JPH1140191A - 電力貯蔵用電池モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 効率的な放熱が可能となる電力貯蔵用電池モ
ジュールを提供する。 【解決手段】 特に中央部分に配置された単電池にヒー
トパイプ構造を備える均熱プレート１を熱的に接続す
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。従来から供給側
による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き
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うためである。

【０００３】そのような電力貯蔵の方法として、ＮＡＳ
（ナトリウム−イオウ）電池を始めとした電力貯蔵電池
の実用化が期待されている。このような電力貯蔵用電池
は使用に際して充電と放電が繰り返されるが、この放電
時に電池から熱が多量に発生する。

【０００４】例えばＮＡＳ電池の場合は３００℃近傍で
充放電がなされる高温電池であるため、その使用に際し
ては約３００℃の温度状態に維持することが必要とな
る。ところがその放電時に発生する熱のため、適度な放
熱を行わないとその温度が過度に上昇してしまう。ＮＡ
Ｓ電池は、その上限界温度、例えば３５０℃を超えると
その性能や寿命が急速に低下することが知られており、
従ってこのＮＡＳ電池の安定した使用には、過度に温度
が上昇しないよう制御することが必要となる。

【０００５】そこで現状では、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、予め真空度を決定する。そしてそのような真空
度になる容器を、所定の充放電サイクルに適用してい
る。

【０００６】

【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。このＮＡＳ電池は通
常、円筒状の単電池を構成しており、電力貯蔵用として
は、これら単電池を複数配列して、これを一つの電池群
として用いられることが多い。

【０００７】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、周辺部分からなされるため、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。このため例えば、上述した真空容器内に電池群を収
容する方式でも、中央付近の単電池の放熱が不十分にな
ることがあった。その対策として、単電池が配列された
電池モジュールの下部に伝熱性に優れるアルミニウム板
（Ａｌ板）等を配置することもある。下部にアルミニウ
ム板等を配置することで、特に中央部分に配置された単
電池と周辺部分の単電池の温度差を抑制するのである。

【０００８】しかし、電力貯蔵の容量を大きくするため
に、電力貯蔵用電池モジュールを大型化していくと、当
然ながらその電池モジュールの中央部分と周辺部分に配
置された単電池の温度差が大きくなりやすくなる。周辺
部分に位置する単電池は外周部からの放熱が期待できる
が、中央部分に配置された単電池の放熱は不十分になり
やすく、過度に温度が上昇しやすい。ＮＡＳ電池は、上
述したように３００℃近傍で充放電がなされる高温作動
の電池であるが、上限界温度、例えば３５０℃を超える
と電池としての寿命が著しく低下したり、性能の劣化が
激しくなる。周辺部分に配置された単電池の性能が劣化
しなくても、中央部分に配置された単電池が性能劣化す
ると、電池群全体の性能低下が起こり、電力貯蔵用電池
としての機能が損なわれる。

【０００９】上述の問題の対策として、複数の単電池の
配置間隔を広げたり、下部に配置するアルミニウム板を
厚くする方法が考えられるが、電力貯蔵の容量に比して
電池モジュールのサイズや重量が大きくなり過ぎるため
問題である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような事情から、電
池モジュールが大型化しても放熱が効率的に行える、電
力貯蔵用電池モジュールが望まれていた。このような要
求を達成するために、本発明者らは、配列された複数の
電力貯蔵用電池と、ヒートパイプ構造を有する均熱プレ
ートとを有し、当該電力貯蔵用電池の少なくとも一部に
前記均熱プレートが接続されている、電力貯蔵用電池モ
ジュールを提案する。

【００１１】また、前記均熱プレートは、金属板にヒー
トパイプが埋め込まれた構造である場合を含む。特に少
なくとも中央付近に配列された当該電力貯蔵用電池に
は、前記ヒートパイプ構造の吸熱部が接続されていると
良い。また複数の電力貯蔵用電池が配列された集合電池
の中央部分から周辺部分に前記ヒートパイプ構造が伸び
ていると望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係わる電力貯蔵用電池モ
ジュールは、発電所などの固定設備は勿論、自動車等の
移動体においても適用できるものである。ここでは電力
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、このＮＡＳ電池の形態は通常、円筒状の単電
池を構成しており、これら単電池を多数配列した形態で
用いられることが多い。

【００１３】その電力貯蔵用電池モジュールが大型化さ
れると、その充放電に伴う発熱に際し、複数配列された
単電池間の温度差が大きくなってしまうことがある。そ
こで本発明の電力貯蔵用電池モジュールの場合、配列さ
れた複数の電力貯蔵用電池の少なくとも一部に前記均熱
プレートを設置する。均熱プレートを設置することで、
ヒートパイプ構造により速やかに熱が移動され、単電池
間の均熱化が促進されるのである。

【００１４】複数配列された単電池の内、周辺部分に配
置された単電池はともかく、特に中央部分に配置された
単電池の放熱は不十分になりやすい。そこで特に、少な
くとも中央部分に配列された当該電力貯蔵用電池に前記
ヒートパイプ構造の吸熱部が接続されるように構成する
と良い。中央付近に配置された単電池に上記均熱プレー
トを熱的に接続しておくことで、高温になりやすい中央
付近の単電池の熱が速やかに周辺側に運ばれる。従っ
て、中央付近に配置された単電池も周辺付近に配置され
た電池との均熱化が促進される。

【００１５】またヒートパイプ構造を、配列された集合
電池の中央部分から周辺部分に伸びるように構成する
と、中央部分に配置された単電池の熱が周辺部分に一層
運ばれａすくなる。

【００１６】本発明の電力貯蔵用電池モジュールに係わ
る均熱プレートは、その内部がヒートパイプ構造になっ
たものであるが、別途ヒートパイプを用意し、これを金
属等の伝熱板に埋め込んだ形態であっても良い。例え
ば、丸形状のヒートパイプと、これが挿入できる孔若し
くは溝が設けられたＡｌ板を用意し、前記ヒートパイプ
をその孔若しくは溝に埋め込む等により形成した形態で
も良い。

【００１７】ところで均熱プレートを構成するヒートパ
イプ構造とは、従来公知のヒートパイプとしての機能が
発現するものであればよく、特に限定はない。通常、ヒ
ートパイプとは、その内部に空洞部を有し、そこに収容
されている作動流体の蒸発、凝縮の相変態と移動により
熱移動がなされるものである。封入される作動流体の量
は、空洞（空間）に対し少量である場合が多い。また空
洞部内は作動流体の蒸発が起きやすいように、真空脱気
されたものになっている。この空洞内の作動流体は、高
温側で均熱プレートに伝わった熱を受けて蒸発し、その
蒸気は低温側に移動する。低温側では蒸気が凝縮し、再
び液相になった作動流体は高温側に移動する。このよう
な作動を繰り返すことで、ヒートパイプ構造による熱移
動がなされる。

【００１８】本発明の電力貯蔵用電池に係わる均熱プレ
ートは、熱伝導性に優れるＡｌ材等で構成することが望
ましい。Ａｌ材は軽量であるから、均熱プレートの重
量、ひいては本発明の電力貯蔵用電池モジュールの重量
低減の面でも好ましい。また、作動流体としては、ナフ
タレン、ビフェニールとビフェニールエーテルの混合物
が特に好ましい。

【００１９】

【実施例】

実施例１ 図１に本発明の電力貯蔵用電池モジュールの実施例を示
す。均熱プレート１の上には図示しない電力貯蔵用電池
が配置される。この電力貯蔵用電池を囲うように断熱容
器２が配置される。断熱容器２は肉厚１００ｍｍ程度の
容器である。均熱プレート１のサイズは１３００×１３
００ｍｍの広さで、高さ（厚さ）は２０ｍｍである。こ
の均熱プレート１の上に配置される電力貯蔵用電池（単
電池）の集合体は、広さ１５００×１５００ｍｍ、高さ
５００ｍｍのサイズである。

【００２０】この均熱プレート１は、上板１０、側壁１
１および下板１２とで形成される空洞内に作動流体１４
が真空封入された形態になっている。ブロック１３は耐
圧性を高める意図で設けたものである。上板１０と下板
１２は厚さ６ｍｍのアルミニウム板、側壁１１は８×８
ｍｍのアルミニウム棒、ブロック１３は８×８×８ｍｍ
のアルミニウムブロックを用いた。作動流体はナフタレ
ンである。

【００２１】上述のような構成の電力貯蔵用電池モジュ
ール２０を運転し、温度ばらつきを調べた。即ち、図示
しない電力貯蔵用電池（単電池）の充放電を所定回数繰
り返した後の、中央部分に配置された電力貯蔵用電池
と、周辺部分に配置されたそれとの温度差を調べた。そ
の結果、その温度差は約３℃であった。

【００２２】比較例１ 上述した実施例１での均熱プレート１に替わり、厚さ５
ｍｍのアルミニウム板を適用した以外は実施例１と同様
のもの（比較例１）を用意した。そして実施例１と同様
の条件で試験してみた。その結果、電力貯蔵用電池の中
央部分配置のものと周辺部分のものとの温度差は約２５
℃になった。

【００２３】実施例２ 実施例１における均熱プレート１に替わり、図２（ａ）
に示す均熱プレート３を用意した。均熱プレート３のサ
イズは１３００×１３００ｍｍの広さで、高さ（厚さ）
は２０ｍｍである。図２には示さないが、この均熱プレ
ート３の上に配置する電力貯蔵用電池の集合体や、その
他、断熱容器は実施例１の場合と同様である。

【００２４】この均熱プレート３は、上板３０、ベース
体３１とを接合して形成した空洞内に図示しない作動流
体（実施例１と同じ）が真空封入された形態になってい
る。ベース体３１に設けられているブロック３２と、上
板３０、ベース板３１とで形成される溝３４が作動流体
の収容される空間に相当する。これらブロック３２、上
板３０、ベース板３１はろう付けにより接合されてい
る。

【００２５】この溝３４は巾３０ｍｍ、深さ１２ｍｍ
で、図示するように中央部分から放射状に構成される部
分と、周囲を環状に構成している部分とを有している。
図２（ｂ）はこの溝の部分を拡大した断面図である。作
動流体３３の液相分が概ね溝３４の下部を流れ、図示し
ない作動流体の蒸気は概ねその上部を移動する。

【００２６】上述のような構成の均熱プレート３を用い
た電力貯蔵用電池モジュールの運転試験を行った。即
ち、図示しない電力貯蔵用電池の充放電を所定回数繰り
返した後の、中央部分に配置された電力貯蔵用電池と周
辺部分に配置されたそれとの温度差を調べた。その運転
試験の条件は実施例１の場合と同様である。その結果、
その平均温度差は約６℃であった。

【００２７】実施例２は実施例１に比べ、作動流体の流
路空間の体積が小さくなっている。従って全体の熱輸送
能力は低下する。しかし均熱プレート３の中央部分から
周辺部分に細長い空間形態で流路空間が形成されている
ので、中央部分の熱がより効率的に周辺部分に移動させ
られる。また、図１の均熱プレート１に比べ、流路空間
の形状が縦横比の大きな形状であるため、耐圧性を維持
するための必要肉厚を小さくすることができる。従って
耐圧設計の自由度が高いものとなる。

【００２８】実施例３ 実施例１における均熱プレート１に替わり、図３（ａ）
に示す均熱プレート４を用意した。均熱プレート４のサ
イズは１３００×１３００ｍｍの広さで、高さ（厚さ）
は２５ｍｍである。図３（ａ）には示さないが、この均
熱プレート４の上に配置する電力貯蔵用電池の集合体
や、その他、断熱容器は実施例１の場合と同様である。

【００２９】この均熱プレート４は、アルミニウム製の
ベース体４０に設けた孔４３にヒートパイプ４１を装着
してなる形態である。この実施例３ではヒートパイプ４
１をベース体４０に５本挿入する。

【００３０】ヒートパイプ４１はステンレス製で、外径
は１７．３ｍｍ，肉厚は１．２ｍｍである。図３（ｂ）
にヒートパイプ４１の断面図を示す（作動流体は省
略）。このヒートパイプ４１は、内部にメッシュ４２を
設けたものである。このメッシュ４２は作動流体を毛細
管力により移動せしめる機能を持つ。作動流体はビフェ
ニールとビフェニールエーテルの混合物を用いた。

【００３１】この実施例３では、ヒートパイプ４１に伝
熱グリスを塗っている。これはヒートパイプ４１と孔４
３の内壁との熱的接続性を高めるためである。

【００３２】上述のような構成の均熱プレート４を用い
た電力貯蔵用電池モジュールを運転試験してみた。即
ち、図示しない電力貯蔵用電池の充放電を所定回数繰り
返した後の、中央部分に配置された電力貯蔵用電池と周
辺部分に配置されたそれとの温度差を調べた。その運転
試験の条件は実施例１の場合と同様である。その結果、
その温度差は約６℃であった。

【００３３】実施例３での均熱プレート４は、別途用意
したヒートパイプ４１を用いて構成したものである。実
施例１、２の均熱プレートの場合、その組み立て工程に
おいてヒートパイプ構造を形成しなければならない。そ
のため気密性や耐圧性の考慮が必要になる。これに対し
実施例３の均熱プレート４の場合、ヒートパイプ４１を
別途用意するので、均熱プレート４の組み立て時に、耐
圧性等の考慮の必要が少なくて済むという利点がある。

【００３４】実施例４ 実施例２におけるベース体３１に替わり、図４（ａ）に
その平面図を示したベース体５０を用い、そのベース体
５０に設けられた溝５１に別途用意したヒートパイプを
装着し、更に図示しない上板をベース体５０に取り付け
て形成した均熱プレートを用意した。この均熱プレート
のサイズは実施例２の場合と同様である。

【００３５】図４（ｂ）はベース体５０に設けた溝５１
にヒートパイプ５２を装着する模様を示す説明図であ
る。溝５１の壁面には伝熱性グリスを塗布してある。ヒ
ートパイプ５２はステンレス製で、その内壁に毛細管作
用を奏するための溝が形成されている。ヒートパイプ５
２はサイズ３８ｍｍ×２２ｍｍの矩形タイプで、肉厚は
３ｍｍである。作動流体５３は実施例３と同様、ビフェ
ニールとビフェニールエーテルの混合物を用いた。

【００３６】上述のような構成の均熱プレートを用いた
電力貯蔵用電池モジュールの運転試験を行った。即ち、
図示しない電力貯蔵用電池の充放電を所定回数繰り返し
た後の、中央部分に配置された電力貯蔵用電池と周辺部
分に配置されたそれとの温度差を調べた。その運転試験
の条件は実施例１の場合と同様である。その結果、その
温度差は約８℃であった。

【００３７】実施例４における均熱プレートと実施例２
での均熱プレート３とを比較すると、実施例４では別途
用意したヒートパイプ５２を用いているため、その均熱
プレートの組み立て工程において、耐圧性等の考慮の必
要性が少なくて済むという利点がある。

【００３８】以上の実施例でも判るように、本発明の電
力貯蔵用電池モジュールは、その中央部と周辺部との温
度差が小さくなる。従って、電力貯蔵用電池を構成する
単電池の一部の過度が温度上昇が起きにくい。従って、
電池モジュールが一定の温度範囲に精度良く維持できる
のである。

【００３９】

【発明の効果】本発明の電力貯蔵用電池モジュールは、
その電力貯蔵用電池モジュールの中央部分と周辺部分と
の温度差小さくなる。従って、全体的に効率的な放熱が
可能となる電力貯蔵用電池モジュールである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電力貯蔵用電池モジュールの実施例を
示す説明図である。

【図２】本発明の他の実施例の電力貯蔵用電池モジュー
ルを構成する均熱プレートを示す説明図である。

【図３】本発明の他の実施例の電力貯蔵用電池モジュー
ルを構成する均熱プレートを示す説明図である。

【図４】本発明の他の実施例の電力貯蔵用電池モジュー
ルを構成する均熱プレートを説明する説明図である。

【符号の説明】

１ 均熱プレート １０ 上板 １１ 側壁 １２ 下板 １３ ブロック １４ 作動流体 ２ 断熱容器 ２０ 電力貯蔵用電池モジュール ３ 均熱プレート ３０ 上板３０ ３１ ベース体 ３２ ブロック ３３ 作動流体 ３４ 溝 ４ 均熱プレート ４０ ベース体 ４１ ヒートパイプ ４２ メッシュ ４３ 孔 ５０ ベース体 ５１ 溝 ５２ ヒートパイプ ５３ 作動流体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 芳雄 東京都千代田区丸の内２丁目６番１号 古 河電気工業株式会社内 (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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 配列された複数の電力貯蔵用電池と、ヒ
   ートパイプ構造を有する均熱プレートとを有し、当該電
   力貯蔵用電池の少なくとも一部に前記均熱プレートが接
   続されている、電力貯蔵用電池モジュール。
2. 【請求項２】 前記均熱プレートが、金属板にヒートパ
   イプが埋め込まれた構造である、請求項１記載の電力貯
   蔵用電池モジュール。
3. 【請求項３】 少なくとも中央付近に配列された当該電
   力貯蔵用電池には、前記ヒートパイプ構造の吸熱部が接
   続されている、請求項１または２記載の電力貯蔵用電池
   モジュール。
4. 【請求項４】 複数の電力貯蔵用電池が配列された集合
   電池の中央部分から周辺部分に前記ヒートパイプ構造が
   伸びている、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。