JP2000036320A - Operation control system and operating method for battery consisting of sodium-sulfur cells - Google Patents
Operation control system and operating method for battery consisting of sodium-sulfur cellsInfo
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】 本発明は、複数のナトリウ
ム−硫黄電池で構成されるモジュール電池の複数個を電
気的に接続して成るバッテリーの運転制御システム及び
その運転方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a battery operation control system in which a plurality of module batteries each including a plurality of sodium-sulfur batteries are electrically connected, and an operation method thereof.
【０００２】[0002]
【従来の技術】 ナトリウム−硫黄電池は、一方に陰極
活物質である溶融金属ナトリウム、他方には陽極活物質
である溶融硫黄を配し、両者をナトリウムイオンに対し
て選択的な透過性を有するベータアルミナ固体電解質で
隔離し、３００〜３５０℃で作動させる高温二次電池で
ある。2. Description of the Related Art A sodium-sulfur battery has molten metal sodium as a cathode active material on one side and molten sulfur as an anode active material on the other side, and both have selective permeability to sodium ions. A high-temperature secondary battery operated at 300 to 350 ° C., isolated by a beta-alumina solid electrolyte.
【０００３】 ナトリウム−硫黄電池を用いたバッテリ
ーは、上記のような構成を有する単電池を複数個接続
し、断熱容器に収容して成るモジュール電池を、さらに
複数個直列及び／又は並列に接続して構成される。図８
は、ナトリウム−硫黄電池を用いたバッテリーの構成を
示す概略図で、複数個のモジュール電池１により複数列
のモジュール電池列２を構成し、各モジュール電池列２
を並列に接続した後、複数の交直変換装置（インバー
タ）３を並列接続したものと直列に接続してバッテリー
が構成されている。In a battery using a sodium-sulfur battery, a plurality of cells having the above-described configuration are connected, and a plurality of module batteries housed in a heat insulating container are further connected in series and / or parallel. It is composed. FIG.
Is a schematic diagram showing a configuration of a battery using a sodium-sulfur battery. A plurality of module batteries 1 are used to form a plurality of module battery rows 2.
Are connected in parallel, and then a plurality of AC / DC converters (inverters) 3 are connected in series to one connected in parallel to form a battery.
【０００４】 このようなナトリウム−硫黄電池を用い
たバッテリーの運転は、第一休止段階、放電段階、第二
休止段階、充電段階からなるサイクルを繰り返して行わ
れる。放電段階においては、溶融ナトリウムが電子を放
出してナトリウムイオンとなり、これが固体電解質管を
透過して陽極側に移動し、硫黄及び外部回路を通ってき
た電子と反応して多硫化ナトリウムを生成し、所定の電
圧を発生させる。一方、充電時においては、放電とは逆
にナトリウム及び硫黄の生成反応が起こる。このバッテ
リーにおける充放電特性を図７のグラフに示す。The operation of a battery using such a sodium-sulfur battery is performed by repeating a cycle including a first pause stage, a discharge stage, a second pause stage, and a charge stage. In the discharge stage, the molten sodium releases electrons to become sodium ions, which pass through the solid electrolyte tube and move to the anode side, react with sulfur and the electrons that have passed through the external circuit to produce sodium polysulfide. , And generates a predetermined voltage. On the other hand, at the time of charging, a reaction of producing sodium and sulfur occurs in reverse to discharging. The charge / discharge characteristics of this battery are shown in the graph of FIG.
【０００５】 このようなナトリウム−硫黄電池を用い
たバッテリーにおいては、放電時、各モジュール電池列
２で発生した直流電圧を交直変換装置３を介して交流電
圧に変換し、変圧器（トランス）４を介して取り出さ
れ、送電される。そして、各モジュール電池列２の電圧
を検知する電池制御手段５、および、交直変換装置３を
制御する交直変換装置制御手段６が設けられている。In a battery using such a sodium-sulfur battery, at the time of discharge, a DC voltage generated in each module battery row 2 is converted into an AC voltage via an AC / DC converter 3, and a transformer (transformer) 4 is provided. Is taken out and transmitted. Further, a battery control means 5 for detecting the voltage of each module battery row 2 and an AC / DC converter control means 6 for controlling the AC / DC converter 3 are provided.
【０００６】[0006]
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、図８
に示すような構成のバッテリーにおいては、複数個のモ
ジュール電池列２のうちの１つの単電池に故障が発生し
た場合、故障したモジュール電池列の充放電能力（容
量）が低下することにより、図６のように、放電可能な
時間が設定時間に比して短縮し、そのため、他のモジュ
ール電池列の運転も故障したモジュール電池列の放電時
間に合わせる必要があった。すなわち、従来の構成のバ
ッテリーでは、モジュール電池列２の単電池に１つでも
故障が発生すれば、その故障したモジュール電池列の能
力に合わせて充放電の運転を行う必要があった。However, FIG.
In the battery having the configuration shown in FIG. 1, when a failure occurs in one of the plurality of module battery rows 2, the charge / discharge capacity (capacity) of the failed module battery row is reduced. As shown in FIG. 6, the dischargeable time is shorter than the set time, and therefore, it is necessary to adjust the operation of other module battery arrays to the discharge time of the failed module battery array. That is, in the battery of the conventional configuration, if even one of the cells in the module battery row 2 fails, the charging / discharging operation needs to be performed in accordance with the capacity of the failed module battery row.
【０００７】 本発明は、かかる従来の課題に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、単電池故
障発生時には、故障したモジュール電池列の充放電電力
を減少させ、健全なモジュール電池列の充放電電力を増
加させる運転を行うことにより、故障発生による不足電
力量を健全なモジュール電池列によって補償する運転制
御システムとその運転方法を提供することにある。The present invention has been made in view of such a conventional problem, and an object of the present invention is to reduce the charge / discharge power of a failed module battery array when a single battery failure occurs, thereby achieving a healthy module battery. It is an object of the present invention to provide an operation control system and an operation method thereof, in which an operation for increasing the charge / discharge power of a row is performed to compensate for a shortage of power due to a failure with a healthy row of module batteries.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明によ
れば、複数のナトリウム−硫黄電池で構成されるモジュ
ール電池の複数個を電気的に接続して成るバッテリーの
運転制御システムであって、複数個のモジュール電池に
より複数列のモジュール電池列を構成するとともに、各
モジュール電池列に対してそれぞれ交直変換装置を接続
し、この交直変換装置に接続したモジュール電池列ごと
に独立して充放電の運転を制御することを特徴とするナ
トリウム−硫黄電池からなるバッテリーの運転制御シス
テム、が提供される。That is, according to the present invention, there is provided a battery operation control system in which a plurality of module batteries each including a plurality of sodium-sulfur batteries are electrically connected. A plurality of module battery rows are constituted by the plurality of module batteries, and an AC / DC converter is connected to each module battery row, and charge / discharge operation is independently performed for each module battery row connected to the AC / DC converter. And an operation control system for a battery including a sodium-sulfur battery.
【０００９】 本発明の運転制御システムにおいては、
モジュール電池列に故障が発生した時、当該故障モジュ
ール電池列の充放電電力を減少させるとともに、その他
の健全なモジュール電池列の充放電電力を増加させ、故
障発生による不足電力量を健全なモジュール電池列によ
って補償することが望ましい。In the operation control system of the present invention,
When a failure occurs in a module battery row, the charge / discharge power of the failed module battery row is reduced, and the charge / discharge power of other healthy module battery rows is increased, thereby reducing the power shortage due to the failure. It is desirable to compensate by columns.
【００１０】 また本発明によれば、複数のナトリウム
−硫黄電池で構成されるモジュール電池の複数個を電気
的に接続して成るバッテリーであって、複数個のモジュ
ール電池により複数列のモジュール電池列を構成すると
ともに、各モジュール電池列に対してそれぞれ交直変換
装置を接続し、この交直変換装置に接続したモジュール
電池列ごとに独立して充放電の運転を制御するバッテリ
ーの運転方法において、モジュール電池列に故障が発生
した時、当該故障モジュール電池列の充放電電力を減少
させるとともに、その他の健全なモジュール電池列の充
放電電力を増加させ、故障発生による不足電力量を健全
なモジュール電池列によって補償することを特徴とする
ナトリウム−硫黄電池からなるバッテリーの運転方法、
が提供される。Further, according to the present invention, there is provided a battery in which a plurality of module batteries each including a plurality of sodium-sulfur batteries are electrically connected, and a plurality of module battery rows including the plurality of module batteries are provided. And an AC / DC converter connected to each module battery row, and independently controlling the charging / discharging operation for each module battery row connected to the AC / DC converter. When a failure occurs in a row, the charge / discharge power of the failed module battery row is reduced, and the charge / discharge power of other healthy module battery rows is increased, and the power shortage due to the failure is reduced by the healthy module battery row. A method of operating a battery comprising a sodium-sulfur battery, wherein the method comprises:
Is provided.
【００１１】[0011]
【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るバッ
テリーの運転制御システムの基本構成の一例を示す概略
説明図、図２は本発明に係るバッテリーの運転制御シス
テムの基本構成の他の例を示す概略説明図である。な
お、図１と図２の構成の相違は、図１ではトランスが１
台であるのに対し、図２ではトランスが２台であること
であり、その他の構成は同じである。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing an example of the basic configuration of the battery operation control system according to the present invention, and FIG. 2 is a schematic explanatory diagram showing another example of the basic configuration of the battery operation control system according to the present invention. The difference between the configurations shown in FIGS. 1 and 2 is that in FIG.
In FIG. 2, the number of transformers is two, and the other configuration is the same.
【００１２】 図１〜２において、複数個のモジュール
電池１０により複数列のモジュール電池列２０を構成
し、各モジュール電池列２０に対してそれぞれ交直変換
装置（インバータ）３０を接続している。そして、この
交直変換装置３０は双方向交直変換装置であって、それ
に接続したモジュール電池列２０の列単位ごとに独立し
て充放電運転の制御をするために、各モジュール電池列
２０のそれぞれにおける電圧を検知して各モジュール電
池列２０の故障を判別する電池制御手段４０と、この電
池制御手段４０からの信号を受け、各モジュール電池列
２０の出力の増減指令を各交直変換装置３０に送信する
交直変換装置制御手段５０を設けている。なお、６０は
トランスを示す。In FIG. 1 and FIG. 2, a plurality of module battery rows 20 are constituted by a plurality of module batteries 10, and an AC / DC converter (inverter) 30 is connected to each of the module battery rows 20. The AC / DC converter 30 is a two-way AC / DC converter, and controls the charge / discharge operation independently for each column unit of the module battery column 20 connected thereto. A battery control means 40 for detecting a voltage to determine a failure in each module battery array 20; AC / DC conversion device control means 50 is provided. Reference numeral 60 denotes a transformer.
【００１３】 上記の構成において、バッテリーの充放
電運転を行うが、モジュール電池列２０のいずれかに故
障が発生した場合には、電池制御手段４０がその出力の
変動、低下を検知して故障の発生を判別する。そして、
電池制御手段４０がモジュール電池列２０の故障を判別
すると、電池制御手段４０は、信号を交直変換装置制御
手段５０に送信して、その内容に基づき、交直変換装置
制御手段５０は各交直変換装置３０に信号を送信して、
故障したモジュール電池列２０の充放電電力を所定量減
少させるようその電圧を下げさせるとともに、その他の
健全なモジュール電池列２０の充放電電力を所定量増加
させるようその電圧を上げさせることを指令する。In the above configuration, the battery is charged / discharged. When a failure occurs in any of the battery modules 20, the battery control means 40 detects a change or decrease in the output and detects the failure. Determine occurrence. And
When the battery control means 40 determines that the module battery array 20 has failed, the battery control means 40 transmits a signal to the AC / DC conversion device control means 50, and based on the content thereof, the AC / DC conversion device control means 50 Send a signal to 30
A command is issued to lower the voltage so as to reduce the charge / discharge power of the failed module battery row 20 by a predetermined amount, and to increase the voltage so as to increase the charge / discharge power of the other healthy module battery rows 20 by a predetermined amount. .
【００１４】 このようにして、故障したモジュール電
池列２０の充放電電力を減少させるとともに、その他の
健全なモジュール電池列２０の充放電電力を増加させる
ことにより、故障発生による不足電力量を健全なモジュ
ール電池列２０によって補償することができる。In this manner, the charge / discharge power of the failed module battery row 20 is reduced and the charge / discharge power of the other healthy module battery rows 20 is increased, so that the power shortage due to the occurrence of the failure can be reduced to a healthy level. Compensation can be provided by the module battery train 20.
【００１５】 次に、本発明をより具体的に説明する。
以下、制御システムの条件を記す。 (1)システム規模 …２ＭＷ (2)モジュール電池列…５００ｋＷ (3)電池構成 …図１に示す構成のシステム ５０ｋＷのモジュール電池１０が１０個集まってモジュ
ール電池列２０を構成し、このモジュール電池列２０を
４列設けたものである。このモジュール電池１０は、３
６０本の単電池から構成されている。また、単電池は、
初期容量を１１５％とした。Next, the present invention will be described more specifically.
The conditions of the control system are described below. (1) System scale: 2 MW (2) Module battery array: 500 kW (3) Battery configuration: System having the configuration shown in FIG. 1 Ten module batteries 10 of 50 kW are assembled to form a module battery array 20, and this module battery array 20 are provided in four rows. This module battery 10 has 3
It is composed of 60 single cells. In addition, unit cell,
The initial capacity was 115%.
【００１６】 単電池の故障は１本故障とし、制御運転
範囲としては健全なモジュール電池列の出力が１０５
％、故障モジュール電池列の運転範囲を出力８５％と設
定した。この運転モードを図３に示す。A single cell failure is regarded as one failure, and the output of a healthy module battery array is 105 as a control operation range.
% And the operating range of the failed module battery array was set to 85% output. This operation mode is shown in FIG.
【００１７】 以上の条件下、バッテリーの充放電運転
を行う。図５は本システムの制御アルゴリズムを示して
おり、電池制御手段４０により常時各モジュール電池列
２０の電圧を監視する。次いで、各モジュール電池列２
０の放電末開路電圧を比較することにより、各モジュー
ル電池列２０の電池故障の有無を判別する。上記の放電
末開路電圧の比較により、Ａ〜Ｄの４列のモジュール電
池列２０のいずれかに電池故障が発生したことが判別し
た場合、ＯＲ回路７０により、次回の放電時から、各モ
ジュール電池列２０の出力を、表１に示すように出力調
整した動作モードとなるよう、電池制御手段４０から信
号を各交直変換装置３０に送信する。この場合の充放電
特性を図４に示す。Under the above conditions, the battery is charged and discharged. FIG. 5 shows a control algorithm of the present system. The battery control means 40 constantly monitors the voltage of each module battery array 20. Then, each module battery row 2
By comparing the open circuit voltage at the discharge end of 0, the presence or absence of a battery failure in each module battery array 20 is determined. If it is determined from the comparison of the open circuit voltages at the end of discharge that a battery failure has occurred in any of the four module battery rows 20 from A to D, the OR circuit 70 starts to charge each module battery from the next discharge. A signal is transmitted from the battery control means 40 to each AC / DC converter 30 so that the output of the column 20 becomes an operation mode in which the output is adjusted as shown in Table 1. FIG. 4 shows the charge / discharge characteristics in this case.
【００１８】[0018]
【表１】 [Table 1]
【００１９】 図４に示すように、本制御システムによ
れば、故障したモジュール電池列２０の出力を８５％に
下げ、一方、健全なモジュール電池列２０の出力を１０
５％に上げることにより、放電時間を健全時と同様に８
時間行うことができ、その結果、バッテリーの充放電電
力（容量）の低下を１５％補償することができる。ま
た、モジュール電池の点検時には、一列単位で停止し点
検することもできるため、点検時においてもバッテリー
の運転を停止する必要がない。As shown in FIG. 4, according to the present control system, the output of the failed module battery array 20 is reduced to 85%, while the output of the healthy module battery array 20 is reduced by 10%.
By increasing the discharge time to 5%, the discharge time becomes 8
This can be performed for a time, and as a result, a decrease in the charge / discharge power (capacity) of the battery can be compensated by 15%. Further, at the time of inspection of the module battery, it is possible to stop and inspect the battery in units of one row, so that it is not necessary to stop the operation of the battery at the time of inspection.
【００２０】[0020]
【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、単電池の故障期間のみ、当該故障電池を含むモジュ
ール電池列の出力を所定量下げるとともに、その下げた
出力に相当する出力分を、健全なモジュール電池列の出
力を増加させることにより補償する制御運転を行うた
め、コストにほとんど影響しない範囲の出力増加で故障
モジュール電池列の出力を補償することができる。As described above, according to the present invention, the output of the module battery array including the failed battery is reduced by a predetermined amount only during the failure period of the cell, and the output corresponding to the reduced output is reduced. In addition, since the control operation for compensating by increasing the output of the healthy module battery array is performed, the output of the failed module battery array can be compensated with an increase in the output that hardly affects the cost.
【図１】 本発明に係るバッテリーの運転制御システム
の基本構成の一例を示す概略説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory diagram showing an example of a basic configuration of a battery operation control system according to the present invention.
【図２】 本発明に係るバッテリーの運転制御システム
の基本構成の他の例を示す概略説明図である。FIG. 2 is a schematic explanatory diagram showing another example of the basic configuration of the battery operation control system according to the present invention.
【図３】 本発明の実施態様の運転モードの一例を示す
グラフである。FIG. 3 is a graph showing an example of an operation mode according to the embodiment of the present invention.
【図４】 本発明の実施態様における電池故障時のバッ
テリーの充放電特性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing charge / discharge characteristics of a battery when a battery fails in an embodiment of the present invention.
【図５】 本発明の実施態様のシステム制御アルゴリズ
ムである。FIG. 5 is a system control algorithm according to an embodiment of the present invention.
【図６】 従来の電池故障時のバッテリーの充放電特性
を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing charge / discharge characteristics of a conventional battery when a battery fails.
【図７】 健全時のバッテリーの充放電特性を示すグラ
フである。FIG. 7 is a graph showing charge / discharge characteristics of a battery in a normal state.
【図８】 従来のバッテリーの構成を示す概略図であ
る。FIG. 8 is a schematic diagram showing a configuration of a conventional battery.
１０…モジュール電池、２０…モジュール電池列、３０
…交直変換装置（インバータ）、４０…電池制御手段、
５０…交直変換装置制御手段。10 ... Module battery, 20 ... Module battery row, 30
... AC / DC converter (inverter), 40 ... battery control means,
50: AC / DC converter control means.
フロントページの続き (72)発明者 阿部 浩幸 愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日 本碍子株式会社内 Ｆターム(参考） 5G003 AA01 BA04 CA14 CC07 CC08 DA07 DA14 DA15 DA18 GB06 5H029 AJ00 AK04 AL13 5H030 AS01 BB01 Continued on the front page (72) Inventor Hiroyuki Abe 2-56, Suda-cho, Mizuho-ku, Nagoya-shi, Aichi Japan F Co., Ltd. F-term (reference) 5G003 AA01 BA04 CA14 CC07 CC08 DA07 DA14 DA15 DA18 GB06 5H029 AJ00 AK04 AL13 5H030 AS01 BB01
Claims (3)
るモジュール電池の複数個を電気的に接続して成るバッ
テリーの運転制御システムであって、 複数個のモジュール電池により複数列のモジュール電池
列を構成するとともに、各モジュール電池列に対してそ
れぞれ交直変換装置を接続し、この交直変換装置に接続
したモジュール電池列ごとに独立して充放電の運転を制
御することを特徴とするナトリウム−硫黄電池からなる
バッテリーの運転制御システム。1. A battery operation control system comprising a plurality of module batteries comprising a plurality of sodium-sulfur batteries, wherein the plurality of module batteries are electrically connected to each other. A sodium-sulfur battery, comprising: connecting and connecting an AC / DC converter to each module battery row, and independently controlling charging / discharging operation for each module battery row connected to the AC / DC converter. Battery operation control system.
当該故障モジュール電池列の充放電電力を減少させると
ともに、その他の健全なモジュール電池列の充放電電力
を増加させ、故障発生による不足電力量を健全なモジュ
ール電池列によって補償することを特徴とする請求項１
記載のバッテリーの運転制御システム。2. When a failure occurs in a module battery row,
The charge / discharge power of the failed module battery row is reduced, and the charge / discharge power of other healthy module battery rows is increased, and the insufficient power amount due to the occurrence of the failure is compensated by the healthy module battery row. Item 1
An operation control system for the battery according to the above.
るモジュール電池の複数個を電気的に接続して成るバッ
テリーであって、複数個のモジュール電池により複数列
のモジュール電池列を構成するとともに、各モジュール
電池列に対してそれぞれ交直変換装置を接続し、この交
直変換装置に接続したモジュール電池列ごとに独立して
充放電の運転を制御するバッテリーの運転方法におい
て、 モジュール電池列に故障が発生した時、当該故障モジュ
ール電池列の充放電電力を減少させるとともに、その他
の健全なモジュール電池列の充放電電力を増加させ、故
障発生による不足電力量を健全なモジュール電池列によ
って補償することを特徴とするナトリウム−硫黄電池か
らなるバッテリーの運転方法。3. A battery formed by electrically connecting a plurality of module batteries including a plurality of sodium-sulfur batteries, wherein the plurality of module batteries form a plurality of module battery rows, In the battery operation method in which an AC / DC converter is connected to each module battery row and the charge / discharge operation is controlled independently for each module battery row connected to the AC / DC converter, a failure occurs in the module battery row. In this case, the charging / discharging power of the failed module battery row is reduced, and the charging / discharging power of other healthy module battery rows is increased, and the shortage of power due to the occurrence of the failure is compensated by the healthy module battery row. A method for operating a battery comprising a sodium-sulfur battery.
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|---|---|---|---|
| JP20148498A JP3486110B2 (en) | 1998-07-16 | 1998-07-16 | Operation control system and operation method for battery comprising sodium-sulfur battery |
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| JP20148498A JP3486110B2 (en) | 1998-07-16 | 1998-07-16 | Operation control system and operation method for battery comprising sodium-sulfur battery |
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| JP2000036320A true JP2000036320A (en) | 2000-02-02 |
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