JP6341828B2 - Power storage device combined with power storage module - Google Patents

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Description

本発明は、蓄電モジュールを組み合わせて高電圧化、大容量化した、特に鉄道車両用二次電池システムに適した蓄電装置に関するものである。   The present invention relates to a power storage device that is combined with a power storage module to increase voltage and capacity, and is particularly suitable for a secondary battery system for railway vehicles.

リチウムイオン電池などの高出力密度の蓄電セルを複数個備える二次電池システムは、産業用途に広く用いられている。特に近年では車両用の蓄電システムとして、高電圧化、大容量化された二次電池システムが普及し始めている。
この二次電池システムは、鉄道車両の分野においても、ディーゼルエンジンで駆動される発電機と二次電池システムを組み合わせて、モータに電力を供給するハイブリッド鉄道車両や、電気車に搭載して、回生負荷が無いときにその回生電力を二次電池に吸収する電車システム、さらに、架線レス化を目的に、駅間は二次電池システムを電源として走行し、駅で二次電池システムへの充電を行う、電車線と二次電池システムのハイブリッド電車などの用途として、省エネルギー化を図るため広く利用されている。
A secondary battery system including a plurality of high-power density storage cells such as lithium ion batteries is widely used for industrial applications. Particularly in recent years, secondary battery systems with high voltage and large capacity have begun to spread as power storage systems for vehicles.
In the field of railcars, this secondary battery system is also combined with a generator driven by a diesel engine and a secondary battery system in a hybrid railway vehicle that supplies power to the motor or an electric vehicle for regeneration. A train system that absorbs the regenerative power to the secondary battery when there is no load. Furthermore, for the purpose of eliminating overhead lines, the train runs between the stations using the secondary battery system as the power source, and the station charges the secondary battery system. It is widely used to save energy as an application of a hybrid train using a train line and a secondary battery system.

鉄道車両用の二次電池システムでは、通常750〜1500Vの電圧、数十〜数百kWhの大容量が必要となる。一方、蓄電セルの保守点検の容易性、安全性、輸送性などを考慮すると、蓄電セルは数個〜数十個単位でモジュール化されていることが望ましい。さらに、安全性の観点から、冷却性能と絶縁をともに確保し上で、艤装スペースの制約条件等を考慮して、小型化、低コスト化することも強く求められている。   A secondary battery system for a railway vehicle usually requires a voltage of 750 to 1500 V and a large capacity of several tens to several hundreds kWh. On the other hand, considering the ease of maintenance and inspection of the storage cell, safety, transportability, etc., it is desirable that the storage cell is modularized in units of several to several tens. Furthermore, from the viewpoint of safety, there is a strong demand for downsizing and cost reduction in consideration of the constraints of the equipment space and the like in securing both cooling performance and insulation.

本技術分野の背景技術として、特許文献1には、鉄道車両に搭載する蓄電装置箱の構成例として、高い冷却性能と、高い絶縁性能を有した蓄電装置箱の構成例が示されている。
特許文献1に記載の構成例として、図8に蓄電装置箱の断面構造を示す。
図8において、20は蓄電装置箱、21は蓄電セル、22は冷却ファン、23a、23bは絶縁材、24はヒートシンク、25a、25bは側板である。図8の例では蓄電モジュールを鉛直方向に4段実装している。側板25a、25bは冷却風の風壁になっており、冷却風は図8に示すようにヒートシンク24を通るようにして、蓄電セル21を冷却するようにしている。また蓄電モジュール同士の間、蓄電装置箱と蓄電モジュールの間には絶縁材23a、23bが設けられている。この構成により、絶縁性能を確保しつつ、高い冷却性能を有する蓄電装置を実現している。
As a background art of this technical field, Patent Document 1 discloses a configuration example of a power storage device box having high cooling performance and high insulation performance as a configuration example of a power storage device box mounted on a railway vehicle.
As a configuration example described in Patent Document 1, FIG. 8 shows a cross-sectional structure of a power storage device box.
In FIG. 8, 20 is a power storage device box, 21 is a power storage cell, 22 is a cooling fan, 23a and 23b are insulating materials, 24 is a heat sink, and 25a and 25b are side plates. In the example of FIG. 8, the energy storage module is mounted in four stages in the vertical direction. The side plates 25a and 25b are wind walls of cooling air, and the cooling air passes through the heat sink 24 as shown in FIG. Further, insulating materials 23a and 23b are provided between the power storage modules and between the power storage device box and the power storage module. With this configuration, a power storage device having high cooling performance while ensuring insulation performance is realized.

一方、冷却性能の確保には、蓄電セルの温度均一化にも配慮が必要である。例えば、蓄電モジュール内の蓄電セル間、あるいは、蓄電モジュール間の蓄電セルの温度にばらつきが生じると、高温となった蓄電セルは劣化が進み、容量が低下する。蓄電セルの容量低下により、充電あるいは放電可能な容量が小さくなる。
このため、温度ばらつきによって高温となって、劣化が進んだ蓄電セルあるいは蓄電モジュールが直列に接続され、充放電電流が流れると、劣化した蓄電セルのみ過充電あるいは過放電状態になる。過充電あるいは過放電状態が繰り返されると、その蓄電セルあるいは蓄電モジュールはさらに劣化が進んでいく。劣化が進むと、蓄電セルの機能が基準を満たさなくなったり、短絡故障が起きるなどして、鉄道車両のシステムに組み込まれるような場合では、システム故障となることから、結果としてシステム全体の寿命が縮まることになる。
On the other hand, in order to ensure the cooling performance, it is necessary to consider the temperature uniformity of the storage cell. For example, when a variation occurs in the temperature of the storage cells in the storage module or between the storage modules, the storage cell that has reached a high temperature deteriorates and the capacity decreases. The capacity that can be charged or discharged is reduced due to the capacity reduction of the storage cell.
For this reason, when a storage cell or a storage module that has been deteriorated due to temperature variations and has been deteriorated is connected in series and a charge / discharge current flows, only the deteriorated storage cell is overcharged or overdischarged. When the overcharge or overdischarge state is repeated, the storage cell or the storage module further deteriorates. As the deterioration progresses, if the function of the storage cell does not meet the standard or if a short-circuit failure occurs and it is incorporated in a railway vehicle system, it will result in a system failure, resulting in an overall system lifespan. It will shrink.

このようなことを防ぐために、蓄電セル間や蓄電モジュール間の温度均一化を図りながら冷却することが望ましい。この蓄電モジュールの温度差を低減するための構成として、特許文献2では、冷却ファンのオン、オフによって鉛直方向に積まれた蓄電セルの温度差を低減する構成が示されている。すなわち、温度差がある値以下では、冷却ファンを停止させ、下側よりも上側の温度が上がるように動作し、温度差がある値以上になると、冷却ファンを動作させて、上側のセルの温度が下がるように動作することで、蓄電セルの温度均一化を図っている。   In order to prevent such a situation, it is desirable to perform cooling while achieving uniform temperature between the storage cells or between the storage modules. As a configuration for reducing the temperature difference between the power storage modules, Patent Document 2 discloses a configuration for reducing the temperature difference between power storage cells stacked in the vertical direction by turning on and off the cooling fan. In other words, if the temperature difference is below a certain value, the cooling fan is stopped and operates so that the temperature above the lower side increases, and if the temperature difference exceeds a certain value, the cooling fan is operated and the upper cell is operated. By operating to lower the temperature, the temperature of the storage cell is made uniform.

特開2011−187275号公報JP 2011-187275 A 特開2007−095482号公報JP 2007-095482 A

しかしながら、これらの特許文献に示されたシステムには、以下の課題がある。
特許文献1に記載の構成例では、蓄電セルをヒートシンクにより間接的に冷却しているため、冷却効率をより向上させることが課題となる。加えて、ヒートシンクが必要なことや、絶縁材が蓄電モジュールごとに実装されており、冷却性能や絶縁性能が確保できていても機器が大型化するという課題がある。また、蓄電モジュールを多段積みとする場合には、縦方向の寸法が大型化し、鉄道車両の床下に艤装できなくなる。さらに、蓄電装置箱にモジュールを収納して、ユニット単位で冷却を行う場合、蓄電モジュールの上段側の温度が高くなり、蓄電モジュール間の温度ばらつきと電流ばらつきが拡大していってしまう。
However, the systems shown in these patent documents have the following problems.
In the configuration example described in Patent Document 1, since the storage cell is indirectly cooled by the heat sink, it is a problem to further improve the cooling efficiency. In addition, there is a problem that a heat sink is necessary, and an insulating material is mounted for each power storage module, and the device is enlarged even if cooling performance and insulation performance are secured. Further, when the power storage modules are stacked in multiple stages, the size in the vertical direction becomes large, and it is impossible to equip the railcar under the floor. Further, when the module is housed in the power storage device box and cooling is performed in units, the temperature on the upper side of the power storage module increases, and the temperature variation and current variation between the power storage modules increase.

特許文献2に記載の構成例では、蓄電セルの温度差をなくすことができるが、鉄道車両の用途などでは、充放電電流が大きく、通常の使用状態では、蓄電セルの温度が常に高温状態となり、連続使用などで全体の温度が上昇した状態では、ファンが連続的に動作する必要があるため、特許文献2に示されるような使い方ができず、ファンによる連続的な冷却と蓄電セルの温度差抑制をすることができない。   In the configuration example described in Patent Document 2, the temperature difference between the storage cells can be eliminated. However, in railway vehicles and the like, the charge / discharge current is large, and the temperature of the storage cell is always high in normal use. In a state in which the overall temperature has increased due to continuous use or the like, the fan needs to operate continuously, so that it cannot be used as shown in Patent Document 2, and continuous cooling by the fan and the temperature of the storage cell The difference cannot be suppressed.

そこで、本発明は、蓄電セルの温度差の均一化を図った上での高い冷却性能と、絶縁性能と、艤装スペース確保のための小型化の3つを両立させることを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to achieve both the high cooling performance with the temperature difference of the storage cells made uniform, the insulation performance, and the miniaturization for securing the equipment space.

上記した3つの課題を同時に解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。
本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、本発明の蓄電装置においては、複数の蓄電セルの直列接続、並列接続、あるいは、直列接続と並列接続を組み合わせ、所定の電位とした蓄電モジュールと、絶縁材と、冷却ユニットとを備え、前記蓄電モジュールは、蓄電セルの胴体部周辺に沿って冷却風路を有するケース内に前記蓄電セルを配列したものであり、前記蓄電モジュールを複数組み合わせて直列接続するとともに、前記ケースのそれぞれに設けた冷却風取入口に、前記冷却ユニットからの冷却風が直接導入されるよう配列し、前記蓄電モジュールと、前記蓄電モジュール及び前記冷却ユニットを収納する蓄電装置箱との間に絶縁材を設けるとともに、各蓄電モジュールと、前記冷却ユニットとの間に絶縁材を介して一体ユニットとした。
In order to solve the above three problems at the same time, for example, the configuration described in the claims is adopted.
The present application includes a plurality of means for solving the above-mentioned problems. To give an example, in the power storage device of the present invention, a plurality of power storage cells are connected in series, parallel, or a combination of series connection and parallel connection. A power storage module having a predetermined potential, an insulating material, and a cooling unit, wherein the power storage module is an array of the power storage cells in a case having a cooling air passage along the periphery of the body portion of the power storage cell. A plurality of the power storage modules are connected in series and arranged so that the cooling air from the cooling unit is directly introduced into the cooling air inlets provided in each of the cases, and the power storage module and the power storage with an insulating material between power storage device box for housing the modules and the cooling unit, and the storage module, between said cooling unit It was integral unit via an insulating material.

このように、蓄電モジュールを一体ユニット単位で絶縁し、冷却ユニットを備えることで、小型化が実現でき、特に縦方向の寸法を小さくすることができるため、鉄道車両に搭載する蓄電システムの構造として有効である。
また、高い冷却性能を確保しつつ、蓄電セルあるいは蓄電モジュール間の温度差を小さくすることができ、さらに、必要最小限の絶縁材で絶縁性能を確保できるので、必要な冷却性能および絶縁性能と小型化を同時に実現することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
In this way, by insulating the power storage module in units of one unit and providing a cooling unit, it is possible to achieve downsizing, and in particular, the size in the vertical direction can be reduced. It is valid.
In addition, while ensuring high cooling performance, the temperature difference between power storage cells or power storage modules can be reduced, and furthermore, insulation performance can be secured with the minimum required insulating material. Miniaturization can be realized at the same time.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.

図1は、実施例1に関わる蓄電装置の構造例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a structure example of a power storage device according to the first embodiment. 図2は、実施例1に関わる蓄電装置の断面構造の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a cross-sectional structure of the power storage device according to the first embodiment. 図3は、実施例1に関わる蓄電モジュールの回路接続例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit connection example of the power storage module according to the first embodiment. 図4は、実施例1に関わる蓄電モジュールの一体ユニットの構造例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a structural example of an integrated unit of the power storage module according to the first embodiment. 図5は、実施例1に関わる蓄電モジュールの内部構造例を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating an internal structure example of the power storage module according to the first embodiment. 図6は、実施例2に関わる蓄電装置の構造例を示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a structure example of the power storage device according to the second embodiment. 図7は、実施例3に関わる蓄電装置の構造例を示す図である。FIG. 7 is a diagram illustrating a structure example of the power storage device according to the third embodiment. 図8は、従来の蓄電装置の構造例を示す図である。FIG. 8 is a diagram illustrating a structure example of a conventional power storage device.

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

[実施例1]
図1は、本発明の実施例1に関わる蓄電装置の構造例を示す図である。
図1において、1は、後述するように、複数の蓄電セルを組み合わせてケース内に配列することで構成される蓄電モジュール、7は冷却ファンユニット、14aは冷却ファンユニット7に設置される冷却ファン、6は蓄電モジュール1と冷却ファンユニット7を収納する蓄電装置箱、2は蓄電モジュール1と冷却ファンユニット7間の絶縁材、3a、3bは蓄電モジュール1と蓄電装置箱6間の絶縁材、9は蓄電装置箱と蓄電モジュールを接続するためのフレーム、15は冷却ファンを接続するためのフレームである。
また、16は蓄電モジュール1、冷却ファンユニット7、絶縁材2、そして、絶縁材3a、3bを一体化して固定した一体ユニットである。
[Example 1]
FIG. 1 is a diagram illustrating a structure example of a power storage device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, as will be described later, 1 is a power storage module configured by combining a plurality of power storage cells and arranging them in a case, 7 is a cooling fan unit, and 14 a is a cooling fan installed in the cooling fan unit 7. , 6 is a power storage device box that houses the power storage module 1 and the cooling fan unit 7, 2 is an insulating material between the power storage module 1 and the cooling fan unit 7, 3a and 3b are insulating materials between the power storage module 1 and the power storage device box 6, 9 is a frame for connecting the power storage device box and the power storage module, and 15 is a frame for connecting a cooling fan.
Reference numeral 16 denotes an integrated unit in which the power storage module 1, the cooling fan unit 7, the insulating material 2, and the insulating materials 3a and 3b are integrated and fixed.

図2は、蓄電装置を図1のA方向からみた断面図であり、点線矢印は冷却ファンによる冷却風の流れの例を示している。8は一体ユニット16を搭載するためのフレームの一例であり、蓄電装置箱6を連結、固定する構造はこの限りではない。
なお、図1では、冷却ユニットとして、ファンを搭載した冷却ファンユニットの例を示しているが、ダクト等によって外部からの冷却風を取り入れるユニットであってもよい。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the power storage device as viewed from the direction A in FIG. 1, and a dotted arrow indicates an example of the flow of cooling air by the cooling fan. 8 is an example of a frame for mounting the integrated unit 16, and the structure for connecting and fixing the power storage device box 6 is not limited to this.
In addition, although the example of the cooling fan unit which mounted the fan is shown as a cooling unit in FIG. 1, the unit which takes in the cooling air from the outside by a duct etc. may be sufficient.

以下では、実施例1の特徴となる点について、鉛直方向に回路接続した蓄電モジュールを一例として、実装、絶縁、冷却の3つの観点について順に説明する。
まず、鉛直方向の蓄電モジュールの回路接続に対応する実装について説明する。図3は、蓄電回路の接続例を示している。
In the following, the features that are characteristic of the first embodiment will be described in order from the three viewpoints of mounting, insulation, and cooling, taking as an example a power storage module that is connected in a circuit in the vertical direction.
First, the mounting corresponding to the circuit connection of the storage module in the vertical direction will be described. FIG. 3 shows a connection example of the power storage circuit.

図3において、10は蓄電セル、点線枠で囲った1a〜1rは、蓄電セル10を複数個接続して、一つのケースにまとめた蓄電モジュールを示す。図1における、蓄電モジュール1a〜1dと対応するものが、図3に示す蓄電モジュール1a〜1dに対応している。   In FIG. 3, reference numeral 10 denotes a storage cell, and reference numerals 1 a to 1 r surrounded by a dotted line frame denote a storage module in which a plurality of storage cells 10 are connected and combined into one case. The thing corresponding to the electrical storage modules 1a-1d in FIG. 1 respond | corresponds to the electrical storage modules 1a-1d shown in FIG.

図1において、蓄電装置箱6内の蓄電モジュールの鉛直方向の実装は、1a〜1dのように蓄電モジュール同士を直列接続し、鉛直方向に搭載するようにする。図1では、1a〜1dの蓄電モジュールを実装する例を示しているが、図3に示す1e〜1h、1i〜1m、1n〜1rの蓄電モジュールも同様に鉛直方向に実装するようにする。図1、図3では4直列4並列の例を示しているが、直列、並列の列数はこの限りでなく、2直列以上の複数直列の蓄電モジュールを、蓄電モジュールの直列数だけ鉛直方向に積載し、並列数分だけ同様の形で設けた構成とする。   In FIG. 1, the storage modules in the storage device box 6 are mounted in the vertical direction by connecting the storage modules in series as in 1a to 1d and mounting them in the vertical direction. Although FIG. 1 shows an example in which the power storage modules 1a to 1d are mounted, the power storage modules 1e to 1h, 1i to 1m, and 1n to 1r shown in FIG. 3 are similarly mounted in the vertical direction. 1 and 3 show an example of four series and four parallels, but the number of series and parallel columns is not limited to this, and two or more series of power storage modules are arranged in the vertical direction by the number of power storage modules in series. It is configured to be loaded and provided in the same form for the number of parallel connections.

例えば、図4において、仮に鉛直方向に蓄電モジュール1a、1e、1i、1nを並列接続することで、これらの蓄電モジュールを組合せて鉛直方向に実装した場合、各並列接続間で流れる電流がアンバランスになる。
これは、鉛直方向に実装されている蓄電モジュールは、冷却風によって冷却され、蓄電モジュール間の温度ばらつきが無くなるように動作するが、蓄電装置箱6内では、暖かい空気が上段側に、そして、冷たい空気が下段側に分布するようになる。これにより、上段側の蓄電モジュール1aの温度が下段側の蓄電モジュール1nよりも温度が高くなる。リチウムイオン電池などの蓄電セルは、温度が高いほど内部抵抗が低下するため、上段側の蓄電モジュール1aの抵抗が下段側に対し小さくなり、蓄電モジュール1nよりも蓄電モジュール1aのほうが多くの電流が流れることになる。
For example, in FIG. 4, if the power storage modules 1a, 1e, 1i, and 1n are connected in parallel in the vertical direction, and these power storage modules are combined and mounted in the vertical direction, the current flowing between the parallel connections is unbalanced. become.
This is because the power storage module mounted in the vertical direction is cooled by the cooling air and operates so that there is no temperature variation between the power storage modules, but in the power storage device box 6, warm air is on the upper side, and Cold air is distributed on the lower side. As a result, the temperature of the upper power storage module 1a is higher than that of the lower power storage module 1n. Since the internal resistance of a power storage cell such as a lithium ion battery decreases as the temperature rises, the resistance of the power storage module 1a on the upper stage is smaller than that on the lower stage, and the power storage module 1a has more current than the power storage module 1n. Will flow.

蓄電モジュール1aと1nの電流値が異なることは、図3に示す蓄電モジュール1aと1nの間に電流アンバランスが発生したことであり、並列接続間でアンバランスになることを意味する。蓄電モジュール1aは温度が上昇して、抵抗が下がることで電流が大きくなり、より温度上昇が助長され、劣化しやすくなるという悪循環になる。   The difference between the current values of the power storage modules 1a and 1n means that a current imbalance has occurred between the power storage modules 1a and 1n shown in FIG. 3 and that there is an unbalance between the parallel connections. As the temperature rises and the resistance decreases, the electricity storage module 1a becomes larger in current, which is further promoted to increase in temperature and easily deteriorate.

これに対し、本実施例では、先に示したように、蓄電モジュール同士を直列接続して鉛直方向に搭載することで、各蓄電モジュールを流れる電流が均一となり、このような問題を防ぐことができる。
ただし、蓄電モジュール同士を直列接続すると、総合的な出力電圧は、各蓄電モジュールの出力電圧と、蓄電モジュール数の積となるため、各蓄電モジュールにおける複数の蓄電セルの接続に際し、直列と並列を組み合わせ、各蓄電モジュールの出力電圧を所定の電位に調整する。
On the other hand, in the present embodiment, as shown above, by connecting the power storage modules in series and mounting them in the vertical direction, the current flowing through each power storage module becomes uniform, and this problem can be prevented. it can.
However, if the storage modules are connected in series, the total output voltage is the product of the output voltage of each storage module and the number of storage modules.Therefore, when connecting multiple storage cells in each storage module, the series and parallel are connected. In combination, the output voltage of each power storage module is adjusted to a predetermined potential.

次に絶縁について説明する。図8に示す従来構成では、前述のように、絶縁材23a、23bが各モジュール間、あるいは蓄電装置箱20と蓄電モジュールの間に挿入されている。これは、蓄電装置箱20、あるいは蓄電装置箱20と同電位のヒートシンク24に対し電気的絶縁をとるためである。
一方、図1では、後述する冷却方式により冷却性能を確保しているため、ヒートシンクは実装しておらず、ヒートシンクとの絶縁は不要である。また蓄電モジュールのフレーム電位を、直列接続された蓄電モジュールの組合せ単位で同電位とすることにより、蓄電モジュール単位での絶縁が不要となる。このため、直列接続された蓄電モジュールの組合せ単位で絶縁すればよく、絶縁材の数量を減らし、コンパクト化することができる。
Next, insulation will be described. In the conventional configuration shown in FIG. 8, as described above, the insulating materials 23a and 23b are inserted between the modules or between the power storage device box 20 and the power storage module. This is because electrical insulation is provided for the power storage device box 20 or the heat sink 24 having the same potential as the power storage device box 20.
On the other hand, in FIG. 1, since the cooling performance is ensured by the cooling method described later, the heat sink is not mounted and the insulation with the heat sink is unnecessary. Further, by setting the frame potential of the power storage modules to the same potential in units of combination of power storage modules connected in series, insulation in units of power storage modules becomes unnecessary. For this reason, what is necessary is just to insulate in the unit of combination of the storage module connected in series, and the quantity of an insulating material can be reduced and it can make compact.

具体的には、図1では、蓄電モジュール1a〜1dを組合せ単位として、フレーム9上に固定させ、この組合せ単位を、蓄電装置箱6に支えるためのフレーム8との間で絶縁材3aを挿入して、電気的絶縁を確保する。また、冷却ファンユニット7は低圧回路と接続されるため、絶縁材2によって絶縁を確保する。なお、蓄電モジュールの組合せ単位と冷却ファンユニットとの絶縁をとるために、図1では絶縁材を挿入しているが、絶縁距離を確保した方式としてもよい。
ただし、従来例のように冷却ファンユニット7と蓄電モジュールの間に間隙があると、冷却効率が悪くなるため、図1に示すように絶縁材2によって冷却ファンユニット7と蓄電モジュール間を絶縁させ、冷却風ができるだけ外部に漏れずに蓄電モジュール内の蓄電セルに送風されるようにした構成が望ましい。また、蓄電モジュール1a、フレーム9、絶縁材2、3a、3b、そして、冷却ファンユニット7を一体化して、一体ユニット16としている。
Specifically, in FIG. 1, the power storage modules 1 a to 1 d are fixed as a combination unit on the frame 9, and the insulating material 3 a is inserted between the frame 8 for supporting the combination unit on the power storage device box 6. Thus, electrical insulation is ensured. In addition, since the cooling fan unit 7 is connected to the low voltage circuit, insulation is ensured by the insulating material 2. In addition, in order to insulate the combination unit of the power storage modules and the cooling fan unit, an insulating material is inserted in FIG. 1, but a system in which an insulation distance is secured may be used.
However, if there is a gap between the cooling fan unit 7 and the power storage module as in the conventional example, the cooling efficiency is deteriorated. Therefore, as shown in FIG. It is desirable that the cooling air be blown to the power storage cell in the power storage module without leaking to the outside as much as possible. In addition, the power storage module 1 a, the frame 9, the insulating materials 2, 3 a, 3 b and the cooling fan unit 7 are integrated to form an integrated unit 16.

最後に冷却について説明する。図5は蓄電モジュール1の内部構造を示した図である。
図5において、10は蓄電セル、11は電極接続線、12a、12bは、蓄電モジュール1のケースに設けた風壁、13a、13bは冷却風路を示す。図5(a)に、図1におけるA方向を示した蓄電モジュールの構成を示す。
Finally, cooling will be described. FIG. 5 is a diagram showing the internal structure of the power storage module 1.
In FIG. 5, 10 is a power storage cell, 11 is an electrode connection line, 12a and 12b are wind walls provided in the case of the power storage module 1, and 13a and 13b are cooling air paths. FIG. 5A shows the configuration of the power storage module showing the direction A in FIG.

冷却ファンユニット7の冷却ファン14aは、蓄電モジュール単位毎に設けられ、図5(a)の点線矢印に沿って冷却風が流れることで、蓄電セル10を冷却する。蓄電モジュール単位毎に冷却ファンを設けることによって、蓄電モジュール単位でファンをオンオフしたり、風量を調整することができ、蓄電モジュール間の温度差を低減させることができる。また、冷却ファンが複数あるため、一台あるいは、数台の冷却ファンが故障した場合でも、他の冷却ファンにより冷却することができるため、冗長性を向上できる。   The cooling fan 14a of the cooling fan unit 7 is provided for each power storage module unit, and cools the power storage cell 10 by flowing cooling air along the dotted line arrow in FIG. By providing a cooling fan for each power storage module unit, the fan can be turned on / off or the air volume can be adjusted for each power storage module unit, and a temperature difference between the power storage modules can be reduced. In addition, since there are a plurality of cooling fans, even if one or several cooling fans fail, it can be cooled by other cooling fans, so that redundancy can be improved.

図5(b)は図5(a)においてA方向からみた図、図5(c)は図5(b)におけるB方向からみた図である。
風壁12aは蓄電モジュール1の内部に、直線的に並んだ蓄電セル10の列の電極接続部に沿って設けたものである。風壁12bは、複数の蓄電セルの列間に設けたものであり、風壁12a、12bは、蓄電モジュール1の長手方向(図5(a)における左右方向)において、冷却風入口端から出口端に到るまで、冷却風を遮断する。
5B is a diagram viewed from the A direction in FIG. 5A, and FIG. 5C is a diagram viewed from the B direction in FIG. 5B.
The wind wall 12a is provided inside the power storage module 1 along the electrode connection portion of the row of the power storage cells 10 arranged linearly. The wind wall 12b is provided between the rows of the plurality of power storage cells, and the wind walls 12a and 12b are exited from the cooling wind inlet end in the longitudinal direction of the power storage module 1 (left-right direction in FIG. 5A). Shut off the cooling air until it reaches the edge.

この風壁12a、12bにより、冷却風が冷却風路13aおよび13bに集中し、蓄電セル10の胴体部に直接冷却風が集中的に送風されることとなる。
蓄電セルはセルの胴体部が最も発熱するため、冷却風をセルの胴体部に集中させることで、取り入れる外気温との温度差が大きくなり、冷却効率を向上することが可能となる。さらに、この構造によれば、風壁12aによって、電極面11には風が当たらないため、電極部の汚損を防止でき、電極汚損による絶縁劣化や導電性の低下を防ぐ効果もある。
なお、図1、図5では冷却風の向きが冷却ファンにより吸気する向きとしているが、冷却ファンから冷却風を排気し、蓄電モジュールに送る構成でもよい。また、冷却ファンの風量を、温度が高くなる上段側で大きくすることで、更なる温度均一化を図るようにしてもよい。
By these wind walls 12 a and 12 b, the cooling air is concentrated on the cooling air passages 13 a and 13 b, and the cooling air is intensively blown directly to the body portion of the storage cell 10.
Since the power storage cell generates the most heat in the body of the cell, by concentrating the cooling air on the body of the cell, the temperature difference from the outside air temperature to be taken in becomes large, and the cooling efficiency can be improved. Furthermore, according to this structure, wind does not hit the electrode surface 11 due to the wind wall 12a, so that the electrode portion can be prevented from being stained, and there is also an effect of preventing insulation deterioration and conductivity deterioration due to electrode contamination.
1 and 5, the direction of the cooling air is taken in by the cooling fan. However, the cooling air may be exhausted from the cooling fan and sent to the power storage module. Further, the temperature of the cooling fan may be increased on the upper side where the temperature becomes higher so as to achieve further uniform temperature.

以上に示した、実装、絶縁、冷却の観点で特徴を有する蓄電モジュールを組み合わせて蓄電装置を構成することで、高い冷却性能を確保しつつ、蓄電セルあるいは蓄電モジュール間の温度差を小さくでき、また、必要最小限で絶縁性能を確保でき、必要な冷却性能および絶縁性能と小型化を同時に実現することができる。   By configuring the power storage device by combining the power storage modules characterized in terms of mounting, insulation, and cooling as described above, it is possible to reduce the temperature difference between the power storage cells or the power storage modules while ensuring high cooling performance, Further, the insulation performance can be ensured with the minimum necessary, and the necessary cooling performance, insulation performance and downsizing can be realized at the same time.

[実施例2]
図6は、本発明の実施例2に関わる蓄電装置の構成例を示す図である。実施例1との構成の違いは、冷却ファンユニット7の冷却ファンを1台の構成(冷却ファン14aのみ)としていることである。これにより、ファン台数を減らすことができ、ファンへの配線数も減すことができるため、経済的である。その際、ファンから導入あるいは吸引される冷却風が、各蓄電モジュールに均等に分配されるよう、ファンと各蓄電モジュールの間に分配ダクトを設けたり、蓄電モジュールの冷却風取入口の面積を下方から上方に向けて順次大きくすることにより、さらに温度の均一化を図ることが可能となる。
[Example 2]
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration example of a power storage device according to the second embodiment of the present invention. The difference from the first embodiment is that the cooling fan unit 7 has a single cooling fan (only the cooling fan 14a). Thereby, the number of fans can be reduced, and the number of wirings to the fans can be reduced, which is economical. At that time, a distribution duct is provided between the fan and each power storage module so that the cooling air introduced or sucked from the fan is evenly distributed to each power storage module, or the area of the cooling air intake of the power storage module is lowered. The temperature can be made more uniform by sequentially increasing from the top to the top.

[実施例3]
図7は、本発明の実施例3の蓄電装置の構成例を示す図である。実施例1との構成の違いは、蓄電モジュールの水平方向左右にも絶縁材3cを有した構成としている。これによって一体ユニット16間のスペースを縮小でき、更に小型化した蓄電装置箱を実現できる。
[Example 3]
FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration example of the power storage device according to the third embodiment of the present invention. The difference from the configuration of the first embodiment is that the power storage module has the insulating material 3c on the left and right in the horizontal direction. Thereby, the space between the integrated units 16 can be reduced, and a further miniaturized power storage device box can be realized.

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。
例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included.
For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.

1、111・・・蓄電モジュール、2・・・対冷却ファン間の絶縁材、
3a、3b、3c・・・対蓄電装置箱間の絶縁材、5、2・・・冷却ファン、
6・・・蓄電装置箱、7・・・冷却ファンユニット、
8・・・蓄電モジュールを搭載するためのフレーム、
9・・・蓄電装置箱と蓄電モジュールを接続するためのフレーム、
10・・・蓄電セル、11・・・電極接続線、12a、12b・・・風壁、
13a、13b・・・冷却風路、14a、14b・・・冷却ファン、
15・・・冷却ファンを搭載するためのフレーム、16・・・一体ユニット
1, 111 ... power storage module, 2 ... insulating material between cooling fans,
3a, 3b, 3c ... insulating material between power storage device boxes, 5, 2 ... cooling fan,
6 ... power storage device box, 7 ... cooling fan unit,
8: Frame for mounting the storage module,
9: Frame for connecting the power storage device box and the power storage module;
10 ... electric storage cell, 11 ... electrode connection line, 12a, 12b ... wind wall,
13a, 13b ... cooling air passages, 14a, 14b ... cooling fans,
15 ... Frame for mounting cooling fan, 16 ... Integral unit

Claims (6)

複数の蓄電セルの直列接続、並列接続、あるいは、直列接続と並列接続を組み合わせ、所定の電位とした蓄電モジュールと、絶縁材と、冷却ユニットとを備え、
前記蓄電モジュールは、蓄電セルの胴体部周辺に沿って冷却風路を有するケース内に前記蓄電セルを配列したものであり、
前記蓄電モジュールを複数組み合わせて直列接続するとともに、前記ケースのそれぞれに設けた冷却風取入口に、前記冷却ユニットからの冷却風が直接導入されるよう配列し、前記蓄電モジュールと、前記蓄電モジュール及び前記冷却ユニットを収納する蓄電装置箱との間に絶縁材を設けるとともに、各蓄電モジュールと、前記冷却ユニットとの間に絶縁材を介して一体ユニットとしたことを特徴とする蓄電装置。
A series connection of a plurality of storage cells, a parallel connection, or a combination of series connection and parallel connection, a storage module having a predetermined potential, an insulating material, and a cooling unit,
The power storage module is a structure in which the power storage cells are arranged in a case having a cooling air passage along the periphery of the body portion of the power storage cell,
A plurality of the power storage modules are combined and connected in series, and arranged so that the cooling air from the cooling unit is directly introduced into the cooling air intakes provided in each of the cases, the power storage module, the power storage module, An electrical storage device , wherein an insulating material is provided between the electrical storage device box that houses the cooling unit, and an integrated unit is provided between each electrical storage module and the cooling unit via an insulating material.
請求項1に記載の蓄電装置において、
前記一体ユニットを、鉛直方向、水平方向、あるいは鉛直方向と水平方向を組み合わせて積層したことを特徴とする蓄電装置。
The power storage device according to claim 1,
A power storage device, wherein the integrated unit is stacked in a vertical direction, a horizontal direction, or a combination of a vertical direction and a horizontal direction.
請求項1または2に記載の蓄電装置において、
前記冷却ユニットは、各蓄電モジュール毎に設けた冷却ファンユニットであることを特徴とする蓄電装置。
The power storage device according to claim 1 or 2,
The power storage device, wherein the cooling unit is a cooling fan unit provided for each power storage module.
請求項3に記載の蓄電装置において、
前記冷却ファンユニットは、前記蓄電モジュールのうち、上段側のファン風量が下段側ファン風量より大きく設定されていることを特徴とする蓄電装置。
The power storage device according to claim 3,
The power storage device according to claim 1, wherein the cooling fan unit is configured such that, in the power storage module, an upper fan air volume is set larger than a lower fan air volume.
請求項1〜4のいずれか1項に記載の蓄電装置において、
前記蓄電モジュール内部に、前記冷却ユニットからの冷却風に沿って直線的に配列された蓄電セルの列における電極接続部位置に対応して、風壁を設けたことを特徴とする蓄電装置。
In the electrical storage apparatus of any one of Claims 1-4,
A power storage device, wherein a wind wall is provided inside the power storage module corresponding to the electrode connection portion position in a row of power storage cells arranged linearly along the cooling air from the cooling unit.
請求項4に記載の蓄電装置において、
前記蓄電セルが複数列設けられ、各列間に、前記冷却ユニットからの冷却風に沿って、
風壁を設けたことを特徴とする蓄電装置。
The power storage device according to claim 4,
The storage cells are provided in a plurality of rows, and between each row, along the cooling air from the cooling unit,
A power storage device provided with a wind wall.
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