JP4189643B2

JP4189643B2 - 組電池

Info

Publication number: JP4189643B2
Application number: JP2002381771A
Authority: JP
Inventors: 親市地主; 修牛嶌
Original assignee: GS Yuasa Corp
Current assignee: GS Yuasa Corp
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2008-12-03
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004214009A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の電池をラックに収納してモジュール化した組電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大型の電池を多数個ラックに収納して組電池の構成例を図５に示す。この組電池で用いる電池１は、１個又は複数個の単電池が内部で接続されたものをパッケージ内に収納した電池であり、パッケージの一方の端面から６個の正極端子１ａを突出させると共に、他方の端面から６個の負極端子１ｂを突出させている。正極端子１ａと負極端子１ｂを電池１の両端面に分けて設けると、各端面にはいずれかの極性の端子１ａ，１ｂしかないために、この端子１ａ，１ｂに外部回路や他の電池の端子と接続する接続杆等の断面積を容易に大きくすることができると共に、絶縁対策も容易となる。また、正極端子１ａや負極端子１ｂをこのように複数個ずつ設けると、充放電の大電流をこれら複数の端子１ａ，１ｂに分散させることができるので、電池１の内部や外部の接続杆等での電流分布を均一にすることができ、局所的な電流の集中による電圧降下や発熱を減少させることができる。特に棒状の接続杆に代えて板状の接続杆を用いた場合には、板面全面に電流を広く分布させることができるようになる。さらに、正極端子１ａや負極端子１ｂが複数個ずつ設けられていると、内部の発電要素の電極からこれらの端子１ａ，１ｂを介して外部の接続杆に至るまでの距離も短くなるので、この間の抵抗が小さくなるだけでなく、放熱効率を向上させることもできる。
【０００３】
ラック２は、金属板を組み合わせて固定したものであり、左右方向の両側方に向かい合わせに立設された側板２ａ，２ｂの間に４枚の棚板２ｃを等間隔に固定すると共に、上下端に天井板２ｄと底板２ｅとを配置して構成される。従って、このラック２は、各段の棚板２ｃ上と底板２ｅ上の空間に５段の棚が形成される。上記電池１は、このラック２の各段の棚に左右方向に２個ずつ並べて収納される。この際、ラック２の前後方向のバランスを取るために、電池１は、段ごとに交互に前後方向から棚に収納するようになっている。また、電池１を収納した各棚の入り口には、押さえ板２ｆが止め付けられる。
【０００４】
なお、小型の複数個の電池を組電池にする場合には、これらの電池を内側セルケースに収納すると共に、この内側セルケースの外周側面の中央部付近から突設した補強リブを介し冷風が流通する間隙をあけて外部セルケースで覆うようにしたものが従来からあった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−３０１９５４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図５に示した組電池は、それ自身の重量が数百ｋｇ以上に達する場合があり、しかも、このような組電池を多数個並べて配置した場合に、地震又は運搬中の振動や衝撃を受けたり、また、これらの組電池を上下に積み重ねて使用するような場合もある。さらに、このような組電池は、設置場所に多数個並べて配置し、ラック２間に楔を打ち込むことにより互いに密接させて固定することもある。しかしながら、このような場合には、ラック２に側方から数ｔ以上の力が加わることがあるので、側板２ａ，２ｂ等が内側に撓み、内部に収納した電池１を破損するおそれが生じるという問題がある。また、このために、側板２ａ，２ｂ等の板厚を厚くしたり二重構造とすることにより強度を高めて歪みが生じないようにすると、ラック２自体が極めて大型となり広い設置スペースが必要になるだけでなく、組電池の重量がさらに重くなるという問題が発生する。
【０００７】
また、特許文献１に示した組電池は、電池を内側セルケースと外側セルケースの二重構造のケースに収納するものであり、これらのセルケース間に間隙を設けるようになっているが、これら内側セルケースと外側セルケースの間は、内側セルケースの外周側面の中央部付近から突設した補強リブを介して支持されるので、大きな力が外側セルケースの側方から加わった場合に、補強リブが折れ曲がったり、この補強リブを介して内側セルケースが内側に撓むので、セルケースが破損したり内部に収納された電池が破損するのを防ぐことはできない。即ち、この特許文献１の組電池は、冷風を流して冷却を行う目的でセルケース間に間隙を設けているので、この間隙を支持する補強リブは、外力や内部の電池の自重に十分に耐え得るように中央部付近に配置している。従って、これらのセルケースは、図５に示した組電池のラック２における側板２ａ，２ｂ等を二重構造にして補強した場合と同様の構造であり、この二重構造が破壊されるような大きな外力を受けることは考慮されていない。しかも、このような大きな外力に対して歪みや撓みが生じないようにさらにセルケースの補強を行うと、このセルケースが極めて大型になり広い設置スペースが必要になるだけでなく、組電池の重量が増大するという図５の組電池と同様の問題が発生することになる。
【０００８】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、電池を収納したラックを側方の周囲に間隙を設けてケースに収容することにより、外部から大きな力が加わってケースが歪んだり撓んだとしてもラック内部の電池が破損するようなことのない組電池を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の組電池は、上下方向の複数段の棚を１列以上有し、各棚に１個以上の電池を収納した金属製のラックを、上端が開口し上下方向に長い角形容器状に成形することにより底面と周側面を覆う電気絶縁性を備えたケース内に、このラックの上下端部を除く側方の周囲に間隙を設けて収容したことを特徴とする。
【００１０】
請求項１の発明によれば、電池を収納した金属製のラックは、上下端部で支持されてケース内に間隙をあけて収容されるので、内部に収納した電池の自重により例えば横置きされた場合に生じる外側への歪みや撓みがこの間隙の範囲内に納まるように設計すればよくなる。また、樹脂製のケースも、外部からの大きな力を受けた場合に生じる内側への歪みや撓みがこの間隙の範囲内に納まるように設計すればよくなる。なお、より好ましくは、これら双方の歪みや撓みが同時に重なって起こった場合にもこの間隙の範囲内に納まるように設計すべきである。また、このような外力が所定以内のものであれば、撓み等の変形は外力がなくなれば元に戻ることになる。従って、これらのラックやケースは、自重や外力に対して歪みや撓みを生じさせることで破損を免れるようにすればよいので、板厚を厚くしたり補強リブ等を設ける必要がなくなり、組電池の設置スペースが僅かに増加するだけで十分な強度を得ることができるようになる。しかも、金属製のラックは重量が大きくなるような補強が不要であり、ケースも樹脂等の軽量な素材を利用することができるので、組電池の重量も必要以上に増加することがなくなる。ここで、電気絶縁性を備えたケースとしては、所定の圧力までは弾性を有し、弾性変形や塑性変形によって外力に対抗する構造のものであればどのようなものであってもよいが、例えば軽量化のためにはナイロンやＦＲＰ等の樹脂成形品が好ましい。
【００１１】
なお、ラックの上下端部は、例えば天井板や底板が周囲に多少広がっていて、これがケースの内部に嵌合することにより中間部分に間隙を形成することができる。また、これとは逆にケース内内の上下端部に内側への突出部が形成され、これらの突出部がラックの上下端部を挟み込んで支持するようになっていてもよい。さらに、このラックの上下端部とケースの内壁との間に詰め物をすることにより支持することもできる。ただし、このようなラックの上下端部は、間隙がないために、ケースへの外力が直接ラックに加わることになる。しかしながら、このようなラックの上下端部には電池は収納されていないので、天井板や底板等を多少補強するだけで、電池が破損されるのを確実に防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１〜図４は本発明の一実施形態を示すものであって、図１は組電池のケースとこのケースに収容するラックを示す斜視図、図２は組電池の内部構成を示す縦断面斜視図、図３は組電池のケースに外力を加えたときの解析結果を示す縦断面正面図、図４は組電池を横置きにして衝撃を加えたときの解析結果を示す縦断面正面図である。なお、図５に示した組電池と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００１４】
本実施形態では、図５に示した電池１とラック２をそのまま使用した組電池について説明する。ただし、図１〜図４では、構成を理解し易くするために、これらの電池１やラック２を模式的に示す。即ち、図１に示すように、ラック２は、左右に立設した側板２ａ，２ｂと、これらの間の４枚の棚板２ｃと、上下端の天井板２ｄと底板２ｅのみを示す。また、電池１は、このラック２の各棚に収納する２個を一体化すると共に端子の図示を両略して示す。
【００１５】
上記のように、５段の各棚にそれぞれ電池１を収納した金属製のラック２は、樹脂製のケース３に収容される。ラック２の側板２ａ，２ｂ等は、例えばステンレス鋼板等の金属板からなる。また、これらの側板２ａ，２ｂは、１枚の金属平板を曲げ加工することなく方形に切断したものを使用している。ただし、天井板２ｄと底板２ｅは、金属平板を方形箱状に板金加工して厚さを持たせることにより補強を行っている。また、これらの天井板２ｄと底板２ｅの方形箱状の周囲は、電池１が収納された側板２ａ，２ｂの周囲よりも、一回り大きくなるように形成されている。
【００１６】
上記ケース３は、例えばナイロン６６等の樹脂を、上端が開口し上下方向に長い角形容器状に成形したものである。また、このケース３の方形の内部は、ラック２の方形箱状の天井板２ｄと底板２ｅが隙間なく嵌合するような大きさになっている。そして、電池１を収納したラック２を持ち上げて、上方からこのケース３の内部に収容されて組電池となる。
【００１７】
上記組電池は、図２に示すように、ラック２の上端部の天井板２ｄと下端部の底板２ｅがケース３の内壁面に接して隙間なく嵌まり込み、この間の側方の周囲におけるケース３の内壁面との間に間隙Ｓが形成される。この間隙Ｓは、図では誇張して表しているが、実際にはケース３の側壁の厚さが５ｍｍを超える程度であるのに対して、幅約３ｍｍの隙間であり、上下方向、及び、ケース３の内壁面と側板２ａ，２ｂや電池１の端面との間にほぼ均等な幅で形成される。なお、各段の棚に収納された電池１の端面には、端子１ａ，１ｂが突設され、これらの端子１ａ，１ｂに板状の接続杆が取り付けられるので、間隙Ｓは、実際には、この接続杆の表面又は端子１ａ，１ｂの突端とケース３の内壁面との間となる。
【００１８】
上記構成の組電池に、ケース３の外側から、例えば前後方向の両外壁面の左右の端部に、上端部から下端部にかけて数ｔ程度の外力を加えた場合の解析を行った結果、図３に示すように、ケース３の側壁の中央部が最大で１ｍｍ程度撓むことが分かった。従って、本実施形態の組電池が大きな振動や衝撃を受けたり大きな外力を受けた場合に、各ケース３に数ｔ程度の圧力が加わったとしても、これによるケース３の側壁の撓みは間隙Ｓの幅の約３ｍｍよりも小さいのでラック２にまで達することがなく、電池１が破損するようなおそれは生じない。なお、この解析では、組電池の上下端部にも圧力が加わり、この部分にはラック２を支持するために間隙Ｓが設けられていないので、多少の歪みは生じるが、このような歪みは主にラック２の天井板２ｄや底板２ｅが変形して吸収するので、これら天井板２ｄと底板２ｅの間に収納された電池１が破損するおそれは生じない。
【００１９】
また、この組電池を横置きにして１０Ｇ程度の衝撃を加えたときの解析を行った結果、図４に示すように、数百ｋｇ以上の自重によりラック２の中央部が最大で１ｍｍ程度撓むことが分かった。従って、本実施形態の組電池を横置きにして搬送したような場合にも、これによるラック２の撓みは間隙Ｓの幅の約３ｍｍよりも小さいのでケース３の内壁面にまで達することがなく、電池１が破損するようなおそれは生じない。しかも、上記外力による撓みとこの自重による撓みが同時に重なったとしても、最大で２ｍｍ程度の撓みとなり、これに公差や安全率を考慮しても、間隙Ｓの幅の約３ｍｍよりも十分に小さくなる。
【００２０】
以上説明したように、本実施形態の組電池は、ケース３とラック２との間に間隙Ｓをあけることにより、ケース３やラック２を外力や自重によってある程度は歪んだり撓んだりすることができるようになるので、比較的軽量で簡単な構造であっても、これらの外力や自重に耐えることができるようになる。従って、組電池の設置スペースや重量をほとんど増加させることなく、内部に収納した電池１の破損を確実に防止することができるようになる。
【００２１】
なお、上記実施形態では、ラック２が側板２ａ，２ｂと棚板２ｃや天井板２ｄ、底板２ｅ等で構成される場合を示したが、電池１を収納するための棚が上下方向に複数段設けられ、このような棚の列が１列以上あるものであれば、どのような構造のラックにも同様に実施可能である。また、この明細書では、上下方向と左右方向と前後方向により方向を示しているが、これらは三次元空間で互いに直交するこれらの方向を便宜的に示しているにすぎないので、実際には例えば図４に示すように横向きに載置して使用する組電池にも、同様に実施することができる。即ち、上下方向に複数段ある棚は、実際には垂直方向ではなく水平方向に並んでいてもよい。
【００２２】
また、上記実施形態では、単電池を組み合わせて組電池とした電池１を用いる場合を示したが、単電池そのものを電池として用いることもでき、この電池の種類や構成は問わない。また、上記実施形態では、正極端子１ａと負極端子１ｂとが６個ずつ設けられた電池１を示したが、これらの端子１ａ，１ｂが１個ずつ設けられた電池であってもよく、同じ端面にこれらの端子１ａ，１ｂが１個以上ずつ設けられた電池であっても同様に実施可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の組電池によれば、金属製のラックと樹脂製のケースの間に設けた間隙により、これらのラックやケースが自重や外力に対して歪みや撓みを生じさせることで破損を免れるようにすることができるので、設置スペースや重量をほとんど増加させることなく、大きな外力を受けた場合に内部に収納した電池が破損するのを確実に防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、組電池のケースとこのケースに収容するラックを示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、組電池の内部構成を示す縦断面斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、組電池のケースに外力を加えたときの解析結果を示す縦断面正面図である。
【図４】本発明の一実施形態を示すものであって、組電池を横置きにして衝撃を加えたときの解析結果を示す縦断面正面図である。
【図５】電池をラックに収納する工程を示す組み立て斜視図である。
【符号の説明】
１電池
２ラック
２ａ側板
２ｂ側板
２ｃ棚板
２ｄ天井板
２ｅ底板
３ケース

Claims

上下方向の複数段の棚を１列以上有し、各棚に１個以上の電池を収納した金属製のラックを、上端が開口し上下方向に長い角形容器状に成形することにより底面と周側面を覆う電気絶縁性を備えたケース内に、このラックの上下端部を除く側方の周囲に間隙を設けて収容したことを特徴とする組電池。