JPH04149961A - 熱電池システム電源およびその作動法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、長時間作動や供給電力の大小が可変できる熱
電池のシステム電源とその作動法に関するものである。

従来の技術 熱電池は、常温では不活性であるが高温に加熱すると活
性になり、外部へ電力を供給可能となる電池である。こ
の電池は常温で比抵抗が極めて大きな溶融塩を電解質に
使用しているので、貯蔵中の自己放電が実用の範囲で皆
無なために、５年〜１０年あるいはそれ以上の長期の貯
蔵後においても、製造直後と何ら電池特性に影響を与え
ないで使用できる。従って、各種の緊急用電源として特
殊分野において新たな需要を創出しており、業界から着
目されている電池である。電池特性上の特徴としては、
高温で作動させるので反応速度が早いこと、溶融すると
比抵抗が水溶液電解液の１７１０以下と極めて小さくな
ること等の理由で、高密度負荷特性や高出力特性が他種
電池に比較し抜群に優れていることである。さらに、電
池を使用する時には内蔵する点火器に微弱な起動信号を
入れると、瞬時に発電し大きな電力が得られるので使用
勝手が良いなど、他にない多くの特徴を有している。

しかし前述の長所の反面、■溶融塩を電解質に使用して
いるがために数百度の作動可能温度範囲を保持しなけれ
ばならないので、従来の保温技術を用いた熱電池では１
分から数分間の作動時間しか得られない。■−度作動さ
せると電池の寿命が尽きるまで使用しなければならない
、などの短所があった。従って、用途も極めて特殊な限
定された範囲でしか採用されなかった。

この短所を解決するために、従来から蓄熱、断熱、電池
系の３つの観点から、発電部の作動温度をいかに長時間
保持させるかが考えられてきた。

つまり蓄熱剤については、溶融塩の凝固潜熱を利用した
高性能材料の開発がなされ、断熱については、高温にな
っても熱伝導係数の小さい断熱材料の適用と電池設計へ
の応用が検討され、電池系については、エネルギー密度
が大きく作動温度範囲か広い電池系としてリチウム系電
池が実用化されてきたのである。これらの最良の条件が
報文として、 ２９　ＴＨＰｏｗｅｒ　５ｏｕｒｃｅｓ　Ｓｙｍｐｏｓ
ｉｕｍ、　１９８０に発表されたＰｅｒｆｏｒｍａｎｃ
ｅ　Ｄａｔａ　ｆｏｒ　ａ　Ｌｉｔｈｉｕｍ−３ｉｌｉ
ｃｏｎ／Ｉｒｏｎ　Ｄｉｓｕｌｆｉｄｅ、　Ｌｏｎｇ−
Ｌｉｆｅ、　Ｐｒｉｍａｒｙ　ＴｈｅｒｍａｌＢａｔｔ
ｅｒｙ、　Ｒｏｄ　Ｋ　Ｑｕｉｎｎ　ｅｔ　ａｌ、に公
開されている。

従来のこの種電源の関連技術としては以下のような考え
方があった。

（１）複数個の積層体を並列に電池内部で接続し、積層
間を放電可能時間に合わせて燃焼する延時導火線を積層
体間に接続した熱電池。

（２）複数個の円筒状熱電池の周囲に発熱剤を配置し、
断熱材と共に角形容器に収納した熱電池。

発明が解決しようとする課題 上記（１１の方法は、特公昭５２−１２８９４号公報に
述べられた技術であるが、複数個の積層体を同一電池容
器内に収納し、かつ、延時導火線を積層体間に構成する
ために、電池が大型化、複雑化、高価格化してしまう欠
点がある。また、点火器によって起動されるとその後は
放電のあり方に関係なく、延時導火線の燃焼時間が来る
と次の積層体が作動し始めるので、低負荷放電時には電
池寿命が尽きる前に次の積層体が作動し始めてしまい無
駄となる。一方、高負荷放電の時は電池電圧が尽きてし
まってから、次ぎの積層体が作動し始めるために、使用
機器が一時的に停止するという欠点が生じる。（２）の
方法は、特開昭６３−１２６１６８号公報に述べられて
おり、複数個数の熱電池から構成された複合型電池であ
るが、本例では円筒状の４個の熱電池を断熱材とともに
角形容器に収納し、さらに、熱電池の周囲に発熱剤を配
置して電池を加熱し、作動中の熱電池からの放熱を抑制
して長時間にわたって温度保持をしようとするものであ
る。

この方法では、熱電池と熱電池の周囲発熱剤とは同時に
点火作動されるので、−度点火されてしまえば電池寿命
が尽きる時間の長短はあるが最後まで使用しなければな
らないので、基本的な熱電池の使用方法としては従来電
池と何ら変わらない。

本発明は、上記の従来の課題を改善して点火したら短時
間で使い切るという熱電池のイメージを−新し、供給負
荷の大小に応じてフレキシブルな使用方法が可能で、か
つ製造容易で実用的な長時間作動が可能な熱電池システ
ム電源を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 この課題を解決するため本発明は、負極にリチウムおよ
び／またはリチウム合金を、電解質に例えば無機溶融塩
を、正極に例えば金属硫化物をそれぞれ用いた素電池と
、金属粉末と酸化剤粉末を主成分とする発熱剤と、これ
らを交互に積層しその両端部に設けた蓄熱剤層と、これ
らを包囲して構成した内部断熱層および点火器からなる
リチウム系熱電池を用い、この電池を複数組み合わせた
電源装置であって、熱電池の出力端子は並列に結線され
ており、電源部、点火電源回路部および外部信号により
指定された熱電池に内蔵する点火器に点火電力を通電す
る点火制御回路部からなる点火制御部と、点火順序の指
令を発する動作制御手段、例えば指令信号が記憶入力さ
れているカードとその読み取り部、または外部スイッチ
の人的操作による作動指令によって活性化する熱電池シ
ステム電源である。

この電源は供給負荷の大小に応じて１本または複数本の
熱電池を並列使用させることが可能であると共に、動作
の途中に休止期間をもたせることができる。

作用 この熱電池システム電源によれば、読み取り部はカード
に記憶された点火順序に従って発せられる指令信号を検
出し、その信号によって点火回路部を動作させ、リチウ
ム電池などからなる電源部の電力を点火電源回路部を経
て点火制御回路部へ送り込み、指定された熱電池を指定
された順序と間隔で作動させることができる。ここでは
第１番目の熱電池から第４番目の熱電池はそれぞれ並列
接続されており、各熱電池に内蔵する点火器は点火制御
回路部にそれぞれ独立して接続されていて、−個づつ個
別に、または−個づつ直列に、更に二個並列にのち一個
直列に作動させた後、休止期間を置いて残り一個を作動
させるなど様々な使用形態に応じて適用可能となる。

また、個数を任意に増加していけば比例的に使用時間が
延長できるので、例えば熱電池で１日間という長時間の
電力供給も可能となり、その反対に熱電池を同時に作動
させると一時に大電流放電ができるなど、何ら技術的困
難を伴うことなく熱電池の新しい展開ができる。

従って、従来の熱電池のイメージを−新し、作動時間を
大幅に改善し、かつ使用本数の選択や動作中の途中休止
も可能な、製造容易で実用的な熱電池システム電源とそ
の動作法が提供できるものである。

実施例 以下、本発明の実施例を第１図を参照して説明する。

第１図は４本のリチウム熱電池からなる電源装置と、電
源部、点火電源回路部、点火制御回路部、メモリーカー
ドまたは手動スイッチの点火指令信号により運転可能と
なる熱電池システム電源の回路図を示している。図にお
いて、電源装置１は複数の熱電池２．３．４．５の組み
電池を主体としたものであり、熱電池はＬｌおよび／ま
たはＬｉ合金の負極、ＬｉＣ１−ＫＣｌ　　（融点３５
２℃）共融塩の電解質、Ｆ　ｅ　Ｓ：などの金属硫化物
の正極からなる素電池と、鉄粉と過塩素酸カリウムの発
熱剤と、この積層体の上下に設けた蓄熱剤層と、これら
を包囲するように構成した無機断熱材層および電気式点
火器６を外装ケースに収納し、外装蓋で密閉した構成で
ある。電源部７は一個または複数個の円筒形有機電解液
電池よりなる点火電池８と、ＤＣ／ＤＣコンバータの昇
圧回路９とからなり、洩れ電流の少ないコンデンサー１
０および自動スイッチ１１および手動スイッチ１２から
なる点火電源回路部１３と接続されている。点火制御回
路部１４は全ての熱電池の点火器と、点火電源回路部と
、熱電池電圧検出回路部１５が集合し、カードの挿入口
および読み取り部などからなる。カード１６は熱電池の
点火順序の指令や点火間隔の指令が記憶されており、ま
た使用状況に応じて指令変更が可能であり、これを本体
より切り離して持ち歩いても記憶は保持される。

外部負荷ターミナル１７には各々の熱電池に接続した逆
流防止ダイオード１８を介して、並列結線されたリード
線によってプラス端子１９、マイナス端子２０が導かれ
ている。２１は緊急停止スイッチである。

第２図および第３図は第１図に示した熱電池システム電
源の動作法の一例を示す。

第２図は休止期間をいれた不連続運転例を示しており、
左縦軸に電圧値を、右縦軸に電流値を、横軸に作動時間
を、そして奥行軸に第１番目の熱電池から第４番目の熱
電池までをそれぞれ表している。また、最奥の面は前記
の投影図を表現している。点３１で第１番目の熱電池２
の点火器と点３４で第２番目の熱電池３の点火器に同時
に点火電流が通電されると、電池電圧３２と３５は立ち
上がり、約２５Ｖを発生する。電流３３と３６は並列結
線されているので、外部負荷ターミナル１７を介して２
個分の電流値、本例の場合は１．５Ａの２倍３Ａを機器
に供給できる。例えば負荷に通信器を接続した場合、強
い電波によって遠距離まで送信することが可能となる。

３０分間送信すると電圧が低下してくるので熱電池電圧
検出器１５は設定電圧値、例えば２２Ｖを検出し、第３
番目の熱電池４の点火器に点３７で点火電流を通電する
。電圧３８、電流３９は引続き発生して１個分の電力を
連続的に寿命が尽きるまで機器に供給し、カード１６の
指令どうりの休止期間となっていく。休止終了指令がカ
ードより発せられると、点火電流が点４０で第４番目の
熱電池の点火器に通電され、再び電圧４１、電流４２が
機器に供給され始める。以上を投影図に表すと、電圧曲
線は４３．３８′と連続し休止期間を経て４１′となり
、電流値は４４．３９′と連続後に休止期間を経て４２
′　となる。

第３図は連続運転の場合について示す。図中、点５１は
第１番目の熱電池へ入力した点火信号で、点火後直ちに
電圧５２が立ち上がり電流５３を供給し始め、電池電圧
が設定電圧値２２Ｖに低下するまで放電し続ける。この
２２Ｖを電圧検出部１５が検出すると、点火信号が第２
番目の熱電池へ流され、点５４で点火し再び電圧５５、
電流５６が得られる。同様にして、第３番目、第４番目
の熱電池が連続して点火され、本例では２時間の作動が
可能となる。これを投影図で示すと電圧曲線は第１番目
から第４番目の熱電池まで５２′５５’　　５８’　　
６１’　と上値２５Ｖ、下値２２■で連続したノコギリ
波状が得られる。一方電流値は機器が定電流放電の時は
図のように、５３′５６’　　５９’　　６２’　と１
．５八一定電流を流し続ける。

この熱電池システム電源の起動順序を次に述べる。まず
カード１６を点火制御回路部１４に挿入すると、緊急停
止スイッチ２１は自動的に回路か接続し、点火電池８か
らコンデンサー１０に通電して充電され、スタンバイ状
態となる。挿入中のカード１６に記憶入力されている指
令信号を点火制御回路部１４に内蔵している読み取り部
が検出して点火指令を出すと、点火スイッチ１１の回路
が一定時間閉じて、指定された熱電池の点火器６ヘコン
デンサー１０から通電し、熱電池は活性化して発電する
。電力は逆流防止ダイオード１８を通して外部負荷ター
ミナル１７に機器を接続することで取り出すことができ
る。

電池電圧は熱電池電圧検出部１５によって監視されてお
り、カードの指令電圧値以下に低下すると、再び点火制
御回路部１４から点火スイッチＯＮの指令が発せられ、
次の熱電池の点火器が発火し熱電池は活性化して発電す
る。このように繰り返していくと、外部負荷ターミナル
１７にはあたかも連続した電力が熱電池から供給してい
る状態が作り出せる。この例のように連続的または不連
続に本熱電池システム電源は使用できる。

なお、前記例ではカードを用いた場合について述べたが
、手動スイッチ１２を操作することにより、任意に熱電
池を発電させることもできる。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、リチウム系熱電池を複
数組み合わせてなる電源部と、点火電源部と、点火電源
回路部と、点火制御回路部と、外部より点火順序の指令
を発する動作制御手段例えばカードまたは手動スイッチ
とから構成される熱電池システム電源にすると、これま
でに比べて大幅に作動時間が延長でき、また、休止が可
能で使用モードも任意に設定が可能な、極めて運用上の
利便性が優れた新しい電源を提供できるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における熱電池システム電源の
電気回路図、第２図は休止期間を入れたその動作法の一
例を示す図、第３図は連続したその動作法の一例を示す
図である。 １・・電源装置、　　　５・リチウム系熱電池、６・・
点火器、　　　　７・電源部、 １２・手動スイッチ、１３・点火電源回路、１４・・点
火制御回路部、 １５・・熱電池電圧検出部、１６・・カード、１７・・
外部負荷ターミナル。 −〜ｃ−Ｖ＋　’ｗ　ｕ　ｃ−ｍｌ　ｏ−：　＝　：　
ｅ２　＝　：　：　−！ｌ　ｓ−：　：ａ ４！！＠壺 田ユ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）リチウムおよび／またはリチウム合金を負極とし
   た素電池と、電気式点火器を内蔵したリチウム系熱電池
   を複数組み合わせて用いた電源装置であって、前記熱電
   池は正極端子同士また負極端子同士が並列に結線されて
   おり、点火制御部から点火器への点火指令信号または、
   外部スイッチの操作により、供給負荷の大小に応じて１
   本または複数本の熱電池を並列使用させることが可能で
   あり、かつ休止ができる不連続な運転が可能な熱電池シ
   ステム電源。
2. （２）請求項１に記載の熱電池システム電源の作動法で
   あって、複数の熱電池は、点火信号指令またはスイッチ
   操作により順次点火動作がなされるとともに、動作の途
   中に休止期間をもたせた熱電池システム電源の作動法。