特許 7606969 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-18

(45)【発行日】2024-12-26

(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 50/262 20210101AFI20241219BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20241219BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20241219BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20241219BHJP

   H01M 10/653 20140101ALI20241219BHJP

   H01M 10/6554 20140101ALI20241219BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20241219BHJP

   H01M 50/244 20210101ALI20241219BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20241219BHJP

   H01M 50/264 20210101ALI20241219BHJP

【ＦＩ】

H01M50/262 S

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/647

H01M10/653

H01M10/6554

H01M50/209

H01M50/244 Z

H01M50/249

H01M50/264

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021542628

(86)(22)【出願日】2020-07-20

(86)【国際出願番号】 JP2020028025

(87)【国際公開番号】W WO2021039197

(87)【国際公開日】2021-03-04

【審査請求日】2023-05-12

(31)【優先権主張番号】P 2019157259

(32)【優先日】2019-08-29

(33)【優先権主張国・地域又は機関】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】110003225

【氏名又は名称】弁理士法人豊栖特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高橋 宏行

【審査官】瀧口 博史

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１７４８５５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－１９５０１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ５０／２６２

Ｈ０１Ｍ ５０／２４４

Ｈ０１Ｍ ５０／２０４

Ｈ０１Ｍ １０／６１３

Ｈ０１Ｍ １０／６２５

Ｈ０１Ｍ １０／６４７

Ｈ０１Ｍ １０／６５３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電力供給対象機器に固定するための電源装置であって、
外装缶を角型とする複数の電池セルと、
前記複数の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、
前記電池積層体の下面を覆う下部プレートと、
前記複数の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、前記下部プレートの上面に前記電池積層体を載置した状態で前記エンドプレート同士を締結する複数の締結部材と、
前記下部プレートを、電力供給対象機器に固定するためのプレート固定機構と、
前記下部プレートと前記締結部材とを、変位を許容する状態に連結する連結構造と、
を備えており、
前記連結構造が、
前記締結部材又は下部プレートのいずれか一方に形成された、前記複数の電池セルの積層方向に沿って延長された長穴と、
前記締結部材又は下部プレートのいずれか他方の、前記長穴と対応する位置に形成された穴部と、
前記長穴及び穴部を挿通して、前記下部プレートと締結部材との界面の相対的な変位を許容する状態に螺合される長穴ねじと、
を有し、
前記連結構造が、さらに、
前記締結部材又は下部プレートのいずれか一方の、前記複数の電池セルの積層方向の中央部分に形成された丸穴と、
前記締結部材又は下部プレートのいずれか他方の、前記丸穴と対応する位置に螺合される丸穴ねじと、
を備え、
前記長穴は、前記締結部材又は下部プレートのいずれか一方において、前記複数の電池セルの積層方向の端部の両方にそれぞれ形成されており、
前記長穴ねじは、前記締結部材又は下部プレートのいずれか他方において、前記長穴と対応する位置にそれぞれ螺合されてなる電源装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電源装置であって、
前記プレート固定機構が、前記下部プレートを、電力供給対象機器に固定するためのブラケットと、
前記下部プレートと前記ブラケットを固定するための固定具である電源装置。

【請求項3】

請求項２に記載の電源装置であって、
前記ブラケットが、前記一対のエンドプレートからそれぞれ突出する姿勢に固定されてなる電源装置。

【請求項4】

請求項２又は３に記載の電源装置であって、
前記プレート固定機構が、
前記下部プレートに形成されたプレート固定ねじ穴と、
前記ブラケットに開口されたブラケット固定穴と、
前記プレート固定ねじ穴とブラケット固定穴に挿入されるプレート固定ボルトと、
で構成され、
前記プレート固定ねじ穴及びブラケット固定穴に挿入されたプレート固定ボルトは、その上面が、前記下部プレートの主面よりも低い高さとなるよう構成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、
前記プレート固定機構と、前記連結構造とが、同軸上に形成されており、
前記プレート固定機構を構成する、前記下部プレートに形成されたプレート固定ねじ穴が、前記連結構造を構成する、前記下部プレートに形成された穴部であり、
前記プレート固定機構を構成する、前記プレート固定ねじ穴とブラケット固定穴に挿入されるプレート固定ボルトが、前記連結構造を構成する、前記穴部を挿通して、前記下部プレートと締結部材との界面の相対的な変位を許容する状態に螺合される長穴ねじである電源装置。

【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、さらに、
前記下部プレートの上面と、前記電池積層体の下面との間に介在されて、前記下部プレートと電池積層体とを熱結合状態とする伝熱シートを備えてなる電源装置。

【請求項7】

請求項６に記載の電源装置であって、
前記伝熱シートが、弾性を有する絶縁性の部材で構成されてなる電源装置。

【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、
前記電池積層体の平面視における矩形状のアスペクト比が５以上である電源装置。

【請求項9】

請求項１～８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電池セルを複数枚積層している。また電池セルは、充放電によって外装缶が膨張することが知られている。一般的には、図１２の斜視図に示すように、電源装置９００は角型の外装缶の電池セル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。また、このような電源装置９００は、図１３に示すようにエンドプレートやバインドバーをブラケット９６０を介して電動車両等にボルトで締結するなどして固定されている。

【0003】

一方で、近年の高容量化の要求に伴い、電池積層体を構成する電池セルの積層数が増大する傾向にある。このような構成においては、各電池セルが膨張する膨化量が累積されて、電池積層体全体の伸び量が増える。この結果、電源装置を電動車両等に固定するブラケットの固定点に大きな負荷が掛かるという問題があった。例えば図１３の側面図に示すような長さの電源装置９００に対して、図１４の側面図に示す電源装置７００のように電池セルの積層数を増やすと、積層数に応じて延び量も累積されて大きくなる結果、電源装置７００を固定するブラケット７６０の固定点に印加される応力負荷も過大となって、疲労や劣化が懸念される。

【0004】

また図１３や図１４の構成では、電池セルを締結するバインドバー９０４、７０４にブラケット９６０、７６０を固定しているところ、電池積層体の長尺化が進むと、膨化力を受けるバインドバーも長尺となって伸び量が増えるため、さらにブラケットに対する応力が大きくなる。

【0005】

このような伸び量に対応したブラケットやボルトを準備しようとすると、ブラケットの材質を高価なタイプに変更したり、板厚を増したりボルト径や本数が増えるなど、コストアップと重量増を招くという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】国際公開第２０１８／０１２２２４号

【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、電池積層体が長くなった場合でも、電動車両等に固定する固定構造に大きな負荷がかからないようにし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】

【0008】

本発明のある側面に係る電源装置は、電力供給対象機器に固定するための電源装置であって、外装缶を角型とする複数の電池セルと、前記複数の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、前記電池積層体の下面を覆う下部プレートと、前記複数の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、前記下部プレートの上面に前記電池積層体を載置した状態で前記エンドプレート同士を締結する複数の締結部材と、前記下部プレートを、電力供給対象機器に固定するためのプレート固定機構と、前記下部プレートと前記締結部材とを、変位を許容する状態に連結する連結構造とを備える。

【発明の効果】

【0009】

上記構成により、電池セルの膨張の影響を受けるエンドプレートや締結部材でなく、膨化の影響を受けない下部プレートを、プレート固定機構で電力供給対象機器と固定する構造とすることで、電池セルの膨張や収縮によってプレート固定機構に応力が集中する事態を回避して、電源装置を安定的に電力供給機器に固定できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態１に係る電源装置を電力供給対象機器に固定する様子を示す分解斜視図である。

【図2】図１の電源装置を斜め上方から見た分解斜視図である。

【図3】図２の電源装置を斜め下方から見た分解斜視図である。

【図4】図２の電源装置の更なる分解斜視図である。

【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】変形例に係る伝熱シートを示す拡大断面図である。

【図7】図１のプレート固定機構及び連結構造を示す要部拡大断面図である。

【図8】図１の電源装置において電池積層体が変位する状態を示す模式側面図である。

【図9】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10】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11】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12】従来の電源装置を示す分解斜視図である。

【図13】電源装置をブラケットを介して電動車両等に固定する様子を示す側面図である。

【図14】電池積層体を長くした電源装置をブラケットを介して電動車両等に固定する様子を示す側面図である。

【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、前記プレート固定機構が、前記下部プレートを、電力供給対象機器に固定するためのブラケットと固定するための固定具である。

【0013】

本発明の他の実施形態に係る電源装置は、電力供給対象機器に固定するための電源装置であって、外装缶を角型とする複数の電池セルと、前記複数の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、前記電池積層体の下面を覆う下部プレートと、前記複数の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、前記下部プレートの上面に前記電池積層体を載置した状態で前記エンドプレート同士を締結する複数の締結部材と、前記下部プレートを、電力供給対象機器に固定するためのブラケットと、前記下部プレートと前記ブラケットを固定するための固定具と、前記下部プレートと前記締結部材とを、変位を許容する状態に連結する連結構造とを備える。上記構成により、電池セルの膨張の影響を受けるエンドプレートや締結部材でなく、膨化の影響を受けない下部プレートを、固定具でブラケットと固定し、このブラケットを介して電力供給対象機器に固定する構造とすることで、電池セルの膨張や収縮によってブラケットに応力が集中する事態を回避して、電源装置を安定的に電力供給機器に固定できる。

【0014】

また、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記ブラケットが、前記一対のエンドプレートからそれぞれ突出する姿勢に固定されている。

【0015】

さらに、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記プレート固定機構が、前記下部プレートに形成されたプレート固定ねじ穴と、前記ブラケットに開口されたブラケット固定穴と、前記プレート固定ねじ穴とブラケット固定穴に挿入されるプレート固定ボルトとで構成され、前記プレート固定ねじ穴及びブラケット固定穴に挿入されたプレート固定ボルトは、その上面が、前記下部プレートの主面よりも低い高さとなるよう構成されている。上記構成により、プレート固定機構で下部プレートをブラケットに固定した状態で、プレート固定ボルトをプレート固定ねじ穴から上面に突出させないようにして、下部プレートの上面で電池セルの膨張や縮小による電池積層体の変位がプレート固定ボルトによって阻害される事態を回避できる。

【0016】

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記連結構造が、前記締結部材又は下部プレートのいずれか一方に形成された、前記複数の電池セルの積層方向に沿って延長された長穴と、前記締結部材又は下部プレートのいずれか他方の、前記長穴と対応する位置に形成された穴部と、前記長穴及び穴部を挿通して、前記下部プレートと締結部材との界面の相対的な変位を許容する状態に螺合される長穴ねじとを有する。上記構成により、電池セルの膨張、収縮によって変位する締結部材と、下部プレートとの界面における変位を許容しつつも、下部プレートと締結部材との連結状態を維持することが可能となる。

【0017】

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記連結構造が、さらに、前記締結部材又は下部プレートのいずれか一方の、前記複数の電池セルの積層方向の中央部分に形成された丸穴と、前記締結部材又は下部プレートのいずれか他方の、前記丸穴と対応する位置に螺合される丸穴ねじとを備え、前記長穴は、前記締結部材又は下部プレートのいずれか一方において、前記複数の電池セルの積層方向の端部の両方にそれぞれ形成されており、前記長穴ねじは、前記締結部材又は下部プレートのいずれか他方において、前記長穴と対応する位置にそれぞれ螺合されている。上記構成により、変位の少ない長手方向の中央を丸穴と丸穴ねじの螺合により固定しつつ、変位の相対的に大きい端部は長穴として、長手方向への多少の変位を許容することが可能となる。

【0018】

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記プレート固定機構と、前記連結構造とが、同軸上に形成されており、前記プレート固定機構を構成する、前記下部プレートに形成されたプレート固定ねじ穴が、前記連結構造を構成する、前記下部プレートに形成された穴部であり、前記プレート固定機構を構成する、前記プレート固定ねじ穴とブラケット固定穴に挿入されるプレート固定ボルトが、前記連結構造を構成する、前記穴部を挿通して、前記下部プレートと締結部材との界面の相対的な変位を許容する状態に螺合される長穴ねじである。

【0019】

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、さらに、前記下部プレートの上面と、前記電池積層体の下面との間に介在されて、前記下部プレートと電池積層体とを熱結合状態とする伝熱シートを備えている。

【0020】

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記伝熱シートが、弾性を有する絶縁性の部材で構成されている。

【0021】

さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記電池積層体の平面視における矩形状のアスペクト比が５以上である。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

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］

【0026】

本発明の実施形態１に係る電源装置１００を、図１～図８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を電力供給対象機器ＰＤに固定する様子を示す分解斜視図、図２は図１の電源装置１００を斜め上方から見た分解斜視図、図３は図２の電源装置１００を斜め下方から見た分解斜視図、図４は図２の電源装置１００の更なる分解斜視図、図５は図１の電源装置１００のＶ－Ｖ線における垂直断面図、図６は変形例に係る伝熱シート４０を示す拡大断面図、図７は図１のプレート固定機構及び連結構造を示す要部拡大断面図、図８は図１の電源装置１００において電池積層体１０が変位する状態を示す模式側面図を、それぞれ示している。
（電力供給対象機器ＰＤ）

【0027】

電源装置１００は、電動車両等の電力供給対象機器ＰＤに、ブラケット６０を介して固定されている。図１の例では、電動車両に形成された凹部ＤＩに、電源装置１００を収納すると共に、ブラケット６０を介して電源装置１００の長手方向の両端を固定する。
（ブラケット６０）

【0028】

ブラケット６０は、図２～図３に示すように、階段状に折曲された金属片で構成され、電源装置１００に固定した状態で、一対のエンドプレート２０からそれぞれ突出する姿勢に固定されている。ブラケット６０の形状は一例であり、電力供給対象機器に固定可能な任意の形状が利用できる。また、ブラケットを利用することなく、電源装置を直接電力供給対象機器ＰＤに固定する構造としてもよい。本明細書における電源装置において、ブラケットは任意であり、ブラケットを含めた構成を電源装置と呼ぶ場合と、ブラケットを含まず電源装置を呼ぶ場合の両方を包含する。図２～図３は、ブラケット６０を含む電源装置１００を示している。また図４は、ブラケットを含まない電源装置１００を示している。

【0029】

電源装置１００は、図１に示すように電力供給対象機器ＰＤに固定するためのプレート固定機構６を下部プレート５０（詳細は後述）に設けている。ブラケット６０を用いて電源装置１００を電力供給対象機器ＰＤに固定する場合は、プレート固定機構６は、下部プレート５０をブラケット６０と固定するための固定具となる。
（電源装置１００）

【0030】

電源装置１００は、図２～図４に示すように、複数の電池セル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、この電池積層体１０の底面に配置される電池側プレート１４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、電池積層体１０を下面に配置された伝熱シート４０と、伝熱シート４０の下面に配置された下部プレート５０を備える。

【0031】

締結部材１５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１５は、電池積層体１０の対向する側面にそれぞれ配置されて、下部プレート５０の上面に電池積層体１０を載置した状態でエンドプレート２０同士を締結する。

【0032】

電池側プレート１４は、電池積層体１０の底面側に配置されると共に、締結部材１５と固定される。この電池側プレート１４は、金属板等で構成される。また電池側プレート１４と電池積層体１０の底面との間は、絶縁シート等を介して絶縁される。

【0033】

下部プレート５０は、この上面に伝熱シート４０を介して載置された電池積層体１０を放熱する。また伝熱シート４０は、下部プレート５０の上面と電池積層体１０の下面との間に介在されて、下部プレート５０と電池積層体１０との熱結合状態を安定させる。これによって、電池セル１の充放電によって電池積層体１０が発熱しても、伝熱シート４０を介して下部プレート５０に熱伝導して放熱する。
（電池積層体１０）

【0034】

電池積層体１０は、図２～図４に示すように、正負の電極端子２を備える複数の電池セル１と、これら複数の電池セル１の電極端子２に接続されて、複数の電池セル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電池セル１を並列や直列に接続している。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、多数の電池セル１が並列かつ直列に接続される。図４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、積層状態の電池セル１を押圧した状態に固定する。
（電池セル１）

【0035】

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、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。電池セルには、充電できる全ての電池、例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、ニッケル水素電池セルなども使用できる。

【0036】

電池セル１は、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）

【0037】

電池セル１は、図４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。

【0038】

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４等に示すように、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。

【0039】

複数の電池セル１は、各電池セル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４においては封口板１ｂ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。

【0040】

電池積層体１０は、隣接して積層される電池セル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、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を互いに隣接する電池セル１の間に積層して、隣接する電池セル１同士を絶縁できる。なお、隣接する電池セル間に配置されるスペーサとしては、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、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フィルムで電池セルの電極部分を除く外装缶の表面を覆ってもよい。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、これらの電池セルの間の絶縁スペーサを省略することもできる。

【0041】

さらに、図４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。

【0042】

実施形態１に係る電源装置１００は、複数の電池セル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。

【0043】

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）

【0044】

エンドプレート２０は、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。
（締結部材１５）

【0045】

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４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。

【0046】

この締結部材１５は、図４の分解斜視図に示すように、締結主面１５ａの長手方向の端部、すなわち電池積層体１０の積層方向の両端において、Ｌ字状に折曲させたエンドプレート係止片１５ｂを設けている。このエンドプレート係止片１５ｂを、エンドプレート２０に螺合するなどして、エンドプレート２０同士を固定する。

【0047】

また締結部材１５は、図４の分解斜視図及び図５の垂直断面図に示すように、締結主面１５ａの下端をＬ字状に折曲して、下部プレート連結片１５ｄを形成している。さらに締結主面１５ａの上端を折曲して、電池積層体１０の上面の端部を押圧する押圧片１５ｃを形成している。このように締結部材１５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。

【0048】

押圧片１５ｃは、電池積層体１０の電池セル１の上面を個別に押圧できるように、電池セル毎に分離されている。これにより、各押圧片１５ｃは隣接する押圧片１５ｃから独立して電池セル１を下部プレート５０側に押し付けることができる。このようにして、各電池セル１が下部プレート５０から浮き上がることを阻止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。

【0049】

なお、締結部材１５の形状や、エンドプレート２０との締結構造は、既知の構造を適宜利用できる。例えば締結部材の両端をＬ字状に折曲させることなく平板状とし、エンドプレートの側面と螺合するよう構成してもよい。あるいは締結部材がエンドプレートの側面と対向する部分を、段差状に係合する係合構造として、締結部材をエンドプレートの側面に係合構造でもって係合した状態で、さらに螺合させる構造としてもよい。

【0050】

多数の電池セル１を積層している電源装置１００は、複数の電池セル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、複数の電池セル１を拘束するように構成されている。複数の電池セル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。

【0051】

また締結部材１５と電池積層体１０の間には、絶縁シートが介在される。絶縁シート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１との間を絶縁している。

【0052】

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。
（伝熱シート４０）

【0053】

伝熱シート４０は、絶縁性を備えつつ、熱伝導性に優れた材質で構成される。また伝熱シート４０は弾性又は可撓性を有しており、下部プレート５０と電池積層体１０との間で押圧されて変形し、これらの界面で隙間なく密着して、熱結合状態とする。このような伝熱シート４０としては、シリコーン樹脂などが好適に利用できる。また、熱伝導性を増すため酸化アルミニウムなどのフィラーを添加してもよい。
（低摩擦抵抗領域４２）

【0054】

また伝熱シート４０の上面には、電池積層体１０と摩擦抵抗を低減する低摩擦抵抗領域４２を設けることが好ましい。このような低摩擦抵抗領域４２として、例えば図６の断面図に示すように、別部材の摺動シートを伝熱シート４０の上面に配置してもよい。摺動シートは、伝熱シート４０よりも摩擦抵抗の少ない材質とする。これによって、伝熱シート４０の上面で電池積層体１０が膨張、収縮によって変位する際、伝熱シート４０の上面を摺動させてしわの発生を避け、熱結合状態を維持できる。このような摺動シートとしては、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムが好ましく、特に２軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムが好適である。

【0055】

また、伝熱シートの表面に、摩擦抵抗を限定する領域を設けてもよい。例えば伝熱シートの表面にフッ素樹脂コーティング等の表面処理や加工を施すことによって摩擦抵抗を低減させる。あるいは伝熱シートの表面にグリースやオイルなどを塗布してもよい。
（下部プレート５０）

【0056】

下部プレート５０は、電池積層体１０の下面を覆う。この下部プレート５０には、熱伝導性に優れた金属製の放熱板等が利用できる。また下部プレート５０は、内部に冷媒の循環経路を備えるなど、冷却機構を備えてもよい。これにより、冷媒冷却によって効率良く電池積層体１０を放熱、冷却できると共に、伝熱シート４０によって電池積層体１０と下部プレート５０の熱結合状態を好適に維持できる。
（固定具）

【0057】

下部プレート５０は、電力供給対象機器ＰＤに固定するためのプレート固定機構６を備えている。上述の通り、図１～図３の例では、プレート固定機構６は、ブラケット６０を固定するための固定具である。固定具は、図２～図３の例では、下部プレート５０に形成されたプレート固定ねじ穴５１と、ブラケット６０に開口されたブラケット固定穴６３と、プレート固定ねじ穴５１とブラケット固定穴６３に挿入されるプレート固定ボルト６２で構成している。プレート固定ボルト６２は、ねじ頭６２ａと、ねじ溝部６２ｂを備えている。ここで図７の拡大断面図に示すように、下部プレート５０のプレート固定ねじ穴５１とブラケット６０のブラケット固定穴６３に挿入されたプレート固定ボルト６２は、その上面が下部プレート５０の主面よりも低い高さとなるよう構成されている。具体的には、図７の要部拡大図に示すように、プレート固定ボルト６２のねじ頭６２ａの上面が、下部プレート５０の主面よりも高さｄ１分低くなるよう設計される。これにより、プレート固定機構で下部プレート５０にブラケット６０に固定した状態で、プレート固定ボルト６２をプレート固定ねじ穴５１から上面に突出させないようにして、下部プレート５０の上面で電池セル１の膨張や縮小による電池積層体１０の変位を、後述する連結構造で許容させてながら、プレート固定ボルト６２によって電池セル１のスライドが阻害される事態を回避できる。
（連結構造５）

【0058】

さらに電源装置１００は、図７の拡大断面図及び図８の側面図に示すように、下部プレート５０と締結部材１５とを変位を許容する状態に連結する連結構造５を備えている。これにより、電池セル１の膨張収縮による変位を下部プレート５０に伝達することなく、電源装置１００を安定的に電力供給対象機器ＰＤに固定できる。

【0059】

特に、電池セルの積層数が多い、図１４に示すような長尺の電源装置７００においては、電池セルの膨張や収縮による電池積層体の全長の変位量が大きいため、電源装置７００を電力供給対象機器ＰＤに固定するブラケット７６０に大きな負荷がかかる。例えば電池セルのセル数が１２セルから３６セルになると、伸び量が約２．７倍となり、応力負荷もこれに比例して大きくなる。このような長尺の電源装置に対して、上述したプレート固定機構６と連結構造５を有する電源装置は有利となる。具体的には、電池積層体１０の平面視における矩形状のアスペクト比が５以上の長尺の電源装置に対して、有効となる。例えば、電池積層体１０の長辺が概ね１ｍ～１ｍ２０ｃｍ程度、短辺が概ね１４０ｍｍ～１７０ｍｍ程度の電源装置に対して、電力供給対象機器に固定する固定構造に大きな負荷が掛かる事態を回避できる。

【0060】

連結構造５は、例えば締結部材１５又は下部プレート５０のいずれか一方に形成された長穴と、他方に形成された穴部と、これら長穴と穴部に挿通される長穴ねじで構成される。図７の断面図に示す例では、長穴を締結部材１５に、穴部を下部プレート５０に、それぞれ形成している。長穴は、複数の電池セルの積層方向に沿って延長される。また穴部は、長穴と対応する位置に形成されている。この長穴と穴部に長穴ねじを挿通して螺合することで、下部プレート５０と締結部材１５との界面の相対的な変位を許容することができる。

【0061】

また連結構造５は、締結部材１５又は下部プレート５０のいずれか一方に形成された丸穴と、他方に形成された第二穴部と、これら丸穴と第二穴部に挿通される丸穴ねじを含めることが好ましい。図３～図４の分解斜視図に示す例では、締結部材１５に丸穴（後述する切り欠き１５ｇ）を、下部プレート５０に第二穴部５２を、それぞれ形成している。丸穴は、複数の電池セル１の積層方向の中央部分に形成される。図３等の例では、締結部材１５の長手方向の中央に丸穴を形成し、両端側にそれぞれ長穴を形成している。このように、連結構造５として長手方向の中央を丸穴として固定しつつ、電池積層体１０の伸縮が累積して大きくなる両側の端部はそれぞれ長穴とすることで、図８に示すように電池積層体１０の両端側への伸張、収縮による許容し、締結部材１５と下部プレート５０を、下部プレート５０上での電池積層体１０の摺動を許容する状態で連結することが可能となる。

【0062】

さらに、プレート固定機構６と、連結構造５とは、同軸上に形成することが好ましい。すなわち、プレート固定機構６と連結構造５とを構成するねじやねじ穴を共通化することで、下部プレート５０と電池積層体１０の連結、及び下部プレート５０とブラケット６０との固定を、一箇所で行うことが可能となり、構成の簡素化や部品点数の削減が図られる。図７の例では、プレート固定機構６を構成する、下部プレート５０に形成されたプレート固定ねじ穴５１が、連結構造５を構成する穴部の機能を果たす。またプレート固定機構６を構成する、プレート固定ねじ穴５１とブラケット固定穴６３に挿入されるプレート固定ボルト６２が、連結構造５を構成する長穴ねじの機能を果たしている。

【0063】

図３～図４に示す連結構造５は、締結部材１５の下部プレート連結片１５ｄに形成された、丸穴である切り欠き１５ｇと、長穴である締結部材ねじ穴１５ｆ、及び下部プレート５０に形成された、プレート固定ねじ穴５１と第二穴部５２、及びこれらに挿通されるプレート固定ボルト６２及び丸穴ねじ５３で構成される。なお、この例では丸穴として切り欠き１５ｇを下部プレート連結片１５ｄの中間に形成しているが、切り欠きに代えて貫通孔としてもよいことは云うまでもない。

【0064】

さらに連結構造５は、図７に示すように、締結部材１５の下部プレート連結片１５ｄに形成された締結部材ねじ穴１５ｆ、及び下部プレート５０に形成されたプレート固定ねじ穴５１に、プレート固定ボルト６２を螺合している。締結部材ねじ穴１５ｆを電池積層体１０の伸縮方向に沿った長穴とすることで、下部プレート５０と締結部材１５を螺合しつつも、その界面における摺動を許容している。この例では、締結部材ねじ穴１５ｆの内面と、プレート固定ボルト６２のねじ溝部６２ｂの周囲との間に、隙間ｄ２、ｄ３を形成している。この隙間ｄ２、ｄ３の分だけ、電池積層体１０が伸張しても、その伸張が下部プレート５０に伝達されることを回避して、下部プレート５０とブラケット６０を介した電力供給対象機器ＰＤとの固定構造への負荷を軽減できる。

【0065】

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）

【0066】

図９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９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）

【0067】

また、図１０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）

【0068】

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１１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。

【0069】

図１１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。

【0070】

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。

【0071】

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】

【0072】

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】

【0073】

１００、７００、９００…電源装置、１…電池セル、１Ｘ…端子面、１ａ…外装缶、１ｂ…封口板、２…電極端子、５…連結構造、６…プレート固定機構、１０…電池積層体、１４…電池側プレート、１５…締結部材；１５ａ…締結主面；１５ｂ…エンドプレート係止片；１５ｃ…押圧片；、１５ｄ…下部プレート連結片；１５ｆ…締結部材ねじ穴；１５ｇ…切り欠き、１６…絶縁スペーサ、１７…端面スペーサ、２０…エンドプレート、４０…伝熱シート、４２…低摩擦抵抗領域、５０…下部プレート、５１…プレート固定ねじ穴、５２…第二穴部、５３…丸穴ねじ、６０、７６０、９６０…ブラケット、６２…プレート固定ボルト；６２ａ…ねじ頭；６２ｂ…ねじ溝部、６３…ブラケット固定穴、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、９０１…電池セル、９０２…スペーサ、９０３…エンドプレート、７０４、９０４…バインドバー、ＰＤ…電力供給対象機器、ＤＩ…凹部、ｄ１…高さ；ｄ２、ｄ３…隙間、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】