JP3218177B2 - ナトリウム−硫黄電池を用いたバッテリーシステムの運転方法 - Google Patents
ナトリウム−硫黄電池を用いたバッテリーシステムの運転方法Info
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、溶融ナトリウム
を陰極活物質とし、溶融硫黄を陽極活物質とするナトリ
ウム−硫黄電池から構成されるバッテリーシステムの運
転方法に関する。
を陰極活物質とし、溶融硫黄を陽極活物質とするナトリ
ウム−硫黄電池から構成されるバッテリーシステムの運
転方法に関する。
【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β−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。
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β−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。
【０００３】 ナトリウム−硫黄電池を用いたバッテリ
ーシステムは、上記のような構成を有する単電池を所定
数、直並列に接続して成るモジュール電池を断熱容器に
収容し、さらにこのモジュール電池を所定数直並列に接
続することにより構成される。
ーシステムは、上記のような構成を有する単電池を所定
数、直並列に接続して成るモジュール電池を断熱容器に
収容し、さらにこのモジュール電池を所定数直並列に接
続することにより構成される。
【０００４】 このようなナトリウム−硫黄電池を用い
たバッテリーシステムの運転は、第一休止段階、放電段
階、第二休止段階、充電段階から成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
質管内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、
２Ｖ程度の電圧を発生させる。一方、充電段階において
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。
たバッテリーシステムの運転は、第一休止段階、放電段
階、第二休止段階、充電段階から成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
質管内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、
２Ｖ程度の電圧を発生させる。一方、充電段階において
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。
【０００５】 上記の多硫化ナトリウムの生成反応は発
熱反応であるため、放電段階における総発熱量は、通電
電流及び内部抵抗によって決まるジュール熱と上記生成
反応による化学発熱量を足した値となる。一方、多硫化
ナトリウムからナトリウムと硫黄が生成する反応は吸熱
反応であるため、充電段階は、内部抵抗によるジュール
熱量と上記反応による吸熱量により、発熱となるか吸熱
となるかが決まる。いずれにせよ、充電段階における発
熱量は、放電段階に比べ小さくなる。従って、放充電段
階を通じて、ナトリウム−硫黄電池の温度が最も上昇す
るのは、放電段階の終了時ということになる。
熱反応であるため、放電段階における総発熱量は、通電
電流及び内部抵抗によって決まるジュール熱と上記生成
反応による化学発熱量を足した値となる。一方、多硫化
ナトリウムからナトリウムと硫黄が生成する反応は吸熱
反応であるため、充電段階は、内部抵抗によるジュール
熱量と上記反応による吸熱量により、発熱となるか吸熱
となるかが決まる。いずれにせよ、充電段階における発
熱量は、放電段階に比べ小さくなる。従って、放充電段
階を通じて、ナトリウム−硫黄電池の温度が最も上昇す
るのは、放電段階の終了時ということになる。
【０００６】 ところで、ナトリウム−硫黄電池の構成
部材、特にβ−アルミナから成る固体電解質管、陽極活
物質である硫黄を収容するアルミニウム容器、固体電解
質管とアルミニウム容器を接合するに際して間に介在さ
せるα−アルミナ製の絶縁リング、これらの部材間をシ
ールするガラス接合部、ＴＣＢ接合部、アルミニウム溶
接部等の耐熱性には限界があり、又、化学的活性度の高
いナトリウム、硫黄、多硫化ナトリウム等と高温で長期
間接触すると、腐食、劣化が起こる。従って、ナトリウ
ム−硫黄電池の温度が一定の値を越えることは好ましく
なく、具体的には、３８０℃以下に保たれることが好ま
しい。
部材、特にβ−アルミナから成る固体電解質管、陽極活
物質である硫黄を収容するアルミニウム容器、固体電解
質管とアルミニウム容器を接合するに際して間に介在さ
せるα−アルミナ製の絶縁リング、これらの部材間をシ
ールするガラス接合部、ＴＣＢ接合部、アルミニウム溶
接部等の耐熱性には限界があり、又、化学的活性度の高
いナトリウム、硫黄、多硫化ナトリウム等と高温で長期
間接触すると、腐食、劣化が起こる。従って、ナトリウ
ム−硫黄電池の温度が一定の値を越えることは好ましく
なく、具体的には、３８０℃以下に保たれることが好ま
しい。
【０００７】 従来のモジュール電池では、放電段階に
おいて上昇した電池の温度が、休止段階及び充電段階に
おいて放電段階開始時の値まで下がるように断熱容器の
放熱量を設定したり、又は冷却機構を設けることによ
り、１サイクル毎に熱の収支を取ってきた。又、従来の
モジュール電池において、放電段階終了時の電池温度
は、例えば、ロードレベリングの８時間率運転（定格運
転）では、運転温度に対し１０〜２０°上昇するだけで
あり、定格運転を行う限り、電池の構成部材に悪影響を
及ぼすような温度上昇はなかった。
おいて上昇した電池の温度が、休止段階及び充電段階に
おいて放電段階開始時の値まで下がるように断熱容器の
放熱量を設定したり、又は冷却機構を設けることによ
り、１サイクル毎に熱の収支を取ってきた。又、従来の
モジュール電池において、放電段階終了時の電池温度
は、例えば、ロードレベリングの８時間率運転（定格運
転）では、運転温度に対し１０〜２０°上昇するだけで
あり、定格運転を行う限り、電池の構成部材に悪影響を
及ぼすような温度上昇はなかった。
【０００８】 一方、固体電解質管を構成するβ−アル
ミナに対するナトリウムイオンの伝導率、陽極活物質で
ある硫黄及びそれを含浸させるために用いるグラファイ
トフェルトの導電性は温度が高い程大きくなり、電池の
内部抵抗が小さくなる。従って、放充電効率の面から
は、ナトリウム−硫黄電池を高温で作動させることが好
ましい。又、陽極における活物質の拡散性及びナトリウ
ムと硫黄から多硫化ナトリウムが生成する反応の平衡か
ら見ても、低温では、充電回復性に不利となる。従っ
て、従来は、ナトリウム−硫黄電池の運転は３００〜３
５０℃の範囲で行われることが一般的であった。
ミナに対するナトリウムイオンの伝導率、陽極活物質で
ある硫黄及びそれを含浸させるために用いるグラファイ
トフェルトの導電性は温度が高い程大きくなり、電池の
内部抵抗が小さくなる。従って、放充電効率の面から
は、ナトリウム−硫黄電池を高温で作動させることが好
ましい。又、陽極における活物質の拡散性及びナトリウ
ムと硫黄から多硫化ナトリウムが生成する反応の平衡か
ら見ても、低温では、充電回復性に不利となる。従っ
て、従来は、ナトリウム−硫黄電池の運転は３００〜３
５０℃の範囲で行われることが一般的であった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、放電
段階において上昇した電池温度は、充電段階開始までの
休止段階の間に熱供給が無ければ、放熱によって降下す
る。一方、充電段階の開始時においては、比較的融点の
高い多硫化ナトリウムが存在しているため、所定温度以
上の電池温度が必要である。従って、放熱量や休止段階
の長さによっては、充電段階の開始時において、電池温
度が所定温度より低くなり、充電段階の開始に支障が生
じるという問題があった。
段階において上昇した電池温度は、充電段階開始までの
休止段階の間に熱供給が無ければ、放熱によって降下す
る。一方、充電段階の開始時においては、比較的融点の
高い多硫化ナトリウムが存在しているため、所定温度以
上の電池温度が必要である。従って、放熱量や休止段階
の長さによっては、充電段階の開始時において、電池温
度が所定温度より低くなり、充電段階の開始に支障が生
じるという問題があった。
【００１０】 又、充電段階においては、充電時の抵抗
発熱量が充電反応による吸熱量と放熱量との和より小さ
い場合は、熱供給が無ければ、電池温度は降下する。一
方、充電段階が進むに従って、多硫化ナトリウムのうち
比較的融点の低いものの割合が大きくなるが、電池温度
は常に所定温度より高いことが必要である。しかし、充
電段階における熱収支のいかんによっては、電池温度が
所定温度より低くなる。この場合、充電段階終了時に未
反応の多硫化ナトリウムが存在することとなるため、電
池の残留容量が大きくなり、出力電力量が低下するとい
う問題があった。
発熱量が充電反応による吸熱量と放熱量との和より小さ
い場合は、熱供給が無ければ、電池温度は降下する。一
方、充電段階が進むに従って、多硫化ナトリウムのうち
比較的融点の低いものの割合が大きくなるが、電池温度
は常に所定温度より高いことが必要である。しかし、充
電段階における熱収支のいかんによっては、電池温度が
所定温度より低くなる。この場合、充電段階終了時に未
反応の多硫化ナトリウムが存在することとなるため、電
池の残留容量が大きくなり、出力電力量が低下するとい
う問題があった。
【００１１】 又、ナトリウム−硫黄電池の電気容量ｑ
は硫黄とナトリウムの量によって決まり、ｑ＝Ｉ・Ｔ
（Ｉは電流、Ｔは放電時間を表す。）より、放電時の電
流と放電時間との積は一定である。従って、Ｋを定数と
すると、反応熱量はＫ・ｑで表される。ここで、ナトリ
ウム−硫黄電池の放電時における抵抗発熱量をＱd、放
熱量をＨdとすると、放電時における電池の温度上昇は
（Ｋ・ｑ＋Ｑd−Ｈd）／Ｃ（Ｃは熱容量を表す。）とな
る。
は硫黄とナトリウムの量によって決まり、ｑ＝Ｉ・Ｔ
（Ｉは電流、Ｔは放電時間を表す。）より、放電時の電
流と放電時間との積は一定である。従って、Ｋを定数と
すると、反応熱量はＫ・ｑで表される。ここで、ナトリ
ウム−硫黄電池の放電時における抵抗発熱量をＱd、放
熱量をＨdとすると、放電時における電池の温度上昇は
（Ｋ・ｑ＋Ｑd−Ｈd）／Ｃ（Ｃは熱容量を表す。）とな
る。
【００１２】 ところで、ナトリウム−硫黄電池の使用
方法として、従来のロードレベリングの８時間率運転
（定格運転）から、ピークカットを目的とした、４時間
率運転（２倍出力運転）若しくは２．７時間率運転（３
倍出力運転）を想定すると、ナトリウム−硫黄電池の放
電時における抵抗発熱量ＱdはＩ2ＲＴ（Ｒは抵抗を表
す。）で表されるため、抵抗発熱量はそれぞれ２倍、３
倍となる。従って、定格運転に比べ、急激な温度上昇が
起こり、電気容量ｑは残存しているにも関わらず、電池
温度が限界を越えるため、これ以上の放電ができないと
いう事態が容易に生じ、実質的に高出力運転は困難であ
るという問題があった。
方法として、従来のロードレベリングの８時間率運転
（定格運転）から、ピークカットを目的とした、４時間
率運転（２倍出力運転）若しくは２．７時間率運転（３
倍出力運転）を想定すると、ナトリウム−硫黄電池の放
電時における抵抗発熱量ＱdはＩ2ＲＴ（Ｒは抵抗を表
す。）で表されるため、抵抗発熱量はそれぞれ２倍、３
倍となる。従って、定格運転に比べ、急激な温度上昇が
起こり、電気容量ｑは残存しているにも関わらず、電池
温度が限界を越えるため、これ以上の放電ができないと
いう事態が容易に生じ、実質的に高出力運転は困難であ
るという問題があった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】 本発明は、このような
状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、高い充電回復性を維持しながら、高出力運転が可
能なナトリウム−硫黄電池の運転方法を提供することに
ある。本発明の発明者らは、従来のナトリウム−硫黄電
池の常識では考えられなかった低温での充放電運転を検
討した結果、従来においては限界と考えられていた３０
０℃以下の温度でも運転が可能であることを見い出し、
本発明に到達した。
状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするとこ
ろは、高い充電回復性を維持しながら、高出力運転が可
能なナトリウム−硫黄電池の運転方法を提供することに
ある。本発明の発明者らは、従来のナトリウム−硫黄電
池の常識では考えられなかった低温での充放電運転を検
討した結果、従来においては限界と考えられていた３０
０℃以下の温度でも運転が可能であることを見い出し、
本発明に到達した。
【００１４】 即ち、本発明によれば、放電段階と充電
段階を、各々の間に休止段階を挟みつつ繰り返すナトリ
ウム−硫黄電池を用いたバッテリーシステムの運転方法
であって、放電段階開始時のナトリウム−硫黄電池の温
度を２４０〜３００℃（３００℃を含まず）とし、充電
段階開始時のナトリウム−硫黄電池の温度を２６０〜３
８０℃とするとともに、充電段階を通じてナトリウム−
硫黄電池の温度を２６０℃以上に保つことを特徴とする
ナトリウム−硫黄電池を用いたバッテリーシステムの運
転方法が提供される。上記の方法において、加熱手段、
及びその作動をナトリウム−硫黄電池の温度に応じて調
節する制御手段を用いることが好ましい。又、放電段階
終了時に設定温度を２６０〜３８０℃とし、充電段階終
了時、又は充電段階において充電電圧が所定の値に達し
た時点で、設定温度を２４０〜３００℃にすることが好
ましい。
段階を、各々の間に休止段階を挟みつつ繰り返すナトリ
ウム−硫黄電池を用いたバッテリーシステムの運転方法
であって、放電段階開始時のナトリウム−硫黄電池の温
度を２４０〜３００℃（３００℃を含まず）とし、充電
段階開始時のナトリウム−硫黄電池の温度を２６０〜３
８０℃とするとともに、充電段階を通じてナトリウム−
硫黄電池の温度を２６０℃以上に保つことを特徴とする
ナトリウム−硫黄電池を用いたバッテリーシステムの運
転方法が提供される。上記の方法において、加熱手段、
及びその作動をナトリウム−硫黄電池の温度に応じて調
節する制御手段を用いることが好ましい。又、放電段階
終了時に設定温度を２６０〜３８０℃とし、充電段階終
了時、又は充電段階において充電電圧が所定の値に達し
た時点で、設定温度を２４０〜３００℃にすることが好
ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】 本発明においては、放電段階開
始時のナトリウム−硫黄電池の温度が２４０〜３００℃
（３００℃を含まず）と、従来の３００〜３５０℃に比
べて低いため、通常の２倍、３倍の電流でナトリウム−
硫黄電池を運転するような場合においても、電気容量ｑ
は残存しているにも拘わらず、温度上昇により電池の運
転を継続できないという事態を回避することができ高出
力運転が可能となる。
始時のナトリウム−硫黄電池の温度が２４０〜３００℃
（３００℃を含まず）と、従来の３００〜３５０℃に比
べて低いため、通常の２倍、３倍の電流でナトリウム−
硫黄電池を運転するような場合においても、電気容量ｑ
は残存しているにも拘わらず、温度上昇により電池の運
転を継続できないという事態を回避することができ高出
力運転が可能となる。
【００１６】 なお、多硫化ナトリウムＮａ2ＳXの融点
は一般に１２０〜２８５℃であるが、実際のナトリウム
−硫黄電池の放充電においては、２６０℃以上であれば
動作することを前述の低温運転試験により確認した。し
かも、放電開始初期に生じるＸ数の比較的多い多硫化ナ
トリウムは融点が低いため、放電を開始してからしばら
くは電池の温度が２６０℃以下でも問題はない。又、放
電段階は発熱反応であるため、放電を開始してから時間
が経ち、Ｘ数の少ない多硫化ナトリウムが生成し始める
頃には、電池の温度は２６０℃を越えているため、多硫
化ナトリウムの固化により放電が停止することはない。
は一般に１２０〜２８５℃であるが、実際のナトリウム
−硫黄電池の放充電においては、２６０℃以上であれば
動作することを前述の低温運転試験により確認した。し
かも、放電開始初期に生じるＸ数の比較的多い多硫化ナ
トリウムは融点が低いため、放電を開始してからしばら
くは電池の温度が２６０℃以下でも問題はない。又、放
電段階は発熱反応であるため、放電を開始してから時間
が経ち、Ｘ数の少ない多硫化ナトリウムが生成し始める
頃には、電池の温度は２６０℃を越えているため、多硫
化ナトリウムの固化により放電が停止することはない。
【００１７】 一方、充電段階においてはＸ数の少ない
多硫化ナトリウムが充電段階初期に存在するため、電池
の温度は充電開始時において２６０℃以上とする必要が
あり、又、充電段階において常に電池の温度を２６０℃
以上に保つ必要がある。このような目的を達成するに
は、加熱手段が必要であり、例えば熱風循環、ヒータ等
を用いることができる。又、加熱手段の作動をナトリウ
ム−硫黄電池の温度に応じて調節する制御手段を用いる
とともに、放電段階終了時に設定温度を２６０〜３８０
℃にし、充電段階終了時、又は充電段階において充電電
圧が所定の値に達した時点で、設定温度を再び２６０〜
３００℃にすることが好ましい。このような温度設定を
行うことにより、放電段階と充電段階の間の休止段階が
長い場合においても放電段階及び充電段階の開始時にお
いて、電池の温度を所定の値に保つことができるからで
ある。
多硫化ナトリウムが充電段階初期に存在するため、電池
の温度は充電開始時において２６０℃以上とする必要が
あり、又、充電段階において常に電池の温度を２６０℃
以上に保つ必要がある。このような目的を達成するに
は、加熱手段が必要であり、例えば熱風循環、ヒータ等
を用いることができる。又、加熱手段の作動をナトリウ
ム−硫黄電池の温度に応じて調節する制御手段を用いる
とともに、放電段階終了時に設定温度を２６０〜３８０
℃にし、充電段階終了時、又は充電段階において充電電
圧が所定の値に達した時点で、設定温度を再び２６０〜
３００℃にすることが好ましい。このような温度設定を
行うことにより、放電段階と充電段階の間の休止段階が
長い場合においても放電段階及び充電段階の開始時にお
いて、電池の温度を所定の値に保つことができるからで
ある。
【００１８】 なお、運転温度の低下による放充電効率
の低下は、体積抵抗率が低く、かつ肉薄でも強度が高い
β−アルミナから成る固体電解質管を採用するととも
に、陽極設計を低温においても低抵抗を示すように改良
することにより防止することができる。又、低温におけ
る充電回復性の低下は、陽極の改良と、充電電流を２〜
３段階に低下させて行う補充電を採用することにより防
止することができる。
の低下は、体積抵抗率が低く、かつ肉薄でも強度が高い
β−アルミナから成る固体電解質管を採用するととも
に、陽極設計を低温においても低抵抗を示すように改良
することにより防止することができる。又、低温におけ
る充電回復性の低下は、陽極の改良と、充電電流を２〜
３段階に低下させて行う補充電を採用することにより防
止することができる。
【００１９】 加熱手段としてヒータを、又、電池温度
の制御手段としてバッテリー制御システムを用いて、上
記の方法により運転されるバッテリーシステムの一例を
図１に示す。図１において、ナトリウム−硫黄電池２を
用いたバッテリーシステム１は、バッテリー制御システ
ム３、ヒータ４、及び交直変換器５を備える。ヒータ４
はナトリウム−硫黄電池２の温度を充電、及び放電に適
した温度に保つ働きをする。交直変換器５は、放電及び
充電に際して、ナトリウム−硫黄電池２と外部機器（図
示せず。）の間の整流を行う。又、バッテリー制御シス
テム３は、ナトリウム−硫黄電池２の温度及び電圧に対
応して、ヒータ４の作動、及び設定温度、並びにナトリ
ウム−硫黄電池２及び交直変換器５の作動を制御する。
の制御手段としてバッテリー制御システムを用いて、上
記の方法により運転されるバッテリーシステムの一例を
図１に示す。図１において、ナトリウム−硫黄電池２を
用いたバッテリーシステム１は、バッテリー制御システ
ム３、ヒータ４、及び交直変換器５を備える。ヒータ４
はナトリウム−硫黄電池２の温度を充電、及び放電に適
した温度に保つ働きをする。交直変換器５は、放電及び
充電に際して、ナトリウム−硫黄電池２と外部機器（図
示せず。）の間の整流を行う。又、バッテリー制御シス
テム３は、ナトリウム−硫黄電池２の温度及び電圧に対
応して、ヒータ４の作動、及び設定温度、並びにナトリ
ウム−硫黄電池２及び交直変換器５の作動を制御する。
【００２０】
【実施例】 以下、本発明を実施例を用いてさらに詳し
く説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもの
ではない。
く説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるもの
ではない。
【００２１】
【００２２】（実施例１） 上記のバッテリーシステム
を本発明の方法を用いて４時間率運転（２倍出力運転）
した場合の、ナトリウム−硫黄電池の電力、電圧及び温
度の変化を図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示す。放電
段階１１の開始時において、ヒータの設定温度は２６０
℃であり、ナトリウム−硫黄電池の温度は２６０℃に保
たれている。放電開始後は電池の温度は発熱により急激
に上昇し３５０℃まで達する。所定の放電時間の後、放
電は停止し、第二休止段階１２に入る。又、放電段階１
１が終了すると同時にヒータの設定温度は２８０℃とな
る。従って、充電段階１３の開始時においては、電池の
温度は２８０℃に保たれており、又、充電段階１３の熱
収支は吸熱的であるが、充電段階１３を通じて電池の温
度はヒータの働きにより２８０℃以上に保たれる。さら
に、低温における充電回復性の低下を防止するため、補
充電１４が行われる。ヒータの設定温度は充電段階１３
が終了した時点で２６０℃に変更され、次の放電段階に
備える。ヒータの設定温度は電池の電圧が所定の値、例
えば、（２．０７５Ｖ×総直列数＋バッテリー内部抵抗
×充電電流）に達した時点で、２６０℃に変更してもよ
い。
を本発明の方法を用いて４時間率運転（２倍出力運転）
した場合の、ナトリウム−硫黄電池の電力、電圧及び温
度の変化を図２（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示す。放電
段階１１の開始時において、ヒータの設定温度は２６０
℃であり、ナトリウム−硫黄電池の温度は２６０℃に保
たれている。放電開始後は電池の温度は発熱により急激
に上昇し３５０℃まで達する。所定の放電時間の後、放
電は停止し、第二休止段階１２に入る。又、放電段階１
１が終了すると同時にヒータの設定温度は２８０℃とな
る。従って、充電段階１３の開始時においては、電池の
温度は２８０℃に保たれており、又、充電段階１３の熱
収支は吸熱的であるが、充電段階１３を通じて電池の温
度はヒータの働きにより２８０℃以上に保たれる。さら
に、低温における充電回復性の低下を防止するため、補
充電１４が行われる。ヒータの設定温度は充電段階１３
が終了した時点で２６０℃に変更され、次の放電段階に
備える。ヒータの設定温度は電池の電圧が所定の値、例
えば、（２．０７５Ｖ×総直列数＋バッテリー内部抵抗
×充電電流）に達した時点で、２６０℃に変更してもよ
い。
【００２３】（実施例２） 上記のバッテリーシステム
を本発明の方法を用いて２．６７時間率運転（３倍出力
運転）した場合の、ナトリウム−硫黄電池の電力、電圧
及び温度の変化を図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示
す。放電段階１１の開始時において、ヒータの設定温度
は２４０℃であり、ナトリウム−硫黄電池の温度は２４
０℃に保たれている。放電開始後は電池の温度は発熱に
より実施例１に比べ急激に上昇し３８０℃まで達する。
所定の放電時間の後、放電は停止し、第二休止段階１２
に入る。又、放電段階１１が終了すると同時にヒータの
設定温度は２６０℃となる。従って、充電段階１３の開
始時においては、電池の温度は２６０℃に保たれてお
り、又、充電段階１３の熱収支は吸熱的であるが、充電
段階１３を通じて電池の温度はヒータの働きにより２６
０℃以上に保たれる。さらに、低温における充電回復性
の低下を防止するため、補充電１４が行われる。ヒータ
の設定温度は充電段階１３が終了した時点で２４０℃に
変更され、次の放電段階に備える。ヒータの設定温度は
電池の電圧が所定の値に達した時点で、２４０℃に変更
してもよい。
を本発明の方法を用いて２．６７時間率運転（３倍出力
運転）した場合の、ナトリウム−硫黄電池の電力、電圧
及び温度の変化を図３（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示
す。放電段階１１の開始時において、ヒータの設定温度
は２４０℃であり、ナトリウム−硫黄電池の温度は２４
０℃に保たれている。放電開始後は電池の温度は発熱に
より実施例１に比べ急激に上昇し３８０℃まで達する。
所定の放電時間の後、放電は停止し、第二休止段階１２
に入る。又、放電段階１１が終了すると同時にヒータの
設定温度は２６０℃となる。従って、充電段階１３の開
始時においては、電池の温度は２６０℃に保たれてお
り、又、充電段階１３の熱収支は吸熱的であるが、充電
段階１３を通じて電池の温度はヒータの働きにより２６
０℃以上に保たれる。さらに、低温における充電回復性
の低下を防止するため、補充電１４が行われる。ヒータ
の設定温度は充電段階１３が終了した時点で２４０℃に
変更され、次の放電段階に備える。ヒータの設定温度は
電池の電圧が所定の値に達した時点で、２４０℃に変更
してもよい。
【００２４】
【発明の効果】 本発明のナトリウム−硫黄電池を用い
たバッテリーシステムの運転方法においては、放電段階
開始時の電池の温度が２４０〜３００℃（３００℃を含
まず）と低いため長時間の高出力運転が可能となる。
又、放電後の停止時間を自由にとっても、充電段階開始
時において電池の温度が２６０〜３８０℃に維持される
とともに、充電段階を通じて電池の温度が２６０℃以上
に維持されるため、高い充電回復性が得られる。さら
に、運転温度が３８０℃以下に保たれるため、電池構成
部材の腐食、劣化を防ぐことができ、長期運転が可能と
なる。
たバッテリーシステムの運転方法においては、放電段階
開始時の電池の温度が２４０〜３００℃（３００℃を含
まず）と低いため長時間の高出力運転が可能となる。
又、放電後の停止時間を自由にとっても、充電段階開始
時において電池の温度が２６０〜３８０℃に維持される
とともに、充電段階を通じて電池の温度が２６０℃以上
に維持されるため、高い充電回復性が得られる。さら
に、運転温度が３８０℃以下に保たれるため、電池構成
部材の腐食、劣化を防ぐことができ、長期運転が可能と
なる。
【００２５】
【図１】 バッテリーシステムの一例を示す説明図であ
る。
る。
【図２】 バッテリーシステムを本発明の方法を用いて
４時間率運転（２倍出力運転）した場合の、ナトリウム
−硫黄電池の（ａ）電力を示すグラフ、（ｂ）電圧を示
すグラフ、及び（ｃ）温度を示すグラフである。
４時間率運転（２倍出力運転）した場合の、ナトリウム
−硫黄電池の（ａ）電力を示すグラフ、（ｂ）電圧を示
すグラフ、及び（ｃ）温度を示すグラフである。
【図３】 バッテリーシステムを本発明の方法を用いて
２．６７時間率運転（３倍出力運転）した場合の、ナト
リウム−硫黄電池の（ａ）電力を示すグラフ、（ｂ）電
圧を示すグラフ、及び（ｃ）温度を示すグラフである。
２．６７時間率運転（３倍出力運転）した場合の、ナト
リウム−硫黄電池の（ａ）電力を示すグラフ、（ｂ）電
圧を示すグラフ、及び（ｃ）温度を示すグラフである。
１・・・バッテリーシステム、２・・・ナトリウム−硫黄電
池、３・・・バッテリー制御システム、４・・・ヒータ、５・・
・交直変換器、１０・・・第一休止段階、１１・・・放電段
階、１２・・・第二休止段階、１３・・・充電段階、１４・・・
補充電。
池、３・・・バッテリー制御システム、４・・・ヒータ、５・・
・交直変換器、１０・・・第一休止段階、１１・・・放電段
階、１２・・・第二休止段階、１３・・・充電段階、１４・・・
補充電。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 奥野 晃康 神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町４番１号 東京電力株式会社 エネルギー・環境 研究所内 (72)発明者 堀川 豊 神奈川県横浜市鶴見区江ケ崎町４番１号 東京電力株式会社 エネルギー・環境 研究所内 (72)発明者 久野 俊明 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 (72)発明者 森 啓一 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 (56)参考文献 特開 昭55−59670（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−33240（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−296855（ＪＰ，Ａ) 堀川豊 他、「ナトリウム−硫黄電池 の起電力−温度特性」、第36回電池討論 会講演要旨集、平成７年９月12日、第 379−380頁 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 10/39 H01M 10/50
Claims (3)
- 【請求項１】 放電段階と充電段階を、各々の間に休止
段階を挟みつつ繰り返すナトリウム−硫黄電池を用いた
バッテリーシステムの運転方法であって、 放電段階開始時のナトリウム−硫黄電池の温度を２４０
〜３００℃（３００℃を含まず）とし、 充電段階開始時のナトリウム−硫黄電池の温度を２６０
〜３８０℃とするとともに、 充電段階を通じてナトリウム−硫黄電池の温度を２６０
℃以上に保つことを特徴とするナトリウム−硫黄電池を
用いたバッテリーシステムの運転方法。 - 【請求項２】 加熱手段、及び該加熱手段の作動をナト
リウム−硫黄電池の温度に応じて調節する制御手段を用
いた請求項１に記載のナトリウム−硫黄電池を用いたバ
ッテリーシステムの運転方法。 - 【請求項３】 放電段階終了時に設定温度を２６０〜３
８０℃とし、 充電段階終了時、又は充電段階において充電電圧が所定
の値に達した時点で、設定温度を２４０〜３００℃にす
る請求項２に記載のナトリウム−硫黄電池を用いたバッ
テリーシステムの運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02243796A JP3218177B2 (ja) | 1996-02-08 | 1996-02-08 | ナトリウム−硫黄電池を用いたバッテリーシステムの運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02243796A JP3218177B2 (ja) | 1996-02-08 | 1996-02-08 | ナトリウム−硫黄電池を用いたバッテリーシステムの運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09219216A JPH09219216A (ja) | 1997-08-19 |
| JP3218177B2 true JP3218177B2 (ja) | 2001-10-15 |
Family
ID=12082685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02243796A Expired - Lifetime JP3218177B2 (ja) | 1996-02-08 | 1996-02-08 | ナトリウム−硫黄電池を用いたバッテリーシステムの運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3218177B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102282719A (zh) * | 2009-01-13 | 2011-12-14 | 日本碍子株式会社 | 钠硫电池的升温方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4508338B2 (ja) * | 2000-02-17 | 2010-07-21 | 電源開発株式会社 | 発電システム |
| KR102219487B1 (ko) * | 2013-09-05 | 2021-02-24 | 필드 업그레이딩 유에스에이, 인코포레이티드 | 높은 에너지 효율을 갖는 고온 나트륨 배터리 |
-
1996
- 1996-02-08 JP JP02243796A patent/JP3218177B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 堀川豊 他、「ナトリウム−硫黄電池の起電力−温度特性」、第３６回電池討論会講演要旨集、平成７年９月１２日、第３７９−３８０頁 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102282719A (zh) * | 2009-01-13 | 2011-12-14 | 日本碍子株式会社 | 钠硫电池的升温方法 |
| CN102282719B (zh) * | 2009-01-13 | 2014-01-01 | 日本碍子株式会社 | 钠硫电池的升温方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09219216A (ja) | 1997-08-19 |
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