JPH0917443A

JPH0917443A - 高温電池モジュール集合体及びその運転方法

Info

Publication number: JPH0917443A
Application number: JP7163617A
Authority: JP
Inventors: Tadahiko Mitsuyoshi; 忠彦三吉; Hideo Sugaya; 秀雄菅谷; Koji Kusakabe; 康次日下部; Manabu Madokoro; 間所　　学
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-06-29
Filing date: 1995-06-29
Publication date: 1997-01-17

Abstract

(57)【要約】【構成】ナトリウム硫黄電池などの高温電池１個また
は複数個を断熱容器内へ収納して成る電池モジュールを
複数個集合して成る高温電池モジュール集合体におい
て、前記各断熱容器には電池運転時や高温保持時に用い
られる電気ヒータと、起動時に用いられる加熱用のガス
配管とが設けられていること。【効果】起動時の昇温と電池運転時の温度制御とが別
々の装置、方式で行われるため、比較的簡単な構造の高
温電池モジュール集合体を用いて、必要な精度の温度制
御が容易に可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力貯蔵装置、電気自
動車、非常用電源、無停電電源、電力系統のピークカッ
ト装置、周波数・電圧安定化装置などの電池システムに
用いるに好適な高温電池モジュール集合体及びその運転
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】負極にナトリウム、正極に硫黄、セレ
ン、テルル、金属ハロゲン化物などを用いた高温電池
は、その効率やエネルギー密度が大きいことから注目さ
れ、電力貯蔵装置や電気自動車などへの利用が期待され
ている。これらの電池はその温度を保つために、電池１
個または複数個が加熱源を設けた断熱容器に収納されて
運転される。

【０００３】一例として特開昭５０−８０３５号公報に
見られるように、断熱容器に加熱用と保温用の２種類の
ヒータを設け、起動時には一方の加熱用ヒータが、その
後は他方の保温用ヒータが用いられている。この方法に
よれば、定常運転時には必要のない加熱用ヒータを各断
熱容器に設ける必要があるために、装置が複雑で高価な
ものになるという欠点があった。特に電力貯蔵装置では
起動、停止は年２回程度であり、また非常用電源や無停
電電源では一度起動したら原則として高温保持し続ける
ため、起動時以外には不要な加熱用ヒータを個々の断熱
容器に取り付けることになり、その無駄が問題視されて
いた。

【０００４】これに替わる方法として、一種類のヒータ
で加熱と保温とを兼用することも可能であるが、この時
にもヒータ容量としては起動時の加熱に十分な大きさの
容量のものの必要があり、高価なものになること、加熱
時と保温時でヒータの制御を変える必要があるため、制
御装置が複雑で高価なものとなり、また、小容量ヒータ
で十分な保温を大容量ヒータで行うために、制御精度が
悪くなるという欠点があった。

【０００５】また、他の例では実開昭５６−５３７２号
公報に見られるように、断熱容器に温度制御用流体の流
出入部材を設け、外部から流体を導入して温度が制御さ
れている。この方法によれば、各断熱容器に収納された
電池特性に応じて個々に温度制御するためには、各断熱
容器ごとに流量の制御装置を設けるか、または、個々に
流体の導入装置を設ける必要があり、制御が複雑で精密
な温度制御が困難な問題があった。特にこの方法では、
多数の電池を断熱容器へ収納した電池モジュールにおい
て、断熱容器内部の温度分布を均一制御したり、複数個
の電池モジュールを集合した電池システムにおいて、各
電池モジュールごとに電池特性が異なる場合にも断熱容
器間の温度差が少なくなるよう制御したり、運転条件を
目的に応じて動的に変化させる場合にも温度を一定に制
御するなど、きめ細かい温度制御が困難な問題があっ
た。なお、この方法では温度制御用流体の流出入部材や
流体の導入装置は常時断熱容器と接続しておく必要があ
るという問題点もあった。

【０００６】断熱容器の大きさは温度分布の均一性や作
り易さ等から自ずと制限され、実用規模の電池システム
を考えると、電池を収納した断熱容器から成る電池モジ
ュールを複数個集合して使用する必要がある。例えば１
個の電池モジュールの出力を１０ｋＷとすると、電力貯
蔵用に必要とされる１０ＭＷ規模のためには、約1,000
個の電池モジュールを集合する必要がある。このような
場合、断熱容器構造の複雑さや温度制御の複雑さは運用
上の大きな問題であったが、従来の電池モジュール集合
体にはこれらの問題点を同時に解決できるものはなかっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の欠点を除き、複数個の断熱容器を精度良く温
度制御できる、簡単な構造の高温電池モジュール集合体
を提供するにある。本発明の他の一つの目的は、簡単な
構造の高温電池モジュール集合体を用いて、複数個の断
熱容器を容易に温度制御できる運転方法を提供するにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の高温電池モジュール集合体は、ナトリウム
硫黄電池などの高温電池１個または複数個を断熱容器内
へ収納して成る電池モジュールを複数個集合して成る高
温電池モジュール集合体において、前記各断熱容器には
電池運転時や高温保持時に用いられる電気ヒータと、起
動時に用いられる加熱用のガス配管とが設けられている
ことを特徴とするものである。ここで、接続ガス配管に
よって前記各断熱容器が相互に接続されているのがよ
い。

【０００９】また、本発明の高温電池モジュール集合体
の運転方法は、ナトリウム硫黄電池などの高温電池１個
または複数個を断熱容器内へ収納して成る電池モジュー
ルを複数個集合して成る高温電池モジュール集合体の起
動時には前記断熱容器に接続されたガス導入装置から該
断熱容器内にガスを導入して加熱し、電池運転時や高温
保持時には前記断熱容器に設けられた電気ヒータで温度
制御することを特徴とするものである。ここで、前記ガ
スが空気であるものがよい。また、電池運転時または高
温保持時には前記ガス導入装置を前記断熱容器から分離
するのがよい。

【００１０】

【作用】本発明の高温電池モジュール集合体において
は、起動時の昇温はガス導入装置から断熱容器内へガス
を導入して行われる。この時の温度分布にはさほどの均
一性は要求されないため、制御は簡単なもので良く、各
電池モジュールの電池特性に合わせたきめ細かな制御は
不要である。このため、ガス導入機構、断熱容器内での
ガスの流れ機構は簡単なもので良い。勿論、同じガス配
管を降温に用いることも可能である。また、起動時には
ガスを導入して加熱し、停止時は自然放冷しても良い。
ガスを導入して冷却することには、冷却時間が短縮でき
る利点がある。

【００１１】一方、電池の運転時や高温保持時には加熱
ヒータにより、温度が制御される。この制御は電気制御
であるため精度は良く、各電池モジュールの電池特性に
応じて温度分布を均一に制御したり、複数個の断熱容器
間の温度差が出来るだけ小さくなるように制御したり、
目的に応じて運転条件を動的に変化させる場合にも温度
を一定に制御するなど、きめ細かな制御を容易に行うこ
とができる。また、加熱ヒータとしては運転時の比較的
小さな温度変化に対応出来る程度の容量でよく、比較的
簡単で、小型、安価な装置で対処できる。ロードレベリ
ング用の電力貯蔵装置などのように高温電池モジュール
を多量に使用し、ほとんど停止することなく運転するケ
ースや、電気自動車のように装置を軽くする必要のある
ケースには、加熱ヒータの小容量化は大きな利点とな
る。

【００１２】起動時に用いるガスとして空気を用いれ
ば、安全性、経済性の面で優れている。また、窒素ガス
などの不活性ガスや不活性溶媒の使用も可能である。

【００１３】高温電池モジュール集合体を構成する各断
熱容器間を相互にガス配管で接続すれば、一つのガス導
入装置で全体の昇温が可能となり、装置の大幅な簡素化
が可能である。また、このガス導入装置を起動、降温停
止以外の電池の運転時や高温保持時には断熱容器から分
離することにより、高温電池モジュール集合体を設置す
る場所のスペース効率が高く出来る。非常用電源や無停
電電源などは、一度起動されたら原則として運転し続け
るものであり、またロードレベリング用の電力貯蔵装置
の起動、降温停止は普通年２回で、それ以外は継続運転
される。このような場合、高温電池モジュール集合体か
らガス導入装置を分離して、設置スペースを有効に利用
できる利点は極めて大きい。

【００１４】また、本発明を電気自動車に適用した場
合、ガス導入装置と断熱容器とを分離すれば、ガス導入
装置を自動車に搭載する必要がなくなり、電気自動車の
軽量化に大きく貢献できる。この場合、１個以上の電池
モジュールを搭載した複数の電気自動車群が高温電池モ
ジュール集合体に相当し、これらを１台のガス導入装置
で起動することも可能である。

【００１５】さらに、本発明の高温電池モジュール集合
体を用いた電池システムや、本発明の高温電池モジュー
ル集合装置の運転方法で運転された電池システムを用い
ることにより、簡単な構造で温度制御の容易な、電力貯
蔵装置、電気自動車、非常用電源、無停電電源、電力系
統のピークカット装置、周波数・電圧安定化装置などが
実現される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
図１は高温電池モジュールの構造図の一例であり、本発
明の高温電池モジュール集合体はこのような高温電池モ
ジュールを複数個集合して構成される。図において、１
はナトリウム硫黄電池のような高温電池である。この高
温電池１は、例えば、ナトリウムイオン導電性の固体電
解質管としてβ”アルミナ焼結体が用いられ、負極にナ
トリウム、正極に硫黄を含浸したカーボンマットが収納
され、負極容器、正極容器としてはアルミニウムや鉄、
ＳＵＳ、または、これらの表面にクロムやモリブデン、
チタンなどを主体とする耐食層が設けられたものが用い
られ、電池は３００〜４００℃の温度で普通運転され
る。なお、正極活物質としては、ナトリウム−硫黄電池
においては硫黄や多硫化ナトリウムが用いられるが、そ
の他の高温ナトリウム電池においてはセレン、テルルや
金属元素のハロゲン化物が用いられることもある。２は
１個または複数個の電池が収納される断熱容器で、該断
熱容器２は断熱性能が優れている理由により、真空断熱
容器が普通用いられる。３は断熱容器２内に設けた保温
用の電気ヒータであり、該電気ヒータ３は電池運転時や
高温保持時の温度制御に用いられる。また、必要に応じ
て、断熱容器２に冷却ファンを設けて、容器内部に空気
を吹き込むことにより、内部温度を一層高精度に制御す
ることも出来る。また、４は起動時に断熱容器２内へガ
スを吹き込んで昇温するためのガス配管である。なお、
同じ配管を用いて、停止時に冷却ガスを送って急速降温
することも可能である。

【００１７】図２は本発明の高温電池モジュール集合体
およびガス導入装置の一例を示す構造図である。図にお
いて、５は図１に示したと同様の高温電池モジュールで
ある。６は高温電池モジュールを積層して集合するため
の架台である。また、７はガス導入装置であり、８の接
続ガス配管を通して断熱容器内にガスを送ることができ
る。この例では、ガス導入装置は移動可能で、個々の高
温電池モジュールに順番にガスが導入される。

【００１８】本発明の効果は図３に示した高温電池モジ
ュール集合体の構造でも達成される。図３において、図
２と同符号の部品は同じ内容を示す。

【００１９】図３の例では、個々の高温電池モジュール
集合体は接続ガス配管８によって接続されており、高温
電池モジュール集合体全体に同時にガスが導入される。
この結果、高温電池モジュール集合体全体が同時に昇温
又は降温でき、このために必要な時間が大幅に短縮出来
る。また、この例でもガス導入装置は移動可能である
が、ガス導入装置として固定装置を用いることも出来
る。移動可能なガス導入装置を用いて、起動、降温停止
時以外の電池運転時や高温保持時にはガス導入装置を分
離すれば、高温電池モジュール集合体の設置場所の面積
が有効に利用出来るという利点を生ずる。

【００２０】図４および図５はガス導入装置の構造例を
示している。これらの図において図１と同符号の部品は
同じ内容を示す。図４の場合、ガス導入装置７の熱源に
は熱発生源１０が用いられ、熱交換器１１によりガスは
加熱され、ファン９によって断熱容器２内へ導入され
る。この方法によれば、起動時の昇温コストが低くでき
る利点を生ずる。場合によっては熱発生源１０としてプ
ラントの廃熱を利用することも可能である。一方、図５
の場合、ガスは電気ヒータ１２で加熱され、ファン９に
よって断熱容器２内へ導入される。この方法によれば、
起動時の昇温の温度制御が容易であるという利点を生ず
る。また、電気ヒータを止めてファンを動かすことによ
り、高温電池モジュール集合体の停止時の冷却に用いる
ことも出来る。

【００２１】断熱容器２へ導入される加熱用または冷却
用ガスとしては、経済性、安全性の点から空気が望まし
いが、場合によっては窒素ガスのような不活性ガスを用
いることも出来る。

【００２２】具体例として、１本当たりの容量約３６０
Ｗｈ、定格出力約４５Ｗのナトリウム硫黄電池を用い、
約２８０本を１個の真空断熱容器に入れて１２.５ｋＷ
モジュールとし、これを４段積層して５０ｋＷのモジュ
ール集合体を得た。なお、１モジュール当たりの電池を
含めた熱容量は約８９０ｋＪ／Ｋ、電池温度３３０℃に
おける断熱容器からの放熱量は約５００Ｗであった。図
３に示す様に、この高温電池モジュール集合体をガス配
管で接続し、ガス導入装置に設けた１０ｋＷヒータで加
熱した空気を導入し、約３日間かけて電池温度を３３０
℃まで昇温した。次いで、ガス導入装置を分離し、電池
に通電して８ｈ充電、８ｈ放電、８ｈ休止の条件で連続
運転した。この際、休止時のみ２５０Ｗヒータで加熱す
ることにより、熱バランスのとれた運転が可能であっ
た。この結果、各断熱容器に設けるヒータが、起動時の
昇温も断熱容器に設けたヒータで行う場合に比べ、大幅
に小容量化できた。

【００２３】さらに、上に述べた様な比較的簡単な構造
で、必要精度の温度制御が容易に可能な高温電池モジュ
ール集合体を用いて、高信頼性、高安全性の電力貯蔵装
置、電気自動車、非常用電源、無停電電源、電力系統の
ピークカット装置、周波数・電圧安定化装置などの電池
システムが実現できることが判明した。

【００２４】

【発明の効果】本発明によれば、起動時の昇温と電池運
転時の温度制御とが別々の装置、方式で行われるため、
比較的簡単な構造の高温電池モジュール集合体を用い
て、必要な精度の温度制御が容易に可能となる。また、
構造が簡単で、温度制御が容易な電力貯蔵装置、電気自
動車、非常用電源、無停電電源、電力系統のピークカッ
ト装置、周波数・電圧安定化装置などの電池システムが
実現される。本発明の望ましい実施態様によれば、高温
電池モジュール集合体を設置する場所のスペース効率が
高く出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高温電池モジュール集合体を構成する
電池モジュールの斜視図である。

【図２】本発明の高温電池モジュール集合体の構造及び
ガス導入装置の構造の例を示す斜視図である。

【図３】本発明の高温電池モジュール集合体の構造及び
ガス導入装置の構造の例を示す斜視図である。

【図４】本発明の高温電池モジュール集合体を構成する
電池モジュールの構造及びガス導入装置の構成図であ
る。

【図５】本発明の高温電池モジュール集合体を構成する
電池モジュールの構造及びガス導入装置の構成図であ
る。

【符号の説明】

１高温電池２断熱容器３電気ヒータ４ガス配管５高温電池モジュール６架台７ガス導入装置８接続ガス配管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者間所学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

【特許請求の範囲】

【請求項１】ナトリウム硫黄電池などの高温電池１個
または複数個を断熱容器内へ収納して成る電池モジュー
ルを複数個集合して成る高温電池モジュール集合体にお
いて、前記各断熱容器には電池運転時や高温保持時に用
いられる電気ヒータと、起動時に用いられる加熱用のガ
ス配管とが設けられていることを特徴とする高温電池モ
ジュール集合体。
【請求項２】請求項１において、接続ガス配管によっ
て前記各断熱容器が相互に接続されていることを特徴と
する高温電池モジュール集合体。
【請求項３】ナトリウム硫黄電池などの高温電池１個
または複数個を断熱容器内へ収納して成る電池モジュー
ルを複数個集合して成る高温電池モジュール集合体の起
動時には前記断熱容器に接続されたガス導入装置から該
断熱容器内にガスを導入して加熱し、電池運転時や高温
保持時には前記断熱容器に設けられた電気ヒータで温度
制御することを特徴とする高温電池モジュール集合体の
運転方法。
【請求項４】請求項３において、前記ガスが空気であ
ることを特徴とする高温電池モジュール集合体の運転方
法。
【請求項５】請求項３または４において、電池運転時
または高温保持時には前記ガス導入装置を前記断熱容器
から分離することを特徴とする高温電池モジュールの運
転方法。