特許 7431089 電源装置及びこれ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】

(24)【登録日】2024-02-05

(45)【発行日】2024-02-14

(54)【発明の名称】電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置

(51)【国際特許分類】

   H01M 50/103 20210101AFI20240206BHJP

   H01M 50/121 20210101ALI20240206BHJP

   H01M 50/124 20210101ALI20240206BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20240206BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20240206BHJP

   H01M 50/591 20210101ALI20240206BHJP

   H01M 10/44 20060101ALI20240206BHJP

【ＦＩ】

H01M50/103

H01M50/121

H01M50/124

H01M50/209

H01M50/249

H01M50/591

H01M10/44 P

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020064064

(22)【出願日】2020-03-31

(65)【公開番号】P2021163631

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2023-01-11

(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】松田 信吾

【審査官】守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】実開平０１－０６２６５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開平０６－１４０００６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０３３６６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－０８１７５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０５９２９６（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／１０

Ｈ０１Ｍ ５０／５０

Ｈ０１Ｍ ５０／２０

Ｈ０１Ｍ １０／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

角形の電池セルと、
前記電池セルの表面を覆う絶縁フィルムと、
前記絶縁フィルムで被覆した電池セルを複数積層した電池積層体を締結する締結部材と、
を備える電源装置であって、
前記絶縁フィルムの内面と前記電池セルの表面との間に、該絶縁フィルムと電池セルの密着を阻害する密着阻害層を介在させてなる電源装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電源装置であって、
前記密着阻害層が、前記絶縁フィルムの内面に形成されたフィルム側剥離層である電源装置。

【請求項3】

請求項２に記載の電源装置であって、
前記フィルム側剥離層が、前記絶縁フィルムから滲みだした油分である電源装置。

【請求項4】

請求項１に記載の電源装置であって、
前記密着阻害層が、前記電池セルの表面に形成されたセル側剥離層である電源装置。

【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、
前記密着阻害層が、脂肪酸アミド又は脂肪酸エステルを含んでなる電源装置。

【請求項6】

請求項１～５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7】

請求項１～５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蓄電装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置に関する。

【背景技術】

【0002】

複数の電池セルを備える電池モジュールや電池パックなどの電源装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車など車両用の電源や、工場用、家庭用などの蓄電システムの電源などに利用されている。

【0003】

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ている。例えば図１６の模式平面図に示す例では、多数の角形の電池セル１０１を積層して電池ブロック１１０としている。電池セル１０１は、図１７Ａ、図１７Ｂに示すように、角形の外装缶１１１の上面に正負の電極端子１１３を設けている。電池ブロック１１０は、電池セル１０１の電極端子１１３を直列に接続して出力電圧を高くできる。電池セル１０１を積層している電池ブロック１１０は、外装缶１１１を絶縁する状態で積層している。外装缶１１１を絶縁するために、電池セルの間には絶縁スペーサを挟み、さらに外装缶１１１の表面を絶縁シートで被覆している。外装缶１１１の表面を絶縁シートで被覆している電池セルは、外装缶の表面に付着する結露水による漏電を防止できる。

【0004】

電源装置は、種々の外的環境で使用されるので、表面に結露水が付着することがある。外装缶の表面に付着する結露水は、漏電やショート電流の原因となる。この弊害は、外装缶を絶縁シートで被覆して防止できる。電池セルの外装缶を絶縁するために、従来の電源装置は図１７Ａ～図１７Ｂの斜視図及び図１８Ａ～図１８Ｃの三面図に示すように、底を閉塞している袋状の熱収縮シート１０２に入れて外装缶１１１の底面１１１Ｂと周囲を被覆している。

【0005】

しかしながら、熱収縮シートと電池セルの間に入り込んだ結露水が気化して、図１９に示すように膨張することが考えられる。このような状態となると、熱収縮シートが破断して絶縁性が損なわれる可能性があり、好ましくない。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第５７４３７９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的の一は、電池セルを覆う絶縁フィルムの変形を抑制して安全性を高めた電源装置及びこれ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】

【0008】

本発明のある態様に係る電源装置は、角形の電池セルと、前記電池セルの表面を覆う絶縁フィルムと、前記絶縁フィルムで被覆した電池セルを複数積層した電池積層体を締結する締結部材とを備える電源装置であって、前記絶縁フィルムの内面と前記電池セルの表面との間に、該絶縁フィルムと電池セルの密着を阻害する密着阻害層を介在させている。

【発明の効果】

【0009】

本発明のある態様に係る電源装置によれば、絶縁フィルムと電池セルの部分的な密着に起因する絶縁フィルムの意図しない膨張を、密着を阻止する密着阻害層を介在させることで抑制し、電池セルの絶縁の信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施例に係る電源装置の斜視図である。

【図2】図１に示す電源装置の分解斜視図である。

【図3】電池セルの拡大斜視図である。

【図4】温湿度サイクル条件の結果を示すグラフである。

【図5】図５Ａ～図５Ｇは、絶縁フィルムが膨張する様子を推測した模式断面図である。

【図6】図６Ａは絶縁フィルムの水分が少ない状態の分子構造を示す模式図、図６Ｂは水分が多い状態の分子構造を示す模式図である。

【図7】吸湿状態におけるＰＥＴ製絶縁フィルムのガラス転位温度の変化を示すグラフである。

【図8】図８Ａは結露水が発生し、付着した状態を示す模式図、図８Ｂは高温移行時に結露水が蒸発する状態を示す模式図である。

【図9】実施形態１に係る電源装置の電池セルを示す模式断面図である。

【図10】絶縁フィルム内面に密着阻害層を設けた構成を示す模式断面図である。

【図11】電池セル表面に密着阻害層を設けた構成を示す模式断面図である。

【図12】変形例に係る電池セルを示す模式断面図である。

【図13】エンジンとモータで走行するハイブリッド車に電源装置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電源装置を搭載する例を示すブロック図である。

【図15】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16】電池セルを積層した従来の電源装置を示す平面図である。

【図17】図１７Ａは熱収縮シートに電池セルを入れた状態、図１７Ｂは図１７Ａの状態から熱収縮シートを熱収縮させる状態を示す斜視図である。

【図18】図１８Ａ～図１８Ｃは図１７Ｂの電池セルを絶縁フィルムで被覆した状態を示す三面図である。

【図19】電池セルの表面で絶縁フィルムが膨張した状態を示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

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。

【0012】

本発明の一実施形態に係る電源装置は、上記構成に加えて、前記密着阻害層が、前記絶縁フィルムの内面に形成されたフィルム側剥離層である。上記構成により、絶縁フィルムの内面にフィルム側剥離層を予め形成しておくことで、電池セルの表面との間に密着阻害層を容易に形成できる。

【0013】

本発明の他の実施形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成に加えて、前記フィルム側剥離層が、前記絶縁フィルムから滲みだした油分である。

【0014】

また、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成に加えて、前記密着阻害層が、前記電池セルの表面に形成されたセル側剥離層である。上記構成により、電池セルの表面にセル側剥離層を予め形成しておくことで、絶縁フィルムの内面との間に密着阻害層を容易に形成できる。

【0015】

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、上記いずれかの構成に加えて、前記密着阻害層が、脂肪酸アミド又は脂肪酸エステルを含んでいる。

【0016】

さらに、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。

【0017】

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。

【0018】

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。

【0019】

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］

【0020】

本発明の実施形態１に係る電源装置１００を、図１～図３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の斜視図、図２は図１に示す電源装置１００の分解斜視図、図３は電池セルの拡大斜視図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源装置１００は、複数の電池セル１を積層して電池積層体１０とし、この電池積層体１０を締結部材５で積層状態に固定して、冷却プレート７の上に載置している。この電源装置は、冷却プレート７で電池セル１を強制冷却する。

【0021】

電源装置１００は、複数の電池セル１を絶縁スペーサ３を介して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４と、エンドプレート４同士を締結する複数の締結部材５と、電池積層体１０の上面に設けられたバスバー１７を備える。締結部材５は、複数の電池セル１の積層方向に沿って延長された板状に形成される。この締結部材５は、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４同士を締結する。
（電池積層体１０）

【0022】

電池積層体１０は、両端面を一対のエンドプレート４で挟着して、このエンドプレート４を締結部材５で連結している。また電池積層体１０は、図２の分解斜視図に示すように、複数の電池セル１を絶縁スペーサ３を介して積層している。各電池セル１は、外形を、幅よりも厚さを薄くした角形の外装缶としている。

【0023】

図２の電池積層体１０の例では、１８個の電池セル１を積層している。締結部材５は、金属板の両端を折曲して折曲片５Ａを設けて、全体をコ字状としている。また、エンドプレート４には、締結部材５の折曲片５Ａを受ける位置に窪みを設けている。折曲片５Ａには貫通孔を、エンドプレート４にはねじ穴を設けて、止ネジ１９をねじ込んで締結部材５をエンドプレート４に固定している。

【0024】

図１と図２の電池積層体１０は、隣接する電池セル１の電極端子１３をバスバー１７で接続している。電池積層体１０は、電池セル１を直列に接続して出力電圧を高く、並列に接続して出力電流を大きくする。金属製の外装缶の電池セル１を積層している電池積層体１０は、プラスチックなどの絶縁材の絶縁スペーサ３を挟んで絶縁状態に積層している。プラスチックなどの絶縁材の外装缶の電池セルを積層している電池積層体は、絶縁スペーサを金属板とすることができる。また、絶縁スペーサを挟むことなく、電池セルを積層することもできる。
（絶縁スペーサ３）

【0025】

電池積層体１０は、積層している電池セル１の間に絶縁スペーサ３を挟着している。この電池積層体１０は、電池セル１の外装缶を金属製として、プラスチック製の絶縁スペーサ３で絶縁している。絶縁スペーサ３は、両面を電池セル１に嵌着できる形状として、隣接する電池セル１の位置ずれを阻止して積層できる。なお、電池積層体は、電池セルの外装缶をプラスチック等の絶縁材として、絶縁スペーサを挟着することなく積層状態に固定することもできる。
（冷却プレート７）

【0026】

図１と図２の電源装置は、冷却プレート７で各々の電池セル１を冷却する。図の電源装置は、冷却プレート７を電池積層体１０の底面に配置しており、各々の電池セル１を底面から冷却している。冷却プレート７は、冷却機構８で冷却されて、各々の電池セル１を強制冷却する。さらに、図２に示す電池積層体１０は、各々の電池セル１に冷却プレート７を熱結合状態に連結するために、電池セル１の底面と冷却プレート７との間に絶縁性熱伝導シート３５を配設している。この絶縁性熱伝導シート３５は、電池セル１と冷却プレート７の間で圧縮されて変形して、電池セル１の底面と冷却プレート７の表面に面接触状態で密着する。

【0027】

冷却プレート７は、内部に冷媒を循環させる冷媒路３１を設けている。冷媒路３１は、フレオンや炭酸ガスなどの冷媒が液状で供給され、内部で冷媒を気化させて気化熱で冷却プレート７を冷却する。この冷却プレート７は、冷媒路３１を冷却機構８に連結している。

【0028】

冷却機構８は、冷媒路３１で気化された気体状の冷媒を加圧するコンプレッサ３２と、このコンプレッサ３２で圧縮された冷媒を冷却して液化させる冷却熱交換器３３と、この冷却熱交換器３３で液化された冷媒を冷媒路３１に供給する膨張弁３４とを備える。膨張弁３４を介して供給される液状の冷媒は、冷却プレート７内の冷媒路３１で気化され、気化熱で冷却プレート７を冷却して冷却機構８に排出される。したがって、冷媒は冷却プレート７の冷媒路３１と冷却機構８とに循環して、冷却プレート７を冷却する。この冷却機構８は、冷媒の気化熱で冷却プレート７を低温に冷却するが、冷却プレートは、気化熱によらず冷却することもできる。この冷却プレートは、冷媒路に、低温に冷却されたブラインなどの冷媒を供給して、冷媒の気化熱でなくて、低温の冷媒で直接に冷却プレートを冷却する。

【0029】

冷却機構８は、電池セル１の温度を検出する温度センサ（図示せず）で冷却プレート７の冷却状態をコントロールする。すなわち、電池セル１の温度があらかじめ設定している冷却開始温度よりも高くなると、冷却プレート７に冷媒を供給して冷却し、電池セル１が冷却停止温度よりも低くなると、冷却プレート７への冷媒の供給を停止して、電池セル１をあらかじめ設定している温度範囲にコントロールする。

【0030】

なお電源装置は、必ずしも冷却プレートを介して電池セルを冷却する必要はなく、互いに積層される電池セル１の間に送風隙間を設けて、この送風隙間に冷却気体を強制送風して、電池積層体１０の電池セル１を冷却することもできる。
（電池セル１）

【0031】

電池セル１は、リチウムイオン二次電池の角形電池である。ただ、電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等、充電できる全ての二次電池とすることもできる。図３の電池セル１は、所定の厚さを有し、かつ主面１１Ｃを四角形としている。この電池セル１は、天面１１Ａの両端部には正負の電極端子１３を突出して設けており、天面１１Ａの中央部には安全弁１５の開口部１６を設けている。積層される電池セル１は、隣接する正負の電極端子１３をバスバー１７で連結して互いに直列に接続している。隣接する電池セル１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る。ただ、バッテリシステムは、隣接する電池セルを並列に接続することもできる。
（絶縁フィルム２）

【0032】

電池セル１の天面１１Ａを除く面は、絶縁フィルム２で被覆して絶縁している。具体的には、電池セル１の天面１１Ａを除く面を、絶縁フィルム２で被覆する。絶縁フィルム２は、好ましくは、主面１１Ｃと側面１１Ｄと底面１１Ｂの全面を被覆する。ただし、絶縁フィルムは、底面の全面と、主面及び側面の上部を除く部分を被覆し、あるいは、底面の全面と、主面及び側面の底部のみを被覆することもできる。電池セル１の底部を絶縁フィルムで被覆することで、外装缶の表面に付着して流下する結露水による短絡や漏電を防止できるからである。天面１１Ａ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絶縁フィルム２で被覆しない。絶縁フィルム２は、熱収縮フィルムを所定外形のシート状に裁断した物である。熱収縮フィルムである絶縁フィルム２は、外装缶１１の表面を被覆する状態で加熱処理されて、熱収縮して外装缶１１の表面に密着する。この絶縁フィルムは、ＰＥＴ樹脂等が好適に利用できる。例えばＰＥＴ樹脂製のシュリンクチューブやシュリンクフィルムで、電池セルの電極部分を除く外装缶１ａの表面を覆い、熱溶着させる。
（絶縁フィルム膨張試験）

【0033】

このような電源装置においては、電池セルの表面を覆う絶縁フィルムが膨張することがある。ここで、絶縁フィルムが膨張するメカニズムを本願発明者が検討した結果について、図４～図８Ｂに基づいて説明する。図４は、ＪＩＳ規格に従い、高温高湿の環境下に置かれた電源装置を意図的に結露させる温湿度サイクル試験における、温度と湿度の条件を示すグラフである。この図に示すように、相対湿度が９０％以上の環境下で、温度が６５℃以上に１０時間以上保ち、その後６時間かけて２５℃に降下させて６時間放置する。この状態を１０回以上繰り返す。

【0034】

このような温度の高低差の激しい環境下に電源装置を置くことで、電源装置に意図的に結露を生じさせると、電池セルを覆う絶縁フィルムが膨張する事態が生じ得ることが、本願発明者の試験によって判明した。このような膨張が発生すると、絶縁フィルムが電池セルを絶縁している状態が損なわれて、絶縁機能を果たせなくなる。また、電池セルに空気などの冷却風を送って冷却する空冷式の場合は、冷却風の冷却経路が膨張した絶縁フィルムで阻害される事態が起こり得る。

【0035】

そこで本実施形態に係る電源装置においては、このような絶縁フィルムの意図しない膨張を抑制することを検討した。ここで、絶縁フィルムの膨張は、外部からの異物に起因するものでなく、電源装置の製造時に絶縁フィルムで電池セルを被覆する際に入り込んだ空気が膨張したか、あるいは空気中の水分が気化して膨張したことが原因と推測される。このようなフィルムの膨張が生じる要因として、絶縁フィルムが柔らかくなるようにその物性変化したか、又は電池セルと絶縁フィルムの密着状態が変化したことが挙げられる。

【0036】

ここで絶縁フィルムが膨張するプロセスを本願発明者が推測した結果を、図５Ａ～図５Ｇに基づいて説明する。まず、図５Ａに示すように、電池セル１の周囲と絶縁フィルム２の内面との間に、水分が存在してない状態を考える。このような状態でも、絶縁フィルム２と電池セル１の間には若干の空気層は存在していると思われる。

【0037】

このような電源装置が低温環境下に置かれた状態で、電池セル１や絶縁フィルム２が冷却されて結露水が発生する。あるいは低温状態から温度を上昇させていくと、冷却された電池セル１と周囲の空気との温度差によって結露水が発生する。そして発生した結露水が電池セル１の上面や電池セル１と絶縁フィルム２の境界部分に付着すると、図５Ｂに示すように、毛細管現象により電池セル１と絶縁フィルム２の間に浸入する。

【0038】

ここで、電池セル１の外装缶がアルミニウム製の場合、図５Ｃに示すように結露水と反応して水酸化アルミニウムのＯＨ基が電池セル１の表面に生成される。この状態でさらに温度が上昇され、高温環境下となると、図５Ｄにおいて矢印で示すように、絶縁フィルム２と電池セル１の水素結合が部分的に開始される。さらにこの状態で高温環境が継続して水分が蒸発して乾燥されると、水素結合が促進されて密着が促進される結果、図５Ｅに示すように結露水が電池セル１と絶縁フィルム２の間で封止された状態となる。図５Ｅにおいて封止された結露水をＳＷで示す。

【0039】

このような電源装置が高温のまま、絶縁フィルム２を構成するＰＥＴ樹脂がガラス転位温度以上に維持されると、図５Ｆに示すように絶縁フィルム２が吸湿して軟化する。図５Ｆにおいて軟化された絶縁フィルムを２’で示す。この状態になると、封止された結露水が気化し、その蒸気圧によって絶縁フィルム２’が図５Ｇにおいて矢印で示すように膨張する。
（吸水によるＰＥＴ分子への影響）

【0040】

ここで、ＰＥＴ樹脂が吸水によって分子構造を変化させる様子を、図６Ａ～図６Ｂに基づいて検討する。これらの図において、図６Ａは絶縁フィルム２の水分が少ない状態の分子構造を示す模式図、図６Ｂは水分が多い状態の分子構造を示す模式図を、それぞれ示している。図６Ａに示すように、ＰＥＴは高分子であり、通常は分子同士が複雑に絡み合っている。一方で図６Ｂに示すように、吸水によってＰＥＴ分子間に水分子が入り込むと、分子間の距離が広がり、これによりＰＥＴ分子同士が動き易くなる。すなわち結露により水分が浸入することで、分子間の絡み合いが解けて動きやすくなる。なお水分子によるＰＥＴの分子構造の変化は発生しない。
（絶縁フィルムの物性変化）

【0041】

このように、高温高湿の環境下に置かれた絶縁フィルムは、吸湿によってＰＥＴ分子間に水分子が入り込み、分子間の距離が広がる。これにより、ＰＥＴ分子同士が動き易くなって、ガラス転移温度（Ｔｇ）が低下すると推察される。この様子を、図７のグラフに示す。この図において破線で囲むように、環境温度が高くなると、ガラス転移温度Ｔｇが大幅に低下しており、これが原因で絶縁フィルムが軟化していることが裏付けられる。

【0042】

また絶縁フィルムのガラス転移温度Ｔｇは、温湿度サイクルを進めるにつれて低下する可能性がある。この場合は、耐性試験中に絶縁フィルムが軟化して耐性試験をクリアできない可能性がある。本願発明者は、絶縁フィルムのガラス転移温度が低下したことが原因で、この絶縁フィルムが軟化して膨張した可能性が高いと推定した。すなわち、絶縁フィルムの物性変化が膨張の発生した要因の一つと判断した。
（電池セルと絶縁フィルムの密着）

【0043】

一方で、絶縁フィルムの内部で結露水が気化して内圧が上昇することで絶縁フィルムの膨張が発生したと推定した場合、膨れた周辺部分が密封されている必要がある。すなわち図１９において、クロスハッチングで示した領域が、電池セル１の外装缶に密着している状態であると推測される。このため、温湿度サイクルの試験中に電池セルと絶縁フィルムの密着が発生しているかを検討する。
（密着のメカニズム）

【0044】

ここで、電池セルの外装缶の表面と絶縁フィルムの内面で水分子などが作用する状態を、図８Ａ～図８Ｂに示す。これらの図において、図８Ａは結露水が発生し、付着した状態を示す模式図、図８Ｂは高温移行時に結露水が蒸発する状態を示す模式図を、それぞれ示している。このような状態で、電池セル１の外装缶と、絶縁フィルム２との密着が発生しているとすれば、以下のような事象が順に発生していると推測される。
（１）結露水（Ｈ₂Ｏ）により、電池セル１の外装缶（Ａｌ）の表面に、水酸化アルミニウム（－ＯＨ基）が生成される。
（２）高温乾燥により、結露水の一部が蒸発する。
（３）高温環境下でＰＥＴ分子の運動が活発になるため、－ＯＨ基とＰＥＴ分子のＯが水素結合して、密着が促進される。

【0045】

このように、水素結合の発生によって電池セルと絶縁フィルムが密着している可能性を、化学的に説明することができた。よって、水素結合による電池セルと絶縁フィルムの密着の発生が、絶縁フィルムの膨張の発生要因の１つであると本願発明者は判断した。

【0046】

以上の通り、絶縁フィルムの膨張が発生する要因として、以下の３つが挙げられる。
（１）絶縁フィルムの軟化
（２）電池セルと絶縁フィルムの部分的な密着
（３）電池セルと絶縁フィルムの間に存在する水分や気体の体積膨張
これら３つの条件がすべて揃ったときに絶縁フィルムが膨張すると考えられる。

【0047】

このような絶縁フィルムの膨張の発生メカニズムに鑑みて、本実施形態に係る電源装置においては、絶縁フィルムの意図しない膨張を抑制する構成を検討した。ここでは、上記３つの条件の内、特に（２）に着目して、電池セルと絶縁フィルムの部分的な密着の発生を抑制する構成を検討した。具体的には図９の模式断面図に示すように、絶縁フィルム２の内面と電池セル１の表面との間に、これら絶縁フィルム２と電池セル１の密着を阻害する密着阻害層４０を介在させている。このような構成とすることで、絶縁フィルム２と電池セル１の部分的な密着に起因する絶縁フィルム２の意図しない膨張を抑制できる。すなわち密着阻害層４０を介在させることで、電池セル１の外装缶と絶縁フィルム２とが接着されることを阻害することにより、絶縁フィルム２による電池セル１の絶縁の確保機能を維持させ、もって電池セル１の絶縁の信頼性を向上させることができる。
（密着阻害層４０）

【0048】

密着阻害層４０は、例えば油膜のような表面を滑り易くした材料が利用できる。密着阻害層４０は、予め絶縁フィルム２の内面に形成してもよいし、電池セル１の表面側に形成してもよい。あるいはこれらを組み合わせてもよい。あるいはまた、別部材として電池セルの表面と絶縁フィルムの内面に挿入してもよい。また、密着阻害層は一定の形態を有する層状に形成する構成に限らず、例えば油のような液状、ゲル状として、電池セルの表面や絶縁フィルムの内面に塗布したり、コーティングしてもよい。また、電池セルの外装缶表面を絶縁フィルムで被覆した状態で、この間に液状の密着阻害層を注入してもよい。例えば電池セルと絶縁フィルムとの僅かな隙間に、毛細管現象を利用して密着阻害層を染み込ませてもよい。

【0049】

一例として、密着阻害層４０を、絶縁フィルム２の内面に形成されたフィルム側剥離層４１として構成した例を、図１０の模式断面図に示す。このように絶縁フィルム２の内面にフィルム側剥離層４１を予め形成しておくことで、電池セル１の表面との間に密着阻害層４０を容易に形成できる。

【0050】

またこのような密着阻害層４０としては、例えば脂肪酸アミドや脂肪酸エステルが利用できる。また、絶縁フィルム２から油分を滲み出させて、表面に油膜を形成させてフィルム側剥離層４１とすることもできる。

【0051】

あるいは、他の密着阻害層４０として電池セル１の表面に形成されたセル側剥離層４２を用いる例を、図１１の模式断面図に示す。このように電池セル１の表面にセル側剥離層４２を予め形成しておくことで、絶縁フィルム２の内面との間に密着阻害層４０を容易に形成できる。またセル側剥離層４２としては、電池セル１の外装缶の表面に、フッ素樹脂等の平滑性を向上させる樹脂材をコーティングさせたり、逆に表面にブラストなどの表面加工を施し、凹凸を形成することで微小な空気層を一様に介在させて、部分的な密着の発生を阻害させるようにすることもできる。このような表面処理も、本明細書においては密着阻害層４０に含めるものとする。

【0052】

あるいはまた、密着阻害層４０として、絶縁フィルム２の内面に形成されたフィルム側剥離層４１と、電池セル１の表面に形成されたセル側剥離層４２を共に用いる例を、図１２の模式断面図に示す。これにより、電池セル１と絶縁フィルム２の間により確実に密着阻害層４０を形成でき、信頼性が向上する。

【0053】

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）

【0054】

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１３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）

【0055】

また、図１４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）

【0056】

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１５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。

【0057】

図１５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。

【0058】

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。

【0059】

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】

【0060】

本発明に係る電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置は、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】

【0061】

１００…電源装置
１…電池セル；１ａ…外装缶
２、２’…絶縁フィルム
３…絶縁スペーサ
４…エンドプレート
５…締結部材；５Ａ…折曲片
７…冷却プレート
８…冷却機構
１０…電池積層体
１１…外装缶；１１Ａ…天面；１１Ｂ…底面；１１Ｃ…主面；１１Ｄ…側面
１３…電極端子
１５…安全弁
１６…開口部
１７…バスバー
１９…止ネジ
３１…冷媒路
３２…コンプレッサ
３３…冷却熱交換器
３４…膨張弁
３５…絶縁性熱伝導シート
４０…密着阻害層
４１…フィルム側剥離層
４２…セル側剥離層
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
１０１…電池セル
１０２…熱収縮シート
１１０…電池ブロック
１１１…外装缶；１１１Ｂ…底面
１１３…電極端子
ＳＷ…結露水
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】