JP3486110B2 - ナトリウム−硫黄電池からなるバッテリーの運転制御システム及び運転方法 - Google Patents
ナトリウム−硫黄電池からなるバッテリーの運転制御システム及び運転方法Info
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- JP3486110B2 JP3486110B2 JP20148498A JP20148498A JP3486110B2 JP 3486110 B2 JP3486110 B2 JP 3486110B2 JP 20148498 A JP20148498 A JP 20148498A JP 20148498 A JP20148498 A JP 20148498A JP 3486110 B2 JP3486110 B2 JP 3486110B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】 本発明は、複数のナトリウ
ム−硫黄電池で構成されるモジュール電池の複数個を電
気的に接続して成るバッテリーの運転制御システム及び
その運転方法に関する。
ム−硫黄電池で構成されるモジュール電池の複数個を電
気的に接続して成るバッテリーの運転制御システム及び
そ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ベータ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ベータ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
ーは、上記のような構成を有する単電池を複数個接続
し、断熱容器に収容して成るモジュール電池を、さらに
複数個直列及び／又は並列に接続して構成される。図８
は、ナトリウム−硫黄電池を用いたバッテリーの構成を
示す概略図で、複数個のモジュール電池１により複数列
のモジュール電池列２を構成し、各モジュール電池列２
を並列に接続した後、複数の交直変換装置（インバー
タ）３を並列接続したものと直列に接続してバッテリー
が構成されている。
ーは、上記のような構成を有する単電池を複数個接続
し、断熱容器に収容して成るモジュール電池を、さらに
複数個直列及び／又は並列に接続して構成される。図８
は、ナトリウム−硫黄電池を用いたバッテリーの構成を
示す概略図で、複数個のモジュール電池１により複数列
のモジュール電池列２を構成し、各モジュール電池列２
を並列に接続した後、複数の交直変換装置（インバー
タ）３を並列接続したものと直列に接続してバッテリー
が構成されている。
【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、充電段階からな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、所定の電
圧を発生させる。一方、充電時においては、放電とは逆
にナトリウム及び硫黄の生成反応が起こる。このバッテ
リーにおける充放電特性を図７のグラフに示す。
たバッテリーの運転は、第一休止段階、放電段階、第二
休止段階、充電段階からな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、所定の電
圧を発生させる。一方、充電時においては、放電とは逆
にナトリウム及び硫黄の生成反応が起こる。このバッテ
リーにおける充放電特性を図７のグラフに示す。
【０００５】 このようなナトリウム−硫黄電池を用い
たバッテリーにおいては、放電時、各モジュール電池列
２で発生した直流電圧を交直変換装置３を介して交流電
圧に変換し、変圧器（トランス）４を介して取り出さ
れ、送電される。そして、各モジュール電池列２の電圧
を検知する電池制御手段５、および、交直変換装置３を
制御する交直変換装置制御手段６が設けられている。
たバッテリーにおいては、放電時、各モジュール電池列
２で発生した直流電圧を交直変換装置３を介して交流電
圧に変換し、変圧器（トランス）４を介して取り出さ
れ、送電される。そして、各モジュール電池列２の電圧
を検知する電池制御手段５、および、交直変換装置３を
制御する交直変換装置制御手段６が設けられている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】 しかしながら、図８
に示すような構成のバッテリーにおいては、複数個のモ
ジュール電池列２のうちの１つの単電池に故障が発生し
た場合、故障したモジュール電池列の充放電能力（容
量）が低下することにより、図６のように、放電可能な
時間が設定時間に比して短縮し、そのため、他のモジュ
ール電池列の運転も故障したモジュール電池列の放電時
間に合わせる必要があった。すなわち、従来の構成のバ
ッテリーでは、モジュール電池列２の単電池に１つでも
故障が発生すれば、その故障したモジュール電池列の能
力に合わせて充放電の運転を行う必要があった。
に示すような構成のバッテリーにおいては、複数個のモ
ジュール電池列２のうちの１つの単電池に故障が発生し
た場合、故障したモジュール電池列の充放電能力（容
量）が低下することにより、図６のように、放電可能な
時間が設定時間に比して短縮し、そのため、他のモジュ
ール電池列の運転も故障したモジュール電池列の放電時
間に合わせる必要があった。すなわち、従来の構成のバ
ッテリーでは、モジュール電池列２の単電池に１つでも
故障が発生すれば、その故障したモジュール電池列の能
力に合わせて充放電の運転を行う必要があった。
【０００７】 本発明は、かかる従来の課題に鑑みてな
されたものであり、その目的とするところは、単電池故
障発生時には、故障したモジュール電池列の充放電電力
を減少させ、健全なモジュール電池列の充放電電力を増
加させる運転を行うことにより、故障発生による不足電
力量を健全なモジュール電池列によって補償する運転制
御システムとその運転方法を提供することにある。
されたものであり、その目的とするところは、単電池故
障発生時には、故障したモジュール電池列の充放電電力
を減少させ、健全なモジュール電池列の充放電電力を増
加させる運転を行うことにより、故障発生による不足電
力量を健全なモジュール電池列によって補償する運転制
御システムとその運転方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】 すなわち、本発明によ
れば、複数のナトリウム−硫黄電池で構成されるモジュ
ール電池の複数個を電気的に接続して成るバッテリーの
運転制御システムであって、複数個のモジュール電池に
より複数列のモジュール電池列を構成するとともに、各
モジュール電池列に対してそれぞれ交直変換装置を接続
し、この交直変換装置に接続したモジュール電池列ごと
に独立して充放電の運転を制御することを特徴とするナ
トリウム−硫黄電池からなるバッテリーの運転制御シス
テム、が提供される。
れば、複数のナトリウム−硫黄電池で構成されるモジュ
ール電池の複数個を電気的に接続して成るバッテリーの
運転制御システムであって、複数個のモジュール電池に
より複数列のモジュール電池列を構成するとともに、各
モジュール電池列に対してそれぞれ交直変換装置を接続
し、この交直変換装置に接続したモジュール電池列ごと
に独立して充放電の運転を制御することを特徴とするナ
トリウム−硫黄電池からなるバッテリーの運転制御シス
テム、が提供される。
【０００９】 本発明の運転制御システムにおいては、
モジュール電池列に故障が発生した時、当該故障モジュ
ール電池列の充放電電力を減少させるとともに、その他
の健全なモジュール電池列の充放電電力を増加させ、故
障発生による不足電力量を健全なモジュール電池列によ
って補償することが望ましい。
モジュール電池列に故障が発生した時、当該故障モジュ
ール電池列の充放電電力を減少させるとともに、その他
の健全なモジュール電池列の充放電電力を増加させ、故
障発生による不足電力量を健全なモジュール電池列によ
って補償することが望ましい。
【００１０】 また本発明によれば、複数のナトリウム
−硫黄電池で構成されるモジュール電池の複数個を電気
的に接続して成るバッテリーであって、複数個のモジュ
ール電池により複数列のモジュール電池列を構成すると
ともに、各モジュール電池列に対してそれぞれ交直変換
装置を接続し、この交直変換装置に接続したモジュール
電池列ごとに独立して充放電の運転を制御するバッテリ
ーの運転方法において、モジュール電池列に故障が発生
した時、当該故障モジュール電池列の充放電電力を減少
させるとともに、その他の健全なモジュール電池列の充
放電電力を増加させ、故障発生による不足電力量を健全
なモジュール電池列によって補償することを特徴とする
ナトリウム−硫黄電池からなるバッテリーの運転方法、
が提供される。
−硫黄電池で構成されるモジュール電池の複数個を電気
的に接続して成るバッテリーであって、複数個のモジュ
ール電池により複数列のモジュール電池列を構成すると
ともに、各モジュール電池列に対してそれぞれ交直変換
装置を接続し、この交直変換装置に接続したモジュール
電池列ごとに独立して充放電の運転を制御するバッテリ
ーの運転方法において、モジュール電池列に故障が発生
した時、当該故障モジュール電池列の充放電電力を減少
させるとともに、その他の健全なモジュール電池列の充
放電電力を増加させ、故障発生による不足電力量を健全
なモジュール電池列によって補償することを特徴とする
ナトリウム−硫黄電池からなるバッテリーの運転方法、
が提供される。
【００１１】
【発明の実施の形態】 以下、本発明の実施の形態を図
面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るバッ
テリーの運転制御システムの基本構成の一例を示す概略
説明図、図２は本発明に係るバッテリーの運転制御シス
テムの基本構成の他の例を示す概略説明図である。な
お、図１と図２の構成の相違は、図１ではトランスが１
台であるのに対し、図２ではトランスが２台であること
であり、その他の構成は同じである。
面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るバッ
テリーの運転制御システムの基本構成の一例を示す概略
説明図、図２は本発明に係るバッテリーの運転制御シス
テムの基本構成の他の例を示す概略説明図である。な
お、図１と図２の構成の相違は、図１ではトランスが１
台であるのに対し、図２ではトランスが２台であること
であり、その他の構成は同じである。
【００１２】 図１〜２において、複数個のモジュール
電池１０により複数列のモジュール電池列２０を構成
し、各モジュール電池列２０に対してそれぞれ交直変換
装置（インバータ）３０を接続している。そして、この
交直変換装置３０は双方向交直変換装置であって、それ
に接続したモジュール電池列２０の列単位ごとに独立し
て充放電運転の制御をするために、各モジュール電池列
２０のそれぞれにおける電圧を検知して各モジュール電
池列２０の故障を判別する電池制御手段４０と、この電
池制御手段４０からの信号を受け、各モジュール電池列
２０の出力の増減指令を各交直変換装置３０に送信する
交直変換装置制御手段５０を設けている。なお、６０は
トランスを示す。
電池１０により複数列のモジュール電池列２０を構成
し、各モジュール電池列２０に対してそれぞれ交直変換
装置（インバータ）３０を接続している。そして、この
交直変換装置３０は双方向交直変換装置であって、それ
に接続したモジュール電池列２０の列単位ごとに独立し
て充放電運転の制御をするために、各モジュール電池列
２０のそれぞれにおける電圧を検知して各モジュール電
池列２０の故障を判別する電池制御手段４０と、この電
池制御手段４０からの信号を受け、各モジュール電池列
２０の出力の増減指令を各交直変換装置３０に送信する
交直変換装置制御手段５０を設けている。なお、６０は
トランスを示す。
【００１３】 上記の構成において、バッテリーの充放
電運転を行うが、モジュール電池列２０のいずれかに故
障が発生した場合には、電池制御手段４０がその出力の
変動、低下を検知して故障の発生を判別する。そして、
電池制御手段４０がモジュール電池列２０の故障を判別
すると、電池制御手段４０は、信号を交直変換装置制御
手段５０に送信して、その内容に基づき、交直変換装置
制御手段５０は各交直変換装置３０に信号を送信して、
故障したモジュール電池列２０の充放電電力を所定量減
少させるようその電圧を下げさせるとともに、その他の
健全なモジュール電池列２０の充放電電力を所定量増加
させるようその電圧を上げさせることを指令する。
電運転を行うが、モジュール電池列２０のいずれかに故
障が発生した場合には、電池制御手段４０がその出力の
変動、低下を検知して故障の発生を判別する。そして、
電池制御手段４０がモジュール電池列２０の故障を判別
すると、電池制御手段４０は、信号を交直変換装置制御
手段５０に送信して、その内容に基づき、交直変換装置
制御手段５０は各交直変換装置３０に信号を送信して、
故障したモジュール電池列２０の充放電電力を所定量減
少させるようその電圧を下げさせるとともに、その他の
健全なモジュール電池列２０の充放電電力を所定量増加
させるようその電圧を上げさせることを指令する。
【００１４】 このようにして、故障したモジュール電
池列２０の充放電電力を減少させるとともに、その他の
健全なモジュール電池列２０の充放電電力を増加させる
ことにより、故障発生による不足電力量を健全なモジュ
ール電池列２０によって補償することができる。
池列２０の充放電電力を減少させるとともに、その他の
健全なモジュール電池列２０の充放電電力を増加させる
ことにより、故障発生による不足電力量を健全なモジュ
ール電池列２０によって補償することができる。
【００１５】 次に、本発明をより具体的に説明する。
以下、制御システムの条件を記す。 (1)システム規模 …２ＭＷ (2)モジュール電池列…５００ｋＷ (3)電池構成 …図１に示す構成のシステム ５０ｋＷのモジュール電池１０が１０個集まってモジュ
ール電池列２０を構成し、このモジュール電池列２０を
４列設けたものである。このモジュール電池１０は、３
６０本の単電池から構成されている。また、単電池は、
初期容量を１１５％とした。
以下、制御システムの条件を記す。 (1)システム規模 …２ＭＷ (2)モジュール電池列…５００ｋＷ (3)電池構成 …図１に示す構成のシステム ５０ｋＷのモジュール電池１０が１０個集まってモジュ
ール電池列２０を構成し、このモジュール電池列２０を
４列設けたものである。このモジュール電池１０は、３
６０本の単電池から構成されている。また、単電池は、
初期容量を１１５％とした。
【００１６】 単電池の故障は１本故障とし、制御運転
範囲としては健全なモジュール電池列の出力が１０５
％、故障モジュール電池列の運転範囲を出力８５％と設
定した。この運転モードを図３に示す。
範囲としては健全なモジュール電池列の出力が１０５
％、故障モジュール電池列の運転範囲を出力８５％と設
定した。この運転モードを図３に示す。
【００１７】 以上の条件下、バッテリーの充放電運転
を行う。図５は本システムの制御アルゴリズムを示して
おり、電池制御手段４０により常時各モジュール電池列
２０の電圧を監視する。次いで、各モジュール電池列２
０の放電末開路電圧を比較することにより、各モジュー
ル電池列２０の電池故障の有無を判別する。上記の放電
末開路電圧の比較により、Ａ〜Ｄの４列のモジュール電
池列２０のいずれかに電池故障が発生したことが判別し
た場合、ＯＲ回路７０により、次回の放電時から、各モ
ジュール電池列２０の出力を、表１に示すように出力調
整した動作モードとなるよう、電池制御手段４０から信
号を各交直変換装置３０に送信する。この場合の充放電
特性を図４に示す。
を行う。図５は本システムの制御アルゴリズムを示して
おり、電池制御手段４０により常時各モジュール電池列
２０の電圧を監視する。次いで、各モジュール電池列２
０の放電末開路電圧を比較することにより、各モジュー
ル電池列２０の電池故障の有無を判別する。上記の放電
末開路電圧の比較により、Ａ〜Ｄの４列のモジュール電
池列２０のいずれかに電池故障が発生したことが判別し
た場合、ＯＲ回路７０により、次回の放電時から、各モ
ジュール電池列２０の出力を、表１に示すように出力調
整した動作モードとなるよう、電池制御手段４０から信
号を各交直変換装置３０に送信する。この場合の充放電
特性を図４に示す。
【００１８】
【表１】
【００１９】 図４に示すように、本制御システムによ
れば、故障したモジュール電池列２０の出力を８５％に
下げ、一方、健全なモジュール電池列２０の出力を１０
５％に上げることにより、放電時間を健全時と同様に８
時間行うことができ、その結果、バッテリーの充放電電
力（容量）の低下を１５％補償することができる。ま
た、モジュール電池の点検時には、一列単位で停止し点
検することもできるため、点検時においてもバッテリー
の運転を停止する必要がない。
れば、故障したモジュール電池列２０の出力を８５％に
下げ、一方、健全なモジュール電池列２０の出力を１０
５％に上げることにより、放電時間を健全時と同様に８
時間行うことができ、その結果、バッテリーの充放電電
力（容量）の低下を１５％補償することができる。ま
た、モジュール電池の点検時には、一列単位で停止し点
検することもできるため、点検時においてもバッテリー
の運転を停止する必要がない。
【００２０】
【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれ
ば、単電池の故障期間のみ、当該故障電池を含むモジュ
ール電池列の出力を所定量下げるとともに、その下げた
出力に相当する出力分を、健全なモジュール電池列の出
力を増加させることにより補償する制御運転を行うた
め、コストにほとんど影響しない範囲の出力増加で故障
モジュール電池列の出力を補償することができる。
ば、単電池の故障期間のみ、当該故障電池を含むモジュ
ール電池列の出力を所定量下げるとともに、その下げた
出力に相当する出力分を、健全なモジュール電池列の出
力を増加させることにより補償する制御運転を行うた
め、コストにほとんど影響しない範囲の出力増加で故障
モジュール電池列の出力を補償することができる。
【図１】 本発明に係るバッテリーの運転制御システム
の基本構成の一例を示す概略説明図である。
の基本構成の一例を示す概略説明図である。
【図２】 本発明に係るバッテリーの運転制御システム
の基本構成の他の例を示す概略説明図である。
の基本構成の他の例を示す概略説明図である。
【図３】 本発明の実施態様の運転モードの一例を示す
グラフである。
グラフである。
【図４】 本発明の実施態様における電池故障時のバッ
テリーの充放電特性を示すグラフである。
テリーの充放電特性を示すグラフである。
【図５】 本発明の実施態様のシステム制御アルゴリズ
ムである。
ムである。
【図６】 従来の電池故障時のバッテリーの充放電特性
を示すグラフである。
を示すグラフである。
【図７】 健全時のバッテリーの充放電特性を示すグラ
フである。
フである。
【図８】 従来のバッテリーの構成を示す概略図であ
る。
る。
１０…モジュール電池、２０…モジュール電池列、３０
…交直変換装置（インバータ）、４０…電池制御手段、
５０…交直変換装置制御手段。
…交直変換装置（インバータ）、４０…電池制御手段、
５０…交直変換装置制御手段。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平10−117447（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 10/39
H01M 10/44
H02J 7/00
Claims (2)
- 【請求項１】 複数のナトリウム−硫黄電池で構成され
るモジュール電池の複数個を電気的に接続して成るバッ
テリーの運転制御システムであって、複数個のモジュー
ル電池により複数列のモジュール電池列が構成され、各モジュール電池列にそれぞれ接続された交直変換装置
と、 各モジュール電池列の電圧を検知して各モジュール電池
列の故障を判別する電池制御手段と、 モジュール電池列に故障が発生した時、当該故障モジュ
ール電池列の充放電電力を減少させるとともに、その他
の健全なモジュール電池列の充放電電力を増加させ、故
障発生による不足電力量を健全なモジュール電池列によ
って補償するように、電池制御手段からの信号に基づい
て各モジュール電池列の出力の増減を各交直変換装置に
送信する交直変換装置制御手段と、 を含む ことを特徴とするナトリウム−硫黄電池からなる
バッテリーの運転制御システム。 - 【請求項２】 複数のナトリウム−硫黄電池で構成され
るモジュール電池の複数個を電気的に接続して成るバッ
テリーであって、複数個のモジュール電池により複数列
のモジュール電池列を構成するとともに、各モジュール
電池列に対してそれぞれ交直変換装置を接続し、この交
直変換装置に接続したモジュール電池列ごとに独立して
充放電の運転を制御するバッテリーの運転方法におい
て、各モジュール電池列の電圧を検知して各モジュール電池
列の故障を判別し、 電池制御手段からの信号に基づいて
各モジュール電池列の出力の増減を各交直変換装置に送
信し、 前記送信に基づいて、 故障が発生した時、当該故障モジ
ュール電池列の充放電電力を減少させるとともに、その
他の健全なモジュール電池列の充放電電力を増加させ、
故障発生による不足電力量を健全なモジュール電池列に
よって補償することを特徴とするナトリウム−硫黄電池
からなるバッテリーの運転方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20148498A JP3486110B2 (ja) | 1998-07-16 | 1998-07-16 | ナトリウム−硫黄電池からなるバッテリーの運転制御システム及び運転方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20148498A JP3486110B2 (ja) | 1998-07-16 | 1998-07-16 | ナトリウム−硫黄電池からなるバッテリーの運転制御システム及び運転方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000036320A JP2000036320A (ja) | 2000-02-02 |
| JP3486110B2 true JP3486110B2 (ja) | 2004-01-13 |
Family
ID=16441837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20148498A Expired - Lifetime JP3486110B2 (ja) | 1998-07-16 | 1998-07-16 | ナトリウム−硫黄電池からなるバッテリーの運転制御システム及び運転方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3486110B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5661532B2 (ja) * | 2011-03-30 | 2015-01-28 | 三洋電機株式会社 | 電力供給システム |
| JP6149278B2 (ja) * | 2011-11-30 | 2017-06-21 | 日本電気株式会社 | 電力システムおよびその制御方法 |
| JP5887426B2 (ja) * | 2012-12-20 | 2016-03-16 | 株式会社日立製作所 | 蓄電システム |
| EP3040732B1 (en) * | 2013-08-30 | 2020-12-09 | NGK Insulators, Ltd. | Device, method, and program for specifying abnormality-occurrence area of secondary battery system |
| CN109449341A (zh) * | 2018-12-18 | 2019-03-08 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 一种电池储能系统架构 |
-
1998
- 1998-07-16 JP JP20148498A patent/JP3486110B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2000036320A (ja) | 2000-02-02 |
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