JP6989047B1 - バッテリケース及びこれを用いた蓄電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のケースが積み重ねられた構造を有する改良されたバッテリケースを提供する。【解決手段】バッテリケースは、下部ケース１０と上部ケース２０とを備える。上部ケース２０は、下部ケース１０の天板１２と上部ケース２０の底板２３が向かい合うよう下部ケース１０に積み重ねられる。天板１２及び底板２３にはケーブルを通すための開口部１２ａ，２３ｃが設けられている。開口部１２ａ，２３ｃは、天板１２と底板２３の間に位置し、Ｚ方向から見て開口部１２ａ，２３ｃを取り囲む筒状部材である突出部２３ｄと、突出部２３ｄの先端と天板１２の間に位置するクッション部材１１０によって防水されている。これにより、防水性を確保しつつ、下部ケース１０に収容されたモジュールと上部ケース２０に収容されたモジュールを内部で直接接続することが可能となる。【選択図】図９

Description

本発明はバッテリケースに関し、特に、各種モジュールを収容する下部ケースと上部ケースが積み重ねられた構造を有するバッテリケースに関する。また、本発明は、このようなバッテリケースを用いた蓄電池システムに関する。

特許文献１及び２に示すように、蓄電池システムは、バッテリモジュールや制御ボックスなどの各種モジュールがバッテリケースに収容された構成を有している。しかしながら、大型の蓄電池システムには多くのモジュールが含まれることから、全てのモジュールを単一のバッテリケースに収容すると、全体の重量が重くなりすぎ、運搬や設置作業が困難となる。このため、大型の蓄電池システムにおいては、複数のバッテリケースを用い、これら複数のバッテリケースを積み重ねて使用する方法が考えられる。

特開２０１３−１０５７２３号公報 特開２０１５−２２５７０３号公報

しかしながら、複数のバッテリケースを積み重ねる場合、上下のバッテリケースに収容されたモジュール同士をどのようにして接続するかが問題となる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数のケースが積み重ねられた構造を有する改良されたバッテリケース及びこれを用いた蓄電池システムを提供することである。

本発明によるバッテリケースは、バッテリモジュールを収容するためのバッテリケースであって、下部ケースと上部ケースとを備え、上部ケースは、下部ケースの天板と上部ケースの底板が向かい合うよう下部ケースに積み重ねられ、天板及び底板にはケーブルを通すための開口部が設けられており、開口部は、天板と底板の間に位置し、積層方向から見て開口部を取り囲む筒状部材と、筒状部材の先端と天板又は底板の間に位置するクッション部材によって防水されていることを特徴とする。また、本発明による蓄電池システムは、上記のバッテリケースと、下部ケースに収容されたバッテリモジュールと、上部ケースに収容された制御ボックスとを備える。

本発明によれば、下部ケースの天板と上部ケースの底板にケーブルを通すための開口部が設けられていることから、下部ケースに収容されたモジュールと上部ケースに収容されたモジュールを内部で直接接続することが可能となる。しかも、開口部は筒状部材とクッション部材によって防水されていることから、防水性も確保される。

本発明によるバッテリケースは、底板に固定され、クッション部材と底板の間に位置する平板部と、開口部と重なり、筒状部材に挿入される筒状の突出部とを有する第１の成形品をさらに備えていても構わない。これによれば、開口部が二重の筒状体で囲まれることから、防水性がより高められる。

本発明において、筒状部材は、開口部の周囲を天板に向かって変形させた底板の一部からなるものであっても構わないし、底板の内面に固定された第２の成形品からなるものであっても構わない。前者によれば部品点数を削減することができ、後者によれば上部ケースの底板に対する複雑な加工が不要となる。

本発明において、下部ケース又は上部ケースに収容されるバッテリモジュールは、開口部が設けられた位置にスペースが形成されるよう、下部ケース又は上部ケースの内部でオフセットして配置されていても構わない。これによれば、ケーブルを接続するための作業が容易となる。

このように、本発明によれば、下部ケースと上部ケースが積み重ねられた構造を有するバッテリケース及びこれを用いた蓄電池システムにおいて、防水性を確保しつつ、下部ケースに収容されたモジュールと上部ケースに収容されたモジュールを内部で直接接続することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態による蓄電池システム１の外観を示す略斜視図である。 図２は、蓄電池システム１の外観を示す略斜視図である。 図３は、蓄電池システム１の略透視斜視図である。 図４は、蓄電池システム１の略透視斜視図である。 図５は、蓄電池システム１の略透視側面図である。 図６は、下部ケース１０に上部ケース２０を積層する前の状態を示す略透視斜視図である。 図７は、連結部材６０による下部ケース１０と上部ケース２０の連結方法を説明するための略斜視図である。 図８は、連結部材６０による下部ケース１０と上部ケース２０の連結方法を説明するための略断面図である。 図９は、開口部１２ａの周辺の構造の第１の例を説明するための略断面図である。 図１０は、開口部１２ａの周辺の構造の第２の例を説明するための略断面図である。 図１１は、バッテリモジュールＢ１，Ｂ２を下部ケース１０に固定する方法を説明するためのＹ方向から見た略透視正面図である。 図１２は、バッテリモジュールＢ１，Ｂ２を下部ケース１０に固定する方法を説明するためのＸ方向から見た略透視側面図である。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。

図１及び図２は本発明の一実施形態による蓄電池システム１の外観を示す略斜視図である。また、図３及び図４は蓄電池システム１の略透視斜視図であり、図５は蓄電池システム１の略透視側面図である。

図１〜図５に示すように、本発明の一実施形態による蓄電池システム１は、下部ケース１０及び上部ケース２０からなるバッテリケースと、下部ケース１０に収容されたバッテリモジュールＢ１，Ｂ２と、上部ケース２０に収容されたバッテリモジュールＢ３、制御ボックスＨ及びコンバータ回路Ｄとを有している。下部ケース１０に２つのバッテリモジュールＢ１，Ｂ２を収容しているのは、バッテリモジュールＢ１，Ｂ２の重量が大きいからであり、上部ケース２０に制御ボックスＨ及びコンバータ回路Ｄを収容しているのは、制御ボックスＨ及びコンバータ回路Ｄの発熱が大きいからである。下部ケース１０は、土台に固定するための固定金具１４を有している。上部ケース２０は下部ケース１０に積み重ねられるとともに、２つの連結部材６０を用いて下部ケース１０に固定されている。図３に示すように、バッテリモジュールＢ１〜Ｂ３はＸ方向にオフセットして収容されており、これにより下部ケース１０及び上部ケース２０の内部には、スペースＳが形成される。スペースＳは、後述する作業スペースとして用いられるとともに、動力線や信号線などのケーブルを通す収容スペースとしても用いられる。

下部ケース１０は、上下（Ｚ方向）に開口部を有する四角柱筒状の第１筐体１１と、第１筐体１１の上部開口部を閉塞する第１天板１２と、第１筐体１１の下部開口部を閉塞する第１底板１３とを含む。同様に、上部ケース２０は、上下（Ｚ方向）に開口部を有する四角柱筒状の第２筐体２１と、第２筐体２１の上部開口部を閉塞する第２天板２２と、第２筐体２１の下部開口部を閉塞する第２底板２３とを含む。第１筐体１１及び第２筐体２１はいずれも、一枚の長方形板状部材、例えばカラー鋼板と呼ばれる先塗装材が折り曲げ加工された部材であり、長方形板状部材の互いに平行な二辺を付き合わせて固定した構造を有し、Ｚ方向に延在する巻締め部１１ａ，２１ａにおいて巻締め加工されることにより、全体として上下に開口部を有し内部空洞で四面を有する四角柱筒状を有している。

このように、本実施形態によるバッテリケースは、一枚の金属板が筒状に折り曲げ加工されてなる第１筐体１１及び第２筐体２１を用いていることから、巻締め部１１ａ，２１ａ以外につなぎ目が存在せず、高い防水性を得ることが可能となる。しかも、一枚の金属板が筒状に加工されていることから、比較的厚みの薄い金属板を用いた場合であっても、Ｚ方向における十分な機械的強度を得ることが可能となる。ここで、第１筐体１１及び第２筐体２１の四面は、ＸＺ面を構成する正面及び背面と、ＹＺ面を構成する両側面からなる。ＸＺ面を構成する正面及び背面は、ＹＺ面を構成する両側面よりも面積が大きい。つまり、Ｘ方向が長辺、Ｙ方向が短辺である。

３つのバッテリモジュールＢ１〜Ｂ３は、制御ボックスＨを介してコンバータ回路Ｄに接続されている。コンバータ回路Ｄは、直流電圧を一定に保つためのＤＣＤＣコンバータであり、動作によって大きな熱を発生させる。コンバータ回路Ｄが発生する熱は、上部ケース２０の背面に設けられたヒートシンク４１によって放熱される。また、上部ケース２０の内部においては、コンバータ回路Ｄを熱分離壁４２で覆うことにより、バッテリモジュールＢ３や制御ボックスＨへの熱伝導が抑制される。

図５に示すように、上部ケース２０を構成する第２筐体２１の背面には、電線管５２，５３を通すためのグロメット３３，３４が設けられている。これに対し、下部ケース１０の背面にはこのようなグロメット３１は設けられていない。電線管５２，５３の内部には、コンバータ回路Ｄと外部のパワーコンディショナーを接続する動力線及び信号線がそれぞれ収容される。

図６は、下部ケース１０に上部ケース２０を積層する前の状態を示す略透視斜視図である。

図６に示すように、下部ケース１０を構成する第１天板１２には、Ｙ方向に延在する両短辺に連結部材６０が固定されている。連結部材６０は、ＸＺ断面がＬ字型構造を有する金属部品であり、図７及び図８に示すように、ＸＹ面を有する水平部６１と、ＹＺ面を有する垂直部６２を有している。ここで、第２底板２３は、Ｙ方向に延在する短辺から第１天板１２に向かってＺ方向に突出する突出部２３ａと、突出部２３ａの先端をＸ方向における内側に折り返した折り返し部２３ｂとを有しており、一対の連結部材６０の内側に突出部２３ａ及び折り返し部２３ｂを嵌合させることにより、上部ケース２０が位置決めされる。これにより、連結部材６０の水平部６１は、第１天板１２と折り返し部２３ｂの間に位置し、連結部材６０の垂直部６２は、突出部２３ａとＸ方向に重なる。そして、第１天板１２と連結部材６０は、第１天板１２と水平部６１をネジ６４によって連結することにより互いに固定され、第２底板２３と連結部材６０は、突出部２３ａと垂直部６２をネジ６３によって連結することにより互いに固定される。また、第１天板１２と水平部６１は、ネジ６４に代えて或いはネジ６４に加えて、防水両面テープ６５によって固定しても構わない。

図６に示すように、下部ケース１０を構成する第１天板１２には、開口部１２ａが設けられている。開口部１２ａは、動力線及び信号線などのケーブルを通すための穴であり、スペースＳと重なる位置に設けられている。

図９は、開口部１２ａの周辺の構造の第１の例を説明するための略断面図である。

図９に示す第１の例では、上部ケース２０の第２底板２３に開口部２３ｃが設けられており、開口部２３ｃの周囲は、絞り加工等により下部ケース１０に向かって第２底板２３を変形させた筒状の突出部２３ｄを構成する。筒状部材である突出部２３ｄは、第１天板１２と第２底板２３の間に位置し、Ｚ方向から見て開口部１２ａ，２３ｃを取り囲む。また、第１天板１２と第２底板２３の間には、開口部１２ａ，２３ｃと重なる位置に成形品１００が配置される。成形品１００は樹脂や金属などからなり、防水両面テープ１０３などを用いて第１天板１２の外面に接着される平板部１０１と、筒状の突出部１０２を有している。突出部１０２は、先端ほど径が縮小する形状を有しており、筒状の突出部２３ｄに挿入される。突出部２３ｄの先端と成形品１００の平板部１０１の間には、防水性を確保するためのクッション部材１１０が設けられる。

このような構成により、下部ケース１０内のバッテリモジュールＢ１，Ｂ２に接続されたケーブル１２０は、開口部１２ａ，２３ｃを介して上部ケース２０内に引き出すことができる。つまり、下部ケース１０と上部ケース２０を積み重ねる前に、下部ケース１０内のケーブル１２０を開口部１２ａから引き出すとともに、成形品１００及びクッション部材１１０を装着し、この状態で下部ケース１０の第１天板１２と上部ケース２０の第２底板２３が向かい合うよう、下部ケース１０に上部ケース２０を積み重ねる。これにより、ケーブル１２０の先端に設けられたコネクタ１３０は、上部ケース２０のスペースＳ内に露出するため、コネクタ１３０をハンドリングすることにより、制御ボックスＨに容易に接続することが可能となる。突出部１０２の先端部の径は、ケーブル１２０が下部ケース１０内に落下しないよう、コネクタ１３０の径よりも小さいことが好ましい。

このように、図９に示す例では、上部ケース２０の第２底板２３に開口部２３ｃを設けるとともに、絞り加工された筒状の突出部２３ｄを設け、突出部２３ｄの先端と成形品１００の間にクッション部材１１０を介在させている。これにより、部品点数を抑えつつ防水性を確保し、且つ、下部ケース１０に収容されたバッテリモジュールＢ１，Ｂ２と上部ケース２０に収容された制御ボックスＨを内部で直接接続することが可能となる。しかも、開口部２３ｃはスペースＳに設けられていることから、作業性も高められる。また、突出部２３ａのＺ方向における高さなどに応じて成形品１００の形状やサイズを変更することにより、確実に防水を行うことが可能となる。尚、図９に示す例では、下部ケース１０に向かって第２底板２３を変形させた突出部２３ｄを用い、突出部２３ｄの先端をクッション部材１１０に押し当てることによって防水性を確保しているが、これとは逆に、上部ケース２０に向かって第１天板１２を変形させた筒状部材を用い、筒状部材の先端をクッション部材１１０に押し当てることによって防水性を確保しても構わない。

図１０は、開口部１２ａの周辺の構造の第２の例を説明するための略断面図である。

図１０に示す第２の例では、上部ケース２０の第２底板２３に筒状の突出部２３ｄを設ける代わりに、成形品１５０が追加されている。成形品１５０は樹脂や金属などからなり、防水両面テープ１５３などを用いて第２底板２３の内面に接着される平板部１５１と、筒状部材を構成する突出部１５２を有している。また、成形品１００の代わりに成形品１４０が用いられている。成形品１４０は樹脂や金属などからなり、第１天板１２の外面に接着される平板部１４１と筒状の突出部１４２を有している。突出部１４２は、筒状の突出部１５２に挿入される。突出部１５２の先端と成形品１４０の平板部１４１の間には、防水性を確保するためのクッション部材１１０が設けられる。筒状である突出部１５２の底部はコネクタ１３０の収容部を構成しており、これにより、ケーブル１２０の下部ケース１０内への落下が防止されるとともに、上部ケース２０を下部ケース１０に積み重ねる際に、ケーブル１２０やコネクタ１３０が邪魔になることがない。

このような構成により、上部ケース２０の第２底板２３を絞り加工することなく、図９に示す第１の例と同様の効果を得ることが可能となる。

そして、上述の通り、連結部材６０を用いて下部ケース１０と上部ケース２０を容易に固定することができるため、バッテリモジュールＢ１，Ｂ２が収容された下部ケース１０と、バッテリモジュールＢ３、制御ボックスＨ及びコンバータ回路Ｄが収容された上部ケース２０を用意し、下部ケース１０内のケーブル１２０が上部ケース２０内に露出するよう、両者を積み重ねることによって、蓄電池システム１を設置することが可能となる。しかも、連結部材６０を用いて下部ケース１０と上部ケース２０を連結すると、第１天板１２と第２底板２３の間には、垂直部６２の高さに相当する空間が形成される。このため、主にコンバータ回路Ｄから発生する熱が下部ケース１０に伝達にしにくくなるとともに、Ｘ方向に延在する長辺側から空気が流通することから、放熱効果が高められる。

図１１及び図１２は、バッテリモジュールＢ１，Ｂ２を下部ケース１０に固定する方法を説明するための図であり、図１１はＹ方向から見た略透視正面図、図１２はＸ方向から見た略透視側面図である。

図１１に示すように、下部ケース１０を構成する第１底面１３には、金属などからなる固定部品７１，７２が固定されている。固定部品７１は、ＸＺ断面がＬ字型構造を有し、Ｙ方向に延在している。固定部品７１は、Ｙ方向から見てＺ方向に延在する垂直部の一方の端部（下端）が第１底面１３に固定され、垂直部の他方の端部（上端）からＸ方向に延在する水平部は、バッテリモジュールＢ１，Ｂ２に向かって突出している。固定部品７２は、Ｙ方向に延在する板状体であり、スペースＳに配置されている。固定部品７２は、ＸＹ面が第１底面１３に固定されている。

一方、バッテリモジュールＢ１，Ｂ２の一方のＹＺ側面Ｓ３の下部には、金属などからなる固定部品８１，８２が固定されている。固定部品８１は、ＹＺ側面Ｓ３の下部に固定されており、ＸＺ断面がＬ字型構造を有し、Ｙ方向に延在している。固定部品８１は、Ｚ方向に延在する垂直部のＹＺ面がバッテリモジュールＢ１，Ｂ２のＹＺ側面Ｓ３に固定され、垂直部の端部から第１筐体１１の一方の側面Ｓ１に向かってＸ方向に突出する水平部が固定部品７１と嵌合する。固定部品８２は、バッテリモジュールＢ１，Ｂ２の他方のＹＺ側面Ｓ４の下部に固定されており、ＸＺ断面がＬ字型を有し、Ｙ方向に延在している。固定部品８２は、ＹＺ面がバッテリモジュールＢ１，Ｂ２のＹＺ側面Ｓ４に固定され、Ｘ方向に突出する部分が固定部品７２にネジ止めされ、これにより第１底面１３に固定される。固定部品８２のネジ止めは、固定部品７２及び第１底面１３の両方に対して行うことにより、固定部品８２と第１底面１３を直接的に固定しても構わないし、固定部品７２に対して行うことにより、固定部品８２と第１底面１３を間接的に固定しても構わない。

そして、下部ケース１０の内部にバッテリモジュールＢ１，Ｂ２を収容する際には、バッテリモジュールＢ１，Ｂ２の一方のＹＺ側面Ｓ３が第１筐体１１の一方のＹＺ側面Ｓ１と向かい合い、バッテリモジュールＢ１，Ｂ２の他方のＹＺ側面Ｓ４が第１筐体１１の他方のＹＺ側面Ｓ２と向かい合うよう収容した後、バッテリモジュールＢ１，Ｂ２をＸ方向にスライドさせる。これにより、第１底面１３と固定部品７１の水平部の間に固定部品８１の水平部が挿入され、Ｌ字型の固定部品８１がＬ字型の固定部品７１に嵌合する。その後、スペースＳに電動工具９０を入れて固定部品７２，８２をネジ止めする。これにより、バッテリモジュールＢ１，Ｂ２は、下部ケース１０の内部に確実に固定される。このように、バッテリモジュールＢ１，Ｂ２の一方のＹＺ側面については、ネジ止めを行うことなく固定部品７１，８１の嵌合により位置決めし、バッテリモジュールＢ１，Ｂ２の他方のＹＺ側面については、ネジ止めによって固定を行っていることから、電動工具９０を用いた片側からの作業によってバッテリモジュールＢ１，Ｂ２の固定が完了する。このため、第１筐体１１のＹＺ側面Ｓ１とバッテリモジュールＢ１，Ｂ２の側面Ｓ３のＸ方向における距離Ｗ１を、第１筐体１１のＹＺ側面Ｓ２とバッテリモジュールＢ１，Ｂ２の側面Ｓ４のＸ方向における距離Ｗ２よりも十分に狭くすることができ、小型化が図られる。上部ケース２０におけるバッテリモジュールＢ３の固定についても同様に行うことができる。

このように、本実施形態においては、バッテリモジュールＢ１〜Ｂ３の収容位置をオフセットさせることにより形成されるスペースＳを利用してバッテリモジュールＢ１〜Ｂ３の固定作業を行うことが可能である。また、メンテナンス時や交換時においても、固定部品７２，８２のネジ止めを外すことにより、バッテリモジュールＢ１〜Ｂ３を容易に取り外すことが可能である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

例えば、上記実施形態では、下部ケース１０に２つのバッテリモジュールＢ１，Ｂ２を収容し、上部ケース２０にバッテリモジュールＢ３、制御ボックスＨ及びコンバータ回路Ｄを収容しているが、下部ケース１０及び上部ケース２０に収容するモジュールの数及び種類については特に限定されない。また、上記実施形態では２つのケース１０，２０を積み重ねているが、３つ以上のケースを積み重ねることによって蓄電池システムを構成しても構わない。

１ 蓄電池システム
１０ 下部ケース
１１ 第１筐体
１１ａ 巻締め部
１２ 第１天板
１２ａ 開口部
１３ 第１底面
１４ 固定金具
２０ 上部ケース
２１ 第２筐体
２１ａ 巻締め部
２２ 第２天板
２３ 第２底面
２３ａ 突出部
２３ｂ 折り返し部
２３ｃ 開口部
２３ｄ 突出部
３３，３４ グロメット
４１ ヒートシンク
４２ 熱分離壁
５２，５３ 電線管
６０ 連結部材
６１ 水平部
６２ 垂直部
６３，６４ ネジ
６５ 防水両面テープ
７１，７２，７１，８１ 固定部品
９０ 電動工具
１００ 成形品
１０１ 平板部
１０２ 突出部
１１０ クッション部材
１２０ ケーブル
１３０ コネクタ
１４０ 成形品
１４１ 平板部
１４２ 突出部
１５０ 成形品
１５１ 平板部
１５２ 突出部
１５３ 防水両面テープ
Ｂ１〜Ｂ３ バッテリモジュール
Ｄ コンバータ回路
Ｈ 制御ボックス
Ｓ スペース

Claims (6)

1. バッテリモジュールを収容するためのバッテリケースであって、
   下部ケースと、
   上部ケースと、を備え、
   前記上部ケースは、前記下部ケースの天板と前記上部ケースの底板が向かい合うよう前記下部ケースに積み重ねられ、
   前記天板及び前記底板には、ケーブルを通すための開口部が設けられており、
   前記開口部は、前記天板と前記底板の間に位置し、積層方向から見て前記開口部と重なる筒状部材と、前記筒状部材の先端と前記天板又は前記底板の間に位置するクッション部材によって防水されていることを特徴とするバッテリケース。
2. 前記底板に固定され、前記クッション部材と前記底板の間に位置する平板部と、前記開口部と重なり、前記筒状部材に挿入される筒状の突出部とを有する第１の成形品をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のバッテリケース。
3. バッテリモジュールを収容するためのバッテリケースであって、
   下部ケースと、
   上部ケースと、を備え、
   前記上部ケースは、前記下部ケースの天板と前記上部ケースの底板が向かい合うよう前記下部ケースに積み重ねられ、
   前記天板及び前記底板には、ケーブルを通すための開口部が設けられており、
   前記底板は、前記開口部の周囲を前記天板に向かって変形させた筒状の突出部を有し、
   前記開口部は、前記突出部の先端と前記底板の間に位置するクッション部材によって防水されていることを特徴とするバッテリケース。
4. 前記筒状部材は、前記底板の内面に固定された第２の成形品からなることを特徴とする請求項１又は２に記載のバッテリケース。
5. 前記下部ケース又は前記上部ケースに収容される前記バッテリモジュールは、前記開口部が設けられた位置にスペースが形成されるよう、前記下部ケース又は前記上部ケースの内部でオフセットして配置されることを特徴とする請求項１〜４に記載のバッテリケース。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載のバッテリケースと、前記下部ケースに収容されたバッテリモジュールと、前記上部ケースに収容された制御ボックスとを備える蓄電池システム。

Images