JPH11329485A - 電力貯蔵用電池モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 メンテナンス性に優れた電力貯蔵用電池モジ
ュールを得ること。 【解決手段】 複数の電力貯蔵用電池が配列された電池
群を板部１の上に配置し、その板部１に設けられた溝１
０に略水平に可変コンダクタンスヒートパイプを装着
し、その可変コンダクタンスヒートパイプは溝１０に、
板部１の側面側から挿入および引き抜き可能な構造にな
っている電力貯蔵用電池モジュール４。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電力貯蔵用の電池モ
ジュールに関し、その冷却（放熱）構造が備わったもの
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電力の供給側と需要側で電力供給
の平準化の要求が強くなってきている。従来から揚水発
電式等の電力貯蔵が取り組まれていたが、近年では変電
所レベルでの電力貯蔵方式が注目されている。変電所レ
ベルで電力を貯蔵することで、必要に応じた電力供給を
効率良く行い得るからである。

【０００３】そのような電力貯蔵に用いるための、ＮＡ
Ｓ（ナトリウム−イオウ）電池をはじめとした電力貯蔵
電池が期待されている。ＮＡＳ電池は３００℃付近の温
度で充放電を行う高温電池であるが、ある程度の温度
（例えば３５０℃）を超えるとその性能の低下や寿命の
低下が起きるものである。このＮＡＳ電池の形状は例え
ば円筒状のものが知られるが、その円筒状の単電池を単
独で用いる場合の他、その単電池を多数並べて一つのモ
ジュールとして構成する場合も多い。

【０００４】このＮＡＳ電池は上述したように、ある程
度の温度を超えるとその性能の低下や寿命の低下が起き
てしまうので、その使用に際してはＮＡＳ電池をある一
定の温度範囲に保つ工夫が必要になる。そこで例えば３
００℃以上の高温に保つ一方、３５０℃を越えるような
過度の温度上昇が起きないように温度制御する必要が生
ずる。その制御の方法として、断熱性に優れた真空容器
やヒーター等を組み合わせ、その真空容器内の真空度を
調整した状態で放熱若しくは温度維持を行う方式が一般
的に採用されている。この方式では、放熱時に許容最高
温度以下になり、しかも断熱時には許容最低温度以上に
なるよう予め真空度を決定した容器を用意し、これを所
定の充放電サイクルに適用することになる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】電力貯蔵用電池とし
て、ＮＡＳ電池を例に説明する。上述したように、ＮＡ
Ｓ電池は通常、円筒状の単電池を複数配列して、これを
一つの電池群として用いることが多い。このような単電
池を複数集合してなる電池群の場合、放熱は通常、電池
群の周辺からなされるため、特に中央付近に配置された
単電池の放熱が不充分になりやすい。

【０００６】このため上述した真空容器内に電池群を収
容する方式では、特に中央付近に配置された単電池の温
度が高温になりやすいという問題があった。またこの方
式では、ＮＡＳ電池の冷却のために外部からの動力を必
要とするので、その運転コストの大きさも問題であっ
た。

【０００７】そこで本発明者らは、外部動力を要せず適
度にＮＡＳ電池を一定温度範囲に維持できる温度制御方
式を提案した（特願平８−１４３９４７号）。この方式
は、ある設定温度を越えると作動を開始するよう設定し
た可変コンダクタンスヒートパイプ（ＶＣＨＰ）を用い
て温度を制御するものである。その可変コンダクタンス
ヒートパイプを電池群の下部や上部等に配置すれば、そ
の電池群の中央部分にある単電池の熱も効率的に逃がす
ことができる。

【０００８】尚、通常、ヒートパイプはその内部の空洞
部に封入された作動流体（作動液）の相変化とその移動
により熱が移動する熱移動装置を指す。可変コンダクタ
ンスヒートパイプは、ある温度において作動が実質開始
するもので、そのようなヒートパイプとして、不凝縮性
ガスを混入させたヒートパイプ等が知られている。

【０００９】不凝縮性ガスを混入した可変コンダクタン
スヒートパイプについて簡単に説明する。このようなヒ
ートパイプでは、その内部の作動流体の蒸発が開始され
ると、その蒸発流に押されるような状態で、内部に封入
された不凝縮性ガスが凝縮部側に押される。その不凝縮
性ガスと作動液の蒸発流の界面が、凝縮部にまで到達し
ていないと、蒸気の凝縮は実質開始されない。しかし更
に温度を高くすると、不凝縮性ガスと蒸発流の界面が凝
縮部側に到達しその凝縮が始まる。こうして、ある温度
から実質作動する可変コンダクタンスヒートパイプにな
るのである。

【００１０】可変コンダクタンスヒートパイプを、電池
群の下部や上部に配置するには、電池群の下部や上部に
伝熱性の板材を配置し、その板材に可変コンダクタンス
ヒートパイプを固定する方法が有効である。

【００１１】しかし、メンテナンスその他の事情により
既設の可変コンダクタンスヒートパイプを増設したり交
換する場合もあり、その度に、可変コンダクタンスヒー
トパイプが固定された板材自体を交換していては、作業
手間その他の点で不経済である。そこで本発明者らは、
可変コンダクタンスヒートパイプを容易に交換できる電
力貯蔵用電池モジュールを得るべく鋭意研究開発を行っ
た。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の電力貯蔵用電池
モジュールは、複数の電力貯蔵用電池が配列された電池
群と、前記電池群の上部または下部に配置された板材
と、前記板材に設けられた溝または孔に略水平に装着さ
れた可変コンダクタンスヒートパイプとを備え、前記可
変コンダクタンスヒートパイプは前記溝または前記孔に
前記板材の側面側から挿入および引き抜き可能な構造に
なっている、というものである。

【００１３】その可変コンダクタンスヒートパイプと溝
または孔との間隙には伝熱性グリスまたは剥離剤を介在
させても良い。剥離剤としてはボロンナイトライド剥離
剤が好適である。また前記板材はアルミニウム材で構成
すると伝熱性能や重量の点で望ましい。

【００１４】また上述した電力貯蔵用電池モジュールで
あって、可変コンダクタンスヒートパイプの板材に装着
されない部分に固定板が固定されており、固定板に設け
られた雌ねじに外側から雄ねじをねじ込みその先端部を
板材の側面に当てることで、当該可変コンダクタンスヒ
ートパイプに引き抜き力を加えることができる構造にな
っている、電力貯蔵用電池モジュールを提案する。この
構造において、板材の側面の雌ねじの先端部が当たる部
分に補強材を設けると良い。

【００１５】上記電力貯蔵用電池モジュールとして、特
に電池がＮＡＳ電池である場合に本発明の構造が好適に
適用できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の電力貯蔵用電池モ
ジュールの例の斜視図を示し、図１（ア）にはその一部
断面を示す。この電力貯蔵用電池モジュール４を構成す
る容器２は、上容器２０と下容器２１とで構成され、そ
のサイズは例えば縦横１５００ｍｍで高さ５００ｍｍ程
度が想定される。尚、ここで上容器とか下容器とかの呼
称における上または下の呼称の区別は図面を説明する便
宜上のものに過ぎない。上容器２０と下容器２１は例え
ば肉厚数十ｍｍ〜１００ｍｍ程度で、容器４内部の温度
制御を一層容易ならしめるために、図示しないが上容器
２０や下容器２１を真空断熱部を有する断熱材により形
成したりすることもある。

【００１７】容器２の内部の空間３の底の部分にはその
空間３の広さにほぼ相当する板材１が設置されている。
その板材１の上面側（空間３に面する側）には略Ｕ字形
状の溝１０が３個形成されている。また下容器２１の手
前側の側壁には、溝１０の位置に相当する箇所に孔１１
が設けられている。

【００１８】空間３内の板材１の上にはＮＡＳ電池の単
電池２２が複数配置される。ここではその複数の単電池
２２の集合を電池群２３と呼ぶことにする。電池群２３
を構成する単電池２２の一部（手前側）の図示は一部省
略してある。さて、溝１０には、各々の単電池２２が望
ましい温度（例えば３００℃）に維持されるように、例
えば３００℃程度に作動温度に設定した可変コンダクタ
ンスヒートパイプ（図示せず）を装着する。このように
可変コンダクタンスヒートパイプを、電池群２３の下部
または上部に配置することで、電池群２３の中央部に配
置された単電池２２からも効率的に熱を逃がすことがで
きる。また外部動力を要せず適度に温度を制御すること
ができる。

【００１９】板材１は、例えば空間３が縦横１３００ｍ
ｍ、高さ３００ｍｍ程度の空間であれば、１３００ｍｍ
×１３００ｍｍで厚さ３０ｍｍ程度のアルミニウム製の
板材が想定される。溝１０に装着する可変コンダクタン
スヒートパイプのサイズが例えば径２２．２ｍｍの丸形
であれば、略Ｕ字形状の溝１０もそれにあわせて、例え
ば深さ２２、４ｍｍでＵ字の底が半径１１．２ｍｍの円
形であるものにすれば良い。

【００２０】本発明においては、可変コンダクタンスヒ
ートパイプを、電池群２３を板材１の上に配置した後に
装着することができる。つまりその可変コンダクタンス
ヒートパイプを、下容器２１の側面に設けられた孔１１
を経由して溝１０に挿入するすれば、上容器２０を下容
器２１に取り付け、電力貯蔵用電池モジュール４をほぼ
組み上げた後においてもその装着が可能になる。また一
旦装着した可変コンダクタンスヒートパイプを取り外す
場合も、組み立てた電力貯蔵用電池モジュール４を解体
しないで行うことができるので、可変コンダクタンスヒ
ートパイプの交換作業も簡便である。

【００２１】尚、板材１に備わる溝１０（図１の場合、
溝１０の数は３個）の全てに可変コンダクタンスヒート
パイプを装着しなければならない訳ではない。単電池２
２の数や配置密度、その他の条件を考慮して装着する可
変コンダクタンスヒートパイプの数や装着する溝１０の
位置は適宜選定すれば良いことである。また装着する可
変コンダクタンスヒートパイプの増減も任意に行うこと
ができる。

【００２２】このように電力貯蔵用電池モジュール４を
組み上げた後であっても、適宜、可変コンダクタンスヒ
ートパイプの増減や交換を容易になしえるので、この電
力貯蔵用電池モジュール４はメンテナンス性に優れたも
のと言える。

【００２３】溝１０とそれに装着される図示しない可変
コンダクタンスヒートパイプとの間に、伝熱性グリスや
離型剤を介在させても良い。伝熱性グリスを介在させる
と、溝１０と可変コンダクタンスヒートパイプとの間の
接触抵抗が低減したり、接触抵抗のバラツキが低減する
効果が期待できる。また伝熱性グリスや離型剤を介在さ
せると、可変コンダクタンスヒートパイプを溝に挿入し
たり引き抜いたりする際の抵抗が低減し作業性が高まる
効果もある。

【００２４】ところで図１の例では、板材１に溝１０を
設けたが、この溝１０はそれに替えて孔を設けても構わ
ない。ただし孔を設けるより加工精度や加工コストの観
点で溝を形成する方が実用的である。尚、丸形状の可変
コンダクタンスヒートパイプを装着する場合は、その可
変コンダクタンスヒートパイプと溝１０の内壁との接触
面積をなるべく増やす意味で、その形状に合わせてＵ字
形状の溝を形成することが望ましい。

【００２５】また、板材１に設ける溝１０は、図示する
ように、板材１の上面側に設けることが望ましい。これ
は、溝１０の内壁と、装着した可変コンダクタンスヒー
トパイプとの接触部分の大部分が、その各々の可変コン
ダクタンスヒートパイプにおいて下方に位置するように
なるからである。これはヒートパイプがボトムヒートモ
ードになる意味で効果がある。ボトムヒートモードはト
ップヒートモードの場合より作動流体の還流が確実でド
ライアウトも起きにくい等の利点がある。

【００２６】ところで本発明の場合、既に装着した可変
コンダクタンスヒートパイプの交換作業が容易であると
上述したが、溝１０に可変コンダクタンスヒートパイプ
を装着した後、ある程度の時間が経過すると、高温変形
や酸化によって、或いは伝熱性グリスや離型剤を介在さ
せた場合はその粘着力によって、その可変コンダクタン
スヒートパイプと溝１０とが強く固着してしまうことが
ある。このような場合、その可変コンダクタンスヒート
パイプを回転運動させて、溝１０との固定力を解放して
から、可変コンダクタンスヒートパイプを引き抜くと良
い。

【００２７】しかしその固着力が非常に大きい場合は、
例え可変コンダクタンスヒートパイプを回転運動させて
も、それが容易に引き抜けない場合もある。そこで本発
明者らは図２に一部断面図を示すような構造の電力貯蔵
用電池モジュール７を提案する。図２（ア）はその一部
断面を示した斜視図で、図２（イ）はその要部の説明図
である。この電力貯蔵用電池モジュール７を構成する容
器６の外形形状等は図１に示した例と同様であるが、こ
の例では、板材５は電池群６３の上部に配置されてい
る。図中の符号６０、６１はそれぞれ上容器、下容器
で、符号６２はＮＡＳ電池の単電池である。板材５は厚
さ２５ｍｍのアルミニウム製で、その上面側には略Ｕ字
形状の溝５０（深さ１６ｍｍで、Ｕ字の底は半径８ｍｍ
の円形）が３個形成されている。

【００２８】３個ある溝５０の全てまたはその一部に
は、図２（イ）に示すように、可変コンダクタンスヒー
トパイプ５１が挿入されて装着されている。可変コンダ
クタンスヒートパイプ５１を溝５０に挿入する作業は、
図１に示した例と同様、電力貯蔵用電池モジュール７を
ほぼ組み上げた後で行うことも可能である。

【００２９】可変コンダクタンスヒートパイプ５１に
は、板材５に挿入されない部分に固定板５３が固定され
ている。そして固定板５３に設けられた雌ねじ５４に外
側から雄ねじ５２をねじ込み、その雄ねじ５２の先端部
が板材５の側面に当たるように構成してある。

【００３０】雄ねじ５２を更にねじ込むことでその先端
部で板材５の側面を押せば、可変コンダクタンスヒート
パイプ５１には板材５の溝５０から引き出される方向の
力が働く。この力によって一旦、可変コンダクタンスヒ
ートパイプ５１が板材５からずれれば、可変コンダクタ
ンスヒートパイプ５１と溝５０の内壁との固着力は弱ま
るので、可変コンダクタンスヒートパイプ５１の引き抜
き作業はより容易になる。従って、可変コンダクタンス
ヒートパイプ５１の交換作業に際しては、上述のように
固定板５３と雌ねじ５４とを用いて可変コンダクタンス
ヒートパイプ５１を溝５０から少しずらし、溝５０との
固着力を解放してから引き抜けば良い。こうすること
で、可変コンダクタンスヒートパイプ５１の交換作業
や、その数を変更する作業がより容易になり、メンテナ
ンス性は一層優れたものとなる。

【００３１】板材５は、伝熱性に優れるアルミニウム材
等を用いることが望ましいが、アルミニウム製の板材５
の場合は材質的に柔らかいので、必須ではないが雄ねじ
５２の先端部が当たる部分にステンレスシート等の補強
材５５を貼りつけておくと良い。

【００３２】尚、図２の例では、上容器６０と板材５０
とを別部品で構成したが、板材５０を蓋の機能を兼ねさ
せて、上容器６０を省くことも可能である。こうすれば
部品数の削減となりコストが低減される。

【００３３】以上説明した本発明の実施形態の他、本発
明の趣旨を替えない程度で種々の改良を施しても構わな
い。例えば溝１０（図１）や溝５０（図２）の内壁と装
着された可変コンダクタンスヒートパイプとの隙間に伝
熱部材を充填して熱抵抗を低減させたり、溝１０、５０
の一部に可変コンダクタンスヒートパイプでない通常の
ヒートパイプを装着して板材１、５の均熱性を高めたり
することもできる。

【００３４】

【発明の効果】本発明の電力貯蔵用電池モジュールは、
電池群の上部または下部に板材を配置し、その板材に設
けた溝または孔に略水平に可変コンダクタンスヒートパ
イプを装着した構造であるので、電池群の中央部からも
効率的に熱を逃がすことができ、また外部動力を要せず
適度に温度を制御することができるものである。また可
変コンダクタンスヒートパイプの取り外しや装着が容易
であり、メンテナンス等の際、可変コンダクタンスヒー
トパイプの交換、増設作業に手間が軽減できるものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ア）は本発明の電力貯蔵用電池モジュールを
説明する一部断面斜視図、（イ）は外観を示す斜視図で
ある。

【図２】（ア）は本発明の電力貯蔵用電池モジュールを
説明する一部断面斜視図、（イ）はその要部である。

【符号の説明】

１ 板材 １０ 溝 １１ 孔 ２ 容器 ２０ 上容器 ２１ 下容器 ２２ 単電池 ２３ 電池群 ３ 空間 ４ 電力貯蔵用電池モジュール ５ 板材 ５０ 溝 ５１ 可変コンダクタンスヒートパイプ ５２ 雄ねじ ５３ 固定材 ５４ 雌ねじ ５５ 補強材 ６ 容器 ６０ 上容器 ６１ 下容器 ６２ 単電池 ６３ 電池群 ７ 電力貯蔵用電池モジュール

フロントページの続き (72)発明者 渡辺 健次 神奈川県横浜市鶴見区江ヶ崎町４番１号 東京電力株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の電力貯蔵用電池が配列された電池
   群と、前記電池群の上部または下部に配置された板材
   と、前記板材に設けられた溝または孔に略水平に装着さ
   れた可変コンダクタンスヒートパイプとを備え、 前記可変コンダクタンスヒートパイプは前記溝または前
   記孔に、前記板材の側面側から挿入および引き抜き可能
   な構造になっている、電力貯蔵用電池モジュール。
2. 【請求項２】 前記可変コンダクタンスヒートパイプと
   前記溝または孔との間隙には伝熱性グリスまたは剥離剤
   が介在している、請求項１記載の電力貯蔵用電池モジュ
   ール。
3. 【請求項３】 前記板材がアルミニウム材で構成されて
   いる、請求項１または２に記載の電力貯蔵用電池モジュ
   ール。
4. 【請求項４】 前記可変コンダクタンスヒートパイプの
   前記板材に装着されない部分に固定板が固定されてお
   り、前記固定板に設けられた雌ねじに外側から雄ねじを
   ねじ込み、その雄ねじの先端部を前記板材の側面に当て
   ることで、当該可変コンダクタンスヒートパイプに引き
   抜き力を加えることができる構造になっている、請求項
   １〜３のいずれかに記載の電力貯蔵用電池モジュール。
5. 【請求項５】 前記板材の側面の、前記雄ねじの先端部
   が当たる部分に補強材を設けた、請求項４記載の電力貯
   蔵用電池モジュール。
6. 【請求項６】 前記電力貯蔵用電池がＮＡＳ電池（ナト
   リウム−イオウ電池）である、請求項１〜５のいずれか
   に記載の電力貯蔵用電池モジュール。