JPWO2018051393A1 - 蓄電池装置および車両 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1の実施形態の蓄電池装置1を備えた車両(鉄道車両)2の側面図である。図2は、第1の実施形態の蓄電池装置1を備えた車両2の平面図である。図1および図2において、車両2の進行方向は、紙面左方(−X方向)である。
前方格納室2cの側壁2fの下方寄りには、車両2の外部と連通する通気口2eが設けられている。蓄電池装置1および主回路部60は、車幅方向に並んで配置されている。蓄電池装置1は、前方格納室2c内において通気口2eが設けられた側壁2f側に位置する。
以下、蓄電池装置1の説明において、図中−Y方向を前方、+Y方向を後方、+Z方向を上方、−Z方向を下方、X軸方向を幅方向(又は左右方向)とする。なお、ここでの前後方向は、車両の前後方向と一致しない。
蓄電池部30は、複数の組電池31を有する。組電池31は、ハウジング10の蓄電池部屋8において、高さ方向、幅方向および奥行方向に複数個並べて配置されている。
組電池31は、互いに接続された複数の単電池35と、監視基板(CMU、Cell Monitoring Unit)32と、ケース部33と、を有する。
図4に示すように、ハウジング10は、底板部11と、第1の側壁部12と、第2の側壁部13と、第1の前カバー部(カバー部)14と、第2の前カバー部15と、後カバー部16と、天板部17と、3つの蓋体(閉塞手段)18と、を有する。ハウジング10は、底板部11、第1の側壁部12、第2の側壁部13、第1の前カバー部(カバー部)14、第2の前カバー部15、後カバー部16および天板部17に囲まれた内部空間7(蓄電池部屋8および管理部屋9)を形成する。
第1の側壁部12には、第1の通気口5が設けられている。第1の通気口5は、第1の側壁部12の面内において下方寄りに配置されている。また、天板部17の平面視略中央には、第2の通気口6が設けられている。第1の通気口5および第2の通気口6は、ハウジング10の内部空間7と外部とを連通させる。第1の通気口5および第2の通気口6は、ハウジング10の内部圧力が高まることを抑制する。
このように、本実施形態のハウジング10には、結露抑制手段(第1の結露抑制手段)として、内外を連通させる通気口5、6が設けられ、ハウジング10の内側の通気口5、6に対応した位置に結露水を受ける水受け部5a、6aが設けられている。
また、水受け部5aは、図6に二点鎖線で示すように、副受け面5eを有していてもよい。副受け面5eは、受け面5cの下端と第1の側壁部12との間に位置する。また、副受け面5eは、ハウジング10の内側において、第1の通気口5の下方に位置する。副受け面5eは、受け面5cで凝集した結露を貯めることができる。副受け面5eには、吸湿材を設けてもよい。
このように、本実施形態のハウジング10は、内壁面の少なくとも一部が、結露抑制材4(吸湿材および断熱材のうち少なくとも一方)により覆われるという、結露抑制手段(第3の結露抑制手段)を有する。
このように、本実施形態のハウジング10は、結露抑制手段(第2の結露抑制手段)として、交換容器が取り付けられている。
図7は、ハウジング10の内部構造を示す模式図である。なお、図6において、ハウジング10の外部構造を破線にて示す。ハウジング10の外部構造とは、図4に示す底板部11、第1の側壁部12、第2の側壁部13、第1の前カバー部14、第2の前カバー部15、後カバー部16および天板部17である。
なお、本明細書において、「気密」とは、特定された空間から気体の出入りが十分に抑制された状態を意味する。
棚板21は、蓄電池部屋8において、中央区画壁22を介して前後に並んで配置されている。棚板21には、左右方向に並ぶ複数の組電池31が搭載されている。組電池31は、棚板21に接触した状態で棚板21に固定されている。なお、図11に示すように、組電池31と棚板21との間には、伝熱材26が介在していてもよい。すなわち、組電池31は、棚板21に伝熱材26を介して接触していてもよい。伝熱材26としては、例えば可撓性の伝熱シートを用いることができる。
棚板21により区画された複数の小部屋8aには、蓄電池部30の複数の組電池31がそれぞれ収納されている。蓄電池部30は、複数の組電池31を互いに電気的に接続する導線部34を有する。上下に区画された小部屋8aにおいて、上側の小部屋8a内の1つの組電池31の正極端子31aは、その直下の組電池31の負極端子31bに導線部34を介して接続されている。
本実施形態では、面圧作用部としてボルト24を作用する場合を例示した。しかしながら面圧作用部は、第1の前カバー部14を前方棚板21A側に押し付けるものであれば、その構成は限定されない。
図12に示すように、棚板21は、一対の長辺端部21aのうち一方(第1の端面)において、第1の前カバー部14又は後カバー部16と対向し、他方(第3の端面)において、中央区画壁22に対向する。ボルト24は、第1の前カバーを14および棚板21の内部を通過して中央区画壁22に固定されている。図12に示す例では、前方棚板21Aを通過するボルト24と、後方棚板21Bを通過するボルト24は、ボルト24の軸方向から見て同じ位置に配置されている。前方棚板21Aおよび後方棚板21Bを通過するボルト24は、互いにずらして配置されていてもよい。
以下、蓄電池管理部50を含む蓄電池装置1の回路構成について説明する。
図13に示す蓄電池装置1の回路には、蓄電池部30および蓄電池管理部50の回路が、含まれる。蓄電池管理部50は、蓄電池部30の動作状態を管理する。蓄電池管理部50は、第1の判定部53と、第2の判定部54と、第1の電圧計55と、配線用遮断器(以下、単に遮断器)と、第1のスイッチ56と、を有する。蓄電池部30は、互いに接続された組電池31と、第2の温度センサ37と、を有する。組電池31には、監視基板32が設けられている。監視基板32は、単電池35の温度を監視する第1の温度センサ32aを有する。また、監視基板32は、所定検出周期で検出した単電池35の温度を第1の判定部53に送信する。
図13に示すように、主回路部60は、パワーユニット(電力変換装置)62と、主回路部60の動作状態を管理する主回路管理部61と、を有する。主回路管理部61は、第3の温度センサ64と、第2の電圧計65と、第3の判定部66と、第2のスイッチ67と、を有する。パワーユニット62は、内部にインバータIVおよびコンバータCVを有する。パワーユニット62は、モータTM、発電機GMおよび蓄電池装置1の蓄電池部30に接続されている。
図15は、第2の実施形態の蓄電池装置101の冷却システム103を示す概略図である。なお、本実施形態の蓄電池装置101の概略構造は、第1の実施形態の蓄電池装置1と比較して冷却システム103が異なる。また、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
また、本実施形態の圧力計93は、分岐した複数の流路にそれぞれ設けられ、液漏れセンサ96は合流した流路中に設けられている。したがって、循環流路80圧力計93は、分岐した流路内の液漏れを監視し、液漏れセンサ96は、冷却システム103全体の液漏れを監視する。液漏れ監視用のセンサ(圧力計93および液漏れセンサ96)が異なる範囲の液漏れ監視を行うことで、液漏れ監視の精度が高まるのみならず、液漏れ箇所の特定が容易となる。
第1の実施形態と同様に、棚板121は、平面視で矩形状の長辺を構成する長辺端部(長辺側の端部)121aと、短辺端部121bと、を有する。一対の棚板121は、それぞれ長辺端部121a同士を、中央区画壁22を介して対向させて並べて配置されている。
図18は、本実施形態に採用可能な変形例1の棚板121Aの平面図である。棚板121Aの内部には、内部路89Aが形成されている。内部路89Aは、主流路部89eと、内部復路89fと、を有する。主流路部89eは、棚板121Aの長手方向に沿って延びる。主流路部89eは、棚板121Aの短手方向に幅広な偏平状に形成されている。主流路部89eの内部には、複数の整流板89gが設けられている。複数の整流板89gは、主流路部89eの延在方向に沿って延び、主流路部89eの幅方向に並ぶ。整流板89gは、例えばコルゲートフィンである。主流路部89eの一端は、入口部89aに接続されている。また、主流路部89eの他端は、入口部89aが設けられた短辺端部121bと反対側の短辺端部121bの近傍で、内部復路89fに接続されている。内部復路89fは、主流路部89eの他端側から、入口部89aが設けられた短辺端部121bまで延びる。
図19は、変形例2の棚板(冷却板)121Bおよび組電池31Aの正面図である。本変形例の組電池31Aは、上述の実施形態の組電池31と同様の構造を有するが、棚板121Bへの設置方法が異なる。
なお、図19において、組電池31Aの正極端子31aおよび負極端子31bに接続される導線部の図示を省略する。
図20は、変形例3の組電池群38の冷却システム103Aを示す概略図である。本変形例の組電池群38は、上述の実施形態と同様に複数の組電池31により構成される。蓄電池装置101には、図20に示す組電池群38が、複数設けられる。組電池群38の複数の組電池31は、複数の棚板121に複数個ずつ搭載されている。
なお、図20に示す例において、各組電池31同士の接続は、直列接続であるが、並列接続であってもよい。また、組電池31同士の接続は、直列接続と並列接続とが組み合わされたものであってもよい。
また、本変形例によれば、異常が検出された組電池31を含む組電池群38の冷却区間を循環流路80から分離させることができる。これにより、異常が検出された組電池31が高温となった場合に、冷媒を通じて他の組電池群38に影響が及ぶことを抑制できる。
また、本変形例によれば、組電池群38ごとに、冷却系統および電気系統がまとめられている。したがって、組電池群38ごとの交換およびメンテナンスが、容易となる。
図21は、変形例4の循環流路180の構成を示す模式図である。また、上述の実施形態および変形例と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
往路80aは、主往路82(図15参照)と、主往路82から分岐した2つの第1の分岐往路83を含む。2つの第1の分岐往路83は、それぞれ前方区画領域FAおよび後方区画領域FBにおいて、上下方向に配列された複数の棚板121のうち、中程に位置する棚板121の入口部89aに接続されている。ここで、第1の分岐往路83が接続される棚板121を、中位置棚板(中位置区画壁)121Mと呼ぶこととする。中位置棚板121Mは、上端又は下端の棚板121以外であって、上下方向の中程に位置する棚板121である。中位置棚板121Mは、前方区画域FAにおいて上下方向に並ぶ6枚の棚板121のうち、上から3番目、下から4枚目の棚板121である。また、中位置棚板121Mは、後方区画域FBにおいて上下方向に並ぶ8枚の棚板121のうち、上から4枚目、下から5枚目の棚板121である。
図22は、第3の実施形態の蓄電池装置201におけるおよび棚板221、組電池231および冷却板239の平面図である。
なお、本実施形態の蓄電池装置201の概略構造は、第1および第2の実施形態の蓄電池装置1、101と比較して冷却システムが異なる。また、上述の実施形態と同一態様の構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
複数の組電池231は、棚板221上で導線部234により直列接続されている。組電池231は、複数の単電池235と、監視基板232と、単電池235および監視基板232を密閉して収納するケース部233と、を有する。ケース部233は、内部を密閉することで、内部に生じる結露を低減できる。
また、監視基板232は、組電池231の内部において、板面方向を鉛直方向に沿わせた姿勢でケース部233の内部に配置されている。単電池235は、冷却板239側に配置されることで、より効果的に冷却される。監視基板232は、板面方向を鉛直方向に沿わせた姿勢で配置されることで、表面に生じた結露を下方にスムーズに排出できる。
冷却板239の上側を向く側端部239cは、組電池231の上側を向く側面231cより内側に位置する。すなわち、側端部239cは、側面231cに対して下側に位置する。これにより、一対の組電池231および冷却板239により構成される上側を向く面に、凹溝240が形成される。これにより、凹溝240は、冷却板239の露出部である側端部239cに生じた結露水を保持し、結露水の滴下に起因するトラブルを抑制できる。
図25は、変形例の凹溝240Aを示す図である。図25は、上述の図24に対応する図である。冷却板239の側端部239cには、U字状の凹溝240Aが設けられている。側端部239cは、露出部であるために結露が生じやすい。側端部239cに凹溝240Aを設けることで、結露水を保持して、結露水の滴下に起因するトラブルを抑制できる。
また、図26に示すように、冷却板239の露出部である凹溝240Aに吸湿材241を充填してもよい。吸湿材241は、凹溝240Aに生じた結露水を保持し滴下を抑制できる。
また、図27に示すように、冷却板239の露出部である凹溝240Aに断熱材242を充填してもよい。断熱材242は、露出する冷却板239の側端部239cに結露が生じることを抑制する。
Claims (19)
- 所定の閉塞手段により閉塞された開口部が設けられたハウジングと、
前記ハウジングの内部に収納された蓄電池部と、を備え、
前記ハウジングの内部圧の上昇により前記閉塞手段が開放される、
蓄電池装置。 - 前記閉塞手段は、前記ハウジングの外側に向かって移動することで開放され、
前記ハウジングは、開放された前記閉塞手段の外側への移動を制限する移動制限部を有する、
請求項1に記載の蓄電池装置。 - 前記蓄電池部は、前記蓄電池部の温度を監視する第1の温度センサと、前記蓄電池部が収納された空間に配置された第2の温度センサと、を有し、
前記第1の温度センサの検出温度が第1温度を超えた場合に前記蓄電池部の入出力端子を外部から電気的に遮断する遮断器を有するとともに、前記第2の温度センサの検出温度が前記第1温度より高い第2温度を超えた場合に警告を発するための信号を送信する、蓄電池管理部を備える、
請求項1又は2に記載の蓄電池装置。 - 前記蓄電池部は、複数の単電池を含む組電池を複数有し、
前記ハウジングは、前記組電池が接触する区画壁と、前記ハウジングの内外を区画するとともに前記区画壁と面接触した状態で前記区画壁に締結されたカバー部と、を有する、
請求項1〜3の何れか一項に記載の蓄電池装置。 - 前記区画壁と前記カバー部とが、前記カバー部の外面側から挿入されるボルトにより締結され、前記カバー部の外面には、前記ボルトの頭部を内側に配する凹部が設けられている、
請求項4に記載の蓄電池装置。 - 前記区画壁は、前記ハウジングの内部を前記組電池が収納される複数の小部屋に気密に区画する、
請求項4又は5に記載の蓄電池装置。 - 前記蓄電池部は、複数の前記組電池を互いに電気的に接続する導線部を有し、
前記区画壁には、前記導線部が挿通される貫通孔が設けられるとともに、前記導線部と前記貫通孔の内周面との隙間を覆う導線クランプ部が取り付けられている、
請求項6に記載の蓄電池装置。 - 前記区画壁は、前記カバー部と対向する第1の端面と前記第1の端面と直交する一対の第2の端面とを有するとともに、内部に冷媒が通過する内部路が設けられ、
前記内部路の入口部および出口部は、一対の第2の端面のうち一方に位置する、
請求項4〜7の何れか一項に記載の蓄電池装置。 - 一対の前記区画壁が、前記第1の端面と反対側を向く第3の端面を対向させて配置され、
前記内部路は、前記第3の端面に沿って延びる複数の直線部と、複数の直線部同士を繋ぐ湾曲部と、を有し、前記第3の端面に沿って複数回往復し、
複数の前記直線部のうち対向する前記区画壁に最も近い前記直線部に、前記入口部が位置する、
請求項8の何れか一項に記載の蓄電池装置。 - 複数の前記区画壁が、所定の配列方向に沿って主面を対向させて並び、
前記冷媒は、前記配列方向において中程に位置する前記区画壁の前記内部路から、前記配列方向において両端側に向って並ぶ前記区画壁の前記内部路を順に通過する、
請求項8又は9に記載の蓄電池装置。 - 隣り合う組電池同士の間に挟み込まれ、内部に冷媒が通過する内部路が設けられた冷却板を備える、
請求項7〜10の何れか一項に記載の蓄電池装置。 - 前記冷却板の露出部に凹溝が設けられている、
請求項11に記載の蓄電池装置。 - 前記冷却板の露出部が吸湿材および断熱材のうち少なくとも一方で覆われている、
請求項11又は12に記載の蓄電池装置。 - 前記冷却板の側端部は、前記組電池の側面よりも内側に位置することで凹溝を構成する、
請求項11〜13の何れか一項に記載の蓄電池装置。 - 前記冷却板および前記組電池は、前記区画壁の上側を向く面に搭載され、
前記区画壁の上側を向く面のうち露出する部分に、前記区画壁の端部に向かうに従い下側に傾斜する傾斜部が設けられている、
請求項11〜14の何れか一項に記載の蓄電池装置。 - 前記冷却板および前記組電池は、前記区画壁の上側を向く面に搭載され、
前記区画壁の上側を向く面のうち露出する部分に、凹部が設けられている、
請求項11〜15の何れか一項に記載の蓄電池装置。 - 前記ハウジングには、内外を連通させる通気口が設けられ、前記ハウジングの内側の前記通気口に対応した位置に結露水を受ける水受け部が設けられている、第1の結露抑制手段と、
前記ハウジングには、孔部が設けられ、前記孔部に吸湿材を収納する交換容器が取り付けられ、前記交換容器の内部は、前記ハウジングの内部に連通し前記ハウジングの外部に対して密閉されている、第2の結露抑制手段と、
前記ハウジングの内壁面の少なくとも一部は、吸湿材および断熱材のうち少なくとも一方により覆われている、第3の結露抑制手段と、
のうち、少なくとも1つの結露抑制手段を有する、
請求項1〜16の何れか一項に記載の蓄電池装置。 - 請求項1〜17の何れか一項に記載の前記蓄電池装置と、
運転室と、を備え、
前記開口部が、前記運転室と反対側を向く面に位置する、
車両。 - 請求項1〜17の何れか一項に記載の前記蓄電池装置と、
前記蓄電池装置に隣接して配置され、電力変換装置を含む車両用主回路部と、
前記車両用主回路部が収納された空間に配置された第3の温度センサと、
前記蓄電池装置の周囲を通過させた空気を前記車両用主回路部に向けて送る冷却ファンと、
前記第3の温度センサの検出温度が所定の温度を超えた場合に警告を発するための信号を送信する、主回路管理部と、を備える、
車両。
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