JP6785452B2 - 蓄電装置 - Google Patents

Description

本開示は、蓄電装置に関する。

従来、例えば特許文献１には、単位電池であるラミネート電池を略平板状の電池収容体の両面に２つずつ、計４つを両面テープ等で取り付けて電池モジュールを構成し、このような電池モジュールを筐体内においてそれぞれ縦方向に沿って立てた状態で横並びに複数収容してなる蓄電装置が記載されている。また、特に、特許文献１の図２および図３を参照すると、平面視で略長方形状をなす上記電池収容体の一方端部に取手貫通孔（２３５）を含む取手部（２３６）が突出して設けられ、その両側に第１および第２コネクタ（２３２，２３４）が取り付けられていることが示されている。

国際公開第２０１３／０１１８３６号パンフレット

ところで、蓄電池のケース背面に電気接続用のコネクタが突出して設けられていると、コネクタの突出とコネクタから延出するケーブルの配索を考慮して空間を確保する必要がある。そのため、このような蓄電池を筐体内に複数収容するか或いはラックに複数載置して蓄電装置を構成した場合、蓄電池の背面側に空間を確保する必要になり、コネクタを含む蓄電池の寸法が長くなって蓄電装置の設置スペースが大きくなるという問題があった。

本開示の蓄電装置は、複数の単電池を含む電池モジュールと、電池モジュールを収納するケースと、ケースの側壁に設置されて電池モジュールを構成する各単電池に電気的に接続されているコネクタと、を備える蓄電池をラックに積層状態に複数載置して構成される蓄電装置であって、ケースの一部にケースの厚さ方向に沿ってケースの側壁全体に沿って延びる切欠き部を設け、ラックに蓄電池を複数載置した状態においてケースのそれぞれの切欠き部とラックの少なくとも一面を構成するパネルとにより画定されるコネクタ収容空間が形成されており、コネクタはコネクタ収容空間を画定するケース切欠側壁から突出してコネクタ収容空間内に位置していると共に、コネクタ収容空間は蓄電池を冷却する冷媒が流れる冷媒通路を形成しているものである。

本開示に係る蓄電池およびこれを用いた蓄電装置によれば、ケースの切欠き部によって形成されるコネクタ収容空間内にコネクタを設置したことで、蓄電池のケース背面からコネクタが飛び出した状態にならない。これにより、コネクタを含めた蓄電池の寸法が小さくなり、複数の蓄電池により構成される蓄電装置を小型化できる。その結果、蓄電装置の設置スペースを小さくすることができる。

図１は本発明の一実施形態である蓄電池をラックに複数収納して構成される蓄電装置を斜め前方から見た斜視図である。 図２は図１に示した蓄電装置を斜め後方から見た状態で示す斜視図である。 図３は蓄電池が収納されていない状態のラックを示す図１と同様の斜視図である。 図４はフレーム構造体にサイドパネル、バックパネル、および、ファンパネルが取り付けられたラックの斜視図である。 図５はサイドパネルの正面図である。 図６は図５に示したサイドパネルを前方から見た側面図である。 図７は蓄電装置を前方から見た一部正面図である。 図８（ａ）はラックに収容された蓄電池を上方から見た状態で示す図（一部拡大図含む）であり、図８（ｂ）は従来例の蓄電池を上方から見た状態で示す図である。 図９は冷媒通路における空気の流れを概略的に示す図である。

以下に、本発明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、本発明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等において水平面上の一方向を示す矢印Ｘ方向を「幅方向」といい、矢印Ｘ方向と直交する水平面上の矢印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、本発明の一実施形態である蓄電池２を蓄電池用ラック（以下、適宜に「ラック」とだけいう）１０に複数収納して構成される蓄電装置１を斜め前方から見た状態で示す斜視図である。図２は、蓄電装置１を斜め後方から見た状態で示す斜視図である。図３は、蓄電池が収納されていない状態のラック１０を示す図１と同様の斜視図である。

図１に示すように、蓄電装置１は、ラック１０に複数の蓄電池２が上下方向に多段に収納されて構成されている。ラック１０は、蓄電池２を例えば２０個、所定の間隔で上下方向に並べて収納することが想定されている。ただし、１つのラック１０に収納する蓄電池２の数は、これに限定されるものではなく、各蓄電池２の外形寸法、定格容量、各蓄電池に対する冷却性能を確保するために必要な冷媒通路の寸法等に応じて、適宜に変更され得るものである。

以下では、まずラック１０について説明し、その後で蓄電池２について説明する。

図１ないし図３に示すように、ラック１０は、底部枠１２と、天井枠１４と、４本の支柱１６，１８，２０，２２とを備える。ラック１０には、例えば１９インチラック等の従来からある標準的なラックを用いることができる。ラック１０は、重量がある蓄電池２を多数収納した場合でも耐え得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１１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、例えばいわゆるＬ字やコの字アングルが用いられる。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１１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は、多数の取付穴が所定ピッチで上下方向に沿って形成されている取付部１７，２１を有する。また、ラック１０において後方に位置する２本の支柱１８，２２は、多数の取付穴が所定ピッチで形成されている取付部を有している。以下において、ラック１０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。

図３に示すように、前方支柱１６，２０の取付部１７，２１は、上下方向に延在し且つ長さ方向に張り出した細幅の取付板２４をそれぞれ有する。取付板２４には、多数の取付穴２６が所定ピッチで形成されている。また、ラック１０の後方支柱１８，２２において互いに対向する側面にも、上記と同様の所定ピッチで多数の取付穴２８がそれぞれ形成されている。

図４は、フレーム構造体１１にサイドパネル、バックパネル、および、ファンパネルが取り付けられたラック１０の斜視図である。

図１、図２および図４に示すように、ラック１０は、サイドパネル３０を備える。サイドパネル３０は、幅方向Ｘの一方の側面において、前方支柱１６および後方支柱１８の一方の支柱組に架設されている。また、サイドパネル３０は、幅方向Ｘの他方の側面において、前方支柱２０および後方支柱２２の他方の支柱組に架設されている。これにより、サイドパネル３０は、ラック１０において幅方向Ｘに対向する側壁面を構成している。本実施形態では、ラック１０の幅方向両側に各４枚のサイドパネル３０が取り付けられている例が示される。

また、ラック１０は、バックパネル６０およびファンパネル７０を備えるのが好適である。バックパネル６０は、後述するように、後方支柱１８，２２間においてサイドパネル３０の後壁面に取り付けられてもよいし、あるいは、後方支柱１８，２２に取り付けられてもよい。

ファンパネル７０は、ラック１０の後面において、バックパネル６０と後方支柱２２とにねじ等で取り付けられている。図２に示すように、ファンパネル７０には、例えば円形の取付穴７２が形成されている。この取付穴７２にファン７４（図８（ａ）参照）が取り付けられる。ファン７４は、後述するようにサイドパネル３０によってラック１０に蓄電池２が載置収納されたとき、各蓄電池２間に形成される冷媒通路に空気等の冷却媒体を流す機能を有する。冷却媒体である空気が各蓄電池２間の冷媒通路を流れる様子については後述する。

図５はサイドパネル３０の正面図であり、図６はサイドパネル３０を前方から見た側面図である。また、図７は、蓄電装置１を前方から見た一部正面図である。ラック１０において、前方から見て右側に取り付けられるサイドパネル３０と、左側に取り付けられるサイドパネル３０とは、鏡面対称の形状を有する。したがって、以下においては、ラック１０の右側に取り付けられるサイドパネル３０を例に説明する。

図５および図６に示すように、サイドパネル３０は、例えば、１枚の金属板を折り曲げ形成することによって形成できる。サイドパネル３０は、複数の支持部３２を有する。各支持部３２は、上下方向と直交する幅方向に突出するとともに、互いに平行に形成されている。本実施形態では、１枚のサイドパネル３０に５つの支持部３２が形成されている例が示される。すなわち、本実施形態では、ラック１０において幅方向両側に対向して取り付けられる一対のサイドパネル３０によって、５つの蓄電池２を載置できるように構成されている。

５つの支持部３２のうち４つの支持部３２は、金属板をコ字状に切り込みを形成した部分を幅方向内側に９０度だけ折り曲げることによって形成されている。また、サイドパネル３０において最下部に位置する支持部３２は、金属体の下端部を幅方向内側に所定幅で折り曲げることによって形成されている。

図７に示すように、各支持部３２の上下方向の間隔Ｋは、支持部３２上に載置された状態で収納される複数の蓄電池２間に形成される冷媒通路４の所定の高さ寸法ｈと、蓄電池２の高さ寸法Ｈとの合計値にほぼ等しく設定されている。

また、最下部の支持部３２を除く他の支持部３２が折り曲げ形成されることで、サイドパネル３０には、４つの開口部３４が形成されている。各開口部３４は、図５に示すように、長さ方向に沿って細長く延びる長方形状をなしている。このような開口部３４が形成されることで、蓄電池２を収納したときに、開口部３４を介して蓄電池２の側面がラック１０の外部に露出した状態になる。これにより、蓄電池２の側面からの放熱性が向上するという利点がある。この場合、蓄電池２の側面全体が露出していなくてもよく、少なくとも一部が露出していればよい。

また、サイドパネル３０は、図５に示すように、閉塞部３５を有する。閉塞部３５は、支持部３２に連続して下方に垂下した部分で形成されている。図７に示すように、ラック１０に収納されてサイドパネル３０で支持された各蓄電池２の間には、冷媒通路４が形成される。上記サイドパネル３０の閉塞部３５は、各蓄電池２間の冷媒通路の幅方向両側の開口部を塞ぐ機能を有する。これにより、ラック１０に収納された蓄電池２間の冷媒通路を前方および後方に開口する通路として形成することができ、冷媒である空気の流れ方向を規定することができる。なお、本実施形態では冷媒通路４の幅方向両側の開口部の全体を閉塞部３５で塞ぐ例を示すが、これに限定されるものではなく、閉塞部が冷媒通路４の幅方向両側の開口部の一部を閉じて他の部分を空気通し部として開口させてもよい。

図５に示すように、サイドパネル３０の幅方向前側に取付部３６ａが形成され、幅方向後側に取付部３６ｂが形成されている。各取付部３６ａ，３６ｂには、例えば５つの雌ねじ孔３８が上方方向に所定ピッチＰ１で形成されている。この所定ピッチＰ１は、前方支柱１６，２０の取付部１７，２１に形成された取付穴２６のピッチに対応したものに設定されている。これにより、サイドパネル３０を前方支柱１６，２０の取付穴２６を介して挿通したねじによってサイドパネル３０を前方支柱１６，２０に取り付けることができる。

図５および図６に示すように、サイドパネル３０の前端部は幅方向外側へ略垂直に折り曲げられている。この折り曲げ部は、サイドパネル３０の前側壁４０を構成している。この前側壁４０には、例えば５つの雌ねじ孔４２が上下方向に所定ピッチＰ２で形成されている。この所定ピッチＰ２は、ラック１０に多段（例えば２０段）に収納される蓄電池２の収納ピッチと同等に設定することができる。本実施形態に用いられる蓄電池２の高さ寸法Ｈを例えば９０ｍｍ、蓄電池２間に形成される冷媒通路４の高さ寸法ｈを例えば１０ｍｍとしたとき、上下方向に隣接する蓄電池２の配置ピッチは１００ｍｍになる。したがって、この場合には、サイドパネル３０の前側壁４０に形成される雌ねじ孔４２（被締結部）のピッチＰ２を１００ｍｍに設定すればよい。これにより、後述するように、蓄電池２の前端側壁に固定した固定タブを介して各蓄電池２をサイドパネル３０の前側壁４０に固定することができる。

また、図５に示すように、サイドパネル３０の後端部は、上記前側壁４０と同様に折り曲げられて、後側壁４４を構成している。この後側壁４４にも、前側壁４０と同様に、例えば５つの雌ねじ孔（図示せず）が上下方向に所定ピッチＰ２で形成されてもよい。この後側壁４４に形成された雌ねじ孔にねじを挿通して締め付けることによって、バックパネル６０およびファンパネル７０を固定することができる。

上記のように構成されるサイドパネル３０をラック１０の幅方向両側に各４枚ずつ取り付けるとともに、バックパネル６０およびファンパネル７０をサイドパネル３０の後側壁４４にねじ等で取り付ける。これにより、図４に示すようなラック１０が組み立てられる。この場合、各サイドパネル３０が蓄電池５個分に相当する支持部３２を有しているため、収納機器ごとに対応したラック（棚）を１つずつフレーム構造体１１にねじ又はボルト等の締結部材を用いて組み付ける場合に比べて、組立が格段に容易となる。

そして、上記のように組立てられたラック１０に各蓄電池２を前方から挿入して、各蓄電池２の下側角部が幅方向両側にあるサイドパネル３０の支持部３２上に載置された状態にする。図７に示すように、蓄電池２の筐体における前端部の幅方向両側には、固定タブ５０が例えば、溶接、ねじ留め等によって取り付けられている。この固定タブ５０に形成された貫通孔にねじ５２を挿通して、サイドパネル３０の前側壁４０に形成された雌ねじ孔４２に締め付ける。これにより、各蓄電池２は互いの間に所定高さ寸法ｈの冷媒通路４が形成された状態でラック１０に収納されて、蓄電装置１が組み立てられる。

次に、図８を参照して、本実施形態の蓄電池２について説明する。図８（ａ）はラック１０に収容された蓄電池２を上方から見た状態で示す図（一部拡大図含む）であり、図８（ｂ）は従来例の蓄電池２Ａを上方から見た状態で示す図である。

図８（ａ）に示すように、蓄電池２は、電池モジュール８０と、電池モジュール８０を収納するケース８２と、ケースの側壁に設置されたコネクタ８４とを備える。

電池モジュール８０は、多数の円筒型の単電池６を含む。これらの単電池６は、図示しないホルダによって整列配置されている。また、各単電池６は、互いに、直列接続、並列接続、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６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６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８２は、扁平な略直方体状をなす容器である。ケース８２は、有底で上方に開口した筐体と、この筐体の上方開口を閉じる蓋によって構成することができる。また、ケース８２は、例えば樹脂製の容器とするのが各蓄電池２間の絶縁を確保するのに好適である。

ケース８２の一部には、切欠き部８６が形成されている。具体的には、切欠き部８６は、平面視で略長方形状をなすケース８２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８６は、平面視で略長方形状に切り欠かれて形成されている。このように形成された切欠き部８６の２つの切欠側壁８６ａ，８６ｂによって、直方体状の空間からなるコネクタ収容空間８８が画定されている。

コネクタ８４は、ケース８２内に収納された電池モジュール８０に含まれる各単電池６に対して正極集電板、負極集電板およびバスバー（いずれも図示せず）を介して電気的に接続されている。コネクタ８４は、ケース８２の切欠き部８６を構成する２つの切欠側壁８６ａ，８６ｂのうち、長さ方向Ｙの後方側に向いた切欠側壁８６ａに設置されている。コネクタ８４は、切欠側壁８６ａから突出しているが、コネクタ収容空間８８内に位置している。これにより、コネクタ収容空間８８は、蓄電池２の背面、すなわちケース８２の後側面８２ａからコネクタ８４が飛び出さないようにする機能を有する。

コネクタ８４からは、ケーブル８５が延出している。コネクタ８４およびケーブル８５を介して、蓄電池２を構成する電池モジュール８０に対して電力の入出力（すなわち放電および充電）を行うことができる。この場合、コネクタ収容空間８８は、コネクタ８４から延出するケーブル８５の配索空間としても機能することができる。したがって、ケーブル配索のための空間や経路を別途確保する必要がなく、これによっても蓄電装置１の小型化に寄与することができる。

図９は、冷媒通路４における空気の流れを概略的に示す図である。図８（ａ）および図９に示すように、コネクタ収容空間８８には、ファンパネル７０に取り付けられたファン７４が対向して配置されている。ファン７４が駆動されると、図９に示すように、蓄電装置１の前面の開口部から冷媒の一例である空気が吸引されて流れ込む。そのため、ラック１０の前方から冷媒通路４に進入した空気は、冷媒通路４内を後方へと流れる。その間に、空気は上下に位置する蓄電池２を冷却する。その後、空気は、バックパネル６０に形成された貫通孔６２，６４からコネクタ収容空間８８を通ってファン７４から蓄電装置１の外部に排気される。このように、蓄電池２の切欠き部８６によって画定されるコネクタ収容空間８８は、冷媒通路としても機能する。上述したように、冷媒通路４の幅方向両側は、サイドパネル３０の閉塞部３５によって少なくとも一部が塞がれている。そのため、冷媒通路４の幅方向両側から流入および流出する空気を減少させて効率的な冷媒通路を形成するのに有利である。

図８（ａ）を再び参照すると、蓄電池２のケース８２内には、制御基板８３が収納されている。制御基板８３は、電池モジュール８０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８３は、ケース８２の長さ方向Ｙの後方側端部であって切欠き部８６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８６を避けた位置に制御基板８３を配置してケース８２内の空間を有効利用することで、蓄電池２の小型化に寄与することができる。

図８（ｂ）に示される従来例の蓄電池２Ａでは、蓄電池２Ａのケース８１の背面８１ａにコネクタ８４が突出して設置され、このコネクタ８４からケーブル８５が延出しているものがあった。また、蓄電池２Ａの後端部にカバー７６を設け、このカバー７６にファン７４を取り付けていた。この場合、ファン７４による空気の吸い込みを良好にするために、ファン７４と蓄電池２Ａの背面８１ａとの間に或る程度の空間を確保する必要がある。そのため、このような蓄電池２Ａでは長さ方向寸法が長くなり、その分、蓄電池２Ａをラックに載置収納して構成される蓄電装置も大型化して設置スペースが大きくなっていた。

これに対し、上述したように本実施形態の蓄電池２およびこれを用いた蓄電装置１によれば、蓄電池２のケース８２に形成された切欠き部８６によってコネクタ収容空間８８が画定され、その中にコネクタ８４が収容されている。したがって、蓄電池２のケース８２の背面８２ａからコネクタ８４が飛び出した状態にならない。これにより、コネクタ８４を含めた蓄電池２の長さ寸法が小さくなり、複数の蓄電池２により構成される蓄電装置１を小型化できる。その結果、蓄電装置１の設置スペースを小さくすることができる。

また、本実施形態では、蓄電池２のコネクタ収容空間８８は、コネクタ８４から延出するケーブル８５の配索空間として利用できるとともに、冷媒通路としても利用できる。これらによっても蓄電池２およびこれを用いた蓄電装置１の小型化に寄与することができ、その結果、蓄電装置１の設置スペースをより小さくすることが可能になる。

なお、本発明は、上述した実施形態およびその変形例に限定されるものではなく、本願の特許請求の範囲に記載された事項およびその均等な範囲において、種々の改良や変更が可能である。

例えば、上記においては、蓄電池２において略直方体状をなすケース８２の１つの角部に切欠き部８６を設けてコネクタ収容空間８８を形成したが、これに限定されるものではない。コネクタ収容空間を画定する切欠き部は、ケースの後端の幅方向中央位置に凹状に形成されてもよい。

１ 蓄電装置、２，２Ａ 蓄電池、４ 冷媒通路、６ 単電池、１０ 蓄電池用ラック、１１ フレーム構造体、１２ 底部枠、１３ 補強フレーム、１４ 天井枠、１６，１８，２０，２２ 支柱、１７，２１，３６ａ，３６ｂ 取付部、２４ 取付板、２６，２８，７２ 取付穴、３０ サイドパネル、３２ 支持部、３４ 開口部、３５ 閉塞部、３８，４２ 雌ねじ孔、４０ 前側壁、４４ 後側壁、５０ 固定タブ、６０ バックパネル、６２，６４ 貫通孔、７０ ファンパネル、７４ ファン、７６ カバー、８０ 電池モジュール、８１，８２ ケース、８１ａ，８２ａ 背面または後側面、８３ 制御基板、８４ コネクタ、８５ ケーブル、８６ 切欠き部、８６ａ，８６ｂ 切欠側壁、８８ コネクタ収容空間、Ｈ，ｈ 寸法、Ｋ 間隔、Ｐ１，Ｐ２ 所定ピッチ、Ｘ 幅方向、Ｙ 長さ方向、Ｚ 上下方向。

Claims (5)

1. 複数の単電池を含む電池モジュールと、前記電池モジュールを収納するケースと、前記ケースの側壁に設置されて前記電池モジュールを構成する各単電池に電気的に接続されているコネクタと、を備える蓄電池をラックに積層状態に複数載置して構成される蓄電装置であって、
   前記ケースの一部に前記ケースの厚さ方向に沿って前記ケースの側壁全体に沿って延びる切欠き部を設け、前記ラックに前記蓄電池を複数載置した状態において前記ケースのそれぞれの前記切欠き部と前記ラックの少なくとも一面を構成するパネルとにより画定されるコネクタ収容空間が形成されており、前記コネクタは前記コネクタ収容空間を画定するケース切欠側壁から突出して前記コネクタ収容空間内に位置していると共に、前記コネクタ収容空間は前記蓄電池を冷却する冷媒が流れる冷媒通路を形成している、蓄電装置。
2. 請求項１に記載の蓄電装置において、
   前記コネクタ収容空間は、前記コネクタから延出するケーブルの配索空間として機能する、蓄電装置。
3. 請求項１または２に記載の蓄電装置において、
   前記ケースは略直方体状をなし、前記切欠き部は前記ケースの一端部における一方の角部に形成されている、蓄電装置。
4. 請求項３に記載の蓄電装置において、
   前記ケース内には前記電池モジュールを制御する制御基板が収納されており、前記制御基板は前記切欠き部が形成されていない他方の角部側に配置されている、蓄電装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の蓄電装置において、
   前記ラックには、前記蓄電池のケースに設けられたコネクタ収納空間に対向してファンが設置されている、蓄電装置。

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