JP7210580B2 - 電源装置及びこれを備える車両 - Google Patents

Description

本発明は、電源装置及びこれを備える車両に関する。

電源装置は、車両の駆動用等に利用されている。このような電源装置は、多数の二次電池セルを直列や並列に接続して大電流を出力可能としている。近年は二次電池セルの高容量化が進んでおり、二次電池セルの加熱や類焼の対策をいかにして実現するかが課題となっている。特に、高容量の二次電池セルは電池エネルギーが高いことから、安全性の確保が重要となっている。

また、ガスの排出は二次電池セルの異常であるため、電源装置の放電を停止するなどの措置を速やかに行う必要があり、ガスの排出を迅速かつ確実に検出するための機構が求められる。このような機構を備える構成としては、以下の特許文献１の電源装置が知られている。

特許文献１の電源装置は、二次電池セルから排出されるガスを外部へ誘導するための排気経路に温度センサやガス検知センサを設ける構成となっている。

国際公開第２０１３／０６９３０８号

しかしながら、このような異常は滅多に生じない事態であるため、排気経路に設けられる温度センサやガス検知センサは、平常使用時には必要のないものであり、多くのコストをかけ難いものであった。

本発明は、このような背景に鑑みてなされたものであり、その目的の一は、二次電池セルから高温、高圧のガスが排出されたことを安価に検出可能な電源装置及びこれを備える車両を提供することにある。

本発明の一実施形態に係る電源装置は、内部のガスを排出するためのガス排出弁を備える複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルの電圧を検出するための複数の電圧検出ラインと、前記複数の電圧検出ラインのそれぞれに設けられ、該電圧検出ラインに流れる電流が所定値以上になると通電を遮断する複数の電流ヒューズと、前記ガス排出弁と連通されて、該ガス排出弁から排出されるガスを外部に排出するためのガス案内経路とを備える。前記複数の電流ヒューズのうちの少なくとも一つは、前記ガス案内経路内に配置されており、前記ガス排出弁から排出されるガスの温度によって通電を遮断する温度ヒューズで構成されている。

上記構成により、電流ヒューズでもって二次電池セルの電圧を監視しつつ、何れかの二次電池セルが高温、高圧のガスを排出した際には、温度ヒューズでもって異常を検出でき、ガス排出の検出を、電圧検出用のヒューズでもって兼用させることができ、ガス排出のための検出機構を別途追加する必要性をなくして構成の簡素化とコストの削減が図られる。

本発明の実施形態１に係る電源装置の概略斜視図である。 図１の電源装置から上カバーを外した状態を示す斜視図である。 図２の電源装置から主経路カバーを外した状態を示す斜視図である。 図３の電源装置の平面図である。 図４Ａの電源装置の主経路と副経路を示す模式図である。 図３の電源装置の分解斜視図である。 図１のＶＩ－ＶＩ線における垂直断面図である。 図６の部分拡大図である。 図１のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線における要部拡大断面図である。 上カバーの裏面側に垂直ガス流折曲部がない構成において、高圧ガスが噴出された状態を示す模式断面図である。 図１のＸ－Ｘ線における要部拡大断面斜視図である。 電流ヒューズを備える電源装置のブロック図である。 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。

本発明の一実施形態に係る電源装置は、さらに、前記温度ヒューズの作動状態を検知するための検出回路と、前記複数の二次電池セルに接続され、前記検出回路へ電源を供給するための電源ラインと、前記電源ラインに設けられ、該電源ラインに流れる電流が所定値以上になると通電を遮断する電流ヒューズとを備えている。前記電源ラインに設けられる電流ヒューズは、前記ガス案内経路内に配置されており、前記ガス排出弁から排出されるガスの温度によって通電を遮断されることがなく、前記ガス排出弁から排出される際も前記電源ラインを介して前記検出回路への電源供給を継続するよう構成している。

前記複数の電流ヒューズは、前記ガス案内経路に配置されると共に、前記複数の電流ヒューズの内、いずれか２以上を前記温度ヒューズとしている。上記構成により、２以上の温度ヒューズでもってガス排出を検出するようにして、何れか一の温度ヒューズが接触不良などの誤作動した場合を排除して、ガス排出の検出の信頼性を向上させることが可能となる。

前記複数の二次電池セルを連結した電池積層体を覆うカバー部を備え、前記カバー部の内部に、前記ガス案内経路を区画しており、前記二次電池セルは、その外形を幅よりも厚さを薄くした角型の外装缶を備えており、前記角型の外装缶の一面に、前記ガス排出弁を設けており、前記電池積層体は、前記角型の二次電池セルを複数、各々の前記ガス排出弁を設けた面が同一平面上となる姿勢で、複数枚積層しており、前記ガス案内経路は、前記複数の二次電池セルが、前記複数の二次電池セルの各ガス排出弁と面する直線状の主経路と、前記主経路と連通された一以上の副経路とを有しており、前記温度ヒューズを、前記副経路に配置している。上記構成により、高温高圧のガスに温度ヒューズが直接晒される事態を回避できる。

前記副経路は、前記主経路と平行に配置されている。

前記温度ヒューズは、３００℃以下で通電を遮断するよう構成される。

本発明の一実施形態に係る車両は、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。

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。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一若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。

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。

［実施形態１］
本発明の実施形態１に係る電源装置を、図１～図５に示す。これらの図において、図１は電源装置１００の斜視図、図２は図１の電源装置１００から上カバー５１を外した状態の斜視図、図３は図２から主経路カバー５５を外した斜視図、図４Ａは図３の電源装置１００の（主経路カバー５５を外した状態の）平面図、図４Ｂは図４Ａの電源装置の主経路と副経路を示す模式図、図５は図１の電源装置１００の分解斜視図を、それぞれ示している。これらの図に示す電源装置１００は、複数の二次電池セル１を積層している電池積層体２と、この電池積層体２の両端に配置された一対のエンドプレート３と、一対のエンドプレート３に両端が連結されて、電池積層体２を締結する一対の締結部材４とを備えている。さらに、電源装置１００は、締結部材４が、電池積層体２の側面に沿って配置される本体部４０と、この本体部４０の両端で折曲されて、エンドプレート３の外側面に固定される固定部４１とを備えている。

（二次電池セル１）
二次電池セル１は、図５に示すように、厚さに比べて幅が広い、言い換えると幅よりも薄い角形電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体２としている。二次電池セル１はリチウムイオン二次電池である。ただし、二次電池セルは、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等、充電できる全ての二次電池とすることもできる。二次電池セル１は、密閉構造の外装缶１ａに正負の電極板を電解液と共に収容している。外装缶１ａは、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属板を角形にプレス成形され、開口部を封口板１ｂで気密に密閉している。封口板１ｂは、外装缶１ａと同じアルミニウムやアルミニウム合金で、両端部に正負の電極端子１１を固定している。さらに、封口板１ｂは、正負の電極端子１１の間に、ガス排出弁１５を設けている。

複数の二次電池セル１は、各二次電池セル１の厚み方向が積層方向となるように積層されて電池積層体２を構成している。二次電池セル１は、正負の電極端子１１を設けている端子面１０を同一平面に配置して、複数の二次電池セル１を積層して電池積層体２としている。

（セパレータ１２）
電池積層体２は、図５に示すように、積層している二次電池セル１の間にセパレータ１２を挟着している。図のセパレータ１２は、絶縁材で薄いプレート状またはシート状に製作されている。図に示すセパレータ１２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１２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、図示はしないが、セパレータ１２は、二次電池セル１とスペーサの間に冷却気体の流路が形成される形状としてもよい。また、二次電池セル１の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の電極部分を除く外装缶１ａの表面を熱溶着させてもよい。

（電池積層体２）
電池積層体２は、隣接する二次電池セル１の正負の電極端子１１に金属製のバスバー１６が接続されて、バスバー１６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２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、電池積層体を構成する二次電池セルの個数とその接続状態を特定しない。

（端面スペーサ１３）
電池積層体２は、両端面に端面スペーサ１３を挟んでエンドプレート３を配置している。端面スペーサ１３は、図５に示すように、電池積層体２とエンドプレート３との間に配置されてエンドプレート３を電池積層体２から絶縁する。端面スペーサ１３は、上述したセパレータ１２と同様の材質で構成することができる。

（エンドプレート３）
エンドプレート３は、図１～図５に示すように、電池積層体２の両端に配置されると共に、電池積層体２の両側面に沿って配置される締結部材４を介して締結される。エンドプレート３は、電池積層体２の二次電池セル１の積層方向における両端であって、端面スペーサ１３の外側に配置されて電池積層体２を両端から挟着している。各エンドプレート３は、上端部分の剛性を中央部分の剛性よりも強くすることができる。

エンドプレート３は、外形を四角形としており、電池積層体２の端面に対向して配置されている。図１～図５に示すエンドプレート３は、二次電池セル１の外形とほぼ等しい外形としている。ずなわち、図に示すエンドプレート３は、左右方向の幅を二次電池セル１の幅と等しくすると共に、上下方向の高さを二次電池セル１の高さと等しくしている。なお、本明細書において、上下方向とは図における上下方向とし、左右方向は、図における左右方向であって、電池の積層方向と直交する水平方向を意味するものとする。

さらに、図５に示すエンドプレート３は、エンドプレート３を固定するための貫通孔を複数形成している。例えばエンドプレート３は、締結部材４の固定部４１を固定する留め具１９を挿入するための第一貫通孔３６を有している。図に示すエンドプレート３は、第一貫通孔３６として、複数の貫通孔を開口している。図のエンドプレート３は、両側部であって固定部４１と対向する位置に、上下に離して複数の第一貫通孔３６を設けている。図５のエンドプレート３は、両側に沿って３個ずつ、全体で６個の第一貫通孔３６を設けている。このエンドプレート３は、外周面に配置される固定部４１を貫通する留め具１９が第一貫通孔３６に挿入される。第一貫通孔３６に挿入された留め具１９は、第一貫通孔３６に固定されて固定部４１を定位置に固定する。

（締結部材４）
締結部材４は、図１～図５に示すように、電池積層体２の積層方向に延長されており、両端が電池積層体２の両端面に配置されたエンドプレート３に固定されて、このエンドプレート３を介して電池積層体２を積層方向に締結している。締結部材４は、電池積層体２の側面に沿う所定の幅と所定の厚さを有する金属板で、電池積層体２の両側面に対向して配置されている。この締結部材４には、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなる締結部材４は、プレス成形等により折曲加工されて所定の形状に形成される。

締結部材４は、電池積層体２の側面に沿って配置される本体部４０と、この本体部４０の両端で折曲されて、エンドプレート３の外側面に固定される固定部４１とを備えている。本体部４０は、電池積層体２と、その両端に配置されるエンドプレート３のほぼ全体を被覆する大きさの矩形状としている。図１に示す本体部４０は、電池積層体２の側面のほぼ全面を隙間なく被覆している。ただ、本体部４０は、１以上の開口部を設けて、電池積層体の側面の一部を表出させることもできる。締結部材４は、両端を一対のエンドプレート３に固定するために、その両端部をエンドプレート３の外側面に沿うように折曲加工して固定部４１を設けている。図に示す固定部４１は、本体部４０及びエンドプレート３の上下方向の高さとほぼ等しくして、エンドプレート３の左右の両側部を被覆している。この締結部材４は、固定部４１の先端に設けた貫通孔４２に挿入される留め具１９を介してエンドプレート３に固定される。さらに、図に示す締結部材４は、本体部４０の両端部を除く中間部分の上端部に沿って、電池積層体２の上面及び下面を保持する折曲部４４を備えている。折曲部４４は、電池積層体２を構成する二次電池セル１の上面及び下面を保持して、各二次電池セル１の端子面１０の位置が上下にずれるのを抑制している。

なお、締結部材４は、図示しないが、本体部４０と折曲部４４の内面に絶縁シートを配置して、この絶縁シートにより、電池積層体２の二次電池セル１と締結部材４とを絶縁することができる。さらに、締結部材４は、図示しないが、本体部４０の両端部の内面に緩衝材を配置して、エンドプレート３の両側面を振動等の衝撃から保護することもできる。

（カバー部５０）
電源装置１００は、図５に示すように電池積層体２の上面を覆うカバー部５０を備えている。カバー部５０は、その内部に、ガス排出弁１５から排出されるガスを、カバー部５０の外部に排出するためのガス案内経路６０を区画している。このようにカバー部５０は、ガス排出用のガスダクトを兼用しており、従来のようにガスダクトを別途用意してホルダと配管する手間を省力化でき、構成の簡素化や軽量化、コスト削減において有利となる。このカバー部５０は、ホルダ部５６と、主経路カバー５５と、上カバー５１を備えている。

（ホルダ部５６）
ホルダ部５６は、図５に示すようにバスバー１６を保持するバスバー保持部５７を上面に形成している。各バスバー保持部５７にそれぞれバスバー１６を配置した状態で、ホルダ部５６を電池積層体２の上面に載置することで、各バスバー１６を二次電池セルに対して位置決め状態とすることができる。一方でホルダ部５６は、ガス案内経路６０を区画するように直立させた壁部５８を有している。このように、ガス案内経路６０を画定するカバー部５０を、バスバー１６を保持するバスバーホルダに兼用することで、さらに構成を簡素化できる。ホルダ部５６は、電池積層体２が短絡しないように、絶縁性の樹脂で形成されることが好ましい。また、上述の通り、ホルダ部５６は、ガス案内経路６０を区画しているので、ホルダ部５６を形成する絶縁性の樹脂は、耐熱性を有していることが好ましい。

（壁部５８）
ホルダ部５６は、ガス案内経路６０を区画するように直立させた壁部５８を有している。また壁部５８で区画されたガス案内経路６０の上方を開放している。ホルダ部５６の上面をカバー部５０で被覆することで、ガス案内経路６０の上方が閉塞される。またホルダ部５６は、ガス案内経路６０として、主経路６１と副経路６２を壁部５８でもって画定している。

（主経路６１）
主経路６１は、積層された各二次電池セル１のガス排出弁１５と面するように、直線状に形成される。電池積層体２は、角型の二次電池セル１を複数、各々のガス排出弁１５を設けた面が同一平面上となる姿勢で、複数枚積層している。また各二次電池セル１の封口板１ｂのほぼ中央に、ガス排出弁１５が配置されている。このため、図４Ａ等に示すように、矩形状に延長されたホルダ部５６の、短手方向のほぼ中央に主経路６１が配置することで、各ガス排出弁１５を開弁時に主経路６１と連通させることができる。また主経路６１は、副経路６２に連通され、副経路６２を介して排出口６３に連通される。排出口６３は、カバー部５０から外部にガスを排出するための開口である。

（副経路６２）
一方、副経路６２は、主経路６１と略平行に一以上設けられる。カバー部５０の中央に配置された主経路６１の両側に、副経路６２がそれぞれ一以上配置される。図４Ｂの例では、主経路６１の上下に、２つの副経路６２である第一副経路６２Ａ、第二副経路６２Ｂがそれぞれ設けられている。このように、ガス案内経路６０に副経路６２を含めることで、主経路６１単独の場合よりも経路長を長くして、ガスの勢いを抑制することが可能となる。

（主経路カバー５５）
主経路６１は、二次電池セル１の積層方向に延長された細長い形状に形成されている。この主経路６１の上方は、主経路カバー５５で被覆されている。主経路カバー５５は、好ましくは金属板で構成される。主経路カバー５５は、電池積層体２を構成する複数の電池セルのガス排出弁１５と対向する位置に配置されているため、ガス排出弁１５から排出される高圧ガスが、直接、吹き付けられることになる。金属板は、耐熱性樹脂と比べて熱伝導性が高いため、上記構成によると、ガス排出弁１５から排出される高圧ガスの熱が、金属板で形成される主経路カバー５５に伝熱され、高圧ガスの温度を効果的に低下させることができる。また、金属板は、耐熱性樹脂と比べて強度が高いので、高圧ガスによる変形も抑制できる。

なお、上記実施形態では、主経路カバー５５は、主経路６１の上方のみに延在し、主経路６１の側方には、ホルダ部５６の壁部５８が延在する構成となっているが、必ずしもこの構成に限る必要はない。具体的には、主経路カバー５５が、主経路６１の上方だけでなく、主経路６１の側方にまで延在する形状としてもよい。この構成によると、主経路カバー５５の剛性の向上や、熱容量の向上させることができる。

（上カバー５１）
図１に示す電源装置１００は、上面に上カバー５１を配置している。上カバー５１は、絶縁性に優れた材質、例えば樹脂製とする。図１の電源装置１００から、上カバー５１を外した状態の斜視図である図２に示すように、金属製の主経路カバー５５を中央に配置している。さらに図２から主経路カバー５５を外した状態を示す図３の斜視図、及び図３から主経路カバー５５を外した図４Ａの平面図に示すように、カバー部５０はホルダ部５６と主経路カバー５５と上カバー５１とで、ガス案内経路６０を画定している。

（水平ガス流折曲部６４）
ガス案内経路６０は、カバー部５０の平面視において、ガスの少なくとも一部の進行方向を折曲させる一以上の水平ガス流折曲部６４を備えている。これにより、二次電池セル１の何れかから高温、高圧のガスが排出されても、ガス排出弁１５から排出されたガスが、ガス案内経路６０を通じてカバー部５０の外部に排出されるまでの間に、水平ガス流折曲部６４でガス流が折曲されて勢いを抑制され、また温度を低減させて、圧力と温度を抑えた状態で電源装置１００から排出することにより、安全性が高められる利点が得られる。

図３の斜視図において、二次電池セル１のガス排出弁１５から排出されたガスが排出口６３から排出されるまでの経路を矢印で示す。このようにガスが排気されるまでに複数回屈曲させるようにガス案内経路６０を構成することで、ガスの勢いを殺して温度も低下させ、安全性を高めることができる。図３においては、説明のため主経路６１の上側の副経路６２についてのみ矢印を示しているが、主経路の下側の副経路においても同様であることはいうまでもない。

（垂直ガス流折曲部６５）
さらにガス案内経路６０は、垂直ガス流折曲部６５を有している。垂直ガス流折曲部６５は、カバー部５０の垂直断面視において、ガスの少なくとも一部の進行方向を折曲させる。このように、水平ガス流折曲部６４に加えて垂直ガス流折曲部６５でもって更に高温、高圧のガスを折曲させ、折曲回数を増やすと共に折曲方向を異ならせてガス案内経路６０を三次元的に構築してガスの減圧、冷却効果を高めることができる。

（水平ガス流折曲部６４の詳細）
水平ガス流折曲部６４は、主経路６１を画定する壁部５８に形成される。図４Ａ、図４Ｂ等の例では、水平ガス流折曲部６４は壁部５８に形成された複数の開口である。水平ガス流折曲部６４の開口でもって主経路６１と副経路６２は連通される。

また水平ガス流折曲部６４は、主経路６１と副経路６２とを区画する壁部５８のみならず、副経路と副経路を区画する壁部にも設けられている。図４Ｂの例においては、主経路６１と第一副経路６２Ａとを区画する第一壁部５８Ａに、第一開口６４ａを、第一副経路６２Ａと第二副経路６２Ｂを区画する第二壁部５８Ｂに、第二開口６４ｂを、それぞれ形成している。さらに、第一開口６４ａと第二開口６４ｂは、主経路６１や副経路６２の延長方向に直交する直交線上に一直線上とならないように、オフセットして形成している。このように構成することで、主経路６１から第一開口６４ａを通じて第一副経路６２Ａに移動した高圧ガスが、そのまま第二開口６４ｂを通じて第二副経路６２Ｂに移動してしまう事態を回避できる。すなわち、第一副経路６２Ａに移った高圧ガスは、第一副経路６２Ａを進んだ上でさらに第二開口６４ｂで折曲された上で第二副経路６２Ｂに移動する必要が生じ、さらに高圧ガスに折曲を強要することで、ガスの勢いを一層抑制して圧力の低下を図ることが可能となる。

加えて、第二開口６４ｂと排出口６３も、同様に主経路６１や副経路６２の延長方向に直交する直交線上に一直線上とならないように、オフセットして形成している。これによって、第二開口６４ｂを通じて第二副経路６２Ｂに移動したガスが、そのまま排出口６３を通じて電源装置の外部に放出される事態を回避し、第二副経路６２Ｂを進んだ上でさらに排出口６３でガス流の進行方向を折曲させることを強要し、一層の圧力低減が図られる。また、このような折曲を繰り返すことでガスの勢いを殺して圧力を低下させると共に、ガスの温度も低下させる効果が得られ、二次電池セル１のガス排出弁１５から排出された際は高温、高圧であったガスが、ガス案内経路内を進行する内に圧力と温度を低減させて、電源装置から排出される時点では相当に弱めたガスとすることで、安全性の向上が図られる。

（垂直ガス流折曲部６５の詳細）
上述の通りカバー部５０は、上カバー５１を備えている。上カバー５１は図１及び図２に示すように、主経路カバー５５の上面を含めたガス案内経路６０の上方を覆う。このようにすることで、カバー部５０でガス排出用のガスダクトを兼用できる。さらに上カバー５１は、その底面側に垂直ガス流折曲部６５を設けている。この垂直ガス流折曲部６５は、副経路６２内に配置されている。垂直ガス流折曲部６５は、図８の断面図に示すように、上カバー５１の底面側に形成されている。また垂直ガス流折曲部６５の端縁と、ガス案内経路６０の床面との間に隙間を形成している。このようにすることで、ガス案内経路６０の上方から下方に向かって突出させた垂直ガス流折曲部６５でもって、ガス案内経路６０を高さ方向に変化させることが可能となり、立体的に折曲させたガス案内経路６０を画成して、ガスの流路を折曲させることで圧力損失を生じさせ、流速を低下させてガスの温度を低下させることが可能となる。

また図８の断面図に示すように、上カバー５１の裏面側から突出される垂直ガス流折曲部６５に加えて、ホルダ部５６の底面から上方に突出した壁部５８でもって、ガス案内経路６０を構成している。壁部５８の上端は、上カバー５１の底面に当接している。このような構成によって、ガスが排出口６３に直線的に排出される事態を回避できる。仮に図９の断面図に示すように、上カバー５１の裏面側に垂直ガス流折曲部６５がない構成において、ガス排出弁１５から高圧のガスが上方に噴出されて主経路カバー５５及び上カバー５１が押し上げられた際、主経路６１を区画する壁部５８と上カバー５１の底面との間に隙間が形成され、ここから高圧ガスが直線的に排出口６３に流れて、強い圧力を保ったまま電源装置の外部に放出されることが考えられる。

これに対して、図８及び図１０に示すように上ケースの裏面側から下方に突出させた垂直ガス流折曲部６５を設けることで、仮にガス排出時に壁部５８の上端と上カバー５１の底面との間に隙間が形成されたとしても、ここを通って主経路６１から副経路６２に侵入した高圧ガスは垂直ガス流折曲部６５によって直線状に進行することを阻害される結果、一旦、副経路６２の底面側に向かって進むことになる。さらに副経路６２の底面側に押し曲げられたガス流は、排出口６３に向かうため、さらに上方向に流れの向きを変える必要がある。このように、ガス流は垂直ガス流折曲部６５の存在によって少なくとも２回、流体の向きを変更しなければ排出口６３に至ることができず、このような複数回に亘る流体の強制的な進路変更によって圧損が生じ、圧力が低下する。また、ガスの排出経路が長くなることで、さらに圧力が低下することに加えて、ガスの温度の低下量も大きくなる。さらに、ガスに含まれる火花をトラップして電源装置から外部に漏れないようにする効果も高められる。加えて、このような垂直ガス流折曲部６５によるガス案内経路６０の長大化は、上ケースの膨張による上ケースと壁部５８との間の隙間の形成に限らず、隙間が形成されない場合においても、適用される。このように、上述した水平ガス流折曲部６４によって水平方向にガス流の向きを変更することに加えて、さらに垂直ガス流折曲部６５によってガス流の進路変更を垂直方向にも行わせることで、さらにガス案内経路６０の経路長を長くして、圧力の低下に寄与する。

（排出口６３）
上述の通り、カバー部５０は、ガス排出弁１５からガス案内経路６０に案内されたガスを、電源装置１００の外部に排出するための排出口６３を形成している。この排出口６３は、二次電池セル１の積層方向と交差する方向に形成されている。

一方でガス案内経路６０は、二次電池セル１の積層方向の両端側に端面壁６６を配置している。いいかえると、カバー部５０の長手方向の両側端面にはガスの排出口６３を設けていない。このような構成としたことで、主経路６１に案内された高圧ガスが、高い圧力を保ったままで両端側に抜ける事態を阻止して、カバー部５０内に形成してガス案内経路６０で引き回すようにして圧力損失を生じさせ、勢いを弱めた上で外部に排出することで安全性を高めることができる。高圧ガスには、気体だけでなく、固体あるいは液体状の噴出物が含まれており、これらの噴出物は、気体と比べて直進性が高い。そのため、上記構成とすることで、固体あるいは液体状の噴出物は、副経路６２への流出が抑制され、高圧
またホルダ部５６は、バスバー１６を保持するバスバー保持部５７を、排出口６３と面した副経路６２に配置している。いいかえると、バスバー１６が、ガス案内経路６０内の内、排出口６３の手前側に配置されるように構成している。このようにしたことで、ガス排出弁１５から排気されたガスを、排出口６３から電源装置１００の外部に排出される手前で金属製のバスバー１６に触れさせることで、ガスの有する熱をバスバー１６で奪うことにより温度を低下させることができ、電源装置の外部に排出する際の温度を低下させて安全性を高める効果が得られる。

（係止フック５９）
上カバー５１は、その両端をホルダ部５６に固定されている。ホルダ部５６は、その両側に係止フック５９を設けている。一方で上カバー５１は、係止フック５９を係止する係止穴５２を形成している。図２に示すように、ホルダ部５６の上面で、壁部５８により画定されたガス案内経路６０は、上方を開放している。このホルダ部５６の上面を閉塞するように、上カバー５１は係止構造によってホルダ部５６の上面に固定される。また、ガス排出時にガスの圧力で上カバー５１が多少膨らんでも、上カバー５１が外れないように構成している。この様子を、図１０の断面図に示す。

ホルダ部５６は、係止フック５９で上カバー５１を係止することで、ガス案内経路６０の上方を上カバー５１で閉塞している。係止フック５９は、二次電池セル１の積層方向に平行なホルダ部５６の両側の側面領域において、上方に爪部を突出させている。この爪部は、爪状に形成されており、ほぼ垂直に形成された垂直面５９ａと、上部から側方にかけて傾斜された傾斜面５９ｂを形成している。傾斜面５９ｂは、ホルダ部５６の外側に向かって末広がりとなるよう形成している。また爪部の傾斜面５９ｂの下端から鋭角に連続した係止面５９ｃを水平に形成している。この爪部は、図１０の断面図に示すように、ホルダ部５６の外側に折曲されたＬ字状に形成されている。

一方で上カバー５１は、係止フック５９と対応する側面側に、この係止フック５９の爪部を挿入する係止穴５２を開口している。この係止穴５２に係止フック５９を挿入し、係止穴５２の開口端縁の内、上カバー５１の外側に位置する領域に、爪部の係止面５９ｃを当接させて、上カバー５１をホルダ部５６に係止している。このような構成によって、確実に上カバー５１をホルダ部５６に連結することが可能となり、特にガス排出時に高圧ガスの圧力で上カバー５１が外れ難いように構成している。もしガスが排出されて、上カバー５１に内圧が印加されて上方に膨らむように変形する際は、この変形によって係止フック５９と係止穴５２の係止がより大きくなるような方向に作用する。この結果、上カバー５１の連結状態が強固に維持されて、脱落等が阻止される。

（電流ヒューズ７０）
図４Ａに示す電源装置は、図示しない検出回路に接続される複数の電圧検出ラインがホルダ部５６の上面に配設されている。ここで電源装置のブロック図を、図１１に示す。この電源装置は、各々の電圧検出ラインＶＬを、それぞれのバスバー１６に接続して、バスバー１６の電位を取得できるように構成している。各電圧検出ラインＶＬは、検出回路５ａに接続されており、この検出回路５ａにより、各々の二次電池セル１の電圧を計測できる。検出回路５ａのインピーダンスが高いため、通常、電圧検出ラインＶＬに大電流が流れることはないが、何らかの異常により、大電流が流れる可能性がある。そのため、上記実施形態の電源装置では、各々の電圧検出ラインＶＬに電流ヒューズ７０を設けている。電流ヒューズ７０は、異常な状態が生じた際などに流れる大電流により溶断され、電流を遮断するように構成されている。

（温度ヒューズ７１）
このような電流ヒューズ７０のいずれかを、二次電池セル１の電流検出のみならず、二次電池セル１からの高温ガスの排出の検出にも利用することができる。すなわち、電流ヒューズ７０の少なくともいずれかを、ガス案内経路６０内に配置すると共に、二次電池セル１のガス排出弁１５から排出されるガスの温度によって通電を遮断する温度ヒューズ７１とする。温度ヒューズ７１は、大電流が流れた場合にも溶断する特性があるので、温度と電流の両方に閾値を設けることができるようになっている。上記構成によると、電流ヒューズ７０の代わりとなる温度ヒューズ７１が、ガス案内経路６０内に配置されているため、ガス案内経路６０に高圧ガスが誘導されると、高圧ガスの温度により温度ヒューズ７１が溶断される。温度ヒューズ７１の作動状態を監視することで、ガス排出の検出を行うことができる。

このような温度ヒューズの作動状態を監視する方法としては、電圧検出ラインからの入力を監視する方法がある。しかしながら、この方法では、温度ヒューズが溶断する場合と、電圧検出ラインが外れる場合とで同じ検出結果となるため区別することが難しい。

そこで本実施の形態においては、ガス案内経路６０内に配置される温度ヒューズ７１を、少なくとも２つ以上としている。このような構成とすることで、複数の電圧検出ラインＶＬが同時に外れる可能性は限りなく低いのに対し、高圧ガスがガス案内経路６０内に流入すると、複数の温度ヒューズ７１がほぼ同時に溶断されることになる。したがって、上記構成によると、異常検出の数に応じて、温度ヒューズ７１が溶断する場合と、電圧検出ラインＶＬが外れる場合を区別することができるようになる。

なお、図４Ａに示す電源装置において、ホルダ部５６の上面に配置される配線は、電圧検出ラインだけではない。一般的には、検出回路５ａは、検出回路５ａを構成するＩＣや回路素子の電源を監視対象の二次電池セルから取得する構成となっている。従って、ホルダ部５６の上面に配置される配線には、検出回路５ａの電源ラインＰＬも含まれている。上記電流ヒューズ７０は、電源ラインＰＬにも設けられているが、この電流ヒューズ７０は、温度ヒューズ７１で代用することはできない。仮に、電源ラインに温度ヒューズを設ける構成とした場合、ガス案内経路に高圧ガスが誘導されると、電源ラインが遮断されることになる。通常、温度ヒューズの作動状態を監視する検出回路は、電源ラインから供給される電力で駆動されるように構成されるため、電源ラインが遮断されると、温度ヒューズの作動状態を監視できなくなるためである。従って、電源ラインＰＬに設けられる電流ヒューズ７０は、高圧ガスによって溶断することがない特性の素子を用いることが好ましい。

（検出回路５ａ）
検出回路５ａは、温度ヒューズ７１と接続されて、ガスの排出を検出して制御回路５に通知する。図１１の例では、作動アンプで構成される。なお検出回路５ａは、制御回路５と一体化してもよい。また、検出回路５ａに駆動電流を供給する供給線を、ガス案内経路６０内を流れるガスから保護する保護構造を設けることが好ましい。このようにすることで、ガス排出時の検出動作を行う検出回路５ａの電源を、ガスの高温高圧による影響を受け難いロバストな構成として、異常時の検出動作を確実に行わせることができる。このような保護構造として、例えば供給線をガス案内経路６０外に配置する。あるいは、供給線を太くしたり、周囲を耐熱部材で被膜する等の物理的な保護構造を設けたりしてもよい。

加えて、一部の電流ヒューズを、ガス案内経路に配置しないか、あるいはガスの温度に反応しない、いいかえると温度ヒューズでない電流ヒューズとすることもできる。このようにガスの排出時に反応しない電流ヒューズを確保しておくことにより、検出回路の安定的な動作維持が担保される。

また温度ヒューズ７１や、温度ヒューズ７１を接続するハーネスを、ガス案内経路６０内に配置することで、ここを流れるガス流を阻害して、ガスの圧力を低減させる効果も期待できる。なお、温度ヒューズ７１は、ガス案内経路６０の内、主経路６１内に配置してもよいが、好ましくは図４Ａに示すように副経路内に配置する。このようにすることで、ガス排出弁１５から排出される高温高圧のガスに温度ヒューズ７１が直接晒される事態を回避し、動作の安定性が図られる。

温度ヒューズ７１の動作温度は、ガス排出弁１５から排出されるガスの温度に応じて設定される。例えば３００℃で反応するように設計される。好ましくは、２００℃、より好ましくは１５０℃とし、動作温度を低くする方が好ましい。

以上のように電流ヒューズ７０を温度ヒューズ７１としても使用して、二次電池セル１を監視し、二次電池セル１を通電する電流量が所定値以上になると、その通電を遮断することができる。

（主経路６１）
図４Ａ～図７の電源装置１００において、何れかの二次電池セル１のガス排出弁１５が開弁してガスが排出された状態を考える。二次電池セル１から排気されたガスは、図７の垂直断面図に示すように、二次電池セル１の上面に設けられたガス案内経路６０の主経路６１で受ける。ガス案内経路６０の天面は、金属製の主経路カバー５５で構成されており、さらにその上面を上カバー５１で被覆していることから、ガス圧に十分に対抗できる。ガス排出弁１５から上方に勢いよく排出されたガスは、主経路カバー５５の広い面積で受けて相当の圧力を失う。またこの際にガスの熱も金属製の主経路カバー５５や側面で吸収されて、ガス温度を低下させる。

ここで、ガス案内経路６０の主経路６１の断面積は、ガス排出弁１５の開口面積以上としている。これによって、ガス排出弁１５から排出されるガスが主経路６１に案内される際にガスが滞留して、ガス排出弁１５からのガスの排出が妨げられないようにする。なお主経路６１の断面積は、主経路６１の断面を矩形状とする場合は縦横の寸法で規定される。

（副経路６２）
このようにしてガスが主経路６１に案内されると、このガスを主経路６１内で分散させて、副経路６２に排出する。この際、主経路６１内に屈曲させた経路を形成することで、ガスを蛇行させるなどして、ガスに含まれる火花が電源装置の外部に排出されないようにしている。

ガス内の火花は、燃焼する微粒子が質量を有するため、ガス排出時に高圧で移動される際の慣性によって直進しようとする結果、ガス案内経路６０を折曲されることで勢いが抑えられて、また熱も低下される。このように、高圧ガスに含まれる未燃焼の気体と、既に発火している火花の内、火花を電源装置から排出させないように、気体よりも慣性が大きい性質を利用して、ガス排出弁１５から電源装置の排出口６３に至るまでの経路において、その勢いを殺し、また温度も低下させて安全性を高めている。

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。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１０００を構築した例として説明する。

（ハイブリッド車用電源装置）
図１２は、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１０００と、電源装置１０００の電池を充電する発電機９４とを備えている。電源装置１０００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１０００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１０００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１０００の電池を充電する。

（電気自動車用電源装置）
また、図１３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１０００と、この電源装置１０００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１０００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１０００の電池を充電する。

（蓄電システム）
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システムの電源として使用することもできる。図１４は、電源装置１０００の電池を太陽電池で充電して蓄電する蓄電システムを示す。この図に示す蓄電システムは、図に示すように、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。さらに、この蓄電システムは、電源装置１００に蓄電した電力を、ＤＣ／ＡＣインバータ８５を介して負荷８３に供給する。

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システム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。

以上のような蓄電システムは、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備える車両は、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。

１…二次電池セル、１ａ…外装缶、１ｂ…封口板、２…電池積層体、３…エンドプレート、４…締結部材、５…制御回路；５ａ…検出回路、１０…端子面、１１…電極端子、１２…セパレータ、１３…端面スペーサ、１５…ガス排出弁、１６…バスバー、１９…留め具、３６…第一貫通孔、４０…本体部、４１…固定部、４２…貫通孔、４４…折曲部、５０…カバー部、５１…上カバー、５２…係止穴、５５…主経路カバー、５６…ホルダ部、５７…バスバー保持部、５８…壁部；５８Ａ…第一壁部；５８Ｂ…第二壁部、５９…係止フック；５９ａ…垂直面；５９ｂ…傾斜面；５９ｃ…係止面、６０…ガス案内経路、６１…主経路、６２…副経路；６２Ａ…第一副経路；６２Ｂ…第二副経路、６３…排出口、６４…水平ガス流折曲部、６４ａ…第一開口、６４ｂ…第二開口、６５…垂直ガス流折曲部、６６…端面壁、７０…電流ヒューズ、７１…温度ヒューズ、８１…建物、８２…太陽電池、８３…負荷、８５…ＤＣ／ＡＣインバータ、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、１００、１０００…電源装置、ＰＬ…電源ライン、ＶＬ…電圧検出ライン、ＨＶ…車両、ＥＶ…車両

Claims (7)

1. 内部のガスを排出するためのガス排出弁を備える複数の二次電池セルと、
   前記複数の二次電池セルの電圧を検出するための複数の電圧検出ラインと、
   前記複数の電圧検出ラインのそれぞれに設けられ、該電圧検出ラインに流れる電流が所定値以上になると通電を遮断する複数の電流ヒューズと、
   前記ガス排出弁と連通されて、該ガス排出弁から排出されるガスを外部に排出するためのガス案内経路とを備える電源装置であって、
   前記複数の電流ヒューズのうちの少なくとも一つは、前記ガス案内経路内に配置されており、前記ガス排出弁から排出されるガスの温度によって通電を遮断する温度ヒューズで構成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、
   前記温度ヒューズの作動状態を検知するための検出回路と、
   前記複数の二次電池セルに接続され、前記検出回路へ電源を供給するための電源ラインと、
   前記電源ラインに設けられ、該電源ラインに流れる電流が所定値以上になると通電を遮断する電流ヒューズとを備えており、
   前記電源ラインに設けられる電流ヒューズは、前記ガス案内経路内に配置されており、前記ガス排出弁から排出されるガスの温度によって通電を遮断されることがなく、前記ガス排出弁から排出される際も前記電源ラインを介して前記検出回路への電源供給を継続するよう構成してなる電源装置。
3. 請求項１又は２に記載の電源装置であって、
   前記複数の電流ヒューズは、前記ガス案内経路に配置されると共に、
   前記複数の電流ヒューズの内、いずれか２以上を前記温度ヒューズとしてなる電源装置。
4. 請求項１～３のいずれか一項に記載の電源装置であって、
   前記複数の二次電池セルを連結した電池積層体を覆うカバー部を備え、
   前記カバー部の内部に、前記ガス案内経路を区画しており、
   前記二次電池セルは、その外形を幅よりも厚さを薄くした角型の外装缶を備えており、
   前記角型の外装缶の一面に、前記ガス排出弁を設けており、
   前記電池積層体は、前記角型の二次電池セルを複数、各々の前記ガス排出弁を設けた面が同一平面上となる姿勢で、複数枚積層しており、
   前記ガス案内経路は、
   前記複数の二次電池セルが、前記複数の二次電池セルの各ガス排出弁と面する直線状の主経路と、
   前記主経路と連通された一以上の副経路とを有しており、
   前記温度ヒューズを、前記副経路に配置してなる電源装置。
5. 請求項４に記載の電源装置であって、
   前記副経路は、前記主経路と平行に配置されてなる電源装置。
6. 請求項１～５のいずれか一項に記載の電源装置であって、
   前記温度ヒューズが、３００℃以下で通電を遮断するよう構成してなる電源装置。
7. 請求項１～６のいずれか一に記載の電源装置を備える車両であって、
   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車両。

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