JP2011253745A - 蓄電池モジュールおよび蓄電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電池モジュールを構成する各蓄電池セルの電極部およびセル接続部を効率的に冷却することが可能な蓄電池モジュールおよび蓄電池システムを提供する。
【解決手段】複数の円筒型電池１を任意の個数ずつに複数例えば２つのセルグループに分割し、分割した第１、第２セルグループ２１，２２内の円筒型電池１を縦列配置し隣接する電極同士をバスバーを介することなく直に直列接続した構造とし、かつ、第１、第２セルグループ２１，２２を並列に並べて導電性がある電池接続部２４にて接続する。さらに、設置面に対して垂直方向に自立可能な形状を有する電池把持部２５にて第１、第２セルグループ２１，２２の側面部を包み込むことにより、蓄電池モジュール２０を自立させ、底面側と天井側とに複数の冷却ファンを有する冷却モジュールを取り付けた蓄電池システム４０の電源架の水平な底面上に各蓄電池モジュール２０を鉛直方向に立設させた状態で搭載する。
【選択図】図１

Description

本発明は、蓄電池モジュールおよび蓄電池システムに関し、特に、蓄電池システムを構成する複数の蓄電池モジュールを効率的に冷却することが可能な蓄電池モジュールおよび蓄電池システムに関する。

従来の技術においては、非特許文献１の宮坂明宏らによる“大型ニッケル水素蓄電池を用いた高信頼性電源システム”（電気化学学会技術委員会新電池構想部会、第６１回新電池構想部会講演会、ｐｐ１−４）の「Ｆｉｇ３．３ Battery module」にも示されているように、蓄電池モジュールの冷却機構としては、冷却ファンを用いて、蓄電池モジュールの前面から取り入れた空気を背面へと排出する構造であった。

つまり、前記非特許文献１に記載の従来の蓄電池モジュールの冷却機構においては、図３に示すように、円筒型電池として円筒型９５ＡｈＮｉＭＨ蓄電池セル（直径φ６０ｍｍ×長さＬ１７０ｍｍ）を１０本直列に接続して、一つの蓄電池モジュールを構成し、該蓄電池モジュール全体を冷却ファンにより強制空冷するようにしていた。図３は、従来の蓄電池モジュールの実装構造を示す模式図であり、図３（Ａ）は、円筒型電池１を１０本直列接続して構成した蓄電池モジュールの様子を示す斜視図であり、図３（Ｂ）は、蓄電池モジュールを実装する電池箱の構造を示す斜視図である。

図３（Ａ）に示すように、蓄電池モジュール内部においては、各円筒型電池１（各蓄電池セル）の互いの間隔幅を、５ｍｍずつ離して５列２段に配置し、かつ、各円筒型電池１同士を直列接続し易くするために、隣接する円筒型電池１同士は正極２と負極３との位置を互い違いに入れ替えて、隣接する正極２と負極３とが同じ面に向くように配置し、隣接する各円筒型電池１の正極２と負極３との電極間をバスバー（電池接続具）または電力線によって接続するとともに、絶縁性を有する電池把持板５すなわち電池固定板にて把持して固定する構造としている。なお、電池把持板５の各円筒型電池１を把持している部位には、各円筒型電池１を交換する際に、各円筒型電池１の着脱を容易にするために、電池把持板５の一部（上側および下側の板）を取り外すための分割面６が形成されている。

さらに、各円筒型電池１を把持する電池把持板５は、図３（Ｂ）に示すように、電池箱台座１１上に載置されて、その上から電池箱の外箱１２を被せることによって、蓄電池モジュールは電池箱内に収納される。

ここで、電池箱の外箱１２は、収納した１０本直列接続の各円筒型電池１の中心線と平行な位置関係になる２つの側板が、それぞれ、通気穴が穿設された対向平面板として形成されており、他方の対向平面板（図３（Ｂ）においては、外箱１２の奥側の側板）に穿設された通気穴が空気を吸い込む吸い込み口１５であり、一方の対向平面板（図３（Ｂ）においては、外箱１２の手前側の側板）に穿設された通気穴が各円筒型電池１との熱交換を行った空気を排気する排気口を形成している。

収納した１０本直列接続の各円筒型電池１のうち、最初の円筒型電池１の正極２または負極３と最後の円筒型電池１の負極３または正極２とは、図３（Ｂ）に示すように、電池箱の外箱１２の他方の対向平面板（図３（Ｂ）においては、外箱１２の手前側の側板）に取り付けられた電気コネクタ１４の出力端子にバスバーまたは電力線によって電気的に接続される。

さらに、蓄電池セルの充放電時に温度バラツキが無く、かつ、上限温度を超えないことを目的として、図３（Ｂ）に示すように、電池箱の外箱１２の一方の対向平面板（図３（Ｂ）においては、外箱１２の手前側の側板）に箱付冷却ファン１３が取り付けられていて、電池箱の外箱１２の他方の対向平面板（図３（Ｂ）においては、外箱１２の奥側の側板）に穿設している吸い込み口１５から冷却用の空気を吸い込むことによって、電池箱に収納されている１０本の円筒型電池１からなる蓄電池モジュール全体を強制的に冷却している。

さらに説明すれば、次の通りである。従来の蓄電池モジュールにおいては、電池箱内の複数の円筒型電池１は、電池箱台座１１上に電池把持板５を介して載置されて、側板として互いに対向する位置に通気穴が穿設された２枚の対向平面板を有し、かつ、一方の対向平面板には箱付冷却ファン１３や電気コネクタ１４が取り付けられている外箱１２に覆われた電池箱内に収納されている。電池箱台座１１上に載置された各円筒型電池１は、多段構成とされ、それぞれの中心軸は水平（電池箱台座１１の底面と平行な位置関係）であり、かつ、各円筒型電池１の中心軸は外箱１２の対向平面板に対しても平行になるように配置されている。

さらに、箱付冷却ファン１３は、対向平面板に穿設された通気穴の吸い込み口１５から取り込んだ外気（空気）によって複数の円筒型電池１からの発熱を排熱するために駆動されるように構成されている。

つまり、蓄電池モジュール内の複数の円筒型電池１が、前述のごとく配置されているので、一方の対向平面板に取り付けられた箱付冷却ファン１３の駆動により、対向する他方の対向平面板に吸い込み口１５として穿設された通気穴から取り込まれた外気は、該通気穴に最も近い円筒型電池１の側面に当たってその背面に回り込み、次に、隣接する円筒型電池１の側面に当たってその背面に回り込むということを繰り返すことによって、発熱体である複数の各円筒型電池１と熱交換して、一方の対向平面板に排気口として穿設された通気穴から排気されることによって排熱される。

この時、電池箱内の蓄電池モジュールを構成する各円筒型電池１（蓄電池セル）の電池形状は円筒形状であるため、導入した外気の不要な乱流は抑制され、さらには、各円筒型電池１の中心軸を水平、かつ、対向平面板に平行になるように電池箱内に配置されているので、通風抵抗を小さくすることができる。その結果、電池箱からの排熱は、対向平面板が互いに向き合う方向に効率的に行われる。

宮坂 明宏、正代 尊久；"大型ニッケル水素蓄電池を用いた高信頼性電源システム"，電気化学学会技術委員会新電池構想部会、第６１回新電池構想部会講演会、ｐｐ１−４。

しかしながら、前記非特許文献１に記載のような従来の蓄電池モジュールの冷却機構においては、放電電流が２．５Ｃ〜３Ｃ（Ｃ：蓄電池モジュールの定格容量（Capacity））程度にも及ぶ高率の放電となるような場合が発生すると、従来の電池メーカが一般的に使用している放電レート（放電電流）０．２〜０．３Ｃの場合における充放電動作と比較して、１００倍もの熱量が発生する事態が発生し、かかる高温の発熱には対応することができないという課題があった。

特に、各円筒型電池１（各蓄電池セル）の正極２および負極３のセル接続部（つまり電極部）においては、バスバーや電力線とともに、接触抵抗による大量の熱が発生するため、各円筒型電池１（各蓄電池セル）のセル接続部（つまり電極部）の冷却または発熱防止対策が必要不可欠となっている。

しかし、従来の技術においては、各円筒型電池１（各蓄電池セル）の正極２および負極３のセル接続部（つまり電極部）には大電流が流れるので、危険防止のために、断熱性と絶縁性とを有する電池把持板５によって、該セル接続部（つまり電極部）への人間の不用意な接触を防ぐように保護がなされていて、図３（Ｂ）のような箱付冷却ファン１３を用いていても、冷却用の空気すなわち冷却風をセル接続部（つまり電極部）へ通すことができず、正極２および負極３のセル接続部（つまり電極部）からの排熱が殆ど不可能になっているという問題があった。

また、従来の円筒型電池１（蓄電池セル）のような配置の場合、空冷用の外気（空気）の吸い込み口１５側から見て、手前側に位置する円筒型電池１（蓄電池セル）の排熱により加熱された外気（空気）が、後方に位置する円筒型電池１（蓄電池セル）の冷却の妨げになるのみならず、逆に、加熱してしまう事態にもなる場合があるため、後方に位置する円筒型電池１（蓄電池セル）の冷却が困難となり、円筒型電池１（蓄電池セル）間で温度の偏りが生じることになる。かくのごとき円筒型電池１（蓄電池セル）間における温度の偏りは、円筒型電池１（蓄電池セル）間に充電・放電容量の差を生じて、過充電や過放電の原因となり、円筒型電池１（蓄電池セル）の劣化を促進してしまうという問題があった。

さらには、放電時には、蓄電池モジュール内で温度の偏りがより一層拡大して生じることになり、特に、後方に位置する円筒型電池１（蓄電池セル）の正極および負極付近は、電子部品の正常動作を妨げる程の高温となる場合も生じるという問題があった。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、複数の蓄電池モジュールからなる蓄電池システムにおいて、蓄電池モジュールを構成する各蓄電池セルの電極部や給電バー（バスバー）等の電池接続部を効率的に冷却することが可能な蓄電池モジュールおよび蓄電池システムを提供することにある。

本発明は、前述の課題を解決するために、以下のごとき各技術手段から構成されている。

第１の技術手段は、複数の蓄電池セルからなる蓄電池モジュールにおいて、複数の前記蓄電池セルを分割個数として任意に定めた個数ずつの複数のセルグループに分割し、分割した各前記セルグループ内の前記蓄電池セルを縦列配置して、隣接する前記蓄電池セルの電極同士をバスバーを介することなく直に直列接続するとともに、分割した各前記セルグループを並列に並べて導電性がある電池接続部により前記セルグループの入出力端子間を接続することを特徴とする。

第２の技術手段は、前記第１の技術手段に記載の蓄電池モジュールにおいて、各前記蓄電池セルは円筒型の形状からなる円筒型電池であることを特徴とする。

第３の技術手段は、前記第１または第２の技術手段に記載の蓄電池モジュールにおいて、前記セルグループ間を直列接続していることを特徴とする。

第４の技術手段は、前記第１ないし第３の技術手段のいずれかに記載の蓄電池モジュールにおいて、設置面に対して垂直方向に自立することが可能な形状を有する電池把持部によって、並列に並べた複数の前記セルグループの側面部を包み込むことにより、複数の前記セルグループを一体化した構造として把持し、かつ、水平な設置面に対して鉛直方向に自立させることが可能な構造とすることを特徴とする。

第５の技術手段は、前記第１ないし第３の技術手段のいずれかに記載の蓄電池モジュールにおいて、並列に並べた複数の前記セルグループの両端部に、各前記セルグループ内の蓄電池セルを冷却するための冷却ファンを取り付けることによって、複数の前記セルグループを一体化した構造とすることを特徴とする。

第６の技術手段は、水平な設置面を形成する電源架の底面上に搭載した複数の蓄電池セルからなる蓄電池モジュールを複数備えるとともに、前記電源架の底面側と天井側とのそれぞれに、搭載した各前記蓄電池モジュールに同時に冷却風を送風する複数の冷却ファンを備えた冷却モジュールを備え、かつ、該電源架を設置した床面に敷設された給電バーによって各前記蓄電池モジュール間を接続して構成される蓄電池システムであって、前記蓄電池モジュールが、水平な前記設置面に対して鉛直方向に自立することが可能な前記第４の技術手段に記載の蓄電池モジュールであり、かつ、前記電源架に搭載された複数の前記蓄電池モジュールの下方から、当該電源架の底面側に備えられた前記冷却モジュールの各冷却ファンからの冷却風を、水平な前記設置面上に搭載して鉛直方向に立設した状態の複数の前記蓄電池モジュールに同時に送風し、かつ、前記電源架に搭載された複数の前記蓄電池モジュールと熱交換された前記冷却風を、当該電源架の天井側に備えられた前記冷却モジュールの各冷却ファンによって、前記電源架の外部に排出することを特徴とする。

第７の技術手段は、電源架に搭載した複数の蓄電池セルからなる蓄電池モジュールを複数備えるとともに、前記電源架の底面側と天井側とのそれぞれの鉛直方向の同一位置に、前記蓄電池モジュールを冷却するための冷却ファンの外枠を差し込んで固定保持することができる下部差込部と上部差込部とをそれぞれ複数備え、かつ、該電源架を設置した床面に敷設された給電バーによって各前記蓄電池モジュール間を接続して構成される蓄電池システムであって、前記蓄電池モジュールが、前記冷却ファンを両端部に取り付けた前記第５の技術手段に記載の蓄電池モジュールであり、かつ、複数の前記蓄電池モジュールを前記電源架に搭載する際に、各前記蓄電池モジュールの一方の端部に取り付けられた前記冷却ファンの外枠を前記下部差込部に差し込み、各前記蓄電池モジュールの他方の端部に取り付けられた前記冷却ファンの外枠を前記上部差込部に差し込むことにより、前記電源架に搭載された各前記蓄電池モジュールを鉛直方向に立設させ、複数の前記蓄電池モジュールの下方から、前記下部差込部に外枠が差し込まれた各前記冷却ファンからの冷却風を、鉛直方向に立設した状態の複数の前記蓄電池モジュールに同時に送風し、かつ、前記電源架に搭載された複数の前記蓄電池モジュールと熱交換された前記冷却風を、前記上部差込部に外枠が差し込まれた各前記冷却ファンによって、前記電源架の外部に排出することを特徴とする。

第８の技術手段は、前記第６または第７の技術手段に記載の蓄電池システムにおいて、複数の前記蓄電池コジュール間を接続する前記給電バーおよび前記セルグループ間を接続する前記電池接続部を、各前記冷却ファンからの冷却風によって、複数の前記蓄電池モジュールとともに、同時に冷却することを特徴とする。

本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。

すなわち、蓄電池モジュールを水平な設置面に設置して鉛直方向に立設させた状態にして、蓄電池モジュールの下側から上方向に向かって冷却風を吹き付ける構造としているので、蓄電池モジュールを構成する各蓄電池セルや蓄電池モジュール間やセルグループ間の電池接続部等を含め、蓄電池モジュール全体を効率的に冷却して排熱することができる。

また、蓄電池モジュール内の各セルグループを構成する各蓄電池セル間の接続部には発熱源となるバスバー（電池接続具）が介在していないので、蓄電池モジュール内の発熱を抑制することができる上、電力ロスを最小限に抑えることもできる。

而して、蓄電池モジュールや該蓄電池モジュールを構成する各蓄電池セルの寿命を改善することができる。

また、蓄電池システムを構成する各蓄電池モジュールを、鉛直方向に立設した状態にして、各蓄電池モジュールの下側から上方向に向かって、同時に、冷却風を直接吹き付ける構造としているので、蓄電池システムを構成する複数の蓄電池モジュールを効率良く冷却することができるとともに、各蓄電池モジュール間の温度のバラツキを抑制することができる。

さらには、各セルグループ間や各蓄電池モジュール間を電気的に接続する電池接続部および給電バーにも、冷却風が直接吹き付けられることになるので、高温の発熱部の一つである電池接続部および給電バーについても、電池接続部および給電バーにおける発熱の伝播を抑制することができる上、吹き付けられた冷却風は、蓄電池モジュールの各蓄電池セルからの排熱を受けながらスムーズに鉛直方向へ上昇していくので、熱移動が効率良く行われ、電池システム全体の空冷の効率を最大限に活かした効果的な冷却を行うことができる。

而して、蓄電池システムの冷却機構として良好な性能を維持することができることにより、蓄電池システムを構成する各蓄電池モジュール、蓄電池モジュール２０を構成する各蓄電池セルの寿命の改善を図ることができる。

本発明に係る蓄電池システムの構成例として第１の実施形態を示す説明図である。 本発明に係る蓄電池システムの構成例として第２の実施形態を示す説明図である。 従来の蓄電池モジュールの実装構造を示す模式図である。

以下に、本発明に係る蓄電池モジュールおよび蓄電池システムの好適な実施形態について、その一例を、図面を参照しながら詳細に説明する。

（本発明の特徴）
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の特徴について、その概要をまず説明する。本発明は、蓄電池モジュール（複数の例えば１０本の各蓄電池セルを収納してパッケージ化したもの）を構成する各蓄電池セルからの排熱を効果的に行うために、複数の蓄電池セルの電極同士をバスバー（電池接続具）を介することなく直接つなぎ合わせて、水平な設置面に対して垂直な方向すなわち鉛直方向に立設した構造からなる蓄電池モジュールを構成し、該蓄電池モジュールの下方から冷却ファンによって冷却風を送風して、各蓄電池セルと熱交換した冷却風を該蓄電池モジュールの上方から排気（排熱）させる構造を採用していることを特徴としている。

かくのごとく、蓄電池モジュールを構成する各蓄電池セルの電極同士を直に接続した状態で、かつ、鉛直方向に立設させることによって、従来の蓄電池モジュールのようなバスバー部の接触抵抗および銅損を低減し、電力消費を最小限に抑えることができる。さらには、前述のような蓄電池モジュールを複数用いて構成する蓄電池システムにおいても、従来のような蓄電池モジュールの高発熱部となる各蓄電池セル間のバスバーを削除しているので、その分、発熱を抑制することができるとともに、従来の蓄電池システムにおいて必要としていた大きな冷却機構は不要となり、蓄電池システム全体の小型化を図ることができる。

また、蓄電池システムを構成する蓄電池モジュールを冷却ファンと一体化し、かつ、蓄電池システムの電源架に搭載しようとする場合に、該冷却ファンの外枠を、蓄電池システムの電源架の底面と天井との鉛直方向の同一位置にそれぞれ配置した差込部に差し込んで把持する構造とすることにより、蓄電池モジュールの取り付け・取り外し時の安全性および作業性を大幅に改善することもできる。

（実施形態の構成例）
次に、本発明に係る蓄電池モジュールおよび該蓄電池モジュールを複数実装した蓄電池システム（電源システム）の構成例について、第１の実施形態、第２の実施形態として、それぞれ、図面を参照しながら詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明に係る蓄電池システムの構成例として第１の実施形態を示す説明図であり、図１（Ａ）は、複数の蓄電池セルからなる蓄電池モジュールの構成例を示し、図１（Ｂ）は、蓄電池モジュールの各蓄電池セルを冷却するための箱付冷却ファンを実装する冷却モジュールの構成例を示し、図１（Ｃ）は、複数の蓄電池モジュールからなる蓄電池システムの構成例を示している。

なお、本第１の実施形態において蓄電池モジュール２０を構成する各蓄電池セルは、図１（Ａ）に示すように、図３に示す従来の蓄電池モジュールの場合と同様に、円筒型形状からなる円筒型電池１を用いている場合について説明するが、本発明は、かかる形状のみに限るものではなく、蓄電池モジュールを構成する各蓄電池セルの電極同士をバスバー（電池接続具）を介することなく直に接続することができる構造のものであれば、如何なる形状の蓄電池セルであっても構わない。

また、蓄電池モジュール２０を構成する蓄電池セルは、図１（Ａ）に示すように、１０個の円筒型電池１（蓄電池セル）をあらかじめ定めた分割個数として５個ずつ縦列配列したものをセルグループとして複数組例えば２組に分けて、それぞれのセルグループにおいて各円筒型電池１（蓄電池セル）の電極同士を直に接続して構成する場合について説明するが、本発明は、かかる場合に限るものではなく、蓄電池モジュールを１０個に限らず任意の個数（複数）の蓄電池セルを用いて構成しても良いし、また、セルグループとして縦列接続する蓄電池セルのあらかじめ定めた個数（分割個数）についても、５個ではなく、任意の個数であっても良いし、蓄電池モジュールを構成するセルグループの組数についても、２組ではなく、複数組として任意の組数であっても良い。

また、以下の説明においては、蓄電池モジュール２０を構成する各円筒型電池１（蓄電池セル）を直列接続する場合について説明するが、セルグループを構成する各円筒型電池１（各蓄電池セル）は直列に接続するものの、セルグループ間の接続は並列に接続するような構成であっても良い。

図１（Ａ）に示すように、本第１の実施形態における蓄電池モジュール２０を形成するために、まず、任意に定めた分割個数ずつ例えば５個ずつの円筒型電池１（蓄電池セル）からなる２組の第１セルグループ２１、第２セルグループ２２に分割し、分割した第１セルグループ２１、第２セルグループ２２それぞれの各円筒型電池１（各蓄電池セル）を縦列に配列して、隣接する各円筒型電池１（各蓄電池セル）の電極同士を、バスバーを介することなく直に直列接続する。次いで、第１セルグループ２１と第２セルグループ２２との正極２と負極３との電極の位置を逆にして互いの外装部（側面部）を密着させた状態で並列に並べて配列する。しかる後、第１セルグループ２１の最後の円筒型電池１の電極（例えば負極３）と第２セルグループ２２の先頭の円筒型電池１の電極（例えば正極２）との入出力端子を、導電性を有する電池接続部２４によって電気的に直列に接続し、反対側の第１セルグループ２１の先頭の円筒型電池１の電極（例えば正極２）と第２セルグループ２２の最後の円筒型電池１の電極（例えば負極３）とには、それぞれ、蓄電池モジュール２０の入出力端子として、導電性を有する電池接続部２３を接続する。

さらに、互いを密着させた状態の第１セルグループ２１と第２セルグループ２２との２組のセルグループ全体の外装部（側面部）を包み込むように電池把持部２５を取り付ける。ここで、電池把持部２５は、設置面に対して垂直な方向に自立することが可能な形状を有し、かつ、蓄電池モジュール２０の各円筒型電池１（各蓄電池セル）を中心軸方向に挿入して把持することが可能な適当な形状（図１（Ａ）の例においては、中空の六角柱形状）を有しており、電池把持部２５の中空部に蓄電池モジュール２０を嵌め込むことによって、第１セルグループ２１と第２セルグループ２２との２組のグループとを把持して一体化した状態の蓄電池モジュール２０を形成する。さらに、図１（Ａ）に示すように、当該蓄電池モジュール２０の出力端子となる電池接続部２３を接続した電極側を下向きにした状態で、水平な設置面に配置することによって、電池把持部２５により鉛直方向に当該蓄電池モジュール２０を立設させることができる。

ここで、自立することを可能とする電池把持部２５の材料や形状としては、複数の例えば５個ずつ円筒型電池１の各電極を直に接続した複数組の例えば２組のセルグループからなる蓄電池モジュール２０を水平な設置面に配置した際に、鉛直方向に立設させるために、自立する際の底面側に重心がある材料を用いたり、底面側に向かうほど肉厚な形状にしたり、底面側に延在部を設けたりするなど、水平な設置面上に蓄電池モジュール２０を鉛直方向に立設させて保持することができる適当な把持機構を備えるようにしている。

かくのごとく、水平な設置面上に蓄電池モジュール２０を鉛直方向に立設させた状態において、該蓄電池モジュール２０の下側や上側に冷却ファンを配置して、蓄電池モジュール２０の下側から上方向に向かって冷却風を吹き付けるようにすれば、蓄電池モジュール２０を構成する各円筒型電池１（各蓄電池セル）や蓄電池モジュール２０の出力端子となる電池接続部２３や第１セルグループ２１と第２セルグループ２２とを接続する電池接続部２４等、蓄電池モジュール２０全体を効率的に冷却して排熱することができる。

また、第１セルグループ２１、第２セルグループ２２を構成する各円筒型電池１（各蓄電池セル）間の接続部には発熱源となるバスバー（電池接続具）が介在していないので、バスバーによって各円筒型電池１（各蓄電池セル）間を接続する従来の蓄電池モジュールの構成に比べて、蓄電池モジュール２０内の発熱を抑制することができる上、電力ロスを最小限に抑えることもできる。

次に、図１（Ｂ）に示す冷却モジュールについて説明する。図１（Ｂ）に示すように、冷却モジュールは、蓄電池システムを構成する複数の蓄電池モジュール内の各円筒型電池１（各蓄電池セル）を冷却するための箱付冷却ファン３５を複数実装するものであって、あらかじめ定めた個数分（図１（Ｂ）の例では５個分）の箱付冷却ファン３５を実装することができるファン実装箱３３を単位として構成されている。

つまり、ファン実装箱３３は、中が空洞になっている複数の箱枠によって構成されており、複数の箱付冷却ファン３５が箱枠内に取り付けられて並列に複数（図１（Ｂ）の例では５個）配置され、箱枠の側面側や箱枠の底面側から取り込まれた冷却風を、箱枠に取り付けられた複数の冷却ファンによって、同時に、上方向に送風するように構成されている。なお、箱枠の側面や箱枠の底面には、外気（空気）の吸い込み口となる通気穴が穿設されている。

また、蓄電池システムを構成する蓄電池モジュールの個数に対応して、ファン実装箱３３を任意の個数組み合わせて、必要とする個数分の箱付冷却ファン３５を実装した冷却モジュールを構成することができる。

例えば、図１（Ｂ１）に示すように、蓄電池システムを構成する蓄電池モジュール２０の個数が５個の場合であれば、５個の箱付冷却ファン３５を実装したファン実装箱３３を１個だけ単独に用いる冷却モジュールを第１冷却モジュール３１として提供し、図１（Ｂ２）に示すように、蓄電池システムを構成する蓄電池モジュール２０の個数が１５個の場合であれば、５個の箱付冷却ファン３５を実装したファン実装箱３３を３個連結して用いる冷却モジュールを第２冷却モジュール３２として提供すれば良い。

なお、ファン実装箱３３は、最大実装可能な箱付冷却ファン３５の個数が５個であって、必要な個数分だけ箱付冷却ファン３５を実装すれば良く、５個の箱付冷却ファン３５すべてを実装していなくても構わない。ファン実装箱３３において箱付冷却ファン３５が未実装の箱枠部分には、無駄な冷却風の送風を行わないようにするために、蓋を被せて覆うようにしても良い。

次に、図１（Ａ）に示す蓄電池モジュール２０を複数実装して構成される蓄電池システムの冷却構造について、図１（Ｃ）を用いて説明する。なお、図１（Ｃ）においては、蓄電池システム４０として、蓄電池モジュール２０を５個実装して構成する場合を示している。

図１（Ｃ）に示す蓄電池システム４０は、二重床構造の床面に給電用の給電バー（バスバー）４１が敷設されている電源室のあらかじめ定めた位置の水平な床面上に電源架４５を配置して、配置した電源架４５の水平な底面上に５個の蓄電池モジュール２０をそれぞれの電池把持部２５の把持機構によって鉛直方向に立設させた状態にして設置することにより構成される。なお、５個の蓄電池モジュール２０を冷却するための冷却モジュールとしては、５個の箱付冷却ファン３５を実装した図１（Ｂ１）に示す第１冷却モジュール３１を用いれば良く、下部冷却モジュール４２として、各蓄電池モジュール２０が鉛直方向に立設された底面直下の床下には５個の箱付冷却ファン３５が取り付けられている第１冷却モジュール３１をあらかじめ配置し、冷却風を、床下から各蓄電池モジュール２０に向かって直接送風させる状態にして取り付けておく。

さらに、立設した蓄電池モジュール２０の、電源架４５の底面側に位置していて出力端子として設けられている電池接続部２３を、電源架４５を設置した床面上に敷設されている給電バー４１（銅製のバスバー）に電気的に接続することによって、電気的には、各蓄電池モジュール２０すべてを直列接続した蓄電池システム４０を構成することができる。

また、各蓄電池モジュール２０内で熱交換された後の冷却風を排気させて、蓄電池システム４０の冷却効果をさらに高めるために、鉛直方向に立設した各蓄電池モジュール２０の直下に箱付冷却ファン３５を実装した下部冷却モジュール４２が配置されているのみならず、鉛直方向に立設した各蓄電池モジュール２０の真上にも、上部冷却モジュール４３として、各蓄電池モジュール２０に対応する位置に箱付冷却ファン３５が取り付けられている第１冷却モジュール３１を設置する。

つまり、図１（Ｃ）に示すように、電源架４５の水平な底面上に設置して鉛直方向に立設した各蓄電池モジュール２０の直下には下部冷却モジュール４２が配置されていて、二重床構造の床下からの冷却風および下部冷却モジュール４２の側部からの冷却風を、各蓄電池モジュール２０に対して、同時に、直接送り込み、さらに、鉛直方向に立設した各蓄電池モジュール２０の直上には上部冷却モジュール４３が配置されていて、各蓄電池モジュール２０との間で熱交換された冷却風を、同時に、スムーズに排出して排熱するように構成しているので、蓄電池システム４０を構成する複数の蓄電池モジュール２０を効率良く冷却することができるとともに、各蓄電池モジュール２０間の温度のバラツキを抑制することができる。

さらには、各セルグループ間や各蓄電池モジュール２０間を電気的に接続する電池接続部２３，２４および給電バー４１にも、下部冷却モジュール４２の箱付冷却ファン３５からの冷却風が直接吹き付けられることになるので、高温の発熱部の一つである電池接続部２３，２４および給電バー４１についても、電池接続部２３，２４および給電バー４１における発熱の伝播を抑制することができる上、吹き付けられた冷却風が、蓄電池モジュール２０の各円筒型電池１（各蓄電池セル）からの排熱を受けながらスムーズに鉛直方向へ上昇していくので、熱移動が効率良く行われ、蓄電池システム４０全体を効果的に冷却することができる。

而して、蓄電池システム４０の冷却機構として良好な性能を維持することができることにより、蓄電池システム４０を構成する各蓄電池モジュール２０および該各蓄電池モジュール２０を構成する各円筒型電池１（各蓄電池セル）の寿命を改善することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明に係る蓄電池モジュールおよび該蓄電池モジュールを複数実装した蓄電池システム（電源システム）の第２の実施形態について、図２を用いて説明する。図２は、本発明に係る蓄電池システムの構成例として第２の実施形態を示す説明図であり、図２（Ａ）は、複数の蓄電池セルからなる蓄電池モジュールの構成例を示し、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す蓄電池モジュールを複数鉛直方向に把持固定することが可能な差込型蓄電池架の構成例を示し、図２（Ｃ）は、図２（Ｂ）の差込型蓄電池架により複数の蓄電池モジュールを実装した蓄電池システムの構成例を示している。

なお、本第２の実施形態において蓄電池モジュール２０を構成する各蓄電池セルについても、第１の実施形態の場合と同様であり、図２（Ａ）に示すように、図３に示す従来の蓄電池モジュールの場合と同様に、円筒型形状からなる円筒型電池１を用いている場合について説明するが、本発明は、かかる形状のみに限るものではなく、蓄電池モジュールを構成する各蓄電池セルの電極同士をバスバー（電池接続具）を介することなく直に接続することができる構造のものであれば、如何なる形状の蓄電池セルであっても構わない。

また、蓄電池モジュール２０を構成する蓄電池セルは、図１（Ａ）に示すように、第１の実施形態の場合と同様、１０個の円筒型電池１（蓄電池セル）をあらかじめ定めた分割個数として５個ずつ縦列配列したものをセルグループとして複数組例えば２組に分けて、それぞれのセルグループにおいて各円筒型電池１（蓄電池セル）の電極同士を直に接続して構成する場合について説明するが、本発明は、かかる場合に限るものではなく、蓄電池モジュールを１０個に限らず任意の個数（複数）の蓄電池セルを用いて構成しても良いし、また、セルグループとして縦列接続する蓄電池セルのあらかじめ定めた個数（分割個数）についても、５個ではなく、任意の個数であっても良いし、蓄電池モジュールを構成するセルグループの組数についても、２組ではなく、複数組として任意の組数であっても良い。

また、以下の説明においては、蓄電池モジュール５０を構成する各円筒型電池１（蓄電池セル）を直列接続する場合について説明するが、セルグループを構成する各円筒型電池１（各蓄電池セル）は直列に接続するものの、セルグループ間の接続は並列に接続するような構成であっても良い。

ただし、図２（Ａ）に示す本第２の実施形態における蓄電池モジュール５０は、図１（Ａ）に示す第１の実施形態の場合の蓄電池モジュール２０とは異なり、各円筒型電池１の電極同士を直に縦列接続した第１セルグループ５１、第２セルグループ５２を包み込むように一体化させて鉛直方向に自立させるような電池把持部を有しておらず、単独では、鉛直方向に自立することができず、後述する図１（Ｂ）の差込型蓄電池架を用いて、該差込型蓄電池架に搭載することにより鉛直方向に立設させる構造となっている。

さらに、図２（Ａ）に示すように、本第２の実施形態における蓄電池モジュール５０には、その両端部（下面および上面）に、蓄電池モジュール５０を冷却するための冷却ファンを下部冷却ファン５６、上部冷却ファン５７として取り付けるような構造としている。

図２（Ａ）に示すように、本第２の実施形態における蓄電池モジュール５０を形成するために、第１の実施形態の場合と同様、まず、任意に定めた分割個数ずつ例えば５個ずつの円筒型電池１（蓄電池セル）からなる２組の第１セルグループ５１、第２セルグループ５２に分割し、分割した第１セルグループ５１、第２セルグループ５２それぞれの各円筒型電池１（各蓄電池セル）を縦列に配列して、隣接する各円筒型電池１（各蓄電池セル）の電極同士を、バスバーを介することなく直に直列接続する。次いで、第１セルグループ５１と第２セルグループ５２との正極２と負極３との電極の位置を逆にして互いの外装部（側面部）を密着させた状態で並列に並べて配列する。しかる後、第１セルグループ５１の最後の円筒型電池１の電極（例えば負極３）と第２セルグループ５２の先頭の円筒型電池１の電極（例えば正極２）との入出力端子を、導電性を有する電池接続部５４によって電気的に直列に接続し、反対側の第１セルグループ５１の先頭の円筒型電池１の電極（例えば正極２）と第２セルグループ５２の最後の円筒型電池１の電極（例えば負極３）とには、それぞれ、蓄電池モジュール５０の入出力端子として、導電性を有する電池接続部５３を接続する。

さらに、第１セルグループ５１と第２セルグループ５２との下面側の端面つまり電極部に電池接続部５３を接続している端面に、発熱体である電池接続部５３，５４、第１セルグループ５１および第２セルグループ５２を構成する各円筒型電池１に冷却風を送風するための下部冷却ファン５６を取り付け、第１セルグループ５１と第２セルグループ５２との上面側の端面つまり電極部に電池接続部５４を接続している端面に、電池接続部５３，５４、第１セルグループ５１および第２セルグループ５２との間で熱交換した冷却風を排出するための上部冷却ファン５７を取り付けることによって、蓄電池モジュール５０としての各構成要素を一体化した構造にする。

かかる蓄電池モジュール５０は、第１の実施形態として図１（Ａ）に示した蓄電池モジュール２０とは異なり、前述したように、たとえ、水平な設置面に配置しても、単独では鉛直方向に自立することができなく、第１セルグループ５１と第２セルグループ５２との下面側、上面側の両端面に取り付けた下部冷却ファン５６、上部冷却ファン５７の外枠（図２（Ａ）においては、六角形の形状を有する外枠）を、例えば、後述するような図１（Ｂ）の差込型蓄電池架内の底面および天井の鉛直方向の同一位置に設けた差込部(下部冷却ファン５６、上部冷却ファン５７の外枠を差し込むことができる形状を有する枠)に差し込むことにとって、鉛直方向に立設させることができるいわば差込型蓄電池モジュールとして形成されている。

以上のような構造を有する蓄電池モジュール５０を何らかの支持部材によって鉛直方向に立設させた状態にして、下部冷却ファン５６、上部冷却ファン５７を駆動して、蓄電池モジュール５０の下側から上方向に向かって冷却風を吹き付けるようにすれば、蓄電池モジュール５０を構成する各円筒型電池１（各蓄電池セル）や蓄電池モジュール５０の出力端子となる電池接続部５３や第１セルグループ５１と第２セルグループ５２とを接続する電池接続部５４等、蓄電池モジュール５０全体を効率的に冷却して排熱することができる。

また、第１セルグループ５１、第２セルグループ５２を構成する各円筒型電池１（各蓄電池セル）間の接続部には発熱源となるバスバー（電池接続具）が介在していないので、バスバーによって各円筒型電池１（各蓄電池セル）間を接続する従来の蓄電池モジュールの構成に比べて、蓄電池モジュール５０内の発熱を抑制することができる上、電力ロスを最小限に抑えることもできる。

次に、図２（Ｂ）に示す差込型蓄電池架について説明する。図２（Ｂ）に示すように、差込型蓄電池架６０は、蓄電池システムを構成する複数の蓄電池モジュール５０を実装するための電源架であるが、図２（Ａ）のような構造の蓄電池モジュール５０を鉛直方向に立設させるための蓄電池モジュール５０の支持部材でもある。

つまり、蓄電池システム用の電源架となる差込型蓄電池架６０には、水平な底面を有する底板および着脱自在の天井板のそれぞれの鉛直方向の同一位置に、蓄電池モジュール５０の下部冷却ファン５６の外枠および上部冷却ファン５７の外枠を差し込んで固定することができる形状の下部差込部６１および上部差込部６２が、蓄電池システムを構成する各蓄電池モジュール５０の個数分だけ、列状に並んで配設されている。また、差込型蓄電池架６０の底板および下部差込部６１の配設位置にある側板には、外気（空気）の吸い込み口となる通気穴が穿設されており、差込型蓄電池架６０の天井板および上部差込部６２の配設位置にある側板には、外気（空気）の排出口となる通気穴が穿設されている。

差込型蓄電池架６０の水平な底板上に形成された複数の下部差込部６１に、蓄電池システムを構成する各蓄電池モジュール５０の下部冷却ファン５６の外枠を差し込んで各蓄電池モジュール５０を立設させた後、差込型蓄電池架６０の天井板に形成されている上部差込部６２に各蓄電池モジュール５０の上部冷却ファン５７の外枠を差し込むようにして、差込型蓄電池架６０の天井板を取り付けることによって、各蓄電池モジュール５０は、鉛直方向に立設した状態になる。

蓄電池システム用の電源架として、かくのごとき差込型蓄電池架６０の構造を採用することによって、蓄電池モジュール５０の故障等の発生時において、蓄電池モジュール５０を単位として容易に交換することができる。

次に、蓄電池システム用の電源架の図２（Ｂ）に示す差込型蓄電池架６０に、複数の蓄電池モジュール５０を搭載して構成される蓄電池システムの冷却構造について、図２（Ｃ）を用いて説明する。なお、図２（Ｃ）においては、蓄電池システム７０として、蓄電池モジュール５０を５個搭載して構成する場合を示している。

図２（Ｃ）に示す蓄電池システム７０は、二重床構造の床面に給電用の給電バー（バスバー）７１が敷設されている電源室のあらかじめ定めた位置の水平な床面上に、５個の蓄電池モジュール２０を搭載した図２（Ｂ）のような差込型蓄電池架６０を電源架として設置することにより構成される。

差込型蓄電池架６０によって支持されて鉛直方向に立設された状態の各蓄電池モジュール５０の床面側に出力端子として設けられている電池接続部５３を、床面上に敷設されている給電バー７１（銅製のバスバー）に電気的に接続することによって、電気的には、各蓄電池モジュール５０すべてを直列接続した蓄電池システム７０を構成することができる。

また、蓄電池システム７０の冷却機構としては、図２（Ｃ）に示すように、複数の蓄電池モジュール５０を電源架である差込型蓄電池架６０に搭載して、下部差込部６１、上部差込部６２によって鉛直方向に立設した各蓄電池モジュール５０の底面側には下部冷却ファン５６が取り付けられていて、二重床構造の床下からの冷却風および下部冷却ファン５６の側方からの冷却風を、各蓄電池モジュール５０に対して、同時に、直接送り込み、さらに、鉛直方向に立設した各蓄電池モジュール５０の天井側には上部冷却ファン５７が取り付けられていて、各蓄電池モジュール５０との間で熱交換された冷却風を、同時に、スムーズに排出して排熱することができるので、蓄電池システム４０を構成する複数の蓄電池モジュール５０を効率良く冷却することができるとともに、各蓄電池モジュール５０間の温度のバラツキを抑制することができる。

さらには、各セルグループ間や各蓄電池モジュール５０間を電気的に接続する電池接続部５３，５４および給電バー７１にも、下部冷却ファン５６からの冷却風が直接吹き付けられることになるので、高温の発熱部の一つである電池接続部５３，５４および給電バー７１についても、電池接続部５３，５４および給電バー７１における発熱の伝播を抑制することができる上、吹き付けられた冷却風が、蓄電池モジュール５０の各円筒型電池１（各蓄電池セル）からの排熱を受けながらスムーズに鉛直方向へ上昇していくので、熱移動が効率良く行われ、蓄電池システム７０全体の空冷の効率を最大限に活かした効果的な冷却を行うことができる。

而して、蓄電池システム７０の冷却機構として良好な性能を維持することができることにより、蓄電池システム７０を構成する各蓄電池モジュール５０、蓄電池モジュール５０を構成する各円筒型電池１（各蓄電池セル）の寿命を改善することができる。

１…円筒型電池、２…正極、３…負極、４…発熱個所、５…電池把持板、６…分割面、１１…電池箱台座、１２…外箱、１３…箱付冷却ファン、１４…電気コネクタ、１５…吸い込み口、２０…蓄電池モジュール、２１…第１セルグループ、２２…第２セルグループ、２３…電池接続部、２４…電池接続部、２５…電池把持部、３１…第１冷却モジュール、３２…第２冷却モジュール、３３…ファン実装箱、３５…箱付冷却ファン、４０…蓄電池システム、４１…給電バー、４２…下部冷却モジュール、４３…上部冷却モジュール、４５…電源架、５０…蓄電池モジュール、５１…第１セルグループ、５２…第２セルグループ、５３…電池接続部、５４…電池接続部、５６…下部冷却ファン、５７…上部冷却ファン、６０…差込型蓄電池架、６１…下部差込部、６２…上部差込部、７０…蓄電池システム、７１…給電バー。

Claims (8)

1. 複数の蓄電池セルからなる蓄電池モジュールにおいて、複数の前記蓄電池セルを分割個数として任意に定めた個数ずつの複数のセルグループに分割し、分割した各前記セルグループ内の前記蓄電池セルを縦列配置して、隣接する前記蓄電池セルの電極同士をバスバーを介することなく直に直列接続するとともに、分割した各前記セルグループを並列に並べて導電性がある電池接続部により前記セルグループの入出力端子間を接続することを特徴とする蓄電池モジュール。
2. 請求項１に記載の蓄電池モジュールにおいて、各前記蓄電池セルは円筒型の形状からなる円筒型電池であることを特徴とする蓄電池モジュール。
3. 請求項１または２に記載の蓄電池モジュールにおいて、前記セルグループ間を直列接続していることを特徴とする蓄電池モジュール。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載の蓄電池モジュールにおいて、設置面に対して垂直方向に自立することが可能な形状を有する電池把持部によって、並列に並べた複数の前記セルグループの側面部を包み込むことにより、複数の前記セルグループを一体化した構造として把持し、かつ、水平な設置面に対して鉛直方向に自立させることが可能な構造とすることを特徴とする蓄電池モジュール。
5. 請求項１ないし３のいずれかに記載の蓄電池モジュールにおいて、並列に並べた複数の前記セルグループの両端部に、各前記セルグループ内の蓄電池セルを冷却するための冷却ファンを取り付けることによって、複数の前記セルグループを一体化した構造とすることを特徴とする蓄電池モジュール。
6. 水平な設置面を形成する電源架の底面上に搭載した複数の蓄電池セルからなる蓄電池モジュールを複数備えるとともに、前記電源架の底面側と天井側とのそれぞれに、搭載した各前記蓄電池モジュールに同時に冷却風を送風する複数の冷却ファンを備えた冷却モジュールを備え、かつ、該電源架を設置した床面に敷設された給電バーによって各前記蓄電池モジュール間を接続して構成される蓄電池システムであって、前記蓄電池モジュールが、水平な前記設置面に対して鉛直方向に自立することが可能な請求項４に記載の蓄電池モジュールであり、かつ、前記電源架に搭載された複数の前記蓄電池モジュールの下方から、当該電源架の底面側に備えられた前記冷却モジュールの各冷却ファンからの冷却風を、水平な前記設置面上に搭載して鉛直方向に立設した状態の複数の前記蓄電池モジュールに同時に送風し、かつ、前記電源架に搭載された複数の前記蓄電池モジュールと熱交換された前記冷却風を、当該電源架の天井側に備えられた前記冷却モジュールの各冷却ファンによって、前記電源架の外部に排出することを特徴とする蓄電池システム。
7. 電源架に搭載した複数の蓄電池セルからなる蓄電池モジュールを複数備えるとともに、前記電源架の底面側と天井側とのそれぞれの鉛直方向の同一位置に、前記蓄電池モジュールを冷却するための冷却ファンの外枠を差し込んで固定保持することができる下部差込部と上部差込部とをそれぞれ複数備え、かつ、該電源架を設置した床面に敷設された給電バーによって各前記蓄電池モジュール間を接続して構成される蓄電池システムであって、前記蓄電池モジュールが、前記冷却ファンを両端部に取り付けた請求項５に記載の蓄電池モジュールであり、かつ、複数の前記蓄電池モジュールを前記電源架に搭載する際に、各前記蓄電池モジュールの一方の端部に取り付けられた前記冷却ファンの外枠を前記下部差込部に差し込み、各前記蓄電池モジュールの他方の端部に取り付けられた前記冷却ファンの外枠を前記上部差込部に差し込むことにより、前記電源架に搭載された各前記蓄電池モジュールを鉛直方向に立設させ、複数の前記蓄電池モジュールの下方から、前記下部差込部に外枠が差し込まれた各前記冷却ファンからの冷却風を、鉛直方向に立設した状態の複数の前記蓄電池モジュールに同時に送風し、かつ、前記電源架に搭載された複数の前記蓄電池モジュールと熱交換された前記冷却風を、前記上部差込部に外枠が差し込まれた各前記冷却ファンによって、前記電源架の外部に排出することを特徴とする蓄電池システム。
8. 請求項６または７に記載の蓄電池システムにおいて、複数の前記蓄電池コジュール間を接続する前記給電バーおよび前記セルグループ間を接続する前記電池接続部を、各前記冷却ファンからの冷却風によって、複数の前記蓄電池モジュールとともに、同時に冷却することを特徴とする蓄電池システム。

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