JP5666274B2 - 組電池及びこれを備える車両 - Google Patents

Description

本発明は、複数の角形電池セルを積層してなる組電池に関し、特に、ハイブリッド自動車や電気自動車等の自動車を駆動するモータの電源用等に使用される組電池及びこれを備える電動車両に関する。

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は、電池セルを外装ケースに収納した電源装置を搭載している。この電源装置は、モータで自動車を走行させるための出力を得るために、多数の電池セルを直列に接続して出力電圧を高くしている。例えば、外装缶を角形とした電池セルを積層して組電池を構成し、この組電池を複数連結して電源装置を構成している（例えば、特許文献１及び２参照）。

各電池セルは、上面に正負の電極端子を突出させている。各電極端子は、封口板に固定されている。この電池セルを複数、絶縁性のセパレータを間に介在させて積層し、端面にエンドプレートを配置して組電池としている。また、金属製のバインドバーでエンドプレート同士を締結して、積層状態に固定している。金属のバインドバーによる締結に際しては、長期にわたって安定して電池セルを保持できるよう、十分な強度が求められる。特に車載用途においては、振動や衝撃に晒されるため、より強固な締結が必要となる。

特開２００８−２８２５８２号公報 特開２０１０−１１０８３３号公報

以上の組電池は、バインドバーで挟着される電池セルの上下振動を確実に阻止するのが難しい。とくに、車両等のように振動を受ける環境で使用されて、電池セルの振動を確実に阻止できない。多数の電池セルを、セパレータを挟んで積層している組電池は、振動環境に配置されると、中央部の電池セルが上下方向に力を受けて振動する。この状態で、中央部の電池セルは、振動されると種々の弊害を起こす。たとえば、振動する電池セルの表面に設けている絶縁層が、振動しないバインドバーに擦られて破損して、絶縁破壊や漏電の原因となる。また、振動によって電池セルが物理的に損傷されて電気特性を悪化させ、あるいは寿命を短くする等の弊害となる。とくに、車載用の電源装置においては、振動や衝撃にさらされる結果、使用するにつれて電池セルが上下にずれることが起こり得る。中間の電池セルが上方向にずれると、上面において電極端子同士がバスバーを介して接続されているため、電極端子と封口板との接続部分に応力が加わり、亀裂や破断が生じるおそれもある。さらに、電極端子とバスバーの接続部の接触抵抗増加に伴う、電気特性の悪化や発熱に伴う部品変形、劣化などの懸念もある。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その主な目的は、簡単な構造で電池セルの上下動を抑制して、電池セルの上下動に起因する種々の弊害を有効に防止して、信頼性を高めた組電池及びこれを備える電動車両を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

以上の目的を達成するために、第１の側面に係る組電池によれば、外形を角形とした複数の電池セル１と、前記複数の電池セル１を積層した状態で、これを締結するためのバインドバー４、７４とを備え、前記組電池１０、７０を水平面上に固定した状態で、前記電池セル１の積層方向において、中間に位置する電池セル１の上方向への移動を規制する規制部材３１、４１、５１、６１、７１、８１を設けている。
ただし、本明細書において、「組電池を水平面上に固定した状態」とは、組電池を水平方向から多少傾斜する面上に固定する状態も含む広い意味で使用する。
さらに、本明細書において、「前記電池セルの積層方向において、中間に位置する電池セル」とは、互いに積層される複数の電池セルのうち、両端に位置する電池セルを除く電池セルを意味するものとする。

以上の組電池は、水平面上に固定された状態で、中間に位置する電池セルが上方向に移動する事態を回避でき、複数の電池セル同士を同一面上に維持することができる。したがって、電池セル間の接続状態を維持して信頼性を向上できる。

また、第２の側面に係る組電池によれば、前記規制部材３１、４１、７１、８１は、中間に位置する電池セル１に対向して前記組電池１０、７０の上面に当接する押圧部材とすることができる。
これにより、組電池を上面側から押圧して、電池セルの跳ね上がりを効果的に阻止できる。

さらに、第３の側面に係る組電池によれば、前記規制部材３１、４１を、前記バインドバー４に固定されたブラケット３３、４３とし、このブラケット３３、４３に、前記組電池１０の上面に沿う水平部３３Ａ、４３Ａを設けて、この水平部３３Ａ、４３Ａを組電池１０の上面に当接させることができる。
以上の組電池は、バインドバーに固定してなるブラケットに設けた水平部を組電池の上面に当接させるので、このブラケットで組電池の中間を押圧して、この部分が持ち上がる事態を効果的に回避できる。

さらに、第４の側面に係る組電池によれば、前記規制部材３１、４１を、前記バインドバー４に複数設けることができる。
これにより、中間に配置される複数の電池セルを複数箇所で保持して、これらの電池セルの移動を確実に阻止できる。とくに、中間の電池セルの内、浮き上がる可能性のある位置にある電池セルを複数、選択的に保持できる利点が得られる。

さらに、第５の側面に係る組電池によれば、前記バインドバー４を、前記組電池１０の両側面に設けて、側面に位置するバインドバー４が、それぞれ異なる個数の規制部材３１、４１を有することができる。
これにより、バインドバーの構成を共通化することなく、配置状況や利用可能なスペースに応じて柔軟なバインドバーの選択、配置が可能となる。

さらに、第６の側面に係る組電池によれば、前記バインドバー７４を、前記組電池７０の側面に配置すると共に、前記バインドバー７４の上端部を折曲して、前記組電池７０の上面に沿う水平部７４ｙを設けて、この水平部７４ｙを前記規制部材７１として組電池７０の上面に当接させることができる。
以上の組電池は、バインドバーを組電池の側面に配置し、バインドバーの上端部を折曲して設けた折曲水平部を規制部材として組電池の上面に当接させるので、中間の電池セルをバインドバーで確実に保持して、相対的に振動しない構造にできる。また、この構造は、バインドバーに折曲水平部を設けることで、バインドバーの上下方向と水平方向の曲げ強度を強くして、バインドバーでもって、複数の電池セルを積層した状態で強固に締結できる特徴もある。

さらに、第７の側面に係る組電池によれば、前記組電池の上面を覆うトップカバー６Ａと、前記トップカバー６Ａと前記組電池１０との間を閉塞するシール材８とを備え、前記規制部材８１を、前記シール材８の中間を他の部分よりも厚く形成した肉厚部８Ａとすることができる。
これにより、組電池の中間部分で上面から強く押圧されるため、中間に位置する電池セルの浮き上がりを効果的に阻止できる。

さらに、第８の側面に係る組電池によれば、前記肉厚部８Ａを、ウレタンシートで形成することができる。
これにより、高温下での劣化が少なく信頼性の高い規制効果を実現できる。

さらに、第９の側面に係る組電池によれば、前記複数の電池セル１同士の間に介在される絶縁性のセパレータ２を複数備えて、前記セパレータ２は、前記電池セル１の上面の少なくとも一部を覆うようにカバー部２３を形成して、前記規制部材３１、４１、７１、８１が、前記カバー部２３の上面に当接するよう構成することができる。
これにより、規制部材が電池セルを直接押圧するのではなく、絶縁性のセパレータを押圧することで、金属製の規制部材を利用することが可能となり、機械強度を向上させて信頼性を高められる。

さらに、第１０の側面に係る組電池によれば、前記組電池１０の下面に、前記組電池１０が固定されるベースプレート６Ｘを備えて、前記規制部材５１を、前記バインドバー４をベースプレート６Ｘに固定する固定部材５３とすることができる。
これにより、組電池を下面側で水平面上に固定することで、中間部分における電池セルの跳ね上がりを効果的に阻止できる。

さらに、第１１の側面に係る組電池によれば、前記組電池１０の下面に、前記組電池が固定されるベースプレート６Ｘを備えて、前記規制部材６１を、前記組電池１０の中間部分をベースプレート６Ｘに固定する固定部材６３とし、前記固定部材６３が、下端部をベースプレート６Ｘに固定すると共に、上端部に、前記組電池１０の上面に沿う水平部６３Ａを設けて、この水平部６３Ａを組電池１０の上面に当接させることができる。
これにより、組電池の中間部分において、組電池の上面側をベースプレートに連結して、中間部分における電池セルの跳ね上がりを確実に阻止できる。

さらに、第１２の側面に係る組電池によれば、前記複数の電池セル１同士の間に介在される絶縁性のセパレータ２を複数備えて、前記セパレータ２が、前記組電池１０、７０の両側面から外側に突出する突出部２５を有して、この突出部２５を前記バインドバー４の側縁に沿って配置して、前記バインドバー４に対するセパレータ２の上下方向の移動を前記突出部２５で抑制することができる。
これにより、複数のセパレータの上下方向の移動を有効に阻止できる。

さらに、第１３の側面に係る組電池によれば、前記バインドバー４を、前記組電池１０の側面で上下に離間して設けることができる。
これにより、上下のバインドバーで確実に組電池を締結できる。

さらに、第１４の側面に係る組電池によれば、前記上下のバインドバー４は、該バインドバー４同士の中間を補強プレート１８で連結することができる。
これにより、振動等によりバインドバーがしなることが抑止されるので、安定的にバインドバーを保持できる結果、バインドバーで締結される電池セルの位置ずれも抑止できる。

さらにまた、第１５の側面に係る組電池を備える電動車両によれば、上記の組電池を備えることができる。

本発明の一実施例にかかる組電池を備える電源装置の垂直横断面図である。 図１に示す電源装置の内部構造を示す斜視図である。 本発明の一実施例にかかる組電池の斜視図である。 図３に示す組電池の分解斜視図である。 図３に示す組電池の垂直横断面図である。 電池セルとセパレータを積層する状態を示す分解斜視図である。 図３に示す組電池の規制部材を示す要部拡大斜視図である。 図７に示す組電池の分解斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる組電池の垂直横断面図である。 図９に示す組電池の規制部材を示す要部拡大斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる組電池の分解斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる組電池の垂直横断面図である。 図１２に示す組電池の規制部材を示す要部拡大斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる組電池の垂直横断面図である。 図１４に示す組電池の規制部材を示す要部拡大斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる組電池の斜視図である。 本発明の他の実施例にかかる組電池の斜視図である。 本発明の一実施例にかかる電動車両であってエンジンとモータで走行するハイブリッドカーを示すブロック図である。 本発明の他の実施例にかかる電動車両であってモータのみで走行する電気自動車を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための組電池及びこれを備える電動車両を例示するものであって、本発明は組電池及びこれを備える電動車両を以下のものに特定しない。また、この明細書は、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。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。

以下、本発明の実施例に係る組電池として、電動車両用の電源装置に適用した例を、図１ないし図６に基づいて説明する。これらの図に示す組電池は、主として、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーや、モータのみで走行する電気自動車などの電動車両の電源に最適である。ただ、本発明はハイブリッドカーや電気自動車等の電動車両以外の用途であって、大出力が要求される用途にも使用できる。

組電池は、図３ないし図６に示すように、外形を角形とする複数の電池セル１と、複数の電池セル１を積層した状態で、これを締結するためのバインドバー４とを備えている。図の組電池１０は、複数の電池セル１を絶縁性のセパレータ２を挟んで積層した電池積層体５で構成しており、この電池積層体５の両端面に一対のエンドプレート３を配置し、一対のエンドプレート３をバインドバー４で連結して、複数の電池セル１を一体的に連結している。図の組電池１０は、セパレータ２と電池セル１との間に送風隙間１５を設けて、送風隙間１５に強制送風する送風ダクト１６を、図１に示すように、組電池１０の対向位置である両側に設けている。送風ダクト１６から送風隙間１５に冷却気体を強制送風して、電池セル１を冷却する。

組電池１０は、図１と図２に示すように、外装ケース６に収納されて電源装置としている。図１に示す外装ケース６は、ベースプレート６Ｘの上にカバープレート６Ｙを固定して、組電池１０を収納する電池収納部２８と電子部品（図示せず）を収納する電子部品収納部２９とを設けている。カバープレート６Ｙは、トップカバー６Ａと電子部品カバー６Ｂとからなる。外装ケース６は、ベースプレート６Ｘにトップカバー６Ａを固定して内部に電池収納部２８を設けている。また、ベースプレート６Ｘとトップカバー６Ａとに電子部品カバー６Ｂを固定して電子部品収納部２９を設けている。さらに、外装ケース６は、ベースプレート６Ｘの上にカバープレート６Ｙを固定して、その両端の開口部を端面プレート（図示せず）で閉塞して、電池収納部２８と電子部品収納部２９を内部に設けている。

図１と図２の電源装置は、外装ケース６に、複数の組電池１０を２列に並べて配列しており、その間と両側とに送風ダクト１６ができるように、組電池１０の上面をトップカバー６Ａで覆っている。２列に配列される組電池１０の間の上面には、閉塞部材２０を配置して、この閉塞部材２０にトップカバー６Ａを固定している。トップカバー６Ａと組電池１０との間には、送風ダクト１６を気密に閉塞するシール材８を配設している。図１に示す組電池１０は、上面の両側縁に沿って、電池セル１の積層方向に延びるシール材８を配設している。２列に配列される組電池１０の中間側の上面に、互いに対向して配置される２列のシール材８は、閉塞部材２０で押圧されて中間の送風ダクト１６を気密に閉塞している。２列に配列される組電池１０の両外側の上面に配置されるシール材８は、トップカバー６Ａの段差部６ｓで押圧されて外側の送風ダクト１６を気密に閉塞している。

この電源装置は、２列の組電池１０の間に供給ダクト１６Ａを設けると共に、２列に配置された組電池１０の両外側に排出ダクト１６Ｂを設けて、供給ダクト１６Ａと排出ダクト１６Ｂとの間に複数の送風隙間１５を並列に連結している。この電源装置は、図２の矢印で示すように、強制送風機構１９でもって供給ダクト１６Ａから排出ダクト１６Ｂに向けて冷却気体を強制送風して電池セル１を冷却する。供給ダクト１６Ａから排出ダクト１６Ｂに強制送風される冷却気体は、供給ダクト１６Ａから分岐されて、各々の送風隙間１５に送風されて電池セル１を冷却する。電池セル１を冷却した冷却気体は、排出ダクト１６Ｂに集められて排気される。ただ、電源装置は、図示しないが、供給ダクトと排出ダクトとを逆に配置して、外側から内側に向かって冷却気体を送出して冷却することもできる。

（電池セル１）
電池セル１は、幅よりも薄い薄型の角形電池で、互いに平行な姿勢としてセパレータ２を挟んで、セパレータ２で絶縁して積層している。電池セル１は、図５と図６に示すように、上面の両端部に正負の電極端子１３を突出させて固定している。電極端子１３を突出させる位置は、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、電池セル１を左右が逆向きとなるように裏返して重ねて積層し、隣接して接近する正極と負極の電極端子１３を金属板のバスバー１１で接続し、あるいは直接に接続して、直列に接続できる。電池セル１を直列に接続する組電池１０は、出力電圧を高くして出力を大きくできる。ただし、組電池は、電池セルを並列と直列に接続することもできる。

電池セル１はリチウムイオン二次電池である。ただし、角形電池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。角形電池は、正負の電極板を積層している電極体を外装缶１Ａに収納して電解液を充填して気密に密閉したものである。外装缶１Ａは、図６に示すように、底を閉塞する四角い筒状に成形したもので、上方の開口部を封口板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たもので、表面が導電性を有する。積層される電池セル１は、薄い角形に成形される。封口板１Ｂも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。この封口板１Ｂは、正負の電極端子１３を両端部に、端子ホルダ１４を介して固定している。

（端子ホルダ１４）
端子ホルダ１４は、傾斜面を有する三角形状に形成されており、電池セル１の上面で電極端子１３の突出部分を除く周囲を絶縁している。この端子ホルダ１４は、プラスチックなどの絶縁性部材で構成される。端子ホルダ１４の傾斜面には電極端子１３を配置しており、電極端子１３を傾斜姿勢で突出させた状態で、電池セル１の両端部の定位置に配置している。一方、正負の電極端子１３は、内蔵する正負の電極板（図示せず）に接続されている。

（バスバー１１）
さらに、電池セル１は、電極端子１３にバスバー１１を接続している。バスバー１１は電極端子１３に固定している止ネジ１３Ａを挿通し、この止ネジ１３Ａにナット１２をねじ込んで、電極端子１３に固定される。バスバー１１は、金属板の両端部に、隣接する電池セル１の電極端子１３に固定している止ネジ１３Ａを挿通するための貫通孔を開口している。バスバー１１は電極端子１３に積層して固定される。バスバー１１は隣接する電池セル１の電極端子１３同士を電気接続する。接続形態は、隣接する電池セル１を直列接続するか並列接続するかに応じて異なる。すなわち、直列接続時は正極と負極とを、並列接続時は正極同士、負極同士を、各々連結する。図の組電池１０は、隣接する電池セル１の電極端子１３をバスバー１１で連結して、互いに直列に接続している。電池セル１を直列に接続している組電池１０は、出力電圧を高くできる。ただし、組電池１０は、電池セルを並列に接続して電流容量を大きくすることもできる。

（セパレータ２）
セパレータ２は、図６に示すように、互いに隣接する電池セル１の間に挟着されて、隣接する電池セル１を一定の間隔に保持して絶縁する。このため、セパレータ２は、絶縁部材で構成され、隣接する電池セル１の外装缶１Ａを絶縁する。このようなセパレータ２は、プラスチック等の絶縁材を成形して製作される。図６に示すセパレータ２は、電池セル１との間に、電池セル１を冷却する空気などの冷却用の気体を流すための送風隙間１５を設けている。送風隙間１５のあるセパレータ２は、ここに空気などの冷却用の気体を強制送風して電池セル１を冷却する。ただし、セパレータは必ずしも送風隙間を設ける必要はない。それは、図示しないが、電池セルの底面を、冷媒などで強制冷却される冷却プレートに熱結合して強制的に冷却することができるからである。

セパレータ２は、全体をプラスチックで一体的に成形している。このセパレータ２は、図５と図６に示すように、電池セル１の外周に沿って、電池セル１の積層方向に突出する周壁２２を設けている。このセパレータ２は、周壁２２の内形を電池セル１の外形にほぼ等しくして、周壁２２の内側に電池セル１を入れて、電池セル１に対して定位置に配置している。周壁２２は、電池セル１の両側面の外側に位置する縦周壁２２Ａと、電池セル１の上面の外側に位置する上周壁２２Ｂと、電池セル１の底面の外側に位置する底周壁２２Ｃとからなる。上周壁２２Ｂは、電池セル１の上面の少なくとも一部を覆うカバー部２３を形成している。カバー部２３となる上周壁２２Ｂは、電池セル１の上面に設けている電極端子１３や安全弁の開口部１Ｃを閉塞しないように、電極端子１３や安全弁の開口部１Ｃを露出させる形状としている。また、底周壁２２Ｃは、セパレータ２の底面側にあって、電池セル１の積層方向、すなわち水平方向に突出するように設けられている。

縦周壁２２Ａは、セパレータ２の上下の端部に位置して設けられている。セパレータ２の上部に設けている縦周壁２２Ａは、上端を上周壁２２Ｂに直角に連結する形状としている。セパレータ２の下部に設けている縦周壁２２Ａは、セパレータ２の底面側で底周壁２２Ｃに直角に連結された形状としている。縦周壁２２Ａは、セパレータ２が電池セル１に挟着される状態で、電池セル１の両側面の全幅をカバーする幅としている。この縦周壁２２Ａは、電池セル１の積層方向の突出量を、電池セル１の厚さの１／２として、電池セル１の全横幅をカバーする。縦周壁２２Ａは、セパレータ２の上端から下端まで連続しては設けられず、上部と下部とに設けて、その中間には、セパレータ２と電池セル１との間に冷却空気を強制送風する開口部２４を設けている。

さらに、図に示すセパレータ２は、組電池１０の側面から突出する突出部２５を備えている。図のセパレータ２は、上下の両端部において、外側に突出する突出部２５を、縦周壁２２Ａに一体成形して設けている。セパレータ２の上部に設けている縦周壁２２Ａは、上端から外側に突出して突出部２５を設けている。セパレータ２の下部に設けている縦周壁２２Ａは、下端部から外側に突出して突出部２５を設けている。縦周壁２２Ａの外側に突出する突出部２５は、組電池１０の側面に配置されるバインドバー４の側縁に沿う突出壁としている。上下の縦周壁２２Ａに突出部２５を設けたセパレータ２は、この突出部２５にバインドバー４の側縁を当接させて、簡単な構造でバインドバー４に対するセパレータ２の上下方向の移動を阻止できる。図に示すセパレータ２は、下側の縦周壁２２Ａに設けた突出部２５の上面にバインドバー４の下側の側縁を当接させて、セパレータ２がバインドバー４に対して上方向に移動するのを阻止している。また、セパレータ２は、上側の縦周壁２２Ａに設けた突出部２５の下面にバインドバー４の上側の側縁を当接させて、セパレータ２がバインドバー４に対して下方向に移動するのを阻止している。図のセパレータ２は、上下の縦周壁２２Ａに突出部２５を設けているが、セパレータは、上下のいずれか一方の縦周壁にのみ突出部を設けることもできる。さらに、セパレータは、必ずしも突出部を設ける必要はなく、これを省略することもできる。

（エンドプレート３）
電池セル１をセパレータ２を介して交互に積層した電池積層体５は、図４に示すように、両側端面に位置するセパレータ２をエンドプレート３で押圧する状態に固定される。エンドプレート３は、硬質のプラスチックで製作され、あるいはアルミニウムやその合金などの金属で製作される。エンドプレート３は、広い面積で電池セル１を挟着するために、その外形を角形電池１とほぼ同じ四角形としている。四角形のエンドプレート３は、電池セル１と同じ大きさに、あるいは電池セル１よりもわずかに大きくしている。プラスチック製のエンドプレート３は、直接に電池セル１に積層され、金属製のエンドプレートは、絶縁材を介して電池セルに積層される。このように、電池セル１とセパレータ２とからなる電池積層体５を両端面からエンドプレート３で狭持するようにバインドバー４で側面を締結する。

（バインドバー４）
バインドバー４は、図３ないし図６に示すように電池積層体５の両側面で電池積層体５を締結する。このバインドバー４は、電池積層体５の積層方向に延長され、かつ電池積層体５の表面に沿う所定の幅を有する金属板である。図の組電池１０は、電池積層体５の側面の上下に離間して設けられた２本のバインドバー４により締結しており、左右の側面で計４本のバインドバー４により電池積層体５を結束している。また、バインドバー４の両端縁は、エンドプレート３の外側面に沿うようにほぼ直角に折曲して折曲片４Ａとしている。折曲片４Ａには貫通孔を設けている。貫通孔に挿通されるボルト１７が、エンドプレート３にねじ込まれて、バインドバー４はエンドプレート３に固定される。

（規制部材３１）
さらに、図３ないし図５に示す組電池１０は、水平面上に固定した状態で、電池セル１の積層方向において、中間に位置する電池セル１の上方向への移動を規制する規制部材３１を設けている。図に示す規制部材３１は、中間に位置する電池セル１に対向して組電池１０の上面に当接する押圧部材である。押圧部材である規制部材３１は、組電池１０を上面側から押圧して、中間の電池セル１が上方に移動するのを阻止する。

図５、図７、及び図８に示す押圧部材３１は、バインドバー４に固定されたブラケット３３としている。図のブラケット３３は、下端部を固定部３３Ｂとして、バインドバー４に固定すると共に、上端部に、組電池１０の上面に沿う水平部３３Ａを設けて、この水平部３３Ａを組電池１０の上面に当接させている。この形状のブラケット３３は、金属板を折曲加工して製造される。ただ、ブラケットは硬質のプラスチックで成形することもできる。図のブラケット３３は、上下に離間して配置された２本のバインドバー４のうち、上側に位置するバインドバー４に固定部３３Ｂを固定して、バインドバー４の定位置に固定している。このように、上側に配置されるバインドバー４にブラケット３３を固定する構造は、最も簡単に、組電池１０の上面の定位置にブラケット３３の水平部３３Ａを配置できる。ただ、ブラケットは、下側のバインドバーに固定することもできる。金属製のブラケット３３は、溶着してバインドバー４に固定される。ただ、ブラケットは、ボルトとナット等の連結具を介してバインドバーに固定することもできる。この連結構造は、ブラケットを脱着自在にバインドバーに固定できる。なお、規制部材であるブランケットは、バインドバーと別部材で構成してバインドバーに固定する構成に特定せず、バインドバーと一体的に形成することもできる。

さらに、図に示すブラケット３３は、断面形状をコ字状として、固定部３３Ｂと水平部３３Ａの中間に、セパレータ２の突出部２５を案内する挿入凹部３３Ｃを設けている。この形状のブランケット３３は、セパレータ２に設けた突出部２５の突出量を大きくしながらブラケット３３の水平部３３Ａを確実に組電池１０の上面に当接できる。ただ、押圧部材である規制部材４１は、図９と図１０に示すように、ブラケット４３の断面形状を逆Ｌ字状として、垂直部４３Ｘの上端に組電池１０の上面に沿う水平部４３Ａを設けて、この水平部４３Ａを組電池１０の上面に当接させると共に、垂直部４３Ｘの下端部を固定部４３Ｂとしてバインドバー４に固定することもできる。このブラケット４３は、金属板を折曲加工して最も簡単に製造できる。この形状のブラケットは、突出量の小さい突出部を備えるセパレータ、または突出部のないセパレータに好適に使用できる。

さらに、図７と図８に示すブラケット３３は、水平部３３Ａに、電池セル１の積層方向に伸びる延長部３３ａを設けている。このブラケット３３は、電池セル１の積層方向における水平部３３Ａの全長（Ｌ）を長くして、水平部３３Ａを組電池１０の上面の広い範囲にわたって当接できる。とくに、バインドバー４に固定される固定部３３Ｂの幅（Ｄ）を狭くしながら、水平部３３Ａの全長（Ｌ）を長くして、複数のセパレータ２の上面に当接できる。図に示すブラケット３３は、延長部３３ａを設けた水平部３３Ａの全長（Ｌ）を、複数のセパレータ２の上面に跨って当接できる長さとしている。図のブラケット３３は、固定部３３Ｂの幅（Ｄ）をセパレータ２の横幅（Ｗ）とほぼ等しくし、延長部３３ａを設けた水平部３３Ａの全長（Ｌ）をセパレータ２の横幅（Ｗ）の約３倍としている。このブラケット３３は、延長部３３ａを有する水平部３３Ａを３個ないし４個のセパレータ２の上面に当接させて、これと対向する複数の電池セル１の上方向への移動を有効に防止できる。ただ、ブラケットは、固定部の幅（Ｄ）をセパレータの横幅（Ｗ）の０．５倍〜２倍とし、延長部を設けた水平部の全長（Ｌ）をセパレータの横幅（Ｗ）の２倍〜５倍とすることもできる。

以上のブラケット３３は、水平部３３Ａに延長部３３ａを設けて、その全長（Ｌ）を長くしているが、ブラケットは、必ずしも水平部に延長部を設ける必要はなく、図１０に示すように、水平部４３Ａの全長（Ｌ）を固定部４３Ｂの幅（Ｄ）と等しくすることもできる。ただ、このように、延長部のない水平部４３Ａを備えるブラケット４３も、好ましくは、複数のセパレータ２の上面に跨って当接するように配置される。図１０に示すブラケット４３は、水平部４３Ａの全長（Ｌ）をセパレータ２の横幅（Ｗ）よりも広くして、互いに隣接する３個のセパレータ２に跨って水平部４３Ａを当接させている。このブラケット４３も、水平部４３Ａと対向する複数の電池セル１の上方向への移動を防止できる。このブラケットは、例えば、水平部の全長（Ｌ）を、セパレータの横幅（Ｗ）の１倍〜３倍、好ましくは、１．２倍ないし２倍として複数のセパレータの上面に跨って配置される。

以上の規制部材３１は、バインドバー４に複数設けることができる。複数の規制部材３１を設けたバインドバー４は、中間に配置される複数の電池セル１を複数箇所で保持して、これらの電池セル１の移動を確実に阻止できる。とくに、中間の電池セル１の内、浮き上がる可能性のある位置にある電池セル１を複数、選択的に保持できる。さらに、組電池１０は、両側面に位置するバインドバー４に、それぞれ異なる個数の規制部材３１を設けることができる。図２に示す電源装置は、複数の組電池１０を２列に配列しており、２列の組電池１０の間に位置するバインドバー４には１個の規制部材３１を設けて、外側に位置するバインドバー４には３個の規制部材３１を設けている。このように、バインドバー４に固定される規制部材３１の個数は、配置状況や利用可能なスペースに応じて種々に変更できる。

（図を追加して記載箇所を移動）
さらに、図１１の組電池１０は、上下のバインドバー４の中間を補強プレート１８で連結している。図の組電池１０は、上下のバインドバー４を、バインドバー４に対して交差するように固定された交差片からなる補強プレート１８で連結して補強している。図の補強プレート１８は、組電池１０の側面に沿う金属板で、溶接などの方法でバインドバー４に固定している。この組電池１０は、上下のバインドバー４を補強プレート１８で連結することで、相対的な移動や変形を阻止して強靱な構造としながら、上側のバインドバー４に固定されたブラケット３３を介して、中間に積層される電池セル１をより振動しない状態で保持できる。ただ、補強プレートは、以上の形状に特定せず、上下に配置されるバインドバーを互いに連結する、１ないし複数枚のプレートとすることもできる。さらに、上下のバインドバーを連結する補強部材は、下方に延長してベースプレートに固定することもできる。

さらに、図１２と図１３に示す規制部材５１は、バインドバー４をベースプレート６Ｘに固定する固定部材５３としている。固定部材５３である規制部材５１は、バインドバー４をベースプレート６Ｘに連結して、中間の電池セル１が上方に移動するのを阻止する。図１２と図１３に示す固定部材５３は、断面形状をＬ字状とする固定具で、垂直部分を固定部５３Ｃとしてバインドバー４に固定し、折曲部を連結部５３Ｂとしてベースプレート６Ｘに固定している。この固定部材５３は、金属板を折曲加工して製造される。ただ、固定部材は、硬質のプラスチックで成形することもできる。金属製の固定部材５３は、固定部５３Ｃを溶着してバインドバー４に固定している。ただ、固定部材は、ボルトとナット等の連結具を介してバインドバーに固定することもできる。この連結構造は、固定部材を脱着自在にバインドバーに固定できる。また、連結部５３Ｂは、螺合してベースプレート６Ｘに固定している。図の固定部材５３は、上下に離間して配置された２本のバインドバー４のうち、下側に位置するバインドバー４に固定している。この構造は、下側に位置するバインドバー４をベースプレート６Ｘに固定して、バインドバー４の下側の側縁に沿って配置されたセパレータ２の突出部２５を、バインドバー４とベースプレート６Ｘとで挟着して複数のセパレータ２の下面をベースプレート６Ｘの上面に固定する。ただ、固定部材は、上下に配置される両方のバインドバーに固定することもできる。

さらに、図１４と図１５に示す規制部材６１は、組電池１０の中間部分をベースプレート６Ｘに固定する固定部材６３としている。この固定部材６３は、一端をベースプレート６Ｘに固定すると共に、他端を組電池１０の上面に当接させて、中間の電池セル１が上方に移動するのを阻止する。この固定部材６３は、上下の両端部を互いに反対方向に折曲してなる固定具で、下端の折曲部を連結部６３Ｂとしてベースプレート６Ｘに固定すると共に、上端の折曲部を組電池１０の上面に沿う水平部６３Ａとして組電池１０の上面に当接させている。図の固定部材６３は、連結部６３Ｂを螺合してベースプレート６Ｘに固定している。この固定部材６３は、金属板を折曲加工して製造される。ただ、固定部材は、硬質のプラスチックで成形することもできる。さらに、図の固定部材６３は、中間部分である垂直部６３Ｃを上下のバインドバー４に連結している。図の固定部材６３は、垂直部６３Ｃの下部を溶着して下側のバインドバー４に固定すると共に、垂直部６３Ｃの上部を連結具２６を介して上側のバインドバー４に連結している。図に示す連結具２６は、バインドバー４との間に挿通隙間を設ける連結バーで、この連結バーの両端部をバインドバー４に設けた挿入連結部２７に挿入して定位置に固定している。ただ、固定部材は、垂直部の上下を溶着してバインドバーに固定することも、垂直部の上下を連結具を介してバインドバーに連結することもできる。さらに、固定部材は、ボルトとナット等の連結具を介してバインドバーに固定することもできる。さらにまた、固定部材は、図７と図８に示すブラケット３３と同様に、水平部に延長部を設けることもできる。

固定部材である規制部材も、組電池の側面に複数設けることができる。側面に複数の固定部材を備える組電池は、中間に配置される複数のセパレータの下面をベースプレートの上面に固定して、中間の電池セルの移動を確実に阻止できる。さらに、組電池は、両側面に、それぞれ異なる個数の固定部材を設けることもできる。組電池の側面に配設する固定部材の個数は、配置状況や利用可能なスペースに応じて種々に変更できる。

以上の組電池１０は、２本のバインドバー４を、電池積層体５の両側面の上下に配設して、その両端をエンドプレート３に固定している。ただ、組電池は、図１６に示すように、上下に配置されるバインドバーを一体構造とすることもできる。図に示すバインドバー７４は、電池積層体５の側面の上端部に配設される上バー７４Ａと、下端部に配設される下バー７４Ｂとを、その両端部で互いに連結して、連結部７４Ｃをエンドプレート７３に固定している。バインドバー７４の連結部７４Ｃは、エンドプレート７３の外周面から表面に沿うように内側に折曲しており、折曲部７４Ｄの上下に設けた固定部７４Ｅをエンドプレート７３に固定している。このバインドバー７４は、鉄や鉄合金の金属板を切断し、プレス加工して製作される。さらに、図のバインドバー７４は、上バー７４Ａの上端部を内側に折曲して、組電池７０の上面に沿う水平部７４ｙを設けている。図のバインドバー７４は、上バー７４Ａの横断面形状を逆Ｌ字状として、垂直部７４ｘに水平部７４ｙを連結する形状としている。

図１６のバインドバー７４は、上バー７４Ａの上縁に設けた水平部７４ｙを規制部材７１として、この規制部材７１を組電池７０の上面に当接させて、中間の電池セル１が上方に移動するのを阻止している。図のバインドバー７４は、互いに積層される複数の電池セル１のうち、両端の電池セル１を除く中間に位置する全ての電池セル１に対向して水平部７４ｙを設けている。したがって、このバインドバー７４は、中間に位置する全ての電池セル１の移動を効果的に阻止できる。ただ、バインドバーは、互いに積層される全ての電池セルに対向する水平部を設けて、電池積層体を構成する全ての電池セルの移動を阻止することもできる。以上のように、水平部７４ｙを長さ方向に沿って設けてなるバインドバー７４は、水平部７４ｙで垂直部７４ｘを補強できるので、バインドバー７４の上下方向と水平方向の曲げ強度を強くして、電池積層体５をより強固に締結できる特徴がある。ただ、バインドバーは、中間に位置する一部の電池セルに対向する１つないし複数の水平部を設けて、これらの電池セルの移動を防止することもできる。

さらに、図１６に示すバインドバー７４は、互いに対向する上バー７４Ａと下バー７４Ｂの中間部分を連結補強部７４Ｆで連結して補強している。この構造は、バインドバー７４をより強靱な構造にできる。図のバインドバー７４は、上バー７４Ａと下バー７４Ｂの中央部分の一箇所を連結補強部７４Ｆで連結しているが、上バーと下バーの中間は、複数の連結補強部で連結することもできる。

さらに、図１６に示すバインドバー７４は、上下に配置されるバインドバーを一体構造として、上側に位置する上バー７４Ａに水平部７４ｙを設けているが、バインドバーは、上下を一体構造とすることなく上下に離間して設けると共に、上側に位置するバインドバーの上端部を内側に折曲して、組電池の上面に沿う水平部を設けて規制部材とすることもできる。このバインドバーも、水平部を組電池の上面に当接させて、中間に位置する複数の電池セルの移動を効果的に阻止できる。さらに、上端部を内側に折曲して水平部を設けてなる上側のバインドバーは、補強部材を介して下側のバインドバーに連結し、あるいは固定部材を介してベースプレートに固定して、中間に積層される電池セルの振動をより確実に防止することもできる。

さらに、図１７に示す組電池１０は、上面を覆うトップカバー６Ａと組電池１０との間を閉塞するシール材８の中間を他の部分よりも厚く形成してなる肉厚部８Ａとしており、この肉厚部８Ａを規制部材８１としている。中間部分を他の部分よりも厚くするシール材８は、図１に示すように、トップケース６Ａで押圧されて組電池１０との間を閉塞する状態で、組電池１０の中間部分を上面側からより強く押圧する。このため、組電池１０の中間に位置する電池セル１の浮き上がりを効果的に阻止できる。このシール材８には、好ましくは、ウレタンシールを使用する。ウレタン製のシール材８は、高温に対する耐久性に優れ、長期間にわたって優れた弾性を維持できるからである。ただ、シール材には、ウレタン以外のシール材も使用できる。

図１７に示すシール材８は、中間部分にシール材を重ねる状態で積層して、他の部分よりも厚くしてなる肉厚部８Ａとしている。この構造は、最も簡単に、シール材８の中間に肉厚部８Ａを設けることができる。ただ、シール材は、中間部分を他の部分よりも厚くなるように成形して肉厚部を設けることもできる。シール材８の肉厚部８Ａは、その厚さを、他の部分の厚さの１．２〜３倍、好ましくは、１．５〜２．５倍として、組電池１０の中間部分を理想的に押圧できる。

（外装ケース６）
以上の組電池１０は、図１と図２に示すように、外装ケース６に収納されて電源装置としている。図１に示す外装ケース６は、組電池１０の下面に配置されるベースプレート６Ｘと、このベースプレート６Ｘの上に固定されるカバープレート６Ｙとを備える。カバープレート６Ｙは、トップカバー６Ａと電子部品カバー６Ｂとからなる。ベースプレート６Ｘとトップカバー６Ａと電子部品カバー６Ｂは、収納する電池ブロック２の重量に耐える強度の金属プレートである。ベースプレート６Ｘ、トップカバー６Ａ、及び電子部品カバー６Ｂは、金属プレートをプレス加工して製作している。

ベースプレート６Ｘとトップカバー６Ａは金属プレートを溝型に、電子部品カバー６Ｂは、金属プレートをＬ字状にプレス加工して製作している。ベースプレート６Ｘとトップカバー６Ａは両側に側壁部６ｘ、６ａを、電子部品カバー６Ｂは片側に側壁部６ｂを設けている。図１の外装ケース６は、ベースプレート６Ｘの横幅をトップカバー６Ａよりも広くして、ベースプレート６Ｘの側壁部６ｘとトップカバー６Ａの側壁部６ａの間に電子部品収納部２９を設けて、その上面を電子部品カバー６Ｂで閉塞している。ベースプレート６Ｘは、電子部品収納部２９の幅に相当する横幅を、トップカバー６Ａの横幅よりも広くしている。すなわち、ベースプレート６Ｘの横幅は、トップカバー６Ａの横幅に電子部品収納部２９の横幅を加算した幅としている。

ベースプレート６Ｘは、一方の、図１において右側に設けている側壁部６ｘをトップカバー６Ａの側壁部６ａに固定している。トップカバー６Ａの左側の側壁部６ａは、ベースプレート６Ｘの底部に固定されて、組電池１０を収納する電池収納部２８と電子部品収納部２９とを区画している。底部に固定されるトップカバー６Ａの左側の側壁部６ａは、右の側壁部６ａよりも垂直方向の長さを長くして、下端縁をベースプレート６Ｘの底部に固定できるようにしている。ベースプレート６Ｘとトップカバー６Ａは、互いに固定する先端縁に、外側に折曲された所定の幅の連結部を設けている。連結部を互いに積層する状態で固定して、ベースプレート６Ｘとトップカバー６Ａを連結している。さらに、ベースプレート６Ｘは、他方の、図１において左側に設けている側壁部６ｘを、トップカバー６Ａに固定している電子部品カバー６Ｂの側壁部６ｂに固定している。

トップカバー６Ａは、上面の片側に電子部品カバー６Ｂを積層して固定している。この電子部品カバー６Ｂは、金属板をＬ字状に加工して、天板の片側に側壁部６ｂを設けた形状としている。この電子部品カバー６Ｂは、天板の端縁を、トップカバー６Ａの上縁に積層して固定して、側壁部６ｂの下端縁に設けた折曲された連結部をベースプレート６Ｘの左側の側壁部６ｘの上端縁の折曲された連結部に固定している。この構造の外装ケース６は、図１において、トップカバー６Ａの左側に設けている側壁部６ａが、電池収納部２８と電子部品収納部２９とを区画する。

図２の電源装置は、外装ケース６に、複数の組電池１０を縦横に並べて固定している。図に示す電源装置は、ベースプレート６Ｘの上に、２個の組電池１０を直列に並べて、これを２列に配置して、４組の組電池１０を収納している。ただ、電源装置は、１列に配置してなる１ないし複数の組電池で構成することもできる。さらに、電源装置は、必ずしも電子部品収納部を設ける必要はなく、組電池のみを外装ケースに収納することもできる。

以上の組電池は、車載用の電源装置として利用できる。電源装置を搭載する車両としては、エンジンとモータの両方で走行するハイブリッドカーやプラグインハイブリッドカー、あるいはモータのみで走行する電気自動車など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。

図１８に、エンジンとモータの両方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。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に電力を供給する組電池１０を備える電源装置９０と、組電池１０の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置９０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９０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、たと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９０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９０の電池を充電する。

また、図１９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に電力を供給する組電池１０を備える電源装置９０と、この電源装置９０の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置９０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９０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９０の電池を充電する。

本発明に係る組電池及びこれを備える電動車両は、電気自動車やハイブリッド自動車の車載用の電源として好適に利用できる。また車載用以外の電源としても、好適に利用できる。

１…電池セル
１Ａ…外装缶
１Ｂ…封口板
１Ｃ…開口部
２…セパレータ
３…エンドプレート
４…バインドバー
４Ａ…折曲片
５…電池積層体
６…外装ケース
６Ｘ…ベースプレート
６ｘ…側壁部
６Ｙ…カバープレート
６Ａ…トップカバー
６ａ…側壁部
６ｓ…段差部
６Ｂ…電子部品カバー
６ｂ…側壁部
８…シール材
８Ａ…肉厚部
１０…組電池
１１…バスバー
１２…ナット
１３…電極端子
１３Ａ…止ネジ
１４…端子ホルダ
１５…送風隙間
１６…送風ダクト
１６Ａ…供給ダクト
１６Ｂ…排出ダクト
１７…ボルト
１８…補強プレート
１９…強制送風機構
２０…閉塞部材
２２…周壁
２２Ａ…縦周壁
２２Ｂ…上周壁
２２Ｃ…底周壁
２３…カバー部
２４…開口部
２５…突出部
２６…連結具
２７…挿入連結部
２８…電池収納部
２９…電子部品収納部
３１…規制部材
３３…ブランケット
３３Ａ…水平部
３３ａ…延長部
３３Ｂ…固定部
３３Ｃ…挿入凹部
４１…規制部材
４３…ブラケット
４３Ａ…水平部
４３Ｂ…固定部
４３Ｘ…垂直部
５１…規制部材
５３…固定部材
５３Ｂ…連結部
５３Ｃ…固定部
６１…規制部材
６３…固定部材
６３Ａ…水平部
６３Ｂ…連結部
６３Ｃ…垂直部
７０…組電池
７１…規制部材
７３…エンドプレート
７４…バインドバー
７４Ａ…上バー
７４ｘ…垂直部
７４ｙ…水平部
７４Ｂ…下バー
７４Ｃ…連結部
７４Ｄ…折曲部
７４Ｅ…固定部
７４Ｆ…連結補強部
８１…規制部材
９０…電源装置
９３…モータ
９４…発電機
９５…インバータ
９６…エンジン
ＨＶ…車両
ＥＶ…車両

Claims (5)

1. 外形を角形とした複数の電池セルと、
   前記複数の電池セルを積層した状態で、これを締結するためのバインドバーと、
   を備える組電池であって、
   前記組電池を水平面上に固定した状態で、前記電池セルの積層方向において、中間に位置する電池セルの上方向への移動を規制する規制部材を備え、
   前記バインドバーが、前記組電池の側面に配置されると共に、前記バインドバーの上端部を折曲して、前記組電池の上面に沿う水平部を設けており、この水平部を前記規制部材として組電池の上面に当接させ、
   前記複数の電池セル同士の間に介在される、絶縁性のセパレータを複数備えており、
   前記セパレータは、前記電池セルの側面に対向するように配置される縦周壁と、前記縦周壁の上端側に連結され前記電池セルの上面に対向するように配置される上周壁を有し、
   前記上周壁が前記電池セルの上面の少なくとも一部を覆うようにカバー部を形成しており、
   前記水平部が、前記カバー部の上面に当接し、
   前記上周壁の下面には、部分的に前記電池セルの上面に向かって垂直方向に突出する部分が形成されており、前記突出する部分が前記電池セルの上面に当接することにより前記水平部が前記セパレータを介して前記電池セルの上方向への移動を規制し、
   前記バインドバーは、前記組電池の側面において上下に配置されるバインドバーを一体構造としたものである組電池。
2. 請求項１に記載の組電池であって、
   前記バインドバーは、前記組電池の側面に対向する位置に開口を有している組電池。
3. 請求項１または２に記載の組電池であって、
   前記電池セルの積層方向の両端部にはエンドプレートが配置されており、
   前記バインドバーは、前記エンドプレートにおける前記電池セルの積層方向の外面に固定されている組電池。
4. 請求項１ないし３のいずれか一に記載の組電池であって、
   前記セパレータが、前記組電池の両側面から外側に突出する突出部を有しており、
   この突出部が前記バインドバーの側縁に沿って配置されて、前記突出部がバインドバーに対するセパレータの上下方向の移動を抑制してなることを特徴とする組電池。
5. 請求項１ないし４のいずれか一に記載の組電池を備える電動車両。

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