JP6328842B2 - 電源装置及びこれを備える車両 - Google Patents

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Description

本発明は、電源装置及び電源装置を備える車両に関し、例えばハイブリッド車、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に搭載されて車両を走行させるモータの電源装置に関する。
車両用の電源装置は、車両を走行させるモータに供給する電力を大きくするために、多数の充電できる二次電池セルを直列に接続して電池ブロックとして、電池ブロックの出力電圧を高くしている。この電源装置は、車両を走行させる状態でモータに電力を供給して放電され、また車両の回生制動においては発電機で充電される。電池の放電電流はモータの駆動トルクを特定し、電池の充電電流は回生制動する制動力を特定する。したがって、車両を加速するモータの駆動トルクを大きくするためには、電池の放電電流を大きくする必要があり、また車両の回生制動を大きくするために、大電流で充電する必要がある。
このような用途で使用される電源装置は、過充電状態となる場合がある。過充電状態では、電池の内圧が異常に高くなることがあり、感圧式の安全機構を備える電池が開発されている。例えば、典型的な二次電池セルは、発電要素が封入される外装缶を封止するための封口板にガス排出弁が設けられている。ガス排出弁は、外装缶の内圧が高くなると、弁が開き、外装缶内のガスを排出して内圧を下げることができるようになっている。
一方、近年、より安全性を向上させるために、ガス排出弁の構造に加えて、異なる構成の安全機構を備える構成が提案されている（特許文献１）。特許文献１の電源装置は、安全機構として、電流遮断機構を有する複数の二次電池セルを備えており、電流遮断機構が、二次電池セルの出力端子と外装缶内の発電要素を接続する導通経路に設けられている。電流遮断機構は、二次電池セルの内圧に応じて変形する導電部材を有しており、二次電池セルの内圧が設定圧力よりも高くなると導電部材が変形し、出力端子と発電要素の導通を遮断することができる。
また、上述の安全機構として、電池を強制短絡させる機能と、熱で溶断するヒューズ機能と、を備える二次電池セルも提案されている（特許文献２参照）。特許文献２の二次電池セルは、出力端子と外装缶内の発電要素を接続する導通経路にヒューズ部が設けられている。また、図２０に示すように、出力端子に接続される接続プレート１６３と、外装缶の内圧に応じて変形する反転板１６１、１６２とを備えている。反転板は、外装缶と導通しており、接続プレート１６３と接触させることで、外装缶を介して、二次電池セルの正負の出力端子を短絡させることができるようになっている。二次電池セルの正負の出力端子が短絡すると、ヒューズ部にも大電流が流れ、ヒューズ部が作動して二次電池セルの出力が遮断される。
特開２０１０−１５７４５１号公報 特開２０１２−１９５２７８号公報
上述の通り、二次電池セルの内圧上昇を防止する安全機構は、感圧式の安全機構が広く採用されている。一方、感圧式の安全機構は、安全機構が動作する作動圧の設計が難しく、二次電池セルの封口板が変形すると、設定した作動圧で動作しないおそれがある。特に封口板は、外装缶の開口端に接着や溶着で固定されているため、拘束構造が比較的脆弱である。このため、二次電池セルが膨張や収縮を繰り返す内に、封口板が変形する懸念がある。また電源装置を車載用途に用いる場合は、振動や衝撃等により捻れの応力が加わることがあり、さらに外装缶や封口板の劣化も要因として挙げられる。これらの要因で封口板が変形すると、その影響で一部の二次電池セルで感圧式の安全機構が正常に動作しなくなる可能性があった。
本発明は、従来のこのような問題点に鑑みてなされたものである。本発明の目的の一は、封口板の変形を抑制して、感圧式の安全機構を安定的に動作させるようにした電源装置及びこれを備える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
上記目的を達成するために、本発明の第１の側面に係る電源装置によれば、複数の二次電池セルを積層した電池積層体と、前記電池積層体を締結する締結部材とを備える電源装置であって、前記二次電池セルは、外形を幅よりも厚さを薄くした角形とし、上面を開口した外装缶と、前記外装缶の開口部分を閉塞する封口板と、前記封口板の、該二次電池セルの外面側に設けられた、一対の電極端子と、前記封口板の、該二次電池セルの内面側に設けられた、該二次電池セルの内圧が所定値以上となったときに変形する導電性の反転板とを備えており、前記締結部材は、前記電池積層体の上面において、各二次電池セルの封口板の上面で、前記反転板を設けた位置と重なるように配置することができる。上記構成により、電池積層体を締結する締結部材でもって、各二次電池セルの封口板の変形を阻止し、反転板を安定的に動作させることができる。
また、第２の側面に係る電源装置によれば、さらに、前記封口板の、該二次電池セルの外面側に設けられ、前記反転板が変形した際に該反転板と接触して導通することにより、前記二次電池セルの外部への出力を遮断させるための接続プレートを備えることができる。
さらに、第３の側面に係る電源装置によれば、前記締結部材を、前記封口板と接するように前記電池積層体の上面に配置することができる。上記構成により、締結部材による封口板の保護効果が高められる。
さらにまた、第４の側面に係る電源装置によれば、前記締結部材を、前記接続プレートの上面に設けることができる。上記構成により、安全機構を構成する接続プレートの領域を締結部材でもって保護し、安全機構の安定的な動作を図ることが可能となる。
さらにまた、第５の側面に係る電源装置によれば、前記締結部材を、前記電池積層体の上面の複数箇所に設けることができる。上記構成により、締結部材による締結の機械的強度を高めることができる。
さらにまた、第６の側面に係る電源装置によれば、前記二次電池セルは、前記封口板に、前記外装缶の内圧が所定値以上となった際に開弁して内部のガスを排出するためのガス排出弁を設けており、前記締結部材が、前記電池積層体の平面視において前記ガス排出弁と重なる位置に設けられつつ、前記ガス排出弁が外部と連通する空間を設けることができる。
さらにまた、第７の側面に係る電源装置によれば、前記ガス排出弁を、前記封口板の長手方向の中央に配置することができる。上記構成により、二次電池セルを反転させた姿勢で積層しても、常に封口板の中央にガス排出弁を位置させることができる。
さらにまた、第８の側面に係る電源装置によれば、前記締結部材が、前記ガス排出弁よりも幅広に形成することができる。
さらにまた、第９の側面に係る電源装置によれば、前記締結部材に、前記ガス排出弁と対応する位置に締結開口部を形成することができる。
さらにまた、第１０の側面に係る電源装置によれば、前記接続プレートを、前記封口板の上面において、前記反転板と対応する位置に設けることができる。
さらにまた、第１１の側面に係る電源装置によれば、前記接続プレートを、前記電極端子の一方の極と接続することができる。
さらにまた、第１２の側面に係る車両によれば、上記の電源装置を搭載した車両とできる。
本発明の実施形態１に係る電源装置を示す分解斜視図である。 図１の電源装置から外装ケースを外した組電池を示す斜視図である。 図２の組電池の分解斜視図である。 図２の組電池の平面図である。 図２の組電池の模式断面図である。 本発明の実施形態２に係る組電池の模式断面図である。 図６の組電池の平面図である。 本発明の実施形態３に係る組電池の模式断面図である。 本発明の実施形態４に係る組電池の模式断面図である。 本発明の実施形態５に係る組電池の平面図である。 図１０の組電池の模式断面図である。 本発明の実施形態６に係る組電池の平面図である。 図１２の組電池の模式断面図である。 変形例に係る組電池を示す平面図である。 図１４の締結部材を示す斜視図である。 本発明の実施形態７に係る組電池の模式断面図である。 変形例に係る二次電池セルのガス開口部を示す拡大斜視図である。 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。 従来の電池セルの熱ヒューズ構造を示す模式断面図である。 図２０の反転板が接続プレートに接触する状態を示す断面図である。 図２０の反転板が接続プレートに接触する状態を示す断面図である。
本発明の実施形態１に係る電源装置１００を、図１〜図５に示す。これらの図に示す電源装置１００は、車載用の電源装置の例を示している。具体的には、この電源装置１００は、主としてハイブリッド車や電気自動車等の電動車両に搭載されて、車両の走行モータに電力を供給して、車両を走行させる電源に使用される。ただ、本発明の電源装置は、ハイブリッド車や電気自動車以外の電動車両に使用でき、また電動車両以外の大出力が要求される用途にも使用できる。
（電源装置１００）
電源装置１００の外観は、図１の分解斜視図に示すように、上面を長方形状とする箱形である。この電源装置１００は、箱形の外装ケース７０を二分割して、内部に複数の組電池１０を収納している。外装ケース７０は、下ケース７１と、上ケース７２と、これらの下ケース７１、上ケース７２の両端に連結している端面プレート７３とを備えている。端面プレート７３は、下ケース７１と上ケース７２の両端に連結されて、外装ケース７０の両端を閉塞している。上ケース７２は、外側に突出する鍔部７４を有し、この鍔部７４に開口したねじ穴でもって下ケース７１にボルトとナットで固定している。さらに鍔部７４のねじ穴を、電源装置１００の固定にも利用できる。例えば電源装置１００を固定する車両に、ねじ穴を利用してねじ止めする。
各組電池１０は、外装ケース７０内部の定位置に固定されている。図１に示す例では、組電池１０を長手方向に２つ、横方向に２列、計４個を下ケース７１に収納している。ただ、組電池の個数やレイアウトは、この例に限定されない。例えば組電池を１個、外装ケースに収納する構成としてもよい。
（組電池１０）
各組電池１０は、図２〜図４に示すように、複数の二次電池セル１と、複数の二次電池セル１同士を積層する主面間に介在させて、二次電池セル１間を絶縁するセパレータ２と、複数の二次電池セル１とセパレータ２を交互に積層した電池積層体５の積層方向の端面に配置された一対のエンドプレート３と、電池積層体５の上面に配置され、エンドプレート３同士を締結する金属製の複数の締結部材４とを備えている。さらに組電池１０は、下ケース７１上に固定されている。例えば下ケース７１上に、接着剤や粘着シート等を用いて二次電池セル１の底面を接着により固定する。あるいは、電池積層体の底面に締結部材を配置してもよい。
下ケース７１は、電池積層体５を冷却する冷却プレートを兼用している。すなわち各二次電池セル１の底面を下ケース７１と熱結合することで、二次電池セル１の発熱を下ケース７１に熱伝導させて放熱を促進する。また下ケース７１の下面に、内部に冷媒を循環させる冷却パイプを設けてもよい。
（電池積層体５）
組電池１０は、複数の二次電池セル１を、絶縁性のセパレータ２を介して積層して電池積層体５とし、この電池積層体５の両端面に一対のエンドプレート３を配置して、一対のエンドプレート３を締結部材４で連結している。この図に示す組電池１０は、互いに隣接する二次電池セル１同士の間を絶縁するセパレータ２を、二次電池セル１同士の積層面に介在させて、複数の二次電池セル１とセパレータ２とを交互に積層した電池積層体５としている。
なお組電池は、必ずしも二次電池セルの間にセパレータを介在させる必要はない。例えば二次電池セルの外装缶を樹脂等の絶縁材で成形し、あるいは二次電池セルの外装缶の外周を熱収縮チューブや絶縁シート、絶縁塗料等で被覆する等の方法で、互いに隣接する二次電池セル同士を絶縁することによって、セパレータを不要とできる。特に、二次電池セルの間に冷却風を強制送風して二次電池セルを冷却する空冷式によらず、冷媒等を用いて冷却させた冷却パイプを介して電池積層体を冷却する方式を採用する構成においては、二次電池セルの間にセパレータを介在させる必要は必ずしも無い。
（二次電池セル１）
二次電池セル１は、図３等に示すように、その外形を構成する外装缶１１を、幅よりも厚さを薄くした角形としている。外装缶１１は上方を開口した有底筒状に形成され、開口部分を封口板１２で閉塞している。外装缶１１には、図５の断面図等に示すように電極組立体１５が収納される。封口板１２には正負の電極端子１３と、この電極端子１３の間にガス排出弁１４を設けている。ガス排出弁１４は、外装缶１１の内圧が所定値以上に上昇した際に開弁して、内部のガスを放出できるように構成される。ガス排出弁１４を開弁させることで、外装缶１１の内圧上昇を抑制できる。ガス排出弁１４は、好ましくは封口板１２の長手方向のほぼ中央に配置する。これにより、隣接する二次電池セル１同士を幅方向に反転させた姿勢で積層しても、常に封口板１２の中央にガス排出弁１４を揃えることができる。さらに封口板１２は、二次電池セル１の内圧が所定値以上となったときに変形し、この二次電池セル１を内部で短絡させる反転板を備えている。
（短絡部材１６０）
二次電池セル１は、過充電や過放電等による熱暴走を回避するため、外装缶１１内部の内圧の上昇に反応して出力を遮断する安全機構が設けられている。具体的には、図５の断面図に示すように、封口板１２には短絡部材１６０が設けられる。また電極組立体１５の上部領域には第１ヒューズ部１２５が設けられている。
第１ヒューズ部１２５は、第１ヒューズ孔１２５ａと、第１ヒューズ孔１２５ａの周辺から突出された第１補強突起１２５ｂとを有する。この第１ヒューズ孔１２５ａは、電流の流れを遮断するヒューズとして機能する。第１ヒューズ孔１２５ａが形成された領域は、二次電池セル１に短絡が生じて大電流が流れた場合に生じる熱によって溶融される。ここで、第１ヒューズ部１２５は、第１ヒューズ孔１２５ａが形成された領域の第１接続部１２１を溶融させることにより、電気的に分離させる。また第１補強突起１２５ｂは、二次電池セル１に短絡が生じる前に外部衝撃を受けて第１ヒューズ孔１２５ａが形成された領域に切断させないように、第１ヒューズ孔１２５ａの形成領域の強度を補強する強度補強機能を実現させる。
短絡部材１６０は、過充電などにより二次電池セル１の内部圧力が臨界圧力より大きくなる場合、短絡を誘導して第１ヒューズ部１２５が電流の流れを遮断するように働く。この短絡部材１６０は、導電性材質の第１反転板１６１と、第２反転板１６２及び接続プレート１６３を含む。第１反転板１６１と第２反転板１６２は、非反転の通常状態においては重なる姿勢に配置される。また接続プレート１６３は、封口板１２の上面、すなわち二次電池セル１の外面側において、これらの反転板と対応する位置に設けられている。さらに接続プレート１６３は、電極端子１３の一方と電気的に接続されている。この例では負極側の電極端子１３が接続プレート１６３と接続される。具体的には、接続プレート１６３の一部に開口された穴に、負極側の電極端子１３を挿通させて導通をとっている。この短絡部材１６０は、二次電池セル１の内圧が所定値以上となったときに、図２１、図２２に示すように第１反転板１６１、第２反転板１６２を内圧で押し上げるようにして変形、反転させ、反転した反転板が接続プレート１６３に接触して導通し、この二次電池セル１を内部で短絡することにより大電流を生じさせ、短絡回路の一部を熱溶融させることで外部への出力を遮断している。以下、短絡部材１６０の詳細を説明する。
（第１反転板１６１）
第１反転板１６１は、図５に示すように、溶接などの方法により封口板１２の短絡孔１５１ｃに設けられる。この第１反転板１６１は、下方向に突出して湾曲されており、封口板１２と電気的に接続される。第１反転板１６１は、二次電池セル１に過充電が発生して二次電池セル１の内部圧力が第１臨界圧力より大きくなる場合、図２１に示すように反転されて上に膨らんで突出され、接続プレート１６３に接触することで短絡を誘発させる。すなわち、第１反転板１６１は、電極組立体１５から遠くなる方向に突出する。短絡が誘発されると大電流が流れることになり、熱が発生し、この際に第１ヒューズ部１２５はヒューズ機能を果たすことで二次電池セル１の安全性を向上させる。
（第２反転板１６２）
第２反転板１６２は、溶接などの方法により封口板１２の短絡孔１５１ｃに設けられ、さらに第１反転板１６１の下部に配置される。第２反転板１６２は、第１反転板１６１と実質的に対応する大きさに形成され、第１反転板１６１と重なっている。この第２反転板１６２も、下方向に突出して湾曲されており、封口板１２と電気的に接続される。第２反転板１６２は、薄い厚さの第１反転板１６１が接続プレート１６３に接触された状態から溶融される場合、図２２に示すように反転されて上に膨らんで突出され、接続プレート１６３に接触することで短絡を維持する。すなわち、第２反転板１６２は、接続プレート１６３に接触して短絡を誘発させた第１反転板１６１が熱により溶融されても、短絡を維持させてヒューズ部１２５のヒューズ機能が作用し続けることができるように働く。なお、この例では短絡部材１６０は第１反転板１６１と第２反転板１６２の２つを用いているが、反転板を一枚に構成することもできる。
以上の二次電池セル１を構成する素電池は、リチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池等の充電可能な二次電池である。特に、二次電池セル１にリチウムイオン二次電池を使用すると、二次電池セル全体の体積や質量に対する充電容量を大きくできる特長がある。さらに、二次電池セルに限らず円筒型電池セルや、外装体がラミネート材料で被覆された角形やその他の形状のラミネート電池セルであってもよい。
積層されて電池積層体５を構成する各二次電池セル１は、隣接する正負の電極端子１３をバスバー６で連結して互いに直列に接続している。隣接する二次電池セル１を互いに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、組電池は、隣接する二次電池セルを並列に接続、或いは、直列接続と並列接続とを組み合わせて多直多並に接続することもできる。
（セパレータ２）
二次電池セル１は、金属製の外装缶１１で製作している。この二次電池セル１は、隣接する二次電池セル１の外装缶１１との短絡を防止するため、絶縁性のセパレータ２を挟着している。セパレータ２は、隣接する二次電池セル１を電気的、熱的に絶縁して積層するためのスペーサである。このセパレータ２はプラスチック等の絶縁材で製作しており、互いに隣接する二次電池セル１同士の間に配置されて、隣接する二次電池セル１を絶縁している。
（エンドプレート３）
二次電池セル１とセパレータ２とを交互に積層した電池積層体５の両端面には一対のエンドプレート３を配置して、一対のエンドプレート３で電池積層体５を締結している。エンドプレート３は、十分な強度を発揮する材質、例えば金属製とする。このエンドプレート３は、図１に示す下ケース７１と固定するための固定構造を備えている。ただ、エンドプレートは、材質を樹脂製とすることや、さらに、この樹脂製のエンドプレートを金属製の材質からなる部材で補強して構成しても良い。
（締結部材４）
締結部材４は、図３〜図４に示すように、両端にエンドプレート３が積層された電池積層体５の上面側に配置されて、一対のエンドプレート３に固定されて電池積層体５を締結する。この締結部材４は、図３の分解斜視図に示すように、電池積層体５の上面を覆う本体部と、本体部の両端で折曲され、エンドプレート３と固定される折曲片を有する。このような締結部材４は、十分な強度を有する材質、例えば金属製で構成される。金属板を折曲したバインドバーを締結部材４とすることで、安価に構成できる。
締結部材４は、図４、図５に示すように、電池積層体５の上面において、各二次電池セル１の封口板１２の上面で、反転板を設けた位置と重なるように配置されている。このような配置によって、締結部材４で電池積層体５を締結すると共に、各二次電池セル１の封口板１２の上面を覆ってこれを保持することで変形を阻止し、反転板を安定的に動作させることができる。また、ガス排出弁１４と重ならない位置に締結部材４を配置して、ガス排出弁１４の開弁時にガスの排出を締結部材４で妨げないようにできる。好ましくは、締結部材４が封口板１２と接するように、あるいは封口板１２と近接するように、電池積層体５の上面に配置される。これによって、封口板１２の保護効果が高められる。特に図５の断面図に示すように、反転板の上方に接続プレート１６３を配置する構成においては、接続プレート１６３の上面に締結部材４を配置することで、締結部材４の下方に反転板が位置することとなり、封口板１２の内、反転板の位置する領域を締結部材４で強固に保持することによって、外部からの応力、特に捻れなどの応力に対抗して、反転板を含む短絡部材１６０を安定的に動作させて信頼性の向上が見込まれる。
また二次電池セル１を直列で接続する際は、図３の分解斜視図に示すように、隣接する二次電池セル１同士で正負の電極が近接するような姿勢で、言い換えると二次電池セル１を交互に逆向きに重ねた姿勢で積層している。これによって電極同士を接続するバスバー６を小型化できる。この構成では、反転板の位置も隣接する二次電池セル１同士で異なることになる。そこで、図４の平面図及び図５の断面図に示すように、２本の締結部材４を用いて、各二次電池セル１の反転板がいずれも締結部材４に重なる位置となるように、電池積層体５の上面において各締結部材４の配置位置を調整している。これにより、いずれの反転板も締結部材４で覆われる状態となり、反転板の近傍における封口板１２の変形が締結部材４の締結によって抑制され、反転板の安定的な動作が期待され信頼性が向上する。
また、図５の例では２本の締結部材４の内、一方（図において左側の接続部材）は接続プレート１６３の上面を押圧している。他方（図において右側）の接続部材は、外装缶１１に電解液を注入するために開口された注液口を閉塞する注液栓の上面をカバーする位置に配置されている。このように、注液栓の上面を締結部材４で覆うことで、注液栓の意図しない脱落を回避できる。またこの際、封口板１２の表面から突出した注液栓の鍔部を覆うように締結部材４の接触面に突起を設けることで、注液栓を締結部材４の位置決めとして利用することもできる。
さらに突起は、締結部材の下面に直接設ける他、図５の断面図に示すように締結部材４と封口板１２との間に、スペーサ２０を介在させ、このスペーサ２０の下面に突起を設けてもよい。特にスペーサ２０を絶縁性の部材で構成することにより、締結部材４と二次電池セル１の外装缶１１の上面とを効果的に絶縁できる。
なお、図５の例では電池積層体５の上面の２箇所で締結部材４を締結する構成を示した。このように締結部材４は、電池積層体５の上面の複数箇所に設けられる。ただ本発明は、必ずしも締結部材を反転板と重ねる位置に配置する必要はなく、封口板の上面にて締結部材を締結して封口板を上方から固定することで、封口板の変形を阻止する保護する効果が得られる。
（実施形態２）
例えば図６の断面図、図７の平面図に示す実施形態２に係る組電池１０Ｂのように、封口板１２の中央付近に締結部材４Ｂを配置してもよい。このように、複数本の締結部材に限らず、一の締結部材でもって電池積層体を締結する構成とすることもできる。
（実施形態３）
あるいは、図８の断面図に示す実施形態３に係る組電池１０Ｃのように、封口板１２の両側端部の上面を締結部材４Ｃで締結する構成としてもよい。
（実施形態４）
さらに締結部材４の数も３以上としてもよい。例えば図９に示す実施形態４に係る組電池１０Ｄのように、左右に加えて中央にも締結部材４Ｄを配置する構成とすることもできる。
（ガス排出弁１４）
ここで、図６に示す実施形態２に係る組電池におけるガス排出弁１４の動作について説明する。締結部材４Ｂを電池積層体５の上面に配置する際、ガス排出弁１４の開弁時に締結部材４Ｂがガスの排出を阻害しないよう、図７の平面図に示すように、締結部材４Ｂの幅を、ガス開口部１４ａの横幅よりも狭く形成している。これにより、ガス開口部１４ａが完全に締結部材４Ｂで閉塞されず、部分的に表出するので、ガス排出弁１４の開弁時にガスを排出させることが可能となる。また締結部材４Ｂを電池積層体５の上面に配置する際、好ましくは平面視においてガス開口部１４ａの両側が締結部材４Ｂから表出する状態に配置される。これにより、締結部材４Ｂの両側からガスを排出できるようにして、バランスよく排出させることができる。
（実施形態５）
あるいは、締結部材を幅広に形成して機械的強度を向上させることもできる。この場合、ガス排出弁１４のガス開口部１４ａよりも幅広になると、ガス排出弁１４の開弁時のガス排出動作を妨げないようにする構造が求められる。例えば、図１０の平面図及び図１１の断面図に示す実施形態５に係る組電池１０Ｅのように、締結部材４Ｅを断面視Ｔ字状とし、電池積層体５に面する下面側を幅狭の凸条４ａに形成し、この凸条４ａの幅をガス開口部１４ａの幅よりも狭くする。これにより、図１１の断面図に示すように凸条４ａの両側でガス開口部１４ａが表出するので、ガス排出弁１４の開弁時にガスの排出経路が形成される。
あるいはまた、締結部材の下面側の、ガス開口部と対応する位置に、ガス排出用の溝を形成することもできる。例えば図１４の平面図及び図１５の斜視図に示す変形例に係る組電池１０Ｆのように、締結部材４Ｆをガス開口部１４ａよりも幅広としつつ、締結部材４Ｆの下面の内、電池積層体５の上面に配置した状態でガス開口部１４ａと対向する位置に、側面に連通した溝部４ｂを形成している。これによって、締結部材４で電池積層体５の上面に接触させて押圧しつつも、ガス開口部１４ａは溝部４ｂを通じて外部に連通しているため、ガス排出弁１４の開弁時には、溝部４ｂを介してガスを外部に排出することが可能となる。
（実施形態６）
さらに他の例として、締結部材にガス排出用の開口を形成することもできる。例えば図１２の平面図及び図１３の断面図に示す実施形態６に係る組電池１０Ｇでは、締結部材４Ｇに、電池積層体５の上面に配置した際にガス開口部１４ａと対応する位置に、締結開口部４ｃを開口させている。この構成によれば、ガス排出弁１４の開弁時に確実にガス開口部１４ａから締結開口部４ｃを通じて、ガスを外装缶１１から排出することができる。
また、締結開口部４ｃは、開口端に沿って下方に突出させた突出壁４ｄを設けてもよい。この突出壁４ｄをガス開口部１４ａに挿入することで、締結部材４の位置決めにガス開口部１４ａを利用できる利点も得られる。特に図１７の拡大斜視図に示すように、封口板１２の厚さＤ1が比較的厚く、ガス排出弁１４が封口板１２の表面から厚さＤ1の分だけ奥まった位置に設けられる構成においては、この封口板１２の厚みを利用して、突出壁４ｄを配置する空間乃至ストロークを稼ぐことができ、締結部材４Ｇの組み付け時の作業性や位置決め精度の向上を図ることができる。
（実施形態７）
さらに、図１６の断面図に示す実施形態７に係る組電池１０Ｈのように、締結部材４Ｈを中空として、ガス排出弁１４と内部空間を連通すると共に、中空の連結部材の端縁をダクトに接続することもできる。これにより、締結部材４Ｈを、電池積層体５の締結機能に加えて、ガスの排出経路としても兼用でき、例えばダクトを車外に連通するなどして、高温高圧のガスを車両の外部に安全に案内して排出できる。
以上のようにして、締結部材４を電池積層体５の上面側に配置することで、封口板１２の変形を防止し、封口板１２に設けられた反転板の動作を保証し信頼性を向上させることができる。また締結部材４の配置位置や形状を工夫することで、ガス排出弁１４の開弁時のガス排出動作を妨げないようにできる。
以上の電源装置は、車載用の電源として利用できる。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車やプラグインハイブリッド車、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。
（ハイブリッド車用電源装置）
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。
（電気自動車用電源装置）
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。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。
以上、本発明の実施形態乃至実施例を図面に基づいて説明した。ただ、上記の実施形態乃至実施例は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明は上記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品の寸法、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。さらに以上の説明において、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。
本発明に係る電源装置及びこれを備える車両は、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として好適に利用できる。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。
１…二次電池セル、２…セパレータ、３…エンドプレート、４…締結部材、４Ｂ…締結部材、４Ｃ…締結部材、４Ｄ…締結部材、４Ｅ…締結部材、４Ｆ…締結部材、４Ｇ…締結部材、４Ｈ…締結部材、４ａ…凸条、４ｂ…溝部、４ｃ…締結開口部、４ｄ…突出壁、５…電池積層体、６…バスバー、１０…組電池、１０Ｂ…組電池、１０Ｃ…組電池、１０Ｄ…組電池、１０Ｅ…組電池、１０Ｆ…組電池、１０Ｇ…組電池、１０Ｈ…組電池、１１…外装缶、１２…封口板、１３…電極端子、１４…ガス排出弁、１４ａ…ガス開口部、１５…電極組立体、２０…スペーサ、７０…外装ケース、７１…下ケース、７２…上ケース、７３…端面プレート、７４…鍔部、９３…モータ、９４…発電機、９５…ＤＣ／ＡＣインバータ、９６…エンジン、１００…電源装置、１２５…第１ヒューズ部、１２５ａ…第１ヒューズ孔、１２５ｂ…第１補強突起、１５１ｃ…短絡孔、１６０…短絡部材、１６１…第１反転板、１６２…第２反転板、１６３…接続プレート、ＨＶ…ハイブリッド自動車、ＥＶ…電気自動車

Claims (12)

  1. 複数の二次電池セルを積層した電池積層体と、
    前記電池積層体を締結する締結部材とを備える電源装置であって、
    前記二次電池セルは、
    外形を幅よりも厚さを薄くした角形とし、上面を開口した外装缶と、
    前記外装缶の開口部分を閉塞する封口板と、
    前記封口板の、該二次電池セルの外面側に設けられた、一対の電極端子と、
    前記封口板の、該二次電池セルの内面側に設けられた、該二次電池セルの内圧が所定値以上となったときに変形する導電性の反転板と、を備えており、
    前記締結部材は、前記電池積層体の上面において、各二次電池セルの封口板の上面で、前記反転板を設けた位置と重なるように配置されてなる電源装置。
  2. 請求項１に記載の電源装置であって、
    さらに、前記封口板の、該二次電池セルの外面側に設けられ、前記反転板が変形した際に該反転板と接触して導通することにより、前記二次電池セルの外部への出力を遮断させるための接続プレート、を備える電源装置。
  3. 請求項１又は２に記載の電源装置であって、
    前記締結部材が、前記封口板と接するように前記電池積層体の上面に配置されてなる電源装置。
  4. 請求項２に記載の電源装置であって、
    前記締結部材が、前記接続プレートの上面に設けられてなる電源装置。
  5. 請求項１〜３のいずれか一に記載の電源装置であって、
    前記締結部材が、前記電池積層体の上面の複数箇所に設けられてなる電源装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか一に記載の電源装置であって、
    前記二次電池セルは、前記封口板に、前記外装缶の内圧が所定値以上となった際に開弁して内部のガスを排出するためのガス排出弁を設けており、
    前記締結部材が、前記電池積層体の平面視において前記ガス排出弁と重なる位置に設けられつつ、前記ガス排出弁が外部と連通する空間を設けてなる電源装置。
  7. 請求項６に記載の電源装置であって、
    前記ガス排出弁が、前記封口板の長手方向の中央に配置されてなる電源装置。
  8. 請求項６又は７に記載の電源装置であって、
    前記締結部材が、前記ガス排出弁よりも幅広に形成されてなる電源装置。
  9. 請求項８に記載の電源装置であって、
    前記締結部材が、前記ガス排出弁と対応する位置に締結開口部を形成してなる電源装置。
  10. 請求項２に記載の電源装置であって、
    前記接続プレートは、前記封口板の上面において、前記反転板と対応する位置に設けられてなる電源装置。
  11. 請求項２に記載の電源装置であって、
    前記接続プレートは、前記電極端子の一方の極と接続されてなる電源装置。
  12. 請求項１〜１１のいずれか一に記載の電源装置を搭載してなる車両。
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