JPH1040952A - 高温ナトリウム二次電池モジュールおよびそれを用いた電池システム - Google Patents

高温ナトリウム二次電池モジュールおよびそれを用いた電池システム

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JPH1040952A
JPH1040952A JP19178596A JP19178596A JPH1040952A JP H1040952 A JPH1040952 A JP H1040952A JP 19178596 A JP19178596 A JP 19178596A JP 19178596 A JP19178596 A JP 19178596A JP H1040952 A JPH1040952 A JP H1040952A
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JP
Japan
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sodium secondary
secondary battery
battery
temperature sodium
battery module
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JP19178596A
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English (en)
Inventor
Tadahiko Mitsuyoshi
忠彦 三吉
Manabu Madokoro
間所  学
Koji Kusakabe
康次 日下部
Hisamitsu Hatou
久光 波東
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • 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
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Abstract

(57)【要約】 【課題】電池の冷却が容易で、活物質漏洩時にも隣接電
池への破損拡大の起こりにくい、高温ナトリウム二次電
池モジュールを提供すること。 【解決手段】高温ナトリウム二次電池を複数個断熱容器
内へ収納した高温ナトリウム二次電池モジュールで、前
記高温ナトリウム二次電池の周囲に筒状の隔壁を設け、
前記隔壁の外側に粉末状または繊維状の絶縁材を充填
し、前記隔壁の内側に冷却媒体を流して、前記高温ナト
リウム二次電池を冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、信頼性に優れた高
温ナトリウム二次電池モジュール、および、それを用い
た電力貯蔵装置や電力系統のピークシフト装置,電気自
動車などの電池システムに関する。
【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ナトリ
ウム二次電池は、その効率やエネルギ密度が大きいこと
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個または複数個が断熱容器に収納された、モ
ジュールとして運転される。
【0003】この一例では特開平3−257766 号公報に見
られるように、断熱容器に複数個の高温ナトリウム二次
電池を収納してモジュールを構成し、ヒータによる加熱
とファンなどによる冷却とによって、温度制御してい
る。この方法によれば、電池の温度制御が容易で精度が
高い反面、電池から活物質が漏洩した際に隣接電池に破
損が拡がりやすく、非常時の信頼性が低い欠点があっ
た。
【0004】一方、他の例では特開平3−283272 号公報
に見られるように、断熱容器に複数個の高温ナトリウム
二次電池を収納し、電池間に乾燥砂などの絶縁材を充填
してモジュールが構成されている。この方法によれば、
電池から活物質が漏洩しても充填した絶縁材で遮られる
ため、隣接した電池に破損が拡がりにくく、非常時の信
頼性が高い反面、充填した絶縁材のために電池の放熱が
悪く、温度制御が困難で、運転時の信頼性が低い欠点が
あった。この問題は電池を高出力で運転したり、運転モ
ードを動的に変化させたりする電気自動車や電力系統の
ピークシフト装置の場合には大きな問題で、電池温度が
適正範囲からはずれて寿命低下をもたらしたり、電池間
の温度分布が大きくなってモジュール内の電池特性にア
ンバランスを生じ、接続したまわりの電池から循環電流
が流れ込んで、電池寿命が短くなるなどの信頼性上の問
題を生じた。
【0005】さらに、特開平3−283270 号公報には外部
に乾燥砂等の不活性剤の収納容器を設け、異常時にバル
ブを開けて、不活性剤を断熱容器内へ放出する方法が記
載されているが、この方法には、装置が複雑で大がかり
になること、不活性剤を放出するのは電池から活物質が
漏洩した後となるため、火災の発生防止には有効でも、
漏洩した活物質による隣接電池の破損防止にはあまり有
効でないという問題があった。
【0006】このように、従来の高温ナトリウム二次電
池モジュールでは電池運転時の信頼性と非常時の信頼性
とを同時に満足させるのは困難であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電池
の冷却が容易で、活物質漏洩時にも隣接電池への破損拡
大の起こりにくい、信頼性の高い高温ナトリウム二次電
池モジュールを提供することにある。本発明の他の目的
は、上記高温ナトリウム二次電池モジュールを用いた、
信頼性の高い電力貯蔵装置,電気自動車,電力系統のピ
ークシフト装置などの電池システムを提供することにあ
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、本発明の高温ナトリウム二次電池モジュールは、ナ
トリウム硫黄電池などの高温ナトリウム二次電池を複数
個断熱容器内へ収納し、前記高温ナトリウム二次電池の
周囲に筒状の隔壁を設け、前記隔壁の外側に粉末状また
は繊維状の絶縁材を充填すると共に、前記隔壁の内側に
冷却媒体を流して、前記高温ナトリウム二次電池を冷却
することを特徴としている。上記隔壁は絶縁物質で構成
されていることが望ましい。隔壁としては、ケイ酸カル
シウム,マイカなどの板や、シリカ繊維,アルミナ繊
維,チタン酸カリウム繊維等を固めた板、アルミナ,シ
リカなどのセラミックス板などを用いることができる。
また、場合によっては、隔壁として金属を用いることも
できる。
【0009】一方、絶縁材はアルミナ,シリカなどのセ
ラミックス粉末,砂,ガラス,ゼオライト,シラス,膨
張ひる石,膨張真珠石などの粒状,粉末状物や、ガラス
繊維,セラミックス繊維などの繊維状物を用いることが
できる。さらに、前記乾燥砂などの絶縁材の充填量は、
前記断熱容器中の前記高温ナトリウム二次電池に含まれ
る活物質用の消火剤としての危険物関連の法律,政令,
規則で定められた必要量以上であることが望ましい。具
体的には、危険物の規制に関する規則(総理府政令第5
5号)の第30条,同規則の別表第2(第31条関
係)、および、危険物の規制に関する政令(政令第30
6号)の別表第3(第1条の11関係)に定められてお
り、ナトリウム50kgまたは硫黄500kg当り乾燥砂5
0リットルあればよい。
【0010】さらに、本発明の電池システムは、前記高
温ナトリウム二次電池モジュールを用いた電力貯蔵装
置,電力系統のピークシフト装置,電気自動車であるこ
とを特徴としている。
【0011】本発明の高温ナトリウム二次電池モジュー
ルでは、筒状の隔壁によって個々の電池が分離されてお
り、隔壁の外側に粉末状または繊維状の絶縁材が充填さ
れているために、電池が破損して電池容器から活物質が
漏洩しても、漏洩した活物質が隔壁にさえぎられたり、
隔壁の外へ漏れ出しても、絶縁材の粒子や繊維間の空隙
に保持・固定されるため、隣接電池が破損する恐れはな
い。また、この目的のためには、絶縁材として繊維状物
やシリカ粒子,砂,シラスなどの熱伝導率の低い材料を
用いて、破損した電池が発生する熱が隣接電池に伝わり
にくくすることが特に望ましい。このように、万一電池
が故障して活物質が漏洩しても、隣接電池に破損が拡大
しないため、非常時の信頼性が向上する。なお、隔壁と
して絶縁物質を用いれば、隣接した電池間の絶縁を保つ
ことができて有利であるが、並列接続した電池間のよう
に絶縁を必要としない場合や、電池間の距離が十分であ
って充填する絶縁材で絶縁が取れる場合には、隔壁とし
て金属を用いることもできる。
【0012】また、隔壁の内側の電池本体と直接接した
空間には絶縁材は充填されず、空気などの冷却媒体を流
して電池が冷却されるため、電池を高出力で運転した
り、運転モードを動的に変化させたりする場合にも電池
温度を適正範囲に保ち、電池間の温度分布を小さくする
ことができる。この結果、モジュール内の電池特性のバ
ランスが保たれ、電池寿命が確保されるなど、運転時の
信頼性が向上する。特に、ナトリウム硫黄電池などの高
温ナトリウム二次電池では、熱膨張率の異なる金属とセ
ラミックスとの接合により電池をシールした構造が一般
的であるが、高出力運転を繰り返して電池温度が変化す
ると、接合部の熱歪によってシール不良がおこり、これ
が電池の寿命を短くする一因となる。本発明では、内部
発熱の大きい高出力運転時に隔壁の内側に空気を送って
電池を冷却するなどの方法により、放電時と充電時また
は高温保持時との温度差を小さくして、電池寿命を大幅
に向上できる。なお、隔壁が上下の開いた筒状であるた
め、煙突効果が働いて、自然対流による冷却,強制空冷
による冷却共に能率よく行うことができる。
【0013】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を用いることにより、電気自動
車や電力系統のピークシフト装置などのように、高出力
運転を繰り返す用途に適した、信頼性の高い電池システ
ムが実現される。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に従って説
明する。
【0015】図1は本発明の高温ナトリウム二次電池モ
ジュールの構造の一例である。図で、1は高温ナトリウ
ム二次電池が収納される断熱容器で、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。ま
た、図示されていないが、内部に加熱用のヒータが取り
付けられる。2はナトリウム硫黄電池のような高温ナト
リウム二次電池であり、アルミナ製などのような筒状の
隔壁3内に収納されている。4は隔壁の外側へ充填した
乾燥砂などの絶縁材である。一方、5は断熱容器内へ冷
却空気を送り込むためのファンであり、冷却空気は絶縁
板6に設けた孔を通して隔壁3内へ送り込まれ、高温ナ
トリウム二次電池2が冷却される。また、7は送り込ま
れた冷却空気を外部へ逃がすための煙突である。なお、
場合によっては、ファン5を設けず、自然対流によって
高温ナトリウム二次電池を冷却することも可能である。
さらに、8,9はアルミニウムなどのブスバーであり、
それぞれ高温ナトリウム二次電池の正極端子,負極端子
と接続され、断熱容器外へ引き出されている。
【0016】図2は本発明の高温ナトリウム二次電池の
構造例を示している。11はナトリウムイオン導電性の
固体電解質管であり、普通β″アルミナ焼結体が用いら
れる。12は負極活物質のナトリウム、13は正極活物
質であり、ナトリウム硫黄電池の場合には、硫黄や多硫
化ナトリウムがカーボンマットに含浸して用いられ、電
池は約300〜約400℃の温度で普通運転される。な
お、正極活物質は、ナトリウムー硫黄電池では硫黄や多
硫化ナトリウムが用いられるが、その他の高温ナトリウ
ム電池では、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。また、14は底孔のあいたナ
トリウム容器、15は負極容器、16は正極容器であ
り、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る。17はα−アルミナな
どから成る絶縁リングであり、固体電解質管11とガラ
ス接合され、負極容器15,正極容器16とはアルミニ
ウム合金を用いて熱圧接されている。なお、ナトリウム
容器14およびナトリウム容器と固体電解質管11との
ギャップにはアルゴン,窒素などの不活性ガスが封入さ
れてある。
【0017】具体例として、1本当たりの容量約360
Wh,定格出力約45W,高さ約36cmのナトリウム硫
黄電池を用い、約280本を外形が縦約170cm,横約
110cm,高さ約60cmの真空断熱容器に入れて、電池
の周囲をケイ酸カルシウム製の隔壁で分離し、隔壁の外
側に乾燥砂を充填して、図1に示したと同様の12.5
kW 電池モジュールを得る。この電池モジュールで、
強制的に電池を大破させても、漏洩した活物質が乾燥砂
中の空隙に保持・固定されるため、隣接する電池が破損
する恐れはない。また、電池を収納した隔壁内には冷却
ファンで風を送り、断熱容器に設置した電気ヒータ(図
示されていない)による加熱と組み合わせてモジュール
内の温度を高精度に制御できる。この結果、電池を定格
出力の2倍の90Wで運転しても電池温度は330±1
0℃に制御され、電池の劣化や、絶縁リングと負極容
器,正極容器との熱圧接部リークなどのない、電池運転
時、非常時共に信頼性の高い電池モジュールが得られ
る。
【0018】さらに、上に述べた様な信頼性の高い高温
ナトリウム二次電池モジュールを用いて、高出力運転し
ても信頼性の高い、電力貯蔵装置,電力系統のピークシ
フト装置,電気自動車などの電池システムが実現でき
る。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、隔壁によって隣接する
電池間が分離され、隔壁の外側に絶縁材が充填されてい
るために、電池が破損して活物質が漏洩しても隣接電池
に破損が連鎖する恐れはない。また、電池を収納した隔
壁内には絶縁材は充填されないため、対流や強制空冷な
どによって電池が有効に冷却され、高出力運転時にも電
池温度がほぼ一定に保たれる。これらの結果、高温ナト
リウム二次電池モジュールの信頼性が非常時,電池運転
時共に向上する。
【0020】さらに、本発明の高温ナトリウム二次電池
モジュールを用いることにより、信頼性の高い電力貯蔵
装置,電力系統のピークシフト装置,電気自動車などの
電池システムが実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高温ナトリウム二次電池モジュールの
断面図。
【図2】高温ナトリウム二次電池の構造の例を示す断面
図。
【符号の説明】
1…断熱容器、2…高温ナトリウム二次電池、3…隔
壁、4…絶縁材、5…ファン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 波東 久光 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 (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】高温ナトリウム二次電池を複数個断熱容器
    内へ収納した高温ナトリウム二次電池モジュールにおい
    て、前記高温ナトリウム二次電池の周囲に筒状の隔壁を
    設け、前記隔壁の外側に粉末状または繊維状の絶縁材を
    充填し、前記隔壁の内側に冷却媒体を流して、前記高温
    ナトリウム二次電池を冷却することを特徴とする高温ナ
    トリウム二次電池モジュール。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記隔壁が絶縁物質で
    構成されている高温ナトリウム二次電池モジュール。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記隔壁が金属で構成
    されている高温ナトリウム二次電池モジュール。
  4. 【請求項4】請求項1において、前記絶縁材がセラミッ
    クス粉末,砂,ガラス,ゼオライト,シラス,膨張ひる
    石,膨張真珠石などの粒状,粉末状物や、ガラス繊維,
    セラミックス繊維などの繊維状物、あるいは、これらの
    混合物である高温ナトリウム二次電池モジュール。
  5. 【請求項5】請求項1,2,3または4に記載した前記
    高温ナトリウム二次電池モジュールを用いた電池システ
    ム。
JP19178596A 1996-07-22 1996-07-22 高温ナトリウム二次電池モジュールおよびそれを用いた電池システム Pending JPH1040952A (ja)

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Cited By (5)

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