蓄電池が熱暴走する原因と対策【最適化された運用方法がわかる】

このような悩みを抱えている方も多いのではないでしょうか？

蓄電池が熱暴走すると、システムの停止や発火などにつながるリスクがあります。そのため、蓄電池を設置している企業は、熱暴走のメカニズムを理解し、適切な環境で運用することが必要です。

竹中工務店で設備設計におけるBIMや環境シミュレーションの活用を推進した後に、AIベンチャーGRIDで主にスマートシティ関連PJのPMとして提案から開発まで一気通貫で担当。2023年より株式会社メンテルを経営しています。

当社はAIやIoTを用いて、空間の温熱環境や電力を最適化させる支援を行っています。蓄電池の熱暴走を予防する解決策がわかっており、最適な運用環境を提案することが可能です。

蓄電池の熱暴走による火災やシステム停止などを防ぎ、安全安心に運用するために、ぜひ最後までお読みください。

蓄電池の運用でお悩みがある企業は、以下の公式サイトから環境や空間の最適化に関する『お役立ち資料』をダウンロードいただけますので、お気軽にチェックしてみてください。

蓄電池の熱暴走とは

蓄電池の熱暴走とは、電池内部で発生した熱によって化学反応が進み、温度が連鎖的に上昇して制御できなくなる現象です。

熱暴走に陥ると外部からの冷却が追いつかないほど温度が上昇し、発火や破裂などの重大事故につながる恐れがあります。

とくにリチウムイオン蓄電池は、内部に多くのエネルギーを蓄えており、一度熱暴走が発生したら急激に温度が上昇しやすいため注意しましょう。そのため、温度管理や充放電制御などの安全対策が必要です。

蓄電池の種類は「蓄電池4種類を徹底比較！用途別の使い分けと選ぶときのポイント」で解説してるので、導入を検討している企業はまずお読みください。

蓄電池が熱暴走する主な原因

蓄電池が熱暴走を起こす主な原因は、次の3つです。

蓄電池の熱暴走を防ぐためには、どのような条件で発生するのかを理解する必要があります。設置環境の見直しや運用方法の改善につなげられるため、ぜひご覧ください。

1. 内部短絡

内部短絡とは、蓄電池内部の正極と負極が直接接触し、蓄えられたエネルギーが集中的に放出されて急激な発熱が起こる現象です。

通常、正極と負極の間にはセパレータと呼ばれる仕切りがあり、両極が直接触れないように保護されています。

しかし、製造工程での微細な異物混入や、落下・衝撃による損傷でセパレータが破損すると、内部短絡が発生する可能性があります。

2. 過充電

過充電とは、満充電の状態を超えてさらに充電される状態を指します。電池内部で異常な化学反応が進み、電解液の分解やガスの発生をともなう発熱が起こります。

蓄電池の温度が上昇すると、内部圧力の増加や電極の劣化を引き起こし、最終的に熱暴走につながるでしょう。

とくに太陽光発電と蓄電池を連携させている場合は、発電量の変動によって充放電の制御が複雑になるため注意が必要です。

太陽光発電と蓄電池の連携に関する疑問は「太陽光発電と蓄電池を連携するメリットは？注意点と導入ポイントを解説」で解決できます。

3. 高温環境

外気温や設置場所の温度が高すぎると、蓄電池内部で発生した熱を逃がせなくなり、熱暴走のリスクが高まります。

蓄電池には冷却機能や通気口が備わっていますが、直射日光が当たる場所や換気の悪い空間では、冷却能力を超えてしまう場合があります。

とくにリチウムイオン蓄電池は熱に弱く、安定して性能を発揮できる温度は10〜25℃程度です。

高温環境が続くと、電池の寿命が縮むだけでなく、内部構造の劣化につながります。蓄電池の安全を確保するには、設置場所の温度環境を把握することが重要です。

蓄電池の熱暴走を防ぐ5つの対策

蓄電池の熱暴走を防ぐには、次の5つの対策が効果的です。

蓄電池の熱暴走を防ぐには、原因を理解するだけでなく、設置環境や運用方法を適切に管理する必要があります。その方法を紹介しますので、ひとつずつ見ていきましょう。

1. 温度監視体制を整える

蓄電池の異常を早期に察知するには、温度センサーを設置し、稼働状況を継続的にモニタリングすることが重要です。

センサーを配置すると蓄電池の温度をリアルタイムで測定でき、管理者が常に状態を把握できるようになります。

異常な温度が検知された場合に、充放電を停止したり管理者に通知したりする仕組みを備えておきましょう。監視体制を整えておくと、人がいない時間帯に熱暴走しても、初期段階で被害を食い止められます。

2. 冷却能力を超える高温環境を避ける

蓄電池の熱暴走を防ぐには、内蔵された冷却機能を活用するとともに、周囲の熱負荷を抑えた環境づくりが重要です。

一般的な産業用蓄電池には、ファンで空気の流れを作る「空冷式」や、冷媒を循環させて熱を奪う「液冷式」の冷却方式が採用されています。

これらの冷却システムを適切に機能させるには、通気口を塞がない配置やフィルターの定期的なメンテナンスが必要です。

屋外に設置する場合は、遮熱材や断熱材を使用し、太陽の熱を抑える対策も行いましょう。

3. BMSで過充電を防ぐ

蓄電池の安全運用には、BMS（バッテリーマネジメントシステム）を活用し、過充電を防ぐことが重要です。

BMSは蓄電池の電圧・電流・温度を常時監視し、安全な範囲内で充放電を制御するシステムです。

電池の状態をリアルタイムで管理して過充電を防ぐと、蓄電池の安全性と寿命を維持できます。BMSの主な機能は以下のとおりです。

異常な電圧を検知した際には、回路を自動的に遮断して電池を保護する仕組みが一般的です。上記のような制御によって、蓄電池を安全に運用できるようになります。

4. 衝撃や強い振動を与えない

蓄電池の熱暴走を防ぐには、衝撃や強い振動を与えないように設置する必要があります。振動が長期間続くと、蓄電池内部の電極やセパレータが損傷する恐れがあるためです。

蓄電池の内部には電極やセパレータなどの繊細な部品があるため、設備の移動時には専用の機材を用いて衝撃を与えないようにしましょう。

また、工場の振動源が近い環境に設置する場合は、衝撃を吸収する設置台の使用や、防振設計を取り入れた設備配置が必要です。

5. 安全基準を満たした製品を選ぶ

蓄電池の熱暴走リスクを低減させるには、IEC規格やJIS規格などの安全基準をクリアした製品を選ぶことが重要です。

これらの規格に適合した製品は、さまざまな環境下での安全試験が行われており、一定の安全性が確保されているためです。

スペック上の容量や価格だけでなく、メーカーの安全設計の基準や、過去の導入実績などの視点も確認しておきましょう。

産業用蓄電池の熱暴走による二次被害を防ぐ注意ポイント

大規模な電力を扱う産業用蓄電池は、家庭用に比べて事故が発生した際の影響範囲が広いため、より高度な安全対策が求められます。

とくに注意すべきポイントは次の3つです。

詳しく解説していきます。

可燃性ガスの検知・通報体制を整える

産業用蓄電池の熱暴走による火災を防ぐには、可燃性ガスを検知し、通報される体制を整えることが大切です。蓄電池の発熱は電解質の分解やガスの発生とともに起こります。

ガスが室内に滞留すると、わずかな火花で爆発的な燃焼を引き起こす恐れがあります。

そのため、検知器がガスを感知した際には、換気設備をフル稼働させて濃度を下げるとともに、管理者へ自動通報する体制を整えてください。

さらにシステムを自動遮断する設定を行うと、被害を最小限に抑え、周囲の設備や人員の安全を守れます。

発火・延焼リスクに備えた設備設計を行う

特定の蓄電池ユニットで発火が起きても、被害が周囲へ広がらないようにする設備設計があると二次被害を防げます。

産業用蓄電池は大容量のため、一度熱暴走が始まると消火活動が極めて困難になります。

そのため、ユニット間に延焼防止壁を設けたり、建物から一定の離隔距離を確保して設置したりしましょう。設計段階から、発火や延焼のリスクを想定した安全対策が重要です。

シミュレーションで温熱リスクを事前に予測する

産業用蓄電池の熱暴走によるトラブルを防ぐには、設計段階で設置環境の温度上昇を予測することが重要です。

周囲の壁との距離や空調の吹き出し口の位置によっては、特定の場所に熱がこもる現象が発生し、蓄電池の周辺温度が想定以上に上昇します。

こうしたリスクを可視化する方法として有効なのが、熱環境シミュレーションです。シミュレーションを活用すると、設備周辺の温度分布や空気の流れを可視化できるため、設計段階で最適な設備配置や空調条件を検討できます。

蓄電池の熱暴走に関するよくある質問

蓄電池の熱暴走に関するよくある質問をまとめました。

それぞれ解説していきます。

蓄電池の熱対策は何から始めるべきですか？

設置環境がメーカーの推奨する温度条件を満たしているかを確認しましょう。蓄電池は温度管理を怠ると、寿命の短縮や故障につながる可能性があります。また、安全に運用するには、蓄電池のメリット・デメリットもご覧ください。

蓄電池は日陰に置くべきですか？

日陰の設置が望ましいです。直射日光によって筐体温度が上昇すると、蓄電池内部の劣化が進みやすくなります。屋外設置ならば遮熱材や断熱材を用いるなど、外部からの熱を抑える対策も有効です。

リチウムイオン電池は何度で熱暴走しますか？

130℃を超えると熱暴走が起こりやすくなります。ただし、蓄電池の表面温度が60℃を超えると、ガスの発生や発火のリスクが高まります。熱暴走は特定の温度だけで発生するものではなく、充電状態や劣化状況など複数の条件が重なって発生する現象です。

まとめ

蓄電池の運用で熱暴走はとくに警戒すべきリスクです。ただ正しい知識と対策で予防できます。熱暴走は、内部短絡や過充電、外部の高温環境などが重なることで発生します。

安全に運用するには、BMSによる電力管理や温度監視体制の整備に加え、衝撃の回避や安全基準に適合した製品の選定といった基本対策が重要です。

さらに設計段階で熱環境をシミュレーションし、設備周辺の温度分布や空気の流れを把握しておくことも大切です。