JP2015115150A - 電力貯蔵装置 - Google Patents

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。

特開２０１３−９３２８７号公報

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。

一実施の形態である電力貯蔵装置を示す正面図である。 図１の右側面図である。 図１の平面図である。 図１のＡ部拡大正面図である。 図４のＢ−Ｂ線断面図である。 通電金具により接続された２つの電池パックを示す斜視図である。 ２つの通電金具を分離させた状態で示す分解斜視図である。 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。 （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。

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

Claims (4)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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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