JP2004215456A

JP2004215456A - Hybrid battery system

Info

Publication number: JP2004215456A
Application number: JP2003001976A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Bito; 章博尾藤; Kazuto Furuta; 一人古田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2004-07-29

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a battery system, wherein the features, such as high-energy density and high capacity, of NaS battery and further demands for high power output can be responded to. <P>SOLUTION: The hybrid battery system is so constituted that a sodium sulphur battery high in energy capacity and a high-power battery, whose output-to-energy ratio is high relative to the sodium-sulphur battery, are connected in parallel with an electric power system. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【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】

【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】

【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＋ＮｉＣｌ_２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】

【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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hybrid battery system comprising a combination of a high-energy capacity sodium-sulfur battery and a high-output battery, and suitable as a power storage device or an emergency power supply device.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION In many cases, factories operate during the day and shut down or reduce operating rates at night. In addition, people usually work in the office during the daytime. Therefore, the difference in power load between day and night increases. Furthermore, compared to spring and autumn, when it is easy to spend without cooling and heating, the demand for cooling and heating increases in summer and winter due to intense heat or severe cold, so that the power load may vary depending on the season. In recent years, these disparities have been increasing, and the load factor representing the operation rate of the power supply equipment has been decreasing year by year. On the other hand, there is an increasing demand for reducing electric power costs for the purpose of improving industrial competitiveness and the like, and it is considered that load leveling for electric power supply is a very important issue. As one of the countermeasures, the development of a high-efficiency and large-capacity battery is being promoted, and the battery is being put to practical use as a battery system for a power storage device.
[0003] Among the batteries used in the power storage device, a sodium-sulfur battery (hereinafter also referred to as a NaS battery) is the most practically used battery. A NaS battery is a secondary battery that has excellent features such as higher energy density than other batteries, more compact equipment, high battery efficiency with little self-discharge, and easy maintenance. It is. In order to achieve the load leveling function, a battery having a higher energy density and a higher capacity is required. For this reason, a single cell used for the NaS battery has a capacity exceeding 600 Ah.
FIG. 9 shows an example of a sodium-sulfur battery system. The sodium-sulfur battery system 90 includes a plurality of high energy density NaS battery modules 3 connected to the power system 1 via the AC / DC converter 4, and supplies power to the load 2 connected to the power system 1, and This is a system for charging from the power system 1. The NaS battery module is a standardized unit NaS battery. By the sodium-sulfur battery system 90, for example, the load leveling is performed by charging the load 2 from the power system 1 in the late night zone when the power consumption is small and discharging the load 2 during the daytime when the power consumption peaks. Function can be achieved. It can also be used as an emergency power supply.
[0005] However, for example, in order to fulfill the above-mentioned load leveling function during the daytime and nighttime and to increase the effect of reducing the electricity charge, it is necessary to output for a long time of 8 to 12 hours in the daytime and at the peak of the power consumption. It is necessary to perform high output in accordance with this, but in particular, NaS batteries with high energy density and high capacity, which have a capacity of 600 Ah recently, are not necessarily suitable for high output. Had.
In a NaS battery, during discharge, molten sodium emits electrons to become sodium ions, which pass through the solid electrolyte to move to the anode side, react with sulfur and electrons supplied from an external circuit, and react with the sodium ions. When sodium sulfide is generated and charged, a reaction occurs in which sodium and sulfur are generated from sodium polysulfide, contrary to discharging. Since the reaction of generating sodium polysulfide during the discharge (output) is an exothermic reaction, the total calorific value at this time is determined by the joule calorific value determined by the flowing current and the internal resistance and the chemical calorific value by the sodium polysulfide generating reaction. The amount of heat added. The higher the temperature, the higher the sodium ion conductivity or the like with respect to β-alumina, which is a solid electrolyte, and the lower the internal resistance of the battery. Therefore, when the NaS battery is operated at a high temperature, the charge / discharge efficiency can be further improved.
However, there is a limit to the heat resistance of the components of a NaS battery, particularly, an aluminum container containing β-alumina and sulfur. In addition, when it is brought into contact with sulfur or sodium polysulfide having high chemical activity at a high temperature for a long time, corrosion or deterioration is apt to occur. Therefore, it is not preferable that the operating temperature of the NaS battery exceeds a certain value.
Under such circumstances, it is necessary to operate the NaS battery in a predetermined temperature range (for example, 280 to 360 ° C.). However, if the current is increased to increase the output, the battery temperature rises and the predetermined temperature increases. Since the temperature exceeds the upper limit temperature, the output is terminated by, for example, a monitoring control device for battery protection. In particular, since the NaS battery has a characteristic that the voltage gradually decreases as it approaches the end of discharge, if a high output is to be maintained, the current increases and the heat generation increases, the battery temperature increases, and the output is likely to stop.
[0009] The reason that the NaS battery is not suitable for high output is that the capacity of a single cell of a sealed NaS battery is determined by the amount of active material contained in the single cell, and the output of the single cell is a solid electrolyte. Since the dimensions (diameter and height) of the single cell and β-alumina are determined by the current-carrying surface area of a certain β-alumina, the capacity and output range of the NaS battery are defined, and the degrees of freedom of each other are limited. It is mentioned. A high-capacity unit cell has a larger volume to accommodate a large amount of active material than a small-capacity unit cell, but the surface area of the β-alumina tube is not as large as the volume, and the high-capacity unit cell has a high output performance. It is inferior to small capacity cells.
That is, it is possible to design a NaS battery as a specification having higher output power, but for this purpose, it is necessary to use β-alumina having a larger surface area with respect to the amount of active material. On the other hand, in the case of a unit cell using β-alumina having a bottomed cylindrical shape, its size must be reduced. However, when the size of the unit cell is reduced, the volume of the unit cell components other than the active material increases, the energy density decreases, the number of manufactured unit cells increases, and the manufacturing cost increases. Not preferred. By the way, it seems that no proposal for solving or improving the above problem has been made at all.
[0011]
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to apply the present invention to a power storage device capable of leveling the load on power supply. An object of the present invention is to provide a battery system capable of responding to a demand for high output while making use of the characteristics of an NaS battery such as energy density and high capacity. Incidentally, not only the power storage device having the load leveling function described above, but also an emergency power supply device used at the time of a power failure, NaS batteries are suitably used, and a high output is required immediately after the power failure. The invention also aims to provide a battery system suitable for such use. As a result of repeated studies, it was found that the above-mentioned object can be achieved by the following means.
[0012]
That is, according to the present invention, a high energy capacity sodium-sulfur battery and a high power type battery having a relatively large output / energy ratio with respect to the sodium-sulfur battery are provided. A hybrid battery system is provided, which is connected in parallel to a power system.
In the hybrid battery system of the present invention, it is preferable that the high-power battery is at least one battery selected from the group consisting of a sodium-sulfur battery, a lead battery, and a sodium-metal chloride battery.
Further, in the present invention, the power system is an AC system, and a high-energy capacity sodium-sulfur battery and a high-output type battery are connected in parallel with DC and then converted into AC and connected to the power system. In addition, it is possible to adopt a mode including a switching means for connecting and disconnecting the high-output type battery to the sodium-sulfur battery having a high energy capacity. Such a hybrid battery system is suitable as a power storage device having a load leveling function.
Further, in the present invention, the power system is AC, and the high-energy capacity sodium-sulfur battery and the high-power type battery are connected to the power system in parallel after being converted into AC, respectively. It is possible to adopt a mode including a control means capable of connecting and disconnecting the output type battery from the power system. Such a hybrid battery system is also suitable as a power storage device having a load leveling function.
Still further, in the present invention, the power system is direct current at least at a connection point, and the high energy capacity sodium-sulfur battery and the high output type battery are connected to the power system after being connected in parallel with direct current. And a connecting system to the electric power system, comprising a forward flow means and an opening / closing means capable of conducting and blocking a bypass provided in parallel with the forward flow means, and a high-power type battery with a sodium-sulfur battery having a high energy capacity. It is possible to adopt a mode including a switching means that can be connected and disconnected. Such a hybrid battery system is suitable as an emergency power supply device capable of urgently supplying power at the time of a power failure. In addition, the fact that the power system is DC at least at the connection point means that the power system itself is DC, or in many cases, the power system is AC, so that AC / DC conversion is performed up to the connection point with the hybrid battery system. If you say. In the latter case, if the load is DC, power is supplied to the load as it is, and if the load is AC, the power is converted again to AC and supplied to the load.
[0017]
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings as appropriate, but the present invention should not be construed as being limited thereto, and does not depart from the scope of the present invention. Insofar, various changes, modifications, and improvements can be made based on the knowledge of those skilled in the art.
According to the present invention, a sodium-sulfur battery having a high energy capacity and a high-power type battery having a relatively large output / energy ratio with respect to the sodium-sulfur battery are connected in parallel to a power system. It is a hybrid battery system characterized by the above. Here, the battery of the hybrid battery system refers to a secondary battery, and the battery system refers to a device that includes at least a secondary battery as a main component and achieves a certain purpose by combining other components. Components other than the secondary battery include a control device, various devices that are specific means for control, and the like. The certain purpose directly means charging (input) from the power system and discharging (output) to the power system since the main component is a secondary battery and connected to the power system. By controlling the charge / discharge operation, more specifically, for example, load leveling for power supply, power supply at the time of power failure, and the like can be performed.
The hybrid of the hybrid battery system means that the battery is composed of batteries having different characteristics such as a high energy capacity battery and a high output type battery. Therefore, the hybrid battery system of the present invention is excellent in the degree of freedom of energy and output and independence, can easily perform the charge / discharge operation according to the state of the power system, and can cope with the load leveling or power failure. It is suitable as a device for
A sodium-sulfur battery is adopted as a battery having at least a high energy capacity, but a high-power battery is not limited. Examples of the high-output type battery include a high-output type sodium-sulfur battery, a lead battery, a sodium-metal chloride battery, and the like. Although it has already been described that a sodium-sulfur battery is not necessarily suitable for a high-power type, a hybrid battery system combining a high-energy-capacity sodium-sulfur battery and a sodium-sulfur battery configured for a high-power type has been known. In comparison with the battery system having only a high energy capacity sodium-sulfur battery, there is an advantage that at least the degree of freedom of energy and output is improved.
A battery having a high energy capacity refers to a battery having a small output / energy ratio, and a battery having characteristics suitable for continuous power supply. On the other hand, a high-output type battery refers to a battery having a large output / energy ratio, and a battery having characteristics suitable for supplying high power at a time. High energy capacity or high power type is determined by the ratio of power to energy, and these are in a relative relationship. The output / energy ratio is not limited, and is designed according to the application purpose of the hybrid battery system of the present invention. For example, when aiming at load leveling for power supply, the output / energy ratio of a sodium-sulfur battery having a high energy capacity is preferably about 0.10 to 0.15 (1 / h), The output / energy ratio of the type battery is preferably 0.3 (1 / h) or more. In this specification, a high energy capacity is simply described as a high capacity, and is also expressed as a high energy density.
Hereinafter, a specific embodiment will be described. FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the hybrid battery system of the present invention. In the hybrid battery system 10, five high energy capacity NaS battery modules 3 are connected in series (referred to as a group of three NaS battery modules), and five high power type NaS battery modules 13 are connected in series (NaS battery module 13). After they are connected in parallel with the direct current, they are connected to the AC power system 1 via the AC / DC converter 4 to convert the DC output from the NaS battery modules 3 and 13 into AC. In this system, power is supplied to a load 2 connected to a power system 1, and AC power from the power system 1 is converted into DC and input to charge. Switching means 91 (for example, a semiconductor switch) is provided between the group of NaS battery modules 13 and the group of NaS battery modules 3 and the AC / DC converter 4, and the NaS battery module 13 is combined with the group of NaS battery modules 3 (hybrid battery). Connection and disconnection with the system 10).
Table 1 shows the specifications of the NaS battery module 3 (high energy capacity NaS battery module) and the NaS battery module 13 (high output NaS battery module). The output / energy ratio of the NaS battery module 3 is 0.12 (1 / h), and the output / energy ratio of the NaS battery module 13 is 0.3 (1 / h). The NaS battery module group 3 outputs 250 kw (50 kw × 5), and the NaS battery module group 13 outputs 165 kw (33 kw × 5).
[0024]
[Table 1]

The hybrid battery system 10 exhibits a load leveling function as a power storage device. The state of output (discharge) during the day in load leveling in which the battery is discharged during the day and charged at night will be described with reference to the time-series change of the output of the hybrid battery system 10 shown in FIG. In FIG. 5, an output line 51 shows the output of the group of NaS battery modules 3 and an output line 52 shows the output of the group of NaS battery modules 13.
At the start of discharging (around 8:00), only the NaS battery module 3 group is connected to the AC / DC converter 4 to discharge while the switching means 91 is opened and the NaS battery module 13 group is disconnected. At a time when the large output is required (around 11:30), the switching means 91 is turned on to discharge the group of NaS battery modules 13. The output determined from the relationship between the open-circuit voltage (determined by the number of cells in series and the open-circuit voltage of cells as a function of the depth of discharge) of the 3 groups of NaS battery modules and 13 groups of NaS battery modules and the internal resistance is output to the NaS battery module. The third group and the NaS battery module 13 group share and output.
The output pattern when the NaS battery module group 3 and the NaS battery module group 13 are arranged in parallel is determined by the relationship between the open circuit voltage and the internal resistance of each NaS battery module group (that is, the total from the outside). Only the output can be controlled, and the output balance between each NaS battery module group is determined.) The output line shown in FIG. 5 indicates a pattern to be output from the NaS battery module 13 group when the open circuit voltage of the module batteries of the NaS battery module 3 group is in a discharge depth region showing a constant value (133 V). The switching means 91 is opened when the group of NaS battery modules 13 reaches the end of discharge (around 14:30). After 18:00, when the charging is started, the switching means 91 is closed to charge both the NaS battery module group 3 and the NaS battery module 13 group. After the charging is completed, the switching means 91 is opened to start preparation for discharging.
FIG. 2 is a block diagram showing another embodiment of the hybrid battery system of the present invention. In the hybrid battery system 20, one NaS battery module 3 having a high energy capacity and a lead assembled battery 14 in which 59 high-output lead batteries (MSE type) are connected in series are connected in parallel with direct current. Later, it is connected to the AC power system 1 via the AC / DC converter 4, converts the DC output from the NaS battery module 3 and the lead-acid battery 14 to AC, and supplies the AC output to the load 2 connected to the power system 1. In this system, power is supplied to the power supply, and AC power from the power system 1 is converted to DC and input to charge. Switching means 92 (for example, a semiconductor switch) is provided between the lead assembled battery 14 and the NaS battery module 3 and the AC / DC converter 4, and the lead assembled battery 14 is connected to the NaS battery module 3 and the hybrid battery system 10. ) It is possible to connect and disconnect.
Table 2 shows the specifications of the NaS battery module 3 (high energy capacity NaS battery module) and the lead-acid battery 14. The output / energy ratio of the lead-acid battery 14 is 0.33 (1 / h), while the output / energy ratio of the NaS battery module 3 is 0.12 (1 / h). The NaS battery module 3 outputs 50 kW, and the lead battery outputs 25 kW.
[0030]
[Table 2]

The hybrid battery system 20 has a load leveling function as a power storage device. The manner in which output (discharge) is performed during the day in load leveling in which the battery is discharged during the day and charged at night will be described with reference to a time-series change in the output of the hybrid battery system 20 shown in FIG. 6, an output line 61 indicates the output of the NaS battery module 3, and an output line 62 indicates the output of the lead-acid battery 14.
In the standby state at the end of charging, the switching means 92 is closed, and the lead-acid battery 14 is in a charged state. After the discharge is started (after about 8 o'clock), only the NaS battery module 3 is discharged until the voltage of the NaS battery module 3 decreases to 122 V, which is the open circuit voltage of the lead-acid battery 14, and if the voltage drops below 122V, lead The battery pack 14 also starts discharging. After the discharge is stopped (after about 18:00), the switching means 92 is kept closed, and the NaS battery module 3 and the lead battery 14 are charged. During charging, when the voltage reaches approximately 137 V, the switching means 92 is opened, and charging of the lead-acid battery 14 is stopped. This is to prevent overcharging of the lead battery. In the standby state after the charging is completed, the switching unit 92 is closed, so that the lead-acid battery 14 is charged again. This is to prevent self-discharge.
FIG. 3 is a block diagram showing still another embodiment of the hybrid battery system of the present invention. The hybrid battery system 30 includes one NaS battery module 3 having a high energy capacity, and 50 parallel-connected high power type sodium metal chloride battery modules 15 (referred to as a group of 15 sodium metal chloride battery modules). 3 and a group of sodium metal chloride battery modules 15 are connected in parallel as they are in direct current, and connected via a forward current means 43 (for example, a power diode) 4 to a power system which is direct current at least at the connection point. In this system, the outputs from the NaS battery module 3 and the group of sodium metal chloride battery modules 15 are supplied to a DC power system, and are input and charged from the DC power system.
The power system 1 is AC, and is converted to DC once through an AC / DC converter 41 and an orthogonal converter 42 between the AC load 2 and a portion where the power is DC. The battery system 30 is connected. Examples of the sodium metal chloride battery include a sodium nickel chloride battery. A sodium nickel chloride battery employs sodium as the negative electrode as the active material and nickel chloride as the positive electrode.The inside of the β-alumina tube, which is a solid electrolyte, is used as the positive electrode chamber and the outside is used as the negative electrode chamber. It is a high temperature secondary battery which is added, and the battery reaction formula is 2NaCl + Ni ← → 2Na + NiCl ₂ It is.
A switching means 93 (for example, a semiconductor switch) is provided between the group 15 of sodium metal chloride battery modules and the NaS battery module 3 and the forward flow means 43. 3 (with the hybrid battery system 10). In addition, the forward flow means includes a bypass (bypass) provided in parallel, and an opening / closing means 94 (for example, a circuit breaker) capable of conducting and blocking the bypass.
Table 3 shows the specifications of the NaS battery module 3 (high energy capacity NaS battery module) and the sodium metal chloride battery module 15. The output / energy ratio of the sodium metal chloride battery module 15 is 0.5 (1 / h), while the output / energy ratio of the NaS battery module 3 is 0.12 (1 / h). The NaS battery module 3 outputs 50 kW, and the sodium metal chloride battery module 15 group outputs 100 kW.
[0037]
[Table 3]

The hybrid battery system 30 can function as an emergency power supply, and is suitable when a large load is required immediately after a power failure. The state of output (discharge) to the power system immediately after the power failure will be described with reference to the time-series change of the output of the hybrid battery system 30 shown in FIG. 7, the output line 71 indicates the output of the NaS battery module 3, and the output line 72 indicates the output of the sodium metal chloride battery module 15 group.
The switching means 93 is closed, the NaS battery module 3 and the group of sodium metal chloride battery modules 15 are connected, and the charging / discharging standby state is set with the opening / closing means 94 opened. When a power outage occurs, the hybrid battery system 30 discharges (outputs) in response to a voltage drop in the power system. After the discharge is completed, the switching means 94 is kept open, and when the voltage of the power system is restored, the switching means 93 is closed and the charging is started with the switching means 93 closed. During charging, when the voltage reaches approximately 138 V, the switching means 93 is opened, and charging of the group of sodium metal chloride battery modules 15 is stopped. This is to prevent the sodium metal chloride battery module 15 from being overcharged.
Next, FIG. 4 is a configuration diagram showing still another embodiment of the hybrid battery system of the present invention. In the hybrid battery system 40, five high energy capacity NaS battery modules 3 are connected in series (referred to as a group of NaS battery modules 3), and five high output type NaS battery modules 13 are connected in series (NaS battery module 13). ), Which are independently connected to the AC power system 1 via AC / DC converters 44 and 45 (bidirectional converters), and output DC power from the NaS battery modules 3 and 13 respectively. This is a system in which the power is individually converted to AC to supply power to the load 2 connected to the power system 1, and the AC power from the power system 1 is individually converted to DC to be input and charged. There is no switching means for connecting and disconnecting the group of NaS battery modules 13 and the group of NaS battery modules 3, and charging / discharging is performed by controlling the control target values of the AC / DC converters 44 and 45 by control means (not shown). System.
The specifications of the NaS battery module 3 (high energy capacity NaS battery module) and the NaS battery module 13 (high output NaS battery module) are as shown in Table 1 above.
The hybrid battery system 40 exhibits a load leveling function as a power storage device. The manner in which output (discharge) is performed in the daytime during load leveling in which the battery is discharged during the day and charged at night will be described with reference to a time-series change in the output of the hybrid battery system 40 shown in FIG. 8, the output line 81 indicates the output of the group of NaS battery modules 3 and the output line 82 indicates the output of the group of NaS battery modules 13.
At the start of discharge (around 8:00), the control means sets the control target value of the AC / DC converter 44 to, for example, +50 (kw), and causes the three NaS battery module groups to discharge to the power system 1. The control target value of the AC / DC converter 45 is set to, for example, −50 (kw), and the NaS battery module 13 group is charged. At a time when the large output is required (around 11:30), the control target value of the AC / DC converter 45 is changed and the NaS battery module 13 group is also discharged.
In this case, the output of the NaS battery module group 3 and the NaS battery module group 13 does not share, and the respective outputs are determined exclusively by the control target values of the AC / DC converters 44 and 45. The output line shown in FIG. 8 shows a case where the control target values of the AC / DC converters 44 and 45 are adjusted so as to generate an output pattern similar to the output pattern shown in FIG.
When the group of NaS battery modules 13 reaches the end of discharge (around 14:30), the control target value of the AC / DC converter 45 is changed to stop discharging the group of NaS battery modules 13. After 18:00, the control target values of the AC / DC converters 44 and 45 are changed together with the start of charging to charge both the NaS battery module 3 group and the NaS battery module 13 group together. , 45 are changed to prepare for discharge.
The specific embodiment of the hybrid battery system of the present invention has been described above. Next, the difference between a high energy capacity NaS battery and a high output type NaS battery will be described. 2. Description of the Related Art Conventionally, battery systems including a NaS battery as components are roughly classified into those for electric vehicles and those for load leveling. For electric vehicles, high power is important for starting, and an energy capacity is required so that so-called fuel shortage does not frequently occur. For load leveling, a relatively flat load of about 8 to 12 hours is covered, or a load of about 8 to 12 hours, of which the load increases for about 2 to 4 hours, or about 3 to 5 hours. There are various cases such as the case where a relatively flat load is covered, and a specific response to the load leveling is determined by the load condition and the economic effect of introducing the power storage device to the load condition. A battery system using a NaS battery is required to balance the energy capacity and the output with respect to each load and to have a high energy density. This can be achieved by optimizing the size (diameter, height) of the unit cell (β-alumina tube). That is, for a high-output type electric vehicle, a small cell is optimal for load leveling for about 3 to 5 hours, and a large cell is optimal for load leveling for about 8 to 12 hours. As the size of the unit cell increases, the output / energy ratio decreases, but the energy density tends to increase. In the

hybrid battery systems

10 and 40 shown in FIGS. 1 and 4, as is clear from the specifications of each NaS battery module shown in Table 1, a medium-sized unit cell is adopted for the high-output type NaS battery module, and the high energy capacity is obtained. The NaS battery module uses a large cell. Such a

hybrid battery system

10, 40 has a load of about 8 to 12 hours, and is an optimal battery system when the load increases by about 2 to 4 hours.
[0047]
According to the hybrid battery system of the present invention, the degree of freedom between the output and the energy capacity is improved. Therefore, the hybrid battery system is required for an electric power storage device for load leveling and an emergency power supply device useful at the time of a power failure. It is possible to meet both of the required high output and high energy capacity, and it is possible to suppress an increase in the capacity of power supply equipment for an electric power system such as commercial power, thereby contributing to an improvement in the load factor. It is also believed that the hybrid battery system of the present invention facilitates the installation of a power storage device for load leveling, but load leveling stores power generation energy with low carbon dioxide emissions at midnight. Since the discharge is performed in the daytime zone composed of power generation energy that emits a large amount of carbon dioxide, the hybrid battery system of the present invention contributes to the reduction of the carbon dioxide emission through load leveling.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a hybrid battery system of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram showing another embodiment of the hybrid battery system of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram showing still another embodiment of the hybrid battery system of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram showing still another embodiment of the hybrid battery system of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing an example of a time-series change in output of the hybrid battery system of the present invention having the configuration shown in FIG.
6 is a graph showing an example of a time-series change in output of the hybrid battery system according to the present invention having the configuration shown in FIG.
7 is a graph showing an example of a time-series change in output of the hybrid battery system of the present invention having the configuration shown in FIG.
8 is a graph showing an example of a time-series change in output of the hybrid battery system according to the present invention having the configuration shown in FIG.
FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an example of a battery system using a conventional sodium-sulfur battery.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power system, 2 ... Load, 3,13 ... Sodium-sulfur battery module, 4 ... AC-DC converter, 10, 20, 30, 40 ... Hybrid battery system, 14 ... Lead assembled battery, 15 ... Sodium metal chloride battery module , 51, 52, 61, 62, 71, 72, 81, 82 ... output line, 41 ... AC / DC converter, 42 ... orthogonal converter, 43 ... forward flow means, 44, 45 ... AC / DC converter, 90 ... sodium-sulfur Battery system, 91, 92, 93 switching means, 94 opening / closing means.

Claims

A hybrid battery, wherein a high-energy capacity sodium-sulfur battery and a high-output battery having a relatively high output / energy ratio with respect to the sodium-sulfur battery are connected in parallel to a power system. system.

The hybrid battery system according to claim 1, wherein the high-power battery is at least one battery selected from a battery group consisting of a sodium-sulfur battery, a lead battery, and a sodium-metal chloride battery.

The power system is AC,
The high-energy capacity sodium-sulfur battery and the high-power type battery are connected in parallel with DC, and then converted to AC and connected to the power system. 3. The hybrid battery system according to claim 1, comprising a sodium-sulfur battery having an energy capacity, and switching means capable of being connected and disconnected.

The power system is AC,
The high-energy capacity sodium-sulfur battery and the high-output type battery are each connected to the power system in parallel after being converted into alternating current, and the high-output type battery is connected to the power system. 3. The hybrid battery system according to claim 1, further comprising control means capable of being separated.

The power system is DC at least at a connection point,
The high-energy capacity sodium-sulfur battery and the high-power type battery are connected in parallel with the DC power, and then connected to the power system, and connected to the power system, a forward flow means, A switching means for connecting and disconnecting the high-power type battery from the high-energy capacity sodium-sulfur battery; The hybrid battery system according to claim 1.