JP2000069674A - ナトリウム硫黄電池を用いた電力貯蔵システムおよびその充放電制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、ナトリウム硫黄電池を安全に使用す
ることが可能な電力貯蔵機能を有する電力貯蔵システム
と充放電制御方法を提供する。 【解決手段】本発明の一態様によると、電力発生源から
の電力を負荷に供給すると共に、電力変換器を介してナ
トリウム硫黄電池への充放電が可能なように構成し、前
記電力変換器から前記ナトリウム硫黄電池に至る充放電
回路内にスイッチを配置して前記ナトリウム硫黄電池の
端子電圧の監視と電池の充放電電気量の積算を行い、前
記ナトリウム硫黄電池の充電時においては充電電気量を
積算し、先だって行われた放電時に積算された放電電気
量を補い得る値になるまで充電を行うように制御すると
共に、充放電時における電池電圧の監視を行うことによ
り、放電過程においては、電池電圧があらかじめ設定さ
れた放電電圧値まで低下したら放電を終了し、充電過程
においては、電池電圧があらかじめ設定された充電電圧
値まで上昇したら充電を停止するか、または、前記スイ
ッチを開放するように制御することを特徴とする電力貯
蔵システムが提供される。

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
池を用いた電力貯蔵システムと充放電制御方法に係り、
特に、ナトリウム硫黄電池を電力の蓄積源とし、商用電
源または自家発電装置からの電力を蓄積し、必要に応じ
てこれを放電させることによって、商用電源から供給さ
れる電力の平準化を行ったり、自家発電装置で生じた電
力の有効利用を図るシステムの構成と、ナトリウム硫黄
電池における充放電制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、各家庭等における一日の電力消
費の経時変化を見ると、図１に示すように、それは人間
の生活活動に対応して変化し、深夜は少なく昼間の時間
帯において増加するというプロファイルを示す。

【０００３】この、深夜と昼間の電力消費量の差は地域
や季節によって異なるが、最も大きな電力消費が発生す
る夏期において、昼夜間の電力量の差は最大となり、
１：３から極端な場合には１：４程度に達することもあ
る。

【０００４】電力会社においては、このような季節に依
存したピーク性の電力消費に対しても電力を安定に供給
することが要求されており、この電カピークに耐える発
電設備を設置している。

【０００５】しかし、近年、電力消費量の総和と共に、
夏期における電力消費量のピーク値が増加し、これにつ
れて発電設備の規模は大きくなり、それとは逆に電力会
社の発電設備の負荷率は年々低下しつつある。

【０００６】このようなことを背景として、発電設備の
有効利用の観点から、深夜の発電電力を蓄積しておき、
これを昼間の電力消費量のピークに合わせて放電させる
ようにする、いわゆるピークカット方式が望まれてきて
いる。

【０００７】このような要求に応え得る電力蓄積装置の
一つがナトリウム硫黄電池であり、電力会社の変電所内
に設置されたり、最近は、需要家サイドにも設置され、
いずれも夜間電力の貯蔵と昼間の放電による昼間のピー
ク性の高い電力消費量の低減が進められている。

【０００８】一方、近年、電力需要家においては、この
ようなピークカットに対する関心の高まりと共に、需要
家自ら、太陽光発電や風力発電装置等を設置して使用す
ることが行われている。

【０００９】この風力発電に関しては、太陽光発電と異
なり、２４時間の発電が可能であるので、例えば、夜間
において大きな発電量が得られたとしてもそのときの電
力消費量が少ない場合には、発電量が電力消費量を上回
ることも想定される。

【００１０】そこで、このような自家発電装置を備えた
需要家においては、近年、自家発電した電力を有効に蓄
積し、負荷が必要とする昼間の時間帯に放電するための
蓄電システムが望まれてきている。

【００１１】このような電力貯蔵のための蓄電システム
としては、先に述べたナトリウム硫黄電池以外に、従
来、主に鉛蓄電池が使用されていた。しかし、鉛蓄電池
では、貯蔵する電力量の増加と共に、使用する電池の容
量や直列接続する電池の個数が大きくなり、これと共
に、電池設置スペースが大きくなるため、貯蔵する電力
量によっては必要とする蓄電設備を設置することが困難
であった。

【００１２】また、これまでの鉛蓄電池では、充放電の
耐用回数も数１００〜１０００サイクル程度にしか過ぎ
ず、充放電を毎日１回行うと使用できる期間は３〜４年
という短いものであった。

【００１３】一方、このような鉛蓄電池よりもコンパク
トな蓄電装置がナトリウム硫黄電池である。このナトリ
ウム硫黄電池は、電解質にβ−アルミナというセラミッ
クス材料を用い、この材料の持つナトリウムイオン伝導
性を利用したもので、負極にナトリウム、正極に硫黄を
用いて構成されている。

【００１４】単セルの具体的な構造は図２に示す通りで
あり、単セル２０は、ナトリウム（負極）２１を収納し
たβ−アルミナ電解質管２３を金属製の正極管の中に収
納し、金属管とβ−アルミナ電解質管の間に硫黄（正
極）２２を配置してある。

【００１５】なお、図２において、参照符号２４は電槽
（正極集電体）であり、同じく２５は負極端子であり、
同じく２６は正極端子である。また、所定の蓄電電気量
を持ったナトリウム硫黄電池は、図３に示すように、数
百本の単セル２０を断熱容器（上）３１、断熱容器
（下）３２内に収納して組み立てられている。

【００１６】なお、図３において、参照符号３３はヒー
タであり、同じく３４は電極端子である。充放電は、約
３００℃の温度下で行われ、発電は図４に示すように、
ナトリウム極２１からのナトリウムイオンがβ−アルミ
ナ中を通って硫黄極２２に達することで進行する。

【００１７】充電は、これとは逆に、外部から電流を通
じナトリウムイオンを負極側に移動させることで行われ
る。このように、充放電の反応はナトリウムイオンが電
解質中を移動することで行われ、このナトリウム硫黄電
池ではこれらの充放電反応以外の副反応は進行しない。

【００１８】従って、放電で放出された電気量（電流×
時問（Ａｈ））とほぼ同一の電気量（Ａｈ）を通電する
ことによって、放電した電気量の回復が可能となる。な
お、ナトリウム硫黄電池の充放電時の電圧挙動は図５に
示す通りである。

【００１９】図５において、実線は使用開始間もない新
品状態に近い電池の挙動であり、破線は長期間使用し劣
化が進行した電池の示す挙動である。すなわち、新品電
池においては、放電はＡ−Ｂ−Ｃに沿って進行し、終止
電圧に達した時点で終了する。

【００２０】そして、休止後の充電においては、Ｄ−Ｅ
−Ｆに沿つて電圧が上昇し、Ｆのポイントで充電が終了
する。しかるに、何らかの異常によりＦポイントを越え
て充電が行われると、電圧はＦ−Ｇにそってさらに上昇
していく。

【００２１】そこで、通常、Ｇ点の電圧としては、セル
が破損しないような低めの値が設定され、その値に到達
した時点で充電が強制的に終了されるような制御がなさ
れている。

【００２２】一方、長期間使用し劣化が進行した電池に
おいては、上に述べた充放電の挙動は、破線で示された
カーブ（放電はＡ−Ｂ´−Ｃ´充電は、Ｄ´−Ｅ´−Ｆ
´−Ｇ´）、に沿って進み、抵抗の増加により、放電時
間と充電時間ともに新品電池のそれらよりも短縮されて
おり、特に、充電過程においては、端子電圧の上昇が大
きくなっている。

【００２３】ナトリウム硫黄電池は、このような特徴を
持つと共に、鉛蓄電池に比較すると、蓄積できる電気量
は単位体積あたりで鉛蓄電池の３〜４倍、単位重量あた
りでは約４倍にも達する。

【００２４】従って、ナトリウム硫黄電池は、設置スペ
ースが鉛蓄電池の１／３〜１／４の設置スペースで済
み、これまでに設置スペースが確保できなかった所にも
設置可能になっている。

【００２５】なお、ナトリウム硫黄電池の充放電耐用サ
イクル数については、３０００回以上の使用が可能であ
り、これは年数に置き換えると８年以上もの長い寿命に
相当する。

【００２６】従って、ナトリウム硫黄電池を需要家の電
力システム内の蓄電装置として設置すると、さきに述べ
たピークカットや風力等の自家発電装置からの電力の蓄
積を効率良く行い得るシステムの構築が可能になる。

【００２７】図６は、商用電源６４の出力にナトリウム
硫黄電池６１を組み込んだ電力貯蔵システムの構成例で
ある。図６において、商用電源６４からの電力は主に夜
間、双方向インバータ６２を介してナトリウム硫黄電池
６１に蓄積されると共に、負荷６３に供給され、昼間は
負荷の要求電力のピーク時間に合わせて放電される。

【００２８】このように、ナトリウム硫黄電池は夜間充
電と昼間放電によって使用されるが、放電は午前中のあ
る時刻から午後のある時刻までの一定の時間、一定の電
流で行われると共に、充電は夜間の一定の時間、一定の
電流で行なわれる形態が採られてきた。

【００２９】これによって、図７に示すように、昼間の
電力ピーク（図示斜線部）のカットが可能になる。一
方、先にも述べたように、ナトリウム硫黄電池の寿命は
８年以上と長いが、このような期間にわたって使用した
場合、電池には劣化が生じてくる。

【００３０】具体的には、図２に示した単セル２０の最
も外側に位置し、正極の集電体も兼ねる金属容器（図２
の電槽２４）の内面が、図４に示した正極活物質の硫黄
と反応して導電率の低い化合物を生成し、放電の途中に
おいては電圧の低下が顕著になり、逆に、充電途中にお
いてはセル電圧の上昇が顕著になる。

【００３１】放電過程において経時的にセル電圧の低下
量が増加しても所定の放電終止電圧で放電を打ち切る場
合、電池から取り出し得る電気量が減少するだけであ
り、セルの破損に繋がる可能性は低い。

【００３２】しかし、充電過程において特定のセルで電
圧上昇が起きると、そのセルでは、電解質管内面で電流
の一点集中が起こり易くなり、βーアルミナからなる電
解質管の破損に至る恐れがある。

【００３３】具体的には、セル電圧が１０Ｖ以上の値ま
で上昇すると，β−アルミナ管の破壊が生じ易くなって
くる。従って、充電過程においては、単セルの端子電圧
の監視を伴った充分な充電制御が必要である。

【００３４】

【発明が解決しようとする課題】このように、ナトリウ
ム硫黄電池を長期間にわたって使用すると、セルの劣化
により電気抵抗が増加してくる。従って、これまでのよ
うに単純に一定電流・一定時間による充電と放電とを繰
り返して使用していると、特に、使用期間の末期におい
て電解質管の破損によるセル破壊と、それに伴うナトリ
ウムと硫黄の急激な反応、さらには反応による異常発熱
による隣接セルへのダメージ等の重大な影響が生じる可
能性があるという問題があった。

【００３５】それにもかかわらず、電源システムの構成
上、このような現象を防止するための対策ほ採られてお
らず、セルの破損が生じる可能性が存在したままの状態
で電源システムが構築されている状況にあった。

【００３６】本発明は、上記の事情に鑑みてなされたも
ので、上述した従来の問題点を解消すべく、ナトリウム
硫黄電池を安全に使用することが可能な電力貯蔵機能を
有する電源システムとしてナトリウム硫黄電池を用いた
電力貯蔵システムと充放電制御方法を提供することを目
的とする。

【００３７】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明による電
力貯蔵システムでは、電力発生源、負荷、及びナトリウ
ム硫黄電池から構成された電力貯蔵システムにおいて、
前記電力発生源からの電力を前記負荷に供給すると共
に、電力変換器を介して前記ナトリウム硫黄電池への充
放電が可能なように構成し、前記電力変換器から前記ナ
トリウム硫黄電池に至る充放電回路内にスイッチを配置
して前記ナトリウム硫黄電池の端子電圧の監視と電池の
充放電電気量の積算を行い、前記ナトリウム硫黄電池の
充電時においては充電電気量を積算し、先だって行われ
た放電時に積算された放電電気量を補い得る値になるま
で充電を行うように制御すると共に、充放電時における
電池電圧の監視を行うことにより、放電過程において
は、電池電圧があらかじめ設定された放電電圧値まで低
下したら放電を終了し、充電過程においては、電池電圧
があらかじめ設定された充電電圧値まで上昇したら充電
を停止するか、または、前記充放電回路内に設置された
スイッチを開放するように制御することを特徴としてお
り、これによって、ナトリウム硫黄電池を安全に使用す
ることが可能な、電力貯蔵機能を有する電源システムの
構築を可能とするものである。

【００３８】すなわち、従来のナトリウム硫黄電池を用
いた電力貯蔵機能を有する電源システムにおいては、ナ
トリウム硫黄電池が双方向インバータを介して電源に接
続されており、電池の充放電配線内には、電池の異常検
出時に開となるようなスイッチは設けられていなかっ
た。

【００３９】従って、従来のナトリウム硫黄電池を用い
た電力貯蔵機能を有する電源システムにおいては、双方
向インバータの故障によって連続して充電が行われ、単
セルが過充電になってもこれを有効に防止することがで
きず、単セルの破壊や多数の単セルを収納したモジュー
ルの破損が生じる恐れがあった。

【００４０】しかし、本発明では、電池の充放電配線内
にセルの異常電圧を検出時に動作するスイッチを設けた
ので、従来のシステムのような単セルやモジュールの破
損といった問題を防止することができる。

【００４１】具体的には、本発明によると、上記課題を
解決するために、 （１） 電力発生源からの電力を負荷に供給する電力供
給線路に電力変換器を介してナトリウム硫黄電池を接続
することにより、該ナトリウム硫黄電池による前記電力
変換器を介して所定時に電力発生源からの電力の蓄積及
び別の所定時に前記負荷に該蓄積電力の放電を行わせる
にように構成した電力貯蔵システムであって、前記電力
変換器からナトリウム硫黄電池に至る回路内に直列に接
続されるスイッチと、前記ナトリウム硫黄電池の端子電
圧の検出センサと、前記ナトリウム硫黄電池の充放電電
気量を積算するための電気量積算計と、前記検出センサ
及び前記電気量積算計からの出力によって前記ナトリウ
ム硫黄電池の充放電を制御すると共に、端子電圧に応じ
て、前記スイッチの開放を行う制御部と、を備えたこと
を特徴とするナトリウム硫黄電池を用いた電力貯蔵シス
テムが提供される。

【００４２】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、 （２） 電力発生源からの電力を負荷に供給する電力供
給線路に電力変換器を介してナトリウム硫黄電池を接続
することにより、該ナトリウム硫黄電池による前記電力
変換器を介して所定時に電力発生源からの電力の蓄積及
び別の所定時に前記負荷に該蓄積電力の放電を行わせる
にように構成した電力貯蔵システムであって、前記電力
変換器からナトリウム硫黄電池に至る回路内に直列に接
続されるスイッチと、このスイッチに並列にして前記ス
イッチの開放状態で前記ナトリウム硫黄電池の放電を可
能とする極性で接続されるダイオードと、前記ナトリウ
ム硫黄電池の端子電圧の検出センサと、前記ナトリウム
硫黄電池の充放電電気量を積算するための電気量積算計
と、前記検出センサ及び前記電気量積算計からの出力に
よって前記ナトリウム硫黄電池の充放電を制御すると共
に、端子電圧に応じて、前記スイッチの開放を行う制御
部と、を備えたことを特徴とするナトリウム硫黄電池を
用いた電力貯蔵システムが提供される。

【００４３】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、 （３） 上記（１）または（２）に記載されたナトリウ
ム硫黄電池を用いた電力貯蔵システムにおけるナトリウ
ム硫黄電池の充放電制御法であって、ナトリウム硫黄電
池の放電時においては放電電気量を積算し、充電時にお
いては充電電気量を積算し前記放電電気量を補いうる電
気量が充電されるまで充電を行うよう制御すると共に、
充放電時における電池電圧の監視を行うことにより、放
電過程においては、電池電圧があらかじめ設定された放
電電圧値まで低下したら放電を終了し、充電過程におい
ては、電池電圧があらかじめ設定された充電電圧値まで
上昇したら充電を停止するように制御することを特徴と
するナトリウム硫黄電池を用いた電力貯蔵システムにお
けるナトリウム硫黄電池の充放電制御方法が提供され
る。

【００４４】また、本発明によると、上記課題を解決す
るために、 （４） 上記（３）に記載されたナトリウム硫黄電池を
用いた電力貯蔵システムにおけるナトリウム硫黄電池の
充放電制御方法であって、充電時における電池電圧の監
視を行い、電池電圧があらかじめ設定された充電電圧値
に到達したら、ナトリウム硫黄電池の充放電回路上に接
続されたスイッチを開放することを特徴とするナトリウ
ム硫黄電池を用いた電力貯蔵システムの充放電制御方法
が提供される。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態について説明する。図８は、本発明の一実施の形
態による電力貯蔵機能を有する電源システムの構成例を
示すブロック図である。

【００４６】図８において、参照符号８１は電気量積算
計であり、同じく６１は電気量積算計８１に接続された
ナトリウム硫黄電池であり、同じく６２は双方向インバ
ータ（電力変換器）であり、同じく６３は負荷であり、
同じく６４は双方向インバータ６２と負荷６３に接続さ
れた商用電源（電力発生源）であり、同じく８３は双方
向インバータ６２と電気量積算計８１との間に接続され
たスイッチであり、同じく８４はナトリウム硫黄電池６
１の電圧監視部である。

【００４７】また、図８において、参照符号８２は、前
記双方向インバータ６２、スイッチ８３、電気量積算計
８１を制御すると共に、電圧監視部８４を介してナトリ
ウム硫黄電池６１を制御する制御装置（制御部）であ
る。

【００４８】本実施の形態では、スイッチ８３が、双方
向インバータ６２の出力（直流）側に設置されており、
このためスイッチ８３には、直流用のものを下記のよう
な条件において使用する。

【００４９】すなわち、スイッチ８３を流れる直流電流
の値は、ナトリウム硫黄電池６１の容量に応じて定まる
が、ナトリウム硫黄電池６１の容量が１００ｋｗの場
合、２００Ａ（５００Ｖ）から５００Ａ（５００Ｖ）程
度であり、このような電流耐量を持ったスィッチを使用
する。

【００５０】なお、スイッチ８３は、双方向インバータ
６２の入力（交流）側に設けても良いことは言うまでも
ないことである。この場合には、回路の開閉に伴うスイ
ッチへの負荷は低減されるため、スイッチの容量も直流
用の時に比べて小さくてよい。

【００５１】本実施の形態の電源システムにおいても、
従来の電源システムと同様にナトリウム硫黄電池６１の
充放電が行われる。このとき、電気量積算計８１によっ
て、充放電時の電気量が、電流の計測値と充電（または
放電）時間の計測値に基づき、両者の積として積算され
る。

【００５２】また、同時に、電圧監視部８４を介して制
御装置８２によって、ナトリウム硫黄電池６１の電圧監
視が行われる。先にも述べたように、ナトリウム硫黄電
池６１は複数の単セルを数１００個接続したモジュール
として使用されており、このような数多くのセルの中か
ら電圧監視によって異常となったセルの出現を見い出す
必要がある。

【００５３】このため、モジュール内の各単セルの接続
方式に応じて以下のようにナトリウム硫黄電池６１の電
圧監視が行われる。すなわち、通常のナトリウム硫黄電
池のモジュール構成においては、何本かの単セルが直列
に接続され、これが複数組み並列に接続され、一つのブ
ロックを構成しており、このブロックがさらに複数組み
直列に接続されて、例えば、５０ｋｗや１００ｋｗとい
った電気量の放電が可能なナトリウム硫黄電池を構成し
ている。

【００５４】従って、各ブロック両端での電圧を監視す
ることにより、標準の電圧よりも高い値を示し異常とな
ったセルが含まれるブロックの検出が可能になる。例え
ば、各ブロックが６個の単セル（各２ｖ）の直列で構成
され、異常状態検出用の設定電圧値が３ｖのとき、以下
の通りとなる。

【００５５】正常ブロック；６個×２ｖ＝１２ｖ 異常ブロック（一個のセルが３ｖ）；５個×２ｖ＋１個
×３ｖ＝１３ｖ このように、検出する際の電圧を設定しておけば、各ブ
ロック両端の電圧監視によって、異常セルの検出が可能
である。

【００５６】なお、上記のようにブロックの構成が６個
程度の少ないセルの直列によるものでなく、セル数が１
００個程度になった場合でも、電圧検出精度と検出時の
セル電圧が高くなるだけで基本的に異常セルの検出が可
能である。

【００５７】例えば、各ブロックが１００個の単セル
（各２ｖ）の直列で構成される場合、以下の通りであ
る。 正常ブロック；１００×２ｖ＝２００ｖ 異常ブロック（一個のセルが３ｖ）；９９個×２ｖ＋１
個×３ｖ＝２０１ｖ 異常ブロック（一個のセルが４ｖ）；９９個×２ｖ＋１
個×４ｖ＝２０２ｖ なお、上記において、異常状態の検出を行う基準電圧に
ついては、充電を打ち切る際の電圧と、スイッチ８３の
開放を行う際の電圧とを個別に設定しておくことによ
り、充電制御とナ卜リウム硫黄電池６１の充電回路内の
スイッチ８３の切り離しをそれぞれ独立して行うことが
できる。

【００５８】一般に、充電時におけるナ卜リウム硫黄電
池の破損は、セル端子電圧の上昇でもたらされる電解質
管表面での電流集中による電解質の破損であり、その際
の端子電圧は約１０ｖである。

【００５９】従って、充電終了と双方向インバータ６２
の充電電流のコントロールの目安電圧は、充電完了時に
セルが示す端子電圧である３〜１０ｖ内の電圧値を、そ
して、１０ｖ以上の電圧値を充電回路内のスイッチ８３
の切り離しの判定電圧とすることができる。

【００６０】なお、このスイッチ８３の切り離しの判定
電圧は、電解質管の厚み等、セルの構成等で異なる場合
があるが、おおむね１０ｖ程度である。従って、スイッ
チ８３の切り離しの判定電圧は、標準的には１０ｖと
し、製造条件や電解質管の肉厚等により変化する場合、
１５ｖや８ｖ等の値の設定も考えられる。

【００６１】これらは、作製したセルの特性を考慮して
選定すれば良い。なお、放電終了の判定電圧値は、定格
の容量を８時間で放電させる場合、さきに図５で示した
ように、１．５ｖが目安になる。

【００６２】放電電流を変更し、これに伴って放電時間
も標準の８時間から変えて放電を行わせる場合、放電終
了の判定電圧にも若干の変更が生じるが、電流が大きく
なった場合には、この電圧を多少低めに設定する程度の
変更で済む。

【００６３】図９は、本発明の他の実施の形態による電
力貯蔵機能を有する電源システムの構成を示すブロック
図である。本実施の形態においては、図８に示したさき
の実施の形態において、スイッチ８３を設けた部分にス
イッチ８３と並列に図示極性のダイオード９１を設けて
いる。

【００６４】このダイオード９１は、ナトリウム硫黄電
池６１の出力電圧や放電電流に対する耐性を有するもの
であれば良く、必要によって複数のダイオードの直列／
並列接続も可能である。

【００６５】このような構成とすることで、双方向イン
バータ６２の充電回路の動作異常等の原因でナトリウム
硫黄電池６１が過充電となり、配線内のスイッチ８３が
開放状態になったとしても、ナトリウム硫黄電池６１か
らの放電に必要な回路は確保されている。

【００６６】また、スイッチ８３を開とした場合にも、
少なくとも一回は、ナ卜リウム硫黄電池６１からの放電
を行うことが可能である。この場合、ナトリウム硫黄電
池６１からの放電は、通常、昼間の時間帯に数時間に渡
って行われるので、故障発生時までの電池の充電状態に
も依存するが、故障発生以降の最初の放電は、通常とさ
ほど大きな差を生じること無しに行わせることができ
る。

【００６７】従って、双方向インバータ６２の故障修理
は、故障発生以降、電池の放電終了前までの時間に行え
ばよく、負荷に対する影響を与えることなしに、双方向
インバータ６２の修理を行うことができる。

【００６８】なお、本実施の形態は、通常使用する電力
が商用電力でなく、風力発電や太陽光発電等であり、蓄
電装置を備えることによって自立した電源システムを構
成した場合、特に大きな効果がある。

【００６９】これは、以下の２つの理由による。 （１）自立した電源システムについては、悪天候に備え
て蓄電装置からの放電が数日間等の長期間にわたり、蓄
電される電力が大きなナトリウム硫黄電池が設置される
場合があり、蓄電池の放電に対する重要性が高い。

【００７０】（２）自立した電源システムが、保守者の
常駐場所から離れ、修理のために．駆けつける時間が長
い場合も考えられ、この間も負荷側に支障をきたすこと
なく電力供給を行うことが要求される。

【００７１】以上説明したように、本発明では、電力発
生源、負荷、及びナトリウム硫黄電池から構成された蓄
電機能を有する電力貯蔵システムにおいて、電力変換器
を介してナトリウム硫黄電池の充放電を行う回路内に、
充電時の電圧上昇を検出して回路を開とするためのスイ
ッチを配置している。

【００７２】従って、本発明では、過充電時に想定され
る電解質管への電流集中による単セルの破損や、電解質
管の破損によるナトリウムと硫黄の急激な反応による急
激な温度上昇とこれによる隣接セルの破損といった重大
なトラブルを未然に防止することが可能になる。

【００７３】さらに、近年、導入が進みつつある風力発
電や太陽光発電と本発明による電源システムとを組み合
わせた自立電源システムを構成した場合、特に、大きな
効果がある。

【００７４】すなわち、本発明による電源システムにお
いては、悪天候を想定した蓄電装置からの長期間放電に
備え、容量の大きなナトリウム硫黄電池が設置される場
合があり、蓄電池の放電に対する重要性が高いことが挙
げられるが、本発明による電源システムを実施すれば異
常発生時に対処するための放電回路が確保されるので、
異常発生時にも最低一回の放電を行わせることができ
る。

【００７５】また、本発明による電源システムを実施す
れば異常発生時の修理の際、保守者が駆けつける時問が
長い場合も考えられるが、この間も蓄電装置からの放電
が行われ、負荷側への影響を極力抑制することができ
る。

【００７６】そして、上述したような実施の形態で示し
た本発明には、以下のような発明が含まれている。 （１） 電力発生源からの電力を負荷に供給する電力供
給線路に電力変換器を介してナトリウム硫黄電池を接続
することにより、該ナトリウム硫黄電池による前記電力
変換器を介して所定時に電力発生源からの電力の蓄積及
び別の所定時に前記負荷に該蓄積電力の放電を行わせる
にように構成した電力貯蔵システムであって、前記電力
変換器からナトリウム硫黄電池に至る回路内に直列に接
続されるスイッチと、前記ナトリウム硫黄電池の端子電
圧の検出センサと、前記ナトリウム硫黄電池の充放電電
気量を積算するための電気量積算計と、前記検出センサ
及び前記電気量積算計からの出力によって前記ナトリウ
ム硫黄電池の充放電を制御すると共に、端子電圧に応じ
て、前記スイッチの開放を行う制御部と、を備えたこと
を特徴とするナトリウム硫黄電池を用いた電力貯蔵シス
テム。

【００７７】（２） 電力発生源からの電力を負荷に供
給する電力供給線路に電力変換器を介してナトリウム硫
黄電池を接続することにより、該ナトリウム硫黄電池に
よる前記電力変換器を介して所定時に電力発生源からの
電力の蓄積及び別の所定時に前記負荷に該蓄積電力の放
電を行わせるにように構成した電力貯蔵システムであっ
て、前記電力変換器からナトリウム硫黄電池に至る回路
内に直列に接続されるスイッチと、このスイッチに並列
にして前記スイッチの開放状態で前記ナトリウム硫黄電
池の放電を可能とする極性で接続されるダイオードと、
前記ナトリウム硫黄電池の端子電圧の検出センサと、前
記ナトリウム硫黄電池の充放電電気量を積算するための
電気量積算計と、前記検出センサ及び前記電気量積算計
からの出力によって前記ナトリウム硫黄電池の充放電を
制御すると共に、端子電圧に応じて、前記スイッチの開
放を行う制御部と、を備えたことを特徴とするナトリウ
ム硫黄電池を用いた電力貯蔵システム。

【００７８】（３） 上記（１）または（２）に記載さ
れたナトリウム硫黄電池を用いた電力貯蔵システムにお
けるナトリウム硫黄電池の充放電制御法であって、ナト
リウム硫黄電池の放電時においては放電電気量を積算
し、充電時においては充電電気量を積算し前記放電電気
量を補いうる電気量が充電されるまで充電を行うよう制
御すると共に、充放電時における電池電圧の監視を行う
ことにより、放電過程においては、電池電圧があらかじ
め設定された放電電圧値まで低下したら放電を終了し、
充電過程においては、電池電圧があらかじめ設定された
充電電圧値まで上昇したら充電を停止するように制御す
ることを特徴とするナトリウム硫黄電池を用いた電力貯
蔵システムにおけるナトリウム硫黄電池の充放電制御方
法。

【００７９】（４） 上記（３）に記載されたナトリウ
ム硫黄電池を用いた電力貯蔵システムにおけるナトリウ
ム硫黄電池の充放電制御方法であって、充電時における
電池電圧の監視を行い、電池電圧があらかじめ設定され
た充電電圧値に到達したら、ナトリウム硫黄電池の充放
電回路上に接続されたスイッチを開放することを特徴と
するナトリウム硫黄電池を用いた電力貯蔵システムの充
放電制御方法。

【００８０】

【発明の効果】従って、以上説明したように、本発明に
よれば、ナトリウム硫黄電池を安全に使用することが可
能な電力貯蔵機能を有する電源システムとしてナトリウ
ム硫黄電池を用いた電力貯蔵システムと充放電制御方法
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、負荷における消費電力量の経時変化パ
ターンを示す図である。

【図２】図２は、ナトリウム硫黄電池の単セルの構造を
示す図である。

【図３】図３は、ナトリウム硫黄電池構造を一部切り欠
きして示す斜視図である。

【図４】図４は、ナトリウム硫黄電池の発電原理を説明
するために示す図である。

【図５】図５は、ナトリウム硫黄電池の充放電挙動を説
明するために示す図である。

【図６】図６は、ナトリウム硫黄電池を用いた従来の電
力貯蔵システムの構成例を示す図である。

【図７】図７は、蓄電による負荷電力ピークの低減を説
明するために示す図である。

【図８】図８は、本発明の一実施の形態によるナトリウ
ム硫黄電池を用いた電力貯蔵システムの構成を（便宜
上、スイッチ８３を開放状態として）説明するために示
すブロック図である。

【図９】図９は、本発明の他の実施の形態によるナトリ
ウム硫黄電池を用いた電力貯蔵システムの構成を（便宜
上、スイッチ８３を開放状態として）説明するために示
すブロック図である。

【符号の説明】

２０；単セル、 ２１；ナトリウム、 ２２；硫黄、 ２３；電解質管、 ２４；電槽、 ２５；負極端子、 ２６；正極端子、 ３１；断熱容器（上）、 ３２；断熱容器（下）、 ３３；ヒータ、 ３４；電極端子、 ６１；ナトリウム硫黄電池、 ６２；双方向インバータ（電力変換器）、 ６３；負荷、 ６４；商用電源（電力発生源）、 ８１；電気量積算計、 ８２；制御装置（制御部）、 ８３；スイッチ、 ８４；電圧監視部、 ９１；ダイオード。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山平 学 東京都新宿区西新宿三丁目19番２号 日本 電信電話株式会社内 Ｆターム(参考） 2G035 AB03 AC01 AC02 AC19 AD04 AD44 AD45 AD57 AD58 5G003 AA01 BA01 CA06 CA14 CC02 DA07 DA13 EA02 EA05 EA06 GB06 5G066 JA07 JB03

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力発生源からの電力を負荷に供給する
   電力供給線路に電力変換器を介してナトリウム硫黄電池
   を接続することにより、該ナトリウム硫黄電池による前
   記電力変換器を介して所定時に電力発生源からの電力の
   蓄積及び別の所定時に前記負荷に該蓄積電力の放電を行
   わせるにように構成した電力貯蔵システムであって、 前記電力変換器からナトリウム硫黄電池に至る回路内に
   直列に接続されるスイッチと、 前記ナトリウム硫黄電池の端子電圧の検出センサと、 前記ナトリウム硫黄電池の充放電電気量を積算するため
   の電気量積算計と、 前記検出センサ及び前記電気量積算計からの出力によっ
   て前記ナトリウム硫黄電池の充放電を制御すると共に、
   端子電圧に応じて、前記スイッチの開放を行う制御部
   と、 を備えたことを特徴とするナトリウム硫黄電池を用いた
   電力貯蔵システム。
2. 【請求項２】 電力発生源からの電力を負荷に供給する
   電力供給線路に電力変換器を介してナトリウム硫黄電池
   を接続することにより、該ナトリウム硫黄電池による前
   記電力変換器を介して所定時に電力発生源からの電力の
   蓄積及び別の所定時に前記負荷に該蓄積電力の放電を行
   わせるにように構成した電力貯蔵システムであって、 前記電力変換器からナトリウム硫黄電池に至る回路内に
   直列に接続されるスイッチと、 このスイッチに並列にして前記スイッチの開放状態で前
   記ナトリウム硫黄電池の放電を可能とする極性で接続さ
   れるダイオードと、 前記ナトリウム硫黄電池の端子電圧の検出センサと、 前記ナトリウム硫黄電池の充放電電気量を積算するため
   の電気量積算計と、 前記検出センサ及び前記電気量積算計からの出力によっ
   て前記ナトリウム硫黄電池の充放電を制御すると共に、
   端子電圧に応じて、前記スイッチの開放を行う制御部
   と、 を備えたことを特徴とするナトリウム硫黄電池を用いた
   電力貯蔵システム。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載されたナトリウ
   ム硫黄電池を用いた電力貯蔵システムにおけるナトリウ
   ム硫黄電池の充放電制御法であって、 ナトリウム硫黄電池の放電時においては放電電気量を積
   算し、充電時においては充電電気量を積算し前記放電電
   気量を補いうる電気量が充電されるまで充電を行うよう
   制御すると共に、充放電時における電池電圧の監視を行
   うことにより、放電過程においては、電池電圧があらか
   じめ設定された放電電圧値まで低下したら放電を終了
   し、充電過程においては、電池電圧があらかじめ設定さ
   れた充電電圧値まで上昇したら充電を停止するように制
   御することを特徴とするナトリウム硫黄電池を用いた電
   力貯蔵システムにおけるナトリウム硫黄電池の充放電制
   御方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載されたナトリウム硫黄電
   池を用いた電力貯蔵システムにおけるナトリウム硫黄電
   池の充放電制御方法であって、 充電時における電池電圧の監視を行い、電池電圧があら
   かじめ設定された充電電圧値に到達したら、ナトリウム
   硫黄電池の充放電回路上に接続されたスイッチを開放す
   ることを特徴とするナトリウム硫黄電池を用いた電力貯
   蔵システムの充放電制御方法。