JP4969691B1 - 収納具及びこれを備えた電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】発熱体を収納した収納具の内部の温度を均一化させることを可能にする収納具及びこれを備えた電池システムを提供する。
【解決手段】複数の引出し３を、収納物を収納した状態で冷却風の通気抵抗が大となる引出しと、通気抵抗が小となる引出しとに分ける。そして、複数の通気抵抗が小となる引出しを、縦方向の上端側と下端側の少なくとも一方の側に集合した形で配設し、且つ各列における通気抵抗が小となる引出しの数が横方向中央側から外側に向かうに従い少なくなるように段状に配設する。
【選択図】図５

Description

本発明は、収納具及びこれを備えた電池システムに関する。

使用により発熱する電子機器等の発熱体を多数収納するための収納具（例えば、キャビネットやラック）においては、収納した発熱体（収納物）を収納具の内部で冷却するための工夫がこれまでなされてきた。

例えば、多段の棚のそれぞれの棚に電子機器を並べ、収納具の一端に取り付けた冷却装置によりこれら全ての電子機器を冷却する構成（特許文献１又は２参照）や、多段の棚のそれぞれに対応して配置される複数の引出し状の電子機器のユニット自体に放熱ファンを取り付けて各電子機器を対応する放熱ファンでそれぞれ冷却する構成（特許文献３参照）の収納具が開発されている。

また、リチウムイオン電池等の二次電池をケース内に収容した電池モジュール（収納物）を収納具に収納してなる電池システムＡでは、例えば図７に示すように、収納具１００が、縦横に整列配置して多数の小部屋１０１を形成する筐体１０２と、この筐体１０２の各小部屋１０１に挿入して設けられる引出し１０３とを備えている。さらに、この種の電池システムＡでは、ブレーカー、リレー等の電力回路開閉器や、制御装置（ＥＣＵ）、表示装置、必要に応じて消火設備等の部品（電気部品）が電池モジュールと一緒に収納具１００に収納される。そして、このとき、電池モジュールを各小部屋１０１に収納する領域（電池収納部Ｍ１）と、電力回路開閉器や制御装置、表示装置等を各小部屋１０１に収納する領域（部品収納部Ｍ２）とに区分して、電池モジュールと電気部品とがそれぞれ収納具１００に収納される。

さらに、この種の電池システムＡには、例えば縦方向の列毎に冷却装置（ファン）１０４が設けられ、各冷却装置１０４の駆動によって、冷却風を例えば下方から上方に向けて送風して縦方向に配置された列毎の複数の引出し１０３の内部に流通させることで、複数の電池モジュールを冷却するように構成したものがある（特許文献４参照）。

特開２００４−２３０３６号公報 特開２０１０−１１４１２８号公報 特開２００６−４０９１８号公報 特許第４４２７３５５号公報

しかしながら、図７に示すように、収納具１００に二次電池をモジュール化して搭載する場合、収納具１００内での熱の拡散と外表面からの放熱の影響によって収納具１００内で温度分布が発生しやすく、特に熱がこもって収納具１００の中央部が高温になり、この高温部分の二次電池が劣化しやすくなるという問題があった。

また、上記従来の電池システムＡにおいては、電池モジュールを収納した電池収納部Ｍ１に対し、電気部品を収納した部品収納部Ｍ２は空間（各引出し１０３内の残空間）が多くなる。このため、電池収納部Ｍ１よりも部品収納部Ｍ２の冷却風の通気抵抗が小さくなり、部品収納部Ｍ２が多く存在する列であるほどに冷却風による冷却効果が高くなる（電池収納部Ｍ１が多く存在する列であるほどに冷却風による冷却効果が低くなる）。これにより、電池収納部Ｍ１と部品収納部Ｍ２の配置に起因して電池モジュールに対する冷却バランスが乱れ、電池温度の均一性を保つことが難しくなるという問題があった。

本発明の収納具は、縦横に整列配置して複数の小部屋を形成する筐体と、前記筐体の各小部屋に挿入して設けられ、内部に収納物が収納される引出しとを備えるとともに、前記筐体は冷却装置の駆動によって、縦方向に配置された列毎の複数の前記引出しの内部に冷却風を流通させ、前記引出しに収納した前記収納物を冷却可能に構成されており、前記複数の引出しは、前記収納物を収納した状態で前記冷却風の通気抵抗が大となる引出しと、通気抵抗が小となる引出しとに分けられ、複数の通気抵抗が小となる引出しが、前記縦方向の上端側と下端側の少なくとも一方の側に集合した形で配設され、且つ各列における前記通気抵抗が小となる引出しの数が横方向中央側から外側に向かうに従い少なくなるように段状に配設されていることを特徴とする。

また、本発明の収納具においては、複数の前記通気抵抗が小となる引出しが、前記縦方向の上端側と下端側の一方の側に配設されており、前記通気抵抗が小となる引出しと反対の側の前記縦方向の他方の側に配設され、且つ前記横方向中央側から外側に配設された前記通気抵抗が大となる引出しの内部に、前記冷却風を直接的に供給するための冷却風バイパス路を備えていてもよい。

本発明の電池システムは、上記のいずれかの収納具を備え、前記通気抵抗が大となる引出しに収納する前記収納物が電池モジュールであることを特徴とする。

本実施形態の収納具（及び電池システム）においては、例えば、電池モジュールを収納物として収納することで通気抵抗が大となる引出しよりも、ブレーカー、リレー等の電力回路開閉器や、制御装置、表示装置等の電気部品を収納物として収納することで通気抵抗が小となる引出しが、縦方向の上端側と下端側の少なくとも一方の側に集合した形で配設され、且つ中央側の列に対し横方向外側の列の数が少なくなるように段状に配設されている。すなわち、収納具の縦方向の上端側と下端側に、中央側を頂点として通気抵抗が小となる複数の引出しを段状に配設した通気抵抗が小の領域（部品収納部）が形成され、残りの部分に、複数の通気抵抗が大となる複数の引出しを集合した通気抵抗が大の領域（電池収納部）が形成される。

そして、このように通気抵抗が小の領域（部品収納部）と通気抵抗が大の領域（電池収納部）の配置を設定することにより、冷却装置の駆動によって各列に冷却風を流通させた際に、発熱体である電池（電池モジュール）を引出しに収納することによって熱がこもりやすい中央側の列に冷却風を好適に流通させることができる。

これにより、電池モジュールや電気部品をこの収納具に収納して電池システムを構成した場合に、従来のように電池収納部と部品収納部の配置に起因して電池モジュールに対する冷却バランスが乱れることを解消でき、電池温度の均一性を保つことが可能になる。よって、収納具に収納した複数の電池の劣化を均一化することができ、好適な電池システムを提供することが可能になる。

本発明の一実施形態に係る収納具及び電池システムを示す斜視図である。 図１の収納具の筐体（引出しを取り除いた状態の収納具）を示す斜視図である。 図１の収納具の引出し（通気抵抗が大となる引出し）を示す斜視図である。 図１の収納具に取り付けられたファン（冷却装置；図４（ａ））及びコネクタ（図４（ｂ）を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る収納具及び電池システムの電池収納部及び部品収納部を示す正面図である。 本発明の一実施形態に係る収納具及び電池システムの変形例を示す正面図である。 従来の収納具及び電池システムを示す正面図である。

以下、図１から図５を参照し、本発明の一実施形態に係る収納具及びこれを備えた電池システムについて説明する。

本実施形態の収納具１は、図１及び図２に示すように、−Ｘ方向に開口した直方体状の小部屋を高さ方向（Ｚ方向、縦方向、列方向）に７つ且つ幅方向（Ｙ方向、横方向、行方向）に７つ配置した筐体２、すなわち７行×７列の行列として整列配置された実質的に同一寸法の複数の小部屋を備えた筐体２と、当該小部屋のそれぞれに配置され且つ当該小部屋の開口から＋Ｘ方向に挿入された当該開口を閉じる直方体状の引出し３とを備えている。

筐体２は、上記複数の小部屋を形成すべく、所定の厚みを備え且つＹＺ平面から見て略長方形の形状の背板４と、所定の厚みを備え且つＸＹ平面から見て略長方形の形状であって且つ背板４のＹ方向に延びる２つの辺のうち＋Ｚ方向側の位置に存在する一辺に接続された天板５（なお、天板５には、天板５が接する上記小部屋に対応する位置に、それぞれ後述の通気孔９と同様の形状・構造の通気孔１０が形成されている）と、所定の厚みを備え且つＸＺ平面から見て略長方形の形状であって且つ背板４のＺ方向に延びる２つの辺のうち−Ｙ方向側の位置に存在する一辺と天板５のＸ方向に延びる２つの辺のうち−Ｙ方向側の位置に存在する一辺とに接続された側板６ｂとを備える。また、これら背板４、天板５、及び２つの側板６（側板６ａ又は６ｂ）が互いに接続された構成（筐体２の外枠という）の内側の空間を７×７の行列状に仕切って４９の上記小部屋を形成するため、次に述べる第１仕切板７と第２仕切板８とを備える。

第１仕切板７は、上記小部屋の底板又は天板となるものであり、所定の厚みを備え且つＸＹ平面から見て略長方形の形状である。図２に示すように、第１仕切板７には、上記小部屋のそれぞれの通気を促進するため、第１仕切板７を貫通する通気孔９が形成されている。ここでは、通気孔９は、ＸＹ平面から見て略長方形の形状の孔として例示している。また、第２仕切板８は、上記小部屋の側板となるものであり、所定の厚みを備え且つＸＺ平面から見て略長方形の形状である。

これら第１仕切板７又は第２仕切板８が互いに、又は、第１仕切板７又は第２仕切板８が背板４、天板５又は側板６に固定されて、筐体２が形成される。当該固定は、後述の引出し３を筐体２に挿入・配置した際に、筐体２がしっかりと引出し３を支えることができればよいので、これら板同士を例えば組み木のように物理的に嵌め合わせて固定してもよいし、これら板同士をネジ止め等で固定してもよい。

なお、上記各小部屋においては、通気孔９による上下方向（Ｚ方向、縦方向）及び上記開口以外には、空気等の流体の流れる隙間が実質的には存在しない構造となるよう、上記固定がなされる。また、Ｚ方向で最下段の小部屋の通気孔９には筐体２の外部から空気等の流体が自由に入り込むことができるよう筐体２は適宜設計されている。

図２では、第１仕切板７は、１つの行を形成する７つの上記小部屋で共通の１枚の板として示されている（従って、各小部屋に対応して通気孔９がそれぞれ形成されている）。
しかしながら、設計に応じて、上記小部屋１つに１枚配置して上記固定する構成としてもよい。同様に、第２仕切板８は、側板６と同様、１つの列を形成する７つの上記小部屋で共通の１枚の板として構成してもよいし、図２に示すように各小部屋の高さ方向（Ｚ方向）の寸法に分断された構成であってもよい。

なお、第１仕切板７と第２仕切板８の大きさは、必ずしも１つの上記小部屋の寸法に合わせる必要はなく、設計に応じて適宜変更可能である。ただし、第１仕切板７が、複数の上記小部屋にまたがる１つの板として形成される場合には、これら複数の小部屋のそれぞれの床板となる箇所に、通気孔９が形成される（すなわち、１つの第１仕切板７にそのまたがる小部屋の数に応じた数の通気孔９が形成される）。

ここで、上記小部屋は、上記開口を除き、背板４、側板６又は第２仕切板８、及び第１仕切板７で囲まれた現実的な小部屋であるが、第１仕切板７で引出し３を支える構成としない場合もありうる。すなわち、筐体２において第１仕切板７が配置される位置の側板６又は第２仕切板８に、第１仕切板７の変わりに引出し３を支えるための突起やレールなどが適宜配置されればよい。この場合には、列方向（Ｚ方向、縦方向）を見た際には現実的には小部屋は形成されていない。しかし、依然として引出し３が挿入・配置される区画が明確に存在するので、当該区画を仮想的な小部屋として説明を続けることとする。すなわち、本発明はこの形状の収納具１も包含するものであるので、現実的な小部屋も仮想的な小部屋もいずれも小部屋とし、筐体は複数の小部屋を形成しているとして以下、説明を続行することとする。

引出し３は、図３に示すように、所定の厚みを備え且つＸＹ平面から見て上記小部屋のＸＹ平面上の寸法と実質的に同一の略長方形の形状であって且つ引出し３を上記小部屋に挿入・配置した際に通気孔９に対応する位置に設けられた通気孔９と実質的に同一寸法の貫通した孔である通気孔１２を備えた底板１１と、所定の厚みを備え且つＹＺ平面から見て上記開口の寸法と実質的に同一の略長方形の形状であって且つ底板１１のＹ方向に延びる２つの辺のうち−Ｘ方向側の位置に存在する一辺に接続された前板１３とを備えている。前板１３には取っ手１４が取り付けられており、筐体２の上記小部屋の１つに挿入・配置された後、ユーザーが取っ手１４を持って引出し３をＸ方向へスライドさせることができる。また、引出し３を上記小部屋へ挿入・配置すると、前板１３が上記開口をふさいで上記小部屋の内部と上記開口との間に空気等の流体の流れる隙間が実質的に存在しない構造となるように設計される。

また、図３に示す引出し３では、その強度を増すために、所定の厚みを備え且つＹＺ平面から見て上記開口の寸法と実質的に同一の略長方形の形状であって且つ底板１１のＹ方向に延びる２つの辺のうち＋Ｘ方向側の位置に存在する一辺に接続された後板１５と、所定の厚みを備え且つＸＺ平面から見て略長方形の形状であって且つ前板１３のＺ方向に延びる２つの辺のうち＋Ｙ方向側の位置に存在する一辺と後板１５のＺ方向に延びる２つの辺のうち＋Ｙ方向側の位置に存在する一辺とに接続された側板１６ａとがさらに備えられている。これら引出し用の側板１６（１６ａ又は１６ｂ）は、引出し３を配置された上記小部屋から引き出した際に、収納物（図３では電池モジュール１７）の落下を防止する機能も有するものであり、それぞれ板である必要はなく、前板１３と後板１５をつなぐ棒状の連結部材であってもよい。

以上の収納具１において、筐体２の材質は、引出し３を支える強度を有するものであればいかようなものでもよく、金属のみならず木や樹脂などであってもよい。また、引出し３の材質も、引出し３の内部に配置する収納物１７をしっかり支える強度を有するものであればいかようなものでもよく、金属のみならず木や樹脂などであってもよい。また、引出し３のスライドを容易とするために、筐体２又は引出し３にガイドレールやローラー等を適宜設けてもよい。

なお、収納物１７を引出し３の内部へ収納・配置した際、底板１１を貫通して形成された通気孔１２を収納物１７でふさがないよう配慮する必要がある。収納物１７の構造上、そのまま収納物１７を引出し３へ収納したのでは通気孔１２をふさいでしまい、引出し３内部に引出し３外部からの空気等の流体の流れが実質的になくなってしまう場合には、通気孔１２から引出し３内へ入る当該流体の流れる隙間を確保すべく、収納物１７を底板１１から一定距離だけ浮かせて支える台１８を適宜配置又は当該台１８を底板１１に一体に形成する。図３では、底板１１の通気孔１２の四隅近傍にそれぞれ４つの台１８を設け、収納物１７をこの４つの台１８の上に載せて収納しているので、通気孔１２から入る上記流体は少なくともこれら４つの台１８の間を通って収納物１７の周囲から上方へ、又は、当該周囲から通気孔１２の外へ流れることができる。

一方、本実施形態では、上記のように縦横に整列配置して複数の小部屋を形成する筐体２と、この筐体２の各小部屋に挿入して設けられ、内部に収納物が収納される引出し３とを備えてなる収納具１が電池システムＢの構成要素として使用される。

ここで、本実施形態の電池システムＢは、上記の収納具１と、収納具１の引出し３に収納して配設される電池モジュール１７と、同じく引出し３に収納して配設されるブレーカー、リレー等の電力回路開閉器や、制御装置、表示装置、必要に応じて消火設備等の電気部品と、収納具１の各引出し３の内部に冷却風を流通させる冷却装置１９とを備えて構成されている。

また、本実施形態において、冷却装置１９は送風機（ファン）であり、図４（ａ）に示すように、各列の最下段の小部屋の通気孔９の下にそれぞれ配置されている。そして、この送風機１９を駆動することにより、強制的に流体（空気）の流れが作られてＺ方向に配置された各列に冷却風が送風され、列毎の複数の引出し３の内部に冷却風が流通する。これにより、各列の複数の引出し３に収納した電池モジュール（電池セル）１７や電気部品が冷却風との間の熱交換によって冷却される。

なお、送風機１９を吸気ダクトに、また天板５の通気孔１０を排気ダクトに接続し、空気以外の冷却効果ガスなどを上記流体（冷却風）として流す構成としてもよい。また、送風機１９を各列の最上段に配置してもよいし、最下段と最上段の両方に配置してもよい。設計によっては、当該送風機１９を排気ダクトに、また天板５の通気孔１０を吸気ダクトに接続してもよい。

また、本実施形態の収納具１は、複数の引出し３が、収納物１７を収納した状態で冷却風の通気抵抗が大となる引出しと、通気抵抗が小となる引出しとに分けられている。そして、本実施形態の電池システムＢでは、図５に示すように、電池モジュール１７を収納物として収納した引出しは、電池モジュール１７によって引出し３の内部空間の多くが占有され、引出し３と電池モジュール１７の間の隙間の残空間が少ないことで通気抵抗が大の引出しとなる。また、ブレーカー、リレー等の電力回路開閉器や、制御装置、表示装置等の電気部品を収納物として収納した引出しが、電気部品を収納した状態で残空間が多いことにより、通気抵抗が大の引出しよりも通気抵抗が小の引出しとなる。

このとき、図３及び図４（ｂ）に示すように、電池モジュール１７を収納物として収納する引出し、すなわち通気抵抗が大となる引出しは、電池モジュール１７の電源線又は信号線を引出しから収納具１の筐体２の外部に存在する図示しない外部電源線又は外部信号線と容易に接続するためのコネクタ２０、２１を備えて形成されている。より具体的に、通気抵抗が大となる引出しは、後板１５に第１コネクタ２０を設置し（第１コネクタ２０と収納物の電池モジュール１７とは引出し３の内部で配線により適宜接続されている）、また、筐体２の背板４の上記各小部屋に対応する位置に第２コネクタ２１をそれぞれ設置し（図示しないが、第２コネクタ２１と上記外部電源線又は外部信号線とは適宜接続されている）、引出し３を対応する小部屋に挿入して押圧すると自動的に第１コネクタ２０と第２コネクタ２１が互いに嵌めあって接続される構成である。

さらに、本実施形態の収納具１ひいては電池システムＢでは、図５に示すように、電気部品を収納物として収納することで通気抵抗が小となる引出しが、縦方向の下端側に集合した形で配設され、且つ中央側の列に対し横方向外側の列の数が少なくなるように段状に配設されている。すなわち、収納具１の縦方向の下端側に、中央側を頂点として通気抵抗が小となる複数の引出しを段状に配設した通気抵抗が小の領域（部品収納部Ｍ２）が形成され、残りの部分に、複数の通気抵抗が大となる複数の引出しを集合した通気抵抗が大の領域（電池収納部Ｍ１）が形成される。

そして、上記構成からなる本実施形態の収納具１及びこれを備えた電池システムＢにおいては、上記のように通気抵抗が小の領域である部品収納部Ｍ２と通気抵抗が大の領域である電池収納部Ｍ１の配置を設定することにより、冷却装置１９の駆動によって各列に冷却風を流通させた際、発熱体である電池（電池モジュール１７）を引出し３に収納することによって熱がこもりやすい中央側の列に冷却風を好適に流通させることができる。

これにより、従来のように電池収納部Ｍ１と部品収納部Ｍ２の配置に起因して電池モジュール１７に対する冷却バランスが乱れることを解消でき、電池温度の均一性を保つことが可能になる。よって、収納具１に収納した複数の電池１７の劣化を均一化することができ、好適な電池システムＢを提供することが可能になる。

以上、本発明に係る収納具及び電池システムの一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施形態では、電気部品を収納物として収納することで通気抵抗が小となる引出し（部品収納部Ｍ２）が、縦方向の下端側に集合した形で配設され、且つ中央側の列に対し横方向外側の列の数が少なくなるように段状に配設されているものとしたが、通気抵抗が小となる引出し（部品収納部Ｍ２）は、縦方向の上端側、あるいは上端側と下端側の両側に集合した形で配設されていてもよい。

また、図６に示すように、複数の通気抵抗が小となる引出しが、縦方向の上端側と下端側の一方の側に配設されている場合において、通気抵抗が小となる引出しと反対の側の縦方向の他方の側に配設され、且つ横方向中央側から外側に配設された通気抵抗が大となる引出しの内部に、冷却風を直接的に供給するための冷却風バイパス路２２を備えて収納具１及び電池システムＢが構成されていてもよい。この場合には、通気抵抗が大となる引出しの数が少なく、高温になりやすい部分（電池収納部Ｍ１の高温になりやすい部分Ｓ；図５参照）に、冷却風バイパス路２２を通じて直接冷却風を供給して流通させることができる。これにより、より確実に、電池収納部Ｍ１と部品収納部Ｍ２の配置に起因して電池モジュール１７に対する冷却バランスが乱れることを解消でき、電池温度の均一性を保つことが可能になる。

１ 収納具
２ 筐体
３ 引出し
４ 背板
５ 天板
６ 側板
７ 第１仕切板
８ 第２仕切板
９ 通気孔
１０ 通気孔
１１ 底板
１２ 通気孔
１３ 前板
１４ 取っ手
１５ 後板
１６ 側板
１７ 収納物（電池モジュール）
１８ 台
１９ 送風機（冷却装置）
２０ 第１コネクタ
２１ 第２コネクタ
２２ 冷却風バイパス路
Ｂ 電池システム
Ｍ１ 電池収納部
Ｍ２ 部品収納部

Claims (3)

1. 縦横に整列配置して複数の小部屋を形成する筐体と、前記筐体の各小部屋に挿入して設けられ、内部に収納物が収納される引出しとを備えるとともに、前記筐体は冷却装置の駆動によって、縦方向に配置された列毎の複数の前記引出しの内部に冷却風を流通させ、前記引出しに収納した前記収納物を冷却可能に構成されており、
   前記複数の引出しは、前記収納物を収納した状態で前記冷却風の通気抵抗が大となる引出しと、通気抵抗が小となる引出しとに分けられ、
   複数の通気抵抗が小となる引出しが、前記縦方向の上端側と下端側の少なくとも一方の側に集合した形で配設され、且つ各列における前記通気抵抗が小となる引出しの数が横方向中央側から外側に向かうに従い少なくなるように段状に配設されていることを特徴とする収納具。
2. 請求項１記載の収納具において、
   複数の前記通気抵抗が小となる引出しが、前記縦方向の上端側と下端側の一方の側に配設されており、
   前記通気抵抗が小となる引出しと反対の側の前記縦方向の他方の側に配設され、且つ前記横方向中央側から外側に配設された前記通気抵抗が大となる引出しの内部に、前記冷却風を直接的に供給するための冷却風バイパス路を備えていることを特徴とする収納具。
3. 請求項１または請求項２に記載の収納具を備え、
   前記通気抵抗が大となる引出しに収納する前記収納物が電池モジュールであることを特徴とする電池システム。

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