JP5937341B2 - 二次電池、二次電池システム、二次電池および二次電池システムの放電リザーブ低減方法 - Google Patents
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Description
(式1) 正極:Ni(OH)2 + OH- ⇔ NiOOH + H2O + e-
(式2) 負極:M + H2O +e- ⇔ MH + OH-
(式3) 電池全体:M +Ni(OH)2 ⇔ MH +NiOOH
(式4) 正極:OH- → 1/4O2 + 1/2H2O + e-
(式5) MH + 1/4O2 → M + 1/2H2O
(式6) H2O + e- ⇔ OH- + 1/2H2
二次電池内部に酸素を供給するため、酸素注入口を有する管路と, 前記管路の途中に、並列に配置された第一制御弁と第二制御弁と,を備え、前記第一制御弁は、二次電池内部から前記酸素注入口に向けた流れを許容し、前記第二制御弁は、前記酸素注入口から二次電池内部に向けた流れを許容し,前記管路は、前記第一制御弁を通過する第一経路と、前記第二制御弁を通過する第二経路とを有することを特徴とする(CL1)。
(1)構成概略
図2は、本発明の第一実施形態に係る二次電池1の構成を示す模式図である。二次電池1は、電池モジュール2と、管路3と、第一制御弁4と、第二制御弁5と、圧力計Pとを主要な構成要素として備える。管路3には、その途中にループ状に配された第一制御弁4と第二制御弁5とが配されている。第一制御弁4は、電池モジュール2から外部に向けた流れを許容し、第二制御弁5は、外部から電池モジュール2に向けた流れを許容する方向で配置される。管路3は、第一制御弁4を通過する経路αと、第二制御弁5を通過する経路βとを有する。経路αは、電池モジュール2の内部が一定の圧力に達した場合に、電池モジュール2の内部で発生したガスを管路口3aから外部に排出するもので、このとき管路口3aはガス排出口として機能する。一方、経路βは、管路口3aに酸素ボンベ6を繋いで電池モジュール2の内部へ酸素を供給するもので、このとき管路口3aは酸素注入口として機能する。なお、圧力計Pが電池モジュール2の内圧を計測する。また、電池モジュール2から外部に向けた流れを許容する第一制御弁4にかえて、ラプチャーディスク(破裂板)を配置してもよい。電池モジュール2の内圧が所定圧力に達した場合に、ラプチャーディスクが破裂して外部へガスを排出する。ラプチャーディスクは制御弁に比べて構造が簡単なため、弁の開き始めから全開になるまで瞬間で動作するので、たとえば異常圧力が発生した場合に効果的である。
まず、電池モジュール2を構成する単位電池Cについて説明する。図4は、単位電池Cの斜視図および部分破断平面図である。図4に示すように、単位電池Cは、水素吸蔵合金(M)を主材料とした負極11と、水酸化ニッケル(Ni(OH)2)を主とした活物質からなる正極12と、ポリプロピレン系の不織布からなる親水性のセパレータ13とを備えたニッケル水素二次電池である。なお、負極11と正極12とセパレータ13とを合わせて電極体10という。また、電極体10の周囲を取り囲むように形成された矩形の枠形部材15と、枠形部材15および電極体10とを両側から覆う矩形の第一蓋部材16と第二蓋部材17と、によって密閉式の角形のセル14が構成されている。
次に、電池モジュール2の構造について説明する。図3に示すように、電池モジュール2は、単位電池Cをその厚み方向(Z方向)に30個積層したものであり、これら単位電池Cがケーシング9に収納されている。各単位電池Cは、隣り合う一方の単位電池Cの第一蓋部材16と、他方の第二蓋部材17とが互いに対向する方向に積層されており、各単位電池Cが電気的に接続された状態となっている。
図6に示すように、電池モジュール2の30個の単位電池Cのうち、15個ずつを2つに区画し、15個の単位電池Cを夫々連通管7により連通させる構成としてもよい。この場合、15個の単位電池Cにつき、夫々管路3と第一制御弁4と第二制御弁5と圧力計Pとを取り付ける。各管路3の管路口3aを一つの集合管路3’に接続して、集合管路3’の管路口3a’から酸素を注入したり、ガスを排出することとする。これにより、連通管7による管路抵抗を減少でき、圧損を抑制できる。また、連通管7のチューブ径を小さくすることもできる。
続き、電池温度により酸素供給量を調節可能な二次電池21について説明する。図7の模式図に示すように、二次電池21は、電池モジュール2、管路3、第一制御弁4、第二制御弁5、圧力計P、電池監視装置22(電池監視装置子機22a、電池監視装置親機22b)、マスフローコントローラ23、酸素供給装置24(酸素ボンベ6およびレギュレータ25)、マスフローコントローラ制御ユニット26を備える。
(1)構成概略
次に、複数の二次電池1により構成された二次電池システム101について説明する。図8(a)は、本発明の第二実施形態に係る二次電池システム101の構成を示す模式図である。二次電池システム101は、電池モジュール2と管路3と第一制御弁4と第二制御弁5と圧力計Pとを主要な構成要素とする二次電池1を、複数備える。なお、二次電池1の構成は前記の通りである。そして、各二次電池1の管路口3aが、集合配管102に接続されており、集合配管102が集合配管口102aを有する。集合配管口102aには三方バルブ103が接続され、三方バルブ103の一方の接続口103a側にフレームアレスタ104が接続され、他方の接続口103b側に酸素ボンベ105が接続可能となっている。
図9に示すように、二次電池システム101は、キャビネット106に20個の二次電池1が収納されている。そして、二次電池1の正極端子107と負極端子108とがケーブル109によって直列に繋がっており、キャビネット106にはこれらケーブル109の接続等の作業性向上のための端子箱110が設置されている。
また、図10に示すように、二次電池システム201は、温度センサTとこれに接続された電池監視装置子機210aを取り付けた二次電池1が20個と、各電池監視装置子機210aが接続された電池監視装置親機210bとを備える。そして、各二次電池1の管路3が集合配管202に接続され、集合配管202が集合配管口202aを有する。集合配管口202aには三方バルブ203が接続され、三方バルブ203の一方の接続口203a側にフレームアレスタ204が接続され、他方の接続口203b側にはマスフローコントローラ制御ユニット208、マスフローコントローラ205、レギュレータ206、酸素ボンベ207が順に接続されている。また、マスフローコントローラ205は、電池監視装置親機210bと接続されている。電池監視装置親機210bは各電池モジュール2の温度を監視し、温度に応じてマスフローコントローラ205を制御し、集合配管202に注入する酸素供給量を調節する。
次に、本発明の一実施形態に係る放電リザーブ低減方法について、図7を参照しながら説明する。二次電池1の通常運用により充放電サイクルが行われる過程で蓄積された放電リザーブを、例えば1年に1度などのメンテナンス時に低減させる。
2 電池モジュール
3 管路
3a 管路口
3’集合管路
3a’集合管路口
4 第一制御弁
5 第二制御弁
6 酸素ボンベ
7 連通管
8 放熱板
8a 貫通孔
9 ケーシング
10 電極体
11 負極
12 正極
13 セパレータ
14 セル
15 枠形部材
16 第一蓋部材
17 第二蓋部材
18 連通口
18a、18b 導入部
19 ハウジング
19a 通気口
19b 冷却ファン
20 冷却ファン
21 二次電池(酸素供給量調節可能)
22 電池監視装置
22a 電池監視装置子機
22b 電池監視装置親機
23 マスフローコントローラ
24 酸素供給装置
25 レギュレータ
26 マスフローコントローラ制御ユニット
101 二次電池システム
102 集合配管
103 三方バルブ
103a、103b 接続口
104 フレームアレスタ
105 酸素ボンベ
106 キャビネット
107 正極端子
108 負極端子
109 ケーブル
110 端子箱
111 ストップバルブ
112 ストップバルブ
201 二次電池システム(酸素供給量調節可能)
202 集合配管
203 三方バルブ
204 フレームアレスタ
205 マスフローコントローラ
206 レギュレータ
207 酸素ボンベ
208 マスフローコントローラ制御ユニット
210 電池監視装置
210a 電池監視装置子機
210b 電池監視装置親機
C 単位電池
P 圧力計
T 温度センサ
Claims (11)
- ニッケル水素二次電池において、
二次電池内部に酸素を供給するため、酸素注入口を有する管路と,
前記管路の途中に、並列に配置された第一制御弁と第二制御弁と,を備え、
前記第一制御弁は、二次電池内部から前記酸素注入口に向けた流れを許容し、
前記第二制御弁は、前記酸素注入口から二次電池内部に向けた流れを許容し,
前記管路は、前記第一制御弁を通過する第一経路と、前記第二制御弁を通過する第二経路とを有する,
二次電池。 - 請求項1において、
前記管路は、二次電池内部のガスを排出するガス排出用の管路としても機能し、
前記酸素注入口は、ガス排出口としても機能する二次電池。 - 請求項1または2において、
前記第一制御弁にかえて、破裂板を用いる二次電池。 - 請求項1〜3のいずれか一項において、
前記二次電池は、複数の単位電池からなる電池モジュールとして構成され、
前記各単位電池の内部が連通された二次電池。 - 請求項1〜4のいずれか一項に記載の二次電池を複数備え、
夫々の前記酸素注入口が一つの集合配管に接続され、
前記集合配管が前記管路に設けられた前記酸素注入口とは異なる第二酸素注入口を有する二次電池システム。 - 請求項5において、
前記集合配管にフレームアレスタが接続された二次電池システム。 - 請求項6において、
前記第二酸素注入口が三方バルブの第一の口に接続されて第二の口が酸素注入口として機能し、
第三の口に前記フレームアレスタが接続された二次電池システム。 - 請求項1〜7のいずれか一項において、
二次電池温度を監視する電池監視装置と、
二次電池内部に酸素を供給する酸素供給装置と、
前記酸素供給装置に接続されたマスフローコントローラと,
前記電池監視装置とマスフローコントローラの間に配されるマスフローコントローラ制御ユニットとを備え、
二次電池の温度によって、酸素の供給量を調節可能な二次電池システム。 - 請求項4において、
前記電池モジュールは、複数の単位電池が少なくとも2つに区画されて構成され、
区画毎に複数の単位電池の内部が連通され、
区画毎に前記酸素注入口を有する管路が夫々接続され、
前記各管路の途中に流れ方向を互いに逆にして並列に配置された一対の制御弁を備え、
前記各管路の前記酸素注入口が一つの集合管路に接続され、集合管路が前記管路に設けられた前記酸素注入口とは異なる第二酸素注入口を有する二次電池。 - 複数の単位電池からなる電池モジュールとして構成され、前記各単位電池の内部が連通され,二次電池内部の電池モジュールに酸素を供給するため、酸素注入口を有する管路が接続され、前記管路の途中に流れ方向を互いに逆にして並列に配置された一対の制御弁を備えた二次電池の放電リザーブ低減方法であり、
前記酸素注入口に酸素供給源を接続して、前記二次電池内部に酸素を供給することによって、負極に吸蔵された放電リザーブである水素と酸素とを反応させる工程を備えた二次電池の放電リザーブ低減方法。 - 複数の単位電池からなる電池モジュールとして構成され、前記各単位電池の内部が連通され,二次電池内部の電池モジュールに酸素を供給するため、酸素注入口を有する管路が接続され、前記管路の途中に流れ方向を互いに逆にして並列に配置された一対の制御弁を備えた二次電池を複数備え、
夫々の前記酸素注入口が一つの集合配管に接続され、前記集合配管が前記管路に設けられた前記酸素注入口とは異なる第二酸素注入口を有する二次電池システムの放電リザーブ低減方法であり、
前記第二酸素注入口に酸素供給源を接続して、前記各二次電池内部に酸素を供給することによって、各負極に吸蔵された放電リザーブである水素と酸素とを反応させる工程を備えた二次電池システムの放電リザーブ低減方法。
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