特許 7644015 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】2025-03-03

(45)【発行日】2025-03-11

(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 10/6554 20140101AFI20250304BHJP

   H01M 10/613 20140101ALI20250304BHJP

   H01M 10/625 20140101ALI20250304BHJP

   H01M 10/647 20140101ALI20250304BHJP

   H01M 10/6556 20140101ALI20250304BHJP

   H01M 10/6567 20140101ALI20250304BHJP

   H01M 50/103 20210101ALI20250304BHJP

   H01M 50/124 20210101ALI20250304BHJP

   H01M 50/121 20210101ALI20250304BHJP

   H01M 50/209 20210101ALI20250304BHJP

   H01M 50/204 20210101ALI20250304BHJP

   H01M 50/264 20210101ALI20250304BHJP

   H01M 50/249 20210101ALI20250304BHJP

   B60L 15/20 20060101ALI20250304BHJP

   B60L 50/60 20190101ALI20250304BHJP

   B60L 53/14 20190101ALI20250304BHJP

   B60L 58/26 20190101ALI20250304BHJP

【ＦＩ】

H01M10/6554

H01M10/613

H01M10/625

H01M10/647

H01M10/6556

H01M10/6567

H01M50/103

H01M50/124

H01M50/121

H01M50/209

H01M50/204 401H

H01M50/264

H01M50/249

B60L15/20 J

B60L50/60

B60L53/14

B60L58/26

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2021550405

(86)(22)【出願日】2020-08-18

(86)【国際出願番号】 JP2020031043

(87)【国際公開番号】W WO2021070478

(87)【国際公開日】2021-04-15

【審査請求日】2023-06-02

(31)【優先権主張番号】P 2019185998

(32)【優先日】2019-10-09

(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】田中 慎太郎

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１２５６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０７６５８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２８３６４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ１０／５２－１０／６６７

Ｈ０１Ｍ５０／００－５０／１９８

Ｈ０１Ｍ５０／２０－５０／２９８

Ｂ６０Ｌ１／００－３／１２

Ｂ６０Ｌ７／００－１３／００

Ｂ６０Ｌ１５／００－５８／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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、前記エンドプレート同士を締結する複数のバインドバーと、
前記電池積層体を上面側に載置して、該電池積層体を放熱するための放熱プレートと、
前記放熱プレートの上面と、前記電池積層体の下面との間に介在されて、前記放熱プレートと前記電池積層体とを熱結合状態とする伝熱シートと、
を備える電源装置の製造方法であって、
前記放熱プレートの上面に前記伝熱シートを設け、前記伝熱シートの上面に、該伝熱シートの上面よりも摩擦抵抗の小さい低摩擦摺動層を設ける工程と、
前記伝熱シートの上面に前記複数の電池セルを厚さ方向に並べて積層する工程と、
互いに隣接する前記電池セル間の間隔を調整するために、又は前記電池積層体の両端面に積層される前記エンドプレートとの相対位置を調整するために、前記電池セルを前記伝熱シートに対して摺動させて微調整する工程と、
を含む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、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。そこで、電池セルを複数枚積層した電池積層体を、圧縮した状態に締結して保持する。一般的には、図９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９１０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（特許文献１参照）。

【0003】

また、このような電源装置では充放電によって電池積層体が発熱するため、放熱機構を設けたものも開発されている。このような電源装置として、電池積層体の下面に伝熱シートを介在させて放熱プレートを配置する構造が開示されている（特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－８４３３１号公報

【文献】特開２０１１－３４７７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

この電源装置では、電池セルの発熱を、伝熱シートを介して放熱プレートの熱伝導することで、電池セルの発熱を底面から放熱プレートに効率よく熱伝導させて放熱できる。一方で、電池セルの底面と伝熱シートとの間の摩擦抵抗が大きくなるため、電源装置の組み立て工程において、速やかに多数の電池セルを積層し難くなる問題点がある。

【0006】

本発明は、以上のような問題点を解消するために開発されたものであって、本発明の目的の一は、電池セルと伝熱シートの間の熱伝導状態を維持しながら、伝熱シート上面と電池セル底面との間の摩擦抵抗を低減して、伝熱シートに対して電池セルをスムーズに摺動させて、電池積層体の組立時等において作業効率を向上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】

【0007】

本発明のある態様に係る電源装置は、外装缶を角型とする複数の電池セルと、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、複数の電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、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、電池積層体を上面側に載置して、電池積層体を放熱するための放熱プレートと、放熱プレートの上面と、電池積層体の下面との間に介在されて、放熱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とを備えており、伝熱シートと電池セルとの間に、伝熱シートの上面よりも摩擦抵抗の小さい低摩擦摺動層を設けている。

【0008】

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

【0009】

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

【発明の効果】

【0010】

以上の電源装置は、電池セルと伝熱シートの間の熱伝導状態を維持しながら、伝熱シート上面と電池セル底面との間の摩擦抵抗を低減して、伝熱シートに対して電池セルをスムーズに摺動させて、電池積層体の組立時等において作業効率を向上できる特徴がある。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【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に示す電源装置の分解斜視図である。

【図3】図１に示す電源装置を斜め下方から見た分解斜視図である。

【図4】図１に示す電源装置の一部拡大ＩＶ－ＩＶ線断面図である。

【図5】図１に示す電源装置の一部拡大Ｖ－Ｖ線断面図である。

【図6】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7】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8】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9】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】

【0012】

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。
本発明の第１の実施形態の電源装置は、外装缶を角型とする複数の電池セルと、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、複数の電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、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、電池積層体を上面側に載置して、電池積層体を放熱するための放熱プレートと、放熱プレートの上面と電池積層体の下面との間に介在されて、放熱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とを備え、伝熱シートと電池セルとの間に、伝熱シートの上面よりも摩擦抵抗の小さい低摩擦摺動層を設けている。

【0013】

以上の電源装置は、伝熱シートと電池セルとの間に、伝熱シートの上面よりも摩擦抵抗の小さい低摩擦摺動層を設けているので、伝熱シートの上面側に載置される複数の電池セルを伝熱シートの上面に対してよりスムーズに摺動させて、多数の電池セルを効率よく積層状態に配置できる。このため、多数の電池セルを積層して電池積層体を形成する工程において、作業効率を向上して製造コストを低減できる。

【0014】

さらに、以上の電源装置は、電池セルの充放電時において、積層された複数の電池セルが、電池セルの熱収縮により積層方向に移動する場合においても、電池セルの底面を伝熱シートの上面に対して低抵抗な状態で移動させることにより、電池セルと熱電シートの熱結合状態が悪化するのを有効に防止して、長期間にわたって良好な熱伝導状態を維持できる。

【0015】

本発明の第２の実施形態の電源装置は、伝熱シートを、弾性を有する絶縁性の部材で構成している。
上記構成によると、伝熱シートが弾性を有しているので、上面に配置される電池セルの底面に押圧される状態で、電池セルの底面に沿う状態で変形して伝熱シートと電池セルとを理想的な状態で熱結合できる。

【0016】

本発明の第３の実施形態の電源装置は、低摩擦摺動層を、伝熱シートと電池積層体の間に介在される伝熱シートよりも摩擦抵抗の小さい摺動シートとしている。
上記構成によると、伝熱シートと電池積層体の間に、伝熱シートよりも摩擦抵抗の小さい摺動シートを配置して低摩擦摺動層とするので、簡単かつ容易に伝熱シートの上面に低摩擦摺動層を形成することができる。

【0017】

本発明の第４の実施形態の電源装置は、摺動シートを、可撓性を有するシートとしている。
上記構成によると、摺動シートが可撓性を有しているので、電池セルの底面を伝熱シートの上面に対して密着状態で接触させて確実に熱結合できる。とくに、伝熱シートが弾性を有する場合、摺動シートを介して接触する電池セルの底面と伝熱シートとの密着性をさらに良好にできる。

【0018】

本発明の第５の実施形態の電源装置は、摺動シートを、ポリエチレンテレフタラートフィルムとしている。
上記構成によると、安価なＰＥＴフィルムを使用しながら、理想的な状態で伝熱シートの上面よりも摩擦抵抗の小さい低摩擦摺動層を形成できる。

【0019】

本発明の第６の実施形態の電源装置は、電池セルが、少なくとも底面を含む外周面を絶縁フィルムで被覆しており、絶縁フィルムをポリエチレンテレフタラートフィルムとしている。
上記構成によると、電池セルの底面を被覆する絶縁フィルムと、伝熱シートの上面に形成される低摩擦摺動層とをＰＥＴフィルムとして同素材とすることで、電池セルの摺動時における静電気の発生等の弊害を低減できる。

【0020】

本発明の第７の実施形態の電源装置は、摺動シートを、グラファイトシートとしている。

【0021】

本発明の第８の実施形態の電源装置は、摺動シートの厚さを２０μｍ～１００μｍとしている。

【0022】

本発明の第９の実施形態の電源装置は、放熱プレートが、内部に冷媒の循環経路を備えている。

【0023】

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。

【0024】

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］

【0025】

本発明の実施形態１に係る電源装置を、図１～図５にそれぞれ示す。これらの図において、図１は電源装置の斜視図を、図２は図１の電源装置を斜め上方から見た分解斜視図を、図３は図１の電源装置を斜め下方から見た分解斜視図を、図４は図１の電源装置のＩＶ－ＩＶ線における垂直断面図を、図５は図１の電源装置のＶ－Ｖ線における垂直断面をそれぞれ示している。

【0026】

電源装置１００は、図１～図５に示すように、外装缶を角型とする複数の電池セル１と、複数の電池セル１を積層した電池積層体２の両側端面を覆う一対のエンドプレート３と、複数の電池セル１の積層方向に沿って延長された板状で、電池積層体２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４と、電池積層体２を上面側に載置して、電池積層体２を放熱するための放熱プレート９と、放熱プレート９と電池積層体２との間に介在されて、放熱プレート９と電池積層体２とを熱結合状態とする伝熱シート６とを備えている。さらに、図に示す電源装置１００は、電池積層体２の上方に上面カバー８を備えている。

【0027】

（電池セル１）
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。

【0028】

電池セル１は、正負の電極板を積層した電極体を外装缶に収納して、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で気密に閉塞している。外装缶は、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。封口板は、外装缶と同じように、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。封口板は、外装缶の開口部に挿入され、封口板の外周と外装缶の内周との境界にレーザ光を照射して、封口板を外装缶にレーザ溶接して気密に固定している。

【0029】

電池セル１は、図４等に示すように天面である封口板を端子面１０として、この端子面１０の両端部に正負の電極端子１１を固定している。電極端子１１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。電池セル１の封口板に固定される正負の電極端子１１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１１をバスバー１４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。

【0030】

さらに、電池セル１は、図４及び図５の一部拡大図に示すように、外装缶の底面及び側面を絶縁フィルム１９で被覆している。これにより、互いに直列に接続される隣接する電池セル１間におけるショートを防止している。絶縁フィルム１９は、例えば、加熱することにより収縮する熱収縮性のプラスチックフィルムが使用できる。このような絶縁フィルム１９としてポリエチレンテレフタラートフィルムが使用できる。

【0031】

（電池積層体２）
複数の電池セル１は、各電池セル１の厚み方向が積層方向となるように積層されて電池積層体２を構成している。電池セルは、四角形のひとつの外周面を、正負の電極端子１１を設けている端子面１０として、端子面１０を同一平面に配置して、複数の電池セル１を積層して電池積層体２としている。

【0032】

電池積層体２は、図２に示すように、積層している電池セル１の間に絶縁スペーサ１２を挟着している。図の絶縁スペーサ１２は、樹脂等の絶縁材で薄いプレート状またはシート状に製作されている。図に示す絶縁スペーサ１２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しており、この絶縁スペーサ１２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同士を絶縁している。なお、隣接する電池セル１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。

【0033】

電池積層体２は、隣接する電池セル１の正負の電極端子１１に金属製のバスバー１４を接続して、バスバー１４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している。電池積層体２は、積層する電池セル１の個数で出力電圧と、充放電できる容量を設定値としている。電池積層体２は、直列に接続する電池セル１の個数で出力電圧を高くでき、電池セル１の個数で充放電の容量を大きくできる。電源装置は、電池積層体２を構成する電池セル１の個数とその並列と直列に接続する接続状態で、出力電圧と容量を設定値とするので、電池セル１の個数と接続状態は用途を考慮して最適な状態とされる。

【0034】

さらに、図２に示す電源装置１００は、電池積層体２の両端面にエンドプレート３を配置している。電池積層体２は、金属製のエンドプレート３と絶縁するために、両端面には端面スペーサ１３を挟んでエンドプレート３を配置することができる。端面スペーサ１３は、電池積層体２とエンドプレート３との間に配置されてエンドプレート３を電池積層体２から絶縁する。端面スペーサ１３は、樹脂等の絶縁材で薄いプレート状またはシート状に製作されている。端面スペーサ１３は、電池セル１の対向面全体をカバーできる大きさのプレート部を設けて、このプレート部を電池積層体２の両端に配置された電池セル１とエンドプレート３との間に積層している。

【0035】

（エンドプレート３）
エンドプレート３は、電池積層体２の電池セル１の積層方向における両端面にあって、電池積層体２を両端面から加圧状態に固定している。エンドプレート３は金属製の板材で、外形が電池セル１の外形にほぼ等しく、あるいは電池セル１よりも僅かに大きい四角形の板材である。エンドプレート３は、高張力綱で製作して強靭な構造にできる。エンドプレート３は、１枚の金属板とし、あるいは複数の金属板を積層する構造とし、あるいは金属板とプラスチックとの積層体とすることができる。

【0036】

（バインドバー４）
バインドバー４は、電池セル１の積層方向に伸びて両端部をエンドプレート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２の側面に沿う所定の上下幅と所定の厚さを有する金属板で、電池積層体２の両側面に対向して配置されている。バインドバー４は、電池積層体２の両端面を強い圧力で加圧して、充放電して膨張しようとする電池セル１を定位置に配置する。バインドバー４の金属板は、好ましくは高張力綱を使用する。金属板のバインドバー４は、プレス成形して所定の形状に形成される。

【0037】

バインドバー４は、図２及び図３の分解斜視図に示すように、両端を一対のエンドプレート３に固定するために、電池積層体２の積層方向の両端において、その両端部をエンドプレート３の外側面に沿うように折曲加工して固定部４Ａを設けている。バインドバー４は、この固定部４Ａをエンドプレート３に螺合するなどして、一対のエンドプレート３を締結している。

【0038】

さらに、バインドバー４は、図２～図４に示すように、下端部をＬ字状に折曲して、下側連結片４Ｂを形成している。この下側連結片４Ｂは、放熱プレート９の両側部の下面側に積層されて、放熱プレート９に連結される。さらに、バインドバー４は、上端部を折曲して、電池積層体２の上面の端部を押圧する押圧片４Ｃを形成している。この押圧片４Ｃは、電池積層体２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１毎に分離されている。これにより、各押圧片４Ｃは隣接する押圧片４Ｃから独立して電池セル１を放熱プレート９側に押圧することができる。このようにして、各電池セル１が放熱プレート９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２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。このようにバインドバー４は、電池積層体２の左右の両側部において、電池積層体２の上下面の隅部を覆って保持している。

【0039】

なお、バインドバー４の形状や、エンドプレート３との締結構造は、既知の構造を適宜利用できる。例えばバインドバーの両端部を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。あるいはバインドバー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、バインドバーをエンドプレートの側面に係止構造でもって係止した状態で、さらに螺合させる構造としてもよい。

【0040】

また、バインドバー４と電池積層体２の間には、絶縁シートを介在させてもよい。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、金属製のバインドバー４と電池セル１との間を絶縁する。

【0041】

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、樹脂製の熱収縮性フィルムで覆われている場合、又はバインドバー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、あるいはバインドバー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。

【0042】

（放熱プレート９）
放熱プレート９は、図２～図５に示すように、電池積層体２とエンドプレート３の底面に配置される。この放熱プレート９は、その上面に伝熱シート６を介して載置された電池積層体２を放熱する。放熱プレート９には、熱伝導性に優れた金属製の放熱板等が利用できる。図の放熱プレート９は、バインドバー４の下端部を固定している。この放熱プレート９は、固定ネジ１６を介してバインドバー４に固定している。バインドバー４を固定する固定ネジ１６は、バインドバー４の下端部である下側連結片４Ｂを貫通して、放熱プレート９に固定される。また放熱プレート９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２を放熱、冷却できると共に、伝熱シート６によって電池積層体２と放熱プレート９の熱結合状態を好適に維持できる。

【0043】

（伝熱シート６）
伝熱シート６は、放熱プレート９と電池積層体２との間に介在されて、放熱プレート９と電池積層体２との熱結合状態を安定させる。これにより、電池セル１の充放電によって電池積層体２が発熱すると、伝熱シート６を介して放熱プレート９に熱伝導して放熱する。伝熱シート６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６は弾性又は可撓性を有しており、放熱プレート９と電池積層体２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６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。

【0044】

伝熱シート６は、電池積層体２と放熱プレート９との熱結合状態を良好にするために、好ましくは、電池積層体２の底面のほぼ全面に対向して配置される。このように、電池積層体２のほぼ全面に対向して配置される伝熱シート６は、各電池セル１との接触面積を広くすることができ、これにより、各電池セル１と放熱プレートとの熱伝導を良好にできる。ただ、電池セル１の底面と伝熱シート６との接触面積を広くして熱結合状態を良好にすると、電池セル１と伝熱シート６との間の摩擦抵抗が大きくなって、電池セル１を伝熱シート６に対して摺動させ難くなる。

【0045】

多数の電池セル１を積層して電池積層体２とする構造は、その製造工程において、放熱プレート９の上面に伝熱シート６を敷設した後、伝熱シート６の上面に多数の電池セル１を厚さ方向に並べて積層する。この工程では、互いに隣接する電池セル１間の間隔を調整し、あるいは、電池積層体２の両端面に積層されるエンドプレート３との相対位置を調整するために、電池セル１を伝熱シート６に対して位置をずらせて微調整することがある。このとき、電池セル１を伝熱シート６に対して摺動させることで、微調整をスムーズにできる。ただ、電池セル１は、伝熱シート６に対してその接触面を密着状態とさせることで熱結合を良好としているので、伝熱シート６との摩擦抵抗が大きく、なめらかに摺動させることが難しくなる。とくに、電池セル１は、伝熱シート６との接触面積を広くすることで熱伝導を向上できるので、このことによりさらに摩擦抵抗が大きくなってスムーズに摺動できなくなる。

【0046】

また、伝熱シート６には、熱伝導率が高い物性に加えて、電池セル１の底面に隙間なく面接触させるために、表面が弾性変形しやすく、表面に粘着性を有するものが好適に採用されている。ただ、このような伝熱シート６は、電池セル１の底面との摩擦抵抗が大きくなるため、その上面において電池セル１をスムーズに摺動させるのがさらに難しくなる。すなわち、電池セル１を伝熱シート６に対してスムーズに摺動させることと、電池セル１と伝熱シート６の熱伝導を良好にすることは、互いに相反することであって両方を同時に満たすことはできなかった。

【0047】

そこで、本発明の電源装置では、電池セル１を伝熱シート６に対してスムーズに摺動できるようにするために、伝熱シート６と電池積層体２との間に、伝熱シート６の上面よりも摩擦抵抗が小さくなる低摩擦摺動層７を設けて、伝熱シート６の上面に対する電池セル１の摩擦抵抗を低減している。以下、この低摩擦摺動層７について詳述する。

【0048】

（低摩擦摺動層７）
電源装置１００は、図４及び図５の一部拡大図に示すように、伝熱シート６と電池セル１との間に、伝熱シート６の上面よりも摩擦抵抗の小さい低摩擦摺動層７を設けている。低摩擦摺動層７は、伝熱シート６と電池セル１との摩擦抵抗を低減させつつ、伝熱シート６と電池セル１との熱伝導状態に保持する。このような低摩擦摺動層７として、例えば、図２及び図３に示すように、別部材の摺動シート２１を伝熱シート６の上面に配置している。図に示す摺動シート２１は、伝熱シート６の上面のほぼ全面にわたって積層されており、電池セル１の底面と伝熱シート６の上面とが直接接触するのを防止しながら、摩擦抵抗を低減できるようにしている。

【0049】

摺動シート２１は、伝熱シート６よりも摩擦抵抗の少ない材質としている。さらに、摺動シート２１は、好ましくは可撓性を有するシート材としている。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。とくに、電池セル１が、少なくとも底面を含む外周面を、ポリエチレンテレフタレートフィルムからなる絶縁フィルム１９で被覆して絶縁している場合、電池セル１の絶縁フィルム１９と、摺動シート２１とをＰＥＴフィルムとして同素材とすることで、電池セル１の摺動時における静電気の発生等の弊害を低減できる特徴も実現できる。さらに、摺動シートは、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムに代わって、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）等のプラスチックシートや、グラファイトシートを使用することもできる。

【0050】

摺動シート２１は、薄くすることで伝熱シート６と電池セル１の間における熱伝導率を高くすることができる。ただ、摺動シート２１が薄すぎると、電池セル１を伝熱シート６の上面で摺動させる際に、摺動シート２１にしわができるおそれがある。したがって、摺動シート２１の厚さは、２０μｍ以上、好ましくは３０μｍ以上とする。また、摺動シート２１は、厚くすることで、しわの発生を抑制して、スムーズに電池セル１を摺動できる。ただ、摺動シート２１が厚すぎると、伝熱シート６と電池セル１の間の熱伝導率が低下して効率よく放熱できなくなる。したがって、摺動シート２１の厚さは、１００μｍ以下、好ましくは６０μｍ以下、さらに好ましくは、５０μｍ以下とする。

【0051】

可撓性を有して、厚さが以上の範囲に成形される摺動シート２１は、伝熱シート６の上面に積層された状態で固定される。とくに、伝熱シート６が、弾性を有し、あるいは表面に粘着性を有する場合は、伝熱シート６の表面に対して密着する状態で積層される。摺動シート２１は、伝熱シート６の上面に接着して固定され、あるいは、接着することなく、伝熱シート６の表面の粘性により上面に対して密着状態で積層される。

【0052】

以上の低摩擦摺動層７は、伝熱シート６の上面に摺動シート２１を敷設することで簡単に設けることができる。ただ、低摩擦摺動層は、摺動シートを設けることなく、伝熱シートの上面にフッ素樹脂コーティング等の表面処理や加工を施して設けた被覆層とすることもできる。このような被覆層は、伝熱シートの上面のみならず、電池セルの底面にも設けることもできる。さらに、被覆層は、摺動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して設けてもよい。

【0053】

さらにまた、低摩擦摺動層７は、摺動シート２１の上面や電池セル１の底面にグリースやオイルなどの潤滑剤を塗布してもよい。これらのグリースやオイルは、経時的に失われるので長期的な効果はないものの、電池積層体を組み立てる工程において使用することで、電池セルをより滑らかに摺動させて組み立て時にける作業効率を向上できる。

【0054】

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）

【0055】

図６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６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）

【0056】

また、図７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）

【0057】

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８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。

【0058】

図８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。

【0059】

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。

【0060】

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】

【0061】

本発明に係る電源装置は、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】

【0062】

１００…電源装置、１…電池セル、２…電池積層体、３…エンドプレート、４…バインドバー、４Ａ…固定部、４Ｂ…下側連結片、４Ｃ…押圧片、６…伝熱シート、７…低摩擦摺動層、８…上面カバー、９…放熱プレート、１０…端子面、１１…電極端子、１２…絶縁スペーサ、１３…端面スペーサ、１４…バスバー、１６…固定ネジ、１９…絶縁フィルム、２１…摺動シート、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…電池セル、９０２…スペーサ、９０３…エンドプレート、９０４…バインドバー、９１０…電池積層体、ＨＶ、ＥＶ…車両

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】