JP2022123152A - 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】二次電池セルの膨張時における外装缶の上部開口と封口板との溶接部分の破損を防止して二次電池セルを保護しながら、二次電池セルの膨張にエンドプレートを対応させて、膨張時の応力を分散させる。【解決手段】電源装置は、角形で上部を開口させた外装缶１１と、この外装缶１１の開口を閉塞する封口板１２とを備える二次電池セル１と、二次電池セル１を積層している電池積層体１０と、電池積層体１０の積層方向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締結部材４とを備えている。エンドプレート３は、板状に形成された中間プレート部３０の上下に、中間プレート部３０よりも厚く成形された肉厚部３１を一体的に連結しており、肉厚部３１に締結部材４が連結されている。【選択図】図４

Description

本発明は、複数の二次電池セルを積層している電池積層体の両端に配置してなるエンドプレートを締結部材で連結してな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。

典型的な電源装置は、複数の二次電池セルからなる電池積層体と、電池積層体の両端面に配置される一対のエンドプレートと、一対のエンドプレートを連結するバインドバー等の締結部材とを備えている（特許文献１参照）。この電源装置は、電池積層体をエンドプレートとバインドバーにより拘束することで、複数の二次電池セルからなる電池積層体を集合化できるようになっている。

特開２０１５－２２０１１７号公報

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、積層している電池積層体においては、二次電池セルの膨化力が高まり、膨張量も二次電池セルの数に応じて大きくなる。二次電池セルは一般に、角形の外装缶の上部開口端に、封口板をレーザ溶接しているところ、外装缶が膨張すると封口板のレーザ溶接部分が破損し易くなるため、二次電池セルの膨張に際してはこのような破損から二次電池セルを保護しなければならない。その一方で、外装缶が膨張する場合に、膨張時の応力を分散させることも求められている。このように、電源装置においては、剛性と柔軟性という相反する特性が求められており、これらを両立させることは容易でなかった。

本発明の目的の一は、二次電池セルの膨張時における外装缶の上部開口と封口板との溶接部分の破損を防止して二次電池セルを保護しながら、二次電池セルの膨張にエンドプレートを対応させて、膨張時の応力を分散させることが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、角形で上部を開口させた外装缶１１と、この外装缶１１の開口を閉塞する封口板１２とを備える二次電池セル１と、二次電池セル１を積層してなる電池積層体１０と、電池積層体１０の積層方向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締結部材４とを備えている。エンドプレート３は、板状に形成された中間プレート部３１の上下に、中間プレート部３１よりも厚く成形された肉厚部３２を一体的に連結しており、肉厚部３２に締結部材４が連結されている。

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二次電池セル１への充電を可能とすると共に、二次電池セル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、二次電池セルの膨張時における外装缶の上部開口と封口板との溶接部分の破損を防止して二次電池セルを保護しながら、二次電池セルの膨張にエンドプレートを対応させて膨張時の応力を分散させることにより、エンドプレートや締結部材に過大な応力が作用するのを抑制できる特徴がある。

本発明の一実施形態に係る電源装置を示す斜視図である。 図１に示す電源装置の分解斜視図である。 図１に示す電源装置のＩＩＩ－ＩＩＩ線における垂直断面図である。 図２に示すエンドプレートの拡大断面図である。 図１に示す電源装置のエンドプレート部分を示す拡大側面図である。 エンドプレートと上側バインドバーの連結構造を示す拡大断面図である。 エンドプレートと下側バインドバーの連結構造を示す拡大断面図である。 エンドプレートの他の一例を示す拡大図である。 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、角形で上部を開口させた外装缶と、外装缶の開口を閉塞する封口板とを備える二次電池セルと、二次電池セルを積層してなる電池積層体と、電池積層体の積層方向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締結部材とを備えている。エンドプレートは、板状に形成された中間プレート部の上下に、中間プレート部よりも厚く成形された肉厚部を連結してなる形状に成形されており、肉厚部に締結部材が連結されている。

以上の電源装置は、エンドプレートの上下部分を中間部分よりも厚く形成することで上下に設けた肉厚部の剛性を高め、特に二次電池セルの封口板部分の変位を抑制して保護することが可能となる。一方で、中間部分を上下部分よりも薄い板状に形成することで、中間プレート部を変形し易くして、二次電池セルが中間部分で膨張する状態に追随し易くできる。したがって、この電源装置は、二次電池セルが膨張する状態において、封口板部分における変形を肉厚部で抑制して二次電池セルを保護しつつ、中間部分における膨張を中間プレート部の変形により吸収することで膨張時の応力を分散させて、エンドプレートや締結部材に過大な応力が作用するのを抑制できる特長がある。また、この電源装置は、締結部材をエンドプレートの上下の肉厚部に連結するので、中間プレート部の変形を締結部材で拘束することなく、二次電池セルの膨張に追随し易くできる。

本発明の第２の実施形態に係る電源装置は、締結部材が、電池積層体の側面の上端部を被覆する上側バインドバーと、側面の下端部を被覆する下側バインドバーとを備えており、上側バインドバーを、エンドプレート上部の肉厚部に固定し、下側バインドバーを、エンドプレート下部の肉厚部に固定している。

以上の電源装置は、締結部材を上側バインドバーと下側バインドバーで構成し、上側バインドバーをエンドプレート上部の肉厚部に、下側バインドバーをエンドプレート下部の肉厚部にそれぞれ固定するので、二次電池セルの膨張時にエンドプレートをスムーズに撓ませることができる。上側バインドバーと下側バインドバーが、それぞれ独立してエンドプレートの上下に固定されることで、締結部材に抑制されることなく中間プレート部を撓ませることができるからである。

本発明の第３の実施形態に係る電源装置は、さらに、締結部材をエンドプレートに固定する複数の固定ピンを備えており、同軸上に配置される一対の固定ピンを介して締結部材を肉厚部の両側面に固定している。

以上の電源装置は、同軸上に配置される一対の固定ピンを介して締結部材を肉厚部の両側面に固定するので、電池積層体の反力をエンドプレートに対して左右均等に作用させる構造をしながら、簡単かつ容易に締結部材をエンドプレートの定位置に固定できる。

本発明の第４の実施形態に係る電源装置は、エンドプレート上部の肉厚部に固定ピンを介して締結部材を固着し、エンドプレート下部の肉厚部に固定ピンを介して締結部材を回動自在に連結している。

以上の電源装置は、締結部材をエンドプレート上部の肉厚部に対して固定ピンで固着することで、締結部材に対するエンドプレートの姿勢を固定して二次電池セルの封口板部分の変位を確実に抑制しながら、エンドプレート下部の肉厚部に対して固定ピンを回転軸として回動自在に連結することで、エンドプレートの下部を締結部材に対して回動するように変形させて外装缶の中間部分での膨張をより効果的に許容できる。

本発明の第５の実施形態に係る電源装置は、エンドプレートが、電池積層体との対向面を平面状とし、反対側の面を中央凹とする断面視コ字状に形成されてしる。

以上の電源装置は、エンドプレートが電池積層体との対向面を平面状とすることで、電池積層体から受ける反力を均等に支持しながら、反対側の面を中央凹とする断面視コ字状とすることで、中間部分を上下部分よりも薄く形成して、二次電池セルの膨張時に中間プレート部を効果的に撓ませて応力を分散できる。

本発明の第６の実施形態に係る電源装置は、肉厚部が二次電池セルの幅方向に延長された柱状に形成されており、上下の肉厚部が互いに平行な姿勢で中間プレート部に連結されている。

以上の電源装置は、エンドプレートの幅方向における断面形状を等しくして、全体の構造を簡単にして製造コストを低減できる。

本発明の第７の実施形態に係る電源装置は、エンドプレートをアルミニウムまたはアルミニウム合金で押出成形している。

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。

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］
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、その分解斜視図を図２に、図１の電源装置１００のＩＩＩ－ＩＩＩ線における垂直縦断面図を図３にそれぞれ示す。これらの図に示す電源装置１００は、角形で上部を開口させた外装缶１１と、この外装缶１１の開口を閉塞する封口板１２とを備える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の積層方向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締結部材４とを備えている。

（二次電池セル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する角形電池であって、幅よりも厚さを薄くしている。二次電池セル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。二次電池セル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、二次電池セルは、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。

二次電池セル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、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。

二次電池セル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、ガス排出弁１４
の開口部１５を設けている。ガス排出弁１４は、二次電池セル１の内圧が設定値よりも高くなると開弁して、外装缶１１や封口板１２が破損するのを防止する。

（電池積層体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１３を設けている端子面１Ｘ、図２においては封口板１２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。電池積層体１０は、隣接する二次電池セル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二次電池セル１を直列又は並列に、あるいは直列と並列に接続される。図に示す電池積層体１０は、１２個の二次電池セル１を直列に接続している。ただ、本発明は、電池積層体１０を構成する二次電池セル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に示すように、積層している二次電池セル１の間、及び両端の二次電池セル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。このセパレータ２は、絶縁材で薄いプレート状またはシート状に製作される。図に示すセパレータ２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しており、このセパレータ２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同士を絶縁している。なお、セパレータとして、隣接する二次電池セル１の間に冷却気体の流路を形成する形状のセパレータを使用し、この流路に冷却気体を強制送風して二次電池セル１を冷却することもできる。また、二次電池セル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で二次電池セル１の電極部分を除く外装缶１１の表面を熱溶着させてもよい。

（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。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締結部材４が連結されて締結される。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、締結部材４が連結されて電池積層体１０を加圧状態に保持するので、二次電池セル１の膨張によってセル反力を受ける。本発明の電源装置は、エンドプレート３と締結部材４に作用するセル反力を分散させつつ、二次電池セル１の封口板側を保護できるように、エンドプレート３の構造、及びエンドプレート３と締結部材４との連結構造を独特の構成としている。

図１～図４に示すエンドプレート３は、板状に形成された中間プレート部３１の上下に、中間プレート部３１よりも厚く成形された肉厚部３２を連結してなる形状に成形されている。図のエンドプレート３は、電池積層体１０との対向面３Ａを平面状とし、反対側の面を中央凹とする断面視コ字状に形成されている。エンドプレート３の対向面３Ａの外形は、二次電池セル１の外形にほぼ等しくし、あるいはこれよりもわずかに大きくしており、両側面に締結部材４を固定して、電池積層体１０の膨化を対向面３Ａ全体で支持するようにしている。このエンドプレート３は、図３に示すように、上部に形成される上部肉厚部３２Ａが二次電池セル１の封口板１２側の上端部に対向して配置され、下部に形成される下部肉厚部３２Ｂが二次電池セル１の底面側の下端部に対向して配置され、さらに、中間に形成される中間プレート部３１が、二次電池セル１の中間部分に対向して配置される。

図４のエンドプレート３は、上下の肉厚部３２を、二次電池セル１の幅方向に延長された柱状に形成しており、上下の肉厚部３２の中間部分に形成される中間プレート部３１を所定の厚さを有する平板状としている。この形状のエンドプレート３は、上下の肉厚部３２を中間プレート部３１よりも厚く形成することで肉厚部３２の剛性を高めて、二次電池セルの膨張時において、二次電池セル１の封口板部分や外装缶の缶底部分の変位を抑制して保護する。また、このエンドプレート３は、中間プレート部３１を上下の肉厚部３２よりも薄い板状に形成することで、二次電池セルの膨張時において、中間プレート部３１を変形し易くしている。このエンドプレート３は、図５の鎖線で示すように、二次電池セル１が膨張した際に、中間プレート部３が二次電池セル１に押圧されて撓むように変形することで、エンドプレート３に働く応力を分散できるようにしている。

柱状に形成される肉厚部３２は、厚さ（ｄ１）を厚くして、上下幅（ｈ１）を大きくすることで剛性を高めて、膨張圧力による変形を抑制できる。また、板状に形成される中間プレート部３１は、厚さ（ｄ２）を薄くして、上下幅（ｈ２）を大きくすることで、二次電池セル１から受ける膨張圧力で変形しやすくできる。したがって、エンドプレート３は、これらのことを考慮して、中間プレート部の厚さ（ｄ２）及び上下幅（ｈ２）と、肉厚部の厚さ（ｄ１）及び上下幅（ｈ１）とを決定する。エンドプレート３は、中間プレート部３１の厚さ（ｄ２）を上下の肉厚部３２の厚さ（ｄ１）の３０％～６０％、好ましくは４０～５０％とすることができる。また、エンドプレート３は、中間プレート部３１の上下幅（ｈ２）を、エンドプレートの高さ（Ｈ）の５０％～８０％、好ましくは６０～７０％とし、各肉厚部の上下幅（ｈ１）をエンドプレートの高さ（Ｈ）の１０％～２５％、好ましくは１５％～２０％とすることができる。

図４のエンドプレート３は、上下の肉厚部３２を四角柱状とすると共に、これらを互いに平行な姿勢となるように中間プレート部３１の上下に一体的に連結して断面視をコ字状としている。この形状のエンドプレートは、幅方向における断面形状を等しくできるので、エンドプレートを金属製とする場合、押出成形により簡単に製造できる。図に示すエンドプレート３は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製であって、押出成形により製造される。ただ、エンドプレートは、鋳造により製造することもできる。さらに、エンドプレートは、アルミニウム以外の金属、例えば鉄、ＳＵＳ等の金属で製造することもできる。なお、アルミニウム合金製のエンドプレートは、熱処理によって調質されることが好ましい。

以上のエンドプレート３は、上下左右が対称な形状としている。このエンドプレート３は、上下や左右の向きに関係なく製造、組み立てできるので、製造コストを低減しながら、組み立て工程を簡便にして生産性を高めることができる。ただ、エンドプレートは、必ずしも上下対称とする必要はなく、エンドプレートの上部に形成される上部肉厚部を、下部に形成される下部肉厚部よりも厚く形成し、あるいは上下幅を大きく形成することもできる。このように、上部肉厚部を下部肉厚部よりも厚くし、あるいは上下幅を広くするエンドプレートは、上部肉厚部の剛性をより高くして、二次電池セルの上面側、すなわち、封口板側における電池積層体の変形をより効果的に抑制することができる。

以上のエンドプレート３は、図２に示すように、電池積層体１０の両端面に配置されて、電池積層体１０の両側に配置される複数の締結部材４が連結される。エンドプレート３は、図に示すように、両側面において固定ピン６を介して締結部材４が連結される。エンドプレート３の両側面に固定される固定ピン６は、対向する一対の固定ピン６同士が同軸上に位置するように配置される。図２のエンドプレート３は、上部肉厚部３２Ａと下部肉厚部３２Ｂの両側面に固定されそれぞれ一対の固定ピン６により、すなわち、４個の固定ピン６を介して締結部材４を連結している。

さらに、図２に示すエンドプレート３は、両側面に固定される締結部材４で電池積層体１０の膨化力Ｐを確実に受け止めるために、締結部材４の内側面に設けた係止ブロック５を案内して係止する嵌合部３３を両側面に設けている。図に示すエンドプレート３は、嵌合部３３の電池積層体１０側に、係止ブロック５と当接するストッパ部３４を設けている。言い換えると、エンドプレート３の両側面には、それぞれ、電池積層体１０側の端部から締結部材４に向けて突出するストッパ部３４を設けて、段差形状の嵌合部３３を設けている。また、エンドプレート３は、図２、図４、図６、及び図７に示すように、肉厚部３２に形成される嵌合部３３の底面３３ａに、固定ピン６が挿入される複数の連結孔３５を設けている。

エンドプレート３は、図３に示すように、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膨化力Ｐを電池積層体１０から受ける。このとき、エンドプレート３に連結される締結部材４の係止ブロック５は、図６及び図７に示すように、ストッパ部３４との接触部分において電池積層方向の外側方向に押圧する押圧力Ｒを受ける。これにより、締結部材４には、係止ブロック５に作用する押圧力Ｒの反作用として強い引張力Ｆが作用する。エンドプレート３は、ストッパ部３４と係止ブロック５が接触することにより、締結部材４の引張力Ｆで係止ブロック５が移動するのを抑制して、二次電池セル１の膨化力Ｐに耐えながら、締結された状態に保持される。ただ、本発明は、必ずしも係止ブロックとストッパ部との係止構造で締結部材をエンドプレートに連結する必要はなく、固定ピンによる連結のみで締結部材をエンドプレートに固定することもできる。

さらに、エンドプレート３は、上下に形成された肉厚部３２の両側面に締結部材４を連結しており、中間プレート部３１には締結部材４を連結しない構造としている。これにより、エンドプレート３は、電池積層体１０の上端部と下端部が二次電池セル１の積層方向に変形するのを抑制しながら、電池積層体１０の中間部分が膨張する際に、図４の鎖線で示すように、中間プレート部が外側方向に向かって撓むように変形しやすくしている。すなわち、エンドプレート３は、中間プレート部３１を薄く成形することと、締結部材４を中間プレート部３１に連結することなく上下の肉厚部３２に連結することの相乗効果で、二次電池セル１の膨張時において、中間プレート部３１を撓みやすくしている。

（締結部材４）
電源装置１００は、電池積層体１０の対向する両側面に、複数の締結部材４が配置されており、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を締結部材４で締結している。締結部材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二次電池セル１を所定の加圧状態に固定する。二次電池セル１の膨張圧力で締結部材４が伸びると、二次電池セル１の膨張を阻止できない。したがって、締結部材４には、二次電池セル１の膨張圧に耐える強度の金属板、たとえばＳＵＳ３０４等のステンレス板や鋼板等の金属板を十分な強度を有する幅と厚さに加工して製作される。

図１～図３に示す締結部材４は、二次電池セル１の膨化力でエンドプレート３を変形しやすくするために上下に分割しており、それぞれをエンドプレート３に連結している。図１～図３に示す締結部材４は、電池積層体１０の側面の上端部を被覆する上側バインドバー４Ａと、電池積層体１０の側面の下端部を被覆する下側バインドバー４Ｂとを備えている。上側バインドバー４Ａは、エンドプレート３の上部に形成された上部肉厚部３２Ａに固定され、下側バインドバー４Ｂは、エンドプレート３の下部に形成された下部肉厚部３２Ｂに固定される。このように、締結部材４を上下に分割して、上側バインドバー４Ａを上部肉厚部３２Ａに、下側バインドバー４Ｂを下部肉厚部３２Ｂにそれぞれ固定する構造は、二次電池セル１の膨張時において、エンドプレート３をスムーズに変形させることができる特長がある。上下の肉厚部３２の相対運動を締結部材４で抑制することなく、中間プレート部３１を撓ませることができるからである。

上側バインドバー４Ａと下側バインドバー４Ｂは、図２に示すように、帯状の金属板をＬ字状に折曲加工している。この形状の締結部材４は、曲げ強度を強くできるので、幅を狭くしながら、積層する二次電池セル１をしっかりと所定の圧縮状態に固定できる特長がある。このように、折曲された上側バインドバー４Ａと下側バインドバー４Ｂで構成される締結部材４は、図２に示すように、一対の上側バインドバー４Ａで電池積層体１０の上面の両側のコーナー部を被覆し、左右一対の下側バインドバー４Ｂで電池積層体１０の下面の両側のコーナー部を被覆している。この電源装置１００は、４本のバインドバーにより、電池積層体１０の四隅のコーナー部を保持している。

上側バインドバー４Ａは、電池積層体１０の側面及び上部肉厚部３２Ａの側面に対向して配置される垂直部４ａと、電池積層部１０の上面及び上部肉厚部３２Ａの上面に対向して配置される上側折曲部４ｂとを備えている。上側バインドバー４Ａの垂直部４ａは、エンドプレート３の中間プレート部３１を被覆することなく上部肉厚部３２Ａのみを被覆する上下幅として、電池積層体１０の側面の上端部を被覆する構造としている。

下側バインドバー４Ｂは、電池積層体１０の側面及び下部肉厚部３２Ｂの側面に対向して配置される垂直部４ａと、電池積層部１０の下面及び下部肉厚部３２Ｂの下面に対向して配置される下側折曲部４ｃとを備えている。下側バインドバー４Ｂの垂直部４ａは、エンドプレート３の中間プレート部３１を被覆することなく下部肉厚部３２Ｂのみを被覆する上下幅として、電池積層体１０の側面の下端部を被覆する構造としている。

（係止ブロック５）
さらに、上側バインドバー４Ａと下側バインドバー４Ｂは、垂直部４ａの両端部に、エンドプレート３の側面に設けた嵌合部３３に案内されてストッパ部３４に係止される係止ブロック５を固定している。係止ブロック５は、図２に示すように、所定の厚さを有する板状ないし角柱状の金属製としている。図に示す係止ブロック５は、締結部材４よりも肉厚に形成された板状であって、締結部材４の垂直部４ａの内側面に接合して固定されている。係止ブロック５は、溶接により締結部材４に固定することができる。係止ブロック５と締結部材４の溶接には、好ましくはスポット溶接が採用される。ただ、レーザ溶接やＭＩＧ溶接等の溶接を行うこともできる。

係止ブロック５は、締結部材４に固定された状態で、締結部材４の内側面よりもエンドプレート３の側面に向かって突出するように形成されている。締結部材４の両端部に固定される一対の係止ブロック５は、肉厚部３２の側面に対向して設けられており、エンドプレート３の側面に設けた嵌合部３３に案内されて、ストッパ部３４に係止される大きさと形状としている。この係止ブロック５は、締結部材４をエンドプレート３に連結する状態では、嵌合部３３に案内されてストッパ部３４に係止され、締結部材４を電池積層体１０の両側の定位置に配置する。締結部材４は、係止ブロック５をエンドプレート３の嵌合部３３に案内して、ストッパ部３４に係止させて剪断応力に対する耐性を高めている。

係止ブロック５は、鉄などの金属板、好ましくは鋼板や鉄、鉄合金、ＳＵＳ、アルミニウム、アルミニウム合金等が使用できる。締結部材４と係止ブロック５は、好ましくは、同種類の金属とする。これによって、締結部材４と係止ブロック５との溶接を容易に行いつつ、連結強度を高めることができる。ただ、締結部材４と係止ブロック５とを異種金属で形成することもできる。

（貫通孔７）
以上の締結部材４は、図６と図７の拡大断面図に示すように、係止ブロック５をエンドプレート３の嵌合部３３に案内してストッパ部３４に係止されると共に、固定ピン６を介してエンドプレート３の側面に固定される。図２、図６、及び図７に示す締結部材４は、固定ピン６でエンドプレート３に固定するために、固定ピン６を挿通する貫通孔７を設けている。固定ピン６は、締結部材４を貫通して、エンドプレート３に挿入される。

締結部材４は、固定ピン６の軸部６ａを貫通孔７に挿通して、エンドプレート３に設けた連結孔３５に挿入してエンドプレート３に固定される。図に示す締結部材４は、係止ブロック５を嵌合部３３に案内した状態で、エンドプレート３に設けた連結孔３５と一致するように、貫通孔７を開口している。図２の締結部材４は、両端部にそれぞれ１個の貫通孔７を開口して設けている。これに応じてエンドプレート３の連結孔３５も、肉厚部３２の両側面に１個ずつ形成されている。

さらに、図６と図７に示す締結部材４の貫通孔７は、垂直部４ａに開口された第一貫通孔４ｋと、係止ブロック５に開口された第二貫通孔５ｋで構成している。図に示す締結部材４は、第一貫通孔４ｋと第二貫通孔５ｋとを同心に開口しており、第一貫通孔４ｋは、固定ピン６の頭部６ｂを通過できる内径とし、第二貫通孔５ｋは、固定ピン６の軸部６ａを通過できるが、頭部６ｂを通過できない内径としている。この構造の締結部材４は、貫通孔７に固定ピン６を挿通してエンドプレート３に固定する際に、固定ピン６の軸部６ａを第一貫通孔４ｋと第二貫通孔４ｋに通過させて連結孔３５に挿入しながら、固定ピン６の頭部６ｂを第一貫通孔４ｋに通過させることができる。

図に示す固定ピン６は、貫通孔７に挿通される頭部６ｂの厚さを垂直部４ａよりも厚くして、頭部６ｂの一部を締結部材４の表面から突出させる構造としている。この構造は、固定ピン６の頭部６ｂが電源装置の側面から突出する量を低減して、電源装置の外形を小さくできる。ただ、固定ピンは、頭部の厚さを垂直部の厚さとほぼ等しくして、エンドプレートに固定する状態では、固定ピンの頭部の表面と締結部材の表面とをほぼ同一平面とすることもできる。この構造は、固定ピンの頭部が電源装置の側面から突出しない構造として、電源装置の外形をさらに小さくすることができる。また、締結部材の貫通孔は、第一貫通孔と第二貫通孔の両方を、ボルトのネジ部を通過できるが、頭部を通過できない内径としてもよい。

（固定ピン６）
固定ピン６は、締結部材４を貫通すると共に、エンドプレート３に設けた連結孔３５に挿入されて締結部材４をエンドプレート３に固定する。このような固定ピンとしてボルトや圧入ピンが使用できる。固定ピン６をボルトとする場合、固定ピン６の軸部６ａには雄ネジを設けて、頭部６ｂには工具を嵌入する嵌合凹部６ｃを設けると共に、これを挿入する連結孔３５には雌ネジを設けて雌ネジ孔とする。ボルトである固定ピンは、雌ネジを設けた連結孔に螺合して固定される。固定ピン６を圧入ピンとする場合、軸部６ａの外形を連結孔３５の内径とほぼ等しくし、あるいはやや大きくし、頭部６ｂの表面は平面状に形成すると共に、これを挿入する連結孔３５は丸穴とする。圧入ピンである固定ピン６は、頭部６ｂをハンマー等で叩いて連結孔３５に圧入して固定される。

図２に示す電源装置１００は、エンドプレート３の上部に設けた上部肉厚部３２Ａに固定ピン６を介して締結部材４を固着すると共に、エンドプレート３の下部に設けた下部肉厚部３２Ｂには、固定ピン６を介して締結部材４を回動自在に連結している。エンドプレート３は、図６に示すように、上側バインドバー４Ａが連結される上部肉厚部３２Ａには、固定ピン６としてボルト６Ａを使用してネジ止めにより固着している。したがって、エンドプレート３は、上部肉厚部３２Ａに設けた連結孔３５を雌ネジ孔としてボルトを螺合できるようにしている。

また、エンドプレート３は、図７に示すように、下側バインドバー４Ｂが連結される下部肉厚部３２Ｂには、固定ピン６として圧入ピン６Ｂを圧入している。このエンドプレート３は、下部肉厚部３２Ｂに設けた連結孔３５に固定される圧入ピン６Ｂを介して、下側バインドバー４Ｂに対して回動自在に連結している。図に示すように、エンドプレート３の下部肉厚部３２Ｂに設けた連結孔３５に圧入される圧入ピン６Ｂは、軸部６ａが挿通される係止ブロック５をエンドプレート３の側面と圧入ピン６Ｂの頭部６ｂとで挟着する状態でエンドプレート３に固定される。したがって、エンドプレート３と係止ブロック５は固定ピン６の軸部６ａを中心軸として、相対的に回動自在に連結される。

以上のように、下部肉厚部３２Ｂが締結部材４に対して回動自在に連結されるエンドプレート３は、図５の拡大図に示すように、電池積層体１０を構成する二次電池セル１が充電により膨張する際に、中央部が膨らむ二次電池セル１に押圧されて中間プレート部３１の中央部が外側に向かってが膨らむ形状に変形する。このとき、上部肉厚部３２Ａはボルト６Ａにより螺合されることで、エンドプレート３と締結部材４とが固着されて相対的な移動は制限される。これに対して、下部肉厚部３２Ｂは圧入ピン６Ｂにより固定されているので、エンドプレート３と締結部材４との相対的な回動が許容される。したがって、図５の鎖線で示すように、二次電池セル１に押圧されて中間プレート部３１が撓む状態では、エンドプレート３の下部が圧入ピン６Ｂの軸部６ａを中心として回動する状態で変形する。このように締結部材４との連結部を中心として回動するエンドプレート３は、中間プレート部３１をより効果的に変形させて、これに作用する応力を分散できる。

（面取り部３６、５ｒ）
さらに、エンドプレート３は、図８に示す構造とすることもできる。この図に示すエンドプレート３は、対向面３Ａの下端縁のコーナー部を面取りして面取り部３６を設けている。図に示す面取り部３６は、コーナー部をＲ面加工して設けている。Ｒ面加工される面取り部３６の曲率半径（Ｒ１）は、回動軸ｍから対向面３Ａまでの距離と等しくしている。この構造によると、図８の鎖線で示すように、二次電池セル１に押圧されて中間プレート部３１が変形し、エンドプレート３の下部が圧入ピン６Ｂを中心として回動する際に、エンドプレート３の対向面３Ａの下端部は面取り部３６のＲ面に沿って電池積層体１０に当接するので、対向面３Ａの下端のコーナー部と電池積層体１０の端面との当たりをなくしてスムーズに回動できると共に、電池積層体１０の底面側における変形を抑制することができる。

さらに、図８においては、エンドプレート３のストッパ部３４に係止される係止ブロック５のコーナー部にも面取り部５ｒを設けている。図に示す係止ブロック５は、エンドプレート３のストッパ部３４との対向部において、中間プレート部側のコーナー部をＲ面加工して面取り部５ｒを設けている。Ｒ面加工される面取り部５ｒの曲率半径（ｒ１）は、回動軸ｍからストッパ部３４までの距離と等しくしている。この構造も、エンドプレート３の下部が圧入ピン６Ｂを中心として回動する際に、エンドプレート３のストッパ部３４が、係止ブロック５の面取り部５ｒのＲ面に沿って移動するので、ストッパ部３４と係止ブロック５のコーナー部との当たりをなくしてスムーズに回動できると共に、係止ブロック５に部分的に大きな応力がかかって損傷を受けるのを有効に防止できる。

（絶縁シート９）
また、締結部材４と電池積層体１０の間には、絶縁シート９が介在される。絶縁シート９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４と二次電池セル１との間を絶縁している。図２に示す絶縁シート９は、上側バインドバー４Ａを被覆する第１絶縁シート９Ａと下側バインドバー４Ｂを被覆する第２絶縁シート９Ｂとを備えている。第１絶縁シート９Ａは、上側バインドバー４Ａの垂直部４ａの内面を被覆する垂直被覆部と、この垂直被覆部からＬ字状に折曲されて上側折曲部４ｂの内面を被覆する折曲被覆部と、折曲被覆部の先端を折り返して設けられて上側折曲部４ｂの上面を被覆する上面被覆部とで構成している。第２絶縁シート９Ｂは、下側バインドバー４Ｂの垂直部４ａの内面を被覆する垂直被覆部と、この垂直被覆部からＬ字状に折曲されて下側折曲部４ｃの内面を被覆する折曲被覆部とで構成している。これにより締結部材４は、内面全体を絶縁性の絶縁シート９で被覆することにより、二次電池セル１と締結部材４の意図しない導通を回避することができる。

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、高出力の電源装置を構築して搭載することもできる。

（ハイブリッド車用電源装置）
図９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１０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１１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１１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及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置、電源装置用締結部材、電源装置の製造方法、電源装置用締結部材の製造方法は、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…二次電池セル
１Ｘ…端子面
２…セパレータ
３…エンドプレート
３Ａ…対向面
４…締結部材
４Ａ…上側バインドバー
４Ｂ…下側バインドバー
４ａ…垂直部
４ｂ…上側折曲部
４ｃ…下側折曲部
４ｋ…第１貫通孔
５…係止ブロック
５ｋ…第二貫通孔
５ｒ…面取り部
６…固定ピン
６Ａ…固定ボルト
６Ｂ…圧入ピン
６ａ…軸部
６ｂ…頭部
６ｃ…嵌合凹部
７…貫通孔
９…絶縁シート
１０…電池積層体
１１…外装缶
１２…封口板
１３…電極端子
１４…ガス排出弁
１５…開口部
３１…中間プレート部
３２…肉厚部
３２Ａ…上部肉厚部
３２Ｂ…下部肉厚部
３３…嵌合部
３３ａ…底面
３４…ストッパ部
３５…連結孔
３６…面取り部
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
ｍ…回動軸

Claims (9)

1. 角形で上部を開口させた外装缶と、
   前記外装缶の開口を閉塞する封口板と
   を備える二次電池セルと、
   前記二次電池セルを積層してなる電池積層体と、
   前記電池積層体の積層方向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締結部材と、
   を備える電源装置であって、
   前記エンドプレートは、板状に形成された中間プレート部の上下に前記中間プレート部よりも厚く成形された肉厚部を一体的に連結しており、
   前記肉厚部に前記締結部材が連結されてなることを特徴とする電源装置。
2. 請求項１に記載の電源装置であって、
   前記締結部材が、前記電池積層体の側面の上端部を被覆する上側バインドバーと、側面の下端部を被覆する下側バインドバーとを備えており、
   前記上側バインドバーが、前記エンドプレート上部の前記肉厚部に固定され、
   前記下側バインドバーが、前記エンドプレート下部の前記肉厚部に固定されてなる電源装置。
3. 請求項１または２に記載の電源装置であって、さらに、
   前記締結部材を前記エンドプレートに固定する複数の固定ピンを備えており、
   前記締結部材が、同軸上に配置される一対の前記固定ピンを介して前記肉厚部の両側面に固定されてなる電源装置。
4. 請求項３に記載の電源装置であって、
   前記締結部材は、
   前記エンドプレート上部の前記肉厚部に前記固定ピンを介して固着され、
   前記エンドプレート下部の前記肉厚部に前記固定ピンを介して回動自在に連結されてなる電源装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の電源装置であって、
   前記エンドプレートが、前記電池積層体との対向面を平面状とし、反対側の面を中央凹とする断面視コ字状に形成されてなる電源装置。
6. 請求項５に記載の電源装置であって、
   前記肉厚部が前記二次電池セルの幅方向に延長された柱状に形成されており、
   上下の前記肉厚部が互いに平行な姿勢で前記中間プレート部に連結されてなる電源装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか一項に記載される電源装置であって、
   前記エンドプレートがアルミニウムまたはアルミニウム合金で押出成形されてなる電源装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項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。
9. 請求項１ないし７のいずれか一項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ことを特徴とする蓄電装置。

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