JP2010287514A - 電源装置及びこれを備える車両 - Google Patents

Abstract

【課題】ガスダクトとガスパイプの連結を安全弁作動時のガス排出から保護する。
【解決手段】安全弁１５を備える複数の角形電池セル１１と、電池セル１１同士の間に介在されて、これらを絶縁するためのセパレータ６とを積層した２以上の電池ブロック１０と、電池ブロック１０同士が、電池セル１１の積層方向に並べて配置された状態で、各電池セル１１の安全弁１５と各々気密に連結され、安全弁１５から放出されるガスを案内するための直線状のガスダクト４１と、ガスダクト４１と気密に連結され、ガスをガス排出口４９に案内するためのガスパイプ５０とを備える電源装置であって、ガスダクト４１は、ガスパイプ５０と連結するためのダクト連結穴４２を開口しており、ダクト連結穴４２は、電池セル１１の安全弁１５のいずれとも異なる軸上に配置されている。
【選択図】図１０

Description

本発明は、安全弁を設けた電池セルを有する電源装置及びこれを備える車両に関し、特に安全弁の作動時に電池内部のガスを確実に排出できる電源装置及びこれを備える車両に関する。

複数の電池セルを備える電源装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車など車両用の電源装置などに利用されている。電源装置の出力を高めるため、多数の電池セルをセパレータを介して積層した電池ブロックとすると共に、さらに電池ブロックを複数並べて使用する。このような電池セルは、連続充放電や周囲温度の影響等で高温になった際など、何らかの原因で内圧が上昇することがある。このような場合に、電池セル内部のガスを外部に排出して減圧するよう、電池セルの外装缶上面には安全弁が設けられる。また安全弁から排出されるガスを安全に誘導して外部に排出するため、安全弁はガスダクトに連通されている。ガスダクトは積層された電池セルの上面に配置されている。またガスダクトはさらに、ガスパイプに連結されて、ガスパイプによって外部に誘導、排出される。さらにガスダクトと安全弁との連結部分では、ガス漏れを防止すべく、シール部材により気密にシールされている（例えば特許文献１参照）。同様にガスダクトとガスパイプの間も、気密にシールされている。

特開２００７−１５７６３３号公報

しかしながら、ガス排出時は高圧のガスが勢いよく噴出されるため、高い負荷がシール構造に加わる結果、充分なシール構造を維持できないことも考えられる。特に安全弁が作動するときは電池セル内が極めて高圧であるため、排出されるガス圧も瞬間的に極めて高くなる。また排出ガスは高熱であるため、ガスダクトとガスパイプの連結構造に樹脂製の部材を用いている場合は、ガスの熱によって樹脂製連結部材が溶融される虞もある。ガスダクトとガスパイプの連結構造が損傷を受けると、この連結部分の気密性が失われ、隙間からガスが意図しない部位に漏れてしまう虞がある。

本発明は、従来のこのような問題点を解決すべくなされたものである。本発明の主な目的は、ガスダクトとガスパイプの連結を保護し、安全弁作動時のガス漏れを確実に阻止可能な電源装置及びこれを備える車両を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するために、本発明に係る第１の電源装置によれば、内圧上昇時に開弁して内部のガスを放出するための安全弁を封口板に備える複数の角形電池セルと、前記角形電池セル同士の間に介在されて、これらを絶縁するためのセパレータと、を積層した２以上の電池ブロックと、前記電池ブロック同士が、電池セルの積層方向に並べて配置された状態で、各電池セルの安全弁と各々気密に連結され、安全弁から放出されるガスを案内するための一方向に延長されたガスダクトと、前記ガスダクトと気密に連結され、ガスをガス排出口に案内するためのガスパイプと、を備える電源装置であって、前記ガスダクトは、一方の面に、前記ガスパイプと連結するためのダクト連結穴を開口しており、かつ他方の面に、前記安全弁と各々連結するための複数の弁連結穴を開口しており、前記ダクト連結穴は、前記弁連結穴のいずれとも異なる軸上に配置できる。これにより、ガスダクトとガスパイプの連結を、安全弁の軸上と偏心させて配置することで、安全弁から排出される高圧ガスが連結部分を直撃して破損する事態を回避でき、ガスの排出構造の信頼性を高めることができる。

また第２の電源装置によれば、前記ダクト連結穴は、前記ガスダクトの延長方向の略中央に位置するよう開口できる。これにより、電池ブロックを電池セルの積層方向に偶数個並べた際、電池ブロック同士の間で安全弁が位置しない部分にダクト連結穴を配置することができるので、ダクト連結穴の接続部分を高温高圧のガスから効果的に保護できる。

さらに第３の電源装置によれば、前記ガスダクトは、対向する二面に各々ダクト連結穴と弁連結穴を設けており、前記ダクト連結穴と対向する位置には、前記弁連結穴を設けないことができる。これにより、ダクト連結穴と対向する面に安全弁が位置しないため、安全弁の位置とダクト連結穴の位置を有効に離間させることができ、接続部分を高温高圧のガスから効果的に保護できる。

さらにまた第４の電源装置によれば、前記ダクト連結穴は、前記電池ブロック上に配置した際、前記電池ブロック同士の間に位置するよう配置できる。これにより、電池ブロックを複数並べて使用する構造を利用して、安全弁の位置とダクト連結穴の位置を有効に離間させることができ、接続部分を高温高圧のガスから効果的に保護できる。

さらにまた第５の電源装置によれば、前記ダクト連結穴は、前記電池ブロック上に配置した際、前記電池ブロックの上方であって、いずれの安全弁とも異なる軸上に配置することができる。これにより、電池ブロック同士の間にダクト連結穴を構造上配置できない場合であっても、効果的にガスダクトとガスパイプの連結部分を高温高圧ガスの直撃から保護することができる。

さらにまた第６の電源装置によれば、前記ガスパイプを金属製の部材で構成できる。これにより、十分な耐熱性と強度をガスパイプに備えさせ、高温高圧のガスを安全弁から受けると共に、安定的にガスパイプに案内できる。

さらにまた第７の電源装置によれば、前記ダクト連結穴を、前記ガスパイプと樹脂製の連結部材で連結することができる。これにより、樹脂製の連結部材を用いて安価で簡素な連結としつつ、この部分が高温高圧のガスで破損されるリスクを、連結部分と安全弁の位置をオフセットさせることで効果的に低減できる。

さらに上記の電源装置を備えた車両としても好適に利用できる。

実施の形態１に係る電源装置の外観を示す斜視図である。 図１から外ケースを外した状態を示す分解斜視図である。 図２でガスダクトと電池ブロックの連結状態を示す斜視図である。 図３のガスパイプとガスダクトを電池ブロックから分離した分解斜視図である。 ガスダクトの斜視図である。 図５のガスダクトを底面から見た斜視図である。 ダクト連結穴におけるガスパイプとの連結構造を示す断面図である。 図３の電池ブロックの電池セルとセパレータを分解した状態を示す分解斜視図である。 図１の電源装置の平面図である。 図９のＸ−Ｘ線における断面図である。 図９のＸＩ−ＸＩ線における断面図である。 冷却気体で電池ブロックを冷却する様子を示す模式図である。 実施の形態２に係る電源装置の外ケースを外した状態を示す分解斜視図である。 図１３でガスダクトと電池ブロックの連結状態を示す斜視図である。 図１４のガスパイプとガスダクトを電池ブロックから分離した分解斜視図である。 図１３の電源装置の平面図である。 図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線における断面図である。 図１６のＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線における断面図である。 電源装置を搭載した車両の一例を示す模式断面図である。 電源装置を搭載した車両の他の例を示す模式断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための電源装置及びこれを備える車両を例示するものであって、本発明は電源装置及びこれを備える車両を以下のものに特定しない。また特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。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。
（実施の形態１）

以下、電源装置の実施の形態１として車両用電源装置に適用した例を、図１〜図１２に基づいて説明する。これらの図において、図１は電源装置の外観斜視図、図２は図１から外ケースを外した状態を示す分解斜視図、図３は図２でガスダクトと電池ブロックの連結状態を示す斜視図、図４は図３のガスパイプとガスダクトを電池ブロックから分離した分解斜視図、図５はガスダクトの斜視図、図６は図５のガスダクトを底面から見た斜視図、図７はダクト連結穴におけるガスパイプとの連結構造を示す断面図、図８は図３の電池ブロックの電池セルとセパレータを分解した状態を示す分解斜視図、図９は図１の電源装置の平面図、図１０は図９のＸ−Ｘ線における断面図、図１１はＸＩ−ＸＩ線における断面図、図１２は冷却気体で電池ブロックを冷却する様子を示す模式図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源装置１００は、断面コ字状の外ケース１と、外ケース１の端面部分を覆う端面カバー２と、内部に収納される複数の電池セル１１をセパレータ６を介して積層した電池ブロック１０と、電池セルから放出されるガスを外部に排出するためのガス排出経路を構成するガスダクト４１と、ガスパイプを備えている。
（電池装置１００）

電池装置１００の外観は、図１の斜視図に示すように、上面を長方形状とする箱形である。この電源装置１００は図２の分解斜視図に示すように、断面コ字状の外ケース１で電池ブロック１０を被覆すると共に、外ケース１の両端縁を端面カバー２で各々被覆している。また車載時に固定しやすいよう、外ケース１の長手方向の側面には垂直に突出したフランジ３が設けられている。フランジ３にはねじ穴を開口しており、ねじ穴を利用したねじ止めを容易にしている。また短手方向の端面には、電池セル１１を冷却するための冷却ガス用ガスダクトの流入用と流出用の冷却ガス用スリット４が開口されている。この例では、冷却ガスを電池ブロック１０の側面に流して、隣接する電池セル１１間に設けられた送風隙間２１を冷却ガスが通じるようにして電池セル１１表面の温度を吸熱させている。

電池ブロック１０を構成する電池セル１１同士の間には、セパレータ６により送風隙間２１が形成される。送風隙間２１には、図１２に示すように強制送風機構９によって冷却気体が強制送風され、これにより電池セル１１が冷却される。さらに複数の電池セル１１の内、いくつかにはサーミスタなどの温度センサ３１が熱結合されており、電池セル１１の温度を温度センサ３１で検出することにより、電池ブロック１０全体の温度を推測する。温度制御回路５は、電池ブロック１０の温度に基づいて、冷却能力を制御し、あるいは充放電電流を制御する。

この電源装置は図３の斜視図に示すように、電池ブロック１０を電池セル１１の積層方向に２つ並べて一連の電池ブロック体１０Ａとし、さらに電池ブロック体１０Ａを２本平行に配置して、計４つの電池ブロック１０を一の外ケース１内に収納している。さらに図４に示すように、各電池セル１１の上面に設けられた安全弁１５と重なるように、棒状のガスダクト４１が配置されている。ガスダクト４１は電池ブロック体１０Ａ毎に設けられており、１本で２つの電池ブロック１０に跨るよう、電池ブロック２つ分に対応した長さに設計される。さらに各ガスダクト４１には、ガスパイプと連結するためのダクト連結穴４２を設けており、ダクト連結穴４２を介してガスパイプと各々接続される。ガスパイプは各ガスダクト４１と連結するため部分的に折曲されたパイプ状であり、一端を分岐して各々のガスダクト４１とダクト連結穴４２を介して接続されており、他端を端面カバー２に開口されたガス排出口４９と連結している。

また図２の分解斜視図に示すように、電池ブロック１０の上面には、電池セル１１の充放電制御や温度検出を行う電子部品を実装した基板ユニット２７を配置している。この例では、充電制御用の基板ユニット２７と、放電制御用の基板ユニット２７に分けて、２枚の基板ユニット２７を各電池ブロック体１０Ａの上面に配置している。各基板ユニット２７のハーネスは適宜纏められ、この内電源出力端子は端面カバー２から正負一対のコネクタ２８として表出される。
（電池ブロック１０）

電池ブロック１０は、図８の分解斜視図に示すように、複数枚の電池セル１１を、絶縁性のセパレータ６を介して積層し、側面をエンドプレート７で被覆したブロック体である。エンドプレート７はバインドバー８で連結されて、電池ブロック１０を固定している。バインドバー８は、電池ブロック１０の両側面に配設されて、その両端部を内側に折曲して折曲部をエンドプレート７に止ネジ１６で固定している。図示しないが、バインドバーはエンドプレートの外側面に止ネジで固定することもできる。このエンドプレートは、外側面に雌ねじ孔を設けて、バインドバーを貫通する止ネジをねじ込んで固定する。エンドプレートの外側面に固定されるバインドバーは、折曲部を設けることなく、直線状としてエンドプレートに固定される。

図８のエンドプレート７は、本体部７Ａの外側に金属プレート７Ｂを積層して補強している。エンドプレート７の本体部７Ａは、プラスチックや金属で製作される。ただし、エンドプレートは、全体を金属で製作し、あるいはプラスチックで製作することもできる。図のエンドプレート７は、金属プレート７Ｂの外側表面の四隅部に４個のねじ穴を設けている。バインドバー８は、折曲部を貫通する止ネジ１６をねじ穴にねじ込んで、エンドプレート７に固定される。止ネジ１６は、金属プレート７Ｂの内面、又は本体部の内面に固定しているナット（図示せず）にねじ込まれて、バインドバー８をエンドプレート７に固定している。図示しないが、全体を金属プレートとするエンドプレートは、これに雌ネジ孔のねじ穴を設けて、ここに止ネジをねじ込んでバインドバーを固定することができる。
（電池セル１１）

電池セル１１は、その厚さを上辺の横幅よりも薄くした薄型の外装缶１２を利用している。この外装缶１２は、両側を湾曲面として、外装缶１２の四隅のコーナ部を面取りした略箱形形状としている。この形状の外装缶１２は、丸形電池に対する角形電池とも呼ばれる。また外装缶１２の上面で外装缶１２を封止する封口板１３には、正負一対の電極端子１４を突出させると共に、電極端子１４の間に安全弁１５を設けている。安全弁１５は、外装缶１２の内圧が所定値以上に上昇した際に開弁して、内部のガスを放出できるように構成される。安全弁１５の開弁により、外装缶１２の内圧上昇を抑制、阻止することができる。

電池セル１１を構成する素電池は、リチウムイオン電池、ニッケル−水素電池、ニッケル−カドミウム電池等の充電可能な二次電池である。特に薄型電池にリチウムイオン電池を使用すると、パック電池全体の容量に対する充電容量を大きくできる特長がある。

角形電池からなる図８の電池セル１１は、所定の厚さを有する四角形で、上面の両端部には正負の電極端子１４を斜め方向に突出して設けており、上面の中央部には安全弁１５の開口部を設けている。積層される電池セル１１は、隣接する正負の電極端子１４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１１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。

電池セル１１は、金属製の外装缶１２で製作している。この電池セル１１は、隣接する電池セル１１の外装缶１２のショートを防止するために絶縁材のセパレータ６を挟着している。なお電池セルの外装缶は、プラスチックなどの絶縁材で製作することもできる。この場合、電池セルは外装缶を絶縁して積層する必要がないので、セパレータを金属製とすることもできる。
（セパレータ６）

セパレータ６は、電池セル１１同士を電気的、熱的に絶縁して積層するスペーサである。このセパレータ６はプラスチック等の絶縁材で製作して、隣接する電池セル１１を絶縁している。セパレータ６は、図８に示すように、電池セル１１を冷却するために、電池セル１１との間に、空気などの冷却気体を通過させる送風隙間２１を設けている。図８のセパレータ６は、電池セル１１との対向面に、両側縁まで延びる溝２Ａを設けて、電池セル１１との間に送風隙間２１を設けている。図のセパレータ６は、複数の溝２Ａを、互いに平行に所定の間隔で設けている。図８のセパレータ６は、両面に溝２Ａを設けており、互いに隣接する電池セル１１とセパレータ６との間に送風隙間２１を設けている。この構造は、セパレータ６の両側に形成される送風隙間２１で、両側の電池セル１１を効果的に冷却できる特長がある。ただ、セパレータは、片面にのみ溝を設けて、電池セルとセパレータとの間に送風隙間を設けることもできる。図の送風隙間２１は、電池ブロック１０の左右に開口するように水平方向に設けている。さらに、図８のセパレータ６は、両側に切欠部２Ｂを設けている。このセパレータ６は、両側に設けた切欠部２Ｂにおいて、隣接する電池セル１１の対向面の間隔を広くして、冷却気体の通過抵抗を少なくできる。このため、冷却気体を切欠部２Ｂからセパレータ６と電池セル１１との間の送風隙間２１にスムーズに送風して、電池セル１１を効果的に冷却できる。以上のように、送風隙間２１に強制送風される空気は、電池セル１１の外装缶１２を直接に効率よく冷却する。この構造は、電池セル１１の熱暴走を有効に阻止しながら、電池セル１１を効率よく冷却できる特徴がある。なおセパレータは、両面に電池セルを嵌着構造で連結することもできる。電池セルに嵌着構造で連結されるセパレータを介在させることで、隣接する電池セルの位置ずれを阻止して積層できる。
（ガス排出経路）

二次電池は、大電流での充放電によって内部のガス圧が上昇することがある。このため二次電池を内蔵する電源装置には、安全弁１５を開弁してガスを放出した際に、このガスが意図しない部位から漏れ出さないよう、所定の経路に案内するためのガス排出路が設けられる。このため電池ブロック１０の上面には、ガスダクト４１が配置される。ガスダクト４１は、高圧、高温のガスが排出された際に破壊されない十分な強度に設計され、好ましくは耐熱性、剛性に優れたアルミニウムやステンレスなどの金属製とする。図３、図４等に示す例では、ガスダクト４１は中空の箱形に形成され、ガスパイプ５０と気密に連通されており、ガスパイプ５０に案内されて安全に車外に排出される。このように安全弁１５とガスダクト４１、ガスパイプ５０を連結して、ガスを車外に排出するためのガス排出経路を構成する。
（ガスダクト４１）

ガスダクト４１は図５及び図６の斜視図に示すように、外観を直線状に延長された角パイプ状とし、内部を中空としてガス排出経路の一を構成する。図５に示すように、上面の中央部分にはガスパイプ５０と連結するためのダクト連結穴４２を設けている。また図６に示すように下面には安全弁１５と各々連結するための弁連結穴４３が複数設けられている。弁連結穴４３は、図３、図４に示すように、ガスダクト４１を電池ブロック１０上に配置した際、各ダクト連結穴４２がそれぞれ安全弁１５に位置するよう設計される。また弁連結穴４３を安全弁１５に気密に連通するために、シール部材が設けられている。

このガスダクト４１は、図４、図１０等に示すように２つの電池ブロック１０を電池セル積層方向に並べて連結した電池ブロック体１０Ａに合致する長さに設計されている。このため、電池ブロック同士の間には弁連結穴４３が設けられない。そしてこの部分がほぼガスダクト４１の長さ方向の中央となるため、この部分の反対面側にダクト連結穴４２を設けることで、ダクト連結穴４２と弁連結穴４３を離間させることができ、安全弁１５開弁時に高温高圧のガスが直接ダクト連結穴４２に吹き付けられて、連結部分にダメージを与える事態を回避できる。このように、ダクト連結穴４２の配置位置を、電池ブロックの配置関係を利用して好適に設計できる利点が得られる。

なお、電池ブロックを偶数個連結して電池ブロック体１０Ａを構成する場合は、上述のようにガスダクト４１の長さ方向の中央にダクト連結穴４２を設けることで、安全弁１５の位置とダクト連結穴４２の位置を離間させることができる。ただ、ダクト連結穴４２を設ける位置は正確に中央とする必要はなく、実際の電池ブロック等の配置状態に応じて、適宜調整できることは言うまでもない。また、電池ブロックを奇数個使用する場合は、ダクト連結穴４２は中央でなく電池ブロック同士の間となる位置に変更することが望ましい。例えば電池ブロックを３個連結した電池ブロック体とする場合は、電池ブロック３個分の長さのガスダクトを使用して、長さの約１／３の位置にダクト連結穴を設ける。このように、現実の電池ブロックの位置関係に応じてダクト連結穴の位置を調整することで、電池ブロック同士の接続部分を利用してガスダクトとガスパイプの接続部分を高温高圧のガスから効果的に保護できる。

すなわち、安全弁とダクト連結穴とが同軸であれば、安全弁から吹き出した高圧ガスがガスダクトで圧力を弱めることなくダイレクトにガスパイプ側に吹き付けられることとなる。この結果、ガスパイプに上向きの強い圧力が加わり、ガスパイプの抜けや気密性の破壊といったダメージを与える虞があった。これに対して、安全弁とダクト連結穴との中心軸をずらすことで、高圧ガスの直撃を回避して間接的なガス圧とすることができ、連結部への機械的負担を低減できる効果が得られる。
（ガスパイプ５０）

ガスパイプ５０は、ガスダクト４１のダクト連結穴４２と気密に連結され、排出ガスをガス排出口４９に案内する。ガスパイプ５０は、ガス排出経路をガス排出口４９に連結するため部分的に折曲させる必要があることから、可撓性及びコスト面で優れたゴム製のパイプが好適に利用できる。ただ、耐熱性、機械的強度及び放熱性に優れたアルミニウムやステンレスなどの金属製パイプを利用することも好ましい。

ガスパイプ５０は、長さの異なる複数のガスパイプをジョイントパイプで連結して、ガスダクト４１とガス排出口４９とを連通する。図４の例では、左側のガスダクト４１のダクト連結穴４２からＬ型ジョイントパイプ４６を介して連結された第一ガスパイプ５１は、上向きにほぼ直線状に最短距離で三又ジョイントパイプ４７と接続される。また右側のガスダクト４１のダクト連結穴４２からＬ型ジョイントパイプ４６を介して連結された第二ガスパイプ５２は、第一ガスパイプよりも長い距離を緩やかに湾曲されて三又ジョイントパイプ４７と接続される。さらに三又ジョイントパイプ４７から伸びる第三ガスパイプ５３は、Ｌ字状に折曲されて端面カバー２のガス排出口４９まで案内される。これにより、第二ガスパイプ５２及び第１ガスパイプ５１からＵ字状に折り返されて、ガスがガス排出口４９まで搬送される。このように、長さの異なる３本のガスパイプ５０をジョイントパイプで連結して、各ガスダクト４１からガス排出口４９までのガス排出経路が構築される。

また図２に示すように、三又ジョイントパイプ４７はボルトなどで電源装置に固定されている。さらにガスパイプ５０の長さに応じて、中間部分を支持するパイプ支持台４８を適宜設けてガスパイプ５０を固定する。このようにガスパイプ５０を固定することで、平時にガスパイプ５０が暴れないよう規制すると共に、高圧ガスの通過時にガスパイプ５０の歪みや膨張を抑制する効果も得られる。
（ジョイントパイプ）

ガスパイプ５０とダクト連結穴４２とを連結するジョイントパイプは、上面に開口されたダクト連結穴４２を、水平方向に開口されたガスパイプ５０と連通するために、Ｌ字型に折曲された中空構造のものが使用される。ジョイントパイプをＬ字型とすることで、ダクト連結穴４２からガスパイプ５０内に案内されるガスは上向きから水平方向にガス流の方向を転換されるため、圧力損失が生じ、そのまま上方にガスを流す場合に比べてガス圧を低減できる効果が得られる。

ジョイントパイプは、耐熱性と機械的な強度が求められることから金属製とすることが望ましい。ただ、コスト面と成型のし易さなどから樹脂製のジョイントパイプも利用できる。樹脂製のジョイントパイプは熱に弱いが、上述の通りダクト連結穴４２が安全弁１５と同軸にならないようオフセット配置させることで、高熱のガスの直撃を避けることができ、十分な耐性を維持できる。

ダクト連結穴４２とガスパイプ５０の連結構造は、図７に示すようにＯリング４４を用いて気密性を維持した状態で、側面をクランプ４５で狭持して固定される。この構造の連結構造は、長期にわたって気密性を維持でき、また高温高圧のガスを通過させる際にも十分な機械的強度を発揮できる。
（実施の形態２）

以上の実施の形態１では、ダクト連結穴４２をガスダクト４１のほぼ中央に設けることで、電池ブロックの配置上、ダクト連結穴４２の対向面に弁連結穴４３が存在しない構成を実現している。ただ、この構成に限られず、ダクト連結穴は同軸上に弁連結穴が合致しない限り、任意の位置に設けることができる。例えば、構造上ダクト連結穴を中央に配置できない場合、中央から偏心した位置であって、弁連結穴と同軸に載らない位置にダクト連結穴を設けることができる。

なお、ダクト連結穴が弁連結穴と同軸に載らないとは、ダクト連結穴の開口中心と弁連結穴の開口中心が合致しないという意味であって、ダクト連結穴の開口面積と弁連結穴の開口面積が部分的に重複する位置関係をすべて排除するものでない。寧ろ、これらの開口面積が部分的に重複していても、中心をずらすことで高温高圧のガスにダイレクトに晒される事態を回避できる効果が得られる。ただ、中心軸を離間させる程、このようなガスの影響を低減する効果が高くなるので、可能な限り離間させる配置が望ましい。

ダクト連結穴を、電池セルの安全弁のいずれとも異なる軸上に配置した例を実施の形態２として、図１３〜図１８に示す。すなわち図１３は電源装置の外ケースを外した状態を示す分解斜視図、図１４は図１３でガスダクトと電池ブロックの連結状態を示す斜視図、図１５は図１４のガスパイプとガスダクトを電池ブロックから分離した分解斜視図、図１６は図１の電源装置の平面図、図１７は図１６のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線における断面図、図１８はＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線における断面図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源装置は、実施の形態１と同じ部材については同じ符号を付して、詳細説明を省略する。

実施の形態２に係る電源装置２００は、図１３〜図１５に示すように、ダクト連結穴４２をガスダクト４１の中央でなく、上方側に配置している。またガスパイプ５０Ｂもこれに応じて、下方のガス排出口４９に最短距離で連結するよう、Ｌ型ジョイントパイプ４６を下向きに開口させて、Ｕ字状でなくＳ字状にガス排出経路を構成する。具体的には、左側のガスダクト４１のダクト連結穴４２からＬ型ジョイントパイプ４６を介して連結された第一ガスパイプ５１Ｂは、下向きにほぼ直線状に最短距離で三又ジョイントパイプ４７と接続され、また右側のガスダクト４１のダクト連結穴４２からＬ型ジョイントパイプ４６を介して連結された第二ガスパイプ５２Ｂは、第一ガスパイプよりも長い距離を緩やかに湾曲されて三又ジョイントパイプ４７と接続される。さらに三又ジョイントパイプ４７から伸びる第三ガスパイプ５３Ｂは、Ｌ字状に折曲されて端面カバー２のガス排出口４９まで案内される。

この電源装置２００は、図１７に示すようにガスダクト４１の中央付近に基板ユニット２７の端部が位置しているため、この部分が抵触してダクト連結穴を設けることができない。このため、ダクト連結穴４２を左側の電池ブロック１０の上方で、ダクト連結穴４２の中心軸が安全弁１５の中心軸と一致しない位置、好ましくは２つの安全弁１５の中心軸同士の中間付近となるように配置する。この配置によって、電池ブロックの上面であっても、各安全弁から排出される高温高圧ガスがダクト連結穴に直接吹き込まれる状態を避けることができ、特に圧力面で高圧に直接晒されないため、ダクト連結穴とジョイントパイプとの連結構造の保護効果が得られる。

またこのガスダクト４１は、図２等に示す実施の形態１と比較して、ダクト連結穴４２からガスを送出する方向と、ガス排出口４９から排出されるガスの方向を一致させている上、ガス排出経路の全長も短いため、ガスの排出をよりスムーズに行える利点が得られる。またガスの圧力損失が少ないため、ガスパイプ５０Ｂなどガス排出経路への負荷も小さくなり、ガス排出経路の強度面や信頼性においても優れるという特長がある。

このように、構造上ダクト連結穴を電池ブロック同士の間に配置できない場合であっても、ガスダクトとガスパイプの連結を安全弁の軸上と偏心させて配置することで、安全弁から排出される高圧ガスが連結部分を直撃して破損する事態を回避でき、ガスの排出構造の信頼性を高めることができる。

以上の電源装置は、車載用のバッテリシステムとして利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、あるいはモータのみで走行する電気自動車など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。

図１９に、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカー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ＨＶを走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、モータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００Ｂと、バッテリシステム１００Ｂの電池を充電する発電機９４とを備えている。バッテリシステム１００Ｂ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、バッテリシステム１００Ｂ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、たと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、バッテリシステム１００Ｂ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、バッテリシステム１００Ｂの電池を充電する。

また図２０に、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ＥＶを走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３に電力を供給するバッテリシステム１００Ｃと、このバッテリシステム１００Ｃの電池を充電する発電機９４とを備えている。モータ９３は、バッテリシステム１００Ｃ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、バッテリシステム１００Ｃの電池を充電する。

本発明に係る電源装置及びこれを備える車両は、電気自動車やハイブリッド自動車の車載用バッテリシステムとして好適に利用できる。また車載用以外の電源装置としても、好適に利用できる。

１００、２００…電源装置
１００Ｂ、１００Ｃ…バッテリシステム
１…外ケース
２Ａ…溝
２Ｂ…切欠部
２…端面カバー
３…フランジ
４…強制送風機構
５…温度制御回路
６…セパレータ
７…エンドプレート
７Ａ…本体部
７Ｂ…金属プレート
８…バインドバー
９…強制送風機構
１０Ａ…電池ブロック体
１０…電池ブロック
１１…電池セル
１２…外装缶
１３…封口板
１４…電極端子
１５…安全弁
１６…止ネジ
１７…バスバー
２１…送風隙間
２７…基板ユニット
２８…コネクタ
３１…温度センサ
４１…ガスダクト
４２…ダクト連結穴
４３…弁連結穴
４４…Ｏリング
４５…クランプ
４６…Ｌ型ジョイントパイプ
４７…三又ジョイントパイプ
４８…パイプ支持台
４９…ガス排出口
５０、５０Ｂ…ガスパイプ
５１、５１Ｂ…第一ガスパイプ
５２、５２Ｂ…第二ガスパイプ
５３、５３Ｂ…第三ガスパイプ
９３…モータ
９４…発電機
９５…インバータ
９６…エンジン
ＨＶ、ＥＶ…車両

Claims (8)

1. 内圧上昇時に開弁して内部のガスを放出するための安全弁を封口板に備える複数の角形電池セルと、
   前記角形電池セル同士の間に介在されて、これらを絶縁するためのセパレータと、
   を積層した２以上の電池ブロックと、
   前記電池ブロック同士が、電池セルの積層方向に並べて配置された状態で、各電池セルの安全弁と各々気密に連結され、安全弁から放出されるガスを案内するための一方向に延長されたガスダクトと、
   前記ガスダクトと気密に連結され、ガスをガス排出口に案内するためのガスパイプと、
   を備える電源装置であって、
   前記ガスダクトは、
   一方の面に、前記ガスパイプと連結するためのダクト連結穴を開口しており、
   かつ他方の面に、前記安全弁と各々連結するための複数の弁連結穴を開口しており、
   前記ダクト連結穴は、前記弁連結穴のいずれとも異なる軸上に配置されてなることを特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置であって、
   前記ダクト連結穴は、前記ガスダクトの延長方向の略中央に位置するよう開口されてなることを特徴とする電源装置。
3. 請求項２に記載の電源装置であって、
   前記ガスダクトは、対向する二面に各々ダクト連結穴と弁連結穴を設けており、
   前記ダクト連結穴と対向する位置には、前記弁連結穴を設けないことを特徴とする電源装置。
4. 請求項３に記載の電源装置であって、
   前記ダクト連結穴は、前記電池ブロック上に配置した際、前記電池ブロック同士の間に位置するよう配置されてなることを特徴とする電源装置。
5. 請求項１に記載の電源装置であって、
   前記ダクト連結穴は、前記電池ブロック上に配置した際、前記電池ブロックの上方であって、いずれの安全弁とも異なる軸上に配置されてなることを特徴とする電源装置。
6. 請求項１から５のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記ガスパイプが金属製の部材で構成されてなることを特徴とする電源装置。
7. 請求項１から６のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記ダクト連結穴は、前記ガスパイプと樹脂製の連結部材で連結されてなることを特徴とする電源装置。
8. 請求項１から５のいずれか一に記載の電源装置を備える車両。

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