(57)【要約】【課題】本発明の目的は、無駄な電力を消費することなく、電池を暖気することができる電池ケース、該電池ケースを備える電池及び該電池を備える電池システムを提供することにある。【解決手段】本発明は、発電要素を収容する収容体であって、前記収容体外表面には、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質を吸着及び脱着する吸着剤又は水蒸気又は二酸化炭素を含む吸収物質を吸収及び放出する吸収剤がコーティングされている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電要素を収容する収容体であって、
前記収容体外表面には、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質を吸着及び脱着する吸着剤がコーティングされていることを特徴とする収容体。
【請求項２】
発電要素を収容する収容体であって、
前記収容体外表面には、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸収物質を吸収及び放出する吸収剤がコーティングされていることを特徴とする収容体。
【請求項３】
請求項１に記載の収容体であって、前記吸着剤は、シリカゲル、ゼオライト、活性炭のうち少なくともいずれか１種から選択されることを特徴とする収容体。
【請求項４】
請求項２に記載の収容体であって、前記吸収剤は、酸化カルシウム、酸化マグネシウムのうち少なくともいずれか１種から選択されることを特徴とする収容体。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の収容体であって、前記吸着物質又は前記吸収物質は、−３０℃以上であることを特徴とする収容体。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の収容体であって、前記吸着物質又は前記吸収物質はエンジン排ガスであることを特徴とする収容体。
【請求項７】
請求項１又は２に記載の収容体と、前記収容体に収容される発電要素とを含む電池。
【請求項８】
請求項７に記載の電池と、前記吸着物質又は前記吸収物質を前記収容体に供給する供給手段を備えることを特徴とする電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収容体、該収容体を備える電池及び該電池を備える電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ハイブリッド車、電気自動車等の車両には、モータを駆動させるために大容量の二次電池を搭載している。二次電池は、低温環境では電気特性が低下して、実質的に充放電できる容量が小さくなる。特に、リチウムイオン二次電池は、電解液の粘性が高いため、低温環境時には内部抵抗が高くなり十分な性能を発揮することができない。
【０００３】
そこで、低温環境における電池特性の向上を目的として、二次電池を暖気するシステムが提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９０６３６号公報
【特許文献２】特開２００８−２３０５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般的な二次電池の暖気方法としては、二次電池の電力をヒータに供給して、二次電池を暖気させる方法があるが、この方法では、二次電池に蓄えた電力の一部を消費することとなる。また、低温環境下にあっては電気特性が低下しているため、ヒータに供給する電力を必ず二次電池から取り出せるとは限らない。
【０００６】
また、エンジン排ガスを二次電池に供給して暖気する方法があるが、この方法では、電池缶表面での結露を防止するため、排ガス中の水蒸気を除去したり、別の熱交換媒体への熱交換が必要となり、システムの複雑化、コストの増加を招く。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、無駄な電力を消費することなく、電池を暖気することができる電池ケース、該電池ケースを備える電池及び該電池を備える電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、発電要素を収容する収容体であって、前記収容体外表面には、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質を吸着及び脱着する吸着剤がコーティングされている。
【０００９】
また、本発明は、発電要素を収容する収容体であって、前記収容体外表面には、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸収物質を吸収及び放出する吸収剤がコーティングされている。
【００１０】
また、前記収容体において、前記吸着剤は、シリカゲル、ゼオライト、活性炭のうち少なくともいずれか１種から選択されることが好ましい。
【００１１】
また、前記収容体において、前記吸収剤は、酸化カルシウム、酸化マグネシウムのうち少なくともいずれか１種から選択されることが好ましい。
【００１２】
また、前記収容体において、前記吸着物質又は前記吸収物質は、−３０℃以上であることが好ましい。
【００１３】
また、前記収容体において、前記吸着物質又は前記吸収物質はエンジン排ガスであることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の電池は、前記収容体と、前記収容体に収容される発電要素とを含むものである。
【００１５】
また、本発明の電池システムは、前記電池と、前記吸着物質又は前記吸収物質を前記収容体に供給する供給手段を備えるものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、無駄な電力を消費することなく、二次電池を暖気することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施形態に係る電池の構成の一例を示す模式図である。
【図２】本実施形態に係る電池システムの構成の一例を示す模式図である。
【図３】本実施形態に係る電池システムの構成の他の一例を示す模式図である。
【図４】本実施形態に係る電池システムの動作の一例を説明するためのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施の形態について以下説明する。本実施形態は本発明を実施する一例であって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る電池の構成の一例を示す模式図である。図１に示すように、電池１０は、収容体１２と、収容体１２内に収容されている不図示の発電要素と、を備えている。収容体１２は、蓋とケースとを備え、それらをカーリング（二重巻き締め法）等のかしめにより一体成形されたものである。但し、必ずしもこれに限定されるものではなく、レーザ等の接合等であってもよい。
【００２０】
本実施形態の収容体１２は、発電要素を収容するものであり、電池１０の他に、例えば、キャパシタ等にも用いられる。電池１０としては、非水電解液二次電池、アルカリ系二次電池及び各種一次電池等が挙げられるが、本実施形態では特に制限されるものではない。キャパシタとしては、電気二重層キャパシタ、セラミックキャパシタ、アルミ電解キャパシタ等が挙げられるが、本実施形態では特に制限されるものではない。
【００２１】
また、発電要素とは、正極体、負極体及び電解質で構成され、充放電が可能なものである。例えば、非水電解液二次電池の発電要素は、アルミ箔にＬｉＣｏＯ２等の正極活物質が形成された正極、銅箔に黒鉛等の負極活物質が形成された負極、例えば、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとの混合溶媒に、ＬｉＰＦ６を溶解した電解液から構成されている。発電要素の正極体は正極端子１４と、負極体は負極端子１６とそれぞれ電気的に接続されている。
【００２２】
本実施形態の収容体１２の外表面には、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質を吸着及び脱着する吸着剤がコーティングされている。または、収容体１２の外表面には、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸収物質を吸収及び放出する吸収剤がコーティングされている。
【００２３】
ここで、吸着剤、吸収剤のコーティング方法は、特に制限されるものではないが、例えば、吸着剤又は吸収剤とエポキシ樹脂等の接着剤とを混合した混合剤を、収容体１２の外表面に、一般に行われているコーティング方法である、スピンコート法や、ディップコート法や、スプレーコート法や、キャストコート法や、バーコート法や、マイクログラビアコート法や、グラビアコート法等で塗布する方法が挙げられる。
【００２４】
本実施形態の吸着剤は、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質を吸着する際の発熱作用及び吸着物質を脱着する際の吸熱作用を有する。そして、本実施形態のように該吸着剤を収容体１２の外表面にコーティングすることにより、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質を吸着剤が吸着した場合には、吸着の際の発熱作用により、電池１０が暖気（加熱）される。例えば、電池１０の低温始動時、特に非水電解液二次電池は電解液の粘性が高いため、低温始動時では内部抵抗も高く、電池１０の性能は十分に発揮されない。しかし、本実施形態では、吸着剤の発熱作用により、電池１０を暖めることが可能となるため、電池１０の低温始動時でも、電池性能を十分に発揮させることが可能となる。また、収容体１２の外表面にコーティングした吸着剤が水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質を脱着した場合には、脱着の際の脱着熱を吸熱する吸熱作用により、収容体１２が冷却される。例えば、電池１０は充放電に伴って自己発熱するため、高温となる。特に、夏季等の高温環境下では顕著となる。そして、電池１０が高温になると、電池１０の寿命、劣化が進行する。しかし、本実施形態では、吸着剤の吸熱作用により、電池１０を冷却することが可能となるため、電池１０の自己発熱等により高温となっても、電池１０の過熱を防止し、電池寿命、劣化を抑制することが可能となる。
【００２５】
本実施形態の吸着剤は、単位体積当たりの吸着容量が大きく、水蒸気、二酸化炭素を吸着した際の吸着熱の大きいものであることが好ましく、例えば、ゼオライト、シリカゲル、活性炭等が好適である。また、これらの吸着剤は必要に応じて単体で用いても混合物として用いてもよい。
【００２６】
ゼオライトは、低相対圧側で水蒸気吸着等温線の立ち上がりを持つ吸着剤であるため、低湿度・低温度で水蒸気を容易に吸着し、脱着するものである。したがって、冬季等の低温環境下での電池１０の加熱を目的とする場合には、ゼオライトを吸着剤として使用することが好ましい。ゼオライトとしては、シリカ・アルミナ比が２．５以上のＦＡＵ型などのアルミノシリケート類やアルミノフォスフェート類が挙げられ、特に、骨格構造に少なくともＡｌとＰを含む結晶性アルミノフォスフェート類が好ましい。
【００２７】
活性炭は、高相対圧側で水蒸気吸着等温線の立ち上がりを持つ吸着剤であるため、高湿度・高温度で水蒸気を容易に吸着し、脱着するものである。したがって、夏季等の高温環境下での電池１０の過熱防止を目的とする場合には、活性炭を吸着剤として使用することが好ましい。
【００２８】
シリカゲルの水蒸気吸着等温線は、なだらかな直線であるため、広い湿度・温度範囲で水蒸気を吸着し、脱着するものである。したがって、低温環境下での電池１０の加熱、高温環境下での電池１０の過熱防止の両方を目的とする場合には、シリカゲルを吸着剤として使用することが好ましい。
【００２９】
本実施形態の吸着剤は、吸着剤個々の粒子における水蒸気、二酸化炭素の拡散性を高める点から、吸着剤の粒子の大きさ（平均粒径）は、０．１〜６００μｍの範囲が好ましく、１〜１０μｍの範囲がより好ましい。また、吸着剤を収容体１２の外表面にコーティングする際に、接着剤を使用する場合には、吸着剤の細孔を被覆しないものを用いることが好ましい。
【００３０】
本実施形態の吸収剤は、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸収物質を吸収する際の発熱作用及び吸収物質を放出する際の吸熱作用を有する。そして、上記吸着剤と同様に、該吸収剤を収容体１２の外表面にコーティングすることにより、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸収物質を吸収した場合には、吸収の際の発熱作用により、収容体１２が暖気（加熱）される。また、収容体１２の外表面にコーティングした吸収剤が水蒸気又は二酸化炭素を含む吸収物質を放出した場合には、放出の際の熱を吸熱する吸熱作用により、収容体１２が冷却される。これにより、上記同様に、低温環境下での電池１０の暖気、高温環境下での電池１０の過熱防止が可能となる。
【００３１】
本実施形態の吸収剤は、例えば、酸化リチウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム等のアルカリ金属酸化物、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム等のアルカリ土類金属酸化物等が挙げられるが、単位体積当たりの吸収容量が大きく、水蒸気、二酸化炭素を吸収した際の発熱量の大きい点で、酸化マグネシウム、酸化カルシウム等が好ましい。また、これらの酸化物は必要に応じて単体で用いても混合物として用いてもよいが、上記金属酸化物のうち、酸化マグネシウム、酸化カルシウムは、単体としての取り扱いが容易なので特に好ましい。
【００３２】
本実施形態の吸収剤は、吸収剤個々の粒子における水蒸気、二酸化炭素の拡散性を高める点から、吸収剤の粒子の大きさ（平均粒径）は、０．１〜６００μｍの範囲が好ましく、１〜１０μｍの範囲がより好ましい。
【００３３】
収容体１２にコーティングした吸着剤、吸収剤のコーティング厚は、収容体１２への伝熱、水蒸気、二酸化炭素の拡散性の点から、１ｍｍ以内であることが好ましい。
【００３４】
本実施形態では、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質、吸収物質の温度は、−３０℃以上であることが好ましい。これにより、吸着剤の吸着時の発熱、吸収剤の吸収時の発熱の他に、吸着物質、吸収物質の熱エネルギ、運動エネルギを用いて電池１０を暖気することができる。また、水蒸気又は二酸化炭素を含む吸着物質、吸収物質としては、エンジンの排ガスを利用することが好ましい。エンジン排ガスには、多量の水蒸気又は二酸化炭素が含まれているため、吸着剤の発熱作用を促進させることができる。また、エンジン排ガスは高温であるため、排ガスの熱エネルギ、水蒸気、二酸化炭素の運動エネルギにより、電池１０を加温させることができる。
【００３５】
図２は、本実施形態に係る電池システムの構成の一例を示す模式図である。図２に示すように、電池システム１８は、電池１０と、電池１０にエンジンの排ガスを供給する供給手段としての排ガス供給管２０と、制御ユニット２２と、を備えている。排ガス供給管２０は、エンジンから排出される排ガスの排気管２４に接続されている。また、排ガス供給管２０には、弁２６が設けられている。排ガス供給管２０に設けられた弁２６は、制御ユニット２２と電的に接続されており、制御ユニット２２により弁２６の開放が制御されている。図２に示す電池１０は、図１に示す電池１０と同様の構成であり、収容体には、上記説明した吸着剤、吸収剤がコーティングされている。
【００３６】
本実施形態では、例えば、電池１０の低温始動時において、電池１０を暖気させる必要がある場合には、まず、制御ユニット２２から弁２６の開放指示が送られ、弁２６が開放される。弁２６が開放されると、排気管２４を通る排ガスが、排ガス供給管２０を流れ、電池１０に供給される。そして、排ガス中の水蒸気、二酸化炭素が吸着剤（又は吸収剤）に吸着（吸収）され、吸着の際の発熱作用により、電池１０が加熱される。これにより、低温始動時でも、電池１０の性能を十分に発揮させることが可能となる。本実施形態では、電池１０の始動時は常に、制御ユニット２２から排ガス供給管２０の弁２６の開放指示が送られるように制御を行ってもよいが、例えば、電池１０に温度センサを設置し、温度センサにより検出された電池１０の温度が、電池１０の始動時に所定温度以下である場合に、制御ユニット２２から弁２６の開放指示が送られるように制御してもよい。
【００３７】
また、本実施形態では、吸着物質、吸収物質としてエンジンの排ガスを利用したが、これに制限されるものではない。例えば、排気管２４に二酸化炭素ボンベ、水蒸気発生装置を設置し、電池１０の（低温）始動時には、それらを稼働させ、電池１０に二酸化炭素、水蒸気を供給するようにしてもよい。
【００３８】
図３は、本実施形態に係る電池システムの構成の他の一例を示す模式図である。図３に示すように、電池システム２８は、電池１０と、電池１０にエンジンの排ガスを供給する供給手段としての排ガス供給管２０と、電池１０に空気を供給するためのエアポンプ３０及びエア供給管３２と、電池１０の温度を検出する温度センサ３４と、制御ユニット３６と、を備えている。図３に示す電池システム２８において、図２に示す電池システム１８と同様の構成については同一の符合を付し、その説明を省略する。
【００３９】
排ガス供給管２０、エア供給管３２に設けられた弁２６，３８は、制御ユニット３６と電気的に接続されており、制御ユニット３６により、両方の弁２６，３８の開閉が制御されている。また、温度センサ３４も制御ユニット３６と電気的に接続されており、温度センサ３４により検出された電池１０の温度データが制御ユニット３６に送信される。そして、制御ユニット３６により電池１０の温度に基づいて、電池１０に排ガスを供給するか、空気を供給するかが決定される。
【００４０】
図４は、本実施形態に係る電池システムの動作の一例を説明するためのフロー図である。まず、ステップＳ１０では、温度センサ３４により電池１０の温度が検出される。検出された電池１０の温度が、制御ユニット３６に予め設定された所定値より低いか否かが判定される。電池１０の温度が所定値未満であると判断された場合、ステップＳ１２では、制御ユニット３６により排ガス供給管２０の弁２６が開放され、排ガス供給管２０から電池１０へ排ガスが供給される。上記でも説明したように、エンジン排ガスには、多量の水蒸気又は二酸化炭素が含まれているため、吸着剤（吸収剤）がそれらを吸着し、吸着時の発熱により電池１０を加熱することができる。また、上記でも説明したように、エンジン排ガスは高温であるため、排ガスの熱エネルギ、水蒸気、二酸化炭素の運動エネルギにより、電池１０を加温させることができる。
【００４１】
従来、電池１０を暖気するために排ガスを供給すると、電池１０の収容体に本実施形態のような吸着剤又は吸収剤がコーティングされていないため、低温時には収容体に結露が発生し、電池１０がショートする場合がある。しかし、本実施形態では、収容体にコーティングされた吸着剤又は収容剤により、排ガスが供給されても結露が発生し難く、電池１０がショートすることはない。
【００４２】
一方、検出された電池の温度が、所定値以上であると判断された場合、ステップＳ１４では、制御ユニット３６によりエア供給管３２の弁３８が開放され、エア供給管３２から電池１０へ空気が供給される。空気中の水蒸気、二酸化炭素の量は少量であるため、水蒸気、二酸化炭素の少ない空気が吸着剤に供給されると、吸着剤（吸収剤）に吸着（吸収）されていた水蒸気、二酸化炭素を含む吸着物質（吸収物質）は、吸着剤（吸収剤）から脱着（放出）される。そうすると、吸着剤（吸収剤）は、脱着（放出）時の熱を吸熱するため、電池１０を冷却することができる。
【００４３】
本実施形態の電池システム２８の動作は、これに制限されるものではない。例えば、低温側所定値及び高温側所定値を設定し、電池１０の温度が低温側所定値未満である場合には、排ガス供給管２０の弁２６を開放して排ガスを電池１０へ供給し、吸着剤の発熱作用による熱により、電池１０を加熱する。また、電池１０の温度が高温側所定値以上である場合には、エア供給管３２の弁３８を開放して空気を電池１０へ供給し、吸着剤の吸熱作用により、電池１０を冷却する。そして、電池１０の温度が低温側所定値以上であって、高温側所定値未満である場合には、排ガス及び空気の供給を行わないような制御でもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０  電池、１２  収容体、１４  正極端子、１６  負極端子、１８，２８  電池システム、２０  排ガス供給管、２２，３６  制御ユニット、２４  排気管、２６，３８  弁、３０  エアポンプ、３２  エア供給管、３４  温度センサ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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