JP5853195B2

JP5853195B2 - 蓄電装置

Info

Publication number: JP5853195B2
Application number: JP2011250999A
Authority: JP
Inventors: 篤志中本; 英己寺原; 知昌青木; 久保　昌彦; 昌彦久保; 正晴川勝
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2016-02-09
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: JP2013105723A

Description

本発明は、蓄電装置に関する。

従来、電力系統から供給される電力を蓄え、電力系統からの給電が停止(停電)した場合や電力系統の電力需要が高い場合に蓄えた電力を負荷に供給する蓄電装置が提供されている。

例えば、多数の円筒型リチウムイオン電池セルが径方向に並べてケース内に収納された電池モジュールと、複数の電池モジュールが収納される筐体とを備える蓄電装置が非特許文献に開示されいてる。

パナソニック株式会社のホームページ＞パナソニック企業情報＞技術・研究開発＞先進技術のご紹介＞蓄電池、ＡＣ／ＤＣハイブリッド配線システム（ＵＲＬ：http://panasonic.co.jp/company/r-and-d/technology/topics/eco/）

ところで、上記従来例における電池モジュールは、厚み寸法に対して縦横の寸法が十分に大きい扁平な直方体形状に形成され、長手方向の一端側の端面に正極及び負極の各端子部が設けられている。そして、複数の電池モジュールが、その厚み方向(電池セルの軸方向)を水平方向に一致させる向きで蓄電装置の筐体内に収納されている。而して、上記従来例においては、各電池モジュールの端子部が筐体の側面側に配置されているため、端子部に接続される電線や端子台などの収納スペースを確保するために筐体の設置面積も大きくなってしまうという問題や配線作業が行い難いといった問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みて為されたものであり、従来よりも設置面積を縮小し且つ配線作業の作業性向上を図ることを目的とする。

本発明の蓄電装置は、複数個の電池セルがケースに収納されてなる電池モジュールと、１乃至複数の前記電池モジュールを保持する保持体と、排気ダクトとを備え、前記ケースは、縦横の長さ寸法に対して厚み寸法が小さい箱状に形成されるとともに前記電池セルの陽極及び陰極と電気的に接続される端子部が周辺部分に設けられ、さらに、前記ケースは、厚み方向に対向する一対の側面の少なくとも何れか一方に貫通孔が設けられ、前記電池モジュールは、設置された状態における前記保持体の水平方向と前記ケースの厚み方向が一致し且つ前記端子部が上方に位置する向きで前記保持体に保持され、前記排気ダクトは、縦横の長さ寸法に対して厚み寸法が小さい箱状に形成され、前記保持体の水平方向と前記厚み方向が一致する向きで前記保持体に保持され、さらに、前記排気ダクトは、ジョイントによって前記貫通孔と連結される導入口を有し、かつ、前記ジョイントとともに、前記貫通孔を通して前記ケース内から放出される気体の流路を形成することを特徴とする。

この蓄電装置において、前記保持体は、前記電池モジュールの下方に位置する下側パネルと、前記下側パネルの前後左右からそれぞれ立ち上がる複数枚のパネルとを有する箱形に形成されることが好ましい。

この蓄電装置において、前記ケースは、少なくとも一面が開口する箱状のケース本体と、前記ケース本体の前記開口面を塞ぐケース蓋とを有し、前記ケース本体と前記ケース蓋が密閉されることが好ましい。

本発明の蓄電装置は、従来よりも設置面積を縮小し且つ配線作業の作業性向上を図ることができるという効果がある。

本発明の実施形態を示す一部省略した分解斜視図である。同上の分解斜視図である。同上の後側パネルと後側フレームの分解斜視図である。同上の後側パネルと後側フレームの斜視図である。同上の後側パネルと後側フレームと電池モジュールの斜視図である。同上の後側パネルと後側フレームと電池モジュールと左側フレームと右側フレームと前側フレームの斜視図である。同上の後側パネルと後側フレームと電池モジュールと左側フレームと右側フレームと前側フレームと排気ダクトの斜視図である。同上の後側パネルと後側フレームと電池モジュールと左側フレームと右側フレームと前側フレームと排気ダクトと配線部カバーの斜視図である。同上の前側パネルが外された状態の斜視図である。同上における電池モジュールの斜視図である。同上における電池モジュールの分解斜視図である。同上の一部省略した断面図である。本発明の別の実施形態を示す分解斜視図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、以下の説明では図２において前後左右上下の各方向を規定している。

本実施形態の蓄電装置(蓄電池ユニット)は、図２に示すように複数(図示例では４つ)の電池モジュール１と、電池モジュール１を保持する保持体(ハウジング２)とを備える。

電池モジュール１は、図10及び図11に示すように電池パック10と、電池パック10を内部に収納するケース11とで構成される。電池パック10は、図示しない多数の円筒型リチウムイオン電池セル(以下、電池セルと略す。)が合成樹脂製の筐体内に収納されて構成されている。複数の電池セルが並列に接続されて組電池が構成され、さらに複数の組電池が直列に接続されている。また、電池パック10の筐体には正極及び負極の端子部10A，10Bが設けられ、筐体内で直列接続された組電池の両極とそれぞれ接続されている。

ここで、電池セル内での内部短絡等による発熱でガスが発生し、電池セルの安全弁が作動して高温のガスが電池セルの外に放出された場合、周辺の電池セルが高温のガスに曝されると、正常な電池セルにまで影響を与え、連鎖的な劣化を引き起こす虞がある。そのため、電池パック10の筐体には、上記ガスを筐体の外に放出させるための貫通孔(放出口)10Cが前後両面の下部に開口されている(図11参照)。

ケース11は、縦横(上下左右)の長さ寸法に対して厚み寸法(前後方向の長さ寸法)が小さい扁平な箱状であって縦横の面(前面)が開口したケース本体12と、ケース本体12の開口面を塞ぐケース蓋13とで構成される。ケース本体12の長手方向の一端部には、電池パック10に設けられた一対の端子部10A，10Bを露出させる溝12Bが設けられている。一方、ケース蓋13の長手方向の一端部にも、一対の端子部10A，10Bを露出させる溝13Aが設けられている。

ケース本体12の左右両側面に複数(図示例では６個)のボス部12Cがそれぞれ設けられ、ケース蓋13の左右両端におけるケース本体12のボス部12Cと重なる位置に複数(図示例では６つ)の突片13Bがそれぞれ設けられている。そして、電池パック10が収納されたケース本体12の前面開口にケース蓋13が被せられ、突片13Bを貫通する挿通孔13C及びボス部12Cを貫通する挿通孔12Dに挿通されるボルト(図示せず)にナット(図示せず)が締め付けられてケース11が組み立てられる(図10参照)。なお、ケース本体12とケース蓋13との接合部分がガスケットなどでシールされて密閉されることが好ましい。また、ケース本体12及びケース蓋13の下部には、それぞれ電池パック10の放出口10Cと連通する放出口12E，13Dが開口しており、電池パック10内で発生したガスがケース本体12及びケース蓋13の各放出口12E，13Dを通してケース11の外に放出される。

ハウジング２は、図１及び図２に示すように複数のフレームからなるフレームブロックと、複数枚のパネルからなる筐体とで構成される。フレームブロックは、何れも金属製の後側フレーム20及び前側フレーム21、左側フレーム22、右側フレーム23、支持部24で構成される。また筐体は、何れも金属製の後側パネル30及び前側パネル31、左側パネル32、右側パネル33、下側パネル34、上側パネル35で構成される。

後側フレーム20は、図３に示すように矩形の枠部200と、枠部200のほぼ中央に設けられた縦桟201と、枠部200の上下方向に沿って並設された４つの横桟202と、枠部200の左上端及び右上端より上向きに突出する突片203と、両突片203を連結する連結片204とを有する。また、枠部200の下部(下枠)に一対の支持部24が結合されている。支持部24は、矩形の金属板からなり、前後方向に沿った両端が曲げ起こされることで角樋状に形成され、後端部が枠部200の下部に結合されている。

前側フレーム21は、図１に示すように矩形の枠部210と、枠部210のほぼ中央に設けられた縦桟211と、枠部210の上下方向に沿って並設された２つの横桟212とを有する。左側フレーム22及び右側フレーム23は、何れも矩形の金属板からなり、前後方向に沿った両端が曲げ起こされることで角樋状に形成され、後述するように長手方向の両端が後側フレーム20の枠部200と前側フレーム21の枠部210にそれぞれねじ止めされる。

後側パネル30及び前側パネル31は、長方形の金属板における上端及び左右両端が曲げ起こされて構成されている(図２及び図３参照)。左側パネル32及び右側パネル33は、短冊状の主部320，330と、主部320，330の上端に連結された略半円筒形の凹部321，331と、凹部321，331の上端に連結された鈎形の角部322，332とを有している(図２参照)。下側パネル34は、長方形の金属板が全周に亘って曲げ起こされて構成されている(図２参照)。また、下側パネル34には上向きに突出する円錐台形状の突部340が２つ設けられており、各突部340の底面にねじ挿通孔が穿孔されている。上側パネル35は、長方形の金属板における前端及び後端がそれぞれ曲げ加工されて構成されている(図２参照)。

次に、図４〜図９を参照して本実施形態の蓄電装置の組立手順を説明する。まず、図４に示すように後側パネル30の前面に後側フレーム20がねじ止めされ、４つの電池モジュール１が後側フレーム20に取り付けられる。電池モジュール１は、端子部10A，10Bを上にしてケース11の厚み方向が前後方向に一致する向きで前後左右に２列に並ぶようにして後側フレーム20に固定される(図５参照)。すなわち、前後に並ぶ２つの電池モジュール１の挿通孔12Dに挿通されたボルト(図示せず)がさらに後側フレーム20の横桟202に設けられた挿通孔に挿通され、横桟202の後面側に突出したボルトの先端部にナット(図示せず)が締め付けられる。なお、後側フレーム20に２つずつねじ止めされた電池モジュール１は、後側フレーム20の下部に結合されている一対の支持部24によってそれぞれ下から支持される。

続いて、図６に示すように左側フレーム22及び右側フレーム23の後端部が後側フレーム20の枠部200にねじ止めされ、左側フレーム22及び右側フレーム23の前端部と支持部24の前端部に前側フレーム21の枠部210がねじ止めされる。ここで、右側の列の電池モジュール１と、右側フレーム23で連結された後側フレーム20及び前側フレーム21の各枠部200，210の右側の枠との間にスペースが形成されており、このスペースに電池モジュール１を制御する制御ユニット６が配設される(図１参照)。この制御ユニット６は、電池パック10の電圧や温度を検出し、各電池パック10の蓄電状態や故障の有無を監視するものである。ただし、このような制御ユニット６は従来周知であるから詳細な構成や動作の説明は省略する。

また、前列の２つの電池モジュール１と前側フレーム21との間にもスペースが形成されており、このスペースに２つの排気ダクト７が左右に並べて配設される。排気ダクト７は、金属材料によって扁平な矩形箱状に形成され、電池モジュール１に対向する後面の下部に放出口10Cと連通する導入口71が開口し(図12参照)、前面の上部に放出口70が開口する。そして、図12に示すように後列の電池モジュール１における後面側の放出口10Cがキャップ14で閉塞され、後列の電池モジュール１における前面側の放出口10Cと前列の電池モジュール１における後面側の放出口10Cが筒状のジョイント15で連結される。さらに、前列の電池モジュール１における前面側の放出口10Cと排気ダクト７の導入口71とがジョイント15で連結される(図12参照)。すなわち、電池モジュール１の放出口10Cから放出される高温のガスがジョイント15を介して導入口71より排気ダクト７内に導入され、排気ダクト７内を移動する間に外気との熱交換で冷却されるため、放出口70からは低温のガスが放出されることになる。なお、排気ダクト７の放出口70から放出される低温のガスは、各パネル30〜35間の隙間から筐体の外に放出される。

次に、ハウジング２内において電池モジュール１が収納される収納空間と施工空間を隔絶する配線部カバー５がフレームブロックに取り付けられる。配線部カバー５は、図８に示すようにフレームブロックの上部開口を塞ぐ矩形板状の天板50と、前側フレーム21における最上段の横桟212から上の部分を覆う矩形板状の前板51と、天板50の左右両端から上向きに立ち上がる側板52とを有する。側板52は、天板50の端から立ち上がる矩形平板状の主片52Aと、主片52Aの上端より天板50と反対側に突出する上片52Bと、上片52Bの先端より下向きに突出する外片52Cと、主片52A、上片52B、外片52Cの前端と連結される前片52Dとを有する。配線部カバー５は、各電池モジュール１の端子部10A，10Bと電線(図示せず)との結線作業が完了した後、後側フレーム20及び前側フレーム21にねじ止めされる。ただし、電池モジュール１の端子部10A，10Bに接続された電線は、天板50に設けられる挿通孔(図示せず)に挿通されて配線部カバー５で隔絶される収納空間の外に引き出される。

一方、収納空間の外に引き出された電線は、後側フレーム20の両突片203間に配設された取付板205に取り付けられる開閉器８の片側の端子に接続される。さらに開閉器８のもう片側の端子に電線を介して端子台(図示せず)が接続される。端子台も取付板205に取り付けられている。開閉器８は、ハンドル80の操作により、外部から引き込まれて端子台に接続される電線と各電池モジュール１の端子部10A，10Bとを繋ぐ電路を開閉する。そして、開閉器８及び端子台と電線との結線作業が終了すれば、箱形に形成されたセパレータ53が天板50に取り付けられ、開閉器８と端子台の一部(外部から引き込まれた電線と接続される端子を除く部分)がセパレータ53で覆われる(図８参照)。

続いて、左側パネル32及び右側パネル33がそれぞれ左側フレーム22と右側フレーム23にねじ止めされる。このとき、配線部カバー５の側板52の一部(上片52B及び外片52C)が左側パネル32及び右側パネル33の角部322，332に当接する(図９参照)。また、左側パネル32及び右側パネル33の角部322，332の間に開口する空間(施工空間)が上側パネル(蓋パネル)35によって閉塞される。さらに支持部24に下側パネル34が下方からねじ止めされる。そして、最後に前側フレーム21の前面側に前側パネル31が被せられ、左側パネル32及び右側パネル33の角部322，332を介して配線部カバー５の上片52Bにねじ止めされることで前側パネル31がフレームブロックに固定される。

上述のように、設置された状態における保持体(ハウジング２)の水平方向(前後方向)とケース11の厚み方向が一致し且つ端子部10A，10Bが上方に位置する向きで電池モジュール１がハウジング２に保持されるので、従来よりも設置面積を縮小し且つ配線作業の作業性向上を図ることができる。

また、電池モジュール１のケース11内から放出される気体(ガス)の流路を形成する排気ダクト７が縦横の長さ寸法に対して厚み寸法が小さい箱状に形成され、ハウジング２の水平方向と厚み方向が一致する向きでハウジング２に保持されている。このため、電池モジュール１から高温のガスが発生した際の安全性を確保しつつハウジング２の薄型化を図ることができる。

さらに、電池モジュール１に液漏れが発生した場合、放出口10Cから漏れ出た電解液を電池モジュール１の下方に位置する底板(下側パネル34)で受けることができ、電解液を受けるための受け皿を下側パネル34で兼用できてコストダウンが図れる。

ここで、前列の電池モジュール１の前面側の放出口10Cをキャップ14で閉塞し、後列の電池モジュール１の前面側の放出口10Cと前列の電池モジュール１の後面側の放出口10Cとをジョイント15で接続せずに放出口10Cからガスを放出させてもよい。このようにすれば、排気ダクト７が不要となってハウジング２の薄型化並びにコストダウンを図ることができる。

なお、ケース11の放出口10Cが封止されてケース本体12とケース蓋13が密閉されていれば、浸水被害を受けた場合に電池モジュール１の短絡事故が生じ難くなるという利点がある。

ところで、図13に示すように前側パネル31の上部に施工空間(開閉器８及び端子台が配置されている空間)を前方へ露出させるための開口窓31Aが形成され、この開口窓31Aを塞ぐ蓋パネル36が上側パネル35と一体に形成されてもよい。すなわち、上側パネル35がフレームブロックから取り外されると施工空間の上方と前方が開放されるため、開閉器８や端子台に対する結線作業の作業性がさらに向上するという利点がある。

１電池モジュール
２ハウジング(保持体)
10A，10B 端子部
11 ケース

Claims

複数個の電池セルがケースに収納されてなる電池モジュールと、１乃至複数の前記電池モジュールを保持する保持体と、排気ダクトとを備え、
前記ケースは、縦横の長さ寸法に対して厚み寸法が小さい箱状に形成されるとともに前記電池セルの陽極及び陰極と電気的に接続される端子部が周辺部分に設けられ、さらに、前記ケースは、厚み方向に対向する一対の側面の少なくとも何れか一方に貫通孔が設けられ、
前記電池モジュールは、設置された状態における前記保持体の水平方向と前記ケースの厚み方向が一致し且つ前記端子部が上方に位置する向きで前記保持体に保持され、
前記排気ダクトは、縦横の長さ寸法に対して厚み寸法が小さい箱状に形成され、前記保持体の水平方向と前記厚み方向が一致する向きで前記保持体に保持され、さらに、前記排気ダクトは、ジョイントによって前記貫通孔と連結される導入口を有し、かつ、前記ジョイントとともに、前記貫通孔を通して前記ケース内から放出される気体の流路を形成することを特徴とする蓄電装置。
前記保持体は、前記電池モジュールの下方に位置する下側パネルと、前記下側パネルの前後左右からそれぞれ立ち上がる複数枚のパネルとを有する箱形に形成されることを特徴とする請求項１記載の蓄電装置。
前記ケースは、少なくとも一面が開口する箱状のケース本体と、前記ケース本体の前記開口面を塞ぐケース蓋とを有し、前記ケース本体と前記ケース蓋が密閉されることを特徴とする請求項１又は２記載の蓄電装置。