JPH09219183A

JPH09219183A - 二次電池構造

Info

Publication number: JPH09219183A
Application number: JP8023970A
Authority: JP
Inventors: Kazuaki Oshima; 一晃大嶋; Osao Kudome; 長生久留
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-02-09
Filing date: 1996-02-09
Publication date: 1997-08-19

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は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】溶融塩を用いてナトリウムイオンを通過
させる固体電解質と、耐蝕金属材料によって耐圧耐温構
造の陰極又は陽極より構成される単一セルと、これら単
一セルを多数組み連結したモジュールと、該モジュール
を収納する耐圧二次電池カプセルとから成る二次電池構
造において、上記耐圧二次電池カプセル１１を円筒竪型
構造とすると共に、セル１２を集合して円筒形状のモジ
ュール１３を形成すると共に該モジュールの中心部に電
力端子を設けてなる。

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。特に発電
所の昼夜電力の負荷を平準化させる電力貯蔵用のため
に、変電所敷地内で例えば地下の強固な部屋等に設置し
たり、あるいは風力発電と組合わせて電力貯蔵用の二次
電池として用いてて好適である。

【０００２】

【従来の技術】図１０〜図１２に二次電池の概念図を示
す。図１０〜図１２中、符号０１１は二次電池用カプセ
ル、０１２は二次電池用セル、０１３は二次電池用モジ
ュール、０１４はカプセル胴板、０１５，０１６はカプ
セル鏡板、０１７は架台、０１８はカプセル内面断熱
材、０１９はガイドレール及び０２０は搬入搬出用のフ
ックを各々図示する。図１０〜図１２に示すように、従
来では、横置円筒型耐熱容器とした二次電池用カプセル
０１１内にモジュール組立枠に矩形に配列された多数の
セル０１２からなる二次電池モジュール０１３をガイド
レール０１９上を水平方向にスライドして収納させる構
造としている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記二次電
池用カプセルは円筒型構造とし、矩形状の二次電池モジ
ュール０１３を水平方向にスライドして収納しているの
で、以下のような問題がある。

【０００４】図１０及び図１１に示すように、円筒
横型カプセル０１１内に矩形モジュール０１３配設して
いるので、カプセル１１内の上下及び前後左右の有効に
利用されない空間が多くあり、無駄が多い。

【０００５】また、図１３に示すように、従来では
単一セル（Ｎａ／Ｘ蓄電池セル）の接続をモジュール長
手方向に構成しており、正負接続用のブロック端子０２
１を格納容器の鏡板０１５，０１６側に集中させた場
合、モジュール内ブロックの点検をする際、特に奥側と
なるモジュールの端子０２１の点検のためには、全ブロ
ックを水平移動させる必要があり、手間がかかる。

【０００６】一方、長手方向を数ブロックに分割し
た場合、図１４に示すように、ブロック毎の接続端子０
２１が、長手方向の側面に分散するため、組み立て及び
保守点検のために全ブロック側面を点検する必要があ
り、同様に作業に手間がかかる。

【０００７】本発明は、上記問題に鑑み、容器内に効率
よくモジュールを収納すると共に、組立性の向上及び安
全性の向上更には保守点検が容易となる二次電池構造を
提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明にかかる二次電池構造は、溶融塩を用いてナトリウム
イオンを通過させる固体電解質と、耐蝕金属材料によっ
て耐圧耐温構造の陰極又は陽極より構成される単一セル
と、これら単一セルを多数組み連結したモジュールと、
該モジュールを収納する耐圧二次電池カプセルとから成
る二次電池構造において、上記耐圧二次電池カプセルを
円筒竪型構造とし、且つセルを集合して円筒形状のモジ
ュールを形成すると共に該モジュールの中心部に電力端
子を設けてなることを特徴とする。

【０００９】上記二次電池構造において、上記モジュー
ルはセルを碁盤目形状あるいは千鳥状に集合してなるこ
とを特徴とする。

【００１０】上記二次電池構造において、上記モジュー
ルは該モジュール中心より放射状に区分してなることを
特徴とする。

【００１１】上記二次電池構造において、上記耐圧容器
内に複数段に上記モジュールを配設してなることを特徴
とする。

【００１２】上記モジュールの中心より放射状にブロッ
ク分割してなる二次電池構造を用い、分割ブロックの各
モジュール間に給・送電を連続して行うと共に、区画別
のモジュールの点検を行う接続線と、接続端子と点検端
子を各々設けてなることを特徴とする。

【００１３】上記二次電池構造において、上記耐圧容器
の鉛直方向にガス循環通路を設け、各モジュールに循環
用の不活性ガスを供給することを特徴とする。

【００１４】

【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。

【００１５】本発明にかかる実施の形態の二次電池構造
は、図１及び図２に示すように、単一セルの配列が碁盤
目あるいは千鳥状の配列とした多数のセル１２の集合体
から形成されてなるモジュール１３の形状を、従来の矩
形型から同心円状の円筒形状とし、モジュール１３を収
納する二次電池用カプセル（以下「カプセル」という）
１１の構造を、従来の円筒横置構造から円筒竪置構造に
変更することにより、従来のようなカプセル内に矩形モ
ジュールを配置した際に存在した前後左右の空間を無く
し、カプセル１１の内側側壁まで無駄なくセル１２で満
たすことが可能となる。また、上記カプセル１１内には
鉛直方向に筒柱２１が配設されてなり、上部に設けたガ
ス循環ファン２２からの不活性ガスをカプセルの下方へ
送給するようにしている。

【００１６】また、モジュール１３を耐圧カプセル１１
内に収納することにより、単一耐圧セルとの二重化構造
とし、例えば地震等の不可効力によるセル破損や、部材
劣化、部材腐食等の異常時に、急激な化学反応によって
生じる高温高圧の有害ガスをカプセル内部に封じ込むこ
とで、電池の安全性が確保できる。

【００１７】また、カプセル１１の寸法を陸上輸送上の
制限値以内とすることにより、完全工場組み立てが可能
となる。よって、モジュールの搬出入は、従来と同様
に、工場内で完全に行うことにより、製造及び保守点検
作業における品質の確保、工程の管理及びロボットによ
る自動製作等を計ることができ、作業者の安全性に十分
配慮することができる。

【００１８】カプセル１１内面にはカプセル内面断熱材
１８を設けられており、図示しない加熱手段（例えば電
気ヒータ等）と内部不活性ガスを循環させる循環ファン
２２と共に、二次電池の性能を左右する温度の維持・制
御を容易とし、装置の性能が確保されると共に、信頼性
の向上に寄与する。尚、上記充填される不活性ガスは二
次電池作動圧力付近の条件下において充満させている。

【００１９】一方、緊急冷却用のカプセル内部の熱交換
器２３へは、例えば液体窒素ボンベ等の冷媒ガスが熱交
換器内部に供給されるよう、常に装置の近傍に該ボンベ
を設置しておき、内部の圧力・温度の上昇及び異常物質
の発生の検知により、自動的に冷媒ガスを供給し、化学
反応を抑制させ、安全性を確保するようにしている。

【００２０】また、各モジュールはカプセル１１内に設
けられたガイドレール（図示せず）により、吊上げ・吊
下げ作業がスムースに行うことができ、保守点検作業が
容易となる。

【００２１】また、二重円筒構造のカプセル容器１１内
ではモジュール１３を数層の段（ステージ）とし（図１
に示す場合ではＡ〜Ｄの４ステージとしている。）、さ
らに各ステージを例えば放射状に数ブロックに分割して
いる（なお、図６に示す場合では四分割としてい
る。）。これによって、比較的任意の放電電圧を発生す
るシステムが可能となり、各段のモジュールは中心円筒
内部に集中して電池端子を設置しているので、送給が容
易となると共に、放電出力を任意に設定できる。

【００２２】また、従来の水平二段ブロックに対して、
本発明の円筒モジュールでは、ブロック数を水平断面で
２ブロック以上に分割できると共に、ステージ段数を３
〜５段以上に任意に設定でき、カプセル容器１１の中心
部の筒柱２１の近傍に端子を集中設置することにより、
点検・管理が容易となる。

【００２３】また、図６に示すように、モジュール１３
の分割された各ブロックの正・負端子３１を二重円筒の
筒柱２１の中心近傍に集中して設置し、任意に端子同志
の連結の選択が可能とすることにより、単セルの出力不
良管が発生した場合、どの水平段（ステージ）のどのブ
ロック内にあるかが容易に検索でき、各ブロック毎に出
入りすることで、保守点検操作及び作業の省力化並びに
効率的な運用が可能となる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の実施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。

【００２５】図１〜図４にモジュールの概略図をを示
す。図１〜４中、符号１１は二次電池用カプセル、１２
はセル、１３はモジュール、１４はカプセル胴板、１
５，１６はカプセル鏡板、１７は支持ラグ、１８は内面
断熱材、２１は筒柱、２２はガス循環ファン、２３は熱
交換器（クーラー）、２４は支持板及び２５は支え板を
各々図示する。

【００２６】二次電池カプセル（カプセル）１１は円筒
竪型のものであり、その内部には、図１に示すように、
円筒竪型のモジュール１３が収納されている。また、該
モジュール１３は、図１のII-II 断面を示す図２に示す
ように、碁盤目あるいは千鳥状に配列された単一セル１
２が集合されて段（ステージ）を形成している。このス
テージは図１に示すように、円筒形状のモジュール１３
を鉛直方向に数段に設けることで、従来のような余分な
空間を作ることなく、然も従来と同様な容積の場合に、
より多くのセル１２を格納することができる。

【００２７】また、図３及び図４に示すように、モジュ
ール１３を形成する碁盤目あるいは千鳥状に配列された
セル１２は、鏡板２６に形成されたセル取付け孔２６ａ
により取付けられ、床面となる支持板２４により支持さ
れている。また、図３に示すように、該鏡板２６には多
数の小孔２６ｂを設けて、ガスの循環を促すようにして
いる。

【００２８】また、図４に示すように、上記鏡板２６
は、カプセル１１の中心部に立設された筒柱２１とモジ
ュールの内壁に設けられたセルホルダ２７とに各々設け
られた受座２８に支え板２５を介して支持されている。
同様にして床面の支持板２４も、受座２８を介して筒柱
２１及びセルホルダ２７に支持されている。ここで、上
記支持板２４には、図５（ｂ）に示すように、切り欠き
２４ａ及び２４ｂが形成されている。また、図５（ａ）
に示すように、カプセル１１内にモジュール１３を下方
から順次収納する毎に所定の受座２７の位置で回転する
ことにより、該受座２８に載置できるようにしている。
なお、支え板２５も同様としている。

【００２９】また、図１に示すように、筒柱２１の下部
にはガス循環ファン２２からの送気を各セルに送り込む
ための孔２１ａが設けられている。なお、本実施例では
ガスは循環するだけで排出させていない。また、図１
中、符号３０はメンテナンス用のマンホールを図示す
る。

【００３０】モジュール１３に碁盤目あるいは千鳥状に
配列されたセル１２の接続は、図６に示すように、水平
断面を鉛直方向に１／４づつの四つのブロックに分け
て、各ブロックで単一セル合計で１００〜１５０セル／
ブロックの直列接続としている。各ブロックの正・負の
接続端子３１は容器中央に配設された筒柱２１の近傍に
配置するようにしている。

【００３１】なお、図６において、モジュール内部を四
分割しており、No.1〜No4 の各ブロックとしており、例
えばNo.1のブロックにおいて、直列接続する１００〜１
５０セルの中間ないし１／３又は２／３の本数の位置か
らも電圧点検用の端子３１を設けるようにしている。

【００３２】電圧の点検について図７を参照して説明す
る。先ず、下記（イ）、（ロ）及び（ハ）の各電圧を測定
する。なお、図７においては、ＡステージでのＮｏ．２
のブロックの例を示しており、３１ａ，３１ｄは接続用
の端子、３１ｂ，３１ｃは点検用の端子である。（イ）１／３点（１番端子（３１ａ）〜２８番端子（３
１ｂ））の正負間の電圧（ロ）２／３点（１番端子（３１ａ）〜５７番端子（３
１ｃ））の正負間の電圧（ハ）３／３点（１番端子（３１ａ）〜113 番端子（３
１ｄ））の正負間の電圧上記測定によって、正常であれば、各測定点における
電圧は、（イ）では１／３Ｖ、（ロ）では２／３Ｖ、
（ハ）では３／３Ｖとなる。上記測定点において、測定電圧が多かったりする少な
かったりすると、トラブルが発生したと判断することが
できる。

【００３３】また、図８に示すように、各ステージ（Ａ
〜Ｄ）の点検端子３１の線は全部中央の筒柱２１の近傍
に沿って上方へ集められ、カプセル１１の外部におい
て、電圧の測定するようにしている。

【００３４】図９に電力の送電・貯蔵の概略を示す。図
９に示すように、二次電池カプセル１１から直流／交流
変換器３２及び必要に応じて昇電圧器３３を介して、変
電所３４に送給される。

【００３５】以上のように、本発明によれば、円筒のモ
ジュールとすると共に、該モジュールを円筒竪型のカプ
セル容器に収納することで、カプセル内部の無駄な空間
を極力減ずることができる。

【００３６】また、一ブロックでの直列接続セル数を例
えば１００本とすることにより、Ｎａ／Ｘ二次電池の起
電圧が４Ｖ／セルの場合では、４００Ｖ／ブロックとな
る。そして、例えば一断面四ブロックを並列接続する
と、４００Ｖ／４倍容量／１段となり、一方一断面四ブ
ロックを直列接続すると、１６００Ｖ／１ブロック容量
／１段となり、これと各段との組合せにより、電圧出力
が比較的任意に選択でき、充放電の際に必要なインバー
タ／コンバータとの経済的な組み合わせを選択すること
ができる。

【００３７】また、各ブロックの接続端子を円筒中心の
筒柱に集中配置させ、任意の接続をすることにより、出
力電圧が低い不良セルの交換のため、全セルを取り扱う
必要が解消される。

【００３８】

【発明の効果】以上、実施例とともに説明したように、
本発明によれば、従来のようなカプセル内に矩形状のモ
ジュールを収納するような不要なスペースを排除し、円
筒竪型の耐圧カプセル内に単一セルを円筒状に集合して
なる円筒形状のモジュールを収納させることにより、製
造効率、操作性及び保守点検等の作業性が向上した。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る二次電池耐圧容器の断面
概略図である。

【図２】図１の二次電池耐圧容器のII−II概略図であ
る。

【図３】本発明の実施例に係るモジュールの集合用鏡板
の概略図である。

【図４】本発明の実施例に係るモジュール収納の状態を
示す概略図である。

【図５】本発明の実施例に係るモジュール設置用の鏡板
及び支持板の概略図である。

【図６】本発明の実施例に係る円筒モジュールの水平段
セル配列と結線要領の概略図である。

【図７】本発明の実施例に係る円筒モジュールの水平段
セル配列と点検要領の概略図である。

【図８】本発明の実施例に係る円筒モジュールの配線概
略図である。

【図９】本発明の実施例に係る電力の送電及び貯電の概
略図である。

【図１０】従来技術のカプセルの概略図である。

【図１１】図１０のカプセル内に設けらえたモジュール
の概略図である。

【図１２】図１０のカプセル内に設けらえたモジュール
の一部切り欠き概略図である。

【図１３】従来技術のカプセル内のモジュールの点検の
概略図である。

【図１４】従来技術のカプセル内のモジュールの点検の
概略図である。

【符号の説明】

１１二次電池用カプセル１２セル１３モジュール１８内面断熱材２１筒柱２２ガス循環ファン２３熱交換器２４支持板２６鏡板２７セルホルダ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融塩を用いてナトリウムイオンを通過
させる固体電解質と、耐蝕金属材料によって耐圧耐温構
造の陰極又は陽極より構成される単一セルと、これら単
一セルを多数組み連結したモジュールと、該モジュール
を収納する耐圧二次電池カプセルとから成る二次電池構
造において、上記耐圧二次電池カプセルを円筒竪型構造とし、且つセ
ルを集合して円筒形状のモジュールを形成すると共に該
モジュールの中心部に電力端子を設けてなることを特徴
とする二次電池構造。
【請求項２】請求項１記載の二次電池構造において、上記モジュールはセルを碁盤目形状あるいは千鳥状に集
合してなることを特徴とする二次電池構造。
【請求項３】請求項１又は２記載の二次電池構造にお
いて、上記モジュールは該モジュール中心より放射状に区分し
てなることを特徴とする二次電池構造。
【請求項４】請求項１乃至３記載の二次電池構造にお
いて、上記耐圧容器内に複数段に上記モジュールを配設してな
ることを特徴とする二次電池構造。
【請求項５】請求項１乃至４記載のモジュールの中心
より放射状にブロック分割してなる二次電池構造を用
い、分割ブロックの各モジュール間に給・送電を連続し
て行うと共に、区画別のモジュールの点検を行う接続線
と、接続端子と点検端子を各々設けてなることを特徴と
する二次電池構造。
【請求項６】請求項１乃至５記載の二次電池構造にお
いて、上記耐圧容器の鉛直方向にガス循環通路を設け、各モジ
ュールに循環用の不活性ガスを供給することを特徴とす
る二次電池構造。