JP2019075191A - 蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消火対象となる電池モジュール内の単電池に消火剤を直接に接触させて消火できる蓄電装置を提供する。【解決手段】複数の電池モジュールがラックに上下方向に並んだ状態で収納されている蓄電装置であって、各電池モジュール２ごとに消火剤を供給する消火剤供給配管５０が各電池モジュール２のケース３に設けた導入口にそれぞれ接続されている。【選択図】図４

Description

本開示は、複数の電池モジュールがラックに収納されて構成される蓄電装置に関する。

従来、下記特許文献１には、複数の単電池を組み合わせてそれぞれ構成される複数の電池モジュールをラックに互いに隙間を空けて複数段で収納した蓄電装置が記載されている。この蓄電装置では、万一、電池モジュールが発火した場合に、消火剤を噴射して電池モジュールの消火を行えるように構成されている。

国際公開ＷＯ２０１２／０１５００１号公報

特許文献１に記載された蓄電装置では、上下方向に延伸する共通の消火剤供給配管に各電池モジュールに対応して噴射口がそれぞれ設けられている。また、消火剤は、各噴射口から電池モジュールのケース外側に向けて噴射される構成になっている。そのため、消火剤が電池モジュールのケースに遮られ、消火対象となる電池モジュール内の単電池に効率良く消火剤を直接かけることができないという問題がある。

本開示の目的は、複数の電池モジュールをラックに収納して構成される蓄電装置において、消火対象となる電池モジュール内の単電池に消火剤を直接に接触させて消火できる蓄電装置を提供することである。

本開示に係る蓄電装置は、複数の電池モジュールがラックに上下方向に並んだ状態で収納されている蓄電装置であって、消火剤を供給する配管が各電池モジュールのケースに設けた導入口にそれぞれ接続されているものである。

本開示に係る蓄電装置によれば、消火剤を供給する配管が各電池モジュールのケースに設けた導入口にそれぞれ接続されているため、消化が必要な電池モジュールのケース内に配管および導入口を介して消火剤を導入できる。したがって、消火対象となる電池モジュール以外の電池モジュールに消火剤がかからないようできると共に、消火対象となる電池モジュールを構成する単電池に消火剤を直接、接触させて効果的に消火できる。

本開示の一実施形態である蓄電装置を前方側から見た斜視図である。 蓄電装置を後方側から見た斜視図である。 蓄電装置の部分正面図である。 ラックに収納された１つの電池モジュールを示す上面図である。 図４中のＡ−Ａ線拡大断面図である。 各電池モジュールに消火剤を供給する消火剤供給装置を示す概略図である。

以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

以下においては、図１等において水平な一方向を示す矢印Ｘ方向を「幅方向」といい、矢印Ｘ方向と直交する水平な矢印Ｙ方向を「長さ方向」といい、矢印ＸおよびＹと直交する矢印Ｚ方向を「上下方向」または「高さ方向」という。また、長さ方向に関し、一方側を「前」、他方側を「後」という。

図１は、本開示の一実施形態である蓄電装置１０を前方側から見た斜視図である。図２は、蓄電装置１０を後方側から見た斜視図である。また、図３は、蓄電装置１０の部分正面図である。

図１に示すように、蓄電装置１０は、ラック１１に複数の電池モジュール２を収納して構成される。本実施形態では、ラック１１に例えば２０個の電池モジュール２を所定の間隔で上下方向に並べて収納する例が示されている。もっとも、１つのラック１１に収納する電池モジュール２の数は、これに限定されるものではなく、各電池モジュール２の外形寸法や定格容量などに応じて、適宜に変更され得るものである。

図１および図２に示すように、ラック１１は、底部枠１２と、天井枠１４と、４本の支柱１６，１８，２０，２２とを有する。ラック１１には、例えば１９インチラック等の標準的なラックを用いることができる。ラック１１は、重量がある電池モジュール２を多数収納した場合でも耐えうる強度を有することが好ましく、例えばスチール製のものが好適に用いられる。

底部枠１２および天井枠１４はいずれも長方形状フレームとして形成されている。底部枠１２は、４本の底部フレームをボルト等の締結部材で連結することによって構成されてもよいし、あるいは、予め一体形成されていてもよい。また、底部枠１２の中央部には、補強フレーム１３が幅方向に沿って配置されている。補強フレーム１３の両端は、ボルト等の締結部材によって底部枠１２に連結されている。

本実施形態において、天井枠１４は、底部枠１２と同様に、４本の底部フレームをねじ又はボルト等の締結部材で連結することによって構成されてもよいし、あるいは、予め一体形成されていてもよい。なお、本実施形態では、天井枠１４が天井板を含まない形態である例を示すが、これに限定されるものではなく、埃等の堆積を低減するために天井枠１４の上面を閉じる天井板が別部材で又は一体に設けられてもよい。また、天井枠１４についても、底部枠１２と同様に、中央に補強フレームを架設して、フレーム構造体の強度を高めてもよい。

４本の支柱１６，１８，２０，２２は、底部枠１２および天井枠１４の四隅のコーナー部に対応して立設されている。各支柱１６，１８，２０，２２は、上下方向に沿って延伸する長尺状の部材であり、例えば断面形状がＬ字状やコの字状のアングル部材が用いられる。また、各支柱１６，１８，２０，２２の下端および上端は、例えばねじ又はボルト等の締結部材によって底部枠１２および天井枠１４にそれぞれ締結されている。これにより、底部枠１２、天井枠１４および４本の支柱１６，１８，２０，２２は、直方体の１２辺に対応するフレーム部分を含むフレーム構造体を構成している。

４本の支柱のうち前方に位置する２本の支柱１６，２０には、多数の取付穴２６が上下方向に沿って所定ピッチで形成されている。また、ラック１１において後方に位置する２本の支柱１８，２２にも、多数の取付穴２８が上下方向に沿って所定ピッチで形成されている。以下において、ラック１１の２本の支柱１６，２０を前方支柱といい、他の２本の支柱１８，２２を後方支柱ということがある。

ラック１１には、サイドパネル３０が取り付けられている。サイドパネル３０は、幅方向Ｘの一方側の側面において、前端部が前方支柱１６の取付穴２６に図示しないねじ等によって固定され、後端部が後方支柱１８の取付穴２８に図示しないねじ等によって固定されている。

また、図示しないが、ラック１１の幅方向他方側の側面にも、サイドパネル３０が取り付けられている。このサイドパネル３０は、前端部が前方支柱２０の取付穴２６に図示しないねじ等によって固定され、後端部が後方支柱２２の取付穴２８に図示しないねじ等によって固定されている。

本実施形態では、ラック１１の幅方向両側に、各４つのサイドパネル３０がそれぞれ取り付けられた例が示される。また、各サイドパネル３０は、例えば金属板によって形成されており、ラック１１の幅方向内側へ突出するように水平方向に沿って折り曲げ形成された支持部３２を有している。各サイドパネル３０には、例えば５つの支持部３２がそれぞれ形成されている。

ラック１１の幅方向両側に取り付けられたサイドパネル３０の支持部３２は、同じ高さ位置に支持部３２が突出するように配置されている。これにより、ラック１１の前方側から電池モジュール２を挿入して、幅方向両側にある２つの支持部３２上に載置すると、扁平な直方体状をなす電池モジュール２が水平状態で収納される。このようにして、ラック１１には、サイドパネル３０の支持部３２の数に対応する２０個の電池モジュール２を収納することができる。

図３に示すように、電池モジュール２の前方側面の幅方向両側には、固定部３４が溶接等によって取り付けられている。ラック１１に収納された電池モジュール２は、固定部３４の貫通孔にねじ３６を挿通して、サイドパネル３０に形成されている雌ねじ孔に締め付けることによってラック１１に間接的に固定される。

また、ラック１１に収納および固定された各電池モジュール２の間には、ラック１１の前面側に開口する隙間３８が形成されている。この隙間３８の幅方向両側は、サイドパネル３０を構成する金属板によって塞がれている。この隙間３８は、後述するファンの作動によってラック１１の前面側から吸引された空気が流れる冷却流路として機能する。

図１および図２を再び参照すると、ラック１１の後面側には、バックパネル（壁板）４０およびファンパネル４２が取り付けられている。バックパネル４０は、例えば金属板または樹脂板によって構成される。バックパネル４０は、後方支柱１８，２２間において、幅方向両側のサイドパネル３０の後壁面に取り付けられてもよいし、後方支柱１８，２２の取付穴２８を用いて取り付けられてもよい。

バックパネル４０には、複数の消火剤供給配管（配管）５０が後方へ突出して設けられている。各消火剤供給配管５０は、ラック１１に収納された各電池モジュール２に対応して設けられている。各消火剤供給配管５０の前端部は、電池モジュール２のケースに形成された導入口に接続されているが、その詳細については後述する。

バックパネル４０は、複数に分割されていることが好ましい。本実施形態では、バックパネル４０は、サイドパネル３０に対応して４つに分割されている例が示される。このように分割されていることで、バックパネルが上下方向に細長い１枚の壁板で構成される場合に比べ、電池モジュール２に消火剤供給配管５０の前端部を接続した後、消火剤供給配管５０をその後端側からバックパネル４０の貫通孔に挿通した状態としてバックパネル４０をラック１１に固定する作業を容易にすることができる。

ファンパネル４２は、例えば金属板または樹脂板によって構成されている。ラック１１の後面側において、バックパネル４０と後方支柱２２とにねじ等で取り付けられている。図２に示すように、ファンパネル４２には、ファン４４が取り付けられる。本実施形態では、ファンパネル４２は、バックパネル４０と同様に４つに分割されている。そして、各ファンパネル４２には、例えば２つのファン４４がそれぞれ取り付けられている。

図４は、ラック１１に収納された１つの電池モジュール２を示す上面図である。図４に示すように、電池モジュール２は、上面が前後方向に細長い長方形状をなすケース３を備える。ケース３は、図１〜図３に示すように扁平形状に形成されている。ケース３は、例えば、金属製または樹脂製の筐体によって構成される。

ケース３内には、複数の電池ブロック４が収容されている。本実施形態では、電池モジュール２が８つの電池ブロック４が整列して収容されている例が示される。各電池ブロック４には、多数の単電池５が金属製または樹脂製のホルダ６によって整列した状態で保持されている。

電池ブロック４に含まれる単電池５は、互いに並列接続されている。また、電池モジュール２に含まれる各電池ブロック４は、互いに、並列接続、直列接続、または、直列と並列の組み合わせで接続されている。単電池５には、例えばリチウムイオン二次電池が好適に用いられる。なお、単電池５は、円筒型の二次電池に限定されるものではなく、角形の二次電池であってもよい。

電池モジュール２のケース３内には、電池ブロック４の温度を検出する温度センサＳが設けられている。本実施形態では、８つの電池ブロック４に対して８つの温度センサＳが設置された例が示されている。温度センサＳは、図示しない信号線を介して後述するコネクタに接続されている。なお、各電池ブロック４に対応して温度センサＳをそれぞれ設けてもよいし、電池モジュール２のケース３に均等な配置で１つ又は２つの温度センサを設けてもよい。

ケース３の一部には、切欠き部７が形成されている。切欠き部７は、略扁平直方体状をケース３の長さ方向Ｙの後方側の一方角部に形成されている。切欠き部７は、平面視で略長方形状に切り欠かれて形成されている。切欠き部７は、ファン４４が取り付けられたファンパネル４２に対向する側壁面７ａと、サイドパネル３０に対向する側壁面７ｂとを有する。このように電池モジュール２のケース３に形成された切欠き部７は、ファンパネル４２およびサイドパネル３０と共にダクト空間４６を画定している。ダクト空間４６は、ラック１１の上下方向に延伸して形成されている。

電池モジュール２において、切欠き部７を形成する側壁面７ａには、コネクタ８が接続されている。コネクタ８は、ケース３内に収納されている各電池ブロック４に含まれる各単電池５に電気的に接続されている。コネクタ８からは、ケーブル９が延出している。ケーブル９は、電力入出力用の電力ケーブルと、電池モジュール２のケース３内に設置された電圧センサ（図示せず）、電流センサ（図示せず）および温度センサＳの各検出信号を出力する信号ケーブルが含まれる。ラック１１に接続されたケーブル９は、ダクト空間４６内を上方に配索されて後述するコントローラに接続されている。

電池モジュール２のケース３内には、制御基板２ａが収納されている。制御基板２ａは、当該電池モジュール２の入出力電力の制御や電池状態を監視する等の機能を有する。制御基板２ａは、ケース３内において、長さ方向Ｙの後方側端部であって切欠き部７が形成されていない他方の角部側に配置されている。このように切欠き部７を避けた位置に制御基板２ａを配置してケース３内の空間を有効利用することで、電池モジュール２の小型化を図れる。

図１および図２を再び参照すると、蓄電装置１０の上部には、コントローラ４８が設置されている。コントローラ４８は、ラック１１において最上部に収納されている電池モジュール２の上面に設置することができる。そして、コントローラ４８には、ダクト空間４６の上方開口部から延出するケーブル９が接続されている。これにより、コントローラ４８は、蓄電装置１０に含まれる各電池モジュール２について電力の入出力制御を行うことができる。また、コントローラ４８は、各電池モジュール２からケーブル９を介して送信される電圧、電流、温度等の検出信号に基づいて、各電池モジュール２の状態を監視することができる。

また、図１に示すように、蓄電装置１０を構成するラック１１の上部に煙センサ４９を設置するのが好ましい。煙センサ４９は、例えば、ラック１１の天井枠１４に取り付けられる。煙センサ４９による検出信号は、図示しない信号線を介してコントローラ４８に送信される。なお、煙センサ４９は、ラック１１の下部（例えば、底部枠１２等）に設置されてもよい。

図４に示すように、電池モジュール２のケース３には、切欠き部７とは反対側の後方角部の背面に、消火剤供給配管５０が接続されている。図５は、図４中のＡ−Ａ線拡大断面図である。図５に示すように、電池モジュール２のケース３の後壁面３ａには、貫通孔からなる導入口３ｂが形成されている。導入口３ｂには、例えばワンタッチ継手またはクイック継手等の接続部材５２が設けられている。接続部材５２には、消火剤供給配管５０の一端部が接続されている。消火剤供給配管５０は、例えば、金属製または樹脂製のパイプで構成される。

ラック１１の後側に取り付けられたバックパネル４０は、各電池モジュール２のケース３の後壁面３ａに対向して設置されている。バックパネル４０には、消火剤供給配管５０が挿通される貫通孔４１が各電池モジュール２に対応して形成されている。この貫通孔４１の内周には、グロメット５４が設けられている。電池モジュール２のケース３に接続された消火剤供給配管５０は、グロメット５４を貫通して後方に延伸している。このように消火剤供給配管５０がバックパネル４０の貫通孔４１を貫通して配置されることで、消火剤供給配管５０を位置規制することができる。また、バックパネル４０の貫通孔４１にグロメット５４が配置されているので、消火剤供給配管５０の位置規制をより正確に行うことができるとともに、消火剤供給配管５０の破損や振動を防止できる。

消火剤供給配管５０は、次のようにして取り付けられる。まず、バックパネル４０がラック１１に取り付けられていない状態で、ラック１１に収納されている電池モジュール２のケース３の後壁面３ａに、接続部材５２を介して消火剤供給配管５０の一端部を後方から挿入して接続する。次に、グロメット５４が取り付けられているバックパネル４０を、ラック１１の後方から消火剤供給配管５０の他端部をグロメット５４に挿通しながら配置する。そして、ねじ等を用いてバックパネル４０をサイドパネル３０の後壁面に固定する。このとき、バックパネル４０は複数に分割されているため、このような作業を例えば５つの電池モジュール２ごとに行うことができ、消火剤供給配管５０の接続およびバックパネル４０の取付の作業を容易にすることができる。

消火剤供給配管５０の他端部は、約９０度に曲がったエルボ型接続部材５６に接続されている。エルボ型接続部材５６は、例えばワンタッチ継手またはクイック継手等によって好適に構成される。エルボ型接続部材５６は、消火剤供給配管５０の他端部に挿入するだけでしっかりと固定された状態に取り付けられる。このようにワンタッチで消火剤供給配管５０を接続可能な継手を用いることで、配管の接続作業が容易になる利点がある。また、エルボ型接続部材５６の他端部には、接続配管５８の一端部が接続されている。接続配管５８も同様に、エルボ型接続部材５６にワンタッチで接続される。なお、本実施形態では、エルボ型接続部材５６を用いた例について説明するが、これに代えて、直線状の接続部材や、Ｔ字状の接続部材が用いられてもよい。

図６は、各電池モジュール２に消火剤を供給する消火剤供給装置６０を示す概略図である。消火剤供給装置６０は、各電池モジュール２の消火剤供給配管５０に一端部が接続された接続配管５８の他端部が接続される中継装置６２と、中継装置６２に一端部が接続される消火剤配管６４と、消火剤配管６４の他端部が接続されるポンプ６６と、消火剤を貯留する消火剤タンク６８とによって構成される。

中継装置６２には、複数の接続ポート６３ａを有する。本実施形態では、各電池モジュール２に接続される接続配管５８の数に対応して、２０個の接続ポート６３ａが設けられている。また、中継装置６２には、各接続ポート６３ａに対応して、開閉弁６３ｂがそれぞれ設けられている。各開閉弁６３ｂの開閉制御は、図示しない信号線または無線によって接続されたコントローラ４８からの信号に基づいて行われる。

消火剤供給装置６０のポンプ６６および消火剤タンク６８は、蓄電装置１０が設置されている部屋Ｒ１とは別の部屋Ｒ２に設置されるのが好ましい。部屋Ｒ１は、少なくとも１つの壁Ｗによって隔てられている。本実施形態では、消火剤配管６４が、中継装置６２から上方に延伸して部屋Ｒ１の天井Ｃ１から天井裏を通り、部屋Ｒ２の天井Ｃ２からポンプ６６に接続される例が示される。ただし、これに限定されるものではなく、消火剤配管６４は、図６において二点鎖線で示すように、壁Ｗを貫通してポンプ６６に接続されてもよい。

ポンプ６６は、図示しない信号線または無線によってコントローラ４８から送信される信号に基づいて作動する。ポンプ６６は、接続管６７によって消火剤タンク６８に接続されている。消火剤タンク６８に貯留されている消火剤としては、例えば水、または、水を主成分とするものを用いることができる。

続いて、上記のような消火剤供給装置６０の動作について説明する。

蓄電装置１０のコントローラ４８は、各電池モジュール２に設けられた温度センサＳからの検出信号に基づいて各電池モジュール２での異常発熱を監視する。そして、コントローラ４８は、万一、いずれかの電池モジュール２において検出された温度が通常動作時温度よりも高温になって異常発熱であることを検知したとき、ポンプ６６を作動させると共に、異常発熱が検出された電池モジュール２に対応する接続配管５８が接続されている供給ポート６３ａの開閉弁６３ｂを開弁させる。これにより、消火剤が消火剤タンク６８から、ポンプ６６、消火剤配管６４、中継装置６２および接続配管５８を介して、異常発熱が検出された電池モジュール２に接続されている消火剤供給配管５０に供給される。これにより、図５に示すように、対象となった電池モジュール２のケース３内に、消火剤供給配管５０から消火剤が噴出して導入される。

このように異常発熱が検出された電池モジュール２のケース３内に消火剤を導入することによって、ケース３内の底部に消火剤が溜まる。その結果、発火した単電池５およびその周辺の単電池５がケース３内に溜まった消火剤に浸かる。これにより、電池モジュール２において異常発熱した単電池５を含む電池ブロック４に消火剤を直接接触させることができると共に、この電池ブロック４に隣接する電池ブロック４に含まれる単電池５にも消火剤を直接接触させることができる。したがって、異常発熱した単電池５の消火および冷却を効果的に行うことができると共に、その周囲への類焼を確実に防止することができる。

また、本実施形態の蓄電装置１０では、異常発熱した電池モジュール２だけを消火対象にして、消火剤をケース３内に導入するようにしたので、ラック１１に収納された他の電池モジュール２に消火剤がかかることがない。したがって、消火剤がかかることによって正常な電池モジュール２を損傷させることがない。

なお、本開示に係る蓄電装置は、上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、種々の改良や変形が可能であることはいうまでもない。

例えば、上記においては異常発熱が検出された電池モジュール２だけに消火剤を供給する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、上記中継装置６２に設けた開閉弁６３ｂを省略することによって、異常発熱が検出された電池モジュール２を含む蓄電装置１０の全ての電池モジュール２に消火剤が供給されるように構成してもよい。この場合でも、消火剤は各電池モジュール２のケース３内に供給されるため、消火対象となった蓄電装置１０に隣接して設置されている他の蓄電装置に消火剤がかかることはない。

また、中継装置６２の開閉弁を省略した構成において、ラック１１に設置した煙センサ４９（図１参照）によって蓄電装置１０からの煙の発生を検出したとき、当該蓄電装置１０に消火剤を供給するようにしてもよい。

２ 電池モジュール、２ａ 制御基板、３ ケース、３ａ 後壁面、３ｂ 導入口、４ 電池ブロック、５ 単電池、６ ホルダ、７ 切欠き部、７ａ，７ｂ 側壁面、８ コネクタ、９ ケーブル、１０ 蓄電装置、１１ ラック、１２ 底部枠、１３ 補強フレーム、１４ 天井枠、１６，１８，２０，２２ 支柱、２６，２８ 取付穴、３０ サイドパネル、３２ 支持部、３４ 固定部、３８ 隙間、４０ バックパネル、４１ 貫通孔、４２ ファンパネル、４４ ファン、４６ ダクト空間、４８ コントローラ、４９ 煙センサ、５０ 消火剤供給配管（配管）、５２ 接続部材、５４ グロメット、５６ エルボー型接続部材、５８ 接続配管、６０ 消火剤供給装置、６２ 中継装置、６３ａ 接続ポート、６３ｂ 開閉弁、６４ 消火剤配管、６６ ポンプ、６７ 接続管、６８ 消火剤タンク、Ｃ１，Ｃ２ 天井、Ｒ１，Ｒ２ 部屋、Ｓ 温度センサ、Ｗ 壁。

Claims (7)

1. 複数の電池モジュールがラックに上下方向に並んだ状態で収納されている蓄電装置であって、
   消火剤を供給する配管が各電池モジュールのケースに設けた導入口にそれぞれ接続されている、蓄電装置。
2. 請求項１に記載の蓄電装置において、
   前記ラックは、前記電池モジュールのケースに設けられた導入口に対向する壁板を有し、前記壁板には前記配管が挿通される貫通孔が前記各電池モジュールに対応して形成されている、蓄電装置。
3. 請求項２に記載の蓄電装置において、
   前記配管は前記貫通孔の内周に設けたグロメットを貫通して配置される、蓄電装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電装置において、
   前記ケースの導入口および前記配管には、前記配管をワンタッチで接続可能な継手部材が設けられている、蓄電装置。
5. 請求項２〜４のいずれか一項に記載の蓄電装置において、
   前記壁板は、複数に分割されて前記ラックに取り付けられている、蓄電装置。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の蓄電装置において、
   前記配管は中継装置にそれぞれ接続され、前記中継装置は消火剤供給装置に接続されており、前記中継装置は前記各配管への消火剤の供給および遮断を制御する開閉弁が設けられている、蓄電装置。
7. 請求項６に記載の蓄電装置において、
   前記開閉弁は、各電池モジュールのケース内に設置された温度センサによって異常発熱が検出されたとき、この異常発熱が検出された電池モジュールに接続されている配管だけに消火剤を供給するように前記中継装置の開閉弁が制御される、蓄電装置。

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