JPH10294128A - 高温ナトリウム二次電池モジュ−ルおよび電池システム - Google Patents
高温ナトリウム二次電池モジュ−ルおよび電池システムInfo
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- JPH10294128A JPH10294128A JP2951498A JP2951498A JPH10294128A JP H10294128 A JPH10294128 A JP H10294128A JP 2951498 A JP2951498 A JP 2951498A JP 2951498 A JP2951498 A JP 2951498A JP H10294128 A JPH10294128 A JP H10294128A
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- temperature sodium
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】組立てや電池交換などの取扱いが容易で、活物
質漏洩時にも隣接電池への破損拡大が起こりにくく、浸
水に対しても安全性の高い高温ナトリウム二次電池モジ
ュール、及び、電池システムを提供する。 【解決手段】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た高温ナトリウム
二次電池モジュールにおいて、有底金属容器に前記高温
ナトリウム二次電池と粉末状または繊維状の絶縁材とを
収納し、前記有底金属容器の複数個を前記断熱容器内へ
設置する。また、上記構造の高温ナトリウム二次電池モ
ジュールを用いて電池システムを構成する。
質漏洩時にも隣接電池への破損拡大が起こりにくく、浸
水に対しても安全性の高い高温ナトリウム二次電池モジ
ュール、及び、電池システムを提供する。 【解決手段】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た高温ナトリウム
二次電池モジュールにおいて、有底金属容器に前記高温
ナトリウム二次電池と粉末状または繊維状の絶縁材とを
収納し、前記有底金属容器の複数個を前記断熱容器内へ
設置する。また、上記構造の高温ナトリウム二次電池モ
ジュールを用いて電池システムを構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、取扱いが容易で安
全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，電気自動車などの電池
システムに関する。
全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，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ー密度が大きいこ
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、複数個の電池が断熱容器に収納されたモジュール
として運転される。これらのモジュールにおいては、断
熱容器内の１本の電池が破損して活物質が外へ漏洩した
としても、断熱容器内の他の電池に破損が波及しないこ
とが実用上極めて重要である。
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ー密度が大きいこ
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、複数個の電池が断熱容器に収納されたモジュール
として運転される。これらのモジュールにおいては、断
熱容器内の１本の電池が破損して活物質が外へ漏洩した
としても、断熱容器内の他の電池に破損が波及しないこ
とが実用上極めて重要である。
【０００３】この例としては、特開平3−283272号や特
開平5−266925号に見られるように、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たモジュールが提案されている。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、非常時の安全性が高いと言う利点がある反面、モ
ジュールの重量が乾燥砂のために重くなって取扱いが容
易でないこと、乾燥砂を充填した後に電池を交換する場
合には、モジュール内の多量の乾燥砂を除去する必要が
あり、電池交換に手間がかかることの問題があった。特
に、モジュールを現地に設置後に活物質の漏洩した電池
を交換したり、電池交換の目的でモジュールごと移動す
る必要がある場合には、乾燥砂の除去とモジュール重量
の重さは取扱い上の大きな問題であった。また、これら
のモジュールでは火災時の放水や洪水等の場合に断熱容
器に設けた電気入出力端子の出入口から水が入ると、電
池に水がかかって破損しやすいという欠点や、乾燥砂を
伝って全体に水がまわるためにモジュール内の乾燥砂全
体が濡れて、再立ち上げ時の乾燥に時間がかかり、その
処理に手間がかかるという欠点もあった。
開平5−266925号に見られるように、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たモジュールが提案されている。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、非常時の安全性が高いと言う利点がある反面、モ
ジュールの重量が乾燥砂のために重くなって取扱いが容
易でないこと、乾燥砂を充填した後に電池を交換する場
合には、モジュール内の多量の乾燥砂を除去する必要が
あり、電池交換に手間がかかることの問題があった。特
に、モジュールを現地に設置後に活物質の漏洩した電池
を交換したり、電池交換の目的でモジュールごと移動す
る必要がある場合には、乾燥砂の除去とモジュール重量
の重さは取扱い上の大きな問題であった。また、これら
のモジュールでは火災時の放水や洪水等の場合に断熱容
器に設けた電気入出力端子の出入口から水が入ると、電
池に水がかかって破損しやすいという欠点や、乾燥砂を
伝って全体に水がまわるためにモジュール内の乾燥砂全
体が濡れて、再立ち上げ時の乾燥に時間がかかり、その
処理に手間がかかるという欠点もあった。
【０００４】一方、特開平3−283270 号には外部に乾燥
砂等の不活性剤の収納容器を設け、活物質漏洩時に収納
容器と断熱容器とを接続したパイプのバルブを開けて、
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や浸水による電池破損防止
には有効でないという安全上の問題があった。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
破損時の安全性と取扱いの容易さを同時に満足させるの
は困難であった。
砂等の不活性剤の収納容器を設け、活物質漏洩時に収納
容器と断熱容器とを接続したパイプのバルブを開けて、
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や浸水による電池破損防止
には有効でないという安全上の問題があった。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
破損時の安全性と取扱いの容易さを同時に満足させるの
は困難であった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、上記
従来技術の欠点を除き、組立てや電池交換などの取扱い
が容易で、活物質漏洩時にも他の電池への破損拡大が起
こりにくく、浸水に対しても安全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にある。本発明の他の
一つの課題は、上記高温ナトリウム二次電池モジュール
を用いた、取扱い性や安全性の高い電力貯蔵装置，電気
自動車，非常用電源，無停電電源，電力系統のピークシ
フト装置，周波数・電圧安定化装置などの電池システム
を提供するにある。
従来技術の欠点を除き、組立てや電池交換などの取扱い
が容易で、活物質漏洩時にも他の電池への破損拡大が起
こりにくく、浸水に対しても安全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にある。本発明の他の
一つの課題は、上記高温ナトリウム二次電池モジュール
を用いた、取扱い性や安全性の高い電力貯蔵装置，電気
自動車，非常用電源，無停電電源，電力系統のピークシ
フト装置，周波数・電圧安定化装置などの電池システム
を提供するにある。
【０００６】
【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、有
底金属容器にナトリウム硫黄電池などの高温ナトリウム
二次電池の複数個を収納し、前記有底金属容器の複数個
を断熱容器内へ設置したことを特徴としている。なお、
前記有底金属容器内には前記高温ナトリウム二次電池と
共に粉末状又は繊維状の絶縁材を収納することが好まし
い。また、前記有底金属容器内には高温ナトリウム二次
電池の複数個を正方配列又は千鳥配列し、有底金属容器
の側壁形状をその配列に合わせて形成することができ
る。さらに、前記有底金属容器内には絶縁板を設けて、
前記高温ナトリウム二次電池同士、又は／及び、前記高
温ナトリウム二次電池と前記有底金属容器の間を電気的
に絶縁することが望ましい。ここで、前記絶縁材として
は、アルミナやシリカなどのセラミックス粉末，乾燥
砂，ガラス，ゼオライト，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，シラスなどのような中空の軽量粒子、あ
るいは、これらの混合物を用いることができる。
め、本発明の高温ナトリウム二次電池モジュールは、有
底金属容器にナトリウム硫黄電池などの高温ナトリウム
二次電池の複数個を収納し、前記有底金属容器の複数個
を断熱容器内へ設置したことを特徴としている。なお、
前記有底金属容器内には前記高温ナトリウム二次電池と
共に粉末状又は繊維状の絶縁材を収納することが好まし
い。また、前記有底金属容器内には高温ナトリウム二次
電池の複数個を正方配列又は千鳥配列し、有底金属容器
の側壁形状をその配列に合わせて形成することができ
る。さらに、前記有底金属容器内には絶縁板を設けて、
前記高温ナトリウム二次電池同士、又は／及び、前記高
温ナトリウム二次電池と前記有底金属容器の間を電気的
に絶縁することが望ましい。ここで、前記絶縁材として
は、アルミナやシリカなどのセラミックス粉末，乾燥
砂，ガラス，ゼオライト，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，シラスなどのような中空の軽量粒子、あ
るいは、これらの混合物を用いることができる。
【０００７】また、前記有底金属容器の上面高さは、前
記断熱容器に設けた電気入出力端子の出入口の鉛直方向
の高さより高いことが望ましく、一方、前記断熱容器に
設けた電気入出力端子の出入口の高さより低いか、ある
いは同じ高さの場合には、前記有底金属容器上面に水よ
けの蓋を設けることが望ましい。前記蓋には電池加熱用
のヒータを取り付けることもできる。さらに、必要に応
じて、前記有底金属容器の下部に水を通すための孔を設
けることもできる。
記断熱容器に設けた電気入出力端子の出入口の鉛直方向
の高さより高いことが望ましく、一方、前記断熱容器に
設けた電気入出力端子の出入口の高さより低いか、ある
いは同じ高さの場合には、前記有底金属容器上面に水よ
けの蓋を設けることが望ましい。前記蓋には電池加熱用
のヒータを取り付けることもできる。さらに、必要に応
じて、前記有底金属容器の下部に水を通すための孔を設
けることもできる。
【０００８】さらに、本発明の電池システムは、上記高
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，電気自動車，非常用電源，無停電電源，電力系統の
ピークシフト装置，周波数・電圧安定化装置などの電池
システムであることを特徴としている。
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，電気自動車，非常用電源，無停電電源，電力系統の
ピークシフト装置，周波数・電圧安定化装置などの電池
システムであることを特徴としている。
【０００９】本発明の高温ナトリウム二次電池モジュー
ルにおいては、複数個の有底金属容器が断熱容器内に設
置され、その中に高温ナトリウム二次電池が収納されて
いるために、電池はモジュールよりも軽い有底金属容器
単位で容易に検査，移動，交換などの取り扱いができ
る。また、有底金属容器内に絶縁材を収納することによ
り、高温ナトリウム二次電池モジュールの安全性が向上
する。ここで、絶縁材としてシラスなどの中空粒子を用
いれば、電池を収納した有底金属容器の軽量化が図ら
れ、取扱いが容易である。なお、前記乾燥砂などの断熱
容器中の充填量は、前記断熱容器中の全ての高温ナトリ
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５５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３０６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５
００kg当り乾燥砂５０リットル以上あれば良い。
ルにおいては、複数個の有底金属容器が断熱容器内に設
置され、その中に高温ナトリウム二次電池が収納されて
いるために、電池はモジュールよりも軽い有底金属容器
単位で容易に検査，移動，交換などの取り扱いができ
る。また、有底金属容器内に絶縁材を収納することによ
り、高温ナトリウム二次電池モジュールの安全性が向上
する。ここで、絶縁材としてシラスなどの中空粒子を用
いれば、電池を収納した有底金属容器の軽量化が図ら
れ、取扱いが容易である。なお、前記乾燥砂などの断熱
容器中の充填量は、前記断熱容器中の全ての高温ナトリ
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５５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３０６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５
００kg当り乾燥砂５０リットル以上あれば良い。
【００１０】また、モジュールの現地設置後の電池交換
時にも該当する有底金属容器単位でモジュールから取り
出したり、絶縁材を収納している場合には該当する有底
金属容器内の絶縁材のみを除去すれば良いため、容易に
電池交換を行うことができる。さらに、火災時の放水な
どによって断熱容器内に浸水しても、断熱容器内への水
の浸入口から離れた位置の有底金属容器内には水が入り
にくいため、水と接触する電池数が減少して、電池破損
の確率が下がり、浸水に対する安全性が向上する。ま
た、水の入らなかった有底金属容器に収納された高温ナ
トリウム二次電池や絶縁材の乾燥の必要が無く、モジュ
ールの再立ち上げも容易に行える。
時にも該当する有底金属容器単位でモジュールから取り
出したり、絶縁材を収納している場合には該当する有底
金属容器内の絶縁材のみを除去すれば良いため、容易に
電池交換を行うことができる。さらに、火災時の放水な
どによって断熱容器内に浸水しても、断熱容器内への水
の浸入口から離れた位置の有底金属容器内には水が入り
にくいため、水と接触する電池数が減少して、電池破損
の確率が下がり、浸水に対する安全性が向上する。ま
た、水の入らなかった有底金属容器に収納された高温ナ
トリウム二次電池や絶縁材の乾燥の必要が無く、モジュ
ールの再立ち上げも容易に行える。
【００１１】さらに、電池が破損して電池容器から活物
質が漏洩しても、有底金属容器によって外への広がりが
防止できるため、隣接する有底金属容器内の電池は健全
に保たれ、高温ナトリウム二次電池モジュールの安全性
が向上する。特に、有底金属容器の内部に粉末状または
繊維状の絶縁材が充填されている場合、漏洩した活物質
が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く、非常時の安全性が
極めて高い。なお、有底金属容器内に隔壁としてマイカ
などの絶縁板を設ければ、隣接した電池間や有底金属容
器との電気絶縁ができて、電池配列や接続の自由度が増
して有利であるばかりでなく、万一の電池破損の場合に
も漏洩した活物質が絶縁板に遮られて隣接電池が保護さ
れるため、モジュールの安全性が一層向上する。
質が漏洩しても、有底金属容器によって外への広がりが
防止できるため、隣接する有底金属容器内の電池は健全
に保たれ、高温ナトリウム二次電池モジュールの安全性
が向上する。特に、有底金属容器の内部に粉末状または
繊維状の絶縁材が充填されている場合、漏洩した活物質
が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く、非常時の安全性が
極めて高い。なお、有底金属容器内に隔壁としてマイカ
などの絶縁板を設ければ、隣接した電池間や有底金属容
器との電気絶縁ができて、電池配列や接続の自由度が増
して有利であるばかりでなく、万一の電池破損の場合に
も漏洩した活物質が絶縁板に遮られて隣接電池が保護さ
れるため、モジュールの安全性が一層向上する。
【００１２】また、有底金属容器に高温ナトリウム二次
電池の複数個を正方配列又は千鳥配列する場合、有底金
属容器の側壁形状をその配列に合わせて形成することに
より、有底金属容器の断熱容器内への収納が容易で、か
つ、電池の有底金属容器内への収納の際無駄な空間が少
なくでき、高温ナトリウム二次電池モジュールのエネル
ギー密度を高くできる。
電池の複数個を正方配列又は千鳥配列する場合、有底金
属容器の側壁形状をその配列に合わせて形成することに
より、有底金属容器の断熱容器内への収納が容易で、か
つ、電池の有底金属容器内への収納の際無駄な空間が少
なくでき、高温ナトリウム二次電池モジュールのエネル
ギー密度を高くできる。
【００１３】本発明の高温ナトリウム二次電池モジュー
ルにおいて、有底金属容器の上面高さを断熱容器に設け
た電気入出力端子の出入口の高さよりも高くすれば、出
入口から浸水しても高温ナトリウム二次電池や絶縁材に
水がかからないため、急激な水冷却による電池破損の恐
れが無く、且つ、再立ち上げ時の高温ナトリウム二次電
池や絶縁材の乾燥が不用となり、モジュールの安全性や
取扱いの容易性が大幅に向上する。同様な効果は、有底
金属容器の上面高さが断熱容器に設けた電気入出力端子
の出入口の高さとほぼ同じか、低い場合にも、有底金属
容器の上面に水よけの蓋を設けることにより実現され、
この場合にも安全性と取扱い性に優れたモジュールが得
られる。なお、この蓋に電池加熱用のヒータを取り付け
て、断熱容器内部の加熱，保温に利用することができ
る。
ルにおいて、有底金属容器の上面高さを断熱容器に設け
た電気入出力端子の出入口の高さよりも高くすれば、出
入口から浸水しても高温ナトリウム二次電池や絶縁材に
水がかからないため、急激な水冷却による電池破損の恐
れが無く、且つ、再立ち上げ時の高温ナトリウム二次電
池や絶縁材の乾燥が不用となり、モジュールの安全性や
取扱いの容易性が大幅に向上する。同様な効果は、有底
金属容器の上面高さが断熱容器に設けた電気入出力端子
の出入口の高さとほぼ同じか、低い場合にも、有底金属
容器の上面に水よけの蓋を設けることにより実現され、
この場合にも安全性と取扱い性に優れたモジュールが得
られる。なお、この蓋に電池加熱用のヒータを取り付け
て、断熱容器内部の加熱，保温に利用することができ
る。
【００１４】また、例えば洪水のようにモジュール全体
が長時間完全に水没する場合には、冷却時断熱容器内の
空気などのガス体積が減少してモジュール内部へ水が浸
入するため、高温ナトリウム二次電池の冠水を完全に避
けることは困難であるが、この場合にも、電池上部に直
接水がかかるのを防ぎ、まず電池下部が水に浸かって電
池の温度が低下し、その後に電池上部が水に浸かるよう
な構造の採用により、一般に金属／セラミックスのシー
ル部が設けられていて、高温からの直接水冷によって破
損しやすい電池上部の冷却速度を低減して、浸水時の電
池破損を防止することができる。この目的のためには、
有底金属容器の下部に水を通すための孔を設けて、この
部分から水を浸入させることにより、まず電池下部を冷
却して電池温度を下げ、電池上部の急冷による破損を防
ぐことができる。なお、高温ナトリウム二次電池におい
て浸水時に電池が破損して活物質が漏洩すると、ナトリ
ウムと水が反応して水素爆発の恐れを生ずるため、上述
のように、浸水しても電池に水をかけないこと、特に電
池上部へ水がかかるのを防いで電池破損させないこと
は、モジュールの安全性を確保する上で極めて重要なポ
イントとなる。
が長時間完全に水没する場合には、冷却時断熱容器内の
空気などのガス体積が減少してモジュール内部へ水が浸
入するため、高温ナトリウム二次電池の冠水を完全に避
けることは困難であるが、この場合にも、電池上部に直
接水がかかるのを防ぎ、まず電池下部が水に浸かって電
池の温度が低下し、その後に電池上部が水に浸かるよう
な構造の採用により、一般に金属／セラミックスのシー
ル部が設けられていて、高温からの直接水冷によって破
損しやすい電池上部の冷却速度を低減して、浸水時の電
池破損を防止することができる。この目的のためには、
有底金属容器の下部に水を通すための孔を設けて、この
部分から水を浸入させることにより、まず電池下部を冷
却して電池温度を下げ、電池上部の急冷による破損を防
ぐことができる。なお、高温ナトリウム二次電池におい
て浸水時に電池が破損して活物質が漏洩すると、ナトリ
ウムと水が反応して水素爆発の恐れを生ずるため、上述
のように、浸水しても電池に水をかけないこと、特に電
池上部へ水がかかるのを防いで電池破損させないこと
は、モジュールの安全性を確保する上で極めて重要なポ
イントとなる。
【００１５】さらに、本発明の高温電池モジュールを用
いた電池システムを用いることにより、電力貯蔵装置，
電気自動車，非常用電源，無停電電源，電力系統のピー
クシフト装置，周波数・電圧安定化装置などの電池シス
テムの安全性や取扱い性が著しく向上する。
いた電池システムを用いることにより、電力貯蔵装置，
電気自動車，非常用電源，無停電電源，電力系統のピー
クシフト装置，周波数・電圧安定化装置などの電池シス
テムの安全性や取扱い性が著しく向上する。
【００１６】
【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。
明する。
【００１７】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。図において、１は高温ナ
トリウム二次電池が収納された断熱容器で、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、断熱容器の側面に加熱用の
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、ＳＵＳ製や炭素鋼
製などのような有底金属容器３の内部に収納されてい
る。４は有底金属容器内へ充填した乾燥砂などの絶縁
材、５はマイカなどの絶縁板である。一方、６，７はそ
れぞれ高温ナトリウム二次電池に設けた正極端子，負極
端子であり、アルミニウム製などのブスバ８によって、
図示されていない外部回路と接続されている。また、９
は断熱容器に設けた電気端子（ブスバ）の出入口であ
る。
ジュールの構造の一例である。図において、１は高温ナ
トリウム二次電池が収納された断熱容器で、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、断熱容器の側面に加熱用の
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、ＳＵＳ製や炭素鋼
製などのような有底金属容器３の内部に収納されてい
る。４は有底金属容器内へ充填した乾燥砂などの絶縁
材、５はマイカなどの絶縁板である。一方、６，７はそ
れぞれ高温ナトリウム二次電池に設けた正極端子，負極
端子であり、アルミニウム製などのブスバ８によって、
図示されていない外部回路と接続されている。また、９
は断熱容器に設けた電気端子（ブスバ）の出入口であ
る。
【００１８】この構造においては、高温ナトリウム二次
電池２は絶縁材４と共に絶縁板５を介して有底金属容器
３内に収納され、この有底金属容器が複数個断熱容器１
内に設置されている。このため、電池破損時に有底金属
容器や絶縁材の効果で断熱容器内の他の電池に破損が波
及しないことの他に、電池の初期性能試験，断熱容器内
への組込み，不良電池の交換などが有底金属容器単位で
行えるため、取扱いが容易で、且つ、組立ての自動化に
適しているという利点がある。また、電池交換時には対
応する有底金属容器内の絶縁材のみを除去すれば良いた
め、電池交換も容易である。さらに、放水などによって
断熱容器の蓋の隙間から水が浸入して近くの有底金属容
器内に浸水したとしても、該当する有底金属容器内に充
填した高温ナトリウム二次電池及び絶縁材のみを乾燥す
れば良いため、モジュールの再立ち上げが容易に行え
る。また、図１の構造では、有底金属容器３の上面が断
熱容器に設けた入出力端子の出入口９より高い位置にあ
るため、放水などによって入出力端子の出入口９から水
が入っても、電池及び絶縁材に水がかかる恐れが無く、
モジュールの安全性が高い。
電池２は絶縁材４と共に絶縁板５を介して有底金属容器
３内に収納され、この有底金属容器が複数個断熱容器１
内に設置されている。このため、電池破損時に有底金属
容器や絶縁材の効果で断熱容器内の他の電池に破損が波
及しないことの他に、電池の初期性能試験，断熱容器内
への組込み，不良電池の交換などが有底金属容器単位で
行えるため、取扱いが容易で、且つ、組立ての自動化に
適しているという利点がある。また、電池交換時には対
応する有底金属容器内の絶縁材のみを除去すれば良いた
め、電池交換も容易である。さらに、放水などによって
断熱容器の蓋の隙間から水が浸入して近くの有底金属容
器内に浸水したとしても、該当する有底金属容器内に充
填した高温ナトリウム二次電池及び絶縁材のみを乾燥す
れば良いため、モジュールの再立ち上げが容易に行え
る。また、図１の構造では、有底金属容器３の上面が断
熱容器に設けた入出力端子の出入口９より高い位置にあ
るため、放水などによって入出力端子の出入口９から水
が入っても、電池及び絶縁材に水がかかる恐れが無く、
モジュールの安全性が高い。
【００１９】図２は本発明の高温ナトリウム二次電池モ
ジュールの他の構造例を示しており、図１と同じ符号で
示した部品は同じ内容を示す。図において、１０は有底
金属容器３の上面に設けた水よけ用の蓋であり、この例
では蓋の上面に加熱用のヒータ１１が設けられ、蓋１０
とブスバ８とは絶縁板１２によって絶縁されている。ま
た、１３は蓋に設けたブスバ８を通すための孔であり、
図示されていない絶縁物を詰めて、ここからの水の浸入
を防止している。なお、図では蓋１０の端部を曲げて防
水効果を高めているが、平板状の蓋を用いることもでき
る。さらに、この例では、有底金属容器３の下部に水を
通すための孔１４が設けられている。
ジュールの他の構造例を示しており、図１と同じ符号で
示した部品は同じ内容を示す。図において、１０は有底
金属容器３の上面に設けた水よけ用の蓋であり、この例
では蓋の上面に加熱用のヒータ１１が設けられ、蓋１０
とブスバ８とは絶縁板１２によって絶縁されている。ま
た、１３は蓋に設けたブスバ８を通すための孔であり、
図示されていない絶縁物を詰めて、ここからの水の浸入
を防止している。なお、図では蓋１０の端部を曲げて防
水効果を高めているが、平板状の蓋を用いることもでき
る。さらに、この例では、有底金属容器３の下部に水を
通すための孔１４が設けられている。
【００２０】この構造においては、隣接電池への破損の
波及防止と取扱いの容易さの効果は図１と同様である。
また、有底金属容器３の上面に水よけ用の蓋１０が設け
られているため、放水などによって断熱容器１の蓋の隙
間や入出力端子の出入口９から水が浸入しても、電池及
び絶縁材に直接水がかかる恐れは無い。さらに、有底金
属容器の下部には水を通す孔１４が設けられていて、洪
水などのようにモジュール全体が冠水して、内部に大量
の水が入った場合でも、電池の下部を先ず水と接触させ
て電池の温度を下げることにより、電池の破損を防止で
きる。また、蓋１０の上面にはヒータ１１が設けられて
おり、図示されていない断熱容器側面のヒータと組合せ
ることにより、断熱容器内の温度分布を均一にすること
ができ、モジュールの信頼性，安全性が向上する。
波及防止と取扱いの容易さの効果は図１と同様である。
また、有底金属容器３の上面に水よけ用の蓋１０が設け
られているため、放水などによって断熱容器１の蓋の隙
間や入出力端子の出入口９から水が浸入しても、電池及
び絶縁材に直接水がかかる恐れは無い。さらに、有底金
属容器の下部には水を通す孔１４が設けられていて、洪
水などのようにモジュール全体が冠水して、内部に大量
の水が入った場合でも、電池の下部を先ず水と接触させ
て電池の温度を下げることにより、電池の破損を防止で
きる。また、蓋１０の上面にはヒータ１１が設けられて
おり、図示されていない断熱容器側面のヒータと組合せ
ることにより、断熱容器内の温度分布を均一にすること
ができ、モジュールの信頼性，安全性が向上する。
【００２１】なお、図３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。２１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。２２は負極活物質のナトリウム、２３は正
極活物質であり、ナトリウム硫黄電池の場合には、正極
活物質として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、正極活物質としては、ナト
リウム−硫黄電池において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二次電池におい
ては、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、２４は底孔のあいたナトリウ
ム容器、２５は負極容器、２６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。２７はα−アルミナなどのセラ
ミックスから成る絶縁リングであり、固体電解質管２１
とガラス接合され、負極容器２５，正極容器２６とはア
ルミニウム合金などを用いて接合されている。なお、ナ
トリウム容器２４にはナトリウムと共にアルゴン，窒素
などの不活性ガスが封入されており、このガス圧によっ
て固体電解質管２１とナトリウム容器２４とのギャップ
にナトリウムが供給されている。また、６，７はそれぞ
れ正極端子，負極端子である。この構造のように、高温
ナトリウム二次電池上部には金属（２５，２６）とセラ
ミックス（２７）とを接合したシール部を設けるのが一
般的であり、この場合高温状態で電池上部に水がかかる
とセラミックスが割れて、活物質が漏洩する恐れがある
ため、高温では電池上部に水がかからないように安全上
の対策をすることが重要である。
電池の構造例を示している。２１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。２２は負極活物質のナトリウム、２３は正
極活物質であり、ナトリウム硫黄電池の場合には、正極
活物質として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、正極活物質としては、ナト
リウム−硫黄電池において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二次電池におい
ては、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、２４は底孔のあいたナトリウ
ム容器、２５は負極容器、２６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。２７はα−アルミナなどのセラ
ミックスから成る絶縁リングであり、固体電解質管２１
とガラス接合され、負極容器２５，正極容器２６とはア
ルミニウム合金などを用いて接合されている。なお、ナ
トリウム容器２４にはナトリウムと共にアルゴン，窒素
などの不活性ガスが封入されており、このガス圧によっ
て固体電解質管２１とナトリウム容器２４とのギャップ
にナトリウムが供給されている。また、６，７はそれぞ
れ正極端子，負極端子である。この構造のように、高温
ナトリウム二次電池上部には金属（２５，２６）とセラ
ミックス（２７）とを接合したシール部を設けるのが一
般的であり、この場合高温状態で電池上部に水がかかる
とセラミックスが割れて、活物質が漏洩する恐れがある
ため、高温では電池上部に水がかからないように安全上
の対策をすることが重要である。
【００２２】また、図４は複数個の高温ナトリウム二次
電池を正方配列に収納する際の有底金属容器３の側壁３
１の形状の例を、図５は複数個の高温ナトリウム二次電
池を千鳥配列に収納する際の有底金属容器３の側壁３１
の形状の例を示している。このように高温ナトリウム二
次電池の配列に合わせて有底金属容器の側壁形状を形成
することにより、有底金属容器内への電池の収納および
断熱容器内への有底金属容器の収納が容易で、特に図５
の構造では高温ナトリウム二次電池の充填密度を高くで
き、高温ナトリウム二次電池モジュールのエネルギー密
度が向上する。具体例として、１本当たりの容量約５６
０Ｗｈ，定格出力約７０Ｗ，高さ約４０cmのナトリウム
硫黄電池を用い、３６本ずつを外形が４５×４５×４５
cm3の炭素鋼製の有底金属容器に入れ、電池間、及び電
池／有底金属容器間をマイカで絶縁すると共に、電池間
に乾燥砂を充填した。次にこの有底金属容器を６個，縦
約１ｍ，横約１.５ｍ，高さ約０.５５ｍの真空断熱容器
に入れて、図１に示したと類似の容量１２０ｋＷｈのモ
ジュールを得た。このモジュールにおいては、強制的に
電池１本を大破させても、漏洩した活物質の広がりが有
底金属容器と乾燥砂に防止されるため、隣接する電池が
破損する恐れはない。また、組立て，電池交換などの取
扱いも容易である。さらに、火災を想定してモジュール
外部から放水しても電池や乾燥砂に水がかかることは無
く、放水に対しても安全性が高い。
電池を正方配列に収納する際の有底金属容器３の側壁３
１の形状の例を、図５は複数個の高温ナトリウム二次電
池を千鳥配列に収納する際の有底金属容器３の側壁３１
の形状の例を示している。このように高温ナトリウム二
次電池の配列に合わせて有底金属容器の側壁形状を形成
することにより、有底金属容器内への電池の収納および
断熱容器内への有底金属容器の収納が容易で、特に図５
の構造では高温ナトリウム二次電池の充填密度を高くで
き、高温ナトリウム二次電池モジュールのエネルギー密
度が向上する。具体例として、１本当たりの容量約５６
０Ｗｈ，定格出力約７０Ｗ，高さ約４０cmのナトリウム
硫黄電池を用い、３６本ずつを外形が４５×４５×４５
cm3の炭素鋼製の有底金属容器に入れ、電池間、及び電
池／有底金属容器間をマイカで絶縁すると共に、電池間
に乾燥砂を充填した。次にこの有底金属容器を６個，縦
約１ｍ，横約１.５ｍ，高さ約０.５５ｍの真空断熱容器
に入れて、図１に示したと類似の容量１２０ｋＷｈのモ
ジュールを得た。このモジュールにおいては、強制的に
電池１本を大破させても、漏洩した活物質の広がりが有
底金属容器と乾燥砂に防止されるため、隣接する電池が
破損する恐れはない。また、組立て，電池交換などの取
扱いも容易である。さらに、火災を想定してモジュール
外部から放水しても電池や乾燥砂に水がかかることは無
く、放水に対しても安全性が高い。
【００２３】さらに、上に述べた構造のナトリウム硫黄
電池モジュールを用いて、取扱いの容易性や安全性の高
い、電力貯蔵装置，電気自動車，非常用電源，無停電電
源，電力系統のピークシフト装置，周波数・電圧安定化
装置などの電池システムが実現できる。
電池モジュールを用いて、取扱いの容易性や安全性の高
い、電力貯蔵装置，電気自動車，非常用電源，無停電電
源，電力系統のピークシフト装置，周波数・電圧安定化
装置などの電池システムが実現できる。
【００２４】
【発明の効果】本発明によれば、組立てや電池の交換な
どの電池取扱いが容易で、電池破損や浸水に対する安全
性の高い高温ナトリウム二次電池モジュール、及び、こ
れを用いた電池システムが実現される。
どの電池取扱いが容易で、電池破損や浸水に対する安全
性の高い高温ナトリウム二次電池モジュール、及び、こ
れを用いた電池システムが実現される。
【図１】本発明の高温ナトリウム二次電池モジュールの
構造例を示す図。
構造例を示す図。
【図２】本発明の高温ナトリウム二次電池モジュールの
構造例を示す図。
構造例を示す図。
【図３】高温ナトリウム二次電池の構造の例を示す図。
【図４】高温ナトリウム二次電池の配列と有底金属容器
の側壁形状との関係の例を示す図。
の側壁形状との関係の例を示す図。
【図５】高温ナトリウム二次電池の配列と有底金属容器
の側壁形状との関係の例を示す図。
の側壁形状との関係の例を示す図。
１…断熱容器、２…高温ナトリウム二次電池、３…有底
金属容器、４…絶縁材、５…絶縁板、９…端子出入口、
１０…蓋、１１…ヒータ、１４…孔、３１…側壁。
金属容器、４…絶縁材、５…絶縁板、９…端子出入口、
１０…蓋、１１…ヒータ、１４…孔、３１…側壁。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 貢 茨城県日立市幸町三丁目２番２号 日立ニ ュークリアエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 菊地 賢三 茨城県日立市幸町三丁目２番２号 日立ニ ュークリアエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 田村 精一 茨城県日立市幸町三丁目２番２号 日立ニ ュークリアエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 安保 勝夫 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地 日立エンジニアリングコンサルティング株 式会社内
Claims (10)
- 【請求項１】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た高温ナトリウム
二次電池モジュールにおいて、有底金属容器に前記高温
ナトリウム二次電池の複数個が収納され、前記有底金属
容器の複数個が前記断熱容器内へ設置されたことを特徴
とする高温ナトリウム二次電池モジュール。 - 【請求項２】請求項１に記載の前記有底金属容器に粉末
状または繊維状の絶縁材が収納されていることを特徴と
する高温ナトリウム二次電池モジュール。 - 【請求項３】請求項１あるいは２に記載の前記高温ナト
リウム二次電池の複数個が前記有底金属容器内で正方配
列又は千鳥配列され、前記有底金属容器の側壁形状が前
記高温ナトリウム二次電池の配列に合わせて形成されて
い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。 - 【請求項４】請求項１あるいは２に記載の前記有底金属
容器の内部に絶縁板を設けて、前記高温ナトリウム二次
電池同士、又は／及び、前記高温ナトリウム二次電池と
前記有底金属容器の間が電気的に絶縁されていることを
特徴とする高温ナトリウム二次電池モジュール。 - 【請求項５】請求項２に記載の前記絶縁材がアルミナや
シリカなどのセラミックス粉末，乾燥砂，ガラス，ゼオ
ライト，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，シ
ラスなどのような中空粒子、あるいは、これらの混合物
であ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。 - 【請求項６】請求項１あるいは２に記載の前記有底金属
容器の上面高さが前記断熱容器に設けた電気入出力端子
の出入口の鉛直方向の高さより高いことを特徴とする高
温ナトリウム二次電池モジュール。 - 【請求項７】請求項１あるいは２に記載の前記有底金属
容器の上面高さが前記断熱容器に設けた電気入出力端子
の出入口の鉛直方向の高さより低いか、あるいはほぼ同
じ高さであり、且つ、前記有底金属容器上面に水よけの
蓋が設けられてい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。 - 【請求項８】請求項７に記載の前記蓋に電池加熱用のヒ
ータが取り付けられてい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。 - 【請求項９】請求項１，２，６または７のいずれかに記
載の前記有底金属容器の下部に水を通すための孔を設け
たことを特徴とする高温ナトリウム二次電池モジュー
ル。 - 【請求項１０】請求項範１から９のいずれかに記載の前
記高温ナトリウム二次電池モジュールを用いたことを特
徴とする電池システム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2951498A JPH10294128A (ja) | 1997-02-24 | 1998-02-12 | 高温ナトリウム二次電池モジュ−ルおよび電池システム |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3880697 | 1997-02-24 | ||
| JP9-38806 | 1997-02-24 | ||
| JP2951498A JPH10294128A (ja) | 1997-02-24 | 1998-02-12 | 高温ナトリウム二次電池モジュ−ルおよび電池システム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10294128A true JPH10294128A (ja) | 1998-11-04 |
Family
ID=26367725
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2951498A Pending JPH10294128A (ja) | 1997-02-24 | 1998-02-12 | 高温ナトリウム二次電池モジュ−ルおよび電池システム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10294128A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012075626A1 (zh) * | 2010-12-08 | 2012-06-14 | 长园科技实业股份有限公司 | 锂电池的电极结构 |
| KR101318391B1 (ko) * | 2011-12-26 | 2013-10-15 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 나트륨 유황 전지 모듈 |
| DE102013214062A1 (de) * | 2013-07-17 | 2015-01-22 | Elringklinger Ag | Elektrochemische Zelle und Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle |
| CN104508900A (zh) * | 2012-09-12 | 2015-04-08 | 日本碍子株式会社 | 钠硫电池 |
| CN112234263A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-01-15 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 具有高反应界面的钠-氯化物电池 |
| US20210320374A1 (en) * | 2019-03-06 | 2021-10-14 | Lg Chem, Ltd. | Ess module having structure capable of preventing external exposure of flame and ess pack including the same |
| US11901538B2 (en) | 2018-09-27 | 2024-02-13 | Research Institute Of Industrial Science & Technology | Sodium secondary battery module |
-
1998
- 1998-02-12 JP JP2951498A patent/JPH10294128A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2012075626A1 (zh) * | 2010-12-08 | 2012-06-14 | 长园科技实业股份有限公司 | 锂电池的电极结构 |
| GB2501568A (en) * | 2010-12-08 | 2013-10-30 | Changs Ascending Entpr Co Ltd | Electrode structure of lithium battery |
| GB2501568B (en) * | 2010-12-08 | 2018-02-21 | Changs Ascending Entpr Co Ltd | Electrode structure of lithium battery |
| KR101318391B1 (ko) * | 2011-12-26 | 2013-10-15 | 재단법인 포항산업과학연구원 | 나트륨 유황 전지 모듈 |
| CN104508900A (zh) * | 2012-09-12 | 2015-04-08 | 日本碍子株式会社 | 钠硫电池 |
| US9742040B2 (en) | 2012-09-12 | 2017-08-22 | Ngk Insulators, Ltd. | Sodium-sulfur battery |
| DE102013214062A1 (de) * | 2013-07-17 | 2015-01-22 | Elringklinger Ag | Elektrochemische Zelle und Verfahren zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle |
| US11901538B2 (en) | 2018-09-27 | 2024-02-13 | Research Institute Of Industrial Science & Technology | Sodium secondary battery module |
| US20210320374A1 (en) * | 2019-03-06 | 2021-10-14 | Lg Chem, Ltd. | Ess module having structure capable of preventing external exposure of flame and ess pack including the same |
| US11881592B2 (en) * | 2019-03-06 | 2024-01-23 | Lg Energy Solution, Ltd. | ESS module having structure capable of preventing external exposure of flame and ESS pack including the same |
| CN112234263A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-01-15 | 中国科学院上海硅酸盐研究所 | 具有高反应界面的钠-氯化物电池 |
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