JP2014067654A

JP2014067654A - ナトリウム硫黄電池パッケージ

Info

Publication number: JP2014067654A
Application number: JP2012213399A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Takagi; 哲二高木; Ichiro Okazaki; 一郎岡崎; Yuki Tsuji; 雄希辻
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2014-04-17
Anticipated expiration: 2032-09-27
Also published as: JP5703504B2

Abstract

【課題】何らかの原因によりモジュール内部で火災が発生しても、パッケージ内の他のモジュールまで延焼するおそれがないナトリウム硫黄電池パッケージを提供する。
【解決手段】多数の単電池を収納したモジュール電池１を、ラック６内に上下多段に格納したナトリウム硫黄電池パッケージであって、各モジュール電池の上蓋３の裏面に、耐熱性の延焼防止板１０を配置した。この延焼防止板１０としては、耐熱材と断熱材と耐熱性補強板とを積層したものを用いることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、モジュール電池をラック内に上下多段に格納したナトリウム硫黄電池パッケージに関するものであり、特に安全性を向上させたナトリウム硫黄電池パッケージに関するものである。

ナトリウム硫黄電池を用いた蓄電システムは、断熱容器の内部に数百本に及ぶ多数の単電池を収納したモジュール電池を、蓄電容量に応じて必要台数組み合わせて構成されている。モジュール電池はラック内に上下多段に格納され、ナトリウム硫黄電池パッケージとして設置されている。

ナトリウム硫黄電池モジュールは、非特許文献１に示されるように、単電池の集合体を断熱容器の内部に収納したものである。単電池は一方に負極活物質である溶融金属ナトリウム、他方には正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β−アルミナ固体電解質で隔離した構造であり、モジュール単位で３００〜３５０℃に熱管理されている。このように高温条件下で作動する高温電池であるため、従来から様々な安全対策が講じられてきた。

しかし、その単電池が破壊されて高温の溶融物が断熱容器の内部に流出し、ブロック間にある砂層を越えて隣接するブロックに達し、そのブロック内の単電池との間で短絡し、短絡電流による発熱で多数の単電池が破壊され、モジュール全体に延焼する可能性が残っている。しかも火災事故の際には、火災が密封構造であるモジュールの内部に留まらず、パッケージ内の上下左右に隣接するモジュールにまで延焼し、火災規模が拡大する可能性が残っている。

そこで特許文献１に示すように、モジュールを構成する断熱容器の内部上面にカーボンクロス等の耐熱板を収納し、火災発生時に火炎が外部に出ないようにする提案もなされている。しかしこの耐熱板は熱伝導性が高く、火炎の熱を熱源と反対側の上蓋に伝えてしまい、上蓋が溶損する可能性が残されていた。またこの耐熱板は強度が低いため、火災発生時の高温溶融物の圧力によって容易に変形する。その結果、上蓋に形成されている突条の部分が圧力により破壊されて高温溶融物が上蓋を溶損させて噴出し、上側のモジュールに延焼する可能性が残されていた。

ＮＧＫレビュー第６０号（平成１６年３月号）、１０〜２４頁、「ＮＡＳ単電池及びモジュール電池の開発」

特許第３２５３８８８号公報

従って本発明の目的は上記した問題点を解決し、何らかの原因によりモジュール内部で火災が発生しても、パッケージ内の他のモジュールまで延焼するおそれがないナトリウム硫黄電池パッケージを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、多数の単電池を収納したモジュール電池を、ラック内に上下多段に格納したナトリウム硫黄電池パッケージであって、各モジュール電池の上蓋の裏面に、耐熱性の延焼防止板を配置したことを特徴とするものである。この延焼防止板は、耐熱材と断熱材と耐熱性補強材とからなるものとすることができ、この場合の耐熱材はカーボンシートとし、また耐熱性補強板はマイカ板とすることができる。耐熱材は２枚以上のカーボンシートからなるものとすることが好ましい。

本発明のナトリウム硫黄電池パッケージは、各モジュール電池の上蓋の裏面に耐熱性の延焼防止板を配置した構造であるから、何れかのモジュールにおいて火災が発生した場合にもモジュール間での延焼を防止することができる。このため万一の場合にも火災はモジュール内部で収まり、大規模な火災となるおそれはない。

また延焼防止板を上蓋の下側裏面位置に配置したので、火災発生時に生成される高温の溶融物が上蓋を破壊して上側に流出する事故を防止することができる。このためには請求項２のように延焼防止板が、耐熱材と断熱材と耐熱性補強板とからなることが好ましく、特に請求項３のように耐熱材は２枚以上のカーボンシートからなるものとし、請求項４のように耐熱性補強板をマイカ板とすれば、高温状態においても十分な強度を確保することができる。

モジュール電池を示す斜視図である。実施形態のナトリウム硫黄電池パッケージの縦断面図である。実施形態のナトリウム硫黄電池パッケージの斜視図である。モジュール電池の縦断面図である。モジュール電池の要部拡大断面図である。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１に示す１はモジュール電池であり、容器本体２と上蓋３とからなる断熱容器の内部に、図２に示すように多数の単電池４が収納されている。単電池は前述したように、一方に負極活物質である溶融金属ナトリウム、他方には正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β−アルミナ固体電解質で隔離した構造であり、固体電解質であるベータアルミナ管の壁面をナトリウムイオンが移動することによって、充放電が行われる。

１個のモジュール電池１は数百本の単電池４を収納した約２．５トンの重量物であり、かつ蓄電容量を確保するには多数のモジュール電池１を集積する必要がある。このため図２、図３に示すように、多数の棚板５を備えたラック６にモジュール電池１を上下多段に格納したナトリウム硫黄電池パッケージとして設置されるのが普通である。なお、モジュール電池１の容器本体２の下側には角型鋼管からなる脚部７が設けられており、フォークリフトのフォークを差し込んで持ち上げ、ラック６の棚板５上に載せることができる構造となっている。

図２に示されるように、設置容積を小さくするためにラック６の棚板５の上下方向のピッチはモジュール電池１の高さよりもやや大きく設定されているだけであり、上下のモジュール電池１、１は接近した位置にある。このため下側のモジュール電池１で火災が発生したときには、その直上のモジュール電池１が異常加熱されて発火し、延焼する可能性がある。

そこで本発明では、図４、図５に示すように、延焼防止板１０を各モジュール電池１の上蓋３の裏面（下側）に配置した。耐熱材のみを上蓋３の裏面（下側）に設置した場合には、火災発生時の高温溶融物の熱を耐火材の裏面に伝えてしまい、上蓋３が溶損する可能性がある。またモジュール電池１の上蓋３には一定間隔で山状の突条１１が形成され、上蓋３の熱膨張・熱収縮を吸収するようになっているが、火災発生時にモジュール電池１の内部で高温の溶融物が生成され、山状の突条１１直下の耐火材にその圧力が加わると、集中的な応力が作用して耐火材が破損し、突条１１の部分から上蓋３が破壊される可能性がある。

延焼防止板１０を上蓋３の裏面に配置することにより、その断熱効果によって下側のモジュール電池１で火災が発生した場合にもその直上のモジュール電池１への延焼を防止することができるとともに、延焼防止板１０に機械的強度を持たせておくことにより、突条１１への応力集中を緩和して上蓋３の破壊を防止することができる。

このためには延焼防止板１０に断熱効果と強度が必要であり、この実施形態では上蓋３の下側に、耐熱材１２と断熱材１３と耐熱性補強板１４とからなる延焼防止板１０を配置してある。耐熱材１２は前記したように２０００℃以上の耐熱性を持つため、高温溶融物を遮断するうえで不可欠のものであり、例えばカーボンシートを使用することができる。また断熱材１３も断熱効果を確保し、上蓋を溶損させないうえで不可欠のものであり、例えばセラミックファイバーブランケットを使用することができる。しかしこれらは剛性が低く曲げに弱いので、突条１１の直下で高温溶融物が生成された場合に、その圧力により集中的な応力が作用して耐火材１２が破損し、突条１１の部分から上蓋３が破壊される現象を確実に抑制することができない。そこで高温強度に優れたステンレス鋼やマイカ板からなる耐熱性補強板１４を組み込むことにより高温溶融物から受ける圧力を緩和し、突条１１直下の耐火材１２に集中的な応力が作用することを防止している。

この実施形態では、厚さが０.６ｍｍの上下２枚のマイカ板の間に、厚さ４ｍｍのセラミックファイバーブランケットからなる断熱材１３と、厚さ０.３ｍｍのカーボンシート１２を２枚挟んだ延焼防止板１０を上蓋３の下側に配置した。カーボンシートは破損しやすい材質であるため、初期欠陥の存在を考慮して２枚以上重ねて配置することが好ましい。なお耐熱性補強板１４の材質は必ずしもマイカ板やステンレスに限定されるものではなく、鋼板を使用することもできる。

このように本発明では上蓋３の裏面に延焼防止板１０を配置したが、上蓋３の上面にも別の延焼防止板を配置することにより、さらに優れた延焼防止効果を得ることができる。この上面の延焼防止板８は、火災発生時の高温に耐えることができる耐熱性が要求され、かつ大型のモジュール電池１の面積全体を覆うことができるサイズである必要がある。このような特性を満たすことができる材料としては、２０００℃以上の耐熱性を持つカーボン質材料が適している。例えば、延焼防止板としてカーボンボードとカーボンクロスとからなるものや、カーボンシートとコンクリートとの積層体を採用することもできる。

なお図２に示すように、モジュール電池１の側面にも側面延焼防止板９を配置することが好ましい。側面延焼防止板９の材質は、上蓋３の上面の延焼防止板と同様とすることができる。これによって左右に隣接するモジュール電池１への延焼を防止することができる。

以上に説明したように、本発明のナトリウム硫黄電池パッケージは、何らかの原因によりモジュール内部で火災が発生しても、上蓋３が破壊されて高温の溶融物が流出することがなく、上方等に隣接配置されたモジュール電池１が延焼することを確実に防止することができる利点がある。

１モジュール電池
２容器本体
３上蓋
４単電池
５棚板
６ラック
７脚部
９側面延焼防止板
１０延焼防止板
１１突条
１２カーボンシート
１３断熱材
１４耐熱性補強板

Claims

多数の単電池を収納したモジュール電池を、ラック内に上下多段に格納したナトリウム硫黄電池パッケージであって、
各モジュール電池の上蓋の裏面に、耐熱性の延焼防止板を配置したことを特徴とするナトリウム硫黄電池パッケージ。
前記延焼防止板が、耐熱材と断熱材と耐熱性補強板とからなるものであることを特徴とする請求項１記載のナトリウム硫黄電池パッケージ。
前記耐熱材が２枚以上のカーボンシートからなるものであることを特徴とする請求項２記載のナトリウム硫黄電池パッケージ。
前記耐熱性補強板がマイカ板からなるものであることを特徴とする請求項２記載のナトリウム硫黄電池パッケージ。