(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の梁を左右に張りわたした上板および下板、上板および下板の左右端部を連結する左右の側板、上板および下板の少なくとも後部に配した支柱、並びに、端子を有する蓋部を前面にして上板および下板の間に横並びに配列された複数の単電池を具備し、前記単電池は相対向する外側面に奥手方向に伸びる複数のリブを有し、そのリブが隣接する電池のリブと突き合わされ、かつその突き合わせ面に、前記リブに設けた凹部によって前記上板および下板に対して垂直方向に連通する間隙部が形成されていることを特徴とする電池収納モジュール装置。
【請求項２】
上板および下板は、それぞれ内面に前記梁を固定し、空気流通用の多数の開口部を有する請求項１記載の電池収納モジュール装置。
【請求項３】
上板および下板は、奥手側を手前側へ折り曲げ加工して最奥の梁上に当接する垂下片を有し、前記垂下片が前記電池の底に接して電池の奥手方向の位置決めをする請求項１記載の電池収納モジュール装置。
【請求項４】
上板および下板は、手前側を折り曲げ加工した立上片を有し、これらの立上片に前記隣接する電池の端部を拘束する留め具を固定する孔を設けた請求項１記載の電池収納モジュール装置。
【請求項５】
左右の側板は、前記梁に対応する部分に切り欠き部を有するとともに上下には上板および下板に接する折曲片を有し、前記切り欠き部において上板および下板が支柱により連結されている請求項１記載の電池収納モジュール装置。
【請求項６】
外面に複数の梁を左右に張りわたした上板および下板、上板および下板の左右端部を連結する左右の側板、上板および下板の後部に配した支柱、並びに、端子を有する蓋部を前面にして上板および下板の間に横並びに配列された複数の単電池を具備し、前記単電池は相対向する外側面に奥手方向に伸びる複数のリブを有し、そのリブが隣接する電池のリブと突き合わされ、かつその突き合わせ面に、前記リブに設けた凹部によって前記上板および下板に対して垂直方向に連通する間隙部が形成されていることを特徴とする電池収納モジュール装置。
【請求項７】
左右の側板は、上下面および前後面を形成する折曲片および前記折曲片の端部を内側に折り曲げた補強片を有し、前記補強片が相互に溶接されている請求項６記載の電池収納モジュール装置。
【請求項８】
請求項１または６記載の電池収納モジュール装置であって、少なくとも上板、下板、梁、側板および支柱が金属製である電池収納モジュール装置の複数個が上下方向に積み重ねられ、隣接する電池収納モジュール装置の上板と下板とがそれらの隅に設けられた孔に挿通されたボルトとナットにより結合された電池収納装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多数の電池を組み合わせることにより高電圧、大容量を得るための非常電源に用いられる電池収納モジュール装置および電池収納装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電話交換機やコンピューター等のバックアップ電源、非常照明用電源等には高い電圧で大容量の蓄電池が使用されており、この種の用途にはメンテナンスの簡素化を図るために充電中に発生する酸素ガスを負極で吸収するいわゆる酸素サイクルを利用した密閉形鉛蓄電池が多く用いられるようになってきつつある。しかしながら、大容量電池を多く用いると、電池重量が増加することにより収納装置にかかる材料が多くなり構造が複雑化するためコスト高になる傾向を有していた。
一方、電池の使用中には電池が発熱し、その際に複数の電池を組み合わせて使用しているため、中央部では熱が蓄積され放熱されにくく、外側に位置する電池に比べ高い温度で使用されることになる。このため内側と外側に位置する電池では使用環境温度に差があるため電池特性が異なり、長期間にわたり使用するとこの差が拡大されるため、信頼性が重要な電源装置自体に大きな影響を及ぼす原因となっていた。さらに、縦方向に複数組み合わせて高電圧の電池収納装置を構成した場合、これらの温度差はさらに助長されることになる。
このため、積層した上板と下板と支柱で構成される空間に端子が左右に位置するように複数電池を挿入する単電池収納モジュールが提案されている（特開平６−８９７０６号公報）。しかしながら、電池を積層しているため、上下の隣接電池との間に空間部がなく、使用中の特に充電時に発生する熱を放出できず、長期間使用するうちに電池特性に差を生じ易い。この種の電源装置は、定電圧充電されているから、電池温度が徐々に上昇するにつれて電池の充電電圧が低下するため、充電電流が増加する熱逸走を生じ、致命的な故障に至ることがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、電池の形状とあいまって放熱効果を考慮した構造を有し、電池の信頼性を向上させるとともに、構造の簡素化が図れる電池収納モジュール装置を提供することを目的とする。
さらに、本発明の他の目的は、前記モジュール装置を組み合わせた大型の電池収納装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の電池収納モジュール装置は、複数の梁を左右に張りわたした上板および下板、上板および下板の左右端部を連結する左右の側板、上板および下板の少なくとも後部に配した支柱、並びに、端子を有する蓋部を前面にして上板および下板の間に横並びに配列された複数の単電池を具備し、前記単電池は相対向する外側面に奥手方向に伸びる複数のリブを有し、そのリブが隣接する電池のリブと突き合わされ、かつその突き合わせ面に、前記リブに設けた凹部によって前記上板および下板に対して垂直方向に連通する間隙部が形成されていることを特徴とする。
ここにおいて、上板および下板は、それぞれ梁を内面に固定し、空気流通用の多数の開口部を有することが好ましい。
上板および下板は、さらに、奥手側を手前側へ折り曲げ加工して最奥の梁上に当接する垂下片を有し、前記垂下片が前記電池の底に接して電池の奥手方向の位置決めをする構成とするのが好ましい。
また、上板および下板は、手前側を折り曲げ加工した立上片を有し、これらの立上片に前記隣接する電池の端部を拘束する留め具を固定する孔を設けた構成が好ましい。
左右の側板は、前記梁に対応する部分に切り欠き部を有するとともに上下には上板および下板に接する折曲片を有し、前記切り欠き部において上板および下板が支柱により連結されている構成が好ましい。
【０００５】
本発明は、外面に複数の梁を左右に張りわたした上板および下板、上板および下板の左右端部を連結する左右の側板、上板および下板の後部に配した支柱、並びに、端子を有する蓋部を前面にして上板および下板の間に横並びに配列された複数の単電池を具備し、前記単電池は相対向する外側面に奥手方向に伸びる複数のリブを有し、そのリブが隣接する電池のリブと突き合わされ、かつその突き合わせ面に、前記リブに設けた凹部によって前記上板および下板に対して垂直方向に連通する間隙部が形成されている電池収納モジュール装置を提供する。
この電池収納モジュール装置において、左右の側板は、上下面および前後面を形成する折曲片および前記折曲片の端部を内側に折り曲げた補強片を有し、前記補強片が相互に溶接されている構成が好ましい。
さらに、本発明は、上記の電池収納モジュール装置の複数個が上下方向に積み重ねられ、隣接する電池収納モジュール装置の上板と下板とがそれらの隅に設けられた孔に挿通されたボルトとナットにより結合された電池収納装置を提供する。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明の電池収納モジュール装置は、上記のように、複数の梁を左右に張りわたした上板および下板、上板および下板の左右端部を連結する左右の側板、上板および下板の少なくとも後部に配した支柱、並びに、端子を有する蓋部を前面にして上板および下板の間に横並びに配列された複数の単電池を具備し、前記単電池は相対向する外側面に奥手方向に伸びる複数のリブを有し、そのリブが隣接する電池のリブと突き合わされ、かつその突き合わせ面に、前記リブに設けた凹部によって前記上板および下板に対して垂直方向に連通する間隙部が形成されている。
そして、隣接する電池のリブ同士の突き合わせ部に上板および下板に対して垂直方向に連通する間隙部が形成されるから、この間隙部に電池に生じた熱を放散する空気の対流路が形成される。また、上板および下板に左右に張り渡した梁が、横並びに配列された複数の電池を支える役目をするとともに、梁の存在によって電池収納モジュール装置における上板および下板と電池の間、または電池収納モジュール装置同士の間に空間部が形成され、この空間部が各電池の温度のバランスをとる役割をする。
従って、本発明によれば、電池収納モジュール装置を複数段に積み重ね、多数の電池を集合させた場合においても、電池の配列される位置による温度差が生じにくく、信頼性の高い電源装置を得ることができる。
また、本発明は、基本的には、金属板の加工による多段の積み重ねが可能な構造堅固な電池収納モジュール装置が得られる。
【０００７】
以下、本発明の電池収納モジュール装置を好ましい実施の形態により説明する。
まず、単電池１の構造を図１１〜図１３を参照して説明する。
単電池１は、正極板と負極板とをセパレータを介して積層した極板群および電解液を収容した合成樹脂、例えばポリプロピレン製の電槽２、並びに電槽２の上部開口部に熱溶着された同じ合成樹脂製の蓋３から構成されている。蓋３は、周縁に狭い段部４を残して一段高い膨出部５を有し、この膨出部５上に正極端子６、負極端子７および安全弁８を突出させている。
この電池は、公称電圧２Ｖ、公称容量１２００Ａｈ、重量約９０ｋｇ、総高５８０ｍｍの密閉形鉛蓄電池である。
【０００８】
電槽２は、極板９と平行な幅の狭い側壁１０、１０と、他方の幅の広い側壁１１、１１および底壁から構成され、側壁１０の幅は１８０ｍｍ、側壁１１の幅は後述のリブを含めて２８０ｍｍである。そして、側壁１０には、縦方向に伸びた幅３．５ｍｍのリブ１２を２ｍｍ間隔で５個有するリブ群を約８ｍｍ間隔で５組設けている。各々のリブ１２は、図１３に示すように、縦方向の長さ２０ｍｍ、高さ５ｍｍの高部分１２ｈ、長さ２０ｍｍ、高さ２ｍｍの低部分１２ｌ、及び両者を結ぶ中間部分１２ｍの繰り返しで構成されている。そして、図３のように電池の複数を側壁１０が相互に接するように並べると、リブ１２の高部分１２ｈが相互に突き合わされ、凹部を形成する低部分１２ｌから中間部分１２ｍの間には、各リブ間を連通する間隙部１３が形成される。
電槽２の側壁１１には、縦方向に伸びた幅３．５ｍｍ、高さ４ｍｍのリブ１４を２ｍｍ間隔で５個有するリブ群を約２６ｍｍ間隔で５組設けている。
側壁１０および１１の厚さはいずれも４ｍｍであるが、極板群の圧力が加わる側壁１０、１０ではリブ群の間隔を狭くして極板群の膨張による変形を防止する強度を保たせている。リブ１２の低部分１２ｌの高さおよびリブ１４の高さは、蓋３と溶着される電槽２の開口縁の高さに合わせているので、リブ１２の高部分１２ｈが電槽２の横方向に張り出して、電池１の横幅を規定する。
【０００９】
次に、電池収納モジュール装置を説明する。
図１に示すモジュール装置２０は、主として、上板２１、下板２２、左右の側板２３及び２４、側板２３及び２４に組み合わせる支柱２５及び２６、並びに後部に配する支柱２７から構成されている。
上板２１及び下板２２は、長手方向が９３０ｍｍ、奥行き方向が５６０ｍｍとなるように、厚み２ｍｍの鋼板から作製した。上板及び下板は、それぞれ長手方向へ１４個配列した開口部２８の列を３列設けている。開口部２８の形状は、奥行き方向に延びる長方形またはだ円形がよい。この例では、長さ７５ｍｍ、幅１４ｍｍの略長方形とした。開口部２８は打ち抜きにより形成してもよいが、ここでは変形プレス方式により形成した。
【００１０】
下板２２は、図４および図５に示すように、手前側は１５ｍｍのところを上方向へ直角に折り曲げ、さらに奥手方向１５ｍｍのところを直角に折り曲げることにより、立上片２９を設けている。これにより開口部２８が存在する第１の平面２２ａより高い位置に、第２の平面２２ｂが形成される。立上片２９には電池を固定するための留め具３０を取り付ける孔３１を設けている。下板２２の内面には、開口部２８の列を挟むように、鋼板を加工した高さ１５ｍｍ、幅３０ｍｍの角筒状の４本の梁３２が溶接されている。
下板２２の奥手側には折り曲げ加工により、高さ３０ｍｍの立上片３３、端部が梁３２ｂ上に当接する垂下片３４、および両者間に形成された第３の平面２２ｃを有する。
第２の平面２２ｂ、第３の平面２２ｃ、垂下片３３、および一番奥の梁３２ｂは、各々両端部を３５ｍｍずつ下板２２より長さを短くしている。そして、下板２２の四隅付近には孔３５を設けている。
【００１１】
上板２１は、上記の下板２２をそのまま使用することができる。すなわち、上板２１は、下板２２の表裏を反対にしたものを用いる。このため、上板と下板は共通化できるので、部品管理の面で便利である。
側板２３と２４は上板２１と下板２２の左右に配するもので、左右対称形に作られている。図６により右側板２４の構造を説明する。側板２４の上下には、上板２１および下板２２の梁３２に対応させて切欠き部３６を有し、さらに上下には上板および下板と接するように外側へ直角に折り曲げた折曲片３７を有する。そして、折曲片３７の手前側および奥手側の端部には上板２１および下板２２の孔３５に対応する孔３８を設けている。側板２４の手前側および奥手側にも外側へ直角に折り曲げた折曲片３９を有する。
【００１２】
電池収納モジュール装置の外装を組み立てるには、上板２１および下板２２の左右にそれぞれ側板２３および２４を、上板および下板の孔３５と側板２３および２４の孔３８が連通するように組み合わせ、側板２３および２４の上下の折曲片３７を上板２１及び下板２２の端部内面に溶接する。
上記の溶接とともに、側板２３および２４の切欠き部３６に配した支柱２５および２６の上下端面を上板２１および下板２２の梁３２に溶接し、支柱２７の上下端面は、上板２１および下板２２の第３の平面２２ｃに溶接する。
支柱２５、２６および２７は、鋼板を折り曲げ加工により角筒状に形成したものである。電池収納モジュール装置を構成する上板２１、下板２２、並びに左右の側板２３および２４は、主として平板状のものであるが、上板および下板の内面に溶接した梁３２とともに、上板と下板との間に溶接した支柱２５〜２７により、電池収納モジュール装置は強固な構造体となる。そして、特にこの装置を複数積層する場合の強度を十分に保持することができる。
【００１３】
このモジュール装置を手前側が上となるように起こし、上方より電池１を３個横に並べてモジュール装置内へ挿入する。上板２１の梁３２と下板２２の梁３２との間隔は、電池の狭い方の側壁１０の幅と同じであり、電池はその自重により側壁１１に設けられた一定高さのリブ１４が上板および下板の第２の平面２２ｂおよび梁３２の表面を滑り、電池の底部が上板および下板の垂下片３４上に載って止まる。
次に、留め具３０を上板および下板の立上片２９に設けた孔３１へねじ止めすることにより、隣接する電池の蓋３の段部４を拘束し、電池を固定する。
電池が収納されたモジュール装置を電池の蓋３が手前側となるように倒すと図１のような状態となる。こうして上板と下板との間に配列された電池は、側壁１０に設けたリブ１２の高部分１２ｈが隣り合う電池同士で突き合わされる。その結果、リブ１２の低部分１２ｌから中間部分１２ｍの間には間隙部１３が生じる。この間隙部のあるものは、図２および図３に矢印４０で示すように、上板および下板に設けた開口部２８同士を結ぶ直線上に並ぶ。その他にも上板および下板には多数の開口部２８が設けられているから、電池の温度が上昇した場合、電池同士の間に形成される空隙部１３が大気の対流を促進し、電池を冷却する働きをする。また、梁３２の間には開口部２８に連通する空間部が形成されており、この空間部が隣接する電池の温度を均等にする役割をする。
【００１４】
次に、収納モジュール装置を積層した電池収納装置について図７および図８により説明する。
１つの収納モジュール装置とその上に積層するモジュール装置とは、図８に示すように、下位の収納モジュール装置の上板２１の四隅にある孔３５と、上位の収納モジュール装置の下板２２の四隅にある孔３５とを一致するように２つの収納モジュール装置を積層し、上板および下板の孔３５およびこれらの連通する側板２４、２５の孔３９にボルト４１を通し、ナット４２で締めつけることにより２つの収納モジュール装置を連結する。こうして、収納モジュール装置の多段積みが可能となる。
その結果、下段装置の上板と上段装置の下板とは面接触することになるが、先に述べたように上板と下板とが同一の設計をしているため、それぞれの開口部２８は同じ位置に存在する。従って、開口部はそのまま上下方向へ直線状に配列されることになり、温まった空気の対流は下のモジュール装置から上のモジュール装置にこの開口部を通過して外部に放出される。さらに、その他の開口部２８と梁３２の間に存在する空間部が全体の温度のバランスを同一にする役割を果たしている。このように構成することにより、装置の内部に位置する電池温度が極端に上昇することを防止することができる。
【００１５】
さらに、上記のように電池収納モジュール装置を同様な方法で次々と段積みを重ねて一体化することにより、図７に示したような大型の電池収納装置を得ることができる。各電池１は、この例では接続体４３により直列に接続されている。この装置を使用する期間は長期になるから、埃等が最上部の開口部から侵入するのを防止するため、複数段積載した最上段のモジュール装置の上部には間隔を有して、天板４４を設ける。この天板は、図示してはいないが上面に多数の開口部があり、熱の放散とともにモジュール内に埃の侵入を防止することができる。
図７には４段のモジュール装置を積み重ねた電池収納装置を示している。密閉形鉛蓄電池は、端子が正極、負極２本ずつ設けられており、それらを接続体４３で直列に接続することにより、ここでは２４Ｖの高電圧が得られ、さらに必要に応じてこのような電池収納装置を別途設置してさらに高い電圧を得ることができる。同様に容量がさらに必要な場合には、モジュール装置の中の電池間の接続や電池収納装置間の接続を並列接続とすればよい。
【００１６】
以上の例では、電池の発熱が比較的激しい使用形態に好適なモジュール装置について説明した。次には、電池の発熱が比較的少ない使用形態に適した構造のより簡単なモジュール装置について説明する。
このモジュール装置５０は、図９及び図１０に示すように、主として上板５１、下板５２、左右の側板５３及び５４、側板５３と５４とを後部の上下において連結するとともに上下にそれぞれ上板及び下板を連結する梁５５及び５６、並びに、梁５５と５６とを連結する支柱５７から構成されている。
上板５１及び下板５２は、２個を１組として４組の空気連通孔５８を設け、外面にはそれぞれ３本の梁５９を溶接している。そして、上板及び下板の前面の梁５９には電池の留め具６０を固定するためのねじ孔６１を設けている。
【００１７】
側板５４は、略十字状に切り抜いた鋼板を折り曲げ加工して形成したもので、上下面及び前後面を形成する折曲片６２及び６３、折曲片６２及び６３の先端をさらに直角に折り曲げて相互に溶接した補強片６４及び６５を有する。上下の折曲片６２にはモジュール装置を上下に段積みした際にボルトとナットにより連結するためのボルト挿通孔６６を有する。側板５３は側板５４と同様の構造である。
上板５１及び下板５２には、それぞれ左右に突片６７及び６８を有し、これらの突片はそれぞれ側板５３、５４の上下に設けた溝６９及び７０に挿入される。
【００１８】
上記のようにして組み立てられるモジュール装置においては、電池１の側壁１１は上板５１及び下板５２の内面に、また端部の電池の側壁１０は側板５３及び５４の内面にそれぞれ接し、底壁は後部の梁５６及び５７に接する。
このモジュール装置は、上板５１及び下板５２には梁５９を張りわたし、また側板５３及び５４には平板から折り曲げて枠状に連結した折曲片６２及び６３を設けたことにより、十分な強度を有する。従って、上下に段積みすることにより大型の電池収納装置を構成することができる。
また、電池の突き合わせ部には、先の実施形態と同様にリブ１２の部分に空気流通用の空隙部１３が形成される。そして、上板及び下板には孔５８が設けてあり、さらにモジュール装置の後部は開放されているから、先の実施形態には劣るが、空気の対流が生じ、電池の加熱を防止することができる。多段にモジュール装置を積み重ねた際、モジュール装置間に上板と下板とに固定された梁と梁との間に空間部が形成され、この空間部が隣接する電池の温度を均等にする役割をする。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電池を横倒し状態で複数を並べた際、電槽に設けたリブ同士の突き合わせ部に上板および下板に垂直な方向に連通する間隙部が形成されるから、空気の自然対流により電池の熱が放散される。この熱を上板および下板により、発散または吸収拡散させることにより、長期間にわたり電池が使用される場合においても、電池の配置される位置による温度差が生じることなく、電源装置の信頼性に重大な支障をもたらすおそれはない。また、基本的には金属板の加工により、多段の積み重ねが可能な、構造堅固な電池収納モジュール装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における電池収納モジュール装置の斜視図である。
【図２】同モジュール装置の分解斜視図である。
【図３】同モジュール装置に収納される集合電池の斜視図である。
【図４】同モジュール装置の下板の斜視図である。
【図５】同下板の右側面図である。
【図６】同モジュール装置の側板の斜視図である。
【図７】同モジュール装置を段積みした電池収納装置の正面図である。
【図８】同電池収納装置におけるモジュール装置の連結部の斜視図である。
【図９】本発明の他の実施例における電池収納モジュール装置の斜視図である。
【図１０】同モジュール装置の分解斜視図である。
【図１１】モジュール装置に収納される電池の正面図である。
【図１２】同電池の側面図である。
【図１３】同電池のリブを表す要部の断面図である。
【符号の説明】
１  単電池
２  電槽
３  蓋
４  段部
５  膨出部
６  正極端子
７  負極端子
８  安全弁
９  極板
１０、１１  側壁
１２  リブ
１３  間隙部
１４  リブ
２０  モジュール装置
２１  上板
２２  下板
２２ａ  第１の平面
２２ｂ  第２の平面
２２ｃ  第３の平面
２３、２４  側板
２５、２６、２７  支柱
２８  開口部
２９  立上片
３０  留め具
３１  孔
３２  梁
３３  立上片
３４  垂下片
３５  孔
３６  切突き部
３７  折曲片
３８  孔
３９  折曲片
４０  （矢印）
４１  ボルト
４２  ナット
４３  接続体
４４  天板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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