特許 6184959 バッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6184959

(24)【登録日】2017年8月4日

(45)【発行日】2017年8月23日

(54)【発明の名称】バッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 2/10 20060101AFI20170814BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20170814BHJP

   B60L 11/18 20060101ALI20170814BHJP

【ＦＩ】

   H01M2/10 S

   H01M10/44 A

   B60L11/18 A

【請求項の数】9

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2014-529280(P2014-529280)

(86)(22)【出願日】2013年8月1日

(86)【国際出願番号】JP2013004656

(87)【国際公開番号】WO2014024431

(87)【国際公開日】20140213

【審査請求日】2016年7月7日

(31)【優先権主張番号】特願2012-176715(P2012-176715)

(32)【優先日】2012年8月9日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000001889

【氏名又は名称】三洋電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100074354

【弁理士】

【氏名又は名称】豊栖 康弘

(74)【代理人】

【識別番号】100104949

【弁理士】

【氏名又は名称】豊栖 康司

(72)【発明者】

【氏名】藤井 一広

(72)【発明者】

【氏名】田嶋 光俊

【審査官】 前田 寛之

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２２２４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−６０６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２７２５１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ２／１０

Ｈ０１Ｍ １０／４４

Ｂ６０Ｌ １１／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

充放電を行う二次電池である複数の角形電池を積層してなる電池積層体と、
電池積層体の積層方向の両端部に配置してなる一対のエンドプレートと、
両端部を一対のエンドプレートの隅部に連結されるバインドバーであって、水平部と垂直部とを直角に連結して横断面形状をＬ字状としており、水平部と垂直部とは端縁に前記エンドプレートの外側面をカバーする端面プレートを連結している、該バインドバーと、を備え、
前記電池積層体の両端面に配置している前記一対のエンドプレートの外側寸法を前記バインドバー両端の端面プレートの内側寸法よりも小さくなるように電池積層体を圧縮し、バインドバー両端の端面プレートの内側にプレスされた一対のエンドプレートを挿入し、エンドプレートのプレス状態が解除されて形成されるバッテリシステムにおいて、
前記バインドバーの水平部と垂直部が前記エンドプレートの外周面に位置し、前記端面プレートが前記エンドプレートの外側面を押圧して、一対のエンドプレートで電池積層体を積層方向に加圧すると共に、
前記バインドバーの水平部と垂直部と端面プレートとの内側隅部と、前記エンドプレートの外側隅部との間に、バインドバーとエンドプレートとを非接触状態とする分離隙間を設けてなることを特徴とするバッテリシステム。

【請求項2】

前記エンドプレートの外側隅部が面取りされて、バインドバーとエンドプレートとの隅部を非接触状態とする分離隙間を設けてなる請求項１に記載されるバッテリシステム。

【請求項3】

前記バインドバーの水平部と垂直部と端面プレートとの隅部に貫通孔を設けて、バインドバーとエンドプレートとの隅部を非接触状態とする分離隙間を設けてなる請求項１に記載されるバッテリシステム。

【請求項4】

前記エンドプレートの外側隅部が面取りされると共に、バインドバーの水平部と垂直部と端面プレートとの隅部に貫通孔を設けて、バインドバーとエンドプレートとの隅部を非接触状態とする分離隙間を設けてなる請求項１に記載されるバッテリシステム。

【請求項5】

前記分離隙間でバインドバーとエンドプレートとが非接触状態となる面積が１ｍｍ^２以
上である請求項１から４のいずれかに記載されるバッテリシステム。

【請求項6】

前記エンドプレートの外形が四角形で、四角形の隅部に４本のバインドバーを連結してなる請求項１から５のいずれかに記載されるバッテリシステム。

【請求項7】

前記角形電池が、電池ケースを金属ケースとする非水系電解液電池である請求項１から６のいずれかに記載されるバッテリシステム。

【請求項8】

請求項１から７のいずれかに記載のバッテリシステムを備えてなる電動車両であって、
前記バッテリシステムと、該バッテリシステムから電力供給される走行用のモータと、前記バッテリシステム及び前記モータを搭載してなる車両本体と、前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪とを備えることを特徴とするバッテリシステムを備える電動車両。

【請求項9】

請求項１から７のいずれかに記載のバッテリシステムを備えてなる蓄電装置であって、
前記バッテリシステムへの充放電を制御する電源コントローラを備えており、
前記電源コントローラでもって、外部からの電力により前記角形電池への充電を可能とると共に、前記角形電池に対し充電を行うよう制御することを特徴とする蓄電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の角形電池を積層して電池積層体とし、この電池積層体の両端をエンドプレートで押圧して固定しているバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

多数の角形電池を積層して電池積層体とし、この電池積層体の両端面に一対のエンドプレートを配置し、エンドプレートをバインドバーで連結して、積層している角形電池を押圧状態に固定するバッテリシステムは開発されている。（特許文献１参照）

【0003】

このバッテリシステムは、エンドプレートでもって、相当の圧力で角形電池を押圧状態に固定する必要がある。エンドプレートの押圧力が弱いと角形電池を確実に固定できず、振動などで角形電池が動いて種々の弊害の原因となる。また、充放電して角形電池が膨れるのを防止するためにも、相当な押圧力で角形電池を加圧状態に固定する必要がある。この構造のバッテリシステムは、各角形電池を押圧状態で固定するために、角形電池を積層する電池積層体の両端面にエンドプレートを配置し、一対のエンドプレートをプレス機で加圧し、この状態で一対のエンドプレートにバインドバーを連結している。バインドバーで連結されたエンドプレートは、一定の間隔に保持されて、各角形電池を所定の圧力で加圧状態に固定する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１１−６０６２３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

以上のバッテリシステムは、バインドバーの横断面形状をＬ字状としてエンドプレートに確実に固定でき、また電池積層体の耐振動強度も向上できる。Ｌ字状とすることでバインドバーの曲げ強度が向上し、さらに、Ｌ字状のバインドバーは角形電池の隅部に配置されて、角形電池の垂直方向と水平方向の位置ずれを阻止できるからである。さらに、このバインドバーは、両端縁に端面プレートを連結する形状として、端面プレートをエンドプレートの外側面に配置して、端面プレートでエンドプレートを係止する構造として、エンドプレートにより強固に連結できる。このバインドバーがエンドプレートに連結される構造を図１の斜視図に示している。このバインドバー２０４は、水平部２０４Ｘと垂直部２０４Ｙとをエンドプレート２０３の上面と側面に配置し、端面プレート２０４Ｔをエンドプレート２０３の外側に配置して、エンドプレート２０３に連結される。水平部２０４Ｘ及び垂直部２０４Ｙの端縁に端面プレート２０４Ｔを直角に連結しているバインドバー２０４は、金属板をプレス加工して製作される。また、端面プレート２０４Ｔを水平部２０４Ｘや垂直部２０４Ｙの端縁に溶接して製作することもできる。このバインドバー２０４は、端面プレート２０４Ｔをエンドプレート２０３の外側面に密着する状態に係止して、一対のエンドプレート２０３を所定の間隔に保持する。

【0006】

図１のバインドバーは、端面プレートを一対のエンドプレートの外側に係止して連結するために、電池積層体の両端面に配置している一対のエンドプレートをプレス機でプレスし、プレス状態に保持して、端面プレートがエンドプレートの外側に配置してエンドプレートに連結される。バインドバーは、端面プレートをエンドプレートの外側面に係止するので、プレス機は一対のエンドプレートの外側寸法を、バインドバー両端の端面プレートの内側寸法よりも小さくするように電池積層体を圧縮する。電池積層体が圧縮されて、バインドバー両端の端面プレートの内側寸法よりもエンドプレートの外側寸法を小さくして、端面プレートはエンドプレートの外側面にスムーズに配置できる。すなわち、バインドバー両端の端面プレートの内側に、プレスされた一対のエンドプレートをスムーズに挿入できる。この状態でエンドプレートのプレス状態が解除されると、端面プレートはエンドプレートの外側面に面接触状態に密着せず、端面プレートと垂直部と水平部との内側隅部がエンドプレートの隅部に局部的に接触して、接触部に極めて大きな力が作用する。この状態で、エンドプレートが電池積層体を加圧して押圧するときの反作用は、バインドバーの内側隅部にのみ局部的に作用する。このため、バインドバーの内側隅部は、極めて狭い面積に、極めて大きい力が作用する。バインドバーの内側隅部に働く強大な力は、バインドバーとエンドプレートとが接触する隅部を変形し、あるいは損傷する原因となり、また、変形による歪みは全てのバッテリシステムにおいて一定とはならないので、変形歪みの状態が一対のエンドプレートの間隔を変動させる原因となる。このため、プレス状態を解除してバインドバーでエンドプレートを一定の間隔に固定する状態で、エンドプレートを一定の間隔に保持できず、電池積層体の圧縮状態が不均一となる。この状態になると、積層している角形電池の押圧力は一定とならず、また、充放電される角形電池の膨れなどで、さらに、電池積層体の圧縮状態が変動する。

【0007】

さらに、以上のバッテリシステムは、プレス状態を解除した状態に限らず、充放電によって経時的に角形電池が膨張すると、電池積層体による反作用でエンドプレートが強い力で押圧される。この状態においても、バインドバーとエンドプレートが隅部で局部的に接触していると、ここに強大な力が集中して、バインドバーやエンドプレートの隅部を損傷させる。図１において、加圧される電池積層体２０２の反作用で、エンドプレート２０３に矢印で示す方向に力が作用すると、端面プレート２０４Ｔは矢印で示す方向に押される。この状態で、バインドバー２０４とエンドプレート２０３との隅部が接触していると、図においてＡ点で示す隅部の応力が最も強くなる。この図において、水平部２０４Ｘと端面プレート２０４Ｔとを直角に連結している折曲部は、Ａ点からＢ点に離れるにしたがって変形しやすくなり、垂直部２０４Ｙと端面プレート２０４Ｔとを直角に連結している折曲部は、Ａ点からＣ点に離れるにしたがって変形しやすくなる。ところが、端面プレート２０４Ｔの隅部は、バインドバー２０４の水平部２０４Ｘと垂直部２０４Ｙの両方に連結されて変形し難く、エンドプレート２０３が矢印で示す方向に押されると、変形し難いＡ点に圧力が集中して応力が最大となり、バインドバー２０４の隅部を破損させる原因となる。

【0008】

隅部が破損して亀裂が発生したバインドバーは、亀裂が次第に大きくなって、端面プレートを水平部や垂直部から離して、エンドプレートを定位置に配置できなくなる。エンドプレートが定位置に配置できず、角形電池を相当な圧力で加圧状態に固定できなくなると、電池積層体を一定の圧力で加圧状態に固定できず、振動などで角形電池が相対運動して、角形電池に種々の弊害を発生させる。たとえば、角形電池を直列や並列に接続している金属板のバスバーと角形電池の電極端子との接続部に歪みを与え、また角形電池の電極端子と電池ケースとの連結部などに歪み力を加えて障害を与える。

【0009】

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、極めて簡単な構造としながら、バインドバーで一対のエンドプレートを定位置に配置し、長期間にわたって、エンドプレートをバインドバーで確実に安定して定位置に加圧状態に固定できるバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段及び発明の効果】

【0010】

本発明のバッテリシステムは、複数の角形電池１を積層してなる電池積層体２と、電池積層体２の積層方向の両端部に配置してなる一対のエンドプレート３、３’と、両端部を一対のエンドプレート３、３’の隅部に連結して、複数の角形電池１を積層方向に加圧状態で固定してなるバインドバー４とを備えている。バインドバー４は、水平部４Ｘと垂直部４Ｙとを直角に連結して横断面形状をＬ字状としており、水平部４Ｘと垂直部４Ｙとの端縁にエンドプレート３、３’の外側面をカバーする端面プレート４Ｔを連結している。バッテリシステムは、バインドバー４の水平部４Ｘと垂直部４Ｙがエンドプレート３、３’の外周面に位置し、端面プレート４Ｔがエンドプレート３、３’の外側面を押圧して、一対のエンドプレート３、３’で電池積層体２を積層方向に加圧すると共に、バインドバー４の水平部４Ｘと垂直部４Ｙと端面プレート４Ｔとの内側隅部４Ｓと、エンドプレート３、３’の外側隅部３Ｓとの間に、バインドバー４とエンドプレート３、３’とを非接触状態とする分離隙間１７を設けている。

【0011】

以上のバッテリシステムは、極めて簡単な構造としながら、バインドバーで一対のエンドプレートを定位置に配置し、長期間にわたって、エンドプレートをバインドバーで確実に安定して定位置に加圧状態に固定できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが、バインドバーの水平部と垂直部と端面プレートとの内側隅部と、エンドプレートの外側隅部との間に、バインドバーとエンドプレートとを非接触状態とする分離隙間を設けているからである。このバッテリシステムは、バインドバーの端面プレートをエンドプレートの外側面に面接触状態に配置するので、バインドバーを連結した後に、エンドプレートのプレス状態を解除し、あるいは、繰り返し充放電されて経時的に角形電池が膨張してエンドプレートが強い力で押圧されても、バインドバーとエンドプレートとの隅部にのみ局部的に強い力が作用しない。このバッテリシステムは、組み立て工程において、バインドバーが連結されたエンドプレートのプレス状態を解除しても、バインドバーとエンドプレートの隅部に強制的に強い力が作用することがなく、端面プレートとエンドプレートとが広い面積で接触する。このバインドバーは、一対のエンドプレートを常に一定の間隔として、電池積層体を一定の圧縮状態に保持する。また、経時的に角形電池が膨張しても、一対のエンドプレートは一定の間隔に保持されて、各角形電池の膨張による弊害も防止する。

【0012】

本発明のバッテリシステムは、エンドプレート３’の外側隅部３Ｓを面取りして、バインドバー４とエンドプレート３’との隅部を非接触状態とする分離隙間１７を設けることができる。
以上のバッテリシステムは、極めて簡単にバインドバーとエンドプレートとの隅部を非接触状態として、局部的に大きな力が作用するのを防止できる。

【0013】

本発明のバッテリシステムは、バインドバー４の水平部４Ｘと垂直部４Ｙと端面プレート４Ｔとの隅部に貫通孔１８を設けて、バインドバー４とエンドプレート３との隅部を非接触状態とする分離隙間１７を設けることができる。
以上のバッテリシステムは、極めて簡単にバインドバーとエンドプレートとの隅部を非接触状態として、局部的に大きな力が作用するのを防止できると共に、金属板を折曲加工し、また溶接して簡単かつ容易に、しかも安価にバインドバーを多量生産できる。

【0014】

本発明のバッテリシステムは、エンドプレート３’の外側隅部３Ｓが面取りされると共に、バインドバー４の水平部４Ｘと垂直部４Ｙと端面プレート４Ｔとの隅部に貫通孔１８を設けて、バインドバー４とエンドプレート３’との隅部を非接触状態とする分離隙間１７を設けることができる。
以上のバッテリシステムは、極めて簡単にバインドバーとエンドプレートとの隅部を非接触状態として、局部的に大きな力が作用するのを防止でき、また、金属板を折曲加工し、また溶接して簡単かつ容易に、しかも安価にバインドバーを多量生産できる。

【0015】

本発明のバッテリシステムは、分離隙間１７でバインドバー４とエンドプレート３、３’とが非接触状態となる面積を１ｍｍ^２以上とすることができる。
以上のバッテリシステムは、非接触状態の面積を大きくするので、バインドバーとエンドプレートとが隅部でのみ接触するのを確実に防止して、バインドバーでもって、一対のエンドプレートの間隔を一定に保持できる。

【0016】

本発明のバッテリシステムは、エンドプレート３、３’の外形が四角形で、四角形の隅部に４本のバインドバー４を連結することができる。
以上のバッテリシステムは、４本のバインドバーでもって、エンドプレートを確実に一定の間隔に固定できる。

【0017】

本発明のバッテリシステムは、角形電池１を、電池ケース１０を金属ケースとする非水系電解液電池とすることができる。
以上のバッテリシステムは、角形電池を金属ケースの非水系電解液電池とするので、エンドプレートで電池積層体を加圧状態に固定して、各角形電池を一定の圧力で加圧状態に保持でき、また、容積に対する充放電できる容量を大きくできる。

【0018】

本発明の電動車両は、上記のいずれかのバッテリシステム１００と、このバッテリシステム１００から電力供給される走行用のモータ９３と、バッテリシステム１００及びモータ９３を搭載してなる車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。
以上の電動車両は、複数の角形電池を備えるバッテリシステムを車両に搭載しながら、走行時に受ける振動や、繰り返し充放電されて経時的に膨張する角形電池による弊害を有効に防止できる。それは、バインドバーで一対のエンドプレートを定位置に配置して、エンドプレートをバインドバーで確実に安定して加圧状態に固定できるからである。

【0019】

本発明の蓄電装置は、上記のいずれかのバッテリシステム１００を備えると共に、バッテリシステム１００への充放電を制御する電源コントローラ８４を備えている。この電源コントローラ８４は、外部からの電力により角形電池１への充電を可能とすると共に、角形電池１に対し充電を行うよう制御することができる。
以上の蓄電装置は、複数の角形電池を備えて大電力を蓄電するバッテリシステムを使用しながら、繰り返し充放電されて経時的に膨張する角形電池による弊害を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】従来のバッテリシステムの要部拡大斜視図である。

【図2】本発明の一実施の形態にかかるバッテリシステムの斜視図である。

【図3】図２に示すバッテリシステムの垂直縦断面図である。

【図4】図２に示すバッテリシステムの分解斜視図である。

【図5】角形電池とスペーサの積層構造を示す分解斜視図である。

【図6】他の構造のスペーサと角形電池とを積層してなる電池積層体の分解斜視図である。

【図7】図４に示すバッテリシステムのバインドバーの要部拡大斜視図である。

【図8】図７に示すバインドバーの展開図である。

【図9】本発明の他の実施の形態にかかるバッテリシステムの分解斜視図である。

【図10】図９に示すバッテリシステムのエンドプレートとバインドバーの拡大斜視図である。

【図11】図１０に示すエンドプレートとバインドバーの連結構造を示す拡大断面図である。

【図12】バインドバーに貫通孔を設ける他の一例を示す底面斜視図である。

【図13】エンジンとモータで走行するハイブリッドカーにバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。

【図14】モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。

【図15】蓄電装置にバッテリシステムを使用する例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するためのバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置を例示するものであって、本発明はバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置を以下のものに特定しない。さらに、この明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。

【0022】

図２ないし図５に示すバッテリシステム１００は、複数の角形電池１を積層している電池積層体２と、この電池積層体２の積層方向の両端部に配置している一対のエンドプレート３と、両端部を一対のエンドプレート３の隅部に連結して、複数の角形電池１を積層方向に加圧状態で固定しているバインドバー４とを備えている。

【0023】

角形電池１は、図５に示すように、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形の電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体２としている。角形電池１は、電池ケース１０を金属ケースとする非水系電解液電池である。非水系電解液電池である角形電池１は、リチウムイオン二次電池である。ただし、角形電池は、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とすることもできる。図の角形電池１は、幅の広い両表面を四角形とする電池で、両表面を対向するように積層して電池積層体２としている。

【0024】

角形電池１は、外形を角形とする金属製の電池ケース１０に、電極体（図示せず）を収納して電解液を充填している。金属ケースからなる電池ケース１０は、アルミニウムやアルミニウム合金で製造することができる。電池ケース１０は、底を閉塞する筒状に金属板をプレス加工している外装缶１０Ａと、この外装缶１０Ａの開口部を気密に閉塞している封口板１０Ｂとを備えている。封口板１０Ｂは平面状の金属板で、その外形を外装缶１０Ａの開口部の形状としている。この封口板１０Ｂはレーザー溶接して外装缶１０Ａの外周縁に固定されて外装缶１０Ａの開口部を気密に閉塞している。外装缶１０Ａに固定される封口板１０Ｂは、その両端部に正負の電極端子１３を固定しており、さらに正負の電極端子１３の中間にはガス排出口１２を設けている。ガス排出口１２の内側には、所定の内圧で開弁する排出弁１１を設けている。図５に示す電池積層体２は、複数の角形電池１を、排出弁１１を設けた面が略同一面に位置する姿勢で積層して、各角形電池１の排出弁１１を第１の表面２Ａに配置している。図の電池積層体２は、排出弁１１を設けている封口板１０Ｂを上面とする姿勢で、複数の角形電池１を積層している。

【0025】

排出弁１１は、角形電池１の内圧が設定圧力よりも高くなると開弁して、内圧の上昇を防止する。この排出弁１１は、ガス排出口１２を閉塞する弁体（図示せず）を内蔵している。弁体は、設定圧力で破壊される薄膜、あるいは設定圧力で開弁するように弾性体で弁座に押圧されている弁である。排出弁１１が開弁されると、ガス排出口１２を介して角形電池１の内部が外部に開放され、内部のガスを放出して内圧の上昇が防止される。

【0026】

互いに積層される複数の角形電池１は、正負の電極端子１３を接続して互いに直列及び／又は並列に接続される。バッテリシステムは、隣接する角形電池１の正負の電極端子１３を、バスバー１４を介して互いに直列及び／又は並列に接続する。隣接する角形電池を互いに直列に接続するバッテリシステムは、出力電圧を高くして出力を大きくでき、隣接する角形電池を並列に接続して、充放電の電流を大きくできる。

【0027】

図３と図４に示す電池積層体２は、１４個の角形電池１を、スペーサ７を介して互いに積層しており、これらの角形電池１を直列に接続している。図の電池積層体２は、互いに隣接する角形電池１同士を逆向きに並べており、その両側において隣接する電極端子１３同士をバスバー１４で連結して、隣り合う２個の角形電池１を直列に接続して、すべての角形電池１を直列に接続している。ただ、本発明は、電池積層体を構成する角形電池の個数とその接続状態を特定しない。

【0028】

電池積層体２は、図３と図５に示すように、積層している角形電池１の間にスペーサ７を挟着している。スペーサ７は、隣接する角形電池１を絶縁する。図に示すスペーサ７は、プラスチックを板状に成形した絶縁プレートである。とくに、熱伝導率の小さい材質のプラスチックで成形されるスペーサは、隣接する角形電池の熱暴走を効果的に防止できる効果もある。このスペーサ７は、角形電池１を嵌着して定位置に配置する形状として、隣接する角形電池１を位置ずれしないように積層できる。

【0029】

以上のように、スペーサ７で絶縁して積層される角形電池１は、外装缶をアルミニウムなどの金属製にできる。ただ、電池積層体は、必ずしも角形電池の間にスペーサを介在させる必要はない。例えば、角形電池の外装缶を絶縁材で成形し、あるいは角形電池の外装缶の外周を絶縁シートや絶縁塗料等で被覆する等の方法で、互いに隣接する角形電池同士を絶縁することによって、スペーサを不要とできるからである。さらに、角形電池の間にスペーサを介在させない電池積層体は、角形電池の間に冷却風を強制送風して角形電池を冷却する空冷式を採用することなく、冷媒等を用いて直接冷却する方式を採用して角形電池を冷却できる。

【0030】

さらに、図３と図５に示すスペーサ７は、角形電池１を効果的に冷却するために、角形電池１との間に挟着される部分に、空気などの冷却気体を通過させる冷却隙間１６を設けている。図３と図５のスペーサ７は、角形電池１との対向面に、両側縁まで延びる溝１５を設けて、角形電池１との間に冷却隙間１６を設けている。図のスペーサ７は、複数の溝１５を、互いに平行に所定の間隔で設けている。図のスペーサ７は、両面に溝１５を設けており、互いに隣接する角形電池１とスペーサ７との間に冷却隙間１６を設けている。この構造は、スペーサ７の両側に形成される冷却隙間１６で、両側の角形電池１を効果的に冷却できる特長がある。ただ、スペーサは、片面にのみ溝を設けて、角形電池とスペーサとの間に冷却隙間を設けることもできる。図の冷却隙間１６は、電池積層体２の左右に開口するように水平方向に設けている。冷却隙間１６に強制送風される空気は、角形電池１の外装缶１０Ａを直接に効率よく冷却する。この構造は、角形電池１の熱暴走を有効に阻止しながら、角形電池１を効率よく冷却できる特徴がある。

【0031】

以上のスペーサ７は、角形電池１との間に冷却隙間１６を設けて、この冷却隙間１６に冷却用の空気などの冷却気体を強制的に送風して、角形電池１を冷却できる。ただ、スペーサは、必ずしも角形電池との間に冷却隙間を設ける必要はなく、図６に示すように、スペーサ３７を電池積層体３２の表面に露出する長さとして、露出部３７Ａを冷却プレート２０に熱結合状態に連結する構造とすることもできる。このバッテリシステムは、冷却プレート２０を冷却し、冷却プレート２０でスペーサ３７を冷却して、スペーサ３７で角形電池１を冷却することができる。冷却プレート２０は、表面に放熱フィン（図示せず）を設けて冷却し、あるいは、内部に冷却用の冷媒や冷却液を循環させて強制的に冷却できる。さらに、図示しないが、角形電池に間にスペーサを配置することなく、角形電池の表面を絶縁して絶縁することもできる。

【0032】

エンドプレート３は、バインドバー４に連結されて、電池積層体２を両端面から加圧して、角形電池１を積層方向に加圧する。エンドプレート３は、バインドバー４に固定されて、電池積層体２の各角形電池１を所定の締め付け圧で加圧状態に固定する。エンドプレート３の外形は、角形電池１の外形にほぼ等しく、あるいはこれよりもわずかに大きく、四隅部にバインドバー４を連結して、電池積層体２を加圧状態に固定して変形しない四角形の板状である。このエンドプレート３は、四隅部にバインドバー４を連結して、角形電池１の表面に面接触状態に密着し、角形電池１を均一な圧力で加圧状態に固定する。バッテリシステムは、電池積層体２の両端部にエンドプレート３を配置し、両端のエンドプレート３をプレス機（図示せず）で加圧して、角形電池１を積層方向に加圧する状態に保持し、この状態でエンドプレート３にバインドバー４を固定して、電池積層体２を所定の締め付け圧に保持して固定する。エンドプレート３がバインドバー４に連結された後、プレス機の加圧状態は解除される。

【0033】

バインドバー４は、水平部４Ｘと垂直部４Ｙとを直角に連結している、横断面形状をＬ字状とする金属板である。さらに、図４のバインドバー４は両端に端面プレート４Ｔを連結している。端面プレート４Ｔは、垂直部４Ｙと水平部４Ｘの端縁に連結される。この端面プレート４Ｔは、エンドプレート３の外側面に面接触状態で接触するように、垂直部４Ｙと水平部４Ｘに対して直角に連結される。この形状のバインドバー４は、金属板をプレス加工して製作できるが、図７と図８に示すバインドバー４Ａは、水平部４Ｘの外側に、突出部４Ｚを設けて、この突出部４Ｚで端面プレート４Ｔを形成している。図に示す突出部４Ｚは、水平部４Ｘの外側端縁に連結してなる端面プレート４Ｔと、この端面プレート４Ｔの垂直部４Ｙ側の１辺に連結している積層部４Ｒとからなる。このバインドバー４Ａは、突出部４Ｚの端面プレート４Ｔを水平部４Ｘに対して直角に折曲加工し、さらに、積層部４Ｒを端面プレート４Ｔに対して直角に折曲加工して、この積層部４Ｒを垂直部４Ｙに溶接して固定している。これにより、バインドバー４Ａは、端縁に垂直姿勢の端面プレート４Ｔを形成している。溶接される積層部４Ｒは、垂直部４Ｙとの境界に沿って溶接され、あるいは、垂直部４Ｙに重ね合わせてスポット溶接などの方法で連結される。図のバインドバー４Ａは、水平部４Ｘに突出部４Ｚを設けて、この突出部４Ｚを折曲加工すると共に、積層部４Ｒを垂直部４Ｙに固定して垂直姿勢の端面プレート４Ｔを形成するが、バインドバーは、垂直部に突出部を設けて、この突出部を折曲加工して端面プレートを設けて、積層部を水平部に溶接して固定することもできる。さらに、バインドバーは、水平部と垂直部の両方に突出部を設けて、これらの突出部を折曲加工すると共に、折曲された突出部を互いに積層して溶接して端面プレートを設けることもできる。

【0034】

バインドバー４は、端面プレート４Ｔをエンドプレート３の外側面に配置し、これをエンドプレート３に係止する状態で、エンドプレート３に連結される。バインドバー４は、端面プレート４Ｔをエンドプレート３に係止状態に連結して、エンドプレート３でもって電池積層体２を加圧状態に固定する。さらに、図４のバインドバー４は、エンドプレート３の外周面に止ネジ２４をネジ止めして固定している。図のエンドプレート３は、止ネジ２４をねじ込む位置に雌ねじ孔３ｂを設けている。また、図のバインドバー４は、止ネジ２４を挿通する貫通孔４ｂを垂直部４Ｙの両端部に開口すると共に、後述する固定ネジ２３を挿通するための貫通孔４ａを水平部４Ｘの両端部に開口している。

【0035】

以上のバッテリシステム１００は、バインドバー４の両端を一対のエンドプレート３に固定して、一対のエンドプレート３で電池積層体２を挟んで、各角形電池１を所定の締め付け圧で積層方向に加圧して固定する。角形電池１の締め付け圧は、角形電池１の両面に作用する単位面積当たりの押圧力である。締め付け圧は、［エンドプレート３が電池積層体２を積層方向に加圧する押圧力］／［角形電池１の扁平部の面積］で演算される。この締め付け圧は、好ましくは、１０ｋＰａ以上で１ＭＰａ以下に設定される。締め付け圧が弱すぎると、角形電池１の膨張を効果的に抑制できず、反対に強すぎると角形電池１の電池ケース１０を損傷する弊害が発生する。とくに、電池ケース１０を金属ケースとする角形電池１は、角形電池１の積層方向への電池ケース１０の変形量が極めて小さく、実質的にはほとんど変化しないため、締め付け圧が弱すぎると、複数の角形電池１を確実に加圧状態に保持できず、また、締め付け圧が強すぎると角形電池１の電池ケース１０が損傷する弊害が発生する。このため、締め付け圧を所定の範囲としながら、各角形電池１を積層方向に加圧して固定することは極めて大切である。したがって、締め付け圧は、角形電池１の種類や大きさ、さらに電池ケース１０の材質、形状、肉厚、大きさ、電極体の物性などを考慮して前述の範囲で最適値に設定される。

【0036】

バインドバー４とエンドプレート３は、隅部に互いに接触しない、すなわち非接触状態となる分離隙間１７を設けている。分離隙間１７は、バインドバー４の水平部４Ｘと垂直部４Ｙと端面プレート４Ｔとの内側隅部と、エンドプレート３の外側隅部との間に設けられる。分離隙間１７を設けて、バインドバー４とエンドプレート３の隅部を非接触状態とするのは、電池積層体２を圧縮するときの反作用が、隅部に集中して作用しないようにするためである。分離隙間１７は、非接触状態とする面積を大きくして、隅部に強い応力が作用するのを効果的に阻止できる。ただ、分離隙間１７による非接触状態の面積が大き過ぎると、端面プレート４Ｔがエンドプレート３に接触する面積が小さくなる。したがって、分離隙間１７で非接触状態となる面積は、例えば１ｍｍ^２以上であって、２５ｍｍ^２よりも小さく、好ましくは２ｍｍ^２以上であって、１０ｍｍ^２以下、さらに好ましく３ｍｍ^２以上であって、１０ｍｍ^２以下とする。

【0037】

さらに、図９〜図１１に示すバッテリシステムは、エンドプレート３’の外側隅部を面取りして、バインドバー４Ｂとエンドプレート３’との隅部を非接触状態としている。このバッテリシステムは、図１０の拡大斜視図のハッチングで示すように、エンドプレート３’の外側隅部３Ｓを面取りして分離隙間１７を設けて、バインドバー４とエンドプレート３’との隅部を非接触状態としている。このエンドプレート３’は、外側隅部３Ｓを平面状に面取りして分離隙間１７を設けているが、エンドプレートは、外側隅部を中央部が突出する湾曲面状に面取りして、分離隙間を設けることもできる。このエンドプレートは、湾曲面の一部がバインドバーの内側隅部に接触しない形状に面取りされて分離隙間を設ける。

【0038】

水平部４Ｘや垂直部４Ｙに突出部４Ｚを設けて、突出部４Ｚを直角に折曲して端面プレート４Ｔを設けるバインドバー４Ａは、図８の展開図に示すように、隅部となる領域１９を切除するように裁断した後、折曲加工し、また溶接して、バインドバー４Ａの隅部に貫通孔１８を設けて分離隙間１７を設けることができる。また、分離隙間１７を後加工で設けるバインドバーは、図１２に示すように、金属板を所定の形状にプレス成形して断面形状をＬ字状とするバインドバー４Ｃの両端に端面プレート４Ｔを設けた後、水平部４Ｘと垂直部４Ｙと端面プレート４Ｔとの隅部にドリルで貫通孔１８を設けて、分離隙間１７を設けることができる。貫通孔１８は、内側隅部４Ｓの内面側から外側に貫通するように、ドリルで貫通孔１８を開けて設けることができる。この方法は、金属板をプレス加工して、水平部４Ｘと垂直部４Ｙと端面プレート４Ｔとを一体構造に連結しているバインドバー４Ｃに簡単に分離隙間１７を設けることができる。

【0039】

本発明のバッテリシステムは、エンドプレート３’の外側隅部３Ｓを面取りすると共に、バインドバー４の水平部４Ｘと垂直部４Ｙと端面プレート４Ｔとの隅部に貫通孔１８を設けて、バインドバー４とエンドプレート３’との隅部を非接触状態として分離隙間１７を設けることもできる。

【0040】

さらに、図２と図４に示すバッテリシステム１００は、電池積層体２の上面に表面プレート８を配置しており、この表面プレート８で、互いに積層される角形電池１の封口板１０Ｂ側の端面（図において上面）をカバーしている。この表面プレート８は、電池積層体２の上面に沿う外形に成形している。この表面プレート８は、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂などの絶縁性のプラスチックで成形している。さらに、表面プレート８は、図２と図４に示すように、角形電池１の電極端子１３を表出させてバスバー３に接続するための開口窓２９を開口して設けている。図の表面プレート８は、電池積層体２の両側部に沿って、複数の開口窓２９を設けている。開口窓２９は、バスバー１４を定位置に案内しながら電極端子１３に接続できるように、バスバー１４の外形に沿う大きさと形状している。表面プレート８の開口窓２９に配置されるバスバー１４は、角形電池１の電極端子１３に固定されて、複数の角形電池１を所定の接続状態に接続する。ただ、電池パックは、必ずしも電池積層体の上面に表面プレートを配置する必要はない。

【0041】

図３の断面図に示すバッテリシステム１００は、電池積層体２を載置しているベースプレート９を備える。このベースプレート９は、エンドプレート３を固定している。エンドプレート３は、ベースプレート９に固定するために、角形電池１と平行な方向に延びる、図において上下方向に延びる貫通孔３ａを両側に設けている。この貫通孔３ａには固定ネジ２３が挿入され、固定ネジ２３は先端部をベースプレート９に固定して、エンドプレート３をベースプレート９に固定する。固定ネジ２３は、ベースプレート９に設けた雌ねじ孔９ａにねじ込まれて、ベースプレート９に固定され、あるいはベースプレートの底面に設けたナットにねじ込まれて、ベースプレートに固定される。

【0042】

図１０に示すように、車両に搭載されて、車両を走行させるモータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００は、ベースプレート９を車両のシャーシ９２とすることができる。このバッテリシステム１００は、車両のシャーシ９２の上に載せられ、エンドプレート３に設けた貫通孔３ａに固定ネジ２３を挿通し、固定ネジ２３をシャーシ９２に設けた雌ねじ孔（図示せず）にねじ込んで、車両のシャーシ９２に固定される。以上のバッテリシステム１００は、ベースプレート９を車両のシャーシ９２とするが、ベースプレートは必ずしも車両のシャーシには特定しない。たとえば、図１１に示すように、金属板でベースプレート９を製作して、このベースプレート９の上にバッテリシステム１００を固定することができる。このバッテリシステム１００は、ベースプレート９を車両のシャーシ９２の上に固定して、車両に搭載できる。

【0043】

以上のバッテリシステムは、以下の工程で組み立てられる。
（１）所定の個数の角形電池１を、間にスペーサ６を介在させる状態で、角形電池１の厚さ方向に積層して電池積層体２とする。このとき、互いに積層される複数の角形電池１は、封口板１０Ｂの両端部にある正負の電極端子１３が交互に逆向きとなるように積層する。
（２）電池積層体２の両端にエンドプレート３を配置し、一対のエンドプレート３を両側からプレス機（図示せず）で押圧して、エンドプレート３でもって、電池積層体２を所定の圧力で加圧し、角形電池１を圧縮して加圧状態に保持する。
（３）電池積層体２をエンドプレート３で加圧する状態で、電池積層体２の上面の定位置に表面プレート８を配置する。
（４）さらに、電池積層体２をエンドプレート３で加圧する状態で、一対のエンドプレート３にバインドバー４を連結して固定する。このとき、バインドバー４は、水平部４Ｘと垂直部４Ｙがエンドプレート３の外周面に配置されると共に、端面プレート４Ｔがエンドプレート３の外側面に配置される。
さらに、この状態で、プレス機によるエンドプレート３のプレス状態を解除して、端面プレート４Ｔをエンドプレート３の外側面に面接触状態に密着させる。その後、垂直部４Ｙを貫通する止ネジ２４をエンドプレート３の外周面にネジ止めして固定する。
この状態で、電池積層体２は、バインドバー４で所定の間隔に保持される一対のエンドプレート３を介して所定の締め付け圧に保持される。
（５）電池積層体２の両側において、互いに隣接する角形電池１の対向する電極端子１３同士をバスバー１４で連結する。バスバー１４は、表面プレート８の開口窓２９に配置されて、この開口窓２９から表出する電極端子１３同士を接続する。バスバー１４は、角形電池１を直列に接続し、あるいは直列と並列に接続する。バスバー１４は、電極端子１３にネジ止めされて、あるいは溶接されて電極端子１３に接続される。
（６）電池積層体２をベースプレート９の上面に配置して固定する。電池積層体２は、バインドバー４の水平部４Ｘとエンドプレート３の貫通孔３ａとを貫通する固定ネジ２３を介してベースプレート９に固定される。

【0044】

以上のバッテリシステムは、電動車両を走行させるモータに電力を供給する電源装置に最適である。ただ、本発明はバッテリシステムの用途を電動車両に搭載する電源装置には特定せず、たとえば、太陽光発電、風力発電などの自然エネルギーを蓄電する電源装置として使用でき、また深夜電力を蓄電する電源装置等の電源装置のように、大電力を蓄電する全ての用途に最適である。

【0045】

バッテリシステムを搭載する電動車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車やプラグインハイブリッド自動車、あるいはモータのみで走行する電気自動車等の電動車両が利用でき、これらの電動車両の電源として使用される。

【0046】

（ハイブリッド自動車用バッテリシステム）
図１３は、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両ＨＶは、車両ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００と、バッテリシステム１００の角形電池を充電する発電機９４と、エンジン９６、モータ９３、バッテリシステム１００、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、エンジン９６又はモータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。バッテリシステム１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。車両ＨＶは、バッテリシステム１００の角形電池を充放電しながらモータ９３とエンジン９６の両方で走行する。モータ９３は、エンジン効率の悪い領域、例えば加速時や低速走行時に駆動されて車両を走行させる。モータ９３は、バッテリシステム１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、エンジン９６で駆動され、あるいは車両にブレーキをかけるときの回生制動で駆動されて、バッテリシステム１００の角形電池を充電する。

【0047】

（電気自動車用バッテリシステム）
また、図１４は、モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両ＥＶは、車両ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００と、このバッテリシステム１００の角形電池を充電する発電機９４と、モータ９３、バッテリシステム１００、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えている。バッテリシステム１００は、ＤＣ／ＡＣインバータ９５を介してモータ９３と発電機９４に接続している。モータ９３は、バッテリシステム１００から電力が供給されて駆動する。発電機９４は、車両ＥＶを回生制動する時のエネルギーで駆動されて、バッテリシステム１００の角形電池を充電する。

【0048】

（蓄電装置用バッテリシステム）
さらに、このバッテリシステムは、移動体用の動力源としてのみならず、定置型の蓄電用設備としても利用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図１５に示す。この図に示すバッテリシステム１００は、複数の電池ブロック８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池ブロック８１は、複数の角形電池１が直列及び／又は並列に接続されている。各電池ブロック８１は、電源コントローラ８４により制御される。このバッテリシステム１００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このためバッテリシステム１００は、充電モードと放電モードを備える。負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳを介してバッテリシステム１００と接続されている。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、バッテリシステム１００の電源コントローラ８４によって切り替えられる。充電モードにおいては、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰからバッテリシステム１００への充電を許可する。また充電が完了し満充電になると、あるいは所定値以上の容量が充電された状態で負荷ＬＤからの要求に応じて、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＦＦに、放電スイッチＤＳをＯＮにして放電モードに切り替え、バッテリシステム１００から負荷ＬＤへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＮにして、負荷ＬＤの電力供給と、バッテリシステム１００への充電を同時に行うこともできる。

【0049】

バッテリシステム１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介してバッテリシステム１００と接続されている。バッテリシステム１００の放電モードにおいては、電源コントローラ８４が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、バッテリシステム１００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、バッテリシステム１００の電源コントローラ８４によって制御される。また電源コントローラ８４は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図１５の例では、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器ＨＴと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。

【0050】

各電池ブロック８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、入出力端子ＤＩと、異常出力端子ＤＡと、接続端子ＤＯとを含む。入出力端子ＤＩは、他の電池ブロック８１や電源コントローラ８４からの信号を入出力するための端子であり、接続端子ＤＯは他の電池ブロック８１に対して信号を入出力するための端子である。また異常出力端子ＤＡは、電池ブロック８１の異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池ブロック８１同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット８２は並列接続スイッチ８５を介して出力ラインＯＬに接続されて互いに並列に接続されている。

【産業上の利用可能性】

【0051】

本発明のバッテリシステムは、大電力が要求される車両のモータに電力を供給する電源装置や、自然エネルギーや深夜電力を蓄電する蓄電装置に最適に使用される。

【符号の説明】

【0052】

１００…バッテリシステム
１…角形電池
２…電池積層体 ２Ａ…第１の表面
３…エンドプレート ３’…エンドプレート
３Ｓ…外側隅部
３ａ…貫通孔
３ｂ…雌ねじ孔
４…バインドバー ４Ａ…バインドバー
４Ｂ…バインドバー
４Ｃ…バインドバー
４Ｘ…水平部
４Ｙ…垂直部
４Ｚ…突出部
４Ｔ…端面プレート
４Ｒ…積層部
４Ｓ…内側隅部
４ａ…貫通孔
４ｂ…貫通孔
７…スペーサ
８…表面プレート
９…ベースプレート ９ａ…雌ねじ孔
１０…電池ケース １０Ａ…外装缶
１０Ｂ…封口板
１１…排出弁
１２…ガス排出口
１３…電極端子
１４…バスバー
１５…冷却溝
１６…冷却隙間
１７…分離隙間
１８…貫通孔
１９…領域
２０…冷却プレート
２３…固定ネジ
２４…止ネジ
２９…開口窓
３２…電池積層体
３７…スペーサ ３７Ａ…露出部
８１…電池ブロック
８２…電池ユニット
８４…電源コントローラ
８５…並列接続スイッチ
９０…車両本体
９２…シャーシ
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
９７…車輪
２０２…電池積層体
２０３…エンドプレート
２０４…バインドバー ２０４Ｘ…水平部
２０４Ｙ…垂直部
２０４Ｔ…端面プレート
ＥＶ…車両
ＨＶ…車両
ＬＤ…負荷
ＣＰ…充電用電源
ＤＳ…放電スイッチ
ＣＳ…充電スイッチ
ＯＬ…出力ライン
ＨＴ…ホスト機器
ＤＩ…入出力端子
ＤＡ…異常出力端子
ＤＯ…接続端子

【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】