TWI422093B - Battery system, electric railway power supply system and battery module - Google Patents

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Description

電池系統、電氣鐵路用電力供應系統及電池模組
本發明係關於一種使用於地上蓄電設備或車輛搭載等之電池系統、電氣鐵路用電力供應系統及電池模組。
以往，一般之電氣鐵路用之變電所，例如將來自電力公司之交流電力轉換為直流電力，再供應給饋電線。電氣車輛係從該饋電線經由架線接受直流電力之供應，用以進行行駛。在地鐵等，不使用架線，通過第三軌道供應電力。
當電氣車輛加速時，係將從架線供應之電力透過搭載於車輛之電力控制裝置，將電力供應給行駛用之馬達，藉此將電能轉換為行駛能進行行駛。由於加速時需要大電力，因此架線電壓等會下降。接著，當架線電壓下降時，雖依下降之程度會有差異，但對行駛於相同區間之電氣車輛之行駛有時會帶來不良影響。
又，相反地，具有再生能力之電氣車輛中。減速時，把行駛用之馬達當作發電機而作用，藉此將電氣車輛所具有之行駛能轉換為電能，該電能成為再生電力。
另外，為將再生電力送回架線，藉由搭載於電氣車輛之電力控制裝置，進行控制俾使提高架線電壓，因此一般架線電壓會上升。
尤其，再生電力，當同時行駛之其他電氣車輛係加速中時，雖該電氣車輛會消耗再生電力，但若無此種電氣車輛，架線電壓會上升，電氣車輛藉由電力控制裝置進行控制，俾使以一定電壓以上壓制再生電力之產生。這種方式一般叫做再生制動。當架線電壓進一步上升至該電壓以上時，藉由電氣車輛之電力控制裝置，可進行中止再生之控制。引起所謂之再生失效。
當引起再生制動或再生失效時，為獲得必要之減速，機械制動器開始動作，行駛能變成熱能而耗費。
為防止再生失效，由於在變電所消耗再生電力，因此有時採用使用截波器(chopper)，用電阻器將再生電力轉換為熱能之方法，但在此情形下，再生電力被白白耗費。
又，為不浪費再生電力，雖有在變電所設置變流器(inverter)等，用以將再生電力轉換為交流電力，再將剩餘之再生電力轉換為商用頻率之交流電力之逆送電方法及利用於火車站舍等之方法，但在有效運用再生電力之另一方面，必須要有高價之變流器。
另一方面，亦考量在變電所設置大型電池系統，將剩餘再生電力充電於該電池系統，藉此蓄積電力，當架線之電壓下降時進行放電，藉此可緩和架線電壓之下降(例如參照專利文獻1)。這種方式之電池系統從藉由有效利用再生電力及維持架線電壓之適當值之維持行駛性能方面來看，最近備受矚目。
已提案有不使用充放電控制裝置而使用設置於變電所之電池系統，謀求有效利用再生電力，並且補充變電所之送電能力之電力供電系統(例如參照專利文獻2)。
專利文獻1：日本特開2001-260719號公報
專利文獻2：國際公開第2009/107715號
已提案有在變電所設置大型電池系統，用以謀求回收再生電力之電氣鐵路用之電力供應系統(參照上述專利文獻1)。然而，在該電力供應系統中，必須要有充放電控制裝置，用以適當調整電池系統之電壓，並連接於架線。
其理由在於，在通常之二次電池中，由於對電池之SOC(充電狀態)之輸出電壓(正確係端子電壓)變化大，因此為使電池系統之電壓適合架線電壓，採用透過充放電控制裝置連接於架線之方法。由於該充放電控制裝置高價且需取得設置場所，因此成為阻礙該電池系統普及之主要原因。
鎳氫電池對電池之SOC(充電狀態)之輸出電壓(正確係端子電壓)變化小，為使電池之輸出電壓適合架線電壓，不需要充放電控制裝置(參照上述專利文獻2)。
然而，在串接複數台積層複數個單位電池而成之電池模組用以構成電池系統之情形，電池系統之輸出電壓之調整範圍成為電池模組之輸出電壓單位，即使在鎳氫電池中，當希望既定之輸出電壓時，亦必須要有充放電控制裝置。
以此方式，欲調整電池系統之輸出電壓之要求不僅要有電氣鐵路用電力供應系統，而且要有一般產業用之電力供應系統，但在採用模組構造之大容量電池中，無法自由變更其輸出電壓。
例如，當額定電壓為820V時，每單位電池之輸出電壓為1.367V，亦可串聯30單元單位電池構成電池模組，串聯20台該電池模組組成電池系統(輸出電壓為30×1.367V×20=820V)。
然而，設備未必依照變壓器或整流器之性能或是使用狀況或負載之電氣車輛之運轉狀況，以額定電壓進行運轉，設備有時以偏離額定電壓之電壓進行運轉。在該情形下，例如，若電池模組為19台，則輸出電壓為779V(30×1.367V×19=779V)，無法將電池系統之輸出電壓調整在779V與820V間之值。
額定電壓即使為820V，實際電壓也會從額定電壓偏離，又，當將電池系統連接於架線線上時，依照電池系統之規格(例如電池容量等)，有時架線之電壓位準受電池系統之影響而變化。在此種情形下，工廠出貨時所調整之輸出電壓從適當之電壓位準偏離。
為有效充電再生電力，並且必要時將電池系統之電力供應給架線，希望在電池系統之性能上，其SOC可在約80%左右運用。其原因在於，當SOC過高時，吸收再生電力之空間變少，當SOC過低，需要電池系統之電力時，發生電力不足。因此，為了SOC在80%左右運轉電池系統，亦要求該輸出電壓欲調整到適當範圍。這種情形，從上述之計算例來看，有只能以每41V進行電壓調整之問題。
作為調整電池系統之輸出電壓之方法，通常，在單位電池為30單元之電池模組中，若準備將其積層數積層例如10單元或20單元，低於30單元之電池模組，則可調整輸出電壓，但必須另行製造上述之電池模組，生產效率變差。又，由於電池系統係將多數個電池模組組裝於機殼而構成，因此工廠出貨後，在現場，將低於30單元不足單元之電池模組組裝於機殼中，由於電池模組係重物(例如240kg)，因此作業變成困難。
以上，係取額定電壓820V，電池模組30單元時為例加以說明，但即使額定電壓或電池模組之單元數係其他值，當然也有同樣之問題。
為解決上述問題，本發明之目的在於，提供一種電池系統，在串聯複數個電池模組而成之電池系統中，可簡單調整其輸出電壓。
本發明之電池系統，係串聯複數台電池模組而成，該電池模組係積層複數個單位電池而成，在複數個該電池模組中至少1個電池模組之正極端子與負極端子之間設置有用以取出電氣之連接端子。
依此構成，在串聯複數台電池模組而成之電池系統中，在用來取出該電池模組正側電氣之該正極端子與用以取出負側電氣之該負極端子之間，設置有與該正極端子或該負極端子之不同之另一連接端子，可取出較該正極端子與該負極端子之間之電壓為小之電壓。藉此，可調整電池系統之輸出電壓。以這種方式，該連接端子係設置於該正極端子與該負極端子之中間，取出該正極端子與該負極端子之間之電壓，達到中間分接頭之作用。又，設置該連接端子之該電池模組亦可係任意1台，較佳係在串接之複數個電池模組中位於最負側之最終段之電池模組或位於最正側之最初段之電池模組。
在該至少1個電池模組設置有複數個該連接端子，該複數個連接端子亦可個別連接於該電池模組內電位彼此不同之複數個位置。另外，該連接端子數亦可1～4中之任一數，但最佳係2個。若該連接端子數較多，則可細調整輸出電壓，但會增加製造上之時間。
該單位電池較佳係鎳氫電池，由於使用鎳氫電池可減小輸出電壓對SOC(電池之充電狀態)之變動，因此不需充放電控制裝置，可涉及電池之SOC之全區域，有效利用電池系統。
較佳係在該單位電池與該單位電池之間設置中間集電體，並在該中間集電體安裝該連接端子。由於該連接端子係從該電池模組之外部取出電氣，因此在該電池模組之內部設置該中間集電體，在該中間集電體設置該連接端子。藉由這種構成，容易從該電池模組取出電氣。
較佳係該中間集電體被鍍鎳。施以鍍鎳之理由在於，接觸阻抗變小，由於作為電池之等效內部阻抗減低，因此電池系統之效率提高。
在該單位電池與該單位電池之間配置有將單位電池所產生之熱予以散熱之散熱板，該中間集電體之厚度亦可等於該單位電池與1或2塊散熱板加總之厚度。以上述方式設定該中間集電體之厚度，藉此可謀求電池模組之設計尺寸之標準化。其原因在於，在未設置該連接端子之該電池模組中，通常在該單位電池等收容之位置可配置該中間集電體。藉此，可提高產品之產率，可抑制製造成本之上升。
該電池模組最佳係收容於機殼內。若收容於機殼內，則便於保養管理，亦可確保安全。又，在機殼內設置空調等，藉此可一次高效率進行電池模組之冷卻。
在本發明之電池系統中，較佳係在該機殼內設置有外部連接用之複數個電源端子，該複數個電源端子亦可以電氣連接於該連接端子、該正極端子及該負極端子。更佳係，外部連接用之各電源端子被收容於附蓋之端子箱，該端子箱亦可設置於該機殼內。作成如上述之構成，藉此可從機殼之外側進行電池系統之輸出電壓之調整，可簡化現場調整之時間。
較佳係該連接端子可拆卸。若該連接端子數較多，通常，該所有連接端子並非供利用。若在該中間集電體可拆卸該連接端子，就可省略未供利用之該連接端子。若省略充電部即該連接端子，使用就會變簡單。
又，本發明之電氣鐵路用電力供應系統，係使用於電氣鐵路用變電所，該變電所具有從交流電力線路接受電力之變壓器、連接於該變壓器之整流裝置、以及連接於該整流裝置之饋電線，由串聯複數台積層複數個單位電池而成之電池模組所構成之電池系統直接連接於該饋電線而成，在複數個該電池模組中至少1個電池模組之正極端子與負極端子之間設置有用以取出電氣之連接端子。
依此構成，由於電池系統不透過充放電控制裝置而直接連接於架線，因此不必高價之充放電控制裝置。
又，本發明之電池模組，係積層複數個鎳氫單位電池而成，在該單位電池與該單位電池之間設置施以鍍鎳之中間集電體，在該中間集電體安裝該連接端子構成。依此構成，當使用單一電池模組作為電源時，對必須調整其輸出電壓時有其效用。
以下，依照圖式說明本發明之電池系統之實施形態，但本發明並非限定於該實施形態。
第1圖係表示本發明一實施形態之電池系統A之構造之立體圖，如第1圖所示，在機殼K內以橫4行縱5段容納有20台之電池模組B。此處所容納之電池模組B之台數係依據所要求之電氣規格來進行選定，並非限定於20台。另外，第1圖中，為便於說明，係省略機殼K之門來表示。電池模組B之電極端子10係藉由電纜60連接於鄰接之電池模組B，並以整體串聯。位於該串聯之電池模組群兩端之各電池模組B、B’係藉由電纜(未圖示)導引至機殼K之外部。在機殼K之外面設置有附蓋80a之端子箱80。在端子箱80之內部設置有外部連接用之3個正極電源端子81A、81B、81C以及外部連接用之1個負極電源端子82。另外，亦可使用母線(busbar)來取代電纜。
第1圖中，20台之電池模組中，1台係具有本發明之連接端子之電池模組B’，剩下之19台係由未具連接端子之電池模組B構成。以下，首先，表示未具有連接端子之電池模組B之一例後，再進行具有本發明之連接端子之電池模組B’之說明。
第2圖係表示電池模組B之構造之局部剖面側視圖。該電池模組B，例如，係設置於電氣鐵路之變電所，較佳係具備：電池積層體1，將密閉式之角形電池即單位電池積層複數個(本實施形態為30個)於單位電池C之厚度方向；側面板3，用來將電池積層體1鎖緊固定於積層方向X；壓縮板5；以及鎖緊用螺栓作為主要構成要件，此等主要構成要件係被由絕緣材料所構成之外殼9覆蓋。
單位電池C係如第3圖所示，具備：矩形之框形構件14、第1蓋構件15、以及第2蓋構件16。在由框形構件14、第1蓋構件15、以及第2蓋構件16構成之空間內容納有鎳氫電池(未圖示)，整體構成單位電池。
另外，本實施形態中，用施以鍍鎳之鋼板形成第1蓋構件15及第2蓋構件16，將第1及第2之蓋構件15、16分別連接於該鎳氫電池之正極及負極。亦即，第1及第2之蓋構件15、16係分別兼作單位電池C之正極側端子及負極側端子。
接著，說明用單位電池C所構成之電池模組B之構造。本實施形態例之電池模組B之電池積層體1係如第2圖所示，將單位電池C與散熱板31加以積層，單位電池C係如第3圖所示，鄰接之單位電池C之一側之第1蓋構件15與另一側之第2蓋構件16係積層於相互對向之方向，並且，散熱板31介於單位電池C之間。在散熱板31設置有用以通過冷媒之流通孔(未圖示)。另外，在本實施形態例中，1塊散熱板31雖介於2組單位電池C之間，但散熱板31亦可介於每個單位電池C亦即單位電池C之雙面之間。
第4圖係將電池模組B之要部即模組本體47部分剖開所示之立體圖。另外，在以下之說明中，電池積層體1之正極側(第4圖之正前側)稱為前側，負極側(第4圖之內側)稱為後側。在電池積層體1之積層方向X之兩側面配置有以沿積層方向X延伸之一組板狀構件形成之側面板3，用以覆蓋電池積層體1之兩側面。板狀之壓縮構件即壓縮板5係藉由側面螺栓32分別固定於側面板3之積層方向X之前端部與後端部，藉由前後之各壓縮板5、5覆蓋電池積層體1之積層方向X之前面及後面。又，在電池積層體1之積層方向X之上方及下方分別配置有沿積層方向X延伸之板狀構件即上面板33及下面板34。上面板33及下面板34係以螺栓連結固定於側面板3。
第5圖係沿第4圖之V-V線之剖面圖。如第5圖所示，在位於電池積層體1之最前部之單位電池C之第1蓋構件15(參照第3圖)之前側配置有重疊於單位電池C之成為正極側之集電構件之第1集電板35。並且，在該第1集電板35之前側配置有以該順序重疊之絕緣板37及絕緣板保護板39。
在壓縮板5之螺栓孔50，複數根鎖緊用螺栓7係從前方螺合於電池積層體1之積層方向X，貫通壓縮板5。鎖緊用螺栓7之前端抵接於絕緣板保護板39，透過絕緣板保護板39、絕緣板37及第1集電板35，將電池積層體1緊壓於積層方向X之後方。電池積層體1之後端部亦具有與第5圖所示之前端部同樣之構造，電池積層體1之後端部係藉由鎖緊用螺栓7，透過絕緣板保護板39、絕緣板37及第2集電板36(參照第7圖)，將電池積層體1緊壓於積層方向X之前方。
在絕緣板37及絕緣板保護板39之各中央部形成有圓形之開口部37a、39a，在此等之開口部37a、39a內，第1集電板35之大致中央部之螺栓孔44螺合有作為電池模組B之正極端子11功能之正極端子螺栓45。並且，在電池積層體1之後端部，與前端部同樣，負極端子12(參照第7圖)係螺合安裝於第2集電板36(參照第7圖)。
接著，使用第6圖，說明本發明具有連接端子之電池模組B’之實施形態。另外，關於與電池模組B之共用部分省略說明，使用同一符號表示。
第6A圖係電池模組B’之俯視圖，第6B圖係同側視圖，第6C圖係第6B圖之要部之放大圖。在第6圖所示之實施形態中，散熱板31雖設置於單位電池C之兩側，但亦可僅設置1塊於2組之單位電池C。
本實施形態中，在正極集電部即第1集電板35與負極集電部即第2集電板36之間，亦即單位電池C之間，分別設置有2個中間集電體20。亦即，配置有中間集電體20，使得中間集電體20之一面與單位電池C之第1蓋構件15(第3圖)接觸，中間集電體20之另一面與另一單位電池C之第2蓋構件16(第3圖)接觸。並且，在後端側之中間集電體20與第2集電板之間單位電池C積層9單元，在前端側之中間集電體20與第1集電體35之間單位電池C積層9單元，在2個中間集電體20之間電池C積層10單元，全部共積層28單元，構成電池模組B’。中間集電體20較佳係於良導電體即鋁(或鋁合金)上施以鍍鎳。中間集電體20並非限定於鋁(或鋁合金)，只要是良導電體，亦可是例如不銹鋼等。若施以鍍鎳雖能減輕接觸阻抗，但亦可未施以電鍍。
由於中間集電體20係良導電體，因此能高效率將鄰接之單位電池C之電氣傳送給鄰接之單位電池C。
中間集電體20之厚度作成與單位電池C與2塊散熱板31加總之厚度相等，因此若在電池模組B中，取出單位電池C與2塊散熱板31，組合中間集電體20，則成為電池模組B’，因此可沿用電池模組B之設計，可謀求零件或組裝之共用化。
在電池模組B中，當在2組單位電池中組合1塊散熱板31時，可將中間集電體20之厚度作成單位電池C與散熱板31加總之厚度。
亦可在中間集電體20設置用來流通冷媒之流通孔(未圖示)。中間集電體20有助於電池之冷卻。
在中間集電體20之上面之大致中央部設置有螺栓孔23，在螺栓孔23之上方即外殼9之天板及上面板33分別形成有圓形之開口9a、33a，在開口9a、33a內，連接端子用螺栓22從上方螺合於螺栓孔23，連接端子21安裝於中間集電體20。
在開口9a之上面配置堵塞圓板24，其係由鑽有使連接端子21通過中央部之孔之絕緣體所構成，用以防止異物從外部混入。在未設連接端子21之中間集電體20之上方之開口9a、33a配置有堵塞圓板25，其不具有使連接端子21通過中央部之孔。
電纜(未圖示)係連接於連接端子21，導引至機殼K之外部外側而與電池系統之正極電源端子連接。在與電池模組B’形成對極之電池模組B之負極端子12連接有電纜(未圖示)，導引至機殼之外部外側而與電池系統之負極電源端子連接。
接著，使用圖式說明電池系統之調整方法。第7A圖係具有連接端子之電池模組B’之連接狀況圖，第7B圖係說明通常之電池模組B之連接狀況圖。電池模組B係由30個單元構成，另一方面，電池模組B’係由28個單元構成，在每一9或10單元，可從連接端子取出電氣。電池模組B之積層數(單元數)亦可30以外之值，又，電池模組B’之連接端子亦可係1～4中之任一值。
第7A圖中，在連接端子21a、21b安裝有用來將電氣取出於外部之電纜66a、66b，在正極端子11安裝有電纜62。又，負極端子12係藉由電纜64連接於鄰接之電池模組B之正極端子11。並且，電池模組B之負極端子12係用電纜64分別連接於其鄰接之電池模組B之正極端子11，在最後段之電池模組Bb之負極端子12連接有電灠65。其結果，作為整體電池系統，成為如第7C圖所示之連接狀況。
亦即，位於電池系統最高電位側之電池模組B’之正極端子11係透過電纜62以電氣連接於機殼K之正極電源端子81A，連接端子21a、21b係分別透過電纜66a、66b以電氣連接於機殼K之正極電源端子81B、81C(參照第1圖)。接著，位於電池系統最低電位側之電池模組B之負極端子12係透過電纜65以電氣連接於機殼K之負極電源端子82(參照第1圖)。
內裝電池系統之機殼K搬入現場後，首先，將電池系統之負極電源端子82連接於架線之負側(例如接地之軌道)，3個正極電源端子81A、81B、81C中任一個端子連接於成為負載之架線之正側。
此時，電池系統係由19台之電池模組B與1台之電池模組B’構成，其開路輸出電壓為30×1.367V×19+28×1.367=817V。依照負載狀況或其它設備之運轉狀況，當該電壓高時，僅9單元份(12V)較電纜62低電位之電纜66a連接於架線之正側。另外，當輸出電壓高時，將較電纜66a更低電位之10單元份之電纜66b連接於架線之正側。如上所述，調整架線與電池系統之連接部位，使得從高電位之位置向低電位之位置移動，最後決定與架線連接之1個正極電源端子，藉此在實際之運用狀態中，可謀求成為使用狀態之單位電池C之使用履歷之均等化，可減少單位電池C間之誤差。另外，亦可將電池模組B’配置於電池系統之最低電位側，調整接地與電池模組B’之連接部位，使得從低電位之位置向高電位之位置移動，最後在電池模組B’中決定與接地連接之1個端子。
第7圖所示之實施形態中，雖在電池系統之正側配置電池模組B’，但亦可將電池模組B’配置於負側，用以構成電池系統。在電池系統之負側配置電池模組B’之方式在調整電時對確保安全上較為有利。
第8圖係具備本發明實施形態之電池系統之電氣鐵路電力供應系統之概略構成圖。電氣鐵路用變電所100，本發明之電池系統108係透過饋電線105直接連接於架線109。電池系統108，其正極端子係連接於饋電線105，負極端子係藉由配線115連接於歸線(軌道)107。換言之，電池系統108不透過用以控制充放電電壓之充放電控制裝置而直接連接於架線109。
電氣鐵路電力供應系統99具備：從來自電力公司等之交流電源101透過交流電力線路102而接受電力之變壓器103、以及連接於變壓器103之整流裝置104；整流裝置104之正側端子係連接於架線109，其負側端子係連接於歸線(軌道)107。
從整流裝置104輸出之直流電力係從饋電線105透過架線109供應給電氣車輛110。電氣車輛110係將所供應之直流電力藉由例如車上之電力控制裝置112轉換成交流，再供應給行駛中之電動機113或輔機。
例如，電氣車輛110係處於制動狀態之再生車輛，若不是其他需要再生電力之電氣車輛，則必須將架線電壓上升，再生電力被電池系統108充電。另一方面，當電氣車輛110係加速車輛時，若架線電壓下降，就會從電池系統108透過架線109將電力供應給加速車輛。
總之，在電池系統108中，架線109與歸線(鐵軌)107間之電壓，當較電池系統108為高時進行充電，當較電池系統108為低時進行放電。以這種方式，電池系統108為補償架線109之電力過高或不足而進行動作，可實現省能源與確保電氣車輛之行駛。
當產生再生電力時，若電池系統108之電壓高於架線電壓，則再生電力未被電池系統108充電。又，當有加速車輛時，若電池系統108之電壓低於架線電壓，則不從電池系統108將電力供應給架線109。電池系統108有效吸收再生電力謀求省能源，將不足電力供應給加速車輛，用以確保行駛，若電池系統108之電壓不適當，電池系統108就不能充分達到其用途。電池系統108之電壓為避免該不適當狀況，必須進行調整。
又，在本發明之電池系統所使用之電池中，較佳係SOC在從70%至約80%左右使用。其理由在於，若SOC過高，吸收再生電力之空間就會變少，若過低，當需要電池系統之電力時，電池系統會發生電力不足。因此，當在現場謀求調整本發明之電池系統時，必要以SOC從約70%到80%，較佳係80%左右方式選擇輸出電壓。
如後所述，鎳氫電池對SOC之電壓變動小，通常之電池具有不需要為調整電壓而需要之充放電控制裝置之特性。為邊維持該特性邊使電池系統充分達到其用途之效果，電池系統之輸出電壓必須進行細調整，必須要有本發明具有連接端子之電池模組之電池系統。
第9圖係表示對各種電池等之SOC(state of charge，充電狀態)之電壓變化之SOC特性圖。曲線a係表示鎳氫電池之電壓變化。曲線b係表示鉛蓄電池之電壓變化，曲線c係表示鋰離子電池之電壓變化，曲線d係表示雙重電氣層之電容器之電壓變化。
對SOC變動之電壓變化，鎳氫電池約為0.1，鉛蓄電池約為1.5，鋰離子電池約為2.0，雙重電氣層之電容器約為3.0。這是假設容許相同電壓變化範圍，鎳氫電池可縮小到鉛蓄電池之1/15，鋰離子電池之1/20，雙重電氣層之電容器之1/30。
如第9圖所示，曲線a所示之鎳氫電池與其他電池等相較，在SOC之廣範圍S具有穩定之壓力特性。亦即，鎳氫電池在SOC之廣範圍電壓變動小。與此相較，用曲線b、c、d表示之其他電池等，對SOC之變動，電池電壓之變動大。例如，若從SOC之中央觀察，鎳氫電池，設中央值之電壓為V1 ，當電壓變動使用在範圍dV1 時，可使用在SOC之大致所有範圍，可有效利用電池容量。相對於此，設中央值之電壓為V2 ，當電壓變動使用在範圍dV2 時，SOC只能使用在狹窄之範圍，不能有效利用電池容量。同樣地，鋰離子電池，設中央值之電壓為V3 ，當電壓變動使用在範圍dV3 時，SOC只能使用在狹窄之範圍，不能有效利用電池容量。此處，電壓變動範圍之大小係以電壓之中央值為規格值，dV1 /V1 =dV2 /V2 =dV3 /V3 。
因此，SOC越在範圍S之中，例如，SOC為50～70%時之電池電壓，將與第8圖之電氣鐵路電力供應系統之額定輸出電壓相等或大致相等之電池系統108如第8圖所示直接連接於架線109時，電池系統108反複充放電，藉此即使該充電狀態(SOC)變動，電池電壓之變動亦較小，因此可有效利用電池容量。
因此，本發明之電池系統，在架線電壓之變動容許範圍，可涵蓋SOC之大半範圍，因此即使未設置充放電控制裝置亦可有效利用電池容量。
A．．．電池系統
B、B’．．．電池模組
C．．．單位電池
K．．．機殼
1．．．電池積層體
3．．．側面板
5．．．壓縮板
7．．．鎖緊用螺栓
9．．．外殼
9a ．．．圓形開口
10．．．電極端子
11．．．正極端子
12．．．負極端子
14．．．框形構件
15．．．第1蓋構件
16．．．第2蓋構件
20．．．中間集電體
21．．．連接端子
21a、21b．．．連接端子
22．．．連接端子用螺栓
23．．．螺栓孔
24．．．堵塞圓板
25．．．堵塞圓板
31．．．散熱板
32．．．側面螺栓
33．．．上面板
33a ．．．圓形開口
34．．．下面板
35．．．第1集電體(板)
36．．．第2集電體(板)
37．．．絕緣板
37a、39a ．．．圓形開口
39．．．絕緣板保護板
44．．．螺栓孔
45．．．正極端子螺栓
47．．．模組本體
50．．．螺栓孔
60．．．電纜
62‧‧‧電纜
64‧‧‧電纜
65‧‧‧電纜
66a、66b‧‧‧電纜
80‧‧‧端子箱
80a‧‧‧蓋
81A、81B、81C‧‧‧正極電源端子
82‧‧‧負極電源端子
99‧‧‧電氣鐵路電力供應系統
100‧‧‧電氣鐵路用變電所
101‧‧‧交流電源
102‧‧‧交流電力線路
103‧‧‧變壓器
104‧‧‧整流裝置
105‧‧‧饋電線
107‧‧‧歸線(鐵軌)
108‧‧‧電池系統
109‧‧‧架線
110‧‧‧電氣車輛
112‧‧‧電力控制裝置
113‧‧‧電動機
115‧‧‧配線
第1圖係本發明一實施形態之電池系統之外觀圖。
第2圖係表示本發明一實施形態之電池模組之局部剖面側視圖。
第3圖係第2圖之電池模組所使用之單位電池之分解圖。
第4圖係表示第2圖之電池模組之外殼內部之立體圖。
第5圖係沿第4圖之V-V線之剖面圖。
第6A圖係表示本發明一實施形態之電池模組之俯視圖。
第6B圖係第6A圖所示之電池模組之側視圖。
第6C圖係第6B圖所示之電池模組之要部放大圖。
第7A圖係構成本發明一實施形態之電池系統之附有連接端子之電池模組之連接圖。
第7B圖係構成本發明一實施形態之電池系統之通常之電池模組之連接圖。
第7C圖係表示本發明一實施形態之電池系統整體連接狀況之圖面。
第8圖係具備本發明一實施形態之電池系統之電氣鐵路電力供應系統之系統圖。
第9圖係表示對各種電池等之SOC之電壓變化之SOC特性圖。
A．．．電池系統
B、B’．．．電池模組
K．．．機殼
10．．．電極端子
60．．．電纜
80．．．端子箱
80a．．．蓋
81A、81B、81C．．．正極電源端子
82．．．負極電源端子

Claims (12)

  1. 一種電池系統，係串聯複數台電池模組而成，該電池模組係積層串聯複數個單位電池而成，其特徵在於：在該複數個電池模組中至少1個電池模組之正極端子與負極端子之間設置有用以取出電氣於該電池模組之外部且具有該正極端子的電位與該負極端子的電位之間的電位之連接端子。
  2. 如申請專利範圍第1項之電池系統，其中，在該至少1個電池模組設置有複數個該連接端子，該複數個連接端子係個別連接於該電池模組內電位彼此不同之複數個位置。
  3. 如申請專利範圍第1項之電池系統，其中，該複數個單位電池係鎳氫電池。
  4. 如申請專利範圍第1項之電池系統，其中，在該電池模組中，在相鄰的該單位電池彼此之間設置有中間集電體，於該中間集電體安裝該連接端子。
  5. 如申請專利範圍第4項之電池系統，其中，該中間集電體係被鍍鎳。
  6. 如申請專利範圍第4項之電池系統，其中，在該電池模組之相鄰的該單位電池彼此之間配置有將單位電池所產生之熱予以散熱之散熱板，該中間集電體之厚度係等於該單位電池與1或2塊散熱板加總之厚度。
  7. 如申請專利範圍第6項之電池系統，其中，該電池模組係收容於機殼內。
  8. 如申請專利範圍第7項之電池系統，其中，該機殼內 設置有外部連接用之複數個電源端子，該複數個電源端子係以電氣連接於該連接端子、該正極端子及該負極端子。
  9. 如申請專利範圍第1項之電池系統，其中，該連接端子可拆卸。
  10. 一種電氣鐵路用電力供應系統，係使用於電氣鐵路用變電所，該變電所具有從交流電力線路接受電力之變壓器、連接於該變壓器之整流裝置、以及連接於該整流裝置之饋電線，其特徵在於：由串聯複數台由積層串聯複數個單位電池而成之電池模組所構成之電池系統直接連接於該饋電線而成；在該複數個電池模組中至少1個電池模組之正極端子與負極端子之間設置有用以取出電氣於該電池模組之外部且具有該正極端子的電位與該負極端子的電位之間的電位之連接端子。
  11. 一種電池模組，由積層串聯複數個鎳氫單位電池所構成，其特徵在於：在該電池模組之正極端子與負極端子之間設置有用以取出電氣於該電池模組之外部且具有該正極端子的電位與該負極端子的電位之間的電位之連接端子；在相鄰的該鎳氫單位電池彼此之間設置施以鍍鎳之中間集電體，在該中間集電體安裝該連接端子。
  12. 如申請專利範圍第11項之電池模組，其中，在該電池模組之相鄰的該鎳氫單位電池彼此之間配置有將鎳氫單 位電池所產生之熱予以散熱之散熱板，該中間集電體之厚度係等於該鎳氫單位電池與1或2片散熱板加總之厚度。
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