JP6177776B2 - バッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の角形電池をセパレータを介して積層状態に固定しているバッテリシステムに関し、とくに、角形電池を所定の圧力で押圧して積層状態に固定してなるバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置に関する。

複数の角形電池を積層しているバッテリシステムは開発されている。（特許文献１参照）
このバッテリシステムは、容積効率が高く、容積に対する充放電の容量を大きくできる。このバッテリシステムは、角形電池の間にセパレータを挟んで、角形電池とセパレータとを積層して、積層状態に固定している。

特開２０１０−２８７５３０号公報

複数の角形電池とセパレータとを交互に積層して積層状態に固定しているバッテリシステムは、両側から所定の圧力で押圧して、押圧状態に固定して、セパレータと角形電池とを密着している。特許文献１のバッテリシステムは、角形電池よりも小さい外形のセパレータを挟んで、積層状態に固定している。このバッテリシステムは、角形電池の電極体が膨張すると、セパレータに密接する領域と密接しない領域との境界で外装缶が変形したり損傷する欠点がある。電極体の膨張は、角形電池の充電状態で発生し、また充放電が繰り返されて経時的に発生する。電極体が膨張して、外装缶が局部的に変形する弊害は、セパレータの外形を角形電池と同じ形状として解消できる。しかしながら、この構造のバッテリシステムは、セパレータが外装缶の幅広平面の全体を押圧するので、組み立て工程において、角形電池が両面から加圧される状態で、角形電池の外装缶と封口板との溶接部などがセパレータに加圧されて損傷するおそれがある。組み立て工程において、角形電池を加圧する圧力を弱くして、すなわち、角形電池とセパレータとの電池積層体を加圧状態で固定する加圧力を弱くして、封口板と外装缶との溶接部の損傷を少なくできるが、この状態では、角形電池の膨張を阻止できなくなる欠点がある。

本発明は、以上の欠点を解決することを目的に開発されたものである。本発明の重要な目的は、角形電池の外装缶の損傷を防止しながら、角形電池の膨張を確実に安定して阻止できるバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置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

本発明のバッテリシステムは、芯体３１の表面に活物質３２を付着してなる正極１１Ａと負極１１Ｂを、絶縁層１１Ｃを介して積層又は巻回してなる電極体１１を角形の外装缶１２に収納して気密に密閉してなる複数の角形電池１と、角形電池１の間に配設してなるセパレータ２と、角形電池１とセパレータ２とを交互に積層してなる電池積層体９を積層方向の両端から所定の圧力で押圧して加圧状態に固定してなる固定部材３とを備える。角形電池１の外装缶１２は、内面を電極体１１の活物質塗布領域１１Ｘに接触してなる活物質接触領域１２Ｘと、内面を電極体１１の活物質塗布領域１１Ｘに接触させない活物質非接触領域１２Ｙとを有している。セパレータ２は、固定部材３が電池積層体９を押圧状態に固定する状態で、外装缶１２の活物質接触領域１２Ｘを活物質非接触領域１２Ｙよりも強く押圧する活物質押圧部２Ｘを有している。バッテリシステムは、セパレータ２の活物質押圧部２Ｘが外装缶１２の活物質接触領域１２Ｘを活物質非接触領域１２Ｙよりも強く押圧する状態で電池積層体９が加圧状態に固定されている。

以上のバッテリシステムは、角形電池の外装缶の損傷を防止しながら、角形電池の膨張を確実に安定して阻止できる特徴がある。それは、以上のバッテリシステムが、従来のようにセパレータでもって角形電池の全面を均一に押圧するのではなく、また、電極体の一部を押圧して加圧状態に固定するのでもなく、セパレータに、外装缶の活物質接触領域を活物質非接触領域よりも強く押圧する活物質押圧部を設け、この活物質押圧部でもって外装缶の活物質接触領域を活物質非接触領域よりも強く押圧するからである。角形電池は、充放電が繰り返されて電極体が膨張するが、電極体全体が膨張するのではなく、電極体に付着している活物質が膨張する。以上のバッテリシステムは、電極体の活物質塗布領域と接触する外装缶の活物質接触領域を、セパレータに設けた活物質押圧部で押圧して、積層状態に固定する。セパレータの活物質押圧部が外装缶の活物質接触領域を押圧して、加圧積層状態に固定されるバッテリシステムは、活物質が膨張すると、電極体の活物質塗布領と接触する外装缶の活物質接触領域はセパレータで強く押圧されるが、活物質塗布領域に接触しない外装缶の活物質非接触領域は、セパレータを介して強く押圧されることがない。また、セパレータの活物質押圧部が外装缶の活物質接触領域を強く押圧するバッテリシステムは、変形しやすい外装缶の封口部である上縁部等がセパレータで強く加圧されて変形し、あるいは損傷することがない。外装缶の上縁部などは活物質塗布領域に接触しない領域となるからである。

以上のバッテリシステムは、組み立て工程において、角形電池とセパレータとを交互に積層し、これを両端から加圧して加圧状態に固定する状態においても、外装缶の弱い部分が強く押圧されることがなく、組み立て工程における外装缶の損傷を防止しながら、使用状態においては、電極体の膨張、とくに電極体の活物質塗布領域の膨張を確実に阻止できる特徴がある。

本発明のバッテリシステムは、角形電池１が、正極１１Ａと負極１１Ｂとを巻回して所定の厚さの板状にプレスしてなる電極体１１を備え、この電極体１１が活物質塗布領域１１Ｘと芯体露出領域１１Ｙとを有し、セパレータ２が、活物質塗布領域１１Ｘと接触する外装缶１２の活物質接触領域１２Ｘを活物質押圧部２Ｘで押圧することができる。
以上のバッテリシステムは、芯体露出領域と接触する外装缶の活物質非接触領域をセパレータで強く押圧することがなく、セパレータの活物質押圧部が活物質接触領域を強く押圧することで、巻回してなる電極体の活物質塗布領域の膨張を確実に阻止できる特徴がある。

本発明のバッテリシステムは、角形電池１の外装缶１２が、対向する両面を四角形の幅広平面１２Ａとすると共に、電極体１１が、正極１１Ａと負極１１Ｂとを巻回して所定の厚さにプレスされて、対向面を平面状として、両側に芯体露出領域１１Ｙを設けることができる。さらに、バッテリシステムは、電極体１１の対向する平面を外装缶１２の幅広平面１２Ａの内側に配置して、芯体露出領域１１Ｙを外装缶１２の幅広平面１２Ａの両側部に配置して、幅広平面１２Ａの両側部を活物質非接触領域１２Ｙとし、電極体１１の活物質塗布領域１１Ｘを外装缶１２の中央部に配置して、幅広平面１２Ａの中央部を活物質接触領域１２Ｘとしており、セパレータ２の活物質押圧部２Ｘが、幅広平面１２Ａ中央部の活物質接触領域１２Ｘを押圧することができる。
以上のバッテリシステムは、膨張しない芯体露出領域と対向する外装缶両側の活物質非接触領域をセパレータで強く押圧することなく、セパレータの活物質押圧部が外装缶の活物質接触領域を強く押圧して、電極体の活物質塗布領域の膨張を確実に阻止できる特徴がある。

本発明のバッテリシステムは、角形電池１が、外装缶１２の開口部を封口板１３で気密に密閉し、電極体１１が封口板１３から離れて外装缶１２の内部に配置されて、外装缶１２の幅広平面１２Ａの封口板１３に沿う上縁部を活物質非接触領域１２Ｙとすることができる。
以上のバッテリシステムは、電極体の活物質塗布領域を強く押圧して、その膨張を確実に阻止しながら、外装缶の幅広平面の封口板に沿う上縁部がセパレータに強く押圧されて損傷するのを確実に防止できる。

本発明のバッテリシステムは、角形電池１を非水系電解液電池とすることができる。
以上のバッテリシステムは、角形電池を非水系電解液電池として容積に対する充放電容量を大きくしながら、活物質の膨張による弊害を防止できる。

本発明のバッテリシステムは、角形電池１をリチウムイオン電池とすることができる。
以上のバッテリシステムは、角形電池をリチウムイオン電池として容積に対する充放電容量を大きくしながら、活物質の膨張による弊害を防止できる。

本発明のバッテリシステムは、セパレータ２が、角形電池１を内側にセットして定位置に配置するガイド壁２２を外周に有し、このガイド壁２２の内側に角形電池１をセットして、複数の角形電池１とセパレータ２とを積層することができる。
以上のバッテリシステムは、外装缶の活物質非接触領域の変形や損傷を防止して、活物質の膨張による弊害を防止しながら、セパレータでもって角形電池を定位置に配置できる特徴がある。

本発明のバッテリシステムは、セパレータ２が、角形電池１の四隅部を案内するガイド壁２２を四隅部に備えると共に、外装缶１２が、幅広平面１２Ａの両側に活物質非接触領域１２Ｙを設けて、さらに、セパレータ２が、外装缶１２の両側に設けてなる活物質非接触領域１２Ｙと対向する部分に切り欠き凹部２９を備えることができる。
以上のバッテリシステムは、セパレータの活物質押圧部でもって、活物質の膨張を防止し、かつセパレータでもって、角形電池を定位置に配置しながら、セパレータが、外装缶両側の活物質非接触領域を強く押して変形したり損傷させる弊害を確実に防止できる。

本発明のバッテリシステムは、角形電池１が、外装缶１２の幅広平面１２Ａの両側部と上下部とに活物質非接触領域１２Ｙを設けて、セパレータ２が、幅広平面１２Ａの上下部と対向する部分に非押圧部２Ｙを設けて、活物質押圧部２Ｘを非押圧部２Ｙよりも突出させることができる。
以上のバッテリシステムは、セパレータの活物質押圧部が活物質の膨張を阻止しながら、外装缶の上下部に設けている活物質非接触領域の変形や損傷を防止できる。

本発明のバッテリシステムは、セパレータ２の活物質押圧部２Ｘを、非押圧部２Ｙよりも０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ突出させることができる。
以上のバッテリシステムは、非押圧部よりも突出する活物質押圧部が、電極体の活物質の膨張を確実に阻止できる特徴がある。

本発明のバッテリシステムは、セパレータ２の活物質押圧部２Ｘが中央部を高く突出させることができる。
以上のバッテリシステムは、高く突出する活物質押圧部の中央部でもって、外装缶を損傷することなく、活物質の膨張をより好ましい状態で阻止できる特徴がある。

本発明の車両は、上記のいずれかのバッテリシステム１００と、このバッテリシステム１００から電力供給される走行用のモータ９３と、バッテリシステム１００及びモータ９３を搭載してなる車両本体９０と、モータ９３で駆動されて車両本体９０を走行させる車輪９７とを備えることを特徴とする。

本発明の蓄電装置によれば、上記のいずれかのバッテリシステム１００を備えると共に、バッテリシステム１００への充放電を制御する電源コントローラ８４を備えている。この電源コントローラ８４は、外部からの電力により角形電池への充電を可能とすると共に、角形電池に対し充電を行うよう制御することができる。

本発明の一実施の形態にかかるバッテリシステムの斜視図である。 図１に示すバッテリシステムの分解斜視図である。 角形電池とセパレータの積層構造を示す分解斜視図である。 角形電池の内部構造を示す概略垂直縦断面図である。 角形電池の内部構造を示す概略垂直横断面図である。 電極体の製造工程を示す分解斜視図である。 電極体の製造工程を示す斜視図である。 角形電池の製造工程を示す分解斜視図である。 図４に示す角形電池の正面図である。 セパレータの正面図である。 角形電池とセパレータの積層構造を示す垂直断面図である。 図１１に示す角形電池とセパレータの分解断面図である。 図１１に示すセパレータの要部拡大断面図である。 角形電池とセパレータの積層構造を示す水平断面図である。 図１４に示す角形電池とセパレータの分解断面図である。 エンジンとモータで走行するハイブリッドカーにバッテリシステム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バッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。 蓄電装置にバッテリシステムを使用する例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バッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置を例示するものであって、本発明はバッテリシステム及びバッテリシステムを備える車両並びに蓄電装置を以下のものに特定しない。さらに、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。

図１〜図３のバッテリシステムは、角形電池１とセパレータ２とを交互に積層している電池積層体９と、この電池積層体９を積層方向の両端から所定の圧力で押圧して加圧状態に固定している固定部材３とを備える。図のバッテリシステムは、固定部材３として、電池積層体９の両端にエンドプレート４を配置すると共に、一対のエンドプレート４を連結具５で連結して、各角形電池１とセパレータ２とを加圧状態に固定している。

（角形電池１）
角形電池１は、図４〜図８に示すように、芯体３１の表面に活物質３２を付着している正極１１Ａと負極１１Ｂを、絶縁層１１Ｃを介して積層又は巻回して電極体１１とし、この電極体１１を角形の外装缶１２に収納して、外装缶１２の開口部を封口板１３で気密に密閉している。さらに、外装缶１２には電解液（図示せず）も充填される。電解液は、封口板１３を外装缶１２に溶接して固定した後、封口板１３に設けた注入穴３３から充填される。注入穴３３は、電解液を充填した後、気密に閉塞される。ただ、角形電池は、外装缶に電解液を充填した後、外装缶の開口部を封口板で密閉することもできる。

角形電池１は、充電できる電池であって、非水系電解液電池のリチウムイオン電池が適している。角形電池１をリチウムイオン電池とするバッテリシステムは、電池積層体９の容積と重量に対する充電容量を大きくできる。ただ、本発明は、角形電池を非水系電解液電池のリチウムイオン電池には特定せず、リチウムイオン電池でない非水系電解液電池や、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池など充電できる全ての二次電池とすることができる。

図３〜図５は、角形電池１のリチウムイオン電池を示している。これらの図の角形電池１は、外装缶１２の開口部に封口板１３を溶接して、封口板１３で外装缶１２の開口部を気密に密閉している。外装缶１２は、底を閉塞して、図において上方を開口している筒状で、対向する両面を四角形の幅広平面１２Ａとしている。この形状の外装缶１２は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属板をプレス加工して製作される。

封口板１３は、正負の電極端子１５を絶縁して両端部に固定している。正負の電極端子１５は、集電体１４を介して外装缶１２の内部に配置する電極体１１の正極１１Ａと負極１１Ｂの芯体３１に接続される。さらに、封口板１３は、内圧が設定圧力まで上昇すると開弁する安全弁３４を設けている。封口板１３は、その外形を、外装缶１２の開口部の内形にほぼ等しくして、外装缶１２の開口部に挿入され、外装缶１２との境界にレーザー光線を照射して、外装缶１２の開口部を気密に密閉する。なお、図３に示す角形電池１は、封口板１３の上面に端子ホルダ１６を介して出力端子１７を配置している。出力端子１７は、接続リード１８を介して電極端子１５に電気接続している。端子ホルダ１６は、傾斜面を有する略三角柱状で、出力端子１７が固定された接続リード１８を電極端子１５の定位置に配置している。図に示す出力端子１７は止ネジで、この止ネジのネジ部を接続リード１８に貫通させて、端子ホルダ１６の傾斜面から傾斜姿勢で突出させている。端子ホルダ１６は、プラスチックなどの絶縁性部材で構成されており、出力端子１７の突出部分を除く周囲を絶縁している。

（電極体１１）
電極体１１は、図６と図７に示すように、正極１１Ａと負極１１Ｂとを絶縁層１１Ｃを挟んで渦巻き状に巻回した後、２枚のプレス板（図示せず）で挟むように加圧して、所定の厚さにプレスして対向面を平面状とする板状としている。板状にプレスされた電極体１１は、その厚さを外装缶１２の幅狭面１２Ｂの内幅にほぼ等しくして、外装缶１２の内部に挿入される。角形電池１は、板状の電極体１１を外装缶１２に挿入し、外装缶１２に封口板１３を溶接して固定した後、封口板１３に設けた注入穴３３から電解液３０を充填し、その後、注入穴３３を気密に密閉して製作される。また、角形電池１は、図示しないが、金属製の外装缶１２の内面と電極体１１との間に絶縁材を設けて、電極体１１の導電部や集電体１４が外装缶１２に接触しない構造としている。この絶縁材は、電極体の電極に積層している絶縁層とし、あるいは外装缶の内面に積層された絶縁カバーとし、あるいは外装缶の内面にコーティングしている絶縁層で実現できる。

図６の電極体１１に使用される正極１１Ａと負極１１Ｂは、細長い帯状の芯体３１の片側に、活物質３２が塗布されない芯体露出部３１ｙを設けて、片側部を除く領域に活物質３２を塗布している。芯体３１は、導電性のある金属箔である。正極１１Ａと負極１１Ｂは、芯体露出部３１ｙを互いに反対側に配置し、かつ活物質３２を塗布している領域を対向させ、なおかつ、活物質３２の塗布している領域には、絶縁層１１Ｃの微多孔膜を積層して、図７に示すように、渦巻き状に巻回される。巻回された電極体１１は、その後、所定の厚さの板状にプレスされる。この状態で製作される電極体１１は、両側部を芯体露出領域１１Ｙとして、芯体露出領域１１Ｙの間に活物質塗布領域１１Ｘができる。電極体１１の両側の芯体露出領域１１Ｙは、一方に正極１１Ａの芯体３１を露出させて、他方に負極１１Ｂの芯体３１を露出させる。正極１１Ａの芯体露出部３１ｙは、絶縁層１１Ｃを介することなく互いに積層されて、正極側の集電体１４に接続され、負極１１Ｂの芯体露出部３１ｙも絶縁層１１Ｃを介することなく積層されて、負極側の集電体１４に接続される。正極側の集電体１４と、負極側の集電体１４は、封口板１３に固定している正極の電極端子１５と負極の電極端子１５に溶接などの方法で接続される。

以上の電極体１１は、両側の芯体露出領域１１Ｙを外装缶１２の両側、すなわち、幅広平面１２Ａの両側に配置するように、外装缶１２に挿入される。電極体１１を外装缶１２に挿入して、封口板１３は外装缶１２の開口部に配置される。封口板１３が集電体１４を介して電極体１１に連結されるからである。この状態で、電極体１１は、封口板１３の内面から離れて配置されるので、電極体１１と封口板１３との間には所定の隙間が設けられる。外装缶１２の開口部に配置された封口板１３は、レーザー溶接などの方法で外装缶１２の開口部に溶接される。その後、封口板１３の注入穴３３から外装缶１２に電解液が充填されて、注入穴３３は気密に閉塞される。

以上の角形電池１は、図５と図９に示すように、外装缶１２の幅広平面１２Ａの両側部と上下部とを、電極体１１の活物質塗布領域１１Ｘに接触しない活物質非接触領域１２Ｙとし、幅広平面１２Ａの両側部と上下部を除く領域を、電極体１１の活物質塗布領域１１Ｘに接触する活物質接触領域１２Ｘとする。外装缶１２の幅広平面１２Ａの両側部は、電極体１１の芯体露出領域１１Ｙと対向して、活物質塗布領域１１Ｘに接触しない活物質非接触領域１２Ｙとなり、幅広平面１２Ａの上部は、その内面に電極体１１がなく、また電極体１１が巻回された湾曲部となって活物質塗布領域１１Ｘに接触せず、幅広平面１２Ａの下部は、電極体１１が巻回さた湾曲部となって、活物質塗布領域１１Ｘに接触しない活物質非接触領域１２Ｙとなる。

（セパレータ）
角形電池１の間に挟着されるセパレータ２は、絶縁性のプラスチックを成形して製作される。図１０の正面図に示すセパレータ２は、外形を角形電池１の外形にほぼ等しい四角形として、四隅のコーナー部には、角形電池１を内側に入れて定位置に配置するガイド壁２２を設けている。ガイド壁２２はＬ字状で内側に角形電池１のコーナー部を配置して、角形電池１を定位置に配置する。

さらに、図１０のセパレータ２は、両側部と上下部を除く中央部（図においてクロスハッチングで表示）に、外装缶１２の活物質接触領域１２Ｘを活物質非接触領域１２Ｙよりも強く押圧する活物質押圧部２Ｘを設けている。活物質押圧部２Ｘが、外装缶１２の活物質接触領域１２Ｘを活物質非接触領域１２Ｙよりも強く押圧する状態で、電池積層体９は固定部材３で加圧状態に固定される。

図９の角形電池１は、幅広平面１２Ａの両側部と上下部とを、電極体１１の活物質塗布領域１１Ｘに接触しない活物質非接触領域１２Ｙとするので、図１０〜図１３のセパレータ２は、両側部と上下部を除く領域に活物質押圧部２Ｘを設けて、両側部と上下部には、外装缶１２の幅広平面１２Ａを強く押圧しない非押圧部２Ｙを設けている。図１４と図１５のセパレータ２は、外装缶１２の幅広平面１２Ａの両側部にある活物質非接触領域１２Ｙと対向する部分に切り欠き凹部２９を設けて非押圧部２Ｙとし、外装缶１２の幅広平面１２Ａの上下部と対向する領域は、活物質押圧部２Ｘよりも低くして非押圧部２Ｙとしている。非押圧部２Ｙの切り欠き凹部２９と活物質押圧部２Ｘとの境界線は、電極体１１の活物質塗布領域１１Ｘと芯体露出領域１１Ｙの境界線に位置して、活物質押圧部２Ｘが外装缶１２の活物質接触領域１２Ｘを押圧する。

セパレータ２は、図１３の拡大断面図に示すように、活物質押圧部２Ｘを、上下部に設けた非押圧部２Ｙよりも突出させて、外装缶１２の活物質接触領域１２Ｘを強く押圧する。活物質押圧部２Ｘは、たとえば、非押圧部２Ｙよりも０．２ｍｍ突出して、外装缶１２の活物質塗布領域１１Ｘを強く押圧する。ただ、活物質押圧部２Ｘは、非押圧部２Ｙよりも０．１ｍｍ以上であって、０．５ｍｍ以下に突出させて、外装缶１２の活物質塗布領域１１Ｘを強く押圧することもできる。セパレータ２は、角形電池１の間に挟着されて、外装缶１２の活物質接触領域１２Ｘを押圧する。したがって、セパレータ２は、両面に突出する活物質押圧部２Ｘを設けて、両面に積層される角形電池１の活物質接触領域１２Ｘを押圧する。セパレータ２は、両面の同じ位置に活物質押圧部２Ｘを設けているので、活物質押圧部２Ｘを設けた部分は、非押圧部２Ｙよりも厚くなる。

図１０〜図１３に示すセパレータ２は、両面に積層される角形電池１との間に、複数列の冷却隙間６を設けている。このセパレータ２は、冷却機構（図示せず）でもって、冷却隙間６に冷却空気を強制送風して角形電池１を強制冷却することができる。両面に冷却隙間６を設けるために、図１１〜図１３に示すセパレータ２は、両面に交互に複数列の冷却溝２１を設けて、冷却溝２１の底板２８を反対側の角形電池１の外装缶１２に密着させている。このセパレータ２は、冷却溝２１の両側にある対向壁２７の高さが、活物質押圧部２Ｘの実質的な厚さ（Ｄ）となる。したがって、このセパレータ２は、対向壁の高さで、活物質押圧部２Ｘの実質的な厚さ（Ｄ）を調整して、非押圧部２Ｙからの突出量をコントロールする。以上のセパレータ２は、冷却隙間６に冷却空気を強制送風して、角形電池１を強制冷却するが、セパレータは、必ずしも冷却隙間を設ける必要はなく、活物質押圧部を平面状ないしほぼ平面状として、外装缶の活物質接触領域を押圧することもできる。さらに、セパレータは、活物質押圧部の中央部を高く突出させて、外装缶の活物質接触領域の中央部をより強く押圧することができる。

（固定部材３）
複数の角形電池１とセパレータ２とを積層してなる電池積層体９は、固定部材３を介して積層方向に締結されている。図１と図２に示す固定部材３は、電池積層体９の両端面に配置されたエンドプレート４と、このエンドプレート４に端部を連結して積層状態の角形電池１を加圧状態に固定してなる連結具５とからなる。電池積層体９は、その両端面に配置される一対のエンドプレート４が連結具５で連結されて、積層状態の角形電池１を幅広平面１２Ａと直交する方向に加圧して固定される。ただ、固定部材は、必ずしもエンドプレートと連結具とに特定しない。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４）
エンドプレート４は、図２に示すように、電池積層体９の両端に配置されている。エンドプレート４は、角形電池１の外形とほぼ同じ形状と寸法の四角形とし、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４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。プラスチック製のエンドプレート４は、直接に角形電池１に積層され、金属製のエンドプレートは、絶縁材を介して角形電池１に積層される。

（連結具５）
連結具５は、電池積層体９の両端面に配置されたエンドプレート４に固定されて、このエンドプレート４を介して電池積層体９を積層方向に締結する。図１と図２の連結具５は、電池積層体９の積層方向に延長されており、両端が一対のエンドプレート４に固定されて、電池積層体９を積層方向に締結している。図に示す連結具５は、電池積層体９の両側面に対向して配置されている。このように、連結具５を電池積層体９の両側面に配置して締結する構造は、複数の角形電池をより確実に積層方向に締結できる。ただ、連結具は、必ずしも電池積層体の両側面に配置する必要はない。連結具は、電池積層体の両側面に加えて上面や底面に配置することも、両側面に配置することなく、上面や底面にのみ配置することもできる。

連結具５は、所定の厚さの金属板を所定の幅に加工して製作される。連結具５は、端部をエンドプレート４に連結して、一対のエンドプレート４を連結して、その間に角形電池１を圧縮状態に保持する。連結具５は、一対のエンドプレート４を所定の寸法に固定して、その間に積層される角形電池１を所定の圧縮状態に固定する。角形電池１の膨張圧力で連結具５が伸びると、角形電池１の膨張を阻止できない。したがって、連結具５には、角形電池１の膨張圧で伸びない強度の金属板、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。さらに、連結具は、金属板を溝形に加工することもできる。この形状の連結具は、曲げ強度を強くできるので、幅を狭くしながら、積層する角形電池をしっかりと所定の圧縮状態に固定できる特長がある。連結具５は、端部に折曲部５Ａを設けて、折曲部５Ａをエンドプレート４に連結する。折曲部５Ａは、止ネジ１９の貫通孔を設けて、ここに挿入される止ネジ１９を介してエンドプレート４に固定される。

以上のバッテリシステムは、以下の工程で組み立てられる。
（１）複数の角形電池１の間にセパレータ２を挟んで電池積層体９とする。
（２）電池積層体９の両端にエンドプレート４を配置し、エンドプレート４を介して電池積層体９を所定の圧力で加圧して加圧状態に保持する。
この状態において、セパレータ２は、活物質押圧部２Ｘでもって、角形電池１外装缶１２の活物質接触領域１２Ｘを活物質非接触領域１２Ｙよりも強く押圧する。すなわち、活物質非接触領域１２Ｙを強く押圧することなく、外装缶１２の活物質接触領域１２Ｘは所定の圧力で加圧される。
（３）電池積層体９をエンドプレート４で加圧する状態で、一対のエンドプレート４を連結具５で連結して、角形電池１とセパレータ２とを加圧状態に固定する。
この状態においても、セパレータ２の活物質押圧部２Ｘは、角形電池１外装缶１２の活物質接触領域１２Ｘを強く加圧する。活物質押圧部２Ｘに加圧されない外装缶１２の活物質非接触領域１２Ｙは、強く加圧されることなく、角形電池１は積層状態に固定される。
（４）電池積層体９を加圧状態として、角形電池１の電極端子１５にバスバーが接続される。バスバーは、角形電池１を直列に接続し、あるいは直列と並列に接続する。バスバーは、電極端子１５に接続された出力端子１７にネジ止めされ、あるいは、電極端子１５に直接溶接されて接続される。

以上の状態で組み立てられたバッテリシステムは、使用状態において、電極体１１の活物質３２が膨張して、電極体１１の活物質塗布領域１１Ｘが膨張しても、活物質塗布領域１１Ｘが接触する外装缶１２の活物質接触領域１２Ｘをセパレータ２の活物質押圧部２Ｘで押圧して、活物質塗布領域１１Ｘの膨張を阻止できる。とくに、外装缶１２の活物質接触領域１２Ｘを、活物質非接触領域１２Ｙよりも強く加圧しているので、電極体１１の活物質塗布領域１１Ｘの膨張をセパレータ２の活物質押圧部２Ｘで効果的に阻止しながら、外装缶１２の損傷しやすい上下部や両側部を損傷することなく、電極体１１の活物質塗布領域１１Ｘの膨張を確実に阻止できる。

以上のバッテリシステムは、車載用の電源として利用できる。バッテリシステム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。

（ハイブリッド自動車用バッテリシステム）
図１６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バッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両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に電力を供給するバッテリシステム１００と、バッテリシステム１００の角形電池を充電する発電機９４と、エンジン９６、モータ９３、バッテリシステム１００、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、エンジン９６又はモータ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。バッテリシステム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、バッテリシステム１００の角形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、バッテリシステム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、バッテリシステム１００の角形電池を充電する。

（電気自動車用バッテリシステム）
また、図１７は、モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両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に電力を供給するバッテリシステム１００と、このバッテリシステム１００の角形電池を充電する発電機９４と、モータ９３、バッテリシステム１００、及び発電機９４を搭載してなる車両本体９０と、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。バッテリシステム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、バッテリシステム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、バッテリシステム１００の角形電池を充電する。

（蓄電装置用バッテリシステム）
さらに、このバッテリシステムは、移動体用の動力源としてのみならず、定置型の蓄電用設備としても利用できる。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１８に示す。この図に示すバッテリシステム１００は、複数の電池ブロック８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池ブロック８１は、複数の角形電池１が直列及び／又は並列に接続されている。各電池ブロック８１は、電源コントローラ８４により制御される。このバッテリシステム１００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このためバッテリシステム１００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を介してバッテリシステム１００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、バッテリシステム１００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からバッテリシステム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、バッテリシステム１００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、バッテリシステム１００への充電を同時に行うこともできる。

バッテリシステム１００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介してバッテリシステム１００と接続されている。バッテリシステム１００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、バッテリシステム１００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、バッテリシステム１００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１８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。

各電池ブロック８１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、他の電池ブロック８１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は他の電池ブロック８１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、電池ブロック８１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、電池ブロック８１同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット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。

本発明のバッテリシステムは、大電流や充放電の繰り返しで経時的に発生する角形電池の電極体の膨張による弊害と、外装缶の損傷や変形を防止して安定に長期間使用できることから、長寿命特性が大切な、電動車両の走行用バッテリ、自然エネルギーや深夜電力の蓄電用バッテリなどに最適に使用される。

１００…電源装置
１…角形電池
２…セパレータ ２Ｘ…活物質押圧部
２Ｙ…非押圧部
３…固定部材
４…エンドプレート
５…連結具 ５Ａ…折曲部
６…冷却隙間
９…電池積層体
１１…電極体 １１Ａ…正極
・BR>@ １１Ｂ…負極
１１Ｃ…絶縁層
１１Ｘ…活物質塗布領域
１１Ｙ…芯体露出領域
１２…外装缶 １２Ａ…幅広平面
１２Ｂ…幅狭面
１２Ｘ…活物質接触領域
１２Ｙ…活物質非接触領域
１３…封口板
１４…集電体
１５…電極端子
１６…端子ホルダ
１７…出力端子
１８…接続リード
１９…止ネジ
２１…冷却溝
２２…ガイド壁
２７…対向壁
２８…底板
２９…切り欠き凹部
３１…芯体 ３１ｙ…芯体露出部
３２…活物質
３３…注入穴
３４…安全弁
８１…電池ブロック
８２…電池ユニット
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
ＥＶ…車両
ＨＶ…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

Claims (13)

1. 芯体の表面に活物質を付着してなる正極と負極を、絶縁層を介して積層又は巻回してなる電極体を角形の外装缶に収納して気密に密閉してなる複数の角形電池と、前記角形電池の間に配設してなるセパレータと、前記角形電池と前記セパレータとを交互に積層してなる電池積層体を積層方向の両端から所定の圧力で押圧して加圧状態に固定してなる固定部材とを備えるバッテリシステムであって、
   前記角形電池の外装缶は、内面を電極体の活物質塗布領域に接触してなる四角形形状の活物質接触領域と、内面を電極体の活物質塗布領域に接触させない活物質非接触領域とを有しており、
   前記セパレータは、前記固定部材が電池積層体を押圧状態に固定する状態で、前記外装缶の活物質接触領域を活物質非接触領域よりも強く押圧する活物質押圧部を有しており、
   前記活物質押圧部は、前記外装缶の前記活物質接触領域の内側に位置するとともに、前記外装缶の前記活物質接触領域の境界線上の領域に当接する当接部を含んでおり、
   前記当接部は、前記活物質接触領域を規定する四辺の境界線のそれぞれに対して少なくとも一部が実質的に一致する稜線を有しており、
   この活物質押圧部が前記外装缶の活物質接触領域を活物質非接触領域よりも強く押圧する状態で前記電池積層体が加圧状態に固定されてなるバッテリシステム。
2. 前記角形電池が、正極と負極とを巻回して所定の厚さの板状にプレスしてなる電極体を備え、この電極体が活物質塗布領域と芯体露出領域とを有し、前記セパレータが、活物質塗布領域と接触する外装缶の活物質接触領域を活物質押圧部で押圧するようにしてなる請求項１に記載されるバッテリシステム。
3. 前記角形電池の外装缶が、対向する両面を四角形の幅広平面としており、
   前記電極体は、正極と負極とを巻回して所定の厚さにプレスされて、対向面を平面状として、両側に芯体露出領域を設けており、
   前記電極体が、対向する平面を前記外装缶の幅広平面の内側に配置して、芯体露出領域を外装缶の幅広平面の両側部に配置して、幅広平面の両側部を活物質非接触領域とし、電極体の活物質塗布領域を外装缶の中央部に配置して、幅広平面の中央部を活物質接触領域としており、
   前記セパレータの活物質押圧部が、幅広平面中央部の活物質接触領域を押圧するようにしてなる請求項２に記載されるバッテリシステム。
4. 前記角形電池が、外装缶の開口部を封口板で気密に密閉しており、
   前記電極体が封口板から離れて外装缶の内部に配置されて、外装缶の幅広平面の封口板に沿う上縁部を活物質非接触領域としてなる請求項１から３のいずれかに記載されるバッテリシステム。
5. 前記角形電池が非水系電解液電池である請求項１から４のいずれかに記載されるバッテリシステム。
6. 前記角形電池がリチウムイオン電池である請求項１から５のいずれかに記載されるバッテリシステム。
7. 前記セパレータが、前記角形電池を内側にセットして定位置に配置するガイド壁を外周に有し、このガイド壁の内側に角形電池がセットされて、複数の角形電池とセパレータとを積層してなる請求項１から６のいずれかに記載されるバッテリシステム。
8. 前記セパレータが、前記角形電池の四隅部を案内するガイド壁を四隅部に備え、
   前記外装缶は、幅広平面の両側に活物質非接触領域を設けており、
   さらに、前記セパレータは、外装缶の両側に設けてなる活物質非接触領域と対向する部分に切り欠き凹部を設けてなる請求項１から７のいずれかに記載されるバッテリシステム。
9. 前記角形電池が、外装缶の幅広平面の両側部と上下部とに活物質非接触領域を設けており、
   前記セパレータが、前記幅広平面の上下部と対向する部分に非押圧部を設けて、活物質押圧部を非押圧部よりも突出させてなる請求項８に記載されるバッテリシステム。
10. 前記セパレータの活物質押圧部が非押圧部よりも０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ突出してなる請求項１から８のいずれかに記載されるバッテリシステム。
11. 前記セパレータの活物質押圧部が中央部を高く突出させてなる請求項１から１０のいずれかに記載されるバッテリシステム。
12. 請求項１から１１のいずれかに記載のバッテリシステムを備えてなる車両であって、
    前記バッテリシステムと、該バッテリシステムから電力供給される走行用のモータと、前記バッテリシステム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バッテリシステムを備える車両。
13. 請求項１から１１のいずれかに記載のバッテリシステムを備えてなる蓄電装置であって、
    前記バッテリシステムへの充放電を制御する電源コントローラを備えており、
    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角形電池への充電を可能とすると共に、前記角形電池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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