JPH04149962A - 熱電池システム電源 - 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、長時間作動が可能な熱電池のノステム電源に
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１／１０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存している。

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
ばならなく、従来の保温技術を用いた高温電池ではせい
ぜい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ので、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が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Ｐｅｒｆｏｒｍａｎ
ｃｅ　Ｄａｔａ　ｆｏｒ　ａ　Ｌｉｔｈｉｕｍ−３ｉｌ
ｉｃｏｎ／Ｉｒｏｎ　　Ｄｉｓｕｌｆｉｄｅ、　　Ｌｏ
ｎｇ−Ｌｉｆｅ、　　Ｐｒｉｍａｒｙ　　Ｔｈｅｒｍａ
ｌＢａｔｔｅｒｙ、　Ｒｏｄ　Ｋ　Ｑｕｉｎｎ　ｅｔ　
ａｌ、に公開されている。

従来のこの種電池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（１）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、複数個の熱電池から構成された複合型電池であ
る。この本例では円筒状の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、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
電源部と、点火電源、点火電源回路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
する点火制御回路からなる点火回路部と、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から構成され
た熱電池システム電源である。

作用 この熱電池システム電源によれば、カード読み取り部は
、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
、有機電解液電池などからなる点火電源の電力を点火電
源回路部を経て点火制御回路へ送り込み、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
。本実施例ではＮｏ、　１からＮｏ、　４の熱電池はそ
れぞれ並列接続されており、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−個づつ直列に、更に二個並列にのち
一個づつ直列に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、製造容易で実用的な熱電池システム電源
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本の円筒形リチウム熱電池を断熱材に埋設し
た電源部と、点火回路部と、メモリーカードの動作制御
手段などからなる熱電池システム電源の立体斜視図を示
している。図において、リチウム熱電池１は、負極活物
質かＬｉおよび／またはＬｉ合金の負極、ＬｉＣ１−Ｋ
Ｃｌ　　（融点３５２℃）共融塩の電解質、ＦｅＳ：な
どの金属硫化物の正極からなる素電池と、鉄粉と過墳素
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。電源用断熱材２は熱電池を収納して
表面温度の抑制と取り扱い時の環境条件を緩和しており
、外套容器３にて電源全体を保護している。これらを電
源部２５と呼ぶ。点火電源４は一個または複数個の円筒
形有機電解液電池とＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータの昇圧回
路からなり、洩れ電流の少ないコンデンサーおよびスイ
ッチなどの周辺回路からなる点火電源回路５と接続され
ている。点火制御回路６は全ての熱電池の点火器と、点
火電源回路の端子と、熱電池電圧検出回路の端子と、指
令信号を記憶したカードの挿入口および読み取り部など
からなる。カード７に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。表示部８は熱電池の作動電圧
、残存電池数などを示し、外部負荷ターミナル９、緊急
停止スイッチ１０などと共に構成されている。

第２図は第１図に示した熱電池システム電源の電気回路
図である。

１１は点火用電池で１．２Ａｈの円筒形有機電解液電池
を２直列２並列で用い、点火の信頼性を向上させるため
にＤ　Ｃ／Ｄ　Ｃコンバータ１２で５０ｖに昇圧する。

この部分を点火電源部４と呼ぶ。１３はコンデンサーで
、１００μＦのタンタルコンデンサーを使用し、ＤＣ／
ＤＣコンバータから充電された後、点火スイッチ１４を
閉じると点火器へ瞬間的に通電して熱電池を活性化させ
る。この部分を点火電源回路部５と呼ぶ。１５は熱電池
電圧検出部で、カード７によって指定された電圧と熱電
池の発生電圧との電圧差をモニターして検出し、差がな
くなれば点火制御回路部とカードによって点火スイッチ
を閉路する指令が出されて、次の熱電池へ点火電流が流
される。１６は第１番目の、１７は第２番目の、１８は
第３番目の、１９は第４番目のそれぞれの熱電池であり
、逆流防止ダイオード２０を介して並列に結線され、プ
ラスリードとマイナスリードは外部負荷ターミナル９の
プラス端子２１、マイナス端子２２に接続される。２３
は熱電池に内蔵した点火器で点火電流が通電されると、
火炎を発して熱電池を起動させる。２４は緊急停止スイ
ッチで指令どうりの動作を停止する役目を有する。

次に、この熱電池システム電源の起動順序を述べる。ま
ずカード７を点火制御回路部６に挿入すると、緊急停止
スイッチ２４は自動的に回路が接続し、点火電源部４か
らコンデンサー１３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７に記憶入力されている指令
信号を点火制御回路部６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１４の回路が一
定時間閉して、指定された熱電池、例えば第４番目の熱
電池１９の点火器２３ヘコンデンサー１３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２０を通して外部負荷ターミナル９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６から点火スイッチＯＮの指令が発せられ、例え
ば第１番目の熱電池１６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９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。上記の例では連続的に作動させた時につい
て述へたが、カードが指令した時間だけ途中で休止し、
再び熱電池を作動させるようなモードも可能である。

次に、本実施例の効果を従来例と比較して下表にまとめ
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
数組み合わせた電源部と、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
する動作制御手段とから構成される熱電池システム電源
にすると、従来例に比べて大幅に作動時間が延長でき、
また休止か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か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
立体斜視図、第２図は第１図に示した熱電池システム電
源の電気回路図である。 １・・リチウム熱電池、４・・点火電源部、５・・点火
電源回路部、６・・点火制御回路部、７・・カード、　
　　２５・・電源部。 代理人の氏名　弁理士　小蝦治　明　ほか２名すツウ４
熟冑３で 変漕、用正午楚震 一外４」（昏 尤−ｘｔ源評 、り１す↑Ａ目み忰 九ン制笹国努部 カー片 −ｋｒ、静 外さや脅１奇ターミＴル シしも、イ岑にスイ・、＋ を邊舒

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
   たリチウム系熱電池を複数組み合わせた電源部と、点火
   電源、点火電源回路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
   路からなる点火回路部と、外部より点火順序の指令を発
   する動作制御手段とから構成した熱電池システム電源。
2. （２）動作制御手段が、指令信号が記憶入力されている
   カードと、その読み取り部とからなる請求項１記載の熱
   電池システム電源。