JP5703368B2 - 電池ブロック及び電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電池セルを複数個配列して連結固定した電池ブロックに係り、特に、小型化、軽量化を達成でき、密閉角形容器内に一定以上の内圧が発生したときにガスを放出するベントダクトを備える電池ブロックと、これを用いた電源装置に関する。

従来、多数の電池セルを配列して固定した電池パックは、セパレータと電池セルを交互に重ねるようにして連結された状態で、端面をエンドプレートで被覆して固定している。エンドプレートは、端面で露出する電池セルを被覆できる大きさに形成され、両側からこれを狭持する状態に固定している。この例では、エンドプレートの側面に一対のネジ穴を突出させ、電池セルを積層した電池パック側面に延長した延長ボルトを通してエンドプレート同士を螺合により固定している（例えば、特許文献１参照）。

また、一定以上の内圧が発生したときにガスを排出する安全弁を備えた複数の単位電池を並列配置した組電池は、単位電池の配置方向に沿って配設した１又は複数の排ガスチューブに各単位電池の安全弁の放出口を接続し、排ガスチューブの一端を外部排出用チューブに接続し、かつこの外部排出用チューブを単位電池の配列方向に変位可能に支持具を介して固定部材に取付けたガス排出装置を備えたものがある（例えば、特許文献２参照）。

さらに、正の電極、負の電極を設けた電池を複数備えた電池集合体と、電池集合体を構成する各電池の正の電極と負の電極との電位差を測定するための測定手段と、を備える電源装置では、測定部は、測定部本体と、フラット回路体としてのフレキシブルプリントサーキットＦＰＣと、を備えており、ＦＰＣは正極と負極の外周にナットなどをねじ込んで、電池、測定部本体、ＦＰＣとバスバを固定している。

特開２００８−１８６７２５号公報 特許第４３７００２７号公報 特許第４００１７３０号公報

ところで、前記特許文献１に記載の電池パックでは、隣接させる複数の電池セルが多数となると、エンドプレート同士で挟んで固定する延長ボルトの長さが大きくなり、電池セル同士が移動しやすくなり、電池セルのずれが生じる恐れがあった。また、前記特許文献２に記載の組電池では、排ガスチューブには、安全弁の放出口に対応する位置の下部に平面視略方形状の放出口接続部が下方に突設され、放出口接続部間には伸縮可能な蛇腹部が形成され、単位電池の膨張による安全弁の放出口の間隔変化を吸収するように構成されているが、放出口と放出口接続部との間で漏れが発生しやすい問題点がある。さらに、前記特許文献３に記載の電源装置では、ＦＰＣは電池集合体の上部に配置され、ナットにより各正極、負極にねじ込んで固定されているため、他に電池容器から排出される排気通路等を設置すると、厚さが増えて装置全体の容積が大きくなるという問題点がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、複数の電池セルがずれて配列が乱れることがなく、形状安定性に優れ、小型化、軽量化を達成できる電池ブロックを提供すると共に、電池セルの容器からの排ガスを効率よく排出でき、電池セルの電圧を測定する基板を薄型に装着できる電池ブロックと、この電池ブロックを用いて小型化、軽量化を達成できる電源装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る電池ブロックは、複数の電池セルを配列して連結固定した電池ブロックであって、所定個の電池セルを１セクションとしてセクション板で区切り、複数のセクションで構成したものである。また、電池ブロックは２枚のエンドプレートで挟んで構成され、２枚のエンドプレートとセクション板とを電池セルの配列方向に沿って貫通する複数のロッドで締込み固定している。電池セルはガス放出弁を有し、電池ブロックは複数の電池セルのガス放出弁を連通させるベントダクトを有している。

前記のごとく構成された本発明の電池ブロックは、複数の電池セルを配列して連結固定しており、セクション板で所定個の電池セルごとに区切ることができ、両端のエンドプレートのみで多数の電池セルを挟み、複数のロッドで締め込み固定する構成と比較して、電池セル同士のずれを防止することができ、電池ブロックの連結状態を安定させ、形状安定性を向上させることができる。また、複数の電池セルのガス放出弁を纏めてベントダクトで外部に放出することができる。

本発明に係る電源装置は、前記の電池ブロックを上下２層構成とし、筐体に収容したものであり、筐体は下ケース及び上ケースと、これらの中間に位置する仕切り板とから構成され、下層の電池ブロックは下ケース内に収容され、下層の電池ブロックと上層の電池ブロックとの間に仕切り板が介在され、上層の電池ブロックは仕切り板に固定され上ケース内に収容され、下ケースの外周縁部と仕切り板の外周部と上ケースの外周縁部とを連結固定したものである。この構成では、筐体を重ねられた３つの部材で構成し、下ケース上に下層の電池ブロックを固定し、仕切り板上に上層の電池ブロックを固定し、上ケースで上層の電池ブロックを覆っているため、部品点数を削減でき、組み立て工数を削減できる。

本発明の電池ブロックは、複数配列された電池セルがずれることなく、配列が乱れることを防止することができ、形状安定性を高めて品質を向上させることができる。また、電池セルの容器からの排ガスを効率よく放出でき、電池セルの状態を検知することができる。さらに、セクション板ごとに電池セルの数を増減して電圧や容量等の要求に答えることができる。基板にヒューズを設けることにより、配線の不具合等が発生したときに、迅速に対応することができる。

本発明に係る電池ブロックの一実施形態の一部を省略した斜視図。 図１の一部を展開した状態の斜視図。 図１，２に示す電池ホルダの斜視図。 本発明に係る電池ブロックの要部を展開した状態の斜視図。 図４の電圧検出基板とベントダクトの一部を展開した状態の斜視図。 ベントダクトと電池セルのガス放出弁との関係を示す破断斜視図。 ベントダクトの連結部を示す要部斜視図。 図７のＤ−Ｄ線に沿う要部断面図。 本発明に係る電池ブロックを用いた電源装置の実施形態を示す斜視図。 図９の電源装置を分解した状態の斜視図。

以下、本発明に係る電池ブロックと、電源装置の一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は本実施形態に係る電池ブロックの斜視図であり、配列された一部の電池ホルダを省略しており、図２は図１の電池ブロックの一部を展開した状態の斜視図を示しており、図３は電池セルを保持する電池ホルダの一方の電池セルを外した状態の斜視図、図４は電池ブロックの構成部材を展開した状態の斜視図である。

図１〜４において、本発明に係る電池ブロック１は、複数の電池セル２，２…を配列して連結固定したものであり、２枚のエンドプレート３，３で挟んで構成されている。本実施の形態では、１つの電池ホルダ４に２個の電池セル２，２を、その面方向に並べ、２４個の電池ホルダ４，４…を、その面と直交する方向に配列して構成している。そして、６個の電池ホルダ４ごとにセクション板５，５…を介在させ、２枚のエンドプレートと３枚のセクション板で４つのセクションＳ１〜Ｓ４を形成し、エンドプレート３，３とセクション板５，５…で電池ホルダ４を６個ずつ挟んで構成している。また、一方側のエンドプレート３と、これに隣接する電池ホルダ４との間には樹脂製の薄板からなる絶縁性のセルスペーサ６が介在されている。セルスペーサ６には電池ホルダ４と対向する面側に水平方向に横溝が形成され、この横溝に沿って電池ホルダ４に保持された電池セル２，２の側面を冷却する送風がなされる。

エンドプレート３，３は複数の電池セル２を挟んで配列する仕切り板の機能を有し、換言すると、電池ブロック１は５枚の仕切り板３，５，５，５，３で４つのセクションＳ１〜Ｓ４を構成し、各セクションには６個の電池ホルダ４を有して構成されている。エンドプレート３及び仕切り板５は樹脂等で形成され、同一形状に構成されている。そして、エンドプレート３及び仕切り板５は電池ブロック１を固定するための脚部３ａ，３ａ及び脚部５ａ，５ａが両側部の下方に突設されており、脚部には止めねじを挿通する貫通孔が形成されている。

すなわち、電池ブロック１は、一方のエンドプレート３に隣接してセルスペーサ６を配置し、セルスペーサ６に隣接して２個の電池セル２，２を並べた電池ホルダ４を６列配列し、１枚目のセクション板５を位置させたあと６列の電池ホルダ４を配列し、２枚目のセクション板５を位置させたあと６列の電池ホルダ４を配列し、３枚目のセクション板５を位置させたあと６列の電池ホルダ４を配列して他方のエンドプレート３を並べて構成している。このため、電池ブロック１は２個の電池セル２を並べた電池ホルダ４を６列配列して１セクションを形成し、このセクションをさらに３つ並べて４セクションとして構成され、合計４８個の電池セル２で構成されている。

複数の電池セル２はすべて同じ構成のリチウムイオン二次電池であり、詳細には説明しないが、アルミニウム等の金属箔から構成される正極金属箔と、この正極金属箔の表裏面に塗布された正極合剤層とから構成される正極を有すると共に、銅等の金属薄膜から構成される負極金属箔と、この負極金属箔の表裏面に塗布された負極合剤層とから構成される負極とを有し、正極と負極とを多孔質で絶縁性を有するセパレータを挟んで樹脂製の板状の芯の周囲に扁平に捲回し、電極群を構成している。

そして、正極から突出する正極タブを正極集電板に超音波溶接し、正極集電板を正極外部端子２ａに接続し、負極から突出する負極タブを負極集電板に超音波溶接し、負極集電板を負極外部端子２ｂに接続している。両外部端子２ａ，２ｂはボルト状に形成されており、接続端子をナットで固定できる構成となっている。また、電池セル２は、前記の正極外部端子２ａと負極外部端子２ｂとを備える電極群を扁平な角形容器２ｃ内に収容し、電池蓋２ｄで封口している。電池蓋２ｄには注液口２ｅが形成され、注液口から非水電解液を容器２ｃ内に注入している。

このように構成された電池セル２が高温の環境下に晒されたり、電極やセパレータの劣化、外部短絡、電池形状の変化等による内部短絡、外部電源による強制的な過大電流充電による急激な温度上昇、過大電圧による過充電がなされた場合、電解液が分解あるいは気化してガスが発生し、このガスが電池内に充満することで電池内圧力が上昇するため、電池蓋２ｄには角形容器内の内圧が所定値以上となったときに内部ガスを放出するガス放出弁２ｆが形成されている。このガス放出弁２ｆは薄膜樹脂で封口され、内圧上昇時に破断しやすいように３方向に薄肉部が形成されている。このように、１つの電池セル２は角形容器２ｃの上部開口を電池蓋２ｄで塞ぎ、電池蓋２ｄはボルト状の正極外部端子２ａと負極外部端子２ｂとを有すると共に、電池蓋２ｄの中央部には注液孔２ｅとガス放出弁２ｆとが形成されている。

電池セルを２個並べて装着する電池ホルダ４はプラスチック等で形成され、底板４ａから３本の柱部４ｂ、４ｃ、４ｄが立設され、３本の柱部の一方の側面を横棒部４ｅ，４ｅで連結した形状に構成され、３本の柱部４ｂ、４ｃ、４ｄと底板４ａと横棒部４ｅ．４ｅで構成された上方、及び側方開口の空間に電池セル２，２が挿入され、保持される構成となっている。３本の柱部には、電池ホルダ４，４…を重ねて配列し、一体にするための５本の連結ロッド７が挿入される連通孔が形成され、左右の柱部４ｂ、４ｄには２個ずつの連通孔４ｆ、４ｆ…が、中央の柱部４ｃには１個の連通孔４ｇが形成され、合計５個の連通孔が形成されている。

３本の柱部４ｂ、４ｃ、４ｄの側面を連結する横棒部４ｅ．４ｅは柱部から突出しており、この横棒部に隣接する電池ホルダ４が接触したとき水平方向に空間が形成され、この空間にエアーを通過させることで電池セル２を冷却できる構成となっている。電池ホルダ４の横棒部４ｅ，４ｅによる送風空間は、セルスペーサ６に形成された横溝と同じ機能を有している。また、電池ブロック１の両端に配置されるエンドプレート３，３にも、電池ホルダ４の５個の連通孔４ｆ，４ｆ，４ｇ…と同じ位置に５個の連通孔が形成されている。さらに、セクション板５にも、同じ位置に５個の連通孔が形成されており、連結ロッド７はエンドプレート３，３、セクション板５，５…、及び電池ホルダ４，４…を貫通して、これらを連結固定できる構成となっている。なお、セルスペーサ６には中央の連通孔のみが形成され、他の４つの連通孔の部位は切欠きされているが、同じ位置に５個の連通孔を形成してもよい。

このようにして、２個の電池セル２，２を並列に並べた電池ホルダ４を、３枚のセクション板５で挟んで２４個分直列に配列した電池ブロック１は、両端に位置するエンドプレート３，３同士を５本の連結ロッド７，７…で締めて連結され、一体化される。すなわち、エンドプレート３，３の５個の連通孔と、セルスペーサ６の切欠き部及び１個の連通孔と、電池ブロック４の左右の２本の柱部に形成された４個の上下の連通孔４ｆ、４ｆ…と、中央の柱部の中央に形成された１個の連通孔４ｇと、３枚のセクション板５の５個の連通孔に５本の連結ロッド７，７…を通し、各連結ロッドの両端部に形成された雌ねじ孔に止めボルトをねじ込んで締め付けることにより電池ブロック１として一体化することができる。

電池ブロック１では、隣接する電池セルは正極外部端子２ａと負極外部端子２ｂとが交互に反対側となるように配置されている。このように配置すると、厚さ方向に隣接する外部端子は正極と負極となり、この正極と負極とを矩形の短いバスバ（接続バー）８．８…で接続することで隣接する電池セル２，２を直列に接続することができる。一方のＡ列側の４つのセクションの２４個の電池セル２を直列にバスバ８，８…で接続し、さらに、Ａ列側の左端の電池セル２の正極（負極）と、Ｂ列側の左端の電池セル２の負極（正極）とを長い外部バスバ８Ａで接続し、Ｂ列側の２４個の電池セル２を短いバスバ８，８…で接続して、右端側の端部の外部端子より４８個の電池セル２，２…を直列接続した電圧を得ることができる構成としている。

電池ブロック１の側面には、その長手方向すなわち連結ロッド７の軸方向に沿って、冷却用の送風をする送風ダクト９が装着される。手前側の送風ダクト９には一端側に送風口９ａが形成され、電池セル群の奥側の図示されていない送風ダクトには他端側に排出口（図示せず）が形成され、送風側のダクト９からの送風は電池ホルダ４の横棒部４ｅ，４ｅ間の隙間、セルスペーサ６の横溝を通って、横に並べられた２個の電池セル２，２の側面を通過し、電池セルを冷却して排出側のダクトに送られ、排出口から排出される構成となっている。複数の電池セルを配列して連結固定した電池ブロック１の一方の側面に装着された送風ダクト９から送風し、複数の電池ブロック４，４…間に形成された横溝と横棒による隙間に冷却風を通し、他方の側面に装着された送風ダクトから排出することで多数の電池セル２を効率良く冷却することができる。なお、送風ダクトは一方のみを図示しているが、他方の送風ダクトは図示の送風ダクト９と左右反転する形状であり、手前側の送風ダクト９の左側の送風口９ａから入った送風が、奥側の送風ダクトの右側から抜ける構成となっている。

電池ブロック１の上部には、多数の電池セル２，２…の電圧を検出するための検出部を構成する電圧検出基板（以下、プリント基板という）１０が装着される。このプリント基板はすべての電池セル２の上部を覆う１つの大きい基板で構成してもよいが、本実施の形態ではセクションごとに２つに分割された８個の基板から構成される。すなわち、１つのセクションは２個の電池セルが並べられた６個の電池ホルダ４が配列されて１２個の電池セル２を有しており、Ａ列側の６個の電池セル２の上部に１つのプリント基板１０Ａが設置され、Ｂ列側の６個の電池セル２の上部に別の１つのプリント基板１０Ｂが設置されている。

そして、Ａ列側の６個の電池セル２の上部に装着されるプリント基板１０Ａで１つのセクションＳ１の６個の電池セルの電圧を測定し、Ｂ列側の６個の電池セル２の上部に装着されるプリント基板１０Ｂで１つのセクションの６個の電池セルの電圧を測定する構成となっている。以下、第２のセクションＳ２ではプリント基板１０Ｃ，１０Ｄが配置され、第３のセクションＳ３ではプリント基板１０Ｅ，１０Ｆが配置され、第４のセクションＳ４ではプリント基板１０Ｇ，１０Ｈが配置され、４つのセクションに合計８個のプリント基板１０が配置される構成となっている。

ここで、１つのプリント基板１０Ａについて、図５を参照して詳細に説明する。プリント基板１０Ａは、６個の電池セル２，２…の電圧を測定するための測定部を構成するものであり、電池セル２の外部端子２ａ，２ｂと接続するための６個の接続端子１１，１１…が基板の両側面から突出して固定されている。接続端子１１には外部端子２ａ，２ｂのボルトが挿通される貫通孔が形成され、この貫通孔に外部端子のボルトを通してナットを締めることでプリント基板の固定と端子との接続を行うことができる構成となっている。また、プリント基板１０の短辺側の側辺は交互に凹凸が形成され、隣接する基板同士が入り組むことができ、この凹凸部に形成された貫通孔に止めねじを通してエンドプレート３、セクション板５の上部の円柱部にねじ止め固定することができる構成となっている。

プリント基板１０Ａ〜１０Ｈ上には、それぞれヒューズ１２が固定され、ワイヤハーネスと接続するためのコネクタ１３が固定されており、それぞれが配線部で接続されている。プリント基板１０Ａ〜１０Ｈを構成する基板には、中心部に６つの貫通孔１４が一列に並んで形成されている。この貫通孔１４は次に述べる各電池セル２，２…のガス放出弁２ｆ，２ｆ…に連通するベントダクト１５の連通部である縦パイプ部１５ａを通すことができる形状に設定されている。

プリント基板１０Ａ〜１０Ｈの上部には、図４，５に示されるように、電池セル２のガス放出弁２ｆに連通するベントダクト１５が設置される。ベントダクト１５は電池ブロック１のＡ列側とＢ列側でセクションごとに分割され、合計８個のダクト部材１５Ａ〜１５Ｄと、ダクト部材１５Ｅ〜１５Ｈから構成され、４個のダクト部材を接続してＡ列側のベントダクト１５を構成し、他の４個のダクト部材を接続してＢ列側のベントダクト１５を構成している。個々のダクト部材は基本的には中央部に６個の電池セル２のガス放出弁２ｆと連通する縦パイプ部１５ａを有する上方開口の本体部１５ｂと、この本体部の上方開口を塞ぐ蓋体１５ｃとから構成され、一端側の開口１５ｄと他端側の開口１５ｅとを連結することでダクト部材同士を連結できる構成となっており、図４で左端側に位置するダクト部材１５Ａ，１５Ｅは一端側の開口には放出パイプ１５ｆが接続され、右端側に位置するダクト部材１５Ｄ，１５Ｈは他端側の開口は塞がれている。

このように構成されたベントダクト１５では、Ａ列側の第１セクションＳ１の６個の電池セル２のガス放出弁２ｆは第１のダクト部材１５Ａに連通され、Ａ列側の第２セクションＳ２の６個の電池セル２のガス放出弁２ｆは第２のダクト部材１５Ｂに連通され、以下、第３セクションＳ３では第３ダクト部材１５Ｃに、第４セクションＳ４では第４ダクト部材１５Ｄに連通され、第４ダクト部材１５Ｄの右端は閉じられ、第１ダクト部材１５Ａの左端の開口に固定された放出パイプ１５ｆで放出される構成となっている。Ｂ列側の第１ダクト部材１５Ｅ〜第４ダクト部材１５Ｈも同様に、各セクションＳ１〜Ｓ４の電池セル２のガス放出弁２ｆはそれぞれのセクションのダクト部材に連通され、第４ダクト部材１５Ｈの右端の開口は閉じられ、第１ダクト部材１５Ｅの放出パイプ１５ｆより放出される構成となっている。

そして、ベントダクト１５を構成する複数のダクト部材は個々の電池セル２のガス放出弁２ｆに連通する縦パイプ部１５ａ，１５ａ…を有しており、この縦パイプ部は図６に示されるように、プリント基板１０の貫通孔１４を貫通し、縦パイプ部１５ａとガス放出弁２ｆとを漏れなく連通させるためのシール材１５ｇが両者間に挟まれている。この構成により、個々の電池セル２のガス放出弁２ｆは、シール材１５ｇを通してガス漏れすることなくダクト部材の縦パイプ部１５ａに連通し、４つのダクト部材は押さえ金具１６で漏れなく連通しているため、各電池セルのガス放出弁２ｆはＡ列側のベントダクト１５とＢ列側のベントダクト１５ごとに纏められ、左端の放出パイプ１５ｆに連通している構成となっている。

分割された各ダクト部材を繋げて内部空間を連通させる連通部は、図７，８に示されるように、押さえ金具１６によりエンドプレート３、セクション板５の上部に固定される。押さえ金具１６は金属ダイキャスト等で形成され、中央の貫通部に各ダクト部材の連通部である開口１５ｄ，１５ｅが軟質ゴム等で形成されたシール材１６ａを挟んで挿通され、漏れがない状態でダクト部材の連通部同士を連通させることができる構成となっている。そして押さえ金具１６には脚部が形成され、この脚部の貫通孔を通してエンドプレート３、セクション板５の上面に形成された小円柱状の柱部にねじ止め固定される構成である。このように、ベントダクト１５は個々のダクト部材が連通部を押さえ金具１６，１６…で繋がれてセクション板５とエンドプレート３に固定され、電池ブロック１のセクションごとの上部に設置されている。

このように構成された電池ブロック１は、図９，１０に示されるように、２層構成に重ねられて、筐体に収容されて電源装置２０が構成される。筐体は下ケース２１及び上ケース２３と、これらの中間に位置する仕切り板２２とから構成され、電源装置２０では、下層の４８個の電池セル２を有する電池ブロック１は下ケース２１内に収容され、下層の電池ブロック１と上層の電池ブロック１との間に仕切り板２２が介在され、上層の４８個の電池セル２を有する電池ブロック１は上ケース２３に収容される。そして、下ケース２１の外周縁部のフランジと、仕切り板２２の外周部と、上ケース２３の外周縁部のフランジとを重ねてねじ止めすることで連結固定し、電源装置２０の筐体を構成している。

下ケース２１、仕切り板２２、上ケース２３はそれぞれ板金で成形された金属製であり、重量物を収容できるように補強リブで補強されている。下ケース２１は中央の底部２１ａから両側部２１ｂ、２１ｂを立ち上げた断面コ字状に形成され、コ字状の側部の開口部をサイドプレート２１ｃ，２１ｃで塞いで上部開口の容器状に形成され、下層の電池ブロック１を収容できる容積に設定されている。仕切り板２２は、重量の大きい電池ブロック１を支持できるように補強用リブが形成された平板状に板金加工され、下ケース２１の上部開口を塞ぐことができる形状に形成されている。

上ケース２３は中央の天部２３ａから両側部２３ｂ、２３ｂを立ち下げた断面コ字状に形成され、コ字状の側部の開口部をサイドプレート２３ｃ，２３ｃで塞いで下部開口の容器状に形成され、上層の電池ブロック１を収容できる容積に設定されている。下ケース２１と上ケース２３とは略上下反転の形状としてもよい。サイドプレート２１ｃには上端縁に切欠き部２１ｄ，２１ｄが形成され、サイドプレート２３ｃにも上端縁に切欠き部２３ｄ，２３ｄが形成され、これらの切欠き部はベントダクト１５の左端に連結された放出パイプ１５ｆの位置に合わせて形成されている。

このように構成された電源装置２０の筐体を構成する下ケース２１、仕切り板２２、上ケース２３は、サイドプレート２１ｃ，２１ｃを固定した下ケース２１の上縁部のフランジと、仕切り板２２の外周縁部のフランジと、サイドプレート２３ｃ，２３ｃを固定した上ケース２３の下縁部のフランジとを重ねて３層とし、３層の外周部をねじ止めすることで、２層構造（２階建て）の筐体とすることができる。そして、下層の空間の底部２１ａに下層の電池ブロック１を止めねじで固定し、上層の空間の底部を構成する仕切り板２３の上面に上層の電池ブロック１を止めねじで固定して電源装置２０が構成される。

電源装置２０の筐体を構成する下ケース２１、仕切り板２２、及び上ケース２３は、この電源装置を使用する、例えば電気自動車の車体（図示せず）に固定される。その場合、下ケース２１の底部に突設された複数の下部支持ステー２４，２４…で車体の床面に固定され、また、上ケース２３の上面から側方に突設された複数の上部支持ステー２５，２５…を用いて車体の他の部位に固定される構成となっている。

前記の如く構成された本実施形態の電池ブロック１及び電源装置２０の組み立て動作について以下に説明する。複数の電池セル２，２…を配列して連結固定し電池ブロック１を形成するときは、図２において手前側のエンドプレート３に樹脂製のセルスペーサ６を並べ、セルスペーサ６に２個の電池セル２を並べた電池ホルダ４を６個接触させ、さらに１番目のセクション板５を並べ、ついで、６個の電池ホルダ４、２番目のセクション板５、６個の電池ホルダ４、３番目のセクション板５、６個の電池ホルダ４を並べ、最後に奥側のエンドプレート３を並べる。そして、片側のエンドプレート３から５本の連結ロッド７を連通孔に通し、連結ロッド７の両端部を図示していない止めねじで締めて固定する。これにより、４８個の電池セル２を配列して一体化した電池ブロック１の電池セル群が構成される。

このようにして構成された電池ブロック１の電池セル群は、多数の電池セル２が配列され、連結固定されているが、２個の電池セル２，２を固定した複数の電池ホルダ４を、途中に介在されたセクション板５，５…で４つのセクションＳ１〜Ｓ４に区切り、セクション板５，５…で連結ロッド７，７…の間隔が一定に保たれているため、長い連結ロッドの中間部が湾曲して中間に位置する電池ホルダ４が移動することがなくなり、配列乱れを防止でき、電池ブロック１の形状安定性を向上させることができる。すなわち、連結ロッド７は両端部がエンドプレート３，３で支持され、中間部は３枚のセクション板５で途中を支持されているため湾曲等が抑えられ、両端のみで支持された連結ロッドと比較して、電池ホルダ４の位置が安定して、ずれ等が発生することがなくなる。

このようにして、４８個の電池セル２を一体化した電池セル群を形成した後、各電池セル２をバスバ８，８…で直列に接続する。隣接する電池セル２，２…は正極外部端子２ａと負極外部端子２ｂとが交互に位置しているため、短いバスバ８，８…で端子同士を交互に接続することで、直列接続することができる。また、Ａ列側の端部に位置する電池ホルダ４で支持された電池セル２の外部端子と、Ｂ列側の端部に位置する電池ホルダ４で支持された電池セル２の外部端子とを長いバスバ８Ａで接続することで、Ａ列側の２４個の電池セル２とＢ列側の２４個の電池セル２とを直列に接続し、４８個の電池セル２を直列接続する。

バスバ８，８Ａを外部端子２ａ，２ｂのボルトに固定する際に、８個のプリント基板１０Ａ〜１０Ｈの接続端子１１，１１…を端子ボルトに挿通し、ナットで締めることで、プリント基板１０Ａ〜１０Ｈを配列した電池セル群の上に固定することができると共に、導通をとることができる。プリント基板１０Ａ〜１０Ｈは、エンドプレート３，３の上部と３枚のセクション板５，５…の上部にも止めねじで固定する。プリント基板１０Ａ〜１０Ｈが固定されると、基板の中央に等間隔で形成された６個の貫通孔１４は、電池セル２のガス放出弁２ｆの上部に位置する。

このように、プリント基板１０Ａ〜１０Ｈは電池ブロック１のセクションＳ１〜Ｓ４ごとに分割され、セクションごとに固定されるため、セクションごとに配列された電池セル２を容易に増減することができ、所望の電圧や電池ブロックの容量を容易に変更することができる。また、各プリント基板１０Ａ〜１０Ｈには、６個の電池セル２に対応して６個のヒューズ１２が固定されており、配線に短絡等の不具合が生じた場合に溶断するため、電池ブロック１の異常を迅速に検知して対応することができる。

このあと、プリント基板１０Ａ〜１０Ｈ上にベントダクト１５を設置する。Ａ列側に配列された電池セル群に沿って、ダクト部材１５Ａ〜１５Ｄの縦パイプ部１５ａにシール材１５ｇを装着し、ダクト部材１５Ａの連通部とダクト部材１５Ｂの連通部とを対向させ、押さえ金具１６にシール材１６ａを嵌め込んで両ダクト部材の連通部を挿入し、押さえ金具１６の脚部の貫通孔に止めねじを挿入してエンドプレート３、セクション板５の上部にねじ止め固定する。これにより、各ダクト部材の縦パイプ部１５ａはプリント基板１０Ａ〜１０Ｈの貫通孔１４を通して各電池セル２のガス放出弁２ｆにシール材１５ｇを挟んで密着する。この動作を繰り返して、ダクト部材１５Ｃ〜１５Ｄの連通部を連結して押さえ金具１６でセクション板５、エンドプレート３に固定する。

そして、最初のダクト１５Ａの左端の連通部の開口に放出パイプ１５ｆを連結して押さえ金具１７で固定し、最後のダクト１５Ｄの右端の連通部の開口を塞いでベントダクト１５の設置を完了する。このように、ベントダクト１５は電池ブロック１のセクションごとにダクト部材で分割され、セクションごとに固定されるため、セクションごとに配列された電池セル２を容易に増減することができ、所望の電圧や電池ブロックの容量を容易に変更することができる。Ｂ列側のベントダクト１５も同様に４つのダクト部材を連結してエンドプレート３，３と、セクション板５，５…に固定する。また、ベントダクト１５の縦パイプ部２ａは、プリント基板１０の貫通孔１４を貫通して電池セル２のガス放出弁２ｆに連通するため、複数の電池セル２が配列された電池セル群の上部にプリント基板１０とベントダクト１５を重ねて電池ブロック１を構成しても、その上下方向の高さを削減することができ、電池ブロック１のコンパクト化を達成できる。

このようにして複数の電池セル２を配列して連結固定した電池セル群を形成し、電池セル群の両側面に冷却用の送風ダクト９を設置し、上部にプリント基板１０と、さらに上部にベントダクト１５を設置した電池ブロック１は電源装置２０の筐体内に収容される。すなわち、筐体を構成する下ケース２１の底部２１ａ上に下層の電池ブロック１を載置し、電池ブロック１を構成するエンドプレート３，３とセクション板５，５…の底部に形成された脚部３ａ，５ａを用いて、止めねじで下ケースの底部２１ａに固定する。電池ブロック１は多数の電池ホルダ４の途中に介在されたセクション板５，５…の脚部５ａと、両端に位置するエンドプレート３，３の脚部３ａで下ケース２１に固定されるため、固定状態が安定する。

下ケース２１内に下層の電池ブロック１を収容し固定したあと、下ケース２１の上部開口を仕切り板２２で覆い、この仕切り板２２の上部に上層の電池ブロック１を載置し、電池ブロック１を構成するエンドプレート３，３とセクション板５，５…の底部に形成された脚部３ａ，５ａを用いて、止めねじで中間の仕切り板２２に固定する。上層の電池ブロック１も多数の電池ホルダ４の途中に介在されたセクション板５，５…の脚部５ａと、両端に位置するエンドプレート３，３の脚部３ａで仕切り板２２に固定されるため、固定状態が安定する。

このあと、上層の電池ブロック１を覆うように上ケース２３を被せ、下ケース２１の外周のフランジと、仕切り板２２の外周縁部と、上ケース２３の外周のフランジとを重ねて図示していない止めねじで連結固定する。止めねじによる筐体の固定は、止めねじをフランジに貫通させて固定するもの等、適宜設定することができる。筐体を構成する下ケース２１、仕切り板２２、上ケース２３の内部に２階建ての電池ブロック１，１を収容すると、電池ブロック１を構成する複数の電池セル２のガス放出弁２ｆを纏めるベントダクト１５の放出パイプ１５ｆはサイドプレート２１ｃ，２３ｃの切欠き部２１ｄ，２３ｄと一致するため、これらの切欠き部に図示していない放出ホースを通して放出パイプ１５ｆに接続し、電源装置２０の筐体の外部に排ガスを放出することができる。

このように、中間に位置する仕切り板２２の外周縁部を下ケース２１の外周のフランジと上ケース２３の外周のフランジで挟み、共締めすることで電源装置２０の筐体を完成できるため、部品点数を削減できる。また、組み立て工数を削減できると共に、軽量化することができる。下階の電池ブロック１は下側の下ケース２１に固定され、上層の電池ブロック１は中間に位置する仕切り板２２に固定されるため、固定状態が安定すると共に、部品点数を削減でき、電源装置の高さ方向の厚さを減らすことができる。また、電源装置２０は車両等の車体に設置されるとき、下ケース２１の下部支持ステー２４，２４…で筐体の下方が固定され、上ケース２３の上部支持ステー２５，２５…で筐体の上部が固定されるため、固定状態が安定して、例えば走行中に電源装置２０がぐらつくことが防止され、快適走行を達成することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

前記の実施の形態では、複数の電池セルとしてリチウムイオン二次電池の例を示したが、これに限られるものでなく、ニッケル水素電池等の他の電池や二次電池の電池セルを複数個配列して構成したものでもよいことは勿論である。

本発明の活用例として、この電池ブロックや電源装置を用いて電気自動車やハイブリッド自動車等の電源として使用することができ、ハイブリッド仕様の鉄道車両の用途にも適用することができる。

１：電池ブロック、２：電池セル、２ａ：正極外部端子、２ｂ：負極外部端子、２ｃ：角型容器、２ｄ：電池蓋、２ｅ：柱液口、２ｆ：ガス放出弁、３：エンドプレート（セクション板）、４：電池ホルダ、５：セクション板、６：セルスペーサ、７：連結ロッド、８，８Ａ：バスバ（接続バー）、１０（１０Ａ〜１０Ｈ）：プリント基板（電圧検出基板）、１２：ヒューズ、１４：貫通孔、１５：ベントダクト、１５Ａ〜１５Ｈ：ダクト部材、１５ａ：縦パイプ部（ガス放出弁への連通部）、１６：押さえ金具（押さえ部材）、２０：電源装置、２１：下ケース（筐体）、２２：仕切り板（筐体）、２３：上ケース（筐体）、２４：下部支持ステー、２５：上部支持ステー、Ｓ１〜Ｓ４：セクション

Claims (10)

1. 複数の電池セルを配列して該複数の電池セルの配列方向両端に有する２枚のエンドプレートにより前記複数の電池セルを挟んで連結固定した電池ブロックであって、
   所定個の電池セルを１セクションとしてセクション板で区切り、複数のセクションで構成し、
   前記電池セルはガス放出弁を有し、
   前記電池ブロックは前記複数の電池セルの前記ガス放出弁を連通させるベントダクトを有し、
   前記ベントダクトは、前記セクション板で区切られたセクションごとにダクト部材に分割され、連結されており、
   前記電池ブロックは、前記２枚のエンドプレートと前記セクション板とを前記電池セルの配列方向に沿って貫通する複数のロッドで締込み固定したことを特徴とする電池ブロック。
2. 前記電池セルは密閉角形容器に収容され、該密閉角形容器の上面に外部端子と前記ガス放出弁が位置しており、前記ベントダクトは前記密閉角形容器の上面に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の電池ブロック。
3. 前記分割されたダクト部材は、前記セクション板に押さえ部材で固定されることを特徴とする請求項１または２に記載の電池ブロック。
4. 前記電池ブロックは、前記電池セルの電圧を検出する電圧検出基板を備えており、該電圧検出基板は、前記電池セルと前記ベントダクトとの間に配置され、前記電圧検出基板には、前記ガス放出弁に連通するベントダクトの連通部が貫通する貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の電池ブロック。
5. 前記電圧検出基板は、前記セクション板で区切られたセクションごとに分割され、連結されることを特徴とする請求項４に記載の電池ブロック。
6. 前記電圧検出基板は、ヒューズを備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の電池ブロック。
7. 前記分割された電圧検出基板は、前記セクション板に固定されることを特徴とする請求項５に記載の電池ブロック。
8. 請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の電池ブロックを上下２層構成とし、筐体に収容した電源装置であって、
   前記筐体は下ケース及び上ケースと、これらの中間に位置する仕切り板とから構成され、下層の電池ブロックは前記下ケース内に収容され、前記下層の電池ブロックと上層の電池ブロックとの間に前記仕切り板が介在され、前記上層の電池ブロックは前記上ケースに収容され、前記下ケースの外周縁部と前記仕切り板の外周部と前記上ケースの外周縁部とを連結固定したことを特徴とする電源装置。
9. 前記セクション板は前記電池ブロックを固定する脚部を備えており、前記下層の電池ブロックの該脚部を前記下ケースの底板に固定すると共に、前記上層の電池ブロックの該脚部を前記仕切り板に固定することを特徴とする請求項８に記載の電源装置。
10. 前記下ケースは支持ステーを備えると共に、前記上ケースは支持ステーを備えることを特徴とする請求項８又は９に記載の電源装置。

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