JPWO2020013120A1 - バッテリシステムとバッテリシステムを備える電動車両及び蓄電装置 - Google Patents

バッテリシステムとバッテリシステムを備える電動車両及び蓄電装置 Download PDF

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Abstract

簡単な構造で熱暴走の誘発を防止するために、バッテリシステムは、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）の電池セル（１）に熱結合している冷却プレート（３）とを備えている。電池積層体（２）の隣接する電池セル（１）の間には断熱材（６）が配置されて、この断熱材（６）でもって隣接する電池セル（１）間を断熱している。さらに、冷却プレート（３）は電池セル（１）を冷却すると共に、電池セル（１）の熱暴走エネルギーを吸収する熱容量の吸熱材に併用されて、熱暴走の誘発を防止する。

Description

本発明は、複数の電池セルを積層しているバッテリシステムとバッテリシステムを備える電動車両及び蓄電装置に関する。
複数の電池セルを積層してなるバッテリシステムが種々の用途に使用されている。このバッテリシステムは、内部ショートや過充電等、種々の原因で電池セルが熱暴走することがある。電池セルが熱暴走すると、電池の温度は急激に上昇して数百度以上となる。とくに、多数の電池セルを積層しているバッテリシステムは、熱暴走した電池セルがトリガーセルとなって隣の電池セルに熱暴走が誘発されると極めて大きな熱エネルギーが発生してさらに危険な状態となる。このような弊害を防止するために、熱暴走の誘発を保護する構造のバッテリシステムが開発されている。（特許文献１参照）
特表２０１７−５２４２４０号公報
特許文献１に記載されるバッテリシステムは、熱暴走したリチウムイオン電池の熱エネルギーを吸収する吸熱材料を設けている。吸熱材料は、無水炭酸塩、硫酸塩およびリン酸塩等である。吸熱材料は、所定の温度を超えると分解して炭酸ナトリウム、二酸化炭素および水を発生する炭酸水素ナトリウム等である。このバッテリシステムは、トリガーセルの熱エネルギーを吸熱材料に吸収させるが、近年の電池セルは充放電容量を増加することから、熱暴走した電池セルの発生エネルギーが極めて大きく、熱暴走の誘発を防止するには、吸熱材料に多量の熱エネルギーを吸収させる必要がある。多量の熱エネルギーを吸収する吸熱材料は、重くて大きくなるが、バッテリシステムは軽量化と小型化が要求されることから、多量の吸熱材料を設けることは現実的でなく、吸熱材料による熱暴走の誘発阻止は極めて難しい。
本発明は以上の欠点を解消することを目的として開発されたもので、本発明の目的の一つは、簡単な構造で熱暴走の誘発を防止できる技術を提供することにある。
本発明のバッテリシステムは、複数の電池セルを積層してなる電池積層体と、電池積層体の電池セルに熱結合している冷却プレートとを備え、電池積層体の隣接する電池セルの間には断熱材が配置され、この断熱材でもって隣接する電池セル間を断熱しており、さらに、冷却プレートは電池セルを冷却すると共に、電池セルの熱暴走エネルギーを吸収する熱容量の吸熱材に併用されて、熱暴走の誘発を防止する。
さらに、以上の態様の構成要素を備えたバッテリシステムを備える電動車両は、前記バッテリシステムと、該バッテリシステムから電力供給される走行用のモータと、該バッテリシステム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バッテリシステムを備える蓄電装置は、前記バッテリシステムと、該バッテリシステム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角形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。
本発明のバッテリシステムは、簡単な構造で熱暴走の誘発を防止できる特徴がある。それは、本発明のバッテリシステムが、電池セル間に断熱材を配置して、この断熱材で熱暴走したトリガーセルの熱エネルギーが隣の電池セルに伝導するのを遮断し、さらに、電池セルを設定温度に保持するために冷却する冷却プレートを、熱暴走したトリガーセルの熱エネルギーの吸熱材に併用して、熱エネルギーを吸熱するからである。すなわち、熱暴走したトリガーセルの熱エネルギーは、断熱材によって隣の電池セルへの伝導が減少されることに加えて、熱暴走の誘発を阻止するために、従来のように吸熱材料などの専用の部材を設けることなく、冷却プレートを吸熱材に併用して熱エネルギーを吸熱する独特の構造によって、バッテリシステムを小型、軽量化しながら熱暴走の誘発を防止できる特徴がある。
本発明の実施形態１にかかるバッテリシステムの概略断面図である。 図１に示すバッテリシステムの分解斜視図である。 本発明の実施形態２にかかるバッテリシステムの概略断面図である。 本発明の実施形態３にかかるバッテリシステムの概略断面図である。 本発明の実施形態４にかかるバッテリシステムの概略断面図である。 エンジンとモータで走行するハイブリッドカーにバッテリシステム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バッテリシステムを搭載する例を示すブロック図である。 蓄電装置にバッテリシステムを使用する例を示すブロック図である。
本発明のある態様のバッテリシステムは、複数の電池セルを積層している電池積層体に、各々の電池セルを冷却して設定された温度にコントロールする冷却プレートを熱結合している。電池積層体は、熱暴走したトリガーセルから隣の電池セルに伝導される熱エネルギーを断熱するために、隣接する電池セルの間に断熱材を配置している。ここで、断熱材が、熱暴走したトリガーセルの熱エネルギーを完全に遮断できると、熱暴走の誘発を防止できる。しかしながら、熱暴走したトリガーセルの発熱量は相当に大きいので、断熱材のみによる熱エネルギーの断熱は極めて難しい。仮に断熱材のみで熱暴走の誘発を阻止するとすれば、このことを実現する断熱材は極めて厚くなる。厚い断熱材を電池セルに積層した電池積層体は、複数の電池セルの全ての間に断熱材を挟むので、全体が極めて大きくなって実用化できない。
本発明のある態様のバッテリシステムは、断熱材のみで熱暴走の誘発を阻止するのではない。バッテリシステムは、電池セルを設定温度に冷却する冷却プレートを、トリガーセルの熱暴走エネルギーを吸熱する熱容量の吸熱材に併用して熱暴走の誘発を防止する。冷却プレートは、冷却機構で外部から強制的に冷却されて、電池セルを設定温度に冷却する目的で設けられる。したがって、冷却プレートの冷却機構は、短時間に発生する大きな熱暴走エネルギーを速やかに放熱できない。本発明のバッテリシステムは、熱暴走エネルギーを吸熱することでそれ自体が温度上昇して吸熱する熱エネルギーを利用して、熱暴走の誘発を防止する。すなわち、本発明のバッテリシステムは、冷却プレートを吸熱材に併用して、熱暴走の誘発を防止する。冷却プレートは、電池セルから伝導される熱エネルギーで温度上昇して、外部に放熱する熱エネルギーで温度が低下し、伝導される熱エネルギーと放熱する熱エネルギーとの差で温度が変化する。すなわち、電池セルの熱エネルギーは、冷却プレートに伝導されて冷却プレートの温度を上昇させた後、外部に放熱される。吸熱して温度上昇する冷却プレートは、トリガーセルの熱エネルギーを速やかに吸収して温度上昇する。冷却プレートは、吸熱して温度が上昇するのに比例して吸熱する熱エネルギーが大きくなる。熱暴走したトリガーセルの温度は極めて高くなるので、冷却プレートの温度を上昇させて多量の熱エネルギーを冷却プレートに伝導する。言い換えると、トリガーセルの熱エネルギーが速やかに冷却プレートに伝導される。冷却プレートが速やかにトリガーセルの熱暴走エネルギーを吸熱することで、熱暴走の誘発は防止される。トリガーセルの温度が冷却プレートで低下されるからである。
また、バッテリシステムは、好ましくは、断熱材の熱抵抗と冷却プレートの熱容量を、熱暴走の誘発を防止できる設定値とする。このバッテリシステムは、熱暴走したトリガーセルから隣接する電池セルに熱伝導する熱エネルギーを断熱材の熱抵抗でコントロールし、トリガーセルの温度上昇を冷却プレートの熱容量でコントロールして熱暴走の誘発を防止することができる。
さらに、バッテリシステムは、冷却プレートに熱結合して冷却プレートの熱容量を増加する外部吸熱部を設けてもよい。この外部吸熱部は、たとえば冷却プレートを固定する固定金具で実現でき、また、車両用のバッテリシステムにあっては、固定金具を介して連結している車両のシャーシーなどで実現できる。このバッテリシステムは、実質的に冷却プレートの熱容量を増加して熱暴走の誘発をより効果的に防止でき、また、冷却プレートの熱容量を小さくして熱暴走の誘発を防止できる特徴がある。
さらに、バッテリシステムは、電池積層体に、断熱材に積層して電池セルに熱結合する吸熱プレートを設けて、この吸熱プレートを冷却プレートに熱結合する構造としてもよい。このバッテリシステムは、熱暴走したトリガーセルの熱エネルギーを広い面積で熱結合できる吸熱プレートを介して効果的に冷却プレートに熱伝導して、熱暴走の誘発をより効果的に防止できる特徴がある。
さらに、冷却プレートは、隣接する電池セルの熱結合部の間に断熱部を設けてもよい。この断熱部は、冷却プレートに設けたスリットとしてもよい。このバッテリシステムは、熱暴走したトリガーセルの熱エネルギーが、冷却プレートを介して隣の電池セルに伝導されるのを断熱部で減少して熱暴走の誘発をより効果的に防止できる。
さらにまた、バッテリシステムは、冷却プレートと電池積層体との間に、熱拡散シートを積層してもよい。このバッテリシステムは、熱拡散シートでもって熱暴走したトリガーセルの熱エネルギーをより効果的に冷却プレートに伝導して、熱暴走の誘発を防止できる。
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明する。なお、以下の説明では、必要に応じて特定の方向や位置を示す用語（例えば、「上」、「下」、及びそれらの用語を含む別の用語）を用いるが、それらの用語の使用は図面を参照した発明の理解を容易にするためであって、それらの用語の意味によって本発明の技術的範囲が制限されるものではない。また、複数の図面に表れる同一符号の部分は同一もしくは同等の部分又は部材を示す。
さらに以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体例を示するものであって、本発明を以下に限定するものではない。また、以下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、特定的な記載がない限り、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、例示することを意図したものである。また、一の実施の形態、実施例において説明する内容は、他の実施の形態、実施例にも適用可能である。また、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。
本発明のバッテリシステムは、主としてハイブリッドカーや電気自動車等の車両に搭載され、あるいは停電時に大型サーバーに電力を供給する蓄電装置に使用される。このバッテリシステムは、充放電の電流が大きく、また種々の外的条件で使用されるので、何れかの電池セルが熱暴走すると急激に異常な温度まで加熱されるおそれがあり、この熱暴走の誘発を有効に防止するために独特の構造としている。以下、このことを実現するバッテリシステムの具体例を図１ないし図５に基づいて記載する。
図１の概略断面図と図２の分解斜視図に示すバッテリシステム１００は、複数の電池セル１を積層している電池積層体２の底面に冷却プレート３を配置している。冷却プレート３は各々の電池セル１を冷却して設定温度に保持する。図のバッテリシステム１００は、電池積層体２の両端面にエンドプレート４を配置している。一対のエンドプレート４はバインドバー５で連結されて、複数の電池セル１を加圧状態に保持している。
（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、幅の広い両側の主面を四角形とする角形電池で、主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と、この外装缶の開口部を気密に閉塞している封口板とを備えている。封口板は平面状の金属板で、その外形を外装缶の開口部の形状としている。この封口板はレーザー溶接して外装缶の外周縁に固定されて外装缶の開口部を気密に閉塞している。外装缶に固定される封口板は、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。
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。バッテリシステムは、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。バッテリシステムは、隣接する電池セル１を互いに直列に接続して、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に示す電池積層体２は、複数の電池セル１を厚さ方向に積層している。図１と図２に示す電池積層体２は、複数の電池セル１を、排出弁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、排出弁を設けている封口板を上面とする姿勢で、複数の電池セル１を積層している。
（冷却プレート３）
冷却プレート３は、熱伝導特性に優れたアルミニウムやアルミニウム合金などの金属板３１で製作される。冷却プレート３は熱暴走エネルギーを吸熱する吸熱材に併用されて、熱暴走の誘発を防止するので、熱容量を大きくして吸熱する熱暴走エネルギーを大きくできる。冷却プレート３の熱容量は、温度を１℃高くする熱量で、冷却プレート３の質量と比熱の積に比例して大きくなる。熱容量の大きい冷却プレート３は、熱暴走エネルギーの吸熱エネルギーを大きくして温度上昇を少なくでき、トリガーセル１Ｔの熱暴走エネルギーを効率よく吸熱する。
図１及び図２の冷却プレート３は内部に冷却液の循環路３２を設けている。この冷却プレート３は、循環路３２の冷却液で吸熱する熱エネルギーを大きくできる。冷却液が沸騰する気化熱で熱エネルギーを吸熱するからである。この冷却プレート３は、循環路３２に循環される冷却液で電池セル１を冷却し、冷却液を沸騰させてトリガーセル１Ｔの熱暴走エネルギーを吸熱する。冷却プレート３は、循環路３２に冷却機構３０を連結している。冷却機構３０は冷却液を冷却して冷却プレート３の循環路３２に循環して、冷却プレート３を介して電池セル１を冷却する。
図２のバッテリシステム１００は、電池積層体２の底面に熱結合状態に冷却プレート３を配置している。ただ、冷却プレート３は、電池積層体２の側面に配置することもできる。図のバッテリシステム１００は、冷却プレート３の外形を、電池積層体２の底面形状に等しく、あるいはこれよりも僅かに小さく、あるいは僅かに大きい長方形の金属板３１として、全ての電池セル１を冷却する構造としている。冷却プレート３は、金属板３１の内部に銅等の金属パイプを挿入して循環路３２を設け、あるいは内部に空洞を設けて循環路３２を設けている。
（エンドプレート４）
エンドプレート４は、電池積層体２の両端面に配置しており、バインドバー５に連結されて複数の電池セル１を積層方向に保持する。エンドプレート４は、バインドバー５に固定されて、電池積層体２の各電池セル１を固定する。エンドプレート４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５を固定して、電池積層体２を振動・衝撃時もセルの移動を抑制する強度をもつ四角形の板材である。このエンドプレート４は、全体をアルミニウムやアルミニウム合金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することもできる。
（バインドバー５）
バインドバー５は、エンドプレート４に連結されて、電池積層体２の電池セル１を加圧状態に保持すると共に、冷却プレート３に連結されて、冷却プレート３を電池積層体２の表面に密着状態に固定している。図１と図２のバインドバー５は、両端部を内側に折曲して固定片５ａを設けて、この固定片５ａを固定ネジ１５を介してエンドプレート４の表面に固定している。ただ、バインドバー５をエンドプレート４に固定する構造を特定するものではなく、バインドバー５の両端部をエンドプレート４に強固に固定できる他の全ての固定構造とすることができる。さらに、図に示すバインドバー５は、上端に、内側に折曲された上側折曲片５ｃを設けている。この上側折曲片５ｃは、電池積層体２の両側の上面に配置されて、積層された複数の電池セル１の上面である端子面を同一平面上に配置している。
さらに、バインドバー５は、下縁を内側に折曲して、冷却プレート３の表面に固定される折り曲げ部５ｂを設けている。冷却プレート３は、折り曲げ部５ｂの内側、図において上面に配置されて、各々の電池セル１の底面に熱結合している。この図に示すように、バインドバー５の折り曲げ部５ｂを冷却プレート３の下面に固定して、冷却プレート３をバッテリシステム１００の内側に配置する構造は、冷却プレート３を電池積層体２の底面に密着して好ましい熱結合状態に固定できる。電池積層体２の積層方向に伸びるバインドバー５は、折り曲げ部５ｂを貫通する複数のボルト１６を介して、細長い折り曲げ部５ｂを冷却プレート３に固定して、冷却プレート３を好ましい状態で電池セル１の底面に熱結合状態に配置できる。
バインドバー５は鉄又は鉄合金の板材で、充分な引張強度とするために厚い、たとえば１ｍｍ以上の金属板が使用される。金属板のバインドバー５は、厚く、幅広く、長くして、すなわち重量が増加して吸熱する熱容量が大きくなる。バインドバー５は冷却プレート３に固定して熱結合されるので、冷却プレート３から熱伝導される。したがって、バインドバー５は冷却プレート３と一体構造となって冷却プレート３の実質的な熱容量を大きくする。
さらに、図１及び図２のバッテリシステム１００は、トリガーセル１Ｔから隣の電池セル１への熱伝導エネルギーを制限するために、隣接する電池セル１の間に断熱材６を挟着している。このバッテリシステム１００は、断熱材６で隣接する電池セル１間を断熱すると共に、トリガーセル１Ｔの熱暴走エネルギーを冷却プレート３に伝導することで、熱暴走の誘発を防止する。バッテリシステム１００は、隣接する電池セル１間を断熱材６で断熱し、トリガーセル１Ｔの熱暴走エネルギーを冷却プレート３に吸熱させて熱暴走の誘発を防止するので、断熱材６の熱抵抗と、冷却プレート３の熱容量を、熱暴走の誘発を防止できる設定値としている。
さらに、バッテリシステムは、冷却プレート３の実質的な熱容量を大きくするために、外部吸熱部を熱結合することができる。外部吸熱部は、バインドバー５やエンドプレート４に熱結合状態に固定している固定片（図示せず）や、この固定片を介してバッテリシステムを固定している車両のシャーシー等で実現できる。
さらに、図３のバッテリシステム２００は、トリガーセル１Ｔの熱暴走エネルギーを効率よく冷却プレート３に伝導する吸熱プレート７を電池セル１の間に配置している。吸熱プレート７は、断熱材６に積層して電池セル１の間に配置されて、図において下縁を冷却プレート３に固定して熱結合状態に連結している。この電池積層体２は、吸熱プレート７と断熱材６とを２層構造に積層して、吸熱プレート７を一方の電池セル１の表面に密着して熱結合し、断熱材６を隣の電池セル１の表面に密着して熱伝導を遮断している。このバッテリシステムは、吸熱プレート７を広い面積で電池セル１に熱結合できるので、電池セル１の熱エネルギーを効率よく冷却プレート３に伝導できる。したがって、熱暴走したトリガーセル１Ｔの温度上昇を低下して、熱暴走の誘発をより効果的に防止できる。
さらに、図４のバッテリシステム３００は、冷却プレート３が、隣接する電池セル１の熱結合部１０の間に断熱部８を設けている。断熱部８は、熱暴走したトリガーセル１Ｔから隣の電池セル１に熱伝導される熱暴走エネルギーを制限する。冷却プレート３が、トリガーセル１Ｔから隣の電池セル１に効率よく熱伝導すると、隣の電池セル１が熱暴走しやすくなるからである。図の冷却プレート３は、金属板３１の表面に溝状のスリット３３を設けて断熱部８としている。溝状のスリット３３は熱伝導を遮断して、トリガーセル１Ｔから隣の電池セル１への熱伝導エネルギーを制限する。とくに、図に示すバッテリシステム３００は、冷却プレート３に設けたスリット３３の内側に断熱材６の下端部を挿入する構造としている。この構造により、断熱部８における熱伝導の遮断特性を向上して、トリガーセル１Ｔから隣の電池セル１への熱伝導エネルギーをより効果的に制限する。
さらに、図５のバッテリシステム４００は、冷却プレート３と電池積層体２との間に熱拡散シート９を挟着している。熱拡散シート９は、可撓性とクッション性があって熱伝導特性の優れたシートである。熱拡散シート９は、好ましくは、冷却プレート３よりも熱抵抗が小さいものを使用する。熱拡散シート９は、電池積層体２と冷却プレート３との間に挟着されて、片面を電池積層体２の表面に、他の面を冷却プレート３の表面に広い面積で密着させて、電池積層体２と冷却プレート３とを理想的な熱結合状態に配置する。
図５に示すバッテリシステム４００は、冷却プレート３の表面に設けた溝状のスリット３３を設けており、このスリット３３の内面を含む電池積層体側の表面全体に熱拡散シート９を配置している。さらに、スリット３３の内側には、熱拡散シート９を介して断熱材６の下端部を配置している。この構造により、電池セル１と冷却プレート３とを理想的な熱結合状態としながら、トリガーセル１Ｔから隣の電池セル１への熱伝導エネルギーを断熱部８で制限する。さらに、図示しないが、電池積層体２と冷却プレート３との間には熱伝導ペーストを塗布して、電池セル１と冷却プレート３とを理想的な熱結合状態とすることもできる。
以上のバッテリシステムは、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に最適である。バッテリシステム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。
（ハイブリッド車用バッテリシステム）
図６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バッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両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に電力を供給するバッテリシステム１００と、バッテリシステム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。バッテリシステム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、バッテリシステム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、バッテリシステム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、バッテリシステム１００の電池を充電する。
（電気自動車用バッテリシステム）
また、図７に、モータのみで走行する電気自動車にバッテリシステムを搭載する例を示す。この図に示すバッテリシステムを搭載した車両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に電力を供給するバッテリシステム１００と、このバッテリシステム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、バッテリシステム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、バッテリシステム１００の電池を充電する。
（蓄電用バッテリシステム）
さらに、本発明はバッテリシステムの用途を電動車両に搭載するバッテリシステムには特定せず、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バッテリシステムとして使用でき、また深夜電力を蓄電する蓄電装置用のバッテリシステムのように、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８に示す。なお、図８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、上述したバッテリシステム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８に示す蓄電装置８０は、複数のバッテリシステム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。各バッテリシステム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。各バッテリシステム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８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。
各バッテリシステム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、他のバッテリシステム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は他のバッテリシステム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、バッテリシステム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、バッテリシステム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。
本発明に係るバッテリシステムとこれを備える電動車両及び蓄電装置は、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、電気自動車等のバッテリシステム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、携帯電話等の無線基地局用のバックアップ電源、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、３００、４００…バッテリシステム１…電池セル１Ｔ…トリガーセル２…電池積層体３…冷却プレート４…エンドプレート５…バインドバー５ａ…固定片５ｂ…折り曲げ部５ｃ…上側折曲片６…断熱材７…吸熱プレート８…断熱部９…熱拡散シート１０…熱結合部１１…排出弁１２…ガス排出口１３…電極端子１５…固定ネジ１６…ボルト３０…冷却機構３１…金属板３２…循環路３３…スリット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９３…モータ９４…発電機９５…ＤＣ／ＡＣインバータ９６…エンジン９７…車輪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 (9)

  1. 複数の電池セルを積層してなる電池積層体と、
    前記電池積層体の前記電池セルに熱結合してなる冷却プレートとを備えるバッテリシステムであって、
    前記電池積層体の隣接する電池セルの間に断熱材が配置されて、前記断熱材でもって隣接する前記電池セル間が断熱され、
    さらに、前記冷却プレートが前記電池セルを冷却して設定温度に保持すると共に、何れかの電池セルの熱暴走エネルギーを吸収する熱容量の吸熱材に併用されてなることを特徴とするバッテリシステム。
  2. 前記断熱材の熱抵抗と前記冷却プレートの熱容量が、熱暴走の誘発を防止できる設定値としてなること特徴とする請求項１に記載するバッテリシステム。
  3. 前記冷却プレートに熱結合されて、前記冷却プレートの熱容量を増加する外部吸熱部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載するバッテリシステム。
  4. 前記電池積層体が、前記断熱材に積層されて前記電池セルに熱結合してなる吸熱プレートを有し、
    前記吸熱プレートが前記冷却プレートに熱結合してなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載するバッテリシステム。
  5. 前記冷却プレートが、隣接する前記電池セルの熱結合部の間に断熱部を設けてなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載するバッテリシステム。
  6. 前記断熱部が、前記冷却プレートに設けてなるスリットであることを特徴とする請求項５に記載するバッテリシステム。
  7. 前記冷却プレートと前記電池積層体との間に熱拡散シートを積層してなることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載するバッテリシステム。
  8. 請求項１ないし７のいずれか一つに記載のバッテリシステムを備える電動車両であって、
    前記バッテリシステムと、該バッテリシステムから電力供給される走行用のモータと、該バッテリシステム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バッテリシステムを備える電動車両。
  9. 請求項１ないし７のいずれか一つに記載のバッテリシステムを備える蓄電装置であって、
    前記バッテリシステムと、該バッテリシステム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角形電池セルへの充電を可能とすると共に、該角形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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