JP3283801B2 - 集合電池 - Google Patents

集合電池

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JP3283801B2
JP3283801B2 JP24826097A JP24826097A JP3283801B2 JP 3283801 B2 JP3283801 B2 JP 3283801B2 JP 24826097 A JP24826097 A JP 24826097A JP 24826097 A JP24826097 A JP 24826097A JP 3283801 B2 JP3283801 B2 JP 3283801B2
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道孝 日高
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】 本発明は、粒状防火材によ
る断熱容器又は電池モジュールの破損、変形、若しくは
歪みを防止した集合電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】 通常、集合電池は、断熱容器内に複数
の単電池を立設集合し、互いに接続して電池モジュール
とする構造を採っている。このような集合電池におい
て、単電池がナトリウム−硫黄単電池のように、約300
℃の高温で運転され、かつ、反応性に富む活物質を内蔵
するものについては、単電池の破損、異常加熱、或いは
活物質の漏洩のような事態にも対応できるように、断熱
容器内に載置した単電池と断熱容器との間隙部及び単電
池同士の間隙部には、例えば、セルベン等の耐熱性、耐
腐食性及び電気絶縁性を有する粒状防火材等を充填する
ことが行われていた(特開平 3-283272 号公報、実公昭
51-2733 号公報)。
【0003】 上記構成の集合電池においては、粒状防
火材が流動可能な状態にあることに加え、長期間運転す
る際には、280〜360 ℃のヒートサイクルが 24時間毎に
繰り返されることになる。従って、図2に示すように、
電池モジュール27上部に充填されていた粒状防火材3
3は、ヒートサイクルの高温時に断熱容器21が熱膨張
する度に、前記断熱容器21の内側面と前記電池モジュ
ール27との間に生じた空隙部38に徐々に入り込んで
行くことになる(図2(b))。
【0004】 この場合には、入り込んだ粒状防火材3
3により、断熱容器21若しくは電池モジュール27が
圧迫されて歪みや変形を起こし(図2(c))、最悪の
場合には破損するおそれがある。また、単電池上部の粒
状防火材の減少により、単電池上部がむき出しの状態と
なるため、防災上の観点から問題があるのみならず、電
池モジュール上部の電気的接続部材の損傷を招く等、構
造的にも支障をきたす等の問題点があった。
【0005】 そこで、例えば図3に示すような、単電
池46を載置した断熱容器41内に、断熱容器41の底
面から単電池46の上面近傍までは熱硬化性バインダー
を混合した粒状固定材54を充填し、残りの上部間隙に
は従来の粒状防火材53を充填した集合電池が提案され
ている(特公平 8-21427 号公報)。
【0006】 当該集合電池によれば、粒状固定材54
及び粒状防火材53を充填した後にバインダーを熱硬化
させることにより、単電池46、ひいては電池モジュー
ル47全体が粒状固定材54により固着される。従っ
て、電池モジュール47と断熱容器41内側面との間に
粒状防火材43が入り込むことはなく、断熱容器若しく
は電池モジュールが圧迫されて歪みや変形を起こした
り、破損する等の事態は減少した。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、前記
集合電池は、電池モジュールと断熱容器内側面との間に
粒状防火材が入り込むことはないものの、2種の粒状物
をバラツキなく精密に積層・充填するのは技術的に困難
であること、粒状固定材はバインダーを混合する等の関
係上極めて高価であり、集合電池全体の製造コストが上
昇すること、及び固化した粒状固定材により電池の解体
作業が困難となること等の問題点も有していた。
【0008】 本発明は、このような従来技術の問題に
鑑みてなされたものであって、その目的とするところ
は、断熱容器又は電池モジュールの破損、変形、若しく
は歪みを防止でき、製造が簡易で製造コストが低く、か
つ、電池の解体作業が容易な集合電池を提供することに
ある。
【0009】
【課題を解決するための手段】 本発明によれば、複数
の単電池を立設集合し、互いに接続してなる電池モジュ
ールと、当該電池モジュールを収納する断熱容器と、当
該断熱容器と前記単電池との間隙部に充填された粒状防
火材とを含んで構成される集合電池であって、前記断熱
容器の内側面と前記電池モジュールの最外周に位置する
単電池とで形成される空間のうち、少なくとも前記断熱
容器側面に内接するように、前記断熱容器を補強し、か
つ前記空間を充填するように、粒状固定材を熱硬化して
なる壁部を形成したことを特徴とする集合電池が提供さ
れる。
【0010】 本発明の集合電池にあっては、断熱容器
の内側面と壁部との間に波状シートを介装することが好
まし。また、本発明の集合電池は、単電池がナトリウ
ム−硫黄単電池である集合電池に好適に用いることがで
きる。
【0011】
【発明の実施の形態】 本発明は集合電池に係るもので
あるので、まず、集合電池全体の構成について、ナトリ
ウム−硫黄集合電池(以下、NAS 集合電池という。)の
例により説明する。
【0012】 NAS 集合電池は、通常、図4に示すよう
に、断熱容器61は、外壁62と内壁63の間に断熱材
64を介装した箱型に形成され、断熱容器61の上面開
口部は断熱容器61と同様に外壁62と内壁63の間に
断熱材64を介装した蓋体65により封止される。
【0013】 また、図5に示すように断熱容器61内
部底面には、緩衝材68、電気ヒータ69、補強板7
0、電気絶縁用のマイカシート71が積層して敷設さ
れ、蓋体5の裏面にも同様にマイカシート72が配設さ
れる。更に、断熱容器61内には、電池モジュール67
を形成する複数個の単電池66が立設配置され、断熱容
器61内面と単電池66との間隙部には粒状防火材73
が充填される。
【0014】 なお、NAS 集合電池の場合にあっては、
単電池66内には、活物質である金属ナトリウム及び硫
黄が固体電解質管により隔離収納されており、断熱容器
61の内部底面に敷設された電気ヒータ69を用いて、
断熱容器61内部を 300〜350 ℃に加熱することによ
り、両活物質を溶融してイオン化する。イオン化した両
活物質の電気化学反応により、所定のエネルギーを得る
仕組みとなっている。
【0015】 以下、本発明の集合電池を図面により詳
細に説明するが、本発明は図示の例に限定されるもので
はない。本発明の集合電池は、上述のような集合電池に
おいて、例えば図1に示す如く、少なくとも断熱容器1
側面に内接するように、断熱容器1を補強するための壁
部15を形成することを特徴とする。このような構成に
より、従来のように電池モジュール7全体を固着しなく
とも、電池モジュール7と断熱容器1内側面との間に粒
状防火材13が入り込むことはなく、断熱容器1若しく
は電池モジュール7が圧迫されて歪みや変形を起こした
り、破損することを防止できる。
【0016】 本発明において壁部15とは、断熱容器
1側面に内接して、電池モジュール7の外周を包囲する
ように周設された部位をいう。壁部15により断熱容器
1と粒状防火材13との熱膨張差が緩和されるととも
に、断熱容器1側面が補強されるので、断熱容器1が熱
膨張し難くなる。
【0017】 壁部15の厚みについては、前記効果を
担保できる限りにおいて特に限定されず、断熱容器1の
大きさ、壁部15の材質等により適宜選択されるべきで
ある。例えば、幅1300mm、奥行き1800mm、高さ450mm、
容器側面の厚さ40〜50mm の断熱容器であれば、少なく
とも10mm以上に構成することが好ましい。また、壁部の
高さについても、同様の理由から、電池モジュールの上
面と同等以上に形成することが好ましい。
【0018】 壁部15の材質については、前記効果を
担保できる限りにおいて特に限定されないが、従来と同
様に熱硬化性バインダーを混合した粒状固定材を好適に
用いることができる。当該粒状固定材は、充填時は粒状
のため扱いやすく、加熱後は硬化して強度を担保できる
点において好ましい。
【0019】 また、当該粒状固定材は極めて高価であ
る点に問題があるが、本発明においては、従来と異な
り、電池モジュール全体ではなく、その周囲のみを固着
するため粒状固定材の使用量を従来の約 1/3 とするこ
とができる。更に、粒状固定材による固化部分が少ない
ため、電池分解時の解体作業が容易となる。
【0020】 なお、粒状固定材を用いる場合には、図
1に示すように、断熱容器1の内側面と電池モジュール
7の最外周に位置する単電池6aとで形成される空間を
充填するように壁部15を形成することが製造上好まし
い。具体的には、例えば図6に示すように、電池モジュ
ール7の上面のみを型紙16等で被覆した後、粒状固定
材14を断熱容器1と電池モジュール7との間隙に充填
する。
【0021】 こうすることにより、単電池6が最密充
填で並べられた電池モジュール7内部に粒状固定材14
が入り込むことはなく、断熱容器1の内側面と電池モジ
ュール7の最外周に位置する単電池6aとで形成される
空間のみに粒状固定材14が充填される。型紙16等を
除去した後に、粒状防火材13をその上から充填するこ
とにより、比較的簡易に壁部15を有する集合電池を製
造することができる。
【0022】 前記の壁部においては、断熱容器内側面
との間に波状シートを介装することが更に好ましい。こ
うすることにより、断熱容器と壁部との熱膨張差がより
緩和され、ヒートサイクルの繰り返しによる壁部の破損
を防止することができる。
【0023】 波状シートとしては、図8(b)に示す
ような一枚板を表裏交互に湾曲させて連続的に波状部を
形成した波状シート17の他、図9(b)に示すような
一枚板の一方の面のみに波状の凸部を連続的に形成した
片面波状シート18でも用いることができる。
【0024】 但し、断熱容器1と波状シートとの間に
空隙ができ難く、粒状固定材や粒状防火材の充填時に当
該空隙に粒状固定材等が入り込みにくい点において、片
面波状シート18の方がより好ましい。波状シートの材
質は特に限定されないが、電気絶縁性、耐食性が高く軽
量であるマイカにより構成することが好ましい。
【0025】
【実施例】 以下、本発明をナトリウム−硫黄電池に適
用した実施例を示す。 (実施例1) 図8に示すように、外壁と内壁の間に断
熱材を介装した、箱型に形成された断熱容器1を用意
し、断熱容器1内部底面に緩衝材8、電気ヒータ9、補
強板10、電気絶縁用のマイカシート11を順に積層し
て敷設する。次いで、マイカシート11上面に複数個の
単電池6を立設配置し、電気的に接続して電池モジュー
ル7を形成する。
【0026】 更に、断熱容器1の側面に内接してマイ
カ製の波状シート17を配設し、電池モジュール7上面
のみを型紙で被覆した後、波状シート17と電池モジュ
ール7外周部との間に粒状固定材14を充填する。粒状
固定材14を充填後、型紙を除去し、電池モジュール7
を構成する単電池6間の空隙その他の部分には粒状防火
材13を充填する。このようにして製造した集合電池に
つき、出荷前検査時に高温運転を行うことにより粒状固
定材14に含まれる熱硬化性バインダーを硬化させ、壁
部15を形成する。
【0027】(実施例2) 図9に示す如く、マイカ製
の片面波状シート18の平板面を断熱容器1の側面に内
接して設置した後、実施例1と同様にして、粒状固定材
14を充填し、熱硬化させて壁部16を形成してもよ
い。本実施例は、断熱容器と波状シートとの間に空隙が
でき難く、粒状固定材や粒状防火材の充填時に当該空隙
に粒状固定材等が入り込みにくい点において実施例1と
比較して、更に好ましい。
【0028】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明の集合電
池によれば、断熱容器に内接して壁部を形成したので、
断熱容器又は電池モジュールの破損、変形、若しくは歪
みを防止することができる。また、極めて高価な粒状固
定材の使用量を減らすことができるとともに、技術的に
困難な2種の充填材、即ち、粒状固定材及び粒状防火材
を充填する工程が無くなるため、製造が簡易で製造コス
トが低く、かつ、電池の解体作業が容易な集合電池を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の集合電池の一の実施態様を示す側面
断面図(a)、A−A’上面断面図(b)である。
【図2】 従来の集合電池の例を示す概略説明図(a)、
(b)、(c)である。
【図3】 従来の集合電池の一の実施例を示す側面断面
図である。
【図4】 通常のナトリウム−硫黄集合電池全体の構成
を示す側面断面図である。
【図5】 図4の集合電池の一部を拡大した側面断面の
概略説明図である。
【図6】 粒状固定材の充填方法の、側面断面を示す概
略説明図(a)、上面図(b)である。
【図7】 本発明の集合電池の製造方法の側面断面を示
す概略説明図(a)、(b)である。
【図8】 本発明の集合電池の一の実施例の、側面断面
を示す概略説明図(a)、A−A’上面断面図(b)である。
【図9】 本発明の集合電池の別の実施例の、側面断面
を示す概略説明図(a)、A−A’上面断面図(b)である。
【符号の説明】 1…断熱容器、2…外壁、3…内壁、4…断熱材、5…
蓋体、6…単電池、6a…最外周単電池、7…電池モジ
ュール、8…緩衝材、9…電気ヒータ、10…補強板、
11…絶縁用マイカシート(断熱容器底面)、12…絶
縁用マイカシート(蓋体裏面)、13…粒状防火材、1
4…粒状固定材、15…壁部、16…型紙、17…波状
シート、18…片面波状シート、21…断熱容器、22
…外壁、23…内壁、24…断熱材、25…蓋体、26
…単電池、27…電池モジュール、32…絶縁用マイカ
シート(蓋体裏面)、33…粒状防火材、34…粒状固
定材、38…空隙部、41…断熱容器、42…外壁、4
3…内壁、44…断熱材、45…蓋体、46…単電池、
47…電池モジュール、53…粒状防火材、54…粒状
固定材、61…断熱容器、62…外壁、63…内壁、6
4…断熱材、65…蓋体、66…単電池、67…電池モ
ジュール、68…緩衝材、69…電気ヒータ、70…補
強板、71…絶縁用マイカシート(断熱容器底面)、7
2…絶縁用マイカシート(蓋体裏面)、73…粒状防火
材。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の単電池を立設集合し、互いに接続
    してなる電池モジュールと、 当該電池モジュールを収納する断熱容器と、 当該断熱容器と前記単電池との間隙部に充填された粒状
    防火材とを含んで構成される集合電池であって、 前記断熱容器の内側面と前記電池モジュールの最外周に
    位置する単電池とで形成される空間のうち、少なくとも
    前記断熱容器側面に内接するように、前記断熱容器を補
    し、かつ前記空間を充填するように、粒状固定材を熱
    硬化してなる壁部を形成したことを特徴とする集合電
    池。
  2. 【請求項2】 断熱容器の内側面と壁部との間に波状シ
    ートを介装した請求項1に記載の集合電池。
  3. 【請求項3】 単電池がナトリウム−硫黄単電池である
    請求項1又は2に記載の集合電池。
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