JP2015115150A - 電力貯蔵装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電池パックの端子電極の接続にフレキシブルケーブルなどを用いず、安価な連結金具を用いてコストを削減しつつ端子電極の接続を行うようにする。【解決手段】電力貯蔵装置は、蓄電ラックの棚板の上に固定される複数の電池パック21を有し、電池パック21の端板部材23には、ねじ孔31が形成された電池端子26が設けられている。電池端子26は、2つの通電金具32により接続される。通電金具32は、水平ねじ部材35が貫通する主貫通孔が形成された主通電片33と、垂直ねじ部材37が貫通する副貫通孔が形成された副通電片34とからなる。主貫通孔と副貫通孔はねじ部材35,37の外径よりも大径となっており、通電金具32により電池パック21の取付位置誤差を吸収しつつ、2つの電池パック21の電池端子が接続される。【選択図】図6
Description
本発明は、多数の電池パックを蓄電ラックに収容するようにした電力貯蔵装置に関する。
工場やオフィスビルには、使用電力がピークとなるときに電力をバックアップし、使用電力が少ないときにはリチウムイオン二次電池やリチウムイオンキャパシタ等からなる電池セルを備えた電池パックに充電するようにした電力貯蔵装置が設けられている。工場やオフィスビルにおける電力をバックアップする場合には、通常では、電力貯蔵装置は工場等の建屋に設けられた電源室内に配置される。電力貯蔵装置が搭載されたコンテナを工場の建屋に隣接して配置しておくと、同様に工場の生産設備における電力使用のピーク時に電力をバックアップすることができる。
電力貯蔵装置をコンテナに搭載するようにすると、トレーラによりコンテナを陸上輸送したり、船舶により海上輸送したりすることができ、停電発生時に電力負荷に対して電力をバックアップすることができる。
特許文献1には、ハイブリッド自動車や電気自動車に搭載される組電池が記載されており、組電池は複数の単電池を並べて配置することにより形成される。隣り合って配置される単電池の正極側の電池端子と負極側の電池端子とを接続するために、棒状のバスバーが使用されており、この組電池においてはバスバーを電池端子に溶接するようにしている。
一方、電力貯蔵装置は、二次電池等の電池セルを備えた電池パックつまり単電池を収容する筐体つまり蓄電ラックを有している。蓄電ラックには複数の棚板が設けられており、電池パックはそれぞれ棚板の上に固定され、電池パックの電池端子は、通電部材により接続される。
電力貯蔵装置に使用される電池パックとしては、筒形の複数の電池セルの両端に端板部材が固定された形態があり、端板部材は長方形となっている。この形態の電池パックは、電池セルが水平方向となるように、蓄電ラックの棚板の上に配置されて棚板に固定される。電池パックが棚板の上に配置された状態のもとでは、電池パックは、端板部材の下側の側辺が棚板に接触した状態となって所定の位置に位置決め固定される。棚板を介して上下に隣り合った電池パックの電池端子を接続するために、電池端子には通電部材が接続される。
蓄電ラックに複数の電池パックを搭載するようにした電力貯蔵装置においては、いずれかの電池パックに作動不良が発生した場合には、それを交換する必要がある。したがって、自動車用の組電池と相違して、電力貯蔵装置における電池パックの電池端子にバスバーを溶接することはできず、バスバーを電池端子から取り外すことができるようにする必要がある。
このため、電力貯蔵装置の通電部材としては、可撓性を有するフレキシブルケーブルや剛性を有するバスバーつまり通電金具が使用されており、通電部材は電池端子にねじ部材により締結される。通電部材として、フレキシブルケーブルを使用すると、電池パックの固定位置に取付誤差が発生しても、電池端子を相互に接続することができる。しかしながら、電池パックの連結強度を高めるとともに低コストの通電部材により接続を可能とするためには、剛性を有する通電金具を通電部材として使用することが望ましい。
しかしながら、剛性を有する通電金具を用いて電池端子を相互に接続するようにすると、例えば、蓄電ラックの寸法誤差や組立誤差、電池パックの重みによる棚板のゆがみ等があった場合には、そのままの状態で通電金具を電池端子に接続すると、電池端子には無理な力が加わり、電池端子が変形する可能性がある。
本発明の目的は、電池パックの端子電極の接続にフレキシブルケーブルなどを用いず、安価な連結金具を用いてコストを削減しつつ端子電極の接続を行うようにすることにある。
本発明の電力貯蔵装置は、上下方向に間隔を隔てて複数の棚板が設けられた蓄電ラックと、前記棚板の上に固定される複数の電池パックとを有する電力貯蔵装置であって、それぞれの前記電池パックの端板部材の上下に設けられ、それぞれねじ孔が形成された電池端子と、前記電池端子に突き当てられ、前記ねじ孔にねじ止めされる水平ねじ部材が貫通する主貫通孔が形成された主通電片、および前記主通電片と一体となって垂直ねじ部材が貫通する副貫通孔が前記主通電片に対して異なる角度になるように折り曲げられて形成された副通電片からなる通電金具と、を有し、前記主貫通孔の内径に前記水平ねじ部材の外径よりも大径の大径部を設け、前記副貫通孔の内径に前記垂直ねじ部材の内径よりも大径の大径部を設け、相互に副通電片で連結される2つの前記通電金具により、前記電池パックの取付位置誤差を吸収しつつ、前記棚板を介して上下に隣り合う2つの前記電池パックの電池端子を接続するようにした。
本発明の電力貯蔵装置においては、複数の電池パックが蓄電ラックに固定され、上下に棚板を介して隣り合う電池パックの電池端子は2つの通電金具により接続される。それぞれの通電金具は電池端子に突き当てられる主通電片と、主通電片に形成された主貫通孔と副貫通孔とが異なる角度となるように折り曲げられた副通電片とを有しており、主通電片は電池端子に水平ねじ部材により締結され、2つの通電金具の副通電片は垂直ねじ部材により締結される。2つの通電金具は、水平ねじ部材と垂直ねじ部材に対して三次元方向に移動自在となっており、電池パックの蓄電ラックに対する取付位置に誤差が発生していても、その誤差を2つの通電金具が吸収する。これにより、電池パックの取付位置に誤差が発生した場合でも、電池端子には負荷が加わることなく、電池パックの連結強度を高めることができる。また、通電金具を用いることにより、低コストの通電部材により電池端子を接続することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。電力貯蔵装置10は、図1〜図5に示されるように、筐体つまり蓄電ラック11を有している。蓄電ラック11は左右の側壁12,13と、背面壁14と、天壁15とを有し、正面側には図3において二点鎖線で示した開閉扉16が開閉自在に設けられている。蓄電ラック11は、側壁12,13、背面壁14および天壁15を有し、これらは四隅の支柱17に固定されており、全体的に直方体となっている。正面側の2枚の開閉扉16はそれぞれヒンジにより開閉自在となっている。図1は開閉扉16が取り除かれた状態を示し、図2は側壁13が取り除かれた状態を示し、図3は天壁15が取り除かれた状態を示す。
蓄電ラック11には、図1および図2に示されるように、上下方向に間隔を隔てて複数の棚板18が設けられている。図2に示されるように、蓄電ラック11の右側には前後方向に延びて棚板固定金具19が固定され、蓄電ラック11の左側にも同様に棚板固定金具19が固定されており、それぞれの棚板18の両端部は、図1に示されるように、左右方向に対応する棚板固定金具19に固定されている。図示する蓄電ラック11においては、7枚の棚板18が設けられているが、棚板18の数は7枚に限られることなく、任意の数とすることができる。
それぞれの棚板18には、それぞれ4つの電池パック21が取り付けられるようになっている。それぞれの電池パック21は、図6に示されるように、複数の電池セル22を有している。それぞれの電池セル22は円筒形状のリチウムイオン二次電池により構成され、両端面は長方形の端板部材23,24に前後から固定されており、電池セル22は直列に電気的に接続されている。前後の端板部材23,24は四隅の締結ロッド25により連結されており、電池パック21は、複数の電池セル22と、絶縁性材料からなる端板部材23,24と、複数の締結ロッド25とにより形成される。それぞれの電池パック21は、6つの電池セル22を有しているが、1つの電池パック21に設けられる電池セル22の数は、6つに限られることなく、任意の数とすることができる。電池パック21の構造には、前後の端板部材23,24を締結ロッド25に加えるか、または締結ロッド25に代えてフレーム部材により連結するようにした形態もある。
電池パック21は、一方の端板部材23が正面側となって棚板18に固定される。正面側となる端板部材23には、一端部側の上下部にそれぞれ電池端子26が設けられており、端板部材23は端子板となっている。一方の電池端子26は、直列に接続された電池セル22の一方の極性の端子となっており、他方の電池端子26は他方の極性の端子となっている。それぞれの電池端子26は端板部材23に設けられた切り欠き部27に取り付けられている。
電池パック21は上下対称となっており、図6に示されるように、電池パック21は電池端子26を右側として棚板18に固定することができるとともに、電池パック21を図6に示す状態から180度回転させると、電池端子26が左側となった状態で棚板18に固定することができる。それぞれの電池パック21を棚板18に固定するために、棚板18に固定される電池固定金具28が図4に示されるように電池パック21に固定されている。
蓄電ラック11には上下方向に列となって電池パック21が固定される。図1に示す蓄電ラック11においては、上下方向に4列となって電池パック21が配置される。図1においては、最も右側の電池パック21は電池端子26が左側となるように配置され、第1列目の電池パック列21aが形成される。この電池パック列21aの左側の電池パック21は電池端子26が右側となるように配置され、第2列目の電池パック列21bが形成される。一方、最も左側の電池パック21は電池端子26が右側となるように配置され、第4列目の電池パック列21dが形成される。電池パック列21dの右側の電池パック21は電池端子26が左側となるように配置され、第3列目の電池パック列21cが形成される。このように、電池端子26が隣り合うように、それぞれの電池パック21は棚板18に固定される。
電池端子26には、図6に示されるように、ねじ孔31が形成されている。上下に隣り合う2つの電池パック21の電池端子26は、図7に示すように、同一形状の2つのL字形状となったバスバーつまり通電金具32により接続される。それぞれの通電金具32は、電池端子26に突き当てられる主通電片33と、この主通電片33に一体となり、主通電片33に対して蓄電ラック11の前後方向を向くように直角に折り曲げられた副通電片34とを有しており、銅合金により形成されている。
主通電片33には電池端子26に形成されたねじ孔31にねじ止めされる水平ねじ部材35が貫通する主貫通孔36が形成されている。一方、副通電片34には垂直ねじ部材37が貫通する副貫通孔38が形成されており、副通電片34は副貫通孔38が主貫通孔36に対して異なる角度となるように、主通電片33に対して折り曲げられている。主貫通孔36を貫通させて水平ねじ部材35を電池端子26のねじ孔31にねじ止めすることにより、通電金具32は電池端子26に固定される。上下に隣り合う2つの電池パック21に通電金具32を固定すると、図6および図7に示されるように、それぞれの通電金具32の副通電片34は相互に対向することになる。上下に隣り合う2つの電池パック21にそれぞれ固定される通電金具32は、垂直ねじ部材37とナット39とにより、それぞれの副通電片34を締結することによって、連結される。なお、符号40はワッシャを示す。
水平ねじ部材35と垂直ねじ部材37は、それぞれの有効外径が同一のボルトであり、ねじ孔31の有効内径は水平ねじ部材35の有効外径と同一である。一方、水平ねじ部材35と垂直ねじ部材37の外径をdとすると、主貫通孔36と副貫通孔38の内径Dは、外径dよりも大きい円形孔となっている。このように、主貫通孔36と副貫通孔38の内径Dを、ねじ部材の外径dよりも大径とすると、棚板18を介して上下に隣り合って棚板18に固定される2つの電池パック21の取付位置が、図6に示すように、設定位置よりも上下方向(Z方向)、左右(Y方向)および前後(X方向)のいずれかにずれていたとしても、相互に副通電片34の部分で連結される通電金具32により、電池パック21の三次元方向の取付位置誤差を吸収しつつ、2つの電池パック21の電池端子26を接続することができる。内径Dと外径dの寸法差は、電池パック21の棚板18に対する取付誤差の最大値を想定して設定される。寸法差としては、数mm程度とすることができる。
棚板18を介して上下方向に隣り合う電池パック21の電池端子26を通電金具32により接続するには、例えば、2つの通電金具32の副通電片34を突き当てた状態として副貫通孔38に垂直ねじ部材37を貫通させてナット39により2つの通電金具32を仮止めして連結する。次いで、連結された2つの通電金具32を垂直状態として、上側の電池パック21の下側の電池端子26に水平ねじ部材35をねじ止めし、上側の通電金具32を電池パック21に仮止めする。さらに、下側の電池パック21の上側の電池端子26に水平ねじ部材35をねじ止めし、下側の通電金具32を電池パック21に仮止めする。それぞれの通電金具32を電池パック21に仮止めした状態のもとで、それぞれのねじ部材35,37を締結することにより、合計3つのねじ部材35,37によって、上下の電池端子26が接続される。
2つの通電金具32が2つの電池パック21に対してねじ部材35,37により仮止めされた状態のもとでは、上下の電池パック21が上下左右および前後方向の三次元方向のうちの少なくともいずれかの方向に所定の取付位置からずれていたとしても、主貫通孔36と副貫通孔38は、ねじ部材35,37の外径よりも大径となっているので、図6におけるX〜Zの三次元方向の取付位置の誤差が吸収される。それぞれのねじ部材35,37を締結することにより、接続作業が完了する。したがって、2つの電池パック21が実際に固定された位置において、2つの通電金具32により上下の電池パック21の電池端子26を強固に連結しても、通電金具32から電池端子26に負荷が加わることが防止される。これにより、電池パック21の取付誤差に起因した電池端子26への負荷が加わることが防止されることから、ねじ部材を強固にねじ結合しても、電池端子26の変形発生を防止できる。さらに、ねじ部材35,37の締結時には、容易にねじ部材35,37を締結することができ、2つの通電金具32により容易に上下の電池端子26を接続することができる。
このように、上下に隣り合う2つの電池パック21の電池端子26を、同一形状の2つの通電金具32を用いて接続することによって、部品点数を増加させることなく、全て同一形状の通電金具32により多数の電池パック21を接続することができる。それぞれの電池パック21を電池固定金具28により棚板18に固定するとともに、電池パック21同士を通電金具32により接続することにより、電池パック21をフレキシブルケーブルを用いて接続する場合に比して、低コストの部材により電池パック21の取付強度を高めることができる。
第1列目〜第4列目の電池パック列21a〜21dのそれぞれにおいて、上下に棚板18を介して隣り合う2つの電池パック21の電池端子26を接続すると、それぞれの列の電池パック21は直列に接続される。第1列目の電池パック列21aと第2列目の電池パック列21bの最下段の電池パック21の下側の電池端子26を図示しない通電金具により相互に接続し、第2列目の電池パック列21bと第3列目の電池パック列21cの最上段の上側の電池パック21の電池端子26を図示しない通電金具により相互に接続し、さらに、第3列目の電池パック列21cと第4列目の電池パック列21dの最下段の電池パック21の下側の電池端子26を図示しない通電金具により相互に接続すると、4列の全ての電池パック21は、直列に接続される。
水平ねじ部材35と垂直ねじ部材37は、外径が同一となったボルトであるが、水平ねじ部材35と垂直ねじ部材37を外径が相違するねじ部材としても良い。また、主貫通孔36と副貫通孔38はそれぞれ円形孔となっており、内周面全体がねじ部材の外径よりも大径の大径部となっているが、2つの通電金具32によって三次元方向の取付位置誤差を吸収することができるのであれば、主貫通孔36と副貫通孔38の一方を長孔とし、他方をねじ部材の外径よりも大径の円形孔としても良い。
図8は2つの通電金具の変形例を分離させた状態で示す分解斜視図である。図8に示す通電金具32においては、主貫通孔36は水平方向に延びる長孔により形成されており、長孔の長径は大径部を有している。これに対し、副貫通孔38は、図6に示した場合と同様に、垂直ねじ部材37の外径よりも大径となっている。このように、主貫通孔36を水平方向に延びる長孔とすると、電池パック21の上下方向(Z方向)と左右方向(Y方向)の取付位置の誤差は主貫通孔36により吸収される。また、左右方向(Y方向)と前後方向(X方向)の取付位置の誤差は副貫通孔38により吸収される。
主貫通孔36を垂直方向に延びる長孔とすると、同様に、電池パック21の上下方向(Z方向)の取付位置の誤差を主貫通孔36により吸収することができる。そのときには、副貫通孔38は垂直ねじ部材37の外径よりも大径の円形孔により形成される。また、副貫通孔38を前後方向または左右方向に延びる長孔としても、同様に取付位置の誤差を吸収することができる。そのときには、主貫通孔36は水平ねじ部材35の外径よりも大径の円形孔とする。例えば、副貫通孔38を前後方向(X方向)に延びる長孔とすると、副貫通孔38により前後方向(X方向)の誤差を吸収することができ、主貫通孔36により左右方向(Y方向)と上下方向(Z方向)の誤差を吸収することができる。
図9(A),(B)はそれぞれ2つの通電金具の他の変形例を突き合わせた状態で示す斜視図である。図9(A)に示した通電金具32は、副通電片34が主通電片33に対して前後方向に折り曲げられるとともに正面から見て左右方向に角度α傾斜している。このように、左右方向に副通電片34を傾斜させると、垂直ねじ部材37を副貫通孔38に取り付ける際に、垂直ねじ部材37を副通電片34の角度に対応させて傾斜させた状態で副貫通孔38に挿入することになる。これにより、副通電片34の上側に設けられた他の部材との干渉を避けて垂直ねじ部材37を取り付けることができる。傾斜角度αとしては、例えば、45度程度に設定することができる。図9(A)に示す通電金具32においては、正面から見て右方向に傾斜角度αで傾斜しているが、正面から見て左方向に傾斜させるようにしても良い。
一方、図9(B)に示した通電金具は第1の通電金具32aと第2の通電金具32bとが対となっている。通電金具32aは、副通電片34が主通電片33に対して前後方向に折り曲げられるとともに側面から見て上下方向に角度θ1傾斜している。これに対し、通電金具32bは、副通電片34が主通電片33に対して前後方向に折り曲げられるとともに側面から見て上下方向に角度θ2傾斜している。上下に隣り合った2つの電池パック21に通電金具32a,32bを取り付ける際には、図9(B)に示すように、通電金具32aを上側としても良く、逆に通電金具32bを上側としても良い。
上述した水平方向および垂直方向は、通電金具32が電池パック21に取り付けられた状態における方向を示す。また、水平ねじ部材35と垂直ねじ部材37も、通電金具32に取り付けられた状態における方向であり、図9に示すように副通電片34が左右方向や上下方向に傾斜した形態においても、副通電片34を締結するために使用されるねじ部材を垂直ねじ部材37と言う。
本発明は前記実施の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種々変更可能である。例えば、電池セル22の形状としては、円筒形状に限られず、外周面の断面四角形の角筒形状としても良い。また、蓄電ラック11の構造としては、前後左右の4本の支柱を有し、左右の支柱の間に棚板18を取り付けるようにし、左右の側壁12,13や背面壁14等を用いない形態としても良い。
10 電力貯蔵装置
11 蓄電ラック
12,13 側壁
14 背面壁
15 天壁
16 開閉扉
18 棚板
19 棚板固定金具
21 電池パック
21a〜21d 電池パック列
22 電池セル
23,24 端板部材
25 締結ロッド
26 電池端子
27 切り欠き部
28 電池固定金具
31 ねじ孔
32 通電金具
33 主通電片
34 副通電片
35 水平ねじ部材
36 主貫通孔
37 垂直ねじ部材
38 副貫通孔
39 ナット
40 ワッシャ
11 蓄電ラック
12,13 側壁
14 背面壁
15 天壁
16 開閉扉
18 棚板
19 棚板固定金具
21 電池パック
21a〜21d 電池パック列
22 電池セル
23,24 端板部材
25 締結ロッド
26 電池端子
27 切り欠き部
28 電池固定金具
31 ねじ孔
32 通電金具
33 主通電片
34 副通電片
35 水平ねじ部材
36 主貫通孔
37 垂直ねじ部材
38 副貫通孔
39 ナット
40 ワッシャ
Claims (4)
- 上下方向に間隔を隔てて複数の棚板が設けられた蓄電ラックと、前記棚板の上に固定される複数の電池パックとを有する電力貯蔵装置であって、
それぞれの前記電池パックの端板部材の上下に設けられ、それぞれねじ孔が形成された電池端子と、
前記電池端子に突き当てられ、前記ねじ孔にねじ止めされる水平ねじ部材が貫通する主貫通孔が形成された主通電片、および前記主通電片と一体となって垂直ねじ部材が貫通する副貫通孔が前記主通電片に対して異なる角度になるように折り曲げられて形成された副通電片からなる通電金具と、を有し、
前記主貫通孔の内径に前記水平ねじ部材の外径よりも大径の大径部を設け、前記副貫通孔の内径に前記垂直ねじ部材の内径よりも大径の大径部を設け、
相互に副通電片で連結される2つの前記通電金具により、前記電池パックの取付位置誤差を吸収しつつ、前記棚板を介して上下に隣り合う2つの前記電池パックの電池端子を接続するようにした、電力貯蔵装置。 - 請求項1記載の電力貯蔵装置において、前記主貫通孔は前記水平ねじ部材の外径よりも大径の円形孔であり、前記副貫通孔は前記垂直ねじ部材の外径よりも大径の円形孔である、電力貯蔵装置。
- 請求項1記載の電力貯蔵装置において、前記主貫通孔は水平方向または垂直方向に延びる大径部を有する長孔であり、前記副貫通孔は前記垂直ねじ部材の外径よりも大径の円形孔である、電力貯蔵装置。
- 請求項1記載の電力貯蔵装置において、前記主貫通孔は前記水平ねじ部材の外径よりも大径の円形孔であり、前記副貫通孔は水平方向または垂直方向に延びる大径部を有する長孔である、電力貯蔵装置。
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