JP2016066624A - 電源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
、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。
以下、電源装置の一実施の形態として車両用電源装置に適用した例を、図1〜図3に基づいて説明する。これらの図において、図1は電源装置を構成する電池ブロック10の外観斜視図、図2は図1から安全弁ダクト24、押圧部22、シール部材20を分解した分解斜視図、図3は図1から電池セル1とセパレータ6、エンドプレート7を分解した分解斜視図を、それぞれ示している。電池ブロック10は、図1に示すように箱形としている。この電池ブロック10を複数、直列又は並列に接続して、電源装置を構成する。各電池ブロック10は、図2の分解斜視図に示すように、複数の電池セル1を積層した電池ブロック10と、シール部材20と、押圧部22と、安全弁ダクト24とを備えている。安全弁ダクト24は、電池セル1の安全弁3と連通されている。
電池ブロック10は、図3の分解斜視図及び図7(a)の平面図並びに図7(b)の正面図に示すように、複数枚の電池セル1を、絶縁性のセパレータ6を介して積層し、両側の端面にエンドプレート7を配置して締結したブロック体である。両端面のエンドプレート7同士は、バインドバー(図示せず)で締結される。バインドバーは、電池ブロック10の側面や上面に配置される。このバインドバーは、金属製の板材を折曲して構成される。このようにしてバインドバーで締結されたエンドプレート7同士の間に電池セル1の積層体を挟持することによって、電池ブロック10を強固に保持できる。
電池セル1は、図3に示すように、その厚さを上辺の横幅よりも薄くした薄型の外装缶2を利用している。この外装缶2は、外装缶2の四隅のコーナ部を面取りした略箱形形状としている。また外装缶2の上面で外装缶2を封止する封口板4には、一対の電極端子5を突出させると共に、電極端子5の間に安全弁3を設けている。安全弁3は、外装缶2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3の開弁により、外装缶2の内圧上昇を停止することができる。なお、ここでは一般的に安全弁3から排出される排出ガスを効率よく誘導するために、安全弁3が電池ブロック10の一面(本実施形態では上面)に並ぶように、電池セル1は積層される。
また安全弁ダクト24の上面には、回路基板26が配置されている。この回路基板26には、電池ブロック10を構成する電池セル1の温度や電圧等を監視して、何からの異常が発生していないかを確認する安全回路等が実装される。このように、電池ブロックの上面に回路基板を配置する構成とすることで、電池ブロック同士の結合と干渉することなく
、また電池ブロックの小型化に有利となる。図1〜図2の例では、隣接する電池セル1の電極端子5同士を接続するバスバー27を、電池ブロック10の上面に設けている。バスバー27は、電池セル1の積層方向に沿って平行に延長され、また電池ブロック10の上面で一対のバスバー27の配置ラインを互いに離間させている。このように離間された一対のバスバー27同士の間に、回路基板26を配置することで、電池ブロック10の厚型化を回避し、電池ブロックや電源装置の小型化に有利となる。
このような電池ブロック10を複数、ベースパネル41上に水平面内に並べた状態で、連結具39を用いて連結することができる。この様子を図4の平面図に示す。この図に示す電池ブロック10は、隣接する電池ブロック10の端面において、これらの高電圧出力を電気的に接続する高電圧バスバー38と、高電圧バスバー38で連結した電池ブロック10同士の界面において、これらを機械的に連結する連結具39を備えている。この例では、4個の電池ブロック10を、長手方向に平行な姿勢で並べて、連結具39で連結した電池ブロック10の連結体11を構成している。
さらにこのようにして連結具39を用いて連結された複数の電池ブロック10に対して、上面にフロアパネル40を固定し、このフロアパネル40の上面にさらに電池ブロック連結体11を固定することができる。この様子を、図5の分解斜視図及び図8の断面図に示す。この図に示す例では、2個の電池ブロック10を、図4と同様に長手方向に平行な姿勢に並べて連結具39で連結した電池ブロック連結体11とし、ベースパネル41上に固定している。さらに、このように平面状に並べた電池ブロック連結体11の上面は、フロアパネル40を介して1個の電池ブロック10を固定している。
各電池ブロック10には、フロアパネル40やベースパネル41を固定するためのパネル固定機構をエンドプレート7に設けている。換言すると、電池ブロック10は両端のエンドプレート7でフロアパネル40等と固定しており、中間のセパレータには、このような固定機構を有しない。これによって、エンドプレートのみを変更して、セパレータ等は既存の部材を利用でき、フロアパネル40等との固定構造を簡素化できる。
フロアパネル40を固定するための上面固定部52と、その下面にベースパネル41又はフロアパネル40を固定するための下面固定部54を設けている。
上面固定部52は、図9などの例に示すように、エンドプレート7の上面から突出させている。また突出させた突出面には、ねじ穴を開口している。このねじ穴には、パネル下面固定ねじ56が螺合される。
一方、エンドプレート7の下面固定部54は、図9及び図10の例では、エンドプレート7の下面から上面まで貫通させた貫通孔としている。これによってねじなどをエンドプレート7の上面から下面固定部54に貫通させてベースパネル41やフロアパネル40に固定できる。
きる。
一方で、フロアパネル40又はベースパネル41には、その上面に電池ブロック10のエンドプレート7を固定するための上面連結機構42として、ブロック固定穴を設けている。ブロック固定穴は、図12の拡大斜視図に示すように、T字ナット43で構成できる。さらにエンドプレート7は、図9及び図10に示すように、その底面においてT字ナット43を配置するためのナット窪み48を設けている。このようにすることで、エンドプレート7をフロアパネル40やベースパネル41に固定する際、その底面側にナットを用意する必要をなくし、固定作業を省力化すると共に、ナットによる突出部分の形成を回避して、薄型化、小型化に寄与する。
弁して内圧の上昇を回避するための安全弁3を設けている。また電源装置には、安全弁3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、安全弁ダクト24が配置される。安全弁ダクト24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、剛性に優れたステンレスなどの金属製とする。図2等に示す例では、安全弁ダクト24は中空の箱形に形成され、図示しないガス排出経路と気密に連通されており、このガス排出経路に案内されて安全に外部に排出される。また安全弁ダクト24を電池ブロック10の安全弁3に気密に連通するために、シール部材20が設けられている。
また電池ブロック10には、ガスダクト30が接続される。図13の斜視図に示す例では、長手方向に平行に3つの電池ブロック10を並べた状態で、各電池ブロック10の安全弁3及び安全弁ダクト24と連なるガス排出路が、ガスダクト30と連通されている。各電池セル1の安全弁3から排出された排出ガスは、安全弁ダクト24に集められた後、ガスダクト30に案内されて外部に安全に排出される。
図14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。
また図15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。
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16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、複数の角型電池セル1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。
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16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。
2…配管部、33…連結穴、38…高電圧バスバー、39…連結具、40…フロアパネル、41…ベースパネル、42…上面連結機構、43…T字ナット、44…下面連結機構、45…パネル固定穴、48…ナット窪み、52…上面固定部、54…下面固定部、56…パネル下面固定ねじ;56a…ねじ頭、58…ねじ;58a…ねじ頭、81…電池積層体、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…インバータ、96…エンジン、712…電源ケース、814…支持ブロック、HV、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 (7)
- ベースパネル上に配置される複数の電池ブロックであって、それぞれの電池ブロックが、複数の角形の電池セルと、端面に配置されるエンドプレートと、を含んでいる、該電池ブロックと、
前記複数の電池ブロックのうち、隣接する電池ブロックに固定される架設部材と、を備え、
前記隣接する電池ブロックのエンドプレートはそれぞれ、前記ベースパネルに対して垂直な方向に延在する貫通孔を有する下面固定部と、前記ベースパネルに対して垂直な方向に延在する穴を有する上面固定部を含んでおり、かつ、前記下面固定部の貫通孔に挿通される固定部材により前記ベースパネルに固定されると共に、前記上面固定部の穴に挿通される固定部材により前記架設部材に固定されており、
前記上面固定部は、前記ベースパネルに対して垂直な方向に突出しており、前記下面固定部の貫通孔の上面側の開口が形成される面が、前記上面固定部の上端面よりも下方に位置しており、かつ、前記上面固定部は、前記ベースパネルに対して平行な方向において、前記下面固定部の貫通孔の上面側の開口が形成される位置よりもエンドプレートの内側または外側に位置していることを特徴とする電源装置。 - 請求項1に記載の電源装置において、
前記隣接する電池ブロックのエンドプレートはそれぞれ、所定の厚みを有する板状部材であり、該所定の厚みが、前記下面固定部の貫通孔および前記上面固定部の穴の直径よりも大きいことを特徴とする電源装置。 - 請求項1または請求項2に記載の電源装置において、
前記隣接する電池ブロックのエンドプレートはそれぞれ、該エンドプレートの一方の端部にのみ、前記上面固定部が設けられていることを特徴とする電源装置。 - 請求項1から3のいずれかに記載の電源装置において、
前記隣接する電池ブロックのエンドプレートはそれぞれ、前記下面固定部が少なくとも2つ形成されており、2つの下面固定部の間に前記上面固定部が位置していることを特徴とする電源装置。 - 請求項1から4のいずれかに記載の電源装置において、
前記上面固定部の穴は、ねじ穴であることを特徴とする電源装置。 - 請求項1から5のいずれかに記載の電源装置において、
前記上面固定部の穴と前記下面固定部の貫通孔は、長さが異なっており、前記上面固定部の穴の長さが前記下面固定部の貫通孔の長さよりも短いことを特徴とする電源装置。 - 積層される複数の角形の電池セルと、
前記複数の角形の電池セルの積層方向における端面に配置されるエンドプレートと、を備え、
前記エンドプレートは、前記複数の角形の電池セルの積層方向に対して垂直な方向を上下方向とした際に、該上下方向に延在する貫通孔を有する下面固定部と、前記上下方向に延在するねじ穴を有する上面固定部と、を含んでおり、
前記上面固定部は、前記上下方向において上側に突出しており、前記下面固定部の貫通孔の上面側の開口が形成される面が、前記上面固定部の上端面よりも下方に位置すると共に、前記上面固定部は、前記上下方向に対して垂直な方向において、前記下面固定部の貫通孔の上面側の開口が形成される位置よりもエンドプレートの内側または外側に位置していることを特徴とする電源装置。
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