JP6260625B2 - 電力貯蔵装置 - Google Patents

Description

本発明は、多数の電池パックを蓄電池盤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、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。

電力貯蔵装置を構成するための電池ユニット盤が、特許文献１に記載されている。この電池ユニット盤においては、筐体内に複数の電池ユニットケースを設け、電池ユニットつまり電池パックをそれぞれ電池ユニットケース内に収容するようにしている。電池ユニットケースの前面壁にはケース吸気口が設けられ、電池ユニットケースの後面壁にはケース排気口が設けられており、それぞれの電気ユニットケース内にケース吸引口からケース排気口に向けて水平方向に冷却空気を案内するようにしている。筐体には仕切り板が設けられており、仕切り板の背面側には排気室が設けられている。それぞれのケース排気口を排気室に連通させるために、仕切り板には開口部が設けられており、ケース排気口から排出された冷却風は開口部を介して排気室に案内するようにしている。

特開２０１３−１９６９０８号公報

上記特許文献１に記載されるように、電池ユニットを電池ユニットケース内に収容するとともに、電池ユニットと電池ユニットケースとの間に冷却風が流れる通風流路を形成するようにすると、電池ユニットケースを含めた電池ユニットのサイズが大型化され、排気室を設置しているので、１台の筐体に収容することができる電池ユニットつまり電池パックの数を増加させることができなくなる。

一方、冷却風を電池ユニットの前面側から後面側に向けて水平方向に流すようにすると、電池パックの後部にまで冷却風を供給するには、冷却風の風量や風速を高めるために、大型の冷却ファンを筐体に設置する必要があり、設置環境に制限があると筐体が設置できないこともある。また、特許文献１では電池ユニット単位でファンを取り付ける例では上記問題点は解決できると考えられるが、消耗品であるファンの台数が電池ユニット単位で必要となるため、大規模蓄電システムなどでは保守や品質の維持が困難となる。

本発明の目的は、電池パックの冷却効率を高めて蓄電池盤に多数の電池パックを搭載し、効率良く電池パックを冷却することにある。

本発明の電力貯蔵装置は、左右の側壁、背面壁および天壁を有し、正面側に開閉扉が設けられ、内部に上下方向に間隔を隔てて複数の棚板が設けられた蓄電池盤と、水平方向に延びる複数の電池セル、および前記電池セルの両端部に固定される端板部材を有し、前記棚板に固定される複数の電池パックと、それぞれの前記棚板に設けられ、前記電池セルを横切るように前記蓄電池盤内に底部側から上部側に向かう冷却流路を形成する通気口と、前記天壁に設けられ、前記冷却流路に前記底部側から前記上部側に向かう冷却風を生成する冷却ファンと、前記開閉扉の下端部に設けられ、最下段の前記棚板の下側から前記冷却流路に外部空気を導入するスリット群からなる第１の空気導入口と、前記開閉扉の上下方向ほぼ中央部よりも下側の部分に設けられ、前記電池パックの正面側に外部空気を導入するスリット群からなる第２の空気導入口と、前記第１の空気導入口から流入した外部空気を最下段の前記棚板の下側に向けて案内する第１の導風板と、前記第２の空気導入口から流入した外部空気を上下に隣り合う前記棚板の間に向けて案内する第２の導風板と、を有する。

本発明の電力貯蔵装置においては、蓄電池盤に上下方向に間隔を隔てて設けられ、それぞれ電池パックが配置される棚板に通気口が形成されており、それぞれの通気口により蓄電池盤内には底部側から上部側に向けて上昇冷却風を案内する冷却流路が形成される。冷却流路を下側から上部に流れる冷却風は、電池パックの電池セルを横切るように流れて電池セルを冷却する。電池セルを横切る方向に流れる冷却風は、電池セルの外周面に確実に突き当てられることになり、電池パックを確実に冷却することができる。このように、電池パックの外側に電池ユニットケースを設けることなく、電池パックの電池セルを直接冷却風に曝すことにより電池パックの冷却効率を高めることができるので、限られた蓄電池盤のスペース内に多数の電池パックを収容することができる。これにより、蓄電池盤を大型化することなく、多量の電力を蓄電することができる。

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。 蓄電池盤の開閉扉を取り除いた状態における電力貯蔵装置を示す正面図である。 図２におけるＡ−Ａ線断面図である。 図２におけるＢ−Ｂ線断面図である。 図１におけるＣ−Ｃ線断面図である。 図１におけるＤ−Ｄ線断面図である。 他の実施の形態である電力貯蔵装置における図８と同様の部分を示す断面図である。 棚板を示す平面側の斜視図である。 棚板を示す底面側の斜視図である。

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３に示されるように、筐体つまり蓄電池盤１１を有している。蓄電池盤１１は左右の側壁１２，１３と、背面壁１４と、天壁１５とを有し、正面側には開閉扉１６が開閉自在に設けられている。蓄電池盤１１は、側壁１２，１３、背面壁１４および天壁１５を有し、これらは蓄電池盤１１の四隅に配置された支柱に固定されている。

図４〜図８に示されるように、蓄電池盤１１の内部には、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。図示する蓄電池盤１１内には、７つの棚板１８が設けられているが、棚板１８の数は図示する場合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、複数の電池ユニットつまり電池パック２１が固定される。それぞれの電池パック２１は、図４〜図８に示されるように、複数の電池セル２２を有し、電池セル２２は電気的に直列に接続されている。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、両端部はほぼ四辺形の樹脂製の端板部材２３，２４に突き当てられている。このように、電池パック２１は、複数の電池セル２２と端板部材２３，２４とを有し、前後の端板部材２３，２４は連結ロッドや枠部材により連結されており、電池セル２２の外周面は、ケース部材に覆われることなく、外部に露出されている。電池パック２１は端板部材２３，２４により棚板１８に固定される。棚板１８には電池固定金具２５が取り付けられるようになっており、端板部材２３を電池固定金具２５により固定することにより、電池パック２１は棚板１８に取り付けられる。１つの電池パック２１は、図示するように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。それぞれの電池セル２２は相互に接触することなく、電池セル２２の相互間には、図６に示すように、隙間２６が設けられている。

電池パック２１を構成する前後の端板部材２３，２４のうちの一方は、端子板となっており、端子板を構成する端板部材には、端子電極が設けられ、上下に隣り合う電池パック２１の端子電極間は図示しない通電部材により接続される。これにより、合計２８個の二次電池としての電池パック２１は直列に接続される。

図１０および図１１に示されるように、棚板１８には複数の通気口２７が設けられている。複数の通気口２７は、図示するように、それぞれ棚板１８の長手方向に延びるスリット状となっている。さらに、棚板１８の前後の折り曲げ部には、複数の空気取り込み口２８が長手方向に間隔を隔てて設けられている。このように、それぞれ電池パック２１が取り付けられる棚板１８に通気口２７を設けると、図７に破線の矢印で示されるように、最下段の棚板１８から最上段の棚板１８との間には、蓄電池盤１１の底部側から上部側に向かう冷却流路２９が棚板１８の通気口２７により形成される。この冷却流路２９は、電池セル２２が棚板１８の上に水平方向に配置されているので、電池セル２２を横切る方向となっている。

天壁１５の上面にはファンケース３１が設けられており、ファンケース３１は、正面側ケース片３２ａ、左右側ケース片３２ｂ，３２ｃ、背面側ケース片３２ｄ、および上側ケース片３２ｅを有している。ファンケース３１内には、図３に示されるように、３台の冷却ファン３３が配置されており、それぞれの冷却ファン３３は蓄電池盤１１の天壁１５に設けられている。冷却ファン３３を駆動すると、蓄電池盤１１内の空気を外部に排出し、冷却流路２９を流れる冷却風が生成される。この冷却風は、蓄電池盤１１の底部側から上部側に向けてそれぞれの電池セル２２の外周面を横切る方向に流れる。つまり、冷却風は、電池セル２２をクロスする方向の流れとなる。

外部空気を蓄電池盤１１内に導入するために、蓄電池盤１１の正面側の開閉扉１６には、空気導入口３４が設けられている。空気導入口３４は、図１に示されるように、上下方向に延びる複数のスリット３５により形成されており、複数のスリット３５を左右方向つまり水平方向に列となって形成することにより、全てのスリット群により空気導入口３４が形成される。下から２列のスリット群３４ａ，３４ｂは、最下段の棚板１８より下側の部分に対応して開閉扉１６に形成され、下から３列目〜５列目のスリット群３４ｃ〜３４ｅは、下から３段目の棚板１８よりも下側の部分に対応して開閉扉１６に形成されている。さらに、下から４段目の棚板１８よりも下側の部分に対応されて開閉扉１６には、スリット群３４ｆが形成され、下から５段目の棚板１８よりも下側の部分に対応されて開閉扉１６には、スリット群３４ｇが形成され、下から６段目の棚板１８よりも下側の部分に対応されて開閉扉１６には、スリット群３４ｈが形成されている。空気導入口３４をそれぞれスリット群により形成することによって、水平方向にほぼ均一に分散された状態となって蓄電池盤１１内に外部空気が導入される。

図１に示されるように、空気導入口３４を構成するスリット群は開閉扉１６の上下方向ほぼ中央部よりも下側の部分に設けられている。下側２列のスリット群３４ａ，３４ｂから導入された外部空気は、最下段の棚板１８の下側から冷却流路２９に流入する。これに対し、スリット群３４ｃ〜３４ｈから導入された外部空気は、電池パック２１の正面側に導入され、それぞれの棚板１８の前面に形成された空気取り込み口２８から上下に隣り合う棚板１８の間に流入する。したがって、それぞれの空気取り込み口２８からは、最下段の棚板１８の下側から冷却流路２９に供給された冷却風を、補助するように外部空気が冷却風に補充される。

このように、冷却ファン３３を蓄電池盤１１の天壁１５の上に配置し、空気導入口３４を開閉扉１６の上下方向ほぼ中央部よりも下側の部分に設けたので、冷却ファン３３により吸引される外部空気は冷却流路２９にその下側の部分から流入し、冷却ファン３３に向けて上昇する。この冷却風は、電池セル２２により加熱されることからも温度上昇により上昇し、電池セル２２を確実に冷却することができる。冷却ファン３３は図示する場合には３台設けられているが、その数は３台に限られることなく、発熱に応じた任意の台数とすることができる。また、冷却ファンの取付位置としては、蓄電池盤内に収納する形態としても良い。

ファンケース３１の正面側ケース片３２ａには、図１に示されるように、空気排出口３６が設けられており、空気排出口３６は、上下方向に延びる複数のスリット３７により形成されている。複数のスリット３７を左右方向つまり水平方向に列となって形成することにより、スリット群により空気排出口３６が形成される。これにより、冷却ファン３３により冷却流路２９を流れて電池セル２２を冷却した後の空気は、正面側ケース片３２ａから全体的に均一に分散された状態となって蓄電池盤１１の前方に排出される。空気排出口３６はファンの排気の向きにあわせて形成される。

開閉扉１６の内側には、空気導入口３４から蓄電池盤１１内に流入した外部空気を上下に隣り合う棚板１８の間に向けて案内するために、図７および図８に示されるように、複数の導風板４１ａ〜４１ｅが上下方向に間隔を隔てて設けられている。それぞれの導風板４１ａ〜４１ｅは、空気導入口３４から蓄電池盤１１内に流入した外部空気が開閉扉１６と電池パック２１の前面との間の隙間を通って上方に流れることを抑制し、外部空気を電池パック２１に向けて案内する。

導風板４１ａ〜４１ｅは、図４に示されるように、左右の開閉扉１６のそれぞれに上下方向に所定の間隔を隔てて設けられており、図４においては右側の導風板４１ａ〜４１ｅが実線で示され、左側の導風板４１ａ〜４１ｅは二点鎖線により示されている。図４においては、開閉扉１６を取り除き、開閉扉１６に取り付けられた導風板の棚板１８に対する位置関係が実線と二点鎖線とにより示されている。

図７および図８に示した導風板４１ａ〜４１ｅは、水平方向となって電池パック２１に向けて突出しており、導風板により電池パック２１に向けて案内された外部空気は、棚板１８の前面に形成された空気取り込み口２８から冷却流路２９に導入される。

それぞれの導風板は、図示する場合には開閉扉１６の内面に取り付けられているが、蓄電池盤１１の正面側の左右の側壁１２，１３に導風板を取り付けるようにしても良い。このように、導風板を側壁に取り付けるようにした形態においては、導風板を棚板１８に固定すると、導風板を介して棚板１８を側壁にも固定することができ、棚板１８の取付強度を高めることができる。

図７に示される最下段の導風板４１ａは、下側２列のスリット群３４ａ，３４ｂから導入された外部空気を最下段の棚板１８の下側に案内する。下から２段目の導風板４１ｂは、下から３列目〜５列目のスリット群３４ｃ〜３４ｅから導入された外部空気を、スリット群に対向する電池パック２１に向けて案内する。同様に、他の導風板４１ｃ〜４１ｅは、それぞれスリット群３４ｆ〜３４ｈから導入された外部空気を、スリット群に対向する電池パック２１に向けて案内する。

それぞれの棚板１８の背面側には、図７および図８に示されるように、棚板１８と背面壁１４との間の隙間を仕切るために、仕切り板４２が設けられており、棚板１８と背面壁１４との間の隙間から蓄電池盤１１の上方に向け冷却風が流れることが抑制されている。これにより、冷却風は確実に電池セル２２に向けて案内される。

蓄電池盤１１の底部には、図４および図８に示されるように、補助冷却ファン４３が配置されている。この補助冷却ファン４３は空気導入口３４から導入された外部空気を蓄電池盤１１内に吸引して冷却流路２９に補助的に導入する。補助冷却ファン４３に吸引された空気を、最下段の電池セル２２、つまり冷却流路２９の下端部に向けて案内するために、蓄電池盤１１の底部には、蓄電池盤１１の背面側に寄せて底部導風板４４が設けられている。これにより、補助冷却ファン４３により吸引された外部空気は、蓄電池盤１１の背面側に回り込むことなく、冷却流路２９に供給される。補助冷却ファン４３は、図５に示されるように、蓄電池盤１１の底部に２つ設けられているが、補助冷却ファン４３の数は任意の数とすることができる。また、冷却ファン３３により冷却流路２９に十分な流量の冷却風を生成することができれば、補助冷却ファン４３を省略することができる。さらに、補助冷却ファン４３の設置位置としては、図示するように、最下段の棚板１８よりも下側に配置することなく、最下段の棚板１８よりも上側に配置するようにしても良い。

最上段の電池パック２１の上側には台板４５が設けられており、この台板４５には棚板１８と同様に通気口が設けられており、その通気口を通過した冷却風は冷却ファン３３のファン流入口に向けて流れる。台板４５には支持板４６が蓄電池盤１１の正面側に寄せて設けられており、この支持板４６の背面側には制御ユニット４７が取り付けられている。制御ユニット４７は、電池パックの冷却風の流路を妨げないような配置となってなっている。

支持板４６の前面にはブレーカ４８等の操作部材が設けられている。支持板４６の前方には、支持板４６を覆うように仕切り板４９が設けられており、この仕切り板４９により蓄電池盤１１の上部のうち開閉扉１６の内面に空気が流れることが抑制される。蓄電池盤１１の前面側からブレーカ４８を操作するために、仕切り板４９にはブレーカの開口窓５１が設けられている。

上述した電力貯蔵装置１０においては、蓄電池盤１１内に上下方向に間隔を隔てて配置された棚板１８には、複数の電池パック２１が取り付けられている。電池パック２１はリチウムイオン二次電気等からなる複数の電池セル２２を備えており、電池セル２２は水平方向となって棚板１８の上には位置される。それぞれの棚板１８には通気口２７が設けられており、通気口２７により蓄電池盤１１内には下部側から上部側に冷却流路２９が形成される。冷却流路２９には蓄電池盤１１に設けられた冷却ファン３３により上方に向かう冷却風が生成され、冷却風は電池セル２２を横断する方向に電池セル２２の周囲を流れる。これにより、充放電時に電池セル２２が発熱しても、冷却風により電池セル２２を確実に冷却することができる。

図９は他の実施の形態である蓄電池盤１１を示す断面図である。図９においては、上述した蓄電池盤１１を構成する部材と共通する部材には同一の符号が付されている。図示するように、開閉扉１６の内側に設けられた導風板４１ａ〜４１ｅは、開閉扉側から蓄電池盤１１の内部に向けて下向きに傾斜している。したがって、空気導入口３４から蓄電池盤１１の内部に導入された外部空気は、導風板４１ａ〜４１ｅによって冷却流路２９に向けて下向きに導入された後に、冷却流路２９を上向きに流れる冷却風となる。このように、開閉扉１６の内面において、下向きに外部空気を導入すると、冷却流路２９に供給される外部空気の量を増加させることができ、冷却効果を高めることができる。

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。

この電力貯蔵装置は、工場やオフィスビにおいて電力を供給するために適用される。

Claims (7)

1. 左右の側壁、背面壁および天壁を有し、正面側に開閉扉が設けられ、内部に上下方向に間隔を隔てて複数の棚板が設けられた蓄電池盤と、
   水平方向に延びる複数の電池セル、および前記電池セルの両端部に固定される端板部材を有し、前記棚板に固定される複数の電池パックと、
   それぞれの前記棚板に設けられ、前記電池セルを横切るように前記蓄電池盤内に底部側から上部側に向かう冷却流路を形成する通気口と、
   前記天壁に設けられ、前記冷却流路に前記底部側から前記上部側に向かう冷却風を生成する冷却ファンと、
   前記開閉扉の下端部に設けられ、最下段の前記棚板の下側から前記冷却流路に外部空気を導入するスリット群からなる第１の空気導入口と、
   前記開閉扉の上下方向ほぼ中央部よりも下側の部分に設けられ、前記電池パックの正面側に外部空気を導入するスリット群からなる第２の空気導入口と、
   前記第１の空気導入口から流入した外部空気を最下段の前記棚板の下側に向けて案内する第１の導風板と、
   前記第２の空気導入口から流入した外部空気を上下に隣り合う前記棚板の間に向けて案内する第２の導風板と、を有する電力貯蔵装置。
2. 請求項１記載の電力貯蔵装置において、前記導風板を前記開閉扉側から前記蓄電池盤の内部に向けて下向きに傾斜させた、電力貯蔵装置。
3. 請求項１または２記載の電力貯蔵装置において、前記空気導入口から導入された外部空気を前記冷却流路に取り込む空気取り込み口を前記棚板の正面に設けた、電力貯蔵装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力貯蔵装置において、前記導風板を前記側壁に固定するとともに前記棚板に固定し、前記導風板により前記棚板を前記側壁に固定するようにした、電力貯蔵装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力貯蔵装置において、外部空気を前記蓄電池盤内に吸引する補助冷却ファンを前記蓄電池盤の底部に設けた、電力貯蔵装置。
6. 請求項５記載の電力貯蔵装置において、前記補助冷却ファンにより吸引された外部空気を、最下段の前記電池セルに向けて案内する底部導風板を前記蓄電池盤の背面側に寄せて設けた、電力貯蔵装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力貯蔵装置において、前記冷却ファンを前記天壁の背面側に寄せて配置し、前記蓄電池盤の上部に正面側に寄せて上下方向に延びる仕切り板を設け、当該仕切り板の背面側に制御ユニットを設け、前記冷却流路を通過して前記冷却ファンに流れる冷却風が前記制御ユニットの周囲を流れるようにした、電力貯蔵装置。