(57)【要約】      （修正有）【課題】組電池の充放電を中断することなく、また大規模な工事を必要とせずに電池モジュールを取り外しまたは接続することを可能とする組電池及び電池交換方法を提供する。【解決手段】コネクタ端子２及びコネクタ端子ソケット３を備えた電池パック１を、コネクタ端子２のコネクタ端子ソケット３への挿入により電池モジュール４を構成し、コネクタ端子ソケット６を備えた充放電回路用バー５と、コネクタ端子７が備えられている充放電回路用バー５とを用い、コネクタ端子ソケット６に電池モジュール４のコネクタ端子を挿入し、コネクタ端子７を電池モジュール４のコネクタ端子ソケットに挿入することによって、複数の電池モジュール４を並列接続してなる組電池１０を構成する。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の二次電池を構成要素とする電池パック１個から成る電池モジュールまたは前記電池パック複数個を直列に接続して成る電池モジュールを複数個並列に接続して構成する組電池において、前記組電池の充放電を中断することなく、前記組電池中の劣化した前記電池モジュールを交換するコネクタを備えたことを特徴とする組電池。
【請求項２】
複数個の二次電池を構成要素とする電池パック１個から成る電池モジュールまたは前記電池パック複数個を直列に接続して成る電池モジュールを複数個並列に接続して構成する組電池において、前記組電池の充放電を中断することなく、前記組電池中の劣化した前記電池モジュールを交換するコネクタと、前記コネクタを流れる電流回路を開閉するスイッチとを備えることを特徴とする組電池。
【請求項３】
請求項１記載の組電池の構成要素である前記電池モジュールを交換する電池交換方法であって、前記電池モジュールの脱着を前記コネクタによって行なうことを特徴とする電池交換方法。
【請求項４】
請求項２記載の組電池の構成要素である前記電池モジュールを交換する電池交換方法であって、前記電池モジュールの脱着を前記コネクタと、前記コネクタに接続された前記スイッチとによって行なうことを特徴とする電池交換方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は組電池及び電池交換方法に関し、特に、組電池及びその組電池の構成要素である電池モジュールの交換方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気通信用電源のバックアップ用二次電池としては主に鉛蓄電池が使われている。直流電圧４８Ｖを得るため、通常シール鉛蓄電池を２３個直列にして使用し、電池モジュールを構成し、それをバックアップ用二次電池として使用している。この中の１個の単一電池でも不良と診断された場合には、直列に接続されている２３個すべてを一括して交換する。その理由としては、１個だけを新品に交換した場合、充放電電圧特性がモジュール中の他の電池と異なることになるため、複雑な充放電制御が必要になること、モジュール中の他の電池も不良と診断された電池と同一時間使用されている場合が多く、同じ程度に劣化が進んでいる可能性が高いので、電池を一括して交換した方が経済的と考えられるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この２３個直列に接続した既組電池を交換する方法としては、別に用意する２３個直列に接続した組電池を既組電池と並列に接続し、この後、既組電池を切り離す事で交換を行なっている。既組電池及び別に用意した組電池と充放電装置との間にはケーブルを使用し、接続個所は導帯とボルトにて接続を行なっており、別に用意する組電池の設置やケーブルの接続には、必ず人手による大規模な工事が必要であった。
【０００４】
本発明の目的は、上記の課題を解決し、大規模な工事を必要とせずに電池モジュールを取り外しまたは接続することを可能とする組電池及び電池交換方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明においては、請求項１に記載のように、
複数個の二次電池を構成要素とする電池パック１個から成る電池モジュールまたは前記電池パック複数個を直列に接続して成る電池モジュールを複数個並列に接続して構成する組電池において、前記組電池の充放電を中断することなく、前記組電池中の劣化した前記電池モジュールを交換するコネクタを備えたことを特徴とする組電池を構成する。
【０００６】
また、本発明においては、請求項２に記載のように、
複数個の二次電池を構成要素とする電池パック１個から成る電池モジュールまたは前記電池パック複数個を直列に接続して成る電池モジュールを複数個並列に接続して構成する組電池において、前記組電池の充放電を中断することなく、前記組電池中の劣化した前記電池モジュールを交換するコネクタと、前記コネクタを流れる電流回路を開閉するスイッチとを備えることを特徴とする組電池を構成する。
【０００７】
また、本発明においては、請求項３に記載のように、
請求項１記載の組電池の構成要素である前記電池モジュールを交換する電池交換方法であって、前記電池モジュールの脱着を前記コネクタによって行なうことを特徴とする電池交換方法を構成する。
【０００８】
また、本発明においては、請求項４に記載のように、
請求項２記載の組電池の構成要素である前記電池モジュールを交換する電池交換方法であって、前記電池モジュールの脱着を前記コネクタと、前記コネクタに接続された前記スイッチとによって行なうことを特徴とする電池交換方法を構成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施によって、大規模な工事を必要とせずに電池モジュールを取り外しまたは接続することを可能とする組電池及び電池交換方法を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明を概説するならば、
本発明の第１の発明は組電池に関する発明であって、複数個の二次電池から成る電池パック１個から成る電池モジュールまたは前記電池パック複数個を直列に接続して成る電池モジュールを複数個、充放電回路用バー２本によって並列に接続して構成された組電池において、大規模な工事を必要とせず、しかも、組電池の充放電を中断することなく、組電池中の電池モジュールを交換することを可能とするコネクタの端子であるコネクタ端子及びコネクタ端子ソケットを、前記電池パック及び充放電回路用バーに設けることを特徴とする。この発明は、バックアップ電池として用いる鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などに適用できる。
【００１１】
本発明の第２の発明も組電池に関する発明であって、複数個の二次電池から成る電池パック１個から成る電池モジュールまたは前記電池パック複数個を直列に接続して成る電池モジュールを複数個、充放電回路用バー２本によって並列に接続して構成された組電池において、大規模な工事を必要とせず、しかも、組電池の充放電を中断することなく、組電池中の電池モジュールを交換することを可能とするコネクタ端子、コネクタ端子ソケット及び、コネクタを流れる電流回路を開閉するスイッチを前記電池パック及び充放電回路用バーに設けることを特徴とする。この発明も、バックアップ電池として用いる鉛蓄電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などに適用できる。
【００１２】
本発明の第３の発明は電池交換方法に関する発明であって、前記第１の発明に係る組電池を用いて、大規模な工事を必要とせず、しかも、組電池の充放電を中断することなく、組電池中の電池モジュールの交換を、前記コネクタ端子ソケットに対する前記コネクタ端子の脱着操作の組み合わせによって行なうことを特徴とする。
【００１３】
本発明の第４の発明も電池交換方式に関する発明であって、前記第２の発明に係る組電池を用いて、大規模な工事を必要とせず、しかも、組電池の充放電を中断することなく、組電池中の電池モジュールの交換を、前記コネクタ端子ソケットに対する前記コネクタ端子の脱着操作及び前記スイッチの開閉操作の組み合わせによって行なうことを特徴とする。
【００１４】
本発明の実施により、大規模な工事を必要とせず、しかも、組電池の充放電を中断することなく、組電池中の電池モジュールの交換を、前記コネクタ端子ソケットに対する前記コネクタ端子の脱着操作及び前記スイッチの開閉操作の組み合わせによって行なうことが可能となり、大規模な工事が不要となる。
【００１５】
以下本発明を、実施の形態例によって、具体的に説明する。
【００１６】
図１は、本発明に係る組電池の構成要素である電池モジュールの一例（電池モジュールが複数の電池パックより成る場合）を説明する図である。
【００１７】
図１の（ａ）において、１は複数個の二次電池から成る電池パックであり、電池パック１はコネクタ端子２及びコネクタ端子ソケット３を備えている。この場合に、コネクタ端子２は導電性の突起であって、電池パック１の正極端子としての役割を果たし、コネクタ端子ソケット３は、他の電池パック１のコネクタ端子２を受容、すなわち挿入する凹部であり、その凹部には電池パック１の負極端子としての役割を果たす導電性部材が設けられ、それが、挿入された他の電池パック１のコネクタ端子２と電気的に接続する。
【００１８】
図１の（ｂ）において、４は複数個の電池パック１を、コネクタ端子ソケット３にコネクタ端子２を挿入することによって、直列接続してなる電池モジュールであり、電池パック１のコネクタ端子ソケット３には右隣の電池パック１のコネクタ端子２が挿入されて電池パック１の直列接続が形成され、電池モジュール４が構成されている。電池モジュール４の左端の電池パック１のコネクタ端子２が電池モジュール４のコネクタ端子となり、右端の電池パック１のコネクタ端子ソケット３が電池モジュール４のコネクタ端子ソケットとなっている。なお、１個の電池パック１が電池モジュール４を構成していてもよい。その場合には、その電池パック１のコネクタ端子２とコネクタ端子ソケット３とが、そのまま、それぞれ、電池モジュールのコネクタ端子とコネクタ端子ソケットとになる。
【００１９】
図２は、図１の（ｂ）に示した電池モジュール４を複数個、２本の充放電回路用バー５によって並列接続してなる組電池１０を示している。正極側の充放電回路用バー５（図中、「＋極」で表示）には、電池モジュール４のコネクタ端子、すなわち、電池モジュール４最端部（この場合は最上端部）の電池パック１の、ソケットに挿入されていないコネクタ端子２を挿入するためのコネクタ端子ソケット６が備えられ、負極側の充放電回路用バー５（図中、「−極」で表示）には、電池モジュール４のコネクタ端子ソケット、すなわち、電池モジュール４最端部（この場合は最下端部）の電池パック１の、コネクタ端子を挿入していないコネクタ端子ソケット３に挿入されるためのコネクタ端子７が備えられている。コネクタ端子ソケット６及びコネクタ端子７は、それぞれ、電池パック１のコネクタ端子ソケット３及びコネクタ端子２と同様の構造を持っていればよい。コネクタ端子ソケット６に電池モジュール４のコネクタ端子が挿入され、コネクタ端子７は電池モジュール４のコネクタ端子ソケットに挿入されて、組電池１０内の電気接続が完成する。
【００２０】
２本の充放電回路用バー５のそれぞれは、充電回路を開閉する充電器側開閉スイッチ８と放電回路を開閉する負荷側開閉スイッチ９を備えている。
【００２１】
組電池１０に組み込まれている電池パック１が、図５に示した構造を持っていると、電池モジュール４の交換が容易となる。図５において、（ａ）は電池パック１の正面図であり、（ｂ）はその側面図であり、（ｃ）はその裏面図である。電池パック１には、コネクタ端子ソケット３に別の電池パックのコネクタ端子２がを側面側（図においては裏面側）から挿入することができるように、切徐部分１７がある。このような電池パック１を、図６に示したように、切徐部分１７がある側を交互に逆向きとして直列接続すれば、電池パック１を、直列接続の方向と直交する方向に引き抜くことができる。図６の（ａ）は、３個電池パック１を、上記の方法で、直列接続した状態の正面図であり、（ｂ）はその側面図であり、（ｃ）はその裏面図である。この場合に、３個の電池パック１のうちの中央の電池パック１は表側方向（側面図（ｂ）において左側方向、矢印で示す）に引き抜くことができる。
【００２２】
電池モジュール４が３個以上の電池パック１で構成されている場合には、すべての電池パック１が図５に示した構造を持っていなくてもよい。たとえば、図６に示した状態において、中央の電池パック１が表側方向に引き抜かれれば、一番下の電池パック１は上方向に引き抜くことが可能であり、このような電池パック１は図５に示した構造を持っている必要はなく、図１に示した（切徐部分１７が無い）構造を持っていればよい。
【００２３】
組電池１０において、並列に接続されたすべての電池モジュールにおいては、充放電回路用バー５の充電器側開閉スイッチ８及び負荷側開閉器スイッチ９と接続され、充電時または待機中は充電器側開閉スイッチ８が閉状態で、負荷側開閉スイッチ９は開状態とし、放電回路から切り離した状態をとる。放電時は停電などの異常の信号をスイッチ８及び９で検知し、充電器側開閉スイッチ８を開状態、負荷側開閉スイッチ９は閉状態となり、充電回路から切り離した状態で放電を行なう。
【００２４】
電池モジュール４のいずれかを、劣化などの不良により取り外す場合は、不良と判断された電池モジュール４のコネクタ端子を充放電回路用バー５のコネクタ端子ソケット６から抜き、充放電回路用バー５のコネクタ端子７を電池モジュール４のコネクタ端子ソケットから抜くことにより、電池モジュール４を組電池１０の並列接続された充放電回路から切り離すことができる。このとき、図６に示した状態を電池モジュール４に実現させておけば、電池モジュール４中の電池パックを横方向に引き抜くことができるので、上記の操作を容易に行うことができる。取り外した電池モジュールの代わりを装着する際には、上記の操作の逆を行えばよい。このようにして、大規模な工事を必要とせずに電池パックまたは電池モジュールを取り外しまたは接続することを可能とする組電池及び電池交換方法を提供することができる。また、上記の交換操作は、組電池の充放電を中断することなく実行することができる。
【００２５】
図３の（ａ）に示した電池パック１１は、図１に示した電池パック１にスイッチ１２を設けた構成を有する。この電池パック１１は、正極側すなわち＋側はコネクタ端子２を備え、負極側すなわち−側にはコネクタ端子ソケット３及びコネクタ端子ソケット３における電流回路の開閉ができるスイッチ１２を備えている。
【００２６】
図３の（ｂ）に示したように、複数個の電池パック１あるいは１１を直列接続して電池モジュール１３を構成する場合には、電池パック１あるいは１１の＋側のコネクタ端子２を別の電池パック１あるいは１１の−側のコネクタ端子ソケット３に挿入することで直列接続となる電池モジュール１３を構成する。電池モジュール４の左端の電池パック１１のコネクタ端子２が電池モジュール１３のコネクタ端子となり、右端の電池パック１１のコネクタ端子ソケット３が電池モジュール１３のコネクタ端子ソケットとなっている。なお、図３の（ｂ）においては、すべての電池パックがスイッチ１２を備えている場合が示されている。また、１個の電池パック１１がそのまま電池モジュール１３を構成していてもよい。その場合には、その電池パック１１のコネクタ端子２とコネクタ端子ソケット３とが、そのまま、それぞれ、電池モジュールのコネクタ端子とコネクタ端子ソケットとになる。
【００２７】
電池パック１１の−側のコネクタ端子ソケット３に、別の電池パック１または１１の＋側コネクタ端子２を挿入すると、スイッチ１２が閉作動し、コネクタ端子ソケット３からコネクタ端子２が抜けることを防止し電池パック間を確実に接続することができる。スイッチ１２は、たとえば、電動あるいは手動によってコネクタ端子２をつかむか、あるいは離す動作をする金属製クランプを用いて構成することができる。一方、電池パック１１のコネクタ端子ソケット３からコネクタ端子２を引き抜く場合、スイッチ１２を電動あるいは手動によって開状態とすれば、電池パック１１における電流回路が開かれ、かつ、コネクタ端子２がコネクタ端子ソケット３から引き抜ける状態となり、コネクタ端子ソケット３からコネクタ端子２を引き抜くことができる。
【００２８】
図４は、図３に示した電池モジュール１３を２本の充放電回路用バー１４で並列接続してなる組電池１６の構成を示している。図において、正極側の充放電回路用バー１４（図中、「＋極」で表示）は、電池モジュール４または１３を並列に接続または取り外すためのスイッチ１５と電池モジュール４または１３の＋側のコネクタ端子を挿入するコネクタ端子ソケット６を備え、負極側の充放電回路用バー（図中、「−極」で表示）は、電池モジュール１３のコネクタ端子ソケットに挿入するコネクタ端子７を備え、正極側の充放電回路用バー１４のコネクタ端子ソケット６に電池モジュール４または１３のコネクタ端子を挿入し、負極側の充放電回路用バー４のコネクタ端子７を電池モジュール４または１３のコネクタ端子ソケットに挿入することによって、組電池１６が構成される。なお、図においては、電池モジュールとして電池モジュール１３のみが使われている場合が示されている。
【００２９】
電池モジュール４または１３を並列に接続する場合、電池モジュール４または１３の＋側のコネクタ端子を充放電回路用バー１４の正極側コネクタ端子ソケット６へ挿入するとスイッチ１５が閉作動して、コネクタ端子ソケット６から電池モジュール４または１３の＋側のコネクタ端子が抜けることを防止し、充放電回路用バー１４の−側コネクタ端子を電池モジュール１３のコネクタ端子ソケットヘ挿入するとスイッチ１２が閉作動して、コネクタ端子ソケット３からコネクタ端子７が抜けることを防止し、端子−ソケット間の電気接続が形成され、電池モジュール４または１３を確実に並列接続することができる。
【００３０】
並列に接続された電池モジュール４または１３は、充放電回路用バー１４の充電器側開閉スイッチ８及び負荷側開閉器スイッチ９と接続される。充電時または待機中は充電器側開閉スイッチ８が閉状態であり、負荷側開閉スイッチ９は開状態であり、放電回路から切り離した状態となっている。放電時は停電などの異常の信号をスイッチ８及び９で検知し、充電器側開閉スイッチ８を開状態、負荷側開閉スイッチ９は閉状態となり、充電回路から切り離した状態で放電を行なう。  電池モジュール４または１３を、劣化などの不良により取り外す場合は、不良と判断された電池モジュール４または１３に接続された充放電回路用バー１４に備えられたスイッチ１５を開作動させて、正極側充放電回路用バー１４に備えられたコネクタ端子ソケット６から電池モジュール４または１３のコネクタ端子を引き抜き、負極側充放電回路用バー１４に備えられたコネクタ端子７を電池モジュール４または１３のコネクタ端子ソケットから引き抜くことによって、電池モジュール４または１３を組電池１６から切り離すことができる。このとき、電池モジュール１３の端部にあリ、負極側充放電回路用バー１４に接続している電池パック１１のスイッチ１２を開作動させる必要がある。
【００３１】
図６に示した状態を電池モジュール４に実現させておけば、電池モジュール４または１３中の電池パックを横方向に引き抜くことができるので、上記の操作を容易に行うことができる。取り外した電池モジュールの代わりを装着する際には、上記の操作の逆を行えばよい。このようにして、大規模な工事を必要とせずに電池モジュールを取り外しまたは接続することを可能とする組電池及び電池交換方法を提供することができる。また、上記の交換操作は、組電池の充放電を中断することなく実行することができる。特に、スイッチ１２または１５を作動させることによって、取り外しの対象となっている電池モジュールに流れている電流が切られるので、以後の操作を安全に行うことができる。
【００３２】
なお、上記の説明においては、コネクタ端子を正極側に設け、コネクタ端子ソケットを負極側に設けた場合について説明したが、極性を反転して、コネクタ端子を負極側に設け、コネクタ端子ソケットを正極側に設けた場合においても、上記とまったく同じ効果が現れる。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例に基づいて本発明を詳述するが、本発明は本実施例に限定されない。
【００３４】
実施例１
Ｄサイズ、公称容量７０００ｍＡｈのニッケル水素電池を１０本直列に接続し、＋側にコネクタ端子を、−側にコネクタ端子ソケットを備え、図１の（ａ）に示した構成の電池パックを１２台、＋側にコネクタ端子ソケット、−側にコネクタ端子とを有し、充電器側開閉スイッチと負荷側開閉スイッチを備えた図２に示す充放電用バーを１回路製作した。
【００３５】
公称電圧１２Ｖとなる電池パックを４台直列に接続した電池モジュールを２組、充放電回路用バーに並列に接続させ、図２に示す組電池を構成した。充放電回路用バーの充電器側開閉スイッチは閉状態とし充電器と接続させて、この組電池に２Ａの充電電流にて充電した。この充電状態で組電池から１台の電池モジュールを取り外したところ、充電電流は若干上昇したが、数秒後２Ａに安定した。次に、この取り外した電池モジュールの場所に別の電池モジュールを挿入したところ、充電電流は若干減少したが、数秒後２Ａに安定した。
【００３６】
また、充電器側スイッチを開状態にし、負荷側スイッチを閉状態にて放電を２Ａで行なった。この放電状態では組電池からの電池モジュールを取り外したところ電流や電圧の変動がほとんどなかった。次にこの取り外した電池モジュールの場所に別の電池モジュールを挿入したが、電流及び電圧にはほとんど変動が見られなかった。
【００３７】
実施例２
Ｄサイズ、公称容量７０００ｍＡｈのニッケル水素電池を１０本直列に接続し、＋側にコネクタ端子、−側にコネクタ端子ソケットとコネクタ端子ソケットからコネクタ端子を分離するスイッチを備える図３に示した電池パックを１２台、＋側にコネクタ端子ソケットとコネクタ端子ソケットからコネクタ端子を分離するスイッチ、−側にコネクタ端子及び充電器側開閉スイッチと負荷側開閉スイッチを備えた図４に示す充放電用バーを１回路製作した。
【００３８】
公称電圧１２Ｖとなる電池パックを４台直列に接続した電池モジュールを２組、充放電回路用バーに並列に接続させ、図４で示す組電池を構成した。電池パック及び電池モジュールの接続時に電池パックに備えたコネクタ端子開閉スイッチ及び充放電回路用バーの＋側に備えたコネクタ端子開閉スイッチが共に開状態となり確実に接続されたことを確認した。
【００３９】
充放電回路用バーの充電器側開閉スイッチは閉状態とし充電器と接続させて、この組電池に２Ａの充電電流にて充電した。
【００４０】
この充電状態で、組電池から１台の電池モジュールを充放電回路用バー＋側のコネクタ端子開閉スイッチを開にし、この電池モジュールを並列回路から切り離したところ、充電電流は若干上昇したが数秒後２Ａに安定しため、この並列回路から切り離された電池モジュールを取り外した。次に、この取り外した電池モジュールの場所に別の電池モジュールを挿入したところ、充電電流は若干減少したが、数秒後２Ａに安定した。また、充電器側スイッチを開状態にし、負荷側スイッチを閉状態にて放電を２Ａで行なった。この放電状態で組電池から電池モジュールを放電回路用バー＋側のコネクタ端子開閉スイッチを開にし、この電池モジュールを並列回路から切り離したところ、電流や電圧にはほとんど変動がなかったため、この並列回路から切り離された電池モジュールを取り外した。次に、この取り外した電池モジュールの場所に別の電池モジュールを挿入したが、電流及び電圧の変動ははほとんど見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る電池パック及び電池モジュールを説明する図である。
【図２】本発明に係る組電池を説明する図である。
【図３】本発明に係る電池パック及び電池モジュールを説明する図である。
【図４】本発明に係る組電池を説明する図である。
【図５】本発明に係る電池パックを説明する図である。
【図６】本発明に係る電池モジュールの一部分を説明する図である。
【符号の説明】
【００４２】
１…電池パック、２…コネクタ端子、３…コネクタ端子ソケット、４…電池モジュール、５…充放電回路用バー、６…コネクタ端子ソケット、７…コネクタ端子、８…充電器側開閉スイッチ、９…負荷側開閉スイッチ、１０…組電池、１１…電池パック、１２…スイッチ、１３…電池モジュール、１４…充放電回路用バー、１５…スイッチ、１６…組電池、１７…切除部分。
【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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