JPH08115741A - 電池モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】漏洩活物質による短絡の発生を防止し、小型
化，高信頼性，高安全性の電池モジュールを実現する。 【構成】ナトリウム及び硫黄が電池容器に収納され、該
電池容器周囲が一方の電極として構成されるナトリウム
−硫黄単電池が複数連結されてなる電池モジュールにお
いて、該モジュールを構成する電池のうち、一部は実質
等電位の電池で構成され、該実質等電位の電池の電池容
器間は絶縁性或いは導電性を有することを特徴とする。 【効果】漏洩活物質による短絡の発生を防止し、小型
化，高信頼性，高安全性の電池モジュールができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ナトリウム−硫黄電池
等の電池装置の小型化、信頼性や安全性の向上に係り、
特に電力貯蔵や電気自動車等に使用するに適した電池モ
ジュールに適用される。

【０００２】

【従来の技術】従来のナトリウム−硫黄電池において
は、電池と電池の短絡防止のため電池間には、スペーサ
としての絶縁部材が一般的に用いられてきた。このため
スペーサ分が電池モジュール全体を大型化している。

【０００３】一方、電池間のスペーサが無い場合には、
電池が破損して電池内部より活物質が流出した場合、流
出物が飛散し他の電池と短絡を起こすことがある。

【０００４】例えば、図１０は、特開平2−256174 号の
構造を示すが、図において１は電池、１０は電池１を納
めている収納ケースである。このような構造において
は、スペーサの役目を果たす収納ケースの体積が大き
く、また、収納ケースの組立に手間がかかって、小型
化，簡素化のネックとなっていた。一方、収納ケースを
除去した構造においては、電池１が破損した場合、電池
１の内部からの活物質が漏洩し飛散したりする問題があ
った。この問題は電位の異なる複数個の電池が隣接した
電池モジュールでは特に大きな問題であり、ナトリウム
によって絶縁劣化して、他の電池と短絡したりして、信
頼性，安全性上のネックとなっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記
従来技術の欠点を除き、小型化した電池モジュールを提
供するにある。本発明の他の一つの目的は、活物質によ
る短絡発生ポテンシャルを低減し、信頼性，安全性の高
い電池モジュールを提供することにある。本発明の他の
もう１つの目的は、前記電池モジュールを用いた、小
型，高信頼性，高安全性の電力貯蔵システムや電気自動
車を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ナトリウム及
び硫黄が電池容器に収納され、該電池容器周囲が一方の
電極として構成されるナトリウム−硫黄単電池が複数連
結されてなる電池モジュールにおいて、該モジュールを
構成する電池のうち、一部は実質等電位の電池で構成さ
れ、該実質等電位の電池の電池容器間は絶縁性或いは導
電性を有することを特徴とする。

【０００７】ナトリウム及び硫黄が電池容器に収納さ
れ、該電池容器周囲が一方の電極として構成されるナト
リウム−硫黄単電池が並列に接続された並列電池群が形
成され、該並列電池群が複数連結されてなる電池モジュ
ールにおいて、前記並列電池群間の少なくとも一部は直
列接続され、前記直列接続された前記並列電池群間の前
記電池容器間は絶縁性を有し、前記並列電池群を形成す
る電池容器間は導電性或いは絶縁性を有することを特徴
とする。

【０００８】前記電気容器が一方の電極として構成され
るものとは、電池容器外周面（例えば、図１１の容器１
２の外周面）がその内部の活物質（例えば多硫化ナトリ
ウム１５）の電極（集電体）としての機能をもつ部分と
導電性を有するものである。電極を前記容器を兼ねたも
のであってもよいし、電極としての容器の外側に導電性
被覆をしてもよい。

【０００９】また、前記並列電池群を形成する電池容器
間は接触し、或いは導電性の仕切が介されることを特徴
とする。また、前記直列接続された前記並列電池群間の
前記電池容器間は絶縁性の仕切が介される電池モジュー
ルであることを特徴とする。ここで、仕切りは電池容器
間を非接触にするものであることができる。

【００１０】前記並列電池群は絶縁性のケースに収納さ
れたことを特徴とする。

【００１１】ここで、ケースは前記並列電池群内の電池
の電池容器と外の電池の電池容器との電気的導通及び物
理的導通を遮断するものであることができる。例えば、
電池破損時にナトリウム或いは硫黄の流出を前記ケース
内に抑えるものであることができる。

【００１２】また、前記並列電池群を構成する前記電池
の正極ブスバと負極ブスバは別々の絶縁容器の中に備え
られたことが望ましい。ブスバ（bus−bar）は電極間を
連絡する部材であればよい。

【００１３】また、本発明は、ナトリウム及び硫黄が電
池容器に収納され、該電池容器周囲が一方の電極として
構成されるナトリウム−硫黄単電池が直列に接続された
直列電池群が形成され、該電池群が複数連結されてなる
電池モジュールにおいて、該直列電池群間の少なくとも
一部は並列接続され、前記直列電池群を構成する電池容
器間は絶縁性を有し、該並列接続された前記直列電池群
間の等電位電池の電池容器間は導電性或いは絶縁性を有
することを特徴とする。

【００１４】前記並列接続された各々の前記電池群間の
等電位電池の電池容器間は接触し、或いは導電性の仕切
が介されることを特徴とする。前記直列電池群を構成す
る前記電池容器間は絶縁性の仕切が介されることを特徴
とする。

【００１５】前記並列接続された各々の前記電池群間の
等電位電池の電池容器どうしは絶縁性のケースに収納さ
れたことを特徴とする。

【００１６】本発明の電池容器の外径又は形状が異なる
電池から構成されていてもよい。これにより、より小型
化を図ることができる。

【００１７】本発明の電池モジュールを、他の負荷に充
放電を行うことができる電力貯蔵システムや本発明の電
池モジュールでモータ駆動する電気自動車に用いること
が好ましい。

【００１８】本発明は、直・並列からなる電池モジュー
ル構成において、ほぼ電位の等しい並列電池群内は、隣
接電池同志接触させて、仕切らない電池モジュール構成
としている。

【００１９】さらに、並列電池群毎を直列に連絡する際
には仕切りを設けることができる。本発明が適応できる
ナトリウム−硫黄電池は、例えば図１１及び図１２に示
すようにナトリウム，硫黄が電池容器に収納されている
ものである。電池容器は電極（集電部）として作用する
ことができ、電池容器が導電性を有するものを使用する
ことができる。固体電解質１１の両側に活物質のナトリ
ウム１６と硫黄または多硫化ナトリウム１５を配し、負
極容器１３と正極容器１２内に収納し固体電解質の一端
に接合された絶縁リング１４と負極容器１３及び正極容
器１２を接合して密封している。放電時にはナトリウム
がイオン化して固体電解質を通過して多硫化ナトリウム
となり、その時に外部の負荷に電流が流れて仕事をな
す。充電時は電池の起電力より高い電圧をかけることに
より、多硫化ナトリウムをナトリウムと硫黄に分離し、
ナトリウムはイオン化して固体電解質を放電時とは逆方
向に通過して元に戻る。

【００２０】正極容器および負極容器は金属で作製で
き、電極の機能を果たす。容器の外周は導電性を有する
ことができる。図１１では、電池の側面は正極容器(正
極電極)でできており、負極容器はその内側にあって上
部より他の電池への接続を行うことになる。この例で
は、電池を配列する場合には隣接する電池の正極が互い
に接触する可能性がある。図１２は、電池側面の上部は
負極容器が、下部には正極容器がある。この例では、電
池を配列する場合には、隣接する負極同志，正極同志が
接触する可能性がある。

【００２１】本発明では、前記のような隣接電池間の電
池容器の接触について、効率的な絶縁を施した電池モジ
ュールが提供でき、電池破損時においても被害を抑える
ことができるものである。前記電池の両活物質の配置を
逆にした電池についても本発明を適応できる。

【００２２】本発明で用いる等電位について一例を下記
に示す。電池モジュールはシステム上必要な電圧を得る
ために単電池を直列に接続し、直列電池群を形成するこ
とができる。また、必要な出力を得るために並列数を増
やして電流を増大させるようにして構成されることがで
きる。

【００２３】図１３に６直列，２並列の場合の電池の電
位の分布を例示する。本発明では「ほぼ等電位」とは、
例えば直列方向に同じ位置（順番）にある単電池の電位
は実質等しいとする。放電時には、並列に接続されてい
る両端位置で電位が等しくなるが、列の内部では、単電
池の内部抵抗のばらつきに起因する電位のばらつきが生
じ、直列方向に同じ位置にある単電池の電位は厳密には
等しくないことがある。

【００２４】直列方向に隣合う単電池の電位差は単電池
の起電力であり、約２Ｖであることができる。モジュー
ルを約８０％の効率で運転する場合の内部抵抗による電
圧降下は、１本当り起電力の約１０％である０.２Ｖ 程
度である場合がある。内部抵抗のばらつきは通常数％以
下に抑制されることができるので、前記電池の電位のば
らつきの大きさは、０.２ Ｖの数％である０.０１Ｖ 程
度にすることができる。隣合う単電池の電位差の０.５
％の差である。従って、本発明では直列方向に端から同
じ位置にある単電池を「ほぼ等電位」として扱う。ほぼ
等電位の電池容器同志を接触させることで、性能に影響
を及ぼす電流はほとんど流れないようにすることができ
る。

【００２５】

【作用】本発明により、仕切り或いはケース内の電池容
器同志は、直接或いは、導電材を介して接触できる。小
型化には、直接あるいは、衝撃等の緩衝部材、位置ずれ
防止のための固定部材を介していることが好ましい。或
いは、電池間に空間を介した構成にすることができる。

【００２６】これにより、電池モジュールの１層の小型
化が可能となる。破損電池から流出された活物質（ナト
リウム，硫黄）は、ケースや仕切の内側にて保持するこ
とができ、仕切の外側への流出が防止される。ケースや
仕切り内の電池容器同志は、ほぼ電位が等しいため、電
池容器同志が短絡してもまた、容器内に破損した電池か
ら活物質が流出して、電池容器間を連絡しても連鎖的に
事故が広がることを防止でき、安定した運転ができる。

【００２７】仕切り或いはケース間の短絡の発生が防止
でき、小型で、高信頼性，高安全性の電池モジュールが
得られる。また、これにより、小型，高信頼性，高安全
性の電力貯蔵システム，電気自動車が実現される。

【００２８】

【実施例】以下、本発明を実施例に従って説明する。

【００２９】図１や、図２は本発明の電池モジュールの
構造図の一例である。図において、１は電池、２は電池
１に接触している絶縁部材である仕切板（スペーサ）
（セラミックス雲母を用いることが好ましい）、３は電
池１を受けているスタンド、４は電池１を接続している
ブスバ、５は電池１，絶縁部材である仕切板２，スタン
ド３(例えば、電池との間に絶縁材を介してステンレス
材を用いることができる)、ブスバ４（アルミを用いる
ことができる）を内装する断熱容器（断熱材を保有して
いる）、６は断熱容器５をプラグする前カバーである。
２１はモジュールを収納する容器（少なくとも電池を備
える側は絶縁性を有する）である。

【００３０】このような構造においては、電池１が破損
した場合、電池１の内部からの活物質が漏洩する。この
場合、電池１をブロック化している。ブロックの中には
実質等電位の電池が収納されている。或いは、並列電池
群を形成していてもよい。仕切板２の下部はスタンド３
より直立してもよい。また、上部は断熱容器５に接触し
ていることより、隔離されたブロック間での短絡はな
い。また、等電位の複数個の電池が隣接したブロック内
でも、ナトリウムによって他の電池と短絡しても問題と
なることなく、信頼性，安全性を高めている。電池破損
時、活物質が流出しても、前記ブロック内でとどめるこ
とができ、被害の拡大を抑制でき、その際も前記ブロッ
ク内は安定して運転することができる。

【００３１】なお、本実施例において、さらに電池間に
砂などの多孔質材（例えば砂）を充填することも可能で
ある。或いは活物質を吸収する作用を有するものであっ
ても良い（スポンジ状の多孔質材）。これによって活物
質の移動を制限することができ、１層の信頼性向上が可
能となる。

【００３２】本発明の効果は図３，図４，図５，図６，
図７，図８に示した電池モジュールでも達成される。こ
れらの図において、図１または図２と同符号の部品は同
じ内容を示す。

【００３３】図３，図４において、７はほぼ等電位の電
池を並列に配列して集合するための絶縁ケースである。
この集合電池を直列または並列に接続することにより小
型の電池モジュールとすることが可能である。

【００３４】図５，図６において、８は電池群の正極ブ
スバと負極ブスバを別々に隔離するための絶縁トレイで
ある。この電池モジュールにより、ブスバ間の短絡も防
止でき、小型で信頼性，安全性の１層の向上が可能とな
る。

【００３５】図７において、１ａは電池群の集合の中
で、外筒の外径の異なる異径電池である。この異径電池
を電池モジュール内に入れることにより電池の充填密度
が向上し、電池モジュールの体積を増加することなく、
電池モジュールの全体電気容量を増加することが可能で
ある。本構成の電池を前記のように等電位同志を接触さ
せることによりより、より小型化を図ることができる。

【００３６】図８は本発明の電池モジュールの一例を示
す。並列電池群を直列に接続したモジュールの一例を示
しており、各並列電池群を仕切り板或いは仕切り板とモ
ジュール収納容器とで囲まれたもの或いはケースに収納
されている。この電池モジュールを直列に接続すること
により、コンパクトな電池装置とすることが可能とな
る。図９は、本発明の電池モジュールの一例を示す。直
列電池群を並列に接続した電池モジュールの一例であ
る。実質等電位電池は、仕切り板或いは仕切り板とモジ
ュール収納容器とで囲まれたもの或いはケースに収納さ
れている。前記仕切り板、モジュール収納容器等で囲ま
れたもの、ケース内の電池容器間は導電性（いわゆる接
触）があることができる。

【００３７】本発明で、ほぼ等電位の複数の電池を仕切
りやケースで他の電池と区切ったブロックを形成し、直
列に接続する、ブロックとブロックとの間に仕切を設け
たことにより、電池破損時に電池からの漏洩活物質が他
のブロックに流れるのをくい止め、短絡による電池性能
の劣化を防止することができる。さらに、電池モジュー
ル全体を小型化できる。

【００３８】

【発明の効果】本発明によれば、活物質による短絡発生
ポテンシャルの低減ができ、電池モジュール及び、これ
を用いた電力貯蔵システム，電気自動車の信頼性，安全
性を飛躍的に高めることができる。

【００３９】さらに、電池モジュールが小型化するた
め、電池貯蔵システムの設置スペースの縮小化により設
置場所の多用化，分散化が期待出来る。また、電気自動
車に搭載する場合でも、小型化により重量も低減され、
動力効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電池モジュール構造の例を示す構造図
（平面図）である。

【図２】本発明の電池モジュール構造の例を示す構造図
（側面図）である。

【図３】本発明の集合電池の例を示す構造図（平面図）
である。

【図４】本発明の集合電池の例を示す構造図（側面図）
である。

【図５】本発明のブスバの隔離の例を示す構造図（平面
図）である。

【図６】本発明のブスバの隔離の例を示す構造図（側面
図）である。

【図７】本発明の異径電池をまじえた電池モジュールの
例を示す構造図（平面図）である。

【図８】本発明の電池モジュールの一例である。

【図９】本発明の電池モジュールの一例である。

【図１０】従来の電池モジュール構造の例を示す構造図
（平面図）である。

【図１１】本発明に適応できる電池の概略図である。

【図１２】本発明に適応できる電池の概略図である。

【図１３】本発明の「ほぼ等電位」を説明する概要図で
ある。

【符号の説明】

１…電池、１ａ…異径電池、２…仕切板、３…スタン
ド、４…ブスバ、４ａ…正極ブスバ、４ｂ…負極ブス
バ、５…断熱容器、６…前カバー、７…絶縁ケース、８
…絶縁トレイ、１０…収納ケース、２１…電池モジュー
ル収納容器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日下部 康次 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ナトリウム及び硫黄が電池容器に収納さ
   れ、該電池容器が一方の電極として構成されるナトリウ
   ム−硫黄単電池が複数連結されてなる電池モジュールに
   おいて、該モジュールを構成する電池のうち、一部は実
   質等電位の電池で構成され、該実質等電位の電池の電池
   容器間は絶縁性或いは導電性を有することを特徴とする
   電池モジュール。
2. 【請求項２】ナトリウム及び硫黄が電池容器に収納さ
   れ、該電池容器周囲が一方の電極として構成されるナト
   リウム−硫黄単電池が並列に接続された並列電池群が形
   成され、該並列電池群が複数連結されてなる電池モジュ
   ールにおいて、前記並列電池群間の少なくとも１部は直
   列接続され、前記直列接続された前記並列電池群間の前
   記電池容器間は絶縁性を有し、前記並列電池群を形成す
   る電池容器間は導電性或いは絶縁性を有することを特徴
   とする電池モジュール。
3. 【請求項３】請求項２の電池モジュールにおいて、前記
   並列電池群を形成する電池容器間は接触し、或いは導電
   性の仕切が介されることを特徴とする電池モジュール。
4. 【請求項４】請求項２の電池モジュールにおいて、前記
   直列接続された前記並列電池群間の前記電池容器間は絶
   縁性の仕切が介されることを特徴とする電池モジュー
   ル。
5. 【請求項５】請求項２の電池モジュールにおいて、前記
   並列電池群は絶縁性のケースに収納されたことを特徴と
   する電池モジュール。
6. 【請求項６】請求項１〜５電池モジュールにおいて、前
   記並列電池群を構成する前記電池の正極ブスバと負極ブ
   スバは別々の絶縁容器の中に備えられたことを特徴とす
   る電池モジュール。
7. 【請求項７】ナトリウム及び硫黄が電池容器に収納さ
   れ、該電池容器周囲が一方の電極として構成されるナト
   リウム−硫黄単電池が直列に接続された直列電池群が形
   成され、該直列電池群が複数連結されてなる電池モジュ
   ールにおいて、該直列電池群間の少なくとも１部は並列
   接続され、前記直列電池群を構成する電池容器間は絶縁
   性を有し、該並列接続された前記直列電池群間の等電位
   電池の電池容器間は導電性或いは絶縁性を有することを
   特徴とする電池モジュール。
8. 【請求項８】請求項７の電池モジュールにおいて、前記
   並列接続された各々の前記直列電池群間の等電位電池の
   電池容器間は接触し、或いは導電性の仕切が介されるこ
   とを特徴とする電池モジュール。
9. 【請求項９】請求項７の電池モジュールにおいて、前記
   直列電池群を構成する前記電池容器間は絶縁性の仕切が
   介されることを特徴とする電池モジュール。
10. 【請求項１０】請求項７の電池モジュールにおいて、前
    記並列接続された各々の前記直列電池群間の等電位電池
    の電池容器どうしは絶縁性のケースに収納されたことを
    特徴とする電池モジュール。
11. 【請求項１１】請求項１〜１０の電池モジュールにおい
    て、前記直列電池群或いは並列電池群は前記電池容器の
    外径又は形状が異なる前記電池から構成されたことを特
    徴とする電池モジュール。
12. 【請求項１２】請求項１〜１１のいずれかの電池モジュ
    ールを有することを特徴とする電力貯蔵システム。
13. 【請求項１３】請求項１〜１１のいずれかの電池モジュ
    ールを有することを特徴とする電気自動車。