ
る程度まで低下すると外気温にさらされていたとしても
凝固しないほどに電解液の濃度が上昇するという効果も
有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る亜鉛臭素電池の一実施例の具体的
な構成を示した図である。
【図2】本発明に係る亜鉛臭素電池の制御の流れを示す
フローチャートである。
【図3】本発明に係る亜鉛臭素電池の制御に伴う温度及
び充電状態の変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
11 反応室 11a 正極側反応室 11b 負極側反応室 12 タンク 12a 正極側タンク 12b 負極側タンク 13a,13b ポンプ 14 バルブ 15,15b 温度センサ 16a,16b 濃度センサ 18 負極側電極(亜鉛) 17 コントローラ 19 セパレータ 20 臭素錯体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セパレータによって仕切られた正極室及び
    負極室と、正極室に循環する電解液及び電界液中の臭素
    錯体を貯留する正極液タンクと、負極室に循環する電解
    液を貯留する負極液タンクとを含む亜鉛臭素電池におい
    て、電池の充電状態を検出する充電状態検出手段と、 電池の温度を計測する温度センサと、 この温度センサの計測結果を、電池の充電状態に対応し
    て設定された所定の低温のしきい値と比較する温度比較
    手段と、前記充電状態検出手段により検出された充電状態におい
    て前記 計測結果が前記しきい値より低いときに、正極液
    タンク内の臭素錯体を正極室に循環する錯体循環手段
    と、 を有することを特徴とする亜鉛臭素電池。
JP2406600A 1990-12-26 1990-12-26 亜鉛臭素電池 Expired - Lifetime JPH0799688B2 (ja)

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