JP2000030738A - ナトリウム硫黄電池モジュール - Google Patents

ナトリウム硫黄電池モジュール

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JP2000030738A
JP2000030738A JP10198373A JP19837398A JP2000030738A JP 2000030738 A JP2000030738 A JP 2000030738A JP 10198373 A JP10198373 A JP 10198373A JP 19837398 A JP19837398 A JP 19837398A JP 2000030738 A JP2000030738 A JP 2000030738A
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gas
sodium
valve
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English (en)
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Naohisa Watabiki
直久 綿引
Takeshi Hiranuma
平沼  健
Hiromi Tokoi
博見 床井
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Hitachi Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】モジュールが冠水してモジュール内に水が浸入
した場合、高温の電池と室温の水との接触により電池が
破損する恐れがある。また、電池が破損した場合には、
電池内部からナトリウムが漏洩し、そのナトリウムと水
が反応し、破損を拡大させる恐れがある。 【解決手段】断熱容器内で浸水を検知し、ガス圧でモジ
ュール内の水をモジュール外に排出する手段を設ける。 【効果】モジュール内の高温の電池と水との接触による
電池破損を防止し、ナトリウム硫黄電池の実用化時の安
全性が向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ナトリウム硫黄電
池を集合させてなる電池モジュールに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】ナトリウム硫黄電池は、負極活物質にナ
トリウム,正極活物質に硫黄を使用し、固体電解質には
βアルミナを使用する高温作動型二次電池である。ま
た、ナトリウム硫黄電池は、固体電解質とナトリウムと
硫黄を収納する1つの容器から1つの電池を構成する。
これを単電池と呼ぶ。
【0003】ナトリウム硫黄電池モジュール(以下、モ
ジュールと呼ぶ)は、複数の単電池を断熱容器に収納す
る構造であり、電池の作動温度は300〜350℃であ
る。従来のモジュールは、図6に示すように、断熱容器
1及び底部容器5の内部に内容器2を設け、内容器2の
内部に複数の単電池3と安全対策用の乾燥砂4を収納す
る構造が知られている。モジュール内の空間部は全て空
気である。
【0004】断熱容器1は升型の開口部を下向きにした
容器構造とし、開口部以外は機密を有する構造とする。
また、内容器2は、升型の開口部を上向きにした容器構
造とし、開口部以外は機密を有する構造とする。
【0005】モジュールの電気出力は、複数の単電池3
を連結電極7で接続し、電流端子6から取り出す。
【0006】断熱容器1と底部容器5との接続部は、機
密を確保しない構造としているので、隙間10を生じ
る。底部容器5の貫通孔9は、加熱ヒータ8や温度計測
用熱電対等のケーブルを引き出すために設ける場合があ
る。
【0007】自然災害や火災発生時の消火作業等によっ
てモジュールが冠水すると、モジュールのヒータ加熱は
通常、停止し、モジュール内の温度は、ヒータ加熱の停
止とモジュール冠水による冷却作用で時間経過とともに
運転温度から室温まで低下する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術ではモジ
ュールが冠水した場合、モジュール内の高温の空気は冷
されてその体積が収縮し、これによってモジュール内に
水を引き込み、高温の単電池と水が接触して最悪の事態
では電池を破損させる恐れがあった。
【0009】そこで、モジュールが冠水してもすぐにモ
ジュール内に多量の水が浸入しない構造を検討した結
果、モジュールの底部に隙間や貫通孔を設けても、モジ
ュール内の高温の空気が急激に冷却されない限りすぐに
モジュール内に多量の水が浸入しないことが判った。す
ぐに多量の水が浸入しない理由は、断熱容器が升型の開
口部を下向きにした構造にあり、モジュール内の温度が
急激に低下しない限り冠水直後でもモジュール内は、ほ
ぼ浸水前の大気圧(1気圧)を保持できるからである。
尚、浸水前のモジュールの内圧は、断熱容器の隙間や貫
通孔により大気圧である。
【0010】モジュール内の温度がモジュールの運転温
度から室温まで低下すると、モジュール内の高温の空気
は体積の収縮をし、その結果、モジュール内はモジュー
ル外に比べ大気圧以下となるため、モジュール外の水を
引き込む現象を生じる。
【0011】ここで、モジュール内部に水を引き込む現
象を図7を用いて説明する。
【0012】図7は、モジュールを設置している建屋が
自然災害や火災発生時の消火作業等によって浸水し、や
がてモジュールが冠水する過程を示した模式図である。
【0013】モジュールが浸水を開始した図7(a)で
は、断熱容器が升型の開口部を下向きにした構造として
いるため、断熱容器の底部に隙間や貫通孔を設けてもモ
ジュール内の圧力は大気圧である。従って、モジュール
が浸水を開始しても水はモジュール内に多量に浸入しな
い。
【0014】次にモジュールが冠水した図7(b)で
は、図7(a)と同様に水はモジュール内に多量に浸入
しない。しかし、モジュールは浸水するとヒータ加熱を
停止し、これによりモジュール内の温度は、時間経過と
ともに徐々に運転温度から室温まで冷却される。この冷
却過程において、図7(b)のようにモジュール内の高
温の空気は冷やされ、体積の収縮を始める。この体積の
収縮によりモジュール内には、断熱容器底部の隙間や貫
通孔からモジュール外の水を引き込む。モジュール内に
浸入した水は、モジュール内の温度低下とともに内容器
の外側を上昇し、やがて内容器の上端を越えて内容器内
に流入する。水が内容器内に流入すると、未だ冷えきら
ない高温(約150℃以上)の単電池と室温の水が接触
し、熱衝撃に弱い電池の熱圧接部(セラミックと金属と
の接合部)が熱衝撃の臨界温度を越えて破損する。熱圧
接部が破損すると、ナトリウム−水反応が発生し、電池
破損を拡大させる恐れがある。なお、単電池の熱圧接部
は約150℃以下で室温の水と急激に接触しても破損す
ることはない。
【0015】本発明の目的は、浸水によるモジュール内
の電池破損を防止し、安全性の高いナトリウム硫黄電池
モジュールを提供することにある。
【0016】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成させるた
め、本発明は、複数の単電池を直列あるいは並列に接続
し、該単電池を断熱容器に収納するナトリウム硫黄電池
モジュールであって、該モジュール内に水が侵入したこ
とを検知する検知手段と、該検知手段からの情報に基づ
いてガス圧を発生させるガス発生手段と、該ガス発生手
段により該モジュール内に侵入した水を該モジュール外
に排出する排出手段を有するナトリウム硫黄電池モジュ
ールである。
【0017】また、本発明は、ガス発生手段が、開閉弁
による圧縮ガスの放出あるいは停止であるナトリウム硫
黄電池モジュールである。
【0018】また、本発明は、検知手段が、漏水センサ
ーであるナトリウム硫黄電池モジュールである。
【0019】また、本発明は、漏水センサーが浮き子の
浮力を利用して弁を開閉させる浮き子式弁であるナトリ
ウム硫黄電池モジュールである。
【0020】本発明によれば、モジュールが冠水しても
モジュール内部の高温の単電池と水の接触をなくして電
極破損を防止できる。
【0021】
【発明の実施の形態】モジュールが浸水すると前述した
ように、ヒータ加熱の停止とモジュール冠水による冷却
作用から、モジュール内の空気の体積は収縮する。これ
によってモジュール内はモジュール外に比べ大気圧以下
となり、モジュール内に水を引き込む。モジュールの内
容器内に水が浸入すると、高温の単電池と水が接触し、
最悪の事態では電池を破損させる可能性がある。そこ
で、電池の破損を防止するには、高温の単電池と水を接
触させなければよいことであり、水がモジュールの内容
器内に流入できない構造を検討した。
【0022】以下、本発明の第1の実施例を詳細に説明
する。
【0023】図1は、本発明のナトリウム硫黄電池モジ
ュールの構造図である。
【0024】モジュールは、断熱容器1及び底部容器5
を外箱とし、その内部に内容器2を設け、内容器2の内
部に複数の単電池3と安全対策用の乾燥砂4を収納する
構造である。モジュール内の空間部は全て空気である。
【0025】断熱容器1は升型の開口部を下向きにした
容器構造とし、開口部以外は機密を有する構造とする。
また、内容器2は升型の開口部を上向きにした容器構造
とし、開口部以外は機密を有する構造とする。
【0026】モジュールの内部には、ガス供給チューブ
15とガスの放出部16,漏水センサー17,18を設
ける。モジュール内の水の検知は漏水センサーを用いて
判定し、漏水センサーは内容器の外側の高さHとLの2
箇所に設ける。
【0027】モジュール内に浸入した水を検知する原理
は、図3に示すように、通電した2つの電極22,23
間に水が接触すると、電極22と電極23との間は短絡
状態となり、この短絡から水の存在を判定する。
【0028】図3において、弁制御装置14の電源24
は、直流または交流のいずれでもよい。また、漏水セン
サー17,18は、それぞれ2つの電極22と電気絶縁
部28及び防水性の信号線19からなる。
【0029】図1のモジュールの外部には、圧縮ガス1
2とガス供給チューブ15,開閉弁13,弁制御装置1
4,各信号線19,20を設ける。弁制御装置14は、
漏水センサー17,18と弁制御装置14からモジュー
ル内の水の存在の有無を判定し、水の存在の有無から圧
縮ガス12の放出または停止を開閉弁13で制御する構
成である。圧縮ガスの種類には、空気の他、不燃性ガス
等が好ましい。図1では、圧縮ガス12をモジュールの
外部に設けているが、モジュール内に圧縮ガス12を設
けてガス供給チューブ15を短くしてもよい。
【0030】モジュールが冠水した後のモジュール内の
水の挙動とガス放出の制御方法について説明する。モジ
ュール内の水位が高さHに上昇した時に、漏水センサー
17で水を検知して開閉弁13を開にし、モジュール内
に圧縮ガス12を放出する。ガスを放出すると、モジュ
ール内の圧力が高まり、モジュール内の水位は下降し始
め、モジュール内の水はモジュール外へ排出できる。や
がて、モジュール内の水位が高さLに達した時にガスの
放出を停止する。その後、モジュール内の温度が低下す
ると、再びモジュール底部の隙間より水が浸入し、モジ
ュール内の水位は上昇する。その後のモジュール内の水
の挙動は前述を繰り返す現象であり、省略する。なお、
モジュール内に水が浸入する過程とガス放出による水の
排出過程及び開閉弁の制御方法を過程別にまとめると、
図4になる。
【0031】図1の弁制御装置14について、下部の漏
水センサー18の水の存在の判定方法は、上部の漏水セ
ンサー17と逆とする。上部の漏水センサー17の水の
存在の判定方法は、図3の電極22,23の間と水が接
触すると開閉弁13を開とするが、下部の漏水センサー
18では、電極22,23の間と水が接触している間は
閉とする。これは下部の漏水センサー18が水中に存在
する過程(過程2〜4)があるためである。ただし、図
1の弁制御装置14には、下部漏水センサー18が初回
(過程1)のモジュール内の水位上昇時に空気中から水
中になる場合に限り、開閉弁13を閉にする回路を有す
る。また、その他の過程2〜4のように水位が高さLに
なる(下部の漏水センサー18が水中から空気中に露出
する時)と、開閉弁13が閉となる。
【0032】以上のように、モジュールが冠水してもモ
ジュール内に浸入した水を漏水センサーで検知し、圧縮
ガスの圧力でモジュール内の水をモジュール外に排出す
ることにより、高温の電池と水との接触をなくしてモジ
ュールの安全性が向上できる。
【0033】図2は、本発明のナトリウム硫黄電池モジ
ュールの第2の構造図である。
【0034】図1と異なる点は、モジュール内に浸入し
た水の検知方法として浮き子式弁21を用いて検知する
点で、浮き子式弁21は、モジュール内のガス供給チュ
ーブ15内に設ける。
【0035】図5に浮き子式弁の構造を示す。図5
(a)は浮き子26が水に浮く前の状態で、開閉弁13
は閉の状態を示す。また、図5(b)は浮き子26が水
に浮いた状態で、開閉弁13は開の状態を示す。浮き子
26は図5に示すように、モジュール内の水位25の上
昇により浮き子26が浮き、その浮力で開閉弁13を開
にする機構である。開閉弁13と浮き子26とのジョイ
ント部は支点27である。図2の浮き子式弁21は、モ
ジュール内の水位が高さHまで上昇した時に開になる機
構である。浮き子式弁21が開になると、圧縮ガス12
をモジュール内のガス放出部16から放出し、その後モ
ジュール内の水位は下降する。また、モジュール内の水
位の下降とともに浮き子26の浮力がなくなると、開閉
弁13が閉になり、ガスの放出は停止する。再びモジュ
ール内の温度が低下すると前述と同様の挙動を繰り返
す。浮き子式弁21の浮き子が浮く動作の行程は、図5
に示すように高さ方向の距離Sである。
【0036】以上のように、モジュールが冠水してもモ
ジュール内に浸入した水を浮き子の浮力で検知し、かつ
圧縮ガスのガス圧でモジュール外に排出することによ
り、高温の電池と水との接触をなくしてモジュールの安
全性は向上できる。また、図1の構造に比べ図2は、弁
制御装置等の電気計測系や配線等を省略でき、全体構成
を単純化できるメリットがある。
【0037】本発明は、以上の実施例のように、電池破
損を防止し、安全性の高いナトリウム硫黄電池モジュ−
ルを提供できる。
【0038】
【発明の効果】本発明によれば、ナトリウム硫黄電池モ
ジュールを設置した建物の洪水や消火活動時に、運転温
度のモジュールが冠水しても、モジュール内の内容器内
に水の浸入をなくし、高温の電池と室温の水との接触に
よる電池破損を防止でき、モジュールの安全性を向上で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す模式図。
【図2】本発明の第2の実施例を示す模式図。
【図3】本実施例の漏水検知器の構成図。
【図4】モジュール内の水位制御示す系統図。
【図5】浮き子式弁の構造図。
【図6】従来例の構造図。
【図7】従来例で浸水途中のモジールの様子を示す模式
図。
【図8】従来例で浸水後のモジュールの様子を示す模式
図。
【符号の説明】
1…断熱容器、2…内容器、3…単電池、4…乾燥砂、
5…底部容器、6…電流端子、7…連結電極、8…加熱
ヒータ、9…貫通孔、10…隙間、11…空気、12…
圧縮ガス、13…開閉弁、14…弁制御装置、15…ガ
ス供給チューブ、16…ガス放出部、17…上部漏水セ
ンサー、18…下部漏水センサー、19…漏水信号線、
20…弁開閉信号線、21…浮き子式弁、22,23…
電極、24…供給電源、25…水位、26…浮き子、2
7…支点、28…電気絶縁部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 床井 博見 茨城県日立市大みか町七丁目2番1号 株 式会社日立製作所電力・電機開発本部内 Fターム(参考) 5H022 AA14 AA19 KK00 KK01 5H029 AJ12 AK05 AL13 AM15 BJ06 BJ21 BJ23 BJ27

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の単電池を直列あるいは並列に接続
    し、該単電池を断熱容器に収納するナトリウム硫黄電池
    モジュールであって、該モジュール内に水が侵入したこ
    とを検知する検知手段と、該検知手段からの情報に基づ
    いてガス圧を発生させるガス発生手段と、該ガス発生手
    段により該モジュール内に侵入した水を該モジュール外
    に排出する排出手段を有することを特徴とするナトリウ
    ム硫黄電池モジュール。
  2. 【請求項2】請求項1記載の該ガス発生手段が、開閉弁
    による圧縮ガスの放出あるいは停止であることを特徴と
    するナトリウム硫黄電池モジュール。
  3. 【請求項3】請求項1記載の該検知手段が、漏水センサ
    ーであることを特徴とするナトリウム硫黄電池モジュー
    ル。
  4. 【請求項4】請求項3に記載の該漏水センサーが浮き子
    の浮力を利用して弁を開閉させる浮き子式弁であること
    を特徴とするナトリウム硫黄電池モジュール。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120132286A1 (en) * 2010-11-30 2012-05-31 Kia Motors Corporation Water-discharging device of high voltage battery pack
KR101317523B1 (ko) * 2010-12-20 2013-10-15 인지컨트롤스 주식회사 전기자동차용 배터리 보호장치
CN103538489A (zh) * 2012-07-17 2014-01-29 通用汽车环球科技运作有限责任公司 用于减轻由冷却剂泄露引起的电池损坏的系统和方法

Cited By (4)

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