JPH06290813A - 集合型非水系二次電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】複数個の電池を接続してなる集合型非水系二次
電池において、電池からの火災の発生を速やかに検知し
て効率的に消火を行う設備を提供する。 【構成】複数個の電池を接続してなる集合型二次電池群
の直上に消火用の砂を充填したホッパーを設置する。電
池からの火災の発生を感知する煙感知器，煙感知器から
の警報信号によりホッパー開口部を開放する手段を有す
ることを特徴とする。 【効果】信頼性の高い残存容量検知が可能となり、二次
電池としての長寿命化や寿命予測も可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は非水系二次電池に係り、
特に複数個の電池を接続してなる集合型非水系二次電池
に関する。

【０００２】

【従来の技術】リチウム等のアルカリ金属を負極活物質
とし、有機電解液を使用する非水系二次電池は在来の鉛
蓄電池あるいはニカド電池に比べて２ないし３倍のエネ
ルギー密度が得られる電池であり、すでに小型可搬用電
源としての利用が進められている。この電池の高エネル
ギー密度という特性を活かして、より大型の電源として
利用することは、例えば分散型電力貯蔵や電気自動車等
の新たな用途の開発につながり、その波及効果は大き
い。

【０００３】有機電解液を使用する非水系二次電池を利
用することの利点は、単に高エネルギー密度であるだけ
でなく、常温作動が可能であるという点にある。電力貯
蔵用電池として開発が進められているナトリウム／硫黄
電池は、作動温度が３００℃であり、起動時の熱源及び
運転時の断熱容器等の付帯設備が必要である。この電池
は集中型の電源として使用する場合には、電源設備全体
に占める上記付帯設備の比率は小さいが、電源の規模が
小さくなるに従って付帯設備の占める比率は増大し、イ
ニシャルコストの増加につながり適さない。これに対し
て、常温作動の非水系二次電池は加熱及び保温のための
設備が不要であり、分散させて設置する電源としては適
している。

【０００４】分散設置の小規模電源として１０ｋＷｈ程
度の容量を得ようとした場合、この容量規模は小型可搬
用電源の容量、１Ｗｈないし１０Ｗｈのおよそ１,００
０ ないし１０,０００倍 である。電池の大型化のため
には、一個の電池（単電池）の大きさを大きくするのは
もちろん、単電池を直列あるいは並列に接続して（集合
電池）、電圧あるいは容量を増加させる必要がある。電
池規模が大きくなるに従って、集合型電池に異常が発生
した場合には、周囲に波及する被害の大きさは格段に増
大する。このような大型電池における非常時の防護装置
としては、例えば特開平4−51472号公報には、電池温度
に異常が生じた場合に冷却剤を供給して電池を冷却する
方法が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、複数
個の電池を接続してなる二次電池システムにおいて、電
池の発熱，発火などによる異常が発生した場合に、周囲
への波及を未然に防止するための手段を提供することに
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】複数個の電池を接続して
なる集合型非水系二次電池と、火災を検知する手段を有
し、該集合電池の上部に消火剤を充填してなる部分を配
置したことを特徴とする。

【０００７】或いは、消火剤を充填したホッパーの開口
部が該集合電池の直上に位置するように配置され、該開
口部脇に煙感知器が取り付けられ、該煙感知器の作動に
より開口部を開放する手段が設けられたことを特徴とす
る。

【０００８】或いは、複数個の角型電池を列状に配列，
接続してなる集合電池本体と、該集合電池の上部に消火
剤を充填した複数個のホッパーを有し、該ホッパーは該
集合電池の配列方向に一致させて配列され、該ホッパー
の開口部は該集合電池の直上に位置するように配置さ
れ、脇に煙感知器が取り付けられ、該煙感知器の作動に
より開口部を開放する手段が設けられたことを特徴とす
る。

【０００９】

【作用】集合電池を電池収納容器の床面に設置し、この
直上にホッパーの開口部を配置する。ホッパーには乾燥
させた砂を充填する。砂の充填量は電池収納容器の床面
積と電池の高さの積に相当する容積とすれば十分であ
る。これだけの砂を投入すれば、完全に集合電池を埋め
尽くすことができ、火災の消火が可能である。

【００１０】ホッパーの開口部の脇に煙感知器を取り付
け、煙感知器の警報信号によりホッパー開口部を開放さ
せる手段を設置する。これにより、電池から発火した場
合には煙感知器が作動して消火用の砂が電池上に散布さ
れ、アルカリ金属火災を消火することができる。

【００１１】ホッパー開口部を集合電池中央に設置した
場合に、集合電池の端部から発火した場合には、火点を
埋め尽くすまで砂を散布するには一定の時間が必要とな
る。この時間の間に他の電池にまで火災が波及すると被
害は甚大である。このような場合より効果的に消火する
ためには、複数個の開口部を設けておき、火点最近接の
開口部から消火用の砂を散布すればよい。集合電池は単
電池を直列あるいは並列に接続して構成されるが、出火
点はこの中の特定の一個の単電池であり、この出火が他
の電池にまで波及すれば、被害は拡大する。そこで、集
合電池を配列させる方向に位置させて複数個のホッパー
開口部を配置する。それぞれの開口部脇には煙感知器を
設置し、発火した時には直近の煙感知器が作動して消火
用の砂の散布を開始し、事故の進展を防ぐ。これによ
り、最小限の被害で火災を食い止めることができる。

【００１２】集合型電池が従来の小型可搬用電源と比較
して異なるのは、単に電池容量、すなわち活物質量が増
えるだけではなく、一つの電池システムを構成する単電
池の個数が増えることが大きな相違点である。小型可搬
用電源では高々１０本程度の電池が使用されるに過ぎな
いが、集合電池においては、例えば１００Ｖの電圧を得
るためには４０本程度の電池を接続する必要がある。多
数の電池を接続して運転する場合、集合電池を構成する
それぞれの電池の特性のバラツキがあると、特定の電池
において劣化が加速され、発熱，発火などに至る可能性
が高まる。

【００１３】アルカリ金属を使用する電池においては、
電池内及び電池外の短絡により、大電流が流れて電池温
度が上昇し発火に至ることが考えられる。電池外短絡に
関しては、電池構造及び電池モジュール組立法の改良等
により防止可能である。これに対して、電池内短絡に関
しては、直接の原因は正極と負極の直接接触であるが、
直接接触に至るまでの過程は多数存在し、例えば電極表
面の凹凸，集電体端部のバリ、あるいは繰返し充放電に
よるデンドライトの成長等が考えられる。

【００１４】集合型電池における上記のような異常の発
生を防止するためには、そのような事態に至らないよう
に本質的な対策をするのが第一であるが、万一そうなっ
た場合の対策を講じておくことも必要である。従って、
事故の前兆となる異常現象を検知して、異常現象の進行
を抑制する対策を立て、また発火等が避けられなくなっ
た場合には、周囲への波及を速やかに抑制する必要があ
る。

【００１５】アルカリ金属を活物質とする二次電池にお
いて発生する異常事態を詳細に見ると、一つには温度上
昇により電解液の分解あるいはガス化して電池容器内の
圧力が増大して、電池容器の破損に至る場合がある。第
二には電池容器が破損した時点で過熱した電解液と空気
とが接触することにより発火に至る場合がある。第三に
は温度上昇によりアルカリ金属が溶融して、正極，電解
液あるいは空気等と接触して金属火災が発生する場合が
ある。第二の場合と第三の場合には双方の原因が絡み合
った形で発火等に至る場合が多い。いずれにしても最終
的にはアルカリ金属による金属火災に至ると想定して対
策を立てる必要がある。

【００１６】対策としてはアルカリ金属火災の消火が第
一であり、アルカリ金属火災用の消火剤として乾燥させ
た砂を用いるのが簡便である。異常事態の発生は、例え
ば温度センサーを電池容器表面に取り付けて温度の急激
な上昇を検知することにより可能である。また、電池容
器の破損による振動あるいは衝撃を、集合電池収納容器
内に設置したセンサーにより検知することが可能であ
る。さらには、火災による煙の発生を電池収納容器の天
井に取り付けた煙センサーにより検知することが可能で
ある。しかし、電池容器の温度変化による異常検知は、
警報値の設定が一義的には定まらず、ともすれば電池の
異常に対して過敏に反応する恐れがある。すなわち火災
に至る以前に警報を発する恐れがある。また電池破損の
衝撃を検知する場合にも雑音の影響が避けられない。

【００１７】これに対して、煙の感知は火災の直接の信
号であり、他の検出方法に比べて確度は高い。異常事態
を検知するとただちに集合電池に消火剤をかけ、アルカ
リ金属火災を消火し、周囲への被害の波及を防止する。
非水系二次電池の特長として常温作動であり、電池容器
に加熱及び保温のための設備が取り付けられておらず、
散布された消火剤が直接火点に到達しうるため、消火を
効果的に行うことができる。

【００１８】

【実施例】以下本発明の実施例について図１により説明
する。

【００１９】リチウム負極活物質とする非水二次電池５
１を４０セル直列に接続して集合電池５５を構成する。
集合電池５５は収納容器５６に入れて屋外に設置する。
集合電池５５の運転を制御する装置類及び運転状況モニ
タの設置場所は、収納容器５６とは別な場所に設ける。

【００２０】集合電池の収納容器には傾斜をつけた屋根
を取付け、雨水が侵入して電池容器を浸して電池が短絡
すること及び電池容器及び配線類の腐食等による事故の
発生を防ぐ。また集合電池は収納容器の内部に設置した
床の上に置き、雨水の流入及び地面からの湿気の侵入を
防ぐ。

【００２１】集合電池５５の上方にはホッパー５７を設
け、ホッパー内にはアルカリ金属消火用の乾燥させた消
火用砂５２を充填しておく。ホッパー開口部５８は電池
の配列方向に一致させて１０セルごとに１個、計４個配
置する。ホッパーの各開口部の脇には煙感知器８を設置
する。火災が発生して煙感知器が作動して警報を発する
と、開口部駆動装置７によりホッパー開口部を開放して
中の消火用砂５２を集合電池５５上に散布し、電池を消
火用砂により埋め、アルカリ金属火災を消火する。火点
に最も近いホッパー開口部から消火用砂を散布すること
ができるので、迅速かつ効率的に消火を行うことができ
る。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、集合型非水系二次電池
において火災が発生した場合に、火災を検知して速やか
にアルカリ金属火災に対する消火を行うことができるた
め、火災による被害の波及を最小限に食い止めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる集合型非水系二次電池の概要図。

【符号の説明】

７…開口部駆動装置、８…煙感知器、５１…非水系二次
電池、５２…消火用砂、５５…集合電池、５６…収納容
器、５７…ホッパー、５８…ホッパー開口部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 後藤 明弘 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 堀場 達雄 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数個の電池を接続してなる集合型非水系
   二次電池において、火災を検知する手段を有し、該集合
   電池の上部に消火剤を充填してなる部分を配置したこと
   を特徴とする集合型非水系二次電池。
2. 【請求項２】消火剤を充填したホッパーの開口部が該集
   合電池の直上に位置するように配置され、該開口部脇に
   煙感知器が取り付けられ、該煙感知器の作動により開口
   部を開放する手段が設けられたことを特徴とする請求項
   １の集合型非水系二次電池。
3. 【請求項３】複数個の角型電池を列状に配列，接続して
   なる集合電池本体と、該集合電池の上部に消火剤を充填
   した複数個のホッパーを有し、該ホッパーは該集合電池
   の配列方向に一致させて配列され、該ホッパーの開口部
   は該集合電池の直上に位置するように配置され、脇に煙
   感知器が取り付けられ、該煙感知器の作動により開口部
   を開放する手段が設けられたことを特徴とする請求項１
   の集合型非水系二次電池。