(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナトリウム−硫黄電池の充電末開放電圧が２．０７２Ｖ／セル未満の場合に異常加熱と判定することを特徴とするナトリウム−硫黄電池の異常加熱検知方法。
【請求項２】
ナトリウム−硫黄電池であるモジュール電池を構成する単電池を同数の２つのブロックに分け、
該２つのブロックのそれぞれの充電末開放電圧を測定し、その差の絶対値が０．００３Ｖ／セル以上の場合に異常加熱と判定することを特徴とするナトリウム−硫黄電池の異常加熱検知方法。
【請求項３】
該各ブロックの充電末開放電圧測定回路を互いに絶縁した請求項２に記載のナトリウム−硫黄電池の異常加熱検知方法。
【請求項４】
ナトリウム−硫黄電池の充電段階終了後、所定時間経過後に充電末開放電圧を測定する請求項１〜３のいずれか一項に記載のナトリウム−硫黄電池の異常加熱検知方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法によりナトリウム−硫黄電池の異常加熱を検知した後、ヒーターの作動を停止することを特徴とするナトリウム−硫黄電池の破損防止方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異常加熱を素早く検知して、火災やナトリウム−硫黄電池が破損するのを防止するためのナトリウム−硫黄電池の異常加熱検知方法及びそれを用いた破損防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ナトリウム−硫黄電池は、一方に陰極活性物質である溶融金属ナトリウム、他方には陽極活性物質である溶融硫黄を配し、両者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た高温二次電池である。このようなナトリウム−硫黄電池は、例えば、夜間電力貯蔵等の用途を有し、通常、単電池を複数接続して断熱容器に収納したモジュール電池として用いられる。
【０００３】
ところで、ナトリウム−硫黄電池は、運転立ち上げ時に外部から熱を供給して一定温度以上に昇温する必要があり、又、充放電休止中においても、電池内部のナトリウムや多硫化ナトリウムの固化を防いで、次の充放電が速やかに実施できるように、所定の温度に保温しておく必要がある。即ち、モジュール電池の昇温や保温に必要とされる熱を外部から供給することが必要であり、その手段として、通常、ヒーターを断熱容器内部に設置してある。
【０００４】
このヒーターの作動は、通常、断熱容器内の温度を熱電対により測定した値に基づいて、コンピュータ・プログラムにより自動的に制御されている。又、何らかの理由により、ヒーターが異常加熱を起こした場合にも、上記の熱電対が温度の上昇を検知し、熱電対からの信号に基づいて、コンピュータ・プログラムにより自動的にヒーターの作動を停止することにより、火災の発生やナトリウム−硫黄電池の破損を防止していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように、温度のみを手がかりにしてヒーターの異常加熱を検知する方法では、例えば熱電対等の温度検知手段が故障した場合、ヒーターの異常加熱を検知する手段がなくなり、火災の発生やナトリウム−硫黄電池の破損を効果的に防止することができないおそれがあった。従って、ヒーターの異常加熱を、温度以外のパラメーターにより検知する手段を設け、温度検知手段との併用により、二重にヒーターの異常加熱を検知できるような手段を講じることが望ましい。
【０００６】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、温度以外のパラメーターを介してヒーターの異常加熱を検知でき、温度検知手段との併用により、より確実にヒーターの異常加熱を検知できるナトリウム−硫黄電池の異常加熱検知方法及びそれを用いた破損防止方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明によれば、ナトリウム−硫黄電池の充電末開放電圧が２．０７２Ｖ／セル未満の場合に異常加熱と判定するナトリウム−硫黄電池の異常加熱検知方法が提供される。又、本発明によれば、ナトリウム−硫黄電池であるモジュール電池を構成する単電池を同数の２つのブロックに分け、この２つのブロックのそれぞれの充電末開放電圧を測定し、その差の絶対値が０．００３Ｖ／セル以上の場合に異常加熱と判定するナトリウム−硫黄電池の異常加熱検知方法が提供される。後者の場合、各ブロックの充電末開放電圧測定回路を互いに絶縁することが好ましい。又、上記の方法においては、ナトリウム−硫黄電池の充電段階終了後、所定時間経過後に充電末開放電圧を測定することが好ましい。又、計測温度に対する電圧値の差が大きいときに異常加熱と判断してもよい。
【０００８】
又、本発明によれば、上記の方法によりナトリウム−硫黄電池の異常加熱を検知した後、ヒーターの作動を停止するナトリウム−硫黄電池の破損防止方法が提供される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の方法においては、ナトリウム−硫黄電池の充電末開放電圧を測定することにより、ナトリウム−硫黄電池の異常加熱を検知する。
これは、図１に示すように、ナトリウム−硫黄電池の電圧（起電力）は温度依存性があるため、電圧を測定すれば、断熱容器内の温度を知ることができ、従ってナトリウム−硫黄電池の異常加熱を検知することができることを利用したものである。
【００１０】
又、「充電末開放電圧」とは、図２に示すように、充電段階が終了し、次の放電段階が始まるまでの休止段階における電圧をいい、この段階において、電池は完全に充電された状態にある。本発明において、充電末開放電圧を測定することとしたのは、放電段階及び充電段階では、電池の電圧は絶えず変動しており、又、その電圧は、電池の放電量により、各サイクル毎に変動するため（図２の点線）、異常加熱を検知する目的には不適当であり、放電段階と充電段階の間の休止段階では、電池の電圧が放電段階における放電量により各サイクル毎に変動するため、同様に異常加熱を検知する目的には不向きだからである。即ち、本発明では、基準となる電圧の値を決め、実際に測定した電圧の値を、その基準値と比較することにより異常加熱か否かを判定するため、サイクル毎の放電量の相違に関わらず、電池が常に同様の状態にある時点において電圧を測定する必要があるのである。
【００１１】
ナトリウム−硫黄電池の電圧（Ｅ）は次式
Ｅ＝２．０７５−（Ｔ−３２０）×８５×１０-6（Ｖ）
で計算される。ここで、Ｔは電池の温度（℃）であり、８５×１０-6は温度係数（Ｖ／℃）である。又、ナトリウム−硫黄電池においては、充電段階後の休止段階における断熱容器内の温度は３２０℃に制御されている。従って、ヒーターが正常に作動していれば、電池の充電末開放電圧は２．０７５Ｖ／セルとなるはずである。一方、ヒーターが正常に作動せず、電池が異常加熱を起こし、断熱容器内の温度が上昇すると、図１に示すグラフの傾きより、１℃温度が上昇するごとに８５μＶずつ電圧が小さくなるはずである。
【００１２】
従って、２．０７５Ｖ／セルを基準電圧とし、電池の充電末開放電圧がこれより小さな値となった場合に異常加熱と判定して、ヒーターの作動を停止すれば、火災や電池の破損を防止できることになる。
【００１３】
又、モジュール電池を構成する単電池を同数の２つのブロックに分け、この２つのブロックのそれぞれの充電末開放電圧を測定し、その差の絶対値が０より大きい場合に異常加熱と判定してもよい。
【００１４】
例えば、モジュール電池を構成する単電池の数が８の場合、単電池４つずつの２つのブロックに分け、各ブロックの充電末開放電圧Ｅ1及びＥ2を測定すれば、その値はいずれも２．０７５×４＝８．３００Ｖとなるはずである。従って、両者の差の絶対値｜Ｅ1−Ｅ2｜は０となるはずである。一方、ヒーターが正常に作動せず、電池が異常加熱を起こし、断熱容器内の温度が上昇すると、ヒーターに近い側の電池の電圧がより小さくなるため、｜Ｅ1−Ｅ2｜は０にはならないはずである。従って、基準値を０とし、計測系の誤差等を考慮して、｜Ｅ1−Ｅ2｜が０．００３Ｖ以上の値となった場合に異常加熱と判断して、ヒーターの作動を停止すれば、火災や電池の破損を防止できることになる。
【００１５】
上記のように、モジュール電池を構成する単電池を２つのブロックに分けて、その充電末開放電圧の差により異常加熱か否かを判断することにより、直接、電圧の値で判断する場合に比べ、正確に検出できるという利点がある。
【００１６】
この場合、各ブロックの電圧測定回路を互いに絶縁することが好ましい。電圧を測定する場合には、電圧測定器は必ずアースに接続するが、各ブロックの電圧測定器をそれぞれアースに接続すると、それぞれの電圧測定回路がアースを介して短絡し、電圧を正確に測定することができなくなるからである。各回路を絶縁する手段としては、例えば、各ブロックの電圧測定回路に絶縁アンプを組み込む等の方法がある。
【００１７】
尚、本発明の方法において、充電末開放電圧の測定は、充電段階終了直後ではなく、充電段階終了後、所定時間経過後、具体的には１０〜６０秒経過後に行うことが好ましい。これは、充電段階終了直後は、活物質の拡散により、電池の電圧が安定しないため、この段階で電圧を測定すると断熱容器内の温度が正常であるにも関わらず、異常加熱と判断されるおそれがあるからである。
【００１８】
以上のように、本発明のナトリウム−硫黄電池の異常加熱検知方法においては、温度を測定するのではなく、電池の電圧を測定することにより異常加熱を検知できるので、本発明の方法を、温度検知手段と併用すれば、温度検知手段が故障した場合にも、ヒーターの異常加熱を検知することができ、火災の発生やナトリウム−硫黄電池の破損を効果的に防止することができる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明を図示の実施例を用いてさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限られるものではない。
【００２０】
（実施例１）  モジュール電池を、同数の単電池から成る２つのブロックに分け、各ブロック毎に充電末開放電圧を測定し、その差の絶対値により異常加熱が起こっているか否かを判定するための異常加熱検知システムを構成した。図３に、異常加熱検知システムにおける信号の流れを示す。
【００２１】
図３において、モジュール電池は４つの単電池から構成される。４つの単電池は、２つの単電池から成る２つのブロックに分けられ、各ブロックの電圧は、それぞれ別個の電圧測定器によって測定される。電圧測定器と電池の各ブロックとの間には絶縁アンプが設置されている。測定された電圧の値は、比較器へ送られ、比較器において、両ブロックの電圧の差の絶対値が算出されるとともに、その絶対値が０か０以外の数値かが判断される。比較器からの信号は、交直変換装置からの信号とともに、ＡＮＤ回路を介して異常加熱判定装置に送られる。交直変換装置は、モジュール電池の充電段階終了時に異常加熱判定装置に信号を送るための装置である。従って、異常加熱判定装置は、交直変換装置からの信号が送られた時点の比較器からの信号に基づいて、比較器からの信号が０であれば異常加熱とは判定せず、比較器からの信号が０．００３Ｖ／セル以上の数値であれば異常加熱と判定し、警報及びヒーターに信号を送り、警報を鳴らすとともに、ヒーターの作動を停止させる。尚、交直変換装置とＡＮＤ回路との間には遅延タイマが設置され、交直変換装置からの信号を、１０〜６０秒遅延させて異常加熱判定装置に送る。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の方法を、温度検知手段と併用すれば、温度検知手段が故障した場合にも、ヒーターの異常加熱を検知することができ、より確実にヒーターの異常加熱を検知できるとともに、火災の発生やナトリウム−硫黄電池の破損を効果的に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ナトリウム−硫黄電池の電圧の温度依存性を示すグラフである。
【図２】  ナトリウム−硫黄電池の放充電サイクルを示すグラフである。
【図３】  本発明の異常加熱検知方法の一例における信号の流れを示す流れ図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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