JP2009277394A - 組電池ケース、これを用いた組電池および大電力貯蔵設備 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な放熱性能とメンテナンス性とを両立させ、複数を空間利用効率よく配置できる組電池ケースを提供することを目的とする。
【解決手段】略直方体形状をし、内部に複数のリチウム二次電池１５を格納して組電池５を形成する組電池ケース１７であって、前面部３１に、正極端子ブスバー８１および負極端子ブスバー７９の取出部４１，４３と、内外を連通させる複数の前面スリット３５と、を設け、前面部３１に対向する背面部４５に、内外を連通させる複数の背面スリット４９を設け、底面部５１に、内外を連通させる複数の貫通孔５９を設けていることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、組電池ケース、これを用いた組電池および大電力貯蔵設備に関するものである。

リチウム二次電池は、充放電する際に発熱する。このリチウム二次電池を複数個ケース内に格納して組電池とした場合、発熱によって熱がケース内に蓄積される。ケース内に熱が蓄積され、ケース内の温度上昇と共に電池温度が上昇すると、電池性能の劣化につながる可能性がある。
このため、たとえば、特許文献１に示されるように、放熱機能を備え、発熱による熱量を外部へ放熱し、温度上昇を抑制するものが提案されている。これは組電池の対向する面にそれぞれ複数の通風口を備え、この通風口によって形成される空気流で放熱するものである。
また、近年、この組電池を多数組合せより多くの電力を取り出せる大電力貯蔵設備が種々の場所で用いられている。このような大電力貯蔵設備は、たとえば、筐体に多数の組電池を縦横に並べて配置するようにされている。この場合、筐体をできるだけコンパクトにするために、組電池は相互に近接して配置されることになる。また、筐体の開放部に面するのは組電池の一面となる。

特開平１０−１１２３０１号公報

ところで、特許文献１に示されるものは、略直方体形状をした組電池において通風口、組電池端子および制御ボードがそれぞれ別個の面に設けられているので、この組電池を複数用い、たとえば、一面が開放される筐体に配置して大電力貯蔵設備を形成するには、放熱性能とメンテナンス性の両立が難しい。
すなわち、通風口を有する面を開放面に位置させると、メンテナンスを要する組電池端子および制御ボードを有する面への接近が不自由になる。一方、組電池端子を有する面あるいは制御ボードを有する面のいずれかを開放面に位置させると、通風口を有する面が開放面に面さないので、放熱機能が低下する。
これは、たとえば、各組電池の上方および側方に空間を確保するようにするとある程度解消できるが、空間利用効率が低下し、大電力貯蔵設備が大型化する。

本発明は、上記問題に鑑み、良好な放熱性能とメンテナンス性とを両立させ、複数を空間利用効率よく配置できる組電池ケース、これを用いた組電池および大電力貯蔵設備を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明にかかる組電池ケースは、略直方体形状をし、内部に複数の単電池を格納して組電池を形成する組電池ケースであって、一側面部に、組電池正極端子および組電池負極端子の取出部と、内外を連通させる複数の第一開口部と、を設け、前記一側面部に対向する他側面部に、内外を連通させる複数の第二開口部を設け、底面部に、内外を連通させる複数の第三開口部を設けていることを特徴とする。

本発明にかかる組電池ケースでは、一側面部に複数の第一開口部が、それと対向する他側面部に複数の第二開口部が、底面部に複数の第三開口部が、それぞれ設けられているので、これらの開口部によって内部に気流が形成される。内部に複数の単電池を設置した場合、この気流によって各単電池で発生した熱が運び去られるので、良好な放熱性能が期待できる。
また、組電池ケースの一側面部に、組電池正極端子および組電池負極端子の取出部が設けられているので、内部に複数の単電池を設置し、組電池正極端子および組電池負極端子を装着し、組電池とした場合、これらのメンテナンスは、一側面部に接近することで行うことができる。
したがって、たとえば、複数の組電池を、一面が開放できる筐体に配置する場合、各組電池ケースの一側面部が筐体の開放面に沿って位置するように組電池を配置すると、全ての組電池の組電池正極端子および組電池負極端子に対するメンテナンスを容易に行うことができる。

また、この組電池ケースの一側面部に複数の第一開口部が備えられているので、筐体の一面が開放された場合、第一開口部は外気に直接さらされていることになる。そして、この組電池ケースの底面部の一側面部側(筐体の開放面側)も外気にさらされていることになる。これにより、電池ケースの第一開口部および第三開口部から空気が流入し易く、たとえば、この組電池ケースの他側面の第二開口部へ向かう気流ができる。この気流が各単電池で発生した熱を運び去るので、良好な放熱性能が期待できる。
このように、このように、組電池ケースの一側面部を開放面に沿うように配置することによって、他の面の状況によらず良好な放熱性能およびメンテナンス性が実現できるので、上下方向および幅方向で隣り合う組電池の間の間隙を小さくすることができる。これにより、空間利用効率が向上するので、複数の組電池をコンパクトに配置することができる。
なお、組電池ケースは、各単電池が設置される場合、各単電池相互間および各単電池と組電池ケースとの間に気流が通過する隙間が存在するように設置されるのが望ましい。

上記発明では、前記一側面部に、前記各単電池の状態を監視する監視回路基板を収納する基板収納部を設けるようにしてもよい。
このようにすると、監視回路基板に対するメンテナンスも、一側面部に接近することで行うことができる。
たとえば、複数の組電池を、一面が開放できる筐体に配置する場合、各組電池ケースの一側面部が筐体の開放面に沿って位置するように組電池を配置すると、全ての組電池の組電池正極端子および組電池負極端子ばかりでなく監視回路基板に対してもメンテナンスを容易に行うことができるので、メンテナンス性を一層向上することができる。

上記発明では、組電池ケースの前記第一開口部および前記第二開口部は、前記一側面部あるいは前記他側面部の幅方向に前記単電池が存在する範囲内に配置され、前記第三開口部は、前記単電池が存在する範囲内に配置されていてもよい。
このようにすると、第一開口部、第二開口部および第三開口部から流入する気流は確実に単電池に当接し、その周囲に沿って流れるので、放熱効率を向上させることができる。

上記発明では、組電池ケースの底面部には、前記単電池の下面を前記底面部の上面から間隔を開けて設置する設置部が設けられていてもよい。
このようにすると、第三開口部から流入する気流は単電池との間を滑らかに流れることができる。

本発明にかかる組電池は、上記に記載の組電池ケースと、前記組電池ケース内に格納され、電気的に接続された複数の単電池と、前記取出部から前記電池ケースの外部に突出された組電池正極端子および組電池負極端子と、前記基板収納部に収納され、前記各単電池の状況を監視する監視回路基板と、が備えられていることを特徴とする。

このような組電池によると、第一開口部、第二開口部および第三開口部から流入する空気によって内部に気流が形成されるので、この気流によって各単電池で発生した熱が運び去られるので、良好な放熱性能が期待できる。
また、組電池ケースの一側面部に、組電池正極端子および組電池負極端子ならびに監視回路基板が設けられているので、これらのメンテナンスは、組電池ケースの一側面部に接近することで行うことができる。

このため、複数の組電池を、一面が開放できる筐体に配置する場合、各組電池ケースの一側面部が筐体の開放面に沿って位置するように組電池を配置すると、全ての組電池の組電池正極端子および組電池負極端子ならびに監視回路基板に対するメンテナンスを容易に行うことができる。また、この組電池ケースの一側面部には複数の第一開口部が備えられているので、筐体の一面が開放された場合、第一開口部は外気に直接さらされていることになる。そして、この組電池ケースの底面部の一側面部側(筐体の開放面側)も外気にさらされていることになる。これにより、第一開口部および第三開口部から空気が流入し易く、たとえば、この組電池ケースの他側面の第二開口部へ向かう気流ができる。この気流が各単電池で発生した熱を運び去るので、良好な放熱性能が期待できる。
このように、組電池ケースの一側面部を開放面に沿うように配置することによって、他の面の状況によらず良好な放熱性能およびメンテナンス性が実現できるので、上下方向および幅方向で隣り合う組電池の間の間隙を小さくすることができる。これにより、空間利用効率が向上するので、複数の組電池をコンパクトに配置することができる。

本発明にかかる大電力貯蔵設備は、複数の上記に記載の組電池と、該組電池を格納する筐体と、を備え、前記組電池は、前記一側面部が前記筐体の開放面に位置するように配置され、相互に前記組電池正極端子および前記組電池負極端子が接続されていることを特徴とする。

このような大電力貯蔵設備では、組電池の一側面部を筐体の開放面に位置するように配置するので、メンテナンス性および放熱性能が良好で、かつ、コンパクトに構成することができる。

本発明によれば、略直方体形状の組電池ケースの一側面部に、組電池正極端子および組電池負極端子の取出部と、各単電池の状態を監視する監視回路基板を収納する基板収納部と、複数の第一開口部と、を設け、一側面部に対向する他側面部に、複数の第二開口部を設け、底面部に、複数の第三開口部を設けているので、メンテナンス性および放熱性能が共に良好な組電池を得ることができる。
また、この組電池を複数個筐体に格納する場合、メンテナンス性および放熱性能が良好で、かつ、コンパクトに構成することができる。

以下に、本発明の一実施形態にかかる大電力貯蔵設備１について、図面を参照して説明する。
図１は、大電力貯蔵設備１の概略構成を示す斜視図である。図２は、組電池５の概略構成を示す斜視図である。図３は、組電池ケース１７の正面図である。図４は、組電池ケース１７の背面図である。図５は、図３のＸ−Ｘ断面図である。図６は、図３のＹ−Ｙ断面図である。図７は、図６のＺ−Ｚ視図である。図８は、図６のＷ−Ｗ断面図である。

大電力貯蔵設備１は、略直方体をした筐体３と、筐体３の内部に複数、たとえば、９個設置された組電池５と、で構成されている。
筐体３の一側面は外部に開口可能な開放面７とされている。開放面７を覆うようにヒンジ式に開閉される扉９が設けられている。
筐体３の内部は、２枚の棚１１によって上下方向に３つの空間に仕切られている。この空間はさらに仕切板１３によって幅方向に３つの空間に仕切られている。筐体３の内部は９つの空間に仕切られていることになる。
これらの各空間にそれぞれ組電池５が設置されている。

組電池５には、複数、たとえば、４個のリチウム二次電池（単電池）１５を収納する略直方体形状の組電池ケース１７が備えられている。
リチウム二次電池１５は、略直方体形状をし、たとえば、ステンレス等の鋼材、アルミ系材料等で形成されている。
リチウム二次電池１５の内部には、図示を省略しているが、リチウムイオンを含む非水電解液と、正極と、負極とが収納されている。
リチウム二次電池１５の上面には、正極と接続された正極端子１９と、負極に接続された負極端子２１と、安全弁２３と、が備えられている。（図７参照）

正極端子１９および負極端子２１は、円柱形状をし、それぞれ絶縁物２５を介して取り付けられている。
正極端子１９は、たとえば、アルミニウムで形成されている。負極端子２１は、たとえば、銅で形成されている。

組電池ケース１７は、樹脂で形成された下ケース２７と上ケース２９とで構成されている。下ケース２７と上ケース２９とは相互に嵌合され、一体に構成される。
組電池ケース１７の前面部（一側面部）３１には、図２および図３に示されるように下ケース２７の上部位置に、内側に監視回路基板８９を収納する基板収納部３３が設けられている。基板収納部３３は上部が開口した略直方体形状をしている。

基板収納部３３の下方には、下端部まで上下方向に延在する前面スリット（第一開口部）３５が複数、たとえば、１０個設けられている。
前面スリット３５は、下ケース２７を厚さ方向に貫通するようにされている。前面スリット３５は、幅方向に５個ずつのグループとされ、それぞれ内部に設置されるリチウム二次電池１５が存在する範囲内に配置されている。
基板収納部３３の前面側上部には、前面手摺３７が設けられている。

基板収納部３３の上方で、幅方向略中間位置には、下ケース２７と上ケース２９とで形成される導線用開口部３９が設けられている。
導線用開口部３９の幅方向外側で、上方側位置には、下ケース２７と上ケース２９とで形成される一対の端子用開口部（取出部）４１，４３が設けられている。
導線用開口部３９および端子用開口部４１，４３は、組電池ケース１７の内部と外部とを連通するように形成されている。

組電池ケース１７の背面部（他側面部）４５には、図４に示されるように下ケース２７の上端部近傍位置に背面手摺４７が、下ケース２７の略下半分に、上下方向に延在する背面スリット（第二開口部）４７が複数、たとえば、１０個設けられている。
背面スリット４７は、下ケース２７を厚さ方向に貫通するようにされている。背面スリット４７は、幅方向に５個ずつのグループとされ、それぞれ内部に設置されるリチウム二次電池１５が存在する範囲内に配置されている。

組電池ケース１７の底面部５１には、図５に示されるように隅設置部（設置部）５３と、辺設置部（設置部）５５と、中央設置部（設置部）５７と、貫通孔（第三開口部）５９とが設けられている。
底面部５１の下面は、下ケース２７の下部の四隅および各辺の中間に設けられている下方に突出した足部６１によって設置面との間に隙間ができるようにされている。
隅設置部５３、辺設置部５５および中央設置部５７は、平面視が略矩形状をし、底面部５１の上面から突起するように設けられている。
隅設置部５３は、底面部５１の四隅に設けられている。隅設置部５３は下ケース２７の２側面に沿って高く突起した隅ガイド部６３と、隅ガイド部６３の底面部５１に接する面の内側に低く突起した平面を形成する隅設置座６５とで構成されている。

辺設置部５５は、底面部５１の各辺の中間部分に設けられている。辺設置部５５は、辺ガイド部６７と辺設置座６９とで構成されている。辺ガイド部６７は平面視凸形状をし、底辺部が下ケース２７の側面に沿って高く突起している。辺設置座６９は、辺ガイド部６７の底面部５１に接する面の内側に低く突起した平面で形成されている。
中央設置部５７は、底面部５１の略中央部分に設けられている。中央設置部５７は、中央ガイド部７１と中央設置座７３とで構成されている。中央ガイド部７１は平面視十字形状をし、高く突起している。中央設置座７３は、中央ガイド部７１の底面部５１に接する面の内側にそれぞれ低く突起した平面で形成されている。

リチウム二次電池１５は、図５に示されるように隅ガイド部６３の対向する内側面、一対の辺ガイド部６７の一つの対向する内側面および中央ガイド部７１の一つの対向する内側面に案内され、その四隅が隅設置座６５、辺設置座６９および中央設置座７３の上に載置される。
したがって、リチウム二次電池１５の底面は、底面部１５の上方に間隔を空けて位置させられることになる。
複数の貫通孔５９は、リチウム二次電池１５が存在する範囲内に配置されている。

組電池ケース１５には、図５および図６に示されるように４個のリチウム二次電池１５が隅ガイド部６３、辺ガイド部６７および中央ガイド部７１によって相互に感覚を空けて田の字を形成するように収納されている。
このとき、各リチウム二次電池１５は、隣り合うリチウム二次電池１５の正極端子１９と負極端子２１とが向き合うように配置されている。これらの正極端子１９および負極端子２１は、前面部３１側を除いてブスバー７５によって接続されている。ブスバー７５の両端部には厚さ方向に貫通した孔が設けられている。
ブスバー７５は、隣り合うリチウム二次電池１５の正極端子１９と負極端子２１との上に載置され、ボルト７７が穴を通って正極端子１９および負極端子２１の上端に設けられたネジ穴と螺合することによって固定して取り付けられる。

この隣り合う正極端子１９と負極端子２１とが順次ブスバー７５によって接続されることによってリチウム二次電池１５が直列に接続されることになる。
ブスバー７５によって接続されていない前面部３１側の負極端子２１には、負極端子ブスバー（組電池負極端子）７９がボルト７７によって取り付けられている。負極端子ブスバー７９は端子用開口部４１を通って組電池ケース１７の外側へ突出している。
ブスバー７５によって接続されていない前面部３１側の正極端子１９には、正極端子ブスバー（組電池正極端子）８１がボルト７７によって取り付けられている。正極端子ブスバー８１は端子用開口部４３を通って組電池ケース１７の外側へ突出している。
負極端子ブスバー７９および正極端子ブスバー８１の位置は、リチウム二次電池１５の前後方向の向きを変えることによって逆に、すなわち、負極端子ブスバー７９が端子用開口部４３を、正極端子ブスバー８１が端子用開口部４１を通過する、ことができる。

全ての正極端子１９および負極端子２１には、電位を測定する導線８３が接続されている。導線８３には端部が略ドーナツ形をした電圧端子８５が接続されている。電圧端子８５はドーナツ形の空間部に挿入されるボルト８７がボルト７７の上端面に設けられたネジ穴に螺合されることによって取り付けられている。
これらの導線８３は、導線用開口部３９を通って基板収納部３３に設けられた監視回路基板８９に接続されている。監視回路基板８９は、各端子における電位と、各電池容器内の圧力を監視するものであり、それらに異常があれば、たとえば、警報を出すあるいは運転を中止する等の処置をとる。

以上説明した本実施形態にかかる組電池５の組立について説明する。
下ケース２７に４個のリチウム二次電池１５を、それぞれ隅ガイド部６３、一対の辺ガイド部６７および中央ガイド部７１に案内させ、隅設置座６５、辺設置座６９および中央設置座７３の上に載置させる。
このとき、各リチウム二次電池１５は、隣り合うリチウム二次電池１５の正極端子１９と負極端子２１とが向き合うように設置される。
そして、前面部３１側を除いて隣り合うリチウム二次電池１５の正極端子１９および負極端子２１を、ブスバー７５によって接続する。

前面部３１側の正極端子１９および負極端子２１にそれぞれ正極端子ブスバー８１および負極端子ブスバー７９をそれらの端部が下ケース２７の前面部３１から外側に突出するように取り付ける。
これらのブスバーを取付けるボルト７７の上端部に導線８３の電圧端子８５をボルト８７によって取付ける。これらの導線８３の他端部は下ケース２７の前面部３１から外側に出され、基板収納部３３に取り付けられた監視回路基板８９に接続される。
また、図示していないが、リチウム二次電池１５の内部温度を測定する測定手段からの導線も監視回路基板８９に接続される。
次いで、下ケース２７に上ケース２９を装着する。

このように形成された組電池５は、前面部３１に複数の前面スリット３５が、背面部４５に複数の背面スリット４９が、底面部５１に複数の貫通孔５９が、それぞれ設けられているので、これらから組電池５の内部に空気が流入し、内部に気流が形成される。この気流によって各リチウム二次電池１５の発熱による熱量が運び去られるので、効率的な放熱を行うことができる。すなわち、放熱性能が良好である。
また、前面スリット３５、背面スリット４９および貫通孔５９は、リチウム二次電池１５が存在する範囲内に設けられているので、これらから流入する気流は確実にリチウム二次電池１５に当接し、その周囲に沿って流れることになる。これにより、放熱効率を一層向上させることができる。
さらに、前面部３１に、正極端子ブスバー８１および負極端子ブスバー７９ならびに監視回路基板８９が装着されているので、これらのメンテナンスは、前面部３１に接近することで行うことができる。

次に、このように組み立てられた組電池５を複数用いた大電力貯蔵設備１の形成について説明する。
複数の組電池５は、それぞれ筐体３の仕切板１３で区切られた空間に前面部３１が開放面７に位置するように設置される。
このとき中段に設置される組電池５の正極端子ブスバー８１および負極端子ブスバー７９は、その幅方向位置が上段および下段のそれとは逆の位置関係とされている。
同じ段に設置された隣り合う組電池５の正極端子ブスバー８１と負極端子ブスバー７９とを短結合ブスバー９７によって接続する。また、一端側において上側および下側の組電池５の正極端子ブスバー８１と負極端子ブスバー７９とを長結合ブスバー９９によって接続する。
これにより、全てのリチウム二次電池１５が直列に接続された大電力貯蔵設備１が形成されることになる。

このように形成された大電力貯蔵設備１では、充放電させる場合、必要に応じて図１に示されるように扉９を開放して行うのが望ましい。
このようにすると、全ての組電池５の前面部３１が開放面７に沿って配置されているので、前面スリット３５は外気に直接さらされることになる。また、底面部５１は足部６１によって設置面との間に隙間が設けられているので、底面部５１の下側に開放面７側である前面部３１側から空気が流れることになる。
これにより、前面スリット３５および貫通孔５９から組電池５の内部に空気が流入し、たとえば、背面スリット４９あるいは切欠部９５へ向かう気流が生じる。この気流が各リチウム二次電池１５で発生した熱を運び去るので、良好な放熱性能が期待できる。

また、全ての正極端子ブスバー８１、負極端子ブスバー７９、監視回路基板８９、短結合ブスバー９７および長結合ブスバー９９は、開放面７に位置しているので、容易に接近できる。このため、これらに対するメンテナンスを容易に行うことができる。
このように、組電池５の前面部３１を開放面７に沿うように配置することによって、他の面の状況によらず良好な放熱性能およびメンテナンス性を得られるので、上下方向および幅方向で隣り合う組電池５の間の間隙を小さくすることができる。これにより、空間利用効率が向上するので、複数の組電池５をコンパクトに配置し、コンパクトな大電流貯蔵設備１を構成することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
たとえば、本実施形態にかかる大電力貯蔵装置は定置置きのものであるが、これは、たとえば、移動体に載置されるものとしてもよい。
また、開放面７は本実施形態のように前面部ではなく、上面、下面あるいは側面に設置されてもよい。

本発明の一実施形態に係る大電力貯蔵設備の概略構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る組電池の概略構成を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る組電池ケースの正面図である。 本発明の一実施形態に係る組電池ケースの背面図である。 図３のＸ−Ｘ断面図である。 図３のＹ−Ｙ断面図である。 図６のＺ−Ｚ視図である。 図６のＷ−Ｗ断面図である。

符号の説明

１ 大電力貯蔵設備
３ 筐体
５ 組電池
７ 開放面
１５ リチウム二次電池
１７ 組電池ケース
３１ 前面部
３３ 基板収納部
３５ 前面スリット
４１ 取出部
４３ 取出部
４５ 背面部
４９ 背面スリット
５１ 底面部
５３ 隅設置部
５５ 辺設置部
５７ 中央設置部
５９ 貫通孔
７９ 負極端子ブスバー
８１ 正極端子ブスバー
８９ 監視回路基板

Claims (6)

1. 略直方体形状をし、内部に複数の単電池を格納して組電池を形成する組電池ケースであって、
   一側面部に、組電池正極端子および組電池負極端子の取出部と、
   内外を連通させる複数の第一開口部と、を設け、
   前記一側面部に対向する他側面部に、内外を連通させる複数の第二開口部を設け、
   底面部に、内外を連通させる複数の第三開口部を設けていることを特徴とする組電池ケース。
2. 前記一側面部に、前記各単電池の状態を監視する監視回路基板を収納する基板収納部を設けていることを特徴とする請求項１に記載の組電池ケース。
3. 前記第一開口部および前記第二開口部は、前記一側面部あるいは前記他側面部の幅方向に前記単電池が存在する範囲内に配置され、
   前記第三開口部は、前記単電池が存在する範囲内に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の組電池ケース。
4. 底面部には、前記単電池の下面を前記底面部の上面から間隔を開けて設置する設置部が設けられていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の組電池ケース。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の組電池ケースと、
   前記組電池ケース内に格納され、電気的に接続された複数の単電池と、
   前記取出部から前記電池ケースの外部に突出された組電池正極端子および組電池負極端子と、
   前記基板収納部に収納され、前記各単電池の状況を監視する監視回路基板と、
   が備えられていることを特徴とする組電池。
6. 複数の請求項５に記載の組電池と、
   該組電池を格納する筐体と、を備え、
   前記組電池は、前記一側面部が前記筐体の開放を可能とする面に位置するように配置され、相互に前記組電池正極端子および前記組電池負極端子が接続されていることを特徴とする大電力貯蔵設備。

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