JP4030331B2 - ナトリウム−硫黄電池の制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナトリウム−硫黄電池の充放電動作、温度調節、等を適切に行う制御機能を有するナトリウム−硫黄電池向け制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のナトリウム−硫黄単電池を相互に接続してなるナトリウム−硫黄電池（以下、ＮａＳ電池とも記す）は、昼夜間の格差の大きい電力需要の平準化のための電力貯蔵装置、特に、夏期の電力需要の急増する時間帯へ電力を供給するいわゆるピークカット用の装置として、あるいは、自然災害時の非常用電源装置として、その他各種用途に、実用化が進められている。
【０００３】
ＮａＳ電池は、実用的には、複数の単電池を直列に接続したＮａＳ電池ストリング（単電池群）を、例えば、複数並列に接続してＮａＳ電池ブロックとし、更に、ＮａＳ電池ブロックを複数直列に接続してＮａＳ電池モジュール（以下、単に電池モジュールともいう）とし、尚更に、ＮａＳ電池モジュールを複数直列に接続してＮａＳ電池を形成し、交直変換装置等とともに回路を構成し、例えばＮａＳ電池電力貯蔵装置として使用される。
【０００４】
又、ＮａＳ電池は、陰極活物質である溶融金属ナトリウムと、陽極活物質である溶融硫黄とを、ナトリウムイオンに対して選択的な透過性を有するβ−アルミナ固体電解質で隔離して配する二次電池である。溶融ナトリウムが電子を放出してナトリウムイオンとなり、これが固体電解質内を透過して陽極側に移動し、硫黄及び外部回路から供給される電子と反応して多硫化ナトリウムを生成し放電が行われ、一方、放電とは逆に、多硫化ナトリウムからナトリウム及び硫黄が生成する反応により充電が起こる。これら充放電の効率の面からは、β−アルミナに対するナトリウムイオン伝導率の温度特性、等の理由により、ＮａＳ電池を２８０℃以上の高温で作動させることが好ましい。反面、電池を構成する種々の部材の耐熱性、等の制約から、ＮａＳ電池の作動温度の高さには限界がある。従って、ＮａＳ電池においては、作動温度を所定の範囲（概ね２８０℃〜３６０℃）に制御しながら、充放電を行うことが重要である。
【０００５】
更に、ＮａＳ電池の充放電動作についても、適切に制御することが肝要である。例えば、単電池当たりにおいて、充電末深度の開路電圧は２．０７５Ｖに一定に保たれ、放電が進むにつれて起電圧は徐々に低くなり、放電の限界（放電末）時においては、開路電圧は概ね１．８２Ｖになる。ところが、例えば放電時の計測電圧は、開路電圧から内部抵抗と放電電流の積（電圧降下）だけ低くなる。従って、ＮａＳ電池の運転においては、この電圧降下分を計測電圧値に加算して、放電中の開路電圧を求め、放電末の検出を行う必要がある。
【０００６】
ＮａＳ電池において、このような適切な運転を実現するための制御装置は、従来、ＮａＳ電池架台内に設けられた電池モジュール毎に独立して備わるモジュール用制御機器（以下、モジュール制御器ともいう）と、ＮａＳ電池架台外の制御盤に設けられた汎用制御機器、例えばシーケンサ、から構成されている。各モジュール制御器により各電池モジュールの電圧及び温度を計測し運転状態を監視するとともに、各電池モジュールに備わるヒータをＯＮ／ＯＦＦさせてＮａＳ電池の作動温度を調節する。又、汎用制御機器たるシーケンサに備わる電流計測機能により、ＮａＳ電池の例えば放電電流を計測してシーケンサにおいて電圧降下を算出し放電カットオフ電圧を求め、ＮａＳ電池の放電末の検出を行っている。尚、カットオフ電圧とは、ＮａＳ電池の充電末あるいは放電末を判断する上で基準となる電圧をいう。
【０００７】
従来のＮａＳ電池向けの制御装置を、５基の電池モジュールを直列に接続したＮａＳ電池を一例として、図２に示す。制御装置は、主に、ＮａＳ電池２２の電池架台２１内のＮａＳ電池モジュール２４毎に設けられたモジュール制御器２６と、ＮａＳ電池２２の電池架台２１外の制御盤３１に設けられたシーケンサ２３とから構成される。モジュール制御器２６は、温度計測手段及び電圧計測手段を有し、計測した温度によって、ヒータ電源線１２７を介しヒータ電源２７が供給されるヒータ２５をＯＮ／ＯＦＦし、ＮａＳ電池２２の作動温度を制御するとともに、ＲＳ４２２等の規格の送受信手段を備え、計測データやヒータ２５の稼動状態を示す信号、等をシーケンサ２３の制御部２８へ送る。シーケンサ２３は、ＲＳ４２２等の規格の送受信手段を通じてモジュール制御器２６から温度、電圧等の電池状態を表す情報を得るとともに、計測部２９によって電池モジュール２４を直列に接続したＮａＳ電池２２の出力電流（放電電流）を計測する。それらの計測値及び情報は、制御盤３１に設けられた表示機器（図示しない）に表示されるとともに、外部信号２０として出力され、例えばデータリンクを通じて遠隔の監視機器、等で確認することが出来る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の制御装置は、ＮａＳ電池が、開発から実用化を迎える段階においては充分なものであったが、ＮａＳ電池が拡販され得る状況になり、市場から、長期にわたる信頼性の向上が更に求められるとともに、例えば電力貯蔵装置としての設備の試運転費用の低減、及び、設計及び製作にかかる期間の短縮、等が望まれるに至り、特に以下のような問題が顕在化してきていた。
【０００９】
（ａ）充放電完了時点の誤検出
従来は、例えば放電末を検出する場合に、シーケンサの電流計測ユニットで計測された放電電流Ｉdと電池モジュール内部抵抗Ｒ、温度係数Ｋt（作動温度Ｔにより変動）より、放電カットオフ電圧ＶLを次の（１）式、
ＶL＝Ｖo×ｎ−Ｉd×Ｒ×Ｋt …（１）
により求め、その放電カットオフ電圧ＶLと、各モジュール制御器により計測されシーケンサに送られた各電池モジュールの実際の作動電圧Ｖとを比較して、次の（２）式、
ＶL＞Ｖ …（２）
が成立したときを放電末と判断していた。ここで、Ｖoは陰極のナトリウムが欠乏する直前の単電池の開路電圧を指し概ね１．８２Ｖであり、ｎは電池モジュールに含まれる単電池数である。即ち、放電カットオフ電圧ＶLは、ＮａＳ電池として理論上の放電末の作動電圧を示す。しかしながら、作動電圧Ｖのデータをモジュール制御器からシーケンサに送り比較判断するが故に伝送遅れが生じ、作動電圧Ｖと放電電流Ｉdとの同期が精度よくとれずに、放電電流Ｉdから算出した放電カットオフ電圧ＶLと比較すべき作動電圧Ｖとの間に遅れが生じ、放電完了時の判断にズレが生じていた。その結果、充電された電力を充分に有効利用出来ない、等の問題が起こり得た。
【００１０】
又、充電末を検出する場合に、シーケンサの電流計測ユニットで計測された充電電流Ｉcと電池モジュール内部抵抗Ｒより、充電カットオフ電圧ＶHを次の（３）式、
ＶH＝（ＶI＋α）×ｎ−Ｉc×Ｒ …（３）
により求め、その充電カットオフ電圧ＶHと、各モジュール制御器により計測されシーケンサに送られた各電池モジュールの実際の作動電圧Ｖとを比較して、次の（４）式、
ＶH＜Ｖ …（４）
が成立したときを充電末と判断していた。ここで、ＶIは充電末の単電池の開路電圧を指し概ね２．０７５Ｖであり、ｎは電池ブロックに含まれる単電池数である。又、αは充電末に発生する分極抵抗分を示し、概ね０．０５〜０．１５Ｖである。即ち、充電カットオフ電圧ＶHは、ＮａＳ電池として理論上の充電末開路電圧に分極分を見込んだ電圧を示す。しかしながら、放電時と同様に伝送遅れにより、作動電圧Ｖと充電電流Ｉcとの同期が精度よくとれずに、充電電流Ｉcから算出した充電カットオフ電圧ＶHと比較すべき作動電圧Ｖとの間に遅れが生じ、充電完了時の判断にズレが生じていた。その結果、充電が不十分になり電池能力を充分に有効利用出来ない等の問題が起こり得た。
【００１１】
（ｂ）ヒータ消費電力の変動
又、ヒータの電源として三相３線式交流電源が使用され、電池モジュール毎に備わる各ヒータは、２線間の定格負荷として概ねバランスをとって接続される。例えば、Ｒ−Ｓ相の負荷として１０ＫＷ、Ｓ−Ｔ相の負荷として９ＫＷ、Ｔ−Ｒ相の負荷として１０ＫＷ、という具合である。ところが、ヒータはＮａＳ電池の作動温度を適切な範囲にする昇温機器であってＮａＳ電池の状態によってＯＮ／ＯＦＦするものである。そして、従来、各モジュール制御器は他のモジュール制御器と関わりなく独立して各ヒータをＯＮ／ＯＦＦさせており、ある確率で全てのヒータがＯＮしたりＯＦＦすることになり、ヒータ消費電力の変動が非常に大きいためにトランス、配線用遮断器はヒータ容量と同等の容量を必要とし、又、ヒータ負荷の変動により電圧が変動するといった問題があった。
【００１２】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、放電末及び充電末の誤検出を防止しＮａＳ電池の長期運転にかかる信頼性を高めるとともに、ＮａＳ電池運転中におけるヒータ消費電力の変動を低減し電圧変動をなくしトランス等の受電設備容量を、より小さくすることによりコストダウンを図ることにある。
【００１３】
従来の問題を解決するために、検討が重ねられ研究が進められた結果、全ての電池モジュールの温度、電圧、電流を、１台の制御機器に取り入れる手段により、上記目的を達せられることが見出された。更に加えて、ＮａＳ電池の例えば電力貯蔵装置としての初期設備費用の低減、及び、設計及び製作にかかる期間の短縮、をも実現可能となった。より詳細には、以下の手段である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、複数の電池モジュールを直列乃至並列に接続してなるナトリウム−硫黄電池の制御装置であって、複数の電池モジュールの、少なくとも温度、電圧、及び、電流を計り得る温度計測手段、電圧計測手段、及び、電流計測手段を、１の制御機器に備えることを特徴とし、好ましくは放電末及び充電末検出手段を有するナトリウム−硫黄電池用制御装置が提供される。
【００１５】
又、複数の電池モジュールに各々ヒータが備わり、ヒータの電源は三相３線で供給されるとともに各々のヒータが線間負荷として接続されてなるナトリウム−硫黄電池においては、各線間の消費電力が時間的に均一になるように、各々のヒータを制御し得るヒータ制御手段を有することが好ましい。
【００１６】
本発明に係るナトリウム−硫黄電池用制御装置は、複数の電池モジュールが収められるナトリウム−硫黄電池の電池架台の最下部に設置されることが好ましく、このような制御装置を備えるナトリウム−硫黄電池は電力貯蔵装置として好適に用いられる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明に係るナトリウム−硫黄電池用制御装置（以下、単に制御装置ともいう）は、複数のＮａＳ電池モジュールを直列乃至並列に接続してなるナトリウム−硫黄電池向けの制御装置である。ＮａＳ電池の容量の上限、換言すれば、ＮａＳ電池モジュールの数の上限、は限定されるものではないが、容量で５００ＫＷ、例えば、５０ＫＷのＮａＳ電池モジュールを１０台搭載出来る程度、を上限とすれば、通常の設備規模のＮａＳ電池に対応することが可能である。
【００１８】
本発明の制御装置は、ＮａＳ電池の充放電動作管理にかかる一の側面と、ヒータ電源の実負荷調節にかかる二の側面と、の２つの側面を有する。
本発明の制御装置は、一の側面において、複数の電池モジュールの、少なくとも温度、電圧、及び、電流を計り得る温度計測手段、電圧計測手段、及び、電流計測手段を、１の制御機器に備える点に特徴がある。換言すれば、温度計測手段、電圧計測手段、及び、電流計測手段によって得られた温度、電圧、及び、電流のデータを、伝送手段を介さずに制御装置内の１基の制御機器に取り入れることが出来る制御装置である。ここで、温度、電圧は例えば電池モジュール毎に計測出来ることが好ましく、電流は例えば電池モジュールを直列に接続したＮａＳ電池の出力電流（充放電電流）として計測出来ることが好ましい。
【００１９】
温度、電圧、及び、電流のデータを伝送手段を介さずに１基の制御機器に取り入れられることから、放電末及び充電末検出手段を有していれば、放電末及び充電末を時間遅れなく判断出来る。
例えば放電末を検出する場合に、温度は電池モジュールの作動温度Ｔ、電圧は電池モジュールの作動電圧Ｖ、電流は電池モジュールの放電電流Ｉdとすれば、これら作動温度Ｔ、作動電圧Ｖ、放電電流Ｉdは伝送手段を介さないことから精度よく同期をとることが可能である。従って、上記（１）式に示す通り、理論上の放電末開路電圧（Ｖo×ｎ）に、作動温度Ｔで補正された温度係数、電池モジュールの内部抵抗Ｒと、放電電流Ｉdと、によって求められる電圧降下分を加えて、放電完了を判断する基準の電圧である放電カットオフ電圧ＶLを求め、放電カットオフ電圧ＶLと実際の作動電圧Ｖとの比較（上記（２）式）を行う放電完了検出手段を有していれば、作動温度Ｔ及び放電電流Ｉdにより求められる放電カットオフ電圧ＶLと、作動電圧Ｖと、の間に時間遅れが生じず、放電完了時を、より正確に判断することが可能である。その結果、充電された電力を充分に有効利用出来るとともに、放電させ過ぎて陰極のナトリウムを欠乏させ充放電不可能に至る問題も生じず、ＮａＳ電池の長期運転にかかる信頼性は著しく向上する。
【００２０】
又、本発明の制御装置は、二の側面において、ＮａＳ電池が複数の電池モジュールに各々ヒータが備わり電源が三相３線で供給されるとともに各々のヒータが線間負荷として接続されてなる場合に、各線間の消費電力が時間的に均一になるように、各々のヒータを制御し得るヒータ制御手段を有することに特徴がある。各線間の消費電力が時間的に均一になるとは、ヒータがＯＮになるタイミングを、各線間毎にずらすことによって、全てのヒータが同時にＯＮになることを避け、ヒータにより消費される単位時間当たりの全電力が平均化されることをいう。こうすることにより、付帯設備等の容量を減らすことが出来、設備コストの低減が図れる。
【００２１】
上記一の側面において記したように、本発明においては、複数の電池モジュールの温度を、例えば電池モジュール毎に計り得る温度計測手段を１の制御機器に備えているわけであるから、全ての電池モジュールの温度を同時に把握することが出来る。従って、先ず、各々のヒータを三相３線電源の２線間に定格負荷としてバランスよく接続した上で、各電池モジュールの作動温度計測結果によって相対する電池モジュールに備わるヒータをＯＮ／ＯＦＦするのではなく、ヒータ制御手段により、即ち、各電池モジュールの作動温度が所定の範囲になるように、尚且つ、各線間の消費電力が時間的に均一になるように、タイムスケジュールを設定して、例えば各々のヒータをＯＮ／ＯＦＦすることにより、消費電力の変動を抑制することが出来る。その結果、電圧変動も抑制されるとともにトランス等の受電設備容量を低減することが可能となる。
【００２２】
更に、本発明の制御装置においては、従来のように、各電池モジュール毎の制御機器と汎用のシーケンサとの組合せではなく、ＮａＳ電池を収める電池架台毎に１基の制御機器で構成されるため、制御装置のコンパクト化が容易である。その結果、別途制御盤を設けずに、制御装置をＮａＳ電池の電池架台内に備えることが可能であり、初期設備コストが低減される。この場合に、制御装置を電池架台の最下部に設置することが好ましい。発熱する電池モジュールと同じ電池架台内であっても、最下部は、温度が最も低く保たれ（最高４０℃程度）、湿度も低く抑えられる（最高７０％程度）ことから電子機器を有する制御装置の設置環境として好ましいからである。
【００２３】
又、制御盤を新たに設ける必要がないことから、制御盤の設計製作にかかるコスト低減に加え、制御盤の設計製作にかかる分ＮａＳ電池の納期の短縮が図られ、より市場に受け入れられ易く、ＮａＳ電池の普及の促進に貢献し得る。
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明を具体的に説明する。
図１は、本発明に係るＮａＳ電池用制御装置の一実施形態を示す系統図である。ＮａＳ電池１２は全５基のＮａＳ電池モジュール１４から構成され、制御装置は、ＮａＳ電池１２の電池架台１１内に設けられ、主に計測制御部１９とヒータ駆動部１８とからなる制御機器１３を構成要素とする。制御機器１３の計測制御部１９は、演算手段と、各ＮａＳ電池モジュール１４毎に作動温度Ｔ、作動電圧Ｖを計測する温度計測手段及び電圧計測手段、更には、信号出力手段及びネットワーク手段を有する。計測制御部１９は、更に電流計測手段を有し、複数のＮａＳ電池モジュール１４が直列に接続されたＮａＳ電池１２の電流を計測する。
【００２５】
演算手段は、例えばＣＰＵと付帯するメモリ及び他手段との入出力用ＩＣから構成することが出来る。信号出力手段は、例えば有電圧あるいは無電圧のリレー（接点）により構成することが出来る。ネットワーク手段は、例えば、ＲＳ４２２、ＲＳ４８５、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、ＦＬｎｅｔ、ＥｔｈｅｒＮｅｔ、等を採用することが出来る。
【００２６】
温度計測手段は、例えば、熱電対によるもの、温度による電気抵抗変化を利用するもの、等であってよい。又、温度計測手段は、電池モジュール毎にヒータと対応した各部分を計測可能であることが好ましい。即ち、後述する例のように、電池モジュール毎にヒータが底面用ヒータと側面用ヒータとからなるときには、各電池モジュールの底面部分及び側面部分の温度を計測出来ることが好ましい。
【００２７】
電圧計測手段は、電池モジュール内の各電池ブロック毎に電圧を計測出来ることが好ましい。精度よく計測が可能となり、過充電又は過放電を確実に避けることが出来るからである。電流計測手段は、ＮａＳ電池の２の電流を計測出来ることが好ましい。
【００２８】
ヒータ駆動部１８は、通常数ＫＷ程度であるヒータ（負荷）に流れる電流に耐え得る容量の、例えば半導体素子からなるリレーを有し、そのリレーによって各ヒータ電源線１１７を接続／遮断し各ヒータ１５に供給されるヒータ電源１７を供給／停止することが出来る。ヒータ短絡時の機器、電線を保護するためリレーと直列にヒューズを設けることが好ましい。
【００２９】
計測制御部１９において、温度計測手段、電圧計測手段、及び、電流計測手段により計測された温度、電圧、及び、電流の各計測値（データ）は、演算手段に取り込まれるとともに、信号出力手段及びネットワーク手段を通じて外部信号１０として出力される。
【００３０】
計測制御部１９の演算手段においては、放電時は、温度計測手段と電流計測手段により計測された作動温度Ｔ及び放電電流Ｉdにより、上記（１）式に基づき、放電カットオフ電圧ＶLが求められ、電圧計測手段により計測された作動電圧Ｖとの比較が行われる。そして、上記（２）式が成立すると放電完了と判断し、ＮａＳ電池１２の放電を終了させる。
又、充電時は、上記（３）式に基づき充電カットオフ電圧ＶHが求められ、電圧計測手段により計測された作動電圧Ｖとの比較が行われる。そして、上記（４）式が成立すると充電末と判断し、ＮａＳ電池１２の充電を終了させる。
【００３１】
計測した温度、電圧、及び、電流の各値によっては、充電若しくは放電の禁止あるいは停止の判断、等を行い、ＮａＳ電池を、より安定に運転する。
【００３２】
計測制御部１９は、予め定められ例えば演算手段に記憶されたタイムスケジュールに従い、信号出力手段によりヒータ駆動部１８へヒータ毎のヒータ制御信号を出力する。
【００３３】
ヒータ駆動部１８は、計測制御部１９から受け取ったヒータ制御信号（例えば接点信号）に従い、ヒータ電源線１１７を介し各ヒータ１５に供給されるヒータ電源１７を供給／停止することによって、各ヒータ１５をＯＮ／ＯＦＦする。
【００３４】
ヒータ制御のタイムスケジュールの一例を図３に示す。本例においては、図示しないが、ヒータは、それぞれを独立して制御可能な底面用ヒータ（５．６ＫＷ）と側面用ヒータ（１．８ＫＷ）から構成され、電池モジュール毎にそれぞれ配置される。
【００３５】
図３に示されるように、各底面用ヒータ及び各側面用ヒータは、ＯＮ時間とＯＦＦ時間を同じくする周期ＣＴを繰り返すとともに、１／６ＣＴずつ位相をずらして作動する。このヒータ制御によって、ＮａＳ電池の作動温度が所望の温度範囲に保たれ得るとともに、三相３線式交流電源の２線間の消費電力が概ね均衡する。
【００３６】
各計測手段により計測された作動温度、作動電圧、放流電流、等の計測値、又、演算手段によって判断され得るＮａＳ電池の状態（放電完了等）の信号、更には、上記計測値が予め計測制御部１９に入力された種々の設定値、あるいは固定値と演算手段によって比較された結果の信号、例えば「温度高」等の異常信号は、ＮａＳ電池１２の電池架台１１に設けられた表示機器（図示しない）に表示することが出来るとともに、そのまま外部信号１０として出力され、ネットワークを通じて、例えば遠隔の監視機器等で確認することが出来る。
【００３７】
信号出力手段乃至ネットワーク手段により出力される外部信号１０の形式は限定されず、例えば、アナログ信号（ＤＣ４〜２０ｍＡ電流、ＤＣ１〜５Ｖ電圧等）、デジタル信号、パルス信号、リレー接点、等が挙げられる。
【００３８】
制御機器１３の計測制御部１９と、例えば遠隔の監視機器（図示しない）とを結ぶネットワークは上記したネットワーク手段に限定されるものではないが、ネットワーク形成のための配線工事が、より容易であり、通信速度が、より高速であり、ノイズに、より強く、より温度変化に耐えうることが好ましい。ネットワークを形成する配線は、同軸ケーブル、光ケーブル等が、好適に用いられる。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明した通り、本発明によれば、別途に制御盤（制御機器）を必要とすることなく、ＮａＳ電池を制御することが出来る。又、誤った放電完了時の判断がなされ難い。更には、三相３線電源の各線間においてヒータがバランスよく電力を消費する。従って、本発明の制御装置を備えたＮａＳ電池を用いた例えば電力貯蔵装置は、長期にわたり高い信頼性を備え、設計製作にかかる納期短縮を図ることが容易で、よりコンパクトになり配置し易く、初期設備コスト及び運転コストが低減され得て、その需要は、いっそう喚起される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るＮａＳ電池用制御装置の構成を示す系統図である。
【図２】 従来のＮａＳ電池用制御装置の構成を示す系統図である。
【図３】 本発明に係るＮａＳ電池用制御装置のヒータのタイムスケジュールを示す図である。
【符号の説明】
１０，２０…外部信号、１１，２１…（ＮａＳ）電池架台、１２，２２…ＮａＳ電池、１３…制御機器、１４，２４…（ＮａＳ）電池モジュール、１５，２５…ヒータ、１７，２７…ヒータ電源、１８…ヒータ駆動部、１９…計測制御部、２３…シーケンサ、２６…モジュール制御器、２８…制御部、２９…計測部、３１…制御盤、１１６，１２６…電圧・温度計測線、１１７，１２７…ヒータ電源線、１１８…電流計測線。
【発明の属する技術分野】
本発明は、ナトリウム−硫黄電池の充放電動作、温度調節、等を適切に行う制御機能を有するナトリウム−硫黄電池向け制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数のナトリウム−硫黄単電池を相互に接続してなるナトリウム−硫黄電池（以下、ＮａＳ電池とも記す）は、昼夜間の格差の大きい電力需要の平準化のための電力貯蔵装置、特に、夏期の電力需要の急増する時間帯へ電力を供給するいわゆるピークカット用の装置として、あるいは、自然災害時の非常用電源装置として、その他各種用途に、実用化が進められている。
【０００３】
ＮａＳ電池は、実用的には、複数の単電池を直列に接続したＮａＳ電池ストリング（単電池群）を、例えば、複数並列に接続してＮａＳ電池ブロックとし、更に、ＮａＳ電池ブロックを複数直列に接続してＮａＳ電池モジュール（以下、単に電池モジュールともいう）とし、尚更に、ＮａＳ電池モジュールを複数直列に接続してＮａＳ電池を形成し、交直変換装置等とともに回路を構成し、例えばＮａＳ電池電力貯蔵装置として使用される。
【０００４】
又、ＮａＳ電池は、陰極活物質である溶融金属ナトリウムと、陽極活物質である溶融硫黄とを、ナトリウムイオンに対して選択的な透過性を有するβ−アルミナ固体電解質で隔離して配する二次電池である。溶融ナトリウムが電子を放出してナトリウムイオンとなり、これが固体電解質内を透過して陽極側に移動し、硫黄及び外部回路から供給される電子と反応して多硫化ナトリウムを生成し放電が行われ、一方、放電とは逆に、多硫化ナトリウムからナトリウム及び硫黄が生成する反応により充電が起こる。これら充放電の効率の面からは、β−アルミナに対するナトリウムイオン伝導率の温度特性、等の理由により、ＮａＳ電池を２８０℃以上の高温で作動させることが好ましい。反面、電池を構成する種々の部材の耐熱性、等の制約から、ＮａＳ電池の作動温度の高さには限界がある。従って、ＮａＳ電池においては、作動温度を所定の範囲（概ね２８０℃〜３６０℃）に制御しながら、充放電を行うことが重要である。
【０００５】
更に、ＮａＳ電池の充放電動作についても、適切に制御することが肝要である。例えば、単電池当たりにおいて、充電末深度の開路電圧は２．０７５Ｖに一定に保たれ、放電が進むにつれて起電圧は徐々に低くなり、放電の限界（放電末）時においては、開路電圧は概ね１．８２Ｖになる。ところが、例えば放電時の計測電圧は、開路電圧から内部抵抗と放電電流の積（電圧降下）だけ低くなる。従って、ＮａＳ電池の運転においては、この電圧降下分を計測電圧値に加算して、放電中の開路電圧を求め、放電末の検出を行う必要がある。
【０００６】
ＮａＳ電池において、このような適切な運転を実現するための制御装置は、従来、ＮａＳ電池架台内に設けられた電池モジュール毎に独立して備わるモジュール用制御機器（以下、モジュール制御器ともいう）と、ＮａＳ電池架台外の制御盤に設けられた汎用制御機器、例えばシーケンサ、から構成されている。各モジュール制御器により各電池モジュールの電圧及び温度を計測し運転状態を監視するとともに、各電池モジュールに備わるヒータをＯＮ／ＯＦＦさせてＮａＳ電池の作動温度を調節する。又、汎用制御機器たるシーケンサに備わる電流計測機能により、ＮａＳ電池の例えば放電電流を計測してシーケンサにおいて電圧降下を算出し放電カットオフ電圧を求め、ＮａＳ電池の放電末の検出を行っている。尚、カットオフ電圧とは、ＮａＳ電池の充電末あるいは放電末を判断する上で基準となる電圧をいう。
【０００７】
従来のＮａＳ電池向けの制御装置を、５基の電池モジュールを直列に接続したＮａＳ電池を一例として、図２に示す。制御装置は、主に、ＮａＳ電池２２の電池架台２１内のＮａＳ電池モジュール２４毎に設けられたモジュール制御器２６と、ＮａＳ電池２２の電池架台２１外の制御盤３１に設けられたシーケンサ２３とから構成される。モジュール制御器２６は、温度計測手段及び電圧計測手段を有し、計測した温度によって、ヒータ電源線１２７を介しヒータ電源２７が供給されるヒータ２５をＯＮ／ＯＦＦし、ＮａＳ電池２２の作動温度を制御するとともに、ＲＳ４２２等の規格の送受信手段を備え、計測データやヒータ２５の稼動状態を示す信号、等をシーケンサ２３の制御部２８へ送る。シーケンサ２３は、ＲＳ４２２等の規格の送受信手段を通じてモジュール制御器２６から温度、電圧等の電池状態を表す情報を得るとともに、計測部２９によって電池モジュール２４を直列に接続したＮａＳ電池２２の出力電流（放電電流）を計測する。それらの計測値及び情報は、制御盤３１に設けられた表示機器（図示しない）に表示されるとともに、外部信号２０として出力され、例えばデータリンクを通じて遠隔の監視機器、等で確認することが出来る。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の制御装置は、ＮａＳ電池が、開発から実用化を迎える段階においては充分なものであったが、ＮａＳ電池が拡販され得る状況になり、市場から、長期にわたる信頼性の向上が更に求められるとともに、例えば電力貯蔵装置としての設備の試運転費用の低減、及び、設計及び製作にかかる期間の短縮、等が望まれるに至り、特に以下のような問題が顕在化してきていた。
【０００９】
（ａ）充放電完了時点の誤検出
従来は、例えば放電末を検出する場合に、シーケンサの電流計測ユニットで計測された放電電流Ｉdと電池モジュール内部抵抗Ｒ、温度係数Ｋt（作動温度Ｔにより変動）より、放電カットオフ電圧ＶLを次の（１）式、
ＶL＝Ｖo×ｎ−Ｉd×Ｒ×Ｋt …（１）
により求め、その放電カットオフ電圧ＶLと、各モジュール制御器により計測されシーケンサに送られた各電池モジュールの実際の作動電圧Ｖとを比較して、次の（２）式、
ＶL＞Ｖ …（２）
が成立したときを放電末と判断していた。ここで、Ｖoは陰極のナトリウムが欠乏する直前の単電池の開路電圧を指し概ね１．８２Ｖであり、ｎは電池モジュールに含まれる単電池数である。即ち、放電カットオフ電圧ＶLは、ＮａＳ電池として理論上の放電末の作動電圧を示す。しかしながら、作動電圧Ｖのデータをモジュール制御器からシーケンサに送り比較判断するが故に伝送遅れが生じ、作動電圧Ｖと放電電流Ｉdとの同期が精度よくとれずに、放電電流Ｉdから算出した放電カットオフ電圧ＶLと比較すべき作動電圧Ｖとの間に遅れが生じ、放電完了時の判断にズレが生じていた。その結果、充電された電力を充分に有効利用出来ない、等の問題が起こり得た。
【００１０】
又、充電末を検出する場合に、シーケンサの電流計測ユニットで計測された充電電流Ｉcと電池モジュール内部抵抗Ｒより、充電カットオフ電圧ＶHを次の（３）式、
ＶH＝（ＶI＋α）×ｎ−Ｉc×Ｒ …（３）
により求め、その充電カットオフ電圧ＶHと、各モジュール制御器により計測されシーケンサに送られた各電池モジュールの実際の作動電圧Ｖとを比較して、次の（４）式、
ＶH＜Ｖ …（４）
が成立したときを充電末と判断していた。ここで、ＶIは充電末の単電池の開路電圧を指し概ね２．０７５Ｖであり、ｎは電池ブロックに含まれる単電池数である。又、αは充電末に発生する分極抵抗分を示し、概ね０．０５〜０．１５Ｖである。即ち、充電カットオフ電圧ＶHは、ＮａＳ電池として理論上の充電末開路電圧に分極分を見込んだ電圧を示す。しかしながら、放電時と同様に伝送遅れにより、作動電圧Ｖと充電電流Ｉcとの同期が精度よくとれずに、充電電流Ｉcから算出した充電カットオフ電圧ＶHと比較すべき作動電圧Ｖとの間に遅れが生じ、充電完了時の判断にズレが生じていた。その結果、充電が不十分になり電池能力を充分に有効利用出来ない等の問題が起こり得た。
【００１１】
（ｂ）ヒータ消費電力の変動
又、ヒータの電源として三相３線式交流電源が使用され、電池モジュール毎に備わる各ヒータは、２線間の定格負荷として概ねバランスをとって接続される。例えば、Ｒ−Ｓ相の負荷として１０ＫＷ、Ｓ−Ｔ相の負荷として９ＫＷ、Ｔ−Ｒ相の負荷として１０ＫＷ、という具合である。ところが、ヒータはＮａＳ電池の作動温度を適切な範囲にする昇温機器であってＮａＳ電池の状態によってＯＮ／ＯＦＦするものである。そして、従来、各モジュール制御器は他のモジュール制御器と関わりなく独立して各ヒータをＯＮ／ＯＦＦさせており、ある確率で全てのヒータがＯＮしたりＯＦＦすることになり、ヒータ消費電力の変動が非常に大きいためにトランス、配線用遮断器はヒータ容量と同等の容量を必要とし、又、ヒータ負荷の変動により電圧が変動するといった問題があった。
【００１２】
本発明は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、放電末及び充電末の誤検出を防止しＮａＳ電池の長期運転にかかる信頼性を高めるとともに、ＮａＳ電池運転中におけるヒータ消費電力の変動を低減し電圧変動をなくしトランス等の受電設備容量を、より小さくすることによりコストダウンを図ることにある。
【００１３】
従来の問題を解決するために、検討が重ねられ研究が進められた結果、全ての電池モジュールの温度、電圧、電流を、１台の制御機器に取り入れる手段により、上記目的を達せられることが見出された。更に加えて、ＮａＳ電池の例えば電力貯蔵装置としての初期設備費用の低減、及び、設計及び製作にかかる期間の短縮、をも実現可能となった。より詳細には、以下の手段である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、複数の電池モジュールを直列乃至並列に接続してなるナトリウム−硫黄電池の制御装置であって、複数の電池モジュールの、少なくとも温度、電圧、及び、電流を計り得る温度計測手段、電圧計測手段、及び、電流計測手段を、１の制御機器に備えることを特徴とし、好ましくは放電末及び充電末検出手段を有するナトリウム−硫黄電池用制御装置が提供される。
【００１５】
又、複数の電池モジュールに各々ヒータが備わり、ヒータの電源は三相３線で供給されるとともに各々のヒータが線間負荷として接続されてなるナトリウム−硫黄電池においては、各線間の消費電力が時間的に均一になるように、各々のヒータを制御し得るヒータ制御手段を有することが好ましい。
【００１６】
本発明に係るナトリウム−硫黄電池用制御装置は、複数の電池モジュールが収められるナトリウム−硫黄電池の電池架台の最下部に設置されることが好ましく、このような制御装置を備えるナトリウム−硫黄電池は電力貯蔵装置として好適に用いられる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
本発明に係るナトリウム−硫黄電池用制御装置（以下、単に制御装置ともいう）は、複数のＮａＳ電池モジュールを直列乃至並列に接続してなるナトリウム−硫黄電池向けの制御装置である。ＮａＳ電池の容量の上限、換言すれば、ＮａＳ電池モジュールの数の上限、は限定されるものではないが、容量で５００ＫＷ、例えば、５０ＫＷのＮａＳ電池モジュールを１０台搭載出来る程度、を上限とすれば、通常の設備規模のＮａＳ電池に対応することが可能である。
【００１８】
本発明の制御装置は、ＮａＳ電池の充放電動作管理にかかる一の側面と、ヒータ電源の実負荷調節にかかる二の側面と、の２つの側面を有する。
本発明の制御装置は、一の側面において、複数の電池モジュールの、少なくとも温度、電圧、及び、電流を計り得る温度計測手段、電圧計測手段、及び、電流計測手段を、１の制御機器に備える点に特徴がある。換言すれば、温度計測手段、電圧計測手段、及び、電流計測手段によって得られた温度、電圧、及び、電流のデータを、伝送手段を介さずに制御装置内の１基の制御機器に取り入れることが出来る制御装置である。ここで、温度、電圧は例えば電池モジュール毎に計測出来ることが好ましく、電流は例えば電池モジュールを直列に接続したＮａＳ電池の出力電流（充放電電流）として計測出来ることが好ましい。
【００１９】
温度、電圧、及び、電流のデータを伝送手段を介さずに１基の制御機器に取り入れられることから、放電末及び充電末検出手段を有していれば、放電末及び充電末を時間遅れなく判断出来る。
例えば放電末を検出する場合に、温度は電池モジュールの作動温度Ｔ、電圧は電池モジュールの作動電圧Ｖ、電流は電池モジュールの放電電流Ｉdとすれば、これら作動温度Ｔ、作動電圧Ｖ、放電電流Ｉdは伝送手段を介さないことから精度よく同期をとることが可能である。従って、上記（１）式に示す通り、理論上の放電末開路電圧（Ｖo×ｎ）に、作動温度Ｔで補正された温度係数、電池モジュールの内部抵抗Ｒと、放電電流Ｉdと、によって求められる電圧降下分を加えて、放電完了を判断する基準の電圧である放電カットオフ電圧ＶLを求め、放電カットオフ電圧ＶLと実際の作動電圧Ｖとの比較（上記（２）式）を行う放電完了検出手段を有していれば、作動温度Ｔ及び放電電流Ｉdにより求められる放電カットオフ電圧ＶLと、作動電圧Ｖと、の間に時間遅れが生じず、放電完了時を、より正確に判断することが可能である。その結果、充電された電力を充分に有効利用出来るとともに、放電させ過ぎて陰極のナトリウムを欠乏させ充放電不可能に至る問題も生じず、ＮａＳ電池の長期運転にかかる信頼性は著しく向上する。
【００２０】
又、本発明の制御装置は、二の側面において、ＮａＳ電池が複数の電池モジュールに各々ヒータが備わり電源が三相３線で供給されるとともに各々のヒータが線間負荷として接続されてなる場合に、各線間の消費電力が時間的に均一になるように、各々のヒータを制御し得るヒータ制御手段を有することに特徴がある。各線間の消費電力が時間的に均一になるとは、ヒータがＯＮになるタイミングを、各線間毎にずらすことによって、全てのヒータが同時にＯＮになることを避け、ヒータにより消費される単位時間当たりの全電力が平均化されることをいう。こうすることにより、付帯設備等の容量を減らすことが出来、設備コストの低減が図れる。
【００２１】
上記一の側面において記したように、本発明においては、複数の電池モジュールの温度を、例えば電池モジュール毎に計り得る温度計測手段を１の制御機器に備えているわけであるから、全ての電池モジュールの温度を同時に把握することが出来る。従って、先ず、各々のヒータを三相３線電源の２線間に定格負荷としてバランスよく接続した上で、各電池モジュールの作動温度計測結果によって相対する電池モジュールに備わるヒータをＯＮ／ＯＦＦするのではなく、ヒータ制御手段により、即ち、各電池モジュールの作動温度が所定の範囲になるように、尚且つ、各線間の消費電力が時間的に均一になるように、タイムスケジュールを設定して、例えば各々のヒータをＯＮ／ＯＦＦすることにより、消費電力の変動を抑制することが出来る。その結果、電圧変動も抑制されるとともにトランス等の受電設備容量を低減することが可能となる。
【００２２】
更に、本発明の制御装置においては、従来のように、各電池モジュール毎の制御機器と汎用のシーケンサとの組合せではなく、ＮａＳ電池を収める電池架台毎に１基の制御機器で構成されるため、制御装置のコンパクト化が容易である。その結果、別途制御盤を設けずに、制御装置をＮａＳ電池の電池架台内に備えることが可能であり、初期設備コストが低減される。この場合に、制御装置を電池架台の最下部に設置することが好ましい。発熱する電池モジュールと同じ電池架台内であっても、最下部は、温度が最も低く保たれ（最高４０℃程度）、湿度も低く抑えられる（最高７０％程度）ことから電子機器を有する制御装置の設置環境として好ましいからである。
【００２３】
又、制御盤を新たに設ける必要がないことから、制御盤の設計製作にかかるコスト低減に加え、制御盤の設計製作にかかる分ＮａＳ電池の納期の短縮が図られ、より市場に受け入れられ易く、ＮａＳ電池の普及の促進に貢献し得る。
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明を具体的に説明する。
図１は、本発明に係るＮａＳ電池用制御装置の一実施形態を示す系統図である。ＮａＳ電池１２は全５基のＮａＳ電池モジュール１４から構成され、制御装置は、ＮａＳ電池１２の電池架台１１内に設けられ、主に計測制御部１９とヒータ駆動部１８とからなる制御機器１３を構成要素とする。制御機器１３の計測制御部１９は、演算手段と、各ＮａＳ電池モジュール１４毎に作動温度Ｔ、作動電圧Ｖを計測する温度計測手段及び電圧計測手段、更には、信号出力手段及びネットワーク手段を有する。計測制御部１９は、更に電流計測手段を有し、複数のＮａＳ電池モジュール１４が直列に接続されたＮａＳ電池１２の電流を計測する。
【００２５】
演算手段は、例えばＣＰＵと付帯するメモリ及び他手段との入出力用ＩＣから構成することが出来る。信号出力手段は、例えば有電圧あるいは無電圧のリレー（接点）により構成することが出来る。ネットワーク手段は、例えば、ＲＳ４２２、ＲＳ４８５、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、ＦＬｎｅｔ、ＥｔｈｅｒＮｅｔ、等を採用することが出来る。
【００２６】
温度計測手段は、例えば、熱電対によるもの、温度による電気抵抗変化を利用するもの、等であってよい。又、温度計測手段は、電池モジュール毎にヒータと対応した各部分を計測可能であることが好ましい。即ち、後述する例のように、電池モジュール毎にヒータが底面用ヒータと側面用ヒータとからなるときには、各電池モジュールの底面部分及び側面部分の温度を計測出来ることが好ましい。
【００２７】
電圧計測手段は、電池モジュール内の各電池ブロック毎に電圧を計測出来ることが好ましい。精度よく計測が可能となり、過充電又は過放電を確実に避けることが出来るからである。電流計測手段は、ＮａＳ電池の２の電流を計測出来ることが好ましい。
【００２８】
ヒータ駆動部１８は、通常数ＫＷ程度であるヒータ（負荷）に流れる電流に耐え得る容量の、例えば半導体素子からなるリレーを有し、そのリレーによって各ヒータ電源線１１７を接続／遮断し各ヒータ１５に供給されるヒータ電源１７を供給／停止することが出来る。ヒータ短絡時の機器、電線を保護するためリレーと直列にヒューズを設けることが好ましい。
【００２９】
計測制御部１９において、温度計測手段、電圧計測手段、及び、電流計測手段により計測された温度、電圧、及び、電流の各計測値（データ）は、演算手段に取り込まれるとともに、信号出力手段及びネットワーク手段を通じて外部信号１０として出力される。
【００３０】
計測制御部１９の演算手段においては、放電時は、温度計測手段と電流計測手段により計測された作動温度Ｔ及び放電電流Ｉdにより、上記（１）式に基づき、放電カットオフ電圧ＶLが求められ、電圧計測手段により計測された作動電圧Ｖとの比較が行われる。そして、上記（２）式が成立すると放電完了と判断し、ＮａＳ電池１２の放電を終了させる。
又、充電時は、上記（３）式に基づき充電カットオフ電圧ＶHが求められ、電圧計測手段により計測された作動電圧Ｖとの比較が行われる。そして、上記（４）式が成立すると充電末と判断し、ＮａＳ電池１２の充電を終了させる。
【００３１】
計測した温度、電圧、及び、電流の各値によっては、充電若しくは放電の禁止あるいは停止の判断、等を行い、ＮａＳ電池を、より安定に運転する。
【００３２】
計測制御部１９は、予め定められ例えば演算手段に記憶されたタイムスケジュールに従い、信号出力手段によりヒータ駆動部１８へヒータ毎のヒータ制御信号を出力する。
【００３３】
ヒータ駆動部１８は、計測制御部１９から受け取ったヒータ制御信号（例えば接点信号）に従い、ヒータ電源線１１７を介し各ヒータ１５に供給されるヒータ電源１７を供給／停止することによって、各ヒータ１５をＯＮ／ＯＦＦする。
【００３４】
ヒータ制御のタイムスケジュールの一例を図３に示す。本例においては、図示しないが、ヒータは、それぞれを独立して制御可能な底面用ヒータ（５．６ＫＷ）と側面用ヒータ（１．８ＫＷ）から構成され、電池モジュール毎にそれぞれ配置される。
【００３５】
図３に示されるように、各底面用ヒータ及び各側面用ヒータは、ＯＮ時間とＯＦＦ時間を同じくする周期ＣＴを繰り返すとともに、１／６ＣＴずつ位相をずらして作動する。このヒータ制御によって、ＮａＳ電池の作動温度が所望の温度範囲に保たれ得るとともに、三相３線式交流電源の２線間の消費電力が概ね均衡する。
【００３６】
各計測手段により計測された作動温度、作動電圧、放流電流、等の計測値、又、演算手段によって判断され得るＮａＳ電池の状態（放電完了等）の信号、更には、上記計測値が予め計測制御部１９に入力された種々の設定値、あるいは固定値と演算手段によって比較された結果の信号、例えば「温度高」等の異常信号は、ＮａＳ電池１２の電池架台１１に設けられた表示機器（図示しない）に表示することが出来るとともに、そのまま外部信号１０として出力され、ネットワークを通じて、例えば遠隔の監視機器等で確認することが出来る。
【００３７】
信号出力手段乃至ネットワーク手段により出力される外部信号１０の形式は限定されず、例えば、アナログ信号（ＤＣ４〜２０ｍＡ電流、ＤＣ１〜５Ｖ電圧等）、デジタル信号、パルス信号、リレー接点、等が挙げられる。
【００３８】
制御機器１３の計測制御部１９と、例えば遠隔の監視機器（図示しない）とを結ぶネットワークは上記したネットワーク手段に限定されるものではないが、ネットワーク形成のための配線工事が、より容易であり、通信速度が、より高速であり、ノイズに、より強く、より温度変化に耐えうることが好ましい。ネットワークを形成する配線は、同軸ケーブル、光ケーブル等が、好適に用いられる。
【００３９】
【発明の効果】
以上、説明した通り、本発明によれば、別途に制御盤（制御機器）を必要とすることなく、ＮａＳ電池を制御することが出来る。又、誤った放電完了時の判断がなされ難い。更には、三相３線電源の各線間においてヒータがバランスよく電力を消費する。従って、本発明の制御装置を備えたＮａＳ電池を用いた例えば電力貯蔵装置は、長期にわたり高い信頼性を備え、設計製作にかかる納期短縮を図ることが容易で、よりコンパクトになり配置し易く、初期設備コスト及び運転コストが低減され得て、その需要は、いっそう喚起される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るＮａＳ電池用制御装置の構成を示す系統図である。
【図２】 従来のＮａＳ電池用制御装置の構成を示す系統図である。
【図３】 本発明に係るＮａＳ電池用制御装置のヒータのタイムスケジュールを示す図である。
【符号の説明】
１０，２０…外部信号、１１，２１…（ＮａＳ）電池架台、１２，２２…ＮａＳ電池、１３…制御機器、１４，２４…（ＮａＳ）電池モジュール、１５，２５…ヒータ、１７，２７…ヒータ電源、１８…ヒータ駆動部、１９…計測制御部、２３…シーケンサ、２６…モジュール制御器、２８…制御部、２９…計測部、３１…制御盤、１１６，１２６…電圧・温度計測線、１１７，１２７…ヒータ電源線、１１８…電流計測線。
Claims (3)
- 複数の電池モジュールを直列乃至並列に接続してなるナトリウム−硫黄電池の制御装置であって、
前記複数の電池モジュールの、少なくとも温度、電圧、及び、電流を計り得る温度計測手段、電圧計測手段、及び、電流計測手段、並びに、充電完了検出手段及び放電完了検出手段が、伝送手段を介さずに、１の制御機器に備わることを特徴とするナトリウム−硫黄電池用制御装置。 - 前記複数の電池モジュールには各々ヒータが備わり、ヒータの電源は三相３線で供給されるとともに各々のヒータが線間負荷として接続されてなり、
ヒータ消費電力が時間的に均一になるように、前記各々のヒータを制御し得るヒータ制御手段を有する請求項１に記載のナトリウム−硫黄電池用制御装置。 - 前記複数の電池モジュールを有し、請求項１又は２に記載のナトリウム−硫黄電池用制御装置が電池架台の最下部に設置されてなるナトリウム−硫黄電池電力貯蔵装置。
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| ITMI20061296A1 (it) * | 2006-07-04 | 2008-01-05 | Campagnolo Srl | Metodo di controllo e sistema di carica di una unita' di alimentazione a batteria |
| ITMI20061295A1 (it) * | 2006-07-04 | 2008-01-05 | Campagnolo Srl | Medoto e sistema di erogazione di energia elettrica da una unita' di alimentazione a batteria |
| EP2073302A4 (en) * | 2006-10-06 | 2012-11-28 | Panasonic Corp | DISCHARGE CONTROL DEVICE |
| JP5096018B2 (ja) | 2007-02-23 | 2012-12-12 | 日本碍子株式会社 | ナトリウム−硫黄電池の制御システム |
| JP2010051074A (ja) * | 2008-08-20 | 2010-03-04 | Ngk Insulators Ltd | ナトリウム−硫黄電池のヒータ電力供給方法 |
| CN102138247B (zh) * | 2008-09-30 | 2014-03-12 | 日本碍子株式会社 | 钠硫电池的控制方法 |
| JP5324376B2 (ja) * | 2008-09-30 | 2013-10-23 | 日本碍子株式会社 | ナトリウム−硫黄電池用ヒータのヒータ制御方法 |
| US20120059527A1 (en) * | 2008-11-05 | 2012-03-08 | GreenSmith Energy Management Systems, L.L.C. | Distributed Energy Storage System, and Applications Thereof |
| WO2011001727A1 (ja) * | 2009-06-29 | 2011-01-06 | 日本碍子株式会社 | 放電末電圧補正装置及び放電末電圧補正方法 |
| US8779726B2 (en) * | 2010-03-19 | 2014-07-15 | General Electric Company | Control system and method for charging sealed batteries |
| WO2012147128A1 (ja) * | 2011-04-26 | 2012-11-01 | トヨタ自動車株式会社 | 車両用の電源装置及び車両 |
| RU2470314C1 (ru) * | 2011-04-27 | 2012-12-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Российский государственный технический университет (Новочеркасский политехнический институт)" | Способ автоматического контроля технического состояния элементов последовательной аккумуляторной батареи и устройство для его осуществления |
| DE102011052425B4 (de) * | 2011-08-04 | 2015-02-26 | Atral- Secal Gmbh | Verfahren zum Beseitigen oder zum Reduzieren der Dicke einer Passivierungsschicht auf einer Elektrode einer Batterie und Vorrichtung dafür |
| CN102593551B (zh) * | 2012-02-17 | 2014-06-25 | 中国检验检疫科学研究院 | 动力电池差别式加热装置及方法 |
| JP6050814B2 (ja) | 2012-06-15 | 2016-12-21 | 日本碍子株式会社 | 集合電池用断熱容器、集合電池用制御装置及び集合電池用故障検出方法 |
| JP6283613B2 (ja) * | 2012-09-25 | 2018-02-21 | 日本碍子株式会社 | モジュール電池及びモジュール電池を製造する方法 |
| JP6286438B2 (ja) | 2012-10-16 | 2018-02-28 | アンブリ・インコーポレイテッド | 電気化学エネルギー蓄積デバイスおよびハウジング |
| US9735450B2 (en) | 2012-10-18 | 2017-08-15 | Ambri Inc. | Electrochemical energy storage devices |
| US9312522B2 (en) | 2012-10-18 | 2016-04-12 | Ambri Inc. | Electrochemical energy storage devices |
| US10541451B2 (en) | 2012-10-18 | 2020-01-21 | Ambri Inc. | Electrochemical energy storage devices |
| US11387497B2 (en) | 2012-10-18 | 2022-07-12 | Ambri Inc. | Electrochemical energy storage devices |
| US11211641B2 (en) | 2012-10-18 | 2021-12-28 | Ambri Inc. | Electrochemical energy storage devices |
| US9520618B2 (en) | 2013-02-12 | 2016-12-13 | Ambri Inc. | Electrochemical energy storage devices |
| US11721841B2 (en) | 2012-10-18 | 2023-08-08 | Ambri Inc. | Electrochemical energy storage devices |
| US10270139B1 (en) | 2013-03-14 | 2019-04-23 | Ambri Inc. | Systems and methods for recycling electrochemical energy storage devices |
| US9502737B2 (en) * | 2013-05-23 | 2016-11-22 | Ambri Inc. | Voltage-enhanced energy storage devices |
| EP3058605B1 (en) | 2013-10-16 | 2023-12-06 | Ambri Inc. | Seals for high temperature reactive material devices |
| WO2015058165A1 (en) * | 2013-10-17 | 2015-04-23 | Ambri Inc. | Battery management systems for energy storage devices |
| US9831534B2 (en) * | 2013-10-18 | 2017-11-28 | Textron Innovations Inc. | Lithium ion battery heater systems and methods |
| JP6649883B2 (ja) * | 2013-11-01 | 2020-02-19 | アンブリ・インコーポレイテッド | 液体金属電池の熱管理 |
| CN103840232B (zh) * | 2014-03-21 | 2015-11-04 | 国网上海市电力公司 | 一种钠硫电池模块保温箱温度场控制方法 |
| CN103840231B (zh) * | 2014-03-21 | 2015-10-28 | 国网上海市电力公司 | 一种钠硫电池模块保温箱温度场控制*** |
| JP6397296B2 (ja) * | 2014-10-01 | 2018-09-26 | 株式会社Kelk | 温度制御装置及び温度制御方法 |
| CN104600379B (zh) * | 2014-12-29 | 2017-02-01 | 上海电气钠硫储能技术有限公司 | 钠硫电池管理单元的温控功能检测装置及检测方法 |
| US10181800B1 (en) | 2015-03-02 | 2019-01-15 | Ambri Inc. | Power conversion systems for energy storage devices |
| WO2016141354A2 (en) | 2015-03-05 | 2016-09-09 | Ambri Inc. | Ceramic materials and seals for high temperature reactive material devices |
| US9893385B1 (en) | 2015-04-23 | 2018-02-13 | Ambri Inc. | Battery management systems for energy storage devices |
| US11929466B2 (en) | 2016-09-07 | 2024-03-12 | Ambri Inc. | Electrochemical energy storage devices |
| WO2018177544A1 (en) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | Toyota Motor Europe | System and method for charge protection of a lithium-ion battery |
| JP7201613B2 (ja) | 2017-04-07 | 2023-01-10 | アンブリ・インコーポレイテッド | 固体金属カソードを備える溶融塩電池 |
| DE102017210747A1 (de) * | 2017-06-27 | 2018-12-27 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Verfahren zum Vorwärmen einer Batterie eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs sowie Ladevorrichtung |
| DE102017128314A1 (de) | 2017-11-29 | 2019-05-29 | Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft | Verfahren zum Temperieren einer Batterie und Batterie mit einer entsprechenden Temperierfunktion |
| RU210595U1 (ru) * | 2021-12-06 | 2022-04-21 | Николай Джемалович Кикнадзе | Электрическая аккумуляторная батарея |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2119117A5 (ja) * | 1970-12-21 | 1972-08-04 | Comp Generale Electricite | |
| DE3735897A1 (de) * | 1987-10-23 | 1989-05-03 | Asea Brown Boveri | Hochtemperaturbatterie |
| JP3018488B2 (ja) † | 1990-11-21 | 2000-03-13 | 株式会社ユアサコーポレーション | ナトリウム―硫黄電池システム |
| WO1998043310A1 (en) * | 1997-03-26 | 1998-10-01 | Hitachi, Ltd. | Sodium-sulfur secondary cell system and method for controlling the same |
| JP4030331B2 (ja) † | 2002-03-28 | 2008-01-09 | 日本碍子株式会社 | ナトリウム−硫黄電池の制御装置 |
-
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