CN111527620B - 电源装置以及具备电源装置的车辆和蓄电装置 - Google Patents

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Abstract

为了防止端板、束紧条的破损，电源装置在电池层叠体的层叠方向的两端部配置有端板(3)，使束紧条(4)连结于端板(3)从而固定电池单体(1)。束紧条(4)具有沿电池层叠体的层叠方向延伸的板状条(6)和设于该板状条(6)并朝向端板(3)的外周面突出的卡定块(5)。卡定块(5)以插入于在板状条(6)设置的固定孔(6a)的状态固定于固定孔(6a)的内周面。端板(3)在外周面外具有引导卡定块(5)的嵌合部(3a)，在嵌合部(3a)的电池层叠体侧设有与卡定块(5)抵接的止挡部(3b)，将卡定块(5)向嵌合部(3a)引导从而将卡定块(5)固定于端板(3)的外周面。

Description

电源装置以及具备电源装置的车辆和蓄电装置
技术领域
本发明涉及将多个电池单体层叠而设为电池层叠体并用端板保持该电池层叠体的两端的电源装置以及具备电源装置的车辆和蓄电装置。
背景技术
典型的电源装置包括由多个方形电池单体形成的电池层叠体、配置于电池层叠体的两端面的一对端板以及连结一对端板的束紧条(参照专利文献1)。在该电源装置中利用端板和束紧条来约束电池层叠体，从而能使由多个方形电池单体形成的电池层叠体集合化。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-220117号公报
发明内容
发明要解决的问题
上述专利文献1的电源装置借助束紧条、端板而使由多个方形电池单体形成的电池层叠体集合化，因此抑制了构成电池层叠体的多个方形电池单体的膨胀。也就是说，借助束紧条、端板来抑制方形电池单体的膨胀，因此会对束紧条、端板施加较大的力。
另一方面，针对方形电池单体而言，在欲提高每单位体积的能量密度、每单位重量的能量密度时，与充放电、老化相伴的尺寸变化有增大的倾向。由于作用于束紧条、端板的负荷起因于方形电池单体的膨胀量，因此在使用与膨胀量相伴的尺寸变化较大的方形电池单体的情况下，在上述专利文献1的电源装置的结构中会对端板、束紧条作用较大的负荷，存在端板、束紧条变形或破损的隐患。
本发明是以解决以上的缺陷为目的而开发的，本发明的重要的目的在于提供一种设为借助端板和束紧条而使多个电池单体集合化的结构并且能够防止端板和束紧条的变形、破损的技术。
用于解决问题的方案
本发明的一技术方案的电源装置包括：电池层叠体，层叠多个电池单体而形成该电池层叠体；端板，其为一对，配置于所述电池层叠体的层叠方向的两端部；以及束紧条，其两端部连结于一对所述端板。所述束紧条具有沿所述电池层叠体的层叠方向延伸的板状条以及设于所述板状条并且朝向所述端板的外周面突出的卡定块。所述卡定块以插入于在所述板状条设置的固定孔的状态固定于所述固定孔的内周面。所述端板在外周面具有引导所述卡定块的嵌合部，在所述嵌合部的电池层叠体侧设有与所述卡定块抵接的止挡部。在电源装置中，所述卡定块被引导于所述嵌合部并且所述卡定块固定于所述端板的外周面。
本发明的另一技术方案的电源装置包括：电池层叠体，层叠多个电池单体而形成该电池层叠体；端板，其为一对，配置于所述电池层叠体的层叠方向的两端部；以及束紧条，其两端部连结于一对所述端板连结。所述束紧条具有沿所述电池层叠体的层叠方向延伸的板状条以及设于所述板状条并且朝向所述端板的外周面突出的卡定块。所述板状条和所述卡定块利用相同的金属材料成形为一体构造。所述端板在外周面具有引导所述卡定块的嵌合部，在所述嵌合部的电池层叠体侧设有与所述卡定块抵接的止挡部。在电源装置中，所述卡定块被引导于所述嵌合部并且所述卡定块固定于所述端板的外周面。
此外，在具备包括以上的技术方案的构成要素在内的电源装置的电动车辆中，该电动车辆包括所述电源装置、自该电源装置被供给电力的行驶用的电动机、搭载有该电源装置及所述电动机的车辆主体以及被该电动机驱动而使所述车辆主体行驶的车轮。
此外，在具备包括以上的技术方案的构成要素在内的电源装置的蓄电装置中，该蓄电装置包括所述电源装置以及对向该电源装置的充放电进行控制的电源控制器，所述电源控制器能够利用来自外部的电力向所述电池单体充电，并且该电源控制器进行控制从而对该电池单体进行充电。
发明的效果
采用以上的电源装置，具有以下特征，即，能够设为简单的构造并且即使在作用有比较大的负荷的情况下也能防止端板与束紧条的变形、破损。其原因在于，以上的电源装置在束紧条设有朝向端板的外周面突出的卡定块，并且将该卡定块插入固定于在板状条设置的固定孔，或者利用相同的金属材料将卡定块和板状条成形为一体构造，端板在外周面设有引导卡定块的嵌合部，在嵌合部的电池层叠体侧设有与卡定块抵接的止挡部，将卡定块引导到嵌合部并在该状态下将卡定块固定于端板的外周面。
此外，在以上的电源装置中，将被引导到端板的嵌合部的卡定块固定于端板，因此具有能够加强端板与束紧条的连结强度并且能够利用卡定块来抑制端板的错位的特征。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的电源装置的立体图。
图2是图1所示的电源装置的分解立体图。
图3是图1所示的电源装置的水平剖视图。
图4是图3所示的电源装置的主要部分放大剖视图。
图5是表示图1所示的电源装置的卡定块的放大立体图。
图6是表示束紧条的另一个例子的主要部分放大剖视图。
图7是表示设于卡定块的引导凹部的另一个例子的放大立体图。
图8是表示端板和束紧条的另一个例子的立体图。
图9是图8所示的端板和束紧条的放大剖视图。
图10是表示端板和束紧条的另一个例子的放大剖视图。
图11是表示在利用发动机和电动机进行行驶的混合动力汽车搭载电源装置的例子的框图。
图12是表示在仅利用电动机进行行驶的电动车搭载电源装置的例子的框图。
图13是表示在蓄电装置使用电源装置的例子的框图。
图14是表示以往的电源装置的束紧条的弯曲加工部的放大剖视图。
具体实施方式
首先，说明本发明的一个着眼点。层叠有许多个电池单体的电源装置构成为利用束紧条将在由多个电池单体形成的电池层叠体的两端配置的端板连结从而约束多个电池单体。借助具有较高的刚度的端板、束紧条来约束多个电池单体，从而能抑制与充放电、老化相伴的电池单体的膨胀、变形、相对移动以及振动所导致的误动作等。在以上的电源装置中将电池单体的层叠面的面积设为约100平方厘米，也存在因抑制电池单体的膨胀而导致1吨以上的较强的力作用于端板的情况。因此，很强的拉拽力会经由端板而作用于在端板固定的束紧条。
在利用端板固定电池层叠体的两端的以往的电源装置中，将使束紧条的端部向内侧弯折而形成的弯折片固定于端板的外侧面。在以上的构造中，对金属板的束紧条的端部进行弯折加工而设为弯折片，并将该弯折片固定于端板的外侧表面，因此弯折片成为与束紧条厚度相同的金属板。束紧条使用能承受因电池单体的膨胀力而产生的拉拽力的抗拉强度的金属板。与金属板的弯曲强度相比，金属板的抗拉强度是相当强的，对束紧条使用例如1mm～2mm左右的金属板。束紧条的拉拽力会使弯曲应力作用于在端板的外侧表面固定的弯折片，但与端板所使用的金属板的拉伸应力相比，其弯曲应力是相当弱的，作用于弯折片的弯曲应力会导致弯折片的弯曲加工部超出承受极限和断裂强度而发生变形和破坏。若在弯折片的弯曲加工部与端板之间没有间隙时，则弯曲加工部的内侧面与端板的角部接触，无法进行组装。
如上所述，作用于束紧条的拉拽力的增加会导致强大的应力进一步局部性地集中于束紧条的弯曲加工部的内侧和端板角部，成为导致束紧条、端板变形或损伤的原因。鉴于以上的实际情况，重要的是研究一种谋求束紧条和端板的最佳化并且使束紧条和端板的应力为承受极限以内的构造。
可以利用以下的结构来限定本发明的一形态的电源装置。电源装置包括：电池层叠体2，层叠多个电池单体1而形成该电池层叠体2；端板3，其为一对，配置于电池层叠体2的层叠方向的两端部；以及束紧条4，其两端部连结于一对端板3。束紧条4具有沿电池层叠体2的层叠方向延伸的板状条6以及设于该板状条6并且朝向端板3的外周面突出的卡定块5。卡定块5以插入于在板状条6设置的固定孔6a的状态固定于固定孔6a的内周面。端板3在外周面具有引导卡定块5的嵌合部3a，在嵌合部3a的电池层叠体2侧设有与卡定块5抵接的止挡部3b。在电源装置中，卡定块5被引导于嵌合部3a并且卡定块5固定于端板3的外周面。
此外，也可以利用以下的结构限定本发明的另一形态的电源装置。电源装置包括：电池层叠体2，层叠多个电池单体1而形成该电池层叠体2；端板3，其为一对，配置于电池层叠体2的层叠方向的两端部；以及束紧条4，其两端部连结于一对端板3。束紧条4具有板状条6和卡定块5，上述板状条6沿电池层叠体2的层叠方向延伸，上述卡定块5设于该板状条6，朝向端板3的外周面突出，板状条6和卡定块5利用相同的金属材料成形为一体构造。端板3在外周面具有引导卡定块5的嵌合部3a，在嵌合部3a的电池层叠体2侧设有与卡定块5抵接的止挡部3b。在电源装置中，卡定块5被引导于嵌合部3a并且卡定块5固定于端板3的外周面。
在以上的电源装置中，将卡定块向嵌合部引导并利用止挡部阻止错位，此外将卡定块固定于端板，因此不会像以往的束紧条的弯折片那样在弯曲应力的作用下变形，而是能够利用卡定块和止挡部将束紧条在不会变形的前提下固定于端板。特别是，将卡定块向端板的嵌合部引导并利用止挡部阻止错位，因此能够防止由作用于束紧条的较强的拉拽力所导致的束紧条和端板的变形，从而抑制端板的移动。
较强的拉拽力作为电池单体的膨胀力的反作用力而作用于束紧条，但在以往的电源装置中，束紧条的拉拽力会在弯曲加工部处作为弯曲应力进行作用而使束紧条变形。当束紧条因弯曲应力而变形时，在图14中，弯曲加工部的内侧面与端板103的拐角部103a紧密接触从而使束紧条104成为实质伸长的状态。当成为该状态时，可能会超过材料的承受极限和强度而使束紧条断裂。
相对于此，在以上的电源装置中，将设于束紧条的卡定块向端板的嵌合部引导，进一步利用止挡部阻止被引导到此处的卡定块的错位。针对利用该构造而固定于端板的束紧条而言，即使在卡定块与端板之间存在间隙也不会像以往那样作为弯折片的弯曲应力进行支承，而是利用将卡定块向嵌合部引导并利用止挡部将其配置于固定位置的构造来作为束紧条的剪切应力进行支承。与束紧条的相对于拉拽力的强度相比，束紧条的相对于剪切应力的强度是相当强的，能在不会因作用于束紧条的较强的拉拽力而导致变形的前提下抑制端板的移动。
卡定块5能够借助多个螺栓8而固定于端板3的外周面。另外，卡定块5具有用于阻止螺栓8的头部8a自卡定块5的表面突出的引导凹部5a，能够使头部8a被引导到引导凹部5a的螺栓8贯穿卡定块5而拧入端板3。
板状条6和卡定块5能够设为铁、铁合金、SUS、铝和铝合金中的任一者。此外，能够将卡定块5的电池层叠方向的横宽设为10mm以上。另外，端板3能够设为金属制。
此外，具备包括以上的形态的构成要素在内的电源装置的电动车辆包括电源装置100、自电源装置100被供给电力的行驶用的电动机93、搭载有电源装置100及电动机93的车辆主体90以及被电动机93驱动而使车辆主体90行驶的车轮97。
此外，具备包括以上的形态的构成要素在内的电源装置的蓄电装置包括电源装置100以及对向电源装置100的充放电进行控制的电源控制器84，电源控制器84能够利用来自外部的电力向电池单体1进行充电，并且该电源控制器84进行控制从而对电池单体1进行充电。
以下，基于附图说明本发明的实施方式。其中，以下示出的实施方式是用于将本发明的技术思想具体化的例示，本发明不限定于以下的实施方式。另外，本说明书绝没有将权利要求书所示的构件限定于实施方式的构件。特别是，针对在实施方式中记载的构成构件的尺寸、材质、形状以及其相对的配置情况等而言，只要没有特别限定性的记载，则并非旨在将本发明的范围仅限定于此，其只不过仅为说明例。另外，各图所示的构件的大小、位置关系等有时是夸张的，以便使说明清楚。此外，在以下的说明中，同一名称和同一附图标记表示同一或实质相同的构件，恰当地省略其详细说明。此外，针对构成本发明的各要素而言，既可以设为用同一构件构成多个要素从而以一个构件兼用作多个要素的形态，也能反之用多个构件来分担实现一个构件的功能。另外，在一部分的实施例和实施方式中说明的内容有时也能应用于其他的实施例和实施方式等。
(实施方式1)
图1～图3所示的电源装置100包括：电池层叠体2，其层叠有多个电池单体1；端板3，其为一对，配置于该电池层叠体2的层叠方向的两端部；以及束紧条4，其两端部连结于一对端板3而沿层叠方向保持多个电池单体1。
(电池单体1)
如图2所示，电池单体1是宽度比厚度大、也就是厚度比宽度小的方形的电池，沿厚度方向层叠而设为电池层叠体2。电池单体1是将电池壳体10设为金属壳体的非水系电解液电池。作为非水系电解液电池的电池单体1是锂离子二次电池。但电池单体也能设为镍氢电池、镍镉电池等二次电池。图中的电池单体1是将宽度较宽的两表面设为四边形的电池，以使两表面相对的方式层叠而设为电池层叠体2。
电池单体1在外形设为方形的金属制的电池壳体10收纳有电极体(未图示)并填充有电解液。能够利用铝、铝合金来制造由金属壳体形成的电池壳体10。电池壳体10包括：外壳罐10A，将金属板压制加工成底部封闭的筒状而形成该外壳罐10A；以及封口板10B，其气密地封闭该外壳罐10A的开口部。封口板10B为平面状的金属板，其外形设为外壳罐10A的开口部的形状。通过激光焊接将该封口板10B固定于外壳罐10A的外周缘从而气密地封闭外壳罐10A的开口部。固定于外壳罐10A的封口板10B在其两端部固定有正负的电极端子13，此外在正负的电极端子13的中间设有气体排出口12。在气体排出口12的内侧设有在预定的内压下开阀的排出阀11。在图2所示的电池层叠体2中，将多个电池单体1以设有排出阀11的面位于大致同一面的姿势层叠从而将各电池单体1的排出阀11配置于同一平面上。在图中的电池层叠体2中，将多个电池单体1以设有排出阀11的封口板10B设为上表面的姿势层叠。
将相互层叠的多个电池单体1的正负的电极端子13连接从而使多个电池单体1相互串联以及/或者并联地连接。在电源装置100中，使相邻的电池单体1的正负的电极端子13借助汇流条(未图示)而相互串联以及/或者并联地连接。使相邻的电池单体相互串联地连接的电源装置能够提高输出电压而增大输出，使相邻的电池单体并联地连接从而能够增大充放电的电流。
(电池层叠体2)
在图2和图3所示的电池层叠体2中，使多个电池单体1隔着间隔件7相互层叠并将这些电池单体1串联地连接。图中的电池层叠体2使彼此相邻的电池单体1彼此朝向相反方向地排列，在电池层叠体2的两侧利用汇流条将相邻的电极端子13彼此连结从而将彼此相邻的两个电池单体1串联地连接，从而使所有的电池单体1串联地连接。其中，本发明不限定构成电池层叠体的电池单体的个数及其连接状态。
如图2和图3所示，在电池层叠体2中，在层叠的电池单体1间夹着间隔件7。间隔件7使相邻的电池单体1彼此绝缘。图中示出的间隔件7是将塑料成形为板状而得到的绝缘板。特别是，利用导热系数较小的材质的塑料而成形的间隔件7也有能够有效地防止相邻的电池单体1的热失控的效果。该间隔件7设为将电池单体1嵌装而将电池单体1配置于固定位置的形状，从而能将相邻的电池单体1层叠为不错位。
如以上那样，利用间隔件7而绝缘地层叠的电池单体1能够将外壳罐设为铝等金属制。但电池层叠体不必一定使间隔件介于电池单体之间。其原因在于，例如能够通过以绝缘材料成形电池单体的外壳罐或者以绝缘片、绝缘涂料等覆盖电池单体的外壳罐的外周等方法使彼此相邻的电池单体彼此绝缘，从而不需要间隔件。此外，针对没有间隔件介于电池单体之间的电池层叠体而言，能够不采用向电池单体之间强制吹送冷却风而对电池单体进行冷却的空冷式，而是采用使用制冷剂等直接进行冷却的方式从而对电池单体进行冷却。
(端板3)
端板3连结于束紧条4从而自两端面夹着电池层叠体2而沿层叠方向固定电池单体1。端板3的外形与电池单体1的外形大致相同或比电池单体1的外形稍大，是在两侧的外周面固定束紧条4从而抑制电池层叠体2的膨胀的四边形的板材。将该端板3的整体设为铝、铝合金、SUS以及铁等金属制。但是，虽然未图示，但端板也可以设为将金属板层叠于塑料的构造或者整体设为埋设有加强纤维的纤维强化树脂成形板。
端板3直接或隔着间隔件地以面接触状态与电池单体1的表面紧密接触从而保持电池单体1。在电源装置100的组装工序中，在电池层叠体2的两端部配置端板3并利用压力机(未图示)对两端的端板3进行加压从而保持为沿层叠方向对电池单体1进行加压的状态，在该状态下将束紧条4固定于端板3。在将端板3固定于束紧条4后解除压力机的加压状态。
端板3固定于束紧条4而承受电池层叠体2的膨胀力从而保持电池单体1。为了将在被固定的束紧条4设置的卡定块5可靠地连结，在端板3两侧的外周面设有对设于束紧条4的卡定块5进行引导的嵌合部3a。此外，端板3在嵌合部3a的电池层叠体2侧设有与卡定块5抵接的止挡部3b。换言之，在电池层叠体2侧设有止挡部3b并在端板3的两侧面设有嵌合部3a。止挡部3b抑制卡定块5在束紧条4的拉拽力的作用下移动从而将卡定块5配置于固定位置。止挡部3b设为不会在作用于卡定块5的束紧条4的拉拽力的作用下变形的横宽。考虑束紧条4的拉拽力而将止挡部3b的横宽(h2)设定为最佳值，例如将端板3整体设为铝制并将止挡部3b的横宽设为3mm以上、优选4mm以上、进一步优选5mm以上、最佳为8mm以上。
图4是卡定块5被引导于嵌合部3a的部分的概略放大剖视图。在该图的端板3中，在嵌合部3a与止挡部3b之间的角部设有间隙16。
在此设有间隙16的端板3的止挡部3b的横宽(h2)相对于间隙16的宽度(W2)足够大，例如大于10倍。横宽(h2)相对于间隙16的宽度(W2)足够大的止挡部3b利用剪切应力来支承束紧条4的拉拽力F。与材料所能承受的最大弯曲力相比，材料所能承受的最大剪切力是相当强的，使止挡部3b的横宽(h2)比间隙16的宽度(W2)大从而能够可靠地阻止止挡部3b的变形。因而，针对在嵌合部3a与止挡部3b的角部设有间隙16的端板3而言，使止挡部3b的横宽(h2)大于间隙16的宽度(W2)的10倍从而利用止挡部3b的剪切应力来支承束紧条4的拉拽力F从而防止止挡部3b的变形。
(束紧条4)
束紧条4由沿电池层叠体2的层叠方向延伸的板状条6和设于该板状条6的两端的卡定块5形成。图中的束紧条4在板状条6的两端部设有朝向端板3的外周面突出的卡定块5。板状条6配置于电池层叠体2的两侧，卡定块5固定于端板3的外周面的两侧面。
板状条6使用能承受较强的拉拽力的金属板、例如抗拉强度为400MPa以上的高张力钢等的金属板。高张力钢的板状条6例如将厚度设为1mm～2mm从而能够实现能承受作用于束紧条4的拉拽力的强度。在图2的束紧条4中，将配置于电池层叠体2的单侧的板状条6设为上缘配置于电池层叠体2的上部并且下缘配置于电池层叠体2的下部的上下宽度的金属板。该电源装置100在电池层叠体2的单侧面配置有由1张金属板形成的板状条6。虽然未图示，但电源装置也能在电池层叠体的单侧面配置由上下分开的两张金属板形成的板状条。
图1～图3的束紧条4在板状条6的两端部固定有卡定块5。该束紧条4在板状条6的两端部设有固定孔6a而供卡定块5插入，将卡定块5与固定孔6a的内周面焊接从而将卡定块5固定于板状条6。固定孔6a贯通板状条6地设置。如图4的放大剖视图和图5的放大立体图所示，该束紧条4在板状条6设有比卡定块5的外形稍大的内部形状的固定孔6a，将卡定块5插入于该固定孔6a并将固定孔6a的内周缘和卡定块5的外周面焊接从而固定卡定块5。图4的剖视图所示的卡定块5以自板状条6的表面稍微突出的状态插入于固定孔6a，在卡定块5的突出部5c的外周面与板状条6之间焊接有焊接材料15。将卡定块5的整周焊接固定于固定孔6a。该构造能够将卡定块5和板状条6可靠并且以较强的焊接强度固定。在卡定块5焊接固定于板状条6的固定孔6a的束紧条4中，利用焊接构造和嵌合构造使卡定块5与板状条6成为一体构造，因此设有固定孔6a的部分的强度不会下降。如图4所示，在作用于板状条6的拉拽力F的反作用力R的作用下，焊接固定于固定孔6a的卡定块5在其一侧面作用有拉拽力，在另一侧面作用有压缩力。
在图6的束紧条4中，利用相同的金属材料将卡定块5和板状条6成形为一体构造，在板状条6的两端部设有卡定块5。对金属进行挤压成形从而在板状条6的端部设置卡定块5，或者对金属进行锻造而在板状条6的端部设置卡定块5，从而制作该束紧条4。该束紧条4被成形制造为将卡定块5设为一体构造的形状，因此与对卡定块5进行焊接固定的束紧条4相比，具有能够增强卡定块5的连结强度的特征。
借助螺栓8将卡定块5固定于端板3，利用束紧条4连结一对端板3。螺栓8贯穿卡定块5而拧入端板3，从而将卡定块5固定于端板3。在该固定构造的电源装置100中，能将卡定块5可靠地固定于端板3并且能够利用螺栓8和止挡部3b这两者可靠地阻止卡定块5的错位。其原因在于，螺栓8能将卡定块5按压固定于嵌合部3a并利用止挡部3b可靠地阻止错位，并且也能利用螺栓8的轴向力来阻止错位。
为了不使螺栓8自表面突出，卡定块5设有对螺栓8的头部8a进行引导的引导凹部5a。引导凹部5a设为使螺栓8的头部8a不会自卡定块5的表面突出的深度。但也能设为使螺栓8的头部8a突出一些的构造。引导凹部5a在底部设有供螺栓8的螺纹部8b贯穿的通孔5b。将螺栓8的头部8a向引导凹部5a引导并使螺纹部8b贯穿于通孔5b而拧入设于端板3的内螺纹孔3c，从而将该卡定块5固定于端板3。在图5的卡定块5中，在螺栓8的固定部设有多个引导凹部5a，将螺栓8向各个引导凹部5a引导从而将卡定块5固定于端板3。在该卡定块5局部地设有引导凹部5a，因此其具有能够增强整体的强度的特征。图7的卡定块5设有沿长度方向延伸的槽状的引导凹部5a，在引导凹部5a以预定的间隔设有多个通孔5b。使螺纹部8b贯穿于通孔5b从而将该卡定块5固定于端板3。
该卡定块5设有槽状的引导凹部5a，因此具有能够轻型化的特征。
卡定块5的电池层叠方向的横宽(h1)设定为不会在作用于板状条6的拉拽力F的作用下变形的宽度，例如10mm以上。图4以及图6示出了在卡定块5的角部内侧具有间隙17的连结构造。在该图中，使卡定块5的横宽(h1)相比于形成于卡定块5的角部内侧的间隙17的间隔(W1)足够大，例如大于10倍，从而能够将束紧条4的拉拽力F作为剪切应力而支承。例如，在将间隙17的间隔(W1)设为1mm时，卡定块5的横宽(h1)成为10mm。在以上的构造中，能使卡定块5的横宽(h1)比约10mm厚从而利用剪切力对作用于板状条6的拉拽力F进行支承。因此，卡定块5的横宽(h1)设为10mm以上，利用剪切力对作用于板状条6的拉拽力F进行支承从而实现充分的强度。
此外，束紧条4也能设为图8和图9所示的构造。上述图中示出的束紧条4在板状条6的两端部设有固定孔6a，将卡定块5的一部分插入该固定孔6a而利用嵌合构造来固定卡定块5和板状条6。板状条6在与端板3的嵌合部3a相对的两端部处上下分离开地贯通设有两个固定孔6a。图8所示的固定孔6a设为沿上下方向延伸的腰圆形状。
如图9所示，卡定块5配置于板状条6的内侧且是包含固定孔6a的区域，并且卡定块5设置为在与固定孔6a相对的部分形成有向外侧方向(卡定块5的厚度方向)突出的嵌合凸部5f。嵌合凸部5f形成为与固定孔6a的内部形状相匹配的外形。针对该嵌合凸部5f而言，例如在设有通孔即固定孔6a的板状条6的内侧面配置有卡定块5的状态下对与固定孔6a相对的区域从内侧进行冲压等压制加工，从而使卡定块5的一部分向外侧方向突出而形成为与固定孔6a相匹配的形状。将通过冲压而形成的嵌合凸部5f无间隙地压入固定孔6a，从而以嵌合构造将卡定块5连结于板状条6。但也能通过将预先形成为预定的形状的嵌合凸部5f插入于固定孔6a从而将卡定块5以嵌合状态连结于板状条6。此外，针对卡定块5而言，也能不采用压制加工而是通过切削、铸造来形成嵌合凸部5f。
此外，在图8所示的束紧条4中，在以嵌合构造进行连结的嵌合部的上下即固定孔6a的上下通过点焊来将板状条6和卡定块5焊接。在图8中，用交叉阴影线来表示由该点焊形成的焊接痕迹26。这样，兼用嵌合构造和焊接构造来将卡定块5固定于板状条6的构造能够将卡定块5进一步牢固地固定于板状条6。该束紧条4也能如上述那样将卡定块5的横宽(h1)设为10mm以上，从而利用剪切力对作用于板状条6的拉拽力F进行支承而实现充分的强度。虽然未图示，但该束紧条4也可以与上述的束紧条同样，借助贯穿卡定块的螺栓而固定于端板或借助贯穿板状条和卡定块的螺栓而固定于端板。
此外，针对束紧条4而言，如图10所示，也能利用卡定构造来连结卡定块5和端板3的止挡部3b。图10所示的端板3设为在止挡部3b的顶端部且是与卡定块5相对的相对面形成有下挖形状的切割面3h。另外，卡定块5在电池层叠体2侧形成有嵌入于嵌合部3a与止挡部3b的角部的卡定凸部5g。在该卡定凸部5g中将与止挡部3b相对的相对面设为与切割面3h相匹配的卡定面5h。采用该卡定构造，能够有效地防止束紧条4向电池层叠体2的侧面方向脱离，并且能够加强在束紧条4的两端部固定的卡定块5与止挡部3b的连结强度从而稳定地进行紧固。但是，针对束紧条4与端板3的卡定构造而言，也能设为在卡定块5与止挡部3b的相对面处在任一者设有凸部并在另一者设有凹部而使上述凸部与凹部嵌合的构造，也能设为在任一者设有沿上下方向延伸的凸条并在另一者设有沿上下方向延伸的凹部或槽部而使上述凸条与凹部或槽部嵌合的构造。
针对图10的束紧条4而言，在电源装置的组装工序中，利用压力机(未图示)对配置于电池层叠体2的两端部的端板3进行加压，从而在沿层叠方向对电池单体1进行加压的状态下将卡定凸部5g向端板3的嵌合部3a引导，在将两端的卡定块5卡定于一对端板3后解除压力机的加压状态而以预定的压力将电池层叠体2保持为加压状态。另外，通过使束紧条4相对于被压力机加压的电池层叠体2沿上下方向滑动从而能在不对电池单体1过度加压的前提下进行连结。但束紧条4也能在沿层叠方向对电池层叠体2稍微过度加压而使两端的端板3的间隔缩短了卡定凸部5g的突出量的量的状态将卡定凸部5g向嵌合部3a引导，之后解除压力机的加压状态而以预定的加压状态进行保持。另外，束紧条也能利用以上的卡定构造而仅使一端部连结于端板，使另一端部借助螺栓而固定于端板。
图1和图2所示的电源装置100具备供电池层叠体2载置的底板9。该底板9用于固定端板3。为了将端板3固定于底板9，在端板3的两侧设有沿与电池单体1平行的方向延伸的、在图中沿上下方向延伸的通孔3d。在该通孔3d插入有固定螺钉23并将固定螺钉23的顶端部固定于底板9从而将端板3固定于底板9。固定螺钉23拧入设于底板9的内螺纹孔9a而固定于底板9，或者拧入设于底板的底面的螺母而固定于底板。另外，也可以在束紧条设置紧固部而紧固于底板。
如图11所示，在搭载于车辆而向使车辆行驶的电动机93供给电力的电源装置100中，能将底板9设为车辆的底盘92。该电源装置100载置在车辆的底盘92之上，将固定螺钉23贯穿于在端板3设置的通孔3d并将固定螺钉23拧入设于底盘92的内螺纹孔(未图示)从而将电源装置100固定于车辆的底盘92。以上的电源装置100将底板9设为车辆的底盘92，但底板不一定限定为车辆的底盘。例如如图12所示，能够利用金属板来制作底板9而在该底板9之上固定电源装置100。该电源装置100能够将底板9固定在车辆的底盘92之上而搭载于车辆。
利用以下的工序来组装以上的电源装置100。
(1)以在预定的个数的电池单体1之间隔着间隔件7的状态沿电池单体1的厚度方向层叠上述电池单体1而设为电池层叠体2。
(2)在电池层叠体2的两端配置端板3并利用压力机(未图示)从两侧按压一对端板3从而利用端板3以预定的压力对电池层叠体2进行加压，将电池单体1压缩而保持为加压状态。
(3)在利用端板3对电池层叠体2进行加压的状态下将束紧条4连结固定于一对端板3。束紧条4配置为其两端的卡定块5被引导于一对端板3的嵌合部3a，并且将贯穿卡定块5螺栓8拧入端板3的内螺纹孔3c而进行固定。在固定后解除加压状态。
(4)在电池层叠体2的两侧部处利用汇流条(未图示)将彼此相邻的电池单体1的相对的电极端子13彼此连结。汇流条固定于电极端子13而将电池单体1串联地连接或串联且并联地连接。汇流条焊接或螺纹固定于电极端子13而固定于电极端子13。
(5)将电池层叠体2配置并固定于底板9的上表面。
以上的电源装置最适于向使电动车辆行驶的电动机供给电力的车辆用的电源装置。作为搭载电源装置的电动车辆，能够利用以发动机和电动机这两者进行行驶的混合动力汽车、插电式混合动力汽车或者仅以电动机进行行驶的电动汽车等电动车辆，能将以上的电源装置用作以上的电动车辆的电源。
(混合动力汽车用电源装置)
在图11中示出了将电源装置搭载于利用发动机和电动机这两者进行行驶的混合动力汽车的例子。该图所示的搭载有电源装置的车辆HV包括车辆主体90、使车辆主体90行驶的发动机96以及行驶用的电动机93、向电动机93供给电力的电源装置100、对电源装置100的电池进行充电的发电机94以及被电动机93和发动机96驱动而使车辆主体90行驶的车轮97。电源装置100借助DC/AC逆变器95而连接于电动机93和发电机94。在车辆HV中对电源装置100的电池进行充放电并且利用电动机93和发动机96这两者进行行驶。电动机93在发动机效率较差的区域、例如加速时、低速行驶时进行驱动而使车辆行驶。电动机93自电源装置100被供给电力而进行驱动。发电机94被发动机96驱动或者在对车辆施加制动时的再生制动的作用下进行驱动而对电源装置100的电池进行充电。
(电动汽车用电源装置)
另外，在图12中示出了将电源装置搭载于仅利用电动机进行行驶的电动汽车的例子。该图所示的搭载有电源装置的车辆EV包括车辆主体90、使车辆主体90行驶的行驶用的电动机93、向该电动机93供给电力的电源装置100、对该电源装置100的电池进行充电的发电机94以及被电动机93驱动而使车辆主体90行驶的车轮97。电动机93自电源装置100被供给电力而进行驱动。发电机94利用对车辆EV进行再生制动时的能量驱动而对电源装置100的电池进行充电。
(蓄电用电源装置)
此外，本发明没有将电源装置的用途限定于在电动车辆搭载的电源装置，例如能够用作对太阳能发电、风力发电等的自然能源进行蓄积的蓄电装置用的电源装置，另外能够使用于像蓄积深夜电力的蓄电装置用的电源装置那样蓄积大电力的所有用途中。例如也能用作家庭用、工厂用的电源，用于利用太阳能、深夜电力等进行充电并在需要时进行放电的电源系统、或者利用昼间的太阳能进行充电并在夜间进行放电的路灯用的电源、在停电时进行驱动的信号设备用的备用电源等。在图13中示出了上述这样的例子。另外，在图13所示的作为蓄电装置的使用例中，对为了获得期望的电力而构筑了将上述的电源装置串联、并联地连接许多个并且进一步附加有所需的控制电路的大容量、高输出的蓄电装置80的例子进行说明。
图13所示的蓄电装置80将多个电源装置100连接为单元状而构成电源单元82。各电源装置100的多个电池单体串联以及/或者并联地连接。各电源装置100被电源控制器84控制。该蓄电装置80在利用充电用电源CP对电源单元82进行充电后驱动负载LD。
因此，蓄电装置80具备充电模式和放电模式。负载LD和充电用电源CP分别借助放电开关DS以及充电开关CS而连接于蓄电装置80。放电开关DS以及充电开关CS的接通/断开利用蓄电装置80的电源控制器84进行切换。在充电模式下，电源控制器84将充电开关CS切换为接通并将放电开关DS切换为断开，从而允许自充电用电源CP向蓄电装置80的充电。另外，当充电完成且充满电时或者在进行了预定值以上的容量的充电的状态下，根据来自负载LD的要求，电源控制器84将充电开关CS设为断开并将放电开关DS设为接通从而切换为放电模式，允许自蓄电装置80向负载LD的放电。另外，根据需要，也能将充电开关CS设为接通并将放电开关DS设为接通从而同时进行负载LD的电力供给以及向蓄电装置80的充电。
被蓄电装置80驱动的负载LD借助放电开关DS而连接于蓄电装置80。在蓄电装置80的放电模式下，电源控制器84将放电开关DS切换为接通，从而与负载LD连接并且利用来自蓄电装置80的电力来驱动负载LD。放电开关DS能够使用FET等开关元件。放电开关DS的接通/断开由蓄电装置80的电源控制器84控制。另外，电源控制器84具备用于与外部设备进行通信的通信接口。
在图13的例子中，按照UART、RS-232C等现有的通信协议连接于主机设备HT。另外，根据需要，也能将供用户进行操作的用户界面设置于电源系统。
各电源装置100具备信号端子和电源端子。信号端子包含输入输出端子DI、异常输出端子DA和连接端子DO。输入输出端子DI是用于对来自其他的电源装置100、电源控制器84的信号进行输入输出的端子，连接端子DO是用于对其他的电源装置100输入输出信号的端子。另外，异常输出端子DA是用于向外部输出电源装置100的异常的端子。此外，电源端子是用于将电源装置100彼此串联、并联地连接的端子。另外，电源单元82借助并联连接开关85而连接于输出线OL从而彼此并联地连接。
产业上的可利用性
本发明的电源装置以及具备该电源装置的车辆和蓄电装置能够较佳地用作能够切换EV行驶模式和HEV行驶模式的插电式混合动力电动汽车、混合动力式电动汽车和电动汽车等的电源装置。另外，也能恰当地用于能够搭载于计算机服务器的机架的备用电源装置、手机等无线基站用的备用电源装置、家庭用、工厂用的蓄电用电源、路灯的电源等、与太阳电池组合而成的蓄电装置、信号设备等的备用电源用等用途。
附图标记说明
100、电源装置；1、电池单体；2、电池层叠体；3、端板；3a、嵌合部；3b、止挡部；3c、内螺纹孔；3d、通孔；3h、切割面；4、束紧条；5、卡定块；5a、引导凹部；5b、通孔；5c、突出部；5f、嵌合凸部；5g、卡定凸部；5h、卡定面；6、板状条；6a、固定孔；7、间隔件；8、螺栓；8a、头部；8b、螺纹部；9、底板；9a、内螺纹孔；10、电池壳体；10A、外壳罐；10B、封口板；11、排出阀；12、气体排出口；13、电极端子；15、焊接材料；16、间隙；17、间隙；23、固定螺钉；26、焊接痕迹；80、蓄电装置；82、电源单元；84、电源控制器；85、并联连接开关；90、车辆主体；92、底盘；93、电动机；94、发电机；95、DC/AC逆变器；96、发动机；97、车轮；103、端板；103a、拐角部；104、束紧条；EV、车辆；HV、车辆；LD、负载；CP、充电用电源；DS、放电开关；CS、充电开关；OL、输出线；HT、主机设备；DI、输入输出端子；DA、异常输出端子；DO、连接端子。

Claims (9)

1.一种电源装置，其包括：
电池层叠体，层叠多个电池单体而形成该电池层叠体；
端板，其为一对，配置于所述电池层叠体的层叠方向的两端部；以及
束紧条，其两端部连结于一对所述端板，
该电源装置的特征在于，
所述束紧条具有沿所述电池层叠体的层叠方向延伸的板状条以及设于所述板状条并且朝向所述端板的外周面突出的卡定块，
所述卡定块以插入于在所述板状条设置的固定孔的状态固定于所述固定孔的内周面，
所述端板在外周面具有引导所述卡定块的嵌合部，
而且在所述嵌合部的电池层叠体侧设有与所述卡定块抵接的止挡部，
所述卡定块被引导于所述嵌合部并且所述卡定块固定于所述端板的外周面，在所述嵌合部与所述止挡部之间的角部设有间隙，
所述止挡部的所述层叠方向上的横宽大于所述间隙的在所述卡定块突出的方向上的宽度，从而阻止所述止挡部的变形。
2.一种电源装置，其包括：
电池层叠体，层叠多个电池单体而形成该电池层叠体；
端板，其为一对，配置于所述电池层叠体的层叠方向的两端部；以及
束紧条，其两端部连结于一对所述端板，
该电源装置的特征在于，
所述束紧条具有沿所述电池层叠体的层叠方向延伸的板状条以及设于所述板状条并且朝向所述端板的外周面突出的卡定块，
所述板状条和所述卡定块利用相同的金属材料成形为一体构造，
所述端板在外周面具有引导所述卡定块的嵌合部，
而且在所述嵌合部的电池层叠体侧设有与所述卡定块抵接的止挡部，
所述卡定块被引导于所述嵌合部并且所述卡定块固定于所述端板的外周面，在所述嵌合部与所述止挡部之间的角部设有间隙，
所述止挡部的所述层叠方向上的横宽大于所述间隙的在所述卡定块突出的方向上的宽度，从而阻止所述止挡部的变形。
3.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，
所述卡定块借助多个螺栓而固定于所述端板的外周面。
4.根据权利要求3所述的电源装置，其特征在于，
所述卡定块具有阻止所述螺栓的头部自该卡定块的表面突出的引导凹部，
所述头部被引导于所述引导凹部的所述螺栓贯穿所述卡定块而拧入所述端板。
5.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，
所述板状条和所述卡定块是铁、铁合金、SUS、铝和铝合金中的任一者。
6.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，
所述卡定块的电池层叠方向的横宽设为10mm以上。
7.根据权利要求1或2所述的电源装置，其特征在于，
所述端板为金属制。
8.一种电动车辆，其具备权利要求1～7中任一项所述的电源装置，该电动车辆的特征在于，
所述电动车辆包括所述电源装置、自该电源装置被供给电力的行驶用的电动机、搭载有该电源装置及所述电动机的车辆主体以及被该电动机驱动而使所述车辆主体进行行驶的车轮。
9.一种蓄电装置，其具备权利要求1～7中任一项所述的电源装置，该蓄电装置的特征在于，
所述蓄电装置包括所述电源装置以及对向该电源装置的充放电进行控制的电源控制器，利用所述电源控制器能够利用来自外部的电力向所述电池单体充电，并且利用该电源控制器进行控制从而对该电池单体进行充电。
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