JP6782435B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本開示は、複数の電池モジュールがラックに収納されて構成される蓄電装置に関する。

従来、下記特許文献１には、複数の単電池を組み合わせてそれぞれ構成される複数の電池パックがラックに区画形成された収納空間にそれぞれ収納されている電源装置が記載されている。この蓄電装置では、各収納空間に電池パックを挿入して収納すると、電池パックの背面に配置された出力端子が、収納空間の奥側に設置された入力端子に挿入される。これにより、ラックに収納された複数の電池パックが、ラックの背面側において入力端子間に接続された接続リードによって、互いに直列または並列に接続される。

国際公開ＷＯ２０１２／１３２１３４号公報

ところで、複数の電池モジュールをラックに収納してなるラック型の蓄電装置において、感電防止の観点から、ラックの背面側において各電池モジュールに接続されるコネクタ端子およびケーブルが露出しないように背面板を設置することが好ましい。しかし、背面板を設置すると、電池パックに対するコネクタ端子の接続状態を外側から監視することができないという問題がある。

本開示の目的は、複数の電池モジュールをラックに収納して構成される蓄電装置において、各電池モジュールのコネクタ端子あるいは各電池モジュール間を接続するケーブルへの接触防止を図りながら、コネクタ端子あるいはケーブルの接続状態を外側から監視できるようにした蓄電装置を提供することである。

本開示に係る蓄電装置は、複数の電池モジュールと、複数の電池モジュールを並べて収納するラックと、ラックの一方側面に取り付けられる壁板であって、電池モジュールに着脱可能に接続されたコネクタ端子に対向して設けられる、少なくとも一部が透明な壁板と、を備える。

本開示に係る蓄電装置によれば、各電池モジュールに接続されたコネクタ端子に対向してラックの一方側面に壁板が取り付けられていることで、コネクタ端子に対して不用意に触れてしまうのを防止でき、蓄電装置の安全性が向上する。また、壁板は少なくとも一部が透明であるため、電池モジュールに対するコネクタ端子の接続状態をラックの外側から監視することができる。

本開示の一実施形態である蓄電装置を前方側から見た斜視図である。 蓄電装置を後方側から見た斜視図である。 蓄電装置の部分正面図である。 ラックに収納された１つの電池モジュールを示す上面図である。 図４における電池モジュールの後端側を拡大して示す図である。 蓄電装置の変形例を示す、図４と同様の図である。 蓄電装置の別の変形例を示す、図４と同様の図である。

以下に、本開示に係る実施の形態について添付図面を参照しながら詳細に説明する。この説明において、具体的な形状、材料、数値、方向等は、本開示の理解を容易にするための例示であって、用途、目的、仕様等にあわせて適宜変更することができる。また、以下において複数の実施形態や変形例などが含まれる場合、それらの特徴部分を適宜に組み合わせて用いることは当初から想定されている。

以下においては、図１等において水平な一方向を示す矢印Ｘ方向を「幅方向」といい、矢印Ｘ方向と直交する水平な矢印Ｙ方向を「長さ方向」といい、矢印ＸおよびＹと直交する矢印Ｚ方向を「上下方向」または「高さ方向」という。また、長さ方向に関し、一方側を「前」、他方側を「後」という。

図１は、本開示の一実施形態である蓄電装置１０を前方側から見た斜視図である。図２は、蓄電装置１０を後方側から見た斜視図である。また、図３は、蓄電装置１０の部分正面図である。

図１に示すように、蓄電装置１０は、ラック１１に複数の電池モジュール２を収納して構成される。本実施形態では、ラック１１に例えば２０個の電池モジュール２を所定の間隔で上下方向に並べて収納する例が示されている。もっとも、１つのラック１１に収納する電池モジュール２の数は、これに限定されるものではなく、各電池モジュール２の外形寸法や定格容量などに応じて、適宜に変更され得るものである。

図１および図２に示すように、ラック１１は、底部枠１２と、天井枠１４と、４本の支柱１６，１８，２０，２２とを有する。ラック１１には、例えば１９インチラック等の標準的なラックを用いることができる。ラック１１は、重量がある電池モジュール２を多数収納した場合でも耐えうる強度を有することが好ましく、例えばスチール製のものが好適に用いられる。

底部枠１２および天井枠１４はいずれも長方形状フレームとして形成されている。底部枠１２は、４本の底部フレームをボルト等の締結部材で連結することによって構成されてもよいし、あるいは、予め一体形成されていてもよい。また、底部枠１２の中央部には、補強フレーム１３が幅方向に沿って配置されている。補強フレーム１３の両端は、ボルト等の締結部材によって底部枠１２に連結されている。

本実施形態において、天井枠１４は、底部枠１２と同様に、４本の底部フレームをねじ又はボルト等の締結部材で連結することによって構成されてもよいし、あるいは、予め一体形成されていてもよい。なお、本実施形態では、天井枠１４が天井板を含まない形態である例を示すが、これに限定されるものではなく、埃等の堆積を低減するために天井枠１４の上面を閉じる天井板が別部材で又は一体に設けられてもよい。また、天井枠１４についても、底部枠１２と同様に、中央に補強フレームを架設して、フレーム構造体の強度を高めてもよい。

４本の支柱１６，１８，２０，２２は、底部枠１２および天井枠１４の四隅のコーナー部に対応して立設されている。各支柱１６，１８，２０，２２は、上下方向に沿って延伸する長尺状の部材であり、例えば断面形状がＬ字状やコの字状のアングル部材が用いられる。また、各支柱１６，１８，２０，２２の下端および上端は、例えばねじ又はボルト等の締結部材によって底部枠１２および天井枠１４にそれぞれ締結されている。これにより、底部枠１２、天井枠１４および４本の支柱１６，１８，２０，２２は、直方体の１２辺に対応するフレーム部分を含むフレーム構造体を構成している。

４本の支柱のうち前方に位置する２本の支柱１６，２０には、多数の取付穴２６が上下方向に沿って所定ピッチで形成されている。また、ラック１１において後方に位置する２本の支柱１８，２２にも、多数の取付穴２８が上下方向に沿って所定ピッチで形成されている。以下において、ラック１１の２本の支柱１６，２０を前方支柱といい、他の２本の支柱１８，２２を後方支柱ということがある。

ラック１１には、サイドパネル３０が取り付けられている。サイドパネル３０は、幅方向Ｘの一方側の側面において、前端部が前方支柱１６の取付穴２６に図示しないねじ等によって固定され、後端部が後方支柱１８の取付穴２８に図示しないねじ等によって固定されている。

また、図示しないが、ラック１１の幅方向他方側の側面にも、サイドパネル３０が取り付けられている。このサイドパネル３０は、前端部が前方支柱２０の取付穴２６に図示しないねじ等によって固定され、後端部が後方支柱２２の取付穴２８に図示しないねじ等によって固定されている。

本実施形態では、ラック１１の幅方向両側に、各４つのサイドパネル３０がそれぞれ取り付けられた例が示される。また、各サイドパネル３０は、例えば金属板によって形成されており、ラック１１の幅方向内側へ突出するように水平方向に沿って折り曲げ形成された支持部３２を有している。各サイドパネル３０には、例えば５つの支持部３２がそれぞれ形成されている。

ラック１１の幅方向両側に取り付けられたサイドパネル３０の支持部３２は、同じ高さ位置に支持部３２が突出するように配置されている。これにより、ラック１１の前方側から電池モジュール２を挿入して、幅方向両側にある２つの支持部３２上に載置すると、扁平な直方体状をなす電池モジュール２が水平状態で収納される。このようにして、ラック１１には、サイドパネル３０の支持部３２の数に対応する２０個の電池モジュール２を収納することができる。

このように本実施形態におけるラック１１は、金属板によって形成されたサイドパネル３０が前方支柱１６，２０と後方支柱１８，２２との間に架設されているので、ラック１１の構造的強度が向上し、重量がある電池モジュール２を上下方向に多数収納することが可能になる。

図３に示すように、電池モジュール２の前方側面の幅方向両側には、固定部３４が溶接等によって取り付けられている。ラック１１に収納された電池モジュール２は、固定部３４の貫通孔にねじ３６を挿通して、サイドパネル３０に形成されている雌ねじ孔に締め付けることによってラック１１に固定される。

また、ラック１１に収納および固定された各電池モジュール２の間には、ラック１１の前面側に開口する隙間３８が形成されている。この隙間３８の幅方向両側は、サイドパネル３０を構成する金属板によって塞がれている。この隙間３８は、後述するファンの作動によってラック１１の前面側から吸引された空気が流れる冷却流路として機能する。

図１および図２を再び参照すると、ラック１１の後面（一方側面）には、背面板（壁板）４０が取り付けられている。本実施形態における背面板４０は、バックパネル４１とファンパネル４２とによって構成される。

バックパネル４１は、後述するように電池モジュール２のケースに接続されるコネクタ端子に対向しない部分に対向して設置される。バックパネル４１は、例えば金属板によって構成されるのが好適である。このように、樹脂板と比較して一般的に剛性が高い金属板によって背面板４０の一部を構成することで、背面板４０の強度を向上させることができる。バックパネル４１は、幅方向一方端部がサイドパネル３０の後壁面にねじ等によって取り付けられ、幅方向他方端部がファンパネル４２にねじ等によって取り付けられている。

また、バックパネル４１は、上下方向において複数に分割されていることが好ましい。本実施形態では、バックパネル４１は、サイドパネル３０に対応して４つに分割されている例が示される。このように分割されていることで、ラック１１にバックパネル４１を取り付ける作業が容易になる利点がある。ただし、これに限定されず、上下方向に細長い一枚のバックパネルを用いてもよい。

ファンパネル４２は、少なくとも一部が透明な壁板である。ファンパネル４２は、後述するように、電池モジュール２に接続されているコネクタ端子に対向して設けられている。ファンパネル４２は、幅方向一方端部がバックパネル４１にねじ等によって接続され、幅方向他端部が後方支柱２２の取付穴２８にねじ等によって取り付けられている。

ファンパネル４２は、バックパネル４１と同様に、上下方向において複数に分割されているのが好ましい。このように分割されていることで、ラック１１にファンパネル４２を取り付ける作業が容易になる利点がある。ただし、これに限定されず、上下方向に細長い一枚のファンパネルを用いてもよい。

また、図２に示すように、４つに分割された各ファンパネル４２には、各２つのファン４４がそれぞれ取り付けられている。ファン４４を作動させることによって、ラック１１に収納された電池モジュール２間の隙間３８に前方から空気が吸引されて導入される。そして、空気は、隙間３８内を後方に流れて、ファン４４から排気される。このようにして電池モジュール２の上面および下面に沿って空気が流れることで、電池モジュール２が冷却される。

図４は、ラック１１に収納された１つの電池モジュール２を示す上面図である。図４に示すように、電池モジュール２は、上面が前後方向に細長い略長方形状をなすケース３を備える。ケース３は、図１〜図３に示すように扁平形状に形成されている。ケース３は、例えば、金属製または樹脂製の筐体によって構成される。

ケース３内には、複数の電池ブロック４が収容されている。本実施形態では、電池モジュール２が８つの電池ブロック４が整列して収容されている例が示される。各電池ブロック４には、多数の単電池５が金属製または樹脂製のホルダ６によって整列した状態で保持されている。

電池ブロック４に含まれる単電池５は、互いに並列接続されている。また、電池モジュール２に含まれる各電池ブロック４は、互いに、並列接続、直列接続、または、直列と並列の組み合わせで接続されている。単電池５には、例えばリチウムイオン二次電池が好適に用いられる。なお、単電池５は、円筒型の二次電池に限定されるものではなく、角形の二次電池であってもよい。

ケース３の一部には、切欠き部７が形成されている。切欠き部７は、略扁平直方体状をケース３の長さ方向Ｙの後方側の一方角部に形成されている。切欠き部７は、平面視で略長方形状に切り欠かれて形成されている。切欠き部７は、ファン４４が取り付けられたファンパネル４２に対向する側壁面７ａと、サイドパネル３０に対向する側壁面７ｂとを有する。このように電池モジュール２のケース３に形成された切欠き部７は、ファンパネル４２およびサイドパネル３０と共にダクト空間４６を画定している。ダクト空間４６は、ラック１１の上下方向に延伸して形成されている。

電池モジュール２において、切欠き部７を形成する側壁面７ａには、コネクタ端子８が接続されている。コネクタ端子８は、ケース３内に収納されている各電池ブロック４に含まれる各単電池５に電気的に接続されている。コネクタ端子８からは、ケーブル９が延出している。ケーブル９は、電力入出力用の電力ケーブルと、電池モジュール２のケース３内に設置された電圧センサ、電流センサおよび温度センサ（いずれも図示せず）の各検出信号を出力する信号ケーブルが含まれる。ケーブル９は、隣接する電池モジュール２間で電気的、例えば直列に接続され、ダクト空間４６内を上方に配索されて後述するコントローラに接続されている。電池モジュール２間におけるケーブル９の接続は、各電池モジュール２に対応するコネクタ端子８にケーブル９の各端末が接続されることにより行われている。

電池モジュール２のケース３内には、制御基板２ａが収納されている。制御基板２ａは、当該電池モジュール２の入出力電力の制御や電池状態を監視する等の機能を有する。制御基板２ａは、ケース３内において、長さ方向Ｙの後方側端部であって切欠き部７が形成されていない他方の角部側に配置されている。このように切欠き部７を避けた位置に制御基板２ａを配置してケース３内の空間を有効利用することで、電池モジュール２の小型化を図れる。

図１および図２を再び参照すると、蓄電装置１０の上部には、コントローラ４８が設置されている。コントローラ４８は、ラック１１において最上部に収納されている電池モジュール２の上面に設置することができる。そして、コントローラ４８には、ダクト空間４６の上方開口部から延出するケーブル９が接続されている。これにより、コントローラ４８は、蓄電装置１０に含まれる各電池モジュール２について電力の入出力制御を行うことができる。また、コントローラ４８は、各電池モジュール２からケーブル９を介して送信される電圧、電流、温度等の検出信号に基づいて、各電池モジュール２の状態を監視することができる。

図５は、図４における電池モジュール２の後端側を拡大して示す図である。図５に示すように、ラック１１の後面に取り付けられている背面板４０は、金属板製のバックパネル４１と、少なくとも一部が透明なファンパネル４２とから構成されることは上述した通りである。ファンパネル４２は電池モジュール２に接続されたコネクタ端子８に対向して設置され、バックパネル４１は、電池モジュール２においてコネクタ端子８が接続されていない部分、すなわち、ケース３の後壁面３ａに対向して設置される。バックパネル４１およびファンパネル４２は、幅方向の略中央においてねじ５０によって連結されている。

図５では、ファン４４が作動したときに、ラック１１に収納された複数の電池モジュール２間に形成される隙間３８に発生する空気流を白抜き矢印で示してある。ファン４４が作動すると、隙間３８の前方開口部から空気が吸引されて流れ込む。また、隙間３８の幅方向両側は、サイドパネル３０によって塞がれている。したがって、隙間３８に流れ込んだ空気は、電池モジュール２のケース３の上面および下面に沿って後方に流れ、その間に電池モジュール２を冷却する。

背面板４０の一部を構成するバックパネル４１は、開口が形成されていない金属板によって形成されている。そのため、隙間３８内を後方に流れてきた空気は、バックパネル４１によって規制されることによって、ファンパネル４２の方へ流れる。この意味において、背面板４０は、電池モジュール２を冷却するための空気の流れを規制する規制板として機能する。

そして、電池モジュール２間の隙間３８を後方に流れてきた空気は、切欠き部７によって区画されるダクト空間４６に流れ込み、そこからファン４４を介して外部に排気される。

背面板４０の一部を構成するファンパネル４２は、ファン４４の設置部である。また、ファンパネル４２は、電池モジュール２の切欠き部７およびサイドパネル３０と共に、ダクト空間４６を区画形成している。本実施形態では、ファンパネル４２は、例えばアクリル板、ポリカーボネート板等の透明な樹脂板によって構成されるのが好適である。このように透明なファンパネル４２は、電池モジュール２のケース３の切欠き部７を形成する側壁面７ａに接続されているコネクタ端子８に対向して設置されている。

このように各電池モジュール２にそれぞれ接続されたコネクタ端子８に対向して壁板４０のファンパネル４２が設けられていることで、コネクタ端子８やケーブル９の電気的接続部に対して不用意に触れてしまうのを防止でき、蓄電装置１０の安全性が向上する。また、ファンパネル４２はファン４４の取付部分を除いて透明であるため、電池モジュール２に対するコネクタ端子８の接続状態をラックの外側から容易に監視することができる。具体的には、蓄電装置１０の外側からコネクタ端子８の接続状態が不完全でないかを、人が目視で監視または確認してもよい。あるいは、コネクタ端子８の接続状態が不完全であると発熱するため、ファンパネル４２を介してサーモグラフィ等を用いてコネクタ端子８の温度を監視してもよい。
更に、長期利用時にコネクタ端子８やケーブル９の電気的な接続部、あるいはファン４４の電気的な接続部における埃の堆積の確認を透明なファンパネル４２を通して行え、メンテナンス性の向上が図れる。

ここで、ファンパネル４２は、無色透明な板材で形成されるのが好ましいが、これに限定されるものではない。ファンパネル４２は、コネクタ端子８やケーブル９の接続状態が外側から監視できれば、有色透明であってもよいし、あるいは、半透明であってもよい。

図６は、蓄電装置の変形例を示す、図４と同様の図である。図６に示すように、この蓄電装置１０ａでは、電池モジュール２のケース３の後端部に切欠き部が形成されていない。このため、電池モジュール２のケース３は、上面視で長方形状をなしている。また、コネクタ端子８は、電池モジュール２の幅方向中央位置に接続されている。

蓄電装置１０ａにおける背面板４０ａは、幅方向にわたって連続する透明な樹脂板によって構成されている。背面板４０ａは、上下方向において複数に分割されていてもよい。また、背面板４０ａにはファン４４が設置されているが、ファン４４はコネクタ端子８に対向する位置を避けた位置、具体的には電池モジュール２の幅方向の一方端側に寄った位置に取り付けられるのが好ましい。これにより、コネクタ端子８の接続状態を監視し易くなる。さらに、蓄電装置１０ａにおいても、背面板４０ａは、電池モジュール２が収納されたラック１１の後面を塞いだ状態に取り付けられているため、ファン４４の作動によって生じる空気流を規制する規制板としても機能する。

図７は、蓄電装置の別の変形例を示す、図４と同様の図である。図７に示すように、この蓄電装置１０ｂでは、電池モジュール２のケース３の後壁面３ａにファン４４が取り付けられている。そして、ファン４４は、透明な樹脂板で形成された背面板４０ｂの開口部を介して後方に露出している。

この場合、ファン４４の作動によって、電池モジュール２のケース３内に空気流が生じることになる。そのため、電池モジュール２に含まれる電池ブロック４をより効果的に冷却することができる。また、この場合、ラック１１に収納される複数の電池モジュール２間に空気通路となる隙間を形成しなくても良いので、ラック１１により多くの電池モジュール２を収納できる。これにより、同じ設置スペースで電池モジュール２の数が増えることで、蓄電装置を高エネルギー密度化することができる。

なお、本発明に係る蓄電装置は、上述した実施形態および変形例に限定されるものではなく、種々の変更や改良が可能である。

例えば、上記においては、背面板４０，４０ａ，４０ｂの一部または全部が透明な樹脂板によって構成される例について説明したが、これに限定されるものではない。背面板を蓄電装置の幅方向に一体的に連続する１枚または複数枚の金属板で構成し、金属板のコネクタ端子の対向部分に例えば矩形状の開口部を形成し、この透明な樹脂板、ガラス板等を嵌め込んで窓部を形成してもよい。

また、上記においては、蓄電装置１０の後面に壁板を設置した例について説明したが、ラック１１に収納された電池モジュールの前面または側面にコネクタ端子が接続される場合には、蓄電装置の前面または側面に壁板を設置してもよい。

さらに、上記において、蓄電装置１０は、複数の電池モジュールを上下方向に並んだ状態で収納するラックを使用した例について説明したが、複数の電池モジュールを左右方向に並んだ状態で収納するラックを使用してもよい。このようなラックを用いて、背面板４０をバックパネル４１とファンパネル４２とによって構成する場合、バックパネル４１とファンパネル４２とは上下方向に配置され、バックパネル４１は左右方向において複数に分割されていることが好ましい。

２ 電池モジュール、２ａ 制御基板、３ ケース、３ａ 後壁面、４ 電池ブロック、５ 単電池、６ ホルダ、７ 切欠き部、７ａ，７ｂ 側壁面、８ コネクタ端子、９ ケーブル、１０，１０ａ，１０ｂ 蓄電装置、１１ ラック、１２ 底部枠、１３ 補強フレーム、１４ 天井枠、１６，１８，２０，２２ 支柱、２６，２８ 取付穴、３０ サイドパネル、３２ 支持部、３４ 固定部、３８ 隙間、４０，４０ａ，４０ｂ 背面板（壁板）、４１ バックパネル、４２ ファンパネル、４４ ファン、４６ ダクト空間、４８ コントローラ、５０ ねじ。

Claims (4)

1. 複数の電池モジュールと、
   前記複数の電池モジュールを並べて収納するラックと、
   前記ラックの一方側面に取り付けられる壁板であって、前記電池モジュールに着脱可能に接続されたコネクタ端子に対向して設けられる、少なくとも一部が透明な壁板と、を備え、
   前記電池モジュールには前記コネクタ端子が接続される位置に切欠き部が形成され、前記切欠き部と前記壁板とによって画定される空間に前記コネクタ端子および該コネクタ端子から延出するケーブルが収容されている、蓄電装置。
2. 請求項１に記載の蓄電装置であって、
   前記壁板は、前記電池モジュールを冷却するための空気の流れを発生させるファンが設置されると共に、前記空気の流れを規制する規制板として機能する、蓄電装置。
3. 請求項１または２に記載の蓄電装置であって、
   前記壁板は、前記コネクタ端子に対向する部分が透明な板材で構成され、前記コネクタ端子に対向しない部分が金属板で構成されている、蓄電装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の蓄電装置であって、
   前記壁板は、複数に分割されている、蓄電装置。
   

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