JPWO2016136248A1

JPWO2016136248A1 - 電源装置及びこれを備える車両

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Publication number: JPWO2016136248A1
Application number: JP2017501939A
Authority: JP
Inventors: 服部　高幸; 高幸服部; 橋本　裕之; 裕之橋本; 一成平出
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2036-02-24
Also published as: JP6759184B2; CN107408646B; WO2016136248A1; CN107408646A; US20170358785A1

Abstract

内蔵されるヒューズ部の溶断時や再導通時に発生するスパークが外部に飛散するのを防止する。二次電池は、電極体（１５）と外装缶（１１）と封口板（１２）と電極端子（１３）と電流遮断機構（７）とを備える。電極端子（１３）は、第１の電極端子（１３Ａ）と第２の電極端子（１３Ｂ）とを備え、集電部材（１６）を介して電極体（１５）に電気接続されている。電流遮断機構（７）は、内圧が設定圧力よりも高くなると電池を短絡させる短絡部（２０）と、集電部材（１６）に設けられたヒューズ部（２１）とを備え、ヒューズ部（２１）を二次電池の上面（１Ａ）と側面（１Ｂ）の境界部である上端コーナー部（１Ｔ）に接近して配置している。締結部材（４）は、二次電池の上端コーナー部（１Ｔ）をカバーする保護カバー部（８）を備え、保護カバー部（８）は上面カバー部（８Ａ）と側面カバー部（８Ｂ）とを備える。

Description

本発明は、充放電できる複数の二次電池を積層してなる電源装置及び電源装置を備える車両に関する。

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、多数の充放電できる二次電池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は、大電流で充電する必要がある。このことから、車両用の電源装置の電池は、大電流で放電され、また充電される。電池を大きな電流で充放電して、安全性を向上するために、電池の内圧が異常に高くなると電流を遮断する機構、すなわち電流遮断機構（Current Interrupt Device）を内蔵する電池が開発されている。

このような電流遮断機構を内蔵する電池として、例えば、電池の内圧が設定圧力よりも高くなると、内蔵するヒューズ部を溶断して電流を遮断する機構を備える二次電池が提案されている（特許文献１参照）。この二次電池１０１は、図１４に示すように、電極体１１５と、電極体１１５に接続される集電板１１６と、電極体１１５を収納する外装缶１１１と、外装缶１１１を密封する封口板１１２と、封口板１１２に結合される縁部を有し導電性材料で形成される反転板１２２と、封口板１１２とは絶縁部材１２４で絶縁され異なる極性を有する接続プレート１２３とを備えている。集電板１１６には、過電流による熱で溶融されるヒューズ部１２１を設けている。反転板１２２は、正常時には外装缶１１１の内部領域に向かって膨らんでおり、電池内の圧力が設定圧力よりも高くなると反転する構造となっている。この二次電池１０１は、外装缶１１１の内圧が上昇すると、反転板１２２が反転して接続プレート１２３に接触し、二次電池１０１の内部で短絡する。このとき、電池の内部において、集電板１１６に設けられたヒューズ部１２１が、熱により溶融されて電池の電極端子と電極体１１５の電気的接続が切断される。

特開２０１２−１９５２７８号公報

二次電池に内蔵されるヒューズ部の溶断による電流の遮断は、ヒューズ部が完全に溶断されて切り離されることで、電流を確実に遮断できる。しかしながら、実際の二次電池においては、電池内部の狭くて限られたスペースでのヒューズ部の完全な溶断は難しく、溶断時にスパークが発生し、また、溶断された溶断部が接触することで再導通してスパークが発生することが考えられる。

とくに、車両用の電源装置では、ヒューズ部が溶断されると、電流が遮断されてモータでの走行ができなくなるが、ハイブリッドカー等においてはエンジンで走行することはできる。しかしながら、この状態でエンジンで走行すると、溶断された溶断部が二次電池内で接触して再導通によるスパークが発生することが考えられる。とくに、車両に搭載される二次電池は、車両の走行による振動を皆無にはできず、外部からの振動によって溶断部同士が接触することで、再導通によるスパークが発生しやすくなると考えられる。このようなことから、本発明者等は、ヒューズ部の溶断により電流を遮断する電流遮断機構を備える二次電池では、溶断時や再導通時におけるスパークの発生を皆無にできず、二次電池の外部へのスパークの飛散を防止する対策が必要であると考えた。

本発明は、従来技術における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、二次電池に内蔵されるヒューズ部の溶断時や再導通時において、溶断部でスパークが発生して外装缶が損傷を受けても、二次電池の外部にスパークが飛散するのを有効に防止できる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、本発明に係る電源装置によれば、複数の二次電池を積層した電池積層体と、電池積層体を締結する締結部材とを備えている。二次電池は、正極及び負極を含む電極体と、開口部を有し、電極体を収納する有底筒状の外装缶と、外装缶の開口部を閉塞する封口板と、封口板に配置された一対の電極端子と、二次電池の内圧が設定圧力よりも高くなると作動する電流遮断機構とを備えている。一対の電極端子は、封口板から絶縁された第１の電極端子と、封口板に電気接続された第２の電極端子とを備え、二次電池の内部において、集電部材を介して電極体に電気接続されている。電流遮断機構は、二次電池の内圧が設定圧力よりも高くなると第１の電極端子と封口板とを短絡させる短絡部と、集電部材に設けられたヒューズ部とを備えている。ヒューズ部は、二次電池の上面と側面の境界部である上端コーナー部に接近して配置されており、短絡部の短絡状態において、過電流で溶断される構成としている。締結部材は、電池積層体の両側に位置して二次電池の上端コーナー部をカバーする保護カバー部を備えている。保護カバー部は、上端コーナー部の上面をカバーする上面カバー部と上端コーナー部の側面をカバーする側面カバー部とを備えている。
なお、本明細書において二次電池の上下方向は、図において特定するものとする。また、二次電池の側面とは、幅広面である主面を互いに対向させて複数の二次電池を積層して電池積層体とする状態で、電池積層体の両側に配置される幅狭面を意味している。

なお、ヒューズ部が上端コーナー部から直線距離で２ｃｍ以内の領域に設けられている場合、特に本発明は効果的である。さらに、ヒューズ部が上端コーナー部から直線距離で１ｃｍ以内の領域に設けられている場合、本発明はより効果的である。また、集電部材は板状部を有し、この板状部に開口を設けることにより断面積が小さい部分を形成することにより、ヒューズ部とすることが好ましい。また、ヒューズ部が集電部材において封口板と電極体の間に配置される領域に設けられる場合、本発明はより効果的である。そして、ヒューズ部が形成される集電部材の板状部が封口体に対して平行に配置される場合、本発明はより効果的である。

上記構成の電源装置によると、電流遮断機構のヒューズ部を、二次電池の上端コーナー部に接近して配置すると共に、電池積層体を締結する締結部材が、二次電池の上端コーナー部をカバーする保護カバー部を備えているので、内蔵されるヒューズ部の溶断時や再導通時において、溶断部でスパークが発生して外装缶が損傷を受けても、二次電池の外部にスパークが飛散するのを有効に防止できる。とくに、保護カバー部は、上端コーナー部の上面をカバーする上面カバー部と側面をカバーする側面カバー部とを備えているので、二次電池の上端コーナー部を確実にカバーして、この部分からスパークが飛散するのを有効に防止できる。

本発明の電源装置は、締結部材を、所定の厚さの金属板を折曲加工してなるバインドバーとすることができる。上記構成により、金属板を折曲加工することで、締結部材を簡単に、しかも低コストに製造できる。

本発明の電源装置は、バインドバーの内面に絶縁部材を設けることができる。上記構成により、締結部材を金属板としながら、電池積層体と対向する部分を絶縁して安全に使用できる。

本発明の電源装置は、バインドバーが、電池積層体の側面の上部をカバーする上バインバーと、電池積層体の側面の下部をカバーする下バインドバーとを備えて、上バインドバーが保護カバー部を兼ねる構成とすることができる。上記構成により、電池積層体を４本のバインドバーを連結するので、バインドバーでもって電池積層体の四隅を理想的な状態で締結できる。

本発明の電源装置は、バインドバーが、電池積層体の側面に対向する本体部を備えて、本体部で電池積層体の側面全体を被覆することができる。上記構成により、電池積層体の側面に対向するバインドバーを幅広に形成して機械的強度を向上できると共に、電池積層体の側面全体を被覆することで、電池積層体の側面側へのスパークの飛散を確実に阻止できる。

本発明の電源装置は、バインドバーが、電池積層体の側面に対向する本体部を備えて、この本体部に開口窓を開口することができる。上記構成により、電池積層体の側面に対向するバインドバーを軽量にしながら、開口窓から二次電池の側面を表出させて効果的に放熱できる。

本発明の電源装置は、バインドバーが、電池積層体の底面の少なくとも一部をカバーする水平部を備えることができる。上記構成により、電池積層体の底面の少なくとも一部を水平部でカバーするので、互いに積層される複数の二次電池の底面の位置を位置決めしながら締結できると共に、上下方向の相対移動をさらに抑制して、耐振動強度をより向上できる。

本発明の車両は、上記のいずれかの電源装置を備えている。

上記構成の車両によると、複数の二次電池を備える電源装置を車両に搭載しながら、電池積層体を締結する締結部材には、二次電池の上端コーナー部をカバーする保護カバー部を設けることで、内蔵されるヒューズ部の溶断時や再導通時において、溶断部でスパークが発生して外装缶が損傷を受けても、二次電池の外部にスパークが飛散するのを有効に防止できる。とくに、締結部材の保護カバー部は、上端コーナー部をカバーする上面カバー部と側面カバー部とを備えているので、二次電池の上端コーナー部を確実にカバーして、この部分からスパークが飛散するのを有効に防止できる。

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に示す電源装置の組電池を示す斜視図である。図２に示す組電池の分解斜視図である。図２に示す組電池の垂直横断面図であって、二次電池の内部構造を示す図である。図４に示す二次電池の電流遮断機構の動作状態を示す断面図である。集電部材に形成されるヒューズ部を示す拡大斜視図である。ヒューズ部の他の一例を示す拡大斜視図である。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８の組電池の垂直横断面図である。本発明の実施形態３に係る組電池の垂直横断面図である。本発明の実施形態４に係る組電池の垂直横断面図である。締結部材の他の一例を示す斜視図である。締結部材の他の一例を示す斜視図である。従来の二次電池の電流遮断機構の一例を示す模式断面図である。

（実施形態１）
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の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個を外装ケース７０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と図３に示すように、複数の二次電池１と、複数の二次電池１同士を積層する面に介在させて、二次電池１間を絶縁するセパレータ２と、複数の二次電池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の側面ないし上面に配置され、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、接着剤を用いて二次電池１の底面を接着により固定する。

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１の底面を下ケース７１と熱結合することで、二次電池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の下面や内部に、冷媒を循環させる冷却パイプを設けてもよい。なお、セパレータ２に溝部を設け、この溝部に冷却気体を流し二次電池１を冷却するようにしてもよい。

（電池積層体５）
組電池１０は、複数の二次電池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１同士の間を絶縁するセパレータ２を、二次電池１同士の積層面に介在させて、複数の二次電池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。例えば二次電池の外装缶を樹脂等の絶縁材で成形し、あるいは二次電池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、二次電池の間に冷却風を強制送風して二次電池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１）
二次電池１は、図３に示すように、幅よりも厚さを小さくした外形の角形電池としている。二次電池１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放電可能な電池である。特に、二次電池１にリチウムイオン二次電池を使用すると、二次電池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。

二次電池１は、図４に示すように、正極及び負極を含む電極体１５と、一面に開口部を有して電極体１５を収納する有底筒状の外装缶１１と、この外装缶１１の開口部を閉塞する封口板１２と、封口板１２の両端部に配置された一対の電極端子１３とを備えている。電極体１５は、正極と負極とをセパレータを挟んで渦巻き状に巻回した後、所定の厚さにプレス加工された状態で外装缶１１の内部に挿入されている。外装缶１１は、底を閉塞して、対向する両面を幅広面とする角形の筒状で、図において上方を開口している。この形状の外装缶１１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。外装缶１１の開口部は、金属板をプレス加工した平板状の封口板１２により、レーザー溶接でもって閉塞されている。

封口板１２は、一対の電極端子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、ガス排出弁に隣接して外装缶１１に電解液を注入するための注液部１９を設けている。二次電池１は、電極体１５を外装缶１１に挿入し、外装缶１１の開口部を封口板１２で気密に密閉した後、注液部１９から電解液（図示せず）を注入して製作される。

一対の電極端子１３は、封口板１２から絶縁された第１の電極端子１３Ａと、封口板１２に電気接続された第２の電極端子１３Ｂとを備えている。一対の電極端子１３は、ガスケット１７を介して、封口板１２の定位置に固定されている。第１の電極端子１３Ａは、ガスケット１７を介して、封口板１２に絶縁状態で連結されている。第２の電極端子１３Ｂは、ガスケット１７を介して封口板１２に連結されると共に、封口板１２の上面側において、第２の電極端子１３Ｂに固定される金属製の固定部材１８を介して封口板１２に電気接続されている。封口板１２に固定された正負の電極端子１３は、二次電池１の内部において、集電部材１６を介して電極体１５に電気接続されている。この二次電池１は、封口板１２及び外装缶１１に接続された第２の電極端子１３Ｂを正極端子とし、第１の電極端子１３Ａを負極端子としている。

（電流遮断機構７）
二次電池１は、過充電等による熱暴走を回避するため、外装缶１１の内部の内圧の上昇に反応して電極体１５と第２の電極端子１３Ｂの電気的接続を遮断する電流遮断機構７を備えている。図に示す電流遮断機構７は、二次電池１の内圧が設定圧力よりも高くなると第１の電極端子１３Ａと封口板１２とを短絡させる短絡部２０と、第２の電極端子１３Ｂに接続された集電部材１６に設けられたヒューズ部２１とを備えている。この電流遮断機構７は、電池の内圧が設定圧力よりも高くなって短絡部２０が短絡する状態で、ヒューズ部２１に流れる過電流によってヒューズ部２１が溶断されることにより電極体１５と第２の電極端子１３Ｂの電気的接続が切断されて、電流を遮断する。

（短絡部２０）
短絡部２０は、過充電などにより二次電池１の内部圧力が設定圧力より高くなると、短絡を誘導してヒューズ部２１に大電流が流れるように機能する。図３の短絡部２０は、封口板１２に固定された導電性材料からなる反転板２２と、反転板２２に対向して封口板１２の上面側に配置された金属製の接続プレート２３とを備えている。

（反転板２２）
反転板２２は、図４に示すように、溶接などの方法により封口板１２に開口された短絡孔１２Ａに設けられている。この反転板２２は、外周縁部が封口板１２に電気的に接続されており、中央部が外装缶１１の内部に向かって突出する姿勢で湾曲されている。反転板２２は、二次電池１に過充電が発生して二次電池１の内部圧力が設定圧力より高くなると、図５に示すように反転されて上に膨らんで、すなわち、電極体１５から離れる方向に突出し、接続プレート２３に接触することで短絡を誘発させる。

なお、この例の短絡部２０では反転板２２を１枚としているが、反転板は複数枚を積層することもできる。複数の反転板を積層してなる備える短絡部は、各々の反転板の厚さや反転する設定圧力に差を設けることで、電池内の内圧の上昇に対してよりスムーズに反応させながら、一方の反転板が熱により溶融されても、他方の反転板で短絡を維持させてヒューズ部のヒューズ機能を作用させ続けることができる。

接続プレート２３は、絶縁部２４を介して封口板１２の上面に配置されており、封口板１２に対して絶縁状態で連結されている。この接続プレート２３は、第１の電極端子１３Ａと電気的に接続されている。具体的には、接続プレート２３の一部に開口された穴に、第１の電極端子１３Ａを挿通させると共に、接続プレート２３の上面側において第１の電極端子１３Ａに固定される固定部材１８を介して接続プレート２３と第１の電極端子１３Ａとを電気接続させている。

（ヒューズ部２１）
ヒューズ部２１は、短絡部２０の短絡状態において、電池内に流れる過電流によって生じる熱で溶融されて切断される部位であって、短絡時における電流の導通経路に設けられている。図３に示すヒューズ部２１は、第２の電極端子１３Ｂに接続された集電部材１６に設けている。集電部材１６に形成されるヒューズ部２１は、短絡部２０の短絡状態において、集電部材１６に流れる過電流で溶断される構成としている。

図３に示すヒューズ部２１は、集電部材１６に開口されたヒューズ孔２１Ａにより形成されており、具体的には、図６に示すように、集電部材１６における板状部１６Ａに開口されたヒューズ孔２１Ａの両側に形成される接続部２１Ｂにより構成されている。この接続部２１Ｂは、ヒューズ孔２１Ａの開口によって断面積が小さくなる部位であって、電気抵抗が局部的に大きくなることにより、二次電池１の短絡時に流れる大電流で生じる熱によって溶融されて電流を遮断するヒューズとして機能する。図６に示す集電部材１６は、板状部１６Ａに１個のヒューズ孔２１Ａを開口してその両側に接続部２１Ｂを形成している。ただ、集電部材１６は、図７に示すように、板状部１６Ａに複数（図７においては２個）のヒューズ孔２１Ａを開口して、その間と板状部１６Ａの両側部に接続部２１Ｂを形成することもできる。図６と図７においては、ヒューズ孔２１Ａの平面形状を楕円形状または円形状としているが、ヒューズ孔２１Ａは、長円形状、長方形状、多角形状、円弧状、スリット状等、その形状や配列を種々に変更することができる。さらに、ヒューズ部は、図示しないが、板状部の両側部に切欠部を設けて中央部に形成される幅の狭い部位を接続部とすることも、板状部の一方の側部に切欠部を設けて他方の残存する側部を接続部とすることも、板状部の側部に切欠部を設け、中央部にヒューズ孔を設けることで幅の狭い部位を設けて接続部とすることもできる。

以上のヒューズ部２１は、ヒューズ孔２１Ａや切欠部が形成された領域において、接続部２１Ｂが溶融されて切断されることにより、集電部材１６の板状部１６Ａを電気的に分離して電流を遮断する。このヒューズ部２１は、図３に示すように、外装缶１１に収納される電極体１５よりも上部領域であって、電極端子１３よりも外側の領域に配置される。すなわち、ヒューズ部２１は、二次電池１の上面と側面との境界部である上端コーナー部１Ｔに接近して配置される。

ヒューズ部２１は、集電部材１６における板状部１６Ａに開口を設けることにより形成されることが好ましい。また、封口板１２の厚みを集電部材１６の板状部１６Ａの厚みの２倍以上の厚みとすることが好ましい。

なお、図３に示す電流遮断機構７は、第２の電極端子１３Ｂに接続された集電部材１６にヒューズ部２１を設けている。この構造は、短絡部２０とヒューズ部２１とを離して配置することで、ヒューズ部２１の溶断時や再導通時に発生するスパークにより短絡部２０に悪影響を及ぼすのを低減できる特徴がある。ただ、ヒューズ部は、第１の電極端子に接続された集電部材に設けることもできる。

以上の電流遮断機構７は、二次電池１の内圧が設定圧力以上となると、図５に示すように、反転板２２が内圧で押し上げられるようにして変形して反転される。反転板２２が反転されて接続プレート２３に接触すると、反転板２２と接続プレート２３が導通されて短絡部２０が短絡する。短絡部２０が短絡すると、二次電池１を内部には、図５の太線の矢印で示す経路で大電流が流れる。この際に、導通経路に設けられたヒューズ部２１が大電流によるジュール熱で加熱溶融されて切り離され、電流を遮断する。これにより、二次電池１の内圧が異常に上昇した場合に、二次電池１に流れる電流を遮断して二次電池１の安全性を保証する。

以上の二次電池１は、図３に示すように、主面１Ｘとなる幅広面が互いに対向する姿勢で積層されると共に、上面１Ａ及び側面１Ｂが同一平面となるように積層されて電池積層体５となる。互いに積層されて電池積層体５を構成する複数の二次電池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。

二次電池１を直列に接続する組電池１０は、図２と図３の斜視図に示すように、隣接する二次電池１同士で正負の電極端子１３が近接するような姿勢で、言い換えると二次電池１を交互に左右反転させた姿勢で積層する。これによって電極端子１３同士を接続するバスバー６を小型化できる。なお、この構成では、二次電池１に内蔵されるヒューズ部２１の位置も隣接する二次電池１同士で異なる位置に配置されることになる。

（セパレータ２）
二次電池１は、金属製の外装缶１１で製作している。この二次電池１は、隣接する二次電池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は樹脂等の絶縁材で製作しており、互いに隣接する二次電池１同士の間に配置されて、隣接する二次電池１を絶縁している。

（エンドプレート３）
二次電池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２〜図５に示すに示すように、両端にエンドプレート３が積層された電池積層体５の側面ないし上面に配置されると共に、両端が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。図に示す締結部材４は、所定の厚さを有する金属板を折曲して所定の形状に加工してなるバインドバー４０としている。このようなバインドバー４０は、十分な強度を有する材質、例えば鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。このように、金属板を折曲したバインドバー４０を締結部材４とすることで、安価に構成できる。

バインドバー４０である締結部材４は、電池積層体５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３に固定されている。バインドバー４０は、電池積層体５の側面に沿って配置される本体部４１と、この本体部４１の両端に設けられて、エンドプレート３に固定される連結片４２とを備えている。図２〜図５に示すバインドバー４０Ａは、電池積層体５及びエンドプレート３の両側面の上部と下部に対向して配置されている。すなわち、４本のバインドバー４０Ａを介して一対のエンドプレート３を締結している。４本のバインドバー４０Ａは、電池積層体５の側面の上部に配置される２本の上バインドバー４０Ｘと、電池積層体５の側面の下部に配置される２本の下バインドバー４０Ｙとを備えている。

上バインドバー４０Ｘは、所定の幅を有する本体部４１の両端に連結片４２を設けると共に、本体部４１の上端には、電池積層体５の上面をカバーする水平部４３を設けて、その横断面形状をＬ字状としている。図４に示す上バインドバー４０Ｘは、本体部４１を上方に延長すると共に、この延長部を電池積層体５の上面側に折曲して、水平部４３を設けている。水平部４３は、二次電池１の上面に沿う水平な姿勢となるように、本体部４１に対して略垂直に折曲されている。この上バインドバー４０Ｘは、水平部４３を電池積層体５の上面を保持する保持部としている。下バインドバー４０Ｙは、図３に示すように、所定の幅を有する本体部４１の両端に連結片４２を設けている。

本体部４１の両端に設けた連結片４２は、エンドプレート３の外側面に面接触状態で接触するように、本体部４１に対して直角に折曲されている。バインドバー４０の両端は、図示しないが、止ネジ等の連結具を介してエンドプレート３に固定され、あるいは係止構造でエンドプレート３に固定され、あるいはまた、接着や溶着によりエンドプレート３に固定される。図２と図３に示すバインドバー４０は、両端部を折曲して連結片４２を設けており、この連結片４２を介してエンドプレート３の外側面に固定できる構造としている。ただ、バインドバーは、必ずしも両端部に連結片を設ける必要はない。連結片のないバインドバーは、例えば、両端部を貫通する止ネジ等の連結具をエンドプレートの側面にねじ込んで、あるいはエンドプレートを上下方向又は左右方向に貫通させて固定することができる。この構造は、組電池の全長を短くできる。

さらに、締結部材４は、二次電池１の上面１Ａと側面１Ｂの境界である上端コーナー部１Ｔをカバーする保護カバー部８を備えている。保護カバー部８は、二次電池１の上端コーナー部１Ｔであって、外装缶１１に内蔵されるヒューズ部２１に近接する隅部をカバーするように配置される。図に示す二次電池１は、封口板１２の端部に配置された第２の電極端子１３Ｂと電極体１５とを接続する集電部材１６にヒューズ部２１を設けているので、第２の電極端子１３Ｂが配置される側の端縁であって、封口板１２と外装缶１１との接続部分をカバーするように配置される。この例に示す締結部材４では、上バインドバー４０Ｘを保護カバー部８に兼用している。

図４の保護カバー部８は、上端コーナー部１Ｔの上面をカバーする上面カバー部８Ａと、上端コーナー部１Ｔの側面をカバーする側面カバー部８Ｂとを備えている。すなわち、図４に示す上バインドバー４０Ｘは、電池積層体５の側面の上部をカバーする本体部４１を保護カバー部８の側面カバー部８Ｂとし、電池積層体５の上面をカバーする水平部４３を保護カバー部８の上面カバー部８Ａとして機能させている

ところで、二次電池１の内部でスパークが発生する際に、最も破損されやすいのは、外装缶１１の開口部と封口板１２との接合部分の近傍である。したがって、保護カバー部８は、二次電池１の上端コーナー部１Ｔの近傍であって、少なくとも外装缶１１の開口部と封口板１２の端縁との溶着部２５を含む領域をカバーできる形状と大きさとしている。図に示す二次電池１は、外装缶１１の開口部において、開口縁の内側に封口板１２の外周縁を嵌合させる状態で境界部分を溶着している。したがって、この二次電池１は、外装缶１１と封口板１２との溶着部２５が二次電池１の上面に設けられる。図４に示す保護カバー部８は、上端コーナー部１Ｔの上面をカバーする上面カバー部８Ａで、外装缶１１の開口縁の内側に形成された溶着部２５をカバーしている。この上面カバー部８Ａは、好ましくは、電極端子１３に接近するが接触しない位置まで延長されて、上端コーナー部１Ｔの上面をカバーする。したがって、上面カバー部８Ａが上端コーナー部１Ｔの上面をカバーする、二次電池１の幅方向の長さ（Ｓ）は、外装缶１１の厚さよりも大きく、２ｍｍ以上、好ましくは５ｍｍ以上とする。また、側面カバー部８Ｂが上端コーナー部１Ｔの側面をカバーする垂直方向の長さ（Ｈ）は、１ｃｍ以上、好ましくは３ｃｍ以上とする

ただ、二次電池は、必ずしも上面側に溶着部が形成されるとは限らない。図示しないが、外装缶の開口部において、開口縁に封口板の外周縁部を当接させる状態で境界部分を溶着することもできる。この二次電池は、外装缶と封口板との溶着部が封口板の外周縁に沿って二次電池の外周面（側面及び主面）に設けられる。この構造の二次電池は、上端コーナー部の側面をカバーする側面カバー部で、外装缶の開口縁の外側に形成されたれた溶着部をカバーする。

なお、前述のように、複数の二次電池１を直列に接続する組電池１０においては、隣接する正負の電極端子１３をバスバー６で最短距離で連結するために、隣接する二次電池１を交互に左右反転させた姿勢で積層している。このため、二次電池１に内蔵されるヒューズ部２１の位置も隣接する二次電池１同士で交互に異なる状態となる。したがって、この組電池１０では、図２〜図４に示すように、電池積層体５の両側に位置して二次電池１の上端コーナー部１Ｔをカバーする保護カバー部８を配置する。これにより、いずれの二次電池１についても、ヒューズ部２１に近接する上端コーナー部１Ｔが保護カバー部８で覆われる状態となり、電池内でスパークが発生する状態となっても、電池の外部にスパークが飛散するのを保護カバー部８で抑制して、安全性を向上できる。

（絶縁部材４５）
さらに、図４に示す組電池１０は、バインドバー４０の内面に、絶縁部材４５を設けている。この絶縁部材４５は、金属製のバインドバー４０と二次電池１の外装缶１１とを絶縁するためのもので、絶縁シートや絶縁プレート、絶縁塗料等が使用できる。とくに、保護カバー部８の内面に配置される絶縁部材４５については、好ましくは耐熱性や難燃性の樹脂からなるシート材やプレート材を使用することでスパークによる破損や弊害を低減できる。絶縁部材４５は、好ましくはバインドバー４０の内面の全面に設けて、電池積層体５との対向面を絶縁する。図に示す組電池１０は、上バインドバー４０Ｘの内面と下バインドバー４０Ｙの内面にそれぞれ絶縁部材４５を設けている。なお、二次電池１間に配置されるセパレータ２の一部が絶縁部材４５を兼ねるようにすることもできる。また、前述のように、外装缶及び封口板の表面が熱収縮チューブや絶縁シート、絶縁塗料等で被覆されて絶縁されてなる二次電池においては、バインドバーの内面に設ける絶縁部材を省略することもできる。

以上の例では、締結部材４を４本のバインドバー４０Ａで構成し、上バインドバー４０Ｘで電池積層体５の側面の上部を、下バインドバー４０Ｙで電池積層体５の下部を締結する構造とした。この構造は、図示しないが、二次電池の間に冷却風を強制送風して二次電池を冷却する空冷式の電源装置においては、上バインドバーと下バインドバーの間の隙間を通風部としてここ冷却風を通過させて送風することができる。ただ、本発明は、電池積層体５の両側に配置される締結部材４を、１枚のバインドバー４０Ｂで構成することもできる。

（実施形態２）
図８と図９に示す組電池１０は、バインドバー４０Ｂが、電池積層体５の側面に対向する本体部４１を備えており、本体部４１で電池積層体５の側面全体を被覆する構造としている。図のバインドバー４０Ｂは、電池積層体５の側面全体を被覆可能な幅を有する本体部４１の両端に連結片４２を設けると共に、本体部４１の上端には、電池積層体５の上面をカバーする水平部４３を設けて、その横断面形状をＬ字状としている。このバインドバー４０Ｂも、二次電池１の上端コーナー部１Ｔをカバーする保護カバー部８に兼用している。すなわち、電池積層体５の側面の上部をカバーする本体部４１を保護カバー部８の側面カバー部８Ｂとし、電池積層体５の上面をカバーする水平部４３を保護カバー部８の上面カバー部８Ａとして機能させている。さらに、バインドバー４０Ｂは、内面の全面に絶縁部材４５を設けて、電池積層体５の側面全体と上面の両端部を被覆している。この構造のバインドバー４０Ｂは、電池積層体５の側面に対向する本体部４１を幅広に形成して機械的強度を向上できると共に、電池積層体５の側面全体を被覆することで、電池積層体５の側面側へのスパークの飛散を確実に阻止できる。

さらに、締結部材４は、電池積層体５の底面の少なくとも一部をカバーする構造とすることもできる。締結部材４は、例えば、バインドバー４０の下端に水平部４３を設けて電池積層体５の底面側の隅部をカバーすることができる。

（実施形態３）
図１０に示すバインドバー４０Ｃは、電池積層体５の上面側の隅部に配置される２本の上バインドバー４０Ｘと、電池積層体５の下面側の隅部に配置される２本の下バインドバー４０Ｙとを備えている。上バインドバー４０Ｘは、前述の上バインドバー４０Ｘと同様に、所定の幅を有する本体部４１の両端に連結片４２を設けると共に、本体部４１の上端には、電池積層体５の上面をカバーする水平部４３を設けて、その横断面形状をＬ字状としている。この上バインドバー４０Ｘは、保護カバー部８に兼用している。また、下バインドバー４０Ｚは、所定の幅を有する本体部４１の両端に連結片４２を設けると共に、本体部４１の下端には、電池積層体５の底面をカバーする水平部４３を設けて、その横断面形状をＬ字状としている。この水平部４３は、二次電池１の底面１Ｃに沿う水平な姿勢となるように、本体部４１に対して略垂直に折曲されている。電池積層体５の四隅部に配置される４本のバインドバー４Ｃは、本体部４１が電池積層体５の両側にあって、二次電池１の水平方向の移動を阻止すると共に、水平部４３が電池積層体５の上下にあって、二次電池１の上下方向の移動を阻止している。

（実施形態４）
図１１に示すバインドバー４０Ｄは、電池積層体５の側面全体を被覆する本体部４１の上端と下端に、電池積層体５の上面と下面をカバーする水平部４３をそれぞれ設けて、その横断面形状をコ字状としている。このバインドバー４０Ｄは、本体部４１とその上端に設けた水平部４３とで二次電池１の上端コーナー部１Ｔをカバーする保護カバー部８を構成している。すなわち、電池積層体５の側面をカバーする本体部４１を保護カバー部８の側面カバー部８Ｂとし、電池積層体５の上面をカバーする水平部４３を保護カバー部８の上面カバー部８Ａとして機能させている。この構造のバインドバー４０Ｄは、電池積層体５の側面に対向する本体部４１を幅広に形成して機械的強度を向上できると共に、電池積層体５の側面全体を被覆することで、電池積層体５の側面側へのスパークの飛散を確実に阻止できる。また、電池積層体５の両側面に配置される断面視コ字状のバインドバー４０Ｄは、本体部４１が電池積層体５の両側にあって、二次電池１の水平方向の移動を阻止すると共に、水平部４３が電池積層体５の上下にあって、二次電池１の上下方向の移動を阻止している。

（実施形態５、６）
さらに、締結部材４は、電池積層体５の側面をカバーする本体部４１に開口窓を設けることもできる。図１２と図１３に示すバインドバー４０Ｅ、４０Ｆは、電池積層体５の側面をカバーする本体部４１の中央部に開口窓４４を設けている。図に示す開口窓４４は、電池積層体５の側面の上部と下部を除く中間部に対向して開口されている。

図１０のバインドバー４０Ｅは、中央部に開口窓４４を有する本体部４１の両端に連結片４２を設けると共に、本体部４１の上端には、電池積層体の上面をカバーする水平部４３を設けている。このバインドバー４０Ｅは、本体部４１を枠形状とすると共に、本体部４１の上部と水平部４３とを、二次電池１の上端コーナー部１Ｔをカバーする保護カバー部８として機能させている。

また、図１１のバインドバー４０Ｆは、中央部に開口窓４４を有する本体部４１の両端に連結片４２を設けると共に、本体部４１の上端と下端には、電池積層体の上面と下端をカバーする水平部４３をそれぞれ設けている。このバインドバー４０Ｆも、本体部４１を枠形状とすると共に、本体部４１の上部と上端の水平部４３とを、二次電池１の上端コーナー部１Ｔをカバーする保護カバー部８として機能させている。

これらのバインドバー４０Ｅ、４０Ｆは、開口窓４４を設けることで、バインドバー４０Ｅ、４０Ｆを軽量化しながら低コストにしている。さらに、電池積層体の側面を開口窓４４から表出させることで、二次電池を効率よく放熱できるようにしている。とくに、図示しないが、二次電池の間に冷却風を強制送風して二次電池を冷却する空冷式の電源装置においては、バインドバーに設けた開口窓を通風部としてこの開口窓に冷却風を通過させて送風することができる。

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など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。

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。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。

１００…電源装置
１…二次電池
１Ａ…上面
１Ｂ…側面
１Ｃ…底面
１Ｘ…主面
１Ｔ…上端コーナー部
２…セパレータ
３…エンドプレート
４…締結部材
５…電池積層体
６…バスバー
７…電流遮断機構
８…保護カバー部
８Ａ…上面カバー部
８Ｂ…側面カバー部
１０…組電池
１１…外装缶
１２…封口板
１２Ａ…短絡孔
１３…電極端子
１３Ａ…第１の電極端子
１３Ｂ…第２の電極端子
１４…ガス排出弁
１５…電極体
１６…集電部材
１６Ａ…板状部
１７…ガスケット
１８…固定部材
１９…注液部
２０…短絡部
２１…ヒューズ部
２１Ａ…ヒューズ孔
２１Ｂ…接続部
２２…反転板
２３…接続プレート
２４…絶縁部
２５…溶着部
４５…絶縁部材
４０、４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｄ、４０Ｅ、４０Ｆ…バインドバー
４０Ｘ…上バインドバー
４０Ｙ、４０Ｚ…下バインドバー
４１…本体部
４２…連結片
４３…水平部
４４…開口窓
４５…絶縁部材
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
１０１…二次電池
１１１…外装缶
１１２…封口板
１１５…電極体
１１６…集電板
１２１…ヒューズ部
１２２…反転板
１２３…接続プレート
１２４…絶縁部材

Claims

複数の二次電池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、
前記二次電池は、
正極及び負極を含む電極体と、
開口部を有し、前記電極体を収納する有底筒状の外装缶と、
前記外装缶の開口部を閉塞する封口板と、
前記封口板に配置された一対の電極端子と、
電流遮断機構と
を備えており、
前記一対の電極端子は、前記封口板から絶縁された第１の電極端子と、前記封口板に電気接続された第２の電極端子とを備え、該二次電池の内部において、集電部材を介して前記電極体に電気接続されており、
前記電流遮断機構は、該二次電池の内圧が設定圧力よりも大きくなると前記第１の電極端子と前記封口板とを短絡させる短絡部と、前記集電部材に設けられたヒューズ部とを備えており、
前記ヒューズ部は、前記二次電池の上面と側面との境界部である上端コーナー部に接近して配置されると共に、前記短絡部の短絡状態において、過電流で溶断される構成としており、
前記締結部材は、前記電池積層体の両側に位置して前記二次電池の前記上端コーナー部をカバーする保護カバー部を備えており、
前記保護カバー部は、前記上端コーナー部の上面をカバーする上面カバー部と前記上端コーナー部の側面をカバーする側面カバー部とを備える電源装置。
請求項１に記載の電源装置であって、
前記締結部材が、所定の厚さの金属板を折曲加工してなるバインドバーである電源装置。
請求項２に記載の電源装置であって、
前記バインドバーの内面に、絶縁部材が設けられた電源装置。
請求項２または３に記載の電源装置であって、
前記バインドバーが、前記電池積層体の側面の上部をカバーする上バインバーと、前記電池積層体の側面の下部をカバーする下バインドバーとを備えており、
前記上バインドバーが前記保護カバー部を兼ねる電源装置。
請求項２または３に記載の電源装置であって、
前記バインドバーが、前記電池積層体の側面に対向する本体部を備えており、前記本体部で前記電池積層体の側面全体を被覆する電源装置。
請求項２または３に記載の電源装置であって、
前記バインドバーが、前記電池積層体の側面に対向する本体部を備えており、前記本体部が開口窓を有する電源装置。
請求項２から６のいずれか一に記載の電源装置であって、
前記バインドバーが、前記電池積層体の底面の少なくとも一部をカバーする水平部を備える電源装置。
請求項１から７のいずれか一に記載の電源装置を備える車両。