JP5433674B2 - 収納装置及び電池システム - Google Patents
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Description
当該構成を採用する電池システムでは、万一、電池に異常が生じた場合に、当該電池システムの安全性を確保すべく、様々な安全装置が設置される。例えば、電池に異常(例えば、過充電)が発生して電池に備えられた安全弁が開放されると、電池システムの安全性の観点から当該電池の使用を停止且つ交換する等の早期のメンテナンスが必要であるため、当該安全弁から噴出したガス圧で断線する検知線を配置して当該開放を検知する技術(特許文献1及び特許文献2参照)が報告されている。
また、電池に異常が生じて、例えば電池から過電流が流れた場合に、電池システムの電力配線を断線させて電池システムの安全性を図る技術(特許文献3参照)が報告されている。
また、当該検知線は安全弁から噴出したガス圧によって断線させるため、安全弁の直上かつ近傍の所定位置に配置する必要がある。しかし、電池システムに生じた振動等で、検知線が当該所定位置から多少なりともズレると、安全弁が開放されても検知線が断線しないため、電池システムにおいてはもはや安全弁の開放を検知することができない。さらに、検知線が安全弁の開放により断線しても、それを検出する装置が故障している場合がありうる。これらの場合には、電池システムで使用している電池の異常をユーザーは認識することができない。
さらに、一般的に、電池システムの上位制御装置が電池システムに備えられた電池の出力を制御するが、上位制御装置の種類や仕様によっては、検知線が断線した場合にもシステムの動作状態次第で当該上位制御装置が当該出力を即座に停止しない場合がある。
従って、特許文献1及び特許文献2に開示の技術は、電池システムの安全性を確保する観点からは未だ不十分であった。
一方、特許文献3に開示の技術は、過電流が生じた場合にヒュージブルリンクが断線して上記出力を停止するので、上位制御装置等の種類、仕様、または状態によらず、電池システムの安全性を確保することができるようにも思われる。しかしながら、ヒュージブルリンクは、許容電流値を超える電流が流れなければ断線しないため、許容電流値以内の電流が長時間流れることで電池に異常(例えば過充電)が発生した場合には、やはり電池システムの安全性を確保することが困難であった。
そこで、本発明は、電池の安全弁が開放された際に、電池システムのコストアップを招くことなく、電池システムの安全性を確保することができる収納装置および当該収納装置を用いた電池システムを提供することを目的とする。
以下、図面を参照しながら詳述する。なお、図中に示されるXYZ直交座標系は、いずれの図においても同一として説明する。
本発明の第1実施形態による収納装置につき、図1及び図2を参照して説明する。
図1は、収納棚と複数の電池モジュール5を備えた収納装置1の構成を示す図である。収納棚は、Z方向(すなわち、高さ方向)に延びる4つの支柱2と、それらに支えられる天板3及び複数の棚板4を備えている。ここでは、略矩形の天板3の4隅に各支柱2の端部がそれぞれ配置され、ネジ止め又は溶接等により互いが固定されている。そして、略矩形の棚板4の4隅にもこれら各支柱2がそれぞれ配置され、ネジ止め又は溶接等により互いが固定されている。なお、支柱2、天板3、および棚板4は、例えば、剛性のある金属板(例えば、鉄板)にプラスチック樹脂等の絶縁膜が塗布された材料を適宜打ち抜く又は折り曲げる等して形成される。
そして、棚板4には、複数の電池モジュール5が規則的に配置される。ここでは、1つの棚板4に、3つの電池モジュール5が互いに同じ向き(すなわち、電池モジュール用の正極端子11と負極端子12を−Y方向へ突出させた向き)、且つ、互いに等間隔に配置されている。図1の収納装置1では、2つの棚板4を備えた2段の収納棚を用いるので、総計6つの電池モジュール5を収納することができる。
なお、設計に応じて、棚板4の枚数を増やし、3段、4段等の2段以上の収納棚としてもよい。さらに、1つの棚板4に配置する電池モジュール5の数も、設計に応じて2つ又は4つ以上としてもよい。
さらに、図示しないが、電池7は正極端子と負極端子を備えている。そして、複数の電池7は、設計に応じて互いに電気的に直列または並列に、各々の正極端子または負極端子をそれぞれ対応するバスバーで適切に接続され、組電池となっている。また、当該組電池は、前板8を貫通して配置された電池モジュール用の正極端子11と負極端子12にそれぞれ適切に電気的に接続されている。
ここでは、安全弁6を+Z方向に向け且つY方向に4つの電池7がそれぞれ並べられた状態で組電池が構成されている。そして、当該組電池を略矩形の前板8と略矩形の後板9でY方向から挟み込み、且つ、前板8と後板9の四隅にそれぞれ棒状の固定部10をネジ等で固定して、電池モジュール5が構成される。モジュールとすることで、ユーザー等による組電池の取り扱いが容易になる。
なお、安全弁6は、電池7に異常が発生した場合、具体的には電池7の電池容器の内部にガスが発生して電池容器の内圧が上昇した場合に、電池容器自体が破裂することを防止するため、所定の内圧で破裂又は開放して電池容器の内部のガスを電池容器の外部へ放出するための安全装置である。当該ガスは、一般的に約1分間程度、安全弁から勢いよく放出される。
また、ある棚板4に配置される電池モジュール5のうち左端に位置する電池モジュールの電極端子(例えば、正極端子11)は、その棚板4の上段または下段の棚板4に配置される電池モジュール5のうち、対応する位置に配置された電池モジュール5の電極端子(例えば、正極端子11)と、支柱2を這わせた電力配線14bで接続される。同様に、ある棚板4に配置される電池モジュール5のうち右端に位置する電池モジュールの電極端子(例えば、負極端子12)は、その棚板4の上段または下段の棚板4に配置される電池モジュール5のうち、対応する位置に配置された電池モジュール5の電極端子(例えば、負極端子12)と、支柱2を這わせた電力配線14bで接続される。
すなわち、1つの棚板4に配置された電池モジュール5は電力配線14aによって互いに電気的に直列に接続されて1つのアームを形成し、また、各棚板4のアーム同士は、支柱2を這わせて配置された電力配線14bによって互いに電気的に並列に接続される。
ここでは、収納装置1の−Y方向側にユーザーが立つことを想定しているので、後述の電力配線14の釣り下げを容易に行うため、図2(a)に示すように、4つの支柱2のうち−Y方向側に配置された2つの支柱2を這わせて当該並列の接続を行っている。
Management Unit)が固定されており、CAN通信配線13によって各BMU15が接続されている。ただし、CAN通信配線13を通る信号にノイズが乗らないよう、電力配線14から離れた位置に、すなわち、4つの支柱2のうち+Y方向側に配置された2つの支柱2を這わせて各棚板4のCAN通信配線13同士が接続されている。
図示しないものの、CAN通信配線13は、収納装置1の内部または外部に配置される上位制御装置に接続されている。
本実施形態においては、天板3及び棚板4のX方向に平行な2辺のうち、−Y側に位置する辺で一様に折り曲げがなされている。具体的には、図2(b)に示すように、YZ平面から見て鉤状またはフック状に折り曲げられている。そして、図2(c)に示すように、XZ平面を−Y方向に向かって見ると、当該鉤状またはフック状に折り曲げられた部分の一部に、XZ平面で略矩形の切り欠けを近接して2つ形成している。当該切り欠けにより、結果として、1つの凸部18の両脇に2つの凹部19が配置された形状が構成される。以下、この凸部18を含む部分を第一鉤部17という。
第一鉤部17は、上記−Y側に位置する辺の近辺であって、且つ、1つの棚板4に配置された隣り合う2つの電池モジュール5の実質的にX方向の中間に配置される。ここでは、1つの棚板4に3つの電池モジュール5が配置されているので、天板3及び1つの棚板4に、それぞれ少なくとも2つの第一鉤部17が、図1の一点鎖線による円Aに示す位置に形成される。
そして、隣り合う2つの電池モジュール5の電極端子(正極端子11または負極端子12)を接続する1本の電力配線14aを、これら電極端子に接続した状態で、これら電池モジュール5が配置された棚板4の一段上に配置されている棚板4又は天板3に形成された第一鉤部17の凸部18に引っ掛け、これにより図1に示すように当該電力配線14aを釣り下げた状態とする。
かように釣り下げることで、大電流が流れうる電力配線14aと電気製品である電池モジュール5とが接触することを防止し、結果としてショート等の事故を防止することができる。
当該ガスは、一般的に安全弁16付近で約1500℃であり、仮に当該安全弁から上記当った位置までの距離が約10cm〜50cm且つ当該当った位置から一鉤部17までの距離が約50cm〜1mであっても、その温度は約800℃である。
従って、一般的に電力配線14aは電力供給用であるため直径が大きい銅線(例えば、直径40〜60mm2)で構成されるのであるが、かように太い配線であっても、数秒のうちに溶けて断線することになる。特に、本実施形態の収納装置1では、第一鉤部17が上記折り曲げられていることで、上記ガスがこの部分で滞留するので、効果的に電力配線14aを熱し、断線させることができる。なお、より短時間で電力配線を断線させる場合には、上記当った位置までの距離及び当該当った位置から一鉤部17までの距離ができるだけ小さくなるよう、収納棚及び電池モジュール5を設計するのが望ましい。また、かような高温であっても、当該ガスの放出する時間は約1分間という短時間であり、この短時間で深刻なダメージが与えられないよう収納棚が設計される。
すなわち、収納装置1では、制御装置(すなわち、上記上位制御装置またはBMU15など)による制御によることなく、また、電力配線14aを流れる電流の電流値に依存することなく、電力配線14aを上記ガスによって断線させることで、自動的に当該電池モジュール5からの電力供給を遮断することができる。
従って、いかなる電池システムにも必ず使用される電力配線を用いるためコストアップを招くこともなく、また、電力配線が自動的に切断されて異常の電池7を備えた電池モジュール5からの電力供給が遮断されるので、電池システムの安全性を確保することができる。
なお、以上の説明においては、電力配線14bを釣り下げる釣り下げ部を配置していなかったが、電力配線14aを釣り下げる釣り下げ部と同様に、電力配線14bを釣り下げる釣り下げ部を配置してもよい(ここでは、「釣り下げ部」は、この構成も含むとする)。この場合には、電力配線14aのみならず電力配線14bも断線する可能性が高まり、電池システムの安全性をさらに高めることができる。
本発明の第2実施形態による収納装置につき、図3を参照して説明する。第1実施形態の収納装置1と異なる点は、天板または棚板に釣り下げ部として第二鉤部を配置し、第二鉤部に電力配線を釣り下げる点である。その他は第1実施形態と同じ構成であるので、図1および図2で用いた番号を付して説明を省略する。
第二鉤部20は、一点鎖線の円Bに示すように、YZ平面から見てL字型の部材である。そして、第二鉤部20は、図1の支柱2、天板3、又は棚板4と同様、例えば、剛性のある金属板(例えば、鉄板)にプラスチック樹脂等の絶縁膜が塗布された材料を適宜打ち抜く又は折り曲げる等して形成される。
ここで、収納装置1の天板3又は棚板4に形成された第一鉤部17は、これら天板3又は棚板4の端に配置されていたが、第二鉤部20は、第一鉤部17の位置から+Y方向に平行移動した天板3又は棚板4の面内の位置において、天板3又は棚板4にネジ止め又は溶接等にて固定される。
そして、図3(a)及び図3(b)に示すように、隣り合う2つの電池モジュール5の電極端子(正極端子11または負極端子12)を接続する1本の電力配線14aを、これら電極端子に接続した状態で、これら電池モジュール5が配置された棚板4の一段上に配置されている棚板4又は天板3に形成された第二鉤部20に引っ掛け、これにより当該電力配線14aを釣り下げた状態とする。
かように第二鉤部20を天板3又は棚板4の端ではなく面内に配置することで、第一鉤部17に電力配線14aを釣り下げた場合に比べ、当該電力配線14aが接続された電池モジュール5に内蔵のいずれの電池7の安全弁6からの距離も近くなる。
従って、本実施形態の収納装置によれば、万一、電池モジュール5のある電池7に異常が生じ、当該電池7の安全弁6が開放された場合、上記距離が近いことにより、第1実施形態の収納装置に比べ、より高温の上記ガスが釣り下げられた電力配線14aに当たり、より早期に断線させることができる。よって、第1実施形態の収納装置1と同様の効果のみならず、早期に断線させることができるので安全性をより高めることができる。
第1又は第2実施形態の収納装置を複数配置、言い換えれば、第1実施形態の収納装置のみを複数、第2実施形態の収納装置のみを複数、または第1実施形態の収納装置と第2実施形態の収納装置を混在させて、1つの電池システムを構成することができる。この場合には、電気的に並列接続されたアームが多数形成されることになる。例えば、図4に示すように、同一の収納装置1である収納装置1aと収納装置1bを電気的に並列に接続し、これらの電力配線にモーター等の電力負荷21を接続して電力供給する構成してもよい。この場合には、上述の上位制御装置がCAN通信配線13から入力される各電池7のパラメータを監視しながら、ユーザーの要求に応じて電力負荷21を駆動する。
そして、例えば、収納装置1bの電池モジュール5の1つ(すなわち、図4中、×印が付いた電池モジュールBM)が内蔵する電池7の安全弁が開放された場合、この電池モジュールに接続された電力配線14aがなんら上位制御装置やBMUの制御によることなく自動的に断線する(すなわち、電気的に切り離される)。従って、当該電池モジュールが含まれるアームから電力負荷21へ電力供給することはできなくなるが、依然として他のアームから電力負荷21へ電力供給がなされるので、電池システムが突然停止することはない。
従って、異常の生じた電池7を含む電池モジュール5からの電力供給を、制御装置(すなわち、上記上位制御装置またはBMU15など)による制御によることなく、自動的に遮断して電池システムの安全性を確保するのみならず、電力負荷21への一定の電力供給は依然として維持される。よって、例えば、移動体に本発明の収納装置を適用した場合においても突然停止することがないため、電池システムの安全性をさらに向上することができる。
また、天板3、棚板4、または電池モジュール5の形状は上述した形状に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、円形、多角形など、種々の形状とすることができる。
さらに、電池モジュール5は、前板8、後板9及び固定部10にて組電池を固定する構成に限らず、箱状の容器に組電池を収納した構成としてもよい。ただし、この場合も、安全弁6から噴出するガスが実質的且つ直接的に上段かつ直上の天板3又は棚板4に当るよう設計される。
6…安全弁、7…二次電池、8…前板、9…後板、10…固定部、
11…電池ジュール用正極端子、12…電池モジュール用負極端子、
13…CAN通信配線、14(14a、14b)…電力配線、15…BMU、
16…噴出ガス、17…第一鉤部(釣り下げ部)、18…凸部、19…凹部、
20…第二鉤部(釣り下げ部)、21…電力負荷、
Claims (6)
- 第1の棚板と、前記第1の棚板の上方に位置し且つ釣り下げ部を備えた天板または第2の棚板とを備えた収納棚と、
安全弁を備えた電池を内蔵し、且つ、前記安全弁が前記天板または前記第2の棚板に向かうように前記第1の棚板に配置された第1及び第2の電池モジュールと、
前記第1及び第2の電池モジュールを電気的に接続し、且つ、前記釣り下げ部に釣り下げられた電力配線と
を有し、
前記安全弁からガスが噴出した場合、前記ガスの熱によって前記釣り下げ部の近辺で前記電力配線が断線することを特徴とする収納装置。 - 前記釣り下げ部は、前記天板または前記第2の棚板の端を折り曲げて形成された第一鉤部であることを特徴とする請求項1に記載の収納装置。
- 前記第一鉤部は凸部を備え、前記凸部に前記電力配線を引っ掛けることで前記電力配線を釣り下げることを特徴とする請求項2に記載の収納装置。
- 前記釣り下げ部は、前記天板または前記第2の棚板の面内に配置された第二鉤部であることを特徴とする請求項1に記載の収納装置。
- 前記第二鉤部は、L字型の部材であることを特徴とする請求項4に記載の収納装置。
- 第1の棚板と、前記第1の棚板の上方に位置し且つ第1の釣り下げ部を備えた第2の棚板と、前記第2の棚板の上方に位置し且つ第2の釣り下げ部を備えた第3の棚板とを備えた収納棚と、
安全弁を備えた電池を内蔵し、且つ、前記安全弁が前記第2の棚板に向かうように前記第1の棚板に配置された第1及び第2の電池モジュールを含む第1のアームと、
前記第1及び第2の電池モジュールを電気的に接続し、且つ、前記第1の釣り下げ部に釣り下げられた第1の電力配線と、
安全弁を備えた電池を内蔵し、且つ、前記安全弁が前記第3の棚板に向かうように前記第2の棚板に配置された3及び第4の電池モジュールを含む第2のアームと、
前記第3及び第4の電池モジュールを電気的に接続し、且つ、前記第2の釣り下げ部に釣り下げられた第2の電力配線と、
電力負荷と、
前記第1のアーム、前記第2のアーム、及び前記電力負荷を電気的に並列に接続する第3の電力配線と
を有し、
前記第1のアームに含まれる前記電池の安全弁からガスが噴出した場合、前記ガスの熱によって前記第1の釣り下げ部の近辺で前記第1の電力配線を断線させ、前記第2のアーム及び前記電力負荷から前記第1のアームを電気的に切り離すことを特徴とする電池システム。
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