JP7120482B1

JP7120482B1 - 蓄電池システム

Info

Publication number: JP7120482B1
Application number: JP2022026624A
Authority: JP
Inventors: 秀世森田; 雄司上原
Original assignee: TDK Corp
Current assignee: TDK Corp
Priority date: 2022-02-24
Filing date: 2022-02-24
Publication date: 2022-08-17
Anticipated expiration: 2042-02-24
Also published as: JP2023122870A

Abstract

【課題】耐荷重の向上が図られた蓄電池システムを提供する。【解決手段】蓄電池システム１においては、複数のバッテリーモジュール３０の積層方向に延びる柱部５０が、複数のバッテリーモジュール３０を保持しつつ、積層方向からの荷重に対する強度が高められている。特に、柱部５０の断面形状をＵ字状とすることで強度の向上が図られている。そのため、蓄電池システム１においては、積層方向における高い耐荷重を実現することができる。【選択図】図４

Description

本発明は、蓄電池システムに関する。

従来、バッテリーモジュールと、該バッテリーモジュールを内部に収容するバッテリーケースとを備えた蓄電池システムが知られている。下記特許文献１には、バッテリーケース内に複数段に積み重ねられた複数のバッテリーモジュールが収容された蓄電池システムが開示されている。また、下記特許文献２のように、二次電池セルの積層体を含むボックス状のバッテリーモジュールを知られている。

特開２０００－２４３３６９号公報特表２０２０－５３７３１１号公報

発明者らは、上述した従来の蓄電池システムに、複数段に積み重ねられたボックス状のバッテリーモジュールを適用することについて検討を重ね、その結果、バッテリーモジュールの積層方向からの荷重に対して十分な強度を確保することができる技術を新たに見出した。

本発明の一側面は、耐荷重の向上が図られた蓄電池システムを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る蓄電池システムは、積層された複数のバッテリーモジュールと、複数のバッテリーモジュールの充電または放電を制御する制御部と、複数のバッテリーモジュールおよび制御部を収容する収容空間を画成する筒状部を有するバッテリーケースと、バッテリーケースの収容空間内において、複数のバッテリーモジュールの積層方向に延びるとともに、複数のバッテリーモジュールを保持する柱部とを備える。

上記蓄電池システムにおいては、複数のバッテリーモジュールの積層方向に延びる柱部が、複数のバッテリーモジュールを保持しつつ、積層方向からの荷重に対する強度を高める。そのため、上記蓄電池システムにおいては、バッテリーモジュールの積層方向における高い耐荷重を実現することができる。

他の側面に係る蓄電池システムでは、柱部を一対備え、一対の柱部が離間するように配置されており、一対の柱部の間において複数のバッテリーモジュールが保持されている。

他の側面に係る蓄電池システムでは、柱部が制御部を保持する。

他の側面に係る蓄電池システムでは、柱部の断面形状がＵ字状である。

他の側面に係る蓄電池システムでは、バッテリーケースが、筒状部の上側開口を塞ぐ上蓋部と筒状部の下側開口を塞ぐ下蓋部とを有し、柱部が、バッテリーケースの上蓋部と下蓋部との間に亘って延びるとともに上蓋部および下蓋部に取り付けられている。

他の側面に係る蓄電池システムでは、柱部が、同一方向に延びる複数部材で構成されている。

本発明の種々の側面によれば、耐荷重の向上が図られた蓄電池システムが提供される。

実施形態に係る蓄電池システムを示す斜視図である。図１に示したバッテリーケースを示す分解斜視図である。図２に示した天板の筒状体への取付状態を示した断面図である。図１に示した蓄電池システムの蓄電池ユニットを示す斜視図である。図１に示した蓄電池システムの蓄電池ユニットを示す側面図である。図４、５に示した柱部を示す斜視図である。図６に示した柱部のＶＩＩ－ＶＩＩ線断面図である。柱部に取り付けられた支持プレートおよび底板を示す斜視図である。異なる形態の柱部を示した斜視図である。図３とは異なる形態の天板を示した断面図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明を実施するための形態を説明する。図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

一実施形態に係る蓄電池システム１について、図１～４を参照しつつ説明する。

蓄電池システム１は、バッテリーケース１０と、バッテリーケース１０の内部に収容された蓄電池ユニット２０とを備えて構成されている。蓄電池システム１は、その使用時には、パワーコンディショナー等の外部機器２に取り付けられ、外部機器２との間で電力および信号の送受をおこなう。蓄電池システム１と外部機器２との間の電力および信号の送受には、配線管３の内部を通された配線が用いられる。本実施形態では、配線管３の一方端３ａが蓄電池システム１に取り付けられ、他方端３ｂが外部機器２に取り付けられている。配線管３は、たとえば可撓性を有する樹脂で構成することができ、たとえば難燃性や耐候性を備えたＰＦ管を採用することができる。

バッテリーケース１０は、蓄電池ユニット２０を収容する収容空間Ｓ１を画成しており、図２に示すように、筒状体（筒状部）１２と、天板（上蓋部）１８と、底板１９（下蓋部）とを備えて構成されている。筒状体１２、天板１８および底板１９はいずれも金属材料で構成することができる。

筒状体１２は、上下方向に沿って延びる筒状を有し、本実施形態においては角筒状を有する。筒状体１２は、金属板によって構成されており、本実施形態においては鋼板（より詳しくは先塗装鋼板）により構成されている。本実施形態に係る筒状体１２は、一枚の鋼板を角筒状に折り曲げて端部同士を突き合わせるとともに折り巻いて、上下方向に折り目１３を付与することにより設けられる。筒状体１２は、上下方向から見て長方形環状を呈し、長方形環状の断面形状を有する。筒状体１２は、長方形の長辺に相当する正面板部１２ａおよび背面板部１２ｂと、長方形の短辺に相当する一対の側面板部１２ｃ、１２ｄとを有する。折り目１３は、背面板部１２ｂに設けられている。

鋼板で構成された筒状体１２は、蓄電池ユニット２０をケース外部の紫外線や湿度から守ることができ、十分な耐候性を備える。特に、筒状体１２にはつなぎ目となる折り目１３が１箇所しか存在しないため、高い防水性が得られる。また、筒状体１２の材料として先塗装鋼板を使用することで、大幅なコストダウンが図られている。さらに、本実施形態においては、筒状体１２には補強材は設けられていないため、容易に形成することができ、軽量化が図られており、かつ、製造コストや材料コストの低減が図られている。

筒状体１２の側面板部１２ｃには、上側端部近郊に真円状の入線口１４が設けられている。また、筒状体１２の側面板部１２ｃには、入線空間Ｓ２を画成する入線部１５が取り付けられている。入線部１５は、側面板部１２ｃの入線口１４が設けられた箇所に取り付けられるとともに側部開口１６ａを有するボックス部１６と、ボックス部１６の側部開口１６ａを塞ぐとともに配線管３をガイドするガイド部１７とを有する。ボックス部１６は、筒状体１２の側面板部１２ｃの入線口１４と連通する連通口１６ｂと、底部に設けられた入線口１６ｃとを有する。ボックス部１６の入線口１６ｃには、ボックス部１６の下方から配線管３の一方端３ａが取り付けられ、配線管３の内部を通された配線が入線部１５の入線空間Ｓ２に一旦引き込まれる。入線空間Ｓ２は、外部に対して気密および水密の状態に保たれており、入線空間Ｓ２に引き込まれた配線は、筒状体１２の入線口１４と連通する連通口１６ｂを介して、筒状体１２の収容空間Ｓ１に引き込まれる。ガイド部１７は、ボックス部１６を介して、筒状体１２の側面板部１２ｃを覆っている。ガイド部１７は、筒状体１２の上下方向に延びており、Ｕ字状の断面形状を有する。ガイド部１７は、その上端位置は筒状体１２の上端位置と同じであり、その下端位置は筒状体１２の下端位置よりも上側となるように設計されている。ガイド部１７の下端部１７ａは、正面側より背面側が高くなるように斜めになっており、ボックス部１６に取り付けられた配線管３を背面側にガイドしやすい設計となっている。

天板１８は、筒状体１２の上側開口を閉蓋する板状部材であり、収容空間Ｓ１の上側を画成している。本実施形態では、天板１８は、入線部１５のガイド部１７の上側開口も併せて閉蓋している。天板１８は、筒状体１２の上側端部１２ｅに嵌め合わせるようにして取り付けることができる。本実施形態においては、図３に示すように、天板１８の縁には、上側端部１２ｅが入り込む溝１８ａが全周に亘って設けられている。天板１８は、筒状体１２の上側端部１２ｅが溝１８ａに入り込むように、筒状体１２に被せられる。それにより、天板１８と筒状体１２との接合箇所における高い防水性が実現されている。また、筒状体１２の上側端部１２ｅにフランジを設ける必要がないため、フランジが蓄電池ユニット２０に接触する事態が生じ得ず、蓄電池ユニット２０の設計自由度（たとえば蓄電池ユニット２０の大型化）が高められている。本実施形態においては、溝１８ａ内にシール材１８ｂが配置されており、密閉性が高められている。シール材１８ｂは、ある程度の弾性を有し、緩衝材としても機能することができる。本実施形態では、図３に示した溝１８ａを形成するために、天板１８はダイキャスト法を用いて作製され得る。天板１８は、金属材料以外に、樹脂材料で構成することもできる。

底板１９は、筒状体１２の下側開口を閉蓋する板状部材であり、収容空間Ｓ１の下側を画成している。底板１９は、ネジ止めにより筒状体１２に取り付けることができる。天板１８および底板１９は、バッテリーケース１０に収容される蓄電池ユニット２０を雨水、粉塵等から保護する。筒状体１２に、天板１８および底板１９を取り付ける際には、バッテリーケース１０の密閉性を高めるためにパッキン等の封止部材を適宜用いることができる。

バッテリーケース１０によって画成された収容空間Ｓ１には、図４、５に示すように、蓄電池ユニット２０が収容されている。蓄電池ユニット２０は、複数のバッテリーモジュール３０と制御部４０とを含んで構成されている。複数のバッテリーモジュール３０は、複数段に積み重ねられている。本実施形態においては、３０個のバッテリーモジュール３０が３０段に積み重ねられている。

３０個のバッテリーモジュール３０は、実質的に同じ形状および寸法を有する。各バッテリーモジュール３０は、略ボックス状の外形を有し、具体的には長方形板状の外形を有する。すなわち、各バッテリーモジュール３０は、長辺および短辺を有し、その厚さは短辺長さより短くなっている。各バッテリーモジュール３０は、その長辺方向がバッテリーケース１０の筒状体１２の長辺方向と平行となるように設置されている。

３０個のバッテリーモジュール３０の上の収容空間Ｓ１には、各バッテリーモジュール３０の充電および放電（または、充電および放電のいずれか一方）を制御する制御部４０が配置されている。制御部４０は、略直方体の外形を有する。より詳しくは、制御部４０は、上下方向から見て長方形状を有しており、その長辺方向は、バッテリーケース１０の筒状体１２の長辺方向と平行となるように設置される。制御部４０を上下方向から見たときの長方形の寸法は、バッテリーモジュール３０を上下方向から見たときの長方形の寸法よりわずかに短くなるように設計されている。本実施形態において、制御部４０は収容空間Ｓ１の上端に位置しており、入線口１４から引き込まれた配線が制御部４０に接続しやすくなっている。なお、制御部４０は、３０個のバッテリーモジュール３０のそれぞれと図示しない配線を介して電気的に接続されている。

蓄電池ユニット２０は、上下方向（すなわち、バッテリーモジュール３０の積層方向）に延びる一対の柱部５０を備えている。一対の柱部５０は、バッテリーケース１０の筒状体１２の長辺方向において対面している。一対の柱部５０のうち、一方の柱部５０Ａは筒状体１２の側面板部１２ｃに対して平行に延在しており、側面板部１２ｃから所定距離だけ離間している。一対の柱部５０のうち、他方の柱部５０Ｂは筒状体１２の側面板部１２ｄに対して平行に延在しており、側面板部１２ｄから所定距離だけ離間している。

一対の柱部５０はいずれも一枚の金属板（たとえば、厚さ１ｍｍの鋼板）で構成されており、折り曲げ成型により形成されている。各柱部５０は、上下方向に延びる長方形状の本体部５０ａと、本体部５０ａの横縁にそれぞれ設けられた一対の横壁部５０ｂ、５０ｃと、本体部５０ａの上縁に設けられた上壁部５０ｄと、本体部５０ａの下縁に設けられた下壁部５０ｅとを有する。図７に示すように、柱部５０Ａの横壁部５０ｂ、５０ｃと柱部５０Ｂの横壁部５０ｂ、５０ｃとは、互いに近づくように本体部５０ａに対して直角に設けられている。そのため、各柱部５０は、延在方向に対して直交する断面において、Ｕ字状の断面形状を有する。同様に、柱部５０Ａの上壁部５０ｄおよび下壁部５０ｅと柱部５０Ｂの上壁部５０ｄおよび下壁部５０ｅとは、互いに近づくように本体部５０ａに対して直角に設けられている。

各柱部５０の上端の上壁部５０ｄは、バッテリーケース１０の天板１８に当接している。柱部５０の上壁部５０ｄと天板１８とは、ボルトまたはネジ（図示せず）により締結されている。ボルトまたはネジにより、天板１８および柱部５０の捻り強度が増すことで強度が向上する。ネジ締結には、防水ネジを利用することができ防水ワッシャを利用することもできる。同様に、各柱部５０の下端の下壁部５０ｅは、バッテリーケース１０の底板１９に当接している。柱部５０の下壁部５０ｅと底板１９とは、ボルトまたはネジ（図示せず）により締結されている。すなわち、各柱部５０は、バッテリーケース１０の天板１８と底板１９との間に亘って延在しており、かつ、天板１８および底板１９に固定されている。

柱部５０Ａの横壁部５０ｂ、５０ｃには、必要に応じて板材５２を取り付けることができる。板材５２は、たとえば厚さ１．５ｍｍのアルミ板である。板材５２は、横壁部５０ｂ、５０ｃにたとえばネジにより締結される。板材５２を筒状体１２の正面側および背面側の両方に設け、板材５２と柱部５０とでバッテリーモジュール３０を包み込むことで、防火エンクロージャが構成される。

図６に示すように、バッテリーケース１０の筒状体１２の長辺方向において離間するように配置された一対の柱部５０は、その間において複数のバッテリーモジュール３０を保持している。各バッテリーモジュール３０は、短辺に相当する端部において柱部５０の本体部５０ａと対向するとともに該端部が横壁部５０ｂ、５０ｃに挟持されている。一対の柱部５０は、その間において制御部４０も保持している。図８に示すように、一対の柱部５０の間には制御部４０を支持する支持プレート６０が架け渡されており、その支持プレート６０上に制御部４０が搭載されている。支持プレート６０が架け渡された位置より上側の柱部５０の本体部５０ａには、入線部１５から制御部４０まで延びる配線を通すための開口５１が設けられている。

蓄電池システム１においては、複数のバッテリーモジュール３０の積層方向に延びる柱部５０が、複数のバッテリーモジュール３０を保持しつつ、積層方向からの荷重に対する強度が高められている。特に、柱部５０の断面形状をＵ字状とすることで機械的強度の向上が図られている。そのため、蓄電池システム１においては、積層方向における高い耐荷重を実現することができる。

特に、本実施形態に係るバッテリーケース１０のように鋼板で構成された筒状体１２では、強度を高めるために板厚を厚くすると、軽量性や製造容易性、コスト面でのメリットが減ってしまう。しかしながら、上述した柱部５０を適用することで、筒状体１２の板厚を薄くしたまま、積層方向における耐荷重をより高めることができる。

なお、柱部５０は、一対であってもよく一つであってもよい。柱部５０が一対である場合には、バッテリーモジュール３０をその両側から挟み込むようにして確実に保持することができる。

また、各柱部５０は、バッテリーケース１０の天板１８と底板１９との間に亘って延在する一部材であってもよく、同一方向に延在して継ぎ合わされた複数部材であってもよい。各柱部５０が複数部材で構成される場合には、柱部を構成する複数部材を継いで底板１９から天板１８まで延ばされる。図９に、２部材で構成された柱部５０Ａ、５０Ｂを示す。各柱部５０Ａ、５０Ｂは、その間においてバッテリーモジュール３０を保持する柱部５３と、支持プレート６０が架け渡された柱部５４とで構成されている。柱部５４は、柱部５３の上側に接合されており、支持プレート６０上に搭載される制御部４０を間接的に支持している。柱部５３および柱部５４はいずれも、延在方向に対して直交する断面において、図７に示したＵ字状の断面形状を有する。バッテリーモジュール３０が、柱部５３として機能する部分を備えている場合には、その部分のバッテリーモジュール３０を柱部５３として利用してもよい。この場合の各柱部５０Ａ、５０Ｂは、柱部５３として機能するバッテリーモジュール３０の部分の上側に柱部５４を継ぎ合わせた構造と捉えることができる。

上述した実施形態に係る天板１８は、鋼板により形成することもできる。この場合、天板１８の縁に設けられた溝１８ａは図１０に示した形状にすることができる。すなわち、下垂する天板１８の縁を内側に折り込んで溝１８ａを形成することができる。この場合も、天板１８は、筒状体１２の上側端部１２ｅが溝１８ａに入り込むように、筒状体１２に被せられる。それにより、天板１８と筒状体１２との接合箇所における高い防水性が実現され得る。

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。たとえば、蓄電池ユニットに含まれるバッテリーモジュールの数（すなわち段数）は、適宜増減することができる。

１…蓄電池システム、１０…バッテリーケース、１２…筒状体、１８…天板、１８ａ…溝、１９…底板、２０…蓄電池ユニット、３０…バッテリーモジュール、４０…制御部、５０、５０Ａ、５０Ｂ、５３、５４…柱部。

Claims

積層された複数のバッテリーモジュールと、
前記複数のバッテリーモジュールの充電または放電を制御する制御部と、
前記複数のバッテリーモジュールおよび前記制御部を収容する収容空間を画成するとともに前記複数のバッテリーモジュールの積層方向に沿って延びる筒状部を有するバッテリーケースと、
前記バッテリーケースの前記収容空間内において、前記複数のバッテリーモジュールの積層方向に延びるとともに、前記複数のバッテリーモジュールを保持する柱部と
を備え、
前記筒状部が一枚の金属板を筒状に折り曲げた構成を有し、前記複数のバッテリーモジュールの積層方向に沿って前記金属板の端部同士が突き合わされて折り巻かれた折り目が延びている、蓄電池システム。
前記柱部を一対備え、
前記一対の柱部が離間するように配置されており、前記一対の柱部の間において前記複数のバッテリーモジュールが保持されている、請求項１に記載の蓄電池システム。
前記一対の柱部が前記バッテリーケースから離間している、請求項２に記載の蓄電池システム。
前記柱部が前記制御部を保持する、請求項１～３のいずれか一項に記載の蓄電池システム。
前記複数のバッテリーモジュールの積層方向から見て前記バッテリーモジュールが長方形状を呈し、前記複数のバッテリーモジュールの積層方向に対して直交する断面に関する前記柱部の断面形状が前記バッテリーモジュールの短辺全体に亘って沿うＵ字状である、請求項１～４のいずれか一項に記載の蓄電池システム。
前記バッテリーケースが、前記筒状部の上側開口を塞ぐ上蓋部と前記筒状部の下側開口を塞ぐ下蓋部とを有し、
前記柱部が、前記バッテリーケースの前記上蓋部と前記下蓋部との間に亘って延びるとともに前記上蓋部および前記下蓋部に取り付けられている、請求項１～５のいずれか一項に記載の蓄電池システム。
前記柱部が、同一方向に延在して継ぎ合わされた複数部材で構成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載の蓄電池システム。