JP2012181972A - 電源装置及び電源装置を備える車両 - Google Patents

Abstract

【課題】電池積層体と冷却プレートとの接触状態を安定的に維持する。
【解決手段】複数の角形電池セル１を積層してなる電池積層体５と、電池積層体５を側面で締結するための締結部材４と、締結部材４で締結された電池積層体５を上面に載置し、電池積層体で発生する熱を熱伝導するための冷却プレートとを備える電源装置であって、締結部材４は、電池積層体５の中間における複数箇所で冷却プレートと連結するための締結連結部４を備えており、さらに冷却プレートは、締結連結部４と連結するためのプレート連結部を備えており、締結連結部４とプレート連結部とを連結することで、電池積層体を冷却プレートと熱結合状態に連結可能に構成する。
【選択図】図６

Description

本発明は、主として、ハイブリッド車や電気自動車等の自動車を駆動するモータの電源用、あるいは家庭用、工場用の蓄電用途等に使用される大電流用の電源装置及びこのような電源装置を備える車両に関する。

車両用の組電池等、出力を高くした電源装置が求められている。このような電源装置では、多数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高く、出力電力を大きくしている。電池セルは、大電流で充放電されると発熱する。特に、使用する電池セルの数が増えるに従い、発熱量も増大する。よって、効率よく電池セルの放熱を熱伝導して発散させる放熱機構が求められる。このような放熱機構を備える電源装置は開発されている（例えば特許文献１参照）。この電源装置は、図１６に示すように、内部に冷媒を循環して冷媒の気化熱で強制冷却する熱交換器１０４を内蔵した冷却プレート１０３と、この冷却プレート１０３の上に固定されると共に、複数の電池１０１を接続した電池ブロック１０２と、冷却プレート１０３を固定しているフレーム構造体１０５とを備え、冷却プレート１０３で電池ブロック１０２を強制冷却している。

特開２００９−２３８３８９号公報 特開２０１０−１２３４１２号公報

このように、冷却プレートの内部に冷媒を循環して冷媒の気化熱で強制冷却する構成においては、電池ブロックの発熱を冷却プレート側に確実に熱伝導できるよう、冷却プレートと電池ブロックとを熱接続状態とすることが肝要となる。しかしながら、電池ブロックと冷却プレートとが確実に接触状態となるような固定状態を維持することは容易でない。特に従来の電源装置では、電池セルを積層した電池積層体の端面の両側にエンドプレートを設け、エンドプレートで狭持した電池ブロックを構成しており、このエンドプレートでもって冷却プレートに固定する構成が採られている。この構成では、電池ブロックの中間部分を冷却プレートと固定する構造が無いため、冷却プレートとの接触状態が不十分となるおそれがあった。特に、車載用の電源装置のような、振動や衝撃に晒される環境では、外力を受けて中間部分の電池セルが振動や衝撃で浮き上がり、冷却プレートとの接触が損なわれることが考えられる。この結果、冷媒による冷却能力が十分に発揮されず、電池セルの放熱が十分になされない事態が生じ、電源装置の信頼性や安定性が低下するという問題があった。

本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、電池積層体と冷却プレートとの接触状態を安定的に維持しもって冷却能力を十分に発揮させることが可能な電源装置及び電源装置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

上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る電源装置によれば、複数の角形電池セルを積層してなる電池積層体と、電池積層体を側面で締結するための締結部材と、前記締結部材で締結された電池積層体を上面に載置し、前記電池積層体で発生する熱を熱伝導するための冷却プレートと、を備える電源装置であって、前記締結部材は、前記電池積層体の中間における複数箇所で前記冷却プレートと連結するための締結連結部を備えており、さらに前記冷却プレートは、前記締結連結部と連結するためのプレート連結部を備えており、前記締結連結部とプレート連結部とを連結することで、前記電池積層体を前記冷却プレートと熱結合状態に連結可能に構成できる。これにより、締結連結部とプレート連結部とを連結することで、電池積層体を中間部位の複数箇所で冷却プレートと連結でき、中間部分の浮き上がり等を回避して、冷却プレートで角形電池セルの放熱を効率よく放熱できる利点が得られる。

また、第２の側面に係る電源装置によれば、前記締結連結部が、先端を鉤状に形成した係止片を備えており、前記プレート連結部が、前記係止片を係止可能な係止孔に形成することができる。これにより、係止孔に係止片を挿入して容易に締結部材を冷却プレートに固定できる。

さらに、第３の側面に係る電源装置によれば、前記係止孔を貫通孔に形成できる。これにより、係止孔を容易に形成できる。

さらにまた、第４の側面に係る電源装置によれば、さらに断面視略コ字状に折曲されたストリップ状の連結バーを備え、前記連結バーの端面に、前記プレート連結部として第二係止孔が開口されてなり、前記連結バーを前記冷却プレートの底面に配置すると共に、該冷却プレートの側面に前記第二係止孔を開口できる。これにより、冷却プレートに容易にプレート連結部を付加でき、冷媒循環機能等を備える冷却プレートの形状を複雑化することなく連結機構を追加できる利点が得られる。

さらにまた、第５の側面に係る電源装置によれば、前記係止孔が、冷却プレートの中間で開口される一方、前記第二係止孔を、冷却プレートの側面に開口することができる。これにより、冷却プレート上に２つの電池積層体を並べた状態で、一の連結バーにて２つの電池積層体を連結できる利点が得られる。

さらにまた、第６の側面に係る電源装置によれば、前記連結バーを、前記冷却プレートに向かって突出する方向に湾曲させることができる。これにより、連結バーで冷却プレートと電池積層体を連結した状態で、湾曲部分を押圧する反作用によって冷却プレートを電池積層体側に押圧でき、より密着力を発揮できる。

さらにまた、第７の側面に係る電源装置によれば、前記係止片の鉤状の突出方向を、前記電池積層体に対して内向きに形成することができる。これにより、複数の電池積層体を隣接させても、係止片が互いに干渉する事態を回避でき、密接させて配置でき省スペースへの配置が実現される。

さらにまた、第８の側面に係る電源装置によれば、さらに前記電池積層体の長手方向における端面を狭持するためのエンドプレートを備え、前記締結部材で、前記エンドプレート同士を締結できる。これにより、エンドプレートを利用して電気積層体を狭持できる。

さらにまた、第９の側面に係る車両によれば、上記いずれかの電源装置を備えることができる。

本発明の実施例１に係る電源装置を備える電源装置の分解斜視図である。 図１の組電池を示す斜視図である。 図２の組電池を示す分解斜視図である。 図２を斜め下方から見た斜視図である。 図４の分解斜視図である。 図２の組電池を冷却プレートに固定する様子を示す分解斜視図である。 図６の組電池を冷却プレートに固定する様子を示す断面図である。 図７の組電池を冷却プレートに固定した様子を示す断面図である。 図８の固定部分を示す拡大断面図である。 冷却プレートの左右に貫通孔を設けた場合の構造を示す模式断面図である。 変形例に係る冷却プレートを示す断面図である。 冷媒循環機構を示す模式図である。 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。 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。 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。 従来の電源装置を示す分解斜視図である。 他の変形例に係る冷却プレートを示す斜視図である。 電池積層体の両端部のみを連結する構造を示す模式底面図である。 図１９（ａ）は変形例に係る連結バーを用いて冷却プレートと電池積層体を連結する様子を示す分解断面図であり、図１９（ｂ）は図１９（ａ）で連結した状態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。特に実施の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。

図１〜図１２に基づいて、実施例１に係る電源装置１００として、車載用の電源装置１００に適用した例を説明する。これらの図に示す電源装置１００は、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッド車や、モータのみで走行する電気自動車等の電動車両の電源に最適である。ただ、本発明の電源装置は、ハイブリッド車や電気自動車以外の車両に使用し、また、電動車両以外の大出力が要求される用途にも使用できる。
（電源装置１００）

電源装置１００の外観は、図１の分解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、箱形の外装ケース７０を二分割して、内部に複数の組電池１０を収納している。外装ケース７０は、下ケース７１と、上ケース７２と、これらの下ケース７１、上ケース７２の両端に連結している端面プレート７３とを備えている。上ケース７２と下ケース７１は、外側に突出する鍔部７４を有し、この鍔部７４をボルトとナットで固定している。外装ケース７０は、鍔部７４を外装ケース７０の側面に配置している。また図１に示す例では、組電池１０を長手方向に２つ、横方向に２列、計４個下ケース７１に収納している。なお、図２等に示す例では、組電池１０を２つ、積層方向に並べた状態で、側面を締結部材で連結している。各組電池１０は、外装ケース７０内部の定位置に固定している。端面プレート７３は、下ケース７１と上ケース７２の両端に連結されて、外装ケース７０の両端を閉塞している。
（組電池１０）

組電池１０は、図２〜図６に示すように、複数の角形電池セル１と、複数の角形電池セル１同士を積層する面に介在させて、角形電池セル１間を絶縁するセパレータ２と、複数の角形電池セル１とセパレータ２を交互に積層した電池積層体５の積層方向の端面に配置された一対のエンドプレート３と、電池積層体５の両端面でエンドプレート３同士を締結する金属製の複数の締結部材４とを備えている。さらに電池積層体５は、これを冷却するための冷却プレート６０上に固定されている。冷却プレート６０は、電池積層体５で発生する熱を熱伝導して放熱させるための部材であり、冷却プレート６０の内部に冷媒を循環させている（詳細は後述）。また、冷却プレート６０を電池積層体５よりも大きく形成することで、一枚の冷却プレート６０上に複数の電池積層体５を載置して冷却できる。図４〜図６等の例では、各冷却プレート６０上に２つの電池積層体５を並列に載置している。上述の通り、電池積層体５は長さ方向に２つの電池積層体５が直列に連結されており、このような連結状態にある電池積層体２本を、２枚の冷却プレート６０で支持している。ただ、この例に限られず、例えば一枚の冷却プレート上に４つの電池積層体すべてを載置して、冷却プレートを共通化することもできる。あるいは、電池積層体の底面とほぼ同じ大きさの冷却プレートを用意し、各電池積層体５を冷却プレートで個別に冷却する構成としてもよい。
（電池積層体５）

組電池１０は、複数の角形電池セル１を、絶縁性のセパレータ２を介して積層して電池積層体５とし、この電池積層体５の両端面に一対のエンドプレート３を配置して、一対のエンドプレート３を締結部材４で連結している。以上の図に示す組電池１０は、互いに隣接する角形電池セル１を絶縁するセパレータ２を角形電池セル１同士の積層面に介在させて、複数の角形電池セル１とセパレータ２とを交互に積層した電池積層体５としている。

なお組電池は、必ずしも角形電池セルの間にセパレータを介在させる必要はない。例えば角形電池セルの外装缶を絶縁材で成形し、あるいは角形電池セルの外装缶の外周を絶縁シートや絶縁塗料等で被覆する等の方法で、互いに隣接する角形電池セル同士を絶縁することによって、セパレータを不要とできる。特に、角形電池セルの間に冷却風を強制送風して角形電池セルを冷却する空冷式によらず、冷媒等を用いて冷却させた冷却プレートを介して電池積層体を冷却する方式を採用する構成においては、角形電池セルの間にセパレータを介在させる必要は必ずしも無い。
（角形電池セル１）

角形電池セル１は、その外形を構成する外装缶を、幅よりも厚さを薄くした角形としている。この外装缶を閉塞する封口板に正負の電極端子を設けると共に、電極端子の間に安全弁を設けている。安全弁は、外装缶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。安全弁の開弁により、外装缶の内圧上昇を停止することができる。この角形電池セル１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、角形電池セル１にリチウムイオン電池を使用すると、パック電池全体の体積や質量に対する充電容量を大きくできる特長がある。

角形電池セル１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を突出して設けており、上面の中央部には安全弁の開口部を設けている。積層される角形電池セル１は、隣接する正負の電極端子をバスバー６で連結して互いに直列に接続している。隣接する角形電池セル１を互いに直列に接続する組電池１０は、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただ、組電池は、隣接する角形電池セルを並列に接続することもできる。また角形電池セル１は、金属製の外装缶で製作している。この角形電池セル１１は、隣接する角形電池セル１の外装缶のショートを防止するために絶縁材のセパレータ２を挟着している。なお、角形電池セルの外装缶は、プラスチック等の絶縁材で製作することもできる。この場合、角形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２）

セパレータ２は、隣接する角形電池セル１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２はプラスチック等の絶縁材で製作しており、互いに隣接する角形電池セル１同士の間に配置されて、隣接する角形電池セル１を絶縁している。
（エンドプレート３）

角形電池セル１とセパレータ２とを交互に積層した電池積層体５の両端面には一対のエンドプレート３を配置して、一対のエンドプレート３で電池積層体５を締結している。エンドプレート３は、十分な強度を発揮する材質、例えば金属製とする。このエンドプレート３は、図１に示す下ケース７１と固定するための固定構造を備えている。この例では、エンドプレート３の下端から突出させたケース固定部３ａを設けており、下ケース７１と螺合等により固定される。図４などに示すように、組電池１０の底面で冷却プレート６０の端面からケース固定部３ａを突出させており、この状態で下ケース７１とエンドプレート３とを固定することで、冷却プレート６０は電池積層体５と下ケース７１とで上下方向から狭持されるようにして固定される。

また、冷却プレート側にエンドプレートを固定する構造を設けることもできる。図１７に示す変形例では、冷却プレート６０Ｄを一枚で構成すると共に、冷却プレート６０Ｄに、エンドプレート３のケース固定部３ａを挿入する固定孔３ｂを形成している。これにより、ケース固定部３ａを固定孔３ｂに圧入して、エンドプレート３を介して電池積層体５を冷却プレート６０Ｄに固定できる。
（締結部材４）

締結部材４は、図２〜図６に示すように、両端にエンドプレート３が積層された電池積層体５の両側面に配置されて、一対のエンドプレート３に固定されて電池積層体５を締結する。この締結部材４は、図３の斜視図に示すように、電池積層体５の側面を覆う本体部４１と、本体部４１の両端で折曲され、エンドプレート３と固定される折曲片４２と、上方で折曲されて電池積層体５の上面を保持する上面保持部４３と、下方に突出される締結連結部４４を備える。このような締結部材４は、十分な強度を有する材質、例えば金属製で構成される。なお図２等に示す例では、上述の通り２つの電池積層体５を積層方向に並べた状態で、両側側面を締結部材４で一体的に連結している。この構成では、締結部材４を電池積層体５同士を連結するための部材としても利用している。ここでは、端面に位置するエンドプレート３同士を締結部材４で固定すると共に、２つの電池積層体５の間で対向するエンドプレート３には、締結部材は固定されない。なお、各電池積層体にそれぞれ締結部材を設けることもでき、この場合は各電池積層体にそれぞれの端面の位置するエンドプレート同士を、締結部材で固定する。
（折曲片４２）

折曲片４２は、エンドプレート３を側面から背面にかけて覆うようにして、エンドプレート３が電池積層体５の積層方向に拡張しないよう、押圧する。ここでは、図３の分解斜視図に示すように折曲片４２の上下にねじ穴をそれぞれ開口し、さらにエンドプレート３側にもねじ穴を開口することで、ねじ止めによって締結部材４をエンドプレート３に固定している。
（上面保持部４３）

上面保持部４３は、図３の分解斜視図及び図７、図８の断面図に示すように、本体部４１の上面をＬ字状に折曲して角形電池セルの上面の係止する。これによって角形電池セル１が浮き上がる事態を阻止し、電池積層体５を冷却プレート６０側に押圧した状態を維持でき、熱結合状態の維持に寄与する。また、このような上面保持部４３を受けるため、角形電池セル１を狭持又は被覆するセパレータ２、あるいはセパレータを使用しない場合には角形電池セル１に直接、上面保持部４３と係合される段差面を設けている。
（本体部４１）

また本体部４１は、図３に示すように上下にほぼ平行に渡されたバインドバー本体４１ａと、２本のバインドバー本体４１ａ同士の間を連結するように交差された複数の連結体４１ｂとで構成される。これにより、本体部４１には部分的な開口が複数設けられる。このように複数の開口部分を設けて電池積層体５を露出させることで、電池積層体５を外気に触れさせて放熱し易くできる。

さらに、この開口部分から冷却風を角形電池セルの間に冷却風を強制的に送風して、角形電池セルを冷却する空冷機構を付加しても良い。この場合は、セパレータは角形電池セル１との間に、空気等の冷却気体を通過させる送風隙間を設ける。例えばセパレータの、角形電池セルとの対向面に、両側縁まで延びる溝を設けて、角形電池セルとの間に送風隙間を設けている。また、セパレータの両面に溝を設けることで、互いに隣接する角形電池セルとセパレータとの間に送風隙間を設けることができる。このように後述する冷媒による冷却と空冷による冷却を組み合わせることで、角形電池セルの熱暴走を有効に阻止しながら、角形電池セルを効率よく冷却でき、また一方の冷却機能では不十分な場合や機能しない場合の予備としても利用できる。ただ、このような空冷を採用しない構成としてもよいことはいうまでもない。
（締結連結部４４）

以上のように、本体部４１の両端に設けられた折曲片４２により、締結部材４はエンドプレート３と固定される。そしてこのエンドプレート３によって、電池積層体５は冷却プレート６０と固定されている。ただ、これのみでは、電池積層体の両端で冷却プレートと固定された構造となって、電池積層体の中間部分が冷却プレートと十分な熱結合状態に接触されるよう維持するには、特に車載用途のような振動や衝撃に晒される環境では、信頼性が不十分であった。そこで、上述した上面保持部で電池積層体の上面から押圧する構成に加え、電池積層体の中間部分を冷却プレートと直接連結する構造を付加することで、一層接触状態が確実に発揮され、信頼性を向上できる。このような連結構造として、締結連結部４４を本体部４１の中間に設けている。締結連結部４４は、図５、図６等に示すように、複数を互いに離間して設けることが好ましい。本発明では、２本のバインドバー本体４１ａのうち、冷却プレートに近い側の本体部４１ａに締結連結部４４を設けているが、冷却プレートに遠い側の本体部４１ａに締結連結部４４を設けても良く、締結連結部４４を設ける箇所は特に限定しない。
（係止片４５）

締結連結部４４は、図６等の例では、先端を鉤状に形成した係止片４５としている。この係止片４５は、好ましくは図８、図９等に示すように、鉤状の突出方向が、電池積層体５に対して内向きに形成する。これにより、電池積層体５から外向きに突出しないので、電池積層体５同士を隣接させても、隣接する鉤状同士が互いに干渉しない。よって、電池積層体５同士を近接して並べて配置でき、冷却プレート６０上に効率よく電池積層体５を配置し、また大型化も回避できる。
（プレート連結部）

一方で冷却プレート６０側には、この締結連結部４４と連結するための連結機構としてプレート連結部を設けている。プレート連結部は、締結連結部４４を設けた位置と対応する位置に設けられる。このようなプレート連結部として、例えば係止片４５を係止可能な係止孔４６が形成される。これにより、この係止孔４６に鉤状の係止片４５を挿入して係止することで、締結部材４を容易に冷却プレート６０に固定できる。

図６の例では、上述の通り一の冷却プレート６０に２つの電池積層体５を横に並べて固定している。各電池積層体５は、左右の側面に係止片４５を設けている。このため、冷却プレート６０の中央側では、係止孔４６を貫通孔として形成している。図７、図８の断面図に示す例では、各締結部材４の係止片４５を互いに内向きに形成しているため、一の係止孔４６を２つの隣接する電池積層体５で共有できる。すなわち、一の係止孔４６に、２つの係止片４５を挿入して、係止孔４６の左右でそれぞれ係止させている。

一方で、冷却プレートの側面側でも、仮に貫通孔を冷却プレートに形成しようとすれば、図１０に示すようにその分だけ冷却プレート６０Ｂが大型化して電池積層体５の端面よりも幅ｔだけ突出する。一方で、このような突出を抑制しようとすれば、係止孔を形成する部分の強度が不十分となるおそれがある。そこで図６等に示す例では、別部材である連結バー５０を用いて、第二係止孔５２を付加している。
（連結バー５０）

連結バー５０は、図３等の分解斜視図に示すように、ストリップ条を断面視略コ字状に折曲した形状としている。ストリップ条は、十分な強度を発揮できるよう金属板で構成する。図１の例では、ストリップ条の表面に段差を形成して強度を向上させている。この連結バー５０の長さは、略コ字状の折曲部分で冷却プレートの底面を挟み込める大きさとする。この連結バー５０の端面に、プレート連結部として第二係止孔５２を開口している。図６等の例では、２つの電池積層体５を並べて固定しているので、各電池積層体５の、冷却プレート端面側に位置する係止片４５が、第二係止孔５２と係止され、また電池積層体５同士が互いに隣接した側に位置する係止片４５は、冷却プレートの中央に開口された係止孔４６と係止される。また係止孔４６を連結バーで閉塞しないよう、ストリップ条の係止孔４６と対応する位置には、係止孔５１が開口される。このようにして、連結バー５０を用いることで冷却プレートに容易にプレート連結部を付加できる。特に、冷媒循環機能等を備える冷却プレートの形状を複雑化することなく連結機構を追加できる。

また、上記構成は一例であり、例えば各電池積層体にそれぞれ冷却プレートを設ける構成においては、図１１に示すように連結バー５０の第二係止孔５２のみで係止片４５を固定できる。この構成であれば、冷却プレート６０Ｃに係止孔を設ける必要がないので、冷却プレートの構成を簡素化できる利点が得られる。
（連結バーの変形例）

さらに連結バーに、電池積層体を冷却プレートに安定的に連結する構造を付加することもできる。締結連結部４４を係止孔５１及び第二係止孔５２に係止する構造によれば、このような連結構造を設けた部分、すなわち電池積層体の両側部分では、図１８に示すように電池積層体と冷却プレートとの接触が発揮されるものの、電池積層体の中間部分（図１８において破線の斜線で囲む領域）では、連結構造が無いため、振動や衝撃などの外力を受けて接触状態が不安定となる可能性がある。そこで、電池積層体の中間部分を冷却プレート側に押圧する機構を、連結バーに付加することで、より安定的な接触状態を維持できる。このような例を、図１９（ａ）、（ｂ）の断面図に示す。この図に示す連結バー５０Ｂは、係止孔５１及び第二係止孔５２を設けた位置で挟まれる領域を、断面視において、中間部分が突出するように湾曲させている。連結バーを金属板などの弾性を有する部材で構成することで、湾曲された山形部分が冷却プレート６０に押圧されて変形されると、反発力が働いて、冷却プレート６０を押し返す力が働く。図１９（ａ）では、連結バー５０Ｂの中間に係止孔５１を設けているため、係止孔５１の左右でそれぞれ連結バー５０Ｂが湾曲されて、２つの山形を形成している。これによって、係止孔５１及び第二係止孔５２にそれぞれ係止片４５を係止することで、山形に湾曲された部分が冷却プレートを押し上げ、電池積層体５の中間部分が冷却プレートに押圧される。これによって電池積層体と冷却プレートの密着性が高まり、熱伝導性が発揮されて冷却による信頼性の向上が図られる。
（冷媒循環機構）

冷却プレートは、その内部に冷媒循環機構を設けている。図１２に、このような冷媒循環機構を一例を示す。図１２に示す組電池１０は、複数の角形電池セル１を積層している電池積層体５を、冷却プレート６０の上面に配置している。この冷却プレート６０は、電池積層体５を構成する角形電池セル１に熱結合状態に配置している。冷却プレート６０は、冷媒配管６１を配設しており、この冷媒配管６１を冷却機構６９に連結している。この組電池１０は、電池積層体５を冷却プレート６０に接触させて直接、効果的に冷却できる。また、電池積層体のみならず、例えば電池積層体の端面に配置した各部材等も併せて冷却することもできる
（冷却プレート６０）

冷却プレート６０は、角形電池セル１の熱を熱伝導して外部に放熱するための放熱体であり、図の例では冷媒配管６１を配設している。冷却プレート６０は、熱交換器として、冷却液である液化された冷媒を循環させる銅やアルミ等の冷媒配管６１の冷却パイプを内蔵している。冷却パイプは、図示しないが、冷却プレート６０の上面板に熱結合されており、底板との間には断熱材を配設して、底板との間を断熱している。また、冷却プレート６０にはこのような冷媒による冷却機能を付加する他、金属板のみで構成することもできる。例えば放熱フィンを設けた金属体等、放熱、伝熱性に優れた形状とする。または金属製に限らず、絶縁性を有する伝熱シートを利用しても良い。

冷却プレート６０は、内部に配管された冷媒配管６１に、冷却機構６９から冷却液が供給されて冷却される。冷却プレート６０は、冷却機構６９から供給される冷却液を、冷媒配管６１の内部で気化する気化熱で冷却プレート６０を冷却する冷媒としてより効率よく冷却できる。

さらに冷却プレート６０は、複数の角形電池セル１の温度を均等化する均熱化手段としても機能する。すなわち、冷却プレート６０が角形電池セル１から吸収する熱エネルギーを調整して、温度が高くなる角形電池セル、例えば中央部の角形電池セルを効率よく冷却して、温度が低くなる領域、例えば両端部の角形電池セルの冷却を少なくして、角形電池セルの温度差を少なくする。これによって、角形電池セルの温度むらを低減して、一部の角形電池セルの劣化が進み過充電、過放電となる事態を回避できる。

なお、図１２では、電池積層体５の底面に冷却プレート６０を配置する例を示したが、この構成に限られるものでない。例えば冷却プレートを電池セルの側面に配置することもできる。

以上の電源装置は、車載用の電源として利用できる。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車やプラグインハイブリッド車、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。
（ハイブリッド車用電源装置）

図１３に、エンジンとモータの両方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。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。
（電気自動車用電源装置）

また図１４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。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。
（蓄電用電源装置）

さらに、この電源装置は、移動体用の動力源としてのみならず、載置型の蓄電用設備としても利用できる。例えば家庭用、工場用の電源として、太陽光や深夜電力等で充電し、必要時に放電する電源システム、あるいは日中の太陽光を充電して夜間に放電する街路灯用の電源や、停電時に駆動する信号機用のバックアップ電源等にも利用できる。このような例を図１５に示す。この図に示す電源装置１００は、複数の電池パック８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池パック８１は、複数の電池セルが直列及び／又は並列に接続されている。各電池パック８１は、電源コントローラ８４により制御される。この電源装置１００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このため電源装置１００は、充電モードと放電モードを備える。負荷ＬＤと充電用電源ＣＰはそれぞれ、放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳを介して電源装置１００と接続されている。放電スイッチＤＳ及び充電スイッチＣＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００の電源コントローラ８４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８４は充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＦＦに切り替えて、充電用電源ＣＰ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負荷ＬＤからの要求に応じて、電源コントローラ８４は充電スイッチＣＳをＯＦＦに、放電スイッチＤＳをＯＮにして放電モードに切り替え、電源装置１００から負荷ＬＤへの放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチＣＳをＯＮに、放電スイッチＤＳをＯＮにして、負荷ＬＤ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。

電源装置１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して電源装置１００と接続されている。電源装置１００の放電モードにおいては、電源コントローラ８４が放電スイッチＤＳをＯＮに切り替えて、負荷ＬＤに接続し、電源装置１００からの電力で負荷ＬＤを駆動する。放電スイッチＤＳはＦＥＴ等のスイッチング素子が利用できる。放電スイッチＤＳのＯＮ／ＯＦＦは、電源装置１００の電源コントローラ８４によって制御される。また電源コントローラ８４は、外部機器と通信するための通信インターフェースを備えている。図１５の例では、ＵＡＲＴやＲＳ−２３２Ｃ等の既存の通信プロトコルに従い、ホスト機器ＨＴと接続されている。また必要に応じて、電源システムに対してユーザが操作を行うためのユーザインターフェースを設けることもできる。

各電池パック８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、パック入出力端子ＤＩと、パック異常出力端子ＤＡと、パック接続端子ＤＯとを含む。パック入出力端子ＤＩは、他のパック電池や電源コントローラ８４からの信号を入出力するための端子であり、パック接続端子ＤＯは子パックである他のパック電池に対して信号を入出力するための端子である。またパック異常出力端子ＤＡは、パック電池の異常を外部に出力するための端子である。さらに電源端子は、電池パック８１同士を直列、並列に接続するための端子である。

さらにこの電源装置１００は、電池ユニット８２の均等化のための均等化モードを備える。電池ユニット８２は並列接続スイッチ８５を介して出力ラインＯＬに接続されて互いに並列に接続されている。このため電源コントローラ８４に制御される均等化回路８６を備えている。均等化回路８６によって、複数の電池ユニット８２間の電池残存容量のばらつきを抑制される。

本発明に係る電源装置及びこれを備える車両は、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として好適に利用できる。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。

１００…電源装置
１…角形電池セル
２…セパレータ
３…エンドプレート；３ａ…ケース固定部；３ｂ…固定孔
４…締結部材
５…電池積層体
６…バスバー
１０…組電池
４１…本体部；４１ａ…バインドバー本体；４１ｂ…連結体
４２…折曲片
４３…上面保持部
４４…締結連結部
４５…係止片
４６…係止孔
５０、５０Ｂ…連結バー
５１…係止孔
５２…第二係止孔
６０、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ…冷却プレート
６１…冷媒配管
６９…冷却機構
７０…外装ケース
７１…下ケース
７２…上ケース
７３…端面プレート
７４…鍔部
８１…電池パック
８２…電池ユニット
８４…電源コントローラ
８５…並列接続スイッチ
８６…均等化回路
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
１０１…電池；１０２…電池ブロック；１０３…冷却プレート；１０４…熱交換器；１０５…フレーム構造体
ｔ…幅；ＥＶ、ＨＶ…車両
ＬＤ…負荷；ＣＰ…充電用電源；ＤＳ…放電スイッチ；ＣＳ…充電スイッチ
ＯＬ…出力ライン；ＨＴ…ホスト機器
ＤＩ…パック入出力端子；ＤＡ…パック異常出力端子；ＤＯ…パック接続端子

Claims (9)

1. 複数の角形電池セルを積層してなる電池積層体と、
   電池積層体を側面で締結するための締結部材と、
   前記締結部材で締結された電池積層体を上面に載置し、前記電池積層体で発生する熱を熱伝導するための冷却プレートと、
   を備える電源装置であって、
   前記締結部材は、前記電池積層体の中間における複数箇所で前記冷却プレートと連結するための締結連結部を備えており、
   さらに前記冷却プレートは、前記締結連結部と連結するためのプレート連結部を備えており、
   前記締結連結部とプレート連結部とを連結することで、前記電池積層体を前記冷却プレートと熱結合状態に連結可能に構成し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、
   前記締結連結部が、先端を鉤状に形成した係止片を備えており、
   前記プレート連結部が、前記係止片を係止可能な係止孔に形成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、
   前記係止孔が、貫通孔に形成されてなることを特徴とする電源装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一に記載の電源装置であって、さらに、
   断面視略コ字状に折曲されたストリップ状の連結バーを備え、
   前記連結バーの端面に、前記プレート連結部として第二係止孔が開口されてなり、
   前記連結バーを前記冷却プレートの底面に配置すると共に、該冷却プレートの側面に前記第二係止孔を開口してなることを特徴とする電源装置。
5. 請求項４に記載の電源装置であって、
   前記係止孔が、冷却プレートの中間で開口される一方、
   前記第二係止孔が、冷却プレートの側面に開口されてなることを特徴とする電源装置。
6. 請求項４又は５に記載の電源装置であって、
   前記連結バーが、前記冷却プレートに向かって突出する方向に湾曲されてなることを特徴とする電源装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか一に記載の電源装置であって、
   前記係止片の鉤状の突出方向が、前記電池積層体に対して内向きに形成されてなることを特徴とする電源装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか一に記載の電源装置であって、さらに、
   前記電池積層体の長手方向における端面を狭持するためのエンドプレートを備え、
   前記締結部材で、前記エンドプレート同士を締結してなることを特徴とする電源装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の電源装置を搭載してなる車両。

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