(57)【要約】【課題】高エネルギー密度、高容量というＮａＳ電池の特徴を生かしつつ、高出力の要請にも応えることが可能な電池システムを提供すること。【解決手段】高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と、そのナトリウム−硫黄電池に対し相対的に出力／エネルギー比の大きい高出力型電池とが、電力系統に対し並列に接続されていることを特徴とするハイブリッド電池システムの提供による。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と、前記ナトリウム−硫黄電池に対し相対的に出力／エネルギー比の大きい高出力型電池とが、電力系統に対し並列に接続されていることを特徴とするハイブリッド電池システム。
【請求項２】
前記高出力型電池が、ナトリウム−硫黄電池、鉛電池、ナトリウム−金属塩化物電池からなる電池群から選ばれる少なくとも一の電池である請求項１に記載のハイブリッド電池システム。
【請求項３】
前記電力系統が交流であり、
前記高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と前記高出力型電池とが、直流で並列に接続された後に、交流に変換されて前記電力系統に接続されるとともに、前記高出力型電池を、前記高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と、接続し切離し得る切換手段を備えてなる請求項１又は２に記載のハイブリッド電池システム。
【請求項４】
前記電力系統が交流であり、
前記高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と前記高出力型電池とが、各々交流に変換された後に、並列に前記電力系統に接続されるとともに、前記高出力型電池を、前記電力系統と、接続し切離し得る制御手段を備えてなる請求項１又は２に記載のハイブリッド電池システム。
【請求項５】
前記電力系統が少なくとも接続点において直流であり、
前記高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と前記高出力型電池とが、直流で並列に接続された後に、前記電力系統に接続されるとともに、その電力系統への接続系統に、順流手段と、前記順流手段に並列に備わる側路を導通し遮断し得る開閉手段とを備え、且つ、前記高出力型電池を、前記高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と、接続し切離し得る切換手段を備えてなる請求項１又は２に記載のハイブリッド電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と高出力型電池とを組み合わせてなり、電力貯蔵装置や非常用電源装置として好適なハイブリッド電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】多くの場合、工場は昼間に稼動し夜間は停止するか操業率を低下させる。又、通常、オフィスで人が働く時間も昼間である。従って、昼夜間の電力負荷の格差は大きくなる。更に、冷暖房なしに過ごし易い春秋に比べて、夏冬には猛暑乃至厳寒のため冷房や暖房の需要が増加することから、電力負荷は季節によっても格差を生じ得る。近年、これらの格差は益々拡大してきており、電力供給設備の稼働率を表す負荷率は年々低下してきている。一方で、産業競争力を向上させる目的等により電力コストを低減する要望は高まってきており、電力供給にかかる負荷平準化は大変重要な課題と考えられている。そして、その対策の１つとして、高効率で大容量な電池の開発が進められ、電力貯蔵装置用の電池システムとして実用化されつつある。
【０００３】電力貯蔵装置に用いられる電池の中では、ナトリウム−硫黄電池（以下、ＮａＳ電池とも記す）が、最も実用化が進んでいる電池である。ＮａＳ電池は、エネルギー密度が他電池に比べて高く設備がよりコンパクトになり、又、自己放電が殆どなく電池効率が高く、更には、メンテナンスが容易である等の優れた特徴を有する二次電池である。上記負荷平準化機能を果たすためには、より高エネルギー密度であり高容量な電池が求められ、そのため、ＮａＳ電池に使用される単電池は容量６００Ａｈを超えるものが開発されている。
【０００４】図９にナトリウム−硫黄電池システムの一例を示す。ナトリウム−硫黄電池システム９０は、複数の高エネルギー密度のＮａＳ電池モジュール３が交直変換器４を介し電力系統１に接続されてなり、電力系統１に接続された負荷２に対し給電し、且つ、電力系統１から充電するシステムである。尚、ＮａＳ電池モジュールとは規格化された一単位のＮａＳ電池をいう。ナトリウム−硫黄電池システム９０により、例えば、負荷２において電力使用量の少ない深夜帯に電力系統１から充電し、負荷２において電力使用量のピーク時である昼間に放電すること等により、上記負荷平準化機能を果たすことが出来る。又、非常用電源としても活用することが可能である。
【０００５】しかしながら、例えば上記した昼夜間の負荷平準化機能を果たすとともに電力料金の削減効果を大きくするためには、昼間の８〜１２時間の長時間にわたり出力するとともに電力使用量のピーク時には、これに合わせて高い出力を行う必要があるが、特に、近時の容量が６００Ａｈにもなる高エネルギー密度化、高容量化が図られたＮａＳ電池は、高出力には必ずしも向かないという問題を有していた。
【０００６】ＮａＳ電池では、放電時に、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、充電時には、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が起こる。上記放電（出力）時の多硫化ナトリウムの生成反応は発熱反応であるため、このときの総発熱量は、通電電流及び内部抵抗によって決まるジュール熱量と多硫化ナトリウムの生成反応による化学発熱量とを足した熱量となる。そして、固体電解質たるβアルミナに対するナトリウムイオン導電率等が温度が高いほど大きくなり電池の内部抵抗が小さくなることから、ＮａＳ電池を高温で作動させると、より充放電効率を向上させることが出来る。
【０００７】ところが、ＮａＳ電池の構成部材、特にβアルミナ、硫黄を収納するアルミニウム容器の耐熱性には、限界がある。又、化学的活性の高い硫黄、多硫化ナトリウム等と高温で長時間接触すると、腐食や劣化が起こり易い。従って、ＮａＳ電池の作動温度が一定値を超えることは好ましくない。
【０００８】このような事情により、ＮａＳ電池の運転は所定の温度範囲（例えば２８０〜３６０℃）で行う必要があるが、より高出力にしようとして電流を大きくすると、電池温度が上昇し所定の上限温度を超えてしまうため、電池保護のため例えば監視制御装置により出力が打ち切られることになる。特にＮａＳ電池は放電末に近づくと電圧が次第に低下する特性を有するため、高出力を保とうとすれば電流が増加し発熱量が大きくなり、電池温度が上昇して、出力停止に至り易い。
【０００９】又、ＮａＳ電池が高出力に向かない理由として、密閉型電池であるＮａＳ電池の単電池の容量は、単電池に含まれる活物質量で決定され、単電池の出力は固体電解質であるβアルミナの通電表面積で決定されることから、単電池及びβアルミナの寸法（径、高さ）が決定されると、ＮａＳ電池の容量と出力範囲が定義され、互いの自由度が制限されることが挙げられる。高容量の単電池は小容量の単電池と比較すると大量の活物質を収容するため体積は大きくなるが、βアルミナ管の表面積は体積ほど大きくならず、高容量の単電池の高出力性能は小容量の単電池より劣ることになる。
【００１０】即ち、ＮａＳ電池を、より高出力性に優れた仕様として設計することは可能であるが、このためには活物質量に対してより大きな表面積を持つβアルミナを使用する必要があり、有底円筒状のβアルミナを使用した単電池ではその大きさを小型化しなければならない。しかし、単電池を小型化すると活物質以外の単電池構成部材の体積が増大しエネルギー密度が低下し、製作単電池本数が増大し製造コストが増加するので、高出力性に特化するのは好ましくない。ところで、従来、以上のような問題を解決乃至改善しようとする提案は一切なされていないようである。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した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、電力供給にかかる負荷平準化を図れる電力貯蔵装置に適用出来、高エネルギー密度、高容量というＮａＳ電池の特徴を生かしつつ、高出力の要請にも応えることが可能な電池システムを提供することにある。尚、上記した負荷平準化機能を有する電力貯蔵装置だけでなく、停電時に用いられる非常用電源装置においてもＮａＳ電池が好適に用いられており、且つ、停電直後に高出力が求められるので、本発明は、併せてこのような用途に適う電池システムを提供することを目的とする。研究が重ねられた結果、以下に示す手段により、上記目的を達成出来ることが見出された。
【００１２】
【課題を解決するための手段】即ち、本発明によれば、高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と、そのナトリウム−硫黄電池に対し相対的に出力／エネルギー比の大きい高出力型電池とが、電力系統に対し並列に接続されていることを特徴とするハイブリッド電池システムが提供される。
【００１３】本発明のハイブリッド電池システムにおいては、高出力型電池が、ナトリウム−硫黄電池、鉛電池、ナトリウム−金属塩化物電池からなる電池群から選ばれる少なくとも一の電池であることが好ましい。
【００１４】又、本発明においては、電力系統が交流であり、高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と高出力型電池とが直流で並列に接続された後に交流に変換されて電力系統に接続されるとともに、高出力型電池を高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と接続し切離し得る切換手段を備えてなる態様をとることが出来る。このようなハイブリッド電池システムは、負荷平準化機能を有する電力貯蔵装置として好適である。
【００１５】更に、本発明においては、電力系統が交流であり、高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と高出力型電池とが各々交流に変換された後に並列に電力系統に接続されるとともに、高出力型電池を電力系統と接続し切離し得る制御手段を備えてなる態様をとることが出来る。このようなハイブリッド電池システムも、負荷平準化機能を有する電力貯蔵装置として好適である。
【００１６】尚更に、本発明においては、電力系統が少なくとも接続点において直流であり、高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と高出力型電池とが直流で並列に接続された後に電力系統に接続されるとともに、その電力系統への接続系統に順流手段と順流手段に並列に備わる側路を導通し遮断し得る開閉手段とを備え、且つ、高出力型電池を高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と接続し切離し得る切換手段を備えてなる態様をとることが出来る。このようなハイブリッド電池システムは、停電時に緊急に電力供給し得る非常用電源装置として好適である。尚、電力系統が少なくとも接続点において直流でありとは、電力系統そのものが直流である場合、乃至、多くの場合は電力系統は交流であるのでハイブリッド電池システムとの接続点までに交直変換がなされている場合をいう。後者の場合、負荷が直流であればそのまま負荷へ電力が供給され、負荷が交流であれば電力は再度交流に変換されて負荷へ供給される。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態について、適宜図面を参酌しながら説明するが、本発明はこれらに限定されて解釈されるべきものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００１８】本発明は、高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と、そのナトリウム−硫黄電池に対し相対的に出力／エネルギー比の大きい高出力型電池とが、電力系統に対し並列に接続されていることを特徴とするハイブリッド電池システムである。ここで、ハイブリッド電池システムの電池とは二次電池をいい、電池システムとは主構成要素として少なくとも二次電池を含みその他構成要素を組み合わせて一定の目的を達成する装置をいう。二次電池以外の構成要素としては、制御装置、制御にかかる具体的手段である各種装置、その他が挙げられる。その一定の目的とは、主構成要素が二次電池であり電力系統に接続されていることから、直接的には電力系統からの充電（入力）及び電力系統への放電（出力）をいう。そして、この充放電動作を制御することにより、より具体的には例えば電力供給にかかる負荷平準化、停電時における電力供給、等を行うことが可能である。
【００１９】ハイブリッド電池システムのハイブリッドとは、高エネルギー容量の電池と高出力型電池という特性の異なる電池により混成されていることをいう。従って、本発明のハイブリッド電池システムは、エネルギーと出力の自由度、独立性に優れており、電力系統の状況に応じた充放電運転を容易に行うことが出来、上記負荷平準化乃至停電時対応のための装置として好適である。
【００２０】少なくとも高エネルギー容量の電池はナトリウム−硫黄電池が採用されるが、高出力型電池は限定されない。高出力型電池として、高出力型に構成したナトリウム−硫黄電池、鉛電池、ナトリウム−金属塩化物電池、等を例示することが出来る。尚、ナトリウム−硫黄電池は高出力型に必ずしも向かないことは既に記したが、高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池と高出力型に構成したナトリウム−硫黄電池との組合せのハイブリッド電池システムは、従来の高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池のみの構成の電池システムに対して、少なくともエネルギーと出力の自由度が向上するという優位性を有する。
【００２１】高エネルギー容量の電池とは、出力／エネルギー比の小さい電池をいい、継続的な電力供給に適する特性を備えた電池を意味する。他方、高出力型電池とは、出力／エネルギー比の大きい電池をいい、一時に高い電力を供給することに適する特性を備えた電池を意味する。高エネルギー容量であるか高出力型であるかは出力とエネルギーとの比で決まり、これらは相対的関係をなす。出力／エネルギー比は限定されず、本発明のハイブリッド電池システムの適用目的に応じて設計される。例えば、電力供給にかかる負荷平準化を目的とする場合、高エネルギー容量のナトリウム−硫黄電池の出力／エネルギー比は０．１０〜０．１５（１／ｈ）程度であることが好ましく、高出力型電池の出力／エネルギー比は０．３（１／ｈ）以上であることが好ましい。尚、本明細書において、高エネルギー容量を、単に高容量とも記し、又、高エネルギー密度とも表現する。
【００２２】以下、具体的な実施形態を掲げて説明する。図１は、本発明のハイブリッド電池システムの一実施形態を示す構成図である。ハイブリッド電池システム１０は、高エネルギー容量のＮａＳ電池モジュール３が５基直列に接続され（ＮａＳ電池モジュール３群とよぶ）、高出力型のＮａＳ電池モジュール１３が５基直列接続され（ＮａＳ電池モジュール１３群とよぶ）、それらが直流のまま並列に接続された後に、交直変換器４を介し、交流の電力系統１に接続されてなり、ＮａＳ電池モジュール３，１３からの直流の出力を交流に変換して電力系統１に接続された負荷２に対し給電し、且つ、電力系統１からの交流電力を直流に変換して入力し充電するシステムである。ＮａＳ電池モジュール１３群と、ＮａＳ電池モジュール３群及び交直変換器４との間には切換手段９１（例えば半導体スイッチ）を備えており、ＮａＳ電池モジュール１３を、ＮａＳ電池モジュール３群と（ハイブリッド電池システム１０と）接続し切離することを可能としている。
【００２３】ＮａＳ電池モジュール３（高エネルギー容量ＮａＳ電池モジュール）とＮａＳ電池モジュール１３（高出力ＮａＳ電池モジュール）の仕様を表１に示す。ＮａＳ電池モジュール３の出力／エネルギー比は０．１２（１／ｈ）で、ＮａＳ電池モジュール１３の出力／エネルギー比は０．３（１／ｈ）である。ＮａＳ電池モジュール３群は２５０ｋｗ（５０ｋｗ×５）を出力し、ＮａＳ電池モジュール１３群は１６５ｋｗ（３３ｋｗ×５）を出力する。
【００２４】
【表１】
2004215456.tif 000002
【００２５】ハイブリッド電池システム１０は、電力貯蔵装置として負荷平準化機能を発揮する。昼間放電し夜間充電する負荷平準化のうち昼間に出力（放電）する様子を、図５に表されるハイブリッド電池システム１０の出力の時系列変化により説明する。図５において、出力線５１はＮａＳ電池モジュール３群の出力を示し、出力線５２はＮａＳ電池モジュール１３群の出力を示す。
【００２６】放電開始時（８時頃）は、切換手段９１を開きＮａＳ電池モジュール１３群を切り離したままＮａＳ電池モジュール３群のみ交直変換器４と接続し放電させる。大きな出力を必要とする時間（１１時半頃）に切換手段９１を投入しＮａＳ電池モジュール１３群も放電させる。ＮａＳ電池モジュール３群とＮａＳ電池モジュール１３群の開路電圧（直列単電池数と放電深度の関数としての単電池開路電圧で決定される）と内部抵抗の関係から決定される出力を、ＮａＳ電池モジュール３群とＮａＳ電池モジュール１３群とが分担して各々出力する。
【００２７】ＮａＳ電池モジュール３群とＮａＳ電池モジュール１３群とを並列にした場合の出力パターンは、各ＮａＳ電池モジュール群の開路電圧と内部抵抗の関係によって決定される（即ち、外部からはトータルの出力のみ制御出来、各ＮａＳ電池モジュール群間の出力バランスは成り行きとなる）。図５に示す出力線は、ＮａＳ電池モジュール３群のモジュール電池の開路電圧が一定値（１３３Ｖ）を示す放電深度領域であるときに、ＮａＳ電池モジュール１３群から出力させるパターンを表している。ＮａＳ電池モジュール１３群が放電末に到達する（１４時半頃）とともに切換手段９１を開く。そして、１８時以降、充電開始とともに切換手段９１を閉じてＮａＳ電池モジュール３群とＮａＳ電池モジュール１３群とをともに充電させ、充電完了後に切換手段９１を開き、放電の準備に入る。
【００２８】次に、図２は、本発明のハイブリッド電池システムの他の実施形態を示す構成図である。ハイブリッド電池システム２０は、高エネルギー容量のＮａＳ電池モジュール３が１基と、高出力型の鉛電池（ＭＳＥ型）を５９基直列接続した鉛組電池１４とが、直流のまま並列に接続された後に、交直変換器４を介し、交流の電力系統１に接続されてなり、ＮａＳ電池モジュール３及び鉛組電池１４からの直流の出力を交流に変換して電力系統１に接続された負荷２に対し給電し、且つ、電力系統１からの交流電力を直流に変換して入力し充電するシステムである。鉛組電池１４と、ＮａＳ電池モジュール３及び交直変換器４との間には切換手段９２（例えば半導体スイッチ）を備えており、鉛組電池１４を、ＮａＳ電池モジュール３と（ハイブリッド電池システム１０と）接続し切離することを可能としている。
【００２９】ＮａＳ電池モジュール３（高エネルギー容量ＮａＳ電池モジュール）と鉛組電池１４の仕様を表２に示す。ＮａＳ電池モジュール３の出力／エネルギー比の０．１２（１／ｈ）に対し、鉛組電池１４の出力／エネルギー比は０．３３（１／ｈ）である。ＮａＳ電池モジュール３は５０ｋｗを出力し、鉛組電池は２５ｋｗを出力する。
【００３０】
【表２】
2004215456.tif 000003
【００３１】ハイブリッド電池システム２０は、電力貯蔵装置として負荷平準化機能を発揮する。昼間放電し夜間充電する負荷平準化のうち昼間に出力（放電）する様子を、図６に表されるハイブリッド電池システム２０の出力の時系列変化により説明する。図６において、出力線６１はＮａＳ電池モジュール３の出力を示し、出力線６２は鉛組電池１４の出力を示す。
【００３２】充電末の待機状態では、切換手段９２は閉じられ、鉛組電池１４は充電状態となっている。放電開始後（８時頃以降）、ＮａＳ電池モジュール３の電圧が鉛組電池１４の開路電圧である１２２Ｖまで低下するまでは、ＮａＳ電池モジュール３のみが放電し、１２２Ｖよりも電圧が低下すると鉛組電池１４も放電を開始する。放電停止後（１８時頃以降）も切換手段９２は閉じたままとし、ＮａＳ電池モジュール３及び鉛組電池１４が充電をうける。充電中、電圧が概ね１３７Ｖに到達したら切換手段９２を開き、鉛組電池１４の充電を停止する。これは鉛電池の過充電を防止するためである。充電完了後の待機状態では、切換手段９２を閉じることで、鉛組電池１４は再び充電状態となる。これは自己放電を防止するためである。
【００３３】続いて、図３は、本発明のハイブリッド電池システムの更に他の実施形態を示す構成図である。ハイブリッド電池システム３０は、高エネルギー容量のＮａＳ電池モジュール３が１基備わり、高出力型のナトリウム塩化金属電池モジュール１５が５０基並列接続され（ナトリウム塩化金属電池モジュール１５群とよぶ）、ＮａＳ電池モジュール３が１基とナトリウム塩化金属電池モジュール１５群とが、直流のまま並列に接続され、順流手段４３（例えば電力用ダイオード）４を介し、少なくとも接続点においては直流である電力系統に接続されてなり、ＮａＳ電池モジュール３及びナトリウム塩化金属電池モジュール１５群からの出力を直流の電力系統に供給し、且つ、直流の電力系統から入力し充電するシステムである。
【００３４】尚、電力系統１は交流であり、交流の負荷２との間に交直変換器４１と直交変換器４２を介し、一度直流に変換されていて、その電力が直流である部分にハイブリッド電池システム３０が接続される。又、ナトリウム塩化金属電池としては、例えばナトリウム塩化ニッケル電池を挙げることが出来る。ナトリウム塩化ニッケル電池は、活物質として負極にナトリウム、正極に塩化ニッケルを採用し、固体電解質であるβアルミナ管の内側を正極室、外側を負極室とし、正極側に電解液として塩化ナトリウムアルミニウムを加えてなる高温二次電池であり、電池反応式は、２ＮａＣｌ＋Ｎｉ←→２Ｎａ＋ＮｉＣｌ２である。
【００３５】ナトリウム塩化金属電池モジュール１５群と、ＮａＳ電池モジュール３及び順流手段４３との間には切換手段９３（例えば半導体スイッチ）を備えており、ナトリウム塩化金属電池モジュール１５群を、ＮａＳ電池モジュール３と（ハイブリッド電池システム１０と）接続し切離することを可能としている。又、順流手段には並列に備わる側路（バイパス）が備わるとともに、その側路を導通し遮断し得る開閉手段９４（例えばサーキットブレーカ）が備わる。
【００３６】ＮａＳ電池モジュール３（高エネルギー容量ＮａＳ電池モジュール）とナトリウム塩化金属電池モジュール１５の仕様を表３に示す。ＮａＳ電池モジュール３の出力／エネルギー比の０．１２（１／ｈ）に対し、ナトリウム塩化金属電池モジュール１５の出力／エネルギー比は０．５（１／ｈ）である。ＮａＳ電池モジュール３は５０ｋｗを出力し、ナトリウム塩化金属電池モジュール１５群は１００ｋｗを出力する。
【００３７】
【表３】
2004215456.tif 000004
【００３８】ハイブリッド電池システム３０は、非常用電源装置として機能させることが出来、停電直後に大きな負荷を要する場合に好適である。停電直後から電力系統に出力（放電）する様子を、図７に表されるハイブリッド電池システム３０の出力の時系列変化により説明する。図７において、出力線７１はＮａＳ電池モジュール３の出力を示し、出力線７２はナトリウム塩化金属電池モジュール１５群の出力を示す。
【００３９】切換手段９３を閉じてＮａＳ電池モジュール３とナトリウム塩化金属電池モジュール１５群とを接続し開閉手段９４を開いた状態で充電末待機状態とする。停電が生じたら、電力系統の電圧低下に対応して、ハイブリッド電池システム３０から放電（出力）される。放電を終えても開閉手段９４は開いたままとし、電力系統の電圧が復帰したら、切換手段９３を閉じたまま、開閉手段９４を閉じて充電に入る。充電中、電圧が概ね１３８Ｖに到達したら切換手段９３を開き、ナトリウム塩化金属電池モジュール１５群の充電を停止する。これはナトリウム塩化金属電池モジュール１５の過充電を防止するためである。
【００４０】次に、図４は、本発明のハイブリッド電池システムの更に他の実施形態を示す構成図である。ハイブリッド電池システム４０は、高エネルギー容量のＮａＳ電池モジュール３が５基直列に接続され（ＮａＳ電池モジュール３群とよぶ）、高出力型のＮａＳ電池モジュール１３が５基直列接続され（ＮａＳ電池モジュール１３群とよぶ）、それらが各々交直変換器４４，４５（双方向変換器）を介して独立して交流の電力系統１に接続されてなり、ＮａＳ電池モジュール３，１３各々からの直流の出力を個別に交流に変換して電力系統１に接続された負荷２に対し給電し、且つ、電力系統１からの交流電力を個別に直流に変換して入力し充電するシステムである。ＮａＳ電池モジュール１３群とＮａＳ電池モジュール３群とを接続、切離する切換手段は設けられず、図示しない制御手段により、交直変換器４４，４５の制御目標値を調節して、充放電を行うシステムである。
【００４１】尚、ＮａＳ電池モジュール３（高エネルギー容量ＮａＳ電池モジュール）とＮａＳ電池モジュール１３（高出力ＮａＳ電池モジュール）の仕様は先に示した表１の通りである。
【００４２】ハイブリッド電池システム４０は、電力貯蔵装置として負荷平準化機能を発揮する。昼間放電し夜間充電する負荷平準化のうち昼間に出力（放電）する様子を、図８に表されるハイブリッド電池システム４０の出力の時系列変化により説明する。図８において、出力線８１はＮａＳ電池モジュール３群の出力を示し、出力線８２はＮａＳ電池モジュール１３群の出力を示す。
【００４３】放電開始時（８時頃）は、制御手段により、交直変換器４４の制御目標値を例えば＋５０（ｋｗ）にして、ＮａＳ電池モジュール３群に電力系統１へ放電を行わせ、他方、交直変換器４５の制御目標値を例えば−５０（ｋｗ）にして、ＮａＳ電池モジュール１３群は充電を行わせる。大きな出力を必要とする時間（１１時半頃）に、交直変換器４５の制御目標値を変更してＮａＳ電池モジュール１３群も放電させる。
【００４４】この場合、ＮａＳ電池モジュール３群とＮａＳ電池モジュール１３群との出力の分担は生じず、専ら交直変換器４４，４５の制御目標値によって各々の出力が決定される。図８に示す出力線は、図５に示す出力パターンと同様の出力パターンを生ずるように、交直変換器４４，４５の制御目標値を調節した場合を表している。
【００４５】ＮａＳ電池モジュール１３群が放電末に到達する（１４時半頃）とともに交直変換器４５の制御目標値を変更してＮａＳ電池モジュール１３群の放電を停止させる。そして、１８時以降、充電開始とともに交直変換器４４，４５の制御目標値を変更して、ＮａＳ電池モジュール３群とＮａＳ電池モジュール１３群とを、ともに充電させ、充電完了後に、交直変換器４４，４５の制御目標値を変更して、放電の準備に入る。
【００４６】以上、本発明のハイブリッド電池システムの具体的な実施形態を説明したが、次に、高エネルギー容量のＮａＳ電池と高出力型のＮａＳ電池の違いについて説明する。従来、ＮａＳ電池を構成要素とする電池システムには、大きく分けて電気自動車向け、及び、負荷平準化等向けがある。電気自動車向けは、発進のため高出力性が重要視され、又、所謂燃料切れを頻繁に起こさないようにエネルギー容量も必要である。負荷平準化向けは、８〜１２時間程度の比較的平坦な負荷をまかなう場合や、８〜１２時間程度の負荷であるがそのうち２〜４時間程度負荷が増大する場合、あるいは３〜５時間程度の比較的平坦な負荷をまかなう場合、等の種々のケースがあり、負荷の状況と、それに対する電力貯蔵装置を導入する経済効果等で負荷平準化にかかる具体的対応が決まる。そして、ＮａＳ電池を用いた電池システムには、各々の負荷に対してエネルギー容量と出力のバランスが取れること、及び、エネルギー密度が大きいことが要求されるが、この要求に対しては、ＮａＳ電池の単電池（βアルミナ管）の大きさ（径、高さ）を最適にすることで応えることが出来る。即ち、高出力型の電気自動車向けでは小型単電池、３〜５時間程度の負荷平準化では中型単電池、８〜１２時間程度の負荷平準化では大型単電池が最適となる。そして、単電池は大型化するにつれて、出力／エネルギーの比が小さくなるが、エネルギー密度は大きくなる傾向にある。図１及び図４に示すハイブリッド電池システム１０，４０では、表１に示す各ＮａＳ電池モジュールの仕様から明らかなように、高出力型のＮａＳ電池モジュールには中型単電池を採用し、高エネルギー容量のＮａＳ電池モジュールには大型単電池を採用している。このようなハイブリッド電池システム１０，４０は、８〜１２時間程度の負荷であり、そのうち２〜４時間程度の負荷増大がある場合に対して、最適な電池システムである。
【００４７】
【発明の効果】本発明のハイブリッド電池システムは、出力とエネルギー容量との自由度が向上しているので、負荷平準化のための電力貯蔵装置や停電時等に有用な非常用電源装置に求められている高出力、高エネルギー容量の両立に応えることが可能であり、ひいては商用電力等の電力系統にかかる電力供給設備の容量肥大化を抑え、その負荷率向上に寄与し得る。又、本発明のハイブリッド電池システムにより、負荷平準化のための電力貯蔵装置の設置が、より促進されると考えられるが、負荷平準化は深夜帯の二酸化炭素の排出量の少ない発電エネルギーを貯蔵し二酸化炭素の排出量の多い発電エネルギーから構成される昼間帯に放電することであるから、本発明のハイブリッド電池システムは、負荷平準化を通じて、二酸化炭素の排出量の削減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のハイブリッド電池システムの一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明のハイブリッド電池システムの他の実施形態を示す構成図である。
【図３】本発明のハイブリッド電池システムの更に他の実施形態を示す構成図である。
【図４】本発明のハイブリッド電池システムの更に他の実施形態を示す構成図である。
【図５】図１に示す構成からなる本発明のハイブリッド電池システムの出力の時系列変化の一例を示すグラフである。
【図６】図２に示す構成からなる本発明のハイブリッド電池システムの出力の時系列変化の一例を示すグラフである。
【図７】図３に示す構成からなる本発明のハイブリッド電池システムの出力の時系列変化の一例を示すグラフである。
【図８】図４に示す構成からなる本発明のハイブリッド電池システムの出力の時系列変化の一例を示すグラフである。
【図９】従来のナトリウム−硫黄電池を用いた電池システムの一例を示す構成図である。
【符号の説明】
１…電力系統、２…負荷、３，１３…ナトリウム−硫黄電池モジュール、４…交直変換器、１０，２０，３０，４０…ハイブリッド電池システム、１４…鉛組電池、１５…ナトリウム塩化金属電池モジュール、５１，５２，６１，６２，７１，７２，８１，８２…出力線、４１…交直変換器、４２…直交変換器、４３…順流手段、４４，４５…交直変換器、９０…ナトリウム−硫黄電池システム、９１，９２，９３…切換手段、９４…開閉手段。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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