JP2016004772A - 蓄電池ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】電解液漏れが生じた場合であっても、電池箱内における電解液の拡散を抑制することができる、蓄電池ユニットを提供する。
【解決手段】本発明に係る蓄電池ユニット１は、電池箱１１に収容される蓄電池ユニットであって、複数のセルにより形成される蓄電池モジュール２と、蓄電池モジュール２を支持可能かつ電池箱１１内に係止可能なトレイ３と、蓄電池モジュール２とトレイ３との間に配置されセルから漏洩した電解液を貯留可能な凹部４１を形成するプレート４と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、蓄電池ユニットに関し、特に、電池箱に収容可能な蓄電池ユニットに関する。

近年、ハイブリッド自動車をはじめ、蓄電池を利用した省エネルギー技術が各分野で利用されつつある。鉄道の分野においても、従来から非常用電源として蓄電池が使用されている（例えば、特許文献１及び２参照）。また、近年では、ディーゼルエンジンにより駆動される発電機と蓄電池とを組み合わせて、モータに蓄電池から電力を供給するハイブリッド鉄道車両の研究開発や、大容量の蓄電池を搭載し、架線から給電せずに走行することができる次世代型の鉄道車両（架線レス電池車両）の研究開発も鋭意進められている。

特許文献１及び２には、鉄道車両の床下に配置された電池箱に蓄電池を収容する方法が開示されている。これらの特許文献には、電池箱から引き出し可能に構成された移動トレイ上に複数のバッテリを搭載して配線した後、移動トレイを電池箱に押し込むことにより、バッテリを電池箱内に収容している。

特開２００４−２３１０２４号公報 特開２０１１−１６８１５６号公報

ところで、蓄電池（二次電池）としては、一般に、鉛蓄電池、リチウムイオン電池、ニッケル・水素電池等が使用され、これらの蓄電池は電解液を使用して電気を発生させている。鉄道車両のように、振動を生じやすい過酷な環境に蓄電池を配置した場合、電解液が外部に漏れる可能性がある。また、鉄道車両は公共交通機関であることから、安全性に十分配慮する必要もある。

上述した特許文献１及び２に記載された発明では、蓄電池から漏れた電解液は下方に垂れてしまい、電池箱の底部に溜まることとなる。したがって、一つの蓄電池から電解液漏れが生じた場合であっても、その電解液が電池箱内で拡散してしまい、全ての蓄電池に対して発火や爆発を誘引しやすい環境を形成してしまうこととなる。

本発明は、上述した問題点に鑑みて創案されたものであり、電解液漏れが生じた場合であっても、電池箱内における電解液の拡散を抑制することができる、蓄電池ユニットを提供することを目的とする。

本発明によれば、電池箱に収容される蓄電池ユニットにおいて、複数のセルを有する蓄電池モジュールと、該蓄電池モジュールを支持可能かつ前記電池箱内に係止可能なトレイと、前記蓄電池モジュールと前記トレイとの間に配置され前記セルから漏洩した電解液を貯留可能な凹部を形成するプレートと、を備えることを特徴とする蓄電池ユニットが提供される。

前記凹部は、前記プレートに形成された開口部と前記トレイの表面とにより形成されていてもよいし、前記プレートに形成された窪みにより形成されていてもよい。また、前記トレイは、前記蓄電池モジュールの非支持部に形成された冷却孔を有していてもよい。また、前記凹部は、上部内縁に形成され内側に向かって傾斜したテーパ面を有していてもよい。また、前記プレートは、電気絶縁材により形成されていてもよい。また、前記凹部は、前記プレートに形成された開口部と前記トレイの表面により形成されており、前記プレートと前記トレイの境界部に設けられたシール材をさらに有していてもよい。

また、本発明によれば、トレイと、前記トレイ上に配置されたプレートと、前記プレート上に配置された蓄電池モジュールと、を備え、前記トレイと前記プレート上に配置された前記蓄電池モジュールとの間には空間が形成されている、ことを特徴とする蓄電池ユニットが提供される。また、前記プレートは、前記空間を形成する開口部を有していてもよいし、前記空間を形成する窪みを有していてもよい。

本発明に係る蓄電池ユニットによれば、蓄電池モジュールとその支持部材であるトレイとの間に凹部を形成するプレートを配置したことにより、セルから漏洩した電解液を凹部内に留めておくことができる。したがって、電解液漏れが生じた場合であっても、電池箱内における電解液の拡散を抑制することができる。

本発明の第一実施形態に係る蓄電池ユニットを示す図であり、（ａ）は電池箱との位置関係を示す斜視図、（ｂ）は蓄電池ユニット単体の斜視図、である。 図１（ｂ）に示した蓄電池ユニットの部品展開図である。 図１（ｂ）に示した蓄電池ユニットの説明図であり、（ａ）は幅方向断面図、（ｂ）は奥行方向断面図、を示している。 図１（ｂ）に示した蓄電池ユニットの説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、を示している。 図１（ｂ）に示した蓄電池ユニットの収容方法を示す図であり、（ａ）は挿入状態、（ｂ）は収容状態、を示している。 本発明の第二実施形態に係る蓄電池ユニットの説明図であり、（ａ）は幅方向断面図、（ｂ）は奥行方向断面図、を示している。 本発明の他の実施形態に係る蓄電池ユニットを示す奥行方向断面図であり、（ａ）は第三実施形態、（ｂ）は第四実施形態、を示している。

以下、本発明の実施形態について図１〜図７（ｂ）を用いて説明する。ここで、図１は、本発明の第一実施形態に係る蓄電池ユニットを示す図であり、（ａ）は電池箱との位置関係を示す斜視図、（ｂ）は蓄電池ユニット単体の斜視図、である。図２は、図１（ｂ）に示した蓄電池ユニットの部品展開図である。図３は、図１（ｂ）に示した蓄電池ユニットの説明図であり、（ａ）は幅方向断面図、（ｂ）は奥行方向断面図、を示している。

本発明の第一実施形態に係る蓄電池ユニット１は、図１（ａ）〜図３（ｂ）に示したように、電池箱１１に収容される蓄電池ユニットであって、複数のセルを有する蓄電池モジュール２と、蓄電池モジュール２を支持可能かつ電池箱１１内に係止可能なトレイ３と、蓄電池モジュール２とトレイ３との間に配置されセルから漏洩した電解液を貯留可能な凹部４１を形成するプレート４と、を備えている。

電池箱１１は、例えば、敷設された軌道上を走行可能な鉄道車両の床下等に配置される。鉄道車両には、電車、気動車、機関車、旅客車、貨物車、路面電車、事業用車（保守作業車、除雪車等）等の動力を有する全ての車両が含まれる。なお、電池箱１１は、自動車等の他の移動体に配置されるものであってもよいし、移動体以外の構造物の床や棚等に配置されるものであってもよい。また、電池箱１１には、蓄電池モジュールを監視したり、電路を切り替えたりする制御ユニット（図示せず）が接続されていてもよい。

図１に示した電池箱１１は、正面に開口部１１ａを有し、蓄電池ユニット１を多段（例えば、三段）に収容できるように構成されている。電池箱１１は、蓄電池ユニット１を複数列に収容可能な横幅の広いものであってもよい。なお、開口部１１ａには、蓄電池ユニット１を収容した後、蓋１１ｂ（図５（ｂ）参照）により封止される。

蓄電池モジュール２は、例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン蓄電池、ニッケル・水素蓄電池等のセル（電極及び電解液を有する最小単位のバッテリ）により構成される。蓄電池モジュール２は、複数のセルを直列に接続してパッケージ化したものである。蓄電池モジュール２は、例えば、幅方向の一端かつ奥行方向の両端に電極端子（プラス端子２ａ，マイナス端子２ｂ）を有している。なお、図３（ａ）及び（ｂ）において、説明の便宜上、蓄電池モジュール２を一点鎖線で図示している。

本実施形態における蓄電池ユニット１では、二つの蓄電池モジュール２を向かい合わせに配置しているが、かかる配置に限定されるものではない。例えば、一つの蓄電池ユニット１に対して、一つの蓄電池モジュール２を配置してもよいし、三つ以上の蓄電池モジュール２を配置してもよい。

トレイ３は、例えば、ステンレス鋼やアルミニウム合金等の金属部材により構成される略平板形状の部品である。トレイ３は、蓄電池モジュール２を支持可能な強度を有していれば、金属部材に限定されるものではない。また、トレイ３は、図２〜図３（ｂ）に示したように、プレート４が配置される平面部３１と、トレイ３及びプレート４の外周を囲う壁面部３２と、電池箱１１のレールにトレイ３を載置するための係止部３３と、蓄電池モジュール２の非支持部に形成された冷却孔３４と、を有している。

なお、図３（ａ）に示した幅方向断面図は、図１（ｂ）におけるＸ−Ｘ線に沿った断面図であり、図３（ｂ）に示した奥行方向断面図は、図１（ｂ）におけるＹ−Ｙ線に沿った断面図である。

平面部３１は、トレイ３上に配置されるプレート４及び蓄電池モジュール２を支える面を形成している。壁面部３２は、プレート４を配置する場所の位置決めをする機能を有している。プレート４上には、平面部３１及び壁面部３２により、二つの蓄電池モジュール２を配置する場所が形成される。係止部３３は、トレイ３の幅方向の両端部に形成された段差部である。係止部３３の形状は、電池箱１１に配置されたレールの形状に合わせて形成される。

冷却孔３４は、トレイ３に形成された開口部である。冷却孔３４は、トレイ３上にプレート４や蓄電池モジュール２を載置した状態で、空気の流れが阻害されない位置に形成される。例えば、冷却孔３４は、電池箱１１に蓄電池ユニット１を収納したときに手前側（正面側）となる位置や一対の蓄電池モジュール２間に形成される。トレイ３に冷却孔３４を形成することにより、蓄電池ユニット１を電池箱１１に収納したときに電池箱１１内で自然対流（例えば、図中の矢印方向の流れ）を発生させることができ、蓄電池モジュール２を冷却することができる。

プレート４は、凹部４１を形成するとともに、蓄電池モジュール２とトレイ３との絶縁距離を確保するための略平板形状の部品である。したがって、プレート４は、樹脂等の電気絶縁材により形成されるとともに、蓄電池モジュール２の容量（電圧値）に応じた一定の厚さを有している。プレート４の底部は、トレイ３の平面部３１及び係止部３３に沿った形状に形成されている。また、プレート４の外周は、壁面部３２に囲まれた空間内に収容できるように形成されている。なお、図３（ａ）に示したように、プレート４は、ボルトやリベット等の締結具４２によってトレイ３に固定してもよい。

また、プレート４の平面部には、例えば、奥行方向に二つの開口部４３が形成されている。開口部４３の個数や大きさは、蓄電池モジュール２の配置や構造（特に、セルの位置）によって、任意に形成される。プレート４をトレイ３上に配置することにより、図３（ａ）及び（ｂ）に示したように、プレート４に形成された開口部４３とトレイ３の表面（平面部３１）とにより凹部４１が形成される。凹部４１の貯留可能な電解液の容量は、開口部４３の大きさやプレート４の厚さによって設定される。なお、凹部４１を形成するプレート４とトレイ３との境界部に電解液の漏洩を抑制するシール材を配置するようにしてもよい。

プレート４の厚さ、すなわち、凹部４１の深さは、例えば、蓄電池モジュール２の絶縁距離以上に設定される。例えば、蓄電池モジュール２が１２００Ｖの高電圧である場合には、ＪＩＳ（日本工業規格）により絶縁距離は２０ｍｍと定められている。また、電池箱１１が鉄道車両等の移動体に設置される場合には、運行上、車体に生じる最大傾斜角度を考慮して、プレート４の厚さ、すなわち、凹部４１の深さを設定するようにしてもよい。

このように、蓄電池モジュール２とその支持部材であるトレイ３との間に凹部４１を形成するプレート４を配置したことにより、セルから漏洩した電解液を凹部４１内に留めておくことができる。したがって、電解液漏れが生じた場合であっても、電池箱１１内における電解液の拡散を抑制することができ、火災や爆発の発生を低減することができる。

また、上述した本実施形態に係る蓄電池ユニット１は、トレイ３と、トレイ３上に配置されたプレート４と、プレート４上に配置された蓄電池モジュール２と、を備え、トレイ３とプレート４上に配置された蓄電池モジュール２との間には空間が形成されている、と言い換えることもできる。ここで、プレート４は、トレイ３と蓄電池モジュール２との間に空間を形成する開口部４３を有している。すなわち、トレイ３と蓄電池モジュール２との間に形成される空間は、プレート４に形成された開口部４３とトレイ３の表面（平面部３１）とにより形成される凹部４１に相当する。

次に、蓄電池ユニット１の結線方法について、図４（ａ）〜図５（ｂ）を参照しつつ説明する。ここで、図４は、図１（ｂ）に示した蓄電池ユニットの説明図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、を示している。図５は、図１（ｂ）に示した蓄電池ユニットの収容方法を示す図であり、（ａ）は挿入状態、（ｂ）は収容状態、を示している。なお、図４（ａ）及び（ｂ）において、説明の便宜上、図の表面側の電極を実線で表示し、裏面側の電極を点線で表示している。

図４（ａ）に示したように、トレイ３上にプレート４を介して配置された一対の蓄電池モジュール２は、それぞれの電極側が向かい合うように配置されている。蓄電池ユニット１を電池箱１１に収容したときに正面側（手前側）となる部分において、図の右側の蓄電池モジュール２は、上部にプラス端子２ａを有し、図の左側の蓄電池モジュール２は、下部にマイナス端子２ｂを有している。

これらの端子を接続するには、例えば、銅等の電気伝導性の高い金属プレート２１を使用することが好ましい。金属プレート２１を使用することにより、遊びの部分が発生し難く収容時の挟み込み等の心配がない、半田ごて等により容易に接続することができる、蓄電池ユニット１の製作時に予め結線することができる等のメリットがある。

図４（ｂ）に示したように、蓄電池ユニット１を電池箱１１に収容したときに背面側（奥側）となる部分において、図の右側の蓄電池モジュール２は、下部にマイナス端子２ｂを有し、図の左側の蓄電池モジュール２は、上部にプラス端子２ａを有している。これらの端子は、電池箱１１内に配線されたバスバー１１１に接続される。蓄電池モジュール２の背面側の端子には、それぞれフォークプラグ等のコネクタ２２が接続されており、蓄電池ユニット１を電池箱１１に収容するとコネクタ２２がバスバー１１１に自動的に接続されるように構成されている。

図５（ａ）に示したように、電池箱１１の内側の側面部には、蓄電池ユニット１を支持するためのレール１１２が配置されている。このレール１１２に、トレイ３の係止部３３を係止させることにより、蓄電池ユニット１が電池箱１１内に支持される。レール１１２は、電池箱１１の内面に固定されたものであってもよいし、開口部１１ａに向かって伸縮可能に構成されたものであってもよい。なお、図５（ａ）及び（ｂ）において、結線構成は概念図を点線で表示している。

蓄電池ユニット１を図５（ａ）に示した矢印方向に挿入すると、図５（ｂ）に示したように、蓄電池モジュール２のコネクタ２２がバスバー１１１に接続される。電池箱１１内に蓄電池ユニット１を収納した後、開口部１１ａに蓋１１ｂを接続して電池箱１１を封止する。バスバー１１１は、電池箱１１内の上段又は下段に配置される蓄電池ユニット１と接続可能に敷設されていてもよいし、隣接する電池箱１１に配置される蓄電池ユニット１と接続可能に敷設されていてもよい。なお、上述した結線方法は単なる一例であり、図示した構成に限定されるものではない。

次に、本発明の第二実施形態〜第四実施形態に係る蓄電池ユニット１について、図６（ａ）〜図７（ｂ）を参照しつつ説明する。ここで、図６は、本発明の第二実施形態に係る蓄電池ユニットの説明図であり、（ａ）は幅方向断面図、（ｂ）は奥行方向断面図、を示している。図７は、本発明の他の実施形態に係る蓄電池ユニットを示す奥行方向断面図であり、（ａ）は第三実施形態、（ｂ）は第四実施形態、を示している。なお、上述した第一実施形態に係る蓄電池ユニット１と同一の構成部品については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。

第二実施形態に係る蓄電池ユニット１は、図６（ａ）及び（ｂ）に示したように、凹部４１をプレート４に形成された窪みにより形成したものである。かかる構成により、凹部４１を容易に水密に形成することができ、漏洩した電解液を凹部４１内により確実に留めておくことができる。なお、凹部４１は、プレート４を貫通しない窪みによって、トレイ３と蓄電池ユニット２との間に形成される空間であると言い換えることもできる。

第三実施形態に係る蓄電池ユニット１は、図７（ａ）に示したように、冷却孔３４を正面側（図の左側）に加えて、背面側（図の右側）にも形成したものである。かかる構成により、電池箱１１内に生じる自然対流により、電池箱１１内を循環する気流を生成することができ、冷却効率の向上を図ることができる。

第四実施形態に係る蓄電池ユニット１は、図７（ｂ）に示したように、凹部４１が上部内縁に形成され内側に向かって傾斜したテーパ面４４を有するものである。例えば、プレート４の開口部４３の上部内縁にテーパ面４４が形成される。かかる構成により、凹部４１からずれた位置で電解液の漏洩を生じた場合であっても、テーパ面４４により凹部４１に電解液を案内することができ、電解液の拡散を抑制することができる。

本発明は上述した実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能であることは勿論である。

１ 蓄電池ユニット
２ 蓄電池モジュール
２ａ プラス端子
２ｂ マイナス端子
３ トレイ
４ プレート
１１ 電池箱
１１ａ 開口部
１１ｂ 蓋
２１ 金属プレート
２２ コネクタ
３１ 平面部
３２ 壁面部
３３ 係止部
３４ 冷却孔
４１ 凹部
４２ 締結具
４３ 開口部
４４ テーパ面
１１１ バスバー
１１２ レール

Claims (8)

1. 電池箱に収容される蓄電池ユニットにおいて、
   複数のセルを有する蓄電池モジュールと、
   該蓄電池モジュールを支持可能かつ前記電池箱内に係止可能なトレイと、
   前記蓄電池モジュールと前記トレイとの間に配置され前記セルから漏洩した電解液を貯留可能な凹部を形成するプレートと、
   を備えることを特徴とする蓄電池ユニット。
2. 前記凹部は、前記プレートに形成された開口部と前記トレイの表面とにより形成される、又は、前記プレートに形成された窪みにより形成される、ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池ユニット。
3. 前記トレイは、前記蓄電池モジュールの非支持部に形成された冷却孔を有する、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄電池ユニット。
4. 前記凹部は、上部内縁に形成され内側に向かって傾斜したテーパ面を有する、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の蓄電池ユニット。
5. 前記プレートは、電気絶縁材により形成されている、ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の蓄電池ユニット。
6. 前記凹部は、前記プレートに形成された開口部と前記トレイの表面とにより形成されており、前記プレートと前記トレイとの境界部に設けられたシール材をさらに有する、ことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池ユニット。
7. トレイと、
   前記トレイ上に配置されたプレートと、
   前記プレート上に配置された蓄電池モジュールと、を備え、
   前記トレイと前記プレート上に配置された前記蓄電池モジュールとの間には空間が形成されている、
   ことを特徴とする蓄電池ユニット。
8. 前記プレートは、前記空間を形成する開口部又は窪みを有している、ことを特徴とする請求項７に記載の蓄電池ユニット。