特許 7242445 電源装置とこの電源装置を備える電動車両及び蓄電装置、電池セルユニット、電源装置の製造方法

(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】

(24)【登録日】2023-03-10

(45)【発行日】2023-03-20

(54)【発明の名称】電源装置とこの電源装置を備える電動車両及び蓄電装置、電池セルユニット、電源装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/289 20210101AFI20230313BHJP

   H01M 50/291 20210101ALI20230313BHJP

   H01M 50/293 20210101ALI20230313BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20230313BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20230313BHJP

   H01M 50/262 20210101ALI20230313BHJP

   H01M 50/264 20210101ALI20230313BHJP

【ＦＩ】

H01M50/289 101

H01M50/291

H01M50/293

H01M50/209

H01M50/249

H01M50/262 Z

H01M50/264

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2019122483

(22)【出願日】2019-06-28

(65)【公開番号】P2021009786

(43)【公開日】2021-01-28

【審査請求日】2022-04-06

(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】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】高橋 宏行

【審査官】福井 晃三

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０３１４５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／０８２５０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０６０７５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／１６３８１６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２０－５０／２９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外装缶を角形とし、対向する主面を有する複数の電池セルと、
前記電池セルの少なくとも一方の主面と当接するように積層されたセパレータと、
前記セパレータが積層された前記電池セルの主面を被覆する熱収縮性フィルムと、
前記熱収縮性フィルムで被覆された複数の前記電池セルを、隣接する該電池セル同士の間に前記セパレータが介在されるように積層してなる電池積層体の両端面に配置された一対のエンドプレートと、
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バインドバーと、
を備える電源装置であって、
前記セパレータが、非接着状態で前記電池セルの前記主面に積層されると共に、該セパレータの外周縁が該主面の外周縁に合わされて位置決めされ、さらに、熱収縮された前記熱収縮性フィルムで被覆されて該電池セルの定位置に固定されてなる電源装置。

【請求項2】

請求項１に記載される電源装置であって、
前記セパレータは、前記電池セルの主面の外形に沿う四角形状であって、前記主面の横幅と等しい横幅を有しており、
前記セパレータの両側縁が前記主面の両側縁に一致されて、該主面の定位置に位置決めされてなる電源装置。

【請求項3】

請求項１または２に記載される電源装置であって、
前記セパレータは、前記電池セルの主面の外形に沿う四角形状であって、
前記セパレータの下端縁が前記主面の下側縁に一致されて、該主面の定位置に位置決めされてなる電源装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれかに記載される電源装置であって、
前記熱収縮性フィルムが、前記セパレータが積層された前記電池セルの主面、側面及び底面の全体を被覆してなる電源装置。

【請求項5】

請求項１ないし４のいずれかに記載される電源装置であって、
前記セパレータが、前記電池セルの一方の主面に配置されてなる電源装置。

【請求項6】

請求項１ないし４のいずれかに記載される電源装置であって、
前記セパレータが、前記電池セルの両方の主面に配置されてなる電源装置。

【請求項7】

請求項１ないし６のいずれかに記載される電源装置であって、
前記熱収縮性フィルムが、前記電池セルの外形に沿う袋状に形成してなる熱収縮袋である電源装置。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれかに記載される電源装置であって、
前記セパレータの端面が、断面視において面取りされてなる電源装置。

【請求項9】

請求項１ないし８のいずれかに記載される電源装置であって、
前記セパレータが、
無機粉末と繊維強化材とのハイブリッド素材であることを特徴とする電源装置。

【請求項10】

請求項９に記載される電源装置であって、
前記無機粉末がシリカエアロゲルであることを特徴とする電源装置。

【請求項11】

請求項１ないし１０のいずれかに記載の電源装置を備える電動車両であって、
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
を備えることを特徴とする電動車両。

【請求項12】

請求項１ないし１０のいずれか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、
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電池セルへの充電を可能とすると共に、該電池セル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。

【請求項13】

外装缶を角形とし、対向する主面を有する電池セルと、
前記電池セルの少なくとも一方の主面と当接するように積層されたセパレータと、
前記セパレータが積層された前記電池セルを被覆する熱収縮性フィルムと
を備え、
前記セパレータが、非接着状態で前記電池セルの前記主面に積層されると共に、該セパレータの外周縁が該主面の外周縁に合わされて位置決めされ、さらに、熱収縮された前記熱収縮性フィルムで被覆されて該電池セルの定位置に固定されてなる電池セルユニット。

【請求項14】

外装缶を角形とし、対向する主面を有する複数の電池セルと、
前記電池セルの少なくとも一方の主面と当接するように積層されたセパレータと、
前記セパレータが積層された前記電池セルを被覆する熱収縮性フィルムと、
前記熱収縮性フィルムで被覆された複数の前記電池セルを、隣接する該電池セル同士の間に前記セパレータが介在されるように積層してなる電池積層体の両端面に配置してなる一対のエンドプレートと、
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バインドバーと、
を備える電源装置の製造方法であって、
前記セパレータの外周縁を前記電池セルの主面の外周縁に合わせて位置決めしながら、該セパレータを該電池セルの主面に積層する工程と、
前記セパレータが積層された前記電池セルの周囲を、前記熱収縮性フィルムで覆う工程と、
前記電池セルと前記セパレータとを覆う熱収縮性フィルムを加熱して前記熱収縮性フィルムを熱収縮させて、前記セパレータを前記電池セルの表面に密着させて定位置に固定する工程と、
前記熱収縮性フィルムで被覆された前記電池セルを厚さ方向に積層して前記電池積層体とする工程と、
前記電池積層体の両端面を一対の前記エンドプレートで覆い、該エンドプレート同士を前記バインドバーで締結する工程と
を含むことを特徴とする電源装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多数の電池セルを積層している電源装置と、この電源装置を備える電動車両及び蓄電装置、電池セルユニット、電源装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

多数の電池セルを積層している電源装置は、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電池セルを複数枚積層し、電池セル同士の間には絶縁性のセパレータを介在させている。
電池セルは、充放電によって発熱する。近年の電池セルの高容量化の要求に伴い、セルあたりの発熱量も増す傾向にある。加えて、電源装置の高出力化、高容量化のため、電池セルの積層数も増えており、電池セルが発熱しても他の電池セルに影響を与えないよう、セパレータの断熱性能も高性能化が求められている。

【0003】

高容量の安全性対策で導入した断熱材セパレータは、成型の自由度が低く、これまでの樹脂のように電池セルを保持する形状に形成することができず、自身で位置決めができないという問題があった。

【0004】

一方で、セパレータを電池セルに貼り付けて生産性を向上させた蓄電素子が提案されている（特許文献１）。この蓄電素子は、図１４及び図１５に示すように、素子容器２１０を備える蓄電素子２００であって、素子容器２１０が有する面のうちの少なくとも１つの面に配置されるスペーサ２５０、２６０と、スペーサ２５０、２６０の少なくとも１つの端部であるスペーサ端部２５０ａ、２５０ｂ、２６０ａ、２６０ｂを覆うように配置される絶縁性のシート部材２４０とを備えている。これにより、スペーサ２５０、２６０が配置されている構成においても、生産性を向上させることができるとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１５－６０７５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、この蓄電素子では、その電池セルの主面にスペーサを接着剤などにより貼付しなければならず、接着剤を用いるコスト増や、接着剤の塗布や貼り付けの工数が増える等の問題があった。

【0007】

本発明の目的の一は、電池セルに絶縁性のセパレータを容易に位置決めしながら定位置に配置して、安価に多量生産できる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明のある態様に係る電源装置は、外装缶１１を角形とし、対向する主面１Ａを有する複数の電池セル１と、電池セル１の少なくとも一方の主面１Ａと当接するように積層されたセパレータ２と、セパレータ２が積層された電池セル１の主面１Ａを被覆する熱収縮性フィルム５と、熱収縮性フィルム５で被覆された複数の電池セル１を、隣接する電池セル１同士の間にセパレータ２が介在されるように積層してなる電池積層体１０の両端面に配置された一対のエンドプレート３と、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３同士を締結する複数のバインドバー４とを備えている。セパレータ２は、非接着状態で電池セル１の主面１Ａに積層されると共に、セパレータ２の外周縁が主面１Ａの外周縁に合わされて位置決めされ、さらに、熱収縮された熱収縮性フィルム５で被覆されて電池セル１の定位置に固定されている。

【0009】

本発明のある態様に係る電動車両は、上記電源装置１００と、電源装置１００から電力供給される走行用のモータ９３と、電源装置１００及びモータ９３を搭載してなる車両本体９１と、モータ９３で駆動されて車両本体９１を走行させる車輪９７とを備えている。

【0010】

本発明のある態様に係る蓄電装置は、上記電源装置１００と、電源装置１００への充放電を制御する電源コントローラ８８と備えて、電源コントローラ８８でもって、外部からの電力により電池セル１への充電を可能とすると共に、電池セル１に対し充電を行うよう制御している。

【0011】

本発明のある態様に係る電池セルユニットは、外装缶１１を角形とし、対向する主面１Ａを有する電池セル１と、電池セル１の少なくとも一方の主面１Ａと当接するように積層されたセパレータ２と、セパレータ２が積層された電池セル１を被覆する熱収縮性フィルム５とを備え、セパレータ２が、非接着状態で電池セル１の主面に積層されると共に、セパレータ２の外周縁が主面１Ａの外周縁に合わされて位置決めされ、さらに、熱収縮された熱収縮性フィルム５で被覆されて電池セル１の定位置に固定されている。

【0012】

本発明のある態様に係る電源装置の製造方法は、外装缶１１を角形とし、対向する主面１Ａを有する複数の電池セル１と、電池セル１の少なくとも一方の主面１Ａと当接するように積層されたセパレータ２と、セパレータ２が積層された電池セル１を被覆する熱収縮性フィルム５と、熱収縮性フィルム５で被覆された複数の電池セル１を、隣接する電池セル１同士の間にセパレータ２が介在されるように積層してなる電池積層体１０の両端面に配置してなる一対のエンドプレート３と、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３同士を締結する複数のバインドバー４とを備える電源装置の製造方法であって、セパレータ２の外周縁を電池セル１の主面１Ａの外周縁に合わせて位置決めしながら、セパレータ２を電池セル１の主面１Ａに積層する工程と、セパレータ２が積層された電池セル１の周囲を、熱収縮性フィルム５で覆う工程と、電池セル１とセパレータ２とを覆う熱収縮性フィルム５を加熱して熱収縮性フィルム５を熱収縮させて、セパレータ２を電池セル１の表面に密着させて定位置に固定する工程と、熱収縮性フィルム５で被覆された電池セル１を厚さ方向に積層して電池積層体１０とする工程と、電池積層体１０の両端面を一対のエンドプレート３で覆い、エンドプレート３同士をバインドバー４で締結する工程とを含んでいる。

【発明の効果】

【0013】

以上の電源装置、電池セルユニット、及び電源装置の製造方法は、セパレータの外周縁を電池セルの主面の外周縁に合わせて位置決めしながら、セパレータを電池セルの主面に積層し、セパレータが積層された電池セルを覆う熱収縮性フィルムを熱収縮させて、セパレータを電池セルの表面に密着させて定位置に固定するので、セパレータを容易に位置決めしながら、非接着状態で電池セルの定位置に固定できる。このため、接着剤にかかる部材コストを削減できると共に、接着剤の塗布や貼り付けの工数を省略して安価に多量生産できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の一実施形態に係る電源装置の斜視図である。

【図2】図１に示す電源装置の垂直断面図である。

【図3】図１に示す電源装置の水平断面図である。

【図4】電池セルとセパレータの積層状態を示す正面図である。

【図5】電池セルとセパレータの積層状態を示す一部拡大垂直断面図である。

【図6】電池セルユニットの分解斜視図である。

【図7】電池セルとセパレータの積層状態の他の一例を示す正面図である。

【図8】電池セルとセパレータの積層状態の他の一例を示す正面図である。

【図9】電池セルとセパレータの積層状態の他の一例を示す断面図である。

【図10】電池セルユニットの製造工程を示す分解斜視図である。

【図11】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12】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13】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14】従来の蓄電素子の製造工程を示す分解斜視図である。

【図15】従来の蓄電素子の製造工程を示す分解斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明の第１の実施形態に係る電源装置は、外装缶を角形とし、対向する主面を有する複数の電池セルと、電池セルの少なくとも一方の主面と当接するように積層されたセパレータと、セパレータが積層された電池セルの主面を被覆する熱収縮性フィルムと、熱収縮性フィルムで被覆された複数の電池セルを、隣接する電池セル同士の間にセパレータが介在されるように積層してなる電池積層体の両端面に配置された一対のエンドプレートと、電池積層体の対向する側面にそれぞれ配置されて、エンドプレート同士を締結する複数のバインドバーとを備えている。セパレータは、非接着状態で電池セルの主面に積層されると共に、セパレータの外周縁が主面の外周縁に合わされて位置決めされ、さらに、熱収縮された熱収縮性フィルムで被覆されて電池セルの定位置に固定されている。

【0016】

以上の電源装置は、セパレータの外周縁を主面の外周縁に合わせて位置決めしながら、セパレータが積層された電池セルを熱収縮された熱収縮性フィルムで被覆することにより、セパレータを電池セルの表面に密着させて固定できるため、接着剤などを使用することなくセパレータを電池セルの定位置に位置決めしながら固定できる利点が得られる。このように、接着剤等を使用せずにセパレータを電池セルの定位置に固定するので、部材コストを削減できることに加えて、製造工数を減らせることで安価に多量生産することができる。また、セパレータを電池セルの表面に非接着状態で積層するので、電池セルの膨張等により外装缶が変形する状態においても、セパレータが外装缶の変形に追随されるのを抑制でき、セパレータが変形して損傷を受けるのを有効に防止できる。

【0017】

本発明の第２の実施形態に係る電源装置は、セパレータが、電池セルの主面の外形に沿う四角形状であって、主面の横幅と等しい横幅を有しており、セパレータの両側縁を主面の両側縁に一致させて、主面の定位置に位置決めしている。

【0018】

上記構成によれば、四角形状のセパレータの両側縁を電池セルの主面の両側縁に一致させることで、セパレータと電池セルとの相対位置を特定しながら正確に位置決めできる。

【0019】

本発明の第３の実施形態に係る電源装置は、セパレータが、電池セルの主面の外形に沿う四角形状であって、セパレータの下端縁を主面の下側縁に一致させて、主面の定位置に位置決めしている。

【0020】

上記構成によれば、四角形状のセパレータの下端縁を電池セルの主面の下端縁に一致させることで、セパレータと電池セルとの相対位置を特定しながら正確に位置決めできる。

【0021】

本発明の第４の実施形態に係る電源装置は、セパレータが積層された電池セルの主面、側面及び底面の全体を熱収縮性フィルムで被覆している。

【0022】

上記構成により、電池セルの上面を除く外周面を熱収縮性フィルムで被覆して絶縁しながら、端子面となる上面を表出させて、電極端子を接触不良なく電気接続できる。

【0023】

本発明の第５の実施形態に係る電源装置は、セパレータを、電池セルの一方の主面に配置している。

【0024】

本発明の第６の実施形態に係る電源装置は、セパレータを、電池セルの両方の主面に配置している。

【0025】

本発明の第７の実施形態に係る電源装置は、熱収縮性フィルムを、電池セルの外形に沿う袋状に形成してなる熱収縮袋としている。

【0026】

本発明の第８の実施形態に係る電源装置は、セパレータの端面を、断面視において面取りしている。

【0027】

上記構成により、電池セルの主面に積層されるセパレータの端面を断面視において面取りすることで、セパレータの端縁部におけるコーナー部と熱収縮性フィルムとの接触により熱収縮性フィルムが損傷を受けるのを抑制できる。また、熱収縮性フィルムを袋状の熱収縮袋とする構造においては、セパレータが積層された電池セルを一体構造として袋状の熱収縮袋にスムーズに挿入できる。

【0028】

本発明の第９の実施形態に係る電源装置は、セパレータを、無機粉末と繊維強化材とのハイブリッド素材としている。さらに、本発明の第１０の実施形態に係る電源装置は、無機粉末をシリカエアロゲルとしている。

【0029】

上記構成によると、ハイブリッド素材の熱伝導率を小さくして、セパレータの断熱特性を向上できる。以上のセパレータは、隣接する電池セル間に挟まれて、隣接する電池セルを断熱する。とくに、ハイブリッド素材であるセパレータは、熱暴走して高温に発熱した電池セルが隣の電池セルを加熱して熱暴走が誘発されるのを効果的に抑制する。さらに、このセパレータは、積層される電池セルを絶縁する絶縁シートとしても機能する。

【0030】

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、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。

【0031】

［実施形態１］
本発明の実施形態１に係る電源装置１００の斜視図を図１に、垂直断面図を図２に、水平断面図を図３にそれぞれ示す。これらの図に示す電源装置１００は、外装缶１１を角形とし、対向する主面１Ａを有する複数の電池セル１と、電池セル１の少なくとも一方の主面１Ａと当接するように積層されるセパレータ２と、セパレータ２が積層された電池セル１の主面１Ａを被覆する熱収縮性フィルム５と、熱収縮性フィルム５で被覆された複数の電池セル１を、隣接する電池セル１同士の間にセパレータ２が介在されるように積層してなる電池積層体１０の両端面に配置された一対のエンドプレート３と、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３同士を締結する複数のバインドバー４とを備えている。

【0032】

（電池セル１）
電池セル１は、図４～図６に示すように、幅広面である主面１Ａの外形を四角形とする角形電池であって、幅よりも厚さを薄くしている。電池セル１は、リチウムイオン二次電池などの非水系電解液二次電池である。電池セル１をリチウムイオン二次電池とする電源装置１００は、容積と重量に対する充放電容量を大きくできる。ただし、電池セルは、リチウムイオン二次電池には特定されず、充電できる全ての電池、たとえばニッケル水素電池なども使用できる。

【0033】

電池セル１は、正負の電極板を積層した電極体を外装缶１１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１１は、外形を角形として、一対の主面１Ａを有すると共に、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１２で気密に閉塞している。外装缶１１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１２は、外装缶１１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１２は、外装缶１１の開口部に挿入され、封口板１２の外周と外装缶１１の内周との境界にレーザ光を照射して、封口板１２を外装缶１１にレーザ溶接して気密に固定している。

【0034】

電池セル１は、図において上面である封口板１２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１３を固定している。電極端子１３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。さらに、封口板１２は、正負の電極端子１３の間に、安全弁１４の開口部１５を設けている。安全弁１４は、電池セル１の内圧が設定値よりも高くなると開弁して内部のガスを放出し、電池セル１の内圧上昇を防止すると共に、外装缶１１や封口板１２の破損を防止する。

【0035】

（電池セルユニット９）
以上の電池セル１は、図４及び図５に示すように、少なくとも一方の主面１Ａと当接するようにセパレータ２が積層されると共に、セパレータ２を積層した状態で端子面１Ｘを除く外周面が熱収縮性フィルム５により被覆される。電池セル１は、セパレータ２の外周縁が主面１Ａの外周縁に合わされて位置決めされることで、セパレータ２が主面１Ａの定位置に積層される。電池セル１の主面１Ａに積層されるセパレータ２は、接着剤等で接着されることなく、非接着状態で外装缶１１の主面１Ａに配置される。セパレータ２が積層された電池セル１は、周囲が熱収縮性フィルム５で覆われると共に、熱収縮性フィルム５が加熱処理されて熱収縮することで、セパレータ２が表面に密着された状態で固定される。電池セル１は、上面である端子面１Ｘを除く外周面が、熱収縮された熱収縮性フィルム５で被覆されて、セパレータ２が主面１Ａの定位置に固定された電池セルユニット９が形成される。

【0036】

（セパレータ２）
セパレータ２は、電池セル１の主面１Ａに当接する状態で配置されており、図１～図３に示すように、複数の電池セル１が互いに積層されて電池積層体１０を構成する状態では、隣接する電池セル１同士の間に介在されて、隣接する電池セル１を絶縁し、さらに電池セル１間における熱伝導を遮断する。

【0037】

セパレータ２は、全体を無機粉末と繊維強化材とのハイブリッド素材２Ａとしている。無機粉末は好ましくはシリカエアロゲルである。このハイブリッド素材２Ａは、繊維の微細な隙間に、熱伝導率の低い微細なシリカエアロゲルを充填している。シリカエアロゲルは担持されて繊維強化材の隙間に配置される。このハイブリッド素材２Ａは、繊維強化材の繊維シートと、ナノサイズの多孔質構造を有するシリカエアロゲルとからなり、シリカエアロゲルのゲル原料を、繊維に含浸して製造される。シリカエアロゲルを繊維シートに含浸した後、繊維を積層し、ゲル原料を反応させて湿潤ゲルを形成し、さらに湿潤ゲル表面を疎水化、熱風乾燥して製造される。繊維シートの繊維は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。ただ、繊維シートの繊維は、難燃処理を施した酸化アクリル繊維やグラスウールなどの無機繊維も使用できる。

【0038】

繊維強化材は、好ましくは繊維径を０．１～３０μｍとする。繊維強化材は、繊維径を３０μｍより細くし、繊維による熱伝導を小さくして、ハイブリッド素材２Ａの断熱特性を向上できる。シリカエアロゲルは、９０％～９８％を空気で構成している無機質の微粒子で、ナノオーダの球状体が結合したクラスタで形成される骨格間に微細孔があって、三次元的な微細な多孔性構造をしている。

【0039】

シリカエアロゲルと繊維強化材とのハイブリッド素材２Ａは、薄くて優れた断熱特性を示す。このハイブリッド素材２Ａからなるセパレータ２は、電池セル１が熱暴走して発熱するエネルギーを考慮して、電池セル１の熱暴走の誘発を阻止できる厚さに設定する。電池セル１が熱暴走して発熱するエネルギーは、電池セル１の充電容量が大きくなると大きくなる。したがって、セパレータ２の厚さは、電池セル１の充電容量を考慮して最適値に設定される。たとえば、充電容量を５Ａｈ～２０Ａｈとするリチウムイオン二次電池を電池セル１とする電源装置は、ハイブリッド素材２Ａの厚さを０．５ｍｍ～３ｍｍ、最適には約１ｍｍ～２．５ｍｍとする。ただし、本発明はハイブリッド素材２Ａの厚さを以上の範囲に特定するものでなく、ハイブリッド素材２Ａの厚さは、繊維シートとシリカエアロゲルからなる熱暴走の断熱特性と、電池セルの熱暴走の誘発を防止するために要求される断熱特性を考慮して最適値に設定される。

【0040】

ここで、セパレータ２として使用するハイブリッド素材２Ａは、剛性が低くて平面状に保持する保形性が弱いと、電池セル１に積層して位置決めする際に、位置ずれしたり、しわが寄る等により、作業性が著しく低下するおそれがある。セパレータ２は、ハイブリッド素材２Ａの表面に、ハイブリッド素材２Ａよりも剛性の高い形状維持性のある保形シートを積層して積層シートとすることでこの問題を解消できる。保形シートには、たとえば熱可塑性樹脂のプラスチックシートを使用する。プラスチックシートは厚さで保形性を調整できるので、保形シートには、たとえば、厚さを０．１ｍｍとする硬質プラスチックシートを使用する。セパレータ２は、ハイブリッド素材２Ａの少なくとも片面に保形シートを接着して設けることができる。ただ、保形シートは、ハイブリッド素材の両面に設けて、保形性をより高くすることもできる。

【0041】

セパレータ２は、図４～図６に示すように電池セル１の主面１Ａの外形に沿う四角形状であって、電池セルの主面と当接するように積層されて電池セルの定位置に配置される。図４に示すセパレータ２は、主面１Ａの横幅（Ｗ）と等しい横幅（ｄ）を有すると共に、その上下幅（ｈ）を主面１Ａの上下幅（Ｈ）よりも小さくしており、電池セル１の定位置に配置した状態で、主面１Ａの上端部に、セパレータ２と当接しない非接触領域１ａを設けるようにしている。このセパレータ２は、図４に示すように、両側縁と下端縁の３辺を電池セル１の主面１Ａの両側縁と下端縁に一致させることで、電池セル１に対して相対位置を特定して位置決めしている。この構造は、電池セル１の主面１Ａに対してセパレータ２の３辺を合わせて位置決めするので、正確にセパレータ２と電池セル１との相対位置を特定して、セパレータ２を電池セル１の定位置に配置できる。

【0042】

図に示すセパレータ２は、電池セル１の主面１Ａ全体に当接することなく、電池セル１の上端部に非接触領域１ａを設けている。この構造は、電池セル１の内圧が上昇して電池セルが変形する際に、電池セル１の上端部に大きさ圧力がかかるのを抑制して、封口部が損層を受けるのを有効に防止できる特長がある。ただ、セパレータは、電池セル１の主面全体と当接する大きさとしても良い。このセパレータは、外周縁である４辺を主面の外周縁に一致させてより確実に位置決めできる。

【0043】

以上のように、セパレータと電池セルの主面とを３辺で位置決めする構造は、セパレータを電池セルに対して正確に位置決めできる特長がある。ただ、セパレータは、必ずしも両側縁と下端縁の３辺で電池セルの主面に対する相対位置を特定する構造には限定しない。図７に示すセパレータは、電池セル１の主面１Ａの外形に沿う四角形状として、主面１Ａの横幅（Ｗ）と等しい横幅（ｄ）とするが、上下幅（ｈ）を図４に示すセパレータ２よりも短くして、電池セル１の下端部を被覆せずに表出させて非接触領域１ａを設ける構造としている。このセパレータ２は、両側縁を電池セル１の主面１Ａの両側縁に一致させることで、電池セル１に対して相対位置を特定して位置決めしている。このセパレータは、その横幅（ｄ）を主面の横幅（Ｗ）と等しくしているので、セパレータと主面１Ａの両側縁を一致させることで、セパレータ２の横方向における位置ずれや傾動が防止される。また、電池セル１の下端縁との間に隙間ができるが、熱収縮性フィルム５が熱収縮された状態では、セパレータ２が電池セル１の表面に密着する状態で押圧されるので、セパレータ２は、上下方向の位置ずれが防止されて定位置に固定された状態に保持される。

【0044】

さらに、図８に示すセパレータ２は、電池セル１の主面１Ａの外形に沿う四角形状とするが、その横幅（ｄ）を主面の横幅（Ｗ）よりも小さくして、電池セル１の両側縁部に被覆せずに表出される非接触領域１ａを設けている。このセパレータ２は、下端縁を電池セル１の主面１Ａの下端縁に一致させることで、電池セル１に対して相対位置を特定して位置決めしている。このセパレータ２は、セパレータ２と主面１Ａの下端縁を一致させることで、セパレータ２の下端位置が特定されて、上下方向の位置ずれや傾動が防止される。また、電池セル１の両側縁との間に隙間ができるが、熱収縮性フィルム５が熱収縮された状態では、セパレータ２が電池セル１の表面に密着する状態で押圧されるので、セパレータ２は、横方向の位置ずれが防止されて定位置に固定された状態に保持される。

【0045】

以上のセパレータ２は、両側縁または／及び下端縁を線状に一致させて位置決めするので、簡単かつ容易に、しかも正確に位置決めできる特長がある。ただ、セパレータは、必ずしも、外周縁を線状に一致させて位置決めする構造には特定せず、外周縁の複数箇所を部分的に主面の外周縁に沿って合わせて位置決めすることもできる。このセパレータは、例えば、本体部分の外形を主面の外形よりもひとまわり小さくすると共に、両側縁または／及び下端縁から外側方向に突出する複数の凸部を設け、これらの凸部の先端縁を主面の外周縁に合わせて位置決めすることもできる。複数の凸部は、先端縁を湾曲面として、熱収縮フィルムの損傷を防止する形状とすることができる。このセパレータは、左右に突出する複数の凸部の先端縁を主面の両側縁に合わせて左右方向の位置を特定し、下方に突出する複数の凸部の先端縁を主面の下端縁に合わせて上下方向の位置を特定することができる。この構造のセパレータ２は、電池セルの外周縁に非接触領域を設けつつ、電池セルの主面に対して正確に位置決めできる。

【0046】

さらに、セパレータ２は、図５の一部拡大図に示すように、外周縁において、端面を面取りして面取り部２ｒを設けている。このように、電池セル１の主面１Ａに積層されるセパレータ２の端面を断面視において面取りすることで、セパレータ２の端面コーナー部が熱収縮性フィルム５と接触して熱収縮性フィルム５が損傷を受けるのを抑制している。また、熱収縮性フィルムを袋状の熱収縮袋５Ａとする構造においては、セパレータ２が積層された電池セル１を一体構造として熱収縮袋５Ａにスムーズに挿入できる特徴もある。さらに、セパレータは、外周縁部を、先端に向かって次第に薄くなる傾斜面とすることもできる。

【0047】

（熱収縮性フィルム２）
熱収縮性フィルム５は、図４～図６に示すように電池セル１の上面である端子面１Ｘを除く面を被覆して絶縁する。具体的には、電池セル１の上面を除く面であって、好ましくは、主面１Ａと側面１Ｂと底面１Ｃの全面を被覆する。ただし、熱収縮性フィルムは、底面の全面と、主面及び側面の上部を除く部分を被覆することもできる。上面は、電極端子１３を電気接続のために表出させる必要があることから熱収縮性フィルム５で被覆しない。

【0048】

熱収縮性フィルム５は、加熱処理することで収縮する特性を有するプラスチックフィルムが使用できる。このようなフィルムとして、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）製のフィルムが適している。ＰＥＴ製の熱収縮性フィルム５は、耐熱性、耐久性に優れ、安価である上、熱溶着で簡単に接着できるので好ましい。ただ、熱収縮性フィルムは、ＰＥＴ製のフィルムに特定せず、熱収縮性と絶縁性とを有する他のプラスチックフィルム、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）製のフィルム等が使用できる。

【0049】

熱収縮性フィルム５は、電池セル１の外形に沿う形状に形成されて、セパレータ２が積層された電池セル１を一体的に覆っている。熱収縮性フィルム５は、セパレータ２が定位置に積層された電池セル１の周囲を被覆する状態で加熱処理され、熱収縮してセパレータ２及び電池セル１の表面に密着する。図６に示す熱収縮性フィルム５は、電池セル１の外形に沿う袋状に形成された熱収縮袋５Ａとしている。この熱収縮袋５Ａは、袋状に形成された状態では、セパレータ２が積層された電池セル１を開口部からスムーズに挿入できる内形となるように形成されると共に、加熱処理された状態では、熱収縮する熱収縮性フィルム５がセパレータ２及び電池セル１の表面に密着して、セパレータ２を電池セルの表面に固定できる形状に形成している。このように、熱収縮性フィルム５を熱収縮袋５Ａの状態で使用する構造は、生産性を向上できる特徴がある。

【0050】

ただ、熱収縮性フィルムは、必ずしも袋状に形成された熱収縮袋として電池セルの表面を被覆する構造には限定しない。熱収縮性フィルムは、例えば、袋状に形成することなく１枚のシート状として、セパレータが積層された電池セルの外形に沿うように折り畳んで電池セルとセパレータとを一体的に覆うこともできる。シート状の熱収縮性フィルムを電池セルの外形に沿って折り畳んで電池セルとセパレータとを覆った熱収縮性フィルムは、加熱処理されて、熱収縮して電池セルとセパレータの表面に密着してセパレータを電池セルの表面に固定する。さらに、熱収縮性フィルムは、長尺状の熱収縮性フィルムを電池セル１に巻きつけて被覆することも、筒状に形成された熱収縮フィルムの内側に電池セル１を挿入して被覆することもできる。

【0051】

以上の電池セルユニット９は、二次電池セル１の一方の主面１Ａにセパレータ２を配置して熱収縮性フィルム５で被覆する例を示している。さらに、電池セルユニット９は、図９に示すように、電池セル１の対向する両側の主面１Ａに対してセパレータ２を配置して熱収縮性フィルム５で被覆することもできる。この電池セルユニット９は、電池セル１の両側の主面１Ａにそれぞれセパレータ２を位置決めしながら積層し、セパレータ２が積層された電池セル１の周囲を熱収縮性フィルム５で覆い、熱収縮性フィルム５を熱収縮させることで、２枚のセパレータ２が電池セル１の両面に密着状態で固定される。この構造の電池セルユニットは、２枚のセパレータ２を１つの電池セル１の両側の主面１Ａに配置するので、電池積層体１０を製造する際には、２枚のセパレータ２を装着した電池セル１と、セパレータ２を装着しない電池セル１とを交互に積層しながら効率よく組み立てできる。

【0052】

（電池積層体１０）
以上のようにして、熱収縮された熱収縮性フィルム５で被覆された複数の電池セル１を、隣接する電池セル１同士の間にセパレータ２が介在されるように積層して電池積層体１０を形成する。すなわち、複数の電池セルユニット９を、隣接する電池セルユニット９同士の間にセパレータ２が配置されるように互いに積層して、電池積層体１０を形成する。電池積層体１０は、正負の電極端子１３を設けている端子面１Ｘ、図１においては封口板１２が同一平面となるように、複数の電池セル１を積層している。電池積層体１０は、隣接する電池セル１の正負の電極端子１３に金属製のバスバー（図示せず）が接続されて、バスバーでもって複数の電池セル１を直列又は並列に、あるいは直列と並列に接続される。直列に接続される電池セルは、外装缶に電位差が発生するので、間に介在されるセパレータで絶縁する。並列に接続される電池セルは、外装缶に電位差は発生しないが、熱暴走の誘発を防止するために、間に介在されるセパレータで断熱する。図に示す電池積層体１０は、１２個の電池セル１を直列に接続している。ただ、本発明は、電池積層体１０を構成する電池セル１の個数とその接続状態を特定しない。

【0053】

（エンドプレート３）
エンドプレート３は、図１～図３に示すように、電池積層体１０の両端に配置されて、電池積層体１０を両端から挟着している。エンドプレート３は、電池セル１の外形とほぼ等しい形状と寸法の四角形で、全体を金属で製作している。金属製のエンドプレート３は、優れた強度と耐久性を実現できる。電池積層体１０の両端に配置される一対のエンドプレート３は、電池積層体１０の両側面に沿って配置される複数のバインドバー４を介して締結される。

【0054】

（バインドバー４）
バインドバー４は、電池積層体１０の対向する両側面に配置されて、電池積層体１０の両端面に配置された一対のエンドプレート３を締結している。バインドバー４は、図１と図２に示すように、電池積層体１０の積層方向に延長されており、一対のエンドプレート３を所定の寸法に固定して、その間に積層される電池セル１を所定の加圧状態に固定している。バインドバー４は、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板である。バインドバー４は、強い引張力に耐える金属板が使用される。図のバインドバー４は、電池積層体１０の側面を被覆する上下幅の金属板としている。金属板からなるバインドバー４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。図に示すバインドバー４は、上下の端縁部を折曲加工して、折曲部４ａを形成している。上下の折曲部４ａは、電池積層体１０の左右の両側面において、電池積層体１０の上下面を隅部から覆う形状としている。図に示すバインドバー４は、複数の固定ピン６を介してエンドプレート３の両側面に固定している。

【0055】

以上の電源装置は、以下のようにして製造される。
１．位置決め工程
図１０（Ａ）に示すように、セパレータ２の外周縁を電池セル１の主面１Ａの外周縁に合わせて位置決めしながら、セパレータ２を電池セル１の主面１Ａに積層する。セパレータは、両側縁を電池セルの主面の両側縁に合わせて位置決めし、あるいは、下端縁を電池セルの主面の下端縁に合わせて位置決めし、あるいはまた、両側縁と下端縁の両方を電池セルの主面の両側縁と下端縁に合わせて位置決めされる。さらに、セパレータは、接着されることなく電池セルの主面に重なられて定位置に位置決めされる。
２．被覆工程
図１０（Ｂ）及び（Ｃ）で示すように、セパレータ２が積層された電池セル１の周囲を、熱収縮性フィルム５で覆う。図では、セパレータ２が積層された電池セル１を、袋状に形成された熱収縮袋に挿入して周囲を熱収縮性フィルム５で覆っている。ただ、熱収縮性フィルムは、袋状に形成することなく１枚のシート状として、セパレータが積層された電池セルの外形に沿うように折り畳んで電池セルとセパレータとを覆うこともできる。
３．熱収縮工程
図１０（Ｄ）で示すように、電池セル１とセパレータ２とを覆う熱収縮性フィルム５を加熱処理して熱収縮性フィルム５を熱収縮させる。熱収縮する熱収縮フィルムによって、セパレータ２が電池セル１の表面に密着状態に固定されて定位置に固定される。
４．電池セル積層工程
熱収縮性フィルム５で被覆された電池セル１（電池セルユニット９）を厚さ方向に積層して電池積層体１０とする。
５．締結工程
電池積層体１０の両端面を一対のエンドプレート３で覆い、エンドプレート３同士をバインドバー４で締結する。

【0056】

以上の電源装置は、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、車両を駆動する電力を得るために、上述した電源装置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１００を構築した例として説明する。

【0057】

（ハイブリッド車用電源装置）
図１１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を搭載する例を示す。この図に示す電源装置を搭載した車両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１１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。

【0058】

（電気自動車用電源装置）
また、図１２は、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。この図に示す電源装置を搭載した車両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。

【0059】

（蓄電装置用の電源装置）
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１３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。

【0060】

図１３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。

【0061】

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。

【0062】

以上のような蓄電装置は、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】

【0063】

本発明に係る電源装置は、ハイブリッド自動車、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】

【0064】

１００…電源装置
１Ｘ…端子面
１…電池セル
１Ａ…主面
１Ｂ…側面
１Ｃ…底面
１ａ…非接触領域
２…セパレータ
２Ａ…ハイブリッド素材
２ｒ…面取り部
３…エンドプレート
４…バインドバー
４ａ…折曲部
５…熱収縮性フィルム
５Ａ…熱収縮袋
６…固定ピン
９…電池セルユニット
１０…電池積層体
１１…外装缶
１２…封口板
１３…電極端子
１４…安全弁
１５…開口部
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
ＨＶ、ＥＶ…車両
２００…蓄電素子
２１０…素子容器
２４０…シート部材
２５０…スペーサ
２５０ａ、２５０ｂ…スペーサ端部
２６０…スペーサ
２６０ａ、２６０ｂ…スペーサ端部

【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】