JP2015133169A - 電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスダクトの薄型化を図りつつ、ガス排出時における耐性の低下を抑制する。【解決手段】電源装置は、ガス排出弁11を有するガス排出口12を第1の端面10に設けた複数の電池セル1と、前記複数の電池セル1を積層してなる電池積層体2と、前記電池積層体2の一面に、各電池セル1の前記ガス排出口12と連結するように固定されたガスダクト6とを備えており、前記ガスダクト6の内面であって、前記ガス排出口12との対向面に金属層17を設けている。【選択図】図5
Description
本発明は、電池を複数接続した電源装置、及びこの電源装置を備える車両及び蓄電装置に関し、特にハイブリッド車、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に搭載されて車両を走行させるモータの電源装置、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に電力を供給する電源装置、及び電源装置を備える車両並びに蓄電装置に関する。
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や、工場用、家庭用などの蓄電システムの電源などに利用されている。また、電池セルは、高温時などに内圧が上昇した際、内部のガスを外部に排出できるようにガス排出口を開口してガス排出弁を設けている。このようなガス排出口を備えた電池セルは、排出されるガスを安全に誘導して排出する必要がある。ガスを安全に誘導して排出する機構を備えた電源装置として、ガス排出口と連通されるガスダクトを備え、さらにガスダクトとガス排出口との連結部分でガス漏れを防止すべく、シール部材により気密にシールした電源装置が知られている。(例えば特許文献1参照)
一方で、電源装置の小型化、低コスト化が強く求められている。特に車載用途においては、電源装置の搭載スペースが限られている上、軽量化も必要とされる。このような背景から、ガスダクトも一層の薄型化、軽量化が求められているところである。一般にガスダクトは、樹脂製として軽量化が図られている。
しかしながら、ガスダクトを樹脂製とし、さらに、ガスダクトの高さを縮小すると、高圧ガス排出時にガスの高温高圧によって受ける衝撃や温度に対する耐性が相対的に低下して、ガスダクトが溶融、破損される事態も考えられる。ガスダクトを構成する材質を金属製とすることで、ガスダクトの耐性を向上させることはできるが、この場合はガスダクトが高価になり、また重量も増すといった問題点があった。
しかしながら、ガスダクトを樹脂製とし、さらに、ガスダクトの高さを縮小すると、高圧ガス排出時にガスの高温高圧によって受ける衝撃や温度に対する耐性が相対的に低下して、ガスダクトが溶融、破損される事態も考えられる。ガスダクトを構成する材質を金属製とすることで、ガスダクトの耐性を向上させることはできるが、この場合はガスダクトが高価になり、また重量も増すといった問題点があった。
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、ガスダクトの薄型化を図りつつも、ガス排出時における耐性の低下を抑制した電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置を提供することにある。
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、ガス排出弁11を有するガス排出口12を第1の端面10、60に設けた複数の電池セル1、51と、前記複数の電池セル1、51を積層してなる電池積層体2と、前記電池積層体2の一面に、各電池セル1、51の前記ガス排出口12と連結するように固定されたガスダクト6、56、76とを備えており、前記ガスダクト6、56、76の内面であって、前記ガス排出口12との対向面に金属層17を設けている。
上記構成により、電池セルのガス排出弁から高温のガスが排出されても、金属層でもって熱を発散させることができるため、ガスダクトの耐性を増すことができ、この結果、ガスダクトの高さを低減することが可能となり、もって電源装置の小型化に寄与できる。
ちなみに、ガスダクトの内面に金属層を設けた本発明の電源装置とガスダクトの内面に金属層を設けていない従来の電源装置を用いて、電池セルからのガス噴出時におけるガスダクトの内面の温度変化を測定すると、ガスダクトの内面であって、ガス排出口と対向する内面に金属層を設けた場合(本発明の電源装置)における温度上昇は、同じ部位であって金属層を設けない場合(従来の電源装置)の温度上昇に比較して、最高温度が約40度も低くなり、極めて優れた温度の低減効果が得られることが実証できた。
上記構成により、電池セルのガス排出弁から高温のガスが排出されても、金属層でもって熱を発散させることができるため、ガスダクトの耐性を増すことができ、この結果、ガスダクトの高さを低減することが可能となり、もって電源装置の小型化に寄与できる。
ちなみに、ガスダクトの内面に金属層を設けた本発明の電源装置とガスダクトの内面に金属層を設けていない従来の電源装置を用いて、電池セルからのガス噴出時におけるガスダクトの内面の温度変化を測定すると、ガスダクトの内面であって、ガス排出口と対向する内面に金属層を設けた場合(本発明の電源装置)における温度上昇は、同じ部位であって金属層を設けない場合(従来の電源装置)の温度上昇に比較して、最高温度が約40度も低くなり、極めて優れた温度の低減効果が得られることが実証できた。
本発明の第2の側面に係る電源装置によれば、前記ガスダクト6、56、76が、前記ガス排出口12と対向する位置に、前記ガス排出口12に連結される連結開口6b、56b、76bを設けて、前記ガスダクト6、56、76の内面であって、前記連結開口6b、56b、76bを設けた面と対向する面に、前記金属層17を固定することができる。
上記構成により、電池セルのガス排出弁から排出される高温のガスを、連結開口からガスダクトの内部に流入させると共に、この連通開口から流入するガスの熱を、連結開口と対向する位置に設けた金属層でもって確実に発散させることができる。
上記構成により、電池セルのガス排出弁から排出される高温のガスを、連結開口からガスダクトの内部に流入させると共に、この連通開口から流入するガスの熱を、連結開口と対向する位置に設けた金属層でもって確実に発散させることができる。
本発明の第3の側面に係る電源装置によれば、前記ガスダクト6、56、76が、前記電池セル1、51の第1の端面10、60に垂直な方向に分割される第1のダクト6A、56A、76Aと第2のダクト6B、56B、76Bを備えて、該第1のダクト6A、56A、76Aと該第2のダクト6B、56B、76Bを連結して内部に柱状のガス排出路46を形成し、前記第1のダクト6A、56A、76Aが、内側に溝形凹部6d、56d、76dを有して、該溝形凹部6d、56d、76dの底面に前記金属層17を設けて、前記第2のダクト6B、56B、76Bが、各電池セル1、51の前記ガス排出口12に連結される前記連結開口6b、56b、76bを備えることができる。
上記構成により、ガスダクトを第1のダクトと第2のダクトで構成して、内部に柱状のガス排出路を有するガスダクトを形成しながら、第2のダクトには連結開口を、第1のダクトには金属層を、簡単かつ能率良く設けることができる。
上記構成により、ガスダクトを第1のダクトと第2のダクトで構成して、内部に柱状のガス排出路を有するガスダクトを形成しながら、第2のダクトには連結開口を、第1のダクトには金属層を、簡単かつ能率良く設けることができる。
本発明の第4の側面に係る電源装置によれば、前記ガスダクト6、56、76が、内部に柱状のガス排出路46を有して、前記ガスダクト6、56、76の内面であって、前記連結開口6b、56b、76bを設けた面と対向する面にのみ前記金属層17を設けて、他の面は露出させることができる。
上記構成により、必要最小限の部位にのみ金属層を設けつつも、その耐性を維持することが可能となる。
上記構成により、必要最小限の部位にのみ金属層を設けつつも、その耐性を維持することが可能となる。
本発明の第5の側面に係る電源装置によれば、前記金属層17を、アルミニウム製のシート状として、前記ガスダクト6、56、76の内面に貼付することができる。
上記構成により、安価に且つ簡単にガスダクト内面に金属層を設けることができる。
上記構成により、安価に且つ簡単にガスダクト内面に金属層を設けることができる。
本発明の第6の側面に係る電源装置によれば、前記第1のダクト6A、56A、76Aの内面にアルミニウム製のシートを貼付して前記金属層17を設けて、前記第2のダクト6B、56B、76Bが、前記第1のダクト6A、56A、76Aに貼付した前記金属層17に向かって突出する支持部57を備えることができる。
上記構成により、アルミニウム製のシートを貼付する接着力が経時的に低下しても、金属層が剥離して落下するのを支持部によって支持できる。
上記構成により、アルミニウム製のシートを貼付する接着力が経時的に低下しても、金属層が剥離して落下するのを支持部によって支持できる。
さらにまた、本発明の第7の側面に係る電源装置を備える車両は、上記いずれかの電源装置を備えることができる。
さらにまた、本発明の第8の側面に係る電源装置を備える蓄電装置は、上記いずれかの電源装置を備えることができる。
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並びに蓄電装置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並びに蓄電装置を以下のものに特定しない。なお、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。
以下、本発明の一実施の形態に係る電源装置として車載用の電源装置に適用した例を、図1〜図7に基づいて説明する。これらの図において、図1は電源装置の斜視図、図2は図1の電源装置のII−II線断面図、図3は図1の電源装置のIII−III線断面に相当する一部拡大断面図、図4は図1の電源装置の底面斜視図、図5は図1の電源装置の分解斜視図、図6は電池積層体の分解斜視図、図7はガスダクトの第1のダクトの底面斜視図をそれぞれ示している。これらの図に示す電源装置は、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カーや、モータのみで走行する電気自動車など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、ハイブリッドカー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。
図1ないし図6に示す電源装置100は、ガス排出弁11を有するガス排出口12を第1の端面10に設けている複数の電池セル1と、これらの電池セル1を積層してなる電池積層体2と、この電池積層体2の一面に、各電池セル1のガス排出口12と連結するように固定されたガスダクト6とを備えている。さらに、図に示す電源装置は、電池積層体2の両端面に配置されたエンドプレート3と、エンドプレート3に固定されて、このエンドプレート3を介して電池積層体2を積層方向に締結する連結固定具4と、電池積層体2の一面であって、ガスダクト6が固定される面に対向して配置されるようにエンドプレート3に固定されると共に、このエンドプレート3を介して電池積層体2を積層方向に締結するサブ連結固定具5を備えている。図の電源装置は、このサブ連結固定具5を介して、ガスダクト6を電池積層体2の定位置に配置している。
(電池積層体2)
(電池積層体2)
図1ないし図6の電源装置は、外形を角形とする複数の電池セル1を積層して電池積層体2としている。電池セル1は、角形の外装缶を有しており、この外装缶の内部で発生したガスを排出するためのガス排出弁11を備えている。電池セル1は、ガス排出弁11からガスを排出するためのガス排出口12を外装缶の表面に設けている。図6に示す電池積層体2は、複数の電池セル1を、第1の端面10を略同一面に配置する姿勢で積層して、複数のガス排出口12を第1の表面2Aに配置している。図の電池積層体2は、ガス排出弁11を設けている第1の端面10を上面とする姿勢で、複数の電池セル1を積層している。
(電池セル1)
(電池セル1)
電池セル1は、図6に示すように、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形の電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体2としている。この電池セル1は、リチウムイオン二次電池である。ただし、電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とすることもできる。図6の電池セル1は、幅の広い両表面を四角形とする電池で、両表面を対向するように積層して電池積層体2としている。図の電池セル1は、上面である第1の端面10の両端部に正負の電極端子13を突出して設けて、中央部にはガス排出弁11のガス排出口12を設けている。角形の電池セル1は、底を閉塞する筒状に金属板をプレス加工している外装缶の開口部を、封口板で閉塞して密閉している。第1の端面10となる封口板は平面状の金属板で、その外形を外装缶の開口部の形状としている。この封口板はレーザー溶接して外装缶の外周縁に固定されて外装缶の開口部を気密に閉塞している。外装缶に固定される封口板は、その両端部に正負の電極端子13を固定しており、さらに正負の電極端子13の中間にはガス排出口12を設けている。ガス排出口12の内部にはガス排出弁11を設けている。
ガス排出弁11は、電池セル1の内圧が設定圧力よりも高くなると開弁して、内圧の上昇を防止する。このガス排出弁11は、ガス排出口12を閉塞する弁体(図示せず)を内蔵している。弁体は、設定圧力で破壊される薄膜、あるいは設定圧力で開弁するように弾性体で弁座に押圧されている弁である。ガス排出弁11が開弁されると、ガス排出口12を介して電池セル1の内部が外部に開放され、内部のガスを放出して内圧の上昇が防止される。
積層される複数の電池セル1は、正負の電極端子13を接続して互いに直列及び/又は並列に接続される。電源装置は、隣接する電池セル1の正負の電極端子13を、バスバー14を介して互いに直列及び/又は並列に接続する。隣接する電池セルを互いに直列に接続する電源装置は、出力電圧を高くして出力を大きくでき、隣接する電池セルを並列に接続して、充放電の電流を大きくできる。
図5と図6に示す電池積層体2は、12個の電池セル1を、セパレータ15を介して互いに積層しており、これらの電池セル1を直列に接続している。図の電池積層体2は、互いに隣接する電池セル1同士を逆向きに並べており、その両側において隣接する電極端子13同士をバスバー14で連結して、隣り合う2個の電池セル1を直列に接続して、すべての電池セル1を直列に接続している。ただ、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。
電池積層体2は、図6に示すように、積層している電池セル1の間にセパレータ15を挟着している。セパレータ15は、隣接する電池セル1を絶縁する。図に示すセパレータ15は絶縁シートである。この絶縁シートには、例えば、プラスチックシートが使用できる。プラスチック製の絶縁シートからなるセパレータ15は、厚さを薄くできるので、電池積層体2の全長を短くして全体をコンパクトにできる特徴がある。ただ、セパレータには、プラスチックを板状に成形したものも使用できる。このセパレータは、電池セルを嵌着して定位置に配置する形状として、隣接する電池セルを位置ずれしないように積層できる。また、プラスチックで成形されるセパレータは、空気などの冷却気体を通過させる冷却隙間を表面に設けて、電池セルを冷却することもできる。この構造は、冷却隙間に空気を強制送風させて、電池セルの外装缶を直接に効率よく冷却できる。さらに、熱伝導率の小さい材質のプラスチックで成形されるセパレータは、隣接する電池セルの熱暴走を効果的に防止できる効果もある。
以上のように、セパレータ15で絶縁して積層される電池セル1は、外装缶をアルミニウムなどの金属製にできる。ただ、電池積層体は、必ずしも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、電池セルの外装缶を絶縁材で成形し、あるいは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からである。さらに、電池セルの間にセパレータを介在させない電池積層体は、電池セルの間に冷却風を強制送風して電池セルを冷却する空冷式を採用することなく、冷媒等を用いて直接冷却する方式を採用して電池セルを冷却できる。
(エンドプレート)
(エンドプレート)
電池積層体2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で両端から挟着して電池積層体2を締結している。エンドプレート3は、電池セル1の外形と同じ形状と寸法の四角形として、積層している電池積層体2を両端面から挟着している。図5のエンドプレート3は、全体を金属で製作している。金属製のエンドプレートは、全体を強固にして安定して電池積層体を両端から挟持できる。ただ、エンドプレートは、全体をプラスチック製とすることも、あるいはプラスチック製の本体部に補強金具を固定して補強する構造とすることもできる。
図に示すエンドプレート3は、連結固定具4やサブ連結固定具5を定位置に固定できるように、外側表面に連結固定具4とサブ連結固定具5の嵌着凹部3A、3Bを設けている。図のエンドプレート3は、連結固定具4を定位置に配置して固定するために、外側表面の四隅のコーナー部に、連結固定具4の両端に設けた連結部4Bを嵌着する連結凹部3Aを設けている。図に示すエンドプレート3は、この嵌着凹部3Aの形状を連結固定具4の連結部4Bを嵌着できる形状としている。さらに、エンドプレート3は、サブ連結固定具5を定位置に配置して固定するために、外側表面の上端部に、サブ連結固定具5の両端に設けた連結部5Bを嵌合させる嵌着凹部3Bも設けている。図に示すエンドプレート3は、この嵌着凹部3Bの形状をサブ連結固定具5の連結部5Bを嵌合できる形状としている。
さらに、図に示すエンドプレート3は、連結固定具4とサブ連結固定具5の両端部を固定する止ネジ18、19をねじ込む雌ネジ孔3a、3bを外周面に設けている。図に示すエンドプレート3は、電池積層体2の両側面2Bの上端部に配置される一対の連結固定具4を固定する止ネジ18を挿通する雌ネジ孔3aを、エンドプレート3の上面の左右の両端部に設けている。また、エンドプレート3は、電池積層体2の両側面2Bの下端部に配置される一対の連結固定具4を固定する止ネジ18を挿通する雌ネジ孔3bを、エンドプレート3の両側面の下端部に設けている。さらに、エンドプレート3は、電池積層体2の第1の表面2Aに配置されるサブ連結固定具5を固定する止ネジ19を挿通する雌ネジ孔3bを、エンドプレート3の上面の中央部に設けている。以上の構造は、エンドプレート3にねじ込まれる止ネジ18、19の軸方向と電池積層体2の積層方向とが交差する方向となる。このため、電源装置が外部から力を受けて振動する状態において、エンドプレート3にねじ込まれる止ネジ18、19の軸部に作用するせん断力を低減して、止ネジ18、19を保護しながら、より強固な連結強度を実現できる。また、止ネジ18、19の全長をエンドプレート3の厚さよりも大きくして、すなわち、止ネジ18、19の全長を長くして、より強固に連結できる特徴もある。
(連結固定具4)
(連結固定具4)
連結固定具4は、図1と図4に示すように、電池積層体2の積層方向に延長されており、両端がエンドプレート3に固定されて、電池積層体2を積層方向に締結する。図に示す連結固定具4は、電池積層体2の第1の表面2Aと異なる両側面2Bに対向して配置されている。このように、連結固定具4を電池積層体2の両側面2Bに配置して締結する構造は、複数の電池セル1をより確実に積層方向に締結できる。ただ、連結固定具は、必ずしも電池積層体の両側面に配置する必要はない。連結固定具は、電池積層体の両側面に加えて上面や底面に配置することも、両側面に配置することなく、上面や底面にのみ配置することもできる。
連結固定具4は、電池積層体2の表面に沿う所定の幅と所定の厚さを有する金属板である。この連結固定具4には、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなる連結固定具4は、バインド部4Aの両端に、エンドプレート3に連結する連結部4Bを設けている。図の連結固定具4は、その両端部を、エンドプレート3の外側面に沿うようにほぼ直角に折曲加工して、連結部4Bを設けている。この連結固定具4は、両端の連結部4Bをエンドプレート3に連結することにより、連結固定具4の連結部4Bが電池積層体2の両端に配置された一対のエンドプレート3に係止され、一対のエンドプレート3が所定の間隔となるようにして、電池積層体2を両端から挟着している。図5の連結固定具4は、エンドプレート3の四隅部に設けた嵌着凹部3Aに連結部4Bを連結して、4本の連結固定具4で一対のエンドプレート3を連結している。したがって、連結固定具4の連結部4Bは、エンドプレート3の嵌着凹部3Aに沿うように折曲加工されている。さらに、連結固定具4は、その両端部を止ネジ18でエンドプレート3に固定している。図の連結固定具4は、バインド部4Aの両端部に、止ネジ18を挿入する貫通孔を開口して設けている。連結固定具4は、両端の連結部4Bをエンドプレート3の嵌着凹部3Aに連結する状態で、貫通孔に止ネジ18を挿入し、この止ネジ18をエンドプレート3の外周面に設けた雌ネジ孔3aにねじ込んで一対のエンドプレート3に固定している。
この構成によると、上述の通り、エンドプレート3にねじ込まれる止ネジ18、19の軸方向と電池積層体2の積層方向とが交差する方向となり、止ネジ18、19を保護しながら、より強固な連結強度を実現できるが、これに加え、連結固定具4の連結部4Bがエンドプレート3に係止される構成とすることで、電池積層体2の積層方向に対しても、強固な連結強度を実現することができる。また、この構成では、止ネジ18、19が電池積層体2の積層方向に位置しないので、電源装置の大型化を抑制することができる。具体的には、エンドプレート3の寸法は、電池セル1の外装缶の大きさと同程度であるため、エンドプレート3の上下方向には、電池セル1の電極端子13や、後述する冷却プレート30の寸法分だけ余裕があり、上記構成とすることで、電源装置の大型化を抑制することができる。
さらに、図2と図5に示す連結固定具4は、バインド部4Aの横断面形状をL字状として、電池積層体2の四隅のコーナー部に配置している。この形状のバインド部4Aは、内面を電池積層体2のコーナー部に沿う状態で配置して、互いに積層される電池セル1の上下左右の振動を抑制できる。それは、電池積層体2の側面2Bに沿う垂直部で電池セル1の左右方向の振動を防止し、電池積層体2の上面と底面に沿う水平部で電池セル1の上下方向の振動を防止できるからである。さらに、横断面形状をL字状とすることで、バインド部4Aの曲げ強度を強くできる特徴もある。ただ、連結固定具は、必ずしもすべてのバインド部の横断面形状をL字状とする必要はなく、上側の連結固定具のみ横断面形状をL字状として、電池積層体の上側のコーナー部に配置することも、下側の連結固定具のみ横断面形状をL字状として、電池積層体の下側のコーナー部に配置することもできる。また、連結固定具は、必ずしも電池積層体のコーナー部に沿って配置する必要はなく、電池積層体の両側面に沿って配置することも、両側面と底面に沿って配置することもできる。さらにまた、連結固定具は、電池積層体の側面に沿う板状とすることもできる。板状のメイン固定具は、開口部を開口することもできる。
(ガスダクト6)
(ガスダクト6)
ガスダクト6は、ガス排出弁11から放出されるガスを電源装置の外部に案内するように、各電池セル1のガス排出口12と対向する姿勢で、電池積層体2の上面である第1の表面2Aに配置されている。ガスダクト6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、耐薬品製に優れたプラスチック製、例えば、ポリブチレンテレフタラート製とすることができる。ただ、ガスダクトは、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂などのプラスチック製とすることもできる。なお、ガスダクトを樹脂で成形する構成には、加工性に優れ、設計上の制約が少ないという利点がある。
図2と図3に示すガスダクト6は、中空状に形成されており、電池積層体2との対向面であって、各電池セル1のガス排出口12と対向する位置に、ガス排出口12に連結される連結開口6bを設けている。図に示すガスダクト6は、内部に柱状のガス排出路46を設けており、電池セル1のガス排出口12から排出されるガスを、連結開口6bを通過させてガス排出路46に流入するようにしている。
さらに、ガスダクト6は、ガス排出口12から排出される高温のガスに対して耐性を向上するために、内面に金属層17を設けている。ガスダクト6は、その内面であって、ガス排出口12との対向面に、すなわち連結開口6bを設けた面と対向する内面に金属層17を設けている。図2、図3、及び図7に示すガスダクト6は、内部に角柱状のガス排出路46を設けており、このガス排出路46の天面6tであって、連結開口6bを設けた底面と対向する内面にのみ金属層17を設けて、他の面は金属層17を設けることなくガスダクト6の内面を露出させている。この構造は、ガス排出口12から排出される高温のガスを、直接に金属層17に衝突させて、ガスダクト6の天面6tを確実に保護できる。ガス排出口12から噴射される高温のガスは、通常、電池セル1の第1の端面10に対して垂直方向に噴射されるので、高温のガスが直接噴射される天面6t側が最も熱による影響を受けやすくなる。したがって、この部分にのみに金属層17を設けることで、必要最小限の部位にのみ金属層17を設けて、その耐性を維持することができる。ただ、ガスダクトは、連結開口と対向する内面以外の面、例えば、側壁の内面にも金属層を設けることもできる。
図2、図3、及び図7に示すガスダクト6は、金属シート17Aをガスダクト6の内面に固定して金属層17を設けている。ただ、金属層は、金属シートに替えて、薄い金属板をガスダクトの内面に固定して設けることもできる。金属シート17Aや薄い金属板からなる金属層17は、片側の面に接着層を設けて、この接着層を介してガスダクト6の内面に貼付し、あるいは、接着材や両面テープ等を介してガスダクト6の内面に貼付することができる。
さらに、図8に示すガスダクト6は、インサート成形により、金属板17Bをガスダクト6の内面に固定して金属層17を設けている。図に示す金属層17は、帯状の金属板17Bを、溝状のガスダクト6の内面であって、ガス排出路46の天面6tに沿って位置するようにインサートして設けている。図に示すガスダクト6は、金属板17Bの両側縁部を、天面6tと側壁6fとの境界部分に埋設して、連結開口6bを設けた底面と対向する内面に固定している。さらに、金属板は、図の鎖線で示すように、両側縁部を折曲して、側壁の内面まで延長して埋設することもできる。このように、金属板17Bをガスダクト6にインサートして固定する構造は、多少厚みのある金属板であっても、ガスダクト6の定位置に強固に固定できると共に、インサートされる金属板17Bによってガスダクト6全体を補強できる特徴がある。ただ、金属板からなる金属層は、係止構造や嵌着構造等の手段によって、ガスダクトの内面の定位置に固定することもできる。
金属層17は、その厚さを薄くすることで、可撓性を高めて変形しやすくして、ガスダクト6の内面に密着する状態で容易に貼付しながら、重量や製造コストを低減できる。また、金属層17は、その厚さを厚くすることで、衝撃に対する強度を高めながら、熱容量を大きくして、高温のガスから受ける熱を速やかに拡散できる。したがって、金属シート17Aや金属板17Bからなる金属層17は、これらのことを考慮して最適な厚さに設定される。また、金属層は、使用する金属によって、密度や比熱、コストが異なるので、これらのことを考慮して使用する金属を選択する。
金属層17には、好ましくは、アルミニウム製の金属シート17Aや金属板17Bが使用できる。アルミニウム製の金属シート17Aや金属板17Bは、安価で軽く、また優れた熱伝導率を有するので、ガス排出口12から排出される高温のガスの熱を効率よく伝導して拡散できる特徴がある。とくに、アルミニウム製のシートは、一般に使用されているアルミ箔やアルミホイルが使用できる。このようなアルミニウム製のシートは、厚さを6μm〜0.3mm、好ましくは50μm〜0.2mmとして、簡単かつ低コストに貼付しながら、優れた熱伝導性を実現できる。また、アルミニウム製の薄い金属板からなる金属層は、その厚さを1mm以下として、取り扱いを簡単にしながら簡単に貼付でき、しかも優れた耐性を実現できる。さらにまた、ガスダクト6にインサートして固定されるアルミニウム製の金属板17Bは、その厚さを厚くすることで、熱容量を大きくして熱を速やかに拡散して、優れた耐性を実現できる。ガスダクト6にインサートされるアルミニウム製の金属板17Bは、例えば、0.2mm〜3mm、好ましくは0.5mm〜2mmとすることができる。ただ、金属層には、アルミニウム以外の金属を使用することもできる。
図5に示すガスダクト6は、第1のダクト6Aと第2のダクト6Bとに分割して製作している。第1のダクト6Aと第2のダクト6Bは、電池セル1の第1の端面10に垂直な方向に分割されており、第2のダクト6Bを第1のダクト6Aと電池積層体2との間に配置している。このガスダクト6は、第1のダクト6Aと第2のダクト6Bを互いに連結して内部に柱状のガス排出路46を形成している。図2、図7、及び図8に示す第1のダクト6Aは、内側に溝形凹部6dを有する形状に成形しており、この溝形凹部6dの開口部を、電池セル1のガス排出口12に対向する姿勢として配置している。図に示す第1のダクト6Aは、溝形凹部6dの内面であって、ガス排出路46の天面6tに金属層17を設けている。さらに、図に示す第1のダクト6Aは、後述するサブ連結固定具5を介して電池積層体2に固定するために、この溝形凹部6dの開口縁に沿って、外側に突出する鍔部6aを一体成形して設けている。
第2のダクト6Bは、電池積層体2の第1の表面2Aに沿って配置される板状で、第1のダクト6Aの鍔部6aを嵌着する段差凹部6cを表面に設けている。第2のダクト6Bは、この段差凹部6cに、第1のダクト6Aの鍔部6aを嵌着させて、第1のダクト6Aと第2のダクト6Bとを連結して中空状のガスダクト6としている。このガスダクト6は、第1のダクト6Aと第2のダクト6Bを振動溶着し、あるいは超音波溶着し、あるいはまた接着して気密に固定することができる。ただ、第1のダクトと第2のダクトは、必ずしも溶着や接着して固定する必要はなく、段差凹部と鍔部との境界にパッキン(図示せず)を配置し、このパッキンを挟着する状態で連結して、第1のダクトと第2のダクトとを気密に連結することもできる。
さらに、第2のダクト6Bは、各々の電池セル1のガス排出口12に連結される連結開口6bを設けており、この連結開口6bをガス排出口12に連結している。図の第2のダクト6Bは、電池セル1のガス排出口12と対向する位置に、角形の連結開口6bを開口して設けている。ただ、連結開口は、電池セルのガス排出口に沿う長円形状や楕円形状とすることもできる。
以上のように、ガスダクト6を第1のダクト6Aと第2のダクト6Bに分割する構造は、第1のダクト6Aと第2のダクト6Bを異なる材質のプラスチックとすることができる。このガスダクト6は、第1のダクト6Aを耐熱性に優れたプラスチックで成形して、第2のダクト6Bを絶縁性に優れたプラスチックで成形することができる。この第1のダクト6Aは、ポリブチレンテレフタラートや、ガラス繊維やカーボン繊維を埋設して補強しているナイロン樹脂やエポキシ樹脂などのプラスチックで製作し、第2のダクト6Bは、ナイロン樹脂やエポキシ樹脂などの絶縁性のプラスチックで製作することができる。絶縁性のプラスチックで成形してなる第2のダクトは、電池セルの表面に接触しても、電池セルの外装缶をショートすることはない。
さらに、ガスダクト6は、図3ないし図5に示すように、一方の端部に、ガスダクト6の内部のガスを外部に排出する排出部6xを設けている。図に示すガスダクト6は、上面から突出する中空の凸部に、内部のガス排出路46に連通してなる筒状のパイプを連結して排出部6xとしている。図3に示すガスダクト6は、この排出部6xに外部ダクト36を連結して、ガスダクト6から流入されるガスを外部に排出するようにしている。
(表面プレート)
(表面プレート)
さらに、図2、図3、及び図5に示す電源装置は、電池積層体2の第1の表面2Aに表面プレート8を配置しており、この表面プレート8で互いに積層される電池セル1の第1の端面10をカバーしている。この表面プレート8は、電池積層体2の上面に沿う外形に成形している。ここで、図に示す電源装置は、この表面プレート8を、ガスダクト6の第2のダクト6Bに兼用している。すなわち、図に示す表面プレート8は、電池積層体2の中央部に配置された複数のガス排出口12と対向する部分を第2のダクト6Bに兼用して複数の連結開口6bを設けている。したがって、この表面プレート8は、ナイロン樹脂、エポキシ樹脂などの絶縁性のプラスチックで成形している。
さらに、表面プレート8は、図2と図5に示すように、電池セル1の電極端子13と対向する位置にバスバー14を配置するための開口窓24を開口して設けている。図の表面プレート8は、第2ダクト6Bを構成する中央部の両側であって、電池積層体2の両側部に沿って、複数の開口窓24を設けている。開口窓24は、バスバー14を定位置に案内しながら電極端子13に接続できるように、バスバー14の外形に沿う大きさと形状している。表面プレート8の開口窓24に配置されるバスバー14は、電池セル1の電極端子13にレーザー溶接等の溶着によって固定されて、複数の電池セル1を所定の接続状態に接続する。ただ、電源装置は、必ずしも電池積層体の第1の表面に表面プレートを配置する必要はない。以上の表面プレート8は、ガスダクト6を電池積層体2に連結するサブ連結固定具5を介して電池積層体2の第1の表面に固定される。
以上のように、電池積層体2の第1の表面2Aに配置される表面プレート8をガスダクト6に兼用する構造は、部品点数を低減して簡単かつ低コストにガスダクト6を配設できる。さらに、表面プレート8を第2ガスダクト6Bに兼用する構造は、電源装置の組立工程において、連結固定具4を介して、電池積層体2を予め締結した状態で、第1ガスダクト6Aを連結させることができるので、第1ガスダクト6Aをより確実に、第2ガスダクト6Bと気密状態に連結させることができる。ただ、本発明の電源装置は、表面プレートをガスダクトに兼用することなく、ガスダクトを別部材として電池積層体の第1の表面に配置することもできる。
図9に示す電源装置は、表面プレート58の中央部に、電池セル1の積層方向に伸びる貫通穴58Aを開口しており、この貫通穴58Aにガスダクト56を配置している。図9と図10のガスダクト56は、第1のダクト56Aと第2のダクト56Bとに分割しており、第1のダクト56Aと第2のダクト56Bを互いに連結して、内部に角柱状のガス排出路46を設けている。第1のダクト56Aは、図において下側開口の溝形凹部56dを内側に設けており、この溝形凹部56dの開口部を、電池セル1のガス排出口12に対向する姿勢として配置している。図に示す第1のダクト56Aは、溝形凹部56dの内面でああって、ガス排出路46の天面56tに金属層17を設けている。さらに、図に示す第1のダクト56Aは、溝形凹部56dの開口縁に沿って外側に突出する鍔部56aを一体成形して設けている。
第2のダクト56Bは、各電池セル1のガス排出口12と対向する位置に、ガス排出口12に連結される連結開口56bを設けている。さらに、図9に示す第2のダクト6Bは、連結開口56bの間に位置して、第1のダクト56Aの金属層17に向かって突出する支持部57を一体成形して設けている。図に示す第2のダクト56Bは、互いに隣接する連結開口56bの間に位置して、複数の支持部57を設けている。ただ、支持部は所定の間隔で設けることもできる。
図に示す支持部57は、その先端縁を金属層17に当接させている。先端を金属層17に当接させる支持部57は、金属層17を押圧しながら支持して、金属層17を第1のダクト56Aの内面の定位置に保持できる特徴がある。ただ、支持部は、必ずしも先端縁を金属層に当接させる必要はなく、金属層の表面に接近させることもできる。この支持部も、金属層の接着力が経時的に低下しても、剥離した金属層を落下させることなく、確実に第1のダクトの内面側に支持できる。
図に示す支持部57は、円柱状の凸部で、この凸部の外径をガス排出路46の内幅よりも細くして、ガス排出路46に排出されるガスがスムーズに通過できるようにしている。ただ、支持部は、リブとすることもできる。リブ形状の支持部は、先端面を金属層の内面に接近または当接させて、金属層を広い領域にわたって支持できる。
以上の第1のダクト56Aと第2のダクト56Bは、振動溶着、超音波溶着、あるいは接着によって気密に固定されてガスダクト56が形成される。ただ、ガスダクトは、必ずしも第1のダクトと第2のダクトに分割する必要はなく、ひとつの筒体とし、この筒体の一面に複数の連結開口を設けてこの連結開口を電池セルのガス排出口に連結することもできる。
(パッキン)
(パッキン)
さらに、電源装置は、図2、図3、図5、図9、及び図10に示すように、ガスダクト6、56と電池積層体2との間にパッキン7を配設している。パッキン7はゴム状弾性体で、電池積層体2を構成する複数の電池セル1の第1の端面10である封口板とガスダクト6、56との間に配設されて、ガスダクト6、56と電池セル1との間を気密に閉塞している。ゴム状弾性体からなるパッキン7は、電池積層体2とガスダクト6、56に挟着されて弾性変形する。すなわち、サブ連結固定具5がガスダクト6、56を電池積層体2に押し付ける状態で、パッキン7がガスダクト6、56と電池積層体2に挟まれて押し潰されて、ガスダクト6、56と電池セル1との隙間を確実に閉塞する。このように、弾性変形するパッキン7は、ガスダクト6、56と電池セル1との間を気密に閉塞して、ガス排出口12から噴き出される排出ガスを漏らすことなくガスダクト6、56に流入させて外部に排気する。
図5と図9に示すパッキン7は、電池積層体2の積層方向に伸びる細長い板状であって、各々の電池セル1のガス排出口12の対向する位置に貫通孔7bを設けている。貫通孔7bは、第2のダクト6B、56Bに開口された連結開口6b、56bと対向する位置にあって、貫通孔7bを通過するガスをガスダクト6、56の内部に流入させる。この構造は、パッキン7の貫通孔7bを電池セル1のガス排出口12に対向する状態で配置して、電池セル1とガスダクト6、56とを閉塞するので、ガス排出口12から排出されるガスが漏れるのを確実に阻止できる。図のパッキン7は、第2のダクト6B、56Bに開口した連結開口6b、56bの内形に沿う角形の貫通孔7bを設けており、この貫通孔7bを電池セル1のガス排出口12に連結している。ただ、貫通孔は、電池セルのガス排出口に沿う長円形状や楕円形状とすることもできる。
図に示すパッキン7は、第2のダクト6B、56Bの下面、すなわち電池積層体2との対向面の定位置に配置して、貫通孔7bを連結開口6b、56bと対向する位置に配置している。図2に示す第2のダクト6Bは、パッキン7の外周に沿うリブ6eを下面に突出して一体成形しており、このリブ6eの内側にパッキン7を案内して定位置に配置している。ただ、パッキンは、接着等により、電池積層体の定位置に配置することもできる。
以上のパッキンは、全体の形状を板状として複数の貫通孔を開口しているが、パッキンは、各々の連結開口に対向して配置されるリング状とすることもできる。この構造は、第2のダクトの各連結開口に、複数に分割されたパッキンを配置して、ガス排出口と電池セルとのガス漏れを阻止する。ただし、ガスダクトと電池セルとの間には必ずしもパッキンを挟着する必要はない。ガスダクトを電池積層体の第1の表面に向かって押圧して、ガスダクトと電池セルとの対向面を互いに密着させることで、連結開口をガス排出口にガス漏れしないように連結することもできるからである。
(サブ連結固定具5)
(サブ連結固定具5)
以上のガスダクト6、56は、電池積層体2のガス排出口12に対向して配置されて、電池積層体2の第1の表面2Aに配置されるサブ連結固定具5を介して定位置に固定される。サブ連結固定具5は、図5と図9に示すように、電池積層体2の第1の表面2Aに対向して配置されて、ガスダクト6、56を電池積層体2の定位置に配置している。このサブ連結固定具5も、両端がエンドプレート3に固定されて電池積層体2を第1の表面2Aで締結する。サブ連結固定具4は、所定の幅と厚さを有する金属板で、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなるサブ連結固定具4は、バインド部5Aの両端に、エンドプレート3の外側表面に連結する連結部5Bを設けている。
図に示すサブ連結固定具5は、2列のバインド部5Aと、これらのバインド部5Aの両端を連結してなる連結部5Bとを備えている。2列のバインド部5Aは、ガスダクト6、56の両側に沿って配置されている。2列のバインド部5Aは、ガスダクト6、56の両側に設けられた鍔部6a、56aを押圧できるように、所定の間隔で配置されている。サブ連結固定具5は、2列のバインド部5Aの間にガスダクト6、56を配置する状態でエンドプレート3に固定されて、2列のバインド部5Aで鍔部6a、56aを押圧している。2列のバインド部5Aは両端を連結部5Bで連結しており、この連結部5Bをほぼ直角に折曲して、エンドプレート2に連結している。サブ連結固定具5は、両端の連結部5Bをエンドプレート3に設けた嵌着凹部3Bに連結することにより、一対のエンドプレート3を所定の間隔として、電池積層体2を両端から挟着する。さらに、サブ連結固定具5は、その両端部を止ネジ19でエンドプレート3に固定している。図のサブ連結固定具5は、バインド部5Aの両端部に、止ネジ19を挿入する貫通孔を開口して設けている。サブ連結固定具5は、両端の連結部5Bをエンドプレート3の嵌着凹部3Bに連結する状態で、貫通孔に止ネジ19を挿入し、この止ネジ19をエンドプレート3の外周面に設けた雌ネジ孔3bにねじ込んで一対のエンドプレート3に固定している。
図に示すサブ連結固定具5は、2列のバインド部5Aと両端の連結部5Bとを一体的に成形しているが、サブ連結固定具は、2本に分割することもできる。2本に分割されるサブ連結固定具は、図示しないが、各々をガスダクトの両側に沿って配置して、各々のバインド部でガスダクトの両側から突出する鍔部を沿う敦手を押圧することができる。
さらに、サブ連結固定具は、図示しないが、2列のバインド部を、中間に設けた橋渡し部で連結し、この橋渡し部をガスダクトの上面に配置することもできる。このサブ連結固定具は、橋渡し部でガスダクトの上面を押圧して、ガスダクトを電池積層体の第1の表面の定位置に配置できる。さらに、サブ連結固定具は、図示しないが、1列のバインド部を備えて、このバインド部でガスダクトの上面を押圧して、ガスダクトを電池積層体の第1の表面の定位置に配置することもできる。
(回路基板)
(回路基板)
さらに、図2と図5に示す電源装置は、電池積層体2に接続している回路基板9を備えており、この回路基板9をガスダクト6の上方であって、トップカバー20との間に配置している。図に示すトップカバー20は、上面側に回路基板9を収納する収納凹部21を設けており、この収納凹部21に回路基板9を収納している。回路基板9は、電池セル1の保護回路を実現する電子部品(図示せず)等を実装している。この回路基板9は、各々の電池セル1に接続されてセル電圧を検出する電圧検出回路、電池セル1の温度を検出する温度検出回路等を実装しており、セル電圧を検出して電池セル1の過充電や過放電を防止するように制御し、あるいは電池セル1の異常な温度上昇を防止するように充放電を制御する。これらの回路を実現する電子部品は、回路基板9に配置されて、収納凹部21に収納される。
図に示す回路基板9は、サブ連結固定具5を介してガスダクト6の上面の定位置に配置している。図2、図3、及び図5に示すサブ連結固定具5は、回路基板9を固定するために、バインド部5Aの上面に複数のナット26を固定している。図の電源装置は、回路基板9を貫通する止ネジ25をサブ連結固定具5に設けたナット26にねじ込んで、回路基板9をガスダクト6の上面の定位置に配置している。この電源装置は、回路基板9と電池積層体2との間に金属板からなるサブ連結固定具5を配置するので、サブ連結固定具5の金属板でもって、回路基板9を電池積層体2からシールドできる。さらに、この電源装置は、ガスダクト6、56の内面に金属層17を設けているので、この金属層17によっても回路基板9を電池積層体2からシールドできる。電池積層体2は大電流で充放電され、とくに大きなパルス電流で充放電されることから、パルス性のノイズが放射される。サブ連結固定具5の金属板やガスダクト6、56の金属層17は、回路基板9と電池積層体2との間にあって、電池積層体2から放射されるパルス性の誘導ノイズから回路基板9をシールドして、回路基板9の誘導ノイズによる誤動作を防止できる特徴がある。とくに、金属板であるサブ連結固定具をアースラインに接続することで、電池積層体2からの誘導ノイズをより効果的にシールドできる。
(トップカバー)
(トップカバー)
さらに、図2と図3の電源装置は、上面にトップカバー20を配置している。このトップカバー20は、表面プレート8の上面をカバーして、電池積層体2に接続されたバスバー14や回路基板9をカバーして保護する。したがって、トップカバー20は、表面プレート8の上面をカバーできる外形であって、内部に回路基板9を収納できる空間を有する形状にプラスチックで成形している。図2と図11のトップカバー20は、全体を下側開口の浅い容器形状に成形しており、中央部を周囲よりも一段深く成形して、回路基板9を収納するための収納凹部21を設けている。
さらに、トップカバー20は、図11に示すように、一方の端部に、ガスダクト6の排出部6xを外部に突出させるための切欠部22を設けている。このトップカバー20は、図1に示すように、電池積層体2の上面に連結される状態で、この切欠部22から排出部6xを外部に表出させる。さらにまた、図1と図11に示すトップカバー20は、両端部に出力用の端子窓23を開口している。電池積層体2は、両端に配置される電池セル1の電極端子13に出力用端子板16を接続している。トップカバーは、これらの出力用端子板16を外部に表出させるための端子窓23を両端に開口して設けている。
以上のトップカバー20は、止ネジ27を介してガスダクト6に固定している。図5に示すガスダクト6は、トップカバー20を定位置に固定するために、上面に連結ボス28を一体成形して設けている。図5の連結ボス28は、ガスダクト6の両端部の上面に突出して設けられている。トップカバー20は、連結ボス28と対向する位置に貫通孔29を開口しており、この貫通孔29に挿通される止ネジ27がガスダクト6の連結ボス28にねじ込まれて電池積層体2の定位置に固定されている。トップカバー20を備えた電源装置は、高電圧となる電池セル1同士の接続部分や、回路基板9等が露出することを防止することができ、例えば、メンテナンスの際などに、不用意に電池セル1同士の接続部分や、回路基板9等に接触し、回路が短絡したりすることを防止できる。また、簡易的な防水効果も得られる。
ところで、電源装置は、その大型化を抑制するために、ガスダクトの容積を小さくすることが有効であるが、ガスダクトの容積が小さくなると、その分だけ、電池のガス排出口とガスダクトとの距離が近くなる。そのため、電池セルからガスが排出された際に、排出ガスがガスダクトに与える影響も大きくなる。具体的には、高温の排出ガスに起因する熱の影響や、ガスダクトにかかる圧力の増大などである。以上の実施形態によると、ガスダクト6の内面であって、ガス排出口12と対向する天面6tに金属層を設けているので、高温の排出ガスが噴出される状態においても、この熱を速やかに拡散して熱による悪影響を抑制できる。特に、単にガス排出口12と対向する位置に金属層17を設けるだけでなく、図7に示すように、ガスダクト6のガス排出口12の対向面に、ガスダクト6の両端部にかけて金属層17が設けられることで、高温の排出ガスが噴出される状態においても、この熱を速やかに拡散して熱による悪影響を抑制できる。また、以上の電源装置は、サブ連結固定具5により、ガスダクト6を押圧する構成となっているため、ガスダクト6を電池積層体2の第1の表面2Aに密着させて強固に固定することができ、ガスダクト6の容積を比較的小さく、すなわち、ガスダクト6の高さを低くすることができる。このため、電源装置は、例えば、ガスダクトや回路基板を、電池セルの電極端子の先端よりも内側に配置することができ、このような構成とすることで、電源装置の大型化を抑制することができる。このような電源装置の一例を図12に示す。
図12に示す電源装置は、電池セル51の第1の端面60に設けた電極端子63を、外周面に雄ネジを設けたロッド状として上面から突出させている。この電極端子63は、バスバー14の貫通孔に挿通する状態で、ナット67がねじ込まれてバスバー14を定位置に固定している。このため、この電池セル51は、ナット67をねじ込むことができるように、電極端子63を電池セル51の第1の端面60から突出する形状としている。この電池セル1を積層してなる電池積層体2は、第1の表面2Aの両側に沿って電極端子63を配置しており、これらの電極端子63の間にガスダクト6を配置している。このガスダクト6は、高さを低く成形して、いいかえると、上面を電池セル51のガス排出口12に接近させる状態で配置して、電極端子63の先端よりも内側に配置している。ここで、電極端子63の先端よりも内側とは、電池セル1の第1の端面10の両端部に位置する電極端子63の先端を結ぶラインよりも第1の端面10側を意味するものとする。すなわち、ガスダクト6は、電池セル1の両端部に位置する電極端子63の先端を結ぶラインよりも内側であって、このラインより突出しない状態で配設している。これにより、ガスダクト6を電池積層体2から高く突出させることなく、電源装置の大型化を抑制している。
さらに、図に示す電源装置は、ガスダクト6の上側であって、両側に配置される電極端子63の間に回路基板9を配置しており、この回路基板9も電極端子63の先端よりも内側に配置している。この電源装置は、電池積層体2の第1の表面2A側に回路基板9を配置する構造としながら、電源装置の大型化を抑制できる。さらに、この回路基板は、面積を広くすることもできる。回路基板を大きくしても、電源装置の大型化を抑制できるからである。面積を大きくできる回路基板は、表面に設けられる配線パターンを簡単にしながら、また、実装される電子部品の放熱性を考慮しながら理想的な状態で配置できる。
さらに、図12に示す電源装置は、電池積層体2の第1の表面2Aをカバーする表面プレート68を備えており、この表面プレート68の両側に沿って、バスバー14を配置する開口窓24を備えている。さらに、図に示す表面プレート68は、開口窓の開口縁に沿って、電極端子63の突出方向に突出する区画壁68aを設けている。この構造は、電池セルから突出する電極端子63やバスバーを区画壁68aで保護できるので、メンテナンスの際などに、電池セル1の電極端子やバスバー14に接触してショート等が生じる弊害を有効に防止できる。さらに、図に示す電源装置は、電極端子63の間に配置されるガスダクト6や回路基板9を区画壁68aの先端よりも内側に配置している。ここで、区画壁68aの先端よりも内側とは、表面プレート68の両側に設けた区画壁68aの先端を結ぶラインよりも第1の表面2A側を意味するものとする。すなわち、ガスダクト6や回路基板9は、表面プレート68の両側に設けた区画壁68aの先端を結ぶラインよりも内側であって、このラインより突出しない状態で配設している。これにより、ガスダクト6や回路基板9を電池積層体2から高く突出させることなく、電源装置の大型化を抑制している。
以上の実施形態の電源装置は、ガスダクト6、56を、サブ連結固定具5を介して電池積層体2の第1の表面2Aに固定している。ただ、ガスダクトは、必ずしもサブ連結固定具を介して電池積層体に固定する必要はなく、他の連結構造を介して電池積層体に固定することもできる。図13〜図16に示すガスダクト76は、固定ネジ79を介して、電池積層体の両端に配置されるエンドプレート(図示せず)に固定する構造としている。さらに、図13〜図16に示すガスダクト76は、全体を筒状として電池積層体の第1の表面に配置されるガスダクト76の一例を示している。
図に示すように、筒状のガスダクト76は、第1のダクト76Aと第2のダクト76Bに分割しており、第1のダクト76Aと第2のダクト76Bを互いに連結して、内部に角柱状のガス排出路46を設けている。第1のダクト76Aは、図において下側開口の薄い蓋状の溝形凹部76dを内側に設けており、この溝形凹部76dの開口部を、電池セルのガス排出口に対向する姿勢として配置される。図に示す第1のダクト76Aは、溝形凹部76dの内面であって、ガス排出路46の天面76tに金属層17を設けている。このガスダクト76も、前述のガスダクト6、56と同様にして、金属シート17Aからなる金属層17を内面に固定している。
第2のダクト76Bは、帯状の底面プレート76fの周囲に周壁76gを設けてなる細長い容器状としている。このガスダクト76は、第2のダクト76Bの周壁76gの先端縁を第1のダクト76Aの外周部に連結して、全体の形状を筒状としている。さらに、第2のダクト76Bは、底面プレート76fに、各電池セル1のガス排出口12に連結される複数の連結開口76bを設けている。図15と図16に示す第2のダクト76Bは、底面プレート76fの下面から突出する複数の筒部76hを設けており、これらの筒部76hを貫通する連結開口76bを設けている。筒部76hは、各電池セル1に設けられたガス排出口12に対向して設けられている。
このガスダクト76は、第2のダクト76Bの下面に配置されて筒部76hの周囲に連結されるパッキン77を介して電池セル1のガス排出口に連結される。パッキン77はゴム状弾性体で、ガスダクト76と電池セルの第1の端面との間に配設されて、電池セルのガス排出口から噴出されるガスを漏らすことなく、ガスダクト76に流入できるようにしている。パッキン77は、図14と図15に示すように、ガスダクト76と同じ方向に伸びる細長い形状であって、ガスダクト76の筒部76hを嵌入する複数の貫通孔77bを所定の間隔で設けている。パッキン77は、位置決ホルダ78を介して、ガスダクト76の定位置に配置されて、電池セルの第1の端面に密着される。この構造は、電池セルのガス排出口から噴き出される排出ガスを漏らすことなく、ガスダクト76のガス排出路46に流入して外部に排気できる。ただし、ガスダクトと電池セルとの間には、必ずしもパッキンを挟着する必要はない。ガスダクトと電池セルとの対向面を互いに密着させることで、連結開口をガス排出口にガス漏れしないように連結することもできるからである。
以上のガスダクト76は、下面から突出する筒部76hが、位置決ホルダ78に設けられた位置決穴78bに案内されて、位置決ホルダ78の定位置に連結される。さらに、ガスダクト76は、位置決ホルダ78を貫通する筒部76hが、パッキン77の貫通孔77bに挿入されて、パッキン77の定位置に配置される。ガスダクト76は、筒部76hが位置決ホルダ78を貫通する状態で、パッキン77の貫通孔77bに挿入されて、パッキン77を介して電池積層体の定位置に配置される。
パッキン26と位置決ホルダ78は、互いに嵌合構造で連結されて、パッキン26をガスダクト76の定位置に配置している。図の嵌合構造は、第2のダクト76Bに設けた筒部76hを位置決ホルダ78の位置決穴78bとパッキン77の貫通孔77bに挿入する構造としている。この嵌合構造は、パッキン77とガスダクト76とを正確な位置に連結しながら、電池セルから排出されるガスを漏れないようにガスダクト76に流入できる特徴がある。ただ、本発明は、ガスダクトとパッキンの嵌合構造をこの構造には特定しない。ガスダクトとパッキンの嵌合構造は、一方に凸部を設けて、他方にはこの凸部を挿入する凹部を設け、凸部を凹部に挿入して、互いに定位置に連結できる全ての構造とすることができる。
以上のガスダクト76は、その両端に、電池積層体2と固定するための連結片75が設けられている。図に示す連結片75は、第2のダクト76Bの両端から突出しており、この連結片75にねじ込まれる止ネジ79を介して電池積層体のエンドプレートに固定する構造としている。図のガスダクト76は、両端の連結片75に挿通される止ネジ79をエンドプレートに連結して、電池積層体の定位置に固定される。以上のガスダクト76が固定されるエンドプレート(図示せず)は、上面に、ガスダクト76を連結するための固定ネジ79を螺合するためのねじ穴を設けている。このガスダクト76は、連結片75に挿通される固定ネジ79がエンドプレートにねじ込まれて、電池積層体の定位置に固定される。
(冷却プレート)
(冷却プレート)
さらに、図1ないし図5に示す電源装置は、複数の電池セル1を積層してなる電池積層体2を冷却プレート30の表面に熱伝導状態で配置している。この電源装置は、冷却プレート30を強制的に冷却して、各々の電池セル1の発熱を放熱する。
冷却プレート30は、図2と図3に示すように、内部に冷媒通路31を設け、この冷媒通路31に液化された冷媒を供給し、冷媒を冷媒通路31で気化させて、冷媒の気化熱で強制的に冷却して、電池セル1を冷却する。冷却プレート30を冷媒の気化熱で強制冷却する冷却機構は、図示しないが、気体の状態にある冷媒を加圧するコンプレッサと、このコンプレッサで加圧された気体を冷却して液化させる凝縮器と、この凝縮器で液化された冷媒を冷却プレート30の冷媒通路31に供給する膨張弁とを備えている。この冷却機構は、膨張弁を介して液化された冷媒を冷却プレート30に供給し、供給された冷媒を冷却プレート30の内部で気化させて気化熱で冷却プレート30を冷媒する。気化された冷媒は、コンプレッサで加圧されて凝縮器に供給され、凝縮器で液化され、膨張弁を介して冷却プレート30の冷媒通路31に循環されて、冷却プレート30を冷却する。冷却プレート30の内部に設けられる冷媒通路31は、外側に突出する連結部32を介して冷却機構に連結される。
冷却プレートは、必ずしも冷媒の気化熱で冷却する必要はなく、たとえば、冷却された液体を内部に循環して冷却することができる。また、冷却プレートは、内部に冷却気体の通路を設けて、この通路に冷却された気体を強制送風して冷却することもできる。
なお、上記実施形態では、電池積層体2を12個の電池セル1を積層して形成しているが、積層される電池セルを11個以下とし、あるいは13個以上として、これらの電池セルを直列及び/又は並列に接続することもできる。とくに、積層される電池セルの数が多くなると、ガスダクトとガス排出口の気密性を維持することが困難になるが、本発明の構成によると、サブ連結固定具によって、ガスダクトが電池積層体に向かって押圧される構成となっているため、電池セルの数が多い場合にも、ガスダクトとガス排出口の気密性を維持することができる。
また、上記実施形態では、電極端子は電池積層体の上面側、冷却プレートは電池積層体の下面側に配置されているが、電極端子や冷却プレートは、電源装置の構成によっては、電池積層体の側面側に設けられることもある。このような場合、連結固定具を固定するための止ネジをエンドプレートの側面側に固定してもよい。この構成によると、止ネジの位置を、電極端子や冷却プレートの位置と対応させることができ、電源装置の大型化を抑制することができる。
さらに、上記実施形態では、電池積層体を締結するための連結固定具に加え、ガスダクトを保持すると共に、電池積層体を締結するサブ連結固定具を備える構成となっているため、電池積層体の締結に起因する負荷を連結固定具とサブ連結固定具に分散させることができる。このため、連結固定具のみで電池積層体を締結する構成と比較して、連結固定具の強度を下げることができる。そのため、例えば、連結固定具の厚さを薄くすることができるので、電源装置の寸法を小さくすることができる。
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。
(ハイブリッド車用電源装置)
図17に、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。
図17に、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18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。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、図18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。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。
(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、定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19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。
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、定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19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19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。
本発明に係る電源装置は、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、街路灯の電源等の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…電池セル
2…電池積層体;2A…第1の表面;2B…側面
3…エンドプレート;3A…嵌着凹部;3B…嵌着凹部
3a…雌ネジ孔;3b…雌ネジ孔
4…連結固定具;4A…バインド部;4B…連結部
5…サブ連結固定具;5A…バインド部;5B…連結部
6…ガスダクト;6A…第1のダクト;6B…第2のダクト
6a…鍔部;6b…連結開口;6c…段差凹部;6d…溝形凹部
6e…リブ;6f…側壁;6t…天面;6x…排出部
7…パッキン;7b…貫通孔
8…表面プレート
9…回路基板
10…第1の端面
11…ガス排出弁
12…ガス排出口
13…電極端子
14…バスバー
15…セパレータ
16…出力用端子板
17…金属層;17A…金属シート;17B…金属板
18…止ネジ
19…止ネジ
20…トップカバー
21…収納凹部
22…切欠部
23…端子窓
24…開口窓
25…ナット
26…止ネジ
27…止ネジ
28…連結ボス
29…貫通孔
30…冷却プレート
31…冷媒通路
32…連結部
36…外部ダクト
46…ガス排出路
51…電池セル
56…ガスダクト;56A…第1のダクト;56B…第2のダクト
56a…鍔部;56b…連結開口;56d…溝形凹部;56t…天面
57…支持部
58…表面プレート;58A…貫通穴
60…第1の端面
63…電極端子
67…ナット
68…表面プレート;68a…区画壁
75…連結片
76…ガスダクト;76A…第1のダクト;76B…第2のダクト
76b…連結開口;76d…溝形凹部
76f…底面プレート;76g…周壁;76h…筒部
76t…天面
77…パッキン;77b…貫通孔
78…位置決ホルダ;78b…位置決穴
79…固定ネジ
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
93…モータ
94…発電機
95…DC/ACインバータ
96…エンジン
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
1…電池セル
2…電池積層体;2A…第1の表面;2B…側面
3…エンドプレート;3A…嵌着凹部;3B…嵌着凹部
3a…雌ネジ孔;3b…雌ネジ孔
4…連結固定具;4A…バインド部;4B…連結部
5…サブ連結固定具;5A…バインド部;5B…連結部
6…ガスダクト;6A…第1のダクト;6B…第2のダクト
6a…鍔部;6b…連結開口;6c…段差凹部;6d…溝形凹部
6e…リブ;6f…側壁;6t…天面;6x…排出部
7…パッキン;7b…貫通孔
8…表面プレート
9…回路基板
10…第1の端面
11…ガス排出弁
12…ガス排出口
13…電極端子
14…バスバー
15…セパレータ
16…出力用端子板
17…金属層;17A…金属シート;17B…金属板
18…止ネジ
19…止ネジ
20…トップカバー
21…収納凹部
22…切欠部
23…端子窓
24…開口窓
25…ナット
26…止ネジ
27…止ネジ
28…連結ボス
29…貫通孔
30…冷却プレート
31…冷媒通路
32…連結部
36…外部ダクト
46…ガス排出路
51…電池セル
56…ガスダクト;56A…第1のダクト;56B…第2のダクト
56a…鍔部;56b…連結開口;56d…溝形凹部;56t…天面
57…支持部
58…表面プレート;58A…貫通穴
60…第1の端面
63…電極端子
67…ナット
68…表面プレート;68a…区画壁
75…連結片
76…ガスダクト;76A…第1のダクト;76B…第2のダクト
76b…連結開口;76d…溝形凹部
76f…底面プレート;76g…周壁;76h…筒部
76t…天面
77…パッキン;77b…貫通孔
78…位置決ホルダ;78b…位置決穴
79…固定ネジ
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
93…モータ
94…発電機
95…DC/ACインバータ
96…エンジン
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 (8)
- ガス排出弁を有するガス排出口を第1の端面に設けた複数の電池セルと、
前記複数の電池セルを積層してなる電池積層体と、
前記電池積層体の一面に、各電池セルの前記ガス排出口と連結するように固定されたガスダクトと、
を備える電源源装置であって、
前記ガスダクトの内面であって、前記ガス排出口との対向面に、金属層を設けてなることを特徴とする電源装置。 - 請求項1に記載の電源装置であって、
前記ガスダクトが、前記ガス排出口と対向する位置に、前記ガス排出口に連結される連結開口を設けており、
前記ガスダクトの内面であって、前記連結開口を設けた面と対向する面に、前記金属層を設けてなることを特徴とする電源装置。 - 請求項2に記載の電源装置であって、
前記ガスダクトが、前記電池セルの第1の端面に垂直な方向に分割される第1のダクトと第2のダクトを備え、該第1のダクトと該第2のダクトを連結して内部に柱状のガス排出路を形成しており
前記第1のダクトは、内側に溝形凹部を有して、該溝形凹部の底面に前記金属層を設けており、
前記第2のダクトは、各電池セルの前記ガス排出口に連結される前記連結開口を備えることを特徴とする電源装置。 - 請求項1から3のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記ガスダクトが、内部に角柱状のガス排出路を有すると共に、前記ガスダクトの内面であって、前記連結開口を設けた面と対向する面にのみ前記金属層を設けて、他の内面は露出させてなることを特徴とする電源装置。 - 請求項1から4のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記金属層が、アルミニウム製のシート状であって、前記ガスダクトの内面に貼付してなることを特徴とする電源装置。 - 請求項3に記載の電源装置であって、
前記第1のダクトの内面に、アルミニウム製のシートを貼付して前記金属層を設けており、
前記第2のダクトが、前記第1のダクトに貼付した前記金属層に向かって突出する支持部を備えることを特徴とする電源装置。 - 請求項1から6のいずれか一に記載される電源装置を備える車両。
- 請求項1から6のいずれか一に記載される電源装置を備える蓄電装置。
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2012
- 2012-04-27 JP JP2012103935A patent/JP2015133169A/ja active Pending
-
2013
- 2013-04-18 WO PCT/JP2013/061457 patent/WO2013161655A1/ja active Application Filing
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