JP3110312B2 - 高温二次電池 - Google Patents

高温二次電池

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JP3110312B2
JP3110312B2 JP08152214A JP15221496A JP3110312B2 JP 3110312 B2 JP3110312 B2 JP 3110312B2 JP 08152214 A JP08152214 A JP 08152214A JP 15221496 A JP15221496 A JP 15221496A JP 3110312 B2 JP3110312 B2 JP 3110312B2
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敏幸 川口
光治 佐藤
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、多数の単電池を断
熱容器内に収容した高温電池に関するものであって、特
に、300 〜350 ℃の高温下で作動するナトリウム−硫黄
電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より高温電池、例えば300 〜350 ℃
の温度で運転されるナトリウム−硫黄電池は、図3に示
すように複数の単電池1を直列あるいは並列に接続して
電池収容用の断熱容器2内に収納し、大容量の電池とし
て提供されている。そして、これら複数の単電池1を収
容した断熱容器2内に耐火性の砂状粒子を充填すること
は、例えば特開平3−283272号や特開平5−26
6925号に開示されている。
【0003】特開平3−283272号で開示されてい
る発明では、耐火性の砂状粒子を充填する目的は、万一
電池作動中に一部の単電池が異常過熱を起こした場合で
もその熱を拡散させて直接隣接単電池に影響を及ぼすこ
とをなくすること、及び、電池の作動、停止の際にも各
単電池を均等に昇降温することである。この耐火性の砂
状粒子としては、単電池構成要素と反応せず、かつ電気
絶縁性の粒状充填材が用いられている。一方、特開平5
−266925号に開示されている発明では、断熱容器
の下部には各単電池の固定保持を目的として熱硬化性の
バインダーを混合した細粒の粒状固定材を充填し、上部
には防火を目的とした粗粒の粒状防火材が充填されてい
る。
【0004】しかしながら、図1のように各単電池1を
頂部において互いに電気的に接続し、その電気配線中に
ヒューズ3を組み込んだ場合においては、単電池1に故
障が発生して過電流が流れ、ヒューズ3が溶断した際に
は、ヒューズ3を覆って接している砂状粒子5も一部溶
けてガラス状になり、溶けたガラス体が導電性を有する
ためにヒューズ3が溶断しているにもかかわらず故障単
電池と正常単電池間に電流が流れ、電流が遮断出来ない
との問題があることを本願発明者は見出した。そして電
流が遮断出来ないと故障部に電流が流れ続け、ジュール
熱でその部分が更に高温になり、故障事故が拡大する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記の問題
点を解決するためになされたものであって、複数の単電
池を収容し、各単電池の頂部において互いに電気的に接
続し、その電気配線中にヒューズを組み込んで、各単電
池の頂部の電気配線を覆う程度に充填された粒状充填材
から構成された高温電池において、単電池に故障が発生
して過電流が流れ、ヒューズが溶断した際に、故障電池
と正常電池とを電気的に速やかに遮断できる高温電池を
提供しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた請求項1の発明の高温電池は、断熱容器内
に複数の単電池を頂部において互いに電気的に接続した
状態で収容した高温電池において、各単電池の頂部の電
気配線中に組み込まれたヒューズを遮断時間が2秒以下
の、電気絶縁性でかつ耐熱性を有する、トリジマイトと
クリストバライトを合計総量で10%以上含有している高
温型石英である砂状粒子で覆ったことを特徴とするもの
である。また請求項2の発明の高温電池は、断熱容器内
に複数の単電池を頂部において互いに電気的に接続した
状態で収容した高温電池において、各単電池の頂部の電
気配線中に組み込まれたヒューズを、SiO2≧97 Wt %、
Al2O3 ≦1 Wt%、Fe2O3 ≦0.5 Wt%、CaO +MgO ≦0.5
Wt%、K2O +Na2O≦0.5 Wt%の組成を有し、粒径が0.4
〜1.0 mmである電気絶縁性でかつ耐熱性を有する、トリ
ジマイトとクリストバライトを合計総量で10%以上含有
している高温型石英である砂状粒子で覆ったことを特徴
とするものである。
【0007】また、請求項3の発明の高温電池は、断熱
容器内に収容されている複数の単電池の側壁部間隙に
も、SiO2≧97 Wt %、Al2O3 ≦1 Wt%、Fe2O3 ≦0.5 Wt
%、CaO +MgO ≦0.5 Wt%、K2O +Na2O≦0.5 Wt%の組
成を有し、粒径が0.4 〜1.0 mmである電気絶縁性でかつ
耐熱性を有する、トリジマイトとクリストバライトを合
計総量で10%以上含有している高温型石英である砂状粒
子を充填したことを特徴とするものである。
【0008】
【発明の実施の形態】図1において、1はナトリウム−
硫黄電池の単電池、2は多数の単電池1を収容した断熱
容器である。各単電池1、1はその頂部に電極4を備え
ており、これらの電極4、4を相互に電気的に接続した
電気配線中にヒューズ3が組み込まれている。5は単電
池1の側壁部間隙、及び各単電池1の頂部のヒューズ3
を覆うように断熱容器2内に充填された電気絶縁性でか
つ耐熱性の砂状粒子である。
【0009】本発明ではこの砂状粒子5として、遮断時
間が2秒以下の特性を有する砂状粒子を用いる。この遮
断時間の測定は、図2に示されるように試験用電極6、
6間にヒューズ3を接続し、このヒューズ3の上端部を
20mm以上の厚さで覆うように供試体となる各種の砂状粒
子を充填したうえ、試験用電極6、6間に165 A、開放
端電圧200 Vの過電流を流してヒューズ3を溶断させ、
回路を遮断させる。そしてヒューズ3の溶断後に電流が
完全に遮断されるまでの時間を測定する方法によった。
【0010】本発明者は種々の供試体について、上記試
験方法で研究をかさねた結果、大部分の供試体(砂状粒
子)は回路を完全に遮断出来ずに電流が流れ続けていた
が、供試体によっては極めて短時間で遮断できるものが
あることを見出した。更に本発明者は、ヒューズ溶断後
2秒以下で完全に電流を遮断できる材料が高温電池の充
填材として適していることを見いだし、その様な材料を
鋭意研究した結果、請求項2の材料を発明した。なお、
大部分の供試体がヒューズ溶断後も電流を完全に遮断出
来ずに電流が流れ続けるのは、ヒューズ3が溶断する際
に電極間にアークが発生し、このアークによってヒュー
ズ3に接触する供試体も溶融し、ガラス化して導電性に
なり、その結果、回路遮断後も電流が流れるものと推察
される。
【0011】このようにして得られた遮断時間が2秒以
下の砂状粒子としては、SiO2≧97 Wt %、Al2O3 ≦1 Wt
%、Fe2O3 ≦0.5 Wt%、CaO +MgO ≦0.5 Wt%、K2O +
Na2O≦0.5 Wt%の組成を有し、粒径が0.4 〜1.0 mmのも
ので、トリジマイトとクリストバライトを合計総量で10
%以上含有している高温型石英が相当する。ここでSiO2
を97 Wt %以上としたのは、融点を高めてガラス化を防
止するためであり、Fe2O3 を0.5 Wt%以下としたのは、
導電性を低下させるためである。またAl2O3 、CaO +Mg
O 、K2O +Na2Oの各成分の数値限定も、融点を高めてガ
ラス化を防止するためである。粒径は0.4 mm未満である
と溶融し易く、1.0 mmを越えると均一な充填が行いにく
くなるので、0.4 〜1.0 mmとした。
【0012】上記の組成の砂状粒子の具体例を表1に、
比較例の供試体を表2に示す。なお、No2、No3お
よびNo4は高温型石英であって、結晶として、トリジ
マイトとクリストバライトを合計総量でNo2は10%、
No3は15%、No4は12%含有したものである。この
ようなトリジマイトとクリストバライトを合計総量で10
%以上含有している高温型石英を砂状粒子として使用す
れば、表1の遮断時間のデータからも明らかなように、
消弧性を更に向上させることができる。
【0013】
【表1】
【0014】
【表2】
【0015】上記のような化学組成、結晶組成と粒径を
有し、遮断時間が2秒以下の電気絶縁性でかつ耐熱性の
砂状粒子5によってヒューズ3を覆うことにより、従来
のように砂状粒子が溶けることによって生じた導電性の
ガラス体が電流の遮断を妨げるようなトラブルをなく
し、速やかに電流を遮断して故障単電池と正常単電池と
を切り離すことができる。このため、故障部に電流が流
れ続けることによる故障事故の拡大を防止することがで
きる。
【0016】図1の実施形態では、上記の砂状粒子5を
単電池1の側壁部間隙、及び各単電池1の頂部のヒュー
ズ3を覆うように断熱容器2の内部に充填したが、この
ような特性が要求されるのは主としてヒューズ3の部分
であるから、少なくとも各単電池1の頂部のヒューズ3
の部分にこのような砂状粒子5を充填すればよい。しか
し、このような砂状粒子5は消弧性や防火性に優れてい
るのみならず、固定材としての機能を有している。従っ
て図1のように単電池1の側壁部間隙にもこの砂状粒子
5を充填すれば、電池を工場で組立てて使用地に運搬す
る際に、輸送時の振動による単電池1のずれが防止でき
る。また、電池組立時において砂状粒子5の充填作業が
簡単になる。更に、粒状充填材の管理も一種類ですむの
で、管理費(品質チェック、受入れ検査、保管容器等に
要する費用)が安価になる利点がある。
【0017】
【実施例】480 本のナトリウム−硫黄電池の単電池1を
断熱容器2内に収容し、各単電池1、1間にヒューズ3
をいれて電気的に接続した。その後、表1のNo3の砂
状粒子を断熱容器2内に充填して、高温電池を組み立て
た。ここで、予め故障するように設定しておいた所定の
単電池(クラックを有した固体電解質管で組み立てた単
電池)を組み入れて置く。この断熱容器2内に設置した
図示しないヒータを用いて単電池1を昇温し、300 〜35
0 ℃で運転して所定の単電池を故障させた。所定の期間
運転を続け、その後、運転を中止して断熱容器内を点検
した。その結果、所定のヒューズには過電流が流れ溶断
していたが、粒状充填材の消弧作用により、正常な単電
池には何等影響がないことが確認できた。しかし、同じ
条件で砂状粒子を表2の比較供試体No1に置き換えて
試験したところ、故障電池の故障部の拡大化が認められ
た。
【0018】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項1及び請
求項2の発明によれば、過電流により単電池間のヒュー
ズが溶断したときに電流を速やかに遮断することがで
き、事故の拡大を防止することができる。また請求項3
の発明によれば、電池を工場で組立てて使用地に運搬す
るまでの輸送時の振動による単電池のずれが防止できる
とともに、電池組立時における粒状充填材の充填作業が
簡単になる。更に請求項4の発明によれば、消弧性を更
に向上させることができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の高温電池を示す断面図である。
【図2】実施例における遮断時間の測定法を示す断面図
である。
【図3】従来の高温電池を示す断面図である。
【符号の説明】
1 単電池、2 断熱容器、3 ヒューズ、4 電極、
5 砂状粒子、6 試験用電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日高 道孝 愛知県名古屋市瑞穂区須田町2番56号 日本碍子株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−283217(JP,A) 特開 平5−266925(JP,A) 特開 平5−251110(JP,A) 特開 平7−272751(JP,A) 特開 平4−282573(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 10/39 H01M 2/34

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 断熱容器内に複数の単電池を頂部におい
    て互いに電気的に接続した状態で収容した高温電池にお
    いて、各単電池の頂部の電気配線中に組み込まれたヒュ
    ーズを遮断時間が2秒以下の、電気絶縁性でかつ耐熱性
    を有する、トリジマイトとクリストバライトを合計総量
    で10%以上含有している高温型石英である砂状粒子で覆
    ったことを特徴とする高温電池。
  2. 【請求項2】 断熱容器内に複数の単電池を頂部におい
    て互いに電気的に接続した状態で収容した高温電池にお
    いて、各単電池の頂部の電気配線中に組み込まれたヒュ
    ーズを、SiO2≧97 Wt %、Al2O3 ≦1 Wt%、Fe2O3 ≦0.
    5 Wt%、CaO+MgO ≦0.5 Wt%、K2O +Na2O≦0.5 Wt%
    の組成を有し、粒径が0.4 〜1.0 mmである電気絶縁性で
    かつ耐熱性を有する、トリジマイトとクリストバライト
    を合計総量で10%以上含有している高温型石英である
    状粒子で覆ったことを特徴とする高温電池。
  3. 【請求項3】 断熱容器内に収容されている複数の単電
    池の側壁部間隙にも、SiO2≧97 Wt %、Al2O3 ≦1 Wt
    %、Fe2O3 ≦0.5 Wt%、CaO +MgO ≦0.5 Wt%、K2O +
    Na2O≦0.5 Wt%の組成を有し、粒径が0.4 〜1.0 mmであ
    る電気絶縁性でかつ耐熱性を有する、トリジマイトとク
    リストバライトを合計総量で10%以上含有している高温
    型石英である砂状粒子を充填したことを特徴とする請求
    項2記載の高温電池。
  4. 【請求項4】 高温電池がナトリウム−硫黄電池である
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の高温
    電池。
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