WO2016135786A1 - 電源装置及びこれを備える車両 - Google Patents

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WO2016135786A1 PCT/JP2015/005034 JP2015005034W WO2016135786A1 WO 2016135786 A1 WO2016135786 A1 WO 2016135786A1 JP 2015005034 W JP2015005034 W JP 2015005034W WO 2016135786 A1 WO2016135786 A1 WO 2016135786A1
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power supply
supply device
battery cells
cooling plate
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橋本 裕之
一成 平出
服部 高幸
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三洋電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a power supply device and a vehicle including the power supply device, and more particularly to a power supply device for a motor that is mounted on an electric vehicle such as a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle, and an electric motorcycle to drive the vehicle.
  • an electric vehicle such as a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle, and an electric motorcycle to drive the vehicle.
  • a power supply device in which a plurality of secondary battery cells having a rectangular outer can is stacked is used for in-vehicle applications. Since such a secondary battery cell has a potential on the surface of the outer can, it is necessary to insulate the adjacent outer cans of the stacked secondary battery cells.
  • Patent Document 1 a power supply device including a cooling mechanism for cooling the secondary battery cell.
  • a cooling plate made of a metal plate is provided on one surface of a battery stack in which a plurality of secondary battery cells are stacked.
  • a flow path through which the refrigerant circulates is provided inside the cooling plate, so that the heat generated by the secondary battery cells can be transferred to the cooling plate side to be dissipated.
  • an insulating member in order to insulate the metal plate from the bottom surface of each secondary battery cell, a configuration in which an insulating member is disposed on the top surface of the metal plate is employed. Examples of such an insulating member include an insulating sheet and an insulating adhesive.
  • the power supply device of Patent Document 1 is configured such that an insulating member is interposed between the conductive cooling plate and the outer can of the secondary battery cell, and the secondary battery cell is connected to the cooling plate. It is possible to prevent conduction.
  • a power supply device including a cooling mechanism water may accumulate in the power supply device due to condensation or the like caused by a temperature difference. Since an amorphous substance such as water enters the gap, it is not sufficient to interpose an insulating member between the conductive members, and there is a possibility that a conductive path is formed by an irregular substance such as condensed water. .
  • An object of the present invention is to provide a power supply device in which the insulation property of a battery stack in which a plurality of secondary battery cells are stacked is improved.
  • the plurality of secondary battery cells each having an outer can having a rectangular shape whose thickness is thinner than the width of the main surface, and the plurality of secondary battery cells are arranged between the main surfaces.
  • a cooling plate disposed on the bottom side of the battery stack that is stacked in a posture facing each other, between the adjacent secondary battery cells in a direction away from the surface side of the cooling plate. Protruding protrusions can be formed.
  • the plurality of secondary battery cells are further fixed on the cooling plate, and an insulating resin material for insulating the bottom surface of the secondary battery cell from the cooling plate is provided.
  • the protruding portion can be formed with the resin material.
  • the surface of the cooling plate can be covered with an insulating sheet.
  • a plurality of the battery stacks are adjacent to each other in a posture in which the stacking directions are parallel to each other, and two of the battery stacks are adjacent to each other.
  • the protrusion can be provided between the side surface of the secondary battery cell and the side surface of the secondary battery cell of the other battery stack.
  • a separator that further insulates between the adjacent secondary battery cells can be provided.
  • a part of the side surface of the outer can of the secondary battery cell can be exposed.
  • the protruding portion can be positioned at the approximate center between the adjacent secondary battery cells.
  • the protruding portion can be unevenly distributed on the side of one secondary battery cell between adjacent secondary battery cells.
  • the bottom surface of the battery stack in which the outer can is a plurality of secondary battery cells whose thickness is smaller than the width, and the plurality of secondary battery cells are stacked.
  • a power supply device comprising a cooling plate disposed on a side and an insulating resin material that insulates each of the plurality of secondary battery cells, and the surface of the cooling plate between adjacent secondary battery cells A concave depression can be formed on the surface.
  • a step of preparing a battery laminate in which a plurality of secondary battery cells having a rectangular shape whose thickness is smaller than a width of an outer can is prepared; Applying the adhesive so as to protrude from the heat dissipation plate between the battery stacks in order to fix the stacks parallel to the stacking direction and fix them on the heat dissipation plate with an insulating adhesive, and A step of curing the adhesive and arranging the battery stacks in parallel in the stacking direction and fixing them on the heat dissipation plate with an insulating adhesive.
  • a creeping distance can be lengthened by providing a protrusion part between secondary battery cells, and insulation can be improved.
  • FIG. 6 is an enlarged cross-sectional view showing between secondary battery cells of a power supply device according to Embodiment 3. It is a block diagram which shows the example which mounts a power supply device in the hybrid vehicle which drive
  • a power supply device 100 according to Embodiment 1 of the present invention is shown in FIGS.
  • the power supply device 100 shown in these drawings shows an example of an in-vehicle power supply device.
  • the power supply device 100 is mounted mainly on an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle, and is used as a power source for supplying power to the vehicle running motor to drive the vehicle.
  • the power supply device of the present invention can be used for an electric vehicle other than a hybrid vehicle or an electric vehicle, and can also be used for an application requiring a high output other than an electric vehicle. (Power supply device 100)
  • the external appearance of the power supply device 100 is a box shape whose upper surface is rectangular as shown in the exploded perspective view of FIG.
  • a box-shaped outer case 70 is divided into two, and a plurality of assembled batteries 10 are accommodated therein.
  • the exterior case 70 includes a lower case 71, an upper case 72, and end plates 73 connected to both ends of the lower case 71 and the upper case 72.
  • the end surface plate 73 is connected to both ends of the lower case 71 and the upper case 72 and closes both ends of the exterior case 70.
  • the upper case 72 has a flange portion 74 that protrudes outward, and is fixed to the lower case 71 with a bolt and a nut through a screw hole that is open to the flange portion 74. Further, the screw hole of the flange 74 can be used for fixing the power supply device 100.
  • the power supply device 100 is fixed to a vehicle using a screw hole.
  • Each assembled battery 10 is fixed at a fixed position inside the outer case 70.
  • two battery packs 10 in the longitudinal direction and two rows in the lateral direction are housed in the lower case 71.
  • the number and layout of the assembled batteries are not limited to this example. For example, it is good also as a structure which accommodates one assembled battery in an exterior case. (Battery 10)
  • each assembled battery 10 is interposed between the secondary battery cells 1 by interposing between a plurality of secondary battery cells 1 and a main surface where the plurality of secondary battery cells 1 are stacked.
  • Separator 2 that insulates, a pair of end plates 3 arranged on the end face in the stacking direction of battery stack 5 in which a plurality of secondary battery cells 1 and separator 2 are stacked alternately, and side surfaces on both sides of battery stack 5 And a plurality of metal fastening members 4 that fasten the end plates 3 to each other.
  • the assembled battery 10 is fixed on the cooling plate 7.
  • the bottom surface of the secondary battery cell 1 is fixed on the cooling plate 7 by using a resin material 30 such as an adhesive or an adhesive sheet.
  • a resin material 30 such as an adhesive or an adhesive sheet.
  • the insulating resin material 30 for fixing the secondary battery cell 1 on the cooling plate 7 for example, acrylic, urethane, epoxy, or silicone resins can be used.
  • each secondary battery cell 1 By thermally coupling the bottom surface of each secondary battery cell 1 to the cooling plate 7, heat generated in the secondary battery cell 1 is conducted to the cooling plate 7 to promote heat dissipation.
  • a function of cooling the battery stack with the cooling plate 7 may be added to the lower surface of the cooling plate 7 by providing a cooling pipe for circulating the refrigerant therein.
  • the cooling plate can also be used as the lower case. In other words, the bottom surface of each secondary battery cell may be directly fixed to the lower case, and the heat generated by the secondary battery cell may be conducted to the lower case to dissipate heat. (Insulation sheet 8)
  • the insulating sheet 8 is preferably a sheet material having an adhesive surface attached to the surface of the cooling plate 7.
  • Such an insulating sheet 8 is preferably made of a material having a certain degree of thermal conductivity while exhibiting sufficient strength and insulation, and is made of a resin such as PP, PE, or PET. (Battery laminate 5)
  • the assembled battery 10 includes a plurality of secondary battery cells 1 stacked via an insulating separator 2 to form a battery stack 5, and a pair of end plates 3 disposed on both end faces of the battery stack 5, A pair of end plates 3 are connected by a fastening member 4.
  • the assembled battery 10 shown in this figure includes a plurality of secondary battery cells 1 and separators, with a separator 2 that insulates the adjacent secondary battery cells 1 interposed between the secondary battery cells 1.
  • 2 is a battery stack 5 in which 2 and 2 are alternately stacked. (Fastening member 4)
  • the fastening member 4 is disposed on the side of the battery stack 5 in which the end plates 3 are stacked on both ends, and is fastened to the pair of end plates 3 to fasten the battery stack 5 To do.
  • the fastening member 4 has a shape in which both ends of a metal plate extended in a band shape are bent in a U shape in a sectional view.
  • it can comprise at low cost by using as a fastening member 4 the bind bar which bent the metal plate.
  • two fastening members 4 are provided on the side surfaces of the battery stack, but the number of fastening members may be one, or three or more.
  • the position where the fastening member is provided can be the upper surface as well as the side surface of the battery stack.
  • sufficient strength is obtained by bonding. Therefore, the necessary strength can be obtained by fastening only the top surface with a fastening member. Can demonstrate.
  • the fastening member can be formed wider than the elongated strip.
  • the fastening member 4B is formed in a size that covers almost the entire side surface of the battery stack.
  • the structure for fixing the fastening member 4B to the end plate 3B is not limited to screwing, and known fixing structures such as rivets, caulking, welding, and adhesion can be used as appropriate.
  • the partition plate 4C can also be used as one of the fastening members by being fixed to the end plate 3B. (Secondary battery cell 1)
  • the secondary battery cell 1 has an outer can 11 constituting the outer shape of a rectangular shape whose thickness is smaller than the width.
  • the outer can 11 is formed in a bottomed cylindrical shape having an upper opening, and the opening portion is closed with a sealing plate 12.
  • the outer can 11 accommodates the electrode assembly 15 as shown in the cross-sectional view of FIG.
  • the sealing plate 12 is provided with positive and negative electrode terminals 13 and a gas discharge valve 14 provided between the electrode terminals 13.
  • the gas discharge valve 14 is configured to open when the internal pressure of the outer can 11 rises to a predetermined value or more, and to release the internal gas. By opening the gas discharge valve 14, an increase in the internal pressure of the outer can 11 can be suppressed.
  • the gas discharge valve 14 is preferably arranged at approximately the center in the longitudinal direction of the sealing plate 12. Thereby, even if it laminates
  • the sealing plate 12 includes a reversing plate that is deformed when the internal pressure of the secondary battery cell 1 becomes equal to or higher than a predetermined value and short-circuits the secondary battery cell 1 inside. (Separator 2)
  • the separator 2 is interposed between the opposing main surfaces of the adjacent secondary battery cells 1 to insulate them.
  • the separator 2 is formed in a size that can cover the whole or most of the main surface of the secondary battery cell 1.
  • the end portion is bent to continuously cover the main surface of the secondary battery cell 1 from the side surface.
  • the end of the separator 2 is formed in an H shape in a horizontal sectional view so that one separator 2 can cover the side surfaces of the adjacent secondary battery cells 1 together.
  • a slight gap is formed between the opposing edges of the two separators 2.
  • a separator may be provided for each secondary battery cell.
  • the secondary battery cell 1 is stacked in a state where each main surface of the secondary battery cell 1 is covered as a separator 2 ′ bent in a U-shape in a horizontal section. A battery stack is formed. If it is this structure, since the secondary battery cell 1 can be laminated
  • the separator can be provided with a cooling gap through which the cooling gas passes between the secondary battery cells.
  • FIG. 1 An example of such a separator is shown in FIG.
  • the separator 2 ′′ shown in this figure is bent in a concavo-convex shape in a vertical cross-sectional view so that a cooling gap 2b is formed between the secondary battery cell 1.
  • the battery stack is made up of a plurality of The secondary battery cells 1 are stacked in a state where a cooling gap 2b is formed.
  • the cooling gap is connected to a cooling mechanism that forcibly blows and cools a cooling gas such as air or a cooling gas.
  • the secondary battery cells 1 are connected to each other by a fitting structure. By using the separator 2 ′′ connected to the secondary battery cell 1 by the fitting structure, the adjacent secondary battery cells 1 can be stacked while being prevented from being displaced.
  • the material of the separator shall be insulating.
  • a resin such as plastic
  • it can be configured to be lightweight and inexpensive.
  • a flexible member may be used.
  • a separator having no cooling gap can be made of a flexible thin material such as a tape. If a separator having an adhesive surface coated on one side is used as a tape shape, it becomes easy to apply to a region requiring insulation, such as a main surface or a part of a side surface of the secondary battery cell 1.
  • the thickness of the separator can be easily reduced by using a tape, and an increase in the thickness and weight of the battery stack can also be suppressed.
  • the separator is not limited to these forms.
  • the outer can of the secondary battery cell is formed of an insulating material such as a resin, or the outer casing of the secondary battery cell 1 as shown in FIG. Insulate secondary battery cells adjacent to each other by covering the can with an insulating bag or heat-shrinkable tube 2 ''', covering the periphery with an insulating seal, or covering with an insulating paint.
  • the battery stack having the above configuration can exhibit and maintain insulation between the secondary battery cells 1 adjacent to each other in the stacking direction (X direction in the plan view of FIG. 4) by the separator 2.
  • the separator 2 For example, consider a case where condensation occurs in the power supply device due to a temperature difference or the like, and water drops enter the gaps between the secondary battery cells 1. In this case, even if the side surface of the secondary battery cell 1 has a region where the outer can is not covered with the separator 2, the distance X between the exposed regions is relatively long. It is unlikely that moisture that can be buried will adhere and accumulate, and the reliability of insulation will be demonstrated.
  • the areas where the outer cans are exposed face each other, so if water droplets or the like accumulate in this part, a short circuit is possible.
  • the insulation between the side surfaces is relatively weaker than the insulation between the main surfaces of the adjacent secondary battery cells 1.
  • a fastening member of each battery stack is located between adjacent battery stacks, and the fastening members are formed of a conductive metal because strength is required. For example, as shown in the vertical cross-sectional view of FIG.
  • adjacent battery stacks are interposed via water droplets WT, fastening members, or the like. May short circuit.
  • a gap may be formed between the secondary battery cell 91 and the cooling plate 97 in the vicinity of the bottom surface of the secondary battery cell 91. If water droplets WT enter from the gap, it is considered that the outer cans of the secondary battery cell 91 are electrically connected.
  • an insulating protrusion 31 is formed between adjacent secondary battery cells 1.
  • the protruding portion 31 protrudes in a direction away from the surface side of the cooling plate 7 between the secondary battery cells 1. Providing such a protruding portion 31 increases the creepage distance with the outer can, which can significantly reduce the possibility of a short circuit.
  • an adhesive resin material for fixing the secondary battery cell 1 on the cooling plate 7 can be used as the protruding portion 31.
  • the adhesive agent which fixes the secondary battery cell 1 can be combined with the member which improves insulation.
  • the resin material for fixation may be configured in a sheet shape, and a protrusion may be formed in advance in the sheet-shaped resin material.
  • the protruding portion 31 is positioned substantially at the center between the adjacent secondary battery cells 1.
  • the position where the protruding portion is provided is not limited to this configuration, and the protruding portion protrudes so as to approach one of the secondary battery cells 1 as in the assembled battery 10 according to another modification shown in the cross-sectional view of FIG. Even if the portion 31 ′ is unevenly distributed, the same effect can be obtained. Further, the insulating effect is enhanced as the protruding height of the protruding portion is increased. However, in consideration of strength, ease of molding, and the like, it is preferable that the width be equal to or narrower than the gap between the secondary battery cells 1. (Method for manufacturing power supply device)
  • a plurality of battery stacks in which the secondary battery cells 1 are stacked are prepared.
  • the battery stacks are arranged in parallel in the stacking direction and fixed on the heat dissipation plate with an insulating adhesive.
  • a resin material 30 such as an adhesive is applied so as to protrude from the heat dissipation plate between the battery stacks.
  • the battery stacks are fixed on the heat radiating plates, and the protrusions 31 are formed between the side surfaces of the secondary battery cells 1.
  • the protruding portion is provided between the secondary battery cells.
  • the creeping distance between the secondary battery cells becomes convex upward and becomes longer by that amount, and the insulation is increased.
  • the present invention is not limited to this configuration, and the insulation can be similarly improved by increasing the creeping distance by making it convex downward.
  • a concave recess 32 is formed on the surface of the cooling plate 7 '.
  • the depression 32 is formed in advance on the surface of the cooling plate 7 ′ by processing according to the position where the battery stack is disposed. Furthermore, as shown in the cross-sectional view of FIG.
  • a resin material 30 such as an adhesive for fixing each secondary battery cell 1 on the cooling plate 7 ′ is applied so as to crawl up from the bottom surface of the outer can. By doing so, the creeping distance can be further increased and the insulating effect can be enhanced. Moreover, according to this structure, even if a water droplet arises, it can be stored in the hollow part 32, Therefore It can contribute to the improvement of insulation also in this point. (Embodiment 3)
  • the cooling plate itself can be physically divided.
  • the cooling plates 7 ′′ on which the adjacent battery stacks are placed are individually provided and separated from each other, thereby allowing the cooling plates 7 ′′ to pass through. Insulation between the outer cans can be further ensured.
  • the power supply device having the above-described configuration even if moisture accumulates in the power supply device due to condensation or the like, the reliability of the insulating structure that prevents a short circuit between adjacent secondary battery cells 1 is improved, thereby improving safety. A power supply device with improved performance can be obtained.
  • the above power supply apparatus can be used as a vehicle-mounted power supply.
  • a vehicle equipped with a power supply device an electric vehicle such as a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor, or an electric vehicle that runs only with a motor can be used, and it is used as a power source for these vehicles. . (Power supply for hybrid vehicles)
  • FIG. 16 shows an example in which a power supply device is mounted on a hybrid vehicle that runs with both an engine and a motor.
  • a vehicle HV equipped with the power supply device shown in this figure includes an engine 96 and a travel motor 93 that travel the vehicle HV, a power supply device 100 that supplies power to the motor 93, and a generator that charges a battery of the power supply device 100.
  • the power supply apparatus 100 is connected to a motor 93 and a generator 94 via a DC / AC inverter 95.
  • the vehicle HV travels by both the motor 93 and the engine 96 while charging / discharging the battery of the power supply device 100.
  • the motor 93 is driven to drive the vehicle when the engine efficiency is low, for example, during acceleration or low-speed driving.
  • the motor 93 is driven by power supplied from the power supply device 100.
  • the generator 94 is driven by the engine 96 or is driven by regenerative braking when the vehicle is braked to charge the battery of the power supply device 100. (Power
  • FIG. 17 shows an example in which a power supply device is mounted on an electric vehicle that runs only with a motor.
  • a vehicle EV equipped with the power supply device shown in this figure includes a traveling motor 93 for traveling the vehicle EV, a power supply device 100 that supplies power to the motor 93, and a generator 94 that charges a battery of the power supply device 100.
  • the motor 93 is driven by power supplied from the power supply device 100.
  • the generator 94 is driven by energy when regeneratively braking the vehicle EV and charges the battery of the power supply device 100.
  • each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are constituted by the same member and the plurality of elements are shared by one member, and conversely, the function of one member is constituted by a plurality of members. It can also be realized by sharing.
  • the power supply device according to the present invention and a vehicle including the power supply device can be suitably used as a power supply device for a plug-in hybrid electric vehicle, a hybrid electric vehicle, an electric vehicle, or the like that can switch between the EV traveling mode and the HEV traveling mode.
  • a backup power supply device that can be mounted on a rack of a computer server, a backup power supply device for a wireless base station such as a mobile phone, a power storage device for home use and a factory, a power supply for a street light, etc. Also, it can be used as appropriate for applications such as a backup power source such as a traffic light.

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Abstract

 複数の二次電池セルを積層した電池積層体の絶縁性を高めるために、外装缶を、主面の幅よりも厚さを薄くした角形とする複数の二次電池セル(1)と、複数の二次電池セル(1)を、主面同士が対向する姿勢で積層した電池積層体の底面側に配置された冷却プレート(7)とを備える電源装置であって、隣接する二次電池セル(1)同士の間で、冷却プレート(7)の表面側から遠ざかる方向に突出された突出部(31)を形成している。これにより、二次電池セル(1)間の沿面距離を長くして絶縁性を高めることができる。

Description

電源装置及びこれを備える車両
 本発明は、電源装置及び電源装置を備える車両に関し、例えばハイブリッド車、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に搭載されて車両を走行させるモータの電源装置に関する。
 外装缶を角形とする二次電池セルを複数積層した電源装置が、車載用途などに用いられている。このような二次電池セルは、外装缶表面に電位を有しているため、積層された二次電池セルの隣接する外装缶同士を絶縁する必要がある。
 一方、二次電池セルは高温下における充放電により電池性能が劣化するため、二次電池セルを冷却するための冷却機構を備えた電源装置が提案されている(特許文献1)。この電源装置では、複数の二次電池セルを積層した電池積層体の一面に金属板からなる冷却プレートが設けられている。冷却プレートの内部には、冷媒が循環する流路が設けられており、二次電池セルの発熱を冷却プレート側に伝熱させて放熱することができるようになっている。このような構成においては、金属板と各二次電池セルの底面との絶縁を図るため、金属板の上面に絶縁部材を配置する構成が採用されている。このような絶縁部材には、例えば絶縁性のシートや絶縁性の接着剤等が挙げられる。
特開2012-190674号公報
 上述の通り、特許文献1の電源装置は、導電性の冷却プレートと二次電池セルの外装缶の間に、絶縁部材が介在する構成となっており、冷却プレートとに二次電池セルとの導通を防止できるようになっている。しかしながら、冷却機構を備える電源装置は、温度差によって生じる結露などによって電源装置内に水が溜まることがある。水のような不定形な物質は、隙間に入り込むため、導電部材の間に絶縁部材を介在させるだけでは不充分であり、結露水等の不定形な物質によって導通経路が形成されるおそれがある。
 本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の目的の一は、複数の二次電池セルを積層した電池積層体の絶縁性を高めた電源装置を提供することにある。
 本発明の第1の電源装置によれば、外装缶を、主面の幅よりも厚さを薄くした角形とする複数の二次電池セルと、前記複数の二次電池セルを、主面同士が対向する姿勢で積層した電池積層体の底面側に配置された冷却プレートとを備える電源装置であって、隣接する前記二次電池セル同士の間で、前記冷却プレートの表面側から遠ざかる方向に突出された突出部を形成することができる。上記構成により、二次電池セル同士の間に突出部を設けたことで、二次電池セル間の沿面距離を長くして絶縁性を高めることができる。
 また、第2の電源装置によれば、さらに前記複数の二次電池セルを前記冷却プレート上に固定すると共に、該二次電池セルの底面と冷却プレートとを絶縁する絶縁性の樹脂材を備え、前記樹脂材でもって前記突出部を形成することができる。上記構成により、二次電池セルを固定する樹脂材でもって突出部を形成して、接着するための部材を絶縁性を高める部材に兼用できる。
 さらに、第3の電源装置によれば、前記冷却プレートの表面に、絶縁シートを被覆することができる。上記構成により、冷却プレート表面と各二次電池セルの底面との間の絶縁性を一層高めることができる。
 さらにまた、第4の電源装置によれば、前記電池積層体が複数、積層方向同士が平行となる姿勢で隣接されると共に、隣接する電池積層体との間で、一方の電池積層体の二次電池セルの側面と、他方の電池積層体の二次電池セルの側面との間に、前記突出部を設けることができる。
 さらにまた、第5の電源装置によれば、さらに隣接する前記二次電池セル同士の間を絶縁するセパレータを備えることができる。
 さらにまた、第6の電源装置によれば、前記二次電池セルの外装缶の側面の一部を露出されることができる。
 さらにまた、第7の電源装置によれば、前記突出部を、隣接する二次電池セル同士の間の略中央に位置させることができる。
 さらにまた、第8の電源装置によれば、前記突出部を、隣接する二次電池セル同士の間で一方の二次電池セル側に偏在させることができる。
 さらにまた、第9の電源装置によれば、外装缶を、幅よりも厚さを薄くした角形とする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底面側に配置された冷却プレートと、前記複数の二次電池セルをそれぞれ絶縁する絶縁性の樹脂材とを備える電源装置であって、隣接する二次電池セル同士の間で、前記冷却プレートの表面に凹状の窪み部を形成することができる。上記構成により、二次電池セル同士の間において凹状を形成することで沿面距離を長くすると共に、水分を凹状に溜めて導通を回避し、絶縁性を高めることができる。
 さらにまた、第11の電源装置の製造方法によれば、外装缶を、幅よりも厚さを薄くした角形とする複数の二次電池セルを積層した電池積層体を用意する工程と、前記電池積層体同士を、積層方向に平行に並べて放熱プレート上に絶縁性の接着剤で固定するため、前記接着剤を前記電池積層体同士の間で放熱プレートから突出させるように塗布する工程と、前記接着剤を硬化させて、前記電池積層体同士を、積層方向に平行に並べて放熱プレート上に絶縁性の接着剤で固定する工程とを含むことができる。これにより、二次電池セル同士の間に突出部を設けることで沿面距離を長くして絶縁性を高めることができる。
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の電源装置から外装ケースを外した組電池を示す斜視図である。 図2の組電池の分解斜視図である。 図2の組電池の平面図である。 図2の組電池の模式断面図である。 変形例に係る組電池の分解斜視図である。 二次電池セル間をセパレータで絶縁する構成を示す分解斜視図である。 図7のセパレータを介在させて二次電池セルを積層した電池積層体を示す側面図である。 変形例に係る二次電池セルの両面にセパレータを被覆する様子を示す分解斜視図である。 他の変形例に係る二次電池セルの両面にセパレータを被覆する様子を示す分解斜視図である。 二次電池セルを絶縁する他の構成を示す分解斜視図である。 図2の電源装置の二次電池セル間を示す拡大断面図である。 変形例に係る組電池の二次電池セル間を示す拡大断面図である。 実施形態2に係る電源装置の二次電池セル間を示す拡大断面図である。 実施形態3に係る電源装置の二次電池セル間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。 比較例の絶縁構造を示す模式断面図である。
 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を二分割して、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個を下ケース71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~図4に示すように、複数の二次電池セル1と、複数の二次電池セル1同士を積層する主面間に介在させて、二次電池セル1間を絶縁するセパレータ2と、複数の二次電池セル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の両側の側面に配置され、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を備えている。さらに組電池10は、冷却プレート7上に固定されている。ここでは、冷却プレート7上に、接着剤や粘着シート等の樹脂材30を用いて二次電池セル1の底面を接着により固定する。二次電池セル1を冷却プレート7上に固定する絶縁性の樹脂材30は、例えばアクリル系、ウレタン系、エポキシ系、シリコーン系の樹脂等が利用できる。
 各二次電池セル1の底面を冷却プレート7と熱結合することで、二次電池セル1の発熱を冷却プレート7に熱伝導させて放熱を促進する。また 冷却プレート7の下面には、内部に冷媒を循環させる冷却パイプを設ける等して、冷却プレート7でもって電池積層体を冷却する機能を付加してもよい。なお、冷却プレートを下ケースと兼用することもできる。すなわち各二次電池セルの底面を下ケースに直接固定して、二次電池セルの発熱を下ケースに熱伝導させて放熱させる構成としてもよい。
(絶縁シート8)
 一方、冷却プレート7に金属板などの導電性の部材を用いる場合、冷却プレート7を介して二次電池セル1の外装缶同士が短絡する事態を回避するため、冷却プレート7の表面には、絶縁シート8が設けられる。絶縁シート8は、好ましくは冷却プレート7の表面に貼付される粘着面を有するシート材とする。このような絶縁シート8は、十分な強度と絶縁性を発揮しつつ、ある程度の熱伝導性を備える材質が好ましく、例えばPPやPE、PET等の樹脂製とする。
(電池積層体5)
 組電池10は、複数の二次電池セル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セル1同士の間を絶縁するセパレータ2を、二次電池セル1同士の積層面に介在させて、複数の二次電池セル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。
(締結部材4)
 締結部材4は、図2~図3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の側面側に配置され、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。この締結部材4は、図3の分解斜視図に示すように、帯状に延長された金属板の両端を断面視コ字状に折曲した形状としている。このように金属板を折曲したバインドバーを締結部材4とすることで、安価に構成できる。なおこの例では2本の締結部材4を電池積層体の側面にそれぞれ設けているが、締結部材の数は1本、又は3本以上とすることもできる。また締結部材を設ける位置は、電池積層体の側面とする他、上面とすることもできる。特に電池積層体を底面を冷却プレート7上に接着剤等を用いて直接固定する構成においては、接着で十分な強度を得ているため、上面のみを締結部材で締結することでも必要な強度を発揮できる。
 また締結部材は、細長い帯状に形成する他、より幅広に形成することもできる。例えば図6の変形例に示す組電池10Bでは、電池積層体の側面のほぼ全面を覆う大きさに締結部材4Bを形成している。また締結部材4Bをエンドプレート3Bに固定する構造も、ねじ止めに限らず、リベットやかしめ、溶接、接着など、既知の固定構造が適宜利用できる。
 さらに、複数の電池積層体を横並びに配置する場合は、隣接する電池積層体同士の間に区画板4Cを介在させてもよい。この区画板4Cも、エンドプレート3Bに固定することで締結部材の一に兼用することもできる。
(二次電池セル1)
 二次電池セル1は、図3等に示すように、その外形を構成する外装缶11を、幅よりも厚さを薄くした角形としている。外装缶11は上方を開口した有底筒状に形成され、開口部分を封口板12で閉塞している。外装缶11には、図5の断面図等に示すように電極組立体15が収納される。封口板12には正負の電極端子13と、この電極端子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、隣接する二次電池セル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、二次電池セル1の内圧が所定値以上となったときに変形し、この二次電池セル1を内部で短絡させる反転板を備えている。
(セパレータ2)
 セパレータ2は、図7の分解斜視図及び図8の側面図に示すように、隣接する二次電池セル1の、対向する主面同士の間に介在されてこれらを絶縁する。このセパレータ2は、二次電池セル1の主面の全面もしくは大部分を被覆できる大きさに形成される。また好ましくは、端部を折曲することで、二次電池セル1の主面から側面にかけて連続して被覆する。この際、一のセパレータ2で、隣接する二次電池セル1の側面を共に被覆できるよう、セパレータ2の端部は水平断面視においてH状に形成される。このセパレータ2を介在させて二次電池セル1を積層した際、各二次電池セル1の側面が2つのセパレータ2の端縁で完全に覆われるか、あるいは図8の側面図に示すように、2つのセパレータ2の対向する端縁同士の間に若干隙間が形成されるようにする。このように隙間を意図的に設けることで、セパレータの端縁同士が接触、抵触して、二次電池セルの積層時にセパレータが変形したり端縁が重なるといった事態を避け、スムーズな組み立て作業が図られる。
 また、各二次電池セル毎にセパレータを設けてもよい。例えば図9の変形例に示すように、水平断面視コ字状に折曲したセパレータ2’として、二次電池セル1の各主面を被覆した状態で、二次電池セル1を積層して電池積層体を構成する。この構成であれば、各セパレータ2’を予め二次電池セル1の各主面に貼付した状態で、二次電池セル1を積層できるため、作業効率が高まる利点が得られる。
 あるいはまた、セパレータに、二次電池セル同士の間に冷却気体を通過させる冷却隙間を設けることもできる。このようなセパレータの例を図10に示す。この図に示すセパレータ2”は、二次電池セル1との間に冷却隙間2bができる形状となるよう、垂直断面視において凹凸状に折曲させている。これにより電池積層体は、複数の二次電池セル1を冷却隙間2bができる状態で積層している。冷却隙間は、空気や冷却ガス等の冷却気体を強制送風して冷却する冷却機構と連結される。さらに、このセパレータ2”は、両面に二次電池セル1を嵌着構造で連結している。二次電池セル1に嵌着構造で連結されるセパレータ2”を用いることで、隣接する二次電池セル1の位置ずれを阻止して積層できる。
 セパレータの材質は、絶縁性とする。例えばプラスチック等の樹脂製とすることで、軽量で安価に構成できる。また硬質の部材とする他、可撓性を有する部材としてもよい。特に、冷却隙間を設けない形態のセパレータは、テープ状とするなど可撓性のある薄い材質とできる。テープ状として片面に接着面を塗布したセパレータを使用すれば、二次電池セル1の主面や側面の一部といった絶縁が必要な領域に貼付することが容易となる。加えて、テープ製とすることでセパレータの薄型化が容易となり、電池積層体の厚さや重量が増すことも抑制できる。
 セパレータはこれらの形態に限られず、例えば上記の形態のセパレータに代えて、二次電池セルの外装缶を樹脂等の絶縁材で成形し、あるいは図11に示すように二次電池セル1の外装缶を絶縁性の袋や熱収縮チューブ2’’’で覆ったり、絶縁性のシールで周囲を被覆したり、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セル同士を絶縁することもできる。特に、図10に示したような二次電池セルの間に冷却気体を強制送風して二次電池セルを冷却する空冷式でなく、冷却プレーを介して電池積層体を底面側から冷却する方式を採用する構成においては、セパレータを複雑な形状とする必要がなく、必要最小限の絶縁が維持されるセパレータとすることで足りる。本明細書においては、このような隣接する二次電池セル間を絶縁する構造物を、その形態によらずセパレータと呼ぶ。
(突出部31)
 以上の構成の電池積層体は、セパレータ2によって積層方向に隣接する二次電池セル1間(図4の平面図においてX方向)では絶縁性を発揮、維持できる。例えば温度差などに起因して電源装置内に結露が生じ、二次電池セル1間の隙間に、水滴が入り込んだ場合を考える。この場合において、二次電池セル1の側面に、セパレータ2で被覆されず外装缶が露出する領域が存在していても、この露出された領域間の距離Xは比較的長いため、この距離を埋めるだけの水分が付着、溜まることは考え難く、絶縁の信頼性が発揮される。
 その一方で、隣接する電池積層体との間(図4の平面図においてY方向)では、外装缶が露出する領域同士が向かい合う状態となるため、この部分に水滴などが溜まると、短絡する可能性がある。いいかえると、図4のような構成では、隣接する二次電池セル1の主面同士の間の絶縁よりも、側面同士の間の絶縁が相対的に弱くなる。特に、隣接する電池積層体の間には、各々の電池積層体の締結部材が位置しており、締結部材は、強度が必要であるため、導電性の金属で形成されている。例えば図18の垂直断面図に示すように、接着剤98やセパレータ92などで隣接する二次電池セル91同士を絶縁する構成においては、水滴WTや締結部材等を介して、隣接する電池積層体が短絡する可能性がある。特に二次電池セル91の底面近傍で冷却プレート97との間に隙間が生じることがあり、この隙間から水滴WTが入り込むと、二次電池セル91の外装缶同士が導通することが考えられる。
 そこで、図12の拡大断面図に示すように、隣接する二次電池セル1同士の間に、絶縁性の突出部31を形成する。突出部31は、二次電池セル1同士の間で、冷却プレート7の表面側から遠ざかる方向に突出されている。このような突出部31を設けることで、外装缶との沿面距離が長くなるため、短絡の可能性を相当低減できる。このような突出部31は、例えば、二次電池セル1を冷却プレート7上に固定するための接着樹脂材が利用できる。これにより、二次電池セル1を固定する接着剤を絶縁性を高める部材に兼用できる。あるいは、二次電池セルを冷却プレート上に接着するための樹脂材とは別部材で突出部を構成してもよい。さらには、固定のための樹脂材をシート状に構成すると共に、シート状の樹脂材に予め突出部を形成しておくこともできる。
 図12の断面図に示す例では、突出部31は、隣接する二次電池セル1同士の間でほぼ中央に位置されている。ただ、突出部を設ける位置は、この構成に限らず、例えば図13の断面図に示す他の変形例に係る組電池10のように、いずれか一方の二次電池セル1に近付けるように突出部31’を偏在させても、同様の効果を得ることができる。また突出部の突出高さは、高くする程絶縁効果が高められる。ただ、強度や成形し易さ等を考慮して、二次電池セル1同士の隙間と同程度か、これよりも狭くすることが好ましい。
(電源装置の製造方法)
 次に、このような電源装置の製造方法の一例を説明する。まず、二次電池セル1を積層した電池積層体を複数用意する。次に、電池積層体同士を、積層方向に平行に並べて放熱プレート上に絶縁性の接着剤で固定する。この際、接着剤等の樹脂材30を、電池積層体同士の間で放熱プレートから突出させるように塗布する。この状態で接着剤を硬化させることで、電池積層体同士を放熱プレート上に固定すると共に、二次電池セル1の側面同士の間に、突出部31が形成される。これにより、二次電池セル1同士の間に突出部31を設けることで沿面距離を長くして絶縁性を高めることができる。
(実施形態2:窪み部32)
 以上の例では、二次電池セルの間に突出部を設ける例について説明した。突出部を設けることで、二次電池セル同士の間の沿面距離は上に凸となってその分だけ長くなり、絶縁性が増す。ただ、本発明はこの構成に限られず、沿面距離を下に凸とすることで長くすることでも、同様に絶縁性を高めることができる。このような例を実施形態2に係る組電池10として、図14の断面図に示す。この例では、冷却プレート7’の表面に凹状の窪み部32を形成している。窪み部32は、冷却プレート7’の表面上において、電池積層体を配置する位置に応じて予め加工により形成される。さらに、図14の断面図に示すように、各二次電池セル1を冷却プレート7’上に固定する接着剤等の樹脂材30を、外装缶の底面から上方に伝って這い上がるように塗布することで、一層沿面距離を長くして絶縁効果を高めることができる。またこの構成によれば、水滴が生じても窪み部32に溜めておくことができるので、この点においても絶縁性の向上に寄与できる。
(実施形態3)
 さらに、冷却プレート自体を物理的に分断することもできる。例えば図15の断面図に示す実施形態3に係る組電池のように、隣接する電池積層体を載置する冷却プレート7”を個別に設け、かつこれらを離間させることで、冷却プレート7”を通じた外装缶同士の絶縁を一層確実に図ることができる。
 以上の構成を備える電源装置とすることで、結露等によって電源装置内に水分が溜まっても、隣接する二次電池セル1間での短絡を阻止する絶縁構造の信頼性を高めることで、安全性を向上させた電源装置が得られる。
 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。
(ハイブリッド車用電源装置)
 図16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HV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17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EV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。
 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。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。
 1…二次電池セル、2…セパレータ、2’ …セパレータ、2”…セパレータ、2’’’…熱収縮チューブ、2b…冷却隙間、3…エンドプレート、3B…エンドプレート、4…締結部材、4B…締結部材、4C…区画板、5…電池積層体、6…バスバー、7…冷却プレート、7’ …冷却プレート、7”…冷却プレート、8…絶縁シート、10、10B…組電池、11…外装缶、12…封口板、13…電極端子、14…ガス排出弁、15…電極組立体、30…樹脂材、30B…突出部、31…突出部、31’…突出部、32…窪み部、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、91…二次電池セル、92…セパレータ、93…モータ、94…発電機、95…DC/ACインバータ、96…エンジン、97…冷却プレート、98…接着剤、100…電源装置、WT…水滴、HV…ハイブリッド自動車、EV…電気自動車

Claims (10)

  1.  外装缶を、主面の幅よりも厚さを薄くした角形とする複数の二次電池セルと、
     前記複数の二次電池セルを、主面同士が対向する姿勢で積層した電池積層体の底面側に配置された冷却プレートとを備える電源装置であって、
     隣接する前記二次電池セル同士の間で、前記冷却プレートの表面側から遠ざかる方向に突出された突出部を形成してなる電源装置。
  2.  請求項1に記載の電源装置であって、さらに、
     前記複数の二次電池セルを前記冷却プレート上に固定すると共に、該二次電池セルの底面と冷却プレートとを絶縁する絶縁性の樹脂材を備え、
     前記樹脂材が、前記突出部を形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、
     前記冷却プレートの表面に、絶縁シートを被覆してなる電源装置。
  4.  請求項1~3のいずれか一に記載の電源装置であって、
     前記電池積層体が複数、積層方向同士が平行となる姿勢で隣接されると共に、
     隣接する電池積層体との間で、一方の電池積層体の二次電池セルの側面と、他方の電池積層体の二次電池セルの側面との間に、前記突出部が設けられてなる電源装置。
  5.  請求項4に記載の電源装置であって、さらに
     隣接する前記二次電池セル同士の間を絶縁するセパレータを備える電源装置。
  6.  請求項1~5のいずれか一に記載の電源装置であって、
     前記二次電池セルの外装缶の側面の一部が露出されてなる電源装置。
  7.  請求項1~6のいずれか一に記載の電源装置であって、
     前記突出部が、隣接する二次電池セル同士の間の略中央に位置されてなる電源装置。
  8.  請求項1~6のいずれか一に記載の電源装置であって、
     前記突出部が、隣接する二次電池セル同士の間で一方の二次電池セル側に偏在されてなる電源装置。
  9.  外装缶を、幅よりも厚さを薄くした角形とする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底面側に配置された冷却プレートと、
     前記複数の二次電池セルをそれぞれ絶縁する絶縁性の樹脂材と、を備える電源装置であって、
     隣接する二次電池セル同士の間で、前記冷却プレートの表面に凹状の窪み部を形成してなる電源装置。
  10.  電源装置の製造方法であって、
     外装缶を、幅よりも厚さを薄くした角形とする複数の二次電池セルを積層した電池積層体を用意する工程と、
     前記電池積層体同士を、積層方向に平行に並べて放熱プレート上に絶縁性の接着剤で固定するため、前記接着剤を前記電池積層体同士の間で放熱プレートから突出させるように塗布する工程と、
     前記接着剤を硬化させて、前記電池積層体同士を、積層方向に平行に並べて放熱プレート上に絶縁性の接着剤で固定する工程とを含む電源装置の製造方法。
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