WO2018235556A1 - 電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置 - Google Patents

Abstract

二次電池セルの締結力を十分に発揮可能な電源装置等を提供するために、電源装置（１００）は、積層された複数の二次電池セル（１）を含む電池積層体（２）と、その両端面にそれぞれ配置される一対のエンドプレート（３）と、電池積層体（２）の両端面にそれぞれ配置され、一対のエンドプレート（３）を締結するバインドバー（４）とを備える。バインドバー（４）は、一対のエンドプレート（３）と対向するそれぞれの部位において、電池積層体（２）の積層方向に対して交差する方向に延長された係止段差（５４）を有している。一対のエンドプレート（３）のそれぞれは、バインドバー（４）と対向する部位において、係止段差（５４）に係止される係止突部（３４）を有している。これにより、バインドバー（４）の材質や厚さを変更することなく、電池積層体（２）を締結する剛性を高めることが可能となる。

Description

電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置

　本発明は、電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置に関する。

　多数の二次電池を直列、並列に接続した電源装置は、車両の駆動用等の用途で用いられている。このような電源装置の一例を図１３の分解斜視図に示す。この図に示す電源装置９００は、角形の二次電池セル９０１をスペーサ９０２を介して多数積層して、端面にエンドプレート９０３を配置し、バインドバー９０４で締結している。スペーサ９０２は、硬質の樹脂等で構成されている。

　二次電池セルは、充放電によって膨張することが知られている。特に近年の電池に対する高出力の要求に伴い、二次電池セルの高容量化が進められている結果、膨張量も大きくなる傾向にある。よって、二次電池セルの積層体を締結する締結力の剛性を高める必要がある。

　従来は、図１３に示すようにバインドバー９０４の両端縁を折り曲げてＬ字状とし、このＬ字状部分９０４ｂをボルト９０６でエンドプレート９０３の主面側に固定する構成となっていた。この構成において、図１４の水平断面図に示すように電池積層体１４０２が膨張してエンドプレート１４０３を押し出そうとする応力が働くと、図において破線の円で示すように、バインドバー１４０４の曲げ部分に応力が集中して、曲げ部分が開いたり、破断する可能性がある。これを解決するためには、バインドバーを厚くしたり、より強固な材質に変更するなどして、バインドバーの剛性を高めることが考えられる。

　しかしながら、バインドバーの材厚を厚くするとこれに応じて重量が増加し、またより強固な材質に変更するとコストも高くなる。特に、車載用途等においては、燃費向上の観点から軽量化が強く求められている。

特開２０１５－８４３３１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、二次電池セルの締結力を十分に発揮可能な電源装置及びこれを備える車両並びに蓄電装置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

　本発明の第１の側面に係る電源装置によれば、積層された複数の二次電池セルを含む電池積層体と、前記電池積層体の両端面にそれぞれ配置される一対のエンドプレートと、前記電池積層体の側面に配置され、前記一対のエンドプレートを締結するバインドバーとを備え、前記バインドバーは、前記一対のエンドプレートと対向するそれぞれの部位において、前記電池積層体の積層方向に対して交差する方向に延長された係止段差を有しており、前記一対のエンドプレートのそれぞれは、前記バインドバーと対向する部位において、前記係止段差に係止される係止突部を有することができる。上記構成により、バインドバーの材質や厚さを変更することなく、電池積層体を締結する剛性を高めることが可能となる。

　また、第２の側面に係る電源装置によれば、上記構成に加えて、さらに、前記バインドバーが、前記電池積層体と対向するバインドバー主面側に位置する一対の補強部を有しており、それぞれの補強部が、対応するエンドプレートに向けて突出するとともに、前記係止突部に係止される前記係止段差を有することができる。上記構成により、バインドバー自体の肉厚を厚くすることなく、その端縁において係止段差を形成可能な厚さを容易に確保できるようになり、バインドバーの製造コストを低減できる。

　さらに、第３の側面に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記バインドバーは、金属板と、前記電池積層体の積層方向に対して交差する方向における寸法が前記金属板よりも大きい一対の金属ブロックとを含んでおり、前記一対の金属ブロックは、前記一対の補強部材であり、前記一対の金属ブロックを前記金属板と一体に設けることができる。

　さらにまた、第４の側面に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記係止段差と係止突部との連結構造に重ねて、前記バインドバーとエンドプレートとの螺合による固定構造を設けることができる。上記構成により、係止段差と係止突部とを連結させる部位に螺合による固定構造を加えて、さらに剛性を高めることが可能となる。

　さらにまた、第５の側面に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えてさらに、前記バインドバーの側面上で、前記補強部を通じて前記エンドプレートを固定するためのバインドバー固定ボルトを備え、各バインドバーが、前記係止段差に、前記バインドバー固定ボルトを挿入するためのバインドバー側ボルト穴を、前記電池積層体の積層方向に対して交差する方向に並べて複数開口されており、各エンドプレートが、前記係止突部に、前記バインドバー固定ボルトを挿入するためのエンドプレート側ボルト穴を、前記電池積層体の積層方向に対して交差する方向に並べて複数開口させることができる。

　さらにまた、第６の側面に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記バインドバー側ボルト穴又はエンドプレート側ボルト穴を、前記電池積層体の積層方向に延長された長穴状に形成することができる。上記構成により、電源装置の製造時において、二次電池セルの製造公差を吸収して適切な締結力にて組み付けることが可能となる。

　さらにまた、第７の側面に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記バインドバー固定ボルトが、前記補強部の材厚に合わせて形成された段部を有する段付ボルトとすることができる。

　さらにまた、第８の側面に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記補強部は、補強側凹部を形成しており、該補強側凹部の内壁でもって係止段差を形成することができる。

　さらにまた、第９の側面に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記係止段差に、前記係止突部を挿入した状態で、該係止突部が前記係止段差と当接する部位の両側に隙間を形成することができる。

　さらにまた、第１０の側面に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、前記バインドバーを、その端縁を断面視においてＬ字状に折曲しない非折曲端縁とすることができる。上記構成により、バインドバーを平板状としつつ、バインドバー側に係止段差を形成し、エンドプレート側にこれに対応する係止突部を形成したことで、従来のようにバインドバー側の端縁の折曲を排除して、この部分への応力集中を回避できる。

　さらにまた、第１１の側面に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えてさらに、前記バインドバーと前記電池積層体の間に介在される絶縁シートを備えることができる。

　さらにまた、第１２の側面に係る電源装置によれば、上記何れかの構成に加えて、車両の駆動用の電源装置に利用することができる。

　さらにまた、第１３の側面に係る電源装置を備える車両は、上記何れかの構成を備える電源装置と、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、第１４の側面に係る電源装置を備える蓄電装置によれば、上記何れかの構成を備える電源装置と、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二次電池セルへの充電を可能とすると共に、前記二次電池セルに対し充電を行うよう制御することができる。

本発明の一実施形態に係る電源装置を示す斜視図である。 図１に示す電源装置の分解斜視図である。 図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線における電源装置の水平断面図である。 バインドバーと補強部の分解斜視図である。 バインドバー固定ボルトの締結部分を示す拡大断面図である。 図１のＶＩ－ＶＩ線における電源装置の垂直断面図である。 変形例に係る電源装置のバインドバー固定ボルトの締結部分を示す拡大断面図である。 変形例に係る電源装置のバインドバー固定ボルトの締結部分を示す拡大断面図である。 変形例に係る電源装置を示す分解斜視図である。 エンジンとモータで走行するハイブリッド自動車にバッテリ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バッテリ装置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。 従来の電源装置を示す分解斜視図である。 Ｌ字状のバインドバーへの応力集中を示す模式水平断面図である。

　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を積層している電池積層体２と、この電池積層体２の両端に配置された一対のエンドプレート３と、一対のエンドプレート３に両端が連結されて、電池積層体２を締結する一対のバインドバー４とを備えている。各エンドプレート３とバインドバー４の間には、補強部５が介在される。また、図示しているように、各バインドバー４と電池積層体との間には、絶縁シート７が介在される構成としても良い。
（二次電池セル１）

　二次電池セル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電池で、厚さ方向に積層されて電池積層体２としている。二次電池セル１はリチウムイオン二次電池である。ただし、二次電池セルは、ニッケル水素電池、ニッケルカドミウム電池等、充電できる全ての二次電池とすることもできる。二次電池セル１は、密閉構造の外装缶に正負の電極板を電解液と共に収容している。外装缶は、アルミニウムやアルミニウム合金等の金属板を角形にプレス成形され、開口部を封口板で気密に密閉している。封口板は、外装缶と同じアルミニウムやアルミニウム合金で、両端部に正負の電極端子を固定している。さらに、封口板は、正負の電極端子の間に、ガス排出弁を設けている。

　複数の二次電池セル１は、各二次電池セル１の厚み方向が積層方向となるように積層されて電池積層体２を構成している。二次電池セル１は、正負の電極端子を設けている端子面１０を同一平面に配置して、複数の二次電池セル１を積層して電池積層体２としている。
（セパレータ１２）

　電池積層体２は、図２に示すように、積層している二次電池セル１の間にセパレータ１２を挟着している。図のセパレータ１２は、絶縁材で薄いプレート状またはシート状に製作されている。図に示すセパレータ１２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しており、このセパレータ１２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同士を絶縁している。なお、セパレータ１２とは別に、隣接する二次電池セル１間に第二スペーサを配置しても良い。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で、二次電池セル１を冷却することができる。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。
（電池積層体２）

　電池積層体２は、隣接する二次電池セル１の正負の電極端子に金属製のバスバー（図示せず）が接続されて、バスバーでもって複数の二次電池セル１を直列又は並列に、あるいは直列と並列に接続される。図に示す電池積層体２は、１６個の二次電池セル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二次電池セル１の個数とその接続状態を特定しない。

　電池積層体２は、両端面に端面スペーサ１３を挟んでエンドプレート３を配置している。端面スペーサ１３は、図２に示すように、電池積層体２とエンドプレート３との間に配置されてエンドプレート３を電池積層体２から絶縁する。端面スペーサ１３は、上述したセパレータ１２と同様の材質で構成することができる。
（エンドプレート３）

　エンドプレート３は、図１と図２に示すように、電池積層体２の両端に配置されると共に、電池積層体２の両側面に沿って配置されるバインドバー４を介して締結される。エンドプレート３は、電池積層体２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１３の外側に配置されて電池積層体２を両端から挟着している。エンドプレート３は、アルミニウム合金製としている。アルミニウム合金としては、Ａｌ－Ｃｕ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｃｕ－Ｓｉ系、Ａｌ－Ｓｉ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ系、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ－Ｍｇ系、Ａｌ－Ｓｉ－Ｃｕ－Ｎｉ－Ｍｇ系等が利用できる。このアルミニウム合金製のエンドプレート３は、熱処理型合金である。またアルミニウム合金製のエンドプレート３は、ダイキャストで成型される。またアルミニウム合金製のエンドプレート３は、溶体化処理、焼入れ及び時効熱処理等を含む熱処理によって調質されることが好ましい。

　エンドプレート３は、外形を四角形としており、電池積層体２の端面に対向して配置されている。図１と図２に示すエンドプレート３は、二次電池セル１の外形とほぼ等しい外形としている。すなわち、図に示すエンドプレート３は、左右方向の幅を二次電池セル１の幅と等しくすると共に、上下方向の高さを二次電池セル１の高さと等しくしている。なお、本明細書において、上下方向とは図における上下方向とし、左右方向は、図における左右方向であって、電池の積層方向と直交する水平方向を意味するものとする。

　さらに、図２に示すエンドプレート３は、バインドバー４と固定するためのエンドプレート側ボルト穴３３を左右の側面にそれぞれ開口している。このエンドプレート３は、複数のエンドプレート側ボルト穴３３を上下に離間させて開口させている。図２の例では、エンドプレート３の両側に沿って３個ずつ、全体で６個のエンドプレート側ボルト穴３３を設けている。このエンドプレート３は、バインドバー固定ボルト６をエンドプレート側ボルト穴３３に挿入して固定される。
（バインドバー４）

　電池積層体２の側面は、一対のバインドバー４でそれぞれ被覆されて、電池積層体２の各側面においてエンドプレート３同士をバインドバー４でそれぞれ締結している。各バインドバー４は、電池積層体２の側面をほぼ被覆する大きさに形成したバインドバー主面４１を有する。このバインドバー主面４１は、電池積層体２の積層方向において端縁まで平板状に形成される。バインドバー４は、その端縁を断面視においてＬ字状に折曲しない非折曲端縁とすることが好ましい。

　バインドバー４は、図１と図２に示すように、電池積層体２の積層方向に延長されており、両端が電池積層体２の両端面に配置されたエンドプレート３に固定されて、このエンドプレート３を介して電池積層体２を積層方向に締結している。バインドバー４は、電池積層体２の側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２の両側面に対向して配置されている。このバインドバー４には、鉄などの金属板、好ましくは、鋼板が使用できる。金属板からなるバインドバー４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。

　バインドバー４は、電池積層体２の側面に沿って配置されるバインドバー主面４１と、このバインドバー主面４１の両端部を除く中間部分の上端部に沿って、電池積層体２の上面及び下面を保持する折曲部４４を備えている。一方でこのバインドバー主面４１は両端を折曲されず、従来のようなエンドプレートの外側面に固定されるＬ字状の折曲片を有しない。バインドバー主面４１は、電池積層体２と、その両端に配置されるエンドプレート３のほぼ全体を被覆する大きさの矩形状としている。図１に示すバインドバー主面４１は、電池積層体２の側面のほぼ全面を隙間なく被覆している。ただ、バインドバー主面は、１以上の開口部を設けて、電池積層体の側面の一部を表出させることもできる。

　また折曲部４４は、電池積層体２を構成する二次電池セル１の上面及び下面を保持して、各二次電池セル１の端子面１０の位置が上下にずれるのを抑制している。さらに折曲部に、電源装置１００を被固定対象物、例えば車輌に固定するためのボルト穴を形成してもよい。図２の例では、下側の折曲部４４に、ボルト穴４５を形成している。

　バインドバー４は、バインドバー主面４１と折曲部４４の内面に絶縁シート７を配置して、この絶縁シート７により、電池積層体２の二次電池セル１とバインドバー４とを絶縁している。図２等に示す絶縁シート７は、全体の垂直断面形状をコ字状に折曲させてバインドバー４とほぼ同じ形状及びサイズとしつつ、上面側は折り返してバインドバー４の上側の折曲部４４をその端縁から挟み込むようにして、図１の斜視図に示すように折曲部４４の上面を被覆している。さらにバインドバー４は、図示しないが、バインドバー主面４１の両端部の内面に緩衝材を配置して、エンドプレート３の両側面を振動等の衝撃から保護することもできる。
（係止段差５４、係止突部３４）

　また図３の水平断面図に示すように、このバインドバー４は、エンドプレート３と対向する部位において、電池積層体２の積層方向に対して交差する方向に延長された係止段差５４を形成している。一方、エンドプレート３側は、バインドバー４と対向する部位に、この係止段差５４に係止される係止突部３４を形成している。これにより、従来のバインドバーのように端縁をＬ字状に折曲する構成に比べ、バインドバーの材質や厚さを変更することなく、電池積層体２を締結する剛性を高めることが可能となる。

　すなわち、従来のようなバインドバーの端縁をＬ字状に折曲してエンドプレート３の主面側で固定する構成では、図１４の水平断面図において破線の円で示すように、電池積層体１４０２の膨張時にエンドプレート１４０３が押し拡げられた際、バインドバー１４０４の折曲部分に曲げモーメントが印加されて応力が集中してしまい、曲げが開いたり、破断する可能性があった。

　これに対して、図３に示す電源装置では、係止突部３４が係止段差５４に係止される構造とすることで、二次電池セルの膨張に伴う荷重がバインドバー４に対して直線状に印加される状態とすることができる。すなわち、図３の水平断面図に示すように、バインドバーの引っ張り方向で力を受けるように構成することで、応力の集中を防止することができるようになっている。

　別の見方では、従来の締結方式ではバインドバー側を折曲し、エンドプレート側に引っ掛ける構成としているが、本実施形態では、バインドバー側を折曲させず、エンドプレート側の突起を、バインドバー側の段差に引っ掛ける構成として、バインドバー側への応力集中を回避させたと捉えることもできる。

　また上述の通り、バインドバー４を長手方向において端縁をＬ字状に折曲しないことで、バインドバー４を平板状としつつ、バインドバー４側に係止段差５４を形成し、エンドプレート５側にこれに対応する係止突部３４を形成したことで、従来のようにバインドバー側の端縁の折曲を排除して、この部分への応力集中を回避できる。
（補強部５）

　図３の水平断面図に示す例では、バインドバー４側の、エンドプレート３との界面に補強部５を設けており、この補強部５に係止段差５４を形成している。このようにしたことで、バインドバー自体の肉厚を厚くすることなく、その端縁において係止段差５４を形成可能な厚さを容易に確保できる。この結果、バインドバーの、エンドプレートの固定箇所の肉厚を容易に調整でき、製造コストを低減できる。すなわち、バインドバー自体は従来の材質で構成しながら、必要な部位のみを肉厚にできるようになるので、バインドバーの全体を肉厚とする必要が無く、バインドバーの重量増加を抑えることができる。

　補強部５は、金属製で構成される。好ましくは、バインドバー４と同一の金属製、またはバインドバー４よりも剛性の高い金属で構成できる。また補強部５は、好ましくはバインドバー４と一体に形成される。例えば係止段差５４を有するバインドバー４を異形材厚とするために、テーラードブランク材を利用する。これにより補強部５とバインドバーを一つの部材として成形することができる。あるいは、個別に用意された補強部を、バインドバーに溶接してもよい。これにより、予め補強部をバインドバーに溶接して組立工程を簡素化できる。

　なお、補強部は必ずしも必須でなく、例えばバインドバーを切削等によって、予め係止段差を形成する部位を肉厚にした形状に形成してもよい。
（バインドバー固定ボルト６）

　このように係止段差５４に係止突部３４を係止する構成としつつ、さらにボルトなどによりバインドバー４をエンドプレート３に固定する。図２等の例では、バインドバー４の側面上で、補強部５を通じてエンドプレート３を固定するためのバインドバー固定ボルト６を備えている。

　また各バインドバー４は、係止段差５４に、バインドバー固定ボルト６を挿入するためのバインドバー側ボルト穴４６を形成している。バインドバー側ボルト穴４６は、電池積層体２の積層方向に対して交差する方向に並べて複数開口されている。

　一方、各エンドプレート３は、係止突部３４に、バインドバー固定ボルト６を挿入するためのエンドプレート側ボルト穴３３を形成している。エンドプレート側ボルト穴３３も、バインドバー側ボルト穴４６と対応させて、電池積層体２の積層方向に対して交差する方向に並べて複数開口されている。

　各バインドバー側ボルト穴４６は、補強部５に形成された係止段差５４よりも、電池積層体２の積層方向において外側、すなわち電池積層体２の存在しない側に配置されるように形成される。より具体的には、電池積層体２の積層方向において係止段差５４よりも外側、すなわち電池積層体２の存在しない側に、バインドバー側ボルト穴４６が形成される。

　また係止段差５４は、補強部５の主面５１に対して交差する面として構成される。好ましくは補強部５の主面５１と略直交する面状に形成される。図４の分解斜視図に示す例では、補強部５の主面５１に、主面５１よりも低い底面を有する補強側凹部５２が形成されており、この補強側凹部５２の壁面でもって係止段差５４が形成される。補強側凹部５２は、補強部５の主面５１のほぼ中央に、補強部５の主面５１の長手方向に沿ってトラック状に形成される。このトラック状の補強側凹部５２は、エンドプレート３の係止突部３４を挿入できるように、これよりも大きく形成される。

　そしてバインドバー側ボルト穴４６は、バインドバー４の端縁に、垂直方向に３つのバインドバー側ボルト穴４６を略等間隔で離間させて開口させている。これらバインドバー側ボルト穴４６は、補強部５の係止段差５４を形成する補強側凹部５２の底面に開口された補強側穴５６と同軸となるように設計されている。これにより、補強側凹部５２に挿入されたエンドプレート３の係止突部３４が、補強側凹部５２の底面に当接すると共に、係止突部３４に開口されたエンドプレート側ボルト穴３３と、補強部５の補強側穴５６と、バインドバー４のバインドバー側ボルト穴４６とを一致させて、バインドバー４の外側からバインドバー固定ボルト６を締結できるように構成している。この様子を、図５の水平断面図に示す。

　補強側凹部５２の底面は、補強部５の主面５１よりも低くすることで、係止段差５４が形成される。いいかえると、補強側凹部５２の底面と補強部５の主面５１との高低差を大きくするほど、係止段差５４の面積を大きくして、バインドバー４をエンドプレート３に係止して接合する剛性を高めることができる。補強側凹部５２の底面と補強部５の主面５１との高低差を大きくするには、補強側凹部５２を深く掘り下げることが好ましいが、深すぎるとエンドプレートの強度が低下してしまう。好ましくは、バインドバーの肉厚の内、補強側凹部５２の底面部分を、補強部５を除くバインドバーの他のバインドバー主面の肉厚と等しくする。これにより、補強側凹部５２を設けたことでバインドバーの強度が低下する事態を回避し、バインドバーの十分な剛性を維持できる。

　好ましくは、図４の分解斜視図に示すように、補強側凹部５２を貫通させた補強部５を、バインドバー４の端縁に接合する。これによって、容易に有底の補強側凹部５２をバインドバー４の端縁部分に形成できる。しかも補強側凹部５２の底板の厚さをバインドバー４の他のバインドバー主面と一致させることもできる。なおバインドバー側ボルト穴４６は、図４に示すように補強部５の接合前に予め開口しておくことが好ましい。ただ、補強部の接合後に、旋盤などを用いてバインドバー側ボルト穴を開口させてもよい。

　係止段差５４に係止突部３４を挿入した状態で、係止突部３４と係止段差５４とが当接する部位は、点状とするよりも線状や面状とすることが好ましい。このようにすることで、バインドバーが電池積層体を締結する応力が一点に集中する事態を回避し、広い部位で受けることで応力を分散させて剛性を高めることができる。
（隙間ＧＰ）

　一方において、係止段差５４に係止突部３４を挿入した状態で、係止突部３４が係止段差５４と当接する部位の両側に隙間ＧＰを形成することもできる。例えば図６に示す図１のＶＩ－ＶＩ線における垂直断面図の例では、補強側凹部５２をトラック状として係止段差５４を面状としつつ、エンドプレート３から突出させた係止突起を緩やかな曲面状として、係止突起と係止段差５４が接触する部位の左右に、緩やかな隙間ＧＰが形成されるようにしている。このように構成することで、二次電池セル１が膨張した際、補強部５が隙間ＧＰ部分で僅かに弾性変形することによって膨張による変形を吸収することができ、膨張による歪みを吸収できる効果が得られる。
（長穴３３Ｂ、４６Ｂ）

　これらバインドバー側ボルト穴４６やエンドプレート側ボルト穴３３は、図２等示すように円形状とする他、図７の変形例に示すように、電池積層体２の積層方向に延長された長穴状に形成することもできる。これにより、バインドバー４をエンドプレート３に締結する際に、二次電池セル１の製造公差等に起因する電池積層体２の厚さの変動を、長孔上に開口されたバインドバー側ボルト穴４６Ｂやエンドプレート側ボルト穴３３Ｂでもって容易に吸収できる。特に、長孔の寸法は、初期拘束力を考慮して設計することが望ましく、これにより最低拘束力を確保できる。

　またバインドバー固定ボルト６は、図５の拡大平面図に示すようにバインドバー固定ボルト６を締結した状態でボルト頭がエンドプレート３の主面から突出しないように、バインドバー側ボルト穴４６をボルト頭よりも大きく形成することが好ましい。

　さらにバインドバー固定ボルト６を、補強部５の材厚に合わせて形成された段部を有する段付ボルトとすることもできる。このような例を変形例に係る電源装置として、図８の拡大断面図に示す。この図に示すように、バインドバー固定ボルト６Ｂに、係止突部３４Ｂの材厚に応じて段付き６ｂを形成している。また係止突部３４Ｂ側にもこの段付き６ｂに対応した段差３４ｂを形成して、バインドバー固定ボルト６Ｂ締結時の座面の締結力を高めることが可能となる。

　なお、以上の例では係止段差に係止突部を係止した状態でバインドバーをエンドプレートにボルトの締結で固定する構成を説明したが、本発明はバインドバーをエンドプレートに固定する構成をボルトの締結に限定せず、例えば溶接等としてもよい。

　また、以上の例ではバインドバーをエンドプレートに連結する構造を、バインドバー側に設けた係止段差にエンドプレート側に設けた係止突部を係止する構成としたが、本発明はこの構成に限らず、エンドプレート側に係止段差を設け、バインドバー側に係止突部を設けてもよい。また係止段差は必ずしも長穴状とする必要はなく、円形状の穴としてもよい。また、ボルトの一部、例えばボルト頭を利用した係止としてもよい。さらに、係止段差と係止突部の連結構造を、複数設けてもよい。例えばエンドプレートの側面において係止段差と係止突部の連結構造を、縦方向に複数離間させて設けてもよい。このような例を変形例として、図９の分解斜視図に示す。この図に示す電源装置１００Ｃは、バインドバー４Ｃの端縁において内面側、すなわちエンドプレート３Ｃの側面と対向する部位に補強部５Ｃを介在させている。補強部５Ｃからは、円板状の係止突起３４Ｃを複数、突出させている。図９の例では、電池積層体２Ｃの積層方向と交差する方向、好ましくは略直交する方向に、２つの円板状係止突起３４Ｃを離間させて配置している。またエンドプレート３Ｃの側面側には、これらの円板状係止突起３４Ｃと対応する位置に、係止段差として、円板状係止突起３４Ｃを挿入可能な係止穴５４Ｃを形成している。さらにバインドバー４Ｃに、バインドバー固定ボルト６Ｃを挿入するバインドバー側ボルト穴４６Ｃを開口させると共に、このバインドバー側ボルト穴４６Ｃと対応する位置に円板状係止突起３４Ｃと係止穴５４Ｃをそれぞれ配置し、さらにバインドバー固定ボルト６Ｃを挿入するボルト挿入穴３４ｃ、５４ｃをそれぞれ開口させている。いいかえると、係止段差５４Ｃと係止突部３４Ｃの連結構造を設けた位置に重ねて、バインドバー固定ボルト６Ｃによる螺合を配置することで、接合構造と固定構造を共通化して電源装置の組立作業時において補強部５Ｃとバインドバー４Ｃとの位置決めなどを気にすることなく、組み立て作業の簡素化や連結構造の小型化、薄型化を図ることが可能となる。

　このようにして、バインドバーとエンドプレートとを、係止段差と係止突部の係止を利用して締結することにより、従来の板状のバインドバーの端縁をＬ字状に折曲した構成と比べ、応力の集中を回避して、同じ材質や肉厚であっても剛性を高めることが可能となり、二次電池セルの膨張、収縮に対応可能な電源装置を実現できる。特にバインドバーに補強部を設けたことで、バインドバー全体を厚くすることなく、負荷を受ける部位の強度を増すことができる。しかも二次電池セルの膨張により生じるセル反力に伴って、バインドバーの固定部分に応力が集中しても、固定箇所の材厚を厚くしたことで剛性を高めることが可能となる。

　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１０００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１０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１０００と、電源装置１０００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１０００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１０００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１０００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１０００の電池を充電する。
（電気自動車用電源装置）

　また図１１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１０００と、この電源装置１０００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１０００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１０００の電池を充電する。
（蓄電用電源装置）

　さらに、この電源装置は、移動体用の動力源としてのみならず、載置型の蓄電用設備としても利用できる。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１２に示す。この図に示す電源装置１０００は、複数の電池パック８１をユニット状に接続して電池ユニット８２を構成している。各電池パック８１は、複数の二次電池セルが直列及び／又は並列に接続されている。各電池パック８１は、電源コントローラ８４により制御される。この電源装置１０００は、電池ユニット８２を充電用電源ＣＰで充電した後、負荷ＬＤを駆動する。このため電源装置１０００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を介して電源装置１０００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、電源装置１０００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から電源装置１０００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、電源装置１０００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、電源装置１０００への充電を同時に行うこともできる。

　電源装置１０００で駆動される負荷ＬＤは、放電スイッチＤＳを介して電源装置１０００と接続されている。電源装置１０００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、電源装置１０００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、電源装置１０００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１２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。

　各電池パック８１は、信号端子と電源端子を備える。信号端子は、パック入出力端子ＤＩと、パック異常出力端子ＤＡと、パック接続端子ＤＯとを含む。パック入出力端子ＤＩは、他のパック電池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、パック接続端子ＤＯは子パックである他のパック電池に対して信号を入出力するための端子である。またパック異常出力端子ＤＡは、パック電池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、電池パック８１同士を直列、並列に接続するための端子である。また電池ユニット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、蓄電装置並びに電源装置用セパレータは、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、１００Ｃ、９００…電源装置、１…二次電池セル、２、２Ｃ、１４０２…電池積層体、３、３Ｃ、１４０３…エンドプレート、４、４Ｃ、１４０４…バインドバー、５、５Ｃ…補強部、６、６Ｂ、６Ｃ…バインドバー固定ボルト；６ｂ…段付き、７…絶縁シート、１０…端子面、１２…セパレータ、１３…端面スペーサ、３３、３３Ｂ…エンドプレート側ボルト穴、３４、３４Ｂ…係止突部；３４ｂ…段差、３４Ｃ…円板状係止突起；３４ｃ…ボルト挿入穴、４１…バインドバー主面、４４…折曲部、４５…ボルト穴、４６、４６Ｂ、４６Ｃ…バインドバー側ボルト穴、５１…補強部の主面、５２…補強側凹部、５４…係止段差、５４Ｃ…係止穴；５４ｃ…ボルト挿入穴、５６…補強側穴、８１…電池ブロック、８２…電池ユニット、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、９０１…二次電池セル、９０２…スペーサ、９０３…エンドプレート、９０４…バインドバー；９０４ｂ…Ｌ字状部分、９０６…ボルト、１０００…高出力の電源装置、ＧＰ…隙間、ＨＶ…車両、ＥＶ…車両、ＣＰ…充電用電源、ＬＤ…負荷、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 (14)

1. 　積層された複数の二次電池セルを含む電池積層体と、
   　前記電池積層体の両端面にそれぞれ配置される一対のエンドプレートと、
   　前記電池積層体の側面に配置され、前記一対のエンドプレートを締結するバインドバーと、を備え、
   　前記バインドバーは、前記一対のエンドプレートと対向するそれぞれの部位において、前記電池積層体の積層方向に対して交差する方向に延長された係止段差を有しており、
   　前記一対のエンドプレートのそれぞれは、前記バインドバーと対向する部位において、前記係止段差に係止される係止突部を有している電源装置。
2. 　請求項１に記載の電源装置であって、さらに、
   　前記バインドバーは、前記電池積層体と対向するバインドバー主面側に位置する一対の補強部を有しており、それぞれの補強部が、対応するエンドプレートに向けて突出するとともに、前記係止突部に係止される前記係止段差を有している電源装置。
3. 　請求項２に記載の電源装置であって、
   　前記バインドバーは、金属板と、前記電池積層体の積層方向に対して交差する方向における寸法が前記金属板よりも大きい一対の金属ブロックとを含んでおり、
   　前記一対の金属ブロックは、前記一対の補強部材であり、前記一対の金属ブロックが前記金属板と一体に設けられている電源装置。
4. 　請求項２又は３に記載の電源装置であって、
   　前記係止段差と係止突部との連結構造に重ねて、前記バインドバーとエンドプレートとの螺合による固定構造を設けてなる電源装置。
5. 　請求項２～４のいずれか一項に記載の電源装置であって、さらに、
   　前記バインドバーの側面上で、前記補強部を通じて前記エンドプレートを固定するためのバインドバー固定ボルトを備え、
   　各バインドバーが、前記係止段差に、前記バインドバー固定ボルトを挿入するためのバインドバー側ボルト穴を、前記電池積層体の積層方向に対して交差する方向に並べて複数開口されており、
   　各エンドプレートが、前記係止突部に、前記バインドバー固定ボルトを挿入するためのエンドプレート側ボルト穴を、前記電池積層体の積層方向に対して交差する方向に並べて複数開口させてなる電源装置。
6. 　請求項５に記載の電源装置であって、
   　前記バインドバー側ボルト穴又はエンドプレート側ボルト穴が、前記電池積層体の積層方向に延長された長穴状に形成されてなる電源装置。
7. 　請求項５又は６に記載の電源装置であって、
   　前記バインドバー固定ボルトが、前記補強部の材厚に合わせて形成された段部を有する段付ボルトである電源装置。
8. 　請求項５～７のいずれか一項に記載の電源装置であって、
   　前記補強部は、補強側凹部を形成しており、該補強側凹部の内壁でもって係止段差を形成してなる電源装置。
9. 　請求項８に記載の電源装置であって、
   　前記係止段差は、前記係止突部を挿入した状態で、該係止突部が前記係止段差と当接する部位の両側に隙間を形成してなる電源装置。
10. 　請求項１～９のいずれか一項に記載の電源装置であって、
    　前記バインドバーが、その端縁を断面視においてＬ字状に折曲しない非折曲端縁としてなる電源装置。
11. 　請求項１～１０のいずれか一項に記載の電源装置であって、さらに、
    　前記バインドバーと前記電池積層体の間に介在される絶縁シートを備える電源装置。
12. 　請求項１～１１のいずれか一項に記載の電源装置であって、
    　車両の駆動用の電源装置である電源装置。
13. 　請求項１～１１のいずれか一に記載の電源装置を備えてなる車両であって、
    　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。
14. 　請求項１～１０のいずれか一に記載の電源装置を備えてな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二次電池セルへの充電を可能とすると共に、前記二次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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