JP2878584B2 - ナトリウム−硫黄電池の充電方法 - Google Patents
ナトリウム−硫黄電池の充電方法Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】 この発明は、二次電池として電
力貯蔵などに利用されるナトリウム−硫黄電池の充電方
法に関するものである。
力貯蔵などに利用されるナトリウム−硫黄電池の充電方
法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】 一般に、ナトリウム−硫黄電池の集合
電池は、単電池を所定数直列に接続してストリングが構
成され、そのストリングを所定数並列に接続してブロッ
クが構成され、さらにそのブロックを基本単位として所
定数直列に接続することにより構成されている。そし
て、この集合電池を充電する際には、一定の電圧に達す
るまで充電が行われる。
電池は、単電池を所定数直列に接続してストリングが構
成され、そのストリングを所定数並列に接続してブロッ
クが構成され、さらにそのブロックを基本単位として所
定数直列に接続することにより構成されている。そし
て、この集合電池を充電する際には、一定の電圧に達す
るまで充電が行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】 ところで、放電容量
を大きくしたり、平均放電電圧を高くしたりするために
は、電池の充電量をできるだけ大きくした方がよい。と
ころが、従来のナトリウム−硫黄電池の充電方法におい
ては、充電打切り電圧を高めて充電量を大きくした場
合、特定の単電池に電圧が集中して単電池が過電圧によ
り故障するおそれがあった。一方、充電打切り電圧を低
く設定した場合、未充電量が増加し、経時的に電池の劣
化が早くなるという問題があった。
を大きくしたり、平均放電電圧を高くしたりするために
は、電池の充電量をできるだけ大きくした方がよい。と
ころが、従来のナトリウム−硫黄電池の充電方法におい
ては、充電打切り電圧を高めて充電量を大きくした場
合、特定の単電池に電圧が集中して単電池が過電圧によ
り故障するおそれがあった。一方、充電打切り電圧を低
く設定した場合、未充電量が増加し、経時的に電池の劣
化が早くなるという問題があった。
【０００４】この発明はこのような従来技術に存在する
問題に着目してなされたものである。その目的とすると
ころは、過充電を避けながら充電量を充分に確保でき
て、平均放電電圧を高くすることができるとともに、単
電池毎の充電量のばらつきを抑えることができるナトリ
ウム−硫黄電池の充電方法を提供することにある。ま
た、他の目的は、電池の経時的な劣化を抑制することが
できるナトリウム−硫黄電池の充電方法を提供すること
にある。
問題に着目してなされたものである。その目的とすると
ころは、過充電を避けながら充電量を充分に確保でき
て、平均放電電圧を高くすることができるとともに、単
電池毎の充電量のばらつきを抑えることができるナトリ
ウム−硫黄電池の充電方法を提供することにある。ま
た、他の目的は、電池の経時的な劣化を抑制することが
できるナトリウム−硫黄電池の充電方法を提供すること
にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】 上記目的を達成するた
めに、請求項１に記載の発明のナトリウム−硫黄電池の
充電方法では、ナトリウム−硫黄電池の単電池を所定数
直列接続してストリングを構成し、このストリングを所
定数並列に接続してブロックを構成し、そのブロックを
基本単位として複数のブロックを所定数直列に接続して
集合電池を構成し、その状態において、第１段階で充電
を行い、所定電圧に達した後、第２段階で前記第１段階
の充電電流よりも低い電流を通電してさらに充電を行う
ことを特徴とするものである。
めに、請求項１に記載の発明のナトリウム−硫黄電池の
充電方法では、ナトリウム−硫黄電池の単電池を所定数
直列接続してストリングを構成し、このストリングを所
定数並列に接続してブロックを構成し、そのブロックを
基本単位として複数のブロックを所定数直列に接続して
集合電池を構成し、その状態において、第１段階で充電
を行い、所定電圧に達した後、第２段階で前記第１段階
の充電電流よりも低い電流を通電してさらに充電を行う
ことを特徴とするものである。
【０００６】また、請求項２に記載の発明では、請求項
１に記載の発明において、前記第２段階の電流値を第１
段階の電流値の２分の１から１０分の１に設定したこと
を特徴とするものである。
１に記載の発明において、前記第２段階の電流値を第１
段階の電流値の２分の１から１０分の１に設定したこと
を特徴とするものである。
【０００７】さらに、請求項３に記載の発明では、請求
項１に記載の発明において、前記第２段階の電流値を第
１段階の電流値の２分の１から４分の１に設定したこと
を特徴とするものである。
項１に記載の発明において、前記第２段階の電流値を第
１段階の電流値の２分の１から４分の１に設定したこと
を特徴とするものである。
【０００８】加えて、請求項４に記載の発明では、請求
項１に記載の発明において、前記第２段階の電流値を順
次低減することを特徴とするものである。
項１に記載の発明において、前記第２段階の電流値を順
次低減することを特徴とするものである。
【０００９】
【作用】 この発明の充電方法では、第１段階で充電を
行い、所定電圧に達した後、第２段階で前記第１段階の
充電電流よりも低い電流を通電してさらに充電を行う。
このため、第１段階の充電では一定時間内に所定電圧ま
で充電可能であり、その後の第２段階の充電でさらに充
電量を確保でき、過充電を避けながら充電量を充分に確
保できて、平均放電電圧を高くすることができる。
行い、所定電圧に達した後、第２段階で前記第１段階の
充電電流よりも低い電流を通電してさらに充電を行う。
このため、第１段階の充電では一定時間内に所定電圧ま
で充電可能であり、その後の第２段階の充電でさらに充
電量を確保でき、過充電を避けながら充電量を充分に確
保できて、平均放電電圧を高くすることができる。
【００１０】しかも、低電流のため、所定電圧に達する
前に充電末に達していない単電池の充電がなされ、単電
池毎の充電量のばらつきを抑えることができるととも
に、電池の経時的な劣化を防止することができる。
前に充電末に達していない単電池の充電がなされ、単電
池毎の充電量のばらつきを抑えることができるととも
に、電池の経時的な劣化を防止することができる。
【００１１】また、第２段階の電流値を第１段階の電流
値の２分の１から１０分の１、さらには２分の１から４
分の１に設定することにより、過充電を避けながら効果
的に所要の充電量を確保することができる。加えて、第
２段階の電流値を順次低減することによって、より効果
的に所要の充電量を確保することができる。
値の２分の１から１０分の１、さらには２分の１から４
分の１に設定することにより、過充電を避けながら効果
的に所要の充電量を確保することができる。加えて、第
２段階の電流値を順次低減することによって、より効果
的に所要の充電量を確保することができる。
【００１２】
【実施例】 以下に、この発明を具体化した実施例につ
いて図面に従って説明する。図２に示すように、ナトリ
ウム−硫黄電池よりなる単電池１を所定の直列数ｍだけ
直列に接続してストリング２が構成され、このストリン
グ２を所定の並列数ｎだけ並列に接続してブロック３が
構成されている。このブロック３を基本単位として、所
定数直列に接続することにより、集合電池４が構成され
ている。なお、上記直列数ｍ、並列数ｎやブロック３の
直列接続数は、目的とする集合電池４の出力電圧、電池
容量などにより適宜設定される。
いて図面に従って説明する。図２に示すように、ナトリ
ウム−硫黄電池よりなる単電池１を所定の直列数ｍだけ
直列に接続してストリング２が構成され、このストリン
グ２を所定の並列数ｎだけ並列に接続してブロック３が
構成されている。このブロック３を基本単位として、所
定数直列に接続することにより、集合電池４が構成され
ている。なお、上記直列数ｍ、並列数ｎやブロック３の
直列接続数は、目的とする集合電池４の出力電圧、電池
容量などにより適宜設定される。
【００１３】次に、この集合電池４の充放電について説
明する。単電池１の動作温度は３００〜３５０℃であ
り、この動作温度で充放電が行われる。図１に示すよう
に、電流０アンペア（Ａ）の状態より一定電流−Ｉ0 で
８時間放電を行うと、電圧は所定時間の間一定値に保持
され、その後一定の傾斜で次第に低下する。そして、こ
の電圧曲線で囲まれる部分の面積（図１のハッチング部
分）を放電時間の８時間で割った値が平均放電電圧とな
る。なお、同図に二点鎖線で示すように、１段階充電に
よる従来法では放電電圧が低いため、平均放電電圧も小
さい。
明する。単電池１の動作温度は３００〜３５０℃であ
り、この動作温度で充放電が行われる。図１に示すよう
に、電流０アンペア（Ａ）の状態より一定電流−Ｉ0 で
８時間放電を行うと、電圧は所定時間の間一定値に保持
され、その後一定の傾斜で次第に低下する。そして、こ
の電圧曲線で囲まれる部分の面積（図１のハッチング部
分）を放電時間の８時間で割った値が平均放電電圧とな
る。なお、同図に二点鎖線で示すように、１段階充電に
よる従来法では放電電圧が低いため、平均放電電圧も小
さい。
【００１４】続いて、放電終了後所定時間経過したと
き、充電操作を行う。すなわち、第１段階の充電におい
て一定電流ＩO で端子電圧が次式で示されるＶ0 となる
まで約７．５時間充電を行う。
き、充電操作を行う。すなわち、第１段階の充電におい
て一定電流ＩO で端子電圧が次式で示されるＶ0 となる
まで約７．５時間充電を行う。
【００１５】Ｖ0 ＝（２．０７５＋α）×ｎ＋Ｒ×ＩO 但し、２．０７５はナトリウム−硫黄電池を３３０℃で
動作させる場合の定数、αは０．０３〜０．５０の範囲
の定数、ｎはストリング中の単電池の総直列数、ＩO は
第１段階の充電電流である。また、Ｒは集合電池の内部
抵抗で、充電末の開路電圧Ｖ1 と定電流放電時の最高電
圧Ｖ2 とから次式により求められる。すなわち、Ｒ＝
（Ｖ1 −Ｖ2 ）／放電電流 である。
動作させる場合の定数、αは０．０３〜０．５０の範囲
の定数、ｎはストリング中の単電池の総直列数、ＩO は
第１段階の充電電流である。また、Ｒは集合電池の内部
抵抗で、充電末の開路電圧Ｖ1 と定電流放電時の最高電
圧Ｖ2 とから次式により求められる。すなわち、Ｒ＝
（Ｖ1 −Ｖ2 ）／放電電流 である。
【００１６】引き続いて、第２段階の充電において第１
段階の充電電流よりも低い一定電流ＩO ／４で約１．５
時間充電操作を行う。このようにして充電操作を完了す
る。この実施例の充電方法では、第１段階で一定電流Ｉ
O を通電して充電を行い、所定電圧に達した後、第２段
階で前記第１段階の充電電流ＩO よりも低い電流Ｉ O ／
４を通電して充電を行う。このため、第１段階の充電で
一定電圧まで充電可能であり、その後の第２段階の充電
でさらに充電量を確保でき、過充電を避けながら所望と
する充電量を得ることができる。従って、放電時におけ
る平均放電電圧を高めることができる。
段階の充電電流よりも低い一定電流ＩO ／４で約１．５
時間充電操作を行う。このようにして充電操作を完了す
る。この実施例の充電方法では、第１段階で一定電流Ｉ
O を通電して充電を行い、所定電圧に達した後、第２段
階で前記第１段階の充電電流ＩO よりも低い電流Ｉ O ／
４を通電して充電を行う。このため、第１段階の充電で
一定電圧まで充電可能であり、その後の第２段階の充電
でさらに充電量を確保でき、過充電を避けながら所望と
する充電量を得ることができる。従って、放電時におけ
る平均放電電圧を高めることができる。
【００１７】しかも、低電流充電のため所定電圧に達す
る前に未充電単電池の充電がなされ、各ストリング２に
おける単電池１毎の充電量のばらつきを抑えることがで
きるとともに、電池容量などの電池の経時的な劣化を防
止することができる。
る前に未充電単電池の充電がなされ、各ストリング２に
おける単電池１毎の充電量のばらつきを抑えることがで
きるとともに、電池容量などの電池の経時的な劣化を防
止することができる。
【００１８】このとき、この発明では、第２段階におけ
る充電電流値を第１段階の充電電流値の１／２〜１／１
０、特に１／２〜１／４に設定することが望ましい。こ
の値が１／２を越えると、過充電状態になりやすく、安
定した充電を行うことができにくい。一方、１／１０な
いし１／４未満では充電時間が長くなり、夜間余剰電力
を充電に利用するような充電時間の制約がある場合には
充分な充電量が得られなくなるおそれがある。
る充電電流値を第１段階の充電電流値の１／２〜１／１
０、特に１／２〜１／４に設定することが望ましい。こ
の値が１／２を越えると、過充電状態になりやすく、安
定した充電を行うことができにくい。一方、１／１０な
いし１／４未満では充電時間が長くなり、夜間余剰電力
を充電に利用するような充電時間の制約がある場合には
充分な充電量が得られなくなるおそれがある。
【００１９】ちなみに、放電容量と充放電サイクルとの
関係を図３に示す。すなわち、充放電サイクルを約１０
００回まで繰り返したとき、実線で示す本発明では放電
容量の低下は極めて少ない。一方、破線で示す１段階充
電の従来法では、相当程度放電容量が低下する。従っ
て、この発明の２段階充電法によれば、充分な放電容量
を得ることができ、充放電サイクルの繰り返しに際して
も放電容量を維持することができる。
関係を図３に示す。すなわち、充放電サイクルを約１０
００回まで繰り返したとき、実線で示す本発明では放電
容量の低下は極めて少ない。一方、破線で示す１段階充
電の従来法では、相当程度放電容量が低下する。従っ
て、この発明の２段階充電法によれば、充分な放電容量
を得ることができ、充放電サイクルの繰り返しに際して
も放電容量を維持することができる。
【００２０】また、図４は従来の１段階の定電流充電法
による単電池の最大過電圧又は残留容量と充電打切り電
圧との関係を示す図である。この図に実線で示すよう
に、充電打切り電圧を大きくすることにより、残留容量
を小さくすることができるが、破線で示すように、最大
過電圧が高くなって単電池１の破壊電圧に達してしまう
ため不適当となる。
による単電池の最大過電圧又は残留容量と充電打切り電
圧との関係を示す図である。この図に実線で示すよう
に、充電打切り電圧を大きくすることにより、残留容量
を小さくすることができるが、破線で示すように、最大
過電圧が高くなって単電池１の破壊電圧に達してしまう
ため不適当となる。
【００２１】次に、図５はこの発明の２段階の充電方法
による残留容量（Ａｈ）と充電電流（Ａ）との関係を示
す図である。この図に実線で示した初期における残留容
量に比べて、破線で示した１０００サイクル以上の充放
電を繰り返した場合の劣化時における残留容量は大き
い。また、初期の場合だけでなく、劣化時においても充
電電流が小さい方が残留容量は小さい。特に、充電電流
が１／２ＩO を境としてそれ以下になると残留容量はさ
らに小さくなる。
による残留容量（Ａｈ）と充電電流（Ａ）との関係を示
す図である。この図に実線で示した初期における残留容
量に比べて、破線で示した１０００サイクル以上の充放
電を繰り返した場合の劣化時における残留容量は大き
い。また、初期の場合だけでなく、劣化時においても充
電電流が小さい方が残留容量は小さい。特に、充電電流
が１／２ＩO を境としてそれ以下になると残留容量はさ
らに小さくなる。
【００２２】従って、この発明の２段階充電法におけ
る、第２段階の充電電流を１／２ＩO以下に設定するこ
とによって、電池の残留容量が増加するのを効果的に防
止することができる。
る、第２段階の充電電流を１／２ＩO以下に設定するこ
とによって、電池の残留容量が増加するのを効果的に防
止することができる。
【００２３】図６は図５に対応する図であって、２段階
の充電方法による放電容量と充電電流との関係を示す図
である。この図の実線で示した初期における放電容量に
比べて、破線で示した１０００サイクル以上の充放電を
繰り返した場合の劣化時における放電容量は小さい。ま
た、初期の場合だけでなく、劣化時においても、充電電
流が１／２ＩO を境としてそれ以下になると放電容量は
大きい。
の充電方法による放電容量と充電電流との関係を示す図
である。この図の実線で示した初期における放電容量に
比べて、破線で示した１０００サイクル以上の充放電を
繰り返した場合の劣化時における放電容量は小さい。ま
た、初期の場合だけでなく、劣化時においても、充電電
流が１／２ＩO を境としてそれ以下になると放電容量は
大きい。
【００２４】続いて、図７は従来の定格電流充電後（１
段階充電後）と、この発明の低電流充電後（２段階充電
後）による各ストリング２間の充電量のばらつきを示す
図であって、縦軸はストリング２の充電量、横軸はスト
リング２のＮｏを示している。この図より、１段階充電
後では、ストリング２によるばらつきが大きいのに対
し、２段階充電後ではストリング２間のばらつきは非常
に少ない。そのため、この発明の２段階充電法によれ
ば、ストリング２における各単電池１の充電量を均一に
して各ストリング２間におけるばらつきを防止すること
ができる。
段階充電後）と、この発明の低電流充電後（２段階充電
後）による各ストリング２間の充電量のばらつきを示す
図であって、縦軸はストリング２の充電量、横軸はスト
リング２のＮｏを示している。この図より、１段階充電
後では、ストリング２によるばらつきが大きいのに対
し、２段階充電後ではストリング２間のばらつきは非常
に少ない。そのため、この発明の２段階充電法によれ
ば、ストリング２における各単電池１の充電量を均一に
して各ストリング２間におけるばらつきを防止すること
ができる。
【００２５】なお、この発明は前記実施例に限定される
ものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成を例
えば次のように任意に変更して具体化してもよい。 （１）この発明の別の実施態様である定電圧充電につい
て説明する。図８（ａ）に示すように、充電を一定電圧
で行い、充電末において従来では電圧が上昇する（図中
破線）のに対して、そこで電圧を一定に保持する。この
とき、図８（ｂ）に示すように、電流は減少し、この部
分が第２段階の充電に相当する。このようにして充電す
ることにより、単電池１の過電圧を効果的に抑制して、
単電池１の破壊を防止することができる。 （２）さらに、この発明の別の実施態様である定電力充
電について説明する。図９（ａ）に示すように、充電中
電力を一定に保持することにより、図９（ｂ）に示すよ
うに電圧は充電末で上昇するが、図９（ｃ）に示すよう
に、電流は充電末で低下する。この場合にも、電流減少
部分が第２段階の充電に相当し、２段階充電の効果が得
られる。 （３）第２段階の充電において、充電電流を第１段階の
充電電流に対して１／２〜１／１０の範囲内で徐々に低
下させたり、徐々に上昇させたり、又は階段状に変化さ
せること。 （４）第２段階の充電において、充電電流を間欠的に通
電して充電を行うこと。
ものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で構成を例
えば次のように任意に変更して具体化してもよい。 （１）この発明の別の実施態様である定電圧充電につい
て説明する。図８（ａ）に示すように、充電を一定電圧
で行い、充電末において従来では電圧が上昇する（図中
破線）のに対して、そこで電圧を一定に保持する。この
とき、図８（ｂ）に示すように、電流は減少し、この部
分が第２段階の充電に相当する。このようにして充電す
ることにより、単電池１の過電圧を効果的に抑制して、
単電池１の破壊を防止することができる。 （２）さらに、この発明の別の実施態様である定電力充
電について説明する。図９（ａ）に示すように、充電中
電力を一定に保持することにより、図９（ｂ）に示すよ
うに電圧は充電末で上昇するが、図９（ｃ）に示すよう
に、電流は充電末で低下する。この場合にも、電流減少
部分が第２段階の充電に相当し、２段階充電の効果が得
られる。 （３）第２段階の充電において、充電電流を第１段階の
充電電流に対して１／２〜１／１０の範囲内で徐々に低
下させたり、徐々に上昇させたり、又は階段状に変化さ
せること。 （４）第２段階の充電において、充電電流を間欠的に通
電して充電を行うこと。
【００２６】
【発明の効果】 以上詳述したように、この発明のナト
リウム−硫黄電池の充電方法によれば、次のような優れ
た効果を奏する。すなわち、過電圧を避けながら充電量
を充分に確保できて、平均放電電圧を高くすることがで
きるとともに、単電池毎の充電量のばらつきを抑えるこ
とができる。しかも、電池容量などの電池の経時的な劣
化を抑制することができる。
リウム−硫黄電池の充電方法によれば、次のような優れ
た効果を奏する。すなわち、過電圧を避けながら充電量
を充分に確保できて、平均放電電圧を高くすることがで
きるとともに、単電池毎の充電量のばらつきを抑えるこ
とができる。しかも、電池容量などの電池の経時的な劣
化を抑制することができる。
【図１】 この発明を具体化した実施例の電流又は電圧
と経過時間との関係を示すグラフである。
と経過時間との関係を示すグラフである。
【図２】 集合電池を示す回路図である。
【図３】 放電容量と充放電サイクルとの関係を示すグ
ラフである。
ラフである。
【図４】 単電池最大過電圧又は残留容量と充電打切り
電圧との関係を示すグラフである。
電圧との関係を示すグラフである。
【図５】 残留容量と充電電流との関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図６】 放電容量と充電電流との関係を示すグラフで
ある。
ある。
【図７】 ストリングの充電量とストリングのＮｏとの
関係を示すグラフデある。
関係を示すグラフデある。
【図８】 （ａ）は電圧と時間との関係を示すグラフ、
（ｂ）は電流と時間との関係を示すグラフである。
（ｂ）は電流と時間との関係を示すグラフである。
【図９】 （ａ）は電力と時間との関係を示すグラフ、
（ｂ）は電圧と時間との関係を示すグラフ、（ｃ）は電
流と時間との関係を示すグラフである。
（ｂ）は電圧と時間との関係を示すグラフ、（ｃ）は電
流と時間との関係を示すグラフである。
１…単電池、２…ストリング、３…ブロック、４…集合
電池
電池
フロントページの続き (72)発明者 渥美 淳 名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日本碍 子 株式会社 内 (72)発明者 玉越 富夫 名古屋市瑞穂区須田町２番56号 日本碍 子 株式会社 内 (56)参考文献 特開 平５−336679（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−155060（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−177869（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−258779（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01M 10/42 - 10/48 H01M 10/39
Claims (4)
- 【請求項１】 ナトリウム−硫黄電池の単電池を所定数
直列接続してストリングを構成し、このストリングを所
定数並列に接続してブロックを構成し、そのブロックを
基本単位として複数のブロックを所定数直列に接続して
集合電池を構成し、その状態において、 第１段階で充電を行い、所定電圧に達した後、第２段階
で前記第１段階の充電電流よりも低い電流を通電してさ
らに充電を行うことを特徴とするナトリウム−硫黄電池
の充電方法。 - 【請求項２】 前記第２段階の電流値を第１段階の電流
値の２分の１から１０分の１に設定したことを特徴とす
る請求項１に記載のナトリウム−硫黄電池の充電方法。 - 【請求項３】 前記第２段階の電流値を第１段階の電流
値の２分の１から４分の１に設定したことを特徴とする
請求項１に記載のナトリウム−硫黄電池の充電方法。 - 【請求項４】 前記第２段階の電流値を順次低減するこ
とを特徴とする請求項１に記載のナトリウム−硫黄電池
の充電方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6027003A JP2878584B2 (ja) | 1994-02-24 | 1994-02-24 | ナトリウム−硫黄電池の充電方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6027003A JP2878584B2 (ja) | 1994-02-24 | 1994-02-24 | ナトリウム−硫黄電池の充電方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07235331A JPH07235331A (ja) | 1995-09-05 |
| JP2878584B2 true JP2878584B2 (ja) | 1999-04-05 |
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