特開 2023-96411 蓄電池箱、直流電源装置、及び蓄電池箱の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023096411

(43)【公開日】2023-07-07

(54)【発明の名称】蓄電池箱、直流電源装置、及び蓄電池箱の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 10/6571 20140101AFI20230630BHJP

   H05K 5/02 20060101ALI20230630BHJP

   H05K 5/04 20060101ALI20230630BHJP

   H01M 10/615 20140101ALI20230630BHJP

   H01M 50/224 20210101ALI20230630BHJP

   H01M 50/244 20210101ALI20230630BHJP

   H01M 50/251 20210101ALI20230630BHJP

   H01M 10/627 20140101ALI20230630BHJP

   H01M 10/653 20140101ALI20230630BHJP

   F21V 33/00 20060101ALI20230630BHJP

   F21Y 115/10 20160101ALN20230630BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6571

H05K5/02 L

H05K5/04

H01M10/615

H01M50/224

H01M50/244 Z

H01M50/251

H01M10/627

H01M10/653

F21V33/00 300

F21Y115:10

【審査請求】有

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021212160

(22)【出願日】2021-12-27

(11)【特許番号】

(45)【特許公報発行日】2022-09-01

(71)【出願人】

【識別番号】507151526

【氏名又は名称】株式会社ＧＳユアサ

(74)【代理人】

【識別番号】110001036

【氏名又は名称】弁理士法人暁合同特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小島 拓郎

(72)【発明者】

【氏名】朝倉 克文

(72)【発明者】

【氏名】鯨井 良和

【テーマコード（参考）】

3K014

4E360

5H031

5H040

【Ｆターム（参考）】

3K014AA01

4E360AB02

4E360AB64

4E360EA12

4E360EA24

4E360ED07

4E360FA12

4E360GA29

4E360GB99

4E360GC02

4E360GC08

5H031AA09

5H031EE01

5H031KK03

5H040AA29

5H040AA31

5H040AA32

5H040AS01

5H040AT06

5H040AY05

5H040AY10

5H040CC35

5H040CC57

5H040JJ03

5H040LL01

5H040NN03

(57)【要約】      （修正有）

【課題】屋外設置が可能で低温環境でも動作する蓄電池箱、直流電源装置及び蓄電池箱の製造方法を提供する。
【解決手段】蓄電池箱５０は、防水性を有するとともに直方体状に形成されて、電池管理装置を有する組電池が収納される金属製の筐体５１と、筐体５１の底面壁５１ｄの上面に設置されて組電池を下から支持する支持台５５と、筐体５１の背面壁５１ｃの内面に固定されて組電池の背面に対向する第一ヒーター６１と、支持台５５に固定されて組電池の底面に対向する第二ヒーター６２と、を備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

防水性を有するとともに直方体状に形成されて、電池管理装置を有する組電池が収納される金属製の筐体と、
前記筐体の底面壁に設置されて前記組電池を下から支持する支持台と、
前記筐体の背面壁の内面に固定されて前記組電池の背面に対向する第一ヒーターと、
前記支持台に固定されて前記組電池の底面に対向する第二ヒーターと、を備える
蓄電池箱。

【請求項2】

前記筐体の底面壁を貫通する防水コネクタが設けられ、
前記支持台が、前記筐体内で前記防水コネクタを受容する凹部を有する
請求項１に記載の蓄電池箱。

【請求項3】

前記筐体の底面壁の外部から視認可能な状態表示部が、前記筐体内で前記凹部に配置されている
請求項２に記載の蓄電池箱。

【請求項4】

前記第一ヒーターの上方で前記組電池を支持する支持部が、前記筐体の背面壁の内面および側面壁の内面の少なくともいずれかから突出し、
前記支持部に、上昇気流を通過させる開口が設けられている
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の蓄電池箱。

【請求項5】

交流入力電力を整流して直流電力を出力する電源装置と、
非常時に直流電力を出力する蓄電池箱と、を備え、
前記蓄電池箱は、
防水性を有するとともに直方体状に形成されて、電池管理装置を有する組電池が収納される金属製の筐体と、
前記筐体の底面壁に設置されて前記組電池を下から支持する支持台と、
前記筐体の背面壁の内面に固定されて前記組電池の背面に対向する第一ヒーターと、
前記支持台に固定されて前記組電池の底面に対向する第二ヒーターと、を有する
直流電源装置。

【請求項6】

蓄電池箱の製造方法であって、
防水性を有するとともに直方体状に形成されて、電池管理装置を有する組電池が収納される金属製の筐体の背面壁の内面に、第一ヒーターを固定し、
前記筐体の前面壁を開放した際の前面開口を通じて、前記筐体の底面壁に、第二ヒーターが固定された支持台を配置し、
前記前面開口を通じて、前記組電池を挿入して前記支持台上に配置する、ことを備え、
前記第二ヒーターは、前記支持台の、前記組電池に接する面以外の面に配置される
蓄電池箱の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の一態様は、蓄電池箱、直流電源装置、及び蓄電池箱の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１は、屋外に設置される電源装置用キャビネットを開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６５６２１４６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

携帯電話基地局には、交流入力電力から整流した直流電力を、負荷としての無線機へ供給する直流電源装置が用いられる。第５世代移動通信システム（いわゆる「５Ｇ」）においては、多くの基地局が、電柱やビル屋上などの屋外かつ高所に設置されることが見込まれている。

【0005】

停電時などの非常時にも負荷（無線機など）にバックアップ電力を供給できるよう、蓄電池が用いられる。携帯電話基地局向けの直流電源装置は、寒冷地に設置される場合もあり、そうした低温環境でも蓄電池による所定のバックアップ給電性能を発揮できる必要がある。

【0006】

本発明の一態様は、屋外設置が可能で低温環境でも適正に動作する蓄電池箱、直流電源装置、及び蓄電池箱の製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る蓄電池箱は、防水性を有するとともに直方体状に形成されて、電池管理装置を有する組電池が収納される金属製の筐体と、前記筐体の底面壁に設置されて前記組電池を下から支持する支持台と、前記筐体の背面壁の内面に固定されて前記組電池の背面に対向する第一ヒーターと、前記支持台に固定されて前記組電池の底面に対向する第二ヒーターと、を備える。

【発明の効果】

【0008】

上記態様によれば、屋外設置が可能で低温環境でも適正に動作する蓄電池箱を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】直流電源装置を示す前面の斜視図である。

【図2】蓄電池箱を示す斜視図である。

【図3】組電池を取り除いた状態の蓄電池箱の内部を示す斜視図である。

【図4】蓄電池箱の前面視、Ｂ－Ｂ断面視、Ｃ－Ｃ断面視を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

先ず、本発明の実施形態に係る蓄電池箱、直流電源装置、及び蓄電池箱の製造方法の、概要を説明する。

【0011】

蓄電池箱は、防水性を有するとともに直方体状に形成されて、電池管理装置を有する組電池が収納される金属製の筐体と、前記筐体の底面壁に設置されて前記組電池を下から支持する支持台と、前記筐体の背面壁の内面に固定されて前記組電池の背面に対向する第一ヒーターと、前記支持台に固定されて前記組電池の底面に対向する第二ヒーターと、を備える。

【0012】

電池管理装置を有する組電池として、電池管理装置と複数の単電池とを金属ケースに収納したものが、種々提供されているが、その多くは、屋外設置を想定したものではないため防水性・防塵性が十分でない。上記構成の蓄電池箱は、防水性を有する金属製の筐体に組電池を収納することで、蓄電池箱の屋外設置を可能にしている。また、蓄電池箱の筐体内に、組電池の異なる２面（背面と底面）に対向する第一ヒーターと第二ヒーターとを設け、各単電池の内部抵抗が高くなる低温環境ではそれらヒーターにより各単電池を温めることで、蓄電池箱が適正に動作する（所定の充放電性能を発揮する）ことを可能にしている。第一ヒーターを、金属製の筐体に固定することで、ヒーターから発する熱を、熱伝導によって金属製の筐体に伝えるとともに、ふく射伝熱および対流伝熱によって内部の組電池に伝えることができる。

【0013】

電池管理装置を有する組電池として、そのケース前面付近に電池管理装置や配線を集約させ、ケースの背面付近（前面付近以外の箇所）に複数の単電池を詰め込んだ（密集配置した）ものが、種々提供されている。上記構成の蓄電池箱は、組電池の背面付近に密集した単電池を、第一および第二ヒーターによって効率良く温めることができ、組電池の上面付近の単電池は、上昇気流が筐体内の上部に溜まることに伴う組電池の周囲温度の上昇によって温めることができる。

【0014】

直流電源装置は、交流入力電力を整流して直流電力を出力する電源装置と、非常時に直流電力を出力する蓄電池箱と、を備える。前記蓄電池箱は、防水性を有するとともに直方体状に形成されて、電池管理装置を有する組電池が収納される金属製の筐体と、前記筐体の底面壁に設置されて前記組電池を下から支持する支持台と、前記筐体の背面壁の内面に固定されて前記組電池の背面に対向する第一ヒーターと、前記支持台に固定されて前記組電池の底面に対向する第二ヒーターと、を有する。

【0015】

上記構成の直流電源装置によれば、環境温度が所定値（例えば、０℃）を下回る場合に第一ヒーターおよび第二ヒーターを作動させるようにしておくことで、寒冷地などの低温環境においても、停電時に蓄電池箱からのバックアップ給電性能を発揮できる。空調設備のない屋外に、直流電源装置を問題なく設置することができる。

【0016】

蓄電池箱の製造方法は、防水性を有するとともに直方体状に形成されて、電池管理装置を有する組電池が収納される金属製の筐体の背面壁の内面に、第一ヒーターを固定し、前記筐体の前面壁を開放した際の前面開口を通じて、前記筐体の底面壁に、第二ヒーターが固定された支持台を配置し、前記前面開口を通じて、前記組電池を挿入して前記支持台上に配置する。前記第二ヒーターは、前記支持台の、前記組電池に接する面以外の面に配置される。

【0017】

筐体内にヒーターを配置すると、ヒーターが筐体内面から突出し、組電池を筐体内に挿入する作業の妨げとなることが考えられるが、上記の製造方法によれば、その懸念を解消できる。すなわち、第一ヒーターを、筐体の背面に固定することで、第一ヒーターが組電池挿入の障害になる可能性を低減できる。また、第二ヒーターを、組電池を下から支持する支持台の、組電池に接する面（上面）以外の面に固定することで、第二ヒーターが組電池挿入の障害になる可能性を低減できる。

【0018】

以下、図面を参照しながら実施形態を詳細に説明する。図１は、携帯電話基地局向けの直流電源装置１００を前面から見た図、図２は蓄電池箱５０の前面壁を開放した状態を示す図である。

【0019】

図１に示すように、直流電源装置１００は、上下方向に間隔をあけて配置されてそれぞれ水平方向に延びる第一金具１０および第二金具２０と、交流入力電力を整流して直流電力を出力する電源装置３０と、非常時に電源装置３０に代わって直流電力を出力する蓄電池箱５０と、を備える。第一金具１０および第二金具２０は、電柱などのポールに取り付けられてもよいし、無線機架台に取り付けられてもよい。本明細書における「水平方向」は、完全な水平方向からやや傾いた方向もその意味に含む。

【0020】

電源装置３０は、装置筐体３１内に、ＡＣ／ＤＣコンバータ部を収納している。電源装置３０は、商用交流電源を受け無線機等の負荷設備に対し、直流電力を供給する。本実施形態では、並列冗長運転ができるように、２台の電源装置３０が用いられている。平常時は、２台の電源装置３０で負荷への電力供給を分担し、いずれか一方が故障した際は、他方で負荷への電力供給を担う。電源装置３０の台数は、２台に限定はされない。

【0021】

蓄電池箱５０は、筐体５１内に、複数の単電池を直列ないし並列に接続した組電池を収納している。本実施形態では、単電池として、リチウムイオン電池セルが用いられ、組電池はそれら複数のリチウムイオン電池セルを管理する電池管理装置（ＢＭＳ）を有して、電池モジュールまたは電池パックとして構成されている。蓄電池箱５０の台数は、２台に限定はされず、１台であってもよいし、３台以上であってもよい。

【0022】

なお本明細書において、電源装置３０や蓄電池箱５０の、第一金具１０および第二金具２０に近い面（対向する面）を背面と呼び、背面の反対側の面を前面と呼ぶ。

【0023】

蓄電池箱５０は、その背面に配置されて第一金具１０および第二金具２０に架け渡される背面金具４０を有する。背面金具４０に、筐体５１は固定されている。

【0024】

図２に示すように、蓄電池箱５０の筐体５１は、前面壁５１ａ、上面壁５１ｂ、背面壁５１ｃおよび底面壁５１ｄ（図３参照）、並びに一対の側面壁５１ｅ，５１ｅを有して、直方体状に形成されている。本実施形態においては、前面壁５１ａがその上端を回転中心として、上下方向に開閉するようになっているが、この形態に限定はされない。

【0025】

筐体５１は、屋外設置に耐えうる高い防塵性・防水性が得られるよう、種々のコネクタ６６を底面壁５１ｄに配置している（図４参照）。図２に示す筐体５１は、国際保護等級ＩＰ６５（第一数字が防塵性、第二数字が防水性を示し、数字が大きいほど環境に強い）に相当する防塵性・防水性を有してもよい。例えば、特許文献１（特許第６５６２１４６号）に開示される構成を、筐体５１に適用してもよい。

【0026】

筐体５１内には、組電池７０が収納されている。組電池７０は、図２における姿勢から横に倒した状態の姿勢で、１９インチラックに収納可能な寸法を有する。組電池７０は、その前面に、電力入出力端子、通信コネクタ、インジケータなどが配置されている。電力入出力端子、通信コネクタなどは、図示しないケーブルを介して、底面壁５１ｄのコネクタ６６に接続される。組電池７０の前面パネルのすぐ裏側に、図示しない電池管理装置（具体的には、回路基板）が配置されており、その電池管理装置の背面側に、複数の単電池が密集配置されている。

【0027】

図３は、筐体５１の内部構造を説明するために、手前側の側面壁を取り除き、かつ、組電池を取り除いた状態を示す図である。筐体５１の背面壁５１ｃの内面に、第一ヒーター６１が固定されている。第一ヒーター６１は、セメント抵抗などの通電により発熱する発熱体を金属板で覆った構成を有してもよい。第一ヒーター６１は、金属板からなる放熱面が、組電池に対向するように設けられている。第一ヒーター６１は、上下方向に延びている。本実施形態では、第一ヒーター６１が背面壁５１ｃの内面に直接固定されているが、介在物（伝熱シート、接着剤など）を介して背面壁５１ｃの内面に固定されてもよい。

【0028】

筐体５１の背面壁５１ｃの内面、かつ、第一ヒーター６１の上方に、組電池を支持する支持部６３が設けられている。支持部６３は、複数の開口を有する金属板を折り曲げて形成され、上面視においてコ字状の天板６３ａと、天板６３ａから下方に延びる一対の支持板６３ｃ，６３ｃとを有する。天板６３ａには、背面壁５１ｃと平行な方向に沿って複数の開口６３ｂが形成され、これら開口６３ｂが上昇気流を通過させるようになっている。対向する一対の支持板６３ｃ，６３ｃのそれぞれは、筐体５１の側面壁５１ｅの内面より内側で、組電池を支持する。これにより、組電池の両側（組電池と一方の側面壁５１ｅとの間、組電池と他方の側面壁５１ｅとの間）に、上昇気流を通過させる空間（開口）が形成されている。

【0029】

筐体５１の底面壁５１ｄの上面に、支持台５５が設置されている。支持台５５は、複数の開口を有する金属板を断面コ字状に折り曲げて形成され、天板５５ａと、天板５５ａの両端から下方に延びる一対の側板とを有している。支持台５５は、天板５５ａの下面と一対の側板の内面とで区画されて後述するようにコネクタ６６などを受容する凹部をその下側に有している。天板５５ａの上面には、組電池支持プレート５６が固定されている。天板５５ａの下面には、第二ヒーター６２が固定されている。第二ヒーター６２は、セメント抵抗などの通電により発熱する発熱体を金属板で覆った構成を有してもよい。本実施形態では、第二ヒーター６２は水平方向に延びている。

【0030】

図４Ａは、蓄電池箱５０の前面図であり、図４Ｂは、図４ＡにおけるＢ－Ｂ断面図であり、図４Ｃは、図４ＡにおけるＣ－Ｃ断面図である。図４Ｃに示すように、支持台５５は、組電池支持プレート５６を介して、組電池７０を下から支持している。第一ヒーター６１は、組電池７０の背面に間隔をあけて対向し、第二ヒーター６２は、組電池７０の底面に天板５５ａおよび組電池支持プレート５６を介して対向している。

【0031】

図４Ｂに示すように、支持台５５はその天板の下面、かつ筐体５１の背面壁５１ｃ付近に、第二ヒーター６２が固定されている。すなわち、支持台５５がその下側に有する凹部内に、第二ヒーター６２が配置されている。支持台５５の凹部は、コネクタ６６の、筐体５１の底面壁５１ｄから上方に突出する部分を、受容している。コネクタ６６は、防水コネクタであることが好ましい。組電池７０の前面パネルから延びるケーブルは、支持台５５の端部（前端または後端）から支持台５５の凹部内のコネクタ６６に接続されてもよいし、支持台５５に設けられている複数の開口のいずれかを通じて、コネクタ６６に接続されてもよい。

【0032】

図４Ｂに示すように、支持台５５の凹部内、かつ筐体５１の前面壁５１ａ付近に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）などを搭載した状態表示部６４が配置されている。筐体５１の底面壁５１ｄを通じて、外部から、状態表示部６４の表示を視認可能になっている。組電池７０を筐体５１内に挿入する際、状態表示部６４は、組電池７０と干渉しないよう支持台５５によって保護される。

【0033】

蓄電池箱の製造方法は、以下のとおりである。
（１）防水性を有するとともに直方体状に形成されて、電池管理装置を有する組電池７０が収納される金属製の筐体５１の背面壁５１ｃの内面に、第一ヒーター６１を固定する（図３参照）。
（２）筐体５１の前面壁５１ａを開放した際の前面開口を通じて、筐体５１の底面壁５１ｄの上面に、第二ヒーター６２が固定された支持台５５を配置する（図２および図３参照）。
（３）前面開口を通じて、組電池７０を挿入して支持台５５上に配置する（図２および図３参照）。

【0034】

本実施形態では、第二ヒーター６２は、支持台５５の、組電池７０に接する面以外の面（具体的には、天板５５ａの下面）に配置される。そのため、上記のステップ（３）において、第二ヒーター６２が組電池７０の挿入を妨害しない。組電池７０は、支持台５５の上の組電池支持プレート５６によってガイドされてスムーズに挿入される。

【0035】

筐体５１内の温度が所定値（例えば、０℃）を下回ることを、図示しない温度センサが検知すると、第一ヒーター６１および第二ヒーター６２が作動する。温度センサは、組電池７０の電池管理装置が備えるものを用いてもよいし、筐体５１内に配置されたものを用いてもよいし、第一ヒーター６１や第二ヒーター６２が備えるものを用いてもよい。

【0036】

第一ヒーター６１が発する熱は、熱伝導によって筐体５１に伝わるとともに、ふく射によって対向する組電池の電池部分に伝わる。さらに、第一ヒーター６１が発する熱による対流（上昇気流）が、支持部６３の開口６３ｂを通じて上昇し筐体５１の上部に溜まる。

【0037】

第二ヒーター６２が発する熱は、ふく射によって組電池７０の電池部分に伝わる。さらに、第二ヒーター６２が発する熱による対流が、支持台５５の側板の開口を通じて上昇し筐体５１の上部に溜まる。

【0038】

こうして、組電池７０の電池部分が温められるため、各単電池の内部抵抗が低温により一時的に高くなることを防止して、所定の充放電性能を維持することができる。第一ヒーター６１や第二ヒーター６２を、組電池７０に直接接触させないことで、組電池７０が局所的に高温になることを回避している。

【0039】

図４Ｃに示したように、コネクタ６６（防水コネクタ）を底面壁５１ｄに配置することで、ガスケットなど防水のための追加部品を増やすことなく、所定の防水性能を実現している。防水コネクタ６６は、底面壁５１ｄを貫通して上方に（筐体５１内に）突出するが、図４Ｂに示したように、支持台５５の凹部内にその突出部分が配置されるため、組電池７０の挿入を妨害することがない。

【0040】

図４Ｂに示したように、筐体５１の底面壁５１ｄを通じて、外部から、状態表示部６４の表示を視認可能になっているため、蓄電池箱５０が高所に配置された際に、下から状態表示部６４を見て蓄電池箱５０の状態を確認することができる。

【0041】

図３に示したように、第一ヒーター６１の上方に配置される支持部６３に複数の開口６３ｂが設けられているため、支持部６３による上昇気流の遮断が少ない。

【0042】

本発明は、上述した実施形態に限定されない。
実施形態では、携帯電話基地局向けの直流電源装置を説明したが、その他の用途の蓄電池箱、直流電源装置にも、本発明を適用できる。特に、多くの台数の電源装置や蓄電池箱を各所に設置するような用途に、本発明を適用することが好ましい。

【0043】

実施形態では、筐体５１の底面壁５１ｄの上面に支持台５５を直接設置したが、介在物を介して支持台５５を設置してもよい。

【0044】

実施形態では、金属板を断面コ字状に折り曲げた形状の支持台５５を用いる例を説明したが、支持台５５の形状はこれに限定されず、断面Ｌ字状や断面Ｍ字状、あるいは断面「へ」字状の金属板を用いてもよい。支持台の下側などに、第二ヒーター６２を配置でき、コネクタ等を受容できる形状であればよく、金属板に代えて樹脂成型品が用いられてもよい。

【符号の説明】

【0045】

５０ 蓄電池箱
５１ 筐体
５１ｃ 背面壁
５１ｄ 底面壁
５５ 支持台
６１ 第一ヒーター
６２ 第二ヒーター
７０ 組電池

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】