□ プロジェクト名称近未来⾃動⾞技術開発プロジェクト

□ 分野テーマ／研究テーマ名称熱／電気バッテリーで構築するエネルギーマネジメント技術 (V5)

□ 分野リーダー／研究リーダー名古屋⼤学 准教授 ⼩林敬幸

□ 事業化リーダー⽇新電機株式会社 可貴裕和

□ 参画機関名伊藤レーシングサービス㈱，東邦ガス㈱，⽇新電機㈱名古屋⼤学，⾦沢⼤学

□ ⽇付2020年3⽉19⽇

（様式２）

1

１.研究テーマの概要

2

電動⾞のハード開発で最も遅れている熱源を確保する技術（⾞載⽤熱バッテリー），⼯場・事業場で開発が望まれている低温排熱を蓄熱する技術（定置⽤熱バッテリー）を同時に開発する．

熱と電⼒を併⽤するエネルギーマネージメントシステムに必要な共通課題を解決するために，⾞載⽤と定置⽤のそれぞれの技術を必要とする事業者が連携し，統合的なエネルギーマネジメント数理モデルとシステムを構築する．

□ 研究テーマの⽬的

熱/電気統合エネルギーシステム熱バッテリー

１.研究テーマの概要

3

□ 開発ターゲット

⾞載⽤熱バッテリー︓ 酸化還元反応系を利⽤した蓄熱材の第1次候補の選定 定置⽤熱バッテリー︓ 無機⽔和塩/⽔和系蓄熱装置の設計，酸化マグネシウム

および複合酸化物系に関する予備検討，ならびに蓄熱材の耐久性を評価する試験装置の設計

熱/電気統合システム︓定常モデルにおける各要素のモデル化

⾞載⽤熱バッテリー︓蓄熱密度 0.5 MJ/L出⼒︓3.5 kW/L耐久性︓30,000回

定置⽤熱バッテリー︓蓄熱密度︓0.5 MJ/L出⼒︓0.5 kW/L耐久性︓48,000回

熱/電気統合システム︓⾞載⽤︓ マネジメント回路試作・評価定置⽤︓ ⾮定常シミュレーターの構築と

仮想運⽤評価

□ 令和元年度実施内容

１.研究テーマの概要

4

□ 研究開発体制と参画機関の役割熱／電気バッテリーで構築するエネルギーマネジメント技術

研究リーダー︓名古屋⼤学・准教授・⼩林敬幸役割︓研究の統括と熱バッテリー要素開発

定置⽤熱バッテリー設計 事業化リーダー︓⽇新電機㈱・可貴裕和分担︓伊藤レーシングサービス㈱役割︓定置⽤熱バッテリーの設計と試作

⾞載⽤熱バッテリー設計 分担︓伊藤レーシングサービス㈱産業技術センター

役割︓⾞載⽤熱バッテリーの⾞載化検討

熱／電気統合システム設計 事業化リーダー︓⽇新電機㈱・可貴裕和担当︓⾦沢⼤学・助教・⼤坂侑吾分担︓名古屋⼤学

東邦ガス㈱⽇新電機㈱

役割︓マネジメント回路試作・評価熱／電気バッテリーの統合運⽤システムの数値的設計⼿法の開発

2.年次ロードマップ

5

3.研究開発の実施状況

6

□ 本年度のマップ実施状況とロードマップ（⽬標）の到達状況研究項⽬ マイルストーンと

その達成状況 実施内容 実施結果 今後の予定

⾞載⽤熱バッテリー

蓄熱材候補第1次候補選定︓〇 平衡計算による反応候補系の熱⼒学的探索

反応可逆性，コスト，安全性からMn, Fe系化合物を選定

完了

各種複合酸化物の調製、評価 SrFeO3-x, LiMn2O4（CeO2, Fe2O3添加）, (MnxFey)2O3を調製，酸化還元の可逆性を確認

調製試料の蓄熱密度評価，材料組成の最適化

原理実証機の試作，評価 Co系において空気のみを⽤いた放熱を実証

⾞載⽤熱バッテリーの設計・試作

定置⽤熱バッテリー

無機⽔和塩／⽔和系蓄熱装置の設計︓◎

予備試験装置による動作確認 CaCl2, SrBr2を⽤いて、80℃での蓄熱，140℃以上の昇温を20サイクル実証

検証機（蒸気出⼒10kW相当）設計完了・試作

LiOH/MPC複合材料の蓄・放熱試験

60〜80℃での蓄熱，30℃⽔和での放熱を実証

反応器の最適設計

酸化物蓄熱材の予備評価︓〇 MgO/Mg(OH)2系の⼩型熱出⼒実証装置の試作

放熱操作による蒸気⽣成を実証

蓄熱材耐久試験装置の設計︓〇 耐久試験⽤反応器，システムの基本設計

設計完了 反応器の試作，システム構築

熱/電⼒統合システム

マネージメント回路基本設計（100 mL⽤）︓△

⾞載⽤熱バッテリー⽤電⼒供給装置の設計・試作

試作完了 熱/電⼒統合制御回路の設計

定常モデル要素構築︓〇 LiOHの⽔和・脱⽔速度測定 容量法を⽤いて各反応速度を定量的に把握

統合システムに組み込むためのモデル化

定常モデル構築 Visual Modelerによりシステムフローを構築済

定常モデルによる評価

3.研究開発の実施状況（代表的成果）

7

□ ⾞載⽤熱バッテリー令和元年度研究⽬標︓酸化還元反応系を利⽤した蓄熱材の第1次候補の選定 酸化還元反応系のスクリーニング

SrFeO3-x, LiMn2O4（CeO2, Fe2O3添加）, (MnxFey)2O3を調製し，酸化還元反応の可逆性を評価 SrFeO3-xの調製・評価

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

16.4

16.45

16.5

16.55

16.6

16.65

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500

Tem

pera

ture

[℃]

Wig

ht [m

g]

Time [s]

調製⽅法︓Fe2O3とSr(OH)2･8H2OをFe:Sr=1:1（モル⽐）で混合した後，220℃, 550℃で1時間，1000℃で1.5時間焼成

Air雰囲気

酸化還元反応の可逆性を確認400℃の低温で還元可能

還元

酸化

Wei

ght[

mg]

Tem

pera

ture

[oC]

(MnxFey)2O3の調製・評価調製⽅法︓

Mn2O3, MnO2とFe2O3と種々のモル⽐で混合し，遊星型ボールミルで100 h強⼒混合した後，900℃で4⽇間焼成

酸化還元反応の可逆性を確認

Mn:Fe=1:2 Mn:Fe:Cr=1:2:0.5

Mn:Fe=2:1焼結 前 後 前 後 前 後

100806040200

酸化

率[%

]

3.研究開発の実施状況（代表的成果）

8

□ ⾞載⽤熱バッテリー 原理実証機の試作，評価

酸化還元反応系︓6CoO+O2 2Co3O4蓄熱(還元)放熱(酸化)

原理実証機

充填層0.6

0.7

0.8

0.9

1

730

740

750

760

770

780

790

800

810

820

0 100 200 300 400 500 600

Fractio

n of re

actio

n [‐]

Tempe

rature  [℃

]

Time［s］

窒素 空気

放熱過程における充填層⼊⼝の温度変化

空気のみを⽤いた放熱を実証⇒ ⾞載⽤熱バッテリーの設計

3.研究開発の実施状況（代表的成果）

9

□ 定置⽤熱バッテリー令和元年度研究⽬標︓ 無機⽔和塩/⽔和系蓄熱装置の設計，酸化マグネシウム

および複合酸化物系に関する予備検討，ならびに蓄熱材の耐久性を評価する試験装置の設計

蓄熱材，吸収材の検討︓蓄熱材︓CaCl2，吸収材︓SrBr2を選定 動作確認︓ 予備試験装置にて、排熱温度80℃，環境温度30℃，

昇温温度≧140℃の条件で20回のサイクル動作を確認⇒ 特許出願2件準備中

定置⽤検証機（蒸気出⼒10 kW相当）設計中⇒ 2020年9⽉末，検証機製作完了。性能検証を進める予定

定置⽤熱バッテリー⽬標︓排熱80℃を蓄熱，140℃以上の蒸気を出⼒

サイクル試験結果 定置⽤検証機概略構成

無機⽔和塩/⽔和系蓄熱装置の設計

3.研究開発の実施状況（代表的成果）

10

□ 熱/電気統合システム令和元年度研究⽬標︓ 定常モデルにおける各要素のモデル化

電⼒

熱

系統電⼒

太陽光電⼒

コジェネ（ガスエンジン）（燃料電池）

原料

製品

排熱

快適性

⼯場

Time

Quality

Quantity

熱バッテリー最⼩化

需要供給の時間的ミスマッチの解消

プラント内の需要と供給（熱・物質収⽀）を定量化するプラントモデル

Omegaland社 Visual Modeler(VM)によるモデル

Visual Modelerによりシステムフローを構築

熱/電気統合システム定常モデルの構築

3.研究開発の実施状況

11

□ ベンチマークと⽐較した優位性

□ ⼈材育成への取組状況 ポスドク︓1名（2019年8⽉〜2020年3⽉） 研究アシスタント︓2名（2019年12⽉〜2020年3⽉）を雇⽤

⾞載⽤熱バッテリー︓酸化還元反応を⽤いた熱バッテリーに関する基本特許（特願2019-1340）をPCT申請（P201901-PCT）

定置⽤熱バッテリー︓従来有効利⽤が困難であった80℃の低温熱を蓄熱し，放熱時に利⽤度の⾼い140℃以上の⾼温蒸気の⽣成を20サイクル実証検証機（蒸気出⼒10 kW相当）の設計完了，試作段階（2020年9⽉稼働予定）

4.事業化の⾒通し

12

□ 事業化の⾒通し

定置⽤熱バッテリー︓2020年9⽉までに検証機の製作を完了し，性能検証を進めるその後，検証機を展⽰会などで公開することにより，市場ニーズの調査を実施した上でフィールド試験に取り組む

□ 本県産業への波及の⾒通し

⾞載⽤熱バッテリー︓2020年10⽉に⾃動⾞技術会秋季⼤会で技術内容の公表を⾏い，市場調査を実施した上で適⽤を開始する

電動⾞市場の確保電動⾞のハード開発で最も遅れている熱供給技術を開発電動⾞の寒冷地における普及に⼤きく貢献する製品の提案

⾃動⾞，セラミックス等産業の脱炭素化の促進⼯場・事業場で⼀層の活⽤が望まれる未利⽤熱源利⽤技術を開発

5.研究実績

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□ 特許出願︓PCT申請1件，出願準備中2件

□ 情報発信︓４件

PCT申請（P201901-PCT） 出願準備中（2件，⽇新電機㈱）

□ 外部発表︓学会発表5件 ⼩林敬幸ら︓酸化還元可逆化学反応を⽤いる熱バッテリーに関する基礎研究，2019年度⽇本冷凍

空調学会年次⼤会，E234，東京（2019） N. Kobayashi et al.: Performance Of Thermochemical Heat Battery By Using Reversible

Alkali Halide Hydration Reaction, The Second Pacific Rim Thermal Engineering Conference, PRTEC-24449, Hawaii (2019)

Y. Osaka et al.: Kinetic Analysis on LiOH Hydration/Dehydration Behavior by Volumetric Method, The Second Pacific Rim Thermal Engineering Conference, PRTEC-24447, Hawaii (2019)

A. Ichinose et al.: Numerical Analysis of Performance for Enhancement of Thermochemical Heat Battery by Using Reversible Alkali Halide Hydration Reaction, 第9回潜熱⼯学シンポジウム，茨城（2019）

窪⽥光宏︓⽔酸化リチウム／⽔蒸気系可逆反応を利⽤した低温化学蓄熱システムの開発，化学⼯学会第85年会，A302，⼤阪（2020）

第44回地球環境とエネルギーの調和展（ENEX2020），2020年1⽉29⽇〜31⽇，東京ビッグサイト 南館（展⽰番号1S-L01） など

□ 会議の開催件数︓3件 2019年10⽉11⽇，2019年12⽉10⽇，2020年2⽉28⽇