JPH10199577A - 蓄電池装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高効率、高出力、高エネルギー密度等の点で他
の電池にも増して実用化への期待が大きい非水電解液電
池が集積されてなる蓄電池群における電池の異常発熱を
早期に発見し、すみやかに異常発熱低減処置がなされう
る蓄電池装置を提供する。 【解決手段】複数の非水電解液電池が集積された蓄電池
群２１と、蓄電池群で発生した異常発熱を検知するため
の異常発熱検知手段２２と、異常発熱を低減するための
異常発熱低減手段２６とを備える。これにより、非水電
解液電池の安全性を高め、ひいては、性能及び安全性に
優れた電力貯蔵用設備や、電気自動車・宇宙空間航行機
・潜水航行船等用の提供が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、より安全性を高め
た蓄電池装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、大気汚染や二酸化炭素の増加等の
環境問題や、エネルギーの有効利用の観点から、電気自
動車用や夜間電力貯蔵用に高効率、高出力、高エネルギ
ー密度、軽量等の特徴を有する優れた蓄電池の開発が推
進されている。このような用途には、鉛酸電池やニッケ
ルカドミウム電池のような水溶液系電解液を使用した電
池の数倍のエネルギー密度を有する非水電解液電池が好
適であり、その実用化が待たれている。

【０００３】非水電解液電池が電気自動車用や夜間電力
貯蔵用に使用される場合、単体で使用されることは少な
く、数１０個以上が組み合わされる。しかも、それらは
数１０Ａｈの大容量を有する大形電池である。可燃性の
非水電解液を有する大形の非水電解液電池を備えた装置
において、何らかのトラブルにより大電流が流れ、非水
電解液電池が異常高温になったり電解液が噴出したりす
れば、その電池を備えた装置に重大な損傷を及ぼしかね
ない。

【０００４】非水電解液電池には、従来より、過電流に
よる異常現象を防ぐために、電気回路にヒューズやＰＴ
Ｃ素子を用いて大電流の通電を防止したり、電池容器内
圧を下げるための安全弁が用いられたりしてる。また、
電池内部での短絡や釘刺し試験のような、電池内での異
常な大電流に対しては、シャットダウン機能と呼ばれ
る、ある特定温度で作動して電池の放電電流を減少させ
る作用のある特殊なセパレータが用いられている。尚、
釘刺し試験とは日本蓄電池工業会指針「リチウム二次電
池の安全性評価基準ガイドラインＳＢＡＧ１１０１」や
日本乾電池工業会の「カメラ用リチウム電池の安全評価
のためのガイドライン」に規定された試験方法であり、
電池の破損による最も激しい内部短絡を想定したもので
ある。

【０００５】しかしながら、容量が数１０Ａｈのような
大形の非水電解液電池の場合、内部短絡が起こると、小
形電池とは比較にならないような局所的に極めて異常な
大電流が流れ、最悪の場合、火災が発生する可能性が皆
無とは言えず、上記の安全機構だけでは必ずしも十分で
はないと想定される。そのため、より改良された安全シ
ステムの確立が求められる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】蓄電池を原因とする火
災が発生した場合の対策としては、特開平５ー３１２０
６号にある、ナトリウム硫黄電池の収納ケースの側壁に
通気管を設け、そこに温度センサーを配したナトリウム
硫黄電池における火災の検出装置や、特開平５ー３１２
０７号にある、ナトリウム硫黄電池の収納ケースに粒状
消化剤（砂はセラミック粒子等）と不活性ガスとを噴出
する噴射ノズルを備えたナトリウム硫黄電池における消
火装置が公知である。

【０００７】しかしながら、これらの発明は、約３００
℃という高温環境下で作動させる必要上、保温機能を有
する密封収納ケースを必須とするナトリウム硫黄電池特
有の課題を解決せんとするものであり、高温がむしろ弊
害となる非水電解液電池にあっては、かかる高温密封容
器は不要（むしろ弊害）であるとともに、夜間電力貯蔵
用のように大収容空間に設置される場合には、通気管に
温度センサーを配する構成では電池の初期火災を検知し
えないので、これらの発明をナトリウム硫黄電池以外の
電池システムに適用することはできない。また、密封収
納ケースの内部を直接目視することは困難なため、電池
火災発生時に当該事故状況を確認し、手動により消火手
段を作動ことができないという問題もある。しかも、こ
のシステムの場合、火災発生の有無は検知し得るもの
の、どの部署で火災が発生しているかまでは検知し得
ず、密封収納ケース内部空間を完全に満たすだけの粒状
消化剤を噴出しなければならない為、消火装置が大掛か
りで効率が悪いという問題もある。

【０００８】非水電解液二次電池は、高効率、高出力、
高エネルギー密度等の点で他の電池にも増して実用化へ
の期待が大きい。課題は安全性である。この発明は、複
数の非水電解液二次電池が集積されてなる蓄電池群にお
ける電池の異常発熱を早期に発見し、すみやかに異常発
熱低減がなされうる電池装置を提供することを目的とす
る。

【０００９】非水電解液二次電池は、前述したように何
重もの安全対策が取られており、電池を短絡したり、釘
を刺したり、電池を破損させても容易に発火することが
ないように構成されている。しかしながら、状況によっ
ては電池の温度が数１００度まで上昇したり、高温の蒸
気を噴出したり、発火することがある。このような現象
を異常発熱と呼んでいる。電池の異常発熱は、他の電池
や電池周辺の可燃物の火災の原因となることがある。異
常発熱をできるだけ初期の段階で検出し、速やかに異常
発熱低減処置をとることが、蓄電池装置の安全性を向上
させるために必要である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】そこで、複数の非水電解
液二次電池が集積された蓄電池群と、蓄電池群で発生し
た異常発熱を検知するための異常発熱検知手段と、異常
発熱を低減するための異常発熱低減手段とを備えたこと
を特徴とする蓄電池装置の発明により、上記課題を解決
するものである。また、その装置に異常発熱電池を特定
するための異常発熱電池特定手段を備えたり、異常発熱
低減手段が手動もしくは自動で作動するよう構成するこ
とによっても上記課題を解決するものである。

【００１１】さらに、これら装置を電力貯蔵用設備や移
動体（例えば、電気自動車、航空機もしくは宇宙空間航
行機、船舶もしくは潜水航行船）に備えさせることによ
り、より信頼性を高めた産業装置を提供するものであ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】電気自動車用や電力貯蔵用（特に
夜間電力貯蔵用）には、高効率、高出力、高エネルギー
密度等の点で他の電池に優る非水電解液二次電池が好適
である。そして、これらの用途には、大容量の非水電解
液二次電池が多数集積されて使用される。何らかの原因
で、電池の異常発熱が発生すると、可燃性の電解液を有
することもあり、連鎖的に周囲の電池にも異常発熱や火
災等のトラブルが波及しかねない。そのため、異常発熱
発生を速やかに発見し、初期段階で迅速に異常発熱低減
活動を行う必要がある。

【００１３】本発明にかかる蓄電池装置よれば、そのよ
うな電池の異常発熱を自動的に検知し、手動もしくは自
動で異常発熱低減手段を作動させることができ、最小限
の異常発熱や火災事故に止めることができる。また、こ
の蓄電池装置を備えた産業設備は極めて安全性が改良さ
れたものとなり、電力貯蔵用設備や、電気自動車・航空
機及び宇宙空間航行機・船舶及び潜水航行船等の移動体
などに好適である。

【００１４】異常発熱の判定基準は電池の種類、用途に
よって異なっている。一般に電池の最高使用温度以上の
温度が設定され、対応する異常発熱低減手段によっても
変化する。異常発熱電池の温度を下げるだけであれば、
８０〜２００℃の範囲が好ましく、発火を検出する場合
は２００℃以上に設定しても良い。

【００１５】

【実施例】図１に、円筒形非水電解液電池の構成例を示
す。この図において、１は電池ケース、２は負極端子、
３は正極端子、４は負極板、５はセパレータ、６は正極
板、７は正極リードである。負極板４とセパレータ５と
正極板６とは巻回されて電池ケース１内に収納されてい
る。尚 、この図では電解液の記載は省略されている。

【００１６】この円筒形電池は、底面直径が５２ｍｍで
高さが２００ｍｍ、重量は約９００ｇ、平均電圧は３．
６Ｖ、公称容量は３０Ａｈである。円筒型以外にも、角
形や偏平円筒形等の非水電解液電池があるが、本質的に
類似の構成である。

【００１７】非水電解液電池の電極構成そのものは本発
明の要旨とは直接関係しないので、詳述をさけるが、例
えば、正極活物質としては、二硫化チタン、リチウムコ
バルト複合酸化物、リチウムニッケル複合酸化物、リチ
ウムマンガン複合酸化物、酸化バナジウム、硫化モリブ
デン、酸化モリブデン等を使用することができる。ま
た、負極活物質としては、リチウム金属、リチウム合
金、リチウムイオンを保持させた炭素やリチウムイオン
を吸蔵・放出可能な酸化物や硫化物等が使用できる。

【００１８】さらに、非水電解液としては、非プロトン
性の有機溶媒に電解質となる金属塩を溶解させたものが
使用される。リチウム塩としてはＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＰ
Ｆ₆、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＡｓＦ₆、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃等を、
有機溶媒としては、プロピレンカーボネート、エチレン
カーボネート、１，２-ジメトキシエタン、γ-ブチロラ
クトン、スルホン、スルホラン、ジオキソラン、２-メ
チルテトラヒドロフラン、ジメチルカーボネート、ジエ
チルカーボネート等が例示される。

【００１９】図２は、本発明蓄電池装置を備えた潜水船
２０の概念を示す図である。この図において、２１は複
数の非水電解液二次電池が集積された蓄電池群、２２は
蓄電池群の近傍に配された異常発熱検知手段、２３は異
常発熱発生を知らせる警報装置である。２４は異常発熱
低減手段を起動させるための起動操作手段、２５は異常
発熱低減手段用アクチュエータ、２６ａは異常発熱低減
手段用高圧ボンベ、２６ｂは異常発熱低減手段用薬剤、
２６ｃは薬剤放出ノズルである。

【００２０】蓄電池群２１で電池の異常発熱が発生する
と、異常発熱検知手段２２で検知され、異常発熱発生警
報が、乗組員のいる警報装置２３に伝達される。異常発
熱発生情報を認知した乗務員が起動操作手段２４のスイ
ッチをいれると、電気信号が異常発熱低減手段用アクチ
ュエータ２５に伝わり、異常発熱低減手段２６を作動さ
せることにより、異常発熱低減活動が行われる。尚、こ
の例では、手動で異常発熱低減手段を作動させる方式で
あるが、自動にすることもできる。

【００２１】異常発熱検知手段２２としては、温度セン
サー、煙センサー、ガスセンサー、炎センサーのうちの
一つ、もしくは複数を組合せて用いることができる。非
水電解液電池に異常発熱が発生すると、初期の段階では
電池の表面温度の上昇、次の段階では安全弁の作動によ
る非水電解液や発生ガスの電池からの放出が起こり、最
終段階では発火現象が起こり、火災の発生まで至ること
になる。異常発熱の検知はこれら一連の現象の一部を検
出できる機能を有するものが使用できる。

【００２２】温度センサーとしては、サーミスタボロメ
ータ・量子形赤外線検出器等の熱輻射検出素子、温度サ
ーミスタ・感熱ダイオード・ＩＣ温度センサー等の感温
半導体素子、感温コンデンサ・感温インダクタンス等の
感温リアクタンス素子などがある。煙センサーとして
は、サンプリング式煙感知器や光電式煙感知器などが利
用できる。炎センサーとしては、例えば、火炎から発せ
られる紫外線を感知するセンサーがある。この場合に
は、火炎からの紫外線とそれ以外からの紫外線とを識別
するための炎判別回路を設けると誤作動をふせぐことが
できる。ガスセンサーとしては、例えばＣＯガスセンサ
ーや高温で蒸発した非水電解液を検出する有機溶媒セン
サーを例示することができる。

【００２３】複数の非水電解液二次電池が狭い範囲に集
積された蓄電池群の場合には、当該蓄電池群の全てを対
象として、異常発熱低減活動を行う方が効率的である
が、電池が広範囲に集積されている場合には、異常発熱
発生電池を特定したのち、異常発熱低減活動を行う方が
効果的である。異常発熱発生電池の特定には、例えば、
紫外から赤外域波長の光線の放射強度を検出する指向性
を持った検知センサーによる方式や、蓄電池群に応じて
温度センサーや火炎センサーを複数個配置する方式など
を選択すればよい。

【００２４】電池異常発熱が検知された場合、あるいは
異常発熱電池が特定された場合、手動もしくは自動で異
常発熱低減手段が起動される。起動操作手段２４として
は、例えば、プッシュスイッチ、キーロックスイッチ、
シーソスイッチ、スライドスイッチ等を用い、これら
を、有人移動体（例えば、電気自動車、宇宙空間航行
機、船舶、潜水航行船等）の場合には操縦席に設置すれ
ばよいし、電力貯蔵用などの産業施設においては集中管
理室に設置すればよい。起動信号は電気信号や無線信号
などの形で異常温度低減手段のアクチュエーター２５に
伝達される。

【００２５】異常温度低減手段２６としては、散水式ス
プリンクラー装置、泡により対象電池を覆う泡発生装
置、二酸化炭素・ハロゲン化炭化水素系ガス・粉末処理
剤等を放出するガス放出装置が揚げられる。これらの異
常発熱低減手段は、例えば、加圧式薬剤タンクの電磁弁
を前記起動手段からの電気信号で開放する方式や、泡発
生剤放出ノズルの先端をアクチュエータで開き、プラン
ジャポンプで加圧・放出する方式等を、電池装置の使用
目的によって適宜選択することができる。異常温度低減
手段により、異常電池の温度を低減し、あるいは消火す
る事により、異常発熱の拡大を防止するものである。

【００２６】上記の例は、潜水船についてのものである
が、電力貯蔵用設備や、電気自動車・宇宙空間航行機等
の移動体、その他各種産業用途に適用することができる
ことはいうまでもない。

【００２７】

【発明の効果】以上、述べたように、本発明に係る蓄電
池装置は、複数の非水電解液二次電池が集積された蓄電
池群と、蓄電池群で発生した異常発熱を検知するための
異常発熱検知手段と、異常発熱低減手段とを備えたこと
を特徴とする。

【００２８】これにより、高効率、高出力、高エネルギ
ー密度等の点で他の電池にも増して実用化への期待が大
きい非水電解液電池の安全性を高め、ひいては、性能及
び安全性に優れた電力貯蔵用設備や、電気自動車・宇宙
空間航行機・潜水航行船等用の提供が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】円筒形非水電解液電池の構成を示す図である。

【図２】発明の実施例を示す図である。

【符号の説明】

１ 電池ケース ２ 負極端子 ３ 正極端子 ４ 負極板 ５ セパレータ ６ 正極板 ２０ 潜水船 ２１ 蓄電池群 ２２ 異常発熱検知手段 ２３ 警報装置 ２４ 起動操作手段 ２５ 異常発熱低減手段用アクチュエータ ２６ 異常発熱低減手段 ２６ａ 薬剤用高圧ボンベ ２６ｂ 薬剤 ２６ｃ 放出ノズル

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の非水電解液二次電池が集積された蓄
   電池群と、蓄電池群で発生した異常発熱を検知するため
   の異常発熱検知手段と、異常発熱を低減させるための異
   常発熱低減手段とを備えたことを特徴とする蓄電池装
   置。
2. 【請求項２】異常発熱検知手段が、赤外線センサー、温
   度センサー、煙センサー、ガスセンサー、炎センサーの
   うちの一つ、もしくは複数の組合せであることを特徴と
   する請求項１記載の蓄電池装置。
3. 【請求項３】異常発熱電池を特定するための異常発熱電
   池特定手段を備えたことを特徴とする請求項１もしくは
   ２記載の蓄電池装置。
4. 【請求項４】異常発熱低減手段が手動により作動するよ
   う構成されたものであることを特徴とする請求項１、２
   もしくは３記載の蓄電池装置。
5. 【請求項５】異常発熱低減手段が自動的に作動するよう
   構成されたものであることを特徴とする請求項１、２も
   しくは３記載の蓄電池装置。
6. 【請求項６】請求項１、２、３、４もしくは５記載の蓄
   電池装置を備えたことを特徴とする電力貯蔵用設備。
7. 【請求項７】請求項１、２、３、４もしくは５記載の蓄
   電池装置を備えたことを特徴とする移動体。
8. 【請求項８】移動体が電気自動車であることを特徴とす
   る請求項７記載の移動体。
9. 【請求項９】移動体が航空機もしくは宇宙空間航行機で
   あることを特徴とする請求項７記載の移動体。
10. 【請求項１０】移動体が船舶もしくは潜水航行船である
    ことを特徴とする請求項７記載の移動体。