JP2013178894A - 電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】防水構造を備えると共に、防水構造に伴う寸法の増大を抑制する。
【解決手段】扁平な直方体形状の複数の角形電池セル２と、隣接する角形電池セル２の間に配置されるスペーサ３とを備えた電源装置であって、角形電池セル２は、上面２３と、底面と、一対の幅広面と、一対の側面とを有しており、さらに、角形電池セル２の底面を被覆する底面被覆部と、角形電池セル２の幅広面を被覆する幅広面被覆部７ａと、角形電池セル２の側面を被覆する側面被覆部７ｂとを有する絶縁性フィルム７を備え、幅広面被覆部は、フィルム同士が重なって熱溶着される熱溶着部７ｄを有しており、スペーサ３が、熱溶着部７ｄと対向する位置に、熱溶着部７ｄを収容する収容空間を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、複数の角形電池セルを備えた電源装置に関するものである。

ハイブリッドカーや電気自動車、大型の蓄電装置等に使用される電源装置は、高電圧出力であることや高電流容量であることが求められる。この種の電源装置として、複数の電池セルを積層して形成される電源装置があり、電池セルを直列に接続することで電源装置の出力電圧を高く、並列に接続することで電源装置の電流容量を大きくすることができる。電源装置を構成する電池セルとしては、繰り返し充放電ができるように、二次電池が使用される。

この種の電源装置としては、例えば、電池セルとして、直方体形状の外装缶を有する角形電池セルと、角形電池セルを保持する絶縁性スペーサとを交互に積層して形成される電池ブロックと、電池ブロックの両端に配設される一対のエンドプレートと、エンドプレートに架設され、積層されている角形電池セルを積層方向に加圧した状態で締結するバインドバーとを備えた電源装置が知られている（特許文献１）。また、電池セルは、高温度下での使用により電池セルの寿命が低下するので、特許文献１の電源装置は、上述した構成に加えて、外装缶を金属で形成し、電池セルの放熱性能を高めると共に、電池ブロックの下部に当接する冷却プレートを介して、各電池セルを冷却できるように構成されている。

一方、このような電源装置は、様々な用途の電源装置として用いられ、種々の外的環境で使用されるため、結露水等の水が電池セルに付着することがある。特許文献１の電源装置は、絶縁性スペーサを用いて、隣接する電池セル同士を絶縁しているが、結露水等の水が電池セルに付着すると、結露水等の水を介して、隣接する電池セルの短絡が生じたり、外装缶を腐食させたりするおそれがある。この問題を解決する防水構造を備えた電池セルとして、外装缶をシュリンクチューブで覆う構成の角形電池セルが知られている（特許文献２）。シュリンクチューブは、絶縁性フィルムで形成されており、電池セルの外装缶をシュリンクチューブで覆った状態で熱を加えることで、電池セルの外装缶の周囲を水密に覆うことができるようになっている。

特開２０１０−１５７４５０号公報 特開２００３−２２３８７２号公報

しかしながら、特許文献１の電源装置において、特許文献２の構成の電池セルを採用すると、電池ブロックの寸法が増大し、電源装置が大型化する問題がある。近年は、高出力大容量の電源装置が求められており、積層する電池セルの数が多くなる傾向にある。例えば、１０個の電池セルを積層した電池ブロックにおいて、厚さ０．５ｍｍのシュリンクチューブを使用した場合、電池セルの積層方向に１０ｍｍ寸法が大きくなる。特に、車載用の電源装置の場合、スペースが限られていることもあり、常に小型化することが望まれている。

また、特許文献２の角形電池セルは、具体的には、チューブ状の絶縁性フィルムを電池セルの外装缶の寸法に合わせて切断し、片側の開口端を熱溶着させて袋形状のシュリンク
チューブを形成し、袋形状のシュリンクチューブに角形電池セルを挿入して、シュリンクチューブを熱収縮させて角形電池セルを形成するようになっている。熱溶着した部分は、特に凹凸が形成されやすくなる上に、熱溶着する前の絶縁性フィルムよりも厚くなる。そのため、特許文献１の電源装置において、特許文献２のシュリンクチューブを介した防水構造を採用すると、熱溶着部の凹凸により、冷却プレートと電池ブロックとの密着性が悪くなって冷却性能が低下する問題もある。冷却プレートと電池ブロックとの密着性の問題は、熱伝導シートを介在させることで改善できるが、このような構成では、比較的厚みのある熱伝導シートを採用することとなり、電源装置がさらに大型化する問題がある。

本発明は、斯かる問題を鑑みてなされたものであり、防水構造を備えると共に、防水構造に伴う寸法の増大を抑制することができる電源装置を提供することを目的とするものである。

本発明の電源装置は、扁平な直方体形状の複数の角形電池セルと、隣接する角形電池セルの間に配置されるスペーサとを備えた電源装置であって、角形電池セルは、上面と、底面と、一対の幅広面と、一対の側面とを有しており、さらに、角形電池セルの底面を被覆する底面被覆部と、角形電池セルの幅広面を被覆する幅広面被覆部と、角形電池セルの側面を被覆する側面被覆部とを有する絶縁性フィルムを備え、幅広面被覆部は、絶縁フィルム同士が重なって熱溶着される熱溶着部を有しており、スペーサが、熱溶着部と対向する位置に、熱溶着部を収容する収容空間を有する。

角形電池セルとスペーサとを交互に積層した状態で締結する締結具を備え、スペーサは、角形電池セルの幅広面と対向する対向面を有すると共に、対向面の周縁に形成される収納部と、対向面の中央に形成され、締結具を介して角形電池セルの幅広面の中央を押圧する押圧部とを有することが好ましい。

さらに、絶縁性フィルムは、一枚のシート状のフィルムで形成されており、側面被覆部と幅広面被覆部とは、熱溶着部を介して固定されることが好ましい。

さらに、側面被覆部及び底面被覆部を覆い、角形電池セルと熱的に接触した状態で配置される熱伝導シートを備えることが好ましい。

または、底面被覆部は、側面被覆部側の両端に、絶縁フィルム同士が重なって熱溶着される底面熱溶着部を有しており、さらに、角形電池セルの底面と熱的に接触した状態で配置される熱伝導シートを備え、熱伝導シートが、底面熱溶着部の間に位置することが好ましい。

さらに、絶縁性フィルムは、三枚のシート状のフィルムで形成されており、側面被覆部と幅広面被覆部とは、熱溶着部を介して固定され、側面被覆部と底面被覆部とは、底面熱溶着部を介して固定されることが好ましい。

さらに、熱伝導シートを介して、角形電池セルと熱的に接触した状態で配置される冷却プレートを有し、該冷却プレートは、角形電池セルと熱結合状態に配置され、内部に冷媒が流れる冷媒配管を有することが好ましい。

本発明の車両は、上記電源装置を備える。

本発明の蓄電装置は、上記電源装置を備える。

請求項１の構成によると、凹凸が形成される熱溶着部をスペーサの収納部に収納することができ、防水構造に伴う寸法の増大を抑制することができる等の効果を奏する。

請求項２の構成によると、スペーサは、対向面に電池セルを押圧する押圧部と、熱溶着部を収納する収納部とを形成することができる。扁平な直方体形状の電池セルは、幅広面の中央が特に膨張するため、この構成によると、防水構造に伴う寸法の増大を抑制することに加え、電池セルの膨張を効率よく抑制することができる等の効果を奏する。

請求項３の構成によると、前記絶縁性フィルムは一枚のシートで形成することができると共に、電池セルの側面及び底面をフラットにすることができる等の効果を奏する。

請求項４の構成によると、フラットに形成されている側面被覆部及び底面被覆部を熱伝導シートと効率よく密着させることができ、冷却性能を高めることができる等の効果を奏する。

請求項５の構成によると、底面被覆部に底面熱溶着部を形成しても、防水構造に伴う寸法の増大を抑制することができるので、絶縁性フィルムの設計の自由度を高めることができる等の効果を奏する。

請求項６の構成によると、絶縁性フィルムを三枚のシートで形成することで、熱溶着部及び底面熱溶着部は、二枚のシートが重なり合う形状となり、熱溶着部及び底面熱溶着部の厚さを最小限の寸法とすることができる等の効果を奏する。

請求項７の構成によると、冷却機構として冷媒配管を有する冷却プレートを電池セルと熱的に接触させることができる。この構成では、冷却プレートと電池セルとの密着性を高めるための熱伝導シートが底面被覆部や側面被覆部等のフラットな面に配置されているため、熱伝導シートを最小限の厚さとすることができ、高い冷却性能を有しながら、電源装置の寸法の増大を抑制することができる等の効果を奏する。

請求項８の構成によると、防水構造を備えると共に、防水構造に伴う寸法の増大を抑制することができる電源装置を備えた車両を提供することができる等の効果を奏する。

請求項９の構成によると、防水構造を備えると共に、防水構造に伴う寸法の増大を抑制することができる電源装置を備えた蓄電装置を提供することができる等の効果を奏する。

本発明の第一実施形態における電源装置の斜視図である。 同電池ブロックの分解斜視図である。 同角形電池セルの斜視図である。 同絶縁性フィルム７を備えた角形電池セルの斜視図である。 同絶縁性フィルム７の展開図である。 同絶縁性フィルム７の組立工程を説明するための斜視図である。 図６の次の工程を説明するための斜視図である。 図７の次の工程を説明するための斜視図である。 本発明の第一実施形態におけるスペーサと絶縁性フィルム７の構成を説明するための上面図である。 同電源装置において、冷却機構を備えた電源装置の分解斜視図である。 本発明の第二実施形態における絶縁性フィルム９を備えた角形電池セルの斜視図である。 同絶縁性フィルム９の展開図である。 同絶縁性フィルム９の組立工程を説明するための斜視図である。 図１２の次の工程を説明するための斜視図である。 本発明の第二実施形態におけるスペーサと絶縁性フィルム７の構成を説明するための上面図である。 同電源装置における熱伝導シートの位置を説明するための底面側から見た斜視図である。 同電源装置において、冷却機構を備えた電源装置の斜視図である。 電源装置を搭載した車両の一例を示すブロック図である。 電源装置を搭載した車両の他の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。

本発明の第一実施形態を図１乃至図１０に基づいて以下に詳述する。

図１は、本発明の第一実施形態における電源装置１の斜視図で、図２は電池ブロック４の分解斜視図である。図１及び図２に示すように、電源装置１は、角形電池セル２と絶縁性のスペーサ３とを交互に積層して形成される電池ブロック４と、電池ブロック４の両端に配設されるエンドプレート５と、エンドプレート５に架設され、電池ブロック４を積層方向に加圧した状態で締結する締結具として、バインドバー６とを備えている。

電池ブロック４を構成する角形電池セル２は、出力端子２１が電池ブロック４の上面に並ぶように積層される。隣接している角形電池セル２同士は、バスバー（図示せず）を介して接続される。角形電池セル２は直列に接続され、電源装置１の出力電圧を大きくしている。電池ブロック４の両端に配設されているエンドプレート５は、外形が角形電池セル２の外形とほぼ等しい直方体形状で、アルミニウムやアルミニウム合金等の比較的高い強度を有する金属等で形成されている。エンドプレート５の四隅には、上下に並設される一対のバインドバー６を、ネジ止め固定するためのネジ穴５１が形成されており、バインドバー６を架設できるようになっている。本発明の実施形態では、バスバー（図示せず）は出力端子に溶接で固定されるが、出力端子にネジ溝（図示せず）を設け、出力端子に螺合されるナットを介して固定される構成や、出力端子同士を直接固定する構成であっても良い。

尚、上記実施形態では、各角形電池セル２は直列に接続されているが、並列に接続してもよい。角形電池セル２を並列に接続することで、電源装置１の電流容量を大きくすることができる。また、目的の出力電圧や電流容量に応じて、並列接続や直列接続を組み合わせて電池ブロック４を構成することもできる。また、上記実施形態では、バインドバー６を用いた締結構造を例示しているが、例えば、他の構成としては、先端がネジきりされたロッドを備え、両端のエンドプレートを貫通させた状態で、先端にナットを螺合させて、電池セルを加圧する構成や、電池セルを収納する収納ボックスを備え、電池セルが収納ボックスの寸法より膨張しないように抑制する構成等もある。これら締結構造の目的は、電池セルの集合化と、電池セルの膨張に伴う電池セルの性能低下の抑制であり、本発明の電源装置は、いずれの構成も採用することができる。

図３は本発明の第一実施形態における角形電池セル２の斜視図であり、後述する絶縁性フィルム７で覆われる前の状態の角形電池セル２の構成を説明するための図である。角形電池セル２は、上面を開口した直方体形状の外装缶２２と、外装缶２２を封止する封口体２３と、外装缶２２内に封入される発電要素とを有している。外装缶２２は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属で形成されており、放熱性能を高めるように構成されている。封口体２３には、正極や負極と電気的に接続される一対の出力端子２１が設けられて
おり、出力端子２１を介して電力を出力することができるようになっている。また、封口体２３は、外装缶２２にレーザー溶接等により接合されている。外装缶２２は、上面の開口を封止する封口体２３と、底面２２ｃと、一対の側面２２ｂと、一対の幅広面２２ａとを備える扁平な直方体形状に形成されている。扁平な直方体形状の角形電池セル２は、電池セルを積層して形成される電源装置において、無駄なスペースを極力排除することができ、優れたエネルギー密度を有する電源装置を構成することができる。

尚、本発明の実施形態における角形電池セル２の発電要素は、電解液と、正極と負極からなるシート状の電極と、正極と負極とを絶縁するシート状のセパレータとで構成されているが、発電要素の構成は、この構成に限定されるものではなく、その他の構成の電池セルを採用することもできる。

図４に示すように、角形電池セル２は、さらに外装缶２２を水密に覆う絶縁性フィルム７を有している。絶縁性フィルム７は、外装缶２２の底面２２ｃを覆う底面被覆部７ｃと、外装缶２２の側面２２ｂを覆う側面被覆部７ｂと、外装缶２２の幅広面２２ａを覆う幅広面被覆部７ａとで構成される。また、幅広面被覆部７ａは、絶縁性フィルムが重なり合った状態で熱溶着される熱溶着部７ｄを有している。図５の展開図に示すように、絶縁性フィルム７は、熱溶着部７ｄが熱溶着される前の状態において、一枚のシートで形成されおり、一対の幅広面被覆部７ａの間に底面被覆部７ｃを設け、底面被覆部７ｃの両側には、側面被覆部７ｂが突出するように設けられている。また、側面被覆部７ｂと幅広面被覆部７ａは、熱溶着されて熱溶着部７ｄとなる糊代部７Ｄが隣接して設けられている。図６乃至図８に示す組立工程を経て、上述の図４に示すように、絶縁性フィルムが重なり合った状態で、糊代部７Ｄが熱溶着されて幅広面被覆部７ａの側面側の両端に熱溶着部７ｄが形成される。

この構成の絶縁性フィルム７は、角形電池セル２の外装缶２２の側面２２ｂ及び底面２２ｃを絶縁性のフィルムで覆うと共に、絶縁性フィルム７の側面被覆部７ｂと幅広面被覆部７ａをフラットな面とすることができる。

図２や図９に示すように、スペーサ３は、角形電池セル２の幅広面２２ａと対向する対向面において、中央が突出して外周に段差が設けられる形状に形成されており、外装缶２２の幅広面の中央を押圧する押圧部３１と、外装缶２２の周縁とスペーサ３との間に空隙を形成する周縁部３２とが形成されている。幅広面２２ａの両側端部に形成される空隙は、収容空間３Ｖとして形成されており、上述の絶縁性フィルム７の熱溶着部７ｄを押圧することなく収容することができるようになっている。つまり、収容空間３Ｖと熱溶着部７ｄは互いに対応する位置に形成されている。

このような構成により、電池ブロック４を締結することで、電池ブロック４を構成する角形電池セル２の外装缶２２を押圧して、角形電池セル２の膨張を抑制することができる。また、スペーサ３は、上述の通り、押圧部３１と周縁部３２を備える構成となっており、バインドバー６で締結された状態において、外装缶２２の幅広面２２ａの中央を押圧しながら、スペーサ３の周縁部３２と外装缶２２とは当接しないように構成されている。つまり、周縁部３２に形成される段差は、バインドバー６で締結された状態であっても、常に空隙を維持するようになっている。尚、この空隙は、上述の通り、熱溶着部７ｄが収容される収容空間３Ｖとして機能するが、バインドバー６で電池ブロック４を締結した状態であっても、熱溶着部７ｄをスペーサ３の周縁部３２が押圧しないように構成されている。熱溶着部７ｄとスペーサ３の周縁部３２については、必ずしも当接しないように構成する必要はなく、外装缶２２の周縁に不要な負荷がかからないように構成されていれば良い。すなわち、上記実施形態において、熱溶着部７ｄとスペーサ３の周縁部３２の間に空隙を設ける構成とすることができることは言うまでもなく、外装缶２２の周縁を加圧しない
程度に、熱溶着部７ｄとスペーサ３の周縁部３２とが接触する構成とすることもできる。

また、封口体２３を外装缶２２に溶接する構成の電池セルでは、封口体２３の溶接部分が外装缶の幅広面から若干突出することがあり、電池ブロック４をバインドバーで締結した際に、この溶接部分とスペーサとが接触して、封口体２３に負荷がかかるおそれがある。スペーサを上記の構成とすることで、スペーサ３の周縁部３２と外装缶２２との間には、空隙が形成されるため、封口体２３の溶接部分が外装缶の幅広面から突出した状態であっても、スペーサ３と封口体２３の溶接部分が当接することがなく、封口体２３に負荷がかからないようにすることができる。

さらに、扁平な直方体形状の外装缶２２は、中央部分が最も膨張しやすいため、スペーサ３を中央部分のみを押圧する形状とすることで、効率よく電池セルの膨張を抑制することができる。詳述すると、外装缶２２の幅広面２２ａの周縁を押圧する構成は、電池セルの膨張の抑制にほとんど寄与しないだけでなく、例えば、膨張していない状態の角形電池セル２の外装缶２２を締結する際、変形しにくい外装缶２２の角とスペーサ３とが当接し、電池ブロック４を締結するバインドバー６の拘束力が増大するおそれがある。これに対して、本願発明のように、外装缶２２とスペーサ３との間に空隙を設ける構成とすることで、外装缶２２の幅広面２２ａの周縁を押圧しないように構成することができ、不要な拘束力の増加を抑制することができる。

以上の構成の電源装置は、防水構造を備えると共に、防水構造に伴う寸法の増大を抑制することができる。

図１０に示す電源装置は、冷却機構を備えた電源装置であり、側面被覆部７ｂ及び底面被覆部７ｃを覆う熱伝導シート８を備えている。この電源装置をバッテリケース（図示せず）に配置することで、熱伝導シート８を介して、電池ブロック４の熱をバッテリケースへ熱伝導させることができる。具体的には、熱伝導シート８は、電池ブロックと対向する面に粘着層を有しており、バインドバー６で電池ブロック４を締結する前に、熱伝導シート８を電池ブロックに貼付する。そして、熱伝導シート８が貼付された電池ブロックにバインドバー６を架設して電源装置を形成し、バッテリケースへ配置するようになっている。上述の通り、本発明の電源装置は、外装缶の側面と底面を覆う絶縁性フィルム７の側面被覆部７ｂと、底面被覆部７ｃとをフラットな面にすることができるので、比較的薄い熱伝導シート８で、側面被覆部７ｂ及び底面被覆部７ｃと熱伝導シートとの密着性を高めることができる。

熱伝導シートは、電源装置を構成する部材の中では比較的高価な部材であるため、従来の構成では、本発明の実施形態のような電池ブロックの三面に熱伝導シートを配置する構成は現実的ではなかった。そのため、自然放熱を利用する場合、ある程度、冷却能力を犠牲にすることとなり、電源装置に接続される負荷が大きいと電池セルの温度が高くなるため、電源装置の性能を充分に活用できないという問題があった。

しかしながら、本願発明の実施形態によると、上述の通り、比較的薄い熱伝導シート８で、充分な冷却効果を獲ることができるので、コスト増加を低減することができる。これにより、比較的安価な構成で、電池ブロック４の三面に熱伝導シート８を配置することができ、充分な冷却能力を有する自然放熱による電池セルの冷却機構を提供することができる。さらに、この構成では、防水構造を備えると共に、防水構造に伴う寸法の増大を抑制することができる上に、冷却プレートや送風ファン等の高価な冷却部材を必要としないため、大幅な電源装置の小型化を行うことができる。

尚、上記実施形態では、バッテリケースへの熱伝導を利用した自然放熱の冷却機構を備
えた電源装置を例示したが、そのほかの冷却プレートや送風ファンを利用した冷却構成の電源装置であってもよい。このような構成の電源装置であっても、上述の通り、防水構造を備えると共に、防水構造に伴う寸法の増大を抑制することは可能である。冷却プレートや送風ファンを利用した冷却機構を備える電源装置では、電池セルの積極的な冷却を行うことができ、電池セルの性能を最大限に活かすことができる。
次に、本発明の第二実施形態を図１１乃至図１６に基づいて以下に詳述する。尚、上述した第一実施形態と同一部品は同一符号を附して説明を省略する。

図１１乃至図１５に示すように、第二実施形態における角形電池セル２は、外装缶２２を水密に覆う絶縁性フィルム９を有している。絶縁性フィルム９は、外装缶２２の底面２２ｃを覆う底面被覆部９ｃと、外装缶２２の側面２２ｂを覆う側面被覆部９ｂと、外装缶２２の幅広面２２ａを覆う幅広面被覆部９ａとで構成される。また、図１５に示すように、幅広面被覆部９ａは、絶縁性フィルムが重なり合った状態で熱溶着される熱溶着部９ｄを有し、さらに、底面被覆部９ｃは、絶縁性フィルムが重なり合った状態で熱溶着される底面熱溶着部９ｅを有している。図１２の展開図に示すように、絶縁性フィルム９は、熱溶着部９ｄが熱溶着される前の状態において、三枚のシートで形成されおり、一対の幅広面被覆部９ａの間に底面被覆部９ｃが設けられるメインシート９１と、三つの糊代部を備えた側面被覆部９ｂが設けられる一対のサブシート９２で構成される。糊代部は、幅広面被覆部９ａと熱溶着されて熱溶着部９ｄとなる幅広面糊代部９Ｄと、底面被覆部９ｃと熱溶着されて底面熱溶着部９ｅとなる底面糊代部９Ｅとで構成される。図１２及び図１４の組立工程を経て、上述の図１１に示すように、絶縁性フィルムが重なり合う部分を熱溶着することで、幅広面被覆部９ａの側面２２ｂ側の両端に熱溶着部９ｄが形成され、底面被覆部９ｃの側面２２ｂ側の両端に、底面熱溶着部９ｅが形成されるようになっている。

この構成によると、熱溶着部９ｄ及び底面熱溶着部９ｅは、２枚の絶縁性フィルムが重なるのみであるため、厚さを比較的薄く構成することができ、上述の収容空間３Ｖの寸法も小さくすることができる。そのため、スペーサ３を薄く形成することができるので、電池ブロックの積層方向の寸法を縮小することができ、電源装置を小型化することができる。

図１６は、第二実施形態における電源装置において、冷却機構を備えた電源装置の構成を説明するための図面である。図１７に示すように、電池ブロック４は、熱伝導シート１０を介して、冷却プレート１１の上に載置される。冷却プレート１１の上に載置された電池ブロック４は、熱伝導シート１０を介して、電池ブロック４を構成する角形電池セル２を冷却することができる。冷却プレート１１は、内部に冷媒配管１２が配管されており、冷媒配管１２内を流れる冷媒液を介して、冷却プレート１１が冷却されるようになっている。冷媒液の冷却については、ラジエータを介した自然放熱や、コンプレッサを利用した強制冷却等、周知の冷却技術を用いることができる。また、高温状態で電池セルの充放電を行うと、電池セルの寿命が低下するが、一方で、極低温状態では、電池セル内の化学反応が進まず、出力が低下することがある。そのため、極低温状態では、電池セルを加温する構成とすることがある。上記の冷媒を利用した冷却は、冷媒と角形電池セルとの熱交換であるため、例えば、エンジンの廃熱等を利用して冷媒の温度を上昇させることで、角形電池セルを加温することもできる。

尚、熱伝導シートは、冷却プレートと電池ブロックとの密着性を高めることで、熱の移動を効率よくすることができるものであるが、必要以上に厚くしても熱伝導の効率が上がるわけではない。上記構成によると、比較的薄い熱伝導シートで密着性を保つことができるので、従来の構成よりも冷却効率や加温効率を高めることもできる。

また、図１６に示すように、第二実施形態の電源装置の電池ブロック４は、底面に底面
熱溶着部９ｅを有している。この電源装置は、底面被覆部９ｃに熱伝導シート１０を配置すると共に、熱伝導シート１０が底面熱溶着部９ｅの間に位置するように構成されている。即ち、熱伝導シート１０は、底面熱溶着部９ｅと干渉しないようになっている。底面熱溶着部９ｅは、二枚の絶縁性フィルムが重なっているため、一枚の絶縁性フィルムで覆われる部分と比較して厚くなるが、底面熱溶着部９ｅを除く底面被覆部９ｃはフラットな面となっている。そのため、上記構成とすることで、熱伝導シート１０が熱的に接触する面は、フラットな面であり、熱伝導シート１０を比較的薄く形成することができる。また、熱伝導シート１０の厚さは、絶縁性フィルムの厚さより厚くなるように形成されており、上述の通り、熱伝導シート１０が底面熱溶着部９ｅを避けるように配置されるため、冷却プレート１１と底面熱溶着部９ｅとが当接しない状態で、電池ブロック４を冷却プレートの上に載置することができるようになっている。

第二実施形態の電源装置は、上記構成とすることにより、積層方向の寸法を縮小することができる。また、冷却機構として、図１７に示す冷却プレートの構成を採用することで、底面熱溶着部９ｅの突出部分を収容する空間を熱伝導シート１０の構成により形成することができる。つまり、熱溶着により、絶縁性フィルムを水密構造とする構成は、熱溶着した部分の凹凸が問題となるが、第二実施形態では、スペーサ３と熱伝導シート１０の構成により、熱溶着による凹凸を吸収させることができ、電源装置を小型化することができる。

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。

エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカー（車両ＨＶ）に電源装置を搭載する例を図１８に示す。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１１０Ａ及び走行用のモータ１２０Ａと、モータ１２０Ａに電力を供給するバッテリシステム１００Ａと、バッテリシステム１００Ａの電池を充電する発電機１３０Ａとを備えている。バッテリシステム１００Ａは、ＤＣ／ＡＣインバータ１２１Ａを介してモータ１２０Ａと発電機１３０Ａに接続している。車両ＨＶは、バッテリシステム１００Ａの電池を充放電しながらモータ１２０Ａとエンジン１１０Ａの両方で走行する。モータ１２０Ａ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１２０Ａは、バッテリシステム１００Ａから電力が供給されて駆動する。発電機１３０Ａは、エンジン１１０Ａ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１００Ａの電池を充電する。

また、モータのみで走行する電気自動車（車両ＥＶ）に電源装置を搭載する例を図１９に示す。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１２０Ｂと、このモータ１２０Ｂに電力を供給するバッテリシステム１００Ｂと、このバッテリシステム１００Ｂの電池を充電する発電機１３０Ｂとを備えている。バッテリシステム１００Ｂは、ＤＣ／ＡＣインバータ１２１Ｂを介してモータ１２０Ｂと発電機１３０Ｂに接続している。モータ１２０Ｂ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１３０Ｂ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１００Ｂの電池を充電する。

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２０に示す。この図に示す電源装置１００Ｃは、複数の電池積層構造体１４１Ｃをユニット状に接続して電池ユニット１４０Ｃを構成している。各電池積層構造体１４１Ｃは、複数の角形電池セルが直列及び／又は並列に接続されている。各電池積層構造体１４１Ｃは、電源コントローラ１５０Ｃにより制御される。この電源装置１００Ｃは、電池ユニット１４０Ｃ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１００Ｃ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１００Ｃ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１００Ｃの電源コントローラ１５０Ｃ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１５０Ｃ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１００Ｃ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１５０Ｃ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１００Ｃ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１００Ｃへの充電を同時に行うこともできる。

電源装置１００Ｃ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１００Ｃと接続されている。電源装置１００Ｃの放電モードにおいては、電源コントローラ１５０Ｃ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１００Ｃ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１００Ｃの電源コントローラ１５０Ｃによって制御される。図１１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。また電源コントローラ１５０Ｃ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。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。

各電池積層構造体１４１Ｃ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１５０Ｃ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、電池積層構造体１４１Ｃ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１００Ｃは、電池ユニット１４０Ｃの均等化のための均等化モードを備える。電池ユニット１４０Ｃは並列接続スイッチ１５１Ｃ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１５０Ｃに制御される均等化回路１６０Ｃを備えている。均等化回路１６０Ｃによって、複数の電池ユニット１４０Ｃ間の電池残存容量のばらつきを抑制される。

本発明は、電源装置に広く利用可能である。

１ 電源装置
２ 角形電池セル
２１ 出力端子
２２ 外装缶
２２ａ 幅広面
２２ｂ 側面
２２ｃ 底面
２３ 封口体
３ スペーサ
３１ 押圧部
３２ 周縁部
３Ｖ 収容空間
４ 電池ブロック
５ エンドプレート
５１ ネジ穴
６ バインドバー
７ 絶縁性フィルム
７ａ 幅広面被覆部
７ｂ 側面被覆部
７ｃ 底面被覆部
７ｄ 熱溶着部
７Ｄ 糊代部
８ 熱伝導シート
９ 絶縁性フィルム
９１ メインシート
９２ サブシート
９ａ 幅広面被覆部
９ｂ 側面被覆部
９ｃ 底面被覆部
９ｄ 熱溶着部
９Ｄ 幅広面糊代部
９ｅ 底面熱溶着部
９Ｅ 底面糊代部
１０ 熱伝導シート
１１ 冷却プレート
１２ 冷媒配管
１００Ａ バッテリシステム
１１０Ａ エンジン
１２０Ａ モータ
１２１Ａ ＤＣ／ＡＣインバータ
１３０Ａ 発電機
１００Ｂ バッテリシステム
１２０Ｂ モータ
１２１Ｂ ＤＣ／ＡＣインバータ
１３０Ｂ 発電機
１００Ｃ 電源装置
１４０Ｃ 電池ユニット
１４１Ｃ 電池積層構造体
１５０Ｃ 電源コントローラ
１５１Ｃ 並列接続スイッチ
１６０Ｃ 均等化回路
ＨＶ 車両
ＥＶ 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. 扁平な直方体形状の複数の角形電池セルと、隣接する角形電池セルの間に配置されるスペーサとを備えた電源装置であって、
   前記角形電池セルは、上面と、底面と、一対の幅広面と、一対の側面とを有しており、
   さらに、前記角形電池セルの底面を被覆する底面被覆部と、前記角形電池セルの幅広面を被覆する幅広面被覆部と、前記角形電池セルの側面を被覆する側面被覆部とを有する絶縁性フィルムを備え、
   前記幅広面被覆部は、絶縁フィルム同士が重なって熱溶着される熱溶着部を有しており、
   前記スペーサが、前記熱溶着部と対向する位置に、前記熱溶着部を収容する収容空間を有することを特徴とする電源装置。
2. 請求項１記載の電源装置であって、
   さらに、前記角形電池セルと前記スペーサとを積層した状態で締結する締結具を備え、
   前記スペーサは、前記角形電池セルの幅広面と対向する対向面を有すると共に、
   前記対向面の周縁に形成される前記周縁部と、前記対向面の中央に形成され、前記締結具を介して前記角形電池セルの幅広面の中央を押圧する押圧部とを有することを特徴とする電源装置。
3. 請求項１または請求項２記載の電源装置であって、
   前記絶縁性フィルムは、一枚のシート状のフィルムで形成されており、
   前記側面被覆部と前記幅広面被覆部とは、前記熱溶着部を介して固定されることを特徴とする電源装置。
4. 請求項３記載の電源装置であって、
   前記側面被覆部及び前記底面被覆部を覆い、前記角形電池セルと熱的に接触した状態で配置される熱伝導シートを備えることを特徴とする電源装置。
5. 請求項２記載の電源装置であって、
   前記底面被覆部は、前記側面被覆部側の両端に、絶縁フィルム同士が重なって熱溶着される底面熱溶着部を有しており、
   さらに、前記角形電池セルの底面と熱的に接触した状態で配置される熱伝導シートを備え、
   前記熱伝導シートが、前記底面熱溶着部の間に位置することを特徴とする電源装置。
6. 請求項５に記載の電源装置であって、
   前記絶縁性フィルムは、メインシートと一対のサブシートで構成されおり、
   さらに、前記メインシートは、一対の前記幅広面被覆部の間に底面被覆部が設けられ、前記サブシートは、側面被覆部が設けられ、前記メインシート及び前記サブシートは、前記熱溶着部及び前記底面熱溶着部を介して、固定されることを特徴とする電源装置。
7. 請求項４から請求項６のいずれか記載の電源装置であって、
   前記熱伝導シートを介して、前記角形電池セルと熱的に接触した状態で配置される冷却プレートを有し、該冷却プレートは、前記角形電池セルと熱結合状態に配置され、内部に冷媒が流れる冷媒配管を有することを特徴とする電源装置。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の電源装置を備える車両。
9. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の電源装置を備える蓄電装置。

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