JP2022078378A - Power supply device, electric vehicle using the same and power storage device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電源装置及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置に関する。 The present invention relates to a power supply device, an electric vehicle using the power supply device, and a power storage device.
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二次電池セルを複数枚積層している。一般的には、図20の斜視図に示すように、電源装置900は角型の外装缶の二次電池セル901を、絶縁性のスペーサ902と交互に積層した電池積層体の両側の端面に、それぞれエンドプレート903を配置し、エンドプレート903同士を金属製のバインドバー904で締結している。
The power supply device is used as a power supply device for driving an electric vehicle, a power supply device for storing electricity, and the like. In such a power supply device, a plurality of rechargeable secondary battery cells are stacked. Generally, as shown in the perspective view of FIG. 20, the
二次電池セルは、充放電を繰り返すと外装缶が膨張、収縮する。特に近年の高容量化の要求に伴い、二次電池セル一枚あたりの高容量化が進んでおり、この結果、膨張量も大きくなる傾向にある。このような二次電池セルを多数枚、積層して締結している電池積層体においては、膨張量も二次電池セルの数に応じて大きくなる。この結果、バインドバーへの負荷が大きくなる。これに対して、バインドバーの強度を高めることが考えられる。 The outer can of the secondary battery cell expands and contracts when charging and discharging are repeated. In particular, with the recent demand for higher capacity, the capacity of each secondary battery cell is increasing, and as a result, the amount of expansion tends to increase. In a battery laminate in which a large number of such secondary battery cells are laminated and fastened, the amount of expansion also increases according to the number of secondary battery cells. As a result, the load on the bind bar increases. On the other hand, it is conceivable to increase the strength of the bind bar.
しかしながら、バインドバーを高い強度の金属板で構成しても、金属の場合は弾性率が低いため、復元力が弱くなる。すなわち、二次電池セルが膨張した際には、金属製のバインドバーが延伸して変形したとしても、二次電池セルが収縮した際には、バインドバーが元の形状に復元しない場合、バインドバーによる電池積層体の締結力が低下し、衝撃や振動で位置ずれ等が生じるという問題があった。 However, even if the bind bar is made of a high-strength metal plate, the restoring force is weak because the elastic modulus is low in the case of metal. That is, when the secondary battery cell expands, even if the metal bind bar is stretched and deformed, when the secondary battery cell contracts, the bind bar does not return to its original shape. There is a problem that the fastening force of the battery laminate by the bar is reduced and the position is displaced due to impact or vibration.
本発明の目的の一は、二次電池セルの膨張や収縮といった変形に対する追随性を高めた電源装置及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置を提供することにある。 One of an object of the present invention is to provide a power supply device having improved followability to deformation such as expansion and contraction of a secondary battery cell, an electric vehicle using the power supply device, and a power storage device.
本発明のある側面に係る電源装置は、外装缶を角型とする複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルを積層した電池積層体の両側端面を覆う一対のエンドプレートと、前記複数の二次電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、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締結部材とを備えている。また前記電池積層体の積層方向における中間部分に、空間が形成されている。前記空間に、前記電池積層体の積層方向を押圧するように付勢されたばね部材を備えている。 The power supply device according to a certain aspect of the present invention includes a plurality of secondary battery cells having a square outer can, a pair of end plates covering both end faces of a battery laminate in which the plurality of secondary battery cells are laminated, and a pair of end plates. It has a plate shape extended along the stacking direction of the plurality of secondary battery cells, and is provided with a plurality of fastening members arranged on opposite side surfaces of the battery laminate to fasten the end plates to each other. .. Further, a space is formed in the intermediate portion of the battery laminate in the stacking direction. The space is provided with a spring member urged to press the stacking direction of the battery laminate.
以上の電源装置によれば、二次電池セルの積層方向に設けた空間によって電池積層体の積層方向長さの変形を吸収しつつ、ばね部材によって締結状態を維持できる。 According to the above power supply device, it is possible to maintain the fastened state by the spring member while absorbing the deformation of the length of the battery laminate in the stacking direction by the space provided in the stacking direction of the secondary battery cells.
本発明の実施形態は、以下の構成によって特定されてもよい。 Embodiments of the present invention may be specified by the following configurations.
本発明の一実施形態に係る電源装置は、さらに、前記ばね部材の両側に、該ばね部材を固定する押圧板をそれぞれ備えている。 The power supply device according to an embodiment of the present invention further includes pressing plates for fixing the spring member on both sides of the spring member.
本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記押圧板が、前記ばね部材をインサート成形した樹脂部材である。 In the power supply device according to another embodiment of the present invention, the pressing plate is a resin member in which the spring member is insert-molded.
また、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記ばね部材が、前記押圧板の中央に固定されている。 Further, in the power supply device according to another embodiment of the present invention, the spring member is fixed to the center of the pressing plate.
さらに、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記電池積層体の積層方向における中央に、前記空間が配置されている。 Further, in the power supply device according to another embodiment of the present invention, the space is arranged at the center in the stacking direction of the battery laminate.
さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記ばね部材が、コイルばねである。 Furthermore, in the power supply device according to another embodiment of the present invention, the spring member is a coil spring.
さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記ばね部材が、板ばねである。 Furthermore, in the power supply device according to another embodiment of the present invention, the spring member is a leaf spring.
さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記ばね部材を複数設けている。 Furthermore, the power supply device according to another embodiment of the present invention is provided with a plurality of the spring members.
さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電動車両は、上記何れかの電源装置と、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。 Furthermore, the electric vehicle according to another embodiment of the present invention is a vehicle equipped with any of the above power supply devices, a traveling motor supplied with electric power from the power supply device, the power supply device, and the motor. It includes a main body and wheels driven by the motor to drive the vehicle main body.
さらにまた、本発明の他の実施形態に係る蓄電装置は、上記何れかの電源装置と、該電源装置への充放電を制御する電源コントローラと備えて、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二次電池セルへの充電を可能とすると共に、該二次電池セルに対し充電を行うよう制御する。 Furthermore, the power storage device according to another embodiment of the present invention includes any of the above power supply devices and a power supply controller that controls charging / discharging to the power supply device, and the power supply controller is used to generate electric power from the outside. Allows the secondary battery cell to be charged and is controlled to charge the secondary battery cell.
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。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, the embodiments shown below are examples for embodying the technical idea of the present invention, and the present invention is not specified as the following. Further, the present specification does not specify the members shown in the claims as the members of the embodiment. In particular, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the constituent members described in the embodiments are not intended to limit the scope of the present invention to the specific description, and are merely explanatory examples. It's just that. The size and positional relationship of the members shown in each drawing may be exaggerated for the sake of clarity. Further, in the following description, members of the same or the same quality are shown with the same name and reference numeral, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. Further, each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are composed of the same member and the plurality of elements are combined with one member, or conversely, the function of one member is performed by the plurality of members. It can also be shared and realized. In addition, the contents described in some examples and embodiments can be used in other embodiments and embodiments.
実施形態に係る電源装置は、ハイブリッド車や電気自動車などの電動車両に搭載されて走行用モータに電力を供給する電源、太陽光発電や風力発電などの自然エネルギーの発電電力を蓄電する電源、あるいは深夜電力を蓄電する電源など、種々の用途に使用され、とくに大電力、大電流の用途に好適な電源として使用される。以下の例では、電動車両の駆動用の電源装置に適用した実施形態について、説明する。
[実施形態1]
The power supply device according to the embodiment is a power source mounted on an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle to supply electric power to a traveling motor, a power source for storing electric power generated by natural energy such as solar power generation or wind power generation, or a power source for storing electric power generated by natural energy such as solar power generation and wind power generation. It is used for various purposes such as a power source for storing midnight power, and is particularly suitable as a power source suitable for high power and large current applications. In the following example, an embodiment applied to a power supply device for driving an electric vehicle will be described.
[Embodiment 1]
本発明の実施形態1に係る電源装置100を、図1~図5にそれぞれ示す。これらの図において、図1は実施形態1に係る電源装置100を示す斜視図、図2は図1の電源装置100の分解斜視図、図3は図1の電源装置100の平面図、図4は図1の電源装置100のIV-IV線における水平断面図、図5は図1の電源装置100のV-V線における垂直断面図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源装置100は、複数の二次電池セル1を積層した電池積層体10と、この電池積層体10の両側端面を覆う一対のエンドプレート20と、エンドプレート20同士を締結する複数の締結部材15と、複数の締結部材15の各々と電池積層体10の間に介在される絶縁性の絶縁シート30とを備える。
(電池積層体10)
The
(Battery laminate 10)
電池積層体10は、図1~図2等に示すように、正負の電極端子2を備える複数の二次電池セル1と、これら複数の二次電池セル1の電極端子2に接続されて、複数の二次電池セル1を並列かつ直列に接続するバスバー(図示せず)を備える。これらのバスバーを介して複数の二次電池セル1を並列や直列に接続している。二次電池セル1は、充放電可能な二次電池である。電源装置100は、複数の二次電池セル1が並列に接続されて並列電池グループを構成すると共に、複数の並列電池グループが直列に接続されて、多数の二次電池セル1が並列かつ直列に接続される。図1~図2に示す電源装置100は、複数の二次電池セル1を積層して電池積層体10を形成している。また電池積層体10の両端面には一対のエンドプレート20が配置される。このエンドプレート20同士に、締結部材15の端部を固定して、積層状態の二次電池セル1を押圧した状態に固定する。
(二次電池セル1)
As shown in FIGS. 1 to 2, the
(Secondary battery cell 1)
二次電池セル1は、幅広面である主面の外形を四角形とし、一定のセル厚さCDを有する角形電池であって、幅よりも厚さを薄くしている。さらに、二次電池セル1は、充放電できる二次電池であって、リチウムイオン二次電池としている。ただ、本発明は、二次電池セルを角形電池には特定せず、またリチウムイオン二次電池にも特定しない。二次電池セルには、充電できる全ての電池、たとえばリチウムイオン二次電池以外の非水系電解液二次電池やニッケル水素二次電池セルなども使用できる。
The
二次電池セル1は、図2~図5に示すように、正負の電極板を積層した電極体を外装缶1a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1aは、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1bで気密に閉塞している。外装缶1a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1bは、外装缶1a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1bは、外装缶1aの開口部に挿入され、封口板1bの外周と外装缶1aの内周との境界にレーザ光を照射して、封口板1bを外装缶1aにレーザ溶接して気密に固定している。
(電極端子2)
As shown in FIGS. 2 to 5, in the
(Electrode terminal 2)
二次電池セル1は、図2等に示すように天面である封口板1b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2を固定している。電極端子2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。
As shown in FIG. 2, the
二次電池セル1の封口板1bに固定される正負の電極端子2の位置は、正極と負極が左右対称となる位置としている。これにより、図2~図3等に示すように、二次電池セル1を左右反転させて積層し、隣接して接近する正極と負極の電極端子2をバスバーで接続することで、隣接する二次電池セル1同士を直列に接続できるようにしている。なお、本発明は、電池積層体を構成する二次電池セルの個数とその接続状態を特定しない。後述する他の実施形態も含めて、電池積層体を構成する二次電池セルの個数、及びその接続状態を種々に変更することもできる。
(電池積層体10)
The positions of the positive and
(Battery laminate 10)
複数の二次電池セル1は、各二次電池セル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2を設けている端子面1X、図1~図2においては封口板1bが同一平面となるように、複数の二次電池セル1を積層している。
The plurality of
電池積層体10は、隣接して積層される二次電池セル1同士の間に、絶縁スペーサ16を介在させてもよい。絶縁スペーサ16は、樹脂等の絶縁材で薄いプレート状又はシート状に製作されている。絶縁スペーサ16は、二次電池セル1の対向面とほぼ等しい大きさのプレート状とする。この絶縁スペーサ16を互いに隣接する二次電池セル1の間に積層して、隣接する二次電池セル1同士を絶縁できる。なお、隣接する二次電池セル間に配置されるスペーサとしては、二次電池セルとスペーサの間に冷却気体の流路が形成される形状のスペーサを用いることもできる。また、二次電池セルの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で二次電池セルの電極部分を除く外装缶の表面を熱溶着させてもよい。この場合は、絶縁スペーサを省略してもよい。また、複数の二次電池セルを多並列、多直列に接続する電源装置においては、互いに直列に接続される二次電池セル同士の間に絶縁スペーサを介在させて絶縁する一方、互いに並列に接続される二次電池セル同士においては、隣接する外装缶同士に電圧差が生じないので、これらの二次電池セルの間の絶縁スペーサを省略することもできる。
The
さらに、図2に示す電源装置100は、電池積層体10の両端面にエンドプレート20を配置している。なおエンドプレート20と電池積層体10の間に端面スペーサ17を介在させて、これらを絶縁してもよい。端面スペーサ17も、樹脂等の絶縁材で薄いプレート状又はシート状に製作できる。
Further, in the
実施形態1に係る電源装置100は、複数の二次電池セル1が互いに積層される電池積層体10において、互いに隣接する複数の二次電池セル1の電極端子2同士をバスバーで接続して、複数の二次電池セル1を並列かつ直列に接続する。また、電池積層体10とバスバーとの間にバスバーホルダを配置してもよい。バスバーホルダを用いることで、複数のバスバーを互いに絶縁し、かつ二次電池セルの端子面とバスバーとを絶縁しながら、複数のバスバーを電池積層体の上面の定位置に配置できる。
In the
バスバーは、金属板を裁断、加工して所定の形状に製造される。バスバーを構成する金属板には、電気抵抗が小さく、軽量である金属、例えばアルミニウム板や銅板、あるいはこれらの合金が使用できる。ただ、バスバーの金属板は、電気抵抗が小さくて軽量である他の金属やこれらの合金も使用できる。
(エンドプレート20)
The bus bar is manufactured into a predetermined shape by cutting and processing a metal plate. As the metal plate constituting the bus bar, a metal having low electric resistance and light weight, for example, an aluminum plate or a copper plate, or an alloy thereof can be used. However, for the metal plate of the bus bar, other metals with low electric resistance and light weight and alloys thereof can also be used.
(End plate 20)
エンドプレート20は、図1~図4に示すように、電池積層体10の両端に配置されると共に、電池積層体10の両側面に沿って配置される左右一対の締結部材15を介して締結される。エンドプレート20は、電池積層体10の二次電池セル1の積層方向における両端であって、端面スペーサ17の外側に配置されて電池積層体10を両端から挟着している。
(段差部20b)
As shown in FIGS. 1 to 4, the
(
エンドプレート20は、締結部材15で締結した状態で、締結部材15に設けた係止ブロック15bを係止するための段差部20bを形成している。段差部20bは、後述する締結部材15の係止ブロック15bを係止できる大きさと形状に形成される。図2の例では、エンドプレート20を水平断面視T字状となるように、鍔状の段差部20bが形成されている。また段差部20bの近傍に、エンドプレートねじ穴20cを開口している。
(締結部材15)
The
(Fastening member 15)
締結部材15は、両端を電池積層体10の両端面に配置されたエンドプレート20に固定される。複数の締結部材15でもってエンドプレート20を固定し、もって電池積層体10を積層方向に締結している。各締結部材15は、図2、図6等に示すように、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製で、電池積層体10の両側面に対向して配置されている。この締結部材15には、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなる締結部材15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。
Both ends of the
締結部材15は、図6の分解斜視図に示すように、締結主面15aと、ブロック状の係止ブロック15bを備える。締結主面15aは板状の部材で、上下をコ字状に折曲して折曲片15dを形成している。上下の折曲片15dは、電池積層体10の左右側面において、電池積層体10の上下面を隅部から覆う。
As shown in the exploded perspective view of FIG. 6, the
係止ブロック15bは、締結主面15aの両側にそれぞれ固定されている。係止ブロック15bは所定の厚さを有する板状で、締結主面15aの内側に突出する姿勢で固定されている。締結部材15をエンドプレート20に連結する状態で、エンドプレート20に設けた段差部20bに係止ブロック15bが係止されて、締結部材15を電池積層体10の両側の定位置に配置する。係止ブロック15bは、スポット溶接やレーザ溶接等の溶接により締結主面15aに固定される。
The locking blocks 15b are fixed to both sides of the fastening
この係止ブロック15bは、エンドプレート20を締結した状態で、エンドプレートねじ穴20cと一致するように、締結側貫通孔15bcを開口している。また締結主面15aは、締結側貫通孔15bcと対応する位置に、締結主面側貫通孔15acを開口している。締結側貫通孔15bcと締結主面側貫通孔15acは、係止ブロック15bを締結主面15aに固定した状態で合致するように設計される。
In the state where the
係止ブロック15bに開口された締結側貫通孔15bcは、複数個を、係止ブロック15bの延長方向に沿うように配置している。同様に締結主面側貫通孔15acも、複数個を締結主面15aの端縁、あるいは係止ブロック15bの延長方向に沿うように開口させている。これに応じてエンドプレートねじ穴20cも、エンドプレート20の側面に沿って複数個が形成されている。
A plurality of fastening side through holes 15bc opened in the
係止ブロック15bは、複数のボルト15fを介してエンドプレート20の外周面に固定している。なお、これら締結主面15aと係止ブロック15b、エンドプレート20との固定は、必ずしもボルトを用いた螺合に限られず、ピンやリベット等としてもよい。
The
締結主面15aと係止ブロック15bは、鉄、鉄合金、SUS、アルミニウム、アルミニウム合金等とすることができる。さらに係止ブロック15bは、電池積層方向の横幅を10mm以上とすることができる。さらにまたエンドプレート20は、金属製とすることができる。好ましくは、係止ブロック15bと締結主面15aを、同じ金属製とする。これによって、係止ブロック15bと締結主面15aとの溶接が容易に行える。
The fastening
このように締結部材15を、長手方向の左右端部、すなわち電池積層体10の積層層方向において折曲して、エンドプレート20の主面側から螺合するのでなく、図1~図4に示すように締結部材15を、電池積層体10の積層方向においては平板状として、エンドプレート20に係止する折曲部を設けることなく、係止ブロック15bと段差部20bによる係止構造と螺合とによって、電池積層体10を締結することで、剛性を高め、二次電池セル1の膨張による破断等のおそれを緩和できる。
In this way, the
多数の二次電池セル1を積層している電源装置100は、複数の二次電池セル1からなる電池積層体10の両端に配置されるエンドプレート20を締結部材15で連結することで、複数の二次電池セル1を拘束するように構成されている。複数の二次電池セル1を、高い剛性をもつエンドプレート20や締結部材15を介して拘束することで、充放電や劣化に伴う二次電池セル1の膨張、変形、相対移動、振動による誤動作などを抑制できる。
(絶縁シート30)
The
(Insulation sheet 30)
また締結部材15と電池積層体10の間には、絶縁シート30が介在される。絶縁シート30は絶縁性を備える材質、例えば樹脂などで構成され、金属製の締結部材15と電池セルとの間を絶縁している。図2等に示す絶縁シート30は、電池積層体10の側面を覆う平板31と、この平板31の上下にそれぞれ設けられた折曲被覆部32とで構成される。折曲被覆部32は、締結部材15の折曲片15dを覆うように、平板31からコ字状に折曲した後、さらに折り返している。これにより折曲片15dは、上面から側面及び下面にかけて絶縁性の折曲被覆部で覆うことにより、二次電池セル1と締結部材15の意図しない導通を回避することができる。
Further, an insulating
また折曲片15dは、折曲被覆部を介して、電池積層体10の二次電池セル1の上面及び下面を押圧する。これにより、各二次電池セル1を上下方向から折曲片15dで押圧して高さ方向に保持し、振動や衝撃等が電池積層体10に印加されても、各二次電池セル1が上下方向に位置ずれしないように維持できる。
Further, the
なお、電池積層体や電池積層体の表面が絶縁されている場合、例えば二次電池セルが絶縁性のケースに収納されていたり、樹脂製の熱収縮性チューブで覆われている場合、又は締結部材の表面に絶縁性の塗料やコーティングが施されている場合、あるいは締結部材が絶縁性の材質で構成されている場合等は、絶縁シートを不要とできる。また絶縁シートも、電池積層体の下面側で締結部材の折曲片との絶縁を考慮しなくてよい場合は、折曲被覆部を上端側にのみ形成してもよい。例えば二次電池セルを熱収縮性チューブで被覆している場合等が該当する。また絶縁シートは、上述したバスバーを保持するバスバーホルダと兼用するように構成してもよい。
(空間SP)
When the surface of the battery laminate or the battery laminate is insulated, for example, when the secondary battery cell is housed in an insulating case, covered with a heat-shrinkable tube made of resin, or fastened. If the surface of the member is coated with an insulating paint or coating, or if the fastening member is made of an insulating material, the insulating sheet can be unnecessary. Further, as for the insulating sheet, if it is not necessary to consider the insulation from the bent piece of the fastening member on the lower surface side of the battery laminate, the bent covering portion may be formed only on the upper end side. For example, the case where the secondary battery cell is covered with a heat-shrinkable tube is applicable. Further, the insulating sheet may be configured to be used in combination with the bus bar holder for holding the bus bar described above.
(Space SP)
図1、図4等に示すように、電池積層体の積層方向における中間部分には、空間SPが形成されている。このように二次電池セル1の積層方向に空間SPを設けることで、電池積層体10が積層方向に膨張しても、この空間SPが狭くなることで変化分を吸収できる。空間SPは、電池積層体10の積層方向における中央に配置することが好ましい。このようにすることで、電池積層体10の変化分を中央の一箇所でまとめて吸収でき、電池積層体10の変位が抑えられる。例えば電池積層体10の総端子の移動量を抑制でき、移動によって総端子の固定部分にかかる負荷を低減できる。図1の例では11枚の二次電池セル1を積層しているため、5枚の二次電池セル1と6枚の二次電池セル1との間に、空間SPが配置される。
(ばね部材40)
As shown in FIGS. 1, 4, and the like, a space SP is formed in an intermediate portion of the battery laminate in the stacking direction. By providing the space SP in the stacking direction of the
(Spring member 40)
またこの空間SP内には、ばね部材40が配置されている。ばね部材40の構成例を、図7の斜視図に示す。この図に示すばね部材40は、その両側に押圧板42をそれぞれ設けている。ばね部材40は、電池積層体10を、二次電池セル1の積層方向に押圧するように付勢されている。このような構成により、積層方向に設けた空間SPで膨張時の変位を吸収しつつ、ばね部材40によって二次電池セル1の締結状態を維持できる。図7の例では、ばね部材40は、押圧板42の主面のほぼ中央に固定されている。
(押圧板42)
Further, a
(Press plate 42)
押圧板42は、それぞれ二次電池セル1の外装缶の側面とほぼ同じ大きさに形成される。この押圧板42は、ばね部材40から伝達された応力を分散させて、二次電池セル1の側面を均一に押圧する。この押圧板42は、十分な強度を有する材質で構成する。好ましくは、絶縁性を有する樹脂材で構成する。これにより、ばね部材40に金属製のばねを用いたときに絶縁を担保できる。
The
図7の押圧板42は、ばね部材40を固定するばね保持部44を形成している。ばね保持部44は、コイルばねの外径よりも大きい外径の筒状に形成されて、コイルばねの周囲を固定する。図7の例では、押圧板42は、ばね部材40の両側をばね保持部44でインサート成形した樹脂部材としている。これにより、ばね部材40を押圧板42に安定的に固定できる。
The
ばね保持部44の厚さが大きいと、空間SP内での電池積層体10の膨張量が制限される。一方で、ばね部材40を強固に押圧板42に固定するため、ある程度の長さも必要となる。よって、ばね保持部44の厚さは、空間SP内での電池積層体10の膨張量とばね部材40の固定の強度を考慮して設計される。ばね保持部44の厚さは、例えば1mm~50mmに調整される。
If the thickness of the
あるいは、押圧板42を金属プレートで構成してもよい。この場合は電池積層体10との間で絶縁する必要があるため、例えば押圧板42と電池積層体10の端面との間に絶縁性の部材を介在させる。
(ストッパ46)
Alternatively, the
(Stopper 46)
2枚の押圧板42は、ばね部材40を介して平行状態に離間されている。また押圧板42同士の間に、ストッパ46を設けてもよい。ストッパ46は、押圧板42同士の幅がこれ以上短くならない最小値を規定する。例えば図8の水平断面図に示す実施形態2に係る電源装置200のように、一方の押圧板42の隅部に、それぞれストッパ46を固定する。各ストッパ46は棒状に突出されており、先端を平坦面としている。これにより、ストッパ46の長さWP分に空間SPの最小幅に規定して、ばね部材40が圧縮状態の下限を越えないように保護できる。
The two
このように、ばね部材40の両側にそれぞれ押圧板42を設けることで、ばね部材40の両側で均等な面圧で押圧力を発揮でき、電池積層体10の中間に配置されたばね部材40でもって変形量を吸収しながら、押圧状態を維持できる。すなわち、図9の斜視図に示すように二次電池セル1の膨張時には、空間SPの幅W1が狭くなることで電池積層体10が長くなる変形分を吸収しつつ、空間SP内でばね部材40が押圧板42を介して電池積層体10の中間で左右を押圧することで締結状態を保つ。一方で、図10に示すように膨張した二次電池セル1が元の状態に復元した際には、空間SPの幅W2が大きくなるようにばね部材40が電池積層体10の中間で左右を押圧することで、電池積層体10の締結状態を維持できる。
By providing the
ばね部材40は、金属製の部材で構成することが好ましい。図7の例では、コイルばねとしている。ただばね部材40はコイルばねに限らず、他の弾性体が適宜利用できる。例えば弾性体を板ばねで構成してもよい。板ばねの弾性体は、例えば図11に示す実施形態3に係る電源装置300のように、ばね部材40Bである板ばねを山形に折曲して押圧板42で電池積層体10の中間に介在させる態様とする。あるいは図12に示す実施形態4に係る電源装置400のように、押圧板42から外方に向かって凸状に湾曲させたばね部材40Cとしてもよい。あるいはまた、図13に示す実施形態5に係る電源装置のように、ばね部材40Dを皿ばねで構成してもよい。
The
さらに、図7等の例ではばね部材40を一のみ設けた例を説明したが、図14に示す実施形態6に係る電源装置のように、ばね部材40Eを複数、押圧板42上の異なる位置に設ける構成としてもよい。
Further, in the example of FIG. 7 and the like, an example in which only one
上述の通り、二次電池セル1の積層枚数は任意に調整できる。例えば図15の斜視図に示す電源装置700のように、多数の二次電池セル1(ここでは36枚)を積層した電池積層体10の中間に、ばね部材40を設けてもよい。より多くの出力を得るために、電源装置を複数台組み合わせて使用することがある。例えば電動車両においては、一定枚数の二次電池セルを積層した電源装置を、複数台連ねて、直列や並列に接続することにより、より高出力化、高容量化を図ることが行われている。一方で、電源装置の小型化や軽量化が強く求められている。二次電池セルの積層方向に空間を設ける構成においては、空間を設けた分だけ電源装置の全長が長くなる。このような電源装置を複数台連ねると、空間の数も電源装置の台数分だけ累積されて、装置全体が大型化することになる。例えば図16に示すように、電池積層体10の端面とエンドプレート20との間にばね部材40を配置した電源装置800を用いる場合においては、このような電源装置800を直列に、すなわち二次電池セル1の積層方向に一直線上に配置すると、空間SPの数だけ装置全体が長くなってしまう。そこで、図15に示すように空間SPを二次電池セル1の端面でなく、中間に設けると共に、中間のエンドプレートも省略して、すべての二次電池セル1を一体的に積層すると共に、この積層方向に設けた空間SPを共通化することで、空間の数を低減し、さらにエンドプレートを省略したこととも相俟って、装置全体の全長を短くできる利点が得られる。
As described above, the number of stacked
以上の電源装置100は、複数の二次電池セル1を積層した電池積層体10の両端に配置されるエンドプレート20を締結部材15で連結することで、複数の二次電池セル1を拘束する。複数の二次電池セル1を、高い剛性をもつエンドプレート20や締結部材15を介して拘束することで、充放電や劣化に伴う二次電池セル1の膨張、変形、相対移動、振動による誤動作などを抑制できる。また二次電池セル1の膨張や収縮によって、電池積層体10の積層方向における長さが変化することを、積層方向に設けた空間SPで吸収しつつ、ばね部材40でもって二次電池セル1を締結する方向に付勢することにより、空間SPを設けたことによるがたつきを抑え、安定的に二次電池セル1を保持しながら、その変形を許容できる。
The
以上のように、本実施形態に係る電源装置100によれば、二次電池セル1の膨張によって生じる電池積層方向に拡がろうとする応力が、締結部分そのものに加えて、段差部20bと係止ブロック15bによる係合、締結部分と係止ブロック15bの溶接、ボルト15fによる螺合の各部材に印加されることになる。よってこれら各部材の剛性を高めて応力を適度に分散させることで、全体としての剛性を高めて二次電池セル1の膨張、収縮に対応可能な電源装置100を実現できる。
As described above, according to the
以上の電源装置100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100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、電動車両を駆動する電力を得るために、上述した電源装置100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)
The above
(Power supply for hybrid vehicles)
図17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100を搭載する例を示す。この図に示す電源装置100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17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)
FIG. 17 shows an example in which the
(Power supply for electric vehicles)
また、図18は、モータのみで走行する電気自動車に電源装置100を搭載する例を示す。この図に示す電源装置100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)
Further, FIG. 18 shows an example in which the
(Power supply device for power storage device)
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19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。
Furthermore, the present invention does not specify the use of the power supply device as the power supply of the motor that drives the vehicle. The power supply device according to the embodiment can also be used as a power source for a power storage device that charges and stores a battery with electric power generated by solar power generation, wind power generation, or the like. FIG. 19 shows a power storage device in which the battery of the
図19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。
The power storage device shown in FIG. 19 charges the battery of the
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。 Further, although not shown, the power supply device can also be used as a power source for a power storage device that charges and stores a battery by using midnight power at night. A power supply device charged with midnight power can be charged with midnight power, which is surplus power of a power plant, and output power in the daytime when the power load is large, so that the peak power in the daytime can be limited to a small value. In addition, the power supply can also be used as a power source for charging with both solar cell output and midnight power. This power supply device can effectively utilize both the electric power generated by the solar cell and the late-night electric power, and can efficiently store electricity while considering the weather and power consumption.
以上のような蓄電システムは、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。 The above-mentioned power storage system includes a backup power supply device that can be mounted in a rack of a computer server, a backup power supply device for a wireless base station such as a mobile phone, a power storage power supply for home or factory use, a power supply for street lights, and the like. It can be suitably used for power storage devices combined with solar cells, backup power sources for traffic lights and traffic indicators for roads, and the like.
本発明に係る電源装置及びこれを備える車両は、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。 The power supply device according to the present invention and the vehicle provided with the power supply device are suitably used as a power source for a large current used for a power source of a motor for driving an electric vehicle such as a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle, and an electric motorcycle. can. For example, a power supply device for a plug-in type hybrid electric vehicle, a hybrid type electric vehicle, an electric vehicle, or the like that can switch between an EV driving mode and an HEV driving mode can be mentioned. In addition, a backup power supply that can be mounted in a computer server rack, a backup power supply for wireless base stations such as mobile phones, a power storage device for home use and factories, a power supply for street lights, etc. , Can also be used as appropriate for backup power supplies such as traffic lights.
100、200、300、400、700、800…電源装置
1…二次電池セル
1X…端子面
1a…外装缶
1b…封口板
2…電極端子
10…電池積層体
15…締結部材
15a…締結主面
15b…係止ブロック
15d…折曲片
15ac…締結主面側貫通孔
15bc…締結側貫通孔
15f…ボルト
16…絶縁スペーサ
17…端面スペーサ
20…エンドプレート
20b…段差部
20c…エンドプレートねじ穴
30…絶縁シート
31…平板
32…折曲被覆部
40、40B、40C、40D、40E…ばね部材
42…押圧板
44…ばね保持部
46…ストッパ
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
900…電源装置
901…二次電池セル
902…スペーサ
903…エンドプレート
904…バインドバー
SP…空間
W1、W2…空間の幅
WP…ストッパの長さ
HV、EV…車両
100, 200, 300, 400, 700, 800 ...
Claims (10)
前記複数の二次電池セルを積層した電池積層体の両側端面を覆う一対のエンドプレートと、
前記複数の二次電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、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締結部材と、
を備える電源装置であって、
前記電池積層体の積層方向における中間部分に空間が形成されており、
前記空間に、前記電池積層体の積層方向を押圧するように付勢されたばね部材を備えてなる電源装置。 Multiple secondary battery cells with square outer cans,
A pair of end plates covering both end faces of the battery laminate in which the plurality of secondary battery cells are laminated, and
A plurality of fastening members extending along the stacking direction of the plurality of secondary battery cells, arranged on opposite side surfaces of the battery laminate, and fastening the end plates to each other.
It is a power supply device equipped with
A space is formed in the intermediate portion of the battery laminate in the stacking direction.
A power supply device including a spring member urged to press the stacking direction of the battery laminate in the space.
前記ばね部材の両側に、該ばね部材を固定する押圧板をそれぞれ備えてなる電源装置。 The power supply device according to claim 1, further
A power supply device including pressing plates for fixing the spring member on both sides of the spring member.
前記押圧板が、前記ばね部材をインサート成形した樹脂部材である電源装置。 The power supply device according to claim 2.
A power supply device in which the pressing plate is a resin member in which the spring member is insert-molded.
前記ばね部材が、前記押圧板の中央に固定されてなる電源装置。 The power supply device according to claim 2 or 3.
A power supply device in which the spring member is fixed to the center of the pressing plate.
前記電池積層体の積層方向における中央に、前記空間が配置されてなる電源装置。 The power supply device according to any one of claims 1 to 4.
A power supply device in which the space is arranged in the center of the battery laminate in the stacking direction.
前記ばね部材が、コイルばねである電源装置。 The power supply device according to any one of claims 1 to 5.
A power supply device in which the spring member is a coil spring.
前記ばね部材が、板ばねである電源装置。 The power supply device according to any one of claims 1 to 5.
A power supply device in which the spring member is a leaf spring.
前記ばね部材が複数設けられてなる電源装置。 The power supply device according to any one of claims 1 to 7.
A power supply device provided with a plurality of the spring members.
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車両。 A vehicle provided with the power supply device according to any one of claims 1 to 8.
It includes the power supply device, a traveling motor to which electric power is supplied from the power supply device, a vehicle main body on which the power supply device and the motor are mounted, and wheels driven by the motor to drive the vehicle main body. vehicle.
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二次電池セルへの充電を可能とすると共に、該二次電池セルに対し充電を行うよう制御する蓄電装置。 A power storage device including the power supply device according to any one of claims 1 to 8.
The power supply device and a power supply controller that controls charging / discharging to the power supply device are provided, and the power supply controller enables charging of the secondary battery cell by electric power from the outside and the second. A power storage device that controls the next battery cell to be charged.
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