(57)【要約】【課題】溶融塩電池を搭載した自動車等の車両において、溶融塩電池の予備的な加熱に要するエネルギーを節減する。【解決手段】本発明は、内燃機関のエンジン１３０を搭載した車両であって、溶融塩を電解質とする溶融塩電池１００と、エンジン１３０の作動油を循環させる経路に溶融塩電池１００を含む作動油循環系統３００とを備えたものである。このような車両では、エンジン１３０が運転されることにより作動油の温度が上昇し、電解質の融点を超える。この作動油が、作動油循環系統３００に設けられた溶融塩電池１００を加熱し、稼働させることができる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のエンジンを搭載した車両であって、
溶融塩を電解質とする溶融塩電池と、
前記エンジンの作動油を循環させる経路に前記溶融塩電池を含む作動油循環系統と、
を備えていることを特徴とする車両。
【請求項２】
前記エンジンのアイドルストップ制御機能を備え、前記溶融塩電池はアイドルストップの状態から前記エンジンを再始動するために使用される請求項１記載の車両。
【請求項３】
前記溶融塩電池の温度が所定値に達するまでは前記アイドルストップ制御機能を使用せず、前記溶融塩電池の温度が所定値に達した後、前記アイドルストップ制御機能を使用する請求項２記載の車両。
【請求項４】
前記溶融塩電池の全体を収容する容器が設けられ、当該容器に前記作動油を流通させる流路空間が形成されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両。
【請求項５】
前記溶融塩電池に巻き付けられた配管が設けられ、当該配管内を前記作動油が流通する請求項１〜３のいずれか１項に記載の車両。
【請求項６】
前記エンジンを最初に始動させるための、常温で使用可能なバッテリとは別に、前記溶融塩電池が設けられている請求項１〜５のいずれか１項に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融塩を電解質とする溶融塩電池を搭載した車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のエンジンを搭載した従来型の自動車におけるさらなる燃費の向上策の一つとして、赤信号等で停車した場合にエンジンを停止させ、発進の操作によってエンジンが自動的に再始動するアイドルストップ制御が知られている（例えば、特許文献１参照。）。アイドルストップ制御機能が無い従来の自動車に比べると、このようなアイドルストップ制御を行うことにより、エンジンを始動させる回数が多くなり、その結果、バッテリにかかる負担が大きくなる。そのため、アイドルストップ制御を行う自動車には、一般的なバッテリよりも高性能なバッテリが設けられる。
【０００３】
上記のようなバッテリとしては、一般に、鉛蓄電池の高性能品が使用されている。しかし、鉛蓄電池は、定期的なメンテナンス（補水等）が必要であり、寿命もあまり長くないため、定期的な交換が必要である。また、高性能品であるため、価格も、一般的なバッテリより高い。
一方、近年、高エネルギー密度、不燃性、メンテナンスフリー、長寿命という多くの利点を持つ二次電池として、溶融塩を電解質とする溶融塩電池が開発され、注目されている（特許文献２及び非特許文献１参照。）。
【０００４】
上記溶融塩電池の稼働温度領域は５７℃〜１９０℃であり、特に、高温領域での使用が可能である点で優れている。そのため、冷却対策が不要であり、素電池を高密度に集積して組電池を構成しても、全体としては比較的軽量でコンパクトである。従って、軽量・コンパクト性が求められる自動車への搭載に好適である。電気自動車のみならず、従来型の内燃機関のエンジンで走る自動車への搭載にも適する。特に、アイドルストップ制御を行う自動車の場合は、アイドルストップからエンジンを再始動するための高性能なバッテリとして、溶融塩電池を使用することが期待される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２０２５８６号公報
【特許文献２】特開２００９−６７６４４号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「ＳＥＩ  ＷＯＲＬＤ」２０１１年３月号（ＶＯＬ．４０２）、住友電気工業株式会社
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記溶融塩電池は、電解質が溶融状態でなければ充電することも放電させることもできない。電解質を溶融させるには、常温では得られない５７℃以上の温度が必要であり、また、より安定して動作させるためには、８０℃以上が望ましい。そこで、溶融塩電池を自動車に搭載する場合には、溶融塩電池を予備的に加熱する加熱装置が必要であり、この加熱装置に電力を供給するバッテリが必要である。
【０００８】
すなわち、予備的な加熱という起動条件が必要である溶融塩電池は、最初に電力を供給する初動バッテリが別途必要である。ここで、例えば鉛蓄電池の小型の初動バッテリを搭載しておき、本格バッテリとして溶融塩電池を搭載することは合理的である。このような使用態様は、アイドルストップからエンジンを再始動させるためのバッテリとして溶融塩電池を使用することにも適する。しかし、溶融塩電池の余分に初動バッテリを搭載するとなると、初動バッテリをいかに小型化できるかが、一つの課題となる。初動バッテリで溶融塩電池の予備的加熱を行おうとすると、初動バッテリの負担が大きくなり、小型化は難しい。
【０００９】
かかる課題に鑑み、本発明は、溶融塩電池を搭載した自動車等の車両において、溶融塩電池の予備的な加熱に要するエネルギーを節減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）本発明は、内燃機関のエンジンを搭載した車両であって、溶融塩を電解質とする溶融塩電池と、前記エンジンの作動油を循環させる経路に前記溶融塩電池を含む作動油循環系統と、を備えたものである。
【００１１】
上記のような車両では、エンジンが運転されることにより作動油の温度が上昇し、電解質の融点を超える。この作動油が、作動油循環系統に設けられた溶融塩電池を加熱し、稼働させることができる。
【００１２】
（２）また、上記（１）の車両において、エンジンのアイドルストップ制御機能を備え、溶融塩電池はアイドルストップの状態からエンジンを再始動するために使用されることが好ましい。
アイドルストップからの再始動は、始動の頻度が多いことから、最初の始動よりも負担が大きい。溶融塩電池は、このような負担の大きい用途に適する。
【００１３】
（３）また、上記（２）の車両において、溶融塩電池の温度が所定値に達するまではアイドルストップ制御機能を使用せず、溶融塩電池の温度が所定値に達した後、アイドルストップ制御機能を使用することが好ましい。
この場合、作動油が迅速に所定の温度に達する。作動油の温度が所定値に達すると、稼働を始めた溶融塩電池により、アイドルストップ後の、エンジン再始動を行うことができる。
【００１４】
（４）また、上記（１）〜（３）のいずれかの車両において、溶融塩電池の全体を収容する容器が設けられ、当該容器に作動油を流通させる流路空間が形成されていてもよい。
この場合、作動油の熱を効率よく溶融塩電池に伝えることができる。
【００１５】
（５）また、上記（１）〜（３）のいずれかの車両において、溶融塩電池に巻き付けられた配管が設けられ、当該配管内を作動油が流通するようにしてもよい。
この場合、配管を巻き付けるだけの構造であるので、構造が簡素である。
【００１６】
（６）また、上記（１）〜（５）のいずれかの車両において、エンジンを最初に始動させるための、常温で使用可能なバッテリとは別に、溶融塩電池が設けられている構成であってもよい。
この場合、予備的加熱が必要な溶融塩電池ではなく、即時に使用できる他のバッテリ（例えば鉛蓄電池）からエンジンを始動させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、溶融塩電池を搭載した自動車等の車両において、溶融塩電池の予備的な加熱に要するエネルギーを節減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】溶融塩電池における発電要素の基本構造を原理的に示す略図である。
【図２】溶融塩電池本体（電池としての本体部分）の積層構造を簡略に示す斜視図である。
【図３】図２と同様の構造についての横断面図である。
【図４】電池容器に収容された状態の溶融塩電池の外観の概略を示す斜視図である。
【図５】溶融塩電池を搭載した車両（自動車）の略図である。
【図６】溶融塩電池に関するセンサの接続を示す回路図である。
【図７】作動油循環系統を示す系統図である。
【図８】図７の作動油循環系統における溶融塩電池の一形態を示す図である。
【図９】車両の始動直後の、予備的な加熱とアイドルストップ制御との関係について示すフローチャートである。
【図１０】図８とは異なる他の加熱構造を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
《溶融塩電池の基本構造》
図１は、溶融塩電池における発電要素の基本構造を原理的に示す略図である。図において、発電要素は、正極１、負極２及びそれらの間に介在するセパレータ３を備えている。正極１は、正極集電体１ａと、正極材１ｂとによって構成されている。負極２は、負極集電体２ａと、負極材２ｂとによって構成されている。
【００２０】
正極集電体１ａの素材は、例えば、アルミニウム不織布（線径１００μｍ、気孔率８０％）である。正極材１ｂは、正極活物質としての例えばＮａＣｒＯ２と、アセチレンブラックと、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）と、Ｎ−メチル−２−ピロリドンとを、質量比８５：１０：５：１００の割合で混練したものである。そして、このように混練したものを、アルミニウム不織布の正極集電体１ａに充填し、乾燥後に、１００ＭＰａにてプレスし、正極１の厚みが約１ｍｍとなるように形成される。
一方、負極２においては、アルミニウム製の負極集電体２ａ上に、負極活物質としての例えば錫を含むＳｎ−Ｎａ合金が、メッキにより形成される。
【００２１】
正極１及び負極２の間に介在するセパレータ３は、ガラスの不織布（厚さ２００μｍ）又はポリオレフィンシート（厚さ５０μｍ）に電解質としての溶融塩を含浸させたものである。この溶融塩は、例えば、ＮａＦＳＡ５６ｍｏｌ％と、ＫＦＳＡ（カリウム  ビスフルオロスルフォニルアミド）４４ｍｏｌ％との混合物であり、融点は５７℃である。融点以上の温度では、溶融塩は溶融し、高濃度のイオンが溶解した電解液となって、正極１及び負極２に触れている。また、この溶融塩は不燃性である。この溶融塩電池の稼働温度領域は５７℃〜１９０℃である。
【００２２】
なお、上述した各部の材質・成分や数値は好適な一例であるが、これらに限定されるものではない。
例えば、溶融塩としては、上記の他、ＮａＦＳＡと、ＬｉＦＳＡ、ＫＦＳＡ、ＲｂＦＳＡ又はＣｓＦＳＡとの混合物も好適である。また、有機カチオン等よりなる他の塩を混合する場合もあり、一般には、溶融塩は、（ａ）ＮａＦＳＡを含む混合物、（ｂ）ＮａＴＦＳＡを含む混合物、（ｃ）ＮａＦＴＡを含む混合物、が適する。また、（ａ）〜（ｃ）のうち２以上を混合することも可能である。これらの場合、各混合物の溶融塩は、比較的低融点となるので、少ない加熱で高濃度のイオンが溶解した状態を実現し、溶融塩電池を作動させることができる。
【００２３】
《溶融塩電池の具体的構造》
次に、より具体的な溶融塩電池の発電要素の構成について説明する。図２は、溶融塩電池本体（電池としての本体部分）１０の積層構造を簡略に示す斜視図、図３は同様の構造についての横断面図である。
図２及び図３において、複数（図示しているのは６個）の矩形平板状の負極２と、袋状のセパレータ３に各々収容された複数（図示しているのは５個）の矩形平板状の正極１とが、互いに対向して図３における上下方向すなわち積層方向に重ね合わせられ、積層構造を成している。
【００２４】
セパレータ３は、隣り合う正極１と負極２との間に介在しており、言い換えれば、セパレータ３を介して、正極１及び負極２が交互に積層されていることになる。実際に積層する数は、例えば、正極１が２０個、負極２が２１個、セパレータ３は「袋」としては２０袋であるが、正極１・負極２間に介在する個数としては４０個である。なお、セパレータ３は、袋状に限定されず、分離した４０個であってもよい。
【００２５】
なお、図３では、セパレータ３と負極２とが互いに離れているように描いているが、溶融塩電池の完成時には互いに密着する。正極１も、当然に、セパレータ３に密着している。また、正極１の縦方向及び横方向それぞれの寸法は、デンドライトの発生を防止するために、負極２の縦方向及び横方向の寸法より小さくしてあり、正極１の外縁が、セパレータ３を介して負極２の周縁部に対向するようになっている。
【００２６】
《実用上の溶融塩電池としての一形態》
上記のように構成された溶融塩電池本体１０は、例えばアルミニウム合金製で直方体状の電池容器に収容され、素電池すなわち、電池としての物理的な一個体を成す。
図４は、このような電池容器１１に収容された状態の溶融塩電池Ｂの外観の概略を示す斜視図である。なお、図２，図３における正極１及び負極２のそれぞれからは、端子１ｐ及び１ｎが電池容器１１の外部へ引き出される。図４において、電池容器１１の上部には、内部の気圧が過度に上昇したときに放圧するための安全弁１２が設けられている。なお、電池容器１１の内面には絶縁処理が施されている。電池容器１１は、例えば正面・背面に密着させる後述のヒータによって暖められ、その結果、電解質の塩は、溶融塩の電解液となる。
【００２７】
図４に示した溶融塩電池Ｂは、必要とする電圧・電流に合わせて、複数個を直並列に接続して使用される。構造的には、複数個を並べ合わせるように組電池を構成して使用される。なお、組電池を構成する際に、面状のヒータ（電気ヒータ）を挟むことにより、加熱装置とすることもできるが、本実施形態では、ヒータを使用せずに、必要な加熱を行い得る構成とする。以下、複数の溶融塩電池Ｂの集合体である組電池としての溶融塩電池１００を、自動車に搭載する構成について説明する。
【００２８】
《溶融塩電池を搭載した車両》
図５は、溶融塩電池１００を搭載した車両（自動車）２００の略図である。図において、車両２００内には、溶融塩電池１００、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１１０、セルモータ１２０、エンジン１３０、及び、バッテリ１４０が搭載されている。ＥＣＵ１１０は、車両２００のあらゆる制御の中核となる装置であり、その一つの機能として、アイドルストップ制御がある。ＥＣＵ１１０は、セルモータ１２０の制御によりエンジン１３０を始動することができ、また、エンジン１３０を停止させることができる。セルモータ１２０駆動のための電源は、溶融塩電池１００の他、例えば鉛蓄電池であるバッテリ１４０からもＥＣＵ１１０に提供される。バッテリ１４０は主として初期のエンジン始動用であり、小容量な小型のもので足りる。溶融塩電池１００は、アイドルストップ後の再始動の他、種々の補機の電源にもなり得る。
【００２９】
図６は、溶融塩電池１００に関するセンサの接続を示す回路図である。図において、溶融塩電池１００には温度センサ１０１が取り付けられ、温度検知の出力信号はＥＣＵ１１０に提供される。温度センサ１０１は、例えば、組電池を構成する溶融塩電池Ｂのいずれか一つの電池容器１１（図４）に押し当てるように取り付けることができる。また、複数の電池容器１１に対して温度センサ１０１を設け、それらの出力の平均値又は最小値をとるようにしてもよい。さらには、電池容器１１の内部に温度センサ１０１を入れることも可能である。一方、電圧センサ１０２は、溶融塩電池１００の両端電圧を検知し、その出力信号をＥＣＵ１１０に提供する。
【００３０】
図７は、作動油循環系統３００を示す系統図である。図において、作動油循環系統３００は、エンジン１３０、物体としての溶融塩電池１００、オイル溜１５０、ポンプ１６０、オイルクーラー１７０、オイルタンク１８０、及び、ポンプ１９０を、図示のように配管接続して構成されている。すなわち、エンジン１３０の作動油を循環させる経路に溶融塩電池１００を含む構成となっている。但し、組電池としての溶融塩電池１００は、例えばその全体が容器に収容され、当該容器に作動油を流通させる流路空間が形成されている（詳細後述）。
【００３１】
図において、２つのポンプ１６０，１９０が運転されることにより、オイルタンク１８０に蓄えられている作動油は、ポンプ１９０により圧送され、エンジン１３０内に供給される。エンジン１３０の熱を吸収して排出された作動油は、溶融塩電池１００と熱交換しながら流通し、オイル溜１５０に回収される。ここからさらに、作動油は、ポンプ１６０により汲み上げられ、オイルクーラー１７０で冷却されたあと、オイルタンク１８０に戻る。このようなサイクルを繰り返し、作動油は循環する。
【００３２】
図８は、図７の作動油循環系統３００における溶融塩電池１００の一形態を示す図である。図８の（ａ）は、溶融塩電池Ｂを容器（外容器）２０内で複数個（図示する数は単なる一例）並べて組電池とした溶融塩電池１００を示す断面図である。
図８の（ａ）においては、図４に示した溶融塩電池Ｂが、複数個並んで、蓋付きの容器２０に収容されている。なお、「蓋付き」というのは保温効果を考慮した形態の一例であるが、「蓋無し」でもよい。また、蓋付きの場合でも、密閉ではなく、蓋にガス抜き孔が設けられるが、ここでは細部は省略している。
【００３３】
図８の（ｂ）は、（ａ）におけるｂ−ｂ線断面に相当する図である。この容器２０は、ジャケット構造を成す熱交換部３０を含んでいる。熱交換部３０は、容器２０の内壁部２１と、この内壁部２１と外壁部２３とによって区画される流路空間内において内壁部２１の外面４面にわたって多数形成されたフィン２２と、によって構成されている。溶融塩電池Ｂに接する内壁部２１及びフィン２２は、銅やアルミニウム等の熱伝導性に優れた金属製である。容器２０のその他の部分は、例えばアルミニウム合金製である。
【００３４】
容器２０の外壁部２３と、内壁部２１及びフィン２２との間には隙間があり、作動油の流通が可能である。外壁部２３の一箇所にはパイプ状の給油口２４が形成され、他の箇所にはパイプ状の排油口２５が形成されている。給油口２４から作動油が導入されると、その作動油と、内壁部２１及びフィン２２との間で熱交換が行われる。内壁部２１及びフィン２２が受け取った熱は、溶融塩電池Ｂに伝導する。熱交換後の作動油は、排油口２５から排出される。なお、給油口２４及び排油口２５の位置は、一例に過ぎない。
【００３５】
このように構成された溶融塩電池１００は、エンジン１３０の作動油を、熱媒体として利用することができる。エンジン１３０の始動によって作動油は高温（例えば８０℃以上）になり、熱交換部３０による作動油との熱交換によって、各溶融塩電池Ｂは加熱され、電解質は溶融状態となる。従って、組電池としての溶融塩電池１００は安定して動作することができるようになる。
【００３６】
このように、エンジン１３０のいわば排熱を利用して溶融塩電池１００（各溶融塩電池Ｂ）を稼働させることによって、溶融塩電池１００の予備的な加熱のためのエネルギーを節減することができる。
また、熱交換部３０は容器２０の一部として形成されているので、言い換えれば、容器２０が熱交換部３０を兼ねることになる。これにより、構造的に無駄が無く、作動油から効率よく熱交換部３０に熱伝導させ、溶融塩電池１００を加熱することができる。
【００３７】
次に、車両の始動直後の、予備的な加熱とアイドルストップ制御との関係について、図９のフローチャートを参照して説明する。図９の処理の主体となるのは、ＥＣＵ１１０である。まず、ステップＳ１において、ＥＣＵ１１０は、溶融塩電池１００の温度を、温度センサ１０１の出力に基づいて検知する。そして、ＥＣＵ１１０は、温度が所定値（例えば８０℃以上）に達したか否かを判定する（ステップＳ２）。
【００３８】
温度が所定値に達するまでは、ステップＳ１，Ｓ２が繰り返される。温度が所定値に達すると、ＥＣＵ１１０は、溶融塩電池１００の電圧を、電圧センサ１０２の出力に基づいて検知する（ステップＳ３）。溶融塩電池１００が安定した溶融状態になれば、所定の電圧が出るはずである。そこで、所定の電圧が出力されるまでは、ステップＳ１〜Ｓ４が繰り返される。
【００３９】
そして、温度が所定値に達し、かつ、所定の電圧が出力されている場合、ＥＣＵ１１０は、アイドルストップ制御が許可されているか否かを判定する（ステップＳ５）。アイドルストップ制御を許可するか否かは、本発明と直接関係がないのでここでは詳しく述べないが、作動油の温度等に基づいて決定することができる。ＥＣＵ１１０は、自己の許否判断に従い、アイドルストップ制御を実行するか（ステップＳ６）、又は、アイドルストップ制御を禁止する（ステップＳ７）。
【００４０】
図１０は、図８とは異なる他の加熱構造を示す斜視図である。図において、素電池としての溶融塩電池Ｂを集めて成る組電池としての溶融塩電池１００には、その外側に、作動油を通す金属パイプの配管４０が何重にも巻き付けられている。配管４０は、熱伝導性に優れた銅又はアルミニウム製が好適であり、電池容器１１に密着するように巻き付けられている。このような配管４０に作動油を通すことにより、簡素な構造で、溶融塩電池１００の予備的な加熱を行うことができる。
【００４１】
以上のように、エンジン１３０の作動油を循環させる経路に溶融塩電池１００を含む作動油循環系統３００を設けることで、このような車両２００では、エンジン１３０が運転されることにより作動油の温度が上昇し、電解質の融点を超える。この作動油が、作動油循環系統３００に設けられた溶融塩電池１００を加熱し、稼働させることができる。すなわち、ヒータは不要である。従って、溶融塩電池１００を搭載した車両において、溶融塩電池１００の予備的な加熱に要するエネルギーを節減することができる。
【００４２】
また、アイドルストップからの再始動は、始動の頻度が多いことから、最初の始動よりも負担が大きい。溶融塩電池１００は、このような負担の大きい用途に適する。
また、溶融塩電池１００の温度が所定値に達するまではアイドルストップ制御機能を使用しないことによって、作動油が迅速に所定の温度に達する。溶融塩電池１００の温度が所定値に達すると、稼働を始めた溶融塩電池１００により、アイドルストップ後の、エンジン再始動を行うことができる。
【００４３】
また、アイドルストップ後のエンジン再始動は、溶融塩電池を用いて行うため、初期のエンジン始動用のバッテリ１４０は、小容量・小型で足りる。このバッテリは、予備的加熱が必要な溶融塩電池ではなく、例えば鉛蓄電池であるので、常温で即時に使用でき、エンジンを始動させることができる。
【００４４】
《その他》
なお、上記実施形態では、エンジンのみで走行する自動車を想定して説明したが、作動油で溶融塩電池の予備的な加熱を行う構成は、ハイブリッド車（ＨＥＶ）にも搭載することができる。また、自動車と同様な作動油循環系統を有する産業用車両にも適用が可能である。
【００４５】
なお、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はないと考えられるべきである。本発明の範囲は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全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４６】
２０  容器
４０  配管
１００  溶融塩電池
１３０  エンジン
１４０  バッテリ
３００  作動油循環系統
Ｂ  溶融塩電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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