JP2021009787A - 電源装置とこの電源装置を備える電動車両及び蓄電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電池セルへのセパレータの位置決めを容易にして、安価に多量生産する。【解決手段】電源装置は、外形を角形とし、一対の主面１Ａを有する外装缶１１と、外装缶１１の一面を構成する封口板１２と、封口板１２に設けられた一対の電極端子１３とを備える複数の電池セル１と、複数の電池セル１同士の間に介在される一以上のセパレータ２と、複数の電池セル１を積層した電池積層体１０の両端面に配置してなる一対のエンドプレート３と、電池積層体１０の対向する側面にそれぞれ配置されて、エンドプレート３同士を締結する複数のバインドバー４とを備えている。セパレータ２は、電池セル１の主面１Ａに対して位置決めされた状態に保持されるように、相対位置を規制する位置決め機構５を有している。【選択図】図４

Description

本発明は、多数の電池セルを積層している電源装置と、この電源装置を備える電動車両及び蓄電装置に関する。

多数の電池セルを積層している電源装置は、電動車両の駆動用の電源装置や蓄電用の電源装置等に利用されている。このような電源装置は、充放電可能な複数の電池セルを複数枚積層し、電池セル同士の間には絶縁性のセパレータを介在させている。
電池セルは、万が一の内部短絡等で熱暴走を起こすと激しく発熱する。近年の電池セルの高容量化の要求に伴い、発熱量も増す傾向にある。加えて、電源装置の高出力化、高容量化のため、電池セルの積層数も増えている。電池セルの積層数が増えると、熱暴走して高温に発熱した電池セルが隣の電池セルを加熱して熱暴走を誘発し類焼する危険性が高くなり、このように類焼した場合でも他の電池セルに影響を与えないよう、セパレータの断熱性能も高性能化が求められている。

断熱性を高めたセパレータとして、シリカエアロゲルを使用するセパレータが開発されている。このセパレータは、熱伝導率が０．０２Ｗ／ｍ・Ｋと極めて低いシリカエアロゲルを繊維シートの隙間に充填したもので、優れた断熱特性を実現する。このセパレータは電池セルの主面を覆う位置に保持する必要があるため、従来は、両面テープで電池セルの主面に貼り付けていた。しかしながらこの方法では、両面テープの貼付といった作業を要する上、これらの材料コストもかかるという問題があった。

特開２０１５−６０７５９号公報

本発明の目的の一は、電池セルへのセパレータの位置決めを容易にして、安価に多量生産できる技術を提供することにある。

本発明のある態様に係る電源装置は、外形を角形とし、一対の主面１Ａを有する外装缶１１と、外装缶１１の一面を構成する封口板１２と、封口板１２に設けられた一対の電極端子１３とを備える複数の電池セル１と、複数の電池セル１同士の間に介在される一以上のセパレータ２と、複数の電池セル１を積層した電池積層体１０の両端面に配置してなる一対のエンドプレート３と、電池積層体１０の対向する側面にそれぞれ配置されて、エンドプレート３同士を締結する複数のバインドバー４とを備えている。セパレータ２は、電池セル１の主面１Ａに対して位置決めされた状態に保持されるように、相対位置を規制する位置決め機構５を有している。

本発明のある態様に係る電動車両は、上記電源装置１００と、電源装置１００から電力供給される走行用のモータ９３と、電源装置１００及びモータ９３を搭載してなる車両本体９１と、モータ９３で駆動されて車両本体９１を走行させる車輪９７とを備えている。

本発明のある態様に係る蓄電装置は、上記電源装置１００と、電源装置１００への充放電を制御する電源コントローラ８８と備えて、電源コントローラ８８でもって、外部からの電力により電池セル１への充電を可能とすると共に、電池セル１に対し充電を行うよう制御している。

以上の電源装置は、電池セルへのセパレータの位置決めを容易にして、安価に多量生産できる特長が実現できる。

本発明の一実施形態に係る電源装置の斜視図である。 図１に示す電源装置の垂直断面図である。 図１に示す電源装置の水平断面図である。 セパレータと電池セルを示す斜視図である。 他の実施例に係るセパレータと電池セルを示す分解斜視図である。 他の実施例に係るセパレータと電池セルを示す分解斜視図である。 他の実施例に係るセパレータと電池セルを示す分解斜視図である。 他の実施例に係るセパレータと電池セルを示す分解斜視図である。 他の実施例に係るセパレータと電池セルを示す分解斜視図である。 図９に示すセパレータと電池セルの積層状態を示す垂直断面図である。 他の実施例に係るセパレータと電池セルを示す分解斜視図である。 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。

本発明の第１の実施形態に係る電源装置は、外形を角形とし、一対の主面を有する外装缶と、外装缶の一面を構成する封口板と、封口板に設けられた一対の電極端子とを備える複数の電池セルと、複数の電池セル同士の間に介在される一以上のセパレータと、複数の電池セルを積層した電池積層体の両端面に配置してなる一対のエンドプレートと、電池積層体の対向する側面にそれぞれ配置されて、エンドプレート同士を締結する複数のバインドバーとを備えている。セパレータは、電池セルの主面に対して位置決めされた状態に保持されるように、相対位置を規制する位置決め機構を有している。

以上の電源装置は、セパレータを位置決め機構を利用して電池セルの主面に対し、位置決めした姿勢で保持できるため、従来のようなセパレータに対する両面テープの貼付といった作業を不要にできる利点が得られる。

本発明の第２の実施形態に係る電源装置は、位置決め機構が、セパレータの上端を折曲した折曲部で、折曲部を封口板に係止して、セパレータを電池セルの主面に位置決めしている。上記構成により、セパレータの上端を折曲するという簡単な構成によって、セパレータを電池セルに対して位置決めできるようになる。

本発明の第３の実施形態に係る電源装置は、折曲部が、電極端子に引っ掛ける引掛部を有している。上記構成により、電極端子を利用してセパレータを引っ掛けて容易に位置決めすることができる。

本発明の第４の実施形態に係る電源装置は、電池セルが、封口板に安全弁の開口部を有しており、開口部に対向して折曲部を配置している。上記構成によれば、電池セルの内圧上昇により安全弁が開放されて高温のガスが排出される際に、安全弁の開口部に対向して配置された折曲部で排出ガスのエネルギーを吸収して熱による弊害を低減できる。

本発明の第５の実施形態に係る電源装置は、２枚のセパレータが折曲部で連結されており、折曲部を電池セルの上面に係止する状態で、それぞれのセパレータを電池セルの両側の主面に配置している。上記構成によると、一つの電池セルユニットの両面に対して、セパレータを簡単かつ確実に配置できる。

本発明の第６の実施形態に係る電源装置は、電池セルが、主面に一以上の突起を形成しており、位置決め機構が、突起を挿入するようにセパレータに形成された開口窓または凹部であり、開口窓または凹部に、突起に挿入して、セパレータを電池セルの主面に位置決めしている。上記構成により、開口窓または凹部を突起に挿入するという簡単な構成によって、セパレータを電池セルに対して位置決めできる。

本発明の第７の実施形態に係る電源装置は、突起が樹脂製またはゴム製の成形体で、主面に接着して固定している。上記構成により、樹脂成形により安価に製造される突起を使用しながら、電池セルの主面に接着して容易に突起を配置できる。

本発明の第８の実施形態に係る電源装置は、セパレータを、無機粉末と繊維強化材とのハイブリッド素材としている。さらに、本発明の第９の実施形態に係る電源装置は、無機粉末をシリカエアロゲルとしている。以上のセパレータは、隣接する電池セル間に挟まれて、隣接する電池セルを断熱する。とくに、ハイブリッド素材であるセパレータは、熱暴走して高温に発熱した電池セルが隣の電池セルを加熱して熱暴走が誘発されるのを効果的に抑制する。さらに、このセパレータは、積層される電池セルを絶縁する絶縁シートとしても機能する。

本発明の第１０の実施形態に係る電源装置は、セパレータがハイブリッド素材の表面に保形部材を備えており、保形部材を介して所定の形状に保持されている。

本発明の第１１の実施形態に係る電源装置は、セパレータの厚さを、０．５ｍｍ以上であって３ｍｍ以下としている。

以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想の具体例を示すものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、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。

［実施形態１］
本発明の実施形態１に係る電源装置１００の斜視図を図１に、垂直断面図を図２に、水平断面図を図３にそれぞれ示す。これらの図に示す電源装置１００は、外形を角形とし、一対の主面１Ａを有する外装缶１１と、外装缶１１の一面を構成する封口板１２と、封口板１２に設けられた一対の電極端子１３とを備える複数の電池セル１と、複数の電池セル１同士の間に介在される一以上のセパレータ２と、複数の電池セル１を積層した電池積層体１０の両端面に配置してなる一対のエンドプレート３と、電池積層体１０の対向する側面にそれぞれ配置されて、エンドプレート３同士を締結する複数のバインドバー４とを備えている。

（電池セル１）
電池セル１は、幅広面である主面１Ａの外形を四角形とする角形電池であって、幅よりも厚さを薄くしている。電池セル１は、リチウムイオン二次電池などの非水系電解液二次電池である。電池セル１をリチウムイオン二次電池とする電源装置１００は、容積と重量に対する充放電容量を大きくできる。ただし、電池セルは、リチウムイオン二次電池には特定されず、充電できる全ての電池、たとえばニッケル水素電池なども使用できる。

電池セル１は、正負の電極板を積層した電極体を外装缶１１に収納して、電解液を充填して気密に密閉している。外装缶１１は、外形を角形として、一対の主面１Ａを有すると共に、底を閉塞する四角い筒状に成形しており、この上方の開口部を金属板の封口板１２で気密に閉塞している。外装缶１１は、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板を深絞り加工して製作される。封口板１２は、外装缶１１と同じように、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板で製作される。封口板１２は、外装缶１１の開口部に挿入され、封口板１２の外周と外装缶１１の内周との境界にレーザ光を照射して、封口板１２を外装缶１１にレーザ溶接して気密に固定している。

電池セル１は、図において上面である封口板１２を端子面１Ｘとして、この端子面１Ｘの両端部に正負の電極端子１３を固定している。電極端子１３は、突出部を円柱状としている。ただ、突出部は、必ずしも円柱状とする必要はなく、多角柱状又は楕円柱状とすることもできる。さらに、封口板１２は、正負の電極端子１３の間に、安全弁１４の開口部１５を設けている。安全弁１４は、電池セル１の内圧が設定値よりも高くなると開弁して内部のガスを放出し、電池セル１の内圧上昇を防止すると共に、外装缶１１や封口板１２の破損を防止する。また、電池セル１は、表面を絶縁材で被覆することもできる。例えば、ＰＥＴ樹脂等のシュリンクチューブを使用し、電池セル１の電極部分を除く外装缶１１の表面に熱収縮させたシュリンクチューブを密着させてもよい。

（電池積層体１０）
複数の電池セル１は、各電池セル１の厚さ方向が積層方向となるように積層されて電池積層体１０を構成している。電池積層体１０は、正負の電極端子１３を設けている端子面１Ｘ、図１においては封口板１２が同一平面となるように、複数の電池セル１を積層している。電池積層体１０は、隣接する電池セル１の正負の電極端子１３に金属製のバスバー（図示せず）が接続されて、バスバーでもって複数の電池セル１を直列又は並列に、あるいは直列と並列に接続される。直列に接続される電池セルは、外装缶に電位差が発生するので、セパレータで絶縁して積層する。並列に接続される電池セルは、外装缶に電位差は発生しないが、熱暴走の誘発を防止するために、セパレータで断熱して積層する。図に示す電池積層体１０は、１２個の電池セル１を直列に接続している。ただ、本発明は、電池積層体１０を構成する電池セル１の個数とその接続状態を特定しない。

（セパレータ２）
電池積層体１０は、図２及び図３に示すように、積層している電池セル１の間、及び両端の電池セル１とエンドプレート３との間にセパレータ２を配置している。図に示すセパレータ２は、電池セル１の主面１Ａに沿う形状であって、主面１Ａとほぼ等しい大きさ、あるいはやや小さい外形を有するシート状またはプレート状としており、電池セル１の主面１Ａに対向して配置している。セパレータ２は、積層している電池セル１の間に挟まれて、電池セル１の主面１Ａに面接触状態に積層されて、隣接する電池セル１を絶縁し、さらに電池セル１間における熱伝導を遮断する。

セパレータ２は、全体を無機粉末と繊維強化材とのハイブリッド素材としている。無機粉末は好ましくはシリカエアロゲルである。このハイブリッド素材は、繊維の微細な隙間に、熱伝導率の低い微細なシリカエアロゲルを充填している。シリカエアロゲルは担持されて繊維強化材の隙間に配置される。このハイブリッド素材は、繊維強化材の繊維シートと、ナノサイズの多孔質構造を有するシリカエアロゲルとからなり、シリカエアロゲルのゲル原料を、繊維に含浸して製造される。シリカエアロゲルを繊維シートに含浸した後、繊維を積層し、ゲル原料を反応させて湿潤ゲルを形成し、さらに湿潤ゲル表面を疎水化、熱風乾燥して製造される。繊維シートの繊維は、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）である。ただ、繊維シートの繊維は、難燃処理を施した酸化アクリル繊維やグラスウールなどの無機繊維も使用できる。

繊維強化材は、好ましくは繊維径を０．１〜３０μｍとする。繊維強化材は、繊維径を３０μｍより細くし、繊維による熱伝導を小さくして、ハイブリッド素材の断熱特性を向上できる。シリカエアロゲルは、９０％〜９８％を空気で構成している無機質の微粒子で、ナノオーダの球状体が結合したクラスタで形成される骨格間に微細孔があって、三次元的な微細な多孔性構造をしている。

シリカエアロゲルと繊維強化材とのハイブリッド素材は、薄くて優れた断熱特性を示す。このハイブリッド素材からなるセパレータ２は、電池セル１が熱暴走して発熱するエネルギーを考慮して、電池セル１の熱暴走の誘発を阻止できる厚さに設定する。電池セル１が熱暴走して発熱するエネルギーは、電池セル１の充電容量が大きくなると大きくなる。したがって、セパレータ２の厚さは、電池セル１の充電容量を考慮して最適値に設定される。たとえば、充電容量を５Ａｈ〜２０Ａｈとするリチウムイオン二次電池を電池セル１とする電源装置は、ハイブリッド素材の厚さを０．５ｍｍ〜３ｍｍ、最適には約１ｍｍ〜２．５ｍｍとする。ただし、本発明はハイブリッド素材の厚さを以上の範囲に特定するものでなく、ハイブリッド素材の厚さは、繊維シートとシリカエアロゲルからなる熱暴走の断熱特性と、電池セルの熱暴走の誘発を防止するために要求される断熱特性を考慮して最適値に設定される。

さらに、セパレータ２は、電池セル１の主面１Ａに対して位置決めされた状態に保持されるように、相対位置を規制する位置決め機構５を有している。図４に示すセパレータ２は、上端を折曲して折曲部２２を設けておりこの折曲部２２を位置決め機構５として、電池セル１の上面である端子面１Ｘに係止する構造としている。図４に示すセパレータ２は、電池セル１の主面１Ａに沿う四角形状の本体部２０と、この本体部２０の上端から突出する突出部２１とを備えており、この突出部２１を中間部でＬ字状に折曲することにより折曲部２２を設けている。図に示す本体部２０は、その外形を電池セル１の主面１Ａの外形よりもひとまわり小さな外形の四角形状としており、上端から突出する突出部２１の中間部を折曲することで、本体部２０を主面１Ａの中央部に配置できるようにしている。ただ、セパレータは、本体部の上端に沿って折曲部を設けることもできる。このセパレータは、本体部の上端縁を電池セルの上端縁に沿って配置される。

折曲部２２は、好ましくは本体部２０に対してＬ字状に折曲された姿勢に保持される。折曲部２２を折曲された姿勢に保持するために、セパレータ２は、例えば、ハイブリッド素材の表面に保形部材を設けることができる。このような保形部材として、例えば、ハイブリッド素材の少なくとも片側面に積層して設けた保形シートとすることができる。保形シートには、たとえば熱可塑性樹脂のプラスチックシートを使用する。プラスチックシートは厚さで保形性を調整できるので、保形シートには、たとえば、厚さを０．１ｍｍとする硬質プラスチックシートを使用する。セパレータ２は、ハイブリッド素材の少なくと片面に保形シートを接着して設けることができる。ただ、保形シートは、ハイブリッド素材の両面に設けて、保形性をより高くすることもできる。保形シートは、ハイブリッド素材に積層された状態で、ハイブリッド素材を所定の形状を保持できる保形性を有するものが使用できる。ハイブリッド素材に積層される保形シートが所定の形状に保持されることで、折曲部２２を本体部２０に対して折曲された姿勢に保持して、セパレータ２を電池セル１の定位置に配置できる。

さらに、セパレータ２は、保形部材として、ハイブリッド素材の表面に塗布されて、セパレータ２の形状、特に折曲部２２の形状を保形できる樹脂や接着剤等も使用できる。このような樹脂として、例えば、熱硬化性樹脂が使用できる。熱硬化性樹脂は、ハイブリッド素材の表面に塗布されると共に、折曲部を折曲した形状で加熱することで硬化されて、セパレータを所定の形状に保持する。このような熱硬化性樹脂として、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、ポリウレタン等が使用できる。ただ、セパレータは、熱硬化性樹脂に代わって、塗布後、時間経過により硬化される樹脂や接着剤等も使用できる。

図４に示すセパレータ２は、折曲部２２を電池セル１の上面の中央部に係止する構造としている。このセパレータ２は、封口板１２の中央部に設けた安全弁１４の開口部１５に対向して、折曲部２２を配置している。このセパレータ２は、折曲部２２を封口板１２の開口部１５に対して正確に配置することで本体部２０を主面１Ａの定位置に配置できる。また、安全弁１４の開口部１５に対して折曲部２２を配置するので、電池セル１の内圧上昇により安全弁１４から排出される高温の排出ガスのエネルギーを折曲部２２で吸収して排出ガスによる弊害を低減できる特徴がある。

図４に示す折曲部２２の長さ（ｄ）は、電池セル１の上面の横幅（Ｄ）とほぼ等しくしている。このように、折曲部２２の長さ（ｄ）を長くすることで、より安定して電池セル１の上面に係止できる。また、折曲部２２は横幅（ｗ）を広くすることで、電池セル１の上面の広い範囲をカバーすることができる。これにより、安全弁１４の開口部１５だけでなくその周辺領域を含む広い領域を被覆して、これらの部分を断熱できる特徴もある。

さらに、折曲部２２は、図４の鎖線で示すように、先端縁からさらに突出して反対側の主面１Ａ側に係止される係止片２３を設けることもできる。この構造は、折曲部２２をより確実に電池セル１の上面に係止できる特徴がある。図に示す折曲部２２は、係止片２３を折曲部２２の両側縁から外側に突出させて設けている。この係止片２３は、複数の電池セル１を積層する状態で、隣接する電池セル１に係止される折曲部２２との干渉を防止できるので、電池積層体１０が厚くなるのを防止できる。

さらに、図５に示すセパレータ２は、左右の２カ所に折曲部２２を設けており、この折曲部２２には、電池セル１の電極端子１３に引っかける引掛部２４を設けている。図に示す引掛部２４は、電極端子１３の後端部に設けた四角形状の台座部１３Ａを案内する開口部２４Ａを設けており、この開口部２４Ａに台座部１３Ａを案内する状態で、折曲部２２を電池セル１の上面の定位置に配置できるようにしている。このように、左右の電極端子１３を利用してセパレータ２を位置決めする構造は、主面１Ａに対する本体部２０の左右位置を正確に位置決めしながら定位置に配置できる特長がある。また、引掛部２４を電極端子１３の台座部１３Ａに係止するので、台座部１３Ａの表面を折曲部２２で被覆することなく、バスバー（図示せず）を面接触させて電気接続できる。

さらに、折曲部２２を介して電池セル１に係止されるセパレータ２は、図６に示すように、２枚のセパレータ２を折曲部２２で連結する構造とすることもできる。このセパレータは、２枚のセパレータ２を中間の折曲部２２で連結してなる構造としている。このセパレータ２は、電池セル１の上面に折曲部２２を配置する状態で、両側のセパレータ２を電池セル１の対向する主面１Ａに対して配置できる。このため、電池セル１に係止したセパレータ２が外れ落ちるのを防止しながら、効率よく組み立てできる。また、この構造は、２枚のセパレータ２を１つの電池セルの両側の主面１Ａに配置できるので、電池積層体１０を製造する際には、２枚のセパレータ２を装着した電池セル１と、セパレータ２を装着しない電池セル１とを交互に積層しながら効率よく組み立てできる。

さらに、セパレータは、電池セルの主面に一以上の突起を設けると共に、この突起を挿入する開口窓または凹部をセパレータに設けて位置決め機構を構成することもできる。図７に示す電池セル１は、主面１Ａの上部の左右に円柱状の突起１９を設けている。図に示す突起１９は、樹脂製またはゴム製の成形品で、接着等により電池セル１の主面１Ａの定位置に固定されている。ここで接着とは、粘着も含む広い意味で使用する。

セパレータ２は、この突起１９と対向する位置であって、上部の左右に位置決め機構５として開口窓２５を設けている。開口窓２５は、突起１９を案内できる形状であって、図７に示す開口窓２５は、円柱状の突起１９の外形に沿う丸穴としている。このセパレータ２は、開口窓２５に突起１９を案内する状態で重ねられて、主面１Ａの定位置に装着される。

さらに、電池セル１の主面１Ａに設ける突起１９は、図８に示すように、主面１Ａに上下左右にわたって複数を設けることもできる。図に示す電池セル１は、３段５列にわたって１５個の突起１９を設けている。したがって、セパレータ２は、これらの突起１９を挿入できるように、これらの突起１９と対向する位置に複数の開口窓２５を設けて位置決め機構５としている。これらの突起１９も円柱状としており、開口窓２５も丸穴としている。ただ、突起は、形状や個数、配列を種々に変更することができ、セパレータに設ける開口窓もこれらの突起を挿入できる位置に形成される。

さらに、図９に示す電池セル１は、主面１Ａの上部と下部に幅方向に延びる２列の突起１９を設けている。図に示す突起１９は、正面視において細長い帯状に形成されている。したがって、セパレータ２には、これらの突起１９を案内できるように、２列の細長い開口窓２５を設けている。

図７〜図９に示す突起１９は、セパレータ２の厚さと等しい高さとなるように成形している。ただ、突起は、セパレータの厚さよりも低く形成し、あるいはやや高く形成することもできる。このようにして、開口窓２５に配置される突起１９は、例えば、図１０に示すように、隣接する２つの電池セル１の間に配置された状態で、隣接する電池セル１の間に配置されて、対向する主面１Ａ同士を所定の間隔で保持するスペーサとして機能させることができる。このようにして配置される突起１９は、弾性変形できる樹脂やゴムで成形することで、電池セル１の膨張を吸収しつつ、セパレータ２に強い押圧力が作用するのを防止してセパレータ２を保護できる特徴もある。

さらに、図１１に示す電池セル１は、リング状の突起１９を設けている。図の突起１９は、電池セル１の主面１Ａの外形に沿う四角形状のリング状としている。さらに、図１１に示すセパレータ２は、この形状の突起１９を挿入する案内する位置決め機構５として、リング状の突起１９を案内できるリング状の凹部２６を形成している。このセパレータ２は、凹部２６に突起１９を挿入する状態で電池セル１の主面１Ａに対して所定の位置に配置されると共に、隣接する電池セル１に挟着されて電池セル１の間に配置される。このように、電池セル１に設けた突起１９を案内する位置決め機構５は凹部２６とすることもできる。このような突起１９は、セパレータ２の厚さよりも低く形成される。

セパレータ２は、各々の電池セル１の間に積層されるので、厚いセパレータ２は電池積層体１０を大きくする。電池積層体１０を小形化することから、セパレータ２はできる限り薄くすることが要求される。電源装置において、容積に対する充電容量は極めて大切な特性である。電源装置１００は、電池ブロック１０を小形化して充電容量を大きくするために、セパレータ２には、ハイブリッド素材を薄くして、電池セル１の熱暴走の誘発を阻止する特性が要求される。

以上の電源装置１００は、電池セル１を充電容量を６Ａｈ〜８０Ａｈとする角形電池セルとし、セパレータ２のハイブリッド素材を、繊維シートにシリカエアロゲルを充填している厚さが１ｍｍである「パナソニック製のＮＡＳＢＩＳ（登録商標）」として、特定の電池セル１を強制的に熱暴走させて、隣接する電池セル１への熱暴走の誘発を防止できる。

（エンドプレート３）
エンドプレート３は、図１〜図３に示すように、電池積層体１０の両端に配置されて、電池積層体１０を両端から挟着している。エンドプレート３は、電池セル１の外形とほぼ等しい形状と寸法の四角形で、全体を金属で製作している。金属製のエンドプレート３は、優れた強度と耐久性を実現できる。電池積層体１０の両端に配置される一対のエンドプレート３は、電池積層体１０の両側面に沿って配置される複数のバインドバー４を介して締結される。

（バインドバー４）
バインドバー４は、電池積層体１０の対向する両側面に配置されて、電池積層体１０の両端面に配置された一対のエンドプレート３を締結している。バインドバー４は、図１と図２に示すように、電池積層体１０の積層方向に延長されており、一対のエンドプレート３を所定の寸法に固定して、その間に積層される電池セル１を所定の加圧状態に固定している。バインドバー４は、電池積層体１０の側面に沿う所定の幅と所定の厚さを有する金属板である。バインドバー４は、強い引張力に耐える金属板が使用される。図のバインドバー４は、電池積層体１０の側面を被覆する上下幅の金属板としている。金属板からなるバインドバー４は、プレス成形等により折曲加工されて所定の形状に形成される。図に示すバインドバー４は、上下の端縁部を折曲加工して、折曲部４ａを形成している。上下の折曲部４ａは、電池積層体１０の左右の両側面において、電池積層体１０の上下面を隅部から覆う形状としている。図に示すバインドバー４は、複数の固定ピン６を介してエンドプレート３の両側面に固定している。

以上の電源装置は、電動車両を走行させるモータに電力を供給する車両用の電源として利用できる。電源装置を搭載する電動車両としては、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。なお、車両を駆動する電力を得るために、上述した電源装置を直列や並列に多数接続して、さらに必要な制御回路を付加した大容量、高出力の電源装置１００を構築した例として説明する。

（ハイブリッド車用電源装置）
図１２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、車両本体９１と、この車両本体９１を走行させるエンジン９６及び走行用のモータ９３と、これらのエンジン９６及び走行用のモータ９３で駆動される車輪９７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。なお、車両ＨＶは、図１２に示すように、電源装置１００を充電するための充電プラグ９８を備えてもよい。この充電プラグ９８を外部電源と接続することで、電源装置１００を充電できる。

（電気自動車用電源装置）
また、図１３は、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、車両本体９１と、この車両本体９１を走行させる走行用のモータ９３と、このモータ９３で駆動される車輪９７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。また車両ＥＶは充電プラグ９８を備えており、この充電プラグ９８を外部電源と接続して電源装置１００を充電できる。

（蓄電装置用の電源装置）
さらに、本発明は、電源装置の用途を、車両を走行させるモータの電源には特定しない。実施形態に係る電源装置は、太陽光発電や風力発電等で発電された電力で電池を充電して蓄電する蓄電装置の電源として使用することもできる。図１４は、電源装置１００の電池を太陽電池８２で充電して蓄電する蓄電装置を示す。

図１４に示す蓄電装置は、家屋や工場等の建物８１の屋根や屋上等に配置された太陽電池８２で発電される電力で電源装置１００の電池を充電する。この蓄電装置は、太陽電池８２を充電用電源として充電回路８３で電源装置１００の電池を充電した後、ＤＣ／ＡＣインバータ８５を介して負荷８６に電力を供給する。このため、この蓄電装置は、充電モードと放電モードを備えている。図に示す蓄電装置は、ＤＣ／ＡＣインバータ８５と充電回路８３を、それぞれ放電スイッチ８７と充電スイッチ８４を介して電源装置１００と接続している。放電スイッチ８７と充電スイッチ８４のＯＮ／ＯＦＦは、蓄電装置の電源コントローラ８８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８８は充電スイッチ８４をＯＮに、放電スイッチ８７をＯＦＦに切り替えて、充電回路８３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、電源コントローラ８８は充電スイッチ８４をＯＦＦに、放電スイッチ８７をＯＮにして放電モードに切り替え、電源装置１００から負荷８６への放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチ８４をＯＮに、放電スイッチ８７をＯＮにして、負荷８６への電力供給と、電源装置１００への充電を同時に行うこともできる。

さらに、電源装置は、図示しないが、夜間の深夜電力を利用して電池を充電して蓄電する蓄電装置の電源として使用することもできる。深夜電力で充電される電源装置は、発電所の余剰電力である深夜電力で充電して、電力負荷の大きくなる昼間に電力を出力して、昼間のピーク電力を小さく制限することができる。さらに、電源装置は、太陽電池の出力と深夜電力の両方で充電する電源としても使用できる。この電源装置は、太陽電池で発電される電力と深夜電力の両方を有効に利用して、天候や消費電力を考慮しながら効率よく蓄電できる。

以上のような蓄電装置は、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、家庭内用または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、信号機や道路用の交通表示器などのバックアップ電源用などの用途に好適に利用できる。

本発明に係る電源装置は、ハイブリッド自動車、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を駆動するモータの電源用等に使用される大電流用の電源として好適に利用できる。例えば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が挙げられる。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…電池セル
１Ａ…主面
１Ｘ…端子面
２…セパレータ
３…エンドプレート
４…バインドバー
４ａ…折曲部
５…位置決め機構
６…固定ピン
１０…電池積層体
１１…外装缶
１２…封口板
１３…電極端子
１３Ａ…台座部
１４…安全弁
１５…開口部
１９…突起
２０…本体部
２１…突出部
２２…折曲部
２３…係止片
２４…引掛部
２４Ａ…開口部
２５…開口窓
２６…凹部
８１…建物
８２…太陽電池
８３…充電回路
８４…充電スイッチ
８５…ＤＣ／ＡＣインバータ
８６…負荷
８７…放電スイッチ
８８…電源コントローラ
９１…車両本体
９３…モータ
９４…発電機
９５…ＤＣ／ＡＣインバータ
９６…エンジン
９７…車輪
９８…充電プラグ
ＨＶ、ＥＶ…車両

Claims (13)

1. 外形を角形とし、一対の主面を有する外装缶と、
   前記外装缶の一面を構成する封口板と、
   前記封口板に設けられた一対の電極端子と
   を備える複数の電池セルと、
   前記複数の電池セル同士の間に介在される一以上のセパレータと、
   前記複数の電池セルを積層した電池積層体の両端面に配置してなる一対のエンドプレートと、
   前記電池積層体の対向する側面にそれぞれ配置されて、前記エンドプレート同士を締結する複数のバインドバーと、
   を備え、
   前記セパレータは、前記電池セルの主面に対して位置決めされた状態に保持されるように、相対位置を規制する位置決め機構を有してなる電源装置。
2. 請求項１に記載される電源装置であって、
   前記位置決め機構が、前記セパレータの上端に設けた折曲部であり、
   前記折曲部を前記封口板に係止して、前記セパレータを前記電池セルの主面に位置決めするよう構成してなる電源装置。
3. 請求項２に記載される電源装置であって、
   前記折曲部が、前記電極端子に引っ掛ける引掛部を有してなる電源装置。
4. 請求項２または３に記載される電源装置であって、
   前記電池セルが、前記封口板に安全弁の開口部を有しており、
   前記開口部に対向して前記折曲部を配置してなる電源装置。
5. 請求項２ないし４のいずれかに記載される電源装置であって、
   ２枚の前記セパレータが前記折曲部で連結されており、
   前記折曲部を前記封口板に係止して、前記電池セルの両側の主面に前記セパレータを配置してなる電源装置。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載される電源装置であって、
   前記電池セルが、前記主面に一以上の突起を形成しており、
   前記位置決め機構が、前記突起を挿入するように前記セパレータに形成された開口窓または凹部であり、
   前記開口窓または前記凹部に、前記突起に挿入して、前記セパレータを前記電池セルの主面に位置決めするよう構成してなる電源装置。
7. 請求項６に記載される電源装置であって、
   前記突起が樹脂製またはゴム製の成形体で、前記主面に接着して固定されてなる電源装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載される電源装置であって、
   前記セパレータが、
   無機粉末と繊維強化材とのハイブリッド素材であることを特徴とする電源装置。
9. 請求項８に記載される電源装置であって、
   前記無機粉末がシリカエアロゲルであることを特徴とする電源装置。
10. 請求項８または９に記載される電源装置であって、
    前記セパレータが、前記ハイブリッド素材の表面に保形部材を備えており、前記保形部材を介して所定の形状に保持されてなる電源装置。
11. 請求項８ないし１０のいずれかに記載される電源装置であって、
    前記セパレータの厚さが、０．５ｍｍ以上であって３ｍｍ以下であることを特徴とする電源装置
12. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の電源装置を備える電動車両であって、
    前記電源装置と、
    該電源装置から電力供給される走行用のモータと、
    前記電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、
    前記モータで駆動されて前記車両本体を走行させる車輪と
    を備えることを特徴とする電動車両。
13. 請求項１ないし１１のいずれかに記載の電源装置を備える蓄電装置であって、
    前記電源装置と、
    該電源装置への充放電を制御する電源コントローラと
    を備え、
    前記電源コントローラでもって、外部からの電力により前記電池セルへの充電を可能とすると共に、該電池セルに対し充電を行うよう制御することを特徴とする蓄電装置。

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