JP5944481B2

JP5944481B2 - 電源装置

Info

Publication number: JP5944481B2
Application number: JP2014502105A
Authority: JP
Inventors: 一朗宮前
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2012-02-27
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2033-02-07
Also published as: CN104040755B; JPWO2013129074A1; CN104040755A; WO2013129074A1

Description

本発明は、充電可能な複数の二次電池セルを電池ホルダーに収納した電源装置に関する。

電源装置は、多数の二次電池セルを直列に接続して出力電圧を高くでき、また並列に接続して出力電流を大きくできる。特に近年の大容量化の要求から、収納する二次電池セルの数が多くなっている。図１４に、本発明者が先に開発した電源装置の分解斜視図を示す（特許文献１）。この電源装置は、複数の二次電池セル８１１と、各二次電池セル８１１を個別に収納する筒状の電池収納部８１３を設けた電池ホルダー８１５、８１６とで構成される電池ブロック８１０と、電池ブロック８１０の二次電池セル８１１に接続しているメイン回路基板８４０と、メイン回路基板８４０に接続している発熱部品８４１と、発熱部品８４１を熱結合状態に固定している平板状の放熱ブロック８４２と、放熱ブロック８４２と電池ブロック８１０とを内部に収納している外ケース８３１、８３２とを備えている。

この電源装置では、二次電池セル８１１を電池ホルダー８１５、８１６に収納して電池ブロック８１０を構成し、側面にリード板を溶接して、さらに回路基板を配置して、外ケース８３１、８３２に収納している。電池ホルダー８１５、８１６は、図１５の分解斜視図に示すように、二分割されて、二次電池セル８１１を両側から挟み込むようにして保持する。このため分割された電池ホルダー８１５、８１６は、それぞれ、二次電池セル８１１を収納する円筒状の電池収納部８１３を複数並べて固定している。

国際特許出願公開第ＷＯ２０１１／０９３３２７号

しかしながら、近年の高出力化の要求に伴い、使用する二次電池セルの数が増えるにつれて、電池ホルダーを構成する筒状の電池収納部の数も増えて、このような外ケースの成形が困難となる。すなわち、外ケースは絶縁性などの観点から樹脂製とすることが一般的であるところ、このような二分割された分割ケースを各々金型で射出成形する場合、筒状の電池収納部の数が増えるに従い、脱型時の摩擦抵抗が増える。よって、高出力化のため、多数の二次電池セルを収納する電池ホルダーを構成しようとしても、金型成型が困難となって製造コストが高騰するという問題があった。

本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の主な目的は、多数の二次電池セルを収納しつつも安価で構成可能な電源装置を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る電源装置によれば、幅よりも厚さを薄くした角形の外ケース１２と、複数の二次電池セル１１と、前記外ケース１２内部で、前記二次電池セル１１を保持するための筒状の電池収納部を複数画定した電池ホルダー２０と、を備える電源装置であって、前記外ケース１２は、厚さ方向に、第一分割ケース１２Ａと、第二分割ケース１２Ｂに分割されており、前記電池ホルダー２０は、前記二次電池セル１１を互いに平行姿勢で、かつ前記外ケース１２の厚さ方向と平行な姿勢に保持すると共に、前記電池収納部の長さ方向に、第一分割ホルダー２１と、第二分割ホルダー２２と、第三分割ホルダー２３と、に分割されており、前記第一分割ホルダー２１は、前記第一分割ケース１２Ａの内面に固定されており、前記第二分割ホルダー２２は、前記第二分割ケース１２Ｂの内面に固定されており、前記第三分割ホルダー２３は、前記第一分割ホルダー２１と第二分割ホルダー２２との間に介在され、前記第一分割ホルダー２１と、第三分割ホルダー２３と、第二分割ホルダー２２とを組み合わせることで、前記複数の電池収納部をそれぞれ形成して前記二次電池セル１１を収納可能とできる。
上記構成により、二次電池セルの使用本数が増えても、二次電池セルを収納する筒状の電池収納部の長さ方向に三以上に分割することで、従来の二分割方式と比べて射出成形時の金型からの脱型を容易にし、製造コストを安価に抑えつつ、多数の二次電池セルを収納した電源装置を実現できる。

また、第２の側面に係る電源装置によれば、前記第三分割ホルダー２３はさらに、平面視において左右に二分割された、右分割ホルダー２３Ａと左分割ホルダー２３Ｂとで構成されており、前記右分割ホルダー２３Ａ及び左分割ホルダー２３Ｂは、平面視において左右対称に形成できる。
上記構成により、多数の二次電池セルを収納する第三分割ホルダー２３を一層射出成形し易くすると共に、成型のための金型を、小型化して製造コストを削減できる利点も得られる。

さらに、第３の側面に係る電源装置によれば、前記右分割ホルダー２３Ａ及び左分割ホルダー２３Ｂは、外形を同一形状とすることができる。
上記構成により、同一の形状の右分割ホルダー、左分割ホルダーを、共通の金型で成形でき、一層のコスト削減を実現できる。

さらにまた、第４の側面に係る電源装置によれば、前記右分割ホルダー２３Ａと左分割ホルダー２３Ｂとの接合面において、該接合によって前記二次電池セル１１を収納するための筒状の前記電池収納部が形成されるよう、半円状の曲面２４が複数設けられると共に、該接合面に隙間ＧＰを設けることができる。
上記構成により、右分割ホルダーと左分割ホルダーとの接合面に設けられた隙間で金型成形時の製造公差を吸収でき、電池ホルダーをさらに安価に構成できる。
また、この隙間によって二次電池セルの放熱を高め、中間に位置して熱が籠もりやすい二次電池セルの放熱を促進できる効果も得られる。

さらにまた、第５の側面に係る電源装置によれば、前記第一分割ホルダー２１は、前記二次電池セル１１を部分的に収納する筒状の第一分割収納部２１ａを形成しており、前記第二分割ホルダー２２は、前記二次電池セル１１を部分的に収納する筒状の第二分割収納部２２ａを形成しており、前記第一分割収納部２１ａと第二分割収納部２２ａの長さを、等しく形成することができる。

さらにまた、第６の側面に係る電源装置によれば、前記第三分割ホルダー２３は、前記二次電池セル１１を部分的に収納する筒状の第三分割収納部２３ａを形成しており、前記第一分割収納部２１ａの長さに対する前記第三分割収納部２３ａの長さの比率を、０．８〜５．０に設定できる。

さらにまた、第７の側面に係る電源装置によれば、前記第一分割ケース１２Ａは、平面状の主面と、その周囲に設けられた側壁１３とを備えており、前記第一分割ホルダー２１の長さが、前記側壁１３の高さと同じか、これよりも低く形成することができる。
上記構成により、成形用の金型が厚くなることを回避でき、また脱型時の摩擦力も低減できる。

さらにまた、第８の側面に係る電源装置によれば、前記電池ホルダー２０が、前記二次電池セル１１を１００本以上収納することができる。
上記構成により、多数の二次電池セルを収納する電池ホルダーを第一分割ホルダー、第二分割ホルダー、第三分割ホルダーに分割して、金型成形を容易に、且つ安価に行うことが可能となる。

さらにまた、第９の側面に係る電源装置によれば、前記外ケース１２はさらに、その一面を被覆する側面パネル１４を備えることができる。
上記構成により、側面パネルを外すことで外ケース内部に収納された回路基板等へのアクセスが容易となり、メンテナンス時の作業性を高めることができる。

さらにまた、第１０の側面に係る電源装置によれば、前記外ケース１２はさらに、前記側面パネル１４に着脱自在に装着される、安全プラグ３０を備えており、前記安全プラグ３０を抜くと、前記電源装置の出力が遮断されるよう構成されており、かつ側面パネル１４を前記外ケース１２から外すと、前記安全プラグ３０も外されるよう構成できる。
上記構成により、側面パネルを外すには安全プラグを外す必要があるため、メンテナンス時には必ず安全プラグを外して安全な状態が確保されるという利点が得られる。

実施の形態１に係る電源装置の斜視図である。図１に係る電源装置の分解斜視図である。図２の電池ホルダーの分解斜視図である。図２の電源装置の、カバーを外した状態を示す平面図である。図２の電池ホルダーの分解断面図である。図４の電池ホルダーを示す平面図である。図６の電池ホルダーを分割した状態を示す分解平面図である。実施の形態１に係る外ケースの外側面の一部の拡大正面図である。電源装置の保護回路を示す模式図である。図１の電源装置から安全プラグを外した状態を示す分解斜視図である。図１０からさらに側面パネルを外した状態を示す分解斜視図である。図１１の安全プラグ及び側面パネルを前方斜め下方から見た分解斜視図である。図１２の安全プラグ及び側面パネルを背面から見た分解斜視図である。従来例における電源装置の内部を展開した斜視図である。従来例における電池ブロックの内部構造を示す分解斜視図である。外ケースと一体型の電池ホルダを二分割した例を示す分解断面図である。外ケースと電池ホルダを別部材とした例を示す分解断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置を例示するものであって、本発明は電源装置を以下のものに特定しない。さらに、本明細書においては、特許請求の範囲を理解しやすいように、実施例に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲」および「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施例の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
（実施の形態１）

本発明の電源装置は、載置型の蓄電用設備として利用でき、例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システムに適用できる。このような用途においては、複数台の電源装置を連結して、これらを直列及び／又は並列に接続して出力を増し、電源システムを構築できる。電源システムは、複数台の電源装置を数珠繋ぎに接続して、終端にコントローラーを接続し、各電源装置を制御する。また、このような複数台を連結する形態に限らず、電源装置単体での使用も可能であることはいうまでもない。例えば、日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。

ここで図１〜図４に基づいて、本発明の実施形態１に係る電源装置１００として、系統用の電源装置に適用した例を説明する。図１は、電源装置１００の外観斜視図を示している。この電源装置１００は電源ラック等へ立位状態にて挿入し、ラック固定金具１７にて固定できる。また電源装置１００の側面にはコネクタ部１８を設けている。さらに電源装置１００の前面には、電源出力を外部に取り出すための一対の出力端子１９を設けている。この出力端子１９は、正負の端子を両側に離間させて配置することで、高電圧の出力端子１９の絶縁性を高めている。また、信号端子であるコネクタ部１８を出力端子１９の間に配置することで、ノイズの影響を低減する。コネクタ部１８には、ＲＳ−４８５等が用いられる。

図２は図１に係る電源装置１００の内部構造を示す分解斜視図、図３は図２の電池ホルダー２０の分解斜視図、図４は断面図を、それぞれ示している。これらの図に示すように、外ケース１２の内側で二次電池セル１１を電池ホルダー２０に収納し、両側に複数のリード板２５を固定し、さらにその両外側から外装パネル５０で被覆している。この例では、外装パネル５０は金属板とし、リード板２５との間で絶縁するため、第一絶縁シート５２Ａ及び第二絶縁シート５２Ｂを介在させている。
（外ケース１２）

外ケース１２は、その幅よりも厚さを薄くした角形形状としている。また外ケース１２を、コンピュータサーバ業界の標準サイズである既存の１９インチラックに設置できる大きさ及び形状に設計することで、汎用性を高め、既存の設置形態に適用できる利点が得られ、特にサーバ用のバックアップ電源として利用できる。

外ケース１２は、図１〜図３に示すように、対向する２枚の主面と、主面の外周を閉塞する側壁１３とで構成される。外ケース１２は絶縁性部材とすることが好ましく、好適には樹脂製とする。これにより、絶縁性と軽量化を安価に実現できる。また耐久性と熱伝導性を考慮すれば、アルミニウムなど金属製の外ケースも利用できる。この場合は、外ケースの絶縁性が要求されない用途に利用するか、あるいは金属製の外ケースの表面を、ラミネートフィルムやビニールなどの絶縁性部材で被覆することもできる。

この外ケース１２は、第一分割ケース１２Ａと第二分割ケース１２Ｂに、厚さ方向に二分割されている。第一分割ケース１２Ａ及び第二分割ケース１２Ｂは、それぞれ、ほぼ平面状の主面と、その周囲に設けられた側壁１３とで構成される。これら第一分割ケース１２Ａと第二分割ケース１２Ｂは、それぞれ射出成形により形成される。また外ケース１２の内部には、二次電池セル１１を保持するための筒状の電池収納部を複数画定した電池ホルダー２０が収納される。
（電池ホルダー２０）

電池ホルダー２０は絶縁性に優れた部材、好適には樹脂で構成される。ここでは、二次電池セル１１は円筒形の二次電池を使用しているため、円筒形二次電池セル１１を収納できるよう電池ホルダー２０は内部を中空とした円筒状の電池収納部を複数設けている。電池収納部は、円筒形二次電池セル１１を周囲の全面を閉塞する。この例では、円筒形二次電池セル１１を中心をずらすようにオフセット状態で積層して電池収納部を形成している。

電池ホルダー２０は、１００本以上の二次電池セル１１を互いに平行姿勢で、かつ外ケース１２の厚さ方向と平行な姿勢に保持している。この電池ホルダー２０は、電池収納部の長さ方向に、第一分割ホルダー２１と、第二分割ホルダー２２と、第三分割ホルダー２３とに分割される。第三分割ホルダー２３は、第一分割ホルダー２１と、第二分割ホルダー２２との間で挟持される。図５の分解断面図に示すように、第一分割ホルダー２１と、第三分割ホルダー２３と、第二分割ホルダー２２とを順に組み合わせることで、複数の電池収納部をそれぞれ形成して、ここに二次電池セル１１を収納可能としている。

第一分割ホルダー２１は、筒状の第一分割収納部２１ａを複数備えている。また第二分割ホルダー２２は、同じく筒状の第二分割収納部２２ａを複数備えている。これら複数の第一分割収納部２１ａ、第二分割収納部２２ａは、第一分割ケース１２Ａと第二分割ケース１２Ｂの主面から各々、略垂直に突出するように設けられている。
（第三分割ホルダー２３）

さらに第三分割ホルダー２３は、同じく筒状の第三分割収納部２３ａを複数備えている。二次電池セル１１は、中間部分を第三分割収納部２３ａで被覆され、その上面及び下面を、それぞれ第一分割収納部２１ａ、第二分割収納部２２ａで被覆された状態で、全体を電池収納部に収納されて被覆される。ここでは図３の分解斜視図及び図５の分解断面図に示すように、第一分割ケース１２Ａと第二分割ケース１２Ｂとを、間に第三分割ホルダー２３を介在させた状態で組み合わせた状態で、電池ホルダー２０が構成され、複数の第一分割収納部２１ａ、第二分割収納部２２ａ、第三分割収納部２３ａがそれぞれ芯合され、電池収納部が構成されて、円柱状の二次電池セル１１を個別に収納するための収納空間が画成される。

このように、従来のように電池ホルダー２０を単に二分割するのでなく、三分割することで、第一分割収納部２１ａと第二分割収納部２２ａの長さを短くでき、この結果、電池ホルダー２０を射出成形する際に、金型からの脱型を容易にできる。特にこの例では、第一分割ホルダー２１は第一分割ケース１２Ａの内面に固定されており、第一分割ケース１２Ａと一体に成型される。同様に第二分割ホルダー２２も、第二分割ケース１２Ｂの内面に固定されており、第二分割ケース１２Ｂと一体に成型される。このような電池ホルダー２０と外ケースとを一体に成型する構成においては、外ケースと別部材の電池ホルダーを用意することを省き、構成を簡素化できる。その反面、電池ホルダーを二分割する構成では、図１６の分解断面図に示すように、筒状の第一分割収納部２１ａ、第二分割収納部２２ａの長さＬ１、Ｌ２が、二次電池セルの約１／２必要となるため、二次電池セルの使用本数が多くなるにつれて、これら第一分割収納部２１ａ、第二分割収納部２２ａの数が増え、脱型時に生じる摩擦力が増大してしまう。かといって、電池ホルダを外ケースと別部材とすると、図１７の分解断面図に示すように、電池ホルダを外ケースに収納する前に、電池ホルダの側面にリード板２５を固定する作業が必要となり、組み立て作業が煩雑となる。また、外ケースを左右に二分割して形成すると、脱型時の摩擦力は低減するが、得られる成形物の強度が低下する上、金型が増えることで製造コストも増す。

そこで、本実施の形態においては、電池収納部の長手方向において、電池ホルダを三分割することで、電池収納部の数を減らすことなく、脱型時の摩擦を低減している。この結果、二次電池セルの使用本数が増えても、電池ホルダーや外ケース１２の射出成形を可能とし、製造コストの低減に寄与できる。特に、図５に示すように第三分割収納部２３ａの長さを長くすることで、第一分割収納部２１ａと第二分割収納部２２ａの長さを短くできるので、二次電池セルの使用本数に応じて第一分割収納部２１ａと第二分割収納部２２ａを短くして、金型成型を可能とできる。加えて、外ケース１２と電池ホルダを一体化したことで、予めリード板２５を外ケース１２に組み込んだ状態で電池ホルダを構成し、さらに第一分割ケース、第二分割ケースを閉塞した状態でリード板２５を二次電池セルの端面電極と溶接できるので、組み立ての作業性も向上できるという副次的効果も得られる。
（右分割ホルダー２３Ａ、左分割ホルダー２３Ｂ）

第三分割ホルダー２３はさらに、図６の平面図及び図７の分解平面図に示すように、左右に二分割された、右分割ホルダー２３Ａと左分割ホルダー２３Ｂとで構成できる。これにより、右分割ホルダー２３Ａと左分割ホルダー２３Ｂとの各々の段三分割収納部の本数を減らし、第三分割ホルダー２３の射出成形用の金型からの脱型時の抜き摩擦力を低減できる。また、金型自体の大きさも小さくできる。ここで、右分割ホルダー２３Ａと左分割ホルダー２３Ｂとを、平面視において左右対称に形成し、同一形状とすれば、共通の金型で右分割ホルダー２３Ａと左分割ホルダー２３Ｂとを形成できるので、各分割ホルダーごとに専用の金型を用意する必要をなくし、金型のコストを一層削減できる。

さらに右分割ホルダー２３Ａと左分割ホルダー２３Ｂとは、図７の平面図に示すように、その接合面に半円状の曲面２４が複数設けられている。これら右分割ホルダー２３Ａと左分割ホルダー２３Ｂの曲面２４を互いに接合させることで、電池収納部が形成される。ここで、右分割ホルダー２３Ａと左分割ホルダー２３Ｂとの接合面に、隙間ＧＰを設けることができる。これによって、各右分割ホルダー２３Ａ、左分割ホルダー２３Ｂを金型成型する際の製造公差を、隙間ＧＰで吸収でき、これら分割ホルダーの成型精度を緩和して、製造コストの削減にさらに寄与できる。加えて、この隙間ＧＰによって二次電池セル１１の放熱を高め、中間に位置して熱が籠もりやすい二次電池セルの放熱を促進できるという副次的な効果も得られる。

第一分割収納部２１ａと第二分割収納部２２ａの長さは、ほぼ等しい長さに形成することが好ましい。このようにすることで、二次電池セル１１の長さ方向に対して両端から均等な長さで保持でき、機械的な強度面でのバランスがよい。また、第三分割収納部２３ａの長さは、第一分割収納部２１ａの長さに対して０．８〜５．０に設定する。好ましくは、第三分割収納部２３ａの長さも、第一分割収納部２１ａの長さとほぼ等しくする。これにより、二次電池セル１１の長さ方向に約１／３ずつ、第一分割収納部２１ａ、第二分割収納部２２ａ、第三分割収納部２３ａでそれぞれ保持でき、各分割ホルダーに対し均等な応力の分散が図られる。

なお、この例では電池収納部を長手方向に３分割した例を示したが、４分割以上とすることも可能である。また第一分割収納部２１ａの高さは、図５の分解断面図に示すように、第一分割ケース１２Ａの側壁１３の高さと同じか、これよりも低く形成することが好ましい。これにより、成形用の金型が厚くなることを回避でき、また脱型時の摩擦力も低減できる。

第一分割ケース１２Ａと第二分割ケース１２Ｂは、絶縁性に優れた材質で構成され、例えば、樹脂製とする。ここでは、二次電池セル１１は円筒形の二次電池を使用しているため、円筒形二次電池セル１１を収納できるように、第一分割ケース１２Ａと第二分割ケース１２Ｂは内部を円筒状の第一分割収納部２１ａ、第二分割収納部２２ａを複数設けている。またこの例では、二次電池セル１１を１３本直列に接続し、さらにこれを２４組並列に接続して、計３１２個を使用している。これにより電圧が約４０Ｖから５２Ｖで、更に容量が最大約２０Ａｈの大容量の電源装置１００を構成している。なお、この二次電池セル１１の数、配列及び接続に関してはこれに限られるものではなく、必要とされる電圧や出力容量によって変更が可能なことは言うまでもない。
（二次電池セル１１）

二次電池セル１１は、外観を円筒形としている。この二次電池セルをリチウムイオン二次電池とすることで、容積と重量に対する出力を大きくできる。ただ、二次電池セルにはリチウムイオン電池に代わって、リチウムポリマー電池やニッケル水素二次電池セルも使用できる。したがって、本発明は、二次電池セルをリチウムイオン電池に特定せず、二次電池セルには、充電できる全ての電池を使用できる。また、図の電源装置１００は二次電池セルを円筒形二次電池セルとしているが、これに代えて角形電池も使用できる。ここでは二次電池セル１１の円筒形の延在する方向の一端を正極とし、他端を負極としている。

さらに二次電池セル１１には、温度検出のための温度センサが設けられている。温度センサは二次電池セル毎に設ける他、代表的な位置にある二次電池セルのみの監視としてもよい。温度センサを二次電池セル１１の表面に接触させるため、該当する第一分割収納部２１ａ及び第二分割収納部２２ａには、それぞれ温度センサを配置するための切り欠きが設けられている。
（リード板２５）

リード板２５は、電池収納部にそれぞれ円筒形二次電池セル１１を挿入した状態で、各二次電池セル１１の端面に露出された端面電極に固定される。このリード板２５は、電池ホルダー２０に収納された二次電池セル１１を並列及び／又は直列に接続する部材であり、薄膜の金属板が使用される。
（リードガイド部２６）

また電池ホルダー２０の側面には、リード板２５の配置位置を案内するリードガイド部２６を設けている。リードガイド部２６はリード板２５の外形とほぼ等しくした枠状に形成され、リードガイド部２６の枠内に各々リード板２５を配置することで、リード板２５を各二次電池セル１１に固定する際の位置決めを容易に行うことができる。好ましくは、リードガイド部２６を二次電池セル１１の脱落を防止する仮止め部と兼用する。すなわち、リードガイド部２６が電池収納部の開口面に部分的に突出あるいは張り出すように配置することで、張り出したリードガイド部２６の一部が電池収納部に挿入された二次電池セル１１の端面に当接して、脱落を防止できる。これにより、電池ホルダー２０の外部に突出する部材を少なくして形状を簡素化できる。リードガイド部２６は、例えば角材状に構成される。

また、電池ホルダー２０を構成する分割ホルダーの内、端面に位置する第一分割ホルダー２１と第二分割ホルダー２２とが、外ケース１２が一体的に構成されていることから、予めリード板２５などを外ケース１２に組み込んでおくことで、組立時の作業能率を向上できる利点も得られる。図３に示す例では、７枚のリード板２５を第一分割ケース１２Ａの外側面に、７枚のリード板２５を第二分割ケース１２Ｂの外側面に、予め組み込んでおくことができるので、第一分割ケース１２Ａと第二分割ケース１２Ｂの間に第三分割ホルダー２３と二次電池セル１１とを介在させた状態で、各二次電池セル１１の端面とリード板２５との溶接作業を行える。

この例では、２４本のリチウムイオン二次電池セル１１を並列接続し、それを１３段直列にして、定格電流を２０Ａとしている。この二次電池セル１１の数、配列及び接続方法に関してはこれに限られるものではなく、必要とされる電圧や出力容量によって変更が可能なことは言うまでもない。
（開放枠２９）

さらに図８に示すように、第一分割ケース１２Ａ及び第二分割ケース１２Ｂはそれぞれ、主面に開放枠２９を設けている。開放枠２９は、第一分割収納部２１ａ、第二分割収納部２２ａの開口が連通されるように設けられる。これによって、各第一分割収納部２１ａ、第二分割収納部２２ａに収納された二次電池セル１１は、開放枠２９を通じて外ケース１２内で表出されるため、放熱性が改善される。
（第一外装パネル５０Ａ、第二外装パネル５０Ｂ）

図２に示すように、第一分割ケース１２Ａ、第二分割ケース１２Ｂの各開放枠２９は、それぞれ第一外装パネル５０Ａ、第二外装パネル５０Ｂで閉塞される。第一外装パネル５０Ａ及び第二外装パネル５０Ｂは、図２の分解斜視図に示すように、平板状とし、開放枠２９とほぼ同じ大きさに形成される。これら第一外装パネル５０Ａ及び第二外装パネル５０Ｂは、熱伝導性に優れた材質で構成される。
（第一絶縁シート５２Ａ及び第二絶縁シート５２Ｂ）

例えば外装パネル５０を熱伝導性に優れた金属製とすることもできる。図３の分解斜視図に示す例では、外ケース１２の各開放枠２９は、それぞれ熱伝導性に優れた絶縁部材の第一絶縁シート５２Ａ及び第二絶縁シート５２Ｂを、外装パネル５０とリード板２５との間に介在させることで、金属製の第一外装パネル５０Ａ、第二外装パネル５０Ｂを使用しつつ、二次電池セル１１の短絡を防止できる。これにより、二次電池セル１１の端面を開放枠２９に面させ、さらに開放枠２９に配された外装パネル５０によって外部に効率よく放熱できる。
（回路基板４０）

外ケース１２の内部には、図３及び図１１の分解斜視図に示すように、回路基板４０が設けられる。回路基板４０は、電池ホルダの一方の端面に設けられ、外ケース１２のいずれかの面と面するように平行姿勢に配置される。この例では、側面パネル１４の裏面側に配置されており、側面パネル１４を外すことで回路基板４０にアクセスでき、メンテナンス時の作業性を高めている。

回路基板４０は、電池ブロック１０の充放電電流を制御する充放電回路や保護回路など、電源装置の駆動に必要な回路及びその構成部品、素子等を実装する基板であり、ガラスエポキシ基板などが利用できる。この例では、回路基板４０上には、外部との通信用インターフェースやコネクタ、ダイオード等を実装している。

図４の例では、回路基板４０を、側面パネル１４側に面する姿勢としつつ、側面パネル１４と離間させることで空間を設けている。このような構成によって、回路基板４０上に実装されたパワー系の半導体素子のような発熱部材を放熱するための放熱空間として利用でき、電池ブロック側に伝熱することを抑制する。

回路基板４０は、基板ホルダー２７内に挿入される。基板ホルダー２７は、回路基板４０を挿入できる大きさに形成された有底箱形に形成され、回路基板４０を挿入した状態で、周壁で回路基板４０の周囲を囲む。基板ホルダー２７を介して、回路基板４０は外ケース１２内の定位置に配置される。また回路基板４０と二次電池セル１１とを接続するため、二次電池セル１１の端面と接続されたリード板２５が延長されて回路基板４０に導通される。図３及び図４の例では、リード板２５の端縁が延長されて折曲され、基板ホルダー２７の周壁には、リード板２５の折曲片２０ａが係止される凹状の切り欠きが形成されている。

回路基板４０に実装された保護回路の例を、図９の回路図に示す。この図に示すように、電源装置１００の出力端子１９及びコネクタ部１８は、コントローラーＣＴと接続されている。なお、この図においては説明のため電源装置一台のみを図示しているが、複数台の電源装置をコントローラーに接続できることは言うまでも無い。電源装置１００は、電池ホルダに収納された二次電池セル１１を並列、直列に接続した電池ブロックの出力を、出力端子１９から出力する。またコネクタ部１８もコントローラーＣＴと接続され、制御信号等のやりとりを行う。電源装置１００側では、回路基板４０に実装された保護回路で、二次電池セル１１の温度や電流、電圧等を監視している。異常が検出された場合は、コネクタ部１８を介して異常信号をコントローラーＣＴ側に送り、該当する電源装置を遮断したり、交換やメンテナンスを促すなど、必要な措置を行う。
（安全プラグ３０）

さらに外ケース１２の前面には、図１０及び図１１の分解斜視図に示すように安全プラグ３０を備える。安全プラグ３０は、外ケース１２の前面に固定された側面パネル１４に開口されたプラグ装着部１５に、挿抜自在に設けられている。安全プラグ３０をプラグ装着部１５から外すと、図９の回路図に示すように、高電圧出力の経路が遮断される。これによって、メンテナンス時等において作業者を高電圧から保護できる。

安全プラグ３０は、図１２及び図１３の分解斜視図に示すように、箱形のブロック体３１とし、絶縁性の部材で構成される。またブロック体３１の背面からは、一対のリード３２が突出されている。リード３２同士は、ブロック体３１の内部で接続され、短絡されている。また各リード３２は板状の金属板で、水平姿勢でブロック体３１の背面の上端から突出するように固定されている。さらにブロック体３１の下面には、係止機構３３が設けられており、側面パネル１４に開口された係止孔に係合されて嵌着される。係止機構３３は、例えば爪状に成型した樹脂をＵ曲させてブロック体３１と一体に成型して、Ｕ曲部分の弾性変形によって係止孔に係止される構成とする。

この安全プラグ３０は、上部２箇所をリード３２で、下部１箇所を係止機構３３で、側面パネル１４のプラグ装着部１５に固定する。このように電気接続用のリード３２を、安全プラグ３０をプラグ装着部１５に機械的に接続する際のガイドとしても兼用している。

側面パネル１４には、ブロック体３１を挿入可能な大きさにプラグ装着部１５が開口されている。またプラグ装着部１５の開口部の周辺には、ガイド壁１６が突出されており、安全プラグ３０をプラグ装着部１５に挿入した状態でこれを保持する。

またこの例では、図１１に示すように、側面パネル１４を外ケース１２から分解する際には、安全プラグ３０も外されるように構成されている。言い換えると、安全プラグ３０を分解する際には、必ず安全プラグ３０を抜く必要がある。このような構成とすることで、メンテナンス作業時などに外ケース１２を分解する際には、必ず高電圧の出力を遮断する構成として、安全プラグを抜き忘れる事態を回避でき、作業の安全性を一層高められる。

本発明に係る電源装置は、コンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、太陽電池と組み合わせた蓄電装置等として好適に利用できる。

１００…電源装置
１１…二次電池セル
１２…外ケース
１２Ａ…第一分割ケース
１２Ｂ…第二分割ケース
１３…側壁
１４…側面パネル
１５…プラグ装着部
１６…ガイド壁
１７…ラック固定金具
１８…コネクタ部
１９…出力端子
２０…電池ホルダー
２１…第一分割ホルダー；２１ａ…第一分割収納部
２２…第二分割ホルダー；２２ａ…第二分割収納部
２３…第三分割ホルダー；２３ａ…第三分割収納部
２３Ａ…右分割ホルダー；２３Ｂ…左分割ホルダー
２４…曲面
２５…リード板
２６…リードガイド部
２９…開放枠
３０…安全プラグ
３１…ブロック体
３２…リード
３３…係止機構
４０…回路基板
５０…外装パネル
５０Ａ…第一外装パネル
５０Ｂ…第二外装パネル
５２Ａ…第二絶縁シート；５２Ｂ…第二絶縁シート
８１０…電池ブロック
８１１…二次電池セル
８１３…電池収納部
８１５、８１６…電池ホルダー
８３１、８３２…外ケース
８４０…メイン回路基板
８４１…発熱ブロック
８４２…放熱ブロック
ＣＴ…コントローラー
ＧＰ…隙間
Ｌ１…第一分割収納部の長さ
Ｌ１…第二分割収納部の長さ

Claims

幅よりも厚さを薄くした角形の外ケース(12)と、
複数の二次電池セル(11)と、
前記外ケース(12)内部で、前記二次電池セル(11)を保持するための筒状の電池収納部を複数画定した電池ホルダー(20)と、
を備える電源装置であって、
前記外ケース(12)は、厚さ方向に、第一分割ケース(12A)と、第二分割ケース(12B)に分割されており、
前記電池ホルダー(20)は、前記二次電池セル(11)を互いに平行姿勢で、かつ前記外ケース(12)の厚さ方向と平行な姿勢に保持すると共に、前記電池収納部の長さ方向に、
第一分割ホルダー(21)と、
第二分割ホルダー(22)と、
第三分割ホルダー(23)と、
に分割されており、
前記第一分割ホルダー(21)は、前記第一分割ケース(12A)の内面に固定されており、
前記第二分割ホルダー(22)は、前記第二分割ケース(12B)の内面に固定されており、
前記第三分割ホルダー(23)は、前記第一分割ホルダー(21)と第二分割ホルダー(22)との間に介在され、
前記第一分割ホルダー(21)と、第三分割ホルダー(23)と、第二分割ホルダー(22)とを組み合わせることで、前記複数の電池収納部をそれぞれ形成して前記二次電池セル(11)を収納可能としてなることを特徴とする電源装置。
請求項１に記載の電源装置であって、
前記第三分割ホルダー(23)はさらに、平面視において左右に二分割された、右分割ホルダー(23A)と左分割ホルダー(23B)とで構成されており、
前記右分割ホルダー(23A)及び左分割ホルダー(23B)は、平面視において左右対称に形成されてなることを特徴とする電源装置。
請求項２に記載の電源装置であって、
前記右分割ホルダー(23A)及び左分割ホルダー(23B)は、外形を同一形状としてなることを特徴とする電源装置。
請求項２又は３に記載の電源装置であって、
前記右分割ホルダー(23A)と左分割ホルダー(23B)との接合面において、該接合によって前記二次電池セル(11)を収納するための筒状の前記電池収納部が形成されるよう、半円状の曲面(24)が複数設けられると共に、
該接合面に隙間(GP)を設けてなることを特徴とする電源装置。
請求項１から４のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記第一分割ホルダー(21)は、前記二次電池セル(11)を部分的に収納する筒状の第一分割収納部(21a)を形成しており、
前記第二分割ホルダー(22)は、前記二次電池セル(11)を部分的に収納する筒状の第二分割収納部(22a)を形成しており、
前記第一分割収納部(21a)と第二分割収納部(22a)の長さが、等しく形成されてなることを特徴とする電源装置。
請求項５に記載の電源装置であって、
前記第三分割ホルダー(23)は、前記二次電池セル(11)を部分的に収納する筒状の第三分割収納部(23a)を形成しており、
前記第一分割収納部(21a)の長さに対する前記第三分割収納部(23a)の長さの比率が、０．８〜５．０に設定されてなることを特徴とする電源装置。
請求項１から６のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記第一分割ケース(12A)は、
平面状の主面と、
その周囲に設けられた側壁(13)と
を備えており、
前記第一分割ホルダー(21)の長さが、前記側壁(13)の高さと同じか、これよりも低く形成されてなることを特徴とする電源装置。
請求項１から７のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記電池ホルダー(20)が、前記二次電池セル(11)を１００本以上収納してなることを特徴とする電源装置。
請求項１から８のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記外ケース(12)はさらに、その一面を被覆する側面パネル(14)を備えることを特徴とする電源装置。
請求項１から９のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記外ケース(12)はさらに、前記側面パネル(14)に着脱自在に装着される、安全プラグ(30)を備えており、
前記安全プラグ(30)を抜くと、前記電源装置の出力が遮断されるよう構成されており、かつ
側面パネル(14)を前記外ケースから外すと、前記安全プラグ(30)も外されるよう構成されてなることを特徴とする電源装置。