WO2020202669A1 - 電源装置及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置、電源装置用締結部材、電源装置の製造方法、電源装置用締結部材の製造方法 - Google Patents

電源装置及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置、電源装置用締結部材、電源装置の製造方法、電源装置用締結部材の製造方法 Download PDF

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豪 山城
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a power supply device, an electric vehicle using the power supply device, a power storage device, a fastening member for the power supply device, a method for manufacturing the power supply device, and a method for manufacturing the fastening member for the power supply device.
  • the power supply device is used as a power supply device for driving an electric vehicle, a power supply device for storing electricity, and the like.
  • a power supply device for storing electricity, and the like.
  • a plurality of rechargeable secondary battery cells are stacked.
  • the power supply device 900 arranges end plates 903 on both end faces of a battery laminate in which secondary battery cells 901 of a square outer can are laminated, and ends.
  • the plates 903 are fastened to each other with a metal bind bar 904.
  • the outer can of the secondary battery cell expands and contracts when charging and discharging are repeated.
  • the capacity of each secondary battery cell is increasing, and as a result, the amount of expansion tends to increase.
  • a strong load is applied at the time of expansion.
  • a strong shear stress acts on the joint portion between the bind bar and the end plate, causing fracture. Therefore, it is required to increase the strength of the bind bar.
  • One of the objects of the present invention is a power supply device that secures stretchability while increasing strength for fastening a battery laminate in which a plurality of secondary battery cells are laminated, an electric vehicle using the same, a power storage device, and a power supply device.
  • a method for manufacturing a fastening member for a power supply device, a method for manufacturing a power supply device, and a method for manufacturing a fastening member for the power supply device is a method for manufacturing a fastening member for a power supply device.
  • the power supply device includes a plurality of secondary battery cells having a square outer can, a pair of end plates covering both end faces of a battery laminate in which the plurality of secondary battery cells are laminated, and a pair of end plates.
  • a plurality of metal fastening members that are arranged on opposite side surfaces of the battery laminate in a plate shape that extends along the stacking direction of the plurality of secondary battery cells and that fasten the end plates to each other.
  • a power supply device including, each of the plurality of fastening members connects between a fastening portion made of a first metal, which is fixed to the end plate at both ends in the longitudinal direction, and the fastening portions.
  • the first metal has an intermediate portion composed of a second metal different from the first metal, the first metal has a higher strength than the second metal, and the second metal is stretched more than the first metal. It is highly structured.
  • the electric vehicle is driven by the power supply device, a traveling motor to which electric power is supplied from the power supply device, a vehicle body including the power supply device and the motor, and the motor. It is provided with wheels for traveling the vehicle body.
  • the power storage device includes the power supply device and a power supply controller that controls charging / discharging to the power supply device, and the power supply controller is used to supply electric power to the secondary battery cell from the outside. It enables charging and is controlled to charge the secondary battery cell.
  • the fastening member for a power supply device is a power supply device for fastening a pair of end plates covering both end faces of a battery laminate in which a plurality of secondary battery cells having a square outer can are laminated.
  • a second metal fastening member different from the first metal which connects between a fastening portion made of a first metal, which is fixed to the end plate at both ends in the longitudinal direction, and the fastening portions. It has an intermediate portion made of a metal, and the first metal is configured to have higher strength than the second metal, and the second metal is configured to have higher stretchability than the first metal. ..
  • the method for manufacturing a fastening member for a power supply device is to fasten a pair of end plates covering both end faces of a battery laminate in which a plurality of secondary battery cells having a square outer can are laminated.
  • the first method for manufacturing a fastening member for a power supply device wherein a fastening portion made of a first metal, which is fixed to the end plate at both ends in the longitudinal direction, and the fastening portion are connected to each other.
  • An intermediate portion made of a second metal different from one metal, the first metal having higher strength than the second metal, and the second metal having higher stretchability than the first metal. It includes a step of preparing the fastening portion and the intermediate portion, and a step of joining the fastening portion and the intermediate portion by friction stir welding.
  • a method of manufacturing a power supply device is a method of manufacturing a plurality of secondary battery cells having a square outer can and a pair of ends covering both end faces of a battery laminate in which the plurality of secondary battery cells are laminated.
  • a method of manufacturing a power supply device including a member, wherein a fastening portion made of a first metal, which is fixed to the end plate at both ends in the longitudinal direction, and the fastening portion are connected to each other.
  • the strength of the fastening portion of the fastening member for fastening the battery laminate is increased to increase the resistance to expansion of the secondary battery cell, and the stretchability of the intermediate portion is enhanced, which are contradictory characteristics of strength and stretchability. Can be compatible with each other.
  • FIG. It is a perspective view which shows the power supply device which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is an exploded perspective view of the power supply device of FIG.
  • FIG. 3 is a horizontal sectional view taken along line III-III of the power supply device of FIG.
  • FIG. 3 is a horizontal sectional view taken along line III-III of the power supply device of FIG.
  • FIG. 3 is a horizontal sectional view taken along line III-III of the power supply device of FIG.
  • FIG. It is a perspective view which shows the fastening member of FIG.
  • FIG. 4 shows the back.
  • It is an exploded perspective view of the fastening member of FIG. It is a schematic diagram which shows the process of manufacturing a fastening member.
  • It is an exploded perspective view which shows the conventional power-source device.
  • FIG. 5 is a horizontally enlarged end view of the XI-XI line of FIG.
  • FIG. 5 is a horizontally enlarged end view of the fastening member according to the second embodiment.
  • It is a block diagram which shows an example which mounts a power-source device on a hybrid vehicle which runs by an engine and a motor. It is a block diagram which shows the example which mounts the power-source device on the electric vehicle which runs only by a motor. It is a block diagram which shows the example which applies to the power-source device for electricity storage.
  • the power supply device of a certain aspect of the present invention may be configured as follows.
  • the power supply device according to the embodiment of the present invention includes a plurality of secondary battery cells having a square outer can, and a pair of end plates covering both end faces of a battery laminate in which the plurality of secondary battery cells are laminated.
  • Each of the plurality of fastening members is connected to a fastening portion made of a first metal, which is fixed to the end plate at both ends in the longitudinal direction, and between the fastening portions. It has an intermediate portion composed of a second metal different from the first metal, the first metal has a higher strength than the second metal, and the second metal has a higher strength than the first metal. It is configured to have high stretchability.
  • the fastening member joins the joining interface between the fastening portion and the intermediate portion by friction stir welding.
  • the first metal is made of an iron-based metal and the second metal is made of an aluminum-based metal.
  • the fastening portion and the intermediate portion have the same thickness.
  • the thickness of the entire metal fastening member can be made uniform, and both the inner surface and the outer surface of the fastening member can be formed in the same plane.
  • the fastening member can be made to have a stepless appearance while covering the side surface of the battery laminate with a flat surface.
  • the power supply device further includes a locking block in which the fastening member is further fixed to the fastening portion, and the end plate is fastened by the fastening member. Therefore, a stepped portion for locking the locking block is formed, and the fastening portion and the locking block are fixed by welding.
  • the locking block is made of the first metal.
  • each element constituting the present invention may be configured such that a plurality of elements are composed of the same member and the plurality of elements are combined with one member, or conversely, the function of one member is performed by the plurality of members. It can also be shared and realized.
  • the contents described in some examples and embodiments can be used in other embodiments and embodiments.
  • the power supply device is a power source mounted on an electric vehicle such as a hybrid vehicle or an electric vehicle to supply electric power to a traveling motor, a power source for storing natural energy generated power such as solar power generation or wind power generation, or a power source for storing electric power generated by natural energy such as solar power generation and wind power generation. It is used for various purposes such as a power source for storing midnight power, and is particularly suitable as a power source suitable for high power and large current applications. In the following example, an embodiment applied to a power supply device for driving an electric vehicle will be described.
  • FIG. 1 A perspective view of the power supply device 100 according to the first embodiment of the present invention is shown in FIG. 1, an exploded perspective view thereof is shown in FIG. 2, and a horizontal sectional view of the power supply device 100 of FIG. 1 taken along lines III-III is shown in FIG.
  • FIG. 4 A perspective view showing the fastening member 15 of FIG. 4 is shown in FIG. 4, a perspective view of the fastening member 15 of FIG. 4 viewed from the back is shown in FIG. 5, and an exploded perspective view of the fastening member 15 of FIG. 5 is shown in FIG.
  • the power supply device 100 shown in these figures fastens a battery laminate 10 in which a plurality of secondary battery cells 1 are laminated, a pair of end plates 20 covering both end faces of the battery laminate 10, and end plates 20 to each other.
  • a plurality of fastening members 15 are provided.
  • the battery laminate 10 is connected to a plurality of secondary battery cells 1 having positive and negative electrode terminals 2 and electrode terminals 2 of the plurality of secondary battery cells 1, and the plurality of secondary battery cells 1 are connected in parallel and in series. It is equipped with a bus bar (not shown) that connects to. A plurality of secondary battery cells 1 are connected in parallel or in series via these bus bars.
  • the secondary battery cell 1 is a rechargeable secondary battery.
  • a plurality of secondary battery cells 1 are connected in parallel to form a parallel battery group, and a plurality of parallel battery groups are connected in series so that a large number of secondary battery cells 1 are connected in parallel and in series. Be connected.
  • a plurality of secondary battery cells 1 are laminated to form a battery laminate 10. Further, a pair of end plates 20 are arranged on both end faces of the battery laminate 10. The ends of the fastening members 15 are fixed to the end plates 20, and the laminated secondary battery cell 1 is fixed to the pressurized state.
  • the secondary battery cell 1 is a square battery having a quadrangular outer shape of a main surface having a wide surface, and is thinner than the width. Further, the secondary battery cell 1 is a secondary battery that can be charged and discharged, and is a lithium ion secondary battery. However, the present invention does not specify the secondary battery cell as a square battery, nor does it specify a lithium ion secondary battery. As the secondary battery cell, all rechargeable batteries, for example, a non-aqueous electrolyte secondary battery other than the lithium ion secondary battery, a nickel hydrogen secondary battery cell, and the like can also be used.
  • an electrode body in which positive and negative electrode plates are laminated is housed in an outer can 1a, filled with an electrolytic solution, and airtightly sealed.
  • the outer can 1a is formed into a square tubular shape that closes the bottom, and the opening above the outer can 1a is hermetically closed by a metal plate sealing plate 1b.
  • the outer can 1a is manufactured by deep drawing a metal plate such as aluminum or an aluminum alloy.
  • the sealing plate 1b is made of a metal plate such as aluminum or an aluminum alloy, like the outer can 1a.
  • the sealing plate 1b is inserted into the opening of the outer can 1a, irradiates the boundary between the outer periphery of the sealing plate 1b and the inner circumference of the outer can 1a with a laser beam, and the sealing plate 1b is laser welded to the outer can 1a. It is fixed airtightly.
  • Electrode terminal 2 In the secondary battery cell 1, the sealing plate 1b, which is the top surface, is used as the terminal surface 1X, and the positive and negative electrode terminals 2 are fixed to both ends of the terminal surface 1X.
  • the electrode terminal 2 has a columnar protrusion.
  • the protruding portion does not necessarily have to be cylindrical, and may be polygonal or elliptical.
  • the positions of the positive and negative electrode terminals 2 fixed to the sealing plate 1b of the secondary battery cell 1 are such that the positive electrode and the negative electrode are symmetrical.
  • the secondary battery cells 1 are inverted and stacked, and the electrode terminals 2 of the positive electrode and the negative electrode that are adjacent to each other are connected by a bus bar so that the adjacent secondary battery cells 1 can be connected in series. I have to.
  • Battery laminate 10 The plurality of secondary battery cells 1 are laminated so that the thickness direction of each secondary battery cell 1 is the stacking direction to form the battery laminate 10.
  • a plurality of secondary battery cells 1 are laminated so that the terminal surface 1X provided with the positive and negative electrode terminals 2 and the sealing plate 1b in FIG. 2 are flush with each other.
  • the battery laminate 10 may have an insulating spacer 16 interposed between the secondary battery cells 1 stacked adjacent to each other.
  • the insulating spacer 16 is made of an insulating material such as resin in the form of a thin plate or sheet.
  • the insulating spacer 16 has a plate shape having a size substantially equal to the facing surface of the secondary battery cell 1.
  • the insulating spacers 16 can be laminated between the secondary battery cells 1 adjacent to each other to insulate the adjacent secondary battery cells 1 from each other.
  • a spacer having a shape in which a flow path of a cooling gas is formed between the secondary battery cell 1 and the spacer can also be used.
  • the surface of the secondary battery cell 1 can be coated with an insulating material.
  • the surface of the outer can excluding the electrode portion of the secondary battery cell may be heat-welded with a shrink tube made of PET resin or the like.
  • the insulating spacer may be omitted.
  • the secondary battery cells connected in series are insulated by interposing an insulating spacer between the secondary battery cells, while being connected in parallel with each other. Since there is no voltage difference between the adjacent outer cans of the secondary battery cells, the insulating spacer between the secondary battery cells can be omitted.
  • end plates 20 are arranged on both end surfaces of the battery laminate 10.
  • An end face spacer 17 may be interposed between the end plate 20 and the battery laminate 10 to insulate them.
  • the end face spacer 17 can also be manufactured in the form of a thin plate or sheet with an insulating material such as resin.
  • a metal bus bar is connected to the positive and negative electrode terminals 2 of the adjacent secondary battery cells 1, and a plurality of secondary battery cells 1 are connected in parallel and in series via the bus bar.
  • the positive and negative electrode terminals 2 provided at both ends of the terminal surface 1X are oriented in the same direction on the left and right.
  • a plurality of secondary batteries are provided so that the positive and negative electrode terminals 2 provided at both ends of the terminal surface 1X are oriented in opposite directions.
  • the battery cells 1 are stacked.
  • the present invention does not specify the number of secondary battery cells constituting the battery laminate and the connection state thereof.
  • the number of secondary battery cells constituting the battery laminate and the connection state thereof can be variously changed, including other embodiments described later.
  • the power supply device 100 is a battery stack 10 in which a plurality of secondary battery cells 1 are laminated with each other, and a plurality of electrode terminals 2 of a plurality of secondary battery cells 1 adjacent to each other are connected to each other by a bus bar.
  • the secondary battery cells 1 of the above are connected in parallel and in series.
  • the bus bar holder may be arranged between the battery laminate 10 and the bus bar. By using the bus bar holder, a plurality of bus bars can be arranged at a fixed position on the upper surface of the battery laminate while insulating the plurality of bus bars from each other and insulating the terminal surface of the secondary battery cell from the bus bar.
  • the bus bar is manufactured into a predetermined shape by cutting and processing a metal plate.
  • a metal having low electric resistance and light weight for example, an aluminum plate or a copper plate, or an alloy thereof can be used.
  • other metals with low electrical resistance and light weight and alloys thereof can also be used.
  • End plate 20 As shown in FIGS. 1 to 3, the end plates 20 are arranged at both ends of the battery laminate 10 and are fastened via a pair of left and right fastening members 15 arranged along both side surfaces of the battery laminate 10. Will be done.
  • the end plates 20 are both ends of the secondary battery cell 1 of the battery laminate 10 in the stacking direction, and are arranged outside the end face spacer 17 to sandwich the battery laminate 10 from both ends.
  • Step 20b The end plate 20 forms a stepped portion 20b for locking the locking block 15b provided on the fastening member 15 in a state of being fastened by the fastening member 15.
  • the step portion 20b is formed in a size and shape capable of locking the locking block 15b of the fastening member 15 described later.
  • a brim-shaped step portion 20b is formed so that the end plate 20 has a T-shape in a horizontal cross-sectional view. Further, an end plate screw hole 20c is opened in the vicinity of the step portion 20b.
  • each fastening member 15 is a metal plate having a predetermined width and a predetermined thickness along the side surface of the battery laminate 10, and is formed on both side surfaces of the battery laminate 10. They are placed facing each other.
  • the fastening member 15 includes a fastening portion 15c fixed to the end plate 20 at both ends in the longitudinal direction, and an intermediate portion 15a connecting the fastening portions 15c to each other.
  • the fastening portion 15c is made of a first metal
  • the intermediate portion 15a is made of a second metal different from the first metal.
  • metals having the characteristics required for the fastening portion 15c and the intermediate portion 15, respectively, are selected, thereby realizing the strength and stretchability required for the fastening member 15. There is.
  • the first metal constituting the fastening portion 15c has a higher strength than the second metal forming the intermediate portion 15a, and the second metal constituting the intermediate portion 15a constitutes the fastening portion 15c. It has higher stretchability than the first metal.
  • the fastening portion 15c is provided with strength and the intermediate portion 15a is provided with stretchability.
  • the fastening member 15 enhances the strength of the fastening portion 15 to exert the fastening force of the battery laminate 10, and enhances the stretchability of the intermediate portion 15a so that the secondary battery cell 1 is easily deformed when expanded.
  • the contradictory properties of strength and stretchability are compatible.
  • the fastening member 15 can use an iron-based metal as the first metal constituting the fastening portion 15c and an aluminum-based metal as the second metal constituting the intermediate portion 15a.
  • first metal for example, iron, an iron alloy, SUS, etc.
  • second metal for example, aluminum, an aluminum alloy, etc.
  • the fastening portion 15c made of an iron-based metal can realize superior strength to the intermediate portion 15b made of an aluminum-based metal, and can increase the strength at the connecting portion with the end plate 20.
  • the intermediate portion 15b made of an aluminum-based metal realizes better stretchability than the fastening portion 15c made of an iron-based metal, and is easily deformed when the secondary battery cell 1 is expanded, so that the battery It is possible to increase the resistance of the laminated body 10 to a large reaction force.
  • the weight of the entire fastening member can be reduced to reduce the weight.
  • the fastening portion 15c made of dissimilar metals and the intermediate portion 15a are made of a dissimilar bonding material.
  • the heterogeneous bonding material is a material whose material is partially different. Specifically, it is made by joining a plurality of metal plates (blanks) made of different materials.
  • various methods such as friction stir welding, welding such as laser welding and MIG welding, friction welding and electromagnetic pressure welding, ultrasonic bonding, and brazing such as laser brazing and MIG brazing can be adopted.
  • the fastening portion 15c and the intermediate portion 15a can be made of different metals, and the fastening portion 15c made of the first metal is made of a high-strength metal and the intermediate portion 15a is made of the second metal.
  • a fastening member 15 having both strength and stretchability which has been difficult in the past, can be obtained.
  • a configuration in which a plurality of metal plates (blanks) made of different materials are friction-stir welded to form a fastening member 15 will be described as an example.
  • the bonding interface between the fastening portion 15c and the intermediate portion 15a made of different kinds of bonding materials is preferably bonded by friction stir welding.
  • the fastening member is a metal plate (blank) having a constant material thickness, that is, the fastening portion 15c and the intermediate portion 15a in the developed view are rubbed together as shown in FIG. 7B.
  • Friction stir welding is performed to obtain a fastening member 15 as shown in FIG. 7C.
  • the structure of joining in a continuous linear shape has a feature that the connecting strength of a plurality of metal plates can be increased.
  • the joining is performed along the joining interface between the fastening portion 15c and the intermediate portion 15a.
  • a joint portion 15g is formed between the fastening portion 15c and the intermediate portion 15a.
  • Friction stir welding is performed by inserting a tool that rotates at high speed at the interface between the first metal and the second metal and moving the rotating tool along the boundary between the first metal and the second metal.
  • the frictional heat generated in the metal and the stirring by rotation are used to eliminate the bonding interface and join.
  • the maximum temperature during joining can be set to a temperature lower than the melting temperature of the metal, so that the metal can be joined without melting. Therefore, it is possible to suppress the thermal influence of the joint portion and realize high connection strength while preventing the formation of intermetallic compounds.
  • the friction stir welding is performed along the bonding interface between the fastening portion 15c and the intermediate portion 15a. By forming the bonding portion 15g into a continuous linear shape in this way, the connection strength can be increased. Further, according to the friction stir welding, there is also a feature that the joint portion 15 g can be made inconspicuous and a beautiful appearance can be obtained.
  • the fastening portion 15c and the intermediate portion 15a made of different kinds of joining materials can be joined by a joining method other than friction stir welding.
  • the fastening portion 15c and the intermediate portion 15a can be joined by welding such as laser welding.
  • the fastening portion 15c and the intermediate portion 15a made of different kinds of bonding materials preferably have the same thickness.
  • the fastening member 15 having the same thickness of the fastening portion 15c and the intermediate portion 15a has, for example, made the thickness of the entire fastening member uniform so that both the inner surface and the outer surface of the fastening member 15 are formed in the same plane. Can be made into a surface shape without As a result, while the fastening member 15 is composed of a plurality of members, the side surface of the battery laminate can be covered with a flat surface, and the appearance of the fastening member 15 can be made beautiful.
  • the fastening member may have a different thickness between the fastening portion made of different joining materials and the intermediate portion.
  • the fastening member adjusts the thickness of the fastening portion and the intermediate portion according to the strength required for the fastening portion and the stretchability required for the intermediate portion. For example, by forming a thick fastening portion made of a first metal having excellent strength to further increase the strength, and by forming a thin intermediate portion made of a second metal having excellent stretchability, the stretchability is further improved. It can also be increased.
  • the fastening member 15 is press-molded into a predetermined shape in a pressing process after joining the fastening portion 15c and the intermediate portion 15a by friction stir welding or the like.
  • the fastening member 15 shown in FIG. 7C is formed by bending the upper and lower edge portions to form a bent piece 15d.
  • the upper and lower bent pieces 15d have a shape that covers the upper and lower surfaces of the battery laminate 10 from the corners on the left and right side surfaces of the battery laminate 10.
  • the fastening member 15 shown in this figure includes an intermediate portion 15a, a fastening portion 15c, and a block-shaped locking block 15b.
  • the intermediate portion 15a is a plate-shaped member, and the fastening portions 15c are joined to both ends in the longitudinal direction thereof.
  • the locking block 15b is fixed to the inner surface of the end edge portion of the fastening portion 15c.
  • the locking block 15b has a plate shape having a predetermined thickness and is fixed in a posture of protruding inward of the fastening portion 15c. In a state where the fastening member 15 is connected to the end plate 20, a step provided on the end plate 20 is provided. Locked to the portion 20b, the fastening member 15 is arranged at a fixed position on both sides of the battery laminate 10.
  • the locking block 15b is fixed to the fastening portion 15c by welding such as spot welding or laser welding.
  • the locking block 15b shown in the figure has a fastening side through hole 15bc opened so as to coincide with the end plate screw hole 20c in a state where the end plate 20 is fastened. Further, the fastening portion 15c has an opening on the fastening main surface side through hole 15ac at a position corresponding to the fastening side through hole 15bc.
  • the fastening side through hole 15bc and the fastening main surface side through hole 15ac are designed to match with the locking block 15b fixed to the fastening portion 15c.
  • a plurality of opening through holes 15bc on the fastening side of the locking block 15b are opened along the extension direction of the locking block 15b.
  • a plurality of through holes 15ac on the main surface side of the fastening are opened along the edge of the fastening portion 15c or the extension direction of the locking block 15b.
  • a plurality of end plate screw holes 20c are also formed along the side surface of the end plate 20 accordingly.
  • the locking block 15b is fixed to the outer peripheral surface of the end plate 20 via a plurality of bolts 15f.
  • the fixing of the fastening member 15, the locking block 15b, and the end plate 20 is not necessarily limited to screwing with bolts, and may be pins, rivets, or the like.
  • the locking block 15b preferably uses a first metal and is made of the same metal as the fastening portion 15c. As a result, the connection strength can be increased while easily welding the locking block 15b and the fastening portion 15c. Further, the locking block 15b can have a width of 10 mm or more in the battery stacking direction.
  • the fastening member 15 is not bent at the left and right ends in the longitudinal direction, that is, both ends in the stacking layer direction of the battery laminate 10 and screwed from the main surface side of the end plate 20.
  • the fastening member 15 is shaped like a flat plate in the stacking direction of the battery laminate 10 and has a locking structure formed by the stepped portion 20b of the end plate 20 and the locking block 15b without providing a bent portion.
  • a power supply device in which a large number of secondary battery cells 1 are laminated is formed by connecting end plates 20 arranged at both ends of a battery laminate 10 composed of the plurality of secondary battery cells 1 with fastening members 15. It is configured to constrain the secondary battery cell 1.
  • end plates 20 and fastening members 15 having high strength, malfunctions due to expansion, deformation, relative movement, and vibration of the secondary battery cells 1 due to charge / discharge and deterioration are caused. Etc. can be suppressed.
  • the L-shaped portion in which the end of the bind bar constituting the fastening member is bent inward is fixed to the outer surface of the end plate.
  • the power supply device 900 shown in the exploded perspective view of FIG. 8 a large number of square secondary battery cells 901 are laminated via a spacer 902, an end plate 903 is arranged on an end face, and the power supply device 900 is fastened with a bind bar 904.
  • the spacer 902 is made of a hard resin or the like.
  • both ends of the bind bar 904 are bent to form an L-shape, and the L-shaped portion 904b is fixed to the main surface side of the end plate 903 with a bolt 906.
  • the end portion of the bind bar 904 of the metal plate is bent into an L shape to form an L-shaped portion, and this L-shaped portion is fixed to the outer surface of the end plate 903.
  • the shaped portion is a metal plate having the same thickness as the bind bar 904.
  • a metal plate having a tensile strength that can withstand the tensile force generated by the expansion force of the secondary battery cell 901 is used.
  • the tensile strength of the metal plate is considerably stronger than the bending strength, and for the bind bar 904, for example, a metal plate of about 1 mm to 2 mm is used.
  • Bending stress acts on the L-shaped part fixed to the outer surface of the end plate 903 due to the tensile force of the bind bar 904, but the bending stress of the metal plate used for the end plate 903 is equivalent to the tensile stress. Due to the bending stress acting on the L-shaped portion, the bent portion of the L-shaped portion is deformed and broken beyond the proof stress and breaking strength. If there is no gap between the bent portion of the L-shaped portion and the end plate 903, the inner surface of the bent portion comes into contact with the corner portion of the end plate 903, and assembly is not possible.
  • the power supply device 800 includes a battery laminate 810 in which a plurality of secondary battery cells 801 are laminated, a pair of end plates 820 arranged at both ends in the stacking direction of the battery laminate 810, and a pair of both ends. It is provided with a fastening member 815 connected to the end plate 820 of the above.
  • the fastening member 815 is provided on the fastening main surface 815a extending in the stacking direction of the battery laminate 810 and the fastening main surface 815a, and is a locking block that projects toward the surface facing the outer peripheral surface of the end plate 820. It has 815b.
  • the locking block 815b is fixed to the inner peripheral surface of the fixing hole 815g in a state of being inserted into the fixing hole 815g provided on the fastening main surface 815a.
  • the end plate 820 has a fitting portion 820c on the outer peripheral surface on which the locking block 815b is guided, and a stopper portion 820c that is engaged with the locking block 815b is provided on the battery laminate 810 side of the fitting portion 820c. A protruding step portion is provided. In the power supply device 800, the locking block 815b is guided by the fitting portion 820c, and the locking block 815b is fixed to the outer peripheral surface of the end plate 820.
  • the power supply device having this structure guides the locking block to the fitting portion, prevents the displacement by the stopper portion, and further fixes the locking block to the end plate, so that it is similar to the L-shaped portion of the conventional fastening member.
  • the locking block and the stopper can be fixed to the end plate without deforming the fastening member without being deformed by bending stress.
  • the locking block is guided to the fitting portion of the end plate and the stopper portion prevents the displacement, the deformation of the fastening member and the end plate due to the strong tensile force acting on the fastening member is prevented, and the end plate Movement can be suppressed.
  • a strong tensile force acts on the fastening member as a reaction of the expansion force of the secondary battery cell, but in the conventional power supply device 900, the tensile force of the bind bar 904 constituting the fastening member acts as a bending stress in the bent portion. And deformed.
  • the bind bar 904 was deformed by the bending stress, the L-shaped portion 904b, which is a bending portion, had its inner side surface in close contact with the corner portion 903a of the end plate 903, and the bind bar 904 was substantially extended. It becomes a state. In this state, the strength and strength of the material may be exceeded and the material may break.
  • the locking block 815b provided on the fastening member 815 is guided to the fitting portion 820c of the end plate 820, and the position of the locking block 815b guided there. The displacement is prevented by the stopper portion 820b.
  • the fastening member 815 fixed to the end plate 820 with this structure does not support as bending stress of the L-shaped portion as in the conventional case even if there is a gap between the locking block 815b and the end plate 820.
  • the locking block 815b is guided to the fitting portion 820c and supported by the stopper portion 820b as a shear stress of the fastening member 815 by a structure in which the locking block 815b is arranged at a fixed position.
  • the fastening member 815 has a strength against shear stress considerably stronger than the tensile force, and suppresses the movement of the end plate 820 without being deformed by the strong tensile force acting on the fastening member 815.
  • the fastening member composed of the fastening main surface and the locking block
  • the fastening main surface made of a metal member and the locking block are often welded and fixed by spot welding of laser light.
  • a certain thickness is required to perform spot welding on the metal member.
  • the metal plate on the main surface of the fastening is made thicker, the strength is increased, and as a result, the stretchability is lowered.
  • the fastening member is required to be able to follow the deformation of the secondary battery cell during expansion, but the metal plate generally has low elasticity, and the thicker the fastening member, the stronger the strength and the less likely it is to deform.
  • the fastening member 15 is made of a partially different metal, thereby succeeding in achieving both strength and stretchability.
  • the fastening member 15 is divided into a fastening portion 15c and an intermediate portion 15a, and the fastening portion 15c is made of a metal having excellent strength to increase the connecting strength with the locking block 15b.
  • a metal plate having high stretchability is used for the intermediate portion 15a. are doing.
  • the fastening portion 15c is composed of the first metal and the intermediate portion 15a is composed of a second metal different from the first metal, and the first metal has a higher strength than the second metal and is a second metal.
  • the fastening portion 15c is made of a metal plate having a sufficient thickness so that the locking block can be reliably welded, and the stretchability of the intermediate portion is improved.
  • the above characteristics are realized while making the thicknesses of the fastening portion 15c and the intermediate portion 15a substantially equal.
  • the fastening portion 15c sufficient thickness and strength for spot welding can be secured, and the bonding strength with the locking block 15b can be exhibited.
  • the intermediate portion 15a is deformed when the secondary battery cell 1 expands to ensure followability.
  • the thickness of the fastening member 15 is substantially equal to the thickness t1 of the intermediate portion 15a and the thickness t2 of the fastening portion 15c. Further, on both side surfaces of the fastening member 15, the interface between the fastening portion 15c and the intermediate portion 15a is made flush. On the other hand, in the portion of the fastening member 15 having the thickness t3 to which the locking block 15b is fixed, the locking block 15b is projected inward while keeping the outside of the fastening member 15 on the same plane. As a result, the locking block 15b is locked to the stepped portion 20b of the end plate 20 to increase the resistance to shear stress, and even if the fastening portion 15c becomes thick, the battery laminate 10 side is not affected. ing.
  • the position where the locking block 15b is spot welded to the fastening member 15, that is, the fixing region 15h for fixing the locking block 15b to the fastening member 15 is between the fastening side through holes 15bc.
  • the fixed region 15h may be offset to the inside in the stacking direction of the secondary battery cell 1, that is, to approach the intermediate portion 15a.
  • the area for spot welding is obtained. Can be widely secured. Since the through hole 15ac on the fastening main surface side is circular, it is easy to secure a large area by offsetting it, and as a result of increasing the spot welding area, the welding strength is also increased.
  • the direction of offsetting the fixed region 15h from the first straight line L1 is preferably a direction away from both end edges of the fastening member 15 and a direction approaching the stepped portion 20b provided on the end plate 20.
  • the plurality of fixed regions 15h are offset toward the center of the battery laminate 10.
  • the stress that tends to spread in the battery stacking direction caused by the expansion of the secondary battery cell 1 is associated with the stepped portion 20b in addition to the fastening portion 15c itself. It is applied to each member of engagement by the stop block 15b, welding of the fastening portion 15c and the locking block 15b, and screwing by the bolt 15f. Therefore, by increasing the strength of each of these members and appropriately dispersing the stress, it is possible to realize the power supply device 100 capable of increasing the strength as a whole and responding to the expansion and contraction of the secondary battery cell 1.
  • the fastening portion 15c'and the locking block 15b' are made of the same metal, and the locking block 15b'is further joined to the other end face of the fastening portion 15c'by laser welding or the like.
  • the locking block 15b' is formed thicker than the fastening portion 15c'in advance, in other words, the amount of protrusion from the inner surface of the fastening portion 15c'is the amount of protrusion locked to the stepped portion 20b of the end plate 20. Is formed in.
  • the fastening portion 15c' is formed narrower than the example of FIG. 11 by the width of the locking block 15b'.
  • the above power supply device can be used as a power source for a vehicle that supplies electric power to a motor that runs an electric vehicle.
  • an electric vehicle equipped with a power supply device an electric vehicle such as a hybrid vehicle or a plug-in hybrid vehicle that runs on both an engine and a motor, or an electric vehicle that runs only on a motor can be used, and is used as a power source for these vehicles.
  • a large number of the above-mentioned power supply devices are connected in series or in parallel, and a large-capacity, high-output power supply device 100 to which a necessary control circuit is added will be described as an example. ..
  • FIG. 13 shows an example in which a power supply device is mounted on a hybrid vehicle that runs on both an engine and a motor.
  • the vehicle HV equipped with the power supply device shown in this figure includes a vehicle body 91, an engine 96 for traveling the vehicle body 91, a motor 93 for traveling, and wheels driven by these engines 96 and a motor 93 for traveling. 97, a power supply device 100 for supplying electric power to the motor 93, and a generator 94 for charging the battery of the power supply device 100 are provided.
  • the power supply device 100 is connected to the motor 93 and the generator 94 via the DC / AC inverter 95.
  • the vehicle HV runs on both the motor 93 and the engine 96 while charging and discharging the battery of the power supply device 100.
  • the motor 93 is driven to drive the vehicle in a region where the engine efficiency is low, for example, when accelerating or traveling at a low speed.
  • the motor 93 is driven by being supplied with electric power from the power supply device 100.
  • the generator 94 is driven by the engine 96 or by regenerative braking when braking the vehicle to charge the battery of the power supply device 100.
  • the vehicle HV may be provided with a charging plug 98 for charging the power supply device 100. By connecting the charging plug 98 to an external power source, the power supply device 100 can be charged.
  • FIG. 14 shows an example in which a power supply device is mounted on an electric vehicle traveling only by a motor.
  • the vehicle EV equipped with the power supply device shown in this figure supplies electric power to the vehicle body 91, the running motor 93 for running the vehicle body 91, the wheels 97 driven by the motor 93, and the motor 93.
  • the power supply device 100 and the generator 94 for charging the battery of the power supply device 100 are provided.
  • the power supply device 100 is connected to the motor 93 and the generator 94 via the DC / AC inverter 95.
  • the motor 93 is driven by being supplied with electric power from the power supply device 100.
  • the generator 94 is driven by the energy used for regenerative braking of the vehicle EV to charge the battery of the power supply device 100.
  • the vehicle EV is provided with a charging plug 98, and the charging plug 98 can be connected to an external power source to charge the power supply device 100.
  • the power supply device for power storage device
  • the present invention does not specify the use of the power supply device as the power supply of the motor for traveling the vehicle.
  • the power supply device according to the embodiment can also be used as a power source for a power storage device that charges and stores a battery with electric power generated by solar power generation, wind power generation, or the like.
  • FIG. 15 shows a power storage device in which the battery of the power supply device 100 is charged by the solar cell 82 to store electricity.
  • the power storage device shown in FIG. 15 charges the battery of the power supply device 100 with the electric power generated by the solar cell 82 arranged on the roof or roof of a building 81 such as a house or factory.
  • This power storage device uses the solar cell 82 as a power source for charging, charges the battery of the power supply device 100 with the charging circuit 83, and then supplies power to the load 86 via the DC / AC inverter 85. Therefore, this power storage device has a charge mode and a discharge mode.
  • the DC / AC inverter 85 and the charging circuit 83 are connected to the power supply device 100 via the discharge switch 87 and the charging switch 84, respectively.
  • the ON / OFF of the discharge switch 87 and the charge switch 84 is switched by the power controller 88 of the power storage device.
  • the power controller 88 switches the charging switch 84 to ON and the discharge switch 87 to OFF to allow the charging circuit 83 to charge the power supply device 100.
  • the power controller 88 turns off the charging switch 84 and turns on the discharge switch 87 to switch to the discharge mode, and the power supply device 100 Allows discharge from to load 86.
  • the charge switch 84 can be turned on and the discharge switch 87 can be turned on to supply power to the load 86 and charge the power supply device 100 at the same time.
  • the power supply device can also be used as a power source for a power storage device that charges and stores batteries using midnight power at night.
  • a power supply device charged with midnight power can be charged with midnight power, which is surplus power of a power plant, and output power in the daytime when the power load is large, so that the peak power in the daytime can be limited to a small value.
  • the power supply can also be used as a power source for charging with both solar cell output and midnight power. This power supply device can effectively utilize both the power generated by the solar cell and the midnight power, and can efficiently store electricity while considering the weather and power consumption.
  • the above-mentioned power storage devices include backup power supply devices that can be mounted in computer server racks, backup power supply devices for wireless base stations such as mobile phones, power storage power supplies for homes or factories, power supplies for street lights, etc. It can be suitably used for power storage devices combined with solar cells, backup power sources for traffic lights and traffic indicators for roads, and the like.
  • the power supply device an electric vehicle using the same, a power storage device, a fastening member for the power supply device, a method for manufacturing the power supply device, and a method for manufacturing the fastening member for the power supply device include a hybrid vehicle, a fuel cell vehicle, an electric vehicle, and an electric vehicle. It can be suitably used as a power source for a large current used for a power source of a motor for driving an electric vehicle such as a motorcycle. Examples thereof include power supply devices for plug-in hybrid electric vehicles, hybrid electric vehicles, electric vehicles, etc. that can switch between EV driving mode and HEV driving mode.
  • a backup power supply device that can be mounted in a computer server rack, a backup power supply device for wireless base stations such as mobile phones, a power storage device for home use and factories, a power storage device for street lights, etc. , Can also be used as appropriate for backup power supplies such as traffic lights.
  • 100 ... Power supply device 1 ... Battery cell, 1X ... Terminal surface, 1a ... Exterior can, 1b ... Seal plate, 2 ... Electrode terminal, 10 ... Battery laminate, 15, 15'... Fastening member, 15a ... Intermediate part, 15b , 15b'... locking block, 15c, 15c' ... fastening part, 15ac ... fastening main surface side through hole, 15bc ... fastening side through hole, 15d ... bent piece, 15f ... bolt, 15g ... joint, 15h ... fixed Region, 16 ... Insulation spacer, 17 ... End face spacer, 20 ... End plate, 20b ... Stepped part, 20c ... End plate screw hole, 81 ... Building, 82 ...
  • Solar battery 83 ... Charging circuit, 84 ... Charging switch, 85 ... DC / AC inverter, 86 ... load, 87 ... discharge switch, 88 ... power controller, 91 ... vehicle body, 93 ... motor, 94 ... generator, 95 ... DC / AC inverter, 96 ... engine, 97 ... wheels, 98 ... Charging plug, 800 ... Power supply, 801 ... Secondary battery cell, 810 ... Battery laminate, 815 ... Fastening member, 815a ... Fastening main surface, 815b ... Locking block, 815g ... Fixing hole, 820 ... End plate, 820b ... Stopper part, 820c ... Fitting part, 900 ...
  • Power supply device 901 ... Secondary battery cell, 902 ... Spacer, 903 ... End plate, 903a ... Corner part, 904 ... Bind bar, 904b ... L-shaped part, 906 ... Bolt , L1 ... first straight line, L2 ... second straight line, HV, EV ... vehicle.

Abstract

複数枚の二次電池セルを積層した電池積層体の締結を、強度を高めつつも延伸性も確保した電源装置等を提供するために、電源装置は、外装缶を角型とした複数の二次電池セルと、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、複数の二次電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、電池積層体の対向する側面にそれぞれ配置されて、エンドプレート同士を締結する金属製の複数の締結部材（１５）とを備える電源装置であって、複数の締結部材（１５）の各々は、長手方向の両端でそれぞれエンドプレートと固定される締結部分（１５ｃ）と、締結部分（１５ｃ）同士の間を連結する中間部分（１５ａ）とを有し、締結部分（１５ｃ）は、中間部分（１５ａ）よりも強度が高く、中間部分（１５ａ）は、締結部分（１５ｃ）よりも延伸性が高く構成されている。

Description

電源装置及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置、電源装置用締結部材、電源装置の製造方法、電源装置用締結部材の製造方法
　本発明は、電源装置及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置、電源装置用締結部材、電源装置の製造方法、電源装置用締結部材の製造方法に関する。
　電源装置は、電動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、充放電可能な複数の二次電池セルを複数枚積層している。一般的には、図８の斜視図に示すように、電源装置９００は角型の外装缶の二次電池セル９０１を積層した電池積層体の両側の端面にそれぞれエンドプレート９０３を配置し、エンドプレート９０３同士を金属製のバインドバー９０４で締結している。
　二次電池セルは、充放電を繰り返すと外装缶が膨張、収縮する。特に近年の高容量化の要求に伴い、二次電池セル一枚あたりの高容量化が進んでおり、この結果、膨張量も大きくなる傾向にある。このような二次電池セルを多数枚、積層して締結している電池積層体においては、膨張時に強い負荷が印加される。この結果、バインドバーとエンドプレートとの接合部分に強い剪断応力が働き、破断することが考えられる。このため、バインドバーの強度を高めることが求められる。
　しかしながら、金属材料は一般に強度を高めると、延伸性が低下する。二次電池セルが膨張すると、バインドバーが伸びる方向に負荷がかかるところ、延伸性が低下すると却って膨張に対する耐性が低下するという、相反する問題があった。
特開平９－１２０８０８号公報
　本発明の目的の一は、複数枚の二次電池セルを積層した電池積層体の締結を、強度を高めつつも延伸性も確保した電源装置及びこれを用いた電動車両並びに蓄電装置、電源装置用締結部材、電源装置の製造方法、電源装置用締結部材の製造方法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、外装缶を角型とした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、前記複数の二次電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、前記電池積層体の対向する側面にそれぞれ配置されて、前記エンドプレート同士を締結する金属製の複数の締結部材とを備える電源装置であって、前記複数の締結部材の各々は、長手方向の両端でそれぞれ前記エンドプレートと固定される、第一金属で構成された締結部分と、前記締結部分同士の間を連結する、前記第一金属と異なる第二金属で構成された中間部分とを有し、前記第一金属は、前記第二金属よりも強度が高く、前記第二金属は、前記第一金属よりも延伸性が高く構成されている。
　本発明のある側面に係る電動車両は、上記電源装置と、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。
　本発明のある側面に係る蓄電装置は、上記電源装置と、該電源装置への充放電を制御する電源コントローラと備えて、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、該二次電池セルに対し充電を行うよう制御される。
　本発明のある側面に係る電源装置用締結部材は、外装缶を角型とした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同士を締結するための電源装置用締結部材であって、長手方向の両端でそれぞれ前記エンドプレートと固定される、第一金属で構成された締結部分と、前記締結部分同士の間を連結する、前記第一金属と異なる第二金属で構成された中間部分とを有し、前記第一金属は、前記第二金属よりも強度が高く、前記第二金属は、前記第一金属よりも延伸性が高くなるように構成される。
　本発明のある側面に係る電源装置用締結部材の製造方法は、外装缶を角型とした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同士を締結するための電源装置用締結部材の製造方法であって、長手方向の両端でそれぞれ前記エンドプレートと固定される、第一金属で構成された締結部分と、前記締結部分同士の間を連結する、前記第一金属と異なる第二金属で構成された中間部分とであって、前記第一金属が前記第二金属よりも強度が高く、前記第二金属が前記第一金属よりも延伸性が高く構成された前記締結部分と前記中間部分とを準備する工程と、前記締結部分と前記中間部分とを摩擦攪拌接合により接合する工程とを含む。
　本発明のある側面に係る電源装置の製造方法は、外装缶を角型とした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、前記複数の二次電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、前記電池積層体の対向する側面にそれぞれ配置されて、前記エンドプレート同士を締結する金属製の複数の締結部材とを備える電源装置の製造方法であって、長手方向の両端でそれぞれ前記エンドプレートと固定される、第一金属で構成された締結部分と、前記締結部分同士の間を連結する、前記第一金属と異なる第二金属で構成された中間部分とであって、前記第一金属が前記第二金属よりも強度が高く、前記第二金属が前記第一金属よりも延伸性が高く構成された前記締結部分と前記中間部分とを摩擦攪拌接合により接合する工程と、前記電池積層体の両側端面を一対の前記エンドプレートで覆い、該エンドプレート同士を電源装置用締結部材で締結する工程とを含む。
　上記構成により、電池積層体を締結する締結部材の締結部分の強度を高めることで二次電池セルの膨張に対する耐性を高めつつ、中間部分の延伸性を高めて、強度と延伸性という相反する特性を両立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１の電源装置のＩＩＩ－ＩＩＩ線における水平断面図である。 図２の締結部材を示す斜視図である。 図４の締結部材を背面から見た斜視図である。 図５の締結部材の分解斜視図である。 締結部材を製造する工程を示す模式図である。 従来の電源装置を示す分解斜視図である。 本出願人が先に開発した電源装置を示す分解斜視図である。 従来の電源装置の締結部材の曲げ加工部を示す拡大断面図である。 図４のＸＩ－ＸＩ線における水平拡大端面図である。 実施形態２に係る締結部材の水平拡大端面図である。 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。
　本発明のある態様の電源装置は、上述の構成に加えて、以下のように構成してもよい。
　本発明の一実施形態に係る電源装置は、外装缶を角型とした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、前記複数の二次電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、前記電池積層体の対向する側面にそれぞれ配置されて、前記エンドプレート同士を締結する金属製の複数の締結部材とを備える電源装置であって、前記複数の締結部材の各々は、長手方向の両端でそれぞれ前記エンドプレートと固定される、第一金属で構成された締結部分と、前記締結部分同士の間を連結する、前記第一金属と異なる第二金属で構成された中間部分とを有し、前記第一金属は、前記第二金属よりも強度が高く、前記第二金属は、前記第一金属よりも延伸性が高く構成されている。
　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、前記締結部分と前記中間部分との接合界面を摩擦攪拌接合により接合している。上記構成により、異種金属接合可能な摩擦攪拌接合を用いて、部材の融解を伴わずに接合でき、接合部の熱影響を抑制できる。また金属間化合物が生成され難く、高い強度を発揮させることが可能となる。
　さらに、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記第一金属を鉄系の金属で構成し、前記第二金属をアルミニウム系の金属で構成している。上記構成により、第一金属を鉄系の金属とすることで締結部分の強度を高めつつ、第二金属をアルミニウム系の金属とすることで中間部分の延伸性を高めることができる。また、第二金属で構成される中間部分をアルミニウム系の金属とすることで、締結部材全体の軽量化を図ることができる。
　さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記締結部分と前記中間部分とを同じ厚さとしている。上記構成により、金属製の締結部材全体の厚さを均一にして、締結部材の内側面と外側面の両方を同一平面状に形成できる。これにより、電池積層体の側面を平面で覆いつつ、締結部材を段差のない外観にできる。
　さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記締結部材が、さらに、前記締結部分に固定される係止ブロックを備えており、前記エンドプレートが、前記締結部材で締結した状態で、前記係止ブロックを係止するための段差部を形成しており、前記締結部分と前記係止ブロックとを溶接により固定している。上記構成により、第二金属よりも強度の高い第一金属からなる締結部分に係止ブロックを溶接することにより十分な溶接強度を発揮させつつ、第一金属よりも延伸性の高い第二金属からなる中間部分で延伸性を確保して二次電池セルの膨張に対する変形に対応でき、強度と延伸性を両立させることが可能となる。
　さらにまた、本発明の他の実施形態に係る電源装置は、前記係止ブロックを、前記第一金属で構成している。上記構成により、係止ブロックの強度を高めて、エンドプレートとの連結部分の強度を高めることができる。また、締結部分と係止ブロックとを同一金属とすることで優れた溶接強度を実現できる。
　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材の寸法、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。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
　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用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、電動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、図１の電源装置１００のＩＩＩ－ＩＩＩ線における水平断面図を図３に、図２の締結部材１５を示す斜視図を図４に、図４の締結部材１５を背面から見た斜視図を図５に、図５の締結部材１５の分解斜視図を図６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とを備える。
　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（図示せず）を備える。これらのバスバー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～図３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、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光を照射して、封口板１ｂを外装缶１ａにレーザ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１Ｘとして、この端子面１Ｘ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１Ｘ、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２０と電池積層体１０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が接続されて、このバスバー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。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）
　バスバーは、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、バスバーの金属板は、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３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。
（段差部２０ｂ）
　エンドプレート２０は、締結部材１５で締結した状態で、締結部材１５に設けた係止ブロック１５ｂを係止するための段差部２０ｂを形成している。段差部２０ｂは、後述する締結部材１５の係止ブロック１５ｂを係止できる大きさと形状に形成される。図２の例では、エンドプレート２０を水平断面視Ｔ字状となるように、鍔状の段差部２０ｂが形成されている。また段差部２０ｂの近傍に、エンドプレートねじ穴２０ｃを開口している。
（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。各締結部材１５は、図４、図５、図６等に示すように、電池積層体１０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１０の両側面に対向して配置されている。
　締結部材１５は、長手方向の両端でそれぞれエンドプレート２０と固定される締結部分１５ｃと、締結部分１５ｃ同士の間を連結する中間部分１５ａとを備えている。締結部分１５ｃは第一金属で構成されており、中間部分１５ａは、第一金属と異なる第二金属で構成されている。異種金属である第一金属と第二金属には、それぞれ締結部分１５ｃと中間部分１５に要求される特性を有する金属が選定され、これにより締結部材１５に求められる強度と延伸性を実現している。
　本実施形態においては、締結部分１５ｃを構成する第一金属は、中間部分１５ａを構成する第二金属よりも強度を高くし、中間部分１５ａを構成する第二金属は、締結部分１５ｃを構成する第一金属よりも延伸性を高くしている。このような異種金属を選定することによって、締結部分１５ｃに強度を、中間部分１５ａに延伸性をそれぞれ持たせている。これにより、締結部材１５は、締結部分１５の強度を高めて電池積層体１０の締結力を発揮させつつ、中間部分１５ａでは延伸性を高めて、二次電池セル１の膨張時に変形し易くすることで、強度と延伸性という相反する特性を両立させている。
　締結部材１５は、締結部分１５ｃを構成する第一金属として鉄系の金属を使用し、中間部分１５ａを構成する第二金属としてアルミニウム系の金属を使用することができる。第一金属には例えば鉄や鉄合金、ＳＵＳ等を、第二金属には例えばアルミニウムやアルミニウム合金等をそれぞれ利用できる。鉄系金属で構成される締結部分１５ｃは、アルミニウム系金属で構成される中間部分１５ｂよりも優れた強度を実現して、エンドプレート２０との連結部分における強度を高めることができる。また、アルミニウム系金属で構成される中間部分１５ｂは、鉄系金属で構成される締結部分１５ｃよりも優れた延伸性を実現して、二次電池セル１の膨張時に変形し易くして、電池積層体１０の大きな反力に対する耐性を高めることができる。とくに、中間部分１５ｂをアルミニウム系金属とすることで、締結部材全体の重量を軽くして軽量化を計ることもできる。
（異種接合素材）
　締結部材１５は、異種金属からなる締結部分１５ｃと中間部分１５ａとを異種接合素材で構成することが好ましい。異種接合素材とは、部分的に材質の異なる素材である。具体的には、材質の異なる複数の金属板（ブランク）を接合したものである。接合方法としては、摩擦攪拌接合、レーザ溶接やＭＩＧ溶接等の溶接、摩擦圧接や電磁圧接、超音波接合の圧接、レーザろう付やＭＩＧろう付等のろう接などの種々の方法が採用できる。これにより、締結部分１５ｃと中間部分１５ａとを異なる金属で構成することが可能となり、第一金属で構成された締結部分１５ｃには強度の高い金属を、第二金属で構成された中間部分１５ａには延伸性の高い金属をそれぞれ使用して、従来困難であった強度と延伸性を両立させた締結部材１５が得られる。以下、材質の異なる複数の金属板（ブランク）を摩擦攪拌接合して締結部材１５を形成する構成を例に説明する。
（摩擦攪拌接合）
　異種接合素材からなる締結部分１５ｃと中間部分１５ａの接合界面は、好ましくは、摩擦攪拌接合で接合される。図７Ａに示すように、締結部材は、材厚が一定の金属板（ブランク）、すなわち展開図の状態の締結部分１５ｃと中間部分１５ａとを、図７Ｂに示すように付き合わせた状態で摩擦攪拌接合し、図７Ｃに示すように締結部材１５を得ている。これらの摩擦攪拌接合においては、とくに、図７Ｂに示すように、連続する線状に接合することが好ましい。連続する線状に接合する構成は、複数の金属板の連結強度を高くできる特徴がある。接合は、具体的には、締結部分１５ｃと中間部分１５ａとの接合界面に沿って行われる。この結果、図４の斜視図に示すように、締結部分１５ｃと中間部分１５ａとの間には接合部１５ｇが形成される。このような接合により、スポット溶接等に比べて高い信頼性でもって異種金属同士を接合できる。
　摩擦攪拌接合は、第一金属と第二金属の接合界面において、高速回転する工具を挿入するとともに、回転する工具を第一金属と第二金属の境界線に沿って移動させることにより、このときに発生する摩擦熱と回転による攪拌を利用して接合界面を消失させて接合する。この接合方法によると、接合中の最高温度を金属の溶融温度よりも低い温度にできるため、金属を溶融させることなく接合できる。このため、接合部分の熱影響を抑制できるとともに、金属間化合物が生成されるのを防止しながら、高い連結強度を実現できる。さらに、摩擦攪拌接合は、締結部分１５ｃと中間部分１５ａとの接合界面に沿って行われるが、このように接合部１５ｇを連続する線状とすることで、連結強度を高くできる。また、摩擦攪拌接合によると、接合部１５ｇを目立たなくして綺麗な外観にできる特徴もある。
　ただ、異種接合素材からなる締結部分１５ｃと中間部分１５ａは、摩擦攪拌接合以外の接合方法で接合することもできる。たとえば、締結部分１５ｃと中間部分１５ａはレーザ溶接等の溶接により接合することもできる。
　異種接合素材からなる締結部分１５ｃと中間部分１５ａは、好ましくは、同じ厚さとする。締結部分１５ｃと中間部分１５ａの厚さを等しくする締結部材１５は、たとえば、締結部材全体の厚さを均一にして、締結部材１５の内側面と外側面の両方を同一平面状に形成として段差のない表面形状にできる。これにより、締結部材１５を複数の部材で構成しつつも、電池積層体の側面を平面で覆うことが可能となり、かつ締結部材１５の外観を綺麗にできる。
　ただ、締結部材は、異種接合素材からなる締結部分と中間部分とを異なる厚さとすることもできる。この締結部材は、締結部分に要求される強度と中間部分に要求される延伸性によって締結部分と中間部分の厚さを調整する。たとえば、強度に優れた第一金属で構成される締結部分を厚く形成することでさらに強度を高くしつつ、延伸性に優れた第二金属からなる中間部分を薄く形成することでさらに延伸性を高めることもできる。
　さらに、締結部材１５は、図７Ｂに示すように、締結部分１５ｃと中間部分１５ａとを摩擦攪拌接合等により接合した後、プレス工程において、所定の形状にプレス成型している。図７Ｃに示す締結部材１５は、上下の端縁部を折曲加工して、折曲片１５ｄを形成している。上下の折曲片１５ｄは、電池積層体１０の左右の両側面において、電池積層体１０の上下面を隅部から覆う形状としている。
（係止ブロック１５ｂ）
　締結部材１５の分解斜視図を図６に示す。この図に示す締結部材１５は、中間部分１５ａと、締結部分１５ｃと、ブロック状の係止ブロック１５ｂを備える。中間部分１５ａは板状の部材で、その長手方向の両端に締結部分１５ｃを接合している。係止ブロック１５ｂは、締結部分１５ｃの端縁部の内面に固定されている。係止ブロック１５ｂは所定の厚さを有する板状で、締結部分１５ｃの内側に突出する姿勢で固定されており、締結部材１５をエンドプレート２０に連結する状態では、エンドプレート２０に設けた段差部２０ｂに係止されて、締結部材１５を電池積層体１０の両側の定位置に配置する。係止ブロック１５ｂは、スポット溶接やレーザ溶接等の溶接により締結部分１５ｃに固定される。
　図に示す係止ブロック１５ｂは、エンドプレート２０を締結した状態で、エンドプレートねじ穴２０ｃと一致するように、締結側貫通孔１５ｂｃを開口している。また締結部分１５ｃは、締結側貫通孔１５ｂｃと対応する位置に、締結主面側貫通孔１５ａｃを開口している。締結側貫通孔１５ｂｃと締結主面側貫通孔１５ａｃは、係止ブロック１５ｂを締結部分１５ｃに固定した状態で合致するように設計される。
　係止ブロック１５ｂの開口された締結側貫通孔１５ｂｃは、複数個を、係止ブロック１５ｂの延長方向に沿うように開口させている。同様に締結主面側貫通孔１５ａｃも、複数個を締結部分１５ｃの端縁、あるいは係止ブロック１５ｂの延長方向に沿うように開口させている。これに応じてエンドプレートねじ穴２０ｃも、エンドプレート２０の側面に沿って複数個が形成されている。
　係止ブロック１５ｂは、複数のボルト１５ｆを介してエンドプレート２０の外周面に固定している。なお、これら締結部材１５と係止ブロック１５ｂ、エンドプレート２０との固定は、必ずしもボルトを用いた螺合に限られず、ピンやリベット等としてもよい。
　係止ブロック１５ｂは、鉄、鉄合金、ＳＵＳ、アルミニウム、アルミニウム合金等が利用できる。係止ブロック１５ｂは、好ましくは、第一金属を使用し、締結部分１５ｃと同じ金属製とする。これによって、係止ブロック１５ｂと締結部分１５ｃとの溶接を容易に行いつつ、連結強度を高めることができる。また、係止ブロック１５ｂは、電池積層方向の横幅を１０ｍｍ以上とすることができる。
　このように、締結部材１５を、長手方向の左右端部、すなわち電池積層体１０の積層層方向の両端部において折曲して、エンドプレート２０の主面側から螺合するのでなく、図１～図３に示すように締結部材１５を、電池積層体１０の積層方向においては平板状として折曲部を設けることなく、エンドプレート２０の段差部２０ｂと係止ブロック１５ｂとによる係止構造と螺合とによって、電池積層体１０を締結することで、強度を高め、二次電池セル１の膨張による破断等のおそれを緩和できる。
　多数の二次電池セル１を積層している電源装置は、複数の二次電池セル１からなる電池積層体１０の両端に配置されるエンドプレート２０を締結部材１５で連結することで、複数の二次電池セル１を拘束するように構成されている。複数の二次電池セル１を、高い強度をもつエンドプレート２０や締結部材１５を介して拘束することで、充放電や劣化に伴う二次電池セル１の膨張、変形、相対移動、振動による誤動作などを抑制できる。
　一方、電池積層体の両端をエンドプレートで固定する従来の電源装置では、締結部材を構成するバインドバーの端部を内側に折曲したＬ字状部分を、エンドプレートの外側面に固定している。例えば図８の分解斜視図に示す電源装置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。この図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。
　このような構造では、金属板のバインドバー９０４の端部をＬ字状に折曲加工してＬ字状部分として、このＬ字状部分をエンドプレート９０３の外側表面に固定するので、Ｌ字状部分はバインドバー９０４と同じ厚さの金属板となる。バインドバー９０４は、二次電池セル９０１の膨張力によって発生する引張力に耐える引張強度の金属板が使用される。金属板の引張強度は曲げ強度に比較して相当に強く、バインドバー９０４には例えば１ｍｍ～２ｍｍ程度の金属板が使用される。エンドプレート９０３の外側表面に固定されるＬ字状部分は、バインドバー９０４の引張力によって曲げ応力が作用するが、エンドプレート９０３に使用される金属板の曲げ応力は引張応力に比較して相当に弱く、Ｌ字状部分に作用する曲げ応力によってＬ字状部分の曲げ加工部が耐力、破断強度を超えて変形、破壊する。Ｌ字状部分の曲げ加工部とエンドプレート９０３との間に隙間がないと、曲げ加工部の内側面がエンドプレート９０３の隅部に接触し、組み立てができない。
　このように、バインドバーに印加される引張力の増加は、バインドバーの曲げ加工部内側とエンドプレート隅部には、さらに局部的に強大な応力が集中して、バインドバーやエンドプレートを変形し、また損傷する原因となる。そこで本出願人は、図９に示す電源装置８００を開発した。この電源装置８００は、複数の二次電池セル８０１を積層してなる電池積層体８１０と、電池積層体８１０の積層方向の両端部に配置してなる一対のエンドプレート８２０と、両端部を一対のエンドプレート８２０に連結する締結部材８１５とを備えている。締結部材８１５は、電池積層体８１０の積層方向に延長された締結主面８１５ａと、この締結主面８１５ａに設けられて、エンドプレート８２０の外周面との対向面に向かって突出する係止ブロック８１５ｂを有する。係止ブロック８１５ｂは、締結主面８１５ａに設けてなる固定穴８１５ｇに挿入される状態で、固定穴８１５ｇの内周面に固定されている。エンドプレート８２０は、係止ブロック８１５ｂが案内される嵌合部８２０ｃを外周面に有し、嵌合部８２０ｃの電池積層体８１０側には、係止ブロック８１５ｂと係合されるストッパ部８２０ｃとして突起状の段差部を設けている。電源装置８００は、係止ブロック８１５ｂが嵌合部８２０ｃに案内され、かつ係止ブロック８１５ｂがエンドプレート８２０の外周面に固定されている。
　この構造の電源装置は、係止ブロックを嵌合部に案内してストッパ部で位置ずれを阻止し、さらに係止ブロックをエンドプレートに固定するので、従来の締結部材のＬ字状部分のように曲げ応力で変形することなく、係止ブロックとストッパ部とで締結部材を変形させることなくエンドプレートに固定できる。とくに、係止ブロックをエンドプレートの嵌合部に案内してストッパ部で位置ずれを阻止するので、締結部材に作用する強い引張力による締結部材とエンドプレートの変形を防止して、エンドプレートの移動を抑制できる。
　締結部材は、二次電池セルの膨化力の反作用として強い引張力が作用するが、従来の電源装置９００においては、締結部材を構成するバインドバー９０４の引張力が曲げ加工部において曲げ応力として作用して変形した。曲げ応力でバインドバー９０４が変形すると、曲げ加工部であるＬ字状部分９０４ｂは、図１０において、その内側面をエンドプレート９０３のコーナー部９０３ａに密着させてバインドバー９０４は実質的に伸びた状態となる。この状態になると、材料の耐力、強度を超えて、破断する可能性がある。
　これに対して、図９の構造の電源装置では、締結部材８１５に設けた係止ブロック８１５ｂをエンドプレート８２０の嵌合部８２０ｃに案内し、さらに、ここに案内された係止ブロック８１５ｂの位置ずれをストッパ部８２０ｂで阻止する。この構造でエンドプレート８２０に固定される締結部材８１５は、係止ブロック８１５ｂとエンドプレート８２０との間に隙間があっても、従来のようにＬ字状部分の曲げ応力として支持することなく、係止ブロック８１５ｂを嵌合部８２０ｃに案内してストッパ部８２０ｂで定位置に配置する構造によって締結部材８１５の剪断応力として支持する。締結部材８１５は、剪断応力に対する強度が引張力より相当に強く、締結部材８１５に働く強い引張力で変形することなく、エンドプレート８２０の移動を抑制する。
　一方において、締結主面と係止ブロックで構成される締結部材では、締結主面と係止ブロックとを固定する必要がある。一般に、金属部材で構成される締結主面と係止ブロックとは、レーザ光のスポット溶接により溶接して固定されることが多い。この場合において、金属部材にスポット溶接を行うにはある程度の厚さが必要となる。ここで、締結主面の金属板を厚くすると、強度が高くなる結果、延伸性が低下する。締結部材には、二次電池セルの膨張時の変形に追随できることが求められるところ、金属板は一般に弾性が低く、しかも厚くするほど強度が高まり変形し難くなる。かといって、締結主面を薄く形成すると、今度は係止ブロックとのスポット溶接の強度が低下してしまい、締結強度の信頼性が低下する。このように、締結部材に求められる強度と延伸性の要求が相反しているため、その両立が困難となっていた。
　そこで、本実施形態においては、締結部材１５を部分的に異なる金属で構成することで、強度と延伸性を両立させることに成功したものである。具体的には、上述の通り締結部材１５を締結部分１５ｃと中間部分１５ａとに分割し、締結部分１５ｃを強度に優れた金属として係止ブロック１５ｂとの連結強度を高めている。また、係止ブロックを溶着するために締結部分１５ｃを十分な厚さの金属板としつつ、中間部分１５ａの延伸性を高くするために、中間部分１５ａには、延伸性の高い金属板を使用している。具体的には、締結部分１５ｃを第一金属で、中間部分１５ａを、第一金属と異なる第二金属で、それぞれ構成するとともに、第一金属は第二金属よりも強度を高く、第二金属は第一金属よりも延伸性を高くすることによって、締結部分１５ｃを十分な厚さの金属板として係止ブロックを確実に溶着できる構造としながら、中間部分の延伸性を高くしている。とくに、締結部分１５ｃと中間部分１５ａの厚さをほぼ等しくしながら、以上の特性を実現している。この結果、締結部分１５ｃにおいてはスポット溶接に十分な厚さと強度を確保でき、係止ブロック１５ｂとの接合強度を発揮させることができる。一方で中間部分１５ａには、延伸性に優れた金属を使用することで、二次電池セル１の膨張時に中間部分１５ａを変形させて追従性を確保している。
　締結部材１５の厚さは、図１１の水平端面図に示すように、中間部分１５ａの厚さｔ１と締結部分１５ｃの厚さｔ２とをほぼ等しくしている。また、締結部材１５の両側面において、締結部分１５ｃと中間部分１５ａの界面を同一平面状としている。一方で係止ブロック１５ｂを固定した締結部材１５の厚さｔ３の部分では、締結部材１５の外側は同一平面としつつ、内側に係止ブロック１５ｂを突出させている。これによってエンドプレート２０の段差部２０ｂに係止ブロック１５ｂを係止させて剪断応力に対する耐性を高めつつ、締結部分１５ｃが肉厚になっても電池積層体１０側への影響が生じないようにしている。
　係止ブロック１５ｂを締結部材１５にスポット溶接する位置、すなわち係止ブロック１５ｂを締結部材１５に固定する固定領域１５ｈは、締結側貫通孔１５ｂｃ同士の間とする。また、固定領域１５ｈを、二次電池セル１の積層方向における内側、すなわち中間部分１５ａに近付く方向にオフセットさせてもよい。このように固定領域１５ｈを、締結側貫通孔１５ｂｃよりも、エンドプレート２０から離れる方向に配置することで、係止ブロック１５ｂに開口された締結側貫通孔１５ｂｃと固定領域１５ｈとの距離を大きくして、応力の集中を緩和できる。また、ねじ穴である締結主面側貫通孔１５ａｃ同士の中心を結ぶ第一直線Ｌ１上でなく、これとずらした第二直線Ｌ２上に固定領域１５ｈを位置させることで、スポット溶接のための面積を広く確保することが可能となる。締結主面側貫通孔１５ａｃは円形のため、オフセットさせることで広い面積を確保しやすくなり、スポット溶接の面積を大きくできる結果、溶接の接合強度も高められる。
　固定領域１５ｈを第一直線Ｌ１からオフセットさせる方向は、締結部材１５の両端縁から離れる方向であって、エンドプレート２０に設けた段差部２０ｂに接近する方向とすることが好ましい。図６に示す分解斜視図の例では、複数の固定領域１５ｈを、電池積層体１０の中央方向へオフセットさせている。このようにすることで、二次電池セル１の膨張時の応力を各固定領域１５ｈで受けることが可能となり、もって印加される応力の分散に寄与して締結部材１５の強度を向上させる一助とできる。
　以上のように、本実施形態に係る電源装置１００によれば、二次電池セル１の膨張によって生じる電池積層方向に拡がろうとする応力が、締結部分１５ｃそのものに加えて、段差部２０ｂと係止ブロック１５ｂによる係合、締結部分１５ｃと係止ブロック１５ｂの溶接、ボルト１５ｆによる螺合の各部材に印加されることになる。よってこれら各部材の強度を高めて応力を適度に分散させることで、全体としての強度を高めて二次電池セル１の膨張、収縮に対応可能な電源装置１００を実現できる。
［実施形態２］
　以上の例では、係止ブロックをスポット溶接で接合する例を説明したが、本発明はこの構成に限らず、係止ブロックを有する締結部材を差厚素材で成形してもよい。このような例を実施形態２として、図１２の水平端面図に示す。この図に示す締結部材１５’は、たとえば、中間部分１５ａと締結部分１５ｃ’とを異種接合素材として、中間部分１５ａの端面と締結部分１５ｃ’一方の端面とを摩擦攪拌接合により接合しつつ、締結部分１５ｃ’と係止ブロック１５ｂ’とを同一金属からなる差厚素材として、締結部分１５ｃ’の他方の端面に、さらに係止ブロック１５ｂ’をレーザ溶接等により接合している。この係止ブロック１５ｂ’は、予め締結部分１５ｃ’よりも厚く形成され、言い換えると、締結部分１５ｃ’の内面からの突出量がエンドプレート２０の段差部２０ｂに係止される突出量となるように形成される。また、締結部分１５ｃ’は、係止ブロック１５ｂ’の幅の分だけ図１１の例と比べて幅狭に形成される。この方法であれば、溶接で中間部分１５ａと締結部分１５ｃ’と係止ブロック１５ｂ’とを同時に接合できるので、製造工程を簡略化できる利点が得られる。
　以上の電源装置は、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として利用できる。電源装置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。
（蓄電装置用の電源装置）
　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装置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８２で充電して蓄電する蓄電装置を示す。
　図１５に示す蓄電装置は、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。この蓄電装置は、太陽電池８２を充電用電源として充電回路８３で電源装置１００の電池を充電した後、ＤＣ／ＡＣインバータ８５を介して負荷８６に電力を供給する。このため、この蓄電装置は、充電モードと放電モードを備えている。図に示す蓄電装置は、ＤＣ／ＡＣインバータ８５と充電回路８３を、それぞれ放電スイッチ８７と充電スイッチ８４を介して電源装置１００と接続している。放電スイッチ８７と充電スイッチ８４のＯＮ／ＯＦＦは、蓄電装置の電源コントローラ８８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８８は充電スイッチ８４をＯＮに、放電スイッチ８７をＯＦＦに切り替えて、充電回路８３から電源装置１００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、電源コントローラ８８は充電スイッチ８４をＯＦＦに、放電スイッチ８７をＯＮにして放電モードに切り替え、電源装置１００から負荷８６への放電を許可する。また、必要に応じて、充電スイッチ８４をＯＮに、放電スイッチ８７をＯＮにして、負荷８６への電力供給と、電源装置１００への充電を同時に行うこともできる。
　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装置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。
　以上のような蓄電装置は、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、家庭内用また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用いた電動車両並びに蓄電装置、電源装置用締結部材、電源装置の製造方法、電源装置用締結部材の製造方法は、ハイブリッド自動車、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…電源装置、１…電池セル、１Ｘ…端子面、１ａ…外装缶、１ｂ…封口板、２…電極端子、１０…電池積層体、１５、１５’…締結部材、１５ａ…中間部分、１５ｂ、１５ｂ’…係止ブロック、１５ｃ、１５ｃ’…締結部分、１５ａｃ…締結主面側貫通孔、１５ｂｃ…締結側貫通孔、１５ｄ…折曲片、１５ｆ…ボルト、１５ｇ…接合部、１５ｈ…固定領域、１６…絶縁スペーサ、１７…端面スペーサ、２０…エンドプレート、２０ｂ…段差部、２０ｃ…エンドプレートねじ穴、８１…建物、８２…太陽電池、８３…充電回路、８４…充電スイッチ、８５…ＤＣ／ＡＣインバータ、８６…負荷、８７…放電スイッチ、８８…電源コントローラ、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、８００…電源装置、８０１…二次電池セル、８１０…電池積層体、８１５…締結部材、８１５ａ…締結主面、８１５ｂ…係止ブロック、８１５ｇ…固定穴、８２０…エンドプレート、８２０ｂ…ストッパ部、８２０ｃ…嵌合部、９００…電源装置、９０１…二次電池セル、９０２…スペーサ、９０３…エンドプレート、９０３ａ…コーナー部、９０４…バインドバー、９０４ｂ…Ｌ字状部分、９０６…ボルト、Ｌ１…第一直線、Ｌ２…第二直線、ＨＶ、ＥＶ…車両。

Claims (11)

  1. 　外装缶を角型とした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、
    　前記複数の二次電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、前記電池積層体の対向する側面にそれぞれ配置されて、前記エンドプレート同士を締結する金属製の複数の締結部材と、を備える電源装置であって、
    　前記複数の締結部材の各々は、
    　　長手方向の両端でそれぞれ前記エンドプレートと固定される、第一金属で構成された締結部分と、
    　　前記締結部分同士の間を連結する、前記第一金属と異なる第二金属で構成された中間部分とを有し、
    　前記第一金属は、前記第二金属よりも強度が高く、
    　前記第二金属は、前記第一金属よりも延伸性が高く構成されてなる電源装置。
  2. 　請求項１に記載の電源装置であって、
    　前記締結部材が、前記締結部分と前記中間部分との接合界面を摩擦攪拌接合により接合されてなる電源装置。
  3. 　請求項１または２に記載の電源装置であって、
    　前記第一金属が鉄系の金属で、
    　前記第二金属がアルミニウム系の金属で構成されてなる電源装置。
  4. 　請求項１～３のいずれか一項に記載の電源装置であって、
    　前記締結部分と前記中間部分とが同じ厚さに構成されてなる電源装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか一項に記載の電源装置であって、
    　前記締結部材は、さらに、前記締結部分に固定される係止ブロックを備えており、
    　前記エンドプレートは、前記締結部材で締結した状態で、前記係止ブロックを係止するための段差部を形成しており、
    　前記締結部分と前記係止ブロックとが溶接により固定されてなる電源装置。
  6. 　請求項５に記載の電源装置であって、
    　前記係止ブロックが、前記第一金属で構成されてなる電源装置。
  7. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の電源装置を備える電動車両であって、
    　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ことを特徴とする電動車両。
  8. 　請求項１～６のいずれか一項に記載の電源装置を備え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とを備え、
    　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、該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。
  9. 　外装缶を角型とした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同士を締結するための電源装置用締結部材であって、
    　長手方向の両端でそれぞれ前記エンドプレートと固定される、第一金属で構成された締結部分と、
    　前記締結部分同士の間を連結する、前記第一金属と異なる第二金属で構成された中間部分とを有し、
    　前記第一金属は、前記第二金属よりも強度が高く、
    　前記第二金属は、前記第一金属よりも延伸性が高く構成されてなる電源装置用締結部材。
  10. 　外装缶を角型とした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同士を締結するための電源装置用締結部材の製造方法であって、
    　長手方向の両端でそれぞれ前記エンドプレートと固定される、第一金属で構成された締結部分と、
    　前記締結部分同士の間を連結する、前記第一金属と異なる第二金属で構成された中間部分とであって、
    　前記第一金属が前記第二金属よりも強度が高く、前記第二金属が前記第一金属よりも延伸性が高く構成された前記締結部分と前記中間部分とを準備する工程と、
    　前記締結部分と前記中間部分とを摩擦攪拌接合により接合する工程と、を含む電源装置用締結部材の製造方法。
  11. 　外装缶を角型とした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、
    　前記複数の二次電池セルの積層方向に沿って延長された板状で、前記電池積層体の対向する側面にそれぞれ配置されて、前記エンドプレート同士を締結する金属製の複数の締結部材と、を備える電源装置の製造方法であって、
    　長手方向の両端でそれぞれ前記エンドプレートと固定される、第一金属で構成された締結部分と、
    　前記締結部分同士の間を連結する、前記第一金属と異なる第二金属で構成された中間部分とであって、
    　前記第一金属が前記第二金属よりも強度が高く、前記第二金属が前記第一金属よりも延伸性が高く構成された前記締結部分と前記中間部分とを摩擦攪拌接合により接合する工程と、
    　前記電池積層体の両側端面を一対の前記エンドプレートで覆い、該エンドプレート同士を電源装置用締結部材で締結する工程と、を含む電源装置の製造方法。
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