JP7276894B2

JP7276894B2 - 電源装置及びこれを備える車両並びに緩衝体

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Publication number: JP7276894B2
Application number: JP2020533486A
Authority: JP
Inventors: 豪山城; 宏行高橋
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2018-07-31
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2023-05-18
Anticipated expiration: 2039-07-26
Also published as: JPWO2020026964A1; US11929479B2; EP3832752A1; EP3832752A4; CN112514146B; US20210351452A1; CN112514146A; WO2020026964A1

Description

本発明は、電源装置及びこれを備える車両並びに電源装置に用いる緩衝体に関する。

電源装置は、車両の駆動用の電源装置や蓄電用の電源装置等に利用されている。このような電源装置は、大電流を出力可能に構成されることが好ましく、直列や並列に接続される充放電可能な複数の二次電池セルを備えている。また近年は電源装置の高容量化が望まれており、スペース効率の観点から、外装缶を角形とした二次電池セルを積層した電池積層体を用いた電源装置が用いられている（例えば特許文献１）。

このような電源装置においては、図１６に示すように、蓄電素子９０１を多数積層した状態で、両側端面にエンドプレート９２０を配置し、バインドバー９１５によりエンドプレート９２０同士を締結する構成が採用されている。この構成の電源装置９００を例えば車載用途に用いる場合、振動や衝撃などによって二次電池セルが上下方向にずれる虞があった。このため、電池積層体の上面の隅部を、バインドバーの上端を折曲して押圧する構成が採用されている。

しかしながら、二次電池セルは充放電によって膨張や収縮を生じるところ、その上面の高さは必ずしも各二次電池セル間で一定しない。この結果、二次電池セルの上面の高さが個となる状態となっているところ、一律に電池積層体の上面を押圧する構成では、二次電池セルの上面に印加される応力にむらが生じて、均一化が図れないという問題があった。例えば一部の二次電池セルの上面に、相対的に強い応力が印加されると、この二次電池セルの劣化が進むことが考えられる。

特開２０１７－１６７９９号公報

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、二次電池セルの上面に印加される応力を分散させて保護するための電源装置及びこれを備える車両並びに緩衝体を提供することにある。

本発明のある側面に係る電源装置は、複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルを積層した電池積層体の両側端面を覆う一対のエンドプレートと、前記エンドプレート同士を締結する複数の締結部材と、複数の二次電池セルのそれぞれの上面を押圧する複数の押圧部と、前記押圧部と前記二次電池セルの上面との間に介在される緩衝体と、を備える電源装置であって、前記緩衝体は、複数の樹脂製のカバー部と、前記複数のカバー部を連結する可撓性を有する連結部と、を備え、前記複数のカバー部を、それぞれ各二次電池セルの上面に配置すると共に、各カバー部の上面に、前記複数の押圧部のそれぞれが当接するように構成されている。

上記構成によると、押圧部で各二次電池セルの上面を押圧して高さを揃えると共に、各二次電池セルの押圧部分に印加される応力を緩衝体でもって分散させることができる。

実施形態１に係る電源装置を示す斜視図である。図１の電源装置の分解斜視図である。図２の押圧部を示す拡大斜視図である。図２の緩衝体の要部拡大斜視図である。図４の緩衝体を斜め上方から見た要部拡大斜視図である。図２の緩衝体の要部拡大平面図である。図２の緩衝体の要部拡大側面図である。図２の緩衝体の要部拡大底面図である。図２の緩衝体を斜め下方から見た要部拡大斜視図である。図１の電源装置の緩衝体の機能を説明する模式垂直断面図である。変形例に係る電源装置の要部拡大斜視図である。変形例に係る電源装置の要部拡大平面図である。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。従来の電源装置の分解斜視図である。

本発明の一実施形態に係る電源装置は、隣接するカバー部同士の対向する壁部に、前記連結部をＵ字状に折曲させて設けている。上記構成により、Ｕ字状の連結部が弾性変形することで、隣接する二次電池セルが高さ方向にずれても、その高低差を連結部でもって吸収することができる。

また本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記緩衝体は、前記カバー部と連結部とを一体に形成している。このようにカバー部と連結部を樹脂で一体に形成することで、容易に連結部に可撓性を付加しつつ、カバー部同士を連結できる。

さらに本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記緩衝体がさらに、各カバー部に配置された板状の金属製のプレート部を備え、前記複数のカバー部を、それぞれ各二次電池セルの上面に配置すると共に、各カバー部に設けられた前記プレート部の上面に、前記複数の押圧部のそれぞれが当接するように構成されている。上記構成により、押圧部で各二次電池セルの上面を押圧する際、押圧部を金属製のプレート部に当接させることで、高い応力に晒される部位の硬度を高めて緩衝体の劣化を抑制しつつ、樹脂製のカバー部でさらに分散させることができる。

さらにまた本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記カバー部が、平面視コ字状に周囲を覆うように壁部を備えており、前記壁部で囲まれたカバー部に前記プレート部を配置している。上記構成により、プレート部を配置したカバー部の周囲を壁部で囲むことで、カバー部を押圧する押圧部の周囲を壁部で囲み、保護することができる。特に、押圧部が金属製の場合は、隣接する押圧部同士を壁部で効果的に絶縁できる。

さらにまた本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記プレート部が、一以上の穴部を開口している。上記構成により、プレート部を位置決めし易くできる。

さらにまた本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記プレート部を、前記カバー部に一体成形することができる。上記構成により、プレート部をカバー部の所定の位置に確実に固定できる。

さらにまた本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記プレート部を、前記カバー部にインサート成形することができる。上記構成により、金属製のプレート部で荷重を分散させることができる。

さらにまた本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記押圧部が、前記二次電池セルの上面に当接する部位を湾曲させている。

さらにまた本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記押圧部が、前記締結部材と一体的に構成されている。

さらにまた本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記締結部材が、平板状の締結主面と、前記締結主面の上端に、各二次電池セル毎に設けられた前記押圧部とを備えている。

さらにまた本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記電池積層体の底面に配置される放熱プレートを備えている。

さらにまた本発明の他の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ことができる。

さらにまた本発明の他の実施形態に係る電源装置は、複数の二次電池セルを積層した電池積層体の上面を被覆して、各二次電池セルの上面を押圧する押圧部と該二次電池セルの上面との間に介在される緩衝体であって、複数の樹脂製のカバー部と、各カバー部に配置された板状の金属製のプレート部と、前記複数のカバー部を連結する可撓性を有する連結部とを備えている。上記構成により、押圧部で各二次電池セルの上面を押圧して高さを揃えると共に、各二次電池セルの押圧部分に印加される応力を緩衝体でもって分散させることができる。

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。以下の例では、車両の駆動用の電源装置に適用した実施形態について、説明する。
［実施形態１］

本発明の実施形態１に係る電源装置１００の斜視図を図１に、その分解斜視図を図２に、それぞれ示す。これらの図に示す電源装置１００は、複数の二次電池セル１を積層した電池積層体１０と、この電池積層体１０の両側端面を覆う一対のエンドプレート２０と、エンドプレート２０同士を締結する複数の締結部材１５と、二次電池セル１の上面に配置された緩衝体３０とを備える。緩衝体３０は、電池積層体１０の左右の肩部に、それぞれ配置される。
（電池積層体１０）

電池積層体１０は、正負の電極端子２を備える複数の二次電池セル１と、これら複数の二次電池セル１の電極端子２に接続されて、複数の二次電池セル１を並列かつ直列に接続するバスバー３を備える。これらのバスバー３を介して複数の二次電池セル１を並列や直列に接続している。二次電池セル１は、充放電可能な二次電池である。電源装置１００は、複数の二次電池セル１が並列に接続されて並列電池グループを構成すると共に、複数の並列電池グループが直列に接続されて、多数の二次電池セル１が並列かつ直列に接続される。図１及び図２に示す電源装置１００は、複数の二次電池セル１を積層して電池積層体１０を形成している。また電池積層体１０の両端面には一対のエンドプレート２０が配置される。このエンドプレート２０同士に、締結部材１５の端部を固定して、積層状態の二次電池セル１を加圧状態に固定する。
（二次電池セル１）

二次電池セル１は、幅広面である主面の外形を四角形とする角形電池であって、幅よりも厚さを薄くしている。さらに、二次電池セル１は、充放電できる二次電池であって、リチウムイオン二次電池としている。ただし、本発明は、二次電池セルを角形電池には特定せず、またリチウムイオン二次電池にも特定しない。二次電池セルには、充電できる全ての電池、たとえばリチウムイオン二次電池以外の非水系電解液二次電池やニッケル水素二次電池セルなども使用できる。

二次電池セル１は、図２に示すように、正負の電極板を積層した電極体を外装缶１ａに収納して、電解液を充填して気密に密閉している。外装缶１ａは、底を閉塞する四角い筒状に成形しており、この上方の開口部を金属板の封口板１ｂで気密に閉塞している。外装缶１ａは、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板を深絞り加工して製作される。封口板１ｂは、外装缶１ａと同じように、アルミニウムやアルミニウム合金などの金属板で製作される。封口板１ｂは、外装缶１ａの開口部に挿入され、封口板１ｂの外周と外装缶１ａの内周との境界にレーザー光を照射して、封口板１ｂを外装缶１ａにレーザー溶接して気密に固定している。
（電極端子２）

二次電池セル１は、天面である封口板１ｂを端子面として、この端子面の両端部に正負の電極端子２を固定している。電極端子２は、突出部を円柱状としている。ただ、突出部は、必ずしも円柱状とする必要はなく、多角柱状又は楕円柱状とすることもできる。

二次電池セル１の封口板１ｂに固定される正負の電極端子２の位置は、正極と負極が左右対称となる位置としている。これにより、二次電池セル１を左右反転させて積層し、隣接して接近する正極と負極の電極端子２をバスバー３で接続することで、隣接する二次電池セル１同士を直列に接続できるようにしている。
（電池積層体１０）

複数の二次電池セル１は、各二次電池セル１の厚さ方向が積層方向となるように積層されて電池積層体１０を構成している。電池積層体１０は、正負の電極端子２を設けている端子面、図２においては封口板１ｂが同一平面となるように、複数の二次電池セル１を積層している。

電池積層体１０は、隣接して積層される二次電池セル１同士の間に、絶縁スペーサ１６を介在させてもよい。絶縁スペーサ１６は、樹脂等の絶縁材で薄いプレート状又はシート状に製作されている。絶縁スペーサ１６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する。この絶縁スペーサ１６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同士を絶縁できる。なお、隣接する二次電池セル１間に配置されるスペーサとしては、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のスペーサを用いることもできる。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の表面を熱溶着させてもよい。この場合は、絶縁スペーサを省略してもよい。また、複数の二次電池セルを多並列、多直列に接続する電源装置においては、互いに直列に接続される二次電池セル同士の間に絶縁スペーサを介在させて絶縁する一方、互いに並列に接続される二次電池セル同士においては、隣接する外装缶同士に電圧差が生じないので、これらの二次電池セルの間の絶縁スペーサを省略することもできる。

さらに、図２に示す電源装置１００は、電池積層体１０の両端面にエンドプレート２０を配置している。なおエンドプレートと電池積層体の間に端面スペーサ１７を介在させて、これらを絶縁してもよい。端面スペーサ１７も、樹脂等の絶縁材で薄いプレート状又はシート状に製作できる。

電池積層体１０は、隣接する二次電池セル１の正負の電極端子２に金属製のバスバー３が接続されて、このバスバー３を介して複数の二次電池セル１が並列かつ直列に接続される。電池積層体１０は、互いに並列に接続されて並列電池グループを構成する複数の二次電池セル１においては、端子面１Ｘの両端部に設けた正負の電極端子２が左右同じ向きとなるように積層され、互いに直列に接続される並列電池グループを構成する二次電池セル１同士においては、端子面１Ｘの両端部に設けた正負の電極端子２が左右逆向きとなるように複数の二次電池セル１が積層されている。ここで、図１～図２に示す実施形態１に係る電源装置１００では、１６個の二次電池セル１を厚さ方向に積層して電池積層体１０としており、２個の二次電池セル１を並列に接続して並列電池グループとすると共に、８組の並列電池グループを直列に接続して１６個の二次電池セル１を２並列８直列に接続している。したがって、図２に示す電池積層体１０は、並列電池グループを構成する２個の二次電池セル１を正負の電極端子２が左右同じ向きとなるように積層すると共に、同じ向きに積層された２個ずつの二次電池セル１からなる８組の並列電池グループを、正負の電極端子２が交互に左右逆向きとなるように積層している。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。後述する他の実施形態も含めて、電池積層体を構成する二次電池セルの個数、及びその接続状態を種々に変更することもできる。

実施形態に係る電源装置１００は、複数の二次電池セル１が互いに積層される電池積層体１０において、互いに隣接する複数の二次電池セル１の電極端子２同士をバスバー３で接続して、複数の二次電池セル１を並列かつ直列に接続する。また、電池積層体１０とバスバー３との間にバスバーホルダを配置してもよい。バスバーホルダを用いることで、複数のバスバーを互いに絶縁し、かつ二次電池セルの端子面とバスバーとを絶縁しながら、複数のバスバーを電池積層体の上面の定位置に配置できる。
（バスバー３）

バスバー３は、金属板を裁断、加工して所定の形状に製造される。バスバー３を構成する金属板には、電気抵抗が小さく、軽量である金属、例えばアルミニウム板や銅板、あるいはこれらの合金が使用できる。ただし、バスバー３の金属板は、電気抵抗が小さくて軽量である他の金属やこれらの合金も使用できる。
（エンドプレート２０）

エンドプレート２０は、図１～図２に示すように、電池積層体１０の両端に配置されると共に、電池積層体１０の両側面に沿って配置される左右一対の締結部材１５を介して締結される。エンドプレート２０は、電池積層体１０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１７の外側に配置されて電池積層体１０を両端から挟着している。
（締結部材１５）

締結部材１５は、両端を電池積層体１０の両端面に配置されたエンドプレート２０に固定される。複数の締結部材１５でもってエンドプレート２０を固定し、もって電池積層体１０を積層方向に締結している。締結部材１５は、電池積層体１０の上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１０の上下面に対向して配置されている。この締結部材１５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１５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。また板状の締結部材１５を構成する締結主面１５ａの両端は、それぞれ折曲されて折曲部１５ｂを構成し、この折曲部１５ｂには貫通孔１５ｃが開口されている。締結部材１５は、電池積層体１０の対向する面にそれぞれ配置されて、貫通孔１５ｃを介してボルトでもってエンドプレート２０に締結される。
（押圧部１５ｄ）

また電源装置１００は、複数の二次電池セル１の上面をそれぞれ押圧するための押圧部１５ｄを複数個備えている。押圧部１５ｄは、複数の二次電池セル１をそれぞれ個別に押圧できるよう、複数個の押圧部１５ｄが独立して押圧動作できるように構成される。具体的には、図２、図３等に示すように、隣接する押圧部１５ｄ同士が互いに離間するように空間ＧＰを隔てて分離されている。複数の押圧部１５ｄを設ける間隔は、二次電池セル１を積層した電池積層体１０において各二次電池セル１の上面にそれぞれ押圧部１５ｄが位置されるように、二次電池セル１の厚さ、及びこれらの間に介在される絶縁スペーサ１６の厚さに応じて設計される。

押圧部１５ｄは、図３に示すように二次電池セル１の上面に当接する部位を湾曲させている。このように二次電池セル１側（あるいは後述する緩衝体３０）との折曲面を平面状でなく湾曲面状とすることで、接触部位を面状でなく線状や点状として、安定的な動作を図ることができる。その一方で、接触部位を線状や点状とすることで、応力が集中して面圧が高くなることが懸念される。そこで、当接部分に金属板等の強度の高いプレート部４０を用いている（詳細は後述）。

なお図２等の例では、押圧部１５ｄは、締結部材１５と一体的に構成されている。ここでは、締結部材１５は、平板状の締結主面１５ａと、この締結主面１５ａの上端に設けられた押圧部１５ｄとを備えている。これにより、締結部材１５で電池積層体１０を締結した状態で、各二次電池セル１の上面を押圧部１５ｄで押圧できるようになる。ただ、本発明は押圧部を締結部材と一体に構成する例に限らず、これらを別部材で構成してもよい。
（緩衝体３０）

押圧部１５ｄと二次電池セル１の上面との間には、緩衝体３０が介在される。緩衝体３０の斜視図を図４に、斜め上方から見た要部拡大斜視図を図５に、要部拡大平面図を図６に、要部拡大側面図を図７に、要部拡大底面図を図８に、斜め下方から見た要部拡大斜視図を図９に、それぞれ示す。これらの図に示す緩衝体３０は、複数のカバー部３１と、隣接するカバー部３１同士を連結する連結部３６を備える。連結部３６は可撓性を有しており、これによって各連結部３６は個別に高さ方向（図１０において上下方向）に移動できる。

各カバー部３１は、絶縁性を有する部材で構成される。好ましくはカバー部３１は樹脂製とし、例えばＰＰＳ、ポリプロピレン、ナイロン、ＰＥＴ、ポリ塩化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデン等の熱可塑性樹脂、あるいはポリイミド、フッ素樹脂、ＰＤＡＰ、シリコン樹脂、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂等が好適に利用できる。また、カバー部３１と連結部３６を樹脂で一体に形成することで、容易に連結部３６に可撓性を付加しつつ、カバー部３１同士を連結できる。

各カバー部３１は、図５～図７に示すように、二次電池セル１の上面に当接する底面板３２と、この底面板３２の上面を囲むように設けられた壁部３３を有する。壁部３３は、隣接するカバー部３１と対向する面に設けられる。隣接するカバー部３１同士は、対向する壁部３３を連結部３６で連結することにより、複数個のカバー部３１を連なるように連結しながらも、連結部３６に可撓性を付与することで隣接するカバー部３１の相対移動を可能としている。好ましくは、各カバー部３１は左右で対向する壁部３３同士を、連結壁部３４でもって連結している。さらに壁部３３は、底面板３２を完全に囲むのでなく、一面を開放することで、図１１及び図１２に示すように、この開放端から押圧部１５ｄを案内して、押圧部１５ｄでもって底面板３２を押圧させることができる。この壁部３３は、図５、図６等に示すように上面視においてコ字状に形成される。

連結部３６は、図５～図９に示すように、隣接するカバー部３１同士の対向する壁部３３を接続するように設けられている。また連結部３６は、Ｕ字状に折曲させている。この構成により、Ｕ字状の連結部３６が弾性変形することで、隣接する二次電池セル１が高さ方向にずれても、その高低差を連結部３６でもって吸収することができる。

加えて、連結部３６や壁部３３を利用して絶縁スペーサ１６の位置決めを図ることもできる。例えば絶縁スペーサ１６の端縁に、連結部３６と係止する構成を設けることで、電池積層体１０に緩衝体３０を配置する際、二次電池セル１間に挿入される絶縁スペーサ１６と連結部３６との位置決めを行うことで、各カバー部３１が各二次電池セル１の上面に位置されるように位置決めも併せて行えるようにしてもよい。例えば図１１や図１２に示す変形例に係る電源装置２００では、絶縁スペーサ１６の隅部を突出させて、Ｕ字状の連結部３６の外側に係止するように構成している。またこのような位置決めには、連結部３６に限らず壁部３３を利用することもできる。このように連結部３６や壁部３３を利用して、電池積層体１０とカバー部３１との位置決めをスムーズに行えるようにできる。

さらに各カバー部３１は、図５、図７、図９等に示すように、開口端において底面板３２から連続するように下方に折曲された折曲片３５を備える。図２等に示すように、緩衝体３０は電池積層体１０の上面において、左右の肩部にそれぞれ配置される。また図２等の例では、押圧部１５ｄは締結部材１５の締結主面１５ａの上端に固定されている。締結部材１５に金属板等の導体を用いる場合は、電池積層体１０と締結部材１５との間を絶縁する必要がある。このため緩衝体３０は、折曲片３５を設けることで、電池積層体１０の側面と押圧部１５ｄあるいは締結主面１５ａとの間も絶縁することができる。この折曲片３５は、底面板３２と一体に形成されている。
（二次電池セル単位での押圧構成）

図１０の断面図に示すように、隣接する二次電池セル１同士の間で高さ方向に相対的な位置ずれが発生しても、緩衝体３０と押圧部１５ｄでこれを吸収する。なお図１０の例では、説明のため二次電池セル１間の位置ずれを誇張して図示している。各二次電池セル１は、充放電によって膨張と収縮を繰り返す。この結果、二次電池セル１の高さは一定とならず、セル毎に異なることが生じ得る。加えて二次電池セルの製造公差や、二次電池セルを締結する際の上下方向の位置ずれ等によっても、二次電池セル１の上面（ここでは端子面１Ｘ）がセル間で同一平面上に一致しないことがある。この場合でも、電源装置が振動や衝撃に晒されて、二次電池セルが上下方向に移動しないように、これを保持する構造が必要となる。この際において、二次電池セルを積層した電池積層体の上面を、全体で一定の力で押圧しようとすると、二次電池セル間の高さ方向の位置によって、各二次電池セルに印加される応力が変化することになり、好ましくない。例えば上方向に位置ずれした二次電池セルは、高い応力で押圧される一方、下方向に位置ずれした二次電池セルは相対的に弱い応力で押圧されることになる。このように各二次電池セルの端子面に印加される押圧力にむらが生じると、二次電池セルの劣化の度合いが異なる原因となることが考えられ、経年劣化によって出力の低下や破損等が懸念される。

そこで本実施の形態においては、各二次電池セルの上面を押圧しつつも、押圧面に作用する応力に差が生じる事態を抑制して、全体として同程度の応力で押圧した状態に維持することにより均質化を図り、もって電源装置の信頼性を高めようとするものである。

具体的には、緩衝体３０として、二次電池セル１毎に上下動可能なカバー部３１を設けている。カバー部３１は、各二次電池セル１の上面（端子面１Ｘ）に配置されると共に、隣接するカバー部３１同士の間を連結部３６で連結している。この連結部３６に可撓性を付与することにより、カバー部３１は独立して上下動可能となり、図１０に示すように二次電池セル１の上面高さに応じて移動できる。

さらにカバー部３１を押圧する押圧部１５ｄも、同様に二次電池セル１毎に押圧力を変化できるように、互いに分離している。すなわち、すべての二次電池セルの上面を同じ応力で押圧するのでなく、二次電池セル毎に分離したことで、二次電池セル１の上面高さに応じて個別に応力が印加され、この結果、応力の不均一化を抑制できる。

なお、図４に示す例では、複数のカバー部３１を連結部３６で連結した一連の緩衝体３０を構成し、図２に示すように電池積層体１０の上面の左右にそれぞれ一の緩衝体３０を配置する構成を説明した。この構成であれば、一連のカバー部３１をまとめて電池積層体１０に配置でき、組み立て時の作業性を向上できる利点が得られる。ただ本発明は、すべてのカバー部３１を連結する構成に限定せず、例えば一定数のカバー部を連結した緩衝体を複数個、直列に繋げるように並べた構成としてもよい。例えば２個や３個といった小単位でカバー部を連結した緩衝体を用意し、緩衝体を連結する数でもってカバー部の総数を増減可能とできる。この方法であれば、二次電池セルの積層数の異なる電池積層体に対しても、緩衝体を共通化できる利点が得られる。
（プレート部４０）

加えて、各カバー部３１に、板状のプレート部４０を設けることができる。図５、図６の例では、底面板３２にプレート部４０を配置している。プレート部４０は、十分な強度を有する材質、好ましくは金属板、例えばＳＵＳ製などとする。このようにプレート部４０を、全体を樹脂製とするのでなく、押圧部１５ｄの応力を直接受ける部位には金属板等の強度の高いプレート部４０を設けたことで、カバー部３１の圧縮による劣化やへたりを抑制できる。仮に樹脂製のカバー部で押圧部を直接当接させると、高い面圧によってクリープしてしまうことが懸念される。よって金属製のプレート部を用いることでこのようなクリープを効果的に回避できる。さらにプレート部の全体を金属板とせず、押圧部と当接される部位に配置して、この金属製のプレート部４０に押圧部１５ｄを当接させることで、高い応力に晒される部位の硬度を高めて緩衝体３０の劣化を抑制しつつ、面圧をカバー部３１の全体に分散させることができる。また金属板のような導電性のプレート部４０を、樹脂製のカバー部３１によって二次電池セル１などと絶縁する効果も得られる。

プレート部４０は、カバー部３１に貼付したり、あるいは埋設する等して固定する。例えばインサート成形により一体成形により形成される。なおインサート成型の場合、インサートするプレート部を一般には金型で挟むように構成するため、カバー部の底面板に穴が形成されることになる。金属製のプレート部の絶縁性を高めるためには、カバー部に穴を形成しないことが好ましい。このため、射出成形でインサート成形を行う際に、樹脂の射出圧によりプレート部を押さえつけることで、カバー部に穴を開口させずとも成型できるように構成している。

またプレート部４０は、図５、図６に示すように一以上の穴部を開口してもよい。穴部を利用することで、プレート部４０をカバー部３１に配置する際の位置決めを行い易くできる。
（放熱プレート５０）

電池積層体１０は、底面に放熱プレート５０を配置することができる。放熱プレート５０は、電池積層体１０の底面と熱結合状態に固定される。これにより、電池積層体１０をその底面から放熱させることができる。放熱プレート５０は、熱伝導性に優れた金属製とする。また放熱プレート５０と電池積層体１０の底面との間は、熱伝導ペーストを塗布したり、熱伝導シート５２を介在させて好ましい熱結合状態とする。熱伝導シート５２は、絶縁性を備えながら熱伝導性を維持する部材、例えばシリコーン樹脂等が利用できる。さらに放熱プレート５０に、放熱フィン等を設けてもよい。さらにまた、放熱プレート５０に冷却機能を付加してもよい。例えば放熱プレートの内部に、冷媒路を設け、冷媒路に冷却用の冷媒を循環して冷却させる。

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１００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１３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。なお、車両ＨＶは、図１３に示すように、電源装置１００を充電するための充電プラグ９８を備えてもよい。この充電プラグ９８を外部電源と接続することで、電源装置１００を充電できる。
（電気自動車用電源装置）

また、図１４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。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。また車両ＥＶは充電プラグ９８を備えており、この充電プラグ９８を外部電源と接続して電源装置１００を充電できる。
（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１５は、電源装置１００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、家庭内用又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並びに緩衝体は、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。

１００、２００…電源装置、１…二次電池セル、１Ｘ…端子面、１ａ…外装缶、１ｂ…封口板、２…電極端子、３…バスバー、１０…電池積層体、１５…締結部材；１５ａ…締結主面；１５ｂ…折曲部；１５ｃ…貫通孔；１５ｄ…押圧部、１６…絶縁スペーサ、１７…端面スペーサ、２０…エンドプレート、３０…緩衝体、３１…カバー部、３２…底面板、３３…壁部、３４…連結壁部、３５…折曲片、３６…連結部、４０…プレート部、５０…放熱プレート、５２…熱伝導シート、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、９８…充電プラグ、９００…蓄電装置、９０１…蓄電素子、９１５…バインドバー、９２０…エンドプレート、ＨＶ…車両、ＥＶ…車両。

Claims

複数の二次電池セルと、
前記複数の二次電池セルを積層した電池積層体の両側端面を覆う一対のエンドプレートと、
前記エンドプレート同士を締結する複数の締結部材と、
複数の二次電池セルのそれぞれの上面を押圧する複数の押圧部と、
前記押圧部と前記二次電池セルの上面との間に介在される緩衝体と、を備える電源装置であって、
前記緩衝体は、
複数の樹脂製のカバー部と、
前記複数のカバー部を連結する可撓性を有する連結部と、を備え、
前記複数のカバー部を、それぞれ各二次電池セルの上面に配置すると共に、各カバー部の上面に、前記複数の押圧部のそれぞれが当接するように構成されてなる電源装置。
請求項１に記載の電源装置であって、
隣接するカバー部同士の対向する壁部に、前記連結部をＵ字状に折曲させて設けてなる電源装置。
請求項１又は２に記載の電源装置であって、
前記緩衝体は、前記カバー部と連結部とを一体に形成してなる電源装置。
請求項１～３のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記緩衝体はさらに、
各カバー部に配置された板状の金属製のプレート部を備え、
前記複数のカバー部を、それぞれ各二次電池セルの上面に配置すると共に、各カバー部に設けられた前記プレート部の上面に、前記複数の押圧部のそれぞれが当接するように構成されてなる電源装置。
請求項４に記載の電源装置であって、
前記カバー部は、平面視コ字状に周囲を覆うように壁部を備えており、
前記壁部で囲まれたカバー部に前記プレート部を配置してなる電源装置。
請求項４又は５に記載の電源装置であって、
前記プレート部は、一以上の穴部を開口してなる電源装置。
請求項４～６のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記プレート部は、前記カバー部に一体成形されてなる電源装置。
請求項４～７のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記プレート部は、前記カバー部にインサート成形されてなる電源装置。
請求項１～８のいずれか一項に記載の電源装置であって、
前記押圧部は、前記二次電池セルの上面に当接する部位を湾曲させてなる電源装置。
請求項９に記載の電源装置であって、
前記押圧部は、前記締結部材と一体的に構成されてなる電源装置。
請求項１０に記載の電源装置であって、
前記締結部材は、
平板状の締結主面と、
前記締結主面の上端に、各二次電池セル毎に設けられた前記押圧部と、を備えてなる電源装置。
請求項１～１１のいずれか一項に記載の電源装置であって、さらに、
前記電池積層体の底面に配置される放熱プレートを備えてなる電源装置。
請求項１～１２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。
複数の二次電池セルを積層した電池積層体の上面を被覆して、各二次電池セルの上面を押圧する押圧部と該二次電池セルの上面との間に介在される緩衝体であって、
複数の樹脂製のカバー部と、
各カバー部に配置された板状の金属製のプレート部と、
前記複数のカバー部を連結する可撓性を有する連結部と、を備えてなる緩衝体。