特開 2022-78378 電源装置及びこれを用いた電動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】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022078378

(43)【公開日】2022-05-25

(54)【発明の名称】電源装置及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/20 20210101AFI20220518BHJP

【ＦＩ】

H01M2/10 S

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2019062920

(22)【出願日】2019-03-28

(71)【出願人】

【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】100104949

【弁理士】

【氏名又は名称】豊栖 康司

(74)【代理人】

【識別番号】100074354

【弁理士】

【氏名又は名称】豊栖 康弘

(72)【発明者】

【氏名】山城 豪

(72)【発明者】

【氏名】森下 大樹

【テーマコード（参考）】

5H040

【Ｆターム（参考）】

5H040AA07

5H040AS07

5H040AT02

5H040AY10

5H040CC24

5H040CC26

5H040CC34

5H040JJ05

5H040LL06

5H040NN03

(57)【要約】

【課題】二次電池セルの膨張や収縮といった変形に対する追随性を高めた電源装置及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置を提供する。
【解決手段】電源装置１００は、外装缶を角型とする複数の二次電池セル１と、複数の二次電池セル１を積層した電池積層体１０の両側端面を覆う一対のエンドプレート２０と、複数の二次電池セル１の積層方向に沿って延長された板状で、電池積層体１０の対向する側面にそれぞれ配置されて、エンドプレート２０同士を締結する複数の締結部材１５とを備えている。また電池積層体１０の積層方向における中間部分に、空間ＳＰが形成されている。空間ＳＰに、電池積層体１０の積層方向を押圧するように付勢されたばね部材４０を備えている。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外装缶を角型とする複数の二次電池セルと、
前記複数の二次電池セルを積層した電池積層体の両側端面を覆う一対のエンドプレートと、
前記複数の二次電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、前記電池積層体の対向する側面にそれぞれ配置されて、前記エンドプレート同士を締結する複数の締結部材と、
を備える電源装置であって、
前記電池積層体の積層方向における中間部分に空間が形成されており、
前記空間に、前記電池積層体の積層方向を押圧するように付勢されたばね部材を備えてなる電源装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電源装置であって、さらに、
前記ばね部材の両側に、該ばね部材を固定する押圧板をそれぞれ備えてなる電源装置。

【請求項3】

請求項２に記載の電源装置であって、
前記押圧板が、前記ばね部材をインサート成形した樹脂部材である電源装置。

【請求項4】

請求項２又は３に記載の電源装置であって、
前記ばね部材が、前記押圧板の中央に固定されてなる電源装置。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記電池積層体の積層方向における中央に、前記空間が配置されてなる電源装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記ばね部材が、コイルばねである電源装置。

【請求項7】

請求項１～５のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記ばね部材が、板ばねである電源装置。

【請求項8】

請求項１～７のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記ばね部材が複数設けられてなる電源装置。

【請求項9】

請求項１～８のいずれか一に記載の電源装置を備える車両であって、
前記電源装置と、該電源装置から電力供給される走行用のモータと、前記電源装置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車両。

【請求項10】

請求項１～８のいずれか一に記載の電源装置を備える蓄電装置であって、
前記電源装置と、該電源装置への充放電を制御する電源コントローラとを備えており、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二次電池セルへの充電を可能とすると共に、該二次電池セルに対し充電を行うよう制御する蓄電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源装置及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

電源装置は、電動車両の駆動用の電源装置や蓄電用の電源装置等に利用されている。このような電源装置は、充放電可能な複数の二次電池セルを複数枚積層している。一般的には、図２０の斜視図に示すように、電源装置９００は角型の外装缶の二次電池セル９０１を、絶縁性のスペーサ９０２と交互に積層した電池積層体の両側の端面に、それぞれエンドプレート９０３を配置し、エンドプレート９０３同士を金属製のバインドバー９０４で締結している。

【0003】

二次電池セルは、充放電を繰り返すと外装缶が膨張、収縮する。特に近年の高容量化の要求に伴い、二次電池セル一枚あたりの高容量化が進んでおり、この結果、膨張量も大きくなる傾向にある。このような二次電池セルを多数枚、積層して締結している電池積層体においては、膨張量も二次電池セルの数に応じて大きくなる。この結果、バインドバーへの負荷が大きくなる。これに対して、バインドバーの強度を高めることが考えられる。

【0004】

しかしながら、バインドバーを高い強度の金属板で構成しても、金属の場合は弾性率が低いため、復元力が弱くなる。すなわち、二次電池セルが膨張した際には、金属製のバインドバーが延伸して変形したとしても、二次電池セルが収縮した際には、バインドバーが元の形状に復元しない場合、バインドバーによる電池積層体の締結力が低下し、衝撃や振動で位置ずれ等が生じるという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平９－１２０８０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的の一は、二次電池セルの膨張や収縮といった変形に対する追随性を高めた電源装置及びこれを用いた電動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】

【0007】

本発明のある側面に係る電源装置は、外装缶を角型とする複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルを積層した電池積層体の両側端面を覆う一対のエンドプレートと、前記複数の二次電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、前記電池積層体の対向する側面にそれぞれ配置されて、前記エンドプレート同士を締結する複数の締結部材とを備えている。また前記電池積層体の積層方向における中間部分に、空間が形成されている。前記空間に、前記電池積層体の積層方向を押圧するように付勢されたばね部材を備えている。

【発明の効果】

【0008】

以上の電源装置によれば、二次電池セルの積層方向に設けた空間によって電池積層体の積層方向長さの変形を吸収しつつ、ばね部材によって締結状態を維持できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態１に係る電源装置を示す斜視図である。

【図2】図１の電源装置の分解斜視図である。

【図3】図１の電源装置の平面図である。

【図4】図１の電源装置のＩＶ－ＩＶ線における水平断面図である。

【図5】図１の電源装置のＶ－Ｖ線における垂直断面図である。

【図6】図２の締結部材の分解斜視図である。

【図7】ばね部材の斜視図である。

【図8】実施形態２に係る電源装置の水平断面図である。

【図9】ばね部材を収縮した状態を示す斜視図である。

【図10】ばね部材を延伸させた状態を示す斜視図である。

【図11】実施形態３係る電源装置のばね部材を示す斜視図である。

【図12】実施形態４に係る電源装置のばね部材を示す斜視図である。

【図13】実施形態５に係る電源装置のばね部材を示す斜視図である。

【図14】実施形態６に係る電源装置のばね部材を示す斜視図である。

【図15】実施形態７に係る電源装置の斜視図である。

【図16】比較例に係る電源装置の分解斜視図である。

【図17】エンジンとモータで走行するハイブリッド車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。

【図18】モータのみで走行する電気自動車に電源装置を搭載する例を示すブロック図である。

【図19】蓄電用の電源装置に適用する例を示すブロック図である。

【図20】従来の電源装置を示す分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

本発明の実施形態は、以下の構成によって特定されてもよい。

【0011】

本発明の一実施形態に係る電源装置は、さらに、前記ばね部材の両側に、該ばね部材を固定する押圧板をそれぞれ備えている。

【0012】

本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記押圧板が、前記ばね部材をインサート成形した樹脂部材である。

【0013】

また、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記ばね部材が、前記押圧板の中央に固定されている。

【0014】

さらに、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記電池積層体の積層方向における中央に、前記空間が配置されている。

【0015】

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記ばね部材が、コイルばねである。

【0016】

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記ばね部材が、板ばねである。

【0017】

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記ばね部材を複数設けている。

【0018】

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電動車両は、上記何れかの電源装置と、該電源装置から電力供給される走行用のモータと、前記電源装置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。

【0019】

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る蓄電装置は、上記何れかの電源装置と、該電源装置への充放電を制御する電源コントローラと備えて、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二次電池セルへの充電を可能とすると共に、該二次電池セルに対し充電を行うよう制御する。

【0020】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は、特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

【0021】

実施形態に係る電源装置は、ハイブリッド車や電気自動車などの電動車両に搭載されて走行用モータに電力を供給する電源、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの発電電力を蓄電する電源、あるいは深夜電力を蓄電する電源など、種々の用途に使用され、とくに大電力、大電流の用途に好適な電源として使用される。以下の例では、電動車両の駆動用の電源装置に適用した実施形態について、説明する。
［実施形態１］

【0022】

本発明の実施形態１に係る電源装置１００を、図１～図５にそれぞれ示す。これらの図において、図１は実施形態１に係る電源装置１００を示す斜視図、図２は図１の電源装置１００の分解斜視図、図３は図１の電源装置１００の平面図、図４は図１の電源装置１００のＩＶ－ＩＶ線における水平断面図、図５は図１の電源装置１００のＶ－Ｖ線における垂直断面図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源装置１００は、複数の二次電池セル１を積層した電池積層体１０と、この電池積層体１０の両側端面を覆う一対のエンドプレート２０と、エンドプレート２０同士を締結する複数の締結部材１５と、複数の締結部材１５の各々と電池積層体１０の間に介在される絶縁性の絶縁シート３０とを備える。
（電池積層体１０）

【0023】

電池積層体１０は、図１～図２等に示すように、正負の電極端子２を備える複数の二次電池セル１と、これら複数の二次電池セル１の電極端子２に接続されて、複数の二次電池セル１を並列かつ直列に接続するバスバー（図示せず）を備える。これらのバスバーを介して複数の二次電池セル１を並列や直列に接続している。二次電池セル１は、充放電可能な二次電池である。電源装置１００は、複数の二次電池セル１が並列に接続されて並列電池グループを構成すると共に、複数の並列電池グループが直列に接続されて、多数の二次電池セル１が並列かつ直列に接続される。図１～図２に示す電源装置１００は、複数の二次電池セル１を積層して電池積層体１０を形成している。また電池積層体１０の両端面には一対のエンドプレート２０が配置される。このエンドプレート２０同士に、締結部材１５の端部を固定して、積層状態の二次電池セル１を押圧した状態に固定する。
（二次電池セル１）

【0024】

二次電池セル１は、幅広面である主面の外形を四角形とし、一定のセル厚さＣＤを有する角形電池であって、幅よりも厚さを薄くしている。さらに、二次電池セル１は、充放電できる二次電池であって、リチウムイオン二次電池としている。ただ、本発明は、二次電池セルを角形電池には特定せず、またリチウムイオン二次電池にも特定しない。二次電池セルには、充電できる全ての電池、たとえばリチウムイオン二次電池以外の非水系電解液二次電池やニッケル水素二次電池セルなども使用できる。

【0025】

二次電池セル１は、図２～図５に示すように、正負の電極板を積層した電極体を外装缶１ａに収納して、電解液を充填して気密に密閉している。外装缶１ａは、底を閉塞する四角い筒状に成形しており、この上方の開口部を金属板の封口板１ｂで気密に閉塞している。外装缶１ａは、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板を深絞り加工して製作される。封口板１ｂは、外装缶１ａと同じように、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板で製作される。封口板１ｂは、外装缶１ａの開口部に挿入され、封口板１ｂの外周と外装缶１ａの内周との境界にレーザ光を照射して、封口板１ｂを外装缶１ａにレーザ溶接して気密に固定している。
（電極端子２）

【0026】

二次電池セル１は、図２等に示すように天面である封口板１ｂを端子面１Ｘとして、この端子面１Ｘの両端部に正負の電極端子２を固定している。電極端子２は、突出部を円柱状としている。ただ、突出部は、必ずしも円柱状とする必要はなく、多角柱状又は楕円柱状とすることもできる。

【0027】

二次電池セル１の封口板１ｂに固定される正負の電極端子２の位置は、正極と負極が左右対称となる位置としている。これにより、図２～図３等に示すように、二次電池セル１を左右反転させて積層し、隣接して接近する正極と負極の電極端子２をバスバーで接続することで、隣接する二次電池セル１同士を直列に接続できるようにしている。なお、本発明は、電池積層体を構成する二次電池セルの個数とその接続状態を特定しない。後述する他の実施形態も含めて、電池積層体を構成する二次電池セルの個数、及びその接続状態を種々に変更することもできる。
（電池積層体１０）

【0028】

複数の二次電池セル１は、各二次電池セル１の厚さ方向が積層方向となるように積層されて電池積層体１０を構成している。電池積層体１０は、正負の電極端子２を設けている端子面１Ｘ、図１～図２においては封口板１ｂが同一平面となるように、複数の二次電池セル１を積層している。

【0029】

電池積層体１０は、隣接して積層される二次電池セル１同士の間に、絶縁スペーサ１６を介在させてもよい。絶縁スペーサ１６は、樹脂等の絶縁材で薄いプレート状又はシート状に製作されている。絶縁スペーサ１６は、二次電池セル１の対向面とほぼ等しい大きさのプレート状とする。この絶縁スペーサ１６を互いに隣接する二次電池セル１の間に積層して、隣接する二次電池セル１同士を絶縁できる。なお、隣接する二次電池セル間に配置されるスペーサとしては、二次電池セルとスペーサの間に冷却気体の流路が形成される形状のスペーサを用いることもできる。また、二次電池セルの表面を絶縁材で被覆することもできる。例えばＰＥＴ樹脂等のシュリンクチューブで二次電池セルの電極部分を除く外装缶の表面を熱溶着させてもよい。この場合は、絶縁スペーサを省略してもよい。また、複数の二次電池セルを多並列、多直列に接続する電源装置においては、互いに直列に接続される二次電池セル同士の間に絶縁スペーサを介在させて絶縁する一方、互いに並列に接続される二次電池セル同士においては、隣接する外装缶同士に電圧差が生じないので、これらの二次電池セルの間の絶縁スペーサを省略することもできる。

【0030】

さらに、図２に示す電源装置１００は、電池積層体１０の両端面にエンドプレート２０を配置している。なおエンドプレート２０と電池積層体１０の間に端面スペーサ１７を介在させて、これらを絶縁してもよい。端面スペーサ１７も、樹脂等の絶縁材で薄いプレート状又はシート状に製作できる。

【0031】

実施形態１に係る電源装置１００は、複数の二次電池セル１が互いに積層される電池積層体１０において、互いに隣接する複数の二次電池セル１の電極端子２同士をバスバーで接続して、複数の二次電池セル１を並列かつ直列に接続する。また、電池積層体１０とバスバーとの間にバスバーホルダを配置してもよい。バスバーホルダを用いることで、複数のバスバーを互いに絶縁し、かつ二次電池セルの端子面とバスバーとを絶縁しながら、複数のバスバーを電池積層体の上面の定位置に配置できる。

【0032】

バスバーは、金属板を裁断、加工して所定の形状に製造される。バスバーを構成する金属板には、電気抵抗が小さく、軽量である金属、例えばアルミニウム板や銅板、あるいはこれらの合金が使用できる。ただ、バスバーの金属板は、電気抵抗が小さくて軽量である他の金属やこれらの合金も使用できる。
（エンドプレート２０）

【0033】

エンドプレート２０は、図１～図４に示すように、電池積層体１０の両端に配置されると共に、電池積層体１０の両側面に沿って配置される左右一対の締結部材１５を介して締結される。エンドプレート２０は、電池積層体１０の二次電池セル１の積層方向における両端であって、端面スペーサ１７の外側に配置されて電池積層体１０を両端から挟着している。
（段差部２０ｂ）

【0034】

エンドプレート２０は、締結部材１５で締結した状態で、締結部材１５に設けた係止ブロック１５ｂを係止するための段差部２０ｂを形成している。段差部２０ｂは、後述する締結部材１５の係止ブロック１５ｂを係止できる大きさと形状に形成される。図２の例では、エンドプレート２０を水平断面視Ｔ字状となるように、鍔状の段差部２０ｂが形成されている。また段差部２０ｂの近傍に、エンドプレートねじ穴２０ｃを開口している。
（締結部材１５）

【0035】

締結部材１５は、両端を電池積層体１０の両端面に配置されたエンドプレート２０に固定される。複数の締結部材１５でもってエンドプレート２０を固定し、もって電池積層体１０を積層方向に締結している。各締結部材１５は、図２、図６等に示すように、電池積層体１０の側面に沿う所定の幅と所定の厚さを有する金属製で、電池積層体１０の両側面に対向して配置されている。この締結部材１５には、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなる締結部材１５は、プレス成形等により折曲加工されて所定の形状に形成される。

【0036】

締結部材１５は、図６の分解斜視図に示すように、締結主面１５ａと、ブロック状の係止ブロック１５ｂを備える。締結主面１５ａは板状の部材で、上下をコ字状に折曲して折曲片１５ｄを形成している。上下の折曲片１５ｄは、電池積層体１０の左右側面において、電池積層体１０の上下面を隅部から覆う。

【0037】

係止ブロック１５ｂは、締結主面１５ａの両側にそれぞれ固定されている。係止ブロック１５ｂは所定の厚さを有する板状で、締結主面１５ａの内側に突出する姿勢で固定されている。締結部材１５をエンドプレート２０に連結する状態で、エンドプレート２０に設けた段差部２０ｂに係止ブロック１５ｂが係止されて、締結部材１５を電池積層体１０の両側の定位置に配置する。係止ブロック１５ｂは、スポット溶接やレーザ溶接等の溶接により締結主面１５ａに固定される。

【0038】

この係止ブロック１５ｂは、エンドプレート２０を締結した状態で、エンドプレートねじ穴２０ｃと一致するように、締結側貫通孔１５ｂｃを開口している。また締結主面１５ａは、締結側貫通孔１５ｂｃと対応する位置に、締結主面側貫通孔１５ａｃを開口している。締結側貫通孔１５ｂｃと締結主面側貫通孔１５ａｃは、係止ブロック１５ｂを締結主面１５ａに固定した状態で合致するように設計される。

【0039】

係止ブロック１５ｂに開口された締結側貫通孔１５ｂｃは、複数個を、係止ブロック１５ｂの延長方向に沿うように配置している。同様に締結主面側貫通孔１５ａｃも、複数個を締結主面１５ａの端縁、あるいは係止ブロック１５ｂの延長方向に沿うように開口させている。これに応じてエンドプレートねじ穴２０ｃも、エンドプレート２０の側面に沿って複数個が形成されている。

【0040】

係止ブロック１５ｂは、複数のボルト１５ｆを介してエンドプレート２０の外周面に固定している。なお、これら締結主面１５ａと係止ブロック１５ｂ、エンドプレート２０との固定は、必ずしもボルトを用いた螺合に限られず、ピンやリベット等としてもよい。

【0041】

締結主面１５ａと係止ブロック１５ｂは、鉄、鉄合金、ＳＵＳ、アルミニウム、アルミニウム合金等とすることができる。さらに係止ブロック１５ｂは、電池積層方向の横幅を１０ｍｍ以上とすることができる。さらにまたエンドプレート２０は、金属製とすることができる。好ましくは、係止ブロック１５ｂと締結主面１５ａを、同じ金属製とする。これによって、係止ブロック１５ｂと締結主面１５ａとの溶接が容易に行える。

【0042】

このように締結部材１５を、長手方向の左右端部、すなわち電池積層体１０の積層層方向において折曲して、エンドプレート２０の主面側から螺合するのでなく、図１～図４に示すように締結部材１５を、電池積層体１０の積層方向においては平板状として、エンドプレート２０に係止する折曲部を設けることなく、係止ブロック１５ｂと段差部２０ｂによる係止構造と螺合とによって、電池積層体１０を締結することで、剛性を高め、二次電池セル１の膨張による破断等のおそれを緩和できる。

【0043】

多数の二次電池セル１を積層している電源装置１００は、複数の二次電池セル１からなる電池積層体１０の両端に配置されるエンドプレート２０を締結部材１５で連結することで、複数の二次電池セル１を拘束するように構成されている。複数の二次電池セル１を、高い剛性をもつエンドプレート２０や締結部材１５を介して拘束することで、充放電や劣化に伴う二次電池セル１の膨張、変形、相対移動、振動による誤動作などを抑制できる。
（絶縁シート３０）

【0044】

また締結部材１５と電池積層体１０の間には、絶縁シート３０が介在される。絶縁シート３０は絶縁性を備える材質、例えば樹脂などで構成され、金属製の締結部材１５と電池セルとの間を絶縁している。図２等に示す絶縁シート３０は、電池積層体１０の側面を覆う平板３１と、この平板３１の上下にそれぞれ設けられた折曲被覆部３２とで構成される。折曲被覆部３２は、締結部材１５の折曲片１５ｄを覆うように、平板３１からコ字状に折曲した後、さらに折り返している。これにより折曲片１５ｄは、上面から側面及び下面にかけて絶縁性の折曲被覆部で覆うことにより、二次電池セル１と締結部材１５の意図しない導通を回避することができる。

【0045】

また折曲片１５ｄは、折曲被覆部を介して、電池積層体１０の二次電池セル１の上面及び下面を押圧する。これにより、各二次電池セル１を上下方向から折曲片１５ｄで押圧して高さ方向に保持し、振動や衝撃等が電池積層体１０に印加されても、各二次電池セル１が上下方向に位置ずれしないように維持できる。

【0046】

なお、電池積層体や電池積層体の表面が絶縁されている場合、例えば二次電池セルが絶縁性のケースに収納されていたり、樹脂製の熱収縮性チューブで覆われている場合、又は締結部材の表面に絶縁性の塗料やコーティングが施されている場合、あるいは締結部材が絶縁性の材質で構成されている場合等は、絶縁シートを不要とできる。また絶縁シートも、電池積層体の下面側で締結部材の折曲片との絶縁を考慮しなくてよい場合は、折曲被覆部を上端側にのみ形成してもよい。例えば二次電池セルを熱収縮性チューブで被覆している場合等が該当する。また絶縁シートは、上述したバスバーを保持するバスバーホルダと兼用するように構成してもよい。
（空間ＳＰ）

【0047】

図１、図４等に示すように、電池積層体の積層方向における中間部分には、空間ＳＰが形成されている。このように二次電池セル１の積層方向に空間ＳＰを設けることで、電池積層体１０が積層方向に膨張しても、この空間ＳＰが狭くなることで変化分を吸収できる。空間ＳＰは、電池積層体１０の積層方向における中央に配置することが好ましい。このようにすることで、電池積層体１０の変化分を中央の一箇所でまとめて吸収でき、電池積層体１０の変位が抑えられる。例えば電池積層体１０の総端子の移動量を抑制でき、移動によって総端子の固定部分にかかる負荷を低減できる。図１の例では１１枚の二次電池セル１を積層しているため、５枚の二次電池セル１と６枚の二次電池セル１との間に、空間ＳＰが配置される。
（ばね部材４０）

【0048】

またこの空間ＳＰ内には、ばね部材４０が配置されている。ばね部材４０の構成例を、図７の斜視図に示す。この図に示すばね部材４０は、その両側に押圧板４２をそれぞれ設けている。ばね部材４０は、電池積層体１０を、二次電池セル１の積層方向に押圧するように付勢されている。このような構成により、積層方向に設けた空間ＳＰで膨張時の変位を吸収しつつ、ばね部材４０によって二次電池セル１の締結状態を維持できる。図７の例では、ばね部材４０は、押圧板４２の主面のほぼ中央に固定されている。
（押圧板４２）

【0049】

押圧板４２は、それぞれ二次電池セル１の外装缶の側面とほぼ同じ大きさに形成される。この押圧板４２は、ばね部材４０から伝達された応力を分散させて、二次電池セル１の側面を均一に押圧する。この押圧板４２は、十分な強度を有する材質で構成する。好ましくは、絶縁性を有する樹脂材で構成する。これにより、ばね部材４０に金属製のばねを用いたときに絶縁を担保できる。

【0050】

図７の押圧板４２は、ばね部材４０を固定するばね保持部４４を形成している。ばね保持部４４は、コイルばねの外径よりも大きい外径の筒状に形成されて、コイルばねの周囲を固定する。図７の例では、押圧板４２は、ばね部材４０の両側をばね保持部４４でインサート成形した樹脂部材としている。これにより、ばね部材４０を押圧板４２に安定的に固定できる。

【0051】

ばね保持部４４の厚さが大きいと、空間ＳＰ内での電池積層体１０の膨張量が制限される。一方で、ばね部材４０を強固に押圧板４２に固定するため、ある程度の長さも必要となる。よって、ばね保持部４４の厚さは、空間ＳＰ内での電池積層体１０の膨張量とばね部材４０の固定の強度を考慮して設計される。ばね保持部４４の厚さは、例えば１ｍｍ～５０ｍｍに調整される。

【0052】

あるいは、押圧板４２を金属プレートで構成してもよい。この場合は電池積層体１０との間で絶縁する必要があるため、例えば押圧板４２と電池積層体１０の端面との間に絶縁性の部材を介在させる。
（ストッパ４６）

【0053】

２枚の押圧板４２は、ばね部材４０を介して平行状態に離間されている。また押圧板４２同士の間に、ストッパ４６を設けてもよい。ストッパ４６は、押圧板４２同士の幅がこれ以上短くならない最小値を規定する。例えば図８の水平断面図に示す実施形態２に係る電源装置２００のように、一方の押圧板４２の隅部に、それぞれストッパ４６を固定する。各ストッパ４６は棒状に突出されており、先端を平坦面としている。これにより、ストッパ４６の長さＷＰ分に空間ＳＰの最小幅に規定して、ばね部材４０が圧縮状態の下限を越えないように保護できる。

【0054】

このように、ばね部材４０の両側にそれぞれ押圧板４２を設けることで、ばね部材４０の両側で均等な面圧で押圧力を発揮でき、電池積層体１０の中間に配置されたばね部材４０でもって変形量を吸収しながら、押圧状態を維持できる。すなわち、図９の斜視図に示すように二次電池セル１の膨張時には、空間ＳＰの幅Ｗ１が狭くなることで電池積層体１０が長くなる変形分を吸収しつつ、空間ＳＰ内でばね部材４０が押圧板４２を介して電池積層体１０の中間で左右を押圧することで締結状態を保つ。一方で、図１０に示すように膨張した二次電池セル１が元の状態に復元した際には、空間ＳＰの幅Ｗ２が大きくなるようにばね部材４０が電池積層体１０の中間で左右を押圧することで、電池積層体１０の締結状態を維持できる。

【0055】

ばね部材４０は、金属製の部材で構成することが好ましい。図７の例では、コイルばねとしている。ただばね部材４０はコイルばねに限らず、他の弾性体が適宜利用できる。例えば弾性体を板ばねで構成してもよい。板ばねの弾性体は、例えば図１１に示す実施形態３に係る電源装置３００のように、ばね部材４０Ｂである板ばねを山形に折曲して押圧板４２で電池積層体１０の中間に介在させる態様とする。あるいは図１２に示す実施形態４に係る電源装置４００のように、押圧板４２から外方に向かって凸状に湾曲させたばね部材４０Ｃとしてもよい。あるいはまた、図１３に示す実施形態５に係る電源装置のように、ばね部材４０Ｄを皿ばねで構成してもよい。

【0056】

さらに、図７等の例ではばね部材４０を一のみ設けた例を説明したが、図１４に示す実施形態６に係る電源装置のように、ばね部材４０Ｅを複数、押圧板４２上の異なる位置に設ける構成としてもよい。

【0057】

上述の通り、二次電池セル１の積層枚数は任意に調整できる。例えば図１５の斜視図に示す電源装置７００のように、多数の二次電池セル１（ここでは３６枚）を積層した電池積層体１０の中間に、ばね部材４０を設けてもよい。より多くの出力を得るために、電源装置を複数台組み合わせて使用することがある。例えば電動車両においては、一定枚数の二次電池セルを積層した電源装置を、複数台連ねて、直列や並列に接続することにより、より高出力化、高容量化を図ることが行われている。一方で、電源装置の小型化や軽量化が強く求められている。二次電池セルの積層方向に空間を設ける構成においては、空間を設けた分だけ電源装置の全長が長くなる。このような電源装置を複数台連ねると、空間の数も電源装置の台数分だけ累積されて、装置全体が大型化することになる。例えば図１６に示すように、電池積層体１０の端面とエンドプレート２０との間にばね部材４０を配置した電源装置８００を用いる場合においては、このような電源装置８００を直列に、すなわち二次電池セル１の積層方向に一直線上に配置すると、空間ＳＰの数だけ装置全体が長くなってしまう。そこで、図１５に示すように空間ＳＰを二次電池セル１の端面でなく、中間に設けると共に、中間のエンドプレートも省略して、すべての二次電池セル１を一体的に積層すると共に、この積層方向に設けた空間ＳＰを共通化することで、空間の数を低減し、さらにエンドプレートを省略したこととも相俟って、装置全体の全長を短くできる利点が得られる。

【0058】

以上の電源装置１００は、複数の二次電池セル１を積層した電池積層体１０の両端に配置されるエンドプレート２０を締結部材１５で連結することで、複数の二次電池セル１を拘束する。複数の二次電池セル１を、高い剛性をもつエンドプレート２０や締結部材１５を介して拘束することで、充放電や劣化に伴う二次電池セル１の膨張、変形、相対移動、振動による誤動作などを抑制できる。また二次電池セル１の膨張や収縮によって、電池積層体１０の積層方向における長さが変化することを、積層方向に設けた空間ＳＰで吸収しつつ、ばね部材４０でもって二次電池セル１を締結する方向に付勢することにより、空間ＳＰを設けたことによるがたつきを抑え、安定的に二次電池セル１を保持しながら、その変形を許容できる。

【0059】

以上のように、本実施形態に係る電源装置１００によれば、二次電池セル１の膨張によって生じる電池積層方向に拡がろうとする応力が、締結部分そのものに加えて、段差部２０ｂと係止ブロック１５ｂによる係合、締結部分と係止ブロック１５ｂの溶接、ボルト１５ｆによる螺合の各部材に印加されることになる。よってこれら各部材の剛性を高めて応力を適度に分散させることで、全体としての剛性を高めて二次電池セル１の膨張、収縮に対応可能な電源装置１００を実現できる。

【0060】

以上の電源装置１００は、電動車両を走行させるモータに電力を供給する車両用の電源として利用できる。電源装置１００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、これらの車両の電源として使用される。なお、電動車両を駆動する電力を得るために、上述した電源装置１００を直列や並列に多数接続して、さらに必要な制御回路を付加した大容量、高出力の電源装置を構築した例として説明する。
（ハイブリッド車用電源装置）

【0061】

図１７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電源装置１００を搭載する例を示す。この図に示す電源装置１００を搭載した車両ＨＶは、車両本体９１と、この車両本体９１を走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、これらのエンジン９６及び走行用のモータ９３で駆動される車輪９７と、モータ９３に電力を供給する電源装置１００と、電源装置１００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置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、電源装置１００の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、電源装置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、電源装置１００の電池を充電する。なお、車両ＨＶは、図１７に示すように、電源装置１００を充電するための充電プラグ９８を備えてもよい。この充電プラグ９８を外部電源と接続することで、電源装置１００を充電できる。
（電気自動車用電源装置）

【0062】

また、図１８は、モータのみで走行する電気自動車に電源装置１００を搭載する例を示す。この図に示す電源装置１００を搭載した車両ＥＶは、車両本体９１と、この車両本体９１を走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３で駆動される車輪９７と、このモータ９３に電力を供給する電源装置１００と、この電源装置１００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置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、電源装置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、電源装置１００の電池を充電する。また車両ＥＶは充電プラグ９８を備えており、この充電プラグ９８を外部電源と接続して電源装置１００を充電できる。
（蓄電装置用の電源装置）

【0063】

さらに、本発明は、電源装置の用途を、車両を走行させるモータの電源には特定しない。実施形態に係る電源装置は、太陽光発電や風力発電等で発電された電力で電池を充電して蓄電する蓄電装置の電源として使用することもできる。図１９は、電源装置１００の電池を太陽電池８２で充電して蓄電する蓄電装置を示す。

【0064】

図１９に示す蓄電装置は、家屋や工場等の建物８１の屋根や屋上等に配置された太陽電池８２で発電される電力で電源装置１００の電池を充電する。この蓄電装置は、太陽電池８２を充電用電源として充電回路８３で電源装置１００の電池を充電した後、ＤＣ／ＡＣインバータ８５を介して負荷８６に電力を供給する。このため、この蓄電装置は、充電モードと放電モードを備えている。図に示す蓄電装置は、ＤＣ／ＡＣインバータ８５と充電回路８３を、それぞれ放電スイッチ８７と充電スイッチ８４を介して電源装置１００と接続している。放電スイッチ８７と充電スイッチ８４のＯＮ／ＯＦＦは、蓄電装置の電源コントローラ８８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８８は充電スイッチ８４をＯＮに、放電スイッチ８７をＯＦＦに切り替えて、充電回路８３から電源装置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、電源コントローラ８８は充電スイッチ８４をＯＦＦに、放電スイッチ８７をＯＮにして放電モードに切り替え、電源装置１００から負荷８６への放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチ８４をＯＮに、放電スイッチ８７をＯＮにして、負荷８６への電力供給と、電源装置１００への充電を同時に行うこともできる。

【0065】

さらに、電源装置は、図示しないが、夜間の深夜電力を利用して電池を充電して蓄電する蓄電装置の電源として使用することもできる。深夜電力で充電される電源装置は、発電所の余剰電力である深夜電力で充電して、電力負荷の大きくなる昼間に電力を出力して、昼間のピーク電力を小さく制限することができる。さらに、電源装置は、太陽電池の出力と深夜電力の両方で充電する電源としても使用できる。この電源装置は、太陽電池で発電される電力と深夜電力の両方を有効に利用して、天候や消費電力を考慮しながら効率よく蓄電できる。

【0066】

以上のような蓄電システムは、コンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用または工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機や道路用の交通表示器などのバックアップ電源用などの用途に好適に利用できる。

【産業上の利用可能性】

【0067】

本発明に係る電源装置及びこれを備える車両は、ハイブリッド車、燃料電池自動車、電気自動車、電動オートバイ等の電動車両を駆動するモータの電源用等に使用される大電流用の電源として好適に利用できる。例えばＥＶ走行モードとＨＥＶ走行モードとを切り替え可能なプラグイン式ハイブリッド電気自動車やハイブリッド式電気自動車、電気自動車等の電源装置が挙げられる。またコンピュータサーバのラックに搭載可能なバックアップ電源装置、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源装置、家庭内用、工場用の蓄電用電源、街路灯の電源等、太陽電池と組み合わせた蓄電装置、信号機等のバックアップ電源用等の用途にも適宜利用できる。

【符号の説明】

【0068】

１００、２００、３００、４００、７００、８００…電源装置
１…二次電池セル
１Ｘ…端子面
１ａ…外装缶
１ｂ…封口板
２…電極端子
１０…電池積層体
１５…締結部材
１５ａ…締結主面
１５ｂ…係止ブロック
１５ｄ…折曲片
１５ａｃ…締結主面側貫通孔
１５ｂｃ…締結側貫通孔
１５ｆ…ボルト
１６…絶縁スペーサ
１７…端面スペーサ
２０…エンドプレート
２０ｂ…段差部
２０ｃ…エンドプレートねじ穴
３０…絶縁シート
３１…平板
３２…折曲被覆部
４０、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ…ばね部材
４２…押圧板
４４…ばね保持部
４６…ストッパ
８１…建物
８２…太陽電池
８３…充電回路
８４…充電スイッチ
８５…ＤＣ／ＡＣインバータ
８６…負荷
８７…放電スイッチ
８８…電源コントローラ
９１…車両本体
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
９７…車輪
９８…充電プラグ
９００…電源装置
９０１…二次電池セル
９０２…スペーサ
９０３…エンドプレート
９０４…バインドバー
ＳＰ…空間
Ｗ１、Ｗ２…空間の幅
ＷＰ…ストッパの長さ
ＨＶ、ＥＶ…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16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】