JP7260486B2 - 電源装置及び電源装置を備える車両並びに蓄電装置 - Google Patents

Description

本発明は、複数の電池セルを積層して電池積層体とし、この電池積層体の両端をエンドプレートで保持している電源装置及び電源装置を備える車両並びに蓄電装置に関する。

典型的な電源装置は、複数の角形電池セルからなる電池積層体と、電池積層体の両端面に配置される一対のエンドプレートと、一対のエンドプレートを連結するバインドバーとを備えている（特許文献１参照）。この電源装置は、電池積層体をエンドプレートとバインドバーにより拘束することで、複数の角形電池セルからなる電池積層体を集合化できるようになっている。

特開２０１５－２２０１１７号公報

上記特許文献１の電源装置は、バインドバーやエンドプレートを介して複数の角形電池セルからなる電池積層体を集合化させているため、電池積層体を構成する複数の角形電池セルの膨張が抑制されることになる。つまり、バインドバーやエンドプレートを介して、角形電池セルの膨張を抑制することになるため、バインドバーやエンドプレートに大きな力が加わる。

一方で、角形電池セルは、体積あたりのエネルギー密度や重量あたりのエネルギー密度を高くしようとすると、充放電や劣化に伴う寸法変化が大きくなる傾向がある。バインドバーやエンドプレートにかかる負荷は、角形電池セルの膨張量に起因するため、膨張量に伴う寸法変化の大きい角形電池セルを用いる場合には、上記特許文献１の電源装置の構成では、エンドプレートやバインドバーに大きな負荷がかかることになり、エンドプレートやバインドバーが変形したり、破損したりするおそれがある。

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、本発明の重要な目的は、エンドプレートとバインドバーを介して複数の電池セルを集合化する構成としながら、エンドプレートとバインドバーの変形や破損を防止できる技術を提供することにある。

本発明のある態様の電源装置は、複数の電池セルを積層してなる電池積層体と、前記電池積層体の積層方向の両端部に配置してなる一対のエンドプレートと、両端部を一対の前記エンドプレートに連結するバインドバーとを備えている。前記バインドバーは、前記電池積層体の積層方向に伸びる板状バーと、前記板状バーに設けられて、前記エンドプレートの外周面との対向面に向かって突出する係止ブロックを有している。前記係止ブロックは、前記電池積層体の積層方向の横幅が前記板状バーの厚さの少なくとも５倍以上であって、前記板状バーの上下幅方向に伸びるブロック状で、前記板状バーに設けてなる固定穴に挿入される状態で、前記固定穴の内周面に固定されている。前記エンドプレートは、前記係止ブロックが案内される嵌合部を外周面に有し、前記嵌合部の電池積層体側には、前記係止ブロックと当接するストッパ部を設けている。電源装置は、前記係止ブロックが前記嵌合部に案内され、かつ前記係止ブロックが前記エンドプレートの外周面との対向面に固定されており、前記係止ブロックは、前記嵌合部に係止された状態で、前記嵌合部と前記ストッパ部の隅部に隙間が形成されるよう構成している。

本発明の他の態様の電源装置は、複数の電池セルを積層してなる電池積層体と、前記電池積層体の積層方向の両端部に配置してなる一対のエンドプレートと、両端部を一対の前記エンドプレートに連結するバインドバーとを備えている。前記バインドバーは、前記電池積層体の積層方向に伸びる板状バーと、前記板状バーに設けられて、前記エンドプレートの外周面との対向面に向かって突出する係止ブロックを有し、前記係止ブロックは、前記電池積層体の積層方向の横幅が前記板状バーの厚さの少なくとも５倍以上であって、前記板状バーの上下幅方向に伸びるブロック状で、前記板状バーと前記係止ブロックとが同じ金属材で一体構造に成形されている。前記エンドプレートは、前記係止ブロックが案内される嵌合部を外周面に有し、前記嵌合部の電池積層体側には、前記係止ブロックと当接するストッパ部を設けている。電源装置は、前記係止ブロックが前記嵌合部に案内され、かつ前記係止ブロックが前記エンドプレートの外周面との対向面に固定されており、前記係止ブロックは、前記嵌合部に係止された状態で、前記嵌合部と前記ストッパ部の隅部に隙間が形成されるよう構成している。

さらに、以上の態様の構成要素を備えた電源装置を備える電動車両は、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、該電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、該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ている。

さらに、以上の態様の構成要素を備えた電源装置を備える蓄電装置は、前記電源装置と、該電源装置への充放電を制御する電源コントローラを備え、前記電源コントローラが外部からの電力による前記電池セルへの充電を可能とすると共に、該電池セルに対し充電を行うよう制御している。

以上の電源装置によれば、簡単な構造としながら、比較的大きな負荷がかかる場合であっても、エンドプレートとバインドバーの変形や破損を防止できる特徴がある。それは、以上の電源装置が、エンドプレートの外周面との対向面に向かって突出する係止ブロックをバインドバーに設けると共に、この係止ブロックを板状バーに設けた固定穴に挿入して固定し、あるいは係止ブロックと板状バーとを同じ金属材で一体構造に成形し、エンドプレートには、係止ブロックを案内する嵌合部を外周面に設けて、嵌合部の電池積層体側には係止ブロックと当接するストッパ部を設けて、係止ブロックを嵌合部に案内し、この状態で係止ブロックをエンドプレートの外周面に固定しているからである。

さらに、以上の電源装置は、エンドプレートの嵌合部に案内する係止ブロックをエンドプレートに固定するので、エンドプレートとバインドバーとの連結強度を強くしながら、係止ブロックにより、エンドプレートの位置ずれを抑制できる特徴がある。

本発明の一実施形態にかかる電源装置の斜視図である。 図１に示す電源装置の分解斜視図である。 図１に示す電源装置の水平断面図である。 図３に示す電源装置の要部拡大断面図である。 図１に示す電源装置の係止ブロックを示す拡大斜視図である。 バインドバーの他の一例を示す要部拡大断面図である。 係止ブロックに設けるガイド凹部の他の一例を示す拡大斜視図である。 エンドプレートとバインドバーの他の一例を示す斜視図である。 図８に示すエンドプレートとバインドバーの拡大断面図である。 エンドプレートとバインドバーの他の一例を示す拡大断面図である。 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。 蓄電装置に電源装置を使用する例を示すブロック図である。 従来の電源装置のバインドバーの曲げ加工部を示す拡大断面図である。

まず、本発明の一つの着目点について説明する。多数の電池セルを積層している電源装置は、複数の電池セルからなる電池積層体の両端に配置されるエンドプレートをバインドバーで連結することで、複数の電池セルを拘束するように構成されている。複数の電池セルは、高い剛性をもつエンドプレートやバインドバーを介して拘束されることで、充放電や劣化に伴う電池セルの膨張、変形、相対移動、振動による誤動作などが抑制される。以上の電源装置は、電池セルの積層面の面積を約１００平方センチメートルとするもので、電池セルの膨張を抑制することでエンドプレートに１トン以上の強い力が作用することもある。そのため、エンドプレートに固定されているバインドバーには、エンドプレートを介して極めて強い引張力が作用する。

電池積層体の両端をエンドプレートで固定する従来の電源装置は、バインドバーの端部を内側に折曲してなる折曲片をエンドプレートの外側面に固定している。以上の構造は、金属板のバインドバーの端部を折曲加工して折曲片として、この折曲片をエンドプレートの外側表面に固定するので、折曲片はバインドバーと同じ厚さの金属板となる。バインドバーは、電池セルの膨張力によって発生する引張力に耐える引張強度の金属板が使用される。金属板の引張強度は曲げ強度に比較して相当に強く、バインドバーには例えば１ｍｍ～２ｍｍ程度の金属板が使用される。エンドプレートの外側表面に固定される折曲片は、バインドバーの引張力によって曲げ応力が作用するが、エンドプレートに使用される金属板の曲げ応力は引張応力に比較して相当に弱く、折曲片に作用する曲げ応力によって折曲片の曲げ加工部が耐力、破断強度を超えて変形、破壊する。折曲片の曲げ加工部とエンドプレートとの間に隙間がないと、曲げ加工部の内側面がエンドプレートの隅部に接触し、組み立てができない。

以上の通り、バインドバーにかかる引張力の増加は、バインドバーの曲げ加工部内側とエンドプレート隅部には、さらに局部的に強大な応力が集中して、バインドバーやエンドプレートを変形し、また損傷する原因となる。以上の実情に鑑みて、バインドバーとエンドプレートの最適化を図り、バインドバーとエンドプレートの応力を耐力以内にする構造を検討することが重要である。

本発明のある態様の電源装置は、以下の構成により特定されてもよい。電源装置は、複数の電池セル１を積層してなる電池積層体２と、電池積層体２の積層方向の両端部に配置してなる一対のエンドプレート３と、両端部を一対のエンドプレート３に連結するバインドバー４とを備えている。バインドバー４は、電池積層体２の積層方向に伸びる板状バー６と、この板状バー６に設けられて、エンドプレート３の外周面との対向面に向かって突出する係止ブロック５を有している。係止ブロック５は、板状バー６に設けてなる固定穴６ａに挿入される状態で、固定穴６ａの内周面に固定されている。エンドプレート３は、係止ブロック５が案内される嵌合部３ａを外周面に有し、嵌合部３ａの電池積層体２側には、係止ブロック５と当接するストッパ部３ｂを設けている。電源装置は、係止ブロック５が嵌合部３ａに案内され、かつ係止ブロック５がエンドプレート３の外周面に固定されている。

さらに、本発明の他の態様の電源装置は、以下の構成により特定されてもよい。複数の電池セル１を積層してなる電池積層体２と、電池積層体２の積層方向の両端部に配置してなる一対のエンドプレート３と、両端部を一対のエンドプレート３に連結するバインドバー４とを備えている。バインドバー４は、電池積層体２の積層方向に伸びる板状バー６と、この板状バー６に設けられて、エンドプレート３の外周面との対向面に向かって突出する係止ブロック５を有し、板状バー６と係止ブロック５とが同じ金属材で一体構造に成形されている。エンドプレート３は、係止ブロック５が案内される嵌合部３ａを外周面に有し、嵌合部３ａの電池積層体２側には、係止ブロック５と当接するストッパ部３ｂを設けている。電源装置は、係止ブロック５が嵌合部３ａに案内され、かつ係止ブロック５がエンドプレート３の外周面に固定されている。

以上の電源装置は、係止ブロックを嵌合部に案内してストッパ部で位置ずれを阻止し、さらに係止ブロックをエンドプレートに固定するので、従来のバインドバーの折曲片のように曲げ応力で変形することなく、係止ブロックとストッパ部とでバインドバーを変形させることなくエンドプレートに固定できる。とくに、係止ブロックをエンドプレートの嵌合部に案内してストッパ部で位置ずれを阻止するので、バインドバーに作用する強い引張力によるバインドバーとエンドプレートの変形を防止して、エンドプレートの移動を抑制できる。

バインドバーは、電池セルの膨化力の反作用として強い引張力が作用するが、従来の電源装置においては、バインドバーの引張力が曲げ加工部において曲げ応力として作用して変形した。曲げ応力でバインドバーが変形すると、曲げ加工部は、図１４において、その内側面をエンドプレート１０３のコーナー部１０３ａに密着させてバインドバー１０４は実質的に伸びた状態となる。この状態になると、材料の耐力、強度を超えて、破断する可能性がある。

これに対して、以上の電源装置では、バインドバーに設けた係止ブロックをエンドプレートの嵌合部に案内し、さらに、ここに案内された係止ブロックの位置ずれをストッパ部で阻止する。この構造でエンドプレートに固定されるバインドバーは、係止ブロックとエンドプレートとの間に隙間があっても、従来のように折曲片の曲げ応力として支持することなく、係止ブロックを嵌合部に案内してストッパ部で定位置に配置する構造によってバインドバーの剪断応力として支持する。バインドバーは、剪断応力に対する強度が引張力より相当に強く、バインドバーに働く強い引張力で変形することなく、エンドプレートの移動を抑制する。

係止ブロック５は、複数のボルト８を介してエンドプレート３の外周面に固定することができる。また、係止ブロック５は、ボルト８の頭部８ａが係止ブロック５の表面から突出するのを阻止するガイド凹部５ａを有し、頭部８ａをガイド凹部５ａに案内してなるボルト８を、係止ブロック５を貫通してエンドプレート３にねじ込むことができる。

板状バー６と係止ブロック５は、鉄、鉄合金、ＳＵＳ、アルミニウム、アルミニウム合金のうちのいずれかとすることができる。さらに、係止ブロック５は、電池積層方向の横幅を１０ｍｍ以上とすることができる。さらにまた、エンドプレート３は、金属製とすることができる。

さらに、以上の態様の構成要素を備えた電源装置を備える電動車両は、電源装置１００と、電源装置１００から電力供給される走行用のモータ９３と、電源装置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とを備えている。

さらに、以上の態様の構成要素を備えた電源装置を備える蓄電装置は、電源装置１００と、電源装置１００への充放電を制御する電源コントローラ８４を備え、電源コントローラ８４が外部からの電力による電池セル１への充電を可能とすると共に、電池セル１に対し充電を行うよう制御している。

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材の寸法、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。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。

（実施形態１）
図１～図３に示す電源装置１００は、複数の電池セル１を積層している電池積層体２と、この電池積層体２の積層方向の両端部に配置している一対のエンドプレート３と、両端部を一対のエンドプレート３に連結して、複数の電池セル１を積層方向に保持するバインドバー４とを備えている。

（電池セル１）
電池セル１は、図２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の電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体２としている。電池セル１は、電池ケース１０を金属ケースとする非水系電解液電池である。非水系電解液電池である電池セル１は、リチウムイオン二次電池である。ただし、電池セルは、ニッケル水素電池やニッケルカドミウム電池等の二次電池とすることもできる。図の電池セル１は、幅の広い両表面を四角形とする電池で、両表面を対向するように積層して電池積層体２としている。

電池セル１は、外形を角形とする金属製の電池ケース１０に、電極体（図示せず）を収納して電解液を充填している。金属ケースからなる電池ケース１０は、アルミニウムやアルミニウム合金で製造することができる。電池ケース１０は、底を閉塞する筒状に金属板をプレス加工している外装缶１０Ａと、この外装缶１０Ａの開口部を気密に閉塞している封口板１０Ｂとを備えている。封口板１０Ｂは平面状の金属板で、その外形を外装缶１０Ａの開口部の形状としている。この封口板１０Ｂはレーザー溶接して外装缶１０Ａの外周縁に固定されて外装缶１０Ａの開口部を気密に閉塞している。外装缶１０Ａに固定される封口板１０Ｂは、その両端部に正負の電極端子１３を固定しており、さらに正負の電極端子１３の中間にはガス排出口１２を設けている。ガス排出口１２の内側には、所定の内圧で開弁する排出弁１１を設けている。図２に示す電池積層体２は、複数の電池セル１を、排出弁１１を設けた面が略同一面に位置する姿勢で積層して、各電池セル１の排出弁１１を同一平面上に配置している。図の電池積層体２は、排出弁１１を設けている封口板１０Ｂを上面とする姿勢で、複数の電池セル１を積層している。

互いに積層される複数の電池セル１は、正負の電極端子１３を接続して互いに直列及び／又は並列に接続される。電源装置１００は、隣接する電池セル１の正負の電極端子１３を、バスバー（図示せず）を介して互いに直列及び／又は並列に接続する。隣接する電池セルを互いに直列に接続する電源装置は、出力電圧を高くして出力を大きくでき、隣接する電池セルを並列に接続して、充放電の電流を大きくできる。

（電池積層体２）
図２と図３に示す電池積層体２は、複数の電池セル１を、スペーサ７を介して互いに積層しており、これらの電池セル１を直列に接続している。図の電池積層体２は、互いに隣接する電池セル１同士を逆向きに並べており、その両側において隣接する電極端子１３同士をバスバーで連結して、隣り合う２個の電池セル１を直列に接続して、すべての電池セル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電池セルの個数とその接続状態を特定しない。

電池積層体２は、図２と図３に示すように、積層している電池セル１の間にスペーサ７を挟着している。スペーサ７は、隣接する電池セル１を絶縁する。図に示すスペーサ７は、プラスチックを板状に成形した絶縁プレートである。とくに、熱伝導率の小さい材質のプラスチックで成形されるスペーサ７は、隣接する電池セル１の熱暴走を効果的に防止できる効果もある。このスペーサ７は、電池セル１を嵌着して定位置に配置する形状として、隣接する電池セル１を位置ずれしないように積層できる。

以上のように、スペーサ７で絶縁して積層される電池セル１は、外装缶をアルミニウムなどの金属製にできる。ただ、電池積層体は、必ずしも電池セルの間にスペーサを介在させる必要はない。例えば、電池セルの外装缶を絶縁材で成形し、あるいは電池セルの外装缶の外周を絶縁シートや絶縁塗料等で被覆する等の方法で、互いに隣接する電池セル同士を絶縁することによって、スペーサを不要とできるからである。さらに、電池セルの間にスペーサを介在させない電池積層体は、電池セルの間に冷却風を強制送風して電池セルを冷却する空冷式を採用することなく、冷媒等を用いて直接冷却する方式を採用して電池セルを冷却できる。

（エンドプレート３）
エンドプレート３は、バインドバー４に連結されて、電池積層体２を両端面から挟んで、電池セル１を積層方向に固定している。エンドプレート３の外形は、電池セル１の外形にほぼ等しく、あるいはこれよりもわずかに大きく、両側の外周面にバインドバー４を固定して、電池積層体２の膨化を抑制する四角形の板材である。このエンドプレート３は、全体をアルミニウムやアルミニウム合金、ＳＵＳ、鉄等の金属製としている。ただし、エンドプレートは、図示しないが、プラスチックに金属板を積層する構造とし、あるいはまた、全体を補強繊維を埋設している繊維強化樹脂成形板としてもよい。

エンドプレート３は、電池セル１の表面に、直接にあるいはスペーサを介して面接触状態に密着して、電池セル１を保持する。電源装置１００は、組み立て工程において、電池積層体２の両端部にエンドプレート３を配置し、両端のエンドプレート３をプレス機（図示せず）で加圧して、電池セル１を積層方向に加圧する状態に保持し、この状態でエンドプレート３にバインドバー４を固定する。エンドプレート３がバインドバー４に固定された後、プレス機の加圧状態は解除される。

エンドプレート３は、バインドバー４に固定されて電池積層体２の膨化力を受け止めて電池セル１を保持する。エンドプレート３は、固定されるバインドバー４に設けている係止ブロック５を確実に連結するために、バインドバー４に設けた係止ブロック５を案内する嵌合部３ａを両側の外周面に設けている。さらに、エンドプレート３は、嵌合部３ａの電池積層体２側に、係止ブロック５と当接するストッパ部３ｂを設けている。言い換えると、電池積層体２側にストッパ部３ｂを設けて、エンドプレート３の両側面に嵌合部３ａを設けている。ストッパ部３ｂは、係止ブロック５がバインドバー４の引張力で移動するのを抑制して、係止ブロック５を定位置に配置する。ストッパ部３ｂは、係止ブロック５に作用するバインドバー４の引張力で変形しない横幅としている。ストッパ部３ｂの横幅
（ｈ２）は、バインドバー４の引張力を考慮して最適値に設定されるが、たとえば、エンドプレート３全体をアルミニウム製として、３ｍｍ以上、好ましくは４ｍｍ以上、さらに好ましくは５ｍｍ以上、最適には８ｍｍ以上とする。

図４は係止ブロック５が嵌合部３ａに案内される部分の概略拡大断面図である。この図のエンドプレート３は、嵌合部３ａとストッパ部３ｂとの隅部に隙間１６を設けている。
ここに隙間１６を設けているエンドプレート３は、ストッパ部３ｂの横幅（ｈ２）を隙間１６の幅（Ｗ２）に対して十分に大きく、たとえば１０倍よりも大きくする。隙間１６の幅（Ｗ２）に対して十分に横幅（ｈ２）の広いストッパ部３ｂは、バインドバー４の引張力Ｆを剪断応力で支持する。材料が耐える最大剪断力は最大曲げ力に比較して相当に強く、ストッパ部３ｂの横幅（ｈ２）を隙間１６の幅（Ｗ２）に比べて大きくして、ストッパ部３ｂの変形は確実に阻止できる。したがって、嵌合部３ａとストッパ部３ｂの隅部に隙間１６を設けるエンドプレート３においては、ストッパ部３ｂの横幅（ｈ２）を隙間１６の幅（Ｗ２）の１０倍よりも大きくして、バインドバー４の引張力Ｆをストッパ部３ｂの剪断応力で支持して、ストッパ部３ｂの変形を防止する。

（バインドバー４）
バインドバー４は、電池積層体２の積層方向に伸びる板状バー６と、この板状バー６の両端に設けてなる係止ブロック５とからなる。図のバインドバー４は、板状バー６の両端部に、エンドプレート３の外周面との対向面に向かって突出する係止ブロック５を設けている。板状バー６は電池積層体２の両側に配置され、係止ブロック５はエンドプレート３の外周面の両側面に固定される。

板状バー６は、強い引張力に耐える金属板、たとえば引張強度を４００ＭＰａ以上とする高張力鋼などの金属板が使用される。高張力鋼の板状バー６は、例えば、厚さを１ｍｍ～２ｍｍとして、バインドバー４に作用する引張力に耐える強度を実現できる。図２のバインドバー４は、電池積層体２の片側に配置される板状バー６を、上縁が電池積層体２の上部に、下縁が電池積層体２の下部に配置する上下幅の金属板としている。この電源装置１００は、電池積層体２の片側面に１枚の金属板からなる板状バー６を配置している。ただ、図示しないが、電源装置は、電池積層体の片側面に、上下に分割する２枚の金属板からなる板状バーを配置することもできる。

図１～図３のバインドバー４は、板状バー６の両端部に係止ブロック５を固定している。このバインドバー４は、板状バー６の両端部に固定穴６ａを設けて係止ブロック５を挿入し、係止ブロック５と固定穴６ａの内周面とを溶接して、係止ブロック５を板状バー６に固定している。固定穴６ａは板状バー６を貫通して設けられる。このバインドバー４は、図４の拡大断面図と図５の拡大斜視図に示すように、係止ブロック５の外形よりもわずかに大きい内形の固定穴６ａを板状バー６に設け、この固定穴６ａに係止ブロック５を挿入して、固定穴６ａの内周縁と係止ブロック５の外周面とを溶接して、係止ブロック５を固定している。図４の断面図に示す係止ブロック５は、板状バー６の表面から僅かに突出する状態で固定穴６ａに挿入され、係止ブロック５の突出部５ｃの外周面及び板状バー６との間に溶加材１５を溶着している。係止ブロック５は全周を固定穴６ａに溶接して固定される。この構造は、係止ブロック５と板状バー６とを確実に、しかも強い溶着強度で固定できる。板状バー６の固定穴６ａに係止ブロック５を溶接して固定しているバインドバー４は、溶接構造と嵌合構造とで係止ブロック５と板状バー６とが一体構造となるので、固定穴６ａを設けた部分の強度は低下しない。固定穴６ａに溶接して固定された係止ブロック５は、図４に示すように、板状バー６に作用する引張力Ｆの反力Ｒによって、一方の側面には引張力が、他方の側面には圧縮力が作用する。

図６のバインドバー４は、係止ブロック５と板状バー６とを同じ金属材で一体構造に成形して、板状バー６の両端部に係止ブロック５を設けている。このバインドバー４は、金属を押し出し成形して板状バー６の端部に係止ブロック５を設け、あるいは金属を鍛造して板状バー６の端部に係止ブロック５を設けて製作される。このバインドバー４は、係止ブロック５を一体構造とする形状に成形して製造されるので、係止ブロック５を溶接して固定するバインドバー４に比較して、係止ブロック５の連結強度を強くできる特徴がある。

係止ブロック５はボルト８を介してエンドプレート３に固定されて、一対のエンドプレート３をバインドバー４で連結する。ボルト８は係止ブロック５を貫通して、エンドプレート３にねじ込まれて、係止ブロック５をエンドプレート３に固定する。この固定構造の電源装置１００は、係止ブロック５を確実にエンドプレート３に固定しながら、ボルト８とストッパ部３ｂとの両方で係止ブロック５の位置ずれを確実に阻止できる。それは、ボルト８が係止ブロック５を嵌合部３ａに押し付けて固定して、ストッパ部３ｂで確実に位置ずれを阻止できると共に、ボルト８の軸力によっても位置ずれを阻止できるからである。

係止ブロック５は、ボルト８が表面から突出しないように、ボルト８の頭部８ａを案内するガイド凹部５ａを設けている。ガイド凹部５ａは、ボルト８の頭部８ａが係止ブロック５の表面から突出しない深さとしている。ただ、ボルト８の頭部８ａが多少突出する構造とすることもできる。ガイド凹部５ａはボルト８のネジ部８ｂを挿通する貫通孔５ｂを底に設けている。この係止ブロック５は、ボルト８の頭部８ａをガイド凹部５ａに案内し、ネジ部８ｂを貫通孔５ｂに挿通して、エンドプレート３に設けた雌ねじ孔３ｃにねじ込んでエンドプレート３に固定される。図５の係止ブロック５は、ボルト８の固定部に複数のガイド凹部５ａを設けて、各々のガイド凹部５ａにボルト８を案内してエンドプレート３に固定している。この係止ブロック５は、部分的にガイド凹部５ａを設けるので全体の強度を強くできる特徴がある。図７の係止ブロック５は、長手方向に伸びる溝状のガイド凹部５ａを設けて、ガイド凹部５ａに所定の間隔で複数の貫通孔５ｂを設けている。この係止ブロック５は、貫通孔５ｂにネジ部８ｂを挿通してエンドプレート３に固定される。
この係止ブロック５は、溝状のガイド凹部５ａを設けているので、軽量化できる特徴がある。

係止ブロック５の電池積層方向の横幅（ｈ１）は、板状バー６に作用する引張力Ｆで変形しない幅、たとえば、１０ｍｍ以上に設定される。図４及び図６は、係止ブロック５の隅部内側に隙間１７がある連結構造を示している。この図において、係止ブロック５の横幅（ｈ１）を、係止ブロック５の隅部内側にできる隙間１７の間隔（Ｗ１）に比較して十分大きく、たとえば１０倍よりも大きくして、バインドバー４の引張力Ｆを剪断応力として支持できる。たとえば、隙間１７の間隔（Ｗ１）を１ｍｍとすれば、係止ブロック５の横幅（ｈ１）は１０ｍｍとなる。以上の構造にあっては、係止ブロック５は横幅（ｈ１）を約１０ｍｍよりも厚くして、板状バー６に作用する引張力Ｆを剪断力で支持できる。このことから、係止ブロック５の横幅（ｈ１）は、１０ｍｍ以上として、板状バー６に作用する引張力Ｆを剪断力で支持して、充分な強度を実現できる。

さらに、バインドバー４は、図８と図９に示す構造とすることもできる。これらの図に示すバインドバー４は、板状バー６の両端部に固定穴６ａを設けて、この固定穴６ａに係止ブロック５の一部を挿入して、係止ブロック５と板状バー６とを嵌合構造で固定している。板状バー６は、エンドプレート３の嵌合部３ａと対向する両端部において、上下に離して２つの固定穴６ａを貫通して設けている。図８に示す固定穴６ａは、上下方向に延びる長円形状としている。

係止ブロック５は、図９に示すように、板状バー６の内側であって、固定穴６ａを含む領域に配置されると共に、固定穴６ａと対向する部分に、外側方向（係止ブロック５の厚さ方向）に突出する嵌合凸部５ｆを形成して設けている。嵌合凸部５ｆは、固定穴６ａの内形に沿う外形に形成されている。この嵌合凸部５ｆは、例えば、貫通孔である固定穴６ａを設けた板状バー６の内側面に係止ブロック５を配置した状態で、固定穴６ａと対向する領域を内側からパンチング等のプレス加工をすることにより、係止ブロック５の一部を外側方向に突出させて固定穴６ａに沿う形状に形成される。係止ブロック５は、パンチングにより形成される嵌合凸部５ｆが、固定穴６ａに隙間なく圧入されることで、板状バー６に嵌合構造で連結される。ただ、係止ブロック５は、あらかじめ所定の形状に形成された嵌合凸部５ｆを固定穴６ａに挿入することにより、板状バー６に嵌合状態で連結することもできる。さらに、係止ブロック５は、プレス加工によらず、削り出しや、鋳造により嵌合凸部５ｆを形成することもできる。

さらに、図８に示すバインドバー４は、嵌合構造で連結される嵌合部の上下、すなわち、固定穴６ａの上下において、スポット溶接により板状バー６と係止ブロック５とを溶着している。図８では、このスポット溶接による溶接痕２６をクロスハッチングで示している。このように、嵌合構造と溶接構造とを併用して係止ブロック５を板状バー６に固定する構造は、係止ブロック５をさらに強固に板状バー６に固定できる。このバインドバー４も、前述のように、係止ブロック５の横幅（ｈ１）を１０ｍｍ以上として、板状バー６に作用する引張力Ｆを剪断力で支持して、充分な強度を実現できる。このバインドバー４は、図示しないが、前述のバインドバーと同様に、係止ブロックを貫通するボルトを介してエンドプレートに固定し、あるいは、板状バーと係止ブロックを貫通するボルトを介してエンドプレートに固定してもよい。

さらに、バインドバー４は、図１０に示すように、係止ブロック５とエンドプレート３のストッパ部３ｂとを係止構造で連結することもできる。図１０に示すエンドプレート３は、ストッパ部３ｂの先端部であって係止ブロック５と対向する対向面にアンダーカット形状のカット面３ｈを形成して設けている。また、係止ブロック５は、嵌合部３ａとストッパ部３ｂとの隅部に嵌入される係止凸部５ｇを電池積層体２側に形成している。この係止凸部５ｇは、ストッパ部３ｂと対向する対向面を、カット面３ｈに沿う係止面５ｈとしている。この係止構造によると、バインドバー４が電池積層体２の側面方向に外れるのを有効に防止しながら、バインドバー４の両端部に固定された係止ブロック５とストッパ部３ｂとの連結強度を強くして安定して締結できる。ただ、バインドバー４とエンドプレート３の係止構造は、係止ブロック５とストッパ部３ｂの対向面において、何れか一方に凸部を設け、他方に凹部を設けてこれらを嵌合する構造とすることも、何れか一方に上下方向に延びる凸条を設け、他方に上下方向に延びる凹部または溝部を設けてこれらを嵌合する構造とすることもできる。

図１０のバインドバー４は、電源装置の組み立て工程において、電池積層体２の両端部に配置したエンドプレート３をプレス機（図示せず）で加圧して、電池セル１を積層方向に加圧する状態でエンドプレート３の嵌合部３ａに係止凸部５ｇを案内し、一対のエンドプレート３に両端の係止ブロック５を係止した後、プレス機の加圧状態を解除して、電池積層体２を所定の圧力で加圧状態に保持する。なお、バインドバー４は、プレス機で加圧される電池積層体２に対して上下方向にスライドさせることで電池セル１を過圧することなく連結できる。ただ、バインドバー４は、電池積層体２を積層方向に多少過圧して両端のエンドプレート３の間隔を係止凸部５ｇの突出量分だけ状態で短くした状態で係止凸部５ｇを嵌合部３ａに案内した後、プレス機の加圧状態を解除して所定の加圧状態で保持することもできる。なお、バインドバーは、一方の端部のみを以上の係止構造でエンドプレートに連結して、他方の端部はボルトを介してエンドプレートに固定することもできる。

図１と図２に示す電源装置１００は、電池積層体２を載置しているベースプレート９を備える。このベースプレート９は、エンドプレート３を固定している。エンドプレート３は、ベースプレート９に固定するために、電池セル１と平行な方向に延びる、図において上下方向に延びる貫通孔３ｄを両側に設けている。この貫通孔３ｄには固定ネジ２３が挿入され、固定ネジ２３は先端部をベースプレート９に固定して、エンドプレート３をベースプレート９に固定する。固定ネジ２３は、ベースプレート９に設けた雌ねじ孔９ａにねじ込まれて、ベースプレート９に固定され、あるいはベースプレートの底面に設けたナットにねじ込まれて、ベースプレートに固定される。また、バンドバーに締結部を設けてベースプレートに締結してもよい。

図１１に示すように、車両に搭載されて、車両を走行させるモータ９３に電力を供給する電源装置１００は、ベースプレート９を車両のシャーシ９２とすることができる。この電源装置１００は、車両のシャーシ９２の上に載せられ、エンドプレート３に設けた貫通孔３ｄに固定ネジ２３を挿通し、固定ネジ２３をシャーシ９２に設けた雌ねじ孔（図示せず）にねじ込んで、車両のシャーシ９２に固定される。以上の電源装置１００は、ベースプレート９を車両のシャーシ９２とするが、ベースプレートは必ずしも車両のシャーシには特定しない。たとえば、図１２に示すように、金属板でベースプレート９を製作して、このベースプレート９の上に電源装置１００を固定することができる。この電源装置１００は、ベースプレート９を車両のシャーシ９２の上に固定して、車両に搭載できる。

以上の電源装置１００は、以下の工程で組み立てられる。
（１）所定の個数の電池セル１を、間にスペーサ７を介在させる状態で、電池セル１の厚さ方向に積層して電池積層体２とする。
（２）電池積層体２の両端にエンドプレート３を配置し、一対のエンドプレート３を両側からプレス機（図示せず）で押圧して、エンドプレート３でもって、電池積層体２を所定の圧力で加圧し、電池セル１を圧縮して加圧状態に保持する。
（３）電池積層体２をエンドプレート３で加圧する状態で、一対のエンドプレート３にバインドバー４を連結して固定する。バインドバー４は、両端の係止ブロック５が一対のエンドプレート３の嵌合部３ａに案内されるように配置されると共に、係止ブロック５を貫通するボルト８をエンドプレート３の雌ねじ孔３ｃにねじ込んで固定される。固定後、加圧状態は開放される。
（４）電池積層体２の両側部において、互いに隣接する電池セル１の対向する電極端子１３同士をバスバー（図示せず）で連結する。バスバーは、電極端子１３に固定されて、電池セル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１３に溶接され、あるいはネジ止めされて電極端子１３に固定される。
（５）電池積層体２をベースプレート９の上面に配置して固定する。

以上の電源装置は、電動車両を走行させるモータに電力を供給する車両用の電源装置に最適である。電源装置を搭載する電動車両としては、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、これらの電動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１１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、車両本体９０と、車両本体９０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、モータ９３とエンジン９６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。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１２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、車両本体９０と、車両本体９０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、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。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。

（蓄電用電源装置）
さらに、本発明は電源装置の用途を電動車両に搭載する電源装置には特定せず、たとえば、太陽光発電、風力発電などの自然エネルギーを蓄電する蓄電装置用の電源装置として使用でき、また深夜電力を蓄電する蓄電装置用の電源装置のように、大電力を蓄電する全ての用途に使用できる。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１３に示す。なお、図１３に示す蓄電装置としての使用例では、所望の電力を得るために、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、高出力の蓄電装置８０を構築した例として説明する。

図１３に示す蓄電装置８０は、複数の電源装置１００をユニット状に接続して電源ユニット８２を構成している。各電源装置１００は、複数の電池セルが直列及び／又は並列に接続されている。各電源装置１００は、電源コントローラ８４により制御される。この蓄電装置８０は、電源ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。
このため蓄電装置８０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を介して蓄電装置８０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、蓄電装置８０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から蓄電装置８０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、蓄電装置８０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、蓄電装置８０への充電を同時に行うこともできる。

蓄電装置８０で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して蓄電装置８０と接続されている。蓄電装置８０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、蓄電装置８０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、蓄電装置８０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１３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。

各電源装置１００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、他の電源装置１００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は他の電源装置１００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、電源装置１００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、電源装置１００同士を直列、並列に接続するための端子である。また電源ユニット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。

本発明に係る電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置は、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。

１００…電源装置、１…電池セル、２…電池積層体、３…エンドプレート、３ａ…嵌合部、３ｂ…ストッパ部、３ｃ…雌ねじ孔、３ｄ…貫通孔、３ｈ…カット面、４…バインドバー、５…係止ブロック、５ａ…ガイド凹部、５ｂ…貫通孔、５ｃ…突出部、５ｆ…嵌合凸部、５ｇ…係止凸部、５ｈ…係止面、６…板状バー、６ａ…固定穴、７…スペーサ、８…ボルト、８ａ…頭部、８ｂ…ネジ部、９…ベースプレート、９ａ…雌ねじ孔、１０…電池ケース、１０Ａ…外装缶、１０Ｂ…封口板、１１…排出弁、１２…ガス排出口、１３…電極端子、１５…溶加材、１６…隙間、１７…隙間、２３…固定ネジ、２６…溶接痕、８０…蓄電装置、８２…電源ユニット、８４…電源コントローラ、８５…並列接続スイッチ、９０…車両本体、９２…シャーシ、９３…モータ、９４…発電機、９５…ＤＣ／ＡＣインバータ９６…エンジン９７…車輪、１０３…エンドプレート、１０３ａ…コーナー部、１０４…バインドバー、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 (10)

1. 複数の電池セルを積層してなる電池積層体と、
   前記電池積層体の積層方向の両端部に配置してなる一対のエンドプレートと、
   両端部を一対の前記エンドプレートに連結するバインドバーとを備える電源装置であって、
   前記バインドバーが、前記電池積層体の積層方向に伸びる板状バーと、前記板状バーに設けられて、前記エンドプレートの外周面との対向面に向かって突出する係止ブロックを有し、
   前記係止ブロックは、前記電池積層体の積層方向の横幅が前記板状バーの厚さの少なくとも５倍以上あって、前記板状バーの上下幅方向に伸びるブロック状で、前記板状バーに設けてなる固定穴に挿入される状態で、前記固定穴の内周面に固定され、
   前記エンドプレートは、前記係止ブロックが案内される嵌合部を外周面に有し、
   さらに、前記嵌合部の電池積層体側には、前記係止ブロックと当接するストッパ部を設けており、
   前記係止ブロックが前記嵌合部に案内され、かつ前記係止ブロックが前記エンドプレートの外周面との対向面に固定されており、
   前記係止ブロックは、前記嵌合部に係止された状態で、前記嵌合部と前記ストッパ部の隅部に隙間が形成されるよう構成してなることを特徴とする電源装置。
2. 複数の電池セルを積層してなる電池積層体と、
   前記電池積層体の積層方向の両端部に配置してなる一対のエンドプレートと、
   両端部を一対の前記エンドプレートに連結するバインドバーとを備える電源装置であって、
   前記バインドバーが、前記電池積層体の積層方向に伸びる板状バーと、前記板状バーに設けられて、前記エンドプレートの外周面との対向面に向かって突出する係止ブロックを有し、
   前記係止ブロックは、前記電池積層体の積層方向の横幅が前記板状バーの厚さの少なくとも５倍以上あって、前記板状バーの上下幅方向に伸びるブロック状で、
   前記板状バーと前記係止ブロックとが同じ金属材で一体構造に成形され、
   前記エンドプレートは、前記係止ブロックが案内される嵌合部を外周面に有し、
   さらに、前記嵌合部の電池積層体側には、前記係止ブロックと当接するストッパ部を設けており、
   前記係止ブロックが前記嵌合部に案内され、かつ前記係止ブロックが前記エンドプレートの外周面との対向面に固定されており、
   前記係止ブロックは、前記嵌合部に係止された状態で、前記嵌合部と前記ストッパ部の隅部に隙間が形成されるよう、前記嵌合部と前記ストッパ部との接合部の角部を傾斜させてなる電源装置。
3. 請求項１又は２に記載される電源装置であって、
   前記ストッパ部の横幅を前記隙間の幅に比べて大きくすることを特徴とする電源装置。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載される電源装置であって、
   前記係止ブロックが、複数のボルトを介して前記エンドプレートの外周面に固定されてなることを特徴とする電源装置。
5. 請求項４に記載される電源装置であって、
   前記係止ブロックは、前記ボルトの頭部を案内するガイド凹部を備えており、
   前記ガイド凹部は前記ボルトのネジ部を挿通する貫通孔を底に設けており、前記ガイド凹部の底面を前記板状バーの延長ラインよりも前記エンドプレートの外周面との対向面側に位置させて、前記頭部を前記底面に固定してなることを特徴とする電源装置。
6. 請求項４または５に記載される電源装置であって、
   前記係止ブロックは、前記ボルトの頭部が該係止ブロックの表面から突出するのを阻止するガイド凹部を有し、
   前記頭部を前記ガイド凹部に案内してなる前記ボルトが、前記係止ブロックを貫通して前記エンドプレートにねじ込まれてなることを特徴とする電源装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載される電源装置であって、
   前記係止ブロックが、電池積層方向の横幅を１０ｍｍ以上としてなることを特徴とする電源装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載される電源装置であって、
   前記エンドプレートが金属製であることを特徴とする電源装置。
9. 請求項１ないし８のいずれかに記載の電源装置を備える電動車両であって、
   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、該電源装置及び前記モータを搭載してなる車両本体と、該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電源装置を備える電動車両。
10. 請求項１ないし８のいずれかに記載の電源装置を備える蓄電装置であって、
    前記電源装置と、該電源装置への充放電を制御する電源コントローラとを備えており、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電池セルへの充電を可能とすると共に、該電池セル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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