鉄道車両の電池箱及び鉄道車両
【課題】鉄道車両の駆動システムに応用する場合、高電圧を作る必要があるが、組立時の安全性を確保する必要があり、且つ鉄道車両の限られた空間に搭載するため、小型化を実現する必要がある。
【解決手段】複数のリチウムイオン電池セルが格納された複数の電池モジュール１１と、その複数の電池モジュールを格納する電池モジュール格納部１と、複数の電池モジュールの状態を検知し、充放電を制御する制御部２と、電池モジュール格納部と制御部が車両の進行方向に並置可能な電池箱筐体３と、を有する鉄道車両用の電池箱とする。
【解決手段】複数のリチウムイオン電池セルが格納された複数の電池モジュール１１と、その複数の電池モジュールを格納する電池モジュール格納部１と、複数の電池モジュールの状態を検知し、充放電を制御する制御部２と、電池モジュール格納部と制御部が車両の進行方向に並置可能な電池箱筐体３と、を有する鉄道車両用の電池箱とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄道車両に搭載する電池箱及び鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道車両においては、架線からの電源の供給が断たれたとき、または発電機等の故障により電源の供給が断たれた状態においても、一定時間、車室内の客室内の照明等の一定の機能を確保できるようにバッテリが非常用電源として装備されている。そして、そのようなバッテリは、通常車体に取り付けられたバッテリ箱内に収納されている。
【０００３】
特許文献１には、そのバッテリ箱の小型化と、移動トレイの安定性を確保することを目的に、電池を搭載した移動トレイが、前面開口部を通じて引き出し可能に格納され、移動トレイの格納時には、接続コネクタが接続受けコネクタに接続される方向に移動トレイが案内され、電気的にスムーズに接続することが可能となる鉄道車両用バッテリ箱について開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２３１０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バッテリにリチウムイオン電池を用いた場合、国連危険物輸送勧告において、輸送できる梱包状態での重量に制限されているため、輸送時の重量を制限以下にし、かつ輸送後の組立てを容易にする必要がある。
【０００６】
また、鉄道車両の駆動システムにリチウムイオン電池を応用する場合、多数のリチウムイオン電池を直列に接続し、高電圧を作る必要があるが、組立時の安全性を確保する必要がある。さらに、鉄道車両の限られた空間に搭載するため、さらなる小型化を実現する必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、多数の電池が接続された高電圧のシステムであっても、組立時の安全性を確保すると共に、小型の電池箱を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の鉄道車両の電池箱は、複数のリチウムイオン電池セルが格納された複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールを格納する電池モジュール格納部と、前記複数の電池モジュールの状態を検知し、充放電を制御する制御部と、前記電池モジュール格納部と前記制御部が並置可能な電池箱筐体と、を有する鉄道車両用の電池箱において、電池モジュール格納部は、電池モジュールを一方向から着脱可能に構成され、電池モジュールを一方向から差し込む動作により電池モジュールと電気的に接続可能なコネクタを有し、電池箱筐体は、電池モジュール格納部と制御部が、電池モジュールの着脱方向から見て略直交する鉄道車両の進行方向に並置可能である構成とする。
【０００９】
また、その制御部は、複数の電池モジュールを直列接続する接続状態と、複数の電池モジュールの複数の負極を接地端子と接続する接地状態と、を切り替える切り替え手段を有する構成とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、多数の電池が接続された高電圧のシステムであっても、組立時の安全性を確保でき、且つ小型の電池箱が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る鉄道車両用の電池箱の斜視図である。
【図２】本発明に係る鉄道車両用の電池箱の上面図である。
【図３】図２の鉄道車両用の電池箱のＢ−Ｂ′断面図である。
【図４】図２の鉄道車両用の電池箱のＡ−Ａ′断面図である。
【図５】本発明に係る電池モジュールの一実施例を示す図である。
【図６】本発明に係る電池モジュールの一実施例を示す図である。
【図７】本発明に係る電池モジュールの接続時のコネクタの状態を示す図である。
【図８】本発明に係る電池モジュールの接続時のコネクタの状態を示す図である。
【図９】本発明に係る鉄道車両用の電池箱の一実施例の回路図である。
【図１０】本発明に係る鉄道車両用の電池箱の他の実施例の回路図である。
【図１１】本発明に係る鉄道車両用の電池箱の他の実施例の回路図である。
【図１２】本発明に係るメンテナンススイッチの前面図である。
【図１３】本発明に係るメンテナンススイッチの接地状態を示す側面図である。
【図１４】本発明に係るメンテナンススイッチの切替状態を示す側面図である。
【図１５】本発明に係るメンテナンススイッチの接続状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下各実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
＜電池箱の説明＞
本発明の電池箱の構成を図１〜図４を用いて説明する。
【００１４】
図１，図２，図３、及び図４はそれぞれ電池箱の斜視図、上面パネルをはずした状態の上面図、図２のＢ−Ｂ′断面図、及び図２のＡ−Ａ′断面図である。尚、図２において、下側が前面、上側が背面、左側が左側面、右側が右側面である。また、車両には側面が前後方向に向くように取り付け、前面が車両左右方向の外側を向くように搭載する。
【００１５】
本発明の電池箱は図２に記載の通り、複数の電池モジュールを格納する電池モジュール格納部１、その複数の電池モジュールの状態を検知し、充放電を制御する制御部２，電池モジュール格納部１と制御部２が並置可能な電池箱筐体３から構成される。鉄道車両に搭載される機器は、乗客等を乗せる空間を確保するため、床下や屋根上に実装されることが多い。このため、車載される機器は高さが制限される。例えば、一般的な車両の場合、６５０mm程度である。また、前後方向すなわち車両の左右方向も、地上に設置される設備との接触を防止するため設けられた車両限界により制限される。これに対し、本発明の電池箱のように電池モジュール格納部１と制御部２を、左右すなわち車両の進行方向に並べて配置することにより、これらの制限に対応することが可能となる。
【００１６】
電池モジュール格納部１は、複数の（本実施例では８個）の電池モジュール１１，電池モジュールに取り付けられた保持部１２，保持部１２を前後方向に移動可能に保持するレール１３，電池モジュールの信号線を電池箱と接続するために取り付けられたコネクタ、つまり、電池モジュールと電気的に接続可能なコネクタ（信号オスコネクタ１４，主回路オスコネクタ１５）、筐体内部から筐体外部に冷却風を排気する、つまり収納された複数の電池モジュールの一方端部側に、熱を排気する４個のファン１６，背面からの異物の侵入を防止するルーバ１７，正面からの異物の侵入を防止するルーバと外部から吸入する冷却風から塵埃等を除去するフィルタを組み合わせたフィルタユニット１８，前部シールプレート１９、及び後部シールプレート２０からなる。
【００１７】
図１に示すように、電池箱に取り付けられた保持部１２をレール１３と摺動させながら電池モジュール１１を前面から挿入し、前部シールプレート１９，フィルタユニット１８の順で取り付ける。前部シールプレート１９には図４に示すように電池モジュール１１の冷却に必要な冷却風を通す穴が開けられている。また、後部シールプレート２０にも、同様に電池モジュール１１の冷却に必要な冷却風を通す穴が開けられている。
【００１８】
なお、電池モジュール格納部は、複数の電池モジュール１１のそれぞれが、電池箱筐体３に対して水平方向に着脱可能な電池モジュール移動手段、本実施例ではレール１３を設けている。よって各電池モジュールは、車両進行方向に対して、直交する方向である車両側面から脱着可能となり、メンテナンス性に優れる効果を奏する。
【００１９】
＜電池モジュールの説明＞
次に電池モジュール１１の詳細を図５〜図８を用いて説明する。
【００２０】
図５（ａ）は前面図、図５（ｂ）は上面図、図５（ｃ）は側面図、図５（ｄ）は底面図である。また図６（ａ）は図５（ａ）の背面図、図６（ｂ）は図５（ｂ）のＣ−Ｃ′断面図、図６（ｃ）は図５（ｃ）のＤ−Ｄ′断面図である。
【００２１】
電池モジュール１１は、４８個の電池セル１１１（本実施例では、リチウムイオン電池セルを使用），セルコントローラ１１２，複数のリチウムイオン電池セルを格納する電池モジュール筐体１１３，信号メスコネクタ１１４，電池の充放電電流を流すための主回路メスコネクタ１１５，電池モジュール１１を運搬するときに使う取っ手１１６，電池セル１１１の温度を測定する温度センサ１１７（図６（ｂ）ではセンサ６つ使用），電池セル１１１からの電解液の漏洩を検知するガスセンサ１１８（図６（ｂ）では、電池モジュール筐体１１３の電池セルが設けられた底面にセンサ２つ使用），ヒューズ１１９，電池モジュール筐体１１３の上面及び下面に設けたダクト（電池モジュール筐体１１３の下面に設けられた２個の吸気ダクト１２０，電池モジュール筐体１１３の上面に設けられた２個の排気ダクト１２１），取付け部１２２、及び前述した保持部１２からなる。
【００２２】
図６（ｂ）に示すように複数のリチウムイオン電池セルが１つの電池モジュール１１に格納されている。尚、図５（ｃ），図６（ｂ）は電池セル１１１が水平になるように描いているが、電池箱に実装する場合は、吸気ダクト１２０の下面，排気ダクト１２１の上面、及び保持部１２が水平になるように挿入する。これにより、電池箱の上部及び下部に無駄な空間ができることを防ぐことができる。また、挿入時に電池モジュール１１への重力の影響を受けなくなるため、着脱時の事故を防止することができる。
【００２３】
電池セル１１１は、主回路メスコネクタ１１５と主回路オスコネクタ１５を介して制御部２に接続され、充放電を行う。
【００２４】
セルコントローラ１１２は、電池モジュール筐体１１３に内蔵された４８個の電池セル１１１の各電圧，電池セル１１１の温度を測定する温度センサ１１７、及び電池セル１１１から電解液が漏洩したことを検知するガスセンサ１１８の信号を入力し、シリアル伝送に変換し、信号メスコネクタ１１４と信号オスコネクタ１４を介して制御部２に接続される。セルコントローラ１１２は、各電池セル１１１の電圧，温度センサ１１７，ガスセンサ１１８の信号をシリアル通信に変換し、信号メスコネクタ１１４を介して、後述するバッテリコントローラに伝送する。また、バッテリコントローラの指令に基づき、電池セル毎の充電量の調整を行う。
【００２５】
温度センサ１１７は、少なくとも冷却条件により、最も温度が高い電池セルと最も温度が低いセルに取り付ける。最も高い電池セルの温度センサにより、電池セルの寿命に影響する高温側の使用温度をファン１６の制御や充放電電流の制限を行う。また、最も低い電池セルの温度センサにより、電池セルの能力が低下する低温側の使用温度を、ファン１６の制御により制限することができる。
【００２６】
電池モジュール１１は、保持部１２を電池箱筐体３に取り付けられたレール１３にのせ、摺動しながら、電池モジュール１１を引き出しのように後方に差し込む。電池モジュール１１を差し込むことにより、電池モジュール１１に固定された信号メスコネクタ１１４及び主回路メスコネクタ１１５が、電池箱筐体３に固定された信号オスコネクタ１４及び主回路オスコネクタ１５にそれぞれ結合される。
【００２７】
この様子を図７及び図８に示す。図７が結合直前の状態、図８が結合直後の状態である。これにより、電池モジュール１１と制御部２をコネクタに直接触れることなく、接続することが可能となる。特に、電池モジュール１１の主回路コネクタは、常に電圧がかかっているため、感電や接続ミスによる事故を防止することができる。信号メスコネクタ１１４及び主回路メスコネクタ１１５は、電池モジュール１１の後端部に配置することも可能であるが、側部に配置することにより鉄道車両に搭載した場合に制限が厳しい前後方向の寸法を小さくすることができる。
【００２８】
また、電池モジュールの重量を３５kg以下とする。このようにすることで、梱包状態で国連危険物輸送勧告で定められた重量（３５kg以下）範囲内となるため、危険物に分類される航空機での輸送が可能となり、電池モジュール１１をはずした状態で航空機により輸送し、輸送先で容易に組立てを行うことが可能となる。
【００２９】
また、電池箱の前面すなわち、車両の側方から電池モジュール１１の着脱が可能であるため、電池箱を車両に搭載した状態であってもモジュールの着脱が可能である。さらに、電池モジュール側のコネクタをメスコネクタにすることにより、短絡よる事故が発生する可能性を下げることができる。さらに、モジュール内にヒューズを設けることにより、主回路メスコネクタ１１５を短絡させた場合においても短絡電流を遮断することができるため、安全性が確保できる。
【００３０】
次に電池セル１１１の冷却について説明する。吸気ダクト１２０は、前部シールプレート１９に押しつけられ、吸気ダクト１２０の外側は、前部シールプレート１９、及び吸気ダクトにより、フィルタユニット１８のある空間から隔絶される。吸気ダクト１２０の内側は前部シールプレート１９の穴を介してフィルタユニット１８のある空間とつながる。排気ダクト１２１は後部シールプレート２０に押しつけられ、排気ダクト１２１の外側は後部シールプレート２０及び排気ダクト１２１により、ファン１６のある空間から隔絶される。排気ダクト１２１の内部は後部シールプレート２０の穴を介してファン１６のある空間とつながる。
【００３１】
充放電による電池セル１１１の発熱に伴う温度上昇を抑制するための冷却風は、フィルタユニット１８を介して、冷却風を電池箱内に取り込む。取り込まれた冷却風は、前部シールプレート１９に設けられた穴から、電池モジュールの吸気ダクト１２０を通り、電池セル１１１の側面を冷却する。冷却により温度の上昇した冷却風は排気ダクト１２１を通り、後部シールプレート２０に設けられた穴を抜けて、ファン１６及びルーバ１７を通って、電池箱の外に排出される。
【００３２】
前述したように、冷却風は電池セル１１１の側部のみに導かれ、信号オスコネクタ１４，信号メスコネクタ１１４，主回路オスコネクタ１５、及び主回路メスコネクタ１１５の周囲には入り込まない。また、同様に制御部２に入り込むことはない。これにより、フィルタユニット１８で除去しきれない塵埃等がコネクタや、制御部２の機器に堆積することが無く、接触不良，腐食，短絡による故障の発生を抑制することができる。
【００３３】
また、モジュール内においても図６（ｃ）の太線で示す部分でシールする構造にすることにより、電池セル１１１の左右（両端）に設けられた電極部分やセルコントローラ１１２への塵埃等の堆積がなく、腐食や短絡による故障を抑制できる。
【００３４】
また、電解液の漏洩に伴い発生するガスは、空気より重いため、電池セル１１１が格納される空間で最も低い場所にガスセンサ１１８を設置することにより、効率的に電解液の漏洩を検知することができる。なお、前述したように保持部１２が水平になるように挿入されるため、後部の電池セル１１１が低くなる。
【００３５】
＜制御部の説明＞
次に制御部２について、図９〜図１１を用いて説明する。図９は複数（本実施例では８個）の電池モジュール１１をすべて直列に接続した場合（８直）の回路図である。
【００３６】
制御部２は、バッテリコントローラ２０１，メンテナンススイッチ２０２，近接スイッチ２０３，電流検出器２０４，ヒューズ２０５，電圧検出器２０６，モジュール信号コネクタ２０７，モジュール主回路コネクタ２０８，外部主回路端子２０９，ファンコネクタ２１０，上位通信コネクタ２１１，突入電流防止抵抗２１２ａ〜２１２ｇ、及び接地抵抗２１３ｂ〜２１３ｈからなる。
【００３７】
バッテリコントローラ２０１は、メンテナンススイッチの状態を検知する近接スイッチ２０３，電池モジュールの充放電電流を検出する電流検出器２０４，電池モジュールの過電流保護を行うヒューズ２０５の断線検知器，出力電圧を検出する電圧検出器２０６に接続される。さらに、モジュール信号コネクタ２０７，信号オスコネクタ１４、及び信号メスコネクタ１１４を介してセルコントローラ１１２に、ファンコネクタ２１０を介してファン１６に、上位通信コネクタ２１１を介して上位コントローラに接続される。
【００３８】
このように、電池モジュール格納部１や外部とはコネクタを介して接続されるため、接続をはずすことは容易である。さらに制御部２を前面より引き出せる構造としている。これにより、制御部２は電池箱筐体３から容易に取り外すことができるため、メンテナンス性に優れている。バッテリコントローラ２０１では、電流検出器２０４の出力，電圧検出器２０６の出力、及び通信により伝送されるセルコントローラ１１２が検出した温度に基づき、電池セル１１１の充電量の演算、及び保護に必要な異常状態の検出を行い、充電量及び異常状態を上位コントローラに対しシリアル通信により情報を伝送する。バッテリコントローラ２０１は、ヒューズ２０５の断線状態、ファン１６の異常を検出し、同様に上位コントローラに伝送する。さらに、セルコントローラ１１２の検出した各電池セルの電圧に基づき、セルコントローラ１１２に対して、充電量のバランス制御を指令する。さらに、バッテリコントローラ２０１は、最も温度の高い電池セルの温度に基づきファン１６の運転開始を制御し、最も温度の低い電池セルの温度に基づきファン１６の運転停止を制御する。
【００３９】
次に、主回路の接続に関して説明する。電池モジュール１１は、２個ずつ直列に接続され、モジュール主回路コネクタ２０８を介してメンテナンススイッチ２０２に接続され、さらに外部主回路端子２０９を介して外部と接続される。
【００４０】
メンテナンススイッチ２０２は、接地端子２０２ｂ１，２０２ｄ１，２０２ｆ１，２０２ｈ１、モジュール接続レバー２０２ａ２，２０２ｂ２，２０２ｃ２，２０２ｄ２，２０２ｅ２，２０２ｆ２，２０２ｇ２，２０２ｈ２、モジュール補助接続端子２０２ａ３，２０２ｂ３，２０２ｃ３，２０２ｄ３，２０２ｅ３，２０２ｆ３，２０２ｇ３，２０２ｈ３、及びモジュール接続端子２０２ａ４，２０２ｂ４，２０２ｃ４，２０２ｄ４，２０２ｅ４，２０２ｆ４，２０２ｇ４，２０２ｈ４をもつ。
【００４１】
電池モジュール１１は、モジュール主回路コネクタ２０８を介してモジュール接続レバーに接続され、基本的には接地端子とモジュール接続端子の切り替えを行う。モジュール接続レバーがモジュール接続端子に接続されている通常状態のときには、電池モジュール１１が全て直列に外部機器と接続される。通常はこの状態で電池箱を使用する。しかし、電池モジュール１１の中には高い電位を持つものがあるため、この状態で電池モジュール１１の挿抜等の作業を行うと感電等のおそれがある。次に、モジュール接続レバーが接地端子に接続された接地状態のときには、直列接続された２個の電池モジュール１１毎に、陰極の主回路メスコネクタが、接地抵抗２１３ｂ〜２１３ｈを介して接地される。この状態では、すべての電池モジュール１１の電位が低く抑えられるため、電池モジュール１１の挿抜等の作業を行う場合に感電等の危険を低減することができる。
【００４２】
つまり、本実施例では、電池モジュールを外部機器と接続するためのモジュール接続端子と、電池モジュールを接地させるための接地端子と、接続端子または接地端子と接続して接続状態か接地状態にする切り替え手段、ここではモジュール接続レバーと、を制御部２に備える構成とする。
【００４３】
また、接地状態から接続状態に切り替える時には、初めにモジュール接続レバーとモジュール補助接続端子に接続し、突入電流防止抵抗を介して直列接続及び外部接続が行われ、浮遊容量等への充電電流を抑制する。その後、モジュール接続レバーと接続端子を接続する。つまり、接地状態から接続状態に切り替えるとき、モジュール接続レバーが接続端子に接続されるより前にモジュール補助接続端子に接続させることにより、接続時の突入電流を抑制することが可能である。これは上述した通り、接地抵抗のような抵抗体をモジュール接続端子と接地端子間に設けたためである。
【００４４】
また、４個の電池モジュール１１を直列に接続した電池セットを２個並列に接続した場合（４直２並列）の回路図を図１０に、２個の電池モジュール１１を直列に接続した電池セットを４個並列に接続した場合（２直４並列）の回路図を図１１に示す。セット数の増加に伴い、電流検出器２０４，ヒューズ２０５、及び電圧検出器２０６の数を増やし、メンテナンススイッチ２０２の接続を変更するだけで、対応が可能である。
【００４５】
つまり、電池セットが１セットにつき、電流検出器２０４，ヒューズ２０５、及び電圧検出器２０６が少なくとも１つ必要であり、図１０，図１１のようにセット数が増える毎に、電流検出器２０４，ヒューズ２０５、及び電圧検出器２０６が増加するが、これらはメンテナンススイッチ２０２の接続を変更するだけで、容易にセット数を増加することができるようにしたものである。
【００４６】
＜メンテナンススイッチ＞
図１２〜図１５を用いて、メンテナンススイッチ２０２の構造を説明する。
【００４７】
図１２にメンテナンススイッチ２０２の接続状態の正面図を示す。３０１はモジュール接続レバー（２０２ａ２，２０２ｂ２，２０２ｃ２，２０２ｄ２，２０２ｅ２，２０２ｆ２，２０２ｇ２，２０２ｈ２）をまとめて操作するための操作レバーである。上からモジュール接続端子（２０２ｆ４），モジュール接続補助端子（２０２ｆ３），モジュール接続レバー（２０２ｆ２），接地端子（２０２ｆ１）の順で配置されている。また、横方向（電池モジュール格納部と制御部が並置された方向であり、車両の進行方向）におけるモジュール接続端子及び接地端子配列は外側に電位の低い端子を置き、中央に行くに従って、外側に比べて電位の高い端子を配置している。具体的には、一番左の端子から順に、１番目に電位の低い電池セットの陰極，１番目に電位の低い電池セットの陽極，３番目に電位の低い電池セットの陰極，３番目に電位の低い電池セットの陽極、と奇数番目に電位の低い電池セットの陰極，陽極の順に並べ、一番右の端子から順に、２番目に電位の低い電池セットの陰極，２番目に電位の低い電池セットの陽極，４番目に電位の低い電池セットの陰極，４番目に電位の低い電池セットの陽極、と偶数番目に電位の低い電池セットの陰極，陽極の順に並べる。尚、電池セットは、本実施例では、直列接続された２個の電池モジュールを表す。
【００４８】
これにより、メンテナンススイッチ２０２内の電極間の電圧を抑制でき、沿面距離を短くできると共に、メンテナンススイッチ２０２の両脇の電極の電位を低く抑えることができるため、筐体との距離を短くすることも可能となり、機器の小型化を図ることができる。
【００４９】
また、左右を入れ替えて、左から偶数番目，右から奇数番目の端子を配置しても問題ない。さらに、１番目に電位の低い電池セットの陽極，２番目に電位の低い電池セットの陰極など同電位の電極は入れ替えることも可能である。
【００５０】
図１３は接地状態のメンテナンススイッチ２０２の側面図である。接地端子２０２ｆ１から絶縁材を介して前方に保持された接地バーと接地端子の間に接地抵抗２１３ｆが接続されている。
【００５１】
次に接地状態から接続状態に切り替える途中のメンテナンススイッチ２０２の側面図を図１４に示す。最初にモジュール接続レバー２０２ｆ２とモジュール接続補助端子２０２ｆ３が接触し、突入電流防止抵抗２１２ｆを介して接続される。なお、突入電流防止抵抗２１２ｆは、モジュール接続補助端子２０２ｆ３とモジュール接続端子２０２ｆ４間に接続されている。さらに、モジュール接続レバー２０２ｆ２を操作すると、図１５に示す接続状態となる。この状態では、突入電流防止抵抗２１２ｆの両端子が短絡され、突入電流防止抵抗２１２ｆを介することなく、直接接続される。また、モジュール接続端子（２０２ｆ４）に対して、モジュール接続補助端子（２０２ｆ３）とは反対側（上側）に近接スイッチ２０３を配置する。よって、図１５のような接続状態のとき、近接スイッチ２０３が操作レバー３０１を検知し、メンテナンススイッチ２０２が接続状態であることを検知することができ、メンテナンススイッチ２０２の切り替え忘れを、バッテリコントローラ２０１を介して、上位コントローラで検知することができる。
【００５２】
また、以上のような電池箱を鉄道車両に搭載することで、多数の電池が接続された高電圧のシステムであっても、組立時の安全性を確保すると共に、小型の電池箱を搭載したハイブリッド鉄道車両が提供できる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 電池モジュール格納部
２ 制御部
３ 電池箱筐体
１１ 電池モジュール
１２ 保持部
１３ レール
１４ 信号オスコネクタ
１５ 主回路オスコネクタ
１６ ファン
１７ ルーバ
１８ フィルタユニット
１９ 前部シールプレート
２０ 後部シールプレート
１１１ 電池セル
１１２ セルコントローラ
１１３ 電池モジュール筐体
１１４ 信号メスコネクタ
１１５ 主回路メスコネクタ
１１６ 取っ手
１１７ 温度センサ
１１８ ガスセンサ
１１９ ヒューズ
１２０ 吸気ダクト
１２１ 排気ダクト
１２２ 取付け部
２０１ バッテリコントローラ
２０２ メンテナンススイッチ
２０２ａ２，２０２ｂ２，２０２ｃ２，２０２ｄ２，２０２ｅ２，２０２ｆ２，２０２ｇ２，２０２ｈ２ モジュール接続レバー
２０２ａ３，２０２ｂ３，２０２ｃ３，２０２ｄ３，２０２ｅ３，２０２ｆ３，２０２ｇ３，２０２ｈ３ モジュール補助接続端子
２０２ａ４，２０２ｂ４，２０２ｃ４，２０２ｄ４，２０２ｅ４，２０２ｆ４，２０２ｇ４，２０２ｈ４ モジュール接続端子
２０２ｂ１，２０２ｄ１，２０２ｆ１，２０２ｈ１ 接地端子
２０３ 近接スイッチ
２０４ 電流検出器
２０５ ヒューズ
２０６ 電圧検出器
２０７ モジュール信号コネクタ
２０８ モジュール主回路コネクタ
２０９ 外部主回路端子
２１０ ファンコネクタ
２１１ 上位通信コネクタ
２１２ａ〜２１２ｇ 突入電流防止抵抗
２１３ｂ〜２１３ｈ 接地抵抗
３０１ 操作レバー
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄道車両に搭載する電池箱及び鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鉄道車両においては、架線からの電源の供給が断たれたとき、または発電機等の故障により電源の供給が断たれた状態においても、一定時間、車室内の客室内の照明等の一定の機能を確保できるようにバッテリが非常用電源として装備されている。そして、そのようなバッテリは、通常車体に取り付けられたバッテリ箱内に収納されている。
【０００３】
特許文献１には、そのバッテリ箱の小型化と、移動トレイの安定性を確保することを目的に、電池を搭載した移動トレイが、前面開口部を通じて引き出し可能に格納され、移動トレイの格納時には、接続コネクタが接続受けコネクタに接続される方向に移動トレイが案内され、電気的にスムーズに接続することが可能となる鉄道車両用バッテリ箱について開示がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２３１０２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
バッテリにリチウムイオン電池を用いた場合、国連危険物輸送勧告において、輸送できる梱包状態での重量に制限されているため、輸送時の重量を制限以下にし、かつ輸送後の組立てを容易にする必要がある。
【０００６】
また、鉄道車両の駆動システムにリチウムイオン電池を応用する場合、多数のリチウムイオン電池を直列に接続し、高電圧を作る必要があるが、組立時の安全性を確保する必要がある。さらに、鉄道車両の限られた空間に搭載するため、さらなる小型化を実現する必要がある。
【０００７】
本発明の目的は、多数の電池が接続された高電圧のシステムであっても、組立時の安全性を確保すると共に、小型の電池箱を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の鉄道車両の電池箱は、複数のリチウムイオン電池セルが格納された複数の電池モジュールと、前記複数の電池モジュールを格納する電池モジュール格納部と、前記複数の電池モジュールの状態を検知し、充放電を制御する制御部と、前記電池モジュール格納部と前記制御部が並置可能な電池箱筐体と、を有する鉄道車両用の電池箱において、電池モジュール格納部は、電池モジュールを一方向から着脱可能に構成され、電池モジュールを一方向から差し込む動作により電池モジュールと電気的に接続可能なコネクタを有し、電池箱筐体は、電池モジュール格納部と制御部が、電池モジュールの着脱方向から見て略直交する鉄道車両の進行方向に並置可能である構成とする。
【０００９】
また、その制御部は、複数の電池モジュールを直列接続する接続状態と、複数の電池モジュールの複数の負極を接地端子と接続する接地状態と、を切り替える切り替え手段を有する構成とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、多数の電池が接続された高電圧のシステムであっても、組立時の安全性を確保でき、且つ小型の電池箱が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る鉄道車両用の電池箱の斜視図である。
【図２】本発明に係る鉄道車両用の電池箱の上面図である。
【図３】図２の鉄道車両用の電池箱のＢ−Ｂ′断面図である。
【図４】図２の鉄道車両用の電池箱のＡ−Ａ′断面図である。
【図５】本発明に係る電池モジュールの一実施例を示す図である。
【図６】本発明に係る電池モジュールの一実施例を示す図である。
【図７】本発明に係る電池モジュールの接続時のコネクタの状態を示す図である。
【図８】本発明に係る電池モジュールの接続時のコネクタの状態を示す図である。
【図９】本発明に係る鉄道車両用の電池箱の一実施例の回路図である。
【図１０】本発明に係る鉄道車両用の電池箱の他の実施例の回路図である。
【図１１】本発明に係る鉄道車両用の電池箱の他の実施例の回路図である。
【図１２】本発明に係るメンテナンススイッチの前面図である。
【図１３】本発明に係るメンテナンススイッチの接地状態を示す側面図である。
【図１４】本発明に係るメンテナンススイッチの切替状態を示す側面図である。
【図１５】本発明に係るメンテナンススイッチの接続状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下各実施例を図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１３】
＜電池箱の説明＞
本発明の電池箱の構成を図１〜図４を用いて説明する。
【００１４】
図１，図２，図３、及び図４はそれぞれ電池箱の斜視図、上面パネルをはずした状態の上面図、図２のＢ−Ｂ′断面図、及び図２のＡ−Ａ′断面図である。尚、図２において、下側が前面、上側が背面、左側が左側面、右側が右側面である。また、車両には側面が前後方向に向くように取り付け、前面が車両左右方向の外側を向くように搭載する。
【００１５】
本発明の電池箱は図２に記載の通り、複数の電池モジュールを格納する電池モジュール格納部１、その複数の電池モジュールの状態を検知し、充放電を制御する制御部２，電池モジュール格納部１と制御部２が並置可能な電池箱筐体３から構成される。鉄道車両に搭載される機器は、乗客等を乗せる空間を確保するため、床下や屋根上に実装されることが多い。このため、車載される機器は高さが制限される。例えば、一般的な車両の場合、６５０mm程度である。また、前後方向すなわち車両の左右方向も、地上に設置される設備との接触を防止するため設けられた車両限界により制限される。これに対し、本発明の電池箱のように電池モジュール格納部１と制御部２を、左右すなわち車両の進行方向に並べて配置することにより、これらの制限に対応することが可能となる。
【００１６】
電池モジュール格納部１は、複数の（本実施例では８個）の電池モジュール１１，電池モジュールに取り付けられた保持部１２，保持部１２を前後方向に移動可能に保持するレール１３，電池モジュールの信号線を電池箱と接続するために取り付けられたコネクタ、つまり、電池モジュールと電気的に接続可能なコネクタ（信号オスコネクタ１４，主回路オスコネクタ１５）、筐体内部から筐体外部に冷却風を排気する、つまり収納された複数の電池モジュールの一方端部側に、熱を排気する４個のファン１６，背面からの異物の侵入を防止するルーバ１７，正面からの異物の侵入を防止するルーバと外部から吸入する冷却風から塵埃等を除去するフィルタを組み合わせたフィルタユニット１８，前部シールプレート１９、及び後部シールプレート２０からなる。
【００１７】
図１に示すように、電池箱に取り付けられた保持部１２をレール１３と摺動させながら電池モジュール１１を前面から挿入し、前部シールプレート１９，フィルタユニット１８の順で取り付ける。前部シールプレート１９には図４に示すように電池モジュール１１の冷却に必要な冷却風を通す穴が開けられている。また、後部シールプレート２０にも、同様に電池モジュール１１の冷却に必要な冷却風を通す穴が開けられている。
【００１８】
なお、電池モジュール格納部は、複数の電池モジュール１１のそれぞれが、電池箱筐体３に対して水平方向に着脱可能な電池モジュール移動手段、本実施例ではレール１３を設けている。よって各電池モジュールは、車両進行方向に対して、直交する方向である車両側面から脱着可能となり、メンテナンス性に優れる効果を奏する。
【００１９】
＜電池モジュールの説明＞
次に電池モジュール１１の詳細を図５〜図８を用いて説明する。
【００２０】
図５（ａ）は前面図、図５（ｂ）は上面図、図５（ｃ）は側面図、図５（ｄ）は底面図である。また図６（ａ）は図５（ａ）の背面図、図６（ｂ）は図５（ｂ）のＣ−Ｃ′断面図、図６（ｃ）は図５（ｃ）のＤ−Ｄ′断面図である。
【００２１】
電池モジュール１１は、４８個の電池セル１１１（本実施例では、リチウムイオン電池セルを使用），セルコントローラ１１２，複数のリチウムイオン電池セルを格納する電池モジュール筐体１１３，信号メスコネクタ１１４，電池の充放電電流を流すための主回路メスコネクタ１１５，電池モジュール１１を運搬するときに使う取っ手１１６，電池セル１１１の温度を測定する温度センサ１１７（図６（ｂ）ではセンサ６つ使用），電池セル１１１からの電解液の漏洩を検知するガスセンサ１１８（図６（ｂ）では、電池モジュール筐体１１３の電池セルが設けられた底面にセンサ２つ使用），ヒューズ１１９，電池モジュール筐体１１３の上面及び下面に設けたダクト（電池モジュール筐体１１３の下面に設けられた２個の吸気ダクト１２０，電池モジュール筐体１１３の上面に設けられた２個の排気ダクト１２１），取付け部１２２、及び前述した保持部１２からなる。
【００２２】
図６（ｂ）に示すように複数のリチウムイオン電池セルが１つの電池モジュール１１に格納されている。尚、図５（ｃ），図６（ｂ）は電池セル１１１が水平になるように描いているが、電池箱に実装する場合は、吸気ダクト１２０の下面，排気ダクト１２１の上面、及び保持部１２が水平になるように挿入する。これにより、電池箱の上部及び下部に無駄な空間ができることを防ぐことができる。また、挿入時に電池モジュール１１への重力の影響を受けなくなるため、着脱時の事故を防止することができる。
【００２３】
電池セル１１１は、主回路メスコネクタ１１５と主回路オスコネクタ１５を介して制御部２に接続され、充放電を行う。
【００２４】
セルコントローラ１１２は、電池モジュール筐体１１３に内蔵された４８個の電池セル１１１の各電圧，電池セル１１１の温度を測定する温度センサ１１７、及び電池セル１１１から電解液が漏洩したことを検知するガスセンサ１１８の信号を入力し、シリアル伝送に変換し、信号メスコネクタ１１４と信号オスコネクタ１４を介して制御部２に接続される。セルコントローラ１１２は、各電池セル１１１の電圧，温度センサ１１７，ガスセンサ１１８の信号をシリアル通信に変換し、信号メスコネクタ１１４を介して、後述するバッテリコントローラに伝送する。また、バッテリコントローラの指令に基づき、電池セル毎の充電量の調整を行う。
【００２５】
温度センサ１１７は、少なくとも冷却条件により、最も温度が高い電池セルと最も温度が低いセルに取り付ける。最も高い電池セルの温度センサにより、電池セルの寿命に影響する高温側の使用温度をファン１６の制御や充放電電流の制限を行う。また、最も低い電池セルの温度センサにより、電池セルの能力が低下する低温側の使用温度を、ファン１６の制御により制限することができる。
【００２６】
電池モジュール１１は、保持部１２を電池箱筐体３に取り付けられたレール１３にのせ、摺動しながら、電池モジュール１１を引き出しのように後方に差し込む。電池モジュール１１を差し込むことにより、電池モジュール１１に固定された信号メスコネクタ１１４及び主回路メスコネクタ１１５が、電池箱筐体３に固定された信号オスコネクタ１４及び主回路オスコネクタ１５にそれぞれ結合される。
【００２７】
この様子を図７及び図８に示す。図７が結合直前の状態、図８が結合直後の状態である。これにより、電池モジュール１１と制御部２をコネクタに直接触れることなく、接続することが可能となる。特に、電池モジュール１１の主回路コネクタは、常に電圧がかかっているため、感電や接続ミスによる事故を防止することができる。信号メスコネクタ１１４及び主回路メスコネクタ１１５は、電池モジュール１１の後端部に配置することも可能であるが、側部に配置することにより鉄道車両に搭載した場合に制限が厳しい前後方向の寸法を小さくすることができる。
【００２８】
また、電池モジュールの重量を３５kg以下とする。このようにすることで、梱包状態で国連危険物輸送勧告で定められた重量（３５kg以下）範囲内となるため、危険物に分類される航空機での輸送が可能となり、電池モジュール１１をはずした状態で航空機により輸送し、輸送先で容易に組立てを行うことが可能となる。
【００２９】
また、電池箱の前面すなわち、車両の側方から電池モジュール１１の着脱が可能であるため、電池箱を車両に搭載した状態であってもモジュールの着脱が可能である。さらに、電池モジュール側のコネクタをメスコネクタにすることにより、短絡よる事故が発生する可能性を下げることができる。さらに、モジュール内にヒューズを設けることにより、主回路メスコネクタ１１５を短絡させた場合においても短絡電流を遮断することができるため、安全性が確保できる。
【００３０】
次に電池セル１１１の冷却について説明する。吸気ダクト１２０は、前部シールプレート１９に押しつけられ、吸気ダクト１２０の外側は、前部シールプレート１９、及び吸気ダクトにより、フィルタユニット１８のある空間から隔絶される。吸気ダクト１２０の内側は前部シールプレート１９の穴を介してフィルタユニット１８のある空間とつながる。排気ダクト１２１は後部シールプレート２０に押しつけられ、排気ダクト１２１の外側は後部シールプレート２０及び排気ダクト１２１により、ファン１６のある空間から隔絶される。排気ダクト１２１の内部は後部シールプレート２０の穴を介してファン１６のある空間とつながる。
【００３１】
充放電による電池セル１１１の発熱に伴う温度上昇を抑制するための冷却風は、フィルタユニット１８を介して、冷却風を電池箱内に取り込む。取り込まれた冷却風は、前部シールプレート１９に設けられた穴から、電池モジュールの吸気ダクト１２０を通り、電池セル１１１の側面を冷却する。冷却により温度の上昇した冷却風は排気ダクト１２１を通り、後部シールプレート２０に設けられた穴を抜けて、ファン１６及びルーバ１７を通って、電池箱の外に排出される。
【００３２】
前述したように、冷却風は電池セル１１１の側部のみに導かれ、信号オスコネクタ１４，信号メスコネクタ１１４，主回路オスコネクタ１５、及び主回路メスコネクタ１１５の周囲には入り込まない。また、同様に制御部２に入り込むことはない。これにより、フィルタユニット１８で除去しきれない塵埃等がコネクタや、制御部２の機器に堆積することが無く、接触不良，腐食，短絡による故障の発生を抑制することができる。
【００３３】
また、モジュール内においても図６（ｃ）の太線で示す部分でシールする構造にすることにより、電池セル１１１の左右（両端）に設けられた電極部分やセルコントローラ１１２への塵埃等の堆積がなく、腐食や短絡による故障を抑制できる。
【００３４】
また、電解液の漏洩に伴い発生するガスは、空気より重いため、電池セル１１１が格納される空間で最も低い場所にガスセンサ１１８を設置することにより、効率的に電解液の漏洩を検知することができる。なお、前述したように保持部１２が水平になるように挿入されるため、後部の電池セル１１１が低くなる。
【００３５】
＜制御部の説明＞
次に制御部２について、図９〜図１１を用いて説明する。図９は複数（本実施例では８個）の電池モジュール１１をすべて直列に接続した場合（８直）の回路図である。
【００３６】
制御部２は、バッテリコントローラ２０１，メンテナンススイッチ２０２，近接スイッチ２０３，電流検出器２０４，ヒューズ２０５，電圧検出器２０６，モジュール信号コネクタ２０７，モジュール主回路コネクタ２０８，外部主回路端子２０９，ファンコネクタ２１０，上位通信コネクタ２１１，突入電流防止抵抗２１２ａ〜２１２ｇ、及び接地抵抗２１３ｂ〜２１３ｈからなる。
【００３７】
バッテリコントローラ２０１は、メンテナンススイッチの状態を検知する近接スイッチ２０３，電池モジュールの充放電電流を検出する電流検出器２０４，電池モジュールの過電流保護を行うヒューズ２０５の断線検知器，出力電圧を検出する電圧検出器２０６に接続される。さらに、モジュール信号コネクタ２０７，信号オスコネクタ１４、及び信号メスコネクタ１１４を介してセルコントローラ１１２に、ファンコネクタ２１０を介してファン１６に、上位通信コネクタ２１１を介して上位コントローラに接続される。
【００３８】
このように、電池モジュール格納部１や外部とはコネクタを介して接続されるため、接続をはずすことは容易である。さらに制御部２を前面より引き出せる構造としている。これにより、制御部２は電池箱筐体３から容易に取り外すことができるため、メンテナンス性に優れている。バッテリコントローラ２０１では、電流検出器２０４の出力，電圧検出器２０６の出力、及び通信により伝送されるセルコントローラ１１２が検出した温度に基づき、電池セル１１１の充電量の演算、及び保護に必要な異常状態の検出を行い、充電量及び異常状態を上位コントローラに対しシリアル通信により情報を伝送する。バッテリコントローラ２０１は、ヒューズ２０５の断線状態、ファン１６の異常を検出し、同様に上位コントローラに伝送する。さらに、セルコントローラ１１２の検出した各電池セルの電圧に基づき、セルコントローラ１１２に対して、充電量のバランス制御を指令する。さらに、バッテリコントローラ２０１は、最も温度の高い電池セルの温度に基づきファン１６の運転開始を制御し、最も温度の低い電池セルの温度に基づきファン１６の運転停止を制御する。
【００３９】
次に、主回路の接続に関して説明する。電池モジュール１１は、２個ずつ直列に接続され、モジュール主回路コネクタ２０８を介してメンテナンススイッチ２０２に接続され、さらに外部主回路端子２０９を介して外部と接続される。
【００４０】
メンテナンススイッチ２０２は、接地端子２０２ｂ１，２０２ｄ１，２０２ｆ１，２０２ｈ１、モジュール接続レバー２０２ａ２，２０２ｂ２，２０２ｃ２，２０２ｄ２，２０２ｅ２，２０２ｆ２，２０２ｇ２，２０２ｈ２、モジュール補助接続端子２０２ａ３，２０２ｂ３，２０２ｃ３，２０２ｄ３，２０２ｅ３，２０２ｆ３，２０２ｇ３，２０２ｈ３、及びモジュール接続端子２０２ａ４，２０２ｂ４，２０２ｃ４，２０２ｄ４，２０２ｅ４，２０２ｆ４，２０２ｇ４，２０２ｈ４をもつ。
【００４１】
電池モジュール１１は、モジュール主回路コネクタ２０８を介してモジュール接続レバーに接続され、基本的には接地端子とモジュール接続端子の切り替えを行う。モジュール接続レバーがモジュール接続端子に接続されている通常状態のときには、電池モジュール１１が全て直列に外部機器と接続される。通常はこの状態で電池箱を使用する。しかし、電池モジュール１１の中には高い電位を持つものがあるため、この状態で電池モジュール１１の挿抜等の作業を行うと感電等のおそれがある。次に、モジュール接続レバーが接地端子に接続された接地状態のときには、直列接続された２個の電池モジュール１１毎に、陰極の主回路メスコネクタが、接地抵抗２１３ｂ〜２１３ｈを介して接地される。この状態では、すべての電池モジュール１１の電位が低く抑えられるため、電池モジュール１１の挿抜等の作業を行う場合に感電等の危険を低減することができる。
【００４２】
つまり、本実施例では、電池モジュールを外部機器と接続するためのモジュール接続端子と、電池モジュールを接地させるための接地端子と、接続端子または接地端子と接続して接続状態か接地状態にする切り替え手段、ここではモジュール接続レバーと、を制御部２に備える構成とする。
【００４３】
また、接地状態から接続状態に切り替える時には、初めにモジュール接続レバーとモジュール補助接続端子に接続し、突入電流防止抵抗を介して直列接続及び外部接続が行われ、浮遊容量等への充電電流を抑制する。その後、モジュール接続レバーと接続端子を接続する。つまり、接地状態から接続状態に切り替えるとき、モジュール接続レバーが接続端子に接続されるより前にモジュール補助接続端子に接続させることにより、接続時の突入電流を抑制することが可能である。これは上述した通り、接地抵抗のような抵抗体をモジュール接続端子と接地端子間に設けたためである。
【００４４】
また、４個の電池モジュール１１を直列に接続した電池セットを２個並列に接続した場合（４直２並列）の回路図を図１０に、２個の電池モジュール１１を直列に接続した電池セットを４個並列に接続した場合（２直４並列）の回路図を図１１に示す。セット数の増加に伴い、電流検出器２０４，ヒューズ２０５、及び電圧検出器２０６の数を増やし、メンテナンススイッチ２０２の接続を変更するだけで、対応が可能である。
【００４５】
つまり、電池セットが１セットにつき、電流検出器２０４，ヒューズ２０５、及び電圧検出器２０６が少なくとも１つ必要であり、図１０，図１１のようにセット数が増える毎に、電流検出器２０４，ヒューズ２０５、及び電圧検出器２０６が増加するが、これらはメンテナンススイッチ２０２の接続を変更するだけで、容易にセット数を増加することができるようにしたものである。
【００４６】
＜メンテナンススイッチ＞
図１２〜図１５を用いて、メンテナンススイッチ２０２の構造を説明する。
【００４７】
図１２にメンテナンススイッチ２０２の接続状態の正面図を示す。３０１はモジュール接続レバー（２０２ａ２，２０２ｂ２，２０２ｃ２，２０２ｄ２，２０２ｅ２，２０２ｆ２，２０２ｇ２，２０２ｈ２）をまとめて操作するための操作レバーである。上からモジュール接続端子（２０２ｆ４），モジュール接続補助端子（２０２ｆ３），モジュール接続レバー（２０２ｆ２），接地端子（２０２ｆ１）の順で配置されている。また、横方向（電池モジュール格納部と制御部が並置された方向であり、車両の進行方向）におけるモジュール接続端子及び接地端子配列は外側に電位の低い端子を置き、中央に行くに従って、外側に比べて電位の高い端子を配置している。具体的には、一番左の端子から順に、１番目に電位の低い電池セットの陰極，１番目に電位の低い電池セットの陽極，３番目に電位の低い電池セットの陰極，３番目に電位の低い電池セットの陽極、と奇数番目に電位の低い電池セットの陰極，陽極の順に並べ、一番右の端子から順に、２番目に電位の低い電池セットの陰極，２番目に電位の低い電池セットの陽極，４番目に電位の低い電池セットの陰極，４番目に電位の低い電池セットの陽極、と偶数番目に電位の低い電池セットの陰極，陽極の順に並べる。尚、電池セットは、本実施例では、直列接続された２個の電池モジュールを表す。
【００４８】
これにより、メンテナンススイッチ２０２内の電極間の電圧を抑制でき、沿面距離を短くできると共に、メンテナンススイッチ２０２の両脇の電極の電位を低く抑えることができるため、筐体との距離を短くすることも可能となり、機器の小型化を図ることができる。
【００４９】
また、左右を入れ替えて、左から偶数番目，右から奇数番目の端子を配置しても問題ない。さらに、１番目に電位の低い電池セットの陽極，２番目に電位の低い電池セットの陰極など同電位の電極は入れ替えることも可能である。
【００５０】
図１３は接地状態のメンテナンススイッチ２０２の側面図である。接地端子２０２ｆ１から絶縁材を介して前方に保持された接地バーと接地端子の間に接地抵抗２１３ｆが接続されている。
【００５１】
次に接地状態から接続状態に切り替える途中のメンテナンススイッチ２０２の側面図を図１４に示す。最初にモジュール接続レバー２０２ｆ２とモジュール接続補助端子２０２ｆ３が接触し、突入電流防止抵抗２１２ｆを介して接続される。なお、突入電流防止抵抗２１２ｆは、モジュール接続補助端子２０２ｆ３とモジュール接続端子２０２ｆ４間に接続されている。さらに、モジュール接続レバー２０２ｆ２を操作すると、図１５に示す接続状態となる。この状態では、突入電流防止抵抗２１２ｆの両端子が短絡され、突入電流防止抵抗２１２ｆを介することなく、直接接続される。また、モジュール接続端子（２０２ｆ４）に対して、モジュール接続補助端子（２０２ｆ３）とは反対側（上側）に近接スイッチ２０３を配置する。よって、図１５のような接続状態のとき、近接スイッチ２０３が操作レバー３０１を検知し、メンテナンススイッチ２０２が接続状態であることを検知することができ、メンテナンススイッチ２０２の切り替え忘れを、バッテリコントローラ２０１を介して、上位コントローラで検知することができる。
【００５２】
また、以上のような電池箱を鉄道車両に搭載することで、多数の電池が接続された高電圧のシステムであっても、組立時の安全性を確保すると共に、小型の電池箱を搭載したハイブリッド鉄道車両が提供できる。
【符号の説明】
【００５３】
１ 電池モジュール格納部
２ 制御部
３ 電池箱筐体
１１ 電池モジュール
１２ 保持部
１３ レール
１４ 信号オスコネクタ
１５ 主回路オスコネクタ
１６ ファン
１７ ルーバ
１８ フィルタユニット
１９ 前部シールプレート
２０ 後部シールプレート
１１１ 電池セル
１１２ セルコントローラ
１１３ 電池モジュール筐体
１１４ 信号メスコネクタ
１１５ 主回路メスコネクタ
１１６ 取っ手
１１７ 温度センサ
１１８ ガスセンサ
１１９ ヒューズ
１２０ 吸気ダクト
１２１ 排気ダクト
１２２ 取付け部
２０１ バッテリコントローラ
２０２ メンテナンススイッチ
２０２ａ２，２０２ｂ２，２０２ｃ２，２０２ｄ２，２０２ｅ２，２０２ｆ２，２０２ｇ２，２０２ｈ２ モジュール接続レバー
２０２ａ３，２０２ｂ３，２０２ｃ３，２０２ｄ３，２０２ｅ３，２０２ｆ３，２０２ｇ３，２０２ｈ３ モジュール補助接続端子
２０２ａ４，２０２ｂ４，２０２ｃ４，２０２ｄ４，２０２ｅ４，２０２ｆ４，２０２ｇ４，２０２ｈ４ モジュール接続端子
２０２ｂ１，２０２ｄ１，２０２ｆ１，２０２ｈ１ 接地端子
２０３ 近接スイッチ
２０４ 電流検出器
２０５ ヒューズ
２０６ 電圧検出器
２０７ モジュール信号コネクタ
２０８ モジュール主回路コネクタ
２０９ 外部主回路端子
２１０ ファンコネクタ
２１１ 上位通信コネクタ
２１２ａ〜２１２ｇ 突入電流防止抵抗
２１３ｂ〜２１３ｈ 接地抵抗
３０１ 操作レバー
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のリチウムイオン電池セルが格納された複数の電池モジュールと、
前記複数の電池モジュールを格納する電池モジュール格納部と、
前記複数の電池モジュールの状態を検知し、充放電を制御する制御部と、
前記電池モジュール格納部と前記制御部が並置可能な電池箱筐体と、を有する鉄道車両用の電池箱において、
前記電池モジュール格納部は、前記電池モジュールを一方向から着脱可能に構成され、前記電池モジュールを一方向から差し込む動作により前記電池モジュールと電気的に接続可能なコネクタを有し、
前記電池箱筐体は、前記電池モジュール格納部と前記制御部が、前記電池モジュールの着脱方向から見て略直交する鉄道車両の進行方向に並置可能であることを特徴とする鉄道車両用の電池箱。
【請求項２】
請求項１記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記複数の電池モジュールのそれぞれの重量は、３５kg以下である鉄道車両用の電池箱。
【請求項３】
請求項１記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記電池モジュール格納部は、前記複数の電池モジュールのそれぞれが前記電池箱筐体に対して水平方向に脱着可能な電池モジュール移動手段を有する鉄道車両用の電池箱。
【請求項４】
請求項１記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記電池モジュール格納部は、吸気あるいは排気するファンを前記電池モジュールの着脱側とは反対側に有する鉄道車両用の電池箱。
【請求項５】
請求項１記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記電池モジュールは、複数のリチウムイオン電池セルが格納された電池モジュール筐体と、前記電池モジュール筐体の上面及び下面に設けられたダクトと、を有し、前記上面及び下面のダクトの一方から吸気を行い、他方のダクトから排気を行うことを特徴とする鉄道車両用の電池箱。
【請求項６】
請求項５記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記電池モジュール筐体は、リチウムイオン電池セルの温度を測定する温度センサを有する鉄道車両用の電池箱。
【請求項７】
請求項５記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記電池モジュール筐体は、リチウムイオン電池セルから電解液が漏洩したことを検知するガスセンサを有する鉄道車両用の電池箱。
【請求項８】
請求項１記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記制御部は、前記複数の電池モジュールを直列接続する接続状態と、前記複数の電池モジュールの複数の負極を接地端子と接続する接地状態と、を切り替える切り替え手段を有する鉄道車両用の電池箱。
【請求項９】
請求項８記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記制御部は、前記切り替え手段を前記接地状態から前記接続状態に切り替えるとき、
前記切り替え手段が前記接続端子に接続されるより前に接続される補助接続端子を有し、
前記接続端子と前記補助接続端子間に抵抗体を有する鉄道車両用の電池箱。
【請求項１０】
請求項８記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記切り替え手段は、モジュール接続レバーである鉄道車両用の電池箱。
【請求項１１】
請求項８記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記接続端子及び前記接地端子は、前記電池モジュール格納部と前記制御部が並置された方向に対して、外側に電位の低い端子を設け、中央にいくに従って、外側に比べ電位の高い端子を設けた鉄道車両用の電池箱。
【請求項１２】
請求項８記載の鉄道車両用の電池箱において、
直列に接続された複数の電池モジュールを電池セットとした場合、
前記接続端子及び前記接地端子は、前記電池モジュール格納部と前記制御部が並置された方向に対して、一方端から奇数番目に電位の低い前記電池セットの陰極，陽極の順に設け、他方端から偶数番目に電位の低い前記電池セットの陰極，陽極の順に設けた鉄道車両用の電池箱。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の鉄道車両用の電池箱を有する鉄道車両。
【請求項１】
複数のリチウムイオン電池セルが格納された複数の電池モジュールと、
前記複数の電池モジュールを格納する電池モジュール格納部と、
前記複数の電池モジュールの状態を検知し、充放電を制御する制御部と、
前記電池モジュール格納部と前記制御部が並置可能な電池箱筐体と、を有する鉄道車両用の電池箱において、
前記電池モジュール格納部は、前記電池モジュールを一方向から着脱可能に構成され、前記電池モジュールを一方向から差し込む動作により前記電池モジュールと電気的に接続可能なコネクタを有し、
前記電池箱筐体は、前記電池モジュール格納部と前記制御部が、前記電池モジュールの着脱方向から見て略直交する鉄道車両の進行方向に並置可能であることを特徴とする鉄道車両用の電池箱。
【請求項２】
請求項１記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記複数の電池モジュールのそれぞれの重量は、３５kg以下である鉄道車両用の電池箱。
【請求項３】
請求項１記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記電池モジュール格納部は、前記複数の電池モジュールのそれぞれが前記電池箱筐体に対して水平方向に脱着可能な電池モジュール移動手段を有する鉄道車両用の電池箱。
【請求項４】
請求項１記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記電池モジュール格納部は、吸気あるいは排気するファンを前記電池モジュールの着脱側とは反対側に有する鉄道車両用の電池箱。
【請求項５】
請求項１記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記電池モジュールは、複数のリチウムイオン電池セルが格納された電池モジュール筐体と、前記電池モジュール筐体の上面及び下面に設けられたダクトと、を有し、前記上面及び下面のダクトの一方から吸気を行い、他方のダクトから排気を行うことを特徴とする鉄道車両用の電池箱。
【請求項６】
請求項５記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記電池モジュール筐体は、リチウムイオン電池セルの温度を測定する温度センサを有する鉄道車両用の電池箱。
【請求項７】
請求項５記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記電池モジュール筐体は、リチウムイオン電池セルから電解液が漏洩したことを検知するガスセンサを有する鉄道車両用の電池箱。
【請求項８】
請求項１記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記制御部は、前記複数の電池モジュールを直列接続する接続状態と、前記複数の電池モジュールの複数の負極を接地端子と接続する接地状態と、を切り替える切り替え手段を有する鉄道車両用の電池箱。
【請求項９】
請求項８記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記制御部は、前記切り替え手段を前記接地状態から前記接続状態に切り替えるとき、
前記切り替え手段が前記接続端子に接続されるより前に接続される補助接続端子を有し、
前記接続端子と前記補助接続端子間に抵抗体を有する鉄道車両用の電池箱。
【請求項１０】
請求項８記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記切り替え手段は、モジュール接続レバーである鉄道車両用の電池箱。
【請求項１１】
請求項８記載の鉄道車両用の電池箱において、
前記接続端子及び前記接地端子は、前記電池モジュール格納部と前記制御部が並置された方向に対して、外側に電位の低い端子を設け、中央にいくに従って、外側に比べ電位の高い端子を設けた鉄道車両用の電池箱。
【請求項１２】
請求項８記載の鉄道車両用の電池箱において、
直列に接続された複数の電池モジュールを電池セットとした場合、
前記接続端子及び前記接地端子は、前記電池モジュール格納部と前記制御部が並置された方向に対して、一方端から奇数番目に電位の低い前記電池セットの陰極，陽極の順に設け、他方端から偶数番目に電位の低い前記電池セットの陰極，陽極の順に設けた鉄道車両用の電池箱。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれかに記載の鉄道車両用の電池箱を有する鉄道車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−１１９３２４（Ｐ２０１２−１１９３２４Ａ）
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２６７９（Ｐ２０１２−２６７９）
【出願日】平成２４年１月１１日（２０１２．１．１１）
【分割の表示】特願２００８−２２０６８１（Ｐ２００８−２２０６８１）の分割
【原出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００２３２９４４）日立水戸エンジニアリング株式会社 (227)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２１日（２０１２．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１月１１日（２０１２．１．１１）
【分割の表示】特願２００８−２２０６８１（Ｐ２００８−２２０６８１）の分割
【原出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【出願人】（０００２３２９４４）日立水戸エンジニアリング株式会社 (227)
【Ｆターム（参考）】
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