JP2021061087A - 電源装置及びこの電源装置を備える電動車両及び蓄電装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な構造で電池セルの熱暴走の連鎖を効果的に阻止できる技術を提供する。【解決手段】電源装置は、角形である複数の電池セル１と、複数の電池セル１を積層状態に固定している固定部材６と、電池セル１の積層面１１Ａに挟まれて隣接する電池セル１を絶縁してなる絶縁シート２とを備えており、絶縁シート２を、無機中空粒子を含有する断熱シート２Ａとしている。【選択図】図３

Description

本発明は、複数の電池セルを積層した電源装置に関し、特に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。
大出力が要求される電源装置は、多数の電池を直列や並列に接続している。たとえば、モータで走行する電気自動車、あるいはモータとエンジンの両方で走行するハイブリッド自動車等の自動車、自然エネルギーで充電される蓄電装置、停電のバックアップ電源に使用される電源装置等は、複数の電池セルを積層して電池ブロックとしている。電池ブロックは、電池セルを絶縁して積層している。直列に接続される電池セルに電位差が発生するからである。電池セルを絶縁するために、電池セルを絶縁フィルムで被覆し、さらに電池セルの間に絶縁セパレータを配置している。（特許文献１参照）
この電源装置は、電池セルを絶縁フィルムで被覆して、隣接する電池セルを絶縁し、さらに、電池間に絶縁セパレータを配置して絶縁している。この構造の電源装置は、電池セル間を絶縁できるが、電池セル間を効果的に断熱できない欠点がある。多数の電池セルを積層している電源装置において、電池セル間の絶縁特性に加えて断熱特性は極めて大切である。とくに、近年、電池セルの高容量化が進み、電池セルの持つエネルギー量が増加することから、熱暴走の連鎖を防止する技術の重要性が高まっている。
特開２０１３−３３６６８号公報
本発明は、従来のこのような課題を解決するためになされたものであって、その目的の一つは、簡単な構造で電池セルの熱暴走の連鎖を効果的に阻止できる技術を提供することにある。
本発明のある態様の電源装置は、角形である複数の電池セルと、複数の前記電池セルを積層状態に固定している固定部材と、前記電池セルの積層面に挟まれて隣接する電池セルを絶縁してなる絶縁シートとを備える電源装置であって、前記絶縁シートが、無機中空粒子を含有する断熱シートであることを特徴とする。
さらに、以上の態様の構成要素を備えた電源装置を備える電動車両は、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、該電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、該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ている。
さらに、以上の態様の構成要素を備えた電源装置を備える蓄電装置は、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を備え、前記電源コントローラが外部からの電力による前記角形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している。
本発明の電源装置は、簡単な構造で電池セルの熱暴走の連鎖を効果的に阻止できる特徴がある。それは、以上の電源装置が、電池セルを被覆する絶縁シートを、優れた断熱特性の無機中空粒子を含む断熱シートとして、電池セル間の断熱特性を著しく向上し、熱暴走して発熱する電池セルの熱エネルギーを有効に遮断して、隣接する電池セルへの熱エネルギーの伝導を遮断するからである。とくに、本発明の電源装置は、極めて優れた断熱特性のある無機中空粒子を含有する断熱シートを電池セル間に配置するので、何れかの電池セルが熱暴走して高温に加熱される状態においても、電池セル間を効果的に断熱して熱暴走の連鎖を確実に阻止できる特徴を実現する。とくに、絶縁シートに含有している無機中空粒子は、低密度で融点が高く、低い熱伝導率であって耐圧縮強度に優れるので、何れかの電池セルが熱暴走して高温に加熱され、さらに膨張して絶縁シートを加圧する状態においても優れた断熱特性を保持し、熱暴走した電池セルの熱エネルギーの伝導を極めて有効に遮断して、熱暴走の誘発を効果的に阻止するという、電源装置において極めて大切な特性を実現する。
本発明の一実施の形態にかかる電源装置の斜視図である。 図１の電源装置の分解斜視図である。 電池セルと絶縁シートの積層構造を示す分解斜視図である。 絶縁シートの他の一例を示す展開図である。 図４に示す絶縁シートを電池セルを被覆する工程を示す斜視図である。 図４に示す絶縁シートで電池セルを被覆する工程を示す斜視図である。 エンジンとモータで走行するハイブリッドカー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。 蓄電装置に電源装置を使用する例を示すブロック図である。
本発明のある態様の電源装置は、以下の構成により特定されてもよい。電源装置は、角形である複数の電池セル１と、複数の電池セル１を積層状態に固定している固定部材６と、電池セル１の積層面に挟まれて隣接する電池セル１を絶縁してなる絶縁シート２とを備えており、絶縁シート２を、無機中空粒子を含有する断熱シート２Ａとしている。
電池セル１の外装ケース１１は、天面１１Ｃと底面１１Ｄと、一対の積層面１１Ａと側面１１Ｂからなる角形であって、絶縁シート２が、外装ケース１１の積層面１１Ａと側面１１Ｂと底面１１Ｄを被覆する構成としてもよい。
絶縁シート２は、断熱シート２Ａの両面に保護シート２Ｂを積層してなる積層シートとして、絶縁シート２を、保護シート２Ｂを介して電池セル１の積層面１１Ａに接着する構成としてもよい。なお、本明細書において接着は粘着を含む広い意味に使用する。
保護シート２Ｂは、両面接着テープ３を介して電池セル１の積層面１１Ａに接着することが好ましい。保護シート２Ｂは、織布又は不織布としてもよい。
絶縁シート２は、断熱シート２Ａの表面に、断熱シート２Ａよりも保形性のある保護シート２Ｂを固定してなる積層シートとしてもよい。保護シート２Ｂは、プラスチックシートとしてもよい。
絶縁シート２は、シリカエアロゲルに繊維を埋設してなる断熱シート２Ａとしてもよい。また、絶縁シート２は、繊維を立体的に集合してなる多孔質基材の空隙に無機中空粒子を充填してなる断熱シート２Ａとしてもよい。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は以下のものに特定されない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施形態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若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。
本発明の実施の形態に係る電源装置を図１〜図３に示す。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の電源装置の分解斜視図、図３は電池セルと絶縁シートの積層構造を示す分解斜視図をそれぞれ示している。この電源装置１００は、主としてハイブリッド自動車や電気自動車等の電動車両に搭載されて、車両の走行モータに電力を供給して、車両を走行させる電源に使用される。ただ、本発明の電源装置は、ハイブリッド自動車や電気自動車以外の電動車両に使用でき、また電動車両以外の大出力が要求される用途、例えば蓄電装置用の電源としても使用できる。
図１〜図３に示す電源装置１００は、角形である複数の電池セル１と、複数の電池セル１を積層してなる電池積層体９を積層状態に固定している固定部材６と、電池セル１の積層面１１Ａに挟まれて隣接する電池セル１を絶縁してなる絶縁シート２とを備えている。図に示す電源装置１００は、隣接する電池セル１を絶縁シート２を介して積層して電池積層体９とし、この電池積層体９を固定部材６で締結して電池ブロック１０としている。電源装置１００は、図示しないが、電池ブロック１０を冷却プレートの上に載せて、各電池セル１を冷却プレートで強制冷却することができる。
（電池セル１）
電池セル１は、図３に示すように、その外形を構成する外装ケース１１を、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形としている。角形の電池セル１は、外装ケース１１を、有底の外装缶１１ｘの開口部を封口板１１ａで閉塞している。ここで、外装ケース１１の外形を角形とする電池セル１は、有底の外装缶１１ｘの底側の面となる底面１１Ｄと、互いに積層される電池セル１同士の対向面となる、幅方向に広がる積層面１１Ａと、電池積層体９の両側面を構成する面となる、電池セル１の厚さ方向に広がる側面１１Ｂと、外装缶１１ｘの開口部を閉塞する封口板１１ａで構成される面となる天面１１Ｃとを備えている。角形の電池セル１は、複数個が厚さ方向に積層されて電池積層体９を構成している。
なお、本明細書において、電池セル１の上下方向は、図面で示す方向、すなわち、外装缶１１ｘの底側を下方向、封口板１１ａ側を上方向とする。
電池セル１は、リチウムイオン電池である。ただし、電池セル１は、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とすることもできる。電池セル１にリチウムイオン二次電池を使用する電源装置は、電池セル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。
さらに、電池セル１は、外装缶１１ｘを閉塞する封口板１１ａの両端部に正負の電極端子１１ｂを設けると共に、一対の電極端子１１ｂの間に安全弁１１ｃを設けている。安全弁１１ｃは、外装缶１１ｘ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。この電池セル１は、安全弁１１ｃの開弁により、外装缶１１ｘの内圧上昇を停止することができる。
ここで、電池セル１は、外装缶を金属製としている。このため、隣接する電池セル１の外装缶同士が接触してショートするのを防止するために、各電池セル１の積層面１１Ａの間には絶縁シート２を介在させている。このように、絶縁シート２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。
（固定部材６）
複数の電池セル１を積層してなる電池積層体９は、固定部材６を介して積層方向に締結して電池ブロック１０としている。図１の電池ブロック１０の例では、１８個の電池セル１を積層している。固定部材６は、電池積層体９を、両端面から挟着する一対のエンドプレート７と、このエンドプレート７を連結するバインドバー８とを備える。電池積層体９は、図２の分解斜視図に示すように、隣接する電池セル１の積層面１１Ａの間に絶縁シート２を挟んで積層している。ただ、固定部材は、必ずしもエンドプレート７とバインドバー８とに特定しない。固定部材は、電池積層体を積層方向に締結できる他の全ての構造が使用できる。
（エンドプレート７）
エンドプレート７は、図２に示すように、電池ブロック１０の両端であって、エンドセパレータ１４の外側に配置されている。エンドプレート７は、電池セル１の外形とほぼ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９を両端面から挟着している。エンドプレート７は、全体を金属で製作している。金属製のエンドプレート７は、優れた強度と耐久性を実現できる。電池ブロック１０の両端に配置される一対のエンドプレート７は、図１と図２に示すように、電池積層体９の両側面に配置される一対のバインドバー８を介して締結される。
（バインドバー８）
バインドバー８は、電池積層体９の両端面に配置されたエンドプレート７に固定されて、このエンドプレート７を介して電池積層体９を積層方向に締結する。バインドバー８は、電池積層体９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。このバインドバー８には、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなるバインドバー８は、図１と図２に示すように、電池積層体９の側面に沿って配置されて、両端が一対のエンドプレート７に固定されて、電池積層体９を積層方向に締結する。
（絶縁シート２）
絶縁シート２は、図２及び図３に示すように、電池セル１の積層面１１Ａに挟まれて隣接する電池セル１を絶縁する。絶縁シート２は、無機中空粒子を含有する断熱シート２Ａである。絶縁シート２は、シリカエアロゲルに繊維を埋設している断熱シート２Ａが適している。この断熱シート２Ａは、繊維の間に無数の隙間ができるように繊維を立体的に集合している多孔質基材の隙間にシリカエアロゲルが充填された状態にあるシートである。シリカエアロゲルは、シリカ微粒子が三次元ネットワークの骨格を形成する構造体で、９０〜９８％を空気とする非結晶質の固体で、熱伝導率は０．０１７Ｗ／（ｍ・Ｋ）と極めて優れており、さらに融点が１２００℃と高いので、これに繊維を埋設して断熱シート２Ａとすることで、電池セル１が熱暴走して高温に加熱されても、安定して熱エネルギーの伝導を遮断して、熱暴走の誘発を阻止できる。とくに、シリカエアロゲルは、微細な中空シリカで断熱するので、対流、伝導、放射のほとんどを遮断して、極めて優れた断熱特性を実現する。また、立体的に集合している難燃繊維の隙間にシリカエアロゲルが充填された状態にある断熱シート２Ａは、膨張する電池セル１に押圧されて変形するので、電池セル１の表面に密着して、優れた断熱特性を実現する。多孔質基材の隙間にエアロゲルを充填している絶縁シート２には、シリカエアロゲルに代わって、アルミナエアロゲルなどのエアロゲルを充填した断熱シート２Ａも使用できる。
さらに、繊維を立体的に集合してなる多孔質基材の隙間に無機中空粒子を充填している絶縁シート２は、無機中空粒子をシラスバルーンなどの多孔質シリカ粒子として多孔質基材の隙間に充填してなる断熱シート２Ａも使用できる。この断熱シート２Ａは、粒径を数μｍ〜数百μｍとするシラスバルーンを多孔質シリカ粒子に使用する。シラスバルーンは、シリカ（ＳｉＯ２）を主成分とするシラスを１０００℃で急速加熱して発泡させて製造されることから、極めて優れた耐熱性があり、さらに、気泡を抱いた微細な粒子であって、熱伝導率を約０．０６〜０．０８Ｗ／ｍｋとする優れた断熱特性を示す。このことから、シラスバルーンを含有する断熱シート２Ａも、含有するシラスバルーンの優れた耐熱性によって、電池セル１が高温に加熱される状態にあっても優れた断熱特性を維持し、さらに、熱暴走して高温に発熱する電池セル１の熱エネルギーを効果的に遮断して、隣接する電池セル１の熱暴走の誘発を効果的に阻止する。断熱シート２Ａは、繊維を立体的に集合している多孔質基材の隙間に多孔質シリカ粒子を充填して製作される。
図３の絶縁シート２は、断熱シート２Ａの両面に保護シート２Ｂを積層して接着している積層シートである。保護シート２Ｂは、織布や不織布である。この絶縁シート２は、両面に接着している保護シート２Ｂによって、無機中空粒子の漏れを防止できる特徴がある。さらに、この絶縁シート２は、保護シート２Ｂを両面接着テープ３などで電池セル１の積層面１１Ａに接着して、電池セル１に密着できる。保護シート２Ｂは、両面接着テープ３によらず、接着剤や粘着剤を介して電池セル１の積層面１１Ａに接着することもできる。
電池セル１の間に挟まれた絶縁シート２の両面に保護シート２Ｂを配置して、この保護シート２Ｂを隣接する電池セル１の積層面１１Ａに接着している電池ブロック１０は、絶縁シート２を介して隣接する電池セル１の相対的な位置ずれ、すなわち電池セル１の変位を抑制して、電池ブロック１０としての剛性を向上できる。とくに、シリカエアロゲルに繊維を埋設している高性能な断熱シート２Ａは力学強度に乏しく、脆性の大きい物質であるため、電池セル１の変位を規制するのが難しいが、両面に保護シート２Ｂを接着してこの弊害を防止できる。
剛性が低くて平面状に保持する保形性が弱い絶縁シート２は、電池セル１の間に挟んで使用すると、位置ずれしたり、皺がよったりするおそれがあって、作業性が著しく低下する問題があるが、この絶縁シート２は、断熱シート２Ａの表面に積層、接着する保護シート２Ｂを、絶縁シート２よりも剛性の高い形状維持性のある保形シートとして問題を解消できる。この保形シートは、シリカエアロゲル等の無機中空粒子の脱離を防止すると共に、保形シートを電池セル１の積層面１１Ａに貼り付けて組み付けして、電池ブロックの剛性を高くできる。また、電池セル１に絶縁シート２を貼り付けてから組み付けることで、複数の電池セルを集合化して電池ブロックとする際に、絶縁シート２が電池セルに対して位置ずれしたり、皺がよったりすることを防止できる。また、絶縁シート２が、断熱シート２Ａよりも剛性の高い形状維持性の保形シートとを積層して積層シートとすることで、積層シートの断熱性能を損なうことなく、剛性を高めることができるので、作業性をさらに向上させることができる。
保形シートには、たとえば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。絶縁シート２は、断熱シート２Ａの両面に保形シートを接着して保形性をより高くできる。ただ、保形シートは、断熱シート２Ａの片側面にのみ接着することもできる。
さらに、絶縁シート２は、表面を撥水処理することで、吸湿性を少なくすることで表面に結露水が付着する漏電等の弊害を防止できる。また、断熱シート２Ａは、図４〜図６に示すように、電池セル１の外装ケース１１の稜線１１ｒに沿って折り溝を設けることで、電池セル１の稜線１１ｒに沿って折り曲げて確実に密着できる。さらに、絶縁シート２は、複数枚の断熱シート２Ａを積層して厚くすることで、断熱特性をより向上できる特徴もある。複数の断熱シート２Ａは接着剤や粘着剤を介して接着し、あるいは多孔質基材の繊維を部分的に溶融して接着できる。
以上の絶縁シート２は、以下に示す構造で、積層される電池セル１の積層面１１Ａに挟まれて、隣接する電池セル１を絶縁する。図３に示す絶縁シート２は、絶縁シート２の両面に保護シート２Ｂを積層してなる板状の積層シートとしている。この絶縁シート２は、全体の外形を、四角形である電池セル１の積層面１１Ａの外形に略等しい四角形状、あるいは、やや小さい四角形状としている。この形状の絶縁シート２は、隣接する電池セル１の間に挟着されて、隣接する電池セル１同士を絶縁する。
隣接する電池セル１の間に配置される絶縁シート２は、両面接着テープ３を介して電池セル１の積層面１１Ａの定位置に配置される。図３に示す絶縁シート２は、２列の両面接着テープ３を介して電池セル１の積層面１１Ａに接着している。図３において、２列の両面接着テープ３は、電池セル１の積層面１１Ａの横幅方向に離して配置している。ただ、２列の両面接着テープ３は、積層面１１Ａの上下方向に離して配置することもできる。このように、絶縁シート２を２列の両面接着テープ３を介して接着する構造は、絶縁シート２をピンと張った状態で貼着することで、絶縁シート２に皺が生じるのを防止しながら電池セル１の積層面１１Ａに密着状態で配置できる。さらに、絶縁シート２は３列以上の両面接着テープ３を介して電池セル１の積層面１１Ａに接着することもできる。ただ、絶縁シート２は、両面接着テープ３によらず、接着剤や粘着剤を介して接着することもできる。
さらに、図４〜図６は、電池セル１の外装ケース１１の外周面を被覆する絶縁シート２の一例を示している。この絶縁シート２は、電池セル１の外装ケース１１の天面１１Ｃを除く面を被覆して絶縁する。絶縁シート２は、好ましくは、積層面１１Ａと側面１１Ｂと底面１１Ｄの全面を被覆する。ただし、絶縁シート２は、底面１１Ｄの全面と、積層面１１Ａの全面を被覆し、あるいは、積層面１１Ａ及び側面１１Ｂの全面を被覆する構造とすることもできる。
図４の展開図に示す絶縁シート２は、電池セル１の外装ケース１１の稜線１１ｒに沿って折曲されて、外装ケース１１を被覆する。図４において、内折りされる折曲線となる境界線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、及び折曲線Ｓ１を一点鎖線で、外折りされる折曲線となる境界線Ｌ４を２点鎖線で、切断される切断線Ｃ１を実線でそれぞれ示している。内折りされ、あるいは外折りされる折曲線は、折曲しやすくするために折り溝を設けている。図示しないが、外装ケース１１の稜線１１ｒに沿って折曲される折曲部においては、断面視が三角形状となるように折り溝を設けることで、絶縁シート２を折り目において直角に折曲して外観よく被覆することができる。電池セル１の外装ケース１１に沿って折曲された絶縁シート２は、ラップ部分を接着することで袋状に成形されて外装ケース１１の表面を被覆する。
図４の展開図に示す絶縁シート２は、全体の外形を長方形状とすると共に、交差する複数の境界線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３により複数の領域に区画している。図４に示す絶縁シート２は、外装缶１１ｘの積層面１１Ａを被覆する積層面被覆部２１と、外装缶１１ｘの底面１１Ｄを被覆する底面被覆部２２と、外装缶１１ｘの側面１１Ｂを被覆する側面被覆部２３とに区画している。この絶縁シート２は、一対の積層面被覆部２１の間に底面被覆部２２を設けて、連続する積層面被覆部２１と底面被覆部２２の両側から側面被覆部２３を突出させる形状としている。側面被覆部２３は、積層面被覆部２１の両側に設けられて、積層面被覆部２１の側縁から外側に突出している第１の側面被覆部２３Ａと、底面被覆部２２の両側に設けられて、底面被覆部２２の側縁から外側に突出している第２の側面被覆部２３Ｂとからなる。
図４の展開図で示すように、第１の側面被覆部２３Ａと第２の側面被覆部２３Ｂは、その境界で切り離されることなく連続している。図の絶縁シート２は、第２の側面被覆部２３Ｂ上において、第１の側面被覆部２３Ａと第２の側面被覆部２３Ｂとの境界線Ｌ４と、底面被覆部２２と第２の側面被覆部２３Ｂとの境界線Ｌ２との交点Ｋから斜め方向に延びる折曲線Ｓ１を設けると共に、これらの折曲線Ｓ１の中間部から外側方向に向かって切断線Ｃ１を設けて切り込みを設けている。図に示す絶縁シート２は、交点Ｋから延びる折曲線Ｓ１がなす角を約４５度としている。
図４の絶縁シート２は、図５に示すように、底面被覆部２２に電池セル１の底面１１Ｄを載せると共に、図６に示すように、底面被覆部２２と積層面被覆部２１との境界線Ｌ１を内折りして、底面被覆部２２で外装缶１１ｘの底面１１Ｄを、積層面被覆部２１で外装缶１１ｘの積層面１１Ａを被覆する。さらに、第１の側面被覆部２３Ａと積層面被覆部２１との境界線Ｌ３を内折りし、また、第１の側面被覆部２３Ａと第２の側面被覆部２３Ｂとの境界線Ｌ４を外折りし、さらにまた、第２の側面被覆部２３Ｂ上において、折曲線Ｓ１を内折りして、一方の第１の側面被覆部２３Ａを外装缶１１ｘの側面１１Ｂ上に折り畳む。同様にして、隣合う第１の側面被覆部２３Ａを外装缶１１ｘの側面１１Ｂ上に折り畳んで、隣合う第１の側面被覆部２３Ａ同士を外装缶１１ｘの側面１１Ｂでラップさせて接着する。さらに、第２の側面被覆部２３Ｂと底面被覆部２２との境界線Ｌ２を内折りし、第２の側面被覆部２３Ｂを折り畳んでできる連結部２４を、ラップされた第１の側面被覆部２３Ａに積層状態で接着して、第１の側面被覆部２３Ａと第２の側面被覆部２３Ｂとで、外装缶１１ｘの側面１１Ｂの全面を被覆する。
以上のようにして外装ケース１１の天面１１Ｃを除く外周面を、絶縁シート２の積層面被覆部２１、底面被覆部２２、及び側面被覆部２３で被覆する。積層面被覆部２１、底面被覆部２２、及び側面被覆部２３は、両面接着テープを介して、あるいは接着剤や粘着剤を介して電池セルの外装ケースの表面に接着する。絶縁シート２は、積層面被覆部２１、底面被覆部２２、及び側面被覆部２３の全てを電池セル１の外装ケース１１に接着することもできるが、外装ケース１１を被覆する絶縁シート２が外れない範囲内で、部分的に接着してもよい。
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装置に最適である。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、これらの電動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７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、車両本体９０と、車両本体９０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、モータ９３とエンジン９６で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７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８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、車両本体９０と、車両本体９０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、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７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、本発明は電源装置の用途を電動車両に搭載する電源装置には特定せず、たとえば、太陽光発電、風力発電などの自然エネルギーを蓄電する蓄電装置用の電源装置として使用でき、また深夜電力を蓄電する蓄電装置用の電源装置のように、大電力を蓄電する全ての用途に使用できる。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９に示す。なお、図９に示す蓄電装置としての使用例では、所望の電力を得るために、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、高出力の蓄電装置８０を構築した例として説明する。
図９に示す蓄電装置８０は、複数の電源装置１００をユニット状に接続して電源ユニット８２を構成している。各電源装置１００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。各電源装置１００は、電源コントローラ８４により制御される。この蓄電装置８０は、電源ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このため蓄電装置８０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を介して蓄電装置８０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、蓄電装置８０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から蓄電装置８０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、蓄電装置８０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、蓄電装置８０への充電を同時に行うこともできる。
蓄電装置８０で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して蓄電装置８０と接続されている。蓄電装置８０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、蓄電装置８０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、蓄電装置８０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９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。
各電源装置１００は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、入出力端子ＤＩと、異常出力端子ＤＡと、接続端子ＤＯとを含む。入出力端子ＤＩは、他の電源装置１００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、接続端子ＤＯは他の電源装置１００に対して信号を入出力するための端子である。また異常出力端子ＤＡは、電源装置１００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、電源装置１００同士を直列、並列に接続するための端子である。また電源ユニット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。
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、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源、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
２…絶縁シート
２Ａ…断熱シート
２Ｂ…保護シート
３…両面接着テープ
６…固定部材
７…エンドプレート
８…バインドバー
９…電池積層体
１０…電池ブロック
１１…外装ケース
１１Ａ…積層面
１１Ｂ…側面
１１Ｃ…天面
１１Ｄ…底面
１１ａ…封口板
１１ｂ…電極端子
１１ｃ…安全弁
１１ｒ…稜線
１１ｘ…外装缶
２１…積層面被覆部
２２…底面被覆部
２３…側面被覆部
２３Ａ…第１の側面被覆部
２３Ｂ…第２の側面被覆部
２４…連結部
８０…蓄電装置
８２…電源ユニット
８４…電源コントローラ
８５…並列接続スイッチ
９０…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
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…入出力端子
ＤＡ…異常出力端子
ＤＯ…接続端子
Ｌ１…境界線
Ｌ２…境界線
Ｌ３…境界線
Ｌ４…境界線
Ｓ１…折曲線
Ｃ１…切断線
Ｋ…交点

Claims (11)

  1. 角形である複数の電池セルと、
    複数の前記電池セルを積層状態に固定している固定部材と、
    前記電池セルの積層面に挟まれて隣接する電池セルを絶縁してなる絶縁シートとを備える電源装置であって、
    前記絶縁シートが、
    無機中空粒子を含有する断熱シートであることを特徴とする電源装置。
  2. 請求項１に記載される電源装置であって、
    前記電池セルの外装ケースが、天面(11A)と底面(11B)と、一対の積層面(11C)と側面(11D)からなる角形で、
    前記絶縁シートが、前記外装ケースの積層面(11C)と側面(11D)と底面(11B)を被覆してなることを特徴とする電源装置。
  3. 請求項１に記載される電源装置であって、
    前記絶縁シートが、断熱シートの両面に保護シートを積層してなる積層シートで、
    前記絶縁シートが、前記保護シートを介して前記電池セルの積層面に接着されてなることを特徴とする電源装置。
  4. 請求項３に記載される電源装置であって、
    前記保護シートが両面接着テープを介して前記電池セルの積層面に接着されてなることを特徴とする電源装置。
  5. 請求項３または４に記載される電源装置であって、
    前記保護シートが織布又は不織布であることを特徴とする電源装置。
  6. 請求項１に記載される電源装置であって、
    前記絶縁シートが、前記断熱シートの表面に、前記断熱シートよりも保形性のある保護シートを固定してなる積層シートであることを特徴とする電源装置。
  7. 請求項６に記載される電源装置であってね
    前記保護シートがプラスチックシートであることを特徴とする電源装置。
  8. 請求項１ないし７のいずれかに記載される電源装置であって、
    前記絶縁シートが、
    シリカエアロゲルに繊維を埋設してなる断熱シートであることを特徴とする電源装置。
  9. 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、
    前記絶縁シートが、繊維を立体的に集合してなる多孔質基材の空隙に無機中空粒子を充填してなる断熱シートであることを特徴とする電源装置。
  10. 請求項１ないし９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、該電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、該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源装置を備える電動車両。
  11. 請求項１ないし９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ており、
    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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