(57)【要約】【課題】  低温時における発電要素を常温時と同様に使用できるようにする。【解決手段】  発電要素の少なくとも一部を取り囲んでいる過冷却の物質を液体から固体に相転移させて発電要素を加熱する。過冷却の物質が液体から固体に相転移するときには潜熱が発生する。その物質は発電要素を取り囲んでいるのでその潜熱が発電要素を加熱する。【選択図】            なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の温度以下で発電要素を起動するための発電要素の起動方法であって、
当該発電要素の少なくとも一部を取り囲んでいる過冷却の物質を液体から固体に相転移させることによって前記発電要素を加熱する段階を含むことを特徴とする発電要素の起動方法。
【請求項２】
前記発電要素を加熱する段階は、
前記物質の温度を検出する段階と、
前記物質の温度が所定の温度以下の場合に前記物質を液体から固体に相転移させる段階と、
前記液体が固体に相転移するときに生じた潜熱によって前記発電要素を加熱する段階と、
を含むことを特徴とする請求項１記載の発電要素の起動方法。
【請求項３】
前記発電要素を加熱する段階の後に、
相転移後の物質を加熱して当該物質を固体から液体に相転移させる段階を含むことを特徴とする請求項１記載の発電要素の起動方法。
【請求項４】
前記相転移後の物質を加熱して当該物質を固体から液体に相転移させる段階は、
前記物質が固体であるか液体であるかを判断する段階と、
前記物質が固体であると判断されたときに前記物質を加熱する段階と、
を含むことを特徴とする請求項３記載の発電要素の起動方法。
【請求項５】
負荷に電力を供給する発電要素と、
当該発電要素の少なくとも一部を取り囲む過冷却可能な物質と、
過冷却状態にある物質を液体から固体に相転移させる第１相転移手段と、
を有することを特徴とする二次電池。
【請求項６】
前記相転移手段は前記物質に超音波を付与する超音波付与手段であることを特徴とする請求項５記載の二次電池。
【請求項７】
前記相転移手段は前記物質に電圧を印加する電圧印加手段であることを特徴とする請求項５記載の二次電池。
【請求項８】
前記相転移手段は前記物質に物理的な衝撃を付与する衝撃付与手段であることを特徴とする請求項５記載の二次電池。
【請求項９】
前記相転移手段は前記物質に結晶を投入する結晶投入手段であることを特徴とする請求項５記載の二次電池。
【請求項１０】
さらに、前記物質が固体であるか液体であるかを判断する判断手段と、
前記物質が固体であると判断されたときに前記物質を加熱して固体から液体に相転移させる第２相転移手段を有することを特徴とする請求項５記載の二次電池。
【請求項１１】
前記判断手段は前記物質の温度を検出する温度検出手段であることを特徴とする請求項１０記載の二次電池。
【請求項１２】
前記判断手段は前記物質を通過する音波の音速を検知する音波検知センサであることを特徴とする請求項１０記載の二次電池。
【請求項１３】
前記判断手段は前記物質のインピーダンスを測定するインピーダンス測定手段であることを特徴とする請求項１０記載の二次電池。
【請求項１４】
前記判断手段は前記物質を通過する光の屈折率を測定する屈折率測定手段であることを特徴とする請求項１０記載の二次電池。
【請求項１５】
前記第２相転移手段はヒーターであることを特徴とする請求項１０記載の二次電池。
【請求項１６】
前記温度検出手段によって前記物質の温度が所定の温度以上であることが検出されたときには、前記物質を冷却する冷却手段をさらに有することを特徴とする請求項１１記載の二次電池。
【請求項１７】
前記物質は、塩化カルシウム、ヨウ化カルシウム、硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、ヨウ化マグネシウムのいずれかまたはこれらのいずれかの混合物であることを特徴とする請求項５記載の二次電池。
【請求項１８】
請求項５から１７のいずれか記載の二次電池を直列に、並列に、または直列と並列とを組み合わせて接続されてなる二次電池モジュール。
【請求項１９】
請求項５から１７のいずれか記載の二次電池または請求項１８記載の二次電池モジュールを搭載した電気自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過冷却状態になっている液体を凝固させることによってその液体から発生される潜熱を発電要素に与え、低温時における発電要素をその潜熱によって高速起動（急速加熱）するようにした発電要素の起動方法および二次電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、二次電池を構成する発電要素の内部には、イオン導電性に依存する部分と電子導電性に依存する部分とが存在しており、発電要素はイオンと電子の両者が動くことによって電流を発生する。イオン導電性は温度に依存することからイオンは低温になるほど動きにくくなる。液体電解質を使用した発電要素の場合、液体粘度の上昇、液体自身の凝固によって低温ではきわめて抵抗が大きくなり、ほとんど放電できなくなる。このため、低温時に二次電池を使用するときには発電要素を暖めなければならないが、通常の方法では暖めるのに燃料が必要であり、また急速に暖めることができないなどの問題がある。
【０００３】
この問題を解消するための従来の技術としては、下記特許文献１および下記特許文献２に記載されている技術がある。特許文献１に記載されている技術は、燃料を外部に持たずに電池内部のエネルギーを用いて電池を加熱するようにしている。特許文献２に記載されている発明は、電池の電気二重層容量が電池放電容量当たり３Ｆ／Ａｈ以上となるようにして電池容量を向上させるようにしている。
【特許文献１】特開平１１−２６０３２号公報
【特許文献２】特開２００２−１８４４５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
引用文献１および引用文献２に記載されている技術によれば、電池の内部エネルギーを利用して電池を加熱したり、電池容量を大きくできる構造を採ったりすることによって、低温起動時における電池容量をある程度までは増加させることができる。しかしながら、いずれの技術を適用したとしても、低温時に電池を高速起動（常温時と同じ特性で使用できるようにする）することは困難である。
【０００５】
つまり、引用文献１に記載の技術によれば、燃料を外部に持たずに電池内部のエネルギーを用いて電池を加熱することが可能であるが、ごく低温の場合には電池を加熱させるための電流がほとんど流れないという状態になるため、その電池を加熱させるための電流をもってその電池を高速起動させることは困難である。また、引用文献２に記載の技術によれば、電池容量を増加させることはできるものの、その増加量は電池容量に対して０．３％程度の非常に微小な容量であるので、その電池容量の増加をもってその電池の低温時の性能低下をカバーすることは困難である。
【０００６】
本発明は以上のような従来の技術の問題点に鑑みて成されたものであり、過冷却状態になっている液体を凝固させることによってその液体から発生される潜熱を発電要素に与え、低温時における発電要素をその潜熱によって高速起動するようにした発電要素の起動方法および二次電池の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明にかかる発電要素の起動方法は、所定の温度以下で発電要素を起動するための発電要素の起動方法であって、発電要素の少なくとも一部を取り囲んでいる過冷却の物質を液体から固体に相転移させることによって発電要素を加熱するものである。
【０００８】
過冷却の物質が液体から固体に相転移するときには潜熱が発生する。その物質は発電要素を取り囲んでいるのでその潜熱は発電要素を加熱することになる。したがって、発電要素の温度がある温度まで急激に上昇することになり、低温時であっても常温時と同じように発電要素から電力を取り出すことができるようになる。
【０００９】
また、上記目的を達成するための本発明にかかる二次電池は、負荷に電力を供給する発電要素と、発電要素の少なくとも一部を取り囲む過冷却可能な物質と、過冷却状態にある物質を液体から固体に相転移させる第１相転移手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
過冷却状態にある物質を液体から固体に相転移させると潜熱が発生する。その物質は発電要素を取り囲んでいるのでその潜熱は発電要素を加熱することになる。したがって、第１相転移手段によって過冷却状態にある物質を液体から固体に相転移させると、発電要素の温度はある温度まで急激に上昇し、低温時であっても常温時と同じように発電要素から電力を取り出すことができるようになる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる発電要素の起動方法によれば、潜熱を利用して発電要素の温度をある温度まで急激に上昇させることができるので、発電要素を高速起動させることができる。
【００１２】
本発明にかかる二次電池によれば、潜熱によって発電要素の温度をある温度まで急激に上昇させることができるので、発電要素を高速起動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を「実施の形態１」から「実施の形態４」に分けて詳細に説明する。本発明では、発電要素の周囲に過冷却可能な液体を配置しさらにその液体に対して固体への凝固を促進させるような機構を設けている。電池の性能を十分に発揮することができない低温ではその液体が過冷却を起こすようにし、電池使用時には過冷却となっている液体に対して何らかの凝固のきっかけを与えることによって液体に蓄えられていた凝固潜熱を放出させるようしている。これにより、液体の温度は一気に融点まで上昇することになるので、電池の温度も上昇し、大出力を取り出すことができるようになる。
「実施の形態１」
図１は、実施の形態１にかかる二次電池の概略構成を示す図であり、図２は、図１に示した二次電池の動作手順を示すフローチャートである。
【００１４】
図１に示すように、本実施の形態にかかる二次電池１０は、図示しない負荷に電力を供給する発電要素２０、発電要素２０の少なくとも一部を取り囲む過冷却可能な物質３０、過冷却状態にある物質３０を液体から固体に相転移させる第１相転移手段または超音波付与手段としての超音波ホーン４０、物質３０が固体であるか液体であるかを判断する判断手段としての温度センサ５０と音波検知センサ６０、物質３０が固体であると判断されたときに物質３０を加熱して物質３０を固体から液体に相転移させる第２相転移手段としてのヒーター７０、超音波ホーン４０、温度センサ５０、音波検知センサ６０、ヒーター７０を接続して超音波ホーン４０およびヒーター７０の動作を制御するコントローラ８０を備えている。
【００１５】
本実施の形態では発電要素２０にリチウムイオン電池を使用している。発電要素２０は容器９０に収容されている過冷却可能な物質３０に浸漬されている。リチウムイオン電池は電池電解液にリチウムを用いている電池であるが、通常電池電解液の伝導度は絶対温度の逆数に対して指数関数的に変化する。したがって、低温域では電池容量が極端に低下してしまうという特性を持っている。発電要素２０の一方の辺からは図示しない負荷に電力を供給するための負極端子２２と正極端子２４とが引き出されている。負極端子２２と正極端子２４とは、図示しない負荷の負極端子１０２と正極端子１０４が接続されている。
【００１６】
物質３０は温度が凝固点以下になっても液体のままの状態を保つことができる凝固点が常温付近の温度の物質である。つまり物質３０は過冷却可能なものである。物質３０の凝固点が常温付近であれば、常温近くまで発電要素２０を加熱でき、発電要素２０の十分な性能を引き出すことができる。この物質３０としては塩化カルシウム、ヨウ化カルシウム、硫酸ナトリウム、チオ硫酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、ヨウ化マグネシウムのいずれかまたはこれらのいずれかの混合物であることが好ましいが、これらの物質に限定されるものではない。
【００１７】
過冷却状態の液体は凝固して固体に相転移する際に凝固潜熱を放出する。この凝固潜熱を発電要素２０の温度上昇に用いれば低温の状態からでも発電要素２０から十分な電流を取り出すことができる。物質３０に上記のどれを用いるかによって発電要素２０の加熱範囲が変わる。特に有効に発電要素２０を加熱することができる範囲は物質３０の融点よりも１℃から５０℃程度下の温度範囲である。この温度範囲が望ましいのは、物質３０の融点と同じかそれよりも高い温度では結晶化が起こらず、凝固潜熱が発生しないからであり、物質３０の融点より５０℃以上下の温度範囲では物質３０が過冷却状態を保つことができず固化してしまうため、凝固潜熱を必要なときに取り出すことができないからである。
【００１８】
また物質３０の必要量は次のように計算できる。たとえば物質３０に硫酸ナトリウムを用いた場合、硫酸ナトリウムの凝固潜熱は２５１Ｊ／ｇであり、硫酸ナトリウムの比熱は２Ｊ／℃・ｇ程度であり、発電要素２０の比熱は１Ｊ／℃・ｇ程度であるので、発電要素２０の温度を２０℃上昇させるためには２×２０Ｊ／ｇ＋１×２０Ｊ／ｇ＝６０Ｊ／ｇの熱量があればよい。つまり、硫酸ナトリウムの凝固潜熱は２５１Ｊ／ｇもあるので、容器９０の吸熱を考慮したとしても発電要素２０の重量の１／４程度の重量の硫酸ナトリウムを用意すればよい。物質３０の適量は以上のようにして計算できる。ただ、物質３０の量が多すぎたとしても物質３０の融点以上に発電要素２０の温度が上昇してしまうことはないため異常な温度上昇を起こすことはない。
【００１９】
なお、硫酸ナトリウム以外の上記の物質のいずれもが２００Ｊ／ｇ程度の凝固潜熱を発生するので、上記のように２０℃程度の温度上昇を望むのであれば、発電要素２０の重量の１／４程度の重量を用意すればよい。本発明は物質３０の液相‐固相の相転移による凝固潜熱を利用するものであり、相転移を起こす温度は、要求される二次電池の特性によって適宜設定する。また、必要な温度上昇の値は二次電池の設計によって異なるので、物質３０の量は発電要素２０の重量と上昇させたい温度に応じて適宜設定すればよい。
【００２０】
超音波ホーン４０は、過冷却状態になっている物質３０に超音波を付与することによって、過冷却となっている物質３０の結晶化を促す。過冷却を起こした物質３０は結晶核を生じさせるための活性化エネルギーが与えられることによって結晶化が起こる。活性化エネルギーを与える方法には種々のものがあるが、本実施の形態では超音波によって活性化エネルギーを与えている。超音波は発電要素２０の外部から付与することができるので、物質３０にたとえば電極のような不純物を接触させる必要はなく、発電要素２０を含めた容器９０の開口部をポリオレフィンなどの薄膜で封止することによって容器９０内への不純物の混入が防止でき、長期にわたって同じ性能を発揮させることができるようになる。
【００２１】
温度センサ５０は、物質３０が完全に液化した状態になっているか否かを判断するために物質３０の温度を検出するものであり、一般的に用いられている小型の温度センサである。物質３０の温度がその物質の融点以上である場合、温度を検出することによって固相部分が存在しないと判断できる。物質３０の温度が検出できるものであれば一般的に用いられているどのような種類の温度センサを用いても良い。本実施の形態で小型の温度センサ５０を用いているのは、それが一般的に安価で構造がシンプルであるため二次電池をシンプルに構成できるからである。
【００２２】
音波検知センサ６０は、超音波ホーン４０から物質３０が結晶化を起こさない程度のエネルギーで出力された超音波を受信して超音波ホーン４０と音波検知センサ６０と間の音速を測定することによって、物質３０が液体であるのか、固体であるのかを判断するために設けられている。物質３０を超音波によって結晶化させた後には、次回の使用を考慮してもう一度物質３０を液体に戻しておく必要がある。このため、物質３０が固体になっていることを検知できるセンサが必要になるのである。本実施の形態ではそのセンサとして音波検知センサ６０を使用している。物質３０が固体になっていることを検知できるセンサの種類としては、これ以外に、物質３０の光透過率を検出するセンサ、物質３０の光屈折率を検出するセンサを用いることもできる。
【００２３】
ヒーター７０は一般的に用いられている電気ヒーターであり、凝固化して固体になっている物質３０を加熱して、物質３０を固体から液体に相転移させるために用いられる。発電要素２０を起動させた際に周辺温度が低いままであると固体になった物質３０が液体に戻らない。このような場合には、物質３０を加熱して液体に戻しておく必要がある。このためにヒーター７０が設けられている。
【００２４】
コントローラ８０は温度センサ５０からの信号、音波検知センサ６０からの信号に基づいて超音波ホーン４０、ヒーター７０の動作を制御する。
【００２５】
以上のように構成されている本実施の形態にかかる二次電池１０は図２に示したフローチャートの手順に従って次のように動作する。なお、このフローチャートはコントローラ８０によって処理される。
【００２６】
コントローラ８０は温度センサ５０からの信号に基づいて物質３０の温度を検出する（Ｓ１）。コントローラ８０は検出した物質３０の温度がその物質３０の凝固点以下の温度であるか否かを判断する（Ｓ２）。物質３０の温度が凝固点以下の温度であれば（Ｓ２：Ｙｅｓ）、コントローラ８０は超音波ホーン４０を作動させ、物質３０に向けて超音波を出力する。この超音波によって過冷却状態となっていた物質３０に活性化エネルギーが与えられ、生成された結晶核からきわめて高速に結晶化が進み、物質３０が液体から固体に相転移する。物質３０は過冷却状態の液体から通常の結晶化状態に移行する際、つまり相転移する際に、物質から発生する凝固潜熱が発電要素２０を暖めることになる。相転移はほぼ瞬時に起こるため、発電要素２０の外装面の温度は結晶化開始直後からすぐに物質３０の融点まで上昇する（Ｓ３）。一方、物質３０の温度が凝固点よりも高い温度であるとき（Ｓ２：Ｎｏ）、または、Ｓ３の処理が終了した後には、コントローラ８０は、音波検知センサ６０が受信した超音波に基づいて物質３０内を伝達した超音波の音速を測定し、その音速に基づいて物質３０が固体であるか否かを判断する（Ｓ４）。物質３０が固体であれば（Ｓ４：Ｙｅｓ）、コントローラ８０はヒーター７０を作動させ、固体になっている物質３０を液体に相転移させる（Ｓ５）。そしてコントローラ８０は温度センサ５０からの信号に基づいて物質３０の温度を検出する（Ｓ６）。コントローラ８０は検出された温度が物質３０の融点以上の温度であるか否かを判断する（Ｓ７）。検出された温度が物質３０の融点以上の温度であれば（Ｓ７：Ｙｅｓ）、コントローラ８０はヒーター７０の作動を停止する（Ｓ８）。検出された温度が物質３０の融点以上の温度でなければ（Ｓ７：Ｎｏ）、Ｓ５からＳ７の処理を繰り返す。コントローラ８０は二次電池１０の使用を継続するか否かを判断する（Ｓ９）。二次電池１０の使用を継続するのであれば（Ｓ９：Ｙｅｓ）、Ｓ４からＳ９の処理を繰り返し、二次電池１０の使用をしないのであれば以上の処理を終了する（Ｓ９：Ｎｏ）。
【００２７】
以上のフローチャートは、本発明にかかる発電要素の起動方法の手順にも対応している。すなわち、物質の温度を検出する段階はＳ１の処理に対応し、物質の温度が所定温度以下の場合にこの物質を液体から固体に相転移する段階はＳ２およびＳ３の処理に対応し、液体が固体に相転移するときに生じた潜熱によって発電要素を加熱する段階はＳ３の処理に対応している。また、物質が固体であるか液体であるかを判断する段階はＳ４の処理に対応し、物質が固体であると判断されたときにこの物質を加熱する段階はＳ５の処理に対応している。
【００２８】
なお、発電要素の少なくとも一部を取り囲んでいる過冷却の物質を液体から固体に相転移させることによって発電要素を加熱する段階はＳ１からＳ３の処理に対応し、相転移後の物質を加熱してこの物質を固体から液体に相転移させる段階はＳ４からＳ８の処理に対応している。
【００２９】
以上のように、本実施の形態では、ある一定の温度以下の環境で二次電池１０を使用する場合、物質３０が液体から固体に相転移する際の凝固潜熱を利用して発電要素２０を暖めるようにしているので、発電要素２０の温度を急速に上昇させることができ、発電要素２０の高速起動が可能になる。このため、低温時における発電要素２０を常温で使用している場合と同様の性能で使用できるようになる。
【００３０】
なお、本実施の形態では発電要素２０の外装面の一部を物質３０に浸漬させたものを例示したが、これに限らず、その外装面の全部を浸漬させるようにしても良い。
「実施の形態２」
図３は、実施の形態２にかかる二次電池の概略構成を示す図である。本実施の形態にかかる二次電池の構成を実施の形態１にかかる二次電池の構成と比較すると、相転移手段である電圧印加手段として、および、判断手段としてそれぞれ機能する結晶化用電圧印加電極１１０Ａ、１１０Ｂを設けている点で相違する。その他の構成は実施の形態１と同一であるのでその説明は省略する。
【００３１】
結晶化用電圧印加電極１１０Ａ、１１０Ｂは、物質３０に接触するように設けられコントローラ８０に接続されている。結晶化用電圧印加電極１１０Ａ、１１０Ｂは過冷却状態になっている物質３０に電場をかけることによって過冷却となっている物質３０の結晶化を促す。結晶化用電圧印加電極１１０Ａ、１１０Ｂ間に電圧が印加されると物質３０に電場がかかり、結晶化用電圧印加電極１１０Ａ、１１０Ｂ近傍の液体の分子配列が乱される。その結果、過冷却を起こした物質３０に結晶核を生じさせるための活性化エネルギーが与えられることになり結晶化が起こる。
【００３２】
結晶化用電圧印加電極１１０Ａ、１１０Ｂ間に電圧を与えることはきわめて容易である。単にスイッチをオン、オフさせるだけで良いからである。この場合、結晶化用電圧印加電極１１０Ａ、１１０Ｂ間には大きな電流を流す必要はないので、低温状態であっても十分に動作させることができる。
【００３３】
結晶化用電圧印加電極１１０Ａ、１１０Ｂは、物質３０が固体であるか液体であるかを判断する判断手段としてインピーダンス測定手段としても機能する。コントローラ８０は結晶化用電圧印加電極１１０Ａ、１１０Ｂ間に物質３０が結晶化を起こさない程度の電圧を印加し、結晶化用電圧印加電極１１０Ａ、１１０Ｂ間を流れる電流を検出することによって物質３０のインピーダンスが測定できる。物質３０が液体であるときと固体であるときにはインピーダンスが相違することを利用している。なお、インピーダンスの測定に代えて誘電率を測定することによっても物質３０が液体であるか固体であるかが判断できる。
【００３４】
このように、結晶化用電圧印加電極１１０Ａ、１１０Ｂは、相転移手段および判断手段の両方を兼ね備えているので、二次電池の構成はシンプルなものとなる。
【００３５】
また、本実施の形態の二次電池の動作は図２のフローチャートの手順とまったく同一である。したがって、動作の説明も省略する。
「実施の形態３」
図４は、実施の形態３にかかる二次電池の概略構成を示す図である。本実施の形態にかかる二次電池の構成を実施の形態１にかかる二次電池の構成と比較すると、相転移手段として、物質３０に物理的な衝撃を付与する衝撃付与手段である攪拌水車１２０を設けている点と、判断手段として、物質３０を通過する光の屈折率を測定する屈折率測定手段を構成する光源１３０および屈折率測定センサ１４０とを設けている点で相違する。その他の構成は実施の形態１と同一であるのでその説明は省略する。
【００３６】
攪拌水車１２０は図示しないモータによって回転するものであり、そのモータはコントローラ８０に接続されている。攪拌水車１２０は回転したときに物質３０に与える衝撃によって過冷却となっている物質３０の結晶化を促す。攪拌水車１２０が回転すると、物質３０の表面が攪拌されることになり、その攪拌によって物質３０に結晶核を生じさせるための活性化エネルギーが与えられることになり結晶化が起こる。
【００３７】
光源１３０および屈折率測定センサ１４０は物質３０が固体であるか液体であるかを判断するための屈折率測定手段として機能する。光源１３０からは屈折率測定センサ１４０に向けて光が照射される。物質３０は液体である場合と固体である場合とでは屈折率が変わる。屈折率が変わると屈折率測定センサ１４０の受光量が変わる。コントローラ８０はこの受光量から物質３０が液体であるのか固体であるのかが判断できる。
【００３８】
なお、本実施の形態では相転移を生じさせるために攪拌水車１２０を設けたが、これに代えて、たとえば種結晶を物質３０内に投入する手段を設けても良い。この場合、物質３０に種結晶が投入されたときの物理的な衝撃によって物質３０を結晶化させることができる。種結晶を投入する手法は大きな活性化エネルギーを与えることができるため最も確実に相転移を生じさせることができる。ただし、この手法を用いる場合にはあらかじめ種結晶を準備しておく必要がある。
【００３９】
また、本実施の形態の二次電池の動作は図２のフローチャートの手順とまったく同一である。したがって、動作の説明も省略する。
「実施の形態４」
図５は、実施の形態４にかかる二次電池の概略構成を示す図である。本実施の形態にかかる二次電池の構成は実施の形態２で説明した図３の二次電池の構成に、冷却手段として機能するポンプ１５０とラジエータ１６０を付加したものである。二次電池１０を構成する、ポンプ１５０とラジエータ１６０以外の構成要素の機能は、実施の形態１および２で説明したとおりであるので、ここでの説明は省略する。
【００４０】
ポンプ１５０はコントローラ８０に接続され、コントローラ８０は温度センサ５０によって物質３０の温度が所定の温度以上であることが検出されたときにポンプ１５０を作動する。ポンプ１５０が作動すると容器９０内の物質３０がラジエータ１６０内に導入され、冷却された後に容器９０に戻される。このようにすることによって、発電要素２０から大電力を取り出しているときの発電要素２０の発熱を抑えることができる。本発明は二次電池の低温時の始動性を改善するものであるが、発電要素２０の周囲には液状の物質３０が存在しているので、その物質３０を利用し必要に応じて発電要素２０を冷却できるようにしている。この冷却手段の追加によって、二次電池の始動性の改善と高負荷時の二次電池の冷却の両方を行うことができる。
【００４１】
本発明では、上記の二次電池１０を、少なくとも２以上直列に、並列に、または直列と並列とを組み合わせて接続して組電池モジュールを構成することができる。二次電池１０を任意の個数直並列に接続することによって、所望の電流、電圧、容量に対応できる組電池モジュールを提供することができる。
【００４２】
本発明にかかる二次電池１０、または上記の組電池モジュールを、電気自動車に搭載する場合には、電気自動車の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、電池を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームでも良い。本発明にかかる二次電池１０、または上記の組電池モジュールを用いた電気自動車は高い耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。
【００４３】
電気自動車のように大出力を要求される用途において本発明の効果はきわめて大きい。これは、自動車が一般の電池用途の中でも最も厳しい温度範囲で動作を保証しなくてはならないためであり、かつ非動作時には通常振動が加わらないという利用形態のためである。また、ハイブリッド車や、燃料電池車の場合は、エンジンもしくは燃料電池という熱源があるので、液相から固相への相変化をした後も、容易に液相に戻すことができる。
【実施例】
【００４４】
実施例１
図６は実施例１における二次電池の概略構成を示す図である。図に示す発電要素２０は３５ｍｍ×６２ｍｍ×３．８ｍｍの大きさの直方体状のリチウムイオンアルミラミネート電池を用いた。この電池は０．８Ａｈの電池容量を有しており、満充電状態４．２Ｖで電極端子部分２２、２４が上になるように設置した。そして発電要素２０の積層体部分を４０℃で融解した１ｋｇの硫酸ナトリウム水和物３０中に漬けた。その後、硫酸ナトリウム水和物３０をゆっくりと０℃まで冷却し０℃のまま８時間放置して硫酸ナトリウム水和物３０を過冷却の状態にした。この後硫酸ナトリウム水和物３０の容器９０に超音波ホーン４０で超音波を与え、その３０秒後に発電要素２０から２．４Ａｈを流し、３Ｖまで放電した。このときの容量を測定した。−１０℃でも同様の測定を行なった。
【００４５】
実施例２
図７は実施例２における二次電池の概略構成を示す図である。実施例１と同様に発電要素２０の積層体部分を４０℃で融解した１ｋｇの硫酸ナトリウム水和物３０中に漬けた。その後、硫酸ナトリウム水和物３０をゆっくりと０℃まで冷却し０℃のまま８時間放置して硫酸ナトリウム水和物３０を過冷却の状態にした。この後硫酸ナトリウム水和物３０の容器９０に電極ＡとＢ間に直流１００Ｖ５秒を印加し、その３０秒後に発電要素２０から２．４Ａｈを流し、３Ｖまで放電した。このときの容量を測定した。−１０℃でも同様の測定を行なった。
【００４６】
比較例１
図８は比較例における二次電池の概略構成を示す図である。硫酸ナトリウム水和物３０は使用せずに、実施例１と同様のリチウムイオンアルミラミネート電池を用い、この電池を空の容器９０に設置した。その後、硫酸ナトリウム水和物３０をゆっくりと０℃まで冷却し０℃のまま８時間放置した。この後発電要素２０から２．４Ａｈを流し３Ｖまで放電した。このときの容量を測定した。−１０℃でも同様に測定を行なった。
【００４７】
測定結果
上記実施例１と比較例との測定結果は下記の通りである。
【００４８】
２５℃        ０℃          −１０℃
実施例１  ７６２ｍＡｈ  ７４５ｍＡｈ  ７０１ｍＡｈ
実施例２  ７６４ｍＡｈ  ７４０ｍＡｈ  ７０２ｍＡｈ
比較例１  ７６６ｍＡｈ  ２５０ｍＡｈ  ９７ｍＡｈ
以上の測定結果を見ると、発電要素２０の温度が低くなるほど、本発明を適用した場合の効果が大きいことがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は電気自動車を駆動する二次電池に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】実施の形態１にかかる二次電池の概略構成を示す図である。
【図２】図１に示した二次電池の動作手順を示すフローチャートである。
【図３】実施の形態２にかかる二次電池の概略構成を示す図である。
【図４】実施の形態３にかかる二次電池の概略構成を示す図である。
【図５】実施の形態４にかかる二次電池の概略構成を示す図である。
【図６】実施例１における二次電池の概略構成を示す図である。
【図７】実施例２における二次電池の概略構成を示す図である。
【図８】比較例における二次電池の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０…二次電池、
２０…発電要素、
２２…負極端子、
２４…正極端子、
３０…物質、
４０…超音波ホーン、
５０…温度センサ、
６０…音波検知センサ、
７０…ヒーター、
８０…コントローラ、
９０…容器、
１０２…負極端子、
１０４…正極端子、
１１０Ａ、１１０Ｂ…結晶化用電圧印加電極、
１２０…攪拌水車、
１３０…光源、
１４０…屈折率測定センサ、
１５０…ポンプ、
１６０…ラジエータ。
【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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