JP7127586B2 - 電池パック及び蓄電システム - Google Patents

Description

本発明は、電池パック及び蓄電システムに関する。

従来、筐体内に複数の電池モジュールが収容されてなる電池パックが知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載された電池パックでは、電池モジュールの冷却のために、筐体に循環流路が接続されて筐体内と循環流路との間で空気が循環させられると共に、循環流路に外気が導入されている。

特開２０１３－１２２８４４号公報

上述したような電池パックでは、筐体内に外気が流入する。外気は塩分や多量の水分を含む場合があり、その場合、筐体内において結晶化した塩が溶融したり、筐体内で結露が発生するおそれがある。塩の溶融や結露は電池モジュールの不具合の原因となり得ることから、信頼性の向上のためには、その抑制が求められる。

本発明は、信頼性の高い電池パック及び蓄電システムを提供することを目的とする。

本発明の電池パックは、筐体と、筒状に形成され、その内部空間が両端において筐体の外部と接続されるように筐体を貫通し、内部空間と筐体内の空間との間を隔てる筒状部材と、筒状部材に接触した状態で筐体内に収容された電池モジュールと、を備える。

この電池パックでは、筒状部材内を冷却媒体が流れることで、筒状部材に接触した電池モジュールを冷却することができる。特に、この電池パックでは、筒状部材が、その内部空間が両端において筐体の外部と接続されるように筐体を貫通し、内部空間と筐体内の空間との間を隔てているため、筐体の密閉性を確保しつつ、電池モジュールを冷却することができる。そのため、筐体内への外気の流入を抑制して、上述したような外気の流入に起因する不具合の発生を抑制することができる。よって、この電池パックでは、信頼性が高められている。

本発明の電池パックでは、筒状部材は、水平方向に沿って延在していてもよい。或いは、筒状部材は、筐体の上面及び下面を貫通していてもよい。これらの場合、電池パックを好適に構成することができる。

筐体の上面には、環状の壁部が設けられており、上面及び壁部により貯水空間が画定されており、筒状部材は、貯水空間に貯まった水が筒状部材内に流れ込むように、配置されていてもよい。この場合、貯水空間に貯まった水を利用して電池モジュールを冷却することができる。

筒状部材における筐体の上面から突出した部分には、貯水空間に接続された開口部が形成されていてもよい。この場合、貯水空間に貯まった水を開口部から筒状部材内に流れ込ませることができる。

開口部は、筒状部材における電池モジュールとの接触面側に配置されていてもよい。この場合、開口部から筒状部材内に流れ込んだ水が電池モジュール側を流れ易くなり、電池モジュールを一層効果的に冷却することができる。

筒状部材は、鉛直方向に沿って延在していてもよい。この場合、筒状部材の剛性を確保することができる。

筒状部材は、蛇行して延在する蛇行部を有しており、電池モジュールは、蛇行部に接触していてもよい。この場合、電池モジュールを一層効果的に冷却することができる。

筒状部材は、角筒状に形成され、電池モジュールと面接触していてもよい。この場合、電池モジュールを一層効果的に冷却することができる。

筒状部材は、電池モジュールの複数の表面のうち、最も熱伝導率の高い表面に接触していてもよい。この場合、電池モジュールをより一層効果的に冷却することができる。

電池モジュールは、筒状部材に固定されていてもよい。この場合、電池モジュールを固定するためのフレーム等を省略して構成を簡易化することが可能となる。

本発明の蓄電システムは、電池パックと、筒状部材内に冷却媒体を流す供給装置と、を備えている。この蓄電システムでは、上述した理由により、信頼性が高められている。

本発明によれば、信頼性の高い電池パック及び蓄電システムを提供することができる。

一実施形態に係る蓄電システムの電池パックを示す斜視図である。 蓄電システムを示す断面図である。 電池パックを示す側面図である。 第１変形例の電池パックを示す側面図である。 第２変形例の電池パックを示す斜視図である。 第２変形例の電池パックを示す断面図である。 第３変形例の電池パックを示す平面図である。 第３変形例の電池パックを示す側面図である。

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。「上」、「下」、「左」、「右」等の方向を示す用語は、図示された状態に基づくものであり、使用態様を限定するものではない。

図１、図２及び図３に示される蓄電システム１は、電池パック２を備えている。電池パック２は、例えば、港湾においてコンテナの移載に使用されるＡＧＶ（無人搬送車）等の車両に搭載されており、当該車両の動力源として機能する。車両の重量は、例えば３０トン程度である。

電池パック２は、筐体３と、複数の筒状部材４と、複数の電池モジュール５と、を備えている。筐体３は、例えば、金属材料により直方体状に形成されている。筐体３は、一面に開口が設けられた本体部３１と、本体部３１の開口を塞ぐ平板状の蓋部３２と、を有し、密閉されている。筐体３を構成する各壁部の厚さは、例えば２ｍｍ～３ｍｍ程度である。

複数の筒状部材４は、互いに同一の形状を有する４つの筒状部材４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを含んでいる。各筒状部材４Ａ～４Ｄは、例えば、熱伝導性の高い金属材料により、扁平な角筒状に形成されている。各筒状部材４Ａ～４Ｄは、真っ直ぐに延在しており、延在方向にわたって一様な断面形状を有している。

各筒状部材４Ａ～４Ｄは、その内部空間Ｓが両端において筐体３の外部と接続されるように、筐体３を貫通している。各筒状部材４Ａ～４Ｄは、筒状部材４Ａ～４Ｄの内部空間Ｓと筐体３内の空間とを隔てている。すなわち、内部空間Ｓは、筐体３内の空間とは接続されていない。この例では、各筒状部材４Ａ～４Ｄは、筐体３の本体部３１における互いに向かい合う一対の側面３１ａ間を貫通し、一対の側面３１ａの各々から僅かに突出している。各筒状部材４Ａ～４Ｄの両端部は、筐体３の外部に露出している。

本実施形態では、筒状部材４Ａ～４Ｄは、互いに平行に延在している。上段に配置された一対の筒状部材４Ａ，４Ｂは、筒状部材４Ａ～４Ｄの延在方向Ｄ１に垂直な方向（電池モジュール５の長手方向Ｄ２）に沿って並んで配置されており、下段に配置された一対の筒状部材４Ｃ，４Ｄは、長手方向Ｄ２に沿って並んで配置されている。筒状部材４Ａは、上下方向（延在方向Ｄ１及び長手方向Ｄ２に垂直な方向）から見た場合に、筒状部材４Ｃと重なっている。筒状部材４Ｂは、上下方向から見た場合に、筒状部材４Ｄと重なっている。筒状部材４Ａ～４Ｄは、延在方向Ｄ１から見た場合に、上下方向及び長手方向Ｄ２の各々に関して対称に配置されている。電池パック２は、例えば、筒状部材４Ａ～４Ｄが水平方向に沿って延在するように、車両に搭載されている。

筒状部材４Ａ～４Ｄは、例えば溶接により筐体３に固定されている。この固定の際には、例えば、本体部３１の一対の側面３１ａの各々に、筒状部材４Ａ～４Ｄに対応した複数の貫通孔を形成する。続いて、当該貫通孔に筒状部材４Ａ～４Ｄをそれぞれ挿通し、筒状部材４Ａ～４Ｄを当該貫通孔において溶接により筐体３に接合する。これにより、筒状部材４Ａ～４Ｄと筐体３との間が封止され、筐体３が密閉される。

複数の電池モジュール５は、互いに同一の構成を有する４つの電池モジュール５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄを含んでいる。各電池モジュール５Ａ～５Ｄは、略直方体状に形成され、筐体３内に収容されている。電池モジュール５Ａ～５Ｄは、例えば、ニッケル水素二次電池、リチウムイオン二次電池等の二次電池、又は電気二重層キャパシタである。電池モジュール５Ａ～５Ｄは、充放電時に発熱する。複数の電池モジュール５の総重量は、例えば４トン～６トン程度である。なお、電池モジュール５の数は限定されず、例えば数十個の電池モジュール５が筐体３内に収容されていてもよい。

電池モジュール５Ａ，５Ｂは、筒状部材４Ａ，４Ｂ上に載置されている。この例では、電池モジュール５Ａ，５Ｂの長手方向Ｄ２は、筒状部材４Ａ，４Ｂの延在方向Ｄ１と直交しており、各電池モジュール５Ａ，５Ｂは、筒状部材４Ａ，４Ｂに跨がるように配置されている。電池モジュール５Ａ，５Ｂは、例えばボルト及びナット等の固定部材（図示省略）により、筒状部材４Ａ，４Ｂに固定されている。

電池モジュール５Ａ，５Ｂは、その底面５Ａａ，５Ｂａにおいて筒状部材４Ａ，４Ｂと面接触している。電池モジュール５Ａの底面５Ａａは、電池モジュール５Ａの複数の表面のうち、最も熱伝導率の高い表面である。底面５Ａａは、例えば、電池モジュール５Ａ内部の熱伝導率に方向性がある場合において、最も熱伝導率が高い方向の表面である。或いは、底面５Ａａは、電池モジュール５Ａにおいて放熱部材が配置された表面であってもよい。同様に、電池モジュール５Ｂの底面５Ｂａは、電池モジュール５Ｂの複数の表面のうち、最も熱伝導率の高い表面である。

電池モジュール５Ｃ，５Ｄは、筒状部材４Ｃ，４Ｄ上に載置されている。この例では、電池モジュール５Ｃ，５Ｄの長手方向Ｄ２は、筒状部材４Ｃ，４Ｄの延在方向Ｄ１と直交しており、各電池モジュール５Ｃ，５Ｄは、筒状部材４Ｃ，４Ｄに跨がるように配置されている。電池モジュール５Ｃ，５Ｄは、例えばボルト及びナット等の固定部材（図示省略）により、筒状部材４Ｃ，４Ｄに固定されている。

電池モジュール５Ｃ，５Ｄは、その底面５Ｃａ，５Ｄａにおいて筒状部材４Ｃ，４Ｄと面接触している。電池モジュール５Ｃの底面５Ｃａは、電池モジュール５Ｃの複数の表面のうち、最も熱伝導率の高い表面である。同様に、電池モジュール５Ｄの底面５Ｄａは、電池モジュール５Ｄの複数の表面のうち、最も熱伝導率の高い表面である。

蓄電システム１は、筒状部材４Ａ～４Ｄ内（内部空間Ｓ）に冷却媒体を流す供給装置５０を更に備えている。この例では、供給装置５０は、筒状部材４Ａ～４Ｄ内に冷却媒体として空気Ａを流すファン（送風機）である。供給装置５０は、例えば常時駆動され、筒状部材４Ａ～４Ｄの一端から他端に向けて空気Ａを流している。
［作用及び効果］

以上説明した電池パック２では、筒状部材４内に冷却媒体として空気Ａを流すことで、筒状部材４に接触した電池モジュール５を冷却することができる。特に、電池パック２では、筒状部材４が、その内部空間Ｓが両端において筐体３の外部と接続されるように筐体３を貫通し、内部空間Ｓと筐体３内の空間との間を隔てているため、筐体３の密閉性を確保しつつ、電池モジュール５を冷却することができる。そのため、筐体３内への外気の流入を抑制して、上述したような外気の流入に起因する不具合の発生を抑制することができる。よって、電池パック２では、信頼性が高められている。また、電池パック２では、電池モジュール５を効果的に冷却することができるため、電池モジュール５の温度を適切な温度範囲内に管理することができる。その結果、電池モジュール５の劣化や故障を抑制することができ、電池モジュール５の長寿命化を図ることができる。更に、電池パック２では、外気を除湿することなく用いることができるため、例えば外気を除湿した上で筐体３内に流入させる場合と比べて、低コスト化を図ることができる。

筒状部材４が、水平方向に沿って延在している。これにより、筒状部材４に対する電池モジュール５の固定作業を容易化することができる。

筒状部材４が、角筒状に形成され、電池モジュール５と面接触している。これにより、電池モジュール５を一層効果的に冷却することができる。

筒状部材４が、電池モジュール５の複数の表面のうち、最も熱伝導率の高い表面（５Ａａ，５Ｂａ,５Ｃａ，５Ｄａ）に接触している。これにより、電池モジュール５を一層効果的に冷却することができる。

電池モジュール５が、筒状部材４に固定されている。これにより、電池モジュール５を固定するためのフレーム等を筐体３内に設ける必要がないため、構成を簡易化することができる。すなわち、電池パック２では、筒状部材４が、冷却媒体が流れる流路を形成する流路形成部材としての役割と、電池モジュール５が固定される固定部材（棚、フレーム）としての役割を兼ねている。
［変形例］

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られない。例えば、図４に示される第１変形例のように電池パック２が構成されていてもよい。第１変形例では、上段に３つの筒状部材４Ａ，４Ｂ，４Ｅが並んで配置されている。長手方向Ｄ２における電池モジュール５の中間部に接触した筒状部材４Ｅの断面積は、長手方向Ｄ２における電池モジュール５の端部に接触した筒状部材４Ａ，４Ｂの断面積よりも大きい。これにより、単位時間当たりに筒状部材４Ｅ内を流れる空気Ａの量は、単位時間当たりに各筒状部材４Ａ，４Ｂ内を流れる空気Ａの量よりも大きくなる。このような第１変形例によっても、上記実施形態と同様に、信頼性を高めることができる。また、第１変形例では、電池モジュール５の端部と比べて中間部に熱が溜まり易い場合に、電池モジュール５の中間部を効果的に冷却することができる。なお、第１変形例では、筒状部材４Ｅに供給される空気Ａの量が各筒状部材４Ａ，４Ｂに供給される空気Ａの量よりも多くなるように、供給装置５０が制御されてもよい。

供給装置５０は、筒状部材４内に冷却媒体として水等の液体を流す装置であってもよい。この場合、冷却媒体の熱容量を高くすることができ、電池モジュール５を効果的に冷却することができる。或いは、供給装置５０が省略されてもよい。この場合、車両の走行時に走行風が筒状部材４内に冷却媒体として流れるように、電池パック２が車両に搭載されてもよい。この場合でも、上記実施形態と同様に、電池モジュール５を冷却することができる。供給装置５０は、筒状部材４Ａ～４Ｄ内に流す冷却媒体を冷却する冷却機を備えていてもよい。

筒状部材４は、円筒状であってもよいし、電池モジュール５と線接触してもよい。筒状部材４は、筒状であればよく、任意の形状に形成されてよい。筒状部材４は、筐体３から突出していなくてもよく、例えば、筒状部材４の端部が筐体３の外面と面一になっていてもよいし、筒状部材４の端部が筐体３の外面よりも内側に位置していてもよい。筒状部材４の数は限定されず、４つ以上設けられていてもよい。電池モジュール５の数は限定されず、４つ以上設けられていてもよい。筒状部材４の内面又は外面には、冷却性能を高めるために、フィン又は凹凸が設けられていてもよい。

上記実施形態では、電池モジュール５の長手方向Ｄ２が筒状部材４の延在方向Ｄ１と直交していたが、電池モジュール５の長手方向Ｄ２が筒状部材４の延在方向Ｄ１と平行であってもよい。この場合、例えば、１つの筒状部材４上に１つの電池モジュール５を配置することができ、電池モジュール５を均一に冷却することが可能となる。上記実施形態では、筒状部材４が電池モジュール５の底面に接触していたが、筒状部材４は、電池モジュール５の底面以外に、例えば側面又は上面に接触していてもよい。筒状部材４は、必ずしも電池モジュール５に固定されていなくてもよい。

図５及び図６に示される第２変形例のように電池パック２が構成されていてもよい。第２変形例では、筒状部材４Ａ～４Ｄは、鉛直方向（上下方向）に沿って真っ直ぐに延在し、筐体３の本体部３１の上面３１ｂ及び下面３１ｃを貫通している。上面３１ｂには、環状壁部３１ｄが設けられている。環状壁部３１ｄは、鉛直方向から見た場合に、筒状部材４Ａ～４Ｄを囲むように環状に延在している。この例では、環状壁部３１ｄは、本体部３１を構成する側面が鉛直上側に延長されることにより形成されており、鉛直方向から見た場合に四角形状を呈している。上面３１ｂ及び環状壁部３１ｄは、貯水空間Ｒを画定している。貯水空間Ｒは、上側が開放された直方体状の空間である。筐体３は、角筒状のフレーム部材３３を複数有している。フレーム部材３３は、鉛直方向に沿って真っ直ぐに延在し、筐体３を鉛直方向に貫通している。

筒状部材４Ａにおける上面３１ｂから突出した突出部分には、貯水空間Ｒに接続された開口部４１が形成されている。この例では、開口部４１は、突出部分の一面の全体が切り欠かれることにより形成された矩形状の切欠きである。環状壁部３１ｄの高さと筒状部材４Ａの突出部分の高さは等しくなっており、開口部４１の全体が貯水空間Ｒに接続されている。筒状部材４Ａにおいて、開口部４１が形成された一面は、電池モジュール５Ａが固定された面である。すなわち、開口部４１は、筒状部材４Ａにおける電池モジュール５Ａとの接触面側に配置されている。同様に、筒状部材４Ｂ～４Ｄにおける上面３１ｂから突出した突出部分の各々には、貯水空間Ｒに接続された開口部４１が形成されている。

電池モジュール５Ａ，５Ｂは、例えば、ボルト及びナット等の固定部材（図示省略）により、筒状部材４Ａ，４Ｂに固定されている。電池モジュール５Ａ，５Ｂは、その側面５Ａｂ，５Ｂｂにおいて筒状部材４Ａ，４Ｂと面接触している。第２変形例では、電池モジュール５Ａの側面５Ａｂが、電池モジュール５Ａの複数の表面のうち、最も熱伝導率の高い表面である。同様に、電池モジュール５Ｂの側面５Ｂｂが、電池モジュール５Ｂの複数の表面のうち、最も熱伝導率の高い表面である。

電池モジュール５Ｃ，５Ｄは、例えば、ボルト及びナット等の固定部材（図示省略）により、筒状部材４Ｃ，４Ｄに固定されている。電池モジュール５Ｃ，５Ｄは、その側面５Ｃｂ，５Ｄｂにおいて筒状部材４Ｃ，４Ｄと面接触している。第２変形例では、電池モジュール５Ｃの側面５Ｃｂが、電池モジュール５Ｃの複数の表面のうち、最も熱伝導率の高い表面である。同様に、電池モジュール５Ｄの側面５Ｄｂが、電池モジュール５Ｄの複数の表面のうち、最も熱伝導率の高い表面である。

第２変形例の電池パック２は、雨水が貯水空間Ｒに直接に又は間接に流れ込むように、車両に搭載されている。そのため、貯水空間Ｒには、雨水が流れ込んで貯留される。貯水空間Ｒ内の雨水は、開口部４１から筒状部材４Ａ～４Ｄ内（内部空間Ｓ）に流れ込む。筒状部材４内を冷却媒体としての雨水が流れることで、筒状部材４に接触した電池モジュール５を冷却することができる。その結果、第２変形例によっても、上記実施形態と同様に、信頼性を高めることができる。

また、第２変形例では、筒状部材４における電池モジュール５との接触面側に開口部４１が配置されているため、開口部４１から筒状部材４内に流れ込んだ水が電池モジュール５側を流れ易くなり（例えば、電池モジュール５側の面を伝うように流れ易くなり）、電池モジュール５を一層効果的に冷却することができる。また、筒状部材４が鉛直方向に沿って真っ直ぐに延在しているため、筒状部材４の剛性を確保することができる。その結果、筒状部材４によって電池モジュール５を好適に支持することができる。なお、第２変形例において、開口部４１は、筒状部材４の突出部分に形成された孔であってもよい。開口部４１の形状を調整することにより、開口部４１から筒状部材４に流れ込む水の流量を調整することができる。供給装置により、貯水空間Ｒに冷却媒体として水等の液体が供給されてもよい。

図７及び図８に示される第３変形例のように電池パック２構成されていてもよい。第３変形例では、筐体３は、角筒状のフレーム部材３３を複数有している。フレーム部材３３は、鉛直方向に沿って真っ直ぐに延在し、筐体３を鉛直方向に貫通している。筒状部材４は、フレーム部材３３と電池モジュール５との間の領域Ｐ内に配置されている。筒状部材４は、蛇行して延在する蛇行部４２を有している。図８には、蛇行部４２の経路の例が矢印Ｂにより示されている。電池モジュール５は、蛇行部４２に接触している。

このような第３変形例においても、筒状部材４内を冷却媒体としての雨水が流れることで、筒状部材４に接触した電池モジュール５を冷却することができる。その結果、上記実施形態と同様に、信頼性を高めることができる。更に、筒状部材４が蛇行部４２を有しているため、筒状部材４と電池モジュール５との間の伝熱経路を長くすることができ、電池モジュール５を一層効果的に冷却することができる。なお、上段に配置された電池モジュール５に接触する蛇行部４２と、下段に配置された電池モジュール５に接触する蛇行部４２とが、別に設けられていてもよい。この場合、下流側において冷却媒体の温度が上昇して冷却性能が低下する事態を抑制することができる。

上述したとおり、上記実施形態又は各変形例において、車両の走行時に走行風が筒状部材４内に冷却媒体として流れるように、電池パック２が車両に搭載されてもよい。この場合、筒状部材４内に走行風が流れ込むように、筒状部材４の端部にガイドが設けられてもよい。これにより、走行風が筒状部材４内に流れ込み易くなり、電池モジュール５を効果的に冷却することができる。上記実施形態及び各変形例が適宜組み合わされてもよい。上記実施形態及び各変形例の少なくとも一部が任意に組み合わせられてもよい。

１…蓄電システム、２…電池パック、３…筐体、３１ｂ…上面、３１ｃ…下面、３１ｄ…環状壁部、４（４Ａ～４Ｄ）…筒状部材、４１…開口部、４２…蛇行部、５（５Ａ～５Ｄ）…電池モジュール、５０…供給装置、Ｓ…内部空間、Ｒ…貯水空間。

Claims (9)

1. 筐体と、
   筒状に形成され、その内部空間が両端において前記筐体の外部と接続されるように前記筐体を貫通し、前記内部空間と前記筐体内の空間との間を隔てる筒状部材と、
   前記筒状部材に接触した状態で前記筐体内に収容された電池モジュールと、を備え、
   前記筒状部材は、前記筐体の上面及び下面を貫通しており、
   前記筐体の前記上面には、環状の壁部が設けられており、前記上面及び前記壁部により貯水空間が画定されており、
   前記筒状部材は、前記貯水空間に貯まった水が前記筒状部材内に流れ込むように、配置されている、電池パック。
2. 前記筒状部材における前記筐体の前記上面から突出した部分には、前記貯水空間に接続された開口部が形成されている、請求項１に記載の電池パック。
3. 前記開口部は、前記筒状部材における前記電池モジュールとの接触面側に配置されている、請求項２に記載の電池パック。
4. 前記筒状部材は、鉛直方向に沿って延在している、請求項１～３のいずれか一項に記載の電池パック。
5. 前記筒状部材は、蛇行して延在する蛇行部を有しており、
   前記電池モジュールは、前記蛇行部に接触している、請求項１～４のいずれか一項に記載の電池パック。
6. 前記筒状部材は、角筒状に形成され、前記電池モジュールと面接触している、請求項１～５のいずれか一項に記載の電池パック。
7. 前記筒状部材は、前記電池モジュールの複数の表面のうち、最も熱伝導率の高い表面に接触している、請求項１～６のいずれか一項に記載の電池パック。
8. 前記電池モジュールは、前記筒状部材に固定されている、請求項１～７のいずれか一項に記載の電池パック。
9. 請求項１～８のいずれか一項に記載の電池パックと、
   前記筒状部材内に冷却媒体を流す供給装置と、を備える、蓄電システム。

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