JPH09106830A - 二次電池構造 - Google Patents

二次電池構造

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JPH09106830A
JPH09106830A JP26512495A JP26512495A JPH09106830A JP H09106830 A JPH09106830 A JP H09106830A JP 26512495 A JP26512495 A JP 26512495A JP 26512495 A JP26512495 A JP 26512495A JP H09106830 A JPH09106830 A JP H09106830A
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JP
Japan
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secondary battery
capsule
gas
heater
battery structure
Prior art date
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Pending
Application number
JP26512495A
Other languages
English (en)
Inventor
Kazuaki Oshima
一晃 大嶋
Osao Kudome
長生 久留
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Publication of JPH09106830A publication Critical patent/JPH09106830A/ja
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば電力事業負荷平準化用蓄電設備、一般
産業用蓄電設備及び一般家庭用蓄電設備等に用いる二次
電池構造を提供する。 【解決手段】 固体電解質と液体ナトリウムと硫黄ある
いは溶融塩を金属製セル管中に封入して二次電池を構成
する単一セル5を多数組み合わせたモジュール6と、そ
のモジュール6を内面を断熱材で被覆した鋼板製円筒横
置耐圧容器2内に格納し、上記セル管と共に二重構造と
した二次電池カプセルとから成る二次電池において、上
記耐圧容器内の加圧不活性ガスを循環させる配管1,
4、循環ファン3及び加熱器8かならなるガス循環手段
を設けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば電力事業負
荷平準化用蓄電設備、一般産業用蓄電設備及び一般家庭
用蓄電設備等に用いる二次電池構造に関する。
【0002】
【従来の技術】図9に二次電池の概念図を示す。図9
中、符号01は単セル、02はセルモジュール、03は
加熱手段(壁面ヒータ)、04は断熱材、05は箱板、
06はカプセル及び07は熱風循環ファンを各々図示す
る。図9に示すように、従来の技術は、セル単体を耐圧
密閉構造として、このセル間で安全性を補償し、単セル
02を複数個枠組み集合させたモジュール02は、セル
支持機能と箱板05で囲われ、保温ヒータ03及び断熱
材04で箱を構成するカプセル06内に覆われている。
尚、上記カプセル06内部の天井近傍には、内部の温度
を均一にするファン07が設けられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来のモジュール構造
では、モジュール箱外面の断熱材04と保温ヒータ03
で待機中に発生する熱損失で極力防止しているが、モジ
ュール02の内部の各単セル01間の温度差による出力
の低下、あるいは不安定を防止することができない、と
いう問題がある。
【0004】また、モジュール6の箱内部は200℃〜
350℃に保持させる必要があるため、上記モジュール
箱内部に多数の循環ファン07を、図9に示すように、
カプセル06内に設置すると空間が大きくなり、熱損失
が大きくなると共に、ファン07と外部に設けた駆動モ
ータとの間のシール性が困難となり、例えば事故時等に
おいて、有害ガスのカプセル外への流出が考えられ危険
である。また、ファンとモータをカプセル内蔵とする
と、高温に耐えるモータ及びファンベアリングの冷却媒
体をモジュール箱内部に送り込む必要があり益々熱損失
が大きくなる。
【0005】本発明は、上記問題に鑑み、熱損失を防止
すると共に、安定した運転が可能な二次電池構造を提供
することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明にかかる二次電池構造の構成は、固体電解質と液体ナ
トリウムと硫黄あるいは溶融塩を金属製セル管中に層状
に封入して二次電池を構成するセルを多数組み合わせた
モジュールと、そのモジュールを内面を断熱材で被覆し
た鋼板製円筒横置耐圧容器(カプセル)内に格納し、上
記セル管と共に耐圧安全性の二重化を計った二次電池カ
プセルとから成る二次電池において、上記耐圧容器内の
加圧不活性ガスを循環させるガス循環手段を設けたこと
を特徴とする。
【0007】上記二次電池構造において、カプセル外に
設置した駆動源付きファンと加熱器と、これらを接続す
る断熱保温された管とから、カプセル内の不活性成ガス
の保温と循環とを行うことを特徴とする。
【0008】上記二次電池構造において、加熱器に併設
して設けられ、液体窒素ボンベに接続する熱交換器を設
け、温度センサにより上記加熱器及び熱交換器の出入口
に設けた弁を制御して、加熱器を遮断し、熱交換器より
冷気をカプセル内へ送給してなることを特徴とする。
【0009】上記二次電池構造において、駆動装置とフ
ァン及び駆動潤滑油系は外部から断熱されると共に、潤
滑油系は冷却機能を有し、カプセル内の不活性ガスの攪
拌をカプセル内に設けた駆動源付きファンで行うことを
特徴とする。
【0010】すなわち、固体電解質を有する二次電池セ
ル単体を多数組合せ集合させたモジュールを、鋼板製耐
熱耐圧円筒容器(カプセル)内部に格納し、該カプセル
内部を水分を含まない乾き不活性ガス(例えば純度9
9.9%vol 以上の乾き窒素ガス等)で、その圧力を単
一セル金属管内部圧力と同等付近まで加圧した状態で充
満密閉させ、かつその乾き不活性ガスをモジュール内の
単一セル間表面を均等に循環させ、併せて熱損失は極力
低減させるものである。
【0011】<作用>加圧密閉された乾き不活性ガスを
モジュールを構成する単一セル間に効果的に均一に循環
させる事により単一セル間の温度不均一を極力無くし出
力の低下や不安定現象を回避することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態例を図
面を参照して説明するが、本発明はこれに限定されるも
のではない。
【0013】(第1の実施の形態例)図1にカプセル内
封ガス循環システムの実施例を示す。図1中、符号1は
出口配管、2はカプセル(鋼板製円筒横置耐圧容器)、
3は循環ファン、4は入口配管、5は単一セル、6はモ
ジュール、7はガス分配多孔板及び8は加熱器並びにA
は内封された不活性ガスを各々図示する。本内封ガス循
環システムでは、カプセル内部に加圧密閉された乾き不
活性ガスAは、断熱被覆されたカプセル2外部に設置さ
れた耐熱循環ファン3によってガス循環に伴う圧力損失
分だけ昇圧され、断熱保温施工されたカプセル2の外部
に設けた出口配管1に導かれ、断熱保温施工された入口
配管4によって再度断熱被覆されたカプセル2内に導か
れる。
【0014】上記カプセル2の内部では、単一セル5の
多数の集合体であるモジュール6にガス分配多孔板7等
が設けられて、入口配管4より送られた循環ガスがカプ
セル2内の各自の単一セル5に均一に分配される様考慮
されている。
【0015】また、本内封ガス循環システムでは、二次
電池の待機時間が長い場合等によりカプセル内部温度が
所定値より低下することを防止するため、循環ファン3
出口に電気ヒータ等の加熱器8を設けて、二次電池セル
内部温度が所定値±20℃(例えば230℃±20℃)
以内に収まるガス温度を保持するようにしている。
【0016】また、循環ファン3は、350℃×10kg
/cm2G 程度の高温高圧の乾き不活性ガスを取扱うため、
そのケーシンズは耐圧容器となっており、かつ循環ファ
ン3の軸受、グランド部は、水以外の例えば油等で冷却
されている。この循環ファン用駆動装置は常温仕様の標
準電動機が使用できる。
【0017】(第2の実施の形態例)第1の実施の形態
例において、出口,入口配管1,4に対して、加熱器8
と冷却器9との取付けをバイパス式としたものである。
【0018】図2に、本実施の形態例の循環ガス熱交換
器の概略を示す。同図に示すように、加熱器8(温度制
御用ヒータ)に緊急遮断用冷却器9(冷却熱交換器)を
併設するようにしている。
【0019】両熱交換器8,9への循環ガスは、分枝路
に設けられた二方向切替弁10によってカプセル内部の
温度センサー11からの緊急信号により二方向自動切替
弁10が自動的に切替えられる様考慮されている。
【0020】緊急時は加熱器8が弁により切断されて冷
却器9側が開放される。冷却器9側が開放されると、ボ
ンベ9aの冷媒ガスは冷却器9にて高温の不活性ガスを
冷却し、低温となったガスはカプセル内へ送られセル内
のNaやSCl 4 を冷却して固化し、発熱の停止を行
う。よって、非常時において、冷却器9へは液体窒素ボ
ンベ9aより断熱膨張して供給される冷媒ガスが通過す
ることとしているので、冷却器9として、例えばフィン
付熱交換器等を併設することにより、二次電池の運転の
異常時において、モジュール6中に集合してある単一セ
ルを効果的に常温付近迄急速に冷却させて、液体ナトリ
ウムや溶融塩を固形化させること(常温付近で液化−固
化する)により、有害なナトリウム液や溶融塩液及びそ
れらの蒸気によるセル外部放出を防止することができ
る。
【0021】(第3の実施の形態例)図3(A),
(B)にカプセル内蔵型循環ファンの組立図を示す。カ
プセル内の高温・高圧条件下(例えば250℃×8kg/c
m2G )で作動することを条件として、ガス循環ファン1
2の駆動装置13は耐熱性油を用いた油圧駆動ポンプ
(例えばギヤポンプ)が採用されている。
【0022】また、ガス循環ファン12及びその駆動装
置13は、いずれもカプセル内の端部の鏡部2aに固定
されており、モジュール6とは完全に独立させることに
より該モジュール6に振動を与えない様配慮されてい
る。
【0023】図4に上記耐熱性油によるギヤポンプ作動
と循環ファンベアリング14の冷却を兼ねたシステムの
実施の形態例を示す。
【0024】耐熱性油は、外置の油クーラ15−1で冷
却後、油圧ポンプ16で40〜50kg/cm2G 迄昇圧さ
れ、再度油クーラ15−2で冷却されてカプセル内へ設
置された駆動装置13に送られる。
【0025】油配管はカプセル内部では耐圧フレキシブ
ル管13−1等の延びや振動を吸収できる配管に接続さ
れており、かつ、内部油圧配管及びファン、駆動機構は
断熱材13−2で被覆されて余分な加熱を防ぐ構造とな
っている。
【0026】(第4の実施の形態例)図5にガス循環フ
ァン12の駆動装置用油の系統と冷却用油の系統とを分
けた場合の実施の形態例を示す。
【0027】上記図4に示す第3の実施の形態例の構造
では、駆動用と冷却用を兼ねるため冷却用が高温になり
易い。この場合、駆動装置用の動力用油は常温仕様が許
容される。従って、本実施の形態例では、図5に示すよ
うに、冷却用油はガス循環ファンベアリング14に供給
されるのみならず、駆動用油配管17を二重管とし、外
側配管17−1に冷却用油、内側配管17−2に駆動用
油が循環している。
【0028】なお、図示しないが各配管及び装置は、周
囲雰囲気の200〜350℃の高温条件に耐える様必要
に応じて断熱材被覆施工がなされている。
【0029】(第5の実施の形態例)図6に非接触カッ
プリングを用いたカプセル内蔵型循環ファンの実施の形
態例を示す。循環ファン12は、カプセル内鏡部2aに
固定され、断熱材20で保護された耐熱構造となってい
る。循環ファン用ベアリング18は、カプセル外部より
冷却用窒素ガスあるいは冷却用循環油が供給されて、そ
の昇温が防止されている。
【0030】循環ファン12の端部には、例えば強力な
磁石を内蔵したカップリング19a,19bが非接触状
態で相対向して設けられ、カプセル内鏡部2a部分にカ
ップリング19aを設け、該近傍を磁力線が容易に通過
する耐圧材料(例えばSUS材)を使用し、この端部を
介して外部にも内部を誘導するカップリング19bが設
けられて電動機13と接続されている。
【0031】外部の電動機13は常温仕様で良く非接触
カップリング19a,19bを介してカプセル2内の内
部封入ガス循環ファン12を稼動させる。
【0032】図7及び図8に固体電解質を有する二次電
池として、例えはNa/SCl4 溶融塩二次電池の反応
式と、Na/X二次電池の温度変化パターンを示す。こ
れらから充電,放電時は発熱するが、待機中は、熱放散
により内部温度が低下しており、断熱構造と温度制御が
必要であることが解かる。
【0033】
【発明の効果】
(1)従来に比べカプセル内のガスを強制的に循環させ
ることができると共に駆動モータとファンをカプセル外
に設置したので従来のシール部からのリークがなく装置
の信頼性が向上した。
【0034】(2)上記効果に加えて、緊急時の安全装
置(冷却器を加熱器とラインに併設、及ボンベ他)の効
果があり、従来に比べ大幅に性能アップした。
【0035】(3)ファンとその駆動装置をカプセル内
にとり込む事により、従来の軸貫通部のシール部をなく
したので装置の信頼性が向上した。又、カプセル内にと
り込んだ装置の保全もオイルクーラ等により可能とし
た。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態例に係る外部循環の
システム図である。
【図2】本発明の第2の実施の形態例に係る外部循環の
熱交換システム図である。
【図3】本発明の第3の実施の形態例に係る外部循環の
システム図である。
【図4】本発明の第3の実施の形態例に係る外部循環の
油冷却システム図である。
【図5】本発明の第4の実施の形態例に係る内部循環の
油冷却システム図である。
【図6】本発明の第5の実施の形態例に係る非接触カッ
プリングの概略図である。
【図7】Na/X二次電池の反応式を示す図である。
【図8】Na/X二次電池の温度変化パターンを示す図
である。
【図9】従来の二次電池装置の概念図を示す概略図であ
る。
【符号の説明】
1 出口配管 2 カプセル 3 循環ファン 4 入口配管 5 単一セル 6 モジュール 7 ガス分配多孔板 8 加熱器 A 不活性ガス 9 緊急遮断用冷却器 10 二方向切替弁 11 温度センサー 12 ガス循環ファン 13 駆動装置 14 循環ファンベアリング 15−1,15−2 油クーラ 16 油圧ポンプ 17 駆動用油配管 18 循環ファン用ベアリング 19a,19b カップリング

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固体電解質と液体ナトリウムと硫黄ある
    いは溶融塩を金属製セル管中に封入して二次電池を構成
    するセルを多数組み合わせたモジュールと、そのモジュ
    ールを内面を断熱材で被覆した鋼板製円筒横置耐圧容器
    内に格納し、上記セル管と共に二重構造とした二次電池
    カプセルとから成る二次電池において、 上記耐圧容器内の加圧不活性ガスを循環させるガス循環
    手段を設けたことを特徴とする二次電池構造。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の二次電池構造において、 カプセル外に設置した駆動源付きファンと加熱器と、こ
    れらを接続する断熱保温された管とから、カプセル内の
    不活性成ガスの保温と循環とを行うことを特徴とする二
    次電池構造。
  3. 【請求項3】 請求項1記載の二次電池構造において、 加熱器に併設して設けられ、液体窒素ボンベに接続する
    熱交換器を設け、温度センサにより上記加熱器及び熱交
    換器の出入口に設けた弁を制御して、加熱器を遮断し、
    熱交換器より冷気をカプセル内へ送給してなることを特
    徴とする二次電池構造。
  4. 【請求項4】 請求項1記載の二次電池構造において、 駆動装置とファン及び駆動潤滑油系は外部から断熱され
    ると共に、潤滑油系は冷却機能を有し、カプセル内の不
    活性ガスの攪拌をカプセル内に設けた駆動源付きファン
    で行うことを特徴とする二次電池構造。
JP26512495A 1995-10-13 1995-10-13 二次電池構造 Pending JPH09106830A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004146237A (ja) * 2002-10-25 2004-05-20 Denso Corp バッテリ温度管理装置
WO2012144344A1 (ja) * 2011-04-18 2012-10-26 住友電気工業株式会社 溶融塩電池装置
CN102760920A (zh) * 2011-04-29 2012-10-31 肖克建 车用动力电池组液氮冷却方法及其装置

Cited By (4)

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Effective date: 20021008